CN103608903A - 研磨垫及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研磨垫及其制造方法，所述研磨垫改善在使用现有的硬质（干式）研磨垫的情况下产生的刮伤问题，且研磨速率或研磨均匀性优异，不仅能应对一次研磨而且也能应对抛光研磨。本发明的半导体元件研磨用的研磨垫含有研磨层，所述研磨层具有含有大致球状的气泡的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体，并且所述半导体元件研磨用的研磨垫的特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的纵弹性系数E在450kPa～30000kPa的范围内，且所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的密度D在0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内。

Description

研磨垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种研磨垫。本发明特别涉及一种半导体元件的化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）用研磨垫。
背景技术
对于硅（silicon）、硬盘（hard disk）、液晶显示器用母玻璃（mother glass）、半导体元件等的材料的表面，要求平坦性，因此进行使用研磨垫的游离磨粒方式的研磨。游离磨粒方式为以下方法：一面在研磨垫与非研磨物之间供给含有磨粒的浆料（研磨液），一面对被研磨物的加工面进行研磨加工。
对于半导体元件用的研磨垫来说，对其研磨垫表面需求用来保持磨粒的开孔、维持半导体元件表面的平坦性的硬性、以及防止半导体元件表面的刮伤（scratch）的弹性。作为可以应对这些要求的研磨垫，利用具有由氨基甲酸酯树脂发泡体所制造的研磨层的研磨垫。
氨基甲酸酯树脂发泡体通常是通过含有含异氰酸基的化合物的预聚物与硬化剂的反应进行硬化而成形（干式法）。然后，将该发泡体切片（slice）成片状，由此形成研磨垫。像这样由干式法所成形的具有硬质的研磨层的研磨垫（以下有时简称为硬质（干式）研磨垫）在氨基甲酸酯树脂的硬化成形时，在发泡体内部形成相对较小的大致球状的气泡，因此在通过切片而形成的研磨垫的研磨面上，形成了能在研磨加工时保持浆料的开孔（开口）。
迄今为止，对于成为半导体元件用的研磨垫的原材料的氨基甲酸酯树脂发泡体来说，气泡径为100μm以下且主流为30μm左右（专利文献1）。另外，关于氨基甲酸酯树脂发泡体的A硬度，主流为70度以上，D硬度主流为45度以上（专利文献2～专利文献3），密度主流为0.5g/cm3以上（专利文献1），关于弹性，储能模量主流为几百MPa以上（专利文献4）。关于纵弹性系数（杨氏模量），主流为500MPa以上（专利文献5）。
另外，除了所述主流发泡体以外，为了使磨损的程度适当以使研磨性能稳定，从体积密度、A硬度、硬段含有率（Hard Segment Content，HSC）（%）的方面进行了氨基甲酸酯树脂发泡体的物性改良（专利文献6）。进而，也报告了为了减少刮伤的产生而以成为既定范围内的方式调整储能模量而成的研磨垫（专利文献7、专利文献8）。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利第4338150号公报
[专利文献2]日本专利第3924952号公报
[专利文献3]日本专利第3788729号公报
[专利文献4]日本专利第3983610号公报
[专利文献5]日本专利特开平10-6211号公报
[专利文献6]日本专利特开2010-58194号公报
[专利文献7]日本专利特开2006-114885号公报
[专利文献8]日本专利特开2009-256473号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
然而，所述干式研磨垫依然为硬质，容易在与被研磨物之间局部地施加压力，因此在减少被研磨物的表面上所产生的研磨伤痕（刮伤）的方面尚不满足要求。另外，也依然有容易引起堵塞的问题。因此，通常必须在利用这些由干式法所成形的硬质的研磨垫进行研磨后，进一步使用由湿式法所成形的具有软质的研磨层的研磨垫来进行抛光研磨（湿式法为以下方法：将使树脂溶解在水混合性的有机溶剂中而成的树脂溶液涂布在片状的成膜基材上后，在水系凝固液中使树脂凝固再生）。
另一方面，由湿式法所成形的具有软质的研磨层的研磨垫的硬度低且具有绒面革型（suede type）的大的开孔，其发泡构造也不均匀。因此，与利用由干式法所成形的具有硬质的研磨层的研磨垫进行的研磨相比较，虽然研磨速率或研磨均匀性（均匀性（uniformity）：垫表面可以追随被研磨物的起伏、翘曲）优异，但有以下问题：由于发泡形状为各向异性，因此由磨损导致表面的开口状态变化，或研磨层下部的低密度部分被撕扯，并未长期保持一定水平的研磨状态。
因此，存在对以下研磨垫的需求：发挥由干式法所成形的具有研磨层的研磨垫的优点、并且也能应对抛光研磨的研磨垫。
本发明是鉴于所述问题而成，其目的在于提供一种研磨垫及其制造方法，所述研磨垫改善在使用现有的硬质（干式）研磨垫的情况下产生的刮伤问题，且研磨速率或研磨均匀性优异，不仅可以应对一次研磨而且也能应对抛光研磨。
[解决问题的手段]
为了解决所述问题，本发明采用以下构成。
1.一种半导体元件研磨用的研磨垫，具备研磨层，所述研磨层具有含有大致球状的气泡的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体，并且所述半导体元件研磨用的研磨垫的特征在于：
所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的纵弹性系数E在450kPa～30000kPa的范围内，且所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的密度D在0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内。
2.根据所述1所记载的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的由Z=100×HSC+5000×D-5×d所求出的Z值在3300～5000的范围内，
（式中，D表示密度（g/cm3），d表示平均气泡径（μm），HSC为由下述式（1）所求出的硬段含有率：
HSC=100×（r-1）×（Mdi+Mda）÷（Mg+r×Mdi+（r-1）×Mda）···（1）
式（1）中，Mdi表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的聚异氰酸酯化合物的每2官能异氰酸基的平均分子量；Mg表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的多元醇化合物的每2官能羟基的平均分子量；Mda表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的多胺化合物的每2官能氨基的平均分子量；r表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的聚异氰酸酯化合物的异氰酸基相对于多元醇化合物的羟基的当量比）。
3.根据所述1或2所记载的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的平均气泡径为120μm～185μm。
4.根据所述1至3中任一项所记载的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的A硬度为20度～55度。
5.根据所述1至4中任一项所记载的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的D硬度为5度～35度。
6.根据所述1至5中任一项所记载的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体在40℃、初始负荷为10g、变形范围为0.01%～4%、测定频率为0.2Hz、拉伸模式的条件下的储能模量E'为1～30。
7.根据所述1至6中任一项所记载的研磨垫，其特征在于：在所述研磨层的与研磨面为相反的面侧贴合着较所述研磨层更硬的层。
8.一种研磨垫的制造方法，其为制造根据所述1至7中任一项所记载的研磨垫的方法，且其特征在于包括以下工序：
准备工序，准备含异氰酸基的化合物（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）、含有水及稳泡剂以及反应催化剂的混合液（E）、以及对各成分为非反应性的气体；
混合工序，至少将所述含异氰酸基的化合物（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）、含有水及稳泡剂以及反应催化剂的混合液（E）、以及对各成分为非反应性的气体混合，获得发泡体成形用混合液；
发泡体成形工序，由所述发泡体成形用混合液来成形聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体；以及
研磨层形成工序，由所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体来形成用来对被研磨物进行研磨加工的具有研磨面的研磨层。
9.根据所述8所记载的研磨垫的制造方法，其特征在于：在所述准备工序中，进一步准备多元醇化合物（C-2），并在所述混合工序中进行混合。
10.根据所述9所记载的研磨垫的制造方法，其特征在于：在所述准备工序中，以所述多胺化合物（D）的氨基相对于所述多胺化合物（D）的氨基与所述多元醇化合物（C-2）的羟基的当量和（活性氢基的当量）的当量比成为0.70～0.97（氨基/（氨基+羟基））的方式来准备。
11.根据所述8至10中任一项所记载的研磨垫的制造方法，其特征在于：所述多胺化合物（D）为粗制亚甲基双邻氯苯胺（Methylene bis-o-chloroaniline，MOCA），所述粗制MOCA为亚甲基双邻氯苯胺（MOCA）的单体与多聚物的混合物，且含有15质量%以上的所述多聚物。
12.根据所述9或10所记载的研磨垫的制造方法，其特征在于：所述多元醇化合物（C-2）为数量平均分子量500～5000的聚四亚甲基二醇或聚丙二醇或者这些二醇的混合物。
[发明的效果]
本发明的研磨垫由于纵弹性系数E低，因此抑制对被研磨物的强烈按压，不易引起伤痕（刮伤）。另外，由于气孔率高（密度小），因此不易产生由堵塞所致的伤痕。进而，与现有的由干式法所成形的具有研磨层的研磨垫相比较更为软质，因此研磨速率、研磨均匀性也优异。另一方面，由于是进行干式成形而成，因此与经湿式成形所得的研磨垫相比较，研磨表面的磨损速度更慢，深度方向的气泡径的变化更少，所以可以长期维持一定的研磨状态。因此，即便是进行干式成形而成的研磨垫，也能有利地应用于一次加工与抛光加工中。
附图说明
图1为表示本发明的实施形态的研磨垫的截面图（左侧）、与利用现有技术进行干式成形而成的具有研磨层的研磨垫（比较例1）的截面图（右侧）。
具体实施方式
以下，对本发明的实施形态进行说明。
＜＜研磨垫＞＞
本发明的研磨垫含有研磨层，所述研磨层具有含有大致球状的气泡的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体，并且所述研磨垫的特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的纵弹性系数E在450kPa～30000kPa的范围内，且所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的密度D在0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内。
所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体是指分子内具有至少2个以上的氨基甲酸酯键与至少2个以上的脲键的树脂发泡体。本发明的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体可由以下成分来制造：使聚异氰酸酯化合物与多元醇化合物反应而形成的含异氰酸基的化合物、聚异氰酸酯化合物、多胺化合物、以及含有水及稳泡剂以及反应催化剂的混合液（以下有时简称为水分散液）。
另外，所谓大致球状，是指由干式法所成形的发泡体中存在的通常的气泡形状（有各向同性，为球状、椭圆状或近似于这些形状的形状）的概念（参照图1），与由湿式法所成形的发泡体所含的气泡（有各向异性，具有气泡径从研磨垫的研磨层表面起朝向底部变大的构造）明确区分。
在本说明书及权利要求书中，纵弹性系数（杨氏模量）E是对10mm×60mm（夹具间距离为30mm）的试片在拉伸速度为0.5mm的条件下实施试验力测定，对试验力50gf～150gf的范围求出各试验力的变形ε、即[各试验力时的试片长度（mm）-30mm]/30mm]，并通过最小平方法进行直线近似时的系数。
所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的纵弹性系数（杨氏模量）E为450kPa～30000kPa，更优选750kPa～25000kPa的范围内，最优选900kPa～21000kPa的范围内。所述范围内的纵弹性系数与现有的经干式成形而成的具有研磨层的研磨垫相比较为非常低的值。而且，若纵弹性系数E在所述范围内，则抑制研磨垫对被研磨物的强烈按压，不易在被研磨物的研磨表面（加工表面）上产生伤痕（刮伤）。另外，研磨速率及研磨均匀性也能提高。
所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的密度D为0.30g/cm3～0.60g/cm3，更优选0.35g/cm3～0.55g/cm3，进而更优选0.35g/cm3～0.50g/cm3。若密度D在所述范围内，则也不易产生因研磨剂或被研磨物的加工屑等堵塞研磨层表面所致的伤痕。反之，若密度D小于下限值，则弹性变得极大，因此与被研磨物接触时垫自身大幅度地变形，平坦化性能劣化。另一方面，若密度D大于上限值，则会因缺乏弹性而产生刮伤。
尤其本发明中通过将纵弹性系数E及密度D两者分别限定在所述数值范围内，可以获得在抑制刮伤的产生、研磨速率及研磨均匀性所有方面均良好的研磨垫。
除了上文记载以外，所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的由Z=100×HSC+5000×D-5×d所算出的Z值优选在3300～5000的范围内，更优选的是在3800～5000的范围内。
特别优选的是纵弹性系数为750kPa～25000kPa、密度为0.30g/cm3～0.60g/cm3（优选0.35g/cm3～0.55g/cm3、更优选0.35g/cm3～0.50g/cm3）、并且Z值为3300～5000的范围的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体。
（式中，D表示密度（g/cm3），d表示平均气泡径（μm），HSC（硬段含有率，%）为由下述式（1）所求出的值）
这里，Z值是指HSC、密度及气泡径等分别影响伤痕、速率、平坦性等特性的因素并非各自独立，而是彼此影响而带来最佳值，本发明人进行了努力研究，结果发现，Z值在所述范围内的情况下可以维持一定的平坦性，并且抑制刮伤的产生，确保研磨速率及研磨均匀性。
HSC=100×（r-1）×（Mdi+Mda）÷（Mg+r×Mdi+（r-1）×Mda）···（1）
所述式（1）中，Mdi表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的聚异氰酸酯化合物的每2官能异氰酸基的平均分子量；Mg表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的多元醇化合物的每2官能羟基的平均分子量；Mda表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的多胺化合物的每2官能氨基的平均分子量；r表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的聚异氰酸酯化合物的异氰酸基相对于多元醇化合物的羟基的当量比。
这里，对本发明的硬段含有率（HSC）（%）进行说明。
通常，聚氨基甲酸酯聚脲树脂是由预聚物的软段与硬段（脲段）所构成的嵌段共聚物，所述预聚物的软段是通过聚异氰酸酯化合物及多元醇化合物的反应而形成，所述硬段（脲段）是在形成所述预聚物后添加多胺化合物使过剩的聚异氰酸酯化合物及多胺化合物反应而形成（本发明中，将聚氨基甲酸酯聚脲树脂的氨基甲酸酯键视为软段）。
硬段中，在聚异氰酸酯化合物与多胺化合物之间存在脲键。该脲键对氨基甲酸酯键形成强的氢键，因此脲键越多则越在多个硬段间引起由氢键所致的凝聚，形成硬的结晶层。另外，脲键越密集（规则性聚脲段），越提供邻接分子的与该段的强烈凝聚力，形成更牢固的结晶层。
另一方面，若软段的比例高（即，多元醇化合物的比例高），则运动性变高而软质化。因此，可以利用HSC的值来调整研磨层的硬度（关于所述HSC的计算式（1），例如参照P.J.弗罗里（P.J.Flory）的《美国化学会期刊（Journal of American Chemical Society）》、58、1877-1885（1936））。
此外，HSC可以通过构成研磨层的聚氨基甲酸酯聚脲树脂的核磁共振（NMR）光谱等的结构分析求出Mdi、Mg、Mda、r而算出。由此，对于成形后的研磨垫，也能求出构成研磨层的聚氨基甲酸酯聚脲树脂的HSC。
而且，若由硬段含有率（HSC）、密度（D）及平均气泡径（d）所求出的Z值为3300～5000，则可以对被研磨物进行研磨而不产生刮伤，因此优选。另外，由于表面软化，因此可以追随被研磨物的表面形状，研磨速率也变大，研磨均匀性也提高。另一方面，也能确保一定的被研磨物平坦化能力。
Z值在所述范围内的情况下发挥所述效果的理由虽不明确，但推测其原因在于：在使用研磨垫时研磨层的表面更为软化，另一方面，内面保持硬质的状态。
（平均气泡径d）
在本说明书及权利要求书中，所谓平均气泡径，是指对研磨垫的表面图像进行二值化处理，根据各气泡部分的面积及个数所算出的圆近似径的平均值（其中，所述值是为了进行图像处理时的降噪（noise cut）而将“截止值”设定为10μm时的数值）。
所述研磨层的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的平均气泡径d（μm）优选120μm～185μm，更优选140μm～170μm。若平均气泡径（μm）为上限值以上，则研磨层表面变粗糙而被研磨物的研磨品质劣化，若平均气泡径（μm）为下限值以下，则容易产生研磨层表面的堵塞，或研磨层表面失去柔软性而容易产生刮伤。
（A硬度及D硬度）
于本说明书及权利要求书中，所谓A硬度，是指依照日本工业标准（Japanese Industrial Standard，JIS）K7311所测定的值。
另外，所谓D硬度，是指依照JIS K6253-1997/国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）7619所测定的值。
另外，所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的A硬度优选20度～55度。
同样地，所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的D硬度优选5度～35度。
若A硬度和/或D硬度小于所述范围，则弹性极度变大，因此与被研磨物接触时垫自身大幅度地变形，平坦化性能劣化。另一方面，若A硬度和/或D硬度大于所述范围，则会因缺乏弹性导致产生刮伤。
（储能模量E'）
在本说明书及权利要求书中，储能模量E'是依照JIS K7244-4在初始负荷为10g、变形范围为0.01%～4%、测定频率为0.2Hz的条件下在40℃时的储能模量E'。
所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体在40℃、初始负荷为10g、变形范围为0.01%～4%、测定频率为0.2Hz、拉伸模式的条件下的储能模量E'优选1MPa～30MPa，更优选1MPa～25MPa，进而优选1MPa～20MPa。若储能模量E'小于所述范围，则容易由研磨过程中暂且施加的偏负荷等导致垫自身变形，研磨均匀性劣化。另一方面，若储能模量E'大于所述范围，则会因缺乏弹性导致产生刮伤。
本发明的研磨垫可以合适地用于半导体元件的研磨、特别是半导体元件的化学机械研磨（CMP）。
＜＜研磨垫的制造方法＞＞
可以制造所述本发明的半导体元件研磨用研磨垫的本发明的半导体元件研磨用研磨垫的制造方法的特征在于包括以下工序：准备工序，准备含异氰酸基的化合物（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）、水分散液（含有水、稳泡剂及反应催化剂的混合液）（E）以及对各成分为非反应性的气体；混合工序，至少将所述含异氰酸基的化合物（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）、水分散液（E）以及对各成分为非反应性的气体混合，获得发泡体成形用的混合液；发泡体成形工序，由所述发泡体成形用混合液来成形聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体；以及研磨层形成工序，由所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体来形成用来对被研磨物进行研磨加工的具有研磨面的研磨层。
以下，对准备工序、混合工序、发泡体成形工序、研磨层形成工序来分别进行说明。
＜准备工序＞
制造本发明的研磨垫时，至少使用含异氰酸基的化合物（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）、水分散液（E）以及对这些成分为非反应性的气体来作为聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的原料。进而也可以将多元醇化合物与所述成分一起使用。
另外，也可以在不损及本发明的效果的范围内，并用所述以外的成分。
以下，对各成分进行说明。
[（A）含异氰酸基的化合物]
作为预聚物的含异氰酸基的化合物是通过使下述聚异氰酸酯化合物与多元醇化合物在通常所用的条件下反应而获得。另外，也可以在不损及本发明的效果的范围内，在含异氰酸基的化合物中含有其他成分。
含异氰酸基的化合物可以使用市售品，也可以使用使聚异氰酸酯化合物与多元醇化合物反应而合成的化合物。所述反应并无特别限制，只要使用聚氨基甲酸酯树脂的制造中众所周知的方法及条件来进行加成聚合反应即可。例如可以通过以下方法来制造含异氰酸基的化合物：在经加温到40℃的多元醇化合物中，一面在氮气环境下搅拌一面添加经加温到50℃的聚异氰酸酯化合物，30分钟后升温到80℃为止，进一步在80℃下反应60分钟。
另外，在制造含异氰酸基的化合物（A）时，在对多元醇化合物过剩地添加聚异氰酸酯化合物的情况下，在形成含异氰酸基的化合物后也在该反应溶液中残存聚异氰酸酯化合物。由此，也可以不在准备工序中另行准备聚异氰酸酯化合物，而将该反应溶液直接用于后续的混合工序中。
[（B）聚异氰酸酯化合物]
在本说明书及权利要求书中，所谓聚异氰酸酯化合物，是指分子内具有2个以上的异氰酸基的化合物。
聚异氰酸酯化合物只要在分子内具有2个以上的异氰酸基，则并无特别限制。例如，分子内具有2个异氰酸基的二异氰酸酯化合物可以举出：间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯（2,6-TDI）、2,4-甲苯二异氰酸酯（2,4-TDI）、萘-1,4-二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯（MDI）、4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)（氢化MDI）、3,3'-二甲氧基-4,4'-联苯二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、二甲苯-1,4-二异氰酸酯、4,4'-二苯基丙烷二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、亚丙基-1,2-二异氰酸酯、亚丁基-1,2-二异氰酸酯、亚环己基-1,2-二异氰酸酯、亚环己基-1,4-二异氰酸酯、对苯二异硫氰酸酯、二甲苯-1,4-二异硫氰酸酯、次乙基二异硫氰酸酯等。
聚异氰酸酯化合物优选二异氰酸酯化合物，其中更优选2,4-TDI、MDI，特别优选2,4-TDI。
这些聚异氰酸酯化合物可以单独使用，也可以将多种聚异氰酸酯化合物组合使用。
[（C）多元醇化合物]
在本说明书及权利要求书中，所谓多元醇化合物，是指分子内具有2个以上的醇性羟基（OH）的化合物。
（（C-1）预聚物合成用的多元醇化合物）
用于合成作为预聚物的含异氰酸基的化合物的多元醇化合物可以举出：乙二醇、丁二醇等二醇化合物、三醇化合物等；聚四亚甲基二醇（PTMG）等聚醚多元醇化合物；乙二醇与己二酸的反应物或丁二醇与己二酸的反应物等聚酯多元醇化合物；聚碳酸酯多元醇化合物、聚己内酯多元醇化合物等。这些化合物中，优选PTMG，进而更优选数量平均分子量（Mn）为约500～5000的PTMG，最优选约1000的PTMG。
所述多元醇化合物可以单独使用，也可以将多种多元醇化合物组合使用。
另外，由“（聚异氰酸酯化合物的质量（份）+多元醇化合物（C-1）的质量（份））/[（聚异氰酸酯化合物每一分子的官能基数×聚异氰酸酯化合物的质量（份）/聚异氰酸酯化合物的分子量）-（多元醇化合物（C-1）每一分子的官能基数×多元醇化合物（C-1）的质量（份）/多元醇化合物（C-1）的分子量）]”所求出的预聚物的NCO当量是表示每1个NCO基的PP（预聚物（prepolymer））的分子量的数值，可以用作用来实现“软段/硬段”的比率的一个指标。该NCO当量优选400～650。
（（C-2）合成预聚物后可以使用的多元醇化合物）
另外，在本发明中，可以与用来形成作为所述预聚物的含异氰酸基的化合物的多元醇化合物相区别，而另将多元醇化合物与含异氰酸基的化合物、聚异氰酸酯化合物及多胺化合物等一起添加到混合机内进行混合。所述多元醇化合物可以单独制备其自身，也能以与多胺化合物的混合液的形式制备，也可以在制备水分散液时添加。该多元醇化合物作为使预聚物硬化的硬化剂而发挥作用，通过以与多胺化合物进行竞争反应的方式组入，而抑制多胺化合物在嵌段内的有偏向的链伸长反应，容易进行聚合度不均少的聚合。
该多元醇化合物只要为二醇化合物或三醇化合物等化合物，则可无特别限制地使用。另外，可以与用于形成预聚物的多元醇化合物相同也可不同。
具体例可以举出：乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇等低分子量聚二醇，聚四亚甲基二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等高分子量的多元醇化合物等。这些多元醇化合物中，从混合工序中与其他成分的相容性及所得的气泡的均匀性的观点而言，优选二官能性、三官能性的聚丙二醇（PPG）（这里，所谓三官能性的聚丙二醇，是指将多官能基的甘油用于聚合起始剂而成的具有分支的聚丙二醇）、聚四亚甲基二醇，更优选数量平均分子量（Mn）为约500～5000的聚丙二醇和/或聚四亚甲基二醇，进而优选Mn为约2000～4000的聚丙二醇和/或Mn为约500～1500的聚四亚甲基二醇，最优选Mn为约3000的聚丙二醇和/或Mn为约1000的聚四亚甲基二醇。另外，所述聚丙二醇优选三官能性的聚丙二醇。
所述多元醇化合物（C-2）可以单独使用，也可以将多种多元醇化合物（C-2）组合使用。
在使用多元醇化合物（C-2）的情况下，优选的是以如下方式准备：后述多胺化合物的氨基相对于所述多胺化合物的氨基与和所述含异氰酸基的化合物相区别而另行准备的所述多元醇化合物的羟基的当量和（活性氢基的当量）的当量比（以下有时称为s值）成为0.70～0.97（氨基/（氨基+羟基））。
该多元醇化合物可以单独使用，也可以将多种多元醇化合物组合使用。
[（D）多胺化合物]
在本说明书及权利要求书中，所谓多胺化合物，是指分子内具有2个以上的氨基的化合物。
多胺化合物作为链伸长剂而发挥作用，一部分与所述聚异氰酸酯化合物反应而形成硬段，并且一部分与所述含异氰酸基的化合物（软段部）的主链末端侧键合，可使聚合物链进一步伸长。由此生成具有硬段与软段的嵌段共聚物的聚氨基甲酸酯聚脲树脂。
多胺化合物可以使用脂肪族或芳香族的多胺化合物、特别是二胺化合物，例如可以举出：乙二胺、丙二胺、六亚甲基二胺、异佛尔酮二胺、二环己基甲烷-4,4'-二胺、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（亚甲基双邻氯苯胺）（以下简称为MOCA）、具有与MOCA同样的结构的多胺化合物等。另外，多胺化合物也可以具有羟基，这种胺系化合物例如可以举出：2-羟基乙基乙二胺、2-羟基乙基丙二胺、二-2-羟基乙基乙二胺、二-2-羟基乙基丙二胺、2-羟基丙基乙二胺、二-2-羟基丙基乙二胺等。
多胺化合物优选二胺化合物，更优选MOCA、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜，特别优选MOCA。
这里，MOCA已知固态MOCA与粗制MOCA。固态MOCA是指在室温下为固体形状的纯MOCA。粗制MOCA为MOCA的单体（monomer）与MOCA的多聚物的混合物，优选使用多聚物的比率为15质量%以上的粗制MOCA。多聚物的比率更优选10质量%～50质量%，进而更优选20质量%～40质量%。多聚物的例子可以举出：MOCA的二聚物、三聚物、四聚物等。粗制MOCA容易进行反应速度的控制，结果容易获得发泡体总体的物性的均匀性（例如密度、硬度等）。
在本说明书及权利要求书中，在使用“固态MOCA”及“粗制MOCA”的情况下，分别是指所述固态MOCA及粗制MOCA。
多胺化合物可以单独使用，也可以将多种多胺化合物组合使用。另外，固态MOCA及粗制MOCA在常温下为固体，因此在用于混合工序中的情况下必须加温到120℃左右而调整为熔融状态。因此，在使用多元醇化合物（C-2）的情况下，若将MOCA、特别是粗制MOCA预先溶解在多元醇化合物（C-2）中来使用，则即便不加温到熔融温度为止，也能在混合工序中利用，可以抑制由加温所致的反应性增大引起的聚合不均一，因此优选。在像上文所述那样溶解而使用的情况下，MOCA与多元醇化合物（C-2）的质量比优选3：1～1：3，更优选2：1～1：2，特别优选1：1。另外，使MOCA溶解的多元醇化合物（C-2）优选聚四亚甲基二醇，更优选数量平均分子量（Mn）为约500～5000的聚四亚甲基二醇，进而优选Mn为约500～1500的聚四亚甲基二醇，最优选Mn为约1000的聚四亚甲基二醇。
为了容易与其他成分混合和/或为了提高后续的发泡体形成工序中的气泡径的均匀性，多胺化合物优选的是视需要在经加热的状态下在减压下进行脱泡。减压下的脱泡方法只要使用聚氨基甲酸酯聚脲的制造中众所周知的方法即可，例如可以使用真空泵在0.1MPa以下的真空度下进行脱泡。
在使用固体的化合物作为链伸长剂的情况下，可以一面通过加热使其熔融，一面在减压下进行脱泡。
另一方面，在使用在室温下为液状的多胺化合物的情况下，也可以不加热而在减压下进行脱泡。
在本发明的研磨垫的制造方法中，多胺化合物相对于预聚物形成时使用的多元醇化合物和/或所有多元醇化合物的含有比例（摩尔比或当量比）与现有的研磨垫的制造中所用的含有比例相比较非常小。
具体来说，现有的研磨垫的HSC为35%以上，相对于此，本发明中HSC为小于35%的范围。特别优选25%～35%，更优选26%～34%，进而更优选27%～32%。若HSC在所述范围内，则可以容易地制造纵弹性系数E及密度D分别在450MPa～30000MPa及0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内的具有研磨层的研磨垫。
另外，在使用固态MOCA作为多胺化合物的情况下，优选的是相对于聚异氰酸酯化合物与多元醇化合物（C-1）的合计1000质量份，使用150质量份～205质量份的固态MOCA。在使用液状MOCA（详细情况将于下文中加以描述）作为多胺化合物的情况下，优选的是相对于聚异氰酸酯化合物与多元醇化合物（C-1）的合计1000质量份，使用200质量份～400质量份的液状MOCA。
[（E）水分散液]
在本说明书及权利要求书中，所谓水分散液，是指含有水、稳泡剂及反应催化剂的混合液。
水分散液为发泡剂、加成聚合的催化剂以及有助于使发泡径或发泡均匀性稳定的添加剂，例如可以通过使用通常的搅拌装置将水、反应催化剂、界面活性剂等搅拌、混合来制备。当然，水分散液不限定于仅包含这些三种成分的组合的溶液。
从防止杂质混入的观点来看，水分散液中所含的水优选蒸馏水。水优选的是相对于预聚物1000质量份而以0.1质量份～6质量份的比例使用，更优选的是以0.5质量份～5质量份的比例使用，进而更优选的是以1质量份～3质量份的比例使用。
水分散液中所含的反应催化剂（以下有时简称为催化剂）可以使用众所周知的催化剂。例如可以举出：三级胺、醇胺、醚胺（例如托约卡特（Toyocat）ET）等胺催化剂，乙酸盐（钾、钙），有机金属催化剂等。此外，在本实施例中，使用双(2-二甲基氨基乙基)醚（托约卡特（Toyocat）ET，东曹股份有限公司制造）作为催化剂，但本发明的效果并非仅限定于使用该催化剂的情况。催化剂的量并无特别限定，优选的是相对于预聚物1000质量份而以0.01质量份～5质量份的比例使用，更优选0.5质量份～3质量份。
作为水分散液中所含的稳泡剂的界面活性剂可以使用众所周知的界面活性剂。例如可以举出聚醚改质硅酮等。此外，本实施例中，使用作为硅酮系界面活性剂的一种的SH-193（道康宁（Dow-Corning）公司制造），但本发明的效果并非仅限定于使用该界面活性剂的情况。界面活性剂的量并无特别限定，优选的是相对于预聚物1000质量份而为0.1质量份～10质量份，更优选0.5质量份～5质量份。
另外，除了所述成分以外，也可以在不损及本发明的效果的范围内，在水分散液中含有众所周知的阻燃剂、著色剂、塑化剂等。
＜混合工序＞
在混合工序中，将所述准备工序及预聚物形成工序中所得的含异氰酸基的化合物（预聚物）（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）及水分散液（E）供给于混合机内。此时，吹入对所述各成分为非反应性的气体。通过将所供给的非反应性气体与所述各成分一起在混合机内搅拌、混合，而制备在内部形成了气泡的发泡体成形用的混合液。混合工序是在经加温到能确保所述各成分的流动性的温度的状态下进行。
例如，可以将经加温到30℃～100℃的在预聚物(异氰酸酯)溶液中含有固态MOCA（120℃）或溶解于多元醇化合物（C-2）中的MOCA（80℃）、催化剂等的分散液投入到附有温度可调的夹套（jacket）的混合机中，在80℃下进行搅拌。视需要也可以在带搅拌机的附有夹套的罐（tank）中接收混合液并使其熟化。搅拌时间是根据混合机的齿数或转速、间隙（clearance）等来适当调整，例如为0.5秒～600秒。
所述气体只要对所述各成分为非反应性，则可以无特别限制地使用，例如可以举出：空气、氮气、氧气、二氧化碳、氦气、氩气等。
以相对于所述各成分的合计量1kg而所述气体的供给量成为优选0.10L～4.00L、更优选0.17L～3.33L的范围内的方式，调整供给速度及时间。
＜发泡体成形工序＞
在发泡体成形工序中，将所述混合工序中制备的发泡体成形用混合液流入到50℃～100℃的模框内，并使其发泡、硬化，由此成形聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体。此时，预聚物、聚异氰酸酯化合物、多胺化合物（及多元醇化合物）反应而形成聚氨基甲酸酯聚脲树脂，由此该混合液硬化。此时，水分散液所含的水与预聚物中的异氰酸基反应，由此产生二氧化碳。该所产生的二氧化碳及所述吹入的气体滞留在聚氨基甲酸酯聚脲树脂中，由此形成如图1所示那样的具有多个大致球状的微细气泡的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体。
此外，在图1中，表示本发明的实施形态的研磨垫的截面图（左侧）、及现有技术中进行干式成形而成的具有研磨层的研磨垫（比较例1）的截面图（右侧）是以相同的放大倍率（×100倍）拍摄，右图中以白线所示的条（bar）表示100μm的长度。
＜研磨层形成工序＞
将通过所述发泡体成形工序所得的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体切片成片状而形成聚氨基甲酸酯聚脲片。通过进行切片，而在片表面上设置开孔。此时，为了形成耐磨损性优异且不易堵塞的研磨层表面的开孔，优选的是在30℃～80℃下老化（aging）1小时～2周左右。由此，容易获得所需的弹性特性。这里，优选的是将发泡体中的平均气泡径设定在所述范围内、即120μm～185μm、更优选140μm～170μm，可以通过控制预聚物的温度（粘度）、搅拌的转速、空气流量、稳泡剂的种类或浓度、模具温度来将平均气泡径调整到所述范围内。
关于具有像上文所述那样而获得的聚氨基甲酸酯聚脲片的研磨层，其后在研磨层的与研磨面为相反的面侧贴附双面胶带，切割成既定形状、优选圆板状，作为本发明的研磨垫而完成。双面胶带并无特别限制，可以从该技术领域中众所周知的双面胶带中任意选择使用。
另外，本发明的研磨垫可为仅包含研磨层的单层构造，也可为在研磨层的与研磨面为相反的面侧贴合了其他层（底层、支撑层）而成的多层。其他层的特性并无特别限定，优选的是在研磨层的相反的面侧贴合着较研磨层更硬的（A硬度和/或D硬度高的）层。通过设置较研磨层更硬的层，可以避免研磨定盘的微小凹凸影响研磨面的形状的情况，研磨平坦性进一步提高。另外，研磨布的刚性总体变高，由此可以抑制将研磨布贴附在定盘上时的褶皱的产生等。
在具有多层构造的情况下，只要使用双面胶带或粘接剂等，将多层彼此视需要一面加压一面进行粘接、固定即可。此时所用的双面胶带或粘接剂并无特别限制，可以从该技术领域中众所周知的双面胶带或粘接剂中任意选择使用。
进而，本发明的研磨垫视需要也可以对研磨层的表面和/或背面进行磨削处理，或者对表面实施沟槽加工或压花加工，也可以将基材和/或粘着层与研磨层贴合，也可以具备光透射部。
磨削处理的方法并无特别限制，可以利用众所周知的方法来进行磨削。具体可以举出利用砂纸（sand paper）的磨削。
沟槽加工及压花加工的形状并无特别限制，例如可以举出格子型、同心圆型、放射型等形状。
使用本发明的研磨垫时，将研磨垫以研磨层的研磨面与被研磨物相向的方式安装在研磨机的研磨定盘上。然后，一面供给研磨剂浆料，一面使研磨定盘旋转，对被研磨物的加工表面进行研磨。
利用本发明的研磨垫进行加工的被研磨物可以举出：硬盘用玻璃基板、薄型显示器用母玻璃、半导体晶片、半导体元件等。其中，本发明的研磨垫可以合适地用于对半导体元件进行加工。
＜＜作用效果＞＞
本发明的CMP用研磨垫具有含有聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的研磨层，所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的纵弹性系数E为450kPa～30000kPa，且将所述研磨层的密度D设定在0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内。
满足所述范围的聚氨基甲酸酯聚脲树脂制研磨层与现有的由干式法所成形的硬质聚氨基甲酸酯研磨层相比较，纵弹性系数更低，且密度更小，因此可以获得硬度比以前更低的研磨垫。因此，可以抑制研磨层与被研磨物之间的强烈按压，不易在被研磨物表面上产生刮伤。另外，研磨速率或研磨均匀性也提高。进而，由于该研磨层的密度也小，因此也不易产生由浆料或加工屑等的堵塞所致的刮伤。
另一方面，本发明的研磨垫中，设置着通过对大致球状的气泡进行切片所得的形状的开孔，另外，具有在研磨层的厚度方向、平面方向上均匀的各向同性的发泡构造，研磨层表面的气孔（开孔）形状与绒面革型的具有具备相对较大的开孔部的发泡构造的现有的由湿式法所成形的具有各向异性的发泡构造的研磨垫（简称为软质（湿式）研磨垫）不同。软质（湿式）研磨垫具有气泡径从研磨面起朝向底部逐渐变大的构造。因此有以下问题：若因研磨而磨损，则表面的气泡径（开孔径）逐渐变大，因此表面变粗糙，研磨品质劣化。另外，由于为随着朝向底部而气泡变大的构造，因此也有因研磨阻力而表面被撕扯磨损的问题。相对于此，本案的研磨垫是利用干式法来成形，因此气泡为各向同性，也具有不易产生湿式的研磨垫所具有的所述问题的效果。
如以上所述那样，本发明的研磨垫较现有的硬质（干式）研磨垫更为软性且密度小，因此可以抑制刮伤的产生，研磨速率及研磨均匀性也优异，因此不仅在一次加工中而且在抛光加工中也能使用。另外，若将Z值限制在一定范围内，则能在某种程度上维持平坦化能力并且进一步提高研磨速率及研磨均匀性。
[实施例]
以下，通过实施例对本发明进行更详细说明，但本发明不受这些例子的限定。
在各实施例及比较例以及表1～表4中，只要无特别指定，则“份”是指“质量份”。
另外，表1～表4的各简称是指以下含意。
·2,4-TDI：2,4-甲苯二异氰酸酯
·氢化MDI：4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)
·PTMG1000：数量平均分子量为约1000的聚四亚甲基二醇
·DEG：二乙二醇
·MOCA：3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷
·三官能PPG3000：数量平均分子量为3000且为三官能的聚丙二醇
另外，所谓PP的NCO当量，是指由“（聚异氰酸酯化合物的质量（份）+多元醇化合物（C-1）的质量（份））/[（每一分子聚异氰酸酯化合物的官能基数×聚异氰酸酯化合物的质量（份）/聚异氰酸酯化合物的分子量）-（每一分子多元醇化合物（C-1）的官能基数×多元醇化合物（C-1）的质量（份）/多元醇化合物（C-1）的分子量）]”所求出的表示每一个NCO基的PP（预聚物）的分子量的数值，被用作用来实现“软段/硬段”的比率的一个指标。
所谓s值，像上文所述那样，是指表示所述多胺化合物（D）的氨基相对于多胺化合物的氨基（D）与和所述含异氰酸基的化合物（A）相区别而另行准备的所述多元醇化合物（C-2）的羟基的当量和（活性氢基的当量）的当量比（氨基/（氨基+羟基））的数值。
此外，下述实施例及比较例中使用的粗制MOCA为PTMG1000与粗制MOCA（多聚物含有率为40质量%）的质量比为1：1的液状混合物（以下记作液状MOCA）。
（比较例1）
在比较例1中，制造现有已知的硬质（干式）研磨垫。使第1成分的作为预聚物的2,4-TDI316份、氢化MDI88份、数量平均分子量为约1000的PTMG539份反应后，添加二乙二醇57份进一步进行反应，使用反应所得的异氰酸酯含量为9.0%、NCO当量为466的含异氰酸基的氨基甲酸酯预聚物，将其加热到55℃并在减压下进行脱泡。使第2成分的作为链伸长剂的固态MOCA在120℃下熔融，在减压下进行脱泡。将作为第3成分的发泡剂（艾克盘赛尔（Expancel）551DE）以成为2重量%的方式混合到第1成分中，以第1成分：第2成分以重量比计为1000份：256份的比例供给于混合机。
将所得的混合液浇注到经加热到50℃的890mm×890mm的模框中，在100℃下加热5小时而使其硬化后，将所形成的聚氨基甲酸酯树脂发泡体从模框中抽出。进而将该发泡体以1.25mm的厚度切片而制作氨基甲酸酯片，获得研磨垫。
＜实施例1～实施例4及比较例2～比较例5＞
然后，使用固态MOCA，使各成分的比例像表1所示那样变动，制造密度的大小不同的各种研磨垫。
（实施例1）
在实施例1中，使第1成分的作为预聚物的2,4-TDI（286份）、数量平均分子量为约1000的PTMG（714份）反应，使用反应所得的异氰酸酯含量为7.8%、NCO当量为540的含异氰酸基的氨基甲酸酯预聚物，将其加热到55℃并于减压下脱泡。使用第2成分的作为链伸长剂的固态MOCA，将其于120℃下熔融，在减压下进行脱泡。关于第3成分的水分散液，分别添加数量平均分子量为3000且为三官能的PPG（42份）、水（3份）、催化剂（托约卡特（Toyocat）ET，东曹股份有限公司制造）（1份）、硅酮系界面活性剂（SH-193，道康宁（Dow-Corning）公司制造）（1份）并在35℃下搅拌混合1小时后，在减压下进行脱泡。以第1成分：第2成分：第3成分以重量比计为1000份：168份：47份的比例以80kg/min的流量供给于混合机中。此时，从设置在混合机的搅拌转子上的喷嘴中以18.2L/min的流量供给空气（即，相对于所述第1成分～第3成分合计80kg而供给18.2L空气）。将所得的混合液浇注到模框（890mm×890mm）中，在100℃下历时5小时硬化后，将所形成的聚氨基甲酸酯树脂发泡体从模框中抽出。将该发泡体以1.35mm的厚度切片而制作氨基甲酸酯片，获得研磨垫。
（实施例2～实施例4及比较例2～比较例5）
除了像表1那样来变更供给于混合机内的各成分的比例以外，利用与实施例1同样的方法来获得厚度为1.32mm～1.35mm的研磨垫。
Figure BDA0000434282680000211
Figure BDA0000434282680000221
＜实施例5～实施例9及比较例6～比较例8＞
然后，使用液状MOCA，使各成分的比例像表2所示那样变动，制造密度的大小不同的各种研磨层。
（实施例5）
在实施例5中，使第1成分的作为预聚物的2,4-TDI（286份）、数量平均分子量为约1000的PTMG（714份）反应，使用所得的异氰酸酯含量为7.8%、NCO当量为540的含异氰酸基的氨基甲酸酯预聚物，将其加热至55℃并在减压下进行脱泡。将第2成分的作为链伸长剂的液状MOCA（234份）在减压下进行脱泡。关于第3成分的水分散液，分别添加数量平均分子量为3000且为三官能的PPG（41份）、水（3份）、催化剂（托约卡特（Toyocat）ET，东曹股份有限公司制造）（1份）、硅酮系界面活性剂（SH-193，道康宁（Dow-Corning）公司制造）（4份）并进行搅拌混合后，在减压下进行脱泡。以第1成分：第2成分：第3成分以重量比计为1000份：234份：49份的比例以80kg/min的流量供给于混合机内。此时，在混合机内从设置在搅拌转子上的喷嘴中，以19.1L/min的流量供给空气（即，相对于所述第1成分～第3成分合计80kg而供给19.1L的空气）。将所得的混合液浇注到模框中，在100℃下历时5小时硬化后，将所形成的聚氨基甲酸酯树脂发泡体从模框中抽出。将该发泡体以1.28mm的厚度切片而制作氨基甲酸酯片，获得研磨垫。
（实施例6～实施例9及比较例6～比较例8）
除了像表2那样来变更供给于混合机内的各成分的比例以外，利用与实施例5相同的方法来获得厚度为1.28mm～1.30mm的研磨垫。
Figure BDA0000434282680000241
＜实施例10～实施例15及比较例9～比较例13＞
最后，使聚异氰酸酯化合物、多元醇化合物及多胺化合物的量增加或减少来制造研磨层。
（实施例10）
在实施例10中，使第1成分的作为预聚物的2,4-TDI（325份）、数量平均分子量为约1000的PTMG（675份）反应，使用反应所得的异氰酸酯含量为10.0%、NCO当量为420的含异氰酸基的氨基甲酸酯预聚物，将其加热至55℃并在减压下进行脱泡。将第2成分的作为链伸长剂的液状MOCA（397份）在减压下进行脱泡。关于第3成分的水分散液，分别添加数量平均分子量为3000且为三官能的PPG（43份）、水（1份）、催化剂（托约卡特（Toyocat）ET，东曹股份有限公司制造）（1份）、硅酮系界面活性剂（SH-193，道康宁（Dow-Corning）公司制造）（4份）并进行搅拌混合后，在减压下进行脱泡。以第1成分：第2成分：第3成分以重量比计为1000份：397份：49份的比例以80kg/min的流量供给于混合机内。此时，在混合机内以19.1L/min的流量供给空气。将所得的混合液浇注到模框中并使其硬化后，将所形成的聚氨基甲酸酯树脂发泡体从模框中抽出。将该发泡体以1.27mm的厚度切片而制作氨基甲酸酯片，获得研磨垫。
（实施例11～实施例15及比较例9～比较例13）
关于实施例11～实施例15及比较例9～比较例18，除了像表3～表4所示那样来变更各成分的比例以外，利用与实施例10相同的方法来制造厚度为1.27mm～1.30mm的研磨垫。
Figure BDA0000434282680000271
Figure BDA0000434282680000281
[表4]
Figure BDA0000434282680000291
＜物性评价＞
对于所述各实施例及比较例，算出或测定氨基甲酸酯片的杨氏模量（kPa）、密度（g/cm3）、Z值、硬段含有率（%）、A硬度（°）、D硬度（°）、平均气泡径（μm）、每1mm2的气泡个数、储能模量E'40（Mpa）及厚度（mm）。将其结果示于表1～表4中。
此外，各项目的测定方法如下。
关于纵弹性系数（kPa），利用岛津制作所（股）的微小强度评价试验机（岛津微自动测图仪（micro autograph）MST-I），对10mm×60mm（夹具间距离为30mm）的试片以0.5mm的拉伸速度实施试验力测定，对试验力50gf～150gf的范围求出各试验力的变形ε、即[各试验力时的试片长度（mm）-30mm]/30mm]，对利用最小平方法进行直线近似时的系数进行测定。
密度（g/cm3）是通过以下方式来算出：对以既定尺寸的大小所切出的样品的重量（g）进行测定，根据尺寸求出体积（cm3）。
A硬度是依照日本工业标准（JIS K7311）使用萧氏A硬度计（durometer）来测定。此外，样品是将比较例及实施例所记载的氨基甲酸酯片（厚度为约1.3mm）重叠4片，以至少总厚度成为4.5mm以上的方式设定。
D硬度是依照JIS K6253-1997/ISO7619利用得乐（Teclock）公司制造的D型硬度计来测定。此外，样品是将比较例及实施例所记载的氨基甲酸酯片（厚度为约1.3mm）重叠4片，以至少总厚度成为4.5mm以上的方式设定。
关于平均气泡径（μm）、每1mm2的气泡个数，利用显微镜（VH-6300，基恩斯（KEYENCE）制造）将垫表面的约1.3mm四方的范围放大到175倍进行观察，利用图像处理软件（图像分析仪（Image Analyzer）V20LAB Ver.1.3，尼康（Nikon）制造）对所得的图像进行二值化处理，确认气泡个数，另外，根据各气泡的面积来算出圆近似径及其平均值（平均气泡径）。此外，将气泡径的截止值（下限）设定为10μm，将噪音（noise）成分除外。
关于40℃下的储能模量（E'40（MPa）），利用日本T.A.仪器（T.A.InstrumentsJapan）的RSAIII，对依照JIS K7244-4在初始负荷为10g、变形范围为0.01%～4%、测定频率为0.2Hz的条件下的40℃时的储能模量进行测定。
＜研磨试验＞
对于各实施例及比较例的研磨垫，在以下的研磨条件下进行研磨加工，测定研磨速率、研磨均匀性及刮伤的有无。关于被研磨物，使用在12英寸的硅晶片上利用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）将四乙氧基硅烷以成为1μm的厚度的方式形成绝缘膜所得的基板（均匀性（CV%）为13%）。
（研磨速率）
研磨速率是以厚度（nm）来表示每一分钟的研磨量，对研磨加工前后的基板的绝缘膜根据各17个部位的厚度测定结果来求出平均值。此外，厚度测定是在光学式膜厚膜质测定器（科磊（KLA-Tencor）公司制造，ASET-F5x）的多普勒波束锐化（Doppler Beam Sharpening，DBS）模式下测定。
（研磨均匀性）
研磨均匀性是根据所述17个部位的厚度测定结果的偏差（标准偏差÷平均值）而求出。
（刮伤的有无）
在刮伤的评价中，对25片基板反复依次研磨3次，对研磨加工后的第21片～第25片这五片基板，在无图案的晶片表面检查装置（科磊（KLA-Tencor）公司制造，萨夫斯堪（Surfscan）SP1DLS）的高感度测定模式下进行测定，评价基板表面的刮伤的有无。
此外，所述试验中所用的研磨条件如下。
·使用研磨机：荏原制作所公司制造，F-REX300。
·转速：（定盘）70rpm、（顶环（top ring））71rpm。
·研磨压力：220hPa。
·研磨剂：卡博特（Cabot）公司制造，商品编号：SS25（使用SS25原液：纯水=1：1的混合液）。
·研磨剂温度：30℃。
·研磨剂喷出量：200ml/min。
·使用工件（被研磨物）：在12英寸
Figure BDA0000434282680000311
硅晶片上利用CVD将四乙氧基硅烷以成为1μm的厚度的方式形成绝缘膜而成的基板。
·研磨时间：60秒钟/各次。
·修整（dressing）：（研磨布贴附后）10min。
将对各实施例及比较例使用所述方法进行的研磨试验的结果示于表1～表4中。
这里，本发明的研磨垫需要以良好的平衡来有效地发挥研磨速率、研磨均匀性及刮伤抑制特性，因此在商品价值上，像以下那样对研磨试验的结果进行评价。
关于研磨速率，将200以上（nm/min）评价为○，将190以上～小于200（nm/min）评价为△，将小于190（nm/min）评价为×。
关于研磨均匀性，将7.0以下（CV%）评价为○，将超过7.0～8.0以下（CV%）评价为△，将超过8.0（CV%）评价为×。
关于刮伤的有无，将无（0片）评价为○，将有（1片以上）评价为×。
而且，关于研磨速率、研磨均匀性及刮伤的有无三种特性，将△为0个～1个的样品（三种全部为○及两种为○且一种为△的样品）评价为优选例（实施例），将具有2个以上的△的样品及具有1个×的样品评价为本发明中欠佳的例子（比较例）。
（试验结果1（比较例1））
通过不吹入空气、也不使用水分散液的比较例1所制造的现有的研磨垫的密度、纵弹性系数均高。另外，具有每1mm2的气泡的个数多且平均气泡径小的构造、即具有存在无数个非常小的气泡的构造（参照图1的右图）。结果产生刮伤，在研磨均匀性的方面也无法获得满足要求的数值。
（试验结果2（实施例1～实施例4及比较例2～比较例5））
使用固态MOCA作为链伸长剂的实施例1～实施例4及比较例2～比较例5中，在水的添加量多且固态MOCA的量少的情况下，密度变得过小，在研磨速率及研磨均匀性的方面成为差的结果（比较例2）。反之，在水的添加量少且固态MOCA的量多的情况下，纵弹性系数变得过大，密度变大，因此产生刮伤，在研磨均匀性的方面也无法获得充分的结果（比较例3～比较例5）。
另一方面，以密度及纵弹性系数在本发明的范围内的方式调整固态MOCA及水添加量而制造的研磨垫未产生刮伤，研磨速率、研磨均匀性均可以获得良好的结果（实施例1～实施例4）。
（试验结果3（实施例5～实施例9及比较例6～比较例8））
在使用液体MOCA作为链伸长剂的实施例5～实施例9及比较例6～比较例8中，在水的添加量多且液状MOCA的量少的情况下，密度变得过小，纵弹性系数也变小，因此特别在研磨速率、研磨均匀性的方面无法获得充分的结果（比较例6）。反之，在水的添加量少且液状MOCA的量多的情况下，纵弹性系数变得过大，密度变大，因此产生刮伤，在研磨均匀性的方面也成为差的结果（比较例7～比较例8）。
另一方面，以密度及纵弹性系数在本发明的范围内的方式调整液状MOCA及水添加量而制造的研磨垫未产生刮伤，且研磨速率、研磨均匀性均可以获得良好的结果（实施例5～实施例9）。
（试验结果4（实施例10～实施例15及比较例9～比较例13））
在使聚异氰酸酯化合物、多元醇化合物及多胺化合物的含有比率变动的实施例10～实施例15及比较例9～比较例13中，在多胺化合物的量相对于多元醇化合物的量而过多的情况（当量比）下，纵弹性系数变得过大，结果产生了刮伤的产生、低研磨速率及低研磨均匀性中的两种以上（比较例9～比较例10）。
反之，在多胺化合物的量相对于多元醇化合物的量而过少的情况（当量比）下，纵弹性系数变得过小，特别在研磨均匀性或研磨速率的方面成为大幅度地劣化的结果（比较例11～比较例13）。
另一方面，以纵弹性系数及密度在本发明的范围内的方式对多胺化合物的氨基与预聚物形成用的多元醇化合物的羟基的当量比进行调整而制造的研磨垫未产生刮伤，研磨速率、研磨均匀性均可以获得充分良好的结果（实施例10～实施例15）。
由以上内容表明，纵弹性系数E（杨氏模量）在450kPa～30000kPa的范围内、且密度D在0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内的实施例1～实施例15的研磨垫在非研磨物的研磨表面上未产生刮伤，在研磨速率、研磨均匀性方面也可以获得良好的结果。因此表明，与比较例1～比较例13相比较，在刮伤的产生抑制、研磨速率及研磨均匀性方面均以良好的平衡发挥效果。
[产业上的可利用性]
本发明的研磨垫由于纵弹性系数E低，因此抑制强烈按压而不易导致伤痕。另外，由于气孔率高（密度小），因此也不易产生由堵塞导致的伤痕。进而，与现有的由干式法所成形的具有研磨层的研磨垫相比较更为软质，因此研磨速率及研磨均匀性也优异。另一方面，由于是进行干式成形而成，因此与进行湿式成形而成的研磨垫相比较，研磨表面的磨损速度更慢，可以长期维持一定的研磨状态。因此，即便是进行干式成形而成的研磨垫，也不仅在一次加工而且在抛光加工中均可有利地使用。因此，本发明的研磨垫及其制造方法具有产业上的可利用性。

Claims (12)

1.一种半导体元件研磨用的研磨垫，具备研磨层，所述研磨层具有含有大致球状的气泡的聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体，并且所述半导体元件研磨用的研磨垫的特征在于：
所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的纵弹性系数E在450kPa～30000kPa的范围内，且所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的密度D在0.30g/cm3～0.60g/cm3的范围内。
2.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的由Z=100×HSC+5000×D-5×d所求出的Z值在3300～5000的范围内，
（式中，D表示密度（g/cm3），d表示平均气泡径（μm），HSC为由下述式（1）所求出的硬段含有率：
HSC=100×（r-1）×（Mdi+Mda）÷（Mg+r×Mdi+（r-1）×Mda）···（1）
式（1）中，Mdi表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的聚异氰酸酯化合物的每2官能异氰酸基的平均分子量；Mg表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的多元醇化合物的每2官能羟基的平均分子量；Mda表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的多胺化合物的每2官能氨基的平均分子量；r表示构成所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂的聚异氰酸酯化合物的异氰酸基相对于多元醇化合物的羟基的当量比）。
3.根据权利要求1或2所述的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的平均气泡径为120μm～185μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的A硬度为20度～55度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体的D硬度为5度～35度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的研磨垫，其特征在于：所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体在40℃、初始负荷为10g、变形范围为0.01%～4%、测定频率为0.2Hz、拉伸模式的条件下的储能模量E'为1MPa～30MPa。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的研磨垫，其特征在于：在所述研磨层的与研磨面为相反的面侧贴合着较所述研磨层更硬的层。
8.一种研磨垫的制造方法，其为制造根据权利要求1至7中任一项所述的研磨垫的方法，其特征在于包括以下工序：
准备工序，准备含异氰酸基的化合物（A）、聚异氰酸酯化合物（B）、多胺化合物（D）、含有水及稳泡剂以及反应催化剂的混合液（E）、以及对各成分为非反应性的气体；
混合工序，至少将所述含异氰酸基的化合物（A）、所述聚异氰酸酯化合物（B）、所述多胺化合物（D）、所述含有水及稳泡剂以及反应催化剂的混合液（E）、以及所述对各成分为非反应性的气体混合，获得发泡体成形用混合液；
发泡体成形工序，由所述发泡体成形用混合液来成形聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体；以及
研磨层形成工序，由所述聚氨基甲酸酯聚脲树脂发泡体来形成用来对被研磨物进行研磨加工的具有研磨面的研磨层。
9.根据权利要求8所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：在所述准备工序中，进一步准备多元醇化合物（C-2），并在所述混合工序中进行混合。
10.根据权利要求9所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：在所述准备工序中，以所述多胺化合物（D）的氨基相对于所述多胺化合物（D）的氨基与所述多元醇化合物（C-2）的羟基的当量和（活性氢基的当量）的当量比成为0.70～0.97（氨基/（氨基+羟基））的方式准备。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：所述多胺化合物（D）为粗制亚甲基双邻氯苯胺（MOCA），所述粗制亚甲基双邻氯苯胺为亚甲基双邻氯苯胺的单体与多聚物的混合物，且含有15质量%以上的所述多聚物。
12.根据权利要求9或10所述的研磨垫的制造方法，其特征在于：所述多元醇化合物（C-2）为数量平均分子量为500～5000的聚四亚甲基二醇或聚丙二醇或者这些二醇的混合物。
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