JPH09155730A - 研磨のための被加工物の保持具及びその製法 - Google Patents

研磨のための被加工物の保持具及びその製法

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JPH09155730A
JPH09155730A JP31338095A JP31338095A JPH09155730A JP H09155730 A JPH09155730 A JP H09155730A JP 31338095 A JP31338095 A JP 31338095A JP 31338095 A JP31338095 A JP 31338095A JP H09155730 A JPH09155730 A JP H09155730A
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ring
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久保  直人
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好胤 繁田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】容易な脱着法により被加工物の保持にかかわる
作業時間を短くし、研磨液による被加工物の保持用の機
器へのダメージをなくすことにより機器の保繕を容易に
し、かつ被加工物の研磨後の平坦度を改善することがで
きる被加工物の保持具およびその製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 研磨プレート10上に設けられている研
磨パッド11に、被加工物7の加工面を摺接させるため
の被加工物7の保持具8である。保持具8は、裏面から
の吸引により被加工物7を表面に吸着させる通気性セラ
ミックスからなる基板1と、基板1の外周部に設けられ
たシール部2と、被加工物7の周囲外側において基板1
に取り付けられており、被加工物7の外端部研磨ダレを
抑制するためのリテーナーリング4と、リテーナーリン
グ4と基板1との間に設けられており、リテーナーリン
グ4を対向する前記研磨パッド11側へ圧接させるため
のバックアップリング5と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ、
半導体デバイスの層間絶縁膜及びメタル配線、メモリー
・ディスク、 LCD用ガラス等の精密平面研磨が必要
な被加工物の研磨用保持具およびその製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体ウェーハ、半導体デバイス
の層間絶縁膜及びメタル配線、メモリー・ディスク、L
CD用ガラス等の精密平面研磨を行う際には、回転する
定盤に装着された人工皮革様の研磨布と、対向する位置
に置かれた回転可能な被加工物保持プレートに下記に述
べるような種々の被加工物の装置法により固定された被
加工物との間に研磨砥粒を含む研磨液を供給して、被加
工物及び研磨布を互いに摺動させることにより行われて
きた。
【0003】従来技術による被加工物の保持・固定法と
しては、例えば、以下の方法が用いられてきた。
【0004】(1)金属やセラミックスで製作された被
加工物保持プレートに加熱下で流延、塗布されたワック
スを介し、該ワックスの軟化点以下まで冷却することに
より被加工物を固定する、いわゆるワックス・マウンテ
ィング法。
【0005】(2)金属やセラミックスで製作された被
加工物保持プレートに機械加工により直径0.5mm〜
数mmの吸引口をあけ、この保持プレートの裏面及び側
面から真空ポンプにより吸引することで保持プレート表
面に装着された被加工物を固定する、いわゆるバキュー
ム・チャック法。
【0006】(3)人工皮革様の高分子発泡材料を被加
工物保持プレートに装置し、該高分子発泡材料を水で濡
らし発泡孔中の水が被加工物を介して加えられる圧力に
より外部へ排出された時に生じる発泡孔中の水の陰圧及
び水自体の表面張力の複合により被加工物を保持プレー
ト表面に固定する、いわゆるノーワックス・マウンディ
ング法。
【0007】しかしながら、これら種々の被加工物保持
法には各々に特有の欠点も存在した。すなわち、(1)
ワックス・マウンティング法においては、被加工物の研
磨終了後、被加工物裏面に固定に用いたワックスが残留
し、その汚染を除去するために煩雑な洗浄操作を行う必
要があること、固定に用いるワックス自体に軟化点があ
ることから、研磨加工温度をその軟化点以上に上げるこ
とができないこと、ワックス中にゲル化物や外来粉塵が
含まれているとそれらの存在が研磨中に被加工物表面の
ディンプルとして転写され研磨の仕上り状態を悪化させ
ることなどが挙げられる。
【0008】(2)従来のバキューム・チャック法につ
いては、機械加工により形成された吸引口付近で被加工
物が吸引口側にたわみ、研磨加工後の被加工物表面では
逆に研磨による表面の除去が不足であった突起点として
残り、研磨の仕上がり状態を悪化させること、研磨液が
加工中に被加工物裏面と保持プレート間の間隙を通って
吸引口から真空ポンプ配管系中に吸い込まれ、ポンプ故
障や配管を腐食などを起こし易いことなどが挙げられ
る。
【0009】(3)また、ノーワックス・マウンティン
グ法では、可撓性のある高分子発砲材料を用いた固定法
であるため他の方法と異なり、金属やセラミックスで製
作された剛性のある被加工物保持プレートの平坦度をい
わゆるならい加工の原理で被加工物表面に反映させるこ
とが困難である。
【0010】さらに、これらの従来技術による固定法に
関して共通して言えることは、被加工物の外周端部が回
転加工中の摺動による応力集中を受けるために、研磨加
工終了後の被加工物外周端部がいわゆるフチダレと称す
る外周端部での平坦度の悪化を引き起こす事がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
よる被加工物の保持法が持つ上記のような欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は容易な脱着法
により被加工物の保持にかかわる作業時間を短くし、研
磨液による被加工物の保持用の機器へのダメージをなく
すことにより機器の保繕を容易にし、かつ被加工物の研
磨後の平坦度を改善することができる被加工物の保持
具、およびその製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の被加工物の保持
具は、研磨プレート上に設けられた研磨パッドに、被加
工物の加工面を摺接させるための被加工物の保持具であ
って、裏面からの吸引により該被加工物を表面に吸着さ
せる通気性セラミックスからなる基板と、該基板の外周
部に設けられた通気性を低下させるシール部と、該被加
工物の周囲外側において該基板に装着されており、該被
加工物の外端部研磨ダレを抑制するためのリテーナーリ
ングと、該リテーナーリングと該基板との間に設けられ
ており、リテーナーリングを対向する前記研磨パッド側
へ圧接させるためのバックアップリングと、を有し、そ
のことにより上記目的が達成される。
【0013】また、本発明の被加工物の保持具の製造方
法は、研磨プレート上に設けられている研磨パッドに、
被加工物の加工面を摺接させるための被加工物の保持具
の製造方法であって、通気性セラミックスからなる基板
の周囲に、樹脂を含浸させて通気性を低下させるシール
部を形成する工程と、該シール部において、基板の表面
側より切削して切欠部を形成する工程と、該切欠部に弾
性変形可能なバックアップリングおよびリテーナーリン
グをそれぞれ装着する工程と、を包含し、そのことによ
り上記目的が達成される。
【0014】本発明の作用は次の通りである。
【0015】通気性セラミックスからなる基板の表面に
被加工物を配置し、該基板の裏面から真空ポンプにより
吸引することにより被加工物は該基板(以下プレートと
もいう)の平坦度にならった形で吸引固定される。研磨
加工中に供給される研磨液は被加工物の保持の直接関係
しない部位においてはプレート中の空孔が含浸・固化さ
れた液状樹脂によりシールされているためプレートの空
孔を通って進入することがない。さらに、被加工物を基
板へ吸引するために設けられている基板の空孔は、被加
工物裏面と当接する領域内において小径で、均一かつ多
数分布しているため、従来のバキューム・チャックにみ
られるような機械加工による吸引口近傍における被加工
物の局所的たわみは起こらない。
【0016】被加工物の外周端部に配置されたリテーナ
ーリングは被加工物表面と近接し研磨加工時には同一平
面内に位置するため、研磨加工中の摺動による応力集中
を該リテーナーリングの外周端部で担持するため、被加
工物の外周端部では同様の応力集中が起こることはな
い。
【0017】また、該リテーナーリングはその裏面に配
置された弾性のバックアップリングにより弾性的に支持
されているため、被加工物が研磨によりその厚さを変化
してもその変化に追従してバックアップリングが圧縮弾
性変形を起こすことで、リテーナーリングの表面は被加
工物表面と常時同一平面内に位置するようになる。
【0018】仮に、被加工物の研磨前の厚さが大幅に変
化するような場合においては、リテーナーリングと弾性
バックアップリングとの間に剛体製のインサート・リン
グを挿入することができ、そのインサートリングの厚さ
により、リテーナーリングの表面を被加工物表面と同一
の平面内に位置するように調節することができる。
【0019】以上、列挙した作用により、被加工物の脱
着操作は簡単な真空系のオン、オフ操作で可能になり、
研磨液の真空系の侵入による真空度の変動や真空機器へ
のダメージもなくなる。さらにリテーナーリング及びセ
ラミックス製のプレート平坦度の効果により被加工物の
研磨後の面内局所的な平坦度、外周端部の平坦度及び面
全体にわたる平坦度等測定の基準を超えたいずれの平坦
度における仕上がり状態も大幅に改善される。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明に用いられるセラミックス
基板は、セラミック用粉体を一旦焼結して形成させたセ
ラミック粒(セラミック・ビーズともいう)を無機系バ
インダーにより相互に結合させて製作される連続した空
孔を持つプレートを用いることができ、たとえばアルミ
ナの粉体を焼結させて得られる直径0.1mm程度のビ
ーズをシリカ系の無機バインダーにより相互に結合させ
た多孔質プレートが適している。より好適には該多孔質
プレートの通気抵抗が極力小さいものが望ましい。
【0021】図3及び図4に示すように、該基板1は通
常は円板形状に形成されている。また基板1は剛性を有
しかつ連続する空孔を有するものであればよく、例え
ば、空孔を有する金属部材や硬質合成樹脂板、ガラス板
等を使用することもできる。
【0022】該基板1の外周部には、全周にわたってシ
ール部2が形成されている。このシール部2は、種々の
液状樹脂を基板1に含浸固化させることにより形成する
ことができ、基板1の通気性がシール部2において大き
く低下し、もしくは実質的に通気性が無くなっている。
【0023】上記樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、
ポリウレタン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリオレフ
ィン樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリアミド樹脂等
を使用することができる。特に、熱硬化性樹脂が好まし
い。
【0024】シール部2を形成する領域は、その基板1
中に有する連続した空孔によって被加工物7の保持に直
接関係しない部位が好ましく、基板1の外周の表裏面部
および側面部に設けることができる。
【0025】該基板1に形成される切欠部3は、図4に
示すように基板1の外周部の表面側に形成される。この
場合、切欠部3は、基板1の外周部において表面側より
リング状に形成されている。切欠部3においては、樹脂
含浸したシール部2が形成されているので、該切欠部3
の切欠面(すなわち、基板1の周端面および切欠部3の
底面)には通気性が低下したシール面3a、3bが形成
されている。
【0026】この切欠部3に装着されるリテーナーリン
グ4、バックアップリング5、インサートリング7はす
べて同一外周、同一内周形状になる様にリング状に機械
加工されるのが好ましい。
【0027】用いられる材料としては、リテーナーリン
グ4には当接する研磨プレート10あるいは研磨パッド
11との摺動による相互の摩耗を考慮した材料、たとえ
ばフッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリオキシメチレ
ン樹脂、ポリアミド樹脂等が適用可能であるが、好適に
は使用される研磨プレート10及び研磨パッド11の材
質により決定される相対摩擦係数の低い表面平滑加工を
施した材料を選択することが望ましい。
【0028】バックアップリング5には、研磨加工で使
用される一般的な加工圧力範囲、すなわち50〜100
0g/cm2の範囲で圧縮弾性変型を起こす材料が適し
ている。これらの材料としてはポリウレタンのような熱
可塑性及び熱硬化性エラストマー及び種々のゴム材料が
挙げられるが、研磨加工中に被加工物7の厚さ変化に追
従した圧縮変形を起こす点を考慮すれば縦方向圧縮によ
り水平方向の膨張を極力起こさない要件が必要であり、
そのような点からエラストマー及びゴム材料で形成され
る発泡体が好適である。
【0029】副次的に用いられるインサート・リング6
については、その使用目的が加工に供される被加工物7
の絶対厚さの大幅な変化に対する調節を行うものである
ことから、たとえば研削により種々の厚さをそろえるこ
とが可能な剛性材料が望ましく例としてはガラス繊維充
填エポキシ樹脂シート、ポリエステルシート、ポリイミ
ドシート等があげられる。
【0030】これらは接着剤等を用いて基板1の切欠部
3内に装着し得る。例えば、両面粘着シートを用いて基
板1の上記切欠面3bに貼付けることができる。
【0031】このようにして、本発明の被加工物7の保
持具8が構成される。
【0032】リテーナーリング4の研磨パッド11と接
する側の角には面取りあるいはアールが施されていても
よい。リテーナーリング4の内形は被加工物7の外形と
略同じか、やや大きく形成される。
【0033】なお、図4(A)は、図3に示すシール部
(樹脂含浸部)のA−A’線断面図であり、図4(B)
は図3に示すオリフラ部を含めたシール部(樹脂含浸
部)のB−B’線断面図である。
【0034】次に、本発明の保持具8の製造方法の一例
を説明する。
【0035】上記基板1の被加工物7と当接する表面に
被加工物7形状とほぼ一到する形状でマスキングテープ
を施し、引き続き行われるシールのための液状樹脂が含
浸しないようにする。次いで、マスキングテープを施し
た基板1の表面側からシール用の液状樹脂を塗布しマス
キングテープを施していない部位について充分な含浸を
行わせる。この際に用いる液状樹脂は、熱可塑性ポリマ
ーの溶剤溶液、熱可塑性エマルジョン、熱可塑性ポリマ
ーの溶融液、液状熱硬化性樹脂及びその硬化剤の混合物
等がいづれも適用可能であるが、低粘度過ぎるとマスキ
ングテープ部の下層へも侵入してしまい、高粘度である
と基板1の空孔中への充分な含浸が期待できないことか
ら、比較的広い範囲の粘度を持ち、固化に際してもガス
等の発生がない熱硬化性樹脂及びその硬化剤の混合物が
望ましい。
【0036】次に、樹脂を硬化させた後、基板1表面か
らマスキングテープを剥し、基板1の表面側から基板1
の外周部に切欠部3(段差部)を切削加工する。また、
切欠部3を切削加工した後、該切欠部3に樹脂を含浸固
化させてもよい。
【0037】次に、所定形状のバックアップリング5、
インサートリング6およびリテーナーリング4をこの順
で切欠部3内へ接着剤等を用いて装着して保持具8が作
製される。
【0038】図1に示すように、基板1に装着された該
リテーナーリング4によって被加工物7を収容するため
の収容部9が形成され、該収容部9に被加工物7を装着
して該被加工物7の加工が行われる。被加工物7として
は、シリコン・ウェーハ、SOIウエハ、熱酸化膜ウエ
ハ、等が挙げられ、何等限定されない。
【0039】被加工物7を装着した保持具8を、図2に
示すように、研磨プレート10上に装着されている研磨
パッド11と対向して配置し、研磨液を供給しながら相
対的に移動(例えば、回転移動)させることにより被加
工物7の表面(加工面)を研磨パッド11に摺接させて
被加工物7の研磨加工が行われる。ここで、基板1裏面
からの真空吸引によって被加工物7は基板1表面に吸着
され、また、被加工物7の外周部に、被加工物7表面と
同一平面を形成し均等圧力で対向する研磨プレート10
及びその研磨プレート10に装置された研磨パッド11
と圧接するようにリテーナーリング4が配置されてい
る。
【0040】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
【0041】(実施例1) A.保持具の作製 以下(1)〜(7)の工程に従って、保持具を製作し
た。
【0042】(1)ビーズ直径0.1mmのアルミナ・
ビーズよりなる、厚さ20mm、直径250mmのプレ
ート(例えば京セラ(株)製セラミック・ビーズ・プレ
ート)に、直径200mmのシリコン・ウェーハから形
取りしたポリエステルフィルムを基体とする片面粘着剤
付きのマスキングテープを、該プレートの中心に位置す
るよう貼付けた。
【0043】(2)予め、硬化剤を所定量混合したエポ
キシ樹脂(B型回転粘度計による粘度3000cps2
5℃)を該プレート上から流下させ、浸透時間として3
分間放置した後、過剰液を除去するためにスクイーズ・
ロールで表面を拭った。
【0044】(3)離型性のある平板上に、上記(2)
の工程で得られたプレートを、作用表面を下にして置
き、オーブン中に120℃、60分間放置してエポキシ
樹脂を硬化させた。
【0045】(4)プレートに含浸したエポキシ樹脂が
完全に硬化した後、平板上からプレートを取り、その表
面からマスキング・テープを剥した。
【0046】(5)作用表面側に出ている含浸樹脂のバ
リを取り、リテーナーリング及びバックアップリング、
インサート・リングを装置するプレート外周段差を形成
する目的で、プレートの外周部に、プレートの外周側端
から幅25mm、プレート表面からの深さ15mmの切
欠き段差部を切削加工により削り出した。
【0047】(6)内径200mm、外径250mm、
厚さ5mmのデルリン製リテーナーリングを製作し、そ
の裏面に感圧両面接着テープを貼った。同一の内外径で
厚さ10mmのシリコンゴム製スポンジを製作し、その
裏面に感圧両面接着テープを貼った。また650μmの
厚さに削ったガラス繊維充填エポキシ樹脂シートを内外
径を上記二種のリングと同一にして製作し、その裏面に
感圧両面接着テープを貼りインサート・リングとした。
【0048】(7)セラミック・ビーズ製プレートの外
周切欠き段差部に両面接着テープの離型紙をはがしなが
らバックアップリング、インサート・リングそしてリテ
ーナーリングの順で重ねて挿入し、圧着させて保持具を
得た。
【0049】B.評価 上記で得られた保持具を、真空機構を備えた研磨機(ラ
ップマスター製 LPG−2000)に装着し、セラミ
ックプレート上に8インチベアウエハを真空吸着させ、
研磨を実施した。研磨条件は表1の条件で実施した。
【0050】研磨後のウエハは、ウエハの平坦度適応領
域での厚さの最大値と最小値の差であるTTVが0.3
ミクロン、15mm角内のサイトのフラットネッス(S
TIR)が0.2ミクロンと非常に良好であった。
【0051】
【表1】
【0052】(実施例2)実施例1で得られた保持具
を、同様にLGP−2000に装着し、セラミックプレ
ート上に、半導体回路を形成し表層が酸化膜で被覆した
8インチウエハを真空吸着させ、研磨を実施した。研磨
条件は表2の条件で実施した。
【0053】研磨後のウエハは、表層の酸化膜の厚さの
変動率(ノンユニフォーミティ)が、酸化膜の絶対厚さ
500オングストロームに対し2%、形成された回路部
分の段差(プラナーリティ)が50オングストロームと
非常に良好であった。
【0054】
【表2】
【0055】(実施例3)実施例1で得られた保持具
を、同様にLGP−2000に装着し、セラミックプレ
ート上に、ウエハ(SOIウエハ;鏡面ウエハ同士を接
着し、一方面のウエハを数ミクロン程度にまで薄く研磨
したシリコンウエハ)を真空吸着させ、研磨を実施し
た。研磨条件は表3の条件で実施した。
【0056】研磨後のウエハは、貼り付けた表層シリコ
ンの厚さ1ミクロンに対し、その厚さ変動率が5%以下
で、非常に良好であった。
【0057】
【表3】
【0058】(比較例1)現状の技術であるワックス法
で研磨を実施した。
【0059】同様のLGP−2000のセラミック製上
定盤に、ウエハ接着用ワックスを用いて8インチベアウ
エハをワックスマウンターを用いて接着した。研磨条件
は表−1の条件で実施した。研磨後ウエハの平坦性は、
TTV:0.8ミクロン、STIR:0.6ミクロンで
現状の市販グレードのウエハが製作できた。
【0060】(比較例2)現状の技術であるワックスレ
ス法で研磨を実施した。
【0061】同様のLGP−2000のセラミック製上
定盤に、ロデールニッタ社製テンプレートを装着し、テ
ンプレートのホールに8インチベアウエハを純水を用い
て装着した。研磨条件は表−1の条件で実施した。研磨
後ウエハの平坦性はTTV:1.1ミクロン、STI
R:0.9ミクロンで現状の市販グレードのウエハが製
作できた。
【0062】
【発明の効果】本発明によれば、被加工物の脱着操作は
簡単な真空系のオン、オフ操作で可能になるので、被加
工物の保持にかかわる作業時間を短くでき、また研磨液
の真空系の侵入による真空度の変動や真空機器へのダメ
ージもなくなるので機器の保繕が容易となり、さらにリ
テーナーリング及びセラミック・ビーズ製のプレート平
坦度の効果により被加工物の研磨後の面内局所的な平坦
度、外周端部の平坦度及び面全体にわたる平坦度等測定
の基準を超えたいずれの平坦度における仕上がり状態も
大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の保持具の一実施例の要部断面図であ
る。
【図2】図2に示す保持具を研磨プレート上に配置した
研磨状態を示す要部断面図である。
【図3】本発明の保持具に使用する基板の一実施例の平
面である。
【図4】(A)は図3のA−A’線の断面図、(B)は
図3のB−B’線の断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 シール部 3 切欠部 4 リテーナリング 5 バックアップリング 6 インサートリング 10 研磨プレート 11 研磨パッド

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨プレート上に設けられた研磨パッド
    に、被加工物の加工面を摺接させるための被加工物の保
    持具であって、 裏面からの吸引により該被加工物を表面に吸着させる通
    気性セラミックスからなる基板と、 該基板の外周部に設けられた通気性を低下させるシール
    部と、 該被加工物の周囲外側において該基板に装着されてお
    り、該被加工物の外端部研磨ダレを抑制するためのリテ
    ーナーリングと、 該リテーナーリングと該基板との間に設けられており、
    リテーナーリングを対向する前記研磨パッド側へ圧接さ
    せるためのバックアップリングと、 を有する被加工物の研磨用保持具。
  2. 【請求項2】 前記シール部は、前記基板の外周側面お
    よび被加工物裏面と接触しない部分に、吸引によって研
    磨液が基板内に吸い込まれることを防止するために設け
    られている請求項1記載の保持具。
  3. 【請求項3】 前記リテーナーリングが、耐摩耗性の合
    成樹脂材からなり、該研磨パッドの表面が機械的損傷を
    受けることを防止するための表面平滑加工が施されてい
    る請求項1記載の保持具。
  4. 【請求項4】 前記基板の外周部には表面側より切欠部
    が形成され、該切欠部に、前記バックアップリングおよ
    びリテーナーリングがそれぞれ装着されている請求項1
    記載の保持具。
  5. 【請求項5】 前記バックアップリングが、50〜10
    00g/cm2の圧縮方向荷重により全厚さの0.1%
    〜20%の圧縮変形を起こすような弾性材料からなる請
    求項1記載の保持具。
  6. 【請求項6】 前記リテーナーリングと前記弾性バック
    アップリングとの間には、前記研磨パッドに対するリテ
    ーナーリングの当接面及び被加工物の当接面が略同一平
    面となるよう剛体リングが配置されている請求項1記載
    の保持具。
  7. 【請求項7】 研磨プレート上に設けられている研磨パ
    ッドに、被加工物の加工面を摺接させるための被加工物
    の保持具の製造方法であって、 通気性セラミックスからなる基板の周囲に、樹脂を含浸
    させて通気性を低下させるシール部を形成する工程と、 該シール部において、基板の表面側より切削して切欠部
    を形成する工程と、 該切欠部に弾性変形可能なバックアップリングおよびリ
    テーナーリングをそれぞれ装着する工程と、を包含する
    被加工物の保持具の製造方法。
  8. 【請求項8】 通気性を有する基板の外周部に、該基板
    の通気性を低下させるシール部が設けられ、 該シール部表面に切欠部が形成されて、該切欠部に弾性
    部材およびリテーナーリングがこの順で配設され、 該リテーナーリングの内側において該基板表面に被加工
    物を装着し得る収容部が形成され、 該基板の裏面側からの吸引により該収容部に装着された
    被加工物の表面と、該リテーナーリングの表面とが、被
    加工物の研磨加工時に略同一面とされている被加工物の
    研磨用保持具。
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