被研磨物保持用キャリアおよびその製造方法
【課題】シリコンウエハ研磨用のキャリア本体の大型化に伴う問題点を克服し、キャリア表面に形成したＤＬＣ薄膜の局部的クラックや早期剥離を防止し、研磨効率の向上を目指す。
【解決手段】金属製キャリア本体の表面をまずショットピーニング加工処理によって、円形窪みによる凹凸層の形成と同時に圧縮残留応力や表面硬化が発現した凹凸層を形成して基材に剛性を付与するとともに、こうした基材の表面に、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなるＤＬＣ薄膜を被覆形成してなる被研磨物保持用キャリアの製造方法である。
【解決手段】金属製キャリア本体の表面をまずショットピーニング加工処理によって、円形窪みによる凹凸層の形成と同時に圧縮残留応力や表面硬化が発現した凹凸層を形成して基材に剛性を付与するとともに、こうした基材の表面に、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなるＤＬＣ薄膜を被覆形成してなる被研磨物保持用キャリアの製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨布を取付けた上下一対の定盤の間に、半導体素子の基板となるシリコンウエハーなどの被研磨物を挟持し、その研磨布または被研磨物のいずれか、あるいは両者を圧接しながら摺動させることによって、該シリコンウエハの表面を研磨するために用いられる被研磨物保持用キャリアおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体工業などの分野では、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、アルミニウム製磁気ディスク基板、ガラス製磁気ディスクなどの製造プロセスにおいて、これらの部材表面を精密に研磨する処理工程がある。この処理においては、シリコンウエハなどの被研磨物を研磨する際に、被研磨物を保持するための、保持孔を有し外周縁部には両面研磨加工機のインターナルギアやサンギアと噛み合う外周歯を備えたキャリアを用いるのが普通である。
【０００３】
例えば、図１は、シリコンウエハを研磨する際に用いられる円板状のキャリア（ホルダーとも呼ばれる）の外観を示したものである。ここで１は、シリコンウエハの保持孔であって、該シリコンウエハの形状に合わせて複数個が設けられる。２は、微細な研磨粒子を懸濁させた水スラリからなる研磨剤供給孔であって、やはり複数個が設けられる。３は、キャリアの外周部に設けられた外周歯である。４は、キャリアそのものの重量を軽減するための種々の形状の抜き孔である。また５はＤＬＣ薄膜を形成するためのキャリア本体の表面である。
【０００４】
このキャリアは、そもそも、このシリコンウエハ自体が非常に薄い（０．５〜１ｍｍ未満）ため、キャリア本体もまた薄い材料で製作されていることに加え、シリコンウエハとともに一緒に研磨されることになるため、耐磨耗性に優れることが必要である。また、最近のシリコンウエハは、直径１２インチ（約３０ｃｍ）の大型ものが出現し、しかも１５基のキャリアに複数個のシリコンウエハを取り付けてあり、キャリアの大きさは、直径が１ｍを超えるような大型のものもある。このような大型のキャリアは、その取扱い時に大きな変形応力が加わるため、シリコンウエハが、破損したり脱落することが多いという問題があった。しかも、シリコンウエハの研磨時には、キャリア本体も研磨されることになるから、このときに発生する微細な金属系粒子がシリコンウエハの純度低下の原因となっていた。
とくに、高品質のシリコンウエハが求められている今日では、研磨によってキャリア本体から溶出する微量の金属イオンの存在さえ忌避される状況にあり、キャリア本体の材質の検討や表面処理皮膜の開発も重要な検討課題となっている。
【０００５】
キャリアのもつ上記のような課題を解決するため、従来、かかるキャリアの構成について次に示すような提案がなされている。例えば、特許文献１、２では、非金属質のガラス繊維で強化した高分子材料を用いたものが開示され、また、特許文献３では、ステンレス鋼、ＳＫＨ鋼、ＳＫＤ鋼、ＳＵＪ鋼などの金属材料を用いることが開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、キャリア表面にセラミックコーティングを施した金属製キャリアが開示され、特許文献５には表面に金属めっきを被覆したＳＫ鋼製キャリアが開示されている。さらに特許文献６には、金属製キャリアの表面にセラミック粒子を溶着した後、その上にＤＬＣ薄膜（ダイヤモンド・ライク・カーボンの薄膜）を被覆する技術が開示され、そして、特許文献３、７では、金属製キャリアの表面に直接、そのＤＬＣ薄膜を形成する技術を提案している。
【特許文献１】特開２００１−０３８６０９号公報
【特許文献２】特開平１１−０１０５３０号公報
【特許文献３】特許第３９７４６３２号公報
【特許文献４】特開平４−２６１７７号公報
【特許文献５】特開２００２−０１８７０７号公報
【特許文献６】特開平１１−０１０５３０号公報
【特許文献７】特開２００５−２５４３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上掲の従来技術のうち、特許文献３、７に開示されている、いわゆる、金属製キャリア本体の表面にＤＬＣ薄膜を被覆形成する方法では、該キャリア本体の表面をポリッシングすること、即ち、鏡面仕上げ処理したものが用いられている。このことは、これらの特許文献３、７に開示のキャリア本体は、その表面に形成するＤＬＣ薄膜の厚さが、０．１μｍ〜２０μｍと極めて薄いことから、基材表面を鏡面に仕上げる必要があったことを意味している。即ち、これらの技術の場合、ポリッシングと称される鏡面仕上げをしておかないと、０．１μｍ程度であるＤＬＣ薄膜を均等に被覆形成することができないからである。
【０００８】
しかし、発明者らの研究によると、鏡面仕上げしたキャリア本体の場合、その鏡面上にＤＬＣ薄膜を形成すると、次のような問題があることがわかった。
（１）キャリア本体表面の鏡面仕上げには、多くの作業時間を要し、コストアップとなる。特に０．１μｍ厚さのＤＬＣ薄膜を形成する際、僅かな研磨痕が存在しても、その箇所がＤＬＣ薄膜の欠陥原因となることが多い。
（２）ＤＬＣ薄膜は、炭化水素系のガスから生成する炭素と水素を主成分とするアモルファス状の固形物であるから、成膜時に大きな残留応力を内蔵しており、剥離しやすいという問題がある。とくに、板厚の薄い大きなキャリア本体の場合、大きな変形応力を受けやすいので、この本体表面に被覆したＤＬＣ薄膜が鏡面だと、よけいに剥離しやすくなる。この点、特許文献３では、ＤＬＣ薄膜の残留応力を０．５ＭＰａ以下に制限することを提案しているが、そのためのプラズマＣＶＤ法の開発には多くの困難がある。
（３）ＤＬＣ薄膜のみを再成させる場合、残存するＤＬＣ薄膜の除去が困難な上に、さらに鏡面仕上げをしていくために長時間を要し、作業能率の低下を招いて、製品のコストアップを招く。
（４）このように、近年、キャリアは大型化している上、薄い金属で製作されており、さらに、大小さまざまな孔を多数配設しているため、その取扱い時に大きく変形することが避けられず、ＤＬＣ薄膜に割れや局部剥離が発生しやすいという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を克服できるキャリアの構成と、それの有利な製造方法を提案することにある。
【００１０】
特に本発明では、キャリア本体へのＤＬＣ薄膜の密着力が大きく、その本体の剛性が高いハンドリング性に優れ、研磨効率の優れたキャリアと、それを効率的に製造することができる技術の確立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来技術が抱えている前記課題を解決し、上記目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べるような知見を得た。
（１）キャリア本体の表面を鏡面仕上げせず、逆に、球状のショット（粒子）を吹き付けることにより、被処理面に凹凸層の形成と共に加工影響層を形成する表面改質処理（いわゆる、「ピーニング加工処理」）を施すことにより、該処理面を微細な球形窪みによって形造られた凹凸層にすると同時に、該表面に圧縮残留応力や加工硬化のいずれか１以上を発現させた加工影響層を形成した上で、その表面にＤＬＣ薄膜を被覆形成すると、該ＤＬＣ薄膜の付着力を著しく向上させることができる。
（２）キャリアは、上記ピーニング加工処理によって、本体表面に、加工影響層が生成するので、該キャリア本体の剛性を高めることができ、キャリア本体が変形するのを防ぐことができる。
（３）ピーニング加工層の上に形成したＤＬＣ薄膜は、そのピーニング加工層の影響を受けて、ミクロ的には緩やかな凹凸が形成されることから、シリコンウエハ研磨時には研磨材粒子が凹部に滞留することとなって研磨効率が向上する。
（４）アモルファス状の固形膜からなるＤＬＣ薄膜は、水素含有量を１２〜３０ａt％（原子％）に制御した場合、ＤＬＣ薄膜自体に耐磨耗性とともに柔軟性を付与される。
【００１２】
このような知見の下で開発した本発明は、表面にショットピーニング加工層を有する金属製キャリア本体を、そのショットピーニング加工層を介してＤＬＣ薄膜にて被覆形成してなることを特徴とする被研磨物保持用キャリアである。
【００１３】
なお、本発明の被研磨物保持用キャリアにおいては、
（１）前記ショットピーニング加工層は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層からなると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層となった層であること、
（２）前記ショットピーニング加工層は、表面粗さが、Ｒａ値で０．１５〜１．５０μｍ、Ｒｚ値で１．５５〜６．０μｍの範囲内に調整された層であること、
（３）前記ショットピーニング加工層は、その表面の前記凹凸層中に、ショットよりも微細な方形研削粒子を吹き付けることによって形成される微細粗面化層が重畳して形成された層であること、
（４）前記ショットピーニング加工層は、表面粗さＲｓｋ値が±1未満の範囲にあること、（５）前記ＤＬＣ薄膜は、前記ショットピーニング加工層の粗さＲｚを超え２０μｍ以下の膜厚を有すること、
（６）前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなる皮膜であること，
（７）前記金属製キャリア本体は、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、ＳＫ鋼、ＳＫＨ鋼などの特殊鋼のうちから選ばれるいずれか一種以上の金属・合金からなること、
が好ましい解決手段である。
【００１４】
なお、本発明は、金属製キャリア本体の表面に、球形粒子からなるショットを吹き付けることにより、球形窪みによって形造られた凹凸層からなるショットピーニング加工層を形成し、そのショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成することを特徴とする被研磨物保持用キャリアの製造方法を提案する。
【００１５】
なお、本発明の被研磨物保持用キャリアの製造方法においては、
（１）金属製キャリア本体の表面に、球形の粒子からなるショットを吹き付けることにより、ショットピーニング加工層を形成し、その後、そのショットピーニング加工層の表面に、ショット粒よりも小さい方形研削粒子を吹き付けて微細な粗面化処理層を重畳させて形成し、その後さらに、粗面化処理層を含むショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ膜を被覆形成すること、
（２）ショットまたは研削粒子の吹付けは、０．２１〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて、該ショットならびに研削粒子については金属製キャリア本体の表面に対して、６０〜９０°の方向から吹付けを行うこと、
（３）前記ショットピーニング加工層は、鋳物、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスから選ばれるいずれか一種以上の球形粒子からなるショットを吹き付けることにより得られる、キャリア本体の表面に球形窪みによって形造られた微細な凹凸層であると同時に、圧縮残留応力の付加もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方を発現させた加工影響層となった層であること、
（４）前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなるものであること、
（５）前記ＤＬＣ薄癖は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれか一種の方法により、キャリア本体の表面に被覆形成すること、
が好ましい実施形態である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記解決手段を採用することによって、次のような効果が得られる。
（１）本発明において採用するショットピーニング加工処理は、従来技術の鏡面仕上げ処理に比較して容易であり、処理時間が短縮されるため生産性が向上する。
（２）本発明において、ショットピーニング加工層上にはＤＬＣ薄膜が形成され、接着面積が広がるため、鏡面仕上げされている従来のＤＬＣ薄膜に比、薄膜の密着力が大きい。
（３）上記ショットピーニング加工層は、キャリア本体表面に対し、球形のショットを吹き付けて形成されるので、少なくともその表面は加工硬化等の加工影響層が生じることに加え、圧縮残留応力も発生するため、該キャリア本体の剛性が上昇する。その結果、キャリア本体の取扱い時に、変形するようなことがなくなり、ハンドリング等が容易になる他、疲労強度も向上する。
（４）本発明に係るキャリアは、取扱い時の変形が少ないので、その表面に形成したＤＬＣ薄膜に大きな残留応力が発生しても剥離するようなことがなくなる。その結果、ＤＬＣ薄膜の形成方法として、プラズマＣＶＤ法だけでなく、イオン化蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマブースター法、など多くの方法を採用することができる。
（５）本発明によれば、取扱い時の変形が少ないキャリアが得られるので、これに取付けたシリコンウエハは、変形に伴う応力を受けにくくなる。そのため、従来のように、取扱
い時にシリコンウエハがキャリアから外れるようなことがなくなる。
（６）本発明において、ショットピーニング加工層上に形成されたＤＬＣ薄膜は、キャリア本体表面の影響を受けて、微視的な凹凸を保ちつつ、シリコンウエハの研磨に必要な平坦度を有する表面となるため、シリコンウエハを研磨する際に、水スラリ研磨剤に含まれているコロイダルシリカなどの超微粒子（０．０１〜０．１μｍ）が凹部に残留しやすくなる。しかも、このような凹部はＤＬＣ薄膜表面に均等に存在するため、シリコンウエハの研磨効率が向上するのみならず、研磨自身も均等に行われ品質も改善される。
（７）上記ショットピーニング加工処理は、新しいキャリア本体に対するＤＬＣ薄膜の形成時のみならず、ＤＬＣ薄膜の除去法としても極めて有効であるから、これがそのままＤＬＣ薄膜の再成用の前処理としても使用することができ、コスト的に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る被研磨物保持用キャリアの構成について、製造方法の説明に併せて説明する。
（１）金属製キャリア本体表面にショットピーニング加工層を形成するための処理
本発明では、金属製キャリア本体の表面に対して、粒径が数μｍ〜数ｍｍの金属や非金属の球形のショットを圧縮空気を利用して吹き付け、被加工面（キャリア本体表面）を叩きながら無数の微小な窪み（痕）を生成させる冷間加工（ショットピーニング加工）を行い、得られたそのショットピーニング加工層の上にＤＬＣ膜を形成したキャリアである。本発明では、さらに必要に応じて、そのショットピーニング加工層の表面に対して、ショットよりも小さく、粒径が数μｍ〜２０μｍ程度のＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などの多角形状、好ましくは鋭角な角部を有する方形研削粒子を吹き付けて、より微細な粗面化処理を行ってもよい。
【００１８】
ショットピーニングのためのショットとしては、鋳鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスなどの球形の粒子を使用することができ、一方、粗面化処理（ブラスト加工処理）のための研削粒子としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳiＯ２、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの硬質のセラミック質方形粒子が好適であり、また、その粒径はショットピーニング加工に用いた球形粒子より小さい粒子を用いる。その理由は、ショットピーニング加工用の球形粒子より大きな方形研削粒子を用いると、処理面の粗さが大きくなるとともに、凹凸面が粗大化して、ＤＬＣ膜用の処理面として不適切な面となるからである。さちに粗大な粗面化では、ショットピーニング加工処理による基材表面の圧縮応力の発生や加工硬化などの効果が消失するうえ、研削粒子によって発生する大きな凹部は薄いキャリア本体を取扱う際に切り欠け効果を発揮して、キャリア本体の曲げ変形時などにおいて永久変形を誘発するおそれがあるからである。
【００１９】
なお、図２は本発明に係るショットピーニング加工処理層（ａ）（ｂ）とさらにそのショットピーニング処理加工面に対してさらに、微細な方形研削粒子を吹き付けるブラスト加工処理を施した、ＳＵＳ３０４鋼製キャリア本体の表面（ｃ）（ｄ）を電子顕微鏡で観察した図である。本発明に適合するショットピーニング加工層（ａ）（ｂ）は、表面の全域にわたって小さな窪みが均等に発生している。この小さな窪み面の生成によって、キャリア本体の表面には圧縮応力が発生するとともに、加工硬化現象が顕在化するため、キャリア本体の剛性が増大し、薄いＳＵＳ３０４鋼製のキャリア本体を取り扱う場合に発生する“曲り”、“たわみ”などの変形を軽減させることができる。
【００２０】
本発明では、必要に応じてさらに、前記ショットピーニング加工層に対して微細なＳｉＣなどの方形の研削粒子を吹き付けて得られるブラスト加工層（ｃ）（ｄ）のような微細な凹凸層を重畳して形成してなる粗面とすることがさらに効果的である。このような凹凸が重畳してなる粗化面は、この表面に形成するＤＬＣ膜と強い密着強さを発揮するため、キャリア本体に多少の変形や引張り、圧縮などの負荷が加味されても、ＤＬＣ膜が剥離しにくくなる効果を発揮する。
上記したところからわかるように、本発明では、後で行うブラスト加工処理を行っても、先のショットピーニング加工処理時に出現した大きな球形窪みの輪郭はそのまま残存しており、両者は重なり合った凹凸層となり、２つの処理効果が重畳して作用することになる。
【００２１】
以下は、金属製キャリアとして、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた例について説明する。金属製キャリアは、一般に、０．５〜１．０ｍｍ程度の厚さに仕上げられ、その外観は、図１に示したように、大小幾つもの円形または不定形な孔が配設されているものである。このように金属製キャリアは、薄いため、これを持ち運びする際に、大きく湾曲（変形）するという特性がある。
【００２２】
そこで、本発明は、図１に示すキャリア本体の表面にまず、上述した球形粒子からなるショットを吹き付けるショットピーニング加工処理を施すことにより、該キャリア本体の表面にピーニング加工層を生成させることにした。このショットピーニング加工処理において用いられる球状のショットとしては、ＪＩＳ Ｂ２７１１に記載されている金属の他、上述した各種の球形粒子、例えば、ガラス、セラミックスなどの硬質粒子をはじめ、炭化物や酸化物に対して、ＮｉやＣｏなどとのサーメット（平均粒径５〜８０μｍ）などが用いられ、これらのショットを圧力０．２〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて被加工面に吹き付けることにより、下記の粗さを有するショットピーニング加工層を形成する方法である。
（ａ）算術平均粗さＲａ：０．１５〜１．５０μｍ、
（ｂ）十点平均粗さＲｚ：１．５５〜６．００μｍ、
【００２３】
なお、圧縮空気の圧力が０．２ＭＰａより低い場合には、ショットピーニング加工処理の時間が長くなるうえ、均等な粗化面が得られにくい。一方、０．５ＭＰａより強い圧力の圧縮空気を用いると金属製キャリア本体が変形するので好ましくない。
【００２４】
また、本発明で適用される好ましい前記ショットピーニング加工処理の条件としては、前記のガラスやセラミック粒子、サーメット粒子、その他の硬質粒子（Ｈｖ：２００〜１５００）を、飛行速度Ｖ：（３０〜１００）ｍ／ｓｅｃ以上の速度で、キャリア本体の表面（被加工面）に６０〜９０°の方向から吹き付けことにある。
【００２５】
このような吹き付け条件にて、該キャリア本体表面に、球形窪みによって形造られた凹凸層が形成されると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか一方が発現した加工影響層となった層が得られる。この処理において、吹き付け粒子の硬さがＨｖ：２００未満、もしくはそれの飛行速度が３０ｍ／ｓｅｃ以下では、本発明において望ましいショットピーニング加工層の形成ができなくなる場合がある。なお、上記の硬さは、キャリア本体の材質によっても変わるので、一概に規定はできないが、望ましくＨｖ≧９００、そして飛行速度Ｖについては、Ｖ：８０ｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは１００ｍ／ｓｅｃ以上とすることがよい。
【００２６】
本発明において、これらの粗さ値に着目した理由を説明する。ショットピーニング用吹き付け粒子（ショット）の吹き付け面、即ち、ショットピーニング加工処理によって形成されたショットピーニング加工層の表面を、触針式粗さ検査機で測定すると、ＲａとともにＲｚも同様に記録することができる。発明者等が行った測定の結果によると、Ｒａは小さくともＲｚは常に大きく、本発明が推奨する表面粗さ範囲内では、ＲｚはＲａの７倍以上に達するものが多い。
【００２７】
図３は、本発明に係る上述したショットピーニング加工処理を行った後、その処理表面に、ＤＬＣ膜を形成した場合の断面模式図を示したものである。ここで図３（ａ）は、ショットピーニング加工処理後、その表面にＤＬＣ膜を形成したもので、基材の表面には球形ショットをトレースした船底型の窪みによって形成された凹凸を生成していると同時に、その基材側には残留応力の発生源や加工硬化源となる加工影響層が同時に形成されることとなる。なお、ショットピーニング加工処理の被加工面には、Ｒｚで表示される突起部も存在する。
【００２８】
一方図３（ｂ）は、ショットピーニング加工処理の後、さらにその表面をショットよりも粒径の小さい方形研削粒子を吹き付けるブラスト加工処理を施して、大小の凹凸層が重畳して存在するショットピーニング加工層とした上に、ＤＬＣ膜を形成した場合の断面模式図を示したものである。この図に示すように、後発のブラスト加工処理の効果によって、ブロードな球形窪みによる大きな凹凸層と小さな凹凸層とが重畳して現れた粗面が現出し、ＤＬＣ膜との接合面積が飛躍的に向上する。ただし、本発明では、後発のブラスト加工処理を行っても、先行するショットピーニング加工処理時の加工影響層はそのまま残存しているので、基材の剛性は維持できている。
【００２９】
なお、図３において２１はキャリアである基材、２２ははショットピーニング加工処理によって生成する凹凸層、２３は表面粗さ時に測定されるＲｚ値に相当する突出部、２４はショットピーニング加工処理時に発現する加工影響層、２５はＤＬＣ膜、そして、２６はブラスト加工処理によって生成した粗面化層を示すものである。
【００３０】
本発明では、ショットピーニング加工処理後に、必要に応じて、さらに、バフや＃１０００以上の研磨紙を用いて軽く研磨することによって、主に凸部のみを除去して、Ｒｚ粗さ値を調整してもよい。
【００３１】
なお、ショットピーニング加工層の表面粗さＲａを０．１５〜１．５０μｍの範囲に規制する理由は、０．１５μｍ未満ではショットピーニング加工処理の効果が薄く、一方、１．５０μｍより大きいと、その上に形成されるＤＬＣ薄膜の均一性が欠けるか、成膜条件によっては凸部２５が露出し易く、ＤＬＣ薄膜被覆の効果が乏しくなるからである。
【００３２】
次に、本発明では、ショットピーニング加工層の粗さ特性として、Ｒｓｋ値についても、所定の管理値の範囲内になるようにすることが好ましい。即ち、このショットピーニング加工層の粗さについて、その高さ方向のゆがみを示す粗さ曲線のスキューネス値（Ｒｓｋ）を用いて管理することとした。
【００３３】
このＲｓｋ値は、下記式に示すとおり、基準長（Ｉｒ）における高さ（Ｚ（Ｘ））の三乗平均を二乗平均率方根の三乗（Ｒｑ３）で割ったもので定義されるものである。
【００３４】
なお、Ｒｓｋ値が、図４に示すように、凸部に対して凹部の部分が広い粗さ曲線では、確立密度関数が凹部の方へ偏った分布となるが、これを正値とし、その逆を負債と定義されているが、本発明ではＲｓｋ値の正負に困係なく、その“ゆがみ”を±１以下に規制することにした。
【００３５】
本発明において、ピーニング加工層の粗さのうち、Ｒｓｋ値を重視する理由は、ピーニング加工層の表面粗さの大小に関係なく、そのＲｓｋ値がＤＬＣ薄膜の表面性状を示す数値と考えられるからである。
【００３６】
例えば、ステンレス鋼基材の表面を電解研磨によって鏡面に仕上げたものと、研削粒子を吹き付けるピーニング加工処理を施したものについて、これらの表面の表面粗さを測定すると、表１に示すような結果が得られた。
【００３７】
【表１】
【００３８】
なお、表１に示すＲａ、Ｒｚなどの表面粗さの測定値は、粗さのそのものを示しているが、Ｒｓｋ値については粗さというよりもむしろ、測定面の“ゆがみ”を表わしているパラメータである。そこで、発明者らは、表面粗さＲａ、Ｒｚだけではなく、必要に応じてさらにＲｓｋ値をも規制することにした。
【００３９】
また、本発明者らの研究によると、本発明に従い、ショットピーニング加工層上に形成されたＤＬＣ薄膜については、シリコンウエハ研磨用キャリアの性能に大きな影響を与えることがわかった。即ち、Ｒｓｋ値が±１未満を示すショットピーニング加工層をもつステンレス鋼製キャリアに被覆形成されたＤＬＣ薄膜は、Ｒｓｋ値の影響を受けてミクロ的な緩やかな“ゆがみ”を持つようになる。この“ゆがみ”の凹部に相当するところに、コロイダルシリカのような微細なシリコンウエハ用研磨材が滞留し、この研磨材粒子が該シリコンウエハの研磨効率を向上させるものと考えられる。
とくに、そうした研磨材粒子の滞留部は、ＤＬＣ薄膜全体にわたって均等に分布しているので、シリコンウエハの研磨も単に効率の向上にとどまらず、研磨面全体が均等に研磨されることとなる。
【００４０】
（２）ショットピーニング加工処理の効果
ピーニング加工処理を施した金属製キャリア本体には、次のような特徴がある。
（ａ）ショットピーニング加工処理によって、キャリア本体の被加工面は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層となるほか、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層も顕れるため、キャリア本体の剛性が高まる。その結果、キャリアを運搬したり、取り扱う時に生じる“撓み”や“ねじれ”などの変形が抑えられるようになる。従って、キャリア本体の表面を鏡面仕上げしたものに比べると、その表面に形成したＤＬＣ薄膜に発生する割れや剥離現象による損傷率を低下させることができる。
【００４１】
これに対し、鏡面仕上げした従来のキャリア本体表面のＤＬＣ薄膜の場合、鏡面にしたことによって、損傷の発生率が高くなるため、成膜時残留応力を０．５ＭＰａ以下に制限している（例えば、特許文献３）。この点、本発明の方法に従ってピーニング加工層を形成した場合、そのような制約がなくなる。その結果、ＤＬＣ薄膜の形成に当たっては、プラズマＣＶＤ法だけでなく、イオン化蒸着法やアークイオンプレーティング法、プラズマブースター法など多く方法が採用可能になる。
【００４２】
（ｂ）キャリア本体表面に形成したショットピーニング加工層の場合、その上に形成するＤＬＣ薄膜との接合面積が拡がるので、薄膜密着強さが増大し、多少の変形や引張り、圧縮などの負荷に対しても剥離しにくくなる。特にショットピーニング加工処理の後、その処理面に対してさらに微細な研削粒子を吹き付るブラスト加工処理を行って、大小凹凸層が重畳する複合溝にした場合には、両者の効果が複合的に顕在化するため、ＤＬＣ膜の密着性は一段と向上する。この場合、ショットピーニング加工処理は主としてキャリア本体の変形や“ねじれ”防止、ブラスト加工処理はＤＬＣ膜の密着性向上作用を強く受け止めることとなる。
【００４３】
（ｃ）ショットピーニング加工処理に要する時間は、キャリア本体の表面を鏡面研磨する場合に比較して短いため、作業効率が向上するのに加え、ＤＬＣ薄膜を備えたキャリアを再使用する場合の前処理（古いＤＬＣ薄膜を除去する処理にも使用できる）としても適用可能である。
【００４４】
（３）キャリア本体（基材）について
上述したショットピーニング加工処理の効果を上げるためのキャリア本体としては、次のものが考えられる。例えば、ＳＵＳ３０４を代表とする各種ステンレス鋼、チタンおよびチタン合金、アルミニウムおよびその合金、ＳＫ鋼、ＳＫＨ鋼、ＳＵＪ鋼などの特殊鋼などが特に好適である。
【００４５】
（４）ＤＬＣ薄膜の被覆形成方法
ショットピーニング加工層を有するキャリア本体の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成する方法およびその装置について具体的に説明する。本発明では、イオン化蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマブースター法および高周波・高電圧パルス重畳型プラズマＣＶＤ法（以下、単に「プラズマＣＶＤ法」という）の何れかの方法によってＤＬＣ薄膜の形成が可能である。ただし、以下の説明は、プラズマＣＶＤ法について説明する。
【００４６】
図５は、前述のような処理を経てショットピーニング加工層が形成されたキャリア本体の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成するために用いられるプラズマＣＶＤ装置の略線図である。プラズマＣＶＤ装置は、主として、接地された反応容器４１と、この反応容器４１内に高電圧パルスを印加するための高電圧パルス発生電源４４、被処理体（以下、「キャリア本体」という）４２の周囲に単価水素系ガスプラズマを発生させるためのプラズマ発生電源４５が配設されているほか、導体４３およびキャリア本体４２に高電圧パルスおよび高周波電圧の両方を同時に印加するための重畳装置４６が、高電圧パルス発生電源４４とプラズマ発生電源４５との間に介装配置されている。なお、導体４３およびキャリア本体４２は、高電圧導入部４９を介して重畳装置４６に接続されている。
【００４７】
このプラズマＣＶＤ装置は、反応容器４１内に成膜用の有機系ガスを導入するためのガス導入装置（図示せず）および、反応容器４１を真空引きする真空装置（図示せず）が、それぞれバルブ４７ａおよび４７ｂを介して反応容器４１に接続される。
【００４８】
このプラズマＣＶＤ装置を用いて、被処理体の表面にＤＬＣ薄膜を成膜させるには、まず、キャリア本体４２を反応容器４１内の所定位置に設置し、真空装置を稼動させて該反応容器４１内の空気を排出して脱気した後、ガス導入装置によって有機系ガスを該反応容器４１内に導入する。
【００４９】
次いで、プラズマ発生用電源４５からの高周波電力をキャリア本体４２に印加する。なお、反応容器４１は、アース線４８によって電気的に中性状態にあるため、キャリア本体４２は、相対的に負のプラズマ中のプラスイオンは、負に帯電したキャリア本体４２のまわりに発生することになる。
【００５０】
そして、高電圧パルス発生装置４４からの高電圧パルス（負の高電圧パルス）をキャリア本体４２に印加すると、有機系導入ガスプラズマ中のプラスイオンは、該キャリア本体４２の表面に誘引吸着される。このような処理によって、キャリア本体４２の表面に、ＤＬＣ薄膜が生成して薄膜が形成される。即ち、反応容器４１内では、最終的には炭素と水素を主成分とするアモルファス状炭素水素固形物からなるＤＬＣ薄膜が、キャリア本体４２のまわりに気相析出し、該処理体４２表面を被覆するようにして皮膜形成するものと考えられる。
【００５１】
発明者等は、上記プラズマＣＶＤ装置により、被処理体表面に形成されるアモルファス状炭素水素固形物からなるＤＬＣ薄膜の層は、以下の（ａ）〜（ｄ）のプロセスを経て形成されるものと推測している。
【００５２】
（ａ）導入された炭化水素ガスのイオン化（ラジカルと呼ばれる中性な粒子も存在する）がおこり、
（ｂ）炭化水素ガスから変化したイオンおよびラジカルは、負の電圧が印加されたキャリア本体４２の表面に衝撃的に衝突し、
（ｃ）衝突時のエネルギーによって、結合エネルギーの小さいＣ−Ｈ間が切断され、その後、活性化されたＣとＨが重合反応を繰り返して高分子化し、炭素と水素を主成分とするアモルファス状の炭素水素固形物を気相析出し、
（ｄ）そして、上記（ｃ）の反応が起こると、キャリア本体４２表面には、アモルファス状炭素水素固形物の堆積層からなるＤＬＣ薄膜が形成されることになる。
【００５３】
なお、この装置では、高電圧パルス発生電源４４の出力電力を、下記（ａ）〜（ｄ）のように変化させることによって、キャリア本体４２に対して金属等のイオン注入を実施することもできる。
（ａ）イオン注入を重点的に行う場合：１０〜４０ｋＶ
（ｂ）イオン注入と皮膜形成の両方を行う場合：５〜２０ｋＶ
（ｃ）皮膜形成のみを行う場合：数百Ｖ〜数ｋＶ
（ｄ）スパッタリングなどを重点的に行う場合：数百Ｖ〜数ｋＶ
【００５４】
また、前記高電圧パルス発生源４４では、
パルス幅：１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ
パルス数：１〜複数回のパルスを繰り返すことも可能である。
【００５５】
また、プラズマ発生用電源４５の高周波電力の出力周波数は、数十ｋＨｚ〜数ＧＨｚの範囲で変化させることができる。
【００５６】
このプラズマＣＶＤ処理装置の反応容器４１内に導入させる成膜用有機系ガスとしては、以下の（イ）〜（ハ）に示すような炭素と水素からなる炭化水素系ガスを用いる。
【００５７】
（イ）常温（１８℃）で気相状態のもの
ＣＨ４、ＣＨ２ＣＨ２、Ｃ２Ｈ２、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ３、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３
（ロ）常温で液相状態のもの
Ｃ６Ｈ５ＣＨ３、Ｃ６Ｈ５ＣＨ２ＣＨ、Ｃ６Ｈ４（ＣＨ３）２、ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ３、Ｃ６Ｈ１２、
Ｃ６Ｈ４Ｃｌ
【００５８】
上記の反応容器４１内への導入ガスは、常温で気相状態のものは、そのままの状態で反応容器４１内に導入できるが、液相状態の化合物はこれを加熱してガス化させ、そのガス（蒸気）を反応容器４１内へ供給することによってＤＬＣ薄膜を形成することができる。
【００５９】
（５）本発明の下で形成されるＤＬＣ薄膜
上記のようにショットピーニング加工層を設けてなるキャリア表面に形成するＤＬＣ薄膜は、次に示すような特性を有する。
（ａ）前記ＤＬＣ薄膜を構成する炭素と水素含有量の比率
ＤＬＣ薄膜は、硬く耐摩耗性に優れているものの柔軟性に欠ける特性がある。このため、キャリア本体のように全体が大きくかつ薄い金属等でつくられ、しかも大小さまざまな孔が複数個設けられているものに対し、ＤＬＣ薄膜を被覆すると、キャリアの持ち運び時に大きく変形したときに、延性に乏しいＤＬＣ薄膜にクラックが発生したり、ときには剥離することがある。この対策として、本発明ではＤＬＣ薄膜を構成する炭素と水素の割合に注目し、特に、水素含有量を全体の１２〜３０原子％（ａｔ％）に制御することによって、ＤＬＣ薄膜に耐磨耗性とともに柔軟性を付与することとした。具体的には、このＤＬＣ薄膜中に含まれる水素含有量を１２〜３０原子％（ａ t％）とし、残部を炭素含有量とした。このような組成のＤＬＣ薄膜を形成するには、成膜用の炭化水素系ガス中に占める水素含有量が異なる化合物を混合することによって果すことができる。
【００６０】
（ｂ）ＤＬＣ薄膜の表面性状
本発明では、前記ＤＬＣ薄膜でも、十分な耐食性、耐摩耗性を示すと同時に、柔軟性を
付与することができ、シリコンウエハの研磨用キャリアとして十分に実用可能である。
【実施例】
【００６１】
（実施例１）
この実施例では、ＳＫ鋼基材の表面を鏡面仕上したものと、ショットピーニング加工処理によって各種の表面粗さに仕上げられたショットピーニング加工層に対して、直接、膜厚の異なるＤＬＣ薄膜を形成した。次いで、これらの試験片を塩水噴霧試験に供して、基材の表面粗さとＤＬＣ薄膜の耐食性を調査した。
【００６２】
（１）供試基材
供試基材はＳＫ鋼（ＳＫ６０の焼きなまし材）とし、この基材から幅５０ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ２ｍｍの試験片を作成した。その後、その試験片の全面に対して下記の前処理を実施したものについての表面粗さを示す。
（イ）ショットピーニング加工処理は、Ｒａ：０．１５〜１．５５μｍ Ｒｚ：１．５５〜８．５５μｍの粗さにした。
なお、この処理は、球形のショットとして粒径範囲２〜２０μｍのガラスビーズを用い、これを０．３ＭＰａの圧縮空気を用いて吹き付けたものである。なお、一部の試験片については、ショットピーニング加工処理後、ＳｉＣ粒子によるブラスト加工処理を施したものを準備した。
（ロ）参考のために、鏡面仕上げに当たる以下の実験を行った。
（ａ）電解研磨 Ｒａ：０．０１〜０．０１３μｍ Ｒｚ：０．１４μｍ〜０．１６μｍ
（ｂ）バフ研磨 Ｒａ：０．０１３〜０．０１５μｍ Ｒｚ：０．２０〜０．２９μｍ
（２）ＤＬＣ薄膜の形成方法と膜厚
ＤＬＣ薄膜の形成にはプラズマＣＶＤ法を用い、全ての試験片に対して、０．５〜２０μｍ厚のＤＬＣ薄膜を形成させた。
（３）試験方法およびその条件
ＤＬＣ薄膜を形成させた試験片をＪＩＳ Z２３７１規定の塩水噴霧試験に９６時間供し、試験後のＤＬＣ薄膜表面に発生する赤さびの有無を調査した。
（４）試験結果
試験結果を表２に要約した。この結果から明らかなように、本発明法に従うショットピーニング加工処理によって粗面化した基材上に形成した試験片のＤＬＣ薄膜では、表面粗さの影響を受け、Ｒａ値またはＲｚ値より薄いＤＬＣ薄膜（No．１、２、３、４、５、６）では耐食性が十分でなく、赤さびの発生がみられた。しかし、ショットピーニング加工層上のＤＬＣ薄膜でも表面粗さのＲｚ値よりも厚く成膜したもの（No．１〜６）では赤さびの発生はなく、十分な耐食性を発揮することが確認できた。
なお、参考例として用いた電解研磨面（No．７、８）およびバフ研磨面（No．９、１０）の表面に形成したＤＬＣ薄膜試験片は０．５μｍの膜でも赤さびの発生は認められなかった。
【００６３】
このことから、参考例として示す鏡面状態にある電解研磨やバフ研磨と同じく、本発明のショットピーニング加工処理を行った場合であっても、少なくともＲｚ粗さ値よりも大きく、２０μｍ以下の厚さのＤＬＣ薄膜を形成すれば、膜の耐食性に関しては、従来の鏡面にしたものと同等で全く遜色のない表面になることがわかった。
【００６４】
以上、ショットピーニング加工処理によって基材表面の粗さを、Ｒａ：０．１５〜１．５５μｍ、Ｒｚ：１．５５〜８．５５μｍとした場合、ＤＬＣ薄膜の厚さを２．０〜２０μｍの範囲内とすると共に、Ｒｚ値より大きい膜厚にした場合、基材成分の溶出のない皮膜形成が可能であることがわかった。
【００６５】
【表２】
【００６６】
（実施例２）
この実施例では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）基材の表面に、水素含有量を変化させたＤＬＣ薄膜を形成し、曲げ変形に対する抵抗およびその後の耐食性の変化について調査した。
【００６７】
（１）供試基材およびＤＬＣ薄膜の性状
供試試験片はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とし、この基材から寸法幅１５ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの試験片を作成した。その後、この供試基材の全面に対し、ショットピーニング加工処理を施してＲａ：０．１６〜１．０２μｍ、Ｒｚ：１．５８〜２．９９μｍの粗面化処理を行い、そのショットピーニング加工層における水素含有量が５〜５０原子％で、残部が炭素成分である試験片を、３．５μｍ厚に形成した。
（２）試験方法およびその条件
ＤＬＣ薄膜を形成させた試験片を１８０°に曲げ変形を与え（Ｕベンド形状）曲げ部のＤＬＣの外観状況を２０倍の拡大鏡で観察した。またその観察後の曲げ試験片を１０％ＨＣｌ水溶液中に浸漬し、室温２１℃で４８時間放置し、ＨＣｌ水溶液の中に溶出するイオンによる色調の変化を調べた。
（３）試験結果
表３に試験結果を要約した。この試験結果から明らかなように、水素含有量の少なくないＤＬＣ皮膜は（試験片No．１、２、３）は１８００の変形を与えるとクラックを発生したり、微小な面積であるが局所的に膜の脱落が見受けられた。これらのＤＬＣ薄膜は柔軟性に乏しいことが確認された。一方、曲げ試験後の試験片を１０％ＨＣｌ中に浸潰すると、クラックを発生したＤＬＣ薄膜（No．３）は、基材質のステンレス鋼から金属イオン（鉄を主成分とし、少量のC
rとＮｉを含む）が溶出し、ＨＣｌ水溶液は無色透明から黄緑色に変化した。
これに対して水素含有量を１．５〜５９原子％含むＤＬＣ薄膜（No．４〜８）を浸漬したＨＣｌ水溶液は、無色透明を維持しており、９００ の変形を与えても柔軟性を有する膜は形成初期の状態を保っていることがわかった。
ただ、ＤＬＣ薄膜中の水素含有量が多くなるほど軟質化するとともに、品質管理が困難となるので、本発明では水素含有量１３〜３０原子％の範囲を採用することとした。
【００６８】
【表３】
【００６９】
（実施例３）
この実施例では、ＳＫ鋼製基材の表面をバフ研磨によって鏡面仕上げしたものと、本発明にかかるショットピーニング加工処理を施した試験片の全面に対して各種の方法によってＤＬＣ薄膜を形成した。次いで、この試験片１８０°曲げ試験および塩水噴霧試験を行い、ＤＬＣ薄膜の曲げ変形に対する抵抗性と耐食性を調査した。
【００７０】
（１）供試基材とその表面処理
供試基材はＳＫ鋼（ＳＫ６０焼きなまし材）とし、この基材から幅１５ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの試験片を作成した。その後この試験片の全面に対し、バフ研磨とショットピーニング加工処理を行った。それぞれの処理後の粗さは下記の通りであった。
（イ）バフ研磨面の表面粗さ Ｒａ：０．０２〜０．０８μｍ Ｒｚ：０．６６〜０．８１μｍ
（ロ）ショットピーニング加工層の表面粗さ Ｒａ：０．１５〜１．１２μｍ Ｒｚ：１．５８〜４．１０μｍ
（２）ＤＬＣ薄膜の試験方法
ＤＬＣ薄膜を形成させた試験片を、中央を基点として１８０°に曲げ（Ｕベンド形状）、その曲げ部のＤＬＣ薄膜の外観状況を２０倍の拡大鏡で観察した。また観察後の試験片をそのままの状態でＪＩＳ Ｚ２３７１規定の塩水噴霧試験に９６h r暴露して、ＤＬＣ薄膜の変化を調べた。
（４）試験結果
表４に試験結果を要約した。この試験結果から明らかなように、試験片の表面をバフ研磨し、その上にＤＬＣ薄膜を形成したもの（No．１、３、５、７）はいずれもクラックを発生したり、微小ながらＤＬＣ薄膜の剥離も認められた。ただN０．７のプラズマＣＶＤで形成されたＤＬＣ薄膜のみクラックの発生は非常に少なく、基材との密着性は良好であった。
【００７１】
一方、曲げ試験後に実施した塩水噴霧試験結果によると、ＤＬＣ薄膜にクラックや剥離が認められた試験片は全て赤さびが発生し、クラックが基材まで達して防食作用を消失している状況が観察された。これに対して曲げ試験によっても健全な状態を維持していた試験片は塩水噴霧試験においても赤さびを発生することなく、優れた耐食性を発揮した。この結果から、本発明に係るＤＬＣ薄膜はプラズマＣＶＤ法に限定されず、他の既存のＤＬＣ薄膜形成法に対して適用可能であることが確認された。
【００７２】
【表４】
【００７３】
（実施例４）
この実施例では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を基材とし、その表面をバフ研磨（ポリッシング）した面と本発明に係るショットピーニング加工層およびショットピーニング加工層にさらにブラスト加工処理した面に対して、ＤＬＣ薄膜を形成したものの密着強さを評価した。
【００７４】
（１）供試基材と前処理
供試基材としてＳＵＳ３０４鋼から幅２５ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ３ｍｍの試験片を切り出し、下記の前処理を施した。
（イ）バフ研磨（ポリッシング）：Ｒａ：０．０１〜０．０１４μｍ Ｒｚ：０．１１〜０．１５μｍ
（ロ）ショットピーニング加工層：Ｒａ：１．０５〜１．４５μｍ Ｒｚ：４．８０〜５．８μｍ
（ハ）ショットピーニング後ブラスト加工層：Ｒａ：１．２５〜１．８８μｍ Ｒｚ：５．５５〜６．０μｍ
（２）ＤＬＣ薄膜の形成方法と膜厚
ＤＬＣ薄膜の形成には、プラズマＣＶＤ法を用い、すべての前処理試験片に対して、膜厚７μｍのＤＬＣ膜を形成した。なお、ＤＬＣ薄膜中の水素含有量は１８原子％残部は炭素である。
（３）試験方法
基材に対するＤＬＣ薄膜の密着強さは、塗膜の密着性試験として汎用されている描画試験（引掻試験）を用いた。すなわち、一定の荷重を負荷したダイヤモンド針でＤＬＣ薄膜に直線の切り傷を付け、このときに発生するＤＬＣ薄膜の剥離の有無とその程度によって密着強さを判定した。
（４）試験結果
試験結果を図６に示した。この写真はダイヤモンド針による引掻試験後のＤＬＣ薄膜の外観状況を示したものである。ポリッシング面に直接ＤＬＣ薄膜を形成した場合には、引掻傷に沿って多数のＤＬＣ薄膜の剥離部が存在し、薄膜の密着強さが低いことを示している。これに対してショットピーニング加工処理したり、またはその表面をさらにブラスト加工処理した面に形成したＤＬＣ薄膜は、いずれもダイヤモンド針による引掻傷は認められるものの薄膜の剥離は認められず、優れた密着強さを有していることが確認された。
【００７５】
（実施例５）
この実施例では、ショットピーニング加工処理によって前処理されたキャリア本体の剛性向上を定性的に調査するため実験を行った。
【００７６】
（１）供試基材と試験片
供試基材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、これらを幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ１ｍｍの試験片を切り出した。
（２）試験片に対するブラスト加工処理
試験片の片面に対して、次に示すようなショットピーニング加工処理を行ったが、比較用の試験片として、電解研磨したステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた。
（イ）ショットピーニング加工処理によって、基材表面の粗さＲａ：０．１５〜１．０５μｍ、Ｒｚ：１．５５〜５．９５μｍに粗面化されたもの
（ロ）電解研磨によって、Ｒａ：０．０１３μｍ、Ｒｚ：０１６μｍに鏡面仕上げされたもの
（３）試験方法
供試各種試験片を図７に示すように、試験片の一端を固定し、一方の先端部に１０００ｇの分銅を乗せ、その重みで垂れ下がる試験片先端の変化幅を測定した。
（４）試験結果
試験結果を表８に要約した。この結果から明らかなように、ショットピーニング加工処理によって粗面化された試験片（No．１〜４）は、鏡面化された比較例の試験片に比べて変位幅が少なく、変形しにくいことが認められた。
【００７７】
【表５】
【００７８】
（実施例６）
この実施例では、図１に示す形状のキャリア本体を用いて、直径２００ｍ、厚さ０．５ｍｍのＳｉウエハを研磨して、本発明にかかるＤＬＣ薄膜の効果を調査した。キャリア本体の全面に対して下記の前処理とＤＬＣ薄膜を形成した。
【００７９】
（１）本発明に係る前処理とＤＬＣ薄膜の性状
ショットピーニング加工処理によって、キャリア本体の表面を、Ｒａ：０．１５〜０．９８μｍ、Ｒｚ：１．５２〜４．９５μｍの粗面化させた後、その上に、水素含有量１８原子％を含むＤＬＣ薄膜を５μｍ厚に形成した。
（２）比較例の前処理とＤＬＣ薄膜の性状
バフ研磨によってキャリア本体の表面を、Ｒａ：０．０２〜０．１０μｍ、Ｒｚ：０．１１〜０．１６μｍの鏡面に仕上げた後、その上にＤＬＣ薄膜を５μｍ厚に形成した。このＤＬＣ薄膜中の水素含有量は１５原子％、残部は炭素である。
（３）試験結果
コロイダルシリカを研磨剤とする水スラリー研磨剤を用いて、シリコンウエハの研磨を行なった結果、本発明のＤＬＣ薄膜を形成したキャリア本体を用いた場合、シリコンウエハの表面を０．０１μｍ以下に仕上げるのに約２０分で終了したのに対し、比較例のＤＬＣ薄膜を被覆したキャリア本体では５８分を要した。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係るピーニング加工処理を前処理とするＤＬＣ薄膜形成技術は、Ｓｉ、ＧＡＰなどの半導体ウエハの研磨だけに限定されるものではなく、液晶ディスプレイガラス、ハードディスクなどの研磨用として応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】シリコンウエハ研磨用金属製キャリア本体の平面図である。
【図２】キャリア本体表面に対して各種の前処理を施した加工面のＳＥＭ写真である。
【図３】金属製キャリア本体をピーニング加工処理およびピーニング加工処理後ブラスト加工処理した表面の粗さと、その上に形成したＤＬＣ薄膜の断面模式図であり、（ａ）は、ショットピーニング加工処理後、その表面にＤＬＣ薄膜が形成された場合、（ｂ）は、ショットピーニング加工処理後、ブラスト加工処理した面にＤＬＣ薄膜が形成された場合である。
【図４】ショットピーニング加工層の表面粗さ表示におけるスキューネス値（Ｒｓｋ）を示す模式図である。
【図５】シリコンウエハの研磨用キャリア本体にＤＬＣ薄膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置の概略図である。
【図６】引掻き試験部後のＤＬＣ薄膜表面状態を示す拡大写真である。（ａ）はポリッシング面に対し、（ｂ）はショットピーニング加工層に対し、また（ｃ）はショットピーニング加工層に対して、さらにブラスト加工処理した面に対して、それぞれＤＬＣ薄膜を形成したものの引掻試験後の外観である。
【図７】ショットピーニング加工処理したＳＵＳ３０４鋼の剛性を試験した状況の概略図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ シリコンウエハの保持孔
２ 研磨材の供給孔
３ 外周歯
４ 抜き孔
５ ＤＬＣ薄膜を形成するキャリアの表面
２１ キャリア本体
２２ 凹凸層
２３ 突出部
２４ ショットピーニング加工処理時に発生する加工影響層
２５ ＤＬＣ薄膜
４１ 反応容器
４２ 被処理体（キャリア本体）
４３ 導体
４４ 高電圧パルス発生源
４５ プラズマ発生源
４６ 重畳装置
４７ａ、４７ｂ バルブ
４８ アース線
４９ 高電圧導入端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨布を取付けた上下一対の定盤の間に、半導体素子の基板となるシリコンウエハーなどの被研磨物を挟持し、その研磨布または被研磨物のいずれか、あるいは両者を圧接しながら摺動させることによって、該シリコンウエハの表面を研磨するために用いられる被研磨物保持用キャリアおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体工業などの分野では、シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ、アルミニウム製磁気ディスク基板、ガラス製磁気ディスクなどの製造プロセスにおいて、これらの部材表面を精密に研磨する処理工程がある。この処理においては、シリコンウエハなどの被研磨物を研磨する際に、被研磨物を保持するための、保持孔を有し外周縁部には両面研磨加工機のインターナルギアやサンギアと噛み合う外周歯を備えたキャリアを用いるのが普通である。
【０００３】
例えば、図１は、シリコンウエハを研磨する際に用いられる円板状のキャリア（ホルダーとも呼ばれる）の外観を示したものである。ここで１は、シリコンウエハの保持孔であって、該シリコンウエハの形状に合わせて複数個が設けられる。２は、微細な研磨粒子を懸濁させた水スラリからなる研磨剤供給孔であって、やはり複数個が設けられる。３は、キャリアの外周部に設けられた外周歯である。４は、キャリアそのものの重量を軽減するための種々の形状の抜き孔である。また５はＤＬＣ薄膜を形成するためのキャリア本体の表面である。
【０００４】
このキャリアは、そもそも、このシリコンウエハ自体が非常に薄い（０．５〜１ｍｍ未満）ため、キャリア本体もまた薄い材料で製作されていることに加え、シリコンウエハとともに一緒に研磨されることになるため、耐磨耗性に優れることが必要である。また、最近のシリコンウエハは、直径１２インチ（約３０ｃｍ）の大型ものが出現し、しかも１５基のキャリアに複数個のシリコンウエハを取り付けてあり、キャリアの大きさは、直径が１ｍを超えるような大型のものもある。このような大型のキャリアは、その取扱い時に大きな変形応力が加わるため、シリコンウエハが、破損したり脱落することが多いという問題があった。しかも、シリコンウエハの研磨時には、キャリア本体も研磨されることになるから、このときに発生する微細な金属系粒子がシリコンウエハの純度低下の原因となっていた。
とくに、高品質のシリコンウエハが求められている今日では、研磨によってキャリア本体から溶出する微量の金属イオンの存在さえ忌避される状況にあり、キャリア本体の材質の検討や表面処理皮膜の開発も重要な検討課題となっている。
【０００５】
キャリアのもつ上記のような課題を解決するため、従来、かかるキャリアの構成について次に示すような提案がなされている。例えば、特許文献１、２では、非金属質のガラス繊維で強化した高分子材料を用いたものが開示され、また、特許文献３では、ステンレス鋼、ＳＫＨ鋼、ＳＫＤ鋼、ＳＵＪ鋼などの金属材料を用いることが開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、キャリア表面にセラミックコーティングを施した金属製キャリアが開示され、特許文献５には表面に金属めっきを被覆したＳＫ鋼製キャリアが開示されている。さらに特許文献６には、金属製キャリアの表面にセラミック粒子を溶着した後、その上にＤＬＣ薄膜（ダイヤモンド・ライク・カーボンの薄膜）を被覆する技術が開示され、そして、特許文献３、７では、金属製キャリアの表面に直接、そのＤＬＣ薄膜を形成する技術を提案している。
【特許文献１】特開２００１−０３８６０９号公報
【特許文献２】特開平１１−０１０５３０号公報
【特許文献３】特許第３９７４６３２号公報
【特許文献４】特開平４−２６１７７号公報
【特許文献５】特開２００２−０１８７０７号公報
【特許文献６】特開平１１−０１０５３０号公報
【特許文献７】特開２００５−２５４３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上掲の従来技術のうち、特許文献３、７に開示されている、いわゆる、金属製キャリア本体の表面にＤＬＣ薄膜を被覆形成する方法では、該キャリア本体の表面をポリッシングすること、即ち、鏡面仕上げ処理したものが用いられている。このことは、これらの特許文献３、７に開示のキャリア本体は、その表面に形成するＤＬＣ薄膜の厚さが、０．１μｍ〜２０μｍと極めて薄いことから、基材表面を鏡面に仕上げる必要があったことを意味している。即ち、これらの技術の場合、ポリッシングと称される鏡面仕上げをしておかないと、０．１μｍ程度であるＤＬＣ薄膜を均等に被覆形成することができないからである。
【０００８】
しかし、発明者らの研究によると、鏡面仕上げしたキャリア本体の場合、その鏡面上にＤＬＣ薄膜を形成すると、次のような問題があることがわかった。
（１）キャリア本体表面の鏡面仕上げには、多くの作業時間を要し、コストアップとなる。特に０．１μｍ厚さのＤＬＣ薄膜を形成する際、僅かな研磨痕が存在しても、その箇所がＤＬＣ薄膜の欠陥原因となることが多い。
（２）ＤＬＣ薄膜は、炭化水素系のガスから生成する炭素と水素を主成分とするアモルファス状の固形物であるから、成膜時に大きな残留応力を内蔵しており、剥離しやすいという問題がある。とくに、板厚の薄い大きなキャリア本体の場合、大きな変形応力を受けやすいので、この本体表面に被覆したＤＬＣ薄膜が鏡面だと、よけいに剥離しやすくなる。この点、特許文献３では、ＤＬＣ薄膜の残留応力を０．５ＭＰａ以下に制限することを提案しているが、そのためのプラズマＣＶＤ法の開発には多くの困難がある。
（３）ＤＬＣ薄膜のみを再成させる場合、残存するＤＬＣ薄膜の除去が困難な上に、さらに鏡面仕上げをしていくために長時間を要し、作業能率の低下を招いて、製品のコストアップを招く。
（４）このように、近年、キャリアは大型化している上、薄い金属で製作されており、さらに、大小さまざまな孔を多数配設しているため、その取扱い時に大きく変形することが避けられず、ＤＬＣ薄膜に割れや局部剥離が発生しやすいという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を克服できるキャリアの構成と、それの有利な製造方法を提案することにある。
【００１０】
特に本発明では、キャリア本体へのＤＬＣ薄膜の密着力が大きく、その本体の剛性が高いハンドリング性に優れ、研磨効率の優れたキャリアと、それを効率的に製造することができる技術の確立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来技術が抱えている前記課題を解決し、上記目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べるような知見を得た。
（１）キャリア本体の表面を鏡面仕上げせず、逆に、球状のショット（粒子）を吹き付けることにより、被処理面に凹凸層の形成と共に加工影響層を形成する表面改質処理（いわゆる、「ピーニング加工処理」）を施すことにより、該処理面を微細な球形窪みによって形造られた凹凸層にすると同時に、該表面に圧縮残留応力や加工硬化のいずれか１以上を発現させた加工影響層を形成した上で、その表面にＤＬＣ薄膜を被覆形成すると、該ＤＬＣ薄膜の付着力を著しく向上させることができる。
（２）キャリアは、上記ピーニング加工処理によって、本体表面に、加工影響層が生成するので、該キャリア本体の剛性を高めることができ、キャリア本体が変形するのを防ぐことができる。
（３）ピーニング加工層の上に形成したＤＬＣ薄膜は、そのピーニング加工層の影響を受けて、ミクロ的には緩やかな凹凸が形成されることから、シリコンウエハ研磨時には研磨材粒子が凹部に滞留することとなって研磨効率が向上する。
（４）アモルファス状の固形膜からなるＤＬＣ薄膜は、水素含有量を１２〜３０ａt％（原子％）に制御した場合、ＤＬＣ薄膜自体に耐磨耗性とともに柔軟性を付与される。
【００１２】
このような知見の下で開発した本発明は、表面にショットピーニング加工層を有する金属製キャリア本体を、そのショットピーニング加工層を介してＤＬＣ薄膜にて被覆形成してなることを特徴とする被研磨物保持用キャリアである。
【００１３】
なお、本発明の被研磨物保持用キャリアにおいては、
（１）前記ショットピーニング加工層は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層からなると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層となった層であること、
（２）前記ショットピーニング加工層は、表面粗さが、Ｒａ値で０．１５〜１．５０μｍ、Ｒｚ値で１．５５〜６．０μｍの範囲内に調整された層であること、
（３）前記ショットピーニング加工層は、その表面の前記凹凸層中に、ショットよりも微細な方形研削粒子を吹き付けることによって形成される微細粗面化層が重畳して形成された層であること、
（４）前記ショットピーニング加工層は、表面粗さＲｓｋ値が±1未満の範囲にあること、（５）前記ＤＬＣ薄膜は、前記ショットピーニング加工層の粗さＲｚを超え２０μｍ以下の膜厚を有すること、
（６）前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなる皮膜であること，
（７）前記金属製キャリア本体は、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、ＳＫ鋼、ＳＫＨ鋼などの特殊鋼のうちから選ばれるいずれか一種以上の金属・合金からなること、
が好ましい解決手段である。
【００１４】
なお、本発明は、金属製キャリア本体の表面に、球形粒子からなるショットを吹き付けることにより、球形窪みによって形造られた凹凸層からなるショットピーニング加工層を形成し、そのショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成することを特徴とする被研磨物保持用キャリアの製造方法を提案する。
【００１５】
なお、本発明の被研磨物保持用キャリアの製造方法においては、
（１）金属製キャリア本体の表面に、球形の粒子からなるショットを吹き付けることにより、ショットピーニング加工層を形成し、その後、そのショットピーニング加工層の表面に、ショット粒よりも小さい方形研削粒子を吹き付けて微細な粗面化処理層を重畳させて形成し、その後さらに、粗面化処理層を含むショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ膜を被覆形成すること、
（２）ショットまたは研削粒子の吹付けは、０．２１〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて、該ショットならびに研削粒子については金属製キャリア本体の表面に対して、６０〜９０°の方向から吹付けを行うこと、
（３）前記ショットピーニング加工層は、鋳物、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスから選ばれるいずれか一種以上の球形粒子からなるショットを吹き付けることにより得られる、キャリア本体の表面に球形窪みによって形造られた微細な凹凸層であると同時に、圧縮残留応力の付加もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方を発現させた加工影響層となった層であること、
（４）前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなるものであること、
（５）前記ＤＬＣ薄癖は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれか一種の方法により、キャリア本体の表面に被覆形成すること、
が好ましい実施形態である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記解決手段を採用することによって、次のような効果が得られる。
（１）本発明において採用するショットピーニング加工処理は、従来技術の鏡面仕上げ処理に比較して容易であり、処理時間が短縮されるため生産性が向上する。
（２）本発明において、ショットピーニング加工層上にはＤＬＣ薄膜が形成され、接着面積が広がるため、鏡面仕上げされている従来のＤＬＣ薄膜に比、薄膜の密着力が大きい。
（３）上記ショットピーニング加工層は、キャリア本体表面に対し、球形のショットを吹き付けて形成されるので、少なくともその表面は加工硬化等の加工影響層が生じることに加え、圧縮残留応力も発生するため、該キャリア本体の剛性が上昇する。その結果、キャリア本体の取扱い時に、変形するようなことがなくなり、ハンドリング等が容易になる他、疲労強度も向上する。
（４）本発明に係るキャリアは、取扱い時の変形が少ないので、その表面に形成したＤＬＣ薄膜に大きな残留応力が発生しても剥離するようなことがなくなる。その結果、ＤＬＣ薄膜の形成方法として、プラズマＣＶＤ法だけでなく、イオン化蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマブースター法、など多くの方法を採用することができる。
（５）本発明によれば、取扱い時の変形が少ないキャリアが得られるので、これに取付けたシリコンウエハは、変形に伴う応力を受けにくくなる。そのため、従来のように、取扱
い時にシリコンウエハがキャリアから外れるようなことがなくなる。
（６）本発明において、ショットピーニング加工層上に形成されたＤＬＣ薄膜は、キャリア本体表面の影響を受けて、微視的な凹凸を保ちつつ、シリコンウエハの研磨に必要な平坦度を有する表面となるため、シリコンウエハを研磨する際に、水スラリ研磨剤に含まれているコロイダルシリカなどの超微粒子（０．０１〜０．１μｍ）が凹部に残留しやすくなる。しかも、このような凹部はＤＬＣ薄膜表面に均等に存在するため、シリコンウエハの研磨効率が向上するのみならず、研磨自身も均等に行われ品質も改善される。
（７）上記ショットピーニング加工処理は、新しいキャリア本体に対するＤＬＣ薄膜の形成時のみならず、ＤＬＣ薄膜の除去法としても極めて有効であるから、これがそのままＤＬＣ薄膜の再成用の前処理としても使用することができ、コスト的に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る被研磨物保持用キャリアの構成について、製造方法の説明に併せて説明する。
（１）金属製キャリア本体表面にショットピーニング加工層を形成するための処理
本発明では、金属製キャリア本体の表面に対して、粒径が数μｍ〜数ｍｍの金属や非金属の球形のショットを圧縮空気を利用して吹き付け、被加工面（キャリア本体表面）を叩きながら無数の微小な窪み（痕）を生成させる冷間加工（ショットピーニング加工）を行い、得られたそのショットピーニング加工層の上にＤＬＣ膜を形成したキャリアである。本発明では、さらに必要に応じて、そのショットピーニング加工層の表面に対して、ショットよりも小さく、粒径が数μｍ〜２０μｍ程度のＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３などの多角形状、好ましくは鋭角な角部を有する方形研削粒子を吹き付けて、より微細な粗面化処理を行ってもよい。
【００１８】
ショットピーニングのためのショットとしては、鋳鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスなどの球形の粒子を使用することができ、一方、粗面化処理（ブラスト加工処理）のための研削粒子としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳiＯ２、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの硬質のセラミック質方形粒子が好適であり、また、その粒径はショットピーニング加工に用いた球形粒子より小さい粒子を用いる。その理由は、ショットピーニング加工用の球形粒子より大きな方形研削粒子を用いると、処理面の粗さが大きくなるとともに、凹凸面が粗大化して、ＤＬＣ膜用の処理面として不適切な面となるからである。さちに粗大な粗面化では、ショットピーニング加工処理による基材表面の圧縮応力の発生や加工硬化などの効果が消失するうえ、研削粒子によって発生する大きな凹部は薄いキャリア本体を取扱う際に切り欠け効果を発揮して、キャリア本体の曲げ変形時などにおいて永久変形を誘発するおそれがあるからである。
【００１９】
なお、図２は本発明に係るショットピーニング加工処理層（ａ）（ｂ）とさらにそのショットピーニング処理加工面に対してさらに、微細な方形研削粒子を吹き付けるブラスト加工処理を施した、ＳＵＳ３０４鋼製キャリア本体の表面（ｃ）（ｄ）を電子顕微鏡で観察した図である。本発明に適合するショットピーニング加工層（ａ）（ｂ）は、表面の全域にわたって小さな窪みが均等に発生している。この小さな窪み面の生成によって、キャリア本体の表面には圧縮応力が発生するとともに、加工硬化現象が顕在化するため、キャリア本体の剛性が増大し、薄いＳＵＳ３０４鋼製のキャリア本体を取り扱う場合に発生する“曲り”、“たわみ”などの変形を軽減させることができる。
【００２０】
本発明では、必要に応じてさらに、前記ショットピーニング加工層に対して微細なＳｉＣなどの方形の研削粒子を吹き付けて得られるブラスト加工層（ｃ）（ｄ）のような微細な凹凸層を重畳して形成してなる粗面とすることがさらに効果的である。このような凹凸が重畳してなる粗化面は、この表面に形成するＤＬＣ膜と強い密着強さを発揮するため、キャリア本体に多少の変形や引張り、圧縮などの負荷が加味されても、ＤＬＣ膜が剥離しにくくなる効果を発揮する。
上記したところからわかるように、本発明では、後で行うブラスト加工処理を行っても、先のショットピーニング加工処理時に出現した大きな球形窪みの輪郭はそのまま残存しており、両者は重なり合った凹凸層となり、２つの処理効果が重畳して作用することになる。
【００２１】
以下は、金属製キャリアとして、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた例について説明する。金属製キャリアは、一般に、０．５〜１．０ｍｍ程度の厚さに仕上げられ、その外観は、図１に示したように、大小幾つもの円形または不定形な孔が配設されているものである。このように金属製キャリアは、薄いため、これを持ち運びする際に、大きく湾曲（変形）するという特性がある。
【００２２】
そこで、本発明は、図１に示すキャリア本体の表面にまず、上述した球形粒子からなるショットを吹き付けるショットピーニング加工処理を施すことにより、該キャリア本体の表面にピーニング加工層を生成させることにした。このショットピーニング加工処理において用いられる球状のショットとしては、ＪＩＳ Ｂ２７１１に記載されている金属の他、上述した各種の球形粒子、例えば、ガラス、セラミックスなどの硬質粒子をはじめ、炭化物や酸化物に対して、ＮｉやＣｏなどとのサーメット（平均粒径５〜８０μｍ）などが用いられ、これらのショットを圧力０．２〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて被加工面に吹き付けることにより、下記の粗さを有するショットピーニング加工層を形成する方法である。
（ａ）算術平均粗さＲａ：０．１５〜１．５０μｍ、
（ｂ）十点平均粗さＲｚ：１．５５〜６．００μｍ、
【００２３】
なお、圧縮空気の圧力が０．２ＭＰａより低い場合には、ショットピーニング加工処理の時間が長くなるうえ、均等な粗化面が得られにくい。一方、０．５ＭＰａより強い圧力の圧縮空気を用いると金属製キャリア本体が変形するので好ましくない。
【００２４】
また、本発明で適用される好ましい前記ショットピーニング加工処理の条件としては、前記のガラスやセラミック粒子、サーメット粒子、その他の硬質粒子（Ｈｖ：２００〜１５００）を、飛行速度Ｖ：（３０〜１００）ｍ／ｓｅｃ以上の速度で、キャリア本体の表面（被加工面）に６０〜９０°の方向から吹き付けことにある。
【００２５】
このような吹き付け条件にて、該キャリア本体表面に、球形窪みによって形造られた凹凸層が形成されると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか一方が発現した加工影響層となった層が得られる。この処理において、吹き付け粒子の硬さがＨｖ：２００未満、もしくはそれの飛行速度が３０ｍ／ｓｅｃ以下では、本発明において望ましいショットピーニング加工層の形成ができなくなる場合がある。なお、上記の硬さは、キャリア本体の材質によっても変わるので、一概に規定はできないが、望ましくＨｖ≧９００、そして飛行速度Ｖについては、Ｖ：８０ｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは１００ｍ／ｓｅｃ以上とすることがよい。
【００２６】
本発明において、これらの粗さ値に着目した理由を説明する。ショットピーニング用吹き付け粒子（ショット）の吹き付け面、即ち、ショットピーニング加工処理によって形成されたショットピーニング加工層の表面を、触針式粗さ検査機で測定すると、ＲａとともにＲｚも同様に記録することができる。発明者等が行った測定の結果によると、Ｒａは小さくともＲｚは常に大きく、本発明が推奨する表面粗さ範囲内では、ＲｚはＲａの７倍以上に達するものが多い。
【００２７】
図３は、本発明に係る上述したショットピーニング加工処理を行った後、その処理表面に、ＤＬＣ膜を形成した場合の断面模式図を示したものである。ここで図３（ａ）は、ショットピーニング加工処理後、その表面にＤＬＣ膜を形成したもので、基材の表面には球形ショットをトレースした船底型の窪みによって形成された凹凸を生成していると同時に、その基材側には残留応力の発生源や加工硬化源となる加工影響層が同時に形成されることとなる。なお、ショットピーニング加工処理の被加工面には、Ｒｚで表示される突起部も存在する。
【００２８】
一方図３（ｂ）は、ショットピーニング加工処理の後、さらにその表面をショットよりも粒径の小さい方形研削粒子を吹き付けるブラスト加工処理を施して、大小の凹凸層が重畳して存在するショットピーニング加工層とした上に、ＤＬＣ膜を形成した場合の断面模式図を示したものである。この図に示すように、後発のブラスト加工処理の効果によって、ブロードな球形窪みによる大きな凹凸層と小さな凹凸層とが重畳して現れた粗面が現出し、ＤＬＣ膜との接合面積が飛躍的に向上する。ただし、本発明では、後発のブラスト加工処理を行っても、先行するショットピーニング加工処理時の加工影響層はそのまま残存しているので、基材の剛性は維持できている。
【００２９】
なお、図３において２１はキャリアである基材、２２ははショットピーニング加工処理によって生成する凹凸層、２３は表面粗さ時に測定されるＲｚ値に相当する突出部、２４はショットピーニング加工処理時に発現する加工影響層、２５はＤＬＣ膜、そして、２６はブラスト加工処理によって生成した粗面化層を示すものである。
【００３０】
本発明では、ショットピーニング加工処理後に、必要に応じて、さらに、バフや＃１０００以上の研磨紙を用いて軽く研磨することによって、主に凸部のみを除去して、Ｒｚ粗さ値を調整してもよい。
【００３１】
なお、ショットピーニング加工層の表面粗さＲａを０．１５〜１．５０μｍの範囲に規制する理由は、０．１５μｍ未満ではショットピーニング加工処理の効果が薄く、一方、１．５０μｍより大きいと、その上に形成されるＤＬＣ薄膜の均一性が欠けるか、成膜条件によっては凸部２５が露出し易く、ＤＬＣ薄膜被覆の効果が乏しくなるからである。
【００３２】
次に、本発明では、ショットピーニング加工層の粗さ特性として、Ｒｓｋ値についても、所定の管理値の範囲内になるようにすることが好ましい。即ち、このショットピーニング加工層の粗さについて、その高さ方向のゆがみを示す粗さ曲線のスキューネス値（Ｒｓｋ）を用いて管理することとした。
【００３３】
このＲｓｋ値は、下記式に示すとおり、基準長（Ｉｒ）における高さ（Ｚ（Ｘ））の三乗平均を二乗平均率方根の三乗（Ｒｑ３）で割ったもので定義されるものである。
【００３４】
なお、Ｒｓｋ値が、図４に示すように、凸部に対して凹部の部分が広い粗さ曲線では、確立密度関数が凹部の方へ偏った分布となるが、これを正値とし、その逆を負債と定義されているが、本発明ではＲｓｋ値の正負に困係なく、その“ゆがみ”を±１以下に規制することにした。
【００３５】
本発明において、ピーニング加工層の粗さのうち、Ｒｓｋ値を重視する理由は、ピーニング加工層の表面粗さの大小に関係なく、そのＲｓｋ値がＤＬＣ薄膜の表面性状を示す数値と考えられるからである。
【００３６】
例えば、ステンレス鋼基材の表面を電解研磨によって鏡面に仕上げたものと、研削粒子を吹き付けるピーニング加工処理を施したものについて、これらの表面の表面粗さを測定すると、表１に示すような結果が得られた。
【００３７】
【表１】
【００３８】
なお、表１に示すＲａ、Ｒｚなどの表面粗さの測定値は、粗さのそのものを示しているが、Ｒｓｋ値については粗さというよりもむしろ、測定面の“ゆがみ”を表わしているパラメータである。そこで、発明者らは、表面粗さＲａ、Ｒｚだけではなく、必要に応じてさらにＲｓｋ値をも規制することにした。
【００３９】
また、本発明者らの研究によると、本発明に従い、ショットピーニング加工層上に形成されたＤＬＣ薄膜については、シリコンウエハ研磨用キャリアの性能に大きな影響を与えることがわかった。即ち、Ｒｓｋ値が±１未満を示すショットピーニング加工層をもつステンレス鋼製キャリアに被覆形成されたＤＬＣ薄膜は、Ｒｓｋ値の影響を受けてミクロ的な緩やかな“ゆがみ”を持つようになる。この“ゆがみ”の凹部に相当するところに、コロイダルシリカのような微細なシリコンウエハ用研磨材が滞留し、この研磨材粒子が該シリコンウエハの研磨効率を向上させるものと考えられる。
とくに、そうした研磨材粒子の滞留部は、ＤＬＣ薄膜全体にわたって均等に分布しているので、シリコンウエハの研磨も単に効率の向上にとどまらず、研磨面全体が均等に研磨されることとなる。
【００４０】
（２）ショットピーニング加工処理の効果
ピーニング加工処理を施した金属製キャリア本体には、次のような特徴がある。
（ａ）ショットピーニング加工処理によって、キャリア本体の被加工面は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層となるほか、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層も顕れるため、キャリア本体の剛性が高まる。その結果、キャリアを運搬したり、取り扱う時に生じる“撓み”や“ねじれ”などの変形が抑えられるようになる。従って、キャリア本体の表面を鏡面仕上げしたものに比べると、その表面に形成したＤＬＣ薄膜に発生する割れや剥離現象による損傷率を低下させることができる。
【００４１】
これに対し、鏡面仕上げした従来のキャリア本体表面のＤＬＣ薄膜の場合、鏡面にしたことによって、損傷の発生率が高くなるため、成膜時残留応力を０．５ＭＰａ以下に制限している（例えば、特許文献３）。この点、本発明の方法に従ってピーニング加工層を形成した場合、そのような制約がなくなる。その結果、ＤＬＣ薄膜の形成に当たっては、プラズマＣＶＤ法だけでなく、イオン化蒸着法やアークイオンプレーティング法、プラズマブースター法など多く方法が採用可能になる。
【００４２】
（ｂ）キャリア本体表面に形成したショットピーニング加工層の場合、その上に形成するＤＬＣ薄膜との接合面積が拡がるので、薄膜密着強さが増大し、多少の変形や引張り、圧縮などの負荷に対しても剥離しにくくなる。特にショットピーニング加工処理の後、その処理面に対してさらに微細な研削粒子を吹き付るブラスト加工処理を行って、大小凹凸層が重畳する複合溝にした場合には、両者の効果が複合的に顕在化するため、ＤＬＣ膜の密着性は一段と向上する。この場合、ショットピーニング加工処理は主としてキャリア本体の変形や“ねじれ”防止、ブラスト加工処理はＤＬＣ膜の密着性向上作用を強く受け止めることとなる。
【００４３】
（ｃ）ショットピーニング加工処理に要する時間は、キャリア本体の表面を鏡面研磨する場合に比較して短いため、作業効率が向上するのに加え、ＤＬＣ薄膜を備えたキャリアを再使用する場合の前処理（古いＤＬＣ薄膜を除去する処理にも使用できる）としても適用可能である。
【００４４】
（３）キャリア本体（基材）について
上述したショットピーニング加工処理の効果を上げるためのキャリア本体としては、次のものが考えられる。例えば、ＳＵＳ３０４を代表とする各種ステンレス鋼、チタンおよびチタン合金、アルミニウムおよびその合金、ＳＫ鋼、ＳＫＨ鋼、ＳＵＪ鋼などの特殊鋼などが特に好適である。
【００４５】
（４）ＤＬＣ薄膜の被覆形成方法
ショットピーニング加工層を有するキャリア本体の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成する方法およびその装置について具体的に説明する。本発明では、イオン化蒸着法、アークイオンプレーティング法、プラズマブースター法および高周波・高電圧パルス重畳型プラズマＣＶＤ法（以下、単に「プラズマＣＶＤ法」という）の何れかの方法によってＤＬＣ薄膜の形成が可能である。ただし、以下の説明は、プラズマＣＶＤ法について説明する。
【００４６】
図５は、前述のような処理を経てショットピーニング加工層が形成されたキャリア本体の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成するために用いられるプラズマＣＶＤ装置の略線図である。プラズマＣＶＤ装置は、主として、接地された反応容器４１と、この反応容器４１内に高電圧パルスを印加するための高電圧パルス発生電源４４、被処理体（以下、「キャリア本体」という）４２の周囲に単価水素系ガスプラズマを発生させるためのプラズマ発生電源４５が配設されているほか、導体４３およびキャリア本体４２に高電圧パルスおよび高周波電圧の両方を同時に印加するための重畳装置４６が、高電圧パルス発生電源４４とプラズマ発生電源４５との間に介装配置されている。なお、導体４３およびキャリア本体４２は、高電圧導入部４９を介して重畳装置４６に接続されている。
【００４７】
このプラズマＣＶＤ装置は、反応容器４１内に成膜用の有機系ガスを導入するためのガス導入装置（図示せず）および、反応容器４１を真空引きする真空装置（図示せず）が、それぞれバルブ４７ａおよび４７ｂを介して反応容器４１に接続される。
【００４８】
このプラズマＣＶＤ装置を用いて、被処理体の表面にＤＬＣ薄膜を成膜させるには、まず、キャリア本体４２を反応容器４１内の所定位置に設置し、真空装置を稼動させて該反応容器４１内の空気を排出して脱気した後、ガス導入装置によって有機系ガスを該反応容器４１内に導入する。
【００４９】
次いで、プラズマ発生用電源４５からの高周波電力をキャリア本体４２に印加する。なお、反応容器４１は、アース線４８によって電気的に中性状態にあるため、キャリア本体４２は、相対的に負のプラズマ中のプラスイオンは、負に帯電したキャリア本体４２のまわりに発生することになる。
【００５０】
そして、高電圧パルス発生装置４４からの高電圧パルス（負の高電圧パルス）をキャリア本体４２に印加すると、有機系導入ガスプラズマ中のプラスイオンは、該キャリア本体４２の表面に誘引吸着される。このような処理によって、キャリア本体４２の表面に、ＤＬＣ薄膜が生成して薄膜が形成される。即ち、反応容器４１内では、最終的には炭素と水素を主成分とするアモルファス状炭素水素固形物からなるＤＬＣ薄膜が、キャリア本体４２のまわりに気相析出し、該処理体４２表面を被覆するようにして皮膜形成するものと考えられる。
【００５１】
発明者等は、上記プラズマＣＶＤ装置により、被処理体表面に形成されるアモルファス状炭素水素固形物からなるＤＬＣ薄膜の層は、以下の（ａ）〜（ｄ）のプロセスを経て形成されるものと推測している。
【００５２】
（ａ）導入された炭化水素ガスのイオン化（ラジカルと呼ばれる中性な粒子も存在する）がおこり、
（ｂ）炭化水素ガスから変化したイオンおよびラジカルは、負の電圧が印加されたキャリア本体４２の表面に衝撃的に衝突し、
（ｃ）衝突時のエネルギーによって、結合エネルギーの小さいＣ−Ｈ間が切断され、その後、活性化されたＣとＨが重合反応を繰り返して高分子化し、炭素と水素を主成分とするアモルファス状の炭素水素固形物を気相析出し、
（ｄ）そして、上記（ｃ）の反応が起こると、キャリア本体４２表面には、アモルファス状炭素水素固形物の堆積層からなるＤＬＣ薄膜が形成されることになる。
【００５３】
なお、この装置では、高電圧パルス発生電源４４の出力電力を、下記（ａ）〜（ｄ）のように変化させることによって、キャリア本体４２に対して金属等のイオン注入を実施することもできる。
（ａ）イオン注入を重点的に行う場合：１０〜４０ｋＶ
（ｂ）イオン注入と皮膜形成の両方を行う場合：５〜２０ｋＶ
（ｃ）皮膜形成のみを行う場合：数百Ｖ〜数ｋＶ
（ｄ）スパッタリングなどを重点的に行う場合：数百Ｖ〜数ｋＶ
【００５４】
また、前記高電圧パルス発生源４４では、
パルス幅：１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ
パルス数：１〜複数回のパルスを繰り返すことも可能である。
【００５５】
また、プラズマ発生用電源４５の高周波電力の出力周波数は、数十ｋＨｚ〜数ＧＨｚの範囲で変化させることができる。
【００５６】
このプラズマＣＶＤ処理装置の反応容器４１内に導入させる成膜用有機系ガスとしては、以下の（イ）〜（ハ）に示すような炭素と水素からなる炭化水素系ガスを用いる。
【００５７】
（イ）常温（１８℃）で気相状態のもの
ＣＨ４、ＣＨ２ＣＨ２、Ｃ２Ｈ２、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ３、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３
（ロ）常温で液相状態のもの
Ｃ６Ｈ５ＣＨ３、Ｃ６Ｈ５ＣＨ２ＣＨ、Ｃ６Ｈ４（ＣＨ３）２、ＣＨ３（ＣＨ２）４ＣＨ３、Ｃ６Ｈ１２、
Ｃ６Ｈ４Ｃｌ
【００５８】
上記の反応容器４１内への導入ガスは、常温で気相状態のものは、そのままの状態で反応容器４１内に導入できるが、液相状態の化合物はこれを加熱してガス化させ、そのガス（蒸気）を反応容器４１内へ供給することによってＤＬＣ薄膜を形成することができる。
【００５９】
（５）本発明の下で形成されるＤＬＣ薄膜
上記のようにショットピーニング加工層を設けてなるキャリア表面に形成するＤＬＣ薄膜は、次に示すような特性を有する。
（ａ）前記ＤＬＣ薄膜を構成する炭素と水素含有量の比率
ＤＬＣ薄膜は、硬く耐摩耗性に優れているものの柔軟性に欠ける特性がある。このため、キャリア本体のように全体が大きくかつ薄い金属等でつくられ、しかも大小さまざまな孔が複数個設けられているものに対し、ＤＬＣ薄膜を被覆すると、キャリアの持ち運び時に大きく変形したときに、延性に乏しいＤＬＣ薄膜にクラックが発生したり、ときには剥離することがある。この対策として、本発明ではＤＬＣ薄膜を構成する炭素と水素の割合に注目し、特に、水素含有量を全体の１２〜３０原子％（ａｔ％）に制御することによって、ＤＬＣ薄膜に耐磨耗性とともに柔軟性を付与することとした。具体的には、このＤＬＣ薄膜中に含まれる水素含有量を１２〜３０原子％（ａ t％）とし、残部を炭素含有量とした。このような組成のＤＬＣ薄膜を形成するには、成膜用の炭化水素系ガス中に占める水素含有量が異なる化合物を混合することによって果すことができる。
【００６０】
（ｂ）ＤＬＣ薄膜の表面性状
本発明では、前記ＤＬＣ薄膜でも、十分な耐食性、耐摩耗性を示すと同時に、柔軟性を
付与することができ、シリコンウエハの研磨用キャリアとして十分に実用可能である。
【実施例】
【００６１】
（実施例１）
この実施例では、ＳＫ鋼基材の表面を鏡面仕上したものと、ショットピーニング加工処理によって各種の表面粗さに仕上げられたショットピーニング加工層に対して、直接、膜厚の異なるＤＬＣ薄膜を形成した。次いで、これらの試験片を塩水噴霧試験に供して、基材の表面粗さとＤＬＣ薄膜の耐食性を調査した。
【００６２】
（１）供試基材
供試基材はＳＫ鋼（ＳＫ６０の焼きなまし材）とし、この基材から幅５０ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ２ｍｍの試験片を作成した。その後、その試験片の全面に対して下記の前処理を実施したものについての表面粗さを示す。
（イ）ショットピーニング加工処理は、Ｒａ：０．１５〜１．５５μｍ Ｒｚ：１．５５〜８．５５μｍの粗さにした。
なお、この処理は、球形のショットとして粒径範囲２〜２０μｍのガラスビーズを用い、これを０．３ＭＰａの圧縮空気を用いて吹き付けたものである。なお、一部の試験片については、ショットピーニング加工処理後、ＳｉＣ粒子によるブラスト加工処理を施したものを準備した。
（ロ）参考のために、鏡面仕上げに当たる以下の実験を行った。
（ａ）電解研磨 Ｒａ：０．０１〜０．０１３μｍ Ｒｚ：０．１４μｍ〜０．１６μｍ
（ｂ）バフ研磨 Ｒａ：０．０１３〜０．０１５μｍ Ｒｚ：０．２０〜０．２９μｍ
（２）ＤＬＣ薄膜の形成方法と膜厚
ＤＬＣ薄膜の形成にはプラズマＣＶＤ法を用い、全ての試験片に対して、０．５〜２０μｍ厚のＤＬＣ薄膜を形成させた。
（３）試験方法およびその条件
ＤＬＣ薄膜を形成させた試験片をＪＩＳ Z２３７１規定の塩水噴霧試験に９６時間供し、試験後のＤＬＣ薄膜表面に発生する赤さびの有無を調査した。
（４）試験結果
試験結果を表２に要約した。この結果から明らかなように、本発明法に従うショットピーニング加工処理によって粗面化した基材上に形成した試験片のＤＬＣ薄膜では、表面粗さの影響を受け、Ｒａ値またはＲｚ値より薄いＤＬＣ薄膜（No．１、２、３、４、５、６）では耐食性が十分でなく、赤さびの発生がみられた。しかし、ショットピーニング加工層上のＤＬＣ薄膜でも表面粗さのＲｚ値よりも厚く成膜したもの（No．１〜６）では赤さびの発生はなく、十分な耐食性を発揮することが確認できた。
なお、参考例として用いた電解研磨面（No．７、８）およびバフ研磨面（No．９、１０）の表面に形成したＤＬＣ薄膜試験片は０．５μｍの膜でも赤さびの発生は認められなかった。
【００６３】
このことから、参考例として示す鏡面状態にある電解研磨やバフ研磨と同じく、本発明のショットピーニング加工処理を行った場合であっても、少なくともＲｚ粗さ値よりも大きく、２０μｍ以下の厚さのＤＬＣ薄膜を形成すれば、膜の耐食性に関しては、従来の鏡面にしたものと同等で全く遜色のない表面になることがわかった。
【００６４】
以上、ショットピーニング加工処理によって基材表面の粗さを、Ｒａ：０．１５〜１．５５μｍ、Ｒｚ：１．５５〜８．５５μｍとした場合、ＤＬＣ薄膜の厚さを２．０〜２０μｍの範囲内とすると共に、Ｒｚ値より大きい膜厚にした場合、基材成分の溶出のない皮膜形成が可能であることがわかった。
【００６５】
【表２】
【００６６】
（実施例２）
この実施例では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）基材の表面に、水素含有量を変化させたＤＬＣ薄膜を形成し、曲げ変形に対する抵抗およびその後の耐食性の変化について調査した。
【００６７】
（１）供試基材およびＤＬＣ薄膜の性状
供試試験片はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とし、この基材から寸法幅１５ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの試験片を作成した。その後、この供試基材の全面に対し、ショットピーニング加工処理を施してＲａ：０．１６〜１．０２μｍ、Ｒｚ：１．５８〜２．９９μｍの粗面化処理を行い、そのショットピーニング加工層における水素含有量が５〜５０原子％で、残部が炭素成分である試験片を、３．５μｍ厚に形成した。
（２）試験方法およびその条件
ＤＬＣ薄膜を形成させた試験片を１８０°に曲げ変形を与え（Ｕベンド形状）曲げ部のＤＬＣの外観状況を２０倍の拡大鏡で観察した。またその観察後の曲げ試験片を１０％ＨＣｌ水溶液中に浸漬し、室温２１℃で４８時間放置し、ＨＣｌ水溶液の中に溶出するイオンによる色調の変化を調べた。
（３）試験結果
表３に試験結果を要約した。この試験結果から明らかなように、水素含有量の少なくないＤＬＣ皮膜は（試験片No．１、２、３）は１８００の変形を与えるとクラックを発生したり、微小な面積であるが局所的に膜の脱落が見受けられた。これらのＤＬＣ薄膜は柔軟性に乏しいことが確認された。一方、曲げ試験後の試験片を１０％ＨＣｌ中に浸潰すると、クラックを発生したＤＬＣ薄膜（No．３）は、基材質のステンレス鋼から金属イオン（鉄を主成分とし、少量のC
rとＮｉを含む）が溶出し、ＨＣｌ水溶液は無色透明から黄緑色に変化した。
これに対して水素含有量を１．５〜５９原子％含むＤＬＣ薄膜（No．４〜８）を浸漬したＨＣｌ水溶液は、無色透明を維持しており、９００ の変形を与えても柔軟性を有する膜は形成初期の状態を保っていることがわかった。
ただ、ＤＬＣ薄膜中の水素含有量が多くなるほど軟質化するとともに、品質管理が困難となるので、本発明では水素含有量１３〜３０原子％の範囲を採用することとした。
【００６８】
【表３】
【００６９】
（実施例３）
この実施例では、ＳＫ鋼製基材の表面をバフ研磨によって鏡面仕上げしたものと、本発明にかかるショットピーニング加工処理を施した試験片の全面に対して各種の方法によってＤＬＣ薄膜を形成した。次いで、この試験片１８０°曲げ試験および塩水噴霧試験を行い、ＤＬＣ薄膜の曲げ変形に対する抵抗性と耐食性を調査した。
【００７０】
（１）供試基材とその表面処理
供試基材はＳＫ鋼（ＳＫ６０焼きなまし材）とし、この基材から幅１５ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚さ１．８ｍｍの試験片を作成した。その後この試験片の全面に対し、バフ研磨とショットピーニング加工処理を行った。それぞれの処理後の粗さは下記の通りであった。
（イ）バフ研磨面の表面粗さ Ｒａ：０．０２〜０．０８μｍ Ｒｚ：０．６６〜０．８１μｍ
（ロ）ショットピーニング加工層の表面粗さ Ｒａ：０．１５〜１．１２μｍ Ｒｚ：１．５８〜４．１０μｍ
（２）ＤＬＣ薄膜の試験方法
ＤＬＣ薄膜を形成させた試験片を、中央を基点として１８０°に曲げ（Ｕベンド形状）、その曲げ部のＤＬＣ薄膜の外観状況を２０倍の拡大鏡で観察した。また観察後の試験片をそのままの状態でＪＩＳ Ｚ２３７１規定の塩水噴霧試験に９６h r暴露して、ＤＬＣ薄膜の変化を調べた。
（４）試験結果
表４に試験結果を要約した。この試験結果から明らかなように、試験片の表面をバフ研磨し、その上にＤＬＣ薄膜を形成したもの（No．１、３、５、７）はいずれもクラックを発生したり、微小ながらＤＬＣ薄膜の剥離も認められた。ただN０．７のプラズマＣＶＤで形成されたＤＬＣ薄膜のみクラックの発生は非常に少なく、基材との密着性は良好であった。
【００７１】
一方、曲げ試験後に実施した塩水噴霧試験結果によると、ＤＬＣ薄膜にクラックや剥離が認められた試験片は全て赤さびが発生し、クラックが基材まで達して防食作用を消失している状況が観察された。これに対して曲げ試験によっても健全な状態を維持していた試験片は塩水噴霧試験においても赤さびを発生することなく、優れた耐食性を発揮した。この結果から、本発明に係るＤＬＣ薄膜はプラズマＣＶＤ法に限定されず、他の既存のＤＬＣ薄膜形成法に対して適用可能であることが確認された。
【００７２】
【表４】
【００７３】
（実施例４）
この実施例では、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を基材とし、その表面をバフ研磨（ポリッシング）した面と本発明に係るショットピーニング加工層およびショットピーニング加工層にさらにブラスト加工処理した面に対して、ＤＬＣ薄膜を形成したものの密着強さを評価した。
【００７４】
（１）供試基材と前処理
供試基材としてＳＵＳ３０４鋼から幅２５ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ３ｍｍの試験片を切り出し、下記の前処理を施した。
（イ）バフ研磨（ポリッシング）：Ｒａ：０．０１〜０．０１４μｍ Ｒｚ：０．１１〜０．１５μｍ
（ロ）ショットピーニング加工層：Ｒａ：１．０５〜１．４５μｍ Ｒｚ：４．８０〜５．８μｍ
（ハ）ショットピーニング後ブラスト加工層：Ｒａ：１．２５〜１．８８μｍ Ｒｚ：５．５５〜６．０μｍ
（２）ＤＬＣ薄膜の形成方法と膜厚
ＤＬＣ薄膜の形成には、プラズマＣＶＤ法を用い、すべての前処理試験片に対して、膜厚７μｍのＤＬＣ膜を形成した。なお、ＤＬＣ薄膜中の水素含有量は１８原子％残部は炭素である。
（３）試験方法
基材に対するＤＬＣ薄膜の密着強さは、塗膜の密着性試験として汎用されている描画試験（引掻試験）を用いた。すなわち、一定の荷重を負荷したダイヤモンド針でＤＬＣ薄膜に直線の切り傷を付け、このときに発生するＤＬＣ薄膜の剥離の有無とその程度によって密着強さを判定した。
（４）試験結果
試験結果を図６に示した。この写真はダイヤモンド針による引掻試験後のＤＬＣ薄膜の外観状況を示したものである。ポリッシング面に直接ＤＬＣ薄膜を形成した場合には、引掻傷に沿って多数のＤＬＣ薄膜の剥離部が存在し、薄膜の密着強さが低いことを示している。これに対してショットピーニング加工処理したり、またはその表面をさらにブラスト加工処理した面に形成したＤＬＣ薄膜は、いずれもダイヤモンド針による引掻傷は認められるものの薄膜の剥離は認められず、優れた密着強さを有していることが確認された。
【００７５】
（実施例５）
この実施例では、ショットピーニング加工処理によって前処理されたキャリア本体の剛性向上を定性的に調査するため実験を行った。
【００７６】
（１）供試基材と試験片
供試基材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用い、これらを幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ１ｍｍの試験片を切り出した。
（２）試験片に対するブラスト加工処理
試験片の片面に対して、次に示すようなショットピーニング加工処理を行ったが、比較用の試験片として、電解研磨したステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた。
（イ）ショットピーニング加工処理によって、基材表面の粗さＲａ：０．１５〜１．０５μｍ、Ｒｚ：１．５５〜５．９５μｍに粗面化されたもの
（ロ）電解研磨によって、Ｒａ：０．０１３μｍ、Ｒｚ：０１６μｍに鏡面仕上げされたもの
（３）試験方法
供試各種試験片を図７に示すように、試験片の一端を固定し、一方の先端部に１０００ｇの分銅を乗せ、その重みで垂れ下がる試験片先端の変化幅を測定した。
（４）試験結果
試験結果を表８に要約した。この結果から明らかなように、ショットピーニング加工処理によって粗面化された試験片（No．１〜４）は、鏡面化された比較例の試験片に比べて変位幅が少なく、変形しにくいことが認められた。
【００７７】
【表５】
【００７８】
（実施例６）
この実施例では、図１に示す形状のキャリア本体を用いて、直径２００ｍ、厚さ０．５ｍｍのＳｉウエハを研磨して、本発明にかかるＤＬＣ薄膜の効果を調査した。キャリア本体の全面に対して下記の前処理とＤＬＣ薄膜を形成した。
【００７９】
（１）本発明に係る前処理とＤＬＣ薄膜の性状
ショットピーニング加工処理によって、キャリア本体の表面を、Ｒａ：０．１５〜０．９８μｍ、Ｒｚ：１．５２〜４．９５μｍの粗面化させた後、その上に、水素含有量１８原子％を含むＤＬＣ薄膜を５μｍ厚に形成した。
（２）比較例の前処理とＤＬＣ薄膜の性状
バフ研磨によってキャリア本体の表面を、Ｒａ：０．０２〜０．１０μｍ、Ｒｚ：０．１１〜０．１６μｍの鏡面に仕上げた後、その上にＤＬＣ薄膜を５μｍ厚に形成した。このＤＬＣ薄膜中の水素含有量は１５原子％、残部は炭素である。
（３）試験結果
コロイダルシリカを研磨剤とする水スラリー研磨剤を用いて、シリコンウエハの研磨を行なった結果、本発明のＤＬＣ薄膜を形成したキャリア本体を用いた場合、シリコンウエハの表面を０．０１μｍ以下に仕上げるのに約２０分で終了したのに対し、比較例のＤＬＣ薄膜を被覆したキャリア本体では５８分を要した。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係るピーニング加工処理を前処理とするＤＬＣ薄膜形成技術は、Ｓｉ、ＧＡＰなどの半導体ウエハの研磨だけに限定されるものではなく、液晶ディスプレイガラス、ハードディスクなどの研磨用として応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】シリコンウエハ研磨用金属製キャリア本体の平面図である。
【図２】キャリア本体表面に対して各種の前処理を施した加工面のＳＥＭ写真である。
【図３】金属製キャリア本体をピーニング加工処理およびピーニング加工処理後ブラスト加工処理した表面の粗さと、その上に形成したＤＬＣ薄膜の断面模式図であり、（ａ）は、ショットピーニング加工処理後、その表面にＤＬＣ薄膜が形成された場合、（ｂ）は、ショットピーニング加工処理後、ブラスト加工処理した面にＤＬＣ薄膜が形成された場合である。
【図４】ショットピーニング加工層の表面粗さ表示におけるスキューネス値（Ｒｓｋ）を示す模式図である。
【図５】シリコンウエハの研磨用キャリア本体にＤＬＣ薄膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置の概略図である。
【図６】引掻き試験部後のＤＬＣ薄膜表面状態を示す拡大写真である。（ａ）はポリッシング面に対し、（ｂ）はショットピーニング加工層に対し、また（ｃ）はショットピーニング加工層に対して、さらにブラスト加工処理した面に対して、それぞれＤＬＣ薄膜を形成したものの引掻試験後の外観である。
【図７】ショットピーニング加工処理したＳＵＳ３０４鋼の剛性を試験した状況の概略図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ シリコンウエハの保持孔
２ 研磨材の供給孔
３ 外周歯
４ 抜き孔
５ ＤＬＣ薄膜を形成するキャリアの表面
２１ キャリア本体
２２ 凹凸層
２３ 突出部
２４ ショットピーニング加工処理時に発生する加工影響層
２５ ＤＬＣ薄膜
４１ 反応容器
４２ 被処理体（キャリア本体）
４３ 導体
４４ 高電圧パルス発生源
４５ プラズマ発生源
４６ 重畳装置
４７ａ、４７ｂ バルブ
４８ アース線
４９ 高電圧導入端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にショットピーニング加工層を有する金属製キャリア本体を、そのショットピーニング加工層を介してＤＬＣ薄膜にて被覆形成してなることを特徴とする被研磨物保持用キャリア。
【請求項２】
前記ショットピーニング加工層は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層からなると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層となった層であることを特徴とする請求項１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項３】
前記ショットピーニング加工層は、表面粗さが、Ｒａ値で０．１５〜１．５０μｍ、Ｒｚ値で１．５５〜６．０μｍの範囲内に調整された層であることを特徴とする請求項１または２に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項４】
前記ショットピーニング加工層は、その表面の前記凹凸層中に、ショットよりも微細な方形研削粒子を吹き付けることによって形成される微細粗面化層が重畳して形成された層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項５】
前記ショットピーニング加工層は、表面粗さＲｓｋ値が±1未満の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項６】
前記ＤＬＣ薄膜は、前記ショットピーニング加工層の粗さＲｚを超え２０μｍ以下の膜厚を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項７】
前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなる皮膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項８】
前記金属製キャリア本体は、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、ＳＫ鋼、ＳＫＨ鋼などの特殊鋼のうちから選ばれるいずれか一種以上の金属・合金からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項９】
金属製キャリア本体の表面に、球形粒子からなるショットを吹き付けることにより、球形窪みによって形造られた凹凸層からなるショットピーニング加工層を形成し、そのショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成することを特徴とする被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１０】
金属製キャリア本体の表面に、球形の粒子からなるショットを吹き付けることにより、ショットピーニング加工層を形成し、その後、そのショットピーニング加工層の表面に、ショット粒よりも小さい方形研削粒子を吹き付けて微細な粗面化処理層を重畳させて形成し、その後さらに、粗面化処理層を含むショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ膜を被覆形成することを特徴とする被研磨
物保持キャリア用の製造方法。
【請求項１１】
ショットまたは研削粒子の吹付けは、０．２１〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて、該ショットならびに研削粒子については金属製キャリア本体の表面に対して、６０〜９０°の方向から吹付けを行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１２】
前記ショットピーニング加工層は、鋳物、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスから選ばれるいずれか一種以上の球形粒子からなるショットを吹き付けることにより得られる、キャリア本体の表面に球形窪みによって形造られた微細な凹凸層であると同時に、圧縮残留応力の付加もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方を発現させた加工影響層となった層であることを特徴とする請求項９または１０に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１３】
前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなるものであることを特徴とする請求項９または１０に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１４】
前記ＤＬＣ薄癖は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれか一種の方法により、キャリア本体の表面に被覆形成することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１】
表面にショットピーニング加工層を有する金属製キャリア本体を、そのショットピーニング加工層を介してＤＬＣ薄膜にて被覆形成してなることを特徴とする被研磨物保持用キャリア。
【請求項２】
前記ショットピーニング加工層は、球形のショットを吹き付けて得られる球形窪みによって形造られた凹凸層からなると同時に、圧縮残留応力もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方が発現した加工影響層となった層であることを特徴とする請求項１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項３】
前記ショットピーニング加工層は、表面粗さが、Ｒａ値で０．１５〜１．５０μｍ、Ｒｚ値で１．５５〜６．０μｍの範囲内に調整された層であることを特徴とする請求項１または２に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項４】
前記ショットピーニング加工層は、その表面の前記凹凸層中に、ショットよりも微細な方形研削粒子を吹き付けることによって形成される微細粗面化層が重畳して形成された層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項５】
前記ショットピーニング加工層は、表面粗さＲｓｋ値が±1未満の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項６】
前記ＤＬＣ薄膜は、前記ショットピーニング加工層の粗さＲｚを超え２０μｍ以下の膜厚を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項７】
前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなる皮膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項８】
前記金属製キャリア本体は、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼、ＳＫ鋼、ＳＫＨ鋼などの特殊鋼のうちから選ばれるいずれか一種以上の金属・合金からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリア。
【請求項９】
金属製キャリア本体の表面に、球形粒子からなるショットを吹き付けることにより、球形窪みによって形造られた凹凸層からなるショットピーニング加工層を形成し、そのショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ薄膜を被覆形成することを特徴とする被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１０】
金属製キャリア本体の表面に、球形の粒子からなるショットを吹き付けることにより、ショットピーニング加工層を形成し、その後、そのショットピーニング加工層の表面に、ショット粒よりも小さい方形研削粒子を吹き付けて微細な粗面化処理層を重畳させて形成し、その後さらに、粗面化処理層を含むショットピーニング加工層の表面に、ＤＬＣ膜を被覆形成することを特徴とする被研磨
物保持キャリア用の製造方法。
【請求項１１】
ショットまたは研削粒子の吹付けは、０．２１〜０．５ＭＰａの圧縮空気を用いて、該ショットならびに研削粒子については金属製キャリア本体の表面に対して、６０〜９０°の方向から吹付けを行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１２】
前記ショットピーニング加工層は、鋳物、ステンレス鋼、高速度鋼、超硬合金、ガラス、セラミックスから選ばれるいずれか一種以上の球形粒子からなるショットを吹き付けることにより得られる、キャリア本体の表面に球形窪みによって形造られた微細な凹凸層であると同時に、圧縮残留応力の付加もしくは加工硬化のいずれか少なくとも一方を発現させた加工影響層となった層であることを特徴とする請求項９または１０に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１３】
前記ＤＬＣ薄膜は、水素含有量が１３〜３０原子％で残部が炭素からなるものであることを特徴とする請求項９または１０に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【請求項１４】
前記ＤＬＣ薄癖は、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれか一種の方法により、キャリア本体の表面に被覆形成することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１に記載の被研磨物保持用キャリアの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３００１５（Ｐ２０１０−３００１５Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９７３１４（Ｐ２００８−１９７３１４）
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（０００１０９８７５）トーカロ株式会社 (127)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【出願人】（０００１０９８７５）トーカロ株式会社 (127)
【Ｆターム（参考）】
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