JP5846714B2

JP5846714B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP5846714B2
Application number: JP2009091934A
Authority: JP
Inventors: 伸之大嶋
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2029-04-06
Also published as: JP2010240777A

Description

本発明は、研磨パッドに関し、更に詳しくは、シリコンウェハなどの半導体ウェハの研磨に好適なポリウレタン系の研磨パッドに関する。

半導体ウェハなどの平坦化処理には、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術が用いられており、従来からＣＭＰ技術を用いた種々のＣＭＰ装置が提案されている。

図３は、従来のＣＭＰ装置の概略構成図である。定盤１の表面に取付けられた研磨パッド２には、研磨用のスラリー３がスラリー供給装置４から供給される。被研磨物として例えば、半導体ウェハ５は、研磨ヘッド６に、バッキングフィルム７を介して保持される。研磨ヘッド６に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ５は、研磨パッド２に押し付けられる。

研磨パッド２上に供給されるスラリー３は、研磨パッド２上を広がって半導体ウェハ５に到達する。定盤１と研磨ヘッド６とは、矢符Ａで示すように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド２と半導体ウェハ５との間にスラリー３が侵入して研磨が行われる。なお、８は研磨パッド２の表面を目立てするためのダイヤモンドドレッサーである。

研磨パッド２として、耐摩耗性等に優れた発泡ポリウレタンを使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２３６２００号公報

近年、シリコンウェハ等の被研磨物の平坦度の要求が益々厳しくなっており、かかる平坦度を向上させるには、高硬度の研磨パッドを用いるのが有効である。

研磨パッドでは、研磨工程に先立って、あるいは、研磨工程中に、ダイヤモンドドレッサーによって、その表面のドレッシングを行なうのであるが、高硬度の研磨パッドを使用すると、硬いために、ドレスがかかりにくく、ドッシングに長時間を要し、あるいは、局所的にドレッシングされてむらが生じ、研磨レートが安定しないといった難点がある。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、高硬度であって、しかも、ドレス性が良好な研磨パッドを提供することを目的とする。

本発明の研磨パッドは、ハードセグメントとソフトセグメントとを含む発泡ポリウレタンからなる研磨層を有する研磨パッドであって、パルスＮＭＲ測定による前記発泡ポリウレタン中の前記ハードセグメントの存在比が、５５％以上７０％以下である。

前記発泡ポリウレタンは、イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物とを発泡硬化させてなるのが好ましい。

前記イソシアネート基含有化合物が、芳香族イソシアネート系のイソシアネート末端プレポリマーであるのが好ましい。

本発明の研磨パッドは、研磨層のみであってもよく、研磨層と他の層（例えばクッション層など）との積層体であってもよい。

本発明の研磨パッドでは、発泡ポリウレタン中のハードセグメントの存在比を、５５％以上７０％以下と高くしているので、発泡ポリウレタンの硬度を高く維持したままで、モジュラスを低減させることができ、これは、発泡ポリウレタンの伸び率が低下し、引っ張り破断しやすくなることを意味し、発泡ポリウレタンの磨耗量を増やすことができることを意味する。

したがって、本発明の研磨パッドによると、高硬度を維持しながら、ドレッシングの際の当該研磨パッドの単位時間当たりの磨耗量、すなわち、カットレートを増やしてドレス性を高めることが可能となり、これによって、ドレッシングに長時間を要することなく、また、ドレッシングが局所的に行われてむらが生じることがなく、研磨レートが安定する。

本発明によれば、発泡ポリウレタン中のハードセングメントの存在比を高くしているので、硬く、しかも、引っ張り破断しやすく、伸びが小さくなり、高硬度を維持しながら、ドレッシングの際の当該研磨パッドの磨耗量を増やしてドレス性を高めることが可能となり、これによって、ドレッシングに長時間を要することなく、また、ドレッシングが局所的に行われることなく、全面に行われることになり、研磨レートが安定する。

実施例および従来例のカットレートを示す図である。実施例および従来例の研磨レートを示す図である。ＣＭＰ装置の概略構成図である。

以下、添付図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

この実施形態の研磨パッドは、イソシアネート基（ＮＣＯ基）を有するイソシアネート末端プレポリマーと、活性水素含有化合物および発泡剤（水）と共に混合攪拌し、所定の型に注型し、反応硬化させて発泡ポリウレタンの成型体を得る。得られた発泡ポリウレタンの成型体を、所定の厚さのシート状に裁断し、それを打ち抜いて研磨パッドを得る。

イソシアネート基（ＮＣＯ基）を有するイソシアネート末端プレポリマーは、アルコール系活性水素含有化合物とイソシアネート化合物とよりなるのが好ましく、アルコール系活性水素含有化合物は、ポリオールおよび鎖伸張剤からなるのが好ましい。

このイソシアネート末端プレポリマーは、２価以上のアルコール系活性水素を有するポリオールおよび／または鎖伸張剤と、２価以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物とにより作成されるのが好ましい。

また、研磨用であるので、加水分解を起こさないエーテル系のポリオールが好ましく、エーテル系のポリオールとして、ＰＰＧ（ポリプロピレングリコール）、ＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の−Ｏ−結合を有するものが好ましく、その中でも一般的には、物性（引張り特性）の良好なＰＴＭＧ系が好ましく、平均分子量が５００〜２０００のＰＴＭＧが好ましい。

鎖伸張剤としては、分子量ＭＷが５００以下のＥＧ（エチレングリコール）、ＰＧ（プロピレングリコール）、ＢＧ（ブタンジオール）、ＤＥＧ（ジエチレングリコール）、トリメチロールポロパン等を用いることができる。

イソシアネート化合物としては、ＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）、ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）、水添ＭＤＩ（ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート）、ポリメリックＭＤＩ（ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネート）等および、これらのイソシアネートから作成されるプレポリマーが使用されるが、ＴＤＩ等の芳香族イソシアネートが好ましい。

イソシアネート成分として、芳香族イソシアネートを９５ｍｏｌ％以上含有するのが好ましい。

活性水素含有化合物としては、アミノ基（ＮＨ₂基）を有する芳香族アミンなどを使用することができ、この芳香族アミンとしては、少なくともＭＯＣＡ（４，４'−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン））およびＭＯＣＡ類似物の少なくとも一方を使用するのが好ましい。

ＭＯＣＡ類似物としては、メチレン-ビス(２，３ジクロロアニリン)、４’,４メチレン-ビス(２-メチルエステルアニリン)などを使用することができる。

この実施形態の研磨パッドは、高硬度でありながら、ドレス性を高めるために、上述のように発泡ポリウレタン中のハードセグメントの存在比を高くしている。

発泡ポリウレタンは、大きく短鎖ジオールを含むウレタン結合からなるハードセグメント（硬質部分）と、長鎖ジオールを含むウレタン結合からなるソフトセグメント（軟質部分）とで構成され、ハードセグメントは、イソシアネートと鎖伸張剤とに由来し、ソフトセグメントは、ポリオールに由来する。

ハードセグメントは、高い融点、あるいは、高いガラス転移温度を有し、発泡ポリウレタンの物性、強度を発現させる部分であり、高モジュラス、高強度に寄与する。

ソフトセグメントは、室温より低いガラス転移温度を有し、発泡ポリウレタンの柔軟性を発現させる部分であり、高伸長、弾性回復に寄与する。

研磨パッドの磨耗量（ドレス性）は、引っ張り破断時の強さと、その時の伸びに反比例する。つまり、研磨パッドの磨耗量を増やすには、引っ張り破断しやすく、破断時の伸びが小さい必要がある。

このため、本発明では、発泡ポリウレタン中のハードセグメントの存在比を高め、発泡ポリウレタンのモジュラスを低減させ、伸び率を低下させて引っ張り破断しやすいようにしている。

このようにハードセグメントの存在比を高めた発泡ポリウレタンからなる研磨パッドは、高硬度を維持しながら、磨耗し易くなり、ドレッシングの際の磨耗量が増加してドレス性が向上することになる。

発泡ポリウレタン中のハードセグメントは、パルスＮＭＲ測定によるハードセグメントの存在比が、５５％以上７０％以下である。

ハードセグメントの存在比が、５５％未満では、ドレス性の向上が認められず、７０％を越えると、研磨パッドが脆くなる。

この発泡ポリウレタンは、密度が０．４〜０．９ｇ／ｃｍ³であって、ショアＡ硬度が８０〜９７であるのが好ましい。

また、発泡ポリウレタンの平均気泡径は、直径３０μｍ〜３ｍｍ程度であるのが好ましい。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

各種特性を評価するために、表１に示す配合で、実施例１，２および従来例の発泡ポリウレタンの成型品を製造した。この表１には、密度とショアＡ硬度を併せて示している。

従来例では、ＴＤＩを主成分とするイソシアネート末端プレポリマー３００重量部に対して、活性水素含有化合物として、３，３−ジクロロー４，４−ジアミノフェニルメタン（ＭＯＣＡ）を８２．１３重量部、発泡剤としての水を０．４８重量部、触媒としてのＥＴを０．１５重量部添加し、攪拌混合した。これを、１００℃のオーブンにて４時間キュアし、発泡ポリウレタンの成型品を得た。

実施例１では、従来例のイソシアネート末端プレポリマーに比べて、ハードセグメントの割合を増やしたＴＤＩを主成分とするイソシアネート末端プレポリマー３００重量部に対して、活性水素含有化合物として、３，３−ジクロロー４，４−ジアミノフェニルメタン（ＭＯＣＡ）を７２．５２重量部、発泡剤としての水を０．４８重量部、触媒としてのＥＴを０．１５重量部添加し、攪拌混合した。これを、１００℃のオーブンにて４時間キュアし、発泡ポリウレタンの成型品を得た。

実施例２では、実施例１のイソシアネート末端プレポリマーに比べて、ハードセグメントの割合を更に増やしたＴＤＩを主成分とするイソシアネート末端プレポリマー３００重量部に対して、活性水素含有化合物として、３，３−ジクロロー４，４−ジアミノフェニルメタン（ＭＯＣＡ）を７２．５２重量部、発泡剤としての水を０．４８重量部、触媒としてのＥＴを０．１５重量部添加し、攪拌混合した。これを、１００℃のオーブンにて４時間キュアし、発泡ポリウレタンの成型品を得た。

各実施例１，２および従来例のカットレートを次の条件で測定した。

研磨機：Ｇ＆Ｐ社製Ｐｏｌｉ５００、時間：４ｍｉｎ、圧力：１００ｇ／ｃｍ²、ドレッサー：ダイヤモンドペレット（直径：１５０μｍ、突き出し：７０μｍ）
図１にカットレートを示す。

研磨パッドのカットレートは、一般的に軟らかい程高くなり、硬い程低くなる。従来例は、硬度が８３°と軟らかいので、５０μｍ程度のカットレートを有している。一方、実施例１は、硬度が８８°と比較的高いにもかかわらず、従来例と同等のカットレートを有している。

実施例２は、硬度が９０°と高いにもかかわらず、実施例１に比べてハードセグメントの存在比が高いので、６０μｍ程度の高いカットレートを有している。

更に、各実施例１，２および従来例の研磨レートを次の条件で測定した。
研磨条件
・ドレス
圧力 100g/cm²、回転数100rpm、時間 600sec
・レート
圧力 100g/cm²、回転数100rpm、スラリー流量 100ml/min、時間 30min
スラリーNP6220 20倍
図２に研磨レートおよびばらつきを示す。

実施例１，２は、従来例に比べて研磨レートが向上しており、また、従来例では、研磨レートのばらつきが大きいことが分かる。

以上のように実施例では、従来例に比べてカットレートが高く、ドレス性が向上するので、従来例のように局所的にドレッシングされることなく、全面に均一にドレッシングされ、これによって、研磨レートが安定する。

また、実施例１，２および従来例の研磨パッドについては、パルスＮＭＲ（核磁気共鳴）測定法を用いて、次の条件でハードセグメントの存在比を求めた。

測定方法：パルスＮＭＲ測定によりＳｏｌｉｄＥｃｈｏ法
測定装置：ＪＥＯＬ社製ＪＮＭ−ＭＵ２５
測定条件：
１Ｈ９０Ｐｕｌｓｅ：３．５μｓ
繰り返し時間：４ｓ
積算回数：１６回
測定温度：室温（２４℃）、４０℃
２４℃および４０℃の測定よって求めたハードセグメント、ソフトセグメントおよび中間層の存在比（％）並びに緩和時間Ｔ２（μｓ）を、表２および表３にそれぞれ示す。

本発明は、シリコンウェハ等の研磨に用いる研磨パッドとして有用である。

２研磨パッド
３スラリー
５半導体ウェハ

Claims

ハードセグメントとソフトセグメントとを含む発泡ポリウレタンからなる研磨層を有する研磨パッドであって、
パルスＮＭＲ測定による２４℃での前記発泡ポリウレタン中の前記ハードセグメントの存在比が、６１．９％以上６８．８％以下であることを特徴とする研磨パッド。
ハードセグメントとソフトセグメントとを含む発泡ポリウレタンからなる研磨層を有する研磨パッドであって、
パルスＮＭＲ測定による４０℃での前記発泡ポリウレタン中の前記ハードセグメントの存在比が、５７．９％以上６４．４％以下であることを特徴とする研磨パッド。
前記発泡ポリウレタンが、イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物との発泡硬化成型体である請求項１又は２に記載の研磨パッド。
前記イソシアネート基含有化合物が、芳香族イソシアネート系のイソシアネート末端プレポリマーである請求項３に記載の研磨パッド。