JPS61219566A - 研磨定盤用材料 - Google Patents

研磨定盤用材料

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JPS61219566A
JPS61219566A JP60059850A JP5985085A JPS61219566A JP S61219566 A JPS61219566 A JP S61219566A JP 60059850 A JP60059850 A JP 60059850A JP 5985085 A JP5985085 A JP 5985085A JP S61219566 A JPS61219566 A JP S61219566A
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正治 木下
Norio Masuda
則雄 益田
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、３ｉウエハ等のラッピング等に使用する研磨
定盤用材料に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、Ｓｉウ
ェハ等のラッピングにおいては、スラリー状の砥粒を上
下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研磨材のもつ切刃で被加工物か
ら必要量の取り代を除き、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とられる。このにうな研磨
はＳｉウェハのみならず硝子、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、３ｉウエハはエレクトロニクス
の発展に関連してその需要は年々増加する傾向にある。
通常、Ｓｉウェハへの研磨においては、砥粒どしてＡＩ
　　Ｏ、ｚｒｏ２が用いられ、その粒径は＃１０００メ
ツシュ、平均粒径１６ミクロンのものが用いられる。こ
の場合の研磨定盤としては、従来球状黒鉛鋳鉄（ＪＴＳ
　　ＦＣＤ４５）が多く用いられている。このＦＣＤ４
５の基地は、フェライト組織で、硬さはＨｖ　　（ビッ
カース硬さ荷重５００ｇで測定）１４０程度であり、黒
鉛粒径１００〜１５０μｍの物性を有する材料である。
この材料からなる定盤を用いてＳｉつＪハを研磨する場
合、研磨状態においては砥粒のＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２が
黒鉛粒のところに選択的に存在して分布し、この状態で
Ｓｉウェハに対し研磨が行なわれる。この場合、砥粒は
３ｉつＩハを研磨すると共に、定盤’１１４１１１　（
Ｆ　Ｃｌ）　４５　）に対しても同時に研磨（摩耗）が
行われることになる、。
このにうに、研磨では定盤の平坦度がイのまま被加■祠
の表面に転写されるわけであるから、フェライト組織の
ように比較内軟かい基地の定盤では、硬い砥粒による摩
耗が進みやすくなる。このような摩耗が生じると、研磨
定盤の平坦度が悪くなり、この結果被加工物の表面の平
坦度が劣化して高精度の研磨が出来なくなるという問題
がある。
また、従来使用されているＦ　ＣＤ　４．５定盤の黒鉛
粒径は１００〜１５０μ７ｒＬと大きく、砥粒は選択的
にこの黒鉛の部分に存在することになるので比較的不均
一に分布することになり、この結果定盤表面での砥粒の
流れも不均一となり、Ｓｉウェハ表面にきずが生じやす
くなるという問題がある。
〔発明の目的〕
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、研磨
中における砥粒による摩耗量をできる限り少なくするこ
とにより定盤の平坦度、平滑性を維持するとともに、砥
粒の分布をできるだけ細かく分散させて砥粒の流れが均
一に促進されるような研磨定盤用材料を提供することを
目的どする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明の研磨定盤用材料は、
球状化率８０％以上、黒鉛粒径１００μ瓦以下、黒鉛粒
数７０個／ｍｍ２以上であってビッカース硬さ数が２０
０以上の球状黒鉛鋳鉄からなることを特徴とする。
また、前記球状黒鉛鋳鉄は、重量比で、Ｃ：２．７〜３
．５％、Ｓｉ：２．Ｏ〜２．７％、Ｍｎ　：０．５〜１
．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｍ
ｇ：０．０３〜０．０７％、Ｎｉ　：０．２〜０．６％
、Ｃｕ：０．３〜０．７％、残部がＦｅから４Ｔること
が好ましい。
〔発明の詳細な説明〕
本発明に係る材料は、研磨定盤どして、砥粒ににる摩耗
量をできるだけ少なくともことができることが一つの特
徴であり、このためには定盤の基地の硬さを少なくとも
ｌ−１ｖ２００以上とし、基地組織は、耐摩耗性の向上
のため、熱処理により、パーライト、ベイナイトまたは
マルテンザイト組織どする。
研磨は定盤を介して被加工物表面に砥粒を供給すること
により行なわれるもので、定盤の平坦度および砥粒が均
一で細かく分散し、流れがスムーズであることが肝要で
ある。前者、即ち平坦度については定盤材料の耐摩耗性
、後者、即ち均一性、分散性についでは黒鉛形状、粒径
、粒分布が多いに影響する。
砥粒を均一に細かく分散させ砥粒の均一な流れを促進す
るためＩこは、材料ＬＪ片状黒鉛紡畝上りも球状黒鉛鋳
鉄にし、さらに黒鉛粒径は砥粒よりも小さいことが肝要
である。また黒鉛粒もできるだ＝　　４　− け小さく均一に分布していることが好ましい。特に、Ｓ
ｉウェハでは砥粒は平均粒径１６μｍを用いるため、黒
鉛粒径は砥粒にりも大きいこと、さらに均一に細かく分
布させるため、黒鉛粒径は１００μｍ以下、望ましくは
３０〜５０μｍの範゛囲とする。また、黒鉛粒の分布は
７０個／ｍｍ２以上、球状化率８０％以上が好ましい。
定盤表面から少くとも１５喘深さ方向にわたって上記性
状を有している必要がある。
本発明に係る材料は、重量比でＣ：２．７〜３．５％、
Ｓｉ　：２．Ｏ〜２．７％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、
Ｐ、Ｓ＜０．０３％、Ｍｏ：０．０３〜０．０７％、さ
らに望ましくはＮｉ　：０、２〜０．６％、Ｃｕ　：０
．３〜０．７％、残部がＦｅからなる組成からなること
が好ましい。
すでに述べたにうに、定盤材料としては、Ａｌ２Ｏ３、
ＺｒＯ２などの砥粒に対する耐摩耗性のよいことが要求
される。このため従来の定盤材料のＦＣＤ４５に対し、
熱処理により耐摩耗性のよい組織とし、所定の硬さく１
−１ｖ＞２００）を有するととｂに機械的性質にすぐれ
た球状黒鉛鋳鉄であることが１１１要である。
以下、各組成成分の添加目的ならびに組成範囲の限定理
由について説明り”る。
Ｃが３．５％を越えると、機械的性質、特に引張り強ざ
が目標の７０Ｋｇｆ／ｍｍ２以上にならず、一方、Ｃ２
，７％以下では黒鉛粒として７０個／ｍｍ２以上の分布
にならないので好ましくない。
８１は球状化率、鋳造性の向上のために添加するが、Ｓ
ｉ　２．７％以上に１．Ｔると熱処理によってもフェラ
イトが存在し、硬さが低下し、Ｉ」Ｖ２Ｏ０以上するこ
とは回能になる。また、オーステナイトになる温度が上
昇し、熱処理温度が高くなり、結果どして酸化物が生成
しヤ）すくなり定盤材料としてはこれを除去することが
必要となるので望ましく＜Ｋい。
Ｓｉ　２．０％以下では球状化率が８０％以下になるこ
とがあり、ｊ；た鋳造性が悲くなり、定盤として望まし
くない引は巣が発生しやすくなる。
Ｍｎ０．５％以Ｆでは、定盤（肉厚４０〜６０馴）のよ
うに肉厚鋳物において中心部になるに従って空気冷却の
際にフェライトが発生しゃ寸くなり耐摩耗性が悪くなる
。一方、１％を越えると粒界に硬化相が偏析しやすくも
ろくなるので望ましくない。
ＰおよびＳは介在物の生成を少くするため、できるだ【
プ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３ｉウエハにきずをつ【プやすい。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おおきな介在物（、
Ｆｅ　３Ｐ、Ｍｎ　Ｓ、Ｍ（Ｉ　Ｓなど）が生成するた
め望ましくない。
ＭＯ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８０％以上にならないし、０．０
７％以上になるど異形の黒鉛が生成するので好ましくな
い。
Ｎｉおよび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の領域においてｌ−１ｖ３０
〜５０を保持するのに効果的な元＝　　７　− 素である。またＮ１は熱処理におＬＪる酸化物生成を防
止する効果がある。
Ｎｉ　０．２％以下ではこれらの効果が少なく、また０
、６％以−１１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ＣＬＩ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Ｃ１ｌ相が析出し、組織
が不均一になり耐摩耗性を悲くする。
Ｎｉ、Ｑｕは本発明では必ずしも不可欠の元素ではない
が、組織の均一性、スケールの防１にとって望ましい合
金成分である。
上記組成の場合、熱処理の場合、熱処理の温度としては
、組織をオーステナイトにし得るｍ１ｆｆであることが
必要であり、約８５０℃以上、好ましくは約９３０℃前
後である。
本発明の定盤材１１は、３ｉウエハ以外の例えば宝石、
金属Ｉ斜、硝子、セラミックスなど砥粒を用いて研磨す
る定盤材料についても効果的に適用できることは云うま
でもない。
〔発明の実施例および比較例〕
実施例　１ 下表１に示す成分の球状黒鉛鋳鉄を鋳造し、研磨材用定
盤の鋳造品を製作した。スリットなどの機械加工前に９
３０℃に加熱し空冷処理を行った。
この場合、表面から２０ｍ深さ方向について検鏡したが
球状黒鉛化率は９０％、黒鉛粒径は３０〜５０μｍ、分
布は１５０５０ｍｍ２であツ１．：。空冷処理により基
地は微細なパーライト組織で、硬さはｌ−１ｖ２５０で
あった。この材料を機械加工ににり定盤に仕上げた。こ
れを３ｉウエハ研磨に実用したが、その結果を下表２に
示す。従来のＦＣＤ４５の定盤に比べ、きず不良は７５
％に減少（ＦＣＤ４５を１００％とする）し、ライフは
１５０％向上した（ＦＣＤ４５を１００％とする）。ま
た摩耗間は４０％減少しく　Ｆ　ＣＤ　４．５を１００
％とする）定盤材料として望ましい特性を示した。
実施例　２ 下表１に示す成分の球状黒鉛鋳鉄を鋳造し、定盤を製作
した。表面から２０ｍｍ深さ方向での黒鉛球状化率は８
５％、黒鉛粒径は３０〜５０ｆｌＴｎ、、黒鉛粒は７０
個／ｍｍ２の分布状態であ−）た。
鋳造品は９３０℃に加熱し、次いで炉冷を行い、基地を
フエライ１〜組織にし、スリン１−などの機械加工を行
なった。ｉ械加■後、９３０℃でオースナナ１１〜組織
にし、３００℃でオーステンパー処理を施し、ベイナイ
ト組織にした。硬さはＨｖ３５０であった。オーステン
パー処理により生じた表面の平坦度の変化は研磨加工を
施して平坦度を修正し研磨定盤とした。この研磨定盤を
用いて３ｉウエハを研磨したが、表２に示すように３ｉ
ウ工ハ表面のぎずは６５％に減少（ＦＣＣ４５を１００
％どする）、ライフは１７０％向上（Ｆ　ＣＤ　４５を
１００％とする）、また摩耗量は５０％減少（ＦＣＤ４
５を１００％とする）するなど定盤材料どして望ましい
特性を示した。
実施例　３ 下表１に示す球状黒鉛鋳鉄を用いて定盤を鋳造した。鋳
造品は表面から深さ方向２０ｍｍにおいて球状化率９０
％、黒鉛粒径は３０〜５　Ｑ　Ｉｌｍ　１黒鉛粒は７０
個／ｍｍ２分布していた。
この鋳造品は９３０℃に加熱し、炉冷して基地をフェラ
イト組織にしてスリン１〜などの機械加工をした。加工
後、９３０℃でオーステナイト組織にして、３５０℃で
オーステンパー処理し、ベイナイト組織にした。硬さは
ＨＶ３００であった。
オーステンパー処理により生じた表面の平坦度変化は研
磨加工により修正し定盤とした。表２に示すように３ｉ
ウ工ハ表面のきず不良は７０％に減少し、ライフは１６
０％向上した。摩耗量は５０％減少するなど定盤材料と
して望ましい特性を示した。
実施例　４ 下表１に示す組成の球状鋳鉄を鋳造し定盤を製作した。
鋳造品は表面から少くとも深さ方向２０ｍｍまで球状化
率８０％、黒鉛粒径３０〜５０　ｕ　ｍ　。
黒鉛粒１００個／Ｎｎ２分布させたものである。鋳造品
は９３０℃に加熱し炉冷して基地をフェライト組織にし
て、スリットなどの機械加工をした。
機械加工後再び９３０℃に加熱し、油中に焼入れた。硬
ざは１ｌｖ５５０であった。焼入後研磨して表面の平坦
度を修正し定盤に仕上げた。
これを用いてＳ１ウエハの研磨を行ったところ、表２に
示−Ｊ−、Ｊ：うに従来のＦ　ＣＤ　４’５の定盤に比
べ、３ｉウ工ハ表面のきず不良は４５％に減少、ライフ
は２２０％−に胃し、摩耗量も２０％に減□少し、定盤
ｔ４Ｆｉｌとして望ましい特性を示した。
実施例　５ 下表１に示す組成成分の球状黒鉛鋳鉄を用いて定盤の鋳
造品を製造した。鋳造品は表面から少くとも深さ方向２
０ｒｎｍまで球状化率８０％、黒鉛粒径５０〜１０１０
０ｆ１黒鉛粒１００個／’ｓ　　分布さけたものである
。鋳造品は９３０℃に加熱し、炉冷して基地をフエライ
１〜組織にして、スリットなどの定盤としての機械加工
をした。加工後再び９３０℃に加熱し、油中に焼入れだ
。硬さは１−（Ｖ２Ｏ３であった。焼入れ後研磨して表
面の平坦度を修正し研磨定盤として仕上げた。
これを用いて３ｉウエハの研磨を行った。表２に示すよ
うに３ｉウエハの表面のぎず不良は５０％に減少、ライ
フは２００％に向上し、摩耗０１は２５％に減少し、定
盤材料として望ましい特性を示した。
比較例 下表１に示す組成の球状黒鉛鋳鉄を用いて定盤の鋳造品
を製作した。鋳造品は表面から少くとも深さ方向２０＃
ｌＩＩ＋において球状化率７５′％、黒鉛粒径１００〜
１５０μｍで黒鉛粒は６０個／ｍｍ２であった。鋳造品
は９３０℃で加熱して炉冷して基地をフェライト組織に
した。硬さは１」Ｖ　１４’Ｏであった。熱処理後、ス
リットなど定盤として機械加工した。この定盤を用いて
３ｉウエハの研磨を行ったがは表２に示すように実施例
の定盤に比べ３ｉウ工バ表面のきず不良、定盤のライフ
、摩耗量など定盤材料として劣っていた。
表１　　組　　成　　比 表２　　Ｓｉつ■ハへの実用結束 〔発明の効果〕 上記実施例、比較例の結果から明らかなように、本発明
の研磨定盤用材料は、従来の材料と比較して、定盤自体
の平坦度の変化、ライフ、摩耗量に関していずれも望ま
しい特性を示し、しかも被研磨部材表面にきずを生じさ
せることがないというすぐれた効果を有している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、球状化率８０％以上、黒鉛粒径１００ μｍ以下、黒鉛粒数７０個／ｍｍ＾２以上であってビッ
    カース硬さ数が２００以上の球状黒鉛鋳鉄からなること
    を特徴とする研磨定盤用材料。 ２、前記球状黒鉛鋳鉄が、重量比で、Ｃ： ２．７〜３．５％、Ｓｉ：２．０〜２．７％、Ｍｎ：０
    ．５〜１．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％
    以下、Ｍｇ：０．０３〜０．０７％、Ｎｉ：０．２〜０
    ．６％、Ｃｕ：０．３〜０．７％、残部がＦｅおよび付
    随的不純物からなる、特許請求の範囲第１項に記載の材
    料。
JP60059850A 1985-03-25 1985-03-25 研磨定盤用材料 Granted JPS61219566A (ja)

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US07/178,866 US4867803A (en) 1985-03-25 1988-04-01 Lapping tools and method of manufacturing the same
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