JP7212242B2 - 被研磨物の保持具 - Google Patents

Description

本発明は被研磨物の保持具に関し、より詳しくは、例えば半導体ウエハ等の被研磨物を研磨する際に該被研磨物を保持するための被研磨物の保持具に関する。

従来、半導体デバイス等の材料は、高精度な平坦性が要求されるので、研磨パッドを用いた研磨装置によって研磨加工が行われている。
従来一般的な研磨装置は、図１に示した本発明の実施形態と同様の構成を備えている。すなわち、研磨装置１は、被研磨物２を保持する保持パッド３が設けられた保持定盤４と、研磨パッド５が設けられた研磨定盤６とを備えており、保持定盤４の保持パッド３により被研磨物２を保持して、研磨定盤６に保持した研磨パッド５を上記被研磨物２に押圧させた状態で摺動させるとともにスラリーＳ（研磨液）を上記研磨パッド５による研磨領域に供給するようになっている。
上記保持パッド３による被研磨物２の保持性が不十分であると、研磨加工中に被研磨物２が横ずれしたり、脱落するおそれがあるため、従来ではさらに上記保持パッド３の下面３Ａ（保持面）の外周部側に枠状部材８を粘着層９により貼り付けて、枠状部材８によって囲繞した状態で被研磨物２を保持パッド３の下面３Ａ（保持面）に保持し、その状態で被研磨物２を研磨するようにしている。
ところで、従来、被研磨物の平坦性等を向上させるようにした研磨装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１の研磨装置においては、枠状部材における保持パッドへの接着面をラッピング及び／又は研磨して研磨厚さの精度を向上させるようにしている。

特開２００９－２０８１９９号公報

しかしながら、特許文献１のように、枠状部材８における保持パッドとの接着面８Ａにラッピングや研磨処理を施すと、枠状部材８の厚さの精度は向上するが枠状部材８における保持パッドとの接着面８Ａが平滑になりすぎるため、保持パッドと枠状部材８の接着面８Ａとの接着性が低下するという問題が生じる（図４（ａ）、図４（ｂ）参照）。また、保持パッドの表面には緻密なスキン層が形成されているため、アンカー効果による枠状部材８との接着力が低下する問題が生じる。さらには、湿式成膜法で作製される保持パッドには気泡径を制御するために界面活性剤が添加されているが、それによって保持パッドと枠状部材８との接着力が弱まり剥離してしまうという問題もある。

上述した事情に鑑み、本発明は、上面が保持定盤に取り付けられるとともに下面は被研磨物を保持する保持面となる保持パッドと、保持パッドの保持面の外周側に粘着層により貼り付けられて、該保持面の中央側に被研磨物が保持された際に該被研磨物を囲繞する枠状部材とを備えた被研磨物の保持具において、
上記粘着層により上記保持パッドの保持面に接着される上記枠状部材の接着面にドット状の無数の凸部が格子状に形成されており、各凸部の高さの平均が１～１０μmとなっていることを特徴とするものである。

このような構成によれば、枠状部材の接着面にドット状の無数の凸部が格子状に形成されているので、粘着層により枠状部材の接着面を保持パッドの保持面に貼りつけた際にアンカー効果により強固に接着される。そのため、枠状部材を保持パッドに貼り付けた後に、枠状部材が保持パッドの保持面から剥離するのを効果的に抑制することができる。また、被研磨物の研磨加工中においては、枠状部材の接着面と保持パッドの保持面との間にスラリーが侵入するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態を示す模式図。 図１の枠状部材の製造工程を示す要部の模式図。 図２における接着面の要部の拡大図を示し、図３（ａ）は図２（ａ）の要部の拡大図、図３（ｂ）は図２（ｂ）の要部の拡大図となっている。 従来技術による枠状部材の製造工程を示す要部の模式図。

以下、図示実施形態について本発明を説明すると、図１において１は被研磨物２を研磨する研磨装置であり、この研磨装置１は、上方側に配置されて保持パッド３を介して被研磨物２を保持する保持定盤４と、下方側に配置されて研磨パッド５が固定される研磨定盤６と、上記被研磨物２と研磨パッド５との摺動箇所にスラリーＳ（研磨液）を供給するスラリー供給手段７とを備えている。本実施形態においては、被研磨物２としてシリコンウェハ、半導体基板等の半導体デバイスを想定している。

保持定盤４および研磨定盤６はそれぞれ略円盤状を有しており、それぞれ図示しない駆動手段によって同じ方向に回転するようになっており、上記保持定盤４は昇降可能に設けられている。また、上記研磨パッド５および被研磨物２はそれぞれ略円盤状を有しており、研磨パッド５の直径は被研磨物２の直径よりも大径となっている。研磨パッド５は、その下面を両面テープ等によって研磨定盤６に固定されている。
他方、保持定盤４の下面４Ａの全域にわたって保持パッド３が設けられており、この保持パッド３の下面３Ａ（保持面）における外周側には、環状をした枠状部材８が粘着層９により貼り付けられている。そして、研磨対象となる被研磨物２は、枠状部材８の内方側となる保持パッド３の下面３Ａの中央側の領域に吸着して保持されるようになっている。枠状部材８と保持パッド３により、被研磨物２を保持する保持具１０が構成されている。
保持パッド３は、シート状のポリウレタン（ポリウレタンシート、発泡ポリウレタンシートともいう）であることが好ましい。さらに、被研磨物２の保持性においては、複数の涙形状（teardrop-shaped）気泡を有するポリウレタンシートが好ましい。涙形状気泡は、湿式成膜法によってポリウレタンシート内部に形成される気泡（異方性があり、樹脂シートの上部（被研磨物と接する側）から下部に向けて径が大きい構造を有する気泡）を意図するものであり、乾式成型法によって形成される略球状の気泡と区別するために用いられる。従って、本発明の複数の涙形状気泡を有するポリウレタンシートは、湿式成膜法により形成されたポリウレタンシートと言い換えることができる。湿式成膜法とは、成膜する樹脂を有機溶媒に溶解させ、その樹脂溶液をシート状の基材に塗布後、該有機溶媒は溶解するが該樹脂は溶解しない凝固液中に通して該有機溶媒を置換し、凝固させ、乾燥して発泡層を形成する方法を意味する。通常、湿式成膜法によりポリウレタンシートを製造すると、ポリウレタンシート内部に略涙形状のマクロ気泡（涙形状気泡）が複数生じる。
ポリウレタン樹脂の種類に特に制限はなく、種々のポリウレタン樹脂の中から使用目的に応じて選択すればよい。例えば、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系、又はそれら混合系の樹脂を用いることができる。
ポリエステル系の樹脂としては、エチレングリコールやブチレングリコール等とアジピン酸等とのポリエステルポリオールと、ジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネート等のジイソシアネートとの重合物が挙げられる。
ポリエーテル系の樹脂としては、ポリテトラメチレンエーテルグリコールやポリプロピレングリコール等のポリエーテルポリオールと、ジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネート等のイソシアネートとの重合物が挙げられる。
ポリカーボネート系の樹脂としては、ポリカーボネートポリオールと、ジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネート等のイソシアネートとの重合物が挙げられる。
これらの樹脂は、ＤＩＣ（株）製の商品名「クリスボン」や、三洋化成工業（株）製の商品名「サンプレン」、大日精化工業（株）製の商品名「レザミン」など、市場で入手可能な樹脂を用いてもよく、所望の特性を有する樹脂を自ら製造してもよい。
保持パッド３の被研磨物２を保持する下面３Ａ（保持面）は、バフ処理などの研削処理が施されていても施されていなくてもよいが、研削処理が施されていないことが好ましい。すなわち、保持パッド３の被研磨物２を保持する下面３Ａ（保持面）は、スキン層を有することが好ましい。研削処理が施されていないと、被研磨物２との吸着性が向上し、研磨加工中に生じる被研磨物２の保持パッド３上での横ずれを低減しやすい。
このように、被研磨物２は、保持パッド３の下面３Ａの中央側の領域に保持されるとともに枠状部材８によって囲繞されるので、被研磨物２が研磨される際に下面３Ａに沿って横への位置ずれや脱落を防止できるようになっている。
被研磨物２の研磨加工を行う際には、保持定盤４を介して被研磨物２を研磨パッド５に設定圧力で押し当てながら回転させるとともに、スラリー供給手段７から研磨パッド５の研磨面５ＡにスラリーＳを供給するようになっている。これにより研磨面５Ａと被研磨物２とが摺動するとともに、それらの間にスラリーＳが入り込むことで、被研磨物２の研磨が行われるようになっている。以上の構成は、従来公知の研磨装置と変わるところはない。

しかして、本実施形態は、枠状部材８を以下のようにして製造することにより、枠状部材８の表面８Ａ（接着面）にドット状の無数の凸部８Ｂを格子状に形成してあり、それによって保持パッド３に粘着層９を介して枠状部材８を貼り付けた後の剥離を抑制できるようにしたことが特徴である。
すなわち、図２（ａ）に示すように、本実施形態においては、先ず、枠状部材８の材料として所要の厚さで環状に成形した材料１０８を準備する。なお、この図２は、材料１０８の断面の要部の模式図を示している。
材料１０８としては、所要の厚さをした樹脂及び１種以上の繊維を含んだ環状の樹脂板を用いる。製造方法としては従来公知の上記特許文献１の段落００４７～００４８にも開示されており、樹脂を織布に含侵させるか、或いは塗布する。
樹脂の種類としては特に制限はないが、研磨時に研磨パッド５と接することにより発生する摩擦熱や摩耗を考慮すると、熱硬化性樹脂で耐熱性に優れるエポキシ樹脂が好ましい。上記エポキシ樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。上記エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂、トリシクロデカン骨格を有するエポキシ樹脂、及びトリアジン核を骨格に有するエポキシ樹脂等が挙げられる。
一方、織布に用いる繊維は、有機繊維であっても無機繊維であってもよいが、後述する枠状部材８の表面を切削することによって織布に由来する凸部を形成させるためには、繊維は樹脂よりも硬いものであることが好ましく、そのような点から無機繊維を含むことが好ましい。無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維が挙げられる。これらの中でもガラス繊維が好ましい。枠状部材８の内部に剛性の高いガラス繊維を配することにより、研磨加工時に被研磨物２が枠状部材８の内周面（保持孔の側面）に衝突したときの衝撃強さを高めることができ、衝撃による枠状部材８の剥離を抑えることができる。また、枠状部材８に含まれる繊維が有機繊維のみであると、保持パッド５と枠状部材８を粘着層９により貼り合わせる工程の熱プレス時に枠状部材８がゆがみやすいが、耐熱性の高いガラス繊維を枠状部材８の内部に要することで、保持パッド３と枠状部材８を粘着層９により貼り合わせる工程の熱プレス時に枠状部材８が熱で反ってゆがんでしまうのを抑制することができる。これにより、枠状部材８と貼り合わせた保持パッド３の表面を平滑に保てるため、被研磨物２の保持面を平滑に保てることができ、被研磨物２の平坦性を更に向上することが出来る。
ガラス繊維としては、当技術分野において慣用のものを使用することができる。例えば、繊維径が約３．０μｍ～約１０μｍ、構成フィラメント数７０～２００本のガラス糸を使用することができる。また、ガラス繊維は、平織りして織布の形で用いられることが好ましい。ガラス繊維織布の厚さは、通常は約０．１７０ｍｍ～約０．２００ｍｍである。好ましいガラス繊維織布としては、ＩＰＣスペック７６２８ (日東紡社製）、厚さ０．１８０ｍｍ、平均繊維の質量２０９ｇ／ｍ^２、密度タテ４４本／２５ｍｍ、ヨコ３２本／２５ｍｍなどが挙げられる。
こうして材料１０８として用意された樹脂板の表面１０８Ａには、不規則な間隔で凹凸が形成されており、この状態における凸部の頂点と隣接位置の凹部の底部の高低差は大きなものとなっている（図３（ａ）参照）。
なお、図４に示した従来技術においても、枠状部材８として本発明と同様の環状の樹脂板を準備し（図４（ａ））、その上面となる接着面８Ａをラッピング等で研磨するようにしている（図４（ｂ））。しかしながら、この従来技術においては、ラッピング等で接着面８Ａを研磨したことにより、該接着面８Ａが平滑になりすぎて、保持パッド５との接着力が弱くなるという問題がある。
これに対して、本実施形態では、上記材料１０８を準備したら、その後、該材料１０８における、保持パッド３に接着される側の表面１０８Ａ（上面）を円周方向に沿って所定の回転数、送り速度、回数にて切削量を制御しながらルーター加工を施し切削することで、表面１０８Ａに織布に由来するドット状の無数の凸部１０８Ｂが格子状に形成される（図２（ｂ）参照）。
ルーター加工時の回転数は５０００～１００００ｒｐｍ、送り速度は２００～７００ｍｍ／ｍｉｎ、回数は３～５回が好ましい。これらの上限を超えると表面に加工筋が残り、枠状部材８の平坦性が損なわれるおそれがある。
ルーター加工に用いる回転刃物工具としては特に制限はないが、刃数は２～４枚、径はφ６～１０ｍｍのエンドミルを用いることができる。
隣り合うドット状の凸部１０８Ｂの間隔Ｐの平均は１０００μｍ以下であることが好ましい。１０００μｍを超えると保持パッド３の下面３Ａ（保持面）に粘着層９によって貼りつけた際のアンカー効果が期待されず、研磨時に枠材部材８が剥離するおそれがある。
また、各凸部１０８Ｂの高さＨの平均は１～１０μｍであることが好ましい。１μｍを下回ると、研磨時にスラリーＳが保持パッド３と枠材部材８との接着面から内部へ侵入することで剥離が起こる要因となり、１０μｍを超えると保持具１０全体の平坦性が損なわれ、被研磨物２へ悪影響を及ぼすおそれがある。
このように、本実施形態では、所定の回転数、送り速度、回数にてルーター加工を施し切削すると、枠状部材８となる材料１０８の表面１０８Ａにドット状で無数の凸部１０８Ｂが格子状に形成される。これにより、環状をした枠状部材８の製造が終了する（図２（ｂ））。
このようにして製造された枠状部材８は、その表面８Ａ（接着面）にドット状の無数の凸部８Ｂが格子状に形成されており、接着面としての表面８Ａが粘着層９を用いて上記保持パッド３の下面３Ａ（保持面）に接着されるようになっている（図１）。

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

本実施例において保持パッド３は次のようにして調製した。まず、マトリックス樹脂となる原料樹脂であるポリエステル系ポリウレタン樹脂の３５％ＤＭＦ溶液１００質量部に対して、粘度調整用のＤＭＦ５０質量部、水８質量部、顔料であるカーボンブラックを６．７質量％含むＤＭＦ分散液を４４質量部、疎水性添加剤（ポリプロピレングリコール）２．５質量部、親水性添加剤（ラウリル硫酸ナトリウム）１．０質量部を添加して、混合撹拌し、樹脂溶液を調製した。次に、成膜用基材として、ＰＥＴフィルムを用意し、そこに、上記樹脂溶液を、ナイフコータを用いて塗布し塗膜を得た。次いで、得られた塗膜を成膜用基材と共に、凝固液である水からなる１８℃の凝固浴に浸漬し、樹脂を凝固再生して前駆体シートを得た。前駆体シートを凝固浴から取り出し、ＰＥＴフィルムを前駆体シートから剥離した後、前駆体シートを水からなる室温の洗浄液（脱溶剤浴）に浸漬し、溶媒であるＤＭＦを除去して樹脂シートを得た。その後、樹脂シートを乾燥し保持パッド３を得た。
次いで、枠状部材８は次のように調製した。まず、繊維径が６．０μｍ、構成フィラメント数１５０本、ガラス繊維織布の厚さ０．１７０ｍｍ、平均繊維質量２０９ｇ／ｍ^２、密度タテ４４本／２５ｍｍ、ヨコ３２本／２５ｍｍのガラス繊維を含有する厚さ６００μｍのエポキシ樹脂板を、外周直径３５５ｍｍ、内周直径３０２の円環状に加工した。その片面（上面）をＨＡＭジャパン社製（ＨＡＭ４０-５１５１）φ６ｍｍ４枚刃エンドミルを用い、回転数１００００ｒｐｍ、送り速度６００ｍｍ／ｍｉｎにて円周方向に沿って４周加工し、５６μｍ切削した。
ルーター加工をした表面の隣り合うドット状の凸部１０８Ｂの間隔Ｐ、および隣り合う凸部１０８Ｂと凹部の高さＨ（高低差）は次のように測定した。すなわち、Ｚｙｇｏ製走査型白色干渉計（型式：Ｎｅｘｖｉｅｗ）で２０倍対物レンズを用い、枠材部材８のルーターで加工した任意の表面（５０００μｍ×２０００μｍ）における凸部と凹部が繰り返されている部分をスライスし、その断面波形をカットオフ値λｃ＝２００μｍの輪郭曲線フィルタをかけた。得られた断面波形から間隔Ｐの平均は７８０μｍ、高さＨの平均は１．６３μｍであった（図３（ｂ）参照）。
得られた枠状部材８のルーター加工面（表面８Ａ）と保持パッド３を貼り合わせ、実施例に係る被研磨物の保持具１０を得た。

（比較例１）
枠状部材８としてガラス繊維を含有するエポキシ樹脂板を円環状に加工し、ルーター加工せずにそのまま保持パッド３に貼りつけたこと以外は実施例と同様にして比較例１に係る被研磨物の保持具１０を得た。なお、比較例１で用いられる枠状部材８の表面における隣り合うドット状の凸部８Ｂの間隔Ｐの平均は５８０μｍ、隣り合う凸部と凹部の高さＨの平均は１２．４μｍであった。

（比較例２）
枠状部材８としてガラス繊維を含有するエポキシ樹脂板を円環状に加工し、表面をラップ研磨により２００μｍ切削し、加工面を保持パッド３に貼りつけたこと以外は実施例と同様にして比較例２に係る被研磨物の保持具を得た。なお、比較例１で用いられる枠状部材の表面における隣り合うドット状の凸部の間隔Ｐの平均は８２０μｍ、隣り合う凸部と凹部の高さＨの平均は０．７８μｍであった。

本実施例及び比較例に係る保持具を適用した研磨装置（図１）を用い、以下の条件にて研磨試験を行い、枠状部材の剥離評価を行った。
（研磨条件）
研磨パッド：フジボウ愛媛（株）社製不織布パッドＦＰＫ５５０
回転数：（定盤）４０ｒｐｍ／（トップリング）４１ｒｐｍ
研磨圧：１００ｇ／ｃｍ^２
揺動：２０ｍｍ
研磨剤：フジミインコーポレーテッド社製 ＧＬＡＮＺＯＸ １３０６（原液：水＝１：２０）
被研磨物：１２インチシリコンウエーハ（厚み７８０μｍ）
（評価）
ダミー用の被研磨物６枚を１バッチ研磨加工後、続けて測定用の被研磨物６枚を１バッチ研磨加工し、平坦性を評価した。平坦性は、例えば、光学式表面粗さ計にて外周端部から中心に向かい０．３ｍｍの位置より半径方向に２ｍｍの範囲で２次元プロファイル像を得る。得られた２次元プロファイル像において、半径方向をＸ軸、厚み方向をＹ軸としたときに、外周端部からＸ＝０．５ｍｍおよびＸ＝１．５ｍｍの座標位置のＹ軸の値がＹ＝０となるようにレベリング補正した。このときの２次元プロファイル像のＸ＝０．５～１．５ｍｍ間におけるＰＶ値を相対値で表した。平坦性の測定には、表面粗さ測定機（Ｚｙｇｏ社製、型番Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２）を使用した。また、平坦性については、比較例１の保持具を用いて被研磨物を研磨したときの平坦性に対する実施例１、２の保持具を用いて被研磨物を研磨したときの平坦性の比を、平坦性（相対値）として算出した。平坦性（相対値）が小さいほど、比較例１の保持具を用いた場合に比べて、研磨加工後の被研磨物の平坦性が良好であることを意味する。さらに、研磨加工終了後、保持具の枠状部材が保持パッドからの剥離有無を目視で確認した。なお、剥離の評価基準としては、枠状部材の剥離が認められない場合には○、枠状部材の剥離が一部でも認められる場合には×とそれぞれ表した。

表１より、比較例１では枠状部材の表面精度が低いため、枠状部材の歪みによる保持パッドの表面精度も低下し、被研磨物が不均一に接触することで、被研磨物の外周部の平坦性が悪化した。これに対し実施例は、比較例１に比べ、平坦性に優れるという結果になった。
さらに実施例では研磨後における枠状部材の剥離が確認されなかったが、比較例２は枠状部材と保持パッドとの接着面へのスラリー侵入による剥離が起こる結果となった。

本実施例によれば、枠状部材８の表面８Ａ（接着面）にドット状をした無数の凸部８Ｂが格子状に形成されているので、枠状部材８の表面８Ａを保持パッド３の下面３Ａ（保持面）に粘着層９によって貼りつけた際にアンカー効果により強固に接着される。そのため、枠状部材８を保持パッド３に貼り付けた後に、枠状部材８が保持パッド３の下面３Ａから剥離するのを効果的に抑制することができる。また、被研磨物２の研磨加工中においては、枠状部材８の表面８Ａと保持パッド３の下面３Ａ（保持面）との間にスラリーＳ（研磨液）が侵入するのを抑制することができる。

２‥被研磨物 ３‥保持パッド（保持具）
３Ａ‥下面（保持面） ４‥保持定盤
５‥研磨パッド ６‥研磨定盤
８‥枠状部材（保持具） ８Ａ‥表面（接着面）
８Ｂ‥凸部

Claims (3)

1. 上面が保持定盤に取り付けられるとともに下面は被研磨物を保持する保持面となる保持パッドと、保持パッドの保持面の外周側に粘着層により貼り付けられて、該保持面の中央側に被研磨物が保持された際に該被研磨物を囲繞する枠状部材とを備えた被研磨物の保持具において、
   上記粘着層により上記保持パッドの保持面に接着される上記枠状部材の接着面にドット状の無数の凸部が格子状に形成されており、各凸部の高さの平均が１～１０μmとなっていることを特徴とする被研磨物の保持具。
2. 上記枠状部材の材料は、ガラス織布にエポキシ樹脂を含侵、又は塗布して得られたガラスエポキシ樹脂板であることを特徴とする請求項１に記載の被研磨物の保持具。
3. 隣り合う上記凸部の間隔Ｐの平均が１０００μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の被研磨物の保持具。

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