JP2000246646A - 電着砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超砥粒の切れ味の低下を防止すると共に、強
アルカリ性、強酸性の腐食環境下で金属めっき相の溶け
出しを防止して超砥粒の脱落を抑える。 【解決手段】 砥粒層１３の金属めっき相１５の表面に
電着塗装を施してアクリル樹脂の電着塗装膜２２を形成
する。超砥粒１４は導電性に欠けるために電着塗装膜２
２はほとんどできず電気めっき相１５の表面に電着塗装
膜２２が析出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ーハ等の被研磨材の表面をＣＭＰ装置によって研磨する
際に用いられる研磨用のパッドをコンディショニングす
るため等に用いられる電着砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンインゴットから切り出し
た半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）の表面
を化学的且つ機械的に研磨するＣＭＰ装置（ケミカルメ
カニカルポリッシングマシン）の一例として、図５に示
すような装置がある。ウエーハはデバイスの微細化に伴
って高精度かつ無欠陥表面となるように鏡面研磨するこ
とが要求されている。ＣＭＰによる研磨のメカニズム
は、微粒子シリカ等によるメカニカルな要素（遊離砥
粒）とアルカリ液や酸性液等によるエッチング要素とを
複合したメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。この
ＣＭＰ装置１は、図５に示すように中心軸２に取り付け
られた円板状の回転テーブル３上に例えば硬質ウレタン
からなるポリッシング用のパッド４が設けられ、このパ
ッド４に対向して且つパッド４の中心軸２から偏心した
位置に自転可能なウエーハキャリア５が配設されてい
る。このウエーハキャリア５はパッド４よりも小径の円
板形状とされてウエーハ６を保持するものであり、この
ウエーハ６がウエーハキャリア５とパッド４間に配置さ
れてパッド４側の表面の研磨に供され鏡面仕上げされ
る。

【０００３】研磨に際して、例えば上述した微粒子シリ
カ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエ
ッチング用の酸化性の酸性液等が混合されたものが液状
のスラリｓとしてパッド４上に供給されているため、こ
のスラリｓがウエーハキャリア５に保持されたウエーハ
６とパッド４との間に流動して、ウエーハキャリア５で
ウエーハ６が自転し同時にパッド４が中心軸２を中心と
して回転するために、パッド４でウエーハ６の一面が研
磨される。ウエーハ６の研磨を行う硬質ウレタン製など
のパッド４上にはスラリｓを保持する微細な発泡層が多
数設けられており、これらの発泡層内に保持されたスラ
リｓでウエーハ６の研磨が行われる。ところが、ウエー
ハ６の研磨を繰り返すことでパッド４の研磨面の平坦度
が低下してウエーハ６の研磨精度が低下するという問題
が生じる。

【０００４】そのため、従来からＣＭＰ装置１には図５
に示すようにパッドコンディショナ８が設けられ、パッ
ド４の表面を再研磨（コンディショニング）するように
なっている。このパッドコンディショナ８は、回転テー
ブル３の外部に設けられた回転軸９にアーム１０を介し
て電着ホイール１１が設けられ、回転軸９によってアー
ム１０を回動させることで、回転するパッド４上におい
て電着ホイール１１を往復揺動させてパッド４の表面を
研磨してパッド４の表面の平坦度等を回復または維持で
きるようになっている。この電着ホイール１１は、図６
及び図７に示すように円形板状の台金１２上に上面が平
面状でリング状の砥粒層１３が形成されており、この砥
粒層１３は例えば図８に示すように台金１２上に電気め
っきなどによりダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒１４
を金属めっき相１５で分散固定して構成されている。こ
の金属めっき相１５は例えばニッケルなどで構成されて
いる。

【０００５】ところで、このような電着ホイール１１を
パッドコンディショナ８に用いた場合、ウエーハ６の研
磨のためにパッド４上に供給されたスラリｓが微細な発
泡層によってパッド４上に多く保持されており、このス
ラリｓは強アルカリ性や強酸性の流体であるために、パ
ッド４を研磨する際に金属めっき相１５が侵されて金属
めっき相１５の重金属がスラリｓに溶け出すという問題
が生じる。そのため、ウエーハ６の鏡面研磨を阻害する
等の悪影響を生じるという欠点がある。しかも金属めっ
き相１５がスラリｓに溶け出すことで、超砥粒１４の保
持力が低下して超砥粒１４が脱落し易くなり、電着ホイ
ール１１の寿命が単に低下するだけでなく、脱落した超
砥粒１４がパッド４に打ち込まれて次に行われるウエー
ハ６の研磨の際に脱落した超砥粒１４によってウエーハ
６上にスクラッチを生じるという欠点がある。これに対
して、強アルカリ性や強酸性のスラリｓに対する耐食性
を確保するために耐食性材料を砥粒層１３の表面にコー
ティングした技術が提案されている。このコーティング
膜１６は図９に示すようにフッ素樹脂などの材料を焼き
付け乾燥によって塗膜を形成する焼き付け塗装方法を用
いて砥粒層１３の表面にコーティングするものである。
このコーティング膜１６は耐食性が高く、例えば１０μ
ｍ程度の膜厚になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、焼き付け塗
装によるコーティング膜１６は金属めっき相１５の表面
だけでなく超砥粒１４の表面にも塗膜として同一厚みで
形成されているために、研削加工時に超砥粒１４の切れ
味が低下するという欠点がある。本発明は、このような
実情に鑑みて、金属結合相を確実に保護して耐食性を確
保できる上に切れ味の低下を生じさせない電着砥石を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電着砥石
は、金属結合相中に超砥粒が分散配置されてなる電着砥
石において、金属結合相の表面に電着塗装膜を被覆して
なることを特徴とする。電着塗装（電気永動塗装）によ
って、耐食性材料の塗料を電着砥石の被塗物表面である
金属結合相の表面に電着させると、超砥粒は電気伝導性
に欠けるためにその表面に塗料が電着されることはなく
金属結合相の表面にのみ塗料が電着されて電着塗装膜が
被覆形成される。

【０００８】また本発明に係る電着砥石は、金属結合相
中に超砥粒が分散配置されてなる電着砥石において、金
属結合相の表面に硬質貴金属めっき層を被覆し、この硬
質貴金属めっき層上に電着塗装膜を被覆してなることを
特徴とする。金属結合相の表面に硬質貴金属めっき層を
電気めっきによって被覆することで例えばビッカース硬
さＨｖ３００以上を有する層が形成され、この硬質貴金
属めっき層は電気伝導性に欠ける超砥粒の表面にはほと
んど被覆されず、金属結合相の表面に被覆され耐摩耗性
と耐食性を向上させる。更にその表面に電着塗装（電気
永動塗装）によって耐食性材料の塗料を電着させると、
超砥粒は電気伝導性に欠けるためにその表面に塗料が電
着されることはほとんどなく硬質貴金属めっき層の表面
に塗料が電着されて電着塗装膜が被覆形成される。これ
によって超砥粒の切れ味を確保すると共に、超砥粒を保
持する金属結合相を硬質貴金属めっき層と電着塗装膜と
で保護して耐食性を二段階にわたって向上できる。

【０００９】また硬質貴金属めっき層に代えて電気伝導
性を有するセラミック被覆層を設けてもよい。電気伝導
性を有するセラミック被覆層はＰＶＤ等によって金属結
合相の表面に被覆形成されるが、その際に超砥粒の表面
にも被覆され、超砥粒表面のセラミック被覆層をドレッ
シング等の機械的または化学的手段で除去し、その後に
セラミック被覆層の表面に電着塗装（電気永動塗装）に
よって耐食性樹脂などの塗料を電着させるとセラミック
被覆層の表面にのみ塗料が電着されて電着塗装膜が被覆
形成される。電気伝導性を有するセラミック被覆層とし
てＴｉＮなどの非酸化物系セラミックが特に耐食性が高
くて好ましい。また上述の電着塗装膜は耐食性樹脂膜、
特にアクリル系樹脂膜であってもよい。アクリル系樹脂
は化学的に安定していて耐食性が高く、耐水性が高いた
めにスラリｓに浸されるなどの腐食環境下において腐食
媒体を遮断して金属結合相の腐食などを確実に防止でき
る。尚、この電着砥石はＣＭＰ装置のパッドコンディシ
ョナとして用いても良い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面により説明するが、上述の従来技術と同一または同
様の部分には同一の符号を用いて説明する。図１は第一
の実施の形態による電着ホイールの要部縦断面図、図２
は電着塗装の方法を示す図である。実施の形態による電
着ホイールは上述したＣＭＰ装置１のパッドコンディシ
ョナ８のアーム１０に装着されて用いられるものであ
る。図１に示す第一の実施の形態による電着ホイール２
０（電着砥石）は上述した図６乃至図８に示す従来の電
着ホイール１１と同一の構成を備えている。即ち、台金
１２上に砥粒層１３が設けられ、砥粒層１３は例えばＮ
ｉからなる金属めっき相１５（金属結合相）中にダイヤ
モンドまたはｃＢＮなどの超砥粒１４が分散配置されて
いて、無電解めっきや電気めっきによって製作されてい
る。

【００１１】この電着ホイール２０において、金属めっ
き相１５上に超砥粒１４の上部１４ａが突出して固定さ
れており、金属めっき相１５上に例えば厚さ５〜１０μ
ｍの電着塗装膜２２が形成されている。この電着塗装膜
２２は電着塗装（電気永動塗装）によって金属めっき相
１５の表面１５ａに電着で塗布されているが超砥粒１４
の上部１４ａ表面には塗布されておらず、電着塗装膜２
２から超砥粒１４の上部１４ａが突出している。また電
着塗装膜２２の材質は化学的に安定性が高く耐食性の良
いアクリル系樹脂などからなる。

【００１２】本実施の形態による電着ホイール２０は上
述の構成を備えており、次にこの電着ホイール２０の製
造方法について説明する。先ず図６乃至図８に示すよう
に、台金１２に電気めっきによって超砥粒１４及び金属
めっき相１５からなる砥粒層１３が設けられ、得られた
電着ホイール２０を、砥粒層１３の部分を除いてマスキ
ングして図２に示すように電着塗装（電気永動塗装）を
行う。この電着塗装方法は例えばカチオン電着塗装によ
るものであり、例えばアクリル樹脂からなるエマルジョ
ン樹脂塗料の溶液２４で満たされた塗料槽２５中に陰極
板２６を入れると共に陽極として電着ホイール２０を陰
極板２６に対向して入れる。尚、電着ホイール２０は超
砥粒１４及び金属めっき相１５の表面を除いて予めマス
キングしておく。

【００１３】そして溶液２４中の塗料濃度が一定となる
ように循環攪拌しつつ電極間に直流電流を流すことで、
エマルジョン樹脂塗料の溶液２４中のマイナスに荷電さ
れた樹脂粒子が陽極である電着ホイール２０の金属めっ
き相１５の表面に移動し、電子を放出して析出する。そ
して析出塗膜中の水分が塗料溶液中に移動し、陽極電極
で発生するガスによって近くの塗装粒子は水に不溶性と
なって塗膜となり、金属めっき相１５の表面に電着塗装
膜２２が形成される。このようにして得られた電着塗装
膜２２は、金属めっき相１５から上部１４ａが突出する
超砥粒１４の電気伝導性が低いために超砥粒１４には析
出しないか、或いは極く薄い膜としてわずかに析出する
にすぎず、導電性の良好な金属めっき相１５の表面にそ
の凹凸に関わらず均一の厚みで付着することになる。こ
うして図１に示す電着ホイール２０が得られる。尚、本
実施の形態では、電着塗装で電着ホイール２０の金属め
っき相１５の表面を被覆する際、電着ホイール２０を陽
極としてカチオン電着塗装によって電着塗装膜２２を形
成したが、これに代えて電着ホイール２０を陰極として
アニオン電着塗装によって電着塗装膜２２を形成するこ
ととしてもよい。アニオン電着塗装の場合、陰極に水素
ガスが発生するために電着塗装膜に水素ガスのピンホー
ルができることがあるので、好ましくはカチオン電極塗
装を用いる。

【００１４】本実施の形態による電着ホイール２０によ
れば、図５に示すパッドコンディショナ８のアーム１０
に装着されてパッド４のコンディショニングを行えば、
パッド４上に滞留する強酸性のスラリｓで砥粒層１３の
表面が浸されても、その表面は耐食性の高い電着塗装膜
２２で被覆されているために、金属めっき相１５はスラ
リｓに浸されず溶け出すことはない。特に本実施の形態
では、電着塗装膜２２の製作に当たって超砥粒１４には
塗装膜が形成されないから超砥粒１４の切れ味を確保す
ることができる。さらに研磨の際にも金属めっき相１５
は切り粉や被研磨面に接触しないから金属めっき相１５
の摩耗を防止できる。そのためスラリｓなどの腐食環境
下で研磨を行って電着ホイール２０の寿命を損なうこと
なく良好な切れ味でパッド４の平行度を維持または回復
できる。尚、上述の実施の形態では、スラリｓは強酸性
の流体であるとしたが、実施の形態による電着ホイール
２０は強アルカリ性の流体に対しても耐食性を発揮でき
る。

【００１５】次に本発明の他の実施の形態を説明する
が、上述の実施の形態と同一または同様の部分、部材に
は同一の符号を用いて説明する。図３は本発明の第二の
実施の形態を示す電着ホイールの要部断面図である。図
３に示す第二の実施の形態による電着ホイール３０（電
着砥石）は、台金１２上に砥粒層１３が設けられ、砥粒
層１３は金属めっき相１５（金属結合相）中にダイヤモ
ンドなどの超砥粒１４が分散配置されていて、無電解め
っきや電気めっきによって製作されている。そして、金
属めっき相１５上に硬質貴金属めっき層３１が被覆形成
されている。この硬質貴金属めっき層３１は例えばＰ
ｔ，ＡｕまたはＲｈなどの貴金属からなるもので硬さは
ビッカース硬さにして例えば３００Ｈｖ以上とし、めっ
き厚は例えば０．２〜５μｍの範囲とする。この場合、
超砥粒１４は電気伝導性に欠けるために硬質貴金属めっ
き層３１は形成されず、金属めっき相１５にのみ被覆形
成される。硬質貴金属めっき層３１は耐食性と耐摩耗性
が高く強アルカリ性または強酸性のスラリｓによる腐食
を抑制して金属めっき層１５の溶けだしを防止でき耐摩
耗性も高い。そして硬質貴金属めっき層３１の表面には
電着塗装（電気永動塗装）による電着塗装膜３２が塗布
されて被覆されている。電着塗装膜３２はフッ素樹脂な
どのテフロン系樹脂で構成されている。超砥粒１４はそ
の上部１４ａが電着塗装膜３２から突出して露出して構
成されている。

【００１６】本実施の形態による電着ホイール３０は上
述のように構成されているから、この電着ホイール３０
を図５に示すパッドコンディショナ８のアーム１０に装
着してパッド４のコンディショニングを行えば、パッド
４上に滞留する強酸性のスラリｓで砥粒層１３の表面が
浸されても、その表面は耐食性の高い電着塗装膜３２と
硬質貴金属めっき層３１とで二層に被覆されているため
に金属めっき相１５がスラリｓに接触して溶け出すこと
はない。しかも電着塗装膜３２の下面に設けられている
硬質貴金属めっき層３１は耐摩耗性が高く、この点でも
電着ホイール３０の寿命を向上できる。特に本実施の形
態では、その製作時において硬質貴金属めっき層３１と
電着塗装膜３２はいずれも超砥粒１４を除いた金属めっ
き相１５の表面にのみ被覆形成されるため、超砥粒１４
の切れ味を低下させるおそれがない。

【００１７】次に本発明の第三の実施の形態を図４によ
り説明する。図４は本発明の第三の実施の形態を示す電
着ホイールの要部断面図である。図４に示す第三の実施
の形態による電着ホイール４０（電着砥石）は、台金１
２上に、金属めっき相１５（金属結合相）中にダイヤモ
ンドなどの超砥粒１４が分散配置されている砥粒層１３
が設けられている。そして、金属めっき相１５上に耐食
性と耐摩耗性の高い電気伝導性を有するセラミック被覆
層４１が被覆形成されている。この電気伝導性を有する
セラミック被覆層４１は例えば非酸化物系セラミックで
あるＴｉＮなどで構成され、イオンプレーティングなど
のＰＶＤによって０．５〜１０μｍの厚さで被覆形成さ
れる。この場合、セラミック被覆層４１は金属めっき相
１５だけでなく超砥粒１４の表面にも形成されるため
に、膜形成後にドレッシングなどの機械的手段またはエ
ッチングなどの化学的手段によって超砥粒１４上のセラ
ミック被覆層を除去する必要がある。セラミック被覆層
４１上には電着塗装（電気永動塗装）によって電着塗装
膜４２が塗布されて被覆されている。電着塗装膜４２は
アクリル系樹脂で構成されている。超砥粒１４はその上
部１４ａが電着塗装膜４２から突出して露出して構成さ
れている。

【００１８】本実施の形態による電着ホイール４０によ
っても、電着塗装膜４２やセラミック被覆層４１は超砥
粒１４を被覆しないから切れ味を低下させることなく耐
食性を向上できる。しかも金属めっき相１５は耐食性の
高い電着塗装膜４２とセラミック被覆層４１とで二層に
被覆されているために金属めっき相１５がスラリｓに浸
されて溶け出すことはない。しかもセラミック被覆層４
１は耐摩耗性が高く寿命を向上できる。

【００１９】尚、本発明による電着砥石はパッドコンデ
ィショナ８に限定されることなく各種の腐食環境下で用
いられることのある電着砥石に採用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電着
砥石は、金属結合相の表面に電着塗装膜を被覆してなる
から、その製造に際して電着塗装によって金属結合相の
表面にのみ電着塗装膜が被覆形成できて超砥粒による切
れ味を確保でき、しかも強アルカリ性や強酸性の腐食環
境下で研削しても電着塗装膜で金属結合相の溶けだしを
防止でき耐食性を向上させて砥石寿命を向上できるとい
う作用効果を奏する。

【００２１】また本発明に係る電着砥石は、金属結合相
の上に硬質貴金属めっき層を被覆し、この硬質貴金属め
っき層上に電着塗装膜を被覆してなるから、硬質貴金属
めっき層も電着塗装膜もその製造に際して超砥粒には被
覆されないために切れ味を確保できる。しかも金属めっ
き相上に二層にわたる耐食性の高い被覆層を形成できて
金属めっき相を腐食環境から保護し、しかも硬質貴金属
めっき層は耐摩耗性も高いので一層砥石寿命を向上でき
る。また硬質貴金属めっき層に代えて電気伝導性を有す
るセラミック被覆層を設けたから、同様に二層による耐
食性の向上と耐摩耗性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態による電着ホイール
の要部縦断面図である。

【図２】 図１に示す電着ホイールを電着塗装で製造す
るための工程を示す説明図である。

【図３】 本発明の第二の実施形態による電着ホイール
の要部縦断面図である。

【図４】 本発明の第三の実施形態による電着ホイール
の要部縦断面図である。

【図５】 一般的なＣＭＰ装置の要部構成を示す斜視図
である。

【図６】 図５に示すＣＭＰ装置等で用いられる従来の
電着ホイールの平面図である。

【図７】 図６に示す電着ホイールの中央縦断面図であ
る。

【図８】 図７に示す電着ホイールの砥粒層の要部拡大
断面図である。

【図９】 図８に示す電着ホイールの砥粒層にコーティ
ング膜を形成した状態を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１３ 砥粒層 １４ 超砥粒 １５ 金属めっき相 ２０，３０，４０ 電着ホイール ２２，３２，４２ 電着塗装膜 ３１ 硬質貴金属めっき層 ４１ セラミック被覆層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属結合相中に超砥粒が分散配置されて
   なる電着砥石において、前記金属結合相の表面に電着塗
   装膜を被覆してなることを特徴とする電着砥石。
2. 【請求項２】 金属結合相中に超砥粒が分散配置されて
   なる電着砥石において、前記金属結合相の表面に硬質貴
   金属めっき層を被覆し、この硬質貴金属めっき層上に電
   着塗装膜を被覆してなることを特徴とする電着砥石。
3. 【請求項３】 前記硬質貴金属めっき層に代えて電気伝
   導性を有するセラミック被覆層を設けたことを特徴とす
   る請求項２記載の電着砥石。