JP2001277304A

JP2001277304A - 半導体ウエハ用研磨パッドの製造法

Info

Publication number: JP2001277304A
Application number: JP2000097844A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ichimura; 茂樹市村; Kuniteru Muto; 州輝武藤; Ryoji Ose; 良治小瀬
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性、耐薬品性に優れ、微細で均一な発泡
体からなる耐久性に優れた研磨パッドの製造方法を提供
すること。【解決手段】射出成形機のシリンダー内で加熱溶融させ
た発泡剤を含有する熱可塑性樹脂を平板状キャビティを
有する金型に注入した後、キャビティ容積が元の容積の
１．１〜２．５倍になるように金型を後退させ、金型の
後退によって生じる容積分を発泡させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面研磨に用いら
れる研磨パッドに関するものであり、特に半導体ウェハ
ーの平坦化や配線形成に用いる機械的な作用と化学的な
作用との組み合わせにより研磨する方法(以下、ＣＭＰ
法という)に用いられる研磨パッドの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハーは、その集積密度の高密
度化による多層化に伴い、表面を平坦に仕上げることが
重要になってきており、その為に半導体ウェハーの表面
をＣＭＰ法で研磨することが行われるようになってきて
いる。この方法は、回転する円盤等にシート状の研磨パ
ッドを装着し、この研磨パッドと半導体ウェハーの間に
研磨剤と化学成分からなるスラリーを供給しながら研磨
を行うものである。この研磨に用いられる研磨パッドと
しては、不織布にポリウレタンを含浸させたものや、発
泡ポリウレタンからなるものが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の研磨パッドには下記のような問題がある。まず、不織
布タイプの研磨パッドは、被加工物との接触時のなじみ
もよく、研磨スラリーの保持性、こすりつけの機能も十
分にあるものの、研磨パッド全体が柔らかいために被加
工物の平坦加工性に難があり、高度な平坦性が求められ
る近年の半導体ウェハーの研磨用途には発泡ポリウレタ
ンからなる研磨パッドが汎用されている。

【０００４】発泡ポリウレタンを用いた研磨パッドは、
前記の不織布パッドに比べ、組織が比較的密に仕上げら
れており、パッド全体から見た場合に、研磨の加工圧力
による変形量は比較的少なく、被加工物の平坦加工性に
は優れているが、ポリウレタン樹脂は耐アルカリ性が悪
いために、スラリーの構成材料として用いられるＫＯＨ
等のアルカリによって発泡ポリウレタンの研磨表面の劣
化、または変質が早期に起こり、しばしばパッドの表面
を削り込むドレッシング操作が必要となっている。その
ため、研磨パッドの寿命が短くなるとともに、この削り
込み作業は連続して行われる研磨加工を中断し、量産性
を低下させる要因となっている。

【０００５】さらに、この発泡ポリウレタンによる研磨
パッドは以下に述べるような複雑な工程で製造される。
すなわち、第１の工程として、ポリオール成分、ポリイ
ソシアネート成分、発泡剤、整泡剤等を混合、発泡させ
て発泡ポリウレタンのブロック成形品を得る工程、続い
て、第２の工程として、研磨パッドとして必要な外形形
状、例えば直径３００ｍｍに外形加工する工程、続い
て、第３の工程として、研磨パッドとして必要な厚さ、
例えば２ｍｍにスライス加工する工程、続いて、第４の
工程として、スライスされた表面を研磨パッドとして必
要な表面粗さに研削する工程の４工程という長い工程で
製造されている。

【０００６】また、これら研磨パッドは、研磨面にスラ
リーを十分に供給するために、研磨パッドの表面に孔を
設ける場合がある。例えば、径１.５ｍｍの孔が５ｍｍ
間隔で研磨パッドの全面に亘って形成されている。この
孔は発泡ポリウレタンを成形後、パンチング加工等によ
って設けるのが一般的であり、その加工は孔数が多いだ
けにかなりの費用を要している。さらに、研磨パッド表
面に格子状あるいは放射状、同心円状、渦巻き状等の溝
を設けることも行われている。この溝は発泡ウレタンを
成形後、切削加工によって設けるのが一般的で、その加
工も相当な費用を要している。ここではこの工程第５の
工程という。本発明はかかる実状に鑑みなされたもの
で、耐摩耗性、耐薬品性に優れ、微細で均一な発泡体か
らなる耐久性に優れた研磨パッドの経済的な製造方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、射出
成形機のシリンダー内で加熱溶融させた発泡剤を含有す
る熱可塑性樹脂を平板状キャビティを有する金型に注入
した後、キャビティ容積が元の容積の１．１〜２．５倍
になるように金型を後退させ、金型の後退によって生じ
る容積分を発泡させることを特徴とする半導体ウエハ用
研磨パッドの製造法に関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で用いられる熱可塑性樹脂
としては、ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、
ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリアセタール樹脂、ＰＰＯ樹脂、ＰＰＳ樹脂およ
びＥＰＤＭ樹脂、ＳＥＢＳ樹脂等の熱可塑性エラストマ
ー樹脂があげられ、これら単独あるいは併用して用いる
ことができる。これら熱可塑性樹脂のうち、７０〜１０
０℃の軟化点を有するアクリル樹脂やＡＢＳ樹脂を主体
として得た研磨パッドは耐摩耗性、耐薬品性、耐久性等
に優れており好ましい。また、発泡剤としては、アゾジ
カルボンアミド等のアゾ化合物、ジニトロソペンタメチ
レンテトラミン等のニトロソ化合物、ｐ−トルエンスル
ホニルヒドラジド等のヒドラジン誘導体、重炭酸ソーダ
等の重炭酸塩等の化学発泡剤を樹脂によって使い分ける
ことによって微細で独立気泡の発泡体を得ることができ
る。発泡剤の配合量としてはベース樹脂１００重量部に
対し０．５〜２重量部、好ましくは１〜１．５重量部と
することにより発泡倍率が１．５〜３である発泡体を得
る。また、発泡核材を併用する方が微細発泡上望まし
く、発泡核材としてはシリカ、タルク、カオリンクレ
ー、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウ
ムなど等が使用できるが、これに限定されるものではな
く最大粒径１μｍ以下の無機質粒子が好適である。

【０００９】本発明においては、発泡剤を配合した熱可
塑性樹脂を射出成形用金型中に注入し発泡させて作製す
る。さらに詳細に説明すると、熱可塑性樹脂と発泡剤は
射出成形機の加熱シリンダー中で加熱、混合、溶融され
る。加熱によって熱可塑性樹脂は発泡しようとするが、
加熱シリンダーのノズル付近は樹脂温度を低めに設定し
てあるため発泡圧が逃げにくく発泡は抑えられる。熱可
塑性樹脂と発泡剤が十分加熱、混合、溶融された後、射
出成形機のスクリューを前進せしめ、シリンダー温度よ
り高温に設定した金型キャビティ内に樹脂を注入する。
金型キャビティ内に熱可塑性樹脂を充填した後、下金型
を後退(型開き)させ、キャビティ容積を元の容積の１．
１〜２．５倍になるように増加せしめる。その下金型の
後退によって、キャビティは容積がふえるので、熱可塑
性樹脂は発泡剤によって高速、均一に発泡する。ついで
金型を冷却し平板状成形体を取り出す。また、下金型の
後退前に熱可塑性樹脂はいったん金型キャビティいっぱ
いに充填されるので、常に同一量が計量され発泡倍率の
一定の熱可塑性樹脂発泡体が得られる。以上の成形方法
によって、前記従来技術の第１から第３の工程を同時に
一度の工程でなすことが出来る。もちろん、射出成形金
型のゲート形状によっては、ゲート仕上げの必要がある
が、近年はピンポイントゲート、サブマリンゲート等ゲ
ート仕上げ不要のゲート形状も多用されており、また、
仮にゲート仕上げするにしても前記の第１から第３の工
程に比較すれば簡単なものである。

【００１０】但し、この射出成形においては、発泡体の
表面、すなわち射出成形金型の表面に樹脂が接する部分
は金型によって熱可塑性樹脂が冷やされるためスキン層
が形成される。したがって、前記第４の工程である研磨
面の研削工程は、スキン層除去のために必要である。

【００１１】さらに、射出成形金型の内面に、複数の突
起部あるいは、格子状、放射状、螺旋状、同心円状等の
表面凹凸形状を設けておくことによって、前記の第５の
工程なしで、すなわち、特別な後加工費用を要すること
なく複数の凹部あるいは、格子状、放射状、螺旋状、同
心円状等の表面凹凸形状を有する研磨パッドを得ること
が出来る。さらに、その凹部あるいは、格子状、放射
状、螺旋状、同心円状等の表面凹凸形状は金型で決まる
形状であるため、寸法バラツキのない、安定した研磨パ
ッドを得ることが出来る。

【００１２】

【実施例】以下本発明を実施例により説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。実施例１図１は、本実施例に用いた金型形状を示すもので上金型
１と下金型２とよりなる。キャビティ３は、直径３００
ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形状である。その金型を射出成
形機に取り付け、射出成形機ノズルの突き当て部４から
ゲートおよびランナーを介してキャビティ３中に、アク
リル樹脂(住友化学（株）製スミペックスＫ７１４)１０
０重量部と、アゾ化合物系発泡剤があらかじめ１０重量
％練り込まれている発泡剤入り樹脂(永和化成工業
（株）製ポリスレンＥＢ１０６)１０重量部とタルク２
重量部の混練材を、シリンダ温度１８０℃、ノズル温度
１６０℃で２２０℃に加熱された金型に注入した。その
後直ちに下金型を１.５ｍｍ後退(型開き)させ、キャビ
ティ厚さを４.５ｍｍとして発泡させ、ついで金型を冷
却せしめて平均気泡径が６０μｍ、発泡倍率１．７の成
形品を得た。その後、その表面を１ｍｍ研削し、厚さ
３.５ｍｍのアクリル樹脂発泡体からなる研磨パッドを
得た。

【００１３】得られた研磨パッドを日本エンギス（株）
製ラッピングマシーン（商品名：ＩＭＰＴＥＣ１０Ｄ
ＶＴ）に装着し、荷重０．４５ＭＰａ、回転数６０ｒｐ
ｍ、２分間研磨、２分間ドレッシングの条件で、ヒュー
ムドシリカを１２重量％含有し、ｐＨ１１のシリカスラ
リーを使ってシリコンウエハに形成したシリコン熱酸化
膜の研磨試験をおこなった結果、研磨速度は１１０ｎｍ
／分であった。また、寿命としての研磨速度が８０％以
下になる研磨回数は２００回以上であった。

【００１４】実施例２図２、図３に本実施例に用いた金型形状を示す。キャビ
ティ３は、直径３００ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤形状でそ
の片面に高さが１ｍｍの同心円状の突起形状を有してい
る。実施例１と同様にして、ＡＢＳ樹脂(三菱レイヨン
（株）製ダイヤペットＥＰ１００Ａ)１００重量部、ア
ゾ化合物系発泡剤があらかじめ１０重量％練り込まれて
いる発泡剤入り樹脂(永和化成工業（株）製ポリスレン
ＥＢ１０６)１０重量部とタルク２重量部の混練材を、
シリンダ温度１８０℃、ノズル温度１６０℃で２２０℃
に加熱された金型に注入した。その後直ちに下金型を
１.５ｍｍ後退(型開き)させ、キャビティ厚さを４.５ｍ
ｍとして発泡させ、ついで金型を冷却せしめて平均気泡
径が６０μｍ、発泡倍率１．６の成形品を得た。その
後、その表面（凹凸面）を０．５ｍｍ研削し、厚さ４ｍ
ｍのＡＢＳ樹脂発泡体からなる研磨パッドを得た。

【００１５】実施例１と同様にシリコン熱酸化膜の研磨
試験をおこなった結果、研磨速度は１０４ｎｍ／分であ
った。また、寿命としての研磨速度が８０％以下になる
研磨回数は２００回以上であった。実施例１，２で得ら
れた研磨パッドは、耐アルカリ性に優れており、ポリウ
レタンタイプの場合に生じるスラリー液による劣化、変
質もなく、寿命の優れた研磨パッドを得ることができ
た。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
射出成形金型への樹脂注入のみによって、耐摩耗性、耐
薬品性に優れ、微細で均一な発泡体からなる耐久性に優
れた研磨パッドを経済的に提供することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１にかかる金型の断面図。

【図２】本発明の実施例２にかかる下金型の平面図。

【図３】本発明の実施例２にかかる金型の断面図。

【符号の説明】

１:上金型２:下金型３:キャビティ４:射出成形機ノズルとの突き当
て部５:同心円状突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小瀬良治茨城県下館市大字五所宮1150番地日立化成工業株式会社五所宮事業所内Ｆターム(参考） 3C058 AA09 CB05 DA12 DA17 4F202 AA13 AA21 AB02 AE08 AF01 AG02 AG05 AG19 AG20 AG26 AH04 CA11 CB01 CK11 CL02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形機のシリンダー内で加熱溶融させ
た発泡剤を含有する熱可塑性樹脂を平板状キャビティを
有する金型に注入した後、キャビティ容積が元の容積の
１．１〜２．５倍になるように金型を後退させ、金型の
後退によって生じる容積分を発泡させることを特徴とす
る半導体ウエハ用研磨パッドの製造法。
【請求項２】熱可塑性樹脂がアクリル樹脂又はＡＢＳ樹
脂である請求項１記載の半導体ウエハ用研磨パッドの製
造法。
【請求項３】平板状キャビティを有する金型内面に複数
の凹部、格子状、放射状、螺旋状、同心円状等の表面凹
凸形状が刻設されてなる請求項１又は２に記載の半導体
ウエハ用研磨パッドの製造法。