CN101693353A - 具有烧结体研磨部的工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种解决了磨粒对基板的固定安装强度问题以及不均匀的研磨面问题等且可高效率地进行加工的研磨工具及其有效的制造方法。本发明特别涉及一种CMP垫片修整器中所使用的研磨工具及其制造方法，该研磨工具是具有研磨部的研磨工具(1)，该研磨部由一体烧结于超硬合金的衬里材料上的超磨粒烧结体构成，研磨部包含具有顶部的多个研磨单位(2)，各顶部处于相互大致同一个平面上，研磨单位(2)是通过在该研磨部上设置直线槽(3)群而形成。

Description

具有烧结体研磨部的工具及其制造方法
本申请是针对申请日：2006年8月25日、申请号：200680030735.2、发明名称：具有烧结体研磨部的工具及其制造方法而提出的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有烧结体研磨部的工具及其制造方法。特别地，本发明涉及一种可对主要由硬质氨基甲酸乙酯构成的化学机械研磨(chemical-mechanical polishing：简称CMP)垫片用、或各种半导体材料进行高平面度且高效率加工的研磨工具以及其有效的制造方法。
背景技术
近年，随着超LSI器件中的配线多层化的发展，在使层之间的绝缘膜或硅等金属膜晶片的平坦化中采用CMP。并且为了维持CMP中所使用的研磨垫片(一般为硬质发泡聚氨基甲酸乙酯制)的高平坦化以及晶片研磨速度，需要经常或间歇地调节该研磨垫片的表面。
以往，在调节该研磨垫片时，使用有一种通过电沉积将金刚磨粒固定安装到基板上的工具。作为这种电沉积型的调节用的工具的例子，已知有如下构成的旋转研磨工具(专利文献1)，即：其在圆板形基台的圆形表面的中央设置未配置磨粒的中空区域，在其外侧设置第一区域，进而在第一区域的外侧设置第二磨粒层区域，且在第一磨粒层区域上隔开间隔来设置多列小磨粒层部，各小磨粒层部是利用金属电镀相将超磨粒固定安装于大致呈部分球状的***部的表面上的结构，第二磨粒层区域是利用金属电镀相将超磨粒固定安装于环状圆周***部上的构成。
这种电沉积型的工具，由于磨粒对基板的固定安装只是通过电沉积的镍来物理性地固定的，因此不一定能满足保持力，使用中金刚磨粒会发生脱落，工具寿命还有改善的余地。
另外，已知有一种如下的研磨工具，即：其具有用树脂结合剂将由金刚石等形成的磨粒固定安装于圆形旋转平面上的磨石材料层，且在该磨石材料层表面上放射状以及同心圆状地设有狭缝(专利文献2)。
然而，由于通过树脂结合剂材料的磨粒保持强度不一定达到能够满足的水平，因而根据用途不同，无法获得充足的工具寿命，另外在电沉积工具中也达不到能够满足的水平。
另外，已知有如下一种修整工具，即其在具有凸部的基体件的作用面上，通过气相合成法形成有多结晶金刚石薄膜(专利文献3)。
然而，在利用气相合成法的形成过程中，在基体件的较小的凹凸上如实地形成金刚石薄膜比较困难，且不一定能得到足够的精度，另外也不能说薄膜与基体件的接合力很充分。
如上述的以往的研磨工具(垫片修整器)中，由于是在基板(基体件)上固定安装有粒子径各不相同的多个磨粒粒子的构造，所以很难得到同样磨粒(顶点)水平，因此在调整工序中，只有相对于基板(基体件)面最突出的粒子被使用，结果是被施加过度负荷的这些粒子的消耗加剧，因此最终多数情况下在达到原有寿命之前变得无法使用。
如果不依赖于发泡氨基甲酸乙酯制的研磨垫片与游离磨粒，而是利用将金刚石等的超磨粒固定于刚性金属制的基体件表面上的工具，来对硅等晶片进行加工，则能够节省用于调整的时间以及经费，但是为了得以实现，需要使配置于基体件上且构成切割刃的金刚石等超磨粒层具有并保持高精度的平面。然而，这种工具却没有得以实现。
专利文献1：日本专利特开2002-337050号公报
专利文献2：日本专利特开2004-291184号公报
专利文献3：日本专利特开平10-071559号公报
发明内容
本发明的课题在于提供一种解决了磨粒对基板的固定安装强度问题以及不均匀的研磨面问题等且可高效率地进行加工的研磨工具及其有效的制造方法。特别是作为CMP垫片修整器，提供一种可以高精度且高效率地对半导体晶片等的表面进行加工的研磨工具。
本发明人为了解决上述课题而重复进行深入研究的过程中，发现在具有由超磨粒烧结体构成的研磨部的研磨工具中，可通过在研磨部上形成特定的多个研磨单位来解决上述课题，在进一步研究后，完成了本发明。
即，本发明涉及一种上述研磨工具，其是具有由超磨粒烧结体构成的研磨部的研磨工具，研磨部包含具有顶部的多个研磨单位，各顶部处于相互大致同一个平面上。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨部由一体烧结于超硬合金衬里材料上的超磨粒烧结体构成，研磨单位通过在该研磨部上设置直线槽群而形成。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中对顶部进行磨刀。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为四角锥状或四角锥台状。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为四角锥台状，对顶部的至少一个边进行磨刀。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为三角锥状或三角锥台状。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为三角锥台状，对顶部的至少一个边进行磨刀。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为顶部呈直线状的棱线的形状。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为四角锥状或三角锥状，研磨单位的间隔为1500um以下200um以上。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨单位为四角锥状或三角锥状，研磨单位的高度为200um以下30um以上。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中超磨粒为金刚石。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中金刚石的标称粒度为40-60um以下。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中超磨粒烧结体的厚度为0.1mm以上。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其为圆板状或圆环状。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨部为圆板状或圆环状。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨部的外径为90mm以上。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨部的顶部相对于槽底的高度为1mm以下。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨部由2个或4个分割研磨部构成，该分割研磨部分别为中心角相等的扇形。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中分割研磨部具有2个槽群，第一槽群相对于分割研磨部的半径方向的边缘平行地被设置，第二槽群与第一槽群正交而形成。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中研磨部由3个或6个分割研磨部构成，该分割研磨部分别是中心角相等的扇形。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中分割研磨部具有3个槽群，第一槽群相对于分割研磨部的半径方向的边缘平行地被设置，第二槽群及第三槽群相对第一槽群分别以60°及120°相交的方式形成。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其中槽是通过线切割电火花加工而形成的。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具，其为CMP垫片修整器。
此外，本发明涉及一种上述研磨工具的制造方法，该研磨工具具有由超磨粒烧结体构成的研磨部，该制造方法包括：
(1)将超磨粒一体烧结于超硬合金的衬里材料上，来获得超磨粒烧结体的工序，
(2)将获得的超磨粒烧结体的研磨部平坦化的工序，
(3)在平坦化的超磨粒烧结体上设置直线槽群，形成多个研磨单位，而作为研磨部的工序。
另外，本发明涉及一种上述的研磨工具的制造方法，该研磨工具具有由超磨粒烧结体构成的研磨部，该制造方法包括：
(1)将超磨粒一体烧结于超硬合金的衬里材料上，来获得超磨粒烧结体的工序，
(2)从获得的超磨粒烧结体切制出一个扇形的分割研磨部的工序。
(3)获得与上述(2)中得到的扇形分割研磨部中心角相等的多个扇形分割研磨部的工序，
(4)将获得的多个扇形分割研磨部紧密邻接并固定安装于平坦的基板表面上，而作为圆板状或圆环状的研磨部的工序，
(5)在上述(4)中获得的圆板状或圆环状的研磨部的分割研磨部间的边界上设置槽，而形成多个研磨单位的工序。
此外，本发明涉及一种上述的研磨工具的重制方法，该研磨工具是上述任意一项所述的研磨工具，该重制方法包括通过线切割电火花加工来重制槽及研磨单位顶部的工序。
本发明的研磨工具使用由超磨粒烧结体构成的研磨部，且在结合材料的熔融温度以上进行烧结，由此具有超磨粒的固定安装强度大，且实际上不会产生脱落的优点。特别地，在使用金刚石粒子作为超磨粒的情况下，在制造工序中结合材料金属熔融且金刚石在热力学稳定的温度压力条件下供给金刚石，金刚石微粒子经部分溶解于结合材料金属中而强力地被一体化，由此固定安装强度进一步增大，故实际上消除脱落。
另外，一般地，若在很大的面积下进行烧结则会产生不均匀，且以较大的直径来形成整体均匀的研磨部比较困难，但从本发明的多个分割研磨部来制造超磨粒烧结体的研磨工具，是从不能形成烧结不均匀的小直径的超磨粒烧结体切除直径较大的扇形分割研磨部，并将其多个组合而作为大直径的研磨部，因此可以做成整体均匀且高精度的研磨工具。
此外，形成有研磨单位的研磨部，表面由具有充分厚度的超磨粒烧结体构成，因此即使研磨单位因使用而磨损，也可以通过线切割电火花加工等容易地重制槽以及研磨单位，并再一次作为本发明的工具使用。
另外，在本发明中，各研磨单位是通过线切割电火花加工等从金刚石烧结体等的超磨粒烧结体任意地切制出的部分，三角锥体以及四角锥体等底面水平以及高度的控制较容易，因此与以往的研磨工具相比，可以获得具有更高精度的研磨面(水平)的工具。特别是可以高精度且高效率地对半导体晶片等的表面进行加工而作为CMP垫片修整器。
附图说明
图1是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。(实施例1)
图2是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。(实施例2)
图3是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图4是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图5是图4的局部放大图。
图6是图1的局部放大图。
图7是表示根据本发明的研磨工具的研磨单位的一构成例的说明图(俯视图)。
图8是表示图7中的A-A剖面的说明图。
图9是表示根据本发明的研磨工具的研磨单位的其他构成例的说明图(俯视图)。
图10是表示图9中的B-B剖面的说明图。
图11是表示根据本发明制造研磨工具的制造方法中可采用的电火花线切割加工的一形态的说明图。
图12是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图13是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图14是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图15是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图16是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
图17是表示根据本发明的研磨工具的一实施方式的说明图(俯视图)。
符号说明如下：
1...研磨工具；2...研磨单位；3...槽；4...研磨工具；5...研磨单位；6...槽；7...研磨工具；8...研磨单位；9...槽；10...研磨部；12...第一方向平行槽群；13、14...锥(台)体侧面；16...第二方向平行槽群；17、18...锥体倾斜侧面；19...四角锥(台)状研磨单位；22...第一方向平行槽群；23、24...三角锥倾斜面；25...研磨部；27...第二平行槽群；28、29...倾斜侧面；31...第三方向平行槽群；32、33...倾斜侧面；34...三角锥状研磨单位；41...电火花加工用金属线；42...研磨部；43、44...研磨单位；51...研磨部；52...圆形基板；53...直线状槽群；55...第二槽群；58...外周倾斜部；61...研磨部；62...圆形基板；63...直线状槽群；65...第二槽群；66...第三槽群；68...外周倾斜部；69...内周倾斜部；71...研磨部；72...圆形基板；73...直线状槽群；74...接合部；75...第二槽群；81...研磨部；82...圆形基板；83...直线状槽群；84...接合部；85...第二槽群；91...研磨部；92...圆形基板；93...直线状槽群；94...接合部；95...第二槽群；96...第三槽群；101...研磨部；102...圆形基板；103...直线状槽群；104...接合部；105...第二槽群；106...第三槽群。
具体实施方式
作为本发明的研磨工具的材料的超磨粒烧结体，是通过通常的方法经超高压高温工序对金刚石或c-BN(立方晶氮化硼素)等超磨粒的粉末进行处理而得到的。该状态的烧结体，由于超磨粒烧结体产生较大变形，因此通过模具电火花加工预先使其大致平坦化。接着，在本发明中特定的方式下阶段性地形成槽及突起侧面，由此创造出研磨单位，即直接与研磨对象接触的突起部分。另外，在作为超磨粒烧结体利用市面上销售的产品的情况下，根据规格而不同，但由于表面已被平坦化，因此可以省略上述平坦化预备处理。
形成上述槽时，可利用线切割电火花加工、模具电火花加工、或其他的精密电火花加工、或激光加工等，优选为线切割电火花加工，特别是在使研磨单位的顶部变得尖锐的情况等下，尤其优选为线切割电火花加工。线切割电火花加工是沿着超磨粒烧结体表面驱动电火花加工用金属线，利用金属线与超磨粒烧结体材料之间的放电，来去除材料的方法，通常进行程序运转。
在本发明的研磨工具中，上述研磨单位可以通过下述两种方式来创造，即例如在具有圆形或同心的中心圆形孔的圆环状烧结体层上交叉地切制用于划分研磨面的多个槽群(以下也称为划分槽群)，或利用具有形成为相对应形状的电极面的电极的模具电火花加工。划分槽群不管是形成于超磨粒层表面还是电极面的哪一种，均形成为直线状是比较方便的。
上述划分槽群可以配置成各种方式。作为例子，列举在超磨粒层的圆形表面上，相互正交地形成两组从外周延伸到相反侧的外周的一定间隔的平行直线群的方式(图1)，或者使这种直线群分为三组且以60°相交叉的方式(图2)。在这些情况下，分别创造出四边形或三角形的研磨单位。
另外，研磨单位也可以是在顶部呈直线状棱线的形状(图3；研磨单位从研磨部的一端到另一端呈棱线，图4～图5；研磨单位的基部是长方形)等。研磨单位为长方形的情况下，槽以及邻接的研磨单位的倾斜面由线切割电火花加工形成，因此棱线基本上与长边平行地形成。另外，四角锥状的研磨单位纵横的间隔并不一定相等，但作为CMP修整器来说，优选为正方形。
在上述例中，为了使各研磨单位作为有效的研磨部分而发挥作用，需要使各研磨单位的顶部足够小，且相邻接的研磨单位彼此保持有足够的间隔且相互隔开。关于研磨单位顶部的面积，作为例子，图6中示意性地表示图1的研磨工具1的局部放大说明图，例如，优选地，顶部面积(Y)相对于研磨单位2基部的面积(X)(即，从超磨粒层截面的面积减掉研磨单位周边槽3面积的面积)的比例在50％以下，特别优选为2～25％。另外，研磨单位的顶部的顶角优选为30～120°，特别优选为60～90°，更优选为70～80°左右。
槽深(距离研磨单位的槽底的高度)在0.1mm以上1mm以下，特别适合为0.15mm以上0.3mm以下。若槽过浅，则被切材料的切屑无法有效地排出，而研磨阻力会有过度增大的倾向。相反若过深，则不仅研磨单位的强度不够，且还需要过剩的超磨粒层的厚度。
研磨单位形成为，顶部为直线状或线段状，且为三角、四边或更多的多边形柱，且将其做成各侧面相对于基板垂直且水平截面在整个高度上均匀的结构比较简便，然而至少使一个侧面，特别是对于工具旋转方向而言靠前方的侧面相对于与轴平行的面向后方倾斜，由此能够提高刀的锋利度。
作为研磨单位的形状，优选地，使研磨单位的各侧面倾斜并设为锥台状，例如四角锥台状或三角锥台状。此外在锋利度方面上看尤其优选的是，将顶部做成尖，例如四角锥状或三角锥状。
另外，对于所排列的角柱状或角锥状研磨单位，若通过利用专用工具对长方形或三角形的一个或多个方向的侧面进行研磨，而使顶部的边缘或顶点锋利化，即进行所谓的“磨刀”，则可以达到良好的锋利度。特别地，研磨单位为多角形柱、多角形锥台，且顶部为多角形(典型地，三角形或四边形)的情况下，对顶部面的至少一边进行磨刀，而研磨单位为四角锥状或三角锥状的情况下，即使不进行磨刀也能够达到足够的锋利度。
本发明的研磨部构成为，外径90mm以上，超磨粒层的厚度0.1mm以上1mm以下。作为烧结超磨粒层使用如下构造，即：用超硬合金即碳化钛系复合材料、或以元素周期表第6a族金属的碳化物为主要成分的复合材料的块打入金刚石烧结体(PCD)或c-BN烧结体(PcBN)的一个面作为内衬的构造，通过粘接剂等将复合材料侧固定安装于工具基板，且在相反侧形成划分槽作为研磨部来使用。
这种烧结体，市场上销售的典型的是由单轴加压型的高温超高压静水压压力调整的圆板状的机构。在无法获得目标直径的烧结体的情况下，特别是在并不要求严格的平坦度的情况下，也可以部分地制作本发明的研磨工具，并组装成一个研磨工具来使用。
在由多个分割研磨部构成研磨部的情况下，对于研磨部整体而言为了得到尽可能地使研磨单位均等地排列的配置，适合在分割研磨部的边界部形成槽。这时，若在二或四分割的分割研磨部上，形成互相正交交叉的2组平行槽群并将研磨单位做成四角锥状或四角锥台状，则可以得到除外周部外无混乱的研磨单位的排列。另一方面，在三或六分割的分割研磨部的情况下，形成相互120°交叉的3组等间隔平行直线群，进而形成三个角锥体侧面并做成三角锥状或三角锥台状的研磨单位列也一样。
即，在四角锥体的情况下，沿着研磨部表面进给电火花加工用的金属线，通过电火花首先在研磨部表面形成直线状的槽。接着，在研磨部的Z轴方向驱动金属线，沿着四角锥体的侧面轮廓部切断研磨部，由此创造出与槽邻接的锥(台)状体的侧面。通过反复进行该操作，来形成平行槽群。
在本发明中锥状体的顶部由1个或多个金刚石粒子构成。即使是使用微细的粒子也由于金刚石具有有限的大小，因此从几何学的角度来说无法得到锥体。从而，当顶部的直径与底边相比足够小时，称之为锥状体。顾名思义，锥台是指顶部的各方向的尺寸与锥状体相比大的情况。
在四角锥(台)状研磨单位的制作中，例如图7及图8所示，在研磨部10的表面以一定槽间隔(pitch)形成第一方向11的平行槽群(用符号12代表性地表示其中的一个。以下同样)以及锥(台)状体两侧面(用符号13代表性地表示其中的一个。以下同样)后，将每一个固定安装有研磨部10的基板绕圆环中心轴的周围旋转90°，同样地，以一定的槽间隔形成第二方向15的平行槽群16，以及与各槽邻接的锥体倾斜侧面17、18，由此可以得到正交的2组平行槽群以及沿着槽排列的四角锥(台)状研磨单位19。图7中的A-A部分表示于剖视图5。
在三角锥体的情况下，如图9以及图10所示，上述中，在形成第一方向21的平行槽群22以及与槽邻接的角锥的倾斜面23、24后，将研磨部20绕研磨部25中心轴的周围旋转120°，同样通过线切割电火花加工以一定间隔形成第二方向26的平行槽27以及邻接的倾斜侧面28、29。操作完了后，进一步将研磨部旋转120°并进行同样操作，从而获得以120°交叉的第三方向30的平行槽群31以及邻接的倾斜侧面32、33，并获得沿槽排列的三角锥状研磨单位34。
在上述研磨单位中，锥状体或锥台状体顶部相对于槽底面的突出高度对三角形和四边形而言均适合在200um以下30um以上。若突出得过浅，则研磨部主体与垫片等工件直接接触，而存在调整无法有效地进行的倾向。相反，若突出得过大，则研磨单位强度不够，必须有过剩的超磨粒层的厚度。另一方面，邻接槽间的间隙(pitch)是1500um以下，下限受到所使用的线切割电火花加工用的金属线的直径的限制，例如可以设为约200um。
上述研磨单位的研磨性能依赖于锥(台)状体的顶部所包含的超磨粒的粒度。在超磨粒为金刚石粒子的情况下，即构成研磨部的烧结体为烧结金刚石(PCD)层的情况下，作为金刚石粒子的粒度(标称粒度)，可以利用40-60um以下、8-16um或0-2um等各粒度的PCD层，而优选为8-16um以下的标称粒度，特别优选为0-2um。
本发明的研磨部上可采用的金刚石烧结体，是将金刚石粒子与作为衬里材料的超硬合金以及必要时所需的钴等结合材料金属一起，在热力学上稳定的超高压高温条件下供给金刚石而获得。将烧结体加工成本发明的研磨部的加工是通过精密电火花加工，典型的是通过由线切割电火花加工的切除、以及由表面加工形成研磨单位来实现的。在线切割电火花加工中，一般是在超磨粒烧结体上接触电火花加工用金属线并放电，水平移动金属线以得到所希望的槽宽，进一步进行移动以形成研磨单位的侧面。
另外，如图11所示，将电火花加工用金属线41贴紧超磨粒烧结体42后，并不进行水平移动，而是沿着图中箭头方向移动，相邻的研磨单位43、44所相对的两倾斜面以成为金属线41的接触面的方式形成槽，也可以以该水平为基准面，从这里形成两侧的侧面。在这样形成槽的情况下，槽的底部的形状成为截面大致呈圆弧状的曲面，与将槽的底部做成平面或角的情况相比，减轻了研磨时的应力集中，提高了研磨单位的强度(耐久性)。
本发明的工具，如图12～图17所示，可以做成几种形状。对于比较小型的工具而言，例如研磨部可以制作成如图12及图13所示单一的连续圆形以及圆环状，而在本发明中如图14～图17所示，当然可以由多个分割研磨部构成研磨部，因此在这些情况下，也可以容易地获得直径95mm以上的外形较大的圆环状的研磨部。
在圆环状构成中，优选地，半径方向宽度为15mm以上。特别是在设计上不需要中心孔的情况下，研磨部也可以不是圆环状(没有中心孔)而设为圆板状。另外，如图12及图13所示，为了防止因与尖端边缘接触而造成的工件的损伤，在圆形状研磨部的情况下是在外周部分上，而在圆环状研磨部的情况下是在外周以及内周部分上，优选地，分别设置1mm以上(半径方向宽度)的倾斜部58、68及69。
在由多个分割研磨部构成研磨部的情况下，如图14～图17所示，以邻接的两个分割研磨部的边界部(接合部)成为槽的方式来设定研磨定位的配置，由此可以避免或最大限度地抑制由研磨部的分割构成引起的研磨单位配置的混乱、以及由此给工件(研磨垫片)带来的恶劣影响。这时，研磨部的分割数与可利用的研磨单位的形状相关联，在两分割(中心角180度)或四分割(中心角90度)的研磨部中呈四角锥状(图14以及图15)，在三分割(中心角120度)的研磨部中呈三角锥状(图16以及图17)。
为了制作大直径的研磨工具，预备将可进行均匀烧结的小直径超磨粒烧结体(优选为金刚石烧结体)通过切断以及加工而形成为规定的尺寸及形状的分割研磨部。并且，使用粘接剂等将多个分割研磨部接合于由各种钢等构成的刚性基板的平坦的圆板面或圆环状表面上，由此，可以形成大直径的圆板状或圆环状(圆板的中央具有同心的圆形孔的形状)的研磨部。
对于分割研磨部而言，将中心角为60、90、120、180°的扇形，在半径上互相邻接并列放置(侧面接触配置)6个、4个、3个或2个来分别使用，并且对于60°的情况而言，可以使用一个120°的扇形来代替2个60°的相同形状的扇形。在这种情况下，将2个120°的扇形关于中心点对称地配置。
各研磨部51、61、71、81、91、101中，将超硬合金侧与圆形基板52、62、72、82、92、102的平坦的圆形面接合，从而整体呈圆形或环状的研磨部。
对于在基板上接合的超磨粒烧结体，接着进行线切割电火花加工，并通过在线切割电火花加工用金属线与超磨粒烧结体之间的放电工序，在超磨粒烧结体表面上形成以一定间隔平行的一组直线状槽群53、63、73、83、93、103。这时，金属线相对于基板面或基板底面平行地驱动，从预备的平坦的表面进入到烧结体层(典型地，烧结金刚石(PCD)层)内，在烧结体层内进行雕刻或在烧结体层较薄的情况下以至于雕刻到超硬合金层。
这时，使金属线沿超磨粒烧结体的厚度方向(Z轴方向)驱动并进行切制而制作成槽。一个槽群中的最初的槽形成如下，即：在360°连续圆形或环状面上不论是三角锥状体及四角锥状体的任何一种，都可以从任意位置开始，但在研磨部由多个分割研磨部的组合而成的情况下，必须在分割研磨部的接合部54、64、74、84、94、104上设置槽，接着在其两侧以一定的间隔在整个面上平行地形成。
若在超磨粒烧结体的表面上形成一个方向的平行槽群，则接着将该超磨粒烧结体与基板一起绕基板的中心轴周围旋转槽***叉角度α，并同样地以上述一定的间隔来形成第二直线状平行槽群55、65、75、85、95、105以及与各槽邻接的倾斜侧面。这里的α对于180°以及90°的扇形来说是90°，研磨单位呈四角锥状或锥台状。另一方面对于120°以及60°的扇形来说，旋转60(或120)°，并同样地以上述一定间隔来形成第二直线状平行槽群以及与各槽群邻接的倾斜侧面后，进而旋转60(或120)°(相对于最初的槽群而言240°)来形成第三直线状平行槽群56、66、76、86、96、106以及与各槽群邻接的倾斜侧面。对于连续圆形以及环状部件来说，α可以采用90°以及60°的任意一种。
在上述线切割电火花操作中，通过将电火花用金属线从该基板底面在厚度方向上相等地隔开的高度(水平)上驱动，可以在相对基板底面平行的水平上形成上述槽群以及三角或四角锥状或锥台状体的顶部。
在本发明中，研磨单位的三角锥或四角锥没必要整体由超磨粒烧结体构成，如果至少包含锥(台)状体顶点的60um程度的部分(高度)是超磨粒烧结体，则即使是其下方部分为超硬合金也可以利用。接着，利用实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
制作了图1中概略表示的构造的研磨工具1。通过将厚度0.6mm的烧结金刚石层与超硬合金同时烧结而一体化的、直径90mm的PCD块作为工具原料来使用。
在上述PCD块上通过电火花加工(EDM)来使烧结金刚石层的表面平坦化，利用经线切割电火花加工并通过刻制宽度560um的平行直线状的槽3来形成具有边长为260um的正方形的顶部的研磨单位2。在这种情况下，研磨单位2的顶部(未图示)的面积相当于除去周边部(槽3的部分)的超磨粒烧结层截面积的约10％。
在顶部边缘上进行磨刀，而作为CMP修整器来使用。
实施例2
制作了图2中概略表示的圆环状研磨工具4。从将厚度0.6mm的烧结c-BN层通过与硬合金同时烧结而一体化的PcBN块，经线切割电火花加工，切制出4个外侧半径60mm、内侧半径24mm的90度的扇形，而作为工具原料。
将上述扇形贴紧于SUS系不锈钢制基板，而组合成为完整的圆形。对烧结c-BN层的表面进行研磨而使其平坦，通过线切割电火花加工利用宽度560um的平行直线状槽6的群来形成具有边长为350um的正三角形的顶部的研磨单位5。在这种情况下，研磨单位顶部的面积为超磨粒烧结层整体的7％。
所获得的工具通过与实施例1同样的操作来进行磨刀，而利用于硅晶片表面的研磨中。
实施例3
制作了图12中概略表示的构造的研磨工具。由标称粒度40-60um的金刚石粒子构成的厚度0.5mm的PCD层与超硬合金(WC-8％Co)同时烧结而一体化的、直径100mm的金刚石烧结体作为研磨部来使用，并用环氧树脂系粘接剂固定安装于直径108mm的SUS316不锈钢钢制圆形基板上。
接着，通过模具电火花加工将PCD层的表面平坦化后，通过线切割电火花加工来切制PCD层，而形成穿过原料中心的宽度200um的直线槽。此外，将金属线向侧方驱动，或使之向相对基板远离的方向(Z方向)移动，来形成所需宽度的槽以及切制出锥状体的侧面。
通过反复该操作，在原料面整体上形成槽间隔800um的平行槽群、以及顶角90°的屋顶状的突起。
接着，使整体绕中心轴的周围旋转90°后，在相同条件下进行线切割电火花加工，由此来形成与上述槽群正交的第二直线槽群，且同时进行正交方向的锥状体侧面的切制，而形成高度200um的图7及图8所示的四角锥状体群。
实施例4
将由标称粒度0-2um的金刚石粒子构成的厚度0.5mm的PCD层与超硬合金一体化了的、外径100mm且内径70mm的金刚石烧结体作为研磨部来使用，且反复实施例3的操作，来制作具有四角锥状的研磨单位的研磨工具。
首先，利用线切割电火花加工，在平坦化了的PCD层的表面上形成穿过原料中心的宽度140um的直线槽。此外，通过金属线操作来进行所需的槽宽的扩张以及锥状体的侧面的切制。通过反复该操作，在原料面整体上形成了槽间隔200um的平行槽群以及顶角60°的屋顶状突起。
接着，使整体绕中心轴的周围旋转90°后，在相同条件下进行线切割电火花加工，由此来形成第二直线槽群，且同时切制出第二锥状体侧面，而形成高度200um的四角锥状体群。
实施例5
使用以下所示的各种分割研磨部，制作了各种构成的工具。金刚石烧结体的金刚石均为标称粒度20-30um。对于线切割操作而言，在三角锥状研磨单位的情况下，除了将工具原料进行每次60°旋转两次的这一点上与只进行一次90°旋转的四角锥状研磨单位不同之外，本质上没有区别。操作条件以及结果如下表所示。
表1
Figure G2009101707894D0000161
＊)顶点间隔为2、4的三角锥状体的情况。
所获得的工具均可作为CMP垫片修整器来使用，并获得了良好的性能。
产业上的可利用性
本发明的研磨工具可以作为各种研磨工具来使用，特别是可以适合作为圆板型旋转型研磨工具来使用。作为用途而言，特别适合作为CMP垫片修整器来使用，此外还可以适用于半导体晶片等表面的直接研磨。除此之外，也可以适用于各种被切割材料的高精度的研磨加工。

Claims (26)

1.一种研磨工具，具有由超磨粒烧结体构成的研磨部，该研磨工具的特征在于，研磨部包含具有顶部的多个研磨单位，各顶部处于相互大致同一个平面上。
2.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，研磨部由一体烧结于超硬合金的衬里材料上的超磨粒烧结体构成，研磨单位通过在该研磨部上设置直线槽群而形成。
3.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，对顶部进行磨刀。
4.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为四角锥状或四角锥台状。
5.根据权利要求4所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为四角锥台状，对顶部的至少一个边进行磨刀。
6.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为三角锥状或三角锥台状。
7.根据权利要求6所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为三角锥台状，对顶部的至少一个边进行磨刀。
8.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为顶部呈直线状的棱线的形状。
9.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为四角锥状或三角锥状，研磨单位的间隔为1500um以下200um以上。
10.根据权利要求9所述的研磨工具，其特征在于，研磨单位为四角锥状或三角锥状，研磨单位的高度为200um以下30um以上。
11.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，超磨粒为金刚石。
12.根据权利要求11所述的研磨工具，其特征在于，金刚石的标称颗粒度为40-60um以下。
13.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，超磨粒烧结体的厚度为0.1mm以上。
14.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，其是圆板状或圆环状。
15.根据权利要求14所述的研磨工具，其特征在于，研磨部为圆板状或圆环状。
16.根据权利要求15所述的研磨工具，其特征在于，研磨部的外径为90mm以上。
17.根据权利要求2所述的研磨工具，其特征在于，研磨部的顶部相对于槽底的高度为1mm以下。
18.根据权利要求14所述的研磨工具，其特征在于，研磨部由2个或4个分割研磨部构成，该分割研磨部分别为中心角相等的扇形。
19.根据权利要求18所述的研磨工具，其特征在于，分割研磨部具有2个槽群，第一槽群相对于分割研磨部的半径方向的边缘平行地被设置，第二槽群与第一槽群正交而形成。
20.根据权利要求14所述的研磨工具，其特征在于，研磨部由3个或6个分割研磨部构成，该分割研磨部分别为中心角相等的扇形。
21.根据权利要求20所述的研磨工具，其特征在于，分割研磨部具有3个槽群，第一槽群相对于分割研磨部的半径方向的边缘平行地被设置，第二槽群及第三槽群相对第一槽群分别以60°及120°相交的方式形成。
22.根据权利要求2所述的研磨工具，其特征在于，槽是通过线切割电火花加工而形成的。
23.根据权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，其为CMP垫片修整器。
24.一种研磨工具的制造方法，该研磨工具具有由超磨粒烧结体构成的研磨部，该制造方法的特征在于，包括：
(1)将超磨粒一体烧结于超硬合金的衬里材料上，来获得超磨粒烧结体的工序，
(2)将获得的超磨粒烧结体的研磨部平坦化的工序，
(3)在平坦化的超磨粒烧结体上设置直线槽群，形成多个研磨单位，而作为研磨部的工序。
25.一种研磨工具的制造方法，该研磨工具具有由超磨粒烧结体构成的研磨部，该制造方法的特征在于，包括：
(1)将超磨粒一体烧结于超硬合金的衬里材料上，来获得超磨粒烧结体的工序，
(2)从获得的超磨粒烧结体切制出一个扇形的分割研磨部的工序，
(3)获得与上述(2)中得到的扇形分割研磨部中心角相等的多个扇形分割研磨部的工序，
(4)将获得的多个扇形分割研磨部紧密邻接并固定安装于平坦的基板表面上，而作为圆板状或圆环状的研磨部的工序，
(5)在上述(4)中获得的圆板状或圆环状的研磨部的分割研磨部间的边界上设置槽，而形成多个研磨单位的工序。
26.一种研磨工具的重制方法，其特征在于，该研磨工具是权利要求1所述的研磨工具，该重制方法包括通过线切割电火花加工来重制槽及研磨单位顶部的工序。
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