炭素膜、炭素膜の製造方法及びＣＭＰパッドコンディショナー
【課題】炭素膜と基材との界面における残留応力を抑制し、炭素膜のクラックや剥離を防止し、性能が安定して確保される炭素膜、炭素膜の製造方法及びＣＭＰパッドコンディショナーを提供する。
【解決手段】基材１を被覆する炭素膜２であって、ＤＬＣからなる第１炭素膜１１と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子からなる第２炭素膜１２と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜１３と、を備え、前記第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が、前記基材１側からこの順に形成されていることを特徴とする。
【解決手段】基材１を被覆する炭素膜２であって、ＤＬＣからなる第１炭素膜１１と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子からなる第２炭素膜１２と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜１３と、を備え、前記第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が、前記基材１側からこの順に形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、耐摩耗性、硬さ、剛性等の力学的特性が要求される工具や部材等を被覆する炭素膜、炭素膜の製造方法、及び、この炭素膜を用いたＣＭＰパッドコンディショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、ダイヤモンド粒子やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）からなる炭素膜を、電子デバイスや工具等に利用する研究が活発に行われている。すなわち、前記炭素膜を工具や部材等に成膜することによって、これらの工具や部材等に求められる耐摩耗性、硬さ、剛性等の力学的特性に対応するようにしている。このような炭素膜としては、例えば、特許文献１、２に記載されたものが知られている。
【０００３】
一方、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の必要性が高まっており、特に、半導体ウェーハでは、その集積度の向上とともにナノメーターオーダーの表面仕上げが要求されている。このような高精度の表面仕上げに対応するために、半導体ウェーハに対して、多孔性のＣＭＰパッドを用いたＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシュ）研磨が一般に行われている。
【０００４】
半導体ウェーハ等の研磨加工に用いられるＣＭＰ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等の好ましくない現象が生じるので、ＣＭＰパッドコンディショナーを用い、ＣＭＰパッドの表面を研削加工することにより、ＣＭＰ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。
【０００５】
このようなＣＭＰパッドコンディショナーは、例えば、円板状の基板（基材）と、この基板のＣＭＰパッド側を向く表面に形成された複数の切刃とを有している。そして、これらの切刃を、ダイヤモンド粒子からなる前記炭素膜で被覆して、鋭い切れ味や耐摩耗性を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−９８８２号公報
【特許文献２】特開平２−２２３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のように、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜を基材に成膜した場合、炭素膜と基材との界面に比較的大きな残留応力が生じて、炭素膜にクラックが発生したり、炭素膜が基材から剥離したりすることがあった。すなわち、炭素膜の格子定数と基材の格子定数との相違により、過大な残留応力が発生して、炭素膜の基材に対する結合強度や機械的強度が確保できないことがあった。
【０００８】
また、基材によって、炭素膜の膜厚を変更する場合があるが、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜においては、その膜厚に応じて、生成されるダイヤモンド粒子の平均粒径が比較的大きく変動することとなる。従って、前記炭素膜の表面粗さや機械的強度が変動しやすく、炭素膜の性能を安定して確保することが難しかった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、炭素膜と基材との界面における残留応力を抑制し、炭素膜のクラックや剥離を防止し、性能が安定して確保される炭素膜、炭素膜の製造方法及びＣＭＰパッドコンディショナーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、基材を被覆する炭素膜であって、ＤＬＣからなる第１炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子からなる第２炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜と、を備え、前記第１、第２、第３炭素膜が、前記基材側からこの順に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る炭素膜によれば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）からなる第１炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子、すなわち、所謂ナノクリスタルダイヤモンドからなる第２炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜とが、基材側からこの順に形成されているので、炭素膜にクラックが生じたり、炭素膜が基材から剥離したりするようなことが防止される。尚、前記ＤＬＣとは、主として炭化水素、或いは、炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）の硬質炭素膜を示す。
【００１２】
詳しくは、この炭素膜において、基材に成膜された第１炭素膜が、ＳＰ３結合及びＳＰ２結合の混在するアモルファスのＤＬＣからなるので、この第１炭素膜と基材との界面に残留応力が発生するようなことが確実に抑制される。従って、炭素膜の前述の剥離が防止され、基材に対する結合強度が飛躍的に高められる。
【００１３】
また、炭素膜の表層をなす第３炭素膜が、ＳＰ３結合の比較的粒径の大きいダイヤモンド粒子からなるので、炭素膜の剛性が充分に確保される。
また、このような第１、第３炭素膜の間に配された第２炭素膜が、比較的粒径の小さい前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、第１炭素膜及び第３炭素膜に対して強固に結合する。すなわち、第２炭素膜は、その隣接する第１炭素膜及び第３炭素膜の面形状に夫々対応するように緻密に形成され、第１、第３炭素膜に対して充分に密着して、結合強度が高められている。また、第２炭素膜が前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、炭素膜は、第１、第２、第３炭素膜の順に漸次剛性が高められている。従って、この炭素膜に面方向（すなわち膜厚方向に直交する方向）の外力が加わった際に、せん断力の発生を確実に抑制でき、該炭素膜の基材に対する剥離強度がより高められる。
【００１４】
また、このように炭素膜のクラックや剥離が防止されることから、第３炭素膜内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜の表面粗さや機械的強度を種々に設定でき、この炭素膜を工具や部材等に用いた場合に、様々な用途に対応可能である。
【００１５】
また、基材によって、炭素膜の膜厚を変更するような場合であっても、炭素膜の性能を安定して確保することができる。すなわち、第３炭素膜の膜厚を変えずに、第１炭素膜又は／及び第２炭素膜の膜厚を増減させることによって、炭素膜全体の膜厚を調整できることから、表層の第３炭素膜を安定して形成できる。従って、炭素膜の膜厚に係わらず、第３炭素膜内のダイヤモンド粒子の平均粒径を安定させることができ、炭素膜の表面粗さや機械的強度が安定する。
【００１６】
また、本発明に係る炭素膜において、前記第１、第２、第３炭素膜が、この順で繰り返し成膜されていることとしてもよい。
【００１７】
本発明に係る炭素膜によれば、この炭素膜を工具や部材等に用いた場合に、種々の用途に対応可能である。詳しくは、例えば、この炭素膜を切削工具や研削工具に用いた場合、切削加工や研削加工によって外側の第１、第２、第３炭素膜が摩耗しても、その内側（すなわち基材側）の新たな第１、第２、第３炭素膜が露出し自己再生するようになっていることから、工具寿命が延長する。
また、炭素膜を比較的厚膜に形成するような場合、従来のように、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜のみで成膜すると、膜厚が厚くなるに連れダイヤモンド粒子の平均粒径が増大して、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜を得ることが難しい。これに対比して、本発明の炭素膜では、第１、第２、第３炭素膜がこの順で繰り返し成膜されているので、表層の第３炭素膜の膜厚を一定に制御できるとともに、該第３炭素膜におけるダイヤモンド粒子の平均粒径を一定に保てることから、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜が安定して得られる。
【００１８】
また、本発明に係る炭素膜において、前記第１炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、前記第２炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、前記第３炭素膜の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されることとしてもよい。
【００１９】
本発明に係る炭素膜によれば、第１、第２炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に夫々設定されているので、第１、第２炭素膜が、均一に精度よく形成できる。すなわち、前記膜厚が３μｍ未満に設定された場合には、膜厚が安定しなかったり空隙が形成されたりして、均一に成膜できないことがある。また、前記膜厚が５μｍを超えて設定された場合には、製造コストが比較的嵩むこととなり、好ましくない。
【００２０】
また、第３炭素膜の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されているので、第３炭素膜内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜の表面粗さや機械的強度を種々に設定できる。
【００２１】
また、本発明は、前述した炭素膜の製造方法であって、ＣＶＤ法により、前記第１、第２、第３炭素膜を連続して成膜することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る炭素膜の製造方法によれば、ＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜を連続して成膜することから、例えば、これらの第１、第２、第３炭素膜を、同一の反応容器内で成膜できる。従って、炭素膜を比較的容易に、かつ、精度よく形成できる。
【００２３】
また、本発明に係る炭素膜の製造方法において、前記基材に前記第１炭素膜を成膜するに際し、この基材に、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜を成膜することとしてもよい。
【００２４】
本発明に係る炭素膜の製造方法によれば、基材に、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜を成膜するので、基材に分散されたダイヤモンド粉末が核となり、第１炭素膜が比較的早期に成長するとともに、該基材に精度よく均一に形成される。
【００２５】
また、本発明は、基材に形成された切刃を用いて、前記基材に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すＣＭＰパッドコンディショナーであって、前記切刃が炭素膜で被覆され、この炭素膜として、前述の炭素膜を用いたことを特徴としている。
【００２６】
本発明に係るＣＭＰパッドコンディショナーによれば、前述の炭素膜を用いて基材の切刃を被覆しているので、切刃の切れ味が高められるとともに剛性が確保され、ＣＭＰパッドに対する研削性能が向上する。また、炭素膜のクラックや剥離が防止されることから、工具寿命が延長し、長期に亘り安定してＣＭＰパッドを研削加工できるとともに、半導体ウェーハ等のスクラッチが確実に防止される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る炭素膜によれば、炭素膜と基材との界面における残留応力が抑制され、炭素膜のクラックや剥離が防止され、性能が安定して確保される。
また、本発明に係る炭素膜の製造方法によれば、このような炭素膜を比較的容易かつ高精度に製造することができる。
また、本発明に係るＣＭＰパッドコンディショナーによれば、前述の炭素膜で切刃が被覆されるので、ＣＭＰパッドを精度よく安定して研削加工でき、工具寿命が延長する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーを示す部分側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーの変形例を示す部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本実施形態のＣＭＰパッドコンディショナー１０は、円板状又は円環板状をなし、その中心軸周りに回転する基板（基材）１と、この基板１に形成された複数の切刃（不図示）とを有し、これらの切刃を用いて、基板１に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すものである。また、これらの切刃は、例えば、多角錐状、多角柱状、円錐状又は切頭円錐状等をなし、基板１において前記ＣＭＰパッド側を向く表面から突出して形成されている。また、ＣＭＰパッドは、半導体ウェーハに対して研磨加工を施す。
【００３０】
基板１は、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料からなり、図１に示すように、基板１のＣＭＰパッド側を向く表面１Ａは、炭素膜２で被覆されている。また、図示しないが、表面１Ａに形成された前記切刃も炭素膜２で被覆されている。
【００３１】
また、炭素膜２は、基板１の表面１Ａに、第１炭素膜１１、第２炭素膜１２及び第３炭素膜１３を順次積層するように形成されている。
第１炭素膜１１は、基板１の表面１Ａに成膜され、ＳＰ３結合及びＳＰ２結合の混在するアモルファスのＤＬＣからなる。また、第１炭素膜１１の膜厚は、３〜５μｍの範囲内に設定される。
【００３２】
また、第２炭素膜１２は、第１炭素膜１１においてＣＭＰパッド側を向く表面１１Ａに成膜され、平均粒径が２００ｎｍ以下に設定されたダイヤモンド粒子、すなわち、所謂ナノクリスタルダイヤモンドからなる。また、第２炭素膜１２は、ラマンシフトスペクトルにおいて１１５０ｃｍ−１付近に特徴的なピークを有する。また、第２炭素膜１２の膜厚は、３〜５μｍの範囲内に設定される。
【００３３】
また、第３炭素膜１３は、第２炭素膜１２においてＣＭＰパッド側を向く表面１２Ａに成膜され、ＳＰ３結合のダイヤモンド粒子からなる。詳しくは、第３炭素膜１３は、平均粒径が２００ｎｍを超える比較的粒径の大きい共有結合のダイヤモンド粒子からなる。また、第３炭素膜１３は、ラマンシフトスペクトルにおいて１３３２ｃｍ−１付近に特徴的なピークを有する。また、第３炭素膜１３の膜厚は、５〜１５μｍの範囲内に設定される。また、第３炭素膜１３は、炭素膜２の表層をなしている。
【００３４】
次に、このＣＭＰパッドコンディショナー１０を製造する手順について説明する。
まず、基板１を用意する。尚、基板１の表面１Ａには、予め前記切刃に対応する形状を付与しておく。
【００３５】
次いで、この基板１の表面１Ａに、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させる。詳しくは、種結晶としてダイヤモンド微粒子からなるダイヤモンド粉末を用い、該ダイヤモンド粉末を、表面１Ａに塗布等によって分散させ均一に付着させる。
【００３６】
次いで、気相合成法熱フィラメント炉からなる反応容器を用い、ＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３をこの順に連続して成膜する。詳しくは、同一の反応容器内において、まず、メタン（ＣＨ４）濃度：５％程度の設定で第１炭素膜１１を成膜し、次に、ＣＨ４濃度：３．５％程度の設定で第２炭素膜１２を成膜し、次に、ＣＨ４濃度：１％程度の設定で第３炭素膜１３を成膜し、炭素膜２を形成する。
このようにして、ＣＭＰパッドコンディショナー１０が製造される。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナー１０によれば、基板１の表面１Ａに、ＤＬＣからなる第１炭素膜１１と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子、すなわち、所謂ナノクリスタルダイヤモンドからなる第２炭素膜１２と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜１３と、が順次成膜され、炭素膜２が形成されているので、炭素膜２にクラックが生じたり、炭素膜２が基板１から剥離したりするようなことが防止される。
【００３８】
詳しくは、炭素膜２において、基板１の表面１Ａに成膜された第１炭素膜１１が、ＳＰ３結合及びＳＰ２結合の混在するアモルファスのＤＬＣからなるので、この第１炭素膜１１と基板１との界面に残留応力が発生するようなことが確実に抑制される。すなわち、従来のＣＭＰパッドコンディショナーにおいては、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜の格子定数と基板１の格子定数との相違により、炭素膜と基板１との界面に数百ＭＰａ程度に及ぶ過大な残留応力が発生し、工具に衝撃が加わった際に、炭素膜の微小クラックから剥離に至ることがあり、炭素膜の基板１に対する結合強度や機械的強度が確保できなかった。一方、本実施形態のＣＭＰパッドコンディショナー１０では、前述のように界面の残留応力が抑制され、数十ＭＰａ程度に緩和されるので、炭素膜２の剥離が防止され、基板１に対する結合強度が飛躍的に高められる。
【００３９】
また、炭素膜２の表層をなす第３炭素膜１３が、ＳＰ３結合の比較的粒径の大きいダイヤモンド粒子からなるので、炭素膜２の剛性が充分に確保される。
また、このような第１、第３炭素膜１１、１３の間に配された第２炭素膜１２が、比較的粒径の小さい前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、第１炭素膜１１及び第３炭素膜１３に対して強固に結合する。すなわち、第２炭素膜１２は、その隣接する第１炭素膜１１の表面１１Ａ及び第３炭素膜１３の基板１側を向く表面１３Ｂの形状に夫々対応するように緻密に形成され、第１、第３炭素膜１１、１３に対して充分に密着して、結合強度が高められている。また、第２炭素膜１２が前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、炭素膜２は、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３の順に漸次剛性が高められている。従って、この炭素膜２に面方向（すなわち膜厚方向に直交する方向）の外力が加わった際に、せん断力の発生を確実に抑制でき、該炭素膜２の基板１に対する剥離強度がより高められる。
【００４０】
また、このように炭素膜２のクラックや剥離が防止されることから、第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜２の表面粗さや機械的強度を種々に設定できる。
【００４１】
また、基板１によって、炭素膜２の膜厚を変更するような場合であっても、炭素膜２の性能を安定して確保することができる。すなわち、第３炭素膜１３の膜厚を変えずに、第１炭素膜１１又は／及び第２炭素膜１２の膜厚を増減させることによって、炭素膜２全体の膜厚を調整できることから、表層の第３炭素膜１３を安定して形成できる。従って、炭素膜２の膜厚に係わらず、第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子の平均粒径を安定させることができ、炭素膜２の表面粗さや機械的強度が安定する。
【００４２】
また、第１、第２炭素膜１１、１２の膜厚が３〜５μｍの範囲内に夫々設定されているので、第１、第２炭素膜１１、１２が、均一に精度よく形成できる。すなわち、前記膜厚が３μｍ未満に設定された場合には、膜厚が安定しなかったり空隙が形成されたりして、均一に成膜できないことがある。また、前記膜厚が５μｍを超えて設定された場合には、製造コストが比較的嵩むこととなり、好ましくない。
【００４３】
また、第３炭素膜１３の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されているので、第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜２の表面粗さや機械的強度を種々に設定できる。
【００４４】
また、本実施形態の炭素膜２の製造方法によれば、ＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を連続して成膜することから、これらの第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を、同一の反応容器内で成膜できる。従って、炭素膜２を比較的容易に、かつ、精度よく形成できる。
【００４５】
また、基板１の表面１Ａに、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜１１を成膜するので、表面１Ａに分散されたダイヤモンド粉末が核となり、第１炭素膜１１が比較的早期に成長するとともに、該表面１Ａに精度よく均一に形成される。
【００４６】
また、このＣＭＰパッドコンディショナー１０は、前述の炭素膜２を用いて基板１の切刃を被覆しているので、切刃の切れ味が高められるとともに剛性が確保され、ＣＭＰパッドに対する研削性能が向上する。また、炭素膜２のクラックや剥離が防止されることから、工具寿命が延長し、長期に亘り安定してＣＭＰパッドを研削加工できるとともに、半導体ウェーハのスクラッチが確実に防止される。
【００４７】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態では、炭素膜２をＣＭＰパッドコンディショナー１０に用いることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、この炭素膜２を、ドリル、エンドミル、バイト等の切削工具に用いたり、電子デバイス等の部材に用いたりしてもよい。
【００４８】
また、炭素膜２が、基板１の表面１Ａに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を順次積層するように形成されていることとしたが、これに限定されるものではない。図２のＣＭＰパッドコンディショナー２０は、本実施形態の変形例を示している。このＣＭＰパッドコンディショナー２０では、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が、この順で繰り返し成膜され、炭素膜２２とされている。
【００４９】
詳しくは、基板１の表面１Ａに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が順次成膜された後、さらに、この第３炭素膜１３のＣＭＰパッド側を向く表面１３Ａに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が順次成膜されて、６層からなる炭素膜２２が形成されている。
【００５０】
この炭素膜２２によれば、該炭素膜２２を工具や部材等に用いた場合に、種々の用途に対応可能である。詳しくは、例えば、この炭素膜２２を切削工具や研削工具に用いた場合、切削加工や研削加工によって外側の第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が摩耗しても、その内側（すなわち基材側）の新たな第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が露出し自己再生するようになっていることから、工具寿命が延長する。
また、炭素膜を比較的厚膜に形成するような場合、従来のように、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜のみで成膜すると、膜厚が厚くなるに連れダイヤモンド粒子の平均粒径が増大して、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜を得ることが難しい。これに対比して、図２の炭素膜２２では、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３がこの順で繰り返し成膜されているので、炭素膜２２を比較的厚膜に形成するような場合であっても、表層の第３炭素膜１３の膜厚を一定に制御できるとともに、該第３炭素膜１３におけるダイヤモンド粒子の平均粒径を一定に保てることから、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜２２が安定して得られる。
【００５１】
また、前記炭素膜２２の表層をなす第３炭素膜１３の表面１３Ａに、さらに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を順次成膜して、例えば、９層、１２層、１５層…等からなる炭素膜としても構わない。
【００５２】
また、本実施形態では、基板１が、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４等からなることとしたが、それ以外のセラミックス材料で形成されていても構わない。
また、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３の各膜厚は、本実施形態で説明した前述の範囲内に限定されるものではない。
【００５３】
また、本実施形態では、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を、同一の反応容器内で成膜することとしたが、これに限定されるものではなく、別々の反応容器内において、夫々成膜することとしても構わない。
また、成膜の前に、予め基板１の表面１Ａに種結晶のダイヤモンド粉末を付着させることとしたが、該表面１Ａに、前記ダイヤモンド粉末を付着させずに第１炭素膜１１を成膜しても構わない。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５５】
[実施例１]
実施例１として、まず、ＳｉＣからなる基板１、及び、Ｓｉ３Ｎ４からなる基板１を夫々用意し、これらの基板１の表面１Ａに、種結晶のダイヤモンド粉末を均一に夫々付着させ、種付け処理した。次いで、これらの基板１の表面１Ａに、気相合成法熱フィラメント炉を用いたＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を順次成膜して、炭素膜２を形成した。このようにして、ＣＭＰパッドコンディショナー１０を夫々作製した。
【００５６】
詳しくは、第１炭素膜１１は、ＣＨ４濃度：５％の設定で、膜厚３μｍとなるように成膜した。また、第２炭素膜１２は、ＣＨ４濃度：３．５％の設定で、膜厚３μｍとなるように成膜した。また、第３炭素膜１３は、ＣＨ４濃度：１％の設定で、膜厚１０μｍとなるように成膜した。尚、前記第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子は、その平均粒径が比較的均一に制御され、１μｍ程度に形成された。
【００５７】
次いで、これらのＣＭＰパッドコンディショナー１０の基板１と炭素膜２との界面における残留応力を測定した。尚、前記残留応力は、Ｘ線回析装置を用いて、格子面間隔のひずみを測定することにより求めた。詳しくは、数十μｍ程度の薄膜の場合、残留応力σは、σ＝ＫＭで表される。ここで、Ｋ＝−Ｅ／２（１＋ν）×πｃｏｔθ０／１８０、Ｍ＝∂（２θ）／∂（ｓｉｎ２ψ）、Ｅ：ヤング率、ν：ポアソン比、θ０：無ひずみ状態の格子面間隔を規定した回析角、θ：回析角、ψ：試料法線方向と格子面法線方向のなす角、である。２θ−ｓｉｎ２ψをプロットすることとし、最小二乗法でその傾きを求めることでＭが得られる。また、Ｋは物質により決まった定数である。
結果を表１に示す。
【００５８】
[比較例１]
また、比較例１として、基板１の表面１Ａに、平均粒径が２μｍ程度に設定されたＳＰ３結合のダイヤモンド粒子からなる炭素膜のみを成膜し、ＣＭＰパッドコンディショナーを作製した。詳しくは、前記炭素膜は、ＣＨ４濃度：１％の設定で、膜厚１６μｍとなるように成膜した。それ以外は、実施例１と同様の条件として測定を行った。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示す通り、実施例１においては、前記界面に発生する残留応力は、５０ＭＰａ程度に夫々抑制された。
一方、比較例１においては、前記界面に発生する残留応力は、５００ＭＰａ程度にも達した。
すなわち、実施例１では、比較例１に対比して、前記残留応力が１／１０程度にまで抑制されることが確認された。尚、前記残留応力は、圧縮応力として発生した。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基板（基材）
２、２２ 炭素膜
１０、２０ ＣＭＰパッドコンディショナー
１１ 第１炭素膜
１２ 第２炭素膜
１３ 第３炭素膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、耐摩耗性、硬さ、剛性等の力学的特性が要求される工具や部材等を被覆する炭素膜、炭素膜の製造方法、及び、この炭素膜を用いたＣＭＰパッドコンディショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、ダイヤモンド粒子やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）からなる炭素膜を、電子デバイスや工具等に利用する研究が活発に行われている。すなわち、前記炭素膜を工具や部材等に成膜することによって、これらの工具や部材等に求められる耐摩耗性、硬さ、剛性等の力学的特性に対応するようにしている。このような炭素膜としては、例えば、特許文献１、２に記載されたものが知られている。
【０００３】
一方、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の必要性が高まっており、特に、半導体ウェーハでは、その集積度の向上とともにナノメーターオーダーの表面仕上げが要求されている。このような高精度の表面仕上げに対応するために、半導体ウェーハに対して、多孔性のＣＭＰパッドを用いたＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシュ）研磨が一般に行われている。
【０００４】
半導体ウェーハ等の研磨加工に用いられるＣＭＰ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等の好ましくない現象が生じるので、ＣＭＰパッドコンディショナーを用い、ＣＭＰパッドの表面を研削加工することにより、ＣＭＰ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。
【０００５】
このようなＣＭＰパッドコンディショナーは、例えば、円板状の基板（基材）と、この基板のＣＭＰパッド側を向く表面に形成された複数の切刃とを有している。そして、これらの切刃を、ダイヤモンド粒子からなる前記炭素膜で被覆して、鋭い切れ味や耐摩耗性を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−９８８２号公報
【特許文献２】特開平２−２２３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のように、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜を基材に成膜した場合、炭素膜と基材との界面に比較的大きな残留応力が生じて、炭素膜にクラックが発生したり、炭素膜が基材から剥離したりすることがあった。すなわち、炭素膜の格子定数と基材の格子定数との相違により、過大な残留応力が発生して、炭素膜の基材に対する結合強度や機械的強度が確保できないことがあった。
【０００８】
また、基材によって、炭素膜の膜厚を変更する場合があるが、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜においては、その膜厚に応じて、生成されるダイヤモンド粒子の平均粒径が比較的大きく変動することとなる。従って、前記炭素膜の表面粗さや機械的強度が変動しやすく、炭素膜の性能を安定して確保することが難しかった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、炭素膜と基材との界面における残留応力を抑制し、炭素膜のクラックや剥離を防止し、性能が安定して確保される炭素膜、炭素膜の製造方法及びＣＭＰパッドコンディショナーを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、基材を被覆する炭素膜であって、ＤＬＣからなる第１炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子からなる第２炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜と、を備え、前記第１、第２、第３炭素膜が、前記基材側からこの順に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る炭素膜によれば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）からなる第１炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子、すなわち、所謂ナノクリスタルダイヤモンドからなる第２炭素膜と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜とが、基材側からこの順に形成されているので、炭素膜にクラックが生じたり、炭素膜が基材から剥離したりするようなことが防止される。尚、前記ＤＬＣとは、主として炭化水素、或いは、炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）の硬質炭素膜を示す。
【００１２】
詳しくは、この炭素膜において、基材に成膜された第１炭素膜が、ＳＰ３結合及びＳＰ２結合の混在するアモルファスのＤＬＣからなるので、この第１炭素膜と基材との界面に残留応力が発生するようなことが確実に抑制される。従って、炭素膜の前述の剥離が防止され、基材に対する結合強度が飛躍的に高められる。
【００１３】
また、炭素膜の表層をなす第３炭素膜が、ＳＰ３結合の比較的粒径の大きいダイヤモンド粒子からなるので、炭素膜の剛性が充分に確保される。
また、このような第１、第３炭素膜の間に配された第２炭素膜が、比較的粒径の小さい前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、第１炭素膜及び第３炭素膜に対して強固に結合する。すなわち、第２炭素膜は、その隣接する第１炭素膜及び第３炭素膜の面形状に夫々対応するように緻密に形成され、第１、第３炭素膜に対して充分に密着して、結合強度が高められている。また、第２炭素膜が前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、炭素膜は、第１、第２、第３炭素膜の順に漸次剛性が高められている。従って、この炭素膜に面方向（すなわち膜厚方向に直交する方向）の外力が加わった際に、せん断力の発生を確実に抑制でき、該炭素膜の基材に対する剥離強度がより高められる。
【００１４】
また、このように炭素膜のクラックや剥離が防止されることから、第３炭素膜内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜の表面粗さや機械的強度を種々に設定でき、この炭素膜を工具や部材等に用いた場合に、様々な用途に対応可能である。
【００１５】
また、基材によって、炭素膜の膜厚を変更するような場合であっても、炭素膜の性能を安定して確保することができる。すなわち、第３炭素膜の膜厚を変えずに、第１炭素膜又は／及び第２炭素膜の膜厚を増減させることによって、炭素膜全体の膜厚を調整できることから、表層の第３炭素膜を安定して形成できる。従って、炭素膜の膜厚に係わらず、第３炭素膜内のダイヤモンド粒子の平均粒径を安定させることができ、炭素膜の表面粗さや機械的強度が安定する。
【００１６】
また、本発明に係る炭素膜において、前記第１、第２、第３炭素膜が、この順で繰り返し成膜されていることとしてもよい。
【００１７】
本発明に係る炭素膜によれば、この炭素膜を工具や部材等に用いた場合に、種々の用途に対応可能である。詳しくは、例えば、この炭素膜を切削工具や研削工具に用いた場合、切削加工や研削加工によって外側の第１、第２、第３炭素膜が摩耗しても、その内側（すなわち基材側）の新たな第１、第２、第３炭素膜が露出し自己再生するようになっていることから、工具寿命が延長する。
また、炭素膜を比較的厚膜に形成するような場合、従来のように、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜のみで成膜すると、膜厚が厚くなるに連れダイヤモンド粒子の平均粒径が増大して、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜を得ることが難しい。これに対比して、本発明の炭素膜では、第１、第２、第３炭素膜がこの順で繰り返し成膜されているので、表層の第３炭素膜の膜厚を一定に制御できるとともに、該第３炭素膜におけるダイヤモンド粒子の平均粒径を一定に保てることから、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜が安定して得られる。
【００１８】
また、本発明に係る炭素膜において、前記第１炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、前記第２炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、前記第３炭素膜の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されることとしてもよい。
【００１９】
本発明に係る炭素膜によれば、第１、第２炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に夫々設定されているので、第１、第２炭素膜が、均一に精度よく形成できる。すなわち、前記膜厚が３μｍ未満に設定された場合には、膜厚が安定しなかったり空隙が形成されたりして、均一に成膜できないことがある。また、前記膜厚が５μｍを超えて設定された場合には、製造コストが比較的嵩むこととなり、好ましくない。
【００２０】
また、第３炭素膜の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されているので、第３炭素膜内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜の表面粗さや機械的強度を種々に設定できる。
【００２１】
また、本発明は、前述した炭素膜の製造方法であって、ＣＶＤ法により、前記第１、第２、第３炭素膜を連続して成膜することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る炭素膜の製造方法によれば、ＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜を連続して成膜することから、例えば、これらの第１、第２、第３炭素膜を、同一の反応容器内で成膜できる。従って、炭素膜を比較的容易に、かつ、精度よく形成できる。
【００２３】
また、本発明に係る炭素膜の製造方法において、前記基材に前記第１炭素膜を成膜するに際し、この基材に、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜を成膜することとしてもよい。
【００２４】
本発明に係る炭素膜の製造方法によれば、基材に、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜を成膜するので、基材に分散されたダイヤモンド粉末が核となり、第１炭素膜が比較的早期に成長するとともに、該基材に精度よく均一に形成される。
【００２５】
また、本発明は、基材に形成された切刃を用いて、前記基材に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すＣＭＰパッドコンディショナーであって、前記切刃が炭素膜で被覆され、この炭素膜として、前述の炭素膜を用いたことを特徴としている。
【００２６】
本発明に係るＣＭＰパッドコンディショナーによれば、前述の炭素膜を用いて基材の切刃を被覆しているので、切刃の切れ味が高められるとともに剛性が確保され、ＣＭＰパッドに対する研削性能が向上する。また、炭素膜のクラックや剥離が防止されることから、工具寿命が延長し、長期に亘り安定してＣＭＰパッドを研削加工できるとともに、半導体ウェーハ等のスクラッチが確実に防止される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る炭素膜によれば、炭素膜と基材との界面における残留応力が抑制され、炭素膜のクラックや剥離が防止され、性能が安定して確保される。
また、本発明に係る炭素膜の製造方法によれば、このような炭素膜を比較的容易かつ高精度に製造することができる。
また、本発明に係るＣＭＰパッドコンディショナーによれば、前述の炭素膜で切刃が被覆されるので、ＣＭＰパッドを精度よく安定して研削加工でき、工具寿命が延長する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーを示す部分側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーの変形例を示す部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本実施形態のＣＭＰパッドコンディショナー１０は、円板状又は円環板状をなし、その中心軸周りに回転する基板（基材）１と、この基板１に形成された複数の切刃（不図示）とを有し、これらの切刃を用いて、基板１に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すものである。また、これらの切刃は、例えば、多角錐状、多角柱状、円錐状又は切頭円錐状等をなし、基板１において前記ＣＭＰパッド側を向く表面から突出して形成されている。また、ＣＭＰパッドは、半導体ウェーハに対して研磨加工を施す。
【００３０】
基板１は、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料からなり、図１に示すように、基板１のＣＭＰパッド側を向く表面１Ａは、炭素膜２で被覆されている。また、図示しないが、表面１Ａに形成された前記切刃も炭素膜２で被覆されている。
【００３１】
また、炭素膜２は、基板１の表面１Ａに、第１炭素膜１１、第２炭素膜１２及び第３炭素膜１３を順次積層するように形成されている。
第１炭素膜１１は、基板１の表面１Ａに成膜され、ＳＰ３結合及びＳＰ２結合の混在するアモルファスのＤＬＣからなる。また、第１炭素膜１１の膜厚は、３〜５μｍの範囲内に設定される。
【００３２】
また、第２炭素膜１２は、第１炭素膜１１においてＣＭＰパッド側を向く表面１１Ａに成膜され、平均粒径が２００ｎｍ以下に設定されたダイヤモンド粒子、すなわち、所謂ナノクリスタルダイヤモンドからなる。また、第２炭素膜１２は、ラマンシフトスペクトルにおいて１１５０ｃｍ−１付近に特徴的なピークを有する。また、第２炭素膜１２の膜厚は、３〜５μｍの範囲内に設定される。
【００３３】
また、第３炭素膜１３は、第２炭素膜１２においてＣＭＰパッド側を向く表面１２Ａに成膜され、ＳＰ３結合のダイヤモンド粒子からなる。詳しくは、第３炭素膜１３は、平均粒径が２００ｎｍを超える比較的粒径の大きい共有結合のダイヤモンド粒子からなる。また、第３炭素膜１３は、ラマンシフトスペクトルにおいて１３３２ｃｍ−１付近に特徴的なピークを有する。また、第３炭素膜１３の膜厚は、５〜１５μｍの範囲内に設定される。また、第３炭素膜１３は、炭素膜２の表層をなしている。
【００３４】
次に、このＣＭＰパッドコンディショナー１０を製造する手順について説明する。
まず、基板１を用意する。尚、基板１の表面１Ａには、予め前記切刃に対応する形状を付与しておく。
【００３５】
次いで、この基板１の表面１Ａに、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させる。詳しくは、種結晶としてダイヤモンド微粒子からなるダイヤモンド粉末を用い、該ダイヤモンド粉末を、表面１Ａに塗布等によって分散させ均一に付着させる。
【００３６】
次いで、気相合成法熱フィラメント炉からなる反応容器を用い、ＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３をこの順に連続して成膜する。詳しくは、同一の反応容器内において、まず、メタン（ＣＨ４）濃度：５％程度の設定で第１炭素膜１１を成膜し、次に、ＣＨ４濃度：３．５％程度の設定で第２炭素膜１２を成膜し、次に、ＣＨ４濃度：１％程度の設定で第３炭素膜１３を成膜し、炭素膜２を形成する。
このようにして、ＣＭＰパッドコンディショナー１０が製造される。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナー１０によれば、基板１の表面１Ａに、ＤＬＣからなる第１炭素膜１１と、平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子、すなわち、所謂ナノクリスタルダイヤモンドからなる第２炭素膜１２と、平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜１３と、が順次成膜され、炭素膜２が形成されているので、炭素膜２にクラックが生じたり、炭素膜２が基板１から剥離したりするようなことが防止される。
【００３８】
詳しくは、炭素膜２において、基板１の表面１Ａに成膜された第１炭素膜１１が、ＳＰ３結合及びＳＰ２結合の混在するアモルファスのＤＬＣからなるので、この第１炭素膜１１と基板１との界面に残留応力が発生するようなことが確実に抑制される。すなわち、従来のＣＭＰパッドコンディショナーにおいては、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜の格子定数と基板１の格子定数との相違により、炭素膜と基板１との界面に数百ＭＰａ程度に及ぶ過大な残留応力が発生し、工具に衝撃が加わった際に、炭素膜の微小クラックから剥離に至ることがあり、炭素膜の基板１に対する結合強度や機械的強度が確保できなかった。一方、本実施形態のＣＭＰパッドコンディショナー１０では、前述のように界面の残留応力が抑制され、数十ＭＰａ程度に緩和されるので、炭素膜２の剥離が防止され、基板１に対する結合強度が飛躍的に高められる。
【００３９】
また、炭素膜２の表層をなす第３炭素膜１３が、ＳＰ３結合の比較的粒径の大きいダイヤモンド粒子からなるので、炭素膜２の剛性が充分に確保される。
また、このような第１、第３炭素膜１１、１３の間に配された第２炭素膜１２が、比較的粒径の小さい前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、第１炭素膜１１及び第３炭素膜１３に対して強固に結合する。すなわち、第２炭素膜１２は、その隣接する第１炭素膜１１の表面１１Ａ及び第３炭素膜１３の基板１側を向く表面１３Ｂの形状に夫々対応するように緻密に形成され、第１、第３炭素膜１１、１３に対して充分に密着して、結合強度が高められている。また、第２炭素膜１２が前記ナノクリスタルダイヤモンドからなることから、炭素膜２は、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３の順に漸次剛性が高められている。従って、この炭素膜２に面方向（すなわち膜厚方向に直交する方向）の外力が加わった際に、せん断力の発生を確実に抑制でき、該炭素膜２の基板１に対する剥離強度がより高められる。
【００４０】
また、このように炭素膜２のクラックや剥離が防止されることから、第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜２の表面粗さや機械的強度を種々に設定できる。
【００４１】
また、基板１によって、炭素膜２の膜厚を変更するような場合であっても、炭素膜２の性能を安定して確保することができる。すなわち、第３炭素膜１３の膜厚を変えずに、第１炭素膜１１又は／及び第２炭素膜１２の膜厚を増減させることによって、炭素膜２全体の膜厚を調整できることから、表層の第３炭素膜１３を安定して形成できる。従って、炭素膜２の膜厚に係わらず、第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子の平均粒径を安定させることができ、炭素膜２の表面粗さや機械的強度が安定する。
【００４２】
また、第１、第２炭素膜１１、１２の膜厚が３〜５μｍの範囲内に夫々設定されているので、第１、第２炭素膜１１、１２が、均一に精度よく形成できる。すなわち、前記膜厚が３μｍ未満に設定された場合には、膜厚が安定しなかったり空隙が形成されたりして、均一に成膜できないことがある。また、前記膜厚が５μｍを超えて設定された場合には、製造コストが比較的嵩むこととなり、好ましくない。
【００４３】
また、第３炭素膜１３の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されているので、第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子の平均粒径を、比較的自由に設定することができる。従って、炭素膜２の表面粗さや機械的強度を種々に設定できる。
【００４４】
また、本実施形態の炭素膜２の製造方法によれば、ＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を連続して成膜することから、これらの第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を、同一の反応容器内で成膜できる。従って、炭素膜２を比較的容易に、かつ、精度よく形成できる。
【００４５】
また、基板１の表面１Ａに、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜１１を成膜するので、表面１Ａに分散されたダイヤモンド粉末が核となり、第１炭素膜１１が比較的早期に成長するとともに、該表面１Ａに精度よく均一に形成される。
【００４６】
また、このＣＭＰパッドコンディショナー１０は、前述の炭素膜２を用いて基板１の切刃を被覆しているので、切刃の切れ味が高められるとともに剛性が確保され、ＣＭＰパッドに対する研削性能が向上する。また、炭素膜２のクラックや剥離が防止されることから、工具寿命が延長し、長期に亘り安定してＣＭＰパッドを研削加工できるとともに、半導体ウェーハのスクラッチが確実に防止される。
【００４７】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態では、炭素膜２をＣＭＰパッドコンディショナー１０に用いることとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、この炭素膜２を、ドリル、エンドミル、バイト等の切削工具に用いたり、電子デバイス等の部材に用いたりしてもよい。
【００４８】
また、炭素膜２が、基板１の表面１Ａに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を順次積層するように形成されていることとしたが、これに限定されるものではない。図２のＣＭＰパッドコンディショナー２０は、本実施形態の変形例を示している。このＣＭＰパッドコンディショナー２０では、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が、この順で繰り返し成膜され、炭素膜２２とされている。
【００４９】
詳しくは、基板１の表面１Ａに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が順次成膜された後、さらに、この第３炭素膜１３のＣＭＰパッド側を向く表面１３Ａに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が順次成膜されて、６層からなる炭素膜２２が形成されている。
【００５０】
この炭素膜２２によれば、該炭素膜２２を工具や部材等に用いた場合に、種々の用途に対応可能である。詳しくは、例えば、この炭素膜２２を切削工具や研削工具に用いた場合、切削加工や研削加工によって外側の第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が摩耗しても、その内側（すなわち基材側）の新たな第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３が露出し自己再生するようになっていることから、工具寿命が延長する。
また、炭素膜を比較的厚膜に形成するような場合、従来のように、ダイヤモンド粒子からなる炭素膜のみで成膜すると、膜厚が厚くなるに連れダイヤモンド粒子の平均粒径が増大して、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜を得ることが難しい。これに対比して、図２の炭素膜２２では、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３がこの順で繰り返し成膜されているので、炭素膜２２を比較的厚膜に形成するような場合であっても、表層の第３炭素膜１３の膜厚を一定に制御できるとともに、該第３炭素膜１３におけるダイヤモンド粒子の平均粒径を一定に保てることから、所望の表面粗さや機械的強度を有する炭素膜２２が安定して得られる。
【００５１】
また、前記炭素膜２２の表層をなす第３炭素膜１３の表面１３Ａに、さらに、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を順次成膜して、例えば、９層、１２層、１５層…等からなる炭素膜としても構わない。
【００５２】
また、本実施形態では、基板１が、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４等からなることとしたが、それ以外のセラミックス材料で形成されていても構わない。
また、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３の各膜厚は、本実施形態で説明した前述の範囲内に限定されるものではない。
【００５３】
また、本実施形態では、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を、同一の反応容器内で成膜することとしたが、これに限定されるものではなく、別々の反応容器内において、夫々成膜することとしても構わない。
また、成膜の前に、予め基板１の表面１Ａに種結晶のダイヤモンド粉末を付着させることとしたが、該表面１Ａに、前記ダイヤモンド粉末を付着させずに第１炭素膜１１を成膜しても構わない。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５５】
[実施例１]
実施例１として、まず、ＳｉＣからなる基板１、及び、Ｓｉ３Ｎ４からなる基板１を夫々用意し、これらの基板１の表面１Ａに、種結晶のダイヤモンド粉末を均一に夫々付着させ、種付け処理した。次いで、これらの基板１の表面１Ａに、気相合成法熱フィラメント炉を用いたＣＶＤ法により、第１、第２、第３炭素膜１１、１２、１３を順次成膜して、炭素膜２を形成した。このようにして、ＣＭＰパッドコンディショナー１０を夫々作製した。
【００５６】
詳しくは、第１炭素膜１１は、ＣＨ４濃度：５％の設定で、膜厚３μｍとなるように成膜した。また、第２炭素膜１２は、ＣＨ４濃度：３．５％の設定で、膜厚３μｍとなるように成膜した。また、第３炭素膜１３は、ＣＨ４濃度：１％の設定で、膜厚１０μｍとなるように成膜した。尚、前記第３炭素膜１３内のダイヤモンド粒子は、その平均粒径が比較的均一に制御され、１μｍ程度に形成された。
【００５７】
次いで、これらのＣＭＰパッドコンディショナー１０の基板１と炭素膜２との界面における残留応力を測定した。尚、前記残留応力は、Ｘ線回析装置を用いて、格子面間隔のひずみを測定することにより求めた。詳しくは、数十μｍ程度の薄膜の場合、残留応力σは、σ＝ＫＭで表される。ここで、Ｋ＝−Ｅ／２（１＋ν）×πｃｏｔθ０／１８０、Ｍ＝∂（２θ）／∂（ｓｉｎ２ψ）、Ｅ：ヤング率、ν：ポアソン比、θ０：無ひずみ状態の格子面間隔を規定した回析角、θ：回析角、ψ：試料法線方向と格子面法線方向のなす角、である。２θ−ｓｉｎ２ψをプロットすることとし、最小二乗法でその傾きを求めることでＭが得られる。また、Ｋは物質により決まった定数である。
結果を表１に示す。
【００５８】
[比較例１]
また、比較例１として、基板１の表面１Ａに、平均粒径が２μｍ程度に設定されたＳＰ３結合のダイヤモンド粒子からなる炭素膜のみを成膜し、ＣＭＰパッドコンディショナーを作製した。詳しくは、前記炭素膜は、ＣＨ４濃度：１％の設定で、膜厚１６μｍとなるように成膜した。それ以外は、実施例１と同様の条件として測定を行った。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示す通り、実施例１においては、前記界面に発生する残留応力は、５０ＭＰａ程度に夫々抑制された。
一方、比較例１においては、前記界面に発生する残留応力は、５００ＭＰａ程度にも達した。
すなわち、実施例１では、比較例１に対比して、前記残留応力が１／１０程度にまで抑制されることが確認された。尚、前記残留応力は、圧縮応力として発生した。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基板（基材）
２、２２ 炭素膜
１０、２０ ＣＭＰパッドコンディショナー
１１ 第１炭素膜
１２ 第２炭素膜
１３ 第３炭素膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を被覆する炭素膜であって、
ＤＬＣからなる第１炭素膜と、
平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子からなる第２炭素膜と、
平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜と、を備え、
前記第１、第２、第３炭素膜が、前記基材側からこの順に形成されていることを特徴とする炭素膜。
【請求項２】
請求項１に記載の炭素膜であって、
前記第１、第２、第３炭素膜が、この順で繰り返し成膜されていることを特徴とする炭素膜。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の炭素膜であって、
前記第１炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、
前記第２炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、
前記第３炭素膜の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されることを特徴とする炭素膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素膜を製造するための炭素膜の製造方法であって、
ＣＶＤ法により、前記第１、第２、第３炭素膜を連続して成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の炭素膜の製造方法であって、
前記基材に前記第１炭素膜を成膜するに際し、この基材に、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
【請求項６】
基材に形成された切刃を用いて、前記基材に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すＣＭＰパッドコンディショナーであって、
前記切刃が炭素膜で被覆され、前記炭素膜として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素膜を用いたことを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１】
基材を被覆する炭素膜であって、
ＤＬＣからなる第１炭素膜と、
平均粒径が２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子からなる第２炭素膜と、
平均粒径が２００ｎｍを超えるダイヤモンド粒子からなる第３炭素膜と、を備え、
前記第１、第２、第３炭素膜が、前記基材側からこの順に形成されていることを特徴とする炭素膜。
【請求項２】
請求項１に記載の炭素膜であって、
前記第１、第２、第３炭素膜が、この順で繰り返し成膜されていることを特徴とする炭素膜。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の炭素膜であって、
前記第１炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、
前記第２炭素膜の膜厚が３〜５μｍの範囲内に設定され、
前記第３炭素膜の膜厚が５〜１５μｍの範囲内に設定されることを特徴とする炭素膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素膜を製造するための炭素膜の製造方法であって、
ＣＶＤ法により、前記第１、第２、第３炭素膜を連続して成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の炭素膜の製造方法であって、
前記基材に前記第１炭素膜を成膜するに際し、この基材に、種結晶のダイヤモンド粉末を付着させた後、第１炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造方法。
【請求項６】
基材に形成された切刃を用いて、前記基材に対向配置されたＣＭＰパッドに研削加工を施すＣＭＰパッドコンディショナーであって、
前記切刃が炭素膜で被覆され、前記炭素膜として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭素膜を用いたことを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２０２９１１（Ｐ２０１０−２０２９１１Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７９６１（Ｐ２００９−４７９６１）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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