JP2017113856A - 研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents
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前記工程は、イソシアネート末端プレポリマーを含む第1成分にシリコーン系界面活性剤をポリウレタン樹脂発泡体中に0.05〜10重量%になるように添加し、さらに前記第1成分を非反応性気体と撹拌して前記非反応性気体を微細気泡として分散させた気泡分散液を調製した後、前記気泡分散液に鎖延長剤を含む第2成分を混合し、硬化してポリウレタン樹脂発泡体を作製する工程であり、
前記イソシアネート末端プレポリマーは、ジイソシアネート及び水酸基を3つ以上有する高分子量ポリオールを含むプレポリマー原料組成物A’を反応させて得られるイソシアネート末端プレポリマーAを含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法、に関する。
1)気泡分散液を作製する発泡工程
イソシアネート末端プレポリマーAを含む第1成分にシリコーン系界面活性剤を添加し、非反応性気体の存在下で撹拌し、非反応性気体を気泡として分散させて気泡分散液とする。前記プレポリマーAが常温で固体の場合には適宜の温度に予熱し、溶融して使用する。
2)鎖延長剤の混合工程
上記の気泡分散液に鎖延長剤を含む第2成分を添加、混合、撹拌して発泡反応液とする。
3)注型工程
上記の発泡反応液を金型に流し込む。
4)硬化工程
金型に流し込まれた発泡反応液を加熱し、反応硬化させる。
(無発泡ポリウレタン樹脂の引張貯蔵弾性率の測定)
動的粘弾性測定装置(株式会社ユービーエム製、DVE−V4−RT)を用いて、下記測定条件にて、作製した無発泡ポリウレタン樹脂シート(長さ20.0mm、幅3.0mm)の40℃における引張貯蔵弾性率(MPa)を測定した。
測定条件
周波数:1.0Hz
温度:30〜40℃
昇温速度:2.0℃/min
歪:0.1%
作製した無発泡ポリウレタン樹脂シートを打ち抜いて、幅10mmの短冊状のサンプルを2本作製した。初期の標線間距離を100mm(測定値Lo)とし、測定温度20±3℃、引張り速度300mm/minの条件でサンプルを100%伸長し、その状態で10分間放置した。その後、引張りを開放し、引張り後の標線間距離(測定値L)を測定した。永久伸びは下記式により算出した。2つのサンプルの算出値の平均値を永久伸びとした。
永久伸び(%)=100(L−Lo)/Lo
JIS K6253−1997に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂発泡体シートを2cm×2cm(厚み:任意)の大きさに切り出したものを硬度測定用試料とし、温度23℃±2℃、湿度50%±5%の環境で16時間静置した。測定時には、試料を重ね合わせ、厚み6mm以上とした。硬度計(高分子計器社製、アスカーD型硬度計)を用い、硬度を測定した。
JIS Z8807−1976に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂発泡体シートを4cm×8.5cmの短冊状(厚み:任意)に切り出したものを比重測定用試料とし、温度23℃±2℃、湿度50%±5%の環境で16時間静置した。測定には比重計(ザルトリウス社製)を用い、比重を測定した。
JIS K7312に準拠して行った。作製したポリウレタン樹脂発泡体シートを幅20mm×長さ50mm×厚み1.27mmの大きさに切り出したものをサンプルとした。該サンプルを25℃の蒸留水中に48時間浸漬し、浸漬前後の長さを下記式に代入して寸法変化率を算出した。
寸法変化率(%)=〔(浸漬後の長さ−浸漬前の長さ)/浸漬前の長さ〕×100
作製したポリウレタン樹脂発泡体シートを2cm×2cm(厚み:任意)の大きさに切り出したものをサンプルとした。該サンプルを25℃の蒸留水中に48時間浸漬した後、前記と同様の方法で硬度を測定した。浸漬前後の硬度を下記式に代入して硬度低下率を算出した。
硬度低下率(%)=〔(浸漬前の硬度−浸漬後の硬度)/浸漬前の硬度〕×100
作製したポリウレタン樹脂発泡体シート(φ380mm、厚さ1.25mm)を研磨装置(MAT社製、MAT−BC15)のプラテンに貼り合わせた。ドレッサー(SEASOL社製、DK45)を用い、強制ドライブ回転数115rpm、プラテン回転数70rpm、ドレス荷重7ポンド、吸水量200ml/min、及びドレス時間1.5hrの条件にてポリウレタン樹脂発泡体シートの表面をドレスした。ドレス終了後、ポリウレタン樹脂発泡体シートから幅10mm×長さ380mmの短冊状のサンプルを切り出した。該サンプルの中心部から20mmごとに厚さを測定した(片側9点、トータル18点)。そして、ドレスされていない中心部との厚さの差(磨耗量)を各測定位置において算出し、その平均値を算出した。カットレートは下記式により算出される。
カットレート(μm/min)=磨耗量の平均値/(1.5×60)
研磨装置としてMAT-ARW-8C1A(MAT社製)を用い、作製した研磨パッドを用いて、研磨特性の評価を行った。研磨速度は、8インチのシリコンウエハに熱酸化膜を1μm製膜したものを、60秒研磨してこのときの研磨量より算出した。酸化膜の膜厚測定には、光干渉式膜厚測定装置(ナノメトリクス社製、装置名:Nanospec)を用いた。研磨条件としては、スラリーとして、シリカスラリー(SS12 キャボット社製)を研磨中に流量120ml/min添加した。研磨荷重としては4.5psi、研磨定盤回転数93rpm、ウエハ回転数90rpmとした。
前記条件で8インチのダミーウエハを3枚研磨し、その後、厚み10000Åの熱酸化膜を堆積させた8インチのウエハを1分間研磨した。そして、KLA テンコール社製の欠陥評価装置(Surfscan SP1)を用いて、研磨後のウエハ上に0.125μm以上の条痕がいくつあるかを測定した。
(無発泡ポリウレタン樹脂シートの作製)
容器にトルエンジイソシアネート(三井化学社製、コスモネートT−80、2,4−体/2,6−体=80/20の混合物)33.16重量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子社製、エクセノール1030、水酸基数:3、水酸基価:160mgKOH/g)66.84重量部、及び安定剤(ADEKA社製、アデカスタブTPP)1.00重量部を入れ、70℃で4時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーAを得た。
容器にトルエンジイソシアネート(三井化学社製、コスモネートT−80、2,4−体/2,6−体=80/20の混合物)32.59重量部、イソホロンジイソシアネート7.34重量部、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(三菱化学社製、PTMG1000、水酸基数:2、水酸基価:112.2mgKOH/g)55.10重量部、1,4−ブタンジオール(ナカライ試薬社製、1,4−BG)4.97重量部、及び安定剤(ADEKA社製、アデカスタブTPP)1.00重量部を入れ、70℃で4時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーBを得た。
前記プレポリマーA50重量部、前記プレポリマーB50重量部、及び120℃に溶融した4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)25.0重量部を遊星式撹拌脱泡装置に入れ、撹拌及び脱泡してポリウレタン原料組成物を調製した。該組成物を縦横200mm、深さ2mmのオープンモールド(注型容器)に流し込み、100℃で16時間ポストキュアを行い、無発泡ポリウレタン樹脂シートを作製した。
前記プレポリマーA50重量部、前記プレポリマーB50重量部、及びシリコーン系界面活性剤(ゴールドシュミット社製、B8465)3.0重量部を重合容器内に加えて混合し、80℃に調整して減圧脱泡した。その後、撹拌翼を用いて、回転数900rpmで反応系内に気泡を取り込むように激しく約4分間撹拌を行った。そこへ予め120℃に溶融した4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)25.0重量部を添加した。該混合液を約1分間撹拌した後、パン型のオープンモールド(注型容器)へ流し込んだ。この混合液の流動性がなくなった時点でオーブン内に入れ、100℃で16時間ポストキュアを行い、ポリウレタン樹脂発泡体ブロックを得た。
約80℃に加熱した前記ポリウレタン樹脂発泡体ブロックをスライサー(アミテック社製、VGW−125)を使用してスライスし、ポリウレタン樹脂発泡体シートを得た。次に、バフ機(アミテック社製)を使用して、厚さ1.27mmになるまで該シートの表面バフ処理をし、厚み精度を整えたシートとした。このバフ処理をしたシートを直径61cmの大きさで打ち抜き、溝加工機(テクノ社製)を用いて表面に溝幅0.25mm、溝ピッチ1.50mm、溝深さ0.40mmの同心円状の溝加工を行い研磨層を得た。この研磨層の溝加工面と反対側の面にラミ機を使用して、両面テープ(積水化学工業社製、ダブルタックテープ)を貼りつけた。更に、コロナ処理をしたクッションシート(東レ社製、ポリエチレンフォーム、トーレペフ、厚み0.8mm)の表面をバフ処理し、それを前記両面テープにラミ機を使用して貼り合わせた。さらに、クッションシートの他面にラミ機を使用して両面テープを貼り合わせて研磨パッドを作製した。
表1に記載の配合を採用した以外は実施例1と同様の方法で無発泡ポリウレタン樹脂シート、ポリウレタン樹脂発泡体シート、及び研磨パッドを作製した。
(無発泡ポリウレタン樹脂シートの作製)
容器にトルエンジイソシアネート(三井化学社製、コスモネートT−80、2,4−体/2,6−体=80/20の混合物)1229重量部、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート272重量部、数平均分子量1018のポリテトラメチレンエーテルグリコール1901重量部、ジエチレングリコール198重量部を入れ、70℃で4時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーCを得た。
また、容器に多量化1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(住化バイエルウレタン社製、スミジュールN−3300、イソシアヌレートタイプ)100重量部、及び数平均分子量250のポリテトラメチレンエーテルグリコール16.3重量部を入れ、100℃で3時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーDを得た。
前記プレポリマーC100重量部、前記プレポリマーD23.3重量部、及び120℃に溶融した4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)36.1重量部(NCOindex:1.1)を遊星式撹拌脱泡装置に入れ、撹拌及び脱泡してポリウレタン原料組成物を調製した。該組成物を縦横200mm、深さ2mmのオープンモールド(注型容器)に流し込み、100℃で16時間ポストキュアを行い、無発泡ポリウレタン樹脂シートを作製した。
前記プレポリマーC100重量部、前記プレポリマーD23.3重量部、及びシリコーン系界面活性剤(東レダウコーニングシリコーン社製、SH−192)3.7重量部を重合容器内に加えて混合し、70℃に調整して減圧脱泡した。その後、撹拌翼を用いて、回転数900rpmで反応系内に気泡を取り込むように激しく約4分間撹拌を行った。そこへ予め120℃に溶融した4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)36.1重量部(NCOindex:1.1)を添加した。該混合液を約70秒間撹拌した後、パン型のオープンモールド(注型容器)へ流し込んだ。この混合液の流動性がなくなった時点でオーブン内に入れ、100℃で16時間ポストキュアを行い、ポリウレタン樹脂発泡体ブロックを得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリウレタン樹脂発泡体シート、及び研磨パッドを作製した。
(無発泡ポリウレタン樹脂シートの作製)
容器にトルエンジイソシアネート(三井化学社製、コスモネートT−80、2,4−体/2,6−体=80/20の混合物)66.95重量部、及びイソホロンジイソシアネート11.00重量部を入れ、撹拌しながら50℃に温度調整した。その後、容器に1,4−ブタンジオール(ナカライ試薬社製、1,4−BG)2.68重量部を加え、容器内を75℃に温度調整した。その後、容器内の温度を55℃まで低下させ、さらに1,4−ブタンジオール2.68重量部を加え、容器内を75℃に温度調整した。その後、容器内の温度を55℃まで低下させ、数平均分子量250のポリテトラメチレングリコールA(分子量分布のピーク:250)10.7重量部を加え、容器内を80℃に温度調整して30分間反応させた。その後、容器内の温度を55℃まで低下させ、さらに数平均分子量250のポリテトラメチレングリコールA10.7重量部を加え、容器内を80℃に温度調整して30分間反応させた。その後、容器内の温度を60℃まで低下させ、数平均分子量1000のポリテトラメチレングリコールB(分子量分布のピーク:1000)73.24重量部を加え、容器内を80℃に温度調整し、1時間反応させてイソシアネート末端プレポリマーEを合成した。その後、容器内に安定剤(ADEKA社製、アデカスタブTPP)を1.82重量部加えて30分間撹拌した。その後、真空ポンプを用いてイソシアネート末端プレポリマーE中に含まれる炭酸ガス及び空気を減圧脱泡した。
前記プレポリマーE100重量部、及び120℃に溶融した4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)28.6重量部(NCOindex:1.1)を遊星式撹拌脱泡装置に入れ、撹拌及び脱泡してポリウレタン原料組成物を調製した。該組成物を縦横200mm、深さ2mmのオープンモールド(注型容器)に流し込み、100℃で16時間ポストキュアを行い、無発泡ポリウレタン樹脂シートを作製した。
前記プレポリマーE100重量部、及びシリコーン系界面活性剤(ゴールドシュミット社製、B8465)3.0重量部を重合容器内に加えて混合し、70℃に調整して減圧脱泡した。その後、撹拌翼を用いて、回転数900rpmで反応系内に気泡を取り込むように激しく約4分間撹拌を行った。そこへ予め120℃に溶融した4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(イハラケミカル社製、イハラキュアミンMT)28.6重量部(NCOindex:1.1)を添加した。該混合液を約70秒間撹拌した後、パン型のオープンモールド(注型容器)へ流し込んだ。この混合液の流動性がなくなった時点でオーブン内に入れ、100℃で16時間ポストキュアを行い、ポリウレタン樹脂発泡体ブロックを得た。
その後、実施例1と同様の方法でポリウレタン樹脂発泡体シート、及び研磨パッドを作製した。
2:研磨定盤
3:研磨剤(スラリー)
4:被研磨材(半導体ウエハ)
5:支持台(ポリシングヘッド)
6、7:回転軸
Claims (9)
- ポリウレタン樹脂発泡体からなる研磨層を有する研磨パッドにおいて、前記ポリウレタン樹脂発泡体は、原料としてイソシアネート末端プレポリマーAと鎖延長剤を含み、前記プレポリマーAは、原料としてジイソシアネート及び水酸基を3つ以上有する高分子量ポリオールを含むことを特徴とする研磨パッド。
- 前記水酸基を3つ以上有する高分子量ポリオールが、ポリプロピレングリコール及びポリカプロラクトンポリオールからなる群より選択される少なくとも1種である請求項1記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂発泡体は、さらに、原料としてイソシアネート末端プレポリマーBを含み、前記プレポリマーBは、原料としてジイソシアネート及び水酸基を2つ有する高分子量ポリオールを含む請求項1又は2記載の研磨パッド。
- 前記プレポリマーAと前記プレポリマーBの配合重量比(プレポリマーA/プレポリマーB)が、50/50〜10/90である請求項3記載の研磨パッド。
- イソシアネート末端プレポリマーを含む第1成分と鎖延長剤を含む第2成分とを混合し、硬化してポリウレタン樹脂発泡体を作製する工程を含む研磨パッドの製造方法において、
前記工程は、イソシアネート末端プレポリマーを含む第1成分にシリコーン系界面活性剤をポリウレタン樹脂発泡体中に0.05〜10重量%になるように添加し、さらに前記第1成分を非反応性気体と撹拌して前記非反応性気体を微細気泡として分散させた気泡分散液を調製した後、前記気泡分散液に鎖延長剤を含む第2成分を混合し、硬化してポリウレタン樹脂発泡体を作製する工程であり、
前記イソシアネート末端プレポリマーは、ジイソシアネート及び水酸基を3つ以上有する高分子量ポリオールを含むプレポリマー原料組成物A’を反応させて得られるイソシアネート末端プレポリマーAを含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。 - 前記水酸基を3つ以上有する高分子量ポリオールが、ポリプロピレングリコール及びポリカプロラクトンポリオールからなる群より選択される少なくとも1種である請求項5記載の研磨パッドの製造方法。
- 前記イソシアネート末端プレポリマーは、さらに、ジイソシアネート及び水酸基を2つ有する高分子量ポリオールを含むプレポリマー原料組成物B’を反応させて得られるイソシアネート末端プレポリマーBを含む請求項5又は6記載の研磨パッドの製造方法。
- 前記プレポリマーAと前記プレポリマーBの配合重量比(プレポリマーA/プレポリマーB)が、50/50〜10/90である請求項7記載の研磨パッドの製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の研磨パッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイスの製造方法。
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