JP2011005563A - 研磨パッド、その製造方法および研磨加工方法 - Google Patents
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-
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Abstract
【解決手段】研磨パッド10はウレタンシート2を備えている。ウレタンシート2は被研磨物を研磨加工するための研磨面Pを有している。ウレタンシート2は、乾式成型法で形成されており、イソシアネート基含有化合物、水、整泡剤、ポリアミン化合物を混合した混合液を反応硬化させたポリウレタン発泡体がスライスされ形成されている。ウレタンシート2の内部には発泡3が略均等に分散して形成されている。研磨面Pには発泡3の一部が開口した開孔4が形成されている。ウレタンシート2の内部では、近接して形成された発泡3が連通孔9で連通しており、研磨面P側から観察したときに800個/cm2以上の割合で連通孔9が形成されている。連通孔9、発泡3を通じて研磨液が移動する。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、本実施形態の研磨パッド10は、ポリウレタン樹脂製の樹脂発泡体としてのウレタンシート2を備えている。ウレタンシート2は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Pを有している。ウレタンシート2は、予めポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させて得られたイソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を分散希釈させ整泡剤を含む分散液と、ポリアミン化合物と、を混合した混合液を型枠に注型し硬化させたポリウレタン発泡体をスライスし裁断することで形成されている。すなわち、研磨パッド10を構成するウレタンシート2は、乾式成型法により形成されている。
研磨パッド10は、図2に示す各工程を経て製造される。すなわち、ポリイソシアネート化合物と、ポリオール化合物と、予めポリオール化合物に水と整泡剤とを分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する準備工程、予めポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させてイソシアネート基含有化合物を生成し、得られたイソシアネート基含有化合物、分散液、ポリアミン化合物の各成分を混合して混合液を調製する混合工程、混合液を型枠に注型し型枠内で発泡、硬化させてポリウレタン発泡体を形成する硬化成型工程、ポリウレタン発泡体をシート状にスライスし裁断して複数枚のシートを形成するスライス・裁断工程、ウレタンシート2と両面テープ7とを貼り合わせ研磨パッド10を形成するラミネート工程を経て製造される。以下、工程順に説明する。
準備工程では、ポリイソシアネート化合物と、ポリオール化合物と、分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する。準備するポリイソシアネート化合物としては、分子内に2つ以上のイソシアネート基を有していれば特に制限されるものではない。例えば、分子内に2つのイソシアネート基を有するジイソシアネート化合物としては、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、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を挙げることができる。これらのジイソシアネート化合物の2種以上を併用してもよく、分子内に3つ以上、例えば、3つのイソシアネート基を有するトリイソシアネート化合物を用いてもよい。ウレタンシート2のショアA硬度を上述した範囲に調整することを考慮すれば、2,6−TDIや2,4−TDIのトリレンジイソシアネートが、少なくとも50重量%含まれていることが好ましい。
図2に示すように、混合工程では、準備工程で準備したポリイソシアネート化合物と、ポリオール化合物とを反応させることでイソシアネート基含有化合物、すなわち、イソシアネート末端ウレタンプレポリマ(以下、単に、プレポリマと略記する。)を生成させる。得られたプレポリマと、準備工程で準備した分散液およびポリアミン化合物とを混合し、混合液を調製する。硬化成型工程では混合工程で調製された混合液を型枠に注型し、型枠内で発泡、硬化させてポリウレタン発泡体を成型する。本例では、混合工程、硬化成型工程を連続して行う。
図2に示すように、スライス・裁断工程では、硬化成型工程で得られたポリウレタン発泡体をシート状にスライスし、円形等の所望の形状、サイズに裁断して複数枚のシートを形成する。スライスには、一般的なスライス機を使用することができる。スライス時にはポリウレタン発泡体の下層部分を保持し、上層部から順に所定厚さにスライスする。スライスする厚さは、本例では、0.5mm〜1.5mmの範囲に設定されている。また、本例で用いた厚さが50mmの型枠25で成型したポリウレタン発泡体では、例えば、上層部および下層部の約10mmをキズ等の関係から使用せず、中央部の約30mm分から20〜60枚のシート状にスライスする。裁断時には、所望の形状の型で打ち抜いてもよく、裁断機で裁断してもよい。硬化成型工程で内部に発泡3が略均等に形成されたポリウレタン発泡体が得られるため、スライス・裁断工程で形成される複数枚のシートでは、表面に形成された開孔4の平均孔径がいずれも90〜130μmの範囲となる。開孔4の平均孔径が90μmを下回ると、研磨加工時に研磨液中の砥粒等が目詰まりしやすくなるため、研磨パッドの寿命低下を招きやすく、反対に130μmを上回ると、略均一な孔径の制御が難しくなる。
ラミネート工程では、ウレタンシート2の研磨面Pと反対側の面に、両面テープ7を一面側の粘着剤層で貼り合わせる。そして、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い研磨パッド10を完成させる。
被研磨物の研磨加工を行うときは、被研磨物の片面を研磨加工する片面研磨機や両面を同時に研磨加工する両面研磨機を用いることができる。片面研磨機を用いるときは、研磨定盤に研磨パッド10を装着する。研磨定盤に研磨パッド10を装着するときは、剥離紙8を取り除き、露出した粘着剤層で研磨定盤に接着固定する。研磨定盤と対向するように配置された保持定盤に保持させた被研磨物を研磨面P側へ押圧すると共に、外部からスラリー(砥粒を含む研磨液)を供給しながら研磨定盤ないし保持定盤を回転させることで、被研磨物の加工面を研磨加工する。一方、両面研磨機を用いるときは、対向配置された2つの定盤にそれぞれ研磨パッド10を装着する。定盤間に被研磨物を配し、スラリーを供給しながら、少なくとも一方の定盤を回転させることで、被研磨物を研磨加工する。研磨加工時には、スラリーが、開孔4に保持されつつ、発泡3、連通孔9を通じて移動し、加工面全体に略均等に供給される。なお、通常、研磨液の媒体としては水が使用されるが、アルコール等の有機溶剤を混合することも可能である。また、酸やアルカリ等を添加することで化学的作用による研磨加工もできる。
次に、本実施形態の研磨パッド10の作用等について、発泡3が連通孔9で連通した発泡構造を有するウレタンシート2の作用を中心に説明する。
実施例1では、第1成分のプレポリマとして2,4−TDIと数平均分子量約1000のPTMGおよびジエチレングリコールとを反応させることで得られたプレポリマを55℃に加熱し減圧下で脱泡して用いた。このプレポリマでは、イソシアネート含有量が9.6%であった。第2成分のMOCAは120℃で溶融させ、減圧下で脱泡した。第3成分の分散液は、数平均分子量約1000のPTMG、水、触媒(トヨキャットET、東ソー株式会社製)、シリコン系界面活性剤(SH−193、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製)を2.5/0.1/0.05/0.05の割合で配合した。この分散液では、シリコン系界面活性剤の配合割合が、水1重量部あたりに換算すると、0.5重量部となる。第1成分、第2成分、第3成分を減圧下で脱泡した後、79.0/18.3/2.7の割合となるように混合槽12に供給した。得られた混合液を型枠25に注型し硬化させた後、形成されたポリウレタン発泡体を型枠25から抜き出した。この発泡体を厚さ1.3mmのシート状にスライスし、直径800mmの円形状に切り出したウレタンシート2を用いて実施例1の研磨パッドAを製造した。
実施例2では、シリコン系界面活性剤(SH−193)の添加比率を0.03とした以外は実施例1と同様にして作製したウレタンシート2を用いて実施例2の研磨パッドBを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水1重量部あたりに換算すると、0.3重量部となる。
比較例1では、シリコン系界面活性剤(SH−193)の添加比率を0.15とした以外は実施例1と同様にして作製したウレタンシートを用いて比較例1の研磨パッドCを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水1重量部あたりに換算すると、1.5重量部となる。
比較例2では、シリコン系界面活性剤(SH−193)の添加比率を0.01とした以外は実施例1と同様にして作製したウレタンシートを用いて比較例2の研磨パッドDを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水1重量部あたりに換算すると、0.1重量部となる。
各実施例および比較例の研磨パッドを構成するウレタンシートについて、かさ密度、ショアA硬度、発泡3の平均孔径、連通孔9の数、吸水率(1時間後、24時間後)を測定した。かさ密度の測定では、試料片(10cm×10cm)を切り出し、電子天秤(型式メトラ−AJ−180)にて重量W0を測定し、ダイアルゲージにて厚さtを測定した。厚さtおよび重量W0から、かさ密度(ρ)=W0/t/10によりかさ密度を算出した。ショアA硬度の測定では、かさ密度の測定と同様に切りだした試料の複数枚を厚さが4.5mm以上となるように重ね、A型硬度計(日本工業規格JIS K 7311)にて測定した。例えば、1枚の試料片の厚さが1.3mmの場合は、4枚の試料を重ねて測定した。発泡3の平均孔径の測定では、ウレタンシートの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、発泡3の孔径を計測し平均値を求めた。連通孔9の数の測定では、SEMにて試料表面を50倍に拡大して5mm2の視野のSEM画像を撮影し、そのSEM画像中の発泡3の内部に見える連通孔9の個数をカウントする。試料の10箇所についてSEM画像からカウントした連通孔9の数を合計し、1cm2あたりに換算した個数を算出した。吸水率(%)の測定では、3cm×10cmにカットした試料片の重量を測定しておき、20℃の水に浸漬する。1時間および24時間後に試料をピンセットで持ち上げ5秒後に重量を測定した。浸漬前後の重量から、吸水率(%)=(浸漬後重量−浸漬前重量)/浸漬前重量×100により吸水率を算出した。かさ密度、ショアA硬度、発泡3の平均孔径、連通孔9の数、吸水率の測定結果を下表1に示す。なお、表1において、密度はかさ密度を示し、発泡径は発泡3の平均孔径を示し、連通孔は連通孔9の数を示している。
また、各実施例および比較例の研磨パッドについて、以下の研磨条件にてシリコンウエーハの研磨加工を行い研磨性能を評価した。すなわち、研磨装置の上下定盤に研磨パッドをそれぞれ貼り付け、各水準のシリコンウエーハの各100枚について研磨加工を行い、平坦度を測定した。平坦度の測定では、平坦度測定装置(黒田精工社製、Nanometoro300TT−A)を用い、Edge Exclusionを2mm、Site−FlatnessのCellサイズを26mm×8mm、Cellレイアウトを0mm×0mmに設定した。平坦度パラメータは、SEMI規格に示される、GBIR/SFQR(max)/SBIR(max)とした。GBIR(global backsurface-referenced ideal plane/range)は、半導体ウェーハの表側の面全体について裏側の面を基準とする理想平面からの正と負の偏差の範囲のことであり、周縁部を除いて画定される全ウェーハ表面に関する平坦性の評価に使用される。SFQR(site front surface referenced least
squares/range)は、規定された寸法の面について最小2乗誤差により定義された表側からの正および負の偏差の範囲のことであり、SFQR(max)の値が所与のウェーハ上の部品領域全部のSFQRの最大値を表している。SBIR(site backsurface-reference ideal plane/range)は、部品領域の全厚さ偏差に対応する裏面を基準とした局所厚さ偏差であり、SBIR(max)がSBIRの最大値を表している。SFQRおよびSBIRはウェーハの或る限定された領域の平坦性に関すものであって、作り込まれる半導体部品の領域に概ね相当する平坦性の評価に使用される。整泡剤の添加比率を0.15とした研磨パッドC(比較例1)で研磨加工したシリコンウエーハの平坦度を基準とし、各研磨パッドで研磨加工したシリコンウエーハの平坦度が基準に対して変化する割合を百分率で求めた。各平坦度パラメータについて、基準に対する変化割合を求めた結果を下表2に示す。
(研磨条件)
研磨ウェーハ:直径300mmφシリコンウエーハ
研磨装置:不二越機械工業社製両面研磨装置
研磨液:株式会社フジミインコーポレーテッド、コロイダルシリカタイプ
研磨圧力:150g/cm2
キャリア:金属製
2 ウレタンシート(樹脂発泡体)
3 発泡(気泡)
4 開孔
9 連通孔
10 研磨パッド
Claims (9)
- 乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に前記気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂発泡体では近接して形成された前記気泡間に連通孔が形成されており、前記連通孔は前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり800個/cm2以上の割合で形成されていることを特徴とする研磨パッド。
- 前記連通孔は、前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり2000個/cm2以下の割合で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記樹脂発泡体は、厚みaが0.5mm〜1.5mmの範囲のシート状に形成されており、20℃の水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される吸水率が、1時間浸漬させたときに(31−16a)%以上であり、24時間浸漬させたときに(56−24a)%以上であることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記樹脂発泡体は、かさ密度が0.30g/cm3〜0.80g/cm3の範囲、ショアA硬度が75度〜95度の範囲、前記研磨面に形成された開孔の平均孔径が90μm〜130μmの範囲であることを特徴とする請求項3に記載の研磨パッド。
- 前記樹脂発泡体は、ポリウレタン樹脂で形成されたことを特徴とする請求項4に記載の研磨パッド。
- 請求項1に記載の研磨パッドの製造方法であって、
ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させ得られたイソシアネート基含有化合物、ポリアミン化合物、水および整泡剤の各成分を準備する準備ステップと、
前記準備ステップで準備した各成分を略均一に混合した混合液から乾式成型法でポリウレタン発泡体を形成する発泡体形成ステップと、
前記発泡体形成ステップで形成されたポリウレタン発泡体をシート状にスライスするスライスステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 前記準備ステップで準備する整泡剤は、シリコン系界面活性剤であり、配合割合が前記水の1重量部に対して0.15重量部〜0.65重量部の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。
- 請求項1に記載の研磨パッドを用いた被研磨物の研磨加工方法であって、
研磨装置の対向配置された2つの定盤の少なくとも一方に前記研磨パッドを装着し、
前記定盤間に前記被研磨物を配し、前記被研磨物および研磨パッド間に砥粒が混合された研磨液を供給しつつ前記定盤の少なくとも一方を回転駆動する、
ステップを含むことを特徴とする研磨加工方法。 - 前記被研磨物は、シリコンウエーハであることを特徴とする請求項8に記載の研磨加工方法。
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