软质材料加工用旋转工具的制作方法

文档序号:3252402阅读:125来源:国知局
专利名称:软质材料加工用旋转工具的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工·调整软质材料的表面的旋转工具,该软质材料是由多孔性的树脂·橡胶·聚氨酯橡胶等构成的衬垫,譬如,半导体晶片的研磨用衬垫等。
背景技术
近年,随着半导体产业的进展,高精度地精加工金属,半导体,陶瓷等表面的加工方法的必要性也在不断地提高。特别是在半导体晶片技术领域,随着它的集成度的提高,要求毫微米(1/1000微米)级的表面精加工。为了与这样高精度的表面精加工相对应,一般是用多孔性的衬垫(研磨布)对半导体晶片进行CMP研磨(化学机械抛光)。所谓CMP研磨是指利用磨料等的机械研磨和用碱性液体,酸性液体等进行浸蚀加工的化学研磨等两种研磨工艺的组合。
由于在半导体晶片等的研磨中所使用的衬垫随着研磨时间的推移会发生孔眼堵塞或压缩变形,其表面状态逐渐发生变化。于是,发生研磨速度降低或不均匀研磨等不良现象,因而借助定期地加工·调整衬垫的表面,使衬垫的表面状态保持一定,努力维持良好的研磨状态。
专利文献1和2公开了一个用于加工·调整该衬垫的软质材料加工用旋转工具的例子,它是在基板的表面上形成多个向上方突出的切削刃凸部。
这种软质材料加工用旋转工具是借助将其基板表面以一定荷重与围绕着轴线进行旋转的衬垫表面相对地接触,使该基板随着衬垫的旋转运动而进行旋转运动,由压入到衬垫表面里的切削刃凸部对衬垫的表面进行加工·调整。
其中,衬垫是由聚氨酯泡沫等软质材料构成,由于在将旋转工具压紧时,衬垫的表面发生变形而后退,因而就有所谓的由切削刃凸部进行的加工不能充分进行的问题。而且在将切削刃凸部勉强压紧衬垫表面而进行加工的场合下,会将衬垫表面加工成毁坏的程度,有所谓的将衬垫表面的空孔部分完全毁坏,变成完全不能用于半导体晶片研磨的问题。
因此,专利文献3中公开了一种技术方案,它是将切削刃凸部做成有方向性的形状,将全部切削刃凸部做成都是朝旋转工具基板的周向的一方(朝工具旋转方向前方侧)的一定的配置。在该旋转工具上,切削刃凸部的朝工具旋转方向前方侧的面是顺着向基板侧而逐渐向工具旋转方向后方侧后退地倾斜,由于将切削刃凸部做成从工具旋转方向前方侧开始进入到接触着的衬垫表面的较深位置的形状,因而是能高效地加工衬垫的。
专利文献1日本专利申请公开报告 特开平7-328937号专利文献2日本专利申请公开报告 特开平10-44023号专利文献3日本专利申请公开报告 特开2004-34266号在使用专利文献3所示的软质材料加工用旋转工具的衬垫调节器上,在旋转工具围绕着轴线而进行旋转的同时,作为被加工材料的衬垫自身也进行旋转移动,衬垫和旋转工具的接触方向就由它们的旋转方向和旋转速度而发生变化。这里,图9~图11是表示作为被加工材料的衬垫和旋转工具的位置关系的一个例子。
如图9所示,在上述的衬垫调节器上,在大直径的衬垫P沿着衬垫旋转方向R进行旋转的部位,使沿着工具旋转方向T进行旋转的旋转工具1的切削刃凸部2压紧而进行加工。在衬垫P的中心附近(图9的X-X断面附近),工具旋转方向T和衬垫旋转方向R是朝相互相对的方向,如图10所示,衬垫P从工具旋转方向T前方侧开始接触,能由切削刃凸部2高效地对加工衬垫P。
另一方面,在衬垫P的外周侧(图9的Y-Y断面附近),工具旋转方向T和衬垫旋转方向R是同一方向。这里,衬垫P的旋转速度与旋转工具1的旋转速度相同,在衬垫P和旋转工具1的相对速度为零的场合下,由于不能用旋转工具1对衬垫P进行加工,因而将相对速度设定成不是零,设定成在衬垫P的旋转速度和旋转工具1的旋转速度间产生规定的速度差。
但是,即使使旋转工具1的旋转速度比衬垫P的旋转速度还快,也不能得到如衬垫P的内周侧那样的相对速度,而且在衬垫P的旋转速度比旋转工具1的旋转速度还慢时,如图11所示,衬垫P从工具旋转方向T后方侧开始与切削刃凸部1接触。即使采用任意一种方式,虽然好容易将切削刃凸部2的形状形成切入到衬垫P深处的形状,但还是有在衬垫P的外周侧不能高效地对衬垫P进行加工的问题。
这样,上述现有技术存在由旋转工具1和衬垫P的位置关系而使衬垫P表面上发生不能被充分加工部分的问题。

发明内容
本发明是为了克服上述现有技术存在的问题而作出,其目的是提供一种软质材料加工用旋转工具,即使在旋转工具压紧移动着的被加工材料而进行加工的场合下,也能稳定地对被加工材料的表面进行加工·调整。
为了达到上述目的,本发明的软质材料加工用旋转工具在由软质材料构成的被加工材料移动时,对该被加工材料进行加工,其特征在于,在基板的表面上,朝上方突出地形成两个以上切削刃凸部,该切削刃凸部的上面做成相对于与上述基板的底面平行的平面而倾斜的倾斜面,至少在该倾斜面的边棱部中最朝上方突出的部分上形成切削刃棱线部;上述切削刃凸部中的一部分切削刃凸部的上述倾斜面配置成至少朝向上述基板旋转的周向的一方,剩余的上述切削刃凸部中的至少一部分切削刃凸部的上述倾斜面配置成至少朝向上述周向的另一方。
由于具有上述结构的软质材料加工用旋转工具中,将切削刃凸部的上面做成相对于与上述基板的底面平行的平面而倾斜的倾斜面,至少在该倾斜面的边棱部中的最朝上方突出的部分上形成切削刃棱线部;该倾斜面配置成至少朝基板的旋转周向,即,配置成朝向不是基板的旋转轨迹所形成的圆的直径方向的方向,因而从切削刃凸部上面的设有切削刃棱线部的一侧接触被加工材料时,借助切削刃凸部压入到被加工材料表面中,使软质材料构成的被加工材料在设有切削刃棱线部的部分弹性变形成较大的凹陷,在与该切削刃棱线部相连的一侧,沿着上述倾斜面而弹性恢复。因此,形成在切削刃凸部上的切削刃棱线部就能较深地吃入到被加工材料中,能有效地对被加工材料进行加工。
而且,由于这样的切削刃凸部形成两个以上,该切削刃凸部中的一部分切削刃凸部的倾斜面配置成朝上述基板旋转的周向的一方,剩余的切削刃凸部中的至少一部分切削刃凸部的倾斜面配置成朝上述周向的另一方,因而,即使是在从工具旋转方向(上述周向的一方)的相反侧接触被加工材料的场合下,由于倾斜面朝旋转方向前方侧的任意一部分切削刃凸部的切削刃棱线部较深地吃入到被加工材料中,仍然能高效地对被加工材料进行加工。这样,即使是在旋转工具相对于移动的被加工材料,从工具旋转方向的相反侧接触的场合下,也能高效地对被加工材料进行加工,能消除加工不充分的部分。
而且,在与上述切削刃棱线部相连的切削刃凸部的边棱部上也形成切削刃棱线的场合下,能更高效地对被加工材料进行加工,因此是优选的。
这里,在构成切削刃凸部的上面的倾斜面和与基板平行的平面构成的角度θ小于5°时,即使是在被加工材料沿着倾斜面而变形的场合下,也不能使切削刃凸部吃入到被加工材料的较深处,有不能高效地对被加工材料进行加工的问题;而在上述角度θ大于40°时,切削刃凸部本身的刚性不足,有切削刃凸部损伤或变形的问题。因此,本发明中,最好将构成切削刃凸部的上面的倾斜面和与基板平行的平面构成的角度θ规定成5°≤θ≤40°的范围。
为了确实地产生这样的效果,最好将构成切削刃凸部的上面的倾斜面和与基板平行的平面构成的角度θ设定成5°≤θ≤30°的范围。
而且,最好将这些倾斜面朝周向的一方的切削刃凸部和倾斜面朝另一方的切削刃凸部配置成上述倾斜面倾斜的方向在以上述周向为中心的±45°的范围内。也就是说,从与基板的表面对向的方向观看,最好将以基板的旋转中心为中心、与切削刃凸部的上述切削刃棱线部交叉的圆的与该切削刃棱线部的交点上的切线,和从该交点开始、倾斜面以最大的角度倾斜的方向构成的角度做成45°以下。
最好,上述倾斜面朝周向的一方的切削刃凸部以及朝上述周向的另一方的切削刃凸部分别占形成在基板上的全部切削刃凸部中的20%以上。
由于将上述切削刃凸部配置在从上述基板向上方突出的台座部的上面,因而在将旋转工具推压在被加工材料上时,还能由台座部将被加工材料压紧,能使切削刃凸部的设有切削刃棱线部的那部分稳定地吃入到被加工材料的更深的部位,能更稳定,高效地实施由旋转工具进行的加工。
由于用耐磨损材料构成上述切削刃凸部,因而能提高切削刃凸部的耐磨损性,能长时期稳定地对被加工材料进行加工,能使该旋转工具的寿命延长。这里,作为耐磨损材料的具体例子可列举碳化硅(SiC),氮化硅(SiN)等。
而且,由于用金刚石薄膜包敷上述切削刃凸部的表面,因而能进一步提高切削刃凸部的耐磨损性,能使该旋转工具的寿命延长。
由于将上述切削刃凸部中的形成上述切削刃棱线部的部分的高度设定成0.03mm以上,因而能充分确保切削刃棱线部吃入到被加工材料中的深度,能高效地进行衬垫的加工。而且,由于在切削刃棱线部的高度超过0.15mm的场合下,看不到由高度的变化引起衬垫加工效率的提高,因而最好设定为0.15mm以下。
由于将形成在上述基板的上述表面上的全部上述切削刃棱线部的长度的合计总长度取成7.5mm~80mm的范围内,因而切削刃棱线部能以适当的压力压紧衬垫,能高效地进行衬垫的加工。
在将上述软质材料加工用旋转工具用于对CMP研磨用衬垫进行加工·调整的调节器上时,能稳定地加工衬垫的整个表面,能确实高效地进行衬垫表面的调整。
这样,如果采用本发明,则能提供一种这样的软质材料加工用旋转工具,即,即使是在将旋转工具压到移动着的被加工材料上的场合下,也能稳定地加工·调整被加工材料的表面。


图1是本发明第1实施例的软质材料加工用旋转工具的基板顶视图。
图2是沿着图1的Z-Z取得的断面图。
图3是图1的台座部和切削刃凸部的斜视图。
图4是说明用图1的软质材料加工用旋转工具加工衬垫的状态的示意图。
图5是本发明的第2实施例的软质材料加工用旋转工具的基板顶视图。
图6是沿着图5的V-V取得的断面图。
图7是本发明的第3实施例的软质材料加工用旋转工具的基板顶视图。
图8是图7的刀头的斜视图。
图9是表示用以前的软质材料加工用工具的衬垫调节器的一个例子。
图10是沿着图9的X-X取得的断面图。
图11是沿着图9的Y-Y取得的断面图。
图12是表示作为实施例1的试验结果的衬垫除去比例的图表。
图13是表示作为实施例1的试验结果的衬垫断面形状的图表。
图14是表示作为实施例2的试验结果的衬垫除去比例的图表。
图15是表示作为实施例3的试验结果的衬垫除去比例的图表。
图16是表示作为实施例4的试验结果的衬垫除去比例的图表。
图17是表示作为实施例5的试验结果的衬垫除去比例的图表。
具体实施例方式
下面,说明本发明的第1实施方式。图1~图3表示第1实施方式的软质材料加工用旋转工具。
软质材料加工用旋转工具的基板11由SiC(碳化硅)构成,做成以轴线为中心,朝工具旋转方向T进行旋转的大致圆板状,有相互平行的表面11A和底面11B。在基板11的表面11A上的除了中央区域以外的径向外周侧的周缘区域上,形成朝上方突出的至少1个台座部12,在本实施方式中,如图1所示,将多个朝上方突出的台座部12大致等间隔地配置在周向上,而且形成交错配置的多列。
上述多个台座部12各个都是呈同样的正四方柱状,将平面形状大致形成正方形的上面作为台座面13,台座面13的整个面是被做成与基板11的底面11B大致平行的平坦面。上述多个台座部12的台座面13的高度(从基板11的表面11A开始的高度)彼此相等。
而且,在多个台座部12的各个的台座面13(平坦面)上,在它的周缘区域(包含台座部12上的能使台座面13和周面(侧面)交叉的大致正方形状的交叉棱线14的周缘区域)中,至少在工具旋转方向T前方侧(从大致做成圆板状的基板11的轴线,朝径向外周侧延伸的直线的前方侧)区域和后方侧(从大致做成圆板状的基板11的轴线,朝径向外周侧延伸的直线后方侧)区域除外的区域上,至少形成1个朝上方突出的切削刃凸部14。
在本实施方式中,如图3所示,在多个台座部12的各个台座面13上,在不仅除去其周缘区域中的工具旋转方向T前方侧和后方侧除外,而且还除去含有周缘区域中的(基板11的)径向内周侧和外周侧区域的全部周缘区域除外的中央区域上,形成朝上方突出的1个切削刃凸部14。
由于上述多个切削刃凸部14也和台座部12同样地都是呈同样的正四方柱状,因而做成大致是正方形断面形状的台座部12的台座面13实际上是做成只由它的周缘区域构成的大致正方环形面状。
这样,由于分别与1个台座部12相对地,将1个切削刃凸部14朝上方突出地形成在它的台座部13的中央区域,因而这些台座部12和切削刃凸部14是做成将外径较大的大致是正四方柱状的台座部12和外径较小的大致是正四方柱状的切削刃凸部14同轴地连接的2段突起状,在基板11的表面11A上就有与多个台座部12相同个数的多个切削刃凸部14。
而且,如图2和图3所示,切削刃凸部14的上面部15是做成倾斜面,该倾斜面相对于与基板11的底面11B平行的平面而倾斜,构成该上面部15的倾斜面和与基板11的底面11B平行的平面构成的角度θ设定成5°≤θ≤40°,最好设定成5°≤θ≤30°。
切削刃凸部14的4个侧面从台座面13大致垂直地延伸,在该4个侧面与上面部15(倾斜面)的交叉棱线中,离开台座面13最远的交叉棱线构成具有该切削刃凸部14的切削刃棱线部16。即,与切削刃棱线部16相连地配置着做成倾斜面的上面部15。全部切削刃凸部14的切削刃棱线部16的高度(从基板11的表面11A开始的高度)彼此相等。
被形成多个的切削刃凸部14中的至少一部分切削刃凸部14配置成构成倾斜面的上面部15至少朝向基板11的周向的一侧,即,被配置成不是朝径向的方向;剩余的切削刃凸部14中的至少一部分切削刃凸部14配置成至少朝向基板11的周向的另一侧,在本实施方式中,如图2所示,紧挨着的切削刃凸部14配置成各自朝相反侧,而且是沿着基板11的周向配置成朝上面部15方向。也就是说,将切削刃棱线部16配置成沿着基板11的径向而延伸,而且在各列中,将上面部15配置成朝向周向一侧的切削刃凸部14和朝另一侧的切削刃凸部14是每隔相同个数交替地配置。
而且,在与基板11的表面11A形成一体的切削刃凸部14中的至少在上面部15上涂敷着气相合成的金刚石薄膜17,在本实施方式中,含有多个切削刃凸部14的基板11的整个表面11A都被涂敷气相合成的金刚石薄膜17,该薄膜的厚度设定成0.5μm~50μm。
这样的气相合成的金刚石薄膜17是譬如借助利用微波等离子的方法或利用热钨丝的方法等公知的方法,相对具有上述的多个台座部12和多个切削刃凸部14的基板11,遍及含有多个台座部12和多个切削刃凸部14的基板11的整个表面地形成。
由于这样构成的软质材料加工用旋转工具是将不锈钢或树脂等构成的板材粘贴在基板11的底面11B上,或将基板11与形成在不锈钢等板材上的凹陷热压配合而组装的,因而能用于实际的加工。
而且,组装好的软质材料加工用旋转工具是使它的基板11的表面11A与衬垫P的表面大致平行地对向,并且用一定的荷重压紧,由此使基板11随着衬垫P的旋转运动而朝工具旋转方向T,围绕着与上述表面11A和底面11B垂直的旋转轴线而进行旋转运动,由形成在与衬垫P表面相接地压入的多个切削刃凸部14上的切削刃棱线部16对作为被加工材料的衬垫P表面进行加工。上述衬垫P是朝衬底旋转方向R旋转的由多孔性树脂·橡胶·(具有独立气泡的)聚氨酯橡胶等构成。
实际上是涂敷在切削刃棱线部16上的气相合成金刚石薄膜17对衬垫P的表面进行加工。这样,在由切削刃棱线部16(气相合成金刚石薄膜17)加工衬垫P时生成的加工屑从位于切削刃凸部14彼此之间的间隙或位于台座部12彼此之间的间隙等排出。
由于当衬垫P的旋转速度与软质材料加工用旋转工具的旋转速度相同,衬垫P和软质材料加工用旋转工具的相对速度为零时,变成完全不能对衬垫P进行加工,因而将衬垫P的旋转速度设定成与软质材料加工用旋转工具的旋转速度设定成具有规定的速度差。
由于在上述结构的软质加工用旋转工具上,将切削刃凸部14的上面部15做成倾斜面,将该上面部15(倾斜面)和侧面的交叉棱线中,位于离台座部13最远的交叉棱线做成该切削刃凸部14具有的切削刃棱线部16,将上面部15配置成朝基板11的周向,因而在从切削刃凸部14的前方侧(设置着切削刃棱线部16的一侧)开始接触衬垫P时,如图4所示,切削刃凸部14压入到衬垫P的表面中,衬垫P以切削刃凸部14中的切削刃棱线部16压紧的部分产生较大的凹陷的方式弹性变形,在与该切削刃棱线部16关连的上面部15的部分上,沿着上面部15形成的倾斜面地弹性恢复。由此切削刃凸部14的切削刃棱线部16就较深地吃入到衬垫P里,能高效地加工衬垫P。这样,为了使切削刃棱线部16较深地吃入到衬垫P里,实际上不仅是上述交叉棱线,还包括与上述交叉棱线关连的上面部15的斜边边棱部或从台座部13向切削刃棱线部16延伸的面的边棱部等部分都参于衬垫P的加工。
而且,由于将切削刃凸部14形成多个,将切削刃凸部14中的一部分切削刃凸部14配置成切削刃凸部14的上面部15朝基板11的周向的一方,并将剩余的切削刃凸部14配置成它的上面部15朝周向的另一方,因而即使是在使衬垫P高速旋转,从工具旋转方向T(基板的周向的一方)的后方侧接触衬垫P的场合下,上面部15朝工具旋转方向T前方侧(基板的周向的一方)的切削刃凸部14的切削刃棱线部16也能较深地吃入到衬垫P里而对衬垫P进行加工。也就是说,即使是在衬垫旋转方向R上进行旋转移动的衬垫P是从工具旋转方向T后方侧与旋转工具接触的场合下,由于某一部分切削刃凸部14成为其的上面部15在与衬垫旋转方向R对向的一侧上具有切削刃棱线部16的倾斜面,因而能由切削刃棱线部16高效地加工衬底P,能消除加工不充分的部分。
而且,在本实施例中,构成倾斜面的上面部15是交替地设置着朝周向一方的切削刃凸部14和朝另一方的切削刃凸部14,也就是说,上述这些切削刃凸部分别被做成是设置在基板11上的切削刃凸部14个数的50%,因此,即使衬垫P朝周向的任意方向旋转,都能确实地促进高效的加工。这样,虽然全部切削刃凸部14的上面部15可以不朝周向的一方和另一方,譬如上面部15可以含有朝基板11的径向的切削刃凸部14,但为了产生上述的效果,最好将上面部15朝周向一方或另一方的切削刃凸部14个数取成是分别形成在基板11上的全部切削刃凸部14中的20%以上。
由于将形成切削刃凸部14的上面部15的倾斜面和,与基板11的底面11B平行的平面,即与上述垂直于基板11的旋转轴线的平面构成的角度θ设定成5°≤θ≤40°的范围,最好设定成5°≤θ≤30°的范围,因而能确保切削刃凸部14的刚性,能防止切削刃凸部14的损坏的同时,借助使衬垫P沿着构成上面部15的倾斜面地弹性恢复,能使切削刃棱线部16较深地吃入衬垫P,能确实高效地加工衬垫P。
由于在本实施方式中,将上面部15做成朝周向的一方或另一方的倾斜面的切削刃凸部14的切削刃棱线部16形成朝基板11的径向延伸,从与基板11的表面对向着的方向观看,与该切削刃棱线部16垂直相交的方向上,上面部15以上述角度θ倾斜地形成。这样,切削刃棱线部16和上面部15随着基板11的旋转,在径向上同样地较深吃入衬垫P。因而,采用本实施方式就能进行均匀的衬垫加工。但是,在将这些上面部15做成朝周向的一方或朝另一方的倾斜面的切削刃凸部14中,以上述角度θ使上面部15倾斜的方向,即,以最大的角度,使倾斜面相对于与基板11的底面11B平行的平面而倾斜的方向,从与基板11的表面11A对向着的方向观看,未必一定要与以基板11的旋转中心为中心、与切削刃凸部14的切削刃棱线部16交叉的圆的与该切削刃棱线部16的交点上的切线严密地一致,只要将从该交点开始,以最大的角度使倾斜面倾斜的方向与上述切线方向构成的角度设定成45°以下就可以。
由于从上述基板11向上方突出的切削刃凸部14是形成在台座部12的台座面13上,因而在将旋转工具按压到衬垫P表面上时,衬垫P还被该台座面12压紧,能使切削刃凸部14的切削刃棱线部16稳定地吃入到衬垫P的更深的部位,能稳定高效地进行旋转工具的加工。
由于切削刃凸部14吃入到衬垫P中的深度由台座部12的台座面13和衬垫P表面的接触而决定,因而借助调整从台座部13开始的切削刃棱线部16的高度就能控制加工速度,就能精度良好地进行衬垫P的加工。
由于切削刃凸部14是用耐磨损材料SiC(碳化硅)构成,而且切削刃凸部14的表面是用气相合成金刚石薄膜17涂敷的,因而使切削刃凸部14的耐磨损性提高,能长期稳定地加工衬垫P,能延长该旋转工具的寿命。
下面,说明本发明的第2实施方式。图5和图6表示本发明第2实施方式的软质材料加工用旋转工具。与第1实施方式相同的构件都用相同的符号,并省略对它们的说明。
该软质材料加工用旋转工具的基板11是与第1实施方式同样地由SiC(碳化硅)构成,而且,做成大致呈圆板状,有相互平行的表面11A和底面11B。在基板11的表面11A上的中央区域除外的径向外周侧的周缘区域上,在基板11的表面11A上直接形成朝上方突出的切削刃凸部14。如图5所示,该切削刃凸部14排列地配置成格子状。
这些多个切削刃凸部14的上面部15做成倾斜面,如图6所示,该倾斜面是相对于与基板11的底面11B平行的平面而倾斜的,切削刃凸部14的4个侧面是从台座面13开始大致垂直地延伸,在该4个侧面与上面部15(倾斜面)的交叉棱线中,离开基板11的表面11A最远的交叉棱线部位上形成切削刃棱线部16。全部切削刃凸部14的切削刃棱线部16的高度(从基板11的表面11A开始的高度)彼此相等。
而且,在本实施方式中,配置成格子状的全部切削刃凸部14配置成从与表面11A对向着的平面观看,其上面部15朝向同一方向(朝图5所示的D方向),也就是说,切削刃棱线部16是朝向与上述同一方向相反的方向(朝图5所示的C方向)相互平行地延伸。
由于如上所述地形成切削刃凸部14,因而在图5的区域I中的切削刃凸部14被配置成构成倾斜面的上面部15是在以工具旋转方向T为中心的±45°范围内;在区域III中的切削刃凸部14被配置成构成倾斜面的上面部15是在以工具旋转方向T的相反方向为中心的±45°范围内。而且,在区域I中的切削刃凸部14和区域III中的切削刃凸部14分别占基板11上形成的全部切削刃凸部14中的25%。
在具有上述结构的软质材料加工用旋转工具中,由于在区域I中的切削刃凸部14的上面部15是被配置成在以工具旋转方向T为中心的±45°范围内;在区域III中的切削刃凸部14的上面部15是被配置成在以工具旋转方向T的相反方向为中心的±45°范围内,因而,即使在使衬垫P高速旋转,从工具旋转方向T的后方侧开始接触衬垫P的场合下,上面部15也能借助朝工具旋转方向T的切削刃凸部14(在区域III中的切削刃凸部14)的切削刃棱线部16较深地吃入衬垫P而对衬垫P进行加工,能消除加工不充分的部分。
而且,由于在区域I和区域III中的切削刃凸部14分别占基板11上形成的全部切削刃凸部14中的25%,因而能确实地进行衬垫P从工具旋转方向T的前方侧或后方侧接触时的衬垫P的加工。
具有上述结构的软质材料加工用旋转工具,由于将切削刃凸部14配置成格子状,能将全部切削刃凸部14的上面部15如图5所示的朝D方向那样地形成,因而能比较容易地制造该软质材料加工用旋转工具。
下面,说明本发明的第3实施方式。图7和图8表示本发明第3实施方式的软质材料加工用旋转工具。与第1实施方式相同的构件都用相同的符号,并省略对它们的说明。
该软质材料加工用旋转工具的基板11是做成大致呈圆板状,有相互平行的表面11A和图中没有表示的底面。在基板11的表面11A上的径向外周侧的周缘区域上,沿着周向等间隔地配置着多个刀头20。在本实施方式中,如图7所示,以24°的间隔配置有15个刀头20。
上述刀头20由SiC(碳化硅)构成,刀头20的上面做成四方形面,配置成平行于基板11的底面。在该刀头20的构成四方形上面的4个角部上分别设置着朝上方突出的台座部12,在1个台座部12上形成1个切削刃凸部14。也就是说,在1个刀头20上形成4个切削刃凸部14,在整个基板11上具有60个切削刃凸部。
切削刃凸部14的上面部15是相对于与刀头20的上面平行的平面而倾斜,形成在1个刀头20上的切削刃凸部14的上面部15都是朝相同方向。而且,这样的刀头20是相互交替地配置成使切削刃凸部14的上面部15朝工具旋转方向T前方侧和朝工具旋转方向T后方侧。
由于具有这样结构的软质材料加工用旋转工具是在刀头20上形成切削刃凸部14,该刀头20是固定在基板11的表面11A上,因而,只对该刀头20进行加工就能形成切削刃凸部14,能精度良好地形成切削刃凸部14。
虽然本实施方式说明了形成切削刃凸部14和台座部12的基板11或刀头20是用SiC(碳化硅)构成的结构,但就构成基板11或刀头20的材料而言,从生成气相合成的金刚石薄膜17的容易程度,形成台座部12和切削刃凸部14的容易程度和实际耐用的机械特性等观点出发,以下所述的材料是合适的,可以用这些材料构成基板11或刀头20。
(1)4a族,5a族,6a族等系列中的某一种金属或与硅的碳化物,氮化物或碳氮化物;
4a族,5a族,6a族等系列中的某一种与金属和硅的碳化物,氮化物或碳氮化物;硅中的某一种或它们的复合物。
(2)4a族,5a族,6a族等系列中的某一种金属或与硅的碳化物,氮化物或碳氮化物中的至少1种和与铁,镍或钴等金属中的至少1种的复合体构成的超硬合金。
(3)硅或铝的氮化物或氧化物等化合物中的某1种或它们的复合物。
虽然在本实施方式中,将台座部12或切削刃凸部14的形状做成大致是正方形柱状,但也可以做成圆柱状或三角柱状等其它形状。
最好是考虑加工条件等因素,并适当地设定台座部12或切削刃凸部14的个数、配置、基板11的直径等参数。
由于是将切削棱线形成在从上面部15的斜边边棱部或台座面13开始,延伸到切削刃棱线部16的面的边棱部上,因而还能用这些边棱部有效地对衬垫P进行加工。
实施例1下面,用本发明的一个例子进行比较试验,由此表示对本发明的有效性进行验证的结果。
在由碳化硅(SiC)构成的、直径为100mm的基板的表面外周部上,以圆周上等间隔地放射状设置60个台座部,在各个台座部的台座面上形成1个切削刃凸部的工具用作试验工具。其中,台座部做成一边是1.0mm,高度为0.3mm的正四方柱状;切削刃凸部做成一边是0.15mm,切削刃凸部的最高部分(切削刃棱线部)的高度H是0.05mm的大致正四方柱状。而且,形成在该基板上的切削刃棱线部的总长度L是9mm。还在这些台座部和切削刃凸部的表面上涂敷大约20μm膜厚的气相金刚石薄膜。
将切削刃凸部的上面部做成相对于基板的底面而平行的工具作为比较例1提供给试验。
将切削刃凸部的上面部做成相对于基板的底面以角度θ=10°倾斜的倾斜面;将切削刃凸部配置成使该倾斜面朝基板的径向,即,不是朝基板周向的工具作为比较例2提供给试验。
将切削刃凸部的上面部做成相对于基板的底面以角度θ=10°倾斜的倾斜面;将全部切削刃凸部的倾斜面配置成朝基板周向的一方(工具旋转方向的后方侧)的工具作为比较例3提供给试验。
将切削刃凸部的上面部做成相对于基板的底面以角度θ=5°倾斜的倾斜面;将该倾斜面朝基板周向的一方(工具旋转方向的后方侧)的切削刃凸部、和将该倾斜面朝基板周向的另一方(工具旋转方向的前方侧)的切削刃凸部在周向上交替地配置的工具作为本发明例子1提供给试验。
将切削刃凸部的上面部做成相对于基板的底面以角度θ=10°倾斜的倾斜面;将该倾斜面朝基板周向的一方(工具旋转方向的后方侧)的切削刃凸部、和将该倾斜面朝基板周向的另一方(工具旋转方向的前方侧)的切削刃凸部在周向上交替地配置的工具作为本发明例子2提供给试验。
将研磨装置(ムサシノ电子制MA-300)用作试验机;将发泡聚氨酯质衬垫(Rodel公司制IC1400)用作被加工材料;将SiO2膏(Cabot公司制SS-25)用作研磨膏。
在将台板旋转数(聚氨酯衬垫的旋转数)取成45rpm;将旋转工具的旋转数取成43rpm;将荷重取成39.2N;将研磨膏的流量取成25ml/min等试验条件下,进行衬垫的研磨。
作为评价项目的衬垫除去比例是预先测定发泡聚氨酯质衬垫的高度,将该发泡聚氨酯质衬垫提供给研磨试验,对研磨后的发泡聚氨酯质衬垫的高度进行测定,进行用加工时间除以加工前后的发泡聚氨酯质衬垫高度变化的计算而得到。
而且,借助在径向的多个点上,测定加工后的发泡聚氨酯质衬垫的高度,以确认衬垫的断面形状。
图12表示衬垫除去比例和加工时间的关系。在比较例1和比较例2中,从试验初期开始,除去比例是10μm/h以下,实质上被确认为衬垫没被加工。这是由于用上面具有与基板面平行的切削刃凸部的旋转工具,在切削刃凸部压入时产生的衬垫变形不能充分确保切削刃棱线部和衬垫表面的接触,以及为了使切削刃凸部的整个上面与衬垫表面接触,荷重不集中而形成。
另一方面,在比较例3,本发明例1和本发明例2中,即使在加工时间经过10小时的时刻,衬垫除去比例还是50μm/h以上,被确认为能长时间稳定地加工衬垫。
图13表示在比较例3,本发明例1和本发明例2中,经过加工之后的衬垫的断面形状。在比较例3中,被确认为衬垫外周侧部分存在几乎没被加工的部分。另一方面,在本发明例1和本发明例2中,衬垫的径向全长上都被充分加工,被确认为不存在加工不充分的部分。
因此,根据本试验可以确认,如果采用本发明例1、2,则能使衬垫除去比例长时间稳定的同时,能充分地对衬垫整个面进行加工。
实施例2下面,对使用金属研磨用研磨膏,研磨衬垫时的衬垫除去比例进行比较。在上述的比较例1~3,本发明例1、2的基础上,还将下述的本发明例3~6提供给试验。本发明例3~6是将切削刃凸部的配置做成与本发明例1、2一样,本发明例3是做成切削刃凸部的上面部和基板的底面构成的角度θ=20°;本发明例4是做成上述的角度θ=25°;本发明例5是做成上述的角度θ=30°;本发明例4是做成上述的角度θ=35°。
将研磨装置(ムサシノ电子制MA-300)用作试验机;将发泡聚氨酯质衬垫(Rodel公司制IC1400)用作被加工材料;将市售的硝酸铁系研磨膏(添加3%H2O2)用作金属研磨用研磨膏。
在将台板旋转数(聚氨酯衬垫的旋转数)取成45rpm;将旋转工具的旋转数取成43rpm;将荷重取成39.2N;将研磨膏的流量取成25ml/min等试验条件下,进行衬垫的研磨。
图14表示衬垫除去比例和加工时间的关系。由比较例1和比较例2确认,从试验初期开始,除去比例是20μm/h以下,在使用金属研磨膏的场合下,实质上衬垫还是没被加工。
另一方面,在比较例3,本发明例1~6中,即使在加工时间经过25小时的时刻,衬垫除去比例也是在50μm/h以上。
而且,还确认了虽然初期的衬垫除去比例有上述角度θ越大、比例就越高的趋向,但是在将上述角度做成θ=35°的本发明例6中,从使用开始,经过10小时之后,由切削刃棱线部的磨损和损伤引起衬垫除去比例急剧的降低。确认在该条件下将上述角度θ做成5°~30°的范围时,就能使衬垫除去比例长时间稳定。
实施例3

下面,对使用氧化膜用研磨膏,对衬垫研磨时的衬垫除去比例进行比较。在上述的比较例1~3,本发明例1、2、4、6的基础上,还将下述的本发明例7、8提供给试验。本发明例7、8是将切削刃凸部的配置做成与本发明例1~6一样,本发明例7是做成切削刃凸部的上面部和基板的底面构成的角度θ=40°;本发明例8是做成上述的角度θ=45°。
氧化膜用研磨膏的腐蚀性比金属研磨用研磨膏的弱。
将研磨装置(ムサシノ电子制MA-300)用作试验机;将发泡聚氨酯质衬垫(Rodel公司制IC1400)用作被加工材料;将KOH系胶状的二氧化硅用作氧化膜用研磨膏。
在将台板旋转数(聚氨酯衬垫的旋转数)取成45rpm;将旋转工具的旋转数取成43rpm;将荷重取成39.2N;将研磨膏的流量取成25ml/min等试验条件下,进行衬垫的研磨。
图15表示衬垫除去比例和加工时间的关系。由比较例1和比较例2确认,从试验初期开始,除去比例是20μm/h以下,在使用氧化膜用研磨膏的场合下,衬垫还是没被加工。
另一方面,在比较例3、本发明例1~6中,即使在加工时间经过25小时的时刻,衬垫除去比例也是在50μm/h以上。
而且,还确认了在使用氧化膜用研磨膏的场合下,即使在做成上述角度θ=35°的本发明例6中,也没看到衬垫除去比例急剧的降低。在做成上述角度θ=45°的本发明例8中,从使用开始,经过20小时之后,由切削刃棱线部的磨损和损伤引起衬垫除去比例急剧的降低。确认在该条件下,在将上述角度θ做成5°~40°的范围时,就能使衬垫除去比例长时间稳定。
实施例4下面,进行用于确认切削刃棱线部的高度和衬垫除去比例的关系的试验。在本发明例2(切削刃棱线部的高度H=0.05mm)的基础上,还将下述的本发明例9~14提供给试验。本发明例9是将切削刃凸部的配置或上述角度θ做成与本发明例2一样,将上述高度做成H=0.01mm;本发明例10是将上述高度做成H=0.03mm;本发明例11是将上述高度做成H=0.08mm;本发明例12是将上述高度做成H=0.1mm;本发明例13是将上述高度做成H=0.15mm;本发明例14是将上述高度做成H=0.2mm。
将研磨装置(ムサシノ电子制MA-300)用作试验机;将发泡聚氨酯质衬垫(Rodel公司制IC1400)用作被加工材料;将市售的硝酸铁系研磨膏(添加3%H2O2)用作金属研磨用研磨膏。
在将台板旋转数(聚氨酯衬垫的旋转数)取成45rpm;将旋转工具的旋转数取成43rpm;将荷重取成39.2N;将研磨膏的流量取成25ml/min等试验条件下,进行衬垫的研磨。
图16表示衬垫除去比例和加工时间的关系。从中可以确认,有随着切削刃棱线部的高度H增高,衬垫除去比例具增高的趋向,特别是在将上述高度做成H=0.01mm的本发明例9中,切削刃棱线部吃入到衬垫中的深度变浅,衬垫除去比例降低。而在上述高度H=0.1mm以上的本发明例12、13、14中,由于切削刃棱线部吃入到衬垫中的深度十分深,因而衬垫除去比例高而且稳定,几乎看不到由上述高度引起的变化。因此,在上述的试验条件下,最好将上述高度H取成0.03mm~0.15mm的范围内。
实施例5下面,进行用于确认切削刃棱线部的总长L和衬垫除去比例的关系的试验。在试验中用下述的本发明例15~19。本发明例15是将切削刃凸部的配置或上述角度θ、上述高度H做成与本发明例2一样,将形成在基板上的切削刃棱线部的总长做成L=3mm;本发明例16是将上述总长做成L=7.5mm;本发明例17是将上述总长做成L=27mm;本发明例18是将上述总长做成L=80mm;本发明例19是将上述总长做成L=150mm。
将研磨装置(ムサシノ电子制MA-300)用作试验机;将发泡聚氨酯质衬垫(Rodel公司制IC1400)用作被加工材料;将市售的硝酸铁系研磨膏(添加3%H2O2)用作金属研磨用研磨膏。
在将台板旋转数(聚氨酯衬垫的旋转数)取成45rpm;将旋转工具的旋转数取成43rpm;将荷重取成39.2N;将研磨膏的流量取成25ml/min等试验条件下,进行衬垫的研磨。
图17表示衬垫除去比例和加工时间的关系。从中可以确认,上述总长做成L=3mm的本发明例15和上述总长做成L=150mm的本发明例19中,衬垫除去比例降低成40μm/h以下。因此,最好在上述条件下,将形成在基板上的切削刃棱线部的总长L设定在7.5mm~80mm的范围内。
权利要求
1.一种软质材料加工用旋转工具,在由软质材料构成的被加工材料移动时,对该被加工材料进行加工,其特征在于,在基板的表面上,朝上方突出地形成两个以上切削刃凸部,该切削刃凸部的上面做成相对于与上述基板的底面平行的平面倾斜的倾斜面,至少在该倾斜面的边棱部中最朝上方突出的部分上形成切削刃棱线部;上述切削刃凸部中的一部分切削刃凸部的上述倾斜面配置成至少朝向上述基板旋转的周向的一方,剩余的上述切削刃凸部中的至少一部分切削刃凸部的上述倾斜面配置成至少朝向上述周向的另一方。
2.如权利要求1所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,上述倾斜面和与上述底面平行的平面构成的角度θ是设定在5°≤θ<40°的范围内。
3.如权利要求1或2所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,上述切削刃凸部配置在从上述基板朝上方突出的台座部的上面。
4.如权利要求1~3中任意一项所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,上述切削刃凸部由耐磨损材料构成。
5.如权利要求1~4中任意一项所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,上述切削刃凸部的表面由金刚石薄膜包覆。
6.如权利要求1~5中任意一项所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,上述切削刃凸部中形成上述切削刃棱线部的部分的高度设定在0.03mm~0.15mm的范围内。
7.如权利要求1~6中任意一项所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,形成在上述基板的表面上的全部上述切削刃棱线部的长度的合计总长在7.5mm~80mm的范围内。
8.如权利要求1~7中任意一项所述的软质材料加工用旋转工具,其特征在于,配备在对CMP研磨用衬垫进行调节的衬垫调节器上的。
全文摘要
本发明提供一种软质材料加工用旋转工具,即使将旋转工具压在移动着的被加工材料上而进行加工的场合下,也能稳定地加工·调整被加工材料,其特征在于,在基板的表面上,朝上方突出地形成两个以上切削刃凸部(14),该切削刃凸部(14)的上面做成倾斜面(15),在该倾斜面(15)的边棱部中的最朝上方突出的部分上形成切削刃棱线部(16);切削刃凸部(14)中的一部分切削刃凸部(14)的倾斜面(15)配置成至少朝向上述基板旋转的周向的一方,剩余的切削刃凸部(14)中的至少一部分切削刃凸部(14)的倾斜面(15)配置成至少朝向上述周向的另一方。
文档编号B24B29/02GK1943991SQ20061014157
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月30日 优先权日2005年10月4日
发明者安宅义忠, 长田晃, 松木龙一 申请人:三菱综合材料株式会社
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