JP2020049640A - 研磨パッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被研磨物を研磨する研磨層を有する研磨パッドであって、前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された微小中空球体とを有し、前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応性生成物であり、 前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなり、前記硬化剤の水酸基比率が10〜50であり、ここで、前記水酸基比率は、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である、前記微小中空球体は平均気泡径が20μm未満である、ことを特徴とする研磨パッド。
【選択図】なし
Description
[1]
被研磨物を研磨する研磨層を有する研磨パッドであって、
前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された微小中空球体とを有し、
前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応生成物であり、
前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなり、
前記硬化剤の水酸基比率が10〜50であり、ここで、前記水酸基比率は、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である、
前記微小中空球体は平均気泡径が20μm未満である、
ことを特徴とする研磨パッド。
[2]
前記水酸基比率が15〜30である、[1]に記載の研磨パッド。
[3]
前記ポリアミンが3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタンであり、前記ポリオールがポリテトラメチレングリコール又はポリプロピレングリコールである、[1]または[2]に記載の研磨パッド。
[4]
前記プレポリマーが、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応により調製される、[1]〜[3]のいずれかに記載の研磨パッド。
[5]
プレポリマーのNCO当量が400〜550である、[1]〜[4]のいずれかに記載の研磨パッド。
本発明の作用効果を、異なる配線幅を有する回路基板の断面を示す図1及び図2に従って説明する。
半導体製造プロセスにおいて金属(Cu)配線を製造する方法として、ダマシンプロセスが採用される。このダマシンプロセスは、絶縁膜に溝を掘り、この溝にスパッタリングなどにより金属を埋め込み、余分な金属を化学機械研磨(CMP)によって除去することによって行う。絶縁膜と金属との間に生じる物理的または化学的なストレスを解消するために、通常、絶縁膜をバリアメタルで被覆してから金属を埋め込む。
図1に示すように、金属膜を埋め込むと、金属膜の下に存在する溝の幅に応じて、溝が存在する部分と溝が存在しない部分の間に溝の幅と深さに応じた段差が生じる。このような段差はCMPの際に除去すべき小さな段差(図1中のDt)と大きな維持すべき段差(図1中のDf)に分類される。より具体的には、本発明が目的としているのは、研磨後の回路断面を示す図2に示すように、配線幅の異なる配線(太幅配線と細幅配線)が並存する際の研磨において、細幅配線(1μm以下)の段差は解消し、太幅配線(1μmより大きい)の段差をなるべく維持する様な研磨である。
本発明の研磨パッドは、発泡ポリウレタン樹脂からなる研磨層と基材層とが両面テープを介して積層されてなるが、用途によっては、基材層が無く、研磨層を直接研磨装置の定盤に貼り付ける態様も包含する。研磨層は被研磨材料に直接接する位置に配置される。
本発明の研磨パッドにおいて、研磨層は、一般に知られたモールド成形、スラブ成形等の製造法より作成できる。まずは、それら製造法によりポリウレタンのブロックを形成し、ブロックをスライス等によりシート状とし、ポリウレタン樹脂から形成される研磨層を成形し、基材に貼り合わせることによって製造される。
イソシアネート成分としては、例えば、
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(MDI)、
4,4’−メチレン−ビス(シクロヘキシルイソシアネート)(水添MDI)、
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、
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、
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、
エチリジンジイソチオシアネート
等が挙げられる。
ポリオール成分としては、例えば、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオール;
ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルポリオール;
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;
ポリカーボネートポリオール;
ポリカプロラクトンポリオール;
等が挙げられる。
本発明において、硬化剤はポリアミン及びポリオールからなる。
ポリアミン硬化剤:
ポリアミンとしては、例えば、ジアミンが挙げられ、これには、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などのアルキレンジアミン;イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミンなどの脂肪族環を有するジアミン;3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(別名:メチレンビス−o−クロロアニリン)(以下、MOCAと略記する。)などの芳香族環を有するジアミン;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−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン等の水酸基を有するジアミン、特にヒドロキシアルキルアルキレンジアミン;等が挙げられる。また、3官能のトリアミン化合物、4官能以上のポリアミン化合物も使用可能である。
ポリオール硬化剤:
上述したプレポリマーの成分の項目で例示したポリオール成分が挙げられる。
研磨パッドの柔軟性は、硬化剤のポリアミン硬化剤とポリオール硬化剤の配合割合で調節できる。硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である硬化剤の水酸基比率が10〜50であることが本発明の作用効果を奏するために必要であり、好ましくは水酸基比率は15〜30である。また、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、硬化剤に存在する活性水素基(アミノ基及び水酸基)の当量比であるR値が、0.60〜1.40となるように硬化剤の量を用いることが好ましい。R値は、0.70〜1.20がより好ましく、0.80〜1.10がさらに好ましい。また、研磨パッドのD硬度(JISK6253−1997/ISO7619)は、好ましくは20〜70であり、より好ましくは30〜50である。
微小中空球体をポリウレタン樹脂に混合することによって発泡体を形成することができる。微小中空球体とは、熱可塑性樹脂からなる外殻(ポリマー殻)と、外殻に内包される低沸点炭化水素とからなる未発泡の加熱膨張性微小球状体を、加熱膨張させたものをいう。前記ポリマー殻としては、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−エチレン共重合体などの熱可塑性樹脂を用いることができる。同様に、ポリマー殻に内包される低沸点炭化水素としては、例えば、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、石油エーテル等を用いることができる。
<実施例1>
2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(PTMG)及びジエチレングリコール(DEG)を反応させてなるNCO当量500のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー100部に、殻部分がアクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体からなり、殻内にイソブタンガスが内包された未膨張タイプの中空微小球体4部を添加混合し、混合液を得た。得られた混合液を第1液タンクに仕込み、80℃で保温した。次に、第1液とは別途に、硬化剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)19部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)19部を添加混合(水酸基比率は26.7)し、第2液タンク内で120℃で保温した。第1液タンク、第2液タンクの夫々の液体を、注入口を2つ具備した混合機に夫々の注入口からプレポリマー中の末端イソシアネート基に対する硬化剤に存在するアミノ基及び水酸基の当量比を表わすR値が0.90となるように注入した。注入した2液を混合攪拌しながら100℃に予熱した成形機の金型へ注入した後、型締めをし、30分間、110℃で加熱し一次硬化させた。一次硬化させた成形物を脱型後、オーブンにて130℃で2時間二次硬化し、ウレタン樹脂成形物を得た。得られたウレタン樹脂成形物を25℃まで放冷した後に、再度オーブンにて120℃で5時間加熱してから1.3mmの厚みにスライスし、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は34、平均気泡径は14.9μmであった。
実施例1で用いた第1液に、硬化剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)20.4部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)13.6部を添加混合(水酸基比率は17.8)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は47、平均気泡径は15.5μmであった。
実施例1で用いたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(PTMG)及びジエチレングリコール(DEG)を反応させてなるNCO当量460とし、硬化剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)21部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)21部を添加混合(水酸基比率は26.7)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は40、平均気泡径は16.4μmであった。
ニッタ・ハース社製「IC1000」研磨パッドを準備した。D硬度は55、平均気泡径は40μmであった。
実施例1で用いたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(PTMG)及びジエチレングリコール(DEG)を反応させてなるNCO当量460とし、さらに4,4’−メチレン−ビス(シクロヘキシルイソシアネート)(水添MDI)2部を混合し、硬化剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)28部(水酸基比率は0)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は59、平均気泡径は16.3μmであった。
実施例1で用いた中空微小球体を未膨張タイプではなく粒子の大きさが40μmに膨脹させた既膨張タイプを3部用い、硬化剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)20.4部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)13.6部を添加混合(水酸基比率は17.8)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は35、平均気泡径は40μmであった。
実施例1で用いた中空微小球体を未膨張タイプではなく粒子の大きさが40μmに膨脹させた既膨張タイプを3部用い、硬化剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(MOCA)21部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)7部を添加混合(水酸基比率は8.9)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は50、平均気泡径は40μmであった。
(D硬度)
D硬度はJISK6253−1997/ISO7619に準じて測定した。
配線幅の異なる配線(配線幅:0.3μm、1μm、2μm、8μm、40μm)を並存させたパターンウエハを用意し、実施例及び比較例で作製した研磨パッドについて、細幅配線(1μm以下)の段差は解消し、太幅配線(1μmより大きい)の段差をなるべく維持する様な研磨が可能であるか評価した。細幅配線の段差性能は、段差が20nm未満のものを○、20〜40nmのものを△、40nmより大きいものを×で示した。太幅配線の段差性能は、段差が80nm以上のものを○、50〜80nmのものを△、50nm未満のものを×で示した。研磨条件は下記の通りである。
研磨機:F−REX300(荏原製作所社製)
Disk:A188(3M社製)
回転数:(定盤)70rpm、(トップリング)71rpm
研磨圧力:3.5psi
研磨剤温度:20℃
研磨剤吐出量:200ml/min
研磨剤:PLANERLITE7000(フジミコーポレーション社製)
被研磨物:上記パターンウエハ
研磨時間:60秒 パッドブレーク:35N 10分
コンディショニング:Ex−situ、35N、4スキャン
Claims (5)
- 被研磨物を研磨する研磨層を有する研磨パッドであって、
前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された微小中空球体とを有し、
前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応生成物であり、
前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなり、
前記硬化剤の水酸基比率が10〜50であり、ここで、前記水酸基比率は、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である、
前記微小中空球体は平均気泡径が20μm未満である、
ことを特徴とする研磨パッド。 - 前記水酸基比率が15〜30である、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記ポリアミンが3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタンであり、前記ポリオールがポリテトラメチレングリコール又はポリプロピレングリコールである、請求項1または2に記載の研磨パッド。
- 前記プレポリマーが、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応により調製される、請求項1〜3のいずれかに記載の研磨パッド。
- プレポリマーのNCO当量が400〜550である、請求項1〜4のいずれかに記載の研磨パッド。
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