研磨パッド、その製造方法および研磨加工方法
【課題】研磨液に対する馴染みを向上させ研磨性能の安定化を図ることができる研磨パッドを提供する。
【解決手段】研磨パッド１０はウレタンシート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、乾式成型法で形成されており、イソシアネート基含有化合物、水、整泡剤、ポリアミン化合物を混合した混合液を反応硬化させたポリウレタン発泡体がスライスされ形成されている。ウレタンシート２の内部には発泡３が略均等に分散して形成されている。研磨面Ｐには発泡３の一部が開口した開孔４が形成されている。ウレタンシート２の内部では、近接して形成された発泡３が連通孔９で連通しており、研磨面Ｐ側から観察したときに８００個／ｃｍ２以上の割合で連通孔９が形成されている。連通孔９、発泡３を通じて研磨液が移動する。
【解決手段】研磨パッド１０はウレタンシート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、乾式成型法で形成されており、イソシアネート基含有化合物、水、整泡剤、ポリアミン化合物を混合した混合液を反応硬化させたポリウレタン発泡体がスライスされ形成されている。ウレタンシート２の内部には発泡３が略均等に分散して形成されている。研磨面Ｐには発泡３の一部が開口した開孔４が形成されている。ウレタンシート２の内部では、近接して形成された発泡３が連通孔９で連通しており、研磨面Ｐ側から観察したときに８００個／ｃｍ２以上の割合で連通孔９が形成されている。連通孔９、発泡３を通じて研磨液が移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨パッド、その製造方法および研磨加工方法に係り、特に、乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッド、該研磨パッドの製造方法および該研磨パッドを用いた研磨加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、電子部品等の材料、特に、Ｓｉ基板（シリコンウエーハ）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、ガラス、ハードデイスクやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板等の薄型基板（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、ＬＣＤ用ガラス基板では、ＬＣＤ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。
【０００３】
研磨加工には、湿式凝固法や乾式成型法により形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドが用いられる。通常、湿式凝固法では、ポリウレタン樹脂等の樹脂を水混和性の有機溶媒に溶解させた樹脂溶液をシート状の基材に塗布した後、水系凝固液中で有機溶媒と水とを置換させることで発泡が連続状に形成された樹脂発泡体が形成される。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（スラリー）が開孔に保持されつつ、研磨面と加工面との間に放出される。すなわち、湿式凝固法により形成された樹脂発泡体では、研磨液が発泡を通じて移動することで、研磨液の循環保持性を有している。ところが、研磨加工時に研磨パッドが摩耗するにつれて研磨面での開孔径が大きくなり、研磨性能が変化してしまうことがある。また、発泡が連続状に形成されるため、研磨加工に繰り返し用いたときに樹脂発泡体にへたりが生じることもある。これに対して、乾式成型法では、通常、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ることで発泡が独立状に形成されたポリウレタン発泡体が形成される。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。
【０００４】
ところが、乾式成型法により形成されたポリウレタン発泡体では、ポリウレタン樹脂が本来、疎水性を有するため、シリコンウエーハ表面等を研磨加工するときに研磨液が研磨パッドになじみ難い、という問題がある。発泡が独立状に形成されることから、研磨液や研磨屑が発泡を通じて移動し難く、研磨液の循環保持性の点で湿式凝固法による樹脂発泡体と遜色する。このため、研磨液や研磨屑により開孔の目詰まりが発生しやすく、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もある。研磨液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可能であるが、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おそれがある。さらには、開孔や溝の数を増やした分で研磨液の排出が促進され、研磨性能の低下を招く。また、研磨液の供給性や保持性が確保できない場合は、研磨加工時、特に、研磨初期に被研磨物の平坦性を確保することができず、研磨パッドの立ち上げに際し不良品の発生率を増大させることもある。
【０００５】
これらの問題を解決するために、親水性基を有する化合物が共重合されたポリウレタン樹脂と、親水剤とを含有するポリウレタン組成物を用いた研磨パッドの技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、研磨パッドの親水性を向上させて研磨液とのなじみを改善し、研磨液の供給性や保持性を確保することで、研磨レートの向上や研磨性能の安定化が図られる。また、研磨パッドの親水性を向上させる方法としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の親水性のポリオール成分を併用する方法、親水性の添加剤を添加する方法等により親水性物質を共存させる方法等が主に用いられている。
【０００６】
一方、エチレンオキサイド単位（−ＣＨ２ＣＨ２Ｏ−）を有する親水性高分子量ポリオールを含まず、かつ、分子側鎖にカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、およびこれらの塩で構成される群から選択される少なくとも１種の親水性基を有するポリウレタン組成物を用いた研磨パッドの技術が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２８９１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２７６０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、研磨液の保持性が向上するものの、親水剤等によりポリウレタン素材自体が親水化されることで、膨潤による形状変化、耐湿熱性や耐薬品性の低下等を招いてしまう。このため、研磨初期では研磨性能が安定化するものの、経時的に研磨パッド自体の劣化が起こり、結果として、被研磨物の表面形状に影響を及ぼす、という欠点もある。また、特許文献２の技術では、イオン性の官能基を導入したポリウレタン組成物を用いることで親水化が図られているものの、特許文献１と同様に、吸水による膨潤や耐薬品性の点で問題がある。
【０００９】
本発明は上記事案に鑑み、研磨液に対する馴染みを向上させ研磨性能の安定化を図ることができる研磨パッド、該研磨パッドの製造方法および該研磨パッドを用いた研磨加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に前記気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂発泡体では近接して形成された前記気泡間に連通孔が形成されており、前記連通孔は前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第１の態様では、近接して形成された気泡間に、研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で連通孔が形成されていることで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が研磨面に形成された開孔から連通孔で連通した気泡を通じて移動するため、研磨初期でも研磨液に対する馴染みを向上させることができ、研磨液の循環保持性が確保されることで研磨性能の安定化を図ることができる。
【００１２】
第１の態様において、連通孔が、研磨面側から観察したときに単位面積あたり２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成されていてもよい。また、樹脂発泡体を、厚みａが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲のシート状に形成し、２０℃の水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される吸水率が、１時間浸漬させたときに（３１−１６ａ）％以上、２４時間浸漬させたときに（５６−２４ａ）％以上とすることが好ましい。このとき、樹脂発泡体を、かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５度〜９５度の範囲、研磨面に形成された開孔の平均孔径が９０μｍ〜１３０μｍの範囲とすることができる。このような樹脂発泡体がポリウレタン樹脂で形成されていてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様の研磨パッドの製造方法であって、ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させ得られたイソシアネート基含有化合物、ポリアミン化合物、水および整泡剤の各成分を準備する準備ステップと、前記準備ステップで準備した各成分を略均一に混合した混合液から乾式成型法でポリウレタン発泡体を形成する発泡体形成ステップと、前記発泡体形成ステップで形成されたポリウレタン発泡体をシート状にスライスするスライスステップと、を含むことを特徴とする。この場合において、準備ステップで準備する整泡剤を、シリコン系界面活性剤とし、水の１重量部に対する添加量が０．１５重量部〜０．６５重量部の範囲とすることができる。
【００１４】
また、本発明の第３の態様は、第１の態様の研磨パッドを用いた被研磨物の研磨加工方法であって、研磨装置の対向配置された２つの定盤の少なくとも一方に前記研磨パッドを装着し、前記定盤間に前記被研磨物を配し、前記被研磨物および研磨パッド間に砥粒が混合された研磨液を供給しつつ前記定盤の少なくとも一方を回転駆動する、ステップを含むことを特徴とする。この場合において、被研磨物をシリコンウエーハとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、近接して形成された気泡間に、研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で連通孔が形成されていることで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が研磨面に形成された開孔から連通孔で連通した気泡を通じて移動するため、研磨初期でも研磨液に対する馴染みを向上させることができ、研磨液の循環保持性が確保されることで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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した実施形態の研磨パッドを模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態の研磨パッドの製造方法の要部を示す工程図である。
【図３】実施形態の研磨パッドの製造に用いた混合機および型枠の概略を示すブロック図である。
【図４】実施例１の研磨パッドの研磨面における連通孔の形成状態を示す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、シリコンウエーハの一次研磨加工に用いられる研磨パッドで本発明を適用した研磨パッドの実施の形態について説明する。
【００１８】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の研磨パッド１０は、ポリウレタン樹脂製の樹脂発泡体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整泡剤を含む分散液と、ポリアミン化合物と、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し裁断することで形成されている。すなわち、研磨パッド１０を構成するウレタンシート２は、乾式成型法により形成されている。
【００１９】
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により、断面が円形状ないし楕円形状の発泡（気泡）３が略均等に分散して形成されている。すなわち、ウレタンシート２は発泡構造を有している。発泡３の平均孔径については、発泡剤の役割を果たす水の含有量や製造時の攪拌条件等で調整可能であり、本例では、９０〜１３０μｍの範囲に調整されている。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の一部が開口しており、開孔４が形成されている。開孔４が発泡３の開口で形成されるため、開孔４の平均孔径が９０〜１３０μｍの範囲となる。ウレタンシート２の内部で近接して形成された発泡３は、分散液中の水と整泡剤との作用により連通しており、連通した発泡３の間には連通孔９が形成されている。ウレタンシート２の厚みａは、ポリウレタン発泡体のスライス時に調整することができ、本例では、０．５〜１．５ｍｍの範囲に調整されている。
【００２０】
ウレタンシート２では、かさ密度が０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５〜９５度の範囲にそれぞれ調整されている。また、ウレタンシート２では、研磨面Ｐに開孔４が形成されているため、発泡３の間に形成された連通孔９を研磨面Ｐ側から確認することができる。連通孔９は、研磨面Ｐ側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上、２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成されている。なお、連通孔９は、開孔４の内部に、直径２０μｍ以下の針穴状（ピンホール状）に形成された孔として観察される。
【００２１】
ここで、連通孔９の果たす役割について説明する。従来乾式成型法で形成されるポリウレタン発泡体では、ポリウレタン自体が疎水性を有するうえに、発泡が独立状に形成された発泡構造を有するため、水（例えば、研磨液）には馴染み難いものである。これに対して、ウレタンシート２では、連通孔９が形成されたことで、研磨面Ｐの開孔４から連通孔９、発泡３を通じて水の移動が可能となる。連通孔９の形成割合が増加するにつれて、水への馴染みがよくなり、吸水スピードや吸水率が向上する。この吸水率は、ウレタンシート２を水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される。研磨加工の初期における立ち上がりの良さは、水への馴染み易さ、言い換えれば吸水スピードの早さで決定される。また、複数の被研磨物を連続して研磨加工する際には、水への馴染みが良く水分保持率が高い研磨パッドほど安定性に優れている。ウレタンシート２では、水に１時間浸漬したときの吸水率が（３１−１６ａ）％以上、２４時間浸漬したときの吸水率が（５６−２４ａ）％以上を示す。ここで、ａはウレタンシート２の厚み（ｍｍ）を表している。吸水率は、ウレタンシート２の厚みａに影響を受けるため、上述した厚みａの範囲（０．５〜１．５ｍｍ）における厚みａと吸水率との関係から好適な範囲を導き出したものである。研磨加工初期の立ち上がりや研磨性能の安定性を考慮すれば、１時間後の吸水率を（３６−１６ａ）％以上、２４時間後の吸水率を（５６−２４ａ）％以上とすることが好ましい。このように吸水率を高めるためには、発泡３の平均孔径を１００〜１２０μｍの範囲に調整することが好ましい。保持される水分の量は、発泡の空隙がすべて満たされる量まで高めることができ、例えば、ウレタンシート２のかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ３の場合、吸水量を０．６ｇ／ｃｍ３まで高めることができる。
【００２２】
ウレタンシート２のかさ密度は、研磨特性に大きく影響を与える。かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３に満たないと、ウレタンシート２の空隙が多くなりすぎるため、耐久性が低下することとなる。反対に、かさ密度が０．８０ｇ／ｃｍ３を超えると、発泡３の個数が少なくなり、ポリウレタン樹脂の壁部分が増加して研磨効率の低下を招く。耐久性や研磨効率の向上を考慮すれば、かさ密度を０．４０〜０．６０ｇ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。また、ウレタンシート２の硬度は、被研磨物（加工面）の平坦性に影響を与える。ショアＡ硬度が７５度に満たないとウレタンシート２が柔らかくなり研磨加工した際の加工面の平坦性を低下させるおそれがあり、反対に、９５度を超えるとスクラッチ（研磨キズ）が多発するため、好ましくない。加工面の平坦性向上を考慮すれば、ショアＡ硬度を８０〜９５度の範囲とすることが好ましい。連通孔９については、形成割合が８００個／ｃｍ２に満たないと、水の浸透性が低下し、吸水速度が遅くなり、吸水率も減少するため、好ましくない。反対に、形成割合が２０００個／ｃｍ２を超える場合には、スラリーが研磨パッドの底面（研磨面Ｐと反対の面）側に堆積し、経時的に硬度や密度等の物性が変化するため好ましくない。物性変化の抑制を考慮すれば、連通孔９の形成割合が１０００個／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００２３】
かさ密度やショアＡ硬度は、ウレタンシート２を構成するポリウレタン樹脂の組成、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が、ウレタンシート２の発泡構造と大きく相関する。かさ密度、ショアＡ硬度は、発泡３の大きさ、数量を変えること、換言すれば、分散液中の水の量を変えることで調整することができる。
【００２４】
また、図１に示すように、研磨パッド１０は、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１０を装着するための両面テープ７が貼り合わされている。両面テープ７は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルム等の図示を省略した基材の両面にそれぞれ粘着剤層（不図示）が形成されている。両面テープ７は、一面側の粘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）の粘着剤層が剥離紙８で覆われている。
【００２５】
（製造）
研磨パッド１０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、予めポリオール化合物に水と整泡剤と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、ポリアミン化合物の各成分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し型枠内で発泡、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裁断して複数枚のシートを形成するスライス・裁断工程、ウレタンシート２と両面テープ７とを貼り合わせ研磨パッド１０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。
【００２６】
（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のショアＡ硬度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。
【００２７】
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。
【００２８】
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することで、研磨加工時の溶出、ひいては、研磨性能に対する悪影響を抑制することができる。分散液では、発泡に関与しないポリオール化合物に水および整泡剤が分散されることで、次工程の混合工程で水、整泡剤の混合斑を低減する役割を果たす。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、水および整泡剤が略均等に分散希釈されていればよい。
【００２９】
分散液に分散させる水としては、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、分散液に対する水の配合割合は、３．００〜３．７５重量％の範囲に調整する。
【００３０】
一方、分散液に分散させる整泡剤は、得られるポリウレタン発泡体に形成される連通孔９の割合を調整する役割を果たす。すなわち、整泡剤は、その種類によって、分散力、ポリオール化合物への相溶性、発泡の安定化力が異なるため、整泡剤の種類や添加量をコントロールすることで、連通孔９の形成割合を調整することが可能である。連通孔９の形成に好適な整泡剤としては、シリコン系界面活性剤を挙げることができるが、とりわけ、シリコン系ノニオン界面活性剤であって、活性水素基を有していないものを使用することが好ましい。シリコン系ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリエーテル変性シリコーン、すなわち、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサン・コポリマを挙げることができる。ポリエーテル変性シリコーンを構成するポリエーテルとしては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、これらの共重合体等を例示することができる。このようなシリコン系ノニオン界面活性剤の整泡剤として、具体的には、シリコン整泡剤ＳＨ−１９０、ＳＨ−１９２、ＳＨ−１９３（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、Ｌ−５３４０（日本ユニカー株式会社製）等を例示することができる。
【００３１】
分散液に対する整泡剤の添加量は、発泡剤として配合される水の添加量により調整され、水の１重量部に対して上述した整泡剤ＳＨ−１９３を０．１５〜０．６５重量部の範囲とすることが好ましい。水に対する整泡剤の添加量が０．１５重量部未満ではポリウレタン樹脂に対する分散液の分散性が悪化し、発泡形状および発泡の分布にムラが生じ、上述した発泡構造を有するポリウレタン発泡体が得られなくなる。反対に、添加量が０．６５重量部を超えるとポリウレタン発泡体に形成される連通孔９が減少し、水に対する馴染みが悪くなる結果となる。発泡構造がかさ密度やショアＡ硬度の物性と相関することから、物性と水に対する馴染みとをバランスよく確保することを考慮すれば、整泡剤を水の１重量部に対して、０．３〜０．５重量部の範囲で配合することが好ましい。
【００３２】
準備工程で準備する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。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。
【００３３】
（混合工程、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し、混合液を調製する。硬化成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、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、硬化成型工程を連続して行う。
【００３４】
プレポリマを生成させるときは、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基のモル量をポリオール化合物の水酸基のモル量より大きくする。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３０〜８０℃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、３０〜８０℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。
【００３５】
図３に示すように、混合工程では混合機２０で混合液を調製し、硬化成型工程では調製された混合液を混合機２０から連続して型枠２５に注型し、硬化させることによりポリウレタン発泡体を成型する。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が配置されている。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。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って配置された回転軸に固定されている。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。
【００３６】
各供給槽から第１成分、第２成分、第３成分をそれぞれ混合槽１２に供給し、攪拌翼１４により均一となるように混合する。混合機２０の回転軸の回転に伴い攪拌翼１４が回転し、各成分を剪断するようにして混合する。このとき、攪拌翼１４の剪断速度、剪断回数を調整することで、各成分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、混合液中で生じた気泡が（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、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。
【００３７】
硬化成型工程で、得られた混合液を混合槽１２の下流端部に配置された排出口から型枠２５に注型する。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。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。
【００３８】
整泡剤に用いたシリコン系界面活性剤の主骨格であるポリジメチルシロキサンは、比較的低い表面張力を示す。ポリウレタン発泡系における整泡剤の役割は、このポリジメチルシロキサンの特性がベースとなっている。シリコン系界面活性剤は、ポリウレタン発泡系において、非シリコン系界面活性剤より優れた表面活性効果を示す。整泡剤のポリウレタン発泡系に対する寄与は、低粘度域での撹拌力の補助と、反応が進行した際の高粘度域での泡の安定化とに大別される。撹拌力の補助は、原料成分を混合・乳化すること、および、巻き込みガスを分散させることを意味している。一方、泡の安定化は、泡の合一を抑制すること、および、膜を安定化させることを意味している。泡の合一抑制では表面張力の調整により、膜の安定化では動的表面張力・表面弾性・表面粘性の調整により効果を与える。従って、攪拌力の補助効果が大きくなり、生じた泡の安定化が少なくなる条件を選定することで、連通孔９の形成割合を増加させることができる。この条件は、発泡剤として配合した水の添加量、整泡剤の種類や添加量にあわせて選定される。
【００３９】
（スライス・裁断工程）
図２に示すように、スライス・裁断工程では、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、円形等の所望の形状、サイズに裁断して複数枚のシートを形成する。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、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ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をキズ等の関係から使用せず、中央部の約３０ｍｍ分から２０〜６０枚のシート状にスライスする。裁断時には、所望の形状の型で打ち抜いてもよく、裁断機で裁断してもよい。硬化成型工程で内部に発泡３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・裁断工程で形成される複数枚のシートでは、表面に形成された開孔４の平均孔径がいずれも９０〜１３０μｍの範囲となる。開孔４の平均孔径が９０μｍを下回ると、研磨加工時に研磨液中の砥粒等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１３０μｍを上回ると、略均一な孔径の制御が難しくなる。
【００４０】
（ラミネート工程）
ラミネート工程では、ウレタンシート２の研磨面Ｐと反対側の面に、両面テープ７を一面側の粘着剤層で貼り合わせる。そして、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い研磨パッド１０を完成させる。
【００４１】
（研磨加工）
被研磨物の研磨加工を行うときは、被研磨物の片面を研磨加工する片面研磨機や両面を同時に研磨加工する両面研磨機を用いることができる。片面研磨機を用いるときは、研磨定盤に研磨パッド１０を装着する。研磨定盤に研磨パッド１０を装着するときは、剥離紙８を取り除き、露出した粘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、外部からスラリー（砥粒を含む研磨液）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、被研磨物の加工面を研磨加工する。一方、両面研磨機を用いるときは、対向配置された２つの定盤にそれぞれ研磨パッド１０を装着する。定盤間に被研磨物を配し、スラリーを供給しながら、少なくとも一方の定盤を回転させることで、被研磨物を研磨加工する。研磨加工時には、スラリーが、開孔４に保持されつつ、発泡３、連通孔９を通じて移動し、加工面全体に略均等に供給される。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。また、酸やアルカリ等を添加することで化学的作用による研磨加工もできる。
【００４２】
（作用等）
次に、本実施形態の研磨パッド１０の作用等について、発泡３が連通孔９で連通した発泡構造を有するウレタンシート２の作用を中心に説明する。
【００４３】
従来研磨加工では、乾式成型法により形成された独立発泡構造を有し研磨面に開孔が形成された研磨パッドが用いられている。研磨加工時には、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に供給される。ところが、ポリウレタン樹脂が疎水性を有することから、研磨液の供給性や保持性が不十分となることがある。また、開孔が砥粒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。スラリーの供給性や保持性が不十分な場合は、研磨レートが低下するうえに、被研磨物の表面を均一に研磨加工することが難しくなり、表面形状の悪化を招く。研磨加工の初期においては、ポリウレタン樹脂が疎水性を有することで研磨液と馴染みにくいために研磨パッドの立ち上がりが遅くなる。さらには、開孔の目詰まりも早くなり、加工面に研磨傷（スクラッチ）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。開孔の目詰まりが生じたときは、研磨加工を中断し、研磨面をドレス処理する。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。原料を定めポリウレタン樹脂に親水性基を導入することで研磨パッド自体に親水性を付与する技術もあるが、特定のポリオール化合物や親水性基を用いる必要があるうえ、親水性基を導入することで研磨パッド自体がスラリーにより膨潤し経時的に変化してしまうため、被研磨物の平坦性や研磨性能の安定化が十分とはいえない。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パッドである。
【００４４】
本発明者らは、研磨パッド（乾式成型法によるウレタンシート）とスラリーとの馴染みを改善するために、鋭意検討した結果、親水性基の導入や親水性の添加剤等でウレタン素材を変化させることなく、発泡構造を最適化することで、吸水性を向上させることができることを見出した。すなわち、ウレタンシートのかさ密度、発泡径および発泡形状を調整するために配合する水に対して、整泡剤の種類や配合割合を調整することにより、本来乾式成型法により独立状に形成される発泡間に連通孔を形成し、スラリーの供給性や保持性を改善することができることを見出した。
【００４５】
本実施形態では、研磨パッド１０を構成するウレタンシート２に形成された発泡３が連通孔９により連通している。このため、研磨面Ｐ側に供給される研磨液は、発泡３が開口した開孔４から、連通孔９、発泡３を通じて移動する。すなわち、研磨面Ｐで開口している発泡３だけではなくそれに連通している発泡３により研磨液の供給および保持が可能となり、研磨液の供給性および保持性が従来品と比較して格段に向上する。これにより、研磨初期の段階より研磨液の供給性および保持性を向上させ、研磨パッドの立ち上がりを大幅に改善することができる。また、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の目詰まりが抑制される。このため、研磨液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。
【００４６】
また、本実施形態では、ウレタンシート２のかさ密度が０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３の範囲に調整されている。かさ密度は、原料の仕込み量や発泡径等によって左右されるが、高くなりすぎると発泡径が小さくなる傾向がある。条件設定により発泡径を変化させることなく高密度化することも可能であるが、この場合はポリウレタン樹脂の壁部が厚くなり、研磨レートの低下やスクラッチの増加につながるおそれがある。反対に、かさ密度が低くなりすぎると、強度低下による悪影響や、研磨加工時の平坦性悪化を惹起するため好ましくない。従って、かさ密度を上述した範囲に調整することで、研磨レートの低下や被研磨物の平坦性悪化を抑制することができる。
【００４７】
更に、本実施形態では、ウレタンシート２が連通孔９で連通した発泡３が形成された発泡構造をとり、研磨面Ｐから観察したときに、１ｃｍ２の範囲内に８００個以上、２０００個以下の割合で連通孔９が形成されている。この連通孔９を通じて研磨液や水が浸透するため、研磨パッド１０の水に対する馴染みが良化され、吸水性を高めることができる。連通孔９の形成割合が８００個／ｃｍ２に満たないと吸水性が不十分となり水に対する馴染みを良化することが難しくなる。反対に、形成割合が２０００個／ｃｍ２を超えると、スラリーが研磨パッドの底面側に堆積し、経時的に硬度や密度等の物性が変化するため好ましくない。このような連通孔９が形成されているため、ウレタンシート２の吸水性としては、ウレタンシート２の厚みをａ（ｍｍ）としたときに、水に１時間浸漬したときの吸水率が（３１−１６ａ）％以上、２４時間浸漬したときの吸水率が（５６−２４ａ）％以上を示す。従って、吸水性が高まることで研磨液の循環保持性を確保することができ、研磨性能を向上させることができる。
【００４８】
また更に、本実施形態では、分散液中の整泡剤の量を、分散液中の水の１重量部に対して０．１５〜０．６５重量部の割合とすることで、ポリウレタン樹脂中に発泡をほぼ一様に分布させながら、直径２０μｍ以下の連通孔９が８００個／ｃｍ２以上、２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成された発泡３を形成させることができる。換言すれば、水に対する整泡剤の量を上述した範囲とすることで、研磨パッドの物性を変えることなく吸水性を向上させることができ、例えば、高硬度を保ちつつ吸水性を有する研磨パッドを製造することができる。これにより、得られた複数枚のウレタンシート２では、研磨加工時に研磨液が開孔４に保持されつつ、研磨屑が開孔４に収容されるので、研磨効率の向上を図ることができる。
【００４９】
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。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、靭性を下げることができ、ドレス性を向上させることができる。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。また、ポリイソシアネート化合物がトリレンジイソシアネートを含むようにすることが好ましく、その配合割合としては少なくとも５０重量％とすることが好ましい。更に、プレポリマの調製に用いるポリオール化合物にＰＴＭＧを用いる例を示したが、ＰＴＭＧ以外のポリオール化合物を混合して用いてもよい。この場合、ＰＴＭＧの配合割合を少なくとも５０重量％とすることが好ましい。
【００５０】
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および整泡剤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、水および整泡剤以外に、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、整泡剤を分散させたため、混合工程における水、整泡剤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ることが好ましい。
【００５１】
更に、本実施形態では、かさ密度を０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度を７５〜９５度の範囲に調整する例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。研磨パッド１０がシリコンウエーハの一次研磨に用いられることから、これらの範囲とすることが好ましいが、研磨加工の対象とする被研磨物の特性や要求される研磨精度等により適宜変えるようにしてもよい。
【００５２】
また更に、本実施形態では、特に言及していないが、研磨液の供給や研磨屑の排出を考慮して研磨面Ｐ側に溝加工やエンボス加工を施すようにしてもよい。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、研磨屑の排出や研磨液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。
【００５３】
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することが好ましい。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。
【００５４】
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。
【実施例】
【００５５】
以下、本実施形態に従い製造した研磨パッド１０の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例についても併記する。
【００５６】
（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と数平均分子量約１０００のＰＴＭＧおよびジエチレングリコールとを反応させることで得られたプレポリマを５５℃に加熱し減圧下で脱泡して用いた。このプレポリマでは、イソシアネート含有量が９．６％であった。第２成分のＭＯＣＡは１２０℃で溶融させ、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、水、触媒（トヨキャットＥＴ、東ソー株式会社製）、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）を２．５／０．１／０．０５／０．０５の割合で配合した。この分散液では、シリコン系界面活性剤の配合割合が、水１重量部あたりに換算すると、０．５重量部となる。第１成分、第２成分、第３成分を減圧下で脱泡した後、７９．０／１８．３／２．７の割合となるように混合槽１２に供給した。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のシート状にスライスし、直径８００ｍｍの円形状に切り出したウレタンシート２を用いて実施例１の研磨パッドＡを製造した。
【００５７】
（実施例２）
実施例２では、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３）の添加比率を０．０３とした以外は実施例１と同様にして作製したウレタンシート２を用いて実施例２の研磨パッドＢを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水１重量部あたりに換算すると、０．３重量部となる。
【００５８】
（比較例１）
比較例１では、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３）の添加比率を０．１５とした以外は実施例１と同様にして作製したウレタンシートを用いて比較例１の研磨パッドＣを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水１重量部あたりに換算すると、１．５重量部となる。
【００５９】
（比較例２）
比較例２では、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３）の添加比率を０．０１とした以外は実施例１と同様にして作製したウレタンシートを用いて比較例２の研磨パッドＤを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水１重量部あたりに換算すると、０．１重量部となる。
【００６０】
（評価１）
各実施例および比較例の研磨パッドを構成するウレタンシートについて、かさ密度、ショアＡ硬度、発泡３の平均孔径、連通孔９の数、吸水率（１時間後、２４時間後）を測定した。かさ密度の測定では、試料片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を切り出し、電子天秤（型式メトラ−ＡＪ−１８０）にて重量Ｗ０を測定し、ダイアルゲージにて厚さｔを測定した。厚さｔおよび重量Ｗ０から、かさ密度（ρ）＝Ｗ０／ｔ／１０によりかさ密度を算出した。ショアＡ硬度の測定では、かさ密度の測定と同様に切りだした試料の複数枚を厚さが４．５ｍｍ以上となるように重ね、Ａ型硬度計（日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ７３１１）にて測定した。例えば、１枚の試料片の厚さが１．３ｍｍの場合は、４枚の試料を重ねて測定した。発泡３の平均孔径の測定では、ウレタンシートの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、発泡３の孔径を計測し平均値を求めた。連通孔９の数の測定では、ＳＥＭにて試料表面を５０倍に拡大して５ｍｍ２の視野のＳＥＭ画像を撮影し、そのＳＥＭ画像中の発泡３の内部に見える連通孔９の個数をカウントする。試料の１０箇所についてＳＥＭ画像からカウントした連通孔９の数を合計し、１ｃｍ２あたりに換算した個数を算出した。吸水率（％）の測定では、３ｃｍ×１０ｃｍにカットした試料片の重量を測定しておき、２０℃の水に浸漬する。１時間および２４時間後に試料をピンセットで持ち上げ５秒後に重量を測定した。浸漬前後の重量から、吸水率（％）＝（浸漬後重量−浸漬前重量）／浸漬前重量×１００により吸水率を算出した。かさ密度、ショアＡ硬度、発泡３の平均孔径、連通孔９の数、吸水率の測定結果を下表１に示す。なお、表１において、密度はかさ密度を示し、発泡径は発泡３の平均孔径を示し、連通孔は連通孔９の数を示している。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、各実施例および比較例ともに、ウレタンシートの形成時にシリコン系界面活性剤を添加したことで連通孔が形成されることが判った。図４に示すように、実施例１のウレタンシート２では、ほぼ球状の発泡３に連通孔９が形成されていることが判った。また、いずれのウレタンシートについても、かさ密度が０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５〜９５度の範囲、発泡３の平均孔径が９０〜１３０μｍの範囲を示した。ところが、連通孔９の数については、整泡剤の添加比率により大きく異なる数値を示した。すなわち、添加比率を大きくした比較例１、添加比率を小さくした比較例２のウレタンシートではいずれも８００個／ｃｍ２に満たない数値を示したのに対して、水比率０．１に対する整泡剤の添加比率を０．０１５〜０．０６５の範囲である０．０５、０．０３にそれぞれ調整した実施例１、実施例２のウレタンシートでは、８００個／ｃｍ２を超える８５０個／ｃｍ２、９０５個／ｃｍ２をそれぞれ示した。このことから、シリコン系界面活性剤の整泡剤の添加比率を水１重量部に対して０．３〜０．５重量部の範囲に設定することで、連通孔９の形成割合を高めることのできることが明らかとなった。なお、水の１重量部に対するシリコン系界面活性剤の配合割合を、０．１５〜０．６５重量部の範囲とすることで、連通孔９の形成割合を８００〜２０００個／ｃｍ２の範囲に調整可能なことを確認している。
【００６３】
（評価２）
また、各実施例および比較例の研磨パッドについて、以下の研磨条件にてシリコンウエーハの研磨加工を行い研磨性能を評価した。すなわち、研磨装置の上下定盤に研磨パッドをそれぞれ貼り付け、各水準のシリコンウエーハの各１００枚について研磨加工を行い、平坦度を測定した。平坦度の測定では、平坦度測定装置（黒田精工社製、Ｎａｎｏｍｅｔｏｒｏ３００ＴＴ−Ａ）を用い、Ｅｄｇｅ Ｅｘｃｌｕｓｉｏｎを２ｍｍ、Ｓｉｔｅ−ＦｌａｔｎｅｓｓのＣｅｌｌサイズを２６ｍｍ×８ｍｍ、Ｃｅｌｌレイアウトを０ｍｍ×０ｍｍに設定した。平坦度パラメータは、ＳＥＭＩ規格に示される、ＧＢＩＲ／ＳＦＱＲ（ｍａｘ）／ＳＢＩＲ（ｍａｘ）とした。ＧＢＩＲ（global backsurface-referenced ideal plane/range）は、半導体ウェーハの表側の面全体について裏側の面を基準とする理想平面からの正と負の偏差の範囲のことであり、周縁部を除いて画定される全ウェーハ表面に関する平坦性の評価に使用される。ＳＦＱＲ（site front surface referenced least
squares/range）は、規定された寸法の面について最小２乗誤差により定義された表側からの正および負の偏差の範囲のことであり、ＳＦＱＲ（ｍａｘ）の値が所与のウェーハ上の部品領域全部のＳＦＱＲの最大値を表している。ＳＢＩＲ（site backsurface-reference ideal plane/range）は、部品領域の全厚さ偏差に対応する裏面を基準とした局所厚さ偏差であり、ＳＢＩＲ（ｍａｘ）がＳＢＩＲの最大値を表している。ＳＦＱＲおよびＳＢＩＲはウェーハの或る限定された領域の平坦性に関すものであって、作り込まれる半導体部品の領域に概ね相当する平坦性の評価に使用される。整泡剤の添加比率を０．１５とした研磨パッドＣ（比較例１）で研磨加工したシリコンウエーハの平坦度を基準とし、各研磨パッドで研磨加工したシリコンウエーハの平坦度が基準に対して変化する割合を百分率で求めた。各平坦度パラメータについて、基準に対する変化割合を求めた結果を下表２に示す。
（研磨条件）
研磨ウェーハ：直径３００ｍｍφシリコンウエーハ
研磨装置：不二越機械工業社製両面研磨装置
研磨液：株式会社フジミインコーポレーテッド、コロイダルシリカタイプ
研磨圧力：１５０ｇ／ｃｍ２
キャリア：金属製
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２に示すように、水比率０．１に対するシリコン系界面活性剤の添加比率を０．０１５〜０．０６５の範囲とした研磨パッド、すなわち、実施例１の研磨パッドＡ（添加比率：０．０５）と実施例２の研磨パッドＢ（添加比率：０．０３）で研磨加工したシリコンウエーハの平坦度では、形状が安定し高平坦化に改善されることが判明した。これに対して、シリコン系界面活性剤の添加比率を０．０１（０．０１５未満）とした研磨パッドＤ（比較例２）では、シリコンウエーハの平坦度が悪化する傾向を示した。これは、添加比率を小さくしすぎたことで、発泡形成のために配合した水と十分に混合することができず吸水率が低下したためと考えられる。また、測定結果から、吸水率とＳＦＱＲ（ｍａｘ）とが相関関係を示すことが確認できた。
【００６６】
以上説明したように、乾式成型法によるウレタンシート２の形成時にシリコン系界面活性剤を指定範囲の割合で添加することで、発泡３が連通孔９で連通した発泡構造を形成することができることが判明した。このようなウレタンシート２を用いた研磨パッド１０では、研磨性能を向上させることができ、シリコンウエーハの平坦度を向上させることができることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は研磨液に対する馴染みを向上させ研磨性能の安定化を図ることができる研磨パッド、該研磨パッドの製造方法および該研磨パッドを用いた研磨加工方法を提供するものであるため、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。
【符号の説明】
【００６８】
Ｐ 研磨面
２ ウレタンシート（樹脂発泡体）
３ 発泡（気泡）
４ 開孔
９ 連通孔
１０ 研磨パッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨パッド、その製造方法および研磨加工方法に係り、特に、乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッド、該研磨パッドの製造方法および該研磨パッドを用いた研磨加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、電子部品等の材料、特に、Ｓｉ基板（シリコンウエーハ）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、ガラス、ハードデイスクやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板等の薄型基板（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、ＬＣＤ用ガラス基板では、ＬＣＤ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。
【０００３】
研磨加工には、湿式凝固法や乾式成型法により形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドが用いられる。通常、湿式凝固法では、ポリウレタン樹脂等の樹脂を水混和性の有機溶媒に溶解させた樹脂溶液をシート状の基材に塗布した後、水系凝固液中で有機溶媒と水とを置換させることで発泡が連続状に形成された樹脂発泡体が形成される。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（スラリー）が開孔に保持されつつ、研磨面と加工面との間に放出される。すなわち、湿式凝固法により形成された樹脂発泡体では、研磨液が発泡を通じて移動することで、研磨液の循環保持性を有している。ところが、研磨加工時に研磨パッドが摩耗するにつれて研磨面での開孔径が大きくなり、研磨性能が変化してしまうことがある。また、発泡が連続状に形成されるため、研磨加工に繰り返し用いたときに樹脂発泡体にへたりが生じることもある。これに対して、乾式成型法では、通常、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ることで発泡が独立状に形成されたポリウレタン発泡体が形成される。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。
【０００４】
ところが、乾式成型法により形成されたポリウレタン発泡体では、ポリウレタン樹脂が本来、疎水性を有するため、シリコンウエーハ表面等を研磨加工するときに研磨液が研磨パッドになじみ難い、という問題がある。発泡が独立状に形成されることから、研磨液や研磨屑が発泡を通じて移動し難く、研磨液の循環保持性の点で湿式凝固法による樹脂発泡体と遜色する。このため、研磨液や研磨屑により開孔の目詰まりが発生しやすく、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もある。研磨液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可能であるが、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おそれがある。さらには、開孔や溝の数を増やした分で研磨液の排出が促進され、研磨性能の低下を招く。また、研磨液の供給性や保持性が確保できない場合は、研磨加工時、特に、研磨初期に被研磨物の平坦性を確保することができず、研磨パッドの立ち上げに際し不良品の発生率を増大させることもある。
【０００５】
これらの問題を解決するために、親水性基を有する化合物が共重合されたポリウレタン樹脂と、親水剤とを含有するポリウレタン組成物を用いた研磨パッドの技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、研磨パッドの親水性を向上させて研磨液とのなじみを改善し、研磨液の供給性や保持性を確保することで、研磨レートの向上や研磨性能の安定化が図られる。また、研磨パッドの親水性を向上させる方法としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の親水性のポリオール成分を併用する方法、親水性の添加剤を添加する方法等により親水性物質を共存させる方法等が主に用いられている。
【０００６】
一方、エチレンオキサイド単位（−ＣＨ２ＣＨ２Ｏ−）を有する親水性高分子量ポリオールを含まず、かつ、分子側鎖にカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、およびこれらの塩で構成される群から選択される少なくとも１種の親水性基を有するポリウレタン組成物を用いた研磨パッドの技術が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２８９１０号公報
【特許文献２】特開２００７−２７６０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、研磨液の保持性が向上するものの、親水剤等によりポリウレタン素材自体が親水化されることで、膨潤による形状変化、耐湿熱性や耐薬品性の低下等を招いてしまう。このため、研磨初期では研磨性能が安定化するものの、経時的に研磨パッド自体の劣化が起こり、結果として、被研磨物の表面形状に影響を及ぼす、という欠点もある。また、特許文献２の技術では、イオン性の官能基を導入したポリウレタン組成物を用いることで親水化が図られているものの、特許文献１と同様に、吸水による膨潤や耐薬品性の点で問題がある。
【０００９】
本発明は上記事案に鑑み、研磨液に対する馴染みを向上させ研磨性能の安定化を図ることができる研磨パッド、該研磨パッドの製造方法および該研磨パッドを用いた研磨加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に前記気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂発泡体では近接して形成された前記気泡間に連通孔が形成されており、前記連通孔は前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第１の態様では、近接して形成された気泡間に、研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で連通孔が形成されていることで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が研磨面に形成された開孔から連通孔で連通した気泡を通じて移動するため、研磨初期でも研磨液に対する馴染みを向上させることができ、研磨液の循環保持性が確保されることで研磨性能の安定化を図ることができる。
【００１２】
第１の態様において、連通孔が、研磨面側から観察したときに単位面積あたり２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成されていてもよい。また、樹脂発泡体を、厚みａが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲のシート状に形成し、２０℃の水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される吸水率が、１時間浸漬させたときに（３１−１６ａ）％以上、２４時間浸漬させたときに（５６−２４ａ）％以上とすることが好ましい。このとき、樹脂発泡体を、かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５度〜９５度の範囲、研磨面に形成された開孔の平均孔径が９０μｍ〜１３０μｍの範囲とすることができる。このような樹脂発泡体がポリウレタン樹脂で形成されていてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様の研磨パッドの製造方法であって、ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させ得られたイソシアネート基含有化合物、ポリアミン化合物、水および整泡剤の各成分を準備する準備ステップと、前記準備ステップで準備した各成分を略均一に混合した混合液から乾式成型法でポリウレタン発泡体を形成する発泡体形成ステップと、前記発泡体形成ステップで形成されたポリウレタン発泡体をシート状にスライスするスライスステップと、を含むことを特徴とする。この場合において、準備ステップで準備する整泡剤を、シリコン系界面活性剤とし、水の１重量部に対する添加量が０．１５重量部〜０．６５重量部の範囲とすることができる。
【００１４】
また、本発明の第３の態様は、第１の態様の研磨パッドを用いた被研磨物の研磨加工方法であって、研磨装置の対向配置された２つの定盤の少なくとも一方に前記研磨パッドを装着し、前記定盤間に前記被研磨物を配し、前記被研磨物および研磨パッド間に砥粒が混合された研磨液を供給しつつ前記定盤の少なくとも一方を回転駆動する、ステップを含むことを特徴とする。この場合において、被研磨物をシリコンウエーハとしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、近接して形成された気泡間に、研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で連通孔が形成されていることで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が研磨面に形成された開孔から連通孔で連通した気泡を通じて移動するため、研磨初期でも研磨液に対する馴染みを向上させることができ、研磨液の循環保持性が確保されることで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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した実施形態の研磨パッドを模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態の研磨パッドの製造方法の要部を示す工程図である。
【図３】実施形態の研磨パッドの製造に用いた混合機および型枠の概略を示すブロック図である。
【図４】実施例１の研磨パッドの研磨面における連通孔の形成状態を示す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、シリコンウエーハの一次研磨加工に用いられる研磨パッドで本発明を適用した研磨パッドの実施の形態について説明する。
【００１８】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の研磨パッド１０は、ポリウレタン樹脂製の樹脂発泡体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整泡剤を含む分散液と、ポリアミン化合物と、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し裁断することで形成されている。すなわち、研磨パッド１０を構成するウレタンシート２は、乾式成型法により形成されている。
【００１９】
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により、断面が円形状ないし楕円形状の発泡（気泡）３が略均等に分散して形成されている。すなわち、ウレタンシート２は発泡構造を有している。発泡３の平均孔径については、発泡剤の役割を果たす水の含有量や製造時の攪拌条件等で調整可能であり、本例では、９０〜１３０μｍの範囲に調整されている。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の一部が開口しており、開孔４が形成されている。開孔４が発泡３の開口で形成されるため、開孔４の平均孔径が９０〜１３０μｍの範囲となる。ウレタンシート２の内部で近接して形成された発泡３は、分散液中の水と整泡剤との作用により連通しており、連通した発泡３の間には連通孔９が形成されている。ウレタンシート２の厚みａは、ポリウレタン発泡体のスライス時に調整することができ、本例では、０．５〜１．５ｍｍの範囲に調整されている。
【００２０】
ウレタンシート２では、かさ密度が０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５〜９５度の範囲にそれぞれ調整されている。また、ウレタンシート２では、研磨面Ｐに開孔４が形成されているため、発泡３の間に形成された連通孔９を研磨面Ｐ側から確認することができる。連通孔９は、研磨面Ｐ側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上、２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成されている。なお、連通孔９は、開孔４の内部に、直径２０μｍ以下の針穴状（ピンホール状）に形成された孔として観察される。
【００２１】
ここで、連通孔９の果たす役割について説明する。従来乾式成型法で形成されるポリウレタン発泡体では、ポリウレタン自体が疎水性を有するうえに、発泡が独立状に形成された発泡構造を有するため、水（例えば、研磨液）には馴染み難いものである。これに対して、ウレタンシート２では、連通孔９が形成されたことで、研磨面Ｐの開孔４から連通孔９、発泡３を通じて水の移動が可能となる。連通孔９の形成割合が増加するにつれて、水への馴染みがよくなり、吸水スピードや吸水率が向上する。この吸水率は、ウレタンシート２を水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される。研磨加工の初期における立ち上がりの良さは、水への馴染み易さ、言い換えれば吸水スピードの早さで決定される。また、複数の被研磨物を連続して研磨加工する際には、水への馴染みが良く水分保持率が高い研磨パッドほど安定性に優れている。ウレタンシート２では、水に１時間浸漬したときの吸水率が（３１−１６ａ）％以上、２４時間浸漬したときの吸水率が（５６−２４ａ）％以上を示す。ここで、ａはウレタンシート２の厚み（ｍｍ）を表している。吸水率は、ウレタンシート２の厚みａに影響を受けるため、上述した厚みａの範囲（０．５〜１．５ｍｍ）における厚みａと吸水率との関係から好適な範囲を導き出したものである。研磨加工初期の立ち上がりや研磨性能の安定性を考慮すれば、１時間後の吸水率を（３６−１６ａ）％以上、２４時間後の吸水率を（５６−２４ａ）％以上とすることが好ましい。このように吸水率を高めるためには、発泡３の平均孔径を１００〜１２０μｍの範囲に調整することが好ましい。保持される水分の量は、発泡の空隙がすべて満たされる量まで高めることができ、例えば、ウレタンシート２のかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ３の場合、吸水量を０．６ｇ／ｃｍ３まで高めることができる。
【００２２】
ウレタンシート２のかさ密度は、研磨特性に大きく影響を与える。かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３に満たないと、ウレタンシート２の空隙が多くなりすぎるため、耐久性が低下することとなる。反対に、かさ密度が０．８０ｇ／ｃｍ３を超えると、発泡３の個数が少なくなり、ポリウレタン樹脂の壁部分が増加して研磨効率の低下を招く。耐久性や研磨効率の向上を考慮すれば、かさ密度を０．４０〜０．６０ｇ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。また、ウレタンシート２の硬度は、被研磨物（加工面）の平坦性に影響を与える。ショアＡ硬度が７５度に満たないとウレタンシート２が柔らかくなり研磨加工した際の加工面の平坦性を低下させるおそれがあり、反対に、９５度を超えるとスクラッチ（研磨キズ）が多発するため、好ましくない。加工面の平坦性向上を考慮すれば、ショアＡ硬度を８０〜９５度の範囲とすることが好ましい。連通孔９については、形成割合が８００個／ｃｍ２に満たないと、水の浸透性が低下し、吸水速度が遅くなり、吸水率も減少するため、好ましくない。反対に、形成割合が２０００個／ｃｍ２を超える場合には、スラリーが研磨パッドの底面（研磨面Ｐと反対の面）側に堆積し、経時的に硬度や密度等の物性が変化するため好ましくない。物性変化の抑制を考慮すれば、連通孔９の形成割合が１０００個／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００２３】
かさ密度やショアＡ硬度は、ウレタンシート２を構成するポリウレタン樹脂の組成、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が、ウレタンシート２の発泡構造と大きく相関する。かさ密度、ショアＡ硬度は、発泡３の大きさ、数量を変えること、換言すれば、分散液中の水の量を変えることで調整することができる。
【００２４】
また、図１に示すように、研磨パッド１０は、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１０を装着するための両面テープ７が貼り合わされている。両面テープ７は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルム等の図示を省略した基材の両面にそれぞれ粘着剤層（不図示）が形成されている。両面テープ７は、一面側の粘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）の粘着剤層が剥離紙８で覆われている。
【００２５】
（製造）
研磨パッド１０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、予めポリオール化合物に水と整泡剤と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、ポリアミン化合物の各成分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し型枠内で発泡、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裁断して複数枚のシートを形成するスライス・裁断工程、ウレタンシート２と両面テープ７とを貼り合わせ研磨パッド１０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。
【００２６】
（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のショアＡ硬度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。
【００２７】
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。
【００２８】
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することで、研磨加工時の溶出、ひいては、研磨性能に対する悪影響を抑制することができる。分散液では、発泡に関与しないポリオール化合物に水および整泡剤が分散されることで、次工程の混合工程で水、整泡剤の混合斑を低減する役割を果たす。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、水および整泡剤が略均等に分散希釈されていればよい。
【００２９】
分散液に分散させる水としては、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、分散液に対する水の配合割合は、３．００〜３．７５重量％の範囲に調整する。
【００３０】
一方、分散液に分散させる整泡剤は、得られるポリウレタン発泡体に形成される連通孔９の割合を調整する役割を果たす。すなわち、整泡剤は、その種類によって、分散力、ポリオール化合物への相溶性、発泡の安定化力が異なるため、整泡剤の種類や添加量をコントロールすることで、連通孔９の形成割合を調整することが可能である。連通孔９の形成に好適な整泡剤としては、シリコン系界面活性剤を挙げることができるが、とりわけ、シリコン系ノニオン界面活性剤であって、活性水素基を有していないものを使用することが好ましい。シリコン系ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリエーテル変性シリコーン、すなわち、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサン・コポリマを挙げることができる。ポリエーテル変性シリコーンを構成するポリエーテルとしては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、これらの共重合体等を例示することができる。このようなシリコン系ノニオン界面活性剤の整泡剤として、具体的には、シリコン整泡剤ＳＨ−１９０、ＳＨ−１９２、ＳＨ−１９３（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、Ｌ−５３４０（日本ユニカー株式会社製）等を例示することができる。
【００３１】
分散液に対する整泡剤の添加量は、発泡剤として配合される水の添加量により調整され、水の１重量部に対して上述した整泡剤ＳＨ−１９３を０．１５〜０．６５重量部の範囲とすることが好ましい。水に対する整泡剤の添加量が０．１５重量部未満ではポリウレタン樹脂に対する分散液の分散性が悪化し、発泡形状および発泡の分布にムラが生じ、上述した発泡構造を有するポリウレタン発泡体が得られなくなる。反対に、添加量が０．６５重量部を超えるとポリウレタン発泡体に形成される連通孔９が減少し、水に対する馴染みが悪くなる結果となる。発泡構造がかさ密度やショアＡ硬度の物性と相関することから、物性と水に対する馴染みとをバランスよく確保することを考慮すれば、整泡剤を水の１重量部に対して、０．３〜０．５重量部の範囲で配合することが好ましい。
【００３２】
準備工程で準備する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。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。
【００３３】
（混合工程、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し、混合液を調製する。硬化成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、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、硬化成型工程を連続して行う。
【００３４】
プレポリマを生成させるときは、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基のモル量をポリオール化合物の水酸基のモル量より大きくする。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３０〜８０℃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、３０〜８０℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。
【００３５】
図３に示すように、混合工程では混合機２０で混合液を調製し、硬化成型工程では調製された混合液を混合機２０から連続して型枠２５に注型し、硬化させることによりポリウレタン発泡体を成型する。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が配置されている。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。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って配置された回転軸に固定されている。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。
【００３６】
各供給槽から第１成分、第２成分、第３成分をそれぞれ混合槽１２に供給し、攪拌翼１４により均一となるように混合する。混合機２０の回転軸の回転に伴い攪拌翼１４が回転し、各成分を剪断するようにして混合する。このとき、攪拌翼１４の剪断速度、剪断回数を調整することで、各成分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、混合液中で生じた気泡が（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、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。
【００３７】
硬化成型工程で、得られた混合液を混合槽１２の下流端部に配置された排出口から型枠２５に注型する。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。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。
【００３８】
整泡剤に用いたシリコン系界面活性剤の主骨格であるポリジメチルシロキサンは、比較的低い表面張力を示す。ポリウレタン発泡系における整泡剤の役割は、このポリジメチルシロキサンの特性がベースとなっている。シリコン系界面活性剤は、ポリウレタン発泡系において、非シリコン系界面活性剤より優れた表面活性効果を示す。整泡剤のポリウレタン発泡系に対する寄与は、低粘度域での撹拌力の補助と、反応が進行した際の高粘度域での泡の安定化とに大別される。撹拌力の補助は、原料成分を混合・乳化すること、および、巻き込みガスを分散させることを意味している。一方、泡の安定化は、泡の合一を抑制すること、および、膜を安定化させることを意味している。泡の合一抑制では表面張力の調整により、膜の安定化では動的表面張力・表面弾性・表面粘性の調整により効果を与える。従って、攪拌力の補助効果が大きくなり、生じた泡の安定化が少なくなる条件を選定することで、連通孔９の形成割合を増加させることができる。この条件は、発泡剤として配合した水の添加量、整泡剤の種類や添加量にあわせて選定される。
【００３９】
（スライス・裁断工程）
図２に示すように、スライス・裁断工程では、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、円形等の所望の形状、サイズに裁断して複数枚のシートを形成する。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、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ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をキズ等の関係から使用せず、中央部の約３０ｍｍ分から２０〜６０枚のシート状にスライスする。裁断時には、所望の形状の型で打ち抜いてもよく、裁断機で裁断してもよい。硬化成型工程で内部に発泡３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・裁断工程で形成される複数枚のシートでは、表面に形成された開孔４の平均孔径がいずれも９０〜１３０μｍの範囲となる。開孔４の平均孔径が９０μｍを下回ると、研磨加工時に研磨液中の砥粒等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１３０μｍを上回ると、略均一な孔径の制御が難しくなる。
【００４０】
（ラミネート工程）
ラミネート工程では、ウレタンシート２の研磨面Ｐと反対側の面に、両面テープ７を一面側の粘着剤層で貼り合わせる。そして、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い研磨パッド１０を完成させる。
【００４１】
（研磨加工）
被研磨物の研磨加工を行うときは、被研磨物の片面を研磨加工する片面研磨機や両面を同時に研磨加工する両面研磨機を用いることができる。片面研磨機を用いるときは、研磨定盤に研磨パッド１０を装着する。研磨定盤に研磨パッド１０を装着するときは、剥離紙８を取り除き、露出した粘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、外部からスラリー（砥粒を含む研磨液）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、被研磨物の加工面を研磨加工する。一方、両面研磨機を用いるときは、対向配置された２つの定盤にそれぞれ研磨パッド１０を装着する。定盤間に被研磨物を配し、スラリーを供給しながら、少なくとも一方の定盤を回転させることで、被研磨物を研磨加工する。研磨加工時には、スラリーが、開孔４に保持されつつ、発泡３、連通孔９を通じて移動し、加工面全体に略均等に供給される。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。また、酸やアルカリ等を添加することで化学的作用による研磨加工もできる。
【００４２】
（作用等）
次に、本実施形態の研磨パッド１０の作用等について、発泡３が連通孔９で連通した発泡構造を有するウレタンシート２の作用を中心に説明する。
【００４３】
従来研磨加工では、乾式成型法により形成された独立発泡構造を有し研磨面に開孔が形成された研磨パッドが用いられている。研磨加工時には、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に供給される。ところが、ポリウレタン樹脂が疎水性を有することから、研磨液の供給性や保持性が不十分となることがある。また、開孔が砥粒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。スラリーの供給性や保持性が不十分な場合は、研磨レートが低下するうえに、被研磨物の表面を均一に研磨加工することが難しくなり、表面形状の悪化を招く。研磨加工の初期においては、ポリウレタン樹脂が疎水性を有することで研磨液と馴染みにくいために研磨パッドの立ち上がりが遅くなる。さらには、開孔の目詰まりも早くなり、加工面に研磨傷（スクラッチ）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。開孔の目詰まりが生じたときは、研磨加工を中断し、研磨面をドレス処理する。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。原料を定めポリウレタン樹脂に親水性基を導入することで研磨パッド自体に親水性を付与する技術もあるが、特定のポリオール化合物や親水性基を用いる必要があるうえ、親水性基を導入することで研磨パッド自体がスラリーにより膨潤し経時的に変化してしまうため、被研磨物の平坦性や研磨性能の安定化が十分とはいえない。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パッドである。
【００４４】
本発明者らは、研磨パッド（乾式成型法によるウレタンシート）とスラリーとの馴染みを改善するために、鋭意検討した結果、親水性基の導入や親水性の添加剤等でウレタン素材を変化させることなく、発泡構造を最適化することで、吸水性を向上させることができることを見出した。すなわち、ウレタンシートのかさ密度、発泡径および発泡形状を調整するために配合する水に対して、整泡剤の種類や配合割合を調整することにより、本来乾式成型法により独立状に形成される発泡間に連通孔を形成し、スラリーの供給性や保持性を改善することができることを見出した。
【００４５】
本実施形態では、研磨パッド１０を構成するウレタンシート２に形成された発泡３が連通孔９により連通している。このため、研磨面Ｐ側に供給される研磨液は、発泡３が開口した開孔４から、連通孔９、発泡３を通じて移動する。すなわち、研磨面Ｐで開口している発泡３だけではなくそれに連通している発泡３により研磨液の供給および保持が可能となり、研磨液の供給性および保持性が従来品と比較して格段に向上する。これにより、研磨初期の段階より研磨液の供給性および保持性を向上させ、研磨パッドの立ち上がりを大幅に改善することができる。また、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の目詰まりが抑制される。このため、研磨液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。
【００４６】
また、本実施形態では、ウレタンシート２のかさ密度が０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３の範囲に調整されている。かさ密度は、原料の仕込み量や発泡径等によって左右されるが、高くなりすぎると発泡径が小さくなる傾向がある。条件設定により発泡径を変化させることなく高密度化することも可能であるが、この場合はポリウレタン樹脂の壁部が厚くなり、研磨レートの低下やスクラッチの増加につながるおそれがある。反対に、かさ密度が低くなりすぎると、強度低下による悪影響や、研磨加工時の平坦性悪化を惹起するため好ましくない。従って、かさ密度を上述した範囲に調整することで、研磨レートの低下や被研磨物の平坦性悪化を抑制することができる。
【００４７】
更に、本実施形態では、ウレタンシート２が連通孔９で連通した発泡３が形成された発泡構造をとり、研磨面Ｐから観察したときに、１ｃｍ２の範囲内に８００個以上、２０００個以下の割合で連通孔９が形成されている。この連通孔９を通じて研磨液や水が浸透するため、研磨パッド１０の水に対する馴染みが良化され、吸水性を高めることができる。連通孔９の形成割合が８００個／ｃｍ２に満たないと吸水性が不十分となり水に対する馴染みを良化することが難しくなる。反対に、形成割合が２０００個／ｃｍ２を超えると、スラリーが研磨パッドの底面側に堆積し、経時的に硬度や密度等の物性が変化するため好ましくない。このような連通孔９が形成されているため、ウレタンシート２の吸水性としては、ウレタンシート２の厚みをａ（ｍｍ）としたときに、水に１時間浸漬したときの吸水率が（３１−１６ａ）％以上、２４時間浸漬したときの吸水率が（５６−２４ａ）％以上を示す。従って、吸水性が高まることで研磨液の循環保持性を確保することができ、研磨性能を向上させることができる。
【００４８】
また更に、本実施形態では、分散液中の整泡剤の量を、分散液中の水の１重量部に対して０．１５〜０．６５重量部の割合とすることで、ポリウレタン樹脂中に発泡をほぼ一様に分布させながら、直径２０μｍ以下の連通孔９が８００個／ｃｍ２以上、２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成された発泡３を形成させることができる。換言すれば、水に対する整泡剤の量を上述した範囲とすることで、研磨パッドの物性を変えることなく吸水性を向上させることができ、例えば、高硬度を保ちつつ吸水性を有する研磨パッドを製造することができる。これにより、得られた複数枚のウレタンシート２では、研磨加工時に研磨液が開孔４に保持されつつ、研磨屑が開孔４に収容されるので、研磨効率の向上を図ることができる。
【００４９】
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。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、靭性を下げることができ、ドレス性を向上させることができる。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。また、ポリイソシアネート化合物がトリレンジイソシアネートを含むようにすることが好ましく、その配合割合としては少なくとも５０重量％とすることが好ましい。更に、プレポリマの調製に用いるポリオール化合物にＰＴＭＧを用いる例を示したが、ＰＴＭＧ以外のポリオール化合物を混合して用いてもよい。この場合、ＰＴＭＧの配合割合を少なくとも５０重量％とすることが好ましい。
【００５０】
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および整泡剤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、水および整泡剤以外に、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、整泡剤を分散させたため、混合工程における水、整泡剤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ることが好ましい。
【００５１】
更に、本実施形態では、かさ密度を０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度を７５〜９５度の範囲に調整する例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。研磨パッド１０がシリコンウエーハの一次研磨に用いられることから、これらの範囲とすることが好ましいが、研磨加工の対象とする被研磨物の特性や要求される研磨精度等により適宜変えるようにしてもよい。
【００５２】
また更に、本実施形態では、特に言及していないが、研磨液の供給や研磨屑の排出を考慮して研磨面Ｐ側に溝加工やエンボス加工を施すようにしてもよい。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、研磨屑の排出や研磨液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。
【００５３】
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することが好ましい。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。
【００５４】
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。
【実施例】
【００５５】
以下、本実施形態に従い製造した研磨パッド１０の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例についても併記する。
【００５６】
（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と数平均分子量約１０００のＰＴＭＧおよびジエチレングリコールとを反応させることで得られたプレポリマを５５℃に加熱し減圧下で脱泡して用いた。このプレポリマでは、イソシアネート含有量が９．６％であった。第２成分のＭＯＣＡは１２０℃で溶融させ、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、水、触媒（トヨキャットＥＴ、東ソー株式会社製）、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）を２．５／０．１／０．０５／０．０５の割合で配合した。この分散液では、シリコン系界面活性剤の配合割合が、水１重量部あたりに換算すると、０．５重量部となる。第１成分、第２成分、第３成分を減圧下で脱泡した後、７９．０／１８．３／２．７の割合となるように混合槽１２に供給した。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のシート状にスライスし、直径８００ｍｍの円形状に切り出したウレタンシート２を用いて実施例１の研磨パッドＡを製造した。
【００５７】
（実施例２）
実施例２では、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３）の添加比率を０．０３とした以外は実施例１と同様にして作製したウレタンシート２を用いて実施例２の研磨パッドＢを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水１重量部あたりに換算すると、０．３重量部となる。
【００５８】
（比較例１）
比較例１では、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３）の添加比率を０．１５とした以外は実施例１と同様にして作製したウレタンシートを用いて比較例１の研磨パッドＣを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水１重量部あたりに換算すると、１．５重量部となる。
【００５９】
（比較例２）
比較例２では、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３）の添加比率を０．０１とした以外は実施例１と同様にして作製したウレタンシートを用いて比較例２の研磨パッドＤを製造した。このとき、シリコン系界面活性剤の配合割合は、水１重量部あたりに換算すると、０．１重量部となる。
【００６０】
（評価１）
各実施例および比較例の研磨パッドを構成するウレタンシートについて、かさ密度、ショアＡ硬度、発泡３の平均孔径、連通孔９の数、吸水率（１時間後、２４時間後）を測定した。かさ密度の測定では、試料片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を切り出し、電子天秤（型式メトラ−ＡＪ−１８０）にて重量Ｗ０を測定し、ダイアルゲージにて厚さｔを測定した。厚さｔおよび重量Ｗ０から、かさ密度（ρ）＝Ｗ０／ｔ／１０によりかさ密度を算出した。ショアＡ硬度の測定では、かさ密度の測定と同様に切りだした試料の複数枚を厚さが４．５ｍｍ以上となるように重ね、Ａ型硬度計（日本工業規格ＪＩＳ Ｋ ７３１１）にて測定した。例えば、１枚の試料片の厚さが１．３ｍｍの場合は、４枚の試料を重ねて測定した。発泡３の平均孔径の測定では、ウレタンシートの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、発泡３の孔径を計測し平均値を求めた。連通孔９の数の測定では、ＳＥＭにて試料表面を５０倍に拡大して５ｍｍ２の視野のＳＥＭ画像を撮影し、そのＳＥＭ画像中の発泡３の内部に見える連通孔９の個数をカウントする。試料の１０箇所についてＳＥＭ画像からカウントした連通孔９の数を合計し、１ｃｍ２あたりに換算した個数を算出した。吸水率（％）の測定では、３ｃｍ×１０ｃｍにカットした試料片の重量を測定しておき、２０℃の水に浸漬する。１時間および２４時間後に試料をピンセットで持ち上げ５秒後に重量を測定した。浸漬前後の重量から、吸水率（％）＝（浸漬後重量−浸漬前重量）／浸漬前重量×１００により吸水率を算出した。かさ密度、ショアＡ硬度、発泡３の平均孔径、連通孔９の数、吸水率の測定結果を下表１に示す。なお、表１において、密度はかさ密度を示し、発泡径は発泡３の平均孔径を示し、連通孔は連通孔９の数を示している。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、各実施例および比較例ともに、ウレタンシートの形成時にシリコン系界面活性剤を添加したことで連通孔が形成されることが判った。図４に示すように、実施例１のウレタンシート２では、ほぼ球状の発泡３に連通孔９が形成されていることが判った。また、いずれのウレタンシートについても、かさ密度が０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５〜９５度の範囲、発泡３の平均孔径が９０〜１３０μｍの範囲を示した。ところが、連通孔９の数については、整泡剤の添加比率により大きく異なる数値を示した。すなわち、添加比率を大きくした比較例１、添加比率を小さくした比較例２のウレタンシートではいずれも８００個／ｃｍ２に満たない数値を示したのに対して、水比率０．１に対する整泡剤の添加比率を０．０１５〜０．０６５の範囲である０．０５、０．０３にそれぞれ調整した実施例１、実施例２のウレタンシートでは、８００個／ｃｍ２を超える８５０個／ｃｍ２、９０５個／ｃｍ２をそれぞれ示した。このことから、シリコン系界面活性剤の整泡剤の添加比率を水１重量部に対して０．３〜０．５重量部の範囲に設定することで、連通孔９の形成割合を高めることのできることが明らかとなった。なお、水の１重量部に対するシリコン系界面活性剤の配合割合を、０．１５〜０．６５重量部の範囲とすることで、連通孔９の形成割合を８００〜２０００個／ｃｍ２の範囲に調整可能なことを確認している。
【００６３】
（評価２）
また、各実施例および比較例の研磨パッドについて、以下の研磨条件にてシリコンウエーハの研磨加工を行い研磨性能を評価した。すなわち、研磨装置の上下定盤に研磨パッドをそれぞれ貼り付け、各水準のシリコンウエーハの各１００枚について研磨加工を行い、平坦度を測定した。平坦度の測定では、平坦度測定装置（黒田精工社製、Ｎａｎｏｍｅｔｏｒｏ３００ＴＴ−Ａ）を用い、Ｅｄｇｅ Ｅｘｃｌｕｓｉｏｎを２ｍｍ、Ｓｉｔｅ−ＦｌａｔｎｅｓｓのＣｅｌｌサイズを２６ｍｍ×８ｍｍ、Ｃｅｌｌレイアウトを０ｍｍ×０ｍｍに設定した。平坦度パラメータは、ＳＥＭＩ規格に示される、ＧＢＩＲ／ＳＦＱＲ（ｍａｘ）／ＳＢＩＲ（ｍａｘ）とした。ＧＢＩＲ（global backsurface-referenced ideal plane/range）は、半導体ウェーハの表側の面全体について裏側の面を基準とする理想平面からの正と負の偏差の範囲のことであり、周縁部を除いて画定される全ウェーハ表面に関する平坦性の評価に使用される。ＳＦＱＲ（site front surface referenced least
squares/range）は、規定された寸法の面について最小２乗誤差により定義された表側からの正および負の偏差の範囲のことであり、ＳＦＱＲ（ｍａｘ）の値が所与のウェーハ上の部品領域全部のＳＦＱＲの最大値を表している。ＳＢＩＲ（site backsurface-reference ideal plane/range）は、部品領域の全厚さ偏差に対応する裏面を基準とした局所厚さ偏差であり、ＳＢＩＲ（ｍａｘ）がＳＢＩＲの最大値を表している。ＳＦＱＲおよびＳＢＩＲはウェーハの或る限定された領域の平坦性に関すものであって、作り込まれる半導体部品の領域に概ね相当する平坦性の評価に使用される。整泡剤の添加比率を０．１５とした研磨パッドＣ（比較例１）で研磨加工したシリコンウエーハの平坦度を基準とし、各研磨パッドで研磨加工したシリコンウエーハの平坦度が基準に対して変化する割合を百分率で求めた。各平坦度パラメータについて、基準に対する変化割合を求めた結果を下表２に示す。
（研磨条件）
研磨ウェーハ：直径３００ｍｍφシリコンウエーハ
研磨装置：不二越機械工業社製両面研磨装置
研磨液：株式会社フジミインコーポレーテッド、コロイダルシリカタイプ
研磨圧力：１５０ｇ／ｃｍ２
キャリア：金属製
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２に示すように、水比率０．１に対するシリコン系界面活性剤の添加比率を０．０１５〜０．０６５の範囲とした研磨パッド、すなわち、実施例１の研磨パッドＡ（添加比率：０．０５）と実施例２の研磨パッドＢ（添加比率：０．０３）で研磨加工したシリコンウエーハの平坦度では、形状が安定し高平坦化に改善されることが判明した。これに対して、シリコン系界面活性剤の添加比率を０．０１（０．０１５未満）とした研磨パッドＤ（比較例２）では、シリコンウエーハの平坦度が悪化する傾向を示した。これは、添加比率を小さくしすぎたことで、発泡形成のために配合した水と十分に混合することができず吸水率が低下したためと考えられる。また、測定結果から、吸水率とＳＦＱＲ（ｍａｘ）とが相関関係を示すことが確認できた。
【００６６】
以上説明したように、乾式成型法によるウレタンシート２の形成時にシリコン系界面活性剤を指定範囲の割合で添加することで、発泡３が連通孔９で連通した発泡構造を形成することができることが判明した。このようなウレタンシート２を用いた研磨パッド１０では、研磨性能を向上させることができ、シリコンウエーハの平坦度を向上させることができることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は研磨液に対する馴染みを向上させ研磨性能の安定化を図ることができる研磨パッド、該研磨パッドの製造方法および該研磨パッドを用いた研磨加工方法を提供するものであるため、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。
【符号の説明】
【００６８】
Ｐ 研磨面
２ ウレタンシート（樹脂発泡体）
３ 発泡（気泡）
４ 開孔
９ 連通孔
１０ 研磨パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に前記気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂発泡体では近接して形成された前記気泡間に連通孔が形成されており、前記連通孔は前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で形成されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記連通孔は、前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記樹脂発泡体は、厚みａが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲のシート状に形成されており、２０℃の水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される吸水率が、１時間浸漬させたときに（３１−１６ａ）％以上であり、２４時間浸漬させたときに（５６−２４ａ）％以上であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記樹脂発泡体は、かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５度〜９５度の範囲、前記研磨面に形成された開孔の平均孔径が９０μｍ〜１３０μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記樹脂発泡体は、ポリウレタン樹脂で形成されたことを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド。
【請求項６】
請求項１に記載の研磨パッドの製造方法であって、
ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させ得られたイソシアネート基含有化合物、ポリアミン化合物、水および整泡剤の各成分を準備する準備ステップと、
前記準備ステップで準備した各成分を略均一に混合した混合液から乾式成型法でポリウレタン発泡体を形成する発泡体形成ステップと、
前記発泡体形成ステップで形成されたポリウレタン発泡体をシート状にスライスするスライスステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項７】
前記準備ステップで準備する整泡剤は、シリコン系界面活性剤であり、配合割合が前記水の１重量部に対して０．１５重量部〜０．６５重量部の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の研磨パッドを用いた被研磨物の研磨加工方法であって、
研磨装置の対向配置された２つの定盤の少なくとも一方に前記研磨パッドを装着し、
前記定盤間に前記被研磨物を配し、前記被研磨物および研磨パッド間に砥粒が混合された研磨液を供給しつつ前記定盤の少なくとも一方を回転駆動する、
ステップを含むことを特徴とする研磨加工方法。
【請求項９】
前記被研磨物は、シリコンウエーハであることを特徴とする請求項８に記載の研磨加工方法。
【請求項１】
乾式成型法により多数の気泡が形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に前記気泡の開孔が形成された樹脂発泡体を有する研磨パッドにおいて、前記樹脂発泡体では近接して形成された前記気泡間に連通孔が形成されており、前記連通孔は前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり８００個／ｃｍ２以上の割合で形成されていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記連通孔は、前記研磨面側から観察したときに単位面積あたり２０００個／ｃｍ２以下の割合で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記樹脂発泡体は、厚みａが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲のシート状に形成されており、２０℃の水に浸漬する前後の重量変化の浸漬前の重量に対する百分率で表される吸水率が、１時間浸漬させたときに（３１−１６ａ）％以上であり、２４時間浸漬させたときに（５６−２４ａ）％以上であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記樹脂発泡体は、かさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲、ショアＡ硬度が７５度〜９５度の範囲、前記研磨面に形成された開孔の平均孔径が９０μｍ〜１３０μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記樹脂発泡体は、ポリウレタン樹脂で形成されたことを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド。
【請求項６】
請求項１に記載の研磨パッドの製造方法であって、
ポリイソシアネート化合物およびポリオール化合物を反応させ得られたイソシアネート基含有化合物、ポリアミン化合物、水および整泡剤の各成分を準備する準備ステップと、
前記準備ステップで準備した各成分を略均一に混合した混合液から乾式成型法でポリウレタン発泡体を形成する発泡体形成ステップと、
前記発泡体形成ステップで形成されたポリウレタン発泡体をシート状にスライスするスライスステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項７】
前記準備ステップで準備する整泡剤は、シリコン系界面活性剤であり、配合割合が前記水の１重量部に対して０．１５重量部〜０．６５重量部の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の研磨パッドを用いた被研磨物の研磨加工方法であって、
研磨装置の対向配置された２つの定盤の少なくとも一方に前記研磨パッドを装着し、
前記定盤間に前記被研磨物を配し、前記被研磨物および研磨パッド間に砥粒が混合された研磨液を供給しつつ前記定盤の少なくとも一方を回転駆動する、
ステップを含むことを特徴とする研磨加工方法。
【請求項９】
前記被研磨物は、シリコンウエーハであることを特徴とする請求項８に記載の研磨加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−５５６３（Ｐ２０１１−５５６３Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４９１９０（Ｐ２００９−１４９１９０）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００００５３５９）富士紡ホールディングス株式会社 (180)
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００００５３５９）富士紡ホールディングス株式会社 (180)
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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