(57)【要約】 【課題】  粘弾性樹脂で構成された研磨パッドの溝加工の際に発生する加工不良を低減することができる切削工具を提供する。【解決手段】  切削工具の構造は、複数の単一刃１０が工具本体の一側面に、一定の間隔で突設されている。単一刃１０の形状は、刃幅Ｗが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ、横逃げ角αが４°〜１０°、すくい角βが０°〜５°、前逃げ角δが０°〜３０°とし、刃物角θは、選択されるすくい角βおよび逃げ角δによって決定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘弾性樹脂で構成される半導体用研磨パッドに溝加工を施す切削工具であって、
横逃げ角が４°〜１０°であり、すくい角が０°〜５°であり、前逃げ角が０°〜３０°である単一刃を有することを特徴とする切削工具。
【請求項２】
材質が高速度鋼または超硬合金であることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
【請求項３】
すくい面に鏡面加工が施されていることを特徴とする請求項１または２記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体用研磨パッドに溝加工を施す切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の分野では、半導体素子の微細化および多層化による高集積化に伴い、半導体層、金属層の平坦化技術が重要な要素技術となっている。ウエハに集積回路を形成する際、電極配線などによる凹凸を平坦化せずに層を重ねると、段差が大きくなり、平坦性が極端に悪くなる。また段差が大きくなった場合、フォトリソグラフィにおいて凹部と凸部の両方に焦点を合わせることが困難になり微細化を実現することができなくなる。したがって、積層中の然るべき段階でウエハ表面の凹凸を除去するための平坦化処理を行う必要がある。平坦化処理には、エッチングにより凹凸部を除去するエッチバック法、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などにより平坦な膜を形成する成膜法、熱処理によって平坦化する流動化法、選択ＣＶＤなどにより凹部の埋め込みを行う選択成長法などがある。
【０００３】
以上の方法は、絶縁膜、金属膜など膜の種類によって適否があること、また平坦化できる領域がきわめて狭いという問題がある。このような問題を克服することができる平坦化処理技術としてＣＭＰによる平坦化がある。
【０００４】
ＣＭＰによる平坦化処理では、微細なシリカ粒子（砥粒）を懸濁した研磨用組成物を研磨パッド表面に供給しながら、圧接した研磨パッドと、被研磨物であるシリコンウエハとを相対移動させて表面を研磨することにより、広範囲にわたるウエハ表面を高精度に平坦化することができる。
【０００５】
ＣＭＰにおける研磨特性の向上を目的とした研磨パッドの改良が行われている。研磨パッドの改良の１つとして、被研磨物と接触する側の表面部分に複数の溝を設ける加工が挙げられる。表面部分に設けられた溝は、研磨用組成物を保持する機能と、研磨屑などスクラッチの原因となる粗大粒子を取り除く機能とを有しており、たとえば同心円状、螺旋状および格子状などに設けられる。
【０００６】
溝加工を行うための切削工具の従来例が、特許文献１および特許文献２に開示されている。特許文献１記載の旋削工具は、一条の溝を旋削する単一刃の形状を、刃物角１５度乃至３５度に対応して前逃げ角６５度乃至４５度、横逃げ角１度乃至３度の範囲に形成し、この単一刃を整列突設した多刃ユニットを備えている。特許文献２記載の旋削工具は、特許文献１記載の旋削工具と類似しており、刃物角が３０度乃至３５度の範囲、すくい角が２０度乃至１０度の範囲、前逃げ角が５５度乃至４５度の範囲、横逃げ角を０度乃至２度の範囲で形成した単一バイト、または該単一バイトを２個以上配列した多刃工具である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１８１６４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多くの研磨パッドは、粘弾性樹脂で構成されており、所望の溝加工を行うことは困難である。たとえば、特許文献１および特許文献２記載の旋削工具を用いて溝加工を行うとバリが多く発生し、切削くずが塊になって不規則に発生する加工不良が問題となる。また、加工時の振動などにより工具が破損してしまう問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、粘弾性樹脂で構成された研磨パッドの溝加工の際に発生する加工不良を低減することができる切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、粘弾性樹脂で構成される半導体用研磨パッドに溝加工を施す切削工具であって、横逃げ角が４°〜１０°であり、すくい角が０°〜５°であり、前逃げ角が０°〜３０°である単一刃を有することを特徴とする切削工具である。
材質が高速度鋼または超硬合金であることを特徴とする。
すくい面に鏡面加工が施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、粘弾性樹脂で構成される半導体用研磨パッドに溝加工を施す切削工具である。横逃げ角が４°〜１０°であり、すくい角が０°〜５°であり、前逃げ角が０°〜３０°と設定する。
【００１２】
これにより、刃の形状を最適化することで研磨パッドの溝加工の際に発生する加工不良を低減することができる。
【００１３】
また本発明によれば、材質が高速度鋼または超硬合金である。
これにより、最適な刃の材質を選択することで、工具寿命、加工精度などを向上させることができる。
【００１４】
また本発明によれば、すくい面に鏡面加工が施されている。
これにより、すくい面における摩擦抵抗を低減させ、さらに切削くずを排出しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
研磨パッドの溝加工は、所定形状の刃を有する切削工具と研磨パッドとを相対移動させることで、研磨パッドの被研磨物と接触する側の表面部分に複数の溝を設ける。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態である切削工具１の構成を示す図である。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は側面図であり、図１（ｃ）は底面図である。図２は、単一刃１０の刃先部分を拡大した図である。図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は側面図である。
【００１７】
切削工具１の構造は、複数の単一刃１０が工具本体２０の一側面に、間隔Ｐで突設されている。単一刃１０の形状は、図に示すように刃幅Ｗ、横逃げ角α、すくい角β、前逃げ角δおよび刃物角θで表される。
【００１８】
本実施形態では、刃幅Ｗが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ、横逃げ角αが４°〜１０°、すくい角βが０°〜５°、前逃げ角δが０°〜３０°とし、刃物角θは、選択されるすくい角βおよび逃げ角δによって決定する。たとえばすくい角βが０°で前逃げ角δが１５°のときは刃物角θを７５°とする。
【００１９】
刃幅Ｗは、加工しようとする溝の溝幅に応じて選択する。横逃げ角αを調整することで、切削くずの流れやすさ（排出性）を調整することができるため、切削工具の摩耗および破損に大きく影響を及ぼす。横逃げ角αを４°〜１０°と大きくすることで、切削くずを流れやすくすることができる。
【００２０】
すくい角βは、切削抵抗に影響を及ぼす。すくい角βを０°〜５°と比較的小さくすることで、切削抵抗を低減させ、バリの発生を防ぐことができる。また、切削くずの受ける歪みが小さくなるので、切削くずが連続的に排出される。逃げ角δは、切削工具の摩耗および破損に影響を及ぼす。前逃げ角δを０°〜３０°と小さくすることで摩耗を低減し、工具が破損することを防ぐことができる。特に、前逃げ角δを１５°とすることが好ましい。単一刃の間隔Ｐは、加工しようとする溝の寸法に応じて設定すればよいが、溝幅が大きくなる、すなわち刃幅が大きくなるにつれて、間隔Ｐも大きく設定する。たとえば刃幅が０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍのときは、間隔Ｐは１．０ｍｍ〜１．５ｍｍに設定し、刃幅が０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍのときは、間隔Ｐは１．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定し、刃幅が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍのときは、間隔Ｐは３．０ｍｍ〜５．０ｍｍに設定する。
【００２１】
さらにすくい面１０ａに鏡面加工を施すことが好ましい。これにより、すくい面における摩擦抵抗を低減させ、さらに切削くずを排出しやすくなる。鏡面加工は、たとえばすくい面１０ａを研磨することなどで行う。
【００２２】
研磨パッドに対する溝加工は、高速・高温加工となるため、切削工具１の材質には、耐磨耗性および靱性が要求される。たとえば、高速度鋼または超硬合金などが材質として好ましい。高速度鋼は、高炭素鋼にクロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、コバルトなどの合金元素を比較的多量に添加した材料である。超硬合金は、高融点金属の炭化物を主成分とする材料である。
【００２３】
また、刃の表面にセラミックスコーティングを施してもよい。セラミックスコーティングによって耐摩耗性を満足し、材料によって靱性を満足することで最適な溝加工用の切削工具を実現することができる。靱性が高くなると工具寿命が向上するので、工具寿命を向上させたい場合は、靱性が高い超硬合金が高速度鋼よりも好ましい。
【００２４】
バリの低減、研磨パッドの表面および断面加工精度などに着目すると、靱性の高い材料が最適であるとは限らない。特に、加工時の切削速度によって適した材料を選択することが好ましい。
【００２５】
図３は、溝加工装置１００の構成を示す概略図である。溝加工装置１００は、主に被切削物である研磨パッドを固定して支持する支持テーブル１０１と、支持テーブル１０１を回転駆動および直線駆動させるテーブル駆動部１０２と、切削工具１の工具本体２０を支持テーブル１０１の上方に保持し、研磨パッドに単一刃１０を当接させる刃物部１０３とを含んで構成される。支持テーブル１０１は、静電チャックまたは真空チャックなどの固定手段でテーブル上に研磨パッドを固定支持する。テーブル駆動部１０２は、支持テーブル１０１を縦の軸線まわりに回転させるとともに支持された研磨パッドの半径方向に直線移動させる。刃物部１０３は、保持した切削工具１を、縦方向および支持された研磨パッドの半径方向に移動させる。テーブル駆動部１０２の回転方向、回転速度、直線移動方向、直線移動距離、直線移動速度および刃物部１０３の縦方向移動方向、縦方向移動距離、半径方向移動方向、半径方向移動距離、当接圧力などは、図示しない制御部が制御する。
【００２６】
同心円状の溝加工の場合、図１に示したような切削工具１を、その単一刃１０が研磨パッドの半径方向に配置するように刃物部１０３に保持する。テーブル駆動部１０２によって研磨パッドを支持した支持テーブル１０１を回転駆動させるとともに、切削工具１を縦方向に移動させて研磨パッドの研磨面に当接させる。切削工具１が当接した状態で切削工具１の位置を固定し、１回転以上すると単一刃の刃数分の溝が研磨パッドに形成される。切削工具１を研磨パッドの半径方向に移動させて再び当接して溝を形成する。これを繰り返すことで研磨パッドの全面にわたって同心円状の溝加工を施すことができる。
【００２７】
螺旋状の溝加工の場合、１本の単一刃を有する切削工具を使用し、テーブル駆動部１０２によって研磨パッドを支持した支持テーブル１０１を回転駆動させるとともに、切削工具を縦方向に移動させて研磨パッドの研磨面に当接させる。当接させるとほぼ同時に、切削工具を半径方向に移動させる。支持テーブル１０１の回転と、切削工具の半径方向移動とを同時に行うことで螺旋状の溝加工を施すことができる。
【００２８】
格子状の溝加工の場合、図１に示したような切削工具１を、その単一刃１０が研磨パッドの半径方向に配置するように刃物部１０３に保持する。切削工具１を縦方向に移動させて研磨パッドの研磨面に当接させるとともに、テーブル駆動部１０２によって研磨パッドを支持した支持テーブル１０１を直線駆動させる。これを繰り返して互いに平行な複数の溝を形成する。次に、支持テーブル１０１を９０°回転させて同様に互いに平行な複数の溝を形成することで格子状の溝加工を施すことができる。
【００２９】
上記のように、いずれの溝加工においても、切削工具と研磨パッドと当接させながら相対的に移動させることで溝加工を行う。このときの相対的な移動速度が切削速度となる。切削速度が比較的遅い場合、たとえば０．１ｍ／ｍｉｎ〜５００ｍ／ｍｉｎの範囲では、高速度鋼を用いることが好ましく、切削速度が比較的速い場合、たとえば３００ｍ／ｍｉｎ〜１,０００ｍ／ｍｉｎの範囲では、超硬合金を用いることが好ましい。なお、同心円状の溝加工の場合、支持テーブル１０１を回転駆動させたときの周速度が切削速度に相当する。３００ｍ／ｍｉｎ〜５００ｍ／ｍｉｎの範囲では、切削速度以外に切削しようとする溝の寸法、研磨パッドの材質などに応じて最適な切削工具１の材質を決定すればよい。
【００３０】
以上のように、刃の形状を最適化することで研磨パッドの溝加工の際に発生する加工不良を低減することができる。さらに最適な刃の材質を選択することで、工具寿命、加工精度などを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の一形態である切削工具１の構成を示す図である。
【図２】単一刃１０の刃先部分を拡大した図である。
【図３】溝加工装置１００の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  切削工具
１０  単一刃
１０ａ  すくい面
２０  工具本体
１００  溝加工装置
１０１  支持テーブル
１０２  テーブル駆動部
１０３  刃物部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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