JPH08174407A

JPH08174407A - 研磨用定盤

Info

Publication number: JPH08174407A
Application number: JP31651194A
Authority: JP
Inventors: Motoo Suzuki; 基夫鈴木; Masaharu Tamiya; 正治田宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】研磨用定盤において、平坦度維持性の向上と
使用寿命の向上を図る。【構成】定盤における本体部の材料の０．２％耐力を
５０［ｋｇ／ｍｍ^２］以上としている。従来の定盤の場
合には、シリコンウエハの加工枚数が約５０００枚でラ
ッピング面の平坦度が５０μｍを越え、ラッピング面の
修正が必要となったのに対し、本実施例の定盤の場合に
は、約３００００枚まで加工することができる。したが
って、本実施例の定盤によれば、ラッピング面（研磨
面）が磨耗し難くなると共に塑性変形を起こし難くなる
ため、ラッピング面の平坦度を良好に維持できるように
なり、ひいては定盤としての使用寿命を長くできるよう
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウエハのラッ
ピング等に使用する研磨用定盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコンウエハ等のラッピング
においては、スラリー状の砥粒を上下一対の研磨用定盤
と被加工物との間に供給し、加工圧力を加えながら定盤
の回転運動を利用して砥粒の持つ切刃で被加工物の表面
に微小破壊を生じさせ切屑を生成する。これにより、定
盤の持つ平坦度を被加工物に転写する方法がとられてい
る。このような研磨は、シリコンウエハのみならず硝
子、光学レンズ、宝石、金属、セラミックス等の表面を
研磨する目的で多く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、シリコンウエハ
の研磨では、砥粒としてアルミナやジルコニアの微細砥
粒が用いられる。定盤のラッピング面には格子状あるい
は円周状に溝が形成されていて、上記砥粒がこの溝を通
して被加工物と定盤との間に供給される。加工中、定盤
自身もその砥粒により研磨されていくため、研磨面がそ
の溝の深さ分だけ磨耗した時点でその定盤は寿命とな
る。つまり、溝の深さが深いほど寿命の長い定盤が得ら
れる。

【０００４】一方、定盤の平坦度は、それを転写するシ
リコンウエハの平坦度に直接影響するため、重要な管理
項目である。定盤の平坦度の維持は、定盤の機械的強
度、定盤の形状（特に溝の深さ）に左右される。溝の深
さが深いほど定盤の断面係数が小さくなり、外力が加わ
ると塑性変形しやすくなる。このため、定盤の輸送、据
付、および使用中の平坦度の維持が難しくなる。

【０００５】従来、定盤の材料にはＪＩＳ−ＦＣＤ４０
０、ＪＩＳ−ＦＣＤ４５０相当の球状黒鉛鋳鉄が用いら
れているが、これらの材料は０．２％耐力が３０［ｋｇ
／ｍｍ^２］程度であるため、平坦度維持のためには溝の
深さ寸法は最大でも定盤の厚さ寸法の３０％以下に押さ
える必要があり、定盤の使用寿命を長くすることが難し
いものであった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、平坦度維持性の向上と使用寿命の向
上を図ることができる研磨用定盤を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨用定盤は、
上記の目的を達成するために、本体部の材料の０．２％
耐力を５０［ｋｇ／ｍｍ^２］以上としたことを特徴とす
るものである。

【０００８】この場合、本体部における研磨面の砥粒供
給溝の深さ寸法は本体部の厚さ寸法の３１％以上に設定
することが好ましい。

【０００９】

【作用】シリコンウエハのラッピングに用いられる研磨
用定盤の構成について、図４及び図５を参照して説明す
る。すなわち、研磨用定盤１の本体部２の形状は、中央
部に円形の孔３があいたドーナツ状の平板であり、寸法
としては、通常、外径Ｌ１が５００〜１５００ｍｍ、内
径Ｌ２が１００〜５００ｍｍ、厚さＬ３が３０〜７０ｍ
ｍである。被加工物と面する研磨面であるラッピング面
４側には砥粒（図示せず）が流れるための溝５が格子状
に形成されている。その溝５の幅寸法としては１．５〜
３．０ｍｍ、溝ピッチは２０〜４０ｍｍが標準的であ
る。また、溝５の深さ寸法Ｌ４は、定盤１の厚さに応じ
て、５〜１５ｍｍ（定盤の厚さの１７〜２５％）が標準
である。また、ラッピング面４の平坦度は５０μｍ以下
が要求される。

【００１０】ちなみに、従来では、定盤１における本体
部２の材料の０．２％耐力が５０［ｋｇ／ｍｍ^２］未満
の場合には、定盤の輸送や据付、あるいは使用中に受け
る外力により塑性変形を起こし、ラッピング面４（研磨
面）の平坦度５０μｍ以下の維持が困難となるおそれが
あった。

【００１１】これに対して、本発明の研磨用定盤１によ
れば、本体部２の材料の０．２％耐力を５０［ｋｇ／ｍ
ｍ^２］以上としたことにより、ラッピング面４（研磨
面）が磨耗し難くなると共に塑性変形を起こし難くなる
ため、ラッピング面４の平坦度を良好に維持できるよう
になり、ひいては定盤としての使用寿命を長くできるよ
うになる。

【００１２】また、本体部２の０．２％耐力を５０［ｋ
ｇ／ｍｍ^２］以上とした場合には、ラッピング面４の砥
粒供給用の溝５の深さ寸法を本体部２の厚さ寸法の３１
％以上に設定することが可能になり、このようにした場
合には、使用寿命を一層長くすることができるようにな
る。

【００１３】この場合、球状黒鉛鋳鉄製の定盤におい
て、材料の０．２％耐力を５０［ｋｇ／ｍｍ^２］以上と
する手段としては、焼入れ焼戻しによる基地（母材）の
マルテンサイト化、オーステンパー処理による基地のベ
イナイト化、焼きならし、あるいはすず（Ｓｎ）、銅
（Ｃｕ）等の添加による基地の１００％パーライト化が
考えられる。

【００１４】

【実施例】実施例１について、図１及び図２、並びに図
４及び図５を参照して説明する。この実施例１では、研
磨用定盤１を次のようにして製造した。まず、図２のＮ
ｏ．１に示す成分の球状黒鉛鋳鉄をフラン鋳型を用いて
鋳造した。鋳物の寸法は、外径が１４００ｍｍ、内径が
４３０ｍｍ、厚さが６０ｍｍである。この鋳物を９５０
℃で８時間保持した後、油槽に焼入れた。さらに、５５
０℃、３時間で焼戻しを行い、基地（母材）を焼戻しマ
ルテンサイトとした。同様な工程で製造された１インチ
キールブロックから切り出した試験片により引張試験を
行ったところ、この材料の０．２％耐力は、５７［ｋｇ
／ｍｍ^２］であった。

【００１５】そして、上記鋳物素材から機械加工によ
り、外径Ｌ１が１３５０ｍｍ、内径Ｌ２が３５０ｍｍ、
厚さＬ３が５０ｍｍ、溝５の深さＬ４が２４ｍｍとな
る、研磨用定盤１を製造した。この場合、溝５の深さＬ
４は、本体部２の厚さＬ３の４８％となっている。

【００１６】このようにして製造された定盤１を用いて
４インチシリコンウエハ（図示せず）のラッピングを行
った。この結果と、上記定盤１と同寸法の大きさで、材
料の０．２％耐力が２７［ｋｇ／ｍｍ^２］の従来の定盤
（図示せず）を用いて同様なラッピングを行った結果と
を比較したグラフを図１に示す。

【００１７】この図１から明らかなように、従来の定盤
の場合には、シリコンウエハの加工枚数が約５０００枚
でラッピング面の平坦度が５０μｍを越え、ラッピング
面の修正が必要となったのに対し、本実施例の定盤１の
場合には、約３００００枚まで加工することができる。
したがって、本実施例の定盤１の場合には、ラッピング
面４を修正することなく加工できる加工枚数が従来の定
盤に比べて、約６倍になった。このことは、本実施例の
定盤１の場合には、従来の定盤に比べて、磨耗し難いと
いうことができ、平坦度維持性を向上できるということ
ができる。

【００１８】ラッピング面４の平坦度が５０μｍを越え
た定盤は、修正キャリア（図示せず）にてラッピング面
４を修正し、平坦度を一定値以下にしてから再使用する
ことになる。加工枚数が例えば約５０００枚となったと
ころで、上記２種類の定盤（本実施例の定盤１と従来の
定盤）にてラッピング面４の修正を行ったところ、本実
施例の定盤１の場合には約１０分で修正できたのに対
し、従来の定盤の場合には約３０分を要した。したがっ
て、修正時間としては、本実施例の定盤１の場合には従
来の定盤に対して約１／３となったことになる。これ
は、従来の定盤の場合には、平坦度が大きいために修正
に多くの時間がかかるのに対し、本願の定盤１の場合に
は、平坦度が小さいため、修正に必要な時間が少なくて
すむ、ということができる。

【００１９】次に実施例２について、図２および図３を
参照して説明する。この実施例２では、研磨用定盤を次
のようにして製造した。まず、図２のＮｏ．２に示す成
分の球状黒鉛鋳鉄をフラン鋳型を用いて鋳造した。鋳物
の寸法は、外径が７６０ｍｍ、内径が２５０ｍｍ、厚さ
が５０ｍｍである。この鋳物を９５０℃で８時間保持
し、ファンを用いて強制空冷し（焼きならし）、基地
（母材）を１００％パーライト化した。同様な工程で製
造された１インチキールブロックから切り出した試験片
により引張試験を行ったところ、この材料の０．２％耐
力は、５２［ｋｇ／ｍｍ^２］であった。

【００２０】そして、上記鋳物素材から機械加工によ
り、２種類の定盤Ａ，Ｂを製造した。このうちの一つの
定盤Ａは、外径が７５０ｍｍ、内径が２６０ｍｍ、厚さ
が４０ｍｍ、溝５の深さが１８ｍｍのものである。この
場合、溝５の深さは、厚さの４５％となっている。もう
一つの定盤Ｂは、外径が７５０ｍｍ、内径が２６０ｍ
ｍ、厚さが４０ｍｍ、溝５の深さが１０ｍｍのものであ
る。この場合、溝５の深さは、厚さの２５％となってい
る。

【００２１】これら２種類の定盤Ａ，Ｂを用いて２イン
チシリコンウエハ（図示せず）のラッピングを行った結
果を図３に示す。この図３から明らかなように、ラッピ
ング面４の平坦度が５０μｍに達するごとに平坦度の修
正を行って加工を行ったところ、定盤Ｂの場合（溝５の
深さが厚さの２５％のもの）にはシリコンウエハの加工
枚数が約１４０，０００枚で使用寿命となったのに対
し、定盤Ａの場合（溝５の深さが厚さの４５％のもの）
にはシリコンウエハの加工枚数が約２００，０００枚で
使用寿命となった。したがって、使用寿命としては、定
盤Ａの場合は定盤Ｂに対して約１．５倍となっている。

【００２２】次に実施例３について説明する。この実施
例３では、研磨用定盤を次のようにして製造した。ま
ず、図２のＮｏ．２に示す成分の球状黒鉛鋳鉄をフラン
鋳型を用いて鋳造した。鋳物の寸法は、外径が１４９０
ｍｍ、内径が４９０ｍｍ、厚さが７０ｍｍである。この
鋳物を９５０℃で８時間保持し、ファンを用いて強制空
冷し（焼きならし）、基地（母材）を１００％パーライ
ト化した。同様な工程で製造された１インチキールブロ
ックから切り出した試験片により引張試験を行ったとこ
ろ、この材料の０．２％耐力は、５４［ｋｇ／ｍｍ^２］
であった。

【００２３】そして、上記鋳物素材から機械加工によ
り、外径が１４８０ｍｍ、内径が５００ｍｍ、厚さが６
０ｍｍ、溝５の深さが３０ｍｍとなる定盤を製造した。
この場合、溝５の深さは、厚さの５０％となっている。

【００２４】このような定盤をクレーン（図示せず）で
吊り上げ、ラッピング用の機械に取り付けるまでに要す
る時間は約２０分であった。これに対して、０．２％耐
力が２５［ｋｇ／ｍｍ^２］の従来の材料にて上記と同寸
法のラッピング用の定盤を製造し、その定盤を機械に取
り付けるためにクレーンで吊り上げたところ、自重によ
り約３ｍｍの塑性変形を生じ、定盤として使用すること
ができなくなった。

【００２５】これら実施例１〜３からわかるように、定
盤１の本体部２の０．２％耐力が５０［ｋｇ／ｍｍ^２］
以上であることが好ましく、また、溝５の深さは本体部
２の厚さの３１％以上とすることが好ましい。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に記載の研磨用定盤によれば、
本体部の０．２％耐力を５０［ｋｇ／ｍｍ^２］以上とし
たことにより、研磨面が磨耗し難くなると共に塑性変形
を起こし難くなるため、研磨面の平坦度を良好に維持で
きるようになり、ひいては定盤としての使用寿命を長く
できるようになる。

【００２７】請求項２に記載の研磨用定盤によれば、本
体部の０．２％耐力を５０［ｋｇ／ｍｍ^２］以上とした
場合において、研磨面の砥粒供給溝の深さ寸法を本体部
の厚さ寸法の３１％以上に設定することにより、使用寿
命を一層長くすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示すもので、ラッピング面
の平坦度とシリコンウエハの加工枚数との関係を示した
図

【図２】定盤の材料（球状黒鉛鋳鉄）の組成比を示す図

【図３】本発明の実施例２を示すもので、シリコンウエ
ハの加工枚数と使用寿命との関係を示す図

【図４】定盤の平面図

【図５】定盤の正面図

【符号の説明】

１は定盤、２は本体部、４はラッピング面（研磨面）、
５は溝である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体部の材料の０．２％耐力が５０［ｋ
ｇ／ｍｍ^２］以上であることを特徴とする研磨用定盤。
【請求項２】本体部における研磨面の砥粒供給用の溝
の深さ寸法が本体部の厚さ寸法の３１％以上であること
を特徴とする請求項１記載の研磨用定盤。