JP2002200557A - 研磨装置用ワークピース保持リング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリアリーレンスルフィド樹脂を用いて、靭
性及び耐磨耗性に優れた研磨装置用ワークピース保持リ
ングを提供すること。 【解決手段】 ポリアリーレンスルフィド樹脂から形成
された研磨装置用ワークピース保持リングであって、破
壊靭性値Ｋ_1Cが２．２ＭＰａ・ｍ^1/2以上で、かつ、結
晶化度が１８％以上であることを特徴とする研磨装置用
ワークピース保持リング。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハな
どのワークピースを研磨するための研磨装置において、
ワークピースを保持するために用いられるワークピース
保持リングに関し、さらに詳しくは、ポリアリーレンス
ルフィド樹脂から形成され、靭性及び耐摩耗性に優れ、
ワークピースを傷つけることがない研磨装置用ワークピ
ース保持リングに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハ製造工程の最終段階にお
いて、シリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と呼ぶこ
とがある）は、要求仕様に応じて、表面のみを鏡面研磨
する片面研磨、あるいは表裏両面を研磨する両面研磨に
より、平坦化・平滑化される。ウエハの表面を研磨する
ことにより、平坦・平滑にするだけではなく、研磨加工
に伴い加工歪が生じないように加工する必要がある。研
磨と同時に加工歪を除去するために、物理的な研磨と同
時に化学的なエッチングを進行させる化学的機械研磨方
式が一般に採用されている。具体的には、シリカ系微粉
末をアルカリ溶液に懸濁した研磨スラリーを用い、研磨
布を貼った定盤とウエハとを擦り合わせて研磨する。

【０００３】研磨方式としては、両面研磨装置を用いて
シリコンウエハの両面を同時に研磨する方式と、ウエハ
を１回の加工で１枚ずつ加工する枚葉研磨装置や複数の
ウエハを１度に加工するバッチ式研磨装置などの片面研
磨装置を用いて、表面及び裏面をそれぞれ研磨する方式
がある。両面研磨装置は、ウエハの大口径化に伴って巨
大なものとなり、ウエハを高精度に加工することや、温
度変化による変形の制御などが困難になるなどの問題が
ある。片面研磨装置は、一般に、研磨布を貼った定盤に
対し、ウエハを直接または間接的に固定した研磨ヘッド
を押しつけ、相互に運動させることによりウエハの研磨
布に接触している側の面を研磨する。化学的機械研磨方
式では、ウエハと研磨布との接触面に研磨スラリーを供
給しながら研磨する。

【０００４】従来、シリコンウエハなどのワークピース
を研磨するための研磨装置としては、例えば、以下に述
べるようなものがある。図１は、従来のウエハ研磨装置
の一例を示す断面図である。研磨ヘッド１の中央の試料
載置部４には、同心円状または放射状に溝３が形成され
ており、該溝３中に形成された排気用貫通孔２は、真空
経路を介して真空ポンプに通じている。ワークピースＷ
を試料載置部４上に載置し、排気用貫通孔２を介して溝
３を真空に引くことによって、ワークピースを研磨ヘッ
ド１の試料載置部４上に固定する。

【０００５】ワークピースの周囲には、ワークピース保
持リングＲ（「リテーナ」または「リテーナリング」と
もいう）が配置されている。保持リングは、研磨の際に
ワークピース周縁部の面ダレ（周縁部分が薄くなるこ
と）を防止する役割を果すものであり、ワークピース面
とほぼ同じ高さになる程度の厚さに調整されている。研
磨材を含有するスラリーをワークピース上面に注ぎなが
ら、研磨パッド５を回転させることにより、ワークピー
スの研磨を行う。保持リングがあるため、研磨パッド５
は、安定した面で回転し、それによって、ワークピース
の研磨精度が向上する。図２は、研磨パッド５が除かれ
た平面図である。

【０００６】図３は、研磨ヘッドとして空気加圧式キャ
リアを用いた研磨装置の一例を示す断面図である。キャ
リア３０の下面に凹部３１が形成されており、この凹部
が可撓性シート３２で覆われて、圧力室３４が形成され
ている。圧力室と連通する空気供給路３３がキャリア３
０の中央部に設けられている。ウエハＷを保持するため
の保持リングＲが接着剤でキャリア３０の外周部に取り
付けられている。ウエハＷを保持リングＲの内側に収納
し、このウエハＷを定盤３６の研磨パッド３５上に接触
させた状態で、定盤３６、キャリア３０、またはこれら
両者を回転させてウエハを研磨する。このとき、空気供
給路３３から圧力室３４に空気を供給して、ウエハＷの
裏面を加圧し、ウエハＷの表面を研磨パッド３５に押し
つける。研磨中、ウエハと研磨パッドとの接触面にスラ
リーを供給することができる。図４に、保持リングの斜
視図を示す。

【０００７】図５は、研磨ヘッドとして他の型式のキャ
リアを用いた研磨装置の一例を示す断面図である。キャ
リア５０は、ハウジング５１の下面にプレッシャプレー
ト５２が取り付けられ、ウエハＷを保持するための保持
リングがハウジング５１の周辺部に固定された構造を有
している。ウエハＷを保持リングＲで保持した状態で、
ウエハＷを押圧しながらキャリア５０を回転させ、定盤
５４の研磨パッド５３で研磨する。研磨中、ウエハと研
磨パッドとの接触面にスラリーを供給することができ
る。

【０００８】このように、シリコンウエハなどのワーク
ピース（通常、平板状である）を研磨するための研磨装
置において、ワークピースを保持するための保持リング
が用いられている。従来、ワークピース保持リングは、
エポキシガラス等の軟質材料により形成されていたが、
短時間の研磨作業で磨耗してしまい、耐久性に劣るもの
であった。

【０００９】そこで、特開平８−１８７６５７号公報に
は、図１に示す構造の研磨装置において、セラミックス
製のリテーナ（保持リング）を使用することが提案され
ている。セラミックス製リテーナは、耐磨耗性に優れて
いるので、保持リングの耐久性が向上する。しかし、セ
ラミックス製リテーナは、硬度が高いため、研磨中にウ
エハと衝突して、ウエハを傷つけるという欠点がある。

【００１０】特開２０００−０８４８３６号公報には、
図３に示す構造の研磨装置において、可撓性シート３２
の下面に可撓性のマージンブロックを等厚に突設すると
共に、リテーナリング（保持リング）をエポキシガラ
ス、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリイミド、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホ
ン、ポリサルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアリ
レート、または高密度ポリエチレンで形成することが提
案されている。

【００１１】特開平２０００−０５２２４１号公報に
は、図５で示される構造の研磨装置において、ワークピ
ース保持リングとして、その内周部分が軟質性素材で形
成され、定盤の研磨パッドとの接触部分がセラミックス
等の耐摩耗性素材で形成された複合型リングを使用する
ことが提案されている。該公報には、ウエハなどのワー
クピースと接触する保持リングの内周部分を形成する軟
質性素材として、エポキシグラス、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリエチレンテレフタレート、ウレタン、ジ
ュラコン、ポリエーテルエーテルケトン、ナイロン、ポ
リイミド、メラミン、またはフェノールを用いることが
記載されている。

【００１２】このような軟質性素材を用いて形成した保
持リングを使用すると、衝突によるシリコンウエハなど
のワークピースの損傷が抑制される。しかし、これらの
軟質性素材のなかで、エポキシガラス、ポリエチレンテ
レフタレート、ウレタン、ナイロンなどを用いて形成し
た保持リングは、耐磨耗性が不充分であるため、短時間
の研磨作業で磨耗してしまい、耐久性に問題がある。ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリイミドなどを用いて形
成した保持リングは、耐磨耗性が良好であるものの、材
料が高価であり、経済性に問題がある。

【００１３】ポリフェニレンサルファイド（以下、「ポ
リフェニレンスルフィド樹脂」という）は、耐磨耗性が
良好であり、経済性の面でも比較的安価な素材であるも
のの、ワークピース保持リングを製作する際、あるいは
研磨中におけるウエハとの接触により、割れが発生しや
すいという問題があった。また、ポリフェニレンスルフ
ィド樹脂製の保持リングは、耐磨耗性が良好ではあるも
のの、ウエハの研磨枚数が比較的少ない段階で摩耗して
しまうため、更なる改良が求められていた。一方、軟質
性素材からなるリングとセラミックスリングなどとを組
み合わせた複合型リングは、構造や製造工程が複雑で、
しかも高価である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
アリーレンスルフィド樹脂を用いて、靭性及び耐磨耗性
に優れた研磨装置用ワークピース保持リングを提供する
ことにある。

【００１５】本発明者らは、前記課題を解決するために
鋭意研究した結果、ポリフェニレンスルフィド樹脂を用
いて、特定の破壊靭性値と結晶化度とを有するリングを
作製したところ、研磨装置用ワークピース保持リングと
して優れた性能を発揮することを見出した。本発明のワ
ークピース保持リングは、靭性た耐磨耗性などの性能と
価格の両面で優れており、衝突によるウエハの損傷を防
ぐこともできる。本発明は、これらの知見に基づいて完
成するに至ったものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ポリア
リーレンスルフィド樹脂から形成された研磨装置用ワー
クピース保持リングであって、（１）破壊靭性値Ｋ_1Cが
２．２ＭＰａ・ｍ^1/2以上で、かつ、（２）結晶化度が
１８％以上であることを特徴とする研磨装置用ワークピ
ース保持リングが提供される。

【００１７】

【発明の実施の形態】ポリアリーレンスルフィド樹脂 本発明で使用するポリアリーレンスルフィド樹脂（以
下、「ＰＡＳ樹脂」と略記することがある）とは、式
［−Ａｒ−Ｓ−］（ただし、−Ａｒ−は、アリーレン基
である。）で表されるアリーレンスルフィドの繰り返し
単位を主たる構成要素とする芳香族ポリマーである。繰
り返し単位［−Ａｒ−Ｓ−］を１モル（基本モル）と定
義すると、本発明で使用するＰＡＳ樹脂は、この繰り返
し単位を通常５０モル％以上、好ましくは７０モル％以
上、より好ましくは９０モル％以上含有するポリマーで
ある。

【００１８】アリーレン基としては、例えば、ｐ−フェ
ニレン基、ｍ−フェニレン基、置換フェニレン基（置換
基は、好ましくは炭素数１〜６のアルキル基またはフェ
ニル基である。）、ｐ，ｐ′−ジフェニレンスルホン
基、ｐ，ｐ′−ビフェニレン基、ｐ，ｐ′−ジフェニレ
ンンカルボニル基、ナフチレン基などを挙げることがで
きる。ＰＡＳ樹脂としては、主として同一のアリーレン
基を有するホモポリマーを好ましく用いることができる
が、加工性や耐熱性の観点から、２種以上のアリーレン
基を含んだコポリマーを用いることもできる。

【００１９】これらのＰＡＳ樹脂の中でも、ｐ−フェニ
レンスルフィドの繰り返し単位を主構成要素とするＰＰ
Ｓ樹脂が加工性に優れ、しかも工業的に入手が容易であ
ることから特に好ましい。この他に、ポリアリーレンケ
トンスルフィド、ポリアリーレンケトンケトンスルフィ
ドなどを使用することができる。

【００２０】コポリマーの具体例としては、ｐ−フェニ
レンスルフィドの繰り返し単位とｍ−フェニレンスルフ
ィドの繰り返し単位とを有するランダムまたはブロック
コポリマー、フェニレンスルフィドの繰り返し単位とア
リーレンケトンスルフィドの繰り返し単位とを有するラ
ンダムまたはブロックコポリマー、フェニレンスルフィ
ドの繰り返し単位とアリーレンケトンケトンスルフィド
の繰り返し単位とを有するランダムまたはブロックコポ
リマー、フェニレンスルフィドの繰り返し単位とアトレ
ンスルホンスルフィドの繰り返し単位を有するランダム
またはブロックコポリマーなどを挙げることができる。

【００２１】これらのＰＡＳ樹脂は、結晶性ポリマーで
あることが好ましい。ＰＡＳ樹脂は、靭性や強度などの
観点から、直鎖状ポリマーであることが好ましい。この
ようなＰＡＳ樹脂は、極性溶媒中で、アルカリ金属硫化
物とジハロゲン置換芳香族化合物とを重合反応させる公
知の方法（例えば、特公昭６３−３３７７５号公報）に
より合成することができる。

【００２２】アルカリ金属硫化物としては、例えば、硫
化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化ルビ
ジウム、硫化セシウムなどを挙げることができる。反応
系中で、ＮａＳＨとＮａＯＨとをその場で反応させるこ
とにより生成させた硫化ナトリウムも使用することがで
きる。

【００２３】ジハロゲン置換芳香族化合物としては、例
えば、ｐ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、
２，５−ジクロロトルエン、ｐ−ジブロモベンゼン、
２，６−ジクロロナフタリン、１−メトキシ−２，５−
ジクロロベンゼン、４，４′−ジクロロビフェニル、
３，５−ジクロロ安息香酸、ｐ，ｐ′−ジクロロジフェ
ニルエーテル、４，４′−ジクロロジフェニルスルホ
ン、４，４′−ジクロロジフェニルスルホキシド、４，
４′−ジクロロジフェニルケトンなどを挙げることがで
きる。これらは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を
組み合わせて使用することができる。

【００２４】ＰＡＳ樹脂に若干の分岐構造または架橋構
造を導入するために、１分子当たり３個以上のハロゲン
置換基を有するポリハロゲン置換芳香族化合物を少量併
用することができる。ポリハロゲン置換芳香族化合物の
好ましい例としては、１，２，３−トリクロロベンゼ
ン、１，２，３−トリブロモベンゼン、１，２，４−ト
リクロロベンゼン、１，２，４−トリブロモベンゼン、
１，３，５−トリクロロベンゼン、１，３，５−トリブ
ロモベンゼン、１，３−ジクロロ−５−ブロモベンゼン
などのトリハロゲン置換芳香族化合物、及びこれらのア
ルキル置換体を挙げることができる。これらは、それぞ
れ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用するこ
とができる。これらの中でも、経済性、反応性、物性な
どの観点から、１，２，４−トリクロロベンゼン、１，
３，５−トリクロロベンゼン、及び１，２，３−トリク
ロロベンゼンがより好ましい。

【００２５】極性溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドンなどのＮ−アルキルピロリドン、１，３−ジアル
キル−２−イミダゾリジノン、テトラアルキル尿素、ヘ
キサアルキル燐酸トリアミドなどに代表されるアプロチ
ック有機アミド溶媒が反応系の安定性が高く、高分子量
のポリマーが得られやすいので好ましい。

【００２６】ＰＡＳ樹脂として、重合終了後の洗浄した
ものを使用することができるが、さらに、塩酸、酢酸な
どの酸を含む水溶液、あるいは水−有機溶剤混合溶液に
より後処理されたものや、塩化アンモニウムなどの塩溶
液で後処理を行ったものなどが好適に用いられる。これ
らの後処理によって、アセトン：水＝１：２（容積比）
に調整した水−有機溶媒混合溶液中でのＰＡＳ樹脂のｐ
Ｈを８以下とすることにより、流動性及び機械的特性を
より向上させることができる。

【００２７】本発明で使用するＰＡＳ樹脂は、１００μ
ｍ以上の平均粒子径を有する粒状物であることが望まし
い。粒状ＰＡＳ樹脂は、重合後の精製、取り扱い性、成
形加工性、他の成分の分散性などが良好である。ＰＡＳ
樹脂の平均粒子径が小さすぎると、押出機による溶融押
出の際、フィード量が制限されるため、押出機内での滞
留時間が長くなり、樹脂の劣化等の問題が生じるおそれ
がある。また、平均粒子径が小さなＰＡＳ樹脂は、製造
効率上も望ましくない。

【００２８】本発明で使用するＰＡＳ樹脂の溶融粘度
は、特に制限はないが、温度３１０℃、剪断速度１２０
０／秒で測定したとき、通常１０〜２０００Ｐａ・Ｓ、
好ましくは１５０〜１２００Ｐａ・Ｓ、より好ましくは
２００〜１０００Ｐａ・ｓの溶融粘度を有することが成
形性や靭性などの観点から望ましい。ＰＡＳ樹脂の溶融
粘度が低すぎると、押出成形時の賦形性が不充分にな
り、また、押出成形品の靭性が不足して、押出成形品を
保持リングの形状に切り出す際に割れが発生しやすくな
る。ＰＡＳ樹脂の溶融粘度が高すぎると、射出成形性及
び押出成形性が不充分となりやすい。

【００２９】その他の成分 本発明で使用するＰＡＳ樹脂には、本発明の目的を損わ
ない範囲において、フィラーや他の熱可塑性樹脂、その
他の添加剤を配合することができる。フィラーの具体例
としては、アスベスト繊維、シリカ繊維、アルミナ繊
維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼
素繊維、チタン酸カリ繊維などの無機繊維状物；ステン
レス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属からな
る金属繊維状物；ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエ
ステル樹脂、アクリル樹脂などの高融点樹脂からなる有
機繊維状物；等の繊維状フィラーが挙げられる。

【００３０】また、フィラーとして、マイカ、シリカ、
タルク、クレー、アルミナ、カオリン、硫酸カルシウ
ム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸ニッケル、炭
酸亜鉛、炭酸マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸
化鉄、フェライト、カーボンブラック、グラファイト、
黒鉛、ガラスビーズ、石英粉末などの粒状または粉末状
フィラーを挙げることができる。

【００３１】これらのフィラーは、それぞれ単独で、あ
るいは２種類以上を組み合わせて使用することができ
る。フィラーの配合割合は、特に制限されないが、ＰＡ
Ｓ樹脂１００重量部に対して、通常１００重量部以下、
多くの場合５０重量部以下、さらに多くの場合３０重量
部以下である。

【００３２】本発明で使用するＰＡＳ樹脂には、本発明
の目的を損わない範囲において、他の熱可塑性樹脂を配
合することができる。他の熱可塑性樹脂としては、高温
で安定な熱可塑性樹脂が好ましい。他の熱可塑性樹脂の
具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエス
テル樹脂、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリアミ
ド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリ
アルキルアクリレート、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、
フッ素樹脂等を挙げることができる。

【００３３】フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロ
エチレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン／パーフル
オロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリ
フルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化
ビニリデン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、プロ
ピレン／テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニ
リデン／クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレ
ン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体等を挙げること
ができる。

【００３４】これらの熱可塑性樹脂は、それぞれ単独
で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することがで
きる。他の熱可塑性樹脂の配合割合は、特に限定されな
いが、ＰＡＳ樹脂１００重量部に対して、通常１００重
量部以下、好ましくは５０重量部以下、より好ましくは
３０重量部以下である。

【００３５】本発明で使用するＰＡＳ樹脂には、本発明
の目的を損わない範囲において、各種添加剤を配合する
ことができる。添加剤の具体例としては、エチレングリ
シジルメタクリレートなどの樹脂改良剤、ペンタエリス
リトールテトラステアレートなどの滑剤、熱硬化性樹
脂、酸化防止剤、紫外線吸収剤、ボロンナイトライトな
どの核剤、難燃剤、染料や顔料等の着色剤等が挙げられ
る。

【００３６】これらの添加剤は、それぞれ単独で、ある
いは２種以上を組み合わせて使用することができる。添
加剤の配合割合は、それぞれの添加剤の種類と機能に応
じて適宜選択することができる。これらの添加剤の使用
の際には、必要に応じて、集束剤または表面処理剤を使
用することができる。集束剤または表面処理剤として
は、例えば、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合
物、シラン系化合物、チタネート系化合物などの官能性
化合物が挙げられる。これらの化合物は、予め表面処理
若しくは収束処理を施して用いるか、または材料調製の
際に添加剤と同時に添加してもよい。

【００３７】ワークピース保持リング 本発明のワークピース保持リングは、一般に用いられる
熱可塑性樹脂の成形加工設備と成形加工方法により作製
することができる。具体的には、(1)ＰＡＳ樹脂と必要
に応じて他の成分とを混合し、１軸または２軸の押出機
を使用して混練し、押し出して成型用ペレット化した
後、射出成形あるいは押出成形する方法、（2)必要な成
分を混合し、直接、射出成形あるいは押出成形する方法
等が挙げられる。

【００３８】押出成形によりワークピース保持リングを
作製する場合には、先ず押出成形により平板を作製
し、次いで、この平板を切削加工してワークピース保持
リングを得る方法、押出成形によりパイプ状成形体を
作製し、次いで、このパイプ状成形体を輪切りにしてワ
ークピース保持リングを得る方法等がある。射出成形に
よりワークピース保持リングを作製する場合には、ワー
クピース保持リングの形状を有する金型を用いて射出成
形を行う。

【００３９】本発明の研磨装置用ワークピース保持リン
グの破壊靭性値Ｋ_1Cは、２．２ＭＰａ・ｍ^1/2以上であ
り、好ましくは２．３ＭＰａ・ｍ^1/2以上である。破壊
靭性値の上限は、ＰＡＳ樹脂を実質的に単独で用いた場
合、通常５．０ＭＰａ・ｍ^1/2、多くの場合４．５Ｐａ
・ｍ^1/2 である。破壊靭性値が低すぎると、ワークピー
ス保持リングの作製時、あるいは研磨中でのウエハとの
接触により、割れが発生しやすくなる。

【００４０】本発明の研磨装置用ワークピース保持リン
グの結晶化度は、１８％以上であり、好ましくは２０％
以上である。結晶化度の上限は、通常４０％、多くの場
合３５％である。ワークピース保持リングの結晶化度が
低すぎると、耐磨耗性が低下する。

【００４１】ＰＡＳ樹脂製研磨装置用ワークピース保持
リングの破壊靭性値Ｋ_1Cを２．２ＭＰａ・ｍ^1/2以上、
かつ、結晶化度を１８％以上とするには、使用するＰ
ＡＳ樹脂の溶融粘度を適切な範囲とすること、成形方
法や成形温度等の成形条件を適切に設定すること、成
形後に熱処理を行うこと、これらを組み合わせること
などを挙げることができる。

【００４２】特にワークピース保持リングの結晶化度が
低い場合には、熱処理することにより所望の結晶化度に
上げることができる。成形後の熱処理は、通常１００〜
２８０℃、好ましくは１２０〜２６０℃の熱処理温度
で、通常５分間から２４時間、好ましくは１〜１０時間
の熱処理時間で行う。熱処理は、通常、オーブンなどを
用いて乾熱雰囲気中で実施する。

【００４３】本発明のワークピース保持リングは、シリ
コンウエハなどの平板状のワークピースの研磨に際して
好適に使用することができる。本発明のワークピース保
持リングは、通常、それ単独で研磨装置の保持リング
（リテーナまたはリテーナリング）として使用すること
ができるが、所望により、セラミックス等の耐摩耗性素
材で形成されたリングなどと複合化して使用することも
できる。研磨装置としては、特に限定されず、例えば、
図１、図３、図５などに示されている研磨装置を挙げる
ことができる。本発明のワークピース保持リングの厚さ
や外径、内径などは、装着する研磨装置の大きさ、保持
するシリコンウエハなどのワークピースの厚さや大きさ
などに応じて適宜定めることができる。

【００４４】

【実施例】以下に合成例、実施例及び比較例を挙げて、
本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、こ
れらの実施例により限定されるものではない。物性の測
定方法は、以下に示すとおりである。

【００４５】（１）溶融粘度 キャピログラフ（東洋精機社製）を用いて、温度３１０
℃、剪断速度１２００／秒の条件で測定した。 （２）破壊靭性値Ｋ_1c ＡＳＴＭ Ｄ５０４５に準拠して、ワークピース保持リ
ングの破壊靭性値を求めた。 （３）結晶化度 ＡＳＴＭ Ｄ７９２に準拠して、ワークピース保持リン
グの密度を測定し、非晶密度１．３２ｇ／ｃｍ³、結晶
密度１．４３ｇ／ｃｍ³として、その結晶化度を算出し
た。

【００４６】［合成例１］ポリマーＡの合成 重合缶にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）８００
ｋｇと、４６．４重量％の硫化ナトリウム（Ｎａ₂Ｓ）
を含む硫化ナトリウム５水塩３９０ｋｇを仕込み、窒素
ガスで置換後、攪拌しながら徐々に２００℃まで昇温し
て、水１４７ｋｇを留出させた。この時、留出水と共に
５７モルのＨ₂Ｓが揮散した。脱水工程後、重合缶にｐ
−ジクロロベンゼン３３９ｋｇと、ＮＭＰ２１８ｋｇ、
及び水９．２ｋｇを加え、攪拌しながら２２０℃で４．
５時間反応させた。その後、攪拌を続けながら水７０ｋ
ｇを圧入し、２５５℃に昇温して３時間反応させ、さら
に、２４５℃で８時間反応を継続した。反応終了後、室
温付近まで冷却してから、内容物を１００メッシュのス
クリーンに通して粒状ポリマーを篩分し、次いで、アセ
トン洗２回、さらに水洗５回行い、洗浄ポリマーを得
た。脱水後、回収した粒状ポリマーを１０５℃で５時間
乾燥した。このようにして得られたポリフェニレンスル
フィド樹脂（ポリマーＡ）の溶融粘度は、４８０Ｐａ・
Ｓであった。

【００４７】［合成例２］ポリマーＢの合成 重合缶にＮＭＰ７２０ｋｇと、４６．２１重量％の硫化
ナトリウムを含む硫化ナトリウム５水塩４２０ｋｇとを
仕込み、窒素ガスで置換後、攪拌しながら徐々に２００
℃まで昇温して、水１６０ｋｇを留出させた。この時、
留出水と共に６２モルのＨ₂Ｓが揮散した。脱水工程
後、重合缶にｐ−ジクロロベンゼン３６４ｋｇと、ＮＭ
Ｐ２５０ｋｇとを加え、攪拌しながら２２０℃で４．５
時間反応させた。その後、攪拌を続けながら水５９ｋｇ
を圧入し、２５５℃に昇温して５時間反応させた。反応
終了後、室温付近まで冷却してから、内容物を１００メ
ッシュのスクリーンに通して粒状ポリマーを篩分し、次
いで、アセトン洗２回、さらに水洗４回を行い、洗浄ポ
リマーを得た。脱水後、回収した粒状ポリマーを１０５
℃で５時間乾燥した。このようにして得られたポリフェ
ニレンスルフィド樹脂（ポリマーＢ）の溶融粘度は、２
１０Ｐａ・Ｓであった。

【００４８】［合成例３］ポリマーＣの合成 重合缶にＮＭＰ８００ｋｇと、４６．０６重量％の硫化
ナトリウムを含む硫化ナトリウム３７３ｋｇとを仕込
み、窒素ガスで置換後、攪拌しながら徐々に２００℃ま
で昇温して、水１４１ｋｇを留出させた。このとき、留
出水と共に６２モルのＨ₂Ｓが揮散した。脱水工程後、
重合缶にｐ−ジクロロベンゼン３２４．７ｋｇ、１，
２，４−トリクロロベンゼン０．７９８ｋｇ、及びＮＭ
Ｐ２７４ｋｇの混合溶液を加え、２２０℃で５時間重合
反応させた。その後、攪拌を続けながら水９６．６ｋｇ
を圧入し、２５５℃で５時間反応を行った。さらに、２
４５℃に降温して５時間重合を継続した。反応終了後、
室温付近まで冷却してから、内容物を１００メッシュの
スクリーンに通して粒状ポリマーを篩分し、次いで、ア
セトン洗２回、さらに水洗４回を行って、洗浄ポリマー
を得た。脱水後、回収した粒状ポリマーは、１０５℃で
５時間乾燥した。このようにして得られたポリフェニレ
ンスルフィド樹脂（ポリマーＣ）の溶融粘度は、５８０
Ｐａ・Ｓであった。

【００４９】［合成例４］ポリマーＤの合成 重合缶にＮＭＰ７２０ｋｇと、４６．２１重量％の硫化
ナトリウムを含む硫化ナトリウム５水塩４２０ｋｇとを
仕込み、窒素ガスで置換後、攪拌しながら徐々に２００
℃まで昇温して水１５８ｋｇを留出させた。この時、留
出水と共に６２モルのＨ₂Ｓが揮散した。脱水工程後、
重合缶にｐ−ジクロロベンゼン３６５ｋｇとＮＭＰ１８
９ｋｇとを加え、攪拌しながら２２０℃で４．５時間重
合反応させた。その後、攪拌を続けながら水４９ｋｇを
圧入し、２５５℃に昇温して５時間反応させた。反応終
了後、室温付近まで冷却してから、内容物を１００メッ
シュのスクリーンに通して粒状ポリマーを篩分し、次い
で、アセトン洗２回、さらに水洗４回を行い、洗浄ポリ
マーを得た。脱水後、回収した粒状ポリマーを１０５℃
で３時間乾燥した。このようにして得られたポリフェニ
レンスルフィド樹脂（ポリマーＤ）の溶融粘度は、１５
０Ｐａ・Ｓであった。

【００５０】［実施例１］合成例１で得られたポリマー
Ａを平板成形用ダイを備えた単軸押出機へ供給し、シリ
ンダー温度２９０℃で押し出し、厚み２０ｍｍの平板を
作製した。この平板から、内径２００ｍｍ、外径２３０
ｍｍ、厚み２０ｍｍのワークピース保持リングを切り出
した。このワークピース保持リングをウエハ研磨装置
（図５に示すタイプの研磨装置）にセットし、ワークピ
ース保持リングの厚みが３ｍｍ磨耗するまでのウエハの
処理枚数で耐磨耗性を評価した。結果を表１に示す。

【００５１】［実施例２及び３］ポリマーＡに代えて合
成例２及び３で得られたポリマーＢ及びＣをそれぞれ用
いたこと以外は、実施例１と同様にして、押出成形によ
り平板を作製し、次いで、切削加工によりワークピース
保持リングを作製した。得られた各ワークピース保持リ
ングを用いて、実施例１と同様に評価した。結果を表１
に示す。

【００５２】［比較例１］合成例４で得られたポリマー
Ｄを用いたこと以外は、実施例１と同様にして押出成形
により平板を作製した。この平板を用いて切削加工によ
りワークピース保持リングを作成しようとしたところ、
平板が割れてしまった。割れの発生は、この平板の靭性
が不足しているためと推定される。

【００５３】

【表１】

【００５４】［実施例４］合成例１で得られたポリマー
Ａを４５ｍｍφ二軸混練押出機（池貝鉄鋼社製ＰＣＭ−
４５）に供給し、シリンダー温度３００℃〜３３０℃に
て混練し、溶融押出してペレットを作製した。得られた
ペレットを用いて、金型温度１５０℃で射出成形を行
い、内径２００ｍｍ、外径２３０ｍｍ、厚み２０ｍｍの
ワークピース保持リングを成形した。射出成形により得
られたワークピース保持リングを２００で３時間熱処理
した。このワークピース保持リングをウエハ研磨装置
（図５に示すタイプの研磨装置）にセットし、ワークピ
ース保持リングの厚みが３ｍｍ磨耗するまでのウエハの
処理枚数で耐磨耗性を評価した。結果を表２に示す。

【００５５】［実施例５］ポリマーＡに代えて合成例２
で得られたポリマーＢを用い、かつ、射出成形後の熱処
理を行わなかったこと以外は、実施例４と同様にしてワ
ークピース保持リングを作製し、同様に評価した。結果
を表２に示す。

【００５６】［実施例６］ポリマーＡに代えて合成例３
で得られたポリマーＣを用いたこと以外は、実施例４と
同様にして射出成形によりワークピース保持リングを作
製し、同様に評価した。結果を表２に示す。

【００５７】［比較例２］ポリマーＡに代えて合成例４
で得られたポリマーＤを用い、かつ、射出成形後の熱処
理を行わなかったこと以外は、実施例４と同様にしてワ
ークピース保持リングを作製した。しかし、射出成形時
にワークピース保持リングは、割れてしまった。結果を
表２に示す。

【００５８】［比較例３］射出成形後の熱処理を行わな
かったこと以外は、実施例１と同様にしてワークピース
保持リングを作成し、同様に評価した。結果を表２に示
す。

【００５９】［比較例４］射出成形後の熱処理を行わな
かったこと以外は、実施例６と同様にしてワークピース
保持リングを作成し、同様に評価した。結果を表２に示
す。

【００６０】

【表２】

【００６１】＜考察＞実施例１〜６に示したとおり、破
壊靭性値と結晶化度が特定の値以上であるワークピース
保持リングは、ワークピース保持リングの作成時、及び
研磨中におけるウエハとの接触により、割れが発生する
ことがなく、かつ、ウエハ処理枚数が多いことから優れ
た磨耗特性を有することが明らかである。

【００６２】これに対して、比較例１では、ポリマーの
靭性が足りないため、押出成形した平板から切削加工に
よりワークピース保持リングを製作する際、平板が割れ
てしまい、満足な保持リングを得ることができなかっ
た。比較例２では、ポリマーの靭性が足りないため、ワ
ークピース保持リングを射出成形する際、成形物が割れ
てしまい、満足な保持リングを得ることができなかっ
た。

【００６３】比較例３及び４では、ワークピース保持リ
ングの結晶化度が低いため、耐磨耗性に劣り、ウエハ処
理枚数が少なかった。これに対して、同じポリマーＡ及
びポリマーＣをそれぞれ用いた場合であっても、射出成
形物を熱処理して結晶化度を高めた実施例４及び６のワ
ークピース保持リングは、優れた耐磨耗性を示してい
る。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、ポリアリーレンスルフ
ィド樹脂を用いて、靭性及び耐磨耗性に優れた研磨装置
用ワークピース保持リングが提供される。本発明のワー
クピース用保持リングは、シリコンウエハの研磨工程等
で好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ウエハ研磨装置の一例を示す断面図で
ある。

【図２】図２は、図１における保持リングとウエハの正
面図である。

【図３】図３は、ウエハ研磨装置の他の一例を示す断面
図である。

【図４】図４は、図３のウエハ研磨装置における保持リ
ングの斜視図である。

【図５】図５は、ウエハ研磨装置の他の一例を示す断面
図である。

【符号の説明】

Ｗ…ワークピース、 Ｒ…ワークピース保持リング、１
…研磨ヘッド、 ２…排気用貫通孔、 ３…溝、 ４…
試料載置部、５…研磨パッド、 ３０…キャリア、 ３
１…凹部、 ３２…可撓性シート、３３…空気供給路、
３４…圧力室、 ３５…研磨パッド、 ３６…定盤、
５０…キャリア、 ５１…ハウジング、 ５２…プレッ
シャプレート、５３…研磨パッド、 ５４…定盤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリアリーレンスルフィド樹脂から形成
   された研磨装置用ワークピース保持リングであって、
   （１）破壊靭性値Ｋ_1Cが２．２ＭＰａ・ｍ^1/2以上で、
   かつ、（２）結晶化度が１８％以上であることを特徴と
   する研磨装置用ワークピース保持リング。
2. 【請求項２】 ポリアリーレンスルフィド樹脂の押出成
   形により形成されたものである請求項１記載の研磨装置
   用ワークピース保持リング。
3. 【請求項３】 ポリアリーレンスルフィド樹脂の射出成
   形により形成されたものである請求項１記載の研磨装置
   用ワークピース保持リング。