JP2009504426A - 表面織り目加工微小孔性研磨パッド - Google Patents
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Abstract
化学機械研磨用に適する表面織り目加工研磨パッドは、６０μｍ以下の範囲にある平均孔気泡径を有する多孔質高分子フォームを含む。フォーム中の少なくとも７５％の孔は平均孔気泡径の３０μｍ内の孔気泡径を有する。該パッドは、２５μｍ〜１１５０μｍ範囲内の深さ、０．２５μｍ〜３８０μｍ範囲内の幅、および１〜１０００の長さ対幅アスペクト比を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有する。加えて、該パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有する。好ましくは、少なくとも一つの織り目加工表面は、その上に刻まれる、少なくとも一つの間隙を介した平行な溝のパターンを有する。
Description
本発明は、均一な孔径分布および織り目加工表面を有する多孔質フォームを含む化学機械研磨用の研磨パッドに関する。
化学機械研磨（「ＣＭＰ」）法は、半導体ウエハー、電界放出ディスプレイ、および多くの他のマイクロ電子基板上に平坦な表面を形成するためにマイクロ電子デバイスの製造において用いられる。例えば、半導体デバイスの製造は、一般に、種々の処理層、それらの層部分の選択的な除去またはパターン化、および半導体基板表面上のさらなる追加の処理層の堆積の形成を含んで半導体ウエハーを形成する。処理層には、一例として、絶縁層、ゲート酸化膜層、導電層、および金属またはガラス層などを挙げることができる。処理層の最上層表面が、次の層の堆積のために平面である、すなわち平坦であることは、一般に、ウエハープロセスの一部の段階において望ましい。ＣＭＰは、次の処理段階用にウエハーを調製するために、ウエハーから導電または絶縁材料などの堆積材料の一部を研磨し除去するために用いられる。
一般的なＣＭＰ法において、ウエハーはＣＭＰ工具中の担体上に逆さまにはめこまれる。力をかけて担体およびウエハーを研磨パッドに向けて下に押す。担体およびウエハーはＣＭＰ工具の研磨テーブル上の回転研磨パッド上で回転する。研磨組成物（研磨スラリーとも呼ばれる）は、一般に、研磨工程の間に回転ウエハーと回転研磨パッド間に導入される。研磨組成物は、一般的に、最上層ウエハー層（複数を含む）部分と相互作用するか、またはそれらを溶解する化学物質、および層（複数を含む）の部分を物理的に除去する研削材を含有する。ウエハーおよび研磨パッドは、どちらでも行おうとする特定の研磨法にとって望ましいように、同じ方向かまたは反対方向に回転することができる。担体は、また、研磨テーブル上の研磨パッドにわたって振動することができる。
化学機械研磨法において用いられる研磨パッドは、ポリマー含浸布地、微小孔性フィルム、発泡型ポリマーフォーム、非多孔質ポリマーシート、および焼結熱可塑性粒子を含む軟質および硬質両方のパッド材料を用いて製造される。ポリエステル不織布中に含浸されるポリウレタン樹脂を含有するパッドは、ポリマー含浸布地研磨パッドの例証である。微小孔性研磨パッドには、多くの場合含浸布地パッドである基材上に被覆される微小孔性ウレタンフィルムが挙げられる。これらの研磨パッドは独立気泡の多孔質フィルムである。発泡型ポリマーフォーム研磨パッドは、あらゆる立体形態中で不規則におよび均一に分布する独立気泡構造を含有する。
非多孔質ポリマーシート研磨パッドには、スラリー粒子を輸送する固有の能力を全く持たない固体ポリマーシート製の研磨表面が挙げられる（例えば、米国特許第５，４８９，２３３号明細書を参照すること）。これらの固体研磨パッドの研磨表面は、化学機械研磨の間にスラリー通路用のチャンネルを提供するためと言われているパッド表面中に切り込まれる大きなおよび／または小さな溝により、外部から修正される。こうした非多孔質ポリマー研磨パッドは米国特許第６，２０３，４０７号明細書に開示されており、研磨パッドの研磨表面は、化学機械研磨における選択性を改善すると言われているようなやり方で方向付けられる溝を含む。
加えて、米国特許第６，０２２，２６８号明細書、第６，２１７，４３４号明細書、および第６，２８７，１８５号明細書には、スラリー粒子を吸収するか、または輸送するための固有の能力を全く持たない親水性研磨パッドが開示されている。研磨表面は、１０μｍ以下の寸法を有し、研磨表面を凝固させることにより形成されるミクロ開口部、および２５μｍ以上の寸法を有する表面中に切り込まれるマクロ欠陥（またはマクロ織り目）を含む不規則な表面地形を有すると言われている。多孔質開放気泡型構造を含む焼結研磨パッドは、熱可塑性ポリマー樹脂から調製することができる。例えば、米国特許第６，０６２，９６８号明細書および第６，１２６，５３２号明細書には、焼結性熱可塑性樹脂により製造される開放気泡型微小孔性基材による研磨パッドが開示されている。得られる研磨パッドは、好ましくは、２５〜５０％間の空隙容量および０．７〜０．９ｇ／ｃｍ3の密度を有する。同様に、米国特許第６，０１７，２６５号明細書、第６，１０６，７５４号明細書、および第６，２３１，４３４号明細書には、望ましい最終パッド寸法を有する金型中に６８９．５ｋＰａ（１００ｐｓｉ）を超える高圧で熱可塑性ポリマーを焼結させることにより製造される、均一で連続相互連結した孔構造を有する研磨パッドが開示されている。
溝パターンに加えて、研磨パッドは、研磨パッドの表面に織り目を提供するための他の表面態様を有することができる。例えば、米国特許第５，６０９，５１７号明細書には、すべて異なる硬度を有する支持体層、ノード、および上層を含む複合研磨パッドが開示されている。米国特許第５，９４４，５８３号明細書には、交互圧縮性の環状リングを有する複合研磨パッドが開示されている。米国特許第６，１６８，５０８号明細書には、物理的特性の第１値（例えば、硬度、比重、圧縮率、摩損性、高さなど）を有する第１研磨面、および物理的特性の第２値での第２研磨面を有する研磨パッドが開示されている。米国特許第６，２８７，１８５号明細書には、熱成形法により生成される表面地形を有する研磨パッドが開示されている。研磨パッド表面は圧力または応力下で加熱され、表面態様の形成をもたらす。
微小孔性フォーム構造を有する研磨パッドは、一般的に技術上公知である。例えば、米国特許第４，１３８，２２８号明細書には、微小孔性および親水性である研磨物品が開示されている。米国特許第４，２３９，５６７号明細書には、シリコンウエハーを研磨するための平坦な微小発泡型ポリウレタン研磨パッドが開示されている。米国特許第６，１２０，３５３号明細書には、９％未満の圧縮率および１５０孔／ｃｍ2以上の高い孔密度を有するスエード様フォームポリウレタン研磨パッドを用いる研磨法が開示されている。ＥＰ１１０８５００Ａ１号明細書には、１０００μｍ未満の平均径の独立気泡を有する少なくとも８０のミクロゴムＡタイプ硬度、および０．４〜１．１ｇ／ｍｌ密度の研磨パッドが開示されている。
いくつかの上述の研磨パッドは、一般に、それらの使用目的に適するが、特に化学機械研磨による基板研磨における有効な平坦化を提供する改善された研磨パッドに対する必要性が残ったままである。加えて、改善された研磨効率、研磨パッドにわたると共にその内部の改善されたスラリー流、腐食液に対する改善された耐性、および／または改善された研磨均一性を有する研磨パッドに対する必要性が存在する。最後に、比較的低コストの方法を用いて製造することができると共に、使用前にほとんどまたは全く調整を必要としない研磨パッドに対する必要性が存在する。
本発明は、こうした改善された研磨パッドを提供する。本発明のこれらのおよび他の利点、ならびに追加の本発明の態様は、本明細書において提供される本発明の説明から明白である。
本発明は、化学機械研磨用途における使用に適する表面織り目加工研磨パッドを提供する。本発明の表面織り目加工研磨パッドは、フォーム中の少なくとも７５％の孔が平均孔気泡径から３０μｍ内の孔気泡径を有する、６０マイクロメートル（μｍ）以下の範囲にある平均孔気泡径を有する多孔質フォームを含む。該パッドは、２５μｍ（１ミル）〜１１５０μｍ（４５ミル）範囲内の深さ、０．２５μｍ（０．０１ミル）〜３８０μｍ（１５ミル）範囲内の幅、および１〜１０００のアスペクト比（すなわち、長さ対幅の比）を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有する。該パッドの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有する。好ましくは、フォームは立方センチメートル当り少なくとも１０4気泡の孔気泡密度を有する。
多孔質フォームは、化学機械研磨法における使用に適するあらゆる材料を含むことができる。好ましくは、多孔質フォームは熱可塑性ポリウレタンを含む。好ましい熱可塑性ポリウレタンフォームは、６０ミクロン以下、さらに好ましくは５０μｍ以下の範囲にある平均孔径を有する。好ましい熱可塑性ポリウレタンは、２０以下のメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）、２０，０００ｇ／モル〜６００，０００ｇ／モル範囲にある分子量、および１．１〜６範囲内の多分散性指数を有する。
一つの実施形態において、パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、２５μｍを超え（すなわち、１ミルを超え）、好ましくは６０μｍ（２．４ミル）以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する。別の実施形態において、パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、５〜２５μｍ（０．２ミル〜１ミル）、さらに好ましくは８〜１５μｍ（０．３ミル〜０．６ミル）範囲にある平均表面粗さを有する。
別の好ましい実施形態において、研磨パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、その上に刻まれる溝の織り目加工パターンを有する。好ましくは、溝の織り目加工パターンは、間隙を介した平行な溝の第１パターン、および間隙を介した平行な溝の第１パターンを横切る間隙を介した平行な溝の第２パターンを含むメッシュパターンである。こうした溝のパターンは、パッドを調製するために用いられる押出成形工程の間に表面中に刻むことができる。溝は、好ましくは、３ミル（７５μｍ）〜７ミル（１７５μｍ）範囲にある幅を有する。好ましくは、溝は１ミル（２５μｍ）〜５ミル（１２５μｍ）範囲にある深さを有する。溝の第１および第２パターンの平行溝は、好ましくは、１０ミル（２５０μｍ）〜４０ミル（１０００μｍ）範囲にある距離分相互に間隙を空ける。パッドの織り目加工表面は、必要ならば、その上に刻まれる溝のパターンをなお保存しながら、表面粗さを減じるためにバフ研磨することができる。
好ましくは、パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、ショアＡ７５〜ショアＤ７５、さらに好ましくはショアＡ８５〜ショアＤ５５範囲の硬度を有する。
本発明は、さらに、ポリマー樹脂を超臨界ガスと混合して単相溶液を生成することを含む表面織り目加工研磨パッドを製造するための方法を提供し、この方法は、ガスを高い温度および圧力にさらすことにより超臨界ガスを発生させ、（ａ）ポリマー樹脂をガスと混合して単相溶液を生成し、（ｂ）単相溶液から高分子フォームのシートを押出成形し、（ｃ）押出成形シートを圧縮し、および（ｄ）高分子フォームの圧縮され押出成形されたシートから少なくとも一つの織り目加工表面を有する研磨パッドを形成することを含む。好ましい実施形態において、本方法は、研磨パッドを形成する前に高分子フォームの押出成形シートの少なくとも一つの織り目加工表面上に溝の少なくとも一つの織り目加工パターンを刻み込む追加の段階、および、任意に、その粗さを減少させるためにパッドの織り目加工表面をバフ研磨する追加の段階を含む。
本発明の研磨パッドは、ＣＭＰなどのウエハー研磨法において用いられる場合に、低いウエハー内非均一性（ＷＩＷＮＵ）、高い研磨レート、および低欠陥性を有利に提供する。
化学機械研磨用途における使用に適する表面織り目加工研磨パッドは、フォーム中の少なくとも７５％の孔が平均孔気泡径の３０μｍ内の孔気泡径を有する、６０μｍ以下の範囲にある平均孔気泡径を有する多孔質フォームを含む。好ましくは、フォームは立方センチメートル当り１０4気泡を超える孔気泡密度を有する。パッドは、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有し、該窪みは２５μｍ（１ミル）〜１１５０μｍ（４５ミル）範囲内の深さ、０．２５μｍ（０．０１ミル）〜３８０μｍ（１５ミル）範囲内の幅、および１〜１０００のアスペクト比（すなわち、長さ対幅の比）を有する。パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有する。
一つの実施形態において、パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、２５μｍを超え（すなわち、１ミルを超え）、好ましくは６０μｍ（２．４ミル）以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する。別の実施形態において、パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、５〜２５μｍ（０．２〜１ミル）、さらに好ましくは８〜１５μｍ（０．３〜０．６ミル）範囲にある平均表面粗さを有する。
好ましい実施形態において、研磨パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、その上に刻まれる溝の織り目加工パターンを有する。好ましくは、溝の織り目加工パターンは、間隙を介した平行な溝の第１パターン、および間隙を介した平行な溝の第１パターンを横切る間隙を介した平行な溝の第２パターンを含むメッシュパターンである。こうした溝のパターンは、パッドを調製するために用いられる押出成形工程の間に表面中に刻むことができる。溝は、好ましくは、１ミル（２５μｍ）〜２０ミル（５００μｍ）、例えば３ミル〜７ミル範囲にある幅を有する。好ましくは、溝は１ミル（２５μｍ）〜２０ミル（５００μｍ）、例えば１ミル〜２０ミル範囲にある深さを有する。溝の第１および第２パターンの平行溝は、好ましくは、１０ミル（２５０μｍ）〜４０ミル（１０００μｍ）範囲にある距離分相互に間隙を空ける。パッドの織り目加工表面は、必要ならば、その上に刻まれる溝のパターンをなお保存しながら、表面粗さを減じるためにバフ研磨することができる。
好ましくは、パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、ショアＡ７５〜ショアＤ７５、さらに好ましくはショアＡ８５〜ショアＤ５５範囲の硬度を有する。一つの実施形態において、研磨パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、ショアＡ７５〜ショアＤ９０範囲の硬度を有する。
本発明の表面織り目加工研磨パッドは、６０μｍ以下の平均孔気泡径（すなわち、孔径）を有する多孔質フォームを含む。好ましくは、多孔質フォームは、５０μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以下（例えば、２０μｍ以下）の平均孔径を有する。一般的に、多孔質フォームは少なくとも１μｍ（例えば、３μｍ以上、または５μｍ以上）の平均孔径を有する。好ましくは、多孔質フォームは１μｍ〜２０μｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１５μｍ（例えば、１μｍ〜１０μｍ）の平均孔気泡径を有する。
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質フォームは、孔径（すなわち、気泡径）の高度に均一な分布を有する。一般的に、多孔質フォーム中の孔（すなわち、気泡）の少なくとも７５％（例えば、８０％以上または８５％以上）は、平均孔径の±２０μｍ内の（例えば±１０μｍ、さらに好ましくは±５μｍ以下、最も好ましくは±２μｍでの）孔径分布を有する。換言すれば、好ましくは多孔質フォーム中の孔の少なくとも７５％（例えば、少なくとも８０％または少なくとも８５％）は、平均孔径から２０μｍ内の孔径を有する。好ましくは、多孔質フォーム中の孔（すなわち、気泡）の少なくとも９０％（例えば、少なくとも９３％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％）は、平均から±２０μｍ内の（例えば±１０μｍ、±５μｍ、または±２μｍでの）孔径分布を有する。
一般的に、多孔質フォームは主に独立気泡を含むが、しかし、多孔質フォームは、また、開放気泡をも含むことができる。好ましくは、多孔質フォームは少なくとも５％（例えば、少なくとも１０％）の独立気泡を含む。さらに好ましくは、多孔質フォームは少なくとも２０％（例えば、少なくとも４０％、または少なくとも６０％）の独立気泡を含む。
多孔質フォームは、一般的に、０．５ｇ／ｃｍ3以上（例えば、０．７ｇ／ｃｍ3以上、またはさらに０．９ｇ／ｃｍ3以上）の密度、および２５％以下（例えば、１５％以下、さらに５％以下）の空隙容量を有する。一般的に、多孔質フォームは１０5気泡／ｃｍ3以上（例えば、１０6気泡／ｃｍ3以上）の気泡密度を有する。気泡密度は、両方ともメディア・サイバーネティクス（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ）によるオプティマス（ＯＰＴＩＭＡＳ）（登録商標）画像ソフトウエアおよびイメージプロ（ＩＭＡＧＥＰＲＯ）（登録商標）画像ソフトウエア、またはクレメックス・テクノロジーズ（Ｃｌｅｍｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）によるクレメックス・ビジョン（ＣＬＥＭＥＸ ＶＩＳＩＯＮ）（登録商標）画像ソフトウエアなどの画像分析ソフトウエアプログラムにより、多孔質フォーム材料の断面画像（例えば、ＳＥＭ画像）を分析することにより決定することができる。
多孔質フォームは、あらゆる適する材料、一般的にポリマー樹脂を含むことができる。多孔質フォームは、好ましくは、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ナイロン、エラストマー系ゴム、スチレン系ポリマー、多環芳香族、フルオロポリマー、ポリイミド、架橋ポリウレタン、架橋ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアクリレート、エラストマー系ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアリーレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよびブロックコポリマー、およびそれらの混合物および配合物からなる群から選択されるポリマー樹脂を含む。好ましくは、ポリマー樹脂は熱可塑性ポリウレタンである。
ポリマー樹脂は、一般的に、予備成形ポリマー樹脂であるが、しかし、ポリマー樹脂は、また、それらの多くが技術上公知である（例えば、Ｓｚｙｃｈｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９９，Ｃｈａｐｔｅｒ ３を参照すること）あらゆる適する方法により原位置で形成することができる。例えば、熱可塑性ポリウレタンは、イソシアネート、ジイソシアネート、およびトリイソシアネートプレポリマーなどのウレタンプレポリマーのイソシアネート反応部分を含有するプレポリマーとの反応により原位置で形成することができる。適するイソシアネート反応部分はアミンおよびポリオールを含む。
ポリマー樹脂の選択は、一つには、ポリマー樹脂のレオロジーに応じて決まる。レオロジーはポリマー・メルトの流動挙動である。ニュートン流体に対して、粘度は剪断応力（すなわち、接線応力σ）とずり速度（すなわち、速度勾配ｄγ／ｄｔ）間の比により規定される定数である。しかし、非ニュートン流体に対しては、ずり速度濃厚化（ダイラタンシー）またはずり速度減少（擬似塑性）が起こることが可能である。ずり速度減少の場合に、粘度はずり速度の増大と共に低下する。ポリマー樹脂が融解生成物成形加工（例えば、押出成形、射出成形）工程で用いられることを可能とするのはこの性質である。ずり速度減少の臨界領域を識別するために、ポリマー樹脂のレオロジーは測定されなければならない。レオロジーは、溶融ポリマー樹脂が特定長さの毛細管を通して固定圧力下で強制押し出しされる毛細管技術により測定することができる。各種温度での明らかなずり速度対粘度をプロットすることにより、粘度対温度間の関係は決定することができる。レオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）は、ポリマー樹脂の臨界領域を識別するパラメータである。ＲＰＩは、固定ずり速度に対する基準温度粘度対２０℃に等しい温度変化後の粘度の比である。ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである場合に、ＲＰＩは、好ましくは、ずり速度１５０ｌ／ｓおよび温度２０５℃での測定で２〜１０（例えば、３〜８）である。
別のポリマー粘度測定は、固定時間帯にわたり所定の温度および圧力で毛細管から押し出される溶融ポリマー量（グラムでの）を記録するメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）である。例えば、ポリマー樹脂が、熱可塑性ポリウレタンまたはポリウレタンコポリマー（例えば、ポリカーボネートシリコン系コポリマー、ポリウレタンフッ素系コポリマー、またはポリウレタンシロキサンセグメント化コポリマー）である場合に、ＭＦＩは、好ましくは、温度２１０℃および荷重２１６０ｇで１０分にわたり２０以下（例えば、１５以下）である。ポリマー樹脂が、エラストマー系ポリオレフィンまたはポリオレフィンコポリマー（例えば、エラストマー系または通常のエチレン−プロピレン、エチレン−ヘキセン、およびエチレン−オクテンなどのエチレンαオレフィン、メタロセン系触媒から製造されるエラストマー系エチレンコポリマー、またはポリプロピレン−スチレンコポリマー）である場合に、ＭＦＩは、好ましくは、温度２１０℃および荷重２１６０ｇで１０分にわたり５以下（例えば、４以下）である。ポリマー樹脂がナイロンまたはポリカーボネートである場合に、ＭＦＩは、好ましくは、温度２１０℃および荷重２１６０ｇで１０分にわたり８以下（例えば、５以下）である。
ポリマー樹脂のレオロジーは、ポリマー樹脂の分子量、多分散性指数（ＰＤＩ）、長鎖分岐または架橋の程度、ガラス転移温度（Ｔｇ）、および融解温度（Ｔｍ）に応じて決まることができる。ポリマー樹脂が、熱可塑性ポリウレタンまたはポリウレタンコポリマー（上述のコポリマーなど）である場合に、質量平均分子量（Ｍｗ）は、ＰＤＩ、１．１〜６、好ましくは２〜４で、一般的に２０，０００ｇ／モル〜６００，０００ｇ／モル、好ましくは５０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モル、さらに好ましくは７０，０００ｇ／モル〜１５０，０００ｇ／モルである。一般的に、熱可塑性ポリウレタンは、ガラス転移温度２０℃〜１１０℃および融解転移温度１２０℃〜２５０℃を有する。ポリマー樹脂が、エラストマー系ポリオレフィンまたはポリオレフィンコポリマー（上述のコポリマーなど）である場合に、質量平均分子量（Ｍｗ）は、ＰＤＩ、１．１〜１２、好ましくは２〜１０で、一般的に５０，０００ｇ／モル〜４００，０００ｇ／モル、好ましくは７０，０００ｇ／モル〜３００，０００ｇ／モルである。ポリマー樹脂がナイロンまたはポリカーボネートである場合に、質量平均分子量（Ｍｗ）は、ＰＤＩ、１．１〜５、好ましくは２〜４で、一般的に５０，０００ｇ／モル〜１５０，０００ｇ／モル、好ましくは７０，０００ｇ／モル〜１００，０００ｇ／モルである。
多孔質フォーム用に選択されるポリマー樹脂は、好ましくは、一定の機械的性質を有する。例えば、ポリマー樹脂が熱可塑性ポリウレタンである場合に、曲げ弾性率（ＡＳＴＭ・Ｄ７９０）は、好ましくは、３５０ＭＰａ（〜５０，０００ｐｓｉ）〜１０００ＭＰａ（〜１５０，０００ｐｓｉ）であり、平均圧縮率％は８以下であり、平均跳ね返り率％は３５以上であり、ショアＤ硬度（ＡＳＴＭ・Ｄ２２４０−９５）は４０〜９０（例えば、５０〜８０）である。
好ましい実施形態において、研磨パッドは、多孔質フォームが６０μｍ以下（例えば、４０μｍ以下、または２５μｍ以下）の平均孔径を有すると共に、熱可塑性ポリウレタンがＰＤＩ、１．１〜６（例えば、２〜４）で、２０以下のＭＦＩ、２〜１０（例えば、３〜８）のＲＰＩ、および２０，０００ｇ／モル〜６００，０００ｇ／モルの分子量（ＭＷ）を有する多孔質熱可塑性ポリウレタンフォームを含む。好ましくは、熱可塑性ポリウレタンは３５０ＭＰａ（〜５０，０００ｐｓｉ）〜１０００ＭＰａ（〜１５０，０００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、少なくとも８（例えば、７以下）の平均圧縮率％、少なくとも３５％、さらに好ましくは少なくとも３０％、最も好ましくは少なくとも２０％の平均跳ね返り率％、およびショアＡ７５〜ショアＤ９０範囲、好ましくはショアＡ７５〜ショアＤ５５範囲の硬度を有する。こうした研磨パッドは、本発明の他の実施形態用に本明細書において記載される１以上の物理的特性（例えば、孔径およびポリマー特性）を有することができる。好ましくは、多孔質フォームは熱可塑性ポリウレタンを含む。好ましい熱可塑性ポリウレタンフォームは、６０ミクロン以下、さらに好ましくは５０ミクロン以下の範囲にある平均孔径を有する。
多孔質フォームが熱可塑性ポリウレタンを含む場合に、あらゆる外部生成表面織り目なし、および埋め込み研磨剤粒子なしでの研磨パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、担体下向き圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン回転速度６０ｒｐｍ、および担体回転速度５５〜６０ｒｐｍで、少なくとも６００Å／分の研磨速度により二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる。この実施形態の研磨パッドは、好ましくは、金属酸化物粒子を含有する研磨組成物（すなわち、スラリー）、特に、キャボット・マイクロエレクトロニクス（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により市販されているセミ・スパース（ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ）（登録商標）Ｄ７３００研磨組成物と併せて用いられる。一般的に、研磨パッドは、上述の研磨パラメータを用いて少なくとも８００Å／分、またはさらに少なくとも１０００Å／分の研磨速度により二酸化ケイ素ウエハーを研磨することができる。研磨パッドは、２５％以下の空隙容量を有し、５０μｍ以下（例えば、４０μｍ以下）の平均孔径を有する孔を含む。研磨パッドは、また、二酸化ケイ素ブランケットウエハーが２％〜４％のみの低いウエハー不均一性（ＷＩＷＮＵ）値を有するように、二酸化ケイ素ブランケットウエハーを研磨することができる。こうした研磨パッドは、本発明の他の実施形態用に本明細書において記載される１以上の物理的特性（例えば、孔径およびポリマー特性）を有することができる。
研磨パッドは、また、孔径の多峰性分布を有する多孔質フォームを含むことができる。用語「多峰性」は、少なくとも２以上（例えば、３以上、５以上、またはさらに１０以上）の孔径極大値を含む孔径分布を有することを意味する。一般的に、孔径極大値の数は２０以下（例えば、１５以下）である。孔径極大値は、その面積が全体孔数の５％以上の数を含む孔径分布中のピークとして定義される。好ましくは、孔径分布は二峰性である（すなわち、二つの孔径極大値を有する）。
多峰性孔径分布は、あらゆる適する孔径値で孔径極大値を有することができる。例えば、多峰性孔径分布は、５０μｍ以下（例えば、４０μｍ以下、３０μｍ以下、または２０μｍ以下）の第１孔径極大値、および５０μｍを超える（例えば、７０μｍ以上、９０μｍ以上、またはさらに１２０μｍ以上の）第２孔径極大値を有することができる。多峰性孔径分布は、代わりに、２０μｍ以下（例えば、１０μｍ以下、または５μｍ以下）の第１孔径極大値、および２０μｍを超える（例えば、３５μｍ以上、５０μｍ以上、またはさらに７５μｍ以上の）第２孔径極大値を有することができる。
本明細書において記載される研磨パッドの表面織り目加工多孔質フォームは、任意に、さらに水吸収ポリマーを含む。水吸収ポリマーは、望ましくは、非晶質、結晶性、または架橋されたポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、それらの塩、およびそれらの組合せからなる群から選択される。好ましくは、水吸収ポリマーは、架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリアクリル酸、架橋ポリビニルアルコール、およびそれらの混合物からなる群から選択される。こうした架橋ポリマーは、望ましくは、水吸収性であるが、しかし、通常の有機溶媒中には融解または溶解しない。むしろ、水吸収ポリマーは、水と接触すると膨潤する（例えば、研磨組成物の液体担体）。
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質フォームは、任意に、パッド本体中に組み込まれる粒子を含有することができる。好ましくは、粒子は多孔質フォーム全体にわたって分散される。粒子は研磨剤粒子、ポリマー粒子、複合材粒子（例えば、カプセル化粒子）、有機粒子、無機粒子、清澄剤粒子、およびそれらの混合物であることができる。
研磨剤粒子はあらゆる適する材料製であることができる、例えば、研磨剤粒子は、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、クロミア、酸化鉄、およびそれらの組合せ、または炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイアモンド、ガーネット、またはセラミック研磨材料からなる群から選択される金属酸化物などの金属酸化物を含むことができる。研磨剤粒子は、金属酸化物およびセラミックスの混成物または無機および有機材料の混成物であることができる。物品は、また、それらの多くが、ポリスチレン粒子、ポリメタクリル酸メチル粒子、液晶ポリマー（ＬＣＰ、例えば、チバ・ガイギー（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ）からのベクトラ（ＶＥＣＴＲＡ）（登録商標）ポリマー）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ’ｓ）、粒子状熱可塑性ポリマー（例えば、粒子状熱可塑性ポリウレタン）、粒子状架橋ポリマー（例えば、粒子状架橋ポリウレタンまたはポリエポキシド）、またはそれらの組合せなどの米国特許第５，３１４，５１２号明細書に記載されているポリマー粒子であることができる。多孔質フォームがポリマー樹脂を含む場合、次に、ポリマー粒子は、望ましくは、多孔質フォームのポリマー樹脂の融点よりも高い融点を有する。複合材粒子は、核および外側皮膜を含有するあらゆる適する粒子であることができる。例えば、複合材粒子は、固体核（例えば、金属酸化物、金属、セラミック、またはポリマー）および高分子殻（例えば、ポリウレタン、ナイロン、またはポリエチレン）を含有することができる。清澄剤粒子は、フィロシリケート、（例えば、フッ素化マイカなどのマイカ、およびタルク、カオリナイト、モンモリロナイト、ヘクトライトなどのクレー）、ガラス繊維、ガラスビーズ、ダイアモンド粒子、および炭素繊維などであることができる。
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質フォームは、任意に、パッド本体中に組み込まれる可溶性粒子を含有する。好ましくは、可溶性粒子は、多孔質フォーム全体にわたって分散される。こうした可溶性粒子は、化学機械研磨の間に、研磨組成物の液体担体中に部分的にまたは完全に溶解する。一般的に、可溶性粒子は水溶性粒子である。例えば、可溶性粒子は、デキストリン、シクロデキストリン、マンニトール、ラクトース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、でんぷん、タンパク質、非晶質非架橋ポリビニルアルコール、非晶質非架橋ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレン・オキシド、水溶性感光性樹脂、スルホン化ポリイソプレン、およびスルホン化ポリイソプレンコポリマーからなる群から選択される材料の粒子などのあらゆる適する水溶性粒子であることができる。可溶性粒子は、また、酢酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、リン酸カリウム、硝酸マグネシウム、炭酸カルシウム、および安息香酸ナトリウムからなる群から選択される材料の無機水溶性粒子であることができる。可溶性粒子が溶解する場合に、研磨パッドは可溶性粒子の径に対応する通気孔を残すことができる。
粒子は、好ましくは、発泡研磨基材中に形成される前にポリマー樹脂と混合される。研磨パッド中に組み込まれる粒子は、あらゆる適する寸法（例えば、径、長さ、または幅）または形状（例えば、球状、矩形）からなることができると共に、あらゆる適する量で研磨パッド中に組み込むことができる。例えば、粒子は、１ｎｍ以上および／または２ｍｍ以下（例えば、０．５μｍ〜２ｍｍ径）の粒子寸法（例えば、径、長さ、または幅）を有することができる。好ましくは、粒子は、１０ｎｍ以上および／または５００μｍ以下（例えば、１００ｎｍ〜１０μｍ径）の寸法を有する。粒子は、また、多孔質フォームのポリマー樹脂に共有結合することができる。
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質フォームは、任意に、パッド本体中に組み込まれる固体触媒を含有する。好ましくは、固体触媒は多孔質フォーム全体にわたり分散される。触媒は金属、非金属、またはそれらの組合せであることができる。好ましくは、触媒は、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、およびＶを含む金属化合物に限定されないがそれらなどの多酸化状態を有する金属化合物から選択される。
本明細書において記載される研磨パッドの多孔質フォームは、任意に、キレート剤および／または酸化剤を含有する。好ましくは、キレート剤および酸化剤は多孔質フォーム全体にわたり分散される。キレート剤はあらゆる適するキレート剤であることができる。例えば、キレート剤は、カルボン酸、ジカルボン酸、ホスホン酸、高分子キレート剤、およびそれらの塩などであることができる。酸化剤は、鉄塩、アルミニウム塩、過酸化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、および過硫酸塩などを含む酸化塩または酸化金属錯体であることができる。
本明細書において記載される研磨パッドは、任意に、さらに、研磨パッドの表面にわたる研磨組成物の横の輸送を容易にする溝、チャンネル、および／または穿孔を含む研磨表面を有する。こうした溝、チャンネル、または穿孔は、あらゆる適するパターンにあることができると共に、あらゆる適する深さおよび幅を有することができる。研磨パッドは、２以上の異なる溝パターン、例えば、米国特許第５，４８９，２３３号明細書に記載されているように大きな溝および小さな溝の組合せを有することができる。溝は、斜め溝、同心円溝、螺旋形または円形溝、ＸＹ斜行平行線模様の形態にあることができると共に、接続性において連続または非連続であることができる。好ましくは、研磨パッドは、標準パッド調整法により製造される少なくとも小さな溝を含む。
本明細書において記載される研磨パッドは、任意に、さらに、異なる密度、気孔率、硬度、弾性係数、および／または圧縮率の領域を含む研磨表面を有する。異なる領域はあらゆる適する形状または寸法を有することができる。一般的に、対照的な密度、気孔率、硬度、および／または圧縮率の領域は、原位置外の方法により（すなわち、研磨パッドが形成された後に）研磨パッド上に形成される。
本明細書において記載される研磨パッドは、任意に、さらに、１以上の開口部、透明領域、または半透明領域（例えば、米国特許第５，８９３，７９６号明細書に記載されているウインドウ）を含む。こうした開口部または半透明領域の包含は、研磨パッドが原位置ＣＭＰ法監視技術と併せて用いることができる場合に望ましい。開口部はあらゆる適する形状を有することができるし、研磨表面上の過剰研磨組成物を最小化または排除するための水抜きチャンネルと組み合わせて用いることが可能である。半透明領域またはウインドウは、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適するウインドウであることができる。例えば、半透明領域は研磨パッドの開口部中に挿入されるガラスまたはポリマー系プラグを含むことができるか、または研磨パッドの残部中に用いられる同じ高分子材料を含むことが可能である。
本発明の研磨パッドは、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適する技術を用いて製造することができる。例えば、研磨パッドは、「ミューセル」法、位相反転法、スピノーダル／ビノーダル分解法、加圧ガス注入法により製造することができる。好ましくは、研磨パッドは、ミューセル法または加圧ガス注入法、などを用いて製造される。
ミューセル法は、（ａ）ポリマー樹脂を超臨界ガスと混合して単相溶液を生成し、および（ｂ）単相溶液から本発明の研磨パッド基材を形成することを含む。ポリマー樹脂は、上述のポリマー樹脂のあらゆるものであることができる。超臨界ガスは、ガスが流体様に挙動する超臨界状態（すなわち、超臨界流体、ＳＣＦ）を作り出すために十分な高い温度および圧力にガスをさらすことにより発生する。ガスは、炭化水素、クロロフルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン（例えば、フレオン）、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、またはそれらの組合せであることができる。好ましくは、ガスは非可燃性ガス、例えばＣ−Ｈ結合を含有しないガスである。さらに好ましくは、ガスは窒素、二酸化炭素、またはそれらの組合せである。最も好ましくは、ガスは二酸化炭素を含むか、または二酸化炭素である。ガスはポリマー樹脂との混合前または後に超臨界ガスに変換することができる。好ましくは、ガスはポリマー樹脂との混合前に超臨界ガスに変換される。一般的に、ガスは、１００℃〜３００℃の温度および５ＭＰａ（〜８００ｐｓｉ）〜４０ＭＰａ（〜６０００ｐｓｉ）の圧力にさらされる。ガスが二酸化炭素である場合に、温度は１５０℃〜２５０℃であり、圧力は７ＭＰａ（〜１０００ｐｓｉ）〜３５ＭＰａ（〜５０００ｐｓｉ）（例えば、１９ＭＰａ（〜２８００ｐｓｉ）〜２６ＭＰａ（〜３８００ｐｓｉ））である。
ポリマー樹脂および超臨界ガスの単相溶液は、あらゆる適するやり方で調製することができる。例えば、超臨界ガスは、マシンバレル中で溶融ポリマー樹脂と混合して単相溶液を形成することができる。次に、単相溶液は、ガスが膨張して溶融ポリマー樹脂内に高均一性の孔径を有する孔構造を形成する金型中に注入することができる。単相溶液中の超臨界ガスの濃度は、一般的に、単相溶液の全体積の０．０１％〜５％（例えば、０．１％〜３％）である。超臨界流体の濃度は、多孔質フォームおよび孔径の密度を決定する。超臨界ガスの濃度が増大するにつれて、得られる多孔質フォームの密度は増大し、平均孔径は減少する。超臨界ガスの濃度は、また、得られる多孔質フォーム中の開放気泡対独立気泡の比に影響を与えることができる。これらのおよび追加のプロセス態様は、米国特許第６，２８４，８１０号明細書にさらに詳しく記載されている。
研磨パッドは、溶液の１０5以上の核生成部位／ｃｍ3を作り出すために十分な単相溶液における熱力学的不安定性を作り出すことにより形成される。熱力学的不安定性は、例えば、温度の急激な変化、圧力の急激な降下、またはそれらの組合せから生じることができる。一般的に、熱力学的不安定性は、単相溶液を含有する金型またはダイの出口で誘起される。核生成部位は、超臨界ガスの溶解分子が、そこで、多孔質フォーム中の気泡がそれらから成長するクラスターを形成する部位である。核生成部位の数は、核生成部位の数がポリマーフォーム中に形成される気泡の数にほぼ等しくあることを想定することにより決定される。研磨パッドはあらゆる適する技術により単相溶液から形成することができる。例えば、研磨パッドは、ポリマーシートへの押出成形、多層シートの共押出成形、射出成形、圧縮成形、ブロー成形、ブロン・フィルム、多層ブロン・フィルム、キャスト・フィルム、熱成形、および積層からなる群から選択される技術を用いて形成することができる。好ましくは、研磨パッドは、ポリマーシートへの押出成形または射出成形により形成される。
位相反転法は、高度に攪拌された非溶媒中ポリマーの融解温度（Ｔｍ）またはガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱されたポリマー樹脂の極めて微細な粒子の分散液を含む。ポリマー樹脂は、上述のポリマー樹脂のあらゆるものであることができる。非溶媒に添加される微細ポリマー樹脂粒子の数が増大するにつれて、微細ポリマー樹脂粒子はつながれて初期は巻きひげを、最後には３次元高分子網目を形成する。非溶媒混合物は、次に、冷却され、非溶媒が３次元高分子網目内で個別液滴を形成することを引き起こす。得られる材料はサブミクロン孔径を有するポリマーフォームである。
スピノーダルまたはビノーダル分解法は、混合物を単相領域から２相領域に動かすために、ポリマー・ポリマー混合物、またはポリマー・溶媒混合物の温度および／または体積分率を制御することを含む。２相領域内で、ポリマー混合物のスピノーダル分解またはビノーダル分解のいずれかが起こることができる。分解は、それによりポリマー混合物が非平衡相から平衡相に変わる工程を指す。スピノーダル領域において、混合曲線のフリーエネルギーは、ポリマーの相分離（すなわち、２相材料の形成）、またはポリマーおよび溶媒の相分離が、体積分率の小さな変動に対応して自発的に起こるように負である。ビノーダル領域において、ポリマー混合物は、体積分率の小さな変動に対して安定であり、従って、相分離材料を達成するために核生成および成長を必要とする。２相領域（すなわち、ビノーダルまたはスピノーダル領域）内の温度および体積分率でのポリマー混合物の沈殿は、２相を有するポリマー材料の形成をもたらす。ポリマー混合物が溶媒またはガスにより積まれる場合、２相性ポリマー材料は相分離の界面でサブミクロン孔を含有する。ポリマーは、好ましくは、上述のポリマー樹脂を含む。
加圧ガス注入法は、超臨界流体ガスを、非晶質ポリマー樹脂を含む固体ポリマーシート中に押し込むための高い温度および圧力の使用を含む。ポリマー樹脂は上述のポリマー樹脂のあらゆるものであることができる。固体押出成形シートは、室温で圧力容器中に置かれる。超臨界ガス（例えば、Ｎ2またはＣＯ2）は容器に添加され、容器は、適切な量のガスをポリマーシートの空隙中に押し入れるために十分なレベルまで加圧される。ポリマー中に溶解したガス量は、ヘンリーの法則により適用圧力に正比例する。ポリマーシートの温度を上げることは、ポリマー中へのガス拡散速度を増大させるが、しかし、また、ポリマーシート中に溶解することができるガス量を低下させる。一旦ガスがポリマーを十分に飽和させてしまうと、シートは加圧容器から除去される。望ましい場合、ポリマーシートは、気泡核生成および成長を促進するために必要ならば軟化または溶融状態に素早く加熱することができる。米国特許第５，１８２，３０７号明細書および第５，６８４，０５５号明細書には、加圧ガス注入法のこれらおよび追加の態様が記載されている。
好ましくは、本発明の表面織り目加工研磨パッドは、ミューセル法またはガス注入法、最も好ましくはミューセル法により調製される。
方法態様において、本発明は表面織り目加工研磨パッドを製造するための方法を提供する。本方法は、（ａ）ポリマー樹脂をガス、好ましくは高い温度および圧力にガスをさらすことにより発生する超臨界ガスと混合することにより単相溶液を生成し、（ｂ）フォームシートを単相溶液から押出成形し、フォームの固化前に押出成形シートを圧縮してシートの少なくとも一つの表面上にパターンを刻むことを含む。好ましくは、押出成形フォームシートは、それらの少なくとも一つが織り目加工表面を有する少なくとも二つのニップ・ローラー間で圧縮される。好ましくは、表面織り目加工ニップ・ローラーは、ローラー表面上にエンボス加工されるメッシュパターン中の交差バーなどのバーのパターンを有する。ローラー上のエンボス加工された織り目は、好ましくは、離れるようにサイズ化されたバー、および折り目加工ローラーに接触したフォームシートの表面中のパターンの痕跡を含む。
本発明の研磨パッドは、特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と併せた使用に適する。一般的に、装置は、使用中動いており、環状、線形、または円形の動きから生じる速度を有するプラテン、プラテンと接触し、動作中のプラテンと共に動く本発明の研磨パッド、および研磨しようとする基板に接触するように意図される研磨パッドの表面に対して接触し動くことにより研磨しようとする基板を保持する担体を含む。基板の研磨は、基板を研磨パッドと接触して置き、次に、研磨パッドを、一般的に基板を研磨するために基板の少なくとも一部を研磨するようにそれらの間の研磨組成物と共に基板に対して動かすことにより行われる。ＣＭＰ装置は、それらの多くが技術上公知であるあらゆる適するＣＭＰ装置であることができる。本発明の研磨パッドは、また、線形研磨工具と共に用いることができる。
本明細書において記載される研磨パッドは、単独で用いることができるか、または、任意に多層重ね研磨パッドの一つの層として用いることができる。例えば、研磨パッドはサブパッドと組み合わせて用いることができる。サブパッドはあらゆる適するサブパッドであることができる。適するサブパッドには、ポリウレタンフォームサブパッド、含浸フェルトサブパッド、微小孔性ポリウレタンサブパッド、または焼結ウレタンサブパッドが挙げられる。サブパッドは、一般的に本発明の研磨パッドよりも柔らかく、従って、より圧縮性であり、本発明の研磨パッドよりも低いショア硬度値を有する。例えば、サブパッドは３５〜５０のショアＡ硬度を有することができる。一部の実施形態において、サブパッドはより硬く、圧縮性がより低く、研磨パッドよりも高いショア硬度を有する。サブパッドは、任意に、溝、チャンネル、中空断面、ウインドウ、および開口部などを含む。本発明の研磨パッドがサブパッドと組み合わせて用いられる場合に、一般的に、研磨パッドおよびサブパッドと同延でそれらの間にあるポリエチレンテレフタレートフィルムなどの中間裏当て層がある。あるいは、本発明の多孔質フォームは、また、従来型の研磨パッドと併せてサブパッドとして用いることができる。
本明細書において記載される研磨パッドは、多くのタイプの基板および基板材料を研磨することにおける使用に適する。例えば、研磨パッドは記憶装置デバイス、半導体基板、およびガラス基板を含む多様な基板を研磨するために用いることができる。研磨パッドにより研磨するための適する基板には、メモリ・ディスク、リジッド・ディスク、磁気ヘッド、ＭＥＭＳデバイス、半導体ウエハー、電界放出ディスプレイ、および他のマイクロ電子基板、特に絶縁層（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または低誘電体）および／または金属含有層（例えば、銅、タンタル、タングステン、アルミニウム、ニッケル、チタン、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウムまたは他の貴金属）を含む基板が挙げられる。
以下の実施例は、さらに、本発明の種々の態様を説明するが、しかし、勿論、どの面からもその範囲を限定するものと見なされるべきではない。
実施例１
この実施例は、均一な孔径を有する微小孔性フォームロッドを製造するための方法を説明する。
この実施例は、均一な孔径を有する微小孔性フォームロッドを製造するための方法を説明する。
熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）フォームロッド（１Ａおよび１Ｂ）を、押出成形法により製造した。各ＴＰＵフォームロッドを、ＰＤＩ２．２〜３．３での質量平均分子量９０，０００ｇ／モル〜１１０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵを用いて調製した。各ケースにおいて、ＴＰＵを、高い温度および圧力で押出成形機（ラベックス（Ｌａｂｅｘ）ＩＩプライマリ、６．３５ｃｍ（２．５インチ）径、３２／１Ｌ／Ｄ単軸押出成形機）中に置いて、ポリマー融解生成物を形成した。二酸化炭素ガスを、高い温度および圧力下でポリマー融解生成物中に注入し（Ｐ７トリムおよび４個の標準注射器を備えたトレキセル（Ｔｒｅｘｅｌ）ＴＲ３０−５０００Ｇ送達システムを用いて）、ポリマー融解生成物と混合されて単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらした。ＣＯ2／ポリマー溶液を集束ダイ（０．１５ｃｍ（０．０６０インチ）径、１２．１°角）を通して押出成形して、多孔質フォームロッドを形成した。ＣＯ2の濃度は、ロッド１Ａおよび１Ｂに対して、それぞれ１．５１％および１．２６％であった。
押出成形機の各領域用の温度、ゲート、ダイおよび融解温度、ダイ圧力、スクリュー速度、およびＣＯ2濃度を表１にまとめる。ロッド試料１Ｂに対する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図１に示す。
この実施例は、均一な気泡径を有する微小孔性フォーム材料が、超臨界流体微細気泡技術を用いて製造することができることを説明する。
実施例２
この実施例は、本発明の研磨パッドを調製するための方法を説明する。
この実施例は、本発明の研磨パッドを調製するための方法を説明する。
一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）フォームシート（２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄ）を、押出成形法により製造した。各ＴＰＵシートを、ＰＤＩ２．２〜３．３での質量平均分子量９０，０００ｇ／モル〜１１０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵを用いて調製した。各ケースにおいて、ＴＰＵを、高い温度および圧力で押出成形機（ラベックスＩＩプライマリ、６．３５ｃｍ（２．５インチ）径、３２／１Ｌ／Ｄ単軸）中に置いて、ポリマー融解生成物を形成した。二酸化炭素ガスを高い温度および圧力下でポリマー融解生成物中に注入し、ポリマー融解生成物と混合されて単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらす。ＣＯ2／ポリマー溶液をフラットダイ（３０．５ｃｍ（１２インチ）幅、０．００５〜０．００３６ｃｍ（０．００２〜０．００１４インチ）フレックスギャップ、６°収束角）を通して押出成形して、多孔質フォームシートを形成した。ＣＯ2の濃度はシート２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄに対して、それぞれ０．５０％、０．８０％、１．７０％、および１．９５％であった。
押出成形機の各領域用の温度、ゲート、ダイおよび融解温度、ダイ圧力、スクリュー速度、ＣＯ2濃度、およびシート寸法を表２にまとめる。
良好な均一性の気泡径（±２５μｍ）を有する多孔質ＴＰＵフォームシートを、表２に示す各一連の押出成形パラメータを用いて製造した。試料２Ａおよび２Ｂは大きな平均気泡径（＞１００μｍ）を有した。シート２Ｃおよび２Ｄは小さな平均気泡径（＜１００μｍ）を有した。
この実施例は、小さな気泡径を有する多孔質フォームシートが超臨界流体法により製造することができることを実証する。
実施例３
この実施例は、本発明の研磨パッドを調製するための方法を説明する。
この実施例は、本発明の研磨パッドを調製するための方法を説明する。
一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）フォームシート（３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄ）を、押出成形法により製造した。各ＴＰＵシートを、ＰＤＩ２．２〜３．３での質量平均分子量９０，０００ｇ／モル〜１１０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵを用いて調製した。各ケースにおいて、ＴＰＵを、高い温度および圧力で押出成形機（ラベックスＩＩプライマリ、６．３５ｃｍ（２．５インチ）径、３２／１Ｌ／Ｄ単軸）中に置いて、ポリマー融解生成物を形成した。二酸化炭素ガスを高い温度および圧力下でポリマー融解生成物中に注入し、ポリマー融解生成物と混合されて単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらす。ＣＯ2／ポリマー溶液をフラットダイ（３０．５ｃｍ（１２インチ）幅、０．００５〜０．００３６ｃｍ（０．００２〜０．００１４インチ）フレックスギャップ、６°収束角）を通して押出成形して、多孔質フォームシートを形成した。ＣＯ2の濃度はシート３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、および３Ｄに対して、それぞれ１．３８％、１．５０％、１．６６％、および２．０５％であった。
押出成形機の各領域用の温度、ゲート、ダイおよび融解温度、ダイ圧力、スクリュー速度、およびＣＯ2濃度を表３にまとめる。多孔質ＴＰＵフォームシート中に生成される平均気泡径は、ＣＯ2ガス濃度に応じて決まる。単相溶液中のＣＯ2濃度対得られるシートの密度のプロットを図２に示す。
良好な均一性の気泡径を有する多孔質ＴＰＵフォームシートを、表３に示す各一連の押出成形パラメータを用いて製造した。試料３Ｄの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を、図３（断面）および４（上面）に示す。試料３Ｄの物理的特性を測定し、それらのデータを表４にまとめる。
研磨パッド密度をＡＳＴＭ・Ｄ７９５試験法に従って測定した。研磨パッドのショアＡ硬度をＡＳＴＭ２２４０試験法に従って測定した。研磨パッドのピーク応力をＡＳＴＭ・Ｄ６３８試験法に従って測定した。圧縮率％を、エームスメーターを用いて圧力０．０３１ＭＰａ（４．５ｐｓｉ）で測定した。エームス試験器のプローブを初期ゼロ化し（試料なしで）、次に、試料厚さを測定した（Ｄ１）。５ポンド質量（０．０３１ＭＰａ）をプローブ上に置き、試料厚さを１分後に測定した（Ｄ２）。圧縮率は、厚さの変化（Ｄ１−Ｄ２）対初期試料厚さ（Ｄ１）の比である。圧縮率％を、また、インストロン技術を用いて０．５ＭＰａ（７２ｐｓｉ）圧力で測定した。跳ね返り率％を、ショア・レジリオメータ（Ｓｈｏｒｅ Ｒｅｓｉｌｉｏｍｅｔｅｒ）（ショア・インスツルメント＆ＭＦＧ（Ｓｈｏｒｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＆ ＭＦＧ））を用いて測定した。跳ね返り率％を、それが０．０３１ＭＰａ（４．５ｐｓｉ）で予備成形された試料を跳ね返る際の金属小塊の行程高さを測定した。跳ね返り率％を５測定値にわたる平均値として報告する。曲げ弾性率をＡＳＴＭ・Ｄ７９０試験法に従って測定した。空気透過度をジェニュイン・ガーレー（Ｇｅｎｕｉｎｅ Ｇｕｒｌｅｙ）４３４０自動デンソメータを用いて測定した。
Ｔｇを動的機械分析器（ＤＭＡ）または熱機械分析（ＴＭＡ）のいずれかにより測定した。ＤＭＡに対して、ＴＡ２９８０モデル機器を−２５℃〜１３０℃の操作温度、３Ｈｚ周波数、および２．５℃／分の加熱速度で用いた。Ｔｇを貯蔵弾性率対温度プロットの中間点から計算した。ＴＭＡに対して、ＡＳＴＭ・Ｅ８３１試験法に従って試験を行った。Ｔｍを示差走査熱量計（ＤＳＣ）により測定した。ＴＡ２９２０モデル機器を−５０℃〜２３０℃の操作温度および１０℃／分の加熱速度で用いた。Ｔｍ値を発熱波のピーク融点から計算した。貯蔵弾性率を２５℃でＤＭＡにより測定した。テーバー磨耗値は、１０００サイクルの研磨において除去される多孔質フォームシートの量である。多孔質フォームシートの平均孔径および孔密度を、倍率５０Ｘおよび１００ＸでのＳＥＭ顕微鏡写真を用いて測定した。
平均孔径および孔径分布を、所定の単位領域中の独立気泡孔を計算し、次に、画像化ソフトウエア、クレメックス・テクノロジーズ（Ｃｌｅｍｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）から市販されているクレメックス・ビジョン（ＣＬＥＭＥＸ ＶＩＳＩＯＮ）（登録商標）ソフトウエアを用いて孔径を平均化することにより測定した。孔に対する径（サイズ）および百分率については、試料中の孔の非球状特性を反映する幅および長さの両方に関して報告する。孔密度を以下の式により決定した：
気泡数／ｃｍ3＝（（ρ固体／ρパッド材料）−１）＊（６／πｄ3）
式中、ρ固体は１．２ｇ／ｃｍ3に等しい固体熱可塑性ポリウレタンパッド（ＳＣＦガスなしでの）の密度であり、ρパッド材料は微細気泡熱可塑性ポリウレタンパッド（ＳＣＦガスによる）の密度であり、ｄは気泡径（球状と想定して、ｃｍ単位での）である。
気泡数／ｃｍ3＝（（ρ固体／ρパッド材料）−１）＊（６／πｄ3）
式中、ρ固体は１．２ｇ／ｃｍ3に等しい固体熱可塑性ポリウレタンパッド（ＳＣＦガスなしでの）の密度であり、ρパッド材料は微細気泡熱可塑性ポリウレタンパッド（ＳＣＦガスによる）の密度であり、ｄは気泡径（球状と想定して、ｃｍ単位での）である。
試料３Ｄの多孔質フォームの平均孔径および孔径分布を、また、５時間にわたり酸化ケイ素ブロックにより試料を調整した後に測定した。平均値（それぞれ７．７±９．３ｘ１３．２±１５．５（ｗｘｌ）および９８％／９１％（ｗ／ｌ））の±２０ｍｍ内の寸法を有する孔の平均孔径および百分率に対する値は、実質的に調整および磨耗の前に得られる値と同じであった。これらの結果は、孔径および孔径分布が多孔質フォームシートの断面積を通して一定であったことを示す。
この実施例は、均一な孔径を有する微小孔性研磨パッドが本発明の方法を用いて調製することができることを実証する。
実施例４
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが良好な研磨特性を有することを説明する。
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが良好な研磨特性を有することを説明する。
密度０．９８９ｇ／ｍｌおよび厚さ０．１０７ｃｍ（０．０４２３インチ）を有する、試料３Ｄに対して実施例３に記載される方法により製造される微小孔性フォームポリウレタン研磨パッドを、化学機械研磨ブランケット二酸化ケイ素ウエハーに対して用いた。研磨パッドを、いかなる調整（すなわち、ミクロ溝またはミクロ構造の形成）、バフ研磨、または外部のマクロ溝（すなわち、マクロ織り目）もなしで用いた。研磨レートおよびウエハー内非均一性を、研磨された二酸化ケイ素ウエハー数の関数として研磨パッド用に測定した。研磨レートを一列の４個のウエハーに対して測定し、次いで、それらに対する研磨レートが記録されない４個の「ダミー」二酸化ケイ素ウエハーを研磨した。研磨レート対研磨された二酸化ケイ素ウエハー数のプロットを図５に示す。研磨パラメータは、担体下向き圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン速度６０ｒｐｍ、担体速度５５〜６０ｒｐｍであった。
図５に表されるデータは、均一な気泡径分布を有する微小孔性フォームを含む研磨パッドが、さらにいかなる調整、バフ研磨、または溝マクロ織り目もなしで二酸化ケイ素ブランケットウエハーの実質的な研磨レートを生みだすことを示す。さらに、研磨パッドは極めて低いウエハー内非均一性を生みだす。
実施例５
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが良好な研磨特性を有することを説明する。
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが良好な研磨特性を有することを説明する。
同じ研磨組成物（すなわち、キャボット・マイクロエレクトロニクス（Ｃａｂｏｔ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）により市販されているセミ・スパース（ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ）（登録商標）Ｄ７３００研磨組成物）の存在下で二酸化ケイ素ブランケットウエハーを研磨するために、各種研磨パッドを用いた。研磨パッド５Ａ（対照）は、ミクロ溝およびマクロ溝を有する固体の非多孔質ポリウレタン研磨パッドであった。研磨パッド５Ｂ（本発明）は、バフ研磨され、調整され（ミクロ溝を形成するために）、溝付け（マクロ溝）された、試料３Ｄに対して実施例３に記載される方法により製造される２０±１０μｍ以下の均一な孔径を有すると共に、密度０．９８９ｇ／ｍｌおよび厚さ０．１０７ｃｍ（０．０４２３インチ）を有する微小孔性フォームポリウレタン研磨パッドであった。研磨レートおよび非均一性を、研磨された二酸化ケイ素ウエハー数の関数として各研磨パッド用に測定した。研磨レート対研磨パッド５Ａおよび５Ｂそれぞれに対して研磨された二酸化ケイ素ウエハー数のプロットを図６に示す。研磨パラメータは、担体下向き圧力０．０２８ＭＰａ（４ｐｓｉ）、スラリー流量１００ｍｌ／分、プラテン速度６０ｒｐｍ、担体速度５５〜６０ｒｐｍであった。固体研磨パッド、および本発明の微小孔性フォーム研磨パッドの上部溝付き表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像をそれぞれ図７ａおよび図７ｂ〜７ｃに示す。
図６のプロットは、均一な気泡径分布を有する微小孔性フォーム研磨パッドが、固体非多孔質研磨パッドに較べて二酸化ケイ素ブランケットウエハーに対する優れた研磨レートを有することを示す。さらに、本発明の微小孔性研磨パッドは、２０個以上のウエハーを研磨する過程にわたって、極めて一貫した研磨レートおよび低い非均一性を有し、研磨パッドが経時的に光沢化しないことを示した。図７ａ〜ｃにおけるＳＥＭ画像は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッド（図７ｂおよび７ｃ）が、従来型の研磨パッド（図７ａ）で見られるものよりも研磨の間に光沢化する傾向がより少ないことを示す。
実施例６
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが透過性であり、研磨の間に研磨組成物を輸送することができることを説明する。
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが透過性であり、研磨の間に研磨組成物を輸送することができることを説明する。
固体ポリウレタン研磨パッド（パッド６Ａ、比較）、微小孔性フォームポリウレタン研磨パッド（パッド６Ｂ、本発明）、および従来型の独立気泡ポリウレタン研磨パッド（パッド６Ｃ、比較）を、ｐＨ１１での水性ヒュームド・シリカ研磨剤を用いる化学機械研磨実験に用いた。２０個の二酸化ケイ素ウエハー研磨後、各研磨パッドをＳＥＭ・Ｘ線マッピング技術、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分光法により観察して、シリカ系研磨組成物の浸透程度を測定した。ＥＤＸ画像を、パッド６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに対して、それぞれ図８ａ、８ｂ、および８ｃに示す。
シリカ研磨剤の浸透程度は、図８ａに示すように、固体研磨パッド（パッド６Ａ）に対してパッド厚さの僅か１０または１５％であった。微小孔性フォーム研磨パッド（パッド６Ｂ）に対して、シリカ研磨剤はパッド厚さの少なくとも４０％までに浸透した。従来型の独立気泡研磨パッド（パッド６Ｃ）に対して、シリカ研磨剤はパッド厚さの僅か２０％〜２５％までしか浸透しなかった。
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドは、研磨組成物研磨剤粒子をうまく研磨パッド本体中に輸送することができるが、一方で、従来型の固体で独立気泡の研磨パッドは研磨組成物を研磨パッド本体中に輸送しないことを実証する。
実施例７
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが、従来型の独立気泡微小孔性研磨パッドに較べて優れた研磨レートを有することを示す。
この実施例は、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドが、従来型の独立気泡微小孔性研磨パッドに較べて優れた研磨レートを有することを示す。
類似のパターン化二酸化ケイ素ウエハーを、各種研磨パッド（研磨パッド７Ａ、７Ｂ、および７Ｃ）を用いてｐＨ１１での水性ヒュームド・シリカ研磨剤により研磨した。研磨パッド７Ａ（比較）は、固体の非多孔質ポリウレタン研磨パッドであった。研磨パッド７Ｂ（本発明）は、本発明の微小孔性フォームポリウレタン研磨パッドであった。研磨パッド７Ｃ（比較）は、従来型の微小孔性独立気泡ポリウレタン研磨パッドであった。各研磨パッドをバフ研磨し、調整し、溝付けした。８０００Åの段高さを有する４０％密度領域、および８０００Åの段高さを有する７０％密度領域に対する平坦化レートを各研磨パッドにより研磨し、形態の残留段高さを３０、６０、９０、１２０、および１５０秒後に測定した。４０％密度形態および７０％密度形態に対する結果を、それぞれ、図９および１０にプロットする。
図９および１０に表される結果は、４０％密度領域に対して、すべての研磨パッド（研磨パッド７Ａ〜７Ｃ）が６０秒後に１０００Å未満の残留段高さを有することを示す。しかし、７０％密度領域に対しては、研磨パッド７Ａおよび７Ｂのみが９０秒後に１０００Å未満の残留段高さを有する。従って、本発明の微小孔性フォーム研磨パッドは、従来型の微小孔性フォーム独立気泡研磨パッドに較べて優れた研磨レートを有する。
実施例８
この実施例は加圧ガス注入法を用いて本発明の研磨パッドを調製するための方法を説明する。
この実施例は加圧ガス注入法を用いて本発明の研磨パッドを調製するための方法を説明する。
固体押出成形ＴＰＵシートの二つの試料を、室温で３０時間にわたり５ＭＰａＣＯ2ガスによる加圧容器中に置いた。固体ＴＰＵシートはそれぞれ５質量％のＣＯ2を吸収した。次に、ＴＰＵ試料（試料８Ａおよび８Ｂ）を飽和圧力５ＭＰａでそれぞれ５０℃および９７．６℃に加熱して、それぞれ０．１μｍおよび４μｍ（合計９９気泡、最小２μｍ、最大８μｍ、標準偏差１．５）の平均気泡径を有するシートを作り出した。画像分析ソフトウエアを用いて平均気泡径を測定した。未処理固体ＴＰＵシートのＳＥＭ画像を図１１に示す。フォーム化ＴＰＵシート（試料８Ａおよび８Ｂ、本発明）のＳＥＭ画像を図１２〜１５に示す。図１２および１３は、それぞれ、倍率７５００Ｘおよび２００００Ｘでのものである。図１４および１５は、それぞれ、倍率３５０Ｘおよび１０００Ｘでのものである。
この実施例は、加圧ガス注入法が、２０μｍ未満の平均孔径および高度に均一な孔径分布を有する多孔質フォーム研磨パッド材料を製造するために用いることができることを実証する。
実施例９
この実施例は、フォーム中の少なくとも７５％の孔が平均孔気泡径の２０μｍ以内の孔気泡径を有する、６０μｍ以下の範囲にある平均孔気密径を有する本発明の研磨パッドの調製を説明する；該パッドは２５μｍ〜１１５０μｍ範囲の深さ、０．２５μｍ〜３８０μｍ範囲の幅、および１〜１０００の長さ対幅アスペクト比を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有し；該パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有する。
この実施例は、フォーム中の少なくとも７５％の孔が平均孔気泡径の２０μｍ以内の孔気泡径を有する、６０μｍ以下の範囲にある平均孔気密径を有する本発明の研磨パッドの調製を説明する；該パッドは２５μｍ〜１１５０μｍ範囲の深さ、０．２５μｍ〜３８０μｍ範囲の幅、および１〜１０００の長さ対幅アスペクト比を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有し；該パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有する。
一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）フォームシート（９Ａ、９Ｂ、および９Ｃ）を、押出成形法により製造した。各ＴＰＵシートを、ＰＤＩ２．２〜３．３での質量平均分子量６０，０００ｇ／モル〜１７０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵを用いて調製した。各ケースにおいて、ＴＰＵを、高い温度および圧力で押出成形機（８．８９ｃｍ（３．５インチ）スクリュー径、３２／１Ｌ／Ｄ単軸スクリュー）中に置いて、ポリマー融解生成物を形成した。二酸化炭素ガスを、高い温度および圧力下でポリマー融解生成物中に注入し、ポリマー融解生成物と混合されて単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらした。ＣＯ2／ポリマー溶液をフラットダイ（９４ｃｍ（３７インチ）幅）を通して押出成形して、多孔質フォームシートを形成した。シートを一対のニップ・ローラーに通して固化の前にシートを圧縮した。ＣＯ2の濃度は、シート９Ａ、９Ｂ、および９Ｃに対して、それぞれ１．９％、１．６７％および１．８２％であった。
押出成形機の各領域用の温度、ゲート、ダイおよび融解温度、ダイ圧力、スクリュー速度、およびＣＯ2濃度を表５にまとめる。パッドの物理的特性を表６にまとめる。
９Ａ、９Ｂおよび９Ｃすべてのパッドは、平方センチメートル当り１０個を超える窪みを有した。パッドを、それらの研磨特性を算定するために実施例４、５、および７において記載されるように評価した。パッドは低いＷＩＷＮＵ値、高い研磨レート、および低いゆがみを示した。
実施例１０
この実施例は、フォーム中の少なくとも７５％の孔が平均孔気泡径の２０μｍ内の孔気泡径を有する、６０μｍ以下の範囲にある平均孔気泡径を有する本発明の研磨パッドの調製を説明する；該パッドは２５μｍ〜１１５０μｍ範囲の深さ、０．２５μｍ〜３８０μｍ範囲の幅、および１〜１０００の長さ対幅アスペクト比を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有し；該パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有し、その上に刻まれる溝の織り目加工パターンを有する。
この実施例は、フォーム中の少なくとも７５％の孔が平均孔気泡径の２０μｍ内の孔気泡径を有する、６０μｍ以下の範囲にある平均孔気泡径を有する本発明の研磨パッドの調製を説明する；該パッドは２５μｍ〜１１５０μｍ範囲の深さ、０．２５μｍ〜３８０μｍ範囲の幅、および１〜１０００の長さ対幅アスペクト比を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有し；該パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有し、その上に刻まれる溝の織り目加工パターンを有する。
一連の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）フォームシート（１０Ａ〜１０Ｆ）を、押出成形法により製造した。各ＴＰＵシートを、ＰＤＩ２．２〜３．３およびＲＰＩ２〜１０での質量平均分子量６０，０００ｇ／モル〜１７０，０００ｇ／モルを有するＴＰＵを用いて調製した。各ケースにおいて、ＴＰＵを、高い温度および圧力で押出成形機（８．８９ｃｍ（３．５インチ）スクリュー径、３２／１Ｌ／Ｄ単軸スクリュー）中に置いて、ポリマー融解生成物を形成した。二酸化炭素ガスを、高い温度および圧力下でポリマー融解生成物中に注入し、ポリマー融解生成物と混合されて単相溶液を形成する超臨界流体ＣＯ2の形成をもたらした。ＣＯ2／ポリマー溶液を、フラットダイ（３７インチ幅）を通して押出成形して多孔質フォームシートを形成した。シートを、ローラーの一つの表面上にワイヤーメッシュパターンを有する一対のニップ・ローラーに通して、固化の前にシートを圧縮し、フォームの表面中にパターンを刻んだ。ワイヤーメッシュサイズは表７に示すように変わる。ローラー間の間隙は各ケースにおいて５０〜５５ミル程度であった。それぞれシート１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、および１０Ｆに対して、ＣＯ2の濃度をすべての試料において同じ１．８％に保持した。パッド１０Ａ〜１０Ｆの一部の試料の織り目加工表面をバフ研磨（２〜６回のいずれか）して、さらにそれらの表面粗さを減じた。予想されるように、バフ研磨回数が増大するにつれてＲaは減少する。各パッドは３０μｍ未満の平均気泡径を有した。
押出成形機の各領域用の温度、ゲート、ダイおよび融解温度、ダイ圧力、スクリュー速度、およびＣＯ2濃度を表７および８にまとめる。パッドの物理的特性を表９および１０にまとめる。
１０Ａ〜１０Ｆのパッドを製造するために用いられるニップ・ローラー上のワイヤーメッシュスクリーンは以下の通りであった：３０ｘ３０ワイヤーメッシュ、ワイヤー径６．５ミル（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）；８０ｘ８０ワイヤーメッシュ、ワイヤー径３．７ミル（１０Ｄ、１０Ｅ）、および４４ｘ４４ワイヤーメッシュ、ワイヤー径５．５ミル（１０Ｆ）。図１６は試料１０Ａ（上左）、１０Ｂ（上右）、１０Ｅ（下左）および１０Ｆ（下右）の走査型電子顕微鏡写真を示し、織り目加工ニップ・ローラーにより織り目加工表面中に刻まれるメッシュパターンを表す。パッドの織り目加工表面上のメッシュパターンの刻み込みは、驚くことに、図１７に示すようにパッドの織り目加工表面の表面粗さを有意に減じた。
Claims (29)
- ６０μｍ以下の範囲にある平均孔気泡径を有する多孔質高分子フォームを含む化学機械研磨用に適する表面織り目加工研磨パッドであって、該フォーム中の少なくとも７５％の孔が該平均孔気泡径から±３０μｍ内の孔気泡径を有し、該パッドは、２５μｍ〜１１５０μｍ範囲内の深さ、０．２５μｍ〜３８０μｍ範囲内の幅、および１〜１０００の深さ対幅アスペクト比を有する窪みを含む少なくとも一つの織り目加工表面を有し、該パッドの少なくとも一つの織り目加工表面は、表面積の平方センチメートル当り少なくとも１０個の窪みを含み、少なくとも５μｍの平均表面粗さを有する、表面織り目加工研磨パッド。
- 多孔質高分子フォームが立方センチメートル当り少なくとも１０4気泡の孔気泡密度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
- 多孔質高分子フォームが少なくとも０．５ｇ／ｃｍ3の密度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
- 多孔質高分子フォーム中で気泡の大部分が独立気泡である請求項１に記載の研磨パッド。
- 多孔質高分子フォームが熱可塑性ポリウレタンを含む請求項１に記載の研磨パッド。
- 熱可塑性ポリウレタンが２０，０００ｇ／モル〜６００，０００ｇ／モルの質量平均分子量（Ｍｗ）を有する請求項５に記載の研磨パッド。
- 熱可塑性ポリウレタンが２０以下のメルト・フロー・インデックス（ＭＦＩ）を有する請求項６に記載の研磨パッド。
- 熱可塑性ポリウレタンが１．１〜６の多分散指数（ＰＤＩ）を有する請求項６に記載の研磨パッド。
- 熱可塑性ポリウレタンが２〜１０のレオロジー・プロセシング・インデックス（ＲＰＩ）を有する請求項６に記載の研磨パッド。
- 多孔質高分子フォームが８％以下の平均圧縮率％を有する請求項５に記載の研磨パッド。
- 熱可塑性ポリウレタンフォームが少なくとも２０％の平均跳ね返り率％を有する請求項５に記載の研磨パッド。
- 少なくとも一つの織り目加工表面がショアＡ７５〜ショアＤ９０範囲にある硬度を有する請求項１に記載の研磨パッド。
- 少なくとも一つの織り目加工表面が、さらに、その上に刻まれる溝の織り目加工パターンを含む請求項１に記載の研磨パッド。
- 溝がそれぞれ２５μｍ〜５００μｍ範囲にある幅を有する請求項１２に記載の研磨パッド。
- 溝が２５μｍ〜５００μｍ範囲にある深さを有する請求項１２に記載の研磨パッド。
- 少なくとも一つの織り目加工表面がその上に刻まれる溝のメッシュパターンを含む請求項１に記載の研磨パッドであって、該メッシュパターンは、間隙を介した平行な溝の第１パターン、および間隙を介した平行な溝の第１パターンを横切る間隙を介した平行な溝の第２パターンを含む、研磨パッド。
- 溝がそれぞれ２５μｍ〜５００μｍ範囲にある幅を有する請求項１５に記載の研磨パッド。
- 間隙を介した平行な溝の第１および第２パターンの平行な溝が、２５０μｍ〜１０００μｍ範囲にある距離分相互に間隙を空ける請求項１５に記載の研磨パッド。
- 溝が２５μｍ〜５００μｍ範囲にある深さを有する請求項１５に記載の研磨パッド。
- 多孔質高分子フォームが１μｍ〜３０μｍ範囲にある平均孔径を有する請求項１に記載の研磨パッド。
- （ａ）ガスを高い温度および圧力にさらすことにより超臨界ガスを発生させ、単相溶液を生成するために、ポリマー樹脂を該超臨界ガスと混合し、
（ｂ）単相溶液から高分子フォームのシートを押出成形し、
（ｃ）該シートを圧縮し、および
（ｄ）高分子フォームのそのように押出成形され圧縮されたシートから少なくとも一つの織り目加工表面を有する研磨パッドを形成すること、
を含む請求項１に記載の研磨パッドを製造するための方法。 - ポリマー樹脂と混合される超臨界ガスの量が単相溶液の全体体積の０．０１％〜５％である請求項２０に記載の方法。
- さらに、研磨パッドを形成する前に、圧縮され押出成形された高分子フォームシートの表面上に、溝の少なくとも一つの織り目加工パターンを刻む追加の段階を含む請求項２０に記載の方法。
- 溝がそれぞれ２５μｍ〜５００μｍ範囲にある幅を有する請求項２０に記載の方法。
- 溝が２５μｍ〜５００μｍ範囲にある深さを有する請求項２０に記載の方法。
- さらに、その表面粗さを低減するためにパッドの少なくとも一つの織り目加工表面をバフ研磨する追加の段階を含む請求項２０に記載の方法。
- （ａ）回転するプラテン、
（ｂ）請求項１に記載の研磨パッド、および
（ｃ）被加工物を回転研磨パッドと接触させることにより研磨しようとする被加工物を保持する担体、
を含む化学機械研磨装置。 - さらに原位置終点検出システムを含む、請求項２７に記載の化学機械研磨装置。
- （ａ）請求項１に記載の研磨パッドを提供し、
（ｂ）被加工物を回転研磨パッドと接触させ、および
（ｃ）被加工物に対して研磨パッドを動かせて被加工物を薄く削り、それによって被加工物を研磨すること、
を含む被加工物を研磨する方法。
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