JP2005123556A - ウエーハ研磨用吸着プレート - 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、真空吸着してウエーハを保持しながら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】粒径が１．０〜２．０ｍｍの球状成形体を用いて成形することにより得た該球状成形体の集合体２０を焼成して得られた吸着プレートを使用することにより、ウエーハ表面の平面度を良好にすることで、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研磨治具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面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穴構造体やポーラス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３、４に示すような吸着プレートを備えたウエーハポリッシング装置により行われる。

図３の吸着プレート１１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を有し、切削加工により開けられた吸着穴１２が多数設けられた多穴構造体である。この吸着プレート１１は真空ポンプと連通しており、吸着プレート表面のウエーハ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吸着プレート１１を研磨用クロス３の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の接触部に研磨用スラリー８を流し込み、押圧力Ｆを加えながら吸着プレート１１と下定盤４を相対的に摺動させることで、ウエーハ２表面を研磨やラップ加工する。

また、図４は、ポーラス体２１を備え、保持部２２に開いた吸着穴１２より図３と同様に真空吸着し、ポーラス体２１の細かい気孔より吸着することでウエーハ２を保持している。

従来の多穴構造体は、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、従来のポーラス体は、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セラミックスに切削加工し穴や溝等を設けたりしていた（特許文献３参照）。
特開２００１−３８５５６号公報 実開１９９３−１３０５１号公報 特開２００２−１０３２１３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３に示すような緻密体の吸着プレート１１は、ウエーハ２を真空ポンプによって吸着するために、径０．４ｍｍ〜数ｍｍの吸着穴１２や、数ｍｍ幅の溝等が設けられており、これらの吸着穴１２や溝と連通した真空ポンプによりウエーハ２を吸着している。そのため、図５のようにウエーハ２の吸着部２ａに部分的な吸着力が働き、吸い込まれた状態で保持され、吸着力をなくした際に、そのウエーハの裏側２ｂが凸形状となるなどウエーハ２の平面度が良好でないという問題があった。

また、上記課題を解決するためにポーラス体の吸着プレートも考案されており、図４に示すポーラス体２１に緻密体の保持部２２を組み合わせた構造で、ポーラス部２１は電融アルミナで製作されていた。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（特許文献１〜３参照）。

このようなポーラス体２１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１１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料が主流になってくると考えられる。

しかし、従来のセラミックスのポーラス体２１の製造方法は、原料の粒子から粗い顆粒へと造粒したものを使用して成形して得るものや、またはアルミナと同様に樹脂を混合して成形した後に焼成段階で樹脂部分を取り除いてポーラス体を得る方法などが用いられていた。

これらのポーラス体２１は、細かい原料粒子のつぶれを利用した成形方法であり、気孔が細かく分散しているため真空で吸着した場合にその吸着力が弱いことや、気孔が必ずしも均一に分散していないため、研磨後のウエーハの平面度が良好ではなかった。

また、ポーラス体２１は気孔が多く存在していることから剛性が低く、緻密体と同様の研磨荷重に耐えるためには、従来品の数倍もの厚みにしなければならなかった。

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等の高い平面度を要求される薄物基板を確実に吸着し、その吸着力が均一であることにより、ウエーハ２表面の平面度を小さく抑えることでウエーハ２の高精度化を実現することである。

上記に鑑みて本発明は、粒径が１．０〜２．０ｍｍの球状成形体を用いて成形することにより得た球状成形体の集合体を焼成して得られる多孔質体からなることを特徴とする。

さらに、上記ウエーハ研磨用吸着プレートの焼成後の厚みが、外形寸法の１０％以上であることを特徴とする。

また、上記のウエーハ研磨用吸着プレートにおいて、上記球状成形体が炭化珪素粉末をプレス成形して得られたものであることを特徴とする。

さらに、上記球状成形体に成形する際の圧力（Ｘ）と該球状成形体を上記集合体に成形する際の圧力（Ｙ）の関係が０．８≦Ｘ／Ｙ≦１．０であることを特徴とする。

また、略マトリクス状に整列した大径球状成形体の隙間に隣接して介在した小径球状成形体を有する集合体を焼成して得られる多孔質体からなることを特徴とする。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形体は、酸化物セラミックス同士または非酸化物セラミックス同士の組み合わせで構成したことを特徴とする。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形体を、各々の材質をアルミナとジルコニアセラミックスの組み合わせとしたことを特徴とする。

さらに、上記大径球状成形体と小径球状成形体を、各々の材質を炭化珪素と窒化珪素セラミックスの組み合わせとしたことを特徴とする。

また、さらに上記大径球状成形体と小径球状成形体を、各々の材質を窒化アルミと窒化珪素セラミックスの組み合わせとしたことを特徴とする。

さらに、上記大径球状成形体と小径球状成形体を、吸着プレートの表裏面に配合比を変えて配置したことを特徴とする。

本発明では、半導体で使用されるシリコンウエーハ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、真空吸着により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、その粒径が１．０〜２．０ｍｍの球状成形体９を用いて成形することにより、ポーラス体を構成している。この球状成形体９間の平均細穴径Ｗが１００μｍ以上と大きいことから、ウエーハ２に確実に吸着力が伝わり、また全体にわたって球状成形体９間の平均細穴径Ｗがほぼ均一に空くことになるので、真空引きを均一にすることができ、ウエーハ２の表面の凹凸を防ぎ、ウエーハ２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、上記球状成形体９を成形した集合体２０からなる吸着プレート１の焼成後の厚みが、外形寸法の１０％以上であることとした。これは、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、緻密体との曲げ強度の差が３０％未満に抑えることができ、剛性が高いために吸着プレート１の平面度を良好なものとでき、使用中においてもたわみ量を抑え、ウエーハ２精度を満足させることができる。これが１０％以下の厚みでは、強度不足による剛性の低さから、破損に至ってしまうことになる。

また、上記球状成形体が炭化珪素粉末をプレス成形して得られたものであることにより、
耐食性、耐摩耗性などの特性を備えることができる。

また、こうした球状成形体に成形する際の圧力（Ｘ）と該球状成形体９を上記集合体２０に成形する際の圧力（Ｙ）の関係が０．８≦Ｘ／Ｙ≦１．０であることとした。球状成形体９をさらに集合体２０としたポーラス体を製作する際の圧力（Ｙ）には、初めの球状成形体９を成形する際の圧力（Ｘ）よりも、大きな圧力で成形する必要があるが、この圧力が大き過ぎると球状成形体９のつぶれが激しくなり、球状成形体９間の平均細孔径Ｗが小さくなり、安定した吸着力が得られない。これとは逆に集合体２０とする際の圧力（Ｙ）が小さいと、球状成形体９間の結合が弱くなるため、焼成した後に軽い衝撃にも耐えられずに脱粒や破損してしまうことになる。

また、略マトリクス状に整列した大径球状成形体の隙間に隣接して介在した小径球状成形体を有する集合体を焼成して得られる多孔質体からなることにより、その吸着力と強度を調整することが可能であり、大径球状成形体と小径球状成形体の径や配合比を変化させることで、吸着力や強度に関して調整することができる。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形体を、それぞれ酸化物セラミックスまたは非酸化物セラミックスの組み合わせで構成したことにより、その材質の特性を生かすことができる。

尚、各セラミックスは、材質により適正な焼成雰囲気とその焼成温度が決まっており、焼成雰囲気や焼成温度の適正化が図れなければ、その材質特有の特性を生かすことが出来ない。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形耐を、アルミナとジルコニアセラミックスの組み合わせとしたことにより、アルミナの高硬度・高剛性と、ジルコニアの高強度・高靭性の特性向上を兼ね備えることができる。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形耐を、炭化珪素と窒化珪素セラミックスの組み合わせとしたことにより、炭化珪素の耐食性・耐摩耗性、窒化珪素の耐熱衝撃性・高温強度などの特性を兼ね備えることができる。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形耐を、窒化アルミと窒化珪素セラミックスの組み合わせとしたことにより、窒化アルミの電気特性向上・熱伝導大、耐摩耗性、窒化珪素の耐熱衝撃性・高温強度などの特性を兼ね備えることができる。

また、上記大径球状成形体と小径球状成形耐を、吸着プレートの表裏面に配合比を変えて配置することにより、吸着面の面粗さの向上が可能である。

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１を搭載したポリッシング装置の構成を示す断面図で、球状成形体９をさらに集合体２０へと成形した隙間１０を有する吸着プレート１、２はシリコンウエーハ、３は研磨用クロス、４は下定盤、５は吸着プレート１を固定する固定リング、６は天板、７は真空装置へとつながる配管である。

通常、吸着プレート１は、図３のようにウエーハ２等の板状体を真空吸着するための吸着面を有し、切削加工により開けられた吸着穴１２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１１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１１を研磨用クロス３を表面に配置した下定盤上４にセットし、研磨用クロス３とウエーハ２の接触部に研磨用スラリー８を流し込み、押圧力Ｆを加えながら吸着プレート１１と下定盤４を相対的に摺動させることで、ウエーハ２表面を研磨やラップ加工する。

本発明では、図１のように半導体で使用されるシリコンウエーハ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、その粒径が１．０〜２．０ｍｍの球状成形体９を用いて成形することにより、球状の緻密体が略マトリックス状に整列されたポーラス体を構成している。

球状成形体９は、通常のボールペンボールと同様の製造方法で制作され、マトリックス状の集合体２０となった球状成形体９間の平均細孔径Ｗが１００μｍ以上と通常の多孔質の細孔径（数〜数十μｍ）より大きいことから、ウエーハに確実に吸着力が伝わり、また全体にわたって球状成形体９間の隙間１０がほぼ均一に空くことになるので、ウエーハの全面に渡って真空吸着を均一にすることができ、ウエーハ２の表面の凹凸を防ぎ、ウエーハ２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。

この球状成形体９の径が１．０ｍｍ以下の場合は、従来技術にある５００μｍ程度の造粒体を成形した多孔質体や、原料粉末に樹脂を添加して焼成により樹脂部分が焼き飛んで多孔体を製造する方法と同様に、焼成後の平均細孔径が通常１００μｍ未満と小さいため、吸着力が弱く、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、また、細孔径にばらつきが発生しやすく、部分的に吸着力が弱い部分などが発生することで、ウエーハ２の表面に凹凸が発生し、平面度が低下しまう。

一方で球状成形体９の粒径が２．０ｍｍを越えると、焼成後の吸着口となる球状成形体９間のピッチが大きくなり過ぎて、吸着部分とそうでない部分とで加工するウエーハ２の表面に凹凸が発生し、これも平面度が低下しまう結果となる。

尚、焼成前の球状成形体の径は、マイクロメータ等で測定可能ですが、焼成後の球状成形体の径は、焼成体表面をスケール付きの金属顕微鏡等で測定すればよい。

また、平均細孔径の測定には水銀圧入法により水銀圧入量を求めて細孔径分布を得ることができる。

ここで、球状成形体９とこれを成形して得られる球状成形体９の集合体２０の製造方法を説明する。

この径１．０〜２．０ｍｍの球状成形体９は、セラミックス原料粉末に成形助剤等を添加した原料を、臼と上下パンチからなるプレス型を使用して成形することで得られる。この時の成形圧力は、０．８〜１．０×１０^８Ｐａの圧力で成形する。こうして得られた球状成形体９を多数準備した後、これをプレート型のゴム型へ投入し、湿式静水圧成形にて圧力１．０×１０^８Ｐａで成型することで得られる。

このようにして得られた球状成形体９からなる吸着プレート１は、成形体の粒径１．０〜２ｍｍの集合体２０として形成されることにより、球状成形体９間に安定して均一な隙間１０を設けることが可能で、隙間１０の平均細孔径は１００μｍ以上となり、これによって、ウエーハ２をより確実に吸着することができると同時に、その吸着面のばらつきが少なく均一な吸着が可能となり、吸着面の安定化によりウエーハ２の加工面の凹凸が低減されるため平面度が向上し、高精度なウエーハ２の加工が可能となる。

また、こうした球状成形体９に成形する際の圧力（Ｘ）と該球状成形体９を上記集合体２０に成形する際の圧力（Ｙ）の関係がＸ／Ｙ≧０．８であることについては、球状成形体９をさらに集合体２０としたポーラス体を製作する際の圧力（Ｙ）には、初めの球状成形体９を成形する際の圧力（Ｘ）よりも、大きな圧力で成形する必要がある。それは球状成形体９の生密度及び球状成形体９間の結合をさらに強くすることで集合体２０となることから、ＸよりＹが大きい圧力であることが好ましい。

しかし、ここでＹの圧力が大き過ぎてＸ／Ｙ＜０．８とした場合は、球状成形体９のつぶれが激しくなり、球状成形体９間の平均細孔径Ｗが小さくなり、安定した吸着力が得られない。また、集合体２０とする際の圧力（Ｙ）が小さく１．０＜Ｘ／Ｙだと、球状成形体９間の結合が弱くなるため、焼成した後に軽い衝撃にも耐えられずに脱粒や破損してしまうことになる。

したがって、球状成形体に成形する際の圧力（Ｘ）と該球状成形体を上記集合体２０に成形する際の圧力（Ｙ）の関係が０．８≦Ｘ／Ｙ≦１．０であることが好ましい。

また、上記球状成形体９の焼成後の厚みが、外形寸法の１０％以上であることとした。従来より多孔質材料は強度が弱いことからフィルター等の特殊用途でのみ使用されており、構造材料や治工具として使用されることは少なかった。本考案も同様に吸着プレート１は、ウエーハを研磨するための治工具であり、ウエーハを研磨する際に確実に保持するためには、形状だけでなく材料の強度もウエーハ精度に大きな影響を及ぼす要因となる。

そこで本考案では、緻密体である球状成形体９を組み合わせた集合体２０からなる吸着プレートを考案した。この吸着プレートは、個々の球状成形体９が緻密体であり、その集合体２０で形成されていることから、従来の多孔質材料より強度が高く、緻密体の強度より約３０〜５０％の強度劣化に抑えることが可能である。したがって、従来の径２００吸着プレートの厚みが１５ｔであった場合、これを球状成形体９の集合体２０からなる吸着プレートで製作する場合は、その厚みを１９．５〜２２．５ｔとすることで、緻密体とほぼ同様の強度を保持することが可能である。したがって外径寸法の１０％以上とすることにより、緻密体との曲げ強度の差が３０〜５０％未満に抑えることができ、剛性が高いために吸着プレート１の平面度を良好なものとでき、使用中においてもたわみ量を抑え、ウエーハ２精度を満足させることができる。これが１０％以下の厚みでは、強度不足による剛性の低さから、破損に至ってしまうことになる。

上記では一種類の球状成形体からなる集合体２０を例に説明してきたが、図２（ｂ）のようにマトリクス状に整列した大径球状成形体９ａの隙間に隣接して介在した小径球状成形体９ｂからなる集合体２０とすると、平均細孔径が小さくなるが、隙間１０の連通を維持したまま強度を格段に改善することができる。

また、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａは、できるだけ多くの箇所で互いに接するような径の大小関係としておけば強度を更に増すことができる。

さらに、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの２種類に限らず、上記大小関係を満足さえすれば、３種類以上の球状成形体９からなる集合体２０としてもよい。

また、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａはＳｉＣだけでなく、焼成温度が近ければ異なる材料でもよい。

また、窒化珪素や窒化アルミと組み合わせることで、その材料の特性を兼ね備えることが出来る。

また、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの数の配合比は１：１となるように重量比換算で制御するのが好ましいが、吸着力、強度の特性や用途に応じて決定することができる。

さらに、吸着プレート１の表裏面で配合比を変えて、平均細孔径を吸着面側だけ小さくして表面粗さを小さくすることもできる。

また、大径球状成形体９ａを中央部に配置し、外周部に小径球状成形体９ｂを配置して
外周の強度を上げる等も可能である。

また、さらに大径球状成形体９ａを中心部に配置して、外周をすべて緻密体で覆うなどすることで、軽量・高剛性な構造体とすることもできる。

そして、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａを上記のようなマトリクス状に整列させるには、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａを混合した後に金型に充填し、プレス前に上下反転させながら金型ごと振動させることで、小径球状成形体９ｂを大径球状成形体９ａの隙間により均一に介在させることができる。

尚、以上まで述べてきた球状成形体の各径の範囲は大径球状成形体がφ１．０〜３．０ｍｍ、中径球状成形体がφ０．８７〜２．６３ｍｍ、小径球状成形体がφ０．７５〜２．２５ｍｍ、極小径球状成形体がφ０．５〜（１．０）〜１．５ｍｍが成形するのに好ましい。

各径の比としてみれば、径の比は、大径球状成形体：中径球状成形体：小径球状成形体：極小径球状成形体＝４：３．５：３：２となることが好ましいが、上記の径の範囲内であればこの比はずれてもかまわず、４：３：２：１という整数比でもかまわない。

さらに、各球状成形体は、例えば、φ１．０ｍｍの球状成形体をその組合せにより、大径球状成形体としても、極小径球状成形体としても使用することができる。

さらに、この範囲内の球状成形体を２種類〜４種類を使用したり、また、３種類のアルミナ材料と１種類のジルコニアの組合せとすることもできる。

その組み合わせは吸着力や強度、さらに必要な特性を満足するよう自由に選択することができる。

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。

炭化珪素質セラミックス粉末に成形助剤等を添加した原料を臼と上下パンチからなるプレス型へ投入し、径０．５〜２．５ｍｍまでの球状成形体を得た。この時の成形圧力は、０．５〜１．２×１０^８Ｐａの圧力で成形した。こうして得られた球状成形体を多数準備した後、これをプレート型のゴム型へ投入し、湿式静水圧成形にて圧力０．８〜１．２×１０^８Ｐａで成形した。この成形体を所定寸法に切削加工し、約１９００℃の還元雰囲気で焼成し、さらに焼成後に所定寸法へ研削加工することで外径２００ｍｍの各吸着プレート１１を各々１０個ずつ製作した。

また、吸着プレート１１の平面度比較用として、前述の吸着プレート１１で厚み１５ｔ、２０ｔ、２５ｔを製作した。

また、比較例としてＮｏ．１６の炭化珪素質セラミックスの緻密体に径１．０の吸着穴を多数空けた外径２００ｍｍ、厚み１５ｔの従来の吸着プレート、またＮｏ．１７のアルミナセラミックス粉末に３０％樹脂を添加して得られた平均細孔径２５〜５０μｍのアルミナ多孔質体からなる外径２００ｍｍ、厚み２５ｔの吸着プレートを作製した。

ここでＮｏ．１７を比較例としたのは粒径が１〜２０μｍ程度と小さいからである。

また、Ｎｏ．１８として、マトリクス状に整列した大径球状成形体９ａの隙間に隣接して介在した小径球状成形体９ｂからなる吸着プレート集合体とし、大径球状成形体９ａを径２．０ｍｍとし、小径球状成形体９ｂを１．４６ｍｍとした。

この寸法で小径球状成形体９ｂと大径球状成形９ａを配置した場合、図７（ａ）に示すように大径球状成形体９ａの８配位において、その中心部の隙間に隣接して小径球状成形体９ｂが配置されるため、最も安定した配置となる。

このように小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａは、できるだけ多くの箇所で互いに接するような径の大小関係としておけば強度を更に増すことができる。

また、強度を必要とせず、吸着力を調整したい場合は、小径球状成形体９ｂの径を上記の径からずらして設定することで、その吸着力を調整すれば良い。

さらに、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａは２種類に限らず、上記大小関係を満足さえすれば、図７（ｂ）（ｃ）に示すような３種類以上の中径球状成形体９ｃ、極小径球状成形体９ｄからなる集合体２０としてもよい。

例えば、強度よりも吸着力を調整するために、Ｎｏ．１９において、大径球状成形体９ａの径を２ｍｍとし、小径球状成形体９ｂの径を１．４６ｍｍとした場合、その各径の中間サイズの径、すなわち径が１．７３ｍｍ程度の中径球状成形体９ｃを配置することで、大径球状成形体９ａの隙間にずれて小径球状成形体９ｂが配置されるため有効である。

また、強度を向上させるために、Ｎｏ．２０において、大径球状成形体９ａの径を２ｍｍとし、小径球状成形体９ｂの径を１．４６ｍｍとした場合、その小径球状成形体９ｂよりもさらに小さい径１．０ｍｍ程度の極小径球状成形体９ｄを配置することで、大径球状成形体９ａと小径球状成形体９ｂの隙間をより少なくすることができるため有効である。

また、Ｎｏ．２１として、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの材質を異なる材質からなる吸着プレートをなす集合体２０とした。ここではその材質を、小径球状成形体９ｂをアルミナとし、大径球状成形体９ａをジルコニアとしたことで、アルミナの高硬度と高剛性を付加したジルコニアの高強度と高靭性を主特性とする吸着プレートとすることができる。

逆に、この小径球状成形体９ｂをジルコニアとし、大径球状成形体９ａをアルミナとした場合は、アルミナの主特性である高硬度と高剛性に、ジルコニアの高強度と高靭性を付加した吸着プレートとすることが出来る。

また、Ｎｏ．２２として、同様に、小径球状成形体９ｂを窒化珪素とし、大径球状成形体９ａを窒化アルミとし、窒化アルミの熱伝導性と電気特性を主特性とし、これに窒化珪素の耐熱衝撃性と高温強度向上を付加した吸着プレートとすることができる。

また、この小径球状成形体９ｂを窒化アルミとし、大径球状成形体９ａを窒化珪素とした場合は、窒化珪素の主特性である耐熱衝撃性と高温強度向上に、窒化アルミの熱伝導性と電気特性向上を付加した吸着プレートとすることが出来る。

また、Ｎｏ．２３として、同様に小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの材質を異なる材質からなる吸着プレートをなす集合体２０とし、その材質を、小径球状成形体９ｂを窒化珪素とし、大径球状成形体９ａを炭化珪素とした。これにより、炭化珪素の耐食性と耐摩耗性を主特性とし、これに窒化珪素の耐熱衝撃性と高温強度向上を付加した吸着プレートとすることが出来る。

また、この小径球状成形体９ｂを炭化珪素とし、大径球状成形体９ａを窒化珪素とした場合は、窒化珪素の主特性である耐熱衝撃性と高温強度向上に、炭化珪素の耐食性と耐磨耗性を付加した吸着プレートとすることが出来る。したがって、耐熱衝撃性や高温強度を向上させたい場合は、大径球状成形体９ａを窒化珪素とすることや、小径球状成形体９ｂとした場合でもその配合比率を増量させることで、その特性向上が達成できる。

このような異種材料の製作においては、アルミナやジルコニアのように、その雰囲気が大気中である酸化物焼成であるか、または窒化珪素、窒化アルミ、炭化珪素のような還元雰囲気である非酸化物焼成かによって分類し、酸化物相互か、非酸化物相互間で製作可能である。

また、異種材料の焼成は、焼成時の雰囲気と焼成温度が近いほど特性の良好な吸着プレートとすることができる。

また、このとき各材質間の収縮率の違いが問題になるが、これは予め収縮率を合わせるように成形圧力で調整することが出来る。

例えば、成形圧力９８ＭPa時で収縮率２０％のアルミナと収縮率２４％のジルコニアを組みあせて使用する場合は、アルミナ球状成形体の成形圧力を降下させることで実質的に、ジルコニアと同様の２４％の収縮率に合わせることが出来る。

また、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの数の配合比は１：１となるように重量比換算で制御するのが好ましいが、吸着力、強度の特性や用途に応じて決定することができる。

例えば、Ｎｏ．２４は、その材質を炭化珪素として、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの数の配合比を１：１となるように重量比換算で制御した。

この場合は、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの隙間が、適度に保たれるため吸着力が高く、炭化珪素の耐食性と耐摩耗性向上の特性が顕著に保持される。

また、吸着力をさらに上げたい場合には、小径球状成形体９ｂの配合比を少なくするか、その径を大きくすることなどで達成できる。

Ｎｏ２５として、図８（ａ）に示すように炭化珪素材料にて大径球状成形体９ａを径２．０ｍｍとし、小径球状成形体９ｂの径を１．０ｍｍとしたものにおいて、吸着プレートの表面に小径球状成形体９ｂを配置し、裏面に大径球状成形体を配置した。

このとき、大径球状成形体９ａの表面の少なくとも一層を小径球状成形体９ｂで構成した。

このような吸着プレートは、大径球状成形体９ａを先に金型へ投入して１８ｍｍの厚みに成形し、型から外さずに深さを変えて、２ｍｍ分の量の小径球状体９ｂを投入して、再度成形することで、完全に異なる層を持つ吸着プレートが製造できる。

この際に、始めの成形圧力は、最終の成形圧力よりも若干低い圧力で成形しておくことで、２種類の層の間で剥離やクラックなどの発生を防ぐことが出来る。

この際に数種類の径の球状成形体を用意し、厚み２〜３ｍｍ程度に順次成形を積み重ねていくことによって、図８（ｂ）に示すような気孔のサイズに勾配を持った吸着プレートも製作できる。

また、このような方法を用いて、予め最終形状より小さめのプレートを必要な吸着力を確保できる大径球状成形体９ａで構成し、その後、最終の形状になるようにその外周部に図８（ｃ）に示すように小径球状成形体９ｂを投入することで、外周部を小径球状成形体９ｂから構成されるものや、その逆に配置することなども可能である。

また、さらに、図８（ｄ）に示すように、外周のみでなく上下にも原料を投入して再度成形を行うことで、外周部が緻密体で、内部が球状成形体９からなる多孔質構造体とすることもできる。

この場合、吸引用の穴を表面に設けることが必要になるが、強度や剛性を保持したまま、軽量化ができるという効果が期待できる。

また、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａをマトリクス状に整列させるには、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａを混合した後に金型に充填し、プレス前に上下反転させながら金型ごと振動させることで、小径球状成形体９ｂを大径球状成形体９ａの隙間により均一に介在させることができる。

その際は、先に述べた８配位のように、大径球状成形体９ａの径に対して、０．７３２倍の径を持つ小径球状成形体９ｂを用意する。

次に、大径球状成形体９ａを隙間が発生しないように１層分投入し、次に小径球状成形体９ｂを同様に１層分投入し、これを繰り返すことで、ほぼ均一なマトリックス状に整列させることができる。

また、最後に数十回上下反転させながら、金型ごと約１分間に渡り、１〜２ｍｍ幅で振動させることで、より均一なマトリックス状とすることができる。

評価方法は、吸着プレート１１の強度、実際のウエーハ研磨をした場合のウエーハ面の平面度と吸着状態について比較した。

この時、強度は吸着プレート１１を実際のウエーハ研磨の評価を実施した後、現物より３×４×４０ｍｍの曲げ強度試験片を研削加工にて１０本切り出したものを４点曲げ強度で測定した結果の各平均値である。

ウエーハ研磨の際の条件は、ポリッシングプレート装置に上記吸着プレート１１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４．５〜８×１０^４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、研磨用スラリー８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２を取り外し洗浄した。

このとき、平面度は、フラットネス測定器（ＡＤＥ９６００）を使用してウエーハ表面の凹凸の高さを調べた。

ここで、強度およびウエーハ２の平面度は、測定結果を数値で表し、吸着状態については、１０個すべての吸着状態が良好であったものを○、１〜２個にウエーハ２の脱落やズレなどが生じたものを△、３個以上にウエーハ２の脱落やズレなどが生じたものを×とした。

その評価結果を、表１、表２に示す。

表１のように、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、球状成形体９の粒径が０．５ｍｍの場合で、曲げ強度は高いものの、吸着力が弱く、研磨時にウエーハ２が脱落したり、ズレが生じたりした。また研磨加工できたものでも吸着力の弱い状態であったため、平面度が８〜１２μｍと大きく、部分的な凹凸も見られた。

試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１２は、球状成形体９の粒径が１．０〜２．０ｍｍの場合で、従来品の緻密体に穴を設けた試料１６や多孔質材料から製作した試料Ｎｏ．１７よりも良好な吸着力とウエーハ２の平面度を得ることができた。

また、試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６は、球状成形体９の粒径が１．０ｍｍの場合で、どれも吸着力に問題も無く良好な平面度が得られ、Ｎｏ．４は厚みが１５ｔと薄いため剛性が低いことから、吸着力が若干劣って、ウエーハ２の平面度にも影響している。Ｎｏ．６は球状成形体に成形する際の成形圧力（Ｘ）よりも、この球状成形体９の集合体２０を成形する時の成形圧力（Ｙ）が低いため、球状成形体９間の結合が弱いために材料の曲げ強度も若干低下しており、厚みを大きくしているものの、強度低下による吸着力の低下により研磨時にウエーハ２のズレが発生しており、平面度もＮｏ．５より劣っている。

また、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９は、球状成形体９の粒径が１．５ｍｍの場合で、これも同様に良好な吸着力と平面度を示したが、Ｎｏ．７は、Ｎｏ．４と同様に厚みによる剛性の低下が見られた。Ｎｏ．９は球状成形体９に成形する際の成形圧力（Ｘ）よりも、この球状成形体９の集合体２０を成形する時の成形圧力（Ｙ）が高過ぎて、球状成形体９のつぶれによる結合が強いために、平均細孔径Ｗが小さくなり吸着力が低くなっているため、研磨時にウエーハ２のズレが１個に発生しており、平面度も他の２試料よりも劣っている。

また、試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１２は、球状成形体９の粒径が２．０ｍｍの場合で、同様に良好な吸着力と平面度を示しているが、Ｎｏ．１２は、Ｎｏ．６同様に球状成形体９間の結合が弱く、強度低下による吸着力の低下により研磨時にウエーハ２のズレが発生している。

また、試料Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５は、球状成形体９の粒径が２．５ｍｍの場合で、球状成形体９の球状成形体９が大きくなることで、吸着する平均細孔径Ｗも大きくなり、吸着の作用する部分とそうでない部分での吸着力の差が、加工したウエーハの表面に凹凸となって作用するため、平面度が低下している。

また、比較例の従来品試料Ｎｏ．１６は、吸着する穴の部分と吸着しない面の部分でウエーハの表面に凹凸が発生しており、平面度も平均で２．５μｍとなっている。また、吸着力はあるものの、２個にウエーハのズレが生じていた。

また、比較例のアルミナ多孔質材料を使用した吸着プレート試料Ｎｏ．１７は、吸着力が弱く、ウエーハの研磨時に、加工の回転力に耐えることができずにウエーハが脱落してしまうとともに、加工できたものも吸着力が部分的に異なるために、ウエーハの表面の凹凸が大きくなっていた。

尚、試料Ｎｏ．４、７、１０と試料Ｎｏ．５，８，１１をそれぞれ比較すると、厚みをウエーハ２の径の７．５％から１０％へと増したことで、吸着プレートの強度はほぼ実用的な剛性となる。

例えば、上記Ｘ／Ｙが１のときでもウエーハ２の径の１０％以上の厚みがあれば、２６００ＭＰａ以上の曲げ強度を確保でき、ウエーハの安定した吸着とともにその平面度も向上している。

また、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａからなるウエーハ研磨用の吸着プレート１の評価結果を表２に示す。

Ｎｏ．１８は、マトリクス状に整列した大径球状成形体９ａの隙間に隣接して介在した小径球状成形体９ｂからなる吸着プレートの集合体２０としたもので、平均細孔径が小さくなるが、多くの箇所で互いに接しているため、強度が高く、気孔径が均一であるため、吸着も良好であった。

また、Ｎｏ．１９は小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの他に、その中間サイズの中径球状成形体９ｃを設けたもので、これにより強度は低下したものの気孔の増加により吸着状態がさらに良好となり、ウエーハの平面度も良好であった。

また、Ｎｏ．２０は小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａの他に、小径球状成形体９ｂよりさらに小さいサイズの極小径球状成形体９ｄを設けたもので、これにより強度はＮｏ．１９よりも向上したが、気孔の減少により吸着状態が若干劣っている。

また、Ｎｏ．２１は、その材質を異なる材質からなる吸着プレートの集合体２０で、小径球状成形体９ｂをアルミナとし、大径球状成形体９ａをジルコニアとしたものであり、ジルコニアの高靭性にアルミナの高剛性を付加し、強度も炭化珪素並みの強度であった。
また、Ｎｏ．２２は、その材質を異なる材質からなる吸着プレートの集合体２０で、小径球状成形体９ｂを窒化珪素とし、大径球状成形体９ａを窒化アルミとしたものであり、窒化アルミの熱伝導性に、窒化珪素の耐熱衝撃性を付加したもので、強度は他の組合せに比較して劣っているが、ウエーハ研磨時のサーマルショックに対して、他の材質の組合せよりも、その効果を発揮できる。

また、Ｎｏ．２３は、その材質を異なる材質からなる吸着プレートの集合体２０で、その材質を小径球状成形体９ｂを窒化珪素とし、大径球状成形体９ａを炭化珪素としたものであり、炭化珪素の耐食性に、窒化珪素の高温強度を付加したもので、強度も比較的に高く、吸着力も得られていることから、これもウエーハ研磨時のサーマルショックに対して、他の材質の組合せよりも、その効果を発揮できる。

また、Ｎｏ．２４は、小径球状成形体９ｂと大径球状成形体９ａを炭化珪素としたものでその配合比を１：１としたもので、Ｎｏ．１８よりも小径球状成形体９ｂの比率が高く、気孔が多い吸着プレート２０である。その強度は、若干劣っているが、気孔が多いことから吸着状態が良好で、吸着ウエーハ２０の平面度も良好であった。

また、Ｎｏ．２５は、その材質を炭化珪素とするもので、小径球状成形体９ｂの径を１．０ｍｍとし、大径球状成形体９ａの径を２．０ｍｍとしたもので、吸着プレート１の表裏面で配合比を変えて、平均細孔径を吸着面側だけ小さくして表面粗さを良好にしたものである。

これにより、小径球状成形体９ｂからなる層が強度を向上させ、曲げ強度が高くなっており、気孔径が小さいために若干吸着力が劣っているものの十分使用できる範囲内である。

このように表面側に小径球状成形体９ｂを配置することで、ウェーハ２の表面が傷つかないように、細かい孔を多数備える構造とすることができる。

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断面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の球状成形体からなる集合体の拡大断面図である。 従来の多穴構造体からなる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断面図である。 従来のポーラス体からなる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断面図である。 ウエーハの吸着面の凹凸を示す断面図である。 本発明の実施形態であり（ａ）は各球状成形体、（ｂ）は各球状成形体を成形した集合体、（ｃ）は集合体を焼成して得られるウエーハ研磨用吸着プレートの表面拡大図である。 （ａ）は大径球状成形体を８配位で配置した際の小径球状成形体を示す概念図、（ｂ）は大径・中径・小径球状成形体の３種類で構成された集合体の概念図、（ｃ）大径・小径・極小径球状成形体の３種類で構成された集合体の概念図である。 （ａ）は小径球状成形体を表面側へ配置した概念図、（ｂ）は径を変えて、気孔に勾配を設けた概念図、（ｃ）は外周部に小径球状成形体を配置した概念図、（ｄ）は製品中央に球状成形体を配置した概念図である。

符号の説明

１：（本発明の）吸着プレート
２：ウエーハ
２ａ：吸着部
２ｂ：吸着部裏側
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：球状成形体
９ａ：大径球状成形体
９ｂ：小径球状成形体
９ｃ：中径球状成形体
９ｄ：極小径球状成形体
１０：隙間
１１：（従来の多穴構造体の）吸着プレート
１２：吸着穴
２０：集合体
２１：（従来のポーラス体の）吸着プレート
２２：（ポーラス体の）保持部

Claims (10)

1. 粒径が１．０〜２．０ｍｍの球状成形体を用いて成形することにより得た球状成形体の集合体を焼成して得られる多孔質体からなることを特徴とするウエーハ研磨用吸着プレート。
2. 焼成後の厚みが、外形寸法の１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ研磨用吸着プレート。
3. 請求項１または２記載のウエーハ研磨用吸着プレートにおいて、上記球状成形体が炭化珪素粉末をプレス成形して得られたものであることを特徴とするウエーハ研磨用吸着プレートの製造方法。
4. 上記球状成形体に成形する際の圧力（Ｘ）と該球状成形体を上記集合体に成形する際の圧力（Ｙ）の関係が０．８≦Ｘ／Ｙ≦１．０であることを特徴とする請求項３記載のウエーハ研磨用吸着プレートの製造方法。
5. 略マトリクス状に整列した大径球状成形体と、その隙間に隣接して介在した小径球状成形体を有する集合体を焼成して得られる多孔質体からなることを特徴とするウエーハ研磨用吸着プレート。
6. 上記大径球状成形体と小径球状成形体は、酸化物セラミックス同士または非酸化物セラミックス同士の組み合わせで構成したことを特徴とする請求項５記載のウエーハ研磨用吸着プレート。
7. 上記大径球状成形体と小径球状成形体を、各々の材質をアルミナとジルコニアセラミックスの組み合わせとしたことを特徴とする請求項５または請求項６記載のウエーハ研磨用吸着プレート。
8. 上記大径球状成形体と小径球状成形体を、各々の材質を炭化珪素と窒化珪素セラミックスの組み合わせとしたことを特徴とする請求項５または請求項６記載のウエーハ研磨用吸着プレート。
9. 上記大径球状成形体と小径球状成形体を、各々の材質を窒化アルミと窒化珪素セラミックスの組み合わせとしたことを特徴とする請求項５または請求項６記載のウエーハ研磨用吸着プレート。
10. 上記大径球状成形体と小径球状成形体を、吸着プレートの表裏面に配合比を変えて配置したことを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれかに記載のウエーハ研磨用吸着プレート。

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