JP5478877B2

JP5478877B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP5478877B2
Application number: JP2008332478A
Authority: JP
Inventors: 伸之大嶋
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010149260A

Description

本発明は、研磨パッドに関し、更に詳しくは、シリコンウェハなどの半導体ウェハの研磨に好適なポリウレタン系の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ダイヤモンドドレッサーである。

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

近年、シリコンウェハ等の被研磨物の平坦度の要求が益々厳しくなっており、かかる平坦度を向上させるには、高硬度の研磨パッドを用いるのが有効である。

研磨パッドでは、研磨工程に先立って、あるいは、研磨工程中に、ダイヤモンドドレッサーによって、その表面のドレッシングを行なうのであるが、高硬度の研磨パッドを使用すると、硬いために、ドレスがかかりにくく、ドッシングに長時間時間を要したり、局所的にドレッシングされてむらが生じ、研磨レートが安定しないといった難点がある。

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、高硬度であって、しかも、ドレス性が良好な研磨パッドを提供することを目的とする。

本発明の研磨パッドは、発泡ポリウレタンの研磨層を有する研磨パッドであって、前記発泡ポリウレタンが、エポキシ樹脂を添加と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発泡硬化させてなるものである。

イソシアネート基含有化合物は、芳香族イソシアネート系のイソシアネート末端プレポリマーであるのが好ましい。

前記発泡ポリウレタンは、密度が０．４〜０．９ｇ／ｃｍ^３であって、ショアＡ硬度が８０〜９７であるのが好ましい。

本発明の研磨パッドは、研磨層のみであってもよく、研磨層と他の層（例えばクッション層など）との積層体であってもよい。

本発明の研磨パッドによると、硬く、しかも、引っ張り破断しやすく、伸びが小さいという特性を有するエポキシ樹脂を添加しているので、高硬度を維持しながら、ドレッシングの際の当該研磨パッドの磨耗量、すなわち、カットレートを増やしてドレス性を高めることが可能となり、これによって、ドレッシングに長時間を要することなく、また、ドレッシングが局所的に行われてむらが生じることがなく、研磨レートが安定する。

本発明によれば、硬く、しかも、引っ張り破断しやすく、伸びが小さいという特性を有するエポキシ樹脂を添加しているので、高硬度を維持しながら、ドレッシングの際の当該研磨パッドの磨耗量を増やしてドレス性を高めることが可能となり、これによって、ドレッシングに長時間を要することなく、また、ドレッシングが局所的に行われることなく、全面に行われることになり、研磨レートが安定する。

以下、添付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。

この実施形態の研磨パッドは、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と、活性水素含有化合物とを、エポキシ樹脂および発泡剤（水）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。得られた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。

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は、アルコール系活性水素含有化合物とイソシアネート化合物とよりなるのが好ましく、アルコール系活性水素含有化合物は、ポリオールおよび鎖伸張剤からなるのが好ましい。

このイソシアネート末端プレポリマーは、２価以上のアルコール系活性水素を有するポリオールおよび／または鎖伸張剤と、２価以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物とにより作成されるのが好ましい。

また、研磨用であるので、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系が好ましく、平均分子量が５００〜２０００のＰＴＭＧが好ましい。

鎖伸張剤としては、分子量ＭＷが５００以下のＥＧ（エチレングリコール）、ＰＧ（プロピレングリコール）、ＢＧ（ブタンジオール）、ＤＥＧ（ジエチレングリコール）、トリメチロールポロパン等を用いることができる。

イソシアネート化合物としては、ＴＤＩ（トリレンジイソシアネート）、ＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）、水添ＭＤＩ（ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート）、ポリメリックＭＤＩ（ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネート）等および、これらのイソシアネートから作成されるプレポリマーが使用されるが、ＴＤＩ等の芳香族イソシアネートが好ましい。

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などを使用することができ、この芳香族アミンとしては、少なくともＭＯＣＡ（４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン））およびＭＯＣＡ類似物の少なくとも一方を使用するのが好ましい。

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。

この実施形態の研磨パッドは、高硬度でありながら、ドレス性を高めるために、上述のようにエポキシ樹脂を添加している。エポキシ樹脂は、硬くて、しかも、引っ張り破断しやすく、伸びが小さいという特性を有している。

かかる特性を有するエポキシ樹脂を添加することによって、得られる発泡ポリウレタンからなる研磨パッドは、高硬度を維持しながら、磨耗し易くなり、ドレッシングの際の磨耗量が増加してドレス性が向上することになる。

エポキシ樹脂の添加量は、樹脂全量に対して、５重量％以上１５重量％以下であるのが好ましい。５重量％未満では、ドレス性の向上が認められず、１５重量％以上では、研磨パッドが脆くなる。

発泡ポリウレタンの平均気泡径は、直径３０μｍ〜３ｍｍ程度であるのが好ましい。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

各種特性を評価するために、表１に示す配合で、実施例１，２および従来例の発泡ポリウレタンの成型品を製造した。なお、表１には、得られた各成型品の密度および硬度の測定結果を併せて示している。

上記配合では、イソシアネート末端プレポリマーとして、ハイプレンＬ−２１３(三井武田ケミカル社製)を使用し、エポキシ樹脂として、タケネートＬ−２９８０Ｄ（三井武田ケミカル社製）を使用し、活性水素含有化合物として、３，３−ジクロロー４，４−ジアミノフェニルメタン（ＭＯＣＡ）を使用した。

実施例１では、成型品の密度を０．６ｇ／ｃｍ^３に設定し、表１に示すように、イソシアネート末端プレポリマー２７０重量部に対して、エポキシ樹脂３０重量部を添加し、ＭＯＣＡを１００重量部、発泡剤としての水を０．４５重量部、触媒（ＥＴ）を０．１５重量部添加し、攪拌混合した。これを、１００℃のオーブンにて４時間キュアし、発泡ポリウレタンの成型品を得た。

実施例２では、成型品の密度を０．９ｇ／ｃｍ^３に設定し、表１に示すように、イソシアネート末端プレポリマー２７０重量部に対して、エポキシ樹脂３０重量部を添加し、ＭＯＣＡを１００重量部、発泡剤としての水を０．１５重量部、触媒を０．１５重量部添加し、攪拌混合した。これを、１００℃のオーブンにて４時間キュアし、発泡ポリウレタンの成型品を得た。

従来例では、成型品の密度を０．６ｇ／ｃｍ^３に設定し、表１に示すように、イソシアネート末端プレポリマー３００重量部に対して、ＭＯＣＡを７９．８１重量部、発泡剤としての水を０．４重量部、触媒を０．１５重量部添加し、攪拌混合した。これを、１００℃のオーブンにて４時間キュアし、発泡ポリウレタンの成型品を得た。

各実施例および従来例のカットレートを次の条件で測定した。

研磨機：Ｇ＆Ｐ社製Ｐｏｌｉ５００、時間：４ｍｉｎ、圧力：１００ｇ／ｃｍ^２、ドレッサー：ダイヤモンドペレット（直径：１５０μｍ、突き出し：７０μｍ）
図１にカットレートを示す。

この図１に示すように、従来例と密度および硬度が略等しい実施例１は、従来例に比べて、カットレートが大幅に向上している。また、従来例に比べて、密度および硬度が高い実施例２でも、従来例に比べてカットレートが向上していることが分る。

このように実施例１，２では、従来例に比べてカットレートが高く、ドレス性が向上するので、従来例のように局所的にドレッシングされることなく、全面に均一にドレッシングされ、これによって、研磨レートが安定する。

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。

実施例および従来例のカットレートを示す図である。ＣＭＰ装置の概略構成図

符号の説明

２研磨パッド
３スラリー
５半導体ウェハ

Claims

発泡ポリウレタンの研磨層を有する研磨パッドであって、
前記発泡ポリウレタンが、エポキシ樹脂と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発泡硬化させてなることを特徴とする研磨パッド。
イソシアネート基含有化合物が、芳香族イソシアネート系のイソシアネート末端プレポリマーである請求項１に記載の研磨パッド。
前記発泡ポリウレタンは、密度が０．４〜０．９ｇ／ｃｍ³であって、ショアＡ硬度が８０〜９７である請求項１または２に記載の研磨パッド。