JP2004256738A

JP2004256738A - 研磨布用樹脂組成物及び該組成物からなる研磨布

Info

Publication number: JP2004256738A
Application number: JP2003050882A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Takemura; 潔竹村
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）の研磨工程で用いる研磨液に対する耐性が高く、研磨布表面への塵、埃等の付着が少なく、研磨時の被研磨物への汚染が極めて少ない研磨布用樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】（Ａ）ウレタン系弾性樹脂、（Ｂ）フェノキシ樹脂及び（Ｃ）ジメチルホルムアミドを含有する研磨布用樹脂組成物及び該組成物からなる研磨布。
【効果】本発明の研磨布用樹脂組成物は、重金属等の不純物の含有量が少ないため、該組成物からなる研磨布を用いることによって、研磨工程における被研磨物の汚染が抑制でき、研磨布中の不純物がイオン化し、研磨液と反応することによる凝集物の生成も抑制できる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、ガラス基板、アルミニウム基板等の表面研磨に用いられる研磨布用樹脂組成物に関する。更に詳しくは、研磨工程で用いる研磨液に対する耐性が高く、研磨布表面への塵、埃等の付着が少なく、研磨時の被研磨物への汚染が極めて少ない研磨布用樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に半導体ウエハの製造では、仕上げ加工工程ならびにデバイス化での多層配線プロセスにおいて、化学的機械的研磨法（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下、ＣＭＰと略す。）により鏡面研磨、層間絶縁膜や導電膜の平坦化が施されている。このような研磨には、ウエハ全面での研磨量の均一性、凹凸段差の凸部の選択的研磨、研磨後の平坦性などの特性が求められる。
【０００３】
ＣＭＰ用研磨布としては、発泡ポリウレタンからなる合成皮革を研磨層とした研磨布が知られているが、研磨工程で用いられる酸性、あるいはアルカリ性にｐＨ調整された研磨液に対する耐性が不充分であった。また、研磨布の表面滑り性が低く粘着性があるため、研磨布表面に塵、埃等が付着しやすいという問題があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、連続発泡セル構造を有し、研磨液に対する耐性を向上するためにカーボンブラックを添加した研磨布が提案されている。この研磨布は、カーボンブラック由来の重金属等の不純物が研磨層中に存在するため、研磨時に被研磨物が汚染される問題があった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
さらに、ポリウレタン樹脂、フェノキシ樹脂及び無機質粉体を含有する研磨層を有する研磨テープが提案されている。この研磨テープは、研磨対象表面に研磨傷が発生するのを極力防止することができ、充分な塗膜強度を有し研磨テープの研磨層の削れが少なく、かつ、研磨能力に優れたものである。しかしながら、研磨層形成用塗料を調製する際に、含有する硬質の無機質粉体によって分散撹拌機の内部が削られ、削られたものが不純物として塗料へ混入したり、無機質粉体に含まれる不純物が塗料に混入する問題があった。これらの不純物が研磨層中に存在するため、研磨時に被研磨物が汚染される問題があった（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−２１８５６２号公報
【特許文献２】
特開平２−８８２２９号公報
【特許文献３】
特開平１０−２９６６４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、ＣＭＰの研磨工程で用いる研磨液に対する耐性が高く、研磨布表面への塵、埃等の付着が少なく、研磨時の被研磨物への汚染が極めて少ない研磨布用樹脂組成物を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
（Ａ）ウレタン系弾性樹脂、
（Ｂ）フェノキシ樹脂及び
（Ｃ）ジメチルホルムアミド
を含有することを特徴とする研磨布用樹脂組成物を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるウレタン系弾性樹脂としては、例えば、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエステルエーテル系ウレタン樹脂、ポリカーボネート系ウレタン樹脂等が挙げられる。この中でも、ポリエステル系ウレタン樹脂は、湿式成膜性が良好になるので好ましい。
【００１０】
前記ウレタン系弾性樹脂の原料であるポリオール成分としては、例えば、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリプロピレンアジペート、ポリオキシテトラエチレンアジペート等が挙げられる。これらのポリオール成分は、単独で用いることも、２種類以上を併用して用いることもできる。
【００１１】
また、前記ウレタン系弾性樹脂の原料であるイソシアネート成分としては、例えば、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジクロロ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、１，５−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。これらのポリイソシアネートは、単独で用いることも、２種類以上を併用して用いることもできる。
【００１２】
前記ウレタン系弾性樹脂に用いる鎖伸長剤としては、例えば、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、プロピレングリコール等が挙げられる。これらの鎖伸長剤は、単独で用いることも、２種類以上を併用して用いることもできる。
【００１３】
本発明で用いられるフェノキシ樹脂は、研磨布の研磨層中に均一な連続発泡セル構造を形成でき好ましい。このフェノキシ樹脂の数平均分子量（Ｍｎ）は、１，０００〜５０，０００の範囲が好ましく、５，０００〜２０，０００の範囲が特に好ましい。数平均分子量が１０００以上のものを用いることによって、得られる研磨布の研磨液に対する耐性が良好なものとなる。また、数平均分子量が５０，０００以下のものを用いることによって、有機溶剤への溶解性が充分となり、樹脂組成物の相溶性、放置安定性が良好になる。
【００１４】
研磨布の研磨層に連続発泡セル構造を形成するために、研磨層は湿式成膜法で形成するのが好ましい。本発明の研磨布用樹脂組成物で樹脂を溶解する溶剤は、ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略す。）であるが、必要に応じ他の溶剤及び水を併用して用いることもできる。
【００１５】
前記の他の溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、２−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール系溶剤、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド系溶剤、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いることも、２種類以上を併用して用いることもできる。
【００１６】
本発明で用いられるウレタン系弾性樹脂とフェノキシ樹脂との割合は、ウレタン系弾性樹脂１００質量部に対して、フェノキシ樹脂１〜１００質量部の範囲が好ましく、３〜７０質量部の範囲が特に好ましい。ウレタン系弾性樹脂１００質量部に対して、フェノキシ樹脂の割合が１質量部以上で、研磨布表面の滑り性や研磨液に対する耐性が良好なものになる。一方、フェノキシ樹脂の割合が１００質量部以下で、研磨布の柔軟性が良好になる。
【００１７】
本発明の研磨布用樹脂組成物に用いるＤＭＦの配合量は、樹脂組成物の固形分濃度が５〜６０質量％となる範囲が好ましい。
【００１８】
本発明の研磨布用樹脂組成物には、研磨工程において重金属、水溶性アルカリ金属等の不純物で被研磨物が汚染されることを抑制するため、有機微粒子、無機微粒子等の充填材を含有させないことが好ましい。
【００１９】
また、本発明の研磨布用樹脂組成物には、研磨層の成膜速度の調整、良好な平面平滑り性、均一で微細な連続発泡セル構造を形成するために、必要に応じて湿式成膜助剤を配合しても良い。このような湿式成膜助剤としては、例えば、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ヒマシ油、グリセリン・トリパルミテート、シリコンオイル等が挙げられる。これらは、単独で用いることも、２種類以上を併用して用いることもできる。
【００２０】
本発明の研磨布用樹脂組成物を用いた研磨布は、公知の湿式成膜法によって製造することができる。前記研磨布用樹脂組成物を基材に塗布した後、水に浸漬することによって、樹脂組成物中の溶剤と水が置換し、樹脂組成物中の固形物が析出して成膜する。次いで、残留ＤＭＦを水で良く洗い流し、マングルロール等で絞った後、乾燥することにより、本発明の研磨布用樹脂組成物を用いた研磨布が製造できる。
【００２１】
本発明の研磨布用樹脂組成物を用いた研磨布の基材としては、フィルム又は不織布等が挙げられる。不織布の原料しては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコール等が挙げられる。研磨布の平坦性を保持するため、特にフィルム又は高密度の不織布が好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例の範囲に限定されるものではない。
【００２３】
実施例及び比較例に用いた原料は、以下の通りである。
（Ａ）ウレタン系弾性樹脂：ポリエステル系ポリウレタン樹脂
大日本インキ化学工業株式会社製の製品名「クリスボン８８６７」
［樹脂分：３５％、ＤＭＦ：６５％］
【００２４】
（Ｂ）フェノキシ樹脂
インケム社製の製品名「ＰＫＨＨ」［数平均分子量：１４，０００］
【００２５】
（Ｃ）ＤＭＦ
【００２６】
（Ｄ）その他の原料
（Ｄ−１）：塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体
インケム社製の製品名「ＶＹＬＦ−Ｘ」［数平均分子量：１２，０００］
（Ｄ−２）：カーボンブラック
三菱化学株式会社製の製品名「ＭＡ−１００Ｒ」
（Ｄ−３）：酸化アルミニウム
フジミインコーポレーテッド社製の製品名「ＷＡ＃４０００」
【００２７】
実施例及び比較例に用いた樹脂組成物は、以下の通り調製した。
（実施例１）
（Ａ）１００質量部、（Ｂ）５質量部及び（Ｃ）３０質量部をホモミキサーで混合し、樹脂組成物を得た。
【００２８】
（実施例２）
（Ａ）１００質量部、（Ｂ）３０質量部及び（Ｃ）３０質量部をホモミキサーで混合し、樹脂組成物を得た。
【００２９】
（比較例１）
（Ａ）１００質量部及び（Ｃ）３０質量部をホモミキサーで混合し、樹脂組成物を得た。
【００３０】
（比較例２）
（Ａ）１００質量部、（Ｃ）３０質量部及び（Ｄ−１）３０質量部をホモミキサーで混合し、樹脂組成物を得た。
【００３１】
（比較例３）
（Ａ）１００質量部、（Ｂ）３０質量部、（Ｃ）３０質量部及び（Ｄ−２）５質量部をホモミキサーで混合し、次いでダイノーミルで分散処理し、樹脂組成物を得た。
【００３２】
（比較例４）
（Ａ）１００質量部、（Ｃ）３０質量部及び（Ｄ−２）５質量部をホモミキサーで混合し、次いでダイノーミルで分散処理し、樹脂組成物を得た。
（比較例５）
（Ａ）１００質量部、（Ｂ）３０質量部、（Ｃ）３０質量部及び（Ｄ−３）５質量部をホモミキサーで混合し、次いでダイノーミルで分散処理し、樹脂組成物を得た。
【００３３】
（評価用研磨布の作製）
上記で得られた樹脂組成物を不織布上にドクターナイフで８００ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布し、５０℃の温水中に６０分間浸漬して、不織布に塗布した樹脂組成物から温水へＤＭＦを抽出させ成膜させた。次いで、成膜したものをマングルロールで絞った後、１００℃のオーブンで６０分間乾燥させて評価用研磨布を得た。
【００３４】
実施例及び比較例における評価は、以下の方法によって行った。なお、研磨液に対する耐性の評価は、耐酸性試験及び耐アルカリ性試験を行うことにより代用した。
１）表面滑り性
新東科学株式会社製の製品名「ＨＥＩＤＯＮトライボギアミューズ」を用いて得られた研磨布表面の静摩擦係数（μｓ）を測定し、その値から以下の基準で評価した。
○：μｓ＜１．０、×：μｓ≧１．０
【００３５】
２）発泡セルの均一性
得られた研磨布の断面の電子顕微鏡写真にて研磨布中の発泡セルの形成状態を観察し、その均一性を評価した。
○：発泡セルが均一、×：発泡セルが不均一
【００３６】
３）耐酸性
ＪＩＳＫ５４００に準拠して、得られた研磨布を５Ｗ／Ｖ％硫酸水溶液中に２４時間浸漬後の外観を観察し、以下の基準で評価した。
○：クラックなし、×：クラックあり
【００３７】
４）耐アルカリ性
ＪＩＳＫ５４００に準拠して、得られた研磨布を５Ｗ／Ｖ％水酸化ナトリウム水溶液中に２４時間浸漬後の外観を観察し、以下の基準で評価した。
○：クラックなし、△：クラックがわずかにあり、×：クラックが多数あり
【００３８】
５）不純物量
調製した樹脂組成物中のＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎの重金属の含有量をＩＣＰ質量分析法によって測定した。また、Ｃａ及びＮａの水溶性アルカリ金属の含有量を原子吸光法によって測定した。測定した重金属の含有量と水溶性アルカリ金属の含有量との合計を不純物量とし、以下の基準で評価した。
○：不純物量が５ｐｐｍ未満、×：不純物量が５ｐｐｍ以上
【００３９】
実施例及び比較例の評価結果を表１に示す。
【表１】

【００４０】
表１に示した結果から、実施例１及び２で得た本発明の樹脂組成物は、充分な表面滑り性があり、研磨布中の発泡セルも均一であった。また、酸及びアルカリに対しても充分な耐性を有し、樹脂組成物中の不純物量も３ｐｐｍ以下に抑えられており、被研磨物への汚染も少なかった。
【００４１】
比較例１は、フェノキシ樹脂を配合しなかった例である。この樹脂組成物では、耐酸性及び不純物量に問題はなかったが、研磨布の表面滑り性、発泡セルの均一性及び耐アルカリ性が不充分であった。
【００４２】
比較例２は、実施例２のフェノキシ樹脂の代わりに塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体を用いた例である。この樹脂組成物では、研磨布の表面滑り性、耐酸性、耐アルカリ性及び不純物量に問題はなかったが、発泡セルの均一性が不充分であった。
【００４３】
比較例３は、実施例２にカーボンブラックを添加した例である。この樹脂組成物では、研磨布の表面滑り性、発泡セルの均一性、耐酸性及び耐アルカリ性に問題はなかったが、不純物量が非常に多かった。
【００４４】
比較例４は、フェノキシ樹脂を添加せず、カーボンブラックを添加した例である。この樹脂組成物では、研磨布の表面滑り性、発泡セルの均一性及び耐酸性に問題はなかったが、耐アルカリ性が悪く、不純物量が非常に多かった。
【００４５】
比較例５は、実施例２に酸化アルミニウムを添加した例である。この樹脂組成物では、研磨布の表面滑り性、発泡セルの均一性、耐酸性及び耐アルカリ性に問題はなかったが、不純物量が非常に多かった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の研磨布用樹脂組成物は、重金属等の不純物の含有量が少ないため、該組成物からなる研磨布を用いることによって、研磨工程における被研磨物の汚染が抑制でき、研磨布中の不純物がイオン化し、研磨液と反応することによる凝集物の生成も抑制できる。また、本発明の樹脂組成物からなる研磨布は、研磨液に対する耐性が良く、表面の滑り性に優れ、研磨布表面への塵、埃等の付着を抑制できる。そのため、半導体ウエハ、ガラス基板及びアルミニウム基板等の表面の研磨に好適である。さらに、本発明の樹脂組成物からなる研磨布を湿式成膜法によって作製すれば、研磨布中の研磨層中に均一な連続発泡セル構造を形成できるため、研磨液の保持性に優れた研磨布が得られるとともに、発泡セルの効果で仮着性を有するため、半導体ウエハ等の被研磨物を支持する固定用研磨布としても使用することができる。

Claims

（Ａ）ウレタン系弾性樹脂、
（Ｂ）フェノキシ樹脂及び
（Ｃ）ジメチルホルムアミド
を含有することを特徴とする研磨布用樹脂組成物。
前記請求項１記載の研磨布用樹脂組成物からなり、かつ湿式成膜法により形成された研磨層を有することを特徴とする研磨布。
前記研磨層の表面がバフされている請求項２記載研磨布。