JP6779334B2 - 多孔質ポリウレタン研磨パッドおよびその製造方法 - Google Patents

多孔質ポリウレタン研磨パッドおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明の一実施態様は、半導体の化学的機械的平坦化（chemical mechanical planarization、ＣＭＰ）工程に使用される多孔質ポリウレタン研磨パッドおよびその製造方法に関するものである。
半導体製造工程の中で、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）工程は、ウェーハ（wafer）をヘッドに取り付けてプラテン（platen）上に形成された研磨パッドの表面に接触するようにした状態でスラリーを供給して、ウェーハ表面を化学的に反応させながらプラテンとヘッドとを相対運動させて、機械的にウェーハ表面の凹凸部分を平坦化する工程である。
研磨パッドは、このようなＣＭＰ工程において重要な役割を担う必須の材料として、一般的にポリウレタン系の樹脂からなり、表面にスラリーの大きな流動を担当する溝（groove）と微細な流動をサポートする気孔（pore）とを備える。
研磨パッド内の気孔は、空隙を有する固相発泡剤、揮発性の液体が満たされている液状発泡剤、不活性ガス、繊維質などを利用して形成するか、または化学的反応によりガスを発生させて形成し得る。
まず、固相発泡剤としては、主に熱膨張されサイズが調節されたマイクロカプセル（熱膨張されたマイクロカプセル）が使用される。この熱膨張されたマイクロカプセルは、すでに膨張されているマイクロバルーンの構造体として均一な大きさの粒径を有することにより、気孔の粒径サイズを均一に調節可能であるというメリットがある。しかし、熱膨張されたマイクロカプセルは、１００℃以上の高温反応条件において、その形状が変化し気孔の調節が難しいという問題があった。
一方、不活性ガスまたは揮発性液状発泡剤を使用して気孔を形成する技術は、ＣＭＰ工程中に影響を与え得る排出物質がないというメリットがある。しかし、制御が容易ではない気相（gas phase）を制御する必要があるので、気孔の粒径および密度の精巧な調節が難しく、特に５０μｍ以下の均一な気孔を形成することが困難である。また、研磨パッド用ポリウレタンマトリックスの組成を変更することなく気孔の粒径と密度とを調節することは非常に困難であるという問題がある。
したがって、従来のように一種類の発泡剤を利用して気孔を実現する場合、設計されている気孔の大きさと分布とに適するように気孔を実現することはできるが、気孔の設計自由度が低く、気孔分布を調節するのには限界があった。
一方、特許文献１は、不活性ガスと気孔誘導ポリマーを使用する低密度研磨パッドの製造方法および低密度研磨パッドを開示している。しかし、特許文献１は、気孔の大きさおよび分布の調節、研磨パッドの研磨率および耐電圧については全く開示していない。
大韓民国公開特許第２０１６−００２７０７５号
したがって、本発明の一実施態様の目的は、気孔の大きさおよび分布を調節して耐電圧および研磨率等の性能を向上させた多孔質ポリウレタン研磨パッドおよびその製造方法を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明の一実施態様は、ウレタン系樹脂、硬化剤、および複数の気孔を含む多孔質ポリウレタン研磨パッドであって、複数の気孔は、１０μｍ〜４０μｍの面積加重平均気孔径(area-weighted average pore diameter；ＡＷＡＰＤ)を有し、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有する、多孔質ポリウレタン研磨パッドを提供する。
他の目的を達成するために、本発明の一実施態様は、（１）ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および複数の気孔を形成するための物質を含む混合物をモールド内に注入して成形する工程と、（２）混合物を硬化させる工程とを含む多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法であって、複数の気孔は、１０μｍ〜４０μｍの面積加重平均気孔径（ＡＷＡＰＤ）を有し、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有する、多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法を提供する。
本発明の一実施態様に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドに含まれる複数の気孔の大きさと分布とが調整され得、これにより、適正な耐電圧を有し、優れた研磨性能（研磨率）を示すなど、物性が向上した多孔質ポリウレタン研磨パッドを提供することができる。特に、相対的に粒径サイズが大きい気孔が研磨パッドの全体に均一に配置され、この大きい気孔の間に小さな気孔が配置されることにより、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、気孔による空き領域とポリウレタンマトリックスとが均一に分布している構造を有する。これにより、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、気孔が多い部分および気孔がほとんどない部分がほぼなくなる。これにより、研磨パッドは、ウェーハなどのような研磨対象に発生するスクラッチなどを防止することができる。
図１は、実施例１の研磨パッドのＳＥＭ写真である。 図２は、実施例２の研磨パッドのＳＥＭ写真である。 図３は、比較例１の研磨パッドのＳＥＭ写真である。 図４は、実施例１、実施例２および比較例１それぞれにおける研磨パッドの気孔径分布図である。 図５は、実施例１における研磨パッドの面積を基準とする気孔の直径分布図である。 図６は、実施例２における研磨パッドの面積を基準とする気孔の直径分布図である。 図７は、比較例１における研磨パッドの面積を基準とする気孔の直径分布図である。
＜用語説明＞
別途言及するか定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野における熟練者によって通常理解される意味を有する。
別途記載がない限り、全ての百分率、部、比等は重量基準である。
本明細書で使用される成分、分子量のような特性、反応条件などの量を表現する全ての数値は、全ての事例において用語「約」で修飾されるものと理解するべきである。
本明細書において、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反する記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
本明細書において、用語「複数の」は、一を超えることを指す。
本明細書において、用語「多孔質ポリウレタン研磨パッド」および「研磨パッド」は、同一意味をもって使用される。
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。実施形態は、発明の要旨が変更されない限り、様々な形態に変形され得る。
＜多孔質ポリウレタン研磨パッド＞
一実施形態は、ウレタン系樹脂、硬化剤、および複数の気孔を含む多孔質ポリウレタン研磨パッドであって、複数の気孔は、１０μｍ〜４０μｍの面積加重平均気孔径（area-weighted average pore diameter；ＡＷＡＰＤ）を有し、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有する、多孔質ポリウレタン研磨パッドを提供する。
[複数の気孔]
実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドに含まれる複数の気孔は、ウレタン系樹脂内に分散して存在する。
一方、複数の気孔は１０μｍ〜４０μｍの面積加重平均気孔径（ＡＷＡＰＤ）を有する。ＡＷＡＰＤは下記の式１に基づいて計算される値である。
具体的には、ＡＷＡＰＤは１０μｍ〜３０μｍであり得る。より具体的には、ＡＷＡＰＤは１２μｍ〜２５μｍであり得る。さらにより具体的には、ＡＷＡＰＤは１４μｍ〜２２μｍであり得るが、これに限定されるものではない。
一実施形態において、ＡＷＡＰＤをＸとするとき、多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした複数の気孔の直径分布において、複数の気孔の断面積の合計１００％を基準として、Ｘ−５μｍ未満の直径を有する第１気孔の断面積の合計が５％〜４５％であり得る。具体的には、Ｘ−５μｍ未満の直径を有する第１気孔の断面積の合計が１０％〜４０％であり得る。より具体的には、Ｘ−５μｍ未満の直径を有する第１気孔の断面積の合計が２０％〜３０％であり得るが、これに限定されるものではない。
また、Ｘ＋５μｍより大きい直径を有する第２気孔の断面積の合計が１０％〜４５％であり得る。具体的には、Ｘ＋５μｍより大きい直径を有する第２気孔の断面積の合計が１０％〜４０％であり得る。より具体的には、Ｘ＋５μｍより大きい直径を有する第２気孔の断面積の合計が２０％〜３０％であり得るが、これに限定されるものではない。
また、複数の気孔の断面積の合計１００％を基準として、Ｘ＋１０μｍより大きい直径を有する複数の気孔の断面積の合計が３％〜３５％であり得る。具体的には、Ｘ＋１０μｍより大きい直径を有する複数の気孔の断面積の合計が５％〜２０％であり得る。より具体的には、Ｘ＋１０μｍより大きい直径を有する複数の気孔の断面積の合計が５％〜１５％であり得るが、これに限定されるものではない。
また、Ｘ＋２０μｍより大きい直径を有する複数の気孔の断面積の合計が１％〜１５％であり得る。具体的には、Ｘ＋２０μｍより大きい直径を有する複数の気孔の断面積の合計が１％〜１０％であり得るが、これに限定されるものではない。
また、多孔質ポリウレタン研磨パッドの気孔分布は、分布率が最も高い第１ピーク径を有し得る。
図５および図６を参照すると、多孔質ポリウレタン研磨パッドに含まれる複数の気孔の断面積の合計１００％を基準とした複数の気孔の直径分布において、最大ピークの気孔直径は５０μｍ以下であり得、具体的には４０μｍ以下であり得、より具体的には１５μｍ〜４０μｍであり得る。さらにより具体的には、２５μｍ〜３５μｍまたは２６μｍ〜３３μｍであり得るが、これに限定されるものではない。
一実施形態において、最大ピークの直径をＹとするとき、多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした複数の気孔の直径分布において、複数の気孔の断面積の合計１００％を基準として、Ｙ−５μｍ以下の直径を有する気孔の断面積の合計が２０％〜４０％であり得る。より具体的には、Ｙ−５μｍ以下の直径を有する気孔の断面積の合計が３０％〜３５％であり得るが、これに限定されるものではない。
また、Ｙ−１０μｍ以下の直径を有する複数の気孔の断面積の合計が５％〜３０％であり得る。具体的には、Ｙ−１０μｍ以下の直径を有する複数の気孔の断面積の合計が１０％〜２０％であり得る。より具体的には、Ｙ−１０μｍ以下の直径を有する複数の気孔の断面積の合計が１１％〜１８％であり得るが、これに限定されるものではない。
このように、実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドは、直径の小さい気孔と直径が大きい気孔とを均一に含むので、適正な耐電圧および向上された研磨性能を示すことができる。
一方、複数の気孔は、２種以上の固相発泡剤の混合物から形成されたものであり得、具体的には、３種以上の固相発泡剤の混合物から形成されたものであり得、より具体的には、４種以上の固相発泡剤の混合物から形成されたものであり得るが、これに限定されるものではない。固相発泡剤の混合物は、互いに異なる平均粒径を有する２種以上、３種以上、または４種以上の固相発泡剤の混合物であり得る。
一方、複数の気孔は１種以上の固相発泡剤および１種以上の不活性ガスから形成されたものであり得る。具体的には、１種以上の固相発泡剤は、２種以上、３種以上、または４種以上の固相発泡剤であり得、１種以上の不活性ガスは、２種以上、３種以上、または４種以上の不活性ガスであり得る。
不活性ガスは、ウレタン系樹脂と硬化剤との間の反応に関与しない気体であれば、種類は特に限定されない。例えば、不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、およびヘリウム（Ｈｅ）からなる群より選択される１種以上であり得る。具体的には、不活性ガスは、窒素ガス（Ｎ２）またはアルゴンガス（Ａｒ）であり得る。
固相発泡剤は、熱膨張された（サイズ調節された）マイクロカプセルであり得る。熱膨張された（サイズ調節された）マイクロカプセルは、熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張させて得られたものであり得る。熱膨張性マイクロカプセルは、熱可塑性樹脂を含む外皮、および外皮内部に封入されている発泡剤を含み得る。熱可塑性樹脂は、塩化ビニリデン系共重合体、アクリロニトリル系共重合体、メタクリロニトリル系共重合体、およびアクリル系共重合体からなる群より選択される１種以上であり得る。さらには、内部に封入されている発泡剤は、炭素数１〜７の炭化水素を含む群より選択される１種以上であり得る。具体的には、内部に封入されている発泡剤は、エタン（ethane）、エチレン（ethylene）、プロパン（propane）、プロペン（propene）、ｎ−ブタン（n-butane）、イソブタン（isobutene）、ブテン（butene）、イソブテン（isobutene）、ｎ−ペンタン（n-pentane）、イソペンタン（isopentane）、ネオペンタン（neopentane）、ｎ−ヘキサン（n-hexane）、ヘプタン（heptane）および石油エーテル（petroleum ether）などの低分子量炭化水素；トリクロロフルオロメタン（trichlorofluoromethane、ＣＣｌ３Ｆ）、ジクロロジフルオロメタン（dichlorodifluoromethane、ＣＣｌ２Ｆ２）、クロロトリフルオロメタン（chlorotrifluoromethane、ＣＣｌＦ３）およびテトラフルオロエチレン（tetrafluoroethylene、ＣＣｌＦ２−ＣＣｌＦ２）などのクロロフルオロ炭化水素；ならびにテトラメチルシラン（tetramethylsilane）、トリメチルエチルシラン（trimethylethylsilane）、トリメチルイソプロピルシラン（trimethylisopropylsilane）およびトリメチル−ｎ−プロピルシラン（trimethyl-n-propylsilane）などのテトラアルキルシランを含む群より選択され得る。
また、固相発泡剤は熱膨張マイクロカプセルであり、５μｍ〜２００μｍの平均粒径を有するマイクロバルーン構造体であり得る。具体的には、固相発泡剤は、平均粒径が１０μｍ〜５０μｍであり得る。より具体的には、固相発泡剤は、平均粒径が１５μｍ〜４５μｍであり得る。また、熱膨張されたマイクロカプセルは、熱膨張性マイクロカプセルを加熱膨張させて得られたものであり得る。
＜ウレタン系樹脂＞
多孔質ポリウレタン研磨パッドは、ウレタン系樹脂、具体的にはポリウレタン樹脂を含む。ポリウレタン樹脂は、イソシアネート末端基を有するウレタン系プレポリマーから誘導されたものであり得る。この場合、ポリウレタン樹脂は、プレポリマーを構成するモノマー単位を含む。
プレポリマー（prepolymer）とは、一般的に一種の最終成形品を製造する場合において、成形しやすいように重合度を中間段階で中止させた比較的低い分子量を有する高分子を意味する。プレポリマーは、それ自体で、または他の重合性化合物と反応させた後に成形することができ、例えば、イソシアネート化合物とポリオールとを反応させてプレポリマーを調製することができる。
ウレタン系プレポリマーの調製に用いられるイソシアネート化合物は、例えば、トルエンジイソシアネート（toluene diisocyanate、ＴＤＩ）、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート（naphthalene-1,5-diisocyanate）、パラフェニレンジイソシアネート（p-phenylene diisocyanate）、トリジンジイソシアネート（tolidine diisocyanate、ＴＯＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（4,4’-diphenyl methane diisocyanate）、ヘキサメチレンジイソシアネート（hexamethylene diisocyanate）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（dicyclohexyl methane diisocyanate）、およびイソホロンジイソシアネート（isophorone diisocyanate）からなる群より選択される１種以上のイソシアネートであり得るが、これらに限定されるものではない。
ウレタン系プレポリマーの調製に用いることのできるポリオールは、例えば、ポリエーテルポリオール（polyether polyol）、ポリエステルポリオール（polyester polyol）、ポリカーボネートポリオール（polycarbonate polyol）、およびアクリルポリオール（acryl polyol）からなる群より選択される１種以上のポリオールであり得るが、これらに限定されるものではない。ポリオールは、３００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有し得る。
ウレタン系樹脂は、５００ｇ／ｍｏｌ〜３０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有し得る。具体的には、ウレタン系樹脂は、６００ｇ／ｍｏｌ〜２０００ｇ／ｍｏｌ、または７００ｇ／ｍｏｌ〜１５００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有し得る。
＜硬化剤＞
硬化剤は、アミン化合物およびアルコール化合物のいずれか１種以上であり得る。具体的には、硬化剤は、芳香族アミン、脂肪族アミン、芳香族アルコール、および脂肪族アルコールからなる群より選択される１つ以上の化合物を含むことができる。
例えば、硬化剤は、４，４’−メチレンビス（２−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、ジエチルトルエンジアミン（diethyltoluenediamine）、ジアミノジフェニルメタン（diaminodiphenyl methane）、ジアミノジフェニルスルホン（diaminodiphenyl sulphone）、ｍ−キシリレンジアミン（m-xylylene diamine）、イソホロンジアミン（isophoronediamine）、エチレンジアミン（ethylenediamine）、ジエチレントリアミン（diethylenetriamine）、トリエチレンテトラアミン（triethylenetetramine）、ポリプロピレンジアミン（polypropylenediamine）、ポリプロピレントリアミン（polypropylenetriamine）、エチレングリコール（ethyleneglycol）、ジエチレングリコール（diethyleneglycol）、ジプロピレングリコール（dipropyleneglycol）、ブタンジオール（butanediol）、ヘキサンジオール（hexanediol）、グリセリン（glycerine）、トリメチロールプロパン（trimethylolpropane）、およびビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）メタン（bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane）からなる群より選択される１種以上であり得る。
＜反応速度調整剤＞
必要に応じて、多孔質ポリウレタン研磨パッドは反応速度調整剤をさらに含むことができ、反応速度調整剤は３級アミン系化合物および有機金属系化合物からなる群より選択される１種以上であり得る。具体的には、反応速度調整剤は、反応促進剤または反応遅延剤であり得る。より具体的には、反応速度調整剤は反応促進剤であり得る。
反応速度調整剤は、例えば、トリエチレンジアミン（triethylene diamine、ＴＥＤＡ（登録商標））、ジメチルエタノールアミン（dimethyl ethanol amine、ＤＭＥＡ）、テトラメチルブタンジアミン（tetramethyl butane diamine、ＴＭＢＤＡ）、２−メチル−トリエチレンジアミン（2-methyl-triethylene diamine）、ジメチルシクロヘキシルアミン（dimethyl cyclohexyl amine、ＤＭＣＨＡ）、トリエチルアミン（triethyl amine、ＴＥＡ）、トリイソプロパノールアミン（triisopropanol amine、ＴＩＰＡ）、１，４−ジアザビシクロ［２，２，２］オクタン（1,4-diazabicyclo(2,2,2)octane、ＤＡＢＣＯ）、ビス（２−メチルアミノエチル）エーテル（bis(2-methylaminoethyl)ether）、トリメチルアミノエチルエタノールアミン（trimethylaminoethylethanol amine）、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミン（N,N,N,N,N’’-pentamethyl diethylene triamine）、ジメチルアミノエチルアミン（dimethylaminoethyl amine）、ジメチルアミノプロピルアミン（dimethylaminopropyl amine）、ベンジルジメチルアミン（benzyldimethyl amine）、Ｎ−エチルモルホリン（N-ethylmorpholine）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルモルホリン（N,N-dimethylaminoethylmorpholine）、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン（N,N-dimethylcyclohexyl amine）、２−メチル−２−アザノルボルナン（2-methyl-2-azanorbornane）、ジラウリン酸ジブチルスズ（dibutyltin dilaurate）、ジ（２−エチルヘキサン酸)スズ（stannous octoate）、二酢酸ジブチルスズ（dibutyltin diacetate）、二酢酸ジオクチルスズ（diocthyltin diacetate）、ジブチルスズマレアート（dibutyltin maleate）、ジブチルスズジ(２−エチルヘキサノエート)（dibutyltin di-2-ethylhexanoate）、およびジブチルスズビス（ラウリルメルカプチド）(dibutyltin bis(lauryl mercaptide)）からなる群より選択される１種以上を含むことができる。具体的には、反応速度調整剤は、ベンジルジメチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、およびトリエチルアミンからなる群より選択される１種以上であり得る。
＜シリコン系界面活性剤＞
必要に応じて、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、シリコン系界面活性剤をさらに含むことができる。シリコン系界面活性剤は、形成される気孔が重なりかつ合わさる現象を防止する役割をし得る。界面活性剤はシリコン系非イオン性界面活性剤が適しているが、その外にも研磨パッドに要求される物性に応じて多様に選択し得る。
シリコン系非イオン性界面活性剤としては、水酸基を有するシリコン系非イオン性界面活性剤を単独で使用するか、または水酸基を有しないシリコン系非イオン性界面活性剤と一緒に用いてよい。
水酸基を有するシリコン系非イオン性界面活性剤は、イソシアネート含有化合物および活性水素化合物との相溶性に優れ、ポリウレタンの技術分野に広く使われているものであれば特に制限しない。水酸基を有するシリコン系非イオン性界面活性剤の市販物質は、例えば、ダウコーニング社のＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ１９３（シリコングリコール共重合体、液状；２５℃における比重：１．０７；２０℃における粘度：４６５ｍｍ２／ｓ；引火点：９２℃）（以下、ＤＣ−１９３という）などがある。
水酸基を有しないシリコン系非イオン性界面活性剤の市販物質は、例えば、ダウコーニング社のＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ１９０（シリコングリコール共重合体、ガードナー色数：２；２５℃における比重：１．０３７；２５℃における粘度：２０００ｍｍ２／ｓ；引火点：６３℃以上；逆溶解点（Inverse solubility Point）（１．０％水溶液）：３６℃）（以下、ＤＣ−１９０という）などがある。
＜多孔質ポリウレタン研磨パッドの物性＞
実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドは、その単位面積（ｍｍ２）当たりの気孔の数が５００個以上であり得る。具体的には、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、その単位面積（ｍｍ２）当たりの気孔の数が１５０個以上であり得、より具体的には２００個以上であり得るが、これに限定されるものではない。一方、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、その単位面積（ｍｍ２）当たりの気孔の数が１５００個以下であり得る。したがって、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、その単位面積（ｍｍ２）当たりの気孔の数が５００個〜１５００個、具体的には、７００個〜１５００個、より具体的には、８００個〜１４５０個であり得るが、これに限定されるものではない。
また、実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドは、研磨パッドとしての基本物性、例えば、比重、表面硬度、引張強度、伸び率、および耐電圧などが優れている。
多孔質ポリウレタン研磨パッドの比重および硬度などの物理的性質は、イソシアネートとポリオールとの反応によって重合されるウレタン系樹脂の分子構造により調節することができる。
比重に関して、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、０．６ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し得る。具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し得る。より具体的には、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．８５ｇ／ｃｍ３の比重を有し得るが、これに限定されるものではない。
表面硬度に関して、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、２５℃において３０〜８０のショアＤ硬度を有し得る。より具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、４０〜７０のショアＤ硬度を有し得る。さらにより具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり得るが、これに限定されるものではない。
伸び率に関して、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、３０％〜３００％の伸び率を有し得る。より具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、５０％〜２５０％の伸び率を有し得る。さらにより具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、８０％〜２５０％の伸び率を有し得るが、これに限定されるものではない。
耐電圧に関して、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、１４ｋＶ以上の耐電圧を有し得る。具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有し得る。より具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、１４ｋＶ〜２２ｋＶの耐電圧を有し得る。
総気孔面積に関して、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し得る。具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜５０％の総気孔面積を有し得る。より具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、研磨パッドの総面積を基準に４０％〜５０％の総気孔面積を有し得るが、これに限定されるものではない。
厚さに関して、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、１ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有し得る。具体的には、多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、１ｍｍ〜３ｍｍ、１ｍｍ〜２．５ｍｍ、１．５ｍｍ〜５ｍｍ、１．５ｍｍ〜３ｍｍ、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、１．８ｍｍ〜５ｍｍ、１．８ｍｍ〜３ｍｍ、または１．８ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し得る。多孔質ポリウレタン系研磨パッドの厚さが上述の範囲内であるとき、研磨パッドとしての基本物性を十分に発揮することができる。
多孔質ポリウレタン系研磨パッドは、表面に機械的研磨のための溝（ｇｒｏｏｖｅ）を有し得る。溝は、機械的研磨のための適切な深さ、幅および間隔を有し得、特に限定されない。
実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドは、前述の研磨パッドの物性を同時に示すことができる。例えば、実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有し得るが、これに限定されるものではない。
つまり、実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドは、適切なサイズ分布の気孔を有し、気孔は、研磨パッドの全体に均一に配置されることにより、前述のような平均気孔径、比重、表面硬度、引張強度、伸び率および耐電圧の特性を有し得る。つまり、比較的大きな気孔が均一に配置され、この大きい気孔の間に小さな気孔が配置されることにより、研磨パッドは、全体的に気孔による空き領域とポリウレタンマトリックスとが均一に分布される構造を有し得る。したがって、研磨パッドは、気孔が多い部分および気孔がほとんどない部分がほぼない。これにより、研磨パッドは、ウェーハなどのような研磨対象に発生するスクラッチなどを防止することができる。
＜多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法＞
一実施形態によると、（１）ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および複数の気孔を形成するための物質を含む混合物をモールド内に注入して成形する工程と、（２）混合物を硬化させる工程とを含む多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法であって、複数の気孔は、面積加重平均気孔径（ＡＷＡＰＤ）が１０μｍ〜４０μｍであり、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有する、多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法を提供する。
複数の気孔については、多孔質ポリウレタン研磨パッドの項目において詳述した通りである。
具体的には、複数の気孔を形成するための材料は、２種以上の固相発泡剤の混合物であるか、または１種以上の固相発泡剤および１種以上の不活性ガスであり得る。固相発泡剤の混合物は、互いに異なる平均粒径を有する２種以上の固相発泡剤の混合物であり得る。
固相発泡剤および不活性ガスについては、多孔質ポリウレタン研磨パッドの項目で詳述した通りである。
以下、多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法について詳細に説明する。
＜原料投入＞
原料として、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および前述した複数の気孔を形成するための物質を準備する。ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤については、多孔質ポリウレタン研磨パッドの項目で詳述した通りである。
一方、複数の気孔を形成するための物質が２種以上の固相発泡剤の混合物である場合、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および複数の気孔を形成するための物質を含む混合物は、ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、固相発泡剤の混合物を０．５重量部〜１０重量部含み得る。より具体的には、原料混合物は、ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、固相発泡剤の混合物を１重量部〜７重量部を含み得る。さらにより具体的には、原料混合物は、ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、固相発泡剤の混合物を３重量部〜６重量部を含み得るが、これに限定されるものではない。
また一方で、複数の気孔を形成するための物質が１種以上の固相発泡剤および１種以上の不活性ガスである場合、不活性ガスは、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および固相発泡剤が混合されて反応する過程に投入され、研磨パッドの気孔を形成することができる。
不活性ガスは、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および固相発泡剤の総体積を基準に、２０体積％〜３５体積％で、具体的には２０体積％〜３０体積％の体積で投入され得る。
必要に応じて、混合物は反応速度調整剤をさらに含むことができ、反応速度調整剤については、多孔質ポリウレタン研磨パッドの項目で詳述した通りである。
反応速度調整剤は、ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準に、０．１重量部〜２重量部の量で使用し得る。具体的には、反応速度調整剤は、ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準に０．２重量部〜１．８重量部、０．２重量部〜１．７重量部、０．２重量部〜１．６重量部、または０．２重量部〜１．５重量部の量で使用し得る。上述の範囲内の含有量で反応速度調整剤を含む場合、混合物（ウレタン系プレポリマー、硬化剤、固相発泡剤（の混合物）、反応速度調整剤、およびシリコン界面活性剤の混合物）の反応速度（混合物が固相化される時間）を適切に調節することにより、所望のサイズの気孔を有する研磨パッドを製造することができる。
必要に応じて、混合物は界面活性剤をさらに含むことができる。界面活性剤については、多孔質ポリウレタン研磨パッドの項目で詳述した通りである。
界面活性剤は、ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準に０．２重量部〜２重量部の量で含まれ得る。具体的には、界面活性剤は、ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準に０．２重量部〜１．９重量部、０．２重量部〜１．８重量部、０．２重量部〜１．７重量部、０．２重量部〜１．６重量部、または０．２重量部〜１．５重量部の量で含まれ得る。上述の範囲内の含有量で界面活性剤を含む場合、不活性ガス由来の気孔がモールド内で安定して形成および維持できる。
一例として、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、複数の気孔を形成するための物質、反応速度調整剤、および界面活性剤は、実質的にほぼ同時に混合プロセスに投入され得る。
他の例として、ウレタン系プレポリマー、固相発泡剤（の混合物）、および界面活性剤は予め混合し、その後硬化剤、反応速度調整剤、および不活性ガスを投入することができる。
混合は、ウレタン系プレポリマーと硬化剤とを混合して反応を開始させ、複数の気孔を形成するための物質を原料内にむらなく分散させる。この際、反応速度調整剤は、反応初期からウレタン系プレポリマーと硬化剤との反応に介入して反応の速度を調節することができる。具体的には、混合は１０００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍ、または４０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍの速度で行われる。上述の速度範囲であるとき、複数の気孔を形成するための物質が原料内に均一に分散されるために、より有利であり得る。
ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤は、それぞれの分子内の反応性基（reactive group）のモル数を基準に、１：０．８〜１．２のモル当量比、または１：０．９〜１．１のモル当量比で混合され得る。ここで、「それぞれの分子内の反応性基のモル数基準」とは、例えば、ウレタン系プレポリマーのイソシアネート基のモル数と硬化剤の反応性基（アミン基、アルコール基など）のモル数とを基準とすることを意味する。したがって、ウレタン系プレポリマーおよび硬化剤は、先に例示されたモル当量比を満足する量をもって単位時間当たりに投入されるように投入速度が調節され、混合プロセスに一定の速度で投入され得る。
＜反応および気孔形成＞
ウレタン系プレポリマーと硬化剤とは、混合後反応し、固相のポリウレタンを形成してシート等が製造される。具体的には、ウレタン系プレポリマーのイソシアネート末端基は、硬化剤のアミン基、アルコール基等と反応し得る。このとき、不活性ガスおよび固相発泡剤（の混合物）は、ウレタン系プレポリマーと硬化剤との反応に関与せず、かつ、原料にむらなく分散され、気孔を形成する。
また、反応速度調整剤が含まれている場合は、ウレタン系プレポリマーと硬化剤との間の反応を促進したり、遅延させたりすることにより、気孔の粒径を調節する。例えば、反応速度調整剤が、反応を遅延させる反応遅延剤である場合は、原料内に微細に分散された不活性ガスが互いに合わさる時間が増え、気孔の平均粒径を増大させ得る。逆に、反応速度調整剤が、反応を促進させる反応促進剤である場合は、原料内に微細に分散された不活性ガスが互いに合わさる時間が減り、気孔の平均粒径を減少させ得る。
＜成型＞
成形は、モールド（mold）を用いて行われる。具体的には、ミキシングヘッド等において十分撹拌された原料（ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および複数の気孔を形成するための物質を含む）は、モールドに吐出されモールドの内部を満たすことができる。
原料を硬化して固相化されたケーキ状の成形体が得られる。具体的には、ウレタン系プレポリマーと硬化剤との間の反応はモールド内で完了し、モールドの形状通りに固相化されたケーキ状の成形体が得られる。
その後、得られた成形体を適切にスライスまたは切削し、研磨パッド製造のためのシートに加工し得る。一例として、最終的に製造される研磨パッドの厚さの５倍〜５０倍の高さのモールドにより成形した後、成形体を同一厚さの間隔でスライスして、多数の研磨パッド用シートを一度に製造することができる。この場合、十分な固相化時間を確保するために、反応速度調整剤として反応遅延剤を用いることができ、これにより、モールドの高さを最終的に製造される研磨パッド厚さの約５倍〜５０倍に設定した後で成形してシートを製造することができる。ただし、スライスされたシートは、モールド内の成形された位置によって、異なる粒径の気孔を有し得る。つまり、モールドの下部で成形されたシートの場合、微細な粒径の気孔を有するのに対し、モールドの上部で成形されたシートは、下部で成形されたシートに比べて粒径が大きい気孔を有し得る。
したがって、好ましくは、各シート別に均一な粒径の気孔を持たせるために、１回の成形で１枚のシート製造が可能なモールドを使用し得る。そのために、モールドの高さは、最終的に製造される多孔質ポリウレタン研磨パッドの厚さと大きく差がないこともあり得る。例えば、成形は、最終的に製造される多孔質ポリウレタン研磨パッド厚さの１倍〜３倍に相当する高さを有するモールドを使用して行われる。より具体的には、モールドは、最終的に製造される研磨パッド厚さの１．１倍〜２．５倍、または１．２倍〜２倍の高さを有し得る。この際、より均一な粒径の気孔を形成するために、反応速度調整剤として反応促進剤を使用し得る。
その後、モールドから得られた成形体の上端および下端のそれぞれを切削し得る。例えば、成形体の上端および下端のそれぞれを成形体総厚さの１／３以下、１／２２〜３／１０、または１／１２〜１／４ずつ切削し得る。
具体的な一例として、成形が最終的に製造される多孔質ポリウレタン研磨パッド厚さの１．２倍〜２倍に相当する高さを有するモールドにより行われ、成形後にモールドから得られた成形体の上端および下端のそれぞれを成形体の総厚さの１／１２〜１／４ずつ切削する工程をさらに含むことができる。
製造方法は、表面切削後、表面に溝を加工する工程、下層部との接着工程、検査工程、包装工程等をさらに含むことができる。これらの工程は、通常の研磨パッド製造方法の方法通りに行われる。
一実施形態に係る多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法は、製造される研磨パッドの気孔のサイズおよび分布を調節することにより、研磨パッドの耐電圧、研磨性能（研磨率）を調節し得る。
また、本発明は、前述のような方法によって製造された多孔質ポリウレタン研磨パッドを提供する。具体的には、多孔質ポリウレタン研磨パッドは、多孔質ポリウレタン研磨パッドの項目で詳述した全ての特性を示すことができる。
以下、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、以下に記載された実施例は、本発明を具体的に例示したり、説明したりするためのものに過ぎず、これにより本発明が限定されてはならない。
（実施例１：多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造）
１−１：装置の構成
ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および反応速度調整剤の注入ラインを備えるキャスティング装置において、プレポリマータンクにＮＣＯを９．１％含有するＰＵＧＬ−５５０Ｄ（ＳＫＣ社製、重量平均分子量：１２００ｇ／ｍｏｌ）を充填し、硬化剤タンクにビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）メタン（bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane、イシハラ社製）を充填し、反応速度調整剤として反応促進剤（メーカー：Airproduct、製品名：Ａ１、３級アミン系化合物）を準備した。また、ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、３重量部の第１固相発泡剤（メーカー：Akzonobel社、製品名：Expancel(登録商標)-461 DET20 d40、平均粒径：２０μｍ）、２重量部の第２固相発泡剤（メーカー：Akzonobel社、製品名：Expancel-461 DE40 d60、平均粒径：４０μｍ）、および０．５重量部の第３固相発泡剤（Akzonobel社、Expancel-920 DE40 d30、平均粒径：４０μｍ）を予め混合してからプレポリマータンクに注入した。
１−２：シートの製造
それぞれの投入ラインを介してウレタン系プレポリマー、硬化剤、第1ないし第３固相発泡剤の混合物、および反応速度調整剤をミキシングヘッドに一定の速度で投入しながら撹拌した。このとき、ウレタン系プレポリマーのＮＣＯ基のモル当量と硬化剤の反応性基のモル当量とを１：１に合わせ、合計投入量を１０ｋｇ／分の速度で維持した。反応速度調整剤は、ウレタン系プレポリマー１００重量部を基準に１重量部の量を投入した。
撹拌された原料をモールド（横１０００ｍｍ、縦１０００ｍｍ、高さ３ｍｍ）に注入し、固相化させてシートを得た。その後シートは、研削盤を使用して表面を研削し、チップを使用して溝を彫る(groove)プロセスを経て、平均厚さ２ｍｍの多孔質ポリウレタン研磨パッドを製造した。
（実施例２：多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造）
１−１：装置の構成
ウレタン系プレポリマー、硬化剤、反応速度調整剤、および不活性ガス注入ラインを備えるキャスティング装置において、プレポリマータンクに未反応ＮＣＯを９．１重量％含有するＰＵＧＬ−５５０Ｄ（ＳＫＣ社製）を充填し、硬化剤タンクにビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）メタン（bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane、イシハラ社製）を充填し、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）を、反応速度調整剤として反応促進剤（メーカー：Airproduct、製品名：Ａ１、３級アミン系化合物）を準備した。また、ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、２重量部の第１固相発泡剤（メーカー：Akzonobel社、製品名：Expancel-461 DET20 d40、平均粒径：２０μｍ）、および１重量部のシリコン系界面活性剤（メーカー：Evonik社、製品名：Ｂ８４６２）を予め混合してからプレポリマータンクに注入した。
１−２：シートの製造
それぞれの投入ラインを介して、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、第１固相発泡剤、反応速度調整剤、シリコン界面活性剤および不活性ガス（Ｎ２）をミキシングヘッドに一定の速度で投入しながら撹拌した。このとき、ウレタン系プレポリマーのＮＣＯ基のモル当量と硬化剤の反応性基のモル当量とを１：１に合わせ、合計投入量を１０ｋｇ／分の速度で維持した。また、不活性ガスは、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、第１固相発泡剤、反応速度調整剤、およびシリコン界面活性剤の合計体積の２５％の体積で一定に投入した。
撹拌された原料をモールド（横１０００ｍｍ、縦１０００ｍｍ、高さ３ｍｍ）に注入し、固相化させてシートを得た。その後、シートは研削盤を使用して表面を研削し、チップを使用して溝を彫るプロセスを経て、平均厚さ２ｍｍの多孔質ポリウレタン研磨パッドを製造した。
（比較例１：多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造）
１−１：装置の構成
ウレタン系プレポリマー、硬化剤、反応速度調整剤、シリコン系界面活性剤、および不活性ガス注入ラインを備えるキャスティング装置において、プレポリマータンクに未反応ＮＣＯを９．１重量％含有するＰＵＧＬ−５５０Ｄ（ＳＫＣ社製）を充填し、硬化剤タンクにビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）メタン（bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane、イシハラ社製）を充填し、不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）、反応速度調整剤として反応促進剤（メーカー：Airproduct、製品名：Ａ１、３級アミン系化合物）を準備した。また、ウレタン系プレポリマー１００重量部に対して、１重量部のシリコン系界面活性剤（メーカー：Evonik社、製品名：Ｂ８４６２）を予め混合してからプレポリマータンクに注入した。
１−２：シートの製造
それぞれの投入ラインを介してウレタン系プレポリマー、硬化剤、シリコン界面活性剤、および不活性ガス（Ｎ２）をミキシングヘッドに一定の速度で投入しながら撹拌した。この際、ウレタン系プレポリマーのＮＣＯ基のモル当量と、硬化剤の反応性基のモル当量とを１：１で合わせ、合計投入量を１０ｋｇ／分の速度で維持した。また、不活性ガスは、ウレタン系プレポリマー、硬化剤、およびシリコン界面活性剤の合計体積の３５体積％で一定に投入した。
撹拌された原料をモールド（横１０００ｍｍ、縦１０００ｍｍ、高さ３ｍｍ）に注入し固相化させシートを得た。その後、シートは研削盤を使用して研削し、チップを使用して溝を彫るプロセスを経て、平均厚さ２ｍｍの多孔質ポリウレタン研磨パッドを製造した。
（試験例）
実施例および比較例において製造した多孔質ポリウレタン研磨パッドについて、下記のような条件および手順により、それぞれの物性を測定し、下記の表１、および図１〜図７に示した。
（１）比重
研磨パッドを４ｃｍ×８．５ｃｍの長方形（厚さ：２ｍｍ）に切った後、温度２３±２℃、湿度５０±５％の環境で１６時間静置した。比重計を用いて研磨パッドの比重を測定した。
（２）硬度
ショアＤ硬度を測定し、研磨パッドを２ｃｍ×２ｃｍ（厚さ：約２ｍｍ）の大きさに切った後、温度２５℃、３０℃、５０℃、および７０℃、湿度５０±５％の環境で１６時間静置した。その後、硬度計（Ｄ型硬度計）を用いて研磨パッドの硬度を測定した。
（３）引張強度
万能試験機（ＵＴＭ）を用いて、５０ｍｍ／分の速度でテストしながら破断寸前の最高強度値を得た。
（４）伸び率
引張強度の測定方法と同様にテストして、破断寸前の最大変形量を測定した後、初期長さに対する最大変形量の割合をパーセント（％）で示した。
（５）平均気孔径、気孔径分布図、気孔の面積率、および気孔数
研磨パッドを２ｃｍ×２ｃｍの正方形（厚さ：２ｍｍ）に切った後、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して１００倍で画像(image)面積を観察した。画像解析ソフトウェアを使用して、得られた画像から全体の気孔の直径を測定し、平均気孔径、気孔径分布図、および気孔面積率を算出した。また、得られた画像から単位面積（１ｍｍ２）当たりの気孔の数を確認した。
実施例１の研磨パッドのＳＥＭ写真は図１に、実施例２の研磨パッドのＳＥＭ写真は図２に、比較例１の研磨パッドのＳＥＭ写真は図３に示した。算出された気孔径分布図は図４に示した。実施例１、実施例２および比較例１の研磨パッドの面積を基準とする気孔の直径分布図をそれぞれ図５ないし図７に示した。
（６）耐電圧（break down voltage）
ＳＭＥＭ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＳＭ−１００ＢＤＶ（モデル名）、１００ｋＶ Brake Down Voltage Tester（装置名）を使用して、１０箇所で耐電圧を測定して、平均値を求めた。
具体的には、上述の１０箇所は、２ｃｍ×２ｃｍの正方形（厚さ：２ｍｍ）の研磨パッドを対象に、横４ｍｍおよび縦４ｍｍ間隔で位置を選定して測定した。
（７）酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）の研磨率
ＣＭＰ研磨機器を使用して、ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で作製した酸化ケイ素膜が形成されている直径３００ｍｍのシリコンウェーハを設置し、シリコンウェーハの酸化ケイ素膜面を下にして、多孔質ポリウレタン研磨パッドを取り付けた定盤上にセットした。その後、研磨荷重が１．４ｐｓｉになるように調整し、１２１ｒｐｍで研磨パッドを回転させながら、研磨パッド上にか焼シリカスラリーを１９０ｍｌ／分の速度で投入しながら定盤を１１５ｒｐｍで６０秒間回転させ、酸化ケイ素膜を研磨した。研磨後、シリコンウェーハをキャリアから外して、スピンドライヤーに装着して精製水（ＤＩＷ）で洗浄した後、空気により１５秒間乾燥した。乾燥されたシリコンウェーハについて、光干渉式膜厚測定装置を使用して研磨前後の膜厚変化を測定し、研磨率を計算した。実施例２の研磨パッドの研磨率を１００％として基準として、実施例１および比較例１の研磨パッドの研磨率を測定した。

表１に示すように、実施例１および２の研磨パッドは、比較例１の研磨パッドに比べて、平均気孔サイズが小さく、同一面積に対して気孔の数が多いので、耐電圧および酸化ケイ素の研磨率が高いことが分かった。また、実施例１および２の研磨パッドは、比較例１の研磨パッドに比べて適正耐電圧を有するということが分かる。

Claims (16)

  1. ウレタン系樹脂、硬化剤、および複数の気孔を含む多孔質ポリウレタン研磨パッドであって、
    前記複数の気孔は、１０μｍ〜４０μｍの面積加重平均気孔径(area-weighted average pore diameter；ＡＷＡＰＤ)を有し、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７ｇ／ｃｍ３〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッド総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有し、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドは、
    前記ＡＷＡＰＤをＸとするとき、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした前記複数の気孔の直径分布において、
    前記複数の気孔の断面積の合計１００％を基準に、
    Ｘ−５μｍ未満の直径を有する第１気孔の断面積の合計が５％〜４５％であり、
    Ｘ＋５μｍより大きい直径を有する第２気孔の断面積の合計が１０％〜４５％である、多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  2. 前記多孔質ポリウレタン研磨パッドは、
    前記ＡＷＡＰＤをＸとするとき、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした前記複数の気孔の直径分布において、
    前記複数の気孔の断面積の合計１００％を基準に、
    Ｘ＋１０μｍより大きい直径を有する気孔の断面積の合計が５％〜２０％である、請求項１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  3. 前記多孔質ポリウレタン研磨パッドは反応速度調整剤をさらに含む、請求項１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  4. 前記反応速度調整剤は、トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルブタンジアミン、２−メチル−トリエチレンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロパノールアミン、１，４−ジアザビシクロ［２、２，２］オクタン、ビス（２−メチルアミノエチル）エーテル、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ベンジルジメチルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、２−メチル−２−アザノルボルナン（2-methyl-2-azanorbornane）、ジラウリン酸ジブチルスズ（dibutyltin dilaurate）、ジ(２−エチルヘキサン酸)スズ（stannous octoate）、二酢酸ジブチルスズ（dibutyltin diacetate）、二酢酸ジオクチルスズ（diocthyltin diacetate）、ジブチルスズマレアート（dibutyltin maleate）、ジブチルスズジ(２−エチルヘキサノエート)（dibutyltin di-2-ethylhexanoate）、およびジブチルスズビス（ラウリルメルカプチド）(dibutyltin bis(lauryl mercaptide)）からなる群より選択される１種以上を含む、請求項３に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  5. 前記硬化剤は、アミン化合物、アルコール化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  6. 前記多孔質ポリウレタン研磨パッドは、その単位面積（ｍｍ２）当たりの気孔の数が５００個以上である、請求項１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  7. 前記複数の気孔は、２種以上の固相発泡剤の混合物から、または１種以上の固相発泡剤および１種以上の不活性ガスから形成された、請求項１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  8. 前記固相発泡剤の混合物は、互いに異なる平均粒径を有する２種以上の固相発泡剤の混合物である、請求項７に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  9. 前記複数の気孔は、多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした前記複数の気孔の直径分布において、最大ピークの気孔直径が１５μｍ〜４０μｍであり、前記最大ピークの直径をＹとするとき、Ｙ−５μｍ以下の直径を有する気孔の断面積の合計が複数の気孔の断面積の合計１００％を基準として２０％〜４０％である、請求項１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッド。
  10. （１）ウレタン系プレポリマー、硬化剤、および複数の気孔を形成するための物質を含む混合物をモールド内に注入して成形する工程と、
    （２）前記混合物を硬化させる工程とを含む多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法であって、
    前記複数の気孔は、１０μｍ〜４０μｍの面積加重平均気孔径（ＡＷＡＰＤ）を有し、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドは、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの厚さを有し、０．７〜０．９ｇ／ｃｍ３の比重を有し、２５℃において表面のショアＤ硬度が５０〜６５であり、１５Ｎ／ｍｍ２〜２５Ｎ／ｍｍ２の引張強度を有し、８０％〜２５０％の伸び率を有し、研磨パッドの総面積を基準に３０％〜６０％の総気孔面積を有し、かつ１４ｋＶ〜２３ｋＶの耐電圧を有し、
    前記ＡＷＡＰＤをＸとするとき、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした前記複数の気孔の直径分布において、
    前記複数の気孔の断面積の合計１００％を基準に、
    Ｘ−５μｍ未満の直径を有する第１気孔の断面積の合計が５％〜４５％であり、
    Ｘ＋５μｍより大きい直径を有する第２気孔の断面積の合計が１０％〜４５％である、多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
  11. 前記複数の気孔を形成するための材料は、２種以上の固相発泡剤の混合物であるか、または１種以上の固相発泡剤および１種以上の不活性ガスである、請求項１０に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
  12. 前記固相発泡剤の混合物は、互いに異なる平均粒径を有する２種以上の固相発泡剤の混合物である、請求項１１に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
  13. 前記混合物が、反応速度調整剤をさらに含み、
    前記反応速度調整剤が３級アミン系化合物および有機金属系化合物からなる群より選択される１種以上である、請求項１０に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
  14. 前記反応速度調整剤が、トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、テトラメチルブタンジアミン、２−メチル−トリエチレンジアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロパノールアミン、１，４−ジアザビシクロ［２、２，２］オクタン、ビス（２−メチルアミノエチル）エーテル、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’’−ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ベンジルジメチルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、２−メチル−２−アザノルボルナン、ジラウリン酸ジブチルスズ、ジ(２−エチルヘキサン酸)スズ、二酢酸ジブチルスズ、二酢酸ジオクチルスズ、ジブチルスズマレアート、ジブチルスズジ(２−エチルヘキサノエート)、およびジブチルスズビス（ラウリルメルカプチド）からなる群より選択される１種以上を含む、請求項１３に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
  15. 前記ＡＷＡＰＤをＸとするとき、
    前記多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした前記複数の気孔の直径分布において、
    前記複数の気孔の断面積の合計１００％を基準として、Ｘ＋１０μｍより大きい直径を有する気孔の断面積の合計が５％〜２０％である、請求項１０に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
  16. 前記複数の気孔は、多孔質ポリウレタン研磨パッドの断面積を基準とした前記複数の気孔の直径分布において、最大ピークの気孔直径が１５μｍ〜４０μｍであり、前記最大ピークの直径をＹとするとき、Ｙ−５μｍ以下の直径を有する気孔の断面積の合計が複数の気孔の断面積の合計１００％を基準として２０％〜４０％である、請求項１０に記載の多孔質ポリウレタン研磨パッドの製造方法。
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