JP5166188B2 - Polishing sheet and polishing pad used for polishing pad for polishing processing - Google Patents
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Description
本発明は研磨加工用の研磨パッドに用いられる研磨シートおよび研磨パッドに係り、特に、ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物の反応で生成したイソシアネート基含有化合物と、ポリアミン化合物と、水と、非反応性の気体と、が混合され形成された発泡構造のポリウレタン樹脂製で被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する研磨シートおよび該研磨シートを備えた研磨パッドに関する。 The present invention relates to a polishing sheet and a polishing pad used for a polishing pad for polishing, and in particular, an isocyanate group-containing compound produced by the reaction of a polyisocyanate compound and a polyol compound, a polyamine compound, water, and a non-reactive material. The present invention relates to a polishing sheet made of a polyurethane resin having a foam structure formed by mixing gas and having a polishing surface for polishing an object to be polished, and a polishing pad provided with the polishing sheet.
半導体デバイスの製造や液晶ディスプレイ用ガラス基板等の材料(被研磨物)の表面(加工面)では、平坦性が求められるため、研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。半導体デバイスでは、半導体回路の集積度が急激に増大するにつれて高密度化を目的とした微細化や多層配線化が進み、加工面を一層高度に平坦化する技術が重要となっている。一方、液晶ディスプレイ用ガラス基板では、液晶ディスプレイの大型化に伴い、加工面のより高度な平坦性が要求されている。平坦性の要求が高度化するのに伴い、研磨加工における研磨精度や研磨効率等の研磨性能、換言すれば、研磨パッドに要求される性能も高まっている。 Since the surface (processed surface) of a material (object to be polished) such as a semiconductor device manufacturing or a glass substrate for liquid crystal display is required to have flatness, polishing using a polishing pad is performed. In semiconductor devices, as the degree of integration of semiconductor circuits increases rapidly, miniaturization and multilayer wiring for the purpose of higher density have progressed, and a technique for further flattening the processed surface has become important. On the other hand, with a glass substrate for a liquid crystal display, higher flatness of a processed surface is required with an increase in size of the liquid crystal display. As demand for flatness increases, polishing performance such as polishing accuracy and polishing efficiency in polishing processing, in other words, performance required for a polishing pad is also increasing.
一般に、研磨加工に用いられる研磨パッドでは、ポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物およびポリアミン化合物を反応させたポリウレタン樹脂製で、被研磨物の加工面を研磨加工するための研磨面を有する研磨シートを備えている。研磨シートが発泡構造を有しており、研削処理等により研磨面に開孔が形成されることで、研磨加工時に供給される砥粒を含む研磨液(スラリ)が開孔に保持されつつ、研磨面と加工面との間に研磨液が略均等に放出される。また、研磨液の供給性や研磨加工に伴い生じた研磨屑の排出性を高めるために研磨面に溝加工等が施されることもある。 In general, a polishing pad used for polishing processing is made of a polyurethane resin obtained by reacting a polyisocyanate compound, a polyol compound and a polyamine compound, and includes a polishing sheet having a polishing surface for polishing the processed surface of an object to be polished. Yes. The polishing sheet has a foam structure, and an opening is formed in the polishing surface by grinding processing or the like, so that a polishing liquid (slurry) containing abrasive grains supplied during polishing is held in the opening, The polishing liquid is released approximately evenly between the polished surface and the processed surface. In addition, the polishing surface may be subjected to grooving or the like in order to enhance the supply capability of the polishing liquid and the discharge of polishing scraps generated by the polishing process.
ところが、開孔や溝等にスラリや研磨屑の目詰まりが発生すると、研磨性能を低下させるばかりではなく、被研磨物の加工面にスクラッチ等を生じさせて平坦性を低下させることとなる。また、スラリの供給性や保持性を向上させるために、開孔や溝の数を増やすことも考えられるが、却って研磨シートの弾性を損ない、被研磨物の平坦性を低下させることとなる。さらには、開孔や溝の数を増やした分でスラリの排出が促進され、研磨性能の低下を招く。大量のスラリを供給し続けることで、研磨性能を安定化させることはできるが、スラリ自体を大量に要し、スラリ廃液も大量となるため、高コストとなる。 However, when clogging with slurry or polishing debris occurs in the openings, grooves, etc., not only the polishing performance is lowered, but also the processed surface of the workpiece is scratched and the flatness is lowered. In order to improve the supply and retention of the slurry, it is conceivable to increase the number of openings and grooves. On the contrary, the elasticity of the polishing sheet is impaired, and the flatness of the object to be polished is lowered. Furthermore, the discharge of slurry is promoted by the increase in the number of openings and grooves, leading to a reduction in polishing performance. Although the polishing performance can be stabilized by continuing to supply a large amount of slurry, a large amount of slurry is required and a large amount of slurry waste liquid is required, resulting in high costs.
これらを解決するために、例えば、研磨面における開孔径400μm未満の小開孔の平均開孔径が20〜100μmであり、かつ、開孔径400〜1000μmの大開孔を研磨面に10〜100個/100cm2形成させた研磨パッドの技術が開示されている(特許文献1)。特許文献1の技術では、大開孔を形成させることでスラリ保持性能が向上するものの、発泡構造の形成において、水により発泡させる場合は、研磨パッド形成用の原料液を型枠に流し込む際の吐出速度を遅くすることで大開孔を形成させるため、大開孔の分散状態にバラツキが生じやすい、という問題がある。また、発泡構造の形成において、2種類の中空高分子微小球体を原料液に添加し型枠に流し込む場合も、2種類の中空高分子微小球体のかさ密度が異なるため、大開孔の分散状態にバラツキが生じやすい、という問題がある。さらには、大開孔で研磨粒子や研磨屑による凝集物が生じやすくなり、加工面に対するスクラッチの発生が増大することもある。 In order to solve these problems, for example, the average opening diameter of small holes having an opening diameter of less than 400 μm on the polishing surface is 20 to 100 μm, and 10 to 100 large holes with an opening diameter of 400 to 1000 μm are provided on the polishing surface. A technique of a polishing pad formed with 100 cm 2 is disclosed (Patent Document 1). In the technique of Patent Document 1, the slurry holding performance is improved by forming a large opening. However, when foaming is performed with water in the formation of the foam structure, the discharge when pouring the raw material liquid for forming the polishing pad into the mold is performed. Since the large apertures are formed by slowing down the speed, there is a problem that the dispersion state of the large apertures is likely to vary. Also, in the formation of a foam structure, when two types of hollow polymer microspheres are added to the raw material liquid and poured into a mold, the bulk density of the two types of hollow polymer microspheres is different. There is a problem that variations tend to occur. Furthermore, aggregates due to abrasive particles and polishing scraps are likely to be generated due to the large openings, and the generation of scratches on the processed surface may increase.
一方、目詰まりが生じたときに研磨加工を中断し、研磨面をドレス処理、すなわち、目詰まりの生じた表層を除去して新しい表層を露出させることで、研磨性能を回復させることも可能である。ところが、研磨加工を中断することで効率低下を余儀なくされるため、研磨パッド自体にドレッシング性を持たせる技術が開示されている。例えば、テーバー摩耗試験による摩耗減量(摩耗の度合)を150〜350mgとした研磨パッドの技術が開示されている(特許文献2)。また、耐アルカリ性のポリオール化合物としてポリエーテルポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオールまたはポリカーボネートポリオールを全ポリオール化合物に対して50重量%以上含有させることで、研磨層をpH12.5の水酸化カリウム水溶液(40℃)に24時間浸漬する前後でのテーバー摩耗試験による摩耗減量の差を10mg以下とした研磨パッドの技術が開示されている(特許文献3)。 On the other hand, when clogging occurs, the polishing process can be interrupted and the polishing surface can be dressed, that is, the clogged surface layer can be removed to expose the new surface layer, thereby restoring the polishing performance. is there. However, since the efficiency is inevitably lowered by interrupting the polishing process, a technique for giving the dressing property to the polishing pad itself is disclosed. For example, a polishing pad technique in which the weight loss (degree of wear) by the Taber abrasion test is 150 to 350 mg is disclosed (Patent Document 2). Further, by adding 50% by weight or more of polyether polyol, polyester polycarbonate polyol or polycarbonate polyol as the alkali-resistant polyol compound with respect to the total polyol compound, the polishing layer is made into a potassium hydroxide aqueous solution (40 ° C.) having a pH of 12.5. A polishing pad technique is disclosed in which the difference in wear loss by the Taber abrasion test before and after immersion for 24 hours is 10 mg or less (Patent Document 3).
しかしながら、特許文献2の技術では、研磨パッドにドレッシング性を持たせるために、研磨パッド形成用の原料液として、特定のポリオール成分を用いたプレポリマと一般的なプレポリマとを混合し、鎖伸長剤と発泡剤とで重合したものが用いられる。このため、2種のプレポリマの混合斑が生じやすく、発泡構造が不均一で、研磨面での開孔径が大きくなることから、低硬度であり研磨シートが摩耗しやすい、という問題がある。このため、被研磨物の平坦性や加工面内での均一性が十分ではなく、研磨レート等の研磨性能の変化が大きくなることから研磨加工の安定化、すなわち、長寿命化の点でも不十分である。また、特許文献3の技術では、耐アルカリ性を向上させることで研磨レート等の変化は低減するものの、摩耗減量自体が不十分なため、開孔の目詰まりが生じやすくなる、という問題がある。一方、被研磨物の材質や要求される性能が様々であることを考えれば、摩耗減量を一律に定めることは難しい。従って、研磨加工時に研磨面が適度に摩耗することで新たな面を露出させることが望ましいが、摩耗減量が大きくなりすぎると研磨パッドの摩耗屑によりスクラッチ等の不都合が生じてしまうため、被研磨物に合わせて摩耗減量を適正化することが重要である。
However, in the technique of
本発明は上記事案に鑑み、研磨加工用の研磨パッドに用いられ、摩耗の度合を適正化し研磨性能の安定化を図ることができる研磨シートおよび該研磨シートを備えた研磨パッドを提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a polishing sheet that is used for a polishing pad for polishing and that can optimize the degree of wear and stabilize the polishing performance, and a polishing pad including the polishing sheet. Let it be an issue.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、研磨加工用の研磨パッドに用いられる研磨シートであって、ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物の反応で生成したイソシアネート基含有化合物と、ポリアミン化合物と、水と、非反応性の気体と、が混合され形成された発泡構造のポリウレタン樹脂製で研磨面を有する研磨シートにおいて、前記ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に対する前記ポリオール化合物の水酸基および前記ポリアミン化合物のアミノ基の合計の当量比が0.7〜0.9の範囲、前記イソシアネート基含有化合物および前記ポリアミン化合物の反応で形成されるハードセグメントの含有率が32%〜42%の範囲、かさ密度が0.45g/cm3〜0.55g/cm3の範囲、ショアA硬度が85度以上となるように前記ポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物、ポリアミン化合物、水および非反応性の気体の混合量が調整され形成されたものであり、粒径63μm〜100μmの砥粒を表面に付着させた磨研紙を外周に貼り付けた摩耗輪に前記研磨面を接触させて回転させたときに該研磨面での回転数1000回あたりの摩耗減量が100mg〜200mgの範囲の特性を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is a polishing sheet used for a polishing pad for polishing, comprising an isocyanate group-containing compound produced by a reaction of a polyisocyanate compound and a polyol compound, and a polyamine In a polishing sheet made of a polyurethane resin having a foamed structure formed by mixing a compound, water, and a non-reactive gas and having a polishing surface, the hydroxyl group of the polyol compound and the polyamine with respect to the isocyanate group of the polyisocyanate compound The total equivalent ratio of amino groups of the compound is in the range of 0.7 to 0.9, the hard segment content formed by the reaction of the isocyanate group-containing compound and the polyamine compound is in the range of 32% to 42%, range density of 0.45g / cm 3 ~0.55g / cm 3 , a Shore a The mixing amount of the polyisocyanate compound, polyol compound, polyamine compound, water and non-reactive gas is adjusted so that the degree is 85 degrees or more, and the abrasive grains having a particle diameter of 63 μm to 100 μm are formed on the surface. When the polishing surface is brought into contact with a wear ring having a polishing paper adhered to the outer periphery and rotated, the wear loss per 1000 rotations on the polishing surface is in the range of 100 mg to 200 mg. It is characterized by having.
第1の態様では、発泡構造と相関するかさ密度、硬さや脆さと相関する当量比およびハードセグメントの含有率、ショアA硬度をそれぞれの範囲に制限したことで、研磨パッドに用いたときに、被研磨物を研磨加工するための研磨面の摩耗減量が100〜200mgの範囲の特性を有するため、被研磨物に合わせてかさ密度や硬さを変化させても摩耗の度合を適正化することができ、研磨加工時の摩耗により研磨面が適時再生されるため、研磨性能の安定化を図ることができる。 In the first aspect, the bulk density correlating with the foam structure, the equivalent ratio correlating with hardness and brittleness, the hard segment content, and the Shore A hardness are limited to the respective ranges. Since the abrasion loss on the polished surface for polishing the workpiece is in the range of 100 to 200 mg, the degree of wear should be optimized even if the bulk density and hardness are changed according to the workpiece. Since the polished surface is regenerated timely due to abrasion during polishing, the polishing performance can be stabilized.
第1の態様において、ポリイソシアネート化合物にトリレンジイソシアネートが少なくとも50重量%含まれていてもよい。このとき、ポリオール化合物にポリテトラメチレンエーテルグリコールが少なくとも50重量%含まれていてもよい。また、当量比をRとし、ハードセグメントの含有率をHSCとし、かさ密度をDとし、ショアA硬度をAとしたときに、F=−13.8・HSC−726・R+773・D−7.95・A+1516で得られるF値を100〜200の範囲とすることができる。研磨面に平均孔径が30μm〜200μmの範囲の小開孔と、孔径が300μm〜3000μmの範囲の大開孔とを略均等に形成することができる。また、研磨面側に溝加工またはエンボス加工が施されていてもよい。少なくとも一部に、研磨加工中に研磨加工状態を光学的に検出するための光透過を許容する光透過部を有していてもよい。このとき、光透過部が厚み方向の全体にわたり形成されていることが好ましい。 In the first embodiment, the polyisocyanate compound may contain at least 50% by weight of tolylene diisocyanate. At this time, the polyol compound may contain at least 50% by weight of polytetramethylene ether glycol. Further, when the equivalent ratio is R, the hard segment content is HSC, the bulk density is D, and the Shore A hardness is A, F = −13.8 · HSC−726 · R + 773 · D−7. The F value obtained with 95 · A + 1516 can be in the range of 100 to 200. Small pores with an average pore diameter in the range of 30 μm to 200 μm and large apertures with a pore diameter in the range of 300 μm to 3000 μm can be formed substantially uniformly on the polished surface. Moreover, the groove | channel processing or embossing may be given to the grinding | polishing surface side. At least a part may have a light transmitting portion that allows light transmission for optically detecting the polishing state during polishing. At this time, it is preferable that the light transmission part is formed over the entire thickness direction.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様の研磨シートを備えたことを特徴とする研磨パッドである。本態様では、第1の態様の研磨シートを備えたことで、研磨シートの摩耗の度合を適正化し研磨性能の安定化を図ることができる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a polishing pad comprising the polishing sheet according to the first aspect. In this aspect, by providing the polishing sheet of the first aspect, it is possible to optimize the degree of wear of the polishing sheet and stabilize the polishing performance.
本発明によれば、発泡構造と相関するかさ密度、硬さや脆さと相関する当量比およびハードセグメントの含有率、ショアA硬度をそれぞれの範囲に制限したことで、研磨パッドに用いたときに、被研磨物を研磨加工するための研磨面の摩耗減量が100〜200mgの範囲の特性を有するため、被研磨物に合わせてかさ密度や硬さを変化させても摩耗の度合を適正化することができ、研磨加工時の摩耗により研磨面が適時再生されるため、研磨性能の安定化を図ることができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, the bulk density correlating with the foam structure, the equivalent ratio correlating with hardness and brittleness, the hard segment content, and the Shore A hardness are limited to the respective ranges. Since the abrasion loss on the polished surface for polishing the workpiece is in the range of 100 to 200 mg, the degree of wear should be optimized even if the bulk density and hardness are changed according to the workpiece. Since the polished surface is regenerated timely due to wear during polishing, the effect of stabilizing the polishing performance can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨シートを備え、シリコンウェハの一次研磨用の研磨パッドの実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a polishing pad for primary polishing of a silicon wafer, which includes a polishing sheet to which the present invention is applied, will be described with reference to the drawings.
(研磨パッド)
図1に示すように、本実施形態の研磨パッド1は、ポリウレタン樹脂製の研磨シートとしてのウレタンシート2を備えている。ウレタンシート2は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Pを有している。ウレタンシート2は、予めポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させて得られたイソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物と、ポリイソシアネート化合物、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体と、を混合した混合液を型枠に注型し硬化させたポリウレタン発泡体をスライスすることで形成されている。すなわち、研磨パッド1を構成するウレタンシート2は、乾式成型で形成されている。
(Polishing pad)
As shown in FIG. 1, the polishing pad 1 of this embodiment includes a
ウレタンシート2の内部には、乾式成型時に、分散液中の水と非反応性の気体とにより、それぞれ断面が円形状ないし楕円形状の発泡3、発泡5が略均等に分散して形成されている。すなわち、ポリウレタンシート2は発泡構造を有している。分散液中の水により形成された発泡3は平均孔径が30〜200μmの範囲であり、非反応性の気体により形成された発泡5は孔径が300〜3000μmの範囲である。ウレタンシート2がポリウレタン発泡体をスライスすることで形成されているため、研磨面Pでは発泡3、発泡5の一部が開口しており、それぞれ開孔4、開孔6が形成されている。開孔4、開孔6が発泡3、発泡5の開口で形成されるため、開孔4では平均孔径が30〜200μmの範囲、開孔6では孔径が300〜3000μmの範囲となる。すなわち、開孔4が小開孔、開孔6が大開孔である。ウレタンシート2の厚さは1.3〜2.5mmの範囲に設定されている。
Inside the
ウレタンシート2では、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に対するポリオール化合物の水酸基およびポリアミン化合物のアミノ基の合計の当量比Rが0.7〜0.9の範囲、ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物の反応で生成したイソシアネート基含有化合物と、ポリアミン化合物との反応で形成されるハードセグメントの含有率HSC(%)が32〜42%の範囲、かさ密度D(g/cm3)が0.45〜0.55g/cm3の範囲、ショアA硬度の硬度A(度)が85度以上となるように調整され形成されている。当量比R、含有率HSC、かさ密度D、硬度Aは、ポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物、ポリアミン化合物、水および非反応性の気体の混合量で調整することができる。
In the
通常、ポリウレタン樹脂では、イソシアネート基含有化合物およびポリアミン化合物の反応で形成されるハードセグメントと、ポリオール化合物で形成されるソフトセグメントと、を有している。ハードセグメントでは、ウレタン結合間に水素結合が形成され凝集力が強くなるため、剛直性を示し高結晶性となる。これに対して、ソフトセグメントでは、水素結合が形成されにくく凝集力が弱くなるため、変形しやすく低結晶性となる。従って、ハードセグメントの含有率HSCによりポリウレタン樹脂の摩耗性(摩耗の度合)や硬度を調整することができる。含有率HSCが小さすぎると低結晶性によるねばり(摩耗しても引きちぎられずに研磨面に残る現象)が生じやすく硬度も不十分となりやすくなるので、開孔4、開孔6が目詰まりしやすくなるうえ、被研磨物の平坦性を低下させることがある。反対に、含有率HSCが大きすぎると高結晶性のため、脆くなり、硬くなりやすいので、余分な摩耗を招き、スラリの循環性を損なうこととなる。 Usually, a polyurethane resin has a hard segment formed by the reaction of an isocyanate group-containing compound and a polyamine compound, and a soft segment formed by a polyol compound. In the hard segment, hydrogen bonds are formed between the urethane bonds and the cohesive force is increased, so that the hard segment exhibits rigidity and high crystallinity. On the other hand, in the soft segment, the hydrogen bond is hardly formed and the cohesive force is weakened, so that the soft segment is easily deformed and has low crystallinity. Therefore, the wearability (degree of wear) and hardness of the polyurethane resin can be adjusted by the hard segment content HSC. If the content HSC is too small, stickiness due to low crystallinity (a phenomenon that remains on the polished surface without tearing even if worn) is likely to occur, and the hardness tends to be insufficient, so the apertures 4 and 6 are likely to be clogged. In addition, the flatness of the object to be polished may be lowered. On the other hand, if the content HSC is too large, it becomes highly brittle and hard because of its high crystallinity, which causes excessive wear and impairs the circulation of the slurry.
ハードセグメントの含有率HSCは、次式(以下、式(1)と記す。)、すなわち、HSC=100・(r−1)・(Mdi+Mda)/(Mg+r・Mdi+(r−1)・Mda)で表すことができる。式(1)において、Mdiはポリイソシアネート化合物のイソシアネート基2官能あたりの平均分子量を示し、Mgはポリオール化合物の水酸基2官能あたりの平均分子量を示し、Mdaはポリアミン化合物のアミノ基2官能あたりの平均分子量を示し、rはポリオール化合物の水酸基に対するポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の当量比を示している。含有率HSCは、ウレタンシート2の形成時に用いたポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物およびポリアミン化合物の配合比から式(1)を用いて算出することができる。換言すれば、形成時に用いる各化合物の配合比により含有率HSCを調整することができる。この配合比はウレタンシート2の核磁気共鳴(NMR)スペクトル等による構造解析によって得ることもできるため、ウレタンシート2の形成後でも含有率HSCを求めることができる。
The hard segment content HSC is expressed by the following formula (hereinafter referred to as formula (1)), that is, HSC = 100 · (r−1) · (Mdi + Mda) / (Mg + r · Mdi + (r−1) · Mda). Can be expressed as In the formula (1), Mdi represents an average molecular weight per bifunctional isocyanate group of the polyisocyanate compound, Mg represents an average molecular weight per bifunctional hydroxyl group of the polyol compound, and Mda represents an average per bifunctional amino group of the polyamine compound. The molecular weight is indicated, and r indicates the equivalent ratio of the isocyanate group of the polyisocyanate compound to the hydroxyl group of the polyol compound. The content rate HSC can be calculated using the formula (1) from the blending ratio of the polyisocyanate compound, the polyol compound and the polyamine compound used when the
また、当量比Rについても、含有率HSCと同様に、ウレタンシート2の形成時のポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物およびポリアミン化合物の配合比から算出できるので、ウレタンシート2のNMRスペクトル等による構造解析から算出することもできる。当量比Rが小さすぎると、未反応のイソシアネート基が残存しやすくなるため、形成後のウレタンシート2では熱収縮等により寸法安定性が損なわれ、厚み斑や発泡斑により被研磨物の平坦性を低下させるだけでなく、脆くなるので、摩耗が生じやすくなり、耐久性が不十分になる。反対に、当量比Rが大きすぎると、ポリオール化合物やポリアミン化合物による鎖伸長反応が不十分となりウレタンシート2の弾性が損なわれるため、ねばりを生じて開孔4、開孔6が目詰まりを起こしやすくなる。
In addition, the equivalent ratio R can be calculated from the blending ratio of the polyisocyanate compound, the polyol compound and the polyamine compound at the time of forming the
かさ密度Dはウレタンシート2の発泡構造と相関する。すなわち、発泡3、発泡5の孔径が小さすぎる、または、発泡数が少なすぎる場合は、かさ密度Dが大きくなる。発泡3、発泡5の孔径が小さくなると開孔4、開孔6も小さくなるため、目詰まりを起こしやすくなり、発泡数が少なくなると開孔4、開孔6の数も少なくなるため、研磨レート等の研磨性能を十分に得ることが難しくなる。一方、硬度Aは、当量比R、含有率HSC、かさ密度Dにより変化するが、これら以外にもウレタンシート2を構成するウレタン樹脂の平均重合度や分子量分布、開孔の形状や分布によっても変化することがあるので、これらも考慮することが重要である。硬度Aが低すぎると、ウレタンシート2が柔らかすぎるため、被研磨物の平坦性を損なうばかりか、ねばりを生じやすくなり、開孔4、開孔6が目詰まりを起こしやすくなる。反対に、硬度Aが高すぎると、スクラッチを招きやすくなるので、ショアD硬度で75度以下とすることが好ましい。かさ密度D、硬度Aは、ポリウレタン樹脂の材質にもよるが、発泡3、発泡5の大きさ、数量を変えること、換言すれば、分散液中の水の量や非反応性の気体の量を変えることで調整することができる。
The bulk density D correlates with the foam structure of the
研磨パッド1がシリコンウェハの一次研磨に用いられることから、当量比R、含有率HSC、かさ密度Dおよび硬度Aが上述した範囲に調整されたウレタンシート2では、日本工業規格(JIS K 6902の耐摩耗性A法)のテーバー摩耗試験に準じた方法に従い、粒径が63〜100μmの砥粒を表面に付着させた磨研紙を外周に貼り付けた摩耗輪に研磨面Pを接触させて回転させたときに研磨面Pでの回転数1000回あたりの摩耗減量が100〜200mgの範囲の特性を有している。このようなウレタンシート2では、当量比R、含有率HSC、かさ密度Dおよび硬度Aにより、F=−13.8・HSC−726・R+773・D−7.95・A+1516(以下、式(2)と記す。)で得られるF値が100〜200の範囲にある。
Since the polishing pad 1 is used for primary polishing of a silicon wafer, the
以上のように、ウレタンシート2における含有率HSC、当量比R、かさ密度D、硬度Aはそれぞれがウレタンシート2の摩耗の程度や目詰まりのしやすさに関与している。これらの関連性を総合的にまとめると、上述した式(2)を得ることができる。従って、式(2)により得られるF値は、ウレタンシート2の摩耗のしやすさをあらわすこととなる。このF値は、粒径が63〜100μmの砥粒を表面に付着させた磨研紙を外周に貼り付けた摩耗輪に研磨面Pを接触させて回転させたときに研磨面Pでの回転数1000回あたりの摩耗減量(mg)に相当する。ウレタンシート2では、F値が100〜200の範囲となるように、上述したポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物、ポリアミン化合物、混合液に混合する水の量、非反応性の気体の量が調整されている。F値をこの範囲にすることで、ウレタンシート2の摩耗の度合が適正化され、シリコンウェハの研磨加工用として研磨パッド1を好適に使用することが可能となる。かさ密度Dがウレタンシート2の発泡構造と相関し、含有率HSCが硬度Aに影響を与えることから、例えば、当量比Rを小さくすることで、発泡構造や硬度Aを大きく変更することなくF値を大きくすることができる。換言すれば、被研磨物の特性に合わせて含有率HSCや当量比Rを変化させても、かさ密度Dや硬度Aを調整することで、F値を適正化することができる。上述した式(2)で得られるF値の範囲を満たすように、含有率HSC、当量比R、かさ密度D、硬度Aを調整することで、それぞれの因子により生じる欠点を補うことができる。この結果、被研磨物の研磨加工時には、研磨面Pが摩耗することにより適時再生され、開孔4、開孔6の目詰まりが抑制される。これにより、スラリが保持されつつ加工面全体に供給されるので、研磨性能の安定化を図ることができる。
As described above, the content rate HSC, the equivalent ratio R, the bulk density D, and the hardness A in the
また、研磨パッド1は、図1に示すように、ウレタンシート2の研磨面Pと反対側の面に、研磨機に研磨パッド1を装着するための両面テープが貼り合わされている。両面テープは、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略記する。)製フィルム等の基材7の両面にそれぞれ接着剤層が形成されている。両面テープは、一面側の接着剤層でウレタンシート2と貼り合わされており、他面側(図1の最下面側)の接着剤層が剥離紙8で覆われている。
As shown in FIG. 1, the polishing pad 1 has a double-sided tape for attaching the polishing pad 1 to a polishing machine on the surface opposite to the polishing surface P of the
(研磨パッドの製造)
研磨パッド1は、図2に示す各工程を経て製造される。すなわち、ポリイソシアネート化合物と、ポリオール化合物と、ポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する準備工程、予めポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させてイソシアネート基含有化合物を生成し、得られたイソシアネート基含有化合物、分散液、ポリアミン化合物、並びに、ポリイソシアネート化合物、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体を混合して混合液を調製する混合工程、混合液を型枠に注型する注型工程、型枠内で発泡、硬化させてポリウレタン発泡体を形成する硬化成型工程、ポリウレタン発泡体をシート状にスライスして複数枚のウレタンシート2を形成するスライス工程、ウレタンシート2と両面テープとを貼り合わせ研磨パッド1を形成するラミネート工程を経て製造される。以下、工程順に説明する。
(Manufacture of polishing pad)
The polishing pad 1 is manufactured through each process shown in FIG. That is, a preparation step of preparing a polyisocyanate compound, a polyol compound, a dispersion obtained by dispersing and diluting water in a polyol compound, and a polyamine compound, respectively, reacting a polyisocyanate compound and a polyol compound in advance to produce an isocyanate group-containing compound Mixing step for preparing a mixed liquid by mixing the isocyanate group-containing compound thus obtained, the dispersion liquid, the polyamine compound, and a gas that is non-reactive with the polyisocyanate compound, the dispersion liquid and the polyamine compound. A casting process in which the polyurethane foam is cast, a curing molding process in which the polyurethane foam is formed by foaming and curing in the mold, and a slice in which the polyurethane foam is sliced to form a plurality of
(準備工程)
準備工程では、ポリイソシアネート化合物と、ポリオール化合物と、分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する。準備するポリイソシアネート化合物としては、分子内に2つ以上のイソシアネート基を有していれば特に制限されるものではない。例えば、分子内に2つのイソシアネート基を有するジイソシアネート化合物としては、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、ナフタレン−1,4−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニルジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、キシリレン−1,4−ジイソシアネート、4,4’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−1,2−ジイソシアネート、ブチレン−1,2−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,2−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,4−ジイソシアネート、p−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−1,4−ジイソチオシアネート、エチリジンジイソチオシアネート等を挙げることができる。これらのジイソシアネート化合物の2種以上を併用してもよく、分子内に3つ以上、例えば、3つのイソシアネート基を有するトリイソシアネート化合物を用いてもよい。ウレタンシート2の硬度Aを上述した範囲に調整することを考慮すれば、2,6−TDIや2,4−TDIのトリレンジイソシアネートが、少なくとも50重量%含まれていることが好ましい。
(Preparation process)
In the preparation step, a polyisocyanate compound, a polyol compound, a dispersion, and a polyamine compound are prepared. The polyisocyanate compound to be prepared is not particularly limited as long as it has two or more isocyanate groups in the molecule. For example, as a diisocyanate compound having two isocyanate groups in the molecule, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI), 2,4-tolylene diisocyanate (2 , 4-TDI), naphthalene-1,4-diisocyanate, diphenylmethane-4,4′-diisocyanate, 3,3′-dimethoxy-4,4′-biphenyl diisocyanate, 3,3′-dimethyldiphenylmethane-4,4 ′. -Diisocyanate, xylylene-1,4-diisocyanate, 4,4'-diphenylpropane diisocyanate, trimethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, propylene-1,2-diisocyanate, butylene-1,2-diisocyanate, Kurohekishiren 1,2-diisocyanate, cyclohexylene-1,4-diisocyanate, p- phenylenediisothiocyanate, xylylene-1,4-diisothiocyanate, mention may be made of ethylidyne diisothiocyanate like. Two or more of these diisocyanate compounds may be used in combination, and a triisocyanate compound having three or more, for example, three isocyanate groups in the molecule may be used. In consideration of adjusting the hardness A of the
一方、ポリオール化合物としては、ジオール化合物、トリオール化合物等の化合物であればよく、例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール等の低分子量のポリオール化合物、および、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(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やブ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、ポリカプロラクトンポリオール化合物等の高分子量のポリオール化合物のいずれも使用することができる。また、これらのポリオール化合物の二種以上を併用してもよい。ウレタンシート2のソフトセグメントの割合を調整し、含有率HSCを上述した範囲に調整することを考慮すれば、PTMGが少なくとも50重量%含まれていることが好ましい。
On the other hand, the polyol compound may be a compound such as a diol compound or a triol compound, for example, a low molecular weight polyol compound such as ethylene glycol or butylene glycol, and a polyether polyol such as polytetramethylene ether glycol (PTMG). Any of a high molecular weight polyol compound such as a compound, a reaction product of ethylene glycol and adipic acid, a polyester polyol compound such as a reaction product of butylene glycol and adipic acid, a polycarbonate polyol compound, and a polycaprolactone polyol compound can be used. . Two or more of these polyol compounds may be used in combination. In consideration of adjusting the ratio of the soft segment of the
また、分散液の調製に用いられるポリオール化合物は、イソシアネート基含有化合物のイソシアネート基と反応しソフトセグメントを形成するので、研磨加工時の溶出、ひいては、研磨性能に及ぼす悪影響を抑制することができる。このポリオール化合物としては、ジオール化合物、トリオール化合物等の化合物であればよく、例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール等の低分子量のポリオール化合物、PTMG、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)等の高分子量のポリオール化合物のいずれも使用することができる。イソシアネート基含有化合物やポリアミン化合物の溶液の粘度と同程度にすることで混合工程において水や非反応性の気体の分散を均一化しやすくなるため、数平均分子量500〜3000のポリオール化合物を用いることが好ましい。本例では、数平均分子量約1000のPTMGを使用し、これに水を1〜6重量%の割合で分散希釈させて分散液を調製する。分散液の調製時には、一般的な攪拌装置を使用して攪拌混合すればよく、水が略均等に分散希釈されていればよい。使用する水としては、特に制限はないが、不純物等の混入を回避するため、蒸留水を使用することが好ましい。また、分散液の量は、次工程の混合工程で混合するイソシアネート基含有化合物の重量1kgに対して水の量が1〜6gの割合となるように準備することが好ましい。水の量が少なすぎると得られるポリウレタン発泡体に形成される発泡の大きさが小さすぎることとなり、反対に多すぎると極端に大きな発泡が形成されることとなる。例えば、イソシアネート基含有化合物の重量を1kgとした場合、分散液を100gとすれば、この分散液に含まれる水の量は1〜6gとなる。 Moreover, since the polyol compound used for the preparation of the dispersion reacts with the isocyanate group of the isocyanate group-containing compound to form a soft segment, it is possible to suppress elution during polishing and thus adverse effects on the polishing performance. The polyol compound may be a compound such as a diol compound or a triol compound, for example, a low molecular weight polyol compound such as ethylene glycol or butylene glycol, a high molecular weight such as PTMG, polyethylene glycol (PEG), or polypropylene glycol (PPG). Any of the molecular weight polyol compounds can be used. By making the viscosity of the isocyanate group-containing compound and the polyamine compound approximately equal to the viscosity of the solution, it becomes easy to uniformize the dispersion of water and non-reactive gas in the mixing step. Therefore, a polyol compound having a number average molecular weight of 500 to 3000 should be used. preferable. In this example, PTMG having a number average molecular weight of about 1000 is used, and water is dispersed and diluted at a ratio of 1 to 6% by weight to prepare a dispersion. At the time of preparing the dispersion, stirring and mixing may be performed using a general stirring device, and water may be dispersed and diluted substantially evenly. Although there is no restriction | limiting in particular as water to be used, In order to avoid mixing of an impurity etc., it is preferable to use distilled water. Moreover, it is preferable to prepare the quantity of a dispersion liquid so that the quantity of water may become the ratio of 1-6g with respect to 1 kg of weight of the isocyanate group containing compound mixed by the mixing process of the following process. If the amount of water is too small, the size of the foam formed in the resulting polyurethane foam will be too small. Conversely, if the amount is too large, extremely large foam will be formed. For example, when the weight of the isocyanate group-containing compound is 1 kg and the dispersion is 100 g, the amount of water contained in this dispersion is 1 to 6 g.
ポリアミン化合物は、イソシアネート基含有化合物のイソシアネート基と反応することでハードセグメントを形成する。この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を使用することができるが、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(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−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。これらの化合物の2種以上を併用してもよい。ポリアミン化合物として、本例では、MOCAが約120℃に加熱し溶融させた状態で用いられる。 A polyamine compound forms a hard segment by reacting with an isocyanate group of an isocyanate group-containing compound. As this polyamine compound, an aliphatic or aromatic polyamine compound can be used. For example, ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, isophoronediamine, dicyclohexylmethane-4,4′-diamine, 3,3 ′. Examples include -dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (hereinafter abbreviated as MOCA), a polyamine compound having the same structure as MOCA, and the like. Further, the polyamine compound may have a hydroxyl group, and examples of such amine compounds include 2-hydroxyethylethylenediamine, 2-hydroxyethylpropylenediamine, di-2-hydroxyethylethylenediamine, and di-2-hydroxy. Examples include ethylpropylenediamine, 2-hydroxypropylethylenediamine, and di-2-hydroxypropylethylenediamine. Two or more of these compounds may be used in combination. As a polyamine compound, in this example, MOCA is used in a state of being heated to about 120 ° C. and melted.
(混合工程、注型工程、硬化成型工程)
図2に示すように、混合工程では、準備工程で準備した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ることでイソシアネート基含有化合物、すなわち、イソシアネート末端ウレタンプレポリマ(以下、単に、プレポリマと略記する。)を生成させる。得られたプレポリマと、準備工程で準備した分散液およびポリアミン化合物とを混合するときに、プレポリマ、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体(以下、非反応性気体と呼称する。)を吹き込み混合液を調製する。注型工程では混合工程で調製された混合液を型枠に注型し、硬化成型工程では型枠内で発泡、硬化させてポリウレタン発泡体を成型する。本例では、混合工程、注型工程、硬化成型工程を連続して行う。
(Mixing process, casting process, curing molding process)
As shown in FIG. 2, in the mixing step, an isocyanate group-containing compound, that is, an isocyanate-terminated urethane prepolymer (hereinafter simply abbreviated as prepolymer) is obtained by reacting the polyisocyanate compound prepared in the preparation step with a polyol compound. .) Is generated. When the obtained prepolymer is mixed with the dispersion and polyamine compound prepared in the preparation step, a gas that is non-reactive with the prepolymer, dispersion, and polyamine compound (hereinafter referred to as non-reactive gas). To prepare a mixed solution. In the casting process, the mixed liquid prepared in the mixing process is cast into a mold, and in the curing molding process, the polyurethane foam is molded by foaming and curing in the mold. In this example, a mixing process, a casting process, and a curing molding process are performed continuously.
プレポリマを生成させるときは、イソシアネート基のモル量を水酸基のモル量より大きくすることで、プレポリマを得ることができる。また、使用するプレポリマは、粘度が高すぎると、流動性が悪くなり混合時に略均一に混合することが難しくなる。温度を上昇させて粘度を低くするとポットライフが短くなり、却って混合斑が生じて得られるポリウレタン発泡体に形成される発泡3、発泡5の大きさにバラツキが生じる。反対に粘度が低すぎると混合液中で気泡が移動してしまい、ポリウレタン発泡体に略均等に分散した発泡3、発泡5を形成することが難しくなる。このため、プレポリマは、温度50〜80℃における粘度を2000〜20000mPa・sの範囲に設定することが好ましい。例えば、プレポリマの分子量(重合度)を変えることで粘度を設定することができる。プレポリマは、50〜80℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。
When producing the prepolymer, the prepolymer can be obtained by making the molar amount of the isocyanate group larger than the molar amount of the hydroxyl group. Moreover, when the prepolymer used has a too high viscosity, the fluidity is deteriorated and it becomes difficult to mix substantially uniformly during mixing. When the temperature is raised and the viscosity is lowered, the pot life is shortened, and on the contrary, the size of the
図3に示すように、混合工程では混合機20で混合液が調製され、注型工程では調製された混合液が混合機20から連続して型枠25に注型され、硬化成型工程で硬化させることによりポリウレタン発泡体が成型される。混合機20は、攪拌翼14が内蔵された混合槽12を備えている。混合槽12の上流側には、第1成分としてプレポリマ、第2成分としてポリアミン化合物、第3成分として分散液をそれぞれ収容した供給槽、および、混合槽12内に非反応性気体を供給する供給装置16が配置されている。各供給槽からの供給口は混合槽12の上流端部に接続されており、供給装置16からの非反応性気体の供給口は混合槽12の全体の長さに対して上流端部からおよそ1/3の位置に接続されている。攪拌翼14は混合槽12内の略中央部で上流側から下流側までにわたる回転軸に固定されている。回転軸の回転に伴い攪拌翼14が回転し、第1成分、第2成分、第3成分および非反応性気体を剪断するようにして混合する。得られた混合液は混合槽12の下流端部に配置された排出口から型枠25に注型される。型枠25の大きさは、本例では、1050mm(長さ)×1050mm(幅)×50mm(厚さ)に設定されている。
As shown in FIG. 3, in the mixing step, a mixed solution is prepared by the
第1成分のプレポリマ、第2成分のMOCAに代表されるポリアミン化合物の多くがいずれも常温で固体または流動しにくい状態のため、それぞれの供給槽は各成分が流動可能となるように加温されている。また、非反応性気体中に含まれる水分が混合槽12内の反応に関与することを防止するため、供給装置16からの非反応性気体は図示を省略した水分除去装置で水分が除去されている。供給された非反応性気体が混合槽12内で攪拌翼14の回転により微細な気泡となり、この気泡が水を分散希釈させた分散液を混合液中で略均等に分散させるバブリング効果を発揮する。また、供給された非反応性気体の一部により発泡5が形成される。非反応性気体の供給量が少なすぎるとバブリング効果が不十分となり水や発泡5の分散状態に偏りが生じやすくなり、反対に多すぎると極端に大きな気泡が生じてしまう。このため、非反応性気体の供給量は、プレポリマ、分散液、ポリアミン化合物の合計重量1kgに対して0.5〜3.4Lの割合となるように調整することが好ましい。非反応性気体としては、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等を挙げることができる。
Many of the polyamine compounds represented by the prepolymer of the first component and the MOCA of the second component are both solid or difficult to flow at room temperature, so each supply tank is heated so that each component can flow. ing. Further, in order to prevent moisture contained in the non-reactive gas from participating in the reaction in the
第1成分、第2成分、第3成分が混合槽12に供給され、攪拌翼14によりある程度混合された段階で非反応性気体が供給される。各成分の粘度が同程度に調製されているため、非反応性気体を供給する際には、各成分を混合した溶液の温度50〜80℃における粘度が2000〜20000mPa・sの範囲となる。攪拌翼14の剪断速度、剪断回数を調整することで、各成分および非反応性気体が略均等に混合され混合液が調製される。攪拌翼14の剪断速度が小さすぎると、得られるポリウレタン発泡体に形成される発泡3、発泡5の大きさが大きくなりすぎる。反対に剪断速度が大きすぎると、攪拌翼14および混合液間の摩擦による発熱で温度が上昇し粘度が低下するため、混合液中の気泡が(成型中に)移動してしまい、得られるポリウレタン発泡体に形成される発泡3、発泡5の分散状態にバラツキが生じやすくなる。一方、剪断回数が少なすぎると生じる気泡の大きさにムラ(バラツキ)が生じやすく、反対に多すぎると温度上昇で粘度が低下し、発泡3、発泡5が略均等に形成されなくなる。このため、混合工程では、剪断速度を9,000〜41,000/秒の範囲、剪断回数を300〜10,000回の範囲に設定し、混合する。混合機20での混合時間(滞留時間)は、混合液の流量(最大1リットル/sec)にもよるが、およそ1秒程度である。すなわち、例えば、注液工程で型枠25に100kg程度の混合液を注液するのに要する時間はおよそ1〜2分程度となる。なお、剪断速度、剪断回数は次式により求めることができる。すなわち、剪断速度(/秒)=攪拌翼14の翼先端の直径(mm)×円周率×攪拌翼14の回転数(rpm)÷60÷攪拌翼14の翼先端と混合槽12の内壁とのクリアランス(mm)、剪断回数(回)=攪拌翼14の回転数(rpm)÷60×混合槽12中での混合液の滞留時間(秒)×攪拌翼14の翼の数、により求めることができる。
The first component, the second component, and the third component are supplied to the
混合工程で調製される混合液により、得られるポリウレタン発泡体のF値が調整可能である。つまり、プレポリマの生成に用いたポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物と、ポリアミン化合物とにより、それぞれの2官能あたりの平均分子量Mdi、Mg、Mdaが定まる。また、混合したポリイソシアネート化合物の量とポリオール化合物の量とで当量比rが定まる。これらの数値から上述した式(1)によりハードセグメントの含有量HSCが求められる。また、混合したポリイソシアネート化合物、ポリオール化合物およびポリアミン化合物のそれぞれの量から当量比Rが定まる。かさ密度D、硬度Aを上述した範囲とすることで、上述した式(2)によりF値が求められる。 The F value of the polyurethane foam obtained can be adjusted by the mixed solution prepared in the mixing step. That is, the average molecular weights Mdi, Mg, and Mda per each bifunctionality are determined by the polyisocyanate compound and polyol compound used for the production of the prepolymer and the polyamine compound. The equivalent ratio r is determined by the amount of the mixed polyisocyanate compound and the amount of the polyol compound. From these numerical values, the hard segment content HSC is obtained by the above-described equation (1). The equivalent ratio R is determined from the amounts of the mixed polyisocyanate compound, polyol compound and polyamine compound. By setting the bulk density D and the hardness A within the above-described ranges, the F value is obtained by the above-described formula (2).
注液工程で、型枠25に混合液を注液するときは、混合機20からの混合液を混合槽12の排出口から排出し、例えばフレキシブルパイプを通じて、型枠25の対向する2辺間(例えば、図3の左右間)を往復移動する断面三角状の図示しない注液口に導液する。注液口を往復移動させながら、排出口の端部(フレキシブルパイプの端部)を注液口の移動方向と交差する方向に往復移動させる。混合液は、型枠25に略均等に注液される。
When injecting the mixed liquid into the
硬化成型工程では、注液された混合液を型枠25内で反応硬化させブロック状のポリウレタン発泡体を形成させる。このとき、プレポリマとポリオール化合物、ポリアミン化合物との反応によりプレポリマが架橋硬化する。この架橋硬化の進行と同時に、プレポリマのイソシアネート基と分散液に分散希釈された水とが反応することで、二酸化炭素が発生する。架橋硬化が進行しているため、発生した二酸化炭素が外部に抜け出すことなく、発泡3が形成される。
In the curing molding process, the injected mixed liquid is reacted and cured in the
(スライス工程)
図2に示すように、スライス工程では、硬化成型工程で得られたポリウレタン発泡体をシート状にスライスして複数枚のウレタンシート2を形成する。スライスには、一般的なスライス機を使用することができる。スライス時にはポリウレタン発泡体の下層部分を保持し、上層部から順に所定厚さにスライスする。スライスする厚さは、本例では、1.3〜2.5mmの範囲に設定されている。また、本例で用いた厚さが50mmの型枠25で成型したポリウレタン発泡体では、例えば、上層部および下層部の約10mm分をキズ等の関係から使用せず、中央部の約30mm分から10〜25枚のウレタンシート2が形成される。硬化成型工程で内部に発泡3、発泡5が略均等に形成されたポリウレタン発泡体が得られるため、スライス工程で形成される複数枚のウレタンシート2では、表面に形成された開孔4の平均孔径がいずれも30〜200μmの範囲となり、開孔6の孔径が300〜3000μmの範囲となる。開孔4の平均孔径が30μmを下回ると、研磨加工時に研磨剤が目詰まりしやすくなるため、研磨パッドの寿命低下を招きやすく、反対に200μmを上回ると、略均一な孔径の制御が難しくなる。一方、開孔6の孔径が300μmに満たないと、スラリ保持性の向上効果を十分に得られなくなり、反対に、3000μmを上回ると、スラリや研磨屑の凝集を引き起こし、スクラッチを誘発しやすくなる。
(Slicing process)
As shown in FIG. 2, in the slicing step, the polyurethane foam obtained in the curing molding step is sliced into a sheet to form a plurality of
(ラミネート工程)
ラミネート工程では、スライス工程で形成されたウレタンシート2と両面テープとが貼り合わされる。円形等の所望の形状、サイズに裁断した後、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1を完成させる。
(Lamination process)
In the laminating process, the
被研磨物の研磨加工を行うときは、研磨機の研磨定盤に研磨パッド1を装着する。研磨定盤に研磨パッド1を装着するときは、剥離紙8を取り除き、露出した接着剤層で研磨定盤に接着固定する。研磨定盤と対向するように配置された保持定盤に保持させた被研磨物を研磨面P側へ押圧すると共に、外部からスラリを供給しながら研磨定盤ないし保持定盤を回転させることで、被研磨物の加工面が研磨加工される。このとき、開孔4、開孔6にスラリが保持されつつ、加工面全体に略均等に供給される。また、研磨加工に伴い研磨面P側が摩耗し、適時、新たな研磨面が再生されるため、開孔4や開孔6に目詰まりが生じることなく研磨加工される。なお、通常、研磨液の媒体としては水が使用されるが、アルコール等の有機溶剤を混合することも可能である。
When polishing an object to be polished, the polishing pad 1 is mounted on a polishing surface plate of a polishing machine. When the polishing pad 1 is mounted on the polishing surface plate, the
(作用等)
次に、本実施形態の研磨パッド1の作用等についてウレタンシート2の作用を中心に説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the polishing pad 1 of the present embodiment will be described focusing on the operation of the
従来研磨加工では、発泡構造を有し研磨面に開孔が形成された研磨シートを備えた研磨パッドが用いられている。研磨加工時には、研磨粒子を含む研磨液が被研磨物および研磨パッド間に供給されるが、この研磨液が研磨面に形成された開孔に保持されつつ被研磨物の加工面全体に供給されることで被研磨物が研磨される。ところが、開孔が研磨粒子や研磨加工に伴い生じた研磨屑で目詰まりを起こすことがある。開孔の目詰まりが生じると、加工面に研磨傷が生じ平坦性を損なうばかりではなく、研磨パッドの寿命を低下させることにもなる。このため、開孔の目詰まりが生じたときは、研磨加工が中断され、研磨面がドレス処理される。ドレス処理では、目詰まりの生じた表層を除去することで新しい表層を露出させるため、研磨性能を回復させることができる。ところが、研磨加工を中断することで効率を低下させるうえ、ドレス処理の前後で研磨レート等が変わるため、安定した研磨加工が難しくなる。研磨パッド(研磨シート)の摩耗減量を定め、研磨パッド自体にドレッシング性を持たせる技術もあるが、特定のポリオール化合物を用いる必要があるうえ、発泡構造や研磨シートの物性との関係が定められていないため、被研磨物の平坦性や研磨加工の安定化が十分とはいえない。また、摩耗減量を大きくすると、研磨シートの硬度が低下し、却って研磨性能を損なうこととなる。本実施形態は、これらの問題を解決することができる研磨シートを備えた研磨パッドである。 In the conventional polishing process, a polishing pad provided with a polishing sheet having a foamed structure and having an opening formed in the polishing surface is used. During polishing processing, a polishing liquid containing abrasive particles is supplied between the object to be polished and the polishing pad, and this polishing liquid is supplied to the entire processed surface of the object to be polished while being held in an opening formed in the polishing surface. As a result, the object to be polished is polished. However, the opening may be clogged with abrasive particles or polishing debris generated during polishing. When clogging of the opening occurs, not only does the processing surface suffer from polishing scratches, but the flatness is impaired, and the life of the polishing pad is also reduced. For this reason, when clogging of the opening occurs, the polishing process is interrupted and the polishing surface is dressed. In the dressing process, since the new surface layer is exposed by removing the clogged surface layer, the polishing performance can be recovered. However, by interrupting the polishing process, the efficiency is lowered, and the polishing rate and the like change before and after the dressing process, so that stable polishing process becomes difficult. Although there is a technique to determine the wear loss of the polishing pad (polishing sheet) and to give the polishing pad itself dressing properties, it is necessary to use a specific polyol compound, and the relationship between the foam structure and the physical properties of the polishing sheet is determined. Therefore, the flatness of the object to be polished and the stabilization of the polishing process are not sufficient. Further, when the wear loss is increased, the hardness of the polishing sheet decreases, and on the contrary, the polishing performance is impaired. This embodiment is a polishing pad provided with a polishing sheet that can solve these problems.
本発明者らは、研磨シートの摩耗減量を発泡構造や物性との関係を含め適正化することについて、鋭意検討し、次のような関係を見出した。すなわち、ポリウレタン樹脂で形成された研磨シートでは、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基に対するポリオール化合物の水酸基およびポリアミン化合物のアミノ基の合計の当量比R、プレポリマ(イソシアネート基含有化合物)およびポリアミン化合物の反応で形成されるハードセグメントの含有率HSC(%)、かさ密度D(g/cm3)、硬度Aから、式(2)、すなわち、F=−13.8・HSC−726・R+773・D−7.95・A+1516で得られるF値が研磨シートの摩耗にしやすさと優れた相関性を示すことである。
The present inventors diligently studied to optimize the wear loss of the abrasive sheet including the relationship with the foam structure and physical properties, and found the following relationship. That is, in the polishing sheet formed of the polyurethane resin, the total equivalent ratio R of the hydroxyl group of the polyol compound and the amino group of the polyamine compound to the isocyanate group of the polyisocyanate compound is formed by the reaction of the prepolymer (isocyanate group-containing compound) and the polyamine compound. From the hard segment content HSC (%), bulk density D (g / cm 3 ), and hardness A, Formula (2), that is, F = −13.8 · HSC−726 · R + 773 ·
本実施形態のウレタンシート2では、式(2)で得られるF値が100〜200の範囲にある。かさ密度Dがウレタンシート2の発泡構造と相関し、ハードセグメントの含有率HSCが硬度Aに影響を与えることから、例えば、当量比Rを小さくすることで、発泡構造や硬度Aを大きく変更することなくF値を大きくすることができる。換言すれば、被研磨物の特性に合わせて含有率HSCや当量比Rを変化させても、かさ密度Dや硬度Aを調整することでF値を適正化することができる。すなわち、含有率HSC、当量比R、かさ密度D、硬度Aを上述した式(2)で得られるF値の適正範囲を満たすように調整することで、それぞれの因子により生じる欠点を補うことができる。このため、被研磨物の研磨加工時には、研磨面Pが摩耗することにより適時再生されるため、開孔4、開孔6の目詰まりが抑制される。これにより、スラリが保持されつつ加工面全体に供給されるので、研磨性能の安定化を図ることができる。
In the
また、ハードセグメントの含有率HSCが小さすぎると開孔4、開孔6が目詰まりしやすいうえ、被研磨物の平坦性を低下させる。反対に、含有率HSCが大きすぎると脆くなり、硬くなりやすいので、スラリの循環性を損なうこととなる。当量比Rが小さすぎると、被研磨物の平坦性を低下させるだけでなく、脆くなるので、耐久性が不十分となる。反対に、当量比Rが大きすぎると、ポリオール化合物やポリアミン化合物による鎖伸長反応が不十分となりウレタンシート2の弾性が損なわれるため、開孔4、開孔6が目詰まりを起こしやすくなる。また、かさ密度Dがウレタンシート2の発泡構造と相関する。すなわち、発泡3や発泡5の孔径が小さくなるか、または、発泡数が少なくなると、かさ密度Dが大きくなることから、目詰まりを起こしやすくなる。発泡3、発泡5の孔径が小さくなると開孔4、開孔6も小さくなるため、目詰まりを起こしやすくなり、発泡数が少なくなると開孔4、開孔6の数も少なくなるため、研磨レート等の研磨性能を十分に得ることが難しくなる。一方、硬度Aは、当量比R、含有率HSC、かさ密度Dにより変化する値であるが、ウレタンシート2を構成するウレタン樹脂の平均重合度や分子量分布、開孔の形状や分布によっても変化することがあるので、これらによる変動も考慮される。すなわち、硬度Aが低すぎると、ウレタンシート2が柔らかすぎるため、被研磨物の平坦性を損なうばかりか、ねばりを生じやすくなり、開孔4、開孔6が目詰まりを起こしやすくなる。反対に、硬度Aが高すぎると、スクラッチを招きやすくなる。本実施形態では、含有率HSC、当量比R、かさ密度D、硬度Aが上述した式(2)で得られるF値の適正範囲を満たすように調整されている。このため、それぞれの因子により生じる欠点を補うことができる。
On the other hand, if the hard segment content HSC is too small, the openings 4 and 6 are easily clogged, and the flatness of the object to be polished is lowered. On the other hand, if the content HSC is too large, it becomes brittle and tends to be hard, so that the circulation of the slurry is impaired. When the equivalent ratio R is too small, not only the flatness of the object to be polished is lowered, but also the brittleness becomes brittle, resulting in insufficient durability. On the other hand, if the equivalent ratio R is too large, the chain elongation reaction by the polyol compound or the polyamine compound is insufficient and the elasticity of the
更に、本実施形態では、式(2)で得られるF値が100〜200の範囲に調整されている。このため、研磨加工時にウレタンシート2の研磨面P側が適度に摩耗し新たな研磨面を再生させるので、開孔4や開孔6の目詰まりを起きにくくすることができ、研磨面Pが過度に摩耗することがなくなるので、ウレタンシート2の摩耗屑による研磨傷の発生を抑制することができる。このようなウレタンシート2を用いた研磨パッド1では、シリコンウェハの一次研磨用として好適に使用することができる。
Furthermore, in this embodiment, the F value obtained by Formula (2) is adjusted to the range of 100-200. For this reason, the polishing surface P side of the
また更に、本実施形態では、混合工程で、プレポリマ、分散液およびポリアミン化合物が混合されるときに、非反応性気体が吹き込まれて混合液が調製される。このため、非反応性気体により微細な気泡が生じ、この気泡によるバブリング効果で分散液中の水が混合液中で略均等に分散される。予めポリオール化合物に水を分散希釈しておくと共に、非反応性気体により生じた気泡で分散液が混合液中に分散されるため、混合液中の水の分散状態を均等化することができる。これにより、水とプレポリマのイソシアネート基とが反応して発生する二酸化炭素も略均等に分散される。また、非反応性気体の一部が大きめの気泡を生じるが、同様に、微細な気泡により混合液中で略均等に分散される。従って、得られるポリウレタン発泡体の内部に大きさが制御され略均等に分散した発泡3、発泡5を形成することができる。スライス工程でスライスすることにより、表面に略均一な開孔4、開孔6が略均等に形成された複数枚のウレタンシート2を得ることができ、ウレタンシート2を用いた複数枚の研磨パッド1では、研磨性能のバラツキを抑制することができる。
Furthermore, in this embodiment, when a prepolymer, a dispersion liquid, and a polyamine compound are mixed in the mixing step, a non-reactive gas is blown to prepare a mixed liquid. For this reason, fine bubbles are generated by the non-reactive gas, and the water in the dispersion liquid is substantially uniformly dispersed in the mixed liquid by the bubbling effect of the bubbles. Since water is dispersed and diluted in advance in the polyol compound and the dispersion is dispersed in the mixture with bubbles generated by the non-reactive gas, the dispersion state of water in the mixture can be equalized. Thereby, the carbon dioxide generated by the reaction of water and the isocyanate group of the prepolymer is also dispersed substantially uniformly. Moreover, although a part of non-reactive gas produces a large bubble, similarly, it is disperse | distributed substantially uniformly in a liquid mixture by a fine bubble. Therefore, the
更にまた、本実施形態では、分散液中の水の量をプレポリマの重量1kgに対して1〜6gの割合とすることで、混合液中に分散される水の量が制限されるので、極端に大きな発泡の形成や偏りを抑制することができる。これにより、スライスされた複数枚のウレタンシート2では、開孔4の平均孔径をいずれも30〜200μmの範囲、開孔6の孔径をいずれも300〜3000μmの範囲とすることができる。従って、研磨加工時にスラリが開孔4、開孔6に保持されつつ、研磨屑が開孔4、開孔6に収容されるので、研磨効率の向上を図ることができる。また、非反応性気体の量をプレポリマ、分散液およびポリアミン化合物の合計重量1kgに対して0.5〜3.4Lの割合とすることで、混合液中の非反応性気体の量が制限されるので、極端に大きな発泡の形成を抑制し発泡3、発泡5を形成することができる。更に、プレポリマの温度50〜80℃における粘度を2000〜20000mPa・sの範囲とすることで、非反応性気体によるバブリング効果がほぼ一様に生じ混合液中での水の分散状態を均等化することができる。これにより、発泡3や発泡5の偏りを抑制し分散状態を均等化することができる。
Furthermore, in this embodiment, the amount of water dispersed in the mixed liquid is limited by setting the amount of water in the dispersion to a ratio of 1 to 6 g with respect to 1 kg of the weight of the prepolymer. In addition, the formation and unevenness of large foam can be suppressed. Thereby, in the plurality of sliced
また、本実施形態では、分散液に配合されたポリオール化合物は、混合液中で水を分散させやすくする役割を果たすが、混合液中に存在しているため、ポリオール化合物の一部の水酸基がプレポリマのイソシアネート基と反応することで、湿潤状態におけるポリウレタン発泡体の硬度変化を生じにくくする役割も果たす。このため、得られる複数枚のウレタンシート2では、湿潤状態での熱安定性が向上することから、スラリを使用した研磨加工時に摩擦等で発熱しても研磨パッド1(ウレタンシート2)の硬度変化が抑制され、研磨性能の安定化を図ることができる。
In this embodiment, the polyol compound blended in the dispersion plays a role of facilitating dispersion of water in the mixed solution. However, since the polyol compound exists in the mixed solution, some of the hydroxyl groups of the polyol compound are present. By reacting with the isocyanate group of the prepolymer, it also plays a role of making it difficult to change the hardness of the polyurethane foam in a wet state. For this reason, since the plurality of
なお、本実施形態では、特に具体的化合物を例示していないが、プレポリマの調製に用いるポリイソシアネート化合物にトリイソシアネート化合物を配合するようにしてもよい。上述したように当量比Rを小さくすると得られるポリウレタン発泡体の寸法安定性を低下させるが、トリイソシアネート化合物を配合することでポリウレタン発泡体が硬くなり摩耗しやすくなる。従って、当量比Rを小さくすることなくF値を大きくすることができる。この場合、配合するトリイソシアネート化合物の割合を重量比で0.3〜0.8程度とすることが好ましい。 In the present embodiment, a specific compound is not specifically illustrated, but a triisocyanate compound may be blended with the polyisocyanate compound used for preparing the prepolymer. As described above, when the equivalent ratio R is decreased, the dimensional stability of the obtained polyurethane foam is lowered. However, by adding a triisocyanate compound, the polyurethane foam is hardened and easily worn. Therefore, the F value can be increased without reducing the equivalent ratio R. In this case, the ratio of the triisocyanate compound to be blended is preferably about 0.3 to 0.8 by weight ratio.
また、本実施形態では、プレポリマとして、ポリオール化合物とジイソシアネート化合物とを反応させたイソシアネート末端ウレタンプレポリマを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリオール化合物に代えて水酸基やアミノ基等を有する活性水素化合物を用い、ジイソシアネート化合物に代えてポリイソシアネート化合物やその誘導体を用い、これらを反応させることで得るようにしてもよい。また、多種のイソシアネート末端プレポリマが市販されていることから、市販のものを使用することも可能である。また、本実施形態では、ポリオール化合物に水を分散希釈した分散液を調製する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、分散液がポリオール化合物および水以外に、例えば、硬化成型に際し必要な添加剤やフィラー等の成分を含むようにしてもよい。この分散液では、発泡に関与しないポリオール化合物に水を分散させたため、混合工程における水の混合斑を低減する役割を果たす。ポリオール化合物以外の液体を用いることも可能であるが、そのような液体が研磨時に溶出して研磨特性に悪影響を及ぼす可能性のあることを考慮すれば、ポリオール化合物を用いことが好ましい。 Moreover, in this embodiment, although the isocyanate terminal urethane prepolymer which made the polyol compound and the diisocyanate compound react was illustrated as a prepolymer, this invention is not limited to this. For example, an active hydrogen compound having a hydroxyl group, an amino group or the like may be used instead of the polyol compound, and a polyisocyanate compound or a derivative thereof may be used instead of the diisocyanate compound, and these may be reacted. In addition, since various kinds of isocyanate-terminated prepolymers are commercially available, commercially available products can be used. Moreover, in this embodiment, although the example which prepares the dispersion liquid which disperse-diluted water in the polyol compound was shown, this invention is not limited to this, For example, a dispersion liquid other than a polyol compound and water, You may make it contain components, such as an additive and a filler required in the case of hardening molding. In this dispersion, since water is dispersed in the polyol compound not involved in foaming, it plays a role of reducing water mixing spots in the mixing step. Although it is possible to use a liquid other than the polyol compound, it is preferable to use a polyol compound in view of the possibility that such a liquid may be eluted during polishing and adversely affect the polishing characteristics.
更に、本実施形態では、式(2)で得られるF値を100〜200の範囲とする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、粒径63〜100μmの塗粒を表面に付着させた磨研紙を外周に貼り付けた摩耗輪に研磨面Pを接触させて回転させたときに研磨面Pでの回転数1000回あたりの摩耗減量が100〜200mgの範囲であればよい。式(2)で得られるF値がウレタンシート2の摩耗しやすさと優れた相関性を示すことから、摩耗減量が100〜200mgの範囲であればF値がおよそ100〜200の範囲となる。研磨パッド1がシリコンウェハの一次研磨に用いられることから、当量比Rを0.7〜0.9の範囲、含有率HSCを32〜42%の範囲、かさ密度Dを0.45〜0.55g/cm3の範囲、硬度Aを85度以上となるように調整することで、ウレタンシート2の摩耗減量を適正範囲にすることができる。
Furthermore, in this embodiment, although the example which makes F value obtained by Formula (2) into the range of 100-200 was shown, this invention is not limited to this, The granule of a particle size of 63-100 micrometers When the polishing surface P is brought into contact with a wear ring having a polishing paper adhered to the outer surface and rotated, the wear loss per 1000 revolutions on the polishing surface P is in the range of 100 to 200 mg. I just need it. Since the F value obtained by the formula (2) shows excellent correlation with the ease of wear of the
また更に、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面Pに溝加工やエンボス加工を施すようにしてもよい。溝の形状については、放射状、格子状、螺旋状等のいずれでもよく、断面形状についても矩形状、U字状、V字状、半円状のいずれでもよい。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。エンボス加工についても、特に制限のないことはもちろんである。 Further, although not particularly mentioned in the present embodiment, the polishing surface P may be subjected to grooving or embossing in consideration of supply of slurry and discharge of polishing debris. The shape of the groove may be any of a radial shape, a lattice shape, and a spiral shape, and the cross-sectional shape may be any of a rectangular shape, a U shape, a V shape, and a semicircular shape. The pitch, width, and depth of the grooves are not particularly limited as long as the polishing waste can be discharged and the slurry can be moved. Of course, embossing is not particularly limited.
更にまた、本実施形態では、特に言及していないが、ウレタンシート2が、少なくとも一部に、被研磨物の研磨加工状態を光学的に検出するための光透過を許容する光透過部を有するようにしてもよい。この場合、光透過部がウレタンシート2の厚み方向の全体にわたり貫通するように形成されていることが好ましい。このようにすれば、例えば、研磨機側に備えられた発光ダイオード等の発光素子、フォトトランジスタ等の受光素子により、研磨加工中に光透過部を通して被研磨物の加工面の研磨加工状態を検出することができる。これにより、研磨加工の終点を適正に検出することができ、研磨効率の向上を図ることができる。
Furthermore, in this embodiment, although not particularly mentioned, the
また、本実施形態では、混合工程で混合機20、スライス工程でスライス機を使用する例を示したが、混合機やスライス機には特に制限はなく、通常使用される混合機、スライス機を使用することができる。また、本実施形態では、直方体状の型枠25を例示したが、本発明は型枠の形状や大きさに制限されるものではない。例えば、円柱状等の型枠を使用してもよく、混合液の粘性を考慮すれば、型枠を使用せずに発泡体を形成するようにしてもよい。
Moreover, in this embodiment, although the example which uses the
以下、本実施形態に従い作製した研磨パッド1の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例についても併記する。 Hereinafter, examples of the polishing pad 1 manufactured according to the present embodiment will be described. A comparative example prepared for comparison is also shown.
(実施例1)
実施例1では、第1成分のプレポリマとして、2,4−TDIの279部、数平均分子量約1000のPTMGの284部、ジエチレングリコールの64部を反応させたイソシアネート含有量が9.6%の末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマを用いこれを55℃に加熱し減圧下で脱泡した。第2成分のMOCAは120℃で溶解させ、減圧下で脱泡した。第3成分の分散液は、数平均分子量約1000のPTMGの50部に、水の2部、触媒(トヨキャットET、東ソー株式会社製)の1部、シリコン系界面活性剤(SH−193、ダウコーニング社製)の5部をそれぞれ添加し攪拌混合した後、減圧下で脱泡した。すなわち、実施例1では、下表1に示すように、ハードセグメントの含有率HSCが39%、当量比Rが0.7となる。第1成分:第2成分:第3成分を重量比で100部:10部:5部の割合で混合槽12に供給した。混合工程では、攪拌条件を剪断回数1689回、剪断速度9425/秒に設定した。このとき、混合槽12内に空気を80L/minの流量で供給した。得られた混合液を型枠25に注型し硬化させた後、形成されたポリウレタン発泡体を型枠25から抜き出した。この発泡体を厚さ1.3mmにスライスしてウレタンシート2を作製し、研磨パッド1を得た。
Example 1
In Example 1, as the prepolymer of the first component, 279 parts of 2,4-TDI, 284 parts of PTMG having a number average molecular weight of about 1000, and an end with an isocyanate content of 9.6% obtained by reacting 64 parts of diethylene glycol This was heated to 55 ° C. using an isocyanate group-containing urethane prepolymer and defoamed under reduced pressure. The second component MOCA was dissolved at 120 ° C. and degassed under reduced pressure. The third component dispersion is 50 parts of PTMG having a number average molecular weight of about 1000, 2 parts of water, 1 part of a catalyst (Toyocat ET, manufactured by Tosoh Corporation), a silicon-based surfactant (SH-193, 5 parts of Dow Corning) were added and stirred and mixed, and then degassed under reduced pressure. That is, in Example 1, as shown in Table 1 below, the hard segment content HSC is 39% and the equivalent ratio R is 0.7. The 1st component: 2nd component: 3rd component was supplied to the
(実施例2)
実施例2では、第1成分のプレポリマとして2,4−TDIの463部、2,4−TDIの3量体となるトリイソシアネートの10部、数平均分子量約1000のPTMGの476部、ジエチレングリコールの107部を反応させたイソシアネート含有量が9.5%の末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマを用いた以外は実施例1と同様にして、ウレタンシート2を作製し、研磨パッド1を得た。表1に示すように、実施例2では、含有率HSCが39%、当量比Rが0.7となる。
(Example 2)
In Example 2, 463 parts of 2,4-TDI as a prepolymer of the first component, 10 parts of triisocyanate to be a trimer of 2,4-TDI, 476 parts of PTMG having a number average molecular weight of about 1000, diethylene glycol
(比較例1)
比較例1では、第1成分のプレポリマとして2,4−TDIの270部、数平均分子量約1000のPTMGの292部、ジエチレングリコールの65部を反応させたイソシアネート含有量が8.7%の末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマを用い、第1成分:第2成分:第3成分を重量比で100部:21部:5.5部の割合で混合槽12に供給した以外は実施例1と同様にして、ウレタンシートを作製し、研磨パッドを得た。表1に示すように、比較例1では、含有率HSCが36%、当量比Rが0.9となる。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, 270 parts of 2,4-TDI as a prepolymer of the first component, 292 parts of PTMG having a number average molecular weight of about 1000, and terminal isocyanate having an isocyanate content of 8.7% obtained by reacting 65 parts of diethylene glycol Example 1 was used except that a group-containing urethane prepolymer was used and the first component: second component: third component was supplied to the
(比較例2)
比較例2では、第1成分のプレポリマとして2,4−TDIの183部、数平均分子量約1000のPTMGの192部、ジエチレングリコールの43部を反応させたイソシアネート含有量が9.1%の末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマを用いた以外は実施例1と同様にして、ウレタンシートを作製し、研磨パッドを得た。表1に示すように、比較例2では、含有率HSCが37%、当量比Rが0.6となる。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, 181 parts of 2,4-TDI as the prepolymer of the first component, 192 parts of PTMG having a number average molecular weight of about 1000, and 43 parts of diethylene glycol were reacted with a terminal isocyanate having an isocyanate content of 9.1%. A urethane sheet was prepared and a polishing pad was obtained in the same manner as in Example 1 except that the group-containing urethane prepolymer was used. As shown in Table 1, in Comparative Example 2, the content rate HSC is 37% and the equivalent ratio R is 0.6.
(評価1)
実施例および比較例について、ウレタンシートのかさ密度D、開孔4の平均孔径、開孔6の孔分布を測定した。かさ密度Dは、所定サイズの大きさに切り出した試料の重量を測定し、サイズから求めた体積から算出した。開孔4の平均孔径は、マイクロスコープ(KEYENCE製、VH−6300)で約1.3mm四方の範囲を175倍に拡大して観察し、得られた画像を画像処理ソフト(Image Analyzer V20LAB Ver.1.3)により処理し算出した。開孔6については、マイクロスコープ(KEYENCE製、VH−6300)で10箇所の3.0cm四方の範囲を10倍に拡大して観察し、500μm以上の開孔数のバラツキCV%をCV=100×標準偏差/平均値により求めた。また、ウレタンシートについて、硬度Aとして、日本工業規格(JIS K 7311)に従いショアA硬度を測定した。かさ密度D、開孔4の平均孔径、開孔6のCV%、硬度Aの結果および式(2)で得られたF値を下表2に示す。
(Evaluation 1)
About the Example and the comparative example, the bulk density D of the urethane sheet, the average hole diameter of the opening 4, and the hole distribution of the opening 6 were measured. The bulk density D was calculated from the volume obtained by measuring the weight of a sample cut into a predetermined size. The average pore diameter of the apertures 4 was observed by magnifying a range of about 1.3 mm by 175 times with a microscope (manufactured by KEYENCE, VH-6300), and the obtained image was image processing software (Image Analyzer V20LAB Ver. 1.3) processed and calculated. The opening 6 was observed with a microscope (manufactured by KEYENCE, VH-6300) at 10 points in a 3.0 cm square area 10 times larger, and the variation CV% of the number of openings of 500 μm or more was CV = 100. X Standard deviation / average value. For the urethane sheet, the Shore A hardness was measured as the hardness A in accordance with Japanese Industrial Standard (JIS K 7311). Table 2 shows the bulk density D, the average pore diameter of the apertures 4, the CV% of the apertures 6, the results of the hardness A, and the F value obtained by the formula (2).
表2に示すように、比較例1、比較例2では、開孔6のCV%がそれぞれ6.2%、8.5%を示したことから、開孔6の分布にバラツキのあることが判った。このため、かさ密度Dが0.47g/cm3と小さな値を示した。これに対して、実施例1、実施例2では、開孔6のCV%がそれぞれ3.5%、3.7%と小さくなり、かさ密度Dがそれぞれ0.49g/cm3、0.52g/cm3と大きくなった。実施例1、実施例2と比較して、比較例1では、含有率HSCを小さくし当量比Rを大きくしたことから、F値が74と小さな数値を示し、比較例2では、含有率HSC、当量比Rを小さくしたことから、F値が232と大きな数値を示した。 As shown in Table 2, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the CV% of the opening 6 was 6.2% and 8.5%, respectively, and the distribution of the opening 6 may vary. understood. For this reason, the bulk density D was as small as 0.47 g / cm 3 . On the other hand, in Example 1 and Example 2, the CV% of the opening 6 is reduced to 3.5% and 3.7%, respectively, and the bulk density D is 0.49 g / cm 3 and 0.52 g, respectively. / Cm 3 and increased. Compared with Example 1 and Example 2, in Comparative Example 1, since the content ratio HSC was reduced and the equivalent ratio R was increased, the F value showed a small value of 74, and in Comparative Example 2, the content ratio HSC Since the equivalence ratio R was reduced, the F value was as large as 232.
(評価2)
次に、各実施例および比較例の研磨パッドについて、日本工業規格(JIS K6902)に準じて摩耗減量を測定した。すなわち、粒径63μm〜100μmの砥粒を表面に付着させた磨研紙を外周に貼り付けた摩耗輪に研磨パッドの研磨面を接触させて回転させたときに研磨面での回転数1000回あたりの摩耗減量を測定した。摩耗減量の測定には次のような摩耗試験機を使用した。すなわち、摩耗試験機は、試験試料が貼付され、回転駆動可能に軸支された回転盤を有している。回転盤の上方には、一対の円柱状の摩耗輪が端面を対向させて配置されている。摩耗輪の外周面が回転盤に貼付される試験試料と接触可能に配置されている。摩耗輪は、回転盤の回転軸に対して等距離となるように、回転盤の半径方向両側に配置されている。摩耗輪の外周には、粒径63μm〜100μmの酸化アルミニウム製の砥粒を表面に付着させた磨研紙(例えば、JIS R 6252の研磨紙)が貼り付けられている。磨研紙は、単位面積あたりの質量が70〜100g/m2であり、摩耗輪の外周面に隙間が形成されず、互いに重なり合わないように貼り付けられている。摩耗減量の測定時には、回転盤と同形状に裁断された試験試料(研磨パッド)を回転盤に貼付する。磨研紙を貼り付けた摩耗輪を試験試料の上面に接触させ、接触面に及ぼす荷重が5.20±02Nとなるように押圧する。回転盤を回転させることで、外周面を試験試料に接触させた一対の摩耗輪が互いに反対方向に回転する。これにより、試験試料表面が摩耗され、環状の摩耗跡が残される。本例では、回転盤を1000回回転させる前後における試験試料の重量変化を摩耗減量とした。摩耗減量の測定結果を下表3に示す。
(Evaluation 2)
Next, with respect to the polishing pads of each Example and Comparative Example, the wear loss was measured according to Japanese Industrial Standard (JIS K6902). That is, when the polishing surface of the polishing pad is brought into contact with a wear ring having abrasive grains having a particle size of 63 μm to 100 μm attached to the outer surface and a polishing wheel is attached to the outer periphery, the number of rotations on the polishing surface is 1000 times. The wear loss per hit was measured. The following wear tester was used for the measurement of wear loss. That is, the wear tester has a rotating disk on which a test sample is attached and which is pivotally supported so as to be rotationally driven. Above the turntable, a pair of cylindrical wear wheels are arranged with their end faces facing each other. The outer peripheral surface of the wear wheel is disposed so as to be in contact with the test sample attached to the rotating disk. The wear wheels are arranged on both sides in the radial direction of the rotating disk so as to be equidistant from the rotation axis of the rotating disk. Abrasive paper (for example, JIS R 6252 abrasive paper) having aluminum oxide abrasive grains having a particle size of 63 μm to 100 μm attached to the surface is affixed to the outer periphery of the wear wheel. The abrasive paper has a mass per unit area of 70 to 100 g / m 2 , and is affixed so that no gaps are formed on the outer peripheral surface of the wear ring and do not overlap each other. When measuring the wear loss, a test sample (polishing pad) cut into the same shape as the turntable is attached to the turntable. The wear wheel with the abrasive paper is brought into contact with the upper surface of the test sample and pressed so that the load exerted on the contact surface is 5.20 ± 02N. By rotating the turntable, a pair of wear wheels whose outer peripheral surfaces are in contact with the test sample rotate in opposite directions. As a result, the surface of the test sample is worn and an annular wear mark is left. In this example, the weight change of the test sample before and after rotating the turntable 1000 times was defined as wear reduction. The measurement results of wear loss are shown in Table 3 below.
表3に示すように、比較例1では摩耗減量が74mgと小さく、評価後の研磨パッドで開孔4の大部分が目詰まりを起こしていることが確認された。また、比較例2では摩耗減量が238mgと大きく、研磨性能のバラツキや研磨屑によるスクラッチ等の欠点が発生しやすいことが予想される。これに対して、実施例1および実施例2では、摩耗減量がそれぞれ151mg、152mgと適度な数値を示しており、評価後の研磨パッドでも開孔4の目詰まりが比較例1より少ないことが確認された。また、各実施例および比較例の摩耗減量が、式(2)のF値に近似の範囲にあることが明らかである(表2も参照)。 As shown in Table 3, in Comparative Example 1, the wear loss was as small as 74 mg, and it was confirmed that most of the openings 4 were clogged by the evaluated polishing pad. Further, in Comparative Example 2, the weight loss of wear is as large as 238 mg, and it is expected that defects such as variations in polishing performance and scratches due to polishing scraps are likely to occur. On the other hand, in Example 1 and Example 2, the weight loss by wear shows moderate values of 151 mg and 152 mg, respectively, and the clogging of the opening 4 may be less than that in Comparative Example 1 even in the polishing pad after evaluation. confirmed. Further, it is clear that the wear loss of each of the examples and comparative examples is in a range that approximates the F value of the equation (2) (see also Table 2).
(評価3)
また、各実施例および比較例の研磨パッドを用いて、以下の研磨条件でシリコンウェハ用のベアシリコンの研磨加工を行い、研磨レートを測定した。研磨レートは、1分間当たりの研磨量を厚さで表したものであり、研磨加工前後のベアシリコンの重量減少から求めた研磨量、ベアシリコンの研磨面積および比重から算出した。また、目視にてスクラッチの有無を判定した。研磨レートおよびスクラッチの測定結果を下表4に示す。
(研磨条件)
使用研磨機:スピードファム社製、9B−5Pポリッシングマシン
研磨速度(回転数):30rpm
加工圧力:100g/cm2
スラリ:コロイダルシリカスラリ(pH:11.5)
スラリ供給量:100cc/min
被研磨物:シリコンウェハ用ベアシリコン
(外径95mmφ、内径25mm、厚さ1.27mm)
(Evaluation 3)
Moreover, using the polishing pads of the examples and comparative examples, bare silicon for silicon wafers was polished under the following polishing conditions, and the polishing rate was measured. The polishing rate represents the amount of polishing per minute in terms of thickness, and was calculated from the amount of polishing determined from the weight reduction of bare silicon before and after polishing, the polishing area and specific gravity of bare silicon. Moreover, the presence or absence of the scratch was determined visually. The measurement results of the polishing rate and scratch are shown in Table 4 below.
(Polishing conditions)
Polishing machine used: Speedfam, 9B-5P polishing machine Polishing speed (rotation speed): 30 rpm
Processing pressure: 100 g / cm 2
Slurry: Colloidal silica slurry (pH: 11.5)
Slurry supply amount: 100cc / min
Workpiece: Bare silicon for silicon wafer (outer diameter 95mmφ, inner diameter 25mm, thickness 1.27mm)
表4に示すように、比較例1では研磨レートが低く、スクラッチの発生も確認された。比較例2では、比較例1より研磨レートが向上したものの、研磨パッドの摩耗屑によると考えられるスクラッチの発生が確認された。これに対して、実施例1および実施例2では、研磨レートが比較例1より高くなり、スクラッチの発生もないことが判明した。 As shown in Table 4, in Comparative Example 1, the polishing rate was low, and the occurrence of scratches was also confirmed. In Comparative Example 2, although the polishing rate was improved as compared with Comparative Example 1, it was confirmed that scratches considered to be caused by abrasion debris of the polishing pad were generated. On the other hand, in Example 1 and Example 2, it was found that the polishing rate was higher than that of Comparative Example 1 and there was no occurrence of scratches.
以上の結果から、実施例1および実施例2では、当量比R、含有率HSC、かさ密度D、硬度Aをそれぞれ上述した範囲に調整したことで、式(2)で得られるF値が、上述した範囲内となり、摩耗減量が適正化されることから、開孔6の分布のバラツキが小さくなり、開孔4が目詰まりしにくく、良好な研磨レートを示し、スクラッチの発生も抑えられることが明らかとなった。 From the above results, in Example 1 and Example 2, by adjusting the equivalent ratio R, the content rate HSC, the bulk density D, and the hardness A to the ranges described above, the F value obtained by the formula (2) is Since the wear loss is optimized within the above-described range, the variation in the distribution of the apertures 6 is reduced, the apertures 4 are less likely to be clogged, exhibit a good polishing rate, and the occurrence of scratches can be suppressed. Became clear.
本発明は研磨加工用の研磨パッドに用いられ、摩耗の度合を適正化し研磨性能の安定化を図ることができる研磨シートおよび該研磨シートを備えた研磨パッドを提供するため、研磨パッドの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention is used for a polishing pad for polishing processing, and provides a polishing sheet capable of optimizing the degree of wear and stabilizing polishing performance, and a polishing pad provided with the polishing sheet. Since it contributes to sales, it has industrial applicability.
P 研磨面
1 研磨パッド
2 ウレタンシート(研磨シート)
3、5 発泡
4、6 開孔
P Polishing surface 1
3, 5 Foam 4, 6 Opening
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