JP6674813B2 - 保持具 - Google Patents

Description

本発明は被研磨物の研磨加工時に、被研磨物を保持するための保持具に関する。

一般に、半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ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なわれている。特に近年では回路の微細化や精細化が進み、高度な平坦性の要求が高くなってきている。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、保持用定盤（上定盤）に保持された被研磨物が、研磨用定盤（下定盤）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研磨パッドの研磨領域に供給される。

片面研磨機を使用した研磨加工では、被研磨物に汚染や欠陥を引き起こすことなく被研磨物全体を確実に保持し、かつ高い面内均一性を確保するために、保持用定盤に軟質クロス等の保持シートが装着される。この保持シートによる被研磨物の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や脱落を生じ、被研磨物を平坦に研磨加工することが難しくなる。

この横ずれや脱落を抑制するため、被研磨物を挿入可能な貫通穴が形成された枠材が保持シート上に貼付けられた保持具が用いられている。被研磨物は、保持用定盤に装着した保持具に保持されて研磨加工され、研磨加工後に保持具から取外される。

デバイス作製に用いられる半導体ウエハ等の被研磨物は、非常に高精度な平坦性が要求されている。被研磨物は保持具における保持シートの保持面に保持された状態で、研磨パッドによって加圧されるものであり、該保持面にうねり等の凹凸が存在すると、それらが被研磨物に転写されて該被研磨物の平坦性を損なう。

被研磨物の平坦性を向上させることを目的に、特許文献１に記載の保持具では、成膜後の保持シートの表面をバフ加工したり、枠材をラッピング及び／又は研磨し厚み精度の向上を図っている。

特開2009-208199号公報

特許文献１に記載の保持具によれば、保持シートと枠材の各部材の加工厚みのばらつきを改善することはできる。しかしながら、このような保持シートに枠材を貼り付けた製品状態の保持具では、保持シートと枠材を貼り付ける工程で、枠材を貼り付けた保持シートの該枠材に形成された貫通穴の内部に位置する保持面にうねりを生じ易く、当該保持具における保持シートの保持面に保持される被研磨物が研磨パッドによって研磨されるときに、被研磨物と研磨パッドとの接触状態が不良になり、当該被研磨物の表面形状を高度に向上させることが困難であった。

本発明の課題は、保持シートに枠材を貼り付けた製品状態の保持具において、当該保持具における保持シートの保持面に保持される被研磨物が研磨パッドによって研磨されるときの当該被研磨物の平坦性等の表面形状を向上することにある。

請求項１に係る発明は、被研磨物を保持するための保持面を有する保持シートと、前記保持シートの前記保持面に対する裏側面に接着される基材シートと、前記保持シートの前記保持面に熱融着され、前記被研磨物を挿入可能な少なくとも１つの貫通穴が形成された枠材と、前記基材シートの他面側に接着される剥離紙付き両面テープと、を有してなる保持具において、前記基材シートが熱抵抗値を５．４×１０ ^−３ ｍ ² ×Ｋ／Ｗ以上、８．０×１０ ^−３ ｍ ² ×Ｋ／Ｗ以下とする耐熱性の基材シートからなり、前記両面テープを有してなる保持シートの保持面が前記枠材に形成された貫通穴の直径に対するたわみ量の比で表されるたわみ率（式１）が、０以上、０．６０％以下の範囲内にあるようにしたものである。
（式１） たわみ率（％）＝たわみ量（ｍｍ）÷貫通穴直径（ｍｍ）×１００

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記耐熱性の基材シートがポリエチレンテレフタレートからなり、その厚みが１５０μm以上、５００μm以下の範囲内にあるようにしたものである。

本発明の保持具によれば、保持シートの保持面に対する裏側面に接着される基材シートを耐熱性の基材シートからなるものにしたから、枠材と保持シートとが熱プレスされて接着されるとき、基材シートが熱塑性変形することを低減し、枠材が貼り付けられた保持シートの保持面におけるたわみに起因したうねりの発生を抑制できる。また、保持シートの保持面が枠材に形成された貫通穴の直径に対するたわみ量の比で表されるたわみ率が、０以上、０．６０％以下の範囲内にあるものにしたから、保持シートの保持面におけるうねりの発生を確実に抑制できる。従って、保持シートに枠材を貼り付けた製品状態の保持具において、当該保持具における保持シートの保持面に保持される被研磨物が研磨パッドによって研磨されるときの当該被研磨物の平坦性等の表面形状を向上することができる。

図１は本発明の保持具を示す模式断面図である。 図２は保持具における保持シートの保持面に生ずるたわみ量の測定手段を示す模式分解図である。 図３は保持具における保持シートの保持面に生ずるたわみ量の測定状態を示し、（Ａ）は模式平面図、（Ｂ）は模式断面図である。 図４は保持具における保持シートの保持面に生ずるたわみ量の測定方向を示す模式平面図である。 図５は本発明例に係る保持具のたわみ量測定結果を示す線図である。 図６は比較例に係る保持具のたわみ量測定結果を示す線図である。 図７の（Ａ）は本発明例の保持具における保持シートの保持面に生ずるうねりの有無の示す模式図、（Ｂ）は比較例の保持具における保持シートの保持面に生ずるうねりの有無の示す模式図である。

（保持具１００の構成）
本発明の一実施形態である保持具１００は、図１に示す如く、保持シート１０と、基材シート２０と、両面テープ３０と、枠材４０を有して構成され、被研磨物Ｗが研磨パッドによって研磨加工されるときに該被研磨物Ｗを保持する。

保持シート１０は、被研磨物Ｗを保持するための保持面１１を有する。保持シート１０は、湿式成膜法により作製された例えば発泡ポリウレタンシートによって形成される。保持シート１０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、このバフ処理によってスキン層が除去され、このバフ処理された面が被研磨物Ｗを保持するための保持面１１を構成する。

保持シート１０の保持面１１に対する裏側面には、保持具１００を研磨装置の上定盤（保持用定盤）に貼り付けるために、基材シート２０を介して両面テープ３０が接着されている。基材シート２０はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のシートからなり、ポリエステル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤やスチレン樹脂系接着剤等の接着剤で保持シート１０に接着される。

両面テープ３０は、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のフィルムからなる支持材を有しており、支持材の両面にアクリル系粘着剤やゴム系粘着剤等の粘着剤を備えており、一面側の粘着剤で基材シート２０に接着され、他面側の粘着剤を剥離紙で覆っている。

枠材４０は、保持シート１０の保持面１１に熱融着性接着剤としての熱融着シートで熱融着され、被研磨物Ｗを挿入可能な少なくとも１つ（本実施形態では１つ）の貫通穴４１が形成されている。枠材４０は、ポリカーボネイト、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、高分子ポリエチレン、結晶化ポリエステル、カーボンファイバーエポキシ、テトロンエポキシ積層板、ガラスエポキシ積層板等の被加工性と強度を兼ね備えた材料から形成される。本実施形態では、ガラス繊維強化エポキシ樹脂によって形成され、外径が保持シート１０と同一で、内径が被研磨物Ｗを挿入可能とする大きさの円環状となるように形成されている。即ち、枠材４０の中央部には、被研磨物Ｗを挿入可能とする貫通穴４１が形成されている。

枠材４０と保持シート１０の保持面１１は、熱融着性接着剤を用い、７０乃至１００℃で熱プレスされて接着される。熱融着性接着剤としては、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。保持シート１０が発泡性ポリウレタンシートからなるときには、ポリウレタン系の熱融着性接着剤を用いることが好ましい。

従って、保持具１００は以下の如くに製造される。
バフ処理された保持シート１０の裏面側に基材シート２０を介して両面テープ３０の一面側の粘着剤を貼り合わせる。両面テープ３０の他面側には剥離紙が残されている。次いで、保持シート１０の保持面１１に枠材４０を熱融着性接着剤によって接着する。このとき、枠材４０と保持シート１０を、表面が平坦な治具を用いて押圧する。また、熱融着性接着剤が軟化する程度に枠材４０及び保持シート１０を加熱して熱プレスすることで接着力を高めることができる。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ない、保持具１００を完成させる。

しかるに、本実施形態の保持具１００にあっては、基材シート２０が耐熱性の基材シートからなるものとされる。そして、保持具１００の製品完成状態で、基材シート２０が接着された保持シート１０の保持面１１において、枠材４０に形成された貫通穴４１の直径に対するたわみ量の比で表されるたわみ率が、０以上、０．６０％以下（より好適には０．５６％以下）の範囲内にある。

ここで、本発明において規定される耐熱性の基材シート２０とは、当該基材シート２０の熱抵抗値が５．０×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ以上、１．０×１０^−２ｍ²×Ｋ／Ｗ以下の範囲内にあるものとすることができ、より好ましくは、熱抵抗値が５．４×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ以上、８．０×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ以下の範囲内にあるものとすることができる。

また、耐熱性の基材シート２０としては、ＰＥＥＫ、ポリイミド、エポキシ、ＰＥＴ樹脂等があげられるが、本発明の実施例において規定される耐熱性の基材シート２０としては、ポリエチレンテレフタレートからなり、その厚みが１５０μm以上、５００μm以下の範囲内にあるものとすることもでき、より好ましくは、厚みが２００μm以上、４００μm以下の範囲内にあるものとすることもできる。ポリエチレンテレフタレート基材の厚みが１５０μm未満であると枠材と保持シートを熱融着する際の熱の伝導性が良好で基材の変形を起こしやすく、接着面のずれ等により、たわみ率が大きくなり好ましくない。またポリエチレンテレフタレート基材の厚みが５００μmを超える厚さのものであると、変形は抑制できるが、生産性や保持定盤へ貼り付け作業性が難しくなり好ましくない。

尚、被研磨物Ｗの研磨加工を行なうときは、片面研磨機の上定盤に装着した保持具１００で該上定盤に被研磨物Ｗを保持させる。上定盤と対向するように配置された下定盤には被研磨物Ｗを研磨加工するための研磨パッドを装着する。上定盤に保持具１００を装着するときは、両面テープ３０の剥離紙を取り除き、これによって露出した両面テープ３０の粘着剤を上定盤に接触させて押圧する。保持シート１０の保持面１１に適量の水を含ませ、枠材４０の貫通穴４１に被研磨物Ｗを挿入する。被研磨物Ｗを保持シート１０の保持面１１に押し付けることで、保持面１１の微多孔や開孔に浸入した水の表面張力及び保持シート１０の弾性により被研磨物Ｗが保持具１００を介して上定盤に保持される。研磨加工時には、被研磨物Ｗと研磨パッドとの間に研磨粒子を含む研磨液（スラリ）を供給するとともに、被研磨物Ｗに圧力をかけながら上定盤及び下定盤を回転させることで、被研磨物Ｗを研磨加工する。

従って、本実施形態の保持具１００によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)枠材４０と保持シート１０は異素材のために相互接着性が悪く、感圧型の両面テープ３０では接着力が弱い。感圧型の両面テープは水系のスラリの接触・浸透により接着力が経時で低下し剥離が生じるため好ましくない。従って、枠材４０と保持シート１０は、熱融着性接着剤を用い、７０乃至１００℃に熱プレスされて接着される。本発明者の知見によれば、従来の保持具１００では、この熱プレスによって、保持シート１０の保持面１１に対する裏側面に接着されているポリエチレンテレフタレート等の基材シート２０が熱塑性変形してたわみ（伸び）及び／又はそれに伴う接着面のずれ等により、枠材４０が貼り付けられた保持シート１０の保持面１１にうねりを生ずることを認めた。

そこで、本発明の保持具１００では、保持シート１０の保持面１１に対する裏側面に接着されている基材シート２０を耐熱性の基材シート２０からなるものにし、枠材４０と保持シート１０が熱融着性接着剤を用い、熱プレスされて接着されるとき、上記基材シート２０が熱塑性変形等してたわむことを低減し、枠材４０が貼り付けられた保持シート１０の保持面１１にたわみに起因したうねりが生じにくいようにした。そして、この保持具１００において、保持シート１０の保持面１１が枠材４０に形成された貫通穴の直径に対するたわみ量の比で表されるたわみ率が、０以上、０．６０％以下の範囲内にあるものにし、上記保持シート１０の保持面１１に生ずるうねりの発生を確実に抑制するものとした。

また、この保持具１００では、保持具１００が上定盤（保持用定盤）に貼り付けられるとき、保持具１００において上定盤との間にエア噛みを生じにくく、保持シート１０の保持面１１におけるうねりがエア噛みによって顕在化することも回避できる。図７（Ａ）は本実施形態の保持具１００において、うねりの少ない保持シート１０及び基材シート２０並びに両面テープ３０の裏面側にエア噛みを生じていない状態を示している。図７（Ｂ）は従来例の保持具１００において、うねりの大きな保持シート１０及び基材シート２０並びに両面テープ３０の裏面側にエア噛みを生じ易く、保持シート１０の保持面１１におけるうねりがそのエア噛みによって顕在化した状態を示している。エア噛みを生じなかった場合においても、枠材の熱変形が小さいことを考慮すると保持シートのたわみが大きな保持具は貼り付け時にひずみが生じ、保持面内で部分的に凹凸が残り平坦性を悪化させる。

従って、保持シート１０に枠材４０を貼り付けた製品状態の保持具１００において、枠材４０を貼り付けられた保持シート１０の該枠材４０に形成された貫通穴の内部に位置する保持面１１のうねりを低減させ、保持面の平坦性を改善し、当該保持具１００における保持シート１０の保持面１１に保持される被研磨物が研磨パッドによって研磨されるときの当該被研磨物の平坦性、表面粗さ等の表面形状を向上できる。

これにより、保持具１００における保持シート１０の凹凸の少ない保持面１１に保持される被研磨物が、研磨パッドによって研磨加工されるときの該研磨パッドとの接触状態を良好化し、当該被研磨物の表面形状を向上することができる。

(b)前記基材シート２０の熱抵抗値が５．０×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ以上、１．０×１０^−２ｍ²×Ｋ／Ｗ以下の範囲内にあるものとした。これにより、基材シート２０の上述(a)の耐熱性と、保持シート１０の保持面１１において上述(a)で規定されるたわみ率とを安定的に確保できるものとした。

(c)前記耐熱性の基材シート２０がポリエチレンテレフタレートからなり、その厚みが１５０μm以上、５００μm以下の範囲内にあるものとした。これにより、基材シート２０の上述(a)の耐熱性と、保持シート１０の保持面１１において上述(a)で規定されるたわみ率とを安定的に確保できるものとした。

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。尚、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）
保持シート１０として、湿式成膜法にて厚み０．６０mmに成膜し、厚み０．４０mmになるまでスキン層側（保持面１１の側）をバフ処理した多数の気泡を有する発泡性ポリウレタンシートを準備した。この発泡性ポリウレタンシートの裏面（保持面１１とは反対側の面）側に基材シート２０として熱抵抗値０．６１４×１０^−３ｍ²×Ｋ／ＷのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製シート（厚み３５０μm）を、接着剤を介して貼り合わせた。ＰＥＴ製シートの裏面（発泡性ポリウレタンシートを貼り合わせた面とは反対側の面）側に両面テープ３０を貼り合わせた後、外径３５５mmの円形に裁断し保持パッドを得た。次いで、保持パッドにおける発泡性ポリウレタンシートのバフ処理を施した面に、該発泡性ポリウレタンシートと同一外径を有する円環状の枠材４０（材質：ガラスエポキシ積層板、厚さ：０．７０mm、内径：３０２mm）を、熱融着性接着剤を介して保持パッドにおける発泡性ポリウレタンシートの保持面１１側に固定し、保持具１００を製造した。

（実施例２）
基材シート２０の熱抵抗値を５．５６×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ（厚み２５０μm）に変更した以外は、実施例１と同様にして保持具１００を得た。

（参考例１）
基材シート２０の熱抵抗値を５．３７×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ（厚み１８８μm）に変更した以外は、実施例１と同様にして保持具１００を得た。

（比較例１）
基材シート２０の熱抵抗値を４．３５×１０^−３ｍ²×Ｋ／Ｗ（厚み１００μm）に変更した以外は、実施例１と同様にして保持具１００を得た。

実施例１乃至２、参考例１、比較例１の各基材シート２０のＰＥＴ厚み、各基材シート２０の熱抵抗値を表１に示す。尚、基材シート２０の熱抵抗値は以下の測定方法により測定した。

（基材シート２０の熱抵抗値の測定）
熱抵抗は使用する材料の厚さにおいて、熱の伝わりにくさを表わす。
熱抵抗は、厚さを熱伝導率で除することにより求めた。

熱伝導率の測定方法は以下の通りであり、Ｂ型精密迅速熱物性測定装置（カトーテック株式会社製：サーモラボII・ＫＥＳ−Ｆ７）を用いて測定した。温度２０℃×相対湿度６５％の条件下（アンチルーム付恒温恒湿の部屋の中）で、水冷で２０℃に維持されている定温台に、基材シート２０を構成するＰＥＴ基材の５（cm）×５（cm）に切り出した試料を載せ、ヒーターで３０℃に保持した熱源台をその上に載せた（荷重６gf／cm²）。この状態で、熱源台の温度を３０℃に保持するのに要する消費電力Ｐ（Ｗ）を測定し、測定しておいたＰＥＴ基材の厚みＤ（mm）、接触面積Ａ＝５×５（cm²）、試料面の温度差ΔＴ＝１０（Ｋ）から、熱伝導率を以下の式により算出した。
熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））＝Ｐ・（Ｄ×１０^−３）／（（Ａ××１０^−４）・ΔＴ）

このようにして得られた熱伝導率を用いて、以下の式により熱抵抗値を算出した。
熱抵抗値（ｍ²×Ｋ／Ｗ）＝Ｄ／熱伝導率

（保持具１００のたわみ率の測定）
実施例１乃至２、参考例１、比較例１の各保持具１００において、保持シート１０の保持面１１が枠材４０に形成された貫通穴４１の中心に位置する中心部で生ずるたわみ量を測定し、たわみ量を貫通穴の直径で除することによりたわみ率、たわみ率（％）＝たわみ量（mm）÷貫通穴の直径（mm）により、表１の結果を得た。尚、本測定において、貫通穴の直径は３０２mmである。また、たわみ量の測定は製品状態の保持具１００において、両面テープ３０の最下面が離型紙となる状態で行なった。

図２、図３に示す如く、定盤１上に保持具１００の枠材４０と同一形状を有する円環状台座２（厚み４mm）を設置し、その上に保持具１００を載せ、円柱の錘３（質量５００ｇ、材質SUS304、直径４０mm高さ４５mm）を枠材４０の上面の４か所に載せて該保持具１００を固定した。これにより保持具１００における枠材４０の貫通穴４１内にある保持シート１０及び基材シート２０並びに両面テープ３０が定盤１に接触せず、たわみ量を測定することができる。

図４に示す如く、非接触式平坦度測定機（スピードファム株式会社製フラットチェイサー）により、保持具１００のＡ方向とＢ方向（それぞれ直交する方向）に沿う各位置で保持シート１０における保持面１１の高さを測定し、２方向の平均を表１に示した。保持シート１０の保持面１１において最もたわみが大きい中央部の高さと、該保持面１１の最外周部の高さとの差により、当該保持シート１０における保持面１１の中心部で生ずるたわみ量を求めた。非接触式平坦度測定機は保持具１００のＡ方向とＢ方向に沿ってレーザー光Ｌ（図３参照）を照射し、保持シート１０における保持面１１の高さ情報を取得可能にする。

実施例１における非接触式平坦度測定機の測定データを図５に示し、比較例１における非接触式平坦度測定機の測定データを図６に示した。図５、図６において、実線データはＡ方向の測定データを示し、一点鎖線データはＢ方向の測定データを示す。実施例、参考例及び比較例のガラスエポキシの位置には差がみられなかったことより、たわみ率の差は基材シート等の変形（伸び）等によるものと考えられる。

（研磨性能評価）
実施例１乃至２、参考例１、比較例１の保持具１００を用いたシリコンウェハの研磨加工を、下記の研磨条件で行ない、研磨レートにより保持具の性能を評価した。研磨レートは、研磨パッドによって被研磨物を研磨加工する際の研磨効率を示す数値の一つであり、１分間当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及び比重から計算により研磨レートを算出した。研磨レートの測定結果は、比較例１の研磨レートを１．０としてその比で示している。測定結果を表１に示した。

（研磨条件）
使用研磨機：不二越株式会社製、ＭＣＰ−１５０Ｘ
研磨パッド：フジボウ愛媛株式会社製、＃２７
回転数：（研磨定盤）６０ｒ／ｍ、（保持定盤）５０ｒ／ｍ
研磨圧力：１００ｇ／cm²
揺動幅：１０mm（揺動中心値より２００mm）
揺動移動：１mm／min
研磨剤：フジミ社製 研磨液：Granzox3900RS /希釈濃度：１（研磨液）：１９(水）
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

［評価結果］
比較例１では、保持シート１０における保持面１１のたわみ率が大きく、両面テープ３０を定盤に貼り付けたときに、両面テープ３０の裏面と定盤との間にエアを噛み込んでしまい、両面テープ３０及び基材シート２０に支持される保持シート１０における保持面１１の平坦性が悪化した。これに伴い、シリコンウェハと研磨パッドの接触状態が不均一なものとなり、研磨レートが低下した。

実施例１乃至２、参考例１では、保持シート１０における保持面１１のたわみ率が減少し、シリコンウェハと研磨パッドの接触状態が均一で平坦に研磨が進行し、結果として比較例１よりも研磨レートが向上した。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、保持シートに枠材を貼り付けた製品状態の保持具において、当該保持具における保持シートの保持面に保持される被研磨物が研磨パッドによって研磨されるときの当該被研磨物の平坦性等の表面形状を向上することができる。

１０ 保持シート
１１ 保持面
２０ 基材シート
３０ 両面テープ
４０ 枠材
４１ 貫通穴
１００ 保持具

Claims (2)

1. 被研磨物を保持するための保持面を有する保持シートと、
   前記保持シートの前記保持面に対する裏側面に接着される基材シートと、
   前記保持シートの前記保持面に熱融着され、前記被研磨物を挿入可能な少なくとも１つの貫通穴が形成された枠材と、
   前記基材シートの他面側に接着される剥離紙付き両面テープと、を有してなる保持具において、
   前記基材シートが熱抵抗値を５．４×１０ ^−３ ｍ ² ×Ｋ／Ｗ以上、８．０×１０ ^−３ ｍ ² ×Ｋ／Ｗ以下とする耐熱性の基材シートからなり、前記両面テープを有してなる保持シートの保持面が前記枠材に形成された貫通穴の直径に対するたわみ量の比で表されるたわみ率が、０以上、０．６０％以下の範囲内にあることを特徴とする保持具。
2. 前記耐熱性の基材シートがポリエチレンテレフタレートからなり、その厚みが１５０μm以上、５００μm以下の範囲内にある請求項１に記載の保持具。

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