JP2015193059A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】中空球状体を含有する研磨パッドにおいて、高い研磨レートを実現しつつ、スクラッチの発生を抑制することができるものを提供する。【解決手段】複数の中空球状体２５を有するポリウレタン製の研磨パッド７であって、研磨パッド７は、ショアＤ硬度が４０?以下であり、中空球状体２５は、直径が１００μｍより大きい大球状体２３と、直径が５０μｍより小さい小球状体２１とを含んでいる。【選択図】図２

Description

本発明は、研磨パッドに関し、特に、中空球状体を含有する研磨パッドに関する。

従来から、半導体ウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、磁気ディスク用ガラス基板等の被研磨物の表面を研磨して平坦化する方法として、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）が用いられている。ＣＭＰ法を用いて被研磨物を研磨する際は、研磨パッドを被研磨物に押し当て、両者の間に研磨スラリーを供給しながら研磨パッドと被研磨物とを回転させる。研磨スラリーは、研磨パッドの回転に伴う遠心力によって、中心側から外側に向かって流れ、最終的には研磨パッドの外側に排出される。

また、研磨パッドの研磨特性を均一にすることを目的として、研磨パッドの製造時に、研磨パッドの基体を構成するプレポリマーに、中空球状体を混合し、研磨パッド内に中空球状体を分散させることが知られている（例えば、特許文献１）。

また、特許文献２には、大きさの異なる二種類の中空球状体を研磨パッドに含有させることにより、研磨特性を安定させられることが記載されている。

特許第３０１３１０５号公報 特開２０００−３４４９０２号公報

このような、中空球状体が分散した研磨パッドでは、研磨時に、中空球状体が研磨面に開口する。そして、中空球状体が研磨面に開口すると、中空球状体の内部空間によって研磨面に凹部が形成される。そして、研磨パッドによる研磨時には、この凹部と、凹部の間のランド部との角にある中空球状体のエッジ部分が被研磨物の研磨に寄与する。

しかしながら、特許文献１及び２に記載されたものは、何れもショアＤ硬度が高く比較的硬い研磨パッドに関するものである。そして、このような硬質の研磨パッドを用いた場合、高い研磨レートを実現することができる反面、スクラッチが発生し易いという問題があった。そこで、硬度が低い研磨パッドの方が、硬度が高い研磨パッドよりもスクラッチを抑制できることが知られているため、スクラッチを抑制するために、特許文献１又は２に記載された研磨パッドの硬度を下げることが考えられる。しかしながら、単に、研磨パッドの硬度を下げると研磨レートが低下してしまうため、高い研磨レートが要求されている用途には適さないという問題があった。

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、中空球状体を含有する研磨パッドにおいて、高い研磨レートを実現しつつ、スクラッチの発生を抑制することができるものを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、複数の中空球状体を有するポリウレタン製の研磨パッドであって、前記研磨パッドは、ショアＤ硬度が４０°以下であり、前記中空球状体は、直径が１００μｍより大きい大球状体と、直径が５０μｍより小さい小球状体とを含んでいる、ことを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、ショアＤ硬度が４０°以下で硬質ではなく、かつ大きさの異なる大球状体と、小球状体とを含む多数の中空球状体を有する研磨パッドを得ることができる。そしてこのように、ショアＤ硬度が比較的低い研磨パッド内に、大きさが異なる中空球状体を配置することによって、ショアＤ硬度が高い研磨パッドと比較してスクラッチを抑制することができる。

また、発明者等の実験によれば、研磨パッド内に大小の中空球状体を混在させることによって、ショアＤ硬度が４０°以下であり中空球状体を含んでいない研磨パッドと比較して、研磨レートが格段に向上し、ショアＤ硬度が４０°よりも高い研磨パッドの研磨レートをも上回ることが判明した。従って、本発明によれば、ショアＤ硬度を低くしてスクラッチを抑制しつつ、大小の中空球状体によって研磨レートを向上させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記大球状体は、直径１２０μｍ以上の中空球状体であり、前記小球状体は、直径２５μｍ以下の中空球状体である。

また、本発明において好ましくは、前記研磨パッドは、前記大球状体と前記小球状体との合計が０．１〜２０重量部含む。

また、本発明において好ましくは、前記小球状体と前記大球状体との配合重量比が１：０．３〜２．０である。

以上のように、本発明によれば、中空球状体を含有する研磨パッドにおいて、高い研磨レートを実現しつつ、スクラッチの発生を抑制することができる。

本発明の実施形態による研磨パッドが適用されている研磨装置を示す断面図である。 本発明の実施形態による研磨パッドの側断面図である。 本発明の実施例による研磨パッドの研磨レートの測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例による研磨パッドの研磨レートの測定結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による研磨パッドについて説明する。図１は、本発明の実施形態による研磨パッドが適用されている研磨装置を示す断面図である。

先ず、図１に示すように、研磨装置１は、ＣＭＰ法により被研磨物３の面を平坦化するものである。研磨装置１は、回転軸周りに回転する研磨定盤５と、研磨定盤５の上面に固定された研磨パッド７と、被研磨物３を保持するための保持定盤９とを備えている。研磨装置１では、研磨定盤５の面に研磨パッド７をセットし、研磨パッド７と保持定盤９の間に、被研磨物３が配置される。また、研磨装置１は、研磨パッド７の研磨面の改質を行うためのドレス処理装置１１を備えている。

このような研磨装置１は、研磨スラリー供給装置１３から研磨パッド７の研磨面１５の中心近傍に研磨スラリーを供給しながら、研磨定盤５をシャフト１７周りに回転させながら、保持定盤９を中心周りに回転させることによって、保持定盤９によって保持された被研磨物３の研磨パッド７と接触している面を平坦化するようになっている。

研磨定盤５は、金属製又はセラミック製であり、円板形状を有している。研磨定盤５の一方の面は、研磨パッド７が貼り付けられる貼付面を構成しており、この貼付面は、実質的に平らである。研磨定盤５は、その中心を通る一本のシャフト１７に固定されており、このシャフト１７を回転させることによってシャフト１７周りに回転する。

保持定盤９は、被研磨物３よりも大きい直径を有し、固い定盤に、例えば軟質プラスチック製の保持パッドを貼り付けて構成されている。保持定盤９は、その中心を通る一本のシャフト１９に固定されており、このシャフト１９を回転させることによって、研磨面１５上で、シャフト１７周りに回転する。

研磨パッド７は、例えばイソシアネート基含有化合物を含むプレポリマーと活性水素化合物との反応により硬化して成形される乾式法により製造される、ショアＤ硬度が２５°以上、４０°以下のポリウレタン製のパッドであり、内部に複数の中空球状体を有している。また、研磨パッド７は、研磨定盤５とほぼ同一の外径を有する円形状とされる。そして研磨パッド７の一方の面が研磨面１５を構成している。また、研磨パッド７は、研磨定盤５に対して着脱可能に貼り付けられている。

このような研磨パッド７の製造方法としては、例えば、少なくともウレタン結合含有イソシアネート化合物、活性水素化合物（鎖延長剤）を準備する準備工程；少なくとも、ウレタン結合含有イソシアネート化合物、活性水素化合物を混合して成形体用の混合液を得る混合工程；成形体成形用混合液からポリウレタンポリウレア樹脂成形体を成形する成形体成形工程；及びポリウレタンポリウレア樹脂成形体から、被研磨物を研磨加工するための研磨表面を有する研磨層を形成する研磨層形成工程、を含む。

以下、準備工程、混合工程、成形体成形工程、及び研磨層形成工程について、それぞれ説明する。

＜準備工程＞
本実施形態による研磨パッドを製造するためには、ポリウレタンポリウレア樹脂成形体の原料として、少なくとも、ウレタン結合含有イソシアネート化合物、活性水素化合物が用いられる。更に、異なる活性水素化合物を上記成分とともに用いてもよく、また樹脂成形体中に発泡物を含ませる目的で、微小中空球体や水などを用いてもよい。また、上述した成分の他に、充填剤、軟化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤、整泡剤、触媒などの各種の添加材を添加してもよい。

以下、各成分について説明する。

[ウレタン結合含有イソシアネート化合物]
ウレタン結合含有イソシアネート化合物としては、市販されているものを用いてもよく、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させて合成したものを用いてもよい。本発明で使用するウレタン結合含有イソシアネート化合物のＮＣＯ当量は５００〜６００が好ましい。

[活性水素化合物]
研磨パッド７の製造のために用いられる活性水素化合物としては、例えばポリアミン化合物が挙げられる。ポリアミン化合物とは、分子内に２つ以上のアミノ基を有する化合物を意味する。ポリアミン化合物は、鎖伸長剤として作用し、一部はポリイソシアネート化合物と反応してハードセグメントを形成しつつ、一部はウレタン結合含有イソシアネート化合物（ソフトセグメント部）の主鎖末端側と結合して、ポリマー鎖を更に伸長させることが出来る。これにより、ハードセグメントとソフトセグメントのブロックコポリマーを有するポリウレタンポリウレア樹脂が生成される。ポリアミン化合物としては、脂肪族や芳香族のポリアミン化合物、特に、ジアミン化合物を使用することができ、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジアミン、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（メチレンビス−ｏ−クロロアニリン）（以下、ＭＯＣＡと略記する。）、ＭＯＣＡと同様の構造を有するポリアミン化合物等を挙げることができる。また、ポリアミン化合物が水酸基を有していてもよく、このようなアミン系化合物として、例えば、２−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、２−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、２−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ−２−２ヒドロキシプロピルエチレンジアミン等を挙げることができる。ポリアミン化合物としては、ジアミン化合物を用いることが好ましく、ＭＯＣA、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンを用いることがより好ましく、ＭＯＣＡを用いることが特に好ましい。

活性水素化合物として使用するポリアミン化合物は、単独で用いてもよく、複数のポリアミン化合物を組み合わせてもよい。また、研磨パッド７を製造するときに使用するウレタン結合含有イソシアネート化合物の当量に対する活性水素化合物の当量比をＲ値としたとき、そのＲ値は０．８〜１．１であることが好ましい。

ポリアミン化合物は、他の成分と混合し易くするため、及び／又は後の成形体成形工程における気泡径の均一性を向上させるために、必要により加熱した状態で減圧下脱泡することが好ましい。減圧下での脱泡方法としては、ポリウレタンポリウレアの製造において公知の方法を用いればよく、例えば、真空ポンプを用いて０．１ＭＰａ以下の真空度で脱泡することができる。鎖伸長剤として固体の化合物を用いる場合は、加熱により溶融させつつ、減圧下脱泡することができる。

＜混合工程＞
混合工程では、準備工程で得られた、ウレタン結合含有イソシアネート化合物（プレポリマー）、活性水素化合物を混合機内に供給して攪拌・混合する。混合工程は、上記各成分の流動性を確保できる状態で行われる。

＜成形体成形工程＞
成形体成形工程では、混合工程で調製された成形体成形用混合液を５０〜１００℃の型枠内に流し込み、硬化させることによりポリウレタンポリウレア樹脂成形体を成形する。このとき、プレポリマー、活性水素化合物が反応してポリウレタンポリウレア樹脂を形成することにより混合液は硬化する。

＜研磨層形成工程＞
前記成形体成形工程により得られたポリウレタンポリウレア樹脂成形体は、シート状にスライスされてポリウレタンポリウレアシートを形成する。

このようにして得られたポリウレタンポリウレアシートを有する研磨層は、その後、研磨層の研磨面とは反対側の面に両面テープが貼り付けられ、所定形状、好ましくは円板状にカットされて、研磨パッド７を得ることができる。両面テープは、当技術分野において公知の両面テープの中から任意に選択したものを用いることが出来る。

また、研磨パッド７は、研磨層のみからなる単層構造であってもよく、研磨層の研磨面とは反対側の面に他の層（下層、支持層）を貼り合わせた複層からなっていてもよい。他の層の特性は特に限定されるものではないが、研磨層の反対側の面に研磨層よりも軟らかい層が貼り合わされていることが好ましい。研磨層よりも軟らかい層が設けられることにより、研磨平坦性がさらに向上する。

研磨パッド７が、多層構造を有する場合には、複数の層同士を両面テープや接着剤などを用いて、必要により加圧しながら接着・固定すればよい。この際用いられる両面テープや接着剤に特に制限はなく、当技術分野において公知のものの中から任意に選択して使用することが出来る。

さらに、本発明の研磨パッドは、必要に応じて、研磨層の表面及び／又は裏面を研削処理したり、溝加工やパンチング加工を表面に施したりしてもよく、基材及び／又は粘着層を研磨層と貼り合わせてもよく、光透過部を備えてもよい。研削処理の方法に特に制限はなく、公知の方法により研削することができる。具体的には、サンドペーパーやダイアモンド電着ロールによる研削が挙げられる。溝加工及びパンチング加工によって形成される溝、又は孔の形状に特に制限はなく、例えば、格子型、同心円型、放射型などの形状が挙げられる。

図２は、研磨パッドの側断面図である。図２に示すように、研磨パッド内部には、小球状体２１と、大球状体２３とが配置されている。本発明において、小球状体とは直径が５０μｍ未満の中空球状体をいい、大球状体とは直径が１００μｍより大きい中空球状体をいう。また、ここでいう中空球状体の直径は、それぞれの中空球体の平均直径を示す。なお、以下では、小球状体２１と、大球状体２３とを総称して、中空球状体２５ということがある。中空球状体２５は、例えば、アクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体，塩化ビニル−エチレン共重合体等の熱可塑性樹脂からなる殻部分に、イソブタン，ペンタン，イソペンタン，石油エーテル等の低沸点炭化水素を内包したものを加熱膨脹させたものである。そして、このような中空発泡体を加熱することにより、殻内部の低沸点炭化水素が気化しガス状となり、殻部分が軟化しガスを内包して膨脹して、研磨パッド内に無数の気泡、即ち中空球状体２５が形成される。中空球状体２５は、研磨パッド内に散乱して存在しているため、研磨パッドの研磨面が摩耗していくに従って、次々と新たな中空球状体２５が研磨面１３に露出する。

中空球状体２５を構成する小球状体２１および大球状体２３の配合の合計割合は、研磨パッド全体に対して０．１〜２０重量部であることが好ましく、より好ましくは０．５〜１０重量部であり、さらに好ましくは１〜５重量部である。また、中空球状体２５を構成する小球状体２１と大球状体２３との配合重量比は、１：０．３〜２．０が好ましく、より好ましくは１：０．４〜１．５、さらに好ましくは１：０．５〜１．０である。このように小球状体２１と大球状体２３の配合割合を調整することにより、ショアＤ硬度が４０°以下の比較的軟質な研磨パッドによっても、高い研磨レートを発揮することができる。

以下、本発明の実施例について詳述する。

実施例及び比較例では、表１に示すプレポリマーおよび中空球状体を準備し、あらかじめ中空球状体を表１に示す配合量で混合したプレポリマーと、活性水素化合物とを反応させ、所定の型枠に流し込んで硬化させた後、得られた成形体をスライスしてシートを作成し、研磨パッドを得た。活性水素化合物は、いずれもＭＯＣＡを用いた。実施例と比較例３、比較例１と比較例２は同一のプレポリマーを用いた。また、実施例の小球状体と比較例２の小球状体は同一の球状体を、比較例１と比較例３の球状体は同一の球状体を用いた

＊１ プレポリマーＡ・・・日本ポリウレタン社製 ＤＣ−６９１２
プレポリマーＢ・・・ユニロイヤルケミカル社製 アジプレンＬ−３２５
＊２ 大球状体・・・松本油脂製極大バルーン（直径１４０μｍ）
中球状体・・・松本油脂製マイクロスフェアＦ−８０ＤＥ（直径９３μｍ）
小球状体Ｃ・・・ＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製 エクスパンセル５５１ＤＥ４０ｄ４２（直径４０μｍ）
小球状体Ｄ・・・ＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製 エクスパンセル４６１ＤＥ２０ｄ７０（直径２０μｍ）
＊３ Surfscan SP-1DLS（KLAテンコール社製）WIDE Modeで ディフェクト数を評価した。ディフェクト数が２００個未満を○、２００個以上を×として評価した。

そして、上記比較例１〜３及び実施例による研磨パッドを用いて研磨圧２．５ｐｓｉ及び３．５ｐｓｉを加えて研磨試験を行ったときの結果を図３及び図４に示す。
なお、研磨レートの測定条件は下記のとおりである。
・使用研磨機：：荏原製作所社製、Ｆ−ＲＥＸ３００
・Ｄｉｓｋ：３Ｍ Ａ１８８(＃２５０)
・回転数：（定盤）７０ｒｐｍ、（トップリング）７１ｒｐｍ
・研磨圧力：２．５ｐｓｉおよび３．５ｐｓｉ
・研磨剤：キャボット社製、品番：ＳＳ２５（ＳＳ２５原液：純水＝１：１の混合液を使用）
・研磨剤温度：２０℃
・研磨剤吐出量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
・使用ワーク（被研磨物）：１２インチφシリコンウェハ上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜１μｍの厚さになるように形成した基板
・研磨時間：６０秒間／各回

比較例１は従来の硬質（ショアＤ硬度５０°程度）の樹脂に単一の小球状体を混合したものであり、比較例２は従来の硬質の樹脂に中球状体と小球状体の２種類を混合したものである。図３および図４から分かるように、研磨レートは、単一の球状体のみの比較例１と比べて、２種類の球状体を混合した比較例２の方が微増または増加している。また、表１に示したように、比較例１・比較例２ともにスクラッチの発生が見られた。
また、比較例３は比較的硬度の小さい樹脂（ショアＤ硬度４０°以下）に比較例１と同様の単一の小球状体を混合したものである。図３および図４から分かるように、比較例１と比較すると研磨レートが低下していることが分かる。また、表１に示したように、比較例３においてはスクラッチの発生が見られなかった。
一方、実施例は比較例３と同様の比較的硬度の小さい樹脂に大球状体と小球状体の２種類を混合したものである。図３および図４から分かるように、研磨レートは、単一の球状体のみの比較例３と比べ、大幅に研磨レートが増加している。またその増加分は、硬質の研磨パッドの増加分（比較例１から比較例２への増加分）よりも大きいことが分かる。さらに、表１に示したように、実施例においてはスクラッチの発生が見られなかった。

１ 研磨装置
３ 被研磨物
７ 研磨パッド
２１ 小球状体
２３ 大球状体
２５ 中空球状体

Claims (4)

1. 複数の中空球状体を有するポリウレタン製の研磨パッドであって、
   前記研磨パッドは、ショアＤ硬度が４０°以下であり、前記中空球状体は、直径が１００μｍより大きい大球状体と、直径が５０μｍより小さい小球状体とを含んでいる、研磨パッド。
2. 前記大球状体は、直径１２０μｍ以上の中空球状体であり、前記小球状体は、直径２５μｍ以下の中空球状体である、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記研磨パッドは、前記大球状体と前記小球状体との合計が０．１〜２０重量部である、請求項１又は２に記載の研磨パッド。
4. 前記小球状体と前記大球状体との配合重量比が１：０．３〜２．０である、請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨パッド。

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