軟質材加工用切削工具
【課題】使用初期からパッド除去レートが安定しており、切削条件を調整する必要なくパッド表面を加工・調整できる軟質材加工用切削工具を提供する。
【解決手段】円盤状をなす基材１０の表面１１Ａに、切刃稜線１７を有する切刃凸部１５が上方に突出して形成され、切刃凸部１５の上部には平面状に形成された上面部１６が形成され、上面部１６には気相合成ダイヤモンド膜１８が設けられており、上面部１６に設けられた気相合成ダイヤモンド膜１８表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから２．０μｍであることを特徴とする。
【解決手段】円盤状をなす基材１０の表面１１Ａに、切刃稜線１７を有する切刃凸部１５が上方に突出して形成され、切刃凸部１５の上部には平面状に形成された上面部１６が形成され、上面部１６には気相合成ダイヤモンド膜１８が設けられており、上面部１６に設けられた気相合成ダイヤモンド膜１８表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから２．０μｍであ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、多孔性の樹脂・ゴム・ポリウレタンラバー等からなるパッド、例えば、半導体ウエハ等の研磨用パッドの表面を加工・調整するための切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
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が高まっている。特に、半導体ウエハは、その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）が一般的に行われている。ＣＭＰ研磨とは、砥粒等を用いる機械的な研磨と、アルカリ液、酸性液等でエッチングする化学的研磨を組み合わせたものである。
【０００３】
半導体ウエハ等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等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・調整することにより、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。
【０００４】
このパッドを加工・調整するために用いられる軟質材加工用切削工具の一例として、特許文献１及び２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切刃凸部が形成され、切刃凸部の上面部と側面部との交差稜線部に切刃が設けられるとともに、切刃凸部を含む基材の表面には、気相合成されたダイヤモンド膜が設けられたものが提供されている。
このような軟質材加工用切削工具は、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切刃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。
【特許文献１】特開平７−３２８９３７号公報
【特許文献２】特開平１０−４４０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば特許文献１及び特許文献２に示された軟質材加工用切削工具のように基材に気相合成ダイヤモンド膜を成長させる場合には、合成条件により表面平滑な気相合成ダイヤモンド膜を合成することが技術的には可能であるが、そのような条件ではダイヤモンド膜の合成速度が著しく遅くなる。そのため、このようなダイヤモンド膜は生産性の観点から工業的には使用できず、一般的に工具向けのダイヤモンド膜としては特定の成長方位に限定されず、かつ膜表面にダイヤモンド粒子の結晶面で形成される大きな凹凸を有した多結晶膜を用いることが多い。
【０００６】
この軟質材加工用切削工具を使用した場合には、使用初期においては、気相合成ダイヤモンド膜の表面が非常に粗く、多くの方位を向いた複数の結晶表面がむき出しとされているので、各結晶表面が切刃として作用してしまい、この結晶表面によってパッドが切削されてしまう。
上記の軟質材加工用切削工具の使用の初期段階においては、切刃凸部に設けられた切刃と気相合成ダイヤモンド膜の表面に剥き出された結晶表面とでパッドを切削することになり、単位時間当たりのパッドの切削量を示す値であるパッド除去レートが異常に高い値を示し、その後、使用時間が長くなるにしたがって気相合成ダイヤモンド膜の表面状態が変化し、パット除去レートが著しく低下してしまうといった問題があった。
【０００７】
また、上記の軟質材加工用切削工具では、パット除去レートが著しく低下してしまうので、軟質材加工用切削工具の使用状況、つまりダイヤモンド膜の表面状態に応じて切削条件を変更するなどの調整が必要となるため、非常に使いづらいものであった。
また、使用初期のパッド除去レートが顕著に高くなっているので、使用初期の段階では、パッドを必要以上に多く削りすぎてしまうトラブルが発生し、パッドの寿命が短くなってしまうといった問題があった。
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、使用初期からパッド除去レートが安定しており、切削条件を調整する必要なくパッド表面を加工・調整できる軟質材加工用切削工具を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明は、円盤状をなす基材の表面に、切刃稜線を有する切刃凸部が上方に突出して形成され、該切刃凸部の上部には平面状に形成された上面部が形成され、該上面部には気相合成ダイヤモンド膜が設けられており、前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから２．０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成の軟質材加工用切削工具では、パッドと接触する切刃凸部の上面部に設けられた気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が、０．２μｍから２．０μｍに規定されているので、使用状況によってダイヤモンド膜の表面状態が大きく変動せず、使用初期から安定したパッド除去レートを得ることができる。したがって、軟質材加工用切削工具の使用状況に応じて切削条件を変更するなどの調整が不要となる。
また、使用初期のパッド除去レートが適正な速度に調整されているので、パッドの消耗量を抑制し、パッドの寿命を長くすることができる。
【００１１】
ここで、ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが２．０μｍを超える場合には、使用初期のパッド除去レートが比較的高い値を示し、使用状況によってダイヤモンド膜の表面状態が変化してしまうので、使用初期から安定したパッド除去レートを得ることができない。また、ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａを０．２μｍより小さくしても、パッド除去レートをさらに安定化する効果は期待できない。
したがって、本発明においては、パッドと接触する切刃凸部の上面部に設けられた気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａを、０．２μｍから２．０μｍに規定している。
【００１２】
また、前記基材の表面に、全面に亘って気相合成ダイヤモンド膜を設けることにより、腐食性の強い酸性、アルカリ性または錯体等の添加剤を含んだ薬液によって溶出の虞がある材料によって基材を構成したとしても、この基材の溶出による汚染を防止することができ、さらに、切刃凸部の強度を向上させることができる。
【００１３】
また、前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａを０．２μｍから０．５μｍとすることにより、使用初期からパッド除去レートが安定し、一層安定したコンディショニングが可能となる。
【００１４】
また、前記上面部が、該上面部に対向する方向から見て多角形あるいは円形をなしており、前記上面部がなす多角形面の外接円の半径あるいは円形面の半径を、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に設定することにより、加工するために有効なパッド変形を生じさせ、パッド加工性能が確保できるとともに、大きな加工痕がパッドに形成されることを防止してパッド表面の平坦性を確保することができる。なお、このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、前記外接円の半径または円形面の半径を、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００１５】
また、前記基材は前記表面と対向配置される底面を有し、前記切刃凸部を、前記底面と平行とされた基準面の上に形成し、前記上面部のうち前記底面から最も突出した部分の前記基準面からの高さを、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲に設定することにより、切刃稜線のパッドへの圧入深さを確保して加工性能を確保できるとともに、加工中の加工速度のばらつきを抑えてパッドを安定して加工することができる。このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、前記高さを０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について説明する。図１、図２に本実施形態である軟質材加工用切削工具を示す。
軟質材加工用切削工具の基材１０は、ＳｉＣ（炭化珪素）で構成され、軸線Ｏを中心として、軸線Ｏ回りにＴ方向に回転される略円盤状をなすものであり、この軸線Ｏと直交する平面と平行に配置された底面１１Ｂと、この底面１１Ｂに対向配置された表面１１Ａを有する。表面１１Ａ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ひとつの台座１２が形成されており、本実施形態では、上方に向けて突出する複数の台座１２が周方向で略等間隔に配置されるとともに放射状に配置されるように形成されている。
これらの複数の台座１２は、それぞれ同一形状の略正四角柱状を呈しており、略正方形面状をなす上面１３の全面が、基材１０の表面１１Ａと略平行な平坦面とされている。そして、この台座１２の基材１０の表面１１Ａからの高さＨ１はウエハの研磨屑やスラリー固形分等の排出の点から、０．０５ｍｍ≦Ｈ１≦２．０ｍｍの範囲内に設定することが好ましく、本実施形態ではＨ１＝０．２５ｍｍとされている。
【００１７】
また、複数の台座１２のそれぞれの上面１３（平坦面）において、その周縁領域（台座１２における上面１３と周面（側面）とが交差してできる略正方形状の交差稜線１４を含むような周縁領域）のうち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ひとつの切刃凸部１５が形成されている。つまり、本実施形態においては、台座１２の上面１３が、基材１０の底面１１Ｂと平行（軸線Ｏと直交する平面と平行）な基準面とされている。
【００１８】
本実施形態では、複数の台座１２のそれぞれの上面１３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、上方に突出するひとつの切刃凸部１５が形成されている。
なお、これら複数の切刃凸部１５も、台座１２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、略正方形断面状をなす台座１２の上面１３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。
【００１９】
このように、ひとつの台座１２のそれぞれに対して、その上面１３の中央領域にひとつの切刃凸部１５が上方に突出して形成されているため、これら台座１２及び切刃凸部１５は、外径の大きな略正四角柱状をなす台座１２と外径の小さな略正四角柱状をなす切刃凸部１５とが同軸に接続されたような２段突起状をなしており、基材１０の表面１１Ａには、複数の台座１２と同じ数だけ、複数の切刃凸部１５が存在することになる。
【００２０】
また、切刃凸部１５の略正方形断面状をなす上面部１６の全面が、基材１０の表面１１Ａと略平行な平坦面とされている。この切刃凸部１５の基準面（台座１２の上面１３）からの高さＨ２は、０．０２ｍｍ≦Ｈ２≦０．５ｍｍの範囲内に、より好ましくは０．０５ｍｍ≦Ｈ２≦０．１５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態ではＨ２＝０．０５ｍｍとされている。つまり、切刃凸部１５の基材１０の表面１１Ａからの高さＨ（Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２）は、０．３ｍｍとされているのである。
切刃凸部１５における上面部１６（平坦面）と周面（側面）とが交差してできる略正方形状の交差稜線が、この切刃凸部１５の有する切刃稜線１７となっている。
【００２１】
また、基材１０の表面１１Ａと一体に形成された切刃凸部１５における少なくとも上面部１６には、気相合成ダイヤモンド膜１８がコーティングされており、本実施形態においては、複数の切刃凸部１５を含む基材１０の表面１１Ａの全面が、気相合成ダイヤモンド膜１８でコーティングされており、その膜厚ｔは０．５μｍから５０μｍとされている。
このような気相合成ダイヤモンド膜１８は、上記のような複数の台座１２と複数の切刃凸部１５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等の既存の方法を用いることにより、複数の台座１２及び複数の切刃凸部１５とを含む基材１０の表面１１Ａの全面に亘って形成される。
【００２２】
そして、上記の方法で基材１０の表面１１Ａに形成された気相合成ダイヤモンド膜１８の表面は、図３に示すように、多くの方位を向く複数の結晶表面が剥き出しとなり非常に粗くなっているので、その表面粗さを調整する必要がある。
気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整するための調整方法としては、９００℃程度に加熱保持した鉄板にダイヤモンド膜が形成された基材１０を一定圧力で押し付け、鉄板と基材１０とを摺動させる方法や、チタンアルミ金属間化合物の板にダイヤモンド膜が形成された基材１０を一定圧力で押し付け、チタンアルミ金属間化合物の板と基材１０とを摺動させる方法などが挙げられる。また、ラッピングマシン等を使用した遊離砥粒スラリーでの研磨によっても気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整することができる。この場合、さらに研磨効率を高める目的で前記スラリーに酸化作用を有する添加剤を適宜加えても良い。
【００２３】
上記の方法により表面粗さが調整された気相合成ダイヤモンド膜１８の表面は、図４に示すように、結晶表面が認められない平滑な面とされ、その算術平均粗さＲａが０．２μｍから０．５μｍとされている。つまり、この軟質材加工用切削工具に形成された切刃凸部１５の上面部１６には、平滑面を有する気相合成ダイヤモンド膜１８が被覆されているのである。
【００２４】
上記の構成の軟質材加工用切削工具は、基材１０の裏面にステンレスや樹脂等からなる板材が貼り付けられたり、基材１０がステンレス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切削工具は、その基材１０の表面１１Ａを、軸線Ｏ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等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）を行い、パッド表面に接地して圧入している複数の切刃凸部１５に形成された切刃稜線１７で、被切削材としてのパッド表面を切削する。実際には、切刃稜線１７をコーティングしている気相合成ダイヤモンド膜１８が、パッドの表面を切削することになる。パッドが切削された生成した切屑は、切刃凸部１５同士の間に位置する隙間や台座１２同士の間に位置する隙間等から排出される。
【００２５】
上記の構成の軟質材加工用切削工具では、切刃凸部１５の上面部１６形成された気相合成ダイヤモンド膜１８の表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍから０．５μｍとされており、気相合成ダイヤモンド膜１８の結晶表面の凹凸が切刃として作用することが少なく、主に切刃凸部１５によってパッドが切削されるので、パッド除去レートが使用初期から一定の範囲内で安定しており、切削条件等を調整することなく、長時間使用することができる。
また、初期のパッド除去レートが適正な速度に調整されているので、パッドの消耗量を抑制し、パッドの寿命を長くすることができる。
【００２６】
以下に、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。
試験工具として、ＳｉＣで構成された直径１００ｍｍの基材１０の表面１１Ａに台座１２が放射状に１２０個設けられ、各台座１２の上面１３には切刃凸部１５がひとつ形成されたものを供した。ここで、台座１２は、一辺が０．８ｍｍ、高さが０．２５ｍｍの正四角柱状とし、切刃凸部１５は、一辺が０．１５ｍｍ、高さが０．０５ｍｍの正四角柱状とした。
【００２７】
基材１０の表面１１Ａには全面に亘って気相合成ダイヤモンド膜１８にてコーティングした。気相合成ダイヤモンド膜１８の生成はマイクロ波プラズマＣＶＤ法で行われ、投入電力を３０００Ｗ、圧力を２６００Ｐａ、メタンガス／水素比を１０／５００、成膜時間を１０時間として行った。これにより、基材１０の表面には、膜厚がおよそ１５μｍの気相合成ダイヤモンド膜が形成された。
こうして得られた気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−８５００）を用いて測定した結果、図５に示すようにその粗さ曲線は大きな凹凸を示し、その算術平均粗さＲａは４．５μｍであった。この気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整していないものを比較例１として試験に供した。
【００２８】
また、気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整するために、９００℃から１０００℃に加熱保持された鉄板に、気相合成ダイヤモンド膜１８が形成された基材１０の表面１１Ａを、圧力２０ｋＰａで押し付け、基材１０と鉄板とを５ｍｍ／ｓｅｃの速度で、約１０分間摺動させた。こうして得られた気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−８５００）を用いて測定した結果、図６に示すようにその粗さ曲線はほとんど変動しておらず、その算術平均粗さＲａは０．３μｍであった。この気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整したものを本発明例１として試験に供した。さらに、本発明例２として、気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さをＲａ＝１．３μｍに調整したものを試験に供した。
【００２９】
なお、直径１００ｍｍの工具の表面調整を、ラッピングマシン等を使用した遊離砥粒による研磨によって行う場合には、定盤回転数を４０〜１００ｒｐｍ，工具回転数を４５〜１０５ｒｐｍ、圧力を１．２５〜１２．５ｋＰａの範囲に設定し、固形分５％以上の研磨スラリーを２５〜２００ｍｌ／ｍｉｎ供給すると良い。ここで、定盤回転数５０ｒｐｍ、工具回転数５５ｒｐｍ、圧力５ｋＰａ、固形分２０％の研磨スラリー１００ｍｌ／ｍｉｎ、処理時間１時間として研磨を行った結果、上記方法と同様に、表面の算術平均粗さＲａ０．３μｍの気相合成ダイヤモンド膜１８を得ることができた。
【００３０】
試験機として研磨装置（ムサシノ電子製ＭＡ−３００）を用い、被切削材として発泡ウレタン質パッド（Ｒｏｄｅｌ社製ＩＣ１４００）を用い、研磨スラリーとしてＳｉＯ２スラリー（Ｃａｂｏｔ社製ＳＳ−２５）を用いた。
試験条件は、プラテン回転数（ウレタンパッドの回転数）を９０ｒｐｍ、切削工具の回転数を８０ｒｐｍ、荷重を３９．２Ｎ、スラリー流量を２５ｍｌ／ｍｉｎとして、パッドの研削を行った。
【００３１】
評価項目であるパッド除去レートは、まず、事前に発泡ウレタン質パッドの高さを測定しておき、この発泡ウレタン質パッドを研削試験に供し、研削後の発泡ウレタン質パッドの高さを測定し、研削前後の発泡ウレタン質パッドの高さの変化を研削時間で除して計算した。ここで、発泡ウレタン質パッドの高さは、マイクロゲージを用いて、パッドの直径（３００ｍｍ）上を１０ｍｍ間隔で合計３０点測定し、その平均値とした。
【００３２】
図７にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例では、使用から３時間経過した時点でのパッド除去レートが８０μｍ／ｈであったのが、使用から７時間経過した時点で５０μｍ／ｈと約６割程度まで急激に変化している。
一方、本発明例１では、使用から３時間の時点で４８μｍ／ｈであり、使用から３０時間経過した時点でも４３μｍ／ｈであった。また、本発明例２では、使用から３時間の時点で５５μｍ／ｈであり、使用から３０時間経過した時点でも４４μｍ／ｈであった。
したがって、本試験により、本発明例では、パッド除去レートが使用初期段階からほとんど変化がなく安定していることが確認された。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、基材１０を構成する材料として、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いて説明したが、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膜１８の生成のしやすさと、台座１２、切刃凸部１４等の形成のしやすさと、実用に耐えるための機械的特性との観点から、例えば、以下に示すようなものが適しており、これらの材料で構成されていれば良い。
（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との炭化物、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との炭化物、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種との複合体からなる超硬合金。
（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いずれか１種、またはこれらの複合体。
【００３４】
また、本実施の形態では、基材１０の表面１１Ａには、台座１２と切刃凸部１５との２段凸部が形成されたもので説明したが、切刃凸部１５のみの１段凸部が形成されたものであっても良い。この場合には、基材１０の底面１１Ｂと平行な表面１１Ａが基準面とされる。なお、表面１１Ａが基準面とされる場合は、切刃凸部１５の高さは、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましく、さらにウェハの研磨屑やスラリー固形分等の排出の点から０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
また、ひとつの台座１２にひとつの切刃凸部１５が設けられたもので説明したが、ひとつの台座１２に複数の切刃凸部１５が設けられていても良い。
また、台座１２や切刃凸部１５の形状を略正四角柱状としたが、円柱状や三角柱状等の他の形状であっても良い。
また、台座１２や切刃凸部１５の個数や配置、基材１０の直径等は、切削条件などを考慮して適宜設定することが好ましい。
【実施例１】
【００３５】
以下に、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結果を示す。
試験工具として、炭化けい素（ＳｉＣ）で構成された直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの基板の表面外周部に台座が円周上等間隔で放射状に６０個設けられ、各台座の上面に切刃凸部が１つ形成されたものを供した。ここで、台座は、一辺が１．０ｍｍ、高さが０．３ｍｍの正四角柱状とし、切刃凸部は、切刃凸部の最も高い部分（切刃稜線部）の台座の上面からの高さＨ２を０．０５ｍｍとした。これら台座と切刃凸部の表面には、膜厚がおよそ２０μｍの気相合成ダイヤモンド膜をコーティングした。
【００３６】
試験機として研磨装置（ムサシノ電子製ＭＡ−３００）を用い、被切削材として発泡ウレタン質パッド（Ｒｏｄｅｌ社製ＩＣ１４００）を用い、メタル研磨用スラリー（３％Ｈ２Ｏ２）を用いた。
試験条件は、プラテン回転数（ウレタンパッドの回転数）を４５ｒｐｍ、切削工具の回転数を４３ｒｐｍ、荷重を３９．２Ｎ、スラリー流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとして、パッドの研削を行った。
【００３７】
比較例２として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例３として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝０．０１５ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例４として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例５として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００３８】
比較例３として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例６として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例７として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例８として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００３９】
比較例４として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例９として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１０として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１１として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４０】
図８、図９、図１０にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例２、３、４では、試験初期の除去レートが大きく時間の経過とともに除去レートが大きく低下することが確認された。
本発明例３、６、９では、パッド除去レートは低い値で安定している。これは、切刃凸部がなす正三角形、正方形、正八角形の外接円の半径Ｄが小さく、パッドを十分に変形させて切刃凸部を深く入り込ませることができないためである。
一方、本発明例４、５、７、８、１０、１１では、パッド除去レートが高い値で安定していることが確認された。
【００４１】
また、本発明例７、８とで加工したパッドの表面粗さを測定した結果、本発明例７ではパッド表面の算術平均粗さＲａ＝４．６６μｍであり、本発明例８ではパッド表面の算術平均粗さＲａ＝８．７４μｍであった。これは、切刃凸部がなす正方形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍとした本発明例８では、パッド表面に大きな加工痕が形成されてしまうためである。
【００４２】
以上の比較実験の結果から、本発明例においてはパッド除去レートが安定するとともに、切刃凸部の上面は正三角形、正方形、正八角形でも良いことが確認された。
また、これら切刃凸部がなす多角形の外接円の半径Ｄが小さすぎるとパッド除去レートが低くなり、前記半径Ｄが大きすぎるとパッドに加工痕が残ってしまうことが確認された。このため、前記半径Ｄは、０．０３〜１．０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【実施例２】
【００４３】
次に、切刃凸部の基準面からの高さの影響について評価するために、切刃凸部の高さを変更して比較実験を行った。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１と同様とした。
【００４４】
比較例５として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例１２として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１３として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１４として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．８ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４５】
比較例６として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例１５として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１６として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１７として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．８ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４６】
比較例７として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例１８として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１９として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例２０として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．８ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４７】
図１１、図１２、図１３にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例５、６、７では、試験初期の除去レートが大きく時間の経過とともに除去レートが大きく低下することが確認された。
本発明例１２、１５、１８では、パッド除去レートは低い値で安定している。これは、切刃凸部の高さＨ２が小さくパッドへの圧入深さが不足しているためである。
一方、本発明例１３、１６、１９では、パッド除去レートが高い値で安定していることが確認された。
また、本発明例１４、１７、２０では、それぞれ本発明例１３、１６、１９と比較してパッド除去レートのばらつきが大きくなっている。
このため、切刃凸部の基準面からの高さは、０．０２〜０．５ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態である軟質材加工用切削工具の基板の上面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】気相合成ダイヤモンド膜が生成された状態の切刃凸部の上面図である。
【図４】気相合成ダイヤモンド膜の表面粗さを調整した状態での切刃凸部の上面図である。
【図５】従来例である気相合成ダイヤモンド膜の表面粗さ曲線である。
【図６】本発明例である気相合成ダイヤモンド膜の表面粗さ曲線である。
【図７】切削工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。
【図８】切刃凸部の上面を正三角形状に形成し、この正三角形の外接円の半径を変更した比較実験の結果を示す図である。
【図９】切刃凸部の上面を正方形状に形成し、この正方形の外接円の半径を変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１０】切刃凸部の上面を正八角形状に形成し、この正八角形の外接円の半径を変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１１】切刃凸部の上面を正方形状に形成し、この切刃凸部の基準面からの高さを変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１２】切刃凸部の上面を正五角形状に形成し、この切刃凸部の基準面からの高さを変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１３】切刃凸部の上面を正六角形状に形成し、この切刃凸部の基準面からの高さを変更した比較実験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 基材
１１Ａ 表面
１１Ｂ 底面
１２ 台座
１３ 上面（基準面）
１５ 切刃凸部
１６ 上面部
１７ 切刃稜線
１８ 気相合成ダイヤモンド膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性の樹脂・ゴム・ポリウレタンラバー等からなるパッド、例えば、半導体ウエハ等の研磨用パッドの表面を加工・調整するための切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
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が高まっている。特に、半導体ウエハは、その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）が一般的に行われている。ＣＭＰ研磨とは、砥粒等を用いる機械的な研磨と、アルカリ液、酸性液等でエッチングする化学的研磨を組み合わせたものである。
【０００３】
半導体ウエハ等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等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・調整することにより、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。
【０００４】
このパッドを加工・調整するために用いられる軟質材加工用切削工具の一例として、特許文献１及び２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切刃凸部が形成され、切刃凸部の上面部と側面部との交差稜線部に切刃が設けられるとともに、切刃凸部を含む基材の表面には、気相合成されたダイヤモンド膜が設けられたものが提供されている。
このような軟質材加工用切削工具は、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切刃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。
【特許文献１】特開平７−３２８９３７号公報
【特許文献２】特開平１０−４４０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば特許文献１及び特許文献２に示された軟質材加工用切削工具のように基材に気相合成ダイヤモンド膜を成長させる場合には、合成条件により表面平滑な気相合成ダイヤモンド膜を合成することが技術的には可能であるが、そのような条件ではダイヤモンド膜の合成速度が著しく遅くなる。そのため、このようなダイヤモンド膜は生産性の観点から工業的には使用できず、一般的に工具向けのダイヤモンド膜としては特定の成長方位に限定されず、かつ膜表面にダイヤモンド粒子の結晶面で形成される大きな凹凸を有した多結晶膜を用いることが多い。
【０００６】
この軟質材加工用切削工具を使用した場合には、使用初期においては、気相合成ダイヤモンド膜の表面が非常に粗く、多くの方位を向いた複数の結晶表面がむき出しとされているので、各結晶表面が切刃として作用してしまい、この結晶表面によってパッドが切削されてしまう。
上記の軟質材加工用切削工具の使用の初期段階においては、切刃凸部に設けられた切刃と気相合成ダイヤモンド膜の表面に剥き出された結晶表面とでパッドを切削することになり、単位時間当たりのパッドの切削量を示す値であるパッド除去レートが異常に高い値を示し、その後、使用時間が長くなるにしたがって気相合成ダイヤモンド膜の表面状態が変化し、パット除去レートが著しく低下してしまうといった問題があった。
【０００７】
また、上記の軟質材加工用切削工具では、パット除去レートが著しく低下してしまうので、軟質材加工用切削工具の使用状況、つまりダイヤモンド膜の表面状態に応じて切削条件を変更するなどの調整が必要となるため、非常に使いづらいものであった。
また、使用初期のパッド除去レートが顕著に高くなっているので、使用初期の段階では、パッドを必要以上に多く削りすぎてしまうトラブルが発生し、パッドの寿命が短くなってしまうといった問題があった。
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、使用初期からパッド除去レートが安定しており、切削条件を調整する必要なくパッド表面を加工・調整できる軟質材加工用切削工具を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明は、円盤状をなす基材の表面に、切刃稜線を有する切刃凸部が上方に突出して形成され、該切刃凸部の上部には平面状に形成された上面部が形成され、該上面部には気相合成ダイヤモンド膜が設けられており、前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから２．０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成の軟質材加工用切削工具では、パッドと接触する切刃凸部の上面部に設けられた気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が、０．２μｍから２．０μｍに規定されているので、使用状況によってダイヤモンド膜の表面状態が大きく変動せず、使用初期から安定したパッド除去レートを得ることができる。したがって、軟質材加工用切削工具の使用状況に応じて切削条件を変更するなどの調整が不要となる。
また、使用初期のパッド除去レートが適正な速度に調整されているので、パッドの消耗量を抑制し、パッドの寿命を長くすることができる。
【００１１】
ここで、ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが２．０μｍを超える場合には、使用初期のパッド除去レートが比較的高い値を示し、使用状況によってダイヤモンド膜の表面状態が変化してしまうので、使用初期から安定したパッド除去レートを得ることができない。また、ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａを０．２μｍより小さくしても、パッド除去レートをさらに安定化する効果は期待できない。
したがって、本発明においては、パッドと接触する切刃凸部の上面部に設けられた気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａを、０．２μｍから２．０μｍに規定している。
【００１２】
また、前記基材の表面に、全面に亘って気相合成ダイヤモンド膜を設けることにより、腐食性の強い酸性、アルカリ性または錯体等の添加剤を含んだ薬液によって溶出の虞がある材料によって基材を構成したとしても、この基材の溶出による汚染を防止することができ、さらに、切刃凸部の強度を向上させることができる。
【００１３】
また、前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａを０．２μｍから０．５μｍとすることにより、使用初期からパッド除去レートが安定し、一層安定したコンディショニングが可能となる。
【００１４】
また、前記上面部が、該上面部に対向する方向から見て多角形あるいは円形をなしており、前記上面部がなす多角形面の外接円の半径あるいは円形面の半径を、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に設定することにより、加工するために有効なパッド変形を生じさせ、パッド加工性能が確保できるとともに、大きな加工痕がパッドに形成されることを防止してパッド表面の平坦性を確保することができる。なお、このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、前記外接円の半径または円形面の半径を、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００１５】
また、前記基材は前記表面と対向配置される底面を有し、前記切刃凸部を、前記底面と平行とされた基準面の上に形成し、前記上面部のうち前記底面から最も突出した部分の前記基準面からの高さを、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲に設定することにより、切刃稜線のパッドへの圧入深さを確保して加工性能を確保できるとともに、加工中の加工速度のばらつきを抑えてパッドを安定して加工することができる。このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、前記高さを０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について説明する。図１、図２に本実施形態である軟質材加工用切削工具を示す。
軟質材加工用切削工具の基材１０は、ＳｉＣ（炭化珪素）で構成され、軸線Ｏを中心として、軸線Ｏ回りにＴ方向に回転される略円盤状をなすものであり、この軸線Ｏと直交する平面と平行に配置された底面１１Ｂと、この底面１１Ｂに対向配置された表面１１Ａを有する。表面１１Ａ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ひとつの台座１２が形成されており、本実施形態では、上方に向けて突出する複数の台座１２が周方向で略等間隔に配置されるとともに放射状に配置されるように形成されている。
これらの複数の台座１２は、それぞれ同一形状の略正四角柱状を呈しており、略正方形面状をなす上面１３の全面が、基材１０の表面１１Ａと略平行な平坦面とされている。そして、この台座１２の基材１０の表面１１Ａからの高さＨ１はウエハの研磨屑やスラリー固形分等の排出の点から、０．０５ｍｍ≦Ｈ１≦２．０ｍｍの範囲内に設定することが好ましく、本実施形態ではＨ１＝０．２５ｍｍとされている。
【００１７】
また、複数の台座１２のそれぞれの上面１３（平坦面）において、その周縁領域（台座１２における上面１３と周面（側面）とが交差してできる略正方形状の交差稜線１４を含むような周縁領域）のうち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ひとつの切刃凸部１５が形成されている。つまり、本実施形態においては、台座１２の上面１３が、基材１０の底面１１Ｂと平行（軸線Ｏと直交する平面と平行）な基準面とされている。
【００１８】
本実施形態では、複数の台座１２のそれぞれの上面１３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、上方に突出するひとつの切刃凸部１５が形成されている。
なお、これら複数の切刃凸部１５も、台座１２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、略正方形断面状をなす台座１２の上面１３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。
【００１９】
このように、ひとつの台座１２のそれぞれに対して、その上面１３の中央領域にひとつの切刃凸部１５が上方に突出して形成されているため、これら台座１２及び切刃凸部１５は、外径の大きな略正四角柱状をなす台座１２と外径の小さな略正四角柱状をなす切刃凸部１５とが同軸に接続されたような２段突起状をなしており、基材１０の表面１１Ａには、複数の台座１２と同じ数だけ、複数の切刃凸部１５が存在することになる。
【００２０】
また、切刃凸部１５の略正方形断面状をなす上面部１６の全面が、基材１０の表面１１Ａと略平行な平坦面とされている。この切刃凸部１５の基準面（台座１２の上面１３）からの高さＨ２は、０．０２ｍｍ≦Ｈ２≦０．５ｍｍの範囲内に、より好ましくは０．０５ｍｍ≦Ｈ２≦０．１５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態ではＨ２＝０．０５ｍｍとされている。つまり、切刃凸部１５の基材１０の表面１１Ａからの高さＨ（Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２）は、０．３ｍｍとされているのである。
切刃凸部１５における上面部１６（平坦面）と周面（側面）とが交差してできる略正方形状の交差稜線が、この切刃凸部１５の有する切刃稜線１７となっている。
【００２１】
また、基材１０の表面１１Ａと一体に形成された切刃凸部１５における少なくとも上面部１６には、気相合成ダイヤモンド膜１８がコーティングされており、本実施形態においては、複数の切刃凸部１５を含む基材１０の表面１１Ａの全面が、気相合成ダイヤモンド膜１８でコーティングされており、その膜厚ｔは０．５μｍから５０μｍとされている。
このような気相合成ダイヤモンド膜１８は、上記のような複数の台座１２と複数の切刃凸部１５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等の既存の方法を用いることにより、複数の台座１２及び複数の切刃凸部１５とを含む基材１０の表面１１Ａの全面に亘って形成される。
【００２２】
そして、上記の方法で基材１０の表面１１Ａに形成された気相合成ダイヤモンド膜１８の表面は、図３に示すように、多くの方位を向く複数の結晶表面が剥き出しとなり非常に粗くなっているので、その表面粗さを調整する必要がある。
気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整するための調整方法としては、９００℃程度に加熱保持した鉄板にダイヤモンド膜が形成された基材１０を一定圧力で押し付け、鉄板と基材１０とを摺動させる方法や、チタンアルミ金属間化合物の板にダイヤモンド膜が形成された基材１０を一定圧力で押し付け、チタンアルミ金属間化合物の板と基材１０とを摺動させる方法などが挙げられる。また、ラッピングマシン等を使用した遊離砥粒スラリーでの研磨によっても気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整することができる。この場合、さらに研磨効率を高める目的で前記スラリーに酸化作用を有する添加剤を適宜加えても良い。
【００２３】
上記の方法により表面粗さが調整された気相合成ダイヤモンド膜１８の表面は、図４に示すように、結晶表面が認められない平滑な面とされ、その算術平均粗さＲａが０．２μｍから０．５μｍとされている。つまり、この軟質材加工用切削工具に形成された切刃凸部１５の上面部１６には、平滑面を有する気相合成ダイヤモンド膜１８が被覆されているのである。
【００２４】
上記の構成の軟質材加工用切削工具は、基材１０の裏面にステンレスや樹脂等からなる板材が貼り付けられたり、基材１０がステンレス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切削工具は、その基材１０の表面１１Ａを、軸線Ｏ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等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）を行い、パッド表面に接地して圧入している複数の切刃凸部１５に形成された切刃稜線１７で、被切削材としてのパッド表面を切削する。実際には、切刃稜線１７をコーティングしている気相合成ダイヤモンド膜１８が、パッドの表面を切削することになる。パッドが切削された生成した切屑は、切刃凸部１５同士の間に位置する隙間や台座１２同士の間に位置する隙間等から排出される。
【００２５】
上記の構成の軟質材加工用切削工具では、切刃凸部１５の上面部１６形成された気相合成ダイヤモンド膜１８の表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍから０．５μｍとされており、気相合成ダイヤモンド膜１８の結晶表面の凹凸が切刃として作用することが少なく、主に切刃凸部１５によってパッドが切削されるので、パッド除去レートが使用初期から一定の範囲内で安定しており、切削条件等を調整することなく、長時間使用することができる。
また、初期のパッド除去レートが適正な速度に調整されているので、パッドの消耗量を抑制し、パッドの寿命を長くすることができる。
【００２６】
以下に、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。
試験工具として、ＳｉＣで構成された直径１００ｍｍの基材１０の表面１１Ａに台座１２が放射状に１２０個設けられ、各台座１２の上面１３には切刃凸部１５がひとつ形成されたものを供した。ここで、台座１２は、一辺が０．８ｍｍ、高さが０．２５ｍｍの正四角柱状とし、切刃凸部１５は、一辺が０．１５ｍｍ、高さが０．０５ｍｍの正四角柱状とした。
【００２７】
基材１０の表面１１Ａには全面に亘って気相合成ダイヤモンド膜１８にてコーティングした。気相合成ダイヤモンド膜１８の生成はマイクロ波プラズマＣＶＤ法で行われ、投入電力を３０００Ｗ、圧力を２６００Ｐａ、メタンガス／水素比を１０／５００、成膜時間を１０時間として行った。これにより、基材１０の表面には、膜厚がおよそ１５μｍの気相合成ダイヤモンド膜が形成された。
こうして得られた気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−８５００）を用いて測定した結果、図５に示すようにその粗さ曲線は大きな凹凸を示し、その算術平均粗さＲａは４．５μｍであった。この気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整していないものを比較例１として試験に供した。
【００２８】
また、気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整するために、９００℃から１０００℃に加熱保持された鉄板に、気相合成ダイヤモンド膜１８が形成された基材１０の表面１１Ａを、圧力２０ｋＰａで押し付け、基材１０と鉄板とを５ｍｍ／ｓｅｃの速度で、約１０分間摺動させた。こうして得られた気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−８５００）を用いて測定した結果、図６に示すようにその粗さ曲線はほとんど変動しておらず、その算術平均粗さＲａは０．３μｍであった。この気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さを調整したものを本発明例１として試験に供した。さらに、本発明例２として、気相合成ダイヤモンド膜１８の表面粗さをＲａ＝１．３μｍに調整したものを試験に供した。
【００２９】
なお、直径１００ｍｍの工具の表面調整を、ラッピングマシン等を使用した遊離砥粒による研磨によって行う場合には、定盤回転数を４０〜１００ｒｐｍ，工具回転数を４５〜１０５ｒｐｍ、圧力を１．２５〜１２．５ｋＰａの範囲に設定し、固形分５％以上の研磨スラリーを２５〜２００ｍｌ／ｍｉｎ供給すると良い。ここで、定盤回転数５０ｒｐｍ、工具回転数５５ｒｐｍ、圧力５ｋＰａ、固形分２０％の研磨スラリー１００ｍｌ／ｍｉｎ、処理時間１時間として研磨を行った結果、上記方法と同様に、表面の算術平均粗さＲａ０．３μｍの気相合成ダイヤモンド膜１８を得ることができた。
【００３０】
試験機として研磨装置（ムサシノ電子製ＭＡ−３００）を用い、被切削材として発泡ウレタン質パッド（Ｒｏｄｅｌ社製ＩＣ１４００）を用い、研磨スラリーとしてＳｉＯ２スラリー（Ｃａｂｏｔ社製ＳＳ−２５）を用いた。
試験条件は、プラテン回転数（ウレタンパッドの回転数）を９０ｒｐｍ、切削工具の回転数を８０ｒｐｍ、荷重を３９．２Ｎ、スラリー流量を２５ｍｌ／ｍｉｎとして、パッドの研削を行った。
【００３１】
評価項目であるパッド除去レートは、まず、事前に発泡ウレタン質パッドの高さを測定しておき、この発泡ウレタン質パッドを研削試験に供し、研削後の発泡ウレタン質パッドの高さを測定し、研削前後の発泡ウレタン質パッドの高さの変化を研削時間で除して計算した。ここで、発泡ウレタン質パッドの高さは、マイクロゲージを用いて、パッドの直径（３００ｍｍ）上を１０ｍｍ間隔で合計３０点測定し、その平均値とした。
【００３２】
図７にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例では、使用から３時間経過した時点でのパッド除去レートが８０μｍ／ｈであったのが、使用から７時間経過した時点で５０μｍ／ｈと約６割程度まで急激に変化している。
一方、本発明例１では、使用から３時間の時点で４８μｍ／ｈであり、使用から３０時間経過した時点でも４３μｍ／ｈであった。また、本発明例２では、使用から３時間の時点で５５μｍ／ｈであり、使用から３０時間経過した時点でも４４μｍ／ｈであった。
したがって、本試験により、本発明例では、パッド除去レートが使用初期段階からほとんど変化がなく安定していることが確認された。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、基材１０を構成する材料として、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いて説明したが、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膜１８の生成のしやすさと、台座１２、切刃凸部１４等の形成のしやすさと、実用に耐えるための機械的特性との観点から、例えば、以下に示すようなものが適しており、これらの材料で構成されていれば良い。
（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との炭化物、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との炭化物、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種との複合体からなる超硬合金。
（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いずれか１種、またはこれらの複合体。
【００３４】
また、本実施の形態では、基材１０の表面１１Ａには、台座１２と切刃凸部１５との２段凸部が形成されたもので説明したが、切刃凸部１５のみの１段凸部が形成されたものであっても良い。この場合には、基材１０の底面１１Ｂと平行な表面１１Ａが基準面とされる。なお、表面１１Ａが基準面とされる場合は、切刃凸部１５の高さは、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましく、さらにウェハの研磨屑やスラリー固形分等の排出の点から０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。
また、ひとつの台座１２にひとつの切刃凸部１５が設けられたもので説明したが、ひとつの台座１２に複数の切刃凸部１５が設けられていても良い。
また、台座１２や切刃凸部１５の形状を略正四角柱状としたが、円柱状や三角柱状等の他の形状であっても良い。
また、台座１２や切刃凸部１５の個数や配置、基材１０の直径等は、切削条件などを考慮して適宜設定することが好ましい。
【実施例１】
【００３５】
以下に、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結果を示す。
試験工具として、炭化けい素（ＳｉＣ）で構成された直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの基板の表面外周部に台座が円周上等間隔で放射状に６０個設けられ、各台座の上面に切刃凸部が１つ形成されたものを供した。ここで、台座は、一辺が１．０ｍｍ、高さが０．３ｍｍの正四角柱状とし、切刃凸部は、切刃凸部の最も高い部分（切刃稜線部）の台座の上面からの高さＨ２を０．０５ｍｍとした。これら台座と切刃凸部の表面には、膜厚がおよそ２０μｍの気相合成ダイヤモンド膜をコーティングした。
【００３６】
試験機として研磨装置（ムサシノ電子製ＭＡ−３００）を用い、被切削材として発泡ウレタン質パッド（Ｒｏｄｅｌ社製ＩＣ１４００）を用い、メタル研磨用スラリー（３％Ｈ２Ｏ２）を用いた。
試験条件は、プラテン回転数（ウレタンパッドの回転数）を４５ｒｐｍ、切削工具の回転数を４３ｒｐｍ、荷重を３９．２Ｎ、スラリー流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとして、パッドの研削を行った。
【００３７】
比較例２として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例３として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝０．０１５ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例４として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例５として、切刃凸部の上面を正三角形とし、この正三角形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍ、ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００３８】
比較例３として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例６として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例７として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例８として、切刃凸部の上面を正方形とし、この正方形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００３９】
比較例４として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例９として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１０として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝０．２ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１１として、切刃凸部の上面を正八角形とし、この正八角形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４０】
図８、図９、図１０にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例２、３、４では、試験初期の除去レートが大きく時間の経過とともに除去レートが大きく低下することが確認された。
本発明例３、６、９では、パッド除去レートは低い値で安定している。これは、切刃凸部がなす正三角形、正方形、正八角形の外接円の半径Ｄが小さく、パッドを十分に変形させて切刃凸部を深く入り込ませることができないためである。
一方、本発明例４、５、７、８、１０、１１では、パッド除去レートが高い値で安定していることが確認された。
【００４１】
また、本発明例７、８とで加工したパッドの表面粗さを測定した結果、本発明例７ではパッド表面の算術平均粗さＲａ＝４．６６μｍであり、本発明例８ではパッド表面の算術平均粗さＲａ＝８．７４μｍであった。これは、切刃凸部がなす正方形の外接円の半径Ｄ＝１．５ｍｍとした本発明例８では、パッド表面に大きな加工痕が形成されてしまうためである。
【００４２】
以上の比較実験の結果から、本発明例においてはパッド除去レートが安定するとともに、切刃凸部の上面は正三角形、正方形、正八角形でも良いことが確認された。
また、これら切刃凸部がなす多角形の外接円の半径Ｄが小さすぎるとパッド除去レートが低くなり、前記半径Ｄが大きすぎるとパッドに加工痕が残ってしまうことが確認された。このため、前記半径Ｄは、０．０３〜１．０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【実施例２】
【００４３】
次に、切刃凸部の基準面からの高さの影響について評価するために、切刃凸部の高さを変更して比較実験を行った。なお、切刃凸部以外の形状やサイズ、研削条件等は、実施例１と同様とした。
【００４４】
比較例５として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例１２として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１３として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１４として、切刃凸部の上面を正方形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．８ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４５】
比較例６として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例１５として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１６として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１７として、切刃凸部の上面を正五角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．８ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４６】
比較例７として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝３．０μｍのものを試験に供した。
本発明例１８として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．０１５ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例１９として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．１ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
本発明例２０として、切刃凸部の上面を正六角形とし、基準面（台座の上面）からの高さＨ２＝０．８ｍｍ，ダイヤモンド膜表面粗さＲａ＝０．５μｍのものを試験に供した。
【００４７】
図１１、図１２、図１３にパッド除去レートと加工時間との関係を示す。比較例５、６、７では、試験初期の除去レートが大きく時間の経過とともに除去レートが大きく低下することが確認された。
本発明例１２、１５、１８では、パッド除去レートは低い値で安定している。これは、切刃凸部の高さＨ２が小さくパッドへの圧入深さが不足しているためである。
一方、本発明例１３、１６、１９では、パッド除去レートが高い値で安定していることが確認された。
また、本発明例１４、１７、２０では、それぞれ本発明例１３、１６、１９と比較してパッド除去レートのばらつきが大きくなっている。
このため、切刃凸部の基準面からの高さは、０．０２〜０．５ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態である軟質材加工用切削工具の基板の上面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】気相合成ダイヤモンド膜が生成された状態の切刃凸部の上面図である。
【図４】気相合成ダイヤモンド膜の表面粗さを調整した状態での切刃凸部の上面図である。
【図５】従来例である気相合成ダイヤモンド膜の表面粗さ曲線である。
【図６】本発明例である気相合成ダイヤモンド膜の表面粗さ曲線である。
【図７】切削工具の使用時間とパッド除去レートの関係を示した図である。
【図８】切刃凸部の上面を正三角形状に形成し、この正三角形の外接円の半径を変更した比較実験の結果を示す図である。
【図９】切刃凸部の上面を正方形状に形成し、この正方形の外接円の半径を変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１０】切刃凸部の上面を正八角形状に形成し、この正八角形の外接円の半径を変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１１】切刃凸部の上面を正方形状に形成し、この切刃凸部の基準面からの高さを変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１２】切刃凸部の上面を正五角形状に形成し、この切刃凸部の基準面からの高さを変更した比較実験の結果を示す図である。
【図１３】切刃凸部の上面を正六角形状に形成し、この切刃凸部の基準面からの高さを変更した比較実験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 基材
１１Ａ 表面
１１Ｂ 底面
１２ 台座
１３ 上面（基準面）
１５ 切刃凸部
１６ 上面部
１７ 切刃稜線
１８ 気相合成ダイヤモンド膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状をなす基材の表面に、切刃稜線を有する切刃凸部が上方に突出して形成され、該切刃凸部の上部には平面状に形成された上面部が形成され、該上面部には気相合成ダイヤモンド膜が設けられており、
前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから２．０μｍであることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
【請求項２】
請求項１記載の軟質材加工用切削工具において、
前記基材の表面には、全面に亘って気相合成ダイヤモンド膜が設けられていることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
【請求項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において、
前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから０．５μｍとされたことを特徴とする軟質材加工用切削工具。
【請求項４】
前記上面部は、該上面部に対向する方向から見て多角形あるいは円形をなしており、前記上面部がなす多角形面の外接円の半径あるいは円形面の半径が、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の軟質材加工用切削工具。
【請求項５】
前記基材は、前記表面と対向配置される底面を有し、前記切刃凸部は、前記底面と平行とされた基準面の上に形成されており、
前記上面部のうち前記底面から最も突出した部分の前記基準面からの高さが、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の軟質材加工用切削工具。
【請求項１】
円盤状をなす基材の表面に、切刃稜線を有する切刃凸部が上方に突出して形成され、該切刃凸部の上部には平面状に形成された上面部が形成され、該上面部には気相合成ダイヤモンド膜が設けられており、
前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから２．０μｍであることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
【請求項２】
請求項１記載の軟質材加工用切削工具において、
前記基材の表面には、全面に亘って気相合成ダイヤモンド膜が設けられていることを特徴とする軟質材加工用切削工具。
【請求項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において、
前記上面部に設けられた前記気相合成ダイヤモンド膜表面の算術平均粗さＲａが、０．２μｍから０．５μｍとされたことを特徴とする軟質材加工用切削工具。
【請求項４】
前記上面部は、該上面部に対向する方向から見て多角形あるいは円形をなしており、前記上面部がなす多角形面の外接円の半径あるいは円形面の半径が、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の軟質材加工用切削工具。
【請求項５】
前記基材は、前記表面と対向配置される底面を有し、前記切刃凸部は、前記底面と平行とされた基準面の上に形成されており、
前記上面部のうち前記底面から最も突出した部分の前記基準面からの高さが、０．０２ｍｍから０．５ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の軟質材加工用切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２７２５４３（Ｐ２００６−２７２５４３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５８１５８（Ｐ２００６−５８１５８）
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【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１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【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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