JP2009256473A - 発泡ポリウレタンの製造方法および研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨物の平坦度を損なうことなく、スクラッチを低減する。
【解決手段】イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物とを反応硬化させて発泡ポリウレタンを製造する方法であって、イソシアネート基含有化合物に対して、シリコーン系界面活性剤を、１．５重量％〜２．５重量％添加して可塑剤として作用させることにより、密度を下げることなく、貯蔵弾性率Ｅ’を低くし、これによって、発泡ポリウレタンを用いた研磨パッドによって研磨される被研磨物の平坦度を損なうことなく、スクラッチの発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発泡ポリウレタンの製造方法、および、シリコンウェハなどの半導体ウェハの研磨に好適な発泡ポリウレタンからなる研磨パッドに関する。

半導体ウェハなどの平坦化処理には、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術が用いられており、従来からＣＭＰ技術を用いた種々のＣＭＰ装置が提案されている。図２は、従来のＣＭＰ装置の概略構成図である。定盤１の表面に取付けられた研磨パッド２には、研磨用のスラリー３がスラリー供給装置４から供給される。被研磨物として例えば、半導体ウェハ５は、研磨ヘッド６に、バッキングフィルム７を介して保持される。研磨ヘッド６に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ５は、研磨パッド２に押し付けられる。

研磨パッド２上に供給されるスラリー３は、研磨パッド２上を広がって半導体ウェハ５に到達する。定盤１と研磨ヘッド６とは、矢符Ａで示すように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド２と半導体ウェハ５との間にスラリー３が侵入して研磨が行われる。なお、８は研磨パッド２の表面を目立てするためのドレッサーである。

研磨パッド２として、耐摩耗性等に優れた発泡ポリウレタンを使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２３６２００号公報

シリコンウェハ等の被研磨物の平坦度を高めるために、硬質の発泡ポリウレタンからなる研磨パッドが用いられているが、このような硬い研磨パッドでは、平坦度は良好であるが、被研磨物にスクラッチ（傷）を付けるという課題がある。

そこで、発泡度合いを高めて発泡ポリウレタンの密度を下げることによってスクラッチを低減することが考えられるが、発泡ポリウレタンの密度を下げると、被研磨物の平坦度を損なってしまう。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、被研磨物の平坦度を損なうことなく、スクラッチを低減することを目的とする。

本件発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究した結果、整泡剤として添加されるシリコーン系界面活性剤を、通常の添加量よりも多量に、一定の割合になるように添加することによって、可塑剤として作用させ、発泡ポリウレタンの密度を下げることなく、弾性率を低くし、これによって、かかる発泡ポリウレタンを用いた研磨パッドによって研磨される被研磨物の平坦性を損なうことなく、スクラッチを低減できることを見出し本発明を完成した。

すなわち、本発明の発泡ポリウレタンの製造方法は、イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物とを反応硬化させて発泡ポリウレタンを製造する方法であって、前記イソシアネート基含有化合物に対して、シリコーン系界面活性剤を、１．５重量％〜２．５重量％添加するものである。

シリコーン系界面活性剤の添加量が、１．５重量％未満では、添加量が少なく可塑剤として作用することができず、発泡ポリウレタンの貯蔵弾性率Ｅ’を低くすることができない。

また、シリコーン系界面活性剤の添加量が、２．５重量％を超えると、可塑剤としての効果が強くなりすぎて、弾性率が低くなりすぎるため研磨パッドとして使用する場合、被研磨物の平坦度を損なってしまう結果となって好ましくない。

イソシアネート基含有化合物としては、イソシアネート基（ＮＣＯ基）を有するイソシアネート末端プレポリマーが好ましく、活性水素含有化合物としては、アミノ基（ＮＨ_２基）を有する芳香族アミンが好ましい。芳香族アミンとしては、ＭＯＣＡ（４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン））およびＭＯＣＡ類似物が好ましく、ＭＯＣＡ類似物としては、メチレン-ビス(２，３ジクロロアニリン)、４’,４メチレン-ビス(２-メチルエステルアニリン)などを使用することができる。

本発明の発泡ポリウレタンの製造方法によると、整泡剤として添加されるシリコーン系界面活性剤を、通常に比べて多量に一定の割合で添加し、可塑剤として作用させるので、発泡ポリウレタンの密度を下げることなく、貯蔵弾性率Ｅ’を低くすることができる。

本発明の研磨パッドは、本発明に係る発泡ポリウレタンの製造方法によって製造される発泡ポリウレタンを用いた研磨パッドであって、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が、９．０×１０^７Ｐａ〜１２．０×１０^７Ｐａである。

また、比重が、０．３５〜０．９０であるのが好ましく、硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で７０〜９０であるのが好ましい。

本発明の研磨パッドによると、密度を下げることなく、したがって、被研磨物の平坦度を損なうことなく、貯蔵弾性率Ｅ’を低くすることによって、スクラッチを低減することができる。

本発明によれば、整泡剤として添加されるシリコーン系界面活性剤を、通常よりも多量に一定の割合で添加して可塑剤として作用させるので、発泡ポリウレタンの密度を下げることなく、貯蔵弾性率Ｅ’を低くすることができる。これによって、かかる発泡ポリウレタンを用いる研磨パッドでは、被研磨物の平坦度を損なうことなく、スクラッチを低減することができる。

以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

この実施形態の発泡ポリウレタンの製造方法は、イソシアネート基含有化合物であるイソシアネート末端プレポリマーと、活性水素含有化合物である芳香族アミンとを、発泡剤（水）、シリコーン系の界面活性剤、触媒と共に混合攪拌し、所定の型に注型し、反応硬化させて発泡ポリウレタンの成型体を得るものである。

この実施形態では、更に、発泡ポリウレタンの成型体を、所定の厚さのシート状に裁断し、それを打ち抜いて研磨パッドを得るようにしている。

イソシアネート末端プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとを、通常用いられる条件で反応させて得られるものである。このイソシアネート末端プレポリマーは、市販されているものを用いてもよいし、ポリオールとポリイソシアネートとから合成して用いてもよい。

ポリイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート等が挙げられる。

ポリオールとしては、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコールやポリ（オキシプロピレン）グリコール等のポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリエステル系ポリオール等が挙げられる。

研磨用としては、加水分解を起こさないエーテル系のポリオールが好ましく、エーテル系のポリオールとして、ＰＰＧ（ポリプロピレングリコール）、ＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の−Ｏ−結合を有するものが好ましく、その中でも一般的には、物性（引張り特性）の良好なＰＴＭＧ系が好ましい。特に、分子量ＭＷ＝５００〜５０００のＰＴＭＧが好ましい。

活性水素含有化合物である芳香族アミンとしては、例えば、ジアミン系化合物として、３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ ）、クロロアニリン変性ジクロロジアミノジフェニルメタン、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−トルエンジアミン等が挙げられる。

本発明に従う発泡ポリウレタンの製造方法では、主成分であるイソシアネート末端プレポリマーに対して、シリコーン系の界面活性剤を、１．５重量％〜２．５重量％添加している。

従来、シリコーン系の界面活性剤は、整泡剤として、０．１重量％〜０．５重量％程度添加されるが、本発明では、それを大幅に上回る１．５重量％〜２．５重量％添加しており、可塑剤として作用させている。

このようにシリコーン系の界面活性剤を、可塑剤として多量に添加することにより、製造される発泡ポリウレタンの密度を下げることなく、貯蔵弾性率を下げることが可能となる。

このようにして製造される発泡ポリウレタンから得られる研磨パッドは、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が、９．０×１０^７Ｐａ〜１２．０×１０^７Ｐａ、比重が、０．３５〜０．９０、硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で７０〜９０であるのが好ましい。

以下、本発明を、実施例および比較例に基づいて、更に詳細に説明する。

イソシアネート末端プレポリマー（ウレタンプレポリマー）として、ユニロイヤル社製のアジプレンＬ−２１３とＥＸ２０２との混合物を使用し、硬化剤として、イハラケミカル社製のキュアミンＨＴを使用し、シリコーン系界面活性剤として、東レダウコーニング社製のＳＨ−１９０を使用し、シリコーン系界面活性剤の添加量を変えて下記表１に示す配合の比較例および実施例の発泡ポリウレタンを製造した。

比較例では、アジプレンＬ−２１３とＥＸ２０２との混合物であるイソシアネート末端プレポリマーに対して、シリコーン系界面活性剤であるＳＨ−１９０を約０．４重量％添加し、実施例では、イソシアネート末端プレポリマーに対して、シリコーン系界面活性剤を約２．１重量％添加した。その他の配合は、同じである。

表１の比較例および実施例の発泡ポリウレタンからそれぞれ作成した厚さ１．０ｍｍの比較例および実施例の研磨パッドを用いて、シリコンウェハの研磨を行い、各種特性を評価した。その結果を下記表２に、評価に用いた機器を下記表３にそれぞれ示す。

黒田精工社製のナノメトロ３００ＰＴを用いて測定した研磨レート、平坦度（ＧＢＩＲ）、平坦度（ＳＦＱＲ）およびロールオフ（端面ダレ）については、比較例および実施利のいずれの研磨パッドも同等であった。

ＡＤＥ社製のＮａｎｏ Ｍａｐｐｅｒを用いて測定したナノトポグラフィーについては、実施例の研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウェハの方が、比較例の研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウェハに比べて良好であった。

ＫＬＡテンコール社製のサーフスキャンＳＰ１を用いて測定したスクラッチについては、比較例の研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウェハでは、スクラッチが認められたが、実施例の研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウェハでは、スクラッチは認められなかった。

ザイゴ社製のニュービュー６００を用いて測定したウェハの面粗さについては、比較例の研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウェハでは、１．０であったのに対して、実施例の研磨パッドを用いて研磨されたシリコンウェハでは、０．７〜０．８であり、２０％〜３０％の改善が認められた。

更に、比較例および実施例の研磨パッドの貯蔵弾性率Ｅ’を、ＳＩＩナノテクノロジー製の動的粘弾性測定装置ＤＭＳ６１００を用いて、周波数１Ｈｚ、初期荷重３００ｍＮ、温度１０〜１００℃の条件で計測した。

その結果を、図１に示す。この図１に示されるように、実施例の研磨パッドの貯蔵弾性率Ｅ’は、比較例の研磨パッドの貯蔵弾性率Ｅ’に比べて低くなっており、３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が、比較例では、１．６×１０^８Ｐａ程度であるのに対して、実施例では、１．０×１０^８程度となっている。

以上のように、比較例に比べて、シリコーン系界面活性剤が多量に添加されている実施例では、図１に示すように、貯蔵弾性率Ｅ’を低くすることができ、表２に示すように、研磨レート、平坦度（ＧＢＩＲ）、平坦度（ＳＦＱＲ）およびロールオフ（端面ダレ）を同等に維持しながら、ナノトポグラフィー、スクラッチおよびウェハ面粗さを改善することができる。

本発明は、シリコンウェハ等の研磨に用いる研磨パッドとして有用である。

実施例および比較例の貯蔵弾性率の測定結果を示す図である。 ＣＭＰ装置の概略構成図

符号の説明

２ 研磨パッド

Claims (5)

1. イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物とを反応硬化させて発泡ポリウレタンを製造する方法であって、
   前記イソシアネート基含有化合物に対して、シリコーン系界面活性剤を、１．５重量％〜２．５重量％添加することを特徴とする発泡ポリウレタンの製造方法。
2. 前記イソシアネート基含有化合物が、イソシアネート基を有するイソシアネート末端プレポリマーであり、前記活性水素含有化合物が、アミノ基を有する芳香族アミンである請求項１に記載の発泡ポリウレタンの製造方法。
3. 前記請求項１または２に記載の発泡ポリウレタンの製造方法によって製造される発泡ポリウレタンを用いた研磨パッドであって、
   ３０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が、９．０×１０^７Ｐａ〜１２．０×１０^７Ｐａであることを特徴とする研磨パッド。
4. 比重が、０．３５〜０．９０である請求項３に記載の研磨パッド。
5. 硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で７０〜９０である請求項３または４に記載の研磨パッド。

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