JP5057331B2 - Polishing object holder - Google Patents
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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。 The present invention relates to an object holding tool used when an object to be polished is installed and fixed in a polishing machine at the time of precision planar polishing of a semiconductor wafer, LCD glass, an interlayer insulating film of a semiconductor device, metal wiring, and the like.
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。 When polishing an object to be polished such as a semiconductor wafer, LCD glass, or semiconductor device, the object to be polished is pressed against a polishing cloth placed on a surface plate while being held by a polishing head, and passed through a slurry containing abrasive grains. And is polished by sliding. In the polishing, a polishing object holder is used for the polishing head in order to prevent the polishing object from falling off due to frictional force or centrifugal force.
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。 FIG. 10 shows a conventional workpiece holder. In addition, the thing of patent document 1 is mentioned as an example of the conventional to-be-polished object holder.
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。
The
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。
As the elastic body to be the
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。
As the material of the
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。
The
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。
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。
As a method for solving the above problem, by increasing the width and thickness of the
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。
Moreover, the material of the
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。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents the object to be polished from jumping out and getting on, preventing the object to be polished and the holding frame material from being damaged, preventing scratches, and improving the polishing flatness. An object of the present invention is to provide a workpiece holder that is secured and inexpensive.
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、前記開口内周面にのみ固定するとともに、前記緩衝材は、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。 A polishing object holder according to the present invention includes a backing material that is fixed to a polishing head and holds the object to be polished, and a holding frame material that is fixed to the polishing head or the backing material and holds the outer periphery of the object to be polished. a workpiece holder comprising a cushioning material via an adhesive layer along the opening peripheral surface of the holding hole for holding the workpiece which has been established in the holding frame members, said openings in peripheral While being fixed only to the surface, the cushioning material is formed of a softer material than the holding frame material .
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。 The cushioning material is preferably made of an annular member fitted into the holding hole, or made of a belt-like member arranged along the inner peripheral surface of the holding hole.
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。 According to the workpiece holder of the present invention, the buffer material is fixed via the adhesive layer along the inner peripheral surface of the holding hole of the holding frame material, so that the outer periphery of the workpiece is rotated by the rotational force of the surface plate during polishing. When a force is applied in a direction to escape to the part, the object to be polished hits the cushioning material, so that the impact can be mitigated, and the object to be polished can be prevented from jumping out and getting on.
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。 In addition, the object to be polished hits the cushioning material at the time of polishing, so that the impact can be mitigated, and damage to the object to be polished and the holding frame material can be prevented.
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。 Moreover, since the breakage of the holding frame material can be prevented, scratching can be prevented.
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。 In addition, by fixing the cushioning material to the inner peripheral surface of the opening of the holding frame material, it is possible to prevent the object to be polished from jumping out and climbing on, and to prevent the object to be polished and the holding frame material from being damaged. Therefore, it is possible to ensure the polishing flatness and obtain a good polishing result.
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。 Further, since the material of the holding frame material has been conventionally used, and expensive hard fibers or the like are not used, an inexpensive object holder can be provided.
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。 According to the present invention, the object to be polished can be prevented from jumping out and climbing up, the object to be polished and the holding frame material can be prevented from being damaged, scratches can be prevented, the polishing flatness is ensured, and good polishing results can be obtained. In addition, an inexpensive workpiece holder can be provided.
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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
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。 FIG. 1 is a plan view of a frame material of an object holder, FIG. 2 is a cross-sectional view of the object holder, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a polished state.
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。
1 and 2, 10 is a workpiece holder, 11 is a backing material, 12 is a holding frame material, 13 is an adhesive layer, 14 is a cushioning material, 15 and 16 are adhesive layers, 17 is an object to be polished, 18 is A
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
次に、被研磨物17の研磨について説明する。
Next, polishing of the
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。
First, the
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。
According to the polishing
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。
Further, the object to be polished 35 hits the cushioning
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。
Moreover, since the breakage of the holding
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。
Further, by fixing the
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。
Moreover, since the material of the holding
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。
Further, since the cushioning
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。
In the above embodiment, the holding
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。
Further, as shown in FIG. 7, the cushioning
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。
Further, as shown in FIG. 8, the holding
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。
Furthermore, as shown in FIG. 9, a plurality of holding
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。
Example An example of the
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。
A backing material (trade name: R601) manufactured by Nitta Haas was used for the wet-solidified porous film as the
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)。 Polishing was performed under the following conditions by using Speed Fam Co., Ltd. (device name: SP800) as the polishing machine. Glass to be polished 17: lime glass (0.7 mm), polishing pressure: 100 gf / cm 2 , lower surface plate rotation speed: 100 rpm, carrier rotation speed: 70 rpm, slurry flow rate: 10 l / min, polishing cloth: Nita Haas Made by company (trade name: 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。
The soft rubber as the
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。
As a comparative example, as shown in FIG. 10, a material in which a
表1に、実施例と比較例の研磨結果を示す。 Table 1 shows the polishing results of Examples and Comparative Examples.
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。 From Table 1, it can be seen that the frequency of occurrence of scratches is 0.5 in the example with respect to the comparative example 1.0, and the frequency of occurrence of scratches is halved. It can also be seen that the frequency of occurrence of cracks and pop-outs of the object to be polished is reduced to 0.8 in the example with respect to the comparative example 1.0.
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。
As described above, the case where the
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as an object holding tool for holding an object to be polished such as a semiconductor wafer, LCD glass, an interlayer insulating film of a semiconductor device, and metal wiring during precision planar polishing.
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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、前記開口内周面にのみ固定するとともに、前記緩衝材は、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被研磨物保持具。 A polishing object holder comprising a backing material fixed to a polishing head and holding an object to be polished, and a holding frame member fixed to the polishing head or the backing material and holding an outer periphery of the object to be polished. And
While fixing the cushioning material only on the inner peripheral surface of the opening along the inner peripheral surface of the opening along the inner peripheral surface of the opening of the holding hole that holds the object to be polished established in the holding frame member , A workpiece holder made of a material softer than the holding frame material .
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