JP2000246650A - 耐食性砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強アルカリや強酸の腐食環境下で台金の溶け
出しなどを防止する。 【解決手段】 結合相２３に超砥粒２４を分散配置した
砥粒層２２を台金２１に装着する。台金２１は耐食性の
高いＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金また
はＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金で形成する。結合相２３
は第２成分をＦｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉの少なくともいず
れか、第３成分をＮｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｕの少なくともい
ずれかとしたＮｉ基合金で構成し、台金２１上に仮固定
した超砥粒２４に溶射で固定する。その後にドレッシン
グなどの機械的手段で超砥粒２４を結合相２３から露出
させて超砥粒ホイール２０を製造する。

Description

【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
るため等に用いられる耐食性砥石に関する。

【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）の一例として、図５に示
すような装置がある。ウエーハはデバイスの微細化に伴
って高精度かつ無欠陥表面となるように鏡面研磨するこ
とが要求されている。ＣＭＰ装置による研磨のメカニズ
ムは、微粒子シリカ等によるメカニカルな要素（遊離砥
粒）とアルカリ液や酸性液等によるエッチング要素とを
複合したメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。図５
に示すＣＭＰ装置１は、中心軸２に取り付けられた円板
状の回転テーブル３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４が設けられ、このパッド４に対
向して且つパッド４の中心軸２から偏心した位置に自転
可能なウエーハキャリア５が配設されている。このウエ
ーハキャリア５はパッド４よりも小径の円板形状とされ
てウエーハ６を保持するものであり、このウエーハ６が
ウエーハキャリア５とパッド４間に配置されてパッド４
側の表面の研磨に供され鏡面仕上げされる。

【０００３】研磨に際して、例えば上述した微粒子シリ
カ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエ
ッチング用の酸化性の酸性液等が混合されたものが液状
のスラリｓとしてパッド４上に供給されているため、こ
のスラリｓがウエーハキャリア５に保持されたウエーハ
６とパッド４との間に流動して、ウエーハキャリア５で
ウエーハ６が自転し、同時にパッド６が中心軸２回りに
回転するために、パッド４でウエーハ６の一面が研磨さ
れる。ウエーハ６の研磨を行う硬質ウレタン製などのパ
ッド４上にはスラリｓ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ｓ
でウエーハ６の研磨が行われる。ところが、ウエーハ６
の研磨を繰り返すことでパッド４の研磨面の平坦度が低
下してウエーハ６の研磨精度が低下するという問題が生
じる。

【０００４】そのため、従来からＣＭＰ装置１には図５
に示すようにパッドコンディショナ８が設けられ、パッ
ド４の表面を再研磨（コンディショニング）するように
なっている。このパッドコンディショナ８は、回転テー
ブル３の外部に設けられた回転軸９にアーム１０を介し
て電着ホイール１１が設けられ、回転軸９によってアー
ム１０を回動させることで、回転するパッド４上におい
て電着ホイール１１を往復揺動させてパッド４の表面を
研磨してパッド４の表面の平坦度等を回復または維持で
きるようになっている。この電着ホイール１１は、図６
及び図７に示すように円形板状の台金１２上の外周側に
略リング状の砥粒層１３が形成されており、この砥粒層
１３は例えば図８に示すように台金１２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１４を金
属めっき相１５で分散固定して構成されている。この電
着ホイール１１は台金１２が例えば一般鋼、炭素鋼、Ｓ
ＵＳまたはＳ４５Ｃなどで構成され、金属めっき相１５
が例えばニッケルで構成されている。

【０００５】

【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１１をパッドコンディショナ８に用いた場
合、ウエーハ６の研磨のためにパッド４上に供給された
スラリｓが微細な発泡層によってパッド４上に多く保持
されており、このスラリｓは強アルカリ性や強酸性の流
体であるために、パッド４を研磨する際に台金１２が侵
されて台金１２中のＦｅなどの重金属がスラリｓに溶け
だし、ウエーハ６の表面に吸着し、更にはウエーハ６内
に拡散侵入を生じてウエーハ６の電気特性を阻害するな
どの悪影響を与えるという問題が生じる。特に最近はＣ
ｕダマシン配線の採用により金属層のＣＭＰの割合が高
まり、ＰＨ３以下の強い酸化性酸性液が用いられるよう
になったために金属めっき相１５や台金１２のダメージ
も深刻な問題となっている。このため、金属めっき相１
５もスラリｓに侵されて重金属がスラリｓに溶け出して
ウエーハ６の鏡面研磨を阻害する等の悪影響を生じると
いう欠点がある。しかも台金１２や金属めっき相１５の
重金属Ｆｅなどがスラリｓに溶け出すことで、砥粒層１
３や超砥粒１４の保持力が低下してこれらが脱落し易く
なり、電着ホイール１１の寿命が低下するという欠点が
ある。特に台金１２より溶けだしたＦｅイオンは金属配
線層のＣＭＰ速度に影響を与えるために、Ｆｅイオン濃
度のバラツキがＣＭＰ速度のバラツキを生み出し好まし
くない。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みて、耐腐
食性の高い台金を備えた耐食性砥石を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る耐食性砥石
は、結合相中に砥粒が分散配置されてなる砥粒層が台金
に取り付けられてなる耐食性砥石において、台金はＮｉ
−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金及びＮｉ−Ｃ
ｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金から選ばれたＮｉ基耐食合金である
ことを特徴とする。従って、この砥石を用いて強アルカ
リ性や強酸性等、特に酸化性を有する強酸性のスラリな
どの腐食環境下で研磨を行うと、従来の一般鋼や炭素
鋼、ＳＵＳやＳ４５Ｃなどが強アルカリ性や強酸性のス
ラリ下で低い耐食性を示し、酸化性を有する強酸性スラ
リ下では腐食作用の強い擦過腐食現象によってまったく
耐食性を示さないのに対して、強アルカリ性や強酸性等
に対する耐食性が強いのみならず酸化性強酸性スラリに
対して著しく高い耐食性を有し、重金属などが溶け出す
ことがなく研磨に悪影響を与えることもなく砥石寿命を
低下させることがない。また前述のＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合
金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合
金は５ｗｔ％以下のＮｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｕの少なくとも
いずれかひとつを含んでいても良い。

【０００８】尚、砥粒層の結合相がＮｉ基合金で構成さ
れ、このＮｉ基合金の第２成分としてＦｅ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ，Ｔｉの少なくともいずれかを含み、第３成分として
Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｕの少なくともいずれかで構成され
ていてもよい。結合相を構成するこのＮｉ基合金は耐食
性が高いので強アルカリ性や強酸性のスラリなどの腐食
環境に対する耐食性が強いため、結合相からも重金属が
スラリなどに溶け出すこともなく、研磨に悪影響を与え
ることもなく砥石寿命を低下させることが抑制される。

【０００９】或いは砥粒と結合相からなる砥粒層を被覆
するＮｉ，Ｃｕなどの金属被覆層を設け、更にこの金属
被覆層にＴｉＣＮやＴｉＮなどのセラミック被覆層を積
層して構成してもよい。或いは砥粒層に直接ＰＶＤやＣ
ＶＤなどによってＴｉＣＮやＴｉＮなどのセラミック被
覆層を被覆して構成してもよい。砥粒層表面をセラミッ
ク被覆層で覆うことで、砥粒層表面の耐食性と耐摩耗性
を高めることができる。セラミック被覆層はＴｉＮまた
はＴｉＣＮであることが好ましい。ＴｉＮやＴｉＣＮは
耐食性と耐摩耗性が高いという特性を有しているため
に、研磨の際にセラミック被覆層が摩耗しにくく、また
被研磨面上に強アルカリや強酸等の腐食性流体などがあ
っても結合相の溶けだしや砥粒の脱落などを確実に抑制
できる。また砥粒層の外表面の金属の結合相上に電着塗
装が施されているとスラリと結合相との接触が防止され
るために更に好ましい。また砥粒層の結合相にＴｉ基合
金を用いても良い。尚、この耐食性砥石はＣＭＰ装置の
パッドコンディショナとして用いても良い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図３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その説明を省略する。図１
は実施の形態による超砥粒ホイールの要部縦断面図、図
２及び図３は超砥粒ホイールの製造工程を示すものであ
り、図２は台金に超砥粒を仮固定した工程を示す図、図
３は台金上の超砥粒に溶射で結合相を形成する工程を示
す図である。実施の形態による超砥粒ホイールは上述し
たＣＭＰ装置１のパッドコンディショナ８のアーム１０
に装着されて用いられるものである。図１に示す実施の
形態による超砥粒ホイール２０（耐食性砥石）におい
て、台金２１は図６及び図７に示す従来の電着ホイール
の台金１２と同一形状をなす円板型を呈しており、その
一方の面の外周側にリング状の砥粒層２２が設けられて
いる。砥粒層２２は例えばＮｉ基合金からなる結合相２
３にダイヤモンドまたはＣＢＮなどの超砥粒２４が分散
配置されている。

【００１１】この超砥粒ホイール２０において、台金２
１はＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金及び
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金から選ばれるＮｉ基耐食合
金であって、その代表的な組成を表１に示す。それぞれ
の合金成分の主な役割を示すと、Ｎｉは酸、アルカリに
対する耐食性を向上し、Ｃｒは酸化性酸に対する耐食性
を向上させ、Ｍｏは還元性酸に対する耐食性を向上させ
る。

【００１２】

【表１】 単位：wt％

【００１３】また結合相２３は耐食性の高い合金、好ま
しくはＮｉ基合金とされ、その成分は第１成分がＮｉで
５０wt％を越えて９７wt％までの範囲で含み、第２成分
としてＦｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉの少なくともいずれかを
３〜５０wt％含む。更に第３成分としてＮｂ，Ｔａ，
Ｗ，Ｃｕの少なくともいずれかを１〜２０wt％含んでい
てもよい。結合相がＴｉ基合金の場合は、Ｔｉ＋Ｚｒで
５０wt％以上を含有し、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕより選
ばれる１種または２種以上の第２成分を１０〜５０wt％
含む。この結合相２３は強アルカリ性及び強酸性に対す
る耐性が高く、特に硝酸酸性、硫酸酸性、過酸化水素酸
性などのＰＨ３程度の強酸性の腐食環境下などで用いて
も十分な耐食性を発揮できる。

【００１４】本実施例による超砥粒ホイール２０は上述
の構成を備えており、次にその製造方法について図２及
び図３により説明する。まず好ましくは上述の表１で示
す成分を備えたＮｉ基耐食合金のいずれかでなる円板状
の台金２１の表面２１ａに所定の間隔で超砥粒２４を図
２に示すように配列してそれぞれ仮固定する。次に結合
相２３を構成する上記Ｎｉ基合金を溶融状態で台金２１
の表面２１ａに吹き付け、図３に示すように超砥粒２４
を覆う程度まで被覆して仮結合相２３Ａを形成する。次
に仮結合層２３Ａをドレッシングなどによって超砥粒２
４の例えば１／３程度の上部２４ａが露出するまで機械
的に研磨する。この場合、好ましくは隣接する超砥粒２
４，２４間の結合相２３の表面２３ｂがほぼ平面状にな
るように研磨する。このようにして図１に示す超砥粒ホ
イール２０が完成する。

【００１５】上述のように構成された超砥粒ホイール２
０を、図５に示すパッドコンディショナ８のアーム１０
に装着してパッド４のコンディショニングを行えば、パ
ッド４上に滞留する酸化性強酸性のスラリｓが超砥粒ホ
イール２０の台金２１の表面に浸されても、台金２１が
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合
金で構成されていてアルカリにも酸にもその耐食性が高
いために台金２１の腐食摩耗を著しく抑制できる。また
砥粒層２２の結合相２３も上述したＮｉ基合金で構成さ
れているために、酸化性強酸性のスラリｓ下で研磨を行
って結合相２３が溶け出すことはなく超砥粒ホイール２
０の寿命を損なわずにパッド４の平行度を維持または回
復できる。

【００１６】次に本発明の実施の形態の変形例を図４に
より説明するが、上述の実施の形態と同一または同様な
部分または部材には同一の符号を用いて説明する。図４
に示す超砥粒ホイール３０は電着ホイール（電着砥石）
であり、この超砥粒ホイール３０は、上述した表１で示
すＮｉ基耐食合金のいずれかからなる台金２１上に砥粒
層３１が設けられ、砥粒層３１は例えばＮｉからなる金
属めっき相３２中にダイヤモンドなどの超砥粒２４が分
散配置されていて、電気めっきによって製作されてい
る。この超砥粒ホイール３０において、平面状の金属め
っき相３２上に超砥粒２４の上部２４ａが突出して固定
されており、金属めっき相３２上に例えば厚さ０．１〜
１０μｍのＮｉまたはＮｉ合金からなる金属被覆層３３
が形成され、この金属被覆層３３の超砥粒２４の上部２
４ａとの全周に亘る接続部は隆起部３３ａとされ、超砥
粒２４の表面に沿って若干隆起して超砥粒２４に密着し
ている。金属被覆層３３は無電解めっきによって金属め
っき相３２及び超砥粒２４表面に析出されており、その
材質は、例えばＮｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，その他のＮｉ基合
金とされている。

【００１７】そして金属被覆層３３の上面には例えば厚
さ０．５〜１０μｍのセラミック被覆層３４が積層され
ており、このセラミック被覆層３４は金属被覆層３３の
隆起部３３ａを介して超砥粒２４に接続している。セラ
ミック被覆層３４はＰＶＤやＣＶＤによって金属被覆層
３３上に析出されており、超砥粒２４との接続部ではで
きるだけ金属被覆層３３の隆起部３３ａを覆って超砥粒
２４に近接した位置にあることが好ましい。セラミック
被覆層３４の材質は、例えば金属めっき相３２や金属被
覆層３３よりも耐食性と耐摩耗性が高いＴｉＮ，ＴｉＣ
Ｎとされている。しかも超砥粒２４は製造時に上部２４
ａを覆う金属被覆層３３及びセラミック被覆層３４をド
レッシングによって除去することで、上部２４ａの先端
が金属被覆層３３及びセラミック被覆層３４よりも上方
に突出してその下側周囲が被覆されている。このような
構成を備えた超砥粒ホイール３０においても上述の実施
の形態と同様な作用効果が得られる。

【００１８】尚、上述の実施の形態では、スラリｓは最
も腐食性の強い酸化性酸性の流体であるとしたが、実施
の形態による超砥粒ホイール２０，３０は強アルカリ性
の流体に対しても耐食性を発揮できる。また実施の形態
などでは耐食性砥石として超砥粒ホイール２０，３０を
用いたが、砥粒は超砥粒２４に限定されることなく一般
砥粒でもよく、本発明は一般砥粒砥石にも採用できる。
結合相の材質も溶射や金属めっきなどによるメタルボン
ドに限定されることなくレジンボンドなどでもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る耐食
性砥石は、台金がＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−
Ｆｅ合金及びＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金から選ばれた
Ｎｉ基耐食合金であるから、強アルカリや強酸等のスラ
リなどの腐食環境下で研磨を行っても、従来の一般鋼や
炭素鋼、ＳＵＳやＳ４５Ｃなどと比較して耐食性が強い
ためにＦｅなどの重金属が溶け出すことが抑制され、研
磨に悪影響を与えることもなく砥石寿命を低下させるこ
とが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態による超砥粒ホイールの
要部縦断面図である。

【図２】 実施の形態による超砥粒ホイールの製造工程
を示すもので、台金上に超砥粒を仮固定した状態の縦断
面図である。

【図３】 図２に示す状態から溶射によって結合相を形
成する製造工程を示す縦断面図である。

【図４】 実施の形態による超砥粒ホイールの変形例に
よる超砥粒ホイールの要部断面図である。

【図５】 一般的なＣＭＰ装置の概略斜視図である。

【図６】 図５に示すＣＭＰ装置等で用いられる従来の
超砥粒ホイールの平面図である。

【図７】 図６に示す超砥粒ホイールの中央縦断面図で
ある。

【図８】 図７に示す超砥粒ホイールの砥粒層の要部拡
大断面図である。

【符号の説明】

２０，３０ 超砥粒ホイール ２１ 台金 ２２，３１ 砥粒層 ２３ 結合相 ２４ 超砥粒 ３２ 金属めっき相（結合相） ３３ 金属被覆層 ３４ セラミック被覆層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結合相中に砥粒が分散配置されてなる砥
   粒層が台金に取り付けられた耐食性砥石において、前記
   台金はＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金及
   びＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ合金から選ばれたＮｉ基耐食
   合金であることを特徴とする耐食性砥石。