(57)【要約】【課題】簡易な手段によって、炭素膜と基材との界面における残留応力を軽減でき、炭素膜に大きなクラックが生じたり基材から剥離するのを防止し、性能が安定して確保される基材被覆膜、基材被覆膜の製造方法およびＣＭＰパッドコンディショナーを提供する【解決手段】基材を被覆する基材被覆膜であって、気相合成法によって基材の表面に形成された炭素膜６に、ブラスト処理により微小なクラック７が形成される。微小なクラックは、１〜１０個／ｍｍ２の密度で形成される。また、微小なクラック７は、平均長さが１〜１５μｍの範囲に設定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を被覆する基材被覆膜であって、
気相合成法によって前記基材の表面に形成された炭素膜に、ブラスト処理によりクラックが形成されていることを特徴とする基材被覆膜。
【請求項２】
前記クラックは、１〜１０個／ｍｍ２の密度で形成されていることを特徴とする請求項1記載の基材被覆膜。
【請求項３】
前記クラックは、平均長さが１〜１５μｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項1または２に記載の基材被覆膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の基材被覆膜を製造するための基材被覆膜の製造方法であって、
気相合成法によってセラミックスからなる前記基材の表面に前記炭素膜を形成する炭素膜形成工程と、
前記基材の表面に形成された前記炭素膜にセラミック微粒子を投射するブラスト処理工程とを備えることを特徴とする基材被覆膜の製造方法。
【請求項５】
基板の表面から突出した切刃を用いて、前記基板に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すＣＭＰパッドコンディショナーであって、
前記切刃の表面に前記請求項１〜３のいずれか1項に記載の基材被覆膜が形成されていることを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性、硬さ、剛性等の力学的特性が要求される工具や部材等に用いられる基材被覆膜、基材被覆膜の製造方法、およびこの基材被覆膜を用いたＣＭＰパッドコンディショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、気相合成法により形成される、ダイヤモンド粒子やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）からなる炭素膜（基材被覆膜）を、電子デバイスや工具等に利用する研究が活発に行われている。すなわち、前記炭素膜を工具や部材等に成膜することによって、これらの工具や部材等に求められる耐摩耗性、硬さ、剛性等の力学的特性に対応するようにしている。
【０００３】
ところで、基材を覆うように形成された前記炭素膜には、通常、接合面方向に沿って比較的大きな残留応力が生じる。これは、炭素膜を構成する結晶の格子定数と基材を構成する結晶の格子定数との差や、炭素膜や基材を構成する各材料の熱膨張係数に差があることに起因する。残留応力が大きいと、例えば基材との接合面に対し法線方向の衝撃を受けたときに、炭素膜に比較的大きなクラックが生じたり、あるいはこの大きなクラックが原因で、炭素膜が基材から剥離してしまう不具合が生じるおそれがあった。
下記の特許文献１、２には、このような炭素膜に生じる残留応力を軽減するための技術が提案されている。
すなわち、特許文献１には、成膜前の基材表面に予め歪を与えておき、この歪によって基材を覆う炭素膜に生じる応力を軽減させる技術が提案されている。
また、特許文献２には、基材の表面を予め凸状に形成しておき、この凸状の基材表面に形成した炭素膜を基材から剥離させる際に、残留応力が少なくかつ反りの生じないにくい炭素膜を得る技術が提案されている。
【０００４】
一方、半導体産業の進展とともに、金属、半導体、セラミックスなどの表面を高精度に仕上げる加工の必要性が高まっており、特に、半導体ウェーハでは、その集積度の向上とともにナノメーターオーダーの表面仕上げが要求されている。このような高精度の表面仕上げに対応するために、半導体ウェーハに対して、多孔性のＣＭＰパッドを用いたＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシュ）研磨が一般に行われている。
【０００５】
半導体ウェーハ等の研磨加工に用いられるＣＭＰパッドは、研磨時間が経過していくにつれ目詰まりや圧縮変形を生じ、その表面状態が次第に変化していく。すると、研磨速度の低下や不均一研磨等の好ましくない現象が生じるので、ＣＭＰパッドコンディショナーを用い、ＣＭＰパッドの表面を研削加工することにより、ＣＭＰパッドの表面状態を一定に保って、良好な研磨状態を維持する工夫が行われている。
【０００６】
このようなＣＭＰパッドコンディショナーは、例えば、円板状の基板（基材）と、この基板のＣＭＰパッド側を向く表面に形成された複数の切刃とを有している。そして、これらの切刃を、ダイヤモンド粒子からなる前記炭素膜で被覆して、鋭い切れ味や耐摩耗性を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２０２９３２号公報
【特許文献２】特開平０５−３０６１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、前記特許文献１，２に記載された技術にあっては、予め基材に歪を与えたり、あるいは基材を凸状に形成したりすることで、炭素膜に生じる残留応力を軽減させようとするものであるが、成膜条件が変化すると、その都度、基材の歪量や凸状の曲率半径を変えなければならず、制御が非常に面倒であるという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な手段によって、炭素膜と基材との界面における残留応力を軽減でき、炭素膜に大きなクラックが生じたり基材から剥離するのを防止し、性能が安定して確保される基材被覆膜、基材被覆膜の製造方法およびＣＭＰパッドコンディショナーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明の基材被覆膜は、気相合成法によって前記基材の表面に形成された炭素膜に、ブラスト処理によりクラックが形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の基材被覆膜によれば、気相合成法によって基材の表面に炭素膜が形成された時点では、炭素膜に基材との接合面に沿って残留応力が生じている。しかしながら、その後、基材を被覆する炭素膜に対しブラスト処理が施され、表面に微小なクラックが無数に形成されることで、基材と炭素膜との接合面に沿った応力が解放される。しがって、ブラスト処理後においては、基材被覆膜に小さな応力しか残留しない。
【００１２】
前記クラックは、１〜１０個／ｍｍ２の密度で形成されていることが好ましい。
これにより、残留応力をより小さくでき、かつ、所望の耐摩耗性や剛性を確保できる。
【００１３】
また、前記クラックは、平均長さが１〜１５μｍに設定されていることが好ましい。
これにより、残留応力をより小さくでき、かつ、大きなクラックの発生を防止できる。
【００１４】
本発明の基材被覆膜の製造方法は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基材被覆膜を製造するための基材被覆膜の製造方法であって、気相合成法によってセラミックスからなる前記基材の表面に前記炭素膜を形成する炭素膜形成工程と、前記基材の表面に形成された前記炭素膜にセラミック微粒子を投射するブラスト処理工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明のＣＭＰパッドコンディショナーは、基板の表面から突出した切刃を用いて、前記基板に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すＣＭＰパッドコンディショナーであって、前記切刃の表面に前記請求項１〜３のいずれか1項に記載の基材被覆膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のＣＭＰパッドコンディショナーによれば、前述の基材被覆膜を用いて切刃を被覆しているので、切刃の切れ味が高められるとともに切刃の剛性が確保され、ＣＭＰパッドに対する研削性能が向上する。また、基材被覆膜の大きなクラックの発生や剥離が防止されることから、工具寿命が延長し、長期に亘り安定してＣＭＰパッドを研削加工できるとともに、半導体ウェーハ等での剥離屑に起因するスクラッチの発生を防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易な手段によって、炭素膜と基材との界面における残留応力を軽減でき、炭素膜に大きなクラックが生じたり炭素膜が基材から剥離するのを防止し、性能が長期にわたり安定して確保される。また、炭素膜に形成された微小なクラックを切刃として利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーの平面図である。
【図２】本発明の実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーの正面図である。
【図３】図２のIII円部の拡大図である。
【図４】図３の一部を拡大した断面図である。
【図５】図４のＶ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーを図１〜図５を参照して説明する。図１はＣＭＰパッドコンディショナーの平面図、図２はＣＭＰパッドコンディショナーの正面図である。
これらの図に示すように、ＣＭＰパッドコンディショナー１は、略円板状をなし、図示しない中心軸周りに回転する基板（基材）２を有する。基板２は、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料からなっている。
基板２は、円板状の基板本体３と、基板本体３の表面に外方へ突出するように形成されたマウンド４とを備える。
【００２０】
マウンド４は、基板２の他の部分より一段高く形成されていて、例えば円錐台状に形成されている。マウンド４は、例えば高さを０．５〜３００μｍ、半径を０．５〜３ｍｍ程度に設定されている。また、マウンド４の数は、図１では図面上の見易さの関係から９個しか記載されていないが、実際には、例えば基板２が４インチの場合、１００〜２００個程度形成される。
【００２１】
マウンド４上には、図３，図４に示すように切刃５が形成されていて、これらの切刃５を用いて、基板１に対向配置されたＣＭＰパッド（図示略）に研削加工を施す。
切刃５は、例えば、多角錐状、多角柱状、円錐状又は切頭円錐状等をなし、外方へ突出するように形成されている。切刃５は、例えば、一つのマウンド４上で１〜２０個程度形成されている。
【００２２】
切刃５の表面には例えばダイヤモンド膜等からなる炭素膜６が形成され、これによって切刃５が補強されている。なお、炭素膜６は、図では切刃５を含めマウンド４を覆うように形成されているが、少なくとも切刃５となる部分を覆うように形成されていれば足りる。炭素膜６の膜厚は、例えば３〜２０μｍ程度に設定されている。
【００２３】
炭素膜６は、気相合成法によって基板２の表面に形成されるものであり、表面には、ブラスト処理により微小なクラック７が形成されている。微小なクラック７は、平均長さが
１〜１５μｍに設定され、炭素膜６の底面にまで達しないように、平均深さが１〜１０μｍに設定され、また密度が１〜１０個／ｍｍ２程度に設定されている。
【００２４】
次に、このＣＭＰパッドコンディショナー１の製造方法について説明する。
まず、基板２を用意する。基板２には成形時に予めマウンド４を基板本体３と一体的に形成していても良く、あるいは、マウンド４と基板本体３とを別個に形成し、後工程でマウンド４を接着剤等の適宜固定手段によって基板本体３に取り付けても良い。
また、マウンド４には切刃５となる部分が所定形状に突出して形成されている。
【００２５】
次いで、気相合成法熱フィラメント炉からなる反応容器を用い、ＣＶＤ法により、切刃５となる部分の表面に炭素膜６を形成する（炭素膜形成工程）。
詳しくは、反応容器内において、メタン（ＣＨ４）濃度１％程度に設定し、この環境下で切刃５となる部分にダイヤモンド膜を形成する。
【００２６】
なお、炭素膜６は、少なくとも切刃５となる部分に形成すれば足りるため、基板２上の他の部分にマスキングを施し、後工程で、切刃５とは異なる部分の炭素膜６をマスクとともに除去してもよい。また、切刃５となる部分のみに炭素膜６を形成する方が、かえって面倒な場合にはマウンド４の表面全域、あるいはこの図示例のように基板２の表面全域に炭素膜６を形成しても良い。
【００２７】
次いで、基板２の表面に形成された前記炭素膜６に、平均粒径が５０〜５００μｍ程度のＳｉＣ微粒子からなるセラミック微粒子を所定の空気圧力で、２〜１０秒間投射するブラスト処理（ブラスト処理工程）を行う。これにより、炭素膜６の表面に、所定の平均長をもつ微小なクラック７を所定の密度で生じさせる。この場合にも、ブラスト処理は少なくとも切刃５の表面に形成された炭素膜６に対して行えば足りる。
【００２８】
上記構成のＣＭＰパッドコンディショナー１によれば、切刃５の表面の炭素膜に微小なクラック７が生じているため、炭素膜６の基材との接合面に沿った応力が解放される。
したがって、炭素膜６と基板２との接合面に法線方向の強い衝撃を受けたときでも、炭素膜６に比較的大きなクラックが生じることがない。加えて、このような大きなクラックが生じるのに伴って炭素膜６が基板２から剥離してしまう不具合が生じるのを未然に回避できる。この結果、炭素膜６の基板２に対する結合強度が飛躍的に高まる。
また、前記微小なクラック７は、１〜１０個／ｍｍ２の密度で形成され、かつ平均長さが１〜１５μｍに設定されているので、残留応力をより小さく、かつ、所望の耐摩耗性や剛性が確保できる。
【００２９】
すなわち、微小なクラック７の密度が１個／ｍｍ２より低いと、炭素膜自体に生じている応力を解放しきれず、比較的大きな応力が残留する。一方、クラック７の密度が１０個／ｍｍ２より高いと、炭素膜自体の機械的強度が弱まり、所望の耐摩耗性や剛性が得られなくなる。
また、クラック７の平均長さが１μｍより短いと、炭素膜自体に生じている応力を解放しきれず、比較的大きな応力が生じたままとなる。一方、クラック７の平均長さが１５μｍより長いと、耐衝撃性が弱くなり、炭素膜６の基板２との接合面に法線方向の比較的小さな衝撃を受けたときでも、逆に大きなクラックが生じてしまうおそれがでてくる。
加えて、炭素膜６にクラック７を形成することに伴い、クラック７の周辺部にエッジ部が形成されることとなり、このエッジ部を副切刃として利用することも可能である。
【００３０】
なお、この実施形態では、基板本体３から上方へ突出するマウンド４上に切刃５を設けているため、マウンドを有することなく面一な基板本体３上に切刃５を設ける場合に比べ、比較的軟らかいＣＭＰパッドに当接する際にも、切刃５がベタ当たりするのを回避し、ＣＭＰパッドに対する切刃５の接触圧を高くできる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明は、これらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、基材被覆膜をＣＭＰパッドコンディショナー１の切刃５に用いる例を示したが、これに限られることなく、基材被覆膜を、ドリル、エンドミル、バイト等の切削工具に用いたり、電子デバイス等の部材に用いることもできる。
また、前記実施形態では、基板２を炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で形成する例を示したが、これに限られることなく、基板を他のセラミックス材料で形成しても良い。
また、前記実施形態では、炭素膜６にクラック７を形成するにあたり、圧縮空気によりセラミックス微粒子からなる投射材を投射するいわゆる空気式のショットブラストを例に挙げて説明したが、これに限られることなく、羽根の遠心力を利用した機械式ブラスト、あるいは液体に投射材を混合させて投射する湿式ブラストによって、クラック７を形成しても良い。
【００３２】
また、前記した実施形態では、ブラスト処理を行う際の投射材として、セラミックス微粒子を用いた例を挙げて説明したが、これに限られることなく、他の材料の微粒子を投射材として用いても良い。
また、前記実施形態では、切刃５の表面にダイヤモンド膜を形成する例を示したが、これに限られることなく、例えばＤＬＣ等のダイヤモンド膜とは異なる他の炭素系の膜で、炭素膜６を構成しても良い。
また、前記実施形態では、基板２にマウンド４を設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限られることなく、マウンド４を有しない基板２のＣＭＰパッドコンディショナーにも本発明は適用可能である。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
実施例として、まず、ＳｉＣまたはＳｉ３Ｎ４などのセラミックスをからなる基板２を用意した。この基板２にはマウンド４が形成され、マウンド４上には切刃５となる部分が所定形状に突出して形成されている。
【００３４】
基板２の表面に、気相合成法熱フィラメント炉を用いたＣＶＤ法により、メタン（ＣＨ４）濃度１％に設定し、炭素膜６としてのダイヤモンド膜を１０μｍの厚さで形成した。
次いで、基板２の表面に形成したダイヤモンド膜に、平均粒径が数百μｍのＳｉＣ微粒子を８ｋｇ／ｃｍ２の空気圧力で、約５秒間投射するブラスト処理を行った。これにより、ダイヤモンド膜の表面には、平均長さ１μｍの微小なクラック７が１個／ｍｍ２の密度度で形成された。
【００３５】
このようにダイヤモンド膜に微小なクラック７を形成したため、ブラスト処理前には、ダイヤモンド膜に５００ＭＰａの圧縮応力が生じていたが、ブラスト処理後においては、この圧縮応力を１００ＭＰａにまで緩和できた。
【符号の説明】
【００３６】
１  ＣＭＰパッドコンディショナー
２  基板（基材）
３  基板本体
４  マウンド
５  切刃
６  炭素膜
７  クラック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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