JP2017185565A - 研磨パッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の研磨特性を有する研磨パッドを製造することが可能な研磨パッドの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る研磨パッドの製造方法は、プレポリマー又は硬化剤を含む液体を収容する槽２０１の内部圧力と微粒子を収容する容器２１２の内部圧力の差を利用して微粒子を液体の中に送出する工程と、プレポリマーと硬化剤を混合して研磨材料を形成する工程と、研磨材料から研磨層１０１を形成する工程とを含む。【選択図】図６

Description

本発明は、ガラス基板や半導体デバイス等の研磨に利用される研磨パッドの製造方法に関する。

光学材料、半導体デバイスやハードディスク用ガラス基板等の研磨には研磨パッドが用いられ、特に、半導体ウエハ上に酸化物層や金属層が形成されたデバイスの研磨には好適に用いられる。研磨パッドは、ポリウレタン等の合成樹脂からなり、合成樹脂の物性や合成樹脂中に形成された空隙の分布等によって所定の研磨特性を有する。

研磨パッドには、熱可塑性樹脂からなる外殻を有する中空微粒子や、酸化セリウムや酸化ジルコニウムといったフィラーを含有するものなどがある。そのなかでも中空微粒子は研磨パッドに含有させることにより、空隙の大きさを均一にすることができると共に、中空微粒子の投入量によって研磨パッドの研磨特性を調整することが可能である。

例えば、特許文献１には、中空微粒子を含有する研磨パッドが開示されている。水や不活性ガスによって気泡を形成する発泡法に比べて空隙径のバラつきが少なく、空隙が互いに独立しているため研磨層の弾性特性が向上するとされている。

特開平８−５００６２２号公報

しかしながら、中空微粒子のような大きさが微小で比重も小さい微粒子は、研磨パッドの原料に投入する際に飛散しやすく、原料に正確な量の微粒子を投入することが困難という問題がある。その投入量が不正確であると、所望の研磨特性を有する研磨パッドを作製することができなくなる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所望の研磨特性を有する研磨パッドを製造することが可能な研磨パッドの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る研磨パッドの製造方法は、プレポリマー又は硬化剤を含む液体を収容する槽の内部圧力と微粒子を収容する容器の内部圧力の差を利用して上記微粒子を上記液体の中に送出する工程と、上記プレポリマーと上記硬化剤を混合して研磨材料を形成する工程と、上記研磨材料から研磨層を形成する工程とを含む。

この製造方法によれば、槽と容器の圧力差によって微粒子が液体の中に直接に送出されるため、微粒子の飛散や槽内壁への付着が防止される。これにより、微粒子の液体への投入量を正確に把握することが可能であり、研磨特性等の制御が容易となる。液体に投入される微粒子は、中空微粒子、研磨砥粒及びフィラー等がある。

上記微粒子は、熱可塑性樹脂からなる外殻を有する中空微粒子であってもよい。

中空微粒子は、研磨層に特定の大きさの空隙を形成するために添加される。一方で中空微粒子は比重が小さく、飛散しやすい。本発明によれば、中空微粒子は液体中に直接送出されるため、飛散しやすい中空微粒子であっても飛散させることなく所定量を正確に液体中に投入することが可能である。

上記微粒子を送出する工程では、上記槽の内部を減圧し、上記容器の内部を大気圧
とすることによって上記微粒子を上記液体の中に吸引させてもよい。

上記微粒子を送出する工程では、上記液体の中と、上記容器の内部に連通する管を用いて、上記微粒子を上記液体の中に送出してもよい。

上記液体はプレポリマーであってもよい。

中空微粒子はプレポリマーと硬化剤のどちらに投入されてもよいが、硬化剤は流動性維持のために高温に加熱される場合があり、その場合に硬化剤に中空微粒子を投入すると、外殻が軟化し、膨張するおそれがある。したがって、中空微粒子を投入する場合にはプレポリマーに投入する方が好適である。

上記液体はプレポリマーであり、上記研磨パッドの製造方法は、上記微粒子を送出する工程の後、上記槽の内部が減圧された状態を維持し、上記プレポリマーを脱泡する工程をさらに含んでもよい。

微粒子をプレポリマーに投入する際に槽の内部を減圧する場合、微粒子の投入後にも槽内の減圧状態を維持することによりプレポリマーに含まれる空気を除去し、プレポリマーを脱泡することができる。

上記プレポリマーはイソシアネート化合物であり、上記硬化剤はポリオール系硬化剤又はポリアミン系硬化剤であってもよい。

この製造方法によれば、ポリウレタンを主成分とし、微粒子を含有する研磨層を作製することが可能である。

以上のように、本発明によれば、所望の研磨特性を有する研磨パッドを製造することが可能な研磨パッドの製造方法を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る研磨パッドの斜視図である。 同研磨パッドの断面図である。 同研磨パッドの研磨層に含まれる中空微粒子の断面図である。 同研磨パッドの製造装置を示す模式図である。 同研磨パッドの製造プロセスにおける中空微粒子の投入方法を示す模式図である。 同研磨パッドの製造プロセスにおける中空微粒子の投入方法を示す模式図である。 一般的な中空微粒子の投入方法を示す模式図である。

本発明の実施形態に係る研磨パッドについて説明する。

［研磨パッドの構成］
図１は、本実施形態に係る研磨パッド１００を示す斜視図である。同図に示すように、研磨パッド１００は、研磨層１０１、接着層１０２及びクッション層１０３を具備する。

研磨層１０１は、被研磨物に当接し、研磨を行う層である。以下、研磨層１０１の表面を研磨面１０１ａとする。研磨面１０１ａには、スラリー液の流れをよくするための溝及び孔が形成されていてもよい。

接着層１０２は、研磨層１０１とクッション層１０３を接着する層であり、例えば粘着テープである。

クッション層１０３は、研磨層１０１の被研磨物への当接を均一化させる層である。クッション層１０３は、不織布や合成樹脂等の可撓性を有する材料からなるものとすることができる。

研磨パッド１００は、クッション層１０３に配設された粘着テープ等によって研磨装置に貼付される。研磨パッド１００の大きさ（径）は研磨装置のサイズ等に応じて決定することができ、例えば、直径１０ｃｍ〜１ｍ程度とすることができる。なお、研磨パッド１００の形状は円板状に限られず、帯状等であってもよい。

研磨パッド１００は、研磨装置によって被研磨物に押圧された状態で回転駆動され、被研磨物を研磨する。その際、研磨パッド１００と被研磨物の間には、スラリー液が供給される。スラリー液は溝１０１ｂを介して研磨面１０１ａに供給され、排出される。

［研磨層の構成］
図２は、研磨パッド１００の模式的断面図である。同図に示すように、研磨層１０１は、ポリマー１１０及び中空微粒子１１１を含む。なお、図２において溝１０１ｂの図示は省略する。

ポリマー１１０は、研磨材料の主たる構成材料である。ポリマー１１０は、プレポリマーと硬化剤の重合反応によって生成するポリマーであるものとすることができる。このようなポリマーとしては、ポリウレタンが挙げられる。ポリウレタンは、入手性及び加工性がよく、好適な研磨特性を有するため、ポリマー１１０として好適である。

プレポリマーは、イソシアネート基末端を有する化合物（以下、イソシアネート化合物）とすることができ、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを、通常用いられる条件で反応させることにより得られる化合物であり、ポリウレタン結合とイソシアネート基を分子内に含むものである。また、本発明の効果を損なわない範囲内で、他の成分がポリウレタン結合含有イソシアネート化合物に含まれていてもよい。

ポリイソシアネート化合物は、分子内に２つ以上のイソシアネート基を有する化合物を意味し、例えばジフェニルメタンジイソシアートを用いることができる。

この他にもポリイソシアネート化合物としては、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、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、ナフタレン−１，４−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、３，３'−ジメトキシ−４，４'−ビフェニルジイソシアネート、３，３'−ジメチルジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、キシリレン−１，４−ジイソシアネート、４，４'−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソフォロンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、ブチレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，４−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４'−ジイソシアネート（水添ＭＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−１，４−ジイソチオシアネート及びエチリジンジイソチオシアネートが挙げられる。これらの１種又は２種以上を用いることができる。

また、ポリオール化合物とは、分子内に２つ以上のアルコール性水酸基（ＯＨ）を有する化合物を意味し、例えば、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール（又はポリテトラメチレンエーテルグリコール）（ＰＴＭＧ）やジエチレングリコール（ＤＥＧ）を用いることができる。

この他にもポリオール化合物としては、エチレングリコール、ブチレングリコール等のジオール化合物、トリオール化合物等；上記ＰＴＭＧなどのポリエーテルポリオール化合物；エチレングリコールとアジピン酸との反応物やブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール化合物；ポリカーボネートポリオール化合物、ポリカプロラクトンポリオール化合物等を挙げられる。これらの１種又は２種以上を用いることができる。

硬化剤は、ポリアミン系硬化剤を利用することができる。ポリアミン系硬化剤は、２つ以上のアミノ基を有する物質であり、ＭＯＣＡ（３，３−ジクロロ−４，４−ジアミノジフェニルメタン）を用いることができる。また、ポリアミン系硬化剤として、三分子のクロロアニリンがメチレン基を介して結合した三量体を含む多量体ＭＯＣＡを利用することも可能である。また、ＭＯＣＡ以外のポリアミン系硬化剤を利用してもよい。

また、硬化剤は、ポリオール系硬化剤を利用することもできる。ポリオール系硬化剤は２つ以上のヒドロキシル基を有する物質であり、例えば、エチレングリコール又はポリエーテルポリオールとすることができる。

この他にも、ポリオール系硬化剤として、ブチレングリコール及びヘキサンジオール等の低分子量のポリオール化合物、並びに、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）、ビスフェノールＡとプロピレンオキサイドとの反応物等のポリエーテルポリオール化合物、エチレングリコールとアジピン酸との反応物、ブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール化合物、ポリカーボネートポリオール化合物及びポリカプロラクトンポリオール化合物等の高分子量のポリオール化合物が挙げられる。

硬化剤は、上記ポリアミン系硬化剤とポリオール系硬化剤のうちの一種又は複数種を利用することが可能である。

ここで、上記プレポリマーの末端に存在するイソシアネート基に対する、硬化剤に存在するアミノ基又はヒドロキシル基活性水素基の当量比であるＲ値が、０．７０〜１．２０となるよう、各成分を混合する。Ｒ値は、０．７０〜１．２０が好ましく、０．８０〜１．００がより好ましく、さらに好ましくは０．８５〜０．９５である。Ｒ値を１以下とすることで、過剰となったイソシアネート基が後述する架橋反応に用いられる。

中空微粒子１１１は、中空の球体状の物体であり、ポリマー１１０に含有されている。図３は、中空微粒子１１１の模式的断面図である。同図に示すように、中空微粒子１１１は、熱可塑性樹脂からなる球殻状の外殻１１１ａと、外殻１１１ａに囲まれた内部空間１１１ｂを有する。中空微粒子１１１は、液状の低沸点炭化水素を熱可塑性樹脂の殻で包み、加熱することによって形成されたものとすることができる。

加熱によって熱可塑性樹脂が軟化すると共に低沸点炭化水素が気体に変化し、気体の圧力によって熱可塑性樹脂が膨張することにより中空微粒子１１１が形成される。低沸点炭化水素は例えばイソブタンやペンタン等が用いられ、熱可塑性樹脂は例えば塩化ビニリデンやアクリロニトリルが用いられる。

中空微粒子１１１は、市販されているものを利用することも可能である。例えばマツモトマイクロスフェアーシリーズ（松本油脂製薬株式会社製）やエクスパンセルシリーズ（ＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製）を中空微粒子１１１として利用することができる。

中空微粒子１１１の大きさは特に限定されないが、直径数２０μｍ〜２００μｍ程度とすることができ、また径の異なる中空微粒子を２種類以上用いることもできる。研磨材料における中空微粒子１１１の含有割合は、研磨材料に対して、１０〜６０体積％が好適であり、１５〜４５体積％であるとより好適である。中空微粒子１１１は、研磨層１０１が研磨によって磨耗すると研磨面１０１ａに露出し、研磨面１０１ａの研磨特性に影響する。

［研磨パッドの製造方法］
研磨パッド１００の製造方法について説明する。図４は、研磨パッド１００の製造に用いられる製造装置２００の模式図である。製造装置２００は、第一貯槽２０１、第二貯槽２０２、撹拌槽２０３、及び型２０４を備える。

まず、第一貯槽２０１にプレポリマーと中空微粒子１１１を投入する。プレポリマーは上述したイソシアネート化合物とすることができる。また、第二貯槽２０２に硬化剤を投入する。硬化剤は上述したポリオール系硬化剤及びポリアミン系硬化剤の両方又は一方である。各原料の流動性を安定させるために、第一貯槽２０１及び第二貯槽２０２は所定温度に加熱する。

第一貯槽２０１から第一貯槽２０１の内容物（以下、第一溶液）を撹拌槽２０３に送出し、第二貯槽２０２から第二貯槽２０２の内容物（以下、第二溶液）を撹拌槽２０３に送出する。同時に、撹拌槽２０３において第一溶液及び第二溶液を混合する。これにより、プレポリマーと硬化剤が重合反応を生じる。

続いて、プレポリマーと硬化剤を含む流体状の材料３０１を型２０４に流し込み、注型を行う。型２０４は加熱されていてもよい。重合反応の進行と共に混合物は硬化し、ポリマーからなるブロック状物が形成される。

得られたブロック状物を加熱し、ポリマーの架橋反応を進行させる。さらに、ブロック状物をスライスすることにより、上記研磨層１０１が得られる。研磨層１０１に接着層１０２及びクッション層１０３を積層して所望の形状に裁断し、研磨パッド１００を製造することができる。必要に応じて研磨層１０１には溝等を形成してもよい。

［中空微粒子の投入について］
上記のように、第一貯槽２０１には中空微粒子１１１が投入される。中空微粒子１１１の投入は次のようにして行うことができる。

図５及び図６は、中空微粒子１１１の投入方法を示す模式図である。これらの図に示すように、第一貯槽２０１には、吸引管２０５、バルブ２０６、投入口２０７、蓋２０８及び撹拌翼２０９が設けられている。また、第一貯槽２０１には、真空ポンプ２１０、配管２１１からなる真空排気系が接続されている。

吸引管２０５は第一貯槽２０１の槽内と槽外に連通する管状の部材であり、槽内側の開口２０５ａと槽外側の開口２０５ｂを有する。バルブ２０６は開口２０５ａと開口２０５ｂの間に設けられ、吸引管２０５を開閉可能に構成されている。開口２０５ｂの近傍には、中空微粒子１１１を収容した容器２１２が配置されている。

図５に示すように、第一貯槽２０１に液状のプレポリマー１１２を投入する。プレポリマー１１２は、投入口２０７から第一貯槽２０１内に投入することができる。この際、バルブ２０６は閉止されている。続いて、蓋２０８によって投入口２０７を閉塞し、真空ポンプ２１０を用いて第一貯槽２０１の槽内を減圧する。減圧は、第一貯槽２０１の槽内が例えば０．０５〜０．０９ＭＰａとなるまで行うことができる。

ここで、開口２０５ａは、プレポリマー１１２の液面より鉛直下方に設けられており、プレポリマー１１２に面している。開口２０５ｂは、容器２１２の容器内であって、中空微粒子１１１の近傍又は中空微粒子１１１の内部に位置している。

この状態で、撹拌翼２０９を回しながらバルブ２０６を開放すると、第一貯槽２０１の槽内が減圧されているため、図６に示すように中空微粒子１１１は空気と共に開口２０５ｂより吸引され、吸引管２０５の管内を通過して開口２０５ａから第一貯槽２０１の槽内に吐出される。ここで、開口２０５ａはプレポリマー１１２に面しているため、中空微粒子１１１は直接プレポリマー１１２の液中に吐出される。

中空微粒子１１１の所定量が第一貯槽２０１に吸引された後、バルブ２０６を閉止する。第一貯槽２０１の内部が減圧されているため、プレポリマー１１２内の空気が排出され、脱泡される。この際、真空ポンプ２１０によって第一貯槽２０１内を再度減圧してもよい。脱泡後は、乾燥窒素ガス等の不活性気体を第一貯槽２０１に充填する。

この状態で、プレポリマー１１２と中空微粒子１１１を含む液体（第一溶液）は撹拌槽２０３（図４）に送出され、撹拌槽２０３で硬化剤（第二溶液）と混合される。

図７は、一般的な中空微粒子の投入方法を示す模式図である。同図に示すように、プレポリマー３０１が収容された第一貯槽３０２に、容器３０３から中空微粒子３０４を投入すると、中空微粒子３０４は比重が小さいため、一部は飛散して第一貯槽３０２の槽内に到達しない。また、第一貯槽３０２の槽内においても槽の内壁に中空微粒子３０４が付着し、プレポリマー３０２に混合されない。

このため、容器３０３に収容されていた中空微粒子３０４のうち、どの程度の分量がプレポリマー３０２に混合されかが不明となり、研磨パッドの配合比率を正確に制御することが困難となる。

これに対し、本実施形態に係る中空微粒子１１１の投入方法では、中空微粒子１１１が吸引管２０５に吸引されて直接にプレポリマー１１２中に混合されるため、第一貯僧２０１の槽外への飛散や内壁への付着を防止することが可能となる。これにより、容器２１２に収容されていた中空微粒子１１１の所定量がプレポリマー１１２に混合されるため、中空微粒子１１１の投入量を正確に把握することができ、研磨パッドの配合比率を正確に制御することが可能となる。

なお、上記説明においては、中空微粒子１１１を第一貯槽２０１に投入するとしたが、第二貯槽２０２に投入してもよい。この場合も第一貯槽２０１に投入する方法と同様に、吸引管を利用して中空微粒子１１１を第二貯槽２０２に投入することができる。

さらに、上記説明においては中空微粒子１１１をプレポリマー１１２に投入する方法について説明したが、中空微粒子以外にも、比重が小さく飛散する可能性がある微粒子、例えば酸化セリウム等の砥粒やフィラー等を上記方法によって投入することも可能である。

１００…研磨パッド
１０１…研磨層
１０２…接着層
１０３…クッション層
１１０…ポリマー
１１１…中空微粒子

Claims (7)

1. プレポリマー又は硬化剤を含む液体を収容する槽の内部圧力と微粒子を収容する容器の内部圧力の差を利用して前記微粒子を前記液体の中に送出する工程と、
   前記プレポリマーと前記硬化剤を混合して研磨材料を形成する工程と、
   前記研磨材料から研磨層を形成する工程と
   を含む研磨パッドの製造方法。
2. 請求項１に記載の研磨パッドの製造方法であって、
   前記微粒子は、熱可塑性樹脂からなる外殻を有する中空微粒子である
   研磨パッドの製造方法。
3. 請求項１に記載の研摩パッドの製造方法であって、
   前記微粒子を送出する工程では、前記槽の内部を減圧し、前記容器の内部を大気圧
   とすることによって前記微粒子を前記液体の中に吸引させる
   研磨パッドの製造方法。
4. 請求項４に記載の研磨パッドの製造方法であって、
   前記微粒子を送出する工程では、前記液体の中と、前記容器の内部に連通する管を用いて、前記微粒子を前記液体の中に送出する
   研磨パッドの製造方法。
5. 請求項２に記載の研磨パッドの製造方法であって、
   前記液体はプレポリマーである
   研磨パッドの製造方法。
6. 請求項３に記載の研磨パッドの製造方法であって、
   前記液体はプレポリマーであり、
   前記微粒子を送出する工程の後、前記槽の内部が減圧された状態を維持し、前記プレポリマーを脱泡する工程
   をさらに含む研磨パッドの製造方法。
7. 請求項１に記載の研磨パッドの製造方法であって、
   前記プレポリマーはイソシアネート化合物であり、
   前記硬化剤はポリオール系硬化剤又はポリアミン系硬化剤である
   研磨パッドの製造方法。

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