JP5711525B2 - Polishing pad and method of manufacturing polishing pad - Google Patents
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Description
本発明は研磨パッドおよび研磨パッドの製造方法に係り、特に、湿式凝固法により形成され一面側に研磨面を有する樹脂シートを備えた研磨パッドおよび該研磨パッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a polishing pad and a method for manufacturing the polishing pad, and more particularly, to a polishing pad including a resin sheet formed by a wet coagulation method and having a polishing surface on one side, and a method for manufacturing the polishing pad.
従来半導体デバイス等の各種材料(被研磨物)では、平坦性を確保するために研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。半導体デバイスの製造では、通常、銅配線の層や絶縁層が順次形成され多層化されるが、各層を形成した後の表面(加工面)に研磨加工が行われている。近年では、半導体回路の集積度が増大するにつれて高密度化を目的とした微細化や多層配線化が進められており、加工面を一層高度に平坦化する技術が重要となっている。 Conventionally, various materials (objects to be polished) such as semiconductor devices have been polished using a polishing pad to ensure flatness. In the manufacture of semiconductor devices, a copper wiring layer and an insulating layer are usually formed sequentially to be multilayered, but polishing is performed on the surface (processed surface) after forming each layer. In recent years, as the degree of integration of semiconductor circuits has increased, miniaturization and multilayer wiring have been promoted for the purpose of higher density, and a technique for further flattening the processed surface has become important.
一般に、半導体デバイスの製造では、化学的機械的研磨(以下、CMPと略記する。)法が用いられている。CMP法では、通常、砥粒(研磨粒子)をアルカリ溶液または酸溶液に分散させたスラリ(研磨液)が供給される。すなわち、被研磨物(の加工面)は、スラリ中の砥粒による機械的研磨作用と、アルカリ溶液または酸溶液による化学的研磨作用とで平坦化される。CMP法による半導体デバイスの研磨加工では、通常、乾式成型法や湿式凝固法により形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に開孔が形成された樹脂シートを備えた研磨パッドが用いられている。研磨加工時には、研磨面に形成された開孔に砥粒が保持されつつ加工面内に分散するように供給されることで加工面の平坦化が図られている。乾式成型法では、形成された樹脂製発泡体の表面を研削処理すること、または、発泡体をスライス処理することにより研磨面の開孔を形成することができる。乾式成型法により発泡体を形成する技術として、成型時の樹脂溶液中に中空微粒子を添加しておく技術(例えば、特許文献1参照)、樹脂溶液に水を添加しておくことで成型時に気体を発生させる技術(例えば、特許文献2参照)等が開示されている。 Generally, in the manufacture of semiconductor devices, a chemical mechanical polishing (hereinafter abbreviated as CMP) method is used. In the CMP method, a slurry (polishing liquid) in which abrasive grains (polishing particles) are dispersed in an alkali solution or an acid solution is usually supplied. That is, the object to be polished (the processed surface thereof) is flattened by a mechanical polishing action by the abrasive grains in the slurry and a chemical polishing action by the alkali solution or acid solution. In polishing processing of a semiconductor device by CMP method, a polishing pad that is usually formed by a dry molding method or a wet coagulation method and includes a resin sheet having an opening formed on a polishing surface for polishing an object to be polished is used. It has been. At the time of polishing, the processed surface is flattened by being supplied so that the abrasive grains are dispersed in the processed surface while being held in the openings formed in the polished surface. In the dry molding method, the surface of the formed resin foam can be ground, or the pores of the polished surface can be formed by slicing the foam. As a technique for forming a foam by a dry molding method, a technique in which hollow fine particles are added to a resin solution at the time of molding (see, for example, Patent Document 1), gas is added at the time of molding by adding water to the resin solution. The technique (for example, refer patent document 2) etc. which generate | occur | produce is disclosed.
ところが、乾式成型法による樹脂シートでは、硬質で独立発泡タイプのものが主体となる。このため、研磨面に形成された開孔が砥粒や研磨屑等により目詰まりし閉塞しやすくなる、という問題がある。開孔が閉塞すると、砥粒等が凝集しやすくなり、結果として、被研磨物の加工面に研磨キズ(スクラッチ)を生じるおそれがある。半導体デバイスの研磨加工では、スクラッチが生じると配線を切断するおそれがあり、致命的な欠点となる。研磨加工を中断し、表面をドレッシングすれば、開孔が再生され研磨加工の継続が可能となるものの、研磨効率の低下を招くこととなる。 However, the resin sheet obtained by the dry molding method is mainly a hard and independent foam type. For this reason, there exists a problem that the opening formed in the grinding | polishing surface becomes clogged with an abrasive grain, grinding | polishing waste, etc., and becomes easy to block | close. When the opening is closed, the abrasive grains and the like are likely to aggregate, and as a result, there is a risk of causing scratches (scratches) on the processed surface of the workpiece. In the polishing process of a semiconductor device, if a scratch is generated, there is a risk of cutting the wiring, which is a fatal defect. If the polishing process is interrupted and the surface is dressed, the holes are regenerated and the polishing process can be continued, but the polishing efficiency is reduced.
一方、乾式成型法による樹脂シートと比べて、湿式凝固法により形成された樹脂シートでは、一般に多数の発泡が網目状に連通した連続状の発泡構造が得られる。このため、砥粒等の凝集による開孔の閉塞は生じにくくなるが、その反面、本来軟質であるうえ、硬質の樹脂を用いても構造的に硬度を高めることが難しい。また、樹脂シートの厚み方向に縦長円錐状で最大径100μm以上のセル(巨大気孔)が形成されやすくなる。円錐状のセルが形成された樹脂シートでは、研磨加工に伴い研磨面側が摩耗するにつれて、研磨面における開孔の大きさが大きくなる。この結果、研磨レートが増大するものの、被研磨物の平坦性を向上させることが難しくなる。 On the other hand, as compared with a resin sheet formed by a dry molding method, a resin sheet formed by a wet coagulation method generally provides a continuous foam structure in which a large number of foams communicate with each other in a mesh shape. For this reason, although it becomes difficult to produce the obstruction | occlusion of the opening by aggregation of an abrasive grain etc., it is soft on the other hand, and even if it uses hard resin, it is difficult to raise hardness structurally. In addition, cells (giant pores) having a vertically conical shape and a maximum diameter of 100 μm or more are easily formed in the thickness direction of the resin sheet. In the resin sheet in which the conical cell is formed, the size of the opening in the polishing surface increases as the polishing surface wears with polishing. As a result, although the polishing rate increases, it becomes difficult to improve the flatness of the object to be polished.
これらの問題を回避するために、半導体デバイスの研磨加工に用いられる研磨パッドでは、縦長円錐状のセルが形成されることなく細孔が連続状に形成された樹脂シートが求められてきている。細孔が形成された樹脂シートについては、樹脂の凝固価(ゲル化点)を大きくすることで得られやすくなることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。すなわち、ゲル化点を高くすると緻密なスキン層が形成されにくくなり、凝固液と樹脂溶液内部の溶剤との相互拡散が容易となるため、未凝固樹脂の凝集による空隙の拡大が抑えられ、細孔が形成されやすくなる。このような概念から、ゲル化点が6以上の極性溶媒可溶性高分子材料で形成され、細孔の平均孔径が30μm以下の樹脂シートを用いた研磨パッドの技術が開示されている(特許文献3参照)。 In order to avoid these problems, there has been a demand for a resin sheet in which pores are continuously formed without forming vertically long conical cells in a polishing pad used for polishing a semiconductor device. It is known that a resin sheet in which pores are formed can be easily obtained by increasing the coagulation value (gelation point) of the resin (for example, see Non-Patent Document 1). That is, when the gel point is increased, it becomes difficult to form a dense skin layer, and the mutual diffusion between the coagulating liquid and the solvent in the resin solution is facilitated. Holes are easily formed. From such a concept, a technique of a polishing pad using a resin sheet formed of a polar solvent-soluble polymer material having a gel point of 6 or more and having an average pore diameter of 30 μm or less is disclosed (Patent Document 3). reference).
しかしながら、特許文献3の技術では、ポリウレタン樹脂のゲル化点を高くすることから、一般的にポリエステルポリオール系ポリウレタン樹脂が用いられることとなる。ポリエステル系のポリウレタン樹脂では、耐加水分解性、とりわけ、耐アルカリ加水分解性が劣っているため、CMP法による研磨加工では、研磨液にさらされることで樹脂シートの劣化を招くことがある。この結果、安定した研磨加工を継続することができず、研磨レートや被研磨物の平坦性を低下させることとなる。また、細孔が砥粒や研磨屑の蓄積により目詰まりを起こすと被研磨物にスクラッチを生じることとなる。樹脂シートの研磨面側に、エンボス加工等により凹凸を形成すれば、砥粒の循環性や研磨屑の排出性が向上しスクラッチを抑制することが期待できる。ところが、凹部の表面に細孔の開孔が形成されていると、凹部では研磨加工時に圧縮変形を受けにくいため、開孔に研磨屑等が貯留しやすくスクラッチの抑制が不十分となる。さらに、本発明者らの検討結果によれば、細孔の形成しやすさと凝固価とが必ずしも相関しないこと、すなわち、凝固価を小さくしても細孔が形成されることが見出されている。従って、細孔が形成されるとともに、砥粒や研磨屑の貯留を生じにくく耐アルカリ加水分解性を有する樹脂シートを得ることができれば、上述した半導体デバイス等の研磨加工に要求される微細化や高精度化に応えることが可能となる。 However, in the technique of Patent Document 3, since the gel point of the polyurethane resin is increased, a polyester polyol-based polyurethane resin is generally used. Polyester-based polyurethane resins have poor hydrolysis resistance, particularly alkali hydrolysis resistance, and therefore, in the polishing process by the CMP method, the resin sheet may be deteriorated by being exposed to a polishing liquid. As a result, stable polishing cannot be continued, and the polishing rate and the flatness of the object to be polished are reduced. Further, when the pores are clogged due to accumulation of abrasive grains and polishing debris, scratches are generated on the object to be polished. If unevenness is formed on the polishing surface side of the resin sheet by embossing or the like, it is expected that the circulation property of abrasive grains and the discharge property of polishing waste are improved, and scratches are suppressed. However, if pore openings are formed on the surface of the recesses, the recesses are not easily subjected to compressive deformation during the polishing process, so that polishing debris or the like is easily stored in the openings, and scratch suppression is insufficient. Furthermore, according to the examination results of the present inventors, it was found that the ease of formation of pores and the coagulation value do not necessarily correlate, that is, the pores are formed even if the coagulation value is reduced. Yes. Therefore, if pores are formed and a resin sheet having resistance to alkali hydrolysis can be obtained which is less likely to cause storage of abrasive grains and polishing debris, refinement required for polishing processing of the above-described semiconductor devices, etc. It becomes possible to meet high precision.
本発明は上記事案に鑑み、研磨レートを確保し被研磨物に対するスクラッチを抑制することができる研磨パッドおよび該研磨パッドの製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a polishing pad capable of securing a polishing rate and suppressing scratches on an object to be polished, and a method for manufacturing the polishing pad, in view of the above-mentioned cases.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、湿式凝固法により形成され一面側に研磨面を有する樹脂シートを備えた研磨パッドにおいて、前記樹脂シートは、流動開始温度が150℃〜220℃の範囲、かつ、凝固価が6未満のポリウレタン樹脂により形成されており、厚み方向に長さを有する最大径100μm以上のセルが無形成で平均孔径が30μm以下の多数の細孔が形成されたものであるとともに、前記一面側に、前記細孔の開孔が形成された表面により前記研磨面を構成する凸部と、前記凸部の間に形成され表面における前記細孔の開孔が前記凸部の細孔より縮径ないし閉塞した凹部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is a polishing pad including a resin sheet formed by a wet coagulation method and having a polishing surface on one surface side. The resin sheet has a flow start temperature of 150 ° C. It is formed of a polyurethane resin having a range of ˜220 ° C. and a coagulation value of less than 6, and a cell having a maximum diameter of 100 μm or more having a length in the thickness direction is not formed, and a large number of pores having an average pore diameter of 30 μm or less are formed. And formed on the one side of the surface by the surface on which the pores are formed, and between the projections forming the polishing surface and the pores on the surface. The hole is characterized in that it has a recessed portion whose diameter is reduced or closed from the pore of the protruding portion.
第1の態様では、樹脂シートを形成するポリウレタン樹脂の流動開始温度を150℃〜220℃の範囲としたことで、一面側における凸部と凹部との形成を容易にし凹部の表面における細孔の開孔を凸部の細孔より縮径ないし閉塞しやすくすることができ、また、湿式凝固法によるシート形成時に樹脂凝集を抑制しやすくなるため、ポリウレタン樹脂の凝固価を6未満としても、厚み方向に長さを有する最大径100μm以上のセルが無形成で平均孔径が30μm以下の多数の細孔が形成されやすくなり、凝固価を6未満としたことで、ポリウレタン樹脂の耐加水分解性を確保し樹脂シートの劣化を抑制することができる。 In the first aspect, by setting the flow start temperature of the polyurethane resin forming the resin sheet in the range of 150 ° C. to 220 ° C., it is easy to form the convex portions and the concave portions on one side, and the pores on the surface of the concave portions Since the opening can be more easily reduced or closed than the pores of the convex portion, and it becomes easy to suppress resin aggregation during sheet formation by the wet coagulation method , the thickness can be reduced even if the coagulation value of the polyurethane resin is less than 6. the average pore diameter maximum diameter 100μm or more cells having a length in the direction without formation Ri of easily formed following number of pores 30 [mu] m, solidification titer that was less than 6, hydrolysis resistance of the polyurethane resin Can be ensured and deterioration of the resin sheet can be suppressed .
第1の態様において、ポリウレタン樹脂をポリエーテル系またはポリカーボネート系とすることができる。このとき、ポリウレタン樹脂の100%モジュラスを4MPa〜20MPaの範囲としてもよい。樹脂シートでは、細孔の平均孔径を1μm以上とすることができる。また、樹脂シートでは、厚み方向の断面における単位面積あたりの細孔の形成割合を500個/mm2〜50000個/mm2の範囲としてもよい。樹脂シートの凸部に、厚み方向に貫通する貫通孔が更に形成されていてもよい。 In a first aspect, it is possible to make the additional PU resin and polyether or polycarbonate-based. At this time, the 100% modulus of the polyurethane resin may be in the range of 4 MPa to 20 MPa. In the resin sheet, the average pore diameter of the pores can be 1 μm or more. In the resin sheet, the formation ratio of pores per unit area in the cross section in the thickness direction may be in the range of 500 / mm 2 to 50000 / mm 2 . A through hole penetrating in the thickness direction may be further formed in the convex portion of the resin sheet.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様の研磨パッドの製造方法であって、流動開始温度が150℃〜220℃の範囲、かつ、凝固価が6未満のポリウレタン樹脂を準備する準備ステップと、前記準備ステップで準備したポリウレタン樹脂を極性溶媒に均一となるように溶解させた樹脂溶液を均一な混合状態でシート状の基材に塗布する塗布ステップと、前記塗布ステップで基材に塗布された樹脂溶液を水系凝固液中で凝固させ樹脂シートを形成させるシート形成ステップと、前記シート形成ステップで形成された樹脂シートの一面側に凸部と凹部とが形成されるように熱エンボス加工を施すエンボス加工ステップと、を含み、前記エンボス加工ステップにおいて、前記凹部に対応する位置が加熱されるように加圧することを特徴とする。この場合において、シート形成ステップでは、水系凝固液として極性溶媒を30質量%以上含有させた水を用いてもよい。また、塗布ステップでは、樹脂溶液に、水に対する溶解度が極性溶媒の水に対する溶解度より小さい有機溶媒を混合するようにしてもよい。 The second aspect of the present invention is a method for manufacturing a polishing pad according to the first aspect, wherein a polyurethane resin having a flow start temperature in the range of 150 ° C. to 220 ° C. and a coagulation value of less than 6 is prepared. A preparation step, an application step of applying a resin solution in which the polyurethane resin prepared in the preparation step is uniformly dissolved in a polar solvent to a sheet-like base material in a uniform mixed state, and a base material in the application step A sheet forming step for forming a resin sheet by coagulating the resin solution applied to the aqueous coagulating liquid, and heat so that convex portions and concave portions are formed on one side of the resin sheet formed in the sheet forming step. An embossing step for performing embossing, and in the embossing step, pressurization is performed so that a position corresponding to the recess is heated. In this case, in the sheet forming step, water containing 30% by mass or more of a polar solvent may be used as the aqueous coagulating liquid. In the coating step, an organic solvent having a solubility in water smaller than that of the polar solvent in water may be mixed in the resin solution.
本発明によれば、樹脂シートに大きさが制限された多数の細孔が形成され一面側に凸部と凹部とが形成されたため、研磨液の循環供給性が均一化され研磨屑の排出性が確保されるとともに、ポリウレタン樹脂の耐加水分解性が確保され樹脂シートの劣化が抑制されるので、研磨レートを確保することができ、凹部の表面における細孔の開孔が凸部の細孔より縮径ないし閉塞したことで、凹部内で貯留することなく研磨液が循環供給され研磨屑が排出されるので、被研磨物に対するスクラッチを抑制することができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, a large number of pores with a limited size are formed in the resin sheet, and convex portions and concave portions are formed on one surface side, so that the circulating supply property of the polishing liquid is made uniform and the polishing waste can be discharged. In addition, the hydrolysis resistance of the polyurethane resin is ensured and the deterioration of the resin sheet is suppressed, so that the polishing rate can be secured, and the pores on the surface of the recesses are the pores of the protrusions. Since the polishing liquid is circulated and supplied without being stored in the recess and the polishing waste is discharged without being stored in the recess, the effect that the scratch on the object to be polished can be suppressed can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨パッドの実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a polishing pad to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(構成)
本実施形態の研磨パッド10は、図1に示すように、ポリウレタン樹脂製の樹脂シートとしてのウレタンシート2を備えている。ウレタンシート2は、湿式凝固法によりシート状に形成されており、一面側に、被研磨物を研磨加工するための研磨面Pを有している。
(Constitution)
The
ウレタンシート2を形成するポリウレタン樹脂には、流動開始温度が150〜220℃の範囲、凝固価が6未満、100%モジュラスが4〜20MPaの範囲のポリカーボネート系ポリウレタン樹脂が用いられている。ウレタンシート2は、一面側に熱エンボス加工が施されており、凸部5と、凸部5の間に形成された凹部6とを有している。凸部5の表面が被研磨物を研磨加工するための研磨面Pを構成している。凸部5のポリウレタン樹脂中には、多数の細孔4が略均等に分散した状態で形成されている。細孔4は、略球状に形成されており、平均孔径が1μm以上、30μm以下の範囲を有している。また、細孔4は、ウレタンシート2の厚み方向の断面における単位面積あたりの形成割合が、500〜50000個/mm2の範囲に調整されている。一方、凹部6では、凹部6の形成前に凸部5の細孔4と同じ形成割合で形成された細孔4が縮径ないし閉塞されている。このため、凹部6では、ポリウレタン樹脂中に、平均孔径が細孔4の平均孔径より小さい微細孔4sが形成されており、表面の開孔が縮径ないし閉塞されている。また、凹部6では、細孔4が押し潰されたことで、微細孔4sの形成割合は、凸部5における細孔4の形成割合より小さくなっている。
As the polyurethane resin forming the
凸部5に形成された細孔4および凹部6に形成された微細孔4sは、湿式凝固法による成膜時の溶媒置換に伴い細孔4や微細孔4sの平均孔径より小さく、数千倍の倍率で観察しても視認できない孔径を有するチャネル(不図示)で網目状に連通している。すなわち、ウレタンシート2は多数の細孔4および微細孔4sが直接またはチャネルを通じて相互に連通したマイクロポーラス構造を有している。ウレタンシート2では、湿式凝固法による成膜時に形成されるスキン層が研削処理(バフ処理)で除去されている。このため、研磨面P、すなわち、凸部5の表面では、細孔4が開孔しており、開孔4aが形成されている。研磨面Pにおける単位面積あたりの開孔4aの平均孔径は、細孔4の平均孔径と同じ1〜30μmの範囲となる。細孔4が連通していることで、開孔4aがチャネルを通じて細孔4と連通していることとなる。これに対して、凹部6の表面では、研削処理で形成された開孔が凹部6の形成時に縮径ないし閉塞されている。このため、凹部6の表面には開孔が(実質的には)形成されていない。つまり、開孔が完全に閉塞されていないとしても、スラリ中の砥粒や研磨屑が入り込むほどの大きさを有していないものである。このような連続状に形成されたマイクロポーラス構造を有するウレタンシート2では、従来湿式凝固法により縦長円錐状で最大径100μm以上のセル(以下、巨大気孔という。)が形成され表面にセルの開孔が形成されたシートと比較して圧縮による変形が生じ難くなる。
The
図2(A)に示すように、研磨面Pでは、凹部6が凸部5の間に均等に位置するように格子状に形成されている。換言すれば、凹部6は、研磨面Pで格子溝状に形成されている。凸部5、凹部6の幅は、ウレタンシート2の大きさの範囲でそれぞれ調整することができる。凸部5の表面が研磨面Pを構成しており、研磨加工の効率を考慮すれば、凸部5の幅が凹部6の幅より大きくなるように設定することが好ましい。
As shown in FIG. 2A, on the polishing surface P, the
ここで、ポリウレタン樹脂の流動開始温度および凝固価について説明する。流動開始温度は樹脂が軟化する温度であり、本例では、高化式フローテスター(株式会社島津製作所製 CFT−500D)にて、内径1mmかつ長さ1mmのオリフィスを使用し、加圧力10kgf(98N)、昇温速度3℃/分で測定した値を示している。凝固価はゲル化点と同じであり、本例では、次のようにして測定した値を示している。すなわち、ポリウレタン樹脂が1質量%(wt%)となるように有機溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド)に溶解させたポリウレタン樹脂溶液を調製し、このポリウレタン樹脂溶液の100gを25℃に温度調整しながら、スターラーで攪拌しつつ、25℃の貧溶媒(水)を滴下する。この際、ポリウレタン樹脂がゲル化してポリウレタン樹脂溶液の白濁が消えなくなる点に到達するのに要した貧溶媒量(単位:ml)を示している。 Here, the flow start temperature and coagulation value of the polyurethane resin will be described. The flow start temperature is a temperature at which the resin is softened. In this example, an orifice having an inner diameter of 1 mm and a length of 1 mm is used with a Koka-type flow tester (CFT-500D manufactured by Shimadzu Corporation), and a pressure of 10 kgf ( 98N), and the value measured at a heating rate of 3 ° C./min. The coagulation value is the same as the gel point, and in this example, the value measured as follows is shown. That is, a polyurethane resin solution dissolved in an organic solvent (N, N-dimethylformamide) was prepared so that the polyurethane resin was 1% by mass (wt%), and the temperature of 100 g of this polyurethane resin solution was adjusted to 25 ° C. While stirring with a stirrer, a poor solvent (water) at 25 ° C. is dropped. In this case, the amount of poor solvent (unit: ml) required to reach a point where the polyurethane resin gels and the cloudiness of the polyurethane resin solution does not disappear is shown.
また、研磨パッド10は、ウレタンシート2の研磨面Pと反対の面側に、研磨機に研磨パッド10を装着するための両面テープ7が貼り合わされている。両面テープ7は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略記する。)製フィルム等の可撓性フィルムの基材を有しており、基材の両面に粘着剤等の粘着剤層(不図示)がそれぞれ形成されている。両面テープ7は、基材の一面側の粘着剤層でウレタンシート2と貼り合わされており、他面側(ウレタンシート2と反対側)の粘着剤層が剥離紙8で覆われている。なお、この両面テープ7の基材は、研磨パッド10の基材を兼ねている。
Further, the
(製造)
研磨パッド10は、図3に示すように、湿式凝固法によりウレタンシートを作製し、エンボス加工工程で熱エンボス加工を施した後、得られたウレタンシート2と両面テープ7とを貼り合わせることにより製造される。湿式凝固法では、ポリウレタン樹脂や極性溶媒を準備する準備工程、極性溶媒にポリウレタン樹脂を溶解させた樹脂溶液を成膜基材にシート状に塗布する塗布工程、樹脂溶液を凝固液中で凝固させシート状のポリウレタン樹脂を形成するシート形成工程、形成されたシート状のポリウレタン樹脂を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程、スキン層をバフ処理で除去するバフ処理工程を経てウレタンシートが作製される。以下、工程順に説明する。
(Manufacturing)
As shown in FIG. 3, the
(準備工程)
準備工程では、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の極性溶媒および添加剤を準備する。ポリウレタン樹脂としては、流動開始温度が150〜220℃の範囲、凝固価が6未満、100%モジュラスが4〜20MPaの範囲のポリカーボネート系ポリウレタン樹脂を用いる。極性溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチルピロリドン(NMP)等を用いることができる。本例では、極性溶媒としてDMFを用いる。添加剤としては、細孔4の大きさや量(個数)を制御するため、カーボンブラック等の顔料、発泡を促進させる親水性活性剤、樹脂の凝固再生を安定化させる疎水性活性剤等を用いることができる。
(Preparation process)
In the preparation step, a polyurethane resin, a water-miscible polar solvent and an additive capable of dissolving the polyurethane resin are prepared. As the polyurethane resin, a polycarbonate-based polyurethane resin having a flow start temperature in the range of 150 to 220 ° C., a coagulation value of less than 6, and a 100% modulus in the range of 4 to 20 MPa is used. As the polar solvent, for example, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP) or the like may be used. it can. In this example, DMF is used as the polar solvent. As the additive, a pigment such as carbon black, a hydrophilic activator that promotes foaming, a hydrophobic activator that stabilizes resin coagulation regeneration, and the like are used to control the size and amount (number) of the
(塗布工程)
塗布工程では、まず、準備工程で準備した各材料で樹脂溶液を調製する。このとき、ポリウレタン樹脂を、例えば、30wt%となるようにDMFに溶解させ、減圧下で脱泡することで樹脂溶液を調製する。得られた樹脂溶液を常温下でナイフコータ等の塗布装置により帯状の成膜基材にシート状に略均一に塗布する。このとき、ナイフコータ等と成膜基材との間隙(クリアランス)を調整することで、樹脂溶液の塗布厚さ(塗布量)を調整する。成膜基材としては、布帛や不織布等を用いることもできるが、本例では、PET製フィルムを用いる。
(Coating process)
In the application step, first, a resin solution is prepared using each material prepared in the preparation step. At this time, a polyurethane resin is dissolved in DMF so as to be, for example, 30 wt%, and a resin solution is prepared by defoaming under reduced pressure. The obtained resin solution is applied substantially uniformly in a sheet form to a belt-shaped film forming substrate by a coating device such as a knife coater at room temperature. At this time, the application thickness (application amount) of the resin solution is adjusted by adjusting the gap (clearance) between the knife coater and the film forming substrate. Although a cloth, a nonwoven fabric, etc. can also be used as a film-forming base material, in this example, a PET film is used.
(シート形成工程)
シート形成工程では、成膜基材に塗布された樹脂溶液を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液(水系凝固液)に連続的に案内する。凝固液には、ポリウレタン樹脂の凝固再生速度を調整するために、上述した極性溶媒が30〜45wt%の範囲の割合で含有されている。本例では、水と、35wt%のDMFとが混合された凝固液を使用する。凝固液中で樹脂溶液が凝固し、連続状のマイクロポーラス構造を有するシート状のポリウレタン樹脂が再生する。
(Sheet formation process)
In the sheet forming step, the resin solution applied to the film-forming substrate is continuously guided to a coagulating liquid (water-based coagulating liquid) whose main component is water which is a poor solvent for the polyurethane resin. In the coagulation liquid, the above-mentioned polar solvent is contained at a ratio in the range of 30 to 45 wt% in order to adjust the coagulation regeneration rate of the polyurethane resin. In this example, a coagulation liquid in which water and 35 wt% DMF are mixed is used. The resin solution coagulates in the coagulating liquid, and a sheet-like polyurethane resin having a continuous microporous structure is regenerated.
ここで、ポリウレタン樹脂の再生に伴うマイクロポーラス構造の形成について説明する。凝固液中では、まず、樹脂溶液と凝固液との界面に皮膜が形成され、皮膜の直近の樹脂中にスキン層が形成される。その後、樹脂溶液中のDMFの凝固液中への拡散と、凝固液中の水の樹脂中への浸入との協調現象、すなわち、溶媒置換によりポリウレタン樹脂の再生が進行する。ポリウレタン樹脂の溶解に用いた極性溶媒のDMFが凝固液に含有されているため、凝固液に水のみを用いた場合と比べてスキン層の形成が遅くなり、緻密さがゆるやかになる。このため、樹脂溶液中のDMFと凝固液中の水との置換速度が大きくなるので、巨大気孔の形成が抑制される。これにより、ポリウレタン樹脂は、スキン層の内側に細孔4が形成される。樹脂溶液中のDMFと凝固液中の水との置換速度が大きくなるため、細孔4の大きさは、平均孔径が1μm以上、30μm以下の範囲となる。また、DMFが樹脂溶液から脱溶媒し水と置換することで、細孔4間にチャネルが形成される。従って、得られるシート状のポリウレタン樹脂は、巨大気孔が形成されず多数の細孔4がほぼ一様に形成されたマイクロポーラス構造を有するものとなる。
Here, formation of the microporous structure accompanying regeneration of the polyurethane resin will be described. In the coagulation liquid, first, a film is formed at the interface between the resin solution and the coagulation liquid, and a skin layer is formed in the resin immediately adjacent to the film. Thereafter, regeneration of the polyurethane resin proceeds by a cooperative phenomenon of diffusion of DMF in the resin solution into the coagulation liquid and penetration of water in the coagulation liquid into the resin, that is, solvent substitution. Since DMF, which is a polar solvent used for dissolving the polyurethane resin, is contained in the coagulation liquid, the formation of the skin layer is delayed and the density becomes gentle as compared with the case where only water is used as the coagulation liquid. For this reason, since the substitution rate of DMF in the resin solution and water in the coagulation liquid is increased, the formation of giant pores is suppressed. Thereby, the
また、樹脂溶液の調製に用いたポリウレタン樹脂の流動開始温度を上述した範囲に制限したことで、スキン層形成や樹脂溶液内部で生じる部分的なポリウレタン樹脂の凝集が抑えられDMFと水との置換が促進される。これは、この範囲の流動開始温度を有するポリウレタン樹脂では、ポリウレタン樹脂の中でも比較的凝集力が弱く、セグメント化が制御しやすいためと考えられる。このため、巨大気孔の形成が抑制され、細孔4が形成されやすくなるので、マイクロポーラス構造を有するシート状のポリウレタン樹脂が得られやすくなる。
In addition, by restricting the flow start temperature of the polyurethane resin used for the preparation of the resin solution to the above-mentioned range, the formation of the skin layer and partial aggregation of the polyurethane resin occurring inside the resin solution can be suppressed, and the substitution of DMF and water is performed. Is promoted. This is presumably because the polyurethane resin having a flow start temperature in this range has a relatively weak cohesive force among the polyurethane resins and the segmentation is easy to control. For this reason, the formation of giant pores is suppressed and the
(洗浄・乾燥工程)
図2に示すように、洗浄・乾燥工程では、シート形成工程で形成されたシート状のポリウレタン樹脂(以下、成膜樹脂という。)を水等の洗浄液中で洗浄して成膜樹脂中に残留するDMFを除去した後、乾燥させる。成膜樹脂の乾燥には、本例では、内部に熱源を有するシリンダを備えたシリンダ乾燥機を用いる。成膜樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。乾燥後の成膜樹脂をロール状に巻き取る。
(Washing / drying process)
As shown in FIG. 2, in the cleaning / drying process, the sheet-like polyurethane resin (hereinafter referred to as film forming resin) formed in the sheet forming process is washed in a cleaning solution such as water and remains in the film forming resin. After removing the DMF to be dried. In this example, a cylinder dryer having a cylinder having a heat source is used for drying the film-forming resin. The film-forming resin is dried by passing along the peripheral surface of the cylinder. The film-forming resin after drying is rolled up.
(バフ処理工程)
バフ処理工程では、洗浄・乾燥工程で乾燥させた成膜樹脂のスキン層が形成された面側にバフ処理を施す。成膜樹脂では、湿式凝固法による成膜時に厚みバラツキが生じているため、スキン層と反対の面側に、表面が平坦な圧接治具を圧接することで、スキン層側の表面に凹凸を出現させる。この凹凸をバフ処理で除去する。本例では、連続的に製造された成膜樹脂を、圧接ローラに圧接しながら、連続的または断続的にバフ処理を施す。成膜樹脂がバフ処理されて形成されたウレタンシートでは厚みが均一化され、表面に開孔4aが形成される。
(Buffing process)
In the buffing process, a buffing process is performed on the surface side on which the skin layer of the film-forming resin dried in the cleaning / drying process is formed. In the film-forming resin, there is a variation in thickness during film formation by the wet coagulation method, so that the surface on the skin layer side is uneven by pressing a pressure welding jig with a flat surface on the surface opposite to the skin layer. Make it appear. This unevenness is removed by buffing. In this example, the film-forming resin produced continuously is subjected to buffing continuously or intermittently while being pressed against the pressing roller. In the urethane sheet formed by buffing the film-forming resin, the thickness is made uniform, and the
(エンボス加工工程)
エンボス加工工程では、バフ処理後のウレタンシートのバフ処理された面側に熱エンボス加工を施し、凸部5、凹部6を形成する。本例では、凸部5の形成位置に合わせて矩形状の開孔が形成された格子状の金属製治具を使用する。この治具を加熱し、平板上に載置した成膜樹脂の表面(バフ処理された面)に押し付けることで凸部5、凹部6を有するウレタンシート2を作製する。このとき、治具の温度を120〜140℃の範囲に調整し、1〜5分間加圧処理する。換言すれば、格子状の治具により凹部6の形成位置が加熱、加圧され、凸部5が加圧されることなく形成される。
(Embossing process)
In the embossing process, hot embossing is performed on the buffed surface side of the buffed urethane sheet to form the
得られたウレタンシート2と両面テープ7とを貼り合わせることで研磨パッド10が製造される。このとき、ウレタンシート2の研磨面Pと反対の面側と、両面テープ7の一面側の粘着剤層とが貼り合わされる。両面テープ7の他面側には剥離紙8が残されている。そして、円形や角形等の所望の形状、所望のサイズに裁断した後、キズや汚れ、異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨パッド10を完成させる。
The
被研磨物、例えば、半導体デバイスの研磨加工を行うときは、研磨機の研磨定盤に研磨パッド10を装着する。研磨定盤に研磨パッド10を装着するときは、剥離紙8を取り除き、露出した粘着剤層で貼着する。研磨定盤と対向配置された保持定盤に、例えば、保持パッドを介して被研磨物を保持させる。研磨定盤および保持定盤間で被研磨物を押圧し、スラリを供給しながら研磨定盤ないし保持定盤を回転させることで、被研磨物の加工面を研磨加工する。ここで用いたスラリは、砥粒として平均粒径が50nmのコロイダルシリカを用い、この砥粒を5重量%の割合で分散させたものである。
When polishing an object to be polished, for example, a semiconductor device, the
(作用等)
次に、本実施形態の研磨パッド10の作用等について説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the
ここで、説明をわかりやすくするために、従来の湿式凝固法によるウレタンシートについて説明する。CMP法による研磨加工では、通常、乾式成型法で形成された樹脂製発泡体の表面研削処理やスライス処理により、研磨面に開孔が形成された樹脂シートを備えた研磨パッドが用いられている。研磨面に形成された開孔に砥粒が保持されつつ被研磨物の加工面内に供給されることで加工面の平坦化が図られている。ところが、乾式成型法で形成された樹脂シートでは、硬質で独立発泡タイプのものが主体となるため、研磨面の開孔が砥粒や研磨屑等により閉塞しやすくなる。開孔が閉塞すると、砥粒等が凝集しやすくなり、被研磨物の加工面にスクラッチを生じるおそれがある。研磨加工を中断し、表面をドレッシングすれば、開孔が再生され研磨加工の継続が可能となるものの、研磨効率の低下を招くこととなる。一方、湿式凝固法により形成されたウレタンシートでは、多数の発泡が網目状に連通した連続状の発泡構造が得られる。このため、砥粒等の凝集による開孔の閉塞は生じにくくなるが、その反面、本来軟質であるうえ、構造的に硬度を高めることが難しい。また、湿式凝固法では厚み方向に縦長で円錐状のセルが形成されやすくなるため、研磨加工に伴い研磨面側が摩耗すると、研磨面の開孔の大きさが大きくなり、被研磨物の平坦性を向上させることが難しくなる。 Here, in order to make the explanation easy to understand, a conventional urethane sheet by a wet coagulation method will be described. In the polishing process by the CMP method, a polishing pad having a resin sheet in which holes are formed on the polishing surface by surface grinding or slicing of a resin foam formed by a dry molding method is usually used. . The processed surface is flattened by being supplied into the processed surface of the object to be polished while holding the abrasive grains in the opening formed in the polished surface. However, since the resin sheet formed by the dry molding method is mainly a hard and independent foam type, the opening on the polishing surface is likely to be clogged with abrasive grains or polishing debris. When the opening is closed, the abrasive grains and the like are likely to aggregate, and there is a possibility that the processed surface of the workpiece is scratched. If the polishing process is interrupted and the surface is dressed, the holes are regenerated and the polishing process can be continued, but the polishing efficiency is reduced. On the other hand, in the urethane sheet formed by the wet coagulation method, a continuous foamed structure in which a large number of foams communicated in a mesh shape is obtained. For this reason, although it becomes difficult to produce the obstruction | occlusion of the opening by aggregation of an abrasive grain etc., on the other hand, it is soft originally and it is difficult to raise hardness structurally. In addition, the wet coagulation method tends to form conical cells that are vertically long in the thickness direction, so if the polishing surface wears during polishing, the size of the holes on the polishing surface increases, and the flatness of the workpiece It becomes difficult to improve.
また、湿式凝固法で円錐状の巨大気孔が形成されることなく細孔が連続状に形成されたウレタンシートを形成する方法として、用いるポリウレタン樹脂の凝固価(ゲル化点)を大きくすることが知られている。ゲル化点を大きくすると緻密なスキン層が形成されにくくなり、凝固液と樹脂溶液内部の極性溶媒との相互拡散が容易となるため、未凝固樹脂の凝集による空隙の拡大が抑えられ、細孔が形成されやすくなる。ポリエーテル系やポリカーボネート系のポリウレタン樹脂と比べて、ポリエステル系のポリウレタン樹脂では、ゲル化点を高くすることができるものの、耐加水分解性が劣るため、CMP法による研磨加工時に研磨液にさらされウレタンシートが劣化しやすくなる。このため、研磨加工の継続が難しくなり、研磨性能や被研磨物の平坦性を低下させることとなる。また、細孔が砥粒や研磨屑の蓄積により目詰まりを起こすと被研磨物にスクラッチを生じることとなる。樹脂シートの研磨面側に、エンボス加工等により凹凸を形成すれば、砥粒の循環性や研磨屑の排出性が向上しスクラッチを抑制することが期待できる。ところが、凹部の表面に細孔の開孔が形成されていると、凹部では研磨加工時に圧縮変形を受けにくいため、開孔に研磨屑等が貯留しやすくスクラッチの抑制が不十分となる。一方、耐加水分解性を改善するためにはポリエーテル系やポリカーボネート系のポリウレタン樹脂のようにゲル化点の小さな樹脂を用いればよいが、この場合は樹脂中に巨大気孔と細孔とが形成される。図5に示すように、巨大気孔13と細孔4とが形成されたウレタンシート12を用い、研磨面P側に凸部15と凹部16とを形成した研磨パッド20では、研磨面P(凸部15の表面)に巨大気孔13の開孔13aが形成されている。エンボス加工により、凸部15では巨大気孔13や細孔4が形成されたままの状態となるのに対して、凹部16では気孔14が形成されていることとなる。この気孔14は、巨大気孔13が凹部16の形成に伴う加圧により圧縮されたものの閉塞することなく残されたものである。このため、凹部16の表面においても、気孔14の開孔14aが形成されていることとなる。研磨パッド20では、凹部16に研磨加工時の押圧力がかかりにくく、気孔14が変形しにくくなるため、開孔14aを通じて気孔14内に入り込んだスラリや研磨屑が放出されず、長時間滞留し凝集することがある。このような凝集物が偶発的に放出されると、被研磨物にスクラッチを生じさせることとなる。本実施形態は、これらの問題を解決することができる研磨パッド10である。
Further, as a method of forming a urethane sheet in which pores are continuously formed without forming conical giant pores by a wet coagulation method, the solidification value (gelation point) of a polyurethane resin to be used is increased. Are known. Increasing the gel point makes it difficult to form a dense skin layer, facilitating mutual diffusion between the coagulating liquid and the polar solvent inside the resin solution. Is easily formed. Compared to polyether-based and polycarbonate-based polyurethane resins, polyester-based polyurethane resins can increase the gel point, but they are poorly hydrolyzed, so they are exposed to polishing liquid during polishing by the CMP method. Urethane sheet tends to deteriorate. For this reason, it is difficult to continue the polishing process, and the polishing performance and the flatness of the object to be polished are reduced. Further, when the pores are clogged due to accumulation of abrasive grains and polishing debris, scratches are generated on the object to be polished. If unevenness is formed on the polishing surface side of the resin sheet by embossing or the like, it is expected that the circulation property of abrasive grains and the discharge property of polishing waste are improved, and scratches are suppressed. However, if pore openings are formed on the surface of the recesses, the recesses are not easily subjected to compressive deformation during the polishing process, so that polishing debris or the like is easily stored in the openings, and scratch suppression is insufficient. On the other hand, in order to improve hydrolysis resistance, a resin with a small gel point, such as a polyether-based or polycarbonate-based polyurethane resin, may be used. In this case, huge pores and pores are formed in the resin. Is done. As shown in FIG. 5, in the
本実施形態の研磨パッド10では、ウレタンシート2が流動開始温度150〜220℃の範囲で凝固価が6未満のポリウレタン樹脂で作製されている。このため、湿式凝固法による作製時のシート形成工程では、スキン層形成や樹脂溶液内部でのポリウレタン樹脂の凝集が抑えられ、DMFと水との置換速度が大きくなる。また、凝固価が6未満では、ポリウレタン樹脂と水との親和性が低くなるため、DMFの凝固液中への溶出に対する樹脂溶液中への水の浸透速度が遅くなる。このため、樹脂溶液の凝固が遅くなり、高密度化しやすくなる。従って、得られるウレタンシート2では、巨大気孔が無形成となり、気孔が微細化しやすくなることで、細孔4がチャネルを通じて連通した連続状のマイクロポーラス構造を有するものとなる。流動開始温度が低すぎると、研磨加工時の発熱によるウレタンシート2のへたりが大きくなるため、被研磨物の平坦性を損なうこととなる。反対に、流動開始温度が高すぎると、元々の樹脂が硬くなるため、被研磨物に対するスクラッチを生じやすくしてしまうので、好ましくない。
In the
また、本実施形態の研磨パッド10では、ウレタンシート2の凸部5の表面で構成される研磨面Pに細孔4の開孔4aが形成されている。また、ウレタンシート2が流動開始温度、凝固価が上述した範囲のポリウレタン樹脂で作製されたため、熱エンボス加工による凸部5と凹部6との形成が容易となり、凹部6における細孔4が縮径ないし閉塞されやすくなる。このため、凹部6のポリウレタン樹脂中には、微細孔4sが形成されているものの、表面に開孔が形成されていない。従って、凸部5では砥粒が開孔4aに入出しつつ循環供給され、凹部6では研磨液や研磨屑が貯留せず、凹部6により円滑に研磨液が循環供給され研磨屑が排出される。これにより、研磨液等の貯留に伴う偶発的な凝集物の放出がなくなるので、研磨加工における研磨レートを確保し被研磨物にスクラッチを発生させることなく平坦性向上を図ることができる。
Moreover, in the
更に、本実施形態では、凸部5に形成される細孔4の平均孔径が1μm以上、30μm以下に調整されており、研磨面Pに開孔4aが形成されている。このため、研磨加工に伴い研磨面P側で摩耗が生じたときに、開孔4aの大きさは、内部側の細孔4が順次開孔することでほとんど変わることなく研磨加工を継続することができる。これにより、開孔4aによる高精度な研磨加工が可能となるので、被研磨物の高精度な平坦性を確保することができる。また、本実施形態では、ウレタンシート2の厚み方向の断面における単位面積あたりの細孔4の形成割合が500〜50000個/mm2の範囲に調整されている。細孔4の形成割合が500個/mm2に満たないと砥粒を保持する細孔が少なすぎるため、砥粒や研磨屑の蓄積による目詰まりを起こしやすく、被研磨物にスクラッチを生じることとなる。反対に、細孔4の形成割合が50000個/mm2を超えるとウレタンシート2の空隙の割合が大きくなりすぎてウレタンシート2のクッション性(弾力性)を確保することが難しく、構造的に不安定となる。細孔4の形成割合を上述した範囲とすることで、安定した構造を保持しつつクッション性を確保することができる。スクラッチの抑制を考慮すれば、細孔4の形成割合を2500〜50000個/mm2の範囲とすることがより好ましい。
Further, in this embodiment, the average pore diameter of the
また更に、本実施形態では、ウレタンシート2の形成にポリカーボネート系のポリウレタン樹脂が用いられている。ポリウレタン樹脂の流動開始温度を上述した範囲としたことで、凝固価を6未満としても、マイクロポーラス構造を形成することができる。凝固価を6未満とすることにより、ポリウレタン樹脂の耐加水分解性、すなわち、耐酸性、耐アルカリ性を確保することができる。これにより、酸性やアルカリ性のスラリを用いるCMP法による研磨加工においても、研磨レート等の研磨性能を長時間にわたり確保することができる。また、耐加水分解性が確保されたことで、研磨加工に伴うウレタンシート2の劣化が抑制されるので、研磨パッド10の寿命を向上させることができる。
Furthermore, in this embodiment, a polycarbonate-based polyurethane resin is used for forming the
更にまた、ウレタンシート2を形成するポリウレタン樹脂では、流動開始温度を上述した範囲としたことで、ソフトセグメントとハードセグメントとのバランス、重合度、架橋度が適度に調整されたものとなる。更に、ウレタンシート2では、100%モジュラスが4〜20MPaの範囲のポリウレタン樹脂が用いられている。従って、研磨加工時に生じる摩擦熱等によりウレタンシート2が適度に軟化することとなり、被研磨物を押圧するときに適度な弾性力が発揮されるので、被研磨物に対する平坦性向上を図ることができる。
Furthermore, in the polyurethane resin that forms the
また、本実施形態では、湿式凝固法による成膜時に形成されたスキン層がバフ処理で除去され、研磨面Pに開孔5が形成されている。この開孔5は、単位面積あたりの平均孔径が1〜30μmの範囲に調整されている。このため、研磨加工時にスラリが保持されつつ被研磨物および研磨パッド10間に略均等に分散供給されるので、被研磨物の平坦性精度を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the skin layer formed at the time of film formation by the wet coagulation method is removed by buffing, and the
更に、本実施形態では、ウレタンシート2が連続状のマイクロポーラス構造を有している。このため、巨大気孔が形成されないことで伸縮性が抑制されることとなる。巨大気孔が形成された場合は、伸縮性が大きくなることで研磨面に形成された開孔から砥粒や研磨屑を取り込みやすくなり、滞留、凝集を招き被研磨物の平坦性を損なうことがある。従って、ウレタンシート2では、伸縮性が抑制されるとともに、開孔5の閉塞が生じ難くなるので、長期間安定的に被研磨物の平坦性向上を図ることができる。
Furthermore, in this embodiment, the
なお、本実施形態では、ウレタンシート2を形成する樹脂としてポリカーボネート系のポリウレタン樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ウレタンシート2のポリウレタン樹脂としては、流動開始温度が上述した範囲であればよく、ポリカーボネート系に代えて、ポリエーテル系やポリエステル系のポリウレタン樹脂を用いてもよい。ウレタンシート2の耐加水分解性を確保することを考慮すれば、ポリウレタン樹脂の凝固価を上述した範囲とすることが好ましい。
In addition, in this embodiment, although the polycarbonate-type polyurethane resin was illustrated as resin which forms the
また、本実施形態では、湿式凝固法によるシート形成時の凝固液中に樹脂の溶解に用いた極性溶媒を混合しておくこと、すなわち、水とDMFとを混合した凝固液を用い、マイクロポーラス構造のウレタンシート2を形成する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。マイクロポーラス構造を得るためには、凝固再生時の緻密なスキン層形成を抑制し溶媒置換を容易にすればよく、凝固液に極性溶媒を混合することに代えて、樹脂溶液に調整溶媒を添加しておくことでも実現することができる。調整溶媒としては、水に対する溶解度がDMFより小さく、DMFに溶解させた樹脂を凝固(ゲル化)させることなく、樹脂溶液に均一に混合、分散できるものを用いることができる。このような調整溶媒としては、酢酸エチル、イソプロピルアルコール、ヘキサン等の低極性溶媒を用いることができる。この場合、凝固液中での凝固初期の溶媒置換が遅くなり、緻密なスキン層が形成されにくくなり、結果として、マイクロポーラス構造のウレタンシートを得ることができる。また、凝固温度を高くすることで溶媒置換を容易にするようにしても、同様にマイクロポーラス構造のウレタンシートを得ることができる。
Further, in this embodiment, the polar solvent used for dissolving the resin is mixed in the coagulation liquid at the time of forming the sheet by the wet coagulation method, that is, using the coagulation liquid in which water and DMF are mixed, Although the example which forms the
更に、本実施形態では、研磨面Pにおける凸部5と凹部6との配置として格子状の例を示したが本発明はこれに制限されるものではない。例えば、格子状の配置に代えて、図2(B)に示すように、同心円状に配置してもよい。このようにしても、本実施形態と同様の効果を得ることができることを確認している。
Furthermore, in the present embodiment, an example of a lattice shape is shown as the arrangement of the
また更に、本実施形態では、特に言及していないが、ウレタンシート2の凸部5に、厚み方向に貫通する貫通孔を形成するようにしてもよい。すなわち、図4に示すように、凸部5に貫通孔9を形成することができる。貫通孔9は、例えば、エンボス加工工程後に、パンチング処理等を施すことで形成することができる。貫通孔9の孔径は、開孔4aの平均孔径と同程度、すなわち、1〜30μmの範囲とすればよい。このようにすれば、研磨液や研磨屑が貫通孔9内に流入しやすくなるため、開孔4aの目詰まりを抑制することができ、被研磨物に対するスクラッチ抑制効果を向上させることができる。
Furthermore, although not specifically mentioned in the present embodiment, a through-hole penetrating in the thickness direction may be formed in the
更にまた、本実施形態では、凝固再生後に得られた成膜樹脂のスキン層側にバフ処理を施す例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。ウレタンシート2の厚みの均一化を図るためにはスキン層と反対の面側にバフ処理を施すようにしてもよく、スキン層側、スキン層と反対の面側の両方にバフ処理を施してもよい。また、バフ処理に代えて、スライス処理等を施すことも可能である。ウレタンシート2の厚みが均一化されることで、研磨加工時に被研磨物にかけられる押圧力が均等化され、被研磨物の平坦性向上を図ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the buff treatment is performed on the skin layer side of the film-forming resin obtained after coagulation regeneration is shown, but the present invention is not limited to this. In order to make the thickness of the
また、本実施形態では、ウレタンシート2の研磨面Pと反対の面側に両面テープ7を貼り合わせ、両面テープ7の基材が研磨パッド10の基材を兼ねる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、両面テープ7に代えて粘着剤のみを配しておくようにしても、研磨機への装着を行うことができる。また、両面テープ7とウレタンシート2との間に別の基材を貼り合わせるようにしてもよい。研磨パッド10の搬送時や定盤への装着時の取扱いを考慮すれば、基材を有していることが好ましい。
Moreover, in this embodiment, although the double-
更に、本実施形態では、特に言及していないが、ウレタンシート2が、少なくとも一部に、被研磨物の研磨加工状態を光学的に検出するための光透過を許容する光透過部を有するようにしてもよい。この光透過部は、ウレタンシート2の厚みの全体にわたり貫通するように形成されていることが好ましい。このようにすれば、例えば、研磨機側に備えられた発光ダイオード等の発光素子、フォトトランジスタ等の受光素子により、研磨加工中に光透過部を通して被研磨物の加工面の研磨加工状態を検出することができる。これにより、研磨加工の終点を適正に検出することができ、研磨効率の向上を図ることができる。
Further, although not particularly mentioned in the present embodiment, the
以下、本実施形態に従い製造した研磨パッド10の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例の研磨パッドについても併記する。
Hereinafter, examples of the
(実施例1)
実施例1では、ウレタンシート2の作製に100%モジュラスが8MPaのジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)系ポリエーテル系のポリウレタン樹脂(流動開始温度185℃、凝固価4.6)を用いた。このポリウレタン樹脂を固形分濃度が30wt%となるようにDMFに溶解させ樹脂溶液を調製した。樹脂溶液を成膜基材に塗布する際に、塗布装置のクリアランスを1.6mmに設定し、水と15wt%のDMFとが混合された凝固液を使用した。スキン層側にバフ処理を施した後、凸部5の幅が3mm、凹部6の幅が1mmとなる格子状に、145℃で3分間の熱エンボス加工を施した。得られたウレタンシート2の断面を観察した結果、100μm以上のセルが形成されておらず、細孔4の平均孔径が8μm、形成割合が約10000個/mm2であることが確認できた。また、凹部6では、細孔4がほぼ完全に閉塞していた。このウレタンシート2とPET製の基材を有する両面テープ8とを貼り合わせ、実施例1の研磨パッド10を製造した(図1も参照)。
Example 1
In Example 1, diphenylmethane-4,4′-diisocyanate (MDI) polyether-based polyurethane resin (flow start temperature 185 ° C., coagulation number 4.6) having a 100% modulus of 8 MPa is used for producing the
(実施例2)
実施例2では、実施例1と同じポリウレタン樹脂を用いた。樹脂溶液の調製では、DMFの一部を水に対する溶解度がDMFの水に対する溶解度より小さい酢酸エチルに置き換えた混合溶媒を用いた。酢酸エチルの量としては、ポリウレタン樹脂に対して質量比2/3となるように調整した。酢酸エチルとDMFとの混合溶媒に、ポリウレタン樹脂を固形分濃度が30wt%となるように溶解させ樹脂溶液を調製した以外は実施例1と同様にして実施例2の研磨パッド10を製造した。得られたウレタンシート2では、100μm以上のセルが形成されておらず、細孔4の平均孔径が5μm、形成割合が約20000個/mm2であることが確認できた。また、凹部6では、細孔4がほぼ完全に閉塞していた。
(Example 2)
In Example 2, the same polyurethane resin as in Example 1 was used. In the preparation of the resin solution, a mixed solvent in which a part of DMF was replaced with ethyl acetate having a solubility in water smaller than the solubility of DMF in water was used. The amount of ethyl acetate was adjusted to a mass ratio of 2/3 with respect to the polyurethane resin. A
(比較例1)
比較例1では、実施例1と同じポリウレタン樹脂をDMFに溶解させ樹脂溶液を調製し、水のみの凝固液中で樹脂溶液を凝固させた以外は実施例1と同様にして比較例1の研磨パッドを製造した。すなわち、比較例1は、従来の研磨パッド20である(図5も参照)。得られたウレタンシートでは、100μm以上のセルが形成されており、細孔4の平均孔径が12μm、形成割合が約1000個/mm2であることが確認できた。また、凹部16では、細孔4が閉塞していないうえ、気孔14が認められた。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the same polyurethane resin as in Example 1 was dissolved in DMF to prepare a resin solution, and the polishing of Comparative Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that the resin solution was coagulated in a water-only coagulating liquid. A pad was manufactured. That is, Comparative Example 1 is a conventional polishing pad 20 (see also FIG. 5). In the obtained urethane sheet, cells of 100 μm or more were formed, and it was confirmed that the average pore diameter of the
(実施例3)
実施例3では、100%モジュラスが8MPaのジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)系ポリカーボネート系のポリウレタン樹脂(流動開始温度200℃、凝固価3.8)を用い、実施例1と同様にしてウレタンシートを作製した。このウレタンシートのスキン層側にバフ処理を施した後、凸部5の幅が3mm、凹部6の幅が1mmとなる格子状に、160℃で3分間の熱エンボス加工を施した。得られたウレタンシート2では、100μm以上のセルが形成されておらず、細孔4の平均孔径が4μm、形成割合が約15000個/mm2であることが確認できた。また、凹部6では、細孔4がほぼ完全に閉塞していた。このウレタンシート2と両面テープ8とを貼り合わせた後、パンチングにより直径2mmの貫通孔9を10mmピッチで形成し、実施例3の研磨パッド10を製造した(図4も参照)。
(Example 3)
In Example 3, a diphenylmethane-4,4′-diisocyanate (MDI) polycarbonate-based polyurethane resin having a 100% modulus of 8 MPa (flow start temperature: 200 ° C., coagulation value: 3.8) was used in the same manner as in Example 1. A urethane sheet was prepared. After the buff treatment was performed on the skin layer side of the urethane sheet, heat embossing was performed at 160 ° C. for 3 minutes in a lattice shape in which the width of the
(実施例4)
実施例4では、実施例3と同じポリウレタン樹脂を用いた以外は実施例2と同様にして実施例4の研磨パッド10を製造した。得られたウレタンシート2では、100μm以上のセルが形成されておらず、細孔4の平均孔径が3μm、形成割合が約15000個/mm2であることが確認できた。また、凹部6では、細孔4がほぼ完全に閉塞していた。
Example 4
In Example 4, the
(比較例2)
比較例2では、実施例3と同じポリウレタン樹脂を用いた以外は比較例1と同様にして比較例2の研磨パッドを製造した。すなわち、比較例2は、従来の研磨パッド20である(図5も参照)。得られたウレタンシートでは、100μm以上のセルが形成されており、細孔4の平均孔径が9μm、形成割合が1000個/mm2であることが確認できた。また、凹部16では、細孔4が閉塞していないうえ、気孔14が認められた。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a polishing pad of Comparative Example 2 was produced in the same manner as Comparative Example 1 except that the same polyurethane resin as in Example 3 was used. That is, Comparative Example 2 is a conventional polishing pad 20 (see also FIG. 5). In the obtained urethane sheet, cells of 100 μm or more were formed, and it was confirmed that the average pore diameter of the
(比較例3)
比較例3では、100%モジュラスが18MPaのジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)系ポリエーテル系のポリウレタン樹脂(流動開始温度280℃、凝固価7.2)を用いた以外は、実施例1と同様にしてウレタンシートを作製した。このウレタンシートのスキン層側にバフ処理を施した後、凸部15の幅が3mm、凹部16の幅が1mmとなる格子状に、160℃で3分間の熱エンボス加工を施した。得られたウレタンシートでは、100μm以上のセルが形成されており、細孔4の平均孔径が9μm、形成割合が1000個/mm2であることが確認できた。また、凹部16では、細孔4が閉塞していないうえ、気孔14が認められた。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an example was used except that diphenylmethane-4,4′-diisocyanate (MDI) polyether polyurethane resin (flow start temperature 280 ° C., coagulation number 7.2) having a 100% modulus of 18 MPa was used. In the same manner as in Example 1, a urethane sheet was produced. After the buff treatment was performed on the skin layer side of the urethane sheet, heat embossing was performed at 160 ° C. for 3 minutes in a lattice shape in which the width of the
(比較例4)
比較例4では、比較例3と同じポリウレタン樹脂を用いた以外は比較例2と同様にして比較例4の研磨パッドを製造した。すなわち、比較例4は、従来の研磨パッド20である(図5も参照)。得られたウレタンシートでは、100μm以上のセルが形成されており、細孔4の平均孔径が8μm、形成割合が1000個/mm2であることが確認できた。また、凹部16では、細孔4が閉塞していないうえ、気孔14が認められた。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, a polishing pad of Comparative Example 4 was produced in the same manner as Comparative Example 2 except that the same polyurethane resin as in Comparative Example 3 was used. That is, Comparative Example 4 is a conventional polishing pad 20 (see also FIG. 5). In the obtained urethane sheet, cells of 100 μm or more were formed, and it was confirmed that the average pore diameter of the
(評価)
各実施例および比較例の研磨パッドについて、以下の研磨条件で研磨加工を行い、研磨レート、研磨平坦性およびスクラッチの有無を測定した。被研磨物としては、直径12インチのシリコンウェハ上に、化学蒸着(CVD)によりテトラエトキシシランの絶縁膜を厚み1μmとなるように形成した基板(絶縁膜の厚み均一性:CV%で14.2%)を用いた。研磨レートは、1分間あたりの研磨量を厚みで表したものであり、研磨加工前後の基板の絶縁膜についてそれぞれ17箇所の厚み測定結果から求めた。厚み測定では、光学式膜厚膜質測定器(KLAテンコール社製、ASET−F5x)のDBSモードにて測定した。また、研磨平坦性(CV%)については、17箇所について測定した絶縁膜の厚みバラツキ(標準偏差/平均値)から求めた。スクラッチの評価では、25枚の基板を繰り返し3回順次研磨加工し、研磨加工後の21〜25枚目の基板5枚について、パターンなしウェハ表面検査装置(KLAテンコール社製、Surfscan SP1DLS)の高感度測定モードにて測定し、基板表面におけるスクラッチの有無を評価した。研磨レート、研磨平坦性およびスクラッチの有無の測定結果を下表1に示す。
(研磨条件)
使用研磨機:株式会社荏原製作所製、F−REX300
研磨速度(回転数):定盤回転数70rpm、研磨ヘッド回転数71rpm
加工圧力:220g/cm2
スラリ:コロイダルシリカスラリ(キャボット社製、商品名SS25を純水で2倍容量に希釈)
スラリ供給量:200ml/分
(Evaluation)
About the polishing pad of each Example and the comparative example, it grind | polished on the following grinding | polishing conditions, and measured the polishing rate, polishing flatness, and the presence or absence of the scratch. As an object to be polished, a substrate in which an insulating film of tetraethoxysilane having a thickness of 1 μm was formed on a silicon wafer having a diameter of 12 inches by chemical vapor deposition (CVD) (thickness uniformity of the insulating film: 14.5 CV%). 2%) was used. The polishing rate represents the amount of polishing per minute in terms of thickness, and was determined from the thickness measurement results at 17 locations for the insulating film of the substrate before and after polishing. In the thickness measurement, the measurement was performed in the DBS mode of an optical film thickness measuring instrument (manufactured by KLA Tencor, ASET-F5x). Further, the polishing flatness (CV%) was obtained from the thickness variation (standard deviation / average value) of the insulating film measured at 17 locations. In the scratch evaluation, 25 substrates were repeatedly polished three times in succession, and the 5th substrate from the 21st to the 25th substrate after polishing was processed with a high-pattern-less wafer surface inspection apparatus (Surfscan SP1DLS, manufactured by KLA Tencor). Measurement was performed in the sensitivity measurement mode, and the presence or absence of scratches on the substrate surface was evaluated. The measurement results of the polishing rate, polishing flatness, and the presence or absence of scratches are shown in Table 1 below.
(Polishing conditions)
Used polishing machine: F-REX300 manufactured by Ebara Corporation
Polishing speed (rotation speed): surface plate rotation speed 70 rpm, polishing head rotation speed 71 rpm
Processing pressure: 220 g / cm 2
Slurry: Colloidal silica slurry (Cabot, trade name SS25 diluted to 2 times volume with pure water)
Slurry supply amount: 200ml / min
表1に示すように、従来のウレタンシート12を有する比較例1、比較例2、比較例3および比較例4の研磨パッド20では、研磨レートがそれぞれ211nm/min、209nm/min、201nm/min、202nm/minを示した。また、研磨平坦性については、研磨前のCV%=14.2%と比較して、研磨後に改善されているものの、それぞれ11.2%、10.8%、7.8%、8.1%であった。これに対して、実施例1、実施例2、実施例3および実施例4の研磨パッド10では、研磨レートがそれぞれ223nm/min、238nm/min、208nm/min、213nm/minを示し、研磨平坦性についてもそれぞれ4.5%、3.7%、5.9%、5.2%に改善された。このことから、各実施例の研磨パッド10では、いずれも、平坦性精度を向上させることのできることが明らかとなった。また、各実施例および比較例の研磨パッドで研磨加工を繰り返し行った結果、各比較例の研磨パッド20ではいずれもスクラッチの発生が認められたのに対して、各実施例の研磨パッド10ではいずれもスクラッチが認められなかった。従って、研磨パッド10では、平坦性の均一性が維持されたまま、長期にわたり安定した研磨性能を得られることが確認された。
As shown in Table 1, the polishing rates of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 having the
本発明は研磨レートを確保し被研磨物に対するスクラッチを抑制することができる研磨パッドおよび該研磨パッドの製造方法を提供するものであるため、研磨パッドの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 Since the present invention provides a polishing pad capable of securing a polishing rate and suppressing scratches on an object to be polished and a method for manufacturing the polishing pad, the present invention contributes to the manufacture and sales of the polishing pad. Has availability.
P 研磨面
2 ウレタンシート(樹脂シート)
4 細孔
4a 開孔
4s 微細孔
5 凸部
6 凹部
10 研磨パッド
P
4
Claims (9)
流動開始温度が150℃〜220℃の範囲、かつ、凝固価が6未満のポリウレタン樹脂を準備する準備ステップと、
前記準備ステップで準備したポリウレタン樹脂を極性溶媒に均一となるように溶解させた樹脂溶液を均一な混合状態でシート状の基材に塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで基材に塗布された樹脂溶液を水系凝固液中で凝固させ樹脂シートを形成させるシート形成ステップと、
前記シート形成ステップで形成された樹脂シートの一面側に凸部と凹部とが形成されるように熱エンボス加工を施すエンボス加工ステップと、
を含み、
前記エンボス加工ステップにおいて、前記凹部に対応する位置が加熱されるように加圧することを特徴とする製造方法。 A method for producing a polishing pad according to any one of claims 1 to 6 ,
A preparation step of preparing a polyurethane resin having a flow start temperature in the range of 150 ° C. to 220 ° C. and a coagulation value of less than 6 ;
An application step of applying a resin solution in which the polyurethane resin prepared in the preparation step is uniformly dissolved in a polar solvent to a sheet-like substrate in a uniform mixed state;
A sheet forming step in which the resin solution applied to the substrate in the application step is solidified in an aqueous coagulating liquid to form a resin sheet; and
An embossing step of performing hot embossing so that a convex portion and a concave portion are formed on one side of the resin sheet formed in the sheet forming step;
Including
In the embossing step, pressurization is performed so that a position corresponding to the concave portion is heated.
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