JP2001138184A

JP2001138184A - ダイヤモンド膜の研磨砥石とその研磨方法

Info

Publication number: JP2001138184A
Application number: JP32068699A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Seki; 裕一郎関; Keiji Ishibashi; 恵二石橋; Satoru Fujii; 知藤井; Shinichi Shikada; 真一鹿田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェハ基板上に析出させた高硬度で脆性材料
であるダイヤモンドの膜の凹凸表面を、機械研磨法を用
いて、ダイヤモンド膜が基板から剥離しない程度に低い
負荷で、表面に欠陥を発生させることなく高品質に、高
速に、基板全面を均一に研磨する研磨砥石とその方法を
提供することにある。【解決手段】ダイヤモンド砥粒１をポリイミド系、ポ
リアミドイミド系のいずれかのレジンボンド２で結合し
た砥石であって、ポリイミド系、ポリアミドイミド系の
いずれかのレジンボンド２の表面からダイヤモンド砥粒
１の先端までの距１の平均直径の少なくとも１／４以上
の長さを有する平坦な領域が存在し、かつダイヤモンド
砥粒１の先端部の位置が各砥粒１について０．５μｍの
範囲内で揃っていて、ダイヤモンド砥粒１の個体体積の
１／２０以上の大きさの凹状窪みが、個体体積の１０％
以上である無定形なダイヤモンド砥粒１を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に気相合成法に
よって得られるダイヤモンド膜の表面を平滑に研磨する
研磨砥石とその研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】気相合成法（ＣＶＤ法）によってダイヤ
モンド膜が得られることはよく知られている。ダイヤモ
ンドの気相合成法は主に炭化水素と水素の混合ガスを用
いる。この混合ガスを、高温に熱したフィラメントある
いは高周波（マイクロ波）プラズマで活性化し、ダイヤ
モンドを析出させる方法が広く研究、利用されている。
このような気相合成によるダイヤモンドの膜は多結晶で
あり、表面に０．１〜数μｍの凹凸を有するため平滑性
に欠け、この状態では応用範囲が限定される。ところが
この表面を鏡面平滑化させることができればその応用範
囲は広がる。

【０００３】気相合成法によれば直径２ないし３インチ
の大面積のウエハにダイヤモンド膜を析出させることが
できる。この表面を平滑化させることができればダイヤ
モンドを配線基板やヒートシンク、半導体素子を作成す
るためのウエハとして活用できる。また、凹凸が大きい
ままの状態では本来透明であるダイヤモンドの表面が白
く曇っており、光学的特性も十分に発揮することができ
ない。

【０００４】そこで、このようなダイヤモンド膜を研
磨、平滑化させることを考える必要がある。まず挙げら
れるのは、ダイヤモンド同士、すなわちダイヤモンド砥
粒の砥石を用いた共擦り法である。この方法は単結晶ダ
イヤや焼結体のダイヤの加工においては一般的に使用さ
れてきた。これはほぼ同じ硬度のものを摺り合わせるこ
とによって加工を進めるため、極めて大きな負荷を加え
ることによって加工を行なう。しかし、気相法によって
基板上に堆積させたダイヤモンド膜の場合、このような
高負荷研磨では膜が基板から剥離してしまうため好まし
くないとされてきた。

【０００５】そこで、過大な負荷を掛けない研磨方法と
して、特開昭６２−４１８００号公報にはダイヤモンド
膜の表面を非酸化性雰囲気で加熱して黒鉛化し、その黒
鉛を除去することにより研磨する方法が提案されてい
る。又、特開平２−２６９００号公報には、ダイヤモン
ド膜の表面を金属平滑面と接触させながら酸化性雰囲気
下で加熱しながら、ダイヤモンド膜の表面を炭酸ガス化
させて研磨する方法が提案されている。さらに、特開平
７−３１４２９９号公報には、ダイヤモンド膜の表面に
接触させる金属の温度を調整することにより、研磨速度
を制御する方法も提案されている。

【０００６】又、メタルボンドを結合材とするダイヤモ
ンド砥粒から成る砥石の形態として、特開平５−１６０
７０号公報には図５に示すようなツルーイング手段が提
案されている。図５（イ）は、結合材であるメタルボン
ド２０に、不揃いに保持されているダイヤモンド砥粒１
０の切刃高さを揃える第１のツルーイング工程を示して
いる。図５（ロ）は、メタルボンド２０を電気分解さ
せ、ダイヤモンド砥粒１０を残してメタルボンド２０の
表面を一様に除去する電解ドレッシングによつて、ダイ
ヤモンド砥粒１０の切刃をＳだけ突出させるドレッシン
グ工程である。図５（ハ）は、ダイヤモンド砥粒１０の
切刃先端を平坦に研磨し、且つ、ｔの範囲に揃える第２
のツルーイング工程である。

【０００７】この砥石の仕様を実施例から推測すると、
ダイヤモンド砥粒の平均直径は、３〜９０μｍ、好まし
くは２０μｍ以下であり、切刃の突出量Ｓは３μｍであ
り、切刃平坦面の位置は０．５μｍ以内に揃っている。
そしてこの砥石は、磁気ヘツドの浮上面をラッピングと
同程度の面粗さに研削するのに好適であると説明されて
いる。しかし、メタルボンドのような剛性の高い結合材
によって形成された砥石では、ウェハ基板上の脆性材料
であるダイヤモンド膜を精密な欠陥のない平坦面に研削
するのは困難であり、特開平５−１６０７０号公報に
は、ツルーイングの詳細な方法は開示されているもの
ゝ、ダイヤモンド膜を基盤から剥離しない程度に低い負
荷で、欠陥を発生させることなく高品質に、高速に、研
磨する方法は示されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】気相合成ダイヤモンド
を大面積の基板上に合成し、これを全面鏡面研磨するこ
とによって、ダイヤモンドウエハを作製し、これを半導
体素子の配線基板として使用する場合、ウエハ上に作製
される素子の配線幅がμｍ〜サブμｍオーダーの細さと
なるため、ウエハの表面は欠陥のない、平滑なものであ
ることが望まれる。

【０００９】機械研磨法によってダイヤモンドの表面を
ある程度まで平坦化することができる。しかしダイヤモ
ンド同士を擦り合わせることにより研磨を行う結果，ダ
イヤモンドウエハの表面の所々に結晶の脱落や割れが生
じやすい。このためにウエハの表面に穴や隙間といった
欠陥が残ることとなり，完全な平滑面を得ることは難し
かった。

【００１０】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので，その目的は、ウェハ基板上に析出させた
高硬度で脆性材料であるダイヤモンドの膜の凹凸表面
を、機械研磨法を用いて、膜が基板から剥離しない程度
に低い負荷で、表面に欠陥を発生させることなく高品質
に、高速に、基板全面を均一に研磨する研磨砥石とその
研磨方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンド砥
粒を用いたダイヤモンド膜の研磨砥石は、ダイヤモンド
砥粒をポリイミド系、ポリアミドイミド系のいずれかの
レジンボンドで結合した砥石であって、前記ポリイミド
系、ポリアミドイミド系のいずれかのレジンボンドの表
面から前記ダイヤモンド砥粒の先端までの距離が前記砥
粒の平均直径の１／５以下であり、前記ダイヤモンド砥
粒の先端部に前記砥粒の平均直径の少なくとも１／４以
上の長さを有する平坦な領域が存在し、かつ前記ダイヤ
モンド砥粒の先端部の位置が各砥粒について０．５μｍ
の範囲内で揃っていて、前記ダイヤモンド砥粒の個体体
積の１／２０以上の大きさの凹状窪みが、前記個体体積
の１０％以上である無定形な前記ダイヤモンド砥粒を用
いる。

【００１２】そして、レジンボンドの充填材として平均
直径が１５μｍ以下のＳｉＣ粉末を用い、ダイヤモンド
砥粒は、平均直径が５μｍないし２５μｍの範囲のもの
を用い、ダイヤモンド砥粒の集中度は１００〜２０００
であることが好ましい。

【００１３】本発明によるダイヤモンド膜の研磨方法
は、前記研磨砥石を用いて、ダイヤモンド膜の表面を機
械研磨法によって研磨する方法であって、研磨初期には
研磨砥石表面からのダイヤモンド砥粒の突出量が比較的
大きい研磨砥石を使用し、研磨後期には研磨砥石表面か
らのダイヤモンド砥粒の突出量が比較的小さい研磨砥石
を使用して研磨するのが好ましい。

【００１４】又、研磨初期には雰囲気中の湿度を相対的
に高くして研磨し、研磨の進行と共に雰囲気中の湿度を
連続的または段階的に低くする。雰囲気中の相対湿度
は、研磨初期には６０％より高く保ち、研磨後期には６
０％以下に保つことが好ましい。さらに、研磨初期には
研磨剤を使用せず、研磨後期にはＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、お
よびｃＢＮのうち少なくとも一種を含む研磨剤を使用し
て研磨するのが好ましい。

【００１５】本発明における「砥粒の集中度」とは、研
磨砥石中に占めるダイヤモンド砥粒の体積比を表わす尺
度であり、集中度１００がダイヤモンド砥粒含有量２５
ｖｏｌ％に相当する。従って、集中度１００〜２００と
は、ダイヤモンド砥粒含有量２５ｖｏｌ％から５０ｖｏ
ｌ％に相当する。

【００１６】

【発明の実施の形態】ダイヤモンドは脆性材料であるた
め、強い衝撃や負荷を加えると微小な割れや欠損が生じ
る。研磨加工において、膜の表面から過度の圧力を加え
ると、膜の表面及び中に微細な多数のクラックが生じ
る。これらのクラックは、平滑な研磨面上に存在する微
小な穴欠陥になる。加工条件が厳しい場合、このような
クラックは膜の奥深くまで侵入するので、表面上の穴欠
陥は膜を多目に削り込んでいっても発生する。従って、
良好な研磨面を得るためには、強い衝撃を加えることな
く、微量ずつながらも安定してダイヤモンドが除去され
るような加工を実現させなければならない。このような
加工は、ダイヤモンドを一定の速度で摩耗させるような
加工を実現させてやれば良い。

【００１７】又、研磨面に加える負荷を小さくしていく
と、ダイヤモンドの微小破砕の発生する位置が表面に近
づき、ダイヤモンドの表面近傍に集中してくる。このよ
うな場合、破砕による加工と表面の摩耗による加工の区
別はできなくなってくる。このような状態は「摩耗によ
る加工」と考えることができ、破砕（破壊）が支配的な
加工とは異なって、その加工表面に平均的に存在する穴
欠陥は極めて少なくなる。

【００１８】研磨砥石の表面のダイヤモンド砥粒の突き
出し、およびダイヤモンド砥粒の表面形状は研磨に大き
な影響を及ぼす。研磨砥石が新品の状態の場合は、ダイ
ヤモンド砥粒の先端はランダムに研磨砥石表面から突き
出ている。この状態の場合、加工対象となるダイヤモン
ド膜の表面には条痕が残り、局所的に欠陥が多く入った
ものとなり、表面の面精度も悪い。また研磨砥石を使用
すると、ダイヤモンド砥粒の突出量が減少したり、研磨
砥石の研磨面が荒れてくる。本発明の研磨砥石は、その
研磨面の状態を修正するツルーイング（予備研磨工程）
と、突出量を修正するドレッサー工程で再生される。

【００１９】新品の研磨砥石のランダムに突き出してい
るダイヤモンド砥粒の先端は、ツルーイング用砥石のダ
イヤモンド砥粒との予備研磨によって、研磨砥石の最表
面の高さを揃える。予備研磨は、メタルボンド等の剛性
の高い結合材によってダイヤモンド砥粒の固定された円
盤状のツルーイング用砥石が水平に回転している表面
に、ダイヤモンド膜の研磨砥石を直角に突き当て、微少
量ずつツルーイング用砥石を接近させながら実施する。
研磨砥石の最表面は平坦になっているので、その形状が
転写されるダイヤモンド膜の表面も、平坦で平滑な鏡面
となる。

【００２０】本発明の研磨砥石は、ダイヤモンド砥粒の
先端部が砥粒の平均直径の１／４以上の長さを有する平
坦な領域を持つ程度まで、ツルーイング用砥石による予
備研磨を実施する。ツルーイングによって得られる平坦
部は通常無定形である。砥粒の平均直径の１／４以上の
長さを有する平坦な領域とは、１個の無定形な平坦部を
直線で切ったときに最も長くなる直線が、砥粒の平均直
径の１／４以上の長さを有するという意味である。

【００２１】ダイヤモンド砥粒形状が無定形で細かい凹
凸の多いものは剛性が低く、破砕しやすい。このため、
新しい切れ刃が常に再生されるため切れ味は良い。よっ
て、平滑な研磨面を得るためには、ダイヤモンド砥粒の
個体体積の１／２０以上の大きさの凹状窪みが、個体体
積の１０％以上である無定形な、且つ、比較的小粒のダ
イヤモンド砥粒の含有量を多くして密集した平坦部を形
成するのが好ましい。

【００２２】ところが、このような状態においてもダイ
ヤモンド砥粒の突き出しが大きい場合は、全研磨荷重が
ダイヤモンド砥粒先端に集中するためにダイヤモンド砥
粒自体や接触しているダイヤモンド膜の表面に大きな負
荷が加えられ、ダイヤモンド砥粒の欠損やダイヤモンド
膜中への欠陥の侵入を招く。ダイヤモンド砥粒の欠損が
起こった場合、破片がダイヤモンド砥粒とダイヤモンド
膜間に介在し、さらにダイヤモンド膜への欠陥の介入を
促進することになる。

【００２３】そこで、ダイヤモンド砥粒の先端を予備研
磨によって平坦にさせて高さを揃え、かつ、例えばダイ
ヤモンド砥粒の平均直径が２５μｍの場合には全砥粒の
平均突出量を２〜５μｍにすることにより、これ等の問
題は解決できる。ダイヤモンド砥粒の突出量は、研磨砥
石の正面にアルミナ砥石から成るドレッサーを軽く突き
当てレジンボンドの表面に摺接させることにより、ダイ
ヤモンド砥粒が脱落することなく所定の突出量に調整で
きる。一般的にダイヤモンド砥粒の突出量は砥粒の平均
直径の１／５以下であることが望ましい。

【００２４】ダイヤモンド砥粒の平均直径は、５μｍ乃
至２５μｍの範囲にあることが望ましい。ダイヤモンド
砥粒の平均直径が５μｍよりも小さすぎると、研磨圧力
でダイヤモンド砥粒がボンド内に埋まり、ボンド部分が
直接ダイヤモンド膜に接することになる。この場合、特
に凹凸の大きいダイヤモンド膜を研磨している場合、ダ
イヤモンド膜にレジンが抉られる状況となり砥石は激し
く劣化する。その結果、ダイヤモンド砥粒の脱落や欠損
が多くなり、得られる研磨面は激しく荒れたものとな
る。逆にダイヤモンド砥粒の平均直径が２５μｍよりも
大き過ぎる場合は、ダイヤモンド砥粒の先端を平坦に揃
えることが困難となる。また、ダイヤモンド砥粒から加
わる圧力が小さくなるため、全体としての研磨圧力が等
しい場合、ダイヤモンド砥粒の食い込みが小さくなり、
時間当たりの研磨深さを示す研磨レート（μｍ／ｈ）が
小さくなる、という状況となる。

【００２５】又、ダイヤモンド砥粒の集中度は１００〜
２００であることが望ましい。集中度が１００よりも小
さすぎると作用するダイヤモンド砥粒の分布が少なくな
り、密集した平坦部が形成されず研磨レートが小さくな
る。また、２００よりも多すぎると、ダイヤモンド砥粒
１個あたりの荷重が小さくなるため、研磨レートも小さ
くなる。

【００２６】ダイヤモンド膜に強い衝撃を与えないため
には、まず研磨砥石が衝撃を吸収するような結合材であ
ることが必要である。このため、研磨砥石の結合材とし
ては、メタルボンドのような剛性の高いボンド材料は避
けるべきである。一般に研磨砥石のボンドをメタル（電
着）、ビトリファイド、レジンの３種に分けた場合、レ
ジンボンドが最もダイヤモンド砥粒の保持剛性が弱い。
これはレジンの弾性係数が小さいためであって、ダイヤ
モンド膜に与える衝撃を吸収し、微細クラックの発生を
防止する効果がある。代表的なレジンにフェノール，ポ
リイミド，ポリアミドイミドの３種類がある。

【００２７】この内、ポリイミド系，ポリアミドイミド
系のレジンは、フェノール系に比べてダイヤモンド砥粒
の保持力が強く、抜けやすい小さいダイヤモンド砥粒を
強く保持するのに適している。又、特に芳香族ポリイミ
ド樹脂は非常に耐熱性が優れ雰囲気や研磨砥石温度によ
らず保持力が安定しており、安定して平滑な研磨面が得
られる。

【００２８】通常、レジンの充填材は研磨砥石の強度を
保つ意味と、ワークに対して加工性能を発揮する両面の
意味がある。ダイヤモンド膜の加工においては、この充
填材が摩耗粉となり、これがダイヤモンド砥粒と研磨面
の摩擦抵抗を下げる役割がある。摩擦抵抗が下がると、
研磨レートは下がるが焼き付きや過大な負荷を抑えるこ
とができるので、欠陥の少ない研磨面を得るために有効
である。レジンの充填材として平均直径が１５μｍ以下
のＳｉＣ粉末を用いる。ＳｉＣを用いるのはレジンによ
るダイヤモンド砥粒の保持剛性を高めるためと，摩耗粉
の凝集を防ぐためである。ＳｉＣ粉末の平均直径が１５
μｍを超えると上記２点の効果が弱くなるため１５μｍ
以下が好適である。

【００２９】以上の研磨砥石を用いて、平滑なダイヤモ
ンド膜を効率良く得るためには、以下の加工条件を整え
るのが好ましい。摩耗による加工は破砕による加工に較
べて加工速度が遅い。摩耗による加工の中でも、摩擦力
が大きいと摩耗の進行が速くなり、突発的な欠損（欠
陥）が生じる確率も高くなる。また摩擦力が小さいと摩
耗の進行が遅くなり、欠陥の発生も少なくなる。したが
って、欠陥の数と研磨速度のバランスを保ち、良好な精
密研磨面を得るためには、摩擦係数を調節することが重
要となってくる。この調節とは以下のようなものであ
る。

【００３０】まず、精密研磨加工の初期段階では、ダイ
ヤモンド膜合成後の凹凸の大きい部分を平坦化する必要
がある。このためには大きな研磨速度が必要である。そ
のため、この段階では摩耗効率を高めるために摩擦係数
を大きくする。加工が進み大きな凹凸が無くなると、突
発的に大きな欠陥が入らないように、かつ前半の研磨で
入った欠陥を除去するため、摩擦係数をやや小さくした
状態で研磨を行う。仕上げ段階では、表面上に残った微
小な欠陥を除去するため、小さい研磨速度で丁寧に仕上
げるべく、摩擦係数を小さくする。このように摩擦係数
を調節する方法には以下のような方法がある。

【００３１】ダイヤモンド砥粒の突出量を変えることに
よって、言い換えれば予め突出量の異なる研磨砥石を準
備することによって、選択的に摩擦係数を変えることも
できる。突出量が大きいとダイヤモンド砥粒に大きな垂
直の負荷が加わり、ダイヤモンド膜の微小破砕を発生さ
せ、摩擦は大きくなる。突出量が小さい場合は、ボンド
（レジン）の摩耗粉がダイヤモンド砥粒とダイヤモンド
膜の間に介在し、これがベアリングの役割を果たして、
摩擦係数が小さくなる。

【００３２】ベアリングとなるレジン摩耗粉の成分によ
って摩擦係数が異なる。摩耗粉の分散性が良く、個々の
大きさが小さい場合は、摩擦係数が小さくなり研磨速度
は小さくなる。摩耗粉が凝集しやすい場合は、摩擦係数
は大きくなり、研磨速度は大きくなる。このような調整
を行うために、研磨砥石の結合材はレジンボンドである
ことが望ましい。欠陥の少ない面を得るためには、芳香
族ポリイミド樹脂を用いるのが望ましい。

【００３３】又、研磨加工中の雰囲気の湿度を変えるこ
とによって、摩擦係数が変わる。湿度が上がると摩擦係
数が上がる。これは一般的なダイヤ−ダイヤの摩擦の場
合とは反対である。湿度が上がることによって、前述し
た摩耗粉の凝集性が向上し、これが介在することによっ
て摩擦係数が上がると考えられる。よって、加工の手順
としては、加工の前半、湿度をあげて摩擦係数をあげ、
加工速度を確保して、後半に湿度を下げて摩擦係数を下
げ、欠陥を除去する、という段階を経た加工が好まし
い。

【００３４】さらに、前述した摩擦係数調整方法は、い
ずれもダイヤモンド砥粒とダイヤモンド膜の間に介在し
た摩耗粉に関連した方法である。したがって、摩耗粉が
この調整を行うに十分な量がないときはこれらの方法は
使えない。このような場合は、ダイヤモンド砥粒やダイ
ヤモンド膜よりも硬度の低い研磨剤である、Ａｌ₂Ｏ₃，
ＳｉＣ，ｃＢＮの粉末を研磨砥石表面に散布することに
よって、これらの粉をダイヤモンド砥粒とダイヤモンド
膜の間に介在させ、ベアリング効果を発生させることに
よって摩擦係数を下げる。その結果、欠陥の少ない研磨
面を得ることができる。粉末の散布は元から粉末である
ものを用いる方法の他、砥石状になったものを研磨砥石
表面に擦りつけるようにしても同様の効果が得られる。

【００３５】

【実施例】基板として直径５０ｍｍ、厚み１ｍｍのＳｉ
ウェハ上に熱フィラメントＣＶＤ法によってダイヤモン
ドを２５μｍ堆積させ、その後、研磨加工によって表面
の凹凸を平坦化させた。このウェハはその後デバイスプ
ロセスに対応させるため、表面には０．５〜１μｍ以上
の欠陥があってはならない。天然ダイヤモンドをサイク
ロンによる遠心分級によって平均粒径が２５μｍとなる
よう選別して、直径３００ｍｍのレジンボンド砥石を用
意した。そして、研磨条件として研磨砥石回転数を１２
００ｒｐｍ、研磨圧を７８．４Ｎに設定した。

【００３６】図１に、砥石断面におけるポリイミドレジ
ンで固定された無定形な天然ダイヤモンド砥粒を模式的
に示す。各試料のダイヤモンド砥粒１の先端を他のダイ
ヤモンド砥石によってツルーイングして、ダイヤモンド
砥粒１の先端の位置を０．５μｍのバラツキ範囲に揃
え、かつダイヤモンド砥粒１の直径の少なくとも１／４
の長さを有する平坦部を形成し、アルミナ砥石から成る
ドレッサーを用いて、レジンボンド２の表面高さを調節
することで、ダイヤモンド砥粒１の突出量Ｓのみが異な
る４種類の研磨砥石を用意した。突出量Ｓの測定は触針
式の面粗さ計を用いて測定した。面粗さ計によって測定
した一例を図２に示す。

【００３７】表１の仕様の研磨砥石を用い、表２の研磨
条件にて研磨を行なった４枚のウェハのダイヤ研磨面に
存在する欠陥の数の評価を行なった。評価には、図３に
示す半導体ウェハ欠陥検査装置１００を用いた。回転自
在でかつスライド可能な検査ステージ１０１に、被検査
物であるウェハ１０２の研磨面を上にして載置する。ウ
ェハ１０２はドーム１０３にて遮光され、その一部にレ
ーザーダイオードを用いた発射管１０４からレーザー光
が発射され、正反射光は窓１０５から抜け、研磨面上の
凹凸による散乱光が光電子増倍管１０６に記憶された
後、ウェハ１０２全面の画像が処理され、欠陥が図４の
如く定量化される。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】表３に各ウェハの研磨レートおよび測定し
た欠陥数を示す。測定は０．５μｍ以上のパーティクル
を測定するレンジを用いた。実施例である砥粒突出量が
３，５μｍの場合、研磨レートが相対的に小さいが、欠
陥数が少ない。比較例である突出量が８μｍ以上になる
と、欠陥数が飛躍的に多くなることが分かる。得られた
研磨面の平滑度を、汎用の触針式の面粗さ計およびＡＦ
Ｍを用いて測定した。その結果、どの基板においても、
平滑度はほぼ一定で、Ｒｍａｘ＝１０ｎｍ程度であっ
た。

【００４１】

【表３】

【００４２】次に、ダイヤモンド砥粒の平均直径、ボン
ド材の材質、砥粒平均突出量を変更し、ツルーイングに
よって表１と同様のダイヤモンド砥粒の先端位置のバラ
ツキ範囲及び平坦部を形成した表４に示す研磨砥石を４
種類用意した。そして、表２に示す研磨条件によって研
磨を行い、その結果を表５に示す。ボンド材にポリイミ
ドレジンを用い、天然の無定形なダイヤモンド砥粒を用
いた実施例４が最も欠陥数が少なく、天然のブロッキー
なダイヤモンド砥粒を用い、ダイヤモンド砥粒の大きさ
と砥粒平均突出量が不適切である比較例３が最も欠陥数
が多かった。

【００４３】

【表４】

【００４４】

【表５】

【００４５】次に、実施例１乃至２に相当する研磨砥石
を８個用意し、表２と同様の研磨条件により、ただし雰
囲気中の湿度と噴霧砥粒の条件を表６に示すように変え
ることによって、研磨を行い研磨レート、欠陥数および
摩擦係数の比較を行なった。

【００４６】

【表６】

【００４７】表６の結果を考察すると、何も噴霧しない
条件では湿度が高くなると摩擦係数も大きくなって、欠
陥数が増える。特に湿度が７５％を超えると急激に欠陥
が多くなる。研磨剤としてＡｌ₂Ｏ₃を噴霧すれば、湿度
が高くても摩擦係数を小さく保つことができ、欠陥数も
少ない。このことから，研磨初期には雰囲気中の湿度を
６０％より高く保ち、研磨の進行と共に雰囲気中の湿度
を連続的または段階的に６０％以下にすることによっ
て，研磨初期には加工速度を確保し、研磨後期には欠陥
を除去することができ精密な欠陥のない研磨面が得られ
ることが判った。

【００４８】

【発明の効果】本発明の研磨砥石は、ポリイミド系、ポ
ノアミドイミド系レジンボンドの表面からダイヤモンド
膜に接触するダイヤモンド砥粒の突出量をダイヤモンド
砥粒の平均直径の１／５以下に設定し、ツルーイングに
よってダイヤモンド砥粒の先端部にダイヤモンド砥粒の
平均直径の少なくとも１／４の長さを有する平坦面を造
り、かつダイヤモンド砥粒の先端の位置を各砥粒につい
て０．５μｍの範囲内に揃えて、ダイヤモンド砥粒の個
体体積の１／２０以上の大きさの凹状窪みが、個体体積
の１０％以上である無定形な平均直径が５〜２５μｍの
ダイヤモンド砥粒を集中度１００〜２００の範囲に配合
し、レジンボンドの充填材として平均直径が１５μｍ以
下のＳｉＣ粉末を用いてあるから、これを使用して研磨
加工をすれば、平滑な欠陥のないダイヤモンド膜を有す
るウェハが得ることができる。

【００４９】前記研磨砥石を用いて、研磨初期には研磨
砥石表面からのダイヤモンド砥粒の突出量が比較的大き
い研磨砥石を使用し、研磨後期には研磨砥石表面からの
ダイヤモンド砥粒の突出量が比較的小さい研磨砥石を使
用して研磨したり、研磨初期には雰囲気中の湿度を相対
的に高くし、研磨の進行と共に雰囲気中の湿度を連続的
または段階的に低くする。雰囲気中の相対湿度は、研磨
初期には６０％より高く保ち、研磨後期には６０％以下
に保って、研磨初期には研磨剤を使用せず、研磨後期に
はＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、およびｃＢＮのうち少なくとも一
種を含む研磨剤を使用して研磨する等の研磨方法によっ
て、平滑な欠陥のないダイヤモンド膜を有するウェハを
効率良く経済的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨砥石の断面を模式的に表わした説
明図である。

【図２】本発明の研磨砥石の砥粒の突出量を面粗さ計に
よって測定したチャートである。

【図３】ウェハ表面の凹凸を調べる欠陥検査装置の概略
図である。

【図４】欠陥検査装置で捉えたウェハ表面の欠陥を定量
化した画像である。

【図５】従来のダイヤモンド砥石のツルーイング工程の
説明図である。

【符号の説明】

１ダイヤモンド砥粒２レジンボンド１００欠陥検査装置１０１検査ステージ１０２ウェハ１０３ドーム１０４発射管１０５窓１０６光電子増倍管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２４Ｄ 3/02 ３１０Ｂ２４Ｄ 3/02 ３１０Ｃ 3/28 3/28 (72)発明者藤井知兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者鹿田真一兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 3C049 AA02 AA18 BA09 CA01 CB01 CB03 3C063 AA02 BB02 BB07 BC03 EE10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤモンド砥粒をポリイミド系、ポリア
ミドイミド系のいずれかのレジンボンドで結合した砥石
であって、前記ポリイミド系、ポリアミドイミド系のい
ずれかのレジンボンドの表面から前記ダイヤモンド砥粒
の先端までの距離が前記砥粒の平均直径の１／５以下で
あり、前記ダイヤモンド砥粒の先端部に前記砥粒の平均
直径の少なくとも１／４以上の長さを有する平坦な領域
が存在し、かつ前記ダイヤモンド砥粒の先端部の位置が
各砥粒について０．５μｍの範囲内で揃っていて、前記
ダイヤモンド砥粒の個体体積の１／２０以上の大きさの
凹状窪みが、前記個体体積の１０％以上である無定形な
前記ダイヤモンド砥粒を用いたことを特徴とするダイヤ
モンド膜の研磨砥石。
【請求項２】前記ポリイミド系、ポリアミドイミド系の
いずれかのレジンボンドの充填材として平均直径が１５
μｍ以下のＳｉＣ粉末を用いることを特徴とする請求項
１に記載のダイヤモンド膜の研磨砥石。
【請求項３】前記ダイヤモンド砥粒の平均直径が５μｍ
ないし２５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１
に記載のダイヤモンド膜の研磨砥石。
【請求項４】前記ダイヤモンド砥粒の集中度が１００〜
２００の範囲に配合されていることを特徴とする請求項
１に記載のダイヤモンド膜の研磨砥石。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨砥
石を用いてダイヤモンド膜を研磨する場合に、ダイヤモ
ンド膜の表面を機械研磨法によって研磨する方法であっ
て、研磨初期には前記研磨砥石表面からの前記ダイヤモ
ンド砥粒の突出量が比較的大きい前記研磨砥石を使用
し、研磨後期には前記研磨砥石表面からの前記ダイヤモ
ンド砥粒の突出量が比較的小さい前記研磨砥石を使用し
て研磨することを特徴とするダイヤモンド膜の研磨方
法。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨砥
石を用いてダイヤモンド膜を研磨する場合に、研磨初期
には雰囲気中の湿度を相対的に高くして研磨し、研磨の
進行と共に雰囲気中の湿度を連続的または段階的に低く
することを特徴とするダイヤモンド膜の研磨方法。
【請求項７】雰囲気中の相対湿度を、研磨初期には６０
％より高く保ち、研磨後期には６０％以下に保つことを
特徴とする請求項６に記載のダイヤモンド膜の研磨方
法。
【請求項８】請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨砥
石を用いてダイヤモンド膜を研磨する場合に、研磨初期
には研磨剤を使用せず、研磨後期にはＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｃ、およびｃＢＮのうち少なくとも一種を含む研磨剤を
使用して研磨することを特徴とするダイヤモンド膜の研
磨方法。