JP4318692B2 - 研磨砥石 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＭＰ研磨システムにおけるパッドの研磨に用いられる研磨砥石に関する。

樹脂、ゴム、ウレタン等の弾性体を研削する際には、目詰まりを起こしやすいため、砥粒の突き出し量が大きい砥石を用いることが有効である。ＣＭＰ研磨システムにおけるパッドの研磨においても同様であり、砥粒の突き出し量が大きいほど研削力が優れる。
また、ＣＭＰパッドの研磨においては、金属のコンタミネーションが大きな問題となる。現在使用されている研磨砥石は、金属ボディに砥粒を電着したものや、ろう材で固着した物が一般的である。

今後、デバイスの高集積化、薄膜化にともない、メタル配線されたもののＣＭＰシステムが主流となりつつあるが、その際、砥石に含まれる金属の溶出が問題となるため、金属コンタミフリーのパッド研摩砥石が求められている。

さらに、コンタミネーション防止を目的としたＣＭＰパッド研磨砥石として、セラミックボディにガラス質のボンドで砥粒を固着したものがあり、その一例が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されているＣＭＰパッド研磨砥石は、完全に金属コンタミフリーであるが、砥粒を固着するためのボンドがガラスまたはセラミック等のビトリファイドボンドであるため、砥粒の固着力が弱く、砥粒の脱落が生じスクラッチが発生しやすいという問題がある。

また、ＣＭＰ研摩用のパッドは弾力があり、加工圧によって研磨砥石の研削力は変動する。そのため、安定して研磨砥石の寿命を引き出すには、砥石の作用面がパッドに対して局部当りをせずに、均等に当たることが重要となる。
このことを目的とした技術の一例が、特許文献２に記載されている。これは、台金に高低差をつけて、砥粒の作用面を変えるようにしたものである。

特開２００１−２３９４６１号公報 特開２００３−３０５６４５号公報

しかし、特許文献２に記載のものでは、柱状ダイヤをろう材で固着し、さらに基台には金属が用いられているため、コンディショニング時の金属汚染という問題が発生する。また、基台自体に高低差を加工して砥粒をつけており、一度製作してしまうとその高低差を調整できないという問題が発生する。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、コンタミネーションを防止し、砥粒保持力に優れ、かつ被削材への局部当りがなく、当たりが均等となる研磨砥石を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の研磨砥石は、樹脂からなる円板状の基台に柱状ダイヤモンドが配置されてなる研磨砥石であって、基台の表面の中央部は平面であり、外周寄りの領域では、外周端に向かって基台の厚みが薄くなるように曲面が形成され、前記基台に設けられた差込穴に前記柱状ダイヤモンドを埋め込み、樹脂の弾性力によるかしめによって固着したことを特徴とする。

柱状ダイヤモンドを用いているため、砥粒の突き出し量を十分に確保することができ、研削性能と寿命が向上する。また、柱状ダイヤモンドを固定するための面積を大きくとることができるため、砥粒保持力が上がり、砥粒の脱落を防止することができる。特に、ＣＭＰ加工では、砥粒の脱落によるスクラッチの発生を防止することは大きな課題であり、スクラッチの発生を防止できる点で有利な効果を奏する。

基台は樹脂からなるため、金属からなる台金を用いてろう付けによって砥粒を固着したものと異なり、被削材に対して金属によるコンタミネーションを防止することができるとともに、樹脂からなる基台はしなやかな弾力性を有するため、加工圧によって基台が撓み、加工面の局所当たりを防止することができる。

また、基台の表面の中央部は平面であり、外周寄りの領域では、外周端に向かって基台の厚みが薄くなるように曲面が形成されていることにより、被削材への局部当りがなく、当たりが均等となる研磨砥石を実現することができる。

本発明においては、前記柱状ダイヤモンドの基台への埋没量が柱状ダイヤモンドの径の１．６倍以上であることが好ましい。
柱状ダイヤモンドの基台への埋没量が柱状ダイヤモンドの径の１．６倍未満であると、基台の弾性力だけでの固着が難しく柱状ダイヤモンドの保持ができないため、好ましくない。

本発明において、前記柱状ダイヤモンドに加工圧を加えることによって、基台からの柱状ダイヤモンドの突き出し量が変化可能とすれば、柱状ダイヤモンドの先端高さを自由に調整することができる。

本発明においては、前記樹脂は、シリコンゴム、ポリプロピレン、ナイロン、テフロン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂を主成分とした樹脂のいずれかであることが望ましい。
これらの樹脂は、金属の基台に比べ、弾性力があるために、その弾性力を利用し柱状ダイヤモンドを固定することができる。また、樹脂であるために金属コンタミネーションが全くない。そのため基台として用いるのに適する。

本発明によると、コンタミネーションを防止し、砥粒保持力に優れ、かつ被削材への局部当りがなく、当たりが均等となる研磨砥石を実現することができる。

以下に、本発明の研磨砥石をその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る研磨砥石を示す。図１（ａ）は研磨砥石の平面図であり、図１（ｂ）はその正面図である。図１において、研磨砥石１は、円板状の基台２に柱状ダイヤモンド３が配置されてなるものであり、基台２の表面の中央部は平面であり、外周寄りの領域では、外周端に向かって基台２の厚みが薄くなるように曲面が形成されている。

基台２は樹脂によって形成され、樹脂として、シリコンゴム、ポリプロピレン、ナイロン、テフロン（登録商標）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂を主成分とした樹脂を用いることができる。

図２に、柱状ダイヤモンド３を基台２に埋め込む工程を示す。図２（ａ）に示すように、基台２の外周側に設けられた柱状の差込穴４に対して、治具５を用いて柱状ダイヤモンド３を押圧する。図２（ｂ）は、押圧後の状況を示しており、治具５の接触面の形状に伴って、柱状ダイヤモンド３は差込穴４に埋め込まれ、基台２の外周側では、柱状ダイヤモンド３の先端部が曲面を描くようになっている。柱状ダイヤモンドの基台への埋没量は、柱状ダイヤモンドの径の１．６倍以上としている。
差込穴４への柱状ダイヤモンド３の埋め込みは、柱状ダイヤモンド３に内接する円の６０％〜９０％の径の穴を予め開けておき、樹脂の弾性力によるかしめによって固着する方法によって行う。また、埋め込みの際に温度を上げると、柱状ダイヤモンド３の固着を強固にすることができる。

図３に、柱状ダイヤモンド３の詳細を示す。柱状ダイヤモンド３の一例として、（１．１．０）面が０．３×０．３ｍｍ角であり、高さが１．５ｍｍのものを用いることができる。（１．１．０）面を研削面とするのが良く、これ以外の面を研削に用いると、柱状ダイヤモンドが劈開してスクラッチを起こしやすい。

この研磨砥石では、柱状ダイヤモンド３の基台２への固定を、ろう材や、メッキ、接着材等で固定せずに、樹脂ならなる基台２の弾性を利用して固定されている。その固定状態は、基台２の深さ方向への力が１０ｋｇｆ以下で、変位せずにしっかり固定されており、研削に使われる面を再度形成させる場合には、それ以上の力、すなわち１０ｋｇｆ以上の力を加えることで、柱状ダイヤモンド３は、基台２の深さ方向に変位することができる。そのため、基台からの柱状ダイヤモンドの突き出し量（あるいは基台への埋没量）を自由に変化させることができ、自由に柱状ダイヤモンドの高さ調整が可能となり、局部当りがなくなる。

図４に、パッドカットレートについての試験結果を示す。
従来のろう付け品はパッドカットレートが低く、また、従来の電着品は使用初期においてはパッドカットレートが高いが、時間の経過に伴って急速にパッドカットレートが低下する。これに対し、樹脂製の基台に、図３に示す形状の柱状ダイヤモンドを、突き出し量を０．３ｍｍに設定して埋め込んだものは、パッドカットレートが安定して持続する。また、樹脂製の基台に、柱状ダイヤモンドの突き出し量を０．５ｍｍに設定して埋め込んだものは、パッドカットレートがさらに高いレベルで持続する。

表１に、柱状ダイヤモンドの基台への埋没量を変えたときの、製造の可能性と、研削中の柱状ダイヤモンドの脱落の有無を示す。

柱状ダイヤモンドの基台への埋没量が０．４ｍｍ未満であると、基台の弾性力だけで柱状ダイヤモンドを固着することが難しく、研磨砥石を製造することができない。また、柱状ダイヤモンドの基台への埋没量が０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ未満のときは、研磨砥石を製造することはできるものの、柱状ダイヤモンドの保持が十分でないため、柱状ダイヤモンドの脱落が見られる。これに対し、柱状ダイヤモンドの基台への埋没量が０．５ｍｍ以上のときは、柱状ダイヤモンドの保持が十分であり、柱状ダイヤモンドの脱落が見られない。

本発明によると、コンタミネーションを防止し、砥粒保持力に優れ、かつ被削材への局部当りがなく、当たりが均等となる研磨砥石として利用することができる。

本発明の実施形態に係る研磨砥石を示す図である。 柱状ダイヤモンドを基台に埋め込む工程を示す図である。 柱状ダイヤモンドの詳細を示す図である。 本発明の研磨砥石の性能を実証する試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 研磨砥石
２ 基台
３ 柱状ダイヤモンド
４ 差込穴
５ 治具

Claims (4)

1. 樹脂からなる円板状の基台に柱状ダイヤモンドが配置されてなる研磨砥石であって、基台の表面の中央部は平面であり、外周寄りの領域では、外周端に向かって基台の厚みが薄くなるように曲面が形成され、前記基台に設けられた差込穴に前記柱状ダイヤモンドを埋め込み、樹脂の弾性力によるかしめによって固着したことを特徴とする研磨砥石。
2. 前記柱状ダイヤモンドの基台への埋没量が柱状ダイヤモンドの径の１．６倍以上であることを特徴とする請求項１記載の研磨砥石。
3. 前記柱状ダイヤモンドに加工圧を加えることによって、基台からの柱状ダイヤモンドの突き出し量が変化可能であることを特徴とする請求項１または２記載の研磨砥石。
4. 前記樹脂は、シリコンゴム、ポリプロピレン、ナイロン、テフロン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂を主成分とした樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の研磨砥石。

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