JP6886862B2

JP6886862B2 - 研磨方法

Info

Publication number: JP6886862B2
Application number: JP2017105895A
Authority: JP
Inventors: 貴志手島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: JP2018199199A

Description

本発明は、例えば、半導体ウェハなどの基材を支持する支持部材の研磨方法に関する。

半導体製造の分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハの表面を平坦化するウェハ研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載のウェハ研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を適用した研磨装置であり、ウェハを保持する一対のチャックと、一対のチャックのうち、ウェハの表面を下方に向けてウェハを保持する一方のチャックの下方に配設されて、このウェハに第１の処理を施す第１のウェハ処理手段と、一対のチャックのうち、ウェハの表面を上方に向けてウェハを保持する他方のチャックの上方に配設されて、このウェハに第２の処理を施す第２のウェハ処理手段と、一対のチャックを水平軸回りに回転可能に支持するとともに、これらチャック同士の位置を入れ替え可能な回転支持部と、を備えている。

特開２０１５−１３６７５９号公報

半導体製造装置用セラミックス部材は、耐摩耗性のため表面粗さを小さくすることが望まれる。特に比剛性の高い炭化ケイ素は広く用いられ、表面粗さを小さくすることが望まれる。しかしながら、従来の遊離砥粒や固定砥粒による湿式の研磨方法では表面粗さを小さくすることに限界がある。

本発明は、以上の点に鑑み、従来よりも表面粗さを小さくすることができる研磨方法を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明の研磨方法は、半導体製造装置用部品となるセラミックス焼結体からなる加工物（例えば、実施形態の加工物５。以下同一。）を、セラミックス焼結体からなり、且つ、前記加工物よりも硬度の小さい研磨部材（例えば、実施形態の研磨部材７。以下同一。）に摺動させて研磨する研磨方法であって、表面粗さＲａを０．１μｍ以下に予め調整した前記研磨部材の表面を、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の前記加工物の表面に摺動させて、前記加工物の表面を研磨することを特徴とする。

本発明によれば、加工物の表面粗さを小さくすることができる。

また、本発明においては、表面粗さＲａを０．１μｍ以下に予め調整した前記研磨部材の表面を、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の前記加工物の表面に摺動させて、前記加工物の表面を研磨している。

かかる構成によれば、摺動研磨の前に加工物の表面をあらかじめ表面粗さＲａで０．１μｍ以下に調整しているため、研磨に要する時間を短縮することができる。また、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の研磨部材を用いることで、加工物の表面粗さＲａを０．０１μｍ以下という、研磨部材の表面粗さＲａよりも小さな表面に仕上げることができる。

［２］また、本発明においては、前記加工物は、炭化ケイ素の焼結体であり、前記研磨部材は、酸化アルミニウム、ムライト、スピネル、ジルコニアのいずれか１つの焼結体であることが好ましい。かかる構成によれば、加工物の表面粗さを小さくすることができる。

［３］また、本発明においては、前記研磨部材は、酸化アルミニウムの焼結体であることが好ましい。かかる構成によれば、加工物の表面粗さを小さくすることができる。

［４］また、本発明においては、乾式研磨であることが好ましい。かかる構成によれば、加工物の表面粗さを小さくすることができる。

［５］また、本発明においては、前記研磨部材と前記加工物とを直線的に相対移動させて研磨することが好ましい。回転研磨では、回転軸に近い箇所と遠い箇所とで加工ばらつきが発生する虞があるのに対して、上述したように直線的に摺動させて研磨させる方法では、回転研磨のような加工ばらつきを抑制することができる。

［６］また、本発明の研磨方法を用いた支持部材（例えば、実施形態の加工物５。以下同一。）の製造方法は、基板（例えば、実施形態の半導体ウェハ。以下同一。）を支持するための複数の凸部（例えば、実施形態の凸部。以下同一。）が表面に設けられた基材を前記加工物として準備し、前記複数の凸部の頂面を研磨することが好ましい。かかる構成によれば、加工物の凸部の頂面の表面粗さを小さくすることができる。

実施形態の研磨装置を示す説明図。

図を参照して、本発明の研磨方法の実施形態を説明する。図１は、実施形態の研磨装置１である。研磨装置１は、フライス盤であり、テーブル２と、テーブル２の上方に配置されたホルダ３とを備える。

テーブル２の上面には、図示省略した直動アクチュエータによって左右に往復運動可能なマグネットチャック４が設けられている。マグネットチャック４には、加工物５を保持するホルダ６が設けられている。ホルダ６は加工物５を吸引する冶具としての機能を兼ね備えている。加工物５は、本実施形態では、炭化ケイ素の焼結体で構成されている。

ホルダ３には、加工物５を加工する研磨部材７が取り付けられる。研磨部材７は、本実施形態では、酸化アルミニウムの焼結体（純度９９．５％）で構成されている。研磨部材７は、加工物５よりも硬度が小さい。本実施形態の加工物５は、半導体製造装置用部品として用いられるものであり、半導体ウェハなどの基材を支持するウェハ支持部材である。

次に、本実施形態の研磨装置１を用いた研磨方法を説明する。なお、本実施形態においては、研磨を乾式で行うが、水やその他の液体を摺動する面に介在させて研磨する湿式研磨であってもよい。

研磨部材７は加工物５に一定の力で押圧されている。なお、加工物５を研磨部材７に押圧してもよい。また、テーブル２上のマグネットチャック４は、左右に往復運動可能に構成されているが、直線方向の往復運動に限らず、研磨部材７を保持するホルダ３の軸に対して垂直方向が摺動面となればどのような運動であってもよい。例えば、遊星運動を含む回転運動を行うようにマグネットチャック４を運動させてもよい。

但し、回転研磨では、回転軸に近い箇所と遠い箇所とで加工ばらつきが発生する虞があるのに対して、上述したように直線的に相対移動させて摺動研磨させる方法では、回転研磨のような加工ばらつきを抑制することができ、特に好適である。

研磨部材７に要求される平面度及び表面粗さＲａは、加工物５の表面粗さＲａの目標値によって設定されるが、純度９９．５％の酸化アルミニウム焼結体を研磨部材７とした場合には、研磨部材７を、表面粗さＲａ０．０５μｍ、平面度０．２μｍとすることで、加工物５である炭化ケイ素焼結体は、表面粗さＲａ５ｎｍ以下（３ｎｍ程度）まで小さくすることができる。

なお、本実施形態においては、「平面度」は、レーザー干渉計で観測される干渉縞により算出された値、「表面粗さＲａ」は、非接触光学式表面粗さ測定機で測定される粗さ曲線から算出した中心線平均粗さを表している。

本実施形態の研磨方法によれば、従来よりもさらに表面粗さＲａを小さくした加工物５を製造することができる。また、加工物５を炭化ケイ素焼結体とすると表面粗さＲａが５ｎｍ以下になり、半導体製造でウェハのステージとして摺動を受けるような用途において、耐摩耗性が従来よりも向上した炭化ケイ素部材を製作することができる。

特に、表面に複数の凸部を有する炭化ケイ素焼結体からなるピンチャックの凸部の頂面に本実施形態の研磨方法を適用すると、表面粗さがナノレベルに到達する。その結果、ピンチャック使用による摩耗が低減し、経年劣化を抑制することができる。更にパーティクル発塵も抑制することができる。

［実施例１］
実施例１では、常圧焼結で製作した炭化ケイ素焼結体を直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍに粗加工して、片面を研削砥石にて、表面粗さＲａ０．１μｍ、平面度２μｍに研削した後、サンドブラストによるエッチングを施している。被研磨処理面は、前述のエッチング処理により直径０．２ｍｍ、高さ０．１ｍｍの凸部が複数形成される。

凸部形成後、ダイヤモンド遊離砥粒でのラップ処理（鏡面研磨処理）により被研磨面の表面粗さＲａは０．０３μｍ程度に研磨される。

研磨部材７は、常圧焼結で製作した純度９９．５％の酸化アルミニウム焼結体を直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状とし、加工物５に対して摺動する領域を表面粗さＲａ０．０５μｍ、平面度０．２μｍとした。

また、研磨部材７を加工物５に押し付ける押圧力は６３６９Ｐａ（１２．５Ｎ／φ３０ｍｍ）に設定し、マグネットチャック４が往復運動する距離である摺動距離を４０ｍ、摺動速度を０．５ｍ／ｍｉｎに設定した。

これにより、加工物５の凸部の頂面の表面粗さＲａが２ｎｍの炭化ケイ素焼結体からなる加工物５を得ることができた。

本実施形態の研磨方法によれば、加工物５の表面粗さを小さくすることができる。摺動研磨の前に加工物５の表面をあらかじめ表面粗さＲａで０．１μｍ以下に調整しているため、研磨に要する時間を短縮することができる。また、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の研磨部材を用いることで、加工物５の表面粗さＲａを０．０１μｍ以下（実験の結果の多くは５ｎｍ以下になった。）という、研磨部材７の表面粗さＲａよりも小さく仕上げることができる。

なお、実施例１では摺動距離を長くすると表面粗さＲａが一定値に収束することが確認されている。そこで、実施例１では、収束した一定値をその加工物５の表面粗さＲａの限界値とし、摺動距離は、少なくともその限界値に達する距離以上となるように設定した。

［比較例１］
比較例１として、加工物として、炭化ケイ素焼結体を用い、研磨部材として、炭化ケイ素焼結体を用いて、押圧力及び摺動距離を実施例１と同一に設定した研磨後の加工物の表面粗さＲａを測定したが、表面粗さＲａは１０００ｎｍを超えていた。

なお、比較例１では、摺動距離を長くしても、不規則なタイミングで表面粗さＲａが悪化する現象が現れ、表面粗さＲａが一定値に収束せず、ナノレベルまで表面粗さＲａを小さくすることができなかった。これは、加工物と研磨部材が、同じ材料、同じ硬度であることから、摺動時における摩擦力が過度に大きくなり加工物を構成する焼結体の粒子の脱離または破断現象が起きているためであると推定される。

本実施形態の研磨方法において、表面粗さＲａを従来よりも小さくすることができる推定メカニズムを詳述すると、炭化ケイ素と酸化アルミニウムの組み合わせのような異種材料からなる加工物５と研磨部材７との接触箇所は、摺動による摩擦熱と押圧とによって高温・高圧環境に晒される結果変性し、加工物５を構成する焼結体の化学結合が切られて摩耗されたものと考えられる。

特に、研磨部材７の硬度が加工物５より小さく、且つ、研磨部材７が酸化物を含む成分から構成される場合には、従来よりも表面粗さを小さくすることができる効果が顕著に発揮されるものと考えられる。

［他の変形例］
なお、研磨部材７として純度９９．５％の酸化アルミニウム焼結体を用いて説明したが、本発明の研磨部材７は、セラミックス焼結体であり、加工物５の硬度以下の硬度を備えるものであれば、他のものであってもよい。例えば、ムライト、スピネル、ジルコニアであってもよい。

また、加工物５は凸部を備えていなくても、本発明の作用効果を得ることができる。

１…研磨装置、２…テーブル、３…ホルダ、４…マグネットチャック、５…加工物、６…ホルダ、７…研磨部材。

Claims

半導体製造装置用部品となるセラミックス焼結体からなる加工物を、セラミックス焼結体からなり、且つ、前記加工物よりも硬度の小さい研磨部材に摺動させて研磨する研磨方法であって、
表面粗さＲａを０．１μｍ以下に予め調整した前記研磨部材の表面を、表面粗さＲａが０．１μｍ以下の前記加工物の表面に摺動させて、前記加工物の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
請求項１に記載の研磨方法であって、
前記加工物は、炭化ケイ素の焼結体であり、
前記研磨部材は、酸化アルミニウム、ムライト、スピネル、ジルコニアのいずれか１つの焼結体であることを特徴とする研磨方法。
請求項２に記載の研磨方法であって、
前記研磨部材は、酸化アルミニウムの焼結体であることを特徴とする研磨方法。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の研磨方法であって、
乾式研磨であることを特徴とする研磨方法。
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の研磨方法であって、
前記研磨部材と前記加工物とを直線的に相対移動させて研磨することを特徴とする研磨方法。
請求項１又は請求項２に記載の研磨方法によって、基板を支持するための複数の凸部が表面に設けられた基材を前記加工物として準備し、前記複数の凸部の頂面を研磨する支持部材の製造方法。