JP2004291129A - Soft material machining tool - Google Patents
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Abstract
Description
【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メーター(1/1000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、CMP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5乃至図7に示すように、例えば、略円板状(図5,6)あるいは略直方体状(図7)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8,9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材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、マグネシア、シリカなどの焼結体は、機械的な強度、靭性が十分でなく、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、パ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9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、基材の表面に、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、基材を構成する材料や、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】
上述した特許文献1や特許文献2に開示されたパッドコンディショナーは、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って、十分な耐磨耗性を得ることができ、ダイヤモンド砥粒と異なって基材からの脱落がないものの、基材の表面に形成した溝、穴や十分な間隔を有さない凸部同士の間に目詰まりが生じ易く、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、基材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(被削材)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材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、基材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、基材の表面に複数の凸部が設けられ、該凸部の上面に平坦面が存在するとともに、この平坦面における稜線部が切刃とされ、前記凸部1個当たりの上面における平坦面の面積s1が、0.01〜1mm2の範囲に設定され、前記複数の凸部の上面における平坦面の合計面積S1と、前記基材の表面の面積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、セラミックスで構成されていることを特徴とする。
【0019】
このような構成の軟質材加工用工具では、基材の表面に形成された凸部1個当たりの上面における平坦面の面積s1が、0.01〜1mm2と小さな値に設定されているので、この平坦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、複数の凸部の上面における平坦面の合計面積S1と、基材の表面の面積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、セラミックスで構成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個当たりの上面における平坦面の面積s1が、0.01mm2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、1mm2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、複数の凸部の上面における平坦面の合計面積S1と、基材の表面の面積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、凸部の上面における平坦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、基材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、1mm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個当たりの上面における平坦面の面積s1〔mm2〕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+0.009)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+0.19)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、上記のセラミックスは、凸部における切刃部分だけを構成しているのでもよいが、凸部を含むように基材における少なくとも表面の全面を構成していることが好ましく、このような場合には、基材の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。
【0023】
【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軟質材加工用工具の平面図、図2は同軟質材加工用工具の要部拡大平面図、図3は同軟質材加工用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。
【0024】
本実施形態による軟質材加工用工具の基材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の全面が、基材10の表面11と略平行な平坦面とされるとともに、この上面13(平坦面)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。
【0025】
また、凸部1個当たりの上面13(平坦面)の面積s1が、0.01〜1mm2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0.04mm2(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、基材10の表面に形成されたすべての凸部12における上面13(平坦面)の合計面積S1と、基材10の表面11の面積S2(平面視において、円をなす基材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。
【0026】
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。
【0027】
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(平坦面)の面積s1〔mm2〕(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。
【0028】
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(平坦面)の面積s1〔mm2〕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L1(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。
【0029】
このような複数の凸部12が略等間隔に配置された基材10は、例えば、略円板状をなす基材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。
【0030】
そして、上述したような基材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、セラミックス(ビッカース硬さ13GPa以上の硬さを有する耐摩耗性材料)で構成されているのであり、本実施形態においては、複数の凸部12が形成された基材10の表面11の全面を含んだ基材10全体が、セラミックスで構成されている。
ここで、基材10を構成する材料であるセラミックスに関しては、凸部12の形成しやすさ、及び、実用に耐えるための機械的特性等の観点から、例えば、SiC、Si3N4やアルミナなどが挙げられる。
【0031】
上記のような構成とされた軟質材加工用工具は、基材10の裏面にSUSや樹脂等からなる板材が貼り付けられたり、基材10がSUS等の板材に形成された凹みに焼き嵌めされたりして組み付けられてから、実際の加工に用いられることになる。
そして、組み付けられた状態の軟質材加工用工具は、その基材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。
【0032】
このような軟質材加工用工具では、基材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(平坦面)の面積s1が、0.01〜1mm2と小さな値に設定されているので、この平坦な上面13(平坦面)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。
【0033】
ここで、凸部1個当たりの上面13(平坦面)の面積s1が、0.01mm2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、1mm2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(平坦面)の面積s1は、0.02〜0.5mm2の範囲に設定することが好ましい。
【0034】
また、複数の凸部12の上面13(平坦面)の合計面積S1と、基材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。
【0035】
ここで、複数の凸部12の上面13(平坦面)の合計面積S1と、基材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(平坦面)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、0.0005〜0.005の範囲に設定することが好ましい。
【0036】
さらには、凸部12における切刃14部分を含んで、基材10全体が、セラミックスで構成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。
【0037】
また、基材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。
【0038】
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(平坦面)の面積s1〔mm2〕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。
【0039】
なお、本実施形態で、基材10の表面11において、複数の凸部12のそれぞれの、基材10の回転運動による回転方向(被削材切削方向)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、基材10の表面11から、基材10の外周側及び回転方向後方側へ延びて、基材10の側面に開口するようにしたならば、基材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、遠心力によって基材10の外周側へ自動的に排出させることも可能である。
【0040】
また、本実施形態においては、略円板状をなす基材10を用いているが、これに限定されることなく、他の形状の基材、例えば、平坦な表面を有する略直方体状の基材を用いたり、あるいは、凸状に湾曲した表面を有する基材(断面円弧状の外周面(表面)を有する略円柱状の基材)を用いて、パッド表面の加工・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。
【0041】
また、本実施形態においては、凸部12の上面13の全面が平坦面とされているが、これに限定されることはなく、凸部12の上面13に平坦面が存在してさえいればよい。例えば、凸部12の上面13が、基材10の表面11側へ凹まされてなる凹部を備えた平坦面を有するものであってもよいし、あるいは、その稜線部に面取りが施されてなる平坦面を有するものであってもよい(この場合には、凸部12の上面13に存在する平坦面の稜線部だけが切刃として作用するのではなく、面取りによって形成された面同士の交差稜線なども切刃として作用することがある)。
さらに、本実施形態においては、凸部12の上面13に存在する平坦面が、基材10の表面11と略平行なものとなっているが、これに限定されることはなく、凸部12の上面13に存在する平坦面は、基材10の表面11に対して多少の傾斜を有するようなものであってもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による軟質材加工用工具は、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、基材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、セラミックスで構成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】本実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。
【図2】本実施形態による軟質材加工用工具の要部拡大平面図である。
【図3】本実施形態による軟質材加工用工具の要部拡大断面図である。
【図4】本実施形態による軟質材加工用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】(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6】(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)の側面図である。
【図9】図8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 基材
11 表面
12 凸部
13 上面(平坦面)
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 基材の表面の面積
d 凸部同士の間の最短距離[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tool for processing and adjusting the surface of a pad made of porous resin, rubber, polyurethane rubber, or the like, for example, a polishing pad such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the progress of the semiconductor industry, the necessity of a processing method for finishing a surface of metal, semiconductor, ceramic, or the like with high precision has increased. In particular, semiconductor wafers are required to have a surface finish on the order of nanometers (1/1000 micron) together with an improvement in the degree of integration. For this reason, CMP polishing (mechanochemical) using a porous pad (polishing cloth) has been required. Polishing) is common.
[0003]
Pads used for polishing such semiconductor wafers and the like are subject to clogging and compression deformation as the polishing time elapses, and the surface state gradually changes. Then, undesired phenomena such as a decrease in the polishing rate occur, so the surface of the pad is periodically processed, adjusted, and roughened, so that the surface state of the pad is kept constant and a good polishing state is maintained. Is being done. Recently, polishing has been used to flatten the irregularities even during the semiconductor device manufacturing process. In such a case, the polishing rate ratio between the concave portion and the convex portion is increased. For this reason, the use of pads requiring stronger surface conditioning, such as pads made of polyurethane rubber having closed cells, is increasing.
[0004]
By the way, conventionally, in order to process and adjust these pads, a grindstone called a pad conditioner has been generally used. The following pad conditioners are known.
First, there is a pad conditioner using a sintered jig such as magnesia or silica having a plurality of grooves or holes formed on the surface. These pad conditioners are, for example, as shown in FIGS. A plurality of
[0005]
Secondly, there is a pad conditioner using an electrodeposited diamond plate. As shown in FIGS. 8 and 9, the pad conditioner is provided on the
[0006]
However, in the above-described first pad conditioner, the sintered body of magnesia, silica, or the like has insufficient mechanical strength and toughness, and stably maintains the pad surface adjusting action for a long period of time. I couldn't do that.
[0007]
Further, in the above-mentioned second pad conditioner, since the diamond abrasive grains 8 having a high hardness are used, the adjusting effect of the pad surface is maintained for a certain period as compared with the first pad conditioner. However, since the diamond abrasive grains 8 are expensive, the price of the pad conditioner itself increases.
In addition, the diamond abrasive grains 8 fixed to the
[0008]
In fact, in the case of a pad conditioner using an electrodeposited diamond plate, even if the diamond abrasive grains 8 are incorporated in the
Also, since the angle of the corner of the diamond abrasive grains 8 to be ground is dull, even when a large number of holes are to be exposed on the surface to increase the effectiveness in the CMP polishing, such as in the case of polishing a pad made of polyurethane rubber, it is difficult to use the hole. As a result, the grinding efficiency was poor and the surface finish of the pad was not satisfactory.
[0009]
Here, as another conventional technique, for example, there is a pad conditioner to which a technique of a vapor-phase synthetic diamond is applied as disclosed in
In these, a plurality of grooves, holes or projections are formed on the surface of the base material, and the entire surface is coated with vapor-phase synthetic diamond.In such a pad conditioner, This is effective in preventing contamination from the material constituting the base material and the metal binding phase to which the diamond abrasive grains adhere.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-7-328937
[Patent Document 2]
JP-A-10-44023
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Each of the pad conditioners disclosed in
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a tool for processing and adjusting a pad surface that is excellent in adjusting the surface of a pad, is stable over a long period of time, and is inexpensive. The purpose is to:
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve such an object, the present inventors have made intensive developments, and as a result, are not bound by the concept of a grinding tool such as a conventional pad conditioner, and how sharp and efficient the tool is. By incorporating the concept of cutting, especially face milling, into the polishing of the pad, taking into account the possibility of machining, a tool having a number of independent cutting edges on the surface of the substrate has been invented.
[0014]
In face milling, a milling tool in which a plurality of cutting blades are implanted on the outer periphery of the tip of a substantially disk-shaped tool body is rotated around the axis of the milling tool, and the surface of the workpiece is moved laterally. Then, the surface of the work material is cut by giving a cutting depth of a predetermined depth. In order to perform this process well, it is important to have a sharp cutting edge and to smoothly discharge chips generated during the cutting process. The material, shape, angle, and the like of the blade are variously devised, and a tip pocket is provided for each cutting blade so that chips are smoothly discharged, and the depth, shape, and the like are devised.
[0015]
The same concept was applied to the tool for processing and adjusting the pad surface of the present invention, that is, a cutting edge showing excellent sharpness for a pad (work material) made of resin, rubber, polyurethane rubber, or the like. The object of the present invention is to provide a tool that enables highly efficient machining by providing an appropriate space for smoothly discharging chips generated by the cutting blade on the surface of the base material.
In this case, the major difference from normal face milling is that the work material is a material that elastically deforms. For this reason, if the cutting resistance is high, the cutting edge may cut into the work material. And the pad surface cannot be processed at all.
Therefore, it is necessary to reduce the cutting resistance per cutting edge as much as possible, and it is necessary to reduce the cutting edge as much as possible, and to reduce the cutting depth. Therefore, it is necessary to provide many such small cutting blades on the surface of the base material.
[0016]
On the other hand, these chips of the work material that undergo elastic deformation cannot be expected to break due to work hardening (so-called breaking), unlike chips of a work material made of ordinary metal, and are generated continuously. For this reason, if there is not enough space for chip discharge, clogging is easily performed and machining cannot be performed.Therefore, it is necessary to appropriately set the size of the cutting blade and to determine the size of the cutting blade. How to secure the space for discharging the chips by providing them at intervals is a major problem in performing efficient machining.
[0017]
On the other hand, these cutting blades need to be kept small and sharp, but if there is not enough abrasion resistance, no matter how much the work material is soft such as resin, rubber, polyurethane rubber, Immediately the cutting blade is worn and the sharpness is reduced. In addition, as the cutting edge becomes smaller, the strength becomes weaker. Therefore, it is also a big problem how to give the cutting blade strength.
[0018]
The present invention has been made as a result of intensive studies based on these findings, and a plurality of convex portions are provided on the surface of the base material, and a flat surface exists on the upper surface of the convex portion, and the flat surface exists. Is a cutting edge, and the area s1 of the flat surface on the upper surface per one protrusion is 0.01 to 1 mm. 2 The ratio S1 / S2 of the total area S1 of the flat surfaces on the upper surfaces of the plurality of projections and the area S2 of the surface of the base material is set in the range of 0.0001 to 0.01. Still further, at least a cutting blade portion in the convex portion is made of ceramics.
[0019]
In the soft material processing tool having such a configuration, the area s1 of the flat surface on the upper surface per one convex portion formed on the surface of the base material is 0.01 to 1 mm. 2 Is set to a small value, the cutting edge formed on the ridge of this flat surface can be kept small and sharp, cutting resistance can be reduced, and a pad made of a material that elastically deforms In addition to this, excellent sharpness can be obtained, the cutting edge does not become too small, and the cutting efficiency does not decrease and the strength of the projections does not decrease.
In addition, since the ratio S1 / S2 of the total area S1 of the flat surfaces on the upper surfaces of the plurality of projections to the area S2 of the surface of the base material is set to a small value of 0.0001 to 0.01, In other words, it is possible to secure a sufficient space for discharging chips generated by the cutting blade, without causing clogging and reducing the number of convex portions. Is not extremely reduced, and the cutting efficiency is not reduced.
Furthermore, since at least the cutting edge portion in the convex portion is made of ceramics, it is possible to impart abrasion resistance to this small cutting edge, so that it is not necessary to use expensive diamond abrasive grains as in the past. In addition, it is possible to exhibit a stable pad adjusting operation without deteriorating the sharpness over a long period of time.
Here, the area s1 of the flat surface on the upper surface per projection is 0.01 mm. 2 If the diameter is smaller, the cutting edge to be used for cutting becomes too small, which may cause a decrease in cutting efficiency or a decrease in the strength of the convex portion, while the area s1 is 1 mm. 2 If the size is larger, the cutting edge used for cutting becomes too large, and the cutting resistance becomes too high, so that the pad surface may not be machined.
Further, when the ratio S1 / S2 of the total area S1 of the flat surfaces on the upper surfaces of the plurality of projections to the area S2 of the surface of the base material is smaller than 0.0001, the number of projections becomes too small, and cutting is performed. On the other hand, if the area ratio S1 / S2 is larger than 0.01, the total area of the flat surface on the upper surface of the convex portion becomes large, and the cutting resistance becomes too high, so that the pad surface is reduced. Processing may not be possible.
[0020]
In addition, the plurality of protrusions formed on the surface of the base material do not all need to be arranged at substantially equal intervals, but the shortest distance between the plurality of protrusions is set to 1 mm or more. When the shortest distance is smaller than 1 mm, a space formed between the convex portions for discharging chips cannot be sufficiently secured, and clogging may easily occur. is there.
[0021]
Further, the height h [mm] per one convex portion is equal to the area s1 [mm of the flat surface on the upper surface per one convex portion. 2 Is preferably set in the range of (0.091 · s1 + 0.009) to (0.81 · s1 + 0.19), and the height h is (0.091 · s1 + 0.009). If the height h is smaller than the above, the cutting amount given to the cutting edge of the convex portion may not be large, and the cutting efficiency may be reduced. On the other hand, if the height h is larger than (0.81 · s1 + 0.19). In addition, the projections may be too elongated, and the strength may be reduced.
[0022]
Further, the above ceramics may constitute only the cutting edge portion in the convex portion, but it is preferable to constitute at least the entire surface of the substrate so as to include the convex portion. Thus, contamination due to elution of the base material can be prevented, and the strength of the projections can be further improved.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view of a soft material processing tool according to the present embodiment, FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of the soft material processing tool, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the soft material processing tool.
In these drawings, the description is exaggerated for the sake of simplicity, and the definition of detailed numerical values and the like is as described later.
[0024]
The
Each of the plurality of
[0025]
The area s1 of the upper surface 13 (flat surface) per one protrusion is 0.01 to 1 mm. 2 In this embodiment, the area s1 of the
Furthermore, the total area S1 of the upper surface 13 (flat surface) of all the
[0026]
In addition, these
[0027]
Regarding the shape of the
[0028]
More specifically, as shown in FIG. 4, the X-axis is defined as the area s1 [mm] of the upper surface 13 (flat surface) per projection. 2 And the height h [mm] of the
[0029]
The
[0030]
In the
Here, with respect to ceramics as a material constituting the
[0031]
In the soft material processing tool configured as described above, a plate material made of SUS, resin, or the like is attached to the back surface of the
Then, the soft material processing tool in the assembled state presses the
[0032]
In such a soft material processing tool, the area s1 of the flat upper surface 13 (flat surface) per one protrusion formed on the
[0033]
Here, the area s1 of the upper surface 13 (flat surface) per projection is 0.01 mm. 2 If the diameter is smaller, the
In order to secure the above-described effects more reliably, the area s1 of the upper surface 13 (flat surface) of the
[0034]
Further, the ratio S1 / S2 of the total area S1 of the upper surfaces 13 (flat surfaces) of the plurality of
[0035]
Here, when the ratio S1 / S2 of the total area S1 of the upper surfaces 13 (flat surfaces) of the plurality of
In order to ensure the above-described effects, the area ratio S1 / S2 is preferably set in the range of 0.0005 to 0.005.
[0036]
Furthermore, since the
[0037]
Further, since the plurality of
Here, if the shortest distance d is smaller than 1 mm, it is not possible to secure a sufficient space for discharging chips, which is formed between the protruding
In order to ensure the above-described effects, the shortest distance d is preferably set to 1.5 mm or more.
[0038]
In addition, the height h per one protrusion is the area s1 [mm] of the upper surface 13 (flat surface) per one protrusion. 2 [0.091 · s1 + 0.009] to (0.81 · s1 + 0.19), it is possible to form the
Here, if the height h is smaller than (0.091 · s1 + 0.009), the cutting amount given to the
In order to ensure the above-described effects, the height h is preferably set in the range of 0.02 mm to 0.5 mm.
[0039]
In the present embodiment, on the
[0040]
Further, in the present embodiment, the substantially disc-shaped
[0041]
In the present embodiment, the entire
Furthermore, in the present embodiment, the flat surface existing on the
[0042]
【The invention's effect】
As described above, the soft material processing tool according to the present invention is not restricted by the concept of a grinding tool such as a conventional pad conditioner, but incorporates the concept of cutting into the polishing of a pad. A large number of small, sharp, independent cutting blades are used to reduce cutting resistance, exhibit excellent sharpness even for pads made of porous resin, rubber, polyurethane rubber, etc. It is possible to secure a sufficient space for discharging chips. In addition, since the cutting edge portion is made of ceramic, the small cutting edge is provided with abrasion resistance, and the sharpness can be maintained over a long period of time without using expensive diamond abrasive grains as in the past. And excellent pad adjusting action can be stably exhibited without deteriorating the performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a soft material processing tool according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of the soft material processing tool according to the embodiment.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of the soft material processing tool according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory graph used to define the shape of a convex portion of the soft material processing tool according to the embodiment.
FIG. 5A is a plan view showing an example of a conventional pad conditioner, and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG.
6A is a plan view showing an example of a conventional pad conditioner, and FIG. 6B is a cross-sectional view of FIG.
7A is a plan view showing an example of a conventional pad conditioner, and FIG. 7B is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 8A is a plan view showing an example of a conventional pad conditioner, and FIG. 8B is a side view of FIG.
9 is an enlarged cross-sectional view showing a state of processing the surface of the pad using the pad conditioner shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Substrate
11 Surface
12 convex part
13 Top surface (flat surface)
14 Cutting blade
s1 Area of upper surface per one convex part
S1 Total area of the upper surface of the plurality of projections
S2 Area of substrate surface
d Shortest distance between convex parts
Claims (4)
前記凸部1個当たりの上面における平坦面の面積s1が、0.01〜1mm2の範囲に設定され、
前記複数の凸部の上面における平坦面の合計面積S1と、前記基材の表面の面積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、セラミックスで構成されていることを特徴とする軟質材加工用工具。A plurality of protrusions are provided on the surface of the base material, and a flat surface exists on the upper surface of the protrusions, and a ridge portion of the flat surface is a cutting edge,
The flat surface area s1 on the upper surface per one convex portion is set in a range of 0.01 to 1 mm 2 ,
The ratio S1 / S2 of the total area S1 of the flat surfaces on the upper surfaces of the plurality of protrusions and the area S2 of the surface of the base material is set in a range of 0.0001 to 0.01,
Furthermore, a soft material processing tool characterized in that at least a cutting edge portion of the convex portion is made of ceramics.
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軟質材加工用工具。The tool for processing a soft material according to claim 1,
A tool for processing a soft material, wherein a shortest distance between the plurality of protrusions is set to 1 mm or more.
前記凸部1個当たりの高さh〔mm〕が、前記凸部1個当たりの上面における平坦面の面積s1〔mm2〕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軟質材加工用工具。The soft material processing tool according to claim 1 or 2,
Height h (mm) per one said protrusion is in relation to the area of the flat surfaces s1 [mm 2] on the upper surface of one per the convex portion, (0.091 · s1 + 0.009) ~ (0 .81 · s1 + 0.19).
前記基材における少なくとも表面の全面が、前記セラミックスで構成されていることを特徴とする軟質材加工用工具。The soft material processing tool according to any one of claims 1 to 3,
A tool for processing a soft material, wherein at least the entire surface of the substrate is made of the ceramic.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006324310A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Hitachi Chem Co Ltd | INTEGRAL SiC-CMP DRESSER PAD |
JP2014507813A (en) * | 2011-03-07 | 2014-03-27 | エーワ ダイヤモンド インダストリアル カンパニー,リミテッド | Conditioner for soft pad and method for manufacturing the same |
US9849558B2 (en) | 2015-02-20 | 2017-12-26 | Toshiba Memory Corporation | Polishing pad dresser, polishing apparatus and polishing pad dressing method |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003085625A patent/JP2004291129A/en active Pending
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