JP6247254B2 - 研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学機械研磨に用いられる研磨パッド及びその製造方法に関し、特に炭化ケイ素基板の化学機械研磨に好適な研磨パッド及びその製造方法に関する。

従来、キャリアに保持された加工物を定盤上に貼り付けられた研磨パッドの研磨面に接触させ、研磨面の上にスラリーを流しながらキャリアと定盤を同時に回転させて加工物の研磨を行う化学機械研磨が知られている。

炭化ケイ素基板の研磨加工では、この化学機械研磨が利用されているが、炭化ケイ素は、非常に硬く、融点も非常に高い安定な結晶であるため、スラリー中の固体成分（砥粒）による機械的作用とスラリー中の液体成分による化学的作用の相互作用を用いてもケイ素面を高効率に研磨することが困難であった。

例えば、下記特許文献１には、化学機械研磨によって炭化ケイ素基板を研磨加工した実施例が開示されているが、研磨レートは１５０ｎｍ／時よりも低い。

化学機械研磨に用いられる研磨パッドとしては、人工皮革からなる研磨パッドが知られている。例えば、下記特許文献２は、不織布と、該不織布に含浸される高分子弾性体とを含む人工皮革で構成される研磨パッドを開示している。

人工皮革は、概して剛性が低く、柔軟性を有し、表面が滑らかである。したがって、人工皮革を研磨パッドとして応用するには、下記特許文献２に記載されているように、研磨パッドの研磨面に機械的な摩擦力や研磨力を付与するために、研磨面の繊維を起毛させる処理を施す必要があった。

人工皮革からなる従来の研磨パッドを炭化ケイ素基板の化学機械研磨に適用した場合には、研磨パッドが柔軟であるため、加工面にスクラッチが生じ難いという利点がある。しかしながら、研磨パッドの剛性が低いため、平坦な面が得難く、研磨速度が遅いという欠点があった。

人工皮革からなる研磨パッドの硬度を高める方法としては、人工皮革を圧縮するプレス加工が知られている（下記特許文献３参照）。しかしながら、人工皮革を圧縮することによってパッド内部の空隙が減少又は縮小するため、スラリーの保持性能が低下するという問題があった。したがって、炭化ケイ素基板の化学機械研磨においては、研磨パッドの剛性を単に高くしただけでは、加工面の平坦度及び研磨速度の向上を図ることが困難であった。

特開２０１５−０８４４３２号公報 特開２０１２−２１４９４４号公報 特開２００８−３０２４５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、炭化ケイ素基板の化学機械研磨において、加工面の平坦度及び研磨速度を向上させ得る研磨パッド及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の研磨パッド及びその製造方法を提供する。
１．炭化ケイ素基板の化学機械研磨に用いられる研磨パッドであって、
人工皮革及び該人工皮革に含浸される高分子弾性体を含む第１の研磨材と、
第１の研磨材同士を接着する接着剤からなり、第１の研磨材よりも硬度が高い第２の研磨材とを含み、
研磨パッドの研磨面に第１の研磨材の研磨面及び第２の研磨材の研磨面が交互に配置されていることを特徴とする研磨パッド。
２．第１の研磨材の研磨面が前記人工皮革の表面と交わる切断面であることを特徴とする前記１に記載の研磨パッド。
３．第１の研磨材の硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ７５〜８５の範囲内であることを特徴とする前記１に記載の研磨パッド。
４．第２の研磨材の硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ９０〜９８の範囲内であることを特徴とする前記１に記載の研磨パッド。
５．第２の研磨材同士の間隔が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする前記１に記載の研磨パッド。
６．炭化ケイ素基板の化学機械研磨に用いられる研磨パッドの製造方法であって、
人工皮革を切断して複数の一次材料を形成し、
各一次材料に高分子弾性体を含浸して複数の二次材料を形成し、
各二次材料の表面及び／又は裏面に接着剤を塗布し、二次材料同士を前記接着剤で接着して積層体を形成し、
前記積層体を切断して二次材料からなる第１の層と前記接着剤からなる第２の層が交互に配置された切断面からなる研磨面を形成する工程を含む方法。

本発明によれば、研磨パッドの研磨面に第１の研磨材の研磨面と第１の研磨材よりも硬度が高い第２の研磨材の研磨面が交互に配置されているため、第１の研磨材と第２の研磨材の相互作用によって、スクラッチの発生を抑制しながら加工面の平坦度及び研磨速度を向上させ得る。また、本発明によれば、第１の研磨材が人工皮革に含浸される高分子弾性体を含むため、スラリーの保持性能を低下させることなく、炭化ケイ素基板の研磨加工に適した硬度を得ることが可能である。さらに、本発明によれば、第１の研磨材の研磨面が人工皮革の表面と交わる切断面であるため、研磨面に露出する繊維が多く存在し、それにより、機械的な摩擦力や研磨力を向上させることが可能である。また、このような切断面からなる研磨面では、人工皮革の繊維が適度に起毛しているので、起毛処理を行う必要がないという利点もある。

図１は、本発明の実施例の斜視図である。 図２は、本発明の実施例の模式的な部分断面図である。 図３は、二次材料の表面（人工皮革の表面側）に対して略平行に積層体を切断したときの二次材料の切断面の顕微鏡写真である。 図４は、二次材料の表面（人工皮革の表面側）に対して略垂直に積層体を切断したときの二次材料の切断面（第１の研磨材の研磨面）の顕微鏡写真である。 図５は、本発明の実施例の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の説明の内容に限定されるものではない。

図１に示したように、本発明に係る研磨パッドは、第１の研磨材１０及び第２の研磨材２０を有して構成される。

第１の研磨材１０は、人工皮革と、該人工皮革に含浸される高分子弾性体とを含んで構成される。

人工皮革は、ナイロン繊維などの合成繊維を原料とする不織布にポリウレタンなどの合成樹脂を含浸させたものである。人工皮革は、市販されているものを利用することができ、人工皮革の構成は特に限定されない。人工皮革は、内部により多くの空隙を有するものを採用することが好ましい。人工皮革の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃ ６０〜７０の範囲内であることが好ましく、ＡＳＫＥＲ Ｃ ６２〜６８の範囲内であることがさらに好ましい。

高分子弾性体は、第１の研磨材１０の硬度を高めるために人工皮革に含浸される。高分子弾性体は、人工皮革の内部の空隙に付与されるが、付与後に空隙が残存するように人工皮革に含浸される。高分子弾性体の具体例としては、ポリウレタン系エラストマーなどが挙げられるが、これに限定されない。

高分子弾性体が含浸された第１の研磨材１０の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃ ７５〜８５の範囲内であることが好ましく、ＡＳＫＥＲ Ｃ ７７〜８３の範囲内であることがさらに好ましい。第１の研磨材１０の硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ７５よりも低い場合は研磨効率が低下する一方、ＡＳＫＥＲ Ｃ ８５よりも高い場合はスクラッチが発生し易くなる。

高分子弾性体は、スラリーに含まれる液体成分に対して耐性を示すものを採用することが好ましい。人工皮革に高分子弾性体を含浸させることによって、不織布に含浸された合成樹脂を高分子弾性体でコーティングすることになる。したがって、人工皮革に耐薬品性を有する高分子弾性体を含浸させることによって、不織布に含浸された合成樹脂がスラリーに含まれる液体成分に対して耐性を示さない場合でも、第１の研磨材１０の耐薬品性を向上させることが可能になる。

第２の研磨材２０は、接着剤を硬化させたものである。第２の研磨材２０の基材である接着剤の具体例としては、ウレタン系接着剤などが挙げられるが、これに限定されない。第２の研磨材２０の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃ ９０〜９８の範囲内であることが好ましく、ＡＳＫＥＲ Ｃ ９２〜９６の範囲内であることがさらに好ましい。

第１の研磨材１０と第２の研磨材２０は、研磨パッドの研磨面３０において交互に配置される。第２の研磨材２０の幅（厚さ）は、４０μｍ〜３００μｍの範囲内であるが、これに限定されない。第２の研磨材２０同士の間隔（この間隔は、第１の研磨材１０の幅（厚さ）とほぼ等しい）は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内であることがさらに好ましく、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内であることが最も好ましい。この間隔が狭いほど研磨速度が向上する傾向にある。

第１の研磨材１０の研磨面は、人工皮革の表面と交わる切断面であることが好ましい。この切断面は、人工皮革の表面と裏面との間を縦断するように人工皮革を切断したときに現れる断面である。

人工皮革（一次材料）に高分子弾性体を含浸させたもの（二次材料）の表面（人工皮革の表面側）に対して略平行に後述する積層体を切断したときの二次材料の切断面は、繊維の上に、不織布に含浸された合成樹脂だけでなく、人工皮革に含浸された高分子弾性体も堆積しているので、切断面に露出する繊維が少なく、また、繊維が到伏している（図３参照）。

これに対し、上記の切断面は、図４に示されるように、その面に露出する繊維が非常に多く、しかも繊維が起きているので、機械的な摩擦力や研磨力を向上させることができ、研磨面として好適である。また、この切断面には、図４に示されるように、スラリーを効果的に保持し得る空隙がより多く存在するため、スラリーの保持性能も向上させることが可能である。

本発明に係る研磨パッドにおいて、第１の研磨材１０は、第２の研磨材２０よりも硬度が低く、その上、研磨面３０に露出する繊維が多いため、主として、加工面を平滑にし、スクラッチの発生を抑制する磨き作用を加工面に及ぼしていると考えられる。一方、第２の研磨材２０は、第１の研磨材１０よりも硬度が高いため、主として、加工面を削る研ぎ作用を加工面に及ぼしていると考えられる。そして、本発明に係る研磨パッドは、後述するように、研磨面３０に交互に配置された第１の研磨材１０の研磨面と第２の研磨材２０の研磨面の相互作用によって、スクラッチの発生を抑制しながら加工面の平坦度及び研磨速度を従来技術よりも格段に向上させることが可能である。

研磨パッドの研磨面３０には、研磨面３０全体にスラリーを行き渡らせるための溝４０が形成されている（図１及び図２参照）。研磨パッドの裏面側には、研磨パッドを研磨装置の定盤に固定するための両面テープ５０が設けられている（図１及び図２参照）。

次に、本発明に係る研磨パッドの製造方法の一例を説明する。

（１）一次材料の形成
まず、原材料である人工皮革を切断することによって、複数の一次材料を形成する（図５参照）。一次材料は、人工皮革の切断片である。この工程では、原材料である人工皮革の表面と裏面との間を縦断するように人工皮革が切断される。

（２）二次材料の形成
次に、一次材料に高分子弾性体を含浸して、複数の二次材料を形成する（図５参照）。二次材料は、人工皮革の切断片に高分子弾性体を含浸させたものである。この工程では、例えば、一次材料をポリウレタン系エラストマー溶液に浸漬し、次いで、エラストマーを凝固させることによって、二次材料が形成される。この方法によれば、人工皮革を圧縮しないで第１の研磨材１０の硬度を高めることができる。したがって、この方法によって製造された第１の研磨材１０は、人工皮革を圧縮する方法で製造されたものよりも多くの又は大きい空隙が内部に残存しているので、スラリーの保持性能が高い。

（３）積層体の形成
次に、複数の二次材料のそれぞれの表面及び／又は裏面に接着剤を塗布し、その接着剤で二次材料同士を接着して積層体を形成する（図５参照）。積層体は、接着強度を高めるために加圧されてもよい。

（４）研磨面を有する三次材料の形成
次に、積層体を切断して、切断面からなる研磨面３０を有する三次材料を形成する。このとき、積層体は、研磨面３０に二次材料からなる層（第１の研磨材１０）と接着剤からなる層（第２の研磨材２０）が交互に配置されるように切断される。このように積層体が切断されることによって、研磨面３０には、第１の研磨材１０の研磨面と第２の研磨材２０の研磨面が存在することになる。三次材料の裏面（研磨面３０と反対の面）には、両面テープ５０が貼付される。

（５）溝の形成
次に、三次材料の研磨面３０に溝４０が形成される。溝４０は、プレス加工又は切削加工によって形成することができる。

（６）成形
最後に、プレス加工などにより、三次材料を円形に成形して、研磨パッドが完成する。

上記した製造方法によって本発明の実施例を製造した。なお、人工皮革は、商品名「クラリーノ（登録商標）」（株式会社クラレから入手可能）を使用した。この人工皮革の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃ ６５（平均値）であった。

実施例の第１の研磨材１０の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃ ７９（平均値）であり、第２の研磨材２０の硬度は、ＡＳＫＥＲ Ｃ ９４（平均値）であった。第２の研磨材２０同士の間隔は、実施例１が１．１５ｍｍであり、実施例２が２．３ｍｍであった。

直径８１０ｍｍの実施例を両面テープ５０で研磨装置（スピードファム株式会社製３２ＳＰ ＡＷ（片面研磨装置））の定盤に貼り付けて化学機械研磨を実施した。加工物は、直径３インチ（７６．２ｍｍ）の炭化ケイ素（４Ｈ−ＳｉＣ）基板である。加工面は、ケイ素面である。定盤及びキャリアの回転数は５０ｒｐｍに設定し、圧力は７１５ｇ／ｃｍ^２（約７０ｋＰａ）に設定した。コロイダルシリカを砥粒として含むスラリーを使用した。スラリーの流量は、毎分５０ｍＬであった。結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例１及び２を使用した化学機械研磨では、研磨速度が従来技術の２倍以上であった。また、表面粗さ（Ｒａ）も０．０５ｎｍ未満で非常に良好であり、高い平坦度が得られた。加工後に、加工面を光学顕微鏡で観察したところ、スクラッチも発見されなかった。

本発明に係る研磨パッドは、炭化ケイ素基板だけでなく、サファイア基板、窒化ガリウム基板などの化学機械研磨に対しても好適に使用し得る。

１０ 第１の研磨材
２０ 第２の研磨材
３０ 研磨パッドの研磨面
４０ 溝
５０ 両面テープ

Claims (6)

1. 炭化ケイ素基板の化学機械研磨に用いられる研磨パッドであって、
   人工皮革及び該人工皮革に含浸される高分子弾性体を含む第１の研磨材と、
   第１の研磨材同士を接着する接着剤からなり、第１の研磨材よりも硬度が高い第２の研磨材とを含み、
   研磨パッドの研磨面に第１の研磨材の研磨面及び第２の研磨材の研磨面が交互に配置されていることを特徴とする研磨パッド。
2. 第１の研磨材の研磨面が前記人工皮革の表面と交わる切断面であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
3. 第１の研磨材の硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ７５〜８５の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
4. 第２の研磨材の硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ９０〜９８の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
5. 第２の研磨材同士の間隔が０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
6. 炭化ケイ素基板の化学機械研磨に用いられる研磨パッドの製造方法であって、
   人工皮革を切断して複数の一次材料を形成し、
   各一次材料に高分子弾性体を含浸して複数の二次材料を形成し、
   各二次材料の表面及び／又は裏面に接着剤を塗布し、二次材料同士を前記接着剤で接着して積層体を形成し、
   前記積層体を切断して二次材料からなる第１の層と前記接着剤からなる第２の層が交互に配置された切断面からなる研磨面を形成する工程を含む方法。

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