(57)【要約】【課題】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を提供する。【解決手段】研磨パッドは、研磨面を有するウレタンシートを備えている。ウレタンシートは、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、非反応性の気体が混合され形成されており、発泡構造を有している。ウレタンシートは、ハードセグメントの含有率ＨＳＣが３２〜４２％の範囲、当量比Ｒが０．７〜０．９の範囲、かさ密度Ｄが０．４５〜０．５５ｇ／ｃｍ３の範囲、硬度Ａが８５度以上となるようにそれぞれ調整されている。研磨面での摩耗減量が１００〜２００ｍｇの範囲の特性を有している。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の摩耗の度合や目詰まりのしやすさに関与する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
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研磨シート。
【請求項２】
前記ポリイソシアネート化合物には、トリレンジイソシアネートが少なくとも５０重量％含まれていることを特徴とする請求項１に記載の研磨シート。
【請求項３】
前記ポリオール化合物には、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％含まれていることを特徴とする請求項２に記載の研磨シート。
【請求項４】
前記当量比をＲとし、前記ハードセグメントの含有率をＨＳＣとし、前記かさ密度をＤとし、前記ショア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値が１００〜２００の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の研磨シート。
【請求項５】
前記研磨面には、平均孔径が３０μｍ〜２００μｍの範囲の小開孔と、孔径が３００μｍ〜３０００μｍの範囲の大開孔とが略均等に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨シート。
【請求項６】
前記研磨面側に溝加工またはエンボス加工が施されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨シート。
【請求項７】
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することを特徴とする請求項１に記載の研磨シート。
【請求項８】
前記光透過部は、前記厚み方向の全体にわたり形成されていることを特徴とする請求項７に記載の研磨シート。
【請求項９】
請求項１に記載の研磨シートを備えたことを特徴とする研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１０６５７号公報
【特許文献２】特開２００１−２７７１０１号公報
【特許文献３】特許３５７０６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【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、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
【表１】
2010076075.tif 000002
【００６０】
（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。
【００６１】
（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。
【００６２】
（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。
【００６３】
（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。
【００６４】
【表２】
2010076075.tif 000003
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
【表３】
2010076075.tif 000004
【００６８】
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）。
【００６９】
（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）
【００７０】
【表４】
2010076075.tif 000005
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明を適用したウレタンシートを備え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。
【符号の説明】
【００７５】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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