JP3494640B1 - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 研磨工程において発生する摩擦熱による温度
上昇が起こった場合でも平坦化特性の低下が従来よりも
小さな研磨パッドの研磨層を提供する。 【解決手段】 微細気泡を有するポリウレタン樹脂発泡
体からなる研磨層を有し、前記微細気泡の平均気泡径が
２０〜７０μｍであり、且つ、前記研磨層の熱寸法変化
率が３％以下であることを特徴とする研磨パッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレンズ、反射ミラー
等の光学材料やシリコンウエハー、ハードディスク用の
ガラス基板、アルミ基板、及び一般的な金属研磨加工等
の高度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工を安
定、かつ高い研磨効率で行うことが可能な研磨パッドに
関するものである。本発明の研磨パッドは、特にシリコ
ンウエハー並びにその上に酸化物層、金属層等が形成さ
れたデバイスを、さらにこれらの酸化物層や金属層を積
層・形成する前に平坦化する工程に使用することも可能
である。

【０００２】

【従来の技術】高度の表面平坦性を要求される材料の代
表的なものとしては、半導体集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ）
を製造するシリコンウエハーと呼ばれる単結晶シリコン
の円盤があげられる。シリコンウエハーは、ＩＣ、ＬＳ
Ｉ等の製造工程において、回路形成に使用する各種薄膜
の信頼できる半導体接合を形成するために、酸化物層や
金属層を積層・形成する各工程において、表面を高精度
に平坦に仕上げることが要求される。このような研磨仕
上げ工程においては、一般的に研磨パッドはプラテンと
呼ばれる回転可能な支持円盤に固着され、半導体ウエハ
ー等の加工物は研磨ヘッドに固着される。そして双方の
運動により、プラテンと研磨ヘッドとの間に相対速度を
発生させ、さらに砥粒を含む研磨スラリーを研磨パッド
上に連続供給することにより、研磨操作が実行される。

【０００３】研磨操作においては、研磨パッドの寸法変
化が非常に重要である。研磨パッドの寸法安定性が悪い
と、研磨過程において発生する摩擦熱により研磨パッド
の寸法変化が起こり、平坦化特性が低下する原因となり
うる。

【０００４】従来は、研磨特性の内、研磨対象物の平坦
性（プラナリティー）を改善する目的で、研磨パッドを
高弾性率化することが多く、研磨パッドの寸法安定性に
関しては、十分な議論がされてこなかった。

【０００５】例えば、発泡剤や微小中空発泡体等の異種
物質を使用することなく均一な微細発泡を有する微細気
泡ポリウレタン発泡体の製造方法及びその製造方法によ
って得られる研磨シートについて開示されている（特許
文献１）。

【０００６】

【特許文献１】特開２０００−１７８３７４号公報

【発明が解決しようとする課題】しかし、特許文献１記
載の微細気泡ポリウレタン発泡体は、熱寸法変化率が大
きく、研磨工程における摩擦熱による温度上昇によって
平坦化特性の低下は避けられない。

【０００７】本発明の目的は、研磨工程において発生す
る摩擦熱による温度上昇が起こった場合でも平坦化特性
の低下が従来のものよりも小さな研磨パッドの研磨層を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨パッドは、
微細気泡を有するポリウレタン樹脂発泡体からなる研磨
層を有し、前記ポリウレタン樹脂発泡体がイソシアネー
ト成分とポリオール成分とを原料成分として含有し、前
記イソシアネート成分が芳香族ジイソシアネート及び脂
環式ジイソシアネートであり、ポリウレタン樹脂発泡体
中のポリオール成分の含有量が１５〜５５重量％であ
り、前記微細気泡の平均気泡径が２０〜７０μｍであ
り、且つ、前記研磨層の熱寸法変化率が３％以下である
ことを特徴とする。

【０００９】研磨パッドの研磨層の熱寸法変化率を３％
以下とすることにより、研磨工程において発生する摩擦
熱による温度上昇が起こった場合でも平坦化特性の低下
が従来のものよりも小さな研磨パッドを得ることができ
る。熱寸法変化率は２％以下であることが好ましく、さ
らに好ましくは１％以内である。

【００１０】また、ポリウレタン樹脂は必要な硬度に加
えて可とう性をも有するため、研磨対象物に与える微小
な傷、即ちスクラッチが低減される。またポリウレタン
樹脂発泡体は、熱寸法変化率が３％以下の研磨層を容易
に構成することができる。しかも研磨操作時にパッド表
面にスラリー中の砥粒を保持することができるため、満
足のできる研磨速度が得られる。

【００１１】本発明のポリウレタン樹脂発泡体が有する
微細気泡は、平均気泡径（平均セル径）が２０〜７０μ
ｍであり、好ましくは２０〜６０μｍである。前記ポリ
ウレタン樹脂発泡体は独立気泡タイプのポリウレタン樹
脂発泡体であることが特に好ましい。発泡状態が不良に
なると（平均気泡径が前記範囲内にない場合など）、熱
寸法変化率が好ましい範囲にあっても研磨特性が低下す
る場合がある。

【００１２】本発明においては、前記ポリウレタン樹脂
発泡体がイソシアネート成分とポリオール成分とを原料
成分として含有し、前記イソシアネート成分は芳香族ジ
イソシアネート及び脂環式ジイソシアネートであり、且
つ、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有
量が１５〜５５重量％であり、好ましくは３５〜５０重
量％である。ポリオール成分の含有量が１５重量％未満
の場合には、ポリウレタン樹脂発泡体が硬くなりすぎ、
割れ、ひび等が発生する傾向にある。一方、５５重量％
を超える場合には、熱寸法変化率を３％以下に制御し難
い傾向にある。

【００１３】特に、前記芳香族ジイソシアネートがトル
エンジイソシアネートであり、前記脂環式ジイソシアネ
ートがジシクロヘキシルメタンジイソシアネートである
ことが好ましい。また、前記ポリオール成分が数平均分
子量５００〜５０００のポリエーテルポリオールである
ことが好ましい。

【００１４】前記材料を用いることにより、比較的容易
に研磨層の熱寸法変化率を３％以下に制御することがで
きる。

【００１５】本発明においては、前記ポリウレタン樹脂
発泡体が、イソシアネート成分、ポリオール成分、及び
低分子量多価アルコールを含有してなるイソシアネート
末端プレポリマーと鎖延長剤とを含有してなり、前記ポ
リオール成分と低分子量多価アルコールとの平均官能基
数が２．０〜２．８であることが好ましく、さらに好ま
しくは２．４〜２．８である。平均官能基数が２．０未
満の場合には、ポリマー化が十分に進行せず目的とする
イソシアネート末端プレポリマーが得られない傾向にあ
る。平均官能基数が２．８を超える場合には、イソシア
ネート末端プレポリマーの粘度が著しく高くなり、その
後の取り扱いが困難になる傾向にある。さらに、鎖延長
剤（硬化剤）との混合性も悪くなり、反応の不均一性に
より熱寸法変化率が大きくなる傾向にある。平均官能基
数は、下記式により算出される値である。平均官能基数
＝｛（ポリオール成分の水酸基数×ポリオール成分のモ
ル数）＋（低分子量多価アルコールの水酸基数×低分子
量多価アルコールのモル数）｝／（ポリオール成分のモ
ル数＋低分子量多価アルコールのモル数）また、前記ポ
リウレタン樹脂発泡体は、シリコン系ノニオン界面活性
剤を０．０５重量％以上５重量％未満含むことが好まし
い。

【００１６】ポリウレタン樹脂発泡体の製造にあたり、
ポリウレタン原料に予めシリコン系ノニオン界面活性剤
を混合しておくことは、微細気泡を安定的に作るのに有
利であり、ポリウレタンの物性を損なうことなく、気泡
が均一なポリウレタン発泡体が安定して得られる。

【００１７】独立気泡タイプのポリウレタン樹脂発泡体
の研磨パッドにおいては、シリコン系ノニオン界面活性
剤量が０．０５重量％より少ない場合には安定した独立
気泡タイプの発泡体を得ることが困難である。また、５
重量％以上の場合、該界面活性剤を添加することにより
研磨パッドの強度が低下し、研磨において平坦化特性が
悪化する傾向にある。

【００１８】また、本発明は、イソシアネート基含有化
合物を含む第１成分もしくは活性水素基含有化合物を含
む第２成分の少なくとも一方に、水酸基を有しないシリ
コン系ノニオン界面活性剤を第１成分と第２成分の合計
量に対して０．０５重量％以上５重量％未満添加し、さ
らに前記界面活性剤を添加した成分を非反応性気体と攪
拌して前記非反応性気体を微細気泡として分散させた気
泡分散液を調製した後、前記気泡分散液に残りの成分を
混合して硬化させるポリウレタン樹脂発泡体を製造する
工程を含む研磨パッドの製造方法、に関する。

【００１９】本発明において、独立気泡タイプのポリウ
レタン樹脂発泡体とは、１００％完全に独立気泡のみで
構成されている必要はなく、一部に連続した気泡が存在
してもよい。独立気泡率は、９０％以上であればよい。

【００２０】また、本発明は、前記研磨パッドを用いて
半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む半導体デバイ
スの製造方法、に関する。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の研磨パッドにおいて、研
磨層のマトリックス材料となるポリウレタン樹脂発泡体
は、イソシアネート成分とポリオール成分とを原料成分
として含有し、前記イソシアネート成分が芳香族ジイソ
シアネート及び脂環式ジイソシアネートであり、ポリウ
レタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有量が１５〜
５５重量％であり、平均気泡径が２０〜７０μｍであ
り、且つ、熱寸法変化率が３％以下のものであれば特に
限定されるものではない。

【００２２】前記ポリウレタン樹脂発泡体は、イソシア
ネート成分、ポリオール成分、及び鎖延長剤を含有して
なるものである。

【００２３】イソシアネート成分としては、ポリウレタ
ンの分野において公知の芳香族ジイソシアネート及び脂
環式ジイソシアネートを特に限定なく使用でき、前記２
種類のジイソシアネートを併用することが必要である。
芳香族ジイソシアネートとしては、２，４−トルエンジ
イソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、
２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，
４’−ジフェニルメタ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、１，５−ナフタレ
ンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネー
ト、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレン
ジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート等
が挙げられる。これらは１種で用いてもよく、２種以上
を混合しても差し支えない。脂環式ジイソシアネートと
しては、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
ネート等が挙げられる。これらは１種で用いてもよく、
２種以上を混合しても差し支えない。

【００２４】イソシアネート成分としては、上記ジイソ
シアネート化合物の他に、３官能以上の芳香族や脂環式
の多官能ポリイソシアネート化合物も使用可能である。

【００２５】ポリオール成分としては、ポリウレタンの
技術分野において、通常ポリオール化合物として用いら
れるものを挙げることができる。例えばヒドロキシ末端
ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボ
ネート、ポリエーテル、ポリエーテルカーボネート、ポ
リエステルアミド等のポリウレタンの技術分野におい
て、ポリオールとして公知の化合物が挙げられるが、こ
れらのうち耐加水分解性の良好なポリエーテル及びポリ
カーボネートが好ましく、より低価格であり、溶融粘度
が低く加工が容易であるという観点からはポリエーテル
が特に好ましい。

【００２６】ポリエーテルポリオールとしては、ポリテ
トラメチレングリコ−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（ＰＥ
Ｇ）等が例示される。

【００２７】ポリエステルポリオ−ルとしては、ポリブ
チレンアジペ−ト、ポリヘキサメチレンアジペ−ト、ポ
リカプロラクトンポリオ−ル等が例示される。

【００２８】ポリエステルポリカ−ボネ−トポリオ−ル
としては、ポリカプロラクトンポリオ−ル等のポリエス
テルグリコ−ルとアルキレンカ−ボネ−トとの反応生成
物、エチレンカ−ボネ−トを多価アルコ−ルと反応さ
せ、次いでえられた反応混合物を有機ジカルボン酸との
反応生成物などが例示される。

【００２９】ポリカ−ボネ−トポリオ−ルとしては、例
えば、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
ル及び／又はポリテトラメチレングリコール等のジオー
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）もしくは環式カーボネート（例えばプ
ロピレンカーボネート）との反応生成物が挙げられる。

【００３０】研磨層を構成する微細気泡を有するポリウ
レタン樹脂発泡体の製造において、上記のポリオール
は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
必要に応じて３官能以上の成分を併用してもよい。

【００３１】これらポリオール成分の数平均分子量は、
特に限定されるものではないが、得られるポリウレタン
樹脂発泡体の熱寸法変化率、弾性特性等の観点から、５
００〜５０００であることが望ましく、５００〜３００
０であることがより好ましい。数平均分子量の比較的小
さいポリオールを用いることにより、ハードセグメント
間の分子量を小さくすることができ、それにより熱寸法
変化率を低減させることができる。

【００３２】ポリオール成分の数平均分子量が５００未
満であると、これを用いて得られるポリウレタン樹脂発
泡体は十分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなり易
く、このポリウレタン樹脂発泡体をマトリックスとする
研磨パッドが硬くなりすぎ、研磨対象である加工物の研
磨面のスクラッチの原因となる場合がある。また磨耗し
やすくなるため、研磨パッドの寿命の観点からも好まし
くない。

【００３３】一方、数平均分子量が５０００を超える
と、これを用いて得られるポリウレタン樹脂発泡体をマ
トリックスとする研磨パッドが軟らかくなり、十分に満
足のいくプラナリティーが得られない傾向にある。

【００３４】また、ポリウレタン樹脂発泡体の構成成分
としては、上述したポリオール成分に加えて、エチレン
グリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−
プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，
６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，
４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５
−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチ
レングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキ
シ）ベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセリン、
１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリトルトー
ル、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシ
ド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スク
ロース、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチ
ル）シクロヘキサノール、トリエタノールアミン等の低
分子量多価アルコール、エチレンジアミン、トリレンジ
アミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリア
ミン等の低分子量多価アミン等を併用しても構わない。
これら低分子量多価アルコール、低分子量多価アミンは
単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。本発
明では、ポリウレタンの耐加水分解性を考慮して、ポリ
オール成分としては、エーテル系ポリオール又はポリカ
ーボネートポリオールを用いることが好ましい。

【００３５】上述のポリオール成分、低分子量多価アル
コール、及び低分子量多価アミンとしては、２官能の成
分を主として使用するが、３官能以上の多官能成分を併
用することは、得られる研磨パッドの熱寸法変化率を安
定的に３％以下にすることができるので好ましい態様で
ある。

【００３６】本発明のポリウレタン樹脂発泡体をプレポ
リマー法により製造する場合において、プレポリマーの
硬化には鎖延長剤を使用する。鎖延長剤は、少なくとも
２個以上の活性水素基を有する有機化合物であり、活性
水素基としては、水酸基、第１級もしくは第２級アミノ
基、チオール基（ＳＨ）等が例示できる。具体的には、
４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（ＭＯ
ＣＡ）、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等に例示されるポリア
ミン類、あるいは、上述した低分子量多価アルコールや
低分子量多価アミンを挙げることができる。これらは１
種で用いても、２種以上を混合しても差し支えない。

【００３７】本発明におけるイソシアネート成分、ポリ
オール成分、低分子量多価アルコール、低分子量多価ア
ミン、及び鎖延長剤の比は、各々の分子量や研磨パッド
の所望物性などにより種々変え得る。所望する研磨特性
を有する研磨パッドを得るためには、ポリオール成分、
低分子量多価アルコール、低分子量多価アミン、及び鎖
延長剤の合計活性水素基（水酸基＋アミノ基）数に対す
るイソシアネート成分のイソシアネート基数は、０．８
０〜１．２０の範囲が望ましく、好ましくは、０．９９
〜１．１５であることがより望ましい。イソシアネート
基数が０．８０未満の場合には、要求される硬度、熱寸
法変化率が得られない傾向にある。一方、１．２０を超
える場合には、未反応のイソシアネートによる硬化不良
が生じ、それにより熱寸法変化率が大きくなったり、研
磨特性が低下する傾向にあるため好ましくない。

【００３８】また、ポリオール成分と低分子量多価アル
コール等の比は、これらから製造されるポリウレタンに
要求される硬度、熱寸法変化率などの特性により適宜設
定される。

【００３９】ポリウレタン樹脂発泡体は、溶融法、溶液
法など公知のウレタン化技術を応用して製造することが
できるが、コスト、作業環境などを考慮した場合、溶融
法で製造することが好ましい。

【００４０】ポリウレタンの製造は、プレポリマー法、
ワンショット法のどちらでも可能であるが、事前にイソ
シアネート成分、ポリオール成分、及び低分子量多価ア
ルコール等からイソシアネート末端プレポリマーを合成
しておき、これに鎖延長剤を反応させるプレポリマー法
が、得られるポリウレタンの物理的特性が優れており好
適である。

【００４１】なお、イソシアネート成分とポリオール成
分から製造されるイソシアネート末端プレポリマーが市
販されているが、本発明に適合するものであれば、それ
らを用いて、プレポリマー法により本発明で使用するポ
リウレタンを重合することも可能である。イソシアネー
ト末端プレポリマーは、分子量が８００〜５０００程度
のものが加工性、物理的特性等が優れており好適であ
る。

【００４２】前記ポリウレタン樹脂発泡体の製造は、イ
ソシアネート基含有化合物を含む第１成分及び、活性水
素基含有化合物を含む第２成分を混合して硬化させるも
のである。プレポリマー法では、イソシアネート末端プ
レポリマーがイソシアネート基含有化合物となり、鎖延
長剤が活性水素基含有化合物となる。ワンショット法で
は、イソシアネート成分がイソシアネート基含有化合物
となり、鎖延長剤、ポリオール成分、低分子量多価アル
コール等が活性水素基含有化合物となる。

【００４３】ポリウレタン樹脂発泡体の製造方法として
は、中空ビーズ（例えば、日本フィライト社製のエクス
パンセル、松本油脂社製のマイクロスフェアー）を添加
させる方法、機械発泡法により発泡体とする方法などが
挙げられるがこれらに限定されない。

【００４４】本発明においては、前記ポリウレタン原料
（イソシアネート基含有化合物を含む第１成分及び、活
性水素基含有化合物を含む第２成分）を混合、撹拌する
前に、または混合、撹拌する際にポリウレタン原料中
に、非反応性気体からなる気泡を取り込んだ後、硬化さ
せ、微細気泡を有するポリウレタン樹脂発泡体ブロック
を作製する手法を採用することが好ましい。

【００４５】その際に、ポリウレタン原料（イソシアネ
ート基含有化合物を含む第１成分及び／または、活性水
素基含有化合物を含む第２成分）にシリコン系ノニオン
界面活性剤を添加しておき、前記シリコン系ノニオン界
面活性剤を添加した成分を非反応性気体と撹拌して、微
細気泡として分散させた後、または分散させながら、こ
れに残りの成分を混合するのが好ましい。シリコン系ノ
ニオン界面活性剤をポリウレタン原料に予め混合してお
くことは、平均気泡径２０〜７０μｍの微細気泡を安定
的に作るのに非常に有効な手段である。

【００４６】本発明の研磨パッドの製造方法を、イソシ
アネート基含有化合物としてイソシアネート末端プレポ
リマーを使用した例を説明する。研磨パッドの製造方法
は、以下の工程を有する。（１）イソシアネート末端プ
レポリマーの気泡分散液を作製する撹拌工程イソシアネ
ート末端プレポリマーにシリコン系ノニオン界面活性剤
を添加し、非反応性気体と撹拌し、非反応性気体を微細
気泡として分散させて気泡分散液とする。プレポリマー
が常温で固体の場合には適宜の温度に予熱し、溶融して
使用する。（２）硬化剤（鎖延長剤）混合工程上記の気
泡分散液に鎖延長剤を添加し、混合撹拌して発泡反応液
とする。（３）硬化工程鎖延長剤を混合したイソシアネ
ート末端プレポリマーの発泡反応液を所定の型に流し込
んで加熱硬化させる。

【００４７】硬化に際してブロック状に成形された場合
には、裁断工程により所定の厚さに、さらには所定の大
きさのシート状に裁断される。

【００４８】シート状の研磨層には、研磨パッドの大き
さに裁断する前、或いは裁断後に必要に応じて柔軟性多
孔質シート等を貼り付けてクッション層を形成する積層
工程が設けられ、２層構造の研磨パッドが製造される。

【００４９】非反応性気体を微細気泡状にしてシリコン
系ノニオン界面活性剤を含むイソシアネート末端プレポ
リマーに分散させる撹拌装置としては、公知の撹拌装置
は特に限定なく使用可能であり、具体的には、ホモジナ
イザー、ディゾルバー、２軸遊星型ミキサー（プラネタ
リーミキサー）等が例示される。撹拌装置の撹拌翼の形
状も特に限定されないが、ホイッパー型の撹拌翼の使用
が微細気泡が得られ、好ましい。

【００５０】なお、撹拌工程において気泡分散液を作成
する撹拌と、混合工程における鎖延長剤を添加して混合
する撹拌は、異なる撹拌装置を使用することも好ましい
態様である。特に混合工程における撹拌は気泡を形成す
る撹拌でなくてもよく、大きな気泡を巻き込まない撹拌
装置の使用が好ましい。このような撹拌装置としては、
遊星型ミキサーが好適である。撹拌工程と混合工程の撹
拌装置を同一の撹拌装置を使用しても支障はなく、必要
に応じて撹拌翼の回転速度を調整する等の撹拌条件の調
整を行って使用することも好適である。

【００５１】本発明において使用するシリコン系ノニオ
ン界面活性剤としては、ポリウレタン原料と反応しない
で、微細な気泡を安定的に形成するものは、限定無く使
用可能であるが、ポリウレタンの物性が損なわれず、均
一的な微細気泡を安定的に作るという観点より、水酸基
等の活性水素基を有しないシリコン系ノニオン界面活性
剤が好ましい。特に、シリコン（ポリアルキルシロキサ
ン）とポリエーテルの共重合体の界面活性剤がよい。こ
こでポリエーテルとしては、ポリエチレンオキサイド、
ポリプロピレンオキサイド、これらの共重合体などが例
示できる。共重合体のポリエーテルの末端は、メチルエ
ーテル等のアルキルエーテル、アセチル基等であること
も好ましい。かかるシリコン系ノニオン界面活性剤とし
て市販品も使用でき、ＳＨ−１９２，ＳＨ−１９３（東
レダウコーニングシリコン社製）等が例示される。

【００５２】ポリウレタン樹脂発泡体を製造する際に使
用する非反応性気体は、イソシアネート基または活性水
素基と反応しない常温気体成分のみから構成されている
気体である。気体は積極的に液中に送り込んでもよく、
また撹拌中に気体が自然に巻き込まれる状況のみであっ
てもよい。微細気泡を形成するために使用される非反応
性気体としては、可燃性でないものが好ましく、具体的
には窒素、酸素、炭酸ガス、ヘリウムやアルゴン等の希
ガスやこれらの混合気体が例示され、乾燥して水分を除
去した空気がコスト的に最も好ましい。

【００５３】また、本発明において、ポリウレタン組成
物に対して、必要に応じて、酸化防止剤等の安定剤、滑
剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を加え
ても差し支えない。

【００５４】本発明の研磨パッドの作製方法としては、
まず、ポリウレタン原料を混合した混合液を金型に注入
後、流動しなくなるまで反応させ硬化させて、ポリウレ
タンブロックを作製する。ポリウレタン樹脂発泡体とす
る場合には、硬化とともに発泡させる。得られたポリウ
レタン樹脂発泡体ブロックは加熱、ポストキュアーする
ことができ、かかる操作はポリウレタンの物性を向上す
る効果があり、極めて好適である。ポリウレタンの製造
には、ポリウレタン反応を促進する触媒を使用しても構
わない。触媒の種類、添加量は適宜選択する。

【００５５】次いで、得られたポリウレタン樹脂発泡体
ブロックは、研磨パッド（研磨層）に適した厚みにスラ
イスされる。研磨層の厚さは、０．８ｍｍ〜２ｍｍ程度
であり、通常は１．２ｍｍ程度の厚さのシートが使用さ
れる。また、この方法とは別に、目的とする研磨層の厚
みと同じキャビティーを備えた金型にポリウレタン成分
を流し込んで作製してもよい。

【００５６】研磨層表面には条溝を付けたり、裏面に柔
軟性多孔質シート等を貼り付けて研磨パッドとすること
ができる。研磨層表面の条溝は、研磨屑や研磨材を被研
磨物と研磨シートの接触面から外へ逃がす作用を有す
る。条溝の形状は、特に限定されるものではないが、断
面が矩形、三角形、Ｕ字型、半円状等が例示され、微粉
末が通過する断面積を有したものでよい。条溝はシート
面上に同心円状、格子状等にて配置される。条溝の深さ
はシートの厚み等にもよるが、０．４〜０．８ｍｍ程度
である。

【００５７】裏面に積層する柔軟性多孔質シート等とし
ては、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル
不織布 等の繊維不織布層、ないしは、それら不織布に
ウレタン樹脂を含浸させた材料、ウレタン樹脂、ポリエ
チレン樹脂等の独立気泡発泡体などを例示することがで
きる。これらのうち、製造しやすさ、安価、物性安定性
などの面でウレタン含浸ポリエステル不織布、ポリウレ
タン発泡体又は、ポリエチレン発泡体の使用が好まし
く、特に好ましくはポリウレタン独立気泡発泡体であ
る。

【００５８】半導体ウエハの研磨方法としては、公知の
研磨機を使用し、本発明の研磨パッドを装着して行うこ
とができる。研磨に際して、研磨層と半導体ウエハの間
に供給される研磨剤は、半導体ウエハの研磨に使用され
る公知の研磨剤が特に限定なく使用可能である。具体的
には、セリア、シリカ等の研磨剤が挙げられる。また、
市販品であるシリカスラリーＳＳ２１（キャボット社
製）の使用も好適である。

【００５９】半導体デバイスは、前記研磨パッドを用い
て半導体ウエハの表面を研磨する工程を経て製造され
る。半導体ウエハとは、一般にシリコンウエハ上に配線
金属及び酸化膜を積層したものである。半導体ウエハの
研磨方法、研磨装置は特に制限されず、例えば、図１に
示すように研磨パッド１を支持する研磨定盤２と、半導
体ウエハ４を支持する支持台（ポリシングヘッド）５と
ウエハへの均一加圧を行うためのバッキング材と、研磨
剤３の供給機構を備えた研磨装置などを用いて行われ
る。研磨パッド１は、両面テープで貼り付けることによ
り、研磨定盤２に装着される。研磨定盤２と支持台５と
は、それぞれに支持された研磨パッド１と半導体ウエハ
４が対向するように配置され、それぞれに回転軸６、７
を備えている。また、支持台５側には、半導体ウエハ４
を研磨パッド１に押し付けるための加圧機構が設けてあ
る。研磨に際しては、研磨定盤２と支持台５とを回転さ
せつつ半導体ウエハ４を研磨パッド１に押し付け、スラ
リーを供給しながら研磨を行う。スラリーの流量、研磨
荷重、研磨定盤回転数、及びウエハ回転数は特に制限さ
れず、適宜調整して行う。

【００６０】これにより半導体ウエハ４の表面の突出し
た部分が除去されて平坦状に研磨される。その後、ダイ
シング、ボンディング、パッケージング等することによ
り半導体デバイスが製造される。半導体デバイスは、演
算処理装置やメモリー等に用いられる。

【００６１】

【実施例】以下、本発明を実施例を上げて説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００６２】［評価方法］ （熱寸法変化率）作製したポリウレタン樹脂発泡体から
縦２５０ｍｍ，横５０ｍｍ，厚み１．２ｍｍの測定サン
プルを切り出し、２２．５℃にて１２時間以上保持して
縦方向の長さＬを測定する。次いでこの測定サンプルを
温度１００℃にて４時間保持し、その後縦方向の長さ
Ｌ’を測定する。長さの差ΔＬを求め、下記式により熱
寸法変化率を算出した。その結果を表１に示す。 熱寸法変化率＝（ΔＬ／Ｌ）×１００（％） （平均気泡径）厚み１ｍｍ程度になるべく薄くミクロト
ームカッターで平行に切り出した研磨層を平均気泡径測
定用試料とした。試料をスライドガラス上に固定し、画
像処理装置（東洋紡社製、Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｚｅ
ｒ Ｖ１０）を用いて、任意の０．２ｍｍ×０．２ｍｍ
範囲の全気泡径を測定し、平均気泡径を算出した。

【００６３】（密度）ＪＩＳ Ｚ８８０７−１９７６に
準拠して行った。４ｃｍ×８．５ｃｍの短冊状（厚み：
任意）に切り出した研磨層を密度測定用試料とし、温度
２３℃±２℃、湿度５０％±５％の環境で１６時間静置
した。測定には密度計（ザルトリウス社製）を用い、密
度を測定した。

【００６４】（研磨特性）研磨パッドの研磨特性の評価
は、６インチシリコンウエハに熱酸化膜が１μｍ堆積し
たものを用い、５分間研磨を行った後、ウエハの面内膜
厚２８点を測定し、下記式により求めた面内均一性によ
り行った。研磨特性の評価はＣＭＰ研磨装置ＳＰＰ−６
００Ｓ（岡本工作機械社製）を用いて行った。研磨条件
は、スラリーとして、ｐＨ１１に調整されたシリカスラ
リーＲＤ９７００１（フジミインコーポレーテッド社
製）を１５０ｇ／分の流量で流しながら、研磨荷重３５
０ｇ／ｃｍ² 、研磨パッド回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回
転数３３ｒｐｍにて行った。

【００６５】面内均一性（％）＝｛（最大膜厚−最小膜
厚）／（２×平均膜厚）｝×１００ 面内均一性は５％未満で極めて良好なものを◎、１０％
未満で良好なものを○、１０％以上で良好でないものを
×として評価した。平坦化特性は、８インチシリコンウ
エハに熱酸化膜を０．５μｍ堆積させた後、所定のパタ
ーンニングを行った後、ｐ−ＴＥＯＳにて酸化膜を１μ
ｍ堆積させ、初期段差０．５μｍのパターン付きウエハ
を製作し、このウエハを前述条件にて研磨を行い、研磨
後、各段差を測定し平坦化特性を評価した。平坦化特性
が極めて良好であるものを◎、良好であるものを○、良
好でないものを×として評価した。

【００６６】（実施例１）トルエンジイソシアネート
（２，４−体／２，６−体＝８０／２０の混合物：以
下、ＴＤＩと略す）１４７９０重量部、４，４’−ジシ
クロヘキシルメタンジイソシアネート（以下、ＨＭＤＩ
と略す）３９３０重量部、ポリテトラメチレングリコー
ル（数平均分子量：１０００、以下、ＰＴＭＧ１０００
と略す）２５０００重量部、及びジエチレングリコール
（以下、ＤＥＧと略す）２６５０重量部を混合し、８０
℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネート末端プレ
ポリマーＡ（ＮＣＯ重量％：９．０６重量％）を調製し
た。なお、ＰＴＭＧ１０００とＤＥＧとの平均官能基数
は２である。容器に前記イソシアネート末端プレポリマ
ーＡ１００重量部とシリコン系ノニオン界面活性剤とし
てＳＨ１９２を３重量部（ポリウレタンに対して２．３
３重量％）とを混合し、８０℃に調整した。ここに、気
泡を取り込むように激しく撹拌しながら、予め１２０℃
で溶融させておいた４，４’−メチレンビス（ｏ−クロ
ロアニリン）（以下、ＭＯＣＡと略す）２５．８重量部
を添加した。約１分間撹拌した後、パン型のオープンモ
ールドへ混合液を入れ、オーブンにて１１０℃で、６時
間ポストキュアを行いポリウレタン樹脂発泡体ブロック
を得た。このポリウレタン樹脂発泡体ブロックは、平均
気泡径５２μｍ、密度０．８２ｇ／ｃｍ ³ であった。な
お、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有
量は４１．８重量％である。このポリウレタン樹脂発泡
体ブロックからスライサーを使用して発泡体シートを切
り出し、同心円状の溝加工を行って研磨層を作製し、裏
面に市販の不織布にポリウレタンを含浸させたクッショ
ン材を積層して研磨パッドを作製した。

【００６７】（実施例２）ＳＨ１９２を６重量部（ポリ
ウレタンに対して４．５５重量％）とした以外は実施例
１と同様の方法によりポリウレタン樹脂発泡体ブロック
及び研磨パッドを作製した。このポリウレタン樹脂発泡
体ブロックは、平均気泡径４９μｍ、密度０．６８ｇ／
ｃｍ³ であった。なお、ポリウレタン樹脂発泡体中のポ
リオール成分の含有量は４０．９重量％である。

【００６８】（実施例３）ＳＨ１９２を６重量部（ポリ
ウレタンに対して４．５重量％）、ＭＯＣＡを２７．３
重量部とした以外は実施例１と同様の方法によりポリウ
レタン樹脂発泡体ブロック及び研磨パッドを作製した。
このポリウレタン樹脂発泡体ブロックは、平均気泡径５
１μｍ、密度０．７ｇ／ｃｍ³ であった。なお、ポリウ
レタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有量は４０．
４重量％である。

【００６９】（実施例４）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（２５０００重量部）、及びトリメチロールプロパン
（以下、ＴＭＰと略す）２２７８重量部を混合し、８０
℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネート末端プレ
ポリマーＢ（ＮＣＯ重量％：９．０４重量％）を調製し
た。なお、ＰＴＭＧ１０００とＴＭＰとの平均官能基数
は２．４である。そして、イソシアネート末端プレポリ
マーＢを１００重量部、ＳＨ１９２を６重量部（ポリウ
レタンに対して４．５５重量％）とした以外は実施例１
と同様の方法によりポリウレタン樹脂発泡体ブロック及
び研磨パッドを作製した。このポリウレタン樹脂発泡体
ブロックは、平均気泡径５４μｍ、密度０．７１ｇ／ｃ
ｍ ³ であった。なお、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリ
オール成分の含有量は４１．３重量％である。

【００７０】（実施例５）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ポリテトラメチレ
ングリコール（数平均分子量：８５０、以下、ＰＴＭＧ
８５０と略す）２１２５０重量部、及びＤＥＧ２６５０
重量部を混合し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌し、イ
ソシアネート末端プレポリマーＣ（ＮＣＯ重量％：９．
８５重量％）を調製した。なお、ＰＴＭＧ８５０とＤＥ
Ｇとの平均官能基数は２である。そして、イソシアネー
ト末端プレポリマーＣを１００重量部、ＳＨ１９２を６
重量部（ポリウレタンに対して４．４７重量％）、ＭＯ
ＣＡを２８．１６重量部とした以外は実施例１と同様の
方法によりポリウレタン樹脂発泡体ブロック及び研磨パ
ッドを作製した。このポリウレタン樹脂発泡体ブロック
は、平均気泡径５５μｍ、密度０．６９ｇ／ｃｍ³ であ
った。なお、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成
分の含有量は３７．２重量％である。

【００７１】（実施例６）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（１００００重量部）、及びＤＥＧ４２４０重量部を混
合し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネー
ト末端プレポリマーＤ（ＮＣＯ重量％：１２．７４重量
％）を調製した。なお、ＰＴＭＧ１０００とＤＥＧとの
平均官能基数は２である。そして、イソシアネート末端
プレポリマーＤを１００重量部、ＳＨ１９２を６重量部
（ポリウレタンに対して４．０５重量％）、ＭＯＣＡを
４２．１重量部とした以外は実施例１と同様の方法によ
りポリウレタン樹脂発泡体ブロック及び研磨パッドを作
製した。このポリウレタン樹脂発泡体ブロックは、平均
気泡径４９μｍ、密度０．７ｇ／ｃｍ³ であった。な
お、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有
量は２０．５重量％である。

【００７２】（実施例７）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（４００００重量部）、及びＤＥＧ１０６０重量部を混
合し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネー
ト末端プレポリマーＥ（ＮＣＯ重量％：７．０３重量
％）を調製した。なお、ＰＴＭＧ１０００とＤＥＧとの
平均官能基数は２である。そして、イソシアネート末端
プレポリマーＥを１００重量部、ＳＨ１９２を６重量部
（ポリウレタンに対して４．７６重量％）、ＭＯＣＡを
２０．１重量部とした以外は実施例１と同様の方法によ
りポリウレタン樹脂発泡体ブロック及び研磨パッドを作
製した。このポリウレタン樹脂発泡体ブロックは、平均
気泡径５２μｍ、密度０．７２ｇ／ｃｍ³ であった。な
お、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有
量は５３重量％である。

【００７３】（実施例８）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（１００００重量部）、及びＴＭＰ５３６０重量部を混
合し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネー
ト末端プレポリマーＦ（ＮＣＯ重量％：７．３９重量
％）を調製した。なお、ＰＴＭＧ１０００とＴＭＰとの
平均官能基数は２．８である。そして、イソシアネート
末端プレポリマーＦを１００重量部、ＳＨ１９２を６重
量部（ポリウレタンに対して４．７２重量％）、ＭＯＣ
Ａを２１．１重量部とした以外は実施例１と同様の方法
によりポリウレタン樹脂発泡体ブロック及び研磨パッド
を作製した。このポリウレタン樹脂発泡体ブロックは、
平均気泡径５４μｍ、密度０．７ｇ／ｃｍ³ であった。
なお、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含
有量は２３重量％である。

【００７４】（比較例１）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（４５０００重量部）、及びＤＥＧ５３０重量部を混合
し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネート
末端プレポリマーＧ（ＮＣＯ重量％：６．５４重量％）
を調製した。なお、ＰＴＭＧ１０００とＤＥＧとの平均
官能基数は２である。そして、イソシアネート末端プレ
ポリマーＧを１００重量部、ＳＨ１９２を６重量部（ポ
リウレタンに対して４．８１重量％）、ＭＯＣＡを１
８．７重量部とした以外は実施例１と同様の方法により
ポリウレタン樹脂発泡体ブロック及び研磨パッドを作製
した。このポリウレタン樹脂発泡体ブロックは、平均気
泡径４９μｍ、密度０．６８ｇ／ｃｍ³ であった。な
お、ポリウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有
量は５６．１重量％である。

【００７５】（比較例２）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（５０００重量部）、及びＤＥＧ４７７０重量部を混合
し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌し、イソシアネート
末端プレポリマーＨ（ＮＣＯ重量％：１４．７４重量
％）を調製した。なお、ＰＴＭＧ１０００とＤＥＧとの
平均官能基数は２である。そして、イソシアネート末端
プレポリマーＨを１００重量部、ＳＨ１９２を６重量部
（ポリウレタンに対して４．０５重量％）、ＭＯＣＡを
４２．１重量部とした以外は実施例１と同様の方法によ
りポリウレタン樹脂発泡体を作製した。しかし、このポ
リウレタン樹脂発泡体は割れやひびが極めて多く発生
し、研磨層として用いることができなかった。なお、ポ
リウレタン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有量は１
１．８重量％である。

【００７６】（比較例３）ＳＨ１９２を０．０１重量部
（ポリウレタンに対して０．０１重量％）とした以外は
実施例１と同様の方法によりポリウレタン樹脂発泡体ブ
ロック及び研磨パッドを作製した。このポリウレタン樹
脂発泡体ブロックは、平均気泡径１５３μｍ、密度０．
８４ｇ／ｃｍ³ であった。なお、ポリウレタン樹脂発泡
体中のポリオール成分の含有量は４２．８重量％であ
る。

【００７７】（比較例４）ＳＨ１９２を１０重量部（ポ
リウレタンに対して７．３６重量％）とした以外は実施
例１と同様の方法によりポリウレタン樹脂発泡体ブロッ
ク及び研磨パッドを作製した。このポリウレタン樹脂発
泡体ブロックは、平均気泡径５２μｍ、密度０．６１ｇ
／ｃｍ³ であった。なお、ポリウレタン樹脂発泡体中の
ポリオール成分の含有量は３９．７重量％である。

【００７８】（比較例５）ＴＤＩ（１４７９０重量
部）、ＨＭＤＩ（３９３０重量部）、ＰＴＭＧ１０００
（４０００重量部）、及びＴＭＰ６１６４重量部を混合
し、８０℃にて１２０分間加熱撹拌したが、反応中にゲ
ル化してしまい、イソシアネート末端プレポリマーを調
製することができなかった。なお、ＰＴＭＧ１０００と
ＴＭＰとの平均官能基数は２．９２である。

【００７９】実施例１〜８及び比較例１、３、４にて得
られた研磨パッドを使用して研磨試験を行い、平坦化特
性と面内均一性を評価した。その結果を表１に示した。

【００８０】

【表１】 表１の結果より、熱寸法変化率が本発明の範囲内のもの
は平坦化特性、面内均一性のいずれにおいても良好であ
ったが、熱寸法変化率が本発明の範囲を逸脱するもの
は、平坦化特性、面内均一性のいずれにおいても問題の
有るものであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＭＰ研磨で使用する研磨装置の一例を示す概
略構成図

【符号の説明】

１：研磨パッド（研磨層） ２：研磨定盤 ３：研磨剤（スラリー） ４：被研磨材（半導体ウエハ） ５：支持台（ポリシングヘッド） ６、７：回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 一幸 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目17番18号 東洋ゴム工業株式会社内 (72)発明者 小野 浩一 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋 紡績株式会社総合研究所内 (72)発明者 駒井 茂 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋 紡績株式会社総合研究所内 (72)発明者 下村 哲生 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋 紡績株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開2001−89548（ＪＰ，Ａ) 特開2000−178374（ＪＰ，Ａ) 特開2002−226537（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−194862（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 18/00 - 18/87 C08J 5/14 C09K 3/14 H01L 21/304 B24B 37/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細気泡を有するポリウレタン樹脂発泡
   体からなる研磨層を有し、前記ポリウレタン樹脂発泡体
   がイソシアネート成分とポリオール成分とを原料成分と
   して含有し、前記イソシアネート成分が芳香族ジイソシ
   アネート及び脂環式ジイソシアネートであり、ポリウレ
   タン樹脂発泡体中のポリオール成分の含有量が１５〜５
   ５重量％であり、前記微細気泡の平均気泡径が２０〜７
   ０μｍであり、且つ、前記研磨層の熱寸法変化率が３％
   以下であることを特徴とする研磨パッド。
2. 【請求項２】 前記芳香族ジイソシアネートがトルエン
   ジイソシアネートであり、前記脂環式ジイソシアネート
   がジシクロヘキシルメタンジイソシアネートであること
   を特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】 前記ポリオール成分が数平均分子量５０
   ０〜５０００のポリエーテルポリオールであることを特
   徴とする請求項１又は２記載の研磨パッド。
4. 【請求項４】 前記ポリウレタン樹脂発泡体が、イソシ
   アネート成分、ポリオール成分、及び低分子量多価アル
   コールを含有してなるイソシアネート末端プレポリマー
   と鎖延長剤とを含有してなり、前記ポリオール成分と低
   分子量多価アルコールとの平均官能基数が２．０〜２．
   ８であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の研磨パッド。
5. 【請求項５】 前記ポリウレタン樹脂発泡体がシリコン
   系ノニオン界面活性剤を０．０５重量％以上５重量％未
   満含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の研磨パッド。
6. 【請求項６】 イソシアネート基含有化合物を含む第１
   成分もしくは活性水素基含有化合物を含む第２成分の少
   なくとも一方に、水酸基を有しないシリコン系ノニオン
   界面活性剤を第１成分と第２成分の合計量に対して０．
   ０５重量％以上５重量％未満添加し、さらに前記界面活
   性剤を添加した成分を非反応性気体と攪拌して前記非反
   応性気体を微細気泡として分散させた気泡分散液を調製
   した後、前記気泡分散液に残りの成分を混合して硬化さ
   せるポリウレタン樹脂発泡体を製造する工程を含むこと
   を特徴とする請求項５記載の研磨パッドの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載の研磨パ
   ッドを用いて半導体ウエハの表面を研磨する工程を含む
   半導体デバイスの製造方法。