(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を保持するために用いられる保持パッドであって、
内部に略球状の独立気泡を有する発泡性硬化樹脂からなり、前記発泡性硬化樹脂の吸水率が０．１〜１０．０％であり、前記被研磨物に接触する保持面には、前記独立気泡が開口し、
前記発泡性硬化樹脂の圧縮率は、０．１〜１０．０％であり、
前記独立気泡の開孔率は、５〜４０％である、
前記独立気泡の独泡率は、９０〜１００％である、
こと特徴とする保持パッド。
【請求項２】
前記発泡性硬化樹脂のＤ硬度は、１０〜５０である、
請求項１に記載の保持パッド。
【請求項３】
前記発泡性硬化樹脂の圧縮弾性率は、
７０〜１００％である、請求項１に記載の保持パッド。
【請求項４】
前記独立気泡の平均気孔径は、１０〜８０μｍである、
請求項１に記載の保持パッド。
【請求項５】
前記発泡性硬化樹脂のかさ密度は、０．３〜１．２ｇ／ｃｍ3である、
請求項１に記載の保持パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持パッドに関し、特に、化学的機械的研磨加工を行う際に、被研磨物の保持に好適な保持パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイス、電子部品等の材料、特に、Ｓｉ基板（シリコンウェハ）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、ガラスやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板等の薄型基板の表面の平坦性を実現するために、被研磨物の加工面にスラリーを供給しながら研磨パッドによって研磨を行う化学的機械的研磨加工が行われている。
【０００３】
このような研磨加工では、被研磨物を保持するための保持パッドが使用されている。保持パッドは、被研磨物の加工面とは反対側の面に接触し、被研磨物を研磨パッドに押し当てるように、被研磨物を保持するように構成されている。一般的な保持パッドは、発泡性樹脂シートによって構成されており、この樹脂シートは、研磨パッドと対向して配置された保持定盤に接着されている。
【０００４】
保持パッドとして、発泡性樹脂シートを用いた場合、スラリーが過度に保持パッドに浸透し、保持具の保持パッドと、保持定盤との間の接着層にまで達することがあった。そして、スラリーが接着層にまで達すると、スラリーによって接着層の接着強度が低下し、最終的には保持パッドが保持定盤から脱落してしまう恐れがあった。
【０００５】
このような課題を解決するための技術として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４７８９４３号公報
【０００７】
特許文献１に記載された保持パッドは、乾式発泡層と、湿式凝固法によって形成された湿式発泡層とを接着層を介して積層することで形成されている。そして、特許文献１では、連続した多数の涙型気泡を有し、かつ比較的圧縮率が低い湿式発泡層を、被研磨物を保持するための保持面として用いることとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているような保持パッドにおいては、研磨終了後に、被研磨物を保持面から剥がす際に、保持パッドが破損してしまう、という問題があった。即ち、特許文献１に記載されているような積層構造を有する保持パッドは、湿式凝固法によって形成された湿式発泡層の表面を保持面として用いるものであり、その保持面には、連続した涙型気泡が露出している。そして、研磨時にスラリーが露出している涙型気泡に侵入すると、保持面の劣化が促進されることがある。そして、保持面が劣化すると、被研磨物が保持面に過度に吸着されてしまい、研磨終了後に研磨圧を取り除いて被研磨物を保持面から剥がす際に、保持パッドが割れて破損する。または、被研磨物を剥がす際に、被研磨物も破損する場合がある。
【０００９】
さらには、保持面に連続した涙型気泡が露出していると、スラリーが、発泡層間の接着層や、保持パッドと保持定盤との間の接着層にまで浸透してしまう。そして、スラリーがいずれかの接着層に到達すると、スラリーによって接着層が劣化し、研磨終了後に、被研磨物を保持面から剥がす際に、発泡層同士が剥離したり、保持パッドが保持定盤から脱落したりする、という問題があった。
【００１０】
このような問題は、湿式凝固法によって形成された発泡層を用いた場合に限らず、同様に涙型気泡もしくは連続気泡が形成される乾式凝固法によって形成された発泡層を用いた場合においても同様に発生する。
【００１１】
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、保持パッドが保持定盤から脱落するのを抑制することができ、その上、複雑な積層工程を経ることなく製造することができ、かつ、被研磨物を保持パッドから剥がす際に、保持パッド及び被研磨物の破損を防止することができる保持パッド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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明は、被研磨物を保持するために用いられる保持パッドであって、内部に略球状の独立気泡を有する発泡性硬化樹脂からなり、前記発泡性硬化樹脂の吸水率が０．１〜１０．０％であり、前記被研磨物に接触する保持面には、前記独立気泡が開口している、こと特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、保持パッドを、発泡性硬化樹脂によって形成することができる。そして、発泡性硬化樹脂が、独立気泡を有するものとすることにより、スラリーによる保持面の劣化を抑制することができる。さらには、保持面が開口していて適度な吸水率である発泡性硬化樹脂を用いることにより、水分を用いて被研磨物を保持面に保持することができ、被研磨物が、気泡を介して過度に保持面に吸着されるのを抑制することができる。これにより、被研磨物を保持面から剥がす際に、保持パッドが破損するのを防止することができる。さらには、独立気泡構造とすることにより、保持面側から保持パッド内にスラリーが入り込んだとしても、スラリーが保持面とは反対側の面まで到達するのを抑制することができる。これにより、保持面とは反対側の面に接着層を設けたとしても、スラリーによって接着材層の接着強度が低下するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、保持パッドが保持定盤から脱落するのを抑制することができ、その上、複雑な積層工程を経ることなく製造することができ、かつ、被研磨物を保持パッドから剥がす際に、保持パッド及び被研磨物の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による保持パッドが用いられる研磨装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による保持パッドを備えた研磨ヘッドを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による保持パッドについて説明する。
【００１７】
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、例えばシリコンウェハＷが保持されている。
【００１８】
研磨ヘッド９は、垂直軸回りに自転しながら、シャフト７回りを公転し、研磨ヘッド９によって研磨パッド３に押し当てられているシリコンウェハＷの被研磨面の研磨を行うようになっている。
【００１９】
図２に示すように、研磨ヘッドは、円形の定盤１１を備えており、この定盤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、発泡硬化樹脂で形成された保持パッド１５と、保持パッド１５の外周側に取り付けられた枠材１７とを備えている。
【００２０】
保持パッド１５は、接着材を介して定盤１１に貼り付けられている。このような保持パッド１５は、内部に略球状の独立気泡を有する発泡性硬化樹脂からなり、従来の脱溶媒工程を経て製造された湿式発泡層を保持面とした保持パッドと比較して高い物理的強度及び耐薬品性を示し、保持パッドの破損を防止することができる。発泡性硬化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。保持パッド１５としては、ショアＤ硬度が約１０〜５０の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Ｄ硬度が１５〜４０の発泡ポリウレタン、さらに好ましくはショアＤ硬度が約３０の発泡ポリウレタンを用いるのがよい。保持パッド１５のショアＤ硬度を上記範囲内とすることにより、ウェハＷの保持時に保持パッドが破損することによる性能の低下、即ち内部発泡が目潰れすることによるクッション性の低下、及び表面開孔の目潰れによる保持表面の平滑化を防止することができるこのような保持パッドであれば、高研磨圧や強酸性スラリーの使用といった過酷な環境下で使用した際においても強度が著しく低下するのを防止することができる。
【００２１】
さらに、保持パッド１５は、吸水率が０．１〜１０．０％であり、好ましくは０．５〜６．０％であり、より好ましくは約４％である。吸水率を上記の範囲とすることにより、保持パッド１５の保持表面に水を介して被研磨物を保持しつつ、スラリーが保持パッド１５内に侵入することによって接着材層の接着強度が低下するのを抑制することができる。
【００２２】
吸水率の測定方法は、以下の通りである。発泡性硬化樹脂から切り出した試験片の重量を測定した後、温度２０℃の水に１時間浸漬する。浸漬後の試験片を取り出し、表面に付着した水を拭き取り重量を測定する。浸漬前後の重量変化から、吸水率（％）＝（浸漬後重量−浸漬前重量）／浸漬前重量×１００により吸水率を算出した。
【００２３】
また、保持パッド１５は、圧縮率が０．１〜１０．０％であることが好ましく、より好ましくは０．４〜４．０％であり、最も好ましくは約０．８％である。圧縮率を上記範囲内とすることにより、ウェハＷに対するクッション性、及び保持パッド１５の平坦度を保ちつつ、高研磨圧や強酸性スラリーの使用といった過酷な環境下で使用した際においても保持パッド１５の強度が低下し、又は保持パッド１５のウェハＷの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。
【００２４】
さらにまた、保持パッド１５は、圧縮弾性率が７０〜１００％であることが好ましく、より好ましくは８０〜１００％であり、最も好ましくは約９０％である。圧縮弾性率を上記範囲内とすることにより、保持パッド１５の強度、平坦度、及びウェハＷに対する追従性が低下するのを防止することができる。
【００２５】
具体的には、上述した圧縮率及び圧縮弾性率は、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を用いて、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｌ  １０２１）に準拠して測定される。この場合、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１分間放置後の厚さｔ１を測定した。全ての荷重を除き、１分間放置後、再び初荷重で３０秒間加圧した後の厚さｔ０’を測定する。このとき、初荷重は３００ｇ／ｃｍ2、最終圧力は１８００ｇ／ｃｍ2でとされる。そして、圧縮率は、下記数式（１）で算出し、圧縮弾性率は、下記数式（２）で算出される。
数式（１）：圧縮率（％）＝（ｔ０−ｔ１）／ｔ０×１００
数式（２）：圧縮弾性率（％）＝（ｔ０’−ｔ１）／（ｔ０−ｔ１）×１００
【００２６】
さらにまた、保持パッド１５は、厚さが０．１〜５．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜２．５ｍｍであり、最も好ましくは１．３ｍｍである。厚みを上記範囲内とすることにより、ウェハＷに対するクッション性を確保しつつ、保持パッド１５の強度を保つことができる。
【００２７】
具体的には、上述した厚さは、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を用いて、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ  ６５０５）に準拠して測定される。この場合、４８０ｇ／ｃｍ2の荷重をかけた加圧面を試料片の表面に載せ、５秒経過後に厚さを測定し、５箇所の厚さを測定し相加平均を求めることで行われる。
【００２８】
また、保持パッド１５は、内部に、無数の略球状の独立気泡１９を有している。独立気泡１９は、例えば、プレポリマーに無数の中空微粒子を混ぜてから、プレポリマーを２液硬化させることで形成されたものでもよい。このようにして形成された全ての気泡１９を、他の気泡１９と連続していない独立気泡１９とすることは困難であるが、保持パッド１５中のおおよそ半数の気泡１９が、他の気泡１９と連続しておらず、独立したものであればよい。保持パッドの気泡のおおよそ半数以上を独立気泡とすることにより、保持パッド１５の保持表面の水が保持パッド１５内部に吸収されることを抑制し、水を介して被研磨物を保持することができる。具体的には、独泡率は、５０〜１００％である事が好ましく、７０〜１００％であることがより好ましく、９０〜１００％であることがさらに好ましい。
【００２９】
独泡率の測定方法は、以下の通りである。まず、弾性樹脂発泡体を３ｃｍ×３ｃｍに切り出し、試料片とし、乾燥質量（初期質量）Ｗ１を測定する。１Ｌビーカーに２０±２℃の水３００ｍＬを入れ、クリップをつけた前記試料片をビーカーに投入し、ベルジャーを被せた。ベルジャー下に磁気スターラーをおいて磁力で前記試料片を沈める。次に、ベルジヤー中でアスピレーターにて２０分間陰圧にして脱気・浸水させる。クリップを外した前記試料片をキムタオルでくるみ、表面水分をふき取り、吸水後の質量Ｗ２を測定する。式：Ｗ２−Ｗ１により試料片内に取り込まれた吸水量Ｗ３（連続気泡体積）を算出する。そして、試料片の体積Ｖｂ（３ｃｍ×３ｃｍ×試料片厚み）に対する吸水量Ｗ３の百分率［１００×（Ｗ３／Ｖｂ）］により、連続気泡の体積割合を算出する。
【００３０】
そして、保持パッド１５は、例えば、プレポリマーを２液硬化させた後に、所定の円板形状にスライスされたものであり、保持パッド１５の保持面には、独立気泡１９が開口している。保持面に独立気泡１９を開口させることにより、保持パッド１５の内部に吸収されることなく保持面表面に水を保持することができ、水を介して被研磨物を吸着することができる。さらには、ウェハＷが保持パッド１５の保持面に密着しなくなり、研磨後に研磨圧を取り除くことで、保持パッド１５からウェハＷを容易に剥がすことができる。
【００３１】
また、上述した方法で形成された気泡１９の平均気孔径は、１０〜８０μｍであることが好ましく、さらに好ましくは１０〜６０μｍであり、最も好ましくは約２０μｍである。平均気孔径を、上述した範囲とすることにより、ウェハＷの異常吸着を防止しつつ、保持パッド１５による保持力の低下や、スラリーが過度に侵入するのを防止することができる。
【００３２】
また、上述した気泡１９を有する保持パッド１５は、かさ密度が、０．３〜１．２ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、さらに好ましくは０．４〜１．０ｇ／ｃｍ3であり、最も好ましくは０．８ｇ／ｃｍ3である。
【００３３】
かさ密度の測定方法は以下の通りである。発泡性硬化樹脂を１０ｃｍ×１０ｃｍに切り出し、試料片とし、その質量を測定し、上記サイズから求めた体積と上記質量から、発泡性硬化樹脂のかさ密度（ｇ／ｃｍ3）を算出する。
【００３４】
さらに、気泡１９の開孔率は、５〜４０％であることが好ましく、さらに好ましくは７〜３０％であり、最も好ましくは１４％である。開孔率を上記の範囲とすることにより、ウェハＷの保持パッド１５に対する異常吸着を防止しつつ、保持パッド１５の保持表面で保持した水を介して被研磨物を吸着することができる。
【００３５】
開孔率の測定方法は以下の通りである。マイクロスコープ（商品名「ＶＨ−６３００」、ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を用いて、発泡性硬化樹脂のワーク保持部及び枠部で、該ワーク保持部は被研磨物に対向する表面、及び該枠部は研磨パッドに対向する表面、の各々約１．３ｍｍ四方の範囲を１７５倍に拡大して撮影し、得られた画像を画像処理ソフト（ＩｍａｇｅＡｎａｌｙｚｅｒＶ２０ＬＡＢＶｅｒ．１．３、ニコン製）により二値化処理し、各々の気泡の面積から円相当径及びその平均値（ワーク保持部の表面開孔径）を算出する。そして、二値化処理画像に基づいて単位面積当たりの表面開孔率を算出する。この場合、気泡の径のカットオフ値（下限）を１０μｍとし、ノイズ成分を除外する。
【００３６】
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に固定されている。枠材１７を構成する材料としては、ガラスエポキシ樹脂のような、保持パッド１５よりも硬度の高い材料を用いることが好ましい。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の外径よりも大きい。
【００３７】
以上のように、本発明によれば、保持パッド１５を、一層の発泡性硬化樹脂によって形成することにより、複雑な積層工程を経ることなく製造することができる。また、発泡性硬化樹脂が、独立気泡１９を有するものとすることにより、保持面側から保持パッド１５内にスラリーが入り込んだとしても、スラリーが保持面とは反対側の面まで到達するのを抑制することができる。これにより、保持面とは反対側の面に接着層を設けたとしても、スラリーによって接着材層の接着強度が低下するのを抑制することができる。さらには、独立気泡１９を、保持面において開口させることにより、水を介して被研磨物を保持することができ、加えて、保持面が被研磨物に過度に吸着するのを抑制することができ、これにより、被研磨物を保持面から剥がす際に、保持パッド１５が破損するのを防止することができる。また、ショアＤ硬度を１０〜５０、好ましくは１５〜４０とすることにより、保持表面の平滑化を防止することができ、これにより、研磨後に研磨圧を取り除く際に、保持パッド１５からウェハＷを容易に剥がすことができる。また、研磨圧によって保持表面が劣化や破損するのを防止することができ、さらには、内部の発泡が潰れ、保持パッド１５のクッション性が低下するのを防止することができる。
【００３８】
本実施形態の保持パッド１５は、モールド法もしくはスラブ法等の公知の方法で形成することができる。モールド法とは、プラスチック又は金属製の型（モールド）に原料を注入して発泡硬化させた後、型から取り出す方法である。一方、スラブ法とは、連続コンベアー上に原料を流し、又は塗布するなどして、発泡硬化させる方法である。保持パッドに要求される精度を考慮すると、モールド法によって得られた発泡体ブロックをスライス加工することが好ましい。
【００３９】
本実施形態の保持パッド１５をポリウレタン樹脂から形成する場合、ワンショット法、プレポリマー法のいずれも採用することができる。ワンショット法は、ポリイソシアネート成分、ポリオール成分、架橋剤及び必要に応じてその他助剤を一度に反応させてポリウレタンエラストマーを得る方法である。ワンショット法はこれらの成分を一度に反応させるため、ウレタン化等の高分子化反応時に多量の発熱を伴い、安定した物理特性が得られない欠点がある。プレポリマー法はポリイソシアネート成分、ポリオール成分及び必要に応じてその他助剤を反応させてイソシアネートプレポリマーを製造し、次いで架橋剤及び必要に応じてその他の助剤をさらに反応させてポリウレタンエラストマーを得る方法である。一方、プレポリマー法はイソシアネートプレポリマーの粘度が高いと、成形時に脱泡不良となり、成形作業が困難になるという欠点があるものの、ワンショット法に比べ、安定した物理特性をもったポリウレタンエラストマーが得られるという特徴があり、より好ましい。
【００４０】
本実施形態の保持パッド１５の独立気泡１９は、プレポリマーに無数の中空微粒子を混ぜてから、プレポリマーを硬化剤により硬化させることで形成することとしたが、独立気泡１９を形成する方法としては、これに限定されず、その他の公知の手段を用いてもよい。他の公知の手段としては、例えば、水、又は公知の発泡剤による発泡手段を用い、その添加量及び硬化条件を制御することで独立発泡体を得る方法や、機械発泡法により、発泡量を制御する方法がある。この中でも、独泡率及び発泡径の制御の観点から、中空微粒子によって発泡を形成する方法が好ましい。
【００４１】
本実施形態の保持パッド１５の独立気泡１９を保持面において開口させる手段としては、樹脂発泡体ブロックをスライスする方法を用いたが、独立気泡１９を開口させる方法としては、これに限定されず、他の公知の手段を用いてもよい。他の公知の手段としては、樹脂発泡体の保持面を、サンドペーパー等で研削処理する方法がある。この中でも、保持パッドに求められる精度を考慮すると、樹脂発泡体ブロックをスライスする方法が好ましい。
【００４２】
また、上述した保持パッド１５は、一層の発泡ポリウレタンで形成されており、これを、直接、保持定盤に接着することとした。これにより、従来用いられていた積層構造の保持パッドと比較して製造を容易にすることができる。しかしながら、本発明によれば、保持パッド１５を積層構造とすることも可能である。積層構造を形成する場合、発泡ポリウレタンあるいは不織布、その他公知の方法で形成された支持層を準備し、この支持層上に保持パッド１５を接着する。そして、保持パッド１５を支持層に接着することにより、クッション性を向上させたり、スラリーが保持定盤表面の接着層に到達するのをより確実に防止することができるようになる。
【００４３】
また、特に、ＳｉＣ基板（シリコンカーバイドウェハ）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、サファイアガラス等の難削材の研磨においては強酸性スラリーを使用し、高研磨圧条件下にて研磨することが一般的である。このような過酷な研磨条件化においては、従来の脱溶媒工程を経て形成された湿式発泡保持面を有する保持パッドでは保持パッドの耐久性が不足していたところ、本実施形態にかかる保持パッド１５によれば、保持パッドの保持力（吸着力）を向上させ、かつ保持パッドの破損防止及びスラリーの浸透による接着強度低下を防止することができる。さらに、保持パッド１５によれば、経時劣化を少なくすることができ、寿命を長くすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１５    保持パッド
１９    独立気泡
【図１】
0006757156.tif 000002
【図２】
0006757156.tif 000003