JP7123722B2 - polishing pad - Google Patents
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Description
本発明は研磨パッドに関する。本発明の研磨パッドは、光学材料、半導体ウエハ、半導体デバイス、ハードディスク用基板等の研磨に用いられ、特に半導体ウエハの上に酸化物層、金属層等が形成されたデバイスを研磨するのに好適に用いられる。 The present invention relates to polishing pads. The polishing pad of the present invention is used for polishing optical materials, semiconductor wafers, semiconductor devices, substrates for hard disks, etc., and is particularly suitable for polishing devices in which an oxide layer, a metal layer, etc. are formed on a semiconductor wafer. used for
近年、半導体は高集積化・超小型化が進んでおり、回路の配線幅は年々小さくなっている。同一基板上に配線幅の異なる複数の配線を有する場合、製造上生じる配線幅毎に異なる段差の取り扱いが重要となっている。特許文献1には研磨層である発泡ポリウレタン部の厚さを基材層である不織布部より大きくすることで、局所的な残存段差特性及び大規模な残存段差特性が向上した研磨パッドが開示されている。
In recent years, semiconductors have become highly integrated and ultra-miniaturized, and the wiring width of circuits is becoming smaller year by year. When a plurality of wirings having different wiring widths are provided on the same substrate, it is important to handle different steps for each wiring width that occur during manufacturing.
しかしながら、配線幅によらず段差をなくすことが要求される場合がある一方、配線幅により異なる段差性能が要求される場合がある。集積回路の3次元化及び高積層化が進むにつれ、積層工程のうねりを維持したまま配線付近の段差を解消するようなニーズが出てきた。例えば、配線幅を1μm以下とした場合、1μm以下の配線幅の段差性能は解消し、1μm以上の配線については、段差を維持するような性能が必要となる。本発明では、1μm以下の細幅配線では段差を解消し、1μmより大きい太幅配線では段差を維持する研磨パッドを提供することを目的とする。 However, while there are cases where it is required to eliminate the step regardless of the wiring width, there are cases where different step performance is required depending on the wiring width. As integrated circuits become more three-dimensional and highly layered, there is a need to eliminate steps near wiring while maintaining the undulations of the layering process. For example, when the wiring width is set to 1 μm or less, the step performance of the wiring width of 1 μm or less is eliminated, and the wiring of 1 μm or more requires performance to maintain the step. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polishing pad that eliminates a step in a narrow wiring of 1 μm or less and maintains a step in a wide wiring of more than 1 μm.
本発明によれば、以下のものが提供される。
[1]
被研磨物を研磨する研磨層を有する研磨パッドであって、
前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された微小中空球体とを有し、
前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応生成物であり、
前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなり、
前記硬化剤の水酸基比率が10~50であり、ここで、前記水酸基比率は、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である、
前記微小中空球体は平均気泡径が20μm未満である、
ことを特徴とする研磨パッド。
[2]
前記水酸基比率が15~30である、[1]に記載の研磨パッド。
[3]
前記ポリアミンが3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタンであり、前記ポリオールがポリテトラメチレングリコール又はポリプロピレングリコールである、[1]または[2]に記載の研磨パッド。
[4]
前記プレポリマーが、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応により調製される、[1]~[3]のいずれかに記載の研磨パッド。
[5]
プレポリマーのNCO当量が400~550である、[1]~[4]のいずれかに記載の研磨パッド。
According to the present invention, the following are provided.
[1]
A polishing pad having a polishing layer for polishing an object to be polished,
The polishing layer has a polyurethane resin and hollow microspheres dispersed in the polyurethane resin,
The polyurethane resin is a reaction product of a prepolymer containing an isocyanate component and a curing agent,
the curing agent comprises a polyamine and a polyol;
The hydroxyl group ratio of the curing agent is 10 to 50, where the hydroxyl group ratio is the ratio of the number of hydroxyl groups in the curing agent when the number of amino groups in the curing agent is 100.
The hollow microspheres have an average bubble diameter of less than 20 μm,
A polishing pad characterized by:
[2]
The polishing pad according to [1], wherein the hydroxyl group ratio is 15-30.
[3]
The polishing pad of [1] or [2], wherein the polyamine is 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane, and the polyol is polytetramethylene glycol or polypropylene glycol.
[4]
The polishing pad according to any one of [1] to [3], wherein the prepolymer is prepared by reacting a polyisocyanate compound and a polyol compound.
[5]
The polishing pad according to any one of [1] to [4], wherein the prepolymer has an NCO equivalent of 400-550.
本発明によれば、配線幅により異なる段差性能を実現可能な研磨パッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a polishing pad capable of achieving different step performance depending on the wiring width.
(作用)
本発明の作用効果を、異なる配線幅を有する回路基板の断面を示す図1及び図2に従って説明する。
半導体製造プロセスにおいて金属(Cu)配線を製造する方法として、ダマシンプロセスが採用される。このダマシンプロセスは、絶縁膜に溝を掘り、この溝にスパッタリングなどにより金属を埋め込み、余分な金属を化学機械研磨(CMP)によって除去することによって行う。絶縁膜と金属との間に生じる物理的または化学的なストレスを解消するために、通常、絶縁膜をバリアメタルで被覆してから金属を埋め込む。
図1に示すように、金属膜を埋め込むと、金属膜の下に存在する溝の幅に応じて、溝が存在する部分と溝が存在しない部分の間に溝の幅と深さに応じた段差が生じる。このような段差はCMPの際に除去すべき小さな段差(図1中のDt)と大きな維持すべき段差(図1中のDf)に分類される。より具体的には、本発明が目的としているのは、研磨後の回路断面を示す図2に示すように、配線幅の異なる配線(太幅配線と細幅配線)が並存する際の研磨において、細幅配線(1μm以下)の段差は解消し、太幅配線(1μmより大きい)の段差をなるべく維持する様な研磨である。
(action)
The effects of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 showing cross sections of circuit boards having different wiring widths.
A damascene process is adopted as a method of manufacturing metal (Cu) wiring in a semiconductor manufacturing process. This damascene process is performed by digging trenches in an insulating film, filling the trenches with metal by sputtering or the like, and removing excess metal by chemical mechanical polishing (CMP). In order to eliminate the physical or chemical stress generated between the insulating film and the metal, the insulating film is usually covered with a barrier metal before the metal is embedded.
As shown in FIG. 1, when a metal film is embedded, the width and depth of the groove between the portion where the groove exists and the portion where the groove does not exist depends on the width of the groove existing under the metal film. A step occurs. Such steps are classified into small steps to be removed (Dt in FIG. 1) and large steps to be maintained (Df in FIG. 1) during CMP. More specifically, as shown in FIG. 2 showing the cross section of the circuit after polishing, the present invention is aimed at polishing when wirings having different wiring widths (thick wirings and narrow wirings) coexist. , the step of narrow wiring (1 μm or less) is eliminated and the step of wide wiring (greater than 1 μm) is maintained as much as possible.
本発明の研磨パッドの特徴は、被研磨物を研磨する研磨層を有する研磨パッドであって、 前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された発泡剤としての微小中空球体とを有し、前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応生成物であり、前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなる研磨パッドにおいて、20μm未満の気泡径を有することにより細幅配線の段差を解消することができ、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である水酸基比率を10~50とすることで太幅配線の段差を維持することができるという新規な知見を見出したことに基づく。 A feature of the polishing pad of the present invention is that it has a polishing layer for polishing an object to be polished, the polishing layer having a polyurethane resin and hollow microspheres as a foaming agent dispersed in the polyurethane resin. The polyurethane resin is a reaction product of a prepolymer containing an isocyanate component and a curing agent, and the curing agent has a cell diameter of less than 20 μm in a polishing pad made of polyamine and polyol, thereby smoothing out steps in narrow wiring. By setting the hydroxyl group ratio, which is the ratio of the number of hydroxyl groups in the curing agent to 100 amino groups in the curing agent, to 10 to 50, the step of the wide wiring can be maintained. Based on the discovery of new knowledge that
本発明の研磨パッドの特徴をさらに説明すると、微小中空球体による気泡径を20μm未満とすると、研磨パッドの所定の気泡を含む表面が細幅配線の段差に適合するように接触するため、太幅配線の段差よりも細幅配線の段差を研磨しやすい研磨剤との化学的及び物理的に最適な条件となると考えられる。一方、硬化剤の水酸基比率を10~50とすると、比較的柔軟な研磨パッドとすることができ、研磨パッドの表面が太幅配線の段差のエッジを適度に回り込み細幅配線の段差には密接しやすくなる。このように研磨パッドの柔軟な表面による太幅配線及び細幅配線の段差に対する適度な位置関係の維持と、適切なサイズの気泡による細幅配線の段差の研磨の最適な条件の組み合わせによって、本発明では、太幅配線の段差(高い段差)を維持しつつ、細幅配線の段差(低い段差)を選択的に研磨できる。通常、研磨作用は、高い段差のものから研磨されていき、最後に低い段差が研磨されて全体として平坦な表面を生じさせるから、低い段差から研磨されて先に低い段差が解消し、高い段差は依然として残るという本発明の作用効果は当業者に全くの予想外のものである。 To further explain the characteristics of the polishing pad of the present invention, when the bubble diameter of the micro hollow spheres is less than 20 μm, the surface containing the predetermined bubbles of the polishing pad comes into contact with the steps of the narrow wiring so as to conform to the steps of the narrow wiring. This is considered to be chemically and physically optimal conditions with a polishing agent that is easier to polish the stepped portion of the narrow wiring than the stepped portion of the wiring. On the other hand, when the hydroxyl group ratio of the curing agent is 10 to 50, a relatively flexible polishing pad can be obtained, and the surface of the polishing pad appropriately wraps around the edge of the step of the wide wiring and adheres closely to the step of the narrow wiring. easier to do. In this way, the present invention can be achieved by combining the optimal conditions for maintaining the proper positional relationship with respect to the steps of the wide and narrow wirings by the flexible surface of the polishing pad and the polishing of the steps of the narrow wirings by appropriately sized air bubbles. In the invention, the step (low step) of the narrow wiring can be selectively polished while maintaining the step (high step) of the wide wiring. Normally, the polishing action is to polish from the higher steps, and finally the lower steps are polished to produce a flat surface as a whole. The effect of the present invention that still remains is completely unexpected for those skilled in the art.
(研磨パッド)
本発明の研磨パッドは、発泡ポリウレタン樹脂からなる研磨層と基材層とが両面テープを介して積層されてなるが、用途によっては、基材層が無く、研磨層を直接研磨装置の定盤に貼り付ける態様も包含する。研磨層は被研磨材料に直接接する位置に配置される。
(polishing pad)
The polishing pad of the present invention comprises a polishing layer made of foamed polyurethane resin and a substrate layer laminated via a double-sided tape. Also includes a mode of attaching to. The polishing layer is arranged at a position in direct contact with the material to be polished.
本発明の研磨パッドは、一般的な研磨パッドと同様に使用することができ、例えば、研磨パッドを回転させながら研磨層を被研磨材料に押し当てて研磨することもできるし、被研磨材料を回転させながら研磨層に押し当てて研磨することもできる。 The polishing pad of the present invention can be used in the same manner as a general polishing pad. It is also possible to polish by pressing against the polishing layer while rotating.
(研磨パッドの製造方法)
本発明の研磨パッドにおいて、研磨層は、一般に知られたモールド成形、スラブ成形等の製造法より作成できる。まずは、それら製造法によりポリウレタンのブロックを形成し、ブロックをスライス等によりシート状とし、ポリウレタン樹脂から形成される研磨層を成形し、基材に貼り合わせることによって製造される。
(Method for manufacturing polishing pad)
In the polishing pad of the present invention, the polishing layer can be produced by generally known manufacturing methods such as molding and slab molding. First, a block of polyurethane is formed by these manufacturing methods, the block is made into a sheet by slicing or the like, a polishing layer formed from a polyurethane resin is molded, and the polishing layer is laminated to a base material.
より具体的には、研磨層は、研磨層の研磨面とは反対の面側に両面テープが貼り付けられ、基材層に貼り付けられ、所定形状にカットされて、本発明の研磨パッドとなる。両面テープに特に制限はなく、当技術分野において公知の両面テープの中から任意に選択して使用することが出来る。 More specifically, the polishing layer is attached with a double-sided tape to the surface opposite to the polishing surface of the polishing layer, attached to the base material layer, and cut into a predetermined shape to form the polishing pad of the present invention. Become. The double-sided tape is not particularly limited, and can be used by arbitrarily selecting from double-sided tapes known in the art.
研磨層は、ポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物を含むポリウレタン樹脂硬化性組成物を調製し、前記ポリウレタン樹脂硬化性組成物を硬化させることによって成形される。本発明では、研磨層の性能を制御しやすいプレポリマーをあらかじめ用意し、これに所定の硬化剤を混合してポリウレタン樹脂硬化性組成物を調製する。 The polishing layer is formed by preparing a polyurethane resin curable composition containing a polyisocyanate compound and a polyol compound and curing the polyurethane resin curable composition. In the present invention, a curable polyurethane resin composition is prepared by preparing in advance a prepolymer that facilitates control of the performance of the polishing layer and mixing it with a predetermined curing agent.
研磨層は上記ポリウレタン樹脂硬化性組成物中に気泡が分散されている発泡ポリウレタン樹脂からなる。気泡の形成方法としては、特に限定されるものではないが、化学的な発泡剤による発泡、機械的な泡を混入させる発泡、及び微小中空球体を混入させることで気泡を形成する方法などがある。気泡径を制御しやすいという観点では微小中空球体を混入させることで気泡を形成する方法が好ましい。この場合、プレポリマー、硬化剤及び発泡剤を含むポリウレタン樹脂発泡硬化性組成物を調製し、ポリウレタン樹脂発泡硬化性組成物を硬化させることによって発泡体を成形する。 The polishing layer is made of foamed polyurethane resin in which air bubbles are dispersed in the polyurethane resin curable composition. The method for forming cells is not particularly limited, but there are methods such as foaming using a chemical foaming agent, foaming by mixing mechanical foam, and a method for forming cells by mixing micro hollow spheres. . From the viewpoint of easy control of the bubble diameter, a method of forming bubbles by mixing micro hollow spheres is preferable. In this case, a foaming curable composition containing a prepolymer, a curing agent and a foaming agent is prepared, and the foam is formed by curing the polyurethane resin foaming curable composition.
ポリウレタン樹脂硬化性組成物は、例えば、ポリイソシアネート化合物(プレポリマー)を含むA液と、それ以外の成分を含むB液とを混合して調製する2液型の組成物とすることもできる。それ以外の成分を含むB液はさらに複数の液に分割して3液以上の液を混合して構成される組成物とすることができる。 The curable polyurethane resin composition can be, for example, a two-pack composition prepared by mixing a liquid A containing a polyisocyanate compound (prepolymer) and a liquid B containing other components. Liquid B containing other components can be further divided into a plurality of liquids and mixed with three or more liquids to form a composition.
本発明では、ポリウレタン発泡体の物性を正確に制御するために、ポリイソシアネート化合物として、イソシアネート基を含むプレポリマーを採用し、特に、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応により調製されるプレポリマーを含むことが望ましい。プレポリマーは未反応のイソシアネート基を含む当業界で一般に使用されているものが本発明においても使用できる。プレポリマーのNCO当量は、好ましくは400~550であり、より好ましくは450~500である。NCO当量が高すぎると微細配線の段差性能が劣りやすくなる傾向があり、低すぎると太幅のうねりも解消しやすくなる傾向がある。なお、NCO当量は、“(ポリイソシアネート化合物の質量部+ポリオール化合物の質量部)/[(ポリイソシアネート化合物1分子当たりの官能基数×ポリイソシアネート化合物の質量部/ポリイソシアネート化合物の分子量)-(ポリオール化合物1分子当たりの官能基数×ポリオール化合物の質量部/ポリオール化合物の分子量)]”で求められ、NCO基1個当たりのPP(プレポリマー)の分子量を示す数値である。 In the present invention, a prepolymer containing isocyanate groups is employed as the polyisocyanate compound in order to accurately control the physical properties of the polyurethane foam. should be included. Prepolymers commonly used in the art containing unreacted isocyanate groups can also be used in the present invention. The NCO equivalent weight of the prepolymer is preferably 400-550, more preferably 450-500. If the NCO equivalent is too high, the step performance of fine wiring tends to be deteriorated, and if it is too low, wide undulation tends to be easily eliminated. The NCO equivalent is "(mass part of polyisocyanate compound + mass part of polyol compound) / [(number of functional groups per molecule of polyisocyanate compound × mass part of polyisocyanate compound / molecular weight of polyisocyanate compound) - (polyol The number of functional groups per molecule of the compound×parts by mass of the polyol compound/molecular weight of the polyol compound)]”, and is a numerical value indicating the molecular weight of PP (prepolymer) per NCO group.
(イソシアネート成分)
イソシアネート成分としては、例えば、
m-フェニレンジイソシアネート、
p-フェニレンジイソシアネート、
2,6-トリレンジイソシアネート(2,6-TDI)、
2,4-トリレンジイソシアネート(2,4-TDI)、
ナフタレン-1,4-ジイソシアネート、
ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(MDI)、
4,4’-メチレン-ビス(シクロヘキシルイソシアネート)(水添MDI)、
3,3’-ジメトキシ-4,4’-ビフェニルジイソシアネート、
3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、
キシリレン-1,4-ジイソシアネート、
4,4’-ジフェニルプロパンジイソシアネート、
トリ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、
プロピレン-1,2-ジイソシアネート、
ブチレン-1,2-ジイソシアネート、
シクロヘキシレン-1,2-ジイソシアネート、
シクロヘキシレン-1,4-ジイソシアネート、
p-フェニレンジイソチオシアネート、
キシリレン-1,4-ジイソチオシアネート、
エチリジンジイソチオシアネート
等が挙げられる。
(isocyanate component)
Examples of isocyanate components include
m-phenylene diisocyanate,
p-phenylene diisocyanate,
2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI),
2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI),
naphthalene-1,4-diisocyanate,
diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI),
4,4′-methylene-bis(cyclohexyl isocyanate) (hydrogenated MDI),
3,3′-dimethoxy-4,4′-biphenyl diisocyanate,
3,3′-dimethyldiphenylmethane-4,4′-diisocyanate,
xylylene-1,4-diisocyanate,
4,4'-diphenylpropane diisocyanate,
trimethylene diisocyanate,
hexamethylene diisocyanate,
propylene-1,2-diisocyanate,
butylene-1,2-diisocyanate,
cyclohexylene-1,2-diisocyanate,
cyclohexylene-1,4-diisocyanate,
p-phenylene diisothiocyanate,
xylylene-1,4-diisothiocyanate,
and ethylidine diisothiocyanate.
(ポリオール成分)
ポリオール成分としては、例えば、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオールなどのジオール;
ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルポリオール;
エチレングリコールとアジピン酸との反応物やブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール;
ポリカーボネートポリオール;
ポリカプロラクトンポリオール;
等が挙げられる。
(Polyol component)
Examples of polyol components include
ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, 3-methyl-1, diols such as 5-pentanediol and 1,6-hexanediol;
Polyether polyols such as polytetramethylene glycol (PTMG), polyethylene glycol, polypropylene glycol;
Polyester polyols such as reaction products of ethylene glycol and adipic acid and reaction products of butylene glycol and adipic acid;
polycarbonate polyols;
polycaprolactone polyol;
etc.
(硬化剤)
本発明において、硬化剤はポリアミン及びポリオールからなる。
ポリアミン硬化剤:
ポリアミンとしては、例えば、ジアミンが挙げられ、これには、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルキレンジアミン;イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジアミンなどの脂肪族環を有するジアミン;3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(別名:メチレンビス-o-クロロアニリン)(以下、MOCAと略記する。)などの芳香族環を有するジアミン;2-ヒドロキシエチルエチレンジアミン、2-ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ-2-ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ-2-ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ-2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミン等の水酸基を有するジアミン、特にヒドロキシアルキルアルキレンジアミン;等が挙げられる。また、3官能のトリアミン化合物、4官能以上のポリアミン化合物も使用可能である。
ポリオール硬化剤:
上述したプレポリマーの成分の項目で例示したポリオール成分が挙げられる。
(curing agent)
In the present invention, the curing agent consists of polyamines and polyols.
Polyamine curing agent:
Polyamines include, for example, diamines, including alkylenediamines such as ethylenediamine, propylenediamine and hexamethylenediamine; diamines having an aliphatic ring such as isophoronediamine and dicyclohexylmethane-4,4′-diamine; ,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane (also known as methylenebis-o-chloroaniline) (hereinafter abbreviated as MOCA) and other diamines having an aromatic ring; 2-hydroxyethylethylenediamine, 2-hydroxy diamines having a hydroxyl group such as ethylpropylenediamine, di-2-hydroxyethylethylenediamine, di-2-hydroxyethylpropylenediamine, 2-hydroxypropylethylenediamine, di-2-hydroxypropylethylenediamine, especially hydroxyalkylalkylenediamine; be done. Tri-functional triamine compounds and tetra- or higher-functional polyamine compounds can also be used.
Polyol curing agent:
The polyol components exemplified in the item of the components of the prepolymer described above can be used.
(硬化剤の組成と使用量)
研磨パッドの柔軟性は、硬化剤のポリアミン硬化剤とポリオール硬化剤の配合割合で調節できる。硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である硬化剤の水酸基比率が10~50であることが本発明の作用効果を奏するために必要であり、好ましくは水酸基比率は15~30である。また、プレポリマーの末端に存在するイソシアネート基に対する、硬化剤に存在する活性水素基(アミノ基及び水酸基)の当量比であるR値が、0.60~1.40となるように硬化剤の量を用いることが好ましい。R値は、0.70~1.20がより好ましく、0.80~1.10がさらに好ましい。また、研磨パッドのD硬度(JISK6253-1997/ISO7619)は、好ましくは20~70であり、より好ましくは30~50である。
(Composition and usage amount of curing agent)
The flexibility of the polishing pad can be adjusted by adjusting the mixing ratio of the polyamine curing agent and the polyol curing agent. The hydroxyl group ratio of the curing agent, which is the ratio of the number of hydroxyl groups in the curing agent when the number of amino groups in the curing agent is assumed to be 100, is required to exhibit the effects of the present invention. , preferably the hydroxyl group ratio is 15-30. In addition, the R value, which is the equivalent ratio of the active hydrogen groups (amino groups and hydroxyl groups) present in the curing agent to the isocyanate groups present at the ends of the prepolymer, is 0.60 to 1.40. It is preferred to use quantities. The R value is more preferably 0.70 to 1.20, even more preferably 0.80 to 1.10. The D hardness (JISK6253-1997/ISO7619) of the polishing pad is preferably 20-70, more preferably 30-50.
(発泡剤)
微小中空球体をポリウレタン樹脂に混合することによって発泡体を形成することができる。微小中空球体とは、熱可塑性樹脂からなる外殻(ポリマー殻)と、外殻に内包される低沸点炭化水素とからなる未発泡の加熱膨張性微小球状体を、加熱膨張させたものをいう。前記ポリマー殻としては、例えば、アクリロニトリル-塩化ビニリデン共重合体、アクリロニトリル-メチルメタクリレート共重合体、塩化ビニル-エチレン共重合体などの熱可塑性樹脂を用いることができる。同様に、ポリマー殻に内包される低沸点炭化水素としては、例えば、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、石油エーテル等を用いることができる。
(foaming agent)
A foam can be formed by mixing hollow microspheres into a polyurethane resin. Hollow microspheres are heat-expanded unfoamed heat-expandable microspheres composed of an outer shell (polymer shell) made of a thermoplastic resin and a low-boiling-point hydrocarbon contained in the outer shell. . Thermoplastic resins such as acrylonitrile-vinylidene chloride copolymer, acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer, and vinyl chloride-ethylene copolymer can be used as the polymer shell. Similarly, as the low boiling point hydrocarbon encapsulated in the polymer shell, for example, isobutane, pentane, isopentane, petroleum ether and the like can be used.
微小中空球体は、市販品を利用することも可能である。例えばマツモトマイクロスフェアーシリーズ(松本油脂製薬株式会社製)やエクスパンセルシリーズ(AkzoNobel社製)を微小中空球体として利用することができる。市販の微小中空球体は、既に加熱膨張された既膨張タイプと未だ加熱膨張されていない未膨張タイプがある。既膨張タイプは後述する混合工程により発生する反応熱の影響をあまり受けず一定の気泡径とすることができる一方、未膨張タイプは後述する混合工程により発生する反応熱により膨張する。そのため未膨張タイプの場合、気泡径を制御するためには、例えば、重合反応によって生成する反応熱を迅速に冷却したり、重合反応を迅速に促進させて、微小中空球体の周りに存在する樹脂によって強制的に膨張が抑制されたりするなどの反応条件を調整する必要がある。 Hollow microspheres can also be used as commercially available products. For example, the Matsumoto Microsphere series (manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) and the Expancel series (manufactured by AkzoNobel) can be used as micro hollow spheres. Commercially available hollow microspheres include an expanded type that has already been heated and expanded and an unexpanded type that has not yet been heated and expanded. The expanded type is largely unaffected by the heat of reaction generated in the mixing step described later and can have a constant cell diameter, while the unexpanded type expands due to the heat of reaction generated in the mixing step described later. Therefore, in the case of the unexpanded type, in order to control the cell diameter, for example, the reaction heat generated by the polymerization reaction must be rapidly cooled, or the polymerization reaction can be rapidly promoted, and the resin existing around the micro hollow spheres It is necessary to adjust the reaction conditions such that the expansion is forcibly suppressed by
本発明では、微小中空球体の平均気泡径は20μm未満とすることが本発明の作用効果を奏するために必要であるが、既膨張タイプは平均粒径が20μm以上のものしか市販されていないため、樹脂中の気泡径を20μm未満としたい場合には平均粒径10~20μmの未膨張タイプの中空微小球体を用い、反応条件を調整し中空微小球体があまり膨張しないように制御する必要がある。未膨張タイプの中空微小球体の平均粒径は10~20μmを用いることが好ましく、後述の各工程を経た後、研磨層のポリウレタン樹脂中に分散された気泡としての平均気泡径は10~20μmであることが好ましく、12~20μmであることがより好ましく、15~20μmであることがより好ましい。なお、研磨パッド中の微小中空球体の平均気泡径は、レーザー顕微鏡またはCTスキャンにより測定することができる。 In the present invention, it is necessary for the hollow microspheres to have an average bubble diameter of less than 20 μm in order to achieve the effects of the present invention. If the bubble diameter in the resin is to be less than 20 μm, it is necessary to use unexpanded hollow microspheres with an average particle diameter of 10 to 20 μm and adjust the reaction conditions so that the hollow microspheres do not expand too much. . The unexpanded type hollow microspheres preferably have an average particle diameter of 10 to 20 μm, and the average bubble diameter of the air bubbles dispersed in the polyurethane resin of the polishing layer after each step described below is 10 to 20 μm. preferably 12 to 20 μm, more preferably 15 to 20 μm. The average bubble diameter of the hollow microspheres in the polishing pad can be measured using a laser microscope or CT scan.
本発明を以下の例により実験的に説明するが、以下の説明は、本発明の範囲が以下の例に限定して解釈されることを意図するものではない。
<実施例1>
2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(PTMG)及びジエチレングリコール(DEG)を反応させてなるNCO当量500のイソシアネート基末端ウレタンプレポリマー100部に、殻部分がアクリロニトリル-塩化ビニリデン共重合体からなり、殻内にイソブタンガスが内包された未膨張タイプの中空微小球体4部を添加混合し、混合液を得た。得られた混合液を第1液タンクに仕込み、80℃で保温した。次に、第1液とは別途に、硬化剤として3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(MOCA)19部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)19部を添加混合(水酸基比率は26.7)し、第2液タンク内で120℃で保温した。第1液タンク、第2液タンクの夫々の液体を、注入口を2つ具備した混合機に夫々の注入口からプレポリマー中の末端イソシアネート基に対する硬化剤に存在するアミノ基及び水酸基の当量比を表わすR値が0.90となるように注入した。注入した2液を混合攪拌しながら100℃に予熱した成形機の金型へ注入した後、型締めをし、30分間、110℃で加熱し一次硬化させた。一次硬化させた成形物を脱型後、オーブンにて130℃で2時間二次硬化し、ウレタン樹脂成形物を得た。得られたウレタン樹脂成形物を25℃まで放冷した後に、再度オーブンにて120℃で5時間加熱してから1.3mmの厚みにスライスし、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は34、平均気泡径は14.9μmであった。
The present invention will be experimentally illustrated by the following examples, but the following descriptions are not intended to be construed as limiting the scope of the present invention to the following examples.
<Example 1>
100 parts of an isocyanate group-terminated urethane prepolymer having an NCO equivalent of 500 obtained by reacting 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), poly(oxytetramethylene) glycol (PTMG) and diethylene glycol (DEG), and the shell portion is acrylonitrile- 4 parts of unexpanded hollow microspheres made of a vinylidene chloride copolymer and containing isobutane gas in the shell were added and mixed to obtain a mixed liquid. The obtained mixture was charged into the first liquid tank and kept at 80°C. Next, separately from the first liquid, 19 parts of 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (MOCA) and 19 parts of polyoxytetramethylene glycol (PTMG) having an average molecular weight of 1000 are added as curing agents. They were mixed (hydroxyl group ratio: 26.7) and kept at 120°C in the second liquid tank. The liquids of the first liquid tank and the second liquid tank were poured into a mixer equipped with two injection ports from each injection port, and the equivalent ratio of the amino groups and hydroxyl groups present in the curing agent to the terminal isocyanate groups in the prepolymer. was injected so that the R value representing the was 0.90. After the injected two liquids were mixed and stirred, they were poured into a mold of a molding machine preheated to 100° C., the mold was closed, and the mixture was heated at 110° C. for 30 minutes for primary curing. After the primary cured molded product was removed from the mold, it was secondary cured in an oven at 130° C. for 2 hours to obtain a urethane resin molded product. The obtained urethane resin molding was allowed to cool to 25° C., heated again in an oven at 120° C. for 5 hours, and then sliced into 1.3 mm thick pieces to obtain polishing pads. The resulting polishing pad had a D hardness of 34 and an average cell diameter of 14.9 μm.
<実施例2>
実施例1で用いた第1液に、硬化剤として3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(MOCA)20.4部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)13.6部を添加混合(水酸基比率は17.8)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は47、平均気泡径は15.5μmであった。
<Example 2>
20.4 parts of 3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane (MOCA) and 13 parts of polyoxytetramethylene glycol (PTMG) having an average molecular weight of 1000 were added to the first liquid used in Example 1 as a curing agent. A polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1, except that 6 parts of the compound was added and mixed (hydroxyl group ratio: 17.8). The resulting polishing pad had a D hardness of 47 and an average cell diameter of 15.5 μm.
<実施例3>
実施例1で用いたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(PTMG)及びジエチレングリコール(DEG)を反応させてなるNCO当量460とし、硬化剤として3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(MOCA)21部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)21部を添加混合(水酸基比率は26.7)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は40、平均気泡径は16.4μmであった。
<Example 3>
The isocyanate group-terminated urethane prepolymer used in Example 1 was reacted with 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), poly(oxytetramethylene) glycol (PTMG) and diethylene glycol (DEG) to give an NCO equivalent of 460, and cured. As an agent, 21 parts of 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (MOCA) and 21 parts of polyoxytetramethylene glycol (PTMG) having an average molecular weight of 1000 were added and mixed (hydroxyl group ratio: 26.7). A polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was used. The resulting polishing pad had a D hardness of 40 and an average cell diameter of 16.4 μm.
<比較例1>
ニッタ・ハース社製「IC1000」研磨パッドを準備した。D硬度は55、平均気泡径は40μmであった。
<Comparative Example 1>
An "IC1000" polishing pad manufactured by Nitta Haas was prepared. The D hardness was 55 and the average cell diameter was 40 μm.
<比較例2>
実施例1で用いたイソシアネート基末端ウレタンプレポリマーを2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール(PTMG)及びジエチレングリコール(DEG)を反応させてなるNCO当量460とし、さらに4,4’-メチレン-ビス(シクロヘキシルイソシアネート)(水添MDI)2部を混合し、硬化剤として3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(MOCA)28部(水酸基比率は0)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は59、平均気泡径は16.3μmであった。
<Comparative Example 2>
The isocyanate group-terminated urethane prepolymer used in Example 1 was reacted with 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), poly(oxytetramethylene) glycol (PTMG) and diethylene glycol (DEG) to give an NCO equivalent of 460, and 2 parts of 4,4'-methylene-bis(cyclohexyl isocyanate) (hydrogenated MDI) are mixed, and 28 parts of 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (MOCA) as a curing agent (hydroxyl group ratio is 0 ) was used, and a polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1. The resulting polishing pad had a D hardness of 59 and an average cell diameter of 16.3 μm.
<比較例3>
実施例1で用いた中空微小球体を未膨張タイプではなく粒子の大きさが40μmに膨脹させた既膨張タイプを3部用い、硬化剤として3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(MOCA)20.4部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)13.6部を添加混合(水酸基比率は17.8)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は35、平均気泡径は40μmであった。
<Comparative Example 3>
Instead of the unexpanded type of hollow microspheres used in Example 1, 3 parts of the expanded type expanded to a particle size of 40 μm were used, and 3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane was used as a curing agent. (MOCA) 20.4 parts and polyoxytetramethylene glycol (PTMG) 13.6 parts with an average molecular weight of 1000 were added and mixed (hydroxyl group ratio is 17.8).The same method as in Example 1 was used. to obtain a polishing pad. The resulting polishing pad had a D hardness of 35 and an average cell diameter of 40 μm.
<比較例4>
実施例1で用いた中空微小球体を未膨張タイプではなく粒子の大きさが40μmに膨脹させた既膨張タイプを3部用い、硬化剤として3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(MOCA)21部及び平均分子量1000のポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG)7部を添加混合(水酸基比率は8.9)したものを用いた以外は、実施例1と同様の方法で作製し、研磨パッドを得た。得られた研磨パッドのD硬度は50、平均気泡径は40μmであった。
<Comparative Example 4>
Instead of the unexpanded type of hollow microspheres used in Example 1, 3 parts of the expanded type expanded to a particle size of 40 μm were used, and 3,3′-dichloro-4,4′-diaminodiphenylmethane was used as a curing agent. 21 parts of (MOCA) and 7 parts of polyoxytetramethylene glycol (PTMG) having an average molecular weight of 1000 were added and mixed (hydroxyl group ratio was 8.9). A polishing pad was obtained. The resulting polishing pad had a D hardness of 50 and an average cell diameter of 40 μm.
(試験方法)
(D硬度)
D硬度はJISK6253-1997/ISO7619に準じて測定した。
(Test method)
(D hardness)
D hardness was measured according to JISK6253-1997/ISO7619.
(段差性能の評価)
配線幅の異なる配線(配線幅:0.3μm、1μm、2μm、8μm、40μm)を並存させたパターンウエハを用意し、実施例及び比較例で作製した研磨パッドについて、細幅配線(1μm以下)の段差は解消し、太幅配線(1μmより大きい)の段差をなるべく維持する様な研磨が可能であるか評価した。細幅配線の段差性能は、段差が20nm未満のものを○、20~40nmのものを△、40nmより大きいものを×で示した。太幅配線の段差性能は、段差が80nm以上のものを○、50~80nmのものを△、50nm未満のものを×で示した。研磨条件は下記の通りである。
研磨機:F-REX300(荏原製作所社製)
Disk:A188(3M社製)
回転数:(定盤)70rpm、(トップリング)71rpm
研磨圧力:3.5psi
研磨剤温度:20℃
研磨剤吐出量:200ml/min
研磨剤:PLANERLITE7000(フジミコーポレーション社製)
被研磨物:上記パターンウエハ
研磨時間:60秒 パッドブレーク:35N 10分
コンディショニング:Ex-situ、35N、4スキャン
(Evaluation of step performance)
A pattern wafer having wirings with different wiring widths (wiring widths: 0.3 μm, 1 μm, 2 μm, 8 μm, 40 μm) coexisting was prepared, and the polishing pads prepared in Examples and Comparative Examples were thin wirings (1 μm or less). It was evaluated whether or not it is possible to eliminate the step difference and maintain the step difference of the wide wiring (larger than 1 μm) as much as possible. The step performance of narrow wiring is indicated by ◯ when the step is less than 20 nm, Δ when the step is between 20 and 40 nm, and x when the step is greater than 40 nm. The step performance of the wide wiring is indicated by ◯ when the step is 80 nm or more, Δ when the step is 50 to 80 nm, and x when the step is less than 50 nm. Polishing conditions are as follows.
Polishing machine: F-REX300 (manufactured by Ebara Corporation)
Disk: A188 (manufactured by 3M)
Rotation speed: (surface plate) 70 rpm, (top ring) 71 rpm
Polishing pressure: 3.5 psi
Abrasive temperature: 20°C
Abrasive discharge rate: 200ml/min
Abrasive: PLANERLITE7000 (manufactured by Fujimi Corporation)
Object to be polished: above pattern wafer Polishing time: 60 seconds Pad break:
各実施例・比較例の試験結果を表1に、実施例1及び比較例1~3についての配線幅と段差性能の関係を図3に示す。
実施例1~3の結果から、微小中空球体による平均気泡径を20μm未満とし、硬化剤の水酸基比率を10~50とすると、細幅配線の段差が解消し、太幅配線の段差が維持されることが分かった。本発明の要件を満たさない比較例1(市販の研磨パッド)によれば、細幅配線の段差が研磨されるものの(評価:○)太幅配線の段差も研磨されてしまい(評価:×)、本発明の効果を奏し得ないことがわかった。平均気泡径が本発明の要件を満たすが水酸基比率が本発明の要件を満たさない比較例2では、太幅配線の段差が維持されるものの(評価:○)細幅配線の段差も維持されてしまい(評価:△)、本発明の効果を奏し得ないことがわかった。水酸基比率が本発明の要件を満たすが平均気泡径が本発明の要件を満たさない比較例3では、細幅配線の段差が解消した(評価:○)が太幅配線の段差が研磨されてしまい(評価:△)、本発明の効果を奏し得ないことがわかった。平均気泡径も水酸基比率も本発明の要件を満たさない比較例4では、細幅配線の段差が維持され(評価:△)、太幅配線の段差は研磨されてしまい(評価:△)、本発明の効果を奏し得ないことがわかった。以上の試験結果は図3にも示した。このように研磨パッドの柔軟な表面による太幅配線及び細幅配線の段差に対する適度な位置関係の維持と、適切なサイズの気泡による細幅配線の段差の研磨の最適な条件の組み合わせによって、本発明では太幅配線の段差(高い段差)を維持しつつ、細幅配線の段差(低い段差)を選択的に研磨できる。通常、研磨作用は、高い段差のものから研磨されていき、最後に低い段差が研磨されて全体として平坦な表面を生じさせるから、低い段差から研磨されて先に低い段差が解消し、高い段差は依然として残るという本発明の作用効果は当業者に全くの予想外のものである。 From the results of Examples 1 to 3, when the average bubble diameter of the hollow microspheres is set to less than 20 μm and the hydroxyl group ratio of the curing agent is set to 10 to 50, the step of the narrow wiring is eliminated and the step of the wide wiring is maintained. I found out. According to Comparative Example 1 (commercially available polishing pad), which does not satisfy the requirements of the present invention, although the step of the narrow wiring is polished (evaluation: ○), the step of the wide wiring is also polished (evaluation: ×). , it was found that the effect of the present invention cannot be obtained. In Comparative Example 2, in which the average bubble diameter satisfies the requirements of the present invention but the hydroxyl group ratio does not satisfy the requirements of the present invention, although the step of the wide wiring is maintained (evaluation: ◯), the step of the narrow wiring is also maintained. Unfortunately (evaluation: Δ), it was found that the effects of the present invention could not be obtained. In Comparative Example 3, in which the hydroxyl group ratio satisfies the requirements of the present invention but the average bubble diameter does not satisfy the requirements of the present invention, the step of the narrow wiring was eliminated (evaluation: ○), but the step of the wide wiring was polished. (Evaluation: Δ), and it was found that the effects of the present invention could not be obtained. In Comparative Example 4, in which neither the average cell diameter nor the hydroxyl group ratio satisfied the requirements of the present invention, the step of the narrow wiring was maintained (evaluation: △), and the step of the wide wiring was polished (evaluation: △). It turned out that the effect of the invention could not be exhibited. The above test results are also shown in FIG. In this way, the present invention can be achieved by combining the optimum conditions for maintaining the appropriate positional relationship with respect to the steps of the wide and narrow wirings by the flexible surface of the polishing pad and the polishing of the steps of the narrow wirings by appropriately sized air bubbles. In the present invention, the steps (low steps) of narrow wires can be selectively polished while maintaining the steps (high steps) of wide wires. Normally, the polishing action is to polish the higher steps first, and finally the lower steps are polished to produce a flat surface as a whole. The effect of the present invention that still remains is completely unexpected for those skilled in the art.
Claims (7)
前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された微小中空球体とを有し、
前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応生成物であり、
前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなり、
前記硬化剤の水酸基比率が10~26.7であり、ここで、前記水酸基比率は、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である、
前記微小中空球体は平均気泡径が12μm以上20μm未満である、
ことを特徴とする研磨パッド。 A polishing pad having a polishing layer for polishing an object to be polished,
The polishing layer has a polyurethane resin and hollow microspheres dispersed in the polyurethane resin,
The polyurethane resin is a reaction product of a prepolymer containing an isocyanate component and a curing agent,
the curing agent comprises a polyamine and a polyol;
The hydroxyl group ratio of the curing agent is 10 to 26.7 , where the hydroxyl group ratio is the ratio of the number of hydroxyl groups in the curing agent when the number of amino groups in the curing agent is 100.
The hollow microspheres have an average bubble diameter of 12 μm or more and less than 20 μm,
A polishing pad characterized by:
前記研磨層はポリウレタン樹脂と該ポリウレタン樹脂に分散された微小中空球体とを有し、
前記ポリウレタン樹脂はイソシアネート成分を含むプレポリマーと硬化剤との反応生成物であり、
前記硬化剤はポリアミン及びポリオールからなり、
前記硬化剤の水酸基比率が10~50であり、ここで、前記水酸基比率は、硬化剤中のアミノ基の数を100とした場合の硬化剤中の水酸基の数の割合である、
前記微小中空球体は平均気泡径が20μm未満である、
ことを特徴とするダマシンプロセスにより形成した1μm以下の細幅配線及び1μmより大きい太幅配線を有する回路基板の研磨用の研磨パッド。 A polishing pad having a polishing layer for polishing an object to be polished,
The polishing layer has a polyurethane resin and hollow microspheres dispersed in the polyurethane resin,
The polyurethane resin is a reaction product of a prepolymer containing an isocyanate component and a curing agent,
the curing agent comprises a polyamine and a polyol;
The hydroxyl group ratio of the curing agent is 10 to 50, where the hydroxyl group ratio is the ratio of the number of hydroxyl groups in the curing agent when the number of amino groups in the curing agent is 100.
The hollow microspheres have an average bubble diameter of less than 20 μm,
A polishing pad for polishing a circuit board having narrow wirings of 1 μm or less and wide wirings of more than 1 μm formed by a damascene process .
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