JP6941712B1 - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パッドライフが長い研磨パッドを提供する。【解決手段】本発明は、熱硬化性樹脂発泡体を含む研磨パッドであって、研磨面を有し、該研磨面が、前記熱硬化性樹脂発泡体の表面で構成され、前記熱硬化性樹脂発泡体が、複数の気泡を含み、該複数の気泡は、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率が２０％以下である、研磨パッドである。【選択図】 なし

Description

本発明は、研磨パッドに関する。

半導体基板として用いられているシリコンウェーハ等の被研磨物を研磨して研磨物を得るために、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を含む発泡体で形成されている研磨パッドが広く用いられている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−６７２９号公報

近年、研磨物の平坦性を高めることができ、且つ、研磨物に傷が生じ難い研磨パッドがこれまで求められている。
ここで、研磨パッドは、被研磨物の研磨に繰り返し使用されているが、使用により、被研磨物の平坦性が低くなったり、或いは、被研磨物に傷が生じやすくなる。
従って、繰り返し使用されても、研磨物の平坦性を高めることができ、且つ、研磨物に傷が生じ難い研磨パッドが求められ得る。
言い換えれば、パッドライフが長い研磨パッドが求められ得る。

そこで、本発明は、パッドライフが長い研磨パッドを提供することを課題とする。

本発明に係る研磨パッドは、熱硬化性樹脂発泡体を含む研磨パッドであって、
研磨面を有し、
該研磨面が、前記熱硬化性樹脂発泡体の表面で構成され、
前記熱硬化性樹脂発泡体が、複数の気泡を含み、
該複数の気泡は、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率が２０％以下である。

本発明によれば、パッドライフが長い研磨パッドを提供し得る。

実施例及び比較例の研磨パッドのポリウレタン樹脂発泡体の個数基準の気泡径の累積頻度分布曲線を示す図。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る研磨パッドは、熱硬化性樹脂を有する熱硬化性樹脂発泡体を含む。
また、本実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有する。該研磨面は、前記熱硬化性樹脂発泡体の表面で構成されている。

本実施形態に係る研磨パッドは、前記研磨面と被研磨物の表面（被研磨面）との間に砥粒を含んだ研磨用スラリーを介在させて前記研磨面と前記被研磨面とが摺接されることで該被研磨面を研磨する。
本実施形態に係る研磨パッドに係る前記研磨面では、前記熱硬化性樹脂発泡体に含まれる前記気泡が開口した状態になっているため、研磨時には該気泡に研磨用スラリーが収容されることになる。

前記熱硬化性樹脂発泡体は、複数の気泡を含む。
該複数の気泡は、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率が２０％以下である。
言い換えると、該複数の気泡は、１００μｍを超える気泡径を有する大径気泡の個数基準での含有率が８０％以上である。
前記研磨面において隣り合って開口している気泡の間の樹脂部分は、研磨前のドレス時や、被研磨物の研磨時において引き伸ばされる方向に力が加えられ易い。
樹脂部分が弾性変形可能な領域を超えて引き伸ばされてしまうと伸長が不可逆的となり元の状態よりも伸長された部分が隣の気泡の開口の一部を塞いでしまうことになる。
小径気泡では、気泡の底から研磨面までの距離が短く、樹脂部分の寸法も小さいため、該樹脂部分は、弾性変形できる変位量が小さく引き伸ばされ易い。
一方で、大径気泡では弾性変形できる変位量が大きく伸長がされにくいだけでなく、伸長された部分により開口が閉塞され難くスラリーの収容性が低下し難い。
よって、大径気泡が主体である熱硬化性樹脂発泡体によって研磨面が形成されている本実施形態の研磨パッドは、パッドライフが長くなる。

前記複数の気泡は、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率が、２０％以下であることが重要であり、１６％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。
言い換えると、前記複数の気泡は、１００μｍを超える気泡径を有する大径気泡の個数基準での含有率が、８０％以上であることが重要であり、８４％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。

また、前記複数の気泡は、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率が、通常、５％以上であるが、０％であってもよい。
言い換えると、前記複数の気泡は、１００μｍを超える気泡径を有する大径気泡の個数基準での含有率が、通常、９５％以下であるが、１００％であってもよい。

また、前記熱硬化性樹脂発泡体は、前記複数の気泡の平均気泡径が、好ましくは１４０μｍ以上、より好ましくは１６０μｍ以上である。
前記平均気泡径は、３００μｍ以下であることが好ましい。

平均気泡径、及び、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率（以下、「小径気泡の個数割合」ともいう。）は、Ｘ線ＣＴスキャン装置（例えば、ヤマト科学株式会社製のＴＤＭ１０００Ｈ−Ｉ）を用いて、以下のようにして求めることができる。
すなわち、熱硬化性樹脂発泡体の測定対象範囲（例えば、０．７ｍｍ×１．６ｍｍ×１．６ｍｍの部分２つ分）に含まれている、各気泡の体積を測定し、この体積と同じ体積の真球の直径を各気泡の直径とする。
なお、「平均気泡径」は、各気泡の体積から求めた気泡径の算術平均値［＝（「各気泡径」の合計値）／（気泡数）］を意味する。
また、「小径気泡の個数割合」は、得られた各気泡の直径の値の内、１００μｍ以下の直径を有する気泡（小径気泡）の数をカウントし、気泡総数に占める小径気泡の割合を意味する。

前記熱硬化性樹脂発泡体の見掛け密度は、好ましくは０．２０〜０．６０ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．３０〜０．５２ｇ／ｃｍ^３である。
なお、見掛け密度は、ＪＩＳ Ｋ７２２２：２００５に基づいて測定することができる。

また、前記熱硬化性樹脂発泡体の硬さ（ＪＩＳ−Ａ）は、好ましくは８０〜１００、より好ましくは８５〜９５である。
なお、硬さ（ＪＩＳ−Ａ）は、ＪＩＳ Ｋ６２５３−３：２０１２のタイプＡによる硬さ試験に基づいて測定した硬さを意味する。
前記熱硬化性樹脂発泡体の硬さ（ＪＩＳ−Ａ）が高い程、隣接する気泡どうしの間に存在する樹脂の部分は伸びたままの状態となりやすくなる。
よって、本実施形態に係る研磨パッドは、前記熱硬化性樹脂発泡体の硬さ（ＪＩＳ−Ａ）が８０以上であることにより、前記複数の気泡に小径気泡が２０％以下で含まれていることによる効果が発揮されやすくなる。

前記熱硬化性樹脂は、ポリウレタン樹脂を含有する。

前記ポリウレタン樹脂は、活性水素を含む化合物（以下、「活性水素化合物」ともいう。）の第１の構成単位と、イソシアネート基を含む化合物（以下、「イソシアネート化合物」ともいう。）の第２の構成単位とを備える。
また、前記ポリウレタン樹脂は、活性水素化合物とイソシアネート化合物とがウレタン結合して、活性水素化合物の第１の構成単位とイソシアネート化合物の第２の構成単位とが交互に繰り返した構造となっている。

前記活性水素化合物は、イソシアネート基と反応し得る活性水素基を分子内に有する有機化合物である。該活性水素基としては、具体的には、ヒドロキシ基、第１級アミノ基、第２級アミノ基、チオール基などの官能基が挙げられ、前記活性水素化合物は、分子中に該官能基を１種のみ有していてもよく、分子中に該官能基を複数種有していてもよい。

前記活性水素化合物としては、例えば、分子中に複数のヒドロキシ基を有するポリオール化合物、分子内に複数の第１級アミノ基又は第２級アミノ基を有するポリアミン化合物などを用いることができる。

前記ポリオール化合物としては、ポリオールモノマー、ポリオールポリマーが挙げられる。

前記ポリオールモノマーとしては、例えば、１，４−ベンゼンジメタノール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール等の直鎖脂肪族グリコールが挙げられ、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、２−ブチル−２−エチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール等の分岐脂肪族グリコールが挙げられ、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、水添加ビスフェノールＡ等の脂環族ジオールが挙げられ、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリブチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多官能ポリオールなどが挙げられる。

前記ポリオールモノマーとしては、反応時の強度がより高くなりやすく、製造された発泡ポリウレタンを含む研磨パッドの剛性がより高くなりやすく、比較的安価であるという点で、エチレングリコール、ジエチレングリコールが好ましい。

前記ポリオールポリマーとしては、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
なお、ポリオールポリマーとしては、ヒドロキシ基を分子中に３以上有する多官能ポリオールポリマーも挙げられる。

前記ポリエステルポリオールとしては、ポリエチレンアジペートグリコール、ポリブチレンアジペートグリコール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリヘキサメチレンアジペートグリコールなどが挙げられる。

前記ポリエステルポリカーボネートポリオールとしては、例えば、ポリカプロラクトンポリオールなどのポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応生成物が挙げられ、また、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させて得られた反応混合物をさらに有機ジカルボン酸と反応させた反応生成物も挙げられる。

前記ポリエーテルポリオールとしては、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、エチレンオキサイド付加ポリプロピレンポリオールなどが挙げられる。

前記ポリカーボネートポリオールとしては、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、又はポリテトラメチレンエーテルグリコールなどのジオールと、ホスゲン、ジアリルカーボネート（例えばジフェニルカーボネート）又は環式カーボネート（例えばプロピレンカーボネート）との反応生成物などが挙げられる。

前記ポリオール化合物としては、その他に、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、分子量４００以下のポリエチレングリコール等も挙げられる。

前記ポリアミン化合物としては、４，４’−メチレンビス（２−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、４，４’−メチレンジアニリン、トリメチレン ビス（４−アミノベンゾアート）、２−メチル−４，６−ビス（メチルチオ）ベンゼン−１，３−ジアミン、２−メチル−４，６−ビス（メチルチオ）−１，５−ベンゼンジアミン、２，６−ジクロロ−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレンビス（２，３−ジクロロアニリン）、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタンなどが挙げられる。

前記ポリイソシアネートとしては、ポリイソシアネート、ポリイソシアネートポリマーが挙げられる。

前記ポリイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネートなどが挙げられる。

前記芳香族ジイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、１，３−フェニレンジイソシアネート、１，４−フェニレンジイソシアネートが挙げられる。また、前記芳香族ジイソシアネートとしては、ジフェニルメタ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（ＭＤＩ）の変性物なども挙げられる。

ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）の変性物としては、例えば、カルボジイミド変性物、ウレタン変性物、アロファネート変性物、ウレア変性物、ビューレット変性物、イソシアヌレート変性物、オキサゾリドン変性物等が挙げられる。斯かる変性物としては、具体的には、例えば、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート（カルボジイミド変性ＭＤＩ）が挙げられる。

前記脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）などが挙げられる。

前記脂環族ジイソシアネートとしては、例えば、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、メチレンビス（４，１−シクロヘキシレン）＝ジイソシアネートなどが挙げられる。

前記ポリイソシアネートポリマーとしては、ポリオールと、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネートの少なくとも何れかのジイソシアネートとが結合されてなるポリマー等が挙げられる。

本実施形態に係る研磨パッドの製造方法では、ポリウレタン樹脂を含む研磨パッドを得る。
また、本実施形態に係る研磨パッドのポリウレタン樹脂発泡体の製造方法では、イソシアネート基を含むプレポリマーと、活性水素を含む硬化剤とを用いる。
具体的には、前記プレポリマー及び整泡剤を混合することにより空気が気泡として分散した分散液を得、該分散液及び前記硬化剤とを混合して重合することにより、ポリウレタン樹脂発泡体を得る。
或いは、前記プレポリマー及び水を混合することにより、前記プレポリマーのイソシアネート基と水とが反応してＣＯ_２が発生し、ＣＯ_２が気泡として分散した分散液を得、該分散液及び前記硬化剤とを混合して重合することにより、ポリウレタン樹脂発泡体を得る。
前記整泡剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、イオン性界面活性剤などが挙げられる。
分散液と硬化剤とを混合させる際に、撹拌不良を起こさない範囲でせん断力を低下させて分散液と硬化剤とを撹拌させることで、気泡を分散させることができ、その結果、小径気泡の個数割合を小さくすることができる。

なお、本発明に係る研磨パッドは、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る研磨パッドは、上記した作用効果によって限定されるものでもない。さらに、本発明に係る研磨パッドは、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態に係る研磨パッドでは、熱硬化性樹脂発泡体がポリウレタン樹脂を含有するが、本発明に係る熱硬化性樹脂発泡体は、ポリウレタン樹脂の代わりに他の熱硬化性樹脂を含有してもよい。
他の熱硬化性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。

次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。
以下の実施例は、本発明をさらに詳しく説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例及び比較例）
下記表１及び図１に示す物性を有するシート状のポリウレタン樹脂発泡体たる研磨パッドを用意した。
なお、下記表１に示す特性は、上述した方法で測定した。
また、図１に示す「個数基準の気泡径の累積頻度分布曲線」は、下記の方法で求めた。
まず、上述した方法で各気泡の直径を求めた。
そして、気泡径０μｍから５０μｍ間隔毎に気泡数を求め、「各間隔の気泡数」を「各間隔の上限の気泡径の気泡数」とし、これらのデータから、「個数基準の気泡径の累積頻度分布曲線」を求めた。

（評価試験）
まず、研磨パッドの研磨面において、研磨面全体の面積に対する気泡の合計面積の比（気泡の合計面積／研磨面全体の面積 × １００％）（以下、「気泡の開口率」ともいう。）を求めた。
次に、下記の研磨機及び下記のドレッサーを用いて研磨パッドを荷重７０ｇ／ｃｍ^２で３０分間ドレスした。
そして、ドレスされた研磨パッド、及び、下記の研磨機を用いて、シリコンウェーハを荷重２２２ｇ／ｃｍ^２で３０分間研磨した。
次に、ドレス及び研磨後における研磨パッドの気泡の開口率を求めた。
そして、気泡の開口保持率を下記式で求めた。
気泡の開口保持率（％） ＝ ドレス及び研磨後における気泡の開口率 ／ ドレス及び研磨前における研磨パッドの気泡の開口率 ×１００％
次に、比較例１の気泡の開口保持率を「１．００」とした際の実施例及び比較例の気泡の開口保持率の相対値を求めた。

＜装置＞
研磨機：Ｅｃｏｍｅｔ４００
ドレッサー：＃４００ドレッサー

表１に示すように、実施例の研磨パッドでは、比較例の研磨パッドに比べて、気泡の開口保持率が高かった。

Claims (4)

1. 熱硬化性樹脂発泡体を含む研磨パッドであって、
   研磨面を有し、
   該研磨面が、前記熱硬化性樹脂発泡体の表面で構成され、
   前記熱硬化性樹脂発泡体が、複数の気泡を含み、
   該複数の気泡は、１００μｍ以下の気泡径を有する小径気泡の個数基準での含有率が２０％以下である、研磨パッド。
2. 前記複数の気泡の平均気泡径が１４０μｍ以上である、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記熱硬化性樹脂発泡体の見掛け密度が０．２０〜０．６０ｇ／ｃｍ^３である、請求項１又は２に記載の研磨パッド。
4. 前記熱硬化性樹脂発泡体の硬さ（ＪＩＳ−Ａ）が、８０〜１００である、請求項１〜３の何れか１項に記載の研磨パッド。

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