CN100592474C - 研磨垫及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供提供一种研磨垫，通过该研磨垫可以稳定且高研磨效率地将透镜、反射镜等的光学材料、或硅晶片、硬盘用的玻璃基片、铝基片、以及一般的金属研磨加工等的要求高度表面平坦性的材料平坦化。本发明还提供半导体晶片用研磨垫，其平坦化特性优良，划痕的发生少并且可以低成本制造。还提供无脱夹误差从而不仅不损害晶片也不降低作业效率的研磨垫。还提供平坦性、晶片内均匀性、和研磨速度令人满意、并且研磨速度变化小的研磨垫。还提供可以同时获得平坦性提高和划痕减少的研磨垫。

Description

研磨垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及可以稳定且高研磨效率地进行反射镜等的光学材料或硅晶片、硬盘用的玻璃基片、铝基片、以及一般的金属研磨加工等要求高度的表面平坦性的材料的平坦化加工的研磨垫。本发明的研磨垫也可以特别用于将硅晶片、以及在硅晶片上形成了氧化层、金属层等的器件、或在层压和形成氧化物层或金属层之前的器件平坦化的步骤中。另外，本发明涉及制造上述的研磨垫的方法。
背景技术
要求高度的表面平坦性的典型材料包括用于制造半导体集成电路(IC、LSI)的称为硅晶片的单晶硅圆盘。在制造IC、LSI等的过程中，为提供与制造电路使用的各种薄膜的可靠的半导体连接，在氧化物层或金属层的沉积和形成步骤中，硅晶片的表面应高精度地平坦化。一般地，在研磨步骤中将研磨垫粘贴在称为台板(platen)的可旋转支承圆盘上，而半导体晶片等的工件被固定在研磨头上。通过双方的运动，在台板和研磨头之间产生相对速度，并且将含有磨粒的研磨浆连续供给到研磨垫上进行研磨。
通过CMP法将加工面平坦化的化学机械研磨装置(CMP装置)如图1所示。CMP法使用的CMP装置具有用于支承研磨垫1的台板2和用于支承被研磨材料(晶片)3的支承台(研磨头)4。研磨台板2和支承台4的布置是：各自被其支持的研磨垫1和被研磨材料3对向设置，并且研磨台板和支承台的构成是可以绕旋转轴6和7旋转。被研磨材料3粘贴在支承台4上，支承台4具有在研磨时用于将被研磨材料3推压在研磨垫上的加压机构。研磨剂的供给机构5用于将具有分散在碱性溶液中的磨粒如二氧化硅粒子的研磨悬浮液供给到研磨台板2上的研磨垫1。
在精加工步骤或器件的多层互连过程中，利用所谓的化学机械研磨法进行镜面研磨、或将层间绝缘膜和导电膜研磨到平坦。这样的研磨需要在晶片全表面上的研磨均匀性、凹凸表面的凸部的选择性研磨、和凹凸表面研磨后的平坦性。对于这些要求，开发、研究了以下述方式构成的已知研磨垫。
(1)在弹性聚氨酯层上具有合成革层作为研磨层的研磨垫(美国专利3,504,457)。
(2)通过在发泡聚氨酯层上粘贴聚氨酯浸渍的非织布构成的研磨垫(JP-A 6-21068)。
(3)设置有研磨表面，和邻近研磨表面的选定厚度和刚性的刚性元件，和邻近刚性元件、用于赋予刚性元件以实质上均匀的强度的弹性元件的研磨垫，其特征在于，刚性元件和弹性元件给予研磨表面以弹性的挠曲强度而诱发研磨表面的受控挠曲，从而使其与工件表面的整体形状适合以及维持对于工件表面的局部形状的受控刚性(JP-A 6-077185)。
(4)具有纵弹性系数EA大的表面A、和纵弹性系数EB小的下层B的研磨垫，其特征在于，在两层A和B之间具有纵弹性系数比B层的纵弹性系数大的中间层M(JP-A 10-156724)。
(5)由研磨层、弹性比研磨层高的中间层、和柔软的下层构成的研磨垫，其中中间层被分割(JP-A 11-48131)。
但是，以上的各种研磨垫具有以下问题。
(a)对于全表面的均匀性而言，美国专利3,504,457记载的研磨垫的弹性聚氨酯层起到使施加到晶片上的负荷均匀的作用，但由于在最外的研磨层中使用了柔软合成革，因此不存在划痕等的问题，但存在微小区域的平坦化特性不好的问题。
(b)在JP-A 6-21028记载的研磨中，非织布层起到与美国专利3,504,457记载的弹性聚氨酯层相同的作用，得到了均匀性。另外，该研磨垫具有刚性发泡聚氨酯层，因此平坦化特性优于合成革，但不能达到近年来对于提高微小区域的平坦化特性要求的水平，另外对于金属膜的研磨也达不到要求的水平。通过进一步提高刚性聚氨酯层的硬度可以改善平坦化特性，但此时，经常出现划痕，因此使该项现有技术不实用。
(c)JP-A 6-77185记载的研磨垫的结构是：具有不会在作为表层的研磨层上引起划痕的合适硬度，和可以用第二刚性层改善由于低硬度而劣化的平坦化特性。这是为了解决JP-A 6-21028记载的研磨垫的问题，但此时，研磨层的厚度限定这不高于0.003英寸，并且由于该给定的厚度，研磨层也被刮削，从而使制品的寿命缩短。
(d)JP-A 10-156724记载的研磨垫的基本思想与现有技术JP-A 6-77185一样，并且也限定了各层的弹性模量范围以得到更有效的范围，但在该技术中，没有关于任何实质的实现手段的描述，因此使研磨垫的制作困难。
(e)JP-A 11-48131记载的研磨垫的基本思想与现有技术JP-A6-77185一样，但是中间刚性层被分割为某预定的尺寸以进一步提高晶片表面内的均匀性。但是，分割层的步骤成本高，因此不能提高价廉的研磨垫。
对于这些现有技术文献记载的研磨垫，研磨垫一般通过胶粘剂如双面胶带等粘贴在使用的研磨机上，但此时其粘着强度到目前为止几乎没有考查。对于现有一般广泛使用的研磨垫，使用后从研磨机上除去研磨垫需要极大的力，并且该研磨垫与新研磨垫的交换需要极其繁重的劳动。
本发明提供在将半导体晶片、或半导体晶片上形成了精细图案的器件的该图案的精细凹凸平坦化的步骤中使用的研磨垫，其中研磨垫在研磨时具有高研磨速度，以及提供研磨半导体晶片的方法。本发明还提供半导体晶片研磨时半导体晶片上形成了精细图案的器件的图案的平坦化特性优良、划痕的发生少、并且可以低成本制造的半导体晶片研磨垫，以及使用该研磨垫研磨半导体晶片的方法。
在研磨操作中，研磨垫尺寸的变化非常重要。当研磨垫尺寸稳定性差时，在研磨过程中由于产生的磨擦热使研磨垫的尺寸发生变化，这可能引起平坦化特性的劣化。
以往为提高被研磨材料的平坦性(planarity)通常使研磨垫具有高弹性，并且对于研磨垫的尺寸稳定性没有充分的讨论。
本发明的另一个目的是提供研磨垫的研磨层，其即使在由于研磨步骤中产生的磨擦热造成的高温下平坦化特性的劣化也很少。
作为高精度研磨中使用的研磨垫，一般使用空隙率为约30～35％的聚氨酯泡沫板。另外，研磨垫能够尽可能快地完成研磨是重要的，为此需要研磨垫具有高研磨速度。
但是，当使用常规的聚氨酯泡沫板作为研磨垫或研磨垫的研磨层时，通过提高研磨速度改善了研磨效率，但是研磨后，在从研磨垫上除去晶片时阻力增加，发生所谓的脱夹误差(dechucking error)，引起晶片破损、作业效率下降的问题。
本发明的另一个目的是提供研磨垫或研磨垫的研磨层，其保持高研磨速度、在研磨后从研磨垫上除去晶片时阻力小而不产生脱夹误差，从而防止了晶片破损和作业效率降低。
作为研磨垫的研磨特性，要求被研磨材料的平坦性、晶片内均匀性、和研磨速度。通过使研磨层具有高弹性，被研磨材料的平坦性和晶片内均匀性可被提高到一定程度。通过使用含有气泡的发泡体可以提高研磨速度。但是，当研磨垫的研磨速度在使用期间变化时，需要调整研磨条件，这导致研磨效率下降。
本发明的另一个目的是提高平坦性、晶片内均匀性和研磨速度优良，并且研磨速度变化少的研磨垫。
关于CMP中使用的这样的研磨垫，已知日本专利公报3013105号和JP-A 11-322878记载的技术。日本专利公报3013105号披露的技术涉及在聚氨酯聚合物等的聚合物基质中添加了水溶性树脂的微粒子或中空微粒子的研磨垫。JP-A 11-322878披露的技术涉及在聚氨酯聚合物中分散有聚苯乙烯发泡小球的研磨垫。
但是，上述已知的研磨垫中，当在树脂中分散水溶性树脂的微粒子或中空微粒子、或者聚苯乙烯发泡小球时，由于例如作为基质树脂的聚氨酯的密度差异，容易产生粒子的不均匀分散。上述现有技术中记载的微粒子或中空微粒子，在CMP加工中在研磨垫的研磨面形成小的凹部，保持凹部上的磨粒中发挥重要的功能，并且这样的粒子的不均匀分散对研磨垫的性能产生大的影响。
另一方面，当使用由含有异氰酸酯基团的化合物与含有活泼氢基的化合物反应并固化得到的发泡聚氨酯构成的研磨垫时，即使使用相同的成分可能也得不到充分的研磨性能，因此需要进行改善。
本发明的另一个目的是提供具有由发泡聚氨酯构成的研磨层、具有稳定的研磨特性的研磨垫的制造方法，以及具有不含水溶性树脂的微粒子或中空微粒子、或者聚苯乙烯发泡小球等的用于在研磨面上形成凹部的材料、微孔仅由聚氨酯构成的研磨层的研磨垫的制造方法。
在研磨操作时，由于研磨垫与工件间的磨擦生热，从而提高了研磨垫表面的温度。这种温度上升改变了研磨垫的硬度(弹性模量)，从而对需要高度的表面平坦性的平坦化加工产生不利影响。
本发明的另一个目的是提供克服了以往由于研磨时的研磨垫与工件间的磨擦热而使研磨垫的硬度(弹性模量)变化、对平坦化加工造成不利影响的问题，可以在广泛温度范围中稳定进行平坦化加工的研磨垫。
作为高精度研磨中使用的研磨垫，公知日本专利公报3013105号记载的的那样的、在聚氨酯等的基质树脂中分散有内含高压气体的中空微小球体的研磨垫(Rodel制造，商品名：IC-1000)。但是，该分散有内含高压气体的中空微小球体的研磨垫的平坦性不能于充分令人满意。象工业调查会出版公司出版的土肥俊郎等编著的“详说半导体CMP技术”(2000)第17页所记载的那样，考虑到对下一代元件的应用，需要可以进一步提高平坦性的硬研磨垫。
为提高平坦性，也可以使用非发泡体系的硬研磨垫(例如，Rodel制，IC-2000)。但是，当使用这样的硬研磨垫时，正如上述文献(前述同页)所记载的，产生在工件的被研磨表面出现划痕的问题。另外，非发泡体系的研磨垫在研磨时不能充分保持垫表面的浆中的磨粒，因此从研磨速度角度来说是不优选的。
另外，JP-A 2001-47355提出了一种在水不溶性热塑性聚合物中分散有水溶性物质的研磨垫。该研磨垫是非发泡体，但分散在研磨垫中的水溶性物质在研磨时溶解而在研磨垫表面产生象发泡体一样的孔，并且研磨垫膨胀而减小了研磨垫表面的硬度，因此该研磨垫在提高平坦性和提高研磨速度方面非常有效。但是，该研磨垫的特性很大程度上取决于水溶性物质，并且由以作为研磨垫主成分的热塑性聚合物引起的划痕不能解决。
本发明的另一个目的是提供常规研磨垫不能同时解决的可以提高平坦性、和减少划痕的研磨垫。本发明的另一个目的是提供不仅平坦性提高和划痕减少，而且从研磨速度的角度也可以满足的研磨垫。
在研磨操作中，研磨垫对研磨浆的润湿性非常重要。当研磨垫对研磨浆的润湿性差时，研磨浆在研磨垫上不能充分铺展，在极端的情况下，研磨垫排斥研磨浆而使研磨速度显著减小，因此需要长时间研磨。即使研磨浆在研磨垫上铺展，研磨浆的附着量也不均匀，因此不能均匀地研磨研磨目标物。另外，研磨垫上可能产生干燥区域，并且当少量研磨浆附着到该区域时，通过蒸发等仅除去溶液，导致磨粒在该区域聚集，这可以在半导体晶片表面产生划痕缺陷。
另一方面，当研磨垫对于研磨浆的润湿性过好时，研磨浆中的溶液被吸收到研磨垫表面上，导致研磨垫膨胀，结果研磨速度的稳定性劣化。
考虑到由于润湿性过好引起的研磨速度的不稳定性，常规的研磨垫表面经常进行拒水处理。为提高研磨目标物的平坦性，研磨垫经常被作成高弹性的，并且对于研磨垫的润湿性没有充分的讨论。
由于上述原因，近年来注意到研磨垫对于研磨浆的润湿性应进行某种程度地提高，并且在这方面尝试进行改善。JP-A 2000-173958提出了通过用具有氧化作用的化学溶液、或表面活性剂等进行处理使研磨垫表面亲水，提高研磨垫表面的润湿性。JP-A 2000-237951提出了通过用亲水性溶液对由非织布构成的研磨布或在非织布中浸渍弹性体的研磨布进行亲水化加工处理，改善研磨布表面的润湿性。
在上述JP-A 2000-173958和JP-A 2000-237951中，为提高研磨垫表面的润湿性，用某种化学品对形成研磨垫的基质聚合物材料进行亲水化处理。因此，在制造研磨垫时需要亲水化处理用的化学品，并且也需要亲水化处理步骤，因此难以应对降低成本的要求。
本发明的另一个目的是提供不对形成研磨垫(研磨层)的基质聚合物材料进行使用化学品的亲水化处理、对于研磨浆的润湿性最佳的研磨垫的研磨层，及其制造方法；以及可以均匀研磨研磨目标物而不产生划痕、可以维持满意的研磨速度的研磨垫及其制造方法。
作为高精度研磨中使用的研磨垫，一般使用空隙率为约30～35％的聚氨酯泡沫板。但是，聚氨酯泡沫板的局部平坦化性能优良，但由于压缩率为约0.5～1.0％而使缓冲性差，因此难以在晶片全表面上施加均匀的压力。因此，在聚氨酯泡沫板的背面通常设置软缓冲层，并作为层压研磨垫用于研磨步骤中。
在常规的研磨垫中，广泛用作缓冲层的树脂浸渍的非织布具有开孔，浆通过这些开孔进行缓冲层中。结果，缓冲层的硬度、压缩性等变化，研磨垫整体的特性变化，并且研磨特性如均匀性和研磨速度随时间变化，从而造成晶片成品率下降的问题。
作为防止浆进入作为常规的研磨垫的缓冲层的树脂浸渍的非织布的技术，日本专利公报2842865号披露了用研磨层覆盖缓冲层一侧的技术，日本专利公报3152188号披露了在研磨层间设置防水材料层的技术。
但是，在日本专利公报2842865号披露的技术中，研磨层应呈特殊形状以覆盖缓冲层一侧，并且研磨层的背面应形成凹部以埋入和层压缓冲层，因此研磨垫的生产率显著降低。在日本专利公报3152188号披露的技术中，在研磨层间设置防止材料层，在研磨过程中当研磨层被磨损而研磨表面靠近防水材料层时，研磨层和防水材料层间的刚性差变得显著，从而对研磨特性造成影响。当在消除了这种影响的范围中使用研磨层时，研磨垫的寿命缩短。
本发明的另一个目的是提供缓冲层的硬度降低小、及压缩特性变化小，因此研磨垫整体的特性变化少，均匀性、研磨速度等的研磨特性的随时间变化不会造成晶片成品率下降的研磨垫。本发明的另一个目的是提供具有稳定且高的研磨速度、寿命长的研磨垫。
发明的公开
本发明的半导体研磨垫具有研磨层，其为闭孔型的树脂发泡体，其中研磨层中的闭孔数目为200～600个/mm2。
气泡数目是通过测定在任意位置切断的研磨层截面中的气泡数目确定的。
本发明的另一个半导体晶片研磨垫具有研磨层，其为闭孔型的树脂发泡体，其中闭孔的平均直径为30～60μm。
气泡的平均直径是通过测定在任意位置切断的研磨层的截面中的气泡直径确定的。
本发明的另一个半导体晶片研磨垫具有研磨层，其为闭孔型的树脂发泡体，其中研磨层中闭孔的数目为200～600个/mm2，并且气泡的平均直径为30～60μm。
在构成研磨层的闭孔型的树脂发泡体中，当气泡数目在200～600个/mm2的范围时得到高的研磨速度。当气泡数目低于200个/mm2时，保持浆的凹部(气泡)减少，对研磨有效的半导体晶片与研磨垫间的浆量减少，这将导致研磨速度下降。当气泡数目超过600个/mm2时，该垫的气泡直径小至不超过10μm，认为气泡被研磨屑和浆聚集物阻塞，并且因此不能起到保持浆的作用。
在本发明中，当添加中空微粒子，通过加入的微粒子的直径和量可以控制气泡数目和气泡直径。当机械形成气泡时，通过在搅拌时控制搅拌浆叶的旋转数、形状、及搅拌时间、及通过改变作为气泡形成添加剂加入的表面活性剂的量，可以控制气泡数目和直径。
当研磨层的闭孔平均直径小于30μm或超过60μm时，研磨速度下降。
在本发明中，术语“闭孔”指圆形、椭圆形、或者具有与其类似的形状的气泡，不包括由两个或多个气泡结合形成的气泡。
本发明中，只要是具有闭孔的研磨垫，其材料没有特别的限制，但优选聚氨酯树脂发泡体。
由于聚氨酯树脂不仅具有必要的硬度还具有挠曲性，所以在研磨目标物上造成的微小缺陷(即，划痕)减少。
对于闭孔型的聚氨酯树脂发泡体而言，不必100％由闭孔构成，其中也可以存在部分开孔。闭孔的百分率可以不低于90％。闭孔的百分率可根据以下方法确定。
闭孔百分率可以通过以下方法确定：用显微切片机将得到的发泡体研磨层，用图像处理单元图像分析器V10(东洋纺织有限公司制)产生所得截面的显微照片，确定单位面积上的全部气泡数目和闭孔数目，并用下式计算闭孔百分率：
闭孔百分率(％)＝{闭孔数目/全部气泡数目}×100
本发明的另一种研磨垫具有由树脂发泡体构成的研磨层，其中研磨层的热尺寸变化率不高于3％。
当研磨垫的研磨层的热尺寸变化率不高于3％时，即使由于研磨步骤产生的磨擦热使温度升温，也可以获得平坦化特性的减少比常规小的研磨垫。
在上述的研磨垫的研磨层中，树脂发泡体或树脂层优选为聚氨酯树脂发泡体。
聚氨酯树脂发泡体可以容易地构成热尺寸变化率不高于3％的研磨层。另外，研磨操作时浆中的磨粒可以保持在垫表面上，从而得到满意的研磨速度。聚氨酯树脂发泡体具有的微孔平均直径(气泡直径)为30～70μm，优选30～50μm，更优选30～40μm。树脂发泡体特别优选为闭孔型的聚氨酯树脂发泡体。当聚氨酯的发泡状态不好时，即使热尺寸变化率在优选范围内，研磨特性也可能降低。
本发明的另一种研磨垫具有由树脂发泡体构成的研磨层，其中研磨层表面的动磨擦系数为0.1～1.0。当研磨层表面的动磨擦系数为0.1～1.0时，可以得到维持高的研磨速度、并且研磨后从研磨垫上除去晶片时阻力小、并且无脱夹误差、从而不会造成晶片破损也不会降低作业效率的研磨垫。
当研磨层表面的动磨擦系数低于0.1时，研磨速度降低，研磨效率下降。当研磨层表面的动磨擦系数高于1.0时，研磨后从研磨目标物的表面上除去研磨垫时出现脱夹误差。研磨层表面的动磨擦系数更优选为0.2～0.9。
研磨层表面的动磨擦系数是通过在温度(23±2)℃、湿度(50±6)％RH的环境中将研磨层与高耐热玻璃Pyrex(Corning制)接触，然后在10.8kPa压力下使其以20cm/分的速度移动的同时测定动磨擦系数而得到的值。当研磨表面有沟时，通过修整(dressing)除去沟，测定研磨片自身的磨擦系数。
在上述的研磨垫中，树脂发泡体优选为聚氨酯树脂发泡体。
在本发明中，只要研磨垫具有闭孔并且动磨擦系数在上述范围内的话，研磨垫的材料没有特别的限制，但特别优选使用闭孔型的聚氨酯树脂发泡体。研磨层与研磨目标物的接触面积由于表面的气泡而减小，因此可以容易地制造动磨擦系数在本发明范围内的研磨垫。
控制动磨擦系数的方法可以通过改变表面形状或通过加入添加剂进行。改变表面形状的方法包括控制垫表面的沟形状、或通过用金刚石修整器等进行修整改变垫的表面粗糙度。当加入添加剂时，改变表面活性剂的添加量，或改变表面活性剂的含量，从而可以改变含有气泡的研磨垫中气泡的形成状态，从而改变动磨擦系数。
本发明的另一种研磨垫是具有树脂研磨层的研磨垫，其中在pH
12.5的氢氧化钾水溶液(40℃)中浸渍24小时的试验前后，在Taber磨耗试验中研磨层的磨耗减量的差不高于10mg。
通常，当使用研磨垫时，常常在研磨垫的表面上滴加pH为约11～12的浆。因此，通过使用在Taber磨耗试验中磨耗减量的差不高于10mg的材料作为研磨层的材料，得到研磨特性随时间的变化小、具有稳定的研磨速度的研磨垫。磨耗减量的差优选更小，优选不高于7mg。磨耗减量在约30～80mg范围内对于确保基本的研磨特性以及从研磨垫的寿命的角度来看是优选的。磨耗减量具体地通过实施例记载的方法测定。
在该研磨垫中，树脂发泡体或树脂层的40℃的贮存弹性模量优选不低于270MPa。当贮存弹性模量低于270MPa时，不能得到充分的平坦化特性。使用具有这样的高弹性模量的聚氨酯组合物的研磨垫对于通过研磨将器件晶片平坦化是有用的，并且对于需要具有高弹性模量的研磨垫的玻璃研磨也是有用的。研磨垫可以用于以稳定且高的研磨效率进行研磨。贮存弹性模量优选不低于280MPa，更优选不低于300MPa。
本发明中的贮存弹性模量是指在动态粘弹性测定装置中使用拉伸试验用夹具，施加正弦波振动，在1Hz频率测定时在40℃下的研磨层的贮存弹性模量。贮存弹性模量的测定条件是根据研磨条件确定的。即，贮存弹性模量的测定条件依照研磨条件，其中将约40℃温度(由磨擦热引起)的研磨垫压在工件上，两者以约1Hz旋转。在拉伸试验中测定时，本发明人发现压缩试验中的测定值与拉伸试验中的测定值几乎相等，因此采用了更容易的拉伸试验中的测定。
在研磨垫中，树脂发泡体或树脂层优选为聚氨酯树脂发泡体。
聚氨酯树脂除具有必要的硬度外还具有挠曲性，因此是耐磨性优良的材料，是最合适的研磨垫材料。聚氨酯树脂的显著特征是通过改变原料组成可以得到具有所需的物性的聚合物，并且适合作为研磨垫形成用材料。另外，微细发泡的聚氨酯具有均匀的微细的气泡以及具有比相同密度的其它树脂更高的硬度。通过微细发泡的聚氨酯的微细的发泡结构，由其形成的研磨垫取得了更高的弹性模量，同时确保了保持提供给研磨垫的浆的气泡。微细发泡的结构在将浆中的磨粒保持在微细发泡的区域中、以及在稳定研磨速度方面非常有效，因此通过微细气泡研磨速度显著增大并被稳定。微细发泡的聚氨酯具有微细气泡是平均气泡直径为不高于70μm、优选不高于50μm、更优选不高于40μm的那些。一般地，气泡直径优选30～40μm。树脂发泡体特别优选闭孔型的聚氨酯树脂发泡体。
在研磨垫中，聚氨酯树脂发泡体的密度优选0.67～0.90g/cm3。
当聚氨酯树脂发泡体的密度减小时，倾向于难以得到充分的贮存弹性模量，因此聚氨酯树脂发泡体的密度优选至少0.67g/cm3，更优选至少0.68g/cm3。另一方面，当聚氨酯树脂发泡体的密度增加时，研磨层表面的微细气泡数目通常不充分，这从研磨速度的角度来说是不优选的，因此聚氨酯组合物的密度优选不高于0.90g/cm3，更优选不高于0.88g/cm3。
研磨垫中研磨层的通过D型橡胶硬度计测定的硬度优选为45～65。研磨层的压缩率优选为0.5～5％。
研磨垫中的聚氨酯树脂发泡体优选含有0.05～5重量％的硅酮系表面活性剂。
在制造聚氨酯树脂发泡体时，预先将硅酮系表面活性剂与聚氨酯材料混合对于稳定制作微细气泡是有利的，并且可以得到气泡均匀的聚氨酯树脂发泡体而不损聚氨酯的物性。
当含有闭孔型的聚氨酯树脂发泡体的研磨垫中的硅酮系表面活性剂量低于0.05重量％时，难以得到闭孔型的稳定的发泡体。另外，当表面活性剂量超过5重量％时，通过添加表面活性剂研磨剂的强度降低，从而使研磨时的平坦化特性劣化。
在本发明中，硅酮系表面活性剂优选聚烷基硅氧烷/聚醚共聚物。
在本发明的研磨垫中，通过D-型橡胶硬度计测定的研磨层的硬度优选45～65。
在本发明的研磨垫中，研磨层的压缩率优选0.5～5％。
该研磨垫由缓冲层层压在与研磨目标物接触的所述研磨层上的至少两层构成，其中缓冲层优选比研磨层软。缓冲层优选选自聚氨酯浸渍的聚酯非织布、聚氨酯发泡体和聚乙烯发泡体。
本发明的另一方面涉及研磨半导体晶片的方法，其包括在研磨层和半导体晶片间供给研磨剂的同时，使研磨垫旋转并同时使其与半导体晶片紧靠。
根据上述研磨方法，可以以高研磨速度将半导体晶片或半导体晶片上形成了精细的图案的器件的该图案的微小凹凸平坦化。
在上述研磨方法中，研磨层优选含有0.05～5重量％硅酮系表面活性剂的聚氨酯树脂发泡体。
本发明的另一方面涉及制造研磨垫的方法，其包括步骤：在包含具有异氰酸酯基团的化合物的第1成分或者包含具有活泼氢基的化合物的第2成分的至少一者中以相对于第1成分和第2成分的合计量为0.05～5重量％的量添加无羟基的硅酮系表面活性剂，在惰性气体中搅拌含有表面活性剂的成分以制备分散有惰性气体作为微细气泡的气泡分散液，然后将余下的成分与气泡分散液混合，并将混合物固化，制造聚氨酯树脂发泡体。
另外，本发明人发现当使用异氰酸酯封端的预聚物作为发泡聚氨酯的原料具有异氰酸酯基团的化合物时，异氰酸酯封端的预聚物中异氰酸酯单体的含量被控制到预定值或预定值以下，从而可以得到研磨时的耐磨性优良、研磨特性优良的研磨垫，从而完成了本发明的另一方面。
即，本发明的另一方面是制造发泡聚氨酯研磨垫的方法，包括步骤：在异氰酸酯封端的预聚物中加入硅酮系表面活性剂，在惰性气体的存在下搅拌混合物形成气泡分散液，将增链剂与气泡分散液混合而形成发泡反应液，并固化发泡反应液，其中异氰酸酯封端的预聚物中异氰酸酯单体的含量为不高于20重量％。
可以使用含有不高于20重量％的异氰酸酯单体的预聚物改善研磨特性的原因还不清楚，其原因之一估计如下：当异氰酸酯单体的含量超过20％时，增链剂与异氰酸酯单体的反应先行进行，由此导致聚氨酯的聚合不充分。
所得的发泡聚氨酯没有添加水溶性树脂的微粒子或中空微粒子、或聚苯乙烯发泡小球等的用于在研磨面上形成凹部的材料就形成了微细的气泡，并且通过该微细气泡的存在，研磨时浆中的磨粒可以保持在垫的表面上，因此得到了满意的研磨速度。发泡聚氨酯具有微细气泡的平均气泡直径为不超过70μm，优选不超过50μm，更优选不超过40μm。一般，气泡直径优选30～40μm。
在上述的发明中，优选异氰酸酯封端的预聚物使用脂肪族二异氰酸酯和脂环族二异氰酸酯的至少一种(第一异氰酸酯成分)和芳香族二异氰酸酯(第二异氰酸酯成分)作为异氰酸酯成分，其中异氰酸酯单体中第一异氰酸酯成分/第二异氰酸酯成分比为0.5～3.2(重量比)。
通过将反应速度较低的脂肪族或脂环族二异氰酸酯与芳香族二异氰酸酯结合使用作为构成异氰酸酯封端的预聚物的二异氰酸酯成分，可以在与增链剂混合时的适当固化时间内容易制造具有优良研磨特性的发泡聚氨酯。
优选第一异氰酸成分为4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯，第二异氰酸酯成分为甲苯二异氰酸酯。
通过使用这样的异氰酸酯成分，可以得到构成发泡聚氨酯的树脂的物理特性优良、特别是研磨特性优良的发泡聚氨酯。
当异氰酸酯封端的预聚物中的异氰酸酯单体中的第一异氰酸酯成分/第二异氰酸酯成分的重量比小于0.5时，固化时间短，并且不能形成稳定的发泡聚氨酯或研磨垫。另一方面，当第一异氰酸酯成分/第二异氰酸酯成分的重量比超过3.2时，用增链剂使异氰酸酯封端的预聚物反应和固化的固化步骤费时间，因此导致成本增加，所以不优选。
在制造发泡聚氨酯研磨垫的方法中，搅拌步骤中加入的硅酮系表面活性剂的量优选在聚氨酯中为0.05～5重量％。
在制造发泡聚氨酯时，将硅酮系表面活性剂预先与聚氨酯原料混合对于稳定制作微细气泡是有利的，并且可以稳定得到具有均匀气泡的聚氨酯发泡体而无损聚氨酯的物性。
当硅酮系表面活性剂添加量低于0.05重量％时，可能得不到稳定的闭孔型的发泡体。另一方面，当表面活性剂量超过5重量％时，聚氨酯发泡体中的气泡数目增加，并且难以得到高硬度的聚氨酯微细气泡发泡体。估计通过硅酮系表面活性剂对聚氨酯增塑的作用，研磨垫的强度降低，研磨特性劣化。
上述制造研磨垫的方法优选进一步包括将研磨垫与柔软性多孔板层压的步骤。
通过设置柔软性多孔板作为缓冲层，可以得到平坦化特性优良的研磨垫。
本发明的另一方面是基本上由含有有机多异氰酸酯、多元醇和固化剂的聚氨酯构成的研磨垫，其中固化剂的主成分是4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，并且所述的多元醇含有数均分子量为500～1600、并且分子量分布(重均分子量/数平均分子量)小于1.9的聚丁二醇。
根据本发明的另一方面的研磨垫是含有以聚合物材料为基质材料的研磨层的研磨垫，其中在20℃的pH 11的氢氧化钠水溶液中浸渍24小时时聚合物材料的膨胀度为2～15％。
在本发明中，使用具有特定的膨胀度、在湿润时膨胀从而其表面变软的聚合物材料作为形成研磨垫的研磨层的基质材料。使用该具有特定膨胀度的聚合物材料的研磨垫的平坦性比分散有包含高压气体的中空微小球体的研磨垫好，另外，在研磨步骤中，在含有溶剂和磨粒的含水浆的存在下，由于膨胀而使研磨层的表面软化，使表面硬度降低，所以解决了划痕的问题。通过上述的效果，本发明的研磨垫可以同时获得平坦性提高和划痕减少。
聚合物材料的膨胀度是指示作为形成研磨层的基质材料的聚合物材料在研磨步骤中在含水浆存在下的膨胀程度的估算值。具体地，通过将聚合物材料切成适当的样品，将其在20℃的pH 11的氢氧化钠水溶液中浸渍24小时，根据下式算出膨胀度：
膨胀度(％)＝[{(24小时后的重量)-(原始重量)}/(原始重量)]×100
膨胀度为2～15％。当膨胀度低时，在研磨步骤中研磨层的软化不充分，从而对减少划痕的贡献小，因此膨胀度为不低于2％，更优选不低于2.5％，进一步更优选3％。另一方面，当膨胀度高时，在研磨步骤中研磨层软化过大，并且研磨垫整体变化，导致平坦性的提高不充分，因此膨胀度优选不高于15％，更优选不高于10％，进一步更优选不高于8％。
从平坦性的角度考虑，由具有上述膨胀度的聚合物材料形成的研磨层表面的硬度(肖氏D硬度)在通常的状态下优选为约52～75，更优选55～70。在研磨步骤中研磨层表面的硬度降低可以从膨胀度进行估算，并且在上述膨胀度测定条件(在20℃的pH 11的氢氧化钠水溶液中浸渍24小时)下膨胀后研磨层表面的硬度相对于浸渍前的硬度为约4～10，优选5～8。
在研磨垫中，作为研磨层的基质材料的聚合物材料是聚氨酯，其优选含有水溶性聚合多元醇作为聚氨酯的构成成分多元醇化合物。
为提高作为研磨垫(研磨层)的研磨特性之一的平坦性，研磨层整体应变硬。这可通过选择硬材料即弹性模量高的材料作为形成研磨层的聚合物材料得以实现。在聚合物材料中，聚氨酯的显著特征是通过变化原料组成得到具有所需物性的聚合物，并且容易选择在平坦性提高的研磨垫中最适合的高弹性模量材料。另外，聚氨酯是耐磨性优良的材料，最适合作为研磨层的材料。用作聚合物材料的聚氨酯膨胀度可通过在聚氨酯中使用亲水性化合物作为构成成分加以控制，优选通过使用水溶性聚合多元醇作为多元醇化合物加以控制。
在研磨垫中，用作研磨层的基质材料的聚氨酯优选是具有气泡的发泡聚氨酯。
当聚氨酯为具有微细气泡的发泡聚氨酯时，研磨操作时浆中的磨粒可被充分保持在垫表面上，因此取得了满意的研磨速度。发泡聚氨酯具有均匀的微细气泡和比相同密度的其它树脂高的硬度。通过发泡聚氨酯的微细发泡结构，聚氨酯被赋予了高弹性，同时当用于研磨垫时聚氨酯可以保持供给的浆从而确保研磨速度。微细发泡的结构在将浆中的磨粒保持在微细发泡的气泡中、和在稳定研磨速度方面是非常有效的，因此通过微细的气泡研磨速度显著增加和稳定化。发泡聚氨酯具有微细气泡的平均气泡直径为不高于70μm、优选不高于50μm、更优选不高于40μm。一般，气泡直径优选为30～40μm。
在研磨垫中，用作研磨层的基质材料的发泡聚氨酯的密度优选0.67～0.90g/cm3。
在用作研磨层的基质材料的聚氨酯是微细发泡的聚氨酯的情况下，当聚氨酯密度降低时，平坦性倾向于变得不充分，因此微细发泡的聚氨酯的密度优选为至少0.67g/cm3，更优选至少0.68g/cm3。另一方面，当微细发泡的聚氨酯的密度增加时，研磨层表面的微细气泡数目容易变少，这从研磨速度的观点考虑是不优选的，因此微细发泡的聚氨酯的密度优选不高于0.90g/cm3，更优选不高于0.88g/cm3。
在该研磨垫中，用作研磨层的基质材料的发泡聚氨酯优选含有硅酮系表面活性剂。
在制造发泡聚氨酯时，预先将硅酮系表面活性剂与聚氨酯材料混合以稳定制作微细气泡是有利的，并且具有微细且均匀气泡的发泡聚氨酯可以稳定得到而无损聚氨酯的物性。
在该研磨垫中，研磨层的40℃的贮存弹性模量优选不低于270MPa。
研磨层含有聚合物作为基质材料，并且当其贮存弹性模量为不低于270MPa时，可以得到充分的平坦性。使用这样高弹性模量的聚合物材料的研磨垫对于通过研磨将器件晶片平坦化是有用的，并且对于需要高弹性模量的研磨垫的玻璃研磨也是有用的。该研磨垫可以稳定且高研磨效率地用于研磨中。贮存弹性模量优选不低于280MPa，更优选不低于300MPa。
另外，本发明涉及制造研磨垫的方法，包括步骤：向具有异氰酸酯基团的化合物的第1成分和具有活泼氢基的化合物的第2成分的至少一者中以相对于第1成分和第2成分的合计量为0.1～5重量％的量加入无羟基的硅酮系表面活性剂，在惰性气体中搅拌含有表面活性剂的成分制备分散有惰性气体作为微细的气泡的气泡分散液，将余下的成分与气泡分散液混合，和固化混合物制造微细发泡的聚氨酯。
本发明的另一种研磨垫是含有以聚合物材料为基质材料的研磨层的研磨垫，其中该聚合物材料对水的接触角为70～95°。
在本发明中，使用具有合适的润湿性的聚合物材料作为形成研磨垫的研磨层的基质材料。含有使用这样的具有合适的润湿性的聚合物的研磨层的研磨垫在制造研磨垫的研磨层的过程中无需亲水性处理就可以容易地制造，因此简化了工艺过程，并且其与研磨浆的相容性高，可以均匀地研磨研磨目标物而划痕少，并且可以保持满意的研磨速度。
聚合物材料的润湿性是使用聚合物材料对水的接触角估算的。接触角受聚合物材料表面状态的极大影响，因此在以下条件下进行测定。
通过热压机将聚合物材料成形为约100μm厚的膜。温度和压制压力根据聚合物材料适当确定。对于聚氨酯，温度和压制压力例如分别为215℃和约5MPa。使用接触角计CA-X(协和界面科学株式会社制)，通过液滴法测定所得的膜对水的接触角。
通常，研磨垫表面用显微镜观看是不平坦的。例如，为提高浆中的磨粒的保持性将聚合物材料发泡，或者为了浆的均匀分散、研磨屑等的排出形成沟，或者为了提高磨粒的保持性和增加研磨速度，进行修整处理。接触角大大依赖于表面的显微形状。即，接触角随表面形状而变化，并且根据形状不能测定的情况也有。因此，测定了上述平坦膜的接触角。
所述接触角在70～95°范围内。当接触角小于70°时，所得的研磨垫根据表面的形状对研磨浆的润湿性过大，因此研磨浆中的溶液可以被吸收到研磨垫内部，因此研磨垫膨胀，并且研磨速度的稳定性劣化。
当接触角大于95°时，所得的研磨垫根据表面形状不能将研磨浆充分保持在研磨垫上，研磨速度下降。即使研磨浆保持在研磨垫上，研磨浆的附着量也不均匀，因此不能均匀研磨研磨目标物。另外，研磨垫上可能出现干燥区域，并且当少量研磨浆附着到该区域上时，通过蒸发等仅除去了溶液，结果导致研磨粒在该区域聚集，引起划痕。
接触角更优选在75～93°范围内，进一步更优选在79～91°范围内。
在所述研磨垫中，优选用作研磨层的基质材料的聚合物材料是聚氨酯，并且作为聚氨酯的构成成分的多元醇成分主要为醚系多元醇，并且该醚系多元醇的一部分为水溶性的二醇。
构成研磨垫的研磨层的特性优选更硬(高弹性模量)以提高平坦性，或更软(低弹性模量)以减少划痕。即，应采用具有适当硬度的研磨层以同时取得平坦性提高和划痕减少。聚合物材料中，聚氨酯的显著特征是通过改变原料组成可以得到具有所需物性的聚氨酯，并且可以容易选择具有最适硬度的材料。另外，聚氨酯是耐磨性优良、特别是耐浆磨耗性优良的材料，作为研磨层的材料最适合。
一般的聚氨酯的润湿性不大，其对水的接触角大。特别地，聚醚系聚氨酯的润湿性比聚酯系聚氨酯低。但是，聚酯系聚氨酯被浆的水溶液(通常为碱性水溶液)水解从而使聚合物的物性劣化，导致研磨特性降低。因此，用作研磨层的聚合物材料的聚氨酯希望是聚醚系聚氨酯。通过使聚氨酯构成成分中含有醚系水溶性二醇，所得聚醚系聚氨酯与水的润湿性可以调整到最佳接触角70～95°。
在该研磨垫中，用作研磨层的基质材料的聚氨酯优选为具有微细气泡的发泡聚氨酯。
当聚氨酯为具有微细气泡的发泡聚氨酯时，所得的研磨垫不仅与浆的润湿性最佳，而且在研磨操作时也可以将浆中的磨粒保持在垫表面上，因此取得了满意的研磨速度。发泡聚氨酯具有气泡的平均气泡直径为不高于70μm，优选不高于50μm，更优选不高于40μm。一般，气泡直径优选为30～40μm。
在该研磨垫中，用作研磨层的基质材料的发泡聚氨酯优选含有硅酮系表面活性剂。
另外，本发明涉及制造具有由含微细气泡的发泡聚氨酯构成的研磨层的研磨垫的方法，其中发泡聚氨酯的接触角为70～95°，
该方法包括步骤：
(1)向异氰酸酯封端的预聚物中加入硅酮系表面活性剂，并在惰性气体存在下搅拌混合物形成气泡分散液的搅拌步骤，
(2)将增链剂与气泡分散液混合，形成发泡反应液的混合步骤，和
(3)使所述的发泡反应液反应和固化的固化步骤。
优选该研磨垫制造方法进一步包括将研磨层与柔软多孔板层压的层压步骤。
本发明的另一种研磨垫至少具有研磨层和缓冲层，其中缓冲层对水的膨胀度不高于40％。
缓冲层对水的膨胀度设定为不高于40％，从而提供了硬度的减少小、压缩性的变化小，因此研磨垫整体的特性变化小，并且防止了由均匀性、研磨速度等的研磨特性的随时间变化而造成的晶片成品率下降的研磨垫。另外，可以得到具有稳定的高研磨速度、寿命长的研磨垫。
通过将用作缓冲层的材料在蒸馏水中在预定温度下浸渍预定时间，并计算浸渍前后的重量，根据下式求出膨胀度：
膨胀度(％)＝[(浸渍后重量-浸渍前重量)/浸渍前重量]×100
所述的缓冲层可以是闭孔型的树脂发泡体，或非发泡树脂。
该研磨垫优选用于研磨半导体晶片或精密仪器用的玻璃基片。
附图的简要说明
图1是半导体研磨装置的示意图。
图2是例示研磨垫的构成的示意图。
图3是表示动磨擦系数测定方法的示意图。
实施发明的最佳形式
<[I]研磨垫>
用于形成本发明的研磨垫的研磨层的材料没有特别的限制，其例子包括聚氨酯、聚酯、聚酰胺、丙烯酸树脂等。在这些材料中，优选使用聚氨酯树脂，因为如上所述，其耐磨性优良，并且可以显著变化原料组成从而容易构成研磨层。
以下，详细说明作为研磨层的形成材料的聚氨酯树脂。聚氨酯树脂含有多异氰酸酯、多元醇化合物和增链剂，并且特别优选通过使异氰酸酯封端的尿烷预聚物与作为增链剂的有机二胺化合物在发泡状态下反应和固化得到的发泡聚合物。
该异氰酸酯封端的尿烷预聚物是通过使多异氰酸酯与聚氨酯技术领域公知的多元醇化合物在异氰酸酯基团过量的情况下反应而得到的。
作为多异氰酸酯，可以使用聚氨酯领域公知的化合物而没有特别的限制。多异氰酸包括芳香族二异氰酸酯如2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，2’-二苯甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、间亚苯基二异氰酸酯、对亚二甲苯基二异氰酸酯和间亚二甲苯基二异氰酸酯；脂肪族二异氰酸酯如亚乙基二异氰酸酯、2，2，4-三甲基己撑二异氰酸酯、和1，6-己撑二异氰酸酯；和脂环族二异氰酸酯如1，4-环己烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和去甲冰片烷二异氰酸酯。这些可以单独使用或者两种或两种以上混合使用。
作为多异氰酸酯，不仅可以使用上述的二异氰酸酯化合物，而且可以使用多官能的(三官能或更多)多异氰酸酯化合物。作为多官能的异氰酸酯化合物，有市售的Desmodule-N(Bayer制造)和商品名为Duranate(旭化成工业株式会社制)的一系列二异氰酸酯加合物化合物。
在上述二异氰酸酯中，优选同时使用4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(氢化MDI＝HMDI)和甲苯二异氰酸酯。考虑发泡聚氨酯的特性，优选甲苯二异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯/2，6-甲苯二异氰酸酯的摩尔比为100/0～60/40的混合物。
多元醇化合物包括聚氨酯领域作为多元醇公知的化合物，如羟基封端的聚酯、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、聚醚、聚醚碳酸酯和聚酰胺酯，其中优选耐水解性优良的聚醚和聚碳酸酯，并且从低成本和熔体粘度的观点考虑特别优选聚醚。考虑到聚氨酯树脂的耐碱性，优选使用醚系多元醇或聚碳酸酯多元醇作为多元醇化合物。
这些多元醇的数均分子量没有特别的限制，但从所得聚氨酯发泡体的弹性特性等的观点考虑，优选500～5000，更优选500～3000。
当多元醇的数均分子量低于500时，由该多元醇得到的聚氨酯发泡体不具有充分的弹性特性，可以容易地变为脆的聚合物，并且使用该聚氨酯发泡体作为基质的研磨垫变得过硬，从而在工件的研磨面上造成划痕。另外，研磨垫容易磨损，因此从其寿命的观点考虑不优选。
另一方面，当其数均分子量超过5000时，含有由其得到的聚氨酯发泡体作为基质的研磨垫可能变软，而不能得到充分满意的平坦性。
聚醚多元醇包括具有反应性氢原子的起始化合物与选自例如氧化环烯、氧化丙烯、氧化丁烯、氧化苯乙烯、四氢呋喃和表氯醇的至少一种的反应产物。具有反应性氢原子的起始化合物包括水、双酚A、和在制造聚酯多元醇时使用的下述的二元醇。
聚醚多元醇包括聚丁二醇(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)等。特别地，优选聚丁二醇作为耐碱性优良的材料。
具有羟基的聚碳酸酯包括，例如，二醇如1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、二甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇和/或聚丁二醇与光气、碳酸二烯丙酯(例如，碳酸二苯酯)或环状碳酸酯(例如，碳酸亚丙酯)的反应产物。
聚酯多元醇包括聚己二酸丁二酯、聚己二酸己二酯、聚己酸内酯多元醇等。
聚醚多元醇包括二元醇与二元羧酸的反应产物，并且为提高耐水解性，酯键长度优选更长，因此希望长链成分的组合。
构成聚酯多元醇的二元醇包括但不限于乙二醇、1，3-和1，2-丙二醇、1，4-、1，3-和2，3-丁二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇、新戊二醇、环己烷二甲醇、1，4-双(羟甲基)-环己烷、2-甲基-1，3-丙二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、二丁二醇等。
作为构成聚酯多元醇的二元羧酸，可以不受限制地使用脂肪族、脂环族、芳香族和/或杂环二元羧酸，但是从生成的末端NCO预聚物溶液的制备或降低其熔体粘度的必要性上来看，优选使用脂肪族或脂环族二元羧酸，并且当使用芳香族的时候，优选其与脂肪族或脂环族羧酸组合使用。
优选的二元羧酸包括，例如，丁二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、萘二甲酸、邻环己烷二羧酸、间环己烷二羧酸、对环己烷二羧酸、二聚脂肪酸、油酸等。
作为聚酯多元醇，也可以使用内酯如ε-己内酯的开环聚合物、或羟基羧酸如ε-羟基己酸的缩合聚合物(聚酯)。
作为聚酯聚碳酸酯多元醇，可以举出聚酯二醇(例如，聚己内酯多元醇)与碳酸亚烃酯的反应产物、及碳酸亚乙酯与多元醇反应得到的反应混合物与有机羧酸的反应产物等作为耐碱性优良的材料。
在异氰酸酯封端的尿烷预聚物中，除多元醇化合物还可以使用低分子多元醇。低分子多元醇包括前述聚酯多元醇制造时使用的二元醇，优选使用的二元醇包括二甘醇、1，3-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇和1，6-己二醇或其混合物。当使用比1，6-己二醇长链的二元醇时，可以最终得到具有合适的硬度以及铸塑成型时的合适反应性的成型聚氨酯研磨材料。
在制造形成研磨层的具有微细气泡的发泡聚氨酯时，可以单独使用上述的多元醇或者使用其两种或多种的混合物。如果需要，可以组合使用三官能或更高的成分。
作为多元醇化合物和低分子多元醇，主要使用双官能成分，并且在优选方式中，为了所得的研磨垫的热尺寸变化率稳定到降到不高于3％，组合使用多官能的(三官能或更高)成分。
根据铸塑成型时所需的有效时间适当选择异氰酸酯成分，并且单独使用或使用两种或多种异氰酸酯的混合物从而可以降低形成的NCO封端的预聚物的熔体粘度。
本发明中作为异氰酸酯封端的预聚物的增链剂使用的有机二胺化合物，可以使用公知的增链剂而没有特别的限制。该增链剂为具有至少2个活泼氢基的有机化合物，活泼氢基包括羟基、伯氨基或仲氨基、硫醇基(SH)等。其例子包括多胺如4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)(MOCA)、2，6-二氯对苯二胺、4，4’-亚甲基双(2，3-二氯苯胺)、3，5-双(甲硫基)-2，4-甲苯二胺、3，5-双(甲硫基)-2，6-甲苯二胺、3，5-二乙基苯胺-2，4-二胺、3，5-二乙基苯胺-2，6-二胺、丙二醇二对氨基苯甲酸酯、1，2-双(2-氨基苯硫基)乙烷、4，4’-二氨基-3，3’-二乙基-5，5’-二甲基二苯甲烷、或者上述的低分子多元醇。这些可以单独使用或者使用其两种或多种的混合物。
多异氰酸酯、多元醇化合物和增链剂的比例可以根据其分子量和研磨垫的所需物性进行变化。为得到具有所需研磨特性的研磨垫，多异氰酸酯的异氰酸酯基数目相对于多元醇化合物与增链剂的总活泼氢基(羟基+氨基)数目优选在0.95～1.15范围内，更优选0.99～1.10。
多元醇化合物与低分子多元醇的比根据制造的聚氨酯树脂的所需特性适当确定。
从耐水解性、弹性特性和耐磨性等的观点考虑，在权利要求23所述的研磨垫中，应含有聚丁二醇作为二醇。该聚丁二醇应满足数均分子量为500～1600，分子量分布(重均分子量/数均分子量)低于1.9。
数均分子量是从根据JIS K 1557测定的羟基求得的。分子量分布是在以下测定条件下测定的值。
·GPC装置：LC-10A(岛津制作所制造)
·样品：将给4mg样品溶于2ml四氢呋喃中
·柱：两根MIX-E柱(PL制造)
·柱温：40℃
·流动相：四氢呋喃
·流速：0.7ml/分
·注入量：60μl
·检测器：RI(37℃)
·分子量分布：使用标准PPG(聚丙二醇)换算
不优选该丁二醇的数均分子量低于500，因为由其得到的聚氨酯为不具有充分弹性特性的脆聚合物，并且由该聚氨酯制造的研磨垫太脆，从而在工件表面上造成划痕。另外由于容易磨损，从垫寿命的观点考虑也不优选数均分子量低于500。
不优选该丁二醇的数均分子量超过1600，因为由使用该丁二醇得到的聚氨酯制造的研磨垫软，因此不能取得充分满意的平坦化加工。
当聚丁二醇的分子量分布不低于1.9时，由其得到的聚氨酯的硬度(弹性模量)的温度依赖性显著，并且由该聚氨酯制造的研磨垫由于温度而硬度(弹性模量)差显著。如上所述，由于研磨垫与工件间产生磨擦热，所以研磨时研磨垫的温度发生变化。因此，出现了不合需要的研磨特性差异。
作为聚丁二醇以外的多元醇，在无损研磨垫的特性的范围内也可以同时使用多元醇化合物和低分子多元醇。
从所得的聚氨酯和由其制造的研磨垫的机械特性、耐磨性等的观点考虑，在权利要求23所述的研磨垫中，需要含有4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)作为固化剂的主成分。但是，在无损研磨垫的特性的范围内，除4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)以外，也可以同时使用2，6-二氯对苯二胺、4，4’-亚甲基双(2，3-二氯苯胺)等或低分子多元醇作为固化剂。
权利要求23所述的研磨垫的形式可以由如日本专利3013105号所示的用内含加压气体的聚合物微小元素浸渍的聚氨酯基质构成，或者可以由如JP-A 11-322878所示的分散有聚苯乙烯小球的微细发泡的聚氨酯构成。另外，该研磨垫可以由如JP-A 2000-178374所示的具有微细气泡的聚氨酯发泡体构成。
本发明的聚氨酯树脂可以通过公知的尿烷化技术如熔融法、溶液法等制造，但考虑成本和工件环境，优选用熔融法进行制造。
聚氨酯可以通过预聚物法或一次完成法(one-shot method)制造，但优选预先由多异氰酸酯和多元醇化合物合成异氰酸酯封端的预聚物，然后使增链剂与其反应的预聚物法，因为所得的聚氨酯的物理特性优良。
当市售的由多异氰酸酯和多元醇化合物制造的异氰酸酯封端的预聚物可以用于本发明时，市售品可以用在预聚物法中，将本发明使用的聚氨酯聚合。优选分子量为约800～5000的异氰酸酯封端的预聚物，因为加工性、物理特性等优良。
可以使用两种或多种异氰酸酯封端的预聚物的混合物，并且特别是在使用脂肪族或脂环族二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯制造发泡聚氨酯时，优选方式是将使用脂肪族或脂环族二异氰酸酯的预聚物与使用芳香族二异氰酸酯的预聚物混合。
异氰酸酯单体残余度的调整方法包括例如，制造异氰酸酯单体残余度低的预聚物，然后在预聚物中加入异氰酸酯单体，或通过蒸馏或减压等从异氰酸酯单体残余度高的预聚物中除去异氰酸酯单体。
聚氨酯是通过将包含具有异氰酸酯基团的化合物的第1成分与包含具有活泼氢基的化合物的第2成分混合，然后固化该混合物来制造的。在预聚物方法中，异氰酸酯封端的预聚物用作具有异氰酸酯基团的化合物，增链剂用作具有活泼氢基的化合物。在一次完成法中，多异氰酸酯用作具有异氰酸酯基团的化合物，增链剂和多元醇化合物用作具有活泼氢基的化合物。
制造聚氨酯树脂的方法包括但不限于加入中空小球的方法和通过机械发泡形成发泡体的方法。两种方法可以同时使用，但使用由聚烷基硅氧烷/聚醚共聚物构成的无活泼氢基的硅酮系表面活性剂的机械发泡方法更优选。
在制造聚氨酯时，可以使用在混合、搅拌所述的聚氨酯原料(包含具有异氰酸酯基团的化合物的第1成分、和包含具有活泼氢基的化合物的第2成分)之前、或者在混合、搅拌时，在聚氨酯原料中引入惰性气体的气泡，然后固化和发泡，制造发泡状态(优选具有微细气泡的发泡状态)的聚氨酯树脂发泡体块料的技术。
此时，优选在聚氨酯原料(包含具有异氰酸酯基团的化合物的第1成分、和包含具有活泼氢基的化合物的第2成分)中加入硅酮系表面活性剂，将添加了上述硅酮系表面活性剂的成分在惰性气体中搅拌而作为微细气泡分散后、或者在分散的同时，在其中混合残余的成分。为稳定制作微细的气泡而预先将硅酮系表面活性剂与聚氨酯原料混合是极为有效的手段。
作为本发明使用的硅酮系表面活性剂，优选使用由聚烷基硅氧烷/聚醚共聚物构成的表面活性剂。该表面活性剂可以由以下的化学式1～6表示的化合物加以例示：
(式1)
Figure C0282251400351
(式2)
Figure C0282251400352
(式3)
Figure C0282251400353
(式4)
Figure C0282251400354
(式5)
(式6)
Figure C0282251400362
(Rf＝C2H4CyF2y+1)
化学式1～4中的取代基X包括以下的取代基。
(式7)
Figure C0282251400363
(式8)
Figure C0282251400364
(式9)
-C3H6O(C2H4)a(C3H6O)bR
(式10)
-C3H6O(CH2CH(OH)CH2O)aH
(式11)
-C3H6N+(CH3)2CH2COO-
(式12)
-C3H6O(C2H4)aSO3Na
(式13)
-C3H6N+(CH3)3·Cl-
上述的取代基优选是不具有羟基的取代基。聚醚包括聚氧化乙烯、聚氧化丙烯或其共聚物。这些表面活性剂仅为举例，目的不是限制。
市售硅酮系表面活性剂的优选例子包括SH-192、SH-193(TorayDow Corning Silicone Co.，Ltd.)、L-5340(Nippon Unicar)等。
在本发明中，含有表面活性剂的研磨垫的研磨层的通过D-型橡胶硬度计测定的硬度优选为不低于45～小于65。当D硬度低于45时，平坦化特性劣化，而当D硬度不低于65时，平坦化特性优良，但半导体晶片的研磨均匀性变差。
在本发明中，含有表面活性剂的研磨垫的缓冲层的通过D-型橡胶硬度计测定的硬度优选为不低于1～小于40，更优选为不低于2～小于35，特别优选为不低于5～低于30。当硬度低于1时，晶片内均匀性劣化，而当硬度不低于40时，平坦化特性变差。
在本发明中，研磨垫的研磨层的压缩率优选为0.5～5％。当压缩率在此范围内时，可以得到均匀性优良的研磨垫。压缩率由下式表示：
压缩率(％)＝(T1-T2)/T1×100
其中，T1表示向研磨层施加30kPa(300g/cm2)应力并保持60秒后的研磨层厚度，T2表示向状态T1的研磨层施加180kPa应力并保持60秒后的研磨层厚度。
当用作本发明的研磨垫的研磨层的聚氨酯发泡体为闭孔型时，其密度优选为0.6～1.1g/cm3。当密度低于0.6g/cm3时，强度显著下降，因此研磨层不能耐受研磨时的磨擦。当密度高于1.1g/cm3时，气泡难以出现，并且形成的研磨垫的研磨速度下降。
为提高被研磨材料的研磨均匀性，本发明的研磨垫可以由至少两层构成，即与被研磨材料接触的研磨层、和比研磨层软的支持该研磨层的缓冲层。此时，缓冲层可以是由非织布如聚酯非织布、尼龙非织布或丙烯酸非织布等构成的层，或者具有用聚氨酯树脂浸渍的非织布的材料和闭孔发泡体如聚氨酯发泡体或聚乙烯发泡体。考虑到生产率、低成本和物理性质的稳定性而优选使用的那些是用尿烷浸渍的聚酯非织布、聚氨酯发泡体和聚乙烯发泡体，特别是聚氨酯闭孔发泡体。这样的发泡体可用于提供重复荷载耐久性优良、价廉的垫。研磨垫在研磨层和缓冲层之间可以具有胶粘剂层(粘着带层)。
在本发明的研磨垫中，研磨层的厚度优选为0.8～2mm，缓冲层的厚度没有特别的限制，可以根据使用的材料适当确定，但优选0.5～2mm以与研磨层的刚性平衡。
本发明的制造研磨垫的方法通过参考使用异氰酸酯封端的预聚物作为具有异氰酸酯基团的化合物的例子加以说明。本发明的制造研磨垫的方法包括以下步骤：
(1)制备异氰酸酯封端的预聚物的气泡分散液的搅拌步骤
在异氰酸酯封端的预聚物中加入硅酮系表面活性剂并在惰性气体中搅拌，并且惰性气体作为微细气泡分散，形成了气泡分散液。当预聚物在常温下为固态时，通过预热到适当的温度将预聚物熔融。
(2)固化剂(增链剂)的混合步骤
在上述的气泡分散液中添加增链剂并混合搅拌，形成发泡反应液。当增链剂在常温下为固态时，优选在将增链剂熔融后加入。
(3)固化步骤
将与增链剂混合的异氰酸酯封端的预聚物浇注到预定的模具中并热固化。
将这样制备的聚氨酯树脂发泡体切成预定的尺寸并用作研磨层。
制造聚氨酯树脂发泡体时使用的惰性气体是仅由常温下为气态的成分组成的气体，其不与异氰酸酯基团或活泼氢基反应。该气体可积极地向溶液中输送，或该气体可以在搅拌下自然进入溶液中。为形成微细气泡而使用的惰性气体优选是不可燃的，具体地有氮气、氧气、二氧化碳气体、稀有气体如氦和氩、及其混合气体，并且考虑成本最优选干燥除去了水分的空气。
另外，在本发明中，如果需要，可以在聚氨酯组合物中加入抗氧化剂等的稳定剂、润滑剂、颜料、填料、抗静电剂和其它添加剂。
在将板状研磨层切成研磨垫大小前后，如果需要，在研磨层上层压柔软多层板等作为缓冲层，制造2层结构的研磨垫。
作为将惰性气体以微细气泡状分散在含有硅酮系表面活性剂的异氰酸酯封端的预聚物中的搅拌装置，可以使用公知的搅拌装置而没有特别的限制，其例子包括均化器、溶解器、双螺杆行星式搅拌器等。搅拌装置的搅拌叶片形状也没有特别的限制，但优选使用槌棒型搅拌叶片形成微细的气泡。
在优选的方式中，在搅拌步骤中形成气泡分散液的搅拌中、和在混合步骤中混合搅拌添加的增链剂的搅拌中，分别使用不同的搅拌装置。特别地，在混合步骤中的搅拌也可以不是形成气泡的搅拌，并且优选使用不产生大气泡的搅拌装置。这样的搅拌装置优选行星式搅拌器。搅拌步骤和混合步骤中可以使用相同的搅拌装置，并且优选根据需要调整搅拌条件如搅拌叶片的旋转速度。
在制造本发明的聚氨酯发泡体的方法中，将气泡分散液浇注到模具中并一直反应到分散液不流动后得到的发泡体的加热和二次固化对于改善发泡体的物理特性是有效的，并且极其优选。该气泡分散液可以浇注到模具中并立即在烘箱中进行二次固化，并且即使在这样的条件下，热也不会立即传导到反应性成分上，因此气泡的直径不会增加。固化反应优选在常压下进行以稳定气泡的形状。
然后，将得到的聚氨酯树脂发泡体切成适合研磨垫(研磨层)的厚度。研磨层的厚度为约0.8mm～2mm，并且通常使用厚度为约1.2mm的薄板。或者，聚氨酯树脂发泡体可以通过将聚氨酯成分浇注到具有厚度与目标研磨层相同的空腔的模具中来制备。
在本发明中，可以使用公知的促进聚氨酯反应的催化剂，如叔胺或有机锡系催化剂。催化剂的类型和添加量考虑混合步骤后浇注到预定模具中的流动时间进行选择。
构成本发明的研磨层的闭孔型的聚氨酯发泡体的制造可以在称量各成分并导入容器中的间歇式系统中，或在在搅拌装置中连续供给各成分和惰性气体并搅拌，送出所得的气泡分散液后制造成型品的连续生产系统中。
研磨层表面上可以设置沟，或者在其背面粘贴柔软多孔板等，形成研磨垫。研磨层表面上的沟具有从被研磨材料与研磨板的接触面上除去研磨屑和研磨材料的作用。沟的形状没有特别的限制，并且沟可以是具有微粉末通过的矩形、三角形、U字型、半圆状截面的那些。沟以同心圆状、或格子状图案设置在板上。沟的深度根据板的厚度等为约0.4～0.8mm。
本发明的半导体晶片的研磨方法可以在将本发明的研磨垫安装到公知的研磨机上以后进行。作为研磨时在研磨层和半导体晶片间供给的研磨剂，可以使用研磨半导体晶片中使用的任何公知研磨剂而没有特别的限制。这样的研磨剂的例子包括二氧化铈、二氧化硅等。也优选使用市售品如浆SemiSperse-12(Cabot制造)。
实施例
以下，通过参考实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。
实施例1～3
<评价方法>
(研磨特性的评价)
作为研磨装置，使用冈本工作机械有限公司制造的SPP600S，评价研磨特性。氧化膜的厚度通过大塚电子有限公司制造的干涉式膜厚测定装置进行测定。研磨条件如下所述：slurry SemiSperse-12(Cabot制)以150ml/秒的流速滴下，研磨荷载为350g/cm2，研磨台板的旋转数为35rpm，晶片的旋转数为30rpm。
为评价研磨特性，在8英寸硅晶片上沉积0.5μm热氧化膜后，进行下述的图案形成(patterning)(270/30和30/270线/间隔)，然后在上面沉积1μm的p-TEOS氧化膜，制作了具有初期级差为0.5μm的图案的晶片。在上述条件下研磨晶片，研磨后测定各级差，评价平坦化特性。对于平坦化特性，测定了两个级差。一个是局部级差，其为宽度270μm的线和各30μm的间隔交替排列的图案中的级差，另一个是宽30μm的线和270μm的间隔交替排列的图案中的间隔凹部的磨耗减量。
(气泡数评价)
在测定气泡数时，用显微切片机将所得的发泡体研磨层进行切割
(样品尺寸：5mm×5mm)，并且在分离气泡后，通过图像处理装置图像分析器V10(东洋纺织株式会社制)，对其截面(测定面积：0.45×0.67mm)的显微照片(×200)测定了单位面积的气泡数、以及气泡尺寸分布。气泡的检测极限是1μm。
(气泡直径评价)
在测定平均气泡直径时，用显微切片机切割所得的研磨层，并且在分离气泡后，通过图像处理装置图像分析器V10(东洋纺织株式会社制)，对其截面的显微照片(×200)测定了单位面积的气泡尺寸分布，计算了平均气泡直径。
(压缩率评价)
使用直径5mm的圆柱状压头，在Mac Science制造的TMA上在25℃下对发泡体研磨层(样品尺寸：直径7mm)施加荷载，测定了T1(μm)、T2(μm)。
压缩率(％)＝[(T1-T2)/T1]×100
其中，T1表示向薄板施加30kPa(300g/cm2)应力并保持60秒后的薄板厚度，T2表示向状态T1的薄板施加180kPa应力并保持60秒后的薄板厚度。
(D硬度测定法)
将厚度1.27mm的研磨层切成尺寸为1.5cm×1.5cm的6个样品。将这样切出的样品在23.5±2℃×50％湿度的条件下保持16小时，然后将6个样品重叠并安装在D硬度计上。将D硬度计的针穿破6个重叠的样品后，读取1分钟后的D硬度计指针。
(贮存弹性模量的测定)
使用动态粘弹性测定装置Rheogel-E4000(UBM制造)中的拉伸试验夹具，施加正弦波振动，在1Hz频率下测定贮存弹性模量。以温度依赖性方式，从-20℃至80℃进行测定，并在40℃的贮存弹性模量作为弹性模量。
(均匀性评价)
研磨后，对具有氧化膜的硅晶片的研磨面的20个点使用干涉式膜厚测定装置测定膜厚。使用该膜的最大膜厚Rmax和最小膜厚Rmin由下式计算均匀性(％)。
均匀性(％)＝(Rmax-Rmin)/(Rmax+Rmin)×100
(表面活性剂的定量法)
称量15mg研磨垫并在130℃下溶解于二甲亚砜-d6(0.7ml)中。将溶液离心沉降，并在上清液中加入5mg四氯乙烷，通过质子NMR装置(AVANCE-500，500MHz，Bruker制造)在测定温度80℃、检测脉冲15°、FID加入时间4秒、重复时间9秒、和测定范围-2～14ppm的测定条件下测定其光谱。另外，傅立叶变换时的窗函数没有使用。由所得光谱中6.8ppm附近出现的归于四氯乙烷的峰面积和0ppm附近的归于与Si结合的甲基的峰面积对表面活性剂的含量(重量％)进行定量。
实施例1
实施例1-1
将3000重量份聚醚系尿烷预聚物(Adiprene L-325，Uniroyal制造)和120重量份硅酮系表面活性剂SH192(二甲基聚硅氧烷/聚氧烷撑二醇共聚物，Toray Dow Coming Silicone Co.，Ltd.制造)导入容器中，并通过搅拌机在约900rpm下搅拌，制作了发泡溶液(气泡分散液)，然后，更换搅拌机，并边搅拌边在其中导入770重量份熔融的4，4’-亚甲基-双(2-氯苯胺)作为固化剂。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合溶液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡聚氨酯块料。所得的发泡聚氨酯的气泡数为350个/mm2，Asker D硬度为52，压缩率为2.0％，贮存弹性模量为279MPa，比重为0.8，平均气泡直径为40μm。
然后，在约50℃加热的同时，用切片机VGW-125(Amitec制造)将该发泡聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到研磨薄板。
用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔(denier)的聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软层。该非织布层的压缩率为约15％。将该非织布用双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)粘贴在预先制作的研磨层上，并在非织布上进一步粘贴双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)，完成了研磨垫。图2是显示所得的研磨垫的构成的示意图。
实施例1-2
除将实施例1-1中硅酮系表面活性剂SH-192的量变为50重量份以外，按照与实施例1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯的气泡数为230个/mm2，D硬度为58，压缩率为1.4％，贮存弹性模量为295MPa，比重为0.87，平均气泡直径为35μm。通过用荧光X射线进行元素分析，检测到Si，并因此确认了含有预定的表面活性剂。
实施例1-3
在实施例1-1得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为低弹性模量层。作为下层的柔软层，使用发泡倍率为10倍的聚乙烯发泡体。该发泡体层的压缩率为约10％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上再粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
实施例1-4
将双面胶带#5782粘贴在实施例1-2得到的研磨板上，并在其上粘贴下述的层作为低弹性模量层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为15倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约12％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作了研磨层上，并在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
比较例1-1
除将实施例1-1的硅酮系表面活性剂的添加量变更为1.4重量份以外，根据与实施例1同样的方式制作了研磨垫。得到的发泡聚氨酯不能充分地形成气泡，并且气泡数目低。研磨垫的物性为：气泡数110个/mm2，D硬度60，压缩率1.0％，贮存弹性模量302MPa，比重0.91，和平均气泡直径65μm。
比较例1-2
除将实施例1-1中的硅酮系表面活性剂的量变更为100重量份以外，按照与实施例1相同的方式制作了研磨垫，并加入中空树脂粒子(直径5μm，松本油脂)以产生大量气泡。此时，搅拌时产生大的气泡。研磨垫的物性如下：气泡数850个/mm2，D硬度45，压缩率2.3％，贮存弹性模量255MPa，比重0.70，和平均气泡直径25μm。
比较例1-3
除将实施例1-1中的硅酮系表面活性剂的量变更为500重量份以外，按照与实施例1相同的方式制作了研磨垫。此时，均匀产生了微细的气泡。研磨垫的物性如下：气泡数700个/mm2，D硬度30，压缩率5.2％，贮存弹性模量105MPa，比重0.45，和平均气泡直径25μm。
比较例1-4
在比较例1-1得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为低弹性模量层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为15倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约12％。进一步在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
Figure C0282251400471
评价结果
评价结果和特性如表1所示。当使用实施例1-1～1-4的研磨垫时，发现研磨速度高且稳定，均匀性为不高于10％的良好程度，并且平坦化特性也非常优良。
另一方面，比较例1-1的研磨垫的研磨速度不稳定，并且每次进行测定时变化大。比较例1-2的研磨垫均匀性优良(不高于10％)，但研磨速度不稳定，并且平坦化特性稍微劣化。比较例1-3的研磨垫均匀性优良(不高于10％)，但研磨速度不稳定，并且平坦化特性显著劣化。比较例1-4的研磨垫平坦化特性优良，但出现大量划痕，并且均匀性劣化至不低于10％，并且研磨速度稍微低。
实施例2
实施例2-1
将3000重量份聚醚系尿烷预聚物(Adiprene L-325，Uniroyal制造)和120重量份硅酮系表面活性剂SH192(二甲基聚硅氧烷/聚氧烷基共聚物，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)导入容器中，并通过搅拌机在约900rpm下搅拌，制作了气泡分散液，然后，更换搅拌机，并边搅拌边在其中导入770重量份4，4’-亚甲基-双(2-氯苯胺)。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合溶液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡聚氨酯块料。所得的发泡聚氨酯的Asker D硬度为52，压缩率为2.0％，贮存弹性模量为279MPa，比重为0.8，平均气泡直径为40μm。
然后，在约50℃加热的同时，用切片机VGW-125(Amitec制造)将该发泡聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到研磨薄板。
用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔的聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软层。该非织布层的压缩率为约15％。将该非织布用双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)粘贴在预先制作的研磨层上，并在非织布上进一步粘贴双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)，完成了研磨垫。图2是显示所得的研磨垫的构成的示意图。该研磨垫8具有研磨层9和缓冲层10，并且研磨层9与缓冲层10通过双面胶带11粘着、层压，缓冲层10上设置了双面胶带层12用于安装到研磨机上。
实施例2-2
除将实施例2-1的表面活性剂量变更为40重量份以外，按照与实施例2-1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯的D硬度为59，压缩率为1.3％，贮存弹性模量为299MPa，比重为0.85，平均气泡直径为55μm。
实施例2-3
除将实施例2-1的表面活性剂量变更为180重量份以外，按照与实施例2-1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯的D硬度为47，压缩率为2.4％，贮存弹性模量为272MPa，比重为0.78，平均气泡直径为34μm。
实施例2-4
在实施例2-1得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴具有低弹性模量的缓冲层。作为该缓冲层，使用发泡倍率为10倍的聚乙烯发泡体。该发泡体层的压缩率为约10％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上粘贴了双面胶带#5782，完成了研磨垫。
实施例2-5
在实施例2-2得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴具有低弹性模量的缓冲层。用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软的缓冲层。该非织布层的压缩率为约15％。通过预先粘巾的双面胶带将该非织布粘贴在预先制作的研磨层上，并进一步在该非织布上粘贴了双面胶带#5673FW(积水化学工业有限公司制)，完成了研磨垫。由该双面胶带粘贴的各层的粘合强度为至少600g/cm。
实施例2-6
在实施例2-3得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴具有低弹性模量的缓冲层。作为柔软的缓冲层，使用发泡倍率为15倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约12％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
比较例2-1
除将实施例2-1的表面活性剂量变更为1.0重量份以外，按照与实施例2-1同样的方式制作了研磨垫。该研磨垫的物性如下所述：D硬度62，压缩率0.9％，贮存弹性模量310MPa，比重0.9，平均气泡直径80μm。
比较例2-2
除将实施例2-1的表面活性剂量变更为500重量份以外，按照与实施例2-1同样的方式制作了研磨垫。此时，均匀地产生了微细的气泡。该研磨垫的物性如下所述：D硬度30，压缩率5.2％，贮存弹性模量105MPa，比重0.45，平均气泡直径25μm。
比较例2-3
在比较例2-1得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴具有低弹性模量的缓冲层。作为柔软的缓冲层，使用发泡倍率为10倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约10％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
比较例2-4
在比较例2-2得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴具有低弹性模量的缓冲层。用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软的缓冲层。该非织布层的压缩率为约15％。通过预先粘贴的双面胶带将该非织布粘贴在预先制作的研磨层上，并进一步在该非织布上粘贴了双面胶带#5673FW，完成了研磨垫。由该双面胶带粘贴的各层的粘合强度为至少600g/cm。
Figure C0282251400521
评价结果
评价结果和特性如表2所示。当使用实施例2-1～2-6的研磨垫时，发现研磨速度高且稳定，其均匀性为不高于10％的良好程度，并且平坦化特性也非常优良。
另一方面，比较例2-1的研磨垫的平坦化特性优良，但研磨速度低，不稳定且每次测定时变化大。比较例2-2的研磨垫均匀性优良(不高于10％)，但研磨速度低且不稳定，并且平坦化特性显著劣化。比较例2-3的研磨垫平坦化特性优良，但研磨速度稍微低，并且均匀性劣化到约8％。比较例2-4的研磨垫的均匀性非常优良，但研磨速度稍微低，并且平坦化特性极差。
实施例3
将3000重量份聚醚系尿烷预聚物(Adiprene L-325，Uniroyal制造)和120重量份硅酮系表面活性剂SH192(二甲基聚硅氧烷/聚氧烷撑二醇共聚物，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)导入容器中，并通过搅拌机在约900rpm下搅拌，制作了发泡溶液(气泡分散液)，然后，更换搅拌机，并边搅拌边在其中导入770重量份熔融的4，4’-亚甲基-双(2-氯苯胺)作为固化剂。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合溶液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡聚氨酯块料。所得的发泡聚氨酯的气泡数为350个/mm2，Asker D硬度为52，压缩率为2.0％，贮存弹性模量为279MPa，比重为0.8，平均气泡直径为40μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约3重量％。
然后，在约50℃加热的同时，用切片机VGW-125(Amitec制造)将该发泡聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到研磨薄板。
用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔的聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软层。该非织布层的压缩率为约15％。将该非织布用双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)粘贴在预先制作的研磨层上，并在非织布上进一步粘贴双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)，完成了研磨垫。图2是显示所得的研磨垫的构成的示意图。该研磨垫8具有研磨层9和缓冲层10，并且研磨层9与缓冲层10通过双面胶带11粘着、层压，缓冲层10上设置了双面胶带层12用于安装到研磨机上。
实施例3-2
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂SH-192的量变更为40重量份以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯的气泡数为240个/mm2，D硬度为59，压缩率为1.3％，贮存弹性模量为299MPa，比重为0.85，平均气泡直径为55μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约1.0重量％。
实施例3-3
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂SH-192的量变更为50重量份以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯的气泡数为230个/mm2，D硬度为58，压缩率为1.4％，贮存弹性模量为295MPa，比重为0.87，平均气泡直径为35μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约1.3重量％。
实施例3-4
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂SH-192的量变更为180重量份以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯的气泡数为380个/mm2，D硬度为47，压缩率为2.4％，贮存弹性模量为272MPa，比重为0.78，平均气泡直径为34μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约4.5重量％。
实施例3-5
在实施例3-1得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为10倍的聚乙烯发泡体。该发泡体层的压缩率为约10％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
实施例3-6
在实施例3-2得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔的聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软的下层。该发非织布层的压缩率为约15％。通过预先粘贴的双面胶带将该非织布粘贴在预先制作的研磨层上，并在该非织布上进一步粘贴双面胶带#5673FW(积水化学工业有限公司制造)，完成了研磨垫。
实施例3-7
在实施例3-3得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为15倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约12％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
实施例3-8
在实施例3-4得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为15倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约12％。通过双面胶带将该发泡体粘贴在预先制作的研磨层上，并在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
比较例3-1
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂的量变更为1.0重量份以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。得到的发泡聚氨酯不能充分地形成气泡，并且气泡数目低。研磨垫的物性为：气泡数100个/mm2，D硬度62，压缩率0.9％，贮存弹性模量310MPa，比重0.9，和平均气泡直径80μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约0.03重量％。
比较例3-2
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂的量变更为1.4重量份以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。得到的发泡聚氨酯不能充分地形成气泡，并且气泡数目低。研磨垫的物性为：气泡数110个/mm2，D硬度60，压缩率1.0％，贮存弹性模量302MPa，比重0.91，和平均气泡直径65μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约0.04重量％。
比较例3-3
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂的量变更为100重量份并加入中空树脂粒子(直径5μm，松本油脂)以产生大量气泡以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。此时，在搅拌时产生大气泡。研磨垫的物性为：气泡数850个/mm2，D硬度45，压缩率2.3％，贮存弹性模量255MPa，比重0.70，和平均气泡直径25μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约2.6重量％。
比较例3-4
除将实施例3-1中硅酮系表面活性剂的量变更为500重量份以外，按照与实施例3-1同样的方式制作了研磨垫。此时，均匀地产生了微细的气泡。研磨垫的物性为：气泡数700个/mm2，D硬度30，压缩率5.2％，贮存弹性模量105MPa，比重0.45，和平均气泡直径28μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约12重量％。
比较例3-5
在比较例3-1得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为10倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约10％。进一步在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
比较例3-6
在比较例3-2得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。作为柔软的下层，使用发泡倍率为15倍的聚氨酯发泡体。该发泡体层的压缩率为约12％。进一步在该发泡体上粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫。
比较例3-7
在比较例3-4得到的研磨板上粘贴双面胶带#5782，并在其上粘贴下述的层作为具有低弹性模量的层。用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔的聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作柔软的下层。该发非织布层的压缩率为约15％。通过预先粘贴的双面胶带将该非织布粘贴在预先制作的研磨层上，并在该非织布上进一步粘贴双面胶带#5673FW(积水化学工业有限公司制造)，完成了研磨垫。
Figure C0282251400581
评价结果
评价结果和特性如表3所示。当使用实施例3-1～3-8的研磨垫时，发现研磨速度高且稳定，其均匀性为不高于10％的良好程度，并且平坦化特性也非常优良。
另一方面，比较例3-1的研磨垫的平坦化特性优良，但研磨速度低且不稳定，且每次测定时变化大。比较例3-2的研磨垫的研磨速度不稳定且每次测定时变化大。比较例3-3的研磨垫的均匀性优良(不高于10％)，但研磨速度不稳定，并且平坦化特性稍微劣化。比较例3-4的研磨垫的平坦化特性显著劣化。比较例3-5的研磨垫平坦化特性优良，但研磨速度稍微低，并且均匀性劣化到约8％。比较例3-6的研磨垫平坦化特性差，并且研磨速度低。比较例3-7的研磨垫的均匀性非常优良，但研磨速度稍微低，并且平坦化特性极差。
实施例4
<评价方法>
(热尺寸变化率)
从研磨层构成材料切出宽50mm、长250mm、厚2mm的测定样品，在22.5℃保持不低于12小时的时间，测定纵方向的长度L。
然后，将该测定样品在100℃保持4小时，测定纵方向的长度。求出这些长度的差ΔL，并根据下式求出热尺寸变化率：
热尺寸变化率＝(ΔL/L)×100(％)
(压缩率测定法)
压缩率测定法与实施例1～3记载的方法同样。
(贮存弹性模量测定法)
贮存弹性模量测定法与实施例1～3记载的方法同样。
(肖氏D硬度测定法)
肖氏D硬度测定法与实施例1～3记载的方法同样。
(表面活性剂含量分析)
表面活性剂的含量分析方法与实施例1～3记载的方法同样。
(研磨特性)
为评价研磨垫的研磨特性，在6英寸硅晶片上沉积1μm热氧化膜并研磨5分钟，然后在预定的28个位置测定了晶片的厚度，并根据下式求出了晶片内均匀性。研磨特性的评价使用CMP研磨装置SPP-600S(冈本工作机械有限公司制造)进行。通过在研磨荷载为350g/cm2、研磨垫转数为35rpm、晶片转数为33rpm的条件下使调至pH 11的二氧化硅slurry RD97001(Fujimi有限公司制造)以150g/分的流速流动，进行了研磨。
晶片内均匀性(％)＝{(最大膜厚-最小膜厚)/(2×平均膜厚)}×100
晶片内均匀性低于10％的均匀性的样品记为○，晶片内均匀性不低于10％的均匀性性的样品记为×。
为评价平坦化特性，在8英寸硅晶片上沉积0.5μm热氧化膜，并进行研磨，然后在其上沉积1μm的p-TEOS氧化膜，制作了具有初期级差为0.5μm的图案的晶片，并在上述条件下研磨该晶片，研磨后，测定了各级差以评价平坦化特性。平坦化特性优良的样品记为○，平坦化特性差的样品记为×。
实施例4-1
将100重量份聚醚系预聚物(Adiprene L-325，NCO含量2.22毫当量/g，Uniroyal制造)和1重量份硅酮系非离子表面活性剂SH192(相对于聚氨酯为0.79重量％)在容器中混合，并调整到80℃。在剧烈搅拌的同时在其中加入26重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)(MOCA)以引入气泡。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合溶液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了聚氨酯树脂发泡体块料。所得的聚氨酯树脂发泡体块料的密度为0.92g/cm3。
用切片机从该聚氨酯树脂发泡体块料切出发泡体薄板，然后在上面进行了同心圆状的沟加工，制作了研磨面，并通过将其背面与包括浸渍了聚氨酯的市售非织布的缓冲材料层压，制作了研磨垫。
实施例4-2
除使用3重量份SH192作为硅酮系非离子表面活性剂以外，按照与实施例4-1同样的方式制作了聚氨酯树脂发泡体块料。该聚氨酯树脂发泡体块料的密度为0.87g/cm3。
用切片机从该聚氨酯树脂发泡体块料切出发泡体薄板，用于按照与实施例4-1同样的方式制作研磨垫。
实施例4-3
将1480重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯比为80/20的混合物，以下简记为TDI)、393重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(以下简记为HMDI)、2145重量份聚丁二醇(Mn：818)和276重量份二甘醇混合并在80℃下加热搅拌120分钟，制作了异氰酸酯封端的预聚物(NCO含量2.29毫当量/g)。
除使用100重量份该异氰酸酯封端的预聚物代替实施例4-1所述的聚醚系预聚物、使用6重量份(相对于聚氨酯为4.51重量％)SH192作为硅酮系非离子表面活性剂、以及MOCA的量为27重量份以外，按照与实施例1同样的方式得到了聚氨酯树脂发泡体块料。该聚氨酯树脂发泡体块料的密度为0.81g/cm3。
用切片机从该聚氨酯树脂发泡体块料切出发泡体薄板，用于按照与实施例4-1同样的方式制作研磨垫。
实施例4-4
将TDI(1730重量份)、HMDI(393重量份)、2515重量份聚丁二醇(Mn：1006)和276重量份二甘醇混合并在80℃加热搅拌120分钟，制作了异氰酸酯封端的预聚物(NCO含量为2.58毫当量/g)。
除使用100重量份该异氰酸酯封端的预聚物代替实施例4-1所述的聚醚系预聚物、使用6重量份(相对于聚氨酯为4.54重量％)SH192作为硅酮系非离子表面活性剂、MOCA的量为24重量份、并进一步添加了2.3重量份甘油以外，按照与实施例4-1同样的方式得到了聚氨酯树脂发泡体块料。该聚氨酯树脂发泡体块料的密度为0.72g/cm3。
用切片机从该聚氨酯树脂发泡体块料切出发泡体薄板，用于按照与实施例4-1同样的方式制作研磨垫。
比较例4-1
除使用10重量份SH192作为硅酮系非离子表面活性剂以外，按照与实施例4-1同样的方式得到了聚氨酯树脂发泡体块料。该聚氨酯树脂发泡体块料的密度为0.68g/cm3。
用切片机从该聚氨酯树脂发泡体块料切出发泡体薄板，用于按照与实施例4-1同样的方式制作研磨垫。
使用实施例4-1～4-4和比较例4-1得到的研磨垫进行了研磨试验，评价了平坦化特性和晶片内均匀性。其结果如表4所示。表面活性剂的含量是以相对于聚氨酯(预聚物+增链剂)的重量％表示的。
表4
  实施例4-1  实施例4-2  实施例4-3  实施例4-4  比较例4-1
  表面活性剂含量(重量％)   0.79   2.33   4.51   4.54   7.35
  热尺寸变化率(％)   0.6   1.1   1.7   2.3   3.2
  密度(g/cm<sup>3</sup>)   0.92   0.87   0.81   0.72   0.68
  D硬度   61   54   59   57   38
  压缩率(％)   0.9   1.4   0.8   1.2   4.2
  贮存弹性模量(MPa)   315   285   302   295   143
  平坦化特性   ○   ○   ○   ○   ×
  晶片内均匀性   ○   ○   ○   ○   ×
从表4的结果可以看出，热尺寸变化率在本发明范围内的研磨垫的平坦化特性和晶片内均匀性都很优良，但热尺寸变化率在本发明范围以外的研磨垫的平坦化特性和晶片内均匀性都有问题。
实施例5
<评价方法>
(动磨擦系数评价方法)
动磨擦系数测定装置如图3所示。图3(a)是总图，图3(b)是测定样品19的构成图。测定中，将研磨层形成板14置于安装的架台16上的玻璃板(#7740，150mm×250mm×5mm，Corning制)上，并通过双面胶带20(积水化学工业有限公司制，双面胶带#5782)的其上粘贴缓冲层21(低密度聚乙烯发泡体，比重为0.17；厚度1.27mm)，并通过树脂印刷版固定用双面胶带535A(日东电工制)22将缓冲层21粘贴的重物13上，得到安装有重物13的测定样品19。然后，在将测定样品的研磨层形成板14与玻璃板15紧靠的同时，通过磨擦测定装置18沿箭头17方向将其牵引移动，测定磨擦系数。
在通过上述磨擦系数测定装置测定的磨擦力图中，将测定样品19移动10cm显示静磨擦力后的动磨擦力的最小值与最大值的平均值除以4.4kgf，算出了动磨擦系数。
研磨层形成板的尺寸是5cm×8cm，载荷重量13的重量为4.4kg，底面为8cm×5cm，并且测定样品19的移动速度为20cm/分，测定时间为30秒。使用Tensilone RTM-100(TOYO BALDWIN制)作为磨擦测定装置18，并且环境条件是温度23±2℃，湿度为50±6％RH。
(研磨特性评价)
使用冈本工作机械有限公司制SPP600S作为研磨装置，进行研磨特性的评价。使用大塚电子有限公司制造的干涉式膜厚测定装置测定氧化膜的膜厚。研磨条件是研磨荷载350g/cm2，研磨台板旋转数35rpm，晶片旋转数30rpm。在进行研磨时，在研磨中以150ml/分的流量将二氧化硅slurry SS21(Cabot制)滴下。
研磨特性的评价方法与实施例1～3记载的方法相同。
(压缩率测定法)
压缩率测定法与实施例1～3记载的方法相同。
(贮存弹性模量测定法)
贮存弹性模量测定法与实施例1～3记载的方法相同。
(平均气泡直径测定法)
平均气泡直径测定法与实施例1～3记载的方法相同。
(肖氏硬度D测定法)
肖氏硬度D测定法与实施例1～3记载的方法相同。
(表面活性剂的含量分析)
表面活性剂的含量分析方法与实施例1～3记载的方法相同。
实施例5-1
将3000重量份聚醚系尿烷预聚物(Adiprene L-325，Uniroyal制造)和120重量份硅酮系表面活性剂SH192(聚二甲基硅氧烷/聚氧烷基共聚物，Toray Dow Corning Silicone Co.Ltd.制造)导入容器中，并通过搅拌机在约900rpm下搅拌，制作了发泡溶液(气泡分散液)，然后，更换搅拌机，并边搅拌边在其中导入770重量份熔融的固化剂(4，4’-亚甲基-双(2-氯苯胺))。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合溶液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡聚氨酯块料。所得的发泡聚氨酯的D硬度为52，压缩率为2.0％，贮存弹性模量为279MPa，比重为0.8，平均气泡直径为40μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约2.8重量％。
然后，在约50℃加热的同时，用切片机VGW-125(Amitec制造)将该发泡聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到研磨层形成用薄板。
用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔的聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥，制作了缓冲层形成材料。用双面胶带#5782(积水化学工业有限公司制造)将该缓冲层形成材料(厚度1.27mm)粘贴在预先制作的研磨层上，并在缓冲层上进一步粘贴双面胶带#5782，完成了研磨垫(a)。
用作实施例5-1的研磨层形成材料的聚氨酯发泡体根据上述方法测定动磨擦系数为0.5。
当使用研磨垫(a)在上述条件下进行研磨时，研磨速度为
Figure C0282251400651
Figure C0282251400652
是十分实用的研磨速度。另外，研磨时，没有发生脱夹误差。
实施例5-2
除硅酮系表面活性剂SH192的添加量为40重量份以外，按照与实施例5-1同样的方式制作了发泡聚氨酯块料。所得的发泡聚氨酯的肖氏D硬度为59，压缩率为1.3％，贮存弹性模量为299MPa，比重为0.85，平均气泡直径为55μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约0.9重量％。
测定实施例5-2的聚氨酯发泡体的动磨擦系数为0.3。
当由该聚氨酯发泡体薄板根据与实施例5-1同样的方式制作研磨垫(b)并在与实施例5-1同样的条件下进行研磨时，研磨速度为
Figure C0282251400661
Figure C0282251400662
是十分实用的研磨速度。另外，研磨时，没有发生脱夹误差。
实施例5-3
除硅酮系表面活性剂SH192的添加量为180重量份以外，按照与实施例5-1同样的方式制作了发泡聚氨酯块料。所得的发泡聚氨酯的肖氏D硬度为47，压缩率为2.4％，贮存弹性模量为272MPa，比重为0.78，平均气泡直径为34μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约4.4重量％。
测定实施例5-3的聚氨酯发泡体的动磨擦系数为0.7。
当由该聚氨酯发泡体薄板根据与实施例5-1同样的方式制作研磨垫(c)并在与实施例5-1同样的条件下进行研磨时，研磨速度为
Figure C0282251400663
是十分实用的研磨速度。另外，研磨时，没有发生脱夹误差。
比较例5-1
除没有添加表面活性剂和没有进行搅拌以外，按照与实施例5-1同样的方式制作了非发泡聚氨酯。根据上述方法测定该非发泡聚氨酯的动磨擦系数为0.01。当使用该非发泡聚氨酯进行研磨时，研磨速度为
Figure C0282251400665
不能令人满意。
比较例5-2
除实施例5-1的硅酮系表面活性剂的添加量变更为1.4重量份以外，按照与实施例5-1同样的方式制作了研磨垫。所得的发泡聚氨酯不能充分形成气泡，并且气泡数目也低。该研磨垫的物性为：肖氏硬度60，压缩率0.5％，贮存弹性模量302MPa，比重0.91，平均气泡直径65μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约0.03重量％。
比较例5-2的聚氨酯发泡体的动磨擦系数测定为0.05。当通过与实施例5-1同样的方式由该聚氨酯发泡体薄板制作研磨垫(c)并在与实施例5-1同样的条件下进行研磨时，研磨速度为
Figure C0282251400671
不能令人满意。
比较例5-3
除实施例5-1的硅酮系表面活性剂的添加量变更为500重量份以外，按照与实施例5-1同样的方式制作了研磨垫。此时，均匀地产生了气泡。该研磨垫的物性为：肖氏硬度30，压缩率5.2％，贮存弹性模量105MPa，比重0.45，平均气泡直径25μm。通过分析确认了表面活性剂的含量为约11.5重量％。
比较例5-3的聚氨酯发泡体的动磨擦系数测定为1.2。当通过与实施例5-1同样的方式由该聚氨酯发泡体薄板制作研磨垫(c)并在与实施例5-1同样的条件下进行研磨时，研磨速度为
Figure C0282251400672
研磨速度优良，但出现了脱夹误差。
评价结果总结在表5中。
Figure C0282251400681
如上所述，含有聚氨酯树脂发泡体、研磨层的动磨擦系数在0.1～1.0范围内的研磨垫具有十分实用的研磨速度，并且不会发生脱夹误差。
实施例6
<评价方法>
(贮存弹性模量测定方法)
贮存弹性模量的测定方法与实施例1～3的记载相同。
(肖氏硬度D测定方法)
肖氏硬度D的测定方法与实施例1～3的记载相同。
(压缩率测定方法)
压缩率的测定方法与实施例1～3的记载相同。
(磨耗减量的测定)
将得到的研磨板作为试验片予以干燥，测定了初期重量。将该试验片在40℃的pH 12.5的氢氧化钾水溶液中浸渍24小时，然后用蒸馏水充分清洗并干燥。使用Taber磨耗试验机(Taber制造，型号174)，测定了在荷载1000g、磨耗轮H-22、转数1000rpm的条件下进行上述试验前后试验片的磨耗性。磨耗减量越小试验片越优良。
(研磨垫的制作和评价)
在所得的研磨板上粘贴双面胶带(积水化学工业有限公司制造，双面胶带#5782)，完成了研磨垫。使用CMP研磨装置(冈本工作机械有限公司制造，SPP-600S)评价了所得的研磨垫的研磨特性。通过使调到pH 11的二氧化硅浆(Fujimi有限公司制)以150g/分的流量流动的同时，在研磨荷载为350g/cm2、研磨垫转数为35rpm、晶片转数为33rpm的条件下进行了研磨。
(平坦性)
为评价平坦性，在6英寸硅晶片上沉积0.5μm的热氧化膜，并进行图案形成(patterning)(L/S(线/间隔)＝25μm/5μm，和L/S＝5μm/25μm)，并再次在其上沉积1μm的氧化膜(TEOS)，制作了具有图案、初期级差为0.5μm的晶片。在上述研磨条件下对该晶片进行研磨，并且测定当整体级差不高于
Figure C0282251400701
时的、25μm间隔的底部的磨耗减量，评价平坦性。平坦性的值越小，表示平坦性越优良。
(晶片内均匀性)
为评价晶片内均匀性，在6英寸硅晶片上沉积1μm的热氧化膜并在上述研磨条件下将热氧化膜的研磨至0.5μm后，测定了晶片内28个点的膜厚，并根据下式测定了晶片内均匀性。晶片内均匀性的值越小，表示均匀性越优良。
晶片内均匀性(％)＝{(最大膜厚-最小膜厚)/(2×平均膜厚)}×100
(平均研磨速度)
在上述研磨条件下对在6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜进行研磨，并且通过用研磨时间除研磨后热氧化膜膜厚的减量测定了平均研磨速度。平均研磨速度越高，表示研磨垫越优良。
(研磨速度稳定性)
根据下式测定研磨速度稳定性：
研磨速度稳定性(％)＝{(最大研磨速度-最小研磨速度)/平均研磨速度}×100
最大研磨速度是在研磨时从第1晶片到最后晶片(研磨的晶片数为100、300或500)的最大研磨速度，最小研磨速度是研磨时第从1晶片到最后晶片的最低研磨速度。
实施例6-1
将1000重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物)、375重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、1681重量份聚丁二醇(数均分子量994)和188重量份二甘醇导入容器中，并在80℃下加热搅拌150分钟，得到异氰酸酯当量为2.28毫当量/g的预聚物。在该预聚物中加入97重量份硅酮系表面活性剂(SH192，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)，温度调至70℃，并减压脱泡。然后，在剧烈搅拌以引入气泡的同时在其中加入943重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，得到了混合液。将混合液搅拌约1分钟，然后导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化8小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。所得的微细发泡的聚氨酯块料的密度为0.87g/cm3。密度是根据JIS K 7222(发泡塑料和橡胶：表观密度测定)测定的。
在约80℃下加热的同时，用切片机(VGW-125，Amitec制造)将该微细发泡的聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到了研磨板。从该板上切出宽度5mm的矩形板。测得其贮存弹性模量为285MPa。D硬度为54，压缩率为1.5％。
实施例6-2
将1000重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物)、146重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、1150重量份聚丁二醇(数均分子量796)和188重量份二甘醇导入容器中，并在80℃下加热搅拌150分钟，得到异氰酸酯当量为2.29毫当量/g的预聚物。在该预聚物中加入75重量份硅酮系表面活性剂(SH192，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)，温度调至70℃，并减压脱泡。然后，在剧烈搅拌以引入气泡的同时在其中加入730重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，得到了混合液。将混合液搅拌约1分钟，然后导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化8小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径35μm)。所得的微细发泡的聚氨酯块料的密度为0.75g/cm3。
根据与实施例6-1同样的方式制作了研磨板和研磨垫，并进行了研磨评价。
比较例6-1
将1000重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物)、375重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、1362重量份聚己二酸乙二酯(数均分子量746)和188重量份二甘醇导入容器中，并在80℃下加热搅拌150分钟，得到异氰酸酯当量为2.43毫当量/g的预聚物。在该预聚物中加入88重量份硅酮系表面活性剂(SH192，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)，温度调至70℃，并减压脱泡。然后，在剧烈搅拌以引入气泡的同时在其中加入903重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，得到了混合液。将混合液搅拌约1分钟，然后导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化8小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径35μm)。所得的微细发泡的聚氨酯块料的密度为0.70g/cm3。
根据与实施例6-1同样的方式制作了研磨板和研磨垫，并进行了研磨评价。
比较例6-2
将1000重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物)、375重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、1746重量份聚酯多醇(数均分子量1006)和188重量份二甘醇导入容器中，并在80℃下加热搅拌150分钟，得到异氰酸酯当量为2.21毫当量/g的预聚物。在该预聚物中加入88重量份硅酮系表面活性剂(SH192，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)，温度调至70℃，并减压脱泡。然后，在剧烈搅拌以引入气泡的同时在其中加入930重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，得到了混合液。将混合液搅拌约1分钟，然后导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化8小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。所得的微细发泡的聚氨酯块料的密度为0.84g/cm3。
根据与实施例6-1同样的方式制作了研磨板和研磨垫，并进行了研磨评价。
比较例6-3
在1000重量份Adiprene L-325(异氰酸酯封端的预聚物，NCO＝9.25％，Uniroyal制造)中加入150重量份硅酮系非离子表面活性剂(SH192，Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)并混合，然后将混合物导入容器中，温度调至70℃，并减压脱泡。然后，在剧烈搅拌以引入气泡的同时在其中加入250重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，得到了混合液。将混合液搅拌约1分钟，然后导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化8小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径35μm)。所得的微细发泡的聚氨酯块料的密度为0.76g/cm3。
根据与实施例6-1同样的方式制作了研磨板和研磨垫，并进行了研磨评价。
Figure C0282251400741
从表6可以看出，本发明的其它研磨垫平坦性、晶片内均匀性优良，并且研磨速度也好，研磨速度稳定性也优良，并且在使用时研磨速度几乎不变化，研磨特性稳定。
实施例7
<评价方法>
(研磨特性)
使用CMP研磨装置SPP-600S(冈本工作机械有限公司制造)评价了所得的研磨垫的研磨特性。通过使调至pH 8的二氧化铈浆(NissanChemical Industries，Ltd.制造的二氧化铈溶胶)以150g/分的流量流动的同时，在研磨荷载为350g/cm2、研磨垫转数为35rpm、晶片转数为33rpm的条件下进行了研磨。根据平均研磨速度评价了研磨特性。研磨速度不低于
Figure C0282251400751
的样品记作○，而研磨速度低于
Figure C0282251400752
的样品记作×。
(单体残余度)
将通过末端异氰酸酯基团与甲醇反应而得以活化的10mg异氰酸酯封端的预聚物样品溶于10ml THF中，从使用GPC测定装置LC10A(岛津制作所制)测定的甲醇反应产物的峰面积求出单体残余度。测定时，在使用Pl gel柱(填料粒径5μm，孔径
Figure C0282251400753
)，注入40μl样品液，使用THF作为溶剂，流量为1ml/分的条件下进行测定。
(可用时间)
将异氰酸酯封端的预聚物在60℃加热，并在其中加入预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)，使NCO基团/OH基团当量比为1.1，并将混合液在加热到50℃的玻璃板上流延到厚度约5mm。用棒(3mm见方)戳液膜3次，并观察表面10秒。液体失去流动性而使得通过用棒戳液膜形成的凹凸也保持10秒后的时间作为可用时间。
(成形性评价)
在以下的研磨材料制造例中，当通过浇注到盘式敞口模具中将可固化发泡组合物成形时，可以完全浇注到模具中的材料的成形性评价为优良，并记作○，而不能在模具中完全铺展的材料的成形性评价为差，并记作×。
实施例7-1～7-5，比较例7-1～7-6
<研磨垫材料的制造>
将数均分子量1000的聚丁二醇(以下简记为PTMG)与二甘醇(以下简记为DEG)摩尔比为50/50的混合物用作二醇成分，并将该二醇成分与甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物，以下简记为TDI)过量使用使得反应后TDI单体为预定量，并在80℃加热搅拌120分钟，然后减压蒸馏除去异氰酸酯单体，制作了异氰酸酯封端的TDI预聚物。
另外，将4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(以下简记为HMDI)与同样的二醇成分一起过量使用使得反应后HMDI单体为预定量，并在80℃加热搅拌120分钟，然后减压蒸馏除去异氰酸酯单体，制作了异氰酸酯封端的HMDI预聚物。
将这两种预聚物混合使得TDI预聚物/HMDI预聚物的重量比为75/25，并在其中加入预定比例的相应的异氰酸酯单体，制作了发泡聚氨酯生产用起始预聚物。
在所得的起始预聚物100重量份中加入预定量的硅酮表面活性剂SH192(Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)并混合，调整到80℃后，使用具有槌棒型搅拌叶片的混合器剧烈搅拌以引入气泡，制作了气泡分散液。更换搅拌装置，并在该气泡分散液中加入预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)使NCO/NH2当量比为1.1，然后搅拌混合物约1分钟。将所得的固化性发泡组合物引入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃二次固化6小时，制作了发泡聚氨酯块料。该发泡聚氨酯的气泡直径大约为40～50μm，密度为0.85～0.90g/cm3。
预聚物中单体残余度、残余的HMDI/TDI单体比如表7的上部所示。
<研磨垫的制作>
在约50℃加热的同时，用切片机(VGW-125，Amitec制造)将作为研磨垫形成材料的具有微细气泡的所得的发泡聚氨酯块料切成厚度2mm的板，得到了发泡聚氨酯板。将该板切成直径610mm的圆板，并在板表面设置格子状的沟(沟宽2.0mm，沟深0.6mm，沟间距1.5mm)或同心圆状的沟(沟宽0.3mm，沟深0.4mm，沟间距1.5mm)。
通过双面胶带在设置了沟的成形聚氨酯板上粘贴市售的研磨垫用缓冲材料，完成了研磨垫样品。
使用所得的研磨垫测定了其研磨速度，评价结果如表7所示。
Figure C0282251400781
从表7明显可以看出，本发明的其它研磨垫在所有评价中都具有良好结果。另一方面，比较例7-1和7-2的异氰酸酯单体残余度高于20重量％的研磨垫的研磨特性不令人满意，并且即使是异氰酸酯单体残余度不高于20重量％、HMDI/TDI重量比高于3.2的比较例7-3和7-4的研磨垫，固化也慢，并且成形性不令人满意。HMDI/TDI重量比低于0.5的比较例7-5的研磨垫由于可用时间短而不能固化。硅酮系表面活性剂添加量高于5重量％的比较例7-6的研磨垫尽管异氰酸酯单体残余度和HMDI/TDI重量比在本发明的范围内，但研磨特性不令人满意。
实施例8
(实施例8-1)
将14790重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物)、3930重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、25150重量份聚丁二醇(数均分子量1006，分子量分布为1.7)和2756重量份二甘醇导入容器中，并在80℃下加热搅拌120分钟，得到异氰酸酯当量为2.10毫当量/g的预聚物。在该预聚物中混合1480重量份Expancel 551DE(中空粒子，由偏氯乙烯/丙烯腈共聚物构成，JapanFerrite制造)，并将混合物减压脱泡。将预聚物的温度调至80℃，并在搅拌的同时加入12816重量份预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)。将混合液搅拌约1分钟，然后导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡的聚氨酯块料。
聚丁二醇等的多元醇的分子量的GPC测定通过使用上述的GPC装置岛津制作所制LC-10A的测定方法进行。
构成聚氨酯研磨垫的多元醇成分的分析在聚氨酯分解后进行。分析过程如下所述。
a)将1g聚氨酯研磨垫样品放入PTFE容器中，并在其中加入7.0ml吡啶和0.5ml水，将整个容器放置在不锈钢高压釜中，并在160℃加热分解样品8小时。
b)用二氯甲烷/2N HCl(混合比1/1)提取分解液。由于多元醇被提取到二氯甲烷层中，故收集该层。
c)从二氯甲烷层中馏去溶剂，并根据上述的方法通过GPC测定所得的多元醇。
多元醇成分的鉴定可以通过已知的分析方法评价。例如，测定以上分解得到的多元醇的IR光谱的方法和使用GC-MS的分析方法。聚氨酯研磨垫也可以通过热解GC-MS法进行分析。
在约50℃下加热的同时，用切片机(VGW-125，Amitec制造)将该发泡的聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到了研磨板。从该板上切出宽度5mm的矩形板，测定了其贮存弹性模量。
弹性模量的测定方法是，使用动态粘弹性测定装置Rheogel-E4000(UBM制)中的拉伸试验用夹具，施加正弦波振动，在频率为1Hz下进行测定。贮存弹性模量通过温度依存模式在-20～80℃的温度下测定，并且在20℃、40℃和60℃下的贮存弹性模量作为各温度的弹性模量。
所得研磨板在20℃、40℃和60℃的贮存弹性模量分别为404MPa、299MPa和190MPa。
在所得的研磨板上粘贴双面胶带(积水化学工业有限公司制造，双面胶带#5673FW)，完成了研磨垫。使用沉积有氧化膜的硅晶片，通过使用CMP研磨装置(SPP-600S，冈本工作机械有限公司制造)评价了所得研磨垫的研磨特性。研磨特性是在调至pH 11的二氧化硅浆(RD97001，Fujimi制造)以150g/分的流量流动的同时在研磨荷载为350g/cm2、研磨垫的转数为35rpm、晶片的转数为33rpm的条件下测定的。
作为研磨特性，评价了平均研磨速度和晶片内均匀性。研磨沉积有1μm热氧化膜的6英寸硅晶片直到热氧化膜的厚度减至0.5μm，在此期间测定了平均研磨速度。
在预定的28个位置测定晶片的厚度，以根据下式求出晶片内均匀性。晶片内均匀性的值越小，表示均匀性越好。
晶片内均匀性(％)＝{(最大膜厚-最小膜厚)/(2×平均膜厚)}×100所得研磨垫的平均研磨速度为
Figure C0282251400811
晶片内均匀性为7％。
实施例8-2
除使用24750重量份数均分子量为990、分子量分布为1.5的聚丁二醇以外，按照与实施例8-1同样的方式制作了研磨板和研磨垫。
所得研磨板和研磨垫的实测弹性模量、平均研磨速度和晶片内均匀性如表8所示。
比较例8-1
除使用数均分子量为1018、分子量分布为2.0的聚丁二醇以外，按照与实施例8-1同样的方式制作了研磨板和研磨垫。
所得研磨板和研磨垫的实测弹性模量、平均研磨速度和晶片内均匀性如表8所示。
表8
Figure C0282251400821
从上述结果可以看出，本发明的其它研磨垫平均研磨速度高，并且晶片内均匀性优良，使得可以进行稳定的平坦化加工。从各温度的弹性模量可以看出，这些结果归功于弹性模量的温度依存性小，即，由于研磨垫和工件间的磨擦热引起的研磨垫硬度(弹性模量)变化受到的抑制小。
<[II]研磨垫>
本发明的研磨垫中，作为研磨层基质的聚合物材料没有特别的限制。作为该聚合物材料，可以举出聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸系树脂、烯烃系树脂等。其中，如上所述，由于耐磨性和易于变化原料组成而优选聚氨酯。
以下，以聚氨酯为聚合物材料的代表进行说明。聚氨酯包括有机多异氰酸酯、多元醇成分和增链剂。
作为有机多异氰酸酯，可以无特别限制地使用聚氨酯领域公知的化合物。作为有机多异氰酸酯，例如有芳香族二异氰酸酯如2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，2’-二苯甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、间亚苯基二异氰酸酯、对亚二甲苯基二异氰酸酯和间亚二甲苯基二异氰酸酯；脂肪族二异氰酸酯如亚乙基二异氰酸酯、2，2，4-三甲基己撑二异氰酸酯、和1，6-己撑二异氰酸酯；和脂环族二异氰酸酯如1，4-环己烷二异氰酸酯、4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和去甲冰片烷二异氰酸酯。这些可以单独使用或者两种或两种以上混合使用。
多异氰酸酯不仅包括上述的二异氰酸酯化合物，而且包括多官能的(三官能或更多)多异氰酸酯化合物。作为多官能的异氰酸酯化合物，有市售的Desmodule-N(Bayer制造)和商品名为Duranate(旭化成工业株式会社制)的一系列二异氰酸酯加合物化合物。
多元醇化合物包括通常用作聚氨酯领域的多元醇化合物的化合物。多元醇化合物包括，例如，以下的高分子量多元醇。
(1)聚醚多元醇
聚醚多元醇包括聚氧丙烯多元醇，通过在多价醇如乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷等的一至少一种上附加氧化丙烯而得到；聚氧乙烯多元醇，通过在多价醇的至少一种上附加氧化乙烯而得到；通过在多价醇的至少一种上附加氧化丁烯、氧化苯乙烯等得到的多元醇；和通过将四氢呋喃开环聚合并附加到前述多价醇上而得到的聚丁二醇。使用两种或多种以上环状醚的共聚物也可以使用。
(2)聚酯多元醇
聚酯多元醇包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇、新戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、二甘醇、三甘醇和1，4-双(2-羟基乙氧基)苯等的二醇类、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、和其它低分子多价醇的至少一种与戊二醇、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、二聚酸、氢化二聚酸、其它低分子二元羧酸和低聚酸的至少一种的缩聚物、以及丙内酯、己内酯、戊内酯等的环状醚类的开环聚合物等的多元醇类。聚酯多元醇的典型例子包括聚己二酸丁二醇酯和聚己内酯多元醇。
(3)聚碳酸酯多元醇
聚碳酸酯多元醇包括以聚己内酯等的聚酯二醇与碳酸亚烷基酯的反应产物为例示的聚酯聚碳酸酯多元醇、通过碳酸亚乙酯与聚多价醇反应然后使得到的反应混合物与有机二元酸反应得到的聚酯聚碳酸酯多元醇、和通过多羟基化合物与碳酸芳基酯的酯交换反应得到的那些。
(4)丙烯酸系多元醇
使用的丙烯酸系共聚物包括1分子中具有两个或多个羟基的可共聚单体的丙烯酸系多元醇，例如，丙烯酸羟烷基酯如β-羟基乙基丙烯酸酯、β-羟基丙基丙烯酸酯、3-羟基丙基丙烯酸酯、β-羟基丁基丙烯酸酯、4-羟基丁基丙烯酸酯、β-羟基戊基丙烯酸酯、或其相应的羟烷基甲基丙烯酸酯、多价醇如甘油、三羟甲基丙烷等的单丙烯酸酯或其相应的甲基丙烯酸酯、和含羟基的单烯属不饱和单体如N-羟甲基丙烯酰胺或N-羟甲基甲基丙烯酰胺。
作为丙烯酸系多元醇，也可以使用远螯(telechelic)丙烯酸多元醇。这样的远螯丙烯酸多元醇是通过在醇化合物和有机磺酸化合物的存在下，由含有有机过氧化物的引发剂使含有(甲基)丙烯酸酯的不饱和单体聚合而得到的含羟基的丙烯酸系聚合物。醇化合物优选脂肪醇如甲醇或乙醇或脂环醇，并且当使用单官能醇作为醇化合物时，所得的含有活泼氢基的丙烯酸系聚合物实质上是多价的，而当使用二醇作为醇化合物时，含有活泼氢基的丙烯酸系聚合物实质上是四价的。
(5)其它多元醇
其它多元醇如酚醛树脂多元醇、环氧多元醇、聚丁二烯多元醇、聚异戊二烯多元醇、聚酯-聚醚多元醇、对丙烯腈和苯乙烯等的聚合物进行乙烯基加成或使其分散的聚合物多元醇、脲分散的多元醇、碳酸酯多元醇等可以用作本发明的多元醇。通过将这些多元醇化合物与对氨基苯甲酸缩合而将其活泼氢原子转变成芳香族氨基得到的多元醇化合物也可以使用。
这些高分子量多元醇的数均分子量没有特别的限制，但从所得聚氨酯的弹性特性的角度考虑优选约500～2000。当高分子量多元醇的数均分子量低于500时，由其得到的聚氨酯的弹性特性不充分，变成脆的聚合物而易于磨耗，从研磨垫的寿命来看是不优选的。另一方面，当数均分子量超过2000时，由其得到的聚氨酯变软，可能不能取得充分满意的平坦性。
作为多元醇化合物，可以将作为聚酯多元醇所例示的低分子量多元醇与上述高分子量多元醇并用。这些多元醇化合物可以单独使用或者使用其两种或更多种的混合物。多元醇化合物中高分子量多元醇与低分子量多元醇的比没有特别的限制，可以根据使用由其制造的聚氨酯的研磨垫的研磨层的所需特性确定。
在本发明的其它研磨垫中，在多元醇化合物中含有水溶性聚合多元醇，并且将所得的聚氨酯调至上述膨胀度。水溶性聚合多元醇的“水溶性”是指聚合多元醇与相同体积的水完全混溶。水溶性聚合多元醇包括例如，上面例示的聚合多元醇中的聚乙二醇。除上述那些之外的水溶性聚合多元醇包括聚酯多元醇，其中具有离子基团的单体如具有磺酸(盐)基的二元酸(例如，5-(四正丁基锍)磺基间苯二甲酸)被共聚。
全部多元醇化合物中水溶性聚合多元醇的比例没有特别的限制，但优选在约1～70重量％范围内。当水溶性聚合多元醇的比例低时，所得聚氨酯的膨胀度下降，并且聚氨酯在供给浆的湿润环境中也不能充分膨胀，研磨层表面不能充分变软而不能防止划痕，因此水溶性聚合多元醇的比例优选至少为1重量％，更优选至少5重量％，进一步更优选至少10重量％。另一方面，当水溶性聚合多元醇的比例高时，聚氨酯的膨胀度上升，在供给浆的湿润环境中不仅聚氨酯表面而且其内部都会膨胀，研磨层整体倾向于变软而不能取得平坦性的充分改善，因此，水溶性聚合多元醇的比例优选不高于70重量％，更优选不高于65重量％，进一步更优选不高于60重量％。
作为本发明的其它研磨垫使用的多元醇化合物，如上所述，考虑到所得聚氨酯的耐水解性，优选使用醚系多元醇。希望含有醚系水溶性二醇作为多元醇成分，从而可以将所得聚氨酯与水的润湿性提高到取得最佳接触角的范围。醚系水溶性二醇指具有分子内醚键并且与等体积的水完全混溶的二醇。作为醚系水溶性二醇，优选使用上面例示的多元醇和多价醇中所例示的聚乙二醇、二甘醇和三甘醇。可以含有这些水溶性二醇的一种、两种或多种。也可以并用三官能或多官能成分。
醚系水溶性二醇在全部多元醇化合物中的比例没有特别的限制，但优选在约1～85重量％范围内。当水溶性二醇的比例低时，聚氨酯的润湿性能可能不充分(对水的接触角增大)，研磨速度可能减小，可能不能进行均匀的研磨，并且可能造成划痕，因此醚系水溶性二醇的比例优选至少为1重量％，更优选至少5重量％，进一步更优选至少8重量％。另一方面，当醚系水溶性二醇的比例高时，聚氨酯的润湿性能过高(对水的接触角减小)，研磨速度可能不稳定，因此醚系水溶性二醇的比例优选不高于85重量％，更优选不高于80重量％，进一步更优选不高于70重量％。
增链剂为具有至少2个以上活泼氢基的有机化合物，活泼氢基包括，例如，羟基、伯氨基或仲氨基、硫醇基(SH)等。增链剂是分子量不超过500的化合物。这样的化合物的例子包括的低分子量多元醇，芳香族或脂肪族二胺如4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)、2，6-二氯-对苯二胺、4，4’-亚甲基双(2，3-二氯苯胺)和二环己基甲烷-4，4’-二胺，和芳香族二醇如1，4-双羟基乙氧基苯(Cuamine H(Ihara Chemical制造))和间亚二甲苯基二醇(三菱瓦斯化学有限公司制)。这些增链剂可以单独使用或者使用其两种或多种的混合物。
本发明中有机多异氰酸酯、多元醇化合物和增链剂的含量可以根据其分子量和由其制造的聚氨酯(研磨层)的所需物理性能进行各种变化。为得到具有所需研磨特性的研磨垫，有机多异氰酸酯的异氰酸酯基团数目相对于多元醇化合物和增链剂中的总官能团数目(活泼氢基总数，如羟基、氨基等)优选在0.95～1.15范围内，更优选0.99～1.10。多元醇化合物中高分子量成分与低分子量成分的比根据由其制造的微细发泡的聚氨酯的所需特性进行确定。
制造聚氨酯和研磨垫的方法没有特别的限制，可以使用上述的方法。
在本发明的其它研磨垫中，硅酮系表面活性剂的添加量相对于聚氨酯原料(第1成分和第2成分的合计量)优选为0.1～5重量％。当该量低于0.1重量％时，可能得不到具有微细气泡的发泡体。从该观点来看，硅酮系表面活性剂的添加量优选至少为1重量％。另一方面，当该量超过5重量％时，微细发泡的聚氨酯中的气泡数目增加，难以得到高硬度的微细发泡的聚氨酯。另外，研磨层的强度增加，研磨时平坦化特性下降。从该观点来看，硅酮系表面活性剂的添量优选不超过5重量％。
实施例
以下将参照实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的特别限制。
实施例9
参考例9-1
(聚氨酯块料的制作)
将1566重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物，以下简记为TDI)、786重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(以下简记为HMDI)、790重量份聚丁二醇(数均分子量844，以下简记为PTMG)、1310重量份聚乙二醇(数均分子量600，以下简记为PEG)和331重量份二甘醇(以下简记为DEG)导入容器中，并在80℃下加热搅拌120分钟，得到异氰酸酯封端的预聚物。将该预聚物减压脱泡，然后将温度调至80℃，并边搅拌边在其中加入预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)1520重量份。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了非发泡的聚氨酯块料。
(膨胀度的测定)
由得到的聚氨酯块料切出厚2mm的20mm×20mm见方的试片，并在20℃的pH 11的氢氧化钠水溶液中浸渍24小时，然后根据下式测定其膨胀度。结果，膨胀度为7.5％。
膨胀度(％)＝[{(24小时后的重量)-(原始重量)}/(原始重量)]×100
实施例9-1-A
(微细发泡的聚氨酯块料的制作)
按照与参考例9-1同样的方式制作了异氰酸酯封端的预聚物。然后，在该预聚物中添加210重量份硅酮表面活性剂(SH-192，Toray DowCorning Silicone Co.，Ltd.制)并混合，并将温度调至80℃。边搅拌边在其中加入1520重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。所得微细发泡的聚氨酯的密度为0.75g/cm3。该密度是根据JIS K 7222(发泡塑料和橡胶：表观密度测定)测定的。
(贮存弹性模量的测定)
在约50℃加热的同时，用切片机(VGW-125，Amitec制造)将该微细发泡的聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，得到研磨板。由该板切出宽5mm的矩形板。其贮存弹性模量测定为325MPa。
弹性模量是使用动态粘弹性测定装置Rheogel-E4000(UBM制)中的拉伸试验夹具，施加正弦波，在1Hz频率下测定的。贮存弹性模量是以温度依赖模式，在-20℃～80℃的温度范围测定的，40℃的贮存弹性模量作为弹性模量。
(研磨垫的制作)
在所得的研磨板上粘贴双面胶带(双面胶带#5782，积水化学工业有限公司制)，完成了研磨垫。使用CMP研磨装置(SPP-600S，冈本工作机械有限公司制造)评价了所得研磨垫的研磨特性。研磨特性是在调至pH 11的二氧化硅浆(RD97001，Fujimi有限公司制造)以150g/分的流量流动的同时，在研磨荷载为350g/cm2、研磨垫转数为35rpm、晶片转数为33rpm的条件下测定的。
(平坦性)
为评价平坦性，在6英寸硅晶片上沉积0.5μm的热氧化膜，并进行图案形成(patterning)(L/S(线/间隔)＝25μm/5μm，和L/S＝5μm/25μm)，并再次在其上沉积1μm的氧化膜(TEOS)，制作了具有图案、初期级差为0.5μm的晶片。在上述研磨条件下对该晶片进行研磨，并且测定当整体级差不高于
Figure C0282251400891
时的、25μm间隔的底部的磨耗减量，评价平坦性。平坦性的值越小，表示平坦性越优良。
(划痕)
为评价划痕，在上述条件下对6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜进行研磨，直到热氧化膜的厚度减至0.5μm，然后清洗晶片，干燥并通过KLA(KLA2112，KLA Tencol制造)测定其微痕。该晶片上观察到10个划痕。
(研磨速度)
为评价研磨速度，在上述条件下对6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜进行研磨，直到热氧化膜的厚度减至0.5μm，并从研磨时间求出研磨速度。得到的研磨垫的研磨速度为115nm/分。平均研磨速度越高，表示研磨垫越优良。
实施例9-1-B
由参考例9-1得到的非发泡聚氨酯块料，根据与实施例9-1-A同样的方式制作了研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。当根据与实施例9-1-A同样的方式评价该非发泡聚氨酯的密度和贮存弹性模量时，其密度为1.18g/cm3，研磨板的贮存弹性模量为970MPa。
参考例9-2
(聚氨酯块料的制作)
将1566重量份TDI、786重量份HMDI、1580重量份数均分子量为844的PTMG、749重量份数均分子量为600的PEG、和331重量份DEG导入容器中，并在80℃下加热搅拌120分钟，得到异氰酸酯封端的预聚物。将该预聚物减压脱泡，然后将温度调至80℃，并边搅拌边在其中加入1520重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了非发泡的聚氨酯块料。根据与参考例9-1同样的方式测定所得的该非发泡聚氨酯块料的膨胀度，为2.8％。
实施例9-2-A
(微细发泡的聚氨酯块料的制作和评价)
按照与参考例9-2同样的方式制作了异氰酸酯封端的预聚物。然后，在该预聚物中添加210重量份硅酮表面活性剂SH-192并混合，并将温度调至80℃。边搅拌边在其中加入1520重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。当根据与实施例9-1-A同样的方式测定所得微细发泡的聚氨酯的密度和贮存弹性模量，其密度为0.74/cm3，研磨板的贮存弹性模量为310MPa。根据与实施例9-1-A同样的方式制作研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。
实施例9-2-B
由参考例9-2得到的非发泡聚氨酯块料，根据与实施例9-1-A同样的方式制作了研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。当根据与实施例9-1-A同样的方式评价该非发泡聚氨酯的密度和贮存弹性模量时，其密度为1.17g/cm3，研磨板的贮存弹性模量为929MPa。
参考例9-3
(聚氨酯块料的制作)
将500重量份聚醚系预聚物(Adiprene L-325，NCO含量为2.22毫当量/g，Uniroyal制)导入容器中，并减压脱泡。边搅拌边在其中加入145重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，并将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了非发泡的聚氨酯块料。根据与参考例9-1同样的方式测定所得的该非发泡聚氨酯块料的膨胀度，为1.8％。
比较例9-1-A
(含有微小中空体的聚氨酯块料的制作和评价)
将500重量份聚醚系预聚物(Adiprene L-325，NCO含量为2.22毫当量/g，Uniroyal制)与13重量份Expancel 551DE(由偏氯乙烯/丙烯腈共聚物构成的微小中空粒子，Japan Ferrite制)混合，并减压脱泡。边搅拌边在其中加入145重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了含有微小中空体的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。当根据与实施例9-1-A同样的方式测定所得微细发泡的聚氨酯的密度和贮存弹性模量，其密度为0.75/cm3，研磨板的贮存弹性模量为268MPa。根据与实施例9-1-A同样的方式制作研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。
比较例9-1-B
由参考例9-3得到的非发泡聚氨酯块料，根据与实施例9-1-A同样的方式制作了研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。当根据与实施例9-1-A同样的方式评价该非发泡聚氨酯的密度和贮存弹性模量时，其密度为1.19g/cm3，研磨板的贮存弹性模量为750MPa。
参考例9-4
(聚氨酯块料的制作)
将1566重量份TDI、786重量份HMDI、318重量份数均分子量为844的PTMG、2623重量份数均分子量为1000的PEG、和318重量份DEG导入容器中，并在80℃下加热搅拌120分钟，得到异氰酸酯封端的预聚物。将该预聚物减压脱泡，然后将温度调至80℃，并边搅拌边在其中加入1520重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了非发泡的聚氨酯块料。根据与参考例9-1同样的方式测定所得的该非发泡聚氨酯块料的膨胀度，为17.4％。
比较例9-2-A
(微细发泡的聚氨酯块料的制作和评价)
按照与参考例9-4同样的方式制作了异氰酸酯封端的预聚物。然后，在该预聚物中添加190重量份硅酮表面活性剂SH-192并混合，并将温度调至80℃。边搅拌边在其中加入1520重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了微细发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。当根据与实施例9-1-A同样的方式测定所得微细发泡的聚氨酯的密度和贮存弹性模量，其密度为0.84/cm3，研磨板的贮存弹性模量为271MPa。根据与实施例9-1-A同样的方式制作研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。
比较例9-2-B
由参考例9-4得到的非发泡聚氨酯块料，根据与实施例9-1-A同样的方式制作了研磨垫，并评价了其研磨特性。结果如表9所示。当根据与实施例9-1-A同样的方式评价该非发泡聚氨酯的密度和贮存弹性模量时，其密度为1.18g/cm3，研磨板的贮存弹性模量为754MPa。
从表9明显可以看出，本发明得到的研磨垫同时满足了平坦性提高和划痕减少。另外，由微细发泡的聚氨酯构成的研磨垫也满足研磨速度。
实施例10
<评价方法>
(接触角的测定)
将发泡的聚氨酯夹在两片各厚0.2mm的四氟乙烯树脂胶带(Naphrone胶带TOMBO9001，Nichias Co.，Ltd.制)中间，并将所得的夹层结构进一步夹在各厚1mm的铁板中间，然后通过热压机成形为约厚100μm的膜。温度为215℃，压制压力为5MPa。该膜对水的接触角通过滴液法使用接触角计CA-X(协和界面科学株式会社制)测定。采用在25℃、湿度60％条件下滴下1分钟后测定的接触角值。
(研磨特性)
使用CMP研磨装置(SPP-600S，冈本工作机械有限公司制造)评价了所得研磨垫的研磨特性。研磨特性是在调至pH 11的二氧化硅浆(RD97001，Fujimi有限公司制造)以150g/分的流量流动的同时，在研磨荷载为350g/cm2、研磨垫转数为35rpm、晶片转数为33rpm的条件下测定的。如下所述评价晶片内均匀性、平均研磨速度、研磨速度稳定性和划痕作为研磨特性。
(晶片内均匀性)
在上述研磨条件下将在6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜研磨5分钟，在预定的28个位置测定了晶片厚度，并根据下式求出晶片内均匀性。晶片内均匀性值越小，表示均匀性越优良。
晶片内均匀性(％)＝{(最大膜厚-最小膜厚)/(2×平均膜厚)}×100
(平均研磨速度)
在上述研磨条件下将在6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜研磨5分钟，并从磨耗减量求出平均研磨速度。平均研磨速度越高的样品越优良。
(研磨速度稳定性)
在上述研磨条件下将在6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜研磨1分钟，并连续重复该研磨5次，测定每次研磨时的研磨速度，并根据下式求出研磨速度稳定性。研磨速度稳定性越小，表示研磨垫越优良。
研磨速度稳定性(％)＝{(最大研磨速度)-(最小研磨速度)/(平均研磨速度)}×100
(划痕)
为评价划痕，在上述研磨条件下将在6英寸硅晶片上沉积的1μm的热氧化膜研磨5分钟，然后清洗晶片、干燥，并通过KLA(KLA2112，KLA Tencol制造)测定其微痕。划痕越少，研磨层材料的评价越优良。
实施例10-1
<研磨层材料的制造>
将1566重量份甲苯二异氰酸酯(2，4-二异氰酸酯/2，6-二异氰酸酯的80/20的混合物，以下简记为TDI)、786重量份4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(以下简记为HMDI)、1509重量份聚丁二醇(数均分子量1006，以下简记为PTMG)、1500重量份聚乙二醇(数均分子量1000，以下简记为PEG)和318重量份二甘醇(以下简记为DEG)导入容器中，并在80℃下加热搅拌120分钟，得到异氰酸酯封端的预聚物。在其中加入硅酮表面活性剂SH192(Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造)210重量份并将温度调至80℃。边剧烈搅拌以引入气泡边在其中加入预先在120℃熔融的4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)1520重量份。将混合物搅拌约1分钟，然后将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。
该发泡的聚氨酯块料的密度为0.85g/cm3。密度是根据JIS K 7222
(发泡塑料和橡胶：表观密度的测定)测定的。
另外，将具有相同组成的聚氨酯聚合，并根据以下方式测得其对水的接触角为85°。
<研磨垫的制作>
在约50℃加热的同时，用切片机(VGW-125，Amitec制造)将所得的具有微细气泡的发泡的聚氨酯块料切成厚度1.27mm的板作为研磨层形成材料，得到发泡的聚氨酯板。将该板切成直径610mm的圆形板，并在板表面设置格子状图案的沟(沟宽2.0mm，沟深0.6mm，沟间距1.5mm)或同心圆形式的沟(沟宽0.3mm，沟深0.4mm，沟间距1.5mm)。
在设置了沟的发泡聚氨酯板上粘贴双面胶带(双面胶带#5782，积水化学工业有限公司制造)，完成了研磨垫样品。所得的研磨垫的评价结果如表10所示。
实施例10-2
除使用1566重量份TDI、786重量份HMDI、785重量份数均分子量为1006的PTMG、1404重量份数均分子量为600的PEG和331重量份DEG制作异氰酸酯封端的预聚物，并且MBOCA的量为1500重量份以外，按照与实施例10-1同样的方式得到了发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。所得的发泡聚氨酯块料的密度为0.78g/cm3。
按照与实施例10-1同样的方式测得该聚氨酯组合物的接触角为79°。
与实施例10-1同样地制作了研磨垫，并评价了研磨特性。其结果如表10所示。
实施例10-3
将500重量份聚醚系预聚物(Adiprene L-325，NCO含量为2.22毫当量/g，Uniroyal制)与19重量份SH192混合并将温度调至80℃。边剧烈搅拌以引入气泡边在其中加入145重量份预先在120℃熔融的MBOCA。将混合物搅拌约1分钟，并将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡的聚氨酯块料(气泡直径35μm)。该发泡的聚氨酯块料的密度为0.86g/cm3。
根据与实施例10-1同样的方式测得该聚氨酯组合物的接触角为90°。通过质子NMR分析，发现每1重量份Adiprene L-325组合物，作为多元醇成分的数均分子量为1000的PTMG的含量为0.539重量份，DEG的量为0.057重量份。
根据与实施例10-1同样的方式制作了研磨垫，并评价了研磨特性。结果如表10所示。
比较例10-1
除使用1566重量份TDI、786重量份HMDI、302重量份数均分子量为1006的PTMG、2700重量份数均分子量为1000的PEG和318重量份DEG制作异氰酸酯封端的预聚物，并且MBOCA的量为1520重量份以外，按照与实施例10-1同样的方式得到了发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。所得的发泡聚氨酯块料的密度为0.85g/cm3。
按照与实施例10-1同样的方式测得该聚氨酯组合物的接触角为69°。
与实施例10-1同样地制作了研磨垫，并评价了研磨特性。其结果如表10所示。
比较例10-2
除使用1566重量份TDI、786重量份HMDI和3622重量份数均分子量为1006的PTMG制作异氰酸酯封端的预聚物，并且MBOCA的量为2136重量份以外，按照与实施例10-1同样的方式得到了发泡的聚氨酯块料(气泡直径40μm)。所得的发泡聚氨酯块料的密度为0.84g/cm3。
按照与实施例10-1同样的方式测得该聚氨酯组合物的接触角为97°。
与实施例10-1同样地制作了研磨垫，并评价了研磨特性。其结果如表10所示。
Figure C0282251401001
从表10明显可以看出，通过本发明，可以得到均匀地研磨研磨目标物、划痕少、可以保持满意的研磨速度的研磨垫。另外，可以看出这些研磨特性依赖于研磨层形成用聚合物材料对水的接触角，而不是研磨垫表面形状的不同(形成的沟的不同)。
<[III]研磨垫>
构成本发明的另一种研磨垫中的闭孔型缓冲层的材料没有特别的限制，只要对水的膨胀度在本发明的范围之内即可。具体地，材料包括聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、硅酮聚合物等。
本发明的闭孔型缓冲层中各发泡体的平均气泡直径和每单位面积的气泡数没有特别的限制，可以根据由研磨目标物和研磨条件所需的缓冲层的特性适当确定。
得到闭孔型发泡体的方法没有特别的限制，只要发泡体对水的膨胀度在本发明的范围之内即可。一般地，以下方法是公知的并可用于制造本发明的研磨垫的缓冲层：在预定温度和压力下将低分子气体如CO2溶于树脂中，并通过快速减压和升温使溶解的气体过饱和，而使树脂中产生气泡的物理发泡方法；将低沸点有机化合物与可聚合的树脂材料混合并在发泡的同时进行固化的方法；在树脂原料中捏和化学发泡剂(反应物)，然后在预定的温度条件下分解和反应而产生气体如CO2或N2，而在树脂中产生气泡的化学发泡方法；和将熔融的树脂或预聚物进行机械搅拌以引入气泡，然后通过冷却进行固化或通过聚合反应进行固化以强行使气泡包围在其中的机械发泡方法。
构成缓冲层的非发泡树脂材料没有特别的限制，可以使用光固化性树脂、热固性树脂、热塑性树脂等。
非发泡的树脂材料优选为具有滞后小的橡胶弹性、以及橡胶状弹性体的压缩特性的树脂，例如，丁二烯聚合物、异戊二烯聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、聚氨酯弹性体、氯醇橡胶、氯化聚乙烯、硅橡胶、聚酯系热塑性弹性体、聚酰胺系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、和氟系热塑性弹性体，以及具有缓冲性、可用于印刷材料的光敏性树脂。
本发明中缓冲层形成材料的硬度就肖氏A硬度而言优选为10～75，更优选20～65。当缓冲层形成材料的肖氏A硬度低于10时，晶片的周边部的钝边缘(dull edge)及平坦性上产生问题，而当硬度超过75时，均匀性上产生问题。
本发明中缓冲层形成材料的压缩率优选为1.5～30％，更优选3.5～15％。当缓冲层形成材料的压缩率小于1.5时，均匀性上产生问题，而当压缩率超过30％时，平坦性上以及晶片周边部的钝边缘产生问题。
构成本发明的研磨垫的缓冲层的材料的压缩回复率优选不低于70％，更优选不低于80％。当构成缓冲层的材料的压缩回复率低于70％时，研磨速度稳定性上产生问题。
构成本发明的研磨垫的研磨层的厚度没有特别的限制，但一般优选0.8～2mm，并且缓冲层的厚度优选0.5～5mm。
本发明中缓冲层优选进行磨轮抛光处理(buffprocessing)以提高厚度精度。
当本发明的缓冲层层压在研磨层上时，缓冲层的表面可以涂敷粘合剂层、或使用粘贴双面胶带将研磨层层压也可以。当构成缓冲层的材料在加热或光辐射时具有粘着性，则不使用粘合剂直接将缓冲层层压在研磨层上，然后通过加热或光辐射进行粘着。
当本发明的研磨垫通过缓冲层粘贴在台板上时，缓冲层的表面可以涂敷粘合剂层、或者使用双面胶带进行粘贴也可以。另外，与上述的与研磨层压层压的情况一样，当构成缓冲层的材料在加热或光辐射具有粘着性时，可以不使用粘合剂而直接将缓冲层粘贴在台板上。
当通过双面胶带粘贴缓冲层时，缓冲层表面优选进行表面处理如电晕放电，以提高粘着强度。
作为构成本发明的研磨垫的研磨层的材料，可以无限制地使用公知的研磨层形成材料，例如，聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、丙烯酸树脂、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、或这些树脂的共混物、以及光敏性树脂。这些树脂可以是发泡的或者非发泡的树脂。构成研磨层的树脂优选比缓冲层具有更高的硬度和更低的压缩率。
在构成研磨层的树脂中，优选使用聚氨酯树脂，因为其肯有优良的研磨特性，并且特别优选使用闭孔型的聚氨酯树脂发泡体。制造闭孔型聚氨酯树脂发泡体和研磨垫的方法可以遵照上述的方法。
实施例
以下参照实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例限制。
实施例11
<评价方法>
(对水的膨胀度)
将1.5cm×5.0cm的缓冲层形成材料在50℃干燥24小时，并在含有干燥剂的容器逐渐冷却，并用精密天平测定样品的重量。然后，将该样品在20℃的蒸馏水中浸渍24小时，然后取出样品，并擦除样品表面的水，并用精密天平测定样品重量。使用这些重量，根据下式计算出膨胀度：
膨胀度(％)＝[(浸渍后重量-浸渍前重量)/浸渍前重量]×100
(硬度)
根据JIS K 6253，用肖氏A硬度计测定厚度不低于6mm的样品的硬度。
(压缩率、压缩回复率)
使用直径3mm的圆柱形压头，用SII制造的TMA在25℃测定T1～T3，根据下式求出压缩率和压缩回复率：
压缩率(％)＝[(T1-T2)/T1]×100
压缩回复率(％)＝[(T3-T2)/(T1-T2)]×100
T1：对板施加30kPa(300g/cm2)的应力60秒后板的厚度，
T2：对T1状态的板施加180kPa的应力60秒后板的厚度，
T3：将T2状态的板无负荷放置60秒后，再次施加30kPa的应力60秒后的板厚。
(研磨特性的评价)
使用SPP600S(冈本工作机械有限公司制)作为研磨装置评价制作的研磨垫的研磨特性。从将在8英寸硅晶片上形成的1μm热氧化膜研磨约0.5μm时的时间算出研磨速度。氧化膜厚度通过干涉式膜厚测定装置(大塚电子有限公司制造)测定。使用接触针计(contact needlemeter)测定，在晶片研磨面上预定的14个点的Rmax和Rmin，根据下式算出晶片内均匀性：
晶片内均匀性(％)＝100×(Rmax-Rmin)/(Rmax+Rmin)
研磨时，以150ml/分的流量添加二氧化硅浆SS12(Cabot制)。研磨条件如下所述：研磨荷载为350g/cm2，研磨台板的转数为35rpm，晶片的转数为30rpm。可以说均匀性越高的研磨垫越优良。
为评价研磨速度稳定性，在上述同样的研磨条件下，将在8英寸硅晶片上形成的1μm热氧化膜研磨5分钟，然后，研磨新的硅晶片直到晶片被研磨掉0.5μm，由此时的时间评价研磨速度稳定性。可以说研磨速度越高的研磨垫越优良。
(研磨层的制作)
将3000重量份聚醚系尿烷预聚物Adiprene L-325(Uniroyal制造)与120重量份硅酮系表面活性剂SH192(Toray Dow Corning Silicone Co.，Ltd.制造，二甲基聚硅氧烷/聚氧烷基共聚物)导入容器中，并用搅拌机在约900rpm混合，制作了发泡溶液，然后更换搅拌器，并边搅拌边导入770重量份热熔融的固化剂(4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺))。将混合物搅拌约1分钟，并将混合液导入盘式敞口模具中并在烘箱中在110℃下二次固化6小时，制作了发泡的聚氨酯块料。
在约50℃加热的同时，用切片机VGW-125(Amitec制造)将该发泡的聚氨酯块料切成厚度1.27mm的薄板，然后对其表面进行抛光处理，得到了研磨层形成板。
(研磨垫的制作)
实施例11-1
使用上述制作的研磨层(表面被穿孔)，在与研磨面相对的面上粘贴双面胶带(积水化学工业有限公司制造的双面胶带)，并且在其上粘贴用磨轮对表面进行了抛光和电晕放电处理的聚乙烯发泡体(Toray Industries，Inc.制造的Toray PEF)作为缓冲层，然后在与缓冲层的粘贴面相对的面上粘贴双面胶带，制作了研磨垫。
实施例11-2
作为缓冲层，将84重量份苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR1507，JSR制)、10重量份单体月桂基甲基丙烯酸酯、1重量份光引发剂安息香双甲醚(benzyl dimethyl ketal)和5重量份增塑剂液体异戊二烯混合，在双螺杆挤出机中熔融混合，并通过T形模头挤出。将所得的板夹在厚100μm的PET膜中间并压在辊上使得缓冲层的厚度减至1.27mm，得到了未固化的缓冲层形成板。
除去该未固化的缓冲层形成板的PET膜，然后在该板的一面上加载与样品1同样的研磨层，并通过从另一面照射UV射线进行光固化，将研磨层粘贴在其上。在与缓冲层的粘贴面相对的面上粘贴与实施例11-1同样的双面胶带，制作了研磨垫。
实施例11-3
除使用天然橡胶发泡体(Kureha Super Soft)作为缓冲层以外，按照与实施例11-1同样的方式制作了研磨垫。
实施例11-4
除使用具有15倍发泡倍率的聚氨酯发泡体作为缓冲层以外，按照与实施例11-1同样的方式制作了研磨垫。
比较例11-1
除用30％的水分散的聚氨酯乳状液浸渍使用3.5丹尼尔聚酯纤维的基重为200g/m2的非织布，然后干燥并用作缓冲层以外，按照与实施例11-1同样的方式制作了研磨垫。
Figure C0282251401071
从表11明显可以看出，具有对水的膨胀度不高于40％的缓冲层的本发明的研磨垫，研磨速度、5分钟后的研磨速度、和均匀性均优良，并且研磨速度也稳定，但比较例的研磨垫的研磨速度不令人满意，并且研磨速度稳定性差。
本发明其它研磨垫是使用对水的膨胀度不高于40％的缓冲层的研磨垫，从而是研磨速度随时间变化少，生产率高的研磨垫。
工业实用性
本发明的研磨垫可以用作可以稳定且高研磨效率地进行透镜、反射镜等的光学材料或硅晶片、硬盘用的玻璃基片、铝基片、及一般的金属研磨加工等的要求高度表面平坦性的材料的平坦化加工的研磨垫。本发明的研磨垫也可以特别用于对硅晶片、以及其上形成了氧化物层、金属层等的器件(多层基片)或层压和形成氧化层或金属层之前的器件进行平坦化的步骤中。另外，本发明的研磨垫可以抑制划痕、脱夹误差的产生，另外寿命长。因此，通过本发明，可以得到研磨速度高、平坦性、均匀性优良的研磨垫。

Claims (11)

1.一种半导体研磨垫，其研磨层为闭孔型的聚氨酯树脂发泡体，所述聚氨酯树脂发泡体含有0.05至4.5重量％的硅酮系表面活性剂，所述研磨层的硬度通过D型橡胶硬度计测定为不低于45～低于65，并且所述研磨层的封闭气泡的数目为200～600个/mm2。
2.根据权利要求1的研磨垫，其中所述树脂发泡体或所述树脂层的40℃的贮存弹性模量不低于270MPa。
3.根据权利要求1的研磨垫，其中所述聚氨酯树脂发泡体的密度为0.67～0.90g/cm3。
4.根据权利要求1的研磨垫，其中所述硅酮系表面活性剂为聚烷基硅氧烷/聚醚共聚物。
5.根据权利要求1～4任一项的研磨垫，其中所述研磨层的压缩率为0.5～5％。
6.根据权利要求1～4任一项的研磨垫，其由至少两层构成，包括所述研磨层和在其上层压的比该研磨层软的缓冲层。
7.根据权利要求6的研磨垫，其中所述缓冲层选自用尿烷浸渍的聚酯非织布、聚氨酯发泡体和聚乙烯发泡体。
8.一种研磨半导体晶片的方法，包括在研磨层和半导体晶片间供给研磨剂的同时，使权利要求1～7任一项所述的研磨垫旋转，并同时使其紧靠半导体晶片。
9.一种制造权利要求1的研磨垫的方法，其包括步骤：
在包含具有异氰酸酯基团的化合物的第1成分或包含具有活泼氢基的化合物的第2成分的至少一者中以相对于第1成分和第2成分的总量为0.05～4.5重量％的量加入无羟基的硅酮系表面活性剂，
将添加有所述表面活性剂的成分与惰性气体一起搅拌，制备分散有所述惰性气体作为微细气泡的气泡分散液，
将余下的成分混合在所述气泡分散液中，和
将混合物固化，制造聚氨酯树脂发泡体。
10.一种制造具有研磨层的研磨垫的方法，所述的研磨层由具有微细气泡的发泡聚氨酯构成，其中所述发泡聚氨酯含有选自由聚乙二醇、二甘醇和三甘醇构成的组中的至少一种醚系水溶性二醇作为多元醇成分，并且所述发泡聚氨酯的接触角为70～95°，
该方法包括步骤：
(1)在异氰酸酯封端的预聚物中添加硅酮系表面活性剂，并在惰性气体存在下搅拌混合物而形成气泡分散液的搅拌步骤，
(2)在所述气泡分散液中添加混合增链剂而形成发泡反应液的混合步骤，和
(3)使所述发泡反应液反应和固化的固化步骤。
11.根据权利要求10的制造研磨垫的方法，其进一步包括在所述研磨层上层压柔软多孔板的层压步骤。
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