(57)【要約】【課題】研磨圧力に対する応答性が高く、研磨圧力によって研磨レートを制御できる研磨パッドを提供すること。【解決手段】中空微粒子を含む研磨層を有する研磨パッドであって、前記中空微粒子の直径が１０〜３０μｍであり、前記研磨層の密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ３であり、かつ圧力応答性が８００Å／ｍｉｎ・ｐｓｉ以上であることを特徴とする前記研磨パッド。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空微粒子を含む研磨層を有する研磨パッドであって、前記中空微粒子の直径が１０〜３０μｍであり、前記研磨層の密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ３であり、かつ圧力応答性が８００Å／ｍｉｎ・ｐｓｉ以上であることを特徴とする前記研磨パッド。
【請求項２】
前記研磨層のＤ硬度が２０〜６０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３】
前記研磨層中の気泡が、実質的に独立気泡のみからなる、請求項１又は２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の研磨パッドを用いて、研磨圧力を変更することで多段階研磨をする工程を含むことを特徴とする、同一の研磨パッドを用いた多段階研磨方法。
【請求項５】
前記多段階研磨をする工程は、研磨圧が１．５〜５．０ｐｓｉである第１の研磨工程と、研磨圧が１．０〜４．５ｐｓｉであり、前記第１の研磨工程より０．５ｐｓｉ以上低い研磨圧で研磨する第２の研磨工程を含む、請求項４に記載の多段階研磨方法。
【請求項６】
前記多段階研磨をする工程は、研磨圧が２．０〜５．０ｐｓｉである第１の研磨工程と、研磨圧が１．０〜４．０ｐｓｉであり、前記第１の研磨工程より１．０ｐｓｉ以上低い研磨圧で研磨する第２の研磨工程を含む、請求項５に記載の多段階研磨方法。
【請求項７】
被研磨物が光学材料又は半導体材料である、請求項４乃至６いずれかに記載の多段階研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学材料、半導体用基板、半導体ウエハ、ハードディスク基板、液晶用ガラス基板、半導体デバイスなどの高度の表面平坦性を要求される材料の研磨を行うための研磨シート乃至研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学材料、半導体基板、半導体ウエハ、ハードディスク基板、液晶用ガラス基板、半導体デバイスは非常に精密な平坦性が要求される。このような材料の表面を平坦に研磨加工するために種々の研磨パッドが開発されてきた。例えば、特許文献１には気泡として高分子微小エレメント（中空微粒子）を含んだ研磨パッドが開示されている。しかし、研磨圧力を上げると研磨レートは向上するが被研磨物にスクラッチが生じるおそれがあった。また、研磨圧力を下げても低い研磨レートを得ることができず、高い精度での研磨加工が求められる仕上げ研磨が困難であり、別途仕上げ用の軟質の研磨パッドで研磨する必要があり、経済的にも取扱いの面においても十分とはいえなかった。また、特許文献２では一枚で粗研磨や仕上げ研磨が可能な研磨紙が記載されているが、砥粒の粒度が異なる複数の研磨パッドを同心円状に組み立てる必要があり手間を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５００６２２号公報
【特許文献２】特開２００８−１００２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、気泡として中空微粒子を含んだ研磨パッドを使用し、かつ研磨層の密度の範囲を特定の範囲とした場合には、研磨圧力に対する応答性が高いことを見出した。圧力応答性が高いということは研磨圧力によって研磨レートを制御できるということであり、初期研磨（粗研磨）から仕上げ研磨へ移る際に研磨パッドを交換する手間を省くことができる。この知見に基づいて本発明者らが鋭意検討した結果、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明は以下のものを提供する。
［１］  中空微粒子を含む研磨層を有する研磨パッドであって、前記中空微粒子の直径が１０〜３０μｍであり、前記研磨層の密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ３であり、かつ圧力応答性が８００Å／ｍｉｎ・ｐｓｉ以上、好ましくは、８００〜９００Å／ｍｉｎ・ｐｓｉであることを特徴とする前記研磨パッド。
［２］  前記研磨層のＤ硬度が２０〜６０であることを特徴とする［１］に記載の研磨パッド。
［３］  前記研磨層中の気泡が、実質的に独立気泡のみからなる、［１］又は［２］に記載の研磨パッド。
［４］  ［１］乃至［３］のいずれかに記載の研磨パッドを用いて、研磨圧力を変更することで多段階研磨をする工程を含むことを特徴とする、同一の研磨パッドを用いた多段階研磨方法。
［５］前記多段階研磨をする工程は、研磨圧が１．５〜５．０ｐｓｉである第１の研磨工程と、研磨圧が１．０〜４．５ｐｓｉであり、前記第１の研磨工程より０．５ｐｓｉ以上低い研磨圧で研磨する第２の研磨工程を含む、［４］に記載の多段階研磨方法。  
［６］  前記多段階研磨をする工程は、研磨圧が２．０〜５．０ｐｓｉである第１の研磨工程と、研磨圧が１．０〜４．０ｐｓｉであり、前記第１の研磨工程より１．０ｐｓｉ以上低い研磨圧で研磨する第２の研磨工程を含む、［５］に記載の多段階研磨方法。
［７］  被研磨物が光学材料又は半導体材料である、［４］乃至［６］のいずれかに記載の多段階研磨方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、比較的粒径が小さく且つ特定の粒径の範囲の中空微粒子を使用し、かつ研磨層の密度を特定の範囲とした場合には、研磨圧力に対する応答性が高く、研磨圧力によって研磨レートを制御できる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（研磨パッド）
本発明の研磨パッドは、中空微粒子を含む研磨層を有する。研磨層は被研磨材料に直接接する位置に配置され、研磨パッドのその他の部分は、研磨パッドを支持するための材料、例えば、ゴムなどの弾性に富む材料で構成されてもよい。研磨パッドの剛性によっては、研磨パッド全体を１つの研磨層とすることができる。
【０００８】
本発明の研磨パッドは、少ない中空微粒子の添加量で被研磨物におけるスクラッチの発生を抑制できることを除けば、一般的な研磨パッドと形状に大きな差異は無く、一般的な研磨パッドと同様に使用することができ、例えば、研磨パッドを回転させながら研磨層を被研磨材料に押し当てて研磨することもできるし、被研磨材料を回転させながら研磨層に押し当てて研磨することもできる。
【０００９】
（研磨パッドの製造方法）
本発明の研磨パッドは、一般に知られたモールド成形、スラブ成形等の製造法より作成できる。例えば、まずは、それら製造法により中空微粒子を含むポリウレタンのブロックを形成し、ブロックをスライス等によりシート状とし、中空微粒子を含むポリウレタン樹脂から形成される研磨層を成形し、支持体などに貼り合わせることによって製造される。あるいは支持体上に直接研磨層を成形することもできる。
【００１０】
より具体的には、研磨層は、研磨層の研磨面とは反対の面側に両面テープが貼り付けられ、所定形状にカットされて、本発明の研磨パッドとなる。両面テープに特に制限はなく、当技術分野において公知の両面テープの中から任意に選択して使用することが出来る。また、本発明の研磨パッドは、研磨層のみからなる単層構造であってもよく、研磨層の研磨面とは反対の面側に他の層（下層、支持層）を貼り合わせた複層からなっていてもよい。
【００１１】
（中空微粒子）
研磨層に含まれる中空微粒子により、研磨層を発泡体とすることができる。研磨層に含まれる中空微粒子としては、微小中空球体が好ましい。微小中空球体とは、熱可塑性樹脂からなる外殻（ポリマー殻）と、外殻に内包される低沸点炭化水素とからなる未発泡の加熱膨張性微小球状体を、加熱膨張させたものをいう。前記ポリマー殻としては、例えば、アクリロニトリル−塩化ビニリデン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体などの熱可塑性樹脂を用いることができる。同様に、ポリマー殻に内包される低沸点炭化水素としては、例えば、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、石油エーテル等を用いることができる。
【００１２】
本発明においては、研磨パッドに含まれる中空微粒子の直径が１０〜３０μｍ、好ましくは、１５〜２５μｍであることを特徴とする。
【００１３】
（研磨層）
研磨層は、中空微粒子、ポリイソシアネート化合物、及びポリオール化合物を含むポリウレタン樹脂硬化性組成物を調製し、前記ポリウレタン樹脂硬化性組成物を硬化させることによって成形することができる。
【００１４】
ポリウレタン樹脂硬化性組成物は、例えば、ポリイソシアネート化合物を含むＡ液と、それ以外の成分を含むＢ液とを混合して調製する２液型の組成物とすることもできる。それ以外の成分を含むＢ液はさらに複数の液に分割して３液以上の液を混合して構成される組成物とすることができる。
【００１５】
ポリイソシアネート化合物が、当業界でよく用いられるような、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応により調製されるプレポリマーを含んでもよい。プレポリマーは未反応のイソシアネート基を含む当業界で一般に使用されているものが本発明においても使用できる。
【００１６】
（イソシアネート成分）
イソシアネート成分としては、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（ＭＤＩ）、
４，４’−メチレン−ビス（シクロヘキシルイソシアネート）（水添ＭＤＩ）、
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
等が挙げられる。
【００１７】
（ポリオール成分）
ポリオール成分としては、例えば、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオールなどのジオール；
ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルポリオール；
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；
ポリカーボネートポリオール；
ポリカプロラクトンポリオール；
等が挙げられる。
【００１８】
（硬化剤）
硬化剤は、ポリイソシアネート化合物としてプレポリマーを使用する場合に、プレポリマー中のイソシアネート基と反応させて、ポリウレタン樹脂を完成させる化合物である。硬化剤（活性水素化合物）としては、ポリオール、ポリアミン、等が挙げられる。
【００１９】
硬化剤として使用するポリオールは、上述したポリオール成分と同様である。また、３官能のグリセリンなどのトリオール、４官能以上のポリオールも使用できる。
【００２０】
ポリアミンとしては、例えば、ジアミンが挙げられ、これには、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などのアルキレンジアミン；イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジアミンなどの脂肪族環を有するジアミン；３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（別名：メチレンビス−ｏ−クロロアニリン）（以下、ＭＯＣＡと略記する。）などの芳香族環を有するジアミン；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の水酸基を有するジアミン、特にヒドロキシアルキルアルキレンジアミン；等が挙げられる。また、３官能のトリアミン化合物、４官能以上のポリアミン化合物も使用可能である。
【００２１】
（その他の成分）
その他に当業界で一般的に使用される整泡剤、触媒、などを発泡性組成物に添加してもよい。整泡剤としては、例えば、界面活性剤が挙げられ、より具体的には、例えば、ポリエーテル変性シリコーンなどが挙げられる。触媒は、当業界で一般に使用されるものが本発明においても使用できる。
【実施例】
【００２２】
本発明を以下の例により実験的に説明するが、以下の説明は、本発明の範囲が以下の例に限定して解釈されることを意図するものではない。
【００２３】
（材料）
以下の例で使用した材料を列挙する。
・プレポリマーＡ・・・２，４−トリレンジイソシアネートを主成分とし水添ＭＤＩを含まないＮＣＯ当量４６０のウレタンプレポリマー
・ＭＯＣＡ・・・３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（別名：メチレンビス−ｏ−クロロアニリン）
【００２４】
（中空微粒子の粒径及び添加量）
直径が２０μｍ（試料Ｓ）、４０μｍ（試料Ｍ）、９０μｍ（試料Ｌ）のアクリルニトリル系中空微粒子（アクリロニトリルと塩化ビニリデンとの共重合体を含んでなる中空微粒子）を使用した。
各々の中空微粒子の添加量を以下のように変えて使用した。
【表１】
2017185563.tif 000002
【００２５】
（研磨パッドの調製）
Ａ成分に、２，４−トリレンジイソシアネートを主成分とし水添ＭＤＩを含まないＮＣＯ当量４６０のウレタンプレポリマー（プレポリマーＡ）を１００ｇ（部）、Ｂ成分に硬化剤であるＭＯＣＡを２５．６４ｇ（部）、Ｃ成分に中空微粒子を表１に記載の割合で、それぞれ準備する。なお、比率を示すためｇ表示として記載しており、ブロックの大きさに応じて必要な重量（部）を準備する。以下同様にｇ（部）表記で記載する。
Ａ成分およびＢ成分をそれぞれ予め減圧脱泡した後、Ａ成分、Ｂ成分及びＣ成分を混合機に供給した。
得られた混合液を８０℃に加熱した型枠（890mm×890mmの正方形）に注型し５時間加熱し硬化させた後、形成された樹脂発泡体を型枠から抜き出した。この発泡体を1.3mm厚にスライスしてウレタンシートを作成し、研磨パッドを得た。
各サンプルにおける研磨パッドの密度とＤ硬度を示す。
【００２６】
【表２】
2017185563.tif 000003
【００２７】
【表３】
2017185563.tif 000004
【００２８】
【表４】
2017185563.tif 000005
【００２９】
上記で得られた研磨パッドについて、以下の評価を行った。
（スクラッチ）
スクラッチ等のディフェクトの評価は、２５枚の基板を研磨し、研磨加工後の２１〜２５枚目の基板５枚について、ウエハ表面検査装置（ＫＬＡテンコール社製、Ｓｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ１ＤＬＳ）の高感度測定モードにて測定し、基板表面におけるスクラッチ等のディフェクトの個数を評価した。スクラッチ等のディフェクトの評価では、１２インチ（３００ｍｍφ）ウエハに０．１６μｍ以上のディフェクトが２００個未満を○、２００個以上を×とした。
【００３０】
（研磨レート）
研磨試験の条件は下記の通りである。
・使用研磨機：荏原製作所社製、Ｆ−ＲＥＸ３００
・Ｄｉｓｋ：３Ｍ Ａ１８８(＃６０)
・回転数：（定盤）７０ｒｐｍ、（トップリング）７１ｒｐｍ
・研磨圧力：１．５ｐｓｉ、２．５ｐｓｉ、３．５ｐｓｉ、４．５ｐｓｉ
・研磨剤：キャボット社製、品番：ＳＳ２５（ＳＳ２５原液：純水＝重量比１：１の混合液を使用）
・研磨剤温度：２０℃
・研磨時間：６０秒
・研磨剤吐出量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
・使用ワーク（被研磨物）：１２インチφシリコンウエハ上にテトラエトキシシランを
ＰＥ−ＣＶＤで絶縁膜１μｍの厚さになるように形成した基板
研磨試験の結果を表５に示す。
【００３１】
【表５】
2017185563.tif 000006
【００３２】
上記で得られた研磨パッドＳ１、Ｓ２、Ｓ３は基板表面におけるスクラッチ等のディフェクトの個数が少なく、評価は○であった。また、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の同一の研磨パッドを使用して研磨圧力を３．５ｐｓｉで６０秒、さらに１．５ｐｓｉで６０秒連続的に研磨圧力を変更して研磨した多段階研磨でもスクラッチも少なく良好な結果であった。
一方Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は基板表面におけるスクラッチ等のディフェクトの個数が多く、評価は×であった。
【００３３】
表５の「圧力応答性」は研磨圧力‐研磨レートの回帰直線の傾きの値で表される。表５より、バルーン径を１０〜３０μｍとし、密度を０．４〜０．８ｇ／ｃｍ３とすることで、圧力応答性が高くなることがわかる。よって、本発明の研磨パッドは、同一の研磨パッドを使用しているにも関わらず、研磨圧を変えるだけで粗研磨と仕上げ研磨をすることが可能となっている。
【００３４】
さらに本発明によれば、中空微粒子の添加量に影響されずに高い研磨レートを達成でき、スクラッチも低減できるので、取り扱いが比較的困難な中空微粒子の使用量を低減でき、安定して材料の研磨を行うことができる。