(57)【要約】本発明は、多孔質発泡体を含む、化学機械研磨用の研磨パッド、およびそれらの生産のための方法を提供する。1つの態様において、多孔質発泡体は、５０μｍ以下の平均孔径を有し、７５％以上の孔が平均孔径の２０μｍ以内の孔径を有する。他の態様において、多孔質発泡体は、２０μｍ以下の平均孔径を有する。更に他の態様において、多孔質発泡体は、多峰性の孔径分布を有する。生産の方法は、（ａ）ポリマー樹脂を、高い温度および圧力にガスを晒すことにより生成される超臨界ガスと組み合わせて単相溶液を生成すること、および（ｂ）該単相溶液から研磨パッドを形成することを含み、該超臨界ガスはガスを高い温度および圧力に晒すことによって発生させる。
2005532176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０μｍ以下の平均孔径を有し、７５％以上の孔が平均孔径の２０μｍ以内の孔径を有する多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項２】
平均孔径が４０μｍ以下である請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
多孔質発泡体が０．５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
多孔質発泡体が２５％以下の空隙率（void volume）を有する請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項５】
多孔質発泡体が独立気泡を含む請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項６】
多孔質発泡体が１０5気泡／ｃｍ3以上の気泡密度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項７】
多孔質発泡体が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項８】
ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項９】
熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルトインデックス、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの重量平均分子量（Ｍｗ）、および１．１〜６の多分散性インデックス（ＰＤＩ）を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１０】
熱可塑性ポリウレタンがずり速度（γ）１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で２〜８のレオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１１】
熱可塑性ポリウレタンが３５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１２】
熱可塑性ポリウレタンが２０℃〜１１０℃のガラス転位温度および１２０℃〜２５０℃の融解転移温度を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１３】
多孔質発泡体が、更に、水吸収性ポリマーを含む請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項１４】
水吸収性ポリマーが架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリアクリル酸、架橋ポリビニルアルコール、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１３に記載の研磨パッド。
【請求項１５】
多孔質発泡体が、更に、研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子、液体キャリア可溶性粒子、およびそれらの組合せからなる群から選択される粒子を含む請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項１６】
多孔質発泡体が、更に、シリカ、アルミナ、セリア、およびそれらの組合せからなる群から選択される研磨剤粒子を含む請求項１５に記載の研磨パッド。
【請求項１７】
１μｍ〜２０μｍの平均孔径を有する多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項１８】
９０％以上の孔が平均孔径の２０μｍ以内の孔径を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項１９】
多孔質発泡体が０．５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２０】
多孔質発泡体が２５％以下の空隙率を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２１】
多孔質発泡体が独立気泡を含む請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２２】
多孔質発泡体が１０5気泡／ｃｍ3以上の気泡密度を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２３】
多孔質発泡体が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２４】
ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである請求項２３に記載の研磨パッド。
【請求項２５】
熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルトインデックス、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの重量平均分子量（Ｍｗ）、および１．１〜６の多分散性インデックス（ＰＤＩ）を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２６】
熱可塑性ポリウレタンがずり速度（γ）１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で２〜８のレオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２７】
熱可塑性ポリウレタンが３５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２８】
熱可塑性ポリウレタンが２０℃〜１１０℃のガラス転位温度および１２０℃〜２５０℃の融解転移温度を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２９】
多孔質発泡体が、更に、水吸収性ポリマーを含む請求項２３に記載の研磨パッド。
【請求項３０】
水吸収性ポリマーが架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリアクリル酸、架橋ポリビニルアルコール、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項２９に記載の研磨パッド。
【請求項３１】
多孔質発泡体が、更に、研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子、液体キャリア可溶性粒子、およびそれらの組合せからなる群から選択される粒子を含む請求項２３に記載の研磨パッド。
【請求項３２】
多孔質発泡体が、更に、シリカ、アルミナ、セリア、およびそれらの組合せからなる群から選択される研磨剤粒子を含む請求項３１に記載の研磨パッド。
【請求項３３】
多峰性分布が２０以下の孔径最大値を持つ多峰性孔径分布を有する多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項３４】
多峰性孔径分布が２峰性孔径分布である請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項３５】
２峰性分布が５０μｍ以下の第１孔径最大値および５０μｍ以上での第２孔径最大値を有する請求項３４に記載の研磨パッド。
【請求項３６】
２峰性分布が２０μｍ以下での第１孔径最大値および２０μｍ以上での第２孔径最大値を有する請求項３４に記載の研磨パッド。
【請求項３７】
多孔質発泡体が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項３８】
ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである請求項３７に記載の研磨パッド。
【請求項３９】
多孔質発泡体が水吸収性ポリマーを含む請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項４０】
多孔質発泡体が研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子、液体キャリア可溶性粒子、およびそれらの組合せからなる群から選択される粒子を含む請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項４１】
熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの分子量、および１．１〜６の多分散性インデックスを有し、５０μｍ以下の平均孔径を持つ熱可塑性ウレタン発泡体を含む、化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項４２】
ウレタン発泡体が３５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する請求項４１に記載の研磨パッド。
【請求項４３】
熱可塑性ポリウレタンがずり速度１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で２〜１０のレオロジー・プロセシング・インデックスを有する請求項４１に記載の研磨パッド。
【請求項４４】
熱可塑性ウレタン発泡体が、圧縮率の平均％７以下、反発弾性率の平均％３５以上、およびショアＤ硬度４０〜９０を有する請求項４１に記載の研磨パッド。
【請求項４５】
キャリア押下げ圧力０．０２８ＭＰａ、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン回転速度６０ｒｐｍ、およびキャリア回転速度５５ｒｐｍ〜６０ｒｐｍを伴い、少なくとも６００Å／分の速度で二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる化学機械研磨用のポリウレタン研磨パッドであって、該研磨パッドは研磨剤粒子を含有せず、外部的に作製した表面織目を全く含まない。
【請求項４６】
研磨パッドが５％以下の空隙率を有する請求項４５に記載の研磨パッド。
【請求項４７】
研磨パッドが５０μｍ以下の平均孔径を有する孔を含む請求項４５に記載の研磨パッド。
【請求項４８】
（ａ）ポリマー樹脂を、高い温度および圧力にガスを晒すことにより生成される超臨界ガスと組み合わせて単相溶液を生成すること、および
（ｂ）単相溶液から研磨パッドを形成すること、
を含む研磨パッド基材を製造するための方法。
【請求項４９】
ガスがＣ−Ｈ結合を含有しない請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
ガスが窒素、二酸化炭素、またはそれらの組合せを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
ポリマー樹脂が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択される請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
研磨パッドが、溶液ｃｍ3当り１０5を超える成長核を生みだすために十分な単相溶液における熱力学的不安定性を造りだすことにより形成される請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
超臨界ガスの量が単相溶液全体積の０．０１％〜５％である請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
ガスがポリマー樹脂と混合する前に超臨界ガスに変換される請求項４８に記載の方法。
【請求項５５】
ガスがポリマー樹脂と混合した後に超臨界ガスに変換される請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
ガスが二酸化炭素であり、温度が１５０℃〜２５０℃であり、および圧力が７ＭＰａ〜３５ＭＰａである請求項５０に記載の方法。
【請求項５７】
研磨パッドが、ポリマー・シート中への押出し成形、多層シートの同時押出し成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成形、ブロン・フィルム、多層ブロンフィルム、キャスト・フィルム、熱成形、および樹脂注型からなる群から選択される技術を用いて単相溶液から形成される請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、均一な孔径分布を有する多孔質発泡体（foam）を含む化学機械研磨のための研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学機械研磨（「ＣＭＰ」）法は、半導体ウエハー、電界放出ディスプレイ、および多くの他のマイクロエレクトロニクス基板上に平坦な表面を形成するために、マイクロエレクトロニクス・デバイスの製造において用いられる。例えば、半導体デバイスの製造は、一般に、半導体ウエハーを形成するための、半導体基板表面上への種々のプロセス層の形成、それらの層部分の選択的な除去またはパターン化、およびさらなる追加のプロセス層の堆積を含む。プロセス層には、一例として、絶縁層、ゲート酸化膜層、導電層、および金属またはガラス層、などを挙げることができる。プロセス層の最上部の表面が次の層の堆積のため平面的、すなわち、平坦であることは、一般に、ウエハー・プロセスの一部の段階において望ましい。ＣＭＰはプロセス層を平坦化するために用いられ、そこでは、導電性または絶縁性材料などの堆積された材料が次のプロセス段階用にウエハーを平坦化するために研磨される。
【０００３】
一般的なＣＭＰ法において、ウエハーは、ＣＭＰ工具中でキャリア上に上下逆に積み重ねられる。キャリアおよびウエハーを研磨パッドに向けて下向きに押す。キャリアおよびウエハーは、ＣＭＰ工具の研磨台上の回転研磨パッドの上で回転する。研磨組成物（また研磨スラリーと呼ばれる）は、一般に、研磨プロセスの間、回転ウエハーと回転研磨パッドの間に導入される。研磨組成物は、一般的に、最上部のウエハー層（複数を含む）の部分と相互作用するかまたはそれらを溶解する化学薬品、および物理的に層（複数を含む）の部分を除去する研磨材を含有する。ウエハーおよび研磨パッドは、どれか行われようとする特定の研磨法に望ましいように、同じ方向かまたは反対の方向に回転させることができる。キャリアは、また、研磨台上の研磨パッドを横切って振動することができる。
【０００４】
化学機械研磨法において用いられる研磨パッドは、ポリマー含浸織物、微小孔性膜、発泡型ポリマー・発泡体、非多孔質ポリマー・シート、および焼結熱可塑性粒子を含む軟質および硬質両方のパッド材料を用いて製造される。ポリエステル不織布中に含浸されたポリウレタン樹脂を含有するパッドは、ポリマー含浸布研磨パッドを例証する。微小孔性研磨パッドは、多くの場合、含浸布パッドである基材上に被覆される微小孔性ウレタン膜を含む。これらの研磨パッドは独立気泡の多孔質膜である。発泡型ポリマー・発泡体研磨パッドは、すべての三次元方向に不規則に且つ均一に分布する独立気泡構造を含有する。非多孔質ポリマー・シート研磨パッドは、スラリー粒子を輸送する固有の能力を全く持たない固形のポリマー・シートから作製される研磨面を含む（例えば、米国特許第５，４８９，２３３号を参照すること）。これらの固形研磨パッドは、言われているところによれば、化学機械研磨の間、スラリーの通り道用の通路を提供するためにパッドの表面中に切り込まれる大きいおよび／または小さい溝により外部から修正される。こうした非多孔質ポリマー研磨パッドは米国特許第６，２０３，４０７号において開示され、そこでは、研磨パッドの研磨表面は、言われているところによれば、化学機械研磨における選択性を改善するようなやり方で方向付けられる溝を含む。また、類似のやり方において、米国特許第６，０２２，２６８号、第６，２１７，４３４号、および第６，２８７，１８５号には、スラリー粒子を吸収するかまたは輸送するための固有の能力を全く持たない親水性研磨パッドが開示されている。言われているところによれば、研磨表面は、１０μｍ以下の寸法を有し研磨表面を凝固させることにより形成されるミクロアスパーシティ（microaspersities）、および２５μ以上の寸法を有し切り込みにより形成されるマクロ欠陥（またはマクロ織目）を含む不規則な表面地形を有する。多孔質開放気泡構造を含む焼結研磨パッドは、熱可塑性ポリマー樹脂から調製することができる。例えば、米国特許第６，０６２，９６８号および第６，１２６，５３２号には、焼結性熱可塑性樹脂により製造される開放気泡型の微小孔性基材を有する研磨パッドが開示されている。得られる研磨パッドは、好ましくは、２５〜５０％間の空隙率、および０．７〜０．９ｇ／ｃｍ3の密度を有する。同様に、米国特許第６，０１７，２６５号、第６，１０６，７５４号、および第６，２３１，４３４号には、熱可塑性ポリマーを所期の最終パッド寸法を有する金型において６８９．５ｋＰａ（１００ｐｓｉ）を超える高圧で焼結することにより製造される、均一で連続的に相互に連結した孔構造を有する研磨パッドが開示されている。
【０００５】
溝パターンに加えて、研磨パッドは他の表面特性を有して研磨パッドの表面に織目を提供することができる。例えば、米国特許第５，６０９，５１７号には、すべて異なる硬度を有する支持層、節点、および上部層を含む複合研磨パッドが開示されている。米国特許第５，９４４，５８３号には、交互圧縮性の円環を有する複合研磨パッドが開示されている。米国特許第６，１６８，５０８号には、物理的性質（例えば、硬度、比重、圧縮率、摩損性、高さ、など）の第１値を有する第１研磨面、および物理的性質の第２値を有する第２研磨面を持つ研磨パッドが開示されている。米国特許第６，２８７，１８５号には、熱成形法により生成される表面地形を有する研磨パッドが開示されている。研磨パッドの表面は、表面特性の形成をもたらす圧力または応力下で加熱される。
【０００６】
微小孔性発泡体構造を有する研磨パッドは、一般的に技術上公知である。例えば、米国特許第４，１３８，２２８号には、微小孔性および親水性である研磨物品が開示されている。米国特許第４，２３９，５６７号には、シリコンウエハーを研磨するための平らな微細気泡ポリウレタン研磨パッドが開示されている。米国特許第６，１２０，３５３号には、９％未満の圧縮率および１５０孔／ｃｍ2以上の高孔密度を有するスエード様発泡体・ポリウレタン研磨パッドを用いる研磨法が開示されている。欧州特許第１１０８５００Ａ１号には、１０００μｍ未満の平均径の独立気泡および０．４〜１．１ｇ／ｍｌの密度を有する少なくとも８０のマイクロゴムＡ型硬度の研磨パッドが開示されている。
【０００７】
いくつかの上述の研磨パッドはそれらの意図された目的に適しているが、特に化学機械研磨による基板研磨において、有効な平坦化を提供する改善された研磨パッドに対するニーズが残っているままである。加えて、改善された研磨効率、研磨パッドを横切ると共にその内部での改善されたスラリー流れ、改善された腐食性エッチング液に対する耐性、および／または改善された研磨均一性を有する研磨パッドに対するニーズがある。最終的に、比較的低コストの方法を用いて製造することができると共に、使用の前にほとんどまたは全く調整を必要としない研磨パッドに対するニーズがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこうした研磨パッドを提供する。本発明のこれらおよび他の利点、および追加の創意に富んだ特徴は、本明細書において提供される本発明の説明から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッドを提供する。第１の態様において、多孔質発泡体は５０μｍ以下の平均孔径を有し、７５％以上の孔が平均孔径の２０μｍ以内の孔径を有する。第２の態様において、研磨パッドは１μｍ〜２０μｍの平均孔径を有する多孔質発泡体を含む。第３の態様において、研磨パッドは５０μｍ以下の平均孔径を有する熱可塑性ウレタン発泡体を含み、この熱可塑性ポリウレタンは、２０以下のメルト・フロー・インデックス、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの分子量、および１．１〜６の多分散性インデックスを有する。第４の態様において、研磨パッドは、キャリア押下げ圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン回転速度６０ｒｐｍ、およびキャリア回転速度５５ｒｐｍ〜６０ｒｐｍを伴い、少なくとも６００Å／分の速度で二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる、外部的に作成する表面織目の全くない研磨表面を含むポリウレタン研磨パッドである。第５の態様において、研磨パッドは、多峰性分布が２０以下の孔径最大値を有する多峰性孔径分布を持つ多孔質発泡体を含む。
【００１０】
本発明は、更に、（ａ）ポリマー樹脂を、ガスに高温および高圧をかけることにより生み出される超臨界ガスと混合して、単相溶液を生成すること、および（ｂ）単相溶液から研磨パッドを形成すること、を含む研磨パッドを製造するための方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の態様において、本発明は、平均孔径５０μｍ以下の多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッドを目指す。好ましくは、多孔質発泡体は、平均孔径４０μｍ以下、またはなお３０μｍ以下（例えば、２０μｍ以下）を有する。一般的に、多孔質発泡体は平均孔径１μｍ以上（例えば、３μｍ以上、または５μｍ以上）を有する。
【００１２】
第２の好ましい態様において、多孔質発泡体は平均孔径１μｍ〜２０μｍを有する。好ましくは、多孔質発泡体は平均孔径１μｍ〜１５μｍ（例えば、１μｍ〜１０μｍ）を有する。
【００１３】
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質発泡体は、孔径（すなわち、気泡径）の高度な均一分布を有する。一般的に、多孔質発泡体中の７５％以上（例えば、８０％以上、または８５％以上）の孔（例えば、気泡）は、±２０μｍ以下（例えば、±１０μｍ以下、±５μｍ以下、または±２μｍ以下）の孔径分布を有する。換言すれば、多孔質発泡体中の７５％以上（例えば、８０％以上、または８５％以上）の孔は、平均孔径の２０μｍ以下（例えば、±１０μｍ以下、±５μｍ以下、または±２μｍ以下）内の孔径を有する。好ましくは、多孔質発泡体中の９０％以上（例えば、９３％以上、または９５％以上、または９７％以上）の孔（例えば、気泡）は、±２０μｍ以下（例えば、±１０μｍ以下、±５μｍ以下、または±２μｍ以下）の孔径分布を有する。
【００１４】
一般的に、多孔質発泡体は主に独立気泡（すなわち、孔）を含む；しかし、多孔質発泡体は、また、開放気泡を含むことができる。好ましくは、多孔質発泡体は少なくとも５％以上（例えば、少なくとも１０％以上）の独立気泡を含む。更に好ましくは、多孔質発泡体は少なくとも２０％以上（例えば、少なくとも４０％以上、または少なくとも６０％以上）の独立気泡を含む。
【００１５】
多孔質発泡体は、一般的に、０．５ｇ／ｃｍ3以上（例えば、０．７ｇ／ｃｍ3以上、またはなお０．９ｇ／ｃｍ3以上）の密度、および２５％以下（例えば、１５％以下、またはなお５％以下）の空隙率を有する。一般的に、多孔質発泡体は、１０5気泡／ｃｍ3以上（例えば、１０6気泡／ｃｍ3以上）の気泡密度を有する。気泡密度は、両方ともメディア・サイバーネティクス（Media Cybernetics）によるオプチマス（Optimas）（登録商標）画像化ソフトウエアおよびイメージプロ（ImagePro）（登録商標）画像化ソフトウエア、またはクレメックス・テクノロジーズ（Clemex Technologies）によるクレメックス・ビジョン（Clemex Vision）（登録商標）画像化ソフトウエアなどの画像分析ソフトウエア・プログラムにより、多孔質発泡体材料の断面画像（例えば、ＳＥＭ画像）を分析することによって決定することができる。
【００１６】
多孔質発泡体は、あらゆる適する材料、一般的にポリマー樹脂を含むことができる。多孔質発泡体は、好ましくは、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む。好ましくは、ポリマー樹脂は熱可塑性ポリウレタンである。
【００１７】
ポリマー樹脂は、一般的に、予備成形ポリマー樹脂である；しかし、ポリマー樹脂は、また、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適する方法（例えば、Szycher’s Handbook of Polyurethanes  ＣＲＣ  Press：New York，１９９９，Chapter  ３  を参照すること）により、現場で成形することができる。例えば、熱可塑性ポリウレタンは、イソシアネート、ジイソシアネート、およびトリイソシアネート・プレポリマーなどのウレタン・プレポリマーの、イソシアネート反応性部分を含有するプレポリマーとの反応により現場で成形することができる。適するイソシアネート反応性部分には、アミンおよびポリオールが挙げられる。
【００１８】
ポリマー樹脂の選択は、ある程度、ポリマー樹脂のレオロジーに応じて決まる。レオロジーはポリマー融解生成物の流動挙動である。ニュートン流体に対して、粘度は、ずり応力（すなわち、接線応力、σ）およびずり速度（すなわち、速度勾配、ｄγ／ｄｔ）間の比により定義される定数である。しかし、非ニュートン流体に対して、ずり速度粘ちょう化（ダイラタント）またはずり速度流動化（擬似塑性）は起こることが可能である。ずり速度流動化の場合に、粘度はずり速度の増加と共に減少する。ポリマー樹脂が融解生成物成形加工（例えば、押出し成形、射出成形）法において用いられることが可能となるのは、この特性による。ずり速度流動化の臨界領域を識別するために、ポリマー樹脂のレオロジーは測定されなければならない。レオロジーは、溶融ポリマー樹脂が特定の長さの毛細管を通しての固定圧力下で力を受ける毛細管技術により測定することができる。各種温度での見かけのずり速度対粘度をプロットすることにより、粘度と温度間の関係は決定することができる。レオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）は、ポリマー樹脂の臨界範囲を識別するパラメータである。ＲＰＩは、固定ずり速度に対する基準温度での粘度対２０℃相当の温度変化後の粘度比である。ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである場合、ＲＰＩは、好ましくは、ずり速度１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で測定される場合２〜１０（例えば、３〜８）である。
【００１９】
別のポリマー粘度測定は、一定の時間帯にわたり所定の温度および圧力で毛細管から押し出される溶融ポリマーの量（グラムでの）を記録するメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）である。例えば、ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンまたはポリウレタン・コポリマー（例えば、ポリカーボネート・シリコーン系コポリマー、ポリウレタン・フッ素系コポリマー、またはポリウレタン・シロキサン−セグメント化コポリマー）である場合、ＭＦＩは、好ましくは、温度２１０℃および荷重２１６０ｇで１０分間にわたり２０以下（例えば、１５以下）である。ポリマー樹脂が、エラストマー系ポリオレフィンまたはポリオレフィン・コポリマー（例えば、エラストマー系または通常のエチレン−プロピレン、エチレン−ヘキセン、およびエチレン−オクテンなどのエチレン・αオレフィンを含むコポリマー、メタロセン系触媒から製造されるエラストマー系エチレン・コポリマー、またはポリプロピレン−スチレン・コポリマー）である場合、ＭＦＩは、好ましくは、温度２１０℃および荷重２１６０ｇで１０分間にわたり５以下（例えば、４以下）である。ポリマー樹脂がナイロンまたはポリカーボネートである場合、ＭＦＩは、好ましくは、温度２１０℃および荷重２１６０ｇで１０分間にわたり８以下（例えば、５以下）である。
【００２０】
ポリマー樹脂のレオロジーは、ポリマー樹脂の分子量、多分散性インデックス（ＰＤＩ）、長鎖分岐または架橋の程度、ガラス転移温度（Ｔｇ）、および融解温度（Ｔｍ）に応じて決めることができる。ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンまたはポリウレタン・コポリマー（上述のコポリマーなど）である場合、重量平均分子量（Ｍｗ）は、一般的に、１．１〜６、好ましくは２〜４のＰＤＩを有する５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モル、好ましくは７０，０００ｇ／モル〜１５０，０００ｇ／モルである。一般的に、熱可塑性ポリウレタンは、ガラス転移温度２０℃〜１１０℃および融解転移温度１２０℃〜２５０℃を有する。ポリマー樹脂が、エラストマー系ポリオレフィンまたはポリオレフィン・コポリマー（上述のコポリマーなど）である場合、重量平均分子量（Ｍｗ）は、一般的に、１．１〜１２、好ましくは２〜１０のＰＤＩを有する５０，０００ｇ／モル〜４００，０００ｇ／モル、好ましくは７０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルである。ポリマー樹脂がナイロンまたはポリカーボネートである場合、重量平均分子量（Ｍｗ）は、一般的に、１．１〜５、好ましくは２〜４のＰＤＩを有する５０，０００ｇ／モル〜１５０，０００ｇ／モル、好ましくは７０，０００ｇ／モル〜１００，０００ｇ／モルである。
【００２１】
多孔質発泡体用に選択されるポリマー樹脂は、好ましくは、特定の機械的性質を有する。例えば、ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである場合、曲げ弾性率（ＡＳＴＭＤ７９０）は、好ましくは、３５０ＭＰａ（〜５０，０００ｐｓｉ）〜１０００ＭＰａ（〜１５０，０００ｐｓｉ）であり、圧縮率の平均％は７以下であり、反発弾性率の平均％は３５以上であり、ショアＤ硬度（ＡＳＴＭＤ２２４０−９５）は４０〜９０（例えば、５０〜８０）である。
【００２２】
第３の態様において、研磨パッドは、多孔質発泡体が平均孔径５０μｍ以下（例えば、４０μｍ以下または２５μｍ以下）を有し、熱可塑性ポリウレタンが、１．１〜６（例えば、２〜４）のＰＤＩと共に、２０以下のメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）、２〜１０（例えば、３〜８）のＲＰＩ、および５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの分子量（ＭＷ）を有する熱可塑性ポリウレタンを含む多孔質発泡体を包含する。好ましくは、熱可塑性ポリウレタンは、曲げ弾性率３５０ＭＰａ（〜５０，０００ｐｓｉ）〜１０００ＭＰａ（〜１５０，０００ｐｓｉ）、圧縮率の平均％７以下、反発弾性率の平均％３５以上、およびショアＤ硬度４０〜９０（例えば、５０〜８０）を有する。こうした研磨パッドは、本発明の他の態様用に本明細書において記載される１以上の物理的性質（例えば、孔径およびポリマー特性）を有することができる。
【００２３】
第４の態様において、研磨パッドは、キャリア押下げ圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン回転速度６０ｒｐｍ、およびキャリア回転速度５５ｒｐｍ〜６０ｒｐｍを伴い、少なくとも６００Å／分の研磨速度で二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる、外部的に作製した表面織目の全くない研磨表面を含むポリウレタン研磨パッドである。第４の態様の研磨パッドは、発泡体中に懸濁した研磨剤粒子を含有せず、金属酸化物粒子、特に、キャボット・マイクロエレクトロニクス（Cabot Microelectronics Corporation）により市販されているセミ−スパース（Semi-Sperse）（登録商標）Ｄ７３００研磨組成物を含有する研磨組成物（すなわち、スラリー）と併せて用いられる。一般的に、研磨パッドは、上に列挙される研磨パラメータを用いて、少なくとも８００Å／分またはなお少なくとも１０００Å／分の研磨速度で二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる。研磨パッドは空隙率２５％以下を有し、平均孔径５０μｍ以下（例えば、４０μｍ以下）を有する孔を含む。研磨パッドは、また、二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーが２％〜４％のみの低い非均一値を有するように、二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーを研磨することができる。こうした研磨パッドは、本発明の他の態様用に本明細書において記載される１以上の物理的性質（例えば、孔径およびポリマー特性）を有することができる。
【００２４】
第５の態様において、研磨パッドは多峰性孔径分布を有する多孔質発泡体を含む。用語「多峰性」は、多孔質発泡体が少なくとも２以上（例えば、３以上、５以上、またはなお１０以上）の孔径最大値を含む孔径分布を有することを意味する。一般的に、孔径最大値の数は２０以下（例えば、１５以下）である。孔径最大値は、その面積が孔全体数中の数で５％以上を含む孔径分布中でのピークとして定義される。好ましくは、孔径分布は２峰性である（すなわち、二つの孔径最大値を有する）。
【００２５】
多峰性孔径分布は、あらゆる適する孔径値で孔径最大値を有することができる。例えば、多峰性孔径分布は、５０μｍ以下（例えば、４０μｍ以下、３０μｍ以下、または２０μｍ以下）の第１孔径最大値および５０μｍ以上（例えば、７０μｍ以上、９０μｍ以上、またはなお１２０μｍ以上）の第２孔径最大値を有することができる。多峰性孔径分布は、代わりに、２０μｍ以下（例えば、１０μｍ以下、または５μｍ以下）の第１孔径最大値および２０μｍ以上（例えば、３５μｍ以上、５０μｍ以上、またはなお７５μｍ以上）の第２孔径最大値を有することができる。
【００２６】
第５の態様の多孔質発泡体はあらゆる適するポリマー樹脂を含むことができる、例えば、多孔質発泡体は本明細書において記載されるあらゆるポリマー樹脂を含むことができる。好ましくは、多孔質発泡体は熱可塑性ポリウレタンを含む。ポリマー樹脂は、他の態様に関して本明細書において記載されるあらゆる物理的、機械的、または化学的性質を有することができる。
【００２７】
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質発泡体は、任意に、更に、吸水性ポリマーを含む。吸水性ポリマーは、望ましくは、非晶質、結晶性、または架橋ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、それらの塩、およびそれらの組合せからなる群から選択される。好ましくは、吸水性ポリマーは、架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリアクリル酸、架橋ポリビニルアルコール、およびそれらの混合物からなる群から選択される。こうした架橋ポリマーは、望ましくは、吸水性であるが、しかし、通常の有機溶媒には融解または溶解しない。更に正確には、吸水性ポリマーは水と接触すると膨潤する（例えば、研磨組成物の液体キャリア）。
【００２８】
第１、第２、第３、および第５の態様に関連して本明細書において記載される研磨パッドの多孔質発泡体は、任意に、パッド本体中に組み込まれる粒子を含有する。好ましくは、粒子は多孔質発泡体を通して分散される。粒子は研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子（例えば、カプセル化粒子）、有機粒子、無機粒子、清澄剤粒子、およびそれらの混合物であることができる。
【００２９】
研磨剤粒子は、あらゆる適する材料製であることができる、例えば、研磨剤粒子は、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、クロミア、酸化鉄、およびそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物などの金属酸化物、または炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイアモンド、ガーネット、またはセラミック研磨剤材料を含むことができる。研磨剤粒子は、金属酸化物およびセラミックスの混成物または無機および有機材料の混成物であることができる。粒子は、また、ポリスチレン粒子、ポリメタクリル酸メチル粒子、液晶ポリマー（ＬＣＰ、例えば、チバ・ガイギー（Ciba Geigy）からのベクトラ（Vectra）（登録商標）ポリマー）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ’ｓ）、粒子状熱可塑性ポリマー（例えば、粒子状熱可塑性ポリウレタン）、粒子状架橋ポリマー（例えば、粒子状架橋ポリウレタンまたはポリエポキシド）、またはそれらの組合せなど、それらの多くが米国特許第５，３１４，５１２号に記載されているポリマー粒子であることができる。多孔質発泡体がポリマー樹脂を含む場合、次に、ポリマー粒子は、望ましくは、多孔質発泡体のポリマー樹脂の融点よりも高い融点を有する。複合粒子は、コアおよび外側の皮膜を含有するあらゆる適する粒子であることができる。例えば、複合粒子は、固形コア（例えば、金属酸化物、金属、セラミック、またはポリマー）および高分子シェル（例えば、ポリウレタン、ナイロン、またはポリエチレン）を含有することができる。清澄剤粒子は、フィロケイ酸塩（例えば、フッ素化マイカなどのマイカ、およびタルク、カオリナイト、モンモリロナイト、ヘクトライトなどのクレイ）、ガラス繊維、ガラスビーズ、ダイアモンド粒子、および炭素繊維、などであることができる。
【００３０】
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質発泡体は、任意に、パッド本体中に組み込まれる可溶性粒子を含有する。好ましくは、可溶性粒子は多孔質発泡体を通して分散される。こうした可溶性粒子は、化学機械研磨の間、研磨組成物の液体キャリア中に部分的にまたは完全に溶解する。一般的に、可溶性粒子は水溶性粒子である。例えば、可溶性粒子は、デキストリン、シクロデキストリン、マンニトール、ラクトース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、スターチ、タンパク質、非晶質の非架橋ポリビニルアルコール、非晶質の非架橋ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレン・オキシド、水溶性の感光性樹脂、スルホン化ポリイソプレン、およびスルホン化ポリイソプレン・コポリマーからなる群から選択される材料の粒子などのあらゆる適する水溶性粒子であることができる。可溶性粒子は、また、酢酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、リン酸カリウム、硝酸マグネシウム、炭酸カルシウム、および安息香酸ナトリウムからなる群から選択される材料の無機水溶性粒子であることができる。可溶性粒子が溶解する場合、研磨パッドは可溶性粒子の粒径に対応する開放孔を持ち続けることができる。
【００３１】
粒子は、好ましくは、発泡体化研磨基材中に形成される前に、ポリマー樹脂と混合される。研磨パッド中に組み込まれる粒子は、あらゆる適する寸法（例えば、直径、長さ、または幅）または形状（例えば、球状、長方形）のものであることができると共に、あらゆる適する量で研磨パッド中に組み込むことができる。例えば、粒子は、１ｎｍ以上および／または２ｍｍ以下の粒子寸法（例えば、直径、長さ、または幅）を有することができる（例えば、０．５μｍ〜２ｍｍ直径）。好ましくは、粒子は、１０ｎｍ以上および／または５００μ以下の寸法（例えば、１００ｎｍ〜１０μｍ直径）を有する。粒子は、また、多孔質発泡体のポリマー樹脂に共有結合することができる。
【００３２】
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質発泡体は、任意に、パッドの本体中に組み込まれる固形触媒を含有する。好ましくは、固形触媒は多孔質発泡体を通して分散される。触媒は金属性、非金属性、またはそれらの組合せであることができる。好ましくは、触媒は、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、およびＶを含む金属化合物に限定されないがそれらなどの多様な酸化状態を有する金属化合物から選択される。
【００３３】
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質発泡体は、任意にキレート剤または酸化剤を含有する。好ましくは、キレート剤および酸化剤は多孔質発泡体を通して分散される。キレート剤はあらゆる適するキレート剤であることができる。例えば、キレート剤は、カルボン酸、ジカルボン酸、ホスホン酸、高分子キレート剤、およびそれらの塩などであることができる。酸化剤は、鉄塩、アルミニウム塩、過酸化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、および過硫酸塩などを含む酸化性塩または酸化性錯塩であることができる。
【００３４】
本明細書において記載される研磨パッドは、任意に、更に、研磨パッドの表面を横切る研磨組成物の外側輸送を容易にする溝、通路、および／または穿孔を含む研磨表面を有する。こうした溝、通路、または穿孔は、あらゆる適するパターンにあることができると共に、あらゆる適する深さおよび幅を有することができる。研磨パッドは、２以上の各種溝パターン、例えば、米国特許第５，４８９，２３３号に記載されるような大きな溝および小さな溝の組合せを有することができる。溝は、傾いた溝、同心溝、螺旋状または円形溝、ＸＹ斜交平行線模様の形態をとることができると共に、接続性において連続または非連続であることができる。好ましくは、研磨パッドは、少なくとも標準パッド調整法により製造される小さな溝を含む。
【００３５】
本明細書において記載される研磨パッドは、任意に、更に、各種の密度、気孔率、硬度、弾性率、および／または圧縮率の領域を含む。各種の領域はあらゆる適する形状または寸法を有することができる。一般的に、対照的な密度、気孔率、硬度、および／または圧縮率の領域は、移動処理法により（すなわち、研磨パッドが形成された後に）研磨パッド上に形成される。
【００３６】
本明細書において記載される研磨パッドは、任意に、更に、１以上の開口部、透明領域、または半透明領域（例えば、米国特許第５，８９３，７９６号に記載されているような窓）を含む。こうした開口部または半透明領域の包含は、研磨パッドが現場ＣＭＰ法監視技術と併せて用いられようとする場合に望ましい。開口部は、あらゆる適する形状を有することが可能であり、研磨表面上の過剰の研磨組成物を最小化または排除するための排出通路と組み合わせて用いることが可能である。半透明領域または窓は、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適する窓であることができる。例えば、半透明領域は、研磨パッドの開口部中に挿入されるガラスまたはポリマー系の栓を含むことができるか、または研磨パッドの残分に用いられるものと同じ高分子材料を含むことが可能である。
【００３７】
本発明の研磨パッドは、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適する技術を用いて製造することができる。例えば、研磨パッドは、（ａ）ミューセル法、（ｂ）位相反転法、（ｃ）スピノーダルまたは２峰性分解法、または（ｄ）加圧ガス注入法により製造することができる。好ましくは、研磨パッドは、ミューセル法または加圧ガス注入法を用いて製造される。
【００３８】
ミューセル法は、（ａ）ポリマー樹脂を超臨界ガスと組み合わせて単相溶液を生成すること、および（ｂ）単相溶液から本発明の研磨パッド基材を形成することを含む。ポリマー樹脂は上述のあらゆるポリマー樹脂であることができる。超臨界ガスは、ガスが中で流体のように振舞う（すなわち、超臨界流体、ＳＣＦ）超臨界状態を造りだすために十分な高い温度および圧力にガスを晒すことにより生成される。ガスは、炭化水素、クロロフルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン（例えば、フレオン）、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、またはそれらの組合せであることができる。好ましくは、ガスは非可燃性ガス、例えば、Ｃ−Ｈ結合を含まないガスである。更に好ましくは、ガスは窒素、二酸化炭素、またはそれらの組合せである。最も好ましくは、ガスは二酸化炭素を含むか、または二酸化炭素である。ガスは、ポリマー樹脂との組合せの前または後に超臨界ガスに変換することができる。好ましくは、ガスはポリマー樹脂との組合せの前に超臨界ガスに変換される。一般的に、ガスは１００〜３００℃の温度および５ＭＰａ（〜８００ｐｓｉ）〜４０ＭＰａ（〜６０００ｐｓｉ）の圧力を受ける。ガスが二酸化炭素である場合、温度は１５０℃〜２５０℃であり、圧力は７ＭＰａ（〜１０００ｐｓｉ）〜３５ＭＰａ（〜５０００ｐｓｉ）（例えば、１９ＭＰａ（〜２８００ｐｓｉ）〜２６ＭＰａ（〜３８００ｐｓｉ））である。
【００３９】
ポリマー樹脂と超臨界ガスの単相溶液は、あらゆる適するやり方で調製することができる。例えば、超臨界ガスは機械式容器中で溶融ポリマー樹脂と混合して、単相溶液を形成することができる。次に、単相溶液は金型中に射出され、そこでガスは膨張して溶融ポリマー樹脂内に高度な孔径均一性を有する孔構造を形成することができる。単相溶液中の超臨界ガスの濃度は、一般的に、単相溶液の全体体積の０．０１％〜５％（例えば、０．１％〜３％）である。超臨界流体の濃度は、多孔質発泡体の密度および孔径を決める。超臨界ガスの濃度が増大するにつれて、得られる多孔質発泡体の密度は増大し、平均孔径は低下する。超臨界ガスの濃度は、また、得られる多孔質発泡体中の開放気泡対独立気泡の比率に影響を及ぼすことができる。これらのおよび追加のプロセス態様は、更に詳細に、米国特許第６，２８４，８１０号に記載されている。
【００４０】
研磨パッドは、溶液のｃｍ3当り１０5を超える成長核を生みだすために十分な単相溶液における熱力学的不安定性を造りだすことにより形成される。熱力学的不安定性は、例えば、温度の急激な変化、圧力の急激な変化、またはそれらの組合せからもたらすことができる。一般的に、熱力学的不安定性は、単相溶液を含有する鋳型または金型の出口で誘発される。成長核座は、そこで超臨界ガスの溶解分子がクラスターを形成する部位であって、多孔質発泡体中の気泡はそれらから成長する。成長核座の数は、成長核座の数がポリマー・発泡体中に形成される気泡の数にほぼ等しいことを想定することにより決められる。研磨パッドはあらゆる適する技術により単相溶液から形成することができる。例えば、研磨パッドは、ポリマー・シート中への押出し成形、多層シートの同時押出し成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成形、ブロン・フィルム、多層ブロンフィルム、キャスト・フィルム、熱成形、および樹脂注型からなる群から選択される技術を用いて形成することができる。好ましくは、研磨パッドは、ポリマー・シート中への押出し成形または射出成形により形成される。
【００４１】
位相反転法には、高度に攪拌した非溶媒（例えば、本明細書において例を挙げる）中のポリマーのＴmまたはＴgを超えて加熱されてきたポリマー樹脂の極めて微細な粒子の分散を含む。ポリマー樹脂は上述のあらゆるポリマー樹脂であることができる。非溶媒に添加される微細なポリマー樹脂粒子の数が増大するにつれて、微細なポリマー樹脂粒子は結合して、最初は巻き毛状を、結局は３次元高分子網目を形成する。次に、非溶媒混合物は冷却されて、非溶媒が３次元高分子網目内で離散型飛沫を形成することを引き起こす。得られる材料は、サブミクロン孔径を有するポリマー・発泡体である。
【００４２】
スピノーダルまたは２峰性分解法は、混合物を単相領域から２相領域に移すために、ポリマー−ポリマー混合物、またはポリマー−溶媒混合物の温度および／または体積分率を制御することを含む。２相領域内で、ポリマー混合物のスピノーダル分解または２峰性分解のいずれかが起こることができる。分解は、ポリマー混合物がそれにより非平衡相から平衡相に変化する過程を指す。スピノーダル領域において、混合曲線の自由エネルギーは負であって、その結果、ポリマーの相分離（すなわち、２相材料の形成）またはポリマーと溶媒の相分離は体積分率の小さな変動に対して自然に対応する。２峰性領域において、ポリマー混合物は体積分率の小さな変動に関して安定であり、従って、相分離材料を達成するために核および成長を必要とする。２相領域（すなわち、２峰性またはスピノーダル領域）内の温度および体積分率でのポリマー混合物の沈殿は、２相を有するポリマー材料の形成をもたらす。ポリマー混合物が溶媒またはガスを抱える場合、２相ポリマー材料は、相分離の界面でサブミクロン孔を含有する。ポリマーは、好ましくは、上述のポリマー樹脂を含む。
【００４３】
加圧ガス注入法は、非晶質ポリマー樹脂を含む固形ポリマー・シート中に超臨界流体ガスを押し込むために、高い温度および圧力の使用を含む。ポリマー樹脂は、上述のあらゆるポリマー樹脂であることができる。固形の押出し成形シートは室温で圧力容器中に置かれる。超臨界ガス（例えば、Ｎ2またはＣＯ2）は容器に添加され、容器は適切な量のガスをポリマー・シートの自由体積中に押し込むために十分なレベルに加圧される。ポリマー中に溶解したガス量は、ヘンリーの法則により適用圧力に正比例する。ポリマー・シートの温度を上げることは、ポリマー中へのガスの拡散速度を増大させるが、しかし、また、ポリマー・シート中に溶解できるガスの量を減少させる。一旦ガスが完全にポリマーを飽和させると、シートは加圧容器から除去される。必要に応じて、ポリマー・シートは、気泡核および成長を促進するために、必要ならば、急速に軟化または溶融状態に加熱することができる。米国特許第５，１８２，３０７号および第５，６８４，０５５号には、加圧ガス注入法のこれらおよび追加の態様が記載されている。
【００４４】
本発明の研磨パッドは、特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と併せての使用に適している。一般的に、装置は、用いられる場合に動いているプラテンを含み、環状、線状、または円形状の動きから生じる速度、プラテンに接触し動く時にプラテンと共に動く本発明の研磨パッド、および研磨しようとする基板に接触するように意図された研磨パッドの表面に関連して接触し動くことにより研磨しようとする基板を保持するキャリアを有する。基板の研磨は、基板が研磨パッドと接触して置かれ、次に研磨パッドが基板を磨くために基板の少なくとも一部を磨耗するために、一般的にそれらの間に研磨組成物を有して基板と相対的に動くことにより起こる。ＣＭＰ装置は、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適するＣＭＰ装置であることができる。本発明の研磨パッドは、また、線形研磨工具と共に用いることができる。
【００４５】
本明細書において記載される研磨パッドは、単独で用いることができるか、または任意に多層積み重ね研磨パッドの１層として用いることができる。例えば、研磨パッドはサブパッドと組み合わせて用いることができる。サブパッドはあらゆる適するサブパッドであることができる。適するサブパッドには、ウレタン発泡体・サブパッド（例えば、ロジャース（Rogers Corporation）からのポロン（Poron）（登録商標）発泡体・サブパッド）、含浸フェルト・サブパッド、微小孔性ポリウレタン・サブパッド、または焼結ウレタン・サブパッドが挙げられる。サブパッドは、一般的に、本発明の研磨パッドよりも柔らかく、従って、本発明の研磨パッドより一層圧縮性があり、より低いショア硬度値を有する。例えば、サブパッドはショアＡ硬度３５〜５０を有することができる。一部の態様において、サブパッドは、研磨パッドよりも一層硬く、圧縮性はより低く、より高いショア硬度を有する。サブパッドは、任意に、溝、通路、くぼみ部分、窓、および開口部などを含む。本発明の研磨パッドがサブパッドと組み合わせて用いられる場合、一般的に、研磨パッドおよびサブパッドと同一の広がりを持ち、且つそれらの間に入る、ポリエチレンテレフタレート膜などの中間裏当て層がある。あるいは、本発明の多孔質発泡体は、また、従来型の研磨パッドと併せたサブパッドとして用いることができる。
【００４６】
本明細書において記載される研磨パッドは、多くのタイプの基板および基板材料を研磨するための使用に適する。例えば、研磨パッドは、記憶装置デバイス、半導体基板、およびガラス基板を含む多様な基板を研磨するために用いることができる。研磨パッドにより研磨するために適する基板には、メモリ・ディスク、ハード・ディスク、磁気ヘッド、ＭＥＭＳデバイス、半導体ウエハー、電界放出ディスプレイ、および他のマイクロエレクトロニクス基板、特に絶縁層（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または低誘電体）および／または金属含有層（例えば、銅、タンタル、タングステン、アルミニウム、ニッケル、チタン、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたは他の貴金属）を含む基板が挙げられる。
【実施例】
【００４７】
以下の実施例は更に本発明を説明するが、しかし、もちろん、その範囲をどの点からも限定するものと見なすべきではない。
【００４８】
実施例１
この実施例は均一な孔径を有する微小孔性発泡体・ロッドを製造するための方法を示す。
【００４９】
熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）発泡体・ロッド（１Ａおよび１Ｂ）を押出し成形法により作製した。各ＴＰＵ発泡体・ロッドを、ＰＤＩ２．２〜３．３と共に重量平均分子量９０，０００ｇ／モル〜１１０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵ（ＴＴ１０７２テコタン（Tecothane）（登録商標）ポリウレタン、サーメディクス・ポリマー・プロダクツ（Thermedics Polymer Products））を用いて調製した。各ケースにおいて、ポリマー・メルトを形成するために、ＴＰＵを高温および高圧で押出機（ラベックスＩＩプライマリー（Labex II primary）、６．３５ｃｍ（２．５インチ）径３２／１Ｌ／Ｄ単軸押出機）中に置いた。二酸化炭素ガスを、高温および高圧下でポリマー・メルト中に注入し（Ｐ７トリムおよび４標準注入器を備えたトレキセル（Trexel）ＴＲ３０−５０００Ｇ送達システムを用いて）、ポリマー・メルトと混合して単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらした。ＣＯ2／ポリマー溶液を先細ダイ（０．１５ｃｍ（０．０６０インチ）径、１２．１°角）を通して押出して、多孔質発泡体・ロッドを形成した。ＣＯ2濃度は、それぞれ、ロッド１Ａおよび１Ｂに対して１．５１％および１．２６％であった。
【００５０】
押出機の各領域、ゲート、金型の温度および融解温度、金型圧力、スクリュー速度、およびＣＯ2濃度を表１にまとめる。ロッド試料１Ｂに対する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図１に示す。
【００５１】
表１：
【表１】
2005532176.tif 000003
【００５２】
この実施例は、均一な気泡径を有する微小孔性発泡体材料が、超臨界流体微小気泡技術を用いて製造することができることを示す。
【００５３】
実施例２
この実施例は本発明の研磨パッドを調製するための方法を示す。
【００５４】
一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）発泡体・シート（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄ）を押出し成形法により作製した。各ＴＰＵシートを、ＰＤＩ２．２〜３．３と共に重量平均分子量９０，０００ｇ／モル〜１１０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵ（ＴＴ１０７２テコタン（登録商標）ポリウレタン、サーメディクス・ポリマー・プロダクツ）を用いて調製した。各ケースにおいて、ポリマー・メルトを形成するために、ＴＰＵを高温および高圧で押出機（ラベックスＩＩプライマリー、６．３５ｃｍ（２．５インチ）径３２／１Ｌ／Ｄ単軸押出機）中に置いた。二酸化炭素ガスを、高温および高圧下でポリマー・メルト中に注入し、ポリマー・メルトと混合して単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらした。ＣＯ2／ポリマー溶液をフラットダイ（３０．５ｃｍ（１２インチ）幅、０．００５〜０．００３６ｃｍ（０．００２〜０．００１４インチ）フレックス・ギャップ、６°集束角）を通して押出して、多孔質発泡体・シートを形成した。ＣＯ2濃度は、それぞれ、シート２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄに対して０．５０％、０．８０％、１．７０％、および１．９５％であった。
【００５５】
押出機の各領域、ゲート、金型の温度および融解温度、金型圧力、スクリュー速度、ＣＯ2濃度、およびシート寸法を表２にまとめる。
【００５６】
表２：
【表２】
2005532176.tif 000004
【００５７】
気泡径の良好な均一性（±２５μｍ）を有する多孔質ＴＰＵ発泡体・シートを、表２に示す各系列の押出し成形パラメータを用いて製造した。試料２Ａおよび２Ｂは、大きな平均気泡径（＞１００μｍ）を有した。シート２Ｃおよび２Ｄは、小さな平均気泡径（＜１００μｍ）を有した。
【００５８】
この実施例は、小さな気泡径を有する多孔質発泡体・シートが、超臨界流体法により製造することができることを実証する。
【００５９】
実施例３
この実施例は本発明の研磨パッドを調製するための方法を示す。
【００６０】
一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）発泡体・シート（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、および３Ｄ）を押出し成形法により作製した。各ＴＰＵシートを、ＰＤＩ２．２〜３．３と共に重量平均分子量９０，０００ｇ／モル〜１１０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵ（ＴＴ１０７２テコタン（登録商標）ポリウレタン、サーメディクス・ポリマー・プロダクツ）を用いて調製した。各ケースにおいて、ポリマー・メルトを形成するために、ＴＰＵを高温および高圧で押出機（ラベックスＩＩプライマリー、６．３５ｃｍ（２．５インチ）径３２／１Ｌ／Ｄ単軸押出機）中に置いた。二酸化炭素ガスを、高温および高圧下でポリマー・メルト中に注入し、ポリマー・メルトと混合して単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらした。ＣＯ2／ポリマー溶液をフラットダイ（３０．５ｃｍ（１２インチ）幅、０．００５〜０．００３６ｃｍ（０．００２〜０．００１４インチ）フレックス・ギャップ、６°集束角）を通して押出して、多孔質発泡体・シートを形成した。ＣＯ2濃度は、それぞれ、シート３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、および３Ｄに対して１．３８％、１．５０％、１．６６％、および２．０５％であった。
【００６１】
押出機の各領域、ゲート、金型の温度および融解温度、金型圧力、スクリュー速度、ＣＯ2濃度を表３にまとめる。多孔質ＴＰＵ発泡体・シート中に生成する平均気泡径は、ＣＯ2ガス濃度に応じて決まる。単相溶液中のＣＯ2濃度対得られるシートの密度のプロットを図２に示す。
【００６２】
表３：
【表３】
2005532176.tif 000005
【００６３】
気泡径の良好な均一性を有する多孔質ＴＰＵ発泡体・シートを、表３に示す各系列の押出し成形パラメータを用いて製造した。試料３Ｄの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図３（断面）および４（上部表面）に示す。試料３Ｄの物理的性質を測定し、データを表４にまとめる。
【００６４】
研磨パッド密度をＡＳＴＭ・Ｄ７９５試験法により測定した。研磨パッドのショアＡ硬度をＡＳＴＭ２２４０試験法により測定した。研磨パッドのピーク応力をＡＳＴＭ・Ｄ６３８試験法により測定した。圧縮率％をエームス（Ａｍｅｓ）計を用いて０．０３１ＭＰａ（４．５ｐｓｉ）圧力で測定した。エームス試験機のプローブを最初ゼロに設定し（試料なしで）、次に、試料厚さを測定した（Ｄ１）。５ポンド重量（０．０３１ＭＰａ）をプローブ上に置き、１分後に試料厚さを測定した（Ｄ２）。圧縮率は厚さの差（Ｄ１−Ｄ２）対初期の試料厚さ（Ｄ１）の比である。圧縮率％も、また、０．５ＭＰａ（７２ｐｓｉ）の圧力でインストロン技術を用いて測定した。反発弾性率％をショア・レジリオメータ（Ｓｈｏｒｅ  Ｒｅｓｉｌｉｏｍｅｔｅｒ）（ショア・インスツルメント（Shore Instrument & MFG））を用いて測定した。反発弾性率％を、金属鋼球が０．０３１ＭＰａ（４．５ｐｓｉ）で予備成形された試料片から跳ね返る際のその跳ね上がり高さにおいて測定した。反発弾性率％は５回にわたる測定値の平均として報告される。曲げ弾性率をＡＳＴＭ・Ｄ７９０試験法により測定した。空気透過率をジェニュイン・ガーレー（Genuine Gurley）４３４０自動透気度試験機を用いて測定した。
【００６５】
Ｔｇを動的機械分析機（ＤＭＡ）または熱機械分析（ＴＭＡ）のいずれかにより測定した。ＤＭＡに対して、ＴＡ２９８０モデル機を操作温度−２５℃〜１３０℃、周波数３Ｈｚ、および加熱速度２．５℃／分で用いた。Ｔｇを貯蔵弾性率対温度プロットの中間点から計算した。ＴＭＡに対して、試験をＡＳＴＭ・Ｅ８３１試験法により実施した。Ｔｍを示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）により測定した。ＴＡ２９２０モデル機を操作温度−５０℃〜２３０℃および加熱速度１０℃／分で用いた。Ｔｍ値を発熱波のピーク融点から計算した。貯蔵弾性率を２５℃でＤＭＡにより測定した。平板回転磨耗量（Taber Wear）は、１０００サイクルの研磨において除去される多孔質発泡体・シートの量である。多孔質発泡体・シートの平均孔径および孔密度を５０×および１００×倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真を用いて測定した。
【００６６】
所定の単位面積中の独立気泡孔数を数え、次に、画像ソフトウエア、クレメックス・テクノロジーズ（Clemex Technologies）から市販されているクレメックス・ビジョンソフトウエアを用いて孔径を平均化することにより、平均孔径および孔径分布を測定した。孔に対する径と百分率を、試料中の孔の非球状特質を反映する幅および長さの両方に関して報告する。孔密度を以下の式により決定した：
【００６７】
【数１】
2005532176.tif 000006
【００６８】
式中、ρ固形物は固形熱可塑性ポリウレタン・パッド（ＳＣＦガスなし）の密度で、１．２ｇ／ｃｍ3に等しく、ρパッド材料は微小気泡型熱可塑性ポリウレタン・パッド（ＳＣＦガスあり）の密度であり、ｄは気泡の径である（球状と仮定して、ｃｍ単位）。
【００６９】
表４：
【表４】
2005532176.tif 000007
【００７０】
試料３Ｄの多孔質発泡体の平均孔径および孔径分布も、また、試料を５時間にわたり酸化ケイ素ブロックにより調整した後測定した。平均孔径、および平均値の±２０ｍｍ内の寸法を有する孔の百分率に対する値（それぞれ、７．７±９．３ｘ１３．２±１５．５（ｗｘｌ）および９８％／９１％（ｗ／ｌ））は、調整および磨耗の前に得られた値と実質的に同じであった。これらの結果は、孔径および孔径分布が多孔質発泡体・シートの断面を通して一貫していたことを示す。
【００７１】
この実施例は、均一な孔径を有する微小孔性研磨パッドが、本発明の方法を用いて調製することができることを実証する。
【００７２】
実施例４
この実施例は、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドが良好な研磨特性を有することを示す。
【００７３】
密度０．９８９ｇ／ｍｌおよび厚さ０．１０７ｃｍ（０．０４２３インチ）を有する試料３Ｄに対する実施例３に列挙される方法により製造される微小孔性発泡体・ポリウレタン研磨パッドを、ブランケット二酸化ケイ素ウエハーを化学・機械的に研磨するために用いた。研磨パッドを、いかなる調整（すなわち、微小溝または微構造の形成）、バフ研磨、または外部的な大きな溝（すなわち、マクロ織目）なしで用いた。研磨速度およびウエハー内の非均一性を、研磨された二酸化ケイ素ウエハーの数の関数として研磨パッド用に決定した。研磨速度を一列に並んだ４枚のウエハーに対して測定し、続いてそれらに対して研磨速度は記録されていないが４枚の「ダミー」二酸化ケイ素ウエハーを研磨した。研磨速度対研磨された二酸化ケイ素ウエハーの数のプロットを図５に示す。研磨パラメータは、キャリア押下げ圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン速度６０ｒｐｍ、キャリア速度５５〜６０ｒｐｍであった。
【００７４】
図５に表されるデータは、均一な気泡径分布を有する微小孔性発泡体を含む研磨パッドが、いかなる調整、バフ研磨、または溝のマクロ織目なしでさえも、二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーの実質的な研磨速度を生みだすことを示す。更に、研磨パッドは極めて低いウエハー内不均一を生みだす。
【００７５】
実施例５
この実施例は、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドが良好な研磨特性を有することを示す。
【００７６】
同じ研磨組成物（すなわち、キャボット・マイクロエレクトロニクス（Cabot Microelectronics）により市販されているセミ−スパース（Semi-Sperse）（登録商標）Ｄ７３００研磨組成物）の存在下で二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーを研磨するために、各種の研磨パッドを用いた。研磨パッド５Ａ（対照）は、微小溝および大きな溝を有する固形の非多孔質ポリウレタン研磨パッドであった。研磨パッド５Ｂ（本発明）は、試料３Ｄ用の実施例３に列挙される方法により製造される２０±１０μm以下の均一な孔径を有し、密度０．９８９ｇ／ｍｌおよび厚さ０．１０７ｃｍ（０．０４２３インチ）の厚さを有する微小孔性発泡体・ポリウレタン研磨パッドであって、それはバフ研磨され、調整され（微小溝を形成するために）、溝（大きな溝）を切られた。研磨速度および非均一性を、研磨された二酸化ケイ素ウエハーの数の関数としてそれぞれの研磨パッドに対して決定した。研磨速度対研磨パッド５Ａおよび５Ｂそれぞれに対して研磨された二酸化ケイ素ウエハーの数のプロットを図６に示す。研磨パラメータは、キャリア押下げ圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン速度６０ｒｐｍ、キャリア速度５５〜６０ｒｐｍであった。固形研磨パッドおよび本発明の微小孔性発泡体研磨パッドの上部溝切り表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を、それぞれ、図７ａおよび図７ｂ〜７ｃに示す。
【００７７】
図６のプロットは、均一な気泡径分布を有する微小孔性発泡体研磨パッドが、固形の非多孔質研磨パッドに比べて、二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーに対する優れた研磨速度を有することを示す。更に、本発明の微小孔性研磨パッドは、２０以上のウエハーを研磨する過程にわたり極めて一貫した研磨速度および低非均一性を有し、研磨パッドが長期間にわたり光沢化されてしまうことはないことを示した。図７ａ〜ｃにおけるＳＥＭ画像は、本発明の微小孔性発泡体研磨パッド（図７ｂおよび７ｃ）が従来型の研磨パッド（図７ａ）に見られるような研磨の間の光沢化の傾向が少ないことを示す。
【００７８】
実施例６
この実施例は、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドが浸透性であり、研磨の間に研磨組成物を輸送することができることを示す。
【００７９】
固形ポリウレタン研磨パッド（パッド６Ａ、比較）、微小孔性発泡体・ポリウレタン研磨パッド（パッド６Ｂ、本発明）、および従来型独立気泡ポリウレタン研磨パッド（パッド６ｃ、比較）を、ｐＨ１１で水性ヒュームド・シリカ研磨剤を用いる化学機械研磨実験において用いた。２０枚の二酸化ケイ素ウエハーを研磨した後、それぞれの研磨パッドをＳＥＭ・Ｘ線写像技術、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）検出法により検討して、シリカ系研磨組成物の浸透の程度を確定した。ＥＤＸ画像をそれぞれパッド６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに対して図８ａ、８ｂ、および８ｃに示す。
【００８０】
シリカ研磨剤の浸透の程度は、図８ａに示すように固形研磨パッド（パッド６Ａ）に対するパッド厚さの１０または１５％のみであった。微小孔性発泡体研磨パッド（パッド６Ｂ）に対して、シリカ研磨剤はパッド厚さの少なくとも４０％に浸透した。従来型の独立気泡研磨パッド（パッド６Ｃ）に対して、シリカ研磨剤はパッド厚さの２０％〜２５％のみの浸透であった。
【００８１】
この実施例は、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドが研磨パッド本体中にうまく研磨組成物研磨剤粒子を輸送することができる一方で、従来型の固形の独立気泡型研磨パッドは研磨パッド本体中に研磨組成物を輸送しないことを実証する。
【００８２】
実施例７
この実施例は、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドが従来型の独立気泡微小孔性研磨パッドに比べて優れた研磨速度を有することを示す。
【００８３】
類似のパターン化二酸化ケイ素ウエハーを、各種の研磨パッド（研磨パッド７Ａ、７Ｂ、および７Ｃ）を用いて、ｐＨ１１で水性ヒュームド・シリカ研磨剤により研磨した。研磨パッド７Ａ（比較）は固形の非多孔質ポリウレタン研磨パッドであった。研磨パッド７Ｂ（本発明）は、本発明の微小孔性発泡体・ポリウレタン研磨パッドであった。研磨パッド７ｃ（比較）は従来型微小孔性独立気泡ポリウレタン研磨パッドであった。それぞれの研磨パッドを、バフ研磨し、調整し、溝切りした。ステップ高さ８０００Åを有する４０％密度領域およびステップ高さ８０００Åを有する７０％密度領域に対する平坦化率は、それぞれの研磨パッドにより研磨され、態様の残留ステップ高さを３０、６０、９０、１２０、および１５０秒後に測定した。４０％密度態様および７０％密度態様に対する結果は、それぞれ、図９および１０にプロットする。
【００８４】
図９および１０に表される結果は、４０％密度領域に対してすべての研磨パッド（研磨パッド７Ａ〜７Ｃ）が６０秒後１０００Å未満の残留ステップ高さを有することを示す。しかし、７０％密度領域に対して、研磨パッド７Ａおよび７Ｂのみが９０秒後１０００Å未満の残留ステップ高さを有する。従って、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドは、従来型の微小孔性発泡体独立気泡型研磨パッドに比べて、優れた研磨速度を有する。
【００８５】
実施例８
この実施例は、加圧ガス注入法を用いて本発明の研磨パッドを調製するための方法を示す。
【００８６】
固形押出しＴＰＵシートの２例を、３０時間にわたり室温で５ＭＰａＣＯ2ガスを有する加圧容器中に置いた。固形ＴＰＵシートは、それぞれ、５重量％ＣＯ2を吸収した。次に、ＴＰＵ試料（試料８Ａおよび８Ｂ）を飽和圧力５ＭＰａでそれぞれ５０℃および９７．６℃に加熱して、それぞれ０．１μmおよび４μm（９９気泡総数、最小２μm、最大８μm、標準偏差１．５）の平均気泡径を有するシートを生成した。画像分析ソフトウエアを用いて平均気泡径を決定した。未処理の固形ＴＰＵシートのＳＥＭ画像を図１１に示す。発泡ＴＰＵシートのＳＥＭ画像（試料８Ａおよび８Ｂ、本発明）を図１２〜１５に示す。図１２および１３はそれぞれ７５００×および２００００×の倍率である。図１４および１５はそれぞれ３５０×および１０００×の倍率である。
【００８７】
この実施例は、加圧ガス注入法が２０μm未満の平均孔径および高度な均一孔径分布を有する多孔質研磨パッド材料を製造するために用いることができることを実証する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】ＣＯ2濃度１．２６％および融点２１２℃（４１４°Ｆ）により生成された押出し成形多孔質発泡体・ロッド断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（１００×倍率）である。
【図２】ポリマー樹脂の単相溶液中のＣＯ2濃度とそこから調製されて得られる多孔質発泡体の密度間の関係を示す、二酸化炭素濃度対密度のプロットである。
【図３】平均孔径８μｍ、密度０．９８９ｇ／ｃｍ3、および１０6気泡／ｃｍ3を超える気泡密度を有する押出し成形多孔質発泡体・シート断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（８０×倍率）である。
【図４】平均孔径１５μｍ、密度０．９８９ｇ／ｃｍ3、１０6気泡／ｃｍ3を超える気泡密度、および表面のマクロ織目の全くない押出し成形多孔質発泡体・シート上部表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（５０×倍率）である。
【図５】本発明の微小孔性発泡体研磨パッドを用いた二酸化ケイ素研磨速度対研磨された二酸化ケイ素ウエハーの数のプロットである。
【図６】研磨パッドが溝を刻まれ磨かれる、本発明の微小孔性発泡体研磨パッドと固形の非多孔質研磨パッドを比較しての、二酸化ケイ素研磨速度対研磨された二酸化ケイ素ウエハーの数のプロットである。
【図７ａ】２０枚の二酸化ケイ素ウエハーを研磨した後の、光沢の出た研磨破片で詰まる溝切りマクロ織目を有する固形の非多孔質ポリマー・シートの上部表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（２０×倍率）であって、研磨パッドは磨かれ調整されている。
【図７ｂ】平均孔径１５μｍ、密度０．９８９ｇ／ｃｍ3、１０6気泡／ｃｍ3を超える気泡密度、および２０枚の二酸化ケイ素ウエハーを研磨した（磨かれ調整した）後に研磨破片のない溝切りマクロ織目を有する押出し成形多孔質発泡体・シートの上部表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（２０×倍率）である。
【図７ｃ】平均孔径１５μｍ、密度０．９８９ｇ／ｃｍ3、１０6気泡／ｃｍ3を超える気泡密度、および２０枚の二酸化ケイ素ウエハーを研磨した（磨かれるが調整のない）後に研磨破片のない溝切りマクロ織目を有する押出し成形多孔質発泡体・シートの上部表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像（２０×倍率）である。
【図８ａ】２０枚の二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーを研磨した後の研磨パッドの厚さを通してのシリカ研磨剤の浸透の程度を示す、固形の研磨パッド（図８ａ）のエネルギー分散型×線（ＥＤ×）シリカ・マッピング画像である。
【図８ｂ】２０枚の二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーを研磨した後の研磨パッドの厚さを通してのシリカ研磨剤の浸透の程度を示す、本発明の微小孔性発泡体研磨パッド（図８ｂ）のエネルギー分散型×線（ＥＤ×）シリカ・マッピング画像である。
【図８ｃ】２０枚の二酸化ケイ素ブランケット・ウエハーを研磨した後の研磨パッドの厚さを通してのシリカ研磨剤の浸透の程度を示す、従来型の独立気泡研磨パッド（図８ｃ）のエネルギー分散型×線（ＥＤ×）シリカ・マッピング画像である。
【図９】固形の非多孔質研磨パッド、本発明の微小孔性発泡体研磨パッド、および従来型の微小孔性独立気泡研磨パッドの使用を比較しての、パターン化二酸化ケイ素ウエハーの４０％密度態様に対する時間（ｓ）対残留ステップ高さ（Å）のプロットである。
【図１０】固形の非多孔質研磨パッド、本発明の微小孔性発泡体研磨パッド、および従来型の微小孔性独立気泡研磨パッドの使用を比較しての、パターン化二酸化ケイ素ウエハーの７０％密度態様に対する時間（ｓ）対残留ステップ高さ（Å）のプロットである。
【図１１】３５０×倍率での固形熱可塑性ポリウレタン・シートのＳＥＭ画像である。
【図１２】平均気泡径０．１μｍを有する発泡体を製造するために加圧ガス注入により処理された固形熱可塑性ポリウレタン・シートの、７５００×倍率でのＳＥＭ画像である。
【図１３】平均気泡径０．１μｍを有する発泡体を製造するために加圧ガス注入により処理された固形熱可塑性ポリウレタン・シートの、２００００×倍率でのＳＥＭ画像である。
【図１４】平均気泡径４μｍを有する発泡体を製造するために加圧ガス注入により処理された固形熱可塑性ポリウレタン・シートの、３５０×倍率でのＳＥＭ画像である。
【図１５】平均気泡径４μｍを有する発泡体を製造するために加圧ガス注入により処理された固形熱可塑性ポリウレタン・シートの、１０００×倍率でのＳＥＭ画像である。
【図１】
2005532176.tif 000008
【図２】
2005532176.tif 000009
【図３】
2005532176.tif 000010
【図４】
2005532176.tif 000011
【図５】
2005532176.tif 000012
【図６】
2005532176.tif 000013
【図７Ａ】
2005532176.tif 000014
2005532176.tif 000015
2005532176.tif 000016
2005532176.tif 000017
2005532176.tif 000018
2005532176.tif 000019
【図９】
2005532176.tif 000020
【図１０】
2005532176.tif 000021
【図１１】
2005532176.tif 000022
【図１２】
2005532176.tif 000023
【図１３】
2005532176.tif 000024
【図１４】
2005532176.tif 000025
【図１５】
2005532176.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月8日(2004.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０μｍ以下の平均孔径を有し、７５％以上の孔が平均孔径の２０μｍ以内の孔径を有する多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項２】
平均孔径が４０μｍ以下である請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
多孔質発泡体が０．５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
多孔質発泡体が２５％以下の空隙率（void volume）を有する請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項５】
多孔質発泡体が独立気泡を含む請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項６】
多孔質発泡体が１０5気泡／ｃｍ3以上の気泡密度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項７】
多孔質発泡体が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項８】
ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項９】
熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルトインデックス、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの重量平均分子量（Ｍｗ）、および１．１〜６の多分散性インデックス（ＰＤＩ）を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１０】
熱可塑性ポリウレタンがずり速度（γ）１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で２〜８のレオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１１】
熱可塑性ポリウレタンが３５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１２】
熱可塑性ポリウレタンが２０℃〜１１０℃のガラス転位温度および１２０℃〜２５０℃の融解転移温度を有する請求項８に記載の研磨パッド。
【請求項１３】
多孔質発泡体が、更に、水吸収性ポリマーを含む請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項１４】
水吸収性ポリマーが架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリアクリル酸、架橋ポリビニルアルコール、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１３に記載の研磨パッド。
【請求項１５】
多孔質発泡体が、更に、研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子、液体キャリア可溶性粒子、およびそれらの組合せからなる群から選択される粒子を含む請求項７に記載の研磨パッド。
【請求項１６】
多孔質発泡体が、更に、シリカ、アルミナ、セリア、およびそれらの組合せからなる群から選択される研磨剤粒子を含む請求項１５に記載の研磨パッド。
【請求項１７】
平均孔径が１μｍ〜２０μｍである請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１８】
９０％以上の孔が平均孔径の２０μｍ以内の孔径を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項１９】
多孔質発泡体が０．５ｇ／ｃｍ3以上の密度を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２０】
多孔質発泡体が２５％以下の空隙容積を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２１】
多孔質発泡体が独立気泡を含む請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２２】
多孔質発泡体が１０5気泡／ｃｍ3以上の気泡密度を有する請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２３】
多孔質発泡体が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む請求項１７に記載の研磨パッド。
【請求項２４】
ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである請求項２３に記載の研磨パッド。
【請求項２５】
熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルトインデックス、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの重量平均分子量（Ｍｗ）、および１．１〜６の多分散性インデックス（ＰＤＩ）を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２６】
熱可塑性ポリウレタンがずり速度（γ）１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で２〜８のレオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２７】
熱可塑性ポリウレタンが３５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２８】
熱可塑性ポリウレタンが２０℃〜１１０℃のガラス転位温度および１２０℃〜２５０℃の融解転移温度を有する請求項２４に記載の研磨パッド。
【請求項２９】
多孔質発泡体が、更に、水吸収性ポリマーを含む請求項２３に記載の研磨パッド。
【請求項３０】
水吸収性ポリマーが架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリアクリル酸、架橋ポリビニルアルコール、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項２９に記載の研磨パッド。
【請求項３１】
多孔質発泡体が、更に、研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子、液体キャリア可溶性粒子、およびそれらの組合せからなる群から選択される粒子を含む請求項２３に記載の研磨パッド。
【請求項３２】
多孔質発泡体が、更に、シリカ、アルミナ、セリア、およびそれらの組合せからなる群から選択される研磨剤粒子を含む請求項３１に記載の研磨パッド。
【請求項３３】
多峰性分布が２０以下の孔径最大値を持つ多峰性孔径分布を有する多孔質発泡体を含む化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項３４】
多峰性孔径分布が２峰性孔径分布である請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項３５】
２峰性分布が５０μｍ以下の第１孔径最大値および５０μｍ以上での第２孔径最大値を有する請求項３４に記載の研磨パッド。
【請求項３６】
２峰性分布が２０μｍ以下での第１孔径最大値および２０μｍ以上での第２孔径最大値を有する請求項３４に記載の研磨パッド。
【請求項３７】
多孔質発泡体が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されるポリマー樹脂を含む請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項３８】
ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである請求項３７に記載の研磨パッド。
【請求項３９】
多孔質発泡体が水吸収性ポリマーを含む請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項４０】
多孔質発泡体が研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合粒子、液体キャリア可溶性粒子、およびそれらの組合せからなる群から選択される粒子を含む請求項３３に記載の研磨パッド。
【請求項４１】
熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）、５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルの分子量、および１．１〜６の多分散性インデックスを有し、５０μｍ以下の平均孔径を持つ熱可塑性ウレタン発泡体を含む、化学機械研磨用の研磨パッド。
【請求項４２】
ウレタン発泡体が３５０ＭＰａ〜１０００ＭＰａの曲げ弾性率を有する請求項４１に記載の研磨パッド。
【請求項４３】
熱可塑性ポリウレタンがずり速度１５０ｌ／ｓおよび２０５℃の温度で２〜１０のレオロジー・プロセシング・インデックスを有する請求項４１に記載の研磨パッド。
【請求項４４】
熱可塑性ウレタン発泡体が、圧縮率の平均％７以下、反発弾性率の平均％３５以上、およびショアＤ硬度４０〜９０を有する請求項４１に記載の研磨パッド。
【請求項４５】
キャリア押下げ圧力０．０２８ＭＰａ、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン回転速度６０ｒｐｍ、およびキャリア回転速度５５ｒｐｍ〜６０ｒｐｍを伴い、少なくとも６００Å／分の速度で二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる化学機械研磨用のポリウレタン研磨パッドであって、該研磨パッドは研磨剤粒子を含有せず、外部的に作製した表面織目を全く含まない。
【請求項４６】
研磨パッドが５％以下の空隙率を有する請求項４５に記載の研磨パッド。
【請求項４７】
研磨パッドが５０μｍ以下の平均孔径を有する孔を含む請求項４５に記載の研磨パッド。
【請求項４８】
（ａ）ポリマー樹脂を、高い温度および圧力にガスをさらすことにより生成される超臨界ガスと組み合わせて単相溶液を生成すること、および
（ｂ）単相溶液から研磨パッドを形成すること、
を含む研磨パッド基材を製造するための方法。
【請求項４９】
ガスがＣ−Ｈ結合を含有しない請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
ガスが窒素、二酸化炭素、またはそれらの組合せを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
ポリマー樹脂が、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマーゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー・ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択される請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
研磨パッドが、溶液ｃｍ3当り１０5を超える成長核を生みだすために十分な単相溶液における熱力学的不安定性を造りだすことにより形成される請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
超臨界ガスの量が単相溶液全体積の０．０１％〜５％である請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
ガスがポリマー樹脂と混合する前に超臨界ガスに変換される請求項４８に記載の方法。
【請求項５５】
ガスがポリマー樹脂と混合した後に超臨界ガスに変換される請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
ガスが二酸化炭素であり、温度が１５０℃〜２５０℃であり、および圧力が７ＭＰａ〜３５ＭＰａである請求項５０に記載の方法。
【請求項５７】
研磨パッドが、ポリマー・シート中への押出し成形、多層シートの同時押出し成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成形、ブロン・フィルム、多層ブロンフィルム、キャスト・フィルム、熱成形、および樹脂注型からなる群から選択される技術を用いて単相溶液から形成される請求項４８に記載の方法。
【国際調査報告】
2005532176.tif 000027
2005532176.tif 000028
2005532176.tif 000029