JP2001038637A - 電着砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研削圧力を低減して被削材を傷めることなく
研削代を任意に設定できる。 【解決手段】 電着ホイール２０のリング状の砥粒層２
３について縦断面視で頂部に平坦部２４を形成する。砥
粒層２３の外周側面２５に台金２２側から第一傾斜面２
７と第二傾斜面２８を設けて平坦部２４につなぎ、内周
側面２６に第三傾斜面２９と第四傾斜面３０を設けて平
坦部２４につなげる。第一傾斜面２７の傾斜角θ１を鋭
角とし、第二傾斜面２８の傾斜角θ２をθ１より小さく
する。第三傾斜面２９の傾斜角θ３を鋭角とし、第四傾
斜面３０の傾斜角θ４をθ３より小さくする。θ１＞θ
４としてもよい。

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電着砥石に関する。

【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６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。この
ＣＭＰ装置１は、図６に示すように中心軸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
ッチング用のアルカリ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４が中心軸２を中心とし
て回転するために、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
低下したり目詰まりするためにウエーハ６の研磨精度と
研磨効率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６
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し
目詰まりを解消するようになっている。この電着ホイー
ル１１は、図７及び図８に示すように円形板状の台金１
２上に上面が平面状でリング状の砥粒層１３が形成され
ており、この砥粒層１３は例えば図９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。この金属めっき相１５は例えばニッケルな
どで構成されている。尚、砥粒層１３の表面には例えば
４５°等の所定間隔で径方向に凹溝１７が形成されてお
り、スラリｓや切り粉をこの凹溝１７を通して外部に排
出することになる。

【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を用いてパッド４の研磨を行う場合、
電着ホイール１１の砥粒層１３が例えば図１０に示すよ
うに平板状であるものを砥粒層１３Ａとすると、パッド
４の多数の起毛４ａ…を研削するときに砥粒層１３Ａが
面接触するために研削圧は小さいが、研削開始時に砥粒
層１３Ａの垂直に切り立つ入射角９０°の側面１３ｃで
起毛４ａ…の途中部分を切断するように電着ホイール１
１が横移動するために起毛４ａ…を傷めてしまうという
欠点がある。また砥粒層１３が図１１に示すように縦断
面視円弧状に形成されているものを砥粒層１３Ｂとする
と、この場合には研磨の際に砥粒層１３Ｂの頂部１３ａ
で起毛４ａ…に点接触するために研削圧力（研削抵抗）
が高すぎ、パッド４表面の凹凸形状に沿って研削するた
めに研削精度もよくないという問題が生じる。この問題
を低減するために砥粒層１３Ｂの円弧形状をなだらかで
より大径のものにすると、研削圧力は小さくなるが砥粒
層１３Ｂの側面１３ｂでの起毛４ａ…に対して接触する
入射角θ即ち傾斜角が変動して鋭く（小さく）なるため
に、研削開始時に砥粒層１３Ｂの側面１３ｂで起毛４ａ
…途中部分をかじってしまいやはり起毛４ａ…を傷める
という問題が生じる。このように従来の電着ホイール１
１によるパッド４の研削では研削圧力と研削開始時の入
射角のいずれかを犠牲にせざるを得なかった。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みて、研削
圧力を小さくできると共に研削開始時等に被削材を傷め
ないようにした電着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】本発明に係る電着砥石
は、金属めっき相中に超砥粒が分散配置された砥粒層が
台金に装着されてなる電着砥石において、縦断面視で砥
粒層の頂部に平坦部が形成されていると共に側面に鋭角
の傾斜角をなす第一傾斜面が設けられていることを特徴
とする。パッド等の被削材に対して電着砥石を相対的に
横移動させることで被削材の研削を行うが、砥粒層の頂
部に平坦部を設けたことで頂部の研削面積が増大して研
削圧力を比較的小さい定圧に設定でき、被削材に部分的
に硬さの変化する領域があっても研削量の平均化を図っ
て平坦な研削加工面を得ることができる。そして頂部の
研削抵抗とは関係なく第一傾斜面の傾斜角度を任意に設
定でき、そのために第一傾斜面を比較的大きい鋭角に設
定できて研削開始時には砥粒層の第一傾斜面で被削材に
接触し始める際に起毛等被削材の途中部分をかじって傷
めることを抑制でき、頂部が摩耗しても平坦部が増大す
るだけで第一傾斜面の入射角（傾斜角）が変化するよう
な悪影響を与えることはない。

【０００８】また平坦部と第一傾斜面との間に第二傾斜
面が設けられ、該第二傾斜面はその傾斜角が第一傾斜面
の傾斜角より小さい鋭角に設定されていてもよい。砥粒
層の側面を複数段階にわたる傾斜面で形成することによ
って、被削材に対する研削の程度に応じて第一傾斜面や
他の傾斜面の角度を個別に設計できて被削材の研削代ま
たは研削量を任意に設定できる。尚、砥粒層は各側面で
複数の傾斜面を接続して頂部の平坦部に連結することで
構成しても良い。或いは複数段階の傾斜面に凸曲面を介
して平坦部に連結するものでもよい。

【０００９】また電着砥石はホイール形状をなしてい
て、その中央縦断面視で砥粒層の外周側面に第一傾斜面
が設けられ、内周側面にその傾斜角が第一傾斜面の傾斜
角より小さい他の傾斜面（第四傾斜面）が設けられ、前
記第一傾斜面で粗研削が行われ、前記他の傾斜面で仕上
げ研削が行われるようにしてもよい。この電着ホイール
で被削材を研削する際に、最初に被削材を研削する一方
の砥粒層部分では平坦部から比較的離れた台金側の第一
傾斜面で研削を開始して粗研削を行い、続いて他方の砥
粒層部分では平坦部に比較的近接する傾斜角の小さい第
二傾斜面で研削を開始して仕上げ研削することで１つの
電着砥石で粗研削と仕上げ研削とを連続して行うことが
できる。尚、この電着砥石は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その説明を省略する。図１乃至図
３は第一の実施の形態に関するものであって、図１は電
着ホイールの部分縦断面図、図２は電着ホイールの研削
圧力と研削性との関係を示す図、図３はパッドの起毛の
研削状態を示す説明図である。図１に示す実施の形態に
よる電着ホイール２０（電着砥石）は、図７及び図８に
示す電着ホイール１１と基本構成を同じくしており、円
板形の台金２２の一端面外周側にリング型の砥粒層２３
が設けられて構成されている。砥粒層２３は、例えばＮ
ｉからなる金属めっき相１５中にダイヤモンドなどの超
砥粒１４が分散配置されていて、例えば電気めっきによ
って製作されている。

【００１１】砥粒層２３は縦断面視で多角形状をなし台
金２２に対向する頂部は例えば台金２２と平行な平坦部
２４を形成し、その側面として外周側と内周側に外周側
面２５と内周側面２６とが設けられてそれぞれリング状
に形成されている。平坦部２４の幅ｈは、図１に示す縦
断面視で砥粒層２３の幅Ｌとした時に（１／２０）Ｌ〜
（１／３）Ｌの範囲に設定するのが好ましく、例えばＬ
＝８．６ｍｍとしたときにｈ＝１ｍｍに設定する。平坦
部２４を設けることでパッド４の起毛４ａ…の研削時に
定圧で所定面積に亘って研削でき研削抵抗を低減できる
上に研削性即ち研削効率を向上できる。ここで平坦部２
４の幅ｈが１／２０Ｌより小さいと研削量の平均化と硬
さの変化する領域での平坦な研削を行い難く、１／３Ｌ
より大きいと研削圧力が小さく成りすぎて切れ味が低下
する。

【００１２】外周側面２５は台金２２側から平坦部２４
に向けて傾斜角の異なる第一傾斜面２７と第二傾斜面２
８が順次接続されて平坦部２４に連結されている。内周
側面２６は台金２２側から平坦部２４に向けて傾斜角の
異なる第三傾斜面２９と第四傾斜面３０が順次接続され
て平坦部２４に連結されている。外周側面２５におい
て、第一傾斜面２７は台金２２または平坦部２４に対し
て鋭角の傾斜角θ１をなしていて、台金２２に接続され
る第一傾斜面２７は粗研削に供されて起毛４ａ…の先端
側をなぎ倒しつつ研磨するものであり、この傾斜角θ１
は１５°〜４５°の範囲、例えば３０°に設定されてい
る。傾斜角θ１が１５°より小さいとパッド４の起毛４
ａ…の研削量が小さすぎて効率が悪く４５°より大きい
と研削量が大きすぎるために起毛４ａ…を傷めることに
なる。

【００１３】また第二傾斜面２８は台金２２または平坦
部２４に対してθ１より小さい鋭角の傾斜角θ２をなし
ていて、第一傾斜面２７に接続される第二傾斜面２８は
仕上げ研削に供されて第一傾斜面２７で研削された起毛
４ａ…を仕上げ研削するものであり、この傾斜角θ２は
３°〜θ１°未満の範囲、例えば７°に設定されてい
る。傾斜角θ２が３°より小さいとパッド４の起毛４ａ
…の研削量が小さすぎ、θ１°以上だと第一傾斜面２７
よりも精密な仕上げ研削ができなくなる。また内周側面
２６の第三傾斜面２９の傾斜角θ３及び第四傾斜面３０
の傾斜角θ４は同様に台金２２及び平坦部２４に対して
それぞれ鋭角でθ３＞θ４に設定されており、θ３＝θ
１、θ４＝θ２に設定しても良い。またパッド４が軟質
であるために電着ホイール２０に弾性変形可能な柔軟性
をもたせている。

【００１４】本実施の形態による電着ホイール２０は上
述の構成を備えており、図６に示すようにパッド４のコ
ンディショニングを行うに際して、回転する回転テーブ
ル３上のパッド４に対して横方向にアーム１０を揺動さ
せることで電着ホイール２０を往復揺動させるか、或い
はウエーハキャリア５に電着ホイール２０を支持させて
パッド４に対して偏心した位置でパッド４とは反対方向
に自転させることで、パッド４の起毛４ａ…を研削して
その平坦度を回復または維持させる。電着ホイール２０
による研削開始時にはパッド４の上面を電着ホイール２
０が摺動または回転することで、砥粒層２３の入射側で
ある外周側面２５の第一傾斜面２７で起毛４ａ…の先端
側領域を順次なぎ倒しつつ粗研削する。この時の研削量
は第一傾斜面２７の傾斜角θ１である入射角と長さによ
って設定される。第一傾斜面２７に続く第二傾斜面２８
では傾斜角θ２がθ１より小さいために研削量が小さく
なり中仕上げ研削が行われる。そして頂部の平坦部２４
ではパッド４の起毛４ａ…の先端部を所定面積に亘って
定圧で研削できるため、起毛４ａ…の一部に硬さの異な
る部位があったとしてもまた表面に凹凸があったとして
もその周辺領域を含めて均一な平担度に仕上げ研削を行
え、パッド４表面の平坦部を回復または維持できる。そ
の後、内周側面２６の第四傾斜面３０及び第三傾斜面２
９で研削残りの起毛４ａを研削しつつ最終調整研削が行
われて、砥粒層２３がパッド４から離脱する。

【００１５】図２において、図１１に示すような従来の
円弧状の砥粒層１３Ｂを備えた電着ホイール１１では研
削圧力が円弧の頂部１３ａ一点にかかるために研削圧力
即ち研削抵抗が高すぎることになり、パッド４の硬さの
高いポイントでは電着ホイール１１がこれを反映して研
削するために平坦性を達成できない。しかも頂部１３ａ
の研削面積が小さいために研削性即ち研削効率が悪い。
これに対して、本実施の形態による電着ホイール２０で
は頂部を平坦部２４としたことで研削抵抗を低減でき、
パッド４に部分的に硬さの異なるポイントがあっても他
の部分との関係で研削面の平坦化を達成できる仕上げ研
削を行える。しかも従来の円弧状の砥粒層１３Ｂでは頂
部の研削圧力と外周側面２５の傾斜角θ１，θ２のいず
れかを犠牲にせざるを得なかったが、本実施の形態では
平坦部２４とは別個に第一及び第二傾斜面２７，２８等
の傾斜角を設定できるから、頂部の研削圧力を低減でき
る上に研削開始時の入射角を任意の大きさに設定できて
研削代の設定が任意である。

【００１６】また図３において、図１０に示すような従
来の平板状の砥粒層１３Ａでは、パッド４の起毛４ａ…
の研削開始時に側面が略直角であると起毛４ａの途中部
分から一気になぎ倒して研削するために起毛４ａを傷め
やすいという欠点がある。これに対して、本実施の形態
では砥粒層２３の第一及び第二傾斜面２７，２８が適切
な傾斜角θ１，θ２を備えているために、順次起毛４ａ
の先端側からなぎ倒すことになり、電着ホイール２０の
相対的な進行に従って起毛４ａの先端側から根元方向に
徐々に研削量が増大して平坦部２４で仕上げ研削するも
のであるから、起毛４ａ…を傷めることが少なく低い研
削抵抗で平坦に仕上げることができる。尚、砥粒層２３
は平坦部２４に複数段階の傾斜面２７，２８を接続して
成るから、第一及び第二傾斜面２７，２８の傾斜角θ
１，θ２を平坦部２４とは無関係に個別に設定でき、起
毛４ａ…の研削代を傾斜角θ１，θ２及びその長さによ
って任意に設定できる。

【００１７】上述のように本実施の形態によれば、頂部
である平坦部２４での研削圧力を低減して研削効率を向
上できる上に被削材であるパッド４に部分的に硬さの異
なる部位があったとしても他の部分と共に平均に平坦化
でき、研削開始時にパッド４の起毛４ａ…を傷めること
なく徐々に研削量を増大できて、粗研削から中仕上げ研
削、仕上げ研削までスムーズに効率的に行えてパッド４
の平坦度を維持または回復できる。しかも砥粒層２３は
頂部の平坦部２４と第一及び第二傾斜面２７，２８とを
個別にそれぞれ適切に設定できるから、起毛４ａ…の研
削代設定と研削圧力低減とを同時に達成できる。

【００１８】次に本発明の第二の実施の形態を図４及び
図５により説明するが、上述の第一の実施の形態と同一
または同様な部材には同一の符号を用いてその説明を省
略する。図４は電着ホイールの要部縦断面図、図５は電
着ホイールでパッドを研削する状態を示す説明図であ
る。図４に示す電着ホイール３０は第一の実施の形態に
よる電着ホイール２０と同一構成を備えている。図中、
円形の電着ホイール３０の中央縦断面図で見てリング型
の砥粒層２３が二分割されており、その一方を砥粒層部
２３Ａとし、他方を砥粒層部２３Ｂとする。一方の砥粒
層部２３Ａにおいて外周側面２５の第一傾斜面２７の傾
斜角θ１に対して、他方の砥粒層部２３Ｂにおいて内周
側面２６の第四傾斜面３０の傾斜角θ４をθ１より小さ
く設定する。

【００１９】そして図５に示すようにコンディショニン
グに際して、一方の砥粒層２３Ａの第一傾斜面２７で研
削開始時の入射角（傾斜角）がθ１に設定されて所定の
研削代による粗研削が行われ、これに続いて第二傾斜面
２８及び平坦部２４でも研削が行われる。その後、一方
の砥粒層部２３Ａでの研削が終了してパッド４から離れ
た後に他方の砥粒層部２３Ｂでの研削が行われる。この
時の研削開始は他方の砥粒層２３Ｂの傾斜角θ４を有す
る第四傾斜面３０でθ４を入射角として行われ、中仕上
げ研削が行われる。更に他方の砥粒層部２３Ｂの平坦部
２４で仕上げ研削が行われる。

【００２０】なお、上述の各実施の形態では、外周側面
２５と内周側面２６について二段階の傾斜面をそれぞれ
設定したが、三段階以上の傾斜面を接続して平坦部２４
に連結するようにしてもよい。その場合、傾斜角は平坦
部に近い傾斜面の方がより小さくなることが好ましい。
本実施の形態では、二以上の傾斜面２７，２８，２９，
３０によってパッド４の研削を行うために砥粒層２３の
外周側面２５や内周側面２６には少なくとも二段階によ
る傾斜面が設けられていればよい。そのため、第二傾斜
面２８や第四傾斜面３０と平坦部２４との間に凸曲面が
設けられていてもよい。また研削代が小さければ第一傾
斜面２７，第三傾斜面２９だけで外周及び内周側面２
５，２６を構成してもよく、この場合、砥粒層２３は縦
断面で略台形になる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電着
砥石は、縦断面視で砥粒層の頂部に平坦部が形成されて
いると共に側部に鋭角の傾斜角をなす第一傾斜面が設け
られているから、砥粒層の頂部に平坦部を設けたことで
研削圧力を比較的小さい定圧に設定できて被削材に部分
的に硬さの変化する領域があっても研削量の平均化と平
坦化を達成することができて研削効率を向上でき、また
平坦部とは関係なく第一傾斜面の傾斜角度を任意に設定
できて研削開始時には砥粒層の第一傾斜面で被削材に接
触し始める際に起毛等の被削材をかじって傷めることを
防止でき、被削材の研削代と研削圧力を個別に好適に設
定できる。

【００２２】また平坦部と第一傾斜面との間に第二傾斜
面が設けられ、該第二傾斜面はその傾斜角が第一傾斜面
の傾斜角より小さい鋭角に設定されているから、砥粒層
側面の傾斜面を複数段階にわたって形成することによっ
て被削材に対する研削代の程度によって第一傾斜面や第
二傾斜面の傾斜角を平坦部とは無関係に個別に設計でき
て被削材の研削代を任意に設定できる。

【００２３】また電着砥石はホイール形状をなしてい
て、その中央縦断面視で砥粒層の外周側面に第一傾斜面
が設けられ、内周側面にその傾斜角が第一傾斜面の傾斜
角より小さい他の傾斜面が設けられ、第一傾斜面で粗研
削が行われ、他の傾斜面で仕上げ研削が行われるように
したから、ホイール形状の電着砥石によって外周側面の
第一傾斜面と内周側面の他の傾斜面とで粗研削と仕上げ
研削とを連続して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態による電着ホイールの要部
縦断面図である。

【図２】 実施の形態による電着ホイールと従来の円弧
状の砥粒層を有する電着ホイールとの研削圧力と研削性
を示す図である。

【図３】 実施の形態による電着ホイールと従来の板状
の砥粒層を有する電着ホイールとのパッド起毛の研削状
態を示す説明図である。

【図４】 第二の実施の形態による電着ホイールの要部
中央縦断面図である。

【図５】 図４に示す電着ホイールでパッドを研磨する
状態を示す説明図である。

【図６】 従来のＣＭＰ装置の要部斜視図である。

【図７】 図６に示すＣＭＰ装置で用いられる従来の電
着ホイールの部分平面図である。

【図８】 図７に示す電着ホイールのＡ−Ａ′線縦断面
図である。

【図９】 図８に示す電着ホイールの砥粒層を示す要部
拡大断面図である。

【図１０】 平板状の砥粒層を有する従来の電着ホイー
ルによるパッドの研削状態を示す要部縦断面図である。

【図１１】 円弧状の砥粒層を有する従来の電着ホイー
ルによるパッドの研削状態を示す要部縦断面図である。

【符号の説明】

１４ 超砥粒 １５ 金属めっき相 ２０，３０ 電着ホイール ２３ 砥粒層 ２４ 平坦部 ２５ 外周側面 ２６ 内周側面 ２７ 第一傾斜面 ２８ 第二傾斜面 ２９ 第三傾斜面 ３０ 第四傾斜面

フロントページの続き (72)発明者 永山 信和 福島県いわき市泉町黒須野字江越246−１ 三菱マテリアル株式会社いわき製作所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA19 CA01 CB02 3C063 AA02 AB05 BA02 BA21 BB02 BC02 CC13 EE10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属めっき相中に超砥粒が分散配置され
   た砥粒層が台金に装着されてなる電着砥石において、縦
   断面視で前記砥粒層の頂部に平坦部が形成されていると
   共に側面に鋭角の傾斜角をなす第一傾斜面が設けられて
   いることを特徴とする電着砥石。
2. 【請求項２】 前記平坦部と第一傾斜面との間に第二傾
   斜面が設けられ、該第二傾斜面はその傾斜角が第一傾斜
   面の傾斜角より小さい鋭角に設定されていることを特徴
   とする請求項１記載の電着砥石。
3. 【請求項３】 前記電着砥石はホイール形状をなしてい
   て、その中央縦断面視で砥粒層の外周側面に前記第一傾
   斜面が設けられ、内周側面にその傾斜角が第一傾斜面の
   傾斜角より小さい他の傾斜面が設けられ、前記第一傾斜
   面で粗研削が行われ、前記他の傾斜面で仕上げ研削が行
   われるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電着
   砥石。