JP2010201534A

JP2010201534A - 保持具

Info

Publication number: JP2010201534A
Application number: JP2009047702A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Dokushima; 浩幸毒島; Masataka Takagi; 正孝高木
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】被研磨物の端部形状を改善し平坦性を向上させることができる保持具を提供する。
【解決手段】保持具１０は、ウレタンシート２とテンプレート４とを備えている。ウレタンシート２は湿式成膜法により作製されている。ウレタンシート２は、セル３が形成された連続状の発泡構造を有しており、圧縮率が３０％以下に調整されている。テンプレート４は、ウレタンシート２の保持面に貼付されている。テンプレート４の中央部には、被研磨物３０を挿入可能な貫通穴が形成されている。テンプレート４には、表面Ｓ側における外縁部と、貫通穴の内縁部とに面取り部４ａが形成されている。テンプレート４は、被研磨物３０が１０〜５０μｍの厚み分でテンプレート４の表面Ｓより突出するように厚みが設定されている。研磨加工時に、被研磨物３０の端部にかかる過度の応力が緩和される。
【選択図】図２

Description

本発明は保持具に係り、特に、被研磨物を保持するための保持面を有する樹脂シートと、樹脂シートの保持面に貼着された枠材とを備えた保持具に関する。

従来、半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板等の材料（被研磨物）では、高精度な平坦性が要求されるため、研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。通常、これらの被研磨物の研磨加工には、被研磨物を片面ずつ研磨加工する片面研磨機が使用されている。この片面研磨機では、被研磨物が保持用定盤に保持され、研磨用定盤に装着された研磨パッドで研磨加工される。研磨加工時には、研磨粒子を含む研磨液が循環されつつ供給される。

一般に、片面研磨機を使用した研磨加工では、被研磨物が金属製の保持用定盤と直接接触することで生じる被研磨物のスクラッチ（キズ）等を抑制するため、保持用定盤に軟質クロス等の保持パッドが装着される。保持パッドの装着によりスクラッチ等を回避することができる。通常、保持パッドには、湿式成膜法で形成された樹脂シートが使用されている。湿式成膜法では、樹脂を水混和性の有機溶媒に溶解させた樹脂溶液がシート状の成膜基材に塗布され、水系凝固液中で樹脂を凝固再生させることで製造されている。湿式成膜法で形成された樹脂シートは、表面側に微多孔が厚み数μｍ程度に亘って形成されたスキン層を有している。スキン層の表面が被研磨物との接触性に優れるため、スキン層に水等の液体を含ませておくことで液体の表面張力等により被研磨物の保持が可能となる。

ところが、保持パッドおよび被研磨物間の粘着性や静摩擦が不十分なとき、すなわち、保持パッドの被研磨物保持性が不十分なときは、研磨加工中に被研磨物の横ずれが生じるため、被研磨物を平坦に研磨加工することが難しくなる。この横ずれを抑制するため、被研磨物を挿入可能な貫通穴が形成されたテンプレート（枠材）と保持パッドとを糊剤で貼り合わせた保持具（テンプレートアセンブリ）が用いられている。保持具では、テンプレートの貫通穴に被研磨物を挿入して研磨加工が行われ、研磨加工後に被研磨物が保持具から取り外される。被研磨物の挿入および取り外しを容易にするため、被研磨物とテンプレートとの間には、隙間（ギャップ）が形成されている。また、テンプレートの厚みは、通常、被研磨物の厚みの７０〜８０％程度に調整されている。例えば、被研磨物の厚みが７５０μｍの場合には、テンプレートの厚みが５２５〜６００μｍ程度に調整される。このような状態では、テンプレートの表面と被研磨物の表面とが１５０〜２３０μｍ程度の段差を生じている。

従来の保持具では、保持パッドのクッション性のみが注目され、テンプレートが被研磨物の固定用部材として使用されており、保持パッドの沈み込みや保持パッド上での被研磨物の回転性が重視されている。ところが、テンプレートと被研磨物との段差が１５０μｍ以上では、被研磨物の端部（外周部）に過度の応力がかかり、端部が過度に研磨加工されて端部形状が損なわれることがある。一方、被研磨物に対する平坦性の要求度が高まるにつれ、例えば、半導体デバイスでは、材料の端部の平坦性が製品の歩留（収率）を大きく左右するため、外周近傍までフラットな仕上がりが望まれている。歩留改善の観点から、端部形状改善のために、種々の改善が試みられている。例えば、シリコンウエハの研磨加工に用いる保持具として、テンプレートの内側の保持パッドにリング状溝を形成させた保持具の技術が開示されている（特許文献１参照）。また、テンプレートの外縁部に面取り加工を施すことで研磨液の循環性を良化する技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開平７−５８０６６号公報特開２００３−２３６７４３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、保持パッドに形成されたリング状溝によりテンプレートの影響は抑制されるが、溝加工により保持パッドが弱くなりライフ（寿命）が短くなってしまう、という欠点がある。また、特許文献２の技術では、研磨液の循環性が良化されるものの、被研磨物の端部にかかる過度の応力のために端部形状が損なわれる、という問題がある。上述した歩留を改善する観点では、外周近傍での製品化可能範囲を拡大すべく端部のフラットな仕上がりが重視されており、端部形状に関する要求品質が高度化してきている。

本発明は上記事案に鑑み、被研磨物の端部形状を改善し平坦性を向上させることができる保持具を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、被研磨物を保持するための平坦な保持面を有し、圧縮率が３０％以下の樹脂シートと、前記樹脂シートの保持面に貼着され、前記被研磨物を挿入可能な貫通穴が少なくとも１箇所に形成された枠材と、を備え、前記枠材は、前記被研磨物が１０μｍ〜５０μｍの厚み分で前記枠材の前記保持面と反対側の表面より突出するように厚みが設定されていることを特徴とする保持具である。

本発明では、樹脂シートの圧縮率を３０％以下としたことで保持する被研磨物の沈み込みが抑制されると共に、枠材を、被研磨物が１０〜５０μｍの厚み分で枠材の保持面と反対側の表面より突出するように厚みを設定したことで研磨加工時に被研磨物の端部にかかる応力が緩和され研磨圧が均等化されるので、端部形状を改善し平坦性を向上させることができる。

この場合において、枠材の表面側における外縁部および各貫通穴の内縁部に面取り加工が施されていることが好ましい。枠材の厚み方向の断面における面取り加工された部分の形状を三角状とすることができる。このとき、面取り加工された部分が更にＲ付け加工されていてもよい。枠材を熱硬化性樹脂で形成し、樹脂シートが湿式成膜法で形成された連続発泡構造を有していてもよい。このとき、樹脂シートを、１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂で形成することができる。樹脂シートが、厚み０．４ｍｍ以下、圧縮弾性率９０％以上であることが好ましい。また、樹脂シートと枠材とが接着部材を介して貼り合わされていてもよい。

本発明によれば、樹脂シートの圧縮率を３０％以下としたことで保持する被研磨物の沈み込みが抑制されると共に、枠材を、被研磨物が１０〜５０μｍの厚み分で枠材の保持面と反対側の表面より突出するように厚みを設定したことで研磨加工時に被研磨物の端部にかかる応力が緩和され研磨圧が均等化されるので、端部形状を改善し平坦性を向上させることができる、という効果を得ることができる。

本発明を適用した実施形態の保持具を模式的に示す断面図である。保持具のテンプレートとウレタンシートとの貼着部分を拡大しテンプレートと被研磨物との位置関係を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は面取り部が三角状のテンプレートを用いた本実施形態の保持具、（Ｂ）は面取り部がＲ付けされた凸面を有するテンプレートを用いた別の態様の保持具、をそれぞれ示す。実施形態の保持具をテンプレートの一部を破断して模式的に示す斜視図である。実施形態の保持具を片面研磨機に装着し被研磨物を保持させて研磨加工するときの保持具、被研磨物および研磨パッドの位置関係を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用した保持具の実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の保持具１０は、樹脂シートとしてのウレタンシート２と、被研磨物が横ずれを起こして飛び出すことを抑制する（横ずれ範囲を制限する）枠材としてのテンプレート４とを備えている。

ウレタンシート２は、湿式成膜法により作製されており、１００％モジュラス（２倍長に引っ張る時の張力）が２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂で形成されている。ウレタンシート２は、厚みを均一化するために、湿式成膜時に形成されたスキン層側の表面にバフ処理が施されている。このバフ処理によりスキン層が除去されている。バフ処理された面が被研磨物を保持するための保持面Ｐを構成する。ウレタンシート２の内部には、厚み方向（図１の縦方向）に沿って丸みを帯びた断面三角状のセル３が略均等に分散した状態で形成されている。セル３は、保持面Ｐ側の孔径が保持面Ｐと反対の面（以下、裏面と呼称する。）側の孔径より小さく形成されている。すなわち、セル３は保持面Ｐ側で縮径されている。保持面Ｐでは、バフ処理でスキン層が除去されたため、セル３の開孔が形成されている。セル３の間のポリウレタン樹脂中には、セル３より小さい孔径の図示しない発泡が形成されている。セル３および図示しない発泡は、不図示の連通孔で網目状につながっている。すなわち、ウレタンシート２は連続発泡構造を有している。

ウレタンシート２では、被研磨物を保持したときの沈み込みを抑制するために、厚みが０．４ｍｍ以下、圧縮率が３０％以下、圧縮弾性率が９０％以上にそれぞれ調整されている。厚み、圧縮率、圧縮弾性率は、湿式成膜法でウレタンシート２を作製するときの樹脂の選定や発泡形成を調整するための添加剤等で調整することができる。

テンプレート４には、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を主体とした材質が用いられており、熱硬化性樹脂にガラス繊維等の繊維材を含有させることで強化されている。換言すれば、テンプレート４は繊維強化樹脂製であり、本例では、ガラス繊維強化エポキシ樹脂が用いられている。図３に示すように、テンプレート４は、外径がウレタンシート２と同じで、内径が被研磨物を挿入可能な大きさの円環状となるように型成型により形成されている。すなわち、テンプレート４の中央部には、被研磨物を挿入可能な貫通穴５が形成されている。テンプレート４は、ウレタンシート２側の面（接着面）がウレタンシート２の保持面Ｐに円環状の接着フィルム６を介して貼着されている。

図１に示すように、テンプレート４には、保持面Ｐと反対の表面Ｓ側における外縁部と貫通穴５の内縁部とに面取り加工が施されており、面取り部４ａが形成されている。図２（Ａ）に示すように、面取り部４ａは、テンプレート４の厚み方向の断面における形状が三角状に形成されている。テンプレート４は、被研磨物３０を保持面Ｐに接触させたときに、ウレタンシート２の保持面Ｐからテンプレート４の表面Ｓまでの距離が、保持面Ｐから被研磨物３０の表面までの距離より段差Ｌの分で小さくなるように厚みが設定されている。換言すれば、テンプレート４の厚みは、被研磨物３０が段差Ｌの分でテンプレート４の表面Ｓより突出するように調整されている。段差Ｌの大きさは、被研磨物３０の厚さにより、テンプレート４の形成時に調整することができ、本例では、１０〜５０μｍの範囲に調整されている。

接着フィルム６の接着剤には、熱可塑性接着剤（感熱型接着剤）が用いられている。熱可塑性接着剤としては、アクリル系、ニトリル系、ニトリルゴム系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系等の各種の接着剤を挙げることができる。ウレタンシート２と接着することを考慮すれば、ポリウレタン系の熱可塑性接着剤を用いることが好ましい。テンプレート４の接着面に接着フィルム６の一面側が貼り合わされ、他面側がウレタンシート２の保持面Ｐと貼り合わされている。このとき、接着フィルム６の接着剤が軟化する程度に加熱し、テンプレート４およびウレタンシート２を略均等に押圧することで、テンプレート４の接着面とウレタンシート２の保持面Ｐとが接着フィルム６を介してほぼ一定の間隔で接着されている。なお、図１では、説明を判りやすくするために接着フィルム６の厚みを誇張して示している。

また、ウレタンシート２の裏面側には、保持具１０を研磨装置の保持用定盤に装着するために、支持材（不図示）を介して両面テープ７が貼り合わされている。両面テープ７は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルム等の基材を有しており、基材の両面にアクリル系粘着剤やゴム系接着剤等の粘着剤層が形成されている。また、支持材にはＰＥＴ等のフィルムが用いられており、両面テープ７と同様の粘着剤でウレタンシート２と貼り合わされている。両面テープ７は、基材の一面側の粘着剤層で支持材と貼り合わされており、他面側の粘着剤層が剥離紙８で覆われている。

（保持具の製造）
保持具１０は、湿式成膜法により作製されたウレタンシート２、テンプレート４および支持材・両面テープ７を貼り合わせることで製造される。湿式成膜法では、ポリウレタン樹脂溶液を調製する準備工程、ポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に連続的に塗布し、水系凝固液中でポリウレタン樹脂をシート状に凝固再生させる凝固再生工程、凝固再生したポリウレタン樹脂を洗浄・乾燥させる洗浄・乾燥工程、厚みを均一化するバフ処理工程を経てウレタンシート２が作製される。以下、工程順に説明する。

準備工程では、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の有機溶媒のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略記する。）および添加剤を混合してポリウレタン樹脂を溶解させる。ポリウレタン樹脂には、１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂から選択して用い、例えば、ポリウレタン樹脂が３０％となるようにＤＭＦに溶解させる。添加剤としては、得られるウレタンシート２の圧縮率、圧縮弾性率を上述した範囲に調整するために、セル３の大きさや量（個数）を制御するカーボンブラック等の顔料、セル形成を促進させる親水性活性剤およびポリウレタン樹脂の凝固再生を安定化させる疎水性活性剤等を用いることができる。得られた溶液を減圧下で脱泡しポリウレタン樹脂溶液を調製する。

凝固再生工程では、準備工程で調製したポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に連続的に塗布し、水系凝固液中でポリウレタン樹脂をシート状に凝固再生させる。ポリウレタン樹脂溶液を、塗布装置により常温下で帯状の成膜基材に略均一に塗布する。塗布装置として、本例では、ナイフコータを用いる。このとき、ナイフコータと成膜基材との間隙（クリアランス）を調整することで、ポリウレタン樹脂溶液の塗布厚み（塗布量）を０．６ｍｍ以下に調整する。成膜基材には、可撓性フィルム、不織布、織布等を用いることができるが、本例では、成膜基材をＰＥＴ製フィルムとして説明する。

成膜基材に塗布されたポリウレタン樹脂溶液を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液中に案内する。凝固液中では、まず、塗布されたポリウレタン樹脂溶液の表面側にスキン層を構成する微多孔が厚み数μｍ程度にわたって形成される。その後、ポリウレタン樹脂溶液中のＤＭＦと凝固液との置換の進行によりポリウレタン樹脂がシート状に凝固再生する。ＤＭＦがポリウレタン樹脂溶液から脱溶媒し、ＤＭＦと凝固液とが置換することにより、スキン層より内側のポリウレタン樹脂中にセル３および図示しない発泡が形成され、セル３および図示しない発泡を網目状に連通する不図示の連通孔が形成される。このとき、成膜基材のＰＥＴ製フィルムが水を浸透させないため、ポリウレタン樹脂溶液の表面側（スキン層側）で脱溶媒が生じて成膜基材側が表面側より大きなセル３が形成される。

洗浄・乾燥工程では、凝固再生した帯状（長尺状）のポリウレタン樹脂（以下、成膜樹脂という。）を洗浄した後乾燥させる。すなわち、成膜樹脂を、成膜基材から剥離した後、水等の洗浄液中で洗浄して成膜樹脂中に残留するＤＭＦを除去する。洗浄後、成膜樹脂をシリンダ乾燥機で乾燥させる。シリンダ乾燥機は内部に熱源を有するシリンダを備えている。成膜樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。乾燥後の成膜樹脂をロール状に巻き取る。

バフ処理工程では、洗浄・乾燥工程で乾燥させた成膜樹脂のスキン層側の面にバフ処理を施す。成膜基材に形成された成膜樹脂では、湿式成膜時に厚みバラツキが生じている。成膜基材を剥離した後、裏面（スキン層と反対の面）に、表面が平坦な圧接治具を圧接することで、スキン層側に凹凸が出現する。この凹凸をバフ処理で除去する。本例では、連続的に製造された成膜樹脂が帯状のため、裏面に圧接ローラを圧接しながら、スキン層側の面に連続的にバフ処理を施す。得られたウレタンシート２では厚みバラツキが低減し厚みが均一化され、保持面Ｐに開孔が形成される。

バフ処理されたウレタンシート２の裏面側に支持材を介して両面テープ７の一面側の粘着剤層を貼り合わせる。両面テープ７の他面側には剥離紙８が残されている。円形、角形等の所望の形状に裁断することで、ウレタンシート２の裏面側に支持材・両面テープ７が貼り合わされた保持シートを得る。次いで、保持シートの保持面Ｐに、面取り部４ａを有するテンプレート４を貼着する。テンプレート４の接着面と、テンプレート４より大きな接着フィルム６の一面側とを貼着し、テンプレート４の内外周側でそれぞれ接着フィルム６をカットすることで、円環状の接着フィルム６が形成される。接着フィルム６の他面側とウレタンシート２の保持面Ｐとを貼着する。このとき、テンプレート４および保持シートを、表面が平坦な治具を用いて押圧する。また、接着フィルム６の接着剤が軟化する程度に加熱することで接着力を高めることができる。これにより、接着フィルム６を介してウレタンシート２とテンプレート４とがほぼ一定の間隔で貼着される。そして、表面にキズや汚れ、異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、保持具１０を完成させる。

被研磨物の研磨加工を行うときは、図４に示すように、片面研磨機７０の保持用定盤７１に装着した保持具１０を介して保持用定盤７１に被研磨物３０を保持させる。保持用定盤７１と対向するように配置された研磨用定盤７２には被研磨物を研磨加工するための研磨パッド２０を装着する。保持用定盤７１に保持具１０を装着するときは、剥離紙８を取り除いて粘着剤層を露出させた後、露出した粘着剤層を保持用定盤７１に接触させ押圧する。保持面Ｐに適量の水を含ませて、テンプレート４の貫通穴５に被研磨物３０を挿入する。被研磨物３０をウレタンシート２側に押し付けることで、保持面Ｐの微多孔や開孔に浸入した水の表面張力およびウレタンシート２のポリウレタン樹脂の弾性により被研磨物３０を保持具１０を介して保持用定盤７１に保持させる。この状態では、被研磨物３０下面（加工面）がテンプレート４の下面を含む水平面、すなわち、表面Ｓより下側に突出している。研磨加工時には、被研磨物３０および研磨パッド２０間に研磨粒子を含む研磨液（スラリ）を循環供給すると共に、被研磨物３０に圧力（研磨圧）をかけながら研磨用定盤７２ないし保持用定盤７１を回転させることで、被研磨物３０を研磨加工する。

（作用）
次に、本実施形態の保持具１０の作用等について説明する。

本実施形態の保持具１０では、テンプレート４が、被研磨物３０が段差Ｌの分でテンプレート４の表面Ｓより突出するように厚みが設定されている。また、ウレタンシート２の圧縮率が３０％以下に調整されている。ウレタンシート２の圧縮率を小さく制限することで被研磨物３０を保持させたときの沈み込みが抑制されるため、被研磨物３０がテンプレート４の表面Ｓより突出する段差Ｌの大きさを１０〜５０μｍの範囲まで小さくすることができる。従来テンプレートの厚みが被研磨物の厚みの７０〜８０％程度に設定されたときは、研磨加工時に研磨圧をかけることで研磨パッド２０が被研磨物３０に追従するように変形するため、被研磨物３０の端部に過度の応力がかかることとなる（図４も参照）。これに対して、本実施形態では、テンプレート４の表面Ｓと被研磨物３０の表面との段差Ｌを小さくすることで、被研磨物３０の端部にかかる過度の応力を緩和して研磨圧を均等化することができる。これにより、研磨加工時に端部が過度に研磨加工されることを抑制することができ、端部形状を改善し平坦性を向上させることができる。従って、保持具１０を、例えば、シリコンウェハ等の研磨加工に使用することで、シリコンウェハの端部形状が改善されるため、製品の歩留、生産性の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、テンプレート４の表面Ｓ側における外縁部と貫通穴５の内縁部とに面取り加工が施され面取り部４ａが形成されている。このため、テンプレート４の表面Ｓと被研磨物３０の表面との段差Ｌを小さくしても、保持具１０と対向するように配置された研磨パッド２０にかかるテンプレート４のエッジでの負荷を低減することができる。また、面取り部４ａが形成されているため、研磨加工時に供給される研磨液が被研磨物３０および研磨パッド２０間に進入しやすくなる。すなわち、内周側の面取り部４ａがスラリおよび研磨残渣の排出を補助し、外周側の面取り部４ａがスラリの供給を補助するように作用する。これにより、段差Ｌを小さくしても研磨レート等の研磨特性を確保することができる。

更に、本実施形態では、ウレタンシート２の厚みが０．４ｍｍ以下、圧縮率が３０％以下、圧縮弾性率が９０％以上にそれぞれ調整されている。このため、研磨加工時に被研磨物３０の沈み込みが抑制されることから、被研磨物３０にかかる研磨圧を均等化することができる。これにより、被研磨物３０が略平坦に研磨加工されるので、平坦性向上を図ることができる。ウレタンシート２が連続発泡構造を有するため、厚みが０．４ｍｍを超えると、被研磨物３０の研磨加工時の沈み込みが大きくなり、テンプレート４の表面Ｓと研磨パッドとのあたりが強くなることで、被研磨物３０に対する研磨圧が低下し研磨レートを低下させる。更に、テンプレート４のあたりが強くなることで研磨パッドへの負荷が大きくなる。また、圧縮率が３０％を超えたときや圧縮弾性率が９０％に満たないときは、被研磨物３０の沈み込みを抑制することが難しくなる。

また更に、本実施形態では、テンプレート４の厚みを被研磨物３０の厚みに対して段差Ｌの分で小さくなるように調整し、ウレタンシート２の圧縮率を小さく制限することで、被研磨物の端部形状改善が図られる。このため、ウレタンシート２に溝加工を施す等の場合と比べて、負荷をかけることなくウレタンシート２を作製することができる。これにより、研磨加工時にウレタンシート２の特性を長期間保持することができるので、ウレタンシート２、ひいては、保持具１０の寿命向上を図ることができる。

更にまた、本実施形態では、ウレタンシート２が１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂で形成されている。このため、保持面Ｐが被研磨物の形状に合うように密着して追従性を発揮するので、保持用定盤に装着した保持具１０に被研磨物を押し付けることで、被研磨物保持性を向上させることができる。また、本実施形態では、ウレタンシート２の裏面に、支持材としてＰＥＴ製フィルムが貼り合わされている。このため、柔軟なウレタンシート２が支持材で支持されるので、保持具１０の搬送時や研磨機への装着時の取り扱いを容易にすることができる。

また、本実施形態では、湿式成膜時に形成されたスキン層がバフ処理で除去されることでウレタンシート２が形成されており、保持面Ｐには開孔が形成されている。このため、保持面Ｐに形成された開孔や微多孔に浸入した水等の液体の表面張力の作用と、ウレタンシート２の樹脂自体の弾性で被研磨物３０が保持される。液晶用ガラス基板の保持では、湿式成膜時に形成されたスキン層の表面を介して被研磨物３０を保持させている。水等の表面張力の作用による吸着性が大きく、研磨加工時に被研磨物３０の移動が制限され好適である。これに対して、本実施形態のウレタンシート２では、保持面Ｐにセル３の開孔が形成されているため、表面張力の作用が適正化されることから、研磨加工時に被研磨物３０がテンプレート４の貫通穴５内で回転しやすくなり、保持具１０による加工斑を低減すると共に、研磨加工後に被研磨物３０を取り外しやすくなる。

従来保持具では、テンプレートとウレタンシートとが熱可塑性接着剤で貼り合わされている。通常、被研磨物をテンプレートの貫通穴に挿入して研磨加工するときには、被研磨物に研磨圧がかけられる。ところが、テンプレートの厚みは、研磨レートを高くするために被研磨物の厚みの７０〜８０％程度に調整されていることから、テンプレートの表面と被研磨物の表面との段差が大きくなるため、被研磨物の端部に過度の応力がかかり、被研磨物の端部が過度に研磨加工されて端部形状が損なわれることとなる。端部形状が損なわれると、例えば、シリコンウェハの研磨加工では、端部近傍から製品を得ることが難しくなり、歩留や生産性を低下させる。テンプレートと被研磨物との段差を小さくすると、保持パッドと対向するように配置された研磨パッドにテンプレートがあたるため、研磨パッドの摩耗が大きくなり寿命を低下させるばかりでなく、被研磨物の平坦性を低下させることがある。更には、テンプレートが削られることで生じた異物の混入、いわゆるコンタミにより被研磨物にキズを発生させることもある。被研磨物に対する平坦性の要求度が高まるにつれ、外周近傍までフラットな仕上がり、つまり、端部形状の改善が望まれている。本実施形態は、これらの問題を解決することができる保持具である。

なお、本実施形態では、テンプレート４の厚み方向の断面における面取り部４ａの形状を三角状とする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図２（Ｂ）に示すように、Ｒ付けされた凸面を有するように面取り部４ａを形成してもよい。面取り部４ａを三角状としたときのテンプレート４の表面に対する傾斜の度合、Ｒ付けしたときの曲率に制限のないことはもちろんである。

また、本実施形態では、テンプレート４の材質として、ガラス繊維強化エポキシ樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。研磨加工時の物理的耐性や研磨液に対する化学的耐性を考慮すれば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂にガラス繊維等の繊維材が含有されることで強化された繊維強化樹脂を用いることが好ましい。樹脂や繊維材に制限がないことはもちろんである。また、本実施形態では、円環状のテンプレート４を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、被研磨物の形状に合わせて矩形状や楕円形状としてもよく、大型の保持具で複数の被研磨物を同時に保持させる場合には、テンプレートに複数の貫通穴が形成されていてもよい。

更に、本実施形態では、ウレタンシート２の材質として１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリエステル樹脂等を用いてもよく、樹脂の１００％モジュラスを２０ＭＰａ以下とすれば、得られた樹脂シートが被研磨物の形状に合うように密着するので、被研磨物保持性の向上を図ることができる。また、ポリウレタン樹脂を用いれば、湿式成膜法で容易に均一なセル３が形成されたウレタンシート２を作製することができる。更に、本実施形態では、ウレタンシート２の厚みを０．４ｍｍ以下とする例を示したが、厚みが小さくなりすぎると湿式成膜法による作製が難しくなることを考慮すれば、厚みを０．２〜０．４ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、ウレタンシート２の圧縮率を３０％以下とする例を示したが、圧縮率が小さくなりすぎると硬くなりすぎるため、被研磨物を保持させたときにキズ等を発生する可能性がある。このため、ウレタンシート２の圧縮率を１０〜３０％の範囲とすることが好ましい。

また更に、本実施形態では、テンプレート４の接着面に接着フィルム６を介してウレタンシート２を貼り合わせる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＰＥＴ製フィルム等の基材の両面に接着剤が塗工された両面テープを使用することも可能である。更に、本実施形態では、接着フィルム６の接着剤としてポリウレタン系の熱可塑性接着剤を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ウレタンシート２に代えてポリエチレンやポリエステル等の樹脂製シートを用いた場合は、それぞれの樹脂との接着に適した熱可塑性接着剤を用いるようにしてもよい。

更にまた、本実施形態では、ウレタンシート２を湿式成膜法により作製する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。ウレタンシートの厚み、圧縮率、圧縮弾性率を上述した範囲に調整できればよく、例えば、乾式成形法により作製するようにしてもよい。乾式成形法では、ウレタン系プレポリマと、ポリオール化合物やポリアミン化合物等の硬化剤（鎖伸長剤）とを混合し、硬化させた成形物をシート状にスライスすることでウレタンシートを得ることができる。プレポリマや硬化剤の配合割合、反応条件等を調整することで、得られるウレタンシートの圧縮率や圧縮弾性率を調整することができる。

また、本実施形態では、ウレタンシート２の裏面にＰＥＴフィルムの支持材を介して両面テープ７を貼り合わせる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ウレタンシート２と両面テープ７との間にポリビニルクロライド（ＰＶＣ）等の別のフィルムや不織布、織布等を貼り合わせるようにしてもよい。もちろん、支持材を介することなくウレタンシ−ト２と両面テープ７とを貼り合わせてもよい。更に、本実施形態では、湿式成膜法により作製された成膜樹脂のスキン層側にバフ処理を施しウレタンシート２を得る例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、ウレタンシート２の厚みが均一化されていればよい。例えば、バフ処理に代えてスライス処理を施すようにしてもよく、被研磨物の種類によっては、バフ処理やスライス処理を施さなくてもよい。

以下、本実施形態に従い製造した保持具１０の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例の保持具についても併記する。

（実施例１）
実施例１では、ポリウレタン樹脂として、１００％モジュラスが１０ＭＰａのポリエステルＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）ポリウレタン樹脂を用いた。このポリウレタン樹脂３０％のＤＭＦ溶液１００部に対して、粘度調整用のＤＭＦの３５部、顔料のカーボンブラックを３０％含むＤＭＦ分散液の４０部、疎水性活性剤の３部を混合してポリウレタン樹脂溶液を調製した。ポリウレタン樹脂溶液を塗布する際に塗布装置のクリアランスを０．５ｍｍに設定し、湿式成膜後にスキン層側をバフ処理して厚み０．４ｍｍのウレタンシート２を得た。得られたウレタンシート２に厚み１８８μｍのＰＥＴフィルムの支持材を貼り合わせた状態では、圧縮率が２４．７％、圧縮弾性率が９５．８％であった。面取り部４ａが形成されたテンプレート４を、接着フィルム６を介してウレタンシート２と貼り合わせ、実施例１の保持具１０を製造した。テンプレート４の厚みは、被研磨物の厚み（７５０μｍのシリコンウェハ）より３０μｍ小さくなるように調整した。なお、圧縮率および圧縮弾性率は、ウレタンシート２に支持材を貼り合わせた状態で測定した。測定では、日本工業規格（ＪＩＳ L １０２１）に従い、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を使用した。具体的には、無荷重状態から初荷重を３０秒間かけた後の厚さｔ_０を測定し、次に、厚さｔ_０の状態から最終圧力を３０秒間かけた後の厚さｔ_１を測定した。厚さｔ_１の状態から全ての荷重を除き、５分間放置（無荷重状態とした）後、再び初荷重を３０秒間かけた後の厚さｔ_０’を測定した。圧縮率は、圧縮率（％）＝１００×（ｔ_０−ｔ_１）／ｔ_０の式で算出し、圧縮弾性率は、圧縮弾性率（％）＝１００×（ｔ_０’−ｔ_１）／（ｔ_０−ｔ_１）の式で算出した。このとき、初荷重は１００ｇ／ｃｍ^２、最終圧力は１１２０ｇ／ｃｍ^２であった。

（比較例１）
比較例１では、ウレタンシートの作製を次のようにした。すなわち、実施例１と同じポリウレタン樹脂３０％のＤＭＦ溶液１００部に対して、粘度調整用のＤＭＦの４５部、カーボンブラックを３０％含むＤＭＦ分散液の４０部、疎水性活性剤の２部を混合してポリウレタン樹脂溶液を調製した。ポリウレタン樹脂溶液を塗布する際のクリアランスを０．６ｍｍに設定し、スキン層側をバフ処理して厚み０．４ｍｍのウレタンシートを得た。得られたウレタンシートに厚み１８８μｍのＰＥＴフィルムの支持材を貼り合わせた状態では、圧縮率が４２．５％、圧縮弾性率が９２．３％であった。面取り部を有しておらず、厚みを６００μｍ（被研磨物の厚みの８０％）に調整したテンプレートを、接着フィルム６を介してウレタンシートと貼り合わせ、比較例１の保持具を製造した。すなわち、比較例１は従来の保持具である。

（比較例２）
比較例２では、比較例１と同様に作製したウレタンシートを用いた。面取り部を有しておらず、厚みを７２０μｍに調整したテンプレートを、接着フィルム６を介してウレタンシートと貼り合わせ、比較例２の保持具を製造した。

（比較例３）
比較例３では、実施例１と同様に作製したウレタンシート２を用いた。面取り部を有しておらず、厚みを７４５μｍに調整したテンプレートを、接着フィルム６を介してウレタンシート２と貼り合わせ、比較例３の保持具を製造した。比較例３で用いたテンプレートの厚みは、被研磨物のシリコンウェハの厚み（７５０μｍ）より５μｍ小さい。

（比較例４）
比較例４では、実施例１と同様に作製したウレタンシート２を用いた。面取り部を有しておらず、厚みを６８０μｍに調整したテンプレートを、接着フィルム６を介してウレタンシート２と貼り合わせ、比較例４の保持具を製造した。比較例４で用いたテンプレートの厚みは、被研磨物のシリコンウェハの厚み（７５０μｍ）より７０μｍ小さい。

（研磨性能評価）
次に、各実施例および比較例の保持具を用いたシリコンウェハの研磨加工を、以下の条件で行い、研磨レート、ロールオフにより研磨性能を評価した。研磨レートは、研磨効率を示す数値の一つであり、１分間あたりの研磨量を厚さの単位で表したものである。研磨加工前後の被研磨物の重量減少を測定し、被研磨物の研磨面積および比重から計算により算出した。ロールオフは、被研磨物の周縁部が中心部より過度に研磨加工されることで生じ、平坦性を評価するための測定項目の１つである。測定方法としては、例えば、光学式表面粗さ計にて外周端部から中心に向かい０．３ｍｍの位置より半径方向に２ｍｍの範囲で２次元プロファイル像を得る。得られた２次元プロファイル像において、半径方向をＸ軸、厚み方向をＹ軸としたときに、外周端部からＸ＝０．５ｍｍおよびＸ＝１．５ｍｍの座標位置のＹ軸の値がＹ＝０となるようにレベリング補正し、このときの２次元プロファイル像のＸ＝０．５〜１．５ｍｍ間におけるＰＶ値をロールオフ値（指数）で表した。ロールオフの測定には、表面粗さ測定機（Ｚｙｇｏ社製、型番ＮｅｗＶｉｅｗ５０２２）を使用した。研磨レート、ロールオフの測定結果を下表１に示す。
使用研磨機：不二越株式会社製、ＭＣＰ−１５０Ｘ
回転数：（定盤）１００ｒ／ｍ、（トップリング）７５ｒ／ｍ
研磨圧力：３３０ｇ／ｃｍ^２
揺動幅：１０ｍｍ（揺動中心値より２００ｍｍ）
揺動移動：１ｍｍ／ｍｉｎ
研磨剤：Ｎａｌｃｏ社製、品番２３５０（２３５０原液：水＝１：９の混合液を使用）
被研磨物：８インチφシリコンウェハ（厚み７５０μｍ）
研磨時間：２０分間

表１に示すように、比較例１の従来の保持具を用いたシリコンウェハの研磨加工では、研磨レートが０．３５１μｍ／ｍｉｎ、ロールオフ値が１．０であった。これに対して、実施例１の保持具１０を用いたシリコンウェハの研磨加工では、ロールオフ値が０．３と大きく低減（改善）し、研磨レートは約７％低下し０．３２７μｍ／ｍｉｎであった。ロールオフ値は、圧縮率が２４．７％、厚みが０．４ｍｍのウレタンシート２を用い、テンプレート４の厚みをシリコンウェハの厚みより３０μｍ小さくなるように調整したことで、研磨加工時にシリコンウェハの端部にかかる応力が緩和され研磨圧が均等化されたためと考えられる。また、比較例２の保持具を用いた場合は、研磨レートが０．２０３μｍ／ｍｉｎ、ロールオフ値が０．２であった。比較例２の保持具では、被研磨物の厚みとテンプレートの厚みとの段差Ｌが実施例１と変わらないものの、ウレタンシートの圧縮率が４２．５％のためにシリコンウェハ（被研磨物）の沈み込みが大きくなった。このため、テンプレートに面取り加工していないことに加えてテンプレート側で荷重を受けた（テンプレートと研磨パッドとが接触した）ことで、スラリの流入・排出がうまくいかなくなり、研磨加工が有効に作用せずに研磨レートが大幅に低下したものと思われる。また、段差Ｌが５μｍである比較例３の保持具では、ロールオフ値が良好であるものの、研磨レートが大幅に低下し、研磨加工後の研磨パッド表面にキズが発生していた。段差Ｌが７０μｍである比較例４の保持具では、研磨レート、ロールオフ値共に、実施例１の保持具１０での結果より劣るものであった。従って、ウレタンシート２の圧縮率や厚みを制限し、テンプレート４の厚みを被研磨物との関連で調整した保持具１０では、研磨レートの大幅な低下がなく、被研磨物の端部形状を改善する効果のあることが明らかとなった。

本発明は被研磨物の端部形状を改善し平坦性を向上させることができる保持具を提供するものであるため、保持具の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

Ｐ保持面
Ｓ表面
Ｌ段差
２ウレタンシート（樹脂シート）
４テンプレート（枠材）
４ａ面取り部
５貫通穴
１０保持具
３０被研磨物

Claims

被研磨物を保持するための平坦な保持面を有し、圧縮率が３０％以下の樹脂シートと、
前記樹脂シートの保持面に貼着され、前記被研磨物を挿入可能な貫通穴が少なくとも１箇所に形成された枠材と、
を備え、
前記枠材は、前記被研磨物が１０μｍ〜５０μｍの厚み分で前記枠材の前記保持面と反対側の表面より突出するように厚みが設定されていることを特徴とする保持具。
前記枠材は、表面側における外縁部および前記各貫通穴の内縁部に面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の保持具。
前記枠材は、厚み方向の断面における前記面取り加工された部分の形状が三角状であることを特徴とする請求項２に記載の保持具。
前記面取り加工された部分は、更にＲ付け加工されていることを特徴とする請求項３に記載の保持具。
前記枠材は熱硬化性樹脂で形成されており、前記樹脂シートは湿式成膜法で形成された連続発泡構造を有することを特徴とする請求項１に記載の保持具。
前記樹脂シートは、１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂で形成されたことを特徴とする請求項５に記載の保持具。
前記樹脂シートは、厚みが０．４ｍｍ以下、圧縮弾性率が９０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の保持具。
前記樹脂シートと前記枠材とが接着部材を介して貼り合わされたことを特徴とする請求項１に記載の保持具。