JP7046495B2

JP7046495B2 - 保持具及び保持具の製造方法

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Publication number: JP7046495B2
Application number: JP2017061023A
Authority: JP
Inventors: 栄利兵頭; 泰司吉田; 広樹石黒; 匠永嶌
Original assignee: Fujibo Holdings Inc
Current assignee: Fujibo Holdings Inc
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2022-04-04
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: JP2018161732A

Description

本発明は、概略的には保持具および保持具の製造方法に関し、詳細には、板状の被研磨物を研磨パッドで研磨する際に使用される保持具およびその製造方法に関する。

高精度な平坦性が要求されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板、カラーフィルタ、シリコンウェハ、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）成膜済基板等の板状の被研磨物には、研磨布を使用した研磨加工がしばしば施されている。

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、保持用定盤に被研磨物が保持され、研磨用定盤に研磨パッドが取付けられる。研磨加工時には、被研磨物が研磨パッドに接触するように、保持用定盤と研磨用定盤とを相対配置し、研磨粒子を含む研磨液を研磨パッドに供給し、被研磨物に圧力をかけながら両定盤を回転させることで被研磨物を研磨加工する。

このような片面研磨機では、被研磨物が金属製の保持用定盤と直接接触することで生じる被研磨物のスクラッチを抑制するため、保持用定盤に弾性樹脂等で形成されたバッキング材を装着し、このバッキング材を介して被研磨物を研磨パッドに押圧している。さらに、研磨加工中に被研磨物の横ずれが生じるため、バッキング材の周縁に沿って枠材を取付け、バッキング材と枠材によって構成された保持具によって、被研磨物を研磨パッドに押圧している(特許文献１)。

ここで、保持具の枠材として、従来より、ガラスエポキシの積層板が使用されている。ガラスエポキシの積層板は、ガラス繊維の布帛とエポキシ樹脂を積層加熱圧縮硬化させることで製造されている。

このようなガラスエポキシの積層板を、被研磨物の形状及び研磨機・研磨方法に応じた厚み及び寸法を有するリング形状にカットし、枠材として使用している。

特開２００９－２０８１９９号公報

研磨時に研磨パッド及びバッキング材から被研磨物に加わる圧力にムラがあると、研磨後の被研磨物の表面形状が不均一になることが知られている。このため、特許文献１の構成では、保持具のバッキング材(弾性パッド)の外周に取付ける枠材(リング)を研磨(ラッピング)し、枠材(リング)の厚さのバラツキを無くすることにより、研磨後の被研磨物の表面形状の均一化を図っていた。

しかしながら、近年、被研磨物が大型化或いは大径化し、更に、研磨後の被研磨物の表面に、より高い表面精度(平坦度)が求められてきており、研磨に使用される枠材等の部材の精度に対する要求も高まってきているが、このような従来の保持具を使用した研磨では要求されている高い表面精度(平坦度)を達成できない、という問題が生じてきている。

本発明は、このような問題に対処するために成されたものであり、研磨後の被研磨物表面精度を高くすることができる保持具およびそのような保持具の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の発明者は、研磨後の被研磨物の表面精度を向上させるべく鋭意研究を重ねた結果、保持具を構成する枠材およびバッキング材の平坦性が研磨後の被研磨物の表面精度に大きな影響を及ぼすこと、特に、枠材の平坦性が被研磨物の表面精度に大きな影響を及ぼすことを新たに見出し、この新たな知見に基づいて本願発明をなしたものである。

本願発明によれば、
板状の被研磨物を研磨パッドで研磨する際に使用される保持具であって、
前記被研磨物の背面に当接する被研磨物保持面を有し該被研磨物保持面で前記被研磨物を研磨パッドに押圧する弾性樹脂のバッキング材と、
前記バッキング材の被研磨物保持面を取り囲むように前記バッキング材に取付けられた薄板状の枠材と、を備え、
前記被研磨物保持面の周縁と中央部との高さ位置の差が、前記被研磨物保持面の差し渡しの０．６％以内である、
ことを特徴とする保持具が提供される。

このような構成を有する保持具を使用して板状の被研磨物を研磨パッドで研磨することにより、保持具により保持される研磨パッドから被研磨物に加わる圧力が均一になり、その結果、研磨後の被研磨物表面の精度(平坦度)を高くすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記枠材の外縁と内縁の高さ位置の差が、前記枠材の幅の０．２％以内である。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記バッキング材の被研磨物保持面が略円の形状を有し、前記差し渡しが前記円の直径であり、
前記枠材がリングの形状を有し、前記幅が前記リングの径方向長さである。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記バッキング材のショアＡ硬度が５０～９０である。

硬度がこのような範囲のバッキング材で構成された保持具では、バッキング材および枠材の高さ位置の差を上記範囲内に設定することにより、研磨後の被研磨物表面の精度(平坦度)をより効果的に高くすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記バッキング材の圧縮率が３～３０％である。

圧縮率がこのような範囲のバッキング材で構成された保持具では、バッキング材および枠材の高さ位置の差を上記範囲内に設定することにより、研磨後の被研磨物表面の精度(平坦度)をより効果的に高くすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記枠材が、ガラスエポキシ樹脂である。

本発明の他の態様によれば、
板状の被研磨物を研磨パッドで研磨する際に使用される保持具の製造方法であって、
硬質樹脂材料の板を積層するステップと、
前記積層された硬質樹脂材料の板を積層方向に加圧しながら加熱し、所定温度まで温昇させるステップと、
前記積層された硬質樹脂材料の板を積層方向に加圧しながら、前記所定温度を維持するように所定時間、加熱を継続するステップと、
前記積層された硬質樹脂材料の板を積層方向に加圧しながら、前記加熱を停止し、前記前記積層された硬質樹脂材料の板を放冷するステップと、
放冷された前記硬質樹脂材料の板を、所定形状に切断し枠材とするステップと、
前記枠材を、前記被研磨物の背面に当接する被研磨物保持面を有し該被研磨物保持面で前記被研磨物を研磨パッドに押圧する弾性樹脂のバッキング材の被研磨物保持面に取付けるステップと、を備えている、
保持具の製造方法が提供される。

このような構成によれば、被研磨物保持面の周縁と中央部での高さ位置の差、および枠材の外縁と内縁での高さ位置の差が小さくされた保持具を提供することができる。

このような構成を有する本発明によれば、研磨後の被研磨物表面精度を高くすることができる保持具が提供される。

また、このような構成を有する本発明によれば、研磨後の被研磨物表面精度を高くすることができる保持具の製造方法が提供される。

本発明の実施形態による保持具が使用される片面研磨機の構成を示す概略的な斜視図である。使用状態にある本発明の好ましい実施形態の保持具を示す模式的な縦断面図である。図２の保持具の各部の高さ位置の差を説明するための模式的な縦断面図である。本発明の実施形態の保持具の製造方法を説明するための模式的な断面図である。本発明の実施例の保持具の寸法を測定する方法を説明するための模式的な断面図である。本発明の実施例の保持具の寸法を測定する方法を説明するための模式的な断面図である。本発明の実施例の保持具の寸法を測定する方法を説明するための模式的な断面図である。本発明の実施例の保持具の寸法の測定結果を示すグラフである。本発明の比較例の保持具の寸法の測定結果を示すグラフである。

以下、図面に沿って、本発明の好ましい実施形態の保持具、および保持具の製造方法について説明する。

まず、図１に沿って、本発明の実施形態による保持具１０が使用される片面研磨機について説明する。図１は、本発明の実施形態による保持具１０が使用される片面研磨機１の構成を示す概略的な斜視図である。

図１に示すように、片面研磨機１は、円板状の研磨定盤２を備えている。研磨定盤２の裏面中央には、モータ等の駆動源によって回転駆動されるシャフト４が連結され、研磨定盤２は、中心軸線Ｘを中心に回転可能とされている。また、研磨定盤２の上面には、円板状の研磨パッド６が取付けられている。

研磨パッド６上には、中心軸線Ｘから偏心した位置に研磨ヘッド８が配置される。この研磨ヘッド８の底部に本実施形態の保持具１０が取付けられている。そして、保持具１０と研磨パッド２との間に、例えばシリコンウェハ等の被研磨物が保持され、被研磨物の研磨が行われる。研磨ヘッド８にも、モータ等の図示しない駆動源によって回転駆動されるシャフト９が連結され、中心軸線Ｘ’を中心に回転（自転）可能とされている。

図２は、片面研磨機１に取付けられ被研磨物Ｗを支持している保持具１０を示す縦断面図である。保持具１０は、全体にわたり厚さが略一定の略円板状のバッキング材１２を備えている。バッキング材１２の一方の面１４(下面)には、この一方の面の外縁部を被うリング状の枠材１６が取付けられている。枠材１６の外径は、バッキング材１２の外径と略等しく設定されている。また、バッキング材１２の一方の面の枠材１６で囲まれた部分が、研磨時に、被研磨物Ｗの背面に当接する被研磨物保持面１８とされている。

本実施形態では、バッキング材１２は、弾性樹脂で形成されている。この弾性樹脂としては、例えば、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を用いることができるが、耐薬品性、加工性、粘弾性特性の調整、及び強度の観点からポリウレタン樹脂が好ましい。また、被研磨物に対するクッション性や保持性の観点から気泡を有していることが好ましい。

バッキング材１２としては、ショアＡ硬度が約５０～９０の弾性樹脂(例えば、発泡ポリウレタン)を用いることが好ましく、より好ましくはショアＡ硬度が約６０～８０の弾性樹脂(例えば、発泡ポリウレタン)を用いるのがよい。ここで、ショアA硬度は、日本工業規格（ＪＩＳ K ７２１５）に従い求めることができる。

バッキング材１２の硬度を上記範囲内とすることにより、ウェハＷの保持時のウェハ保持面の損傷、クッション性の低下による性能の低下を防止することができる。

また、バッキング材１２は、圧縮率が３～３０％の材料で構成されるのが好ましい。
圧縮率を上記範囲にすることで被研磨物Ｗに対するクッション性、およびバッキング材１２の保持面の平坦度を保ち、バッキング材１２の被研磨物形状に対する追従性が低下するのを防止することができる。

ここで、圧縮率は日本工業規格（ＪＩＳＬ１０２１）に従い、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を使用し求めることができる。具体的には、初荷重で３０秒間加圧した後の厚さｔ₀を測定し、次に最終圧力のもとで５分間放置後の厚さｔ₁を測定した。圧縮率は、圧縮率（％）＝（ｔ₀－ｔ₁）／ｔ₀×１００で算出することができる。

枠材１６は、外周がバッキング材１２の保持面の外周と一致するように、バッキング材１２の一方の面１４に接着剤等を用いて取付けられている。枠材１６は、後述するような熱処理（以下、「ベーキング処理」という。)が施された比較的硬質の樹脂材料、例えばガラスエポキシ樹脂によって形成されている。

また、本実施形態では保持具１０の被研磨物保持面１８の周縁１８ｅと中央部１８ｃでの高さ位置の差１８ｈが、被研磨物保持面１８の差し渡し(直径)１８ｄの０．６％以内である(図３)。
なお、図３では、保持具１０は、中央部１８ｃが谷になるように下方に向かって凸となる態様を示すが、図３の態様とは逆に中央部が山になるような態様も想定され、このような場合にも本発明の対象となる。

尚、本実施形態では、バッキング材１２の被研磨物保持面１８は略円形であり、直径は１００～４５０ｍｍ程度とされている。また、バッキング材１２の厚さは、０．１５～０．９ｍｍ程度とされている。

また、保持具１０では、枠材１６の外縁１６ｏと内縁１６ｉとの高さ位置の差１６ｈが、枠材の幅１６ｗの０．２％以内である。

尚、本実施形態では、上述したように、枠材１６はリング状であり、幅(径方向長さ)１６ｗは、２０～３０ｍｍ程度とされている。また、枠材１６の厚さは、０．２～１．０ｍｍ程度とされている。

次に、保持具１０の製造方法について説明する。
本実施形態の保持具１０の製造方法では、ベーキング処理が施された樹脂板で作られた枠材１６が使用される。

まず、ガラスエポキシ製の樹脂板を、複数枚(例えば２５枚)、積層し、常温の恒温槽３０内に設置する。積層した樹脂板の上下には、ステンレス鋼(SUS)板３２、３２が、ガラスエポキシ樹脂板３４、３４を介して配置される(図４)。積み重ねた樹脂板は、ステンレス鋼(SUS)板３２等によって、積層方向(上下方向)に加圧（例えば、１０ｋｇｆ／ｃｍ²）されることになる。

次に、積み重ねた樹脂板に対する加圧状態を維持しつつ、恒温槽３０の内部の温度を上昇させ、積み重ねた樹脂板を加熱し、所定温度(例えば、１２５℃)まで昇温させる。
次に、積み重ねた樹脂板に対する加圧状態を維持しつつ、積み重ねた樹脂板が所定温度(例えば、１５０℃)に維持されるように、所定時間(例えば、４時間)にわたり、恒温槽３０内の調温を継続する。
樹脂板を加熱する際の温度は樹脂板の材質に応じて適宜変えることができ、樹脂板の形状を補正しやすい温度、たとえば軟化温度やガラス転移温度付近であることが好ましい。

次に、積み重ねた樹脂板に対する加圧状態を維持しつつ、恒温槽３０内の調温を終了し、積み重ねた樹脂板を、積み重ね状態のまま室温程度まで放冷（例えば、６時間程度）する。
更に、恒温槽３０内の温度が室温まで低下した後、ステンレス鋼(SUS)板３２、３２を外し、恒温槽３０から積み重ねた樹脂板を取り出す。

最後に、積み重ねた樹脂板から樹脂板を外し、個々の樹脂板をリング状に切断してリング状の枠材１６とし、この枠材１６を弾性樹脂のバッキング材１２の被研磨物保持面１８に接着剤等で固定する。なお、リング状に切断する工程は、前記ベーキング処理の前に行ってもよい。

枠材１６の材料となる樹脂板を積み重ねて、加圧状態で、加熱、加熱状態を維持、さらに徐々に放冷するベーキング処理で、ガラスエポキシ製の樹脂板に製造時に付与された歪みが緩和される。室温まで時間をかけて冷却することで、樹脂板の平坦性が向上する。樹脂板の歪みが軽減されることにより、樹脂板から製造されるリング状の枠材１６の幅方向(径方向)の内縁と外縁との高さ位置(厚さ方向に位置)の差が減少する。即ち、枠材１６の歪みが軽減される。

この結果、枠材１６をバッキング材１２に貼り付けた際に、枠材１６の歪みに起因するバッキング材１２の被研磨物保持面１８の歪み(変形あるいは撓み)が抑制されることになる。

次に、本発明の実施例の保持具について説明する。
本発明の実施例では、１辺５００ｍｍ角のガラスエポキシ樹脂製の樹脂板を２５枚積層し、その上下に５００ｍｍ角の１８ｋｇのステンレス鋼(SUS)板を、ガラスエポキシ樹脂板、剥離紙を介して配置することによって構成した積層体を、恒温槽内に設置した。次いで、恒温槽内の温度を１５０℃まで上昇させ、この状態を４時間にわたり維持した。

次いで、恒温槽の温調を停止し、積層された樹脂板を放冷し、恒温槽内の温度が室温まで低下した後、積層された樹脂板を恒温槽から取り出した。最後に、積み重ねた樹脂板から樹脂板を一枚ずつ外し、個々の樹脂板をリング状に切断することによってリング状の枠材を製造した。そして、一枚のこの枠材を弾性樹脂のバッキング材の被研磨物保持面に接着剤等で取付け、保持具とした。なお、弾性樹脂のバッキング材は、湿式成膜法により形成されたポリウレタン樹脂製の発泡シートとした。また、バッキング材の保持面の反対面側にＰＥＴ製などの基材や保持定盤に貼付するための両面テープを貼り付けた。

このような方法で製造した保持具の寸法を図５、図６に示す方法で測定した。以下、この測定方法について、説明する。
まず、定盤５０上に配置したリング状の台座５２上に、枠材が上方に向く方向で、保持具１０を配置した。次いで、枠材の径方向に対向する２つの位置のそれぞれに、２つの固定用の重り５４を間隔をおいて載置した。

この状態で、２つの重り５４、５４の間を通って保持具１０を径方向に横断するようにレーザ測定器Lを移動（矢印Ａ）させながら、このレーザ測定器Lで保持具の表面(すなわち、枠材の上面とパッド支持面)の高さ位置を連続的に測定し、図７にグラフに例示されるような結果を得た。

表１が本発明の実施例および比較例の保持具の測定結果であり、図８が、本発明の実施例の保持具の測定結果を示すグラフであり、図９は比較例の保持具の測定結果を示すグラフである。比較例の保持具は、恒温槽内での加圧、加熱処理（ベーキング処理）を行わなかった枠材を使用して形成した保持具である。

下記表１、図８および図９から明らかなように、ベーキング処理を施した枠材を使用した実施例の保持具では、枠材部分が略平坦（外縁と内縁の高さ位置の差が極めて少ない）であり、被研磨物保持面の周縁と中央部での高さ位置の差も、比較例の保持具より減少している。

本実施例の保持具では、被研磨物保持面の周縁と中央部での高さ位置の差が、被研磨物保持面の差し渡し(直径)の約０．５％であり、枠材の外縁と内縁での高さ位置の差は略ゼロである。

本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

また、実施例、比較例の保持具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、今回は、１分間あたりの研磨物の研磨面積および比重から計算により研磨レートを算出した。

研磨加工条件
使用研磨機：不二越株式会社製ＭＣＰ－１５０Ｘ
研磨パッド：フジボウ愛媛社製、＃２７
回転数：（定盤）６０ｒ／ｍ（トップリング）５０ｒ／ｍ
研磨圧力：１００ｇ／ｍ²
揺動幅：１０ｍｍ（揺動中心値より２００ｍｍ）
揺動移動：１ｍｍ／ｍｉｎ
研磨剤：フジミインコーポレー株式会社社製Ｇｒａｎｚｏｘ３９００ＲＳ
（希釈濃度原液：水＝１：１９の混合液を使用）
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

研磨レートの測定では、比較例の研磨レートを１．０とし、比較例の研磨レートとの対比で実施例の研磨レートを表し、結果を表１に示した。保持具の表面精度（平坦性）が高いと、枠材の歪みによる保持具の表面精度が低下し、被研磨物が不均一に接触することで、研磨レートが低下するものと推測される。研磨レートが良好であると、被研磨物の全面が平坦に研磨パッドに接触しており、保持具の平坦性が優れていると判断される。

表１に示すように、比較例の保持具の研磨レート１に対し、実施例の保持具の研磨レートは１．１と大きく向上し、表面精度が改善されているものと推測される。

なお、ベーキング処理前の５００ｍｍ角の７００μｍのガラスエポキシ樹脂板を直線方向に横断するようにレーザー測定器Ｌを移動させながら、このレーザー測定器Ｌで樹脂板の表面の高さ位置を連続的に測定した。この結果、凸状および凹状の１～４ｍｍ前後の反りがみられたが、ベーキング処理後の樹脂板では０．５ｍｍ以下の反りが抑制され平坦な樹脂板が得られる。

１：片面研磨機
１０：保持具
１２：バッキング材
１６：枠材
１６ｏ：外縁
１６ｉ：内縁
１８：被研磨物保持面
１８ｅ：周縁
１８ｃ：中央部
１８ｄ：直径

Claims

板状の被研磨物を研磨パッドで研磨する際に使用される保持具の製造方法であって、
厚さ0.2乃至1.0mmのガラスエポキシ樹脂製の複数枚の板を積層するステップと、
前記積層された板を積層方向に0.0072Kg/cm²の圧力で加圧しながら加熱し、摂氏150度まで昇温させるステップと、
前記積層された板を積層方向に加圧しながら、前記温度を維持するように４時間、加熱を継続するステップと、
前記積層された板を積層方向に加圧しながら、前記加熱を停止し、前記積層された板を放冷するステップと、
前記放冷された積層された板を１枚ずつ外し、リング状に切断し枠材とするステップと、
前記枠材を、前記被研磨物の背面に当接する被研磨物保持面を有し該被研磨物保持面で前記被研磨物を研磨パッドに押圧する弾性樹脂のバッキング材の被研磨物保持面に取付け、前記枠材が上方に向く方向に配置されたとき、リング状の前記枠材の内方で露出している被研磨物保持面の周縁と中央部との高さ位置の差が、リング状の前記枠材の内方で露出している被研磨物保持面の直径の０．６％以内である保持具を形成するステップと、を備えている、
保持具の製造方法。