JP6439958B2

JP6439958B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP6439958B2
Application number: JP2014072367A
Authority: JP
Inventors: 博仁宮坂; 哲平立野; 香枝喜樂; 立馬松岡; 卓佐伯
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015193058A

Description

本発明は、研磨パッドに関し、特に、微小中空球状体を含有する研磨パッドに関する。

従来から、半導体ウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、磁気ディスク用ガラス基板等の被研磨物の表面を研磨して平坦化する方法として、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）が用いられている。ＣＭＰ法を用いて被研磨物を研磨する際は、研磨パッドを被研磨物に押し当て、両者の間に研磨スラリーを供給しながら研磨パッドと被研磨物とを回転させる。研磨スラリーは、研磨パッドの回転に伴う遠心力によって、中心側から外側に向かって流れ、最終的には研磨パッドの外側に排出される。

また、研磨パッドの研磨特性を均一にすることを目的として、研磨パッドの製造時に、研磨パッドの基体を構成するポリマーに、微小中空球状体を混合し、研磨パッド内に微小中空球状体を分散させることが知られている（例えば、特許文献１）。

特許第３０１３１０５号公報

このような、微小中空球状体が分散した研磨パッドでは、研磨時に、微小中空球状体が研磨面に開口する。そして、微小中空球状体が研磨面に開口すると、微小中空球状体の内部空間によって研磨面に凹部が形成される。そして、研磨パッドによる研磨時には、この凹部と、凹部の間のランド部との角にある微小中空球状体のエッジ部分が被研磨物の研磨に寄与する。

しかしながら、特許文献１には、ショアＤ硬度が５０°以上のウレタン製の研磨パッドが記載されているものの、このような硬質の研磨パッドを用いた場合、高い研磨レートを実現することができる反面、スクラッチが発生し易いという問題があった。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、微小中空球状体を含有する研磨パッドにおいて、高い研磨レートを実現しつつ、スクラッチの発生を抑制することができるものを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、微小中空球状体を含有するポリウレタン製の研磨パッドであって、ショアＤ硬度が１０°以上４０°以下であり、研磨面に露出している前記微小中空球状体のエッジの長さの合計が１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍの領域あたり４００００μｍ以上であることを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、ショアＤ硬度が４０°以下の硬質ではない研磨パッドにおいて、研磨に寄与する微小中空球状体のエッジ部分の長さを長くすることができる。これにより、研磨パッドの硬度に関わらず、研磨レートを向上させることができる。

また、本発明において、好ましくは、前記微小中空球状体の間の壁厚は、少なくとも１５μｍ以上である。

このように構成された本発明によれば、微小中空球状体の間の壁厚を少なくとも１５μｍ以上とすることにより、壁の強度を確保することができ、研磨時に壁が被研磨物に追従して研磨レートが低下するのを抑制することができる。

さらに、本発明において、好ましくは前記エッジ部の長さの合計と前記微小中空球状体の間の壁厚の比を１８００〜３１００：１とすることで、エッジ部が増加することによる研磨レートの向上と、被研磨物が研磨パッドに追従することによる研磨レートの低下抑制を同時に達成することができる。

以上のように、本発明によれば、高い研磨レートを実現しつつ、スクラッチの発生を抑制することができる、微小中空球状体を含有する研磨パッドを提供することができる。

本発明の実施形態による研磨パッドが適用されている研磨装置を示す断面図である。本発明の実施形態による研磨パッドの側断面図である。研磨パッドの側断面図である。研磨パッドの側断面図である。製造した研磨パッドについて、研磨圧３．５ｐｓｉで研磨レートを測定したときの結果を示す表である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による研磨パッドについて説明する。図１は、本発明の実施形態による研磨パッドが適用されている研磨装置を示す断面図である。

先ず、図１に示すように、研磨装置１は、ＣＭＰ法により被研磨物３の面を平坦化するものである。研磨装置１は、回転軸周りに回転する研磨定盤５と、研磨定盤５の上面に固定された研磨パッド７と、被研磨物３を保持するための保持定盤９とを備えている。研磨装置１では、研磨定盤５の面に研磨パッド７をセットし、研磨パッド７と保持定盤９の間に、被研磨物３が配置される。また、研磨装置１は、研磨パッド７の研磨面の改質を行うためのドレス処理装置１１を備えている。

このような研磨装置１は、研磨スラリー供給装置１３から研磨パッド７の研磨面１５の中心近傍に研磨スラリーを供給しながら、研磨定盤５をシャフト１７周りに回転させながら、保持定盤９を中心周りに回転させることによって、保持定盤９によって保持された被研磨物３の研磨パッド７と接触している面を平坦化するようになっている。

研磨定盤５は、金属製であり、円板形状を有している。研磨定盤５の一方の面は、研磨パッド７が貼り付けられる貼付面を構成しており、この貼付面は、実質的に平らである。研磨定盤５は、その中心を通る一本のシャフト１７に固定されており、このシャフト１７を回転させることによってシャフト１７周りに回転する。

保持定盤９は、被研磨物３よりも大きい直径を有し、固い定盤に、例えば軟質プラスチック製の保持パッドを貼り付けて構成されている。保持定盤９は、その中心を通る一本のシャフト１９に固定されており、このシャフト１９を回転させることによって、研磨面１５上で、シャフト１７周りに回転する。

研磨パッド７は、例えばイソシアネート基含有化合物を含むプレポリマーと硬化剤との反応により硬化して成形される注型成形により製造される、ショアＤ硬度が１０°以上、４０°以下のポリウレタン製のパッドであり、内部に無数の微小中空球状体を有している。また、研磨パッド７は、研磨定盤５とほぼ同一の外径を有する円形状とされる。そして円形状の研磨パッド７の一方の面が研磨面１５を構成している。また、研磨パッド７は、研磨定盤５に対して着脱可能に貼り付けられている。

図２は、研磨パッドの側断面図である。図２に示すように、研磨パッド内部には、直径約１５〜３５μｍの無数の微小中空球状体２１が混合されている。微小中空球状体２１は、例えば、アクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体，塩化ビニル−エチレン共重合体等の熱可塑性樹脂からなる殻部分に、イソブタン，ペンタン，イソペンタン，石油エーテル等の低沸点炭化水素を内包したものを加熱膨脹させたものである。そして、このような微小中空発泡体を加熱することにより、殻内部の低沸点炭化水素が気化しガス状となり、殻部分が軟化しガスを内包して膨脹して、研磨パッド内に無数の気泡、即ち微小中空球状体２１が形成される。微小中空球状体２１は、研磨パッド内に散乱して存在しているため、研磨パッドの研磨面が摩耗していくに従って、次々と新たな微小中空球状体２１が研磨面１３に露出する。そして微小中空球状体２１が研磨面１３に露出すると、微小中空球状体２１の湾曲した内面によって形成される凹部と、研磨面１３との間の角によって、研磨面１３上に略円形状の開口のエッジ部が形成される。そして本実施形態による研磨パッド７では、研磨パッド７の製造時に微小中空発泡体の直径及び量を調整することによって、例えば、研磨パッド７の研磨面１３に露出するエッジ部の長さの合計が、１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍの領域あたり４００００〜６００００μｍ、かつ微小中空発泡体２１の間の壁厚の平均が１５〜２５μｍ、かつエッジ部の長さの合計と前記微小中空球状体の間の壁厚の比が１８００〜３１００：１となっている。開口のエッジ部の長さが４００００μｍより短いと、研磨面１３に存在するエッジ部が少なくなってしまうため（図３）研磨レートを向上させることができない。一方で、エッジ部の長さが６００００μｍよりも長いと、研磨面１３内で微小中空球状体２１が占める面積が大きくなり過ぎてしまい（図４）、その結果、微小中空球状体２１の間の壁部の厚さが薄くなってしまう。そして、壁部の厚さが薄くなると、具体的には１５μｍよりも薄いと、壁部の剛性が低下していまい、研磨時に被研磨物３の動きに追従して変形してしまうため、研磨に寄与しなくなってしまう。従って、エッジ部の長さを確保しながら、壁厚を確保するためには、エッジ部の長さの合計を１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍの領域あたり４００００〜６００００μｍとし、かつ微小中空発泡体２１の間の壁厚の平均を１５〜２５μｍとすることが好適である。

エッジ部の長さの合計は、例えば、レーザ顕微鏡（キーエンス製 VK-X105 対物レンズ×１０）を用いて研磨面を撮像した画像を、画像解析ソフト（三谷商事社製ＷｉｎＬｏｏｆ）を用いて解析し、研磨面の面積１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍあたりの気泡数と平均気泡径と円周率を乗じて算出することができる。また微小中空球状体２１の間の壁厚の平均は、画像解析ソフトを用い研磨パッドの断面画像を解析し、水平方向の任意の直線上にある近接した微小中空球状体間の距離を数点測定し、その平均値をとることで壁厚とすることができる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、ショアＤ硬度が１０°以上４０°以下で、研磨面内のエッジ部の長さの合計を１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍの領域あたり４００００〜６００００μｍとし、かつ微小中空発泡体２１の間の壁厚の平均を１５〜２５μｍとし、エッジ部の長さの合計と前記微小中空球状体の間の壁厚の比を１８００〜３１００：１とすることで、硬質研磨パッドを用いることなく研磨レートを向上させることができる。

以下、本発明の実施例について詳述する。

実施例では、表１に示す二種類のプレポリマーを準備し、微小中空球状体としてＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製エクスパンセル５５１ＤＥ４０ｄ４２を含んだ各々のプレポリマーと硬化剤とを混合させ、所定の型枠に流し込んで硬化させた後、キュアリングして得られた成形体をスライスしてシートを作製し、研磨パッドを得た。比較例１では硬度を変更し、比較例２では微小中空球状体の含有率を変更した。

＊１Ａ・・・日本ポリウレタン社製ＤＣ−６９２１
＊２Ｂ・・・ユニロイヤルケミカル社製アジプレンＬ−３２５
＊３ＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製エクスパンセル５５１ＤＥ４０ｄ４２
＊４１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍ領域あたりの数値

図５は、製造した研磨パッドについて、研磨圧３．５ｐｓｉで研磨レートを測定したときの結果を示す。なお研磨レートの測定条件は下記のとおりである。
・使用研磨機：荏原製作所社製、Ｆ−ＲＥＸ３００
・回転数：（定盤）７０ｒｐｍ、（トップリング）７１ｒｐｍ
・研磨剤：キャボット社製、品番：ＳＳ２５（ＳＳ２５原液：純水＝１：１の混合液を使用）
・研磨剤温度：３０℃
・研磨剤吐出量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
・使用ワーク（被研磨物）：１２インチφシリコンウェハ上にテトラエトキシシランをＣＶＤで絶縁膜１μｍの厚さになるように形成した基板
・研磨時間：６０秒間／各回

図５から分かるように、実施例１〜４による研磨パッドは、比較例１にかかるショアＤ硬度５０°の研磨パッドと同等又はそれ以上の研磨レートを発揮している。比較例２のように微小中空球状体の含有率を減らし過ぎると、研磨に寄与する微小中空球状体のエッジ部分が少なくなるため研磨レートが低下するものと考えられる。一方、実施例４のように微小中空球状体の含有率を増やし過ぎると研磨レートは依然高いものの実施例３に比べて若干低下する。これは微小中空球状体による凹部が研磨面において占める面積が増えると、微小中空球状体間の壁厚が薄くなるため壁部の剛性が低下し、その結果、研磨時に被研磨物の動きに追従して変形することで研磨への寄与が低下することによるものと考えられる。

１研磨装置
３被研磨物
７研磨パッド
２１微小中空球状体

Claims

微小中空球状体を含有するポリウレタン製の研磨パッドであって、
ショアＤ硬度が１０°以上４０°以下であり、前記微小中空球状体は直径が１５〜３５μｍであり、研磨面に露出している前記微小中空球状体のエッジの長さの合計が１．３５０ｍｍ×１．０１２ｍｍの領域あたり４００００〜６００００μｍ以上である、研磨パッド。
また、本発明において、好ましくは、前記微小中空球状体の間の壁厚は、少なくとも１５μｍ以上である、請求項１に記載の研磨パッド。
前記エッジ部の長さの合計と前記微小中空球状体の間の壁厚の比は、１８００〜３１００：１である、請求項１又は２に記載の研磨パッド。