JP2010115717A - 溝スエード研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の溝スエード研磨パッドは、使用する研磨パッドの溝の転写やフラットネスの悪化が課題として残り、研磨機械や使用方法の工夫だけでは解決されておらず最良の溝形状の検証は完了していない。
【解決手段】
本発明は、研磨機に貼付けて研磨加工に用いられるスエード研磨パッドで、断面Ｖ字形状の溝を複数本有し溝巾が０．１から０．８ｍｍ溝深さは０．２から０．７ｍｍの範囲の研磨パッドを提供し、被研磨物への悪影響を回避する。
【選択図】図１

Description

シリコンウエハー、化合物半導体、アルミディスクのニッケル−燐メッキ面、ガラス、金属、合成石英ガラス等の精密電子関連素材又は電子デバイス製品等の精密研磨に使用する研磨パッドに関する分野である。

本発明の属する分野でよく使われる研磨パッドには、大きく分類するとその使われ方により固定砥粒方式と遊離砥粒方式に分かれるが本発明の属する遊離砥粒方式の分野で使われる研磨パッドを製法や材質で分類するとポリウレタンを代表例として湿式樹脂のコーティングにより得られるスエードタイプと呼ばれるものや、基材に様々な硬さの樹脂を場合によって複数回組み合わせ含浸を施したベロアタイプと呼ばれるものや、ポリオール樹脂と硬化剤と場合によって研磨剤（一般的には酸化セリウムがよく使われる）やマイクロバルーン等（研磨時に被研磨物に対して被研磨物研磨結果への要求許容範囲内の材料）を混合して化学発泡させ固めたブロックで一般的に多く使用される材料名をとってウレタンパッド（ウレタンタイプ）と称するものや、プレス成型、押し出し成型、コーティング、吹き付け等の方法で目的によって研磨剤や上述したマイクロバルーン等の材料を混合して製造された樹脂パッドと呼ばれるものが代表的なものとして分類される。

得られた上記品（多くは加工中に反物状に巻き上げる）に必要によりプレスやバフィングやスライスを後工程で施し、裏面に両面粘着テープを貼付け後に抜き加工を行い研磨パッドを得る。

かつて被研磨物のサイズが小さかった時代には遊離砥粒方式で使われるスラリー（研磨剤を溶液中に分散させてある液体）が被研磨物の研磨面にほどよく回り込み研磨出来ており且つその当時の被研磨物への要求精度も現在ほど加熱していなかった。しかし、近年では被研磨物の多品種化や要求精度の向上や大型サイズ化等に加え、研磨作業の効率化が求められる中で研磨パッドへの要求は変化してきている。研磨パッドの管理面では品質管理のチェック項目として、重量、厚み、見かけ密度（中空的物質含有の場合、空気その他の気泡を含む密度であるが、積層品の場合も便宜上重量を厚みで除し換算した値をさすことがある。）表面状態、硬度、圧縮率、圧縮弾性率、断面観察時の樹脂長さ、表面観察時の樹脂部開口の大きさ等がありそれらの管理巾極小化の要求が厳しくなり限界に達してきた。重要な事項は、研磨パッドの発揮するパフォーマンスであるがこれを安定して発揮するため品質の安定性に対しこれまで多く改良が行われている。これまで単純に研磨パッドの均一性が追求され、研磨パッド表面に溝加工を施す事が一般的に広まってきた。但し、研磨パッド表面の溝が被研磨物の研磨時の表面状態に転写等の悪影響を与える等の課題が残り、研磨機械メーカーや研磨加工メーカーの切磋琢磨による創意工夫により研磨加工中の圧力を研磨工程終了間際に向け調整する等の方法で改善が進められている。研磨パッド表面に溝加工を施す一般的な手法としてはプレス加工と溝きり加工に分かれ、プレス加工としてはロールで行う連続加工と枚葉加工がある。一方の溝切り加工の方法は、マシニングを代表とする方法ではドリル刃が切削面に平行に回転し走らせて溝を得る。その断面形状は使用する刃の形状により一般的にＵ型又は、すり鉢状になる。円盤刃を使用する方法では、円盤刃は切削面に垂直に回転し走らせ溝を得る。その断面形状は使用する刃の形状によりエッジのある凹形状を一般的に得ることが出来る。

研磨パッドの物性の均一性の達成のみに重点がおかれているなかでアルミディスクやガラスディスク分野では被研磨対象の研磨面にスラリーがいき渡る様に研磨機の上定盤を通過させたいくつものスラリー供給用のデリバリーパイプを配置させる事が多く、更には研磨パッドに後加工による溝加工を行い研磨剤の供給を補助する事が多い。後加工で溝をつける場合は円盤刃による溝切りかプレス等の方法が現実的に主流で、プレスにて溝を付ける方法では圧力と必要に応じ熱をかけて研磨パッド表面のポリウレタンに型をつけるが、得られる溝付きパッドの精度は特にその平行度について加工前と比べると数段と落ちてしまい物性的に悪くなってしまう。又、得られる研磨パッドの溝の部分は断面観察では溝方向に引っ張られ凸部分はエッジのないパン状になる事が多く熱を軽減して型を入れる場合には研磨パッド表層の硬度を下げる等の制限がでてしまう。更に、熱を加える場合の大きな弱点は加工時の熱により凹部の樹脂が熱で溶けて硬くなってしまう事例が確認されており、被研磨物にスクラッチ等のダメージを与える事がある。又、枚葉プレスの型の場合は凹部分の型にあたる線巾が強度的な問題がありあまり細い線巾は出来ない事や、型の制作時に連続で打ち抜いて型を起こすと徐々に型のパターンがずれる事が多く型材料自体の打ち抜き厚みも限界が低い。細い線巾の場合は漁網等のネットを使用する事があるが、その線巾の細さゆえ保管方法や溝の状態が問題になる事が多く専用治具でない事により付けられた溝の精度は保証が困難となる。

溝切りの場合は、研磨パッド表層から溝部分の材料を削り取る為、そのカスが問題視される事が多い。又、材料によっては溝部分が欠けてしまったり、溝巾があまり細いものは、刃の関係で不可能な場合があることや、加工時間がかかり製品コストに跳ね返ってしまう。一般的には複雑なパターンにはあまり適さず多くはウレタンパッドのＸＹ溝や渦巻きの加工を行われる事が多い。

超ＬＳI、高密度記録用ハードディスクに代表されるコンピューター部品の代表的な材料の一つである前記半導体や金属やガラス材料は、ある工程で超平滑な鏡面が要求される。その要求には常に安定したフラットネス（平坦度）の実現やパーティクルのナノメートル的数値管理があり、超平滑研磨の実現に向け研磨パッドにも従来にない性能が要求されるようになった。スラリーの供給口を多数持たない機械構造である事が多いシリコンや化合物半導体の分野においては、これまで研磨機の改良や研磨パッドの品質安定化に加えパッド表面に溝加工を実施してきたが、溝を付与された研磨パッドは溝の加工方法からくる欠点を持ち合わす。更に溝形状に関しては加工方法によって決定する事が多く、多種の型を起こすにはその経費がかさむ為、溝の形状にまでは踏み込んで検討されていない現状がある。一方、被研磨物に対して使用する研磨パッドの溝の転写やフラットネスの悪化が課題として残り研磨機械や使用方法の工夫だけでは解決されていない。

本発明では上記課題を解決する為に長年研究の結果、研磨機に貼付けて研磨加工に用いられるスエード研磨パッドで、断面Ｖ字形状の溝を複数本有し溝巾が０．１から０．５ｍｍ溝深さは０．３から０．６ｍｍの範囲の溝を研磨パッドに付与した研磨パッドを提供することにより更なる技術進歩に貢献する。尚、上記の溝を得る為には、レーザー加工が望ましい。

本発明による研磨パッドにより従来の被研磨物への悪影響を回避して更なる技術的な前進を行い、４５０ｍｍともいわれる大口径ウエハーに対しても、作業効率や要求精度の緩和に甘んじることなく更なる対応が期待される。

本発明で用いたスエードタイプは湿式凝固法により一般的に得られる。製法としては、ポリウレタンエラストマーを代表例とする主剤とジメチルホルムアミド等の溶剤と必要に応じて顔料、発泡助剤、界面活性剤、ポリビニルアルコール等の水溶性物質、マイクロバルーン等の非溶解性物質（最終製品の樹脂中に分散して存在し、研磨時に研磨剤の保持的な役割を行う）、研磨剤等を必要に応じて混合し、基材上にコーティングし凝固浴にてゲル化させ、洗浄槽にて脱溶剤を行い、乾燥させて基材と樹脂の２層構造の反物状のスエードタイプを得る。又、上記の混合物を湿式凝固法で製造するにあたり、加工設備の凝固浴は一般的にジメチルホルムアミドと水で作られた槽となっているが、この凝固浴中の溶剤濃度を約１０％程だと発泡構造はとっくり形状になり約４０％程に上げてくると丸型になる。尚、基材としては、その加工性により不織布や織物等にポリウレタン樹脂や合成ゴム等のエラストマーを含浸させたものがよく使用されるが、必要に応じてＰＥＴ等のフィルムが基材として使用される。フィルム基材上で湿式膜を得た場合には、必要に応じて凹凸を調整後、目的とする使用時の適正物性（厚み、硬度、圧縮率、弾性率等）に合わすべく不織布や織物やエラストマー弾性体等、又は、更にフィルムを貼り合わせ反物状の連続したスエードタイプを得る。

上記で得られるスエードタイプは、一般的に表面が樹脂の膜付きであり一部の分野を除いて表層のバフィングを必要とする。（場合によってはスライス、表層を一部溶かす、又は、樹脂等にもともと溶かし込んでいたものを液体中に溶出させて表層に微少な凹凸や穴を付けたり、転写によりシートを得る事もある。）次に得られたバフ加工済みのスエードタイプの裏面に両面テープを貼り合わせ必要サイズに抜き取り研磨パッドを得る。一般的には研磨パッド使用時に被研磨物との接触面に流れ込むスラリーをバフにより開口した研磨パッドの表層樹脂部分で保持させる。スラリーが行き渡りにくい使用状態ではスラリーの供給を補助する為に研磨パッドに溝を付与する。請求項１記載の溝を得るべく今回レーザー加工によりＶ形状の溝を得た。研磨パッドの使用分野にもよるが溝のピッチに関しては、１ｍｍ程度の溝を付与する場合スラリー供給の補助目的の達成の為に１０ｍｍ程度の間隔調整がとられる事が多いが、付与する溝の巾の効果とスラリー供給量や機械構造を考慮してそのピッチは調整される。本発明ではピッチ０．２から５ｍｍが好ましい。

一般的にスエードタイプと分類される研磨パッドを得る為にポリウレタン樹脂を３０％含浸させた、厚さ１．００ｍｍ のポリエステル繊維不織布上にポリエステルポリウレタン樹脂（固形分３０％）１００部、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５０部、黒顔料(顔料分８％)３０部、発泡助剤１．５部、で調合された溶液を、１１００ｇ／ｍ^２の塗布量にてコーティングして１０％ＤＭＦ水溶液凝固槽に進入させ凝固、洗浄、乾燥させてとっくり形状の厚み７００μmの発泡構造を持ったスエード原布が得られた。

本発明の目的を達する為、得られたスエード原布にバフ加工を施し裏面に両面テープを貼付後、抜き加工を行った後にレーザー加工機を用い溝加工を行った。尚、レーザー加工を行うにあたっては３０Ｗタイプの加工機を使用し、出力を６０％に調整し加工速度を１０００ｍｍ／秒で加工を行ってＶ形状の溝（ピッチ１ｍｍ、溝巾０．５ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍ）を付与した研磨パッドＶを得た。図１に研磨パッドＶの溝形状の断面図を示す。

実施例１と同様にして得られたスエード原布の裏面に両面テープを貼付後、バフ加工を行い面内の平行度を０．０５mm以内に調整した研磨パッドを得た後レーザー加工機を用い実施例１と同様の溝形状を付与した研磨パッドＨを得た。

（比較例１）比較例作成の為、実施例１と同様にして得られたスエード原布にバフ加工を施し、裏面に両面テープを貼付後抜き加工を行い溝の無い研磨パッドＡを得た。図２に研磨パッドＡの溝形状の断面図を示す。

（比較例２）次に比較例作成の為、実施例１と同様にして得られたスエード原布にバフ加工を施し１０００ｍｍ×１０００ｍｍにカット後、線径０．４ｍｍ１２メッシュのステンレス網をスエード原布にかぶせてプレス加工を行った。尚、プレス加工は荷重１．３Ｋｇ／ｃｍ^２、１５０度で１分実施した。更に得られたプレスによる溝（ピッチ２ｍｍ、溝巾０．４ｍｍ、溝深さ０．３ｍｍ）を付与し裏面に両面テープを貼付後、抜き加工を行い研磨パッドＰを得た。図３に研磨パッドＰの溝形状の断面図を示す。

（比較例３）次に比較例作成の為、実施例１と同様にして得られたスエード原布にバフ加工を施し裏面に両面テープを貼付後、抜き加工を行い、円盤刃による溝切り加工機で加工を行った。尚、溝きり加工は円盤刃の巾が約１ｍｍ、回転数３００ｒｐｍ、加工速度１ｍ／分で行い（ピッチ５ｍｍ、溝巾１ｍｍ、溝深さ０．３ｍｍ）の溝を付与した研磨パッドＫを得た。図４に研磨パッドＫの溝形状の断面図を示す。

本発明の溝が付与された研磨パッドＶを含む上記５種にてシリコンウエハーを研磨し結果により検証を行った。尚、シリコンウエハーの研磨に関しては、定盤サイズがφ５２０の片面精密研磨機に研磨パッドを貼り付け使用した。研磨対象のウエハーとしては１次研磨済みの４インチのウエハーを使用した。ウエハーの固定は、セラミックプレート上にテンプレート付きのバックパッドを貼り付けて少量の純水で保持を行うバックパッド方式で行った。スラリーは、平均粒子径３０から４０ｎｍのコロイダルシリカを分散させてあるフジミインコーポレーテッド株式会社製ＧＬＡＮＺＯＸ−３９００を純水で１０倍に希釈したものを約３０℃付近で保ち流量を２００ｃｃ／分に調整し使い捨て方式で使用した。研磨条件は、定盤回転数６０ｒｐｍにて研磨圧１００ｇ／ｃｍ^２で７分間実施した。又、研磨結果については、標準的に使用される比較例１の溝のない研磨パッドＡとの対比により本発明の実施例１，２で挙げた研磨パッドＶ、Ｈ及び、従来の形状の溝を付与した比較例２、３の研磨パッドＰ、Ｋを比べ表１に示した。

本発明による実施例１のＶ溝の付与された研磨パッドＶを使用した研磨結果は、比較例１の研磨パッドＡに比べてパーティクル発生やスクラッチ発生が確認されず、研磨パッドの立ち上げ時間（最適のパフォーマンスが安定して発揮し始めるまでの時間）が短縮され研磨レートも増加が確認された。実施例２のパッド面内の平行度を調整してＶ溝を付与した研磨パッドＨを使用した研磨結果は、実施例１の結果より更に改善された。比較例１の研磨パッドＡはそれ自体がもつ一般的なパッド厚みの面内平行度と、バフ加工時に使用するサンドペーパーや速度等によって大旨が決定する表面粗さと使用研磨機の設定条件によりスラリーが被研磨物の研磨面にほどよく入り込む事により標準とする研磨結果が得られている。比較例２の研磨パッドＰは、比較例１の研磨パッドＡに比べて研磨レートは増加傾向だが、ウエハーのフラットネスが悪化し、スクラッチの発生があるという結果であった。化較例３の研磨パッドＫは、研磨レートは比較例１の研磨パッドＡに比べて増加傾向であるが、スクラッチとパーティクル発生が確認される
という結果であった。

本発明による研磨パッドにより従来の被研磨物への悪影響を回避して更なる技術的な前進を行い、４５０ｍｍともいわれる大口径ウエハーに対しても、作業効率や要求精度の緩和に甘んじることなく更なる対応が期待される。

図１は研磨パッドＶの溝形状の断面図 図２は研磨パッドＡの溝形状の断面図 図３は研磨パッドＰの溝形状の断面図 図４は研磨パッドＫの溝形状の断面図

Claims (6)

1. 研磨機に貼付けて研磨加工に用いられるスエード研磨パッドで、断面Ｖ字形状の溝を複数本有し溝巾が０．１から０．８ｍｍ溝深さは０．２から０．７ｍｍの範囲の研磨パッド
2. 表面の溝のピッチが０．２ｍｍから５ｍｍである請求項１記載の研磨パッド
3. 溝構造をレーザー加工機で製作した請求項１記載の研磨パッド
4. スエード研磨パッドが湿式凝固法により製造され、断面構造がとっくり形状である請求項１記載の研磨パッド
5. スエード研磨パッドが湿式凝固法により製造され、断面構造が直径１００μｍ以下の丸型発泡構造である請求項１記載の研磨パッド
6. パッド面内の厚み平行度の誤差が０．０５mm以内に調整された請求項１記載の研磨パッド