JPH01159171A

JPH01159171A - 研磨定盤

Info

Publication number: JPH01159171A
Application number: JP62315214A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Nishimura; 隆宣西村; Motoo Suzuki; 基夫鈴木; Kazuo Sato; 和夫佐藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-22
Also published as: JPH0413093B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はポリッシング、ラッピング等に適用される研磨
定盤に係り、特に研磨面の平坦度向上を図った研磨定盤
に関する。

（従来の技術）従来、シリコンウェハ等の半導体基板やガラス、金属板
等を精密研磨する手段としてポリッシングが知られてい
る。ポリッシングは、水平面上で回転駆動される研磨定
盤の表面に研磨布を介して被研磨物を搭載して摺動させ
、その研磨布とシリコンウェハとの間に供給される研磨
液によって研磨を行なうものである。研磨液としては、
例えば水に砥粒を混合したものが用いられ、また研磨布
としてはポリエステル不織布等が用いられる。

そして、被研磨物は研磨液によって研磨され、研磨部は
研磨布で除去される。

ところで、シリコンウェハの如く超精密研磨を必要とす
るものでは、砥粒として５１０２粉末を用い、シリコン
ウェハと研磨液との化学反応を伴うメカノケミカルポリ
ッシングが行なわれる。このようなメカノケミカルポリ
ッシングによるシリコンウェハの研磨においては、最適
な温度範囲（３５〜４５℃）が存在し、研磨部には厳し
い温度管理が必要とされる。

この温度管理の一手段として研磨定盤を液冷却構造とす
ることが知られている。即ち、被研磨物搭載用のディス
クと、このディスクの裏面に一体回転可能に取付けられ
た液冷却用のジャケットとによって研磨定盤を構成する
。そして、研磨熱（主に摩擦熱）による必要以上の温度
上昇を液冷却によって抑ＩＩＩするものである。

この液冷却の効果を高めるために、従来ではディスクを
熱伝導の良い黄銅等によって構成し、ジャケットを比較
的熱膨張の少ないねずみ鋳鉄によって構成している。

（発明が解決しようとする問題点）ところが、黄銅の熱膨張係数は約２０　ｘ　１ｏ−６ｉ
℃であり、ねずみ鋳鉄の熱膨張係数は約１１゜５Ｘ１０
’／”Ｃである。このため、黄銅製のディスクとねずみ
鋳鉄製のジャケラ］・とを接合してなる従来の研磨定盤
では、研磨時の熱膨張の差によってディスクが大きく膨
張し、ディスク表面が凸状となる変形を生じ、その結果
、シリコンウェハ等の被研磨物の平坦度も一定以上に高
めることができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ディ
スクの凸状変形を抑制して被加工物の平坦度を高めるこ
とができる研磨定盤を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および作用）一般にポリ
ッシングまたはラッピングでは、２０〜２００℃の温度
範囲で研磨が行なわれる。

そこで、本発明は被研磨物を搭載して回転する゛ディス
クと、このディスクの裏面に一体回転可能に取付けられ
た液冷却用のジャケットとを有する研磨定盤において、
前記ディスクを２０〜２００℃の平均熱膨張係数が５Ｘ
１０’／”Ｃ以下の低熱膨張材によって構成したことを
特徴とするものである。

本発明によれば、研磨定盤のうち、特に凸状変形を生じ
るディスクを、上記の温度範囲内での平均熱膨張係数が
５Ｘ１０’−６／℃以下の低熱膨張材で構成したことに
より、同部分の変形を大幅に抑制することができ、被加
工物の平面度の高度維持が図れるようになる。

低熱膨張材としては、例えば５ｉ−Ｎｉ　−Ｃ０系鋳鉄
（Ｓｉ０．５〜１．０％、Ｎｉ３５％、ＣＯ２％）が適
用できる。同鋳鉄の２０〜２００℃における熱膨張係数
は２．５ｘ１０−６−６／℃である。

なお、好ましくはジャケットを、研磨時の熱膨張ｍが、
ディスクの熱膨張量と一致する如く設定する。即ち、デ
ィスクの２０〜２００℃における平均熱膨張係数をＣ１
、ディスクの研磨時における温度上昇を１１℃、ジャケ
ットの同温度上昇を１２℃としたとき、ジャケット構成
材料の熱膨張係数α２をに設定する。

（実施例）以下、本発明の一実流例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図はこの実施例の研磨定盤の縦断面形状、第２図は
平面形状をそれぞれ示している。

第１図および第２図に示すように、この実施例の研磨定
盤は被研磨物搭載用のディスク１の裏面に略同径の水冷
用ジャケット２を複数の連結ボルト３によって連結した
構成となっている。ジャケット２の内部には水冷孔４が
形成されている。このジャケット２の中央部に回転軸５
がボルト６によって連結されている。

ディスク１の肉厚は一定で、その裏面に広範囲に亘って
水冷孔４が面している。

このものにおいて、ディスク１の構成材料は０゜６３１
−３６Ｎ　１−２Ｃｏｌｆｉとり、ｒいる。Ｌ、（７）
鋳鉄の２０〜２００℃の平均熱膨張係数α１は２゜５Ｘ
１０’−６／℃、ヤング率は１２×１０３酊ｆ／−であ
る。

また、ジャケット２の構成材料はＦｅＯ２５としている
。このＦｅＯ４５の熱膨張係数α２は１２．０Ｘ１０’
−６／℃、ヤング率は１８．５Ｘ１０３Ｋｙｆ／−であ
る。第３図は上記の研磨定盤を用いたポリッシング作用
を示す側断面図、第４図はその平面図である。

第３図および第４図に示すように、回転軸５を介して研
磨定盤を水平面上で高速回転させる。この研磨定盤のデ
ィスク１の表面に例えばポリエステル不織布等から成る
研磨布７を添装する。そして、ディスク１の上面に複数
、平行に配置されたトッププレート９に、被加工物、例
えばシリコンウェハ８をそれぞれ接着剤にて保持する。

トッププレート９は回転軸１０を介して回転駆動され、
これによりシリコンウェハ８は研磨布７上で摺動回転す
る。そして、研磨布７の上面に研磨液供給パイプ１１を
介して研磨液１２を供給する。研磨液１２は例えば水に
５ｉ０２粉末を混合したものであり、これによりシリコ
ンウェハ８はメカノケミカルポリッシング作用で研磨さ
れる。なお、研磨定盤のディスク１はジャケット２の水
冷孔４に供給される冷却水によって常時冷却される。

しかして、研磨時の昇温等を調べたところ、研磨前に１
５℃であった研磨定盤は、研磨時には研磨熱によって昇
温し、ディスク１は４５℃、ジャケット２は２１℃とな
った。即ち、ディスク１は３０℃昇温し、ジャケット２
は６℃昇湿した。この温度状態でディスク１の平坦度（
上面凸変形高さ）を調べたところ、２０μｍであり、こ
れは研磨前と変らない。

このようにディスク１の平坦度が高く維持できるのは、
３０℃の昇温によるディスク１の熱膨張の度合（３０ｘ
２．５ｘ１０’）と６℃の昇温によるジャケット２の熱
膨張の度合（６Ｘ１２．ＯＸ　１０　’）とがほぼ等し
い値となるためである。

φ１００ｍ＋ウェハの平坦度を調べたところ、１〜０．
５μｍと極めて高い値が得られた。

以上の実施例の効果と比較するために、従来の研磨定盤
の平坦度等について調べたところ、以下の結果が得られ
た。

即ち、ディスク１の構成材料を黄銅とした。黄銅の２０
〜２００℃における平均熱膨張係数は２０ＸＩＯ−６／
℃、ヤング率は９．８ｘ１０３Ｋｙｆ／−である。また
、ジャケット２の構成材料はＦｅ１２とした。Ｆｅ１２
の熱膨張係数は１１．５Ｘ１０　　−６／℃、ヤング率
は１３　Ｘ　１’０３Ｋｙ　ｆ　／ａｊである。このよ
うな研磨定盤の研磨時における昇温状態を調べたところ
、使用前に１５℃であったものがディスク１で４５℃、
ジャケット２で２１℃であり、これは上記実施例と同一
である。

ところが、この従来例の場合は、使用前に２０μｍであ
ったディスク１の平坦度が、使用後は５５０μ兜となり
、平坦度が大きく低下した。また、φ１１００ａ＋ウェ
ハの平坦度についても７μｍと低い値となった。

以上の比較で明らかなように、上記実施例の研磨定盤に
よればディスクの平坦度が従来のものに比べて数１０倍
高くなり、ウェハの平坦度も極めて高いものとすること
が可能となった。

なお、上記実施例ではディスク１の構成材料を　　０．
６８１−３６Ｎ　１−２Ｇｏ鋳鉄としたが、本発明はこ
れに限らず、２０〜２００℃の平均熱膨張係数が５Ｘ１
０−６−６／℃以下の低熱膨張材であれば、ＡＳＴＭ　
　Ａ３７ｌ−５７ＴｙｐｅＤ−５やニレジストＤ５で知
られるオーステナイト球状黒鉛鋳鉄等種々の材料を適用
することができる。

また、ジャケット２についてもＦｅＯ４５を用いたが、
これに限らず、ディスク１とジャケット２との温度差に
基づく熱膨張がディスク１と同等となり得る材料、例え
ばＪＩＳ　　Ｆｅ１２やＦＣＤ４０材等の一般鋳鉄ある
いは５Ｃ４６等の鋳鋼等を適用することができる。

次に本発明の他の実施例を第５図〜第７図によ−って説
明する。

第５図は研磨定盤の平面構成を示し、第６図および第７
図は要部の拡大断面形状を示す。

この実施例ではディスク１をジャケット２に対し、径方
向の伸びを許容する連結機構１３によって接合している
。連結機構１３はディスク１の接合面に形成した蟻溝１
４と、ジャケット２の接合面に突設した係合用の突子１
５とから成る。突子１５はジャケット２にボルト１６に
よって締め付けたものである。これらの蟻溝１４と突子
１６とは研磨定盤の周方向に間隔的に複数配置しである
。

また、各蟻溝１４は研磨定盤の径方向に沿って形成され
、突子１５に対してそれぞれ径方向で間隔Ｃを設けであ
る。

その他の構成については、上記実施例とほぼ同様である
から、その説明を省略する。

このような第５図〜第６図に示した実施例の研磨定盤に
よると、ディスク１が研磨時の熱膨張によって各径方向
に伸びを生じたとしても、連結機構１３によってディス
ク１とジャケット２との径方向の相対位置ずれが許容さ
れる。したがって、ディスク１の平坦度は使用時におい
ても高度に維持できるようになる。特にディスク１およ
びジャケット２を熱膨張係数の小さい材料によって構成
すれば、平坦度高度維持の効果は顕著なものとなる。

下記の第１表はディスク１およびジャケット２を低膨張
鋳鉄によって構成した外径９００Ｍの定盤の実施例につ
いて、その成分組成を従来例との比較において示したも
のである。

〔以下余白〕

第１表また、下記の第２表は、第１表に示した組成擾オ料を用
いたディスク１およびジャケット２につｌ＃）で、第５
図〜第７図に示した熱変形吸収可能な連結機構１３で接
合した場合の研磨使用時にお【するディスク１の平坦度
の変化状況を、ボルトで連結した構成の従来例との比較
におし）で示したものである。

〔以下余白〕

第２表上記の第２表から明からなように、連結機構１４を用い
た実施例の場合は、ディスク１の使用時における平坦度
の変化ｍを従来例の士数倍に向上することができる。こ
れにより、シリコンウェハその他の被研磨物の平坦度も
従来に比べて大幅に向上することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、２０〜２００℃の平均
熱膨張係数が５Ｘ１０−６／”Ｃ以下の低熱膨張材によ
ってディスクを構成したことにより、ディスクの凸状変
形を抑制して被加工物の平坦度を高めることができ、ポ
リッシング、ラッピング等における精密研磨を行なう上
で大きい効果を秦するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は一
部を省略して示゛す図、第３図は使用状態を示す縦断面
図、第４図は平面図、第５図は本発明の他の実施例を示
す一部省略した平面図、第６図は要部を拡大して示す断
面図、第７図は第６図の■−■線断面図である。１・・・ディスク、２・・・ジャケット、４・・・水冷
孔、５・・・回転軸、７・・・研磨布、８・・・被研磨
物（シリコンウェハ）、１２・・・研磨液供給パイプ、
１２・・・研磨液、１３・・・連結磯構、１４・・・蟻
溝、１５・・・突子。出願人代理人　　　波　多　野　　　入渠１図烙２因

Claims

【特許請求の範囲】１、被研磨物を搭載して回転するディスクと、このディ
スクの裏面に一体回転可能に取付けられた液冷却用のジ
ャケットとを有する研磨定盤において、前記ディスクを
２０〜２００℃の平均熱膨張係数が５×１０＾−＾６／
℃以下の低熱膨張材によって構成したことを特徴とする
研磨定盤。２、ディスクの２０〜２００℃における平均熱膨張係数
をα＿１、ディスクの研磨時における温度上昇をＴ＿１
℃、ジャケットの同温度上昇をＴ＿２℃としたとき、ジ
ャケット構成材料の熱膨張係数α＿２を α＿２≒（Ｔ＿１／Ｔ＿２）α＿１に設定してなる特許請求の範囲第１項記載の研磨定盤。３、ディスクはジャケットに対し、径方向の伸びを許容
する連結機構で接合されている特許請求の範囲第１項記
載の研磨定盤。４、連結機構はディスクまたはジャケットの一方の接合
面に形成した蟻溝と、他方の接合面に突設された前記蟻
溝に係合する突子とからなり、これら蟻溝と突子とは周
方向に間隔的に複数配置され、かつ各蟻溝はそれぞれ径
方向に沿って形成されている特許請求の範囲第３項記載
の研磨定盤。