JP4661098B2 - 軟質材加工用切削工具 - Google Patents

Description

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。

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（ケミカルメカニカルポリッシュ）が一般的となっている。

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、研磨速度の低下や不均一研磨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。

このパッドを加工・調整するために用いられるパッドコンディショナーの一例として、特許文献１に開示されているように、基材の表面に、上方に突出する複数の凸部が形成されたものがある。
このようなパッドコンディショナーは、その基材の表面を、軸線回りに回転させられているパッドの表面に対して一定の荷重で押し当てることにより、この基材がパッドの回転運動にともなって回転運動を行い、パッドの表面に圧入されている凸部によってパッドの表面を切削して加工・調整していくものである。
特開平１０−４４０２３号公報（第９図）

ところで、例えば特許文献１の第９図に示されるようなパッドコンディショナーにおいては、パッドの表面を切削するための凸部の形状及び寸法が１種類のみであり、すべての凸部が同等の加工能力でパッドの表面を切削する。そのため、上記パッドコンディショナーを用いたパッド表面の加工・調整では、上記凸部による切削で新たに生じたパッド表面を加工・調整することができなくなっており、このようなパッドによってウエハ研磨を行った場合、研磨後のウエハに所望の面粗さ及び平坦度が得られず、製品としての歩留まりが低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、新たに生じるパッド表面までも確実に加工・調整して、効率的に精度良くパッド表面の加工・調整を行うことができる軟質材加工用切削工具を提供することを目的としている。

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、本発明の軟質材加工用切削工具は、基材の表面に、複数の主台座が上方に突出して形成されているとともに、これら主台座のそれぞれの上面における周辺領域すべてを除いた中央領域に、主切刃稜線を有する１つの主切刃凸部が上方に突出して形成されることにより、前記主台座と該主台座よりも外径の小さな前記主切刃凸部とが同軸に接続された複数の主二段突起が形成され、前記基材の表面に、複数の補助台座が上方に突出して形成されているとともに、これら補助台座のそれぞれの上面における周辺領域すべてを除いた中央領域に、前記主切刃稜線よりも低い高さの補助切刃稜線を有する１つの補助切刃凸部が上方に突出して形成されることにより、前記補助台座と該補助台座よりも外径の小さな前記補助切刃凸部とが同軸に接続された複数の補助二段突起が形成されていることを特徴とする。

本発明の軟質材加工用切削工具では、主切刃稜線を有する主切刃凸部によって、被削材としてのパッド表面の主たる切削を行うとともに、この主切刃稜線よりも低い高さの補助切刃稜線を有する補助切刃凸部によって、上記主切刃稜線による切削で生じた新たなパッド表面の切削を行うことができるようになっている。
したがって、主切刃稜線による主たる切削で生じた新たなパッド表面までも補助切刃稜線によって確実に加工・調整して、効率的に精度良くパッド表面の加工・調整を行うことができるため、このようなパッドによって研磨されるウエハに対して所望の面粗さ及び平坦度を付与して、製品としての歩留まりを向上させることができる。
また、本発明においては、前記基材の表面に、主台座が上方に突出して形成されているとともにこの主台座の上面に前記主切刃凸部が上方に突出して形成され、前記基材の表面に、補助台座が上方に突出して形成されているとともにこの補助台座の上面に前記補助切刃凸部が上方に突出して形成されている。
このような構成であるため、被削材としてのパッドの表面に対して、主切刃凸部や補助切刃凸部が接地して圧入したときに、主切刃凸部や補助切刃凸部の圧入によって生じた凹部状の変形領域の周囲を押さえつけて拘束することになるので、これら主切刃凸部及び補助切刃凸部の圧入によってパッド表面に生じた凹部状の変形領域の周囲すべてを、主台座の上面における周縁領域及び補助台座の上面における周縁領域によって押さえつけて拘束することができるので、主切刃凸部の主切刃稜線や補助切刃凸部の補助切刃稜線をパッド表面に対して効率的に作用させることができる。

ここで、上記主切刃稜線よりも低い高さの補助切刃稜線を、新たに生じたパッド表面に対して確実に切刃として作用させるためには、前記主切刃稜線の高さが、０．２０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲に設定され、前記補助切刃稜線の高さの前記主切刃稜線の高さに対する割合が、６０％〜９５％の範囲に設定されていることが好ましい。
さらに、上記補助切刃稜線による新たに生じたパッド表面の加工・調整作用を十分に得るためには、前記主切刃凸部の個数の前記補助切刃凸部の個数に対する割合が、０．１２５〜１．０の範囲に設定されていることが好ましい。

また、本発明においては、少なくとも前記主切刃稜線部分が、例えばビッカース硬さ１３ＧＰａ以上の硬さを有する耐摩耗性材料で構成されていることが好ましく、このような構成とすると、主切刃稜線に対して耐摩耗性を与えることができるので、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加工能力を維持することができる。

ここで、少なくとも主切刃稜線部分を耐摩耗性材料で構成するために、例えば、少なくとも前記主切刃稜線部分が、気相合成ダイヤモンドでコーティングされているようにしてもよい。
このとき、気相合成ダイヤモンドのコーティング層の層厚は、０．５μｍ〜５０μｍの範囲に設定されていることが好ましく、この層厚が０．５μｍより小さくなると、主切刃稜線に与えられる耐摩耗性が十分ではなく、寿命が低下してしまうおそれがあり、一方、コーティング層の層厚が５０μｍより大きくなると、コーティング層と下地との熱膨張係数差によりクラックが生じやすくなって脆くなるおそれがある。
さらに、このとき、気相合成ダイヤモンドのコーティング層は、主切刃稜線部分だけに形成されているのでもよいが、主切刃凸部や補助切刃凸部を含むように基材の表面の全面に亘って形成されていることが好ましく、このような構成とした場合には、たとえ溶出による汚染のおそれがある材料から基材を構成したとしても、この基材の表面の全面がコーティングされていることによって、溶出による汚染を防止することができ、しかも、主切刃凸部や補助切刃凸部の強度をより向上させることが可能となる。

ここで、少なくとも主切刃稜線部分を耐摩耗性材料で構成するため、例えば、少なくとも前記主切刃稜線部分が、セラミックスで構成されているようにしてもよい。
このとき、上記のセラミックスは、主切刃稜線部分だけを構成しているのでもよいが、主切刃凸部や補助切刃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、主切刃凸部や補助切刃凸部の強度をより向上させることが可能となる。

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は本発明の第１実施形態による軟質材加工用工具の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
本第１実施形態による軟質材加工用切削工具の基材１０は、軸線Ｏを中心として、軸線Ｏ回りに回転（回転方向Ｔ）される略円板状をなすものである。

基材１０の表面１１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１つの主台座２０が形成されており、本第１実施形態では、上方に向けて突出する複数の主台座２０が、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成されている。
これら複数の主台座２０は、それぞれ同一形状の略正四角柱状を呈しており、略正四角形面状をなす上面２１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、基材１０の表面１１からの高さＨ１が例えば０．２５ｍｍに設定されている。

また、複数の主台座２０のそれぞれの上面２１（平坦面）において、その周縁領域（主台座２０における上面２１と周面（側面）とが交差してできる略正四角形状の交差稜線２２を含むような周縁領域）のうちの少なくとも回転方向Ｔ前方側（略円板状をなす基材１０の軸線Ｏから径方向外周側へ向かって延びる直線よりも前方側）及び後方側（略円板状をなす基材１０の軸線Ｏから径方向外周側へ向かって延びる直線よりも後方側）の領域を除いた領域に、上方に突出する少なくとも１つの主切刃凸部２３が形成されており、本第１実施形態では、複数の主台座２０のそれぞれの上面２１において、その周縁領域のうちの回転方向Ｔ前方側及び後方側だけでなく、周縁領域のうちの（基材１０の）径方向内周側及び外周側の領域などを含む周縁領域すべてを除いた中央領域に、上方に突出する１つの主切刃凸部２３が形成されている。
なお、これら複数の主切刃凸部２３も、主台座２０と同様にそれぞれ同一形状の略正四角柱状を呈しているため、略正四角形面状をなす主台座２０の上面２１は、実際には、その周縁領域のみから構成された略正四角リング面状をなしている。

このように、１つの主台座２０のそれぞれに対して、その上面２１の中央領域に１つの主切刃凸部２３が上方に突出して形成されているため、これら主台座２０及び主切刃凸部２３は、外径の大きな略正四角柱状をなす主台座２０と外径の小さな略正四角柱状をなす主切刃凸部２３とが同軸に接続されたような二段突起となっており、基材１０の表面１１には、複数の主台座２０と同じ数だけ、複数の主切刃凸部２３が存在することになる。
また、主切刃凸部２３の略正四角形面状をなす上面２４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、基材１０の表面１１からの高さＨが０．２０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲に設定されており、本第１実施形態では、主切刃凸部２３の上面２４の高さＨが例えば０．３０ｍｍに設定されている（主台座２０の上面２１からの高さＨ２が例えば０．０５ｍｍに設定されている）。

さらに、主切刃凸部２３における上面２４（平坦面）と周面（側面）とが交差してできる略正四角形状の交差稜線が、この主切刃凸部２３の有する主切刃稜線２５となっている。
つまり、この主切刃凸部２３の主切刃稜線２５の高さＨが０．２０ｍｍ〜０５０ｍｍの範囲に設定されているのであり、本第１実施形態では、主切刃凸部２３の主切刃稜線２５の高さＨが例えば０．３０ｍｍに設定されている（主台座２０の上面２１からの高さＨ２が例えば０．０５ｍｍに設定されている）。

同じく、基材１０の表面１１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１つの補助台座３０が形成されており、本第１実施形態では、上方に向けて突出する複数の補助台座３０が、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するとともに、上記複数の主台座２０のそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されている。
これら複数の補助台座３０は、それぞれ同一形状の略正四角柱状を呈しており、略正四角形面状をなす上面３１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、基材１０の表面１１からの高さｈ１が例えば０．２０ｍｍに設定されている。

また、複数の補助台座３０のそれぞれの上面３１（平坦面）において、その周縁領域（補助台座３０における上面３１と周面（側面）とが交差してできる略正四角形状の交差稜線３２を含むような周縁領域）のうちの少なくとも回転方向Ｔ前方側（略円板状をなす基材１０の軸線Ｏから径方向外周側へ向かって延びる直線よりも前方側）及び後方側（略円板状をなす基材１０の軸線Ｏから径方向外周側へ向かって延びる直線よりも後方側）の領域を除いた領域に、上方に突出する少なくとも１つの補助切刃凸部３３が形成されており、本第１実施形態では、複数の補助台座３０のそれぞれの上面３１において、その周縁領域のうちの回転方向Ｔ前方側及び後方側だけでなく、周縁領域のうちの（基材１０の）径方向内周側及び外周側の領域などを含む周縁領域すべてを除いた中央領域に、上方に突出する１つの補助切刃凸部３３が形成されている。
なお、これら複数の補助切刃凸部３３も、補助台座３０と同様にそれぞれ同一形状の略正四角柱状を呈しているため、略正四角形面状をなす補助台座３０の上面３１は、実際には、その周縁領域のみから構成された略正四角リング面状をなしている。

このように、１つの補助台座３０のそれぞれに対して、その上面３１の中央領域に１つの補助切刃凸部３３が上方に突出して形成されているため、これら補助台座３０及び補助切刃凸部３３は、外径の大きな略正四角柱状をなす補助台座３０と外径の小さな略正四角柱状をなす補助切刃凸部３３とが同軸に接続されたような二段突起となっており、基材１０の表面１１には、複数の補助台座３０と同じ数だけ、複数の補助切刃凸部３３が存在することになる。
また、補助切刃凸部３３の略正四角形面状をなす上面３４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、基材１０の表面１１からの高さｈが主切刃凸部２３の上面２４の高さＨ（基材１０の表面１１からの高さＨ）に対して６０％〜９５％の範囲に設定されており、本第１実施形態では、補助切刃凸部３３の上面３４の高さｈが例えば０．２５ｍｍに設定されている（補助台座３０の上面３１からの高さｈ２が例えば０．０５ｍｍに設定されている）。

さらに、補助切刃凸部３３における上面３４（平坦面）と周面（側面）とが交差してできる略正四角形状の交差稜線が、この補助切刃凸部３３の有する補助切刃稜線３５となっている。
つまり、この補助切刃凸部３３の補助切刃稜線３５の高さｈが主切刃凸部２３の主切刃稜線２５の高さＨに対して６０％〜９５％の範囲に設定されているのであり、本第１実施形態では、補助切刃凸部３３の補助切刃稜線３５の高さｈが例えば０．２５ｍｍ（＝主切刃凸部２３の主切刃稜線２５の高さＨに対して８０％）に設定されている（補助台座３０の上面３１からの高さｈ２が例えば０．０５ｍｍに設定されている）。

ここで、主切刃凸部２３の個数の補助切刃凸部３３の個数に対する割合は０．１２５〜１．０の範囲に設定されており、本第１実施形態においては、上述したように補助台座３０及び補助切刃凸部３３からなる複数の補助二段突起のそれぞれが主台座２０及び主切刃凸部２３からなる複数の主二段突起のそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されているため、主切刃凸部２３の個数の補助切刃凸部３３の個数に対する割合が１．０に設定されている。

このような複数の主台座２０及び複数の主切刃凸部２３と複数の補助台座３０及び複数の補助切刃凸部３３とが表面１１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て切削加工等を施すことによって製造され、基材１０の表面１１に、この表面１１と一体となった複数の主台座２０及び複数の主切刃凸部２３と複数の補助台座３０及び複数の補助切刃凸部３３とが形成されるのである。

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少なくとも主切刃凸部２３における主切刃稜線２５部分が、気相合成ダイヤモンド１２によって、０．５〜５０μｍの層厚ｔでコーティングされており、本第１実施形態においては、複数の主切刃凸部２３及び複数の主台座２０と複数の補助切刃凸部３３及び複数の補助台座３０とを含む基材１０の表面１１の全面が、気相合成ダイヤモンド１２でコーティングされ、そのコーティング層の層厚ｔは、例えば１０μｍとされている。
これにより、少なくとも主切刃凸部２３における主切刃稜線２５部分が、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ることとなる。

このような気相合成ダイヤモンド１２のコーティング層は、上記のような複数の主台座２０及び複数の主切刃凸部２３と複数の補助台座３０及び複数の補助切刃凸部３３とを有する基材１０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などの既存の方法を用いることにより、複数の主台座２０及び複数の主切刃凸部２３と複数の補助台座３０及び複数の補助切刃凸部３３とを含む表面１１の全面に亘って形成される。

ここで、基材１０を構成する材料に関しては、気相合成ダイヤモンド１２によるコーティングのしやすさ、主台座２０及び主切刃凸部２３や補助台座３０及び補助切刃凸部３３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、以下に示すようなものが挙げられる。
（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種との複合体よりなる超硬合金。
（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のいずれか１種、
または、これらの複合体。

上記のような構成とされた軟質材加工用切削工具は、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、軸線回りに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などからなるパッドの表面に対して一定の荷重で押し当てることにより、基材１０がパッドの回転運動にともなって軸線Ｏ回りの回転運動（回転方向Ｔ）を行う。

これにより、パッド表面に接地して圧入している複数の主切刃凸部２３に形成された主切刃稜線２５で、被削材としてのパッド表面を切削する（実際には、主切刃稜線２５をコーティングしている気相合成ダイヤモンド１２が、パッド表面を切削することになる）とともに、同じくパッド表面に接地して圧入している複数の補助切刃凸部３３に形成された補助切刃凸部３５が、被削材としてのパッド表面を切削する（実際には、補助切刃稜線３５をコーティングしている気相合成ダイヤモンド１２が、パッド表面を切削することになる）。
なお、主切刃稜線２５及び補助切刃稜線３５にて生成される切屑は、主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３同士の間に位置する隙間や主台座２０及び補助台座３０同士の間に位置する隙間などを介して排出される。

このとき、本第１実施形態では、主切刃稜線２５を有する主切刃凸部２３によって、パッド表面の主たる切削を行うとともに、この主切刃稜線２５よりも低い高さの補助切刃稜線３５を有する補助切刃凸部３３によって、主切刃稜線２５による切削で生じた新たなパッド表面の切削を行うようになっている。
そのため、主切刃稜線２５による主たる切削で生じたパッド表面までも補助切刃稜線３５によって確実に加工・調整して、効率的に精度良くパッド表面の加工・調整を行うことができることになり、このようなパッドによって研磨された後のウエハに対して所望の面粗さ及び平坦度を付与して、製品としての歩留まりを向上させることができる。

なお、本第１実施形態では、新たに生じたパッド表面を切削するための複数の補助切刃稜線３５の高さｈがすべて同一の１種類となっているが、これに限定されることはなく、複数の補助切刃稜線３５の高さｈが複数種類となっていてもよい（後述する高さｈの範囲を満たしていることが好ましい）。
しかしながら、あまり数多くの種類の高さｈの補助切刃稜線３５が存在していたとしても、それによって得られる上述の効果が必ず向上するわけではないため、補助切刃稜線３５の高さｈは例えば１種類〜２種類程度にしておくのが適当である。

また、主切刃稜線２５の高さＨが０．２０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲に設定されているとともに、補助切刃稜線３５の高さｈの主切刃稜線２５の高さＨに対する割合が６０％〜９５％の範囲に設定されているため、主切刃稜線２５の切刃としての作用を維持しつつ、この主切刃稜線２５よりも低い高さの補助切刃稜線３５を、主切刃稜線２５による切削で新たに生じたパッド表面に対して確実に切刃として作用させることができている。

ここで、主切刃稜線２５の高さＨが０．２０ｍｍよりも小さくなったり、補助切刃稜線３５の高さｈの主切刃稜線２５の高さＨに対する割合が６０％よりも小さくなったりすると、主切刃凸部２３や補助切刃凸部３３のパッド表面への十分な圧入深さが得られなくなって、主切刃稜線２５や補助切刃稜線３５の切刃としての作用が損なわれてしまうおそれがある。
一方、主切刃稜線２５の高さＨが０．５０ｍｍよりも大きくなると、この主切刃稜線２５の強度が損なわれてしまうおそれがあり、また、補助切刃稜線３５の高さｈが主切刃稜線２５の高さＨに対する割合が９５％よりも大きくなると、主切刃稜線２５による切削で新たに生じたパッド表面を補助切刃稜線３５によって加工・調整することができなくなってしまうおそれがある。
なお、主切刃稜線２５の高さＨは０．２５ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲に設定されていることがより好ましく、補助切刃稜線３５の高さｈの主切刃稜線２５の高さＨに対する割合は７５％〜９５％の範囲に設定されていることがより好ましい。

また、主切刃凸部２３の個数の補助切刃凸部３３の個数に対する割合が０．１２５〜１．０の範囲に設定されているため、補助切刃稜線３５による新たに生じたパッド表面の加工・調整作用を十分に得ることができている。
ここで、この個数割合が０．１２５よりも小さくなると、補助切刃凸部３３の個数が必要以上に多くなりすぎるおそれがあり、逆に、この個数割合が１．０よりも大きくなると、補助切刃凸部３３の個数が少なくなりすぎて、新たに生じたパッド表面の加工・調整を十分に行うことができなくなってしまうおそれがある。
なお、主切刃凸部２３の個数の補助切刃凸部３３の個数に対する割合は０．２〜１．０の範囲に設定されていることがより好ましい。

また、本第１実施形態では、主切刃凸部２３が主台座２０の上面２１から突出形成されているとともに、主台座２０が基材１０の表面１１から突出形成されていて、これら主切刃凸部２３及び主台座２０が二段突起となっている。さらに、本第１実施形態では、補助切刃凸部３３が補助台座３０の上面３１から突出形成されているとともに、補助台座３０が基材１０の表面１１から突出形成されていて、これら補助切刃凸部３３及び補助台座３０も二段突起となっている。
そのため、パッドの表面に対して主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３が接地して圧入したときには、これら主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３の圧入によってパッド表面に生じた凹部状の変形領域の周囲すべてを、主台座２０の上面２１における周縁領域及び補助台座３０の上面３１における周縁領域によって押さえつけて拘束することができるので、主切刃凸部２３の主切刃稜線２５及び補助切刃凸部３３の補助切刃稜線３５をパッド表面に対して効率的に作用させることが可能となっている。

さらに、主切刃凸部２３における主切刃稜線２５部分と補助切刃凸部３３における補助切刃稜線３５部分とを含んで、基材１０の表面１１の全面が、気相合成ダイヤモンド１２によって、その層厚ｔが０．５μｍ〜５０μｍの範囲となるようにコーティングされていることから、これら主切刃稜線２５及び補助切刃稜線３５に対して、十分な耐摩耗性を与えることができる。これにより、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加工能力を維持していくことが可能となり、かつ、主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３の強度をより向上させることができる。
ここで、この層厚ｔが、０．５μｍより小さくなると、主切刃稜線２５及び補助切刃稜線３５に与えられる耐摩耗性が十分ではなくなり、一方、層厚ｔが、５０μｍより大きくなると、コーティング層と下地との熱膨張係数差によりクラックが生じやすくなって脆くなるおそれがある。
なお、この層厚ｔは、５μｍ〜３０μｍの範囲に設定されていることがより好ましい。

また、例えば、半導体ウエハのＣＭＰ研磨中において、これと同時に、半導体ウエハ研磨用のパッド表面を加工、調整するような場合には、軟質材加工用工具の基材１０を構成する材料が溶出することで、半導体ウエハの汚染につながるおそれがあるため、この基材１０には、上述した基材１０を構成する材料（１）〜（３）のうち、（１），（３）のような、溶出による汚染のおそれが比較的少ない材料を用いることが多い。
しかしながら、本第１実施形態による軟質材加工用工具では、その基材１０の表面１１の全面に亘って、気相合成ダイヤモンド１２のコーティング層が形成されていることから、たとえ、（２）のような、溶出による汚染のおそれがある材料を用いて基材１０を構成したとしても、そのような汚染の心配が生じることがない。

なお、本第１実施形態においては、少なくとも主切刃凸部２３における主切刃稜線２５部分を気相合成ダイヤモンド１２でコーティングすることによって、少なくとも主切刃稜線２５部分が、ビッカース硬さ１３ＧＰａ以上の硬さを有する材料で構成されるようになっているが、これに限定されることはない。例えば、少なくとも主切刃凸部２３における主切刃稜線２５部分をセラミックスで構成する（好ましくは、複数の主切刃凸部２３と複数の補助切刃凸部３３とが形成された基材１０の表面１１の全面を含んだ基材１０全体をセラミックスで構成する）ことによって、少なくとも主切刃稜線２５部分が、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るようになっていてもよい。
このような場合であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。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、主台座２０及び主切刃凸部２３や補助台座３０及び補助切刃凸部３３の形成しやすさ、実用に耐えるための機械的特性、寿命（耐摩耗性）や化学的安定性等の観点から、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＮやアルミナなどが挙げられる。

また、本第１実施形態では、基材１０の表面１１における中央領域を除いた径方向外周側の周縁領域に、それぞれ主台座２０及び主切刃凸部２３からなる複数の二段突起（以下、主二段突起２３Ａとする）が、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、それぞれ補助台座３０及び補助切刃凸部３３からなる複数の二段突起（以下、補助二段突起３３Ａとする）が、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するとともに、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されているが、このような主二段突起２３Ａ及び補助二段突起３３Ａの配置だけに限定されることはない。
例えば、具体例として、以下に示す本発明の第２〜第１１実施形態のようなものであってもよい（上述した第１実施形態と同様の部分については説明を省略する）。

図３に示す本発明の第２実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａ（分かりやすくするために図面上では○印で示している。以下の実施形態でも同様。）が、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａ（分かりやすくするために図面上では□印で示している。以下の実施形態でも同様。）が、周方向で略等間隔に配置された２列を構成するとともに、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されている。

図４に示す本発明の第３実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａと複数の補助二段突起３３Ａとが、周方向で略等間隔かつ交互に配置された２列を構成するように形成されている。
図５に示す本発明の第４実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａと複数の補助二段突起３３Ａとが、周方向で略等間隔かつ交互に配置された３列を構成するように形成されている。

図６に示す本発明の第５実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａが、周方向で略等間隔に配置された２列を構成するとともに、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側及び外周側の位置から周方向にずれて位置するように形成されている。
図７に示す本発明の第６実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａが、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれの周囲を例えば６つずつで囲むように形成されている。

図８に示す本発明の第７実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａが、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するとともに、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ｂ（補助二段突起３３Ａの補助切刃稜線３５よりも低い高さｈの補助切刃稜線３５を有する補助切刃凸部３３及び補助台座３０からなる二段突起。分かりやすくするために図面上では△印で示している。以下の実施形態でも同様）が、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するとともに、上記複数の補助二段突起３３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されている。

図９に示す本発明の第８実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａと複数の補助二段突起３３Ｂとが、周方向で略等間隔かつ交互に配列された１列を構成するとともに、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されている。
図１０に示す本発明の第９実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、周方向で略等間隔に配置された１列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａと複数の補助二段突起３３Ｂとが、周方向で略等間隔かつ交互に配列された２列を構成するとともに、上記複数の主二段突起２３Ａのそれぞれに対応する径方向内周側に位置するように形成されている。

図１１に示す本発明の第１０実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、所定の一方向に配列された複数列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａが、上記一方向に配列された複数列を構成するように形成されていて、さらに、これら主二段突起２３Ａがなす複数列と補助二段突起３３Ａがなす複数列とが交互に配置されている。
図１２に示す本発明の第１１実施形態では、基材１０の表面１１における周縁領域に、複数の主二段突起２３Ａが、所定の一方向に配列された複数列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ａが、上記一方向に配列された複数列を構成するように形成され、かつ、複数の補助二段突起３３Ｂが、上記一方向に配列された複数列を構成するように形成されていて、さらに、これら主二段突起２３Ａがなす複数列と補助二段突起３３Ａがなす複数列と補助二段突起３３Ｂがなす複数列とが交互に配置されている。

以上説明したような第２〜第１１実施形態であっても、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。つまり、基材１０の表面１１に、主切刃稜線２５を有する切刃凸部２３と、この主切刃凸部２３の主切刃稜線２５よりも低い高さｈの補助切刃稜線３５を有する補助切刃凸部３５とが形成されていれば、たとえランダムに主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３が配置されていた場合でも、上述した第１実施形態と同様の効果を何の遜色もなく奏することができるのである。

なお、各実施形態においては、主台座２０の上面２１及び主切刃凸部２３の上面２４や補助台座３０の上面３１及び補助切刃凸部３３の上面３４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、主台座２０の上面２１及び主切刃凸部２３の上面２４や補助台座３０の上面３１及び補助切刃凸部３３の上面３４には平坦面が存在してさえいればよい。例えば、主台座２０の上面２１及び主切刃凸部２３の上面２４や補助台座３０の上面３１及び補助切刃凸部３３の上面３４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（主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３については、それらの上面２４及び上面３４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）。
また、各実施形態においては、主台座２０の上面２１及び主切刃凸部２３の上面２４や補助台座３０の上面３１及び補助切刃凸部３３の上面３４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、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。

また、各実施形態では、正四角柱状の主台座２０及び正四角柱状の主切刃凸部２３と同じく正四角柱状の補助台座３０及び正四角柱状の補助切刃凸部３３とを基板１０の表面１１に形成しているが、これに限定されることはなく、例えば主台座２０及び主切刃凸部２３や補助台座３０及び補助切刃凸部３３に対して多角柱状あるいは円柱状の形状を適用しても構わない。
さらに、各実施形態では、主切刃凸部２３及び主台座２０からなる二段突起や補助切刃凸部３３及び補助台座３０からなる二段突起が、基材１０の表面１１から突出形成されているが、これに限定されることはなく、例えば主切刃凸部２３及び補助切刃凸部３３のうちの少なくとも一方が、直接、基材１０の表面１１から突出形成されていても構わない。

加えて、各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。

以下、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。
〈試験１〉
試験工具として、基材１０の表面１１に主二段突起（主切刃凸部２３及び主台座２０）が１２０個形成され、表面１１の全面が気相合成ダイヤモンド１２でコーティングされた軟質材加工用切削工具（比較例）と、基材１０の表面１１に主二段突起と補助二段突起（補助切刃凸部３３及び補助台座３０）あるいは補助一段突起（補助切刃凸部３３）とがそれぞれ１２０個ずつ形成され、表面１１の全面が気相合成ダイヤモンド１２でコーティングされた軟質材加工用切削工具（実施例１〜５）とを用意した。
比較例及び実施例に共通して、略円板状をなす基材１０の直径を４インチとし、主二段突起、補助二段突起、補助一段突起の形状及び寸法（単位ｍｍ）を以下の表１に示すようにした。

これらの軟質材加工用切削工具を用いてパッド（ＩＣ１０００）を加工・調整した後、加工・調整されたパッドによって、研磨スラリー：ＳＳ１２、研磨荷重：４ｋｇｆで、ウエハ（酸化膜付きＳｉ）を研磨した。そして、ウエハの研磨レート、１．００μｍ以下の欠陥数（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳＰ１によって検出）、膜厚分布を比較した。その結果を以下の表２に示す。

表２に示されるように、まず研磨レートについては、実施例１〜５で比較例に対する研磨レートの低下が生じており、とくに補助切刃稜線３５の高さｈが主切刃稜線２５の高さＨの６０％〜９５％の範囲に設定された実施例１，３，４で実施例２，５よりも研磨レートの低下が若干大きく生じている。これは、実施例１〜５で補助切刃稜線３５がパッド表面に有効に作用し（実施例１，３，４でとくに有効に作用し）、主切刃稜線２５による加工で生じたパッド表面の荒れが調整されたことによるレート低下であるが、実用上、支障のない範囲である。
次に、１．００μｍ以下の欠陥数については、実施例１〜５で検出された欠陥数が比較例よりも減少しており、とくに実施例１，３，４では欠陥数が比較例の１／２程度まで大幅に減少している。これは、補助切刃稜線３５による作用でパッド屑、研磨屑やスラリー残渣が除去されたこと、またパッド表面の平滑性が向上することによりパッド表面に残留するそれら加工屑が減少すること、等に起因した効果である。
次に、膜厚分布についても、欠陥数の傾向と同様に、実施例１〜５で効果が見られ、とくに実施例１，３，４で優れた効果が見られた。これは、補助切刃稜線３５によるパッド表面の調整でこのパッド表面の平坦性が改善されたことに起因した効果である。
以上の結果から、本発明の一例である実施例１〜５（とくに補助切刃稜線３５の高さｈが主切刃稜線２５の高さＨの６０％〜９５％の範囲に設定された実施例１，３，４）において、補助切刃稜線３５によるパッド表面の調整効果で研磨レートの低下が生じるが実用上問題なく、研磨屑、スラリー残渣の除去とパッド表面の平滑性向上による欠陥の抑制、パッド表面の平坦性の改善による膜厚分布の抑制などの効果を得ることができるのが分かる。

〈試験２〉
試験工具として、基材１０の表面１１に主二段突起が１２０個形成され、表面１１の全面が気相合成ダイヤモンド１２でコーティングされた軟質材加工用切削工具（比較例）と、基材１０の表面１１に主二段突起と少なくとも１種類の高さｈの補助切刃稜線３５を有する補助二段突起あるいは補助一段突起とがそれぞれ１２０個ずつ形成され、表面１１の全面が気相合成ダイヤモンド１２でコーティングされた軟質材加工用切削工具（実施例１〜８）とを用意した。
比較例及び実施例に共通して、略円板状をなす基材１０の直径を４インチとし、主二段突起、補助二段突起、補助一段突起の形状及び寸法（単位ｍｍ）を以下の表３に示すようにした。

これらの軟質材加工用切削工具を用いてパッド（ＩＣ１０００）を加工・調整した後、加工・調整されたパッドによって、研磨スラリー：ＳＳ１２、研磨荷重：４ｋｇｆで、ウエハ（酸化膜付きＳｉ）を研磨した。そして、ウエハの外周部分及び中心部分での研磨レート比を比較した。その結果を以下の表４に示す。

表４に示されるように、補助切刃稜線３５を有する実施例１〜８で加工・調整した後のパッド表面の平坦度が増していたために、ウエハの外周部分でのダレが改善されて、このウエハの研磨レート比を向上することができていたのが分かる。なお、実施例２と実施例３との比較、実施例４と実施例５との比較、実施例７と実施例８との比較で分かるように、２種類の高さｈの補助切刃稜線３５を有する場合と、３種類の高さｈの補助切刃稜線３５を有する場合とでは、研磨レート比を向上する効果の違いは見られない。

本発明の第１実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第３実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第４実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第５実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第６実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第７実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第８実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第９実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第１０実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。 本発明の第１１実施形態による軟質材加工用工具の平面図である。

符号の説明

１０ 基材
１１ 基材の表面
２０ 主台座
２３ 主切刃凸部
２５ 主切刃稜線
３０ 補助台座
３３ 補助切刃凸部
３５ 補助切刃稜線

Claims (9)

1. 基材の表面に、複数の主台座が上方に突出して形成されているとともに、これら主台座のそれぞれの上面における周辺領域すべてを除いた中央領域に、主切刃稜線を有する１つの主切刃凸部が上方に突出して形成されることにより、前記主台座と該主台座よりも外径の小さな前記主切刃凸部とが同軸に接続された複数の主二段突起が形成され、
   前記基材の表面に、複数の補助台座が上方に突出して形成されているとともに、これら補助台座のそれぞれの上面における周辺領域すべてを除いた中央領域に、前記主切刃稜線よりも低い高さの補助切刃稜線を有する１つの補助切刃凸部が上方に突出して形成されることにより、前記補助台座と該補助台座よりも外径の小さな前記補助切刃凸部とが同軸に接続された複数の補助二段突起が形成されていることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
2. 請求項１に記載の軟質材加工用切削工具であって、
   前記主切刃稜線の高さが、０．２０ｍｍ〜０．５０ｍｍ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切削工具。
3. 請求項１または請求項２に記載の軟質材加工用切削工具であって、
   前記補助切刃稜線の高さの前記主切刃稜線の高さに対する割合が、６０％〜９５％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切削工具。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の軟質材加工用切削工具であって、
   前記主切刃凸部の個数の前記補助切刃凸部の個数に対する割合が、０．１２５〜１．０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切削工具。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の軟質材加工用切削工具であって、
   少なくとも前記主切刃稜線部分が、耐摩耗性材料で構成されていることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
6. 請求項５に記載の軟質材加工用切削工具であって、
   少なくとも前記主切刃稜線部分が、気相合成ダイヤモンドでコーティングされていることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
7. 請求項６に記載の軟質材加工用切削工具であって、
   前記基材の表面の全面が、前記気相合成ダイヤモンドでコーティングされていることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
8. 請求項５に記載の軟質材加工用切削工具であって、
   少なくとも前記主切刃稜線部分が、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切削工具。
9. 請求項８に記載の軟質材加工用切削工具であって、
   前記基材の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切削工具。

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