JP5992258B2 - 被研磨物保持材 - Google Patents

Description

本発明は、研磨加工が施される被研磨物を保持する被研磨物保持材に関する。

半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス等の被研磨物の研磨加工は、例えば、図１７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１５に、研磨加工が施される被研磨物１６を保持し、下側定盤１７に、研磨パッド１８を貼り付け、被研磨物１６の表面を研磨パッド１８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１５，１７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。

この例では、被研磨物１６は、上側定盤１５に固定されて被研磨物１６の裏面を吸着保持する被研磨物保持材（バッキング材）１９と、被研磨物１６の外周を取り囲んで被研磨物１６が被研磨物保持材１９表面で位置ずれするのを防止する枠状のテンプレート２０とを用いて上側定盤１５に保持される（例えば、特許文献１参照）。

上記被研磨物保持材１９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１８（ａ）に示すように基材２１上に発泡層２２₀を形成し、所要の厚みに揃えるなどの目的で、図１８（ｂ）に示すように、前記発泡層２２₀の表面２２₀ａをバフ処理し、このバフ処理した表面２２ａを、被研磨物を保持する保持面とするもの、あるいは、図１９（ａ）、(ｂ)に示すように、基材２１から発泡層２２₀を剥離し、発泡層２２₀の上下を反転させて、図１９（ｃ）に示すように、発泡層２２₀の表面２２₀ａ側を両面テープ２３等に接着した後、発泡層２２₀の裏面２２₀ｂ側をバフ処理し、このバフ処理した裏面２２ｂを、被研磨物を保持する保持面とするものがある。

また、図２０（ａ），図２０（ｂ）に示すように、基材２１から発泡層２２₀を剥離し、表面２２₀ａに圧接ローラ３０等の平坦な表面を圧接しながら、裏面２２₀ｂをバフ処理し、図２０（ｃ）に示すバフ処理後の裏面２２ｂを、図２０（ｄ）に示す両面テープ２３等に接着したもの（例えば、特許文献２参照）などがある。

特開平０９−３２１００１号公報 特開２００６−６２０５９号公報

上記図１８の被研磨物保持材では、表面をバフ処理するために充分な平滑面が得られず、また、バフ筋が生じる。一方、図１９の被研磨物保持材では、図１９（ｄ）に示されるように、発泡層２２の涙滴型の気泡２４が、バフ処理によって大きく開口するために、表面うねりが大きくなる。更に、バフ処理されるのは裏面側であって、表面側には、図２０の被研磨物保持材と同様に、密度の高い緻密なスキン層が残ったままであるので、圧縮変形が阻害されるといった課題がある。

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、表面にバフ筋がなく表面うねりを改善した被研磨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。

本発明の被研磨物保持材は、研磨装置の定盤に固定されて被研磨物を保持する被研磨物保持材であって、該被研磨物保持材が発泡層を有し、当該発泡層の厚み方向の一方の面に涙滴型気泡の先細り形状部が配向し、該発泡層の厚み方向の反対側の面に該涙滴型気泡の肥大部が配向し、該被研磨物保持材の被研磨物保持面が、該発泡層の該涙滴型気泡の肥大部が近接する面であって、該涙滴型気泡の該肥大部が開口していない面であり、該被研磨物保持材の該発泡層の該涙滴型気泡の先細り形状部が近接する面に粘着剤を配したことを特徴とする。

好ましい実施態様では、前記被研磨物保持材の前記粘着剤を配した面には、前記涙滴型の気泡の前記先細り形状部の先端が開口している。

本発明の被研磨物保持材によると、涙滴型の気泡を有する発泡層は、例えば、基材上に樹脂溶液を塗工して湿式凝固させて前記基材から剥離することによって得ることができる。この場合、被研磨物を保持する保持面となる、涙滴型気泡の肥大部が近接する面は、前記基材から剥離した面となる。したがって、被研磨物を保持する保持面を、基材の表面と同様の平滑な面とすることができ、バフ処理することなく、被研磨物を保持する充分な吸着力を得ることができる。

また、定盤に固定するための粘着剤を配する面は、涙滴型気泡の先細り形状部が近接する面であって、被研磨物を保持する保持面ではないので、この先細り形状部が近接する面を、例えば、バフ処理して発泡層のうねりを改善することができる。

本発明によれば、被研磨物を保持する保持面のうねりを除去して平滑な面とすることができ、保持面をバフ処理することなく、被研磨物を保持する充分な吸着力を得ることができ、しかも、定盤に固定するための粘着剤が配される面は、研削してうねりを低減することができると共に、密度が高いスキン層を除去して圧縮特性を改善することができる。

本発明の実施形態に係る被研磨物保持材の概略断面図である。 図１の被研磨物保持材の製造工程を示す図である。 実施例の保持面及び断面の走査型電子顕微鏡写真である。 比較例１の保持面及び断面の走査型電子顕微鏡写真である。 比較例２の保持面及び断面の走査型電子顕微鏡写真である。 実施例の保持面のうねり曲線を示す図である。 比較例１の保持面のうねり曲線を示す図である。 比較例２の保持面のうねり曲線を示す図である。 圧縮変形量の測定方法を説明するための図である。 実施例のＳ−Ｓ曲線を示す図である。 比較例１のＳ−Ｓ曲線を示す図である。 比較例２のＳ−Ｓ曲線を示す図である。 実施例及び比較例１，２の吸着力を示す図である。 実施例の被研磨物保持材に対してガラス基板を加圧したときの断面図である。 比較例３の被研磨物保持材に対してガラス基板を加圧したときの断面図である。 実施例及び比較例３の研磨液の浸透範囲を示す図である。 研磨装置の一例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。 更に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形態について詳細に説明する。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態に係る被研磨物保持材の概略断面図である。

この実施形態の被研磨物保持材１は、涙滴型の比較的大きな多数の気泡２を有する発泡層３を備えている。この発泡層３の厚み方向の一方側（図では下側）に涙滴型の気泡２の先細り形状部が配向し、厚み方向の反対側（図では上側）に涙滴型の気泡２の略半球面状の肥大部が配向している。発泡層３は、先細り形状部が配向する側に、上記涙滴型の気泡２よりも小さな涙滴型の気泡２ａやその他の形状の多数の気泡８を有しており、これら涙滴型の気泡２，２ａの先細り状部の先端およびその他の気泡８が開口している。

発泡層３の涙滴型の気泡２の先細り形状部に近接する面（図では下面）には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の基材４の両面に粘着層５を設けた接着部材としての両面テープ６が貼着され、更に、離型シート７が貼着され、従来と同様に、例えば、上述の図１７の研磨装置の上側定盤１５に両面テープ６を介して固定的に取付けられる。

この被研磨物保持材１では、発泡層３の涙滴型の気泡２の肥大部が近接する面（図では上面）３ｂが、被研磨物を保持する保持面とされる。

次に、この実施形態の被研磨物保持材の製造方法の一例を、図２に基づいて説明する。
この実施形態の被研磨物保持材の製造方法は、基材９に樹脂溶液を塗工し、湿式凝固して発泡層３₀を形成する発泡層形成工程と、発泡層３₀の表面３₀ａを研削する研削工程と、発泡層３₀の裏面３ｂを基材９から剥離する剥離工程と、前記研削工程で研削された発泡層３₀の表面３ａに、定盤に固定するための両面テープ６を貼着する貼着工程とを含んでおり、以下、各工程について説明する。

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９上に塗工し、湿式凝固法により、図２（ａ）に示すように、基材２上に、涙滴型の気泡２，２ａなどの多数の気泡を有する多孔質の発泡層３₀を形成する。

この発泡層３₀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。

次に、図２（ａ）に示される発泡層３₀の表面３₀ａの密度の高い緻密なスキン層を、例えばバフ処理によって研削し、スキン層の少なくとも一部を除去して図２（ｂ）に示される発泡層３を得る。バフ処理によって除去するスキン層の厚みは、特に制限はなく、材料や用途に応じて適宜選択すればよく、スキン層のすべてを除去してもよい。

次に、この発泡層３の裏面３ｂを、図２（ｃ）に示すように基材９から剥離し、剥離した発泡層３の上下を反転して、バフ処理後の表面３ａ側に、両面テープ６及び離型シート７を貼着し、図２（ｄ）に示すように、裏面３ｂを被研磨物の保持面とする被研磨物保持材１、すなわち、上述の図１に示される被研磨物保持材１を得る。

この図２では、発泡層３₀の表面３₀ａをバフ処理した後に、基材９から剥離したけれども、他の実施形態として、先に基材９から発泡層３₀を剥離した後に、表面３₀ａをバフ処理してもよい。また、図２では、バフ処理後の発泡層３を、基材９から剥離した後に、両面テープ６を貼着したけれども、他の実施形態として、発泡層３を基材９から剥離する前に、両面テープ６を貼着してもよい。

この実施形態の被研磨物保持材１では、被研磨物を保持する保持面は、図２(ｄ)に示す発泡層３の裏面３ｂであって、この裏面３ｂは、図２（ｃ）に示すように基材９から発泡層３を剥離した面である。したがって、被研磨物を保持する保持面３ｂは、ＰＥＴフィルム等の基材９の表面と同様な平滑面となっている。

このように平滑面となっている発泡層３の裏面３ｂを、被研磨物を保持する保持面とするので、保持面をバフ処理する従来例に比べて吸着力が向上すると共に、バフ筋などが生じることがない。

また、図２（ａ）に示される発泡層３₀の表面３₀ａの密度が高いスキン層をバフ処理によって除去することにより、図２（ｂ）に示すように広い面積に亘るグローバルなうねりを低減することができるので、被研磨物保持材１の保持面３ｂの表面うねりを低減することができる。

更に、密度の高い緻密なスキン層は、圧縮特性を損なうけれども、本発明ではバフ処理によってスキン層の少なくとも一部を除去するので、圧縮特性を改善することができる。

また、バフ処理後の発泡層３の表面側に、両面テープ６を貼着するので、バフ処理することなく両面テープ６に貼着する場合に比べて、いわゆるアンカー効果などにより接着強度が高まり耐久性が向上する。

上述の図２に示される製造方法によって製造した被研磨物保持材１を実施例とし、上述の図１８（ａ）に示すように基材２１上に発泡層２２₀を形成し、発泡層２２₀の表面２２₀ａをバフ処理し、このバフ処理した表面２２ａを、被研磨物を保持する保持面とする従来例の被研磨物保持材を比較例１とし、また、上述のように、基材２１から発泡層２２₀を剥離し、発泡層２２₀の上下を反転させて、図１９（ｃ）に示すように、発泡層２２₀の表面２２₀ａ側を両面テープ２３等に接着した後、発泡層２２₀の裏面２２₀ｂ側をバフ処理し、このバフ処理した裏面２２ｂを、被研磨物を保持する保持面とする従来例の被研磨物保持材を比較例２とした。

これら実施例及び比較例１，２の保持面および断面を、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ）によって観察した。

図３は、倍率１００倍の実施例のＳＥＭ写真であり、図４は、同じく倍率１００倍の比較例１のＳＥＭ写真であり、図５は、同じく倍率１００倍の比較例２のＳＥＭ写真である。また、各図（ａ）は、被研磨物を保持する保持面のＳＥＭ写真であり、各図（ｂ）は、断面のＳＥＭ写真である。

図３（ｂ）に示されるように、実施例の被研磨物保持材の断面は、厚み方向に対して、粘着剤側である裏面（図では下側）側に先細り形状部が配向し、保持面側である表面（図では上側）側に略半球面状の肥大部が配向した涙滴型の気泡が多数形成されており、表面である被研磨物の保持面は、図３（ａ）にも示されるように、平滑であることが分る。

これに対して、発泡層の表面の緻密なスキン層をバフ処理して保持面とする図４に示される比較例１では、保持面に多数の気泡が開口していると共に、バフ処理の影響と思われる毛羽が認められる。

また、基材から剥離した発泡層の裏面をバフ処理して保持面とする図５に示される比較例２では、図４の比較例１に比べて、保持面に多数の涙滴型の気泡の大きな開口が認められ、バフ処理によって引き千切られるように毛羽立っている。

これら実施例および比較例１，２の保持面の平滑性を詳細に評価するために、その表面うねりを測定した。

測定条件は、下記の通りである。

・測定機 ：Ｓｕｒｆｃｏｍ１４００Ｄ（東京精密製）
・測定モード ：標準ピックアップ
・カットオフ波長：２５．０ｍｍ
・カットオフ種別：２ＲＣ（位相保証）
・測定長さ ：２５０ｍｍ
・傾斜補正 ：両端補正
・測定倍率 ：×２．０００（表示×５００倍）
・測定速度 ：１．５０ｍｍ／ｓ
・算出規格 ：ＩＳＯ ４２８７−１９９７
図６に、測定された実施例のろ波うねり曲線を、図７及び図８に、測定された比較例１，２のろ波うねり曲線をそれぞれ示す。

図７の比較例１では、微細なうねりが認められ、図８の比較例２では、大きな気泡の開口に起因する大きなうねりが認められた。

これに対して、図６の実施例では、うねりはごく小さく、バフ筋らしき凹凸は認められなかった。これら図６〜８によって、実施例では、比較例１，２に比べて、表面のうねりが低減されていることが分る。

したがって、実施例の被研磨物保持材を用いて被研磨物を研磨加工することによって、被研磨物の平坦性を改善することができる。

次に、実施例及び比較例１，２の圧縮特性を評価するために、それらの圧縮変形量を次のようにして測定した。

すなわち、図９において、Ａ１で、図１０乃至図１２に示すように、予め最大圧力０．２ｋｇｆ／ｃｍ²のヒステリシスを含むＳ−Ｓ曲線 (Stress-Strain Curve)を測定した。その後、最大圧力３ｋｇｆ／ｃｍ²の５００サイクルの繰り返し圧縮を周波数２Ｈｚで行った後、２分間放置して回復させ、その後、Ａ２に示すように、Ｓ−Ｓ曲線を測定した。更に、最大圧力３ｋｇｆ／ｃｍ²の５００サイクルの繰り返し圧縮を周波数２Ｈｚで行った後、すなわち、合計１０００サイクル繰り返し圧縮を行った後、２分間放置して回復させ、Ａ３に示すようにＳ−Ｓ曲線を測定した。その後、最大圧力３ｋｇｆ／ｃｍ²の５００サイクルの繰り返し圧縮を周波数２Ｈｚで行った後、すなわち、合計１５００サイクル繰り返し圧縮を行った後、２分間放置して回復させ、Ａ４に示すようにＳ−Ｓ曲線を測定した。

この圧縮変形量の測定では、被研磨物保持材から被研磨物であるウェハを脱着する際の荷重がかかっていない状態の被研磨物保持材の回復を考慮しており、より実際の研磨加工に近い状態での挙動を確認することができる。

この圧縮変形量の計測機、繰返し圧縮の加圧条件およびＳ−Ｓ曲線の測定条件は、下記の通りである。
・計測機 ：shimadzu micro-servo MMT-101NM-10
・試験条件 ：動的粘弾性測定 周波数一定
加圧条件加速パート
・最大試験圧力 ：3kgf/cm²
・周波数 ：2Hz
・繰り返し回数 ：500 回
・浸漬条件 ：室温 D.I.water（脱イオン水）
Ｓｔｒｅｓｓ−ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ 測定パート
・最大試験圧力 ：0.2kgf/cm²
・周波数 ：0.1Hz
・繰り返し回数 ：10 回
・浸漬条件 ：室温 D.I.water（脱イオン水）
・評価項目 ：Stress-strain 曲線
図１０に、測定された実施例のＳ−Ｓ曲線を示し、図１１及び図１２に、測定された比較例１，２のＳ−Ｓ曲線をそれぞれ示す。

図１１及び図１２の比較例１，２では、サイクル数の増加に伴う変形量の減少量が大きく、挙動が不安定であるのに対して、図１０の実施例では、サイクル数の増加に伴う変形量の減少量が小さく、挙動が安定している。

また、実施例は、比較例１，２に比べて直線的に変化しており、応力に対して変形量が比例的に変化している。

このように実施例は、比較例１，２に比べてＳ−Ｓ曲線の挙動が安定しており、使用に伴う変形量の劣化が生じにくいことが分かる。

更に、実施例及び比較例１，２の被研磨物を保持する保持力を評価するために、それらの垂直方向の吸着力を測定した。

この吸着力の測定は、次のようにして行った。

すなわち、吸着力は表１に示す条件で測定機に連結されるガラスをパッド表面に吸着させ、その後ガラスを引っ張ることでガラスがパッドから剥離する力を測定した。

図１３に、吸着力の測定結果を示す。

この図１３に示すように、実施例の吸着力は、比較例１，２の吸着力の２倍以上であった。このように実施例の被研磨物保持材では、比較例１，２に比べて、被研磨物を安定して吸着保持できることが分る。

被研磨物を被研磨物保持材によって保持した研磨加工では、例えば、矩形の基板の四隅等に圧力が集中し、基板と被研磨物保持材との間に隙間が生じ、その隙間から研磨液が基板の裏面側に浸透して基板を汚染してしまう。このため、研磨液の浸透を可及的に低減することが望まれる。

そこで、上記実施例と比較例３とについて、研磨液の基板裏面への浸透の程度を評価した。

この比較例３として、上述の図２０（ａ），図２０（ｂ）に示すように、基材２１から発泡層２２₀を剥離し、表面２２₀ａに圧接ローラ３０等の平坦な表面を圧接しながら、裏面２２₀ｂをバフ処理し、図２０（ｃ）に示すバフ処理後の裏面２２ｂを図２０（ｄ）に示す両面テープ２３等に接着した従来例の被研磨物保持材を使用した。

先ず、実施例１及び比較例３の被研磨物保持材に対して、圧力５００ｇｆ／ｃｍ²でガラス基板を加圧したときの被研磨物保持材の断面形状を、倍率１５０のＣＣＤカメラによって観察した。

図１４及び図１５は、その断面形状を模式的に示す図であり、図１４は実施例を、図１５は比較例３をそれぞれ示している。

図１４に示される実施例では、発泡層３は、表面（保持面）側に略半球面状の大きな気泡部分を有しているので、撓み易く、ガラス基板３５の形状に対する追従性がよく、ガラス基板３５の側面にほぼ沿うように変形している。これに対して、図１５に示される比較例では、発泡層２２の表面側には、緻密なスキン層を有しており、また、先細り状の気泡となっているために、実施例に比べて撓みにくく、加圧力が分散される結果、徐々に傾斜してガラス基板３０の側面に沿うように変形しており、このため、ガラス基板３０の側面の周囲に、凹部３６が形成されて研磨液が溜まりやすく、ガラス基板３５の裏面に浸透しやすくなっている。

次に、実施例と比較例３とを用いて、研磨液の浸透範囲を次のようにして評価した。

すなわち、被研磨物としてＳＴＮ液晶用ガラス基板を用いて研磨を行い、ガラス基板の端面からの浸透距離をスケールで実測した。

研磨条件は次の通りである。

・研磨装置 ＳＰ８００（スピードファム社製）
・被研磨物 ソーダライムガラス ３００×４００×ｔ０．７ｍｍ
・研磨布 ＭＨ−Ｃ１５Ａ（ニッタ・ハース社製）
・加工圧力 １２０ｇｆ／ｃｍ²
・プラテン回転数 ９０ｒｐｍ
・揺動速度 ７回／分
実測した研磨液の浸透距離の結果を、図１６に示す。

研磨使用１時間後と研磨使用２０時間後とで評価した。研磨使用１時間後では、実施例と比較例３と殆ど差が認められなかったが、研磨使用２０時間後では、実施例の研磨液の浸透範囲が１０ｍｍであったのに対して、比較例３では、研磨液の浸透範囲が３０ｍｍと３倍に広がっているのが認められた。

このように実施例では、表面（保持面）側に大きな気泡部分を有していると共に、緻密なスキン層が存在しないので、撓み易く、ガラス基板３５への追従性がよく、研磨液の浸透を比較例３に比べて大幅に抑制することができる。

本発明は、半導体ウェハや精密ガラス基板などの研磨加工に有用である。

１ 被研磨物保持材
２ 逆涙滴型の気泡
３ 発泡層
６ 両面テープ
９ 基材

Claims (2)

1. 研磨装置の定盤に固定されて被研磨物を保持する被研磨物保持材であって、
   該被研磨物保持材が発泡層を有し、
   当該発泡層の厚み方向の一方の面に涙滴型気泡の先細り形状部が配向し、
   該発泡層の厚み方向の反対側の面に該涙滴型気泡の肥大部が配向し、
   該被研磨物保持材の被研磨物保持面が、該発泡層の該涙滴型気泡の肥大部が近接する面であって、該涙滴型気泡の該肥大部が開口していない面であり、
   該被研磨物保持材の該発泡層の該涙滴型気泡の先細り形状部が近接する面に粘着剤を配した、
   ことを特徴とする被研磨物保持材。
2. 前記被研磨物保持材の前記粘着剤を配した面には、前記涙滴型の気泡の前記先細り形状部の先端が開口している、
   請求項１に記載の被研磨物保持材。