(57)【要約】【課題】 ＣＭＰパッドのコンディショニングにおいて、パッド表面に、充分に制御された表面精度を効率的に達成可能なコンディショナーを提供すること。【解決手段】  本発明のコンディショナーは、剛性材製で平らな円形基板と焼結ダイヤモンド層とで構成される全体として円形で平らな研磨体を有し、該研磨体は、超硬合金面を接合面として該基板の一方の円形又は円環状面と接合され、上記焼結ダイヤモンド層に線状溝群が形成され、かつ該溝群に沿って一様な高さの複数個の研磨突起が整列配置されたコンディショナーであって、該研磨突起は軸に垂直な断面において四辺形の柱状を呈し、研磨突起頂部において外方側面は基板に垂直な基準面に対して0乃至30°の裾広がり状を呈する補強部を有し、また各背面は基板に平行な基準面に対し5°〜45°で下方に傾斜した逃げ面を有し、かつ外方側面と背面との為す面角が90°よりも小さいことを特徴とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性材からなり平らな円板状乃至円環状表面を有する基板、及び超硬合金体と隣接し層状に焼結一体化された焼結ダイヤモンド層で構成される全体として円板状乃至円環状を呈する平らな研磨体を有し、該研磨体は、超硬合金面を接合面として該基板の一方の円形又は円環状面と接合され、上記焼結ダイヤモンド層に線状溝群が形成され、かつ該溝群に沿って一様な高さの複数個の研磨突起が整列配置されたパッド・コンディショナーであって、該研磨突起は軸に垂直な断面において四辺形の柱状を呈し、研磨突起頂部において外周面は基板に垂直な基準面に対して0乃至30°の傾斜角αで裾広がり状を呈する補強部を有し、また各外方側面の背面は基板に平行な基準面に対する傾斜角βが5°乃至45°で下方に傾斜した逃げ面を有し、かつ外方側面と背面との為す面角(内角)γが90°よりも小さいことを特徴とするパッド・コンディショナー。
【請求項２】
前記面角γが90°以下である請求項１に記載のパッド・コンディショナー。
【請求項３】
前記面角γが75°以下である請求項１に記載のパッド・コンディショナー。
【請求項４】
前記面角γが60°である請求項１乃至３の各項に記載のパッド・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、硬質ウレタンや各種半導体材料を高平面度かつ高能率で加工可能であり、特にＣＭＰ用パッド・コンディショナーとして使用可能な研磨工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、配線の多層化や集積度の進んだ超ＬＳＩデバイスの製造において、層間絶縁膜やシリコン等金属膜ウェハの平坦化にＣＭＰ工程が用いられている。ＣＭＰ工程において研磨パッド(一般に硬質発泡ポリウレタン製)の高い平坦度及びウェハ研磨速度を維持するためには、頻繁にパッドの表面を精密研磨によりコンディショニングする必要があり、この目的のために、パッド・コンディショナーと呼ばれる研磨工具が使用されている。
【０００３】
このようなコンディショナーとしては、超砥粒、特にダイヤモンド粒子を電着により金属円板に固定した構成の、多様な工具が公知である。例えばその一つにおいては、円板形基台の円形表面の中央に、砥粒を配置しない中空領域を、その外側に第一の、さらにその外側に第二の砥粒層領域をそれぞれ設ける。第一の砥粒層領域には、間隔をおいて小砥粒層部が複数列設けられ、各小砥粒層部は、略部分球面状を呈する隆起部の表面に、超砥粒を金属めっき相で固着したものである。第二の砥粒層領域は、リング状の円周隆起部に超砥粒を金属めっき相で固着して構成されている。
【特許文献１】特開２００２−３３７０５０号公報
【０００４】
パッドの表面には高精度の表面粗さ及び平坦度が要求され、その程度は回路の微細化の進行につれて益々厳しくなってきている。このようなパッドの表面を高効率で加工するためには、コンディショナーは、適切に配置された、充分な硬さを持つ研磨点を多数備えていなければならない。
【０００５】
しかしながら、従来多用されているダイヤモンド粒子を金属基板に固着したタイプの工具では、コンディショニングにおける材料除去効率が必ずしも充分に高いとは言えなかった。
【０００６】
ところで、ダイヤモンドやｃ−ＢＮ等、超砥粒の粉末を超硬合金ブロックと共に超高圧高温下で処理して得られた超砥粒複合焼結体から、ワイヤ放電加工などの手法により特定形状の部品を切り出し、超硬合金層で裏打ちされた焼結超砥粒層を有する各種のチップや研磨部材を製造することは公知である。
【０００７】
本発明者は先に、このような超砥粒複合焼結体で円板状回転研磨工具の研磨面を構成し、該研磨面に、頂部が一様なレベル上にある複数個の研磨島乃至研磨突起を設けた研磨工具を開発し、特許出願した。しかしこれらの工具では、パッドのコンディショニング工程において、パッドの研磨速度に改善の余地があることが判明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の主な目的は、研磨パッドのコンディショニングにおいて、充分に制御された表面精度をもつ研磨パッド表面を効率的に達成可能なコンディショナーを提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、シリコンや他の材種の金属の薄板の高精度・高効率の研磨に適した円板型回転型研磨工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨とするところは、剛性材からなり平らな円板状乃至円環状表面を有する基板、及び超硬合金体と隣接し層状に焼結一体化された焼結ダイヤモンド層で構成される全体として円板状乃至円環状を呈する平らな研磨体を有し、該研磨体は、超硬合金面を接合面として該基板の一方の円形又は円環状面と接合され、上記焼結ダイヤモンド層に線状溝群が形成され、かつ該溝群に沿って一様な高さの複数個の研磨突起が整列配置されたパッド・コンディショナーであって、該研磨突起は軸に垂直な断面において四辺形の柱状を呈し、研磨突起頂部において外周面は基板に垂直な基準面に対して0乃至30°の傾斜角αで裾広がり状を呈する補強部を有し、また各外方側面の背面は基板に平行な基準面に対する傾斜角βが5°乃至45°で下方に傾斜した逃げ面を有し、かつ外方側面と背面との為す面角(内角)γが90°よりも小さいことを特徴とするパッド・コンディショナーにある。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように超高圧高温下で焼結されたＰＣＤやＰｃＢＮ等、超砥粒の焼結体で構成される円形研磨面を持つ本発明の回転研磨工具は、結合材の溶融温度以上で焼結されていることにより、超砥粒の固着強度が大きく、実質上脱落がない、という利点がある。
【００１２】
本発明者は先に焼結ダイヤモンド層に四角乃至三角錐状研磨突起をもつ研磨工具を開発し、特願2005-243529及び2006-209236として特許出願をした。本発明は、さらにこの研磨突起形状に改良を加え、より好適な状態でコンディショニングを行えるようにしたものである。さらに本発明の研磨工具においては、研磨突起の頂部をより小さく構成することによって、単位面積当たりの尖端点の個数(密度)を増すことができ、研磨点の個数が先の発明に比べて格段に多く、コンディショニングにおいて著しい効率の向上が達成される。
【００１３】
一方、シリコン等のウェハを、剛性金属製の台金表面にダイヤモンド等の超砥粒を固定した工具で加工することができれば、コンディショニングのための時間及び経費が節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。図１及び図２は、それぞれ円板及び円環状回転工具として構成した本発明のコンディショナーを示す略図であり、各工具１、２の表面、研磨突起(その一つを代表として３、４で示す)は、互いに直交して設けられた二組の直線状の主溝５〜８、９〜１２で限定され、隣接する研磨突起から隔てられる。
【００１５】
各研磨突起のより詳細な構成を図３及び図４に示す。図４は、図３のＡ〜Ａにおける立面輪郭を示したものである。各突起は、上記直交する２組の、隣接主溝間の中央にこれらと平行して設けた切り込みによって４個の尖端部分１３〜１６に分割されるが、隣接尖端部分の対向する二つの傾斜背面１７、１８で限定される切込み１９を、本発明においては副溝と称する。副溝は、特に図４における研磨突起の立面輪郭から理解されるように、長さ方向に垂直な断面においてはＶ字型を呈する。直交する他の副溝は紙面に平行に設けられる。背面の傾斜は外周面に比べて緩やかで、これらの各背面と外周面２１〜２４とで構成される４個の錐状部分を尖端部分と呼び、各尖端部分の鋭利な頂点を尖端点と呼ぶ。
【００１６】
より広範囲の研磨面の構成を図５に、またそのＡ−Ａにおける断面図を図６に示す。図に見られるとおり、尖端部分同士はより浅い副溝２５、２６で分離され、各研磨突起２７〜３０は、研磨突起の外周面間に限定される主溝３２〜３４によって隣接研磨突起から隔てられている。
【００１７】
本発明において、上記のとおり各研磨突起は正方形乃至類似の四辺形断面を持つ柱状に形成されるが、補強のために研磨突起を裾拡がり、即ち根元を頂部よりも太くすることが好ましい。この場合、図４に示すように、裾拡がりの角度αは、コンディショナーの軸に垂直な基準面に対する(第一) 傾斜角として30°以下が好ましい。
【００１８】
一方、研磨突起の前記背面は、前記基準面に対して5°以上45°以下、好ましくは15°以下の、第二傾斜角βで、頂部中央に向かって下方傾斜にて形成される。このようにして構成される頂部の窪みは、研磨工程においては逃げ面として機能する。
【００１９】
前記において、研磨突起における一対の外周面と背面とがなす面角γ(＝α＋(90-β))は90°以下とすべきで、特に75°乃至60°が好適である。各傾斜角及び面角の好適な例を次表にまとめて示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
本発明の研磨工具において、上記研磨体は、ワイヤカットや型放電加工やレーザーによって円形、又は同心の中心円形孔を有する円環状焼結体層で構成することができる。
【００２２】
本発明における研磨突起は、直線状、特に直交する直線群で格子状に設けた主溝に沿って配置形成される。隣接主溝間の間隔乃至ピッチは600〜1200μｍが適当で、この中間に設けられる研磨突起は、頂部の４隅の近くに各尖端点をもつ略正方形断面上に配設し、隣接研磨突起間の間隔は300〜600μｍとするのが適当である。
【００２３】
尖端点の間隔は研磨面全体において一様に形成するのが簡便である。研磨突起の高さ乃至頂部尖端点の主溝底に対する高さは300μｍ以下が適切であるが、主溝は削り粉の主な排出路として機能するので、特にピッチが比較的小さい場合には、副溝よりも広くとるのが好ましい。
【００２４】
このような研磨突起群及び溝群の形成には、型彫りやワイヤカット等の放電加工やレーザーカット等、各種の公知手法が利用可能である。典型的な手法としてのワイヤカットを用いる場合には、焼結体層表面に沿って一組の平行な直線状溝群及び溝に隣接する研磨突起の各側面を放電加工により焼結ダイヤモンド面に形成した後、中心軸の周囲に90°回転させて次の組の、同様の直線状溝群及び隣接する研磨突起の各側面を切り出して、研磨突起を形成する。
【００２５】
尖端点において副溝が主溝と同様に、例えば300μｍ以上の幅を有する場合には、全体を１種類のワイヤで加工することができるが、これ以下の幅の場合には、大小２種類の線径のワイヤを用い、２パス操作等で、例えば200μｍのより大きなワイヤで、より小さな副溝を例えば50μｍのより小径のワイヤで形成すれば、加工工程における精度と効率が同時に達成できるので、効果的である。
【００２６】
本発明における研磨体としては、0.1mm以上の研磨突起頂部が焼結ダイヤモンドで構成されている。本発明のパッド・コンディショナーでは、砥粒として働く各研磨突起は頂部を含む高さ60μｍ以上の部分がダイヤモンド焼結体(ＰＣＤ)で構成されている。研磨突起の尖端は焼結ダイヤモンドで構成されるが、突起全体を焼結ダイヤモンドで構成する必要はなく、下層部は超硬合金で構成することが出来る。上記研磨面の主溝の深さは特に主溝の幅(尖端点間隔)の50％以下、特に0.3mm以下とするのが好適である。
【００２７】
上記研磨突起において、達成されるパッドの表面仕上がり及び効率は、本質的に研磨尖端点の突き出し高さ、特により浅く形成される副溝底に対する高さにより影響され、これは200μm以下30μm以上とするのが適切である。これよりも浅いと研磨体本体がパッド等のワークと直接接触し、コンディショニングが効果的に行われない。反面200mmよりも大きくなると、研磨単位の強度が不足したり、過剰な超砥粒層の厚さを必要とするという欠点が生じる。高精度を目的とする場合は例えば60μｍ以下の下限値に近い高さとし、作業効率を重要視する場合には160μｍ以上の値とする。
【００２８】
上記研磨突起の研磨性能はまた、研磨突起尖端に含有されるダイヤモンド粒子、即ち研磨体として焼結ダイヤモンド(ＰＣＤ)層を構成するダイヤモンド粒子の粒度に依存する。本発明においては、40-60μｍ(公称粒度)から0-2μｍ以下まで各粒度のＰＣＤ層が好適なダイヤモンド粒子の粒度として利用でき、特に8-16μｍ以下が好ましい。
【００２９】
本発明の研磨体を構成するダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンド粒子を、裏打ち材としての超硬合金及び、必要に応じてコバルト等の結合材金属と共に、ダイヤモンドが熱力学的に安定な超高圧高温条件下に供して得られる。焼結体から本発明の研磨体への加工は精密放電加工、典型的にはワイヤカットによって実現できる。
【実施例１】
【００３０】
図１に概略示した構造のパッドコンディショナーを作成した。公称粒度40-60μmのダイヤモンド粒子から成る厚さ0.5mmのＰＣＤ層が超硬合金(ＷＣ−8％Ｃo)に同時焼結によって一体化された、直径100mmのダイヤモンド焼結体を研磨体素材として用い、直径108mmの、SUS316ステンレス鋼製円形基板に、エポキシ系接着剤で固着した。
【００３１】
次いでＰＣＤ層の表面を型放電加工により平坦化した後ワイヤカット放電加工によりＰＣＤ層に切り込み、研磨突起を隣接頂部間隔500μmとして、研磨突起頂部からダイヤモンド焼結体に垂直な面に対して10°のテーパーを付けて280μｍの深さまで直線状に切り込み、主溝を形成した。ワイヤを更に側方へ駆動し、焼結ダイヤモンド層の表面から40°の角度で深さ160μｍの対称的なＶ字型溝を切り込み、副溝を形成した。
【００３２】
この操作を研磨素材の前面について繰り返しすことにより、第一組の主及び副溝群を形成した後、上記研磨素材を軸の周りに90°回転させて固定し、前記の操作を繰り返すことによって、直交する二組の主溝群、二組の副溝群並びに、外周側面と内側の隣接する傾斜背面対とで構成され、各面の交点に尖端点を有する研磨突起群を形成し、工具を完成させた。この構成における角度α、β、γはそれぞれ10、40、60°、研磨突起における尖端点間の距離は500μｍとなる。
【実施例２】
【００３３】
図２に概略示した構造のパッド・コンティショナーを作成した。厚さ0.6mmの焼結ダイヤモンド層が超硬合金に同時焼結によって一体化されている、直径90mmのＰＣＤブロックを工具素材として用いた。
【００３４】
上記ＰＣＤブロックにおいて焼結ダイヤモンド層の表面を放電加工(ＥＤＭ)により平坦化し、ワイヤカットにより主溝及び研磨突起を隣接頂部間隔360μｍ、研磨突起頂部における尖端点間隔300μｍで形成した。主溝底に対する尖端点の高さは250μｍであった。
【００３５】
研磨突起頂部には、同様に主溝に平行なワイヤカット操作により、対向する２対の稜からそれぞれ45°の俯角を付けて切り込むことにより、互いに直交するＶ字型断面の副溝を120μｍの深さまで切り込んだ。この操作により研磨突起頂部の４隅に、二つの外周面と二つの傾斜背面とで構成され、頂部に尖端点を有する尖端を形成した。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の円板型回転型研磨工具は、特にＣＭＰパッド・コンディショナーを意図したものであるが、さらに半導体ウェハ等の表面の直接研磨にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従って作製されたコンディショナーの一例を示す説明図(平面図)。
【図２】本発明に従って作製されたコンディショナーの別の例を示す説明図(平面図)。
【図３】研磨突起の詳細を示す平面図。
【図４】図３のＡ−Ａにおける研磨突起の断面輪郭及び各角度の位置関係を示す立面図。
【図５】コンディショナー表面の部分詳細図(平面図)。
【図６】図５のＡ−Ａにおける立面図。
【符号の説明】
【００３８】
１、２      工具
３、４      研磨突起
５〜１２    主溝
１３〜１６    尖端部分
１７、１８    尖端部分背面
１９          切込み(副溝) 
２１〜２４    外周面
２５、２６    副溝
２７〜３０    研磨突起
３２〜３４    主溝
【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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