(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨レートを損なうことなくスクラッチを抑制することができ、さらに高いドレス性を有する研磨パッドを提供する。【解決手段】研磨パッド７はポリウレタン製であって、ショアＤ硬度４０°以下、１０°以上であり、ドレス処理装置１１によるドレス処理前の研磨面１５の面積に対する、研磨面１５内のドレス面の面積の割合と、ドレス処理後の研磨面１５の面積に対する、研磨面１５内のドレス面の面積の割合との差が、２０〜３５％である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリウレタン製の研磨パッドであって
ショアＤ硬度４０°以下、１０°以上であり、ドレス処理前の研磨面の面積に対する、研磨面内のドレス面の面積の割合と、ドレス処理後の研磨面の面積に対する、研磨面内のドレス面の面積の割合との差が、２０〜３５％である、研磨パッド。
【請求項２】
上記研磨パッドは、ウレタン結合含有イソシアネートを含むプレポリマーと活性水素化合物との反応により成形されている、請求項１に記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドに関し、特に、ドレス性の高い研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
研磨パッドとしては、研磨時の要求に応じて様々な硬さのものが用いられており、高い研磨レート・平坦性を実現したい場合には、硬質研磨パッドを用い、スクラッチ（研磨傷）を抑制したい場合には軟質研磨パッドを用いることが一般的である。また、研磨パッドを一定期間使用すると研磨パッドの表面に目詰まりが生じるため、研磨パッドの研磨面にドレス（目立て）処理を施す必要があるが、一般的に軟質よりも硬質のパッドのほうがドレス処理が施し易い（ドレス性が高い）。例えば特許文献１ではショアＤ硬度が５０°〜６０°のポリウレタン発泡樹脂体からなる研磨パッドの研磨面にドレス処理を施すことにより、研磨パッドの研磨面を目立てすることで、研磨レートを回復させている。一方、特許文献２ではショアＤ硬度が３０度程度で、特定の引張破断強度および引張破断伸率をもつポリウレタン樹脂含有研磨パッドが高いドレス速度を有することを見出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９７５８２
【特許文献２】特開２０１３−８９７６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようにショアＤ硬度が５０°程度のポリウレタン発泡樹脂体からなる研磨パッドを用いた場合では、高い研磨レート・平坦性を実現することができる反面、前述のように被研磨物にスクラッチが発生する可能性が高くなる。また、特許文献２のように特定の引張破断強度と引張破断伸率からなる研磨パッドが高いドレス速度を有する旨が開示されているが、硬度が低く、十分な平坦性が得られているとは言い難い。またドレスの掛かり具合という意味でのドレス性に関する言及はなされていない。
【０００６】
従って、スクラッチを抑制し、高いドレス性で高い研磨レート・平坦性を実現できる研磨パッドに対する要請が存在する。
【０００７】
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、高いドレス性を有し、研磨レートを損なうことなくスクラッチを抑制することができる研磨パッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、ポリウレタン製の研磨パッドであってショアＤ硬度４０°以下、１０°以上であり、ドレス処理前の研磨面の面積に対する、研磨面内のドレス面の面積の割合と、ドレス処理後の研磨面の面積に対する、研磨面内のドレス面の面積の割合との差が、２０〜３５％である。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、従来から用いられているショアＤ硬度５０°以上の硬質研磨パッドと同等のドレス性を保ちながら、軟質研磨パッドよりも高い研磨レートを実現することができる。
【００１０】
また、上記研磨パッドは、ポリウレタン結合含有イソシアネート化合物を含むプレポリマーと硬化剤との反応により成形されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、研磨パッドのショアＤ硬度４０°以下、１０°以上とすることによりスクラッチを抑制することができ、さらにドレス処理前の研磨面の面積に対する、研磨面内の未ドレス面の面積の割合と、ドレス処理後の研磨面の面積に対する、研磨面内の未ドレス面の面積の割合との差を、２０〜３５％とすることにより高いドレス性を有し、それによって高い研磨レートを確保することができる研磨パッドが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による研磨パッドが適用されている両面研磨装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例による研磨パッドの研磨面の写真及びそれらを二値化処理した画像を示すものである。
【図３】本発明の実施例及び比較例による研磨パッドの研磨レートを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
研磨定盤５は、金属製（またはセラミック製）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。
【００１７】
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。
【００１８】
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プレポリマー法により製造される、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、内部に無数の気泡を有している。この気泡は、研磨パッド７の研磨面１５に向けて開孔している。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とされる。そして研磨パッド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。
【００１９】
このような研磨パッド７の製造方法は、例えば少なくともウレタン結合含有イソシアネート化合物、活性水素化合物（鎖延長剤）を準備する準備工程；少なくとも、ポリウレタン結合含有イソシアネート化合物、活性水素化合物を混合して成形体成形用の混合液を得る混合工程；成形体成形用混合液からポリウレタンポリウレア樹脂成形体を成形する成形体成形工程；及びポリウレタンポリウレア樹脂成形体から、被研磨物を研磨加工するための研磨表面を有する研磨層を形成する研磨層形成工程、を含む。
【００２０】
＜準備工程＞
本実施形態による研磨パッドを製造するためには、ポリウレタンポリウレア樹脂成形体の原料として、少なくとも、ウレタン結合含有イソシアネート化合物、活性水素化合物が用いられる。更に、異なる活性水素化合物を上記成分とともに用いてもよく、また樹脂成形体中に発泡物を含ませる目的で、微小中空球体や水などを用いてもよい。また、上述した成分の他に、充填剤、軟化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤、整泡剤、触媒などの各種の添加材を添加してもよい。
【００２１】
以下、各成分について説明する。
【００２２】
[ウレタン結合含有イソシアネート化合物]
ウレタン結合含有イソシアネート化合物としては、市販されているものを用いてもよく、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させて合成したものを用いてもよい。本発明で使用するウレタン結合含有イソシアネート化合物のＮＣＯ当量は５００〜６００が好ましい。
【００２３】
[活性水素化合物]
研磨パッド７の製造のために用いられる活性水素化合物としては、例えばポリアミン化合物が挙げられる。ポリアミン化合物とは、分子内に２つ以上のアミノ基を有する化合物を意味する。ポリアミン化合物は、鎖伸長剤として作用し、一部はポリイソシアネート化合物と反応してハードセグメントを形成しつつ、一部はウレタン結合含有イソシアネート化合物（ソフトセグメント部）の主鎖末端側と結合して、ポリマー鎖を更に伸長させることが出来る。これにより、ハードセグメントとソフトセグメントのブロックコポリマーを有するポリウレタンポリウレア樹脂が生成される。ポリアミン化合物としては、脂肪族や芳香族のポリアミン化合物、特に、ジアミン化合物を使用することができ、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジアミン、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（メチレンビス−ｏ−クロロアニリン）（以下、ＭＯＣＡと略記する。）、ＭＯＣＡと同様の構造を有するポリアミン化合物等を挙げることができる。また、ポリアミン化合物が水酸基を有していてもよく、このようなアミン系化合物として、例えば、２−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、２−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、２−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ−２−２ヒドロキシプロピルエチレンジアミン等を挙げることができる。ポリアミン化合物としては、ジアミン化合物を用いることが好ましく、ＭＯＣA、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンを用いることがより好ましく、ＭＯＣＡを用いることが特に好ましい。
【００２４】
活性水素化合物として使用するポリアミン化合物は、単独で用いてもよく、複数のポリアミン化合物を組み合わせてもよい。また、研磨パッド７を製造するときに使用するウレタン結合含有イソシアネート化合物の当量に対する活性水素化合物の当量比をＲ値としたとき、そのＲ値は０．８〜１．１であることが好ましい。
【００２５】
ポリアミン化合物は、他の成分と混合し易くするため、及び／又は後の成形体成形工程における気泡径の均一性を向上させるために、必要により加熱した状態で減圧下脱泡することが好ましい。減圧下での脱泡方法としては、ポリウレタンポリウレアの製造において公知の方法を用いればよく、例えば、真空ポンプを用いて０．１ＭＰａ以下の真空度で脱泡することができる。鎖伸長剤として固体の化合物を用いる場合は、加熱により溶融させつつ、減圧下脱泡することができる。
【００２６】
＜混合工程＞
混合工程では、準備工程で得られた、ウレタン結合含有イソシアネート化合物（プレポリマー）、活性水素化合物を混合機内に供給して攪拌・混合する。混合工程は、上記各成分の流動性を確保できる状態で行われる。
【００２７】
＜成形体成形工程＞
成形体成形工程では、混合工程で調製された成形体成形用混合液を５０〜１００℃の型枠内に流し込み、硬化させることによりポリウレタンポリウレア樹脂成形体を成形する。このとき、プレポリマー、活性水素化合物が反応してポリウレタンポリウレア樹脂を形成することにより混合液は硬化する。
【００２８】
＜研磨層形成工程＞
前記成形体成形工程により得られたポリウレタンポリウレア樹脂成形体は、シート状にスライスされてポリウレタンポリウレアシートを形成する。
【００２９】
このようにして得られたポリウレタンポリウレアシートを有する研磨層は、その後、研磨層の研磨面とは反対側の面に両面テープが貼り付けられ、所定形状、好ましくは円板状にカットされて、研磨パッド７を得ることができる。両面テープは、当技術分野において公知の両面テープの中から任意に選択したものを用いることが出来る。
【００３０】
また、研磨パッド７は、研磨層のみからなる単層構造であってもよく、研磨層の研磨面とは反対側の面に他の層（下層、支持層）を貼り合わせた複層からなっていてもよい。他の層の特性は特に限定されるものではないが、研磨層の反対側の面に研磨層よりも軟らかい層が貼り合わされていることが好ましい。研磨層よりも軟らかい層が設けられることにより、研磨平坦性がさらに向上する。
【００３１】
研磨パッド７が、多層構造を有する場合には、複数の層同士を両面テープや接着剤などを用いて、必要により加圧しながら接着・固定すればよい。この際用いられる両面テープや接着剤に特に制限はなく、当技術分野において公知のものの中から任意に選択して使用することが出来る。
【００３２】
さらに、本発明の研磨パッドは、必要に応じて、研磨層の表面及び／又は裏面を研削処理したり、溝加工やパンチング加工を表面に施したりしてもよく、基材及び／又は粘着層を研磨層と貼り合わせてもよく、光透過部を備えてもよい。研削処理の方法に特に制限はなく、公知の方法により研削することができる。具体的には、サンドペーパーやダイアモンド電着ロールによる研削が挙げられる。溝加工及びパンチング加工によって形成される溝、又は孔の形状に特に制限はなく、例えば、格子型、同心円型、放射型などの形状が挙げられる。
【００３３】
このようにして製造された研磨パッド７は、特定の範囲のドレス性を有しており、ショアＤ硬度が硬質研磨パッドほど高くないにも関わらず、ドレス性は、硬質研磨パッドに劣らないものである。ここで、ドレス性とは、ドレス処理を行う前後の研磨面に対してドレス面、即ちドレス処理が施されている面が占める面積の割合の変化量をいう。そして、一般的には、硬質な研磨パッドほどドレス性が高く、即ち、ドレス処理を施したときのドレス面の増加量が多く、軟質な研磨パッドほどドレス性が低い、即ち、ドレス処理を施したときのドレス面の増加量が少ない。これに対して、本実施形態による研磨パッド７は、一般的に知られているショアＤ硬度５０°以上の硬質研磨パッドよりも柔らかいにも関わらず、ドレス性は、硬質研磨パッドに劣らないものである。
【００３４】
ドレス性を測定する方法としては、様々な方法が考えられ、例えばドレス処理前後の研磨面のＣＣＤ画像を二値化処理する方法がある。例えば、新品ではない、使用中の研磨パッドを例に挙げて説明すると、使用中の研磨パッドの研磨面のＣＣＤ画像を撮像して撮像画像を二値化処理すると、画像中の研磨面を、直前の使用までで摩耗した部分と、これには該当しない部分、例えば直前の使用前にドレス処理が施され直前の使用で摩耗に寄与しなかった部分との二色に分類することができる。本明細書では、前者を「摩耗面」といい、後者を「ドレス面」という。そして研磨パッドのドレス性を測定するためには、ドレス処理前後の研磨面の画像を各々二値化処理し、二値化処理したドレス処理前後の研磨面の画像を比較して研磨面中のドレス面の増加量を測定する。
【００３５】
発明者等の実験によれば、上記ドレス性の測定方法に基づいて、従来から用いられていたショアＤ硬度５０°のポリウレタン製の硬質研磨パッドのドレス性を測定したところ、ドレス処理前後のドレス面の増加量は、約３０％であった。一方で、同等の測定条件でショアＤ硬度が３５°のポリウレタン製の軟質研磨パッドのドレス性を測定したところ、ドレス処理前後のドレス面の増加量は、約９％であった。これらに対して、上述した方法によって研磨パッドを製造することにより、ショアＤ硬度が１０°〜４０°の範囲であり、ドレス面の増加量が、２０〜３５％の研磨パッドを得ることができる。
【００３６】
従って、本発明の実施形態によれば、硬質研磨パッドと同等のドレス性を有しながら、硬質研磨パッドよりもショアＤ硬度が低い研磨パッドを提供することができる。そして、このような研磨パッドは、研磨レートが損われたものではなく、スクラッチを抑制することができ、かつドレス性に優れたものである。
【００３７】
以下、本発明の実施例について詳述する。
【００３８】
実施例では、以下の表１に示す四種類（実施例１及び２、並びに比較例１及び２）のプレポリマーを準備し、各々のプレポリマーと硬化剤（ＭＯＣＡ（商品名：パンデックスＥ（ＤＩＣ社製）））とを混合し、所定の型枠に流し込み硬化させたのち、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。そして、得られた研磨パッドについて、ドレス処理を１０分間施し、ドレス処理前後の研磨面をレーザーＣＣＤで撮像した。レーザーCCD画像はKEYENCE社製ＶＫ−Ｘ２００（倍率：対眼×１０ 接眼×２０、測定ピッチ：６μm、明るさ：６２０７）を用いた。その後、撮像画像を二値化処理して、ドレス面の増加量を測定した。二値化処理は解析ソフトＷｉｎＲｏｏｆ ｖｅｒ ６．５（測定範囲：１mm×１．４mm、メディアン:フィルター５＊５、コントラスト：７５、自動二値化：判別分析法 しきい値８８）を用いた。
【００３９】
スクラッチの評価では、２５枚の基板を研磨し、研磨加工後の２１〜２５枚目の基板５枚について、ウェハ表面検査装置（ＫＬＡテンコール社製、Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ１ＤＬＳ）の高感度測定モードにて測定し、基板表面におけるスクラッチの有無を評価した。表１は各実施例および各比較例における研磨パッドのドレス性の測定結果であり、図２は実施例１及び２、並びに比較例１及び２にかかる研磨パッドの研磨面の撮像画像およびそれを二値化処理した画像である。
【００４０】
【表１】
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*スクラッチの有無は、無（０枚）を○、有（１枚以上）を×として評価した。
【００４１】
上記表１のドレス性を示す研磨パッドについて各々の研磨レートの測定結果を図３に示す。なお、研磨レートの測定条件は以下の通りである。
・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
・研磨圧力：２２０ｈＰａ
・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
・ドレス：１０分
【００４２】
上記表１から明らかなように、実施例１及び２の研磨パッドのドレス性は、比較例１にかかる硬質な研磨パッドとほぼ同等であり、比較例２の軟質な研磨パッドよりも優れている。ドレス性に優れた実施例１や２の研磨パッドは、図３から明らかなようにドレス性の低い比較例２の研磨パッドよりも研磨レートが優れている。
【符号の説明】
【００４３】
１    研磨装置
３    被研磨物
７    研磨パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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