JP2005072039A

JP2005072039A - Vacuum chuck

Info

Publication number: JP2005072039A
Application number: JP2003208655A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yasuda; 裕之安田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum chuck where at least an entire suction surface is highly stiff and thermally conductive. <P>SOLUTION: The vacuum chuck 2 has a disc-like body 13 where at least the entire suction surface 2a is formed by the complex of silicon carbide (SiC) and metal silicon (Si). The disc-like body 13 has a number of through holes for vacuum suction. The disc-like body 13 is supported by a cylindrical pusher 4 erected at the center of a non-suction surface 2b at a side opposite to the suction surface 2a. Then, a semiconductor wafer 3 is sucked and retained on the suction surface 2a by vacuum suction force from the through hole of the disc-like body 13. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハの表面を研磨する際に、半導体ウエハを吸着するための真空チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハを研磨するために、半導体ウエハを吸着して研磨する真空チャックが使用されている。すなわち、半導体ウエハを真空チャックにて吸着し、定盤上に位置させ、定盤と真空チャックの双方の回転により半導体ウエハを所望の精度に研磨するものである。この真空チャックの半導体ウエハを吸着する部分は、多数の貫通孔を有するアルミニウムやステンレス鋼等の金属板、あるいは酸化アルミニウムや炭化珪素等のセラミック板から構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。この貫通孔は、直径０．５ｍｍ以下であることが必要である。直径０．５ｍｍより大きな直径の貫通孔の場合、吸着時における孔の形状の半導体ウエハへの転写、或いは、貫通孔の空間が大きいことによる半導体ウエハの撓みの原因となる。そして、これらの金属板やセラミック板の貫通孔を介して、半導体ウエハを真空で強力に吸着し、その状態で精度の高い研磨を行うのである。
【０００３】
ところが近年、半導体ウエハのサイズの大型化と研磨の高精度化が市場から要求されるようになってきている。それにより従来のサイズの半導体ウエハでは問題にならなかったが、大型の半導体ウエハでは、真空チャックも大きくなることから、半導体ウエハを真空チャックにて吸着した際に、真空チャックの撓みが大きくなりその真空度が低下する。このため真空チャックの吸着力が下がることにより研磨精度が低下する原因となっている。従って、真空チャックの素材としては高剛性の素材が要求される。
【０００４】
また、もう一つの問題として、大型の半導体ウエハでは、研磨時に発生する摩擦熱による真空チャックの変形により真空度が低下し、吸着力が下がることに基づいて研磨精度が低下する原因となっている。しかも、その摩擦熱により半導体ウエハ及び真空チャックが熱変形し、研磨精度が低下する原因となっている。このため、真空チャックの素材としては高熱伝導率の素材が要求される。
【０００５】
そこで、本願出願人は真空チャックの素材として高剛性かつ高熱伝導率を実現すべく検討して得られた真空チャックを提案した。すなわち、かかる真空チャックは半導体ウエハの吸着面がセラミック多孔質体で構成され、それ以外の部分がセラミック多孔質体に金属を含浸させた複合体で構成されたものである（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３２０３９４号公報（第９頁、第１図、第２図）
【特許文献２】
特開２０００−２７１８６２号公報（第３−５頁）
【特許文献３】
特開２００２−３６１０２号公報（第８頁、第１図、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には次の問題点がある。
真空チャックの半導体ウエハ吸着面は、例えば炭化珪素を焼成して得られるセラミック焼成体に金属シリコンを含浸させた後、半導体ウエハ吸着面となる部分をエッチングして多孔質化したセラミック多孔質体で構成されている。このため、半導体ウエハ吸着面の剛性は低く、熱伝導率も低くなり、真空チャックの素材に要求される高剛性かつ高熱伝導率を満たすには至らなかった。
【０００８】
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、少なくとも吸着面の全てが高剛性かつ高熱伝導率である真空チャックを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明の真空チャックは、少なくとも吸着面の全てが金属とセラミックの複合体で形成された板状体に、真空吸着用の貫通孔を複数形成したことを特徴とするものである。請求項１の発明では、高熱伝導率の金属と高剛性のセラミックを併用した複合体よりなる板状体を真空チャックに用いることで、少なくとも吸着面が高剛性かつ高熱伝導率である真空チャックを実現することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明の真空チャックは、請求項１に記載の発明において、前記複合体は、三次元網目構造を有するセラミック多孔質体に金属を含浸させてなるものであることを特徴とするものである。請求項２の発明では、セラミック多孔質体に金属を三次元網目構造内に均質に含浸させることが可能で、セラミックと金属のそれぞれの長所である、高剛性と高熱伝導率をより高いレベルで両立させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明の真空チャックは、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記セラミックは、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素であることを特徴とするものである。請求項３の発明では、セラミックとして、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素を用いることで、より高剛性の真空チャックを実現できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明の真空チャックは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記金属は、シリコン又はアルミニウムであることを特徴とするものである。請求項４の発明では、金属として、シリコン又はアルミニウムを用いることで、より高熱伝導率の真空チャックを実現できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明の真空チャックは、請求項１に記載の発明において、前記複合体は、セラミックの粒子と金属の粒子とを複合焼結してなるものであることを特徴とするものである。請求項５の発明では、セラミック粒子と金属の粒子とを複合焼結して複合体を形成することができ、製造工程を簡略化できる。
【００１４】
請求項６に記載の発明の真空チャックは、請求項５に記載の発明において、前記セラミックは、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素であることを特徴とするものである。請求項６の発明では、セラミックとして、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素を用いることで、より高剛性の真空チャックを実現できる。
【００１５】
請求項７に記載の発明の真空チャックは、請求項５又は請求項６に記載の発明において、前記金属は、シリコン、アルミニウム、銅又はステンレス鋼であることを特徴とするものである。請求項７の発明では、金属として、シリコン、アルミニウム、銅又はステンレス鋼を用いることで、より高熱伝導率の真空チャックを実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空チャックの実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態の真空チャックを用いる半導体ウエハ研磨装置の一例を模式的に示す図である。図１に示すように、半導体ウエハ研磨装置１は、半導体ウエハ３を吸着保持する真空チャック２と、研磨面５ａを有する円板状の定盤５とから構成されている。そして、真空チャック２が半導体ウエハ３を吸着保持した状態で定盤５の研磨面５ａに半導体ウエハ３を当接させた後、真空チャック２及び定盤５を回転させることにより半導体ウエハ３の表面を研磨するようになっている。
【００１７】
真空チャック２は、セラミックとしての炭化珪素（ＳｉＣ）に金属としてのシリコン（Ｓｉ）を含浸させた複合体（以下、ＳｉＣ／Ｓｉ複合体とも称する）からなる板状体としての円板状体１３を備えている。ＳｉＣ／Ｓｉ複合体は、焼成によって形成される三次元網目構造を有している。円板状体１３の下面は吸着面２ａであり、吸着面２ａの全てがＳｉＣ／Ｓｉ複合体で形成されている。
【００１８】
その円板状体１３には真空吸着用の貫通孔６が多数形成されている。貫通孔６の直径は０．５ｍｍであり、孔総面積は吸着面２ａの面積の１％程度である。この貫通孔６は、直径０．５ｍｍ以下であることが好ましい。直径０．５ｍｍより大きな直径の貫通孔６の場合、吸着時における孔の形状の半導体ウエハ３への転写、或いは、貫通孔６の空間が大きいことによる半導体ウエハ３の撓みの原因となる。そして、この貫通孔６を介して、半導体ウエハ３を真空吸引力で強力に吸着し、その状態で精度の高い研磨を行うのである。真空チャック２は、円板状体１３に貫通孔６が設けられて構成されている。
【００１９】
真空チャック２は、半導体ウエハ３を吸着・保持する円板状体１３の吸着面２ａが下に向いた状態で、定盤５の上方に配置されており、吸着面２ａと反対側の非吸着面２ｂの中心部には、円柱状のプッシャ４が垂設されている。このプッシャ４は図示しない駆動手段に連結され、この駆動手段を駆動させると、プッシャ４を介して真空チャック２が回転するようになっている。また、プッシャ４は真空チャック２を水平に支持しており、これにより、真空チャック２の吸着面２ａは、定盤５の研磨面５ａと平行になるように設定されている。
【００２０】
また、駆動手段は、真空チャック２を上下動させることができるようになっており、真空チャック２に保持された半導体ウエハ３を、定盤５上の所定位置に下した後、所定の圧力で定盤５の研磨面５ａに圧接させることができるようになっている。
【００２１】
定盤５の研磨面５ａには図示しない研磨クロスが貼り付けられており、定盤５の研磨面５ａの反対側の面の中心部には、図示しない円柱状の回転軸が垂下され、この回転軸を回転駆動させると、定盤５が回転するようになっている。また、定盤５の内部には、図示しない流路が形成されており、この流路に冷却水等の冷媒を循環させることにより、定盤５の温度を制御できるようになっている。
【００２２】
半導体ウエハ３の研磨を行う際には、まず、円板状体１３の吸着面２ａに半導体ウエハ３が吸着された真空チャック２と定盤５とを回転させる。次に、真空チャック２又は定盤５を上方又は下方に移動させ、半導体ウエハ３と上記研磨クロスとを摺接させることにより半導体ウエハ３の被研磨面３ａの研磨を行う。
【００２３】
ここで、真空チャック２は、高剛性かつ高熱伝導率を要求されるが、剛性については、ヤング率２５０ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率が２５０ＧＰａ未満の場合、真空チャック２の撓みの原因となり、高精度な研磨ができなくなることがある。尚、材料の入手、コスト等の観点からヤング率の上限は５００ＧＰａ程度である。また、熱伝導率については１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合、摩擦熱による真空チャック２の変形の原因となり、高精度な研磨ができなくなるおそれがある。尚、材料の入手、コスト等の観点から熱伝導率の上限は３００Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。真空チャック２には、上記の２つの性質を同時に満たすことが求められる。
【００２４】
図２は、本実施形態の真空チャック２を拡大して示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線における断面図である。本実施形態の真空チャック２は、炭化珪素（ＳｉＣ）多孔質体に金属シリコン（Ｓｉ）を含浸させたＳｉＣ／Ｓｉ複合体で形成されている。
【００２５】
次に、真空チャック２の製造方法について図４に基づき説明する。
ボールミル内のポリエチレン製ポットに直径１インチのフッ素樹脂製のボールを１．５質量部、イオン交換水１７質量部、分散剤１質量部及びｐＨ調整剤２質量部を混合する。更に、ＳｉＣの粉末１００質量部を加え、２０時間ボールミルにて混合し原料スラリーを調製する。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、得られた原料スラリー７ａを略有底円筒形状の型８に流し込み、そこに図４（ｂ）に示すように、人造黒鉛を直径０．５ｍｍに加工したカーボンピン９を差し込む。それを３０℃で１２時間、５０℃で１２時間、７０℃で１２時間、１００℃で２０時間の順に段階的に昇温して乾燥させ成形体を得る。
【００２７】
次に、図４（ｃ）に示すように、その成形体をカーボン製のルツボ１０に入れ、アルゴン（Ａｒ）雰囲気炉等の非酸化雰囲気炉にて２０００℃、２時間の焼成を行い、ＳｉＣ焼結体７ｂを得た。ここでは非酸化雰囲気炉としてＡｒ雰囲気炉を用いたが、非酸化雰囲気炉であればＡｒ雰囲気炉に限定されるものではなく、真空雰囲気炉等も使用可能である。また、非酸化雰囲気炉の温度、焼成時間に関しても、２０００℃、２時間に限定されるものではなく、セラミック焼結体を得るために適した条件で行えばよく、本実施形態の条件は何ら本発明を限定するものではない。更に図４（ｄ）に示すように、ＳｉＣ焼結体７ｂを円板状に加工後、ＳｉＣ焼結体７ｂ上に金属シリコンの破砕体１１を多数置いた状態で、真空雰囲気炉にて１５００℃、６時間加熱することにより破砕体１１が溶融され、ＳｉＣ焼結体７ｂに含浸される。このようにしてシリコンが含浸された円板状体１３が得られる。
【００２８】
次に、図４（ｅ）に示すように、その円板状体１３をルツボ１０から取り出して酸化雰囲気炉１２内の支持台１４上に置き、８００℃、４８時間加熱し、予め差し込んであったカーボンピン９を焼いて消失させる。そして、そのカーボンピン９が存在していた空間を真空吸着用の貫通孔６となるよう形成し、図４（ｆ）に示すＳｉＣ／Ｓｉ複合体の円板状体１３よりなる真空チャック２を得る。
【００２９】
さて、半導体ウエハ３の表面を研磨する場合には、円板状体１３の貫通孔６より真空吸引力を作用させ、吸着面２ａに半導体ウエハ３を吸着する。次いで、真空チャック２が半導体ウエハ３を吸着保持した状態で定盤５の研磨面５ａに当接させた後、真空チャック２及び定盤５を回転させることにより半導体ウエハ３の表面を研磨する。
【００３０】
このとき、真空チャック２の円板状体１３は、焼成された炭化珪素の三次元網目構造の空隙部にシリコンが含浸された構造を有し、そのヤング率が３２０ＧＰａ、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、高剛性かつ高熱伝導率のものである。このため、円板状体１３の形状が良好に保持されるとともに、放熱性能も良好である。従って、真空チャック２は、円板状体１３自体の撓みや研磨によって発生する摩擦熱による変形が抑制され、その平坦性が確保される。その結果、半導体ウエハ３を微小なうねりなどを生じさせることなく、高精度に研磨することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
・本実施形態の真空チャック２は、吸着面２ａの全てが金属とセラミックの複合体で形成され、吸着用の貫通孔６を施した構成になっているため、撓みや摩擦熱による変形を抑制し、吸着力の低下を回避して、大型の半導体ウエハでも高精度で研磨することができる。
【００３２】
・本実施形態の真空チャック２は、セラミック多孔質体に金属を含浸させることで、セラミックと金属のそれぞれの長所である、高剛性と高熱伝導率をより高いレベルで両立させることができる。
【００３３】
・本実施形態の真空チャック２は、セラミックとして、アルミナ、炭化珪素又は窒化珪素を用いることで、剛性を向上させることができる。
・本実施形態の真空チャック２は、金属として、シリコン又はアルミニウムを用いることで、熱伝導率を向上させることができる。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
実施例１では、炭化珪素（ＳｉＣ）多孔質体に金属シリコン（Ｓｉ）を含浸させたＳｉＣ／Ｓｉ複合体の円板状体よりなる真空チャックを前述の図４に示す工程に従って作製した。
【００３５】
ボールミル内のポリエチレン製ポットに直径１インチのフッ素樹脂ボールを１．５質量部、イオン交換水１７質量部、分散剤としてのスチレン−マレイン酸共重合体（ＡＴＯＦＩＮＡＣｈｅｍｉｃａｌ製ＳＭＡ１４４０Ｈ）を１質量部、及びｐＨ調整剤としての２，２’，２”−ニトリロトリエタノール（関東化学製）２質量部を混合した。更に、平均粒径５７μｍのＳｉＣ粉末（粒子）であるＧＰ＃２４０（信濃電気製錬（株）製）を７０重量％、平均粒径０．５μｍのＳｉＣ粉末であるウルトラファイン（イビデン（株）製）を３０重量％の混合物１００質量部を加え、２０時間ボールミルにて混合し原料スラリーを調製した。
【００３６】
得られた原料スラリーを型８に流し込み、そこに人造黒鉛（イビデン（株）製ＥＴ−１０）を直径０．５ｍｍに加工したカーボンピン９を差し込んだ。それを３０℃で１２時間、５０℃で１２時間、７０℃で１２時間、１００℃で２０時間の順に段階的に昇温して乾燥させ成形体を得た。
【００３７】
次に、その成形体をカーボン製のルツボ１０に入れ、アルゴン（Ａｒ）雰囲気炉にて２０００℃、２時間の焼成を行い、ＳｉＣ焼結体７ｂを得た。更に、それを円板状に加工後、金属シリコンの破砕体１１とＳｉＣ焼結体７ｂを接触させ、真空雰囲気炉にて１５００℃、６時間で破砕体１１を溶融させ、ＳｉＣ焼結体７ｂに含浸させることでＳｉＣ／Ｓｉ複合体の円板状体１３を得た。
【００３８】
次に、その円板状体１３を酸化雰囲気炉にて８００℃、４８時間加熱し、予め差し込んであったカーボンピン９を焼いて消失させ、そのカーボンピン９が存在していた空間を真空吸着用の貫通孔６となるよう形成し、ＳｉＣ／Ｓｉ複合体の円板状体１３よりなる真空チャック２を得た。
【００３９】
こうして得られた真空チャック２のヤング率は３２０ＧＰａ、熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（実施例２）
実施例２では、ＳｉＣ多孔質体にアルミニウム（Ａｌ）を含浸させたＳｉＣ／Ａｌ複合体よりなる真空チャック２を作製した。
【００４０】
この作製においては、原料スラリーの製作からＳｉＣ焼結体７ｂを円板状に加工するまでは、実施例１と同じである。Ａｌの含浸では、ＳｉＣ焼結体７ｂを溶融させたＡｌに浸漬させ、Ａｌを含浸させた。
【００４１】
次に、実施例１と同様にカーボンピン９を焼いて消失させ、そのカーボンピン９が存在していた空間を真空吸着用の貫通孔６となるよう形成し、ＳｉＣ／Ａｌ複合体よりなる円板状体１３の真空チャック２を得た。
【００４２】
こうして得られた真空チャック２のヤング率は２８０ＧＰａ、熱伝導率は２４０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（実施例３）
実施例３では、ＳｉＣ粒子とＳｉ粒子との複合焼結によるＳｉＣ／Ｓｉ複合体の真空チャック２を作製した。
【００４３】
すなわち、平均粒径５７μｍのＳｉＣパウダーであるＧＰ＃２４０（信濃電気製錬（株）製）を７０重量％、平均粒径０．５μｍのＳｉＣパウダーであるウルトラファイン（イビデン（株）製）を３０重量％の混合物１００質量部、Ｓｉパウダー（平均粒径５μｍ）３５質量部、及びフェノールレジンＢＲＬ２０４（昭和高分子（株）製）５質量部を乾式混合し顆粒を得た。
【００４４】
得られた顆粒を一軸金型プレス５０ＭＰａにて成形し、直径３５０ｍｍの円板とし、乾燥後、ホットプレス（一軸加圧焼成炉）にて、圧力１０ＭＰａ、１４５０℃３時間にてＳｉＣ／Ｓｉ複合体を作製した。
【００４５】
次に、作製したＳｉＣ／Ｓｉ複合体を、グラインディング、ラップ等にて円板状に加工し、放電加工により直径０．５ｍｍの真空吸着用の貫通孔６を設け、ＳｉＣ粒子とＳｉ粒子との複合焼結によるＳｉＣ／Ｓｉ複合体の真空チャック２を作製した。
【００４６】
こうして得られた真空チャック２のヤング率は３００ＧＰａ、熱伝導率は１９０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
また、実施例３では、セラミックによる高剛性と金属による高熱伝導率を確保しながらも、工程を簡略化することができた。
（比較例１）
比較例１では、アルミナ焼結体の真空チャックを作製した。
【００４７】
Ａ９６のアルミナ顆粒をカーボン型にて仮成形したものを水圧プレス（１３０ＭＰａ）にて成形体にした後、切削加工により、所定の形状にし、真空吸着用の貫通孔を設けた。
【００４８】
次に、切削加工された成形体を大気炉（酸化雰囲気炉）にて燒結させアルミナ焼結体の真空チャックを作製した。その際の温度は、常温から２℃／ｍｉｎ．の昇温速度で５００℃まで昇温し、５００℃にて１時間経過後、５００℃から５℃／ｍｉｎ．の昇温速度で１５００℃まで昇温し、１５００℃にて１時間である。
【００４９】
こうして得られた真空チャックのヤング率は３５０ＧＰａ、熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（比較例２）
比較例２では、ステンレス鋼の真空チャックを作製した。
【００５０】
ＳＵＳ３０４素材に所定の形状に加工し、真空吸着用の貫通孔を形成し、ステンレス鋼の真空チャックを作製した。
こうして得られた真空チャックのヤング率は２００ＧＰａ、熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（比較例３）
比較例３では、ＳｉＣ緻密質体の真空チャックを作製した。
【００５１】
ＳｉＣパウダーであるウルトラファイン（イビデン（株）製）１００質量部、フェノールレジンＢＲＬ２０４（昭和高分子（株）製）３質量部、シュタルク製炭化硼素０．６４質量部、及び、メタノール１４０質量部を混合し原料スラリーを作製した。その原料スラリーをスプレードライヤーにて８０℃で乾燥し、顆粒にした。
【００５２】
次に、一軸プレス機、カーボン型を用いて１０ＭＰａの成形圧にて仮成形した後、水圧プレス機を用いて１３０ＭＰａの圧力にて成形した。続いて、これを所定の形状に加工し、真空吸着用の貫通孔を設けた後、Ａｒ雰囲気炉にて２１００℃、５時間の焼成を行いＳｉＣ緻密質体の真空チャックを作製した。
【００５３】
こうして得られた真空チャックのヤング率は４００ＧＰａ、熱伝導率は９０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（比較例４）
平均粒径３０μｍのα型炭化珪素粉末（＃４００）１００質量部と平均粒径０．３μｍのα型炭化珪素粉末（ＧＭＦ−１５Ｈ２）３０質量部とを均一に混合した。次に、この混合物１００質量部に対して、ポリビニルアルコール５質量部、フェノール樹脂３質量部、水５０質量部を配合した後、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、スプレードライ法等を用いて顆粒化した。このとき、顆粒の水分率を約０．８質量％になるように調整した。
【００５４】
次いで、上記混合物の顆粒を、金属製押し型を用いて、１２５ＭＰａのプレス圧力で成形した。得られた円板状の生成形体（直径２００ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）の密度は２．６ｇ／ｃｍ^３であった。続いて、黒鉛製ルツボに上記生成形体を挿入し、タンマン型焼成炉を使用して、１気圧のアルゴン雰囲気中、昇温速度１０℃／分、２２００℃で４時間保持することで上記生成形体の焼成を行い、その後切削加工を施すことにより、直径が２００ｍｍ、厚さが２５ｍｍの多孔質セラミックからなる円板状体を得た。この多孔質セラミックの気孔率は２０％であった。
【００５５】
次いで、得られた円板状体にフェノール樹脂（炭化率３０質量％）を予め真空含浸し、かつ乾燥した。その後、円板状体の表面に金属シリコンを含むスラリーをコーティングした。ここで、スラリーとしては、平均粒径が２０μｍ、純度が９９．９９９９質量％以上の金属シリコン粉末１００質量部と、５質量％アクリル酸エステル−ベンゼン溶液６０質量部とが混合されたものを用いた。そして、金属シリコンをコーティングした円板状体をアルゴンガス気流中で４５０℃／時間の昇温速度で加熱し、最高温度１４５０℃で約１時間保持した。このような処理により金属シリコンを円板状体中へ浸透させて金属−多孔質炭化珪素複合体を得た。尚、炭化珪素１００質量部に対する金属シリコンの含浸量は３０質量部であった。
【００５６】
得られた金属−多孔質炭化珪素複合体の熱伝導率は２１０Ｗ／ｍ・Ｋ、密度は３．０ｇ／ｃｍ^３であった。また、多孔質炭化珪素結晶の平均粒径は３０μｍであり、詳しくは平均粒径１．０μｍの微結晶を２０体積％、平均粒径４０μｍの粗結晶を８０体積％含んでいた。続いて、金属−多孔質炭化珪素複合体の一主面の外周部及び側面に、エポキシ樹脂からなるエッチングレジストを形成した。このとき、金属−多孔質炭化珪素複合体のエッチングレジスト非形成部の直径は１８０ｍｍであった。
【００５７】
そして、フッ化水素：硝酸：水＝１：１：１（体積比）からなるエッチング液中に、上記金属−多孔質炭化珪素複合体を浸漬し、１８０秒経過後引き上げ、前記一主面に厚さ０．５ｍｍの多孔質炭化珪素層を形成した。その後、熱処理により上記エッチングレジストを除去することで、一主面に多孔質炭化珪素層を有する金属−多孔質炭化珪素複合体を製造した。得られた金属−多孔質炭化珪素複合体の多孔質炭化珪素層非形成面から多孔質炭化珪素層に貫通する吸引孔（直径５ｍｍ）をドリル加工により７本形成し、真空チャックを作製した。
【００５８】
以上の各実施例及び各比較例のヤング率、熱伝導率に、それを用いて直径３００ｍｍの半導体ウエハを研磨した際のウエハ平坦度も加えてまとめた結果を表１に示した。尚、ウエハ平坦度は、平面測定器（黒田精工社製ナノメトロ）により、研磨面の最も高い点と最も低い点の差（距離）を表す。また、比較例４のヤング率及び熱伝導率は、吸着面を構成する多孔質炭化珪素層の値を示す。
【００５９】
【表１】

表１に示したように、各実施例による真空チャック２はヤング率が２５０ＧＰａ以上で、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、両方の性質を満たしている。そして、その真空チャック２を用いて半導体ウエハを研磨した結果、各比較例の真空チャックを用いた場合よりウエハ平坦度に優れていることがわかった。
【００６０】
尚、前記実施形態及び実施例を次のように変更して構成することも可能である。
・前記実施形態及び各実施例では、真空チャック全体を金属とセラミックの複合体で形成したが、例えば金属の含浸時に、含浸する金属を半導体ウエハの吸着面のサイズの仕切板で囲い、そのエリア内のみに金属を含浸させるようにしてもよい。これにより、半導体ウエハの吸着面のみを金属とセラミックの複合体とし、その他の部分を別の素材で形成することができる。
【００６１】
・セラミック多孔質体に含浸させる金属の形態は、円柱体等の粒状体、或いは粉末等であってもよい。
・セラミックとして、アルミナ、炭化珪素及び窒化珪素から選ばれる２種以上を組合せて使用してもよく、金属としてシリコンとアルミニウムを組合せて使用してもよい。
【００６２】
更に、前記実施形態及び実施例から把握できる請求項以外の技術的思想について、その効果と共に記載する。
・前記貫通孔は、直径０．５ｍｍ以下の円孔である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の真空チャック。この構成によれば、吸着時における貫通孔の形状の半導体ウエハへの転写、或いは、貫通孔の空間が大きいことによる半導体ウエハの撓みが防止できる。
【００６３】
・前記セラミックは、粒径の異なるセラミック粒子の混合物である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の真空チャック。この構成によれば、粒径の小さいセラミック粒子が粒径の大きいセラミック粒子の間に介在し、セラミック多孔質体の三次元網目構造を効率よく形成できる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の真空チャックによれば、少なくとも吸着面の全てを高剛性かつ高熱伝導率にすることができる。
【００６５】
請求項２に記載の発明の真空チャックによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、セラミックと金属のそれぞれの長所である、高剛性と高熱伝導率をより高いレベルで両立させることができる。
【００６６】
請求項３に記載の発明の真空チャックによれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、剛性を向上させることができる。
請求項４に記載の発明の真空チャックによれば、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、熱伝導率を向上させることができる。
【００６７】
請求項５に記載の発明の真空チャックによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、製造工程を簡略化することができる。
請求項６に記載の発明の真空チャックによれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、剛性を向上させることができる。
【００６８】
請求項７に記載の発明の真空チャックによれば、請求項５又は請求項６に記載の発明の効果に加え、熱伝導率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における真空チャックを用いる半導体ウエハ研磨装置を模式的に示す正面図。
【図２】実施形態の真空チャックを拡大して示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は真空チャックの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
２…真空チャック、２ａ…吸着面、６…真空吸着用の貫通孔、１３…板状体としての円板状体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum chuck for adsorbing a semiconductor wafer when, for example, polishing the surface of the semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to polish a semiconductor wafer, a vacuum chuck that sucks and polishes the semiconductor wafer is used. That is, the semiconductor wafer is adsorbed by a vacuum chuck, placed on a surface plate, and the semiconductor wafer is polished with desired accuracy by rotating both the surface plate and the vacuum chuck. The portion of the vacuum chuck that adsorbs the semiconductor wafer is composed of a metal plate such as aluminum or stainless steel having a large number of through holes, or a ceramic plate such as aluminum oxide or silicon carbide (for example, Patent Document 1, Patent). Reference 2). This through hole needs to have a diameter of 0.5 mm or less. In the case of a through hole having a diameter larger than 0.5 mm, the shape of the hole may be transferred to the semiconductor wafer at the time of adsorption, or the semiconductor wafer may be bent due to the large space of the through hole. Then, the semiconductor wafer is strongly adsorbed by vacuum through the through holes of these metal plates and ceramic plates, and high-precision polishing is performed in this state.
[0003]
However, in recent years, there has been a demand from the market for increasing the size of semiconductor wafers and increasing the precision of polishing. As a result, there was no problem with conventional semiconductor wafers, but with large semiconductor wafers, the size of the vacuum chuck increases, so when the semiconductor wafer is attracted by the vacuum chuck, the deflection of the vacuum chuck increases. The degree of vacuum decreases. For this reason, it is a cause that the polishing accuracy is lowered by lowering the suction force of the vacuum chuck. Therefore, a highly rigid material is required as a material for the vacuum chuck.
[0004]
As another problem, in a large semiconductor wafer, the degree of vacuum is lowered due to deformation of the vacuum chuck due to frictional heat generated during polishing, and this causes a reduction in polishing accuracy due to a decrease in adsorption force. . In addition, the frictional heat causes the semiconductor wafer and the vacuum chuck to be thermally deformed, causing a reduction in polishing accuracy. For this reason, a material having high thermal conductivity is required as a material for the vacuum chuck.
[0005]
Therefore, the applicant of the present application has proposed a vacuum chuck obtained by studying to realize high rigidity and high thermal conductivity as a material of the vacuum chuck. That is, in such a vacuum chuck, the adsorption surface of the semiconductor wafer is constituted by a ceramic porous body, and the other part is constituted by a composite in which the ceramic porous body is impregnated with metal (for example, Patent Document 3). reference.).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-320394 (page 9, FIG. 1, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP 2000-271862 A (page 3-5)
[Patent Document 3]
JP 2002-36102 A (page 8, FIGS. 1 and 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
The semiconductor wafer adsorption surface of the vacuum chuck is a ceramic porous body obtained by, for example, impregnating metal silicon into a ceramic fired body obtained by firing silicon carbide and then etching the portion that becomes the semiconductor wafer adsorption surface to make it porous. It is configured. For this reason, the rigidity of the semiconductor wafer adsorption surface is low and the thermal conductivity is low, and the high rigidity and high thermal conductivity required for the material of the vacuum chuck cannot be satisfied.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. The object is to provide a vacuum chuck in which at least all of the adsorption surfaces have high rigidity and high thermal conductivity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The vacuum chuck of the invention described in claim 1 is characterized in that a plurality of through-holes for vacuum suction are formed on a plate-like body in which at least all of the suction surfaces are formed of a composite of metal and ceramic. is there. According to the first aspect of the present invention, a vacuum chuck having at least an adsorption surface with high rigidity and high thermal conductivity is obtained by using a plate-like body made of a composite material in which a metal with high thermal conductivity and a high rigidity ceramic are used in combination for the vacuum chuck. Can be realized.
[0010]
A vacuum chuck according to a second aspect of the present invention is the vacuum chuck according to the first aspect, wherein the composite is formed by impregnating a metal into a ceramic porous body having a three-dimensional network structure. To do. In the invention of claim 2, it is possible to uniformly impregnate the ceramic porous body with the metal in the three-dimensional network structure, and the high rigidity and high thermal conductivity, which are the advantages of the ceramic and the metal, are at a higher level. Both can be achieved.
[0011]
A vacuum chuck according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, the ceramic is alumina, silicon carbide or silicon nitride. In the invention of claim 3, a higher-rigidity vacuum chuck can be realized by using alumina, silicon carbide or silicon nitride as the ceramic.
[0012]
A vacuum chuck according to a fourth aspect of the present invention is the vacuum chuck according to any one of the first to third aspects, wherein the metal is silicon or aluminum. In the invention of claim 4, a vacuum chuck with higher thermal conductivity can be realized by using silicon or aluminum as the metal.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the vacuum chuck according to the first aspect, wherein the composite is formed by composite sintering of ceramic particles and metal particles. It is. In the invention of claim 5, the ceramic particles and the metal particles can be combined and sintered to form a composite, and the manufacturing process can be simplified.
[0014]
A vacuum chuck according to a sixth aspect of the present invention is the vacuum chuck according to the fifth aspect, wherein the ceramic is alumina, silicon carbide, or silicon nitride. In the invention of claim 6, a higher-rigidity vacuum chuck can be realized by using alumina, silicon carbide or silicon nitride as the ceramic.
[0015]
A vacuum chuck according to a seventh aspect of the present invention is the vacuum chuck according to the fifth or sixth aspect, wherein the metal is silicon, aluminum, copper, or stainless steel. In the invention of claim 7, a vacuum chuck with higher thermal conductivity can be realized by using silicon, aluminum, copper or stainless steel as the metal.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the vacuum chuck of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a semiconductor wafer polishing apparatus using the vacuum chuck of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a semiconductor wafer polishing apparatus 1 includes a vacuum chuck 2 that holds a semiconductor wafer 3 by suction and a disk-shaped surface plate 5 having a polishing surface 5a. Then, after the semiconductor wafer 3 is brought into contact with the polishing surface 5a of the surface plate 5 with the vacuum chuck 2 adsorbing and holding the semiconductor wafer 3, the surface of the semiconductor wafer 3 is rotated by rotating the vacuum chuck 2 and the surface plate 5. Is supposed to be polished.
[0017]
The vacuum chuck 2 is a disk-like body 13 as a plate-like body made of a composite (hereinafter also referred to as a SiC / Si composite) in which silicon carbide (SiC) as a ceramic is impregnated with silicon (Si) as a metal. It has. The SiC / Si composite has a three-dimensional network structure formed by firing. The lower surface of the disk-shaped body 13 is an adsorption surface 2a, and the entire adsorption surface 2a is formed of a SiC / Si composite.
[0018]
A large number of through-holes 6 for vacuum suction are formed in the disk-like body 13. The diameter of the through hole 6 is 0.5 mm, and the total hole area is about 1% of the area of the adsorption surface 2a. The through hole 6 preferably has a diameter of 0.5 mm or less. In the case of the through-hole 6 having a diameter larger than 0.5 mm, the shape of the hole at the time of adsorption is transferred to the semiconductor wafer 3 or the semiconductor wafer 3 is bent due to the large space of the through-hole 6. And through this through-hole 6, the semiconductor wafer 3 is strongly adsorbed by a vacuum suction force, and high-precision polishing is performed in this state. The vacuum chuck 2 is configured by providing a through-hole 6 in a disk-like body 13.
[0019]
The vacuum chuck 2 is disposed above the surface plate 5 with the suction surface 2a of the disk-like body 13 that sucks and holds the semiconductor wafer 3 facing downward, and is not suctioned on the opposite side of the suction surface 2a. A columnar pusher 4 is suspended from the center of the surface 2b. The pusher 4 is connected to a driving means (not shown), and when the driving means is driven, the vacuum chuck 2 is rotated via the pusher 4. The pusher 4 supports the vacuum chuck 2 horizontally, so that the suction surface 2 a of the vacuum chuck 2 is set to be parallel to the polishing surface 5 a of the surface plate 5.
[0020]
The driving means can move the vacuum chuck 2 up and down. After the semiconductor wafer 3 held by the vacuum chuck 2 is lowered to a predetermined position on the surface plate 5, the driving means is operated at a predetermined pressure. It can be brought into pressure contact with the polishing surface 5 a of the surface plate 5.
[0021]
A polishing cloth (not shown) is affixed to the polishing surface 5a of the surface plate 5, and a cylindrical rotation shaft (not shown) is suspended from the center of the surface of the surface plate 5 opposite to the polishing surface 5a. When the rotary shaft is driven to rotate, the surface plate 5 rotates. Further, a flow path (not shown) is formed inside the surface plate 5, and the temperature of the surface plate 5 can be controlled by circulating a coolant such as cooling water through the flow path.
[0022]
When polishing the semiconductor wafer 3, first, the vacuum chuck 2 on which the semiconductor wafer 3 is adsorbed on the adsorption surface 2 a of the disk-like body 13 and the surface plate 5 are rotated. Next, the surface to be polished 3a of the semiconductor wafer 3 is polished by moving the vacuum chuck 2 or the surface plate 5 upward or downward to bring the semiconductor wafer 3 into sliding contact with the polishing cloth.
[0023]
Here, the vacuum chuck 2 is required to have high rigidity and high thermal conductivity, and the rigidity is preferably a Young's modulus of 250 GPa or more. If the Young's modulus is less than 250 GPa, it may cause the vacuum chuck 2 to bend, and high-precision polishing may not be possible. In addition, the upper limit of Young's modulus is about 500 GPa from the viewpoint of material availability, cost, and the like. Further, the thermal conductivity is preferably 150 W / m · K or more. If the thermal conductivity is less than 150 W / m · K, the vacuum chuck 2 may be deformed by frictional heat, and high-precision polishing may not be possible. In addition, the upper limit of thermal conductivity is about 300 W / m · K from the viewpoints of availability of materials, cost, and the like. The vacuum chuck 2 is required to satisfy the above two properties at the same time.
[0024]
2 is an enlarged plan view showing the vacuum chuck 2 of the present embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The vacuum chuck 2 of this embodiment is formed of a SiC / Si composite in which a silicon carbide (SiC) porous body is impregnated with metal silicon (Si).
[0025]
Next, the manufacturing method of the vacuum chuck 2 is demonstrated based on FIG.
A polyethylene pot in a ball mill is mixed with 1.5 parts by mass of a 1-inch diameter fluororesin ball, 17 parts by mass of ion-exchanged water, 1 part by mass of a dispersant, and 2 parts by mass of a pH adjuster. Further, 100 parts by mass of SiC powder is added and mixed in a ball mill for 20 hours to prepare a raw material slurry.
[0026]
As shown in FIG. 4 (a), the obtained raw material slurry 7a was poured into a substantially bottomed cylindrical die 8, and artificial graphite was processed into a diameter of 0.5 mm as shown in FIG. 4 (b). Insert the carbon pin 9. It is heated in steps of 12 hours at 30 ° C., 12 hours at 50 ° C., 12 hours at 70 ° C., and 20 hours at 100 ° C., and dried to obtain a molded body.
[0027]
Next, as shown in FIG.4 (c), the molded object is put into the crucible 10 made from carbon, and it baked for 2 hours at 2000 degreeC in non-oxidizing atmosphere furnaces, such as an argon (Ar) atmosphere furnace, and SiC. A sintered body 7b was obtained. Here, an Ar atmosphere furnace is used as a non-oxidizing atmosphere furnace, but the non-oxidizing atmosphere furnace is not limited to an Ar atmosphere furnace, and a vacuum atmosphere furnace or the like can also be used. Further, the temperature and firing time of the non-oxidizing atmosphere furnace are not limited to 2000 ° C. and 2 hours, and may be performed under conditions suitable for obtaining a ceramic sintered body. It is not intended to limit the invention. Further, as shown in FIG. 4 (d), after processing the SiC sintered body 7b into a disc shape, a large number of crushed metal silicon bodies 11 are placed on the SiC sintered body 7b in a vacuum atmosphere furnace. By heating at ° C for 6 hours, the crushed body 11 is melted and impregnated in the SiC sintered body 7b. In this way, a disk-like body 13 impregnated with silicon is obtained.
[0028]
Next, as shown in FIG. 4 (e), the disk-like body 13 is taken out of the crucible 10 and placed on the support base 14 in the oxidizing atmosphere furnace 12, heated at 800 ° C. for 48 hours, and inserted in advance. The carbon pin 9 is burned and disappears. Then, the space in which the carbon pin 9 was present is formed so as to be a through-hole 6 for vacuum adsorption, and the vacuum chuck 2 made of the SiC / Si composite disk-shaped body 13 shown in FIG. obtain.
[0029]
Now, when the surface of the semiconductor wafer 3 is polished, a vacuum suction force is applied from the through hole 6 of the disk-like body 13 to attract the semiconductor wafer 3 to the suction surface 2a. Next, after the vacuum chuck 2 is brought into contact with the polishing surface 5a of the surface plate 5 with the semiconductor wafer 3 being sucked and held, the surface of the semiconductor wafer 3 is polished by rotating the vacuum chuck 2 and the surface plate 5.
[0030]
At this time, the disk-like body 13 of the vacuum chuck 2 has a structure in which silicon is impregnated into the voids of the three-dimensional network structure of baked silicon carbide, and has a Young's modulus of 320 GPa and a thermal conductivity of 200 W / It is about m · K and has high rigidity and high thermal conductivity. For this reason, while the shape of the disk-shaped body 13 is hold | maintained favorably, heat dissipation performance is also favorable. Accordingly, the vacuum chuck 2 is prevented from being deformed by frictional heat generated by the bending or polishing of the disk-like body 13 itself, and the flatness thereof is ensured. As a result, the semiconductor wafer 3 can be polished with high accuracy without causing minute waviness or the like.
[0031]
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
-The vacuum chuck 2 of this embodiment has a structure in which the entire suction surface 2a is formed of a composite of metal and ceramic and has a through-hole 6 for suction, so that deformation due to bending or frictional heat is suppressed. In addition, it is possible to polish a large-sized semiconductor wafer with high accuracy by avoiding a decrease in adsorption power.
[0032]
-The vacuum chuck 2 of this embodiment can make high rigidity and high heat conductivity which are each the strong points of a ceramic and a metal compatible on a higher level by impregnating a ceramic porous body with a metal.
[0033]
-The vacuum chuck 2 of this embodiment can improve rigidity by using an alumina, silicon carbide, or silicon nitride as a ceramic.
-The vacuum chuck 2 of this embodiment can improve thermal conductivity by using silicon or aluminum as a metal.
[0034]
【Example】
(Example 1)
In Example 1, a vacuum chuck made of a SiC / Si composite disk-shaped body in which a silicon carbide (SiC) porous body was impregnated with metallic silicon (Si) was produced according to the process shown in FIG.
[0035]
1.5 parts by mass of a fluorine resin ball having a diameter of 1 inch, 17 parts by mass of ion-exchanged water, and 1 part by mass of a styrene-maleic acid copolymer (SMA1440H made by ATOFINA Chemical) as a dispersant in a polyethylene pot in a ball mill, And 2 parts by mass of 2,2 ′, 2 ″ -nitrilotriethanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) as a pH adjuster were further mixed. 100% by weight of Ultrafine (Ibiden Co., Ltd.), which is SiC powder having an average particle size of 0.5 μm, is added to 100 parts by weight of a mixture and mixed in a ball mill for 20 hours. A slurry was prepared.
[0036]
The obtained raw material slurry was poured into a mold 8, and a carbon pin 9 obtained by processing artificial graphite (ET-10 manufactured by Ibiden Co., Ltd.) to a diameter of 0.5 mm was inserted therein. It was heated up stepwise in the order of 30 ° C. for 12 hours, 50 ° C. for 12 hours, 70 ° C. for 12 hours, and 100 ° C. for 20 hours to obtain a molded body.
[0037]
Next, the compact was put in a carbon crucible 10 and baked at 2000 ° C. for 2 hours in an argon (Ar) atmosphere furnace to obtain a SiC sintered body 7b. Further, after processing it into a disk shape, the metal silicon crushed body 11 and the SiC sintered body 7b are brought into contact with each other, and the crushed body 11 is melted in a vacuum atmosphere furnace at 1500 ° C. for 6 hours to obtain an SiC sintered body 7b. The SiC / Si composite disc-like body 13 was obtained.
[0038]
Next, the disk-like body 13 is heated in an oxidizing atmosphere furnace at 800 ° C. for 48 hours, and the carbon pin 9 previously inserted is baked to disappear, and the space where the carbon pin 9 was present is vacuum adsorbed. A vacuum chuck 2 made of a disc-like body 13 of SiC / Si composite was obtained.
[0039]
The vacuum chuck 2 thus obtained had a Young's modulus of 320 GPa and a thermal conductivity of 200 W / m · K.
(Example 2)
In Example 2, a vacuum chuck 2 made of a SiC / Al composite in which aluminum (Al) was impregnated into a SiC porous body was produced.
[0040]
This production is the same as in Example 1 from the production of the raw slurry to the processing of the SiC sintered body 7b into a disk shape. In the impregnation with Al, the SiC sintered body 7b was immersed in molten Al and impregnated with Al.
[0041]
Next, the carbon pin 9 was burned and disappeared in the same manner as in Example 1, and the space in which the carbon pin 9 was present was formed to be the through-hole 6 for vacuum adsorption, and a circle made of a SiC / Al composite. A vacuum chuck 2 of the plate-like body 13 was obtained.
[0042]
The vacuum chuck 2 thus obtained had a Young's modulus of 280 GPa and a thermal conductivity of 240 W / m · K.
(Example 3)
In Example 3, an SiC / Si composite vacuum chuck 2 was manufactured by composite sintering of SiC particles and Si particles.
[0043]
That is, GP # 240 (manufactured by Shinano Denki Smelting Co., Ltd.), which is an SiC powder having an average particle diameter of 57 μm, is 70% by weight, and Ultra Fine (manufactured by Ibiden Co., Ltd.), which is an SiC powder having an average particle diameter of 0.5 μm. 100 parts by mass of a 30% by weight mixture, 35 parts by mass of Si powder (average particle size 5 μm), and 5 parts by mass of phenol resin BRL204 (manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) were dry mixed to obtain granules.
[0044]
The obtained granule is molded with a uniaxial mold press 50 MPa to form a disc having a diameter of 350 mm, dried, and then dried in a hot press (uniaxial pressure firing furnace) at a pressure of 10 MPa and 1450 ° C. for 3 hours at a SiC / Si composite. The body was made.
[0045]
Next, the produced SiC / Si composite is processed into a disk shape by grinding, lapping, etc., and through-holes 6 for vacuum adsorption having a diameter of 0.5 mm are provided by electric discharge machining, and SiC particles and Si particles A vacuum chuck 2 of SiC / Si composite by composite sintering was prepared.
[0046]
The vacuum chuck 2 thus obtained had a Young's modulus of 300 GPa and a thermal conductivity of 190 W / m · K.
In Example 3, the process could be simplified while ensuring high rigidity by ceramic and high thermal conductivity by metal.
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, an alumina sintered compact vacuum chuck was produced.
[0047]
Alumina granules of A96 were temporarily formed with a carbon mold and formed into a compact with a hydraulic press (130 MPa), and then cut into a predetermined shape and provided with a through-hole for vacuum adsorption.
[0048]
Next, the cut compact was sintered in an atmospheric furnace (oxidizing atmosphere furnace) to produce a vacuum chuck of an alumina sintered body. The temperature at that time is from room temperature to 2 ° C./min. The temperature was increased to 500 ° C. at a temperature increase rate of 500 ° C., and after 1 hour at 500 ° C., 500 ° C. to 5 ° C./min. The temperature is increased to 1500 ° C. at a temperature increase rate of 1 hour at 1500 ° C.
[0049]
The vacuum chuck thus obtained had a Young's modulus of 350 GPa and a thermal conductivity of 30 W / m · K.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a stainless steel vacuum chuck was produced.
[0050]
A SUS304 material was processed into a predetermined shape to form through holes for vacuum suction, and a stainless steel vacuum chuck was produced.
The vacuum chuck thus obtained had a Young's modulus of 200 GPa and a thermal conductivity of 20 W / m · K.
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an SiC dense vacuum chuck was produced.
[0051]
100 parts by mass of SiC powder Ultrafine (manufactured by Ibiden Co., Ltd.), 3 parts by mass of phenol resin BRL204 (manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.), 0.64 parts by mass of boron carbide from Stark, and 140 parts by mass of methanol The raw material slurry was prepared by mixing. The raw material slurry was dried at 80 ° C. with a spray dryer to form granules.
[0052]
Next, after temporary molding at a molding pressure of 10 MPa using a uniaxial press machine and a carbon mold, it was molded at a pressure of 130 MPa using a hydraulic press machine. Subsequently, after processing this into a predetermined shape and providing a through-hole for vacuum adsorption, baking was performed at 2100 ° C. for 5 hours in an Ar atmosphere furnace to manufacture a vacuum chuck of a SiC dense body.
[0053]
The vacuum chuck thus obtained had a Young's modulus of 400 GPa and a thermal conductivity of 90 W / m · K.
(Comparative Example 4)
100 parts by mass of α-type silicon carbide powder (# 400) having an average particle size of 30 μm and 30 parts by mass of α-type silicon carbide powder (GMF-15H2) having an average particle size of 0.3 μm were uniformly mixed. Next, after blending 5 parts by mass of polyvinyl alcohol, 3 parts by mass of phenol resin, and 50 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of this mixture, a uniform mixture was obtained by mixing in a ball mill for 5 hours. The mixture was dried for a predetermined time to remove water to some extent, and then an appropriate amount of the dried mixture was collected and granulated using a spray drying method or the like. At this time, the moisture content of the granules was adjusted to about 0.8% by mass.
[0054]
Subsequently, the granule of the said mixture was shape | molded by the press pressure of 125 MPa using the metal stamping die. The density of the resulting disc-shaped shaped product (diameter 200 mm, thickness 25 mm) was 2.6 g / cm ³ . Subsequently, the generated shape is inserted into a graphite crucible, and the generated shape is held in a 1 atmosphere argon atmosphere at 10 ° C./min and 2200 ° C. for 4 hours using a Tamman-type baking furnace. The disc-shaped body made of a porous ceramic having a diameter of 200 mm and a thickness of 25 mm was obtained by performing the above baking. The porosity of this porous ceramic was 20%.
[0055]
Next, the obtained disc-shaped body was impregnated with a phenol resin (carbonization rate: 30% by mass) in advance and dried. Thereafter, a slurry containing metallic silicon was coated on the surface of the disk-shaped body. Here, as the slurry, a mixture of 100 parts by mass of metal silicon powder having an average particle diameter of 20 μm and a purity of 99.9999% by mass or more and 60 parts by mass of a 5% by mass acrylic ester-benzene solution is used. It was. Then, the disk-like body coated with metal silicon was heated in an argon gas stream at a heating rate of 450 ° C./hour and held at a maximum temperature of 1450 ° C. for about 1 hour. By such treatment, metal silicon was infiltrated into the disk-like body to obtain a metal-porous silicon carbide composite. The impregnation amount of metal silicon with respect to 100 parts by mass of silicon carbide was 30 parts by mass.
[0056]
The obtained metal-porous silicon carbide composite had a thermal conductivity of 210 W / m · K and a density of 3.0 g / cm ³ . The average particle size of the porous silicon carbide crystal was 30 μm, and specifically, 20% by volume of fine crystals having an average particle size of 1.0 μm and 80% by volume of crude crystals having an average particle size of 40 μm were included. Subsequently, an etching resist made of an epoxy resin was formed on the outer peripheral portion and the side surface of one main surface of the metal-porous silicon carbide composite. At this time, the diameter of the etching resist non-formation part of a metal-porous silicon carbide composite was 180 mm.
[0057]
Then, the metal-porous silicon carbide composite is immersed in an etching solution composed of hydrogen fluoride: nitric acid: water = 1: 1: 1 (volume ratio), pulled up after 180 seconds, and is applied to the one main surface. A porous silicon carbide layer having a thickness of 0.5 mm was formed. Thereafter, the etching resist was removed by heat treatment to produce a metal-porous silicon carbide composite having a porous silicon carbide layer on one main surface. Seven suction holes (diameter 5 mm) penetrating the porous silicon carbide layer from the porous silicon carbide layer non-formation surface of the obtained metal-porous silicon carbide composite were formed by drilling to produce a vacuum chuck.
[0058]
Table 1 shows the results obtained by adding the wafer flatness when a 300 mm diameter semiconductor wafer is polished using the Young's modulus and thermal conductivity of each of the above Examples and Comparative Examples. The wafer flatness is a difference (distance) between the highest point and the lowest point on the polished surface by a flat surface measuring device (Nanometro manufactured by Kuroda Seiko Co., Ltd.). Moreover, the Young's modulus and thermal conductivity of Comparative Example 4 indicate the values of the porous silicon carbide layer constituting the adsorption surface.
[0059]
[Table 1]

As shown in Table 1, the vacuum chuck 2 according to each example has a Young's modulus of 250 GPa or more and a thermal conductivity of 150 W / m · K or more and satisfies both properties. As a result of polishing the semiconductor wafer using the vacuum chuck 2, it was found that the wafer flatness was superior to the case of using the vacuum chucks of the comparative examples.
[0060]
It should be noted that the above embodiment and examples can be modified as follows.
In the embodiment and each example, the entire vacuum chuck is formed of a composite of metal and ceramic. For example, when impregnating the metal, the metal to be impregnated is surrounded by a partition plate of the size of the adsorption surface of the semiconductor wafer, and the area Only the inside may be impregnated with metal. Thereby, only the adsorption | suction surface of a semiconductor wafer can be made into the composite of a metal and a ceramic, and another part can be formed with another raw material.
[0061]
-The form of the metal impregnated in the ceramic porous body may be a granular body such as a cylinder or a powder.
A ceramic may be used in combination of two or more selected from alumina, silicon carbide and silicon nitride, and a metal may be used in combination of silicon and aluminum.
[0062]
Further, technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiments and examples will be described together with the effects thereof.
The vacuum chuck according to any one of claims 1 to 7, wherein the through hole is a circular hole having a diameter of 0.5 mm or less. According to this configuration, it is possible to prevent the shape of the through hole from being transferred to the semiconductor wafer at the time of suction, or bending of the semiconductor wafer due to the large space of the through hole.
[0063]
The vacuum chuck according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic is a mixture of ceramic particles having different particle sizes. According to this configuration, the ceramic particles having a small particle size are interposed between the ceramic particles having a large particle size, and a three-dimensional network structure of the ceramic porous body can be efficiently formed.
[0064]
【The invention's effect】
According to the vacuum chuck of the first aspect of the present invention, at least all of the adsorption surface can be made to have high rigidity and high thermal conductivity.
[0065]
According to the vacuum chuck of the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, high rigidity and high thermal conductivity, which are the advantages of ceramic and metal, can be achieved at a higher level. Can do.
[0066]
According to the vacuum chuck of the invention of the third aspect, in addition to the effect of the invention of the first or second aspect, the rigidity can be improved.
According to the vacuum chuck of the invention described in claim 4, in addition to the effects of the invention described in any one of claims 1 to 3, the thermal conductivity can be improved.
[0067]
According to the vacuum chuck of the invention described in claim 5, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the manufacturing process can be simplified.
According to the vacuum chuck of the invention described in claim 6, in addition to the effect of the invention described in claim 5, the rigidity can be improved.
[0068]
According to the vacuum chuck of the invention described in claim 7, in addition to the effect of the invention described in claim 5 or claim 6, the thermal conductivity can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically showing a semiconductor wafer polishing apparatus using a vacuum chuck in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged plan view showing the vacuum chuck of the embodiment.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
4A to 4F are cross-sectional views showing a manufacturing process of a vacuum chuck.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Vacuum chuck, 2a ... Suction surface, 6 ... Through-hole for vacuum suction, 13 ... Disc-shaped body as plate-shaped body.

Claims

A vacuum chuck comprising a plurality of through-holes for vacuum suction formed in a plate-like body having at least all of the suction surfaces formed of a composite of metal and ceramic.

The vacuum chuck according to claim 1, wherein the composite is formed by impregnating a ceramic porous body having a three-dimensional network structure with a metal.

The vacuum chuck according to claim 1, wherein the ceramic is alumina, silicon carbide, or silicon nitride.

The vacuum chuck according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal is silicon or aluminum.

2. The vacuum chuck according to claim 1, wherein the composite is formed by composite sintering of ceramic particles and metal particles.

The vacuum chuck according to claim 5, wherein the ceramic is alumina, silicon carbide, or silicon nitride.

The vacuum chuck according to claim 5 or 6, wherein the metal is silicon, aluminum, copper, or stainless steel.