JP2002373873A

JP2002373873A - ウェハ保持用真空チャック

Info

Publication number: JP2002373873A
Application number: JP2001182016A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tanaka; 学田中
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ウェハ研磨装置に使用されるウェハ保持用真
空チャックであって、研磨されるウェハの平面度を高精
度に保つとともに信頼性の高いウェハ保持用真空チャッ
クを提供する。【解決手段】ウェハ研磨装置を構成するウェハ保持用真
空チャックにおいて、セラミックス構造体２２，２３内
部に真空吸引経路２０および流体流路２１が配設されて
いる。この真空チャックは、溝加工を施したセラミック
ス基材を含む複数のセラミックス基材を積層した状態
で、各基材同士が無機系接合剤層を介して接合されると
ともに、各基材の接合面に前記流体流路が配設されてい
ることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハを平面化す
るためのラッピング工程、ポリシング工程、ＣＭＰ（Ch
emical mechanical polishing）工程において使用され
るウェハ研磨装置を構成するウェハ保持用真空チャック
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェハは、単結晶シリコンからなるイン
ゴットを薄くスライスした後、ラッピング工程やポリシ
ング工程などを経て製造される。特に、ラッピング工程
の後にエピタキシャル成長膜形成工程を設ける場合には
エピタキシャルウェハと呼ばれるものが得られる。その
後、ウェハは酸化、エッチング、不純物拡散工程を経て
絶縁膜、金属膜のパターン形成が行なわれ、フォトリソ
グラフィ工程での解像度および焦点深度を向上させるた
めにＣＭＰ工程によりウェハ表面が平面化される。

【０００３】ウェハの研磨には従来より各種の装置が用
いられているが、絶縁膜や金属膜のパターンを形成した
後のＣＭＰ工程で使用されるウェハ研磨装置の代表例を
図１に示す。研磨プレート１０の表面には研磨パッド１
１が貼付けられている。研磨パッド１１に対向してチャ
ック１９を配置し、チャック１９にはウェハ１２が保持
されている。ウェハの保持方法としては、熱可塑性ワッ
クスによりウェハをチャックの表面に貼付ける方法や、
真空吸引によりウェハをチャックに保持する方法がある
が、ウェハの平面性を高める点で後者の真空吸引保持方
式が好ましく、図１にも真空吸引方式による例を示して
ある。チャック１９が回転しながらウェハ１２を研磨プ
レート１０に押付けることにより、ウェハ１２は研磨パ
ッド１１に摺接し、ウェハ１２の片側面が均一に研磨さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】研磨に際して熱が発生
するが、研磨プレート内の温度のバラツキを小さくし均
熱性を保つことにより、研磨プレートの変形や精度変化
を抑えるために、研磨装置は通常、冷却機構を備えてい
る。冷却方法としては研磨プレートに冷却ジャケットを
設ける方法や研磨プレートの内部に冷却水の流れる流体
流路を設ける方法などがある。しかし、ウェハの大口径
化や配線の微細化に伴い、処理されるウェハの平面性に
対する要求は厳しくなってきており、これに応えるため
には、冷却により研磨プレートの変形、精度変化を防止
するだけでは不十分であり、ウェハ保持用チャックの変
形、精度変化も改良し、ウェハの平面度をさらに向上さ
せる必要がある。

【０００５】特開２００１−１０２３３６号公報には、
ウェハ研磨装置用のテーブルに冷却水の流れる流体流路
を形成する技術が開示されている。このテーブルは、セ
ラミックス基材を複数枚積層し各基材同士を有機系接着
剤層で接着し、かつ基材の接着界面に流体流路を配設し
た構造を有する。しかし、有機系接着剤により接着され
たセラミックス構造体は、研磨熱や研磨のスラリー成分
により膨潤や侵食が起こりやすく、精度の低下や接着さ
れた基材の剥離を起こす虞があるという問題がある。

【０００６】セラミックス構造体内部に流路を形成する
方法としては、複数の基材の片方または両方に溝加工を
施し、シール材もしくはＯリングなどを介してボルトに
より締結する方法がある。しかし、長期間に亘る使用に
おいてシール材もしくはＯリングなどが劣化し、冷却水
などが染み出したり、ボルトにより締結されたセラミッ
クス構造体の変形やボルトの緩みにより精度が変化する
などの問題がある。

【０００７】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものである。すなわち、ウェハ研磨装置に使用さ
れるウェハ保持用真空チャックであって、研磨されるウ
ェハの平面度を高精度に保つとともに信頼性の高いウェ
ハ保持用真空チャックを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウェハ研磨装
置を構成するウェハ保持用真空チャックであって、セラ
ミックス構造体内部に真空吸引経路および流体流路が配
設されているウェハ保持用真空チャックに関する。

【０００９】この真空チャックは、溝加工を施したセラ
ミックス基材を含む複数のセラミックス基材を積層した
状態で、各基材同士が無機系接合剤層を介して接合され
るとともに、各基材の接合面に前記流体流路が配設され
ていることが好ましい。

【００１０】無機系接合剤としてはガラスが好ましく、
無機系接合剤層の厚さは１０〜１００μｍが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】（ウェハ保持用真空チャックの構
造）本発明のウェハ保持用真空チャックは、図２に示す
とおりセラミックス構造体内部に真空吸引経路２０とと
もに流体流路２１を配設している。真空吸引経路２０の
ほかにセラミックス構造体を冷却するための流体が循環
する流体流路２１を設けることにより、ウェハの研磨時
に発生する熱を一層効率的に排除し、セラミックス構造
体内の均熱性を確保してセラミックス構造体の平面度を
高精度に高めることができる。

【００１２】真空吸引経路２０は、ウェハをチャックに
吸引保持するために設けられる真空吸引用の吸気経路で
ある。本発明のチャックは、ウェハの平面性を高める点
で真空吸引保持方式を採用する。真空吸引経路２０はチ
ャック中央部で、回転軸内にある排気管２８に連通し、
真空吸引経路２０を通して集められた空気は排気管２８
から排出される。

【００１３】流体流路２１は、研磨時に発生する熱を除
くための冷却水などの流体を循環させるための流路であ
る。流体流路２１が小さ過ぎると循環する冷却用の流体
が少な過ぎて十分な冷却能力が得られない。一方、流体
流路が大き過ぎると冷却能力は十分あっても強度が不足
し、チャックの変形や精度変化が大きくなってしまう。
このため流体流路２１の深さは３〜１０ｍｍが好まし
く、幅は２〜１０ｍｍが好ましい。流体流路２１は、回
転軸内の供給管２６および排出管２７に連通しており、
この管を通って冷却用の流体が供給され、セラミックス
構造体の冷却に供した後、排出される。

【００１４】本発明の真空チャックは、図２に示すとお
り複数（図２では２枚の場合を示す。）のセラミックス
基材２２、２３を積層し、各基材同士が無機系接合剤層
を介して接合してなるセラミックス構造体を回転軸に保
持した構造を有するものが好ましい。すなわち、真空チ
ャックは気密性、精度の向上および部品点数の低減の点
で一体構造を有するものが好ましい。

【００１５】複数のセラミックス基材には、溝加工を施
したセラミックス基材（図２では基材２３が相当す
る。）が含まれていることが好ましい。前記流体流路２
１はセラミックス構造体内部のいずれの位置にでも配設
することができるが、溝加工を施したセラミックス基材
を接合することにより接合面において溝の部分が前記流
体流路２１となるため、きわめて容易に本発明のチャッ
クを得ることができる。図２はセラミックス基材２３に
溝加工を施した例を示すが、基材２２にのみ溝加工をし
てもよく、また基材２２と基材２３の双方に溝加工をし
ても本発明のチャックを得ることができる。

【００１６】セラミックス基材同士は無機系接合剤を介
して接合されることが好ましい。無機系接合剤で接合す
ることにより、研磨熱や研磨用のスラリー成分によるセ
ラミックスの膨潤や侵食を防止することができ、また精
度低下や接合された基材の剥離を抑えることができる。
無機系接合剤としては、銀ロウ、黄銅ろうなどの金属系
のロウやガラスなど非金属からなる接合剤があるが、ウ
ェハに対する不純物となりにくい点でガラスが好まし
い。ガラスとしてはケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスな
どがあるが、ウェハに対する不純物となりにくい点で鉛
が含有されていないガラスが好ましい。無機系接合剤層
の厚さは、接合後で１０〜１００μｍが好ましく、４０
〜５０μｍがより好ましい。厚さが１０μｍより薄くな
ると十分な接合強度が得られず、接合しているセラミッ
クス基材が剥離しやすくなり、一方厚さが１００μｍよ
り厚くなると接着層に空洞が多数発生し、流体のリーク
の原因となる。（ウェハ保持用真空チャックの製造方法）本発明のウェ
ハ保持用真空チャックの製造方法を図２にもとづいて説
明する。

【００１７】セラミックス基材２２、２３は、アルミ
ナ、窒化珪素、炭化珪素などからなる造粒粉を０．８〜
１．５ｔ／ｃｍ²で加圧成形し、所定の形状に機械加工
した後、１４００〜２１００℃で０．５〜４時間焼成す
ることにより製造することができる。

【００１８】真空吸引経路２０は焼成前に、マシニング
センターなどで切削加工することにより形成される。流
体流路２１となる溝は、焼成前または焼成後に切削加工
することにより容易に形成することができる。溝や穴の
加工は製造コストを低くする点で成形体の状態で行なう
ことが好ましい。

【００１９】セラミックス基材２２、２３の接合面は平
面接合でもよいが、基材を積層し接合した後、基材同士
がずれなくなる点で、基材のいずれか一方に他方の基材
が嵌入するように段差０．５〜２ｍｍの凹部を設けるこ
とが好ましい。図２は基材２３に基材２２が嵌入する凹
部を設けた例である。

【００２０】セラミックス基材の焼成後、面出し加工を
行なう。特に基材の接合面は流体流路２１から冷却水な
どが滲出することがない緊密な接合が得られるようにす
る点から、平面度が１０μｍ以下である面に仕上げるこ
とが好ましい。

【００２１】次に基材２２、２３の片方または両方の接
合面に無機接合剤を塗布する。無機系接合剤としてガラ
スを用いる場合、ペースト状、基板状、ロッド状のいず
れのガラスも使用することができ、また予め溝パターン
にくり貫いたガラスを使用することもできる。ガラスペ
ーストを用いる場合、ガラスペーストの粘度は、ある程
度流動性をよくして塗布作業性を高める点で、ペースト
粘度１００〜１７０ＫＣＰＳであることが好ましい。ガ
ラスペーストの熱膨張係数は、セラミックス基材の熱膨
張係数と同程度のものとすることにより研磨時の熱によ
る歪を抑える点で６〜８×１０^-6／℃が好ましい。また
ガラスペーストは鉛などの不純物を含まない高融点のも
のが好ましく、さらに接合層への泡の混入を避ける点で
泡抜け性の良好なものが好ましい。ガラスペーストの塗
布量は、接合後の無機接合剤層の厚さが１０〜１００μ
ｍとなるようにする点で０．１５〜０．２ｍｍの厚さが
好ましい。塗布方法は、無機接合剤層の厚さの管理が容
易な点でスクリーン印刷が好ましい。

【００２２】セラミックス基材２２、２３に無機系接合
剤を塗布した後、基材を積層し、焼成する。焼成温度と
しては、堅牢な接合を得る点で１１００℃以上が好まし
く、接合層の厚さを１０〜１００μｍにするために１２
５０℃以下が好ましい。焼成時間としては、堅固な接合
層を形成する点で０．５時間以上が好ましく、２時間以
下が好ましい。

【００２３】セラミックス基材２２、２３とを接合し一
体化することにより得られたセラミックス構造体を所定
のチャックの形状、寸法に研削加工する。特にセラミッ
クス構造体の吸引表面は平面度が要求される重要な面で
あり、直径３００ｍｍの範囲で１μｍ以下に仕上げるこ
とが好ましい。また、セラミックス構造体の吸引表面は
ウェハとの接触面積の低減や吸引バランスをコントロー
ルするためにピン状の突起を設けることもできる。

【００２４】

【実施例】純度９９．７％のアルミナの造粒粉を１．２
ｔ／ｃｍ²で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）して、円盤状
のセラミックス基材２２（直径３８０ｍｍ、高さ２５ｍ
ｍ）およびセラミックス基材２３（直径４００ｍｍ、高
さ２５ｍｍ）を得た。セラミックス基材２２には吸引経
路２０となる横穴などを設けた。得られたセラミックス
基材２２、２３を大気雰囲気下、１６５０℃で４時間焼
成した。焼成後、セラミックス基材２３には、セラミッ
クス基材２２を嵌入する段差１ｍｍの凹部を設けるとと
もに、流体流路２１となる幅６ｍｍ、深さ３ｍｍの溝を
設けた。セラミックス基材２２とセラミックス基材２３
の接合面は凹部全面の範囲で１０μｍ以下の平面度に仕
上げた。加工は、平面研削盤により厚み研削、円筒研削
盤により外径研削またマシニングセンターにより溝加工
もしくは穴加工を行った。なお平面度については凹部の
全面にわたり三次元測定器で高低さを測定し、最大−最
小が１０μｍ以下であることを確認した。

【００２５】次に、溝部を厚さ０．１５〜０．２ｍｍの
マスキングテープでマスキングし、シリカ、バリウム、
カルシウムを含むケイ酸ガラスのペースト（ペースト粘
度１７０ＫＣＰＳ、熱膨張係数６．４×１０^-6／℃）を
塗布した後、マスキングテープをはがし、両セラミック
ス基材２２、２３を積層し、大気雰囲気下、１２５０℃
で３０分間焼成した。

【００２６】得られたセラミックス構造体に４ｋｇ／ｃ
ｍ²で空気を注入した後、水中で気泡の発生の有無を評
価したが、気泡の発生はなかったため流体流路にリーク
は発生していないことがわかった。また、セラミックス
構造体を切断し接合面を光学顕微鏡で観察したところ、
接合面のガラス層の厚さは４５μｍであり、気泡の発生
もなくセラミックス基材およびガラス層とは完全に一体
化していた。また、溝部は図３に示すように焼成中、液
化し流動化したガラス３４が滲み出し、その結果、表面
張力により接合面を完全に封止し、気密性に優れた流体
流路３１が形成されていた。

【００２７】接合一体化されたセラミックス構造体は所
定の形状、寸法に研削加工し、ウェハ吸引面は直径３０
０ｍｍの範囲で１μｍ以下の平面度に仕上げた。

【００２８】以上により、ウェハを冷却するための流体
流路を内部に有し、経時的に精度の変らない信頼性の高
いウェハ保持用真空チャックが得られた。

【００２９】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、ウェハ研磨装置に使用
されるウェハ保持用真空チャックであって、研磨される
ウェハの平面度を高精度に保つとともに信頼性の高いウ
ェハ保持用真空チャックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＭＰ工程で使用されるウェハ研磨装置の正
面図である。

【図２】本発明のウェハ保持用真空チャックの断面図
である。

【図３】セラミックス構造体の接合面における断面図
である。

【符号の説明】

１０研磨プレート、１１研磨パッド、１２ウェ
ハ、１９チャック、２０真空吸引経路、２１流体
流路、２２，２３セラミックス基材、２５カップリ
ング、３１流体流路、３２，３３セラミックス基
材、３４ガラス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェハ研磨装置を構成するウェハ保持用
真空チャックであって、セラミックス構造体内部に真空
吸引経路および流体流路が配設されているウェハ保持用
真空チャック。
【請求項２】溝加工を施したセラミックス基材を含む
複数のセラミックス基材を積層した状態で、各基材同士
が無機系接合剤層を介して接合されるとともに、各基材
の接合面に前記流体流路が配設されている請求項１記載
のウェハ保持用真空チャック。
【請求項３】無機系接合剤はガラスである請求項２記
載のウェハ保持用真空チャック。
【請求項４】無機系接合剤層の厚さは１０〜１００μ
ｍである請求項２または３記載のウェハ保持用真空チャ
ック。