JP6935214B2

JP6935214B2 - 研磨パッド

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Publication number: JP6935214B2
Application number: JP2017069360A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　基文; 基文鈴木; 立馬松岡
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018167388A

Description

本発明は、研磨パッドに係り、特に、湿式成膜により形成されたポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドに関する。

半導体ウェハ上にパターニングされた集積回路は微細化・高密度化が進められており、それらの配線構造を実現化するためにより低い誘電率を有する絶縁材料（low-k及び超low-k絶縁体）と銅配線の使用が進められている。このような半導体デバイス等では、表面の平坦化のための研磨加工時に、low-k及び超low-k絶縁体が従来使用されていた絶縁体よりも機械的強度が低いうえ付着力も弱いため、ディフェクト（欠陥）が生じ易いという問題がある。また、配線構造の高密度化によりディッシング・エロージョン等の平坦化特性も厳密なレベルが要求される。このような半導体デバイスやその前駆体、及び、半導体デバイス形成後の裏面研磨等の研磨加工では、発泡ポリウレタン系パッド、不織布系パッド、スエード系パッド等の研磨パッドが用いられている。中でも、スエード系パッドと呼ばれる湿式成膜法によるポリウレタン樹脂等の軟質プラスチック発泡シートを研磨層として有する研磨パッドは、例えば、特許文献１に記載の如く、研磨面から厚み方向に遠ざかるにつれて拡大する発泡を有するため、研磨パッドの圧縮率が大きく、また、多孔質状となっているため軟質となり、特に研磨傷の発生を抑える点で好適に用いられている。

こうした湿式成膜法による研磨パッドでは、ポリウレタン樹脂の発泡状態の調整や、強度の向上、粘弾性の調整のため、通常、その樹脂溶液にカーボンブラックが添加されている。カーボンブラックの添加が、ポリウレタン樹脂溶媒と水の置換を促進して発泡を成長させ、また、成膜後の発泡シートの強度を向上させ、被研磨物の表面を高精度に平坦化し得る研磨均一性の向上に寄与する。

特開2015-117303号公報

しかしながら、特許文献１に記載の如くにカーボンブラックを添加したポリウレタン樹脂溶液を湿式成膜して得られる研磨パッドは、研磨パッドに好適な発泡状態が得られたとしても、ウレタン樹脂組成物中にカーボンブラックの大きな凝集体が生成されることで、被研磨物に傷を与える原因となってしまう。そこで、特許文献１では、カーボンブラックとともに特定のアニオン性界面活性剤を使用することでカーボンブラックの凝集を抑制しているが、研磨パッド内部に残存した界面活性剤が研磨中に溶出することで、被研磨物を汚染したり、スラリー成分と結合し研磨傷の原因となる場合がある。

本発明の課題は、研磨パッドにおいて、被研磨物に対する研磨傷の発生を抑制しながら、被研磨物の表面を平坦化し得る研磨均一性の向上を図ることにある。

請求項１に係る発明は、湿式成膜法により形成される複数の涙形発泡を内在するポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドであって、研磨層が、比表面積１０乃至５００m²/gの微小繊維を含み、微小繊維の近傍に直径１０乃至４０μmの微細発泡が形成されているようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記微小繊維は、繊維径１乃至１０００nm、繊維長１００nm乃至１００μmである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記微小繊維がセルロースから得られる微小繊維であるようにしたものである。

本発明によれば、研磨パッドにおいて、被研磨物に対する研磨傷の発生を抑制しながら、被研磨物の表面を平坦化し得る研磨均一性の向上を図ることができる。

図１は実施例１のポリウレタン発泡シートのシート断面を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）は５０倍のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は１００倍のＳＥＭ写真である。図２は実施例３のポリウレタン発泡シートのシート断面を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）は５０倍のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は１００倍のＳＥＭ写真である。図３は比較例１のポリウレタン発泡シートのシート断面を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）は５０倍のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は１００倍のＳＥＭ写真である。図４は比較例４のポリウレタン発泡シートのシート断面を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）は５０倍のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は１００倍のＳＥＭ写真である。

１．研磨パッドの構成
本発明の研磨パッドは、ポリウレタン発泡シートを研磨層として有する。研磨層は、比表面積１０乃至５００m²/gの微小繊維を添加したポリウレタン樹脂溶液を湿式成膜して得られる。

(a)ポリウレタン発泡シートからなる研磨層の形成に際し、微小繊維は、ナノメートルオーダー（極小サイズ）であることから、少量の添加でもポリウレタン樹脂中における樹脂単位体積あたりの構成本数を向上させることができ、また、比表面積が１０乃至５００m²/gと大きいことから凝固再生のスピードを調整し、発泡の形状を調整することができる。

即ち、ポリウレタン発泡シートからなる研磨層は、比表面積が１０乃至５００m²/gでナノメートルオーダー（極小サイズ）の太さを有する微小繊維を均一に分散させたポリウレタン樹脂溶液の湿式凝固により、ポリウレタン樹脂自体が略涙形状の発泡（以下、涙形発泡という）を有する多孔質構造を安定して形成できると同時に、この涙形発泡の周辺に直径１０乃至４０μm程度の多数の微細発泡を該シート全体に形成する。微細発泡形成のメカニズムは詳しく分かっていないが、ポリウレタン発泡シート中の各所に均一に分散されている微小繊維が高い比表面積を有するため、凝集核剤として繊維表面と樹脂が作用する箇所が増え、微小繊維の表面からも局所的にポリウレタン樹脂の凝固が進行し易くなるとともに、それら各所における凝固スピードにずれが生じ、それら各所における微小繊維の近傍に微細発泡が形成されるものと推測される。従って、研磨層は、研磨に適した涙形発泡と直径５乃至４０μm程度の微細発泡を有することができ、研磨均一性を向上、及び、研磨後の被研磨物の平坦性を向上させることができる。

微小繊維の比表面積が１０m²/g以上の場合には、凝固スピードのずれが生じ、所望の微細発泡が形成され易くなる。比表面積が５００m²/g以内の場合には、微小繊維ポリウレタン樹脂中で微小繊維の凝集を起こすことなく、発泡形状を調整する効果を得ることができるため好ましい。

微小繊維の比表面積は、例えば窒素ガス吸着法により測定することができる。より具体的には、微小繊維の水分散液を遠心分離により上澄みをデカンテーションして取り除き、残渣をｔ-ブチルアルコール（t-butyl alcohol）に再度分散させ、遠心分離し上澄みを取り除いた。この操作を５回繰り返し溶媒置換後、凍結乾燥処理し、自動比表面積／細孔径分布測定装置を用いた窒素ガス吸着法によりＢＥＴ比表面積を測定する。

ポリウレタン発泡シートより微小繊維の比表面積を確認する場合、シートをＤＭＦにより溶解させ、固形分をＤＭＦに分散させ、上述のようにｔ-ブチルアルコール溶媒置換後、凍結乾燥し、比表面積を測定することができる。

また、簡易的に比表面積を平均繊維径より換算して求めることもできる。円柱モデルを想定した場合の比表面積ＳＡ（m²/g）は、平均繊維径をＤ（μm）、繊維長をＬ（μm）、密度をρ（g/cm³）とすると、ＳＡ＝（２πＤ²／４＋ＤπＬ）／（π（Ｄ／２）²Ｌρ）であり、ここで、アスペクト比Ａｒ＝Ｌ／Ｄとすれば、ＳＡ＝（２／Ａｒ＋４）／Ｄρとなり、４＞＞２／Ａｒであるので、ＳＡ≒４／Ｄρとなる。例えば、微小繊維がセルロースの場合、密度を１．５０g/cm³として、その比表面積（m²/g）はＳＡ（m²/g）＝２．６７／平均繊維径（nm）×１０００として求めることができる。平均繊維径（繊維径の平均値）は、電子顕微鏡の視野内の微小繊維の少なくとも５０本以上について測定したときの平均値とする。電子顕微鏡としては、電解放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ-ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等により繊維径を確認することができる。

(b)ポリウレタン発泡シートからなる研磨層は、比表面積が１０乃至５００m²/gの微小繊維を添加し、ポリウレタン樹脂中に均一に分散されることから、カーボンブラックを使用せずとも略均一な形状の発泡が安定して形成され（成膜安定性の向上）、ひいては被研磨物の表面を安定して高精度に平坦化でき、研磨傷の発生を低減し研磨均一性を向上できる。

(c)ポリウレタン発泡シートからなる研磨層は、多数の涙形発泡と多数の略球状微細発泡を有する多孔質構造からなる。涙形発泡と略球状微細発泡は、通常、両者の発泡を網目状に連通する連続発泡構造を形成する。本発明のポリウレタン発泡シートは、従来のポリウレタン発泡シートに比べ、発泡径５乃至４０μm程度の断面略球状の微細発泡のうち１０μm〜４０μmの大きな微細発泡の含有率が増す。微細発泡のサイズが大きいため、研磨面に開口するこれらの涙形発泡及び微細発泡に研磨スラリーを速やかに保持し、研磨面直下の領域に研磨スラリーをより多く蓄えることができる。これにより、研磨面に十分な量のスラリーを保持することができるため、研磨パッドの立ち上がり処理時間を短縮することができる。

またこのとき、スラリーを保持する涙形発泡及び微細発泡が研磨面直下の広い範囲の全体に渡って略均等に形成され、このことが被研磨物の表面を安定して高精度に平坦化し、研磨均一性の向上に寄与する。

(d)本発明に使用される微小繊維は、繊維径１乃至１０００nm、であることが好ましく、繊維径５乃至８００nmであることがより好ましく、繊維径１０乃至５００nmであることが更に好ましい。微小繊維は繊維径がナノメートルオーダー（極小サイズ）であって、ポリウレタン樹脂に添加して湿式成膜するときに偏在し難く、良好に分散して凝集しにくいため、研磨パッドの硬質成分とならずに、被研磨物に対し研磨傷の要因とならない。

微小繊維はポリウレタン樹脂の溶媒（ＤＭＦ）に分散させてポリウレタン樹脂溶液に混合させる。

微小繊維の原料は、例えば、デンプン（アミロース及びアミロペクチン）、グリコーゲン、セルロース、キチン、キトサン、アガロース、カラギーナン、ヘパリン、ヒアルロン酸、ペクチン、キシログルカン等の多糖類を上げることができる。これらの中でも、強度の大きな微小繊維を得ることのできるセルロース、及び、キチン、キトサンを原料として使用することがより好ましい。

微小繊維の製造方法としては電解紡糸、溶融紡糸、メルトブロー、遠心紡糸、フラッシュ紡糸等の紡糸によるものや、繊維質や繊維束（例えば、パルプ）を物理的解繊、化学的解繊等解繊によるもの等が挙げられる。

２．微小繊維の具体的態様
(a)好ましい微小繊維
多糖類から得られる微小繊維の形態としては、微小繊維状のセルロース、キチン、キトサン、セルロース、キチン、キトサンの微結晶、微小繊維状リグノセルロース、バクテリアセルロースが挙げられる。この中でも微小繊維状セルロースがより好ましい。

(b)微小繊維状セルロースの製造方法
微小繊維状セルロースの製造方法としては高圧ホモジナイザー法、水中カウンターコリジョン法、グラインダー法、ボールミル法、２軸混練法等の物理的解繊によるもの、物理的解繊の前処理としてＴＥＭＰＯ触媒による化学処理を行う方法等、公知の方法により得られたものを使用することができる。

微小繊維状セルロースの繊維径は３乃至１０００nm、繊維長１００乃至１０００００nmが好ましい。この範囲であればポリウレタン樹脂中に微小繊維状セルロースを均一に分散させることができる。アスペクト比は１０乃至１００００であることが好ましい。この範囲であれば、均一に分散した微小繊維が水酸基とポリウレタン樹脂の水素結合等により、ポリウレタン発泡シートの強度を向上させることができる。

(c)微小繊維状セルロースの特性
天然セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリル束とその間を埋めているリグニン及びヘミセルロースから構成された構造を有する。即ち、セルロースミクロフィブリル及び／又はセルロースミクロフィブリル束の周囲をヘミセルロースが覆い、更にこれをリグニンが覆った構造を有していると推測される。リグニンによってセルロースミクロフィブリル及び／又はセルロースミクロフィブリル束間は、強固に接着しており、植物繊維を形成している。そのため、植物繊維中のリグニンは予め除去されていることが、植物繊維中のセルロース繊維の凝集を防ぐことができるという点で好ましい。具体的には、植物繊維含有材料中のリグニン含有量は、通常４０質量％程度以下、好ましくは１０質量％程度以下である。また、リグニンの除去率の下限は、特に限定されるものではなく、０質量％に近いほど好ましい。

微小繊維状セルロースは、セルロース繊維の最小単位であるセルロースミクロフィブリルを複数本、例えば数十本の束で使用される。好ましい微小繊維状セルロースの繊維径（長さ方向と直交する方向の寸法であり、１本の場合には直径、複数本束の場合には束の径に相当）は、１乃至１０００nm（複数本束にされた場合の幅を含む）である。特に微小繊維状セルロースの入手容易性を考慮すると、微小繊維状セルロースのより好ましい幅は１乃至３００nmであることができ、更に１nm乃至１５０nmであることができ、特に１nm乃至１００nmであることができる。尚、通常のセルロース繊維は、直径が１０乃至５０μm程度（マイクロメートルオーダー）であり、本発明で使用する微小繊維状セルロースとは１０^３レベルのオーダー差がある。また、本発明で使用する微小繊維状セルロースのアスペクト比（繊維長／繊維径）は、平均値で、１０乃至１００００であることができ、更に１０乃至１０００であることができ、特に１００乃至５００であることができる。尚、微小繊維状セルロースの繊維径及び繊維長の平均値は、電子顕微鏡の視野内の微小繊維状セルロースの少なくとも５０本以上について測定した算術平均値である。

微小繊維状セルロースは、ナノメートルオーダーであることから、少量の添加でもポリウレタン樹脂中に分散し樹脂単位体積あたりの微小繊維本数を向上させることができるため、ポリウレタン発泡シートの剛性の向上に併せ、耐摩耗性を向上させることができる。添加量を多くすれば、耐摩耗性の更なる向上が期待できる。しかし、微小繊維状セルロースの添加は、原料粘度を増加させるため、多量に添加した場合には、分散不良を引き起こし、ひいては発泡バランスが崩れるおそれがある。そのため、前記微小繊維状セルロースの好ましい添加量は、ポリウレタン発泡シートの全質量に対し、０．１乃至１０質量％、より好ましくは０．１５乃至５質量％である。更に、樹脂溶媒が多量に添加される湿式凝固法は、原料配合液の粘度を低くできる一方、微小繊維状セルロースの添加を容易にし、原料配合液中の微小繊維状セルロースの分散を良好にすることができる。更に、凝固再生後の乾燥工程により、分散した微小繊維状セルロースが水素結合によりウレタン樹脂とネットワークを形成し、ポリウレタン発泡シートの剛性を著しく向上させるため本発明のポリウレタン発泡シートは、湿式凝固法によって製造されたものが好ましい。微小繊維あるいは極細繊維を交絡して繊維と繊維を密に絡め合せ繊維を一体化させて得られる不織布や織物・編物にポリウレタン樹脂を含浸させたシートでは、微小繊維がポリウレタン樹脂中で流動し均一に分散することができないため好ましくない。

３．研磨パッドの製造方法
本発明の研磨パッドは、湿式成膜法、例えば、ポリウレタン樹脂、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、及び微小繊維を混合分散させたポリウレタン樹脂溶液を調製する工程と、ポリウレタン樹脂溶液を基材に塗布する工程と、ポリウレタン樹脂溶液が塗布された基材を凝固液に浸漬するポリウレタン樹脂の凝固再生工程とを含む方法により、製造することができる。

(1)ポリウレタン樹脂溶液を調製する工程
ポリウレタン樹脂溶液中のウレタン樹脂の濃度は、例えば、１０乃至５０質量％、好ましくは２０乃至４０質量％である。この濃度範囲であれば、シート密度が適切な範囲に調整され、所望の発泡構造を形成することができる。

ii.ポリウレタン樹脂の良溶媒であるＤＭＦは、水に対して任意の割合で混合することができるため、凝固液（水）との置換速度が速く、ポリウレタン樹脂溶液の下層（基材の側）の一部の樹脂分が上層（表面層）の側へ移動し、下層の側に比較的大きな発泡（シート厚さ方向に縦長をなす発泡）を形成し易い。

iii.本発明の研磨パッドに添加する微小繊維状セルロースは、ポリウレタン樹脂溶媒のＤＭＦに分散させてポリウレタン樹脂溶液に混合させる。ＤＭＦへの分散性を高めるため微小繊維状セルロースは化学修飾されていても分散剤を添加していても良い。本発明において、微小繊維状セルロースは、パルプや木材等の原料を解繊及び／又は微細化して微小繊維状セルロースを製造した後、修飾する化合物を更に添加して、微小繊維状セルロースと反応させることで得られる微小繊維状変性セルロースであっても良い。或いは、原料をまず化学修飾した後に、解繊処理を行うことで得られる微小繊維状変性セルロースであっても良い。修飾する化合物としては、アルキル基、アシル基、アシルアミノ基、シアノ基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、アリールオキシ基、シリル基、カルボキシル基等の官能基が挙げられ、微小繊維状セルロースに前記官能基を化学的に結合させることにより微小繊維状変性セルロースが得られる。

iv.ポリウレタン樹脂溶液は、必要に応じて、更に添加剤を含んでいても良い。添加剤としては、特に制限されないが、ポリウレタン樹脂の凝固再生工程で、ポリウレタン樹脂の凝固速度を調整して所望の発泡形状を形成する点から、カーボンブラック等の顔料、疎水性活性剤、親水性活性剤が好ましい。これらの添加剤は、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。添加剤の配合量は、特に制限されず、ウレタン樹脂含有溶液１００質量部に対して、例えば、２０質量部以下、好ましくは例えば、１乃至１５質量部である。しかし、ディフェクト発生の要因となり得るカーボンブラック等の添加剤は特に研磨傷が問題となる研磨工程においては使用量を減じるか、使用しないことが好ましい。要求品質に対し研磨傷が問題とならないレベルである場合には、カーボンブラックを添加しても良い。また、界面活性剤は被研磨物を汚染やスラリーとの凝集が問題とならないものを選択して使用する。

(2)ポリウレタン樹脂溶液の塗布工程
ポリウレタン樹脂溶液の塗布工程で用いる基材は、可撓性を有する材料であれば良く、例えば、プラスチックフィルム（ポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム等）、不織布等が挙げられる。基材にポリウレタン樹脂含有溶液を塗布する方法としては、特に制限されず、例えば、慣用のコーター（ナイフコーター、リバースコータ、ロールコータ等）を用いて塗布する方法が挙げられる。塗布厚みは、所定の発泡構造を形成する点から、例えば、０．３乃至２．５mm、好ましくは０．５乃至２．０mm、更に好ましくは０．８乃至１．５mmである。

(3)ポリウレタン樹脂の凝固再生工程
ポリウレタン樹脂の凝固再生工程で、ポリウレタン樹脂溶液が塗布された基材を浸漬する凝固液は、ポリウレタン樹脂に対する貧溶媒（水等）を主成分とする。凝固液としては、例えば、水のみでも良いが、水と極性の溶剤（例えば、ＤＭＦ、ＤＭＡｃ、ＴＨＦ、ＤＭＳＯ、ＮＭＰ、アセトン等）との混合溶液等としても良い。尚、混合溶液中の極性の溶剤の濃度としては、０．１乃至３０質量％が好ましい。

ポリウレタン樹脂の凝固再生工程により、基材上で凝固したポリウレタン発泡シートが得られる。本発明の研磨パッドの製造方法は、更に、基材上で凝固して得られたポリウレタン発泡シートを、必要により基材から剥離した後、洗浄及び乾燥する工程を含んでいても良い。

(4)ポリウレタン樹脂の洗浄及び乾燥工程
洗浄及び乾燥により、ポリウレタン樹脂中に残留する溶剤（ＤＭＦ）及び凝固液（水）が除去される。洗浄に用いられる洗浄液は、通常、水が使用される。乾燥は、例えば、８０乃至１５０℃で５乃至６０分程度行う。

本発明の研磨パッドの製造方法は、更に、表面又は裏面又は表面及び裏面に研削処理を施したり、必要により切削による溝加工やエンボス加工等の表面処理を施しても良い。

研削処理（バフ処理）の方法は、特に制限されず、例えば、サンドペーパーによる方法が挙げられる。研削処理（バフ処理）する面は、研磨面（表面層側の面）と非研磨面（定盤貼付け側の面）のいずれか一方のみでも両者でも良い。研削処理量（バフ処理量）は、所望の表面形状に応じて、例えば、０．０５乃至０．３mm、好ましくは０．１乃至０．２mmである。これにより、研磨パッドの研磨面に、開口が形成されるとともに、シートの厚みが均一化される。

溝加工やエンボス加工により形成された凹部は、ランダムに形成しても良いが、規則的（例えば、格子状、同心円状、放射状、ハニカム状）に形成しても良い。凹部の幅は、例えば、０．３乃至３．０mm、好ましくは０．５乃至１．５mm、更に好ましくは０．８乃至１．２mmである。隣り合う凹部の平均中心間距離は、例えば、１乃至１００mm、好ましくは２乃至２０mmである。これにより、研磨パッドの表面層側へのスラリーの供給と排出を促すことができる。

４．研磨パッドの発泡構造
本発明による研磨パッドの製造に適用される湿式成膜法は、前述の通り、成膜するポリウレタン樹脂を有機溶媒に溶解させ、その樹脂溶液をシート状の基材に塗布後、該有機溶媒は溶解するが該樹脂は溶解しない凝固液中に浸漬して該有機溶媒を置換し、凝固させ、洗浄し、乾燥して発泡層を形成する。通常、湿式成膜法によりポリウレタン発泡シートを製造すると、上記発泡層は多孔質構造に形成されるが、そのメカニズムは前記ポリウレタン樹脂が凝固液中を通って凝固する際、ポリウレタン樹脂中の溶媒が凝固液中に抜け凝固液が樹脂層内に入り置換凝固するときに、ポリウレタン樹脂中に形成される空洞部が研磨シートの発泡となる。この際、略涙形状のマクロ発泡（以下、涙形発泡という）とともに、この涙形発泡よりも小さな微細発泡が連通してポリウレタン発泡シートの全体に形成される。

涙形発泡は、ポリウレタン樹脂の凝固再生工程で形成され、異方性があり、研磨パッドの研磨層表面から底部に向けて発泡径が漸次大きくなる形状を意味し、通常、研磨層の研磨面の側が先細りとなる形状を意味する。涙形発泡は、微細発泡に比べるとはるかに大きな断面積又は体積を有する。従って、涙形発泡と微細発泡とは容易に区別することができる。この涙形発泡が成長するときに、発泡が生じたところの微小繊維状セルロースが発泡の成長とともに押し動かされ、発泡の成長により肉厚が薄く構造的に弱くなった涙形発泡セル間の樹脂部分により密な状態となって分散する。より密に分散した微小繊維状セルロースによって発泡セル間の樹脂部が強化される。

涙形発泡が凝固再生工程で形成された後、洗浄工程を経て、乾燥工程で凝固浴の水分をポリウレタン発泡シートより除去すると、ポリウレタン樹脂中に均一かつ密に分散された微小繊維状セルロースが水素結合によりウレタン樹脂と強固なネットワークを形成し、この微小繊維状セルロースのネットワークが涙形発泡による構造上の強度不足を改善し、研磨パッドの耐久性を向上させるとともに、ポリウレタン発泡シートの剛性を上げ、研磨パッドとして使用されるときの耐摩耗性が向上しパッド使用可能時間を向上させることができる。

微細発泡は、湿式成膜法により形成される涙形発泡よりも小さい緻密な発泡であって、ポリウレタン発泡シートを厚さ方向の任意の断面で切断したときに、５乃至４０μmの発泡の開口径（発泡径）を有する開口部を形成する発泡である。

ここで、微細発泡の発泡径とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍で撮影したポリウレタン発泡シートの断面画像を二値化処理し、任意の領域に存在する発泡の円相当直径の平均値である。本発明では、涙形発泡の周囲の樹脂壁に存在する、微細発泡の円相当直径を大きくすることができ、該樹脂壁の空隙率が大きいという特徴を有する。該特徴が、研磨パッドのスラリーの馴染みを向上でき、研磨レート安定性を向上できる理由の一つと推測される。

尚、本明細書において、ポリウレタン発泡シートの厚さ方向とは、ポリウレタン発泡シートの被研磨物と接触する面（研磨面）と直交する方向で、該研磨面から、該研磨面とは反対側の面へと向かう方向を意味する。

５．具体的実施結果
５−１．実施例１乃至３、比較例１乃至４の研磨パッドを製造した。

（実施例１）
ポリウレタン樹脂固形分に対し比表面積１５０m²/gの微小繊維状セルロース１質量％を分散させたＤＭＦ３０部と１００％モジュラス６．０MPaのポリエステル系ポリウレタン樹脂含有ＤＭＦ溶液（固形分濃度３０質量％）１００部を混合することによりポリウレタン樹脂溶液を得た。得られたポリウレタン樹脂溶液をポリエステルフィルム（厚さ：１８８μm）上に塗工した。樹脂溶液を成膜基材上に塗布する際に、塗布装置のクリアランスを１．４mmに設定した。その後、樹脂含有溶液をキャストしたポリエステルフィルムを凝固浴（凝固液は水）に１８℃で６０分間浸漬し、該樹脂含有溶液を凝固させた後、洗浄・乾燥させて、成膜基材上より剥離し、ポリウレタン発泡シートを得た。

得られたポリウレタン発泡シートの表面に形成されたスキン層側に研削処理を施した（研削量：２００μm）。その後、ポリウレタン発泡シートの研削処理面とは反対側の面にＰＥＴ基材を接着剤を介して貼り合わせ、ポリウレタン発泡シートの研削処理面側を格子状の金型でエンボス加工後、ＰＥＴ基材と両面テープとを貼り合わせ、厚さ１．２mmの研磨パッドを得た。

（実施例２）
微小繊維としてキチン微小繊維（比表面積２００m²/g）を使用した以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（実施例３）
微小繊維の添加量を３質量％とした以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例１）
微小繊維を添加しない以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例２）
微小繊維として比表面積０．４m²/gのセルロース微小繊維を使用した以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例３）
微小繊維の代わりにカーボンブラック（比表面積２２５m²/g）を添加した以外、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（比較例４）
１００％モジュラス６．０MPaのポリエステル系ポリウレタン樹脂含有ＤＭＦ溶液（固形分濃度３０質量％）（１００部）、ＤＭＦ（４０部）、貧溶媒である水（２部）、シリコン系ノニオン性界面活性剤（５部）、及び、２０％酢酸セルロースＤＭＦ溶液（２部）を混合することにより得た樹脂含有溶液を用いて、実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

５−２．各実施例及び比較例の研磨パッドについて、径が１０μmを越す微細発泡の有無と、研磨均一性と、スクラッチの有無を調査し、表１の結果を得た。

（涙形発泡の成長）
涙形発泡の様子を走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、JSM-5500LV）で５０倍に拡大し５ヶ所観察した。ポリウレタン発泡シートの厚み全体にわたり成長しているものを○とし、発泡の成長にバラつきがあるものを×として評価した。結果を表１に示す。

（直径が１０μmを越す微細発泡の有無）
微細発泡の測定は、走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、JSM-5500LV）で約５mm四方の範囲を６００倍に拡大し９ヶ所観察した。この画像を画像処理ソフト（Image Analyzer V20LAB Ver.1.3、ニコン製）により二値化処理して計測領域面積３０９２９．８８３μm²の範囲における微細発泡を確認し、各々の開口部の面積から円相当直径を発泡径として算出した。ポリウレタン発泡シートを厚さ方向に切断して得られた断面９ヶ所を観察し、発泡径１乃至４０μmのうち、発泡径１０乃至４０μmの発泡の有無を確認した。結果を表１に示す。

測定の際は、ＳＥＭ画像より認識できる開口部を二値化処理で的確に捉えることができるように、コントラストを調整した。本実施例では、ＳＥＭ倍率６００倍、加速電圧２０ｋV、スポットサイズ２５、作動距離２１mmの条件でＳＥＭ画像を撮影し、二値化処理時に開口部を正しく捉えられるようにした。

図１、図２は実施例１、３のシート断面のＳＥＭ写真を示し、図３、図４は比較例１、４のＳＥＭ写真を示す。尚、写真中の縦長発泡が涙形発泡であり、樹脂部分よりも濃色の黒点状に見えるものが微細発泡である。

＜研磨試験＞
各実施例及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、研磨均一性及びスクラッチの有無を測定した。被研磨物としては、１２インチのＴＥＯＳ膜基板（均一性（ＣＶ％）が１３％）を用いた。２５枚の基板を準じ研磨し、１枚目、１０枚目、２５枚目の基板における研磨均一性を評価した。

（研磨均一性）
研磨均一性は、研磨加工前後の基板の絶縁膜について各々１７箇所の厚み測定結果のバラツキ（標準偏差÷平均値）から求めた。尚、厚み測定は、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。

（スクラッチの有無）
スクラッチの評価では、２５枚の基板を繰り返し３回順次研磨し、研磨加工後の２１乃至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、Sufscan 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。

尚、上記試験で用いた研磨条件は以下の通りである。
・使用研磨機：荏原製作所社製、F-REX300
・回転数：（定盤）７０rpm、（トップリング）７１rpm
・研磨圧力：２２０hPa
・研磨剤：キャボット社製、品番：ＳＳ２５（ＳＳ２５原液：純水＝１：１の混合液を使用）
・研磨剤温度：３０℃
・研磨剤吐出量：２００ml/min
・使用ワーク（被研磨物）：１２インチφシリコンウェハ上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜１μmの厚さになるように形成した基板
・研磨時間：６０秒間／各回
・ドレッシング：（研磨布貼付後）１０min

商品価値上、以下のようにして研磨試験の結果を評価した。
研磨均一性は、７．０以下（CV％）を○、７．０超過乃至８．０以下（CV％）を△、８．０超過（CV％）を×として評価した。

スクラッチの有無は、無（０枚）を○、有（１枚以上）を×として評価した。

そして、研磨レート、研磨均一性及びスクラッチの有無の結果全てが○のサンプルを好ましい例（実施例）とし、×が１つでもあるサンプルを、本発明において好ましくない例（比較例）として評価した。

実施例１乃至３はスクラッチ性、研磨均一性とも良好な研磨加工を行うことができた。一方、微小繊維を添加しない比較例１では、硬質成分を含まないため、被研磨物にスクラッチを与えることはなかったが、研磨パッドの発泡が十分に成長しておらず、パッド厚み全体にわたり形成された発泡とパッド厚み半分までしか形成されない発泡がランダムに存在する不均一なものとなり、発泡が乱れたことで研磨均一性が劣るものであった。比較例２では、比表面積の低い微小繊維状セルロースであるため、繊維径が大きく、ポリウレタン樹脂中での分散性が低いものとなり、発泡の状態は微小繊維状セルロースを含まない比較例１と同様となり、研磨均一性も悪化した。更に微小繊維状セルロースが凝集成分としてスクラッチの要因となってしまったことが考えられる。比較例３のカーボンブラックを入れた研磨パッドでは、涙形発泡の成長は十分であったものの、凝集したカーボン由来のスクラッチが見られた。比較例４の酢酸セルロースを入れたパッドでは、微細発泡の拡大を確認することができたが、同時に涙形発泡が縮小してしまい、涙形発泡の成長が十分ではないため研磨均一性が悪化した。

Claims

湿式成膜法により形成される複数の涙形発泡を内在するポリウレタン発泡シートを研磨層として有する研磨パッドであって、
研磨層が、比表面積１０乃至５００m²/gの微小繊維を含み、微小繊維の近傍に直径１０乃至４０μmの微細発泡が形成されている研磨パッド。
前記微小繊維は、繊維径１乃至１０００nm、繊維長１００nm乃至１００μmである請求項１に記載の研磨パッド。
前記微小繊維が多糖類から得られる微小繊維である請求項１又は２に記載の研磨パッド。