JPH06320415A

JPH06320415A - ＳｉＣ製ウエハラッププレート

Info

Publication number: JPH06320415A
Application number: JP15101093A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Fukuoka; 聖一福岡; Shigeaki Kuroi; 茂明黒井; Kazuharu Sasa; 一治佐々; Naoki Tsuji; 直樹辻
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-11-22
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JP3035124B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性・耐熱衡撃性に優れ半導体ウエハの大
口径化及び高精度化に対応することができ、しかも耐酸
化性及び耐アルカリ性にも優れていて高品質の半導体ウ
エハを製造可能なＳｉＣラッププレートを提供する。【構成】半導体ウエハの研磨に用いるＳｉＣウエハラ
ッププレートにおいて、０．０５〜０．１５重量％のホ
ウ素を焼結助剤として用いたことを特徴とするＳｉＣウ
エハラッププレート。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハの研磨
に用いるＳｉＣウエハラッププレートに関するものであ
る。

【従来の技術】半導体ウエハの研磨に用いるラッププレ
ートは、研磨作業時に高温に加熱されるため熱変形が小
さい材料で形成する必要がある。また、ウエハは一般に
熱可塑性ワックスでラッププレートに固定されるが、こ
の際、一旦加熱した後で冷却・加圧してマウントするた
め、ラッププレートは熱衝撃に強い材料で構成すること
も重要である。従来、ウエハ研磨用ラッププレートとし
てはガラス製プレート及びアルミナ製プレートが用いら
れていた。しかし、ガラスはウエハ裏面がキズつき易く
再研磨が必要であり、一方、アルミナは熱変形が大きく
熱衝撃に弱いという欠点を有していた。近年、特に大口
径で高精度のウエハの需要が高まっているが、ガラスや
アルミナ製のプレートでは、これらの要求を充分に満足
するウエハを製造することができなかった。そこで、高
剛性で高熱伝導率を有し熱膨張率が小さいＳｉＣを用い
たラッププレートが提案され、ウエハの研磨作業に用い
られるようになってきた。ＳｉＣ製のラッププレート
は、特に高温加熱時の反りが小さいという長所を有して
いる。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＣ
ラッププレートは耐食性、特に耐酸化性が不充分である
ことが多かった。このため、研磨された半導体ウエハの
品質が低下することがあった。このような従来技術の問
題点に鑑み、本発明は、耐熱性・耐熱衝撃性に優れ半導
体ウエハの大口径化及び高精度化に対応することがで
き、しかも耐酸化性にも優れていて高品質のウエハを製
造可能なＳｉＣラッププレートを提供することを目的と
している。

【課題を解決するための手段】この発明は、半導体ウエ
ハの研磨に用いるＳｉＣウエハラッププレートにおい
て、０．０５〜０．１５重量％のホウ素を焼結助剤とし
て用いたことを特徴とするＳｉＣウエハラッププレート
を要旨としている。

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。図
１は、ＳｉＣラッププレートを研磨装置に適用した状態
を示す説明図である。ＳｉＣラッププレート１０は、例
えば厚さが１１ｍｍの円板形状であり、金属製の定盤１
１に固定されている。定盤１１の下面中央部には回転軸
１２が接続されていて、ＳｉＣラッププレート１１は定
盤１１と共に高速回転可能になっている。図１では、定
盤１１は上向きであるが、定盤１１は下向きでも用いる
ことができる。ＳｉＣラッププレート１０は、焼結助剤
としてホウ素を添加するホウ素／炭素系のＳｉＣ焼結体
で形成されている。このＳｉＣ焼結体におけるホウ素の
含有量は、０．０５〜０．１５重量％の範囲に設定され
ている。また、より好ましいホウ素の含有量は０．０５
〜０．１０重量％である。ホウ素含有量を前記範囲に限
定した理由を述べる。ホウ素の含有量が０．０５重量％
未満の場合には、焼結助剤としての働きが十分でなくな
る。この場合には、緻密な焼結体が得られず、焼結体の
曲げ強度が不足してしまう。反対に、ホウ素の含有量が
０．１５重量％を超える場合には、充分な耐酸化性が得
られなくなるのである。ＳｉＣラッププレート１０の面
上には、研磨すべきＳｉウエハ１３が数枚固定されてい
る。ウエハの固定には熱可塑性ワックスを用いることが
できる。即ち、ヒータでＳｉＣラッププレート１０を加
熱し、ワークスを塗布してウエハを貼りつけ、しかる後
にプレス機で加圧・冷却して固定するのである。図１に
示した研磨装置において、研磨パッドとして例えば発泡
ポリウレタンのポリシャ（図示せず）を用い、コロイダ
ルシリカのアルカリ溶液を研磨材として、加工面圧数百
ｇｆ／ｃｍ^２のもとで数十分の研磨時間内で取り代数十
μｍのミラーポリッシュを行うことができる。実施例１〜３、比較例１〜４ホウ素添加量を表１に示すように変化させて、ホウ素／
炭素系の炭化珪素焼結体を製作し、ホウ素含有量が強度
と耐酸化性に与える影響を調べた。実施例１〜３、比較
例１〜４はホウ素（添加）含有量が異なるだけで他は全
く同じ条件で製作されている。以下、炭化珪素焼結体の
作製手順を詳しく説明する。（１）試薬特級のホウ酸１．６８ｇをエタノール６０ｃ
ｃに完全に溶解した。（２）フェノール樹脂１４ｇをアセトン１００ｃｃに溶
解し、（１）項で形成した溶液に加えて十分に撹拌し均
一な溶液とした。（３）焼結体の主原料となる炭化珪素粉末を２００ｇ採
取しアセトン３００ｃｃを加えてボールミルで撹拌混合
した。ボールミルには２リットル容量のプラスチックポ
ットと直径２０ｍｍのナイロンボールを用いた。約１時
間の混練後、（２）項で形成した溶液を加え、さらに２
０時間混練した。混練後スリップの粘度は約８００ｃｐ
ｓであった。（４）スリップをナス型フラスコに移し、４０〜５０℃
に加温しながらエバポレーターで減圧乾燥した。（５）乾燥後ナイロンメッシュを通し６０メッシュに造
粒し、１９５ｇの造粒粉を得た。（６）金型プレス及びラバープレスにより約５０×５０
ｍｍ角で厚さ７ｍｍｔのグリーン成型体を６個作製し
た。金型プレス圧は１５０ｋｇ／ｃｍ^２、ラバープレス
圧は１５００ｋｇ／ｃｍ^２であった。（７）グリーン成型体を窒素雰囲気で２００℃と６００
℃に加熱保持し脱脂炭化した。それぞれの温度での保持
時間により樹脂の炭化率を変え、最終的に焼結体に残る
遊離炭素量を調整した。例えば、２００℃に２時間、６
００℃に２時間保持した場合成型体重量は７．２〜７．
５ｇ減少した。炭化率は５１〜５４％であった。（８）炭化後の試料を高周波誘導炉で焼成した。焼成条
件は次のとおり。ａ）雰囲気を１０^−３とし室温から１７５０℃まで昇温
した。ｂ）この温度でＡｒを導入し常圧とし、その後２１００
〜２２００℃まで昇温した。ｃ）２１００〜２２００℃に１〜３時間保持した後、炉
冷した。上記１）〜８）のようにして作製した焼結体から試験片
を切り出し１３００℃で高温曲げ強さ試験を行った。試
験はＪＩＳＲ１６０１の３点曲げ強さ試験の方法に従
った。その結果を図２に示す。図１から明らかなよう
に、焼結体のホウ素含有量が０．０５ｗｔ％以上では、
曲げ強さに大きな変化はないが、０．０５ｗｔ％以下で
急激な低下が認められた。この原因は、前述したよう
に、ホウ素含有量が０．０５重量％以下では炭化珪素の
焼結に対する助剤としての効果が十分でなく、緻密な焼
結体が得られなかったためである。また前記試験片の耐
酸化性を１６００℃、大気中における１００時間の酸化
試験により評価した。かかる酸化により炭化珪素表面に
はＳｉＯ_２から成る酸化物が形成され、試験片の重量は
酸化前に比べ増加した。この重量増加を測定し酸化進行
の目安とした（図３参照）。炭化珪素の高温酸化では生
成物としてＳｉＯ_２だけでなくＣＯ_２もあり、気体であ
るため放出されて重量減少も同時に起こることになる。
しかし、同じ炭化珪素材の耐酸化性を比較するのであれ
ば、この方法で十分合理的であると考えられる。図２か
ら明らかなように、酸化増量には、ホウ素含有量０．１
５ｗｔ％を境として大きな差異が認められた。即ち、ホ
ウ素が０．１５ｗｔ％以下の炭化珪素焼結体の重量増加
はそれ以下のホウ素含有量の炭化珪素体と比較して著し
く低くなることがわかった。このような酸化挙動に関し
詳細は明確でないが次のように考えられる。即ち、炭化
珪素焼結体に含まれるホウ素は、高温酸化に際し優先的
に酸化されてＢ_２Ｏ_３として蒸発し、焼結体の耐酸化性
を低下させる原因となる。特に、その含有量が多い場
合、ホウ素は粒界にＢ_４Ｃとして析出し粒界酸化を誘起
するため、焼結体の侵食は脱粒をともなって加速的に進
む。しかし、ホウ素量が少ない試料では全量が炭化珪素
に固溶され、粒界酸化の起点がなくなるので加速酸化は
抑制されるのである。なお、遊離炭素の量が強度と耐酸
化性に及ぼす影響はホウ素ほど顕著でなく、上記試験に
関する限りほとんど差異は認められなかった。

【発明の効果】本発明のＳｉＣウエハラッププレート
は、耐熱性・耐熱衝撃性が大きく半導体ウエハの大口径
化及び高精度化に十分対応可能であり、しかも耐酸化性
にも優れているので高品質のウエハを製造することがで
きる。なお、本発明は前述の実施例に限定されない。例
えば、ＳｉＣウエハラッププレートの製造方法は実施例
で述べた方法以外の手順によって製造することも可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＳｉＣウエハラッププレートを研
磨装置に適用した状態を示す説明図。

【図２】本発明の実施例１〜３及び比較例１〜４の高温
強度を示すグラフ。

【図３】本発明の実施例１〜３及び比較例１〜４の酸化
増量を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ＳｉＣウエハラッププレート１１定盤１２回転軸１３Ｓｉウエハ

【表１】

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年６月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】ＳｉＣ製ウエハラッププレート

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの研磨に用いるラッププレ
ートは、研磨作業時に高温に加熱されるため熱変形が小
さい材料で形成する必要がある。また、ウエハは一般に
熱可塑性ワックスでラッププレートに固定されるが、こ
の際、一旦加熱した後で冷却・加圧してマウントするた
め、ラッププレートは熱衝撃に強い材料で構成すること
も重要である。また、研磨液には、例えばコロダイルシ
リカを含有したアルカリ水溶液が使用されるため、耐ア
ルカリ性が必要である。

【０００３】従来、ウエハ研磨用ラッププレートとして
はガラス製プレート及びアルミナ製プレートが用いられ
ていた。しかし、ガラスはウエハ裏面がキズつき易く再
研磨が必要であり、一方、アルミナは熱変形が大きく熱
衝撃に弱いという欠点を有していた。

【０００４】近年、特に大口径で高精度のウエハの需要
が高まっているが、ガラスやアルミナ製のプレートで
は、これらの要求を充分に満足するウエハを製造するこ
とができなかった。

【０００５】そこで、高剛性で高熱伝導率を有し熱膨張
率が小さいＳｉＣを用いたラッププレートが提案され、
ウエハの研磨作業に用いられるようになってきた。Ｓｉ
Ｃ製のラッププレートは、特に高温加熱時の反りが小さ
いという長所を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＣ
ラッププレートは耐食性、特に耐酸化性が不充分である
ことが多かった。このため、研磨された半導体ウエハの
品質が低下することがあった。

【０００７】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、耐熱性・耐熱衝撃性に優れ半導体ウエハの大口径
化及び高精度化に対応することができ、しかも耐酸化性
及び耐アルカリ性にも優れていて高品質のウエハを製造
可能なＳｉＣラッププレートを提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。図
１は、ＳｉＣラッププレートを研磨装置に適用した状態
を示す説明図である。

【００１０】ＳｉＣラッププレート１０は、例えば厚さ
が１１ｍｍの円板形状であり、金属製の定盤１１に固定
されている。定盤１１の下面中央部には回転軸１２が接
続されていて、ＳｉＣラッププレート１１は定盤１１と
共に高速回転可能になっている。図１では、定盤１１は
上向きであるが、定盤１１は下向きでも用いることがで
きる。

【００１１】ＳｉＣラッププレート１０は、焼結助剤と
してホウ素を添加するホウ素／炭素系のＳｉＣ焼結体で
形成されている。このＳｉＣ焼結体におけるホウ素の含
有量は、０．０５〜０．１５重量％の範囲に設定されて
いる。また、より好ましいホウ素の含有量は０．０５〜
０．１０重量％である。

【００１２】ホウ素含有量を前記範囲に限定した理由を
述べる。ホウ素の含有量が０．０５重量％未満の場合に
は、焼結助剤としての働きが十分でなくなる。この場合
には、緻密な焼結体が得られず、焼結体の曲げ強度が不
足してしまう。また、耐アルカリ性が劣る。反対に、ホ
ウ素の含有量が０．１５重量％を超える場合には、充分
な耐酸化性が得られなくなるのである。

【００１３】ＳｉＣラッププレート１０の面上には、研
磨すべきＳｉウエハ１３が数枚固定されている。ウエハ
の固定には熱可塑性ワックスを用いることができる。即
ち、ヒータでＳｉＣラッププレート１０を加熱し、ワー
クスを塗布してウエハを貼りつけ、しかる後にプレス機
で加圧・冷却して固定するのである。

【００１４】図１に示した研磨装置において、研磨パッ
ドとして例えば発泡ポリウレタンのポリシャ（図示せ
ず）を用い、コロイダルシリカのアルカリ溶液を研磨材
として、加工面圧数百ｇｆ／ｃｍ^２のもとで数十分の研
磨時間内で取り代数十μｍのミラーポリッシュを行うこ
とができる。

【００１５】実施例１〜３、比較例１〜４ホウ素添加量を表１に示すように変化させて、ホウ素／
炭素系の炭化珪素焼結体を製作し、ホウ素含有量が強度
と耐酸化性に与える影響を調べた。また、耐アルカリ性
評価試験も行った。実施例１〜３、比較例１〜４はホウ
素（添加）含有量が異なるだけで他は全く同じ条件で製
作されている。

【００１６】以下、炭化珪素焼結体の作製手順を詳しく
説明する。

【００１７】（１）試薬特級のホウ酸１．６８ｇをエタ
ノール６０ｃｃに完全に溶解した。

【００１８】（２）フェノール樹脂１４ｇをアセトン１
００ｃｃに溶解し、（１）項で形成した溶液に加えて十
分に撹拌し均一な溶液とした。

【００１９】（３）焼結体の主原料となる炭化珪素粉末
を２００ｇ採取しアセトン３００ｃｃを加えてボールミ
ルで撹拌混合した。ボールミルには２リットル容量のプ
ラスチックポットと直径２０ｍｍのナイロンボールを用
いた。約１時間の混練後、（２）項で形成した溶液を加
え、さらに２０時間混練した。混練後スリップの粘度は
約８００ｃｐｓであった。

【００２０】（４）スリップをナス型フラスコに移し、
４０〜５０℃に加温しながらエバポレーターで減圧乾燥
した。

【００２１】（５）乾燥後ナイロンメッシュを通し６０
メッシュに造粒し、１９５ｇの造粒粉を得た。

【００２２】（６）金型プレス及びラバープレスにより
約５０×５０ｍｍ角で厚さ７ｍｍｔのグリーン成型体を
６個作製した。金型プレス圧は１５０ｋｇ／ｃｍ^２、ラ
バープレス圧は１５００ｋｇ／ｃｍ^２であった。

【００２３】（７）グリーン成型体を窒素雰囲気で２０
０℃と６００℃に加熱保持し脱脂炭化した。それぞれの
温度での保持時間により樹脂の炭化率を変え、最終的に
焼結体に残る遊離炭素量を調整した。例えば、２００℃
に２時間、６００℃に２時間保持した場合成型体重量は
７．２〜７．５ｇ減少した。炭化率は５１〜５４％であ
った。

【００２４】（８）炭化後の試料を高周波誘導炉で焼成
した。焼成条件は次のとおり。

【００２５】ａ）雰囲気を１０^−３とし室温から１７５
０℃まで昇温した。

【００２６】ｂ）この温度でＡｒを導入し常圧とし、そ
の後２１００〜２２００℃まで昇温した。

【００２７】ｃ）２１００〜２２００℃に１〜３時間保
持した後、炉冷した。

【００２８】上記１）〜８）のようにして作製した焼結
体から試験片を切り出し１３００℃で高温曲げ強さ試験
を行った。試験はＪＩＳＲ１６０１の３点曲げ強さ試
験の方法に従った。その結果を図２に示す。

【００２９】図１から明らかなように、焼結体のホウ素
含有量が０．０５ｗｔ％以上では、曲げ強さに大きな変
化はないが、０．０５ｗｔ％以下で急激な低下が認めら
れた。この原因は、前述したように、ホウ素含有量が
０．０５重量％以下では炭化珪素の焼結に対する助剤と
しての効果が十分でなく、緻密な焼結体が得られなかっ
たためである。

【００３０】また前記試験片の耐酸化性を１６００℃、
大気中における１００時間の酸化試験により評価した。
かかる酸化により炭化珪素表面にはＳｉＯ_２から成る酸
化物が形成され、試験片の重量は酸化前に比べ増加し
た。この重量増加を測定し酸化進行の目安とした（図３
参照）。炭化珪素の高温酸化では生成物としてＳｉＯ_２
だけでなくＣＯ_２もあり、気体であるため放出されて重
量減少も同時に起こることになる。しかし、同じ炭化珪
素材の耐酸化性を比較するのであれば、この方法で十分
合理的であると考えられる。

【００３１】図２から明らかなように、酸化増量には、
ホウ素含有量０．１５ｗｔ％を境として大きな差異が認
められた。即ち、ホウ素が０．１５ｗｔ％以下の炭化珪
素焼結体の重量増加はそれ以下のホウ素含有量の炭化珪
素体と比較して著しく低くなることがわかった。

【００３２】このような酸化挙動に関し詳細は明確でな
いが次のように考えられる。即ち、炭化珪素焼結体に含
まれるホウ素は、高温酸化に際し優先的に酸化されてＢ
_２Ｏ_３として蒸発し、焼結体の耐酸化性を低下させる原
因となる。特に、その含有量が多い場合、ホウ素は粒界
にＢ_４Ｃとして析出し粒界酸化を誘起するため、焼結体
の侵食は脱粒をともなって加速的に進む。しかし、ホウ
素量が少ない試料では全量が炭化珪素に固溶され、粒界
酸化の起点がなくなるので加速酸化は抑制されるのであ
る。

【００３３】なお、遊離炭素の量が強度と耐酸化性に及
ぼす影響はホウ素ほど顕著でなく、上記試験に関する限
りほとんど差異は認められなかった。

【００３４】実施例１〜３及び比較例１〜４について行
った耐アルカリ性評価試験は次のとおりであった。

【００３５】２０×２０×５ｍｍの試料を作成し、この
表面を鏡面ラップした。これらについて、６０℃に保持
した１０％ＮａＯＨ溶液に２０日間浸漬し、重量変化の
測定を行った。その結果は後掲の表１に示すとおりであ
った。

【００３６】表１からも明らかなように、本発明は耐ア
ルカリ性において極めて優れていることが確認された。
尚、耐アルカリ性が劣ることによる問題点は次の通りで
ある。すなわち、研磨液に対する耐食性が劣ると、使用
によりプレート表面の面粗さが低下し、その結果とし
て、ウエハをワックスでプレート上に接着する際の接着
強度が低下する。また、作業終了時において、ワックス
の除去に長い時間を費やすこととなり、作業効率が低下
する。

【００３７】

【発明の効果】本発明のＳｉＣウエハラッププレート
は、耐熱性・耐熱衝撃性が大きく半導体ウエハの大口径
化及び高精度化に十分対応可能であり、しかも耐酸化性
及び耐アルカリ性にも優れているので高品質のウエハを
製造することができる。

【００３８】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、ＳｉＣウエハラッププレートの製造方法は
実施例で述べた方法以外の手順によって製造することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】１０ＳｉＣウエハラッププレート１１定盤１２回転軸１３Ｓｉウエハ

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辻直樹山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハの研磨に用いるＳｉＣウエ
ハラッププレートにおいて、０．０５〜０．１５重量％
のホウ素を焼結助剤として用いたことを特徴とするＳｉ
Ｃウエハラッププレート。