(57)【要約】【課題】高温にさらされても硬度低下を抑制することができる研磨パッドの製造方法を提供する。【解決手段】研磨パッドは、乾式成型されたポリウレタンシートを備えている。研磨パッドは、芳香族ジイソシアネート化合物、脂肪族ジイソシアネート化合物、ジオール化合物に水を分散希釈させた分散液、ジアミン化合物をそれぞれ準備する準備工程、各成分を混合して混合液を調製する混合工程、混合液を注型する注型工程、芳香族ジイソシアネート化合物を主として反応させ、発泡を形成させて発泡体を形成する発泡体形成工程、発泡体をシート状にスライスするスライス工程、得られたシートを加熱し、脂肪族ジイソシアネート化合物を主として反応させる架橋硬化工程、ポリウレタンシートと両面テープとを貼り合わせるラミネート工程を経て製造される。スライスされた後、架橋硬化される。【選択図】図２
2011051045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を研磨加工するためのポリウレタンシートを備えた研磨パッドの製造方法であって、
第１のジイソシアネート化合物と、予めジオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ジアミン化合物と、前記分散液およびジアミン化合物に対して前記第１のジイソシアネート化合物より低反応性の第２のジイソシアネート化合物とをそれぞれ準備する準備ステップと、
前記ジアミン化合物および前記分散液と、前記第１および第２のジイソシアネート化合物のうちの第１のジイソシアネート化合物とを主として反応させ発泡体を形成する発泡体形成ステップと、
前記発泡体をスライスして複数枚のポリウレタンシートを形成するシート形成ステップと、
前記ポリウレタンシートを加熱し、前記第１および第２のジイソシアネート化合物のうちの第２のジイソシアネート化合物を主として反応させて架橋硬化させる架橋硬化ステップと、
を含む製造方法。
【請求項２】
前記第１のジイソシアネート化合物は芳香族ジイソシアネート化合物であり、前記第２のジイソシアネート化合物は脂肪族ジイソシアネート化合物であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記発泡体形成ステップで、前記第１のジイソシアネート化合物と第２のジイソシアネート化合物とを重量比４：１〜４：３の割合で混合することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記準備ステップで前記分散液中に分散希釈させる水の量は、前記第１および第２のジイソシアネート化合物の合計の重量１ｋｇに対して１ｇ〜６ｇの割合であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ジオール化合物は、ポリプロピレングリコールであることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記シート形成ステップで形成されたポリウレタンシートは、それぞれの表面に形成された開孔の平均孔径がいずれも３０μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記架橋硬化ステップで架橋硬化されたポリウレタンシートは、いずれも温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水に前記一定時間浸漬したときの硬度の割合が８０％以上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】
前記発泡体形成ステップで前記第１のジイソシアネート化合物、第２のジイソシアネート化合物、分散液およびジアミン化合物を混合した後、前記発泡体を形成することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨パッドの製造方法に係り、特に、被研磨物を研磨加工するためのポリウレタンシートを備えた研磨パッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ用ガラス基板等の材料（被研磨物）では、表面の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、表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、表面のより高度な平坦性が要求されている。
【０００３】
半導体デバイスやガラス基板の表面を平坦化する方法としては、一般的に化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下、ＣＭＰと略記する。）法が用いられている。ＣＭＰ法では、被研磨物の表面（被研磨面）が研磨パッドの表面（研磨面）に押し付けられた状態で、被研磨面と研磨面とを相対的に摺動させることで研磨加工される。研磨加工時には、通常、研磨粒子をアルカリ溶液に分散させたスラリが供給される、いわゆる遊離砥粒方式が採用される。すなわち、スラリ中の研磨粒子による機械的作用と、アルカリ溶液による化学的作用とで研磨加工される。被研磨面に要求される平坦性の高度化に伴い、ＣＭＰ法に求められる研磨精度、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。
【０００４】
ＣＭＰ法では、発泡構造を有する硬質のポリウレタンシートを備えた研磨パッドが広く使用されている。このようなポリウレタンシートの製造では、通常、イソシアネート基含有化合物を含むプレポリマと、活性水素化合物を含む硬化剤とが反応により硬化されて発泡体が成型される。得られた発泡体のスライスにより形成されたポリウレタンシートを用いて研磨パッドが製造される。発泡体のスライスにより形成されたポリウレタンシートの表面には、研磨加工時にスラリを保持することができる開孔が形成される。
【０００５】
このような研磨パッドを用いた研磨加工では、大きな平坦化効率を得るために、研磨速度を上げること、および、被研磨面のうねりや凸部を効率的に除去できるようにすることの２点が重要である。前者に対しては、研磨加工時における被研磨物および研磨パッド間の相対速度の増大または研磨圧力の上昇によりクリアすることができる。一方、後者に対しては、研磨パッドの硬度を高くすることでクリアすることが可能となる。
【０００６】
ところが、上述したように硬化成型された発泡体では、発泡体の硬度を高くするほどスライスに用いる治具（スライス刃）に対する負荷が大きくなる。このため、得られるポリウレタンシートでは、表面、すなわち、研磨面にスライス痕等の外観上の欠陥が生じやすく、厚みバラツキも生じるため、表面の平坦性を向上させることが難しくなる。この点に関し、硬化により高硬度の発泡体を成形した後、加熱により硬度を低下させてスライスする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、スライス時には加熱により発泡体の硬度が低下するため、容易にポリウレタンシートを形成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６９５７８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、発泡体を８０〜１３０℃に加熱することで硬度がＤ硬度からＡ硬度へと大きく低下する。このため、スライスを容易にすることができるものの、研磨加工時に発生する摩擦熱により研磨パッドが経時的に軟化してしまう、という問題がある。この結果、初期の高硬度を長期間維持することができず、被研磨物の平坦化効率が徐々に低下してしまう。また、特許文献１の技術に限らず、通常の研磨パッドにおいても、平坦化効率を向上させるために研磨速度や研磨圧力を高めた高速/高負荷条件で研磨加工を行うと、発生する摩擦熱が大きくなり研磨パッド（ポリウレタンシート）の軟化を招くこととなる。
【０００９】
本発明は上記事案に鑑み、高温にさらされても硬度低下を抑制することができる研磨パッドの製造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、本発明は、被研磨物を研磨加工するためのポリウレタンシートを備えた研磨パッドの製造方法であって、第１のジイソシアネート化合物と、予めジオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ジアミン化合物と、前記分散液およびジアミン化合物に対して前記第１のジイソシアネート化合物より低反応性の第２のジイソシアネート化合物とをそれぞれ準備する準備ステップと、前記ジアミン化合物および前記分散液と、前記第１および第２のジイソシアネート化合物のうちの第１のジイソシアネート化合物とを主として反応させ発泡体を形成する発泡体形成ステップと、前記発泡体をスライスして複数枚のポリウレタンシートを形成するシート形成ステップと、前記ポリウレタンシートを加熱し、前記第１および第２のジイソシアネート化合物のうちの第２のジイソシアネート化合物を主として反応させて架橋硬化させる架橋硬化ステップと、を含む。
【００１１】
本発明では、発泡体形成ステップでジアミン化合物および分散液と第１のジイソシアネート化合物とを主として反応させることで発泡体が形成されるため、シート形成ステップでの発泡体のスライスにより表面の平坦性を損なうことなく複数枚のポリウレタンシートを形成することができ、架橋硬化ステップでの加熱により第２のジイソシアネート化合物を主として反応させることでポリウレタンシートが架橋硬化されるため、研磨加工時の発熱により高温にさらされても硬度低下を抑制し研磨性能を確保することができる。
【００１２】
この場合において、第１のジイソシアネート化合物を芳香族ジイソシアネート化合物とし、第２のジイソシアネート化合物を脂肪族ジイソシアネート化合物とすることが好ましい。また、発泡体形成ステップにおいて、第１のジイソシアネート化合物と第２のジイソシアネート化合物とを重量比４：１〜４：３の割合で混合することができる。準備ステップで分散液中に分散希釈させる水の量を、第１および第２のジイソシアネート化合物の合計の重量１ｋｇに対して１ｇ〜６ｇの割合としてもよい。このとき、ジオール化合物をポリプロピレングリコールとすることができる。また、シート形成ステップで形成されたポリウレタンシートでは、それぞれの表面に形成された開孔の平均孔径をいずれも３０μｍ〜２００μｍの範囲とすることができる。硬化ステップで硬化されたポリウレタンシートでは、いずれも温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度の割合を８０％以上とすることができる。また、発泡体形成ステップで第１のジイソシアネート化合物、第２のジイソシアネート化合物、分散液およびジアミン化合物を混合した後、発泡体を形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発泡体形成ステップでジアミン化合物および分散液と第１のジイソシアネート化合物とを主として反応させることで発泡体が形成されるため、シート形成ステップでの発泡体のスライスにより表面の平坦性を損なうことなく複数枚のポリウレタンシートを形成することができ、架橋硬化ステップでの加熱により第２のジイソシアネート化合物を主として反応させることでポリウレタンシートが架橋硬化されるため、研磨加工時の発熱により高温にさらされても硬度低下を抑制し研磨性能を確保することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、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。
【００１６】
（構成）
図１に示すように、研磨パッド１０は、硬質発泡タイプのポリウレタンシート２を備えている。ポリウレタンシート２は、研磨加工時に被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有している。この研磨面Ｐは、研磨加工時に、被研磨物の加工面にスラリを介して当接する。ポリウレタンシート２は、乾式成型で形成された発泡体をスライスした後に架橋硬化させることで形成されている。
【００１７】
ポリウレタンシート２の内部には、乾式成型時に添加された水により、断面円形状の発泡３が略均等に分散した状態で形成されている。ポリウレタンシート２が発泡体のスライス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。研磨面Ｐに形成された開孔４は、平均孔径が３０〜２００μｍの範囲に調整されている。ポリウレタンシート２の厚さは、１．３〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。
【００１８】
ポリウレタンシート２では、ショアＤ硬度が５０度以上に調整されている。このポリウレタンシート２は、温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水（熱湯）に同じ一定時間浸漬したときの硬度の割合で定義される湿潤硬度保持率が８０％以上に設定されている。ポリウレタンシート２の厚み精度Ｒ（厚みの最大値と最小値との差）は、５０μｍ以下に調整されている。
【００１９】
また、研磨パッド１０は、ポリウレタンシート２の研磨面Ｐと反対の面側に、研磨機に研磨パッド１０を装着するための両面テープ７の一面側が貼り合わされている。両面テープ７は、図示を省略した基材を有している。基材には、可撓性を有するフィルムや不織布等を使用することができるが、本例では、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルムが使用されている。基材の両面には、粘着剤が塗着された粘着剤層を有している。両面テープ７は、一面側の粘着剤層でポリウレタンシート２と貼り合わされており、他面側（図１の最下面側）に剥離紙８が貼り合わされている。
【００２０】
（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、芳香族ジイソシアネート化合物（第１のジイソシアネート化合物）、脂肪族ジイソシアネート化合物（第２のジイソシアネート化合物）、予めジオール化合物に水を分散希釈させた分散液、および、ジアミン化合物をそれぞれ準備する準備工程（準備ステップ）、芳香族ジイソシアネート化合物、脂肪族ジイソシアネート化合物、分散液、ジアミン化合物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、型枠内でジアミン化合物および分散液と芳香族ジイソシアネート化合物とを主として反応させ、発泡を形成させて発泡体を形成する発泡体形成工程（発泡体形成ステップ）、発泡体をスライスして複数枚のシートを形成するスライス工程（シート形成ステップ）、得られたシートを加熱し、脂肪族ジイソシアネート化合物を主として反応させて架橋硬化させる架橋硬化工程（架橋硬化ステップ）、ポリウレタンシート２と両面テープ７とを貼り合わせるラミネート工程を経て研磨パッド１０が製造される。以下、工程順に説明する。
【００２１】
（準備工程）
準備工程では、芳香族ジイソシアネート化合物、脂肪族ジイソシアネート化合物、予めジオール化合物に水を分散希釈させた分散液、および、ジアミン化合物をそれぞれ準備する。
【００２２】
芳香族ジイソシアネート化合物としては、分子内に２つの末端イソシアネート基を有する芳香族性のウレタンプレポリマ（以下、プレポリマＡと略記する。）が用いられている。プレポリマＡ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、得られる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Ａは、温度５０〜８０℃における粘度を５００〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲に設定することが好ましい。このことは、例えば、プレポリマＡ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Ａは、５０〜８０℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。
【００２３】
プレポリマＡの具体例としては、例えば、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、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等を挙げることができる。また、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い。
【００２４】
脂肪族ジイソシアネート化合物としては、分子内に２つの末端イソシアネート基を有する脂肪族性のウレタンプレポリマ（以下、プレポリマＢと略記する。）が用いられている。プレポリマＢは、プレポリマＡと同様に、温度５０〜８０℃における粘度を５００〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲に設定することが好ましい。このことは、例えば、プレポリマＢ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Ｂは、５０〜８０℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。
【００２５】
プレポリマＢの具体例としては、例えば、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（ＨＤＩ）、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、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。また、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い。
【００２６】
プレポリマＡでは、芳香環が電子供与性を有するため、脂肪族性のプレポリマＢと比較すると、水酸基やアミノ基等の活性水素を有する官能基に対する末端イソシアネート基の反応性が高められる。換言すれば、プレポリマＢは、分散液およびジアミン化合物に対してプレポリマＡより低反応性である。このようなプレポリマＡとプレポリマＢとの配合比は、重量比で４：１〜４：３の範囲に調整することが好ましい。プレポリマＡの割合が大きくなりすぎると、発泡体形成時に得られる発泡体の硬度が高くなりすぎるため、スライス工程でのスライスがしにくくなる。反対に、プレポリマＡの割合が少なすぎると、発泡体の形成が不十分となり形成される発泡３の分散状態に偏りが生じるおそれがある。
【００２７】
また、分散液の調製に用いられるジオール化合物としては、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ジオール化合物、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の高分子量のジオール化合物のいずれも使用することができる。プレポリマＡ、プレポリマＢやジ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を均一に分散させやすくなるため、数平均分子量５００〜２０００のジオール化合物を用いることが好ましく、特に、数平均分子量１０００〜２０００のポリプロピレングリコールが分散性や得られるウレタンシートの耐熱性の面からより好ましい。本例では、数平均分子量約２０００のポリプロピレングリコールを使用し、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プレポリマＡおよびプレポリマＢの合計の重量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、プレポリマＡおよびプレポリマＢの合計の重量を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。
【００２８】
ジアミン化合物としては、脂肪族や芳香族のジアミン化合物を使用することができるが、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。）を使用することが好ましい。ＭＯＣＡは、約１２０℃に加熱し溶融させた状態で用いられる。
【００２９】
（混合工程、注型工程、発泡体形成工程）
図２に示すように、混合工程では、準備工程で準備したプレポリマＡ、プレポリマＢ、分散液およびジアミン化合物を混合し混合液を調製する。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、発泡体形成工程では型枠内でジアミン化合物および分散液とプレポリマＡとを主として反応させ、発泡を形成させて発泡体を成型する。本例では、混合工程、注型工程、発泡体形成工程を連続して行う。
【００３０】
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、発泡体形成工程で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Ａ、第２成分としてプレポリマＢ、第３成分としてジアミン化合物、第４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。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。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成分および第４成分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。
【００３１】
第１成分のプレポリマＡ、第２成分のプレポリマＢ、第３成分のＭＯＣＡに代表されるジ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。攪拌翼１４の回転により、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。
【００３２】
第１成分、第２成分、第３成分および第４成分が混合槽１２に供給され、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、混合液中の気泡が（成型中に）移動してしまい、得られる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、注液工程で１００ｋｇ程度の型枠２５に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。
【００３３】
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。
【００３４】
発泡体形成工程では、型枠２５内で、混合液中のジアミン化合物および分散液と、プレポリマＡおよびプレポリマＢのうちのプレポリマＡとを主として反応させ発泡体を形成させる。このとき、プレポリマＡとジアミン化合物や分散液中のジオール化合物との鎖伸長反応により高分子化が進行する。また、混合液中にプレポリマＢが共存しているが、プレポリマＢでは分散液、ジアミン化合物に対する反応性がプレポリマＡより低いため、プレポリマＡの反応が優先的に進行する。プレポリマＡのイソシアネート基は、ジアミン化合物のアミノ基と反応することによりウレア結合を形成し、ジオール化合物の水酸基と反応することによりウレタン結合を形成する。この高分子化の進行と同時に、プレポリマＡ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。高分子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を形成する。発泡３は、断面形状が、円形状、楕円形状等の種々の形状で形成される。また、プレポリマＡの一部が未反応で残存する可能性やプレポリマＢの一部が反応する可能性もあるが、反応性の違いにより、大部分のプレポリマＡが反応し、大部分のプレポリマＢが残存する。
【００３５】
（スライス工程）
図２に示すように、スライス工程では、発泡体形成工程で得られた発泡体をスライス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される。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で成型した発泡体では、例えば、発泡体の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枚のシートが形成される。発泡体形成工程で内部に発泡３が略均等に形成された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３０〜２００μｍの範囲となる。また、各シートでは、開孔４の平均孔径の差が±３％の範囲内となる。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。平均孔径は、５０〜１８０μｍの範囲がより好ましく、特に、ガラス基板の研磨加工においては、１００〜１７０μｍの範囲が更に好ましい。
【００３６】
（架橋硬化工程）
スライスして形成されたシートを加熱することにより、プレポリマＡおよびプレポリマＢのうちのプレポリマＢを主として反応させ架橋硬化させる。発泡体形成工程でプレポリマＡの一部が未反応で残されていても、この段階で反応することとなる。加熱は、１００℃以上の温度で１８時間以上処理することが好ましい。プレポリマＢを完全に反応させることを考慮すれば、１１０〜１２０℃で２０〜２５時間処理することがより好ましい。架橋硬化により得られたポリウレタンシート２では、湿潤硬度保持率が８０％以上を示す。
【００３７】
ここで、プレポリマＢの反応について説明する。発泡体形成工程でプレポリマＡを主として反応させたことで、スライス工程で得られたシートでは、ポリウレタンポリマの主鎖にウレア結合とウレタン結合とが形成されている。プレポリマＢのイソシアネート基の反応では、ウレア結合との反応によりビュレット結合が形成され、ウレタン結合との反応によりアロファネート結合が形成される。また、一部のプレポリマＢが三量化するイソシアヌレート結合も形成される。従って、２官能性のプレポリマＢの反応により、ポリウレタンポリマ間に架橋結合が形成され、シートが硬化されることとなる。
【００３８】
（ラミネート工程）
ラミネート工程では、架橋硬化工程で架橋硬化されたポリウレタンシート２と両面テープ７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１０を完成させる。
【００３９】
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貼着する。被研磨物を加圧し、スラリを供給しながら研磨定盤を回転させることで、被研磨物の加工面（被研磨面）が研磨加工される。
【００４０】
（作用等）
次に、本実施形態の研磨パッド１０および研磨パッド１０の製造方法の作用等について説明する。
【００４１】
本実施形態の製造方法では、発泡体形成工程でジアミン化合物および分散液とプレポリマＡとが主として反応され、発泡体が形成されることとなる。このため、得られた発泡体では、プレポリマＢの大部分が残された分で硬度上昇が抑制される。また、水による発泡形成が生じるため、高硬度化が抑制される。従って、スライス工程では、この状態の発泡体をスライスすることで、表面における平坦性を損なうことなく複数枚のシートを形成することができる。
【００４２】
また、本実施形態の製造方法では、スライス工程で形成されたシートが架橋硬化工程で加熱により架橋硬化される。このとき、プレポリマＢがプレポリマＡにより形成されたポリウレタンポリマ主鎖のウレア結合やウレタン結合と反応することでポリウレタンポリマ分子間に架橋結合が形成される。このため、スライス後のシートが架橋硬化されるため、架橋硬化されたポリウレタンシート２では、ショアＤ硬度が５０度以上を示す。このような高硬度のポリウレタンシート２を用いた研磨パッド１０では、研磨加工時の摩擦により生じた摩擦熱で高温下にさらされても、ポリウレタンシート２の軟化が抑制されるので、被研磨物の表面（加工面）の平坦化精度を向上させることができる。従って、研磨パッド１０では、半導体デバイスや大型のガラス基板等の高度な平坦化精度の要求される研磨加工に好適に使用することができる。
【００４３】
更に、本実施形態の製造方法では、プレポリマＡと、分散液およびジアミン化合物に対してプレポリマＡより低反応性のプレポリマＢとが用いられる。このため、発泡体形成工程では、プレポリマＢの反応を抑制して効率よくプレポリマＡを反応させることができ、スライス工程後の架橋硬化工程ではプレポリマＢを主として反応させることで架橋硬化反応を生じさせることができる。これにより、繁雑な工程を要することなく、高精度の研磨加工に要求される高硬度のポリウレタンシート２を得ることができる。
【００４４】
また更に、本実施形態の製造方法では、水がジオール化合物に分散希釈された状態で混合液に混合される。このため、混合液中の水の分散状態が均等化されるので、水とプレポリマＡとの反応で形成される発泡３の分散状態を均等化することができる。また、分散液中に分散希釈させる水の量がプレポリマＡおよびプレポリマＢの合計の重量１ｋｇに対して１ｇ〜６ｇの割合に調整されている。このため、形成される発泡３の大きさが適正化され、３０〜２００μｍの範囲の大きさに形成される。
【００４５】
更にまた、本実施形態の製造方法では、プレポリマＡとプレポリマＢとが重量比４：１〜４：３の割合で混合されている。このため、発泡体形成時に主として反応して高分子化するプレポリマＡの量と、架橋硬化時に主として反応して架橋結合を形成するプレポリマＢの量とがバランスされるので、発泡体形成を確実にし、架橋硬化前の発泡体のスライスを容易にすることができるとともに、架橋結合を効率よく形成して高硬度化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態の研磨パッド１０では、研磨面Ｐにおける開孔４の平均孔径が３０〜２００μｍの範囲に調整されている。このため、研磨加工時に供給されるスラリ（研磨砥粒を含む。）が開孔４を介して発泡３内に保持され、放出される。これにより、スラリが研磨パッド１０および被研磨物間で略均等に分散して供給され、研磨効率を向上させることができる。
【００４７】
更に、本実施形態の研磨パッド１０では、ポリウレタンシート２がスライス後に架橋硬化されているため、湿潤硬度保持率が８０％以上を示す。このため、研磨加工時に、スラリが供給された湿潤状態で、摩擦熱による温度上昇が生じても硬度変化を抑制することができる。これにより、安定した硬度の研磨面Ｐで研磨加工を継続することができるので、研磨性能の安定化を図ることができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、プレポリマＡとして芳香族ジイソシアネート化合物、プレポリマＢとして脂肪族ジイソシアネート化合物をそれぞれ例示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、分散液およびジアミン化合物に対してプレポリマＢがプレポリマＡより低反応性であればよい。また、本実施形態では、ジ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、分散液がジ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（フィラー）等の成分を含むようにしてもよい。
【００４９】
また、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パッド１０の研磨面Ｐ側に溝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。研磨パッドに溝加工を施した場合、例えば、研磨パッドの表面に孔径の大きな開孔が形成されていると、開孔と溝とが重なり突起状の角が形成されるため、研磨加工時に被研磨物にキズが発生することとなる。本実施形態では、研磨パッド１０の開孔４は平均孔径が３０〜２００μｍの範囲で略均一なため、溝加工を施しても被研磨物に対するキズの発生を抑制することができる。
【００５０】
更に、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】
【００５１】
以下、本実施形態に従い製造した研磨パッド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。
【００５２】
（実施例１）
実施例１では、第１成分のプレポリマＡとして２，４−ＴＤＩ（三菱樹脂株式会社製、ＰＴＭＧプレポリマ）、第２成分のプレポリマＢとしてイソシアヌレート化ＨＤＩ（日本ポリウレタン工業株式会社製）をそれぞれ用いた。第３成分のＭＯＣＡは１２０℃で溶解させ、減圧下で脱泡した。第４成分の分散液は、数平均分子量約２０００のポリプロピレングリコールの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。第１成分：第２成分：第３成分：第４成分を重量比で７０部：３０部：２２．８部：５．３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。得られた混合液を型枠２５に注型し反応させた後、形成された発泡体を型枠２５から抜き出した。この発泡体を、厚さ１．３ｍｍにスライスした後、１１５℃で２０時間の加熱処理を施した。得られたポリウレタンシート２と両面テープ７とを貼り合わせることで研磨パッド１０を製造した。
【００５３】
（比較例１、比較例２）
比較例１では、プレポリマＢを用いない以外は実施例１と同様にしてポリウレタンシートを作製し、両面テープ７と貼り合わせることで研磨パッドを製造した。比較例２では、実施例１と同様にして作製した混合液を型枠２５内で完全に反応硬化させた。このとき、１１０℃に加熱して２０時間反応させた。形成された発泡体をスライスして得られたポリウレタンシートを両面テープ７と貼り合わせることで研磨パッドを製造した。
【００５４】
（評価）
実施例および比較例のポリウレタンシートについて、研磨面Ｐにおける平均孔径および厚み精度Ｒを測定した。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。厚み精度Ｒの測定では、１０００ｍｍ×１０００ｍｍの大きさに切り出したポリウレタンシートを１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさに分割し、測定サンプル数を１００とした。デジタル式厚さ測定機（株式会社マイズ試験機製）を使用し、測定圧力４８０ｇ／ｃｍ２で、測定サンプルの４隅および中心の５点の厚みを測定し、最大値と最小値との差を厚み精度Ｒとして求めた。このとき、厚さ測定器では、圧子の直径（φ）１０ｍｍ、面積７８．５ｍｍ２とした。また、湿潤（ＷＥＴ）硬度および硬度保持率を測定した。湿潤硬度は、ポリウレタンシートを温度２０℃の水に３０分間浸漬した後、硬度として、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ  ７３１１）に準じてショアＤ硬度を測定した。同じポリウレタンシートを温度７０℃の熱湯に３０分間浸漬した後、ショアＤ硬度を同様に測定し、２０℃のときの硬度に対する７０℃のときの硬度の割合を百分率で求めた。また、スライス工程でのスライスのしやすさをスライス性として評価した。評価は、○：厚み精度Ｒが５０μｍ以下の均一なスライスができるもの、×：厚み精度Ｒが５０μｍを超え均一なスライスができないもの、の２段階とした。平均孔径および厚み精度Ｒの測定結果を下表１に示し、湿潤硬度、硬度保持率およびスライス性の評価結果を下表２に示す。
【００５５】
【表１】
2011051045.tif 000003
【００５６】
表１に示すように、プレポリマＡが反応するときに発泡が形成される実施例1、比較例1のポリウレタンシートでは、平均孔径がそれぞれ７０μｍ、８２μｍを示した。これに対して、プレポリマＡ、プレポリマＢの両者が反応するときに発泡が形成される比較例２では、平均孔径が５２μｍと小さくなった。これは、プレポリマＡ、Ｂの反応による架橋硬化が比較的速く進行するため、発泡が小さく形成されたことが考えられる。また、厚み精度Ｒの測定結果では、実施例１、比較例１と比べて、比較例２の数値が大きくなっている。これは、プレポリマＡ、Ｂがともに反応することで硬度が上昇したため、スライスによるシート作製がし難くなり、厚み精度を低下させたことが考えられる。
【００５７】
【表２】
2011051045.tif 000004
【００５８】
表２に示すように、プレポリマＡのみを用いた比較例１では、湿潤硬度が温度７０℃で大きく低下しており、硬度保持率が５０％であった。これに対して、実施例１では、硬度保持率が８０％以上である９１％を示している。このことから、実施例１のポリウレタンシート２を用いた研磨パッド１０では、研磨加工中に生じる硬度変化が抑制されるため、研磨性能のバラツキを抑制することが期待できる。比較例２についても、実施例１と同様に硬度保持率は８０％以上を維持することができた。ところが、比較例２では、発泡体の段階で硬度が高くなるため、スライス工程でのスライスが難しくなり、厚み精度を損なう結果となった。
【００５９】
以上の結果から、プレポリマＡを主として反応させることで得られた発泡体をシート状にスライスした後、プレポリマＢを主として反応させることで架橋硬化させたポリウレタンシート２では、発泡体がプレポリマＢの反応前にスライスされるため、厚み精度Ｒを５０μｍ以下に抑えることができ、スライス後に架橋硬化されるため、高温下でも高硬度を保持することができる研磨パッド１０を得ることができることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は高温にさらされても硬度低下を抑制することができる研磨パッドの製造方法を提供するため、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。
【符号の説明】
【００６１】
２  ポリウレタンシート
３  発泡
４  開孔
１０  研磨パッド
【図１】
2011051045.tif 000005
【図２】
2011051045.tif 000006
【図３】
2011051045.tif 000007