JP2019058955A - 研磨ヘッド及び研磨ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 テンプレートライフ末期のＤＩＣを低減させることができることができる、研磨ヘッドを提供する。【解決手段】 ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドであって、ヘッド本体と、前記ワークを研磨する際に前記ワークを保持するテンプレートとを具備し、前記テンプレートが、前記ヘッド本体の下面周縁部に接着材を介して接着されており、前記ヘッド本体の前記テンプレートとの接着面が粗面化されているものであることを特徴とする研磨ヘッド。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨ヘッド及び研磨ヘッドの製造方法に関する。

半導体ウェーハ（単にウェーハともいう）等のワークの研磨は、研磨布（研磨クロス）が貼り付けられた定盤と、研磨布上に研磨材（研磨スラリー）を供給する研磨剤供給機構と、ワークを保持する研磨ヘッド等から構成された研磨装置を用いて行われる。

研磨ヘッドは、バッキングパッドと樹脂等からなるガイド材が一体と成ったテンプレート（テンプレートアセンブリ）が貼り付けられた構成となっている。そして、ワークの研磨をする際には、研磨ヘッドのヘッド本体にテンプレートを貼り付け、そのテンプレートのバッキングパッド面にワークを水張りし、研磨を行っている。すなわち、テンプレートにワークを水貼りで保持させた状態で研磨ヘッドに荷重を加え、研磨剤供給機構から研磨布上に研磨剤を供給するとともに、定盤と研磨ヘッドをそれぞれ回転させながらワークの表面を研磨布に摺接させることによりワークを研磨する（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００１−３４５２９７号公報 特開２００９−１６０７０６号公報

従来、複数のワークの研磨を行っていくうちに、テンプレートのライフ進行に伴い、ＤＩＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ、差分干渉コントラスト）欠陥と呼ばれる欠陥が研磨後のワークの表面に生じやすくなるという問題があった。ここで、ＤＩＣ欠陥とは、差分干渉コントラスト顕微鏡で観察できる、ワーク表面上に現れる凸状の欠陥である。

上述の問題点に鑑み、本発明は、テンプレートライフ末期のＤＩＣを低減させることができる、研磨ヘッドを提供すること、及びそのような研磨ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドであって、ヘッド本体と、前記ワークを研磨する際に前記ワークを保持するテンプレートとを具備し、前記テンプレートが、前記ヘッド本体の下面周縁部に接着材を介して接着されており、前記ヘッド本体の前記テンプレートとの接着面が粗面化されているものであることを特徴とする研磨ヘッドを提供する。

このような研磨ヘッドでは、ヘッド本体と接着材との接着面積が広くなり、接着材が溶出しにくくなると考えられる。これにより、ワークの研磨中に接着材がワークに付着することを防止することができ、ワークに生じるＤＩＣ欠陥を低減することができる。

この場合、前記ヘッド本体の下面周縁部のうち、前記テンプレートと接着されている部分が樹脂又は金属からなるものであることが好ましい。

本発明は、ヘッド本体のテンプレートと接着されている部分が樹脂からなるものであっても、金属からなるものであっても適用することができる。

また、前記接着材が、前記テンプレートを構成する両面テープに付着している接着材であることが好ましい。また、前記接着材がゴム系又はアクリル系の接着材であることが好ましい。

このように、接着材として両面テープに付着している接着材を用いる場合や、ゴム系又はアクリル系の接着材である場合に、本発明のように、ヘッド本体のテンプレートとの接着面を粗面化することが特に好適である。

また、前記テンプレートを、前記ワークの外周部に当接して保持するリテーナリングと、前記ワークの裏面を保持するバッキングパッドと、前記リテーナリングと前記バッキングパッドを接着するホットメルトと、前記バッキングパッドを前記ヘッド本体の下面周縁部に接着する両面テープとからなり、前記両面テープが、ポリエチレンテレフタラートからなる基材と、前記基材の両面に付着した接着材とからなるものとすることができる。

このような構成を有するテンプレートを用いた研磨ヘッドにおいて、本発明のように、ヘッド本体のテンプレートとの接着面を粗面化することが特に好適である。

また、本発明は、ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドを製造する方法であって、ヘッド本体の下面周縁部を粗面化する工程と、前記ワークを研磨する際に該ワークを保持するテンプレートを、前記粗面化したヘッド本体の下面周縁部に、接着材を介して接着させる工程とを有することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法を提供する。

このような研磨ヘッドの製造方法であれば、ワークの研磨中に接着材がワークに付着することを防止することができ、ワークに生じるＤＩＣ欠陥を低減することができる研磨ヘッドを製造することができる。

このとき、前記粗面化をサンドブラスト、やすりがけ、バフ研磨、又はワイヤブラシによる研磨によって行うことが好ましい。

これらの手法による粗面化処理は、簡便に粗面を得ることができる。

また、前記ヘッド本体の下面周縁部のうち、前記テンプレートと接着する部分を樹脂又は金属からなるものとすることが好ましい。

本発明は、ヘッド本体のテンプレートと接着する部分が樹脂からなるものであっても、金属からなるものであっても適用することができる。

本発明の研磨ヘッドでは、ヘッド本体と接着材との接着面積が広くなり、ワークの研磨中に接着材が溶出しにくくなる。これにより、ワークの研磨中に接着材がワークに付着することを防止することができ、ワークに生じるＤＩＣ欠陥を低減することができる。特に、ＤＩＣ欠陥の低減効果は、テンプレートのライフ末期に効果が顕著である。また、本発明の研磨ヘッドの製造方法では、そのような研磨ヘッドを簡便な方法で製造することができる。

本発明のヘッド本体の周縁部の一例を示す概略断面図である。 本発明の研磨ヘッドの一例の一部を示す概略断面図である。 本発明の研磨ヘッドを具備する、研磨装置の一例を示す概略図である。 実施例１と比較例１の結果を示すグラフである。 実施例２と比較例２の結果を示すグラフである。 従来の研磨ヘッドの一例の一部を示す概略断面図である。 ＤＩＣ欠陥が生じるメカニズムを説明するための概略断面図である。

本発明者らの従来の知見によると、テンプレートライフ進行に伴い、テンプレートを構成する接着材（例えば、両面テープの糊）が溶出して、それがＤＩＣ欠陥の原因になっていると考えられていた。本発明者らは、この接着材（糊）の溶出を抑制して、ＤＩＣ欠陥の改善をできないか検討した。その結果、ヘッド本体におけるテンプレートとの接着面が粗面化されているものを研磨ヘッドに用いることにより、ＤＩＣ欠陥の発生を抑制することができることを見出した。これは、ヘッド本体と接着材の接着面積を広げることができ、接着材が溶出しにくくすることができることによるものと考えられる。このようにして本発明者らは、本発明を完成させた。

以下、本発明について、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の研磨ヘッドは、ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布にワークの表面を摺接して研磨するものである。また、この研磨ヘッドは、ヘッド本体と、ワークを研磨する際にワークを保持するテンプレートとを具備する。また、このテンプレートは、ヘッド本体の下面周縁部に接着材を介して接着されている。さらに、ヘッド本体のテンプレートとの接着面が粗面化されている。

図１及び図２を参照して、本発明の研磨ヘッドについて説明する。

図１に示したように、ヘッド本体の一部（周縁部）１１は、粗面（粗面化面）１２を有している。粗面１２は、ヘッド本体の周縁部１１がテンプレートと接着する面である。図２には、ヘッド本体の周縁部１１とテンプレート４０の接着の具体例を示している。ヘッド本体の周縁部１１は、テンプレート４０と接着材２３で接着される。図２に示したように、ヘッド本体の周縁部１１の粗面１２は接着材２３との接着面積が広く、これにより、研磨中の接着材２３の溶出を防止することができる。図１、２に示したヘッド本体の周縁部１１は樹脂又は金属からなるものとすることができる。テンプレート４０は、図２に示したように、ワークＷを研磨布８１に押圧する際にワークＷを保持する役目を有する。

図２には、テンプレート４０の具体例として、ワークＷの外周部に当接して保持するリテーナリング３７とワークＷの裏面を保持するバッキングパッド３３とを具備する構成を示している。この例では、リテーナリング３７とバッキングパッド３３はホットメルト３５で接着される。リテーナリング３７はガラスエポキシ樹脂を好適に採用することができる。バッキングパッド３３は、エステル系ポリウレタン等の材質を使用することができる。また、ホットメルト３５は、ウレタン系接着材とすることができる。また、バッキングパッド３３はバッキングパッド用基材（ポリエチレンテレフタラート製等）３１を介して、ヘッド本体の下面周縁部に両面テープ２０を用いて接着される。両面テープ２０は、例えばポリエチレンテレフタラートからなる基材２１と、基材２１の両面に付着した接着材２２、２３とからなるものとすることができる。

本発明では、ヘッド本体の下面周縁部とテンプレート４０を接着する接着材を、テンプレート４０を構成する両面テープ２０に付着している接着材２３とすることができる。これによりヘッド本体の下面周縁部とテンプレート４０とを容易に接着することができる。また、本発明は、このような態様でヘッド本体の下面周縁部とテンプレート４０が接着される場合に特に好ましく適用することができる。また、接着材２３の材質は、ゴム系又はアクリル系の接着材であることが好ましいが、これに限定されない。

図２に示したヘッド本体の一部（周縁部）１１は、研磨ヘッドを構成するヘッド本体の一部を構成するものとして、一体化したものであってもよく、リング状の別部品としてヘッド本体の一部を構成するものであってもよい。図３に本発明の研磨ヘッド６０を具備する、研磨装置の一例を示した。研磨装置９０は、研磨ヘッド６０を具備する。研磨ヘッド６０は、少なくともヘッド本体６１と、ヘッド本体６１に接着材を介して接着されたテンプレート４０を具備する。ヘッド本体６１の周縁部１１は、上記のように、テンプレートとの接着面に粗面を有するが、図３では見やすさのため粗面を省略している。また、図３では、図２に示したテンプレート４０の構造を省略して示している。ヘッド本体６１は、公知の種々のものを用いることができ、例えば、エアー加圧方式のラバーチャック型のヘッド本体を好適に用いることができる。

また、図３に示した研磨装置９０は、ワークＷの表面を研磨する際に使用するものである。研磨装置９０は、ワークＷを保持するための研磨ヘッド６０の他、研磨布８１が貼り付けられた定盤８３と、研磨布８１上に研磨剤８７を供給するための研磨剤供給機構８５とを具備することができる。

ワークＷを研磨する際には、このような研磨装置９０を用いてワークＷを研磨する。すなわち、研磨ヘッド６０を構成するテンプレート４０によりワークを保持した状態で研磨ヘッド６０によりワークＷを定盤８３上の研磨布８１に押しつける。これとともに、研磨剤供給機構８５から研磨剤８７を供給し、定盤８３及び研磨ヘッド６０を回転させる。これによりワークＷが研磨される。このとき、図２に示したように、テンプレート４０はヘッド本体６１の下面周縁部の粗面化面１２と接着されているため、接着面積が広く、接着材２３が溶出しにくい。

これに対し、図６に、従来のヘッド本体の一部（周縁部）１１１を示した。すなわち、テンプレートとの接着面が粗面化されていないヘッド本体の例を示した。テンプレート１４０の構成は、図２と同様であり、リテーナリング１３７、ホットメルト１３５、バッキングパッド１３３、バッキングパッド用基材（ＰＥＴ等）１３１、両面テープ１２０からなる。両面テープ１２０は基材（ＰＥＴ等）１２１の両面に接着材１２２及び１２３が付着している。この場合、ヘッド本体の周縁部１１１において、テンプレート１４０との接着面が粗面化されていないため、接着材１２３が溶出すると考えられる（接着材１２５）。これにより、接着材１２７が研磨布１８１上にも存在することがあり、ワークＷと研磨布１８１の間にも存在することがあると考えられる。

図７（ａ）に示したように、このようにワークＷと研磨布１８１の間に接着材１２７が存在すると、その部分だけ研磨速度が遅くなり、図７（ｂ）に示したようにＤＩＣ欠陥として現れてしまうと考えられる。すなわち、研磨ヘッドを構成するヘッド本体とテンプレートを接着する際に用いられる接着材は、研磨材のアルカリに強く、研磨されにくい。研磨されなかった部分（研磨速度が遅くなった部分）は、ワーク洗浄後に突起として残り、ＤＩＣ欠陥としてカウントされる。

上記の本発明の研磨ヘッド６０は、ヘッド本体の下面周縁部を粗面化する工程と、該粗面化したヘッド本体の下面周縁部に、接着材を介してテンプレートを接着させる工程とによって製造することができる。ヘッド本体の下面周縁部のうち、粗面化を行う部分の材質は、上記のように樹脂又は金属からなるものが好適である。この粗面化は、サンドブラスト、やすりがけ、バフ研磨、又はワイヤブラシによる研磨によって行うことが好ましい。これらの手法による粗面化処理は、簡便に粗面を得ることができる。ただし、ヘッド本体の下面周縁部のうち、テンプレートと接着する部分の表面を粗面化できれば、粗面化処理の手法は特に限定されない。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
以下のように、図１、２に構成の一部を示し、図３中に示した研磨ヘッド６０を製造した。まず、研磨ヘッドを構成するためのヘッド本体６１において、下面周縁部１１のうちテンプレートと接着させる面に対して、サンドブラストにより粗面化加工処理を行った（図１、２参照）。このサンドブラスト加工は、セラミック系粒子＃２２０を用いて行った。この実施例１におけるヘッド本体の粗面化面１２の表面粗さを測定したところ、Ｒａが０．８７μｍであった。このヘッド本体６１にテンプレート４０を接着させ、研磨ヘッド６０を製造した。

（比較例１）
以下のように、図６に構成の一部を示した研磨ヘッドを製造した。すなわち、研磨ヘッドを構成するためのヘッド本体の周縁部１１１において、テンプレート１４０との接着面に対して特に粗面化を行うことなくテンプレートを接着させ、研磨ヘッドを製造した。接着前に、ヘッド本体のテンプレートとの接着面の表面粗さを測定したところＲａが０．０８μｍであった。

（実施例１、比較例１の研磨ヘッドを用いた研磨結果）
研磨装置に、実施例１の研磨ヘッドを取り付け、ＤＩＣ欠陥の発生状況を測定した。また、実施例１と同一の研磨装置に比較例１の研磨ヘッドを取り付け、ＤＩＣ欠陥の発生状況を測定した。このようにして測定した両者のＤＩＣ欠陥の発生状況の推移を比較した。

図４に、実施例１及び比較例１のヘッドライフ（ライフ初期からライフ末期まで）に伴うＤＩＣ欠陥の発生状況を示した。横軸はヘッドライフ（時間）である。縦軸はＤＩＣ欠陥の発生個数を研磨枚数で割ったものであり、ワーク１枚あたりのＤＩＣ欠陥発生個数である。比較例１の研磨ヘッドはライフ末期でＤＩＣ欠陥が増加したが、実施例１のサンドブラスト加工をしたヘッド本体６１を用いた研磨ヘッド６０では、ＤＩＣ欠陥の発生は抑えられていた。比較例１におけるＤＩＣ欠陥は、高さ２０ｎｍ程度、幅３００μｍ程度であった。

（実施例２、比較例２）
実施例１、比較例１とは別に、実施例１と同様の粗面化処理を行ったヘッド本体６１を用いた研磨ヘッド６０（実施例２）、及び特に粗面化処理を行わなかったヘッド本体を用いた研磨ヘッド（比較例２）を製造した。次に、実施例１、比較例１で用いた研磨装置とは別の研磨装置に、実施例２の研磨ヘッド６０を取り付け、ＤＩＣ欠陥の発生状況を測定した。また、実施例２と同一の研磨装置に比較例２の研磨ヘッドを取り付け、ＤＩＣ欠陥の発生状況を測定した。このようにして測定した両者のＤＩＣ欠陥の発生状況の推移を比較した。

図５に、実施例２及び比較例２のヘッドライフ（ライフ初期からライフ末期まで）に伴うＤＩＣ欠陥の発生状況を示した。比較例２の通常の研磨ヘッドはライフ末期でＤＩＣ欠陥が増加したが、実施例２のサンドブラスト加工をしたヘッド本体６１を用いた研磨ヘッド６０では、ＤＩＣ欠陥の発生は抑えられていた。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１１…ヘッド本体の一部（周縁部）、 １２…粗面、
２０…両面テープ、 ２１…両面テープ用基材（ＰＥＴ製基材）、
２２、２３…接着材、
３１…バッキングパッド用基材（ＰＥＴ製）、 ３３…バッキングパッド、
３５…ホットメルト、 ３７…リテーナリング、 ４０…テンプレート、
６０…研磨ヘッド、 ６１…ヘッド本体、
８１…研磨布、 ８３…定盤、
８５…研磨剤供給機構、 ８７…研磨剤、 ９０…研磨装置、
１１１…従来のヘッド本体の一部（周縁部）、
１２０…両面テープ、 １２１…両面テープ用基材（ＰＥＴ製基材）、
１２２、１２３…接着材、 １２５、１２７…溶出した接着材、
１３１…バッキングパッド用基材（ＰＥＴ製）、 １３３…バッキングパッド、
１３５…ホットメルト、 １３７…リテーナリング、 １４０…テンプレート、
１８１…研磨布、
Ｗ…ワーク（ウェーハ）、 ＤＩＣ…ＤＩＣ欠陥。

Claims (8)

1. ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドであって、
   ヘッド本体と、
   前記ワークを研磨する際に前記ワークを保持するテンプレートと
   を具備し、
   前記テンプレートが、前記ヘッド本体の下面周縁部に接着材を介して接着されており、
   前記ヘッド本体の前記テンプレートとの接着面が粗面化されているものであることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 前記ヘッド本体の下面周縁部のうち、前記テンプレートと接着されている部分が樹脂又は金属からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記接着材が、前記テンプレートを構成する両面テープに付着している接着材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨ヘッド。
4. 前記接着材がゴム系又はアクリル系の接着材であることを特徴とする請求項３に記載の研磨ヘッド。
5. 前記テンプレートが、
   前記ワークの外周部に当接して保持するリテーナリングと、
   前記ワークの裏面を保持するバッキングパッドと、
   前記リテーナリングと前記バッキングパッドを接着するホットメルトと、
   前記バッキングパッドを前記ヘッド本体の下面周縁部に接着する両面テープと
   からなり、
   前記両面テープが、ポリエチレンテレフタラートからなる基材と、前記基材の両面に付着した接着材とからなるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
6. ワークの裏面を保持し、定盤上に貼り付けられた研磨布に前記ワークの表面を摺接して研磨する研磨ヘッドを製造する方法であって、
   ヘッド本体の下面周縁部を粗面化する工程と、
   前記ワークを研磨する際に該ワークを保持するテンプレートを、前記粗面化したヘッド本体の下面周縁部に、接着材を介して接着させる工程と
   を有することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法。
7. 前記粗面化をサンドブラスト、やすりがけ、バフ研磨、又はワイヤブラシによる研磨によって行うことを特徴とする請求項６に記載の研磨ヘッドの製造方法。
8. 前記ヘッド本体の下面周縁部のうち、前記テンプレートと接着する部分を樹脂又は金属からなるものとすることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の研磨ヘッドの製造方法。

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