KR20240060727A - 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

폴리우레탄 조성물의 성형체인 연마층을 포함하는 연마 패드로서, 폴리우레탄 조성물은, 유기 디이소시아네이트 단위로서 비지환식 디이소시아네이트 단위를 포함하는 열가소성 폴리우레탄 90∼99.9 질량%와, 흡습성 고분자 0.1∼10 질량%를 함유하고, 성형체는, JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터에 의해 60 이상 75 미만의 경도를 갖는, 연마 패드.

Description

연마 패드
본 발명은 연마 패드, 상세하게는 반도체 웨이퍼, 반도체 디바이스, 실리콘 웨이퍼, 하드 디스크, 유리 기판, 광학 제품, 또는, 각종 금속 등을 연마하기 위한 연마 패드에 관한 것이다.
집적 회로를 형성하기 위한 기판으로서 사용되는 반도체 웨이퍼의 경면(鏡面) 가공이나, 반도체 디바이스의 절연막이나 도전체 막의 요철을 평탄화 가공하기 위하여 이용되는 연마 방법으로서, 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 「CMP」라고도 함)가 알려져 있다. CMP는, 반도체 웨이퍼 등의 피연마 기판의 표면을, 연마 입자 및 반응액을 포함하는 연마 슬러리(이하, 단순히 슬러리라고도 칭함)를 이용하여 연마 패드에 의해 연마하는 방법이다.
CMP에서는, 연마 패드의 연마층의 특성에 따라 연마 결과가 크게 변화된다. 예를 들면, 무른 연마층은, 피연마면에 발생하는 연마 결함인 스크래치의 발생을 저감시키는 한편, 피연마면에 대한 국소적인 평탄화성이나 연마 속도를 저하시킨다. 또, 단단한 연마층은, 피연마면에 대한 국소적인 평탄화성을 향상시키는 한편, 피연마면에 발생하는 스크래치를 증가시킨다.
피연마면의 스크래치의 발생의 저감, 피연마면의 평탄화성의 향상, 또는, 연마 속도의 향상을 목적으로 하여, 여러 가지의 연마 패드가 제안되어 있다.
예를 들면, 하기 특허문헌 1은, 공액 디엔 공중합체 등의 고분자 매트릭스재에, 폴리옥시에틸렌 등의 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체 및 시클로덱스트린 등의 수용성 입자를, 분산시켜 이루어지는 연마층을 구비하는 연마 패드를 개시한다. 그리고, 특허문헌 1은, 이와 같은 연마 패드는, 높은 연마 속도를 부여하고, 피연마면에 있어서의 스크래치의 발생을 충분히 억제하고, 또한, 피연마면 내의 연마 속도의 균일성을 향상시킬 수 있는 것을 개시한다.
또, 하기 특허문헌 2는, 열가소성 폴리우레탄을 80 질량부 이상 99 질량부 이하와, 폴리옥시에틸렌 등의 흡수(吸水)율 3% 이상 3000% 이하의 고분자 화합물을 1 질량부 이상 20 질량부 이하, 를 함유하는 조성물로부터 형성된 연마층을 갖는 화학 기계 연마 패드를 개시한다. 특허문헌 2는, 이와 같은 연마 패드가, 슬러리와 접촉한 수용성 입자가 유리(遊離)됨으로써 공공(空孔)을 형성시키고, 형성된 공공에 슬러리를 보지(保持)시켜, 높은 평탄화성을 유지하고, 스크래치의 발생도 저감시키는 것을 개시한다.
또, 하기 특허문헌 3은, 수지 및 탄산칼슘의 입자 등의 제 1 입자를 포함하는 연마층을 갖는 연마 패드로서, 제 1 입자의 평균 입자경(徑)(D50)이 1.0∼5.0 ㎛ 미만이고, 연마층 전체에 대한 제 1 입자의 함유량이 6.0∼18.0 체적%이고, 제 1 입자의 모스 경도가, 피연마 기판의 모스 경도 미만인 연마 패드를 개시한다.
그런데, CMP에 이용되는 연마 패드의 연마층의 연마면에는, 통상, 피연마 기판의 피연마면에 슬러리를 균일하고도 충분히 공급하기 위하여 도움이 되는, 동심원상이나 방사상이나 격자상 등의 홈이나 구멍(이하, 단순히 이들을 합쳐서 오목부라고도 칭함)이 형성되어 있다. 이와 같은 오목부는, 스크래치의 발생의 원인이 되는 연마 쓰레기의 배출이나, 연마 패드의 흡착에 의한 웨이퍼 파손의 방지에도 도움이 된다.
연마면에 오목부를 형성한 경우에는, 표면 거칠기를 최적화하기 위한 드레싱에 이용되는 드레서나 피연마 기판이, 반복하여 연마면에 접촉함으로써, 연마층이 마모될 때에, 오목부의 코너부에 버가 발생하는 경우가 있었다. 그리고, 발생한 버가 오목부를 폐색시킨 경우에는, 연마 슬러리의 공급성이 저하되어, 연마 속도가 저하되거나, 연마 균일성이 저하되거나 하는 경우가 있었다. 또, 큰 버는, 스크래치를 발생시키는 경우도 있다.
하기 특허문헌 4는, 상술한 과제를 해결하기 위하여, 열가소성 폴리우레탄(A) 및 그 이외의 폴리머(B)를 포함하는 연마층을 갖는 연마 패드로서, 열가소성 폴리우레탄(A)이, 고분자 디올, 유기 디이소시아네이트및 쇄 신장제를 반응시킴으로써 얻어지는 것이고, 폴리머(B)가, 유리 전이 온도가 60∼120℃인 비정성(非晶性) 폴리머이고, 또한 열가소성 폴리우레탄(A) 중에 분산되어 있고, 연마층의 -80∼-50℃에 있어서의 손실 정접의 최대값이 8.00×10-2 이하인 연마 패드를 개시한다. 그리고, 폴리머(B)로서, 아크릴산, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산, 메타크릴산 에스테르, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및 스티렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 모노머에 유래하는 구조 단위를 갖는 폴리머를 개시한다. 특허문헌 4는, 이와 같은 연마 패드에 의하면, 오목부의 코너부에 발생하는 버를 저감할 수 있는 것을 기재한다.
국제공개 제2007/089004호 일본 공개특허 특개2011-151373호 공보 일본 공개특허 특개2019-155507호 공보 일본 공개특허 특개2015-226940호 공보
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 연마 패드는, 오목부의 코너부에 발생하는 버의 저감과, 높은 연마 속도와, 높은 평탄화성과, 스크래치가 발생하기 어려운 저스크래치성을 겸비하기가 곤란했다.
또, 특허문헌 3에 개시된 연마 패드에 의하면, 제 1 입자의 입자경이 비교적 크기 때문에, 스크래치가 발생되기 쉬워질 우려가 있었다.
또, 특허문헌 4에 개시된 연마 패드에 있어서는, 매트릭스인 열가소성 폴리우레탄에, 열가소성 폴리우레탄 이외의 폴리머(B)가, 실질적으로 비사용(非相溶)의 상태에서 분산되어 있다. 그 때문에, 폴리머(B)의 함유 비율을 비교적 높게 하지 않으면, 버의 발생을 충분히 억제할 수 없었다. 또, 폴리머(B)의 함유 비율을 높게 한 경우에는, 열가소성 폴리우레탄을 주체로 하는 연마층의 특성이 저감되는 경우가 있었다.
또, 특히, JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터에 의해 60∼75 정도의 중(中) 정도의 단단함을 갖는 연마층의 연마면에 오목부를 형성한 경우, 드레싱시의 드레서나 피연마 기판이, 오목부의 코너부에 장시간 반복하여 접촉함으로써, 코너부에 버가 발생되기 쉬웠다. 그리고, 발생한 버가 오목부를 서서히 폐색시킴으로써, 연마면에의 슬러리의 공급량이 서서히 저감되는 경우가 있었다. 그 결과, 연마 속도나 평탄화성이 서서히 저하되거나, 연마 균일성이 저하되거나, 피연마면에 발생하는 스크래치가 증가하거나, 하기 쉬워진다는 문제가 있었다.
본 발명은 높은 연마 속도와, 저스크래치성과, 높은 평탄화성의 밸런스가 우수한 중 정도의 단단함을 갖는 연마층에 있어서, 연마면에 형성된 오목부의 코너부에 버가 발생하기 어려운, 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면은, 폴리우레탄 조성물의 성형체인 연마층을 포함하는 연마 패드로서, 폴리우레탄 조성물은, 유기 디이소시아네이트 단위로서 비지환식 디이소시아네이트 단위를 포함하는 열가소성 폴리우레탄 90∼99.9 질량%와, 흡습률 0.1% 이상의 흡습성 고분자 0.1∼10 질량%를 함유한다. 그리고, 성형체는, JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터에 의해 하중 보지 시간 5초간의 조건으로 측정된, 60 이상 75 미만의 D 경도를 갖는, 연마 패드이다. 이와 같은 연마 패드에 의하면, 높은 연마 속도와, 저스크래치성과, 높은 평탄화성의 밸런스가 우수한 중 정도의 단단함을 갖는 연마층에 있어서, 연마면에 형성된 오목부의 코너부에 버가 발생하기 어려운, 연마 패드가 얻어진다.
열가소성 폴리우레탄은, 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에, 비지환식 디이소시아네이트 단위인 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 단위를 90∼100 몰% 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 흡습성 고분자가 열가소성 폴리우레탄에 특히 상용성 좋게 분산된다.
또, 폴리우레탄 조성물이, 열가소성 폴리우레탄 99∼99.9 질량%와, 흡습성 고분자 0.1∼1 질량%를 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 타입 D 듀로미터 경도를 보다 높게 유지하기 쉬워지고, 보다 높은 평탄화성을 보지하기 쉬워진다.
또, 흡습성 고분자로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌옥사이드나 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 블록 공중합체를 들 수 있다.
또, 흡습성 고분자는, 중량평균 분자량이 70,000∼4,000,000인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는 열가소성 폴리우레탄과의 상용성이 특히 우수하다.
또, 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 포화 팽윤시 파단 신도(伸度)가 250∼400%인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 보다 높은 연마 속도의 연마 패드가 얻어지기 쉽다.
또, 성형체가, 습도 48RH%, 23℃에 있어서의, 건조시 파단 신도가 150∼250%인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 보다 높은 연마 속도를 나타내는, 연마 패드가 얻어지기 쉽다.
또, 성형체는, 상기 포화 팽윤시 파단 신도 S1과 상기 건조시 파단 신도 S2와의 비 S1/S2가 1.0∼2.0인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 보다 높은 연마 속도를 나타내는, 연마 패드가 얻어지기 쉽다.
또, 성형체는, 두께 0.5 ㎜의 시트를 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 파장 550 ㎚의 레이저광 투과율이 60% 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 웨이퍼 등의 피연마 기판의 피연마면을 연마할 때에, 연마 종점을 결정하기 위한 광학적인 검지 수단을 채용하기 쉬워진다.
또, 성형체는, 비커스 경도가 5 이상 21 미만인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 저스크래치성이 보다 우수한 연마 패드가 얻어지기 쉽다.
또, 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 저장 탄성률이 0.1∼1.0 ㎬인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 보다 높은 평탄화성을 보지시키기 쉬운 연마층이 얻어지기 쉬워진다.
또, 성형체가 무발포 성형체인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 연마층의 경도가 보다 높아지기 쉬워짐으로써, 보다 높은 평탄화성이나 높은 연마 속도를 실현하기 쉬워진다. 또, 슬러리 중의 연마 입자가 공공 내에 침입하여 형성되는 연마 입자의 응집체가 발생하기 어려워지기 때문에, 웨이퍼 표면을 응집체가 긁어 발생하는 스크래치가, 발생하기 어려워진다.
본 발명에 의하면, 높은 연마 속도와, 저스크래치성과, 높은 평탄화성과의 밸런스가 우수한 중 정도의 단단함을 갖는 연마층으로서, 연마면에 형성된 오목부의 코너부에 버가 발생하기 어려운, 연마 패드가 얻어진다.
도 1은 실시 형태의 연마 패드(10)를 이용한 CMP를 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 실시예에 있어서의 버 시험에서 촬영된 SEM 사진이다.
이하, 연마 패드의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시 형태의 연마 패드는, 폴리우레탄 조성물의 성형체인 연마층을 포함한다. 폴리우레탄 조성물은, 유기 디이소시아네이트 단위로서 비지환식 디이소시아네이트 단위를 포함하는 열가소성 폴리우레탄(이하, 비지환식 열가소성 폴리우레탄이라고도 칭함) 90∼99.9 질량%와, 흡습성 고분자 0.1∼10 질량%를 함유한다. 그리고, 성형체는, JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터에 의해 하중 보지 시간을 5초간의 조건으로 측정된, 듀로미터 D 경도 60 이상 75 미만의 D 경도를 갖는다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄은, 유기 디이소시아네이트, 고분자 디올 및 쇄 신장제를 포함하는 폴리우레탄 원료를 반응시켜 얻어지는 열가소성 폴리우레탄이다. 그리고, 비지환식 열가소성 폴리우레탄은, 비지환식 디이소시아네이트를 포함하는 유기 디이소시아네이트를 이용하여 얻어지는, 열가소성 폴리우레탄이다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에 포함되는, 비지환식 디이소시아네이트 단위의 함유 비율로서는, 60∼100 몰%, 나아가서는 90∼100 몰%, 특히는 95∼100 몰%, 특별히는 99∼100 몰%인 것이 바람직하다. 비지환식 디이소시아네이트 단위의 함유 비율이 너무 낮은 경우에는, 비지환식 열가소성 폴리우레탄과 흡습성 고분자와의 상용성이 낮아지는 경향이 있다.
연마 패드의 연마층으로서, 이와 같은 폴리우레탄 조성물의 성형체를 이용함으로써, 높은 연마 속도와, 저스크래치성과, 높은 평탄화성의 밸런스가 우수한 중 정도의 단단함을 갖는 연마층에 있어서, 연마면에 형성된 오목부의 코너부에 버가 발생하기 어려운 연마층을 구비한, 연마 패드가 얻어진다.
이와 같은 폴리우레탄 조성물의 성형체에 있어서는, 비지환식 열가소성 폴리우레탄과 흡습성 고분자와의 상용성이 높아짐으로써, 성형체 중의 흡습성 고분자의 분산성이 높아진다. 상세하게는, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 고분자 디올에 유래하는 소프트 세그먼트와 흡습성 고분자가 상용하기 쉬워진다. 그리고, 성형체인 연마층이 슬러리를 함수(含水)하였을 때에 성형체의 표면의 연신성이 적당한 정도로 향상된다. 그리고, 연마층 표면의 연신성이 적당한 정도로 향상됨으로써, 드레싱시에, 연마면이 드레서에 깎여 발생하는 보풀이, 드레서에 걸리기 쉬워져, 버가 깎여 내어지기 쉬워진다. 그 결과, 버에 의한 오목부의 폐색이 억제되기 쉬워진다. 또, 흡습성 고분자의 높은 연신성에 의해, 드레싱성도 향상되고, 또한, 그 친수성에 의해 스크래치의 발생도 저감되기 쉬워진다.
한편, 비지환식 열가소성 폴리우레탄에 포함되는, 쇄 신장제에 유래하는 결정성의 하드 세그먼트와 흡습성 고분자는, 상용성이 낮다. 그 때문에 결정성이 단단한 하드 세그먼트는, 유지되기 쉬워진다. 그 결과, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 경도는 저하되기 어려워진다. 즉, 흡습성 고분자는 소프트 세그먼트에 대하여 상용성이 높고, 하드 세그먼트에 대하여 상용성이 낮다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄 중의 소프트 세그먼트는, 흡습성 고분자와의 상용성이 높기 때문에, 연마층의 표면의 연신성이 향상된다. 그 때문에, 드레싱에 의해 생기는 연마 패드 표면의 보풀이, 드레서에 걸리기 쉽고, 버가 깎여 내어지기 쉬워지기 때문에, 버에 의한 오목부의 폐색을 억제할 수 있다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄의 제조에 이용되는 비지환식 디이소시아네이트란, 지환식 디이소시아네이트 이외의 디이소시아네이트이며, 구체적으로는, 지방족 환식 구조를 갖지 않는, 방향족 디이소시아네이트 또는 직쇄 지방족 디이소시아네이트이다.
방향족 디이소시아네이트는, 분자 구조 내에 방향환을 함유하는 디이소시아네이트 화합물이다. 그 구체예로서는, 예를 들면, 2,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, m-크실릴렌디이소시아네이트, p-크실릴렌디이소시아네이트, 1,5-나프틸렌디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디이소시아네이토비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디이소시아네이토디페닐메탄, 클로로페닐렌-2,4-디이소시아네이트, 테트라메틸크실릴렌디이소시아네이트, 등을 들 수 있다.
또, 직쇄 지방족 디이소시아네이트는, 분자 구조 내에 환 구조를 갖지 않는 직쇄 지방족의 골격을 갖는 디이소시아네이트 화합물이다. 그 구체예로서는, 예를 들면, 에틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 펜타메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 도데카메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 리신 디이소시아네이트, 2,6-디이소시아네이토메틸카프로에이트, 비스(2-이소시아네이토에틸)푸마레이트, 비스(2-이소시아네이토에틸)카보네이트, 2-이소시아네이토에틸-2,6-디이소시아네이토헥사노에이트, 등을 들 수 있다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄은, 원료로서 이용되는 유기 디이소시아네이트로서, 예를 들면, 60 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상, 더 바람직하게는 95 몰% 이상, 특히 바람직하게는 99 몰% 이상, 특별히 바람직하게는 100 몰%의 비지환식 디이소시아네이트를 포함하는 유기 디이소시아네이트를 이용하여 얻어진다.
각 비지환식 디이소시아네이트는 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서는 유기 디이소시아네이트가, 방향족 디이소시아네이트, 나아가서는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 및 이소포론디이소시아네이트를 포함하는 것, 특히는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를 100 몰% 포함하는 것이, 평탄화성이 특히 우수한 연마 패드가 얻어지는 점에서 특히 바람직하다.
또한, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서, 비지환식 디이소시아네이트에 지환식 디이소시아네이트를 조합하여 이용해도 된다. 지환식 디이소시아네이트는, 지방족 환식 구조를 함유하는 디이소시아네이트 화합물이다. 그 구체예로서는, 예를 들면, 이소프로필리덴 비스(4-시클로헥실이소시아네이트), 시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 메틸시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 시클로헥실렌 디이소시아네이트, 메틸시클로헥실렌 디이소시아네이트, 비스(2-이소시아네이토에틸)-4-시클로헥센, 등을 들 수 있다. 지환식 디이소시아네이트의 함유 비율이 너무 높은 경우에는, 흡습성 고분자와의 상용성이 낮아지고, 또, 평탄화성도 저하되기 쉬워지는 경향이 있다.
고분자 디올은, 수평균 분자량이 300 이상인 디올이며, 예를 들면, 폴리에테르디올, 폴리에스테르디올, 폴리카보네이트디올, 또는 이들을 조합한 고분자 디올 등을 들 수 있다.
폴리에테르디올의 구체예로서는, 예를 들면, 폴리(에틸렌글리콜), 폴리(프로필렌글리콜), 폴리(테트라메틸렌글리콜), 폴리(메틸테트라메틸렌글리콜), 폴리(옥시프로필렌글리콜), 글리세린 베이스 폴리알킬렌에테르글리콜 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서는, 폴리(에틸렌글리콜) 및 폴리(테트라메틸렌글리콜)이, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 하드 세그먼트와의 상용성이 특히 우수한 점에서 바람직하다.
폴리에스테르 디올이란, 디카르본산 또는, 그 에스테르, 무수물 등의 에스테르 형성성 유도체와, 저분자 디올, 을 직접 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환 반응시킴으로써 제조된 주쇄에 에스테르 구조를 갖는 고분자 디올이다.
디카르본산의 구체예로서는, 예를 들면, 옥살산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 도데칸디카르본산, 2-메틸숙신산, 2-메틸아디프산, 3-메틸아디프산, 3-메틸펜탄 2산, 2-메틸옥탄 2산, 3,8-디메틸데칸 2산, 3,7-디메틸데칸 2산 등의 탄소수 2∼12의 지방족 디카르본산; 트리글리세리드의 분류(分留)에 의해 얻어지는 불포화 지방산을 이량화한 탄소수 14∼48의 이량화 지방족 디카르본산(다이머산) 및 그 수소 첨가물(수첨(水添) 다이머산); 1,4-시클로헥산디카르본산 등의 지환족 디카르본산; 테레프탈산, 이소프탈산, 오르토프탈산 등의 방향족 디카르본산 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
저분자 디올의 구체예로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 등의 지방족 디올; 1,4-시클로헥산디메탄올 등의 시클로헥산디메탄올, 1,4-시클로헥산디올 등의 시클로헥산디올 등의 지환식 디올; 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서는, 탄소수 3∼12, 나아가서는 탄소수 4∼9의 저분자 디올이 바람직하다.
또, 폴리카보네이트디올은, 저분자 디올과, 디알킬카보네이트, 알킬렌카보네이트, 디아릴카보네이트 등의 카보네이트 화합물과, 의 반응에 의해 얻어진다. 저분자 디올로서는, 상술한 것과 같은 저분자 디올을 들 수 있다. 또, 디알킬카보네이트의 구체예로서는, 예를 들면, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트를 들 수 있다. 또, 알킬렌카보네이트의 구체예로서는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트를 들 수 있다. 또, 디아릴카보네이트의 구체예로서는, 예를 들면, 디페닐카보네이트를 들 수 있다.
고분자 디올 중에서는, 폴리(에틸렌글리콜), 폴리(테트라메틸렌글리콜) 등의 폴리에테르디올이나, 폴리(노나메틸렌아디페이트)디올, 폴리(2-메틸-1,8-옥타메틸렌아디페이트)디올, 폴리(2-메틸-1,8-옥타메틸렌-co-노나메틸렌아디페이트)디올, 폴리(메틸펜탄아디페이트)디올 등의 폴리에스테르디올, 특히는 탄소수 6∼12의 저분자 디올 단위를 포함하는 폴리에스테르 디올이, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 쇄 신장제 단위에 유래하는 하드 세그먼트와의 상용성이 특히 우수한 점에서 바람직하다.
고분자 디올의 수평균 분자량은 300 이상이고, 300 초과∼2,000, 나아가서는 350∼2,000, 특히는 500∼1,500, 특별히는 600∼1,000인 것이, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 하드 세그먼트와의 상용성을 높게 유지할 수 있으며, 그에 의해, 특히 피연마면에 스크래치를 발생시키기 어렵게 하기 쉬운 점에서 바람직하다. 또한, 고분자 디올의 수평균 분자량은, JIS K 1557에 준거하여 측정한 수산기 값에 기초하여 산출한 수평균 분자량이다.
쇄 신장제로서는, 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 활성 수소 원자를 분자 중에 2개 이상 갖는 분자량 300 이하의 화합물인, 폴리우레탄의 제조에 종래부터 사용되고 있는 쇄 신장제가 이용된다.
쇄 신장제의 구체예로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 1,2-, 1,3-, 2,3- 또는 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,4-비스(β-히드록시에톡시)벤젠, 1,4-시클로헥산디올, 비스-(β-히드록시에틸)테레프탈레이트, 1,9-노난디올, m- 또는 p-크실릴렌글리콜 등의 디올류; 에틸렌디아민, 트리메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 헵타메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 노나메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 도데카메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 3-메틸펜타메틸렌디아민, 1,2-시클로헥산디아민, 1,3-시클로헥산디아민, 1,4-시클로헥산디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,3-디아미노프로판, 히드라진, 크실릴렌디아민, 이소포론디아민, 피페라진, o-, m- 또는 p-페닐렌디아민, 톨릴렌디아민, 크실렌디아민, 아디프산 디히드라지드, 이소프탈산 디히드라지드, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐, 4,4'-비스(3-아미노페녹시)비페닐, 1,4'-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3'-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠, 3,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐술폰, 3,4-디아미노디페닐술폰, 3,3'-디아미노디페닐술폰, 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린), 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노비페닐, 4,4'-디아미노디페닐술피드, 2,6'-디아미노톨루엔, 2,4-디아미노클로로벤젠, 1,2-디아미노안트라퀴논, 1,4-디아미노안트라퀴논, 3,3'-디아미노벤조페논, 3,4-디아미노벤조페논, 4,4'-디아미노벤조페논, 4,4'-디아미노비벤질, R(+)-2,2'-디아미노-1,1'-비나프탈렌, S(+)-2,2'-디아미노-1,1'-비나프탈렌, 1,3-비스(4-아미노페녹시) C3-10 알칸, 1,4-비스(4-아미노페녹시) C3-10 알칸, 1,5-비스(4-아미노페녹시) C3-10 알칸 등의 1,n-비스(4-아미노페녹시) C3-10 알칸(n은 3∼10), 1,2-비스[2-(4-아미노페녹시)에톡시]에탄, 9,9-비스(4-아미노페닐)플루오렌, 4,4'-디아미노벤즈아닐리드 등의 디아민류 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
쇄 신장제 중에서는 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,9-노난디올 및 1,4-시클로헥산디메탄올이, 고분자 디올 단위에 유래하는 소프트 세그먼트와의 상용성이 우수한 점에서 특히 바람직하다.
쇄 신장제의 분자량은 300 이하이며, 60∼300인 것이 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트와의 상용성이 우수한 점에서 특히 바람직하다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄은, 상술한 것과 같이, 비지환식 디이소시아네이트를 포함하는 유기 디이소시아네이트, 고분자 디올, 및 쇄 신장제, 를 포함하는 폴리우레탄 원료를 반응시켜 얻어진다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 제조에는, 우레탄화 반응을 행하는 프리폴리머법 또는 원쇼트법 등을 이용한, 공지의 폴리우레탄의 합성 방법이 특별히 한정 없이 이용된다. 특히는, 실질적으로 용제의 불존재 하에서, 폴리우레탄 원료를 용융 중합시키는 방법, 특히는, 다축 혼련 압출기를 이용하여 폴리우레탄 원료를 연속 용융 중합시키는 방법이, 연속 생산성이 우수한 점에서 특히 바람직하다.
폴리우레탄 원료에 있어서의, 고분자 디올, 유기 디이소시아네이트및 쇄 신장제의 배합 비율은, 적절히 조정되지만, 고분자 디올 및 쇄 신장제에 포함되는 활성 수소 원자 1 몰에 대하여, 유기 디이소시아네이트에 포함되는 이소시아네이트기가 0.95∼1.30 몰, 나아가서는 0.96∼1.10 몰, 특히는 0.97∼1.05 몰이 되도록 각 성분을 배합하는 것이 바람직하다.
또, 폴리우레탄 원료에 있어서의, 고분자 디올과 유기 디이소시아네이트와 쇄 신장제와의 질량비(고분자 디올의 질량:유기 디이소시아네이트 및 쇄 신장제의 합계 질량)로서는, 10:90∼50:50, 나아가서는 15:85∼40:60, 특히는 20:80∼30:70인 것이 바람직하다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄의, 이소시아네이트기 유래의 질소 원자의 함유 비율로서는, 4.5∼7.5 질량%, 나아가서는 5.0∼7.3 질량%, 특히는 5.3∼7.0 질량%인 것이, 높은 연마 속도와, 저스크래치성과, 높은 평탄화성과의 밸런스가 우수한 중 정도의 단단함을 갖는 연마층이 얻어지기 쉬운 점에서 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어지는 비지환식 열가소성 폴리우레탄으로서는, 폴리(에틸렌글리콜), 폴리(테트라메틸렌글리콜), 폴리(노나메틸렌아디페이트)디올, 폴리(2-메틸-1,8-옥타메틸렌아디페이트)디올, 폴리(2-메틸-1,8-옥타메틸렌-co-노나메틸렌아디페이트)디올 및 폴리(메틸펜탄아디페이트)디올 등의 고분자 디올과, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트 및 2,6-톨릴렌디이소시아네이트 등의 비지환식 디이소시아네이트를 포함하는 유기 디이소시아네이트와, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 및 1,4-시클로헥산디메탄올 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 쇄 신장제를 반응시켜 얻어지는 것이, 광투과성이 우수하기 때문에, CMP에 있어서 연마량을 광학적으로 검지하는 수단을 채용하기 쉬운 점에서 바람직하다.
비지환식 열가소성 폴리우레탄의 중량평균 분자량으로서는, 80,000∼200,000, 나아가서는 120,000∼180,000인 것이, 흡습성 고분자와의 상용성이 특히 우수한 점에서 바람직하다. 또한, 중량평균 분자량은, 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정된 폴리스티렌 환산된 중량평균 분자량이다.
또한, 본 실시 형태의 폴리우레탄 조성물에는, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서, 유기 디이소시아네이트 단위에 비지환식 디이소시아네이트를 포함하지 않는 열가소성 폴리우레탄(이하, 지환식 열가소성 폴리우레탄이라고도 칭함)을 함유해도 된다. 지환식 열가소성 폴리우레탄을 함유하는 경우, 폴리우레탄 조성물 중의 지환식 열가소성 폴리우레탄의 함유 비율로서는, 0∼9.9 질량%, 나아가서는 0∼5 질량%인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 폴리우레탄 조성물은 흡습성 고분자를 포함한다. 흡습성 고분자는, 폴리우레탄 조성물의 성형체인 연마층의 오목부에 발생하는 버를 억제하고, 또 드레싱성을 향상시키는 작용을 한다.
흡습성 고분자란, 흡습률이 0.1% 이상인 고분자이며, 바람직하게는 0.1∼5.0%, 더 바람직하게는 0.1∼3.0%, 특히 바람직하게는 0.5∼3.0%, 특별히 바람직하게는 0.7∼2.5%, 의 흡습률을 갖는 고분자라고 정의된다. 또한, 흡습성 고분자의 흡습률은, 혼합되는 흡습성 고분자의 5.0 g의 입자를 유리제의 접시에 얇게 펼치고, 50℃의 열풍 건조기 내에서 48시간 방치하여 건조시킨 후, 23℃, 50% RH의 항온 항습 조건으로 24시간 방치하였을 때의 질량의 변화에 기초하여 계산된다. 구체적으로는, 23℃, 50% RH의 항온 항습 조건에서의 처리의 직전에 있어서의 중량(W1)과, 상기 23℃, 50% RH의 항온 항습 조건에서의 처리 후의 중량(W2)을 측정하고, 하기의 계산식으로부터 구해진다.
흡습률(%)＝{(W2―W1)/W1}×100
이와 같은 흡습성 고분자로서는, 폴리메틸렌옥사이드 구조, 폴리에틸렌옥사이드 구조, 폴리프로필렌옥사이드 구조, 폴리테트라메틸렌옥사이드 구조, 폴리부틸렌옥사이드 구조 등의 폴리알킬렌옥사이드 구조를 갖는 고분자를 들 수 있다.
이와 같은 흡습성 고분자의 구체예로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), PEO-PPO 블록 코폴리머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머(TPEE), 폴리메틸렌옥사이드알킬에테르, 폴리에틸렌옥사이드알킬에테르, 폴리에틸렌옥사이드알킬페닐에테르, 폴리에틸렌옥사이드스테롤에테르, 폴리에틸렌옥사이드라놀린 유도체, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 코폴리머, 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌알킬에테르 등의 에테르형의 흡습성 고분자; 폴리에틸렌옥사이드글리세린 지방산 에스테르, 폴리에틸렌옥사이드소르비탄 지방산 에스테르, 폴리에틸렌옥사이드소르비톨 지방산 에스테르, 폴리에틸렌옥사이드 지방산 알칸올아미드 황산염 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 등의 에테르에스테르형의 흡습성 고분자; 등을 들 수 있다.
흡습성 고분자의 중량평균 분자량으로서는, 5,000∼10,000,000, 나아가서는 10,000∼10,000,000, 나아가서는 30,000∼7,000,000, 특히는 50,000∼7,000,000, 특별히는 70,000∼4,000,000인 것이 비지환식 열가소성 폴리우레탄과의 상용성이 특히 우수한 점에서 바람직하다. 또한, 흡습성 고분자의 중량평균 분자량은, 겔 침투 크로마토그래피(폴리스티렌 환산)에 의해서 측정된 값이다.
흡습성 고분자는 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 친수성의 소프트 세그먼트와의 상용성이 높다. 한편, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 하드 세그먼트와는 상용성이 낮다.
폴리우레탄 조성물 중의 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 함유 비율은 90∼99.9 질량이고, 95∼99.5 질량, 나아가서는 95∼99.0 질량%인 것이 바람직하다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 함유 비율이 90 질량% 미만인 경우에는, 연마 패드의 평탄화성 및 연마 속도가 저하된다. 또, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 함유 비율이 99.9 질량% 초과인 경우에는, 흡습성 고분자의 함유 비율이 0.1 질량% 미만이 되어, 오목부에 발생하는 버를 충분히 억제하는 효과가 저하된다.
또, 폴리우레탄 조성물에 있어서의 흡습성 고분자의 함유 비율은 0.1∼10 질량%이고, 0.5∼10 질량%, 나아가서는 0.5∼5 질량%인 것이 바람직하다. 흡습성 고분자의 함유 비율이 0.1 질량% 미만인 경우에는, 오목부에 발생하는 버를 억제하는 효과가 저하된다. 또, 흡습성 고분자의 함유 비율이 10 질량% 초과인 경우에는, 연마 패드의 평탄화성 및 연마 속도가 저하된다.
본 실시 형태의 폴리우레탄 조성물은, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서, 필요에 따라서, 가교제, 충전제, 가교촉진제, 가교 조제, 연화제, 점착부여제, 노화방지제, 가공 조제, 밀착성 부여제, 무기 충전제, 유기 필러, 결정 핵제, 내열 안정제, 내후 안정제, 대전방지제, 착색제, 활제, 난연제, 난연 조제(산화안티몬 등), 블루밍 방지제, 이형제, 증점제, 산화방지제, 도전제 등의 첨가제를 함유해도 된다. 또한, 본 실시 형태의 폴리우레탄 조성물의 성형체는 무발포 성형체인 것이 바람직하기 때문에, 발포제는 함유하지 않는 것이 바람직하다.
폴리우레탄 조성물은, 비지환식 열가소성 폴리우레탄, 흡습성 고분자 및 필요에 따라서 배합되는 그 외의 열가소성 폴리우레탄이나 첨가제를 포함하는 배합물을 용융 혼련함으로써 조제된다. 더 상세하게는, 비지환식 열가소성 폴리우레탄, 흡습성 고분자, 및 필요에 따라서 배합되는 그 외의 열가소성 폴리우레탄이나 첨가제를 헨셀 믹서, 리본 블렌더, V형 블렌더, 텀블러 등에 의해 균일하게 혼합하여 조제된 배합물을, 1축 또는 다축 혼련 압출기, 롤, 밴버리 믹서, 라보 플라스토밀(등록상표)이나 브라벤더 등에 의해 용융 혼련함으로써 조제된다. 용융 혼련할 때의 온도와 혼련 시간은, 비지환식 열가소성 폴리우레탄의 종류, 성분이나 비율, 용융·혼련기의 종류 등에 따라 적절히 선택한다. 일례로서는, 용융 온도는 200∼300℃의 범위가 바람직하다.
폴리우레탄 조성물은 연마층용의 성형체로 성형된다. 성형 방법은 특별히 한정되지 않지만, 용융 혼합물을, T 다이를 이용하여 압출 성형하거나 사출 성형하거나 하는 방법을 들 수 있다. 특히는, T 다이를 이용한 압출 성형이 균일한 두께의 연마층용의 성형체가 용이하게 얻어지는 점에서 바람직하다. 이와 같이 하여 연마층용의 성형체가 얻어진다.
연마층용의 성형체는, 무발포 성형체인 것이, 경도가 높아지기 때문에 특히 우수한 평탄화성을 발휘하는 점, 표면에 기공(氣孔)이 없어 연마 찌꺼기의 퇴적이 일어나지 않기 때문에 스크래치의 발생을 저감시키는 점, 및, 연마층의 마모 속도가 작아 장시간 사용 가능해지는 점에서 바람직하다.
성형체는, JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터에 의해 하중 보지 시간 5초간의 조건으로 측정된, 듀로미터 D 경도가 60 이상 75 미만, 바람직하게는 65 이상 75 미만이다. 이와 같은 중 정도의 단단함의 경도를 가짐으로써, 높은 연마 속도와, 저스크래치성과, 높은 평탄화성과의 밸런스가 우수한 연마층이 얻어진다. 듀로미터 D 경도가 60 미만인 경우, 연마층이 너무 물러져서, 연마 속도나 평탄화성이 저하된다. 또, 듀로미터 D 경도가 75 이상인 경우, 스크래치가 발생하기 쉬워지거나, 오목부의 코너부에 버가 발생하기 쉬워지거나 한다.
또, 성형체는, 비커스 경도가 5 이상 21 미만인 것이, 스크래치의 발생이 특히 적어지는 점에서 바람직하다. 여기에서, 비커스 경도란, JIS Z 2244 준거의 비커스 압자에 의해 측정되는 단단함이라고 정의된다. 또, 비커스 경도가 너무 높은 경우에는 버가 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
또, 성형체의 연신성, 특히, 슬러리를 흡수하였을 때의 연신성이 높은 경우에는, 연마면의 드레싱성이 향상함과 함께, 드레서에 의해 거칠게 된 연마면에 발생한 보풀이 드레싱시에 제거되기 쉬워짐으로써, 버가 남기 어려워지는 경향이 있다. 이와 같이 버를 보다 제거되기 쉽게 하기 위하여, 성형체의, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 포화 팽윤시 파단 신도 S1로서는, 250∼400%, 나아가서는 250∼350%, 특히는 250∼330%인 것이 바람직하다. 또, 성형체의, 습도 48RH%, 23℃에 있어서의 건조시 파단 신도 S2로서는, 130∼250%, 나아가서는 150∼250%인 것이 바람직하다. 또, 포화 팽윤시 파단 신도 S1과 건조시 파단 신도 S2와의 비 S1/S2가 1.0∼2.0인 것이, 보다 연마 속도가 높은 연마 패드가 얻어지기 쉬운 점에서 바람직하다.
또, 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 두께 0.5 ㎜의 시트에 있어서의 550 ㎚의 레이저 파장에 대한 레이저광 투과율이 60% 이상인 것이, 웨이퍼 등의 피연마 기판의 피연마면을 연마하면서 연마 종점을 결정하는 광학적 수단을 이용한 검사 방법이 채용하기 쉬운 점에서 바람직하다.
또, 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 저장 탄성률이, 0.1∼1.0 ㎬, 나아가서는 0.1∼0.5 ㎬, 특히는 0.1∼0.4 ㎬인 것이, 보다 높은 평탄화성을 보지시키기 쉬운 점에서 바람직하다. 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 저장 탄성률이 너무 낮은 경우에는, 연마층이 물러져, 평탄화성이 저하되거나, 연마 속도가 저하되거나 하기 쉬워지는 경향이 있다. 또, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 저장 탄성률이 너무 높은 경우에는, 오목부의 코너부에 발생한 버가 제거되기 어려워지는 경우가 있다.
또, 성형체의 물과의 접촉각은 80도 이하, 나아가서는 78도 이하, 특히는 75도 이하이고, 50도 이상, 나아가서는 60도 이상인 것이 바람직하다. 접촉각이 너무 높은 경우에는, 피연마면에 스크래치가 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
다음으로, 이와 같은 연마층용의 성형체를 연마층으로서 포함하는 연마 패드에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 연마 패드는, 연마층용의 성형체로부터 원형 등의 단편을 잘라냄으로써 형성되는 연마층을 포함한다.
연마층은, 상기와 같이 하여 얻어진 연마층용의 성형체를 절삭, 슬라이스, 버프, 타발(打拔) 가공 등에 의해 치수, 형상, 두께 등을 조정하여 제조된다.
또, 연마층의 연마면에는, 연마면에 슬러리를 균일하고도 충분하게 공급시키기 위하여, 상술한 것과 같은 슬러리를 보지하기 위하여 홈이나 구멍과 같은 오목부가 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 오목부는, 스크래치의 발생의 원인이 되는 연마 찌꺼기의 배출이나, 연마 패드의 흡착에 의한 웨이퍼 파손의 방지에도 도움이 된다.
슬러리를 보지하기 위한 홈의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 종래의 연마 패드에 있어서 형성되어 온 연마면에 슬러리를 보지시키기 위한, 동심원상, 나선상, 격자상, 방사상의 홈, 이들이 2종 이상 조합된 홈, 또는 복수의 구멍으로 이루어지는 것과 같은 홈 또는 오목부가 특별히 한정 없이 채용할 수 있다. 이들 중에서는, 동심원상 또는 나선상의 홈이 연마 속도 등의 연마 특성이 우수한 점에서 바람직하다.
슬러리를 보지하기 위한 홈의 홈 피치, 홈 폭, 및 홈 깊이는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 홈 피치가 1.5∼20.0 ㎜, 나아가서는 2.5∼15.0 ㎜이고, 홈 폭이 0.1∼5.0 ㎜, 나아가서는 0.3∼3.5 ㎜이고, 홈 깊이가 0.1∼1.7 ㎜, 나아가서는 0.3∼1.5 ㎜인 것이, 슬러리의 보지성을 충분히 확보하는 점에서 바람직하다.
연마층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.8∼3.0 ㎜, 나아가서는 1.0∼2.5 ㎜, 특히는 1.2∼2.0 ㎜인 것이 바람직하다.
연마 패드는, 상술한 것과 같은 연마층용의 성형체인 연마층을 포함하는 연마 패드이며, 연마층만으로 이루어지는 단층형 연마 패드여도 되고, 연마층의 이면에 쿠션층 등을 추가로 적층한 복층형 연마 패드여도 된다. 쿠션층으로서는, 연마층의 경도보다 낮은 경도를 갖는 층인 경우에는, 평탄화성을 유지하면서, 연마 균일성을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다.
쿠션층으로서 이용되는 소재의 구체예로서는, 부직포에 폴리우레탄을 함침시킨 복합체(예를 들면, 「Suba400」(닛타·하스(주) 제)); 천연 고무, 니트릴 고무, 폴리부타디엔 고무, 실리콘 고무 등의 고무; 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 불소계 열가소성 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머; 발포 플라스틱; 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 쿠션층으로서 바람직한 유연성이 얻어지기 쉬운 점에서, 발포 구조를 갖는 폴리우레탄이 특히 바람직하다.
이상 설명한 본 실시 형태의 연마 패드는 CMP에 바람직하게 이용된다. 다음으로, 본 실시 형태의 연마 패드(10)를 이용한 CMP의 일 실시 형태에 대하여 설명한다.
CMP에 있어서는, 예를 들면, 도 1에 나타내는 것과 같은 원형의 플래턴(1)과, 슬러리(6)를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐(2)과, 캐리어(3)와, 드레서(4)를 구비한 CMP 장치(20)가 이용된다. 플래턴(1)의 표면에, 연마 패드(10)가 양면 점착 시트 등에 의해 첩부(貼付)된다. 또, 캐리어(3)는 피연마 기판(5)을 지지한다.
CMP 장치(20)에 있어서는, 플래턴(1)은, 도시 생략의 모터에 의해, 예를 들면, 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 또, 캐리어(3)는, 피연마 기판(5)의 피연마면을 연마 패드(10)의 연마면에 압접하면서, 도시 생략의 모터에 의해 예를 들면 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 드레서(4)는, 예를 들면 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다.
연마 패드를 이용할 때, 피연마 기판의 연마에 앞서, 또는, 연마하면서, 연마 패드의 연마면을 미세하게 거칠게 하여 연마에 적합한 거칠기를 형성하기 위한 드레싱이 행해진다. 구체적으로는, 플래턴(1)에 고정되어 회전하는 연마 패드(10)의 표면에 물을 흘리면서, CMP용의 드레서(4)를 누르고, 연마 패드(10)의 표면의 드레싱을 행한다. 드레서로서는, 예를 들면, 다이아몬드 입자를 니켈 전착(電着) 등에 의해 담체 표면에 고정한 다이아몬드 드레서가 이용된다.
드레서의 종류로서는, 다이아몬드 번수(番手) #60∼200이 바람직하지만, 연마층의 수지 조성이나 연마 조건에 맞추어 적절히 선택할 수 있다. 또, 드레서 하중으로서는, 드레서의 직경에도 따르지만, 직경 150 ㎜ 이하의 경우에는 5∼50 N, 직경 150∼250 ㎜의 경우에는 10∼250 N, 직경 250 ㎜ 이상의 경우에는 50∼300 N 정도가 바람직하다. 또, 회전 속도로서는, 드레서와 플래턴이 각각 10∼200 rpm인 것이 바람직하지만, 회전의 동기를 방지하기 위하여 드레서와 플래턴의 회전수가 다른 것이 바람직하다.
또, 본 실시 형태의 연마 패드는, 드레싱성도 우수하기 때문에, 드레싱에 의해 연마면이 충분히 거칠어지고, 또, 드레싱의 시간도 단축화된다. 이와 같은, 본 실시 형태의 연마 패드에 있어서는, 산술 표면 거칠기 Ra가 3.0∼8.0 ㎛, 나아가서는 4.2∼8.0 ㎛인 것과 같은 거친 연마층의 연마면을 형성하는 것이, 버의 발생량과 드레서에 의해 제거되는 버의 양이 균형잡히기 쉬워지고, 버 성장이 억제되기 쉬워지는 점에서 바람직하다. 또, 본 실시 형태의 연마 패드에 있어서는, 10점 평균 높이(Rz)가 20∼50 ㎛, 나아가서는 25∼45 ㎛인 연마층의 연마면을 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 드레싱이 완료된 후, 또는, 드레싱을 하면서, 피연마 기판의 피연마면의 연마를 개시한다. 연마에 있어서는, 회전하는 연마 패드의 표면에 슬러리 공급 노즐로부터 슬러리(6)를 공급한다. 슬러리는, 예를 들면, 물이나 오일 등의 액상 매체; 실리카, 알루미나, 산화세륨, 산화지르코늄, 탄화규소 등의 연마제; 염기, 산, 계면활성제, 산화제, 환원제, 킬레이트제 등을 함유하고 있다. 또, CMP를 행함에 있어서, 필요에 따라서, 슬러리와 함께, 윤활유, 냉각제 등을 병용해도 된다. 그리고, 연마면에 슬러리가 고르게 빠짐없이 퍼진 연마 패드에, 캐리어에 고정되어 회전하는 피연마 기판을 누른다. 그리고, 소정의 평탄도나 연마량이 얻어질 때까지, 연마가 계속된다. 연마시에 작용시키는 누름력이나 플래턴의 회전과 캐리어의 상대 운동의 속도를 조정함으로써, 마무리 품질이 영향을 받는다.
연마 조건은 특별히 한정되지 않지만, 효율적으로 연마를 행하기 위해서는, 정반(定盤) 및 피연마 기판의 각각의 회전 속도는 300 rpm 이하의 저회전이 바람직하다. 또, 연마 패드의 연마면에 압접하기 위하여 피연마 기판에 가하는 압력은, 연마 후에 흠집이 발생하지 않도록 한다는 견지로부터, 150 ㎪ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 연마하고 있는 동안, 연마 패드에는, 연마면에 슬러리가 고르게 빠짐없이 퍼지도록 슬러리를 연속 또는 불연속적으로 공급하는 것이 바람직하다.
그리고, 연마 종료 후의 피연마 기판을 잘 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 피연마 기판에 부착된 수적(水滴)을 털어서 떨어뜨려 건조시킨다. 이와같이 하여, 피연마면이 평활한 면이 된다.
이와 같은 본 실시 형태의 CMP는, 각종 반도체 디바이스, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 등의 제조 프로세스에 있어서의 연마에 바람직하게 이용된다. 연마 대상의 예로서는, 예를 들면, 실리콘, 탄화규소, 질화갈륨, 갈륨 비소, 산화아연, 사파이어, 게르마늄, 다이아몬드 등의 반도체 기판; 소정의 배선을 갖는 배선판에 형성된 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, low-k 막 등의 절연막이나, 구리, 알루미늄, 텅스텐 등의 배선 재료; 유리, 수정, 광학 기판, 하드 디스크 등을 들 수 있다. 본 실시 형태의 연마 패드는, 특히는, 반도체 기판 상에 형성된 절연막이나 배선 재료를 연마하는 용도에 바람직하게 이용된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 본 발명의 범위는 이들 실시예에 의해서 하등 한정되는 것은 아니다.
처음에 본 실시예에서 이용한 흡습성 고분자를 이하에 정리하여 나타낸다.
< 흡습성 고분자 >
·중량평균 분자량 5,000의 폴리에틸렌옥사이드(PEO5,000); 흡습률 0.4%(0.1∼3.0%의 범위)
·중량평균 분자량 30,000의 폴리에틸렌옥사이드(PEO30,000); 흡습률 0.7%(0.1∼3.0%의 범위)
·중량평균 분자량 100,000의 폴리에틸렌옥사이드(PEO100,000); 흡습률 0.5%
·중량평균 분자량 1,000,000의 폴리에틸렌옥사이드(PEO1,000,000); 흡습률 1.6%(0.1∼3.0%의 범위)
·중량평균 분자량 7,000,000의 폴리에틸렌옥사이드(PEO7,000,000); 흡습률 2.5%(0.1∼3.0%의 범위)
·중량평균 분자량 100,000의 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드(PEO-PPO100,000); 흡습률 0.7%(0.1∼3.0%의 범위)
·중량평균 분자량 1,000,000의 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드(PEO-PPO1,000,000); 흡습률 1.3%(0.1∼3.0%의 범위)
·중량평균 분자량 7,000,000 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드(PEO-PPO7,000,000); 흡습률 2.1%(0.1∼3.0%의 범위)
·폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머(TPEE); 흡습률 1.2%(0.1∼3.0%의 범위)
< 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 >
·아크릴로니트릴-스티렌 공중합체; 흡습률 0.08%
또한, 고분자의 흡습률은 이하와 같이 하여 측정하였다.
각 고분자의 5.0 g의 입자를 유리제의 접시에 얇게 펼치고, 50℃의 열풍 건조기 내에서 48시간 방치하여 건조시켰다. 그 후, 23℃, 50% RH의 항온 항습 조건으로 24시간 방치하였다. 그리고, 23℃, 50% RH의 항온 항습 조건으로의 처리의 직전에 있어서의 중량(W1)과, 상기 23℃, 50% RH의 항온 항습 조건으로의 처리 후의 중량(W2)을 측정하고, 하기의 계산식으로부터 구하였다.
흡습률(%)＝{(W2―W1)/W1}×100
또, 본 실시예에서 이용한 폴리우레탄의 제조예를 이하에 나타낸다.
[제조예 1]
수평균 분자량 850의 폴리(테트라메틸렌글리콜)[약칭: PTMG], 수평균 분자량 600의 폴리(에틸렌글리콜)[약호: PEG], 1,4-부탄디올[약호: BD], 1,5-펜탄디올[약호: MPD], 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트[약호: MDI]를, PTMG:PEG:BD:MPD:MDI의 질량비가 16.0:7.5:10.5:0.73:58.1이 되는 것과 같은 비율로 배합한 배합물을 조제하였다.
그리고, 배합물을 정량 펌프에 의해 동축으로 회전하는 2축 압출기에 연속적으로 공급하고, 용융한 배합물을 스트랜드 형상으로 수중에 연속적으로 압출한 후, 펠리타이저에 의해 세단(細斷)하여 펠릿화하였다. 이와 같이 하여 폴리우레탄 원료를 연속 용융 중합시킴으로써, 비지환식 열가소성 폴리우레탄 I를 제조하였다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄 I는, 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에 비지환식 디이소시아네이트 단위인 MDI를 100 몰% 포함한다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄 I의 중량평균 분자량은 120,000이고, 이소시아네이트기 유래의 질소 원자의 함유량은 6.5 질량%였다. 그리고, 얻어진 펠릿을 70℃에서 20시간 제습 건조하였다.
[제조예 2]
수평균 분자량 850의 폴리(테트라메틸렌글리콜)[약호: PTMG], 수평균 분자량 600의 폴리(에틸렌글리콜)[약호: PEG], 1,4-부탄디올[약호: BD], 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트[약호: MDI]를, PTMG:PEG:BD:MDI의 질량비가 16.2:7.6:18.1:58.1이 되는 것과 같은 비율로 배합한 배합물을 조제하였다. 이 배합물을 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여 폴리우레탄 원료를 연속 용융 중합시킴으로써, 비지환식 열가소성 폴리우레탄 II를 제조하였다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄 II는, 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에 비지환식 디이소시아네이트 단위인 MDI를 100 몰% 포함한다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄 II의 중량평균 분자량은 120,000이고, 이소시아네이트기 유래의 질소 원자의 함유량은 6.5 질량%였다. 그리고, 얻어진 펠릿을 70℃에서 20시간 제습 건조하였다.
[제조예 3]
수평균 분자량 850의 폴리(테트라메틸렌글리콜)[약칭: PTMG], 수평균 분자량 600의 폴리(에틸렌글리콜)[약호: PEG], 1,4-부탄디올[약호: BD], 1,5-펜탄디올[약호: MPD], 및 헥사메틸렌디이소시아네이트[약호: HDI]를, PTMG:PEG:BD:MPD:HDI의 질량비가 7.9:3.7:28.2:1.9:58.1이 되는 것과 같은 비율로 배합한 배합물을 조제하였다. 이 배합물을 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여 폴리우레탄 원료를 연속 용융 중합시킴으로써, 지환식 열가소성 폴리우레탄 III을 제조하였다. 비지환식 열가소성 폴리우레탄 III은, 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에 비지환식 디이소시아네이트 단위인 HDI를 100 몰% 포함한다. 지환식 열가소성 폴리우레탄 III의 중량평균 분자량은 120,000이고, 이소시아네이트기 유래의 질소 원자의 함유량은 6.5 질량%였다. 그리고, 얻어진 펠릿을 70℃에서 20시간 제습 건조하였다.
[제조예 4]
수평균 분자량 850의 폴리(테트라메틸렌글리콜)[약칭: PTMG], 수평균 분자량 600의 폴리(에틸렌글리콜)[약호: PEG], 1,4-부탄디올[약호: BD], 1,5-펜탄디올[약호: MPD], 및 이소포론디이소시아네이트[약호: IPDI]를, PTMG:PEG:BD:MPD:IPDI의 질량비가 13.9:6.5:20.0:1.4:58.1이 되는 것과 같은 비율로 배합한 배합물을 조제하였다. 이 배합물을 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여 폴리우레탄 원료를 연속 용융 중합시킴으로써, 지환식 열가소성 폴리우레탄 IV를 제조하였다. 지환식 열가소성 폴리우레탄 IV는, 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에 지환식 디이소시아네이트 단위인 IPDI를 100 몰% 포함한다. 지환식 열가소성 폴리우레탄 IV의 중량평균 분자량은 120,000이고, 이소시아네이트기 유래의 질소 원자의 함유량은 6.5 질량%였다. 그리고, 얻어진 펠릿을 70℃에서 20시간 제습 건조하였다.
[제조예 5]
수평균 분자량 850의 폴리(테트라메틸렌글리콜)[약칭: PTMG], 수평균 분자량 600의 폴리(에틸렌글리콜)[약호: PEG], 1,4-부탄디올[약호: BD], 및 시클로헥산메틸이소시아네이트[약호: CHI]를, PTMG:PEG:BD:CHI의 질량비가 19.5:9.2:16.4:54.9가 되는 것과 같은 비율로 배합한 배합물을 조제하였다. 이 배합물을 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여 폴리우레탄 원료를 연속 용융 중합시킴으로써, 지환식 열가소성 폴리우레탄 V를 제조하였다. 지환식 열가소성 폴리우레탄 V는, 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에 지환식 디이소시아네이트 단위인 CHI를 100 몰% 포함한다. 지환식 열가소성 폴리우레탄 V의 중량평균 분자량은 120,000이고, 이소시아네이트기 유래의 질소 원자의 함유량은 6.5 질량%였다. 그리고, 얻어진 펠릿을 70℃에서 20시간 제습 건조하였다. 또한, 시클로헥산메틸이소시아네이트로서는 1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane(미츠이화학(주) 다케네이트600 등록상표)을 이용하였다.
[실시예 1]
비지환식 열가소성 폴리우레탄 I을 소형 니더에 도입하고, 온도 240℃, 스크류 회전수 100 rpm, 혼련 시간 1분간의 조건으로 용융 혼련하였다. 그리고, 비지환식 열가소성 폴리우레탄 I:PEO100,000＝99.5:0.5의 질량비가 되도록, PEO100,000을 소형 니더에 첨가하고, 또한, 온도 240℃, 스크류 회전수 60 rpm, 혼련 시간 2분간의 조건으로 용융 혼련하였다. 또한, 온도 240℃, 스크류 회전수 100 rpm, 혼련 시간 4분간의 조건으로 용융 혼련하였다.
그리고, 얻어진 용융 혼합물을 감압 건조기 내에서, 70℃에서 16시간 이상 방치하여, 건조하였다. 그리고, 건조된 용융 혼합물을 금속판에 끼우고, 열 프레스 성형기((주)가미모리공업소 탁상용 테스트 프레스)에 끼우고, 용융 혼합물을 가열 온도 230℃에서 2분간의 조건으로 용융시킨 후, 게이지압 40 ㎏/㎠로 가압하여 1분간 방치하였다. 그리고, 그것들을 실온에서 냉각한 후, 열 프레스 성형기 및 금속판에 끼워진 두께 2.0 ㎜의 성형체를 취출하였다.
그리고, 얻어진 두께 2.0 ㎜의 성형체를 110℃에서 3시간 열처리한 후, 절삭 가공함으로써 30 ㎜×50 ㎜의 직사각형의 시험편을 잘라냈다. 그리고, 그 시험편에 절삭 가공함으로써, 동심원 형상의 스트라이프 형상 홈(폭 1.0 ㎜, 깊이 1.0 ㎜, 홈 간격 6.5 ㎜)을 형성하였다. 그리고, 두께 2.0 ㎜의 원형의 동일한 비지환식 열가소성 폴리우레탄 I의 성형체에 그 시험편을 수용하는 오목부를 형성하고, 그 오목부에 시험편을 끼워 넣음으로써, 평가용의 무발포의 연마층을 얻었다. 그리고, 이하와 같이 평가하였다.
[성형체의 듀로미터 D 경도]
JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터((주)시마즈제작소 제의 HARDNESS-TESTER)를 이용하여, 하중 보지 시간 5초간의 조건으로, 두께 2.0 ㎜의 성형체의, 타입 D 듀로미터의 경도를 측정하였다.
[성형체의 비커스 경도]
JIS Z2244 준거의 비커스 경도계((주)아카시 제 HARDNESS-TESTER MVK-E2)를 이용하여, 두께 2.0 ㎜의 성형체의, 비커스 경도를 측정하였다.
[성형체의 건조시 파단 신도 및 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 포화 팽윤시 파단 신도]
두께 2.0 ㎜의 성형체 대신에, 두께 0.3 ㎜의 성형체를 제조하였다. 그리고, 두께 0.3 ㎜의 성형체로부터 2호형 시험편(JIS K7113)을 타발하였다. 그리고, 2호형 시험편을 습도 48RH%, 23℃에서 48시간 상태 조정하였다. 그리고, 정밀 만능시험기((주)시마즈제작소 제의 오토그래프 AG5000)을 이용하여 상태 조정된 2호형 시험편의 인장 시험을 행하고, 파단 신도를 측정하였다. 인장 시험의 조건은 척간 거리 40 ㎜, 인장 속도 500 ㎜/분, 습도 48RH%, 23℃에서 행하였다. 5개의 2호형 시험편의 파단 신도를 측정하고, 그 평균값을 건조시 파단 신도 S2(%)라고 하였다. 한편, 50℃의 온수에 2일간 침지함으로써, 2호형 시험편을 50℃의 물로 포화 팽윤시켰다. 그리고, 포화 팽윤시킨 2호형 시험편에 대해서도 마찬가지의 조건으로 파단 신도를 측정하고, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 포화 팽윤시 파단 신도 S1을 구하였다.
[50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 성형체의 저장 탄성률 E']
게이지압 40 ㎏/㎠로 가압하여 1분간 방치하여 얻어진 두께 2.0 ㎜의 성형체를 제조한 대신에, 게이지압 50 ㎏/㎠로 가압하여 1분간 방치한 것 이외에는 마찬가지로 하여, 두께 0.3 ㎜의 성형체를 제조하였다. 그리고, 두께 0.3 ㎜의 성형체를 110℃에서 3시간 열처리한 후, 30 ㎜×5 ㎜의 직사각형의 형(型)으로 시험편을 타발함으로써, 30 ㎜×5 ㎜의 저장 탄성률 평가용의 시험편을 타발하였다. 그리고, 50℃의 온수에 2일간 침지함으로써, 저장 탄성률 평가용의 시험편을 50℃의 물로 포화 팽윤시켰다. 그리고, 동적 점탄성 측정 장치[DVE 레오스펙트라(상품명, (주)리올로지 제)]를 이용하여, -100∼180℃의 측정 범위, 주파수 11.0 Hz에서, 70℃에서 있어서의 동적 점탄성률을 측정함으로써, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 성형체의 저장 탄성률 E'를 구하였다. 2개의 시험편의 저장 탄성률 E'를 측정하고, 그 평균값을 저장 탄성률 E'(㎬)라고 하였다.
[50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 성형체의 광투과율]
두께 2.0 ㎜의 성형체 대신에, 두께 0.5 ㎜의 성형체를 제조하였다. 그리고, 두께 0.5 ㎜의 성형체를 110℃에서 3시간 열처리한 후, 절삭 가공함으로써 30 ㎜×50 ㎜의 직사각형으로 잘라냈다. 그리고, 50℃의 온수에 2일간 침지함으로써, 시험편을 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후, 표면의 수적을 닦아 냈다. 그리고, 자외 가시 분광 고도계((주)시마즈제작소 제의 「UV-2450」)를 이용하여, 성형체의 시험편의 파장 550 ㎚의 광투과율을 하기의 조건으로 측정하였다.
·광원: 레이저 파장(550 ㎚)
·WI 램프: 50 W
·검출 헤드 출력 헤드간 거리: 10 ㎝
·시험편의 측정 위치: 검출 헤드와 출력 헤드와의 중간 위치
[물과의 접촉각]
두께 0.2 ㎜(200 ㎛)로 변경한 것 이외에는, 파단 신도의 측정에 있어서 작성한 방법과 마찬가지로 하여 프레스 성형 시트를 얻었다. 그리고, 프레스 성형 시트를 20℃ 및 65% RH의 조건 하에 3일간 방치한 후, 당해 시트의 접촉각을, 교와계면화학(주) 제 DropMaster500을 이용하여 측정하였다. 결과를 하기 표에 나타낸다.
[연마 특성 평가]
평가용의 연마층을 CMP 장치((주)에바라제작소 제 FREX300)의 플래턴에 세팅하였다. 그리고, 다이아몬드 번수 #100의 다이아몬드 드레서((주)아사히다이아몬드)를 이용하여, 슬러리(Klebosol(R) (주)DuPont)를 200 mL/분의 속도로 흘리면서 드레서 회전수 100 rpm, 턴테이블 회전수 70 rpm, 드레서 하중 40 N의 조건으로 피연마 기판의 표면을 연마하였다. 피연마 기판으로서는, 실리콘 기판 상에 TEOS막(tetra ethoxy silane막)을 3000 ㎚ 적층시킨 「SEMATECH764(SKW Associates사 제)」를 이용하였다. 상술의 조건으로 CMP를 행하고, 평탄화성의 지표로서, 폭 250 ㎛(50% 덴시티)의 패턴이 연속된 부분에 대하여, 볼록부와 오목부와의 차분(이하, 잔존 단차라고도 칭함)을 정밀 단차계((주)브루커 제 Dektak XTL)를 이용하여 측정하였다. 또한, 잔존 단차는 30 ㎚ 이하, 나아가서는 25 ㎚ 이하인 경우에는, 높은 평탄화성을 갖는다고 판정하였다. 또, 마찬가지로 하여, 볼록부의 남은 막이 100 ㎚ 미만이 될 때까지의 연마 시간을 측정함으로써, 연마 속도를 평가하였다. 또한, 연마 시간은 180 sec 이하, 나아가서는 170 sec 이하, 특히는 160 sec 이하인 경우에는, 높은 연마 속도를 갖는다고 판정하였다.
그리고, 웨이퍼 결함 검사 장치((주)케이엘에이·텐코사 제 SP-3)를 이용하여, 연마 후의 피연마 기판의 표면의 전체면에 있어서의, 0.207 ㎛보다 큰 스크래치의 개수를 계수하였다. 또한, 스크래치가 40개 미만, 나아가서는 30개 미만, 특히는 25개 미만인 경우에는, 스크래치의 발생이 억제되어 있다고 판정하였다.
[버 평가(홈 폐색의 평가)]
평가용의 연마층을 CMP 장치((주)에바라제작소 제 FREX300)의 플래턴에 세팅하였다. 그리고, 다이아 번수 #100의 다이아몬드 드레서((주)아사히다이아몬드)를 이용하여, 증류수를 200 mL/분의 속도로 흘리면서 드레서 회전수 100 rpm, 턴테이블 회전수 70 rpm, 드레서 하중 40 N의 조건으로 연마 패드의 표면을 2시간 드레싱하였다.
그리고, 연마 종료 후의 평가용의 연마층의 홈을 주사형 전자현미경(SEM)에 의해 사진 촬영하고, 버에 의해 홈이 폐색되어 있는지 여부를 관찰하였다. 또한, 50 ㎛를 초과하는 버에 의해서 홈이 폐색되어 있는 경우를 버가 「있음」이라고 평가하고, 50 ㎛를 초과하는 버가 존재하지 않고, 홈이 폐색되어 있지 않은 경우를, 버가 「없음」이라고 평가하였다.
평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또, 버 평가에서 촬영된 SEM 사진을 도 2에 나타낸다.
[표 1]
[실시예 2∼12, 비교예 1∼8]
폴리우레탄 조성물의 종류를 표 1 또는 표 2에 나타낸 것과 같은 조성으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 성형체 또는 연마층의 특성을 평가하였다. 결과를 표 1 또는 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 비교예 7에서는 흡습률 0.08%의 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체를 이용하였다.
[표 2]
상기 표에 나타내고 있는 것 같이, 실시예 1∼12의 연마 패드에서는, 버 시험에 있어서, 버가 발생하지 않고, 오목부인 홈이 폐색되지 않았다. 또, 잔존 단차도 작아, 평탄화성도 우수했다. 또, 연마 시간도 짧아, 높은 연마 속도가 얻어졌다. 또한, 스크래치의 발생도 적었다. 이와 같이, 본 발명에 관련된 연마 패드는, 높은 연마 속도, 높은 평탄화성, 및 발생하는 스크래치의 저감과, 드레싱성의 향상을 양립시킬 수 있었다. 한편, 파단 신도가 작은 비교예 1∼8의 연마 패드에서는, 버 시험에 있어서, 버가 발생하고, 홈이 폐색되었다.
1 플래턴
2 슬러리 공급 노즐
3 캐리어
4 드레서
5 피연마 기판
10 연마 패드
20 CMP 장치

Claims (12)

  1. 폴리우레탄 조성물의 성형체인 연마층을 포함하는 연마 패드로서,
    상기 폴리우레탄 조성물은, 유기 디이소시아네이트 단위로서 비지환식 디이소시아네이트 단위를 포함하는 열가소성 폴리우레탄 90∼99.9 질량%와, 흡습률 0.1% 이상의 흡습성 고분자 0.1∼10 질량%를 함유하고,
    상기 성형체는, JIS K 7215 준거의 타입 D 듀로미터에 의해, 하중 보지 시간을 5초간의 조건으로, 측정된, 60 이상 75 미만의 D 경도를 갖는, 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 폴리우레탄은, 상기 유기 디이소시아네이트 단위의 총량 중에, 상기 비지환식 디이소시아네이트 단위인 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 단위를 90∼100 몰% 포함하는, 연마 패드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 조성물은, 상기 열가소성 폴리우레탄 99∼99.9 질량%와, 상기 흡습성 고분자 0.1∼1 질량%를 함유하는, 연마 패드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡습성 고분자는, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 블록 공중합체로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 연마 패드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡습성 고분자는, 중량평균 분자량이 70,000∼4,000,000인 연마 패드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 포화 팽윤시 파단 신도가 250∼400%인, 연마 패드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는, 습도 48RH%, 23℃에 있어서의, 건조시 파단 신도가 150∼250%인, 연마 패드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 성형체는, 상기 포화 팽윤시 파단 신도 S1과 상기 건조시 파단 신도 S2와의 비 S1/S2가 1.0∼2.0인, 연마 패드.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의, 두께 0.5 ㎜의 시트에 있어서, 파장 550 ㎚의 레이저광 투과율이 60% 이상인, 연마 패드.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는, 비커스 경도가 5 이상 21 미만인, 연마 패드.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는, 50℃의 물로 포화 팽윤시켰을 때의 저장 탄성률이 0.1∼1.0 ㎬인, 연마 패드.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체가 무발포 성형체인, 연마 패드.
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