(57)【要約】【課題】保持パッドが被研磨物に対して加える力をほぼ垂直にし、且つ均一にすることによって、被研磨物の厚さを均一にすることができる保持具を提供する。【解決手段】保持具１３は、発泡性ポリウレタンで形成された保持パッド１５と、この保持パッド１５における被研磨物に押し当てられる底面の周縁部に沿って取り付けられウェハＷの厚さよりも薄い、リング形状の枠材１７とを備え、保持パッド１５の底面には、枠材１７の内周に沿って切り込み２１が形成されている。【選択図】図３
2014000640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を研磨するときに使用される保持具であって、
発泡性ポリウレタンで形成された保持パッドと、
この保持パッドにおける被研磨物に押し当てられる底面の周縁部に沿って取り付けられ前記被研磨物の厚さよりも薄い、リング形状の枠材とを備え、
前記保持パッドの前記底面には、前記枠材の内周に沿って切り込みが形成されていることを特徴とする保持具。
【請求項２】
前記切り込みの幅は、前記保持パッドを前記被研磨物に押し当てて前記保持パッドの切り込みよりも内側の内側部が圧縮されて周方向外側に広がったときに、変形した内周部の側面が、前記切り込みの外側の外側部の側面に接触できるように寸法決めされている、請求項１に記載の保持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持具に関し、特に、片面研磨機で被研磨物を研磨するときに被研磨物を保持するための保持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）成膜済基板等の材料（被研磨物）では、高精度な平坦性が要求されるため、研磨布を使用した研磨加工が行われている。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、保持用定盤に被研磨物が保持され、研磨用定盤に研磨布が装着されている。研磨加工時には、研磨粒子を含む研磨液を循環させつつ供給し、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が研磨加工される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０２３１４号公報
【特許文献２】特許第２８４９５３３号公報
【０００４】
一般に、片面研磨機を使用した研磨加工では、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等を抑制するため、保持用定盤に軟質クロス等の保持パッドを備える保持具が装着されている。保持パッドの装着によりスクラッチ等を回避することはできるが、保持パッドおよび被研磨物間の粘着性や静摩擦が不十分なとき、すなわち、保持パッドの被研磨物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が生じるため、被研磨物を平坦に研磨加工することが難しくなる。この横ずれを抑制するため、保持パッドの周縁に沿って、被研磨物を挿入可能な開口が形成されたテンプレートを取り付けた保持具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４に、従来用いられていた保持具の断面を示す。
図４に示すように、従来用いられていた保持具は、円板形状の保持パッド１０１の底面の周縁部に沿って、リング状の枠材１０３を取り付けて構成されている。そしてこの枠材１０３の内部に被研磨物Ｗを収容し、被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押し当てて被研磨物Ｗを保持している。被研磨物Ｗを研磨する際、保持パッド１０１に所定の研磨圧を加える必要があり、被研磨物Ｗの厚さを均一にするためには、被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押し当てる力を垂直にし、且つ均一にする必要がある。そして被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押し当てる力を垂直にし、且つ均一にするためには、保持パッド１０１を被研磨物に押し当てる力も垂直にし、且つ均一にする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来用いられていた保持具では、被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押し当てる力を垂直にし、且つ均一にすることが困難であった。一般的にリング状の枠材１０３の厚さｔ１は、被研磨物Ｗの厚さｔ２よりも薄くする必要があるが、枠材１０３内に被研磨物Ｗを収容して、枠材１０３の底面と被研磨物の底面が研磨パッドの表面に押し当てると、保持パッド１０１の厚さは不均一になる。この場合、被研磨物Ｗと接触している保持パッドの内側部１０１ａの厚さｔ３が、枠材１０３が取り付けられている保持パッド１０１の外側部１０１ｂの厚さｔ４よりも薄くなる。これにより、外側部１０１ｂと内側部１０１ａとの間に段差Ｇ及び傾斜面１０７が形成される。そして保持パッド１０１に段差Ｇ及び傾斜面１０７が形成されると、保持パッド１０１の外側部１０１ｂと内側部１０１ａとの間で延びる傾斜面１０７が被研磨物Ｗに接触して垂直方向に対して傾斜した力Ｆ１を加えてしまう。
【０００７】
また、保持パッド１０１に傾斜面１０７が形成されると、保持パッドの内側部１０１ａが、保持パッド１０１の外側部１０１ｂによって下向きに引っ張られてしまう。そして保持パッドの内側部１０１ａが下向きに引っ張られると、保持パッドの内側部１０１ａが被研磨物Ｗに加える力が増加してしまい、被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押しつける力が増加してしまう。保持パッドの内側部１０１ａが被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押しつける力Ｆ２は、保持パッド１０１の全面において均一ではなく、下向きの引っ張り力の作用点である傾斜面１０７からの距離に応じて異なり、被研磨物Ｗの周縁において強くなり中央において弱くなる。そして、保持パッドから被研磨物に対して、傾斜方向に力Ｆ１が加わったり、不均一な力Ｆ２が加わったりすると、被研磨物Ｗを研磨パッド１０５に押し当てる力が不均一になり、結果として、被研磨物の厚さを均一にすることが困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、保持パッドが被研磨物に対して加える力をほぼ垂直にし、且つ均一にすることによって、被研磨物の厚さを均一にすることができる保持具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、発泡性ポリウレタンで形成された保持パッドと、この保持パッドにおける被研磨物に押し当てられる底面の周縁部に沿って取り付けられ前記被研磨物の厚さよりも薄い、リング形状の枠材とを備え、前記保持パッドの前記底面には、前記枠材の内周に沿って切り込みが形成されている。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、発泡性ウレタンで形成された保持パッドに切り込みを形成することができ、この切り込みを形成することによって、保持パッドが被研磨物に対して加える力をほぼ垂直にし、且つ均一にすることができる。即ち、保持パッドにリング形状の切り込みを形成することによって、保持パッドを外側部と内側部に実質的に分割することができる。
【００１１】
上述したように、従来用いられていた保持具では、保持具の枠材内に被研磨物を収容して研磨パッドに押し当てると、枠材と接触している保持パッド外側部の厚さが被研磨物と接触している保持パッド内側部の厚さよりも厚くなり、保持パッドには、傾斜面が形成される。これに対して、保持パッドの外側部と保持パッドの内側部との間に切り込みを形成して両者を分離することによって、保持具を研磨パッドに押し当てたときに、保持パッドの外側部と、保持パッドの内側部との間に傾斜面が形成されなくなる。これにより、保持パッドの内側部以外の部分が被研磨物に接触するのを防止することができる。また、保持パッドの外側部と、保持パッドの内側部が分離することによって、保持パッドの外側部が、保持パッドの内側部の変形によって周方向内側に引っ張られるのを防止することができる。これにより、被研磨物の周縁部において保持パッドから被研磨物に加わる力が増加するのを防止することができ、保持パッドが被研磨物に加える力を保持パッドの内側部全面にわたって均一にすることができる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記切り込みの幅は、前記保持パッドを前記被研磨物に押し当てて前記保持パッドの切り込みよりも内側の内側部が圧縮されて周方向外側に広がったときに、変形した内周部の側面が、前記切り込みの外側の外側部の側面に接触できるように寸法決めされている。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、保持パッドに形成されている切り込み幅を小さくすることができる。そして切り込みの幅を小さくすることによって、保持パッドの切り込みの内側部が被研磨物によって圧縮されて周方向外側に広がろうとしても、保持パッドの外側部の側面に接触するので、内側部の広がりを抑制することができる。そして保持パッドの内側部が周方向外側に広がりを抑制することによって、保持パッドの内側部の厚さを保持パッドの内側部の全面にわたってほぼ均一に保つことができる。
【００１４】
例えば、特許文献２に記載された構造では、保持パッドの外側部と保持パッドの内側部との間に所定の幅を有する溝が形成されている。しかしながら、保持パッドに、所定の幅を有する溝を形成すると、保持パッドの内側部が圧縮されて外周方向に変形し易くなってしまう。そして保持パッドが外周方向に変形する場合、保持パッドの内側部の側面付近の変形量が多くなり、その結果、保持パッドの内側部の側面付近において保持パッドが被研磨物に加えられる力が弱くなってしまう。したがって、特許文献２に記載されたような構造では、保持パッドが被研磨物に加える力を均一にすることができない。これに対して本発明では、切り込みの幅を、保持パッドの切り込みよりも内側の内側部分が圧縮されて外周方向に拡がったときに、変形した内周部分の側面が、切り込みの外側の外側部分の側面に接触できるように寸法決めしているので、保持パッドが被研磨物に加える力を保持パッドの内側部全面にわたってより均一にすることができる。
【００１５】
また、特許文献２に記載された構造では、保持パッドの外側部と保持パッドの内側部との間の溝が所定の幅を有しているので、研磨時に保持パッドの内側部が変形し易くなってしまう。そしてこれにより、研磨時に保持パッドによって十分に被研磨物を固定することができず、横ずれを起こしてしまう場合があるが、本発明のように保持パッドの内側部分と外側部分との間の切り込みを狭くすることによって、研磨時の内側部分の変形を抑制することができる。そしてこれにより、被研磨物の横ずれを防止することができる。
【００１６】
さらに、特許文献２に記載された構造では、保持パッドの外側部と保持パッドの内側部との間の溝が所定の幅を有しているので、溝内にスラリーが滞留し易くなる。そして溝内にスラリーが滞留すると、スラリー中の粒子により凝集物が形成され易くなり、その結果凝集物によって被研磨物にスクラッチが形成され易くなる。これに対して本発明のような狭い切込みを形成することによって、内部にスラリーが滞留するのを抑制することができ、これにより被研磨物がスラリー中の粒子により形成される凝集物によって傷つけられるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、保持パッドが被研磨物に対して加える力をほぼ垂直にし、且つ均一にすることができ、これにより、被研磨物の厚さを均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による保持具が適用される片面研磨機の一例を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態による研磨ヘッドの要部断面図。
【図３】本発明の実施形態による保持具によってウェハを研磨パッド上に保持している状態を示す断面図。
【図４】従来用いられていた保持具の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による保持具について説明する。
図１は、保持具が適用される片面研磨機の一例を示す斜視図である。
【００２０】
まず、図１に示すように、片面研磨機１は、上面に研磨パッド３が固定された研磨定盤５を備える。研磨定盤５の底にはシャフト７が設けられており、研磨定盤５は、シャフト７の軸周りに自転できるように構成されている。研磨パッド３の上には、シャフト７の軸から偏心した位置に複数の研磨ヘッド９が配置されている。研磨ヘッド９と研磨パッド３との間には、被研磨物として例えばウェハが保持されている。
【００２１】
図２は、研磨ヘッドの要部断面図である。
研磨ヘッドは、基部１１を備えており、この基部１１の底面には、本発明の実施形態による保持具１３が取り付けられている。保持具１３は、発泡性ポリウレタンで形成された保持パッド１５と、保持パッド１５の外周に取り付けられた枠材１７とを備えている。
【００２２】
保持パッド１５は、円板形状を有しており、例えば、１００％モジュラス（無発泡の樹脂シート２倍長に引っ張ったとき、に掛かる荷重を断面積で割った値）が２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂を湿式成膜することで形成されている。そして保持パッド１５内部には無数の気泡１９が形成されており、この気泡によって保持パッド１５のクッション性を向上させている。
【００２３】
枠材１７は、保持パッド１５と同一の外径を有するリング状の部材によって形成されており、その外周が保持パッド１５の外周と一致するように、保持パッド１５の底面に固定されている。枠材１７は、ウェハＷを周方向から囲むことで、ウェハＷが研磨ヘッド９と研磨パッド３との間から離脱するのを防止する。従って、枠材１７の内径は、ウェハＷの外径よりも僅かに大きい。また、枠材１７の厚さは、ウェハＷの厚さよりも薄くされている。このような枠材１７は、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂にガラス繊維等の繊維材を含有させて形成されている。
【００２４】
保持パッド１５は、さらに、その底面に形成された切り込み２１を備える。切り込み２１は、リング形状を有しており、保持パッド１５と同心状に形成されている。切り込み２１は、保持パッド１５に枠材１７を固定したときに、枠材１７の内周に沿う位置に形成されている。この切り込み２１は、所定の径を有するリング形状の刃物を保持パッド１５に押し当てることによって形成されている。また、切り込み２１は、保持パッド１５の底面から保持パッド１５の上面まで達しない深さを有している。切り込み２１の深さは、例えば保持パッド１５の厚さの５０〜８０％に達していることが好ましい。また、切り込み２１の幅は、０．１〜１．０ｍｍ程度であることが好ましいが、スラリーの進入を防ぐ観点、被研磨物にかかる応力を均一にする観点より、切り込み２１の幅はできる限り狭い方がより好ましい。
【００２５】
そして保持パッド１５は、切り込み２１によって、切り込み２１よりも内周側の内側部１５ａと、切り込み２１よりも外周側の外側部１５ｂとに実質的に分けられている。内側部１５ａは、保持パッド１５と同心の円板形状を有しており、外側部１５ｂは、内側部１５ｂを囲むリング形状を有している。そして切り込み２１は、保持パッド１５の上面まで達していないので、内側部１５ａと外側部１５ｂは、保持パッドの上面付近で連結されている。
【００２６】
図３は、保持具によってウェハを研磨パッド上に保持している状態を示す断面図である。
枠材１７の内側にウェハＷを収容して保持具１３を研磨パッド３に押し当てると、ウェハＷ及び枠材１７によって保持パッド１５は変形させられる。そして枠材１７は、ウェハＷよりも薄いので、枠材１７と接触する外側部１５ｂよりもウェハＷと接触する内側部１５ａのほうがより圧縮される。この場合においても、内側部１５ａと、外側部１５ｂとは、切り込み２１によって少なくとも底面が切り離されているので、内側部１５ａの変形と、外側部１５ｂの変形は、互いの変形に影響を及ぼさない。従って、内側部１５ａの変形によって外側部１５ｂが引っ張られたり、外側部１５ｂの変形によって内側部１５ａが引っ張られたりすることはない。これにより、外側部１５ｂが周方向内側に引っ張られてウェハＷに、垂直方向に対して傾斜した力を加えるのを防止することができる。また、内側部１５ａが周方向外側に引っ張られてウェハＷに加わる垂直方向の力が不均一になるのを防止することができる。
【００２７】
また、保持パッド１５は、発泡性ポリウレタンで形成されているので、保持パッド１５に圧縮力が加えられても内部の気泡によってある程度、外形の変形を抑制することができるものの、加える圧力によっては、保持パッド１５の外形が変形する場合もある。或る圧力下では、内側部１５ａ及び外側部１５ｂは、垂直方向に圧縮され幅方向に膨張する。内側部１５ａは、幅が広く、且つ圧縮量が少ないため、外側部１５ｂと比較して幅方向への膨張量が微少であるが、その一方で外側部１５ｂの膨張量は多くなる。そこで、切り込み２１の幅を十分に狭くして外側部１５ｂが膨張したときに内側部１５ａに接触するように切り込み２１の幅を寸法決めすることによって、外側部１５ｂの膨張を抑制することができる。
【００２８】
また、切り込み２１の幅を狭くすることによって、スラリーが滞留し難くなる。これにより、切り込み２１内部でスラリー中の粒子によって凝集物が形成されるのを抑制することができ、ウェハＷが傷つくのを防止することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１３    保持具
１５    保持パッド
１５ａ    内側部
１５ｂ    外側部
１７    枠材
２１    切り込み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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