JP2022142244A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】 不織布パッドでありながら、スウェードパッドによる研磨と同程度の表面粗さの表面を被研磨物に付与することができ、かつ、長寿命である研磨パッドを提供する。【解決手段】 不織布および該不織布に含浸された高分子弾性体からなる研磨パッドであり、研磨加重１５０ｇ／ｃｍ２および３００ｇ／ｃｍ２での被研摩物と研磨パッドとの接触面積率が１．５％以上、かつ、接触点の数が１５００個／ｍｍ２以上であることを特徴とする研磨パッド。【選択図】 なし

Description

本発明は研磨パッドに関し、詳しくは半導体基板、半導体デバイス、化合物半導体基板、化合物半導体デバイス等の各種デバイスを研磨するために用いられる研磨パッドに関する。

近年、集積回路の高集積化および多層配線化が進み、これに伴い、集積回路が形成される半導体ウエハ等には高精度な表面が求められている。半導体ウエハ等を研磨するための研磨方法として、ケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）が知られている。ケミカルメカニカル研磨は、砥粒のスラリーを滴下しながら、研磨パッドにより被研磨物の表面を研磨する方法である。この研磨仕上げ工程ではスウェードパッドが用いられることが多い。しかし、スウェードパッドはその寿命が短い。この理由から、被研磨物の表面に滑らかで高精度な表面を実現することができ、かつ長寿命である研磨パッドが求められている。

例えば、特許文献１では、極細繊維と高分子弾性体を用いた研磨パッドが提案されている。しかし、この技術では基材に高分子弾性体を含浸した後に海島型複合繊維を極細繊維にしているため、研磨パッドの内部に空隙を多く含み、研磨パッドとして柔らかすぎる。このような研磨パッドは、高い硬度を得られないため、被研摩物の表面の優れた平坦性や研磨パッドの長寿命化を達成することが困難であった。

特許文献２には、極細繊維を用いた緻密な不織布と高分子弾性体からなる研磨パッドが提案されている。この研磨パッドでは、不織布に長繊維の極細繊維からなる繊維束を用いることで高い剛性を得ている。しかし、研磨パッドが緻密化されて空隙率が低く硬度が高いため、被研摩物と研磨パッドとの接触率が低くなり、スウェード研磨並みに滑らかな表面粗さを実現しにくい。

また、特許文献３では、極細繊維と高分子弾性体とからなる研磨パッドであり、高研磨レートでありながら、被研磨物に滑らかな表面粗さを付与するパッドが提案されている。

スウェードパッドは、研磨の最終仕上げ工程で使用されることが多く、得られる被研摩物の表面粗さに優れるが、パッドライフが短いという欠点がある。そこで不織布を用いた不織布パッドでスウェードパッド並みに滑らかな表面粗さを実現できれば長寿命であり、製造工程の削減やコストダウンを達成できる。

特開２０１２－０７１４１５号公報 特開２０１５－０６３７８２号公報 特開２０１７－１７７２４２号公報

本発明の課題は、不織布パッドでありながら、スウェードパッドによる研磨と同程度の表面粗さの表面を被研磨物に付与することができ、かつ長寿命である研磨パッドを提供することにある。

本発明は、不織布および該不織布に含浸された高分子弾性体からなる研磨パッドであり、研磨加重１５０ｇ／ｃｍ^２および３００ｇ／ｃｍ^２での被研摩物と研磨パッドとの接触面積率が１．５％以上、かつ、接触点の数が１５００個／ｍｍ^２以上であることを特徴とする研磨パッドである。

本発明によれば、不織布パッドでありながら、スウェードパッドによる研磨と同程度の表面粗さの表面を被研磨物に付与することができ、かつ長寿命である研磨パッドを提供することができる。

本発明の研磨パッドは、不織布に高分子弾性体を含浸した研磨パッドである。本発明の研磨パッドは、研磨加重１５０ｇ／ｃｍ^２および３００ｇ／ｃｍ^２での被研摩物と研磨パッドとの接触面積率が１．５％以上かつ接触点の数が１５００個／ｍｍ^２以上であり、好ましくは接触面積率が２％以上かつ接触点の数が２０００個／ｍｍ^２以上である。接触面積率が１．５％未満であるか、接触点の数が１５００個／ｍｍ^２未満であると、研磨加圧が均一に分散されないため被研摩物の表面粗さが悪くなる。

なお、接触面積率は、研磨パッド表面に、厚み１．１ｍｍのテンパックスガラスを載せ、１５０ｇ／ｃｍ^２または３００ｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてレーザー顕微鏡を使用してテンパックスガラスと研磨パッドが接触している部位を撮影した画像から算出した値である。画像は二値化処理し、接触面積率は以下の式で算出する。
接触面積率＝接触総面積／測定総面積×１００
（ただし、測定総面積は３７４７１０μｍ^２）

接触点の数は、研磨パッド表面に、厚み１．１ｍｍのテンパックスガラスを載せ、１５０ｇ／ｃｍ^２または３００ｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてレーザー顕微鏡を使用してテンパックスガラスと研磨パッドが接触している部位を撮影した画像からカウントした値である。

本発明の研磨パッドは、マーチンデール摩耗試験機による摩耗試験での摩耗量が、好ましくは０．２ｍｍ以下である。このマーチンデール摩耗試験機による摩耗試験は、＃１００サンドペーパーによりサンプルを１５０回摩耗させる試験である。この摩耗試験での摩耗量が０．２ｍｍを超えると、パッド寿命が短いのみでなく、ロールオフが悪化して好ましくない。

極細繊維は、海島型複合繊維から海成分を溶解除去して島成分のみを残すことで得られたものであることが好ましい。この海島型複合繊維において、溶解除去される可溶性樹脂が海成分を構成し、極細繊維として残る難溶性樹脂が島成分を構成する。

極細繊維を構成するポリマーとして、繊維形成性の観点から、好ましくはポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンまたはポリフェニレンサルファイドを用い、特に好ましくはポリアミドまたはポリエステルを用いる。

ポリアミドとして、６－アミノカプロン酸、１１－アミノウンデカン酸、１２－アミノドデカン酸、パラアミノメチル安息香酸などのアミノ酸やε－カプロラクタム、ω－ラウロラクタムなどのラクタムを主たる原料とするポリアミドのほか、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、オクタデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸、更にはテレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸を主たる酸成分とし、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、１，５－ペンタンジアミン、２－メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等をジアミン成分とする共重合ポリアミドを例示することができる。

ポリエステルとして、製糸性、極細繊維の物性の観点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレートが好ましい。極細繊維を構成するポリマー中には、共重合成分が含まれていてもよい。共重合成分のうちジカルボン酸成分として、イソフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、ダイマー酸、セバシン酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸を例示することができる。グリコール成分として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールを例示することができる。

本発明の研磨パッドでは、被研磨物との接触面の不織布が平均繊維径１０～１０００ｎｍの極細繊維からなることが好ましい。平均繊維径が１０ｎｍ未満であると単糸あたりの強力が小さくなり、摩擦による単糸切れが発生してしまい、使用困難になるおそれがあり好ましくない。他方、１０００ｎｍを超えると極細繊維特有の緻密性に劣り、被研磨物の表面粗さを小さく抑えることができないため、近年要求されている表面の滑らかさのレベルに対して不十分となるおそれがあり好ましくない。

研磨パッドの不織布の極細繊維の平均繊維径は、好ましくは１００～１０００ｎｍ、さらに好ましくは４００～７００ｎｍある。この範囲であると繊維間の空隙間隔が丁度よく、接触数を多くすることができる。平均繊維径が１０００ｎｍを超えると、繊維空隙間隔が広くなり、被研磨物との接触点の数が少なくなり、得られる表面粗さが粗くなり好ましくない。平均繊維径が１００ｎｍ未満であると繊維空隙が小さくなり、被研磨物との平均接触面積率が大きくなり、接触点の数が少なくなり好ましくない。

平均繊維径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い倍率３００００倍にて単繊維断面写真を撮影することで測定する。この際に、測長機能を有する透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、測長機能を用いて測定することができる。また、測長機能の無い透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、撮った写真を拡大コピーして、縮尺を考慮した上で定規にて測定することができる。なお、単繊維の横断面形状が丸断面以外の異型断面である場合には、繊維径には、単繊維の横断面の外接円の直径を用いるものとする。

極細繊維は、集合して繊維束の形状を取っていることが好ましい。この場合、一本の繊維束を構成する極細繊維の数は、適度の柔軟性を確保する観点から、好ましくは２００～２００００本、さらに好ましくは４００～１０００本である。

強度の観点から、極細繊維はポリアミドまたはポリエステルからなることが好ましい。そして、繊維間空隙と強度の観点から、不織布はニードルパンチ不織布であることが好ましい。

本発明の研磨パッドは、上記の極細繊維からなる不織布および該不織布に含浸された高分子弾性体からなるが、高分子弾性体として、例えばポリウレタンエラストマー、アクリロニトリル、ブタジエンラバー、天然ゴム、ポリ塩化ビニルを使用することができる。中でも、ポリウレタンエラストマーが加工性の観点から好ましい。

高分子弾性体を不織布に含浸する方法として、高分子弾性体を不織布表面に塗布または不織布に含浸した後、湿式または乾式で高分子弾性体を凝固させる方法を用いることができる。また、高分子弾性体のエマルジョンまたはラテックス状の高分子弾性体を、不織布
表面に塗布または不織布に含浸して、乾式で乾燥して不織布に固着させる方法を用いることもできる。

本発明の研磨パッドでは、高分子弾性体の占める重量比率が、研磨パッド重量対比で４０～６０重量％であることが好ましい。高分子弾性体の重量比率が４０重量％未満であると、研磨パッドの硬度が低くなり、加工基板を研磨したときの平坦性が悪くなる傾向にあり好ましくない。他方、高分子弾性体の重量比率が６０重量％を超えると、研磨パッドと被研摩物との接触数が少なくなり、表面粗さが悪くなる傾向にあり好ましくない。

高分子弾性体は、研磨パッドの形状保持性を向上する観点から、不織布を構成する極細繊維の繊維束の内部にまで含浸され、繊維束の内部にも存在することが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。実施例における評価および特性値は以下の測定方法により求めた。なお、ｗｔ％は重量％、ＰＥＴはポリエチレンテレフタレート、ｃｏ‐ＰＥＴはポリエチレンテレフタレート共重合体の意味である。

（１）接触面積率（％）
研磨パッド表面に、厚み１．１ｍｍのテンパックスガラスを載せ、１５０ｇ／ｃｍ^２または３００ｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてレーザー顕微鏡を使用してテンパックスガラスと研磨パッドが接触している部位を撮影する。撮影した画像を二値化処理し、接触面積率を以下の式で算出する。
接触面積率＝接触総面積／測定総面積×１００
（ただし、測定総面積は３７４７１０μｍ^２）
評価装置：株式会社キーエンス製 ＶＫ－９７００レーザー顕微鏡（視野５３０×７０７μｍ）
二値化システム：三谷商事株式会社製 Ｗｉｎ ＲＯＯＦ

（２）接触点の数（個／ｍｍ^２）
研磨パッド表面に、厚み１．１ｍｍのテンパックスガラスを載せ、１５０ｇ／ｃｍ^２または３００ｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてレーザー顕微鏡を使用してテンパックスガラスと研磨パッドが接触している部位を撮影する。撮影した画像を二値化処理して、接触点の数をカウントする。
評価装置：株式会社キーエンス製 ＶＫ－９７００レーザー顕微鏡（視野５３０×７０７μｍ）
二値化システム：三谷商事株式会社製 Ｗｉｎ ＲＯＯＦ

（３）接触部平均周囲長
研磨パッド表面に、厚み１．１ｍｍのテンパックスガラスを載せ、１５０ｇ／ｃｍ^２または３００ｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてレーザー顕微鏡を使用してテンパックスガラスと研磨パッドが接触している部位を撮影する。撮影した画像を二値化処理し、全接触点の周囲長さを測定する。この測定は３回行い、平均値をとり接触部平均繊維長とする。
評価装置：株式会社キーエンス製 ＶＫ－９７００レーザー顕微鏡（視野５３０×７０７μｍ）
二値化システム：三谷商事株式会社製 Ｗｉｎ ＲＯＯＦ

（４）研磨レート
以下の条件で研磨試験を行い、１分間当たりの研磨量を測定する。
研磨条件
研磨機種類 ：片面研磨機
定盤径 ：３８０ｍｍ
被研摩物 ：シリコン
スラリー種類 ：コロイダルシリカ系研磨剤 ＳＲ３００
スラリー希釈 ：４０倍希釈
スラリー供給量 ：５０ｍｌ／ｍｉｎ
圧力 ：１５０ｇ／ｃｍ^２、３００ｇ／ｃｍ^２
定盤回転数 ：６０ｒｐｍ
研磨時間 ：３０ｍｉｎ

（５）表面粗さ
研磨ウエハを原子間力顕微鏡で測定する。
測定視野：１０μｍ×１０μｍ

（６）摩耗量
以下の条件で摩耗試験を行い、摩耗前後の厚み差を計測する。
装置名：マーチンデール摩耗試験機
サンドペーパー：＃１００
荷重：１２ＫＰａ
摩耗回数：１５０回

（７）嵩密度
目付および厚みを測定して算出する。

（８）パッド硬度
アスカーゴム硬度計Ａ型を用い、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に従い測定する。

（９）１００％モジュラス
ＪＩＳ Ｋ ７３１２に従って測定する。

〔実施例１〕
島成分としてナイロン６を用い、海成分として５－ナトリウムスルホイソフタル酸成分を共重合したポリエチレンテレフタレート共重合体（全ジカルボ酸成分に占める５－ナトリウムスルホイソフタル酸成分の割合が９モル％であるもの）を用い、紡糸、延伸して、海：島＝３０：７０（重量比）、島数＝８３６、繊度５．６ｄｔｅｘの海島型複合繊維を得て、繊維長４４ｍｍの長さに切断した。

この海島型複合繊維７０ｗｔ％と直径１４．４μｍ、長さ５１ｍｍのＰＥＴ／非晶性ｃｏ‐ＰＥＴ（融点１３０℃）（芯／鞘重量比＝５０／５０）のバインダー短繊維３０ｗｔ％をニードルパンチにて機械的に絡合し、熱処理（１４０℃、１分間）を行い、海島型複合繊維がバインダー繊維にて保持されたシートを得た。

その後、濃度５ｇ／ｌの水酸化ナトリウム溶液中にて９０℃で６０分間処理（アルカリ減量処理）し、海島型複合繊維の海成分を抽出除去し、ナイロン６ナノファイバー短繊維束（平均繊維径０．７μｍ×８３６本）６２ｗｔ％とその繊維束を固定するバインダー短繊維３８ｗｔ％からなる総目付３２９ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。

次いで、上記で得られた不織布に、樹脂１００％モジュラスが４５ＭＰａのポリウレタン樹脂を湿式工程にて、樹脂含浸率が５０ｗｔ％になるよう含浸した。最後に、両面をバフ加工して立毛を形成すると同時に表面を平滑にし、厚みを１．３ｍｍとし、裏面に粘着
テープを貼付けて研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に示す。

〔実施例２〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが３５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が５６ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔実施例３〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが２５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が５４ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔比較例１〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが６５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が５６ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔比較例２〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが５５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が５０ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔比較例３〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが４５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が３５ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔比較例４〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが４５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が５５ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔比較例５〕
実施例１において、湿式工程で樹脂１００％モジュラスが４５ＭＰａのポリウレタン樹脂を樹脂含浸率が５３ｗｔ％になるように含浸した以外は実施例１と同様にして、研磨パッドを得た。この研磨パッドの物性および研磨性能を表１に併せて示す。

〔参考例１〕
市販スウェードパッド（ＦＩＬＷＥＬ製Ｎ００６４）の物性および研磨性能を評価した。結果を表１に示す。

本発明の研磨パッドは、デバイスの研磨に用いることができ、例えば半導体基板、半導体デバイス、化合物半導体基板および化合物半導体デバイスの研磨に用いることができる。

本発明の研磨パッドでは、研磨のための回転下において、被研磨物との接触面積率が大きいため、研磨での加圧を均一に分散して研磨加工することができる。その結果、スウェードパッドによる研磨並みに表面の滑らかな被研磨物を得ることができ、かつスウェードパッドよりも長寿命の研磨パッドとして用いることができる。

Claims (5)

1. 不織布および該不織布に含浸された高分子弾性体からなる研磨パッドであり、研磨加重１５０ｇ／ｃｍ^２および３００ｇ／ｃｍ^２での被研摩物と研磨パッドとの接触面積率が１．５％以上、かつ、接触点の数が１５００個／ｍｍ^２以上であることを特徴とする研磨パッド。
2. マーチンデール摩耗試験機による摩耗試験での摩耗量が０．２ｍｍ以下である、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 研磨パッドの被研磨物との接触面の不織布が平均繊維径１０～１０００ｎｍの極細繊維からなる、請求項１または２に記載の研磨パッド。
4. 極細繊維が、ポリアミドまたはポリエステルからなる、請求項３に記載の研磨パッド。
5. 不織布がニードルパンチ不織布である、請求項１～４のいずれかに記載の研磨パッド。