JP3293579B2 - 電着砥石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ーハ等の被研磨材の表面をＣＭＰ装置によって研磨する
際に用いられる研磨用のパッドをコンディショニングす
るため等に用いられる電着砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンインゴットから切り出し
た半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）の表面
を化学的且つ機械的に研磨するＣＭＰ装置（ケミカルメ
カニカルポリッシングマシン）の一例として、図４に示
すような装置がある。ウエーハはデバイスの微細化に伴
って高精度かつ無欠陥表面となるように鏡面研磨するこ
とが要求されている。ＣＭＰによる研磨のメカニズム
は、微粒子シリカ等によるメカニカルな要素（遊離砥
粒）とアルカリ液や酸性液等によるエッチング要素とを
複合したメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。この
ＣＭＰ装置１は、図４に示すように中心軸２に取り付け
られた円板状の回転テーブル３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４が設けられ、このパ
ッド４に対向して且つパッド４の中心軸２から偏心した
位置に自転可能なウエーハキャリア５が配設されてい
る。このウエーハキャリア５はパッド４よりも小径の円
板形状とされてウエーハ６を保持するものであり、この
ウエーハ６がウエーハキャリア５とパッド４間に配置さ
れてパッド４側の表面の研磨に供され鏡面仕上げされ
る。

【０００３】研磨に際して、例えば上述した微粒子シリ
カ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエ
ッチング用のアルカリ液等が混合されたものが液状のス
ラリｓとしてパッド４上に供給されているため、このス
ラリｓがウエーハキャリア５に保持されたウエーハ６と
パッド４との間に流動して、ウエーハキャリア５でウエ
ーハ６が自転し、同時にパッド６が中心軸２を中心とし
て回転するために、パッド６でウエーハ６の一面が研磨
される。ウエーハ６の研磨を行う硬質ウレタン製などの
パッド４上にはスラリｓを保持する微細な発泡層が多数
設けられており、これらの発泡層内に保持されたスラリ
ｓでウエーハ６の研磨が行われる。ところが、ウエーハ
６の研磨を繰り返すことでパッド４の研磨面の平坦度が
低下してウエーハ６の研磨精度が低下するという問題が
生じる。

【０００４】そのため、従来からＣＭＰ装置１には図４
に示すようにパッドコンディショナ８が設けられ、パッ
ド４の表面を再研磨（コンディショニング）するように
なっている。このパッドコンディショナ８は、回転テー
ブル３の外部に設けられた回転軸９にアーム１０を介し
て電着ホイール１１が設けられ、回転軸９によってアー
ム１０を回動させることで、回転するパッド４上におい
て電着ホイール１１を往復揺動させてパッド４の表面を
研磨してパッド４の表面の平坦度等を回復または維持で
きるようになっている。この電着ホイール１１は、図５
及び図６に示すように円形板状の台金１２上に上面が平
面状でリング状の砥粒層１３が形成されており、この砥
粒層１３は例えば図７に示すように台金１２上に電気め
っきなどによりダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒１４
を金属めっき相１５で分散固定して構成されている。こ
の金属めっき相１５は例えばニッケルなどで構成されて
いる。

【０００５】ところで、このような電着ホイール１１を
パッドコンディショナ８に用いた場合、ウエーハ６の研
磨のためにパッド４上に供給されたスラリｓが微細な発
泡層によってパッド４上に多く保持されており、このス
ラリｓは強アルカリ性や酸性流体であるために、パッド
４を研磨する際に金属めっき相１５が侵されて金属めっ
き相の重金属がスラリｓに溶け出すという問題が生じ
る。そのため、ウエーハ６の鏡面研磨を阻害する等の悪
影響を生じるという欠点がある。しかも金属めっき相１
５がスラリｓに溶け出すことで、超砥粒１４の保持力が
低下して超砥粒１４が脱落し易くなり、電着ホイール１
１の寿命が単に低下するだけでなく、脱落した超砥粒１
４がパッド４に打ち込まれて次に行われるウエーハ６の
研磨時に脱落した超砥粒１４によってウエーハ６上にス
クラッチを生じるという欠点もある。これに対して耐摩
耗性を向上させる方策として、例えばブラスト処理に対
する電着ホイールの寿命を確保することを目的として特
開平６−２３８５６４号公報に開示された電着ホイール
が提案されている。図８に示すこの電着ホイール１９で
は、砥粒層１３として、超砥粒１４を分散配置した金属
めっき相１５が例えばニッケルめっきで構成されてい
て、金属めっき相１５の表面に電気めっきによって硬質
クロムめっき層１７が被覆されている。これによって耐
摩耗性を高めてブラスト処理の際に金属めっき相１５が
摩耗するのを抑制しようとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
硬質クロム層１７を電気めっきで金属めっき相１５の表
面に析出させて被覆する際、理想的には図９で示すよう
に硬質クロム層１７の超砥粒１４との接続部が超砥粒１
７に密着して同一平面状に形成されるか、或いは図９で
一点鎖線で示したように、超砥粒１４との接続部１７ａ
で硬質クロム層１７が表面張力のように隆起して凹曲線
を描いて超砥粒１４に密着するように析出させることが
要求される。しかしながら、ダイヤモンドなどの超砥粒
１４は水に対する濡れ性が低いために、実際には硬質ク
ロム層１７を図８に示すように一様のめっき厚みで析出
させることはできず、図１０に示すように超砥粒１４の
近傍では硬質クロム層１７が著しく薄い状態で金属めっ
き相１５上に析出して金属めっき相１５の被覆層を構成
することになるのが実情であった。ＰＶＤ等によって被
覆層を形成する場合には超砥粒１４が非導電性であるた
めに、電着ホイール１１に通電して行う場合には金属め
っき相１５と砥粒の表面電荷が異なるために、超砥粒１
４の近傍には被覆層が存在しない部位ができてしまうこ
とになる。

【０００７】そのため、このような電着ホイール１９を
パッドコンディショナ８のアーム１０に装着してパッド
４のコンディショニングに用いると、スラリｓで図１０
に示す超砥粒１４の近傍の硬質クロム層１７がダメージ
を受けて硬質クロム層１７の防食効果が低下し、金属め
っき相１５を浸食し、超砥粒１４回りの部分ｐが溶けだ
して超砥粒１４が短時間で脱落するという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑みて、耐腐食性の高い被
覆層を超砥粒に密着して形成できるようにした被覆層を
備えた電着砥石を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る被覆層を備
えた電着砥石は、金属めっき相中に超砥粒が分散配置さ
れてなる砥粒層を有する電着砥石において、金属めっき
相と超砥粒の表面に無電解めっきを施して導電性のある
金属被覆層で被覆し、更に金属被覆層の上に（金属めっ
き相よりも耐食性と耐摩耗性の高い）セラミック被覆層
を被覆してなることを特徴とする。超砥粒が非導電性で
あったりめっき液に対する濡れ性が劣っていても、無電
解めっきによって金属被覆層を金属めっき相と超砥粒の
表面に析出できる。この金属被覆層は無電解めっきによ
って行うためにその材質に制限があり、必ずしも強アル
カリや強酸に対する耐性の強い金属を用いることはでき
ないが、その上に金属層を基材として金属めっき相や金
属被覆層よりも耐食性と耐摩耗性の高いセラミック被覆
層をＰＶＤやＣＶＤなどで被覆することで、砥粒層表面
の耐食性と耐摩耗性を高めることができる。そして、研
削加工などによって、超砥粒の先端部を被覆する金属被
覆層及びセラミック被覆層を除去して超砥粒の先端部を
露出させて電着砥石を完成できる。或いは、予め超砥粒
の先端部を露出させておけば、研磨によって超砥粒を被
覆する金属被覆層及びセラミック被覆層を除去する必要
はない。この電着砥石を用いて強アルカリや強酸等のス
ラリ中で研磨を行っても、金属めっき相はセラミック被
覆層で完全に保護されているため、超砥粒との接続部に
おいてもスラリなどにほとんど接触せず、金属めっき相
が強アルカリや強酸等に浸されて超砥粒などが脱落する
ことを防止して、電着砥石の寿命を確保できる。

【０００９】また、金属被覆層とセラミック被覆層から
超砥粒を露出させておいてもよい。予め超砥粒の先端部
をドレッシングなどで露出させておくことで、研磨によ
って超砥粒を被覆する金属被覆層及びセラミック被覆層
を除去する必要はなく、そのまま被研磨面のスムーズな
研磨ができる。また、セラミック被覆層はＴｉＮまたは
ＴｉＣＮであることが好ましい。ＴｉＮやＴｉＣＮは耐
食性と耐摩耗性が金属めっき相や金属被覆層よりも高い
という特性を有しているために、研磨の際にセラミック
被覆層が摩耗しにくく、また被研磨面上に強アルカリや
強酸等の腐食性流体などがあっても金属めっき相の溶け
だしや砥粒の脱落などを確実に抑制できる。尚、この電
着砥石はＣＭＰ装置のパッドコンディショナとして用い
ても良い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図３により説明するが、上述の従来技術と同一の
部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図１
は実施の形態による電着ホイールの要部縦断面図、図２
は砥粒層表面に無電解めっきによって金属被覆層を被覆
した状態を示す図１と同様な断面図、図３は砥粒層表面
に金属被覆層とセラミック被覆層を被覆した状態を示す
図１と同様な縦断面図である。実施の形態による電着ホ
イールは上述したＣＭＰ装置１のパッドコンディショナ
８のアーム１０に装着されて用いられるものである。図
１に示す実施の形態による電着ホイール２０（電着砥
石）は上述した図５乃至図７に示す従来の電着ホイール
１１と同一の構成を備えている。即ち、台金１２上に砥
粒層１３が設けられ、砥粒層２０は例えばＮｉからなる
金属めっき相１５中にダイヤモンドなどの超砥粒１４が
分散配置されていて、電気めっきによって製作されてい
る。

【００１１】この電着ホイール２０において、平面状の
金属めっき相１５上に超砥粒１４の上部１４ａが突出し
て固定されており、金属めっき相１５上に例えば厚さ
０．１〜１０μｍの金属被覆層２２が形成されており、
この金属被覆層２２の超砥粒１４の上部１４ａとの全周
に亘る接続部は隆起部２２ａとされ、超砥粒１４の表面
に沿って若干隆起して超砥粒１４に密着している。金属
被覆層２２は無電解めっきによって金属めっき相１５及
び超砥粒１４表面に析出されており、その材質は、例え
ばＮｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，その他のＮｉ基合金とされてい
る。そして金属被覆層２２の上面には例えば厚さ０．５
〜１０μｍのセラミック被覆層２４が積層されており、
このセラミック被覆層２４は金属被覆層２２の隆起部２
２ａを介して超砥粒１４に接続している。セラミック被
覆層２４は電気めっきによって金属被覆層２２上に析出
されており、超砥粒１４との接続部ではできるだけ金属
被覆層２２の隆起部２２ａを覆って超砥粒１４に近接し
た位置にあることが好ましい。セラミック被覆層２４の
材質は、例えば金属めっき相１５や金属被覆層２２より
も耐食性と耐摩耗性が高いＴｉＮ，ＴｉＣＮとされてい
る。しかも超砥粒１４は上部１４ａの先端が金属被覆層
２２及びセラミック被覆層２４よりも上方に突出してそ
の下側周囲が被覆されている。

【００１２】本実施の形態による電着ホイール２０は上
述の構成を備えており、次にこの電着ホイール２０の製
造方法について説明する。先ず図５乃至図７に示すよう
に、台金１２に超砥粒１４及び金属めっき相１５からな
る砥粒層１３が設けられた電着ホイール１１を、砥粒層
１３の部分を除いてマスキングして次に示す工程で無電
解めっきする。 電着ホイール１１をアルカリ脱脂剤、水洗、酸性、
活性化液に順次浸漬して超砥粒１４及び金属めっき相１
５の表面を清浄化する。 塩化第一スズ等の塩酸酸性溶液に入れてセンシタイ
ジングを行う。 次に塩化パラジウム等の塩酸酸性溶液に入れて表面
活性化を行うアクチベーティングを行う。 そして例えば９０°以上に加熱した無電解ニッケル
めっき液に入れて無電解めっきを行う。 このようにして、超砥粒１４及び金属めっき相１５の表
面全体に金属被覆層２２をめっきすることで、図２に示
す電着ホイール２０Ａが得られる。

【００１３】次に、マスキングを除去して清浄化する。
そして、金属被覆層２２に通電した状態でＰＶＤによ
り、或いはＣＶＤにより金属被覆層２２にＴｉＮまたは
ＴｉＣＮからなるセラミック被覆層２４を析出させ、図
３に示すような電着ホイール２０Ｂが得られる。このよ
うにして得られた電着ホイール２０Ｂは本発明の実施の
形態の一つであり、そのまま研磨に用いても良い。この
場合、研磨の過程で超砥粒１４の上部１４ａの先端を覆
う金属被覆層２２及びセラミック被覆層２４が摩耗され
て除去され、図１に示す電着ホイール２０が得られる。
或いは、図３に示す電着ホイール２０Ｂをドレッシング
して超砥粒１４の上部１４ａについてセラミック被覆層
２４から上部を除去して露出させれば、図１に示す電着
ホイール２０が得られる。

【００１４】本実施の形態による電着ホイール２０によ
れば、図４に示すパッドコンディショナ８のアーム１０
に装着されてパッド４のコンディショニングを行えば、
パッド４上に滞留する強アルカリ性のスラリｓが砥粒層
１３の表面に浸されても、その表面は耐食性と耐摩耗性
の高いセラミック被覆層２４で被覆されているために、
金属めっき相１５が溶け出すことはない。また研磨の際
にも、金属めっき相１５は被研磨面に接触しないから、
金属めっき相１５の摩耗が防止できる。そのためスラリ
ｓ下で研磨を行って電着ホイール２０の寿命を損なうこ
となくパッド４の平行度を維持または回復できる。尚、
金属被覆層及びセラミック被覆層２２，２４を研削やド
レッシングなどによって一部除去して超砥粒１４を露出
させた際、金属被覆層２２の隆起部２２ａは超砥粒１４
の上部１４ａの周囲でわずかであるがセラミック被覆層
２４で被覆されることなく露出することになる。そのた
め、隆起部２２ａの厚みに相当する先端がスラリｓやパ
ッド４等の被研磨面に接触することになるから、金属被
覆層２２の材質も可能な限り耐食性及び耐摩耗性が高い
ことが好ましい。

【００１５】尚、上述の実施の形態では、スラリｓは強
アルカリの流体であるとしたが、実施の形態による電着
ホイール２０は強酸の流体に対しても耐食性を発揮でき
る。また、図３に示す電着ホイール２０Ｂも本発明の実
施の形態の一つを構成する。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る被覆
層を備えた電着砥石は、金属めっき相と超砥粒の表面に
無電解めっきを施して導電性のある金属被覆層で被覆
し、金属被覆層の上にセラミック被覆層を被覆してなる
から、超砥粒が非導電性であっても、無電解めっきによ
って金属被覆層を金属めっき相と超砥粒の表面に析出で
き、更に金属被覆層の上にセラミック被覆層を被覆する
ことで、金属めっき相から露出する超砥粒にも確実に密
着する被覆層を形成でき、この電着砥石を用いて強アル
カリや強酸等のスラリ中で研磨を行っても、金属めっき
相が浸されて超砥粒などが脱落することを防止して、電
着砥石の寿命を確保できる。

【００１７】また、金属被覆層とセラミック被覆層から
超砥粒を露出させたから、超砥粒を被覆する金属被覆層
及びセラミック被覆層を研削で除去する必要はなく、そ
のまま被研磨面のスムーズな研磨ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態による電着ホイールの縦断
面図である。

【図２】 金属被覆層が被覆された電着ホイールの縦断
面図である。

【図３】 金属被覆層とセラミック被覆層が被覆された
電着ホイールの縦断面図である。

【図４】 一般的なＣＭＰ装置の概略斜視図である。

【図５】 図４に示すＣＭＰ装置等で用いられる従来の
電着ホイールの平面図である。

【図６】 図５に示す電着ホイールの中央縦断面図であ
る。

【図７】 図６に示す電着ホイールの砥粒層の表面を示
す要部拡大断面図である。

【図８】 図７とは別の従来の電着ホイールの要部縦断
面図である。

【図９】 図７に示す電着ホイールの超砥粒に対する、
電気めっきによる理想的な金属被覆層を仮想的に示す要
部縦断面図である。

【図１０】 超砥粒に対する電気めっきによる実際の金
属被覆層を示す要部縦断面図である。

【符号の説明】

１３ 砥粒層 １４ 超砥粒 １５ 金属めっき相 ２０，２０Ａ，２０Ｂ 電着ホイール ２２ 金属被覆層 ２４ セラミック被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−118914（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−58306（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−254768（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−239663（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−504495（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24D 3/06 B24D 3/00 310 B24D 3/00 320 B24B 53/12 H01L 21/304 622

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属めっき相中に超砥粒が分散配置され
   てなる砥粒層を有する電着砥石において、前記金属めっ
   き相と超砥粒の表面に無電解めっきを施して導電性のあ
   る金属被覆層で被覆し、更に該金属被覆層の上にセラミ
   ック被覆層を被覆してなることを特徴とする電着砥石。
2. 【請求項２】 前記金属被覆層とセラミック被覆層から
   超砥粒を露出させたことを特徴とする請求項１記載の電
   着砥石。
3. 【請求項３】 前記セラミック被覆層はＴｉＮまたはＴ
   ｉＣＮであることを特徴とする請求項１または２記載の
   電着砥石。