JP2005279844A - ウエーハ吸着プレート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハのポリッシングに使用される吸着プレートを使用し、真空引きしてウエーハを保持して研磨したときにウエーハの平面度不良が発生する。
【解決手段】空孔径を平均細孔径が５０〜１００μｍの多孔質体炭化珪素チャックを使用することにより、ウエーハ裏面のディンプルを防止することで、ウエーハ表面の凹凸をより小さくし、高精度なウエーハを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハ、ガリウムヒ素等のウエーハや基板等を研磨加工する際に、これらを保持する保持盤、ブロックゲージ等を成すウエーハ吸着プレート及びその製造方法に関する。

従来よりシリコンウエーハやガリウムヒ素ウエーハ又は薄物基板等の平坦度の精度を必要とする加工物の研磨やラップ用の治具、測定用装置において、被加工物を保持するために多孔質体からなる真空チャック式の吸着プレートが用いられている。

例えば、従来半導体ウエーハ等の板状体を研磨加工する際は、図２、３に示すような吸着プレート１を備えたウエーハポリッシング装置により行われる。

吸着プレート１はウエーハ２等の板状体を真空吸着するための吸着面１２を有し、切削加工により開けられた吸着穴や吸着溝１２ａが設けられている。

この吸着プレート１は真空ポンプと連通しており、真空チャックの表面のウエーハ２等の被加工物を真空吸着して保持することができる。この真空チャック式の吸着プレートを研磨用クロス３を表面に配置した下定盤４上にセットし、研磨用クロス３とウエーハ２の接触面に研磨用スラリー８を流し込み、押圧力Ｆを加えながら吸着プレート１と下定盤４を相対的に面内で摺動させることで、ウエーハ２の表面を研磨やラップ加工する。

従来は、５μｍないし２０μｍの径の吸引孔を有するものがあった（特許文献１参照）。

また、従来はアルミナをこなごなに粉末状に砕いてそれをガラスで焼き固めるという方法が主流であった（特許文献２参照）。

また、上述のように緻密体１ｂと基材１ａをガラスで接合して一体化し使用するものや、緻密体１ｂに切削加工し穴や溝等を設けたりしていた。
特開２００１−３８５５６号公報 実開１９９３−１３０５１号公報

ところが今日、例えば半導体用チップの配線ルールの微細化等に伴い、ウエーハ２の高精度化が望まれている。

しかし、上述の方法で得られた図７に示す吸着プレート１（緻密体タイプ）には被加工物を真空ポンプによって保持するために、φ０．４ｍｍ〜φ数ｍｍの吸着穴１２ａや、数ｍｍ〜数十ｍｍ幅の溝等が設けられており、これらの吸着穴１２ａや溝と連通した真空ポンプによりウエーハ２を吸引保持している。そのため、図８のようにウエーハ２の一部が吸い込まれた状態で保持され、研磨またはポリッシングされるためにウエーハ２の平面度が良好でなく、さらに、部分的に吸着されたウエーハ２にはディンプル１３と呼ばれる吸着跡が発生し、そのためにウエーハ２の表面に微細な凹凸が発生し、平面度を低下させていた。

また、従来の課題としては、図３に示す多孔質部１ａに緻密体１ｂを組み合わせた構造では、多孔質部１ａは電融アルミナで製作されており、このアルミナ粉末にガラス粉末を加えて焼き固めるという製法が主流であり、ガラス成分があることで耐食性が悪くウエーハ研磨工程でアルミナが脱粒するという問題があった。

又、緻密体１ｂと基材１ａをガラス接合する際に、接合部のガラス層を均一にすることが難しく、接合部は部分的に接合されずに浮いてしまう部分が発生し、平面度の低下の要因となっていた。

また従来は、アルミナについては樹脂ビーズを入れて成形するものがあり、炭化珪素では切削でドリル等の工具を使用して、数百個〜数千個の穴を形成し、その穴を吸着穴１２ａとしていた。

しかしながら、工具で開けた穴はφ０．４ｍｍ以上の大きな穴で、これはφ０．４以下の吸着穴１２を開ける工具が製作できないためである。

このように大きな吸着穴１２があると、その部分のみで真空引きを行うため、ウエーハ２にディンプル１３（部分的な凹み）が発生し、それがウエーハ２の表面の凹凸となりウエーハ２の平面度が出ないという問題があった。

また、数千個の吸着穴１２ａを開けるのに１週間程度の時間を要していた。

本発明品は穴開け加工も必要なく、短時間で製作できる利点もあることから、吸着プレートについては、これまでアルミナが使われてきたが、耐食性の問題によりアルミナの脱粒が引き起こすウエーハ２の表面キズ問題からも、今後はガラス層を持たない炭化珪素材が主流になってくると考えられる。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであってその目的は、ウエーハ２等の高平坦を要求される薄物基板をより均一に吸着保持することにより、ウエーハ２表面の凹凸をより小さくすることでウエーハ２の高精度化を実現し、さらにはウエーハ２の表面のキズを軽減させることにある。

上記に鑑みて本発明は、真空引きによってウエーハを吸着固定させる吸着面を有する研磨用吸着プレートにおいて、上記吸着面が平均細孔径５０〜１００μｍである多孔質炭化珪素質焼結体の基材からなり、該基材の外縁部に、フッ素樹脂のシール部を設けたことを特徴とする。

また、上記基材が平均粒径１．５〜２ｍｍの炭化珪素粒子を主材としてなることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ研磨用吸着プレート。

また、上記基材の厚みが外径寸法の１０％以上であることを特徴とする。

また、上記フッ素樹脂が、上記基材表面から０．１〜１０ｍｍの範囲内に含浸している事を特徴とする。

また、上記基材が平均粒径１．５〜２ｍｍの球状炭化珪素成形体を主材として焼結してなることを特徴とする。

また、金型内に上記基材を配置し、上記シール部を成すフッ素樹脂の原料粉末を上記基材の周囲に充填し、上記金型内でフッ素樹脂の原料粉末をプレス成形した後、加熱する工程により、上記基材の外縁部にシール部を形成することを特徴とする。

本発明では、真空引きを均一にすることができ、ウエーハのディンプルを著しく軽減することで、ウエーハ表面の凹凸を防ぎ、ウエーハの平面度を向上させ、製品歩留まりを向上させることができる。

また、剛性を高め、吸着プレートの平面度を十分に出すことができ、使用中においてもたわみ量を抑え、ウエーハ精度を満足させることが出来る。

上記フッ素樹脂の含浸度が、多孔質炭化珪素の基材表面から０．１〜１０ｍｍの範囲内であることで、安定したシール効果を得ることができる。

吸着プレートの外縁部をフッ素樹脂によりコーティングし外縁部にシール部を設けることにより、表面に段差の無い吸着プレートを容易に製作でき、後加工することも容易である。

また耐薬品性に優れ発塵量も少なく、多孔質炭化珪素の絶縁性ともマッチングした用途に使用でき、さらに潤滑性にも優れているため外縁部でのウエーハに対するダメージが少なく、また−１００度から２５０度の温度領域で安定して使用することができるので半導体用のウエーハを扱うのに適している。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明のウエーハ研磨用吸着プレートを搭載したポリッシング装置内での構成を示す断面図で、平均細孔径５０〜１００μｍの吸着プレート１、ウエーハ２、研磨用クロス３、下定盤４、吸着プレートを固定する固定リング５、真空装置へとつながる配管７である。

通常、吸着プレート１にはウエーハ２等の板状体を真空吸着するための吸着面１２を有し、切削加工により開けられた吸着穴１２ａや吸着溝が設けられている。この真空チャックは真空ポンプと連通しており、吸着プレート１の表面のウエーハ２等の被加工物を真空引きして保持し、この吸着プレート１を研磨用クロス３を表面に配置した下定盤４上にセットし、研磨用クロス３とウエーハ２の接触面に研磨用スラリー８を流し込み、押圧力Ｆを加えながら吸着プレート１と下定盤４を相対的に面内で摺動させることで、ウエーハ２の表面を研磨やラップ加工する。

本発明では、半導体で使用されるウエーハ２を研磨する際に用いるポリッシング装置内に設けられ真空吸着によってその面上にウエーハ２を固定させる真空チャック式吸着プレート１において、平均細孔径が５０〜１００μｍの空孔部１０を有する多孔質炭化珪素を基材１ａとすることにより、炭化珪素粒子の隙間が全体にわたって適度に空くことになるので、真空吸着を均一にすることができ、ウエーハ２のディンプルを著しく軽減し、ウエーハ２の歩留まりを向上させることができる。

平均細孔径が５０〜１００μｍの空孔部１０を有する多孔質炭化珪素を基材とする理由は、平均細孔径が５０μｍ未満と小さい場合、吸着力が弱くなるため、保持力がなくなってウエーハ２が研磨中に外れ不良になり、一方１００μｍを超えて大きい場合は、ウエーハ２の表面にディンプル１３が発生してウエーハ２の平面度が低下しまう為である。

従来は基材１ａと緻密体１ｂ等との接着剤等による接合によって、吸着プレート１の表面に接合層で段差を生じてしまうため、吸着プレート１の表面の平面度を悪化させてしまうことがあったが、吸着プレート１の外縁部１ｄをフッ素樹脂１１によりシールすることにより、表面に段差の無い吸着プレート１を容易に製作できる。

例えば、基材１ａをフッ素樹脂コーティング用の金型にセットし、基材１ａの外縁部１ｄにポリテトラフルオルエチレンの粉末を充填して圧縮固化し、３５０度でポリテトラフルオルエチレンの粉末を焼結することができるので容易に実現可能であり、接合層での段差は後加工することも容易である。

ポリテトラフルオルエチレンのようなフッ素樹脂が特に好ましいのは、溶融時でも流動性が乏しいので、焼結時に基材１ａの空孔部１０へ必要以上に含浸により、外縁部１ｄにおける平均細穴径を低下させてしまうということがないからである。

これが例えばエポキシ樹脂のような流動性の高い接着剤であれば、外縁部１ｄにおける空孔部１０を全て埋め尽くしてしまい、外縁部１ｄにおける平均細穴径を低下させてしまうことは必定であり、さらにエポキシ樹脂は真空脱気が必要であるため均一にコートするのが難しい。

ここでポリテトラフルオルエチレンの代わりに同等の粘度の高い接着剤を用いたとしても以下のような不具合がある。

ポリテトラフルオルエチレンは発水性が高く、更に放出ガスも少ないので、真空破壊時におけるウエーハ２へのコンタミネーションが低減できるが、これが例えば粘度の高い熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂では、ゲル分率が高いため放出ガス量が多く、ウエーハ２へのコンタミネーションの原因となる。

また特に、ポリテトラフルオルエチレンは耐薬品性に優れ、発塵量も少ないので、半導体用のウエーハ２を扱うのに適している。

これが例えばエポキシ樹脂や他の熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂では、脆化するとガラス状の粉塵が発生してくるため適さない。

また特に、ポリテトラフルオルエチレンは絶縁性に優れているため、基材１ａとシール部１１にまたがって吸着させる場合などは特に基材１ａの絶縁性とマッチングした用途に使用でき、さらに潤滑性にも優れているため、外縁部１ｄでのウエーハ２に対するダメージが少ないので半導体用のウエーハ２を扱うのに適している。

また特に、ポリテトラフルオルエチレンは−１００度から２５０度の温度領域で安定して使用することができるので半導体用のウエーハ２を扱うのに適している。

これらの平均細孔径が５０〜１００μｍの空孔部１０を有する多孔質炭化珪素の基材１ａは、平均粒径φ１．５〜φ２ｍｍの球状炭化珪素成形体９をＣＩＰ成型にて圧力８０ＭＰａで成型することで得られる。

ここで、吸着プレート１の空孔部１０の平均細孔径が５０μｍ未満の場合は、吸着力が弱くウエーハ２を保持することができない。

また、吸着プレート１の空孔部１０の平均細孔径が１００μｍを超える場合は、ウエーハ２の裏面にディンプル１３が発生してしまう。

また、上記基材は粒径φ１．５〜φ２ｍｍの球状炭化珪素成形体９を主原料として形成されることにより、球体と球体の間にわずかな空孔部１０を設けることが可能で、空孔部１０の平均細孔径は５０〜１００μｍとなり、これによって、ウエーハ２をより均一に吸着保持できるようになり、ディンプル１３の低減が可能となる。

これは、球状炭化珪素成形体９の集合体により、平均細孔径が５０〜１００μｍの空孔部１０ができるからである。

ここで、上記基材は粒径が１．５ｍｍ未満の球状炭化珪素成形体９を主原料として形成されると、所望の平均細孔径を得ることができず、また、２ｍｍを超える球状炭化珪素成形体９を主原料として形成されると、空孔部１０が大きくなり、成型性が悪く成型後に割れが発生する。

また、上記基材１ａにおいて、吸着プレート１の厚みが外径寸法の１０％以上とすることにより、剛性を高め、吸着プレート１の平面度を十分に出すことができ、使用中においてもたわみ量を抑え、ウエーハ２の精度を満足させることが出来る。

また、従来品と比較してより均一に吸着でき、ディンプル１３によるウエーハ２の表面の凹凸による平面度の低下が発生しない。

また、ウエーハ２の保持力も問題はなく、加工中のウエーハ２に剥離やズレは発生しない。

また、その厚みについては例えば、外径寸法がφ２００ｍｍの場合、厚み寸法は２０ｍｍ以上で十分な合成が得られる。

上記基材１ａにおいて、吸着プレート１の厚みが外径寸法の１０％未満のときは、剛性が低くなり吸着プレート１の平面度を満足に出すことができない。加えて使用中においてもたわみ量が大きくなり、ウエーハ２ａ精度を満足できない等の問題が発生する。

また、上記基材１ａにおいて、吸着プレート１の外縁部１ｄをフッ素樹脂によりコーティングすることにより、必要なウエーハ２の吸着面１２で真空吸着できる。

特にコーティングの種類としては、フッ素樹脂系の耐薬品性が強い材質が好ましい。

耐食性のない材料の場合、使用中に腐食してエアーもれの原因になる。

フッソ樹脂の基材１ａへの含浸度は０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．１ｍｍより小さいと外縁部１ｄでのリークが発生して吸着力が弱まり、１０ｍｍ以上だと周方向での含浸
量にばらつきがあるため均一な吸着ができない。

また、シール部１１の膜厚は０．２ｍｍ以上が良く、膜の厚みが０．２ｍｍ以下になると、多孔質部が完全に埋まらず、エアー漏れが発生する場合がある。

本発明の吸着プレートをポリッシング装置に適用した実施例を説明する。

粒径φ１．５〜２ｍｍの球状炭化珪素成形体９を圧力８０ＭＰａでＣＩＰ成型後、切削加工し、真空炉１７００℃で焼成して空孔５０〜１００μｍの炭化珪素多孔質体を作製し、これを用いて外径２２０ｍｍ、厚み１８，２０、２２、２４Ｔの吸着プレート１を作製した。

また、比較例として、粒径１．０〜１．５ｍｍの球状炭化珪素成形体９を圧力８０ＭＰａでＣＩＰ成型後、切削加工し、真空炉１７００℃で焼成して平均細孔径２５〜５０μｍの炭化珪素多孔質体を作製し、これを用いて外径２２０ｍｍ、厚み２２Ｔの吸着プレート１を作製した。

また、比較例として炭化珪素粉末原料を圧力８０ＭＰａでＣＩＰ成型後、切削加工にて吸着穴を穴径φ０．４ｍｍピッチ３ｍｍにて格子状に加工し、真空炉１７００℃で焼成して緻密体を作製し、これを用いて外径２２０ｍｍ、厚み２２Ｔの吸着プレートを作製した。

さらに、平均細孔径が５０〜１００μｍの多孔質炭化珪素を作製し、これを用いて外径２２０ｍｍ、厚み２２Ｔの吸着プレートを作製し、これの外縁部１ｄをシール部１１の厚みを変えたものを数種類準備した。

シール部１１の厚みはそれぞれ０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍとした。

本実験では、吸着プレート１の吸引力を確認するために、空孔径の最適寸法と従来品である緻密体の吸着穴タイプに発生するウエーハ２の裏面のディンプル１３の深さ、ウエーハＴＴＶ、ウエーハの吸着状態について比較をすることとした。

また、吸着プレートの平面度について、それぞれ厚みの違う４種類の平面度比較を行った。

評価に使用したウエーハ２は８インチ（φ２００ｍｍ）のシリコン製のウエーハ２を使用した。

まず、ポリッシングプレート装置に上記吸着プレート１を装着し、ウエーハ２を保持するために真空装置で真空引きする。このとき真空度は３５０〜６００Ｔｏｒｒ程度に設定した。

その状態で下定盤４に貼られた研磨用クロス３の上にスラリーを流し込みながら圧力を加えて研磨用クロス３で磨き、１０μｍ程研磨した。この場合、研磨スラリーはコロイダルシリカを使用し、研磨用クロス３はウレタンの不織布を使用した。

研磨終了後に真空引きを止め、ウエーハ１を取り外し洗浄した。

フラットネス測定器（ＡＤＥ９６００）を使用してディンプル１３の深さを調べた。調べたウエーハ枚数は、同一条件の下で研磨された各２０枚の計８０枚である。

結果は表１に示す。

比較例１は空孔径が小さいために保持力が小さく、研磨中に吸着プレートより剥がれてしまった。

また、実施例１と比較例２，３の３種類の吸着プレート１で研磨されたウエーハ２は研磨中に剥がれることなく研磨は完了したが、フラットネス測定器（ＡＤＥ９６００）でウエーハの裏面を測定したところ比較例２，３には吸着跡のディンプル１３が発生しており、その深さは表１に示す通りであった。

また、ディンプル１３の発生がウエーハのＴＴＶにも影響しており、表１に示すような測定結果となった。

しかし、実施例１はディンプル１３の発生が見られず、そのためウエーハのＴＴＶも安定した精度で研磨ができており、大きな効果が見られることがわかる。

尚、表１の数値は各２０枚の平均値を表す。

次に吸着プレート１の厚みの違う４種類について、吸着プレート１の平面度について比較した。

まず、表面を研削加工した後、鋳鉄のポリッシング定盤上に３０μｍ以下のダイヤモンドスラリーを流しながら約３０分間ラップした。ラップ後に洗浄を行いエアーで水気を取り、乾燥させたものを真直度計ナノウェイにて吸着プレート１の中心を通る４５°毎に４方向測定した結果が表２である。

各４枚で計１６枚について測定した平均値がその数値である。

ウエーハ２の精度を守るために１μｍ以下の精度が望まれる中、実施例１，２はその規格を十分満足しているわけではないが、外径寸法に対し１０％以上の厚み寸法にすれば実施例３，４のように容易に１μｍ以下の真直度を達成できた。

次にシール部１１の厚み違いによるウエーハの吸着状態を比較した。

シール部１１の厚みは０．１ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．２５ｍｍの４種類で前述の方法で各１０枚の計４０について比較した。コーティングはフッ素樹脂にて行った。

結果は表３の通りである。

実施例１と実施例２では吸着力はそれほど高くないが、通常の研磨において十分ウエーハ２を吸着可能である。

また、本発明の実施例３，４については吸着、研磨共に問題なく、厳しい負荷条件でも加工ができた。

比較例１では接合部での段差のためウエーハキズと吸着不良が発生していた。

また、比較例２，３ではキズはないがウエーハ表面にコンタミネーションが確認された。

次にシール部１１の基材１ａへの含浸量０．０５、０．１、１０、２０ｍｍと吸着状態をシール部１１の厚みを０．２５ｍｍで統一して比較した結果を表４に示す。

実施例２、３では強度、分布とも良好な吸着状態だったが、実施例１では外縁部１ｄでのリークが発生してやや吸着力が弱まり、実施例４だと周方向での含浸量にばらつきがあるため周方向で吸着がやや不均一だった。

本発明のウエーハ研磨用吸着プレート備えたポリッシング装置のヘッド部を示す概略図である。 本発明の吸着プレートの断面図である。 本発明の吸着プレートの多孔質部を示す断面図である。 本発明の吸着プレートの多孔質部を上から見た図である。 コーティングのフッ素樹脂を示す断面図である。 ウエーハを示す側面図である。 従来のウエーハ研磨用吸着プレート備えたポリッシング装置のヘッド部を示す概略図である。 従来のウエーハ研磨用吸着プレート備えたポリッシング装置のヘッド部を示す概略図である。

符号の説明

１：吸着プレート
１ａ：基材
１ｂ：緻密体
１ｄ：外縁部
２：ウエーハ
３：研磨用クロス
４：下定盤
５：固定リング
６：天板
７：配管
８：研磨用スラリー
９：球状炭化珪素成形体
９ａ：炭化珪素焼結体
１０：空孔部
１１：シール部
１２：吸着面
１２ａ：吸着穴（吸着溝）
１３：ディンプル
１４：ウエーハうねり部

Claims (6)

1. 真空引きによってウエーハを吸着固定させる吸着面を有する研磨用吸着プレートにおいて、上記吸着面が平均細孔径５０〜１００μｍである多孔質炭化珪素質焼結体の基材からなり、該基材の外縁部に、フッ素樹脂のシール部を設けたことを特徴とするウエーハ吸着プレート。
2. 上記基材が平均粒径１．５〜２ｍｍの炭化珪素粒子を主材としてなることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ吸着プレート。
3. 上記基材の厚みが外径寸法の１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ吸着プレート。
4. 上記フッ素樹脂が、上記基材表面から０．１〜１０ｍｍの範囲内に含浸している事を特徴とする請求項１に記載のウエーハ吸着プレート。
5. 上記基材が平均粒径１．５〜２ｍｍの球状炭化珪素成形体を主材として焼結してなることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載のウエーハ吸着プレートの製造方法。
6. 金型内に上記基材を配置し、上記シール部を成すフッ素樹脂の原料粉末を上記基材の周囲に充填し、上記金型内でフッ素樹脂の原料粉末をプレス成形した後、加熱する工程により、上記基材の外縁部にシール部を形成することを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかに記載のウエーハ吸着プレートの製造方法。

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