JP2005066710A - Manufacturing method for vacuum chuck - Google Patents

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JP2005066710A JP2003208656A JP2003208656A JP2005066710A JP 2005066710 A JP2005066710 A JP 2005066710A JP 2003208656 A JP2003208656 A JP 2003208656A JP 2003208656 A JP2003208656 A JP 2003208656A JP 2005066710 A JP2005066710 A JP 2005066710A
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Hiroyuki Yasuda
裕之 安田
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a vacuum chuck in which at least all sucking faces have high rigidity and high thermal conductivity. <P>SOLUTION: A large number of through-holes for vacuum suction are provided on a plate-like body in which at least all the sucking faces are formed of a composite body comprising metal and ceramic in the method for manufacturing the vacuum chuck. The manufacturing method is composed of (a) a process for manufacturing a ceramic molded body 7b to which a pin 9 to be eliminated by burning under an oxidizing atmosphere, (b) a process in which the ceramic molded body 7b is sintered under a non-oxidizing atmosphere and formed into an SiC sintered body 7c being a ceramic porous body having a three-dimensional network structure, (c) a process in which the SiC sintered body 7c is formed into a disk-like body 13 formed of the composite body comprising the metal and the ceramic by impregnating metal silicon into the SiC sintered body 7c, and (d) a process in which the disk-like body 13 is formed into a shape with the through-hole 6 for the vacuum suction by eliminating the pin 9 by burning the disk-like body 13 under the oxidizing atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハの表面を研磨する際に、半導体ウエハを吸着するための真空チャックの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハを研磨するために、半導体ウエハを吸着して研磨する真空チャックが使用されている。すなわち、半導体ウエハを真空チャックにて吸着し、定盤上に位置させ、定盤と真空チャックの双方の回転により半導体ウエハを所望の精度に研磨するものである。この真空チャックの半導体ウエハを吸着する部分は、多数の貫通孔を有するアルミニウムやステンレス鋼等の金属板、あるいは酸化アルミニウムや炭化珪素等のセラミック板から構成されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。この貫通孔は、直径0.5mm以下であることが必要である。直径0.5mmより大きな直径の貫通孔の場合、吸着時における孔の形状の半導体ウエハへの転写、或いは、貫通孔の空間が大きいことによる半導体ウエハの撓みの原因となる。そして、これらの金属板やセラミック板の貫通孔を介して、半導体ウエハを真空で強力に吸着し、その状態で精度の高い研磨を行うのである。
【0003】
ところが近年、半導体ウエハのサイズの大型化と研磨の高精度化が市場から要求されるようになってきている。それにより従来のサイズの半導体ウエハでは問題にならなかったが、大型の半導体ウエハでは、真空チャックも大きくなることから、半導体ウエハを真空チャックにて吸着した際に、真空チャックの撓みが大きくなりその真空度が低下する。このため真空チャックの吸着力が下がることにより研磨精度が低下する原因となっている。従って、真空チャックの素材としては高剛性の素材が要求される。
【0004】
また、もう一つの問題として、大型の半導体ウエハでは、研磨時に発生する摩擦熱による真空チャックの変形により真空度が低下し、吸着力が下がることに基づいて研磨精度が低下する原因となっている。しかも、その摩擦熱により半導体ウエハ及び真空チャックが熱変形し、研磨精度が低下する原因となっている。このため、真空チャックの素材としては高熱伝導率の素材が要求される。
【0005】
そこで、本願出願人は真空チャックの素材として高剛性かつ高熱伝導率を実現すべく検討して得られた真空チャックを提案した。すなわち、かかる真空チャックの素材として高剛性かつ高熱伝導率を実現するため、半導体ウエハの吸着面がセラミック多孔質体で構成され、それ以外の部分がセラミック多孔質体に金属を含浸させた複合体で構成されたものである。そして、吸着面におけるセラミック多孔質体にドリル加工等によって貫通する吸着孔を設けたものである(例えば、特許文献3参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−320394号公報(第9頁、第1図、第2図)
【特許文献2】
特開2000−271862号公報(第3−5頁)
【特許文献3】
特開2002−36102号公報(第8頁、第1図、第2図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には次の問題点がある。
真空チャックの半導体ウエハ吸着面は、例えば炭化珪素を焼成して得られるセラミック焼成体に金属シリコンを含浸させた後、半導体ウエハ吸着面となる部分をエッチングして多孔質化したセラミック多孔質体で構成されている。このため、半導体ウエハ吸着面の剛性は低く、熱伝導率も低くなり、真空チャックの素材に要求される高剛性かつ高熱伝導率を満たすには至らなかった。しかも、吸引孔を明ける後工程が必要であることから、煩雑であるという問題があった。
【0008】
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、少なくとも吸着面の全てが高剛性かつ高熱伝導率である真空チャックを効率良く製造することができる真空チャックの製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明の真空チャックの製造方法は、少なくとも吸着面の全てが金属とセラミックの複合体で形成された板状体に真空吸着用の貫通孔を複数形成した真空チャックの製造方法であって、以下の製造工程よりなることを特徴とするものである。
a)酸化雰囲気下にて焼いて消失させることの可能なピンを内部に複数配設し、その端部が外部へ突出するように構成したセラミック成形体を製造する工程。
b)前記成形体を非酸化雰囲気下にて焼結して三次元網目構造を持つセラミック多孔質体とする工程。
c)前記セラミック多孔質体に金属を含浸させて金属とセラミックの複合体で形成された板状体とする工程。
d)前記金属とセラミックの複合体で形成された板状体を酸化雰囲気下で焼いてピンを消失させ、真空吸着用の貫通孔とする工程。
【0010】
請求項1に記載の発明では、高熱伝導率の金属と高剛性のセラミックを併用した複合体よりなる板状体を真空チャックに用いることで、少なくとも吸着面が高剛性かつ高熱伝導率である真空チャックを製造することができる。その場合、貫通孔を同時に形成することができ、真空チャックを効率良く製造することができる。
【0011】
請求項2に記載の発明の真空チャックの製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記セラミックは、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素であることを特徴とする。請求項2に記載の発明では、セラミックとして、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素を用いることで、より高剛性な真空チャックを製造することができる。
【0012】
請求項3に記載の発明の真空チャックの製造方法は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記金属は、シリコン又はアルミニウムであることを特徴とする。請求項3に記載の発明では、金属として、シリコン又はアルミニウムを用いることで、より高熱伝導率の真空チャックを製造することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空チャックの製造方法の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本実施形態の真空チャックを用いる半導体ウエハ研磨装置の一例を模式的に示す図である。図1に示すように、半導体ウエハ研磨装置1は、半導体ウエハ3を吸着保持する真空チャック2と、研磨面5aを有する円板状の定盤5とから構成されている。そして、真空チャック2が半導体ウエハ3を吸着保持した状態で定盤5の研磨面5aに半導体ウエハ3を当接させた後、真空チャック2及び定盤5を回転させることにより半導体ウエハ3の表面を研磨するようになっている。
【0014】
真空チャック2は、セラミックとしての炭化珪素(SiC)に金属としてのシリコン(Si)を含浸させた複合体(以下、SiC/Si複合体とも称する)からなる板状体としての円板状体13を備えている。SiC/Si複合体は、焼成によって形成される三次元網目構造を有している。円板状体13の下面は吸着面2aであり、吸着面2aの全てがSiC/Si複合体で形成されている。
【0015】
その円板状体13には真空吸着用の貫通孔6が多数形成されている。貫通孔6の直径は0.5mmであり、孔総面積は吸着面2aの面積の1%程度である。この貫通孔6は、直径0.5mm以下であることが好ましい。直径0.5mmより大きな直径の貫通孔6の場合、吸着時における孔の形状の半導体ウエハ3への転写、或いは、貫通孔6の空間が大きいことによる半導体ウエハ3の撓みの原因となる。そして、この貫通孔6を介して、半導体ウエハ3を真空吸引力で強力に吸着し、その状態で精度の高い研磨を行うのである。真空チャック2は、円板状体13に貫通孔6が設けられて構成されている。
【0016】
真空チャック2は、半導体ウエハ3を吸着・保持する円板状体13の吸着面2aが下に向いた状態で、定盤5の上方に配置されており、吸着面2aと反対側の非吸着面2bの中心部には、円柱状のプッシャ4が垂設されている。このプッシャ4は図示しない駆動手段に連結され、この駆動手段を駆動させると、プッシャ4を介して真空チャック2が回転するようになっている。また、プッシャ4は真空チャック2を水平に支持しており、これにより、真空チャック2の吸着面2aは、定盤5の研磨面5aと平行になるように設定されている。
【0017】
また、駆動手段は、真空チャック2を上下動させることができるようになっており、真空チャック2に保持された半導体ウエハ3を、定盤5上の所定位置に下した後、所定の圧力で定盤5の研磨面5aに圧接させることができるようになっている。
【0018】
定盤5の研磨面5aには図示しない研磨クロスが貼り付けられており、定盤5の研磨面5aの反対側の面の中心部には、図示しない円柱状の回転軸が垂下され、この回転軸を回転駆動させると、定盤5が回転するようになっている。また、定盤5の内部には、図示しない流路が形成されており、この流路に冷却水等の冷媒を循環させることにより、定盤5の温度を制御できるようになっている。
【0019】
半導体ウエハ3の研磨を行う際には、まず、円板状体13の吸着面2aに半導体ウエハ3が吸着された真空チャック2と定盤5とを回転させる。次に、真空チャック2又は定盤5を上方又は下方に移動させ、半導体ウエハ3と上記研磨クロスとを摺接させることにより半導体ウエハ3の被研磨面3aの研磨を行う。
【0020】
ここで、真空チャック2は、高剛性かつ高熱伝導率を要求されるが、剛性については、ヤング率250GPa以上であることが好ましい。ヤング率が250GPa未満の場合、真空チャック2の撓みの原因となり、高精度な研磨ができなくなることがある。尚、材料の入手、コスト等の観点からヤング率の上限は500GPa程度である。また、熱伝導率については150W/m・K以上であることが好ましい。熱伝導率が150W/m・K未満の場合、摩擦熱による真空チャック2の変形の原因となり、高精度な研磨ができなくなるおそれがある。尚、材料の入手、コスト等の観点から熱伝導率の上限は300W/m・K程度である。真空チャック2には、上記の2つの性質を同時に満たすことが求められる。
【0021】
図2は、本実施形態の真空チャック2を拡大して示す平面図であり、図3は図2のA−A線における断面図である。本実施形態の真空チャック2は、炭化珪素(SiC)多孔質体に金属シリコン(Si)を含浸させたSiC/Si複合体で形成されている。
【0022】
次に、真空チャック2の製造方法について図4に基づき説明する。
ボールミル内のポリエチレン製ポットに直径1インチのフッ素樹脂製のボールを1.5質量部、イオン交換水17質量部、分散剤1質量部及びpH調整剤2質量部を混合する。更に、SiCの粉末100質量部を加え、20時間ボールミルにて混合し原料スラリーを調製する。
【0023】
図4(a)に示すように、得られた原料スラリー7aを略有底円筒形状の型8に流し込む。そこに図4(b)に示すように、酸化雰囲気下にて焼いて消失させることの可能なピンとして人造黒鉛を直径0.5mmに加工したカーボンピン9を差し込む。それを30℃で12時間、50℃で12時間、70℃で12時間、100℃で20時間の順に段階的に昇温して乾燥させセラミック成形体7bを得る。
【0024】
次に、図4(c)に示すように、その成形体をカーボン製のルツボ10に入れ、アルゴン(Ar)雰囲気炉等の非酸化雰囲気炉にて2000℃、2時間の焼成を行い、セラミック多孔質体としてのSiC焼結体7cを得た。ここでは非酸化雰囲気炉としてAr雰囲気炉を用いたが、非酸化雰囲気炉であればAr雰囲気炉に限定されるものではなく、真空雰囲気炉等も使用可能である。また、非酸化雰囲気炉の温度、焼成時間に関しても、2000℃、2時間に限定されるものではなく、セラミック焼結体を得るために適した条件で行えばよく、本実施形態の条件は何ら本発明を限定するものではない。
【0025】
更に図4(d)に示すように、SiC焼結体7cを円板状に加工後、SiC焼結体7c上に金属シリコンの破砕体11を多数置いた状態で、真空雰囲気炉にて1500℃、6時間加熱することにより破砕体11が溶融され、SiC焼結体7cに含浸される。このようにしてシリコンが含浸された円板状体13が得られる。
【0026】
次に、図4(e)に示すように、その円板状体13をルツボ10から取り出して酸化雰囲気炉12内の支持台14上に置き、800℃、48時間加熱し、予め差し込んであったカーボンピン9を焼いて消失させる。そして、そのカーボンピン9が存在していた空間を真空吸着用の貫通孔6となるよう形成し、図4(f)に示すSiC/Si複合体の円板状体13よりなる真空チャック2を得る。
【0027】
さて、半導体ウエハ3の表面を研磨する場合には、円板状体13の貫通孔6より真空吸引力を作用させ、吸着面2aに半導体ウエハ3を吸着する。次いで、真空チャック2が半導体ウエハ3を吸着保持した状態で定盤5の研磨面5aに当接させた後、真空チャック2及び定盤5を回転させることにより半導体ウエハ3の表面を研磨する。
【0028】
このとき、真空チャック2の円板状体13は、焼成された炭化珪素の三次元網目構造の空隙部にシリコンが含浸された構造を有し、そのヤング率が320GPa、熱伝導率が200W/m・K程度であり、高剛性かつ高熱伝導率のものである。このため、円板状体13の形状が良好に保持されるとともに、放熱性能も良好である。従って、真空チャック2は、円板状体13自体の撓みや研磨によって発生する摩擦熱による変形が抑制され、その平坦性が確保される。その結果、半導体ウエハ3を微小なうねりなどを生じさせることなく、高精度に研磨することができる。
【0029】
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
・本実施形態の真空チャックの製造方法によれば、金属とセラミックの複合体に吸着用の貫通孔6を施した真空チャック2を、後工程での孔明け加工を要することなく、効率良く製造することができる。得られた真空チャック2は高剛性と高熱伝導率を備え、撓みや摩擦熱による変形を抑制し、吸着力の低下を回避して、大型の半導体ウエハでも高精度で研磨することができる。
【0030】
・セラミック多孔質体としてのSiC焼結体7cの三次元網目構造中には金属としてのシリコンが含浸されていることから、セラミックと金属のそれぞれの長所である、高剛性と高熱伝導率をより高いレベルで両立させることができる。
【0031】
・セラミックとして、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素を用いることで、剛性を向上させることができる。
・金属として、シリコン又はアルミ二ウムを用いることで、熱伝導率を向上させることができる。
【0032】
【実施例】
(実施例1)
実施例1では、炭化珪素(SiC)多孔質体に金属シリコン(Si)を含浸させたSiC/Si複合体の真空チャックを前述の図4に示す工程に従って作製した。
【0033】
ボールミル内のポリエチレン製ポットに直径1インチのフッ素樹脂ボールを1.5質量部、イオン交換水17質量部、分散剤としてのスチレン−マレイン酸共重合体(ATOFINA Chemical製SMA1440H)を1質量部、及びpH調整剤としての2,2’,2”−ニトリロトリエタノール(関東化学製)2質量部を混合した。更に、平均粒径57μmのSiC粉末(粒子)であるGP#240(信濃電気製錬(株) 製)を70重量%、平均粒径0.5μmのSiC粉末であるウルトラファイン(イビデン(株)製)を30重量%の混合物100質量部を加え、20時間ボールミルにて混合し原料スラリーを調製した。
【0034】
得られた原料スラリーを型8に流し込み、そこに人造黒鉛(イビデン(株)製ET−10)を直径0.5mmに加工したカーボンピン9を差し込んだ。それを30℃で12時間、50℃で12時間、70℃で12時間、100℃で20時間の順に段階的に昇温して乾燥させセラミック成形体7bを得た。
【0035】
次に、その成形体をカーボン製のルツボ10に入れ、アルゴン(Ar)雰囲気炉にて2000℃、2時間の焼成を行い、三次元網目構造を有するセラミック多孔質体であるSiC焼結体7cを得た。更に、それを円板状に加工後、シリコンの破砕体11とSiC焼結体7cを接触させ、真空雰囲気炉にて1500℃、6時間でシリコンの破砕体11を溶融させ、SiC焼結体7cに含浸させることでSiC/Si複合体よりなる円板状体13を得た。
【0036】
次に、その円板状体13を酸化雰囲気炉にて800℃、48時間加熱し、予め差し込んであったカーボンピン9を焼いて消失させ、そのカーボンピン9が存在していた空間を真空吸着用の貫通孔6となるよう形成し、SiC/Si複合体の円板状体13よりなる真空チャック2を得た。
【0037】
こうして得られた真空チャック2のヤング率は320GPa、熱伝導率は200W/m・Kであった。
(実施例2)
実施例2では、SiC多孔質体にアルミニウム(Al)を含浸させたSiC/Al複合体の円板状体13の真空チャック2を作製した。
【0038】
この作製においては、原料スラリーの製作から三次元網目構造を持つセラミック多孔質体であるSiC焼結体7cを円板状に加工するまでは、実施例1と同じである。Alの含浸では、SiC焼結体7cを溶融させたAl中に浸漬させ、Alを含浸させた。
【0039】
次に、実施例1と同様にカーボンピン9を焼いて消失させ、そのカーボンピン9が存在していた空間を真空吸着用の貫通孔6となるよう形成し、SiC/Al複合体の円板状体13よりなる真空チャック2を得た。
【0040】
こうして得られた真空チャック2のヤング率は280GPa、熱伝導率は240W/m・Kであった。 (実施例3)
実施例3では、SiC粒子とSi粒子との複合焼結によるSiC/Si複合体の真空チャック2を作製した。
【0041】
すなわち、平均粒径57μmのSiC粉末であるGP#240(信濃電気製錬(株) 製)を70重量%、平均粒径0.5μmのSiC粉末であるウルトラファイン(イビデン(株)製)を30重量%の混合物100質量部、Si粉末(平均粒径5μm)35質量部、及びフェノールレジンBRL204(昭和高分子(株)製)5質量部を乾式混合し顆粒を得た。
【0042】
以下、カーボンピンの差し込み、成形以降の工程は、実施例1と同様に行い、SiC粒子とSi粒子との複合焼結によるSiC/Si複合体の真空チャック2を作製した。
【0043】
こうして得られた真空チャック2のヤング率は300GPa、熱伝導率は190W/m・Kであった。
また、実施例3では、セラミックによる高剛性と金属による高熱伝導率を確保しながらも、工程を簡略化することができた。
(比較例1)
比較例1では、アルミナ焼結体の真空チャックを作製した。
【0044】
A96のアルミナ顆粒をカーボン型にて仮成形したものを水圧プレス(130MPa)にて成形体にした後、切削加工により、所定の形状にし、真空吸着用の貫通孔を設けた。
【0045】
次に、切削加工された成形体を大気炉(酸化雰囲気炉)にて燒結させアルミナ焼結体の真空チャックを作製した。その際の温度は、常温から2℃/min.の昇温速度で500℃まで昇温し、500℃にて1時間経過後、500℃から5℃/min.の昇温速度で1500℃まで昇温し、1500℃にて1時間である。
【0046】
こうして得られた真空チャックのヤング率は350GPa、熱伝導率は30W/m・Kであった。
(比較例2)
比較例2では、ステンレス鋼の真空チャックを作製した。
【0047】
SUS304素材に所定の形状に加工し、真空吸着用の貫通孔を形成し、ステンレス鋼の真空チャックを作製した。
こうして得られた真空チャックのヤング率は200GPa、熱伝導率は20W/m・Kであった。
(比較例3)
比較例3では、SiC緻密質体の真空チャックを作製した。
【0048】
SiC粉末であるウルトラファイン(イビデン(株)製)100質量部、フェノールレジンBRL204(昭和高分子(株)製)3質量部、シュタルク社製炭化硼素0.64質量部、及び、メタノール140質量部を混合し原料スラリーを作製した。その原料スラリーをスプレードライヤーにて80℃で乾燥し、顆粒にした。
【0049】
次に、一軸プレス機、カーボン型を用いて10MPaの成形圧にて仮成形した後、水圧プレス機を用いて130MPaの圧力にて成形した。続いて、これを所定の形状に加工し、真空吸着用の貫通孔を設けた後、Ar雰囲気炉にて2100℃、5時間の焼成を行いSiC緻密質体の真空チャックを作製した。
【0050】
こうして得られた真空チャックのヤング率は400GPa、熱伝導率は90W/m・Kであった。
(比較例4)
平均粒径30μmのα型炭化珪素粉末(#400)100質量部と平均粒径0.3μmのα型炭化珪素粉末(GMF−15H2)30質量部とを均一に混合した。次に、この混合物100質量部に対して、ポリビニルアルコール5質量部、フェノール樹脂3質量部、水50質量部を配合した後、ボールミル中にて5時間混合することにより均一な混合物を得た。この混合物を所定時間乾燥して水分をある程度除去した後、その乾燥混合物を適量採取し、スプレードライ法等を用いて顆粒化した。このとき、顆粒の水分率を約0.8質量%になるように調整した。
【0051】
次いで、上記混合物の顆粒を、金属製押し型を用いて、125MPaのプレス圧力で成形した。得られた円板状の生成形体(直径200mm、厚さ25mm)の密度は2.6g/cmであった。続いて、黒鉛製ルツボに上記生成形体を挿入し、タンマン型焼成炉を使用して、1気圧のアルゴン雰囲気中、昇温速度10℃/分、2200℃で4時間保持することで上記生成形体の焼成を行い、その後切削加工を施すことにより、直径が200mm、厚さが25mmの多孔質セラミックからなる円板状体を得た。この多孔質セラミックの気孔率は20%であった。
【0052】
次いで、得られた円板状体にフェノール樹脂(炭化率30質量%)を予め真空含浸し、かつ乾燥した。その後、円板状体の表面に金属シリコンを含むスラリーをコーティングした。ここで、スラリーとしては、平均粒径が20μm、純度が99.9999質量%以上の金属シリコン粉末100質量部と、5質量%アクリル酸エステル−ベンゼン溶液60質量部とが混合されたものを用いた。そして、金属シリコンをコーティングした円板状体をアルゴンガス気流中で450℃/時間の昇温速度で加熱し、最高温度1450℃で約1時間保持した。このような処理により金属シリコンを円板状体中へ浸透させて金属−多孔質炭化珪素複合体を得た。尚、炭化珪素100質量部に対する金属シリコンの含浸量は30質量部であった。
【0053】
得られた金属−多孔質炭化珪素複合体の熱伝導率は210W/m・K、密度は3.0g/cmであった。また、多孔質炭化珪素結晶の平均粒径は30μmであり、詳しくは平均粒径1.0μmの微結晶を20体積%、平均粒径40μmの粗結晶を80体積%含んでいた。続いて、金属−多孔質炭化珪素複合体の一主面の外周部及び側面に、エポキシ樹脂からなるエッチングレジストを形成した。このとき、金属−多孔質炭化珪素複合体のエッチングレジスト非形成部の直径は180mmであった。
【0054】
そして、フッ化水素:硝酸:水=1:1:1(体積比)からなるエッチング液中に、上記金属−多孔質炭化珪素複合体を浸漬し、180秒経過後引き上げ、前記一主面に厚さ0.5mmの多孔質炭化珪素層を形成した。その後、熱処理により上記エッチングレジストを除去することで、一主面に多孔質炭化珪素層を有する金属−多孔質炭化珪素複合体を製造した。得られた金属−多孔質炭化珪素複合体の多孔質炭化珪素層非形成面から多孔質炭化珪素層に貫通する吸引孔(直径5mm)をドリル加工により7本形成し、真空チャックを作製した。
【0055】
以上の各実施例、各比較例のヤング率、熱伝導率に、それを用いて直径300mmの半導体ウエハを研磨した際のウエハ平坦度も加えてまとめた結果を表1に示した。尚、ウエハ平坦度は、平面測定器(黒田精工社製 ナノメトロ)により、研磨面の最も高い点と最も低い点の差(距離)を表す。また、比較例4のヤング率及び熱伝導率は、吸着面を構成する多孔質炭化珪素層の値を示す。
【0056】
【表1】

Figure 2005066710
表1に示したように、各実施例により製造した真空チャック2はヤング率が250GPa以上で、熱伝導率が150W/m・K以上であり、両方の性質を満たしている。そして、その真空チャック2を用いて半導体ウエハを研磨した結果、各比較例の真空チャックを用いた場合よりウエハ平坦度に優れていることがわかった。
【0057】
尚、前記実施形態及び実施例を次のように変更して構成することも可能である。
・ 前記実施形態及び各実施例では、真空チャック2全体を金属とセラミックの複合体で形成したが、例えば金属の含浸時に、含浸する金属を半導体ウエハの吸着面の大きさの仕切板で囲い、その内側のみに金属を含浸させるようにしてもよい。これにより、半導体ウエハの吸着面のみを金属とセラミックの複合体とし、その他の部分を別の素材で形成することができる。
【0058】
・ セラミック多孔質体に含浸させる金属の形態は、円柱体等の粒状体、或いは粉末等であってもよい。
・ セラミックとして、アルミナ、炭化珪素及び窒化珪素から選ばれる2種以上を組合せて使用してもよく、金属としてシリコンとアルミニウムを組合せて使用してもよい。
【0059】
・前記貫通孔6を形成するためのピンとして、焼いて消失させることの可能なピンであれば良く、黒鉛等も使用可能である。
更に、前記実施形態及び実施例から把握できる請求項以外の技術的思想について、その効果と共に記載する。
【0060】
・前記貫通孔は直径0.5mm以下の円孔である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の真空チャックの製造方法。
この製造方法によれば、吸着時における貫通孔の形状の半導体ウエハへの転写、或いは貫通孔の空間が大きいことによる半導体ウエハの撓みを防止できる。
【0061】
・少なくとも吸着面の全てが金属とセラミックの複合体で形成された板状体に真空吸着用の貫通孔を複数形成した真空チャックの製造方法であって、以下の製造工程よりなることを特徴とする真空チャックの製造方法。
a)酸化雰囲気下にて焼いて消失させることの可能なピンを内部に複数配設し、その端部が外部へ突出するように構成し、金属粒子及びセラミック粒子からなる複合成形体を製造する工程。
b)前記複合成形体を非酸化雰囲気下にて焼結して金属とセラミックの複合体で形成された板状体とする工程。
c)前記金属とセラミックの複合体で形成された板状体を酸化雰囲気下で焼いて、ピンを消失させ、真空吸着用の貫通孔とする工程。
【0062】
この製造方法によれば、製造工程を簡略化することができる。
・前記含浸させる金属は、金属の破砕体がセラミック多孔質体上にセラミック多孔質体を覆うように多数配置されるものである請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の真空チャックの製造方法。
【0063】
この製造方法によれば、含浸させる金属をセラミック多孔質体に十分に接触させることができ、効率よく含浸させることができる。
【0064】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明の真空チャックの製造方法によれば、少なくとも吸着面の全てが高剛性かつ高熱伝導率である真空チャックを効率良く製造することができる。
【0065】
請求項2に記載の発明の真空チャックの製造方法によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、真空チャックの剛性を向上させることができる。
請求項3に記載の発明の真空チャックの製造方法によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の効果に加え、真空チャックの熱伝導率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における真空チャックを用いる半導体ウエハ研磨装置を模式的に示す正面図。
【図2】実施形態の真空チャックを拡大して示す平面図。
【図3】図2のA−A線における断面図。
【図4】(a)〜(f)は真空チャックの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
2…真空チャック、2a…吸着面、6…真空吸着用の貫通孔、7b…セラミック成形体、7c…セラミック多孔質体としてのSiC焼結体、13…板状体としての円板状体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a vacuum chuck for adsorbing a semiconductor wafer when, for example, the surface of the semiconductor wafer is polished.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to polish a semiconductor wafer, a vacuum chuck that sucks and polishes the semiconductor wafer is used. That is, the semiconductor wafer is adsorbed by a vacuum chuck, placed on a surface plate, and the semiconductor wafer is polished with desired accuracy by rotating both the surface plate and the vacuum chuck. The portion of the vacuum chuck that adsorbs the semiconductor wafer is composed of a metal plate such as aluminum or stainless steel having a large number of through holes, or a ceramic plate such as aluminum oxide or silicon carbide (for example, Patent Document 1, Patent). Reference 2). This through hole needs to have a diameter of 0.5 mm or less. In the case of a through hole having a diameter larger than 0.5 mm, the shape of the hole may be transferred to the semiconductor wafer at the time of adsorption, or the semiconductor wafer may be bent due to the large space of the through hole. Then, the semiconductor wafer is strongly adsorbed by vacuum through the through holes of these metal plates and ceramic plates, and high-precision polishing is performed in this state.
[0003]
However, in recent years, there has been a demand from the market for increasing the size of semiconductor wafers and increasing the precision of polishing. As a result, there was no problem with conventional semiconductor wafers, but with large semiconductor wafers, the size of the vacuum chuck increases, so when the semiconductor wafer is attracted by the vacuum chuck, the deflection of the vacuum chuck increases. The degree of vacuum decreases. For this reason, it is a cause that the polishing accuracy is lowered by lowering the suction force of the vacuum chuck. Therefore, a highly rigid material is required as a material for the vacuum chuck.
[0004]
As another problem, in a large semiconductor wafer, the degree of vacuum is lowered due to deformation of the vacuum chuck due to frictional heat generated during polishing, and this causes a reduction in polishing accuracy due to a decrease in adsorption force. . In addition, the frictional heat causes the semiconductor wafer and the vacuum chuck to be thermally deformed, causing a reduction in polishing accuracy. For this reason, a material having high thermal conductivity is required as a material for the vacuum chuck.
[0005]
Therefore, the applicant of the present application has proposed a vacuum chuck obtained by studying to realize high rigidity and high thermal conductivity as a material of the vacuum chuck. That is, in order to realize high rigidity and high thermal conductivity as a material of such a vacuum chuck, a composite body in which the adsorption surface of the semiconductor wafer is composed of a ceramic porous body and the other portions are impregnated with a metal in the ceramic porous body It is composed of And the adsorption | suction hole penetrated by the drilling process etc. in the ceramic porous body in an adsorption | suction surface is provided (for example, refer patent document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-320394 (page 9, FIG. 1, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP 2000-271862 A (page 3-5)
[Patent Document 3]
JP 2002-36102 A (page 8, FIGS. 1 and 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
The semiconductor wafer adsorption surface of the vacuum chuck is a ceramic porous body obtained by, for example, impregnating metal silicon into a ceramic fired body obtained by firing silicon carbide and then etching the portion that becomes the semiconductor wafer adsorption surface to make it porous. It is configured. For this reason, the rigidity of the semiconductor wafer adsorption surface is low and the thermal conductivity is low, and the high rigidity and high thermal conductivity required for the material of the vacuum chuck cannot be satisfied. In addition, there is a problem that it is complicated because a post-process for forming the suction holes is necessary.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vacuum chuck capable of efficiently manufacturing a vacuum chuck having at least all of the adsorption surfaces having high rigidity and high thermal conductivity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a vacuum chuck according to the first aspect of the present invention is a method of manufacturing a vacuum chuck in which a plurality of through-holes for vacuum suction are formed in a plate-like body having at least all of the suction surfaces formed of a composite of metal and ceramic. And, it consists of the following manufacturing processes.
a) A step of manufacturing a ceramic molded body in which a plurality of pins that can be burned and disappeared in an oxidizing atmosphere are disposed inside, and end portions thereof protrude outward.
b) A step of sintering the molded body in a non-oxidizing atmosphere to form a ceramic porous body having a three-dimensional network structure.
c) A step of impregnating the ceramic porous body with metal to form a plate-like body formed of a composite of metal and ceramic.
d) A step of baking the plate-like body formed of the metal-ceramic composite body in an oxidizing atmosphere to eliminate the pins, thereby forming through holes for vacuum adsorption.
[0010]
In the first aspect of the present invention, by using a plate-like body made of a composite material in which a metal having a high thermal conductivity and a ceramic having a high rigidity are used in a vacuum chuck, a vacuum having at least an adsorption surface having a high rigidity and a high thermal conductivity. A chuck can be manufactured. In that case, the through holes can be formed at the same time, and the vacuum chuck can be manufactured efficiently.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vacuum chuck manufacturing method according to the first aspect, wherein the ceramic is alumina, silicon carbide, or silicon nitride. In the invention described in claim 2, a vacuum chuck with higher rigidity can be manufactured by using alumina, silicon carbide or silicon nitride as the ceramic.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a vacuum chuck manufacturing method according to the first or second aspect, wherein the metal is silicon or aluminum. In the invention according to claim 3, a vacuum chuck having higher thermal conductivity can be manufactured by using silicon or aluminum as the metal.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the method for manufacturing a vacuum chuck of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a semiconductor wafer polishing apparatus using the vacuum chuck of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a semiconductor wafer polishing apparatus 1 includes a vacuum chuck 2 that holds a semiconductor wafer 3 by suction and a disk-shaped surface plate 5 having a polishing surface 5a. Then, after the semiconductor wafer 3 is brought into contact with the polishing surface 5a of the surface plate 5 with the vacuum chuck 2 adsorbing and holding the semiconductor wafer 3, the surface of the semiconductor wafer 3 is rotated by rotating the vacuum chuck 2 and the surface plate 5. Is supposed to be polished.
[0014]
The vacuum chuck 2 is a disk-like body 13 as a plate-like body made of a composite (hereinafter also referred to as a SiC / Si composite) in which silicon carbide (SiC) as a ceramic is impregnated with silicon (Si) as a metal. It has. The SiC / Si composite has a three-dimensional network structure formed by firing. The lower surface of the disk-shaped body 13 is an adsorption surface 2a, and the entire adsorption surface 2a is formed of a SiC / Si composite.
[0015]
A large number of through-holes 6 for vacuum suction are formed in the disk-like body 13. The diameter of the through hole 6 is 0.5 mm, and the total hole area is about 1% of the area of the adsorption surface 2a. The through hole 6 preferably has a diameter of 0.5 mm or less. In the case of the through-hole 6 having a diameter larger than 0.5 mm, the shape of the hole at the time of adsorption is transferred to the semiconductor wafer 3 or the semiconductor wafer 3 is bent due to the large space of the through-hole 6. And through this through-hole 6, the semiconductor wafer 3 is strongly adsorbed by a vacuum suction force, and high-precision polishing is performed in this state. The vacuum chuck 2 is configured by providing a through-hole 6 in a disk-like body 13.
[0016]
The vacuum chuck 2 is disposed above the surface plate 5 with the suction surface 2a of the disk-like body 13 that sucks and holds the semiconductor wafer 3 facing downward, and is not suctioned on the opposite side of the suction surface 2a. A columnar pusher 4 is suspended from the center of the surface 2b. The pusher 4 is connected to a driving means (not shown), and when the driving means is driven, the vacuum chuck 2 is rotated via the pusher 4. The pusher 4 supports the vacuum chuck 2 horizontally, so that the suction surface 2 a of the vacuum chuck 2 is set to be parallel to the polishing surface 5 a of the surface plate 5.
[0017]
The driving means can move the vacuum chuck 2 up and down. After the semiconductor wafer 3 held by the vacuum chuck 2 is lowered to a predetermined position on the surface plate 5, the driving means is operated at a predetermined pressure. It can be brought into pressure contact with the polishing surface 5 a of the surface plate 5.
[0018]
A polishing cloth (not shown) is affixed to the polishing surface 5a of the surface plate 5, and a cylindrical rotation shaft (not shown) is suspended from the center of the surface of the surface plate 5 opposite to the polishing surface 5a. When the rotary shaft is driven to rotate, the surface plate 5 rotates. Further, a flow path (not shown) is formed inside the surface plate 5, and the temperature of the surface plate 5 can be controlled by circulating a coolant such as cooling water through the flow path.
[0019]
When polishing the semiconductor wafer 3, first, the vacuum chuck 2 on which the semiconductor wafer 3 is adsorbed on the adsorption surface 2 a of the disk-like body 13 and the surface plate 5 are rotated. Next, the surface to be polished 3a of the semiconductor wafer 3 is polished by moving the vacuum chuck 2 or the surface plate 5 upward or downward to bring the semiconductor wafer 3 into sliding contact with the polishing cloth.
[0020]
Here, the vacuum chuck 2 is required to have high rigidity and high thermal conductivity, and the rigidity is preferably a Young's modulus of 250 GPa or more. If the Young's modulus is less than 250 GPa, it may cause the vacuum chuck 2 to bend, and high-precision polishing may not be possible. In addition, the upper limit of Young's modulus is about 500 GPa from the viewpoint of material availability, cost, and the like. Further, the thermal conductivity is preferably 150 W / m · K or more. If the thermal conductivity is less than 150 W / m · K, the vacuum chuck 2 may be deformed by frictional heat, and high-precision polishing may not be possible. In addition, the upper limit of thermal conductivity is about 300 W / m · K from the viewpoints of availability of materials, cost, and the like. The vacuum chuck 2 is required to satisfy the above two properties at the same time.
[0021]
2 is an enlarged plan view showing the vacuum chuck 2 of the present embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The vacuum chuck 2 of this embodiment is formed of a SiC / Si composite in which a silicon carbide (SiC) porous body is impregnated with metal silicon (Si).
[0022]
Next, the manufacturing method of the vacuum chuck 2 is demonstrated based on FIG.
A polyethylene pot in a ball mill is mixed with 1.5 parts by mass of a 1-inch diameter fluororesin ball, 17 parts by mass of ion-exchanged water, 1 part by mass of a dispersant, and 2 parts by mass of a pH adjuster. Further, 100 parts by mass of SiC powder is added and mixed in a ball mill for 20 hours to prepare a raw material slurry.
[0023]
As shown in FIG. 4A, the obtained raw material slurry 7a is poured into a substantially bottomed cylindrical die 8. As shown in FIG. 4B, a carbon pin 9 in which artificial graphite is processed to a diameter of 0.5 mm is inserted as a pin that can be burned and disappeared in an oxidizing atmosphere. Then, the temperature is raised stepwise in the order of 30 ° C. for 12 hours, 50 ° C. for 12 hours, 70 ° C. for 12 hours, and 100 ° C. for 20 hours to obtain a ceramic molded body 7b.
[0024]
Next, as shown in FIG. 4C, the compact is put in a carbon crucible 10 and fired at 2000 ° C. for 2 hours in a non-oxidizing atmosphere furnace such as an argon (Ar) atmosphere furnace, and ceramic. A SiC sintered body 7c as a porous body was obtained. Here, an Ar atmosphere furnace is used as a non-oxidizing atmosphere furnace, but the non-oxidizing atmosphere furnace is not limited to an Ar atmosphere furnace, and a vacuum atmosphere furnace or the like can also be used. Further, the temperature and firing time of the non-oxidizing atmosphere furnace are not limited to 2000 ° C. and 2 hours, and may be performed under conditions suitable for obtaining a ceramic sintered body. It is not intended to limit the invention.
[0025]
Further, as shown in FIG. 4D, after processing the SiC sintered body 7c into a disc shape, a large number of crushed metal silicon bodies 11 are placed on the SiC sintered body 7c, and a 1500 atmosphere in a vacuum atmosphere furnace. By heating at ° C for 6 hours, the crushed body 11 is melted and impregnated in the SiC sintered body 7c. In this way, a disk-like body 13 impregnated with silicon is obtained.
[0026]
Next, as shown in FIG. 4 (e), the disk-like body 13 is taken out of the crucible 10 and placed on the support base 14 in the oxidizing atmosphere furnace 12, heated at 800 ° C. for 48 hours, and inserted in advance. The carbon pin 9 is burned and disappears. Then, the space in which the carbon pin 9 was present is formed so as to be a through-hole 6 for vacuum adsorption, and the vacuum chuck 2 made of the SiC / Si composite disk-shaped body 13 shown in FIG. obtain.
[0027]
Now, when the surface of the semiconductor wafer 3 is polished, a vacuum suction force is applied from the through hole 6 of the disk-like body 13 to attract the semiconductor wafer 3 to the suction surface 2a. Next, after the vacuum chuck 2 is brought into contact with the polishing surface 5a of the surface plate 5 with the semiconductor wafer 3 being sucked and held, the surface of the semiconductor wafer 3 is polished by rotating the vacuum chuck 2 and the surface plate 5.
[0028]
At this time, the disk-like body 13 of the vacuum chuck 2 has a structure in which silicon is impregnated into the voids of the three-dimensional network structure of baked silicon carbide, and has a Young's modulus of 320 GPa and a thermal conductivity of 200 W / It is about m · K and has high rigidity and high thermal conductivity. For this reason, while the shape of the disk-shaped body 13 is hold | maintained favorably, heat dissipation performance is also favorable. Accordingly, the vacuum chuck 2 is prevented from being deformed by frictional heat generated by the bending or polishing of the disk-like body 13 itself, and the flatness thereof is ensured. As a result, the semiconductor wafer 3 can be polished with high accuracy without causing minute waviness or the like.
[0029]
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
-According to the manufacturing method of the vacuum chuck of the present embodiment, the vacuum chuck 2 in which the through-hole 6 for adsorption is provided on the composite of metal and ceramic is efficiently manufactured without requiring a drilling process in a subsequent process. can do. The obtained vacuum chuck 2 has high rigidity and high thermal conductivity, suppresses deformation due to bending and frictional heat, avoids a decrease in adsorption force, and can polish a large semiconductor wafer with high accuracy.
[0030]
-Since the three-dimensional network structure of the SiC sintered body 7c as the ceramic porous body is impregnated with silicon as the metal, the high rigidity and high thermal conductivity, which are the advantages of each of the ceramic and the metal, are further improved. Both can be achieved at a high level.
[0031]
-Rigidity can be improved by using alumina, silicon carbide, or silicon nitride as ceramic.
-Thermal conductivity can be improved by using silicon or aluminum as a metal.
[0032]
【Example】
(Example 1)
In Example 1, a SiC / Si composite vacuum chuck in which a silicon carbide (SiC) porous body was impregnated with metallic silicon (Si) was produced according to the process shown in FIG.
[0033]
1.5 parts by mass of a fluorine resin ball having a diameter of 1 inch, 17 parts by mass of ion-exchanged water, and 1 part by mass of a styrene-maleic acid copolymer (SMA1440H made by ATOFINA Chemical) as a dispersant in a polyethylene pot in a ball mill, And 2 parts by mass of 2,2 ′, 2 ″ -nitrilotriethanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) as a pH adjuster were further mixed. 100% by weight of Ultrafine (Ibiden Co., Ltd.), which is SiC powder having an average particle size of 0.5 μm, is added to 100 parts by weight of a mixture and mixed in a ball mill for 20 hours. A slurry was prepared.
[0034]
The obtained raw material slurry was poured into a mold 8, and a carbon pin 9 obtained by processing artificial graphite (ET-10 manufactured by Ibiden Co., Ltd.) to a diameter of 0.5 mm was inserted therein. It was heated stepwise in the order of 30 ° C. for 12 hours, 50 ° C. for 12 hours, 70 ° C. for 12 hours, and 100 ° C. for 20 hours, and dried to obtain a ceramic molded body 7b.
[0035]
Next, the compact is put in a carbon crucible 10 and baked at 2000 ° C. for 2 hours in an argon (Ar) atmosphere furnace, and a SiC sintered body 7c which is a ceramic porous body having a three-dimensional network structure. Got. Furthermore, after processing it into a disk shape, the silicon crushed body 11 and the SiC sintered body 7c are brought into contact with each other, and the silicon crushed body 11 is melted in a vacuum atmosphere furnace at 1500 ° C. for 6 hours to obtain an SiC sintered body. By impregnating 7c, a disk-like body 13 made of a SiC / Si composite was obtained.
[0036]
Next, the disk-like body 13 is heated in an oxidizing atmosphere furnace at 800 ° C. for 48 hours, and the carbon pin 9 previously inserted is baked to disappear, and the space where the carbon pin 9 was present is vacuum adsorbed. A vacuum chuck 2 made of a disc-like body 13 of SiC / Si composite was obtained.
[0037]
The vacuum chuck 2 thus obtained had a Young's modulus of 320 GPa and a thermal conductivity of 200 W / m · K.
(Example 2)
In Example 2, a vacuum chuck 2 of a SiC / Al composite disk-like body 13 in which an SiC porous body was impregnated with aluminum (Al) was produced.
[0038]
This production is the same as that in Example 1 from the production of the raw slurry to the processing of the SiC sintered body 7c, which is a ceramic porous body having a three-dimensional network structure, into a disk shape. In the impregnation with Al, the SiC sintered body 7c was immersed in molten Al and impregnated with Al.
[0039]
Next, the carbon pin 9 was burned and disappeared in the same manner as in Example 1, and the space in which the carbon pin 9 existed was formed to be the through-hole 6 for vacuum adsorption, and the SiC / Al composite disc A vacuum chuck 2 composed of the body 13 was obtained.
[0040]
The vacuum chuck 2 thus obtained had a Young's modulus of 280 GPa and a thermal conductivity of 240 W / m · K. (Example 3)
In Example 3, an SiC / Si composite vacuum chuck 2 was manufactured by composite sintering of SiC particles and Si particles.
[0041]
That is, GP # 240 (manufactured by Shinano Denki Smelting Co., Ltd.), which is an SiC powder having an average particle size of 57 μm, is 70 wt%, and Ultra Fine (manufactured by Ibiden Co., Ltd.), which is an SiC powder having an average particle size of 0.5 μm 100 parts by mass of a 30% by weight mixture, 35 parts by mass of Si powder (average particle size 5 μm), and 5 parts by mass of phenol resin BRL204 (manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) were dry mixed to obtain granules.
[0042]
Thereafter, the insertion of the carbon pin and the steps after the molding were carried out in the same manner as in Example 1 to produce a vacuum chuck 2 of SiC / Si composite by composite sintering of SiC particles and Si particles.
[0043]
The vacuum chuck 2 thus obtained had a Young's modulus of 300 GPa and a thermal conductivity of 190 W / m · K.
In Example 3, the process could be simplified while ensuring high rigidity by ceramic and high thermal conductivity by metal.
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, an alumina sintered compact vacuum chuck was produced.
[0044]
Alumina granules of A96 were temporarily formed with a carbon mold and formed into a compact with a hydraulic press (130 MPa), and then cut into a predetermined shape and provided with a through-hole for vacuum adsorption.
[0045]
Next, the cut compact was sintered in an atmospheric furnace (oxidizing atmosphere furnace) to produce a vacuum chuck of an alumina sintered body. The temperature at that time is from room temperature to 2 ° C./min. The temperature was increased to 500 ° C. at a temperature increase rate of 500 ° C., and after 1 hour at 500 ° C., 500 ° C. to 5 ° C./min. The temperature is increased to 1500 ° C. at a temperature increase rate of 1 hour at 1500 ° C.
[0046]
The vacuum chuck thus obtained had a Young's modulus of 350 GPa and a thermal conductivity of 30 W / m · K.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a stainless steel vacuum chuck was produced.
[0047]
A SUS304 material was processed into a predetermined shape to form through holes for vacuum suction, and a stainless steel vacuum chuck was produced.
The vacuum chuck thus obtained had a Young's modulus of 200 GPa and a thermal conductivity of 20 W / m · K.
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an SiC dense vacuum chuck was produced.
[0048]
100 parts by mass of Ultrafine (produced by Ibiden Co., Ltd.), 3 parts by mass of phenol resin BRL204 (produced by Showa Polymer Co., Ltd.), 0.64 parts by mass of boron carbide produced by Stark Co., and 140 parts by mass of methanol Were mixed to prepare a raw material slurry. The raw material slurry was dried at 80 ° C. with a spray dryer to form granules.
[0049]
Next, after temporary molding at a molding pressure of 10 MPa using a uniaxial press machine and a carbon mold, it was molded at a pressure of 130 MPa using a hydraulic press machine. Subsequently, after processing this into a predetermined shape and providing a through-hole for vacuum adsorption, baking was performed at 2100 ° C. for 5 hours in an Ar atmosphere furnace to manufacture a vacuum chuck of a SiC dense body.
[0050]
The vacuum chuck thus obtained had a Young's modulus of 400 GPa and a thermal conductivity of 90 W / m · K.
(Comparative Example 4)
100 parts by mass of α-type silicon carbide powder (# 400) having an average particle size of 30 μm and 30 parts by mass of α-type silicon carbide powder (GMF-15H2) having an average particle size of 0.3 μm were uniformly mixed. Next, after blending 5 parts by mass of polyvinyl alcohol, 3 parts by mass of phenol resin, and 50 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of this mixture, a uniform mixture was obtained by mixing in a ball mill for 5 hours. The mixture was dried for a predetermined time to remove water to some extent, and then an appropriate amount of the dried mixture was collected and granulated using a spray drying method or the like. At this time, the moisture content of the granules was adjusted to about 0.8% by mass.
[0051]
Subsequently, the granule of the said mixture was shape | molded by the press pressure of 125 MPa using the metal stamping die. The density of the resulting disc-shaped product (diameter 200 mm, thickness 25 mm) is 2.6 g / cm. 3 Met. Subsequently, the generated shape is inserted into a graphite crucible, and the generated shape is held in a 1 atmosphere argon atmosphere at 10 ° C./min and 2200 ° C. for 4 hours using a Tamman-type baking furnace. The disc-shaped body made of a porous ceramic having a diameter of 200 mm and a thickness of 25 mm was obtained by performing the above baking. The porosity of this porous ceramic was 20%.
[0052]
Next, the obtained disc-shaped body was impregnated with a phenol resin (carbonization rate: 30% by mass) in advance and dried. Thereafter, a slurry containing metallic silicon was coated on the surface of the disk-shaped body. Here, as the slurry, a mixture of 100 parts by mass of metal silicon powder having an average particle diameter of 20 μm and a purity of 99.9999% by mass or more and 60 parts by mass of a 5% by mass acrylic ester-benzene solution is used. It was. Then, the disk-like body coated with metal silicon was heated in an argon gas stream at a heating rate of 450 ° C./hour and held at a maximum temperature of 1450 ° C. for about 1 hour. By such treatment, metal silicon was infiltrated into the disk-like body to obtain a metal-porous silicon carbide composite. The impregnation amount of metal silicon with respect to 100 parts by mass of silicon carbide was 30 parts by mass.
[0053]
The obtained metal-porous silicon carbide composite had a thermal conductivity of 210 W / m · K and a density of 3.0 g / cm. 3 Met. The average particle size of the porous silicon carbide crystal was 30 μm, and specifically, 20% by volume of fine crystals having an average particle size of 1.0 μm and 80% by volume of crude crystals having an average particle size of 40 μm were included. Subsequently, an etching resist made of an epoxy resin was formed on the outer peripheral portion and the side surface of one main surface of the metal-porous silicon carbide composite. At this time, the diameter of the etching resist non-formation part of a metal-porous silicon carbide composite was 180 mm.
[0054]
Then, the metal-porous silicon carbide composite is immersed in an etching solution composed of hydrogen fluoride: nitric acid: water = 1: 1: 1 (volume ratio), pulled up after 180 seconds, and is applied to the one main surface. A porous silicon carbide layer having a thickness of 0.5 mm was formed. Thereafter, the etching resist was removed by heat treatment to produce a metal-porous silicon carbide composite having a porous silicon carbide layer on one main surface. Seven suction holes (diameter 5 mm) penetrating the porous silicon carbide layer from the porous silicon carbide layer non-formation surface of the obtained metal-porous silicon carbide composite were formed by drilling to produce a vacuum chuck.
[0055]
Table 1 shows the results obtained by adding the wafer flatness when polishing a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm using the Young's modulus and thermal conductivity of each of the above Examples and Comparative Examples. The wafer flatness is a difference (distance) between the highest point and the lowest point on the polished surface by a flat surface measuring device (Nanometro manufactured by Kuroda Seiko Co., Ltd.). Moreover, the Young's modulus and thermal conductivity of Comparative Example 4 indicate the values of the porous silicon carbide layer constituting the adsorption surface.
[0056]
[Table 1]
Figure 2005066710
As shown in Table 1, the vacuum chuck 2 manufactured according to each example has a Young's modulus of 250 GPa or more and a thermal conductivity of 150 W / m · K or more and satisfies both properties. As a result of polishing the semiconductor wafer using the vacuum chuck 2, it was found that the wafer flatness was superior to the case of using the vacuum chucks of the comparative examples.
[0057]
It should be noted that the above embodiment and examples can be modified as follows.
In the embodiment and each example, the entire vacuum chuck 2 is formed of a composite of metal and ceramic. For example, when impregnating the metal, the impregnated metal is surrounded by a partition plate having the size of the adsorption surface of the semiconductor wafer, Only the inside may be impregnated with metal. Thereby, only the adsorption | suction surface of a semiconductor wafer can be made into the composite of a metal and a ceramic, and another part can be formed with another raw material.
[0058]
-The form of the metal impregnated in the ceramic porous body may be a granular body such as a cylinder or a powder.
A ceramic may be used in combination of two or more selected from alumina, silicon carbide and silicon nitride, and a metal may be used in combination of silicon and aluminum.
[0059]
As a pin for forming the through hole 6, any pin that can be burned and disappeared may be used, and graphite or the like can be used.
Further, technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiments and examples will be described together with the effects thereof.
[0060]
The method for manufacturing a vacuum chuck according to any one of claims 1 to 3, wherein the through hole is a circular hole having a diameter of 0.5 mm or less.
According to this manufacturing method, it is possible to prevent the shape of the through hole from being transferred to the semiconductor wafer at the time of adsorption, or the bending of the semiconductor wafer due to the large space of the through hole.
[0061]
A vacuum chuck manufacturing method in which a plurality of through-holes for vacuum suction are formed in a plate-like body in which at least all of the suction surfaces are formed of a composite of metal and ceramic, and includes the following manufacturing steps A manufacturing method of a vacuum chuck.
a) A plurality of pins that can be burned and disappeared in an oxidizing atmosphere are arranged inside, and the ends thereof protrude outward, and a composite molded body made of metal particles and ceramic particles is manufactured. Process.
b) A step of sintering the composite molded body in a non-oxidizing atmosphere to form a plate-like body formed of a composite of metal and ceramic.
c) A step of baking a plate-like body formed of a composite of the metal and ceramic in an oxidizing atmosphere to eliminate the pins and form a through-hole for vacuum adsorption.
[0062]
According to this manufacturing method, the manufacturing process can be simplified.
The vacuum chuck according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal to be impregnated is arranged in a large number so that a crushed metal body covers the ceramic porous body on the ceramic porous body. Manufacturing method.
[0063]
According to this manufacturing method, the metal to be impregnated can be sufficiently brought into contact with the ceramic porous body, and can be impregnated efficiently.
[0064]
【The invention's effect】
According to the vacuum chuck manufacturing method of the first aspect of the present invention, it is possible to efficiently manufacture a vacuum chuck in which at least all of the suction surfaces have high rigidity and high thermal conductivity.
[0065]
According to the vacuum chuck manufacturing method of the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the rigidity of the vacuum chuck can be improved.
According to the vacuum chuck manufacturing method of the invention described in claim 3, in addition to the effects of the invention described in claim 1 or claim 2, the thermal conductivity of the vacuum chuck can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically showing a semiconductor wafer polishing apparatus using a vacuum chuck in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged plan view showing the vacuum chuck of the embodiment.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4A to 4F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a vacuum chuck.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Vacuum chuck, 2a ... Adsorption | suction surface, 6 ... Through-hole for vacuum adsorption, 7b ... Ceramic molded object, 7c ... SiC sintered compact as a ceramic porous body, 13 ... Disc-shaped object as a plate-shaped object.

Claims (3)

少なくとも吸着面の全てが金属とセラミックの複合体で形成された板状体に真空吸着用の貫通孔を複数形成した真空チャックの製造方法であって、以下の製造工程よりなることを特徴とする真空チャックの製造方法。
a)酸化雰囲気下にて焼いて消失させることの可能なピンを内部に複数配設し、その端部が外部へ突出するように構成したセラミック成形体を製造する工程。
b)前記セラミック成形体を非酸化雰囲気下にて焼結して三次元網目構造を有するセラミック多孔質体とする工程。
c)前記セラミック多孔質体に金属を含浸させて金属とセラミックの複合体で形成された板状体とする工程。
d)前記金属とセラミックの複合体で形成された板状体を酸化雰囲気下で焼いてピンを消失させ、真空吸着用の貫通孔とする工程。
A manufacturing method of a vacuum chuck in which a plurality of through-holes for vacuum suction are formed in a plate-like body having at least all of the suction surfaces formed of a composite of metal and ceramic, and includes the following manufacturing steps Manufacturing method of vacuum chuck.
a) A step of manufacturing a ceramic molded body in which a plurality of pins that can be burned and disappeared in an oxidizing atmosphere are disposed inside, and end portions thereof protrude outward.
b) A step of sintering the ceramic molded body in a non-oxidizing atmosphere to form a ceramic porous body having a three-dimensional network structure.
c) A step of impregnating the ceramic porous body with metal to form a plate-like body formed of a composite of metal and ceramic.
d) A step of baking the plate-like body formed of the metal-ceramic composite body in an oxidizing atmosphere to eliminate the pins, thereby forming through holes for vacuum adsorption.
前記セラミックは、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素である請求項1に記載の真空チャックの製造方法。The method for manufacturing a vacuum chuck according to claim 1, wherein the ceramic is alumina, silicon carbide, or silicon nitride. 前記金属は、シリコン又はアルミニウムである請求項1又は請求項2に記載の真空チャックの製造方法。The method for manufacturing a vacuum chuck according to claim 1, wherein the metal is silicon or aluminum.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007283435A (en) * 2006-04-17 2007-11-01 Covalent Materials Corp Silicon-carbide-based polishing plate, manufacturing method, and polishing method for semiconductor wafer
JP2008066692A (en) * 2006-03-13 2008-03-21 Tokyo Electron Ltd Mounting apparatus
KR102144036B1 (en) * 2019-11-26 2020-08-12 양성수 Method for manufacturing vacuum chuck member and vacuum chuck member manufactured thereby

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