JP2003170356A - ダイヤモンドコーティング切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 パッドの表面の調整作用に優れ、長期間に亘
って安定であり、かつ、安価なパッドコンディショナー
を提供すること。 【解決手段】 基板１０の表面１１に、上面１３が平坦
な凸部１２を複数設ける。凸部１個当たりの上面１３の
面積ｓ１を、０．０１〜１ｍｍ^２の範囲に設定する。複
数の凸部１２の上面１３の合計面積Ｓ１と、基板１０の
表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を、０．０００１
〜０．０１の範囲に設定する。凸部１２における切刃１
４部分を含んで、基板１０の表面１１の全面に、気相合
成ダイヤモンド１５をコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔性の樹脂、ゴ
ム、ポリウレタンラバーなどからなるパッド、例えば、
半導体ウエハなどの研磨用パッドの表面を加工、調整す
るための工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業の進展とともに、金
属、半導体、セラミックなどの表面を高精度に仕上げる
加工方法の必要性は高まっている。とくに、半導体ウエ
ハは、集積度の向上とともにナノミクロン（１／１００
０ミクロン）オーダーの表面仕上げが要求されてきてお
り、このため、多孔性のパッド（研磨布）を用いた、Ｃ
ＭＰ研磨（メカノケミカル研磨）が一般的となってい
る。

【０００３】このような半導体ウエハなどの研磨に用い
られるパッドは、研磨時間が経過していくにつれ、目詰
まりや圧縮変形を生じ、その表面状態が次第に変化して
いく。すると、研磨速度の低下などの好ましくない現象
が生じるので、パッドの表面を定期的に加工、調整して
荒すことにより、パッドの表面状態を一定に保って、良
好な研磨状態を維持する工夫が行われている。また、最
近では、半導体装置の製造工程途中においても凹凸を平
坦化するために研磨加工が用いられるようになってきて
おり、このような場合には、凹部と凸部との研磨速度比
を大きくとるために、独立気泡を有するポリウレタンラ
バーからなるパッドなど、より強力な表面調整が必要と
されるパッドを使用する場合も増加している。

【０００４】ところで、従来では、これらのパッドを加
工、調整するためにはパッドコンデショナーと呼ばれる
砥石が用いられるのが一般的であった。このパッドコン
デショナーとして、以下に示すようなものが知られてい
る。まず、第１には、表面に複数の溝や穴が形成された
アルミナ，マグネシア，シリカなどの焼結体治具を用い
たパッドコンディショナーがあり、これらは、図７乃至
図９に示すように、例えば、略円板状（図７，８）ある
いは略直方体状（図９）をなすパッドコンディショナー
１の表面２に、複数の穴３あるいは溝４が形成されてな
るものであり、この表面２をパッドの表面に押し当てる
とともに、略円板状のパッドコンディショナーでは、回
転運動、場合によっては並進運動をし、略直方体状のパ
ッドコンディショナーでは、並進運動をすることによっ
て、パッドの表面を加工、調整するものである。

【０００５】そして、第２には、ダイヤモンド電着プレ
ートを用いたパッドコンディショナーがあり、これは、
図１０，１１に示すように、例えば、ステンレス鋼から
なる略円板状をなす基板５の表面６に、ダイヤモンド砥
粒８がニッケル等の金属結合相９で固着された砥粒層７
が形成されてなるものであり、この表面６をパッドの表
面に押し当てるとともに、回転運動、場合によっては並
進運動をすることによって、パッドの表面を加工、調整
するものである。

【０００６】しかしながら、上述した第１のパッドコン
ディショナーにおいては、アルミナ、マグネシア、シリ
カなどの焼結体は、その硬度が十分でなく、パッドの表
面の調整作用を長期間に亘って安定して維持することは
できなかった。

【０００７】さらに、上述した第２のパッドコンディシ
ョナーにおいては、硬度の大きなダイヤモンド砥粒８を
用いているため、第１のパッドコンディショナーと比較
して、バッド表面の調整作用をある程度の期間に亘って
維持することはできるものの、ダイヤモンド砥粒８が高
価であることから、パッドコンディショナー自体の価格
が高くなってしまう。加えて、金属結合相９に固着され
て表面に露出しているダイヤモンド砥粒８は、微視的に
は高さにばらつきがあり、かつ、パッドの研磨に供され
るダイヤモンド砥粒８の角も、個々の粒子によって大き
く異なり、多くの場合、図１１に示すように、非常に鈍
い角度のダイヤモンド砥粒８の角でパッドの表面の研削
を行うこととなってしまい、十分に切れ味良くパッドを
研削することはできない。

【０００８】実際、ダイヤモンド電着プレートを用いた
パッドコンディショナーの場合、ダイヤモンド砥粒８
が、金属結合相９中に５０ｖｏｌ％合まれていたとして
も、研削に作用しているダイヤモンド砥粒８はその５〜
１０ｖｏｌ％と言われており、高価なダイヤモンド砥粒
８を用いるわりには、効率的な研削加工が行われないの
が現実であった。また、研削を行うダイヤモンド砥粒８
の角の角度が鈍いため、ポリウレタンラバーからなるパ
ッドを研磨する場合のように、多くの孔を表面に出して
ＣＭＰ研磨における効果性をあげたいときでも、孔がつ
ぶされてしまうこととなり、研削効率が悪いだけでな
く、パッドの表面の仕上げの点でも満足のいくものでは
なかった。

【０００９】ここで、別の従来技術として、例えば、特
許文献１や特許文献２に開示されているような、気相合
成ダイヤモンドの技術を応用したパッドコンディショナ
ーがある。これらは、基板の表面に、複数の溝、穴ある
いは凸部が形成されているとともに、その表面の全面
が、気相合成ダイヤモンドでコーティングされているも
のであり、このようなパッドコンディショナーでは、基
板を構成する材料や、ダイヤモンド砥粒を固着する金属
結合相からの汚染を防止するのには効果を発揮すること
ができる。

【００１０】

【特許文献１】特開平７−３２８９３７号公報

【特許文献２】特開平１０−４４０２３号公報

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
も電着したダイヤモンド砥粒に代えて気相合成ダイヤモ
ンドを用いるものであり、十分な耐磨耗性を得ることが
できるものの、ダイヤモンド砥粒と異なって基板からの
脱落がないため、目詰まりを生じ易く、加工効率やパッ
ド表面の仕上げの点を考慮すると、十分な効果を得るこ
とができるとは言えなかった。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、パッドの表面の調整作用に優れ、長期間に亘って安
定であり、かつ、安価である、パッド表面の加工、調整
用の工具を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決して、
このような目的を達成するために、本発明者らは鋭意開
発を続けた結果、従来のパッドコンディショナーのよう
な研削工具の概念に捕らわれず、いかに切れ味良く効率
的に加工するかを考慮して、切削加工、とくに、正面フ
ライスの概念をパッドの研磨に取り入れることにより、
基板の表面に数多くの独立した切刃を有する工具を発明
するに至ったのである。

【００１４】正面フライス加工は、略円板状をなす工具
本体の先端部外周に複数の切刃が植え込まれてなるフラ
イス工具を、その軸線回りに回転させながら、横移動す
る被削材の表面に対して、所定深さの切り込み量を与え
ることにより、被削材の表面を切削加工していくもので
ある。この加工を良好に行うためには、切れ味の良い切
刃と、切削加工にともなって生じる切屑をスムースに排
出することが重要であり、このため、フライス加工に
は、被削材の種類によって切刃の材質、形状、角度など
が種々工夫され、かつ、切屑がスムースに排出されるよ
うに各切刃ごとにチップポケットが設けられて、その深
さ、形状などに工夫がなされている。

【００１５】同様の概念を、本発明のパッド表面の加
工、調整用の工具にも応用した、すなわち、樹脂、ゴ
ム、ポリウレタンラバーなどからなるパッドに対して、
優れた切れ味を示す切刃と、この切刃によって生成され
る切屑をスムースに排出する適切なスペースを基板の表
面に設けることにより、高効率な加工を可能とする工具
を提供しようとするのである。この場合、通常の正面フ
ライス加工と大きく異なる点は、被削材が弾性変形をす
る材料である点が挙げられ、このため、切削抵抗が高い
と、切刃が被削材に対して切り込むことなく（いわゆる
食い付くことがなく）、パッドの表面を全く加工できな
くなってしまう。それゆえ、一つの切刃当たりの切削抵
抗を極力少なくする必要が生じ、切刃を極力小さくし、
かつ、切り込み量を少なくしなければならないが、その
ようにすると、加工効率の低下を招いてしまうので、こ
のような小さな切刃を多数、基板の表面に設ける必要が
ある。

【００１６】一方、これら弾性変形をする被削材の切屑
は、通常の金属からなる被削材の切屑のように、加工硬
化により破断する（いわゆるブレーキング）することは
期待できず、連なって発生する。このため、切屑を排出
するためのスペースに余裕がないと、簡単に目詰まりし
て、加工できなくなってしまうので、切刃の大きさを適
切に設定することと、その切刃をどの程度の間隔で設け
て切屑を排出するためのスペースをいかに確保するか
が、効率的な加工を行う上での大きな問題となる。

【００１７】他方、これらの切刃は小さくかつ鋭利な状
態を保つ必要があるが、余程の耐磨耗性がないと、いか
に被削材が樹脂、ゴム、ポリウレタンラバーといった柔
らかいものであったとしても、すぐに切刃が磨耗して切
れ味が低下してしまう。また、切刃が小さくなるにした
がって、強度の点でも弱くなるので、この切刃に対し
て、いかに強度をもたせるかも大きな問題となる。

【００１８】本発明は、これらの知見に基づいて鋭意検
討した結果になされたものであり、基板の表面に複数の
凸部が設けられ、該凸部の上面が平坦面とされるととも
に、この上面の稜線部が切刃とされ、前記凸部１個当た
りの上面の面積ｓ１が、０．０１〜１ｍｍ^２の範囲に設
定され、前記複数の凸部の上面の合計面積Ｓ１と、前記
基板の表面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００
１〜０．０１の範囲に設定され、さらに、少なくとも前
記凸部における切刃部分が、気相合成ダイヤモンドでコ
ーティングされていることを特徴とする。

【００１９】このような構成のダイヤモンドコーティン
グ切削工具では、基板の表面に形成された凸部１個当た
りの平坦な上面の面積ｓ１が、０．０１〜１ｍｍ^２と小
さな値に設定されているので、この平坦な上面の稜線部
に形成された切刃を小さくかつ鋭利な状態に保って、切
削抵抗を低減することが可能となり、弾性変形をする材
料からなるパッドに対しても優れた切れ味を得ることが
できるとともに、切刃が小さくなりすぎることもなく、
切削効率の低下や凸部の強度低下を招いてしまうことが
ない。しかも、複数の凸部の上面の合計面積Ｓ１と、基
板の表面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１
〜０．０１と小さな値に設定されているので、複数の凸
部同士の間の間隔、すなわち、切刃にて生成される切屑
を排出するためのスペースを十分に確保することが可能
となって、目詰まりを生じることがないとともに、凸部
の数が極端に少なくなることもなく、切削効率の低下を
招いてしまうことがない。さらには、少なくとも凸部に
おける切刃部分が、気相合成ダイヤモンドでコーティン
グされていることから、この小さな切刃に耐摩耗性を与
えることができるので、従来のように、高価なダイヤモ
ンド砥粒を用いなくても、長期間に亘って、切れ味を劣
化させることなく安定したパッドの調整作用を呈するこ
とが可能となる。ここで、凸部１個当たりの上面の面積
ｓ１が、０．０１ｍｍ^２より小さくなると、切削に供さ
れる切刃が小さくなりすぎて、切削効率の低下を招いた
り、凸部の強度が低下するおそれがあり、一方、この面
積ｓ１が、１ｍｍ^２より大きくなると、切削に供される
切刃が大きくなりすぎて、切削抵抗が高くなりすぎて、
パッドの表面を加工できなくなってしまうおそれが生じ
る。また、複数の凸部の上面の合計面積Ｓ１と、基板の
表面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１より
小さくなると、凸部の数が少なくなりすぎて、切削効率
が低下するおそれがあり、一方、この面積比Ｓ１／Ｓ２
が、０．０１より大きくなると、凸部の上面の合計面積
が大きくなり、切削抵抗が高くなりすぎて、パッド表面
を加工できなくなってしまうおそれがある。

【００２０】また、基板の表面に形成された複数の凸部
は、そのすべてが必ずしも略等間隔に配置される必要は
ないが、これら複数の凸部同士の間の最短距離は、１ｍ
ｍ以上に設定されていることが好ましく、この最短距離
が、１ｍｍより小さくなると、凸部同士の間に形成され
る、切屑を排出するためのスペースが、十分に確保でき
なくなって、目詰まりを生じやすくなるおそれがある。

【００２１】また、凸部１個当たりの高さｈ〔ｍｍ〕
が、凸部１個当たりの上面の面積ｓ１〔ｍｍ^２〕との関
係で、（０．０９１・ｓ１＋０．００９）〜（０．８１
・ｓ１＋０．１９）の範囲に設定されていることが好ま
しく、この高さｈが、（０．０９１・ｓ１＋０．００
９）より小さくなると、凸部の切刃に与えられる切り込
み量が大きくとれず、切削効率が低下してしまうおそれ
があり、一方、高さｈが、（０．８１・ｓ１＋０．１
９）より大きくなると、凸部が細長くなりすぎて、その
強度が低下するおそれがある。

【００２２】また、気相合成ダイヤモンドのコーティン
グ層の層厚は、０．５〜２０μｍの範囲に設定されてい
ることが好ましく、この層厚が、０．５μｍより小さく
なると、切刃に与えられる耐摩耗性が十分ではなく、寿
命が低下してしまうおそれがあり、一方、コーティング
層の層厚が、２０μｍより大きくなっても、逆にコーテ
ィング層が脆くなって、クラックを生じやすくなるおそ
れがある。

【００２３】また、気相合成ダイヤモンドのコーティン
グ層は、凸部における切刃部分だけに形成されているの
でもよいが、凸部を含むように基板の表面の全面に亘っ
て形成されていることが好ましく、このような構成とし
た場合には、たとえ、溶出による汚染のおそれがある材
料から基板を構成したとしても、この基板の表面の全面
がコーティングされていることによって、溶出による汚
染を防止することができ、しかも、凸部の強度をより向
上させることが可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付し
た図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態によ
るダイヤモンドコーティング切削工具の平面図、図２は
同ダイヤモンドコーティング切削工具の要部拡大平面
図、図３は同ダイヤモンドコーティング切削工具の要部
拡大断面図である。なお、これら図面においては、説明
上分かりやすくするために誇張して記載してあり、詳細
な数値等の規定に関しては、後述する通りである。

【００２５】本実施形態によるダイヤモンドコーティン
グ切削工具の基板１０は、略円板状をなすものであり、
その表面１１における中央領域を除いた周辺領域には、
上方に突出する凸部１２が複数形成されている。これら
複数の凸部１２は、それぞれ同一形状の略正四角柱状を
呈しており、その上面１３は、基板１０の表面１１と平
行な平坦面とされるとともに、この上面１３の稜線部、
すなわち、上面１３と４つの側面との交差稜線部に４つ
の切刃１４が形成されている。

【００２６】また、凸部１個当たりの上面１３の面積ｓ
１が、０．０１〜１ｍｍ^２の範囲に設定されており、本
実施形態においては、上面１３の面積ｓ１が、例えば
０．０４ｍｍ^２（上面１３が、一辺ａが０．２ｍｍの正
方形をなす）とされている。さらに、基板１０の表面に
形成されたすべての凸部１２における上面１３の合計面
積Ｓ１と、基板１０の表面１１の面積Ｓ２（平面視にお
いて、円をなす基板１０の表面１１の面積）との比Ｓ１
／Ｓ２が、０．０００１〜０．０１の範囲に設定されて
おり、本実施形態においては、面積比Ｓ１／Ｓ２が、例
えば０．００２４５とされている。

【００２７】なお、これら複数の凸部１２は、互いに同
一距離の間隔を介して略等間隔に配置され、凸部１２同
士の間の最短距離ｄが、１ｍｍ以上に設定されており、
本実施形態においては、最短距離ｄ（隣接する凸部１２
同士の間の距離）が、例えば３ｍｍに設定されている。

【００２８】また、凸部１２の形状について、凸部１個
当たりの高さｈ〔ｍｍ〕が、凸部１個当たりの上面１３
の面積ｓ１〔ｍｍ^２〕（０．０１≦ｓ１≦１）との関係
で、（０．０９１・ｓ１＋０．００９）〜（０．８１・
ｓ１＋０．１９）の範囲に設定されおり、本実施形態に
おいては、凸部１２の高さｈが、例えば０．０４ｍｍと
されている。

【００２９】より具体的に言えば、図４に示すように、
Ｘ軸を凸部１個当たりの上面１３の面積ｓ１〔ｍｍ^２〕
とし、Ｙ軸を凸部１個当たりの高さｈ〔ｍｍ〕としたと
きに、この凸部１２の高さｈ〔ｍｍ〕が、４つの直線Ｌ
１（ｈ＝０．８１・ｓ１＋０．１９）、Ｌ２（ｈ＝０．
０９１・ｓ１＋０．００９）、Ｌ３（ｓ１＝１）、Ｌ４
（ｓ１＝０．０１）で囲まれた斜線領域内の値に設定さ
れているのである。なお、凸部１２の高さｈ〔ｍｍ〕
は、上記の斜線領域を考慮すると、０．００９９１（約
０．０１）〜１ｍｍの範囲に設定されていることにな
る。

【００３０】このような複数の凸部１２が略等間隔に配
置された基板１０は、例えば、略円板状をなす基板の平
坦な表面に対し、切削加工等によって、複数の所定幅
（隣接する凸部１２同士の間の距離）の縦溝及び横溝
を、互いに直交するようにして、略等間隔に形成してい
くことによって製造される。

【００３１】そして、上述したような基板１０におい
て、その表面１１と一体に形成された凸部１２における
少なくとも切刃１４部分が、気相合成ダイヤモンド１５
によって、０．５〜２０μｍの層厚ｔでコーティングさ
れており、本実施形態においては、複数の凸部１２を含
む基板１０の表面１１の全面が、気相合成ダイヤモンド
１５でコーティングされ、そのコーティング層の層厚ｔ
は、例えば１０μｍとされている。

【００３２】このような気相合成ダイヤモンド１５のコ
ーティング層は、上記のような複数の凸部１２を有する
基板１０に対して、例えば、マイクロ波プラズマを利用
する方法や熱フィラメントを利用する方法などの既存の
方法を用いることにより、複数の凸部１２を含む表面１
１の全面に亘って形成される。

【００３３】ここで、基板１０を構成する材料に関して
は、気相合成ダイヤモンド１５によるコーティングのし
やすさ、及び凸部１２の形成しやすさ等の観点から、例
えば、以下に示すようなものが挙げられる。 ４ａ族、５ａ族、６ａ族のうちのいずれかの金属もしく
はシリコンの炭化物、窒化物もしくは炭窒化物、４ａ
族、５ａ族、６ａ族のうちのいずれかの金属とシリコン
との炭化物、窒化物もしくは炭窒化物、シリコン、のう
ちのいずれか１種、または、これらの複合体。 ４ａ族、５ａ族、６ａ族のうちのいずれかの金属もし
くはシリコンの炭化物、窒化物もしくは炭窒化物のうち
の少なくとも１種と、鉄、ニッケルもしくはコバルトの
うちの少なくとも１種との複合体よりなる超硬合金。 シリコンもしくはアルミニウムの窒化物もしくは酸化
物のうちのいずれか１種、または、これらの複合体。

【００３４】上記のような構成とされたダイヤモンドコ
ーティング切削工具は、その基板１０の表面１１を、例
えば、多孔性の樹脂、ゴム、ポリウレタンラバーなどか
らなるパッドの表面に押し当てるとともに、回転、場合
によっては並進運動をすることによって、あたかも正面
フライス等の切削工具のごとく、複数の凸部１２の上面
１３の稜線部に形成された切刃１４で、パッドの表面を
切削する（実際には、切刃１４をコーティングしている
気相合成ダイヤモンド１５が、パッドの表面を切削する
ことになる）とともに、この切刃１４にて生成される切
屑が、凸部１２同士の間に形成される隙間を介して排出
されていく。

【００３５】このようなダイヤモンドコーティング切削
工具では、基板１０の表面１１に形成された凸部１個当
たりの平坦な上面１３の面積ｓ１が、０．０１〜１ｍｍ
^２と小さな値に設定されているので、この平坦な上面１
３の稜線部に形成された切刃１４を小さくかつ鋭利な状
態に保って、切削抵抗を低減することが可能となり、た
とえ、多孔性の樹脂、ゴム、ポリウレタンラバーなどの
弾性変形をする材料からなるパッドに対しても、優れた
切れ味を示して、この小さな切刃１４を安定してパッド
の表面に切り込ませる（食い付かせる）ことができ、し
かも、切刃１４が極端に小さくなりすぎることもないの
で、凸部１２の強度低下や切削効率の低下を招いてしま
うことがない。

【００３６】ここで、凸部１個当たりの上面１３の面積
ｓ１が、０．０１ｍｍ^２より小さくなると、切削に供さ
れる切刃１４が小さくなりすぎて、切削効率や凸部１２
の強度低下を招いてしまい、一方、この面積ｓ１が、１
ｍｍ^２より大きくなると、切削に供される切刃１４が大
きくなりすぎるのにともない、切削抵抗が上昇して、パ
ッドの表面を加工できなくなってしまうおそれが生じて
しまう。なお、上述したような効果をより確実なものと
するためには、凸部１２の上面１３の面積ｓ１は、０．
０２〜０．５ｍｍ^２の範囲に設定することが好ましい。

【００３７】また、複数の凸部１２の上面１３の合計面
積Ｓ１と、基板１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／
Ｓ２が、０．０００１〜０．０１と小さな値に設定され
ているので、複数の凸部１２同士の間の間隔、すなわ
ち、切刃１４にて生成される切屑を排出するためのスペ
ースを必要十分に確保することが可能となって、目詰ま
りを生じさせることがないとともに、凸部１２の数が極
端に少なくなることがなく、切削効率の低下を招いてし
まうこともない。

【００３８】ここで、複数の凸部１２の上面１３の合計
面積Ｓ１と、基板１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１
／Ｓ２が、０．０００１より小さくなると、凸部１２の
数が少なくなりすぎて、切削効率が低下してしまい、一
方、この面積比Ｓ１／Ｓ２が、０．０１より大きくなる
と、複数の凸部１２の上面１３の合計面積Ｓ１が大きく
なるのにともない、切削抵抗が高くなりすぎて、パッド
表面を加工できなくなってしまうおそれすら生じてしま
う。なお、上述したような効果をより確実なものとする
ためには、面積比Ｓ１／Ｓ２は、０．０００５〜０．０
０５の範囲に設定することが好ましい。

【００３９】さらには、凸部１２における切刃１４部分
を含んで、基板１０の表面１１の全面が、気相合成ダイ
ヤモンド１５によって、その層厚ｔが０．５〜２０μｍ
の範囲となるようにコーティングされていることから、
この小さな切刃１４に対して、十分な耐摩耗性を与える
ことができ、高価なダイヤモンド砥粒を用いなくても、
長期間に亘って、切れ味を劣化させることなく安定した
パッドの調整作用を維持していくことが可能となり、か
つ、凸部１２の強度をより向上させることができる。こ
こで、気相合成ダイヤモンド１５のコーティング層の層
厚ｔが、０．５μｍより小さくなると、切刃１４に与え
られる耐摩耗性が十分ではなくなり、一方、コーティン
グ層の層厚ｔが、２０μｍより大きくなると、逆にコー
ティング層が脆くなって、クラックを生じやすくなって
しまう。なお、上述したような効果をより確実にするた
めには、気相合成ダイヤモンド１５のコーティング層の
層厚ｔは、２〜１０μｍの範囲に設定することが好まし
い。

【００４０】また、基板１０の表面１１に形成された複
数の凸部１２が、その凸部１２同士の間の最短距離ｄ
を、１ｍｍ以上となるように配置されていることから、
切刃１４にて生成される切屑を排出するためのスペース
を十分に確保できることとなる。ここで、この最短距離
ｄが、１ｍｍより小さくなると、凸部１２同士の間に形
成される、切屑を排出するためのスペースを、十分な大
きさに確保することができなくなって、目詰まりを生じ
やすくなってしまう。なお、上述したような効果をより
確実なものとするためには、最短距離ｄは、１．５ｍｍ
以上に設定することが好ましい。

【００４１】また、凸部１個当たりの高さｈが、凸部１
個当たりの上面１３の面積ｓ１〔ｍｍ^２〕との関係で、
（０．０９１・ｓ１＋０．００９）〜（０．８１・ｓ１
＋０．１９）の範囲に設定されていることにより、適切
な形状を有する凸部１２を形成することが可能となり、
その強度を高く保つとともに、パッドの表面に対する切
り込み量を十分に確保することができる。ここで、この
高さｈが、（０．０９１・ｓ１＋０．００９）より小さ
くなると、凸部１２の切刃１４に与えられる切り込み量
が大きくとれず、切削効率が低下してしまい、一方、高
さｈが、（０．８１・ｓ１＋０．１９）より大きくなる
と、凸部１２が細長くなりすぎて、その強度が低下して
しまう。なお、上述したような効果をより確実なものと
するためには、高さｈは、０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍの
範囲に設定することが好ましい。

【００４２】また、例えば、半導体ウエハのＣＭＰ研磨
中において、これと同時に、半導体ウエハ研磨用のパッ
ド表面を加工、調整するような場合には、ダイヤモンド
コーティング切削工具の基板１０を構成する材料が溶出
することで、半導体ウエハの汚染につながるおそれがあ
るため、この基板１０には、上述した基板１０を構成す
る材料〜のうち、，のような、溶出による汚染
のおそれが比較的少ない材料を用いることが多い。しか
しながら、本実施形態によるダイヤモンドコーティング
切削工具では、その基板１０の表面１１の全面に亘っ
て、気相合成ダイヤモンド１５のコーティング層が形成
されていることから、たとえ、のような、溶出による
汚染のおそれがある材料を用いて基板１０を構成したと
しても、そのような汚染の心配が生じることがない。

【００４３】なお、本実施形態で、基板１０の表面１１
において、複数の凸部１２のそれぞれの、基板１０の回
転運動による回転方向のすぐ前方側に位置するように、
切刃１４にて生成された切屑を排出するための貫通孔を
設けてもよく、このような構成とすると、切屑の排出効
果をより向上させて、目詰まり等の発生を確実に防止で
きることとなる。このとき、これら貫通孔が、基板１０
の表面１１から、基板１０の外周側及び回転方向後方側
へ延びて、基板１０の側面に開口するようにしたなら
ば、基板１０の回転運動にともない、貫通孔に入り込ん
できた切屑を、遠心力によって基板１０の外周側へ自動
的に排出させることも可能である。

【００４４】また、本実施形態においては、略円板状を
なす基板１０を用いているがこれに限定されることな
く、他の形状の基板、例えば、略直方体状の基板を用い
て、パッド表面上を並進運動させることにより、パッド
の表面の加工、調整を行ったとしても、何の遜色もな
く、上述したような効果を奏することができる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の一例を実施例とし、本発明の
範囲よりも外れたものを比較例として、以下に示す試験
１〜３を行うことにより、凸部１個当たりの上面１３の
面積ｓ１を０．０１〜１ｍｍ^２の範囲に設定した理由、
及び、複数の凸部１２の上面１３の合計面積Ｓ１と基板
１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を０．００
０１〜０．０１の範囲に設定した理由、及び、凸部１個
当たりの高さｈ〔ｍｍ〕を凸部１個当たりの上面１３の
面積ｓ１〔ｍｍ^２〕との関係で（０．０９１・ｓ１＋
０．００９）〜（０．８１・ｓ１＋０．１９）の範囲に
設定した理由を検証した。

【００４６】［試験１］シリコンからなる略円板状をな
す基板１０（直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍ）の表面１１
に対して、切削加工を施すことにより、複数の溝幅２ｍ
ｍ（凸部１同士の間の最短距離ｄ）の縦溝及び横溝を、
互いに直交するように、略等間隔に形成して、一辺ａの
正方形をなす上面１３を有する略正四角柱状の凸部１２
がそれぞれ略等間隔に配置された基板１０を形成した。
ここで、 ・比較例１ ａ＝０．０５ｍｍ、ｓ１＝０．００２５ｍｍ^２、Ｓ１＝
２．２５ｍｍ^２ ・実施例１ ａ＝０．１ｍｍ、ｓ１＝０．０１ｍｍ^２、Ｓ１＝６．２
５ｍｍ^２ ・実施例２ ａ＝０．２ｍｍ、ｓ１＝０．０４ｍｍ^２、Ｓ１＝１６ｍ
ｍ^２ ・実施例３ ａ＝０．８ｍｍ、ｓ１＝０．６４ｍｍ^２、Ｓ１＝６４ｍ
ｍ^２ ・実施例４ ａ＝１ｍｍ、ｓ１＝１ｍｍ^２、Ｓ１＝６４ｍｍ^２ ・比較例２ ａ＝１．５ｍｍ、ｓ１＝２．２５ｍｍ^２、Ｓ１＝５６．
２５ｍｍ^２ であり、Ｓ２＝５０×５０×πｍｍ^２を考慮すると、こ
れら実施例１〜４及び比較例１，２について、Ｓ１／Ｓ
２は０．０００１〜０．０１ｍｍ^２の範囲に設定されて
いる。次に、このような複数の略正四角柱状の凸部１２
を有する略円板状の基板１０を、マイクロ波ＣＶＤ装置
内に設置して、その凸部１２を含む表面１１の全面に亘
って、気相合成ダイヤモンド１５のコーティング層を、
層厚ｔが１０μｍとなるようにコーティングすることに
より、６つのダイヤモンドコーティング切削工具（実施
例１〜４、比較例１，２）を用意した。これらのダイヤ
モンドコーティング切削工具（実施例１〜４、比較例
１，２）を、研磨装置（ムサシノ電子ＭＡ−３００）に
設置して、発砲ウレタン製の半導体ウエハ研磨用パッド
（ＩＣ１０００）の表面を切削した結果を表１及び図５
に示す。なお、表１及び図５における切削能力〔％〕と
は、（各サンプルパッド切削量）／（凸部１２の上面１
３の面積ｓ１が０．０４ｍｍ^２のダイヤモンドコーティ
ング切削工具のパッド切削量）×１００を示しており、
また、合格判定基準は、切削能力〔％〕≧５０〔％〕と
した。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１及び図５に示されるように、本発明の
一例である実施例１〜４は、凸部１個当たりの上面１３
の面積ｓ１が、０．０１〜１と適切な範囲に設定されて
いることにより、切削抵抗を低減して、良好な切れ味を
得ることができ、かつ、切削効率の低下を招いてしまう
こともなく、それらの切削能力がいずれも５０％を超え
て、合格基準に達していたという結果が得られ、本発明
の範囲限定が妥当であることが証明された。ここで、凸
部１個当たりの上面１３の面積ｓ１が０．００２５〔ｍ
ｍ^２〕に設定された比較例１と、凸部１個当たりの上面
１３の面積ｓ１が０．０１〔ｍｍ^２〕に設定された実施
例１とを比較すると、比較例１は、上面１３の面積ｓ１
が小さすぎるので、この上面１３の稜線部の切刃１４も
小さくなりすぎ、切削効率の低下を招いてしまって、切
削能力が２０％となり、切削能力が６０％の実施例１よ
りも劣っていたばかりか、合格基準５０％にも達しなか
った。また、凸部１個当たりの上面１３の面積ｓ１が１
〔ｍｍ^２〕に設定された実施例４と、凸部１個当たりの
上面１３の面積ｓ１が２．２５〔ｍｍ^２〕に設定された
比較例２とを比較すると、比較例２は、上面１３の面積
ｓ１が大きすぎるので、この上面１３の稜線部の切刃１
４も大きくなりすぎ、切削抵抗が上昇してしまって、切
削能力も２５％となり、切削能力が５５％の実施例４よ
りも劣っていたばかりか、合格基準５０％にも達しなか
った。

【００４９】［試験２］シリコンからなる略円板状をな
す基板１０（直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍ）の表面１１
に対して、切削加工により、一辺ａが０．２ｍｍの正方
形をなす上面１３を有する略正四角柱状の凸部１２が、
複数の凸部１２同士の間の最短距離ｄが１ｍｍ以上とな
り、かつ、複数の凸部１２の上面１３の合計面積Ｓ１と
基板１０の表面１１の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．
００００５（比較例３）、０．０００１（実施例５）、
０．００５（実施例６）、０．０１（実施例７）、０．
０１５（比較例４）となるように配置された基板１０を
形成した。なお、一辺ａ＝０．２ｍｍであることを考慮
すると、これら実施例５〜７及び比較例３，４につい
て、ｓ１は０．０１〜１ｍｍ^２の範囲に設定されてい
る。次に、このような複数の略正四角柱状の凸部１２を
有する略円板状の基板１０を、マイクロ波ＣＶＤ装置内
に設置して、その凸部１２を含む表面１１の全面に亘っ
て、気相合成ダイヤモンド１５のコーティング層を、層
厚ｔが１０μｍとなるようにコーティングすることによ
り、６つのダイヤモンドコーティング切削工具（実施例
５〜７、比較例３，４）を用意した。これらのダイヤモ
ンドコーティング切削工具（実施例５〜７、比較例３，
４）を、研磨装置（ムサシノ電子ＭＡ−３００）に設置
して、発砲ウレタン製の半導体ウエハ研磨用パッド（Ｉ
Ｃ１０００）の表面を切削した結果を表２及び図６に示
す。なお、表２及び図６における切削能力〔％〕とは、
（各サンプルパッド切削量）／（複数の凸部１２の上面
１３の合計面積Ｓ１と基板１０の表面１１の面積Ｓ２と
の比Ｓ１／Ｓ２が０．００５のダイヤモンドコーティン
グ切削工具のパッド切削量）×１００を示しており、ま
た、合格判定基準は、切削能力〔％〕≧５０〔％〕とし
た。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２及び図６に示されるように、本発明の
一例である実施例５〜７は、複数の凸部１２の上面１３
の合計面積Ｓ１と、基板１０の表面１１の面積Ｓ２との
比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１〜０．０１と適切な範囲
に設定されていることにより、切屑を排出するためのス
ペースを十分に確保できて、目詰まりを生じることな
く、切削効率を高く保つことができたので、それらの切
削能力がいずれも５０％を超えて、合格基準に達してい
たという結果が得られ、本発明の範囲限定が妥当である
ことが証明された。ここで、面積比Ｓ１／Ｓ２が、０．
００００５に設定された比較例３と、面積比Ｓ１／Ｓ２
が、０．０００１に設定された実施例５とを比較する
と、比較例３は、面積比Ｓ１／Ｓ２が小さすぎて、凸部
１２の数が小さくなりすぎ、切削効率が低下してしまっ
たので、切削能力が２５％となり、切削能力が１００％
の実施例５よりも劣っていたばかりか、合格基準５０％
にも達しなかった。また、面積比Ｓ１／Ｓ２が、０．０
１に設定された実施例７と、面積比Ｓ１／Ｓ２が、０．
０１５に設定された比較例４とを比較すると、比較例４
は、面積比Ｓ１／Ｓ２が大きすぎて、切削抵抗が高くな
ったため、パッド表面を加工しづらくなり、切削能力が
２０％となり、切削能力が７０％の実施例７よりも劣っ
ていたばかりか、合格基準５０％にも達しなかった。

【００５２】［試験３］シリコンからなる略円板状をな
す基板１０（直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍ）の表面１１
に対して、切削加工を施すことにより、直径０．２ｍｍ
の円形をなす上面１３を有する略円柱状の凸部１２（凸
部１個当たりの上面１３の面積ｓ１が０．０３１４ｍｍ
^２）を、その高さｈ〔ｍｍ〕が０．００５（比較例
５）、０．０４（実施例８）、０．５（比較例６）とな
るように形成した基板１０と、直径１ｍｍの円形をなす
上面１３を有する略円柱状の凸部１２（凸部１個当たり
の上面１３の面積ｓ１が０．７８５ｍｍ^２）を、その高
さｈ〔ｍｍ〕が０．０２（比較例７）、０．５（実施例
９）、１．５（比較例８）となるように形成した基板１
０とを得た。次に、このような複数の略円柱状の凸部１
２を有する略円板状の基板１０を、マイクロ波ＣＶＤ装
置内に設置して、その凸部１２を含む表面１１の全面に
亘って、気相合成ダイヤモンド１５のコーティング層
を、層厚ｔが１０μｍとなるようにコーティングするこ
とにより、６つのダイヤモンドコーティング切削工具
（実施例８，９、比較例５〜８）を用意した。これらの
ダイヤモンドコーティング切削工具（実施例８，９、比
較例５〜８）を、研磨装置（ムサシノ電子ＭＡ−３０
０）に設置して、発砲ウレタン製の半導体ウエハ研磨用
パッド（ＩＣ１０００）の表面を切削した結果を表３に
示す。なお、表３における加工速度は、実施例２の場合
を１００としたときの割合で示した。

【００５３】

【表３】

【００５４】表３に示されるように、本発明の一例であ
る実施例８，９は、凸部１個当たりの高さｈ〔ｍｍ〕
が、凸部１個当たりの上面の面積ｓ１〔ｍｍ^２〕との関
係で、（０．０９１・ｓ１＋０．００９）〜（０．８１
・ｓ１＋０．１９）と適切な範囲に設定されていること
により、凸部１２の強度を高く保つとともに、凸部１２
の切刃１４に与えられる切り込み量を十分に確保でき、
その加工速度が１００，７０と良好であったという結果
が得られ、本発明の範囲限定が妥当であることが証明さ
れた。ここで、凸部１個当たりの上面１３の高さｈが、
０．００５〔ｍｍ〕、０．０２〔ｍｍ〕に設定されて、
（０．０９１・ｓ１＋０．００９）より小さくなってい
た比較例５，７は、基板１０の表面１１がパッドに対し
て全面接触したり、凸部１２のパッドへの食い込み不足
が生じたりしたので、凸部１２の切刃１４に与えられる
切り込み量を大きくとることができず、その加工速度も
１５，２０と低い値になってしまった。また、凸部１個
当たりの上面１３の高さｈが、０．５〔ｍｍ〕、１．５
〔ｍｍ〕に設定されて、（０．８１・ｓ１＋０．１９）
より大きくなっていた比較例６，８では、凸部１２が細
長くなりすぎ、強度不足による座屈が生じていたため、
比較例６では切削加工すら行うことができず、比較例８
でも加工速度が３５と低い値になってしまった。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるダイ
ヤモンドコーティング切削工具は、従来のパッドコンデ
ィショナーのような研削工具の概念に捕らわれず、切削
加工の概念をパッドの研磨に取り入れたことにより、基
板の表面に形成された数多くの小さく鋭利な独立した切
刃によって、切削抵抗の低減を図り、多孔性の樹脂、ゴ
ム、ポリウレタンラバーなどからなるパッドに対しても
優れた切れ味を示すとともに、切刃によって生成される
切屑を排出するためのスペースを十分に確保することが
可能となる。しかも、切刃部分が、気相合成ダイヤモン
ドでコーティングされていることにより、小さな切刃に
耐摩耗性が与えられ、従来のように、高価なダイヤモン
ド砥粒を用いなくても、長期間に亘って、切れ味を劣化
させることなく優れたパッドの調整作用を安定して呈す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態によるダイヤモンドコーティング
切削工具の平面図である。

【図２】 本実施形態によるダイヤモンドコーティング
切削工具の要部拡大平面図である。

【図３】 本実施形態によるダイヤモンドコーティング
切削工具の要部拡大断面図である。

【図４】 本実施形態によるダイヤモンドコーティング
切削工具の凸部の形状を規定するために用いる説明用の
グラフである。

【図５】 本発明の範囲限定の根拠を検証するためのデ
ータを示すグラフである。

【図６】 本発明の範囲限定の根拠を検証するためのデ
ータを示すグラフである。

【図７】 （ａ）は従来のパッドコンディショナーの一
例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図８】 （ａ）は従来のパッドコンディショナーの一
例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図９】 （ａ）は従来のパッドコンディショナーの一
例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図１０】 （ａ）は従来のパッドコンディショナーの
一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【図１１】 図９に示すパッドコンディショナーを用い
た、パッドの表面の加工の様子を示す拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ 表面 １２ 凸部 １３ 上面 １４ 切刃 ｓ１ 凸部１個当たりの上面の面積 Ｓ１ 複数の凸部の上面の合計面積 Ｓ２ 基板の表面の面積 ｄ 凸部同士の間の最短距離

フロントページの続き (72)発明者 益野 智行 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マ テリアル株式会社総合研究所那珂研究セン ター内 (72)発明者 森田 啓介 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マ テリアル株式会社総合研究所那珂研究セン ター内 Ｆターム(参考） 3C047 EE02 EE11 EE18 3C063 AA02 AB05 BA24 BG07 CC11 EE10 EE26 FF23

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に複数の凸部が設けられ、該
   凸部の上面が平坦面とされるとともに、この上面の稜線
   部が切刃とされ、 前記凸部１個当たりの上面の面積ｓ１が、０．０１〜１
   ｍｍ^２の範囲に設定され、 前記複数の凸部の上面の合計面積Ｓ１と、前記基板の表
   面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が、０．０００１〜０．
   ０１の範囲に設定され、 さらに、少なくとも前記凸部における切刃部分が、気相
   合成ダイヤモンドでコーティングされていることを特徴
   とするダイヤモンドコーティング切削工具。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のダイヤモンドコーティ
   ング切削工具において、 前記複数の凸部同士の間の最短距離が、１ｍｍ以上に設
   定されていることを特徴とするダイヤモンドコーティン
   グ切削工具。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のダイヤ
   モンドコーティング切削工具において、 前記凸部１個当たりの高さｈ〔ｍｍ〕が、前記凸部１個
   当たりの上面の面積ｓ１〔ｍｍ^２〕との関係で、（０．
   ０９１・ｓ１＋０．００９）〜（０．８１・ｓ１＋０．
   １９）の範囲に設定されていることを特徴とするダイヤ
   モンドコーティング切削工具。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   のダイヤモンドコーティング切削工具において、 前記気相合成ダイヤモンドのコーティング層の層厚が、
   ０．５〜２０μｍの範囲に設定されていることを特徴と
   するダイヤモンドコーティング切削工具。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   のダイヤモンドコーティング切削工具において、 前記基板の表面の全面が、前記気相合成ダイヤモンドで
   コーティングされていることを特徴とするダイヤモンド
   コーティング切削工具。