KR20240144181A

KR20240144181A - 연마층, 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 연마 방법

Info

Publication number: KR20240144181A
Application number: KR1020247025813A
Authority: KR
Inventors: 아즈사 스나야마; 유코 고시; 미츠루 가토
Original assignee: 주식회사 쿠라레
Priority date: 2022-02-02
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2024-10-02
Also published as: WO2023149434A1; JPWO2023149434A1; IL314429A; CN118574699A; TW202337635A; EP4474106A1; US20250153304A1

Abstract

폴리우레탄을 포함하는 연마층이며, 상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 파단 신도가, 100% 미만인, 연마층, 당해 연마층을 구비하는 연마 패드 및 그 제조 방법, 및 당해 연마 패드를 이용하는 연마 방법에 관한 것이다.

Description

연마층, 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 연마 방법

본 발명은, 연마층, 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 연마 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 연마 방법으로서, CMP(화학적 기계적 연마; Chemical MechanicaL Polishing(Planarization))가 적용되고 있다. CMP는 피(被)연마물의 표면에 대하여, 지립(砥粒) 및 반응액을 포함하는 슬러리를 공급하면서 연마 패드로 피연마물을 고(高)정밀도로 연마하는 방법이다.

CMP에 이용되는 연마 패드의 연마층을 구성하는 재료로서는 폴리우레탄이 이용되고 있다. 폴리우레탄은, 가공성 및 내구성이 양호하고, 친수성을 가지기 때문에, 슬러리와의 친화성이 우수하고, 높은 연마 속도가 얻어지기 쉽다고 하는 이점을 가진다.

그런데, 반도체 웨이퍼의 고(高)집적화 및 다층 배선화는 점점 진전되고 있으며, 이에 수반하여, 반도체 웨이퍼의 CMP에 대해서도, 종래로부터도 높은 연마 정밀도가 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여, 연마 패드의 성능을 향상시키기 위한 검토가 행해지고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 연마 성능을 개선할 수 있는 연마 패드로서, 특정한 물성을 충족하는 친수성 재료로 이루어지는 연마 패드가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 연마 패드에 있어서의 드레스성을 개선하여 높은 연마 레이트를 얻는 것을 과제로 하여, 폴리우레탄 발포 시트를 연마층으로서 가지는 연마 패드에 있어서, 상기 시트가, 신도를 100%~600%, 파단 강도를 0.1kgf/㎟~2.0kgf/㎟으로 하고, 또한 신도/파단 강도의 값을 300~1100으로 하는 것을 특징으로 하는 연마 패드가 개시되어 있다.

국제공개 제99/07515호 일본국 공개특허 특개2016-68250호 공보

CMP에 있어서의 연마 속도 및 연마 정밀도, 특히, 피연마면 내에 있어서의 연마 속도의 균일성(이하, 「연마 균일성」이라고도 한다)을 높이기 위해서는, 연마층의 경도를 높이는 방법이 유효하다. 당해 관점에서, 특허문헌 2에는, 쇼어 A 경도를 특정한 범위로 한정한 연마 패드도 개시되어 있다.

그러나, 본 발명자 등의 검토에 의하면, 연마층의 경도를 높이면, 피연마물의 피연마면에 디펙트(결함)가 발생하기 쉬워지는 것이 판명되어 있다. 그 때문에, 연마 균일성의 향상과, 디펙트수를 낮게 억제하는 소(小)디펙트성을 양립시키는 것은 곤란하였다.

본 발명은, 상기 종래의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, CMP에 있어서, 연마 균일성과 소디펙트성을 고도로 양립할 수 있는 연마층, 당해 연마층을 구비하는 연마 패드 및 그 제조 방법, 및 당해 연마 패드를 이용하는 연마 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자 등은, 종래의 연마 패드를 이용할 때에 있어서의 디펙트의 발생 원인에 대하여, 연마층으로부터 발생하는 큰 연마 부스러기가 지립과 응집체를 형성하고, 당해 응집체가 피연마면에 대하여 접촉 및 가압되는 것이 원인인 것이라고 추정하여, 특정한 파단 신도를 가지는 폴리우레탄을 포함하는 연마층이, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 하기 [1]~[13]에 관한 것이다.

[1] 폴리우레탄을 포함하는 연마층이며, 상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 파단 신도가, 100% 미만인, 연마층.

[2] 상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 항복 응력이, 43㎫ 이상인, 상기 [1]에 기재된 연마층.

[3] 상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 D 경도가 65 이상인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 연마층.

[4] 상기 폴리우레탄의, 물과의 접촉각이 75도 미만인, 상기 [1]~[3]의 어느 것에 기재된 연마층.

[5] 상기 폴리우레탄이, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위를 포함하며, 상기 고분자 폴리올이 폴리에틸렌글리콜을 15몰% 이상 포함하는, 상기 [1]~[4]의 어느 것에 기재된 연마층.

[6] 상기 폴리우레탄이, 열가소성인, 상기 [1]~[5]의 어느 것에 기재된 연마층.

[7] 밀도가 0.7g/㎤ 이상인, 상기 [1]~[6]의 어느 것에 기재된 연마층.

[8] 상기 폴리우레탄의 성형체인, 상기 [1]~[7]의 어느 것에 기재된 연마층.

[9] 상기 성형체가, 비(非)발포 성형체인, 상기 [8]에 기재된 연마층.

[10] 상기 연마층이, 연마면에 오목부를 포함하는, 상기 [1]~[9]의 어느 것에 기재된 연마층.

[11] 상기 [1]~[10]의 어느 것에 기재된 연마층을 구비하는, 연마 패드.

[12] 상기 [11]에 기재된 연마 패드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 연마층을 형성하는 공정 및 상기 연마층을 가공하는 공정으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 공정을 포함하는, 연마 패드의 제조 방법.

[13] 상기 [11]에 기재된 연마 패드를 이용하는, 연마 방법.

본 발명에 의하면, CMP에 있어서, 연마 균일성과 소디펙트성을 고도로 양립할 수 있는 연마층, 당해 연마층을 구비하는 연마 패드 및 그 제조 방법, 및 당해 연마 패드를 이용하는 연마 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 연마 패드를 이용한 연마 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태의 일례에 의거하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시양태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 예시로서, 본 발명은 이하의 기재에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서의 기재 사항을 임의로 선택한 양태 또는 임의로 조합시킨 양태도 본 발명에 포함된다.

본 명세서에 있어서, 바람직하다고 하는 규정은 임의로 선택할 수 있으며, 바람직하다고 하는 규정끼리의 조합은 보다 바람직하다고 할 수 있다.

본 명세서에 있어서, 「XX~YY」라는 기재는, 「XX 이상 YY 이하」를 의미한다.

본 명세서에 있어서, 바람직한 수치 범위(예를 들면, 함유량 등의 범위)에 대하여, 단계적으로 기재된 하한값 및 상한값은, 각각 독립하여 조합시킬 수 있다. 예를 들면, 「바람직하게는 10~90, 보다 바람직하게는 30~60」이라고 하는 기재로부터, 「바람직한 하한값(10)」과 「보다 바람직한 상한값(60)」을 조합시켜서, 「10~60」이라고 할 수도 있다.

[연마층]

본 발명의 연마층은, 폴리우레탄을 포함하는 연마층이며, 상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 파단 신도가, 100% 미만이다.

이하, 본 발명의 연마층에 포함되는, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 파단 신도가, 100% 미만인 폴리우레탄을 「폴리우레탄(PU)」이라고 칭한다.

<폴리우레탄(PU)>

이하, 폴리우레탄(PU)에 대하여 상세하게 설명한다.

또한, 폴리우레탄(PU)을 구성하는 성분에는, 지립은 포함시키지 않는 것으로 한다. 즉, 이하에서 설명하는 폴리우레탄(PU)의 파단 신도, 항복 응력, D 경도 및 물과의 접촉각은, 지립을 포함하지 않는 폴리우레탄(PU)을 측정 대상으로 하여 측정된 값을 의미한다. 이에 의해, 본 발명의 연마층으로부터, 지립을 포함하는 양태가 배제되는 것은 아니지만, 본 발명의 연마층은, 지립을 포함하지 않는 것이 바람직하다.

(파단 신도)

폴리우레탄(PU)은, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 파단 신도(이하, 단지 「수(水)팽윤 후의 파단 신도」라고도 한다)가 100% 미만이다.

본 발명의 연마층은, 수팽윤 후의 파단 신도가 100% 미만인 폴리우레탄(PU)을 포함함으로써, CMP에 있어서, 연마 균일성과 소디펙트성을 고도로 양립할 수 있다. 이것은, 폴리우레탄(PU)은, 수팽윤 후의 파단 신도가 100% 미만이기 때문에, 당해 폴리우레탄(PU)을 포함하는 본 발명의 연마층은, CMP에 있어서, 디펙트의 발생 원인이라고 추정되는 큰 연마 부스러기가 발생하기 어려운 것에 의한 것이라고 추측된다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 파단 신도는, 100% 미만이며, 바람직하게는 99% 이하, 보다 바람직하게는 95% 이하, 더 바람직하게는 90% 이하이다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 파단 신도가 상기 범위이면, 연마 균일성과 소디펙트성을 보다 고도로 양립시킬 수 있다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 파단 신도의 하한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조 용이성 등의 관점에서, 20% 이상이어도 되고, 30% 이상이어도 되고, 40% 이상이어도 된다.

수팽윤 후의 파단 신도는, 실시예에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

폴리우레탄의 파단 신도는, 예를 들면, 사슬 신장제에 유래하는 폴리우레탄의 분자 구조로서 지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는, 강직한 골격을 도입하는 방법에 의해, 상기 범위로 조정할 수 있다.

(항복 응력)

폴리우레탄(PU)의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 항복 응력(이하, 단지 「수팽윤 후의 항복 응력」이라고도 한다)은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 43㎫ 이상, 보다 바람직하게는 44㎫ 이상, 더 바람직하게는 45㎫ 이상이다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 항복 응력이 상기 범위이면, 연마 균일성을 보다 향상할 수 있는 경향이 있다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 항복 응력의 상한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조 용이성 등의 관점에서, 90㎫ 이하여도 되고, 80㎫ 이하여도 되고, 70㎫ 이하여도 된다.

수팽윤 후의 항복 응력은, 실시예에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

(D 경도)

폴리우레탄(PU)의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 D 경도(이하, 단지 「수팽윤 후의 D 경도」라고도 한다)는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 65 이상, 보다 바람직하게는 70 이상, 더 바람직하게는 75 이상이다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 D 경도가 상기 범위이면, 연마 균일성을 보다 향상할 수 있는 경향이 있다.

폴리우레탄(PU)의 수팽윤 후의 D 경도의 상한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조 용이성 등의 관점에서, 95 이하여도 되고, 90 이하여도 되고, 85 이하여도 된다.

수팽윤 후의 D 경도는, 실시예에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

(물과의 접촉각)

폴리우레탄(PU)의 물과의 접촉각은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 75도 미만, 보다 바람직하게는 73도 미만, 더 바람직하게는 70도 미만이다.

폴리우레탄(PU)의 물과의 접촉각이 상기 범위이면, 연마면의 친수성이 향상하고, 연마 부스러기의 배출성 및 분산성이 향상하므로, 연마 균일성과 소디펙트성을 보다 고도로 양립할 수 있는 경향이 있다.

폴리우레탄(PU)의 물과의 접촉각의 하한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조 용이성 등의 관점에서, 30도 이상이어도 되고, 40도 이상이어도 되고, 50도 이상이어도 된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 물과의 접촉각은, 물을 적하하고 나서 2초 후의 접촉각을 의미하고, 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

<폴리우레탄(PU)의 성상(性狀)>

폴리우레탄(PU)은, 열경화성이어도 되고, 열가소성이어도 되지만, 피연마면에 대한 접촉 압력을 저감하여, 디펙트의 발생을 보다 억제한다고 하는 관점에서, 열가소성인 것이 바람직하다.

(폴리우레탄(PU)의 구조)

다음으로, 폴리우레탄(PU)의 구조에 대하여 설명한다.

폴리우레탄(PU)은, 파단 신도, 강성, 경도, 친수성 등의 요구 특성을 유지한 연마층이 얻어지기 쉽다고 하는 관점에서, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위를 포함하는 것이 바람직하다.

고분자 폴리올은, 1종을 단독으로 이용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

〔고분자 폴리올〕

본 명세서에 있어서 「고분자 폴리올」이란, 분자량이 300을 초과하는 폴리올을 의미한다.

또한, 고분자 폴리올 및 후술하는 사슬 신장제의 「분자량」이란, 단일의 분자량을 가지는 화합물인 경우에는, 구조식으로부터 산출되는 분자량을 의미하고, 중합체인 경우에는, 수평균 분자량을 의미한다.

고분자 폴리올로서는, 예를 들면, 폴리에테르디올, 폴리카보네이트디올, 폴리에스테르디올 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 입수 용이성 및 반응성이 우수하다고 하는 관점에서, 폴리에테르디올, 폴리에스테르디올이 바람직하고, 폴리에테르디올이 보다 바람직하다.

{폴리에테르디올}

폴리에테르디올로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG), 폴리(메틸테트라메틸렌글리콜), 글리세린 베이스 폴리알킬렌에테르글리콜 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜이 바람직하다.

고분자 폴리올 중에 있어서의 폴리에테르디올의 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 90몰% 이상, 보다 바람직하게는 95몰% 이상, 더 바람직하게는 99몰% 이상, 보다 더 바람직하게는 100몰%이다.

폴리에테르디올의 함유량이 상기 범위이면, 폴리우레탄(PU)의 친수성이 양호해지기 쉬운 경향이 있다.

고분자 폴리올 중에 있어서의 폴리에틸렌글리콜의 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 15몰% 이상, 보다 바람직하게는 20몰% 이상, 더 바람직하게는 25몰% 이상이며, 또한, 바람직하게는 90몰% 이하, 보다 바람직하게는 80몰% 이하, 더 바람직하게는 70몰% 이하이다.

폴리에틸렌글리콜의 함유량이 상기 하한값 이상이면, 폴리우레탄(PU)의 친수성이 한층 더 향상하고, 연마 부스러기의 배출성 및 분산성이 향상하므로, 연마 균일성과 소디펙트성을 보다 고도로 양립할 수 있는 경향이 있다. 또한, 폴리에틸렌글리콜의 함유량이 상기 상한값 이하이면, 과도한 흡습이 억제되는 것과 함께, 건조 시와 수팽윤 시에 있어서의 수지 경도의 변화가 작아져, 연마 성능의 안정성이 보다 양호해지는 경향이 있다.

고분자 폴리올 중에 있어서의 폴리에틸렌글리콜의 함유량은, 실시예에 기재된 방법에 따라 계산할 수 있다.

{폴리에스테르디올}

폴리에스테르디올로서는, 예를 들면, 디카르본산, 그 에스테르 또는 무수물 등의 에스테르 형성성 유도체와, 저분자 디올을, 직접 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환 반응시킴으로써 얻어지는 폴리에스테르디올 등을 들 수 있다.

디카르본산으로서는, 예를 들면, 옥살산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 도데칸디카르본산, 2-메틸숙신산, 2-메틸아디프산, 3-메틸아디프산, 3-메틸펜탄 2산, 2-메틸옥탄 2산, 3,8-디메틸데칸 2산, 3,7-디메틸데칸 2산 등의 탄소수 2~12의 지방족 디카르본산; 트리글리세라이드의 분류(分溜)에 의해 얻어지는 불포화 지방산을 이량화한 탄소수 14~48의 이량화 지방족 디카르본산(다이머산) 및 이들의 수소 첨가물(수첨(水添) 다이머산) 등의 지방족 디카르본산; 1,4-시클로헥산디카르본산 등의 지환족 디카르본산; 테레프탈산, 이소프탈산, 오르토프탈산 등의 방향족 디카르본산; 등을 들 수 있다. 또한, 다이머산 및 수첨 다이머산으로서는, 유니케마사제의 상품명 「프리폴 1004」, 「프리폴 1006」, 「프리폴 1009」, 「프리폴 1013」 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 이용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

또한, 저분자 디올로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올 등의 지방족 디올; 시클로헥산디메탄올, 시클로헥산디올 등의 지환식 디올; 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 이용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다. 이들 중에서도, 탄소수 6~12의 디올이 바람직하고, 탄소수 8~10의 디올이 보다 바람직하고, 탄소수 9의 디올이 더 바람직하다.

{폴리카보네이트디올}

폴리카보네이트디올로서는, 예를 들면, 저분자 디올과, 카보네이트 화합물의 반응에 의해 얻어지는 것을 들 수 있다.

폴리카보네이트디올을 제조하기 위한 저분자 디올로서는 앞서 예시한 저분자 디올을 들 수 있다.

폴리카보네이트디올을 제조하기 위한 카보네이트 화합물로서는, 예를 들면, 디알킬카보네이트, 알킬렌카보네이트, 디아릴카보네이트 등을 들 수 있다.

디알킬카보네이트로서는, 예를 들면, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 들 수 있다.

알킬렌카보네이트로서는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트 등을 들 수 있다.

디아릴카보네이트로서는, 예를 들면, 디페닐카보네이트 등을 들 수 있다.

{고분자 폴리올의 수평균 분자량}

고분자 폴리올의 수평균 분자량은, 300 초과하며, 바람직하게는 450~3,000, 보다 바람직하게는 500~2,700, 더 바람직하게는 550~2,400이다.

고분자 폴리올의 수평균 분자량이 상기 범위이면, 강성, 경도, 친수성 등의 요구 특성을 유지한 연마층이 얻어지기 쉬운 경향이 있다.

고분자 폴리올의 수평균 분자량은, JIS K 1557-1:2007에 준거하여 측정한 수산기값에 의거하여 산출된 수평균 분자량을 의미한다.

폴리우레탄(PU)은, 추가로, 폴리이소시아네이트에 유래하는 구조 단위 및 사슬 신장제에 유래하는 구조 단위를 포함하는 것이 바람직하다.

폴리이소시아네이트 및 사슬 신장제는, 각각에 대하여, 1종을 단독으로 이용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.

〔폴리이소시아네이트〕

폴리이소시아네이트로서는, 통상의 폴리우레탄의 제조에 이용되는 폴리이소시아네이트를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 에틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 펜타메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 도데카메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 이소프로필리덴비스(4-시클로헥실이소시아네이트), 시클로헥실메탄디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 리신디이소시아네이트, 2,6-디이소시아나토메틸카프로에이트, 비스(2-이소시아나토에틸)푸마레이트, 비스(2-이소시아나토에틸)카보네이트, 2-이소시아나토에틸-2,6-디이소시아나토헥사노에이트, 시클로헥실렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥실렌디이소시아네이트, 비스(2-이소시아나토에틸)-4-시클로헥센 등의 지방족 또는 지환식 디이소시아네이트; 2,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, m-크실릴렌디이소시아네이트, p-크실릴렌디이소시아네이트, 1,5-나프틸렌디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아나토비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디이소시아나토비페닐, 3,3'-디메틸-4,4'-디이소시아나토디페닐메탄, 클로로페닐렌-2,4-디이소시아네이트, 테트라메틸크실릴렌디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트; 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 연마층의 내마모성을 향상시킨다고 하는 관점에서, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)가 바람직하다.

〔사슬 신장제〕

본 명세서에 있어서 「사슬 신장제」란, 폴리우레탄을 고분자량화할 목적으로 사용되는, 분자량이 300 이하의 화합물을 의미한다.

사슬 신장제로서는, 통상의 폴리우레탄의 제조에 이용되는 사슬 신장제를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 활성 수소 원자를 분자 중에 2개 이상 가지는, 분자량이 300 이하의 저분자 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 분자량이 300 이하의 디올류, 분자량이 300 이하의 디아민류 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 분자량이 300 이하의 디올류가 바람직하다.

{분자량이 300 이하의 디올류}

폴리우레탄(PU)의 제조에 이용하는 사슬 신장제는, 분자량이 300 이하의 디올류를 포함하는 것이 바람직하고, 당해 분자량이 300 이하의 디올류로서, 분자량이 300 이하에 있어서, 분자 내에 지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올(이하, 단지 「지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올」이라고도 한다)을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

사슬 신장제가, 지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올을 포함함으로써, 폴리우레탄(PU)의, 수팽윤 후의 파단 신도를 낮게 조정할 수 있다.

지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올로서는, 예를 들면, cis-2-부텐-1,4-디올(CBD), trans-2-부텐-1,4-디올(TBD), trans-2,3-디브로모-2-부텐-1,4-디올 등의 분자 내에 지방족 불포화 결합을 가지는 디올; 1,4-벤젠디메탄올(BDM), 1,4-비스(β-히드록시에톡시)벤젠, 비스(β-히드록시에틸)테레프탈레이트, m-크실릴렌글리콜, p-크실릴렌글리콜 등의 분자 내에 방향환을 가지는 디올; 등을 들 수 있다.

지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올 중에서도, 파단 신도의 물성을 양호하게 조정하기 쉽다고 하는 관점에서 CBD, TBD, BDM이 바람직하고, 제조 용이성의 관점에서, CBD가 보다 바람직하다.

사슬 신장제가 지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올을 포함하는 경우, 사슬 신장제 중에 있어서의 지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올의 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 10~70질량%, 보다 바람직하게는 20~60질량%, 더 바람직하게는 25~50질량%이다.

지방족 불포화 결합 또는 방향환을 가지는 디올의 함유량이 상기 범위이면, 수팽윤 후의 파단 신도를 낮게 조정하기 쉬운 경향이 있다.

분자량이 300 이하의 디올류로서는, 상기에서 든 것 외, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜(DEG), 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-프로판디올, 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,4-부탄디올(BD), 1,5-펜탄디올(PD), 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올(MPD), 1,4-시클로헥산디올, 시클로헥산디메탄올(1,4-시클로헥산디메탄올 등), 1,9-노난디올(ND), 트리에틸렌글리콜 등의 디올류 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 1,4-부탄디올(BD), 1,5-펜탄디올(PD), 3-메틸-1,5-펜탄디올(MPD)이 바람직하다.

{분자량이 300 이하의 디아민류}

분자량이 300 이하의 디아민류로서는, 예를 들면, 에틸렌디아민, 트리메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 헵타메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 노나메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 도데카메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 3-메틸펜타메틸렌디아민, 1,2-시클로헥산디아민, 1,3-시클로헥산디아민, 1,4-시클로헥산디아민, 1,2-디아미노프로판, 히드라진, 크실릴렌디아민, 이소포론디아민, 피페라진, o-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민, 톨릴렌디아민, 크실렌디아민, 아디프산 디히드라지드, 이소프탈산 디히드라지드, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐, 4,4'-비스(3-아미노페녹시)비페닐, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠, 3,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐술폰, 3,4-디아미노디페닐술폰, 3,3'-디아미노디페닐술폰, 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린), 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노비페닐, 4,4'-디아미노디페닐설파이드, 2,6-디아미노톨루엔, 2,4-디아미노클로로벤젠, 1,2-디아미노안트라퀴논, 1,4-디아미노안트라퀴논, 3,3'-디아미노벤조페논, 3,4-디아미노벤조페논, 4,4'-디아미노벤조페논, 4,4'-디아미노비벤질, 2,2'-디아미노-1,1'-비나프탈렌, 1,3-비스(4-아미노페녹시)알칸, 1,4-비스(4-아미노페녹시)알칸, 1,5-비스(4-아미노페녹시)알칸 등의 1,n-비스(4-아미노페녹시)알칸(n은 3~10), 1,2-비스[2-(4-아미노페녹시)에톡시]에탄, 9,9-비스(4-아미노페닐)플루오렌, 4,4'-디아미노벤즈아닐리드 등을 들 수 있다.

〔폴리우레탄(PU)의 원료의 배합비〕

폴리우레탄(PU)이, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위, 폴리이소시아네이트에 유래하는 구조 단위 및 사슬 신장제에 유래하는 구조 단위를 포함하는 경우, 폴리우레탄(PU)을 제조할 때에 있어서의 이들의 원료의 배합비는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고분자 폴리올이 가지는 활성 수산기 및 사슬 신장제가 가지는 활성 수소를 포함하는 관능기의 합계 1몰에 대하여, 폴리이소시아네이트가 가지는 이소시아네이트기의 양이, 바람직하게는 0.7~1.3몰, 보다 바람직하게는 0.8~1.2몰, 더 바람직하게는 0.9~1.1몰이 되는 배합비이다.

각 성분의 배합비가 상기 하한값 이상이면, 폴리우레탄(PU)의 기계적 강도 및 내마모성이 향상하는 것과 함께, 연마층의 수명도 길어지는 경향이 있다. 또한, 각 성분의 배합비가 상기 상한값 이하이면, 폴리우레탄(PU)의 생산성 및 보존 안정성이 향상하고, 연마층을 제조하기 쉬워지는 경향이 있다.

또한, 「사슬 신장제가 가지는 활성 수소를 포함하는 관능기」란, 사슬 신장제가 디올류인 경우에는 수산기를 의미하고, 사슬 신장제가 디아민류인 경우에는 아미노기를 의미한다.

폴리우레탄(PU)이, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위 및 사슬 신장제에 유래하는 구조 단위를 포함하는 경우, 폴리우레탄(PU)을 제조할 때에 있어서의 사슬 신장제의 배합비는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고분자 폴리올의 활성 수산기 1몰에 대하여, 사슬 신장제가 가지는 활성 수소를 포함하는 관능기가, 바람직하게는 1~30몰, 보다 바람직하게는 4~20몰, 더 바람직하게는 8~15몰이 되는 배합비이다.

사슬 신장제의 배합비가 상기 범위이면, 파단 신도, 강성, 경도 및 친수성 등의 요구 특성을 유지한 연마층이 얻어지기 쉬운 경향이 있다.

〔그 외의 구조 단위〕

폴리우레탄(PU)은, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위, 폴리이소시아네이트에 유래하는 구조 단위 및 사슬 신장제에 유래하는 구조 단위 이외의 그 외의 구조 단위를 포함하고 있어도 되지만, 포함하고 있지 않은 것이 바람직하다.

폴리우레탄(PU)에 포함되는 전체 구조 단위에 대한, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위, 폴리이소시아네이트에 유래하는 구조 단위 및 사슬 신장제에 유래하는 구조 단위의 합계 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 80질량% 이상, 보다 바람직하게는 85질량% 이상, 더 바람직하게는 90질량% 이상, 보다 더 바람직하게는 95질량% 이상, 가장 바람직하게는 100질량%이다.

(첨가제)

폴리우레탄(PU)은, 필요에 따라, 첨가제를 함유하고 있어도 되고, 함유하고 있지 않아도 된다.

첨가제로서는, 예를 들면, 가교제, 충전제, 가교 촉진제, 가교 조제, 연화제, 점착 부여제, 노화 방지제, 발포제, 가공 조제, 밀착성 부여제, 무기 충전제, 유기 필러, 결정핵제, 내열 안정제, 내후(耐候) 안정제, 대전 방지제, 착색제, 활제, 난연제, 난연 조제(산화안티몬 등), 블루밍 방지제, 이형제, 증점제, 산화 방지제, 도전제 등을 들 수 있다.

폴리우레탄(PU)이, 첨가제를 함유하는 경우, 당해 첨가제도 폴리우레탄(PU)을 구성하는 성분의 일부인 것으로 하고, 상기한 폴리우레탄(PU)의 파단 신도, 항복 응력, D 경도, 물과의 접촉각 및 밀도는, 첨가제를 구성 성분으로서 포함하는 폴리우레탄(PU)을 측정 대상으로 하여 측정된 값을 의미한다. 단, 상기한 바와 같이, 지립은, 폴리우레탄(PU)을 구성하는 첨가제에 포함시키지 않는다.

폴리우레탄(PU) 중에 있어서의 첨가제의 합계 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리우레탄(PU)의 고형분 기준으로, 바람직하게는 50질량% 이하, 보다 바람직하게는 20질량% 이하, 더 바람직하게는 10질량% 이하, 보다 더 바람직하게는 1질량% 이하이다.

(폴리우레탄(PU)의 제조 방법)

폴리우레탄(PU)은, 상기 서술의 원료를 이용하여 공지의 프리폴리머법 또는 원샷법을 이용한 우레탄화 반응에 의해 중합하는 것에 의해 얻어진다. 보다 구체적으로는, 실질적으로 용제의 부(不)존재 하에서, 상기 서술한 각 성분을 소정의 비율로 배합하고 단축(單軸) 또는 다축 스크류형 압출기를 이용하여 용융 혼합하면서 용융 중합에 의해 제조하는 방법이나, 용제 존재 하에서 프리폴리머법에 의해 중합으로 제조하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 용융 중합은 연속적으로 행하여도 된다.

본 발명에 있어서는, 폴리우레탄(PU)의 제조를 안정적으로 행하는 관점에서, 용융 중합을 이용하는 것이 바람직하다.

(폴리우레탄(PU)의 함유량)

본 발명의 연마층 중에 있어서의, 폴리우레탄(PU)의 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 50질량% 이상, 보다 바람직하게는 70질량% 이상, 더 바람직하게는 90질량% 이상, 보다 더 바람직하게는 100질량%이다.

<연마층의 밀도>

본 발명의 연마층의 밀도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 0.7g/㎤ 이상, 보다 바람직하게는 0.8g/㎤ 이상, 더 바람직하게는 1.0g/㎤ 이상이다.

연마층의 밀도가 상기 범위이면, 연마 균일성과 소디펙트성을 보다 고도로 양립할 수 있는 경향이 있다.

본 발명의 연마층의 밀도의 상한값은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조 용이성 등의 관점에서, 1.4g/㎤ 이하여도 되고, 1.3g/㎤ 이하여도 되고, 1.25g/㎤ 이하여도 된다.

밀도는, 외형 치수(㎤)에 대한 중량(g)으로 하여 구할 수 있고, 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법에 따라 측정할 수 있다.

<연마층의 형태 등>

본 발명의 연마층은, 폴리우레탄(PU)의 성형체인 것이 바람직하다.

본 발명의 연마층이, 폴리우레탄(PU)의 성형체인 경우, 당해 성형체는, 발포 성형체 또는 비발포 성형체의 어느 것이어도 되지만, 비발포 성형체인 것이 바람직하다. 본 발명의 연마층이, 비발포 성형체이면, 연마 균일성이 높고, 발포의 분포에 의한 편차, 발포 내의 응집물에 기인하는 디펙트의 발생 등을 보다 억제할 수 있다.

본 발명의 연마층의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 0.5~5.0㎜, 보다 바람직하게는 1.0~3.0㎜, 더 바람직하게는 1.2~2.5㎜이다.

연마층의 두께가 상기 범위이면, 생산성 및 취급성이 향상하는 것과 함께, 연마 성능의 안정성이 향상하는 경향이 있다.

본 발명의 연마층은, 연마면에 오목부를 포함하는 것이 바람직하다. 오목부는, 연마층을 관통하고 있어도 되고, 관통하고 있지 않아도 된다.

오목부의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 홈, 구멍 등의 형상이 바람직하다. 또한, 여기에서의 「홈」이란, 연마층의 평면에서 볼 때에 선형상으로 형성된 오목부를 의미하고, 「구멍」이란, 연마층의 평면에서 볼 때에, 예를 들면, 원형 등의 비(非)선형상으로 형성된 오목부를 의미한다.

홈은, 연마층의 평면에서 보았을 때에 있어서, 예를 들면, 동심원상(同心圓狀), 격자상, 나선상, 방사상 등의 소정의 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 홈은, 연마층을 관통하고 있지 않은 것이 바람직하다.

구멍은, 연마층의 평면에서 보았을 때에 있어서, 예를 들면, 원상, 타원상, 다각형상의 소정의 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 구멍은, 연마층을 관통하고 있지 않는 오목한 형상인 것이 바람직하다.

이러한 오목부는, 연마면에 슬러리를 균일 또한 충분히 공급하는 것과 함께, 디펙트의 발생 원인이 되는 연마 부스러기의 배출, 연마층의 흡착에 의한 웨이퍼 파손의 방지 등에 도움이 되는 것이다.

본 발명의 연마층이, 예를 들면, 연마면에 동심원상 또는 나선상의 홈을 가지는 경우, 홈 사이의 간격은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 1.0~50㎜, 보다 바람직하게는 1.5~30㎜, 더 바람직하게는 2.0~15㎜이다. 또한, 홈의 폭은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 0.1~3.0㎜, 보다 바람직하게는 0.2~2.0㎜이다. 또한, 홈의 깊이는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 연마층의 두께 미만에 있어서, 바람직하게는 0.2~1.8㎜, 보다 바람직하게는 0.4~1.5㎜이다.

홈의 단면 형상으로서는, 예를 들면, 장방형, 사다리꼴, 삼각형, 반원형 등의 형상이 목적에 따라 적절히 선택된다.

본 발명의 연마층이, 예를 들면, 연마면에 구멍을 가지는 경우, 구멍의 깊이는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 연마층의 두께 미만 또는 동등하며, 바람직하게는 0.2~5.0㎜, 보다 바람직하게는 0.4~3.0㎜, 더 바람직하게는 0.4~2.5㎜이다.

<연마층의 제조 방법>

본 발명의 연마층은, 예를 들면, 폴리우레탄(PU)을 포함하는 성형체를 얻고, 필요에 따라, 당해 성형체에 대하여 가공을 실시하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

폴리우레탄(PU)을 포함하는 성형체는, 예를 들면, 상기의 방법에 의해 얻어진 폴리우레탄(PU)을 펠릿화한 후, 압출 성형법, 사출 성형법, 블로우 성형법, 캘린더 성형법 등의 각종의 성형법에 의해 성형함으로써 얻어진다. 특히는, T다이를 이용한 압출 성형에 의하면, 균일한 두께의 시트상(狀)의 성형체가 얻어지기 쉽다.

그 후, 필요에 따라, 폴리우레탄(PU)을 포함하는 성형체에 대하여, 절삭, 슬라이스, 타발 가공 등의 가공을 행함으로써, 성형체의 형상, 두께 등을 적절히 조정할 수 있다.

연마층에 오목부를 형성하는 경우는, 예를 들면, 폴리우레탄(PU)을 포함하는 성형체에 대하여, 연삭 가공, 레이저 가공, 가열된 형을 스탬프하는 처리 등을 실시하여 형성하여도 되고, 폴리우레탄을 사출 성형할 때에 금형에서 전사하여 형성하여도 된다.

[연마 패드]

본 발명의 연마 패드는, 본 발명의 연마층을 구비하는, 연마 패드이다.

본 발명의 연마 패드는, 본 발명의 연마층만으로 이루어지는 것이어도 되고, 본 발명의 연마층의 연마면은 아닌 측의 면에 쿠션층을 적층한 적층체여도 된다.

쿠션층은, 연마층의 경도보다도 낮은 경도를 가지는 층인 것이 바람직하다. 쿠션층의 경도가 연마층의 경도보다도 낮은 경우, 피연마면의 국소적인 요철에는 경질인 연마층이 추종하고, 피연마 기재(基材) 전체의 휨이나 굴곡에 대해서는 쿠션층이 추종하기 때문에 글로벌 평탄성(웨이퍼 기판의 큰 주기의 요철이 저감하고 있는 상태)과 로컬 평탄성(국소적인 요철이 저감하고 있는 상태)의 밸런스가 우수한 연마가 가능하게 된다.

쿠션층으로서 이용되는 소재로서는, 예를 들면, 부직포에 폴리우레탄을 함침시킨 복합체(예를 들면, 「Suba400」(닛타·하스주식회사제)); 천연 고무, 니트릴 고무, 폴리부타디엔 고무, 실리콘 고무 등의 고무; 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 불소계 열가소성 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머; 발포 플라스틱; 폴리우레탄 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 쿠션층으로서 바람직한 유연성이 얻어지기 쉽다고 하는 관점에서, 발포 구조를 가지는 폴리우레탄이 바람직하다.

쿠션층의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.5~5㎜가 바람직하다. 쿠션층의 두께가 상기 하한값 이상이면, 피연마면의 전체의 휨, 굴곡 등에 대한 추종 효과가 충분하게 되어, 글로벌 평탄성이 보다 양호해지는 경향이 있다. 또한, 쿠션층의 두께가 상기 상한값 이하이면, 연마 패드 전체가 적당한 단단함을 가지고, 연마 안정성이 보다 양호해지는 경향이 있다.

본 발명의 연마 패드의 바람직한 두께는, 본 발명의 연마 패드가 쿠션층을 가지지 않는 경우에는, 상기한 본 발명의 연마층의 바람직한 두께와 같다. 또한, 본 발명의 연마 패드의 두께는, 본 발명의 연마 패드가 쿠션층을 가지는 경우에는, 1~10㎜가 바람직하다.

[연마 패드의 제조 방법]

본 발명의 연마 패드의 제조 방법은, 본 발명의 연마층을 형성하는 공정 및 본 발명의 연마층을 가공하는 공정으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 공정을 포함하는, 연마 패드의 제조 방법이다.

본 발명의 연마층을 형성하는 공정으로서는, 예를 들면, 상기 <연마층의 제조 방법>에 기재된 방법을 들 수 있다. 본 발명의 연마 패드가, 본 발명의 연마층만으로 이루어지는 것인 경우, 본 발명의 연마 패드는, 본 발명의 연마층을 형성하는 공정에 의해 제조할 수 있다.

본 발명의 연마층을 가공하는 공정으로서는, 예를 들면, 본 발명의 연마층의 연마면은 아닌 측의 면에 쿠션층을 적층하는 공정을 들 수 있다. 쿠션층은, 예를 들면, 양면 점착 시트를 이용하여, 본 발명의 연마층의 연마면은 아닌 측의 면에 첩부(貼付)함으로써, 적층할 수 있다.

[연마 방법]

본 발명의 연마 방법은, 본 발명의 연마 패드를 이용하는 연마 방법이다.

본 발명의 연마 패드를 이용한 연마 방법을 CMP에 의해 행하는 경우의 실시형태에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.

CMP에 있어서는, 도 1에 나타내는 원형의 회전 정반(定盤)(2)과, 슬러리 공급 노즐(3)과, 홀더(4)와, 패드 컨디셔너(6)를 구비한 CMP 장치(10)가 이용된다. 회전 정반(2)의 표면에 상기 서술한 연마층을 구비한 연마 패드(1)를 양면 테이프 등에 의해 첩부한다. 또한, 홀더(4)는 피연마물(5)을 지지한다.

CMP 장치(10)에 있어서는, 회전 정반(2)은 도시 생략의 모터에 의해 화살표로 나타내는 방향(시계 방향)으로 회전한다. 또한, 홀더(4)는, 회전 정반(2)의 면 내에 있어서, 도시 생략의 모터에 의해 예를 들면 화살표로 나타내는 방향(시계 방향)으로 회전한다. 패드 컨디셔너(6)도 회전 정반(2)의 면 내에 있어서, 도시 생략의 모터에 의해 예를 들면 화살표로 나타내는 방향(시계 방향)으로 회전한다.

우선, 회전 정반(2)에 고정되어서 회전하는 연마 패드(1)의 연마면에 증류수를 흘리면서, 예를 들면, 다이아몬드 입자를 니켈 전착(電着) 등에 의해 담체 표면에 고정한 CMP용의 패드 컨디셔너(6)를 눌러서, 연마 패드(1)의 연마면의 컨디셔닝을 행한다. 컨디셔닝에 의해, 연마면을 피연마면의 연마에 바람직한 표면 거칠기로 조정한다. 다음으로, 회전하는 연마 패드(1)의 연마면에 슬러리 공급 노즐(3)로부터 슬러리(7)가 공급된다. 또한 CMP를 행함에 있어서, 필요에 따라, 슬러리와 함께, 윤활유, 냉각제 등을 병용하여도 된다.

슬러리로서는, 예를 들면, 산성의 슬러리, 알칼리성의 슬러리, 중성 근방의 슬러리 등을 들 수 있다. 슬러리는, 예를 들면, 물, 오일 등의 액상 매체; 실리카, 알루미나, 산화세륨, 산화지르코늄, 탄화 규소 등의 지립; 염기, 산, 계면 활성제, 과산화수소수 등의 산화제, 환원제, 킬레이트제 등을 함유하고 있는 CMP에 이용되는 슬러리가 바람직하게 이용된다.

그리고, 연마층의 연마면에 슬러리(7)가 골고루 널리 퍼진 연마 패드(1)에, 홀더(4)에 고정되어서 회전하는 피연마물(5)을 누른다. 그리고, 소정의 평탄도가 얻어지기까지, 연마 처리가 계속된다. 연마 시에 작용시키는 가압력이나 회전 정반(2)과 홀더(4)의 상대 운동의 속도를 조정함으로써, 마무리 품질이 영향을 받는다.

연마 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 효율적으로 연마를 행하기 위해서는, 회전 정반과 홀더의 각각의 회전 속도는 300rpm 이하의 저회전이 바람직하고, 피연마물에 가하는 압력은, 연마 후에 흠집이 발생하지 않도록 150㎪ 이하로 하는 것이 바람직하다. 연마하고 있는 동안, 연마면에는, 슬러리를 펌프 등으로 연속적으로 공급하는 것이 바람직하다. 슬러리의 공급량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 연마면이 항상 슬러리로 덮이도록 공급하는 것이 바람직하다.

그리고, 연마 종료 후의 피연마물을 유수(流水)로 잘 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 피연마물에 부착된 수적(水滴)을 털어서 건조시키는 것이 바람직하다. 이처럼, 피연마면을 슬러리로 연마함으로써, 피연마면 전체면에 걸쳐 평활한 면을 얻을 수 있다. 또한, 상기 서술의 CMP는, 실리콘 웨이퍼 등의 각종 반도체 재료 등의 연마에 적합하게 이용할 수 있다.

[실시예]

이하에 본 발명의 일례를 실시예에 의해 설명한다. 또한, 본 발명의 범위는 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

고분자 폴리올로서의 수평균 분자량 850의 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG850) 및 수평균 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜(PEG600), 사슬 신장제로서의 cis-2-부텐-1,4-디올(CBD) 및 1,5-펜탄디올(PD), 및 폴리이소시아네이트로서의 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)를, 표 1에 기재된 비율로 혼합하여, 프리폴리머를 조제하였다.

추가로, 얻어진 프리폴리머를 소형 니더로, 240℃, 스크류 회전수 100rpm의 조건으로 5분간 혼련한 후, 펠리타이저로 세단하여 폴리우레탄의 펠릿을 얻었다. 얻어진 펠릿을 단축 압출기에 공급하고, T-다이로부터 압출하여, 시트상으로 성형하였다. 그리고, 얻어진 시트의 표면을 연삭하여 두께 2.0㎜의 균일한 시트로 한 후, 직경 740㎜의 원형상(狀)으로 잘라내는 것에 의해, 열가소성 폴리우레탄의 비발포 성형체인 폴리우레탄 시트를 연마층으로서 얻었다.

[실시예 2~12, 비교예 1~6]

실시예 1에 있어서, 폴리우레탄의 원료 조성을, 표 1에 기재된 원료 조성으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 열가소성 폴리우레탄의 비발포 성형체인 폴리우레탄 시트를 연마층으로서 얻었다.

[비교예 7]

비교예 6에서 얻은 폴리우레탄 시트를, 50℃의 소르브산(SBA)의 0.25질량% 수용액에 침지시키고, 24시간 방치한 후 취출하고, 수세(水洗), 건조하였다. 이처럼 하여 개질 처리된 폴리우레탄 시트를 연마층으로서 얻었다.

또한, 표 1에 기재된 원료는 이하대로이다.

(고분자 폴리올)

·PTMG 850 : 수평균 분자량 850의 폴리테트라메틸렌글리콜

·PEG 600 : 수평균 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜

(사슬 신장제)

·CBD : cis-2-부텐-1,4-디올

·TBD : trans-2-부텐-1,4-디올

·BDM : 1,4-벤젠디메탄올

·BD : 1,4-부탄디올

·PD : 1,5-펜탄디올

·MPD : 3-메틸-1,5-펜탄디올

(폴리이소시아네이트)

·MDI : 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트

[평가 방법]

각 예에서 얻은, 연마층으로서의 폴리우레탄 시트에 대해서 이하의 방법에 따라, 각 평가를 행하였다.

<파단 신도 및 항복 응력>

각 예에서 얻은 연마층으로서의 폴리우레탄 시트를 2매의 금속판의 사이에 끼우고, 열 프레스 성형기(주식회사신토금속공업소제의 탁상용 테스트 프레스)로 열 프레스 성형하였다. 열 프레스 성형은, 가열 온도 230℃로 2분간 예열한 후, 두께 500㎛가 되는 프레스압으로 1분간 프레스하였다. 그리고, 열 프레스 성형기로부터 폴리우레탄 시트를 개재시킨 2매의 금속판을 취출하여 냉각한 후, 양면의 금속판으로부터, 두께 500㎛로 프레스 성형한 폴리우레탄 시트를 이형하였다.

상기에서 얻어진 프레스 성형 후의 폴리우레탄 시트를, 50℃의 물에 48시간 침지하여 물로 포화 팽윤시킨 수팽윤 측정 샘플을 제조하였다. 당해 수팽윤 측정 샘플에 대하여, 주식회사시마즈제작소제의 오토그래프 SHIMADZU AGS-H를 이용하고, 인장 속도를 50㎜/min으로 한 점 이외에는, JIS K 7311:1995에 준거하여 인장 시험을 행하여, 파단 신도 및 항복 응력을 측정하였다. 또한, 파단 신도는, 이하의 식에 의해 산출된다.

파단 신도(%)={(L-L₀)/L₀}×100

L=파탄 시의 표선 사이 거리

L₀=시험 전의 표선 사이 거리

결과를, 파단 신도(wet) 및 항복 응력(wet)으로 하여 표 1에 나타낸다.

각 예에서 얻은 연마층으로서의 폴리우레탄 시트를 50℃의 물에 48시간 침지하여 물로 포화 팽윤시킨 수팽윤 샘플을 이용하고, JIS K 7311:1995에 준거하여, D 경도(JIS-D 경도)를 측정하였다. 결과를, D 경도(wet)로 하여 표 1에 나타낸다.

<물과의 접촉각>

각 예에서 얻은 연마층으로서의 폴리우레탄 시트를, 측정면을 평활한 면으로 하기 위하여, 적어도 편면(片面)이 폴리이미드 필름과 접하도록 배치하고, 추가로 2매의 금속판의 사이에 끼우고, 열 프레스 성형기(주식회사신토금속공업소제의 탁상용 테스트 프레스)로 열 프레스 성형하였다. 열 프레스 성형은, 가열 온도 230℃로 2분간 예열한 후, 두께가 200㎛가 되는 프레스압으로 1분간 프레스하였다. 그리고, 열 프레스 성형기로부터 폴리우레탄 시트를 개재시킨 2매의 금속판을 취출하여 냉각한 후, 양면의 금속판으로부터, 두께 200㎛로 프레스 성형한 폴리우레탄 시트를 이형하였다.

상기에서 얻어진 프레스 성형 후의 폴리우레탄 시트를, 실온(23℃), 50% RH의 조건 하에 3일간 방치한 후, 직접 바람이 닿지 않은 환경 하에 있어서, 폴리이미드 필름과 접하고 있었던 측의 표면에 실온(23℃)의 물 2.5㎕를 적하한 2초 후에, 교와계면과학주식회사제 DropMaster500을 이용하여 물과의 접촉각을 측정하였다. 결과를, 접촉각(직후)로 하여 표 1에 나타낸다.

<고분자 폴리올 중의 PEG 비율>

고분자 폴리올 중의 PEG 비율은, 각 고분자 폴리올의 수평균 분자량 및 표 1에 있어서의 고분자 폴리올의 질량%의 수치를 이용하여 산출하였다. 예를 들면, 실시예 1에 대해서는, 「(7.5÷600)÷((7.1÷850)+(7.5÷600))×100=60」이라는 계산식에 의해 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

<연마층의 밀도>

각 예에서 얻은 연마층으로서의 폴리우레탄 시트를, 평면에서 볼 때에 장방형(세로 50㎜×가로 50㎜)로 잘라낸 것을 시료편으로 하였다. 당해 시료편의 외형 치수(즉, 세로 50㎜×가로 50㎜×두께 2.0㎜)로부터 시료편의 겉보기 체적(㎤)을 산출하는 것과 함께, 시료편의 중량(g)을 측정하고, 하기 식에 의해 밀도를 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

밀도(g/㎤)=시료편의 중량(g)/시료편의 겉보기 체적(㎤)

<연마 패드의 제조>

(홈 가공)

각 예에서 얻은 연마층으로서의 폴리우레탄 시트의 연마면이 되는 일면에, 나선상의 패턴을 가지는 홈을 절삭 가공으로 형성하였다.

(쿠션층의 적층)

다음으로, 폴리우레탄 시트의 상기 홈을 형성한 면과는 반대측의 면에 쿠션층을 양면 점착 시트로 첩합시켜서 복층형의 연마 패드를 제조하였다. 쿠션층은, 주식회사이노악코퍼레이션제의 「포론 H48」(두께 0.8㎜의 발포 폴리우레탄제 시트)을 이용하였다.

<연마 시험>

얻어진 연마 패드를 주식회사에바라제작소제의 연마 장치 「F·REX300」에 장착하였다. 그리고, Cabot Microelectronics제의 슬러리 「SEMI-SPERSE25」를 2배로 희석하여 조제한 슬러리를 준비하고, 플래튼 회전수 100rpm, 헤드 회전수 99rpm, 연마 압력 20.0㎪의 조건에 있어서, 200㎖/분의 속도로 슬러리를 연마 패드의 연마면에 공급하면서, 막두께 2,000㎚의 산화 규소막을 표면에 가지는 직경 12인치의 실리콘 웨이퍼를 60초간 연마하였다.

그리고, 패드 컨디셔너(아사히다이아몬드공업주식회사제의 다이아몬드 드레서(다이아몬드 번수(番手) #100 블로키, 대금(臺金) 직경 11.6㎝))를 이용하고, 드레서 회전수 70rpm, 연마 패드 회전수 100rpm, 드레서 하중 35N의 조건으로, 150㎖/분의 속도로 순수를 흘리면서, 연마 패드의 표면을 30초간 컨디셔닝하였다. 그리고, 별도의 실리콘 웨이퍼를 60초간 연마하고, 추가로, 30초간 컨디셔닝을 행하였다. 이처럼 하여 10매의 실리콘 웨이퍼를 연마하였다.

<디펙트수의 계측>

10매째에 연마한 실리콘 웨이퍼의 피연마면을, KLA Corporation제의 결함 검사 장치를 이용하여 검사하여, 160㎚ 이상의 크기인 디펙트의 수를 계측하였다.

<연마 속도의 변동 계수의 측정>

10매째에 연마한 실리콘 웨이퍼의 연마 전 및 연마 후의 산화 규소막의 막두께를 웨이퍼면 내(에지 익스클루전 3㎜)에서 49점 측정하고, 각 점에 있어서의 연마 속도(㎚/min)를 구하고, 당해 49점에 있어서의 연마 속도의 평균값 및 표준 편차 1σ를 산출하고, 당해 평균값 및 표준 편차 1σ로부터 변동 계수(단위 : %)를 구하고, 이것을 연마 균일성의 지표로 하였다. 변동 계수가 작을수록, 연마 균일성이 우수한 것을 나타낸다.

표 1의 결과로부터 명확하게 된 바와 같이, 실시예 1~12에서 제조한 수팽윤 후의 파단 신도가 100% 미만인 폴리우레탄(PU)을 포함하는 본 발명의 연마층을 구비하는 연마 패드는, 연마 균일성과 소디펙트성을 고도로 양립하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1~7에서 제조한 수팽윤 후의 파단 신도가 100% 이상인 폴리우레탄을 이용한 연마층을 구비하는 연마 패드는, 연마 균일성 및 소디펙트성이, 실시예 1~12보다 뒤떨어지고 있었다.

1 연마 패드
2 회전 정반
3 슬러리 공급 노즐
4 홀더
5 피연마물
6 패드 컨디셔너
7 슬러리
10 CMP 장치

Claims

폴리우레탄을 포함하는 연마층이며, 상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 파단 신도가, 100% 미만인, 연마층.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 인장 속도 50㎜/min에 있어서의 항복 응력이, 43㎫ 이상인, 연마층.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 폴리우레탄의, 50℃의 물로 포화 팽윤시킨 후의 D 경도가, 65 이상인, 연마층.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리우레탄의, 물과의 접촉각이, 75도 미만인, 연마층.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리우레탄이, 고분자 폴리올에 유래하는 구조 단위를 포함하며, 상기 고분자 폴리올이 폴리에틸렌글리콜을 15몰% 이상 포함하는, 연마층.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리우레탄이, 열가소성인, 연마층.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
밀도가, 0.7g/㎤ 이상인, 연마층.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리우레탄의 성형체인, 연마층.
제 8 항에 있어서,
상기 성형체가, 비발포 성형체인, 연마층.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마층이, 연마면에 오목부를 포함하는, 연마층.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 연마층을 구비하는, 연마 패드.
제 11 항에 기재된 연마 패드를 제조하는 방법에 있어서, 상기 연마층을 형성하는 공정 및 상기 연마층을 가공하는 공정으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 공정을 포함하는, 연마 패드의 제조 방법.
제 11 항에 기재된 연마 패드를 이용하는, 연마 방법.