JP3779473B2 - 研磨定盤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハー等のラッピング研磨の際に使用される研磨定盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にシリコンウエハー等のラッピング研磨においては、スラリー状の砥粒を上下一対からなる研磨定盤と被加工物の間に供給し、加工圧力を加えながら定盤の回転運動を利用して研磨材のもつ切刃で被加工物から必要量を取り除き、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採られている。このような研磨はシリコンウエハーのみならず、硝子，宝石，金属，セラミックスなど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、特に最近ではシリコンウエハーはエレクトロニクスの発展に関連して需要は年々増加の傾向にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この研磨定盤は、下型に黒鉛鋳型を用い、上型は一般の砂型にて鋳造凝固させる製造法で製作されている。この場合、黒鉛鋳型面から上型に向かって一方性凝固となり、凝固組織が粗くなり易く不均一な硬度分布になっている。
【０００４】
そして研磨定盤に使用される材料は従来球状黒鉛鋳鉄であり、定盤の高硬度化を得るには油焼入れ，焼戻しなどの熱処理を施すことは一般的に行われている。この従来の研磨定盤では、定盤の肉厚により硬度の不均一が発生し、油焼入れ時にマルテンサイト変態の開始と終了に時間差を生じ、この時間差によって定盤が変形する。これを一定の定盤にすべく機械加工した場合には加工寸法に差が発生し、この加工代のアンバランスが定盤内の硬度のバラツキを生じている。このような定盤でシリコンウエハーを研磨した場合は、定盤の硬度バラツキにより定盤自体の偏摩耗，平坦度の劣化が発生するばかりか、シリコンウエハーの歩留まりが大幅に悪化することに繋がる。特に最近では定盤が大型化し改良が望まれていた。
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、高硬度で且つ均一な硬度分布を持つ研磨定盤を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明における研磨定盤は、重量比で、Ｃ：２．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０〜２．７％，Ｍｎ：０．５〜１．０％，Ｎｉ：０．２〜０．６％を含み、残部が鉄及び付随的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄製の研磨定盤において、前記球状黒鉛鋳鉄に錫を重量比で０．０５〜０．３％含有させ、焼入れ・焼戻しの熱処理により組織を焼戻しマルテンサイト組織とし、ビッカース硬度が３９０以上で且つ硬度バラツキを±２０以内にしたものである。錫を含有することにより、焼入れによる定盤をマルテンサイト変態させる開始と終了の時間差を小さくすることができ、熱処理による変形を最小限に抑えることが可能となり、定盤の硬度の均一化が実現した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を説明する。
まず、実施例の研磨定盤の材料成分（重量％）と熱処理後の定盤素材のそり量及び硬度測定結果を、従来の球状黒鉛鋳鉄製の研磨定盤で比較して表１に示す。尚、表中の試料Ｎｏ．１，２は従来の比較例で、試料Ｎｏ．３〜６は本発明の実施例である。
【０００７】
【表１】

【０００８】
以下、各組成成分の添加目的並びに組成範囲の限定理由について説明する。
Ｓｉは球状化率，鋳造性の向上の為に添加するが、Ｓｉ２．７％以上になると熱処理によってもフェライトが存在し、硬さが低下する傾向となりＨｖ２００以上にすることは困難になる。又、Ｓｉ２．０％以下では特に鋳造性が悪くなり、定盤として望ましくない引け巣が発生しやすくなる。
【０００９】
Ｍｎ０．５％以下では、定盤（肉厚４０〜６０ｍｍ）のように肉厚鋳物において中心部になるにしたがって空気冷却の際にフェライトが発生しやすくなり耐摩耗性が悪くなる。一方、１％を超えると粒堺に硬化相が偏折しやすく脆くなるので望ましくない。
【００１０】
Ｐ及びＳは介在物の生成を少なくするため、できるだけ少なくする方が望ましい。介在物は硬く、不規則に存在するのでシリコンウエハに傷を付けやすい。このため、いずれも０．０３％以下がよい。０．０３％以上になると砥粒よりも大きな介在物（Ｆｅ³ ，ＭｎＳ，ＭｇＳなど）が生成するため望ましくない。
【００１１】
Ｍｇは黒鉛を球状化するために必要な合金元素で、０．０３％以下では球状化率が好ましい範囲（例えば８０％以上）になり難くなり、一方、０．０７％程度を超えると異形の炭化物が生成しやすくなるので望ましくない。
【００１２】
Ｎｉ及びＣｕは、組織を均一にするため、例えば表面から深さ方向に組織を均一にして硬さのバラツキをなくし、特に表面から２０ｍｍの領域におけてＨｖ３０〜５０を保持するのに効果的な元素である。またＮｉは、熱処理における酸化物生成を防止する効果がある。Ｎｉ０．２％以下ではこれらの効果が少なく、又０．６％以上加えてもこれらの効果にそれ程有効でなく、また経済的でもない。一方、ＣｕはＮｉと同様０．３％以下では均一性に対する効果は少なく、逆にＣｕを０．７％以上添加すると基地にＣｕ相が析出し、組織が不均一になり耐摩耗性を悪くする傾向がみられる。
【００１３】
Ｓｎを０．０４〜０．２４％添加すると、マルテンサイト変態させる開始と終了の時間差を小さくすることができ、定盤を熱処理による変形を最小限に抑えることができる。
【００１４】
Ｍｏは、Ｓｉの添加により脆くなる合金に靭性を付与して合金基地の強度を高めるものであるが、Ｍｏを０．３％以下にすると付与される靭性が小さく、２．０％以上にするとＭｏの化合物発生により靭性が低下する。
【００１５】
次に研磨定盤による本実施例と従来とのそり量及び硬度比較結果は表１のとおりであるが、従来品（Ｓｎが０．０１〜０．０２％）ではそり量が１８〜１９ｍｍと非常に大きく且つ硬度も２１０〜４５０Ｈｖとバラツキも大きい。これに対して、本実施例はそり量が２〜４ｍｍで小さく且つ硬度も３７０〜４４０Ｈｖとバラツキも小さくなっている。即ち、Ｓｎの添加による熱処理により凝固組織が均一化され、且つマルテンサイト変態させる開始と終了の時間差を小さくすることができ（マルテンサイト組織の均一化により硬度の安定化が図れる）、定盤を熱処理による変形を最小限に抑えることができる。この為、従来発生していた硬度不均一でそり量が大きい研磨定盤が改良され、硬度バラツキ・そり量が小の研磨定盤を使用することにより、定盤自体の偏摩耗，平坦度の劣化という課題が解決されると共に、シリコンウエハーの歩留まりが大幅に改善された。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄に錫を重量比で０．０５〜０．３％含有させ、焼入れ・焼戻しの熱処理により組織を焼戻しマルテンサイト組織とし、ビッカース硬度が３９０以上で且つ硬度バラツキを±２０以内にした定盤である。錫を含有することにより、焼入れによる定盤をマルテンサイト変態させる開始と終了の時間差を小さくすることができ、熱処理による変形を最小限に抑えることが可能となり、定盤の硬度の略均一化が実現した。

Claims (2)

1. 重量比で、Ｃ：２．０〜３．５％，Ｓｉ：２．０〜２．７％，Ｍｎ：０．５〜１．０％，Ｎｉ：０．２〜０．６％を含み、残部が鉄及び付随的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄製の研磨定盤において、前記球状黒鉛鋳鉄に錫を重量比で０．０５〜０．３％含有させ、焼入れ・焼戻しの熱処理により、組織を焼戻しマルテンサイト組織としたことを特徴とする研磨定盤。
2. ビッカース硬度が３９０以上で且つ硬度バラツキを±２０以内にした請求項１記載の研磨定盤。