(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドの表面の目詰まりを除去するために該表面に摺接させられるドレッシング工具の製造方法であって、
第１砥粒と平均粒径が該第１砥粒よりも小さい第２砥粒とが所定の割合で混合された混合砥粒を用意する混合砥粒用意工程と、
少なくとも表面が無機材料製の工具本体のドレッシング面に前記第１砥粒の平均粒径よりも小さく且つ該第１砥粒の平均粒径の３０％よりも大きい径の複数個のドットから成るドットパターンを用いて砥粒付着用ペーストを印刷するドットパターン印刷工程と、
該ドットパターン印刷工程によりドットパターンで印刷された砥粒付着用ペーストに前記混合砥粒の一部を付着させ、且つ付着しない砥粒を除去する砥粒付着除去工程と、
前記ドットパターンで印刷された砥粒付着用ペーストに前記混合砥粒が付着した状態で焼成することにより、無機結合剤層によって混合砥粒を固着させる焼成工程と
を、含むことを特徴とするドレッシング工具の製造方法。
【請求項２】
前記混合砥粒は、前記第１砥粒および第２砥粒が個数比で１：１乃至１：１０の範囲内で混合されたものである請求項１のドレッシング工具の製造方法。
【請求項３】
前記ドットパターン印刷工程に先立って、無機材料製工具本体のドレッシング面に無機結合剤ペーストを一面に塗布する無機結合剤ペースト塗布工程が設けられる請求項１のドレッシング工具の製造方法。
【請求項４】
前記ドットパターン印刷工程により印刷されるドットパターンは、面積当たりの個数が均一となるように一定の密度で複数個のドットが前記ドレッシング面に規則的に配列されたものである請求項１のドレッシンク工具の製造方法。
【請求項５】
前記ドットパターン印刷工程により印刷されるドットパターンは、前記第１砥粒の平均粒径の３０乃至７０％の径を有する円形パターンである請求項１のドレッシング工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砥粒が無機結合剤によって無機材料製工具本体のドレッシング面に固着されたドレッシング工具およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば発泡性ウレタン樹脂や不織布などの研磨布から成る研磨パッドを研磨定盤上に設け、その研磨パッド上に研磨液を供給しつつ被研磨体（被加工物）の一面を研磨する研磨作業が知られている。高い面精度が要求される研磨作業では、研磨液に含まれる研磨剤として微細な砥粒が用いられるので、その微細な砥粒や切粉などによって研磨パッドの表面が目詰まりし、研磨速度或いは研磨能率が順次低下していくという不都合が発生する。このため、研磨パッドの表面の目詰まりを解消し且つ目立てを行うために、ステンレスなどの金属製工具本体（台金）のドレッシング面にダイヤモンド砥粒をニッケルメッキ層により固定した電着ダイヤモンド工具を前記研磨パッドの一部に摺接させることにより、たとえば研磨作業と同時に或いは研磨作業終了後にドレッシングを行うことが行われている。
【０００３】
しかしながら、金属溶解性の研磨液が用いられる研磨作業、たとえばシリコンウエハ或いはＬＳＩの一面に形成された多層配線による凹凸のうちの凸部を選択的に研磨するために強酸性の研磨液が用いられ得るＣＭＰ(chemical mechanical pｏlishing)と称される化学的機械的研磨では、ニッケルなどの金属が研磨液中に溶出し、シリコンウエハ或いはＬＳＩが汚染されるという問題が発生する。また、上記従来の電着ダイヤモンド工具では、ダイヤモンド砥粒が砥粒層内でランダムに配置されていることから、砥粒個々の保持力にばらつきが存在し、高精度に研磨される被研磨体の表面を傷つけてしまうという問題もあった。
【０００４】
これに対し、本出願人は、先に、上記の問題を解決できるドレッシング工具を提案した。特願平１１−２０１５２４号の明細書に記載されたドレッシング工具がそれである。これによれば、砥粒が１個ずつ離間された状態でビトリファイドボンド層すなわち無機結合剤層によって支持体上に支持されているので、強酸性の研磨液が用いられても金属の溶出による汚染がなく、無機結合剤により砥粒が個々に固着しているので、砥粒１個あたりの無機結合剤に対する固着面積が多くなって砥粒の保持力が高められ、砥粒の脱落に起因する表面傷の発生が好適に防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その後の研究により、上記提案されたドレッシング工具でも、未だ解決すべき課題が見いだされた。すなわち、ドレッシング工具のドレッシング面が研磨パッドに押し付けられる状態において、研磨パッドの弾性変形によって砥粒間の無機結合剤層が研磨パッドに接触することに起因して、その無機結合剤層が研磨パッドとの摩擦により摩耗し、無機結合剤すなわちガラスが破砕されてその破片が研磨液中に飛散したり研磨パッドの表面に付着し、それが被研磨体の表面を傷つけるという不都合があるのである。このような不都合は、研磨能率を高めるためにドレッシング工具の研磨パッドに対する押圧力を高めるほど顕著となる。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、金属の溶出による汚染がなく、高い砥粒の保持力がえられ、しかも砥粒間の無機結合剤層が研磨パッドに接触することにより無機結合剤の破片が発生することのないドレッシング工具を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのドレッシング工具の製造方法の要旨とするところは、研磨パッドの表面の目詰まりを除去するためにその表面に摺接させられるドレッシング工具の製造方法であって、(a) 第１砥粒と平均粒径がその第１砥粒よりも小さい第２砥粒とが所定の割合で混合された混合砥粒を用意する混合砥粒用意工程と、(b) 少なくとも表面が無機材料製の工具本体のドレッシング面に前記第１砥粒の平均粒径よりも小さく且つその第１砥粒の平均粒径の３０％よりも大きい径の複数個のドットから成るドットパターンを用いて砥粒付着用ペーストを印刷するドットパターン印刷工程と、(c) そのドットパターン印刷工程によりドットパターンで印刷された砥粒付着用ペーストに前記混合砥粒の一部を付着させ、且つ付着しない砥粒を除去する砥粒付着除去工程と、(d) 前記ドットパターンで印刷された砥粒付着用ペーストに前記混合砥粒が付着した状態で焼成することにより、無機結合剤によって混合砥粒を固着させる焼成工程とを、含むことにある。
【００１０】
【発明の効果】
このようにすれば、ドットパターン印刷工程によって第１砥粒の平均粒径よりも小さく且つその第１砥粒の平均粒径の３０％よりも大きい径の複数個のドットから成るドットパターンで印刷されたドット状の砥粒付着用ペーストに対して、砥粒付着除去工程において混合砥粒が振りかけられることによってその混合砥粒の混合割合に応じた割合で第１砥粒および第２砥粒がドット状に印刷された砥粒付着用ペーストに付着させられ、非付着砥粒が砥粒付着除去工程において除去された後、焼成工程で混合砥粒が無機結合剤によって工具本体のドレッシング面に結合される。このようにして得たドレッシング工具は、少なくともドレッシング面側の表層が無機材料製の工具本体のそのドレッシング面において、相互に離間した単粒状態の第１砥粒が無機結合剤により固着されるとともに、その第１砥粒の間にその第１砥粒から離間して位置する状態でその第１砥粒よりも平均粒径が小さな第２砥粒が相互に混在するように無機結合剤により固着されているので、たとえ研磨液が強酸性であったとしても金属の溶出による汚染がなく、また、第１砥粒或いはそれよりも平均粒径が小さな第２砥粒は、単粒状態で或いは第１砥粒から離間した状態で無機結合剤により固着されているので高い砥粒の保持力が得られ、しかも第１砥粒間の無機結合剤層の表面には第２砥粒が固着されているので、第１砥粒間の無機結合剤層に研磨パッドが接触することによる無機結合剤の破片が発生することがない。
【００１１】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記発明において、前記無機材料製の工具本体は、アルミナＡｌ２Ｏ３、窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４、炭化ケイ素ＳｉＣ、ジルコニア、ムライトなどの無機材料焼結体や高融点ガラスなどの、ドレッシング工具として使用可能な十分に高い強度および靭性を備え且つ化学的に安定なセラミックスが用いられる。前記無機結合剤は、ホウ珪酸ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、ジルコニアなどの結合剤として十分に高い強度および靭性を備え且つ化学的に安定な工具本体に比較して相対的に低融点のセラミックス粉体が用いられる。このようにすれば、金属の研磨液への溶出がなくなって被研磨物の汚染がなくなるとともに、砥粒の脱落がなくなって被研磨物の傷の発生が防止される。
【００１２】
また、好適には、上記無機結合剤は、４０乃至７０重量％のＳｉＯ2 および１０乃至３０重量％のＢ2 Ｏ3 を少なくとも含む硼珪酸ガラスである。たとえば、ＳｉＯ2 が４０乃至７０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 が０乃至２０重量％、Ｂ2 Ｏ3 が１０乃至３０重量％、アルカリ土類金属から選ばれる１種以上の金属酸化物ＲＯが０乃至１０重量％、アルカリ金属から選ばれる１種以上の金属酸化物Ｒ2 Ｏが０乃至１０重量％などから成る化学組成を有する硼珪酸ガラスである。このようにすれば、低温焼成が可能となるので、ドレッシング工具の製造が容易となる。
【００１３】
また、好適には、前記第１発明および第２発明において、前記第１砥粒および第２砥粒は、ダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムライト、二酸化珪素ＳｉＯ2 などの材質から構成されたものであって、第１砥粒はたとえば＃１００／＃１２０程度の粒度のダイヤモンドであって第２砥粒よりも相対的に高い硬度を有したものであり、第２砥粒は＃１５０／＃１８０程度の粒度のアルミナであって第１砥粒よりも相対的に低い硬度を有したものである。このようにすれば、専ら目立てを行う第１砥粒の硬度が相対的に高く、専ら研磨パッドと無機結合剤層との接触を阻止する第２砥粒の硬度が相対的に低く相対的に安い材料が用いられるので、砥粒が低コストとなる。
【００１４】
また、好適には、前記第１発明および第２発明において、前記第１砥粒は、焼成後においてその粒径の２０乃至７０％が前記無機結合剤層から突き出したものである。このようにすれば、第１砥粒の保持強度すなわち工具本体への固着力が十分に得られ、それらの脱落が防止される。無機結合剤層から突き出し量が粒径の７０％を上まわると十分な保持強度が得られず、２０％を下まわるとドレッシング性能が低下する。
【００１５】
また、好適には、前記第１発明および第２発明において、前記砥粒と無機結合剤との間および無機結合剤と工具本体との間の熱膨張差は、±５×１０-6以下、さらに好適には±４×１０-6以下、最も好適には±３×１０-6以下とされたものである。このようにすれば、焼成時にクラックが発生することが防止される。
【００１６】
また、好適には、前記第１発明および第２発明において、前記混合砥粒内の第１砥粒および第２砥粒の個数比は、１：１乃至１：１０の範囲内、好適には１：２乃至１：５の範囲内で混合されたものである。このようにすれば、第１砥粒の１個当たりの荷重が高められてドレッシング性能が得られる。第１砥粒の個数が１：１或いは１：２を上まわると第１砥粒の１個当たりの荷重が十分に得られ難くなってドレッシング性能が低下し、１：１０或いは１：５を下まわると第１砥粒の１個当たりの荷重が高くなり過ぎて脱落が発生し易くなる。
【００１７】
また、好適には、前記第２発明において、前記砥粒付着用ペーストは、無機結合剤粉体を有機溶剤或いは水のような溶媒中に分散させたスラリー状の高粘性流動体であって、焼成工程による焼成時には消失する物質、たとえば、無機結合剤粉体の凝集を抑制するための分散剤、印刷などの塗布作業に適したペースト粘度とするための増粘剤、乾燥時の無機結合剤粉体を基体に固着させる粘結剤などが必要に応じて含まれる。このようにすれば、塗布作業が容易となる利点がある。
【００１８】
また、好適には、前記第２発明において、前記ドットパターン印刷工程に先立って、無機材料製工具本体のドレッシング面に無機結合剤ペーストを一面に塗布する無機結合剤ペースト塗布工程が設けられる。このようにすれば、第１砥粒を工具本体に十分な強度で固着させるために必要な量の無機結合剤が予め工具本体のドレッシング面に塗布されるので、前記ドットパターン印刷工程における印刷は、第１砥粒および第２砥粒を付着させるための厚みでよく、ドットパターン印刷において十分な量の無機結合剤を塗布するための厚みを形成する場合に比較して、ドットパターンのだれなどがなくなって印刷が容易となる。
【００１９】
また、好適には、前記第２発明において、前記ドットパターン印刷工程により印刷されるドットパターンは、面積当たりの個数が均一となるように一定の密度で複数個のドットが前記ドレッシング面に規則的に配列されたものである。このようにすれば、１つの第１砥粒当たりに加えられる荷重が比較的均等になるので、高い研磨能率が得られるとともに第１砥粒の脱落が防止される。
【００２０】
前記ドットパターン印刷工程により印刷されるドットパターンは、前記第１砥粒の平均粒径の３０乃至７０％の径を有する円形パターンである。このようにすれば、ドットパターンが印刷されたドレッシング面に第１砥粒が振りかけられると、好適に、１個のドットパターンに対して１個の第１砥粒が付着される。
【００２１】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例のドレッシング工具２４が用いられた平面研磨装置１２の構成を説明する図であって、図２はドレッシング工具２４のドレッシング面３０を示すためにその下面を示す図である。
【００２２】
図１において、平面研磨装置１２は、平坦な上面を有し、図示しない駆動装置によって垂直軸心まわりに回転駆動される研磨定盤すなわち研磨テーブル１６を備えている。この研磨テーブル１６は、たとえば６０乃至１００cm程度の径を有し、高剛性となるように構成されている。この研磨テーブル１６の上面には、発泡性ウレタン樹脂や不織布などの研磨布から成る研磨パッド１８が貼り着けられている。また、上記平面研磨装置１２は、被研磨材である半導体ウエハ２０が嵌め着けられる下面を有し、その半導体ウエハ２０を上記研磨パッド１８に摺接する状態で保持する保持部材２２を備えている。この保持部材２２は、上記研磨テーブル１６の上面に直角な軸心すなわち垂直軸心まわりに回転可能に設けられ、図示しない駆動装置によって或いは研磨パッド１８との摺接により発生する回転モーメントによってその垂直軸心まわりに回転させられる。さらに、上記平面研磨装置１２は、上記研磨パッド１８に摺接する状態でドレッシング工具２４を保持し、且つそのドレッシング工具２４を垂直軸心まわりに回転駆動するとともに研磨テーブル１６の径方向へ往復移動させるか或いは所定の公転軌跡に沿って公転させつつ所定の荷重で研磨パッド１８に押圧するドレス装置２６を備えている。
【００２３】
上記ＣＭＰ（化学的機械的研磨）用のドレッシング工具２４は、たとえば径が１００mmφ、厚みが１０mm程度の厚肉円板状を成して、アルミナＡｌ2 Ｏ3 、窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 、炭化ケイ素ＳｉＣ、ジルコニア、ムライトなどの無機材料焼結体や高融点ガラスなどの、ドレッシング工具として使用可能な十分に高い強度および靭性を備え且つ化学的に安定なセラミックスから構成された工具本体２８と、その下面に設けられ、研磨パッド１８に摺接してその目立てを行うことにより目詰まりを除去するドレッシング面３０とを備えている。図２に詳しく示すように、上記ドレッシング工具２４の下面の外周部には、たとえば高さが１mm程度、幅が５mm程度の円周方向に連なる８分割された凸部３２が形成されており、その凸部３２の頂面である平坦な面にドレッシング面３０が設けられている。
【００２４】
上記ドレッシング面３０には、たとえば図７に示すように、実質的には単粒状態で相互に離間して位置させられた多数個の第１砥粒３６と、その第１砥粒３６から離間する状態で相互に混在して位置させられたその第１砥粒３６よりも平均粒径が小さな多数個の第２砥粒３８とがそれぞれビトリファイドボンドすなわちガラス質の無機結合材４０によって固着されている。
【００２５】
上記第１砥粒３６は、その粒径の２０乃至７０％が無機結合剤４０から突き出た状態で固着されている。また、上記無機結合材４０はたとえば後述の焼成工程６０により溶融させられたガラス状物質である。上記第１砥粒３６および第２砥粒３８と無機結合剤４０との間、および無機結合剤４０と工具本体２８との間の熱膨張差は、クラックの発生を防止するために、±５×１０-6以下、さらに好適には±４×１０-6以下、最も好適には±３×１０-6以下とされている。上記無機結合剤４０は、所謂ガラスであって、４０乃至７０重量％のＳｉＯ2 および１０乃至３０重量％のＢ2 Ｏ3 を少なくとも含む硼珪酸ガラスである。たとえば、その化学組成は、ＳｉＯ2 が４０乃至７０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 が０乃至２０重量％、Ｂ2 Ｏ3 が１０乃至３０重量％、アルカリ土類金属から選ばれる１種以上の金属酸化物ＲＯが０乃至１０重量％、アルカリ金属から選ばれる１種以上の金属酸化物Ｒ2 Ｏが０乃至１０重量％である
【００２６】
上記ドレッシング工具２４は、たとえば図３に示す工程を経て製造される。すなわち、無機結合材ペースト塗布工程４２では、工具本体２８の下面の凸部３２の頂面すなわちドレッシング面３０の全体に無機結合材ペースト４４が複数回のスクリーン印刷、スプレーを用いた吹きつけ、或いはディッピングなどにより、第１砥粒３６の十分な固着強度が得られる厚みたとえば１５０μｍ程度の厚みに層状に塗布される。この無機結合材ペースト４４は、ビトリファイド砥石の結合剤として用いられるホウ珪酸ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、ジルコニアなどの結合剤として十分に高い強度および靭性を備え且つ化学的に安定な工具本体２８に比較して相対的に低融点のセラミックス粉体を液状樹脂などが溶解させられた有機溶剤或いは水のような溶媒中に分散させた高粘性の或いはスラリー状の流動体であって、後述の焼成工程６０による焼成時には消失する物質、たとえばポリアクリル酸アンモニウムやリン酸エステルなどの上記無機結合剤粉体の凝集を抑制するための分散剤、たとえばポリエチレングリコールなどの印刷塗布作業に適したペースト粘度とするための増粘剤、たとえばポリビニルブチラールやアクリル系樹脂などの乾燥時の無機結合剤粉体を基体に固着させる粘結剤などを必要に応じて含んでいる。
【００２７】
続く第１乾燥工程４６では、たとえば１２０℃程度の温度に加熱されたオーブンを用いて無機結合材ペースト４４中の有機溶剤或いは水のような溶媒が空気中に蒸散させられることにより、上記ドレッシング面３０に塗布された無機結合材ペースト４４が乾燥され且つ固化される。図４はこの状態を示している。次いで、ドットパターン印刷工程４８では、面積当たりの個数が均一となるように一定の密度で複数個の粘着性のドットが前記ドレッシング面に規則的に配列される。たとえば互いに直交するｘ方向およびｙ方向に沿って一定の間隔で円形のドットが多数配列されたドットパターンで砥粒付着用ペースト５０が上記第１乾燥工程４６で固化された無機結合材ペースト４４の上にたとえば２０μｍ程度の厚みで、メッシュ或いはメタルマスクを用いた製版を用いてスクリーン印刷される。図５はこの状態を示している。上記砥粒付着用ペースト５０は、第１砥粒３６および第２砥粒３８を一時的に固定するためのペーストであって、無機結合材ペースト４４と同様に無機材料粉体および溶媒中に分散させた液状樹脂を含んで構成された高粘性或いは粘着性を備えたものである。また、上記ドットパターンを構成する個々のドットは、たとえば第１砥粒３６の粒径の３０乃至７０％の径とされる。
【００２８】
一方、砥粒混合工程５２では、第１砥粒３６および第２砥粒３８がたとえば１：１乃至１：１０の個数比範囲、好適には１：２乃至１：５の個数比範囲内で定められた個数混合比となるように秤量され且つ相互に混合されている。すなわち、第１砥粒３６および第２砥粒３８が混合された混合砥粒が予め用意されている。上記第１砥粒３６がたとえば＃１００／＃１２０（平均粒径１５０μｍ）のダイヤモンド粒である場合には、第２砥粒３８として、＃１４０／＃１７０（平均粒径１１０μｍ）のダイヤモンド粒、或いは＃１５０／＃１８０（平均粒径７５μｍ）のアルミナ粒が用いられる。
【００２９】
次いで、砥粒付着工程５４では、上記砥粒混合工程５２において混合された混合砥粒すなわち第１砥粒３６および第２砥粒３８が、前記ドットパターン印刷工程４８により砥粒付着用ペースト５０がドットパターンで印刷された後のドレッシング面３０上に振りかけられる。これにより、乾燥固化した無機結合材ペースト４４には付着しないが、未乾燥の砥粒付着用ペースト５０から成るドットパターンには第１砥粒３６および第２砥粒３８がランダムに付着させられる。
【００３０】
次に、第２乾燥工程５６では、第１乾燥工程４６と同様にして砥粒付着用ペースト５０が乾燥され且つ固化される。次いで、非付着砥粒除去工程５８では、たとえば上記ドレッシング面３０が逆さまとされ、必要に応じて振動が加えられることにより、ドットパターンで印刷された砥粒付着用ペースト５０の間に位置する非付着砥粒が重力および振動に従って振り落とされて除去される。図６はこの状態を示している。
【００３１】
続く焼成工程６０において、無機結合材ペースト４４および砥粒付着用ペースト５０に含まれる無機材料粉末の融点よりも高く且つ工具本体２８の融点よりも低い温度たとえば９００℃にて非酸化雰囲気下で焼成されてその無機材料粉末がガラス化することにより、ドレッシング面３０の表層に固着した層状の無機結合剤４０とされると同時に、ドットパターンで印刷された砥粒付着用ペースト５０に付着した第１砥粒３６および第２砥粒３８が工具本体２８に略接するまでそれ自体の重みによってその層状の無機結合剤４０に沈み込む。すなわち、第１砥粒３６および第２砥粒３８は、その一部が埋め込まれた状態となる。そして、焼成が終了した温度が冷却されると、上記層状の無機結合剤４０が固化される。図７はこの状態を示している。
【００３２】
図８および図９は、実際に製造されたドレッシング工具２４のドレッシング面３０を斜視から示す電子顕微鏡写真である。図８の黒線の全長は１．０mm、図９の黒線の全長は５００μｍに対応している。これらの図８および図９に示すように、厳密な意味ですべての第１砥粒３６が単粒状態で配列されていなくてもよく、実質的に単粒状態で互いに離隔して配列されていればよい。また、第１砥粒３６の間には必ず第２砥粒３８が配置されていなくてもよく、両者が所定の割合で混在させられていればよい。第２砥粒３８は２個或いは３個で１か所に固着されていても何ら差し支えない。
【００３３】
たとえば半導体ウエハ２０の一面においてＬＳＩなどの凹凸のある層間絶縁膜を平坦化するためにそれぞれの局所（数〜十数μｍ）をその半導体ウエハ２０全体に一挙に平坦化するＣＭＰ（化学的機械的研磨）が行われるに際しては、前記平面研磨装置１２において、たとえば遊離砥粒を含む強酸性のスラリー状研磨液６４が研磨パッド１８上に供給された状態で研磨テーブル１６、保持部材２２が回転駆動されて、研磨テーブル１６と半導体ウエハ２０との間、および研磨テーブル１６とドレッシング工具２４との間が相対摺動させられると、上記研磨液６４および研磨パッド１８が協同して半導体ウエハ２０の被研磨面が化学的機械的に研磨され、高い精度で平坦化される。同時に、ドレッシング工具２４のドレッシング面３０が研磨パッド１８の表面の目立てを行ってその目詰まりを防止し、高精度の研磨性能が保持されつつ、研磨能率が安定的に維持される。
【００３４】
次に、本発明者等が行った実験例を説明する。先ず、以下に示す工具製造条件に従って実験試料１および実験試料２と比較試料１とを作成し、以下に示す研磨条件で平面研磨を行った場合のドレッシング性能とスクラッチの有無を評価した。
【００３５】
工具製造条件
実験試料１：前記工具本体２８のドレッシング面３０にホウ珪酸ガラス粉を主成分とする無機材料ペースト４４を用いて６回スクリーン印刷し、１５０μｍの膜厚とした後、１２０℃で５分のオーブン乾燥を行い、次いで径１００μｍφでピッチが３００μｍのドットパターンで前記砥粒付着用ペースト５０をスクリーン印刷した。次いで、粒度が＃１００／＃１２０のダイヤモンド粒から成る第１砥粒３６および粒度が＃１４０／＃１７０のダイヤモンド粒から成る第２砥粒３８の個数比１：３の混合砥粒を上記ドットパターンの上に振りかけ、オーブンで１２０℃で５分の乾燥を行った後に振動テーブルを用いて未付着砥粒を除去して回収した。そして、窒素雰囲気下で２４時間で９００℃まで昇温した後、その９００℃で３時間保持して２４時間で降温した。
実験試料２：粒度が＃１４０／＃１７０のダイヤモンド粒から成る第２砥粒３８に代えて、粒度が＃１５０／＃１８０のアルミナ粒から成る第２砥粒３８を用いた他は上記実験試料１と同じ条件で製造した。
比較試料１：混合砥粒に代えて、粒度が＃１００／＃１２０のダイヤモンド粒から成る第１砥粒３６を振りかけた他は上記実験試料１と同じ条件で製造した。
【００３６】
研磨条件
各試料をｐＨ２の強酸性水溶液に１週間浸漬した後に水洗を行い、発泡ポリウレタン製の研磨パッド１８を有する平面研磨装置１２を用いて一定の回転数および荷重にて半導体ウエハ２０の研磨を行ったとき、用いた試料毎の研磨レートと１８０分間における砥粒或いは無機結合材の脱落によるスクラッチの有無を測定した結果を、表１に示す。このスクラッチは、ガラス板を研磨パッド１８に押し付けた状態でそのガラスを通して観察されるものを計数した。表１によれば、実験試料１および２をドレッシング工具として用いた場合にはスクラッチが発生せず、比較試料１をドレッシング工具として用いた場合にはスクラッチが発生した。また、実験試料２を用いた場合は比較試料１を用いた場合よりも高い研磨レートが得られ、実験試料１を用いた場合は実験試料２を用いた場合よりも高い研磨レートが得られた。
【００３７】
（表１）
試料      第１砥粒      第２砥粒      研磨レート    スクラッチ
実験試料１  ダイヤ#100    ダイヤ#140    １５０        なし
実験試料２  ダイヤ#100    アルミナ#150  １２０        なし
比較試料１  ダイヤ#100        −        １００        あり
【００３８】
上述のように、本実施例のドレッシング工具２４によれば、無機材料製の工具本体２８のドレッシング面３０において、相互に離間した実質的に単粒状態の第１砥粒３６が無機結合剤４０により固着されるとともに、その第１砥粒３６の間にその第１砥粒３６から離間して位置する状態でその第１砥粒３６よりも平均粒径が小さな第２砥粒３８が相互に混在するように無機結合剤４０により固着されているので、たとえ研磨液が強酸性であったとしても金属の溶出による汚染がなく、また、第１砥粒３６或いはそれよりも平均粒径が小さな第２砥粒３８は、単粒状態で或いは第１砥粒３６から離間した状態で無機結合剤４０により固着されているので高い砥粒の保持力が得られ、しかも第１砥粒３６間の層状の無機結合剤４０の表面には第２砥粒３８が固着されているので、第１砥粒３６間の無機結合剤４０に研磨パッド１８が接触することによる無機結合剤４０の破片が発生することがない。
【００３９】
また、本実施例のドレッシング工具２４の製造方法によれば、ドットパターン印刷工程４８によって第１砥粒３６の平均粒径よりも小さく且つ第１砥粒３６の平均粒径の３０％よりも大きい径の複数個のドットから成るドットパターンで印刷されたドット状の砥粒付着用ペースト５０に対して、砥粒付着工程５４において混合砥粒が振りかけられることによってその混合砥粒の混合割合に応じた割合で第１砥粒３６および第２砥粒３８がドット状に印刷された砥粒付着用ペースト５０に付着させられ、非付着砥粒が非付着砥粒除去工程５８において除去された後、焼成工程６０で混合砥粒が無機結合剤４０によって工具本体２８のドレッシング面３０に結合される。このようにして得たドレッシング工具２４は、無機材料製の工具本体２８のそのドレッシング面３０において、相互に離間した単粒状態の第１砥粒３６が無機結合剤４０により固着されるとともに、その第１砥粒３６の間にその第１砥粒３６から離間して位置する状態でその第１砥粒３６よりも平均粒径が小さな第２砥粒３８が相互に混在するように無機結合剤４０により固着されているので、たとえ研磨液が強酸性であったとしても金属の溶出による汚染がなく、また、第１砥粒３６或いはそれよりも平均粒径が小さな第２砥粒３８は、単粒状態で或いは第１砥粒３６から離間した状態で無機結合剤４０により固着されているので高い砥粒の保持力が得られ、しかも第１砥粒３６間の無機結合剤４０の表面には第２砥粒３８が固着されているので、第１砥粒３６間の無機結合剤４０に研磨パッド１８が接触することによる無機結合剤４０の破片が発生することがない。
【００４０】
また、本実施例のドレッシング工具２４の無機材料製の工具本体２８は、アルミナＡｌ2 Ｏ3 、窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 、炭化ケイ素ＳｉＣ、ジルコニア、ムライトなどの無機材料焼結体や高融点ガラスなどの、ドレッシング工具２４として使用可能な十分に高い強度および靭性を備え且つ化学的に安定なセラミックスが用いられる。前記無機結合剤４０は、ホウ珪酸ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、ジルコニアなどの結合剤として十分に高い強度および靭性を備え且つ化学的に安定な工具本体２８に比較して相対的に低融点のセラミックス粉体が用いられるので、金属の研磨液への溶出がなくなって被研磨物の汚染がなくなるとともに、第１砥粒３６、第２砥粒３８の脱落がなくなって被研磨物の傷の発生が防止される。
【００４１】
また、本実施例の無機結合剤４０は、所謂ガラスであって、４０乃至７０重量％のＳｉＯ2 および１０乃至３０重量％のＢ2 Ｏ3 を少なくとも含む硼珪酸ガラスである。たとえば、その化学組成は、ＳｉＯ2 が４０乃至７０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 が０乃至２０重量％、Ｂ2 Ｏ3 が１０乃至３０重量％、アルカリ土類金属から選ばれる１種以上の金属酸化物ＲＯが０乃至１０重量％、アルカリ金属から選ばれる１種以上の金属酸化物Ｒ2 Ｏが０乃至１０重量％であることから、比較的低温の焼成たとえば９００度程度の焼成が可能となるので、ドレッシング工具２４の製造が容易となる。
【００４２】
また、本実施例のドレッシング工具２４に用いられる第１砥粒３６および第２砥粒３８は、ダイヤモンド、ＣＢＮ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムライト、二酸化珪素ＳｉＯ2 などの材質から構成されたものである。たとえば第１砥粒３６にはダイヤモンド粒が用いられ、第２砥粒３８には第１砥粒３６よりも相対的に低い硬度のアルミナ粒が用いられる場合には、平面研磨中において専ら研磨パッド１８の目立てを行う第１砥粒３６の硬度が相対的に高く、専ら研磨パッド１８と無機結合剤４０との接触を阻止する第２砥粒３８の硬度が相対的に低く相対的に安い材料が用いられるので、ドレッシング工具２４が低コストとなる。
【００４３】
また、本実施例のドレッシング工具２４では、第１砥粒３６が、その粒径の２０乃至７０％が無機結合剤４０から突き出た状態でドレッシング面３０に固着されていることから、第１砥粒３６の保持強度すなわち工具本体２８への固着力が十分に得られ、それらの脱落が防止される。無機結合剤４０から突き出し量が粒径の７０％を上まわると十分な保持強度が得られず、２０％を下まわるとドレッシング性能が低下する。
【００４４】
また、本実施例のドレッシング工具２４では、第１砥粒３６、第２砥粒３８と無機結合剤４０との間および無機結合剤４０と工具本体２８との間の熱膨張差は、±５×１０-6以下、さらに好適には±４×１０-6以下、最も好適には±３×１０-6以下とされたものである。このようにすれば、焼成時或いは焼成後にクラックが発生することが防止される。
【００４５】
また、前述の砥粒付着工程５４において振りかけられる混合砥粒は、第１砥粒３６および第２砥粒３８が個数比で１：１乃至１：１０の範囲内、好適には１：２乃至１：５の範囲内で混合されたものである。このようにすれば、第１砥粒３６の１個当たりの荷重が高められてドレッシング性能が得られる。第１砥粒３６の個数が１：１或いは１：２を上まわると第１砥粒の１個当たりの荷重が十分に得られ難くなってドレッシング性能が低下し、１：１０或いは１：５を下まわると第１砥粒３６の１個当たりの荷重が高くなり過ぎて脱落が発生する。
【００４６】
また、前述の無機結合材ペースト塗布工程４２或いはドットパターン印刷工程４８において用いられる無機結合剤ペースト４４或いは砥粒付着用ペースト５０は、前記無機結合剤粉体が有機溶剤或いは水のような溶媒中に分散させられたスラリー状の流動体であって、焼成工程６０における焼成時には消失する物質、たとえば、無機結合剤粉体の凝集を抑制するための分散剤、印刷などの塗布作業に適したペースト粘度とするための増粘剤、乾燥時の無機結合剤粉体を基体に固着させる粘結剤などが必要に応じて含まれるので、塗布作業或いは印刷作業が容易となる利点がある。
【００４７】
また、前述のドレッシング工具２４の製造工程において、ドットパターン印刷工程４８に先立って、無機材料製工具本体２８のドレッシング面３０に無機結合剤ペースト４４を一面に塗布する無機結合剤ペースト塗布工程４２が設けられていることから、第１砥粒３６を工具本体２８に十分な強度で固着させるために必要な量の無機結合剤が予め工具本体２８のドレッシング面３０に塗布されるので、ドットパターン印刷工程４８における印刷は、第１砥粒３６および第２砥粒３８を付着させるための厚みでよく、ドットパターン印刷において十分な量の無機結合剤を塗布するための厚みを形成する場合に比較して、ドットパターンのだれなどがなくなって印刷が容易となる。
【００４８】
また、前述のドレッシング工具２４の製造工程において、ドットパターン印刷工程４８により印刷されるドットパターンは、面積当たりの個数が均一となるように一定の密度で複数個のドットが前記ドレッシング面に規則的に配列されたものであることから、第１砥粒３６の１つ当たりに加えられる荷重が比較的均等になるので、高い研磨能率が得られるとともに第１砥粒３６の脱落が防止される。
【００４９】
また、前述のドレッシング工具２４の製造工程において、ドットパターン印刷工程４８により印刷されるドットパターンは、第１砥粒３６の平均粒径の３０乃至７０％の径を有する円形パターンであるので、ドットパターンが印刷されたドレッシング面３０に第１砥粒３６が振りかけられるとき、１個のドットパターンに対して１個の第１砥粒３６を好適に付着させることができる。
【００５０】
以上、本発明の一実施例を図面を用いて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００５１】
たとえば、前述の実施例のドレッシング工具２４は、その工具本体２８が無機材料焼結体や高融点ガラスから全体が構成されていたが、たとえば砥粒を固着させた無機材料製部材をたとえばステンレス鋼などの金属製の治具（本体）に接着することにより構成されたものであってもよい。
【００５２】
また、前述のドットパターン印刷工程４８において用いられる砥粒付着用ベースト５０は必ずしも無機結合剤を含むものでなくてもよい。要するに、第１砥粒３６および第２砥粒３８を付着させるための粘着性を備えたものであればよい。
【００５３】
また、図３のドレッシング工具２４の製造工程において、無機結合剤ペースト塗布工程４２或いはドットパターン印刷工程４８では、無機結合剤ペースト４４或いは砥粒付着用ベースト５０がインクジェットによって塗布されても差し支えない。
【００５４】
また、前述の実施例において、無機結合剤ペースト塗布工程４２およびドットパターン印刷工程４８に用いられる無機結合剤ペースト４４および砥粒付着用ベースト５０は、無機材料粉体以外の組成が相互に異なるものでもよい。たとえば、無機結合剤ペースト４４ではスプレーに用いられるような水性ペーストとし、砥粒付着用ペースト５０ではスクリーン印刷適性を高めるためのチクソトロピック性が設けられた高い粘性の有機溶剤性ペーストとされたものでもよい。
【００５５】
また、ドットパターンで印刷された砥粒付着用ペースト５０がその下層の乾燥固化された無機結合剤ペースト４４によって溶剤が吸収されて急速にその濡れが失われることを防止するために、固化された無機結合剤ペースト４４上に非吸収層を設けた後に、或いは無機結合剤ペースト４４が一旦焼成された後に砥粒付着用ペースト５０によりドットパターンで印刷されてもよい。
【００５６】
また、前述のドットパターン印刷工程４８に用いられるドットパターンの個々のドットの形状は円形であったが、必ずしも円形でなくてもよく、三角形、四角形などであってもよい。
【００５７】
また、前述の焼成工程６０では非酸化雰囲気すなわち窒素雰囲気下で焼成されていたが、それはダイヤモンドの変質を防止するためであるので、第１砥粒３６および第２砥粒３８が酸化雰囲気焼成下で変質しないものである場合には、必ずしも非酸化雰囲気下で焼成されなくてもよい。
【００５８】
また、前述の実施例において、砥粒混合工程５２は製造場所とは別の場所において行われ、既に混合された混合砥粒を購入して砥粒付着工程５４に用いるものであってもよい。
【００５９】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の平面研磨装置の構成の要部を簡単に説明する正面図である。
【図２】図１の平面研磨装置に用いられるドレッシング工具のドレッシング面を説明する図である。
【図３】図２のドレッシング工具の製造工程の要部を説明する図である。
【図４】図３の無機結合剤ペースト塗布工程および第１乾燥工程を経た状態を説明する図である。
【図５】図３のドットパターン印刷工程を経た状態を説明する図である。
【図６】図３の砥粒付着工程、第２乾燥工程および非付着砥粒除去工程を経た状態を説明する図である。
【図７】図３の焼成工程を経た状態を説明する図である。
【図８】図３の製造工程を経ることにより得られた実際のドレッシング工具のドレッシング面を示す電子顕微鏡写真である。
【図９】図３の製造工程を経ることにより得られた実際のドレッシング工具のドレッシング面を示す電子顕微鏡写真であって、図８をさらに拡大して示している。
【符号の説明】
１２：平面研磨装置
１８：研磨パッド
２４：ドレッシング工具
２８：工具本体
３０：ドレッシング面
３６：第１砥粒
３８：第２砥粒
４０：無機結合剤
５２：砥粒混合工程（混合砥粒用意工程）
４８：ドットパターン印刷工程
５０：砥粒付着用ペースト
５４：砥粒付着工程、５８：非付着砥粒除去工程（砥粒付着除去工程）
６０：焼成工程
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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