JP2001269870A - 電着砥石とその製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切れ味と寿命を向上させ、低コストで製造す
る。 【解決手段】 砥石基体１１の表面１１ａに複数の砥粒
層部１２…からなる砥粒層１３を設け、各砥粒層部１２
はブリッジ部９で連結する。砥粒層部１２，１２の間に
は非砥粒部２２を設ける。砥粒層部１２は超砥粒１４を
中央部１２ａで密に配列し、周辺部１２ｂで粗に配列す
る。超砥粒１４を固定する金属結合相１７は第一及び第
二金属めっき相１５，１６で形成する。第一金属めっき
相１５は中央部１２ａから周辺部１２ｂに向けて厚みを
山状に減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電着砥石とその製
造方法及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マスキング部材を用いて砥石基体
（台金）上に所望形状の砥粒層を電着によって形成する
場合、電着砥石の製造方法としては主に電解めっき法が
使用され、例えば次のように行われる。まず図１９に示
すように砥石基体（台金）１の表面１ａに所望の砥粒層
を形成すべき部分を除いてマスキング部材２によってマ
スキングを施して、この砥石基体１を電解めっき液内に
浸漬し、表面１ａを上向きかつ水平に配置する。次い
で、表面１ａの非マスキング領域１ｂに超砥粒３をま
き、砥石基体１を電源陰極に接続するとともに表面１ａ
に対向配置された陽極との間で通電して金属めっき相４
を析出させて超砥粒３を固定する。そしてマスキング部
材２を剥がし、図２０に示すように砥石基体１上に単層
状の砥粒層５を形成した電着砥石６が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな製造方法で得られた電着砥石６は、砥粒層５におい
てマスキング部材２との境界をなすへり部５ａが中央領
域よりも盛り上がって金属めっき相４の厚みが大きくな
り、へり部５ａにバリができたり、超砥粒３がへり部に
固定されて中央領域より突出する現象が起こる。そのた
めに、研削時に被削材にキズが生じたり研削精度が低下
するという欠点がある。またへり部５ａは研削時に欠損
しやすく砥石寿命を短くする欠点もある。またマスキン
グ部材２はシート状またはフィルム状をなしていて形成
すべき砥粒層５の形状に応じて写真製版などを用いて製
作しなければならず、しかもマスキング部材２の載置に
あたっては精密に砥石基体１に位置合わせする必要があ
るために、コスト高になるという問題があった。

【０００４】本発明は、このような実情に鑑みて、切れ
味がよく寿命を向上できる電着砥石を提供することを目
的とする。本発明の他の目的は、精度が高く平坦度の高
い研削・研摩ができる電着砥石を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、切れ味がよく寿命を向上でき
る電着砥石を低コストで容易に製造できるようにした製
造方法及び製造装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電着砥石
は、複数の砥粒が金属結合相で固着された砥粒層部を有
する電着砥石において、砥粒層部は中央部で砥粒の集中
度が高くその周辺部で砥粒の集中度が比較的低いことを
特徴とする。砥粒層部の砥粒を中央部で密に配列するこ
とでその寿命を長くすることができると共に、周辺部で
砥粒を粗に配列することで切り粉の目詰まりを防止して
砥粒の切れ味を良好にすることができる。

【０００６】また本発明に係る電着砥石は、複数の砥粒
が金属結合相で固着された砥粒層部を有する電着砥石に
おいて、砥粒層部は中央部で金属結合相の厚みが厚く周
辺部に向けて厚みが漸次減少するようにしたことを特徴
とする。金属結合層は中央部から周辺部に向けてその厚
みが漸次減少することで、研削に際してそのへり部（エ
ッジ）にバリ等が生じないから被削材を傷つけることも
なく良好な研削加工が行える。

【０００７】また砥粒層部は互いに分離して複数設けら
れていてもよい。砥粒層部の設けられていない非砥粒部
と砥粒層部及び砥粒層部の間の分離部とが連通するため
にこれらを切り粉の排出路として切り粉の排出をスムー
ズに行えることで一層目詰まりを防止して切れ味を向上
できる。また砥粒層部は互いに分離して複数設けられて
いて、前記砥粒層部と砥粒層部とはブリッジ部を介して
互いに連結されていて、該ブリッジ部に砥粒が分散固定
されていてもよい。ブリッジ部における目詰まりを防止
できて各砥粒層部での切れ味を良好に保てる。

【０００８】本発明による電着砥石は、上述したいずれ
かの電着砥石において、砥石基体の表面の中央に砥粒の
設けられていない中空領域が設けられていると共に、こ
の中空領域の外側に砥粒層領域が設けられてなり、この
砥粒層領域は前記砥粒層部で構成されていることを特徴
とする。電着砥石の中央に砥粒層を設けず、周辺にのみ
砥粒層を設けることで、研削・研摩時の圧力が同じであ
ると、全面に砥粒層を設けた電着砥石と比較して被削材
に対する研削・研摩圧が高く切れ味がよく少ない研削回
数で所望の研削量を達成でき平坦度も良く研削・研摩精
度が高い。しかも砥石基体に砥粒層を電着すると砥石基
体に略直交する回転軸付近を頂部とする凸曲面状の微少
のそり（変形）を生じ易いが、このような場合でも外周
側にのみ砥粒層領域を設けることでそりに起因する平坦
度の低下を抑えて研削・研摩精度が高い。また砥石基体
の外径をＤ、略リング状をなす砥粒層領域の径方向の幅
をＷとしたときに、砥粒層領域の幅Ｗは外径Ｄの１０％
〜３４％の範囲に設定されていてもよい。砥粒層領域の
幅Ｗが１０％より小さいと研削・研摩圧力が高くなりす
ぎて被削材を深く削りすぎ、３４％を超えると被削材の
平坦度が低下する。また砥石基体の外径をＤ、中空領域
の直径をＬとしたときに、中空領域の直径Ｌは外径Ｄの
８０％〜３２％の範囲に設定されていてもよい。砥粒の
ない中空領域が８０％より大きいと砥粒層の研削・研摩
圧力が高くなって被削材を深く削りすぎてしまう欠点が
あり、３２％より少ないと被削材の平坦度が低下する欠
点がある。電着砥石はＣＭＰ用コンディショナであって
もよい。平坦度が高くて高精度なウエーハを研摩でき
る。

【０００９】また本発明に係る電着砥石の製造装置は、
砥石基体上に砥粒層部を形成すべき部分を除いてマスキ
ング部材でマスキングを施すと共にめっき液に浸漬し、
砥石基体を陰極に接続すると共に該砥石基体に対向して
陽極を設け、砥石基体上の非マスキング領域に砥粒をめ
っきで固定するようにした電着砥石の製造装置であっ
て、マスキング部材を複数のマスク部で構成し、該マス
ク部は砥石基体に当接する部分から離間するに従って非
マスキング領域上の空間に張り出すように傾斜面状に形
成したことを特徴とする。砥粒のめっきによる固定に際
して、砥粒は非マスキング領域の中央部では集中度が高
いが、周辺部ではマスク部の傾斜面によって砥石基体と
マスク部との境界付近まで進入できずに集中度が低い状
態に分散されることになり、しかもめっき電流の電流密
度は複数のマスク部の傾斜面に挟まれて砥石基体に近づ
くに従って中央部では比較的密であるが周辺部で粗にな
り、そのために金属結合相は中央部から周辺部に向けて
厚みが減少するように析出形成され、金属結合相のへり
部にバリ等が形成されたり砥粒が突出状態で固定された
りすることがない。

【００１０】本発明による電着砥石の製造方法は、砥石
基体上に砥粒層部を形成すべき部分を除いてマスキング
を施してマスキング部材を構成するマスク部を砥石基体
から離間するに従って非マスキング領域に向けて張り出
すように傾斜面状に形成し、めっき液に浸漬して、砥石
基体を陰極に接続して通電し、砥石基体上の非マスキン
グ領域に砥粒をめっきで固定するようにした。

【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。図１乃至図７は第一の実施の形態
に関するものであって、図１は電着砥石の部分縦断面
図、図２は図１に示す電着砥石の平面図、図３乃至図７
は電着砥石の製造方法に関するものであって、図３は砥
石基体にマスキング部材を配設した状態の部分平面図、
図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は非マスキング領域
に超砥粒を落とした状態を示す図、図６は超砥粒をめっ
きで固定した状態を示す縦断面図、図７（ａ）は非マス
キング領域の電流分布を示す図、（ｂ）は電流分布に応
じためっきによる析出金属の厚み分布を示す図である。
図１及び図２に示す実施の形態による電着砥石１０は、
例えばステンレス等からなる砥石基体（台金）１１の表
面１１ａ上に複数の砥粒層部１２…が互いに分離して点
在するか、若しくは複数の砥粒層部１２がブリッジ部９
を介して互いに連結されて網状に形成されている。本実
施の形態による電着砥石１０では複数の砥粒層部１２が
ブリッジ部９を介して互いに連結されて略網状をなす砥
粒層１３を有している。

【００１２】図１及び２に示す電着砥石１０の砥粒層１
３に含まれる各砥粒層部１２において、ダイヤモンドま
たはＣＢＮ等からなる（図ではダイヤモンドとする）複
数の超砥粒１４が砥石基体１１上に配列されて例えばＮ
ｉからなる第一金属めっき相１５で固定され、この第一
金属めっき相１５は砥粒層部１２の領域に設けられてい
る。そして第一金属めっき相１５の上には、砥粒層１３
全体に亘って例えばＮｉからなる第二金属めっき相１６
が形成されており、そのために超砥粒１４は第一及び第
二金属めっき相１５，１６の二層からなる金属結合相１
７で固定され、その上部が第二金属めっき相１６から外
部に突出している。しかも各砥粒層部１２では、複数の
超砥粒１４…は中央部１２ａでその配列密度が高く径方
向外側の周辺部１２ｂで配列密度が小さくなっている。
１つの砥粒層部１２における超砥粒１４の個数は任意で
あり、例えば１００個である。本実施の形態では砥粒層
部１２は超砥粒１４が単層で配設されているが、複数層
で構成されていてもよい。

【００１３】また第一金属めっき相１５は図１に示すよ
うに中央部１２ａの厚みが大きく周辺部１２ｂで漸次厚
みが小さくなるように縦断面視山状に形成されている。
そして砥粒層部１２が例えば図２に示すように略三角形
状をなすとして、隣り合う二つの砥粒層部１２，１２は
その周辺部１２ｂと周辺部１２ｂとが略三角形の頂部か
ら延びるブリッジ部９を介して連結されている。ブリッ
ジ部９には、周辺部１２ｂよりも更に粗な間隔で超砥粒
１４が配設されて第一金属めっき相１５及び第二金属め
っき相１６からなる金属結合相１７で固定されている。
そのため砥粒層１３は複数の砥粒層部１２…が各頂部を
介してブリッジ部９…で連結された網状を呈している。

【００１４】本実施の形態による電着砥石１０は上述の
構成を有しており、次にこの電着砥石１０の製造方法に
ついて図３乃至図７により説明する。まず砥石基体１１
の砥粒層を形成すべき表面１１ａにマスキング部材１８
を載置する。このマスキング部材１８は図３及び図４に
示すように例えばプラスチック等の非導電性部材からな
る複数の略半球状のマスク部１９…からなるもので、め
っき液に浸漬させるために好ましくはめっき液より比重
の大きいものにする。マスキング部材１８は平面状に配
列された各マスク部１９の略円形平面１９ａで互いに接
触するように細密充填させたもので、それぞれ半球面１
９ａの頂部を砥石基体１１の表面１１ａに当接させた状
態で載置する。尚、マスキング部材１８は平面状に配列
された各マスク部１９の略円形平面１９ａの各接点で互
いに接続させて細密配列してもよい。そして砥石基体１
１及びマスキング部材１８ごと電解めっき液に浸漬して
表面１１ａを上向き且つ水平に配置する。この状態で各
三つのマスク部１９，１９，１９の間に図３に示す平面
視で略三角形状の間隙２０が形成されており、これら間
隙２０から砥石基体１１の表面１１ａの非マスキング領
域１１ｂ上に図５に示すように超砥粒１４を落下させ
る。超砥粒１４の供給に際して砥石基体１１をマスキン
グ部材１８と共に振動させると効率よく落下させること
ができる。

【００１５】間隙２０に対応する砥石基体１１の非マス
キング領域１１ｂは、マスク部１９の半球面１９ａのた
めに間隙２０より全体に幅広となり、互いに分離された
隣り合う間隙２０，２０に対応する非マスキング領域１
１ｂ，１１ｂが相互に連通された状態となっている。超
砥粒１４はマスク部１９の半球面１９ａの領域を除いて
非マスキング領域１１ｂに載置されるために、非マスキ
ング領域１１ｂの間隙２０に対向する中央部で超砥粒１
４の配列密度が高く、周辺部では半球面１９ａの凸曲面
による傾斜面が非マスキング領域１１ｂ上に張り出すた
めに規制されて超砥粒１４の数が少なく配列密度は粗に
なる。次に、砥石基体１１を電源陰極に接続すると共
に、表面１１ａと対向配置された陽極（図示せず）との
間で通電し、図６に示すようにＮｉ等からなる第一金属
めっき相１５を析出させて超砥粒１４を固定する。この
とき、第一金属めっき相１５の厚みは間隙２０を形成す
る複数のマスク部１９の各半球面１９ｂによって制御さ
れる。即ち、図７（ａ）に示すように電解めっき液中の
陽極と陰極（砥石基体１１）との間で、陽極から陰極
（砥石基体１１）へ流れる電流は間隙２０の入口から非
マスキング領域１１ｂに向けてマスク部１９の半球部１
９ｂに沿って末広がり状に拡散するために、電流密度は
非マスキング領域１１ｂの中央部で高く周辺部で低い状
態となり、電流密度に沿って中央部１２ａでめっき厚が
大きく周辺部１２ｂで漸次厚みが減少するという略山状
の第一金属めっき相１５が形成されることになる。第一
金属めっき相１５の周辺部１２ｂではマスク部１９の半
球面１９ｂによってめっき厚が制限されることになる。

【００１６】また間隙２０から散布された超砥粒１４は
隣り合う非マスキング領域１１ｂ，１１ｂの間にも粗な
密度で配列され、めっき時に薄い厚みの第一金属めっき
相１５によって固定されて砥粒層部１２と砥粒層部１２
を結ぶブリッジ部９を形成する。次にマスキング部材１
８を除去すると共に固定されていない余分な超砥粒１４
を取り除いて、再度陽極と陰極（砥石基体１１）との間
に通電して第二金属めっき相１６を全体に析出させて金
属結合相１７を形成する。このようにして得られた電着
砥石１０では、図１及び図２に示すように、砥石基体１
１の表面１１ａでマスク部１９の半球面１９ｂ先端が接
触する領域付近は砥粒層部１２が形成されない非砥粒部
２２とされ、三つのマスク部１９，１９，１９で形成す
る間隙２０に対応する非マスキング領域１１ｂに砥粒層
部１２がそれぞれ形成されてブリッジ部９で連結された
砥粒層１３が得られる。そのため、砥粒層１３は非砥粒
部２２と砥粒層部１２とが交互に配列されている。

【００１７】このようにして製作された電着砥石１０を
用いて研削を行えば、各砥粒層部１２で被削材の研削が
行われ、その際に砥粒層部１２の周辺部１２ｂでは砥粒
密度が小さく目詰まりしづらいために切れ味が良く、中
央部１２ａでは砥粒密度が高く耐久性が高い。また砥粒
層部１２と砥粒層部１２の間の非砥粒部２２には切り粉
を溜めることができる。

【００１８】上述のように本実施の形態によれば、電着
砥石１０の各砥粒層部１２は中央部１２ａで砥粒密度が
高く耐久性が良く周辺部１２ｂで砥粒密度が小さくて目
詰まりしにくく切れ味が良い。また砥粒層部１２の中央
部１２ａから周辺部１２ｂにかけて第一及び第二金属め
っき相１５，１６は漸次めっき厚が小さくなる山状に形
成されているから、従来のマスキングで製作する電着砥
石と比較してへり部にバリができたり超砥粒１４が隆起
して固定されることがなく、研削に際して被削材にキズ
等を生じない。しかもマスキング部材１８として略半球
状のマスク部１９を砥石基体１１の表面１１ａにＸ−Ｙ
方向に細密充填配列して構成したから、従来のマスキン
グ部材のように写真製版で製作したりせず煩雑な位置合
わせが不要になるから簡単で低コストで製作でき、マス
ク部１９の半径を増減調整することで砥粒層部１２の大
きさと配列間隔、超砥粒１４の集中度を容易に調整でき
る。マスク部１９の半径が大きくなると間隙２０が増大
して集中度が増大し、小さくなると間隙２０が縮小して
集中度も小さくなる。

【００１９】次に本発明の他の実施の形態について上述
の実施の形態と同一または同様の部分、部材には同一の
符号を用いて説明する。図８は第二の実施の形態による
電着砥石の製作に用いるマスキング部材を示すものであ
り、図４と同様な縦断面図である。第二の実施の形態に
よる電着砥石の製造方法で用いるマスキング部材２５は
複数のマスク部２６がそれぞれ円錐形状をなしており、
円錐状の頂点Ｐが砥石基体１１の表面１１ａに当接した
状態で細密充填配列されている。このマスク部２６の場
合、間隙２０の形状は第一の実施の形態と同一である
が、砥石基体１１の表面１１ａの非マスキング領域１１
ｂの面積は実質的に増大し、しかもマスク部２６の円錐
周面２６ｂのために、超砥粒１４を間隙２０から散布し
た際に第一の実施の形態の砥粒層部１２と比較して非マ
スキング領域１１ｂにおける周辺部１２ｂの砥粒密度は
高くなり、第一金属めっき相１５のめっき厚も比較的増
大する。

【００２０】次に本発明の第三の実施の形態を図９及び
図１０により説明する。図９は第三の実施の形態による
電着砥石の製作に用いるマスキング部材を示す縦断面図
であり、図１０は図９に示すマスキング部材を用いて製
作された電着砥石３０の部分平面図である。第三の実施
の形態による製作方法で用いるマスキング部材３２は複
数のマスク部３３がＸ−Ｙ方向に密接されて細密充填状
態に配列されて構成されている。各マスク部３３は略円
錐台形状をなしており、円形をなす上面３３ａ及び下面
３３ｂが対向し、下面３３ｂは上面３３ａより小径とさ
れて砥石基体１１の表面１１ａに面接触させられ、側面
３３ｃは凸曲面をなしていて上面３３ａから下面３３ｂ
に向けて漸次縮径するように傾斜面状とされている。マ
スキング部材３２をこのように構成することで、間隙２
０から砥石基体１１の非マスキング領域１１ｂに超砥粒
１４を散布した際、マスク部３３の下面３３ｂが幅広で
面接触しているために砥粒層部１２と隣の砥粒層部１２
との間を連結するように超砥粒１４が線状に配列される
ブリッジ部９が設けられることはなく、各砥粒層部１２
が島状に互いに分離した状態で形成されることになる。

【００２１】従って、各砥粒層部１２において、図１０
に示すように超砥粒１４を固定する第一金属めっき相１
５は分離部３５を介して互いに分離した構成とされてい
る。そのために、砥粒層部１２と砥粒層部１２との間に
設けられた非砥粒部２２は分離部３５を介して互いに連
通しており、切り粉の排出がスムーズに行われることに
なる。

【００２２】次に図１１は他のマスキング部材を示すも
のであり、このマスキング部材３７は図９に示すマスキ
ング部材３２の変形例である。このマスキング部材３７
を構成する複数のマスク部３８は略円形の上面３８ａ及
び下面３８ｂを結ぶ側面３８ｃが上面３８ａから下面３
８ｂに向けて漸次拡径された後で漸次縮径する断面略円
弧状の凸曲面とされている。マスク部３８をこのように
構成すれば、マスク部３８…間の間隙２０は上端で拡径
された状態となり、超砥粒１４の散布による非マスキン
グ領域１１ｂへの導入が容易になる。尚、マスク部の形
状は上述の各実施の形態に限定されることなく任意のも
のを採用できる。例えば図１２に示すマスキング部材４
０のように複数のマスク部４２…をそれぞれ適宜半径の
球状に形成してこれらを互いに当接するように多数細密
充填配列してもよい。この場合、砥粒層１３の周囲にリ
ング状等の適宜形状の型枠を配設して、その内部にマス
ク部４２を細密充填すれば容易に位置決めできる。

【００２３】また上述の各実施の形態では、砥石基体１
１上に超砥粒１４を散布した後で電解めっきして超砥粒
１４を固定するようにしたが、本発明はこのような製造
方法に限定されない。例えば電解めっき液中に超砥粒１
４を混入させた状態でめっき液を撹拌しつつ通電して、
陰極である砥石基体１１に超砥粒１４を金属で析出固定
するようにしてもよい。また超砥粒１４はブロッキーな
超砥粒でもよく、或いは超砥粒に代えて一般砥粒を用い
ても良い。上述の各実施の形態では、超砥粒１４を第一
及び第二金属めっき相１５，１６からなる金属結合相１
７で固定しているが、これに限定されることなく金属結
合相１７として第一金属めっき相１５のみで超砥粒１４
を固定してもよい。またマスキング部材１８，２５，３
２，３７，４０を構成する各マスク部の材質はプラスチ
ックに限定されることなく他の適宜の非導電性部材、例
えばガラスやゴム等であってもよい。

【００２４】次に本発明の第五の実施の形態を図１３乃
至図１６により説明する。図１３は第五の実施の形態に
よる電着砥石の平面図、図１４は砥石基台に対する電着
めっきの影響を示す図であって、（Ａ）は砥石基台の側
面図、（Ｂ）は砥石基体の表面に本実施の形態による電
着めっきした状態の図、（Ｃ）は砥石基体の表面全体に
電着めっきした状態の図、図１５は第五の実施の形態に
よる電着砥石をパッドコンディショナとして用いたＣＭ
Ｐ装置の斜視図、図１６は砥粒層領域の幅を変化させた
場合の各電着砥石によるウエーハの平均研摩レートの変
化を示す図、図１７は砥粒層領域の幅と平均パッド研摩
速度との関係を示す図、図１８は砥粒層領域の幅が５
％、２０％、５０％（全面）の場合の各電着砥石の径方
向位置と当該位置におけるウエーハ研摩レートとの関係
を示す図である。第五の実施の形態による電着砥石５０
は例えばＣＭＰコンディショナまたはパッドコンディシ
ョナとして用いられるものである。このパッドコンディ
ショナは、半導体ウエーハを鏡面等に研摩するために用
いるＣＭＰ装置のパッドが摩耗した際に、このパッドを
再研摩（コンディショニング）してパッドの平坦度を維
持または回復するのに用いられる単層の電着砥石であ
る。この電着砥石５０は、図１３に示すように、例えば
円形板状の砥石基台１１（台金）の表面１１ａに砥粒層
１３の設けられていない例えば略円形の中空領域５２が
略同心円状に形成され、その外側にリング状の砥粒層領
域５３が同心（偏心していてもよい）に形成されてい
る。砥粒層領域５３は、第一の実施の形態による電着砥
石１０と同様に、砥石基台１１の表面１１ａ上に複数の
砥粒層部１２が例えばブリッジ部９を介して略網状に連
結して配列されて構成されている。

【００２５】ここで、電着砥石５０（及び砥石基体１
１）を外径寸法Ｄの略円形板状として、中空領域５２の
直径がＬ、リング状の砥粒層領域５３の径方向の幅をＷ
とすると、Ｄ＝Ｌ＋２Ｗとなる。しかも中空領域５２の
直径Ｌは電着砥石５０の外径Ｄに対して３２％〜８０％
の範囲に設定されている。換言すれば、砥粒層領域５３
の幅Ｗは１０％〜３４％に設定される。上述の範囲であ
れば、パッド等の被削材の研摩時の平坦度即ち面粗さが
良好で切れ味が良く被削材の寿命が長いという利点が得
られる。ここで砥粒層領域５３の幅Ｗが３４％より大き
い（中空領域５２の直径Ｌが外径Ｄの３２％より小さ
い）と被削材の研摩面の平坦度が悪く、幅Ｗが１０％よ
り小さい（直径Ｌが８０％より大きい）と研削・研摩圧
力が高くなってパッド等の被削材を深く削りすぎ、パッ
ド等の摩耗速度が著しく増大するという欠点がある。

【００２６】これについて更に説明すると、図１４
（Ａ）に示すように砥石基体１１が平行平板状の円盤型
であるとして、その回転軸Ｏは表面１１ａに略直交する
方向とされ、表面１１ａに砥粒層１３をめっき形成する
と砥粒層１３側に凸曲面をなすように電着砥石（砥石基
体１１）にそりが生じる。この場合、表面１１ａの凸曲
面は回転軸Ｏ付近の点が最も突出するものとして回転軸
Ｏ方向に同心円状に突出することになる。ここで電着砥
石について、例えば同図（Ｃ）に示すように表面１１ａ
全面に砥粒層１３をめっき形成すると、砥石基体１１に
回転軸Ｏ方向に高さｓ（例えば砥石基体１１の外径を１
００ｍｍとして、ｓは最大で３０μｍ程度）のそりを生
じ、そのために砥粒層１３に高低さｓのそりを生じるこ
とになる。その点、同図（Ｂ）に示す本実施の形態によ
る電着砥石５０のように表面１１ａの外側部にのみリン
グ状の砥粒層領域５３を（例えば回転軸Ｏと同軸に）め
っき形成すれば、めっきで表面１１ａに反り（変形）が
生じても反り自体を比較的小さく抑えられる。しかも、
砥粒層領域５３における高低差ｓ１（＜ｓ）は表面１１
ａ全面にめっき形成したものと比較して小さく砥粒層領
域５３の平坦度が高いために、そりによる平坦度の悪影
響は更に抑えられ、電着砥石５０の平坦度と研削・研摩
精度を一層向上できる。尚、電着砥石５０を製造するに
は、砥石基体１１の表面１１ａの中央部に中空領域５２
に相当する直径Ｌの範囲に亘ってマスキングしたりテー
ピングして、その上に複数のマスク部１９等を敷き詰め
て細密充填した上で電解めっき等のめっき処理を施せば
よい。

【００２７】次にこの電着砥石５０をＣＭＰ装置に用い
て行うパッドの研摩方法について説明する。図１５に示
すＣＭＰ装置５５において、中心軸５６に取り付けられ
た回転テーブル５７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５８が設けられ、このパッド５８
に対向して且つパッド５８の中心軸５６から偏心した位
置に自転可能なウエーハキャリア５９が配設されてい
る。このウエーハキャリア５９はウエーハ６０を保持し
てパッド５８に押圧して研摩し、ウエーハ６０の一面が
鏡面仕上げされることになる。研摩に際して、パッド５
８上に遊離砥粒とアルカリ液や酸性液等のエッチング液
とがスラリｐとして供給される。パッド５８上にはスラ
リｐを保持する微細な発泡層が多数設けられていて、こ
れら発泡層内のスラリｐでウエーハ６０の研摩が行われ
る。そして、摩耗したパッド５８の表面を再研摩する場
合、電着砥石５０はＣＭＰ装置５５に設けられた旋回軸
兼回転軸６１に装着され、この回転軸６１によって電着
砥石５０をパッド５８と同一方向にその回転軸Ｏ周りに
回転させることで、パッド５８の表面を研摩してパッド
５８の表面の平坦度を回復させて目詰まりを解消するこ
とになる。尚、電着砥石５０はウエーハキャリア５９に
装着して研摩作業を行なうこともできる。

【００２８】上述のように、この電着砥石５０を用いて
被削材としてパッド５８を研摩すると、砥石基体１１の
表面１１ａにおいて外周領域にのみ砥粒層領域５３を設
けたことで、砥石基体１１の表面１１ａ全体に電着めっ
きした電着砥石と比較して砥粒層領域５３の幅Ｗが小さ
いために、砥粒層領域５３はめっきに起因するそり（変
形）の影響が少なくパッド５８の平坦度が高く、高精度
なコンディショニングを行える。またパッド５８を削り
すぎることがなくパッド５８の寿命が延びる。しかも電
着砥石５０でパッド５８の研摩を行う際、砥粒層領域５
３の幅がＷであるために、全体に砥粒層を設けた砥石と
比較して研削・研摩圧力が高くなって切れ味がよく、少
ない研摩回数で所望量の研摩を行えるからパッド５８表
面の高精度な研摩が行える。特にパッド５８の発泡層内
にはスラリ等を含む残滓が残っており、これを削り取る
ためには深さ１０〜２０μｍ程度研削する必要がある
が、本実施の形態による電着砥石５０によれば研摩圧力
が高いために確実に除去できて新しい発泡層を表面に露
出させることができる。これによって平坦度が高く残滓
の少ない高精度なパッド５８を再生でき、ウエーハ６０
の研摩精度を高く維持できることになる。

【００２９】次に本実施の形態の電着砥石５０の特性に
ついて行った研摩試験を説明する。電着砥石はダイヤモ
ンドの超砥粒１４をＮｉめっき等からなる金属結合相１
７で固着して製作した。１つの砥粒層部１２に固着する
超砥粒の数は７０個とし、各砥粒層部１２の最大外径を
１ｍｍとした。尚、砥粒層領域における各砥粒層部の配
列は第一の実施の形態で示すブリッジ部９で連結された
略網状配列とする。そして砥石基体１１の外径Ｄを１０
０ｍｍとし、この外径Ｄに対する砥粒層領域５３の幅Ｗ
の比が、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０
％（全面に砥粒層が設けられている）の６種類の電着砥
石を製作して、それぞれ研摩試験を行った。電着砥石に
よる研摩試験は次の条件下で行った。ＣＭＰ用研削装置
として定盤サイズ６００ｍｍの精密ラップ盤を用い、定
盤回転数４５ｍｉｎ^-1、電着砥石５０の荷重２４Ｎ、回
転数５６ｍｉｎ^-1とし、ウエーハの外径８インチ、荷重
２４Ｎ、回転数６０ｍｉｎ^-1とし、パッド５８としてロ
デール・ニッタＩＣ１０００を用い、潤滑液として純水
１７ｍｌ／ｍｉｎを用いた。

【００３０】そしてＣＭＰ装置５５において各電着砥石
によるパッド５８のコンディショニングと同時にウエー
ハ６０の研摩を２分行い、研摩終了後のウエーハ６０の
研摩面の平均研摩レート（研摩割合：研摩量）をそれぞ
れ測定すると図１６に示すような結果が得られた。図１
６において、ウエーハ６０の研摩レートは、Ｗ／Ｄが５
％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％（全面に
砥粒層領域を設けた）と変化するに応じて表１に示す右
下がりの数値を示した。ウエーハの酸化膜は５０００オ
ングストローム程度の厚みがあり、これを研摩の効率化
のために通常２分以内で研摩して平坦化する必要があ
る。そのためには少なくとも２５００オングストローム
／ｍｉｎ以上の速度が必要である。そのためには、図１
６でＷが３４％以下であることが望ましい。また砥粒層
領域の幅Ｗに応じたパッド平均研摩速度（μｍ／Ｈｒ）
を測定すると図１７に示すものが得られた。各幅Ｗに応
じたパッド平均研摩速度は表１に示すようになった。

【００３１】

【表１】

【００３２】砥粒層領域５３の幅Ｗが５％であると、パ
ッドの研削・研摩圧力が高い上に図１７に示すように平
均研摩速度が８０μｍ／ｈｒとなり、パッドの摩耗が進
むためにパッド張り替え頻度が高くなり、コストと手間
の面で不具合が大きい。また図１７で幅Ｗが１０％であ
るとパッドの平均研摩速度は５０μｍ／ｈｒと幅Ｗ＝５
％と比較して大幅に小さくなる。しかも幅Ｗ＝１０％で
あるとパッドの研削・研摩圧力が比較的小さくなるため
に、図１６に示すように平均研摩レートは４０００オン
グストローム／ｍｉｎになり、ウエーハの平均研摩レー
トの低下具合は幅Ｗ＝５％と比較して２００オングスト
ローム程度と微少に抑えられている。そのため、幅Ｗは
１０％以上であることが好ましい。

【００３３】また図１８で、砥粒層領域５３の幅Ｗが５
％、２０％、５０％（全面）の電着砥石を製作し、その
直径２００ｍｍ（８インチ）に関して砥石基体１１の表
面１１ａの中心である回転軸Ｏを中央値０として、その
両端までの各半径方向の径方向位置を研削ポイントとし
て横軸にとった。即ち、回転軸Ｏの位置を０として、一
方の半径方向（図１８で横軸右方向）に１０％、４０
％、６５％、８０％、９２％、９８％、１００％をと
り、他方の半径方向（図１８で横軸左方向）に−２０
％、−５０％、−７０％、−８５％、−９４％、−１０
０％として横軸にとり、縦軸をウエーハ研摩レート（オ
ングストローム／ｍｉｎ）として各研削ポイントでのウ
エーハ研摩レートを測定した。図１８に示す結果から、
砥粒層領域５３の幅Ｗ＝５％が最もウエーハの平均研摩
レートが高く、次が幅Ｗ＝２０％であった。これらの砥
粒層領域を用いると電着砥石の両端（外側５または３％
の範囲）を除いてほぼ均一な研削・研摩特性が得られ
る。しかし幅Ｗ＝５％では、図１７で示すようにパッド
平均研摩速度が著しく高く（８０μｍ／Ｈｒ）実用的で
なかった。幅Ｗ＝５０％であると、研摩レートの平坦度
（面内均一性）が著しく悪く使用に耐えない研削・研摩
作用を呈する。そのため、この実施例では、幅Ｗ＝２０
％が最もウエーハの面内研摩量の均一性と経済性が良
く、幅Ｗ＝５％はパッド平均研摩速度が高すぎる欠点が
あり、幅Ｗ＝５０％では面内研摩量（径方向の各研削ポ
イントでの研摩量）の不均一性が目立った。図１６、図
１７、図１８及び表１に示す試験結果から、ウエーハ平
均研摩レートとパッドの平均研摩速度とウエーハ面内研
摩量の均一性との関係により、Ｗ／Ｄは１０％〜３４％
の範囲（中空部６２の直径Ｌは３２〜８０％の範囲）と
するのが好ましいことを確認できた。

【００３４】尚、上述の第五の実施の形態では、砥粒層
領域５３において、複数の砥粒層部１２…はブリッジ部
９を介して相互に連結された略網状の配列構造であると
したが、これに限定されることなく、ブリッジ部９を除
去して各砥粒層部１２が互いに分離して配列されていて
もよい。また第五の実施の形態による電着砥石５０に限
らず、上述した他の実施の形態を含む本発明による電着
砥石をＣＭＰ用のコンディショナとして用いることがで
きる。

【００３５】

【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、砥粒層部が中央部で砥粒の集中度が高くその周
辺部で砥粒の集中度が比較的低いために、中央部で砥粒
層部の寿命を長くすることができると共に周辺部で切り
粉の目詰まりを防止して砥粒の切れ味を良好にすること
ができる。また本発明に係る電着砥石は、砥粒層部が中
央部で金属結合相の厚みが厚く周辺部に向けて厚みが漸
次減少するようにしたために、研削に際してそのへり部
にバリ等が生じないから被削材を傷つけることもなく良
好な研削加工が行える。

【００３６】また砥粒層部は互いに分離して複数設けら
れているから、砥粒層部と砥粒層部の間を通して切り粉
の排出路を構成して切り粉の排出をスムーズに行えるこ
とで一層目詰まりを防止して切れ味を向上できる。また
砥粒層部は互いに分離して複数設けられていて、砥粒層
部と砥粒層部とはブリッジ部を介して互いに連結され該
ブリッジ部に砥粒が分散固定されているから、各砥粒層
部の切れ味が良くブリッジ部における目詰まりを防止で
きる。

【００３７】本発明による電着砥石は、上述したいずれ
かの電着砥石において、砥石基体の表面の中央に砥粒の
設けられていない中空領域が設けられていると共に、こ
の中空領域の外側に砥粒層領域が設けられてなり、この
砥粒層領域は前記砥粒層部で構成されているので、周辺
にのみ砥粒層領域を設けることで、全面に砥粒層を設け
た電着砥石と比較して被削材に対する研削・研摩圧が高
く切れ味がよく少ない研削・研摩回数で所望の研摩量を
達成でき平坦度も良く研削・研摩精度が高い。また砥粒
層領域を砥石基体に電着すると砥石基体に凸曲面状の微
小なそり（変形）を生じ得るが、この場合でも外周側に
のみ砥粒層領域を設けたからそりに起因する平坦度の低
下を最小限に抑えて研削・研摩精度を向上できる。また
砥石基体の外径をＤ、略リング状をなす砥粒層領域の径
方向の幅をＷとしたときに、砥粒層領域の幅Ｗは外径Ｄ
の１０％〜３４％の範囲に設定されているので被削材の
平坦度が良好で切れ味が良く被削材の寿命が長いという
利点が得られ、幅Ｗが１０％より小さいと被削材を深く
削りすぎ、３４％を超えると被削材の平坦度が低下す
る。電着砥石はＣＭＰ用コンディショナであるから、平
坦度が高くて高精度なウエーハを研摩できる。

【００３８】また本発明に係る電着砥石の製造装置は、
マスキング部材を複数のマスク部で構成し、該マスク部
は砥石基体に当接する部分から離間するに従って非マス
キング領域上の空間に張り出すように傾斜面状に形成し
たから、砥粒のめっきによる固定に際して、砥粒は非マ
スキング領域の中央部では集中度が高いが、周辺部では
マスク部によって砥石基体とマスク部との境界まで進入
できずに集中度が低い状態に分散されることになり、し
かもめっき電流の電流密度は複数のマスク部の傾斜面に
挟まれて砥石基体に近づくに従って中央部では比較的密
であるが周辺部で粗になり、そのために析出する金属結
合相は中央部から周辺部に向けて厚みが減少するように
析出形成され、金属結合相のへり部にバリ等が形成され
たり砥粒が突出状態で固定されたりすることがない。本
発明による電着砥石の製造方法は、砥石基体上に砥粒層
部を形成すべき部分を除いてマスキングを施してマスキ
ング部材を構成するマスク部を砥石基体から離間するに
従って非マスキング領域に向けて張り出すように傾斜面
状に形成し、めっき液に浸漬し、砥石基体を陰極に接続
して通電し、砥石基体上の非マスキング領域に砥粒をめ
っきで固定するようにしたから、砥粒のめっきによる固
定に際して、砥粒は非マスキング領域の中央部では集中
度が高いが、周辺部では集中度が低い状態に分散され、
しかもめっき電流の電流密度の変化によって析出する金
属結合相は中央部から周辺部に向けて厚みが次第に減少
するように形成され、金属結合相のへり部にバリ等が形
成されたり砥粒が突出状態で固定されたりすることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施の形態による電着砥石の
部分縦断面図である。

【図２】 図１に示す電着砥石の砥粒層部の部分平面図
である。

【図３】 砥石基体の表面にマスキング部材を載置した
状態を示す部分平面図である。

【図４】 図３に示すマスキング部材及び砥石基体のＡ
−Ａ線縦断面図である。

【図５】 図４に示す非マスキング領域に超砥粒を散布
した状態を示す縦断面図である。

【図６】 非マスキング領域に載置した超砥粒をめっき
で固定した状態を示す縦断面図である。

【図７】 （ａ）はマスキング部材で挟まれた非マスキ
ング領域の電流分布を示す図、（ｂ）は（ａ）で示す電
流分布に応じためっきによる析出金属の厚み分布を示す
図である。

【図８】 第二の実施の形態によるマスキング部と超砥
粒がめっきで固定された状態を示す図４と同様な縦断面
図である。

【図９】 第三の実施の形態によるマスキング部と超砥
粒がめっきで固定された状態を示す図４と同様な縦断面
図である。

【図１０】 図９に示すマスキング部材を用いて得られ
る砥粒層部の平面図である。

【図１１】 第三の実施の形態によるマスキング部の変
形例を示す図４と同様な縦断面図である。

【図１２】 第四の実施の形態によるマスキング部を示
す図４と同様な縦断面図である。

【図１３】 第五の実施の形態による電着砥石の平面図
である。

【図１４】 砥石基台に対する電着めっきの影響を示す
図であって、（Ａ）は砥石基台の側面図、（Ｂ）は砥石
基体の表面に本実施の形態による電着めっきした状態の
第五の実施の形態による電着砥石を示す図、（Ｃ）は砥
石基体の表面全体に電着めっきした状態の図である。

【図１５】 第五の実施の形態による電着砥石をパッド
コンディショナとして用いたＣＭＰ装置の斜視図であ
る。

【図１６】 砥粒層領域の幅を変化させた各電着砥石に
よる研摩特性をウエーハの平均研摩レートで示す図であ
る。

【図１７】 砥粒層領域の幅を変化させた各電着砥石に
よるパッドの平均研摩速度を示す図である。

【図１８】 砥粒層領域の幅が５％、２０％、５０％
（全面）の場合の各電着砥石の径方向位置における各研
削ポイントでのウエーハ研摩レートを示す図である。

【図１９】 従来の電着砥石の製造方法におけるマスキ
ング部を載置した砥石基体に超砥粒を載置した状態を示
す要部縦断面図である。

【図２０】 図１９にマスキング部を用いて製造された
電着砥石の部分縦断面図である。

【符号の説明】

１０，５０ 電着砥石 １１ 砥石基体 １２ 砥粒層部 １３ 砥粒層 １４ 超砥粒 １５ 第一金属めっき相 １６ 第二金属めっき相 １７ 金属結合相 １８，２５，３２，３７，４０ マスキング部材 １９，２６，３３，３８，４２ マスク部 ５２ 中空領域 ５３ 砥粒層領域

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月８日（２００１．５．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】従来、マスキング部材を用いて砥石基体
（台金）上に所望形状の砥粒層を電着によって形成する
場合、電着砥石の製造方法としては主に電解めっき法が
使用され、例えば次のように行われる。まず図１８に示
すように砥石基体（台金）１の表面１ａに所望の砥粒層
を形成すべき部分を除いてマスキング部材２によってマ
スキングを施して、この砥石基体１を電解めっき液内に
浸漬し、表面１ａを上向きかつ水平に配置する。次い
で、表面１ａの非マスキング領域１ｂに超砥粒３をま
き、砥石基体１を電源陰極に接続するとともに表面１ａ
に対向配置された陽極との間で通電して金属めっき相４
を析出させて超砥粒３を固定する。そしてマスキング部
材２を剥がし、図１９に示すように砥石基体１上に単層
状の砥粒層５を形成した電着砥石６が得られる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】また、砥粒層領域５３の幅Ｗが５％、２０
％、５０％（全面）の電着砥石を製作し、縦軸をウエー
ハ研摩レート（オングストローム／ｍｉｎ）として各研
削ポイントでのウエーハ研摩レートを測定した。その結
果から、砥粒層領域５３の幅Ｗ＝５％が最もウエーハの
平均研摩レートが高く、次が幅Ｗ＝２０％であった。こ
れらの砥粒層領域を用いると両端（外側５または３％の
範囲）を除いてほぼ均一な研削・研摩特性が得られる。
しかし幅Ｗ＝５％では、図１７で示すようにパッド平均
研摩速度が著しく高く（８０μｍ／Ｈｒ）実用的でなか
った。幅Ｗ＝５０％であると、研摩レートの平坦度（面
内均一性）が著しく悪く使用に耐えない研削・研摩作用
を呈する。そのため、この実施例では、幅Ｗ＝２０％が
最もウエーハの面内研摩量の均一性と経済性が良く、幅
Ｗ＝５％はパッド平均研摩速度が高すぎる欠点があり、
幅Ｗ＝５０％では面内研摩量（径方向の各研削ポイント
での研摩量）の不均一性が目立った。図１６、図１７及
び表１に示す試験結果から、ウエーハ平均研摩レートと
パッドの平均研摩速度とウエーハ面内研摩量の均一性と
の関係により、Ｗ／Ｄは１０％〜３４％の範囲（中空部
６２の直径Ｌは３２〜８０％の範囲）とするのが好まし
いことを確認できた。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】 従来の電着砥石の製造方法におけるマスキ
ング部を載置した砥石基体に超砥粒を載置した状態を示
す要部縦断面図である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】 図１８にマスキング部を用いて製造された
電着砥石の部分縦断面図である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２０

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２０

【補正方法】削除

フロントページの続き (72)発明者 下前 直樹 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 (72)発明者 畑 花子 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） 3C063 AA02 AB05 BA33 BB02 BB23 BC02 BG07 CC13 EE26 FF23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の砥粒が金属結合相で固着された砥
   粒層部を有する電着砥石において、前記砥粒層部は中央
   部で砥粒の集中度が高く周辺部で砥粒の集中度が比較的
   低いことを特徴とする電着砥石。
2. 【請求項２】 複数の砥粒が金属結合相で固着された砥
   粒層部を有する電着砥石において、前記砥粒層部は中央
   部で金属結合相の厚みが厚く周辺部に向けて厚みが漸次
   減少するようにしたことを特徴とする電着砥石。
3. 【請求項３】 前記砥粒層部は互いに分離して複数設け
   られていることを特徴とする請求項１または２記載の電
   着砥石。
4. 【請求項４】 前記砥粒層部は互いに分離して複数設け
   られていて、前記砥粒層部と砥粒層部とはブリッジ部を
   介して互いに連結されていて、該ブリッジ部に砥粒が分
   散固定されていることを特徴とする請求項１または２記
   載の電着砥石。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか記載の電着砥
   石において、砥石基体の表面の中央に砥粒の設けられて
   いない中空領域が設けられていると共に、この中空領域
   の外側に砥粒層領域が設けられてなり、この砥粒層領域
   は前記砥粒層部で構成されていることを特徴とする電着
   砥石。
6. 【請求項６】 前記砥石基体の外径をＤ、略リング状を
   なす砥粒層領域の径方向の幅をＷとしたときに、砥粒層
   領域の幅Ｗは外径Ｄの１０％〜３４％の範囲に設定され
   ていることを特徴とする請求項５記載の電着砥石。
7. 【請求項７】 前記電着砥石はＣＭＰ用コンディショナ
   であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載
   の電着砥石。
8. 【請求項８】 砥石基体上に砥粒層部を形成すべき部分
   を除いてマスキング部材でマスキングを施すと共にめっ
   き液に浸漬し、前記砥石基体を陰極に接続すると共に該
   砥石基体に対向して陽極を設け、砥石基体上の非マスキ
   ング領域に砥粒をめっきで固定するようにした電着砥石
   の製造装置であって、 前記マスキング部材を複数のマスク部で構成し、該マス
   ク部は砥石基体に当接する部分から離間するに従って非
   マスキング領域上の空間に張り出すように傾斜面状に形
   成したことを特徴とする電着砥石の製造装置。
9. 【請求項９】 砥石基体上に砥粒層部を形成すべき部分
   を除いてマスキングを施してマスキング部材を構成する
   マスク部を砥石基体から離間するに従って非マスキング
   領域に向けて張り出すように傾斜面状に形成し、めっき
   液に浸漬して、前記砥石基体を陰極に接続して通電し、
   砥石基体上の非マスキング領域に砥粒をめっきで固定す
   るようにした電着砥石の製造方法。