(57)【要約】【課題】枠材の強度を保ちながら、研磨時に、補強用の繊維の脱落を防止しつつ、研磨パッドに押しつけられたとき、研磨パッドの表面に段差が生じ難くする被研磨物保持具を提供すること。【解決手段】本発明によれば、板状の被研磨物Ｗを研磨パッドで研磨する際に被研磨物を保持するために使用される被研磨物保持具１０であって、補強用の繊維を含有し、研磨時に被研磨物を取り囲んだ状態で被研磨物を内部に収容する開口１６’を有している環状枠材１６と、研磨時に被研磨物の環状枠材への接触を阻止するように、開口内に配置された接触防止リング２０と、を備え、環状枠材を構成する材料と接触防止リングを構成する材料との硬度の差が１５％以内である被研磨物保持具が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の被研磨物を研磨パッドで研磨する際に前記被研磨物を保持するために使用される被研磨物保持具であって、
補強用の繊維を含有し、前記研磨時に前記被研磨物を取り囲んだ状態で該被研磨物を内部に収容する開口を有している環状枠材と、
前記研磨時に前記被研磨物の前記環状枠材への接触を阻止するように、前記開口内に配置された接触防止リングと、を備え、
前記環状枠材を構成する材料と接触防止リングを構成する材料との硬度の差が１５％以内である、
ことを特徴とする被研磨物保持具。
【請求項２】
前記接触防止リングの幅(径方向長さ)が、該接触防止リングの幅と前記環状枠材の幅(径方向長さ)の和の３０ないし６０％に設定されている、
請求項１に記載の被研磨物保持具。
【請求項３】
前記環状枠材が、ガラス繊維強化樹脂材料で構成されている、
請求項１または２に記載の被研磨物保持具。
【請求項４】
前記接触防止リングが、ポリフェニルスルファイド材料で構成されている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被研磨物保持具。
【請求項５】
前記接触防止リングの幅が、５ないし１５ｍｍに設定されている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被研磨物保持具。
【請求項６】
前記接触防止リングの幅が、前記接触防止リングの内径の１〜１０％に設定されている、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被研磨物保持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には保持具に関し、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
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る。
【０００３】
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。
【０００４】
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傷を抑制するため、保持用定盤に弾性を有する発泡性樹脂等で形成された保持材（保持バッド）を装着し、この保持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、保持材の周縁に沿って枠材を取付け、保持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)。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０８１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように保持具の枠材としてガラスエポキシの積層板は強度が高く耐久性に優れており有用である。しかし、ガラスエポキシの積層板には補強用のガラス繊維を含有しているため、研磨時に被研磨物が接触すると、その衝撃による破損や摩耗により、補強用の繊維が脱落することがある。この脱落した繊維が、被研磨物と研磨パッドの間に入り込み、被研磨物の表面にスクラッチを生じさせる可能性がある。
【０００８】
このような事態を防止すべく、リング形状（環状）の枠材の内周に、緩衝用の繊維を含まない追加の環状弾性部材を配置し、被研磨物が枠材に接触することを防止する構造を考えることができる。
【０００９】
しかしながら、環状の枠材１０２と接触防止リング（追加の環状弾性部材）１０４では硬度が異なるので、このような環状の枠材１０２と接触防止リング１０４とで構成された保持具１００を、研磨時に、研磨パッド１０６に押しつけたとき、両者間の硬度差に起因して、図１に模式的に示すように、研磨パッド１０６の表面に段差が生じ、この段差が、被研磨物１０６の表面形状に悪影響、特に被研磨物の端面が過剰に研磨される「エッジ垂れ」現象が生じさせ、さらには枠材１０２と接触防止リング１０４が剥離し、枠材１０２の内周部の側面が露出することで繊維が脱落する畏れもある、という新たな問題も認識された。
【００１０】
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、枠材の強度を保ちながら、研磨時に補強用の繊維の脱落を防止しつつ、研磨パッドに押しつけられたとき、研磨パッドの表面に段差が生じ難くする被研磨物保持具を提供することを目的とする。
【００１１】
本願発明の発明者は、研磨後の被研磨物の表面の仕上げ状態を向上させるべく鋭意研究を重ねた結果、保持具の枠材から脱落した補強用の繊維が被研磨物の表面にスクラッチを生じさせる可能性があること、さらに、繊維脱落を防止すべく接触防止リングを追加すると、枠材と接触防止リングとの硬度差に起因して、研磨パッドの表面に段差が生じ、この段差が被研磨物の表面形状に悪影響を及ぼす畏れがあるという課題を新たに見出し、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。
【００１２】
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前記被研磨物を保持するために使用される被研磨物保持具であって、
補強用の繊維を含有し、前記研磨時に前記被研磨物を取り囲んだ状態で該被研磨物を内部に収容する開口を有している環状枠材と、
前記研磨時に前記被研磨物の前記環状枠材への接触を阻止するように、前記開口内に配置された接触防止リングと、を備え、
前記環状枠材を構成する材料と接触防止リングを構成する材料との硬度の差が１５％以内である、
ことを特徴とする被研磨物保持具が提供される。
【００１３】
このような構成を有する被研磨物保持具は、外方の環状枠材と内方の接触防止リングとの硬度差が小さいため、研磨時に、研磨パッドに押しつけられても、研磨パッドの表面に、硬度差に起因する段差が生じにくくなる。そのため、エッジ垂れ等といった被研磨物への悪影響を低減し、さらには、枠材と接触防止リングが剥離し、枠材の内周部の側面が露出して繊維が脱落するのを抑制することができる。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記接触防止リングの幅(径方向長さ)が、該接触防止リングの幅と前記環状枠材の幅(径方向長さ)の和の３０ないし６０％に設定されている。
【００１５】
接触防止リングの幅(径方向長さ)が、接触防止リングの幅と前記環状枠材の幅(径方向長さ)の和の３０％を下回ると、研磨中に、研磨パッドに接触する環状枠材の面積が大きくなり、この接触部分からの繊維の脱落が多くなる。一方、接触防止リングの幅(径方向長さ)が、接触防止リングの幅と前記環状枠材の幅(径方向長さ)の和の６０％を上回ると、保持具全体に占める環状枠材の割合が低くなるため、枠材の強度が低下し、研磨中に破損する畏れがある。
したがって、接触防止リングの幅(径方向長さ)を上記範囲に設置することにより、上記のような問題を排除し、保持具の強度を保ちながら繊維脱落を抑えつつ、研磨パッドの表面に段差が生じることを抑制できる。
【００１６】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記環状枠材が、ガラス繊維強化樹脂材料で構成されている。
【００１７】
前記接触防止リングが、ポリフェニルスルファイド材料で構成されている。
【００１８】
前記接触防止リングの幅が、５ないし１５ｍｍに設定されている。
【００１９】
前記接触防止リングの幅が、前記接触防止リングの内径の１〜１０％に設定されている。
【発明の効果】
【００２０】
このような構成を有する本発明によれば、枠材の強度を保ちながら、研磨時に、補強用の繊維の脱落を防止しつつ、研磨パッドに押しつけられたとき、研磨パッドの表面に段差が生じ難くする被研磨物保持具が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の課題を説明する模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態の被研磨物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。
【図３】本発明の好ましい実施形態の被研磨物保持具を示す模式的な縦断面図である。
【図４】図３の被研磨物保持具の横断面図である。
【図５】図３の被研磨物保持具の使用状態を示す模式的な縦断面図である。
【００２２】
以下、図面に沿って、本発明の好ましい実施形態の被研磨物保持具について説明する。
【００２３】
まず、図２に沿って、本発明の実施形態の保持具１０が使用される片面研磨機について説明する。図２は、本発明の実施形態の保持具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。
【００２４】
図２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、モータ等の図示しない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。
【００２５】
研磨パッド６の上方には、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（被研磨物保持具）１０が取付けられている。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。
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板状の被研磨物Wが保持され、研磨パッド２によって被研磨物Wの研磨が行われる。
【００２６】
図３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、本実施態様の保持具１０の縦断面図である。
保持具１０は、全体にわたり厚さが略一定の略円板状の保持材１２を備えている。保持材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、保持材１２の外径と略等しく設定されている。リング状すなわち環状の枠材１６の中央の開口１６’は、研磨時に、被研磨物Wを取り囲んだ状態で収容する開口１６’であり、保持材１２の一方の面１４の枠材１６で囲まれた部分が、研磨時に、板状の被研磨物Ｗの背面に当接する被研磨物保持面１８となる。
【００２７】
本実施形態では、保持材１２は、発泡性樹脂で形成されている。この発泡性樹脂としては、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、良好な発泡性、及び強度の観点からポリウレタン樹脂が好ましい。
【００２８】
保持材１２としては、ショアＡ硬度が約５０〜９０の発泡性樹脂(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の発泡性樹脂(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。
【００２９】
保持材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。
【００３０】
また、保持材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、および保持材１２の保持面の平坦度を保ち、保持材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。
【００３１】
ここで、圧縮率は日本工業規格（ＪＩＳ  Ｌ  １０２１）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。このとき、初荷重は１００ｇ／ｃｍ2、最終圧力は１１２０ｇ／ｃｍ2とする。
【００３２】
枠材１６は、外周が保持材１２の保持面の外周と一致するように、保持材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、補強用の繊維を含有した比較的硬質の樹脂材料、例えばガラスエポキシ樹脂等のガラス繊維強化樹脂材料によって形成されている。
本実施態様では、枠材１６を構成する補強用の繊維を含有した比較的硬質の樹脂材料の硬度は、ショアＤ硬度で７０-９５である。ここで、ショアD硬度は日本工業規格（ＪＩＳ-Ｋ６２５３）に従い求めることができる。
【００３３】
本実施態様の保持具１０は、さらに、接触防止リング２０を備えている。接触防止リング２０は、外径が環状の枠材１６の開口１６’の内径にほぼ等しく、枠材１６の開口１６’に着脱自在に嵌合した状態で配置されている。また、枠材１６と接触防止リング２０は、ほぼ同一の厚さ（図３における上下方向の長さ）を有している。
このような構成であるので、本実施態様の保持具１０では、接触防止リング２０の内側の空間が、研磨時に被研磨物Wを収容する空間となり、接触防止リング２０が、研磨時に被研磨物Wの環状枠材１６への接触を阻止することになる。
【００３４】
接触防止リング２０は、ポリフェニルスルファイド材料等の比較的、滑らかな硬質材料で形成されている。本実施態様では、接触防止リング２０を構成する滑らかな硬質材料の硬度は、ショアＤ硬度で７０-９５である。
【００３５】
そして、本実施態様の被研磨物保持具１０では、環状枠材１６を構成する材料と接触防止リング２０を構成する材料との硬度の差が１５％以内となるように設定されている。
【００３６】
一方、本実施態様の被研磨物保持具１０では、接触防止リング２０の幅（径方向長さ）が、５ないし１５ｍｍに設定されている。また、接触防止リング２０の幅(径方向長さ)Ｒ1は、接触防止リング２０の幅Ｒ1と環状枠材１６の幅(径方向長さ)Ｒ２の和Ｒの３０ないし６０％に設定されている。
上記実施態様の被研磨物保持具１０では、環状枠材１６の幅(径方向長さ)Ｒ２は１６．５ｍｍに、接触防止リング２０の幅は１０ｍｍにそれぞれ設定されている。従って、接触防止リング２０の幅Ｒ1と環状枠材１６の幅(径方向長さ)Ｒ２の和Ｒは、２６．５ｍｍとなる。
【００３７】
さらに、本実施態様の被研磨物保持具１０では、接触防止リング２０の幅が、接触防止リング１６の内径Idの１〜１０％になるように設定されている。
なお、上記実施態様の被研磨物保持具１０では、接触防止リング１６の内径Idは、３０２ｍｍに設定されている。
【００３８】
このような構成を有する被研磨物保持具１０は、図５に示されているように、接触防止リング２０の内側に被研磨物Wを配置した状態で、保持材１２を介して研磨定盤によって、被研磨物Wとともに、研磨パッドに押しつけられる。
上述したように、本実施態様の被研磨物保持具１０では、環状枠材１６を構成する材料と接触防止リング２０を構成する材料との硬度の差が１５％以内となるように設定されているので、研磨パッドに押しつけられたときの、環状枠材１６の変形量（圧縮量）と接触防止リング２０の変形量（圧縮量）との差が小さくなる。この結果、環状枠材１６に接触する研磨パッドの部分と接触防止リング２０との接触する研磨パッドの部分の間で、段差が発生しにくくなり、「エッジ垂れ」が抑制される。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１：片面研磨機
１０：保持具
１２：保持材
１６：枠材
１８：被研磨物保持面
２０：接触防止リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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