JP4995103B2 - Polishing surface plate - Google Patents
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Description
本発明は、ラップ研磨加工に用いる研磨用定盤に関するものである。 The present invention relates to a polishing surface plate used for lapping.
ラップ研磨による平坦化加工は、高い研磨精度が要求される薄膜ヘッド用基板や半導体デバイス作製用基板等の加工技術として用いられている。特に、被加工物の表面に平坦性が要求される場合、被加工物の上下両面から同時にラップ研磨加工を行う両面ラッピング技術が採用される。 Flattening by lapping is used as a processing technique for a thin film head substrate, a semiconductor device manufacturing substrate, or the like that requires high polishing accuracy. In particular, when flatness is required on the surface of the workpiece, a double-sided lapping technique is employed in which lapping is performed simultaneously from the upper and lower surfaces of the workpiece.
両面ラッピング技術とは、被加工物を研磨用の上定盤と下定盤の間に挟み込み、これら上定盤と下定盤の少なくとも一方から被加工物に荷重を加えながら、上定盤と下定盤の間で被加工物を相対的に移動させ、これによって上定盤と下定盤とにより被加工物の両面に同時にラップ研磨を施す加工技術であり、被加工物は、ラップ研磨装置のギア回転機構により自転しながら公転するキャリアと呼ばれる薄板状収容板の穴部内に収容されて上定盤と下定盤の間を移動する際に研磨され、その両面には高い平坦性が与えられる。 Double-sided lapping technology means that a workpiece is sandwiched between an upper surface plate and a lower surface plate for polishing, and a load is applied to the workpiece from at least one of the upper surface plate and the lower surface plate, while the upper surface plate and the lower surface plate are applied. This is a processing technology in which the workpiece is relatively moved between the upper and lower surface plates, thereby simultaneously lapping both sides of the workpiece with the upper surface plate and the lower surface plate. It is accommodated in a hole portion of a thin plate-like accommodation plate called a carrier that revolves while rotating by the mechanism, and is polished when moving between the upper surface plate and the lower surface plate, and high flatness is given to both surfaces.
近年、様々な材料開発が進められるに伴い、応用上のニーズから、開発された材料の高精度な加工技術も求められている。その典型的な例として、炭化珪素(SiC)単結晶基板が挙げられる。SiC単結晶は、優れた耐熱性及び機械的強度等を有することから、電力用パワーデバイスを含む各種デバイス用の基板ウェハ向け材料として特に注目されており、窒化ガリウム系の青色あるいは白色発光ダイオードや、ショットキーバリアダイオード等の各種デバイス製造用の半導体基板として、その実用化が加速度的に進められている。 In recent years, as various materials have been developed, high-precision processing techniques for the developed materials are also required due to application needs. A typical example is a silicon carbide (SiC) single crystal substrate. SiC single crystals are particularly attracting attention as materials for substrate wafers for various devices including power devices for power, because they have excellent heat resistance and mechanical strength. As a semiconductor substrate for manufacturing various devices such as a Schottky barrier diode, its practical use is being accelerated.
また、SiC単結晶材料自身の開発についても進捗が著しく、直径100mmに及ぶ大口径の単結晶ウェハが市販されるに至っている(非特許文献1)。SiC単結晶は、高い平坦度を有するウェハ状に加工することが必要であるが、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有していることから、高精度平坦化加工については様々な困難な問題があり、その解決が課題となっている。 In addition, the development of SiC single crystal material itself has progressed remarkably, and large-diameter single crystal wafers having a diameter of 100 mm have been marketed (Non-patent Document 1). SiC single crystal needs to be processed into a wafer with high flatness, but since it has hardness next to diamond, there are various difficult problems with high-precision flattening. Solution is an issue.
このようなSiC単結晶等を始めとする硬脆材料の高精度平坦化加工を実現する加工技術の一つとして、前述の両面ラッピング技術が大きな注目を集めており、生産性向上を視野に入れた安定した両面ラッピング技術の確立に向け、開発が行われている。
ラップ研磨加工に用いられる研磨用定盤を研磨用軟質金属材料製の研磨プレートのみで構成した場合、定盤自身の強度が不足して、ラップ研磨加工時の荷重に耐え切れずに定盤に変形等々の形状異常が発生し、被加工物の研磨形状が悪化したり、場合によっては定盤との当り具合の不均一化に起因するラップ研磨加工中の被加工物破損等の問題を引き起こすことがある。このため、ラップ研磨加工に用いられる研磨用定盤では、強度の大きな鋳鉄あるいはステンレス等々の高強度金属材料からなる補強用基材を、バッキングプレート(以下、「強度補強盤」とも言う。)として、研磨プレートの裏面に接着あるいは融着した二重構造を採用することが一般的になっている。 If the polishing surface plate used for lapping is composed only of a polishing plate made of a soft metal material for polishing, the strength of the surface plate itself is insufficient and the surface plate cannot withstand the load during lapping. Deformation and other shape anomalies occur, causing the workpiece to have a polished shape that deteriorates or, in some cases, causes problems such as workpiece damage during lapping due to uneven contact with the surface plate. Sometimes. For this reason, in a polishing surface plate used for lapping, a reinforcing base material made of a high-strength metal material such as high-strength cast iron or stainless steel is used as a backing plate (hereinafter also referred to as “strength reinforcing plate”). It has become common to employ a double structure that is bonded or fused to the back surface of the polishing plate.
ところで、上記のような異なる材質からなる二重構造の研磨用定盤では、研磨装置自体あるいは研磨環境に温度変化が生じた場合、それぞれの材料の熱膨張率差により、研磨用定盤に反り等の形状変化が発生する。例えば、発明者らの調査によれば、純錫(研磨用軟質金属材料)製の研磨プレート(厚さ12mm、直径380mm)に、厚さ12mmのステンレス(高強度金属材料)製バッキングプレートを接着した研磨用定盤の場合、定盤温度が一様に20℃上昇すると、純錫製の研磨プレート側が凸面になるように、中心部分が周辺部分よりも約120μm反り返ることが判明している(図3参照)。 By the way, in the polishing table having a double structure made of different materials as described above, when a temperature change occurs in the polishing apparatus itself or the polishing environment, the polishing platen warps due to a difference in thermal expansion coefficient of each material. Such a change in shape occurs. For example, according to the inventors' investigation, a 12 mm thick stainless steel (high strength metal material) backing plate is bonded to a pure tin (soft metal material for polishing) polishing plate (12 mm thickness, 380 mm diameter). In the case of the polishing surface plate, it has been found that when the surface plate temperature is uniformly increased by 20 ° C., the central portion warps about 120 μm from the peripheral portion so that the pure tin polishing plate side becomes convex ( (See FIG. 3).
このような研磨環境の温度変化に起因する形状変化を起こした研磨用定盤を、両面ラップ加工機の上定盤や下定盤として使用すると、例えば、前記のような状況では、定盤の中心部分付近において被加工物に作用する荷重が偏って大きくなる一方で、周辺部分においては、作用する荷重が小さくなり、極端な場合には定盤面に被加工物が全く当らず、研磨が進行しないような状況も発生し、その結果として、最終的に仕上がる被加工物の厚さが不均一になり、高平坦化加工の目的が達成されないばかりか、不均一な荷重に起因する過大な表面研磨傷の残存、あるいは、最悪の場合には研磨中に被加工物が割れる等の問題が発生する。このような温度変化は、加工実験室等々の温度変化のみではなく、ラップ加工中に発生する加工熱が起因となって引き起こされる場合もあり、本発明では、定盤温度を変化させる全ての温度変化を、研磨環境の温度変化と総称する。 When the polishing surface plate that has caused the shape change caused by the temperature change of the polishing environment is used as the upper surface plate or the lower surface plate of the double-sided lapping machine, for example, in the above situation, the center of the surface plate In the vicinity of the part, the load acting on the work piece is unevenly increased, while in the peripheral part, the acting load is reduced, and in an extreme case, the work piece does not hit the surface plate surface and polishing does not proceed. As a result, the thickness of the workpiece to be finished eventually becomes non-uniform, and not only the purpose of high flattening processing is not achieved, but also excessive surface polishing due to non-uniform load Problems such as remaining scratches or, in the worst case, cracking of the workpiece during polishing occur. Such a temperature change may be caused not only by a temperature change in a processing laboratory or the like, but also by a processing heat generated during lapping, and in the present invention, all temperatures that change the surface plate temperature. The change is collectively referred to as the temperature change of the polishing environment.
このような研磨用定盤における形状の熱的不安定性は、従来から認識されており、これまでも研磨用軟質金属材料からなる研磨プレートの構造に工夫を凝らす等の改善策が提案されてきた(例えば、特許文献1)。しかしながら、研磨用軟質金属材料からなる研磨プレートの構造を複雑化することは、研磨用定盤の製造コストを押し上げる要因となり、コストを含めた工業的生産手段としては必ずしも好ましいとは言えない。 The thermal instability of the shape of such a polishing surface plate has been recognized in the past, and improvement measures such as devising the structure of a polishing plate made of a soft metal material for polishing have been proposed so far. (For example, patent document 1). However, complicating the structure of the polishing plate made of the soft metal material for polishing is a factor that increases the manufacturing cost of the polishing surface plate, and is not necessarily preferable as an industrial production means including the cost.
かかる状況から、研磨環境に温度変化が起こっても、より簡便な方法で形状変化の発生を可及的に抑制可能な研磨用定盤の開発が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。
Under such circumstances, it has been desired to develop a polishing platen that can suppress the occurrence of shape change as much as possible by a simpler method even if the temperature changes in the polishing environment.
The present invention has been made in view of the above circumstances.
本発明は、上記問題を解決するラップ研磨加工に用いられる研磨用定盤であって、その主旨は以下のとおりである。 The present invention is a polishing surface plate used for lapping which solves the above-mentioned problems, and the gist thereof is as follows.
(1) 被加工物をラップ研磨する研磨用定盤であって、高強度金属材料で形成されて定盤に所定の強度を付与するバッキングプレートと、研磨用軟質金属材料で形成され、前記バッキングプレートの被加工物研磨面側に固定されてラップ研磨時に被加工物に圧接される研磨プレートと、形状矯正用金属材料で形成され、前記バッキングプレートの裏面側に固定されて前記バッキングプレートと研磨プレートとの間の熱膨張率差に基づく定盤の形状変化を低減する形状矯正プレートとを備えていることを特徴とする研磨用定盤。 (1) A polishing surface plate for lapping a workpiece, a backing plate formed of a high-strength metal material and imparting a predetermined strength to the surface plate, and formed of a soft metal material for polishing. A polishing plate fixed to the workpiece polishing surface side of the plate and pressed against the workpiece during lapping, and a metal material for shape correction, and fixed to the back side of the backing plate and polished with the backing plate A polishing surface plate comprising: a shape correction plate for reducing a change in shape of the surface plate based on a difference in thermal expansion coefficient between the plate and the plate.
(2) 前記形状矯正プレートの厚さが、研磨プレートの厚さに対して、50%以上150%以下であることを特徴とする(1)に記載の研磨用定盤。 (2) The polishing surface plate according to (1), wherein the shape correction plate has a thickness of 50% to 150% with respect to the thickness of the polishing plate.
(3) 前記形状矯正プレートの厚さが、研磨プレートの厚さに対して、70%以上130%以下であることを特徴とする(2)に記載の研磨用定盤。 (3) The polishing platen according to (2), wherein the shape correction plate has a thickness of 70% to 130% with respect to the thickness of the polishing plate.
(4) 前記形状矯正プレートを形成する形状矯正用金属材料は、その常温での熱膨張係数が研磨プレートを形成する研磨用軟質金属材料の常温での熱膨張係数の±20%の範囲であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の研磨用定盤。 (4) The shape correction metal material forming the shape correction plate has a thermal expansion coefficient at room temperature of ± 20% of the thermal expansion coefficient at room temperature of the polishing soft metal material forming the polishing plate. The polishing surface plate according to any one of (1) to (3), wherein
(5) 前記形状矯正プレートを形成する形状矯正用金属材料は、その常温での熱膨張係数が研磨プレートを形成する研磨用軟質金属材料の常温での熱膨張係数の±10%の範囲であることを特徴とする(4)に記載の研磨用定盤。 (5) The shape correction metal material forming the shape correction plate has a coefficient of thermal expansion at room temperature of ± 10% of the coefficient of thermal expansion at room temperature of the soft metal material for polishing forming the polishing plate. The polishing surface plate as described in (4) above.
(6) 前記形状矯正プレートが、研磨プレートを形成する研磨用軟質金属材料と同じ材料で形成されていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の研磨用定盤。 (6) The polishing surface plate according to any one of (1) to (3), wherein the shape correction plate is made of the same material as the soft soft metal material for forming the polishing plate.
(7) 前記研磨用軟質金属材料が、銅、錫及び鉛からなる群から選ばれた少なくとも一種の金属あるいは該金属を含む合金であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の研磨用定盤。 (7) The soft metal material for polishing is at least one metal selected from the group consisting of copper, tin, and lead or an alloy containing the metal, The polishing surface plate described in 1.
(8) 前記被加工物が、セラミックス系硬質材料であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の研磨用定盤。 (8) The polishing surface plate according to any one of (1) to (7), wherein the workpiece is a ceramic hard material.
(9) 前記セラミックス系硬質材料が、炭化珪素及び/又はサファイヤからなる材料である(8)に記載の研磨用定盤。 (9) The polishing surface plate according to (8), wherein the ceramic hard material is a material made of silicon carbide and / or sapphire.
(10) 前記セラミックス系硬質材料が、単結晶材料であることを特徴とする(9)に記載の研磨用定盤。 (10) The polishing surface plate according to (9), wherein the ceramic hard material is a single crystal material.
(11) (1)〜(10)のいずれかに記載の研磨用定盤が組み付けられていることを特徴とする研磨装置。 (11) A polishing apparatus comprising the polishing platen according to any one of (1) to (10).
本発明の研磨用定盤を用いれば、ラップ研磨加工において銅や錫等のような研磨用軟質金属材料製の研磨プレートと鋳鉄やステンレス等の高強度金属材料製のバッキングプレートとの間の熱膨張率の差に起因する定盤の形状変化(以下、「定盤変形」ということもある。)を可及的に抑制することができ、研磨装置に対する特別な環境温度管理を必要とせずに、高い平坦度のラップ研磨を実現できると同時に、定盤変形が原因となる薄膜ヘッド用基板や半導体デバイス作製用基板等のラップ研磨加工中の基板割れをほぼ皆無にすることが可能になる。 With the polishing surface plate of the present invention, heat between a polishing plate made of a soft metal material for polishing such as copper or tin and a backing plate made of a high-strength metal material such as cast iron or stainless steel in a lapping process. It is possible to suppress as much as possible the change in shape of the surface plate (hereinafter sometimes referred to as “surface plate deformation”) due to the difference in expansion coefficient, and without requiring special environmental temperature management for the polishing apparatus. In addition, it is possible to realize lapping with high flatness, and at the same time, it is possible to substantially eliminate substrate cracking during lapping of thin film head substrates, semiconductor device manufacturing substrates, and the like caused by deformation of the platen.
上記のような異種金属の接合により構成した二重構造の研磨用定盤において、温度変化に起因して発生する変形は、一種のバイメタル効果であると言える。即ち、錫とステンレスの場合では、常温の熱膨張係数はそれぞれ約22ppm/K(錫)及び約17ppm/K(ステンレス)であり、この場合、環境温度の錫の熱膨張あるいは熱収縮がステンレスと比較して大きく、このため、錫が熱膨張する場合には錫側が凸面形状に、また、熱収縮する場合には凹面形状にそれぞれ変形する。そして、このような定盤形状の熱的不安定性を根本的に回避するためには、異種金属接合を諦め、定盤における個々の金属部分の独立性を確保することが好ましいが、両面ラップ研磨の場合、定盤のメンテナンスの作業性等々を考慮して、ボルト固定等により定盤を研磨装置に固定することが通例になっているが、特に上定盤の場合、研磨用定盤自体の郷土が不足すると上定盤の固定方法が不安定になり、安定したラップ研磨の実現を図ると言う観点からは好ましいとは言えない。 It can be said that the deformation caused by the temperature change is a kind of bimetal effect in the polishing table having a double structure constituted by joining different kinds of metals as described above. That is, in the case of tin and stainless steel, the thermal expansion coefficients at room temperature are about 22 ppm / K (tin) and about 17 ppm / K (stainless steel), respectively. For this reason, when tin thermally expands, the tin side is deformed into a convex shape, and when it is thermally contracted, it is deformed into a concave shape. And in order to fundamentally avoid such thermal instability of the surface plate shape, it is preferable to give up dissimilar metal bonding and ensure the independence of individual metal parts on the surface plate, but double-sided lapping polishing In this case, it is customary to fix the platen to the polishing device by bolting etc. in consideration of the maintenance work of the platen, etc., but especially in the case of the upper platen, the polishing platen itself If the hometown is insufficient, the fixing method of the upper surface plate becomes unstable, which is not preferable from the viewpoint of achieving stable lapping.
そこで、発明者らは、従来の二重構造の研磨用定盤の裏面側、即ち、バッキングプレートの裏面側に、研磨面側の研磨プレートを形成する研磨用軟質金属材料と同じか、あるいは同等の熱膨張を有する形状矯正用金属材料(例えば、金属あるいは合金)からなる形状矯正プレートを接合することにより、前記のバイメタル効果を抑制できることを見い出し、本発明を完成した。
以下にその詳細について述べる。
Therefore, the inventors have the same or equivalent to the soft metal material for polishing that forms the polishing plate on the polishing surface side on the back surface side of the conventional double-structure polishing surface plate, that is, the back surface side of the backing plate. The present inventors have found that the bimetal effect can be suppressed by joining a shape correction plate made of a shape correction metal material (for example, metal or alloy) having a thermal expansion of 1 and completed the present invention.
The details are described below.
図1に、一例として、本発明の研磨用定盤の構造を示す。
まず、本発明の研磨用定盤は、研磨用軟質金属材料からなり、定盤の表面側、即ち、被加工物を研磨加工する定盤面側に位置する研磨プレート1と、その裏面側に接着されている高強度金属材料製の強度補強用バッキングプレート2と、このバッキングプレート2の裏面側に接着されている形状矯正用金属材料製の形状矯正プレート3とで構成されており、全体として三重構造を構成している。
FIG. 1 shows the structure of the polishing surface plate of the present invention as an example.
First, the polishing surface plate of the present invention is made of a soft metal material for polishing, and is bonded to the surface side of the surface plate, that is, the
そして、形状矯正プレート3を形成する形状矯正用金属材料については、研磨用定盤のバイメタル効果を抑制するために、研磨プレート1を形成する研磨用軟質金属材料と同じ熱膨張係数を有するか、若しくはほぼ同等の熱膨張係数を有する材料を用いることが好ましい。ここで、ほぼ同等の熱膨張係数とは、形状矯正プレート3の常温の熱膨張係数、あるいは線膨張係数が、研磨用軟質金属材料製の研磨プレート1の常温における熱膨張係数値の±20%以内の範囲、より好ましくは±10%以内の範囲内であることが必要である。±20%の範囲を外れると、バイメタル効果の抑制が得られず、研磨プレート1と形状矯正プレート3との熱膨張差による定盤形状の熱的不安定性が顕在化してしまう。
And about the metal material for shape correction which forms the
また、研磨プレート1として用いる研磨用軟質金属材料としては、一般的に研磨用定盤用金属として用いられる銅、錫、あるいは鉛等の各種金属あるいはそれらの合金が選ばれ、また、バッキングプレート2には、鋳鉄やステンレス等の高強度金属材料が選ばれる。更に、本発明の形状矯正プレート3を形成する形状矯正用金属材料としては、基本的には前記のような常温での熱膨張係数を有する材料であれば特に制限はなく、例えば、研磨プレート1として用いる研磨用軟質金属材料が錫の場合(熱膨張係数;約22ppm/K)には、形状矯正プレート3の形状矯正用金属材料として錫(同;約22ppm/K)、ジュラルミン(同;約21.6ppm/K)、アルミ(同;約23.1ppm/K)等が好適であり、また、研磨プレート1として用いる研磨用軟質金属材料が銅の場合(熱膨張係数;約16.5ppm/K)には、形状矯正プレート3の形状矯正用金属材料として青銅(85Cu-15Sn、同;約17.3ppm/K)、真鍮(同;約18ppm/K)等が好適である。
Further, as the polishing soft metal material used as the polishing
また更に、研磨用軟質金属材料からなる研磨プレート1及び形状矯正用金属材料からなる形状矯正プレート3の厚さについては、形状矯正プレート3の厚さが、研磨プレート1の厚さに対して、50%以上150%以下、より好ましくは70%以上130%以下であることが好ましい。形状矯正プレート3の厚さが、研磨プレート1の厚さに対して、50%未満あるいは150%超の場合では、バッキングプレート2の両側からの膨張あるいは収縮のバランスが保てず、バイメタル効果を十分に抑制できない。
Furthermore, regarding the thickness of the polishing
ここで、本発明の詳細について、これまで図1を例として取り上げ、説明してきたが、図1に示した本例はあくまでも本発明の概要を説明する一例であって、発明の内容を限定するものではないことを付記しておく。即ち、図1に示す例の場合、研磨用軟質金属材料として純錫を用いた研磨プレート1には、加工屑の効率的排除やダイヤモンド砥粒を含む研磨液の回流性向上を意図した、格子状の溝が設けられている。このような溝構造については、その構造の詳細について特に限定する理由はなく、同心円状、スパイラル状、あるいは溝構造の無い平面状等々いずれであっても構わない。また、図2に示すように、形状矯正プレート3の一部を貫通させ、バッキングプレート2と研磨装置をバッキングプレート2と同じ材料を用いて固定し、定盤の固定安定性を向上させてもよい。このようにして固定安定性を向上させることで、炭化珪素やサファイヤ等のようなセラミックス系硬脆材料の場合に必要とされる高荷重ラッピングに対しても、形状矯正プレート3の耐荷重上の問題を回避でき、定盤固定の不安定性が起因となる加工精度の劣化等々の問題を回避することができるようになる。
Here, the details of the present invention have been described with reference to FIG. 1 as an example. However, the present example shown in FIG. 1 is merely an example for explaining the outline of the present invention, and the contents of the present invention are limited. Note that it is not a thing. That is, in the case of the example shown in FIG. 1, the polishing
次に、本発明の研磨用定盤を構成するバッキングプレート2の層の厚さについて言及する。前記のようなバイメタル効果を低減化するためには、各層の厚さ、例えば、バッキングプレート2の厚さを十分に大きくすることが有効であると容易に推定される。しかしながら、バッキングプレート2の厚さを過度に厚くすると、研磨用定盤自体の質量が過大となり、定期的に行うべき表面調整(いわゆる面出し矯正加工)や定盤交換時のハンドリング操作が困難になり現実的ではない。このため、定盤径にもよるが、例えば、直径380mm程度の研磨用定盤の場合では、バッキングプレートの厚さと研磨プレートの厚さを合わせた定盤全体の総厚を概ね10〜50mm程度にすることが通例となっている。したがって、本発明において規定する前記厚さ範囲は、バッキングプレート2の厚さが概ね50mm以下、望ましくは20mm以下であることが好ましい。また、この時の研磨プレート1及び形状矯正プレート3の各層の厚さも、同様な事情から、定盤径にもよるが、概ね50mm以下、望ましくは20mm以下であることが好ましい。
Next, the thickness of the layer of the
ところで、研磨用定盤における形状の熱的安定性を改善するためには、バッキングプレート2の厚さに対して、研磨プレート1の厚さを十分に小さくすることも考えられる。しかしながら、後述する本発明の実施例2中の表3及び4(比較実験例1〜3参照)に示されているように、バッキングプレート2の厚さ(12.0mm)に対して研磨プレート1の厚さを1mm程度まで薄くする必要があり、実施例2にて述べるように、ラップ研磨加工を継続して実施する上では、研磨用定盤として実用的ではない。
By the way, in order to improve the thermal stability of the shape of the polishing surface plate, it is conceivable to make the thickness of the polishing
本発明の研磨用定盤は、通常の片面研磨装置、あるいは両面研磨機等に搭載して使用することで、本発明の効果が得られる。 The effect of the present invention can be obtained by using the polishing surface plate of the present invention mounted on a normal single-side polishing apparatus or a double-side polishing machine.
以下に、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(実施例1)
表1に示す金属材料を用いて、図1に示すような研磨プレート1、バッキングプレート2及び形状矯正プレート3からなる研磨用定盤を準備した。
Example 1
Using a metal material shown in Table 1, a polishing surface plate including a
定盤径はいずれも380mmである。なお、常温(20〜30℃)での熱膨張係数は、それぞれ純錫が約22ppm/Kであって、ステンレスSUS304が約17ppm/Kである。それぞれの研磨用定盤を温度25℃に制御された室内に約2日間放置した後、定盤面出し用のフェーシング装置を用いて、研磨プレート1の表面を約0.2mm除去し、定盤面の平坦面化を行った。平坦化加工後に、分解能1μmのリニアゲージを用いて定盤面の平坦度を測定した。
Both surface plate diameters are 380 mm. The thermal expansion coefficients at room temperature (20 to 30 ° C.) are about 22 ppm / K for pure tin and about 17 ppm / K for stainless steel SUS304. Each polishing platen is left in a room controlled at a temperature of 25 ° C. for about two days, and then the surface of the polishing
ここで、本発明において、定盤面の平坦度とは、図3において、図1に示す構造の研磨用定盤7を基準平面5上に静置した際の、基準平面5から測定した最外周までの距離と最内周までの距離の差であると定義される。測定の結果、本発明の研磨用定盤及び比較実験例の研磨用定盤の両者共に、ほぼ1μm分解能以下の精度で平坦化が達成されていることを確認した。
Here, in the present invention, the flatness of the surface plate surface is the outermost circumference measured from the
引き続いて、室温を20℃に下げ、温度が十分に定常状態になったことを確認した後、更にこれらの研磨用定盤を約3日間放置した。しかる後に、前記と同様にして、定盤面の平坦度を測定したところ、本発明の研磨用定盤の平坦度は、使用したダイヤルゲージの分解能以下で殆ど変化していないことが判明した。一方、比較実験例の研磨用定盤においては、研磨プレート1側が凹面になるように変形しており、測定の結果、約41μmの凹面反りが発生して平坦化が悪化していることが分かった。
Subsequently, after the room temperature was lowered to 20 ° C. and it was confirmed that the temperature had reached a steady state, these polishing platens were further allowed to stand for about 3 days. Thereafter, when the flatness of the surface plate surface was measured in the same manner as described above, it was found that the flatness of the polishing surface plate of the present invention hardly changed below the resolution of the dial gauge used. On the other hand, in the polishing surface plate of the comparative experimental example, the polishing
本発明及び比較実験例の研磨用定盤を搭載した両面ラップ研磨加工装置を用いて、試験ウェハのラップ研磨加工を行った。使用したスラリーは、9μmのダイヤモンド粒子を懸濁した油性スラリーである。両面ラップ加工用の試験ウェハとして、炭化珪素(SiC)単結晶基板を準備した。基板は、昇華再結晶法により作製した直径約50mmの単結晶インゴットから、マルチワイヤーソーを用いてスライスして得られたままの単結晶基板であり、全面が4Hポリタイプで構成され、かつマイクロパイプ欠陥密度が皆無であった。また、両面ラップ研磨加工装置としては、直径約50mmのSiC単結晶基板3枚を収容可能なキャリアが5枚搭載された装置を用い、総計15枚のSiC単結晶基板に対して同時に両面ラップ研磨加工を施した。研磨時間は3時間、研磨荷重は約200g/cm2であった。 The test wafer was lapped using a double-sided lapping apparatus equipped with the polishing platen of the present invention and comparative experimental example. The slurry used is an oily slurry in which 9 μm diamond particles are suspended. A silicon carbide (SiC) single crystal substrate was prepared as a test wafer for double-sided lapping. The substrate is a single crystal substrate that is obtained by slicing a single crystal ingot with a diameter of about 50 mm using a multi-wire saw manufactured by a sublimation recrystallization method, and the entire surface is composed of 4H polytype and is micro There was no pipe defect density. In addition, as the double-sided lapping machine, an apparatus equipped with 5 carriers capable of accommodating 3 SiC single crystal substrates with a diameter of about 50 mm is used, and double-sided lapping is simultaneously applied to a total of 15 SiC single crystal substrates. Processed. The polishing time was 3 hours and the polishing load was about 200 g / cm 2 .
本発明の研磨用定盤を用いた場合、両面ラップ研磨加工終了後に、15枚のSiC単結晶基板について、光学顕微鏡を用いて基板性状を観察したが、クラックは皆無であり、9μmのダイヤモンド粒子による一様な梨地状態が実現されていた。また、光学的平坦度測定装置(NIDEK製Fringe Analizer FA-200)を用いてSiC単結晶基板のTTV(Total Thickness Variation)を測定したところ、15枚の平均値は1.12μmであり、硬脆材料である直径約50mmのSiC単結晶基板としては、良好な平坦化が実現されていることを確認した。 When the polishing surface plate of the present invention was used, the substrate properties of 15 SiC single crystal substrates were observed using an optical microscope after completion of the double-sided lapping polishing, but there were no cracks and 9 μm diamond particles A uniform satin state was realized. In addition, when the TTV (Total Thickness Variation) of the SiC single crystal substrate was measured using an optical flatness measuring device (NIDEK's Fringe Analizer FA-200), the average value of 15 substrates was 1.12 μm, which was hard and brittle. It was confirmed that good flattening was realized as the material of the SiC single crystal substrate having a diameter of about 50 mm.
一方、比較実験例の研磨用定盤を使用した場合には、正常なラップ研磨が困難であり、約30分後に基板割れを起こしたため、ほぼ全てのSiC単結晶基板について致命的な表面傷が表面全面に発生した。 On the other hand, when the polishing surface plate of the comparative experimental example was used, normal lapping was difficult and the substrate cracked after about 30 minutes, so fatal surface scratches were observed on almost all SiC single crystal substrates. It occurred on the entire surface.
(実施例2)
表2、表3及び表4に示す金属材料を用いて、図1に示すような研磨プレート1、バッキングプレート2及び形状矯正プレート3からなる研磨用定盤を準備した。作製した3種の研磨用定盤は、全て直径380mmであり、表2に示すように、それぞれ純錫(熱膨張率約22ppm/K)製の研磨プレート1、ステンレスSUS304(同約17ppm/K)製のバッキングプレート2、及び純錫(同約22ppm/K)製の形状矯正プレート3の三層で構成されているが、構成する各層の厚さを変化させた。これらの研磨用定盤を、実施例1と同様にして、室温が25℃から20℃に変化した場合の、定盤面の平坦度の変化を測定した。なお、純錫からなる研磨プレート1については、作製直後の層厚を約12.2mmとしており、フェーシング装置による平坦化加工後の厚さが全て12.0mmとなるようにされている。
(Example 2)
Using the metal materials shown in Table 2, Table 3 and Table 4, a polishing platen comprising a polishing
それぞれの研磨用定盤について、研磨プレート1に対する形状矯正プレート3の層厚割合(%;プレート3層厚÷プレート1層厚×100)及び定盤面の反りに関する測定結果を表2〜4中に併せて掲載した。本発明の研磨用定盤1〜5では、定盤面の反りがいずれも10μm以下となっており、室温の変化に対しても十分な平坦度が維持されていることが分かる。他方、形状矯正プレート3が無い比較実験例1の研磨用定盤では、38μmに至る反りが発生しており、平坦度が大きく悪化している。
Tables 2 to 4 show the measurement results of the thickness ratio (%;
表2〜4における本発明及び比較実験例の研磨用定盤を用い、実施例1と同様にして、両面ラップ研磨加工装置を用いてラップ研磨加工を行った。使用したスラリーは、9μmのダイヤモンド粒子を懸濁した油性スラリーである。但し、両面ラップ加工用の試験ウェハとして、サファイヤ単結晶基板を準備した。基板は、直径約76mmの単結晶インゴットから、マルチワイヤーソーを用いてスライスしたままの単結晶基板である。両面ラップ研磨加工装置としては、直径約76mmのサファイヤ単結晶基板1枚を収容可能なキャリアが5枚搭載された装置を用い、総計5枚のサファイヤ単結晶基板を同時にラップ加工した。研磨時間は3時間、研磨荷重は約150g/cm2であった。 Using the polishing surface plate of the present invention and comparative experimental examples in Tables 2 to 4, lap polishing was performed in the same manner as in Example 1 using a double-sided lap polishing apparatus. The slurry used is an oily slurry in which 9 μm diamond particles are suspended. However, a sapphire single crystal substrate was prepared as a test wafer for double-sided lapping. The substrate is a single crystal substrate that has been sliced from a single crystal ingot having a diameter of about 76 mm using a multi-wire saw. As the double-sided lapping apparatus, a total of five sapphire single crystal substrates were simultaneously lapped using an apparatus equipped with five carriers capable of accommodating one sapphire single crystal substrate having a diameter of about 76 mm. The polishing time was 3 hours and the polishing load was about 150 g / cm 2 .
本発明の研磨用定盤を用いた場合、研磨用定盤1〜5の全てについて、両面ラップ研磨加工中に基板割れを起こすことなく無事終了し、5枚のサファイヤ単結晶基板について、光学顕微鏡を用いて基板性状を観察したが、クラックは皆無であり、9μmのダイヤモンド粒子による一様な梨地状態が実現されていた。表5に、光学的平坦度測定装置(NIDEK製Fringe Analizer FA-200)を用いて測定したTTVについて、5枚の平均値を示した。いずれも、良好な平坦形状が実現されているが、特に形状矯正プレート3の層厚さが、研磨プレート1に対して70〜130%とした場合にTTVの平均値が3μm以下の良好な値が得られている。
When the polishing surface plate of the present invention is used, all of the polishing
一方、表3、4に示す比較実験例1〜3の研磨用定盤を使用した場合であるが、比較実験例1及び2の研磨用定盤を使用して行った場合、実施例1の比較実験例とほぼ同様に、約30分後に基板割れを起こし、ほぼ全てのサファイヤ単結晶基板について致命的な表面傷が表面全面に発生した。また、比較実験例3の研磨用定盤を使用する場合には、特に問題なくラップ研磨を終了できたものの、研磨プレート1の厚さが極めて薄く、ラップ研磨後に表面性状を整えるためのフェーシング装置による平坦化加工後を実施したところ、研磨プレート1の層は一部剥離したため、その後のラップ研磨を引き続き行う研磨用定盤としては使用できない状態になった。
On the other hand, although it is a case where the polishing platen of the comparative experimental examples 1-3 shown in Tables 3 and 4 is used, when it carries out using the polishing platen of the comparative experimental examples 1 and 2, of Example 1 Substantially in the same manner as the comparative experimental example, the substrate cracked after about 30 minutes, and fatal surface scratches occurred on the entire surface of almost all sapphire single crystal substrates. Further, when the polishing platen of Comparative Experimental Example 3 is used, the lapping is completed without any particular problem, but the polishing
(実施例3)
表6及び表7に示す金属材料を用いて、図1に示すような研磨プレート1、バッキングプレート2及び形状矯正プレート3からなる研磨用定盤を準備し、これらを用いた両面ラップ加工を行った。なお、研磨用定盤は全て温度25℃に予め保たれた室内に静置し、フェーシング装置による研磨用定盤平坦化加工後の研磨プレート1(錫層)の厚さが全て10.0mmとなるようにしている。これらの研磨用定盤を、実施例1と同様にして、室温が25℃から20℃に変化した場合の、定盤面の平坦度の変化を測定した。その結果を、併せて表6及び表7の最下段に示す。
(Example 3)
Using the metal materials shown in Table 6 and Table 7, a polishing platen consisting of a polishing
これらの研磨用定盤を両面ラップ研磨加工装置に装着し、実施例2と同様にして、室温20℃に管理された加工環境の中で、両面ラップ研磨を実施した。ここで、両面ラップ加工用の試験ウェハとして、シリコン基板プロセスモニター用の炭化珪素(SiC)多結晶ダミー基板を準備した。主たるポリタイプは3Cであり、基板厚は1mm、直径100mmであった。本基板は、既に表面がほぼ鏡面状態にラップ加工されており、基板平坦度(TTV)は約3.5μmであった。ここで、使用したスラリーは、9μmのダイヤモンド粒子を懸濁した油性スラリーである。また、直径100mmのSiC多結晶ダミー基板が1枚収容可能なキャリアを5枚搭載し、総計5枚のSiC多結晶ダミー基板を同時にラップ加工した。研磨時間は5時間、研磨荷重は約130g/cm2であった。 These polishing surface plates were mounted on a double-sided lapping polishing apparatus, and double-sided lapping was performed in a processing environment controlled at a room temperature of 20 ° C. in the same manner as in Example 2. Here, a silicon carbide (SiC) polycrystalline dummy substrate for silicon substrate process monitoring was prepared as a test wafer for double-sided lapping. The main polytype was 3C, the substrate thickness was 1 mm, and the diameter was 100 mm. The surface of the substrate was already lapped in a substantially mirror state, and the substrate flatness (TTV) was about 3.5 μm. The slurry used here is an oily slurry in which 9 μm diamond particles are suspended. In addition, five carriers capable of accommodating one SiC polycrystalline dummy substrate having a diameter of 100 mm were mounted, and a total of five SiC polycrystalline dummy substrates were simultaneously lapped. The polishing time was 5 hours and the polishing load was about 130 g / cm 2 .
研磨用定盤6〜10の全てについて、両面ラップ加工中に基板割れを起こすことなく無事終了した。5枚のSiC多結晶ダミー基板について、光学顕微鏡を用いて基板性状を観察したが、クラックは皆無であり、9μmのダイヤモンド粒子による一様な梨地状態が実現されている。表8に、光学的平坦度測定装置(NIDEK製Fringe Analizer FA-200)を用いて測定したTTVについて、5枚の平均値を示した。いずれも、良好な平坦形状が実現されているが、特に形状矯正プレート3の層の熱膨張係数(線膨張係数)が、研磨プレート1の値に対して、概ね90〜110%とした場合にTTVの平均値が約3μm以下の良好な値が得られていることが分かる。
All of the polishing surface plates 6 to 10 were successfully completed without causing substrate cracking during double-sided lapping. Although the substrate properties of the five SiC polycrystalline dummy substrates were observed using an optical microscope, there were no cracks and a uniform satin state with 9 μm diamond particles was realized. Table 8 shows the average value of five TTVs measured using an optical flatness measuring device (Fringe Analizer FA-200 manufactured by NIDEK). In both cases, a good flat shape is realized, but particularly when the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the layer of the
(実施例4)
表9及び表10に示す金属材料を用いて、図1に示すような研磨プレート1、バッキングプレート2及び形状矯正プレート3からなる研磨用定盤を準備した。直径はいずれも380mmである。なお、研磨用定盤は全て温度25℃に予め保たれた室内に静置し、フェーシング装置による研磨用定盤平坦化加工後の研磨プレート1(錫層)の厚さが全て10.0mmとなるようにしている。これらの研磨用定盤を、実施例1と同様にして、室温が25℃から20℃に変化した場合の、定盤面の平坦度の変化を測定した。その結果を、併せて表8及び表9の最下段に示す。
Example 4
Using the metal materials shown in Table 9 and Table 10, a polishing platen comprising a polishing
本発明の研磨用定盤11は定盤全厚が30mmで、25℃から20℃への温度変化に対しても、ほぼ反りが測定精度限界以下(<1μm)の形状熱安定性を実現している。一方、バッキングプレートであるSUC304層のみで、熱安定性を実現しようとする場合、約100mm以上の層厚を確保しなければならず、本発明と比較すると総厚が約350%超のかなり厚い研磨用定盤となってしまう。このように、本発明の構造を有する研磨用定盤を採用することで、従来の研磨用定盤とその総厚がほぼ同じ厚さで、優れた形状の熱安定性を実現できることが分かる。 The polishing surface plate 11 of the present invention has a total surface plate thickness of 30 mm, and realizes shape thermal stability with a warpage almost below the measurement accuracy limit (<1 μm) even when the temperature changes from 25 ° C. to 20 ° C. ing. On the other hand, in order to achieve thermal stability with only the SUC304 layer as the backing plate, a layer thickness of about 100 mm or more must be ensured, and the total thickness is considerably thicker than about 350% compared to the present invention. It becomes a polishing surface plate. Thus, it can be seen that by adopting the polishing surface plate having the structure of the present invention, it is possible to realize the thermal stability of the excellent shape with the same total thickness as the conventional polishing surface plate.
研磨用定盤11、14、16について、片面研磨装置を用いて、室温20℃の加工環境でラップ研磨を行った。加工用試験ウェハとして、直径が約76mmの炭化珪素(SiC)単結晶基板を準備した。基板は、マルチワイヤーソーを用いてスライスしたままの単結晶基板であり、全面が4Hポリタイプで構成され、かつマイクロパイプ欠陥密度が皆無であった。ラップ研磨前に、SiC単結晶基板をセラミックス製の貼付用円盤にワックスを用いて貼り付け、平面研削盤で平面加工して基板の基準面を形成し、しかる後に基板の裏表を逆にして加工面を、再度セラミックス製の貼付用円盤にワックスを用いて貼り付けた。なお、この際に、総荷重50kgに相当する錘を載せて基板の加工基準面とセラミックス盤が十分に密着するようにした。ラップ研磨時に使用したスラリーは、9μmのダイヤモンド粒子を懸濁した油性スラリーであり、研磨時間は2時間、研磨荷重は約200g/cm2であった。
The lapping
片面ラップ研磨加工終了後に、それぞれのSiC単結晶基板について、光学顕微鏡を用いて基板性状を観察したが、クラックは皆無であり、9μmのダイヤモンド粒子による一様な梨地状態が実現されていた。基板をセラミックス盤から取り外して十分に洗浄後、実施例3と同様にして、SiC単結晶基板のTTVを測定した。その結果を表11に示す。研磨用定盤14を用いてラップ研磨を行った基板は、ワックス固定による補強効果で基板割れを逃れたものの、基板中心付近の厚さが過度に大きくなっており、このような基板を半導体デバイス製造用として用いる場合、デバイス作製時の露光プロセス過程で焦点合致が困難になる等の不具合を起こしてしまう。また、研磨用定盤16の場合では、本発明の研磨用定盤11と同等レベルの良好なTTVが実現されているが、前述した通り、本発明と比較すると、総厚が約350%超のかなり厚い研磨用定盤となっており、その質量が過度になり過ぎる等、研磨用定盤としては実用上の問題が大きい。
After completion of the single-sided lapping, the substrate properties of each SiC single crystal substrate were observed using an optical microscope, but there were no cracks and a uniform matte state with 9 μm diamond particles was realized. After removing the substrate from the ceramic disk and thoroughly washing it, the TTV of the SiC single crystal substrate was measured in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 11. A substrate that has been lapped using the polishing surface plate 14 escapes substrate cracking due to the reinforcement effect of wax fixation, but the thickness near the center of the substrate is excessively large. When used for manufacturing, inconveniences such as difficulty in focusing can occur during the exposure process during device fabrication. In the case of the polishing
(実施例5)
表12に示す金属材料を用いて、図1に示すような研磨プレート1、バッキングプレート2及び形状矯正プレート3からなる研磨用定盤を、実施例1と同様にして準備した。
(Example 5)
Using a metal material shown in Table 12, a polishing surface plate composed of a polishing
ここで、錫鉛合金とは、Sn-37%Pb(共晶組成)であり、室温付近で測定した熱膨張率は、24ppm/Kであった。なお、常温でのステンレスSUS304の熱膨張係数は17ppm/Kである。定盤径はいずれも380mmとした。実施例1と同様に、温度25℃に制御された室内で定盤面の平坦面化を行った後、室温を20℃に下げ、温度が十分に定常状態になったことを確認後に定盤面の平坦度を測定したところ、本発明の研磨用定盤の平坦度は、使用したダイヤルゲージの分解能以下で殆ど変化していないことが判明した。一方、比較実験例の研磨用定盤は、研磨プレート1側が凹面になるように定盤が変形しており、測定の結果、約49μmの凹面反りが発生して平坦化が劣化していることが分かった。
Here, the tin-lead alloy was Sn-37% Pb (eutectic composition), and the coefficient of thermal expansion measured near room temperature was 24 ppm / K. In addition, the thermal expansion coefficient of stainless steel SUS304 at room temperature is 17 ppm / K. The surface plate diameter was 380 mm in all cases. As in Example 1, after flattening the surface plate in a room controlled at a temperature of 25 ° C., the room temperature was lowered to 20 ° C., and after confirming that the temperature was sufficiently steady, When the flatness was measured, it was found that the flatness of the polishing surface plate of the present invention hardly changed below the resolution of the dial gauge used. On the other hand, the polishing surface plate of the comparative experimental example is deformed so that the polishing
表12に示す本発明及び比較実験例の研磨用定盤を用いて、室温20℃の研磨環境下で両面ラップ研磨加工装置を用いてラップ研磨を行った。実施条件は実施例とほぼ同一とした。すなわち、使用したスラリーは、9μmのダイヤモンド粒子を懸濁した油性スラリーであり、ラップ研磨試験用基板としては、直径約50mmの単結晶インゴットからマルチワイヤーソーを用いてスライスしたSiC単結晶基板を用いた。表12中の本発明の研磨用定盤を用いた場合、両面ラップ研磨加工終了後の基板にはクラックは発生しておらず、一様な梨地状の表面加工状態が実現されていることを光学顕微鏡観察で確認した。また、光学的平坦度測定装置による基板の平均TTVは1.07μmであり、良好な平坦度が実現されていることを確認した。他方、表12中の比較実験例の研磨用定盤を使用した場合には、研磨開始直後間も無く基板割れが発生し、ほぼ全ての基板について致命的な表面傷が表面全面に発生した。 Using the polishing surface plate of the present invention and comparative experimental examples shown in Table 12, lapping was performed using a double-sided lapping polishing apparatus in a polishing environment at room temperature of 20 ° C. The implementation conditions were almost the same as in the examples. That is, the slurry used is an oily slurry in which 9 μm diamond particles are suspended, and a SiC single crystal substrate sliced from a single crystal ingot having a diameter of about 50 mm using a multi-wire saw is used as a lap polishing test substrate. It was. When the polishing surface plate of the present invention in Table 12 is used, no cracks are generated on the substrate after completion of the double-sided lapping polishing, and a uniform textured surface processing state is realized. This was confirmed by observation with an optical microscope. Further, the average TTV of the substrate by the optical flatness measuring apparatus was 1.07 μm, and it was confirmed that good flatness was realized. On the other hand, when the polishing platen of the comparative experimental example in Table 12 was used, the substrate cracked immediately after the start of polishing, and fatal surface scratches occurred on the entire surface of almost all substrates.
1 研磨プレート
2 バッキングプレート
3 形状矯正プレート
4 研磨装置への固定用補強部材
5 基準平面
6 定盤面の平坦度
7 研磨用定盤
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