(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒を金属結合相で分散固着して砥粒層を形成した後、金属結合相表面より突出した超砥粒に物理的な力を加えて、金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにした電着砥石の表面調整方法であって、
前記余剰砥粒の除去は、前記砥粒層で氷を研削することで行うことを特徴とする電着砥石の表面調整方法。
【請求項２】
超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒を金属結合相で分散固着して砥粒層を形成した後、金属結合相表面より突出した超砥粒に物理的な力を加えて、金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにした電着砥石の表面調整方法であって、
前記余剰砥粒を除去する工程を経た後で、前記電着砥石の砥粒層表面の超砥粒をめっきによって更に埋め込み、その後に該電着砥石で氷を研削するようにしたことを特徴とする電着砥石の表面調整方法。
【請求項３】
超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石を保持する保持機構と、被削材としての氷を保持する手段としての冷凍チャック装置とを備え、前記電着砥石で氷を研削して金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにしたことを特徴とする電着砥石の表面調整装置。
【請求項４】
前記氷は純水から成ることを特徴とする請求項３記載の電着砥石の表面調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエーハ等の被研磨材の表面をＣＭＰ装置によって研磨する際に用いられる研磨用のパッドをコンディショニングするためのコンディショナ等に用いられる電着砥石の表面調整方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴットから切り出した半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）の表面を化学的且つ機械的に研磨するＣＭＰ装置（ケミカルメカニカルポリッシングマシン）においては、円板状の回転テーブル上に例えば硬質ウレタンからなるポリッシング用のパッドが設けられている。このパッドに対向して且つパッドの中心軸から偏心した位置に自転可能なウエーハキャリアが配設され、このウエーハキャリアでウエーハを保持し、ウエーハキャリアでウエーハをパッドに押し付けてウエーハ表面の研磨を行い鏡面仕上げすることになる。
ウエーハの研磨に際して、微粒子シリカ等による遊離砥粒とアルカリ液や酸性液等によるエッチング液とを混合してスラリとしてパッド上に供給するメカノ・ケミカル研磨法が採用されている。
硬質ウレタン製などのパッド上にはスラリを保持する微細な発泡層が多数設けられており、これらの発泡層内に保持されたスラリでウエーハの研磨が行われる。ところが、ウエーハの研磨を繰り返すことでパッドの研磨面の平坦度が低下したり目詰まりするためにウエーハの研磨精度と研磨効率が低下するという問題が生じる。
【０００３】
そのため、従来からＣＭＰ装置には単層の電着砥石からなる電着ホイールがパッドのコンディショナとして用いられ、この電着ホイールでパッドの表面を再研磨または再研削（コンディショニング）するようになっている。この電着ホイールによって回転するパッド上を研削することで、パッドの平坦度等を回復または維持し目詰まりを解消するようになっている。
例えば図７及び８に示す電着ホイール１は、円形板状の台金２上に平面リング状の砥粒層３が形成されており、この砥粒層３は例えば図８に示すように台金２上に電気めっきなどによりダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒４を金属めっき相５で分散固定して構成されている。
尚、砥粒層３の表面には所定間隔で径方向に凹溝７が形成されていてスラリや切り粉を外部に排出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電着ホイール１は通常、砥粒層３の厚み方向に１層の超砥粒４が配列されてなる単層電着砥石で構成され、各超砥粒４…は通常、金属めっき相５に平均粒径の６０〜８０％程度埋め込まれて保持されているが、一部の超砥粒４…は金属めっき相５への埋め込み量が平均粒径の５０％未満、即ち金属めっき相５からの突出量が平均粒径の５０％を越えることになる場合がある。
このような電着ホイール１を用いてパッドの研削即ち本研削を行うと、研削の途中で他より大きく突出する一部の超砥粒４が容易に脱落するおそれがあり、この超砥粒４がパッド中に残留することになる。この場合、コンディショニングの後にパッドでウエーハを研磨するとパッド中に残留する超砥粒４によってウエーハに傷がつくという問題が生じる。
また他の用途に用いられる電着砥石においても、被削材の表面を高精度に研磨するような場合に研削中に不用意に突出量の大きい超砥粒が脱落すると被削材と電着砥石との間に超砥粒が挟まって被削材を傷つけるという問題があった。また超砥粒の突出量のバラツキが大きく、そのために被削材の面粗さが粗くなるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて、突出量の大きい超砥粒を本研削前に砥粒層から除去できるようにした電着砥石の表面調整方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電着砥石の表面調整方法は、超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒を金属結合相で分散固着して砥粒層を形成した後、金属結合相表面より突出した超砥粒に物理的な力を加えて、金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにした電着砥石の表面調整方法であって、前記余剰砥粒の除去は、前記砥粒層で氷を研削することで行うことを特徴とする。
本研削に先立って電着砥石の製作工程で、金属結合相表面から余剰砥粒を脱落させておくことで、本研削の際に金属結合相表面から余剰砥粒が脱落して電着砥石と被削材の加工面との間に挟まって加工面を傷つけることを防止できると共に被削材加工面の表面粗さを改善できる。
【０００７】
そして、余剰砥粒の除去は、砥粒層で氷を研削することで行うことで、その冷却効果によって超砥粒や金属結合相にダメージを与えることなく、氷による電着砥石の洗浄効果を発揮できる。
尚、氷研削で本研削よりも高い負荷をかけてもよく、このようにすれば脱落すべき余剰砥粒が確実に脱落する。
【０００８】
また、本発明に係る電着砥石の表面調整方法は、超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒を金属結合相で分散固着して砥粒層を形成した後、金属結合相表面より突出した超砥粒に物理的な力を加えて、金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにした電着砥石の表面調整方法であって、前記余剰砥粒を除去する工程を経た後で、前記電着砥石の砥粒層表面の超砥粒をめっきによって更に埋め込み、その後に該電着砥石で氷を研削するようにしたことを特徴とする。
このように、余剰砥粒を除去する工程を経た後で、電着砥石の砥粒層表面の超砥粒をめっき等によって更に全面或いは部分的に埋め込み、その後に電着砥石で氷を研削することにより、二段階の余剰砥粒除去工程によって余剰砥粒を脱落させることができるから、最初の段階で脱落させることができなかった余剰砥粒であっても第二段階の氷研削で確実に脱落させることができ、他の超砥粒より突出量の大きい余剰砥粒を本研削前に確実に排除できる。
【０００９】
本発明による電着砥石の表面調整装置は、超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石を保持する保持機構と、被削材としての氷を保持する手段としての冷凍チャック装置とを備え、電着砥石で氷を研削して金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにしたことを特徴とする。
電着砥石を駆動して氷の研削を行うことで電着砥石の超砥粒や金属結合相にダメージを与えることなく余剰砥粒を脱落させることができる。その際、電着砥石に本研削の時より高い負荷をかければ、余剰砥粒を確実に脱落させることができる。
【００１０】
そして、氷を保持する手段は冷凍チャック装置であり、氷は表面に水の膜が形成されているから、冷凍チャック装置と容易に且つ堅固に固着できる。
また氷は純水から成っていてもよい。
純水を凍らせて氷を製作すれば、研削に際して氷が粉砕されたり融けて水になっても微細なゴミや異物が生じないから、氷の研削による洗浄効果が高い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面により説明するが、上述の従来技術と同一の部分には同一の符号を用いて説明する。図１乃至図５は本発明の実施の形態に関するものであって、図１は電着砥石の表面調整装置を示す要部構成図、図２は表面調整方法のフローシート、図３は二次めっき工程の終了した電着砥石の部分縦断面図、図４は電着砥石の別の表面調整装置を示す要部構成図、図５（ａ）は一次余剰砥粒除去工程後に三次めっきを行った電着砥石の部分縦断面図、（ｂ）は氷研削後の電着砥石の部分縦断面図である。
図１は実施の形態による電着砥石の表面調整装置の部分構成を示す図であり、この表面調整装置１０において、電着ホイール１１（電着砥石）は、例えば図示しない駆動手段に連結されたキャリア１２に回転可能に支持されており、キャリア１２に対向する位置に冷凍チャック装置１４が設けられている。この冷凍チャック装置１４は冷凍手段１６の上部に冷凍チャックプレート１８が配設されており、冷凍チャックプレート１８の上面には被削材として氷２０が固着されている。
電着ホイール１１は上述の従来技術と同様に、例えば円板型の台金２上に砥粒層３が設けられ、砥粒層３は超砥粒４がＮｉまたはＣｏ或いはこれらの合金からなる金属めっき相（金属結合相）５で分散配置されて構成されている。
表面調整に際して電着ホイール１１をキャリア１２で回転させつつ氷２０の表面を研削することになる。
【００１２】
次に本実施の形態による電着ホイール１１の表面調整方法について図２に示すフローシートに沿って説明する。
先ず例えばステンレス製で円板型の台金２に洗浄、下地めっき等の前処理を施し（ステップ１００）、次に図３に示すように台金２の下地めっき層２１上に例えば電気めっきによりＮｉ（Ｃｕ，Ｃｏ等でもよい）合金からなる薄層の第一金属めっき層２２でダイヤモンド等の超砥粒４を分散して固着する（ステップ１０１）。続いて第一金属めっき層２２の上に電気めっき（または無電解めっき）によりＮｉ合金等の第二金属めっき層２３を形成して各超砥粒４の平均粒径の５０％前後を埋め込み固着する（ステップ１０２）。ここでは、下地めっき層２１，第一及び第二金属めっき層２２，２３で金属めっき層（金属結合相）５を構成する。
この状態で、図３に示すように第二金属めっき層２３で固着された複数の超砥粒４…の内、一部の超砥粒４は第一金属めっき層２２で十分固着されなかったために第二金属めっき層２３に５０％前後埋め込まれず、第二金属めっき層２３の表面２３ａから平均粒径の５０％を越えて突出することがある。このような他の超砥粒４…よりも突出した一部の超砥粒４を余剰砥粒４ａという。
【００１３】
次の段階で第一段階の余剰砥粒除去工程として、この余剰砥粒４ａを除去する（ステップ１０３）。そのために、第４図に示す一次表面調整装置２４において、台金２５上にＡｌ2Ｏ3やＳｉＣ等の一般砥粒をレジンボンドやビトリファイドボンド等で固着してなる一般砥粒砥石２６をキャリア１２で支持し、一般砥粒砥石２６に対向して電着ホイール１１を配設して固定する。そして、一般砥粒砥石２６をキャリア１２で一体回転させ、電着ホイール１１の第二金属めっき層２３の表面２３ａを一般砥粒砥石２６で機械研削して表面加工する。
これによって第二金属めっき層２３の表面から突出する余剰砥粒４ａを金属めっき層５から離脱させる。
尚、機械研削に代えて一般砥粒砥石２６をハンドスティック状に形成して手動で研削加工してもよい。また電着ホイール１１を回転させて静止状態の一般砥粒砥石２６を研削するようにしてもよい。
或いは一般砥粒砥石２６に代えて、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣ等の一般砥粒より硬度の小さいガラスビーズや砂等の研磨材を圧縮空気等で電着ホイール１１の金属めっき層５の表面２３ａに吹き付けるブラストを行ってもよい。
或いはガラス、セラミックス等の硬脆材料を電着ホイールで研削して余剰砥粒を除去してもよい。
これによって同じく余剰砥粒４ａを金属めっき層５から離脱させるようにしてもよい。
【００１４】
そして次の工程において第二金属めっき層２３上から突出する超砥粒４について更に埋め込むために超砥粒４の二次埋め込みを行う（ステップ１０４）。この二次埋め込みは例えば電気めっきによるＮｉ合金めっきによって行われ、これによって図５（ａ）に示すように超砥粒４の平均粒径の６０〜８０％が埋め込まれる第三金属めっき層２８が第二金属めっき層２３上に施される。
尚、上述の説明では省略されているが、第一段階の余剰砥粒除去工程（ステップ１０３）と超砥粒４の二次埋め込み工程（ステップ１０４）との間に、第二金属めっき層２３の表面２３ａに薄層のストライクめっきを施してもよく、これによって第二金属めっき相２３と第三金属めっき相２８との間の密着性を高めることができる。下地めっき層２１、第一乃至第三金属めっき層２２，２３，２８で金属めっき層（金属結合相）５を構成する。
そして次に第三金属めっき層２８の表面２８ａに極薄層の防錆めっきが電気めっきにより施される（ステップ１０５）。
【００１５】
しかしながら、上述の一般砥粒砥石２６やブラストによる余剰砥粒除去方法にあっては、一般砥粒や研磨材による金属めっき層５のダメージが大きいために強い負荷をかけることができず、そのために余剰砥粒４ａの除去を必ずしも十分に達成できないことがある。
そこで次に図１に示す表面調整装置１０を用いて電着ホイール１１の余剰砥粒４ａを除去するための最終的な表面調整を第二段階の余剰砥粒除去工程として行う（ステップ１０６）。
そのために冷凍チャック装置１４の冷凍手段１６によって冷凍チャックプレート１８の上面であるチャック面１８ａをー１０°〜−２０°になるように冷却し、冷凍チャックプレート１８のチャック面に被削材として板状の氷２０を載置する。氷２０の表面には水の膜が形成されているためにチャック面１８ａに凝着水が付着して凍って氷２０がチャック面１８ａに固着されることになる。
【００１６】
この状態で図示しない駆動装置を作動させてキャリア１２を回転させて一体回転する電着ホイール１１を同軸で回転させ、氷２０を被削材として横送りしつつ或いは横送りせずに研削加工する。この時、研削時に電着ホイール１１にかける負荷をパッド研削等の本研削時の負荷より高く設定する。これによって電着ホイール１１の表面即ち第三金属めっき層２８の表面２８ａ全体に十分負荷がかけられ、第一段階の余剰砥粒除去時に落下し得なかった残りの余剰砥粒４ａが脱粒する。この場合、砥粒層３の断面は図５（ａ）に代えて同図（ｂ）に示すように第三金属めっき層２８の形成後に脱粒による凹部２８ｂが形成される。
この場合、高い負荷をかけても、氷２０の研削によって冷却作用が生じるから電着ホイール１１の研削熱を効果的に冷ますことができて超砥粒４と金属結合相５のダメージを生じることがなく、しかも研削屑として生じる水や氷の破砕片によって電着ホイール１１を洗浄することができる。
特に氷２０の原料となる水として純水を用いて凍らせて製作すれば、研削時に研削熱で氷が水になったとしても微細なゴミや異物が発生することもなく一層良好な洗浄効果を得ることができる。或いは氷２０に代えてドライアイスを研削しても同様な効果を期待できる。
【００１７】
上述のように本実施の形態による電着ホイール１１の表面調整方法及び装置によれば、単層砥石である電着ホイール１１の第三金属めっき層２８の表面２８ａから大きく突出する余剰砥粒４ａを、その製作時に二段階の余剰砥粒除去工程を経ることによって本研削に先だって確実に脱粒することができ、本研削時に不用意に余剰砥粒４ａが脱落して被削材の加工面を傷つけることを防止できる。
しかも第二段階の余剰砥粒除去工程において氷研削を行うことで、本研削よりも高い負荷をかけても超砥粒４や第三金属めっき層２８にダメージを与えることなく確実に余剰砥粒４ａを脱落でき、しかも氷による洗浄効果を発揮できる。
【００１８】
尚、上述の実施の形態では、一般砥粒砥石による研削やブラスト等による第一の余剰砥粒除去工程と氷研削による第二の余剰砥粒除去工程とからなる二段階の余剰砥粒除去工程を備えることとしたが、これに代えて氷研削による第二の余剰砥粒除去研削工程だけを採用してもよい。
即ち、図６に示すように、先ず台金２の前処理を行い（Ｓ１００）、次に第一金属めっき層２２で超砥粒４を分散固着し（Ｓ１０１）、続いて電気Ｎｉめっきまたは無電解Ｎｉめっき等で超砥粒４の一次埋め込みを行って二次金属めっき層２３を形成し、極薄層の防錆めっきを行うことで電着ホイール１１を製作する。
次に図１に示す表面調整装置１０を用いて、電着ホイール１１をキャリア１２で回転させつつ氷２０の研削を行う。その際、研削負荷を本研削時より高く設定して氷研削を行うことで平均粒径の５０％前後第二金属めっき層２３で埋め込まれた超砥粒４よりも第二金属めっき層２３の表面から突出した余剰砥粒４ａが確実に脱落することになって、表面調整が行える。
【００１９】
尚、上述の実施の形態では、パッドのコンディショナとして用いる単層の電着ホイール１１について説明したが、本発明はこのような電着ホイール１１に限定されることなく他の用途に用いられる電着砥石にも採用でき、また単層砥石に限定されることなく複数層の超砥粒が積層状態で金属結合相中に分散配置されてなる電着砥石にも採用できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電着砥石の表面調整方法は、超砥粒を金属結合相で分散固着して砥粒層を形成した後、金属結合相表面より突出した超砥粒に物理的な力を加えて、金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去する電着砥石の表面調整方法であって、余剰砥粒の除去は、砥粒層で氷を研削することで行うようにしたから、本研削に先立って電着砥石の製作工程で、金属結合相表面から余剰砥粒を脱落させておくことで、本研削の際に金属結合相表面から余剰砥粒が脱落して電着砥石と被削材の加工面との間に挟まって加工面を傷つけることを防止できる。
【００２１】
また余剰砥粒の除去は、砥粒層で氷を研削することで行うようにしたから、その冷却効果によって超砥粒や金属結合層にダメージを与えることなく、氷による電着砥石の洗浄効果を発揮できる。
【００２２】
また、本発明に係る電着砥石の表面調整方法は、超砥粒を金属結合相中に分散配置した砥粒層を有する電着砥石において、超砥粒を金属結合相で分散固着して砥粒層を形成した後、金属結合相表面より突出した超砥粒に物理的な力を加えて、金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにした電着砥石の表面調整方法であって、余剰砥粒を除去する工程を経た後で、電着砥石の砥粒層表面の超砥粒をめっきによって更に埋め込み、その後に該電着砥石で氷を研削するようにしたから、二段階に亘って余剰砥粒を脱落させることができ、第一段階の余剰砥粒除去工程で脱落させることができなかった超砥粒であっても第二段階の氷研削で確実に脱落させることができ、本研削前に確実に排除できる。
【００２３】
本発明による電着砥石の表面調整装置は、電着砥石を保持する保持機構と、被削材としての氷を保持する手段としての冷凍チャック装置とを備え、電着砥石で氷を研削して金属結合相表面から他の超砥粒よりも突出する一部の超砥粒である余剰砥粒を除去するようにしたから、電着砥石の超砥粒や金属結合相にダメージを与えることなく突出量の大きい余剰砥粒を脱落させることができ洗浄効果も得られる。
また氷を保持する手段は冷凍チャック装置であるため、氷は表面に水の膜が形成されているから冷凍チャック装置と容易に且つ堅固に固着できる。
さらに、純水を凍らせて氷を製作すれば、研削に際して微細なゴミや異物が生成されないから、氷の研削による洗浄効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態による電着ホイールの、第二段階の余剰砥粒除去工程に用いる表面調整装置の要部構成図である。
【図２】  本発明の実施の形態による電着砥石の表面調整方法を示すフローシートである。
【図３】  第二金属めっき層を施した電着ホイールの表面調整前の部分縦断面図である。
【図４】  図３に示す電着ホイールの第一段階の余剰砥粒除去工程に用いる表面調整装置を示す要部構成図である。
【図５】  （ａ）は第一段階の余剰砥粒除去工程後に第三金属めっき層を施した電着ホイールの部分縦断面図、（ｂ）は第二段階の余剰砥粒除去工程後の電着ホイールの部分縦断面図である。
【図６】  実施の形態の表面調整方法の変形例を示すフローシートである。
【図７】  従来のＣＭＰ装置に用いる電着コンディショナを示すもので、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−Ａ′線断面図である。
【図８】  図７に示す砥粒層の部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
３  砥粒層
４  超砥粒
５  金属めっき相（金属結合相）
１０  表面調整装置
１１  電着ホイール（電着砥石）
１４  冷凍チャック装置
２２  第一金属めっき層（金属結合相）
２３  第二金属めっき層（金属結合相）
２４  一次表面調整装置
２８  第三金属めっき層（金属結合相）
【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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