JP2001158674A

JP2001158674A - 多孔質炭化珪素焼結体及びその製造方法、並びにウェハ研磨装置用部材及びウェハ研磨装置用テーブル

Info

Publication number: JP2001158674A
Application number: JP34040899A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Majima; 一隆馬嶋; Hiroyuki Yasuda; 裕之安田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-12

Abstract

(57)【要約】【課題】均熱性、熱応答性及び形状安定性に極めて優
れた多孔質炭化珪素焼結体を提供すること。【解決手段】このテーブル２はウェハ研磨装置１に用
いられるものであって、多孔質炭化珪素焼結体製の基材
１１Ａ，１１Ｂからなる。この多孔質炭化珪素焼結体で
は、炭化珪素結晶２１，２２によって構成される組織中
に開放気孔２３が存在している。炭化珪素結晶２１，２
２の平均粒径は２０μｍ以上、気孔率は４０％以下、熱
伝導率は８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質炭化珪素焼
結体及びその製造方法、並びにウェハ研磨装置用部材及
びウェハ研磨装置用テーブルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、非酸化物セラミックの一種として
炭化珪素（ＳｉＣ）が知られている。炭化珪素焼結体
は、熱伝導性、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性、硬度、
耐酸化性、耐食性等に優れるという好適な特性を有す
る。

【０００３】ゆえに、炭化珪素焼結体は、メカニカルシ
ールや軸受等の耐磨耗材料をはじめとして、高温炉用の
耐火材、熱交換器、燃焼管等の耐熱構造材料、酸やアル
カリに晒されやすいポンプ部品等の耐腐食材料など、広
く利用可能な材料であるといえる。また、近年では上記
の諸特性、特に高い熱伝導性に着目し、炭化珪素焼結体
を半導体製造装置（例えばウェハ研磨装置等）の構成材
料として利用しようとする動きがある。

【０００４】ウェハ研磨装置とは、半導体ウェハのデバ
イス形成面を研磨するためのラッピングマシンやポリッ
シングマシンのことを指す。この装置は、ウェハトップ
プレート及び多孔質炭化珪素焼結体製のテーブル等を備
えている。テーブル内に設けられた流路には冷却水が循
環される。ウェハトッププレートの保持面には、半導体
ウェハが熱可塑性ワックスを用いて貼付けられる。回転
するプッシャプレートに保持された半導体ウェハは、テ
ーブルの研磨面に対して上方から押し付けられる。その
結果、研磨面に半導体ウェハが摺接し、ウェハの片側面
が均一に研磨される。そして、このときウェハに発生し
た熱は、テーブル内を伝導した後、流路を循環する冷却
水により装置の外部に持ち去られるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、炭化珪素焼
結体には、熱を効率よく伝導するという性質があるた
め、焼結体内部に温度バラツキが生じにくいという利点
がある。従って、焼結体には高い均熱性・熱応答性が付
与される。また、熱応力の発生が回避されて基材が反り
にくくなる結果、形状安定性が高くなる。

【０００６】ところで、炭化珪素焼結体は他のセラミッ
クス焼結体に比較して熱伝導率が高いとはいうものの、
多孔質体における熱伝導率の値は１０Ｗ／ｍ・Ｋ〜７０
Ｗ／ｍ・Ｋ程度にすぎなかった。従って、よりいっそう
均熱性、熱応答性、形状安定性に優れた多孔質炭化珪素
焼結体を実現するためには、さらなる熱伝導性の向上が
必須と考えられていた。また、この焼結体を前記テーブ
ルに利用した場合についても同様に、大口径・高品質ウ
ェハの実現のためには熱伝導性の向上が必須と考えられ
ていた。

【０００７】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その第１の目的は、均熱性、熱応答性及び形状
安定性に極めて優れた多孔質炭化珪素焼結体を提供する
ことにある。第２の目的は、このような好適な焼結体を
確実に製造できる方法を提供することにある。さらに、
第３の目的は、大口径・高品質ウェハの製造に好適なウ
ェハ研磨装置用部材、ウェハ研磨装置用テーブルを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、炭化珪素結晶によっ
て構成される組織中に開放気孔が存在している多孔質焼
結体において、前記炭化珪素結晶の平均粒径が２０μｍ
以上、気孔率が４０％以下、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上である多孔質炭化珪素焼結体をその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明では、炭化珪素結晶
によって構成される組織中に開放気孔が存在している多
孔質焼結体において、前記炭化珪素結晶の平均粒径が２
０μｍ〜１００μｍ、気孔率が５％〜３０％、熱伝導率
が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である多孔質炭化珪素焼結体をそ
の要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２において、平均粒径が０．１μｍ〜１．０μｍの細か
い炭化珪素結晶を１０体積％〜５０体積％含み、かつ、
平均粒径が２５μｍ〜１５０μｍの粗い炭化珪素結晶を
５０体積％〜９０体積％含むこととした。

【００１１】請求項４に記載の発明では、炭化珪素結晶
によって構成される組織中に開放気孔が存在しており、
前記炭化珪素結晶の平均粒径が２０μｍ以上、気孔率が
４０％以下、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である多孔
質炭化珪素焼結体を製造する方法であって、平均粒径５
μｍ〜１００μｍのα型炭化珪素の粗粉末１００重量部
に対して、平均粒径０．１μｍ〜１．０μｍのα型炭化
珪素の微粉末を１０重量部〜１００重量部を配合し、こ
れを均一に混合する工程、前記工程により得られた混合
物を所定形状に成形して成形体を得る工程、及び前記成
形体を１７００℃〜２４００℃の温度範囲で焼成して焼
結体を得る工程を含むことを特徴とする多孔質炭化珪素
焼結体の製造方法をその要旨とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、ウェハ研磨装置
に用いられる部材であって、請求項１乃至３のいずれか
１項に記載の多孔質炭化珪素焼結体から構成されるウェ
ハ研磨装置用部材をその要旨とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、ウェハ研磨装置
を構成しているウェハ保持プレートの保持面に保持され
ている半導体ウェハが摺接される研磨面を有するテーブ
ルにおいて、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多
孔質炭化珪素焼結体からなる基材を複数枚積層した状態
で各基材同士が接合されるとともに、前記基材の接合界
面に流体流路が配設されているウェハ研磨装置用テーブ
ルをその要旨とする。

【００１４】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１〜３に記載の発明によると、多孔質組織を
構成する炭化珪素結晶の平均粒径が、２０μｍ以上とい
う比較的大きな値に設定されている。熱が結晶の内部を
伝導する効率は、熱が結晶間を伝導する効率に比べて一
般に高いため、平均粒径が大きいほど熱伝導率が高くな
る。また、気孔率が４０％以下という小さい値に設定さ
れていることも、熱伝導性の向上に寄与している。即
ち、気孔率が小さくなると焼結体内における空隙が減る
結果、熱が伝導しやすくなるからである。

【００１５】このため、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋより
もかなり低い値である従来の多孔質体に比べて、焼結体
内部に温度バラツキが生じにくくなる。その結果、焼結
体に極めて高い均熱性及び熱応答性が付与される。ま
た、熱応力の発生が確実に回避されて基材が反りにくく
なる結果、焼結体に極めて高い形状安定性が付与され
る。

【００１６】この場合、炭化珪素結晶の平均粒径が２０
μｍ未満であったり、気孔率が３０％を超えるものであ
ると、熱伝導率を８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い値にするこ
とが困難になる。従って、均熱性、熱応答性及び形状安
定性の向上を十分に達成することができなくなる。な
お、熱伝導率の値は８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが必
要であり、さらには１００Ｗ／ｍ以上であることが好ま
しく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋであること
が特に好ましい。

【００１７】炭化珪素結晶の平均粒径は、２０μｍ〜１
００μｍに設定されることが好ましく、３０μｍ〜９０
μｍに設定されることより好ましく、４０μｍ〜７０μ
ｍに設定されることが最も好ましい。平均粒径が大きく
なりすぎると、空隙部分が多くなり、焼結体の密度が低
下してしまうおそれがある。

【００１８】開放気孔の気孔率は、５％〜３０％に設定
されることが好ましく、１０％〜２５％に設定されるこ
とより好ましく、１０％〜２０％に設定されることが最
も好ましい。

【００１９】また、焼結体は、平均粒径が０．１μｍ〜
１．０μｍの細かい炭化珪素結晶（以下、細結晶とい
う）を１０体積％〜５０体積％含み、かつ、平均粒径が
２５μｍ〜６５μｍの粗い炭化珪素結晶（以下、粗結晶
という）を５０体積％〜９０体積％含むものであること
が好ましい。

【００２０】上記のように、細結晶と粗結晶とが適宜の
比率で含まれる焼結体の場合、粗結晶間に形成される空
隙が細結晶で埋まった状態となりやすく、実質的な空隙
の比率が小さくなる。その結果、焼結体の熱抵抗がより
いっそう小さくなり、このことが熱伝導性の向上に大き
く貢献しているものと考えられる。

【００２１】細結晶の平均粒径は、０．１μｍ〜１．０
μｍに設定されることがよく、０．１μｍ〜０．９μｍ
に設定されることがより好ましく、０．１μｍ〜０．７
μｍに設定されることが最も好ましい。細結晶の平均粒
径を極めて小さくしようとすると、高価な微粉末の使用
が必要となるため、材料コストの高騰につながるおそれ
がある。逆に、細結晶の平均粒径が大きくなりすぎる
と、粗結晶間に形成される空隙を十分に埋めることがで
きなくなり、焼結体の熱抵抗を十分に低減できなくなる
おそれがある。

【００２２】焼結体において細結晶は、１０体積％〜５
０体積％含まれることがよく、１５体積％〜４０体積％
含まれることがより好ましく、２０体積％〜４０体積％
含まれることが最も好ましい。細結晶の含有比率が小さ
くなりすぎると、粗結晶間に形成される空隙を埋めるの
に十分な量の細結晶が確保されにくくなり、焼結体の熱
抵抗を確実に低減できなくなるおそれがある。逆に、細
結晶の含有比率が大きくなりすぎると、前記空隙を埋め
る細結晶がむしろ余剰となり、本来熱伝導性の向上に必
要な程度の粗結晶が確保されなくなる。従って、かえっ
て焼結体の熱抵抗が大きくなるおそれがある。

【００２３】さらに、焼結体において粗結晶の平均粒径
は、２５μｍ〜１５０μｍに設定されることがよく、４
０μｍ〜１００μｍに設定されることがより好ましく、
６０μｍ〜８０μｍに設定されることが最も好ましい。
粗結晶の平均粒径を極めて小さくしようとすると、前記
細粒子との粒径差が小さくなる結果、細結晶と粗結晶と
の混合による熱抵抗低減効果を期待できなくなるおそれ
がある。逆に、粗結晶の平均粒径が大きくなりすぎる
と、粗結晶間に形成される個々の空隙が大きくなること
から、たとえ十分な量の細結晶があったとしても当該空
隙を十分に埋めることは困難になる。よって、焼結体の
熱抵抗を十分に低減できなくなるおそれがある。

【００２４】焼結体において粗結晶は、５０体積％〜９
０体積％含まれることがよく、６０体積％〜８５体積％
含まれることがより好ましく、６０体積％〜８０体積％
含まれることが最も好ましい。粗結晶の含有比率が小さ
くなりすぎると、本来熱伝導率の向上に必要な程度の粗
結晶が確保されなくなり、かえって焼結体の熱抵抗が大
きくなるおそれがある。逆に、粗結晶の含有比率が大き
くなりすぎると、相対的に細結晶の含有比率が小さくな
ってしまい、粗結晶間に形成される空隙を十分に埋める
ことができなくなる。よって、焼結体の熱抵抗を確実に
低減できなくなるおそれがある。

【００２５】請求項４に記載の発明によると、本発明の
多孔質炭化珪素焼結体は、上記のごとく、粗粉末に微粉
末を所定割合で配合して混合する材料調製工程、成形工
程及び焼成工程を経て製造される。

【００２６】前記材料調製工程においては、平均粒径５
μｍ〜１００μｍのα型炭化珪素の粗粉末１００重量部
に対して、平均粒径０．１μｍ〜１．０μｍのα型炭化
珪素の微粉末を１０重量部〜１００重量部を配合し、こ
れを均一に混合することを行う。

【００２７】α型炭化珪素の粗粉末の平均粒径は、５μ
ｍ〜１００μｍに設定されることがよく、１５μｍ〜７
５μｍに設定されることがより好ましく、２５μｍ〜６
０μｍに設定されることが最も好ましい。α型炭化珪素
の粗粉末の平均粒径が５μｍ未満になると、異常粒成長
を抑制する効果が低くなるおそれがある。逆に、α型炭
化珪素の粗粉末の平均粒径が６０μｍを超えると、成形
性が悪化することに加え、得られる多孔質体の強度が低
くなるおそれがある。

【００２８】α型炭化珪素の微粉末の平均粒径は、０．
１μｍ〜１．０μｍに設定されることがよく、０．１μ
ｍ〜０．８μｍに設定されることがより好ましく、０．
２μｍ〜０．５μｍに設定されることが最も好ましい。
α型炭化珪素の微粉末の平均粒径が０．１μｍ未満にな
ると、粒成長の制御が困難になることに加え、材料コス
トの高騰が避けられなくなる。逆に、α型炭化珪素の微
粉末の平均粒径が１．０μｍを超えると、粗結晶間に形
成される空隙が埋まりにくくなるおそれがある。なお、
微粉末としてα型を選択した理由は、β型に比べて結晶
の配向性が向上するため、熱伝導率がいくぶん高くなる
傾向があるからである。

【００２９】前記微粉末の配合量は、１０重量部〜１０
０重量部であることがよく、１５重量部〜６５重量部で
あることがより好ましく、２０重量部〜６０重量部であ
ることが最も好ましい。微粉末の配合量が少なすぎる
と、粗結晶間に形成される空隙を埋めるのに十分な量の
細結晶が確保されにくくなり、焼結体の熱抵抗を十分に
低減できなくなるおそれがある。また、２０μｍ以上と
いう所望の気孔径を得るために焼成温度を極めて高温に
設定する必要が生じ、コスト的に不利となる。逆に、微
粉末の配合量が多すぎると、熱伝導性の向上に必要な程
度の粗結晶が確保されなくなる結果、焼結体の熱抵抗が
大きくなるおそれがある。また、強度に優れた焼結体を
得ることも困難になる。

【００３０】上記の材料調製工程においては、前記２種
の粉末とともに、成形用バインダや分散溶媒が必要に応
じて配合される。そして、これを均一に混合・混練して
粘度を適宜調製することにより、まず原料スラリーが得
られる。なお、原料スラリーを混合する手段としては、
振動ミル、アトライター、ボールミル、コロイドミル、
高速ミキサー等がある。混合された原料スラリーを混練
する手段としては、例えばニーダー等がある。

【００３１】成形用バインダとしては、ポリビニルアル
コール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコ
ール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等
がある。成形用バインダの配合割合は、一般に炭化珪素
粉末の合計１００重量部に対し、１重量部〜１０重量部
の範囲であることが好適である。この比率が１重量部未
満であると、得られる成形体の強度が不十分となり、取
扱性が悪くなる。逆に、この比率が１０重量部を超える
ものであると、乾燥等によって成形用バインダを除去す
る際に成形体にクラックが生じやすくなり、歩留まりが
悪化してしまう。

【００３２】分散溶媒としては、ベンゼン、シクロヘキ
サン等の有機溶剤、メタノール等のアルコール、水等が
使用可能である。次いで、前記原料スラリーを用いて炭
化珪素の顆粒が形成される。炭化珪素粉末を顆粒化する
方法としては、噴霧乾燥による顆粒化法（いわゆるスプ
レードライ法）のように、従来からある汎用技術を用い
ることができる。即ち、原料スラリーを高温状態に維持
した容器内へ噴霧し、急速に乾燥を行なう方法などが適
用可能である。

【００３３】ここで、顆粒水分率は０．１重量％〜２．
０重量％であることがよく、０．２重量％〜１．０重量
％であることがさらによい。その理由は、顆粒水分率が
上記範囲内であると、成形体密度及び焼結体密度が高く
なる結果、熱伝導率が高くなるからである。顆粒水分率
が０．１重量％未満であると、成形体密度及び焼結体密
度が十分に高くならず、熱伝導率が高くなりにくくな
る。逆に、顆粒水分率が２．０重量％を超えると、乾燥
時に成形体にクラックが入りやすくなるおそれがあり、
歩留まりの悪化につながってしまう。

【００３４】続く成形工程においては、材料調製工程に
より得られた混合物からなる顆粒を所定形状に成形して
成形体を作製する。その際の成形圧力は、１．０ｔ／ｃ
ｍ²〜１．５ｔ／ｃｍ²であることがよく、１．１ｔ／ｃ
ｍ²〜１．４ｔ／ｃｍ²であることがさらによい。その理
由は、成形体溝及び焼結体密度が高くなる結果、熱伝導
率が高くなるからである。成形圧力が１．０ｔ／ｃｍ²
未満であると、成形体密度及び焼結体密度が十分に高く
ならず、熱伝導率が高くなりにくくなる。逆に、１．５
ｔ／ｃｍ²よりも大きな圧力で成形を行った場合、成形
体密度等を十分に高くすることができる反面、専用のプ
レス装置が必要となり、設備コストの高騰や製造の困難
化を招く結果となる。

【００３５】また、成形体の密度は、２．０ｇ／ｃｍ³
以上に設定されることがよく、特には２．２ｇ／ｃｍ³
〜２．７ｇ／ｃｍ³に設定されることが好ましい。その
理由は、成形体の密度が小さすぎると、炭化珪素粒子相
互の結合箇所が少なくなるからである。よって、得られ
る多孔質体の強度が低くなり、取扱性が悪くなる。逆
に、成形体の密度を大きくしようとすると、上記のごと
く専用のプレス装置が必要となり、設備コストの高騰や
製造の困難化を招く結果となる。

【００３６】続く焼成工程においては、成形工程によっ
て得られた成形体を１７００℃〜２４００℃の温度範囲
で、好ましくは２０００℃〜２３００℃の温度範囲で、
特に好ましくは２０００℃〜２３００℃の温度範囲で焼
成して焼結体を作製する。

【００３７】焼成温度が低すぎると、炭化珪素粒子同士
を結合するネック部を十分に発達させることが困難にな
り、高熱伝導率及び高強度を達成できなくなる場合があ
る。逆に、焼成温度が高すぎると、炭化珪素の熱分解が
始まる結果、焼結体の強度低下を来してしまう。しか
も、焼成炉に投じる熱エネルギー量が増大する結果、コ
スト的に不利となる。

【００３８】また、焼成時において焼成炉の内部は、例
えばアルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素、水素及び一酸
化炭素の中から選択される少なくとも一種からなるガス
雰囲気（即ち非酸化性雰囲気、不活性雰囲気）に保たれ
るべきである。なお、このとき焼成炉内を真空状態にし
てもよい。

【００３９】さらに焼成時においては、ネック部の成長
を促進させるために、成形体からの炭化珪素の揮散を抑
制することが有利である。成形体からの炭化珪素の揮散
を抑制する方法としては、外気の侵入を遮断可能な耐熱
性の容器内に成形体を装入することが有効である。前記
耐熱性の容器の形成材料としては、黒鉛または炭化珪素
が好適である。

【００４０】そして、以上の各工程を実施すれば、均熱
性、熱応答性及び形状安定性に極めて優れた多孔質炭化
珪素焼結体を確実に製造することができる。請求項５に
記載の発明によると、均熱性、熱応答性及び形状安定性
に極めて優れた多孔質炭化珪素焼結体からなる部材であ
るため、大口径・高品質ウェハの製造に好適なものとな
る。

【００４１】請求項６に記載の発明によると、研磨面に
対して半導体ウェハが回転しながら摺接する結果、半導
体ウェハの片側面が前記研磨面によって均一に研磨され
る。上記のテーブルは、均熱性、熱応答性及び形状安定
性に極めて優れた多孔質炭化珪素焼結体からなるため、
研磨時に半導体ウェハに与える熱等の影響が最小限に抑
えられる。よって、本発明のテーブルによれば、大口径
・高品質ウェハを確実に製造することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態のウェハ研磨装置１を図１〜図４に基づき詳細に説
明する。

【００４３】図１には、本実施形態のウェハ研磨装置１
が概略的に示されている。同ウェハ研磨装置１を構成し
ているテーブル２は円盤状である。テーブル２の上面
は、半導体ウェハ５を研磨するための研磨面２ａになっ
ている。この研磨面２ａには図示しない研磨クロスが貼
り付けられている。本実施形態のテーブル２は、冷却ジ
ャケットを用いることなく、円柱状をした回転軸４の上
端面に対して水平にかつ直接的に固定されている。従っ
て、回転軸４を回転駆動させると、その回転軸４ととも
にテーブル２が一体的に回転する。

【００４４】図１に示されるように、このウェハ研磨装
置１は、複数（図１では図示の便宜上２つ）のウェハ保
持プレート６を備えている。プレート６の形成材料とし
ては、例えばガラスや、アルミナ等のセラミックス材料
や、ステンレス等の金属材料などが採用される。各ウェ
ハ保持プレート６の片側面（非保持面６ｂ）の中心部に
は、プッシャ棒７が固定されている。各プッシャ棒７は
テーブル２の上方に位置するとともに、図示しない駆動
手段に連結されている。各プッシャ棒７は各ウェハ保持
プレート６を水平に支持している。このとき、保持面６
ａはテーブル２の研磨面２ａに対向した状態となる。ま
た、各プッシャ棒７はウェハ保持プレート６とともに回
転することができるばかりでなく、所定範囲だけ上下動
することができる。プレート６側を上下動させる方式に
代え、テーブル２側を上下動させる構造を採用しても構
わない。ウェハ保持プレート６の保持面６ａには、半導
体ウェハ５が例えば熱可塑性ワックス等を用いて貼着さ
れる。半導体ウェハ５は、保持面６ａに対して真空引き
によりまたは静電的に吸着されてもよい。このとき、半
導体ウェハ５における被研磨面５ａは、テーブル２の研
磨面２ａ側を向いている必要がある。

【００４５】次に、テーブル２の構成について詳細に説
明する。図１，図２に示されるように、本実施形態のテ
ーブル２は、２枚の多孔質炭化珪素焼結体製の基材１１
Ａ，１１Ｂからなる積層セラミックス構造体である。上
側基材１１Ａの裏面には、流体流路である冷却用水路１
２の一部を構成する溝１３が所定パターン状に形成され
ている。２枚の基材１１Ａ，１１Ｂ同士は、銀ロウ材層
１４を介して互いに接合されることにより、一体化され
ている。その結果、基材１１Ａ，１１Ｂの接合界面に前
記水路１２が形成される。下側基材１１Ｂの略中心部に
は、貫通孔１５が形成されている。これらの貫通孔１５
は、回転軸４内に設けられた流路４ａと、前記水路１２
とを連通させている。

【００４６】水路１２の一部を構成する溝１３は、上側
基材１１Ａの裏面を生加工後かつ焼成前に研削加工する
ことにより形成された研削溝である。溝１３の深さは３
mm〜１０mm程度に、幅は５mm〜２０mm程度にそれぞれ設
定されることがよい。

【００４７】以下、本実施形態をより具体化したいくつ
かの実施例を紹介する。［実施例１］実施例１の作製においては、出発材料とし
て，平均粒径３０μｍのα型炭化珪素の粗粉末（＃４０
０）と、平均粒径０．３μｍのα型炭化珪素の微粉末
（ＧＭＦ−１５Ｈ２）とを準備した。そして、前記粗粉
末１００重量部に対して、前記微粉末を３０重量部を配
合し、これを均一に混合した。

【００４８】この混合物１００重量部に対し、ポリビニ
ルアルコール５重量部、水５０重量部を配合した後、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かつ顆粒化
した。このとき、顆粒の水分率を約０．８重量％になる
ように調節した。次いで、前記混合物の顆粒を、金属製
押し型を用いて１．３ｔ／ｃｍ²のプレス圧力で成形し
た。得られた円盤状の生成形体（５０ｍｍφ、５ｍｍ
ｔ）の密度は２．６ｇ／ｃｍ³であった。

【００４９】続いて、後に上側基材１１Ａとなるべき成
形体の底面を研削加工することにより、深さ５ｍｍかつ
幅１０ｍｍの溝１３を底面のほぼ全域に形成した。次い
で、ルツボに前記生成形体を装入し、タンマン型焼成炉
を使用してその焼成を行なった。焼成は１気圧のアルゴ
ンガス雰囲気中において実施した。また、焼成時におい
ては１０℃／分の昇温速度で最高温度である２２００℃
まで加熱し、その後はその温度で４時間保持することと
した。

【００５０】得られた多孔質炭化珪素焼結体製の基材１
１Ａ，１１Ｂの開放気孔の気孔率は２０％、熱伝導率は
１３０Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は２．５ｇ／ｃｍ³であった。
また、炭化珪素結晶の平均粒径は３０μｍであった。具
体的には、平均粒径が１．０μｍの細結晶を２０体積％
含み、かつ、平均粒径が４０μｍの粗結晶を８０体積％
含んでいた。なお、参考のため、図４(ｃ)に実施例１の
焼結体における粒度分布のグラフを示す。

【００５１】続いて、従来公知の手法による面出し加工
を行った後、銀ロウ材を用いて２枚の基材１１Ａ，１１
Ｂを接合して一体化した。さらに、上側基材１１Ａの表
面に研磨加工を施すことにより、最終的に、半導体ウェ
ハ５の研磨に適した面粗度の研磨面２ａを有するテーブ
ル２を完成した。

【００５２】このようにして得られた実施例１のテーブ
ル２を上記各種の研磨装置１にセットし、水路１２内に
冷却水Ｗを常時循環させつつ、各種サイズの半導体ウェ
ハ５の研磨を行なった。そして、各種の研磨装置１によ
る研磨を経て得られた半導体ウェハ５を観察したとこ
ろ、ウェハサイズの如何を問わず、ウェハ５には傷が付
いていなかった。また、ウェハ５に大きな反りが生じる
ようなこともなかった。つまり、本実施例のテーブル２
を用いた場合、極めて大口径・高品質な半導体ウェハ５
が得られることがわかった。

【００５３】なお、図３は実施例１のテーブル２を拡大
して概念的に示した断面図である。このテーブル２を構
成する多孔質炭化珪素焼結体は、細結晶２１と粗結晶２
２とを含んでいる。粗結晶２２間に形成される空隙は、
細結晶２１でほぼ埋まった状態となっている。従って、
実質的な空隙の比率、つまり開放気孔２３の気孔率はか
なり小さいものとなっていることが把握できる。［実施例２］実施例２の作製においては、平均粒径３５
μｍのα型炭化珪素の粗粉末（＃３６０）を用いるとと
もに、前記粗粉末１００重量部に対して、前記微粉末を
３０重量部を配合し、これを均一に混合した。それ以外
の条件については、基本的に実施例１と同様にした。

【００５４】その結果、得られた多孔質炭化珪素焼結体
製の基材１１Ａ，１１Ｂの開放気孔の気孔率は１７％、
熱伝導率は１４５Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は２．５５ｇ／ｃｍ
³であった。また、炭化珪素結晶の平均粒径は３６μｍ
であった。具体的には、平均粒径が１．０μｍの細結晶
を２０体積％含み、かつ、平均粒径が４５μｍの粗結晶
を８０体積％含んでいた。なお、参考のため、図４(ｂ)
に実施例２の焼結体における粒度分布のグラフを示す。

【００５５】実施例１と同じ手順でテーブル２を完成さ
せた後、それを上記各種の研磨装置１にセットし、各種
サイズの半導体ウェハ５の研磨を行なったところ、前記
実施例１とほぼ同様の優れた結果が得られた。［実施例３］実施例３の作製においては、平均粒径５７
μｍのα型炭化珪素の粗粉末（＃２４０）を用いるとと
もに、前記粗粉末１００重量部に対して、前記微粉末を
３０重量部を配合し、これを均一に混合した。それ以外
の条件については、基本的に実施例１と同様にした。

【００５６】その結果、得られた多孔質炭化珪素焼結体
製の基材１１Ａ，１１Ｂの開放気孔の気孔率は１５％、
熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は２．６ｇ／ｃｍ³
であった。また、炭化珪素結晶の平均粒径は６５μｍで
あった。具体的には、平均粒径が１．０μｍの細結晶を
２０体積％含み、かつ、平均粒径が８０μｍの粗結晶を
８０体積％含んでいた。なお、参考のため、図４(ａ)に
実施例３の焼結体における粒度分布のグラフを示す。

【００５７】実施例１と同じ手順でテーブル２を完成さ
せた後、それを上記各種の研磨装置１にセットし、各種
サイズの半導体ウェハ５の研磨を行なったところ、前記
実施例１とほぼ同様の優れた結果が得られた。［比較例］比較例の作製においては、平均粒径１０μｍ
のα型炭化珪素の粗粉末を用いるとともに、前記粗粉末
１００重量部に対して、平均粒径０．７μｍのα型炭化
珪素の微粉末を４５重量部を配合し、これを均一に混合
した。それ以外の条件については、基本的に実施例１と
同様にした。

【００５８】この混合物１００重量部に対し、ポリビニ
ルアルコール５重量部、水５０重量部を配合した後、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かつ顆粒化
した。次いで、前記混合物の顆粒を、金属製押し型を用
いて０．６ｔ／ｃｍ²のプレス圧力で成形した。得られ
た円盤状の生成形体の密度は２．０ｇ／ｃｍ³であっ
た。

【００５９】続いて、後に上側基材１１Ａとなるべき成
形体の底面を研削加工することにより、深さ５ｍｍかつ
幅１０ｍｍの溝１３を底面のほぼ全域に形成した。次い
で、外気を遮断することができる黒鉛製ルツボに前記生
成形体を装入し、タンマン型焼成炉を使用してその焼成
を行なった。焼成は１気圧のアルゴンガス雰囲気中にお
いて実施した。また、焼成時においては１０℃／分の昇
温速度で最高温度である１７００℃まで加熱し、その後
はその温度で４時間保持することとした。

【００６０】その結果、得られた多孔質炭化珪素焼結体
製の基材１１Ａ，１１Ｂの開放気孔の気孔率は３８％、
熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は２．０ｇ／ｃｍ³で
あった。また、炭化珪素結晶の平均粒径は１０μｍであ
った。

【００６１】従って、本実施形態の前記各実施例によれ
ば以下のような効果を得ることができる。（１）各実施例のテーブル２を構成する多孔質炭化珪素
焼結体では、いずれも炭化珪素結晶の平均粒径が２０μ
ｍ〜１００μｍ、気孔率が５％〜３０％、熱伝導率が８
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上になっている。

【００６２】また、これらの焼結体は、いずれも平均粒
径が０．１μｍ〜１．０μｍの細結晶を１０体積％〜５
０体積％含み、かつ、平均粒径が２５μｍ〜６５μｍの
粗結晶を５０体積％〜９０体積％含んでいる。

【００６３】ゆえに、熱伝導率の値が１００Ｗ／ｍ・Ｋ
を超えるものとなり、テーブル２に極めて高い熱伝導性
が付与される。このため、従来品に比べて焼結体内部に
温度バラツキが生じにくくなる。その結果、焼結体に極
めて高い均熱性及び熱応答性が付与される。また、熱応
力の発生が確実に回避されて基材１１Ａ，１１Ｂが反り
にくくなる結果、焼結体に極めて高い形状安定性が付与
される。そして、これによりウェハ５の大口径化・高品
質化を確実に達成することができるようになる。

【００６４】（２）このテーブル２の場合、基材１１
Ａ，１１Ｂの接合界面に存在する水路１２に冷却水Ｗを
流すことができる。そのため、半導体ウェハ５の研磨時
に発生した熱をテーブル２から直接かつ効率よく逃がす
ことができ、しかも温度制御を細かく行うことができ
る。よって、冷却ジャケットにテーブル２を載せて間接
的に冷却を行う従来装置に比べ、テーブル２内の温度バ
ラツキが極めて小さくなり、均熱性及び熱応答性も格段
に向上する。ゆえに、この装置１によれば、ウェハ５が
熱による悪影響を受けにくくなり、ウェハ５の大口径化
に対応することができるようになる。しかも、ウェハ５
を高い精度で研磨することが可能となるため、高品質化
にも対応することができるようになる。

【００６５】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。・基材１１Ａ，１１Ｂ同士は、ロウ材に代表される金
属系接合材を用いて接合されてもよいほか、樹脂からな
る接着剤（例えばエポキシ樹脂等）を用いて接合されて
もよい。

【００６６】・基材１１Ａ，１１Ｂ同士は、必ずしも
ロウ材層１４を介して接合されていなくてもよく、例え
ばロウ材層１４を省略する代わりに、基材１１Ａ，１１
Ｂ同士をボルトとナットとの締結によって一体化しても
構わない。

【００６７】・２層構造をなす実施形態のテーブル２
に代えて、３層構造をなすテーブルに具体化してもよ
い。勿論、４層以上の積層構造にしても構わない。・溝１３は上側基材１１Ａのみに形成されていてもよ
いほか、下側基材１１Ｂのみに形成されていてもよく、
あるいは両方の基材１１Ａ，１１Ｂに形成されていても
よい。

【００６８】・本実施形態のテーブル２の使用にあた
って、水路１２内に水以外の液体を循環させてもよく、
さらには気体を循環させてもよい。・本発明の多孔質炭化珪素焼結体は、ウェハ研磨装置
におけるテーブル２に利用されてもよいほか、テーブル
以外の部材（ウェハトッププレート等）に利用されても
よい。勿論、本発明は、ウェハ研磨装置用テーブル２等
に代表される半導体製造装置の構成材料に利用されるの
みにとどまらない。例えば、同焼結体を電子部品搭載用
基板の放熱体に利用してもよい。また、同焼結体を、メ
カニカルシールや軸受等の耐磨耗材料、高温炉用の耐火
材、熱交換器、燃焼管等の耐熱構造材料、ポンプ部品等
の耐腐食材料などに利用することも勿論可能である。

【００６９】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想をその効果とともに以下に列挙する。（１）請求項４において、前記混合物を所定形状に成
形して成形体を得る工程を実施するとき、成形圧力を
１．０ｔ／ｃｍ²〜１．５ｔ／ｃｍ²に設定すること。従
って、この技術的思想１に記載の発明によれば、設備コ
ストの高騰や製造の困難化を回避しつつ、十分に熱伝導
性を向上させることができる。

【００７０】（２）請求項４、技術的思想１におい
て、前記混合物から顆粒を作製し、それを所定形状に成
形して前記成形体を得るにあたり、前記顆粒の水分率を
０．１重量％〜２．０重量％に設定すること。従って、
この技術的思想２に記載の発明によれば、歩留まりの悪
化を回避しつつ、十分に熱伝導性を向上させることがで
きる。

【００７１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、均熱性、熱応答性及び形状安定性に
極めて優れた多孔質炭化珪素焼結体を提供することがで
きる。

【００７２】請求項４に記載の発明によれば、このよう
な好適な焼結体を確実に製造できる方法を提供すること
ができる。請求項５に記載の発明によれば、大口径・高
品質ウェハの製造に好適なウェハ研磨装置用部材を提供
することができる。

【００７３】請求項６に記載の発明によれば、大口径・
高品質ウェハの製造に好適なウェハ研磨装置用テーブル
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施形態におけるウェハ
研磨装置を示す概略図。

【図２】ウェハ研磨装置に用いられるテーブルの要部拡
大断面図。

【図３】前記テーブルをさらに拡大して概念的に示した
断面図。

【図４】(ａ)，(ｂ)，(ｃ)は前記テーブルを構成する多
孔質炭化珪素焼結体における粒度分布を示すグラフ。

【符号の説明】

１…ウェハ研磨装置、２…セラミックス構造体の一種で
あるウェハ研磨装置用テーブル、２ａ…研磨面、５…半
導体ウェハ、６…ウェハ保持プレート、６ａ…保持面、
１１Ａ，１１Ｂ…基材、１２…流体流路としての冷却用
水路、２１…細かい炭化珪素結晶、２２…粗い炭化珪素
結晶、２３…開放気孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｃ０４Ｂ 35/56 １０１ＰＦターム(参考） 3C058 AA09 CB01 CB10 4G001 BA22 BB22 BC13 BC52 BD03 BD12 BE02 BE22 BE33 4G019 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化珪素結晶によって構成される組織中に
開放気孔が存在している多孔質焼結体において、前記炭
化珪素結晶の平均粒径が２０μｍ以上、気孔率が４０％
以下、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である多孔質炭化
珪素焼結体。
【請求項２】炭化珪素結晶によって構成される組織中に
開放気孔が存在している多孔質焼結体において、前記炭
化珪素結晶の平均粒径が２０μｍ〜１００μｍ、気孔率
が５％〜３０％、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である
多孔質炭化珪素焼結体。
【請求項３】平均粒径が０．１μｍ〜１．０μｍの細か
い炭化珪素結晶を１０体積％〜５０体積％含み、かつ、
平均粒径が２５μｍ〜１５０μｍの粗い炭化珪素結晶を
５０体積％〜９０体積％含むことを特徴とする請求項１
または２に記載の多孔質炭化珪素焼結体。
【請求項４】炭化珪素結晶によって構成される組織中に
開放気孔が存在しており、前記炭化珪素結晶の平均粒径
が２０μｍ以上、気孔率が３０％以下、熱伝導率が８０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上である多孔質炭化珪素焼結体を製造する
方法であって、平均粒径５μｍ〜１００μｍのα型炭化珪素の粗粉末１
００重量部に対して、平均粒径０．１μｍ〜１．０μｍ
のα型炭化珪素の微粉末を１０重量部〜１００重量部を
配合し、これを均一に混合する工程、前記工程により得
られた混合物を所定形状に成形して成形体を得る工程、
及び前記成形体を１７００℃〜２４００℃の温度範囲で
焼成して焼結体を得る工程を含むことを特徴とする多孔
質炭化珪素焼結体の製造方法。
【請求項５】ウェハ研磨装置に用いられる部材であっ
て、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多孔質炭化
珪素焼結体から構成されるウェハ研磨装置用部材。
【請求項６】ウェハ研磨装置を構成しているウェハ保持
プレートの保持面に保持されている半導体ウェハが摺接
される研磨面を有するテーブルにおいて、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多孔質炭化珪素
焼結体からなる基材を複数枚積層した状態で各基材同士
が接合されるとともに、前記基材の接合界面に流体流路
が配設されているウェハ研磨装置用テーブル。