JP2009154280A

JP2009154280A - 被研磨物保持具

Info

Publication number: JP2009154280A
Application number: JP2007338626A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Mizumoto; 英伸水本; Katsumasa Kawabata; 克昌川端; Tomohito Tamagawa; 智史玉川
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: JP5057331B2

Abstract

【課題】被研磨物１７を保持する被研磨物保持具１０に関し、被研磨物１７の飛び出しや乗り上げを防止し、被研磨物１７や保持枠材１２の破損を防止し、スクラッチを防ぎ、研磨平坦度を確保し、しかも安価な被研磨物保持具１０を提供する。
【解決手段】定盤２３に固定されて被研磨物１７を保持するバッキング材１１と、定盤２３上またはバッキング材１１に固定されて被研磨物１７の外周を保持する保持枠材１２とを備えた被研磨物保持具で１０あって、保持枠材１２に開設された被研磨物１７を保持する保持穴１８の開口内周面に沿って接着層１５を介して緩衝材１４を固定したものである。
【選択図】図２

Description

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時に、被研磨物を研磨機に設置して固定する際に使用する被研磨物保持具に関する。

半導体ウェハ、ＬＣＤガラス、半導体デバイス等の被研磨物の研磨において、被研磨物は研磨ヘッドに保持された状態で定盤上に設置した研磨布に押し付けられて、砥粒を含んだスラリーを介して摺動することにより研磨される。当該研磨において、研磨ヘッドには、摩擦力や遠心力による被研磨物の脱落防止のため、被研磨物保持具が使用されている。

図１０に、従来の被研磨物保持具を示す。なお、従来からある被研磨物保持具の一例として、特許文献１に記載のものが挙げられる。

被研磨物保持具３０は、被研磨物３５を保持する保持穴３６が開設された保持枠材３２と、被研磨物３５を保持する弾性体からなるバッキング材３１とが、両面テープ等の粘着層３３を介して相互に固定されたものである。保持枠材３２は、テンプレートと呼ばれ、被研磨物３５の横方向への滑りを抑制し、研磨中の被研磨物３５の飛び出しを防止している。

バッキング材３１となる弾性体としては、被研磨物３５を保持するために適した高分子弾性発泡体である湿式凝固多孔質フィルムが一般的に用いられている。

保持枠材３２の材質には、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン繊維、紙繊等の繊維素材に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂等の樹脂を用いて積層加圧成形された積層板が一般的に用いられている。

被研磨物保持具３０は、被研磨物３５が水等の液体を介することにより発生する表面張力を利用し、バッキング材３１と被研磨物３５の保持界面間で負圧を発生させ、被研磨物３５を吸着して保持する。

被研磨物保持具３０は、一般的に研磨機の研磨ヘッド側である上側の定盤３７に接着層３４を介して取付けられて使用される。この際、被研磨物３５には定盤３７の自転方向に対する回転力が働き、それを外周部へ逃がそうとする方向に力が働く。この力により研磨時に被研磨物３５が保持枠材３２と衝突して飛び出したり、被研磨物３５に割れが発生したりといった不都合が生じる。また、被研磨物３５が保持枠材３２と衝突することで、保持枠材３２が破壊されて保持枠材３２内の繊維層や樹脂層等の構成部材の脱落により、被研磨物３５に研磨傷（以下、スクラッチと称する）が発生するといった不都合が生じる。
特開２００３−２２５８５７

上記の問題を解決する方法として、保持枠材３２の幅や厚みを増やすことにより、被研磨物３５の飛び出しや乗り上げを防止し、被研磨物３５の割れを抑制してきた。しかし、保持枠材３２の幅や厚みを増やすと、被研磨物３５への加圧分布状態が不均一になることが多く、研磨平坦度を確保できない。このため、被研磨物３５の飛び出しや割れ防止と研磨平坦度との整合性のとれた製品を設計することは困難であった。

また、保持枠材３２の材質をポリアミド・ポリイミド等からなる硬質の繊維に変え、保持枠材３２の破損を防ぐことも実施されてきたが、被研磨物保持具自体が非常に高価になり、採算性を失ってしまうことや、保持枠材３２の破壊は局所的な圧力に起因しているため、上記硬質材料をもってしても破壊を防ぐことは困難で、より過剰なスクラッチの発生等につながっていた。

したがって、本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、被研磨物の飛び出しや乗り上げを防止し、被研磨物や保持枠材の破損を防止し、スクラッチを防ぎ、研磨平坦度を確保し、しかも安価な被研磨物保持具を提供することを目的とする。

本発明の被研磨物保持具は、研磨ヘッドに固定されて被研磨物を保持するバッキング材と、前記研磨ヘッドまたは前記バッキング材に固定されて前記被研磨物の外周を保持する保持枠材とを備えた被研磨物保持具であって、前記保持枠材に開設された前記被研磨物を保持する保持穴の開口内周面に沿って接着層を介して緩衝材を固定したことを特徴とする。

前記緩衝材は、前記保持穴の前記開口内周面にのみ固定されるとともに、前記保持枠材より柔らかい材質にて形成されていることが好ましい。

前記緩衝材は、前記保持穴に内嵌される環状の部材からなるものや、前記保持穴の開口内周面に沿って配置される帯状の部材からなるものであるのが好ましい。

本発明の被研磨物保持具によると、保持枠材の保持穴の開口内周面に沿って接着層を介して緩衝材を固定したので、研磨時に定盤の回転力によって被研磨物に外周部へ逃がそうとする方向に力が働いた際に、被研磨物が緩衝材に当たって衝撃を緩和でき、被研磨物の飛び出しや乗り上げを防止できる。

また、研磨時に被研磨物が緩衝材に当たって衝撃を緩和でき、被研磨物や保持枠材の破損を防止できる。

また、保持枠材の破損を防止できるので、スクラッチを防ぐことができる。

また、保持枠材の開口内周面に緩衝材を固定することで、被研磨物の飛び出しや乗り上げを防止でき、被研磨物や保持枠材の破損を防止でき、保持枠材の幅や厚みを増やすことがないので、研磨平坦度を確保し良好な研磨結果を得ることができる。

また、保持枠材の材質は従来から使用されているものであって、高価な硬質の繊維等を使用しないので、安価な被研磨物保持具を提供できる。

本発明によれば、被研磨物の飛び出しや乗り上げを防止でき、被研磨物や保持枠材の破損を防止でき、スクラッチを防ぐことができ、研磨平坦度を確保し良好な研磨結果を得ることができ、しかも安価な被研磨物保持具を提供することができる。

本発明の実施形態について、図１〜３を参照しながら説明する。

図１は被研磨物保持具の枠材の平面図、図２は被研磨物保持具の断面図、図３は研磨状態の断面図である。

図１，２において、１０は被研磨物保持具、１１はバッキング材、１２は保持枠材、１３は粘着層、１４は緩衝材、１５，１６は接着層、１７は被研磨物、１８は保持穴、２３は研磨機の研磨ヘッド側である上側の定盤である。

被研磨物保持具１０は、バッキング材１１、保持枠材１２、粘着層１３、緩衝材１４、接着層１５からなり、バッキング材１１を定盤２３に接着層１６を介して取付けて使用される。

バッキング材１１は、被研磨物１７を保持する弾性体からなり、弾性体としては高分子弾性発泡体である湿式凝固多孔質フィルムが一般的に用いられている。

保持枠材１２は、被研磨物１７が設置される保持穴１８が開設された円形に形成されており、両面接着テープや接着剤等の粘着層１３を介してバッキング材１１に固定されている。保持枠材１２は、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン繊維、紙繊等の繊維素材に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂等の樹脂を用いて積層加圧成形された積層板が一般的に用いられている。

緩衝材１４は、保持枠材１２の保持穴１８の開口内周面に沿って両面接着テープや接着剤等の接着層１５を介して固定されている。この緩衝材１４は、保持穴１８の開口内周面にのみ接着層１５によって固定されており、バッキング材１１の表面には、固定されていない。このように緩衝材１４のバッキング材１１側の面を固定しないことによって、被研磨物１７が接触したときの自由度を高めている。

緩衝材１４は、厚さ０．１〜２．０ｍｍ、アスカーＣ硬度６０〜９０を有する高分子弾性体、または厚さ０．１〜２．０ｍｍ、圧縮弾性率７０〜９８％を有する高分子発泡体からなる。本実施形態の緩衝材１４は、保持穴１８の内径に略等しい外径を有した環状の軟質ゴム等の弾性体を用いた。なお、弾性体としては、保持枠材１２より柔らかければよく、軟質ゴムに限るものではなく、例えば、ウレタンフォームやシリコンゴム等であってもよい。また、緩衝材１４の厚さが０．１ｍｍより薄くなると保持枠材１２の硬度と変わらない程度に硬くなり、また２．０ｍｍより厚くなると柔らかくなり過ぎて変形し易くなるので好ましくない。緩衝材１４の固定に際しては、保持枠材１２の開口内周面に予め接着層１５を固定しておき、緩衝材１４を保持穴１８に内嵌して、その外周面を接着層１５に接着したり、あるいは緩衝材１４の外周面に接着層１５を固定しておいて、それを保持穴１８に内嵌して接着層１５を保持枠材１２の開口内周面に接着してもよい。

次に、被研磨物１７の研磨について説明する。

まず、被研磨物１７を被研磨物保持具１０の保持穴１８内に保持する。被研磨物保持具１０は、被研磨物１７が水等の液体を介することにより発生する表面張力を利用し、バッキング材１１と被研磨物１７の保持界面間で負圧を発生させ、被研磨物１７を吸着して保持する。そして、図３に示すように、被研磨物１７が被研磨物保持具１０に保持された状態で定盤上に設置した研磨布１９に押し付けられて、砥粒を含んだスラリーを介して摺動することにより研磨される。

本発明の被研磨物保持具１０によると、保持枠材１２の保持穴１８の開口内周面に沿って接着層１５を介して緩衝材１４を固定したので、研磨時に定盤３４の回転力によって被研磨物３５に外周部へ逃がそうとする方向（せん断方向）に力が働いた際に、被研磨物３５が緩衝材１４に当たって衝撃を緩和でき、被研磨物３５の飛び出しや乗り上げを防止できる。

また、研磨時に被研磨物３５が緩衝材１４に当たって衝撃を緩和でき、被研磨物３５や保持枠材１２の破損を防止できる。このように、被研磨物３５の破損を防止できることから歩留まりを改善できる。

また、保持枠材１２の破損を防止できるので、スクラッチを防ぐことができる。このように、スクラッチの発生が抑制されることで、被研磨物保持具１０の寿命が延び、交換頻度が減少してコストの低減が図れる。

また、保持枠材１２の開口内周面に緩衝材１４を固定することで、被研磨物３５の飛び出しや乗り上げを防止して、被研磨物３５や保持枠材１２の破損を防止でき、保持枠材１２の幅や厚みを増やすことがないので、研磨平坦度を確保し良好な研磨結果を得ることができる。

また、保持枠材１２の材質は従来から使用されているものであって、高価な硬質の繊維等を使用しないので、安価な被研磨物保持具１０を提供できる。

さらに、緩衝材１４は保持枠材１２の開口内周面に沿って接着層１５にて固定したので、研磨時における被研磨物１７の飛び出しや乗り上げをより確実に防止でき、被研磨物１７や保持枠材１２の破損をより確実に防止できる。すなわち、図４に示すように、仮に緩衝材２０をバッキング材１１に対して接着層２１を介して固定し、保持枠材１２の開口内周面に対しては固定しなかった場合、研磨時において被研磨物１７に外周部へ逃がそうとする方向に力が働き、被研磨物１７が緩衝材２０を乗り上げようとすると、図５に示すように、緩衝材２０が、保持枠材１２の開口内周面に固定されていないために、緩衝材２０が簡単にめくれてしまい、被研磨物１７が飛び出したり、保持枠材１２と衝突してしまう。この点、本実施形態のように、緩衝材１４が保持枠材１２の開口内周面に沿って接着層１５にて固定されている場合、被研磨物１７が緩衝材１４を乗り上げようとしても、緩衝材１４がめくれることがなく、被研磨物１７が飛び出したり、保持枠材１２と衝突するのを確実に防止することができる。更に、本実施形態では、緩衝材１４は、バッキング材１１には固定されていないので、変形の自由度が高く、研磨時に被研磨物１７が緩衝材１４に当たった際の衝撃を有効に緩和することができる。

なお、上記実施形態では、保持枠材１２は粘着層１３を介してバッキング材１１に固定されている被研磨物保持具１０を用いたが、図６に示すように、バッキング材１１の外周面において保持枠材１２が独立して研磨機の定盤２３に固定される被研磨物保持具１０において、その保持枠材１２の開口内周面に沿って接着層１５を介して緩衝材１４を固定したのであってもよい。

また、図７に示すように、帯状の弾性体を保持枠材１２の開口内周面に沿って環状に配置することにより緩衝材１４としてもよい。この場合、緩衝材１４の両端が重ならないようにし、研磨時における被研磨物１７の衝撃を被研磨物１７の全周に亘って均一に吸収できるようにする。このため、両端間に隙間２２が生じてもよいが、隙間２２はできるだけ小さい方が好ましく、または隙間は無い方がより好ましい。

また、図８に示すように、保持枠材１２は被研磨物１７が設置される保持穴１８が開設された矩形に形成されていてもよい。さらに、保持枠材１２は円形、矩形以外の形状としてもよい。

さらに、図９に示すように、保持枠材１２に複数の保持穴１８を作成したものであってもよい。この場合も、各保持穴１８の開口内周面に沿って接着層１５を介して緩衝材１４が固定される。また、保持穴１８の形状は円形以外の形状、例えば矩形等であってもよい。

実施例
本発明に係る被研磨物保持具１０の実施例について説明する。

バッキング材１１である湿式凝固多孔質フィルムにはニッタ・ハース社製バッキング材（商品名：Ｒ６０１）を使用し、保持枠材１２にはガラスエポキシを使用した。

研磨機にはスピードファム社製（装置名：ＳＰ８００）を使用して、以下の条件で研磨を行った。被研磨物１７であるガラス：ライムガラス（０．７ｍｍ）、研磨圧：１００gf/cm²、下定盤回転数：１００rpm、キャリア回転数：７０rpm、スラリー流量：１０l/min、研磨布：ニッタ・ハース社製（商品名：ＭＨＣ１４Ｂ）。

緩衝材１４である軟質ゴムの厚さ１．０ｍｍ、高さ０．７ｍｍ、アスカーＣ硬度６０とし、保持枠材１２の開口内周面に両面接着テープの接着層１５にて固定した。

比較例として、図１０に示すように、バッキング材３１上に保持枠材３２を固定しただけのものを使用し、それ以外は上記実施例と同じ条件で研磨を行った。

表１に、実施例と比較例の研磨結果を示す。

研磨結果については、スクラッチの発生頻度、被研磨物のクラック・飛び出しの発生頻度について、実施例と比較例それぞれについて測定した。なお、各研磨結果は、比較例の発生頻度を１．０としてその比で示している。

表１より、スクラッチの発生頻度については、比較例１．０に対して、実施例は０．５となり、スクラッチの発生頻度は半減していることが判る。また、被研磨物のクラック・飛び出しの発生頻度については、比較例１．０に対して、実施例は０．８と低減していることが判る。

このように、保持枠材１２の開口内周面に沿って接着層１５を介して緩衝材１４を固定したものの方が、バッキング材に保持枠材を固定しただけのものに比べ、スクラッチの発生頻度ならびに被研磨物のクラック・飛び出しの発生頻度のいずれにおいても低減できることが判った。

本発明は、精密平面研磨に際して、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被研磨物を保持する被研磨物保持具として有用である。

本発明の実施形態における被研磨物保持具の保持枠材の平面図本発明の実施形態における被研磨物保持具の断面図本発明の実施形態における研磨状態の断面図比較例における被研磨物保持具の断面図比較例における被研磨物保持具の問題点を示す断面図本発明の変形例における被研磨物保持具の断面図本発明の変形例における被研磨物保持具の保持枠材の平面図本発明の変形例における被研磨物保持具の保持枠材の平面図本発明の変形例における被研磨物保持具の保持枠材の平面図従来例における被研磨物保持具の断面図

符号の説明

１０被研磨物保持具
１１バッキング材
１２保持枠材
１４緩衝材
１５接着層
１７被研磨物
１８保持穴
２３定盤

Claims

研磨ヘッドに固定されて被研磨物を保持するバッキング材と、前記研磨ヘッドまたは前記バッキング材に固定されて前記被研磨物の外周を保持する保持枠材とを備えた被研磨物保持具であって、
前記保持枠材に開設された前記被研磨物を保持する保持穴の開口内周面に沿って接着層を介して緩衝材を固定したことを特徴とする被研磨物保持具。
前記緩衝材は、前記保持穴の前記開口内周面にのみ固定されるとともに、前記保持枠材より柔らかい材質にて形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の被研磨物保持具。
前記緩衝材は、前記保持穴に内嵌される環状の部材からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の被研磨物保持具。
前記緩衝材は、前記保持穴の開口内周面に沿って配置される帯状の部材からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の被研磨物保持具。