JP2008073777A - 軟質材加工用回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材を加工した際に発生する削り屑の排出を促進して、この削り屑に起因する被加工材の加工効率の低下や加工面の面粗さの悪化を確実に防止でき、軟質材である被加工材を効率良く、安定的に加工・調整できる軟質材加工用回転工具を提供する。
【解決手段】軟質材よりなる被加工材が移動され、この被加工材に対して加工を施す軟質材加工用回転工具であって、基板１１の表面１１Ａには、上方に突出する切刃凸部が形成され、切刃凸部の上面は、一方側から他方側に向かうにしたがい基板１１の底面１１Ｂからの高さが段々と低くなるように段状をなして、前記底面１１Ｂからの高さが最も高い最上面１３と少なくとも一つの中間棚部１４とを備えており、最上面１３の他方側の辺稜部を除く辺稜部に切刃１７が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、多孔性の樹脂・ゴム・ポリウレタンラバー等からなるパッド、例えば、半導体ウエハの研磨用パッド等の軟質材の表面を加工・調整するための回転工具に関するものである。

近年、半導体産業の進展とともに、金属、半導体、セラミックスなどの表面を高精度に仕上げる加工方法の必要性が高まっており、特に、半導体ウエハでは、その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いる。このような高精度の表面仕上げに対応するために、半導体ウエハに対して、多孔性のパッド（研磨布）を用いたＣＭＰ研磨（ケミカルメカニカルポリッシュ）が一般的に行われている。ＣＭＰ研磨とは、砥粒等を用いる機械的な研磨と、アルカリ液、酸性液等でエッチングする化学的研磨を組み合わせたものである。

半導体ウエハ等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、研磨速度の低下や不均一研磨等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・調整することにより、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。

このパッドを加工・調整するために用いられる軟質材加工用回転工具の一例として、特許文献１及び２に開示されているように、基板の表面に、上方に突出する複数の切刃凸部が形成されたものが提供されている。また、特許文献３では、切刃凸部を方向性のある形状とし、回転工具の基板の周方向の一方（工具回転方向前方側）に向けてすべての切刃凸部を一定の配置としたものが開示されている。

図６に、従来の軟質材加工用回転工具によってパッドＰを加工している状態を示す。この軟質材加工用回転工具は、その基板１の表面１Ａを、軸線回りに回転方向Ｒに向けて回転させられているパッドＰの表面に対して一定の荷重で押し当てることにより、この基板１がパッドＰの回転運動にともなって回転軸中心に工具回転方向Ｔに向けて回転運動を行い、パッドＰの表面に圧入されている切刃凸部２によってパッドＰの表面を加工・調整していくものである。
特開平７−３２８９３７号公報 特開平１０−４４０２３号公報 特開２００４−３４２６６号公報

ところで、パッドＰはウレタンフォームなどの軟質材で構成されているため、回転工具を押し付けた際にパッドＰの表面が変形して逃げてしまい、切刃凸部２による加工が十分に行うことができないことがあった。
また、切刃凸部２をパッドＰの表面に無理やり押し付けて加工した場合には、パッドＰの表面がつぶれるように加工されて、パッドＰ表面の空孔部がつぶれてしまい、半導体ウエハの研磨に使用できなくなってしまうといった問題があった。

また、切刃凸部２の上面３が平坦に形成されている場合には、図６に示すように、切刃凸部２とパッドＰとが面で接触してしまい、削り屑の排出が十分に行うことができず、残存した削り屑によってパッドＰ表面を効率良く研磨できなくなるといった問題があった。
さらに、切刃凸部２の上面３辺稜部に形成された切刃４によってのみパッドＰを切削することになるので、パッドＰ表面の加工面の面粗さが悪くなってしまうといった問題があった。

また、特許文献３に開示された軟質材加工用回転工具のように、切刃凸部に方向性を持たせたものでは、パッドと回転工具との相対移動方向及び切刃凸部の配置とによっては、パッドの接触方向が所定の方向にならずに、パッドを十分に除去できない場合があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、被加工材を加工した際に発生する削り屑の排出を促進して、この削り屑に起因する被加工材の加工効率の低下や加工面の面粗さの悪化を確実に防止でき、軟質材である被加工材を効率良く、安定的に加工・調整できる軟質材加工用回転工具を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、この発明は、軟質材よりなる被加工材が移動され、この被加工材に対して加工を施す軟質材加工用回転工具であって、基板の表面には、上方に突出する切刃凸部が形成され、該切刃凸部の上面は、一方側から他方側に向かうにしたがい前記基板の底面からの高さが段々と低くなるように段状をなして、前記底面からの高さが最も高い最上面と少なくとも一つの中間棚部とを備えており、前記最上面の他方側の辺稜部を除く辺稜部に切刃が形成されていることを特徴としている。

この構成の軟質材加工用回転工具では、切刃凸部の上面が少なくとも一つの中間棚部を有する段状に形成されているので、パッドと切刃凸部の接触が、最上面の一方側に形成された切刃と最上面の他方側の辺稜部とこの中間棚部の他方側の辺稜部でそれぞれ線接触することになる。したがって、パッドと切刃凸部との間に空隙が生じることになり、被加工材の削り屑の排出を促進して削り屑の残存に起因する被加工材の加工効率の低下や加工面の面粗さの悪化を防止できる。

また、前述したように、切刃凸部の最上面に形成された切刃以外に、中間棚部の他方側の辺稜部が被加工材と接触することになるので、この中間棚部の他方側の辺稜部が補助刃の役割を果たし、被加工材の加工面の面粗さを向上させることができる。
また、被加工材と回転工具との相対移動方向及び切刃凸部の配置とによって、この切刃凸部の他方側、つまり切刃凸部の基板底面からの高さが低い方から被加工材に接触する場合でも、中間棚部及び最上面の他方側の辺稜部によって被加工材を研削することができ、被加工材の加工効率が著しく低下することを防止できる。

ここで、前記中間棚部の他方側の辺稜部と前記最上面の他方側の辺稜部とを結んだ直線と、前記基板の底面に平行な平面とがなす角度θが５°よりも小さい場合には、最上面の一方側の辺稜部に形成された切刃を、被加工材の深くまで入り込ませることができず、被加工材を効率良く加工することができなくなってしまうおそれがあり、前記角度θが３０°よりも大きい場合には、切刃凸部自体の強度が不足して、切刃凸部が欠損したり変形したりするおそれがある。したがって、本発明においては、前記中間棚部の他方側の辺稜部と前記最上面の他方側の辺稜部とを結んだ直線と、前記基板の底面に平行な平面とがなす角度θは、５°≦θ≦３０°の範囲となるように規定するのが好ましい。なお、前記角度θを１０°≦θ≦２５°の範囲とすると切刃強度がより安定するとともに効率のよいパッド加工が可能となる。

また、前記中間棚部の数を２から３０の範囲内とし、前記最上面と前記中間棚部の間及び前記中間端部同士の間に段差壁を形成して、隣接する前記段差壁同士の距離を５．０μｍから５０μｍの範囲内に設定することにより、中間棚部の他方側の辺稜部の数を確保して効率良く加工することができるとともに、最上面と中間棚部及び中間棚部同士の間に空隙を確保して削り屑排出を効率良く排出することができる。さらに、中間棚部の数を４から１９の範囲、隣接する段差壁同士の距離を７．５μｍから３０μｍの範囲内に設定すると、さらに適正な空隙を確保でき、削り屑排出の効率が一層向上する。

また、前記段差壁の高さを１．０μｍから２５μｍの範囲内に設定することにより、中間棚部の数を確保できるとともに、最上面と中間棚部及び中間棚部同士の間の空隙を確実に確保することができる。さらに、段差壁の高さを２．５μｍから１０μｍに設定すると、より適正な空隙が確保できるとともに中間棚部の他方側の辺稜部の補助刃効果が増し、効率のよいパッド加工が可能となる。

さらに、前記最上面を、該最上面に対向する方向から見て、多角形あるいは円形をなし、前記最上面がなす多角形面の外接円の半径あるいは円形面の半径を、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に設定することにより、切刃として作用する辺稜部の長さが確保されて効率良く加工できるとともに、切刃として作用する辺稜部が多くなりすぎず、これら辺稜部に対して適正な荷重を加えることができる。また、前記外接円の半径あるいは円形面の半径を０．０５ｍｍから０．８ｍｍとすると、辺稜部へ適正な荷重を加えることができ、さらに好適である。

また、前記切刃凸部を、耐摩耗材料で構成することにより、切刃凸部の耐摩耗性を向上させて、長期間に亘って被加工材を安定して加工することができ、この回転工具の寿命延長を図ることができる。ここで、耐摩耗性材料の具体例としては、炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化けい素（ＳｉＮ）などが挙げられる。

また、前記切刃凸部の表面を、ダイヤモンド膜により被覆することにより、切刃凸部の耐摩耗性をさらに向上することができ、この回転工具のさらなる寿命延長を図ることができる。

また、前記の軟質材加工用回転工具をＣＭＰ研磨用パッドを加工・調整してコンディショニングするパッドコンディショナーに使用した場合には、パッドの表面全体を安定して加工することができ、パッド表面の調整を効率良く確実に行うことができる。

本発明によれば、被加工材を加工した際に発生する削り屑の排出を促進して、この削り屑に起因する被加工材の加工効率の低下や加工面の面粗さの悪化を確実に防止でき、軟質材である被加工材を効率良く、安定的に加工・調整できる軟質材加工用回転工具を提供することができる。

本発明の実施形態について説明する。図１から図３に本発明の実施形態である軟質材加工用回転工具を示す。
軟質材加工用回転工具の基板１１は、ＳｉＣ（炭化けい素）で構成され、回転軸線を中心として、工具回転方向Ｔに向けて回転される概略円板状をなしており、互いに平行な表面１１Ａ及び底面１１Ｂを有している。基板１１の表面１１Ａにおける中央領域を除いた径方向外周側の周縁領域には、上方に向けて突出する少なくともひとつの切刃凸部１２が形成されており、本実施形態では、図１に示すように、上方に向けて突出する複数の切刃凸部１２が周方向で略等間隔に配置されるとともに千鳥配置となるように複数列形成されている。

切刃凸部１２は、図１に示すように、上面視して四角形をなす概略四角柱状をなしている。切刃凸部１２の上面は、図２に示すように、一方側（図２において左側）から他方側（図２において右側）に向かうにしたがい、基板１１の底面１１Ｂからの高さが段々と低くなるように階段状をなしており、前記底面１１Ｂからの高さが最も高い最上面１３と少なくとも一つの中間棚部１４が備えられている。なお、本実施形態では、図２に示すように、最上面１３と５つの中間棚部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅが備えられている。
また、切刃凸部１２の最上面１３は、最上面１３に対向する側から見て正方形をなしており、この正方形の外接円の半径が０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内となるように設定されている。

また、最上面１３及び複数の中間棚部１４は、基板１１の表面１１Ａ及び底面１１Ｂと平行に延びるように形成されており、最上面１３及び複数の中間棚部１４の間には、最上面１３及び中間棚部１４と直交するような段差壁１５が形成されている。
本実施形態では、最上面１３と中間棚第１部１４Ａとの間に第１段差壁１５Ａが形成されており、第１中間棚部１４Ａと中間第２棚部１４Ｂとの間に第２段差壁１５Ｂ、第２中間棚部１４Ｂと第３中間棚部１４Ｃとの間に第３段差壁１５Ｃ、第３中間棚部１４Ｃと第４中間棚部１４Ｄとの間に第４段差壁１５Ｄ、第４中間棚部１４Ｄと第５中間棚部１４Ｅとの間に第５段差壁１５Ｅがそれぞれ形成されている。

切刃凸部１２の４つの側面１６は基板１１表面１１Ａから略垂直に延びており、この４つの側面１６のうち一方側を向く側面１６と最上面１３との交差稜線部に切刃１７が形成され、さらに一方側を向く側面と交差する他の２つの側面１６と最上面１３との交差稜線部にも切刃１７が形成されている。つまり、最上面１３の他方側の辺稜部を除く他の辺稜部に切刃１７が形成されているのである。
なお、すべての切刃凸部１２の切刃１７の高さ（基板１１の表面１１Ａからの高さ）は互いに等しくされている。

ここで、切刃凸部１２の側面視した場合に、最上面１３の他方側の辺稜部、すなわち、最上面１３及び第１段差壁１５Ａの交差稜線部と、第１中間棚部１４Ａの他方側の辺稜部、すなわち、第１中間棚部１４Ａ及び第２段差壁１５Ｂの交差稜線部とを結んだ直線と、基板１１底面１１Ｂと平行な第１中間棚部１４Ａとがなす角度θは、５°≦θ≦３０°の範囲内となるように形成されている。

本実施形態では、図２に示すように、最上面１３及び第１段差壁１５Ａの交差稜線部と、第１中間棚部１４Ａ及び第２段差壁１５Ｂの交差稜線部と、第２中間棚部１４Ｂ及び第３段差壁１５Ｃの交差稜線部と、第３中間棚部１４Ｃ及び第４段差壁１５Ｄの交差稜線部と、第４中間棚部１４Ｄ及び第５段差壁１５Ｅの交差稜線部と、第５中間棚部１４Ｅ及び切刃凸部１２の他方側を向く側面１６Ｂの交差稜線部とが一直線上に並ぶようにそれぞれ配置されており、この直線と基板１１表面１１Ａとがなす角度が上記θとされている。

また、基板１１の表面１１Ａと一体に形成された切刃凸部１２における少なくとも上面側には、気相合成ダイヤモンド膜１８がコーティングされており、本実施形態においては、複数の切刃凸部１２を含む基板１１の表面１１Ａの全面が、気相合成ダイヤモンド膜１８でコーティングされている。
このような気相合成ダイヤモンド膜１８は、前記のような複数の切刃凸部１２を有する基板１１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等の公知の方法を用いることにより、複数の切刃凸部１２とを含む基板１１の表面１１Ａの全面に亘って形成される。

このように構成された軟質材加工用回転工具は、基板１１の底面１１Ｂにステンレスや樹脂等からなる板材が貼り付けられたり、基板１１がステンレス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回転工具は、図３に示すように、その基板１１の表面１１Ａを、パッド回転方向Ｒに向けて回転させられている多孔性の樹脂・ゴム・（独立気泡を有する）ポリウレタンラバー等からなるパッドＰの表面に略平行に対向させて一定の荷重で押し当てることにより、基板１１がパッドＰの回転運動にともなって工具回転方向Ｔに向けて前記表面１１Ａ及び底面１１Ｂに垂直な回転軸線回りに回転運動を行い、パッドＰ表面に接地して圧入している複数の切刃凸部１２に形成された切刃１７で、被加工材としてのパッドＰ表面を加工する。

ここで、パッドＰの回転速度が軟質材加工用回転工具の回転速度と同じとなってパッドＰと軟質材加工用回転工具との相対速度がゼロとなると、パッドＰを加工することができなくなってしまうので、パッドＰの回転速度は、軟質材加工用回転工具の回転速度と所定の速度差が生じるように設定されている。なお、図３においては、パッドＰの回転方向Ｒと工具回転方向Ｔとの関係から、切刃凸部１２の一方側（図３において右側）からパッドＰと接触することとされている。

本実施形態である軟質材加工用回転工具によれば、切刃凸部１２の上面が、少なくとも一つの中間棚部１４を有する階段状に形成されているので、パッドＰにこの軟質材加工用回転工具を押し当てた際に、パッドＰと切刃凸部１２との接触が、この中間棚部１４の他方側の辺稜部で線接触することになる。

本実施形態では、５つの中間棚部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅを有しているため、パッドＰと切刃凸部１２との接触部分は、図３に示すように、最上面１３の辺稜部に形成された切刃１７部分と、最上面１３の他方側の辺稜部、第１中間棚部１４Ａの他方側の辺稜部、第２中間棚部１４Ｂの他方側の辺稜部、第３中間棚部１４Ｃの他方側の辺稜部、第４中間棚部１４Ｄの他方側の辺稜部、第５中間棚部１４Ｅの他方側の辺稜部である。したがって、パッドと切刃凸部１２との間に空隙が生じることになり、パッドＰの削り屑をこの空隙から外部へと排出することができ、削り屑の残存に起因するパッド除去レートの低下や加工後のパッドＰ表面の面粗さの劣化を防止できる。

また、切刃凸部１２の最上面１３に形成された切刃１７以外にも、これら中間棚部１４の他方側の辺稜部がパッドＰと接触することになるので、この中間棚部１４の他方側の辺稜部が補助刃の役割を果たし、切刃１７によって削ったパッド表面をさらに削りこむことになり、加工後のパッドＰ表面の面粗さを向上させることができる。

また、パッドＰとこの軟質材加工用回転工具との相対移動方向及び切刃凸部１２の配置とによって、図３とは反対に、この切刃凸部１２の他方側、つまり切刃凸部１２の基板１１底面１１Ｂからの高さが低い方からパッドＰに接触する場合でも、中間棚部１４及び最上面１３の他方側の辺稜部によってパッドＰを研削することができ、加工が不十分な部分をなくすことができる。

また、中間棚部１４の他方側の辺稜部と最上面１３の他方側の辺稜部とを結んだ直線と、前記基板の底面に平行な平面、すなわち基板１１の前記回転軸線に垂直な平面とがなす角度θが５°≦θ≦３０°の範囲となるように設定されているので、切刃凸部１２の強度を確保できて切刃凸部１２が欠損することを防止できるとともに、最上面１３の一方側の辺稜部に形成された切刃１７を、パッドＰの深くまで入り込ませることができ、パッドＰを効率良く加工することができる。

また、切刃凸部１２の最上面１３が、最上面１３に対向する側から見て正方形をなし、この正方形の外接円の半径が０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内となるように設定されているので、切刃として作用する辺稜部の長さが確保されて効率良く加工できる。また、切刃として作用する辺稜部が多くなりすぎず、これら辺稜部に適正な荷重を加えることができる。

また、切刃凸部１２が耐摩耗材料であるＳｉＣで構成されるとともに、切刃凸部１２の表面が気相合成ダイヤモンド膜１８でコーティングされているので、切刃凸部１２の耐摩耗性が向上されており、長期間に亘ってパッドＰを安定して加工することができ、この回転工具の寿命を長くすることができる。

以上、本発明の実施形態である軟質材加工用回転工具について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、切刃凸部に中間棚部及び段差壁をそれぞれ５つ備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、中間棚部及び段差壁の個数は適宜設定することができ、図４に示すように９つの中間棚部及び段差壁を有するものであってもよいし、図５に示すように４つの中間棚部及び段差壁を有するものであってもよい。

一般的な軟質材加工用回転工具及び切刃凸部のサイズを考慮した場合、中間棚部及び段差壁の数は２から３０の範囲内とすることが好ましい。同様に、隣接する段差壁の距離、つまり、中間棚部の一方側から他方側に向けての長さは、５μｍから５０μｍの範囲内が好ましく、段差壁の高さは０．５μｍから２５μｍの範囲内が好ましい。
中間棚部及び段差壁の数が３０より多くとなると中間棚部の前記長さ及び段差壁の高さが小さくなり、パッドと切刃凸部との間の空隙の大きさが小さくなって削り屑排出の効果が低下してしまう。一方、中間棚部及び段差壁の数が２よりも少ない場合には、中間棚部の前記長さ及び段差壁の高さが大きくなり、中間棚部の他方側の辺稜部の数が少なく補助刃としても効果が低下してしまうためである。

また、最上面及び中間棚部を基板の底面と平行なものとして説明したが、これに限定されることはなく、基板底面に対して傾斜していてもよい。
同様に、段差壁についても、最上面や中間棚部と直交するものとして説明したが、これに限定されることはなく、傾斜して交差するようにしてもよい。

また、本実施形態では、切刃凸部１２が形成される基板１１をＳｉＣ（炭化けい素）で構成したものとして説明したが、基板１１を構成する材料に関しては、気相合成ダイヤモンド膜１８の生成のしやすさと、切刃凸部１２の形成のし易さと、実用に耐えるための機械的特性との観点から、例えば、以下に示すようなものが適しており、これらの材料で構成されていれば良い。
（１）
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との炭化物、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。
（２）
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との炭化物、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種との複合体からなる超硬合金。
（３）
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いずれか１種、またはこれらの複合体。

また、本実施の形態では、切刃凸部１２の形状を概略四角柱状のものとしたが、これに限定されることはなく、円柱状や三角柱状等の他の形状であっても良い。
また、切刃凸部１２の個数、配置、基板１１の直径等は、加工条件などを考慮して適宜設定することが好ましい。
さらに、切刃を、基板１１表面１１Ａから延びる一方側を向く側面１６Ａの辺稜部に形成することにより、これらの辺稜部によってもパッドＰを加工することができるので効果的である。

以下に、本発明の一例を用いて比較試験を行うことにより、本発明の有効性を検証した結果を示す。
試験工具として、炭化けい素（ＳｉＣ）で構成された直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの基板の表面外周部に切刃凸部が円周上等間隔で放射状に５４個設けられたものを供した。ここで、切刃凸部は、切刃凸部の最も高い部分の基板表面からの高さＨ２を０．０５ｍｍ、一辺が０．１５ｍｍの四角柱状のものとした。さらに、切刃凸部の表面には、膜厚がおよそ２０μｍの気相合成ダイヤモンド膜をコーティングした。

試験機として研磨装置（ムサシノ電子製ＭＡ−３００）を用い、被切削材として発泡ウレタン質パッド（Ｒｏｄｅｌ社製ＩＣ１４００）を用い、メタル研磨用スラリー（３％Ｈ_２Ｏ_２）を用いた。
試験条件は、プラテン回転数（ウレタンパッドの回転数）を４５ｒｐｍ、切削工具の回転数を４３ｒｐｍ、荷重を３９．２Ｎ、スラリー流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとして、パッドの研削を行った。

比較例１として、切刃凸部の上面に段差、中間棚部がなく、前記上面部が基板の底面に対して傾斜しており、その傾斜角度を２°としたものを試験に供した。
比較例２として、切刃凸部の上面に段差、中間棚部がなく、前記上面部が基板の底面に対して傾斜しており、その傾斜角度を１０°としたものを試験に供した。
本発明例１として、切刃凸部の上面を段状に形成し、中間棚部を９ヶ備え、中間棚部同士の段差壁の高さを２．５μmとし、これら中間棚部の他方側の辺稜部と切刃凸部の最上面の他方側の辺稜部とを結んだ直線が基板の底面なす角度θ＝１０°としたものを試験に供した。
本発明例２として、前記中間棚部を９ヶ備え、前記段差壁の高さを５μmとし、前記角度θ＝２５°としたものを試験に供した。
本発明例３として、前記中間棚部を９ヶ備え、前記段差壁の高さを１０μmとし、前記角度θ＝４０°としたものを試験に供した。

図７にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例１では、加工初期段階からパッド除去レートが著しく低くパッドの加工を十分に行うことができない。上面の傾斜角度を１０°と大きくしたものでも、それほど高いパッド除去レートは得られない。
一方、切刃凸部の上面を段状に形成して中間棚部を１０ヶ備えた本発明例１〜３においては、パッド除去レートが大きく向上することが確認された。ただし、段差壁の高さを大きくして中間棚部の他方側の辺稜部と切刃凸部の最上面の他方側の辺稜部とを結んだ直線が基板の底面なす角度θを大きくした本発明例３においては、最も高いパッド除去レートを示すものの刃先の欠損が認められた。

以上の比較実験の結果から、本発明例においてはパッド除去レートを向上させることができることが確認された。
また、中間棚部の他方側の辺稜部と切刃凸部の最上面の他方側の辺稜部とを結んだ直線が基板の底面なす角度θが大きすぎると刃先の欠損が生じるため、θ≦３０°とすることが好ましい。

次に、中間棚部の数について評価するために、中間棚部の数及び前記角度θを変更した回転工具を用いて比較実験を行った。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１と同様とした。
本発明例４として、中間棚部の数を１とし、最上面と中間棚部との段差壁の高さを２５μｍとし、前記角度θ＝１０°としたものを試験に供した。
本発明例５として、中間棚部の数を９とし、中間棚部同士の段差壁の高さを２．５μmとし、前記角度θ＝１０°としたものを試験に供した。
本発明例６として、中間棚部の数を９とし、中間棚部同士の段差壁の高さを５μmとし、前記角度θ＝２０°としたものを試験に供した。
本発明例７として、中間棚部の数を３９とし、中間棚部同士の段差壁の高さを１．２μmとし、前記角度θ＝２０°としたものを試験に供した。

図８にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。中間棚部が１つしか形成されていない本発明例４と、中間棚部が４０ヶ形成された本発明例７においてパッド除去レートが低くなることが確認された。
中間棚部の数が少ないと中間棚部の他方側の辺稜部の数が少なく補助刃としても効果が低下してしまうためである。一方、中間棚部の数が多すぎると、中間棚部の辺稜部の数が多くなりすぎて十分な荷重を加えることができず効率良くパッドを加工できないためである。
以上の比較実験の結果から、中間棚部の数については、２から３０の範囲内に設定することが好ましい。

次に、中間棚部の段差壁の高さについて評価するために、中間棚部の段差壁の高さを変更した回転工具を用いて比較実験を行った。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１及び実施例２と同様とした。
本発明例８として、中間棚部の数を１９とし、中間棚部同士の段差壁の高さを０．７５μmとし、前記角度θ＝５°としたものを試験に供した。
本発明例９として、中間棚部の数を９とし、中間棚部同士の段差壁の高さを１．２５μmとし、前記角度θ＝５°としたものを試験に供した。
本発明例１０として、中間棚部の数を４とし、中間棚部同士の段差壁の高さを２．５μmとし、前記角度θ＝５°としたものを試験に供した。
本発明例１１として、中間棚部の数を２とし、中間棚部同士の段差壁の高さを５０μmとし、前記角度θ＝２０°としたものを試験に供した。

図９にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。段差壁の高さが０．７５μｍと小さい本発明例８と、段差壁の高さが５０μｍと比較的大きな本発明例１１においてパッド除去レートが低くなることが確認された。
段差壁の高さが小さいと、切刃凸部とパッドとの間に十分な空隙が生じず、削り屑を排出を十分に排出できなくなるためである。一方、段差壁の高さが大きすぎると、中間棚部の辺稜部をパッドに十分圧入させることができずにパッドを効率良く加工できなくなるためである。
以上の比較実験の結果から、段差壁の高さについては、１．０μｍから２５μmの範囲内に設定することが好ましい。

次に、切刃凸部の形状を円柱形とし、この切刃凸部の大きさの影響について評価するために比較実験を行った。切刃凸部の基板表面からの高さＨ２を０．０５ｍｍとし、中間棚部を１０ヶ形成し、段差壁高さを２．５μｍ、前記角度θ＝１０°とした。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１から実施例３と同様とした。
本発明例１２として、切刃凸部の最上面がなす円の半径を０．０１ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例１３として、切刃凸部の最上面がなす円の半径を０．０５ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例１４として、切刃凸部の最上面がなす円の半径を０．８ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例１５として、切刃凸部の最上面がなす円の半径を２．０ｍｍとしたものを試験に供した。

図１０にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。前記円の半径が０．０１ｍｍとされた本発明例１２及び前記円の半径が２．０ｍｍとされた本発明例１５において、パッド除去レートが低くなることが確認された。
前記円の半径が小さいと、切刃凸部の切刃として作用する辺稜部の長さが不足するためである。一方、前記円の半径が大きすぎると、パッドを変形させて切刃凸部をパッド内に圧入させることができなくなるためである。
以上の比較実験の結果から、円柱形の切刃凸部において前記切刃凸部の最上面がなす円の半径については、０．０３μｍから１．０μｍの範囲内に設定することが好ましい。

次に、切刃凸部の形状を三角柱形とし、この切刃凸部の大きさの影響について評価するために比較実験を行った。切刃凸部の基板表面からの高さＨ２を０．０５ｍｍとし、中間棚部を１０ヶ形成し、段差壁高さを２．５μｍ、前記角度θ＝１０°とした。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１から実施例３と同様とした。
本発明例１６として、切刃凸部の最上面がなす三角形の外接円の半径を０．０１ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例１７として、切刃凸部の最上面がなす三角形の外接円の半径を０．０５ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例１８として、切刃凸部の最上面がなす三角形の外接円の半径を０．８ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例１９として、切刃凸部の最上面がなす三角形の外接円の半径を２．０ｍｍとしたものを試験に供した。

図１１にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。前記外接円の半径が０．０１ｍｍとされた本発明例１６及び前記外接円の半径が２．０ｍｍとされた本発明例１９において、パッド除去レートが低くなることが確認された。
前記外接円の半径が小さいと、切刃凸部の切刃として作用する辺稜部の長さが不足するためである。一方、前記外接円の半径が大きすぎると、パッドを変形させて切刃凸部をパッド内に圧入させることができなくなるためである。
以上の比較実験の結果から、三角柱形の切刃凸部において前記切刃凸部の最上面がなす三角形の外接円の半径については、０．０３μｍから１．０μｍの範囲内に設定することが好ましい。

次に、切刃凸部の形状を四角柱形とし、この切刃凸部の大きさの影響について評価するために比較実験を行った。切刃凸部の基板表面からの高さＨ２を０．０５ｍｍとし、中間棚部を１０ヶ形成し、段差壁高さを２．５μｍ、前記角度θ＝１０°とした。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１から実施例４と同様とした。
本発明例２０として、切刃凸部の最上面がなす四角形の外接円の半径を０．０１ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例２１として、切刃凸部の最上面がなす四角形の外接円の半径を０．０５ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例２２として、切刃凸部の最上面がなす四角形の外接円の半径を０．８ｍｍとしたものを試験に供した。
本発明例２３として、切刃凸部の最上面がなす四角形の外接円の半径を２．０ｍｍとしたものを試験に供した。

図１２にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。前記外接円の半径が０．０１ｍｍとされた本発明例２０及び前記外接円の半径が２．０ｍｍとされた本発明例２３において、パッド除去レートが低くなることが確認された。
前記外接円の半径が小さいと、切刃凸部の切刃として作用する辺稜部の長さが不足するためである。一方、前記外接円の半径が大きすぎると、パッドを変形させて切刃凸部をパッド内に圧入させることができなくなるためである。
以上の比較実験の結果から、四角柱形の切刃凸部において前記切刃凸部の最上面がなす四角形の外接円の半径については、０．０３μｍから１．０μｍの範囲内に設定することが好ましい。

本発明の実施形態である軟質材加工用回転工具の基板の上面図である。 図１に示す軟質材加工用回転工具の切刃凸部の断面図である。 図１に示す軟質材加工用回転工具でパッドを加工している状態の説明図である。 本発明の他の例である軟質材加工用回転工具に備えられた切刃凸部の断面図である。 本発明の他の例である軟質材加工用回転工具に備えられた切刃凸部の断面図である。 従来の軟質材加工用回転工具でパッドを加工している状態の説明図である。 実施例１の比較実験における回転工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。 実施例２の比較実験における回転工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。 実施例３の比較実験における回転工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。 実施例４の比較実験における回転工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。 実施例５の比較実験における回転工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。 実施例６の比較実験における回転工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 切刃凸部
１３ 最上面
１７ 切刃
１８ 気相合成ダイヤモンド膜（ダイヤモンド膜）

Claims (8)

1. 軟質材よりなる被加工材が移動され、この被加工材に対して加工を施す軟質材加工用回転工具であって、
   基板の表面には、上方に突出する切刃凸部が形成され、該切刃凸部の上面は、一方側から他方側に向かうにしたがい前記基板の底面からの高さが段々と低くなるように段状をなして、前記底面からの高さが最も高い最上面と少なくとも一つの中間棚部とを備えており、前記最上面の他方側の辺稜部を除く辺稜部に切刃が形成されていることを特徴とする軟質材加工用回転工具。
2. 前記中間棚部の他方側の辺稜部と前記最上面の他方側の辺稜部とを結んだ直線と、前記基板の底面と平行な平面がなす角度θが、５°≦θ≦３０°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の軟質材加工用回転工具。
3. 前記中間棚部の数が２から３０の範囲内とされ、前記最上面と前記中間棚部の間及び前記中間端部同士の間には、段差壁が形成されており、
   隣接する前記段差壁同士の距離が、５．０μｍから５０μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軟質材加工用回転工具。
4. 前記段差壁の高さが、１．０μｍから２５μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の軟質材加工用回転工具。
5. 前記最上面は、該最上面に対向する方向から見て、多角形あるいは円形をなしており、前記最上面がなす多角形面の外接円の半径あるいは円形面の半径が、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の軟質材加工用回転工具。
6. 前記切刃凸部が、耐摩耗材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の軟質材加工用回転工具。
7. 前記切刃凸部の表面が、ダイヤモンド膜により被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の軟質材加工用回転工具。
8. ＣＭＰ研磨用パッドをコンディショニングするパッドコンディショナーに備えられたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の軟質材加工用回転工具。

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