JPH01215960A - アルミニウム合金基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は成膜用及び半導体基盤研磨支持用アルミニウム
合金基板の製造に係り、特に真空成膜等において用いら
れる表面仕上げ時及び加熱時に歪変化の少ないアルミニ
ウム合金基板を製造する方法に関するものである。 （従来の技術） 半導体素子基板として用いられているものの代表格はシ
リコン基板であり、不純物添加によりＰ塑成いはＮ型の
半導体となり、また表面を酸化することで絶縁膜を簡単
に作ることができる等の特徴を有している。 近年、集積度の増大、それに伴う素子の三次元化及び素
子性能の向上等からＳ　ＯＩ　（Ｓ　１ｌｉｃｏｎＯｎ
　Ｉ　ｎ５ｕｌａｔｏｒ）技術或いはＷ　Ｓ　Ｉ　（Ｗ
ａｆｅｒＳ　ｃａｌｅ　Ｉ　ｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）技
術等の新しい技術が注目されている。 一般にシリコンウェハー上に素子を形成する場合、能動
層として使用されているのは極く表面層のみである。素
子性能を向上させるためには、この表面層のみを利用す
わば良いことになり、そのためにＳＯ工技術が用いられ
ている。例えば、［日経エレク１〜ロニクスＪ　、　１
９８６年１０月６日号、ｐ、７６に既述されているよう
に、シリコンウェハー上に形成した素子の性能を向上す
るために、素予形成後、素子上に研磨支持用基板を貼り
付け、素子裏面のシリコン層を研磨することで能動層の
みを残した後、研磨支持用基板を剥がし、薄くなったシ
リコンウェハーに他の基板を貼り付けている（例えば、
シリコン基板上に絶縁層を介してシリコンを載せるＳ○
■構造がある）。この場合の研磨支持用基板にはシリコ
ンウェハーを用いており、素子形成したシリコンウェハ
ーと同一のシリコンウェハーが必要となり、素子価格が
高くなる原因となっている。また薄くなったシリコンウ
ェハーを貼り付ける基板においては、素子の発熱を考え
ると放熱性の良いものが要求されている。 次に、省エネルギーとして注目されている太陽電池につ
いて見た場合、その構造は結晶太陽電池とアモルファス
太陽電池に大別される。 結晶太陽電池の場合には基板そのものに太陽電池が形成
されるのに対し、アモルファス太陽電池は金属或いは絶
縁基板上に湿式若しくは乾式法により太陽電池が形成さ
れる。乾式法の代表的なものとしてプラズマＣ，Ｖ、Ｄ
、（化学気相成長）法及びａ、Ｄ、（グロー放電）法等
があるが、いずれの方法とも性能向上のために基板を加
熱する必要がある。この場合には基板の熱による歪増加
が少ないことが必要である。一般に絶縁基板としてはガ
ラスが用いられ、金属基板としてはステンレス鋼が用い
られている。ガラスの場合に・は、電卓等の民生用とし
ては有効であるが、大電力を必要とするような場合には
大面積のものが必要となり、ガラスの性質である割れる
等の心配があり、信頼性に問題がある。このような問題
を解決するためにステンレスが使われているが、ガラス
に比べて高価であり、また宇宙用等の用途を考えた場合
、重量物であるため、輸送に要するエネルギーは莫大な
ものとなる。 （発明が解決しようとする課題） それぞ九の用途について見た場合、以上のような問題が
あるが、総じて、研磨支持用基板においてはシリコンで
は高コストであり、また欠は易い等の問題があり、貼り
合わせ基板においては放熱性等に問題がある。また太陽
電池基板においては、ガラスでは割れ易く、ステンレス
鋼では高価で重い等の問題がある。 なお、これらの基板で共通して要求される特性としては
、表面仕上げ後の歪が小さく、且つ熱処理前後での歪増
加の小さいことであり、上記以外の材質の基板を検討す
る場合はこれらの特性を満足するものでなければならな
い。更に従来の装置等をそのまま使用することを考える
と、その形状もシリコンウェハーと同じにする必要があ
る。 従来より、これらの特性を満たす基板材料として、安価
且つ軽量で、加工し易く熱伝導率が高いために放熱性の
高いアルミニウム合金を使用することが試みられている
が、未だ充分な材料は見出されていないのが実情である
。 本発明は、か＼る事情に鑑みてなされたものであって、
アルミニウム合金基板として表面仕上げ後の歪が小さく
、且つ熱処理前後での歪増加が小さいものを製造し得る
方法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） 前記目的を達成するため、本発明者らは、従来のアルミ
ニウム合金基板製造法における合金組成及び製造工程に
ついて種々検討した結果、組成を適切に調整すると共に
製造工程の順序を特定することにより、歪変化、特に加
熱による歪変化を可及的に少なくシ得ることを見い出し
、ここに本発明を完成したものである。 すなわち、本発明は、Ｍｇ：２〜５％及びＭｎ：０．１
％以上を含み、残部がＡＱ及び不可避的不純物からなる
アルミニウム合金円板につき、円板外径加工及び軟質化
処理を適宜順序で施した後、円板の一部カット→表面仕
上げ加工をこの順序で施すことにより、表面仕上げ加工
後の歪が小さく且つその後の熱処理による歪増加が１０
μｍ以下のアルミニウム合金基板を得ることを特徴とす
る成膜用及び半導体基盤研磨支持用アルミニウム合金基
板の製造方法を要旨とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 従来、例えば、磁気ディスク用アルミニウム合金として
はＡｆｌ−Ｍｇ系合金が多用されてきたが、記録密度の
向上から基板表面の面精度が要求され、晶出物等が重要
視されるようになり、高純度アルミベースのＡｆｌ−Ｍ
ｇ２元系合金が使用されてきている。磁気ディスクを作
製する場合、例えば、スパッタγ−Ｆｅ２０３法ではそ
の工程において３００℃以上の熱処理が行なわれ、一般
にアルマイト基板上に成膜されるが、両面でのアルマイ
ト膜厚差が生じたり或いはアルミニウム合金基板自体が
上記熱処理時の熱により歪むことがモジュレーションエ
ラー等の発生原因となっている。 本発明者らの研究によれば、ＡＱ−Ｍｇ２元系合金にお
いては、熱処理する際、基板の支持方法或いは熱源の方
向等により歪の発生が異なることを確認したが、数１０
μｍも歪むものもあり、このような合金を精度や素子性
能の要求される半導体基盤研磨支持用基板或いは成膜用
基板として用いることは困難であることが判った。そこ
で、この対策について更に鋭意研究を重ねた結果、ＡＱ
−Ｍ　ｇ　−Ｍ　ｎ　３元系合金を用いる本発明をなし
たものである。 まず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。 Ｍｇは基板に所定の機械的性質及び加工性を付与するの
に不可欠の元素であるが、２％以上添加しなければその
効果は得られない。しかし、５％を超えて多すぎるとＭ
ｇ−８ｉ系品出物量が多くなり、更に溶解鋳造時の高温
酸化により非金属介在物（ＭｇＯ）を生成し、仕上げ加
工時の表面精度が低下することになり、半導体基盤研磨
支持用基板として或いは素子形成用基板としての用をな
さなくなる。したがって、Ｍｇ量は２〜５％の範囲とす
る。 Ｍｎは所定の機械的性質及び加工性を付与すると共に耐
食性を高めるのに効果のある元素であり、かつ、本発明
法において熱処理による歪の発生を抑制する効果を持つ
元素であることが確認された。 歪発生の抑制のためにはＭｎを少なくとも０．１％以上
含むことが必要であり、多量に添加してもよい。しかし
、０．５％を超えると粗大なＡｆｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系品出
物が生成され易くなり、仕上げ加エアー 時の表面精度低下の原因となるため、０．５％以下であ
るのが好ましい。 なお、アルミニウム合金には製造上不純物が含まれるが
、不純物量は本発明の効果を損なわない限度で許容され
る。 次に、上記化学成分を有するアルミニウム合金基板の製
造工程について説明する。 本発明では、上記アルミニウム合金は常法により溶融し
、鋳造後、均熱化加熱、熱間圧延、冷間圧延することに
より所定のアルミニウム合金基板を得ることができる。 次いで、本発明では、このアルミニウム合金基板に対し
、円板外径加工→軟質化処理（又は軟質化処理→円板外
径加工）→円板の一部カット→表面仕上げ加工をこの順
序で施す。 従来より、磁気ディスク用基板においては、所定のディ
スク径に合わせてアルミニウム合金基板をドーナツ状に
打ち抜き、歪取りのための焼鈍を行うことにより軟質材
とし、その後、端面加工及びグラインド、ダイヤターン
、クロスポリッシュ、電解複合研磨等による表面仕上加
工が行なわれている。 しかし、本発明者らがＡ　Ｑ　−Ｍｇ　−Ｍｎ系のアル
ミニウム合金基板の製造において上記製造工程を採用し
試験を行なったところ、円板の一部をカットする工程を
どの工程間に入れるかにより、歪の発生が大きく異なる
ことを確認した。そこで、更に鋭意研究を重ねた結果、
例えば、成膜時の基板温度が４ｏ○℃とすると、これ以
上の温度で焼鈍を行ない、次いで円板の一部をカットし
、表面仕上げを行うならば、その後の熱処理前後での歪
増加の少ないアルミニウム合金基板が得られることを見
い出し、本製造工程を開発するに至ったのである。 したがって、本製造工程の場合、アルミニウム合金円板
に対し、円板外径加工及び軟質化処理を施した後であっ
て、且つ表面仕上げ加工前に、円板の一部カットを施す
ことが肝要である。 円板の一部をカットする方法としては、シャー切断、ミ
ーリング、レーザーカット、放電加工等の種々の態様が
可能である。 円板外径加工及び軟質化処理は、それらの条件、順序は
特に制限されない。軟質化処理としては、通常、磁気デ
ィスク用基板と同様、荷重を加えて焼鈍を行うプレス焼
鈍でよく、この時の処理温度は成膜時に受ける温度以上
であればよいが、４６０℃になるとアルミニウム合金基
板同士が貼り付いて、剥離時に応力を受け、歪を発生さ
せるため、離型剤などを用いない時は４．６０℃以下の
処理温度とするのが好ましい。 表面仕上げ加工は、粗切削、粗グラインド等の粗仕上げ
加工並びに仕上げブラインド等であるが、本発明ではい
ずれの仕上げ加工も円板の一部カット後に施すのである
。表面仕上げ加工条件は特に制限されない。 なお、軟質化処理前に切削、粗グラインド等の面粗仕上
げ、或いは円板の一部カット等の工程が入ると、軟質化
処理時の積み付けの際、荷重分布が不均一になる恐れが
あり、これらの工程は軟質化処理後に行う必要がある。 なお、円板外径加工の前に軟質材としたものを用いても
よい。 本発明法では、通常、円板外径加工→軟質化処理→円板
の一部カット→粗グラインド→仕上げグライン１くの工
程によるのが望ましい。 次に本発明の詳細な説明する。 失胤樵よ 化学成分として、Ｍｇを３．５％の一定量とし、Ｍｎを
０％（無添加）、０．１％、０．２５％添加し、残部が
Ａｆｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板
のそれぞれを約１．４ｍｍ厚に圧延した後、１５０ｍｍ
φの円板に打抜き、外周端面を丸く加工した後、４２５
℃にて２時間のプレス焼鈍を行った。 次いで、引き続き（比較例）、又は一部については円板
の一部カットを行なった後（本発明例）、粗グライン１
〜及び仕上げグラインド加工を行って表面仕上げした後
、面歪測定機（Ｎ４ＤＥＫ）により歪を観測した。 その結果、歪はＭｎ量（すなわち、組成）に関係なく約
６μｍであった。板厚、板厚偏差及び表面粗度等が一定
であることがら、これは、プレス焼鈍の際に用いるスペ
ーサーの歪が約６μｍであるので、はとんどスペーサー
により決定されていると考えられる。 そこで、更に熱処理による歪変化を考察するため、成膜
時の加熱状態と同一の状況、すなわち、円板を垂直に保
持し、４００℃（成膜温度に相当）×２時間での大気中
熱処理を行い、その後、歪を測定した。Ｍｎ添加負と熱
処理前後での歪の増加量の関係を第１表に示す。なお、
一部のものについては焼鈍条件を３５０℃×２時間とし
た。 第　　１　　表 第１表に示した結果から明らかなように、Ｍｎを添加し
た場合は、無添加の場合に比べ、熱処理による歪の増加
量は小さな値を示しており、Ｍｎ添加量が多くなると更
に顕著な差が見られる。また焼鈍温度を熱処理温度４０
０℃よりも低い３５０℃にした場合には、比較例２に示
すようにＭｎ添加効果が小さくなっており、Ｍｎ添加効
果が成膜時の加熱温度以上で焼鈍した場合に発揮される
ことがわかる。 実施例２ Ｍｎ：０．２３％及びＭｇ：３．５％を含み、残部がＡ
ｆｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板を
作製し、約１．４ｍｍ厚さに圧延した後、１５Ｑｍｍφ
の円板に打ち抜いた。端面を丸く加工後。 工程による歪の発生状況を調べるため、第２表に示す製
造工程に従い、４２５℃×２時間の焼鈍工程及び円板の
一部をカットする工程等の順序を変えた工程にて加工し
９次いで粗グラインド及び仕上げグラインドを行い、約
１．３ｍｍ厚で１５０ｍｍφ（一部カットのシリコンウ
ェハーと同形状）アルミニラム合金基板を作製した。な
お、作製された基板の板厚、板厚偏差及び表面粗度は各
基板とも同じであった。 次いで、実施例１と同様、基板を垂直に保持し、４００
　’ＣＸ　２時間の熱処理を行った結果を第２表に併記
する。 第２表から明らかなように、本発明により作製されたア
ルミニウム合金基板は、表面仕上げ後の歪が小さいばか
りか、熱処理後の歪も小さく、しかも熱処理前後での歪
増加量も小さい。 一方、比較例は、いずれも粗グラインド又は粗切削等の
表面仕上げ加工の一部を円板の一部カット工程前に行っ
たため、表面仕上げ後の歪のみならず、熱処理後の歪も
大きい。たとえ焼鈍後に円板の一部カットを行っても、
表面仕上げ後の歪が小さくならないことがわかる。この
ことは、熱処理工程のない半導体基板研磨用基板等の作
製においても本発明の工程が有効であることを示してい
る。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特定量のＭｇと
Ｍｎを含むアルミニウム合金基板とするので、成膜時等
の熱処理前後での歪増加が少ないばかりか、円板外周加
工→軟質化処理→円板の一部カット→表面仕上げ加工の
採用により、表面仕上げ後の歪が小さく、且つ熱処理後
の歪増加も小さくすることができる。またアルミニウム
合金を使用するので、安価且つ軽量で、放熱性の高い成
膜用及び半導体基盤研磨支持用基板が作製できる等、優
れた効果が得られる。 特許出願人　　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　　中　　村　　　尚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：２〜５％及びＭｎ：０
   ．１％以上を含み、残部がＡＬ及び不可避的不純物から
   なるアルミニウム合金円板につき、円板外径加工及び軟
   質化処理を適宜順序で施した後、円板の一部カット→表
   面仕上げ加工をこの順序で施すことにより、表面仕上げ
   加工後の歪が小さく且つその後の熱処理による歪増加が
   １０μｍ以下のアルミニウム合金基板を得ることを特徴
   とする成膜用及び半導体基盤研磨支持用アルミニウム合
   金基板の製造方法。