JP2011218517A

JP2011218517A - 研磨パッド

Info

Publication number: JP2011218517A
Application number: JP2010092613A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shinkawa; 隆史新川
Original assignee: Toray Coatex Co Ltd
Current assignee: Toray Coatex Co Ltd
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】化学機械研磨方法において、研磨やドレス加工による摩耗後もスラリーが目詰まりしにくく、研磨レートの低下が従来より改善された研磨パッドを提供する。
【解決手段】開口した気泡を表面に有する発泡ポリウレタンからなる研磨パッドにおいて、気泡の初期開口率と、１００μｍ摩耗後開口率とから次式により求められる開口保持率を６０％以上とする。
開口保持率（％）＝（１００μｍ摩耗後開口率／初期開口率）×１００
【選択図】なし

Description

本発明は研磨パッドに関するものであり、詳しくは、シリコンウェハ等の半導体ウェハや各種電子部品の研磨に主として用いられる研磨パッドに関するものである。

半導体装置等の製造における半導体ウェハ等の研磨や、高度の平滑性を要求される各種電子部品の研磨には、パッドの表面に開口した微細な穴に研磨用水系分散体（以下、スラリーと称する）を含有させて、このパッドと研磨対象物の研磨面とを摺動させる化学機械研磨方法（ＣＭＰ）と呼ばれる研磨方法が従来から用いられている。そのための研磨パッドとしては、表面に開口した微細な独立気泡を有するポリウレタンフォームからなるウレタンパッドが主として使用されているが、従来のウレタンパッドには、研磨中、スラリーの目詰まり、表面の気泡開口部の変形が生じ、研磨レートが低下するという問題があった。また、研磨レートが低下したパッドを再生するため、ドレス加工を行うが、ドレス加工においても、開口部の変形が生じ、所望の研磨レートが得られないという問題があった。

上記のような問題を解決するために、例えば熱硬化性ポリウレタンからなる研磨パッドにおいて、見かけ密度、貯蔵弾性率等を所定の範囲内にすることが提案されている（特許文献１）。しかし、これらの限定のみによっては、所望の研磨レート及びそれを維持する効果は得られない。

また、シリコン研磨において研磨レートを安定させるという観点から、ウレタン研磨布の各種機械特性と研磨レートとの関係についての研究がなされている（非特許文献１、２）。しかし、本文献にも、現在要求されているレベルで研磨レートを維持するための具体的手段は示されていない。

特開２００９−２９１８５４号公報

ニッタ・ハース（株）、伊藤一則、他３名、"研磨布の表面粗さ観察方法とその応用研究第２報"、２００８年精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、第８３７〜８３８頁新潟大学、佐々木博、他２名、"ポリシングパッドから見た研磨特性の劣化挙動の評価"、２００４年精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、第４０５〜４０６頁

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、化学機械研磨方法において、研磨中のスラリーの目詰まり等による研磨レートの低下を抑止し、かつドレス加工後の研磨レートが高く、この結果研磨レートを高いレベルで維持する研磨パッドを提供することを目的とする。

本発明の研磨パッドは、開口した気泡を表面に有する発泡ポリウレタンからなる研磨パッドであって、上記の課題を解決するために、気泡の初期開口率と、１００μｍ摩耗後開口率とから次式により求められる開口保持率が６０％以上であるものとする。

開口保持率（％）＝（１００μｍ摩耗後開口率／初期開口率）×１００

上記本発明の研磨パッドは、動的粘弾性試験により測定されるｔａｎδが３０〜６０℃において０．１２以上であることが好ましい。

本発明によれば、研磨やドレス加工による表面の気泡開口部の変形が生じにくく、よってスラリーが目詰まりしにくく、研磨レートが従来より高レベルで維持される研磨パッドが得られる。

本発明の研磨パッドは、上述したように主として独立気泡からなる気泡を表面に有し、その初期開口率と１００μｍ摩耗後開口率とから次式により求められる開口保持率を６０％以上とし、好ましくは７０％以上としたものである。開口保持率が６０％未満では、研磨レートの低下が大きくなる。本明細書で言う「初期開口率」とは、研磨を行なっていない研摩パッドの開口率を示し、また本明細書で言う「１００μｍ磨耗後開口率」とは、研磨パッドの表面をテーバー磨耗試験機においてＪＩＳＫ７２０４に準拠し、磨耗輪Ｈ２２、荷重９．８Ｎの条件で１００μｍ磨耗させ、磨耗後の研磨パッドの開口率を数値化したものである。

上記開口保持率を求めるための初期開口率と１００μｍ摩耗後開口率の測定方法としては、磨耗サンプルの表面を走査型電子顕微鏡により得られた画像を画像処理ソフトにより二値化処理して、それぞれの面積を得た後、演算する方法を用いることができる。また、研摩パッドの表面をテーバー摩耗試験機等を用いて厚さ８０μｍから１２０μｍに磨耗させた複数の研摩パッド試験片の開口率を上記方法によりそれぞれ測定し、得られた磨耗量と開口率の関係を内挿することにより１００μｍ磨耗後開口率を求めることもできる。

開口保持率を上記範囲にするために、動的粘弾性試験により測定されるｔａｎδ（損失正接）が３０〜６０℃において０．１２以上になるようにすることが好ましく、より好ましくは０．１５以上になるようにする。ｔａｎδは貯蔵弾性率（Ｅ’）と損失弾性率（Ｅ”）との比（Ｅ”／Ｅ’）であり、この数値が上記温度範囲内で常に０．１２以上に維持される場合、上記開口保持率が６０％以上になり、研磨レートを高レベルで維持することが可能となる。

本発明の研磨パッドの製造方法は特に限定されず、公知の方法に従い、例えばイソシアネート基（ＮＣＯ基）を有するイソシアネート末端プレポリマー、ポリオール、硬化剤、発泡剤を混合攪拌して、所定の型に注型し、反応硬化させて発泡ポリウレタンの成型体を得たのち、所定の厚さのシート状に裁断し、両面粘着テープを貼付し、それを所望の型に打ち抜くことにより製造できる。なお、必要に応じ、酸化セリウム等の無機化合物および／またはアクリル樹脂等の有機化合物からなる粒子、整泡剤、気体、その他の添加剤をあわせて混合攪拌してもよい。また、シート状の所定の型に直接注型し、裁断または打ち抜きを省略しても良い。さらに必要に応じ、所定の厚さのシートを得た後、研磨時のスラリーの流れを制御するため、研磨パッド表面に所定の溝加工を行っても良い。

イソシアネート基（ＮＣＯ基）を有するイソシアネート末端プレポリマーは、ポリマー末端にイソシアネート基を有していれば特に制限はないが、２価以上のイソシアネート基を有する化合物と両末端に活性水素を含有するポリマー、特にアルコール性水酸基を含有するポリマーとの反応より結合された化学構造を有することがより好ましい。

２価以上のイソシアネート基を有する化合物としては、ＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）、ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）、水添ＭＤＩ（ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート）、ポリメリックＭＤＩ（ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネート）、カルボジイミド変性ＭＤＩ等が例示される。

両末端に活性水素を含有するポリマーは、特に制限はないが、単独で使用することもでき、複数ポリマーの配合物を用いることもできる。これらの両末端に活性水素を含有するポリマーは分子量分布を持つことが一般的であり、このポリマーには同一の又は異なる骨格を有する単量体を配合しても良い。これらはその化学構造から、エステル系、エーテル系、ポリカーボネート系骨格を有するポリマーが代表例として挙げられ、これらを単独で、または複数種の混合物として用いることができる。

この中でエーテル系ポリマーは加水分解を起こし難いことから好ましく、単独使用またはプレポリマー成分のひとつとして配合することもでき、その例としてはＰＰＧ（ポリプロピレングリコール）、ＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等が挙げられる。これらエーテル系ポリマーでも所望の機械特性が得られやすい点からＰＴＭＧ系ポリマーを単独使用するか、または配合することが好ましく、その重量平均分子量は４００〜２０００であることが好ましい。

上記活性水素を含有するポリマーと共に、鎖長延長反応をおこなう、ＥＧ（エチレングリコール）、ＰＧ（プロピレングリコール）、ＢＧ（ブタンジオール）、ＤＥＧ（ジエチレングリコール）、トリメチロールプロパン等の低分子量ポリオールを好適に用いることができる。

上記ポリオールとしては、特に制限はないが、上記した両末端に活性水素を含有するポリマーを好適に用いることができる。

また硬化剤としては、ＭＢＯＣＡ（３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン）、ジエチルトルエンジアミン等の芳香族ジアミン化合物等が用いられ、特にＭＢＯＣＡが好適に用いられる。

発泡剤としては、特に制限はないが、公知の例として、水、ハイドロフルオロカーボンなどを用いることができる。

イソシアネート末端プレポリマー、ポリオール、硬化剤の比は、各々の分子量や研磨パッドの所望物性などにより変えることができる。所望特性を有する研磨パッドを得るためには、ポリオールと硬化剤の合計活性基数に対するイソシアネート末端プレポリマー基数は、０．８０〜１．２０であることが好ましく、より好ましくは０．９９〜１．１５である。

本発明の研磨パッドは、上述の製造方法における、上記各成分かつ、またはその他添加剤の種類、分子量、含有量の選択、特に硬化剤の含有量の調整等により、ｔａｎδが上記温度範囲内で０．１２以上になるようにすることができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。以下において、特に記載しない限りは、「部」は重量部、「％」は重量％を表すものとする。

［プレポリマーの調製］
容量１Ｌのガラス製フラスコにＴＤＩ３００部を投入し、ＰＴＭＧ（Ｍｗ＝１０００）２６９部及びＤＥＧ７３部を反応温度が５０℃を超えないように分割投入して混合し、窒素気流下５０℃で５時間反応させ、プレポリマーＡを得た。得られたプレポリマーＡのＮＣＯ含量は１０．４８％であった。

上記プレポリマーＡの調製方法において、ＰＴＭＧを４４８部、ＤＥＧを５４部に換えた以外は同様にして、プレポリマーＢを得た。得られたプレポリマーＢのＮＣＯ含量は８．４７％であった。

また、上記プレポリマーＡの調製方法において、ＰＴＭＧを５９８部、ＤＥＧを３８部に換えた以外は同様にして、プレポリマーＣを得た。得られたプレポリマーＣのＮＣＯ含量は６．９６％であった。

［ポリオール成分の調製］
ＰＴＭＧ（Ｍｗ＝６５０）１００部、水１５部、アミン触媒（東ソー（株）製トヨキャットＥＴ）１．７５部、シリコン整泡剤（東レ・ダウコーニング（株）製ＳＨ-１９３）１２．５部を混合し、ポリオール成分とした。

［硬化剤の調製］
１２０℃で溶解したＭＢＯＣＡを硬化剤とした。

［実施例１〜４、比較例１〜５］
上記により得られたプレポリマー、ポリオール成分、硬化剤（ＭＢＯＣＡ）、及び比較例１においてはさらにジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを表１に記載の配合で混合し、１１０℃で２時間一次硬化させた後、８０℃で１５時間二次硬化させて発泡ポリウレタンの成型体を得たのち、厚さ１．３ｍｍのシート状に裁断し、評価用試料を作成した。

上記により得られた評価用試料につき、ｔａｎδ、開口率、開口保持率及び研磨レートの測定方法は以下の通りである。結果を表１に示す。

＜ｔａｎδ＞
動的粘弾性測定装置（ティー・エイ・インスツルメント製）を用いて、引っ張りモードで、周波数１Ｈｚ、温度３０℃〜６０℃、昇温速度３℃／ｍｉｎで測定した。

＜初期開口率＞
ＳＥＭを用いて、１ｍｍを超えるような大きな開口を含まない任意の箇所を５０倍で観察し、画像を得た。その画像を画像解析ソフトＷｉｎＲｏｏｆ（三谷商事（株）製）により、二値化を行い、全気泡径の面積を得た。全気泡の面積を画像の総面積で除し、百分率にしたものを初期開口率とした。

＜１００μｍ摩耗後開口率＞
テーバー磨耗試験機（大栄科学精器製作所製）を用い、ＪＩＳＫ７２０４に準拠して、磨耗輪Ｈ２２、荷重９．８Ｎ、回転速度６０ｒｐｍの条件で、研磨パッドの表面を磨耗させた。磨耗させた箇所の厚みを測定し、５点平均で１００μｍの減少が確認されたところで終了し、磨耗サンプルを得た。そのサンプルをＳＥＭを用いて、４００μｍを超えるような大きな開口を含まない任意の箇所を５０倍で観察し、画像を得た。その画像を画像解析ソフトＷｉｎＲｏｏｆ（三谷商事株式会社製）により、二値化を行い、磨耗後も残存している気泡の面積を得た。全気泡の面積を画像の総面積で除し、百分率にしたものを１００μｍ摩耗後開口率とした。

＜開口保持率＞
開口保持率（％）＝（１００μｍ磨耗後開口率／初期開口率）×１００

＜研磨レート＞
ＭＡＴ−ＢＣ１５Ｃ（ＭＡＴ社製）を用いて研磨評価を行った。作製した研磨パッドをＭＡＴ−ＢＣ１５Ｃのプラテンに両面テープを用いて貼り合わせ、以下の条件で研磨評価を行った。

（初期ドレス条件）
ドレッサー：旭ダイヤ＃１００
圧力：４０ｇ／ｃｍ^３、プラテンスピード：４０ｒｐｍ、ドレス時間：６０分間
（研磨条件）
プラテン径：φ３８０ｍｍ
プラテン、ヘッドスピード：５０ｒｐｍ、荷重：４５０ｇ／ｃｍ^２
スラリー：コロイダルシリカ（日産化学工業（株）スノーテックスＺＬ）、２３℃±２℃、１０００ｃｃ／ｍｉｎ
被研磨物：４ｉｎｃｈシリコンウェハー
研磨時間 : ５分間の研磨×３回を１セットとした。
研磨レート測定：被研磨物の重量減少量とシリコンの比重より研磨レートを算出した。５分間研磨後の研磨レートの３回の平均値を求め、１セットの研磨レートとした。
（初期研磨レート測定条件）
上記条件でドレス後、１セットダミー研磨を行った後、初回の１セットの研磨レートを初期研磨レートとした。
（終点研磨レート測定条件）
３０セット研磨を行い、３０セット目の研磨レートを終点研磨レートとした。
（レート低下率（％））
上記研磨レート測定値から次式に従い求めた。
レート低下率（％）＝（終点研磨レート／初期研磨レート）×１００

Claims

開口した気泡を表面に有する発泡ポリウレタンからなる研磨パッドであって、
前記気泡の初期開口率と、１００μｍ摩耗後開口率とから次式により求められる開口保持率が６０％以上であることを特徴とする研磨パッド。
開口保持率（％）＝（１００μｍ摩耗後開口率／初期開口率）×１００
動的粘弾性試験により測定されるｔａｎδが３０〜６０℃において０．１２以上であることを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。