JP2018167387A

JP2018167387A - 研磨パッド

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Publication number: JP2018167387A
Application number: JP2017069359A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　基文; Motofumi Suzuki; 基文鈴木; 立馬松岡; Ryuma Matsuoka
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP7000032B2

Abstract

【課題】研磨パッドにおいて、耐摩耗性の向上を図り、研磨レートの低下を抑制し、安定した研磨レートで継続的に被研磨物を研磨することができる研磨パッドを提供すること。【解決手段】湿式成膜法により形成される複数の涙形発泡を内在するポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドであって、研磨層が、ポリウレタン発泡シートの全質量に対し、０．１乃至１０質量％の微小繊維を含むもの。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッドに係り、特に、湿式成膜により形成されたポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドに関する。

半導体ウェハ上にパターニングされた集積回路は微細化・高密度化が進められており、それらの配線構造を実現化するためにより低い誘電率を有する絶縁材料（low-k及び超low-k絶縁体）と銅配線の使用が進められている。このような半導体デバイス等では、表面の平坦化のための研磨加工時に、low-k及び超low-k絶縁体が従来使用されていた絶縁体よりも機械的強度が低いうえ付着力も弱いため、ディフェクト（欠陥）が生じ易いという問題がある。また、配線構造の高密度化によりディッシング・エロージョン等の平坦化特性もより厳密なレベルを要求されている。このような半導体デバイスやその前駆体、及び、半導体デバイス形成後の裏面研磨等の研磨加工では、発泡ポリウレタン系パッド、不織布系パッド、スエード系パッド等の研磨パッドが用いられている。

従来の乾式成型法による硬質な発泡ポリウレタン系研磨パッドは平坦化特性に優れるものの、研磨パッドの剛性が高いことから、被研磨物に欠陥を生じ易く、要求される欠陥レベルに応えられなくなってきている。

これに対し、例えば、特許文献１に記載の湿式成膜法による研磨パッドでは、研磨面から厚み方向に遠ざかるにつれて拡大する涙形発泡を有し、乾式成型法による略球状の微細発泡のみを有する研磨パッドに比べ研磨パッドの圧縮率が大きく、また、多孔質状で軟質であるため、被研磨物に対する研磨傷の発生を抑制することができる。

ところが、特許文献１に記載の研磨パッドは、多孔質な構造であるため耐摩耗性が低くて消耗が激しく、研磨加工を進めていくと研磨面に開口する発泡の開口径が摩耗により拡大していってしまう。前記開口径の拡大は、被研磨物に接触する研磨パッド面の減少につながり、研磨レートが低下する。このため、研磨面に開口する発泡の開口径が大きく変化する前に研磨パッドは交換しなければならず、１枚の研磨パッドによって処理できる被研磨物の研磨枚数が少なかった。

そこで、従来、被研磨物の欠陥個数を低減するために採用される多孔質研磨パッドの耐摩耗性を向上させ、長時間の研磨加工によっても、研磨面に対向する発泡の開口径の拡大を抑制できる研磨パッドの提供が望まれている。

耐摩耗性を向上させた湿式成膜法による研磨パッドとして、例えば、特許文献２には、基材と、基材上に湿式成膜法による銀面を有する樹脂シートを具備した研磨布において、前記樹脂シートにおける樹脂以外の固形成分の含有量が樹脂シート１g当たり６２．５mg以下であり、かつ銀面の表面の動摩擦係数が０．４以上である研磨布が記載されている。

特開2002-59356号公報特開2013-188830号公報

特許文献２に記載の研磨パッドは、湿式成膜法によって研磨面となる銀面を有する樹脂シートの樹脂以外の固形部分の含有量を低減し、耐摩耗性の向上を図っている。しかしながら、樹脂シートに用いるポリウレタン樹脂成分は従来と変わりがないため、特許文献２に記載の研磨パッドの耐摩耗性は未だ十分でない。

本発明の課題は、研磨パッドにおいて、耐摩耗性の向上を図り、研磨レートの低下を抑制し、安定した研磨レートで継続的に被研磨物を研磨することができる研磨パッドを提供することにある。

請求項１に係る発明は、湿式成膜法により形成される複数の涙形発泡を内在するポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドであって、研磨層が、ポリウレタン発泡シートの全質量に対し、０．１乃至１０質量％の微小繊維を含むようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記微小繊維は、繊維径１乃至１０００nm、アスペクト比１０乃至１００００である。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記微小繊維がセルロースから得られる微小繊維であるようにしたものである。

本発明によれば、研磨パッドにおいて、被研磨物に対する耐摩耗性の向上を図り、研磨レートの低下を抑制し、安定した研磨レートで継続的に被研磨物を研磨することができる。

図１は比較例及び実施例に係る研磨パッドの硬度を示すグラフである。図２は比較例及び実施例に係る研磨パッドの伸度を示すグラフである。図３は比較例及び実施例に係る研磨パッドの引裂き強度を示すグラフである。

１．研磨パッドの構成
本発明の研磨パッドは、ポリウレタン発泡シートを研磨層として有する。研磨層は、ポリウレタン発泡シートの全質量に対し、０．１乃至１０質量％の微小繊維を含むポリウレタン樹脂溶液を湿式成膜して得られる。

(a)湿式成膜されたポリウレタン発泡シートの研磨層は、研磨面から厚み方向に遠ざかるにつれ拡大する略涙形状の発泡（以下、涙形発泡という）を有し、また、多孔質構造に形成されるため、略球状の独立発泡を有する硬質研磨パッドと比べて柔軟性が高いことから、被研磨物に対する研磨傷の発生を抑制できる。

(b)湿式成膜されたポリウレタン発泡シートの研磨層は、涙形発泡の成長時に、発泡が生じたところの周辺に分散されている微小繊維が発泡の成長とともに押し動かされ、より密な状態となって発泡間の樹脂に分散して当該樹脂を構造的に強化する。また、ポリウレタン発泡シートの樹脂中に分散された微小繊維とポリウレタン樹脂が相互作用し、ネットワークを形成するため、涙形発泡の発生による構造上の強度不足を改善する。これにより、研磨パッドの強度及び剛性を高めて耐久性を向上させ、研磨加工を進めたときに、研磨パッドの摩耗が少ないので、研磨面に開口する涙形発泡の開口径が摩耗により拡大していく速度を遅くでき、研磨レートの低下を抑え、１枚の研磨パッドによって処理できる被研磨物の枚数は多くなる。即ち、耐摩耗性をあげ、パッド使用可能時間（寿命）を向上させることができる。

ポリウレタン発泡シートの全質量に対する微小繊維の添加量は、０．１乃至１０質量％が好ましい。０．１質量以上であると、耐摩耗性改善の効果が得られ好ましい。１０質量％を以内であると、ポリウレタン樹脂溶液に添加・混合するときに該樹脂溶液の粘度上昇が大きくなりすぎず成膜に支障をきたさないため好ましい。

(c)本発明に使用される微小繊維は、繊維径１乃至１０００nm、アスペクト比１０乃至１００００であることが好ましく、繊維径５乃至８００nm、アスペクト比１０乃至５０００であることがより好ましい。微小繊維のサイズが上述範囲にあると、微小繊維がポリウレタン樹脂に分散して存在し、研磨パッドの剛性が上がり低スクラッチ性特性を維持したまま発泡シートの耐摩耗性（強度）が向上する。

微小繊維はポリウレタン樹脂の溶媒（ＤＭＦ）に分散させてポリウレタン樹脂溶液に混合させる。

微小繊維の原料は、例えば、キチン、キトサン、コラーゲン、プルラン、セルロース、ヒアルロン酸、アルギン酸、シルクプロテイン等の天然高分子系、炭素繊維等の無機高分子系、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミド等の合成高分子系を挙げることができる。

微小繊維の製造方法としては、電解紡糸、溶融紡糸、メルトブロー、遠心紡糸、フラッシュ紡糸等の紡糸によるものや、繊維質や繊維束（例えば、パルプ）を物理的解繊、化学的解繊によるもの等が挙げられる。

２．微小繊維の具体的態様
(a)好ましい微小繊維
微小繊維の原料としては研磨パッドの剛性を高め、耐久性を向上させる観点から、水素結合を形成し得る多糖類から得られるものがより好ましい。本願において、「多糖類」という用語は、グリコシド結合によって共に連結され、繰り返され高分子化したものを意味する。多糖類の中でも強度の大きな微小繊維が得られるセルロース、キチン、キトサンが好ましい。多糖類から得られる微小繊維の形態としては、微小繊維状のセルロース、キチン、キトサン、セルロース、キチン、キトサンの微小結晶、微小繊維状リグノセルロース、バクテリアセルロースが挙げられる。この中でも微小繊維状セルロースがより好ましい。

微小繊維を添加することにより、樹脂部の剛性を上げることができる。これによりパッドの耐摩耗性を向上させることができ、寿命を向上させることができる。

(b)微小繊維状セルロースの製造方法
微小繊維状セルロースの製造方法としては高圧ホモジナイザー法、水中カウンターコリジョン法、グラインダー法、ボールミル法、２軸混練法等の物理的解繊によるもの、物理的解繊の前処理としてＴＥＭＰＯ触媒による化学処理を行う方法等、公知の方法により得られたものを使用することができる。

微小繊維状セルロースの繊維径は３乃至１０００nm、繊維長１００乃至１０００００nmが好ましい。この範囲であればポリウレタン樹脂中に微小繊維状セルロースを均一に分散させることができる。アスペクト比は１０乃至１００００であることが好ましい。この範囲であれば、均一に分散した微小繊維が適度に接触し、水酸基とポリウレタン樹脂の結合力に基づき、ポリウレタン発泡シートの強度を向上させることができる。

(c)微小繊維状セルロースの特性
天然セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリル束とその間を埋めているリグニン及びヘミセルロースから構成された構造を有する。即ち、セルロースミクロフィブリル及び／又はセルロースミクロフィブリル束の周囲をヘミセルロースが覆い、更にこれをリグニンが覆った構造を有していると推測される。リグニンによってセルロースミクロフィブリル及び／又はセルロースミクロフィブリル束間は、強固に接着しており、植物繊維を形成している。そのため、植物繊維中のリグニンは予め除去されていることが、植物繊維中のセルロース繊維の凝集を防ぐことができるという点で好ましい。具体的には、植物繊維含有材料中のリグニン含有量は、通常４０質量％程度以下、好ましくは１０質量％程度以下である。また、リグニンの除去率の下限は、特に限定されるものではなく、０質量％に近いほど好ましい。

微小繊維状セルロースの多くは、セルロース繊維の最小単位であるセルロースミクロフィブリルを複数本、例えば数十本の束となって使用される。好ましい微小繊維状セルロースの繊維径（長さ方向と直交する方向の寸法であり、１本の場合には直径、複数本束の場合には束の径に相当）は、３乃至１０００nm（複数本束にされた場合の幅を含む）である。特に微小繊維状セルロースの入手容易性を考慮すると、微小繊維状セルロースのより好ましい幅は３乃至３００nmであることができ、更に３乃至１５０nmであることができ、特に３乃至１００nmであることができる。尚、通常のセルロース繊維は、直径が１０乃至５０μm程度（マイクロメートルオーダー）であり、本発明で使用する微小繊維状セルロースとは１０^３レベルのオーダー差がある。また、本発明で使用する微小繊維状セルロースのアスペクト比（繊維長／繊維径）は、平均値で、１０乃至１００００であることができ、更に１０乃至１０００であることができ、特に１００乃至５００であることができる。尚、微小繊維状セルロースの繊維径及び繊維長の平均値は、電子顕微鏡の視野内の微小繊維状セルロースの少なくとも５０本以上について測定した算術平均値である。

微小繊維状セルロースは、ナノメートルオーダーであることから、少量の添加でもポリウレタン樹脂中に分散し樹脂単位体積あたりの繊維本数を向上させることができるため、ポリウレタン発泡シートの剛性の向上に併せ、耐摩耗性を向上させることができる。添加量を多くすれば、耐摩耗性の更なる向上が期待できる。しかし、微小繊維状セルロースの添加は、原料粘度を増加させるため、多量に添加した場合には、分散不良を引き起こし、ひいては発泡バランスが崩れるおそれがある。そのため、前記微小繊維状セルロースの好ましい添加量は、ポリウレタン発泡シートの全質量に対し、０．１乃至１０質量％、より好ましくは０．１５乃至５質量％である。更に、樹脂溶媒が多量に添加される湿式凝固法は、原料配合液の粘度を低くできる一方、微小繊維状セルロースの添加を容易にし、原料配合液中の微小繊維状セルロースの分散を良好にすることができる。更に、凝固再生後の乾燥工程により、分散した微小繊維状セルロースが水素結合によりウレタン樹脂とネットワークを形成し、ポリウレタン発泡シートの剛性を著しく向上させるため本発明のポリウレタン発泡シートは、湿式凝固法によって製造されたものが好ましい。微小繊維あるいは極細繊維を交絡して繊維と繊維を密に絡め合せ繊維を一体化させて得られる不織布や織物・編物にポリウレタン樹脂を含浸させたシートでは、微小繊維がポリウレタン樹脂中で流動し均一に分散することができないため好ましくない。

３．研磨パッドの製造方法
本発明の研磨パッドは、湿式成膜法、例えば、ポリウレタン樹脂、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、添加剤、及び微小繊維を混合分散させたポリウレタン樹脂溶液を調製する工程と、ポリウレタン樹脂溶液を基材に塗布する工程と、ポリウレタン樹脂溶液が塗布された基材を凝固液に浸漬するポリウレタン樹脂の凝固再生工程とを含む方法により、製造することができる。

(1)ポリウレタン樹脂溶液を調製する工程
i．ポリウレタン樹脂溶液中のウレタン樹脂の濃度は、例えば、１０乃至５０質量％、好ましくは２０乃至４０質量％である。この濃度範囲であれば、シート密度が適切な範囲に調整され、所望の発泡構造を形成することができる。

ii.ポリウレタン樹脂の良溶媒であるＤＭＦは、水に対して任意の割合で混合することができるため、凝固液（水）との置換速度が速く、ポリウレタン樹脂溶液の下層（基材の側）の一部の樹脂分が上層（表面層）の側へ移動し、下層の側に比較的大きな発泡（シート厚さ方向に縦長をなす発泡）を形成し易い。

iii.本発明の研磨パッドに添加する微小繊維状セルロースは、ポリウレタン樹脂の溶媒であるＤＭＦへ分散させてからポリウレタン樹脂と混合する。ＤＭＦへの分散性を高めるため微小繊維状セルロースは化学修飾されていても分散剤を添加しても良い。本発明において、微小繊維状セルロースは、パルプや木材等の原料を解繊及び／又は微細化して微小繊維状セルロースを製造した後、修飾する化合物を更に添加して、微小繊維状セルロースと反応させることで得られる微小繊維状変性セルロースであっても良い。或いは、原料をまず化学修飾した後に、解繊処理を行うことで得られる微小繊維状変性セルロースであっても良い。修飾する化合物としては、アルキル基、アシル基、アシルアミノ基、シアノ基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、アリールオキシ基、シリル基、カルボキシル基等の官能基が挙げられ、微小繊維状セルロースに前記官能基を化学的に結合させることにより微小繊維状変性セルロースが得られる。

iv.ポリウレタン樹脂溶液は、必要に応じて、更に添加剤を含んでいても良い。添加剤としては、特に制限されないが、ポリウレタン樹脂の凝固再生工程で、ポリウレタン樹脂の凝固速度を調整して所望の発泡形状を形成する点から、カーボンブラック等の顔料、疎水性活性剤、親水性活性剤が好ましい。これらの添加剤は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。添加剤の配合量は、特に制限されず、ウレタン樹脂含有溶液１００質量部に対して、例えば、２０質量部以下、好ましくは０．１乃至１５質量部である。

(2)ポリウレタン樹脂溶液の塗布工程
ポリウレタン樹脂溶液の塗布工程で用いる基材は、可撓性を有する材料であれば良く、例えば、プラスチックフィルム（ポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム等）、不織布等が挙げられる。基材にポリウレタン樹脂含有溶液を塗布する方法としては、特に制限されず、例えば、慣用のコーター（ナイフコーター、リバースコータ、ロールコータ等）を用いて塗布する方法が挙げられる。塗布厚みは、所定の発泡構造を形成する点から、例えば、０．３乃至２．５mm、好ましくは０．５乃至２．０mm、更に好ましくは０．８乃至１．５mmである。

(3)ポリウレタン樹脂の凝固再生工程
ポリウレタン樹脂の凝固再生工程で、ポリウレタン樹脂溶液が塗布された基材を浸漬する凝固液は、ポリウレタン樹脂に対する貧溶媒（水等）を主成分とする。凝固液としては、例えば、水のみでも良いが、水と極性の溶剤（例えば、ＤＭＦ、ＤＭＡｃ、ＴＨＦ、ＤＭＳＯ、ＮＭＰ、アセトン等）との混合溶液等としても良い。尚、混合溶液中の極性の溶剤の濃度としては、０．１乃至３０質量％が好ましい。

ポリウレタン樹脂の凝固再生工程により、基材上で凝固したポリウレタン発泡シートが得られる。本発明の研磨パッドの製造方法は、更に、基材上で凝固して得られたポリウレタン発泡シートを、必要により基材から剥離した後、洗浄及び乾燥する工程を含んでいても良い。

(4)ポリウレタン樹脂の洗浄及び乾燥工程
洗浄及び乾燥により、ポリウレタン樹脂中に残留する溶剤（ＤＭＦ）、及び凝固液（水）が除去される。洗浄に用いられる洗浄液は、通常、水が使用される。乾燥は、例えば、８０乃至１５０℃で５乃至６０分程度行う。

本発明の研磨パッドの製造方法は、更に、表面又は裏面又は表面及び裏面に研削処理を施したり、必要により切削による溝加工やエンボス加工等の表面処理を施しても良い。

研削処理（バフ処理）の方法は、特に制限されず、例えば、サンドペーパーによる方法が挙げられる。研削処理（バフ処理）する面は、研磨面（表面層側の面）と非研磨面（定盤貼付け側の面）のいずれか一方のみでも両者でも良い。研削処理量（バフ処理量）は、所望の表面形状に応じて、例えば、０．０５乃至０．３mm、好ましくは０．１乃至０．２mmである。これにより、研磨パッドの研磨面に、開口が形成されるとともに、シートの厚みが均一化される。

溝加工やエンボス加工により形成された凹部は、ランダムに形成しても良いが、規則的（例えば、格子状、同心円状、放射状、ハニカム状）に形成しても良い。凹部の幅は、例えば、０．３乃至３．０mm、好ましくは０．５乃至１．５mm、更に好ましくは０．８乃至１．２mmである。隣り合う凹部の平均中心間距離は、例えば、１乃至１００mm、好ましくは２乃至２０mmである。これにより、研磨パッドの表面層側へのスラリーの供給と排出を促すことができる。

４．研磨パッドの発泡構造
本発明による研磨パッドの製造に適用される湿式成膜法は、前述の通り、成膜するポリウレタン樹脂を有機溶媒に溶解させ、その樹脂溶液をシート状の基材に塗布後、該有機溶媒は溶解するが該樹脂は溶解しない凝固液中に浸漬して該有機溶媒を置換し、凝固させ、洗浄し、乾燥して発泡層を形成する。通常、湿式成膜法によりポリウレタン発泡シートを製造すると、上記発泡層は多孔質構造に形成されるが、そのメカニズムは前記ポリウレタン樹脂が凝固液中を通って凝固する際、ポリウレタン樹脂中の溶媒が凝固液中に抜け凝固液が樹脂層内に入り置換凝固するときに、ポリウレタン樹脂中に形成される空洞部が研磨シートの発泡となる。この際、略涙形状のマクロ発泡（以下、涙形発泡という）とともに、この涙形発泡よりも小さな微細発泡が連通してポリウレタン発泡シートの全体に形成される。

涙形発泡は、ポリウレタン樹脂の凝固再生工程で形成され、異方性があり、研磨パッドの研磨層表面から底部に向けて発泡径が漸次大きくなる形状を意味し、通常、研磨層の研磨面の側が先細りとなる形状を意味する。涙形発泡は、微小発泡に比べるとはるかに大きな断面積又は体積を有する。従って、涙形発泡と微細発泡とは容易に区別することができる。この涙形発泡が成長するときに、発泡が生じたところの微小繊維状セルロースが発泡の成長とともに押し動かされ、発泡の成長により肉厚が薄く構造的に弱くなった涙形発泡セル間の樹脂部分により密な状態となって分散する。より密に分散した微小繊維状セルロースによって発泡セル間の樹脂部が強化される。

涙形発泡が凝固再生工程で形成された後、洗浄工程を経て、乾燥工程でシート内の水分をポリウレタン発泡シートより除去すると、ポリウレタン樹脂中に均一かつ密に分散された微小繊維状セルロースが水素結合によりウレタン樹脂と強固なネットワークを形成し、この微小繊維状セルロースのネットワークが涙形発泡による構造上の強度不足を改善し、研磨パッドの耐久性を向上させるとともに、ポリウレタン発泡シートの剛性を上げ、研磨パッドとして使用されるときの耐摩耗性が向上しパッド使用可能時間を向上させることができる。

５．具体的実施結果
５−１．実施例１乃至４、比較例１乃至３の研磨パッドを製造した。

（実施例１）
微小繊維として繊維径約４０nm、アスペクト比約２００の微小炭素繊維１質量％を分散させたＤＭＦ（３０部）と、１００％モジュラス６．０MPaのポリエステル系ポリウレタン樹脂含有ＤＭＦ溶液（固形分濃度３０質量％）１００部を混合することによりポリウレタン樹脂溶液を得た。得られたポリウレタン樹脂溶液をポリエステルフィルム（厚さ：１８８μm）上に塗工した。樹脂溶液を成膜基材上に塗布する際に、塗布装置のクリアランスを１．４mmに設定した。その後、樹脂含有溶液をキャストしたポリエステルフィルムを凝固浴（凝固液は水）に１８℃で６０分間浸漬し、該樹脂含有溶液を凝固させた後、洗浄・乾燥させて、成膜基材上より剥離し、ポリウレタン発泡シートを得た。

得られたポリウレタン発泡シートの表面に形成されたスキン層側に研削処理を施した（研削量：２００μm）。その後、ポリウレタン発泡シートの研削処理面とは反対側の面にＰＥＴ基材を接着剤を介して貼り合わせ、ポリウレタン発泡シートの研削処理面側を格子状の金型でエンボス加工後、ＰＥＴ基材と両面テープとを貼り合わせ、厚さ１．２５mmの研磨パッドを得た。

（実施例２）
微小繊維として微小繊維状キトサン（繊維径約３００nm、アスペクト比約４００）を使用した以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（実施例３）
微小繊維として微小繊維状セルロース（繊維径約１００nm、アスペクト比約３００）を使用した以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（実施例４）
実施例３の微小繊維状セルロースの添加量を３質量％とする以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例１）
微小繊維を添加しない以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例２）
微小繊維状セルロースの添加量を１５質量％とした以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例３）
微小繊維状セルロースとして繊維径３nm、アスペクト比５の微小繊維状セルロースを使用した以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

５−２．各実施例及び比較例の研磨パッドについて、摩耗試験を行い、表１の結果を得た。また、実施例３、実施例４と比較例１についてショアＡ硬度、破断伸度、引裂き強度を測定し、図１乃至図３の結果を得た。

（摩耗試験）
各実施例及び比較例の各ポリウレタン発泡シートについて、日本工業規格（ＪＩＳＫ６９０２）に準じて以下の試験条件で摩擦摩耗試験を行い、摩耗量を比較した。即ち、砥粒を表面に付着させた研磨紙を外周に貼り付けた摩耗輪に研磨面を接触させて回転させたときに研磨面での回転数５００回後の摩耗量を測定した。即ち、摩耗試験機は、試験試料が貼付され、回転駆動可能に軸支された回転盤を有している。回転盤の上方には、一対の円柱状の摩耗輪が端面を対向させて配置されている。摩耗輪の外周面が回転盤に貼付される試験試料と接触可能に配置されている。摩耗輪は、回転盤の回転軸に対して等距離となるように、回転盤の半径方向両側に配置されている。摩耗量の測定時には、回転盤と同形状に裁断された試験試料を回転盤に貼付する。研磨紙を貼り付けた摩耗輪を試験試料の上面に接触させ、荷重をかけながら押圧する。回転盤を回転させることで、外周面を試験試料に接触させた一対の摩耗輪が互いに反対方向に回転する。これにより、試験試料表面が摩耗される。本例では、回転盤を５００回回転させる前後における試験試料の重量変化を摩耗量とした。測定結果は比較例１の摩耗量を１として、他のサンプルの摩耗量を比較例１の摩耗量に対する比の値で示した。つまり、数値が小さいほど摩耗量が少なく耐摩耗性に優れていることを示す。結果を表１に示す。

試験条件
テーバー摩耗試験機：株式会社マイズ試験機 No.502 テーバーアブレーションテスター
研磨速度（回転数）：７０rpm
重り：２５０g
磨耗輪：内径１５．８８mm×外径５０.０mm×厚さ１３.０mm
研磨紙：♯３２０サンドペーパー

＜研磨試験＞
実施例１〜４及び比較例１〜３の研磨パッドを用いて、研磨レート安定性、及び、パッドのウェハ処理可能枚数を評価した。研磨レートは、研磨加工前後の膜厚の差である研磨量を、研磨時間で除して表したものであり、研磨加工前後のシリコンウェハについて各々１２１箇所の厚み測定結果の平均値から求めた。厚み測定には、光学式膜厚膜質測定器（ＫＬＡテンコール社製、商品名「ＡＳＥＴ−Ｆ５ｘ」、測定：ＤＢＳモード）を用いた。被研磨物としては、１２インチのシリコンウェハ上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜を１μmの厚さになるように形成した基板（均一性（ＣＶ％）が１３％）を用いた。尚、上記試験で用いた研磨条件は以下の通りである。

・使用研磨機：ＥＢＡＲＡＦ−ＲＥＸ３００
・研磨圧力：２．５ psi
・研磨剤：ＰｌａｎｅｒＣｕＢＭ用スラリー
・研磨剤温度：室温
・使用ワーク（被研磨物）：３００mmφＳＩＯ２（ＴＥＯＳ）をＰＥ−ＣＶＤで絶縁膜１μｍの厚さになるように形成した基板
・ドレッサー：３Ｍ社製Ａ１８８
・パッドブレイク：ドレス圧力９Ｎ、ドレス時間３０分、ドレッサー回転数５４rpm、定盤回転数８０rpm、超純水２００ml/min
・研磨：定盤回転数７０rpm、ヘッド回転数７１rpm、スラリー流量２００ml/min、研磨時間６０秒

＜研磨レート安定性の評価＞
ウェハの研磨処理枚数１〜１００枚までの各研磨レートを求め、１０乃至１００枚までの各研磨レートについて研磨レートの最大値、最小値、及び平均値を求め、下記式により研磨レート変動性を算出した。
研磨レート変動性（％）
＝（研磨レート最大値−研磨レート最小値）／研磨レート平均値×１００
研磨レート変動性の数値が低いほど研磨レート安定性が高いと評価した。結果を表１に示す。

＜ウェハ処理可能枚数評価＞
ウェハを最大６００枚まで研磨処理し、パッド使用可能枚数を評価した。前記研磨加工条件にて、研磨レートが極端に低下した時点、或いは、パッドの摩耗により使用限界となった時点をウェハ処理可能枚数としてカウントした。

（ショアＡ硬度）
ショアＡ硬度は、研磨パッドからポリウレタン発泡シート試料片（１０cm×１０cm）を切り出し、複数枚の該試料片を厚さが４．５mm以上となるように重ね、Ａ型硬度計（日本工業規格、ＪＩＳＫ７３１１）にて測定した。

（伸度）
ポリウレタン発泡シートの伸度は、ポリウレタン発泡シートをダンベル形状（長さ９０mm、端部幅２０mm、試料巾１０mm）に打ち抜き、測定試料を測定機の上下エアチャックにはさみ、引張速度１００mm/min、初期つかみ間隔５０mmで測定を開始し、測定値がピーク(切断)に達した値を破断伸度として得た。ｎ数２で行い、引張時の伸度は株式会社エー・アンド・デイ製、テンシロン万能試験機ＲＴＣにて日本工業規格（ＪＩＳＫ６５５０）に準じた方法で測定した。尚、試料厚みは、測定試料をチャック装着する際、厚み計を用いて測定し、寸法表を用いて算出させた。

（引裂き強度）
ポリウレタン発泡シート試料片（１００mm×２５mm）の長手方向端部より７０mm切込みを入れ、該試料片における切込みの終端部より切込みに沿って２５mmの位置の２箇所を治具で挟んで固定し、それらの２箇所を切込みに沿う反対方向（２箇所の一方を他方に対して１８０度回転させた方向）に万能材料試験機テンシロン（株式会社Ａ＆Ｄテンシロン型万能試験機RTC-1210）で引張り、試料が切れるまで測定し,測定値がピークとなった強力（最大荷重）kgfを求めた。引き裂き強度（kgf/mm）＝強力（最大荷重）kgf／厚さ（mm）より引裂き強度を求めた。

摩耗試験の結果、微小繊維を添加しない比較例１と比べ、実施例ではパッドの摩耗量（削られる量）が小さく耐摩耗性が向上した。また、アスペクト比の小さい比較例３では摩耗量の改善はできず微小繊維を添加しない比較例１とあまり変わらない結果となった。このことから、実施例品はパッド使用可能時間の向上が期待できる。

図１乃至図３に示すように、実施例では微小繊維を添加することで破断伸度を変化させずにショアＡ硬度、引裂き強度が向上しており、パッドの強度が向上した。また、アスペクト比の小さい比較例３では強度の改善はできず微小繊維を添加しない比較例１とあまり変わらない結果となった。このことから、実施例品ではパッド使用可能時間の向上が期待できる。

研磨レート変動性評価の結果、比較例１及び比較例３では研磨レートが徐々に低下してしまい研磨レートの変動が大きかった。一方、実施例では研磨レートの変動が小さく安定した研磨加工が行えることが分かった。また、ウェハ処理可能枚数について比較例１及び比較例３では研磨レートの低下が大きく、ウェハの研磨を約４００枚した時点で使用することができなくなった。一方、実施例ではいずれもウェハを６００枚研磨後もまだ使用することが可能な状態であり、パッド使用時間の向上が確認できた。

本発明によれば、研磨パッドにおいて、耐摩耗性の向上を図り、研磨レートの低下を抑制し、安定した研磨レートで継続的に被研磨物を研磨することができる研磨パッドを提供することができる。

Claims

湿式成膜法により形成される複数の涙形発泡を内在するポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドであって、
研磨層が、ポリウレタン発泡シートの全質量に対し、０．１乃至１０質量％の微小繊維を含む研磨パッド。
前記微小繊維は、繊維径１乃至１０００nm、アスペクト比１０乃至１００００である請求項１に記載の研磨パッド。
前記微小繊維が多糖類から得られる微小繊維である請求項１又は２に記載の研磨パッド。