(57)【要約】【課題】ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートを提供する。【解決手段】本炭化珪素系研磨プレートは、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上であることを特徴とする炭化珪素系研磨プレート。
【請求項２】
嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体に溶融Ｓｉを含浸処理し、嵩密度が３．０５ｇ／ｃｍ３〜３．１５ｇ／ｃｍ３で、曲げ強さが５００ＭＰａ以上のＳｉ−ＳｉＣ複合材料であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素系研磨プレート。
【請求項３】
平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ未満のα型炭化珪素粉末にＢ−Ｃ系の焼結助剤、バインダーおよび溶媒を配合して混練しスラリーを調製する工程と、
スラリーをスプレードライヤーを使用して、ほぼ平均粒径５０μｍの造粒粉を作製する工程と、
造粒粉を所定のゴム型に充填し、ＣＩＰ成形を行い成形体を作製する工程と、
成形体をＡｒ雰囲気にて、１９００℃〜２３００℃で焼成し嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を作製する工程と、
減圧下１４５０℃で炭化珪素焼結体に溶融Ｓｉを含浸して熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上の炭化珪素系研磨プレートを作製する工程を有することを特徴とする炭化珪素系研磨プレートの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の炭化珪素系研磨プレートを半導体ウェ−ハ研磨装置の研磨ヘッドに取り付け、前記炭化珪素系研磨プレートにワックスを用いて取り付けられた半導体ウェーハを、回転する研磨定盤に取り付けられて回転する研磨布に押し付けて研磨することを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素系研磨プレート、製造方法、半導体ウェーハの研磨方法に係り、特に半導体ウェーハの研磨に用いられ、熱伝導率、ヤング率などの特性値を特定した炭化珪素系研磨プレート、製造方法、半導体ウェーハの研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体ウェーハは、単結晶インゴットから薄くスライスした後、ラップおよびポリッシュ工程により、鏡面研磨されて製造される。
【０００３】
これら研磨工程に用いられる半導体ウェーハ研磨装置の基本構成は、研磨プレートを備えた研磨ヘッドと、研磨布を貼り付けた研磨定盤からなり、研磨プレートを交換することにより、研磨装置を連続的に稼働している。
【０００４】
半導体ウェーハは熱可塑性ワックスにより研磨プレートに固定され、化学研磨液を研磨布の研磨面とウェーハ被研磨面との間に供給しながら、研磨定盤に押し付けられて研磨される。
【０００５】
近年は、半導体ウェーハの大口径化への移行や微細化に対し、研磨精度に対する要求も厳しくなってきている。
【０００６】
大口径の半導体ウェーハを精度よく研磨するには、研磨時の摩擦熱による温度分布を低減することと、ウェーハ面内への研磨圧力のばらつきを小さくすることが重要となる。
【０００７】
研磨時の摩擦熱は、半導体ウェーハを介して研磨プレートに伝達するが、研磨プレートに温度分布の不均一が生じると熱変形を生じ、半導体ウェーハの研磨精度が低下する。従って、研磨プレートの温度分布の不均一を解消するために熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さい材料が要求されている。
【０００８】
一方、ウェーハ面内における研磨圧力のばらつきを小さくするためには、設計で剛性を上げることは可能であるが、研磨装置が大型になってしまうことと、研磨プレートが重量物となってしまうため、コストの上昇や生産性の低下を招く。
【０００９】
従って、研磨プレートに要求される機械的特性としては、低密度、高強度、高剛性であり、熱的特性としては、高熱伝導、低熱膨張が挙げられる。
【００１０】
これらの要求に応えるために、近年炭化珪素系セラミックスを用いた研磨プレートが増加している。
【００１１】
炭化珪素系セラミックスは、高熱伝導性、剛性、低熱膨張等に優れる特性を有しており、これを利用した提案がなされている。
【００１２】
例えば、研磨プレートに密度が２．７ｇ／ｃｍ３以上である珪化物セラミックス製または炭化物セラミックス製の緻密体を用いることが提案され（特許文献１）、また、炭化珪素焼結体にＳｉを含浸させた研磨プレートが提案されている（特許文献２）。
【００１３】
特許文献１に記載のものをはじめとして、炭化珪素セラミックスは、Ｂ−Ｃ系の焼結助剤を用いて製造した場合、一般に緻密で熱伝導率が高い焼結体が得られることはすでに知られている。
【００１４】
一般に常圧焼結法による炭化珪素セラミックスの製造方法は次のようにして行われる。
【００１５】
原料に平均粒径がサブμｍから数μｍのαまたはβ型炭化珪素粉末を使用し、これにＢ−Ｃ系の焼結助剤とバインダー及び溶媒を必要量混合してスラリーを調製する。次に、スプレードライヤー等を使用して造粒粉を作製し、この造粒粉を型に入れて成形する。成形方法は、ＣＩＰや一軸プレス等が一般的に用いられている。
【００１６】
得られた成形体は、非酸化性雰囲気にて２０００℃以上の温度で焼成され、炭化珪素セラミックスが得られる。
【００１７】
このようにして製造された炭化珪素セラミックスは、粉体原料を焼結させるため、素材内部に気孔が存在する。そのため、気孔率を下げ、素材嵩密度を上げるために種々の工夫がなされているが、気孔を無くすことは非常に難しい。
【００１８】
焼結体の熱伝導率はその嵩密度と相関関係があり、高い嵩密度のもの程高くなる傾向を示す。高密度３．１５９ｇ／ｃｍ３後のもので熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ前後であり、２００Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものを作ることは非常に難しい。気孔率を下げ、嵩密度を上げる焼成方法として、ホットプレスまたはＨＩＰ等の方法もあるが、大型品については安価に安定供給することはできない。
【００１９】
また、その他の特性については、三点曲げ強さが４５０ＭＰａ前後、ヤング率が概ね３５０ＧＰａ〜４５０ＧＰａであり、熱膨張係数は、４．５×１０−６／Ｋ（室温〜１０００℃において）前後である。
【００２０】
さらに、特許文献２に記載の研磨プレートのように、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料を用いる方法もあるが、気孔部分が全てＳｉで充填され、構造的にポアレスとなるため、熱伝導率は一般的に炭化珪素セラミックスより高くなるが、ヤング率で３５０ＧＰａ以上の剛性のものを製造することは難しい。また、その他の特性については、嵩密度が３．１ｇ／ｃｍ３前後，熱膨張係数は４．３×１０−６／Ｋ前後である。
【００２１】
また、特許文献３には、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率が３２０ＧＰａのＳｉ含浸炭化珪素製真空チャックが開示されている。
【００２２】
しかしながら、未だ熱伝導率が高くヤング率が大きい材料を製造することができず、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートが実現していない。
【特許文献１】特開平１１−３２０３９４号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１０２号公報
【特許文献３】特開２００５−７２０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートを提供することを目的とする。
【００２４】
また、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートを製造することができる炭化珪素系研磨プレートの製造方法を提供することを目的とする。
【００２５】
また、半導体ウェーハを精度及び能率よく研磨することができる半導体ウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明者等は鋭意研究の結果、含浸するＳｉ量に対して、熱伝導率とヤング率は相反する関係にあることを見出し、この知見に基づき、嵩密度、２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体に、溶融Ｓｉを含浸処理し、嵩密度が３．０５ｇ／ｃｍ３〜３．１５ｇ／ｃｍ３とした。また、三点曲げ強さについても、この範囲内で曲げ強度が最も高くなることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【００２７】
すなわち、上述した目的を達成するため、本発明に係る炭化珪素系研磨プレートは熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上であることを特徴とする。
【００２８】
好適には嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体に溶融Ｓｉを含浸処理し、嵩密度が３．０５ｇ／ｃｍ３〜３．１５ｇ／ｃｍ３で、曲げ強さが５００ＭＰａ以上のＳｉ−ＳｉＣ複合材料である。
【００２９】
また、本発明に係る炭化珪素系研磨プレートの製造方法は、平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ未満のα型炭化珪素粉末にＢ−Ｃ系の焼結助剤、バインダーおよび溶媒を配合して混練しスラリーを調製する工程と、スラリーをスプレードライヤーを使用して、ほぼ平均粒径５０μｍの造粒粉を作製する工程と、造粒粉を所定のゴム型に充填し、ＣＩＰ成形を行い成形体を作製する工程と、成形体をＡｒ雰囲気にて、１９００℃〜２３００℃で焼成し嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を作製する工程と、減圧下１４５０℃で炭化珪素焼結体に溶融Ｓｉを含浸して熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上の炭化珪素系研磨プレートを作製する工程を有することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る半導体ウェーハの研磨方法は、上記炭化珪素系研磨プレートを半導体ウェ−ハ研磨装置の研磨ヘッドに取り付け、前記炭化珪素系研磨プレートにワックスを用いて取り付けられた半導体ウェーハを、回転する研磨定盤に取り付けられて回転する研磨布に押し付けて研磨することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る炭化珪素系研磨プレートによれば、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートを提供することができる。
【００３２】
本発明に係る炭化珪素系研磨プレートの製造方法によれば、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートを製造することができる。
【００３３】
本発明に係る半導体ウェーハの研磨方法によれば、半導体ウェーハを精度及び能率よく研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の一実施形態に係る炭化珪素系研磨プレート、この研磨プレートの製造方法および研磨プレートを用いた半導体ウェーハの研磨方法について添付図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明の炭化珪素系研磨プレートを研磨装置に組み込んだ使用状態を示す概念図である。
【００３６】
図１に示すように、本発明の炭化珪素系研磨プレート１は、半導体ウェ−ハ研磨装置２の研磨ヘッド３に取り付けて用いられ、炭化珪素系研磨プレート１にワックス４を用いて取り付けられた半導体ウェーハ５を、回転する研磨定盤６に取り付けられて回転する研磨布７に押し付けて研磨する。
【００３７】
炭化珪素系研磨プレート１は、炭化珪素系製で円盤形状をなし、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、ヤング率が４５０ＧＰａ以上である。
【００３８】
また、含浸するＳｉ量に対して、熱伝導率とヤング率は相反する関係にあり、研磨プレート１は嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体に、溶融Ｓｉを含浸処理し、嵩密度が３．０５ｇ／ｃｍ３〜３．１５ｇ／ｃｍ３で、曲げ強さが５００ＭＰａ以上のＳｉ−ＳｉＣ複合材料であるのが好ましい。
【００３９】
熱伝導率が高い材料は、ウェーハ研磨時に発生する摩擦熱による温度分布を低減できるため、研磨治具の熱変形が抑制される大きなメリットがある。炭化珪素系材料の熱膨張係数は、ほぼ４．３×１０−６／Ｋ前後とウェーハに近い値であるので、熱分布により発生する研磨治具とウェーハとの間の応力を小さくすることができ、ウェーハの研磨精度が向上する。また、ヤング率が４５０ＧＰａを超えるため、研磨圧力による研磨治具の変形が低減し、面内ばらつきも低減する。従って、大口径のウェーハを研磨した場合でも研磨精度の低下を防ぐことができる。
【００４０】
さらに、剛性が高いために、研磨治具の肉厚を低減することが可能であり、相対的に比熱容量も低下するため温度分布も小さくなる。同様に、軽量化に繋がるため、装置負荷やコストが低減できる。
【００４１】
また、炭化珪素焼結体の嵩密度が２．６０ｇ／ｃｍ３より小さいと、熱伝導率は高くなるが、ヤング率が低下する傾向にあり、逆に、２．９０ｇ／ｃｍ３より大きくなると、炭化珪素焼結体の緻密化が進んでいることから、開気孔であった気孔が閉気孔になるため、Ｓｉの含浸が妨げられる。特性は炭化珪素焼結体に近づくこととなり、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上に熱伝導率を上げることはできない。
【００４２】
従って、熱伝導率およびヤング率の両特性が十分高い範囲にあるのは、嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体に、溶融Ｓｉを含浸処理し、嵩密度が３．０５９ｇ／ｃｍ３〜３．１５ｇ／ｃｍ３とした場合である。
【００４３】
特に好ましい範囲は、焼結体嵩密度が２．７０ｇ／ｃｍ３〜２．８５ｇ／ｃｍ３である。
【００４４】
また、三点曲げ強さについても、この範囲内が５００ＭＰａ以上と最も高くなる。研磨プレートにウェーハを貼り付ける際は、研磨プレートを加熱して固定用ワックスを使用して行うが、このときの熱サイクルによる応力やハンドリングの容易さ等については、三点曲げ強さが大きいほど有利となる。
【００４５】
本実施形態の炭化珪素系研磨プレートによれば、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートが実現される。
【００４６】
この炭化珪素系研磨プレートを用いることにより、精度及び能率よい半導体ウェーハの研磨が実現される。
【００４７】
次に本発明に係る炭化珪素系研磨プレートの製造方法について説明する。
【００４８】
原料に平均粒径が０．０１μｍ以上１μｍ未満のα型炭化珪素粉末を使用し、これにＢ−Ｃ系の焼結助剤とバインダーおよび溶媒を必要量配合し、ボールミルにて２４時間混合してスラリーを調製した。
【００４９】
α型炭化珪素粉末の平均粒径が０．０１μｍより小さいと、成形時の充填不良が発生しやすく成形しにくくなる。また、得られる成形体密度が低いため、成形体ハンドリング時などにおいて、クラックや割れなどが生じやすい。平均粒径が１μｍ以上であると、焼成時に焼結不良が発生しやすく焼結体密度が低くなってしまう。
【００５０】
次に、スプレードライヤーを使用して、ほぼ平均粒径５０μｍの造粒粉を作製した。
【００５１】
造粒粉を所定のゴム型に充填し、１．５ｔｏｎ／ｃｍ２でＣＩＰ成形を行い成形体を得た。
【００５２】
成形体をＡｒ雰囲気にて、１９００℃〜２３００℃で焼成し炭化珪素焼結体を得た。
【００５３】
ここで、炭化珪素は、１８００℃以上の高温になると焼結が開始され、この時、体積収縮をともなって緻密化が進行する。従って、嵩密度２．６０ｇ／ｃｍ３〜２．９０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を得るためには、熱処理温度と密度の関係を調査して制御する。
【００５４】
また、焼結助剤の添加量も焼結収縮に影響を与えるため重要であり、これによりさらに精度の高い制御が可能となる。
【００５５】
炭化珪素焼結体への溶融Ｓｉの含浸は、減圧下１４５０℃で行った。減圧下で行うのは、炭化珪素焼結体の気孔内に十分Ｓｉを含浸させるためである。
【００５６】
また、本発明で示している熱伝導率をはじめとした各特性については、全てＪＩＳに準拠して測定した。
【００５７】
本実施形態の炭化珪素系研磨プレートの製造方法によれば、ウェーハの研磨精度を高めるとともに研磨能率が向上する炭化珪素系研磨プレートを製造することができる。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）  嵩密度が２．７０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を作製し、１４５０℃でＳｉ含浸処理を行いＳｉ−ＳｉＣ複合材料を得た。このＳｉ−ＳｉＣ複合材料の熱伝導率は２３５Ｗ／ｍ・Ｋでヤング率が４５５ＧＰａ、嵩密度は３．０９ｇ／ｃｍ３で三点曲げ強さは５２０ＭＰａであった。  
この素材を用いてφ１２インチウェーハ用の研磨プレートを製作し、研磨試験を実施した。  
研磨圧力は、高いほど摩擦熱が大きくなるため、研磨プレートの温度分布も大きくなり変形量も増す。通常は、研磨後のウェーハ精度から、研磨条件を決めているが、研磨圧力が高い方が研磨能率が向上するため、できるだけ高い研磨圧力が有利である。  
研磨後は、中心１点と外周部８点を計測し、ウェーハの平坦度を算出した。  
平坦度が０．５μｍより大きくなる点を判定点とした結果、研磨圧力３００ｇｆ／ｃｍ２であった。
【００５９】
（実施例２）  嵩密度が２．８５ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を作製し、１４５０℃でＳｉ含浸処理を行いＳｉ−ＳｉＣ複合材料を得た。このＳｉ−ＳｉＣ複合材料の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋでヤング率が４７０ＧＰａ、嵩密度は３．１２ｇ／ｃｍ３で三点曲げ強さは６００ＭＰａであった。  
実施例１と同じく、この素材を用いてφ１２インチウェーハ用の研磨プレートを製作した。  
実施例１で得られた結果から、研磨圧力３００ｇｆ／ｃｍ２で同様の評価を行なった結果、ウェーハの平坦度は０．３μｍであった。
【００６０】
（比較例１）  嵩密度が２．５０ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を作製し、１４５０℃でＳｉ含浸処理を行いＳｉ−ＳｉＣ複合材料を得た。このＳｉ−ＳｉＣ複合材料の熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・Ｋでヤング率が３４０ＧＰａ、嵩密度は３．００ｇ／ｃｍ３で三点曲げ強さは２８０ＭＰａであった。  
実施例１と同様に、この素材を用いてφ１２インチウェーハ用の研磨プレートを製作した。  
実施例２と同様の評価を行った結果、ウェーハの平坦度は１．２μｍであった。
【００６１】
（比較例２）  嵩密度が３．００ｇ／ｃｍ３の炭化珪素焼結体を作製し、１４５０℃でＳｉ含浸処理を行いＳｉ−ＳｉＣ複合材料を得た。このＳｉ−ＳｉＣ複合材料の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋでヤング率が４００ＧＰａ、嵩密度は３．０１ｇ／ｃｍ３で三点曲げ強さは４１０ＭＰａであった。  
実施例１と同様に、この素材を用いてφ１２インチウェーハ用の研磨プレートを製作した。  
実施例２と同様の評価を行った結果、ウェーハの平坦度は２．０μｍであった。  
この素材については、嵩密度の上昇がほとんど見られなかったことより、素材を切断して組織を観察した結果、Ｓｉが十分含浸しておらず、炭化珪素焼結体組織と変わらなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る炭化珪素系研磨プレートを研磨装置に組み込んで使用状態を示す概念図。
【符号の説明】
【００６３】
１  炭化珪素系研磨プレート
２  半導体ウェーハ研磨装置
３  研磨ヘッド
４  ワックス
５  半導体ウェーハ
６  研磨定盤
７  研磨布
【図１】
2007283435.tif 000003