JP3637159B2

JP3637159B2 - Polishing tool material and polishing surface plate using the same

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Publication number: JP3637159B2
Application number: JP23551396A
Authority: JP
Inventors: 隆宣西村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH1080860A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、酸化物単結晶基板、石英ガラス等のラッピングに使用される研磨定盤等に用いられる研磨工具用材料、およびそれを用いた研磨定盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｓｉウエハ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板、ＬｉＴａＯ₃等の酸化物単結晶基板、石英フォトマスク等のラッピング加工においては、上下の定盤と被加工物との間にスラリー状の砥粒を供給し、加工圧力を加えながら定盤の回転運動を利用して、研磨剤がもつ刃先で被加工物から必要量の削り代を取り除き、これにより定盤が有する平坦度を被加工物に転写する方法が採用されている。このような研磨はＳｉウエハ等に限らず、ガラス、宝石、金属、セラミックス等の被加工物の表面を平坦にする目的で多く用いられているが、特に最近、Ｓｉウエハ等の半導体基板はＵＬＳＩの急激な集積度の増大に伴って、ますます平坦度が厳しく要求されるようになってきており、ラッピングに用いる研磨定盤の平坦度維持が重要になっている。
【０００３】
ところで、Ｓｉウエハ用のラッピング定盤は、Ｓｉウエハと同様に砥粒によって研磨されていくが、定盤の回転により砥粒量の分布と回転の角速度は外周側が大きくなるため、下定盤の外周側の研磨量が大きくなる。つまり、研磨作業時間の経過と共に研磨定盤の平坦度が変化し、下定盤の研磨面は上に凸となるように変化する傾向を有している。
【０００４】
このように、研磨定盤の平坦度は研磨作業時間の経過と共に変化する傾向を有しているが、上述したようにＳｉウエハ等の平坦度要求が高まるにつれて、研磨定盤の平坦度変化を低く抑えることが重要な技術課題となってきたことから、Ｓｉウエハ用の研磨定盤における従来の常識を覆して、硬さがHv 200以上の材質からなる研磨定盤が提案されており（特開昭60-59850号公報、特開平 5- 307069号公報参照）、実際にＳｉウエハの研磨に実用されている。
【０００５】
上述したような高硬度の研磨定盤としては、鋳鉄系材料の基地組織を焼入れ・焼戻し処理やオーステンパー処理および焼ならし処理等の溶体化処理後の急冷熱処理によって、硬い組織（マルテンサイト組織、ベイトナイト組織、パーライト組織等）に制御したものが実用化されている。一方、Ｓｉウエハの大きさは外径 8インチ（約203mm)が主力となっており、さらに12インチ以上のウエハの開発も進められている。このようなＳｉウエハの大口径化に伴って、研磨定盤はますます大型化する傾向にあり、直径 1.5〜2.0m（厚さ40〜60mm）が標準となりつつある。このような大型の研磨定盤では、上記したような冷却速度の速い急冷熱処理で高硬度化すると形状変形が顕著となったり、また均一な組織を得ることが難しい等の問題を招いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、Hv 200以上というような高硬度の研磨定盤は、平坦度変化を低く抑えることが可能であることから、平坦度に関する要求が高まっている半導体ウエハのラッピング作業用等として期待されている。しかし、半導体ウエハの大口径化等に伴って大型化された研磨定盤については、上記したような硬度を得るための急冷熱処理では変形を抑制したり、また組織を均一化することが困難な状況になりつつある。
【０００７】
このようなことから、特に大型化された研磨定盤においては急冷熱処理を行うことなく、高硬度を達成することが課題とされている。また、半導体ウエハ用の研磨定盤材料には、ウエハの傷の原因となる粗大な炭化物等の硬質析出物がほとんど存在せず、また硬さの均一性に優れることも同時に要求されている。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、急冷熱処理等をを行うことなく、高硬度を達成した研磨工具用材料およびそれを用いた研磨定盤、さらには粗大な硬質析出物がほとんど存在しないと共に、硬さの均一性に優れる研磨工具用材料およびそれを用いた研磨定盤を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における第１の研磨工具用材料は、 0.2重量% 以上 0.8重量% 未満のＣ、 1重量% 以上 7重量% 以下のＳｉ、 4重量% 以上 7重量% 以下のＮｉ、 1重量% 以下のＭｎ、および 1重量% 以下のＣｒを含む鉄系材料からなり、前記鉄系材料は硬さがHv 250以上であることを特徴としている。
【００１０】
また、第２の研磨工具用材料は、 0.2重量% 未満のＣ、 1.5重量% 以上 3.5重量% 以下のＳｉ、 7重量% 以上17重量% 以下のＮｉ、 1重量% 以下のＭｎ、および 4重量% 以下のＣｒを含む鉄系材料からなり、前記鉄系材料は硬さがHv 250以上であることを特徴としている。
【００１１】
本発明の研磨定盤は、上述した本発明の第１または第２の研磨工具用材料からなることを特徴としている。
【００１２】
本発明の研磨工具用材料は、比較的Ｎｉを高濃度に含む組成をベースとして、鋳造組織(as cast組織）でマルテンサイト組織が出現する組成としているため、急冷熱処理等を行うことなく、Hv 250以上という高硬度を達成することができる。すなわち、急冷熱処理に伴う変形や組織の不均一化等を解消することが可能となり、例えば大型の研磨定盤であっても形状精度の向上や硬さの均一化等を図ることができる。また、本発明の研磨工具用材料は、黒鉛組織が出現しない炭素組成としているため、例えばＧａＡｓやＩｎＰ等の非常に脆い化合物半導体の研磨やＳｉウエハの微細砥粒によるラッピング等に好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
本発明の第１の研磨工具用材料は、基本的には 0.2重量% 以上 0.8重量% 未満のＣ、 1重量% 以上 7重量% 以下のＳｉ、 4重量% 以上 7重量% 以下のＮｉ、 1重量% 以下のＭｎ、および 1重量% 以下のＣｒを含み、残部が実質的にＦｅからなり、黒鉛組織を実質的に有さない鉄系材料からなるものである。
【００１５】
また、本発明の第２の研磨工具用材料は、基板的には 0.2重量% 未満のＣ、 1.5重量% 以上 3.5重量% 以下のＳｉ、 7重量% 以上17重量% 以下のＮｉ、 1重量% 以下のＭｎ、および 4重量% 以下のＣｒを含み、残部が実質的にＦｅからなり、黒鉛組織を実質的に有さない鉄系材料からなるものである。
【００１６】
ここで、通常、Ｓｉウエハのラッピング加工等においては、ラッピング砥粒の補足サイトを供する黒鉛組織を有する研磨定盤が用いられているが、ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体は非常に脆い材料であるため、ラッピングの加工荷重は低く、砥粒は被加工物の表面を転がる状態で研磨が進行する。このようなラッピングでは、砥粒の補足サイトとしての黒鉛組織は必ずしも必要ではなく、逆に黒鉛組織が多量に存在すると、研磨屑が黒鉛に補足されて被加工物のキズの原因となる。このことは微細砥粒を用いたＳｉウエハの仕上げラッピング（再ラッピング）等においても同様である。
【００１７】
上述した第１および第２の研磨工具用材料は、図１に示すように、炭素含有量を固溶炭素範囲内とし、上記したようにＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体や微細砥粒を用いたＳｉウエハの仕上げラッピングでは逆に砥粒の補足サイトとなる黒鉛組織を基本的に有さない金属組織としたものである。そして、このような黒鉛組織が基本的に出現しない組成を有する鉄系材料において、例えば 1073K以上の温度からの急冷熱処理（焼入れ処理等）を施すことなく、Hv 250以上の硬さを実現するために、as cast の状態（鋳造組織）で金属組織中にマルテンサイト組織が出現する組成としている。
【００１８】
以下に、第１の研磨工具用材料の鉄系材料組成の詳細について説明する。
Ｃ（炭素）は、鉄系材料において高強度および高硬度を得るための元素であるが、Ｃ含有量が 0.8重量% 以上となると図１に示したように、黒鉛組織が出現する。従って、Ｃ含有量は 0.8重量% 未満とする。また、Ｃ含有量は 0.2重量% 未満の場合には、マルテンサイト組織を出現させるための他の元素組成、すなわちＮｉ、Ｓｉ、Ｃｒ等の含有量が異なるため、第１の研磨工具用材料においてはＣ含有量を 0.2重量% 以上とする。言い換えると、第１の研磨工具用材料はＣ含有量が 0.2重量% 以上 0.8重量% 未満の場合に、マルテンサイト組織を出現させるための成分組成を有するものである。
【００１９】
Ｓｉ（ケイ素）は、鋳造性の向上に寄与する成分であり、Ｓｉ含有量が 1.0重量% 未満であると鋳造性の低下により引け巣等が発生しやすくなる。また、Ｓｉは後述するＣｒ当量に影響を与える元素であり、あまり多量に含有させるとマルテンサイト組織の面積率が低下したり、マルテンサイト組織を出現させることができなくなるため、その含有量は 7.0重量% 以下とする。また、Ｓｉを 7.0重量% 以上含有すると、ＦｅやＮｉ等の元素と金属間化合物（Ｍ₃Ｓｉ：ＭはＦｅやＮｉ）を形成し、硬度や強度等の機械的特性の低下原因となる。この点からもＳｉ含有量は 1.0〜 7.0重量% の範囲とする。
【００２０】
Ｎｉは、約76重量% までＦｅと広範囲に固溶体を形成し、図２のSchaefflerの組織図で知られているように、Ｆｅ中のＮｉ量（当量）とＣｒ量（当量）との関係から基地組織の相構成、例えばマルテンサイト組織とオーステナイト組織との比率を決定する。Schaefflerの組織図におけるＮｉ当量およびＣｒ当量は以下の式で表される。ただし、実際の鋳造組織においては、凝固の際に偏析等が生じてSchaefflerの組織図よりもマルテンサイト組織の領域が若干広がる傾向にある。
Ｎｉ当量（重量%)＝Ｎｉ重量% ＋30×Ｃ重量% ＋ 0.5×Ｍｎ重量%
Ｃｒ当量（重量%)＝Ｃｒ重量% ＋ 1.5×Ｓｉ重量% ＋Ｍｏ重量%
図２から分かるように、第１の研磨工具用材料としての鉄系材料は、Ｃ含有量、Ｓｉ含有量、後述するＣｒおよびＭｎ含有量を考慮して、as cast の状態で金属組織中にマルテンサイト組織を出現させることができるＮｉ含有量、すなわち 4重量% 以上 7重量% 以下のＮｉ含有量としている。マルテンサイト組織は高硬度を有しており、Hv 250以上という硬さを実現することができる。
【００２１】
Ｍｎは機械的強度を改善する効果を有するが、あまり含有量が多すぎると炭化物の形成を避けることができなくなり、またオーステナイト化元素として働くため、その含有量の上限は 1.0重量% とする。Ｍｎは微量添加によっても、その添加量に応じた効果を発揮するため、Ｍｎの含有量は 0〜 1.0重量% （ただし 0は含まず）の範囲とするが、Ｍｎの添加による効果は 0.2重量% 程度から顕著となる。
【００２２】
Ｃｒは耐食性の向上やマルテンサイト相の安定化等に寄与する成分であるが、Ｃｒの含有量が 1重量% を超えると、粗大な炭化物の形成を避けることができなくなるため、その含有量は 1重量% 以下の範囲とする。Ｃｒは微量添加によっても、その添加量に応じた効果を発揮するため、Ｃｒの含有量は 0〜 1.0重量% の範囲とするが、Ｃｒの添加による効果は 0.2重量% 程度から顕著となる。
【００２３】
第１の研磨工具用材料は、上述した鉄系材料組成を基本とするものであるが、粗大な硬質析出物が形成されない範囲内であれば、 1.0重量% 以下のＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ等を含んでいてもよい。
【００２４】
次に、第２の研磨工具用材料の鉄系材料組成の詳細について説明する。
第２の研磨工具用材料は、少なくも鋳造に必要なＣ（炭素）を含むものであって、Ｃ含有量が 0.2重量% 未満（ただし 0は含まず）の場合に、マルテンサイト組織を出現させるための成分組成を有するものであり、まずＳｉ（ケイ素）を 1.5重量% 以上 3.5重量% 以下の範囲で含有する。Ｓｉは上述したように鋳造性の向上に寄与する成分であるが、Ｃｒ当量にも影響を与える元素であるため、ascast組織でマルテンサイト組織を出現させるために、 1.5重量% 以上 3.5重量% 以下の範囲で含有するものとする。
【００２５】
Ｎｉは、上述したように基地組織の相構成、例えばマルテンサイト組織とオーステナイト組織との比率決定に大きく影響する元素であり、 0.2重量% 未満というＣ含有量に応じて、as cast の状態で金属組織中にマルテンサイト組織を出現させることができるＮｉ含有量、すなわち 7重量% 以上17重量% 以下のＮｉ含有量としている。マルテンサイト組織は高硬度を有しており、Hv 250以上という硬さを実現することができる。
【００２６】
Ｍｎは機械的強度を改善する効果を有するが、あまり含有量が多すぎると炭化物の形成を避けることができなくなり、またオーステナイト化元素として働くため、その含有量は第１の研磨工具用材料と同様に 1.0重量% 以下（ただし 0は含まず）とする。Ｍｎの添加による効果は 0.2重量% 程度から顕著となる。
【００２７】
Ｃｒは耐食性の向上やマルテンサイト相の安定化等に寄与する成分であると共に、基地組織の相構成に影響する元素であり、as cast の状態で金属組織中にマルテンサイト組織を安定に出現させ得るように、 2重量% 以上含有することが好ましい。ただし、 0.2重量% 未満という低炭素含有量であっても、Ｃｒ含有量が 4重量% を超えると、粗大な炭化物が析出するおそれがあるため、その含有量は 4重量% 以下の範囲とする。
【００２８】
第２の研磨工具用材料は、上述した鉄系材料組成を基本とするものであるが、粗大な硬質析出物が形成されない範囲内であれば、 1.0重量% 以下のＭｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ等を含んでいてもよい。
【００２９】
上述したように、本発明の第１および第２の研磨工具用材料は、as cast 組織でマルテンサイト組織を出現させた基地組織を有し、これにより急冷処理を施すことなく、as cast の状態でHv 250以上の硬さを実現している。このように、ascastの状態でHv 250以上の硬さを実現することによって、急冷熱処理に伴う変形や組織の不均一化等の問題を回避することができる。
【００３０】
金属組織中のマルテンサイト組織は、面積比で 30%以上となるように、各成分の組成や後述する熱処理の有無等を設定することが好ましい。より好ましいマルテンサイト組織が占める面積率は 60%以上である。すなわち、適性なＮｉ当量およびＣｒ当量の設定により、基地組織の30%(面積比）以上をマルテンサイト組織とすることによって、 70%を超えるとオーステナイト組織主体の鉄系材料に比べて、硬度（耐摩耗性）や剛性（弾性率）等を増大させることができ、Hv 250以上という硬さを再現性よく実現することが可能となる。マルテンサイト組織は、後に詳述するように、鋳造後の焼きなまし処理や焼き戻し処理によっても増大させることができる。また、マルテンサイ卜組織はオーステナイト組織に比べて熱膨張係数が低く、低熱膨張性が得られることから、研磨工具用材料の熱変形の抑制にも寄与する。本発明の研磨工具用材料を研磨定盤に適用する場合、熱変形の抑制は研磨精度の向上につながる。
【００３１】
ここで、上述した組成を有する鉄系材料であっても、鋳造の際に冷し金（チラー）等を用いて比較的急冷凝固となるような製造条件を選択すると、as cast の状態で残留オーストナイト組織が形成される場合がある。このような場合には、上述した鉄系材料からなる研磨工具用材料、具体的にはこの研磨工具用材料からなる研磨定盤等に、一旦1073〜 1223Kの温度で溶体化処理を施した後、空冷程度もしくはそれ以下の遅い冷却速度で室温まで冷却する焼きなまし処理や、 573〜973Kの温度で焼戻し処理を施すことによって、残留オーステナイトのないマルテンサイト組織を得ることができる。また、193K以下の温度に一定時間保つようなサブゼロ処理を施して残留オーステナイトをマルテンサイトに分解することもできる。マルテンサイト組織は伸びがほとんど零であるために、研磨作業中に定盤のバリや連続した研磨屑の発生を阻止することができ、被加工物表面のキズ発生を防止することが可能なとる。
【００３２】
上記した溶体化処理後の冷却速度は、第１の研磨工具用材料については例えば 50K/h以下の炉冷（焼なまし 20K/h以下）とすればよいが、第２の研磨工具用材料は、炉冷のように例えば 20K/h以下で徐冷すると、金属組織の粒界に炭化物Ｍ₂₃Ｃ₆が形成され、この粒界の炭化物がラッピングの進行と共に脱落して被加工物にキズを発生させる原因となるため、空冷程度の冷却速度とすることが好ましい。また、 623〜723Kの範囲の温度で焼戻し処理を行い、残留オーステナイトを分解することも有効である。
【００３３】
上述した焼なまし処理や焼戻し処理は、硬さの調節や組織、歪等の均質化に対しても有効であり、必要に応じて実施するものとする。例えば、本発明の研磨工具用材料は、組成によってはas cast の状態で硬さが大きくなりすぎ、研磨工具用材料自体の加工性が低下する場合があるが、上述したような条件下で焼きなまし処理や焼戻し処理、特に焼戻し処理を施すことによって、Hv 250以上の硬さを維持した上で、研磨工具用材料自体の加工性を向上させることができる。
【００３４】
上述したような研磨工具用材料は、例えば研磨定盤の構成材料として使用される。図３は、本発明の一実施形態による研磨定盤の構成を示す図であり、同図に示す研磨定盤１は上述した本発明の第１または第２の研磨工具用材料からなるものである。研磨定盤１は、その表面（研磨面）に格子状スリット２が形成されていると共に、中央部に砥粒供給孔３が設けられている。なお、格子状スリット２は研磨面の精度を確保する上で、通常研磨定盤１の形状加工の前に形成される。上述した実施形態の研磨定盤は、as cast 組織でマルテンサイト組織を有する本発明の第１または第２の研磨工具用材料からなるため、急冷熱処理を施すことなく、as cast の状態でHv 250以上の硬さを実現することができる。よって、例えば直径 1.2〜2.0mというような大型の研磨定盤においても、急冷熱処理に伴う変形や組織の不均一化等を解消することが可能となる。急冷熱処理に伴う変形の回避は、研磨定盤の形状付与のための加工コストの低減や、格子状スリット２の形状（特に深さ）確保等に伴う長寿命化に寄与する。さらに、急冷熱処理を行わない分だけ、研磨定盤１の製造コストや製造工数を低減することができる。
【００３５】
また、急冷熱処理を施すことなくHv 250以上の硬さを実現しているため、研磨定盤１の組織や硬さを均一化することができ、さらに、粗大炭化物等の硬質析出物が生じない組成としているため、半導体基板等の加工精度を高めることができると共に、キズ等の発生を防止することが可能となる。なお、組織や硬さの均一性は前述した焼戻し処理等を施すことによって、一層向上させることができる。上述した研磨定盤１は、Ｓｉウエハ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板、ＬｉＴａＯ₃等の酸化物単結晶基板、石英フォトマスク、ガラス、宝石、金属、セラミックス等の各種被加工物の表面加工（表面平坦化加工）に適用し得るものであるが、特に黒鉛組織がキズ等の発生原因となるＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体のラッピング加工や微細砥粒を用いたＳｉウエハの仕上げラッピング等に対して好適である。
【００３６】
なお、本発明の研磨工具用材料は上述した研磨定盤に限らず、研磨定盤の修正治具、被加工物の固定治具等の構成材料としても有効に使用し得るものである。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３８】
実施例１
表１に組成を示す鋳鉄を鋳造し、鋳物寸法で外径1400mm、内径 400mm、厚さ60mmの図１に示した研磨定盤１を作製した。幅 2mm、深さ15mm、形成ピッチ40mmの格子状スリット２や直径 8mmの砥粒供給孔３等の加工は、 as cast組織の状態で加工し、その後623K× 4時間の条件で焼戻し処理を施した。
【００３９】
この実施例１の鋳鉄組成はＣｒを 3.5重量% 含有しているにもかかわらず、炭素量が0.15重量% と低く、またＮｉを 5.6重量% 含有しているため、 as cast材の段階で硬さがHv 450で、金属組織はマルテンサイト組織がほぼ100%であり、また黒鉛および粗大な遊離炭化物は析出していなかった。623Kでの焼戻し処理後の硬さは、深さ方向および研磨面内においてほぼ均一であり、焼戻しによる二次硬化現象によりHv 550が得られた。また、焼戻し処理後においても金属組織の相構成は変化しなかった。焼戻し処理による熱変形はほとんどなく、焼戻し後に研磨して平坦度10μm の研磨定盤に仕上げた。
【００４０】
また、本発明との比較例として、表１に組成を示す鋳鉄材料に焼入れ、焼戻し処理を施して、硬さがHv 450の研磨定盤を作製した。この研磨定盤にも上記実施例と同一形状の格子状スリットおよび砥粒供給孔を、実施例と同様に as cast組織の状態で形成した。
【００４１】
上述した実施例１および比較例１による各研磨定盤を、それぞれラッピング装置に搭載し、 8インチのＳｉウエハの再ラッピングを実施した。具体的には、通常のＳｉウエハのラッピングに用いる研磨材(#1200，平均粒径15μm)で予めラッピングしたＳｉウエハを、実施例１および比較例１による各研磨定盤を用いて、微細な #3000（平均粒径 5μm)のアルミナ−ジルコニア系砥粒でそれぞれ再度ラッピングした。この再ラッピングによれば、ラッピング時間を同時間とした場合、ウエハの平坦度精度は 1/3に向上する。
【００４２】
Ｓｉウエハの平坦度精度およびキズ発生量は同等の値を示し、上記実施例１による研磨定盤は従来の研磨定盤（比較例１）と遜色がないことを確認した。ただし、焼入れ、焼戻し処理を施した比較例１の研磨定盤は、焼入れ時に熱変形した分だけ外周付近の格子状スリットの溝深さが浅くなり、約 7mmであった。一方、実施例１の研磨定盤は、加工時の15mmの深さがそのまま維持され、最終的に研磨定盤の寿命（再ラッピング研磨枚数）は約 235万枚で、比較例の約72万枚に比べて約 3倍に向上した。
【００４３】
実施例２
表１に組成を示す鋳鉄を用いて、実施例１と同形状の研磨定盤を作製した。この実施例２による研磨定盤は、 as cast材の段階で硬さがHv 400で、金属組織中のマルテンサイト組織が占める面積率は 60%であり、また黒鉛および粗大な遊離炭化物は析出していなかった。
【００４４】
この研磨定盤を焼戻し処理等を施すことなく、 as cast材のままで実施例１と同様なラッピング装置に搭載し、 8インチのＳｉウエハの再ラッピング（ラッピング砥粒:#3000）を実施した。Ｓｉウエハの平坦度の精度およびキズ発生量は実施例１と同等であり、また最終的に研磨定盤の寿命（ウエハ研磨枚数）も約 181万枚と、実施例１と同等の特性を有していることを確認した。
【００４５】
【表１】

なお、上記した実施例１および実施例２の各研磨定盤を、それぞれ 2インチのＧａＡｓ半導体基板のラッピング加工に適用したところ、それぞれ良好な結果が得られた。
【００４６】
実施例３
表２に組成を示す鋳鉄を鋳造し、鋳物寸法で外径1400mm、内径 400mm、厚さ60mmの図１に示した研磨定盤１を作製した。幅 2mm、深さ15mm、形成ピッチ40mmの格子状スリット２や直径 8mmの砥粒供給孔３等の加工は、 as cast組織の状態で加工し、その後673K× 4時間の条件で焼戻し処理を施した。
【００４７】
この実施例３の鋳鉄組成は、Ｃ含有量を固溶範囲内の 0.1重量% としていると共に、Ｎｉを 8.5重量% 含有しているため、 as cast材の段階で硬さがHv 520で、金属組織中のマルテンサイト組織の面積率は 95%であり、また黒鉛および粗大な遊離炭化物は析出していなかった。焼戻し処理後の硬さは、深さ方向および研磨面内においてほぼ均一であり、Hv 500が得られた。また、焼戻し処理後のマルテンサイト組織の面積率は100%であった。焼戻し処理による熱変形はほとんどなく、焼戻し後に研磨して平坦度10μm の研磨定盤に仕上げた。
【００４８】
上述した実施例３による研磨定盤をラッピング装置に搭載し、実施例１と同様に、 #1200（平均粒径15μm)の研磨材で予めラッピングしたＳｉウエハを、微細な #3000（平均粒径 5μm)のアルミナ−ジルコニア系砥粒を用いて再ラッピングした。Ｓｉウエハの平坦度精度およびキズ発生量は前述した比較例１と同等であり、また最終的に研磨定盤の寿命（ウエハ研磨枚数）も約 210万枚と、前述した比較例１に比べて約 3倍に向上した。
【００４９】
実施例４
表２に組成を示す鋳鉄を用いて、実施例３と同形状の研磨定盤を作製した。この実施例４による研磨定盤は、 as cast材の段階で硬さがHv 498で、金属組織中のマルテンサイト組織が占める面積率は 95%であり、また黒鉛および粗大な遊離炭化物は析出していなかった。
【００５０】
この研磨定盤を焼戻し処理等を施すことなく、 as cast材のままで実施例３と同様なラッピング装置に搭載し、 8インチのＳｉウエハの再ラッピング（ラッピング砥粒:#3000）を実施した。Ｓｉウエハの平坦度の精度およびキズ発生量は実施例３と同等であり、また最終的に研磨定盤の寿命（ウエハ研磨枚数）も約 208万枚と、実施例３と同等の特性を有していることを確認した。
【００５１】
【表２】

なお、上記した実施例３および実施例４の各研磨定盤を、それぞれ 2インチのＧａＡｓ半導体基板のラッピング加工に適用したところ、それぞれ良好な結果が得られた。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の研磨工具用材料によれば、急冷熱処理等を行うことなく、Hv 250以上という高硬度を達成することができ、また粗大な硬質析出物がほとんど存在しないと共に、優れた組織および硬さの均一性等を得ることができる。従って、このような研磨工具用材料からなる本発明の研磨定盤によれば、各種被加工物の研磨作業を高精度に実施することができると共に、研磨定盤の長寿命化および低コスト化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄系材料中の全炭素量と固溶炭素量との関係を示す図である。
【図２】鉄系材料のＮｉ当量およびＣｒ当量による相組織を示すSchaefflerの組織図である。
【図３】本発明の一実施形態による研磨定盤の構成を示す図である。
【符号の説明】
１……研磨定盤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing tool material used for a polishing surface plate used for lapping of a semiconductor substrate, an oxide single crystal substrate, quartz glass, and the like, and a polishing surface plate using the same.
[0002]
[Prior art]
In general, in lapping processing of Si wafers, semiconductor substrates such as GaAs and InP, oxide single crystal substrates such as LiTaO ₃ , quartz photomasks, etc., slurry-like abrasive grains between the upper and lower surface plates and the workpiece Using the rotational motion of the surface plate while applying the processing pressure, the necessary amount of machining allowance is removed from the work piece with the cutting edge of the abrasive, and the flatness of the surface plate is thereby added to the work piece. A transfer method is employed. Such polishing is not limited to Si wafers, but is often used for the purpose of flattening the surface of workpieces such as glass, gemstones, metals, and ceramics. Recently, semiconductor substrates such as Si wafers have been widely used. As the degree of integration increases rapidly, flatness is increasingly demanded, and it is important to maintain the flatness of a polishing platen used for lapping.
[0003]
By the way, the lapping surface plate for Si wafers is polished by abrasive grains in the same way as Si wafers, but the distribution of the amount of abrasive grains and the angular velocity of rotation increase due to the rotation of the surface plate. The polishing amount on the side increases. That is, the flatness of the polishing surface plate changes with the lapse of the polishing operation time, and the polishing surface of the lower surface plate tends to change so as to be convex upward.
[0004]
Thus, the flatness of the polishing surface plate has a tendency to change as the polishing operation time elapses. However, as the flatness requirement of the Si wafer or the like increases as described above, the flatness change of the polishing surface plate changes. Since it has become an important technical issue to keep it low, a polishing surface plate made of a material having a hardness of Hv 200 or more has been proposed, overcoming the conventional wisdom of polishing surface plates for Si wafers (special (See JP-A-60-59850 and JP-A-5-307069), and is actually used for polishing Si wafers.
[0005]
As the above-mentioned high hardness polishing surface plate, a hard structure (martensitic structure) is obtained by quenching and tempering a cast iron-based material base structure, or by rapid cooling heat treatment after solution treatment such as austempering and normalizing. , Baitnite structure, pearlite structure, etc.) have been put into practical use. On the other hand, the main size of Si wafers is 8 inches (about 203 mm) in outer diameter, and wafers with a diameter of 12 inches or more are being developed. Along with the increase in the diameter of such Si wafers, the polishing surface plate tends to increase in size, and a diameter of 1.5 to 2.0 m (thickness of 40 to 60 mm) is becoming a standard. In such a large polishing surface plate, when the hardness is increased by the rapid cooling heat treatment as described above, shape deformation becomes remarkable, and it is difficult to obtain a uniform structure.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a high-hardness polishing platen of Hv 200 or higher is expected to be used for lapping work of semiconductor wafers where demand for flatness is increasing because the flatness change can be kept low. Has been. However, it is difficult to suppress the deformation or to make the structure uniform in the rapid cooling heat treatment for obtaining the hardness as described above with respect to the polishing surface plate that has been enlarged with an increase in the diameter of the semiconductor wafer. It is becoming a situation.
[0007]
For this reason, it has been a problem to achieve high hardness without performing quenching heat treatment particularly in a large polishing surface plate. In addition, the polishing surface plate material for semiconductor wafers is required to have almost no hard precipitates such as coarse carbides that cause scratches on the wafer and to have excellent hardness uniformity.
[0008]
The present invention has been made to cope with such problems, and without performing a quenching heat treatment or the like, a polishing tool material that has achieved high hardness, a polishing surface plate using the same, and a coarse hard precipitate. An object of the present invention is to provide a polishing tool material excellent in uniformity of hardness and a polishing platen using the polishing tool plate with almost no object.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the first polishing tool material comprises 0.2 wt% or more and less than 0.8 wt% C, 1 wt% or more 7 wt% Si, 4 wt% or more 7 wt% Ni, 1 wt% or less It is made of an iron-based material containing Mn and 1% by weight or less of Cr, and the iron-based material has a hardness of Hv 250 or more.
[0010]
The second abrasive tool material is less than 0.2 wt% C, 1.5 wt% to 3.5 wt% Si, 7 wt% to 17 wt% Ni, 1 wt% or less Mn, and 4 wt% % Of Cr-containing iron-based material, and the iron-based material has a hardness of Hv 250 or more.
[0011]
The polishing surface plate of the present invention is characterized by comprising the above-described first or second polishing tool material of the present invention.
[0012]
The polishing tool material of the present invention has a composition in which a martensite structure appears in a cast structure (as cast structure) on the basis of a composition containing a relatively high concentration of Ni. High hardness of 250 or more can be achieved. That is, it becomes possible to eliminate the deformation and non-uniform structure caused by the rapid cooling heat treatment. For example, even a large polishing surface plate can improve the shape accuracy and make the hardness uniform. Further, since the polishing tool material of the present invention has a carbon composition in which no graphite structure appears, it is suitable for polishing very brittle compound semiconductors such as GaAs and InP and lapping with fine abrasive grains on a Si wafer.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
[0014]
The first abrasive tool material of the present invention is basically composed of 0.2 wt% or more and less than 0.8 wt% C, 1 wt% or more and 7 wt% or less Si, 4 wt% or more and 7 wt% or less Ni, 1 It is composed of an iron-based material containing Mn in an amount of not more than 1% by weight and Cr in an amount of not more than 1% by weight, the balance being substantially made of Fe and substantially free of a graphite structure.
[0015]
Further, the second polishing tool material of the present invention comprises less than 0.2% by weight of C, 1.5% to 3.5% by weight of Si, 7% to 17% by weight of Ni, 1% by weight in terms of substrate. It contains the following Mn and 4% by weight or less of Cr, the balance being substantially made of Fe and an iron-based material having substantially no graphite structure.
[0016]
Here, a polishing surface plate having a graphite structure that provides a supplemental site for lapping abrasive grains is usually used in lapping processing of a Si wafer, but compound semiconductors such as GaAs and InP are very brittle materials. Therefore, the lapping processing load is low, and polishing proceeds while the abrasive grains roll on the surface of the workpiece. In such lapping, a graphite structure as a supplemental site for abrasive grains is not necessarily required. Conversely, when a large amount of graphite structure is present, polishing scraps are captured by graphite and cause scratches on the workpiece. The same applies to finish lapping (re-wrapping) of a Si wafer using fine abrasive grains.
[0017]
As shown in FIG. 1, the first and second polishing tool materials described above have a carbon content in the solute carbon range, and as described above, compound semiconductors such as GaAs and InP and fine abrasive grains are used. In the final lapping of the Si wafer, on the contrary, a metal structure that basically does not have a graphite structure serving as a supplemental site for abrasive grains is used. In order to achieve a hardness of Hv 250 or higher in an iron-based material having a composition in which such a graphite structure basically does not appear, for example, without performing a quenching heat treatment (quenching treatment, etc.) from a temperature of 1073 K or higher. In addition, the composition is such that a martensite structure appears in the metal structure in an as cast state (cast structure).
[0018]
Details of the iron-based material composition of the first polishing tool material will be described below.
C (carbon) is an element for obtaining high strength and high hardness in an iron-based material, but when the C content is 0.8% by weight or more, a graphite structure appears as shown in FIG. Therefore, the C content is less than 0.8% by weight. In addition, when the C content is less than 0.2% by weight, other elemental compositions for causing the martensite structure to appear, that is, the contents of Ni, Si, Cr and the like are different. Therefore, in the first polishing tool material, Has a C content of 0.2% by weight or more. In other words, the first polishing tool material has a component composition for causing a martensite structure to appear when the C content is 0.2 wt% or more and less than 0.8 wt%.
[0019]
Si (silicon) is a component that contributes to the improvement of castability. If the Si content is less than 1.0% by weight, shrinkage cavities and the like are likely to occur due to a decrease in castability. Si is an element that affects the Cr equivalent, which will be described later. If it is contained in a large amount, the area ratio of the martensite structure decreases or the martensite structure cannot appear. % By weight or less. Further, when Si is contained in an amount of 7.0% by weight or more, an intermetallic compound (M ₃ Si: M is Fe or Ni) is formed with an element such as Fe or Ni, which causes a decrease in mechanical properties such as hardness and strength. Also from this point, the Si content is in the range of 1.0 to 7.0% by weight.
[0020]
Ni forms a solid solution in a wide range up to about 76% by weight with Fe. As is known from the structure chart of Schaeffler in FIG. 2, the relationship between the amount of Ni (equivalent) and the amount of Cr (equivalent) in Fe is known. The phase structure of the base structure, for example, the ratio of martensite structure to austenite structure is determined. The Ni equivalent and the Cr equivalent in the Schaeffler organization chart are expressed by the following equations. However, in the actual cast structure, segregation or the like occurs during solidification, and the martensite structure region tends to be slightly wider than the Schaeffler structure chart.
Ni equivalent (wt%) = Ni wt% + 30 × C wt% + 0.5 × Mn wt%
Cr equivalent (wt%) = Cr wt% + 1.5 × Si wt% + Mo wt%
As can be seen from FIG. 2, the iron-based material as the first polishing tool material is included in the metal structure in an as cast state in consideration of the C content, the Si content, and the Cr and Mn contents described later. The Ni content is such that a martensite structure can appear, that is, the Ni content is 4 wt% or more and 7 wt% or less. The martensite structure has a high hardness and can achieve a hardness of Hv 250 or higher.
[0021]
Mn has the effect of improving the mechanical strength, but if the content is too large, the formation of carbides cannot be avoided and it acts as an austenitizing element, so the upper limit of its content is 1.0% by weight. Even if a very small amount of Mn is added, the Mn content is in the range of 0 to 1.0% by weight (excluding 0), but the effect of adding Mn is 0.2% by weight. It becomes remarkable from about%.
[0022]
Cr is a component that contributes to improving corrosion resistance and stabilizing the martensite phase. However, if the Cr content exceeds 1% by weight, the formation of coarse carbides cannot be avoided. The range is 1% by weight or less. Even if a small amount of Cr is added, the effect corresponding to the addition amount is exhibited, so the Cr content is in the range of 0 to 1.0% by weight, but the effect by addition of Cr becomes remarkable from about 0.2% by weight.
[0023]
The first polishing tool material is based on the above-described iron-based material composition, but within a range where coarse hard precipitates are not formed, 1.0% by weight or less of Mo, Nb, Ti, V Al, Cu, etc. may be included.
[0024]
Next, details of the iron-based material composition of the second polishing tool material will be described.
The second abrasive tool material contains at least C (carbon) necessary for casting, and when the C content is less than 0.2% by weight (excluding 0), a martensite structure appears. First, Si (silicon) is contained in the range of 1.5 wt% to 3.5 wt%. Si is a component that contributes to the improvement of castability as described above. However, since it is an element that also affects the Cr equivalent, 1.5% by weight or more and 3.5% by weight or less in order to make the martensite structure appear in the ascast structure. It shall contain in the range of.
[0025]
As described above, Ni is an element that greatly affects the phase structure of the base structure, for example, the determination of the ratio of martensite structure to austenite structure, and in an as cast state, depending on the C content of less than 0.2% by weight. The Ni content is such that a martensite structure can appear in the structure, that is, the Ni content is 7 wt% or more and 17 wt% or less. The martensite structure has a high hardness and can achieve a hardness of Hv 250 or higher.
[0026]
Mn has an effect of improving mechanical strength, but if the content is too large, the formation of carbides cannot be avoided, and since it acts as an austenitizing element, its content is the same as that of the first abrasive tool material. Similarly, 1.0% by weight or less (excluding 0). The effect of adding Mn becomes remarkable from about 0.2% by weight.
[0027]
Cr is a component that contributes to improving corrosion resistance and stabilizing the martensite phase, and is an element that affects the phase structure of the matrix structure. It makes the martensite structure appear stably in the metal structure in the as cast state. As a result, it is preferable to contain 2% by weight or more. However, even if the carbon content is less than 0.2% by weight, if the Cr content exceeds 4% by weight, coarse carbides may precipitate, so the content should be in the range of 4% by weight or less. .
[0028]
The second abrasive tool material is based on the above-described iron-based material composition, but within a range in which coarse hard precipitates are not formed, 1.0 wt% or less of Mo, Nb, Ti, V Al, Cu, etc. may be included.
[0029]
As described above, the first and second abrasive tool materials of the present invention have a base structure in which a martensite structure appears in the as cast structure, and thus the state of as cast without performing quenching treatment. With Hv 250 or higher hardness. Thus, by realizing a hardness of Hv 250 or more in the ascast state, problems such as deformation and non-uniform structure due to the rapid cooling heat treatment can be avoided.
[0030]
It is preferable to set the composition of each component, the presence or absence of heat treatment described later, and the like so that the martensite structure in the metal structure is 30% or more in area ratio. The area ratio occupied by a more preferable martensite structure is 60% or more. That is, by setting an appropriate Ni equivalent and Cr equivalent to 30% (area ratio) or more of the base structure as a martensite structure, if it exceeds 70%, the hardness ( (Abrasion resistance) and rigidity (elastic modulus) can be increased, and a hardness of Hv 250 or higher can be realized with good reproducibility. As will be described in detail later, the martensite structure can also be increased by annealing or tempering after casting. Further, the martensite structure has a lower coefficient of thermal expansion than that of the austenite structure, and low thermal expansion properties are obtained, which contributes to suppression of thermal deformation of the polishing tool material. When the polishing tool material of the present invention is applied to a polishing surface plate, suppression of thermal deformation leads to improvement in polishing accuracy.
[0031]
Here, even in the case of an iron-based material having the above-mentioned composition, it remains in an as-cast state when manufacturing conditions are selected so that it is relatively rapidly solidified using a chiller or the like during casting. An austenite structure may be formed. In such a case, after applying the solution treatment at a temperature of 1073 to 1223 K once on the polishing tool material made of the iron-based material described above, specifically, the polishing surface plate made of the polishing tool material. A martensite structure free from retained austenite can be obtained by performing an annealing treatment that cools to room temperature at a slow cooling rate of about air cooling or less, or a tempering treatment at a temperature of 573 to 973K. In addition, the residual austenite can be decomposed into martensite by performing a sub-zero treatment that keeps the temperature below 193 K for a certain time. Since the martensite structure has almost zero elongation, it is possible to prevent the occurrence of burr on the surface plate and continuous polishing debris during polishing work, and it is possible to prevent the occurrence of scratches on the work surface. .
[0032]
The cooling rate after the solution treatment described above may be, for example, furnace cooling of 50 K / h or less (annealing 20 K / h or less) for the first polishing tool material. When the furnace is cooled slowly, for example, at a rate of 20 K / h or less, carbide M ₂₃ C ₆ is formed at the grain boundaries of the metal structure, and the carbides at the grain boundaries fall off with the progress of lapping and scratches on the workpiece. Therefore, it is preferable to set the cooling rate to the air cooling level. It is also effective to decompose the retained austenite by tempering at a temperature in the range of 623 to 723K.
[0033]
The annealing process and the tempering process described above are effective for adjusting the hardness and homogenizing the structure, strain, and the like, and are performed as necessary. For example, the polishing tool material of the present invention may be too hard in an as cast state depending on the composition, and the workability of the polishing tool material itself may be deteriorated, but annealing is performed under the conditions described above. By performing the treatment and the tempering treatment, particularly the tempering treatment, the workability of the polishing tool material itself can be improved while maintaining the hardness of Hv 250 or more.
[0034]
The polishing tool material as described above is used as a constituent material of a polishing surface plate, for example. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a polishing surface plate according to an embodiment of the present invention. The polishing surface plate 1 shown in FIG. 3 is made of the above-described first or second polishing tool material of the present invention. is there. The polishing surface plate 1 has a lattice slit 2 formed on its surface (polishing surface) and an abrasive grain supply hole 3 in the center. The grid-like slits 2 are usually formed before the shape processing of the polishing surface plate 1 in order to ensure the accuracy of the polishing surface. Since the polishing surface plate of the above-described embodiment is made of the first or second polishing tool material of the present invention having an as cast structure and a martensite structure, the Hv 250 in the as cast state without performing a quenching heat treatment. The above hardness can be realized. Therefore, for example, even in a large polishing surface plate having a diameter of 1.2 to 2.0 m, it is possible to eliminate deformation, non-uniform structure, and the like accompanying rapid cooling heat treatment. The avoidance of deformation associated with the rapid cooling heat treatment contributes to a reduction in processing cost for imparting the shape of the polishing surface plate and a longer life due to securing the shape (particularly depth) of the grid-like slits 2. Furthermore, the manufacturing cost and manufacturing man-hour of the polishing surface plate 1 can be reduced by the amount that the rapid cooling heat treatment is not performed.
[0035]
In addition, since the hardness of Hv 250 or higher is realized without performing quenching heat treatment, the structure and hardness of the polishing platen 1 can be made uniform, and hard precipitates such as coarse carbides are not generated. Since the composition is used, it is possible to improve the processing accuracy of the semiconductor substrate and the like and to prevent the occurrence of scratches. The uniformity of the structure and hardness can be further improved by performing the tempering treatment described above. The polishing surface plate 1 described above is a surface processing of various workpieces such as Si wafers, semiconductor substrates such as GaAs and InP, oxide single crystal substrates such as LiTaO ₃ , quartz photomasks, glass, gemstones, metals, and ceramics ( It can be applied to surface flattening), especially for lapping of compound semiconductors such as GaAs and InP, where the graphite structure causes scratches, and for finishing lapping of Si wafers using fine abrasive grains. It is preferable.
[0036]
The material for a polishing tool of the present invention is not limited to the above-described polishing surface plate, but can also be used effectively as a constituent material for a polishing surface plate correction jig, a workpiece fixing jig, and the like.
[0037]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0038]
Example 1
Cast irons having the compositions shown in Table 1 were cast, and the polishing surface plate 1 shown in FIG. 1 having an outer diameter of 1400 mm, an inner diameter of 400 mm, and a thickness of 60 mm was produced. Machining of grid slits 2 with a width of 2 mm, a depth of 15 mm, and a formation pitch of 40 mm, and an abrasive feed hole 3 with a diameter of 8 mm, etc. are processed in an as-cast structure and then tempered under conditions of 623K x 4 hours did.
[0039]
Although the cast iron composition of Example 1 contains 3.5% by weight of Cr, the carbon content is as low as 0.15% by weight and also contains 5.6% by weight of Ni. The metal structure was almost 100% martensite, and graphite and coarse free carbide were not precipitated. The hardness after tempering treatment at 623K was almost uniform in the depth direction and in the polished surface, and Hv 550 was obtained by the secondary hardening phenomenon by tempering. Moreover, the phase structure of the metal structure did not change even after tempering. There was almost no thermal deformation due to the tempering treatment, and polishing was performed after tempering to finish a polishing surface plate having a flatness of 10 μm.
[0040]
Further, as a comparative example with the present invention, a cast iron material having the composition shown in Table 1 was quenched and tempered to prepare a polishing platen having a hardness of Hv 450. In this polishing surface plate, lattice slits and abrasive grain supply holes having the same shape as in the above example were formed in an as cast structure as in the example.
[0041]
Each polishing platen according to Example 1 and Comparative Example 1 described above was mounted on a lapping apparatus, and rewrapping of an 8-inch Si wafer was performed. Specifically, an Si wafer previously lapped with an abrasive (# 1200, average particle size of 15 μm) used for lapping of a normal Si wafer is finely divided using each polishing platen according to Example 1 and Comparative Example 1. Each was lapped again with # 3000 (average particle size 5 μm) alumina-zirconia abrasive grains. According to this re-wrapping, when the lapping time is set to the same time, the flatness accuracy of the wafer is improved to 1/3.
[0042]
The flatness accuracy and scratch generation amount of the Si wafer showed the same values, and it was confirmed that the polishing platen according to Example 1 was not inferior to the conventional polishing platen (Comparative Example 1). However, in the polishing surface plate of Comparative Example 1 subjected to quenching and tempering treatment, the depth of the lattice slit near the outer periphery was shallower by about the amount of thermal deformation during quenching, and was about 7 mm. On the other hand, the polishing platen of Example 1 maintains the depth of 15 mm during processing as it is, and finally the life of the polishing platen (number of re-wrapped polishing) is about 2.35 million, which is about 720,000 of the comparative example. Compared to the number of sheets, it was improved about 3 times.
[0043]
Example 2
Using a cast iron having the composition shown in Table 1, a polishing surface plate having the same shape as in Example 1 was produced. The polished surface plate according to Example 2 has a hardness of Hv 400 at the as cast material stage, the area ratio occupied by the martensite structure in the metal structure is 60%, and graphite and coarse free carbide precipitate. It wasn't.
[0044]
This polishing surface plate was mounted on the same lapping apparatus as in Example 1 with the as cast material without tempering, etc., and re-lapping (lapping abrasive grains: # 3000) of an 8-inch Si wafer was performed. . The flatness accuracy of the Si wafer and the amount of scratches generated are the same as in Example 1, and the final life of the polishing platen (number of wafers polished) is about 1.81 million, which is equivalent to that in Example 1. I confirmed that
[0045]
[Table 1]

In addition, when each polishing surface plate of Example 1 and Example 2 described above was applied to lapping of a 2-inch GaAs semiconductor substrate, good results were obtained.
[0046]
Example 3
Cast irons having the compositions shown in Table 2 were cast to produce the polishing surface plate 1 shown in FIG. 1 having an outer diameter of 1400 mm, an inner diameter of 400 mm, and a thickness of 60 mm. Machining of grid-like slits 2 with a width of 2 mm, a depth of 15 mm, and a formation pitch of 40 mm, and an abrasive feed hole 3 with a diameter of 8 mm, etc. are processed in an as-cast structure, and then tempered under conditions of 673K x 4 hours did.
[0047]
The cast iron composition of Example 3 has a C content of 0.1% by weight in the solid solution range and 8.5% by weight of Ni. Therefore, the hardness is Hv 520 at the as cast material stage, The area ratio of the martensite structure in the structure was 95%, and graphite and coarse free carbide were not precipitated. The hardness after the tempering treatment was almost uniform in the depth direction and in the polished surface, and Hv 500 was obtained. In addition, the area ratio of the martensite structure after tempering was 100%. There was almost no thermal deformation due to the tempering treatment, and polishing was performed after tempering to finish a polishing surface plate having a flatness of 10 μm.
[0048]
The polishing surface plate according to Example 3 described above is mounted on a lapping apparatus, and similarly to Example 1, a Si wafer previously lapped with an abrasive of # 1200 (average particle size 15 μm) is finely divided into # 3000 (average particle size). 5 μm) alumina-zirconia abrasive grains were used for rewrapping. The flatness accuracy of the Si wafer and the amount of scratches are the same as in Comparative Example 1 described above, and the life of the polishing platen (wafer polished number) is finally about 2.1 million, compared to Comparative Example 1 described above. It improved about 3 times.
[0049]
Example 4
Using a cast iron whose composition is shown in Table 2, a polishing surface plate having the same shape as in Example 3 was produced. The polishing surface plate according to Example 4 has a hardness of Hv 498 at the as cast material stage, the area ratio occupied by the martensite structure in the metal structure is 95%, and graphite and coarse free carbide precipitate. It wasn't.
[0050]
This polishing surface plate was mounted on a lapping apparatus similar to that of Example 3 without performing tempering treatment, and re-lapping (lapping abrasive grains: # 3000) of an 8-inch Si wafer was performed. . The flatness accuracy of the Si wafer and the amount of scratches are the same as in Example 3, and the life of the polishing platen (wafer polishing number) is about 2,080,000, which is the same characteristics as in Example 3. I confirmed that
[0051]
[Table 2]

In addition, when each polishing surface plate of Example 3 and Example 4 described above was applied to lapping of a 2-inch GaAs semiconductor substrate, good results were obtained.
[0052]
【The invention's effect】
As explained above, according to the polishing tool material of the present invention, it is possible to achieve a high hardness of Hv 250 or more without performing a quenching heat treatment or the like, and there is almost no coarse hard precipitate, Excellent structure and hardness uniformity can be obtained. Therefore, according to the polishing surface plate of the present invention made of such a polishing tool material, it is possible to carry out polishing work of various workpieces with high accuracy, and to extend the life and cost of the polishing surface plate. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the total carbon amount and the amount of solute carbon in an iron-based material.
FIG. 2 is a Schaeffler structure diagram showing a phase structure based on Ni equivalent and Cr equivalent of an iron-based material.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a polishing surface plate according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 …… Polishing surface plate

Claims

Iron containing 0.2 wt% to less than 0.8 wt% C, 1 wt% to 7 wt% Si, 4 wt% to 7 wt% Ni, 1 wt% or less Mn, and 1 wt% or less Cr A polishing tool material, characterized in that the iron-based material has a hardness of Hv 250 or more.

Fe-based material containing less than 0.2 wt% C, 1.5 wt% to 3.5 wt% Si, 7 wt% to 17 wt% Ni, 1 wt% or less Mn, and 4 wt% or less Cr. A material for an abrasive tool, wherein the iron-based material has a hardness of Hv 250 or more.

A polishing surface plate comprising the polishing tool material according to claim 1.