JP2019072794A - Polishing pad and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はワーク研磨用の研磨パッドおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a polishing pad for polishing a workpiece and a method of manufacturing the same.
半導体ウェーハ等のワークの研磨は、研磨ヘッドにワークを保持し、研磨パッドを貼設した定盤の該研磨パッド表面にワークの被研磨面を押接して、研磨パッド上に研磨液（スラリー）を供給しつつ定盤および研磨ヘッドを回転させることによって行っている。
ワークの研磨レート、研磨精度は、定盤の回転速度、ワークへの荷重、スラリーの種類等によって変動するが、研磨パッドの材料および構成によっても大きな影響を受ける。
In polishing a workpiece such as a semiconductor wafer, the workpiece is held by a polishing head, and the surface to be polished of the workpiece is pressed against the surface of the polishing pad of a platen on which a polishing pad is attached. By rotating the platen and the polishing head while supplying the
The polishing rate of the workpiece and the polishing accuracy vary depending on the rotation speed of the platen, the load on the workpiece, the type of the slurry, and the like, but it is also greatly affected by the material and configuration of the polishing pad.
従来、研磨パッドの材料としては、ウレタン系、不織布系、スウェード系材料などが用いられているが、中でも、ポリウレタン系材料が一般的に多く用いられている。また、複数のポリウレタン粒子から研磨パッドを成形したものもある（例えば特許文献１：特開２００３−１９７５７９号公報）。 Conventionally, as a material of the polishing pad, a urethane type, a non-woven type, a suede type material, etc. are used, and among them, a polyurethane type material is generally used in many cases. There are also those in which a polishing pad is formed from a plurality of polyurethane particles (e.g., Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-197579).
ところで、半導体パワーデバイス用の基板材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の材料が注目されている。しかしながら、これらワイドバンドギャップ半導体基板は難削材として知られ、硬く脆いことから、上記のようなポリウレタン系材料を用いた研磨パッドでは、十分な研磨レートを得ることが難しい。難削材ではない基板材料の研磨では、研磨荷重および定盤回転数を大きくすることによって、高い研磨レートが得られるが、難削材の場合は、研磨パッドおよびワークの表面温度上昇が大きいため、研磨荷重および定盤回転数を大きくすると、各部の熱変形により研磨精度が低下したり、ワークを保持するワックスが融解してしまうなどの問題が発生する。これらの問題を解決するために、研磨パッドの発熱を除去、または、抑制したいと考えた。 By the way, materials such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) have attracted attention as substrate materials for semiconductor power devices. However, since these wide band gap semiconductor substrates are known as hard-to-cut materials and are hard and brittle, it is difficult to obtain a sufficient polishing rate with a polishing pad using a polyurethane-based material as described above. In polishing of substrate materials that are not difficult-to-cut materials, high polishing rates can be obtained by increasing the polishing load and platen rotation speed, but in the case of difficult-to-cut materials, the surface temperature rise of the polishing pad and work is large. When the polishing load and the platen rotational speed are increased, problems such as the polishing accuracy decreasing due to the thermal deformation of each part, and the wax holding the work being melted occur. In order to solve these problems, we wanted to eliminate or suppress the heat generation of the polishing pad.
本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、ＳｉＣ等の難削材であっても、高能率で、かつ精度よく研磨できる研磨パッドおよびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a polishing pad capable of highly efficient and accurate polishing even if it is a difficult-to-cut material such as SiC and a method of manufacturing the same. is there.
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る研磨パッドは、ワーク研磨用の研磨パッドであって、表層に粉末状の熱伝導性材料が付着された熱可塑性樹脂粒子が、隣接するもの同士接触した状態で板状に成形されていることを特徴とする。
前記粉末状の熱伝導性材料が、隣接したもの同士接触した状態で前記熱可塑性樹脂粒子の表層に含浸されていると好適である。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following configuration.
That is, the polishing pad according to the present invention is a polishing pad for polishing a work, and thermoplastic resin particles having a powdery heat conductive material attached to the surface layer are in the form of a plate in a state where adjacent ones are in contact with each other. It is characterized in that it is molded.
It is preferable that the powdery thermally conductive material be impregnated in the surface layer of the thermoplastic resin particles in a state in which adjacent ones are in contact with each other.
前記粉末状の熱伝導性材料を機械的なエネルギーにより前記熱可塑性樹脂粒子の表層に含浸させることができる。
前記熱可塑性樹脂粒子が、超高分子量ポリエチレン粒子であると好適である。
前記熱可塑性樹脂粒子の粒子径が２５μｍ〜３００μｍであると好適である。
前記粉末状の熱伝導性材料が、導電性材料であると好適である。
The powdery thermally conductive material can be impregnated into the surface layer of the thermoplastic resin particles by mechanical energy.
It is suitable that the thermoplastic resin particles are ultra-high molecular weight polyethylene particles.
The particle diameter of the thermoplastic resin particles is preferably 25 μm to 300 μm.
It is preferable that the powdery thermally conductive material is a conductive material.
前記粉末状の熱伝導性材料がカーボンブラックであり、且つ粒子径３ｎｍ〜５００ｎｍの粉体であると好適である。
前記研磨パッドのかさ密度が、０.３〜０.７ｇ／ｃｍ3であると好適であり、０.６ｇ／ｃｍ3前後であるとさらに好適である。
裏面側に、研磨装置における定盤への固定用の接着材シートを固着することができる。
The powdery thermally conductive material is preferably carbon black and a powder having a particle diameter of 3 nm to 500 nm.
The bulk density of the polishing pad, is suitable If it is 0.3 to 0.7 g / cm 3, it is more preferable that is 0.6 g / cm 3 before and after.
On the back surface side, an adhesive material sheet for fixing to a surface plate in the polishing apparatus can be fixed.
本発明に係る研磨パッドの製造方法は、ワーク研磨用の研磨パッドの製造方法であって、熱可塑性樹脂粒子の表層に粉末状の熱伝導性材料を付着させる付着工程と、表層に粉末状の熱伝導性材料が付着された前記熱可塑性樹脂粒子からなる材料を成形型に収納する収納工程と、次いで前記成形型を真空加熱炉内に配置し、減圧雰囲気下で、前記材料を加圧加熱して板状に成形する成形工程と、前記板状に成形された成形体を冷却する冷却工程を含むことを特徴とする。 The method for producing a polishing pad according to the present invention is a method for producing a polishing pad for polishing a work, which comprises: attaching a powdery thermally conductive material to a surface layer of thermoplastic resin particles; The step of storing the material comprising the thermoplastic resin particles to which the heat conductive material is attached is housed in a mold, and then the mold is disposed in a vacuum heating furnace, and the material is pressurized and heated under a reduced pressure atmosphere. And forming a plate, and a cooling step of cooling the formed plate.
前記付着工程において、前記熱伝導性材料を機械的エネルギーにより前記熱可塑性樹脂粒子の表層に含浸させると好適である。
前記粉末状の熱伝導性材料が、導電性材料であると好適である。
前記粉末状の熱伝導性材料を、前記熱可塑性樹脂粒子の量に対して１〜１０ｗｔ％のカーボンとすると好適である。
前記成形工程において、前記真空加熱炉内を、前記熱可塑性樹脂粒子の軟化温度にまで加熱するとよい。
In the attaching step, it is preferable that the heat conductive material be impregnated into the surface layer of the thermoplastic resin particles by mechanical energy.
It is preferable that the powdery thermally conductive material is a conductive material.
It is preferable that the powdery thermally conductive material is 1 to 10 wt% of carbon with respect to the amount of the thermoplastic resin particles.
In the forming step, the inside of the vacuum heating furnace may be heated to the softening temperature of the thermoplastic resin particles.
本発明によれば、次のような有利な作用効果を奏する。
すなわち、本発明に係る研磨パッドは、上記のように、表層に粉末状の熱伝導性材料が付着された熱可塑性樹脂粒子が、隣接するもの同士接触した状態の構造をなし、熱伝導性に優れる。したがって放熱性に優れているので、ＳｉＣ等の難削材の研磨の際に、研磨荷重を大きくし、かつ定盤の回転速度を上げても、研磨パッド、ワーク、及び定盤の表面温度上昇を抑制でき、能率よく、かつ精度よくワークの研磨が行える。
According to the present invention, the following advantageous effects are obtained.
That is, as described above, the polishing pad according to the present invention has a structure in which the thermoplastic resin particles having the powdery heat conductive material attached to the surface layer are in contact with each other and have thermal conductivity. Excellent. Therefore, since it is excellent in heat dissipation, even when the polishing load is increased and the rotation speed of the platen is increased when polishing hard-to-cut materials such as SiC, the surface temperature of the polishing pad, workpiece, and platen increases. The work can be polished efficiently and accurately.
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態に係る研磨パッドは、ワーク研磨用の研磨パッドであって、表層に粉末状の熱伝導性材料が付着された熱可塑性樹脂粒子が、隣接するもの同士接触した状態で板状に成形されてなる。より具体的には、粉末状の熱伝導性の良好な材料を熱可塑性樹脂粒子の表層に含浸させるとよい。付着とは含浸を含む概念であり、含浸とは、熱可塑性樹脂粒子の表層の凹部内に強く固着する状態、あるいは表層に埋没する状態をいう。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on the attached drawings.
The polishing pad according to the present embodiment is a polishing pad for polishing a work, and thermoplastic resin particles having a powdery heat conductive material attached to the surface layer are in the form of a plate in a state where adjacent ones are in contact with each other. It is molded. More specifically, it is preferable to impregnate the surface layer of the thermoplastic resin particles with a powdery heat conductive material. The term "adhesion" is a concept including impregnation, and "impregnation" refers to a state in which the thermoplastic resin particles are firmly fixed in the recess of the surface layer or a state in which they are buried in the surface layer.
粉末状の熱伝導性材料が、導電性材料でもあると好適である。
粉末状の熱伝導性材料としては、カーボンが好適であり、カーボンは導電性材料でもある。カーボンの種類は特に限定されないが、カーボンブラックを好適に用いることができる。カーボンブラックとは、カーボンの微粒子のことであり、直径３ｎｍ〜５００ｎｍのカーボンである。
カーボン以外では、熱伝導性材料であり、且つ導電性材料でもある金属粉末が考えられる。
また、熱可塑性樹脂としては、超高分子量ポリエチレンが好適である。
超高分子量ポリエチレンは、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、に優れた熱可塑性樹脂である。
図１は、研磨パッド１０の模式的な断面図である。実際の研磨パッド１０の断面には、粒子間が接合する部分と、粒子間に隙間がある部分とが存在することになる（図示せず）。図２は、表層にカーボンブラックが付着（含浸）された超高分子量ポリエチレン粒子の模式的な断面図であり、成形加工の前は、超高分子量ポリエチレン粒子が球に近い形状を維持しており、断面は円形である。
板状に成形されたパッド１０の、板状体の裏面側（研磨面と反対側の面）には、研磨装置（図示せず）の定盤に貼付するための、両面テープなどの接着剤シート１４を固定するとよい。
It is preferable that the powdery thermally conductive material is also a conductive material.
As a powdery heat conductive material, carbon is suitable, and carbon is also a conductive material. The type of carbon is not particularly limited, but carbon black can be suitably used. Carbon black is fine particles of carbon and is carbon with a diameter of 3 nm to 500 nm.
Besides carbon, metal powders which are a thermally conductive material and also a conductive material are conceivable.
Further, as the thermoplastic resin, ultra high molecular weight polyethylene is suitable.
Ultra high molecular weight polyethylene is a thermoplastic resin excellent in heat resistance, abrasion resistance, and chemical resistance.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a polishing pad 10. In the cross section of the actual polishing pad 10, there will be a portion where particles are joined and a portion where there are gaps between particles (not shown). FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of ultra high molecular weight polyethylene particles in which carbon black is adhered (impregnated) to the surface layer, and the ultra high molecular weight polyethylene particles maintain a shape close to a sphere before forming processing. , The cross section is circular.
Adhesive, such as double-sided tape, for attaching to the surface plate of polishing device (not shown) on the back surface side (surface opposite to the polishing surface) of the plate-like pad 10 The seat 14 may be fixed.
超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層に粉末状のカーボンブラックが含浸されることによって、超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層は、カーボンブラックが豊富な層となる。図２には、カーボンブラックが豊富な層をドットで模式的に示している。カーボンブラックは、粒子径が３ｎｍ〜５００ｎｍの粉体であって、目視ではもちろん、電子顕微鏡でも見えにくいが、図２では、わかりやすくするため、カーボンブラックをドットで大きく示している。 By impregnating the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 with powdered carbon black, the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 becomes a layer rich in carbon black. In FIG. 2, the layer rich in carbon black is schematically shown by dots. Carbon black is a powder having a particle diameter of 3 nm to 500 nm, and of course it is difficult to see visually or with an electron microscope, but in FIG.
カーボンブラックは、熱伝導性に優れ、また導電性も有する。
上記のように、研磨パッド１０が、表層に粉末状のカーボンブラックが含浸された超高分子量ポリエチレン粒子１２が、隣接するもの同士接触した状態で板状に成形されることによって研磨パッド１０全体として、熱伝導性が向上し、かつ導電性も有する研磨パッド１０とすることができる。
Carbon black is excellent in thermal conductivity and also has conductivity.
As described above, the polishing pad 10 is formed into a plate shape in a state where adjacent ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 in which the powdery carbon black is impregnated in the surface layer are in contact with each other as a plate. The polishing pad 10 can be made to have thermal conductivity and conductivity.
この場合に、さらに、粉末状のカーボンブラックを、隣接したもの同士接触した状態で前記超高分子量ポリエチレン粒子の表層に含浸することによって、より熱伝導性に優れ、導電性にも優れる研磨パッド１０とすることができる。カーボンブラックの量を多くすれば、それだけ、隣接するカーボンブラック同士を多く接触させることができる。
カーボンブラックの量は、超高分子量ポリエチレン粒子の量に対して１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量が好適である。カーボンブラックの量を、超高分子量ポリエチレン粒子の量に対して５ｗｔ％程度の多量とすることによって、上記のように、より多くのカーボンブラックを、隣接したもの同士接触した状態とすることができる。
In this case, the polishing pad 10 is further excellent in thermal conductivity and excellent in conductivity by impregnating the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles with powdery carbon black in a state in which adjacent ones are in contact with each other. It can be done. By increasing the amount of carbon black, it is possible to bring adjacent carbon blacks into contact with each other.
The amount of carbon black is preferably 1 wt% to 10 wt% with respect to the amount of ultrahigh molecular weight polyethylene particles. By setting the amount of carbon black to a large amount of about 5 wt% with respect to the amount of ultrahigh molecular weight polyethylene particles, as described above, more carbon black can be brought into contact with adjacent ones. .
カーボンブラックを、超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層に含浸させるには、所要量のカーボンブラックと超高分子量ポリエチレン粒子１２をボールミルの容器中に収容し、容器を高速で往復直線運動等させることによって、金属製あるいはセラミックス製のボールによりカーボンブラックを超高分子量ポリエチレン粒子１２の表面に高圧縮・せん断力をかけ、カーボンブラックの粉体を超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層に含浸することで行える。この場合、超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層には、カーボンブラック粒子１個分の厚さのカーボンブラック含浸層が形成される。
あるいは、公知のメカノフュージョン加工によっても、カーボンブラックを超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層に含浸させることができる。なお、カーボンブラックと超高分子量ポリエチレン粒子との接合強度を高めたい場合は、メカノフュージョン加工を用いるとよい。
In order to impregnate the carbon black into the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12, the required amount of carbon black and the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 are accommodated in the vessel of the ball mill and the vessel is reciprocated at high speed. The surface of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 can be impregnated with carbon black powder by applying high compression and shearing force to the surface of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 with a metal or ceramic ball. In this case, a carbon black impregnated layer having a thickness of one carbon black particle is formed on the surface of the ultrahigh molecular weight polyethylene particle 12.
Alternatively, carbon black can be impregnated into the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 also by known mechanofusion processing. When it is desired to increase the bonding strength between carbon black and ultrahigh molecular weight polyethylene particles, mechanofusion processing may be used.
このように、本実施の形態では、機械的なエネルギーにより粉末状のカーボンブラックを超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層に含浸させるようにしている。このように、カーボンブラックを超高分子量ポリエチレン粒子１２の表層に含浸させるので、比較的少量のカーボンブラックで研磨パッド１０に良好な熱伝導性と導電性を付与することができる。また、高硬度であること、耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性に優れるなどの、超高分子量ポリエチレン粒子１２の良好な特性をそのまま維持できる。 Thus, in the present embodiment, powdery carbon black is impregnated into the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 by mechanical energy. As described above, since carbon black is impregnated into the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12, it is possible to impart good thermal conductivity and conductivity to the polishing pad 10 with a relatively small amount of carbon black. In addition, good characteristics of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 such as high hardness, excellent in abrasion resistance, impact resistance and chemical resistance can be maintained as they are.
本実施の形態に係る研磨パッド１０は、上記のように超高分子量ポリエチレン粒子１２が、隣接するもの同士接触した状態で板状に成形されることによって、板状体の研磨面となる表面には、超高分子量ポリエチレン粒子１２の境界部に微細な凹部が形成される。ワーク研磨時に、この凹部内にスラリーが保持されることにより、ワークの研磨が良好に行われ、平坦な、研磨精度のよい研磨面が得られる。 In the polishing pad 10 according to the present embodiment, as described above, the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 are formed into a plate shape with adjacent ones in contact with each other, thereby forming the polishing surface of the plate body. A fine recess is formed at the boundary of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12. Since the slurry is held in the recess at the time of workpiece polishing, the workpiece is well polished and a flat, polished surface with high polishing accuracy can be obtained.
超高分子量ポリエチレン粒子１２の粒子径は、２５μｍ〜３００μｍ程度が好ましく、特には、１５０μｍ程度が好適である。超高分子量ポリエチレン粒子１２の粒子径が２５μｍよりも小さいと、研磨面の凹部が小さすぎてスラリーの有効な保持ができず、また粒子径が３００μｍよりも大きくなると、研磨面の凹部が大きくなりすぎ、やはりスラリーの保持が困難になる。 The particle diameter of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 is preferably about 25 μm to 300 μm, and particularly preferably about 150 μm. If the particle diameter of the ultra-high molecular weight polyethylene particles 12 is smaller than 25 μm, the recesses on the polishing surface are too small to effectively hold the slurry, and if the particle diameter is larger than 300 μm, the recesses on the polishing surface become larger. Too much, too, it becomes difficult to hold the slurry.
超高分子量ポリエチレンそのものは、非常に硬度が高く、したがって、ダイヤモンド砥粒等の硬い砥粒入りのスラリーを用いて、ＳｉＣ、サファイア等の、高硬度の、難削材と言われるワークの研磨を良好に行うことができる。超高分子量ポリエチレンは硬度が高く、耐摩耗性に優れているので、ダイヤモンド砥粒入りのスラリーを用いても、超高分子量ポリエチレンそのものはほとんど研磨されず、研磨パッド１０の凹部の目詰まりも生じにくい。したがって、本実施の形態に係る研磨パッド１０は、従来のポリウレタン樹脂製の研磨パッドの場合に必要な、長時間のドレッシング作業も省略できる。 Ultra high molecular weight polyethylene itself is very hard, therefore, using a slurry containing hard abrasive grains such as diamond abrasive grains, it is possible to polish workpieces called SiC, sapphire, etc., which are hard, hard-to-cut materials It can be done well. Ultra high molecular weight polyethylene is high in hardness and excellent in wear resistance, so even if a slurry containing diamond abrasive is used, ultra high molecular weight polyethylene itself is hardly polished and clogging of the recess of polishing pad 10 also occurs. Hateful. Therefore, the polishing pad 10 according to the present embodiment can omit a long dressing operation which is necessary in the case of a conventional polyurethane resin polishing pad.
図３は、超高分子量ポリエチレンにカーボンブラックを添加して成形した添加品とカーボンブラック未添加品における熱伝導性の違いを示すグラフである。
５０℃に温度調整されたホットプレート（熱源）上に研磨パッドと同じ構成部材からなる試験片（当初の表面温度２５℃）を置き、試験片上面の温度が３５℃にまで上昇（温度が当初より１０℃上昇）するまでの時間を測定した。カーボン添加品（本実施形態品に相当）では、1回目２６ｓ（秒）、２回目２４ｓ、３回目２６ｓ、３回の平均２４.７ｓとなった。一方、カーボン未添加品では、1回目４４ｓ、２回目４６ｓ、３回５２ｓ、３回の平均４７.３ｓとなった。比較すると、カーボン未添加品は、カーボン添加品よりも経過時間が約２倍になっており、カーボン添加によって熱伝導性が向上したことがわかる。ちなみに、カーボン添加品とカーボン未添加品の試験片のサイズは同じであり、厚さは、２.６ｍｍである。
さらに、３回の平均値を用いて熱伝達速（ｋ）を計算すると、カーボン未添加品は、ｋ＝０.００２７であるのに対して、カーボン添加品は、ｋ＝０.００４４となり、熱伝導性の改善効果が確認できる。
熱伝達速（ｋ）は、
ｋ＝Ｑ・Ｖ・Ｓ-1・ｔ-1
によって算出する。
つまり、熱伝達速（ｋ）を用いることにより、単位接触面積（１ｍ2）で単位時間（１ｓ）当たりの、試験片下面から上面への熱伝達を定量比較できる。
なお、Ｑ：熱量（Ｊ）、Ｖ：試験片の体積（ｍ3）、Ｓ：試験片の接触面積（ｍ2）、ｔ：時間（ｓ）である。
FIG. 3 is a graph showing the difference in thermal conductivity between an additive product formed by adding carbon black to ultrahigh molecular weight polyethylene and a product not containing carbon black.
Place a test piece (initial surface temperature 25 ° C) consisting of the same components as the polishing pad on a hot plate (heat source) adjusted to 50 ° C, and the temperature on the upper surface of the test piece rises to 35 ° C (temperature initially The time to increase by 10 ° C. was measured. In the carbon-added product (corresponding to the product of the present embodiment), the average was 24.7 s for the first 26 s (second), the second 24 s, the third 26 s, and the third. On the other hand, in the non-carbon-added products, the average was 47.3 s in the first 44 s, the second 46 s, the third 52 s, and the third. In comparison, it can be seen that the elapsed time of the non-carbon-added product is about twice that of the carbon-added product, and the thermal conductivity is improved by the addition of carbon. Incidentally, the size of the test pieces of the carbon-added product and the non-carbon-added product is the same, and the thickness is 2.6 mm.
Furthermore, when the heat transfer rate (k) is calculated using an average value of three times, the carbon-free product is k = 0.0027, whereas the carbon-added product is k = 0.0044, The thermal conductivity improvement effect can be confirmed.
The heat transfer rate (k) is
k = Q · V · S -1 · t -1
Calculated by
That is, by using the heat transfer speed (k), the heat transfer from the lower surface to the upper surface of the test piece per unit time (1 s) can be quantitatively compared per unit contact area (1 m 2 ).
In addition, Q: heat amount (J), V: volume of test piece (m 3 ), S: contact area of test piece (m 2 ), t: time (s).
また、本実施の形態に係る研磨パッド１０は、上記のように、表層に粉末状のカーボンブラックが含浸された超高分子量ポリエチレン粒子１２を、隣接するもの同士の接触部分を融着させた状態の構造をなし、熱伝導性、導電性に優れる。したがって放熱性に優れているため、ＳｉＣ等の難削材の研磨において、研磨荷重を大きくし、かつ定盤の回転速度を上げても、研磨パッド、ワーク、定盤の表面温度上昇を抑制でき、能率よく、かつ精度よくワークの研磨を行える。
また、研磨パッド１０は、導電性を有することから、電界砥粒制御研磨への応用が期待できる。
In addition, as described above, the polishing pad 10 according to the present embodiment is in a state in which the contact portions of adjacent ultra-high molecular weight polyethylene particles 12 in which powdery carbon black is impregnated in the surface layer are fused. It has the following structure and is excellent in thermal conductivity and conductivity. Therefore, since it is excellent in heat dissipation, in polishing of difficult-to-cut materials such as SiC, even if the polishing load is increased and the rotation speed of the platen is increased, the surface temperature rise of the polishing pad, work, and platen can be suppressed. The work can be polished efficiently and accurately.
In addition, since the polishing pad 10 has conductivity, it can be expected to be applied to electric field abrasive control polishing.
図４は、研磨パッド１０の製造工程図である。
まず、超高分子量ポリエチレン粒子１２とカーボンブラックの計量と混合を行う（ステップ１：Ｓ１）。
次いで、計量、混合した材料をボールミル等の含浸装置の容器に収容し、容器を往復直線運動させ、ボールにより粉末状のカーボンブラックを超高分子量ポリエチレン粒子１２の表面に高圧縮・せん断力をかけ、カーボンブラックを超高分子量ポリエチレン粒子１２表層に含浸させる（図２、ステップ２：Ｓ２、付着工程）。なお、工程Ｓ１における材料の混合は、含浸装置の容器内において、工程Ｓ２で同時に行ってもよい。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the polishing pad 10.
First, weighing and mixing of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 and carbon black are performed (step 1: S1).
Next, the weighed and mixed material is accommodated in a vessel of an impregnating device such as a ball mill, and the vessel is reciprocated linearly, and a powdery carbon black is subjected to high compression and shearing force on the surface of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 by balls. Carbon black is impregnated into the surface layer of the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 (FIG. 2, step 2: S2, adhesion step). The mixing of the materials in step S1 may be performed simultaneously in step S2 in the container of the impregnating device.
表層にカーボンブラックを含浸した超高分子量ポリエチレン粒子１２を、所要量、成形容器内に充填する（ステップ３：Ｓ３、収納工程）。成形容器としては、成形体の剥離性をよくするため、内壁にテフロン（登録商標）コーティングしたカーボン容器などを用いるとよい。
次いで、成形容器に充填した材料上に適宜な錘を載せて、成形容器を真空加熱炉（図示せず）内に設置する（ステップ４：Ｓ４）。
A required amount of ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 impregnated with carbon black in the surface layer is filled in a molding container (Step 3: S3, storage step). As a molding container, in order to improve the releasability of the molding, it is preferable to use a carbon container coated with Teflon (registered trademark) on the inner wall.
Next, an appropriate weight is placed on the material filled in the forming container, and the forming container is placed in a vacuum heating furnace (not shown) (step 4: S4).
真空加熱炉内の空気を吸引、排除し、真空加熱炉内を所要低圧（３ｋＰａ以下）に設定する。超高分子量ポリエチレン粒子１２の飛散を防止するため、真空加熱炉内の減圧は、１０分以上の時間をかけて行うのがよい。真空加熱炉内を加熱し、減圧雰囲気下で成形容器内に充填した材料の加圧、加熱成形をする（ステップ５：Ｓ５、成形工程）。昇温はゆっくり、時間をかけて行うのがよい。最終加熱温度は、１８０℃程度、材料への加圧力は４０ｇ／ｃｍ2程度が好ましい。この圧力、温度により加圧、加熱成形することで、超高分子量ポリエチレン粒子１２が粒子形状を保ったまま圧縮され、粒子間の隙間は適宜に埋まり、また粒子が軟化することで、粒子間が接合する。なお、加圧力を加減することで、得られる研磨パッド１０の硬度を調整することができる。研磨パッド１０の用途に応じて加圧力を調整して硬度の調整をするとよい。
具体的には、成形時における材料への加圧力（成形加圧）を変えると、研磨パッドの密度が変化するとともに、硬度も変化する。すなわち、成形された研磨パッドは、密度が小さいと比較的低い硬度となり、大きいと比較的高い硬度となる。硬度が高すぎると定盤に密接しにくくなるため、かさ密度を０.３〜０.７ｇ／ｃｍ3にするとよい。さらに、スラリー保持性を考慮すると、かさ密度を０.６ｇ／ｃｍ3前後にするとよい。
The air in the vacuum heating furnace is sucked and removed, and the inside of the vacuum heating furnace is set to the required low pressure (3 kPa or less). In order to prevent the scattering of the ultra-high molecular weight polyethylene particles 12, the pressure reduction in the vacuum heating furnace is preferably performed for 10 minutes or more. The inside of the vacuum heating furnace is heated, and the material filled in the forming container is pressurized and thermoformed under a reduced pressure atmosphere (step 5: S5, forming step). The heating should be done slowly and over time. The final heating temperature is preferably about 180 ° C., and the pressure applied to the material is preferably about 40 g / cm 2 . The pressure and temperature causes the ultrahigh molecular weight polyethylene particles 12 to be compressed while maintaining their particle shape by pressure and temperature molding by the pressure and temperature, and the gaps between the particles are appropriately filled, and the particles are softened. Join. The hardness of the resulting polishing pad 10 can be adjusted by adjusting the pressure. The pressure may be adjusted to adjust the hardness according to the application of the polishing pad 10.
Specifically, when the pressing force (molding pressure) on the material at the time of molding is changed, the density of the polishing pad changes and the hardness also changes. That is, the molded polishing pad has a relatively low hardness when the density is low, and a relatively high hardness when it is large. If the hardness is too high, close contact with the surface plate is difficult, so it is preferable to set the bulk density to 0.3 to 0.7 g / cm 3 . Furthermore, in consideration of the slurry retention, the bulk density may be about 0.6 g / cm 3 .
次いで、真空加熱炉の加熱を停止すると共に、真空加熱炉内に大気を導入し、真空加熱炉内を大気圧にまで復圧しつつ、成形体を自然冷却する（ステップ６：Ｓ６、冷却工程）。成形体の熱変形を防止するため、自然冷却により、ゆっくり、時間をかけて冷却するのがよい。
次に成形体を成形容器から取出し、必要に応じて成形体の外周と研磨面の加工（トリミング）を行う（ステップ７：Ｓ７）。
また、成形体の加工面とは反対側の面に、適宜、両面テープ等の接着剤シートを貼付する（ステップ８：Ｓ８）。
このようにして、研磨パッド１０を得ることができる。
なお、工程Ｓ７と工程Ｓ８の工程順は逆であってもよい。
Next, the heating of the vacuum heating furnace is stopped, the atmosphere is introduced into the vacuum heating furnace, and the compact is naturally cooled while the pressure in the vacuum heating furnace is reduced to the atmospheric pressure (step 6: S6, cooling step) . In order to prevent thermal deformation of the molded body, it is preferable to cool slowly and slowly by natural cooling.
Next, the molded product is taken out of the molding container, and processing (trimming) of the outer periphery and the polished surface of the molded product is performed as necessary (Step 7: S7).
Further, an adhesive sheet such as a double-sided tape is appropriately affixed to the surface opposite to the processed surface of the molded body (step 8: S8).
Thus, the polishing pad 10 can be obtained.
The order of steps S7 and S8 may be reversed.
超高分子量ポリエチレン粒子は、市販の材料であって、分子量が約６００万、粒子径約１５０μｍのものを用いた。
カーボンブラックも市販の材料を用いた。
カーボンブラック粉末量が、超高分子量ポリエチレン粒子の量に対して、５ｗｔ％となるように計量し、両者を混合した。
この混合物を、ボールミルの容器中に収納し、容器を往復直線運動となるように振動させ、表層にカーボンブラック粉末が含浸された超高分子量ポリエチレン粒子を得た。
The ultrahigh molecular weight polyethylene particles were commercially available materials having a molecular weight of about 6 million and a particle diameter of about 150 μm.
A commercially available material was also used as carbon black.
The amount of carbon black powder was measured so as to be 5 wt% with respect to the amount of ultrahigh molecular weight polyethylene particles, and both were mixed.
The mixture was placed in a vessel of a ball mill, and the vessel was vibrated to reciprocate in a reciprocating linear motion to obtain ultrahigh molecular weight polyethylene particles in which carbon black powder was impregnated in the surface layer.
表層にカーボンブラック粉末が含浸された超高分子量ポリエチレン粒子の材料を所要量、カーボン製の専用成形容器（内壁をテフロン（登録商標）コーティングしたもの）に充填した。成形容器の材料の上に、錘を載せ、材料の加圧力が、約４０ｇ／ｃｍ2となるようにした。
次いで、この成形容器を真空加熱炉内に収容し、炉内圧力が３ｋＰａ以下となるまで、１０分以上の時間をかけてゆっくり減圧した。
A required amount of a material of ultra-high molecular weight polyethylene particles impregnated with carbon black powder in the surface layer was filled in a specially made molded container made of carbon (the inner wall of which was coated with Teflon (registered trademark)). A weight was placed on the material of the forming container so that the pressure of the material was about 40 g / cm 2 .
Next, the formed container was housed in a vacuum heating furnace, and the pressure was slowly reduced over 10 minutes until the pressure in the furnace became 3 kPa or less.
減圧後、真空加熱炉内を、約９時間かけて１８０℃にまで昇温し、材料の加圧、加熱成形を行った。次いで、真空加熱炉の加熱を停止し、成形体を自然冷却し、しかる後、成形容器内から成形体を取り出した。
成形体の外周と研磨面の加工（トリミング）を行い、研磨面と反対側の面に、両面テープを固着して研磨パッドに形成した。
After reducing the pressure, the inside of the vacuum heating furnace was heated up to 180 ° C. over about 9 hours, and the material was pressurized and heat-formed. Then, the heating of the vacuum heating furnace was stopped, the molded body was naturally cooled, and then the molded body was taken out of the molding container.
The outer periphery of the molded body and the polished surface were processed (trimmed), and a double-sided tape was fixed to the surface opposite to the polished surface to form a polishing pad.
上記のようにして得られた研磨パッドを用いてＳｉＣウェーハの研磨を行った。
研磨条件：
研磨装置：不二越機械工業株式会社製ＳＬＭ−１４０
被研磨材：２インチＳｉＣウェーハ
スラリー：ダイヤモンド砥粒入りスラリー（ダイヤモンド粒子径：３μｍ、ダイ ヤモンド粒子濃度：０.５ｗｔ％）
スラリー供給量：２ｍｌ／ｍｉｎ
定盤回転数：１００ｒｐｍ
研磨荷重：５００ｇ／ｃｍ2
研磨時間：３０ｍｉｎ
The SiC wafer was polished using the polishing pad obtained as described above.
Polishing conditions:
Polishing device: SLM-140 manufactured by Fujikoshi Machine Industry Co., Ltd.
Abrasive material: 2 inch SiC wafer Slurry: Slurry containing diamond abrasive (diamond particle diameter: 3 μm, diamond particle concentration: 0.5 wt%)
Slurry supply amount: 2 ml / min
Plate rotation speed: 100 rpm
Polishing load: 500 g / cm 2
Polishing time: 30 min
研磨結果：
研磨レートは、１７.７μｍ／ｈ、表面粗さは、Ｒａ０.００６５μｍとなり、高研磨レートで、研磨精度よく、難削材のＳｉＣウェーハの研磨を行えた。特に研磨レートは、ポリウレタン製の研磨パッドを用いて、上記と同条件でＳｉＣウェーハの研磨を行った場合の研磨レートの約２.６倍の高研磨レートとなった。
Polishing results:
The polishing rate was 17.7 μm / h, and the surface roughness was Ra 0.0065 μm. With a high polishing rate, it was possible to polish a SiC wafer of a difficult-to-cut material with high polishing accuracy. In particular, the polishing rate was about 2.6 times as high as the polishing rate in the case where the SiC wafer was polished under the same conditions as described above using a polyurethane polishing pad.
なお、上記実施例において、研磨時に研磨パッドがスラリーを撥水していたので、スラリーに界面活性剤を添加し（濃度５ｗｔ％）、供給量を５ｍｌ／ｍｉｎに増やして再度ＳｉＣウェーハを研磨した。
その結果、研磨レートは４４.７μｍ／ｈ、表面粗さは、Ｒａ０.００３３μｍとなり、界面活性剤添加前のスラリーを用いた上記実施例と比較すると、研磨レートは２.５倍まで上昇し、表面粗さは５０％低下した。
In the above example, since the polishing pad was water repellent to the slurry at the time of polishing, a surfactant was added to the slurry (concentration 5 wt%), the supply amount was increased to 5 ml / min, and the SiC wafer was polished again. .
As a result, the polishing rate is 44.7 μm / h, and the surface roughness is Ra 0.0033 μm, and the polishing rate is increased to 2.5 times as compared with the above example using the slurry before addition of the surfactant. The surface roughness was reduced by 50%.
従来技術では、銅定盤による粗研磨工程と、ポリウレタン製の研磨パッドによる仕上げ研磨工程の２工程を行っている。上記実施例において、研磨レートが４４.７μｍ／ｈの値まで向上できたことから、粗研磨工程の負担（研磨量）が小さい場合には、本実施の形態である表層に粉末状のカーボンブラックが含浸された超高分子量ポリエチレン粒子の研磨パッドによる研磨工程を採用すれば、粗研磨を省略して１工程化が可能となる。 In the prior art, two steps of a rough polishing process using a copper platen and a finish polishing process using a polyurethane polishing pad are performed. In the above example, since the polishing rate could be improved to a value of 44.7 μm / h, carbon black powdery on the surface layer according to the present embodiment was used when the burden (the amount of polishing) of the rough polishing step was small. If a polishing process using a polishing pad of ultrahigh molecular weight polyethylene particles impregnated with is employed, rough polishing can be omitted and one process can be realized.
超高分子量ポリエチレンは、高い硬度を有するので、ダイヤモンド砥粒等の硬い砥粒入りのスラリーを用いて、ＳｉＣウェーハ等の高硬度の、難削材と言われるワークの研磨を良好に行うことができた。そして、ダイヤモンド砥粒入りのスラリーを用いても、超高分子量ポリエチレン粒子そのものはほとんど摩耗されず、研磨パッドの目詰まりが生じにくく、研磨レートの低下やウェーハ面の不均一化を低減でき、且つ長時間のドレッシング作業を省略することもできた。 Since ultra high molecular weight polyethylene has high hardness, using a slurry containing hard abrasive grains such as diamond abrasive grains, it is possible to satisfactorily polish a work called high hardness, hard-to-cut materials such as SiC wafers etc. did it. And, even if a slurry containing diamond abrasive grains is used, the ultrahigh molecular weight polyethylene particles themselves are hardly abraded, and clogging of the polishing pad is hard to occur, and reduction of the polishing rate and nonuniformity of the wafer surface can be reduced. It was also possible to omit long dressing work.
また、熱可塑性樹脂の中では、超高分子量ポリエチレンが、高硬度、耐摩耗性、耐衝撃性、耐薬品性等に優れており、研磨パッドの素材として最適であるが、研磨パッドにおける要求性能によって、超高分子量ポリエチレン以外の熱可塑性樹脂を使用してもよい。
さらに、発明に係る研磨パッドにおいて、表層に粉末状のカーボンブラックが含浸された超高分子量ポリエチレン粒子が、隣接するもの同士接触した状態の構造にすれば、熱伝導性がさらに優れたものとなり、放熱性も向上するので、ＳｉＣ等の難削材の研磨では、研磨荷重を大きくし、且つ定盤の回転速度を上げても、研磨パッド、ワーク、定盤の表面温度上昇を抑制できる。
Among thermoplastic resins, ultrahigh molecular weight polyethylene is excellent in high hardness, abrasion resistance, impact resistance, chemical resistance, etc., and is most suitable as a material for polishing pads, but the required performance in polishing pads Thus, thermoplastic resins other than ultra-high molecular weight polyethylene may be used.
Furthermore, in the polishing pad according to the invention, if the ultrahigh molecular weight polyethylene particles having the surface layer impregnated with the powdery carbon black are brought into contact with adjacent ones, the thermal conductivity will be further improved. Since the heat radiation property is also improved, in the polishing of a difficult-to-cut material such as SiC, even if the polishing load is increased and the rotation speed of the platen is increased, the surface temperature rise of the polishing pad, the work and the platen can be suppressed.
１０ 研磨パッド、１２ 超高分子量ポリエチレン粒子、１４ 接着剤シート 10 polishing pad, 12 ultra high molecular weight polyethylene particles, 14 adhesive sheet
Claims (15)
表層に粉末状の熱伝導性材料が付着された熱可塑性樹脂粒子が、隣接するもの同士接触した状態で板状に成形されてなる研磨パッド。 A polishing pad for polishing a workpiece,
A polishing pad in which thermoplastic resin particles having a powdery heat conductive material attached to a surface layer thereof are formed into a plate in a state where adjacent ones are in contact with each other.
熱可塑性樹脂粒子の表層に粉末状の熱伝導性材料を付着させる付着工程と、
表層に粉末状の熱伝導性材料が付着された前記熱可塑性樹脂粒子からなる材料を成形型に収納する収納工程と、
次いで前記成形型を真空加熱炉内に配置し、減圧雰囲気下で、前記材料を加圧加熱して板状に成形する成形工程と、
前記板状に成形された成形体を冷却する冷却工程を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。 A method of manufacturing a polishing pad for polishing a workpiece, comprising
An adhesion step of adhering a powdery thermally conductive material to the surface layer of the thermoplastic resin particles;
A step of housing the material made of the thermoplastic resin particles having a powdery thermally conductive material attached to the surface layer in a molding die;
Then, the forming step is disposed in a vacuum heating furnace, and the material is pressurized and heated in a reduced pressure atmosphere to form a plate shape;
A method of manufacturing a polishing pad, comprising a cooling step of cooling the plate-like formed body.
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