JPH0549252U - 研磨機用定盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 研磨機の定盤に研磨液を供給して物品を研磨
する際の金属イオンによる汚染の問題を解決する安価な
定盤を提供する。 【構成】 母材金属の表面にセラミックス層を備えた研
磨機用定盤であり、さらにその定盤の母材金属が低熱膨
張合金からなるものであり、さらにまた母材金属の表面
に封孔処理されたセラミックス層を備えてなる研磨機用
定盤である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、研磨機用定盤、特に、母材金属がセラミックス層を表面に備えた 研磨機用定盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ＩＣ基盤等の研磨機用定盤には、図４並びに図５に示すような片面研磨機並び に両面研磨機が用いられる。図４において、１１は定盤、１２は加圧ヘッド、１ ３はワ−ク、１４は片面研磨機である。また図５において、２１は上定盤、２２ は下定盤、２３は太陽ギヤ、２４はインタ−ナルギヤ、２５はドライバ−、２６ はサブシリンダ−、２７はメインシリンダ−、２８は両面研磨機である。

【０００３】 これら片面研磨機１４の定盤１１並びに両面研磨機２８の上定盤２１並びに下 定盤２２の母材金属は、従来から、鋳鉄、ステンレス、銅合金といった金属材料 が用いられている。 例えば、図４の片面研磨機１４又は図５の両面研磨機２８を用いて、半導体ウ エハ−の鏡面仕上げを行う場合、片面研磨機１４では定盤１１、また、両面研磨 機２８では上下定盤２１、２２の夫々表面にポリシングパッドを装着し、この上 に研磨液を供給しポリシングする。 この場合、合金製の定盤１１と上定盤２１並びに下定盤２２を構成する合金の 金属イオンの溶出が起こるため、被研磨物表面が金属イオンにより汚染されると いう問題が生ずる。

【０００４】 近年、ＩＣの高集積化に伴い、回路幅の微細化が進み、シリコンウエハー等の ＩＣ基板に要求される品質がますます高度化しており、研磨液を供給してポリシ ングする際の金属イオン汚染による性能への影響が無視できなくなった。また研 磨機用定盤に研磨液を供給してポリシングする工程においては、パット面温度が シリコンウエハーの精度、生産性に重要な影響を与えるので厳密な温度コントロ −ルが必要となる。 これらのために近い将来には、金属材料製定盤を用いた研磨機では被研磨物の 高度な品質要求に対応できなくなることが考えられる。

【０００５】 一方、特開平１−１１１８４２号公報には、研磨機用定盤の平坦度は２０μｍ 以下と言う非常に高精度を要求されるが、一般鋳鉄製の定盤では旋盤による切削 加工時に発生する加工熱により、定盤の表裏で４０〜７０℃の温度差を生じ、加 工開始時はほぼ平坦であっても加工中に平坦度が０．１〜０．２ｍｍ悪化するの で、これを低熱膨脹鋳鉄製にすることにより、定盤の表裏の温度差を１〜３℃以 内とし平坦度を２０μｍ以下を確保し得て、定盤寸法精度を維持し得ると言うこ とが開示されている。しかしながら、このような低熱膨脹鋳鉄製の定盤において も、前述のような金属イオンの溶出に対しては効果が余り期待できない。

【０００６】 そのため、アルミナ等のセラミックス製の定盤を用い、金属イオンによる汚染 を防止することが一部行われている。

【０００７】 また、研磨機の定盤表面を有機系材料により被覆する場合には、定盤の加工精 度が不十分であるという問題がある。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、前述のごとく、研磨機の定盤に研磨液等を供給して被研磨物例えば シリコンウエハー等のポリシングを行う場合に生ずる、金属イオン等による汚染 問題の解決並び定盤寸法精度を高く維持しうる研磨機用定盤を提供することを目 的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述のような問題点を解決するために、金属製研磨機用定盤の母材 金属の表面をセラミックス層で被覆したものである。 また、研磨機用定盤の母材金属が低熱膨張合金から成ることを特徴とし、さら に、母材金属が封孔処理されたセラミックス層を被覆したことを特徴とする上記 の研磨機用定盤である。

【００１０】

【作用】

本考案の研磨機用定盤においては、その母材金属の表面がセラミックス層で被 覆されているため、母材金属と被研磨物との間が絶縁され、研磨液と母材の接触 がなく、金属イオンの溶出を防止できる。

【００１１】 さらに、研磨機用定盤の母材金属に、２０〜１００℃間の平均膨張係数が６× １０^-6／℃以下の低熱膨張合金を適用すれば、定盤寸法精度が加工後においても 高く維持し得て、また、母材金属が封孔処理されたセラミックス層を表面に備え ているので、上記の効果とともに被研磨物の寸法精度がより向上する。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を用いて実施例について説明する。 図１は本考案の実施例による研磨機用定盤の断面図である。図において、１は 母材金属であって、鋳鉄、ステンレス、銅合金等の金属材料からなり、特に高い 研磨精度が必要な場合、低熱膨張合金を使用する。２は母材金属１を被覆するセ ラミッスク層であり、アルミナ、酸化クロム、チタニア等のセラミックスからな る。

【００１３】 研磨機用定盤の母材金属表面へのセラミックスの被覆法としては、母材金属１ に及ぼす熱影響が小さいこと、母材金属１との密着力が大きいこと、セラミック ス層２が緻密であることなどから、プラズマ溶射法が好ましいが、これに準ずる 方法でも被覆が可能である。

【００１４】 図２は本実施例の研磨機用定盤表面へのセラミックス被覆部の拡大図である。 図２はセラミックスを例えばプラズマ溶射のままの状態で被覆した例であり、３ はセラミックスで４は気孔である。 図３は別の実施例の研磨機用定盤表面へのセラミックス被覆部の拡大図であり 、セラミックス層２の気孔４を封孔材料５で封孔処理した例を示したものである 。

【００１５】 図２に示す例においては、セラミックス層２のセラミックス３中には気孔４が 存在している。セラミックスの被覆を図２に示す様に行った研磨機用定盤でも、 金属イオンの溶出を防止できるが、さらに金属イオンの溶出を効果的に防ぐには 、図３に示すように、セラミックス層２の成膜後、封孔材料５中に定盤を含浸し て封孔処理を行い、セラミックス層２の気孔４を埋めることが好ましい。

【００１６】 研磨工程での温度上昇は、通常１００℃以下であるので、封孔材料５としては 、エポキシ系、アクリル系、フェノール系等の樹脂系材料を用いる。ただし、必 要に応じて水ガラスあるいはシリコーン系樹脂等の高耐熱材料を使用することも できる。

【００１７】 つぎに、具体的な実施例について説明する。 図４に示す片面研磨機１４を用いて、８インチシリコンウエハーをポリシング する例について述べる。 この片面研磨機用定盤１１としては、下記の表１に示す組成の、Ｆｅ−Ｃｏ− Ｎｉ系低熱膨張合金製のφ１１５０mm、厚さ４５mmのものを用いた。

【００１８】

【表１】 上記の片面研磨機用として、定盤の母材金属２枚の全面にプラズマ溶射により 、Ａｌ₂ Ｏ₃ −２．５重量％ＴｉＯ₂ 組成のセラミックスをプラズマ溶射法によ り被覆し、セラミックス層２を形成した。 試験１では、母材金属表面をセラミックスを被覆したものを、エポキシ系樹脂 材５にて含浸して封孔処理を行った後、試験２では、セラミックスを溶射のまま の状態で使用面を所定プロファイルに研磨仕上げし、セラミックス層２の平均膜 厚１００μｍの定盤を製造した。なお、試験３及び試験４では、セラミックス被 覆のない母材金属が夫々低熱膨張合金製及び鋳鉄製の定盤Ａ及びＢを比較例及び 従来例とした。

【００１９】 次に、ＪＩＳＨ８６６３の磁気膜厚計測定法により、セラミックスの膜厚を測 定した結果、いずれも使用面で平均２００μｍ、側面、底面その他では平均１０ ０μｍであった。

【００２０】 上記の研磨機用定盤を用いた研磨機１４に、研磨液として、コロイダルシリカ を供給して、シリコンウェハのポリシング研磨を行った。この場合の金属イオン の溶出防止効果について、ＪＩＳＨ８６６６の有孔度試験法のうちフェロキシル 試験法により、それぞれ３０ケ所を調べた。その結果を表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】 表２に示す如く、セラミックス被覆の無い従来の研磨機用定盤Ａ，Ｂの場合（ 試験３及び４）の金属イオンの溶出量に比較し、本考案のセラミックス被覆でか つ封孔処理した研磨機用定盤の場合（試験１）は、金属イオンの溶出が全然認め られなかった。一方セラミックス溶射のままの被覆の研磨機用定盤の場合（試験 １）も、従来の研磨機用定盤Ａ，Ｂの場合（試験３及び４）よりは効果が認めら れた。 尚、本実施例では、表１に示すような組成の低熱膨張合金にて、研磨機用定盤 を製造したが、この合金に限定するものではない。 以上の如く、本考案の研磨機用定盤によれば、金属イオンの溶出防止が可能に なることが明らかである。

【００２３】

【考案の効果】

以上詳述したとおり、本考案によって提供される研磨機用定盤は、耐金属イオ ン溶出性が極めて優れており、被研磨物の清浄度の向上に大きく貢献することが できる。

【提出日】平成３年１２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】 【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、研磨機用定盤、特に、母材金属の表面にセラミックス層を備えた 研磨機用定盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ＩＣ基盤等の研磨機用定盤には、図４並びに図５に示すような片面研磨機並び に両面研磨機が用いられる。図４において、１１は定盤、１２は加圧ヘッド、１ ３はワ−ク、１４は片面研磨機である。また図５において、２１は上定盤、２２ は下定盤、２３は太陽ギヤ、２４はインタ−ナルギヤ、２５はドライバ−、２６ はサブシリンダ−、２７はメインシリンダ−、２８は両面研磨機である。

【０００３】 これら片面研磨機１４の定盤１１並びに両面研磨機２８の上定盤２１並びに下 定盤２２の母材金属は、従来から、鋳鉄、ステンレス、銅合金といった金属材料 が用いられている。 例えば、図４の片面研磨機１４又は図５の両面研磨機２８を用いて、半導体ウ エハ−の鏡面仕上げを行う場合、片面研磨機１４では定盤１１、また、両面研磨 機２８では上下定盤２１、２２の夫々表面にポリシングパッドを装着し、この上 に研磨液を供給しポリシングする。 この場合、合金製の定盤１１と上定盤２１並びに下定盤２２を構成する合金の 金属イオンの溶出が起こるため、被研磨物表面が金属イオンにより汚染されると いう問題が生ずる。

【０００４】 近年、ＩＣの高集積化に伴い、回路幅の微細化が進み、シリコンウエハー等の ＩＣ基板に要求される品質がますます高度化しており、研磨液を供給してポリシ ングする際の金属イオン汚染による性能への影響が無視できなくなった。また研 磨機用定盤に研磨液を供給してポリシングする工程においては、パット面温度が シリコンウエハーの精度、生産性に重要な影響を与えるので厳密な温度コントロ −ルが必要となる。 これらのために近い将来には、金属材料製定盤を用いた研磨機では被研磨物の 高度な品質要求に対応できなくなることが考えられる。

【０００５】 一方、特開平１−１１１８４２号公報には、研磨機用定盤を低熱膨張鋳鉄製に することにより、定盤寸法精度を高く維持し得ると言うことが開示されている。 しかしながら、このような低熱膨張鋳鉄製の定盤においても、前述のような金属 イオンの溶出に対しては効果が余り期待できない。

【０００６】 そのため、アルミナ等のセラミックス製の定盤を用い、金属イオンによる汚染 を防止することが一部行われている。

【０００７】 また、研磨機の定盤表面を有機系材料により被覆する場合には、定盤の加工精 度が不十分であるという問題がある。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、前述のごとく、研磨機の定盤に研磨液等を供給して被研磨物例えば シリコンウエハー等のポリシングを行う場合に生ずる、金属イオン等による汚染 問題の解決並び定盤寸法精度を高く維持しうる研磨機用定盤を提供することを目 的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述のような問題点を解決するために、金属製研磨機用定盤の母材 金属の表面をセラミックス層で被覆したものである。 また、研磨機用定盤の母材金属が低熱膨張合金から成ることを特徴とし、さら に、母材金属が封孔処理されたセラミックス層を被覆したことを特徴とする上記 の研磨機用定盤である。

【００１０】

【作用】

本考案の研磨機用定盤においては、その母材金属の表面がセラミックス層で被 覆されているため、母材金属と被研磨物との間が絶縁され、研磨液と母材の接触 がなく、金属イオンの溶出を防止できる。

【００１１】 さらに、研磨機用定盤の母材金属に、２０〜１００℃間の平均膨張係数が６× １０^-6／℃以下の低熱膨張合金を適用すれば、研磨中の定盤寸法精度を高く維持 し得て、また、母材金属が封孔処理されたセラミックス層を表面に備えているの で、上記の効果とともに被研磨物の寸法精度がより向上する。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を用いて実施例について説明する。 図１は本考案の実施例による研磨機用定盤の断面図である。図において、１は 母材金属であって、鋳鉄、ステンレス、銅合金等の金属材料からなり、特に高い 研磨精度が必要な場合、低熱膨張合金を使用する。２は母材金属１を被覆するセ ラミッスク層であり、アルミナ、酸化クロム、チタニア等のセラミックスからな る。

【００１３】 研磨機用定盤の母材金属表面へのセラミックスの被覆法としては、母材金属１ に及ぼす熱影響が小さいこと、母材金属１との密着力が大きいこと、セラミック ス層２が緻密であることなどから、プラズマ溶射法が好ましいが、これに準ずる 方法でも被覆が可能である。

【００１４】 図２は本実施例の研磨機用定盤表面へのセラミックス被覆部の拡大図である。 図２はセラミックスを例えばプラズマ溶射のままの状態で被覆した例であり、３ はセラミックスで４は気孔である。 図３は別の実施例の研磨機用定盤表面へのセラミックス被覆部の拡大図であり 、セラミックス層２の気孔４を封孔材料５で封孔処理した例を示したものである 。

【００１５】 図２に示す例においては、セラミックス層２のセラミックス３中には気孔４が 存在している。セラミックスの被覆を図２に示す様に行った研磨機用定盤でも、 金属イオンの溶出をある程度防止できるが、さらに金属イオンの溶出を効果的に 防ぐには、図３に示すように、セラミックス層２の成膜後、封孔材料５中に定盤 を含浸して封孔処理を行い、セラミックス層２の気孔４を埋めることが好ましい 。

【００１６】 研磨工程での温度上昇は、通常１００℃以下であるので、封孔材料５としては 、エポキシ系、アクリル系、フェノール系等の樹脂系材料を用いる。ただし、必 要に応じて水ガラスあるいはシリコーン系樹脂等の高耐熱材料を使用することも できる。

【００１７】 つぎに、具体的な実施例について説明する。 図４に示す片面研磨機１４を用いて、８インチシリコンウエハーをポリシング する例について述べる。 この片面研磨機用定盤１１としては、下記の表１に示す組成の、Ｆｅ−Ｃｏ− Ｎｉ系低熱膨張合金製のφ１１５０mm、厚さ４５mmのものを用いた。

【００１８】

【表１】 上記の片面研磨機用として、定盤の母材金属２枚の全面にプラズマ溶射により 、Ａｌ₂ Ｏ₃ −２．５重量％ＴｉＯ₂ 組成のセラミックスをプラズマ溶射法によ り被覆し、セラミックス層２を形成した。 試験１では、母材金属表面にセラミックスを被覆したものを、エポキシ系樹脂 材５にて含浸して封孔処理を行った後、試験２では、セラミックスを溶射のまま の状態で使用面を所定プロファイルに研磨仕上げし、研磨機用定盤を製造した。 なお、試験３及び試験４では、比較例として夫々セラミックス被覆のない低熱膨 張合金製及び鋳鉄製の研磨機用定盤Ａ及びＢを製造した。

【００１９】 次に、ＪＩＳＨ８６６３の磁気膜厚計測定法により、セラミックスの膜厚を測 定した結果、いずれも使用面で平均２００μｍ、側面、底面その他では平均１０ ０μｍであった。

【００２０】 上記の研磨機用定盤を用いた研磨機１４に、研磨液として、コロイダルシリカ を供給して、シリコンウェハのポリシング研磨を行った。 この場合の金属イオンの溶出防止効果について、通常被膜評価試験として用い られるＪＩＳＨ８６６６の有孔度試験法のうちフェロキシル試験法により、定盤 自体のそれぞれ３０ケ所を調べた。その結果を表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】 表２に示す如く、セラミックス被覆の無い従来の研磨機用定盤Ａ，Ｂの場合（ 試験３及び４）の金属イオンの溶出量に比較し、本考案のセラミックス被覆でか つ封孔処理した研磨機用定盤の場合（試験１）は、金属イオンの溶出が全然認め られなかった。一方セラミックス溶射のままの被覆の研磨機用定盤の場合（試験 １）も、従来の研磨機用定盤Ａ，Ｂの場合（試験３及び４）よりは効果が認めら れた。 尚、本実施例では、表１に示すような組成の低熱膨張合金にて、研磨機用定盤 を製造したが、この合金に限定するものではない。 以上の如く、本考案の研磨機用定盤によれば、金属イオンの溶出防止が可能に なることが明らかである。

【００２３】

【考案の効果】

以上詳述したとおり、本考案によって提供される研磨機用定盤は、耐金属イオ ン溶出性が極めて優れており、被研磨物の清浄度の向上に大きく貢献することが できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による研磨機用定盤の断面図。

【図２】同上の実施例の研磨機用定盤表面へのセラミッ
クス被覆部の拡大図。

【図３】同上の別な実施例の研磨機用定盤表面へのセラ
ミックス被覆部の拡大図。

【図４】片面研磨機の説明図。

【図５】両面研磨機の説明図。

【符号の説明】 １ 母材金属、 ２ セラミックス層、 ３ セラミックス、 ４ 気孔、 ５ 封孔材料、 １１ 定盤、 １２ 加圧ヘッド、 １３ ワ−ク、 １４ 片面研磨機、 ２１ 上定盤、 ２２ 下定盤、 ２３ 太陽ギヤ、 ２４ インタ−ナルギヤ、 ２５ ドライバ−、 ２６ サブシリンダ−、 ２７ メインシリンダ−、 ２８ 両面研磨機。

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【考案の名称】 研磨機用定盤

【実用新案登録請求の範囲】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による研磨機用定盤の断面図。

【図２】同上の実施例の研磨機用定盤表面へのセラミッ
クス被覆部の拡大図。

【図３】同上の別な実施例の研磨機用定盤表面へのセラ
ミックス被覆部の拡大図。

【図４】片面研磨機の説明図。

【図５】両面研磨機の説明図。

【符号の説明】 １ 母材金属、 ２ セラミックス層、 ３ セラミックス、 ４ 気孔、 ５ 封孔材料、 １１ 定盤、 １２ 加圧ヘッド、 １３ ワ−ク、 １４ 片面研磨機、 ２１ 上定盤、 ２２ 下定盤、 ２３ 太陽ギヤ、 ２４ インタ−ナルギヤ、 ２５ ドライバ−、 ２６ サブシリンダ−、 ２７ メインシリンダ−、 ２８ 両面研磨機。

フロントページの続き (72)考案者 長橋 勲 東京都大田区西六郷４−30−３ スピード ファム株式会社内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材金属がセラミックス層を表面に備え
   たことを特徴とする研磨機用定盤。
2. 【請求項２】 前記母材金属が低熱膨張合金から成るこ
   とを特徴とする請求項１記載の研磨機用定盤。
3. 【請求項３】 前記母材金属が封孔処理されたセラミッ
   クス層を表面に備えたことを特徴とする請求項１又は２
   記載の研磨機用定盤。