JP7198662B2

JP7198662B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP7198662B2
Application number: JP2018245444A
Authority: JP
Inventors: 陽平村上; 奈緒子河井
Original assignee: Nitta DuPont Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2023-01-04
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: JP2020104214A

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、発泡ポリウレタン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これまで以上に求められている。
研磨物の平坦性を高めるには、研磨パッドを高硬度なものにすることが考えられる。
しかし、本発明者が鋭意検討したところ、高硬度な研磨パッドを用いると、研磨物のエッジ部分の平坦性は高まるものの、研磨物全体の平坦性は十分でない場合があることを見出した。

そこで、本発明は、研磨物のエッジ部分の平坦性と研磨物全体の平坦性との両方を高め得る研磨パッドを提供することを課題とする。

本発明者が鋭意検討したところ、損失弾性率Ｅ”に関して所定の特性を有するポリウレタン樹脂発泡体を含む研磨パッドを用いれば、研磨物のエッジ部分の平坦性と研磨物全体の平坦性との両方を高め得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る研磨パッドは、ポリウレタン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、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成され、
前記ポリウレタン樹脂発泡体は、温度と、各温度における損失弾性率Ｅ”との４０℃から５０℃までの間のデータを用いて算出される最小二乗法による一次近似直線の傾きが２０，０００Ｐａ／℃以上である。

本発明によれば、研磨物のエッジ部分の平坦性と研磨物全体の平坦性との両方を高め得る。

実施例１の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。実施例２の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。実施例３の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。実施例４の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。比較例１の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。比較例２の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。比較例３の研磨パッドに係るポリウレタン樹脂発泡体の損失弾性率Ｅ”の温度変化を示す図。

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、ポリウレタン樹脂を有するポリウレタン樹脂発泡体を含む研磨パッドである。
また、本実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有し、該研磨面が、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成されている。

前記ポリウレタン樹脂発泡体は、温度と、各温度における損失弾性率Ｅ”との４０℃から５０℃までの間のデータを用いて算出される最小二乗法による一次近似直線の傾きが、２０，０００Ｐａ／℃以上であることが重要であり、３０，０００～１５０，０００Ｐａ／℃であることが好ましく、１００，０００～１５０，０００Ｐａ／℃であることがより好ましい。
また、前記ポリウレタン樹脂発泡体は、温度と、各温度における損失弾性率Ｅ”との４０℃から５０℃までの間のデータを用いて算出される相関係数が、０．７０～１．００であることが好ましく、０．９０～１．００であることがより好ましい。

また、前記ポリウレタン樹脂発泡体は、２５℃における貯蔵弾性率Ｅ’が、好ましくは１．０×１０^８Ｐａ以上、より好ましくは１．３×１０^８～２．０×１０^８Ｐａである。

なお、貯蔵弾性率Ｅ’、及び、損失弾性率Ｅ”は、ＪＩＳＫ７２４４－４：１９９９「プラスチック－動的機械特性の試験方法－第４部：引張振動－非共振法」に従い以下の条件で測定することができる。
測定温度範囲：０℃～１００℃
昇温速度：５℃／ｍｉｎ
周波数：１Ｈｚ
ひずみ：０．５％
また、損失弾性率Ｅ”は、測定間隔を１回／１．５℃以上で測定し、好ましくは、１回／１．３℃以上で測定する。
前記傾きは、４０℃から５０℃までの間の全測定データを用いて算出することができる。
また、前記相関係数も、４０℃から５０℃までの間の全測定データを用いて算出することができる。

さらに、前記ポリウレタン樹脂発泡体は、見掛け密度が、好ましくは０．４～０．６ｇ／ｃｍ^３である。
なお、見掛け密度は、ＪＩＳＫ７２２２：２００５に基づいて測定することができる。

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で研磨する被研磨物としては、シリコンウェーハ、光学材料、半導体デバイス、ハードディスク、ガラス板などが挙げられる。

本実施形態に係る研磨パッドは、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
本発明者が鋭意検討したところ、損失弾性率Ｅ”に関して所定の特性を有するポリウレタン樹脂発泡体を含む研磨パッドを用いれば、研磨物のエッジ部分の平坦性と研磨物全体の平坦性との両方を高め得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本実施形態に係る研磨パッドは、ポリウレタン樹脂発泡体を含む研磨パッドである。本実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有し、該研磨面が、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成されている。前記ポリウレタン樹脂発泡体は、温度と、各温度における損失弾性率Ｅ”との４０℃から５０℃までの間のデータを用いて算出される最小二乗法による一次近似直線の傾きが２０，０００Ｐａ／℃以上である。
斯かる研磨パッドによれば、前記傾きが所定以上となることで、研磨物のエッジ部分の平坦性と研磨物全体の平坦性との両方を高め得る。
この理由は以下の理由によるものと考えられる。
すなわち、前記傾きが所定以上となることで、研磨時の摩擦熱で研磨パッドの表層部分は粘性が高まり、研磨パッドの表面が被研磨物の表面に密着しやすくなるとともに、摩擦熱がほとんど伝わらない研磨パッドの内部は変形し難く硬い状態のままとなっていると考えられる。その結果、斯かる研磨パッドによれば、研磨物のエッジ部分の平坦性を高めるとともに、研磨物全体の平坦性も高めることができるものと考えられる。

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。

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。

（実施例及び比較例）
図１～７、及び、下記表１に示す物性を有するポリウレタン樹脂発泡体で形成された実施例及び比較例の研磨パッドを用意した。
なお、貯蔵弾性率Ｅ’、損失弾性率Ｅ”については、上述した方法で測定した。
また、表１の傾きは、温度と、各温度における損失弾性率Ｅ”との４０℃から５０℃までの間のデータを用いて算出される最小二乗法による一次近似直線の傾きを意味する。

（研磨試験）
実施例及び比較例の研磨パッドを用い、下記条件で被研磨物を研磨して研磨物を得た。
そして、研磨物を乾燥した後、研磨物表面の平坦性を調べた。
研磨物全体の平坦性を調べるべく、ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌｂａｃｋｓｉｄｅｉｄｅａｌｒａｎｇｅ）を測定した。ＧＢＩＲが小さいほど研磨物全体の平坦性に優れることを示している。
研磨物のエッジ部分の平坦性を調べるべく、ＳＰＶＲｍａｘ（ＳｅｃｔｉｏｎＰｅａｋｔｏＶａｌｌｅｙＲａｎｇｅ）を測定した。ＳＰＶＲｍａｘが小さいほど研磨物全体の平坦性に優れることを示している。
なお、ＧＢＩＲ及びＳＰＶＲｍａｘは、黒田精工社製のナノメトロ３００ＴＴ－Ａで測定した。
結果を下記表１に示す。

＜研磨条件＞
被研磨物：Ｅｔｃｈｅｄｗａｆｅｒ（厚み：約７９０μｍ）
研磨機：ＤＭＳ２０Ｂ－５Ｐ－４Ｄ、ＳｐｅｅｄＦＡＭ社製
スラリーの流量：５Ｌ／ｍｉｎ
スラリータイプ：ＮＰ６６１０を水で希釈したもの（ＮＰ６６１０：水＝１：３０（体積比））

上記表１に示すように、実施例の研磨パッドを用いた場合、比較例１、３の研磨パッドを用いた場合に比べて、ＧＢＩＲが小さかった。
また、実施例の研磨パッドを用いた場合、比較例１、２の研磨パッドを用いた場合に比べて、ＳＰＶＲｍａｘが小さかった。
従って、本発明によれば、研磨物のエッジ部分の平坦性と研磨物全体の平坦性との両方を高め得ることがわかる。

Claims

ポリウレタン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、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成され、
前記ポリウレタン樹脂発泡体は、温度と、各温度における損失弾性率Ｅ”との４０℃から５０℃までの間のデータを用いて算出される最小二乗法による一次近似直線の傾きが２０，０００Ｐａ／℃以上である、研磨パッド。
前記ポリウレタン樹脂発泡体は、２５℃における貯蔵弾性率Ｅ’が１．０×１０^８Ｐａ以上である、請求項１に記載の研磨パッド。