WO2007023949A1

WO2007023949A1 - 焼結体研磨部を持つ工具およびその製造方法

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Publication number: WO2007023949A1
Application number: PCT/JP2006/316737
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Ishizuka
Original assignee: Hiroshi Ishizuka
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-03-01
Also published as: TWI406736B; KR101293461B1; EP1944125A4; IL189314A; TW200714416A; IL189314A0; EP1944125A1; RU2008110905A; BRPI0615020A2; CA2620407A1; AU2006282293A1; JPWO2007023949A1; AU2006282293B2; CN101693353A; CN101247923B; RU2430827C2; EP1944125B1; JP5033630B2; KR20080037693A; US20090215366A1

Description

明細書

焼結体研磨部を持つ工具およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、焼結体研磨部を持つ工具およびその製造方法に関する。とくに本発明は、主に硬質ウレタンで構成された化学的機械的研磨 (chemic - mechanical polishin g:CMPと略す)パッド用や、各種半導体材料を高平面度かつ高能率で加工可能な研磨工具およびその効果的な製造方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、超 LSIデバイスにおける配線の多層化が進むにつれて、層間絶縁膜ゃシリコン等金属膜ウェハの平坦ィ匕に CMPが用いられてきて!/、る。そして CMPで用いられる研磨パッド (一般に硬質発泡ポリウレタン製)の高い平坦ィ匕およびウェハ研磨速度を維持するためには、該研磨パッドの表面を常時または間欠的にコンディショニングする必要がある。

[0003] 従来、この研磨パッドのコンディショニングの際、ダイヤモンド砲粒を電着により基板に固着した工具が使用されて、る。このような電着タイプのコンディショユング用のェ具の例として、円板形基台の円形表面の中央に、砲粒を配置しない中空領域を、その外側に第一の、さらにその外側に第二の砥粒層領域をそれぞれ設け、第一の砥粒層領域には、間隔をおいて小砲粒層部が複数列設けられ、各小砲粒層部は、略部分球面状を呈する隆起部の表面に、超砲粒を金属めつき相で固着したものであつて、第二の砲粒層領域は、リング状の円周隆起部に超砲粒を金属めつき相で固着して構成されて、る回転研磨工具が公知である (特許文献 1)。

このような電着タイプの工具は、砥粒の基板への固着が電着されたニッケルにより物理的に固着されているだけであることから保持力が必ずしも満足いくものではなぐ使用中にダイヤモンド砲粒が脱落し、工具寿命は改善の余地があった。

[0004] また、ダイヤモンド等力なる砲粒をレジンボンド材で円形回転平面上に固着した砥材層を有し、該砥材層表面に放射状および同心円状にスリットを設けた研磨工具が公知である（特許文献 2)。しかし、レジンボンド材による砲粒の保持強度は必ずしも満足できるレベルにな！、ため、用途によっては充分な工具寿命が得られず、また電着工具においても満足できるレベルにはなかった。

[0005] また、凸部を有する台金の作用面に、気相合成法により多結晶ダイヤモンド薄膜を形成してなるドレッサが公知である（特許文献 3)。

しかし、気相合成法による形成では、台金の小さな凹凸に忠実にダイヤモンド薄膜を形成することは困難で、必ずしも十分な精度が得られず、また、薄膜と台金との接合力も十分とはいえない。

[0006] 上記のような従来の研磨工具 (パッドコンディショナー）は、基板 (台金)に、粒子径がそれぞれ異なる複数個の砥粒粒子を固着した構造の故に、一様な砥粒 (頂点)レベルが得にくいので、コンディショニング工程では基板 (台金)面に対して最も突き出た粒子のみが使用される結果、過度の負荷に供されるこれらの粒子の消耗が激しぐ結局本来の工具寿命に達する前に使用不可となることが多い。

[0007] シリコン等のウェハを、発泡ウレタン製の研磨パッドと遊離砲粒に依らず、剛性金属製の台金表面にダイヤモンド等の超砲粒を固定した工具でカ卩ェすることができれば、コンディショニングのための時間および経費が節約できるので望ましいが、これが実現するためには、台金上に配置され切れ刃を構成するダイヤモンド等超砥粒層が高精度の平面を有し、かつ保持できなければならない。し力しながらこのような工具は、十分には実現されていな力つた。

特許文献 1：特開 2002— 337050号公報

特許文献 2：特開 2004— 291184号公報

特許文献 3 :特開平 10— 071559号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 本発明の課題は、砲粒の基板への固着強度問題ゃ不均一な研磨面の問題等が解決された高能率で加工可能な研磨工具およびその効果的な製造方法を提供することにある。特に、 CMPパッドコンディショナーとして、半導体ウェハ等の表面を高精度かつ高能率で加工可能な研磨工具を提供することにある。課題を解決するための手段

[0009] 本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねる中で、超砥粒焼結体からなる研磨部をもつ研磨工具にぉ、て、研磨部に特定の複数の研磨単位を形成することにより、カゝかる課題を解決し得ることを見出し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、超砲粒焼結体力もなる研磨部をもつ研磨工具であって、研磨部が、頂部を有する複数の研磨単位を含み、各頂部が相互に略同一平面上にある、前記研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨部が、超硬合金の裏打ち材に焼結一体化した超砥粒焼結体からなり、研磨単位が、該研磨部に直線溝群を設けることにより形成されたものである、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、頂部に刃付けが行われている、前記の研磨工具に関する。さらに本発明は、研磨単位が四角錐状または四角錐台状である、前記の研磨工具に関する。

[0010] また本発明は、研磨単位が四角錐台状であり、頂部の少なくとも一辺に刃付けが行われている、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨単位が三角錐状または三角錐台状である、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、研磨単位が三角錐台状であり、頂部の少なくとも一辺に刃付けが行われている、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨単位が頂部に直線状の稜線を呈する形状である、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、研磨単位が四角錐状または三角錐状であり、研磨単位のピッチ力 si

500 μ m以下 200 μ m以上である、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨単位が四角錐状または三角錐状であり、研磨単位の高さ力 ¾

00 μ m以下 30 μ m以上である、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、超砲粒がダイヤモンドである、前記の研磨工具に関する。さらに本発明は、ダイヤモンドの公称粒度が 40-60 /z m以下である、前記の研磨ェ具に関する。

また本発明は、超砲粒焼結体の厚さが 0.1mm以上である、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、円板状または円環状である、前記の研磨工具に関する。

[0011] また本発明は、研磨部が円板状または円環状である、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨部の外径が 90mm以上である、前記の研磨工具に関する。また本発明は、研磨部の溝の底に対する頂部の高さが lmm以下である、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨部が、 2個または 4個の分割研磨部からなり、該分割研磨部がそれぞれ中心角の等しい扇状である、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、分割研磨部が、 2つの溝群を有し、第一溝群は分割研磨部の半径方向の縁に対して平行に設けられ、第二溝群は第一溝群に直交して形成されている、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、研磨部が、 3個または 6個の分割研磨部力なり、該分割研磨部がそれぞれ中心角の等しい扇状である、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、分割研磨部が、 3つの溝群を有し、第一溝群は分割研磨部の半径方向の縁に対して平行に設けられ、第二溝群および第三溝群は、それぞれ第一溝群に対し、 60° および 120° で交わるように形成されている、前記の研磨工具に関する。

さらに本発明は、溝の形成がワイヤカット放電加工による、前記の研磨工具に関する。

また本発明は、 CMPパッドコンディショナーである、前記の研磨工具に関する。

[0012] さらに本発明は、超砲粒焼結体力なる研磨部をもつ研磨工具の製造方法であつて、

(1)超硬合金の裏打ち材に超砥粒を焼結一体化し、超砥粒焼結体を得る工程、

(2)得られた超砥粒焼結体の研磨部を平坦ィ匕する工程、

(3)平坦化した超砥粒焼結体に直線溝群を設け、複数の研磨単位を形成し、研磨部とする工程を含む、前記製造方法に関する。

また本発明は、超砲粒焼結体力なる研磨部をもつ研磨工具の製造方法であって

(2)得られた超砥粒焼結体から、 1つの扇状の分割研磨部を切り出す工程、

(3)前記 (2)で得られた扇状の分割研磨部と中心角の等 U、複数の扇状の分割研磨部を得る工程、

(4)得られた複数の扇状の分割研磨部を密着隣接して平坦な基板表面上に固着して、円板状または円環状の研磨部にする工程、

(5)前記 (4)で得られた円板状または円環状の研磨部の分割研磨部間の境界に溝を設け、複数の研磨単位を形成する工程

を含む、前記製造方法に関する。

さらに本発明は、前記のいずれかに記載の研磨工具の再生方法であって、溝および研磨単位の頂部をワイヤカット放電加工により再生する工程を含む、前記再生方法に関する。

発明の効果

[0013] 本発明の研磨工具は、超砲粒焼結体力なる研磨部を用いており、結合材の溶融温度以上で焼結されていることにより、超砲粒の固着強度が大きぐ実質上脱落がないという利点がある。とくに超砲粒としてダイヤモンド粒子を用いた場合、ダイヤモンドは、製造工程において結合材金属が溶融しかつダイヤモンドが熱力学的に安定な温度圧力条件下に供されており、ダイヤモンド微粒子が結合材金属への部分溶解を介して強力に一体化されていることにより、固着強度がさらに大きいため、実質上脱落がなくなる。

[0014] また、一般に、広い面積で焼結するとムラができ、全体的に均質な研磨部を大径で作成することは困難であるが、本発明の複数の分割研磨部力超砲粒焼結体を製造する研磨工具は、焼結のムラができない小径の超砲粒焼結体から、径の大きな扇状の分割研磨部を切り抜き、これを複数組み合わせることによって、大径の研磨部とすることから、全体的に均質な、高精度の研磨工具とすることができる。 [0015] さらに研磨単位が形成されている研磨部は、表面が充分な厚さを持つ超砥粒焼結体で構成されていることにより、研磨単位が使用により磨滅しても、ワイヤカット放電加ェなどにより溝および研磨単位を容易に再生して、本発明の工具として再利用できる

[0016] また本発明では、各研磨単位はワイヤカット放電カ卩ェなどによって、ダイヤモンド焼結体などの超砲粒焼結体力任意に切り出されるものであり、三角錐体および四角錐体などの底面レベルおよび高さの制御が容易であるから、従来の研磨工具に比して、より高精度の研磨面 (レベル)をもつ工具が得られる。特に CMPパッドコンディショナ一として半導体ウェハ等の表面を高精度かつ高能率で加工可能である。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明による研磨工具の一実施態様を示す説明図 (平面図)である。（実施例 1 )

[図 2]本発明による研磨工具の一実施態様を示す説明図 (平面図)である。（実施例 2 )

[図 3]本発明による研磨工具の一実施態様を示す説明図 (平面図)である。

[図 4]本発明による研磨工具の一実施態様を示す説明図 (平面図)である。

[図 5]図 4の部分拡大図である。

[図 6]図 1の部分拡大図である。

[図 7]本発明による研磨工具の研磨単位にっヽて、一構成例を示す説明図 (平面図）である。

[図 8]図 7における A— Aにおける断面を示す説明図である。

[図 9]本発明による研磨工具の研磨単位にっ、て、別の構成例を示す説明図 (平面図)である。

[図 10]図 9における B—Bにおける断面を示す説明図である。

[図 11]本発明による研磨工具を製造方法にぉ、て用い得るワイヤカット放電加工の一態様を示す説明図である。

[図 12]本発明による研磨工具の一実施態様を示す説明図 (平面図)である。

[図 13]本発明による研磨工具の一実施態様を示す説明図 (平面図)である。圆 14]本発明による研磨工具の実施態様を示す説明図 (平面図)である。

[図 15]本発明による研磨工具の実施態様を示す説明図 (平面図)である。

[図 16]本発明による研磨工具の実施態様を示す説明図 (平面図)である。

[図 17]本発明による研磨工具の実施態様を示す説明図 (平面図)である。符号の説明

1 研磨工具

2 研磨単位

3 溝

4 研磨工具

5 研磨単位

6 溝

7 研磨工具

8 研磨単位

9 溝

10 研磨部

12 第一方向平行溝群

13、 14 錐 (台)状体側面

16 第二方向平行溝群

17、 18 錐体傾斜側面

19 四角錐 (台)状研磨単位

22 第一方向平行溝群

23、 24 三角錐傾斜面

25 研磨部

27 第二平行溝群

28、 29 傾斜側面

31 第三方向平行溝群

32、 33 傾斜側面

34 三角錐状研磨単位放電力卩ェ用ワイヤ研磨部、 . 44 研磨単位研磨部円形基板直線状溝群第二溝群外周傾斜部研磨部円形基板直線状溝群第二溝群第三溝群外周傾斜部内周傾斜部研磨部円形基板直線状溝群接合部第二溝群研磨部円形基板直線状溝群接合部第二溝群研磨部円形基板直線状溝群 95 第二溝群

96 第三溝群

101 研磨部

102 円形基板

103 直線状溝群

104 接合部

105 第二溝群

106 第三溝群

発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明の研磨工具の材料となる超砲粒焼結体は、ダイヤモンドや c BN (立方晶窒化硼素)等の超砲粒の粉末を常法により超高圧高温工程で処理して得られる。この状態の焼結体は超砲粒焼結体は歪みが大きいので型放電加工などにより予備的にあらかた平坦ィ匕しておく。次いで、本発明で特定する態様にて溝及び突起側面を段階的に形成していくことにより、研磨単位、即ち、直接研磨対象と接触する突起部分を創生する。なお超砥粒焼結体として市販品を利用する場合は、仕様によるが、表面が平坦ィ匕されてヽるので、上記平坦化予備処理は省略できる。

前記溝の形成にはワイヤカット放電加工や型放電加工やその他の精密放電加工、或はレーザー加工などが利用可能である力ワイヤカット放電力卩ェが好ましぐとりわけ、研磨単位の頂部を鋭利に尖らせる場合などに、ワイヤカット放電加工がとくに好ましい。ワイヤカットは超砲粒焼結体表面に沿って放電加工用ワイヤを駆動し、金属ワイヤと超砲粒焼結体材料との間の放電により、材料を除去する手法であるが、通常プログラム運転される。

[0020] 本発明の研磨工具において、上記研磨単位は、例えば、円形、または同心の中心円形孔を有する円環状焼結体層へ研磨面区分のための複数の溝群 (以下、区分溝群ともいう）を交差させて切り込むことにより、或は対応する形状に形成された電極面をもつ電極を利用した型放電加工によって、創生することができる。区分溝群は、超砥粒層表面、電極面のどちらに形成するにしても、直線状とするのが簡便である。 [0021] 上記区分溝群は様々に配置することができる。例として、超砲粒層の円形表面において、外周カゝら反対側の外周まで延びた一定間隔の平行直線群を 2組、互いに直交させて形成するもの (図 1)や、このような直線群を 3組、 60° で交差させたもの (図 2)が挙げられる。これらの場合、それぞれ四角形または三角形の研磨単位が創生される。また、研磨単位が頂部に直線状の稜線を呈する形状 (図 3；研磨単位が研磨部の端力端まで稜線を呈して、る、図 4〜5；研磨単位の基部が長方形)などであってもよい。研磨単位が長方形の場合、溝および隣接する研磨単位の傾斜面が、ワイヤカツト放電加工で形成されるので、稜線は基本的には長辺に平行に形成される。また、四角錐状の研磨単位は、必ずしも、縦横のピッチが等しくなくてもよいが、 CMPコンディショナ一としては、正方形が好ましい。

[0022] 上記例において、各研磨単位が有効な研磨部分として機能するためには、各研磨単位の頂部は充分に小さぐかつ隣接研磨単位同士は、充分な間隔を持って互いに隔てられていることが必要である。研磨単位頂部の面積に関して、例として、図 1の研磨工具 1の部分拡大説明図を図 6に模式的に示すが、例えば、研磨単位 2の基部の面積 (X) (即ち、超砥粒層断面の面積から研磨単位の周辺の溝 3の面積を減じたもの）に対する頂部の面積 (Y)の割合は 50%以下とすることが好ましぐ特に好ましくは、 2〜25%である。また、研磨単位の頂部の頂角は、好ましくは 30〜120° 、とくに好ましくは 60〜90° 、さらに好ましくは 70〜80° 程度である。

[0023] 溝の深さ（研磨単位の溝底からの高さ）は、 0.1mm以上 lmm以下、特に 0.15mm以上 0.3mm以下が適切である。溝が浅すぎると被削材の削り屑が効率的に排出されず、研磨抵抗が過度に大きくなる傾向がある。反面深すぎると、研磨単位の強度が不足する上、過剰な超砲粒層の厚さが必要となる。

[0024] 研磨単位は、頂部が直線状または線分状、三角、四角またはそれ以上の多角形柱として形成し、各側面は基板に対して垂直とし水平断面を全高に亘つて均一とするのが簡便であるが、少なくとも一つの側面、特に工具の回転方向に関して前方の側面を軸に平行な面に対して後方に傾斜させることによって、切れ味を向上することができる。

研磨単位の形状としては、研磨単位の各側面を傾斜させて錐台状、例えば、四角錐台状または三角錐台状とすることが好ましい。さらに頂部を尖点にした、例えば、四角錐状または三角錐状が切れ味の点でとくに好ましい。

また、整列した角柱状や角錐状研磨単位において、長方形や三角形の 1または複数方向の側面を専用の工具で研磨することにより、頂部の縁又は頂点を鋭利化する、いわゆる「刃付け」を行なうと、さらに良好な切れ味が達成できる。特に、研磨単位力多角形柱、多角形錐台であり、頂部が多角形 (典型的には、三角形または四角形)の場合、頂部の面の少なくとも一辺に刃付けを行なうが、研磨単位が四角錐状または三角錐状の場合は、刃付けを行なわなくても十分な切れ味を達成することができる。

[0025] 本発明の研磨部は、外径が 90mm以上、超砥粒層の厚さが 0.1mm以上 lmm以下に構成される。焼結超砥粒層としては、ダイヤモンド焼結体 (PCD)や c-BN焼結体 (Pc BN)の一方の面を超硬合金即ち炭化タングステン系複合材、或は周期律表第 6a族金属の炭化物を主成分とする複合材のブロックで裏打ちされた構造のものを用い、複合材側を接着剤等によって工具基板に固着し、反対側に区分溝を形成して研磨部として使用する。

[0026] このような焼結体は、典型的には一軸加圧型の高温超高圧静水圧プレスで調製された円板状のものが市販されている。目的とする直径の焼結体が入手できない場合、特に厳しい平坦度が要求されない場合には、本発明の研磨工具を部分ごとに作成し、一つの研磨工具に組み立て使用してもよい。

[0027] 研磨部を複数個の分割研磨部で構成する場合、研磨部全体においてできるだけ研磨単位が均等に整列した配置が得られるようにするために、分割研磨部の境界部に溝を形成するのが適切である。この際、二または四分割の分割研磨部に、互いに直交交差する 2組の平行溝群を形成し研磨単位を四角錐状または四角錐台状とすれば、外周部を除き乱れのない研磨単位の整列が得られる。一方、三または六分割の分割研磨部の場合には、互いに 120° で交差する 3組の等間隔平行直線群を形成し、更に三つの角錐体側面を形成して三角錐状または三角錐台状の研磨単位列としても、同様である。

[0028] 即ち、四角錐体の場合には、研磨部表面に沿って放電加工用のワイヤを送り、放電によって研磨部表面にまず直線状の溝を形成する。次、で研磨部の Z軸方向にヮィャを駆動し、四角錐体の側面輪郭に沿って研磨部を切断することにより、溝に隣接した錐 (台)状体の側面を創成する。この操作を反復することにより、平行溝群を形成する。

[0029] 本発明におヽて錐状体の頂部は 1または複数個のダイヤモンド粒子で構成される。

微細な粒子を用いてもダイヤモンドは有限の大きさを持つので、幾何学的な意味での錐体は得られない。従って頂部の直径が底辺に比べて充分に小さいとき、これを錐状体と呼ぶ。錐台は自明なように、頂部の各方向のサイズが錐状体に比べて大きい場合をいう。

[0030] 四角錐 (台)状研磨単位の作製においては、例えば図 7および図 8に示すように、研磨部 10の表面に一定溝間隔 (ピッチ)で第一の方向 11の平行溝群 (その一つを代表的に符号 12で示す。以下同様)および錐 (台)状体両側面 (一つを代表的に符号 13、 14で示す。以下同様)を形成した後、研磨部 10を固着した基板ごと円環中心軸の周囲に 90° 回転し、同じようにして第二の方向 15の平行溝群 16を一定溝間隔で、また各溝に隣接する錐体傾斜側面、 17、 18を形成することにより、直交する 2組の平行溝群、および溝に沿って整列した四角錐 (台)状研磨単位 19が得られる。図 7における A— Aの部分の断面図 5に示す。

[0031] 三角錐体の場合には図 9および図 10に示すように、上記において、第一の方向 21 の平行溝群 22および溝に隣接する角錐の傾斜面 23、 24を形成後、研磨部 20を研磨部 25中心軸の周囲に 120° 回転し、同様に一定溝間隔で第二の方向 26の平行溝群 27、および隣接する傾斜側面 28、 29の形成をワイヤカット放電加工により行う。操作完了後、研磨部をさらに 120° 回転し同じ操作を行うことによって、 120° で交差する第三方向 30の平行溝群 31、および隣接する傾斜側面 32、 33、溝に沿って整列した三角錐状研磨単位 34が得られる。

[0032] 上記研磨単位において、錐状体または錐台状体頂部の溝底面に対する突き出し高さは三角形、四角形共に 200 m以下 30 m以上とするのが適切である。突き出しが浅すぎると研磨部本体がパッド等のワークと直接接触し、コンディショニングが効果的に行われない傾向となる。反面大きすぎると、研磨単位の強度が不足したり、過剰な超砲粒層の厚さが必要となる。一方、隣接溝間の間隔 (ピッチ)は 1500 m以下、下限は利用するワイヤカット放電カ卩ェ用のワイヤの直径による力例えば、約 200 /z mとすることができる。

[0033] 上記研磨単位の研磨性能は、錐 (台)状体の頂部に含有される超砲粒の粒度に依存する。超砥粒がダイヤモンド粒子である場合、即ち研磨部を構成する焼結体が焼結ダイヤモンド (PCD)層である場合、ダイヤモンド粒子の粒度 (公称粒度)としては、 40 -60 μ m以下、 8-16 μ mや 0- 2 μ mなどの各粒度の PCD層が利用できる力 8-16 μ m以下の公称粒度が好ましぐ特に 0-2 μ mが好ましい。

[0034] 本発明の研磨部に用い得るダイヤモンド焼結体は、ダイヤモンド粒子を、裏打ち材としての超硬合金および、必要に応じてコノレト等の結合材金属と共に、ダイヤモンドが熱力学的に安定な超高圧高温条件下に供して得られる。焼結体から本発明の研磨部への加工は精密放電加工、典型的にはワイヤカット放電加工による切り抜き、および表面の加工による研磨単位の形成によって実現できる。ワイヤカット放電カロェにおいては、一般的には、超砥粒焼結体に放電加工用ワイヤを接触させ放電し、所望の溝幅になるようにワイヤを水平に動かし、さらに研磨単位の側面を形成するように動かす。

なお、図 11に示すように、放電力卩ェ用ワイヤ 41を超砲粒焼結体 42にあてた後、水平に動かすことなぐ図中、矢印の方向に動かし、隣りあった研磨単位 43、 44の向き合った両傾斜面がワイヤ 41の接面となるように溝を形成し、このレベルを基準面とし、ここカゝら両側の側面を形成することもできる。このように溝を形成した場合、溝の底部の形状が断面略円弧状の曲面となり、溝の底部を平面や角にした場合よりも、研磨時の応力集中が軽減され、研磨単位の強度 (耐久性)が向上する。

[0035] 本発明の工具は、図 12〜図 17に例示するように幾つかの形状で作製可能である。

比較的小型工具については、例えば研磨部は図 12および図 13に例示するように単一の連続円形および円環状に作製することもできるが、本発明では図 14〜図 17に示すように、研磨部を複数個の分割研磨部で問題なく構成することができるので、これらの場合は特に、外形が 95mm以上の直径の大きな円環状の研磨部も容易に得ることができる。 [0036] 円環状構成において、半径方向の幅は 15mm以上とするのが好ましい。特に設計上中心孔が不要な場合には、研磨部は円環状でなく (中心孔を有しない)円板状とすることができる。また図 12および図 13に示すように、尖った縁との接触によるワークの損傷を防止するために、円形状研磨部の場合は外周部分、円環状研磨部では外周および内周部分に、それぞれ lmm以上 (半径方向幅)にわたつて傾斜部 58、 68および 69を設けることが好まし!/、。

[0037] 研磨部を複数の分割研磨部で構成する場合には、図 14〜図 17に例示するように

、隣接する二つの分割研磨部の境界部 (接合部)が溝となるように研磨単位の配置を設定することにより、研磨部の分割構成による研磨単位配置の乱れ、およびそれに伴うワーク (研磨パッド)への悪影響を回避または最小限に抑制することができる。この際、研磨部の分割数と利用できる研磨単位の形状とは関連しており、二分割 (中心角 180度)または四分割 (中心角 90度)の研磨部では四角錐状 (図 14および図 15)、三分割 (中心角 120度)の研磨部では三角錐状 (図 16および図 17)となる。

[0038] 大径の研磨工具を作製するには、均一な焼結が可能な程度の小径の超砲粒焼結体 (好ましくは、ダイヤモンド焼結体)から、所定の寸法および形状への切断および加ェにより形成した分割研磨部を用意する。そして複数の分割研磨部を接着剤等を用いて、各種鋼等で構成された剛性基板の平らな円板面、または円環状表面に接合することによって、大径の円板状或は円環状 (円板の中央に同心の円形孔を有する形状)の研磨部とすることができる。

分割研磨部については、中心角が 60、 90、 120、 180° の扇形をそれぞれ 6個、 4個、 3個、または 2個を半径上で互いに隣接させ並べて置くこと (側面接触配置）により用いるが、 60° のものについては同じ形状を 2個用いる代わりに 120° のもの 1個で代用することができる。この場合 120° のものは 2個を、中心に関して点対称に配置する。

[0039] 各研磨部 51、 61、 71、 81、 91、 101は、超硬合金側を円形基板 52、 62、 72、 82 、 92、 102の平らな円形面と接合し、全体的に円形または環状の研磨部を呈するようにする。

[0040] 基板に接合された超砥粒焼結体は、次、でワイヤカット放電加工に供し、ワイヤ力ット放電加工用ワイヤと超砲粒焼結体との間の放電工程により、超砲粒焼結体表面に一定間隔で平行な一組の直線状溝群 53、 63、 73、 83、 93、 103を形成する。この時、ワイヤは基板面または基板底面に対して平行に駆動し、予備的に平坦化された表面から焼結体層（典型的には、焼結ダイヤモンド (PCD)層）内に入り込み、焼結体層内を、或は焼結体層が薄い場合には更に超硬合金層まで彫り下げる。

[0041] この際、ワイヤを超砲粒焼結体の厚さ方向（Z軸方向）に駆動して切り込み、溝を作製する。一つの溝群における最初の溝形成は、 360° の連続円形または環状面では三角錐状体および四角錐状体のどちらの場合でも任意の位置力開始することができるが、研磨部が複数の分割研磨部の組み合わせ力なる場合は、必ず、分割研磨部の接合部 54、 64、 74、 84、 94、 104、には溝を設け、次いでその両側に、一定ピツチで、全面にわたって平行に形成していく。

[0042] 超砥粒焼結体の表面に一つの方向の平行溝群が形成されたら、次いで、該超砥粒焼結体を基板と共に基板の中心軸の周囲に溝群交差角度 OCだけ回転して、同様に上記一定間隔で第二の直線状平行溝群 55、 65、 75、 85、 95、 105および各溝に隣接する傾斜側面を形成する。ここで αは、 180° および 90° の扇形については 9 0° であり、研磨単位は四角錐状または錐台状を呈する。一方 120° および 60° の扇形については 60ほたは 120)° だけ回転して、同様に上記一定間隔で第二の直線状平行溝群、および各溝に隣接する傾斜側面を形成したあと、更にもう 60ほたは 120) ° (最初の溝群に対して 240° )回転して第三の直線状平行溝群 56、 66、 76、 86、 9 6、 106および各溝に隣接する傾斜側面を形成する。連続円形および環状素材については、 αは 90° および 60° のどちらも採りうる。

[0043] 上記ワイヤカット放電操作において、放電用ワイヤを該基板底面力も厚さ方向に等しく隔たった高さ (レベル)において駆動することにより上記溝群および三角または四角錐状または錐台状体の頂部を基板底面に対して平行なレベル上に形成することができる。

[0044] 本発明におヽて、研磨単位の三角錐または四角錐は必ずしも全体が超砥粒焼結体で構成されている必要はなぐ少なくとも錐 (台)状体の頂点を含む 60 m程度の部分 (高さ)が超砲粒焼結体であれば、それより下方部分が超硬合金であっても利用可能である。次に、本発明を実施例により具体的に説明する。 [実施例 1]

[0045] 図 1に概略示した構造の研磨工具 1を作成した。厚さ 0.6mmの焼結ダイヤモンド層が超硬合金に同時焼結によって一体化されて、る、直径 90mmの PCDブロックをェ具素材として用いた。

上記 PCDブロックにお!/、て焼結ダイヤモンド層の表面を放電カ卩ェ (EDM)により平坦化し、ワイヤカット放電カ卩ェにより一辺が 260 mの正方形の頂部を持つ研磨単位 2を、幅 560 mの平行な直線状の溝 3を刻み込むことによって形成した。この場合、研磨単位 2の頂部（図示せず)の面積は、周辺部 (溝 3の部分)を除く超砲粒焼結層断面積の約 10%に当る。

頂部の縁には刃付けを行い、 CMPコンディショナーとして利用した。

[実施例 2]

[0046] 図 2に概略示す円環状の研磨工具 4を作成した。厚さ 0.6mmの焼結 c BN層が超硬合金に同時焼結によって一体ィ匕されている PcBNブロックから、ワイヤカット放電カロェで、外方半径 60mm、内方半径 24mmの 90度の扇型を 4個切り出し、工具素材とした上記扇型を SUS系ステンレス鋼製の基板に貼着、組み合わせて完全な円形とした。焼結ダイヤモンド層の表面を研磨して平坦ィ匕し、ワイヤカット放電加工により一辺が 3 50 μ mの正三角形の頂部を持つ研磨単位 5を、幅 560 μ mの平行な直線状の溝 6の群で形成した。この場合、研磨単位頂部の面積は、超砥粒焼結層全体の 7%となる。得られた工具は実施例 1と同様の操作により刃付けを行い、シリコンウェハの表面の研磨に利用した。

[実施例 3]

[0047] 図 12に概略示した構造の研磨工具を作成した。公称粒度 40-60 μ mのダイヤモンド粒子力成る厚さ 0.5mmの PCD層が超硬合金 (WC— 8%Co)に同時焼結によって一体化された、直径 100mmのダイヤモンド焼結体を研磨部として用い、直径 108mm の、 SUS316ステンレス鋼製円形基板に、エポキシ系接着剤で固着した。

次いで PCD層の表面を型放電カ卩ェにより平坦ィ匕した後ワイヤカット放電カ卩ェにより PCD層に切り込み、素材の中心を通る幅 200 mの直線溝を形成した。更にワイヤを側方へ駆動し、また基板に対して隔たる方向 (z方向)へ移動させ、必要な幅の溝の形成および錐状体の側面を切り出しを行った。

この操作の反復により、溝間隔 800 mの平行溝群、および頂角 90° の屋根状突起を素材面全体に形成した。

次に、全体を中心軸の周囲に 90° 回転させた後、同一の条件でワイヤカット放電加ェを行うことにより、上記の溝群と直交する第二の直線溝群を形成し、かつ同時に直交方向の錐状体側面の切り出しを行い、高さ 200 mの図 7および 8に示すような四角錐状体群を形成した。

[実施例 4]

[0048] 公称粒度 0-2 μ mのダイヤモンド粒子から成る厚さ 0.5mmの PCD層が超硬合金に一体化された、外径 100mm、内径 70mmのダイヤモンド焼結体を研磨部として用い、実施例 3の操作を繰り返し、四角錐状の研磨単位を有する研磨工具を作製した。まず、平坦ィ匕した PCD層の表面をワイヤカット放電力卩ェ、素材の中心を通る幅 140 μ mの直線溝を形成した。更にワイヤの操作により必要な溝幅の拡張および錐状体の側面の切り出しを行った。これを繰り返すことにより、溝間隔 200 mの平行溝群、および頂角 60° の屋根状突起を素材面全体に形成した。

次に、全体を中心軸の周囲に 90° 回転させた後、同一の条件でワイヤカット放電加ェを行うことにより第二の直線溝群を形成し、かつ同時に第二の錐状体側面の切り出しを行い、高さ 200 mの四角錐状体群を形成した。

[実施例 5]

[0049] 以下に示す各様の分割研磨部を用いて、それぞれの構成の工具を作製した。ダイャモンド焼結体のダイヤモンドはいずれも公称粒度 20- 30 mである。ワイヤカット操作は、三角錐状研磨単位の場合、工具素材を 60° ずつ 2回回転する点において、 9 0° の回転を 1回だけ行う四角錐状研磨単位と異なる点を除き、本質的に異ならない。操作条件および結果は次表のとおりである。

[0050] [表 1] 研磨体研磨単位

No. 溝間隔

外方半径内方半径

形状 (頂点間隔形状 i¾ m

m m ΠΊ ΠΊ tl m

1 1 80° 扇形 120 60 600 四角錐 80

2 1 20° 扇形 120 60 400 三角錐 68

3 90° 扇形 120 60 1200 四角錐 160

4 6CT 扇形 120 30 1000 三角錐 138

、頂 ώ間隔は、 2, 4の三角錐状体の場合

[0051] 得られた工具はいずれも CMPパッドコンディショナーとして利用し、良好な性能が得られた。

産業上の利用可能性

[0052] 本発明の研磨工具は、各種研磨工具として用いることができるが、とくに円板型回転型研磨工具として好適に用いることができる。用途としては、 CMPパッドコンデイショナ一として用いるのにとくに適しており、さらに半導体ウェハ等の表面の直接研磨するのにも適している。これらの他、各種被削材の高精度の研磨加工にも適用できる。

Claims

請求の範囲

[I] 超砲粒焼結体力なる研磨部をもつ研磨工具であって、研磨部が、頂部を有する複数の研磨単位を含み、各頂部が相互に略同一平面上にある、前記研磨工具。

[2] 研磨部が、超硬合金の裏打ち材に焼結一体化した超砲粒焼結体からなり、研磨単位力該研磨部に直線溝群を設けることにより形成されたものである、請求項 1に記載の研磨工具。

[3] 頂部に刃付けが行われている、請求項 1または 2に記載の研磨工具。

[4] 研磨単位が四角錐状または四角錐台状である、請求項 1または 2に記載の研磨ェ具。

[5] 研磨単位が四角錐台状であり、頂部の少なくとも一辺に刃付けが行われている、請求項 4に記載の研磨工具。

[6] 研磨単位が三角錐状または三角錐台状である、請求項 1または 2に記載の研磨ェ具。

[7] 研磨単位が三角錐台状であり、頂部の少なくとも一辺に刃付けが行われている、請求項 6に記載の研磨工具。

[8] 研磨単位が頂部に直線状の稜線を呈する形状である、請求項 1または 2に記載の研磨工具。

[9] 研磨単位が四角錐状または三角錐状であり、研磨単位のピッチが 1500 m以下 20 0 m以上である、請求項 1〜7のいずれかに記載の研磨工具。

[10] 研磨単位が四角錐状または三角錐状であり、研磨単位の高さが 200 m以下 30 m以上である、請求項 9に記載の研磨工具。

[II] 超砲粒がダイヤモンドである、請求項 1〜10のいずれかに記載の研磨工具。

[12] ダイヤモンドの公称粒度が 40-60 μ m以下である、請求項 11に記載の研磨工具。

[13] 超砲粒焼結体の厚さが 0.1mm以上である、請求項 1〜12のいずれかに記載の研磨工具。

[14] 円板状または円環状である、請求項 1〜13のいずれかに記載の研磨工具。

[15] 研磨部が円板状または円環状である、請求項 14に記載の研磨工具。

[16] 研磨部の外径が 90mm以上である、請求項 15に記載の研磨工具。

[17] 研磨部の溝の底に対する頂部の高さ力 Slmm以下である、請求項 2〜16のいずれかに記載の研磨工具。

[18] 研磨部が、 2個または 4個の分割研磨部からなり、該分割研磨部がそれぞれ中心角の等しい扇状である、請求項 14〜 17のいずれかに記載の研磨工具。

[19] 分割研磨部が、 2つの溝群を有し、第一溝群は分割研磨部の半径方向の縁に対して平行に設けられ、第二溝群は第一溝群に直交して形成されている、請求項 18に記載の研磨工具。

[20] 研磨部が、 3個または 6個の分割研磨部からなり、該分割研磨部がそれぞれ中心角の等しい扇状である、請求項 14〜 17のいずれかに記載の研磨工具。

[21] 分割研磨部が、 3つの溝群を有し、第一溝群は分割研磨部の半径方向の縁に対して平行に設けられ、第二溝群および第三溝群は、それぞれ第一溝群に対し、 60° および 120° で交わるように形成されている、請求項 20に記載の研磨工具。

[22] 溝の形成がワイヤカット放電加工による、請求項 2〜21のいずれかに記載の研磨工具。

[23] CMPパッドコンディショナーである、請求項 1〜22のいずれかに記載の研磨工具。

[24] 超砲粒焼結体からなる研磨部をもつ研磨工具の製造方法であって、

(2)得られた超砥粒焼結体の研磨部を平坦ィ匕する工程、

(3)平坦化した超砥粒焼結体に直線溝群を設け、複数の研磨単位を形成し、研磨部とする工程

を含む、前記製造方法。

[25] 超砲粒焼結体力なる研磨部をもつ研磨工具の製造方法であって、

(4)得られた複数の扇状の分割研磨部を密着隣接して平坦な基板表面上に固着して、円板状または円環状の研磨部にする工程、 (5)前記 (4)で得られた円板状または円環状の研磨部の分割研磨部間の境界に溝を設け、複数の研磨単位を形成する工程

を含む、前記製造方法。

請求項 1〜23のいずれかに記載の研磨工具の再生方法であって、溝および研磨単位の頂部をワイヤカット放電加工により再生する工程を含む、前記再生方法。