JP2011156633A - 被加工物保持材 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を保持する被加工物保持材の保持面からの研磨液などの水分の浸透を抑制できるとともに、強度を高めて破損しにくくする。
【解決手段】基材１に、樹脂溶液を塗工し、湿式凝固して発泡層２を形成し、発泡層２の裏面の基材１を剥離し、発泡層２を、平滑部材３で挟んで加熱加圧し、発泡層２の表裏面２ａ−１，２ｂ−１側に、気泡等が押し潰されて空隙部が少ない緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂを形成し、この緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂによって、研磨液等の浸透を阻止するとともに、強度を高めて破断しにくいものとしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、研磨加工などの加工が施される被加工物を保持する被加工物保持材に関する。

半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス等の被加工物の研磨加工は、例えば、次のようにして行なわれる。すなわち、図１６に示すように、研磨装置の上下に対向する定盤の上側定盤９に、研磨加工が施される被加工物１０を保持し、下側定盤１１に、研磨パッド１２を貼り付け、被加工物１０の表面を研磨パッド１２に圧接させつつ両定盤間に砥粒を含む研磨液を供給しながら両定盤９，１１を矢符で示すように相対回転させることにより行なわれる。

従来、被加工物１０は、上側定盤９に固定されて被加工物１０の裏面を吸着保持する被加工物保持材としてのバッキング材１３と、被加工物１０の外周を取り囲んで被加工物１０がバッキング材１３表面で位置ずれするのを防止する枠状のテンプレート１４とを用いて上側定盤９に保持される（例えば、特許文献１参照）。

上記バッキング材１３としては、例えば、基材に塗工したウレタン樹脂のＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）溶液層を水中にて湿式凝固させ、温水中で洗浄、熱風で乾燥を行って、図１７（ａ）に示すように基材１上に発泡層２を形成し、所要の厚みに揃えるなどの目的で、図１７（ｂ）に示すように、前記発泡層２の表面２ａをバフ加工したものが用いられる（例えば、特許文献２参照）。

前記バフ加工後の発泡層２の表面２ａ−２は、被加工物を吸着保持する保持面となるのであるが、バフ加工では、十分な平滑面が得られず、このため、被加工物の吸着保持力が不十分となっていた。

このため、図１８（ａ）に示すように、基材１上に形成された発泡層２の表面２ａをバフ加工することなく、図１８（ｂ）に示すように、基材１から発泡層２を剥離し、図１８（ｃ）に示すように、表面２ａを平坦な圧接ローラ７に圧接し、図１８（ｄ）に示すように発泡層２の裏面２ｂ側をバフ加工した後、図１８（ｅ）に示すように両面テープ８等に再び接着したバッキング材がある（例えば、特許文献３参照）。

特開平０９−３２１００１号公報 特許第３１８７７６９号 特開２００６−６２０５８号公報

かかるバッキング材では、発泡による多数の気泡（ポア）を有しており、被加工物の研磨加工の際には、被加工物を保持する表面（保持面）から研磨液が浸透して、被加工物の平坦度を悪化させたり、裏面側の基材や両面テープとの接着強度が弱くなって、基材や両面テープから剥がれる場合がある。

また、表面に多数の気泡が開口しているので、表面から亀裂が入って破断しやすく、被研磨物の脱着時に被加工物保持材を破損してしまう場合がある。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、研磨液などの水分の浸透を抑制できるとともに、強度を高めた被加工物保持材を提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

本発明の被加工物保持材は、発泡層を備えるとともに、前記発泡層の表面が、被加工物を保持する保持面とされる被加工物保持材であって、前記発泡層の表面側には、基材に樹脂溶液を塗工して、湿式凝固されてなる発泡層の表面側に比べて緻密な層が形成されている。

表面側の緻密な層は、その緻密の度合いが、発泡層の厚み方向の中央側へ向かって徐々になだらかに変化するものであってもよい、すなわち、層の境界が明確でなくてもよい。

前記保持面とされる前記発泡層の表面側は、基材に樹脂溶液を塗工して、湿式凝固されてなる発泡層の表面側に比べて、気泡等が押し潰されて空隙部が少なく、緻密化にされているのが好ましく、この緻密化は、樹脂フィルム等の平滑部材を介した加熱加圧処理によって行なわれるのが好ましい。

発泡層は、その表面側よりも裏面側が大きな涙滴状の気泡を有するのが好ましく、また、発泡層の裏面側は、バフ加工することなく、したがって、発泡層の裏面側では、涙滴状の気泡が開口していないのが好ましい。

本発明によると、被加工物を保持する保持面となる発泡層の表面側には、基材に樹脂溶液を塗工して、湿式凝固されてなる発泡層、すなわち、従来の発泡層の表面側に比べて緻密な層が形成されているので、研磨加工の際の研磨液の浸透が、表面の緻密な層によって阻止されることになり、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が基材や両面テープから剥離するのを抑制することができる。また、発泡層の表面の緻密な層によって、表面の強度が高まり、破断しにくいものとなる。

好ましい実施形態では、前記緻密な層が形成されている前記発泡層の裏面側には、前記基材に樹脂溶液を塗工して、湿式凝固されてなる前記発泡層を前記基材から剥離した裏面側に比べて緻密な層が形成されている。

この実施形態によると、発泡層の表面側のみならず、裏面側にも緻密な層が形成されるので、研磨加工の際の研磨液の浸透が、表裏面の緻密な層によって阻止されることになり、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が基材や両面テープから剥離するのを有効に抑制することができる。また、発泡層の表裏面の緻密な層によって、表裏面の強度が高まり、破断しにくいものとなる。

本発明の被加工物保持材は、発泡層を備えるとともに、前記発泡層の表面が、被加工物を保持する保持面とされる被加工物保持材であって、前記発泡層の表面側には、前記発泡層の縦断面における単位面積当たりの空隙部の割合である空隙率が、３％以下である緻密な層が形成されている。

本発明によると、被加工物を保持する保持面となる発泡層の表面側には、前記発泡層の縦断面における単位面積当たりの空隙部の割合である空隙率が、３％以下と低い緻密な層が形成されているので、研磨加工の際の研磨液の浸透が、表面の緻密な層によって阻止されることになり、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が基材や両面テープから剥離するのを抑制することができる。

また、発泡層の表面の緻密な層によって、表面の強度が高まり、破断しにくいものとなる。

好ましい実施形態では、前記発泡層の裏面側には、前記空隙率が、３％以下と低い緻密な層が形成されている。

この実施形態によると、発泡層の表面側のみならず、裏面側にも緻密な層が形成されるので、研磨加工の際の研磨液の浸透が、表裏面の緻密な層によって阻止されることになり、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が基材や両面テープから剥離するのを抑制することができる。また、発泡層の表裏面の緻密な層によって、表裏面の強度が高まり、破断しにくいものとなる。

他の実施形態では、前記緻密な層は、前記表面または前記裏面から少なくとも１０μｍの厚みを有している。

この実施形態によると、緻密な層は、少なくとも１０μｍの厚みを有しているので、研磨加工の際の研磨液の浸透を有効に阻止できることになり、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が基材や両面テープから剥離するのを抑制することができる。また、発泡層の表裏面の強度を十分に高めて、破断しにくいものにできる。

本発明によれば、被加工物を保持する保持面となる発泡層の少なくとも表面側には、空隙部が少ない緻密な層が形成されているので、研磨加工の際の研磨液の浸透が、表面の緻密な層によって阻止されることになり、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が基材や両面テープから剥離するのを抑制することができる。また、発泡層の表面の緻密な層によって、表面の強度が高まり、破断しにくいものとなる。

本発明の一つの実施形態に係る被加工物保持材の概略断面図である。 図１の実施形態に係る被加工物保持材の製造工程を示す図である。 ヒートロールによる加熱加圧工程を示す図である。 比較例の５００倍の表面側の走査型電子顕微鏡写真である。 実施例の５００倍の表面側の走査型電子顕微鏡写真である。 比較例の２０００倍の表面側の走査型電子顕微鏡写真である。 実施例の２０００倍の表面側の走査型電子顕微鏡写真である。 比較例の１０００倍の裏面の走査型電子顕微鏡写真である。 実施例の１０００倍の裏面の走査型電子顕微鏡写真である。 比較例の表面のうねり曲線を示す図である。 実施例の表面のうねり曲線を示す図である。 別の比較例の表面のうねり曲線を示す図である。 別の実施例の表面のうねり曲線を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る被加工物保持材の概略断面図である。 図１４の実施形態に係る被加工物保持材の製造工程を示す図である。 研磨装置の概略構成図である。 従来例の製造工程を示す図である。 別の従来例の製造工程を示す図である。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る被加工物保持材の概略断面図である。

この実施形態の被加工物保持材は、湿式凝固法によって形成された多孔質の発泡層２を上層とし、両面テープ４からなる支持層を下層として積層された二層構造である。

この実施形態の被加工物保持材は、被加工物を保持する保持面となる発泡層２の表面２ａ−１側および発泡層２の裏面２ｂ−１側には、後述の平滑部材を用いた加熱加圧処理によって、気泡等が押し潰されて空隙部が少ない緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂがそれぞれ形成されている。

図２は、この実施形態の被加工物保持材を製造する工程の一例を示す図である。

この被加工物保持材の製造方法では、先ず、ウレタン樹脂のＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）溶液を、ＰＥＴフィルム等の基材１上に塗工し、湿式凝固法により、図２（ａ）に示すように、基材１上に、涙滴状の気泡などの多数の気泡を有する多孔質の発泡層２を形成する。この発泡層２を、図２（ｂ）に示すように基材１から剥離する。

湿式凝固法によって、発泡層２を形成する工程では、湿式発泡の際に、発泡層が若干収縮するのに対して、ＰＥＴフィルム等からなる基材１が収縮しないために、発泡層２に歪が生じ、この歪が、被研磨物を保持する発泡層２の表面に筋となって現れ、例えば、２ｐｓｉ以下の低圧研磨においては、前記筋を押し潰すことができないために、研磨面に影響を及ぼす場合があるが、この実施形態では、発泡層２から基材１を剥離するので、発泡層２の歪が解放されることになり、これによって、歪に起因する上記のような不具合が生じることもない。

次に、基材１から剥離した発泡層２の表裏両面２ａ，２ｂに図２（ｃ）に示すように、平滑部材としてのＰＥＴフィルム等の樹脂フィルム３をそれぞれ重ね、２本のヒートロール間を通過させることによって図２（ｄ）に示すように加熱加圧して一体化する。

その後、表裏面の樹脂フィルム３を図２（ｅ）に示すように剥離する。上記加熱加圧によって、発泡層２の表面２ａ−１側および裏面２ｂ−１側には、気泡等が押し潰されて空隙部が少なくなった緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂがそれぞれ形成されている。この緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂは、図２（ｂ）に示す基材１から剥離した発泡層２の表面２ａ側および裏面２ｂ側に比べて、空隙部が少なく、緻密となっており、後述の空隙率が、３％以下である。

次に、発泡層２の裏面２ｂ−１に両面テープ４を貼り付けて図２（ｆ）に示すように表面２ａ−１を被加工物の保持面とした被加工物保持材を得る。

発泡層２を形成するためのウレタン樹脂としては、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系などのウレタン樹脂を用いることができ、異なる種類のウレタン樹脂をブレンドしてもよい。

ウレタン樹脂を溶解させる水溶性有機溶媒としては、上述のジメチルホルムアミドの他、例えば、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド等の溶媒を用いることができる。

この実施形態の被加工物保持材では、基材１から剥がした発泡層２の表裏両面２ａ，２ｂに、平滑な樹脂フィルム３を挟んでヒートロールで加熱加圧するので、発泡層２の気泡等が押し潰され、表面２ａ−１側および裏面２ｂ−１側は、厚み方向の中央部に比べて空隙部が少ない緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂがそれぞれ形成される。

このように発泡層２の表裏両面２ａ−１，２ｂ−１側には、加熱加圧によって、気泡等が押し潰された空隙部の少ない緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂがそれぞれ形成されているので、研磨加工する際に、研磨液の浸透が表裏面の緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂによって阻止されることになる。これによって、被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層２が、両面テープ４から剥がれるのを抑制することができる。また、表裏両面２ａ−１，２ｂ−１側の緻密な層２ａ−１ａ，２ｂ−１ｂによって、強度が高まり、破断しにくいものとなり、被研磨物の脱着時に被加工物保持材が破損するのを防止することができる。

また、平滑な樹脂フィルム３を挟んで加熱加圧した後、樹脂フィルム３を剥がすので、発泡層２の表裏両面２ａ−１，２ｂ−１は平滑なものとなり、これによって、被加工物保持材を保持する保持面となる発泡層２の表面２ａ−１の吸着保持力が向上する。

更に、発泡層の表面および裏面のいずれもバフ加工する必要がないので、バフ粉が、開口した気泡（ポア）の孔内に残存することがない。

この発泡層２について、次のようにして評価を行った。すなわち、図２（ｃ）に示すように、表裏両面２ａ，２ｂに、平滑な樹脂フィルム３を重ねて厚みを１．２ｍｍとした発泡層２を、図３に示すように間隙が１．０ｍｍで、１５０℃の上下のヒートロール５，６間を１．０ｍ／ｍｉｎで通過させ、その後、樹脂フィルム３を剥離した表面側、すなわち、図２（ｅ）に示される実施例の発泡層２の表面２ａ−１側を、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ）によって観察するとともに、樹脂フィルム３を剥離した裏面、すなわち、図２（ｅ）に示される裏面２ｂ−１を、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ）によって観察した。

一方、比較例として、図２（ｂ）に示す基材１から剥離した発泡層２の表面２ａおよび裏面２ｂ、すなわち、樹脂フィルム３を重ねたヒートロール５，６による加熱加圧を行っていない発泡層２の表面２ａおよび裏面２ｂについて、同様に、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ）によって観察した。

更に、実施例および比較例の発泡層の緻密の度合いを評価するために、発泡層の断面のＳＥＭ写真に基づいて、下記のようにして空隙率を測定した。

この空隙率は、発泡層の断面のＳＥＭ写真において、単位面積当における空隙部が占める割合（％）を、画像処理ソフト（ＷｉｎＲＯＯＦ、三谷商事製）を用いて算出した。すなわち、表面から厚み方向中心部に向かって１００μｍの表面層、裏面から厚み方向中心部に向かって１００μｍの裏面層、厚み中心から上下に５０μｍずつの中間層の、それぞれ１００μｍ四方の面積について、ＷｉｎＲＯＯＦの測定条件を、コントラスト：１００、明るさ：５０、閾値：０−２００として測定を行った。

図４および図５は、倍率５００倍の比較例および実施例の表面の縁部分におけるＳＥＭ写真であり、図６および図７は、倍率２０００倍の比較例および実施例の表面の縁部分のＳＥＭ写真であり、これらの図では、表面の縁部分をＳＥＭ像とし、表面および側面を観察できるようにしている。

また、図８および図９は、倍率１０００倍の比較例および実施例の裏面のＳＥＭ写真である。

樹脂フィルム３を重ねてヒートロール５，６を通過させた後、樹脂フィルム３を剥離した図５および図７に示される実施例の発泡層の表面側は、図４および図６の比較例の発泡層の表面側に比べて、小さな気泡（ポア）がつぶれ、空隙部が少ない緻密な層が形成されるとともに、表面が平滑となっている。

また、図９の実施例の発泡層の裏面も小さな気泡（ポア）がつぶれ、図８の比較例に比べて緻密となっている。

実施例および比較例の上述の空隙率の測定結果を、下記の表１に示す。

この表１に示すように、表面から厚み１００μｍの表面層の空隙率は、比較例が３．７％であるのに対して、実施例は１．１％と低く、実施例の表面層は、比較例に比べて空隙部が少なく緻密な層となっていることが分かる。また、裏面から厚み１００μｍの裏面層の空隙率は、比較例が５．８％であるのに対して、実施例が０．７％と低く、実施例の裏面層は、比較例に比べて空隙部が少なく緻密な層となっていることが分かる。

更に、表面層と裏面層との間の厚み１００μｍの中間層の空隙率は、比較例が８３．８％であるのに対して、実施例が４８．１％と低く、実施例は、比較例に比べて空隙部が少なく緻密になっていることが分かる。

このように表面層および裏面層は、比較例の表面層および裏面層に比べて、いずれも空隙部が少ない緻密な層となっており、研磨加工する際に、研磨液の浸透が緻密な表面層および裏面層によって阻止されることになる。これによって、研磨液が浸透して被加工物の平坦度を悪化させたり、発泡層が、両面テープから剥がれるのを抑制することができる。更に、開口が押し潰された表面層および裏面層によって、強度が高まり、破断しにくいものとなり、被研磨物の脱着時に被加工物保持材が破損するのを防止することができる。

更に、被加工物保持材を保持する保持面となる発泡層の表面は、平滑な面となっているので、被加工物保持材を保持するための吸着保持力が向上する。

この発泡層の表面の平滑性を評価するために、上記実施例および比較例の表面うねりを測定した。

測定条件は、下記の表２の通りである。

図１０に比較例のろ波うねり曲線を、図１１に実施例のろ波うねり曲線をそれぞれ示す。

また、実施例と比較例のＷａ（算術平均うねり）、Ｗｃｍａｘ（うねり曲線要素の高さの最大値）、および、Ｗｆｐｄ（ろ波中心線うねり曲線中のある基準長さについての真直度の、評価長さの範囲内での最大値）の計測結果を、表３に示す。

図１０、図１１および表３に示すように、実施例の発泡層の表面は、比較例に比べて、うねりが低減されていることがわかる。

表３に示されるように、実施例のうねり曲線要素の高さの最大値Ｗｃｍａｘは、２．１８μｍであって、３μｍ以内であるのに対して、比較例のうねり曲線要素の高さの最大値Ｗｃｍａｘは、５．９３μｍである。

したがって、実施例の被加工物保持材によれば、被加工物の平坦性を改善することができる。

更に、実施例の発泡層の裏面に両面テープを貼り付けた被加工物保持材の圧縮率を測定した。

圧縮率は、サンプルに初期荷重を１分間かけたときの厚みＴ１を測定し、続けて第二荷重を１分間かけたときの厚みＴ２を測定し、次式によって算出した。

圧縮率（％）＝[（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１]×１００
実施例の被加工物保持材の圧縮率は、３５．１％であった。

この圧縮率は、２０％〜６０％であるのが好ましい。

また、上記実施例および比較例とは、組成の異なる低モジュラスの発泡ポリウレタン樹脂を用いて別の実施例および別の比較例を製作し、同様に表面うねりを計測した。

図１２に比較例のろ波うねり曲線を、図１３に実施例のろ波うねり曲線をそれぞれ示す。

また、実施例と比較例のＷａ、Ｗｃｍａｘおよび、Ｗｆｐｄの計測結果を、表４に示す。

図１２、図１３および表４に示すように、組成の異なるポリウレタン発泡樹脂であっても、うねりが低減されていることがわかる。

表４に示されるように、実施例のうねり曲線要素の高さの最大値Ｗｃｍａｘは、２．０６μｍであって、３μｍ以内であるのに対して、比較例のうねり曲線要素の高さの最大値Ｗｃｍａｘは、３．３３μｍである。

図１４は、本発明の他の実施形態の被加工物保持材の概略断面図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態の被加工物保持材は、基材１上に、多孔質の発泡層２が湿式凝固法によって形成されたものであって、被加工物を保持する保持面となる発泡層２の表面２ａ−１側には、上述の実施形態と同様に平滑部材を用いた加熱加圧処理によって、気泡等が押し潰されて空隙部が少ない緻密な層２ａ−１ａが形成されている。

図１５は、この実施形態に係る被加工物保持材の製造工程を示す図であり、上述の図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態の被加工物保持材の製造方法では、先ず、ウレタン樹脂のＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）溶液を、ＰＥＴフィルム等の基材１上に塗工し、湿式凝固法により、図１５（ａ）に示すように、基材１上に、涙滴状の気泡などの多数の気泡を有する多孔質の発泡層２を形成する。

次に、発泡層２が形成された基材１を、図１５（ｂ）に示すように、樹脂フィルム３で挟んで、２本のヒートロール間を通過させることによって図１５（ｃ）に示すように加熱加圧して一体化する。その後、表裏面の樹脂フィルム３を図１５（ｄ）に示すように剥離し、表面２ａ−１を被加工物の保持面とした被加工物保持材を得るものである。

この実施形態の被加工物保持材では、発泡層２の表面に樹脂フィルム３を重ねてヒートロールによる加熱加圧を行うので、発泡層２の表面２ａ−１側には、気泡等が押し潰されて空隙部が少ない緻密な層２ａ−１ａが形成されるとともに、表面２ａ−１が平滑となっている。

その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。

本発明は、半導体ウェハや精密ガラス基板などの研磨に有用である。

１ 基材 ２ 発泡層
３ 樹脂フィルム ４ 両面テープ
５，６ ヒートロール

Claims (5)

1. 発泡層を備えるとともに、前記発泡層の表面が、被加工物を保持する保持面とされる被加工物保持材であって、
   前記発泡層の表面側には、基材に樹脂溶液を塗工して、湿式凝固されてなる発泡層の表面側に比べて緻密な層が形成されていることを特徴とする被加工物保持材。
2. 前記緻密な層が形成されている前記発泡層の裏面側には、前記基材に樹脂溶液を塗工して、湿式凝固されてなる前記発泡層を前記基材から剥離した裏面側に比べて緻密な層が形成されている請求項１に記載の被加工物保持材。
3. 発泡層を備えるとともに、前記発泡層の表面が、被加工物を保持する保持面とされる被加工物保持材であって、
   前記発泡層の表面側には、前記発泡層の縦断面における単位面積当たりの空隙部の割合である空隙率が、３％以下である緻密な層が形成されていることを特徴とする被加工物保持材。
4. 前記発泡層の裏面側には、前記空隙率が、３％以下である緻密な層が形成されている請求項３に記載の被加工物保持材。
5. 前記緻密な層は、前記表面または前記裏面から少なくとも１０μｍの厚みを有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の被加工物保持材。