JP4136714B2

JP4136714B2 - Super abrasive grinding wheel

Info

Publication number: JP4136714B2
Application number: JP2003049046A
Authority: JP
Inventors: 靖章井上; 直樹峠
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP2004255519A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイヤモンド、ｃＢＮなどの超砥粒を用いた超砥粒研削砥石に関し、特にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）加工における金属汚染を抑制した超砥粒研削砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタル配線ＣＭＰ加工において、ダイヤモンド砥粒をろう付法により単層に固着した研削砥石が多く用いられ、この研削砥石が、例えば特許文献１に記載されている。この研削砥石によると、ＣＭＰパッドのコンディショニング時に、加工能率がよく、かつ安定した加工面状態を得ることができる。しかしながら、ろう付に用いる金属や台金の金属成分がスラリーによって溶出してしまうことがあり、加工物の金属汚染につながることがある。
【０００３】
このように、ｐＨ２〜３の強酸性スラリーによって、ろう材や台金に含まれるCu、Ni、Feなどの金属成分が溶出することにより、シリコンデバイスに対しコンタミネーションとして影響する。また、ろう付部の表面に微少な凹凸が形成されるため、この凹凸部にスラリーが滞留されやすく金属成分の溶出を早める結果となっている。
【０００４】
金属成分の溶出を防止するため、特許文献２のように、砥粒を電着により固着し樹脂コートしたものがある。しかし、樹脂は、加工中に磨耗してしまい金属部分がすぐに露出するため十分な溶出防止効果を期待することができない。
【０００５】
また、特許文献３のように、表面にCrN、TiN、SiC、TiAlN、DLCなどをコートしたものがある。しかしながら、この研削砥石では、コート部にピットが多く発生し、この部分からスラリーが侵入し金属溶出につながる。また、ＣＶＤなどのように高温で処理される場合、砥粒が熱的ダメージを受け破砕してしまうことが大きな問題点となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３４３４３６号公報（段落番号０００８〜００１７）
【特許文献２】
特開平１１−７７５３６号公報（段落番号０００３〜００１４）
【特許文献３】
特開２００１−２１０６１３号公報（段落番号０００５〜００２１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、超砥粒を台金に一層配列してろう付けした研削砥石において、ろう材表面に耐酸性、耐磨耗性、潤滑性の高い金属をコートすることによって、ろう付に用いる金属の溶出を抑制して、加工物であるウエハの金属汚染を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明の超砥粒研削砥石は、ダイヤモンド、ｃＢＮなどの超砥粒を台金に一層規則的に配列してろう付けにより砥粒を保持するとともに、チップポケットを規則的に形成した超砥粒研削砥石において、前記ろう材表面及び前記砥粒表面にロジウム、イリジウム、ルテニウム、白金のうち一種類以上の金属からなるコーティング層を設けたことを特徴とする。
【０００９】
ロジウム、イリジウム、ルテニウム、白金の被膜は、耐酸性が極めて高く、スラリーによって溶出しない。また、硬度が高いので、スラリー中の研磨粒子によって生じる機械的な摩耗を抑制することもできる。さらに、ろう材表面の微少な凹凸をなくすことができ、切粉の潤滑性を高めることができる。
従って、コーティング層を設けることにより、ろう材の溶出を防止し、機械的な摩耗を抑制し、切粉の潤滑性を高めることができる。
【００１０】
本発明の超砥粒研削砥石は、前記コーティング層を複数層設けたことを特徴とする。
コーティング層を複数層にすることによって、コーティング層の耐酸性や潤滑性をより向上することができる。
【００１１】
本発明の超砥粒研削砥石は、前記コーティング層から前記超砥粒を突出させ、その突出量を砥粒の粒径の１/３以上としたことを特徴とする。
砥粒を砥粒の粒径の１/３以上突出させることによって、良好で安定したパッド削れレートが得られる。
突出量が砥粒の粒径の１/３より小さな場合は、削れレートが小さくなると共に加工物表面品位が低下しポリッシュレートを小さくさせるため好ましくない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の超砥粒研削砥石の砥粒層の構成を示すものであり、(ａ)は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
この超砥粒研削砥石１０においては、台金１上に砥粒２が配列され、砥粒２はろう材３を用いて台金１にろう付けにより固着されている。ろう材３として、砥粒粒径の１/３倍〜１/２倍の厚さのろう材が用いられている。
ろう材３の表面及び砥粒２の表面の一部には、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、白金のうち一種類以上の金属からなるコーティング層４が形成されている。コーティング層４は１層形成してもよく、複数層形成してもよい。
隣り合う砥粒２との間に、砥粒粒径の２/３倍〜２.５倍の幅で台金１の素地を露出させた部分を含むチップポケット５が規則的に形成されている。
【００１３】
本実施形態は、ＣＭＰ加工に用いられるパッドのコンディショナーに本発明を適用した例である。台金１として外径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍのステンレス製台金を用いている。また、砥粒２として平均粒径１８０μｍのダイヤモンド砥粒を用いている。
【００１４】
本発明の超砥粒研削砥石１０は、例えば、以下の製造方法によって製造することができる。
直径０.２mmの孔を０.６ｍｍ間隔で千鳥状に配列したスクリーンを用いて、台金１上に有機接着剤を塗布する。この有機接着剤の上に砥粒２を配置する。この状態で砥粒２が台金１上に０.６ｍｍ間隔で千鳥状に配列された状態となる。これを乾燥炉中で１２０℃、１時間乾燥させて、砥粒２を台金１に仮固定する。
【００１５】
次に、三次元移動が可能なアプリケータ（吐出機）を用いて、接着部にろう材３とバインダーの混合物を砥粒粒径の１/２の高さに塗布する。これを非酸化性雰囲気中で１０００℃、１時間加熱し、砥粒２を台金１に本固定する。
その後、ろう材３及び砥粒２の表面に無電解めっきにより、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、白金などの金属のうち一種類以上のコーティング層４を形成する。このコーティング層４は、図１（ｂ）に示すように、台金１の素地を露出させた部分に設けることもできる。
【００１６】
このようにして作製された超砥粒研削砥石（実施例）の仕様を表１に示す。また、この砥石と、砥粒、配列ピッチ、ろう材を同じにして、特許文献１記載の方法によって作製された超砥粒研削砥石（比較例１）、特許文献２記載の方法によって作製された超砥粒研削砥石(比較例２)の仕様も表１に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
上記の実施例、比較例１、比較例２について研削試験を行った。
試験条件を以下に示す。
使用機械パッドコンディショニング装置
研磨パッドＩＣ１０００
ドレッサー回転数１００（ｍｉｎ^-1）
テーブル回転数１００（ｍｉｎ^-1）
荷重４５（Ｎ）
加工時間１５（Ｈｒ）
【００１９】
研削試験結果を図２に示す。
図２は、加工時間に対するパッド削れレート指数の推移を図示したものである。
図２からわかるように、実施例の研削砥石は、比較例の研削砥石に比べて、加工時間が経過しても、パッド削れレートの低下が小さく、寿命が大幅に向上した。
また、実施例の研削砥石の砥面には、比較例の研削砥石に比べてパッド切粉やスラリーの付着がなく、ろう材部分の磨耗もみられなかった。
【００２０】
次に実施例と比較例１，２を用いてペレットを作成し、メタル配線ＣＭＰ加工に使用されるｐＨ２〜３のスラリーと過酸化水素水の混合溶液に２４Ｈｒ浸漬して、金属成分の溶出量を比較した。その結果を、図３に示す。
図３からわかるように、実施例の研削砥石は、各元素ともに溶出量が小さいことが分かった。特にＮｉの溶出量が顕著に減少した。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏する。
（１）ダイヤモンド、ｃＢＮなどの超砥粒を台金に一層規則的に配列してろう付けにより砥粒を保持するとともに、チップポケットを規則的に形成した超砥粒研削砥石において、前記ろう材表面及び前記砥粒表面にロジウム、イリジウム、ルテニウム、白金のうち一種類以上の金属からなるコーティング層を設けたことにより、スラリー中の研磨材によるろう材の磨耗が抑制されるため、寿命が向上する。
【００２２】
（２）ろう材表面の潤滑性が高まるため、スラリーの流れと切粉の排出が向上する。これにより、切粉やスラリーの滞留によるマイクロスクラッチの発生を抑制できる。
【００２３】
（３）金属膜のＣＭＰにおいて、ろう材の金属成分の溶出が抑制され、ウェハ表面に金属汚染がなくなる。
【００２４】
（４）ろう材の金属成分の溶出が抑制されるため、砥粒の保持力が低下せず長期間の使用ができる。
【００２５】
（５）コーティング層を複数層にすることによって、コーティング層の耐酸性や潤滑性をより向上することができる。
【００２６】
（６）砥粒を砥粒の粒径の１/３以上突出させることによって、良好で安定したパッド削れレートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超砥粒研削砥石の構成を示すものであり、(ａ)は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】加工時間に対するパッド削れレート指数の推移を示す図である。
【図３】ペレットの金属溶出試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１台金
２砥粒
３ろう材
４コーティング層
５チップポケット
１０超砥粒研削砥石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a superabrasive grinding wheel using superabrasive grains such as diamond and cBN, and more particularly to a superabrasive grinding wheel that suppresses metal contamination in CMP (Chemical Mechanical Polishing) processing.
[0002]
[Prior art]
In metal wiring CMP processing, a grinding wheel in which diamond abrasive grains are fixed to a single layer by a brazing method is often used, and this grinding wheel is described in Patent Document 1, for example. According to this grinding wheel, when the CMP pad is conditioned, it is possible to obtain a stable processed surface state with high processing efficiency. However, the metal used for brazing and the metal component of the base metal may be eluted by the slurry, which may lead to metal contamination of the workpiece.
[0003]
As described above, metal components such as Cu, Ni, and Fe contained in the brazing material and the base metal are eluted by the strongly acidic slurry having a pH of 2 to 3, thereby affecting the silicon device as a contamination. Further, since minute irregularities are formed on the surface of the brazed part, the slurry tends to stay in the irregular part, resulting in a faster elution of the metal component.
[0004]
In order to prevent elution of the metal component, there is a resin coating in which abrasive grains are fixed by electrodeposition as in Patent Document 2. However, since the resin is worn during processing and the metal part is exposed immediately, it is not possible to expect a sufficient elution preventing effect.
[0005]
Further, as disclosed in Patent Document 3, there is a material whose surface is coated with CrN, TiN, SiC, TiAlN, DLC, or the like. However, in this grinding wheel, many pits are generated in the coating portion, and slurry enters from this portion, leading to metal elution. Moreover, when processing at high temperature like CVD etc., it is a big problem that an abrasive grain will receive a thermal damage and will crush.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-343436 A (paragraph numbers 0008 to 0017)
[Patent Document 2]
JP-A-11-77536 (paragraph numbers 0003 to 0014)
[Patent Document 3]
JP 2001-210613 A (paragraph numbers 0005 to 0021)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems. In a grinding wheel in which superabrasive grains are further arranged on a base metal and brazed, the surface of the brazing material is resistant to acid, wear, and lubricity. An object of the present invention is to prevent metal contamination of a wafer, which is a workpiece, by suppressing the elution of the metal used for brazing by coating a metal having a high thickness.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the superabrasive grinding wheel of the present invention is arranged in a regular manner by superabrasive grains such as diamond and cBN on a base metal, and holds the abrasive grains by brazing. In the superabrasive grinding wheel formed regularly, a coating layer made of at least one of rhodium, iridium, ruthenium and platinum is provided on the brazing material surface and the abrasive grain surface.
[0009]
Rhodium, iridium, ruthenium, and platinum coatings have extremely high acid resistance and do not elute by the slurry. Further, since the hardness is high, mechanical wear caused by the abrasive particles in the slurry can be suppressed. Furthermore, minute irregularities on the surface of the brazing material can be eliminated, and the lubricity of the chips can be improved.
Therefore, by providing the coating layer, elution of the brazing material can be prevented, mechanical wear can be suppressed, and the lubricity of the chips can be enhanced.
[0010]
The superabrasive grinding wheel of the present invention is characterized in that a plurality of the coating layers are provided.
By making a coating layer into multiple layers, the acid resistance and lubricity of a coating layer can be improved more.
[0011]
The superabrasive grinding wheel of the present invention is characterized in that the superabrasive grains protrude from the coating layer, and the protruding amount is 1/3 or more of the grain diameter of the abrasive grains.
By causing the abrasive grains to protrude more than 1/3 of the grain size of the abrasive grains, a good and stable pad scraping rate can be obtained.
When the protruding amount is smaller than 1/3 of the grain size of the abrasive grains, the scraping rate is reduced and the surface quality of the workpiece is lowered to reduce the polishing rate, which is not preferable.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments.
FIG. 1 shows the structure of the abrasive layer of the superabrasive grinding wheel of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a sectional view taken along the line AA.
In this superabrasive grinding wheel 10, abrasive grains 2 are arranged on a base metal 1, and the abrasive grains 2 are fixed to the base metal 1 by brazing using a brazing material 3. As the brazing material 3, a brazing material having a thickness of 1/3 to 1/2 times the grain size of the abrasive grains is used.
A coating layer 4 made of one or more kinds of metals of rhodium, iridium, ruthenium, and platinum is formed on a part of the surface of the brazing material 3 and the surface of the abrasive grain 2. The coating layer 4 may be formed as a single layer or a plurality of layers.
Between the adjacent abrasive grains 2, chip pockets 5 including a portion where the base material 1 is exposed with a width of 2/3 to 2.5 times the abrasive grain diameter are regularly formed. .
[0013]
The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a pad conditioner used in CMP processing. A stainless base metal having an outer diameter of 100 mm and a thickness of 5 mm is used as the base metal 1. Further, diamond abrasive grains having an average particle diameter of 180 μm are used as the abrasive grains 2.
[0014]
The superabrasive grinding wheel 10 of the present invention can be manufactured, for example, by the following manufacturing method.
An organic adhesive is applied onto the base metal 1 using a screen in which holes having a diameter of 0.2 mm are arranged in a staggered manner at intervals of 0.6 mm. The abrasive grains 2 are disposed on the organic adhesive. In this state, the abrasive grains 2 are arranged on the base metal 1 in a staggered manner at intervals of 0.6 mm. This is dried in a drying furnace at 120 ° C. for 1 hour, and the abrasive grains 2 are temporarily fixed to the base metal 1.
[0015]
Next, a mixture of the brazing filler metal 3 and the binder is applied to the bonding portion at a height of ½ of the grain size of the abrasive using an applicator (discharger) capable of three-dimensional movement. This is heated at 1000 ° C. for 1 hour in a non-oxidizing atmosphere, and the abrasive grains 2 are permanently fixed to the base 1.
Thereafter, one or more types of coating layers 4 of metals such as rhodium, iridium, ruthenium, and platinum are formed on the surfaces of the brazing material 3 and the abrasive grains 2 by electroless plating. As shown in FIG. 1B, the coating layer 4 can be provided on a portion where the base metal 1 is exposed.
[0016]
Table 1 shows the specifications of the superabrasive grinding wheel (Example) produced in this manner. Moreover, this grindstone, the abrasive grains, the arrangement pitch, and the brazing material were made the same, and the superabrasive grinding grindstone (Comparative Example 1) produced by the method described in Patent Document 1 was prepared by the method described in Patent Document 2. The specifications of the superabrasive grinding wheel (Comparative Example 2) are also shown in Table 1.
[0017]
[Table 1]

[0018]
Grinding tests were performed on the above-described Examples, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
Test conditions are shown below.
Machine used Pad conditioner Polishing pad IC1000
Dresser rotation speed 100 (min ^-1 )
Table rotation speed 100 (min ^-1 )
Load 45 (N)
Processing time 15 (Hr)
[0019]
The grinding test results are shown in FIG.
FIG. 2 illustrates the transition of the pad wear rate index with respect to the machining time.
As can be seen from FIG. 2, the grinding wheel of the example showed a small decrease in the pad scraping rate and a significant improvement in the service life even after the processing time had elapsed, compared with the grinding wheel of the comparative example.
Further, the grinding surface of the grinding wheel of the example had no pad chips or slurry adhered to the grinding surface of the comparative example, and the brazing material portion was not worn.
[0020]
Next, pellets were prepared using Examples and Comparative Examples 1 and 2 and immersed in a mixed solution of pH 2-3 slurry and hydrogen peroxide used for metal wiring CMP processing for 24 hours, and the amount of elution of metal components Compared. The result is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 3, it was found that the grinding wheel of the example had a small elution amount for each element. In particular, the amount of Ni elution was significantly reduced.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) A superabrasive grinding wheel in which superabrasive grains such as diamond and cBN are arranged more regularly on a base metal to hold the abrasive grains by brazing and chip pockets are regularly formed. By providing a coating layer made of one or more of rhodium, iridium, ruthenium, and platinum on the surface and the surface of the abrasive grain, the wear of the brazing material due to the abrasive in the slurry is suppressed, thus improving the service life. To do.
[0022]
(2) Since the lubricity of the brazing material surface is improved, the flow of slurry and the discharge of chips are improved. Thereby, generation | occurrence | production of the micro scratch by retention of a chip and a slurry can be suppressed.
[0023]
(3) In CMP of the metal film, elution of the metal component of the brazing material is suppressed and metal contamination on the wafer surface is eliminated.
[0024]
(4) Since elution of the metal component of the brazing material is suppressed, the holding power of the abrasive grains does not decrease and can be used for a long time.
[0025]
(5) By making a coating layer into multiple layers, the acid resistance and lubricity of a coating layer can be improved more.
[0026]
(6) A good and stable pad scraping rate can be obtained by making the abrasive grains protrude 1/3 or more of the grain size of the abrasive grains.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show the configuration of a superabrasive grinding wheel of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG.
FIG. 2 is a diagram showing transition of a pad scraping rate index with respect to processing time.
FIG. 3 is a diagram showing the results of a metal elution test of pellets.
[Explanation of symbols]
1 Base metal 2 Abrasive grain 3 Brazing material 4 Coating layer 5 Chip pocket 10 Super abrasive grinding wheel

Claims

In a superabrasive grinding wheel in which superabrasive grains such as diamond and cBN are arranged more regularly on a base metal to hold the abrasive grains by brazing, and chip pockets are regularly formed between adjacent abrasive grains . The brazing material surface and the abrasive grain surface are provided with a coating layer made of one or more metals of rhodium, iridium, ruthenium, and platinum, and the superabrasive grains are projected from the coating layer, and the protruding amount is determined by the abrasive grains. The chip pocket includes a portion where the base metal substrate is exposed between adjacent abrasive grains with a width 2/3 to 2.5 times the abrasive grain diameter. A superabrasive grinding wheel characterized by that.

The superabrasive grinding wheel according to claim 1, wherein a plurality of the coating layers are provided.