JP2009166161A

JP2009166161A - 研磨用定盤

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Publication number: JP2009166161A
Application number: JP2008005939A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Fujimoto; 辰雄藤本; Hiroshi Tsuge; 弘志柘植; Hirokatsu Yashiro; 弘克矢代
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: JP4995103B2

Abstract

【課題】研磨環境の温度変化が起こっても、より簡便な方法でラップ研磨加工時における研磨用定盤の表面平坦度の悪化を可及的に抑制することができる研磨用定盤を提供する。
【解決手段】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２と、研磨用軟質金属材料で形成され、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１と、形状矯正用金属材料で形成されバッキングプレートの裏面側に固定されて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３とを備えてる。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平6-179165号公報 R. T. Leonard, et al., International Conference on Silicon Carbide and Related Materials, (2007) Technical Digest Tue, Oct.16, pp.Tu-39.

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下に、本発明の実施例について説明する。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

図１は、本発明の研磨用定盤の一例を説明するための説明図であり、図１(a)は研磨用定盤の上面図であって、図１(b)は研磨用定盤の側面図である。

図２は、本発明の研磨用定盤の一例を説明するための説明図であり、図２(a)は研磨用定盤の上面図であって、図２(b)は研磨用定盤の側面図である。

図３は、定盤面の反りの定義を説明するための説明図である。

符号の説明

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

Claims

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。
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請求項１に記載の研磨用定盤。
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請求項２に記載の研磨用定盤。
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請求項１〜３のいずれかに記載の研磨用定盤。
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請求項４に記載の研磨用定盤。
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請求項１〜３のいずれかに記載の研磨用定盤。
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請求項１〜６のいずれかに記載の研磨用定盤。
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請求項１〜７のいずれかに記載の研磨用定盤。
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請求項８に記載の研磨用定盤。
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請求項９に記載の研磨用定盤。
請求項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。