(57)【要約】      （修正有）【課題】加工効率に優れたパッド表面の加工、調整用の工具を提供する。【解決手段】基材１０の表面１１に、切刃稜線１４を有する複数の凸部１２を設ける。切刃稜線１４が回転方向Ｔに対して略直交する方向に延びるように、凸部１２を配置する。凸部１２に、切刃稜線１４を複数に分断して、この切刃稜線１４にて生じる切屑を逃がすための空隙１５を形成する。凸部１２の上面１３を平坦面とする。複数の凸部１２の上面１３の合計面積Ｓ１と、基材１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を、０．０００１〜０．０１の範囲に設定する。基材１０全体を、セラミックスで構成する。【選択図】      図１
2004291130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に、切刃稜線を有する複数の凸部が設けられ、
これら凸部は、その切刃稜線が被削材切削方向に対して略直交する方向に延びるように配置されており、
さらに、少なくとも前記凸部における切刃稜線部分が、セラミックスで構成されていることを特徴とする軟質材加工用工具。
【請求項２】
請求項１に記載の軟質材加工用工具において、
前記凸部には、前記切刃稜線を複数に分断して、この切刃稜線にて生じる切屑を逃がすための空隙が形成されていることを特徴とする軟質材加工用工具。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の軟質材加工用工具において、
前記凸部は、その上面に平坦面が存在させられていることを特徴とする軟質材加工用工具。
【請求項４】
請求項３に記載の軟質材加工用工具において、
前記複数の凸部の上面における平坦面の合計面積Ｓ１と、前記基材の表面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１〜０．０１の範囲に設定されていることを特徴とする軟質材加工用工具。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の軟質材加工用工具において、
前記基材における少なくとも表面の全面が、前記セラミックスで構成されていることを特徴とする軟質材加工用工具。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の軟質材加工用工具において、
前記基材の表面における前記凸部の被削材切削方向前方側の位置に、前記切刃稜線にて生じる切屑を排出するための排出口が形成されていることを特徴とする軟質材加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔性の樹脂、ゴム、ポリウレタンラバーなどからなるパッド、例えば、半導体ウエハなどの研磨用パッドの表面を加工、調整するための工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体産業の進展とともに、金属、半導体、セラミックなどの表面を高精度に仕上げる加工方法の必要性は高まっている。とくに、半導体ウエハは、集積度の向上とともにナノメーター（１／１０００ミクロン）オーダーの表面仕上げが要求されてきており、このため、多孔性のパッド（研磨布）を用いた、ＣＭＰ研磨（メカノケミカル研磨）が一般的となっている。
【０００３】
このような半導体ウエハなどの研磨に用いられるパッドは、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、研磨速度の低下などの好ましくない現象が生じるので、パッドの表面を定期的に加工、調整して荒すことにより、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。また、最近では、半導体装置の製造工程途中においても凹凸を平坦化するために研磨加工が用いられるようになってきており、このような場合には、凹部と凸部との研磨速度比を大きくとるために、独立気泡を有するポリウレタンラバーからなるパッドなど、より強力な表面調整が必要とされるパッドを使用する場合も増加している。
【０００４】
ところで、従来では、これらのパッドを加工、調整するためにはパッドコンデショナーと呼ばれる砥石が用いられるのが一般的であり、例えば、特許文献１に開示されているようなものがある。
このパッドコンディショナーは、鉄やステンレス鋼からなる略円板状をなす基材の表面に、ダイヤモンド砥粒がニッケル等の金属結合相で固着された砥粒層が形成されたものであり、また、この砥粒層が基材の表面の中心付近から外周側へ向かって放射状に延びるように形成されたものである。
そして、基材の表面を、軸線回りに回転させられているパッドの表面に対して一定の荷重で押し当てることにより、この基材がパッドの回転運動に伴って回転運動を行い、その表面の砥粒層によってパッドの表面を加工、調整していくものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９３２６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属結合相に固着されて表面に露出しているダイヤモンド砥粒は、微視的には高さにばらつきがあり、実際、ダイヤモンド砥粒が金属結合相中に５０ｖｏｌ％合まれていたとしても、研削に作用しているダイヤモンド砥粒はその５〜１０ｖｏｌ％と言われており、高価なダイヤモンド砥粒を用いるわりには、効率的な研削加工が行われないのが現実であった。
【０００７】
また、パッドの研磨に供されるダイヤモンド砥粒の角も、個々の粒子によって大きく異なり、多くの場合、非常に鈍い角度のダイヤモンド砥粒の角でパッドの表面の研削を行うこととなってしまい、十分に切れ味良くパッドを研削することはできなかった。とくに、ポリウレタンラバーからなるパッドを研磨する場合のように、多くの孔を表面に出してＣＭＰ研磨における効果性をあげたいときでも、孔がつぶされてしまうこととなり、研削効率が悪いだけでなく、パッドの表面の仕上げの点でも満足のいくものではなかった。
【０００８】
さらに、このようなダイヤモンド砥粒を用いていると、砥粒層の表面に露出しているダイヤモンド砥粒同士の間に、切屑が詰まって目詰まりを生じやすく、これによっても、加工効率を悪化させてしまっていた。
加えて、上述した従来のパッドコンディショナーにおいては、硬度の大きなダイヤモンド砥粒を用いているため、パッド表面の調整作用をある程度の期間に亘って維持することはできるものの、ダイヤモンド砥粒が高価であることから、パッドコンディショナー自体の価格が高くなってしまうという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、加工効率に優れた、パッド表面の加工、調整用の工具を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、基材の表面に、切刃稜線を有する複数の凸部が設けられ、これら凸部は、その切刃稜線が被削材切削方向に対して略直交する方向に延びるように配置されており、さらに、少なくとも前記凸部における切刃稜線部分が、セラミックスで構成されていることを特徴とする。
このような構成とすると、基材に形成された凸部における切刃稜線によって、被削材としてのパッドの表面を加工、調整していくので、従来のダイヤモンド砥粒のように、微視的な高さのバラツキが生じることがなくなって、鋭利な切刃稜線の全長がパッドの表面に作用するとともに、ダイヤモンド砥粒同士の間に切屑が詰まって目詰まりを生じることもなく、加工効率及び切れ味の向上を図ることができる。
しかも、このような高さにバラツキの生じることがない切刃稜線が、被削材切削方向（例えば、軸線回りに回転される略円板状をなす基材の回転方向）に対して略直交する方向（例えば、軸線回りに回転される略円板状をなす基材の場合には、基材の軸線を中心とした放射方向）に延びるように配置されているので、この切刃稜線によるパッドの表面の加工、調整をより高効率に行うことができる。
さらに、少なくとも凸部における切刃稜線部分が、セラミックスで構成されていることから、この切刃稜線に耐摩耗性を与えることができるので、従来のように、高価なダイヤモンド砥粒を用いなくても、長期間に亘って、切れ味を劣化させることなく安定したパッドの調整作用を呈することが可能となる。
【００１１】
また、前記凸部には、前記切刃稜線を複数に分断して、この切刃稜線にて生じる切屑を逃がすための空隙が形成されている構成としたならば、切刃稜線で生じる切屑を空隙を介して被削材切削方向後方側に抜けさせることができるので、切屑排出性を良好に保って、さらなる加工効率の向上を望むことができる。
【００１２】
また、前記凸部は、その上面に平坦面が存在させられていることが好ましく、このような構成とすると、この平坦面の存在によって、基材の表面がパッドの表面に対して一定の荷重で押しつけられたときに、切刃稜線がパッドの表面に食い込みすぎることがなくなり、局部的に深く加工されてしまうといったおそれをなくすことができる。
このとき、前記複数の凸部の上面における平坦面の合計面積Ｓ１と、前記基材の表面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、０．０００１〜０．０１の範囲に設定されていることが好ましく、比Ｓ１／Ｓ２が０．０００１より小さくなってしまうと、切刃稜線がパッドの表面に対して食い込みすぎることを防止する効果が得られなくなってしまうおそれがあり、一方、比Ｓ１／Ｓ２が０．０１より大きくなっても、切削抵抗の増大を招くことになって、加工効率を低下させてしまうおそれがある。
【００１３】
また、上記のセラミックスは、凸部における切刃稜線部分だけを構成しているのでもよいが、凸部を含むように基材における少なくとも表面の全面を構成していることが好ましく、このような場合には、基材の溶出による汚染を防止することができ、しかも、凸部の強度をより向上させることが可能となる。
【００１４】
また、前記基材の表面における前記凸部の被削材切削方向前方側の位置に、前記切刃稜線にて生じる切屑を排出するための排出口が形成されている構成としたならば、この排出口を用いて切屑を逃がすことが可能となって、切屑排出性をより良好に維持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明に用いた図面においては、説明上分かりやすくするために誇張して記載してあり、詳細な数値等の規定に関しては、後述する通りである。
【００１６】
まず、本発明の第１実施形態を説明する。図１（ａ）は本第１実施形態による軟質材加工用工具の平面図、（ｂ）は（ａ）における要部拡大斜視図、図２は同軟質材加工用工具の凸部の要部拡大断面図である。
【００１７】
本第１実施形態による軟質材加工用工具の基材１０は、軸線Ｏを中心として軸線Ｏ回りに回転（回転方向Ｔ＝被削材切削方向）される略円板状をなすものであり、その表面１１における中央領域を除いた周辺領域には、上方に向けて突出する凸部１２が複数、例えば４つ形成されている。
これら複数の凸部１２は、それぞれ同一形状の略直方体状を呈しており、基材１０の表面１１において、周方向で略等間隔に配置され、かつ、これら凸部１２の長手方向が、軸線Ｏから外周側へ向かう方向（径方向）と一致するように配置されている。
【００１８】
また、凸部１２の長方形状をなす上面１３の全面が、基材１０の表面１１と略平行な平坦面とされており、この上面１３（平坦面）における一方の長辺（回転方向Ｔ前方側（略円板状をなす基材１０の軸線Ｏから径方向外周側へ向かって延びる直線よりも前方側）の長辺）が、切刃稜線１４とされている。
ここで、凸部１２が上記のように配置されていることにより、この凸部１２に形成された切刃稜線１４も、基材１０の表面１１において、周方向で略等間隔に配置され、かつ、軸線Ｏから外周側へ向かう方向、すなわち、軸線Ｏを中心とした放射方向（被削材切削方向に対して略直交する方向）に延びるように配置されている。
【００１９】
また、凸部１２には、この凸部１２を複数、例えば２つに等分して分断するような空隙１５が、長手方向の略中央部に、長手方向と略直交する方向（回転方向Ｔ）に沿って所定幅で形成されており、空隙１５の底面は、基材１０の表面１１と面一となっている。
この空隙１５の存在により、凸部１２に形成された切刃稜線１４も、径方向に複数、例えば２つに等分されて分断されることになる。
すなわち、一つの凸部１２は、空隙１５によって等分されて分断された２つの凸部から構成されているのである。
【００２０】
さらに、基材１０の表面１１に形成されたすべての凸部１２における上面１３（平坦面）の合計面積Ｓ１と、基材１０の表面１１の面積Ｓ２（平面視において、円をなす基材１０の表面１１の面積）との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１〜０．０１の範囲に設定されており、本実施形態においては、面積比Ｓ１／Ｓ２が、例えば０．００２４５とされている。
【００２１】
このような複数の凸部１２が配置された基材１０は、例えば、略円板状をなす基材の平坦な表面に対して切削加工等を施すことによって製造される。すなわち、加工を施していない部分が、基材１０の表面１１と一体となった凸部１２となるのである。
【００２２】
そして、上述したような基材１０において、その表面１１と一体に形成された凸部１２における少なくとも切刃稜線１４部分が、セラミックス（ビッカース硬さ１３ＧＰａ以上の硬さを有する耐摩耗性材料）で構成されているのであり、本実施形態においては、複数の凸部１２が形成された基材１０の表面１１の全面を含んだ基材１０全体が、セラミックスで構成されている。
ここで、基材１０を構成する材料であるセラミックスに関しては、凸部１２の形成しやすさ、及び、実用に耐えるための機械的特性等の観点から、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４やアルミナなどが挙げられる。
【００２３】
上記のような構成とされた軟質材加工用工具は、基材１０の裏面にＳＵＳや樹脂等からなる板材が貼り付けられたり、基材１０がＳＵＳ等の板材に形成された凹みに焼き嵌めされたりして組み付けられてから、実際の加工に用いられることになる。
そして、組み付けられた状態の軟質材加工用工具は、その基材１０の表面１１を、軸線回りに回転させられている多孔性の樹脂、ゴム、ポリウレタンラバーなどからなるパッドの表面に対して一定の荷重で押し当てることにより、基材１０がパッドの回転運動に伴って回転運動（回転方向Ｔ＝被削材切削方向）を行い、複数の凸部１２に形成された切刃稜線１４で、被削材としてのパッドの表面を切削するとともに、この切刃稜線１４にて生成される切屑が、切刃稜線１４を径方向で複数に分断している空隙１５などを介して排出されていく。
【００２４】
このような軟質材加工用工具では、基材１０の表面１１に形成された凸部１２における切刃稜線１４によって、パッドの表面を加工、調整していくことになるので、従来のダイヤモンド砥粒を用いたパッドコンディショナーのように、微視的な高さのバラツキが生じることがなくなって、鋭利な切刃稜線１４が、その全長に亘ってパッドの表面に作用することになり、しかも、ダイヤモンド砥粒同士の間に切屑が詰まって目詰まりが生じることもなくなるので、加工効率及び切れ味の向上を図ることができる。
また、このような高さにバラツキの生じることがない切刃稜線１４が、基材１０の回転方向Ｔ（被削材切削方向）に対して略直交する方向に延びるように配置されることとなるので、この鋭利な切刃稜線１４の全長によって、パッドの表面の加工、調整をより効率的に行うことができる。
【００２５】
また、凸部１２には、切刃稜線１４を複数に等分して分断するような空隙１５が形成されていることから、切刃稜線１４にて生じる切屑を、この空隙１５を通過させて回転方向Ｔ後方側（被削材切削方向後方側）に排出することができるので、切屑排出性を良好に保つことができ、加工効率のさらなる向上を図ることができる。
【００２６】
また、凸部１２の上面１３が、基材１０の表面１１と平行な平坦面とされ、かつ、複数の凸部１２の上面１３（平坦面）の合計面積Ｓ１と、基材１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１〜０．０１と適度な範囲に設定されているため、基材１０の表面１１がパッドの表面に対して一定の荷重で押しつけられたときに、凸部１２の切刃稜線１４がパッドの表面に対して食い込みすぎることを防止し、局部的に深く加工されてしまうような事態をなくすことができる。
ここで、比Ｓ１／Ｓ２が０．０００１より小さくなってしまうと、切刃稜線１４のパッドの表面に対する過度の食い込み防止の効果を得られなくなるおそれが生じ、一方、比Ｓ１／Ｓ２が０．０１より大きくなってしまうと、切削抵抗の増大を招いてしまって、加工効率を低下させてしまうおそれがある。
なお、上述したような効果をより確実なものとするためには、この面積比Ｓ１／Ｓ２は、０．０００５〜０．００５の範囲に設定することが好ましい。
【００２７】
さらには、凸部１２における切刃稜線１４部分を含んで、基材１０全体が、セラミックスで構成されていることから、この切刃稜線１４に対して、十分な耐摩耗性を与えることができ、高価なダイヤモンド砥粒を用いなくても、長期間に亘って、切れ味を劣化させることなく安定したパッドの調整作用を維持していくことが可能となり、かつ、凸部１２の強度をより向上させることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２，第３実施形態を説明するが、上述した第１実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図３（ａ）は本第２実施形態による軟質材加工用工具の平面図、（ｂ）は（ａ）における要部拡大斜視図、図４（ａ）は本第３実施形態による軟質材加工用工具の平面図、（ｂ）は（ａ）における要部拡大斜視図である。
【００２９】
本第２実施形態による軟質材加工用工具は、基材１０の表面１１における周辺領域に、周方向で略等間隔に、例えば１６個の凸部１２が形成されたものであり、この凸部１２は、その長手方向（径方向）を３等分する位置に、凸部１２を複数、例えば３つに等分して分断するような２つの空隙１５，１５が、長手方向と略直交する方向（回転方向Ｔ）に沿って所定幅で形成されている。
そして、２つの空隙１５，１５によって、凸部１２に形成された切刃稜線１４も、径方向に複数、例えば３つに等分されて分断されることになる。
すなわち、一つの凸部１２は、空隙１５によって等分されて分断された３つの凸部から構成されている。
【００３０】
本第３実施形態による軟質材加工用工具は、基材１０の表面１１における周辺領域に、周方向で略等間隔に、例えば６０個の凸部１２が形成されたものであり、この凸部１２は、その長手方向（径方向）を４等分する位置に、凸部１２を複数、例えば４つに等分して分断するような３つの空隙１５，１５，１５が、長手方向と略直交する方向（回転方向Ｔ）に沿って所定幅で形成されている。
そして、３つの空隙１５，１５，１５によって、凸部１２に形成された切刃稜線１４も、径方向に複数、例えば４つに等分されて分断されることになる。
すなわち、一つの凸部１２は、空隙１５によって等分されて分断された４つの凸部から構成されている。
【００３１】
これら第２，第３実施形態による軟質材加工用工具のそれぞれにおいても、基材１０の表面１１に形成されたすべての凸部１２における上面１３（平坦面）の合計面積Ｓ１と、基材１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１〜０．０１の範囲に設定されているのであり、このような構成とされた第２，第３実施形態であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
次に、本発明の第４実施形態を説明するが、上述した第１実施形態と同様の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図５は本第４実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。
【００３３】
本第４実施形態による軟質材加工用工具は、第１実施形態と同様の構成をなすものであるが、その相違点は、基材１０の表面１１において、凸部１２の回転方向Ｔ（被削材切削方向）のすぐ前方側の位置に、排出口１７が形成されていることである。
この排出口１７は、複数に分断された切刃稜線１４の全長に沿って、この切刃稜線１４の回転方向Ｔの前方側に位置しているのであり、しかも、基材１０の表面１１側から裏面側に向かうにしたがい、基材１０の外周側及び回転方向Ｔ後方側へ延びて、基材１０の側面に開口しているのである。
このような構成とされた軟質材加工用工具によれば、上述した第１実施形態と同様の効果に加えて、基材１０の軸線Ｏ回りの回転運動に伴い、切刃稜線１４にて生成された切屑を排出口１７内に取り込み、そして、基材１０の側面の開口部から、遠心力によって基材１０の外周側へ自動的に排出させることができる。
【００３４】
なお、本第４実施形態では、上述の第１実施形態において、切刃稜線１４の回転方向Ｔ前方側に排出口１７を形成したもので説明しているが、これに限定されることなく、例えば、第２及び第３実施形態において、切刃稜線１４の回転方向Ｔ前方側に排出口１７を形成したものであっても同様の効果を奏することができるのはもちろんである。
【００３５】
また、上記の各実施形態においては、凸部１２に形成された空隙１５の底面が、基材１０の表面１１と面一となっているが、これに限定されることなく、空隙１５の底面が基材１０の表面よりも高い位置にあっても構わない。
さらに、上記の各実施形態においては、凸部１２に空隙１５が形成されているものについて説明しているが、これに限定されることなく、空隙１５はなくてもよい。ここで、上記の各実施形態についても、一つの凸部１２が空隙１５によって複数に分断されていると考えるのではなく、一つの凸部１２を構成する複数の凸部を、それぞれ独立して分断されていない切刃稜線１４を有するものと考え、これらが基材１０の表面１１に所定の間隔を介して径方向に沿って配置されていると考えることもできる。
【００３６】
また、上記の各実施形態においては、凸部１２の上面１３の全面が平坦面とされているが、これに限定されることはなく、凸部１２の上面１３に平坦面が存在してさえいればよい。例えば、凸部１２の上面１３が、基材１０の表面１１側へ凹まされてなる凹部を備えた平坦面を有するものであってもよいし、あるいは、その稜線部に面取りが施されてなる平坦面を有するものであってもよい（この場合には、凸部１２の上面１３に存在する平坦面の一辺だけが切刃として作用するのではなく、面取りによって形成された面同士の交差稜線なども切刃として作用することがある）。
さらに、上記の各実施形態においては、凸部１２の上面１３に存在する平坦面が、基材１０の表面１１と略平行なものとなっているが、これに限定されることはなく、凸部１２の上面１３に存在する平坦面は、基材１０の表面１１に対して多少の傾斜を有するようなものであってもよい。
【００３７】
また、上記の各実施形態においては、略円板状をなす基材１０を用いているが、これに限定されることなく、他の形状の基材、例えば、平坦な表面を有する略直方体状の基材を用いたり、あるいは、凸状に湾曲した表面を有する基材（断面円弧状の外周面（表面）を有する略円柱状の基材）を用いて、パッド表面の加工・調整を行ったとしても、何の遜色もなく、上述したような効果を奏することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凸部の切刃稜線によって、パッドの表面を加工、調整するので、従来のダイヤモンド砥粒のように、微視的な高さのバラツキが生じることがなくなって、鋭利な切刃稜線の全長がパッドの表面に作用し、かつ、ダイヤモンド砥粒同士の間に切屑が詰まって目詰まりを生じることもないので、加工効率及び切れ味の向上を図ることができる。
また、高さにバラツキの生じることのない切刃稜線が、被削材切削方向に対して略直交する方向に延びるように配置されるので、この切刃稜線によるパッドの表面の加工、調整をより高効率に行うことができる。
さらに、少なくとも凸部における切刃稜線部分が、セラミックスで構成されていることから、この切刃稜線に耐摩耗性を与えることができるので、従来のように、高価なダイヤモンド砥粒を用いなくても、長期間に亘って、切れ味を劣化させることなく安定したパッドの調整作用を呈することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態による軟質材加工用工具の平面図、（ｂ）は（ａ）における要部拡大斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による軟質材加工用工具の凸部の要部拡大断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態による軟質材加工用工具の平面図、（ｂ）は（ａ）における要部拡大斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３実施形態による軟質材加工用工具の平面図、（ｂ）は（ａ）における要部拡大斜視図である。
【図５】本発明の第４実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。
【符号の説明】
１０  基材
１１  表面
１２  凸部
１３  上面（平坦面）
１４  切刃稜線
１５  空隙
１７  排出口
Ｓ１  複数の凸部の上面の合計面積
Ｓ２  基材の表面の面積
Ｔ  回転方向
ｔ  層厚
【図１】
2004291130.tif 000003
【図２】
2004291130.tif 000004
【図３】
2004291130.tif 000005
【図４】
2004291130.tif 000006
【図５】
2004291130.tif 000007