JP6212789B2

JP6212789B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP6212789B2
Application number: JP2012238388A
Authority: JP
Inventors: 淳一郎山本; 勉小畑
Original assignee: Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: JP2014087870A

Description

本発明は、研磨パッドに関し、特にサファイア，シリコンカーバイト，ガリウムナイトライドなどの難削材からなるウェハの精密研磨に適した研磨パッドに関する。

ＬＥＤ等の光デバイスの製造において、合成単結晶サファイア基板は、２０００°Ｃ以上の耐熱性を有し熱的に安定しており、また、耐化学薬品性にも優れ化学的にも安定していることから、基板の素材として良く利用されている。サファイア基板は、光デバイス層が積層される前に、基板の一方面または両面が研削、研磨されて所定の厚みおよび所望の面精度に仕上げられる。この研磨には、研磨面の平坦化を図るために粒子の大きさが均一なコロイダルシリカと研磨パッドとを用いて、化学的に表面層を変質させながら研磨剤とによって被研磨面を機械的に磨くＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）が広く用いられている。ＣＭＰに用いられる研磨パッドとしては、不織布フェルトにポリウレタン溶液を含浸湿式凝固処理して得られる多孔質不織布シート（特許文献１）などが開示されている。

特開平０２−２５０７７６号公報

しかしながら、サファイアは旧モース硬度でダイアモンドに次ぐ硬度を備えていることから研磨が難しく、従来のシリコンウェハやガラス基板の研磨を前提に作製された研磨パッドでは、サファイア基板を高い仕上げ精度を維持しつつ、高い研磨レートで研磨することは困難であった。そのため、サファイアの平坦化仕上げ加工には多くの時間が必要であった。

請求項１に記載の発明は、ポリエステル樹脂からなる芯成分とナイロン樹脂からなる鞘成分とから構成される芯鞘型繊維と、潜在捲縮性ポリエステル繊維とを含む繊維集合体に、球状のシリカを熱硬化性合成樹脂系接着剤によって担持させてなり、前記繊維集合体はニードルパンチ加工またはウォーターニードル加工により繊維相互が交絡されたウェブであることを特徴とする、研磨パッドである。
請求項２に記載の発明は、繊維集合体中に芯鞘型繊維を３０〜１００重量％含む、請求項１に記載の研磨パッドである。
請求項３に記載の発明は、球状のシリカの平均粒子径が、２〜１２μｍの範囲にある請求項１または請求項２に記載の研磨パッドである。

本発明にかかる研磨パッドによれば、サファイア等の難削材からなるウェハ等に対しても、高い仕上げ精度を維持しつつ、高い研磨レートでの研磨加工を行うことができるので、ウェハの平坦化加工の時間を削減することができる。

以下、本発明にかかる研磨パッドを構成する各要素について詳述し、併せて本発明が優れている点などについて説明を行う。

研磨パッドは、繊維集合体を有する。繊維集合体は、合成繊維を構成繊維として形成したウェブである。繊維集合体に用いるウェブは、カード法、エアレイ法、スパンボンド法や抄紙法等の既存のウェブ製造方法により製造されたパラレルウェブ、クロスウェブ、セミランダムウェブおよびランダムウェブのいずれでもよく特に制限されるものではないが、密度を制御出来る点で、カード法またはスパンボンド法により製造されるのが好ましい。なお、ウェブには、高密度化を図るためにニードルパンチやウォーターニードルが施されることが望ましい。

繊維集合体の構成繊維には、ポリエステル樹脂からなる芯成分とナイロン樹脂からなる鞘成分とから構成される芯鞘型繊維が用いられる。芯鞘型繊維の繊維径は、１０μｍ〜２５μｍのものを用いるのが好ましく、この範囲内であれば、同一繊維径又は異なる繊維径のものを組み合わせて使用することができる。

この芯鞘型繊維を用いることで、繊維表面がナイロン樹脂になることから、シリカと繊維との接着を強固に行える。また、研磨面に露出するナイロン繊維の割合がナイロン樹脂のみからなる繊維で構成された繊維集合体と同様となることから、高い摩擦特性を具備した高研磨レートの研磨パッドを得ることができる。また、芯成分にポリエステル樹脂を用いたことから、ナイロン樹脂のみからなる繊維で作製したものより剛性、耐水性に優れた研磨パッドを得ることができる。

ナイロン繊維単体やポリエステル繊維単体で構成された繊維集合体に見られる欠点を補うため、ナイロン繊維とポリエステル繊維とを混合する場合が想定されるが、この場合と比べても、本発明にかかる繊維集合体は、構成繊維の外面が全てナイロン樹脂で構成されているので、同じの圧縮率、モジュラスで作製した場合、繊維を混合して作製したものと比べ高い摩擦特性を具備させることができ、高研磨レートの研磨パッドを得ることができる。

なお、繊維集合体への厚みと剛性の付与の観点から、繊維集合体には上述の芯鞘型繊維の他に、ポリエステル繊維を配合されてもよい。また、繊維集合体には潜在捲縮タイプのポリエステル繊維を配合し、熱ロール等で捲縮を発現させ、繊維集合体を高密度化、高モジュラス化させるように構成されてもよい。なお、これらのポリエステル繊維は、潜在捲縮タイプと捲縮を発現しないタイプのものを混合して使用してもよいが、研磨パッドに高い研磨性能を具備させるために、繊維集合体中に少なくとも芯鞘型繊維が３０重量％〜１００重量％（ポリエステル繊維不含）含まれるように構成されるのが好ましい。

熱硬化性合成樹脂系接着剤は、シリカを繊維集合体に固着させるものである。熱硬化性合成樹脂系接着剤には、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が選択できるが、繊維集合体と球状のシリカとを強固に接着でき、研磨パッドに高い弾性を付与できる点で、ウレタン樹脂が選択されるのが好ましい。

シリカは、研磨工程において主として研磨助剤としての効果を発揮するもので、繊維集合体に担持させることで、ＣＭＰの研磨スラリー中に含まれるコロイダルシリカに作用し研磨スラリーの保持と排出のバランスを整え、研磨レート、仕上げ精度の向上を図る効果を奏するものである。使用するシリカは、外形状が破砕形状や多面体状のような角を持つ形状ではなく、球状のものが使用されるのが好ましい。なお、球状のシリカには、平面形状が真円のものだけに限られず、楕円状に若干歪んだものも含まれてもよい。シリカの粒子径は、大きくなるにつれて研磨性能が良好となることから、脱落シリカによるスクラッチの危険性を考慮して出来る限り大きくすることが望ましい。具体的にその値を述べると、その平均粒径は、２〜１２μｍの範囲であることが好ましい。これは、シリカの平均粒径が２μｍ以下だと十分な研磨レートが得られず、１２μｍを超えると被研磨物に深い傷を入れやすくなるためである。

シリカの配合量は、研磨パッド全体に対して５〜５０重量％が好ましく、より好ましくは、１５〜２５重量％である。配合量が、５重量％以下だと球状のシリカが研磨助剤としての効果を十分に発揮されず、５０重量％以上だと接着剤の接着性を阻害し、研磨パッドの耐久性が低下するためである。

界面活性剤は、熱硬化性合成樹脂系接着剤を希釈する溶媒中で球状のシリカが凝集させることなく均一に分散させるためのものである。したがって、界面活性剤は、熱硬化性合成樹脂系接着剤を希釈する溶媒に可溶であり、球状のシリカを均一に分散できるものであれば、その種類は特に制限されるものではない。

繊維集合体には、熱硬化性合成樹脂系接着剤とシリカと界面活性剤とが任意の割合で調合されたスラリーを付加して接着剤を硬化させることで、繊維集合体の構成繊維表面上に、熱硬化性合成樹脂系接着剤によりシリカが均一に分散された状態で固着されている。スラリーを繊維集合体に付加する方法としては、浸漬法、スプレー法、コーティング法を単独又はこれらを組み合わせて用いてもよい。スラリーを付加した繊維集合体は、公知の乾燥方法を用いることで、熱硬化性合成樹脂系接着剤を硬化させる。このとき繊維集合体を変質させない温度で、且つ、熱硬化性合成樹脂系接着剤を十分硬化させることができる温度で乾燥させなければならない。

研磨パッドは、繊維集合体に起因する凹凸を表面に有しているため、両面にサンディング研磨加工を施し、平坦度を向上させる。これにより、所定の厚みと平坦度を備えた研磨パッドを製造することができる。

また、研磨面において研磨スラリーの供給と排出がスムーズに行われるよう、研磨面となる面にエンボス加工、あるいは溝加工を施すことができる。なお、研磨パッドは、研磨機定盤へ固定を用容易に行うために、片面に工業用両面粘着テープを貼付されてもよい。

ポリエステル樹脂からなる芯成分と、ナイロン樹脂からなる鞘成分とから構成される単糸繊度１．７ｄｔｅｘの芯鞘型繊維５０重量％、単糸繊度１．７ｄｔｅｘのポリエステル繊維３０重量％、単糸繊度２．８ｄｔｅｘの潜在捲縮性ポリエステル繊維２０重量％で配合された繊維集合体（クロスウェブ）にニードルパンチを施した後、熱ロールにて、潜在捲縮性を発現させ目付量３２０ｇ／ｍ^２、厚み２．０ｍｍの不織布を得た。続けて、浸漬法にて熱硬化性ウレタン樹脂と、平均粒径６．５μｍの球状のシリカと、界面活性剤（エステル型非イオン系）とを固形比で１００：４２：４の割合となるように調合したスラリーを乾燥固形分で７８０ｇ／ｍ^２となるように繊維集合体に塗布して硬化乾燥させた。次に、両表面を平滑化させるためにサンディング加工して除去し、厚み１．３ｍｍ、密度０．５５ｇ／ｃｍ^３、ショアＡ硬度７９の研磨パッドを作製し実施例１を得た。

シリカの粒子径を６．５μｍから２μｍに変更して、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し実施例２を得た。

（比較例１）
シリカの粒子径を６．５μｍから１μｍに変更して、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し比較例１を得た。

（比較例２）
シリカの粒子径を６．５μｍから１３μｍに変更して、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し比較例２を得た。

（比較例３）
芯鞘型繊維を用いずに単糸繊度１．７ｄｔｅｘのポリエステル繊維８０重量％、単糸繊度２．８ｄｔｅｘの潜在捲縮性ポリエステル繊維２０重量％の配合で繊維集合体を作製して、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し比較例３を得た。

（比較例４）
シリカの粒子径を６．５μｍから１μｍに変更し、芯鞘型繊維を用いずに単糸繊度１．７ｄｔｅｘのポリエステル繊維８０％、単糸繊度２．８ｄｔｅｘの潜在捲縮性ポリエステル繊維２０％の配合で繊維集合体を作製して、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し比較例３を得た。なお、この比較例４は従来品として相対評価の基準とした。

（比較例５）
球状のシリカの代わりに、平均粒子径１μｍの球状アルミナを使用し、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し比較例５を得た。

（比較例６）
球状のシリカの代わりに、平均粒子径１μｍの破砕形状シリカを用い、その他の要素・工程を実施例１同様にして研磨パッドを作製し比較例６を得た。

（研磨方法）それぞれの研磨パッドの裏面に工業用両面テープを貼付し、ポリッシングマシン（光永産業社製精密研磨機ＭＦＬＮ４．３Ｂ（両面研磨））に装着して、被研磨物として２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍのソーダガラス（青板）をそれぞれの例について６枚ずつ研磨した。研磨液としては酸化セリウム研磨剤７％水分散液を使用し、加工荷重１．９ｋＰａ、定盤回転数７０ｒｐｍの条件下で実施した。

（研磨評価）評価は、平均研磨レートと仕上げ精度を比較して行った。平均研磨レートは、３０分間×２回処理後（初期）と×１５〜１６回処理（中期）を実施した際の被研磨物厚さ平均摩耗量を求め、単位時間（分）当たりの厚み減少量（μｍ／分）で算出した。仕上がり精度は、Ｚｙｇｏ社製「ＮｅｗＶｉｅｗ２００」（ＮｅｗＶｉｅｗ：Ｚｙｇｏ社登録商標）を用いて、３０分間×５回処理後（初期）と×１６回処理後の被研磨物仕上げ精度（端部表面状態及びスクラッチの有無及び表面粗さ）を測定した。各例の諸元と評価結果を表１に示す。

評価は、◎（非常に良好）、○ （良好、従来品一部劣る、一部悪い）、△（不良に近い）、× （不良、劣る）の４段階で相対評価した。

表１から明らかなように、実施例１と実施例２では、研磨レート、仕上げ精度共に従来品より優れた結果を得ることが確認できた。比較例１では、シリカの粒子径が小さすぎるため、十分な研磨レートが得られず、他方、比較例２では粒子径が大きすぎるため研磨レートは得られるが、仕上げ精度が劣る結果となった。比較例３では、構成繊維をポリエステル繊維だけとしたためか十分な研磨レートが得られないうえ、仕上げ精度も優れた結果が得られなかった。比較例５では、シリカをアルミナに変更したため研磨レート、仕上げ精度共に優れた結果は得られず、比較例６についてもシリカを破砕形状のものに変更したために研磨レート、仕上げ精度共に優れた結果は得られなかった。

Claims

ポリエステル樹脂からなる芯成分とナイロン樹脂からなる鞘成分とから構成される芯鞘型繊維と、潜在捲縮性ポリエステル繊維とを含む繊維集合体に、球状のシリカを熱硬化性合成樹脂系接着剤によって担持させてなり、前記繊維集合体はニードルパンチ加工またはウォーターニードル加工により繊維相互が交絡されたウェブであることを特徴とする、研磨パッド。
前記繊維集合体中に前記芯鞘型繊維を３０〜１００重量％含む、請求項１に記載の研磨パッド。
前記球状のシリカの平均粒子径が、２〜１２μｍの範囲にある請求項１または請求項２に記載の研磨パッド。