(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
湿式成膜法により、発泡形成を安定化させるためのカーボンブラックおよび発泡形成を促進させる機能を有するイオン性界面活性剤を含有させずに形成され、発泡が連続状に形成された軟質プラスチックシートを備えた研磨パッドにおいて、前記軟質プラスチックシートは、被研磨物を研磨加工するための研磨面に開孔が形成されており、前記研磨面は、該研磨面に水滴を滴下して0.5秒後の接触角をCA1とし、水滴の滴下から10.5秒後の接触角をCA2としたときに、{(CA1−CA2)/CA1}×100で表される接触角変化率が20%〜50%の範囲であるとともに、水滴を滴下した直後の接触角から10度低下するまでの吸水スピードが2.5度/秒〜5.0度/秒の範囲であることを特徴とする研磨パッド。
前記軟質プラスチックシートは、前記研磨面側に、放射状パターン、格子状パターンおよび螺旋状パターンから選択される少なくとも1つのパターン形状の溝が形成されたことを特徴とする請求項2に記載の研磨パッド。
前記軟質プラスチックシートに形成された前記発泡のうち一部の発泡は、前記研磨面における開孔の孔径の前記研磨面から少なくとも200μmの深さ位置の孔径に対する割合の平均値が0.65〜0.95の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨パッドの実施の形態について説明する。
【0012】
(構成)
図1に示すように、本実施形態の研磨パッド10は、湿式成膜法によりポリウレタン樹脂で形成された軟質プラスチックシートとしてのポリウレタンシート2を備えている。ポリウレタンシート2は、湿式成膜時に、発泡形成を安定化させるためのカーボンブラックおよび発泡形成の促進機能を有するイオン性界面活性剤が無添加の状態、つまり、カーボンブラックおよびイオン性界面活性剤を含有させずに形成されたものである。
【0013】
ポリウレタンシート2では、湿式成膜法で表面側に形成されたスキン層がバフ処理により除去されている。バフ処理後の表面により、被研磨物を研磨加工するための研磨面Pが構成されている。ポリウレタンシート2の内部には、厚さ方向の長さがポリウレタンシート2の厚さの7割以上であり厚さ方向に沿って丸みを帯びた長発泡3と、厚さ方向の長さが厚さの半分以下の発泡4とが一様に分散するように形成されている。研磨面Pでは、長発泡3、発泡4が開孔しており、それぞれ開孔5、開孔6が形成されている。
【0014】
発泡4は、研磨面P側に偏った位置で長発泡3同士の間に形成されており、ポリウレタンシート2の厚さ方向の長さにバラツキを有している。このため、略均等に形成された長発泡3同士の間に発泡4が略均等に形成されていることとなる。長発泡3および発泡4の孔径は、研磨面P側の大きさが研磨面Pの反対面側より小さく形成されている。長発泡3および発泡4は、図示を省略した連通孔で立体網目状に連通している。換言すれば、ポリウレタンシート2は、発泡が連続状に形成された連続発泡構造を有している。
【0015】
研磨面Pに形成された開孔5および開孔6は、開孔径が40±5μmの範囲に調整されている。また、研磨面Pの単位面積あたりの、開孔5および開孔6の合計面積の百分率で表される開孔率は、25%〜30%の範囲に調整されている。開孔径や開孔率は、湿式成膜法による成膜条件やバフ処理条件等により調整することができる。
【0016】
図2に示すように、長発泡3の研磨面Pにおける開孔5の開孔径D1は、研磨面Pから少なくとも200μmの深さ位置における孔径D2に対する割合の平均値が0.65〜0.95の範囲に調整されている。換言すれば、長発泡3では、ポリウレタンシート2の少なくとも200μmの厚さ分が研磨加工により摩耗するまで、研磨面Pにおける開孔5の開孔径が研磨加工に使用する前の開孔径に対して、1.05〜1.54倍までの範囲に維持されることとなる。
【0017】
ポリウレタンシート2は、研磨面Pにおける水の接触角が経時で変化する割合が一定の範囲に調整されている。すなわち、ポリウレタンシート2では、研磨面Pに水滴を滴下して0.5秒後の接触角をCA1とし、水滴の滴下から10.5秒後の接触角をCA2としたときに、{(CA1−CA2)/CA1}×100で表される接触角変化率が、20〜50%の範囲に調整されている。接触角変化率は、ポリウレタンシート2の作製に用いるポリウレタン樹脂の親水性の度合により調整することができる。
【0018】
また、
図1に示すように、研磨パッド10は、研磨面Pの反対面側に、研磨機に研磨パッド10を装着するための両面テープ8が貼り合わされている。両面テープ8は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略記する。)製フィルム等の可撓性フィルムの基材(不図示)の両面にアクリル系粘着剤等の図示しない粘着剤層が形成されている。両面テープ8は、基材の一面側の粘着剤層でポリウレタンシート2と貼り合わされており、他面側(ポリウレタンシート2と反対側)の粘着剤層が不図示の剥離紙で覆われている。
【0019】
(製造)
研磨パッド10の製造では、湿式成膜法によりポリウレタンシート2を作製し、得られたポリウレタンシート2と両面テープ8とを貼り合わせる。湿式成膜法では、有機溶媒にポリウレタン樹脂を溶解させた樹脂溶液を成膜基材に連続的に塗布し、水系凝固液中で樹脂溶液を凝固させてポリウレタン樹脂をシート状に再生させ、洗浄後乾燥させて帯状(長尺状)のポリウレタンシート2を作製する。以下、工程順に説明する。
【0020】
準備工程では、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の有機溶媒を混合してポリウレタン樹脂を溶解させる。有機溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する。)やN,N−ジメチルアセトアミド等を用いることができるが、本例では、DMFを用いる。ポリウレタン樹脂は、濃度が20〜50%となるように溶解させる。ポリウレタン樹脂の濃度が20%に満たないと、得られるポリウレタンシートのかさ密度が低くなり、反対に50%を超えると、密度が高くなりすぎて所望の発泡形成ができなくなるので好ましくない。また、樹脂溶液には、発泡形成を安定化させるためのカーボンブラック等の顔料、発泡形成の促進機能を有するイオン性界面活性剤等の添加剤を添加せず、無添加の状態とする。一般的に用いられるイオン性界面活性剤は、ポリウレタン樹脂の溶解に用いる有機溶媒に可溶性であり、イオン性を有するアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤または両性界面活性剤が挙げられる。アニオン界面活性剤の具体例としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、燐酸エステル塩等を挙げることができ、カチオン界面活性剤の具体例としては、アミン塩と第4級アンモニウム塩の化合物等を挙げることができる。両性界面活性剤としては、双方の特性を含むものであり、水に溶けたときに、アルカリ領域ではアニオン界面活性剤の性質を、酸性領域ではカチオン界面活性剤の性質を、それぞれ示す界面活性剤である。本例では、これらのようなイオン性界面活性剤を、いずれも、添加しないものである。得られた溶液を減圧下で脱泡して樹脂溶液を得る。
【0021】
ポリウレタン樹脂には、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂の中から、樹脂モジュラスが10MPa以下の軟質のものを用いる。ポリウレタン樹脂は、分子内に2つ以上のイソシアネート基を有する多価イソシアネート成分と、分子内に2つ以上の水酸基を有する多価アルコール成分とを反応させ得られたものである。樹脂モジュラスは、樹脂の硬さを表す指標であり、無発泡の樹脂シートを100%(元の長さの2倍の長さまで)伸ばしたときにかかる荷重を単位面積で除した値である(以下、100%モジュラスと呼称することがある)。この値が大きくなるほど、硬い樹脂であることを意味する。
【0022】
多価イソシアネート成分としては、ジイソシアネート化合物、トリイソシアネート化合物等を用いることができ、ジイソシアネート化合物やトリイソシアネート化合物の2種以上を併用してもよい。一方、多価アルコール成分としては、ジオール化合物、トリオール化合物等を用いることができる。例えば、従来一般的な湿式成膜法で用いられるような、ポリエチレングリコール(PEG)やポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のポリエーテルポリオール化合物、エチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール化合物、ポリカーボネートポリオール化合物等を使用することができる。本例では、カーボンブラックおよびイオン性界面活性剤を無添加の状態とするため、発泡形成の安定化を図ることから、親水化されたジオール化合物を用いることが好ましい。本例で用いる「親水化されたジオール化合物」は、親水度等の尺度として特定範囲のものではなく、従来用いられたジオール化合物に対して、親水性を向上させたものである。例えば、ジオール化合物中のメチレン基に対する酸素原子の割合を増加させること、親水性の官能基を導入すること等により、親水化されたジオール化合物を得ることができる。具体的には、例えば、従来用いられたポリエステルジオール化合物であるアジピン酸と1,4−ブタンジオールないしエチレングリコールを含むポリオールとの反応により得られた化合物に対して、アジピン酸をコハク酸に代えた化合物、ないし、ポリオール中のエチレングリコールの存在モル比率を高めた化合物とすることで、親水性を向上させることができる。すなわち、メチレン基の数がアジピン酸では4つであるのに対して、コハク酸では2つであり、また、ポリマの繰り返し単位あたりのメチレン基の数が1,4−ブタンジオールでは4つであるのに対して、エチレングリコールでは2つである。このため、いずれの場合も、メチレン基に対する酸素原子の割合が増加し、親水性が向上することとなる。
【0023】
親水化されたジオール化合物と多価イソシアネート化合物とを反応させることにより、得られるポリウレタン樹脂は、親水性が高められることとなる。すなわち、ジオール化合物の親水性の度合を高めるほど、ポリウレタン樹脂の親水性が高められる。このため、得られるポリウレタンシート2では、水に対する親和性が高まり、水の接触角が短時間で小さくなる。換言すれば、ジオール化合物の親水性を高めることにより、ポリウレタンシート2の接触角変化率を大きくすることができる。
【0024】
塗布工程では、準備工程で調製された樹脂溶液を常温下でナイフコータ等の塗布装置により帯状の成膜基材に塗布する。このとき、塗布装置の間隙(クリアランス)を調整することで、樹脂溶液の塗布厚さ(塗布量)を調整する。本例では、上述した発泡構造を形成させるために、塗布厚さを1.0〜3.0mmの範囲で適宜調整することが好ましい。塗布厚さが1.0mmに満たないと、表面から少なくとも200μmの深さ位置における孔径が、表面近傍における孔径より大きくなりやすくなり、上述したポリウレタンシート2を得ることができなくなる。一方、塗布厚さが3.0mmを超えると、樹脂溶液が水系凝固液に浸漬される前に液垂れや塗布斑が生じやすくなるうえに、上述した発泡構造が形成されにくくなる。また、成膜基材には、可撓性フィルム、不織布、織布等を用いることができるが、本例では、成膜基材をPET製フィルムとして、以下、説明する。
【0025】
凝固再生工程では、塗布工程で成膜基材に塗布された樹脂溶液を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液(水系凝固液)に浸漬する。凝固液中では、まず、樹脂溶液の表面側に厚さ数μm程度のスキン層が形成される。DMFと凝固液との置換の進行により、樹脂溶液が凝固し、ポリウレタン樹脂が成膜基材上にシート状に再生する。すなわち、DMFが樹脂溶液から脱溶媒し、DMFと凝固液とが置換することにより、スキン層の内側(ポリウレタン樹脂中)に長発泡3および発泡4が形成され、長発泡3および発泡4を立体網目状に連通する図示を省略した連通孔が形成される。成膜基材のPET製フィルムが水を浸透させないため、スキン層側で脱溶媒が生じて成膜基材側がスキン層側より大きな長発泡3が形成される。ポリウレタン樹脂の親水性を高めること、樹脂溶液の塗布厚さを大きくすることにより、樹脂溶液中のDMFと凝固液との置換の進行が遅くなる。また、凝固液の温度を上げるとスキン層の形成が早まり、樹脂溶液中のDMFと凝固液との置換の進行が更に遅くなる。本例では、上述した発泡構造を形成させるため、凝固液温度を20〜50℃の範囲で適宜調整する。凝固液温度が20℃に満たないと、かさ密度が低く、表面近傍における発泡の数が増加し、孔径が小さくなるので好ましくない。特に、塗布厚を1.0mm以上とした場合、凝固液温度が低すぎると、凝固しきれずに乾燥工程に持ち込まれてしまうので好ましくない。反対に高すぎると、スキン層の形成が早まりすぎて、樹脂溶液中のDMFと凝固液との置換の進行が極端に遅くなり、上述した発泡構造が形成されにくくなるうえに、作業環境が悪化するので好ましくない。
【0026】
ここで、長発泡3および発泡4の形成について説明する。本例では、樹脂溶液にカーボンブラックおよびイオン性界面活性剤を添加せずに無添加の状態とし、親水化されたジオール化合物により親水性を高めたポリウレタン樹脂を用いている。このため、DMFと凝固液との置換速度が遅くなるので、スキン層より内側のポリウレタン樹脂内部には、長発泡3が概ね均等に分散して形成される。また、脱溶媒がスキン層を通じて生じるため、スキン層側に偏った位置で長発泡3同士の間に発泡4が細長く形成される。
【0027】
洗浄・乾燥工程では、凝固再生工程で凝固再生したポリウレタン樹脂(以下、成膜樹脂という。)を成膜基材から剥離し、水等の洗浄液中で洗浄することで成膜樹脂中に残留するDMFを除去する。洗浄後、成膜樹脂をシリンダ乾燥機で乾燥させる。シリンダ乾燥機は内部に熱源を有するシリンダを備えている。成膜樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。乾燥後の成膜樹脂は、ロール状に巻き取られる。
【0028】
バフ処理工程では、乾燥後の成膜樹脂のスキン層側にバフ処理を施す。すなわち、スキン層と反対側の面に、表面が略平坦な圧接用治具の表面を圧接し、スキン層側をバフ処理する。本例では、連続的に製造された成膜樹脂が帯状のため、スキン層と反対側の面に圧接ローラを圧接しながら、スキン層側を連続的にバフ処理する。これにより、
図1に示すように、スキン層が除去され、ポリウレタンシート2の研磨面Pには開孔5、開孔6が形成される。また、このバフ処理を施すことにより、ポリウレタンシート2の厚さがほぼ一様となる。ここで得られたポリウレタンシート2では、用いたポリウレタン樹脂の親水性が高められたことで、研磨面Pにおける接触角変化率が30〜50%の範囲となる。また、ポリウレタン樹脂の樹脂モジュラスが10MPa以下のため、硬度がショアA型で11〜16度の範囲、圧縮率が32〜42%の範囲、圧縮弾性率が95〜100%の範囲である。硬度、圧縮率、圧縮弾性率は、特に限定されないが、軟らかすぎると被研磨物の安定した研磨加工が難しくなり、反対に硬すぎると被研磨物にスクラッチが発生しやすくなるため、上述した範囲とすることが好ましい。これらの数値は、用いるポリウレタン樹脂の種類や濃度等で調整することができる。
【0029】
ラミネート加工工程では、バフ処理されたポリウレタンシート2の研磨面Pと反対側の面と、両面テープ8とを貼り合わせる。そして、円形等の所望の形状に裁断し、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い研磨パッド10を完成させる。
【0030】
得られた研磨パッド10で被研磨物の研磨加工を行うときは、例えば、片面研磨機が用いられる。片面研磨機では、研磨定盤に研磨パッド10を装着する。研磨パッド10の装着時には、両面テープ8の剥離紙を剥離し露出した粘着剤層で貼着する。研磨加工時には、研磨定盤と対向配置された保持定盤に被研磨物を保持させ、被研磨物の加工面および研磨パッド10の研磨面P間に研磨粒子を含む研磨液(スラリ)を供給しつつ、被研磨物および研磨パッド10間を加圧しながら研磨定盤ないし保持定盤を回転させることで、被研磨物の加工面を研磨加工する。
【0031】
(作用)
次に、本実施形態の研磨パッド10の作用等について説明する。
【0032】
本実施形態の研磨パッド10では、研磨面Pに水滴を滴下したときの接触角変化率が20〜50%の範囲に調整されている。このため、研磨加工時に供給されるスラリがポリウレタンシート2に浸透しやすくなり、ポリウレタンシート2とスラリとのなじみが良化する。これにより、研磨加工初期には、スラリが研磨面Pの全体に行きわたり、研磨面Pにスラリがなじみやすくなるので、立ち上がり時間を短縮することができ、生産性向上を図ることができる。
【0033】
また、本実施形態の研磨パッド10では、ポリウレタンシート2が、湿式成膜時の樹脂溶液に、発泡形成を安定化させるためのカーボンブラック、発泡形成を促進させる機能を有するイオン性界面活性剤が無添加の状態で形成されている。カーボンブラックは、硬質成分であるため、ポリウレタンシートに含有されていると、研磨加工時に研磨面に露出することがあり、被研磨物にスクラッチを生じる可能性がある。また、湿式成膜時にイオン性界面活性剤が配合されると、研磨加工時に、ポリウレタンシート内に残留したイオン性界面活性剤が経時的に溶出することがあり、研磨レートの変動を招き研磨加工の安定性を損なうことがある。研磨パッド10では、硬質成分であるカーボンブラックが無添加のため、被研磨物に対するスクラッチを低減し平坦性向上を図ることができる。また、イオン性界面活性剤が無添加のため、研磨加工時に溶出することがなく、研磨レートの変動が抑制されるので、安定した研磨加工を行うことができる。
【0034】
更に、本実施形態の研磨パッド10では、ポリウレタンシート2の作製に、樹脂モジュラスが10MPa以下のポリウレタン樹脂が用いられている。このため、得られたポリウレタンシート2が軟質となり、研磨加工時に被研磨物に対してソフトに接触可能となるので、スクラッチを低減することができる。
【0035】
また更に、従来湿式成膜法によるポリウレタンシートでは、多価アルコール成分としてポリエーテルポリオール化合物、ポリエステルポリオール化合物、ポリカーボネートポリオール化合物等を用いたポリウレタン樹脂で作製されており、その樹脂溶液にカーボンブラックやイオン性界面活性剤を添加することが一般的である。これに対して、本実施形態の研磨パッド10では、ポリウレタンシート2の作製に、多価イソシアネート成分および多価アルコール成分との反応により形成されたポリウレタン樹脂が用いられており、多価アルコール成分として親水化されたジオール化合物が用いられている。このため、上述したように、カーボンブラックやイオン性界面活性剤が無添加の状態でも、発泡形成を安定化させることができる。これにより、研磨面Pにおける開孔の開孔径が40±5μmの範囲、開孔率が25%〜30%の範囲であり、連続発泡構造を有するポリウレタンシート2を作製することができる。
【0036】
開孔径の範囲については、ポリウレタンシートの表面を研削することにより、開孔径35〜45μmの範囲に調整することが望ましい。開孔径が35μmに満たない小径の開孔の数が増えると、スラリや研磨屑による目詰まりを起こしやすくなる。反対に、開孔径が45μmを超える大径の開孔の数が増えると、研磨屑等が長発泡3や発泡4の底部側に堆積しやすくなり、研磨加工の進行に伴う摩耗によりポリウレタンシート2の厚さが減じたときに、堆積した研磨屑等が放出され被研磨物にスクラッチを生じさせる可能性が高くなる。また、開孔率の範囲については、開孔率が25〜30%の範囲であることが望ましい。開孔率がこの範囲にあると、被研磨物に対するスラリ(とりわけ、スラリに含まれる研磨粒子)の接触点となりえる領域として75〜70%が確保されるため、研磨レートの向上を図ることができる。開孔率が25%に満たないと、スラリの循環保持性が不十分となり、研磨加工の立ち上がりを悪化させることとなる。反対に、開孔率が30%を超えると、スラリの接触点となりえる領域が減少するため、研磨レートの低下を招くこととなる。
【0037】
更にまた、本実施形態の研磨パッド10では、ポリウレタンシート2に、厚さ方向の長さの7割以上の長さを有する長発泡3が形成されており、長発泡3の研磨面Pにおける開孔径D1が、研磨面Pから少なくとも200μmの深さ位置における孔径D2に対する割合の平均値が0.65〜0.95の範囲に調整されている(
図2も参照)。このため、研磨加工時にポリウレタンシート2が摩耗しても、開孔径の拡大が抑制されるので、研磨面Pに占める開孔の割合、つまり開孔率が変化しにくくなる。また、研磨面Pから少なくとも200μmの厚さ範囲では、細長い発泡形状を有することで毛細管現象が生じるため、スラリの吸水性を高めることができる。従って、研磨加工時のスラリの貯留や供給が安定化されるので、長期間に亘り被研磨物を平坦に研磨加工することができるとともに、研磨パッド10の寿命向上を図ることができる。スラリの貯留や供給の安定性を向上させることを考慮すれば、開孔径D1の孔径D2に対する割合の平均値を0.75〜0.95の範囲に調整することが好ましい。このことは、例えば、湿式成膜法における成膜条件により実現することができる。
【0038】
また、本実施形態の研磨パッド10では、長発泡3および発泡4が連通孔で連通しているため、スラリが連通孔を通じて長発泡3および発泡4間を移動することから、被研磨物および研磨パッド10間にスラリを略均等に供給することができる。これにより、被研磨物が略均等に研磨加工されるので、加工面の均一な研磨加工が可能となり平坦性向上を図ることができる。また、本実施形態の研磨パッド10では、ポリウレタンシート2の研磨面Pと反対面側にPET製フィルムの基材を有する両面テープ8が貼り合わされている。このため、柔軟なポリウレタンシート2が両面テープ8の基材に支持されるので、研磨パッド10の搬送時や研磨機への装着時の取り扱いを容易にすることができる。
【0039】
なお、本実施形態では、特に言及していないが、スラリの供給や研磨屑の排出を考慮して研磨パッド10の研磨面P側に溝加工やエンボス加工を施すようにしてもよい。形成される溝のパターン形状については、放射状、格子状、螺旋状等のいずれでもよく、これらを組み合わせてもよい。また、溝の断面形状についても、特に制限されるものではなく、矩形状、U字状、V字状、半円状等のいずれの形状としてもよい。さらに、溝のピッチ、幅、深さについては、研磨屑の排出やスラリの移動が可能であればよく、特に制限されるものではない。溝を形成する方法としては、特に制限されるものではなく、所望の溝を形成することができる方法であればよい。ポリウレタンシート2が軟質であることを考慮すれば、加熱加圧を伴うエンボス加工とすることも可能である。
【0040】
また、本実施形態では、湿式成膜後の成膜樹脂にバフ処理を施すことでスキン層を除去し開孔を形成させる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。研磨面Pに開孔を形成させる方法としては、スキン層を除去できる方法であればよく、例えば、スライス処理を施すようにしてもよい。スライス処理を施す場合は、成膜樹脂が柔軟で弾性を有することを考慮すれば、例えば、張力をかけながらスライス処理を施すことでスキン層を除去した略平坦なポリウレタンシート2を得ることができる。
【0041】
更に、本実施形態では、湿式成膜時の成膜基材にPET製フィルムを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、不織布や織布等を用いるようにしてもよい。この場合は、凝固再生したポリウレタン樹脂を成膜基材から剥離することが難しいため、剥離せずそのまま洗浄、乾燥させた後、ポリウレタン樹脂と反対側の面に両面テープ8を貼り合わせればよい。また、ポリウレタンシート2の研磨面Pと反対側の面に両面テープ8を貼り合わせる例を示したが、例えば、ポリウレタンシート2と両面テープ8との間に、ポリウレタンシート2を支持する支持材を貼り合わせるようにしてもよい。このようにすれば、研磨パッド10の搬送や取り扱いを一層容易にすることができる。
【0042】
また更に、本実施形態では、ポリウレタンシート2の材質にポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等のポリウレタン樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ポリエステル樹脂等を用いてもよい。ポリウレタン樹脂を用いれば、湿式成膜法で長発泡3や発泡4が形成された発泡構造のシートを容易に形成することができる。
【実施例】
【0043】
以下、本実施形態に従い製造した研磨パッド10の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例の研磨パッドについても併記する。
【0044】
(実施例1)
実施例1では、ポリウレタン樹脂として、コハク酸と、エチレングリコールおよび1,4−ブタンジオールを構成単位とするポリオール(エチレングリコールと1,4−ブタンジオールとの構成単位比率は5:5の当量比)とを反応させて得られるポリエステルジオールを含む30%ポリエステルMDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)ポリウレタン樹脂溶液の100部に対して、粘度調整用のDMFの36部を混合し樹脂溶液を調製した。用いたポリウレタン樹脂の樹脂モジュラスは、6MPaである。得られた樹脂溶液を用い、成膜基材に樹脂溶液を塗布するときの塗布厚を1.30mmとして、湿式成膜法によりポリウレタンシート2を作製した。得られたポリウレタンシート2のスキン層側をバフ処理量0.14mmとしバフ番手♯180のサンドペーパーを使用してバフ処理し、両面テープ8を貼り合わせて研磨パッド10を製造した。
【0045】
(実施例2)
実施例2では、ポリウレタン樹脂として、コハク酸と、エチレングリコールおよび1,4−ブタンジオールを構成単位とするポリオール(エチレングリコールと1,4−ブタンジオールとの構成単位比率は4:6の当量比)とを反応させて得られるポリエステルジオールを含むポリエステルMDIポリウレタン樹脂を用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂溶液を調製し、研磨パッド10を製造した。用いたポリウレタン樹脂の樹脂モジュラスは、6MPaである。
【0046】
(実施例3)
実施例3では、ポリウレタン樹脂として、マロン酸と1,4−ブタンジオールを構成単位とするポリオールとを反応させて得られるポリエステルジオールを含むポリエステルMDIポリウレタン樹脂を用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂溶液を調製し、研磨パッド10を製造した。用いたポリウレタン樹脂の樹脂モジュラスは、6MPaである。
【0047】
(実施例4)
実施例1で作製したポリウレタンシート2の研磨面P側に溝を形成すること以外は実施例1と同様にして研磨パッド10を製造した。溝の形成では、溝幅を1mm、溝間隔を3mmとした断面矩形状で格子パターンの溝を、エンボス加工により形成した。
【0048】
(比較例1)
比較例1では、ポリウレタン樹脂として、アジピン酸と1,4−ブタンジオールを構成単位とするポリオールとを反応させて得られるポリエステルジオールを含むポリエステルMDIポリウレタン樹脂を用いた。用いたポリウレタン樹脂の樹脂モジュラスは、6MPaである。この30%ポリウレタン樹脂溶液の100部に対して、親水性添加剤のラウリル硫酸ナトリウム(SLS)の5部を添加し、粘度調整用のDMFの36部を混合し樹脂溶液を調製した。得られた樹脂溶液を用い、湿式成膜法によりポリウレタンシートを作製し、研磨パッドを製造した。
【0049】
(比較例2)
比較例2では、樹脂溶液にカーボンブラックを全固形分量の5.0質量%の割合で添加し、混合した以外は実施例1と同様にして研磨パッドを製造した。
【0050】
(比較例3)
比較例3では、樹脂モジュラスが15MPaのポリウレタン樹脂を用いたこと以外は実施例1と同様にして研磨パッドを製造した。
【0051】
(比較例4)
比較例4では、ポリウレタン樹脂として、アジピン酸と1,4−ブタンジオールを構成単位とするポリオールとを反応させて得られるポリエステルジオールを含むポリエステルMDIポリウレタン樹脂を用い、親水性添加剤を添加せずに樹脂溶液を調製した。用いたポリウレタン樹脂の樹脂モジュラスは、6MPaである。得られた樹脂溶液を用い、湿式成膜法によりポリウレタンシートを作製したところ、成膜不良のため研磨パッドとして製造することができなかった。
【0052】
(接触角評価)
実施例および比較例の各研磨パッドについて、水の接触角変化率を算出した。接触角は、接触角計として固液界面解析装置(DropMaster500:協和界面科学株式会社製)を用いて測定した。接触角の測定では、温度20℃、湿度60%の条件の下にて、注射針から水滴1滴を研磨パッド表面に滴下し、滴下して0.5秒後から10.5秒後までの10秒間の動的接触角の経時変化を測定した。すなわち、水滴を滴下して0.5秒後に測定した接触角CA1と、水滴の滴下から10.5秒後に測定した接触角CA2とから、{(CA1−CA2)/CA1}×100により接触角変化率を算出した。接触角CA1、CA2および接触角変化率の結果を下表1に示す。なお、測定は4回行い、その平均値を示した。
【0053】
【表1】
【0054】
表1に示すように、比較例1の研磨パッドでは、接触角変化率が15%であった。これに対して、実施例1〜実施例4の研磨パッド10では、接触角変化率がそれぞれ47%、39%、28%、22%を示した。また、
図3に示すように、比較例1では、樹脂溶液に親水性添加剤であるラウリル硫酸ナトリウムを添加したものの、接触角が時間とともに緩やかに低下し、100秒後でも50度程度を示した。これに対して、実施例1〜実施例3では、接触角が急速に低下しており、20〜30秒後には10度程度まで低下した。これは、実施例1〜実施例3では、比較例1と比べて、親水化されたジオール化合物により親水性を高めたポリウレタン樹脂でポリウレタンシート2を作製したことで、水がポリウレタンシート2に浸透しやすくなり、短時間で接触角が小さくなったためと考えられる。実施例4についても、同様の結果であることを確認している。一方、実施例4の接触角変化率が小さくなったことについては、接触角CA1の測定値が大きくなったためと考えられる。この原因は明確ではないが、研磨面P側に溝を形成するときにエンボス加工を用いたことから、表面における樹脂の親水性の程度に影響したことが予想される。また、樹脂溶液にカーボンブラックを添加した比較例2、樹脂モジュラスが10MPaを超える15MPaである比較例3については、ポリウレタン樹脂自体の親水性の程度が実施例1と同等であることから、比較例1のものと比べて、接触角変化率が上昇する結果となった。
【0055】
(吸水スピード評価)
接触角評価で用いた固液界面解析装置を用いて、吸水スピードを算出した。測定では、温度20℃、湿度60%の条件の下にて、注射針から水滴1滴を研磨パッド表面に滴下し、接触角が滴下直後の接触角から10度低下するまでの速さ(度/秒)を測定した。すなわち、水滴を滴下した直後の接触角から10度低下するまでに要した時間t(秒)としたときに、10/tにより吸水スピードを算出した。吸水スピードの結果を表1に合わせて示している。なお、測定は4回行い、その平均値を示した。
【0056】
表1に示すように、比較例1の研磨パッドでは、吸水スピードが0.6であった。これに対して、実施例1〜実施例4の研磨パッド10では、吸水スピードがそれぞれ4.3、5.0、3.3、2.5を示した。接触角変化率の結果と同様に、吸水スピードの結果からも、実施例1〜実施例4が比較例1と比べて水になじみやすいことが明らかとなった。従って、実施例1〜実施例4の研磨パッド10では、研磨加工時に供給されるスラリのなじみがよくなり、立ち上がり時間の短縮が期待できる。一方、比較例2、比較例3の吸水スピードについては、接触角変化率の結果と同様に、比較例1のものより大きくなる結果となった。
【0057】
(開孔径評価)
実施例および比較例の各研磨パッドについて、平均開孔径、開孔率および開孔径比を測定した。平均開孔径(μm)、開孔率(%)の測定では、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JSM−5000LV)で約5mm四方の範囲を50倍に拡大し、9箇所について観察した。この画像を画像処理ソフト(Image Analyzer V20LAB Ver.1.3、ニコン製)により二値化処理して開孔個数を確認し、各々の開孔面積から円相当径およびその平均値を平均開孔径として算出した。開孔率の測定においては、開孔径のカットオフ値(下限)を11μmとし、ノイズ成分を除外した。なお、研磨面P側に溝を形成した実施例4の研磨パッド10については、研磨加工に直接的に寄与するランド面の2mm四方の範囲を観察し、格子状の溝に囲まれた最小部分である1つのランド面(研磨面相当部分)について1箇所、合計9箇所について測定した。一方、開孔径比の測定では、長発泡3の開孔径について、ポリウレタンシート2の断面写真(走査型電子顕微鏡)から、研磨面Pでの開孔径D1と、研磨面Pからポリウレタンシート2の厚さ方向に200μmの位置での孔径D2とを測定し、開孔径D1の孔径D2に対する割合(開孔径比=D1/D2)の平均値を算出した。平均開孔径、開孔率および開孔径比の測定結果を表1に合わせて示している。
【0058】
表1に示すように、実施例1〜実施例4の研磨パッド10では、いずれも、平均開孔径が35〜45μmの範囲となり、成膜基材への塗布厚を1.30mmとしたことにより、開孔径比が0.65〜0.95の範囲となった。
【0059】
(研磨加工評価)
実施例および比較例の研磨パッドを用い、TEOS(Tetro Ethyl Ortho Silicate)膜付きシリコンウェハの100枚に対して、以下の条件にて研磨加工を繰り返し行い、研磨レート、立ち上がりの状況および研磨レートの安定性を評価した。研磨レートは、研磨加工前後の膜厚の差である研磨量を、研磨時間で除して表したものであり、研磨加工前後のシリコンウェハについて各々121箇所の厚み測定結果の平均値から求めた。厚み測定には、光学式膜厚膜質測定器(KLAテンコール社製、商品名「ASET−F5x」、測定:DBSモード)を用いた。シリコンウェハを25枚研磨加工した後の研磨レートの測定結果を下表2に示す。
<研磨条件>
使用研磨機:(株)荏原製作所製、商品名「F−REX300」
研磨速度(定盤回転数):70rpm
加工圧力:176g/cm
2
スラリ:コロイダルシリカスラリ(pH:11.5)
スラリ流量:200mL/min
研磨時間:60秒
被研磨物:TEOS付きシリコンウェハ
【0060】
【表2】
【0061】
表2に示すように、比較例1では、研磨レートが542Åであった。これに対し、実施例1〜実施例4では、研磨レートがそれぞれ643Å、622Å、617Å、594Åを示し、比較例1より高くなり、研磨加工の立ち上がりが良好であった。これは、ポリウレタンシート2が親水性を高めたポリウレタン樹脂製のため、スラリのなじみがよくなり、スラリの循環保持性が良化したためと考えられる。一方、比較例2では、樹脂溶液にカーボンブラックを添加したことから、研磨加工に伴うポリウレタンシートの摩耗によりカーボンブラックが研磨面に露出し、研磨レートの上昇に影響したもの考えられる。また、比較例3では、樹脂モジュラスが15MPaのポリウレタン樹脂を用いたことから、ポリウレタンシートが硬質化し、研磨レートが上昇したものと考えられる。
【0062】
図4には、実施例1および比較例1の研磨レートの変化を示している。比較例1の研磨パッドでは、100枚までの研磨加工でも研磨レートがゆるやかに上昇し、研磨レートの変動も見られた。これに対して、実施例1の研磨パッド10では、20枚程度までで速やかに研磨レートが上昇しており、その後研磨レートが安定化することが判った。実施例2〜実施例4の研磨パッド10、および、比較例2〜比較例3の研磨パッドについても実施例1と同様の結果であることを確認している。従って、接触角変化率が20〜50%の範囲である各実施例の研磨パッド10では、研磨レートが安定化するまでの時間が短縮され、長期にわたって安定した研磨レートを維持できることが明らかとなった。
【0063】
(ディフェクト評価)
実施例および比較例の研磨パッドを用いてディフェクトの評価を行った。ディフェクトの評価では、25枚のTEOS付きシリコンウェハを繰り返し3回連続で(合計75枚分)研磨加工を行い、研磨加工後の71〜75枚目のシリコンウェハ5枚について、パターンなし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欠陥を測定し、基板表面におけるディフェクトを評価した。測定時には、0.16μm以上の欠陥を検出可能なモードであるWide(ワイド)、0.20μm以上の欠陥を検出可能なモードであるNarrow(ナロー)の2つの条件で2回測定した。ディフェクトの評価結果を表2に合わせて示している。表2におけるディフェクト欄中、Wideは0.16μm以上、Narrowは0.20μm以上のサイズの欠陥について測定した結果である。
【0064】
表2に示すように、実施例1〜実施例4の研磨パッド10では、ディフェクトがWideモードで58〜74個、Narrowモードで26〜39個を示した。また、比較例1についても、Wideモードで75個、Narrowモードで35個であった。これは、実施例1〜実施例4および比較例1では、いずれも、樹脂溶液にカーボンブラックを添加していないため、被研磨物に対する欠陥を抑制することができたものと考えられる。これに対して、カーボンブラックを添加した比較例2では、Wideモード、Narrowモードのいずれについても、ディフェクトが顕著に増加した。また、樹脂モジュラスが15MPaのポリウレタン樹脂を用いた比較例3では、ポリウレタンシートが硬質化したことにより、Wideモード、Narrowモードのいずれについてもディフェクトが増加する結果となった。
【0065】
(スラリ保持性評価)
スラリ保持性の評価では、実施例1および比較例1の研磨パッドについて、上述したスラリ流量の200mL/minを、300mL/min、100mL/minに変えた場合の研磨レートの変化を比較した。
図5に示すように、比較例1の研磨パッドでは、スラリ保持性に劣るため、スラリ流量の減少に伴い研磨レートも低下した。これに対して、実施例1では、スラリ流量を変えても研磨レートの落ち込みが少ないことが判った。これは、研磨面Pにおける水の接触角変化率を上述した範囲としたことにより、スラリ保持性が高くなったためと考えられる。