JP2006068882A

JP2006068882A - 被加工物保持部材

Info

Publication number: JP2006068882A
Application number: JP2004258242A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Kawabata; 克昌川端; Hiroyuki Yamada; 博行山田
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】半導体ウェハ，ＬＣＤガラス，半導体デバイスの層間絶縁膜およびメタル配線等の精密平面研磨に用いる被加工物保持部材に関し、製造作業性の向上が図れ、空気の咬み込みによる研磨平坦度の低下を防止することができる。
【解決手段】基材シート１２と、基材シート１２上に固定したバッキング材１３と、バッキング材１３の外周において基材シート１２上に固定したテンプレート１４とを備え、テンプレート１４の内側に配置し、かつ、バッキング材１３に固定して被研磨加工物１６を保持する被加工物保持部材１０において、基材シート１２が、通気性を有し、かつ、厚みＤが０．２〜２．０ｍｍであることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として被研磨物の研磨面の平坦度が高い精密研磨を行うのに用いられる被加工物保持部材に関する。

従来から、半導体ウェハ、半導体デバイスの層間絶縁膜およびメタル配線、各種記録用ディスク、ＬＣＤ用ガラス等の精密平面研磨は、回転する定盤に装着された研磨布と、定盤面に対向配置した回転可能な被加工物保持部材で保持された被研磨加工物との間に研磨スラリーを供給して、被研磨加工物および研磨布を互いに摺動させることにより行われてきた。

例えば、図８に示すように、定盤１１１の下面に粘着材層１１２を有するＰＥＴフィルムからなる基材シート１１３を介してバッキング材１１４が固定され、バッキング材１１４の下面にテンプレート１１５が接着されてなる被加工物保持部材１１０がある。このような被加工物保持部材１１０にて被研磨加工物１１６を保持し、被加工物保持部材１１０と研磨布１１７を相対的に回転させながら研磨スラリーを供給し、被研磨加工物１１６を研磨布１１７に押圧することで、被研磨加工物１１６の表面研磨を行っている（特許文献１参照）。

バッキング材１１４は、ＰＥＴフィルム，ＰＰ，ナイロン等の基材シート１１３の上に、ポリウレタン，ポリアミド，ポリイミド等から選択した熱可塑性樹脂の溶剤溶液を水中で溶剤抽出させ湿式凝固多孔質フィルムを形成してなる。なお、表面平滑性を高める等の目的のため、表面の銀面層を研削し開口させる手法が取られている。

テンプレート１１５は、ガラス・アラミド繊維等にエポキシ樹脂等を含浸、積層し成型された積層板であって、バッキング材１１４上へ接着固定ないし外周部へ独立固定することによって、被研磨加工物１１６の飛び出しを防止している。
特開２００３−２３６７４３

上記のような被加工物保持部材１１０に対し、特に年々大口径化が進むＬＣＤガラス研磨等においては、市場での既製品設定の関係上などから、被加工物寸法の増大に対応できるテンプレート１１５の原板寸法およびバッキング材１１４の寸法確保が難しく、製作可能な対応幅を広げるとなると、大掛かりな設備投資等が必要となり、その結果、テンプレート１１５は分割方式に限るものとなる。一方で、テンプレート１１５を分割方式で製作し、バッキング材１１４をその内側に独立させて製作した場合においては、個別に製作されたバッキング材１１４ならびにテンプレート１１５を、被研磨加工物１１６の形状に見合った一定の形状で、かつ、その精度を維持しながら研磨機へセットし配置，固定することになる。このように、研磨機上にて各部材毎に配置，固定することが作業性を極めて悪化させており、しかも形状に歪や変形を生じた状態で誤った固定が行われる恐れがあり、その結果、被研磨加工物１１６を研磨した際に、被加工物が必要以上に揺動・傾斜するなどしてテンプレート１１５が破損するとういう問題があった。

また、バッキング材１１４を、別途用意した両面テープを用いてＰＥＴ，ＰＰ，ナイロン等の基材シート１１３に貼り込み、一体型として製品化する例も挙げられるが、通気性のない基材シート１１３を用いているため、一体型製作時において、基材シート１１３とバッキング材１１４との間で空気の咬み込みが発生し、その部位で研磨平坦度が悪化してしまうという問題があった。このことは、バッキング材１１４の外周において、テンプレート１１５を基材シート１１３の固着する場合においても同様の問題が生じる。

さらに、薄肉化、大口径化するＬＣＤガラス研磨に代表されるように、被研磨加工物１１６が薄いため、研磨時に加圧をかけ難く、大面積の保持面を有するため、保持状態での面内部に咬み込んだ空気は、通気性を持っているバッキング材１１４内部へ全て抜けず、研磨平坦度が悪化するという問題があった。そこで、バッキング材１１４を構成する単層の湿式凝固多孔質フィルムの厚みを増やし、湿式凝固多孔質フィルム自体の圧縮変形量を増やすことにより、湿式凝固多孔質フィルム自体を咬み込んだ空気量分だけ変形させ、保持面の平坦度を保つ対策がとられていた。しかし、湿式凝固多孔質フィルムの厚み増加によって溶剤抽出に時間を要し、生産性の悪化、品質の安定性や歩留りを低下させる要因となっている。

また、空気の咬み込みという比較的大きな形状で局所的に起伏状態が大きく変化してしまっているため、従来の湿式凝固多孔質フィルム単体では、発生部位において圧縮変形で沈み込んだ量に応じた反発力が生じ、その部位だけが異常に加圧され、研磨平坦度を完全には改善できないという問題があった。

したがって、本発明においては、被研磨加工物の大型化に伴う製造作業性の悪化ならびに研磨時における部材の破損を防止し、かつ、製作時における基材シート上での空気の咬み込み、ならびに研磨時における被研磨加工物と保持界面との間での空気の咬みによる研磨平坦度の低下を防止し、しかも空気の咬み込みに起因する反発力による研磨平坦度の低下を防止することを解決しようとする課題とする。

本発明の被加工物保持部材は、基材シートと、前記基材シート上に固定したバッキング材と、前記バッキング材の外周において前記基材シート上に固定したテンプレートとを備え、前記テンプレートの内側に配置し、かつ、前記バッキング材に固定して被研磨加工物を保持する被加工物保持部材において、前記基材シートが、通気性を有し、かつ、厚みが０．２〜２．０ｍｍであることを特徴とするものである。

本発明の被加工物保持部材によると、バッキング材ならびにテンプレートを基材シートに固定して一体型とすることにより、研磨機に固定する際の作業性ならびに精度が向上し、研磨時におけるテンプレートの破損を防止できる。

また、通気性を有した基材シートを用いることにより、製作時において、基材シートとバッキング材ならびにテンプレートとの間に咬み込んだ空気を基材シート内へ逃がすことができ、研磨平坦度の向上が図れる。

また、厚み０．２〜２．０ｍｍの基材シートを設けたことにより、研磨時において、被研磨加工物と保持界面との間に空気を咬み込んでも、基材シートの圧縮変形によって吸収でき、研磨平坦度の向上が図れる。

さらに、空気の咬み込みに起因する圧縮変形に対する回復変形量も少なくでき、回復変形による反発力によって研磨平坦度が低下するのを防止できる。

より好ましくは、前記テンプレートが、各々ウェブと当該ウェブの両端に設けた一対のフランジからなる略コ字形に形成され、互いのフランジ先端どうしを突き合わせて配置する一対のテンプレート構成材からなり、各テンプレート構成材のフランジ先端の繋ぎ目形状が、互いの凸部どうしが噛み合う段付き形状に形成されており、かつ、前記凸部の長さを前記フランジの内径長さの１０〜３０％とする。

このように、テンプレートが分割方式であって、各テンプレート構成材の繋ぎ目形状が、互いの凸部どうしが噛み合う段付き形状に形成されており、かつ、凸部の長さを略コ字形のテンプレート構成材のフランジの内径長さの１０〜３０％としたので、テンプレート構成材を突き合わせて一体化した際に、十分な長さを有した互いの凸部どうしが噛み合い、両テンプレート構成材が突き合わせ方向およびそれに直行する方向において互いに当接し、精度良く位置決めされ、研磨時におけるテンプレートの破損を防止できる。

本発明によれば、製造作業性の向上が図れ、空気の咬み込みによる研磨平坦度の低下を防止することができる。

本発明の最良の実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。

図１は被加工物保持部材を用いた研磨機の一部破断概略図、図２は被加工物保持部材の平面図、図３は図２のIII部分の拡大図、図４はテンプレート構成材の平面図である。

図１において、１１は上下方向に沿った軸心Ｐ１周りで回転駆動される定盤、１２は定盤１１に粘着材層を介して粘着固定した基材シート、１３は基材シート１２上に固定したバッキング材、１４はバッキング材１３の外周において基材シート１２上に固定したテンプレート、１６はシリコンウェハやＬＣＤ用のガラス基板などの精密平面研磨が行われる被研磨加工物である。上記定盤１１、基材シート１２、バッキング材１３、テンプレート１４にて被加工物保持部材１０が構成されている。また、１７はキャリアプレート１１の下方に対向配置され軸心Ｐ１と平行な軸心Ｐ２周りで回転駆動される研磨定盤、１８は研磨定盤１７の上面の全面に渡って粘着材層１９を介して布設した研磨布である。

基材シート１２は、通気性を有した不織布にて形成されている。具体的には、ＳＵＢＡ４００（ロデール・ニッタ株式会社製）等が好適に用いられる。また、厚みＤは０．２〜２．０ｍｍに形成されている。

バッキング材１３は、ポリウレタン，ポリアミド，ポリイミド等からなる湿式凝固多孔質フィルムにて形成されている。具体的には、Ｒ３０１（ロデール・ニッタ株式会社製）等が好適に用いられる。

テンプレート１４は、図２〜４に示すように、一対のテンプレート構成材２１，２２に分割されている。各テンプレート構成材２１，２２は、ウェブ２１ａ，２２ａと当該ウェブ２１ａ，２２ａの両端に設けた一対のフランジ２１ｂ，２２ｂからなる略コ字形に形成されている。また、テンプレート構成材２１，２２は、ガラス・アラミド繊維等にエポキシ樹脂等を含浸、積層し成型された積層板にて構成されている。

両テンプレート構成材２１，２２のフランジ２１ｂ，２２ｂの先端どうしを突き合わせて、枠状のテンプレート１４が形成される。各テンプレート構成材２１，２２のフランジ２１ｂ，２２ｂの先端の繋ぎ目形状は、互いの凸部２３，２４どうしが噛み合う段付き形状に形成されている。また、図４に示すように、凸部２３，２４の長さをＹ、フランジ２１ｂ，２２ｂの内径長さをＸとすると、（Ｙ／Ｘ）×１００＝１０〜３０％の関係にある。

なお、バッキング材１３ならびにテンプレート１４は、両面テープ１５を用いて基材シート１２に固定されている。また、テンプレート１４はバッキング材１３より若干厚く形成されている。

そして、被研磨加工物１６を、テンプレート１４の内側に配置し、かつ、バッキング材１３に固定し、被加工物保持部材１０と研磨定盤１７を相対的に回転させ、研磨スラリーを供給しながら研磨布１８にて被研磨加工物１６を研磨する。

ここで、テンプレート１４の内径寸法の振れ幅について、図５に示す繋ぎ目２５が直線状の比較例と対比して説明する。テンプレート１４の内径寸法とは、テンプレート構成材２１，２２どうしを突き合わせて配置し、基材シート１２に固定した際に、両テンプレート構成材２１，２２にて囲まれた被研磨加工物１６を収納する矩形空間の寸法のことである。なお、振れ幅は、両テンプレート構成材２１，２２の内径の中央付近で測定した。

本実施形態のように、凸部２３，２４どうしが噛み合う段付き形状の繋ぎ目の場合、両テンプレート構成材２１，２２が突き合わせ方向およびそれに直行する方向において互いに当接し、内径寸法の振れ幅が、目標値に対して０．２０％以下に収まった。これに対し、図５に示す比較例の場合、両テンプレート構成材２１，２２が突き合わせ方向のみで当接し、突き合わせ方向に直行する方向において互いにズレが生じ易く、内径寸法の振れ幅が、目標値に対して０．２０％を上回った。

次に、図６を用いて、被加工物保持部材１０の製造時における基材シート１２とテンプレート１４との間の空気の咬み込みについて説明する。製造時における空気の咬み込みとは、テンプレート１４を両面テープ１５を介して基材シート１２上に固着する際に、基材シート１２と両面テープ１５の間に溜まった空気３１を咬み込んでしまうことである。

本実施例のように、基材シート１２がＳＵＢＡ４００にて形成されている場合には、図６中の矢印で示すように、咬み込んだ空気３１が通気性を有した基材シート１２内部へ除去され、基材シート１２とテンプレート１４との間の空気の咬み込みを防止することができる。これに対して、１８８μｍＰＥＴフィルムのような通気性の無い基材シート上にテンプレート１４を固定した場合には、空気の咬み込みが発生し、具体的には目視観察で４３箇所の空気の咬み込みを確認した。

なお、基材シート１２とバッキング材１３との間における空気の咬み込みについても、同様に基材シート１２内部へ除去され、空気の咬み込みを防止することができた。

このように、基材シート１２と、バッキング材１３ならびにテンプレート１４との間における空気の咬み込みを防止でき、研磨面の平坦化が図れ、被研磨加工物１６を精度良く研磨することができる。

次に、図６を用いて、研磨時における空気の咬み込みによる圧縮率，圧縮変形量ならびに回復弾性率，回復変形量について説明する。研磨時における空気の咬み込みとは、バッキング材１３に被研磨加工物１６を固定する際に、バッキング材１３と被研磨加工物１６の間に溜まった空気３２を咬み込んでしまうことである。

本実施例のように、ＳＵＢＡ４００製の基材シート１２と、Ｒ３０１製のバッキング材１３を積層接着したもの（ＳＵＢＡ４００一体型と称する）においては、空気３２の咬み込みによってバッキング材１３が圧縮され、さらに当該圧縮部位３３において基材シート１２も圧縮される。比較例として、基材シート１２を設けず、バッキング材１３を直接定盤に固定したもの（Ｒ３０１単体と称する）についても計測した。

図７を用いて、圧縮率と圧縮変形量、回復弾性率と回復変形量の計測について説明する。

計測対象物（ＳＵＢＡ４００一体型、Ｒ３０１単体）４０を，同図（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に圧力を変えて加圧する。（ａ）は３００gf/cm²、（ｂ）は１８００gf/cm²、（ｃ）は３００gf/cm²の圧力にて加圧する。圧縮率と圧縮変形量、回復弾性率と回復変形量は、下記のようにして算出される。

圧縮率（％）＝（（Ｔ_１−Ｔ_２）／Ｔ_１）×１００
圧縮変形量（ｍｍ）＝Ｔ_２−Ｔ_１
回復弾性率（％）＝（（Ｔ_３−Ｔ_２）／（Ｔ_１−Ｔ_２））×１００
回復変形量（ｍｍ）＝Ｔ_１−Ｔ_３
表１に圧縮率と圧縮変形量を示し、表２に回復弾性率と回復変形量を示す。なお、計測回数はそれぞれ５回とした。

表１より、ＳＵＢＡ４００一体型の方が、Ｒ３０１単体より、圧縮変形量が約１００％（（（０．１５７−０．０７８）／０．０７８）×１００≒１００％）増加することが判った。これは、空気の咬み込みに対して、ＳＵＢＡ４００一体型の場合には、バッキング材１３に加え基材シート１２も圧縮変形することで、Ｒ３０１単体の場合より変形量が大きくなるためであり、その結果空気の咬み込みによる研磨面の変形をより吸収できることとなる。

表２より、ＳＵＢＡ４００一体型の方が、Ｒ３０１単体より、回復変形量が約１００％（（（０．００７−０．００３）／０．００３）×１００≒１００％）低減することが判った。このように、回復変形量が半減することで、圧縮変形に対する反発力が小さくなる。

このように構成された被加工物保持部材１０によると、バッキング材１３ならびにテンプレート１４を基材シート１２に固定して一体型とすることにより、研磨機に固定する際の作業性ならびに精度が向上し、研磨時におけるテンプレート１４の破損を防止できる。

また、通気性を有した基材シート１２を用いることにより、製作時において、基材シート１２とバッキング材１３ならびにテンプレート１４との間に咬み込んだ空気を基材シート１２内へ逃がすことができ、研磨平坦度の向上が図れる。

また、厚みＤが０．２〜２．０ｍｍの基材シート１２を設けたことにより、研磨時において、被研磨加工物１６と保持界面との間に空気を咬み込んでも、基材シート１２の圧縮変形によって吸収でき、研磨平坦度の向上が図れる。なお、厚みＤが０．２ｍｍ未満では十分な変形量が得られず、厚みＤが２．０ｍｍを超えると空気の咬み込み部位での研磨平坦度の向上効果が得られなかった。また、基材シート１２を設けることで、バッキング材１３の厚みを増やす必要がなく、バッキング材１３の生産性の悪化、品質の安定性や歩留まりの低下を招かない。

また、空気の咬み込みに起因する圧縮変形に対する回復変形量も少なくでき、回復変形による反発力によって研磨平坦度が低下するのを防止できる。

また、各テンプレート構成材２１，２２の繋ぎ目形状が、互いの凸部２３，２４どうしが噛み合う段付き形状に形成されており、かつ、凸部２３，２４の長さを略コ字形のテンプレート構成材２１，２２のフランジ２１ｂ，２２ｂの内径長さの１０〜３０％としたので、テンプレート構成材２１，２２を突き合わせて一体化した際に、十分な長さを有した互いの凸部２３，２４どうしが噛み合い、両テンプレート構成材２１，２２が突き合わせ方向およびそれに直行する方向において互いに当接し、精度良く位置決めされ、研磨時におけるテンプレート１４の破損を防止できる。なお、凸部２３，２４の長さを内径長さの１０％未満とした場合には、十分な精度が得られず、被研磨加工物１６の寸法公差範囲を超え、研磨不可となった。

さらに、バッキング材１３を両面テープ１５にて基材シート１２に固定したので、研磨時において、被研磨加工物１６と保持界面との間に空気を咬み込んだ際に、両面テープ１５も変形する。その結果、通常接着していない基材シート１２の不織布の繊維部分が両面テープ１５の糊と接触し、一時的に圧縮変形に対する反発力が抑えられ、研磨平坦度がより一層向上する。

なお、テンプレート構成材２１，２２の繋ぎ目の形状は、突き合わせ方向とそれに直交する方向に当接するものであればよく、前記実施の形態の形状に限るものではない。

本発明は、半導体ウェハ，ＬＣＤガラス，半導体デバイスの層間絶縁膜およびメタル配線等の精密平面研磨に用いる被加工物保持部材として有用である。

本発明の実施の形態における研磨機の概略断面図本発明の実施の形態における被加工物保持部材の平面図図２のIII部分の拡大図本発明の実施の形態におけるテンプレート構成材の平面図比較例における被加工物保持部材の平面図本発明の実施の形態における被加工物保持部材の作用説明図圧縮率と圧縮変形量、回復弾性率と回復変形量の計測についての説明図従来例における研磨機の一部破断概略図

符号の説明

１０被加工物保持部材
１２基材シート
１３バッキング材
１４テンプレート
１５両面テープ
１６被研磨加工物
２１，２２テンプレート構成材
２１ａ，２２ａウェブ
２１ｂ，２２ｂフランジ
２３，２４凸部

Claims

基材シートと、前記基材シート上に固定したバッキング材と、前記バッキング材の外周において前記基材シート上に固定したテンプレートとを備え、
前記テンプレートの内側に配置し、かつ、前記バッキング材に固定して被研磨加工物を保持する被加工物保持部材において、
前記基材シートが、通気性を有し、かつ、厚みが０．２〜２．０ｍｍであることを特徴とする被加工物保持部材。
前記テンプレートが、各々ウェブと当該ウェブの両端に設けた一対のフランジからなる略コ字形に形成され、互いのフランジ先端どうしを突き合わせて配置する一対のテンプレート構成材からなり、
各テンプレート構成材のフランジ先端の繋ぎ目形状が、互いの凸部どうしが噛み合う段付き形状に形成されており、かつ、前記凸部の長さを前記フランジの内径長さの１０〜３０％としたことを特徴とする請求項１に記載の被加工物保持部材。
前記基材シートが、不織布にて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の被加工物保持部材。
基材シートが、被研磨加工物の固定側表面を研磨して開口させてなる湿式凝固多孔質フィルムにて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の被加工物保持部材。
前記バッキング材ならびに前記テンプレートを、両面テープを用いて前記基材シートに固定したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の被加工物保持部材。