JP2007007747A - 被研磨物保持枠材および研磨ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨物保持枠材が研磨中に受ける応力を緩和し、被研磨物および被研磨物保持枠材の破損や剥がれを防止し、良好な研磨結果を得ることができる被研磨物保持枠材および研磨ヘッドを提供する。
【解決手段】被研磨物保持枠材１ａを、被研磨物保持部５を内側に有する内部保持枠材３と、内部保持枠材３の外側に構成される外部保持枠材２とから構成し、前記内部保持枠材３と外部保持枠材２との間に一定の隙間４ａを設けることにより、上記課題を解決する。また、被研磨物保持枠材１ｂでは、内部保持枠材３と外部保持枠材２との間に、前記内部保持枠材３より低硬度の部材からなる緩衝枠材４ｂを設けることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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枠材および研磨ヘッドに関する。

シリコンウェハやＬＣＤガラ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、被研磨物保持枠材が使用されている。

当該被研磨物保持枠材の使用により被研磨物の脱落問題は改善されたが、研磨中に被研磨物保持枠材の内側面に接触して被研磨物が破損したり、被研磨物保持枠材内側面が破損してスクラッチの原因となったりする問題が新たに発生した。

係る問題を解決するために、様々な方法が考案されている。例えば、図７に示すように、被研磨物保持枠材３０の材質を有機繊維と樹脂からなる積層板とし、さらに被研磨物保持枠材内側面３１に耐摩耗性に優れた有機繊維と樹脂からなる部材３２を用いることにより、被研磨物保持枠材内側面３１における前記問題の解決を図っている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１を説明すると、研磨時における被研磨物保持材３０にかかる応力は、例えば図８に示すように、被研磨物２０の揺動に起因する応力７と、被研磨物２０を研磨布８へ圧接することにより発生する応力９、の二つに大別される。

応力７に着目すると、被研磨物保持パッド１０上に粘着層１１を介して設置した被研磨物保持枠材３０は、被研磨物２０が揺動することにより発生する応力７を、被研磨物２０が部材３２と接触することにより受け止めている。当該技術により、被研磨物２０が接触することによる部材３２表面が研削されることなどに起因するスクラッチは軽減された。しかしながら、被研磨物保持枠材３０自体は一体に成形されているため、被研磨物２０が接触する際に発生する応力７を分散することができず、被研磨物２０や被研磨物保持枠材３０が破損するといった問題や、被研磨物保持枠材３０と被研磨物保持パッド１０の界面に応力が集中するため、当該界面で剥離が生じるといった問題が生じていた。

一方、応力９に着目した場合、研磨布８からの応力９が、被研磨物保持枠材３０に対し応力９の方向に作用する。当該応力９により被研磨物保持枠材３０は、応力９の方向に変形したり、被研磨物保持パッド１０が不均一に沈み込んだりすることとなり、被研磨物保持枠材３０の被研磨物２０側が持ち上がり、被研磨物保持枠材３０が破損したり、剥がれたりする現象が発生していた。このため、被研磨物保持枠材３０の厚さを被研磨物２０の厚さより薄く設計することが考えられるが、この方法では被研磨物２０の突き出し量を確保することができず、被研磨物２０の表面平坦度を確保できなかった。また、当該変形により研磨布表面に傷が生じるといった問題も生じており、改善策が望まれていた。

特開２００３−２２５８５７号公報（頁５、図２）

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、被研磨物保持枠材が研磨中に受ける応力を緩和し、被研磨物および被研磨物保持枠材の破損や剥がれを防止し、良好な研磨結果を得ることができる被研磨物保持枠材および研磨ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の被研磨物保持枠材は、被研磨物を研磨する際に、前記被研磨物を研磨機の研磨ヘッドに設置して固定する際に使用する被研磨物保持枠材であって、内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材との間に一定の隙間を有する外部保持枠材とを有することを特徴とする。

また、本発明の被研磨物保持枠材は、内側に被研磨物保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に一定の隙間を有して設けられる外部保持枠材とによって構成し、前記隙間が前記内部保持枠材の内側壁から前記外部保持枠材の外側壁までの幅に対して０．１〜２０％であることを特徴とする。

また、本発明の研磨ヘッドは、内側に被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材との間に一定の隙間を有する外部保持枠材とで構成される被研磨物保持枠材が粘着層を介して被研磨物保持パッドに複数設置されていることを特徴とする。

また、本発明の研磨ヘッドは、内側に被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材との間に一定の隙間を有する外部保持枠材とで構成される被研磨物保持枠材が粘着層を介して直接複数設置されていることを特徴とする。

また、本発明の被研磨物保持枠材は、内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材より低硬度の部材からなる緩衝枠材と、前記緩衝枠材の外側に設けられる外部保持枠材とを有することを特徴とする。

また、本発明の被研磨物保持枠材は、内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材より低硬度の部材からなる緩衝枠材と、前記緩衝枠材の外側に設けられる外部保持枠材によって構成し、前記緩衝枠材の幅が前記内部保持枠材の内側壁から前記外部保持枠材の外側壁までの幅に対して、０．１〜２０％であることを特徴とする。

また、本発明の研磨ヘッドは、内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材より低硬度の部材からなる緩衝枠材と、前記緩衝枠材の外側に設けられる外部保持枠材とで構成される被研磨物保持枠材が粘着層を介して被研磨物保持パッドに複数設置されていることを特徴とする。

また、本発明の被研磨物保持枠材は、内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材より低硬度の部材からなる緩衝枠材と、前記緩衝枠材の外側に設けられる外部保持枠材とで構成される被研磨物保持枠材が粘着層を介して直接複数設置されていることを特徴とする。

本発明の被研磨物保持枠材および研磨ヘッドを用いることにより、被研磨物保持枠材の内側面や被研磨物が破損しないため、破損によって発生する樹脂片、繊維片、および被研磨物片などが発生せず、スクラッチの発生が抑制される。

また、被研磨物の突き出し量を確保することにより、被研磨物表面の平坦度などの特性が向上する。

さらに、スクラッチの発生が抑制されると被研磨物保持枠材の寿命が延びることとなり、交換頻度が減少するため、コストを抑えることが可能となる。

以下に、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る被研磨物保持枠材の実施形態の例を示す図である。
図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る被研磨物保持枠材１ａは、例えば円形の外部保持枠材２と、その内側に一定の隙間４ａをおいて設置される例えば円形の内部保持枠材３からなり、前記内部保持枠材３は、被研磨物保持部５を有している。

また、図１（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る被研磨物保持枠材１ｂは、例えば円形の外部保持枠材２と、その内側に設置される内部保持枠材より低硬度の部材からなる例えば円形の緩衝枠材４ｂと、その緩衝枠材４ｂの内側に設置される例えば円形の内部保持枠材３からなり、前記内部保持枠材３は、被研磨物保持部５を有している。

ここで、図１（ａ）に示す外部保持枠材２と内部保持枠材３の間に設けられる隙間４ａは、被研磨物保持枠材１ａの幅６（内部保持枠材３の内側壁から外部保持枠材２の外側壁までの幅）に対して０．１〜２０％、より好ましくは０．８〜１５％である。隙間４ａが０．１％より小さい場合、被研磨物２０（図２参照）が接触した際の緩衝領域が狭すぎるため、内部保持枠材３と外部保持枠材２が頻繁に接触することとなるため好ましくない。また、隙間４ａが２０％を超える場合は、その分、各保持枠材２，３の幅が狭くなり、強度が低下するため好ましくない。また、各保持枠材２，３の幅を広くした場合、内部保持枠材３の内径を小さくする必要があり、適用できる被研磨物サイズが小さくなるため、好ましくない。また、外部保持枠材２と内部保持枠材３の幅は、それぞれ選択されるが、同一であっても良い。

また、図１（ｂ）に示す外部保持枠材２と内部保持枠材３の間に設けられる緩衝枠材４ｂの硬度は、内部保持枠材３より低硬度であればよく、必要に応じて選択されるが、十分な緩衝特性を発揮するためには、内部保持枠材３の硬度の９０％以下の硬度であることが好ましく、８０％以下の硬度であることがより好ましい。また、緩衝枠材４ｂの材質は、内部保持枠材３より低硬度の部材であればよく、必要に応じて選択されるが、例えば、発泡高分子フォーム、シリコンゴム、シリコンゲル封入物、不織布、軟質ゴムなどが使用できる。緩衝枠材４ｂの幅は、被研磨物保持枠材１ｂの幅６に対して０．１〜２０％、より好ましくは０．８〜１５％である。緩衝枠材４ｂの幅が０．１％より小さい場合、被研磨物２０（図２参照）が接触した際に緩衝枠材４ｂが十分に機能しないこととなり好ましくない。また、緩衝枠材４ｂの幅が２０％を超える場合は、その分、各保持枠材２，３の幅が狭くなり、強度が低下するため好ましくない。また、各保持枠材２，３の幅を広くした場合、内部保持枠材３の内径を小さくする必要があり、適用できる被研磨物サイズが小さくなるため、好ましくない。また、外部保持枠材２と内部保持枠材３の幅は、それぞれ選択されるが、同一であっても良い。

図２は、研磨ヘッドの被研磨物保持パッドに複数の被研磨物保持部５を作成した例である。この例においても、隙間４ａの幅は同様に設定される。この場合、外部保持枠材２は複数の隙間４ａの外側全体となる。また、隙間４ａの基準となる幅６は、被研磨物保持枠材１ａの最外周と被研磨物保持部５の内周が最も近接する距離とすることが好ましい。被研磨物保持部５がさらに多数作成される場合についても、最外周と被研磨物保持部５の内周が最も近接する距離を基準として、隙間４ａを設定する。幅６は、被研磨物の種類や研磨機によって種々選択されるが、例えば円形の被研磨物を研磨する際は、５ｍｍ〜３５ｍｍに設定される。

ここで、図２において隙間４ａを緩衝枠材４ｂに置き換えることにより、複数の被研磨物保持部５を有した被研磨物保持枠材１ｂを構成することも可能である。

実施形態に係る被研磨物保持枠材１ａ，１ｂは、その形状も円形にとらわれるものではなく、同様に内部保持枠材３の形状も円形にとらわれるものではない。

図３は、実施形態に係る被研磨物保持枠材１ａを研磨ヘッドの被研磨物保持パッドに用いて研磨する際の状態を示す図である。

研磨作業中において、被研磨物２０が揺動した際、被研磨物２０はまず内部保持枠材３に接触する。このとき、内部保持枠材３には被研磨物２０から外向きの応力７がかかることとなるが、前記応力７は内部保持部材３およびその外側に設けられた隙間４ａにより分散し緩衝され、被研磨物２０及び内部保持枠材３は破損したり、剥がれたり、脱落したりすることはない。内部保持枠材３に被研磨物２０から一定以上の応力７が負荷された場合は、内部保持枠材３が隙間４ａを介して外部保持枠材２に接触することになり、内部保持枠材３にかかる応力７を更に分散する。

また、研磨布８側からの応力９は、外部保持枠材２によって受け止められ、内部保持枠材３に殆ど影響をおよぼさない。この結果、設計時に設定された被研磨物２０の突き出し量を確保することができる。研磨布８側から一定以上の応力９が負荷された場合は、内部保持枠材３も研磨布８を保持することとなり、応力９を更に分散する。

なお、実際の研磨においては、前記応力7及び９に加えて、摩擦力や振動などの応力が発生するが、外部保持枠材２と内部保持枠材３が独立してその応力を受け、必要に応じて一体となってその応力等を分散することにより、被研磨物２０や被研磨物保持枠材１を破損することがない。

図４は、実施形態に係る被研磨物保持枠材１ｂを研磨ヘッドの被研磨物保持パッドに用いて研磨する際の状態を示す図である。

研磨作業中において、被研磨物２０が揺動した際、被研磨物２０はまず内部保持枠材３に接触する。このとき、内部保持枠材３には被研磨物２０から外向きの応力７がかかることとなるが、前記応力７は内部保持部材３およびその外側に設けられた緩衝枠材４ｂにより分散し緩衝され、被研磨物２０及び内部保持枠材３は破損したり、剥がれたり、脱落したりすることはない。この場合緩衝枠材４ｂは、圧縮されることとなり、弾性体として機能することによって前記応力７を分散し緩和する。内部保持枠材３に被研磨物２０から緩衝枠材４ｂの限界変形量以上の応力７が負荷された場合は、外部保持枠材２を含む被研磨物保持枠材１ｂ全体で内部保持枠材３にかかる応力７を更に分散する。

また、研磨布８側からの応力９は、外部保持枠材２によって受け止められ、内部保持枠材３に殆ど影響をおよぼさない。このとき、緩衝枠材４ｂは引っ張られることとなり、弾性体として機能することによって前記応力９を分散し緩和する。この結果、設計時に設定された被研磨物２０の突き出し量を確保することができる。研磨布８側から一定以上の応力９が負荷された場合は、内部保持枠材３を含む被研磨物保持枠材１ｂ全体で研磨布８を保持することとなり、応力９を更に分散する。

なお、実際の研磨におけるその他振動や応力についても、外部保持枠材２と内部保持枠材３が独立してその応力を受け、必要に応じて一体となってその応力等を分散することにより、被研磨物２０や被研磨物保持枠材１ｂを破損することがない。

ここで、緩衝枠材４ｂの高さは、外部保持枠材２および内部保持枠材３の高さを超えることは無く、外部保持枠材２および内部保持枠材３の高さの９５％未満であることが好ましい。前記高さが、外部保持枠材２および内部保持枠材３の高さを超える場合、応力７による緩衝枠材４ｂの圧縮変形部分が研磨布８側に突出することとなり、平坦性に影響をおよぼすため好ましくない。

被研磨物保持枠材１ａ，１ｂの材質としては、被研磨物２０の種類および研磨条件に応じて適宜選択されるが、例えばポリエーテルケトン、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、ユニレート（登録商標）等の高分子材料、もしくは、ガラス繊維、カーボン繊維、テトロン（登録商標）繊維等にエポキシ樹脂等を含浸したり、積層したりした材料を用いることができる。

また、外部保持枠材２と内部保持枠材３は、必要に応じてそれぞれ別の種類の材料を用いることができる。この場合、各枠材の材料の選択幅はさらに広がり、セラミックスや、金属などの硬質材料から、発泡ウレタンフォームなどの軟質材料まで種々選択することができる。また、各枠材は単一材料から構成される必要は無く、複数材料から構成されても良い。

被研磨物保持枠材１ａ，１ｂは、図３および図４に示すように、被研磨物保持パッド１０上に両面テープなどの粘着層１１を介して設置することにより、被研磨物保持パッド１０の弾力性を有効に利用することができる。

ここで、緩衝枠材４ｂは他の方法によっても設置することが可能である。例えば、接着剤や両面テープなどの粘着層により、外部保持枠材２の内側面や内部保持枠材３の外側面の片方または両方に固定することが可能である。また、外部保持枠材２の内側面や内部保持枠材３の外側面の片方または両方と、緩衝枠材４ｂの内側面および外側面または片方に噛合部を形成することも可能である。

図５は、実施形態に係る被研磨物保持枠材１ａを研磨ヘッドに用いて研磨した際の状態を示す図である。

被研磨物保持枠材１ａは、図５に示すように、粘着層１１を介して研磨ヘッド１２上に直接設置することもできる。粘着層１１は、被研磨物保持部材１ａや被研磨物２０の種類と研磨条件を調整することにより両面テープなど種々の物を使用することが可能であるが、被研磨物保持枠材１ａの奏する効果をより顕著なものとするために、フォームテープなどのクッション性を有する材料を使用することも可能である。

本発明の実施形態に係る被研磨物保持枠材１ａ，１ｂは、種々の方法で製造できる。その製造には、切削、切断、射出成型、加熱加工、加圧加工など一般的な方法が用いられる。例えば、厚さが均一な一枚の樹脂製シートから、同一円心状の被研磨物保持枠材１ａ，１ｂを切り出すことが可能である。この場合、外部保持枠材２と内部保持枠材３の間の部分は、被研磨物保持枠材１ａ，１ｂを設置する際に有効なスペーサーとして使用することができる。すなわち、外部保持枠材２と内部保持枠材３の間に、前記スペーサーを置いて設置後、前記スペーサーを取り除くことにより、一定間隔の隙間４ａを形成することが可能である。当然のことながら、各保持枠材２，３をそれぞれ製造することも可能である。この場合、各保持枠材２，３を設置する際には別途作成した、円状または、数個に分割されたスペーサーなどを使用することも可能であるが、その他の方法を用いることにより設置することもできる。

また、本発明に係る緩衝枠材４ｂは、連続したものに限られない。すなわち、一定の幅を有したテープ上の緩衝枠材４ｂを内部保持枠材３の外側に設置した後、不要部分を切除することにより被研磨用保持枠材１ｂを得ることが可能である。

次に、本発明に係る被研磨物保持材の実施例を説明する。
本発明に係る実施例１として、例えば、図３に示す被研磨物保持枠材１ａのケースで、その材料としてガラスエポキシ積層シートを用い、切削加工により、幅１５ｍｍの外部保持枠材２と１３ｍｍの内部保持枠材３を得た。これらを２ｍｍの隙間４ａを確保してニッタ・ハース社製被研磨物保持パッド（商品名：Ｒ６０１）上に設置し、研磨ヘッドに設置した。次に、研磨布８としてニッタ・ハース社製研磨布（商品名：ＳＵＢＡ６００）を用いて研磨試験を実施した。研磨機はシトラスバー社製研磨機（装置名：６ＣＡ）を用い、研磨条件は、定盤および研磨ヘッドの回転速度を５０ｒｐｍ、研磨時間を１５分として、シリコンウェハを研磨した。研磨後、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製表面試験機（装置名：Ｐ−１２）を用いて、全体的な平坦度を示す指標であるＧＢＩＲ(Global Back-side Ideal
Range)および部分的な平坦度を示す指標であるＳＦＱＲ（Site Front Least Squares
Range）を測定し評価した。また寿命は、被研磨物保持枠材１ａに剥離が発生するまでの研磨処理枚数を評価した。研磨傷発生頻度は、目視並びに光学顕微鏡により行い、研磨傷発生個数を評価した。結果を図６に示す。

本発明に係る実施例２として、例えば、図４に示す被研磨物保持枠材１ｂのケースで、その材料としてガラスエポキシ積層シートを用い、切削加工により、幅１５ｍｍの外部保持枠材２と１３ｍｍの内部保持枠材３を得た。次に発泡ウレタンフォームを幅２ｍｍ、高さを外部保持枠材２と内部保持枠材３の９５％として緩衝枠材４ｂを作成した。これらをニッタ・ハース社製被研磨物保持パッド（商品名：Ｒ６０１）上に設置し、研磨ヘッドに設置した。その他の条件は実施例１と同様にして研磨試験を行った。評価も実施例１と同様とし、その結果を図６に併せて示した。

＜比較例＞
幅３０ｍｍの一体型である以外は、全て実施例１と同条件により作成した被研磨物保持枠材を、実施例１と同様の方法で評価した。結果を図６に併せて示した。図６において、寿命と研磨傷発生頻度は、比較例を１００とした場合の相対値を示した。

図６は、本発明に係る実施例１，２と比較例の研磨試験結果を示す図である。
図６の実施例１および実施例２に示す通り、本発明に係る被研磨物保持枠材１ａおよび１ｂを使用することにより、ＧＢＩＲの値が比較例に比べて小さく、平坦であることが確認された。また、ＳＦＱＲの値についても比較例に比べて小さく、平坦であることが確認された。寿命についても、本発明に係る被研磨物保持枠材１ａおよび１ｂは約１０％長かった。さらに、研磨キズの発生頻度が低いことから、被研磨物保持枠材１ａおよび１ｂの内面の破損などが殆ど見られないことが確認された。

本発明に係る被研磨物保持枠材の実施形態を示す図。 本発明に係る被研磨物保持枠材を複数作成した場合の実施形態を示す図。 本発明に係る被研磨物保持枠材を研磨ヘッドの被研磨物保持パッドに用いて研磨した際の状態を示す図。 本発明に係る被研磨物保持枠材を研磨ヘッドの被研磨物保持パッドに用いて研磨した際の状態を示す図。 本発明に係る被研磨物保持枠材を研磨ヘッドに用いて研磨した際の状態を示す図。 実施例１、２と比較例の研磨結果を示す図。 従来技術に係る被研磨物保持枠材を示す図。 従来技術に係る被研磨物保持枠材を研磨ヘッドの被研磨物保持パッドに用いて研磨した際の状態を示す図。

符号の説明

１ａ，１ｂ 被研磨物保持枠材
２ 外部保持枠材
３ 内部保持枠材
４ａ 隙間
４ｂ 緩衝枠材
５ 被研磨物保持部
７，９ 応力
８ 研磨布
１０ 被研磨物保持パッド
１１ 粘着層
１２ 研磨ヘッド
２０ 被研磨物

Claims (8)

1. 被研磨物を研磨する際に、前記被研磨物を研磨機の研磨ヘッドに設置して固定する際に使用する被研磨物保持枠材であって、
   内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、
   前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材との間に一定の隙間を有する外部保持枠材と
   を有することを特徴とする被研磨物保持枠材。
2. 前記隙間が、前記内部保持枠材の内側壁から前記外部保持枠材の外側壁までの幅に対して、０．１〜２０％であることを特徴とする請求項１に記載の被研磨物保持枠材。
3. 前記請求項１に記載の被研磨物保持枠材が粘着層を介して被研磨物保持パッドに複数設置されていることを特徴とする研磨ヘッド。
4. 前記請求項１に記載の被研磨物保持枠材が粘着層を介して直接複数設置されていることを特徴とする研磨ヘッド。
5. 被研磨物を研磨する際に、前記被研磨物を研磨機の研磨ヘッドに設置して固定する際に使用する被研磨物保持枠材であって、
   内側に前記被研磨物の保持部を有する内部保持枠材と、
   前記内部保持枠材の外側に設けられ、前記内部保持枠材より低硬度の部材からなる緩衝枠材と、
   前記緩衝枠材の外側に設けられる外部保持枠材と
   を有することを特徴とする被研磨物保持枠材。
6. 前記緩衝枠材の幅が前記内部保持枠材の内側壁から前記外部保持枠材の外側壁までの幅に対して、０．１〜２０％であることを特徴とする請求項５に記載の被研磨物保持枠材。
7. 前記請求項５に記載の被研磨物保持枠材が粘着層を介して被研磨物保持パッドに複数設置されていることを特徴とする研磨ヘッド。
8. 前記請求項５に記載の被研磨物保持枠材が粘着層を介して直接複数設置されていることを特徴とする研磨ヘッド。

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