JP6792989B2 - 研磨パッドの製造方法及び研磨パッド製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板、デバイス等の研磨に利用される研磨パッドの製造方法及び研磨パッド製造装置に関する。

光学材料、半導体デバイス、又は、ハードディスク用ガラス基板等の研磨には研磨パッドが用いられる。例えば、研磨パッドは、半導体ウエハ上に酸化物層や金属層が形成されたデバイスの研磨に用いられる。研磨パッドは、ポリウレタン等の合成樹脂からなり、合成樹脂中には空隙が形成されている。研磨の際に、空隙は研磨パッドの表面で開口しており、この開口に研磨スラリーが保持されることにより、上記被研磨物の研磨が進行する。従って、研磨パッドの研磨特性は、合成樹脂の物性又は／及び合成樹脂中に形成された空隙の分布等によって決定される。

上記空隙の形成方法としては、ポリウレタンの原料であるイソシアネート化合物と水との反応により生じる炭酸ガスで発泡させる方法、合成樹脂中に微細な空気を混入する方法、合成樹脂中に微小中空球体を混合する方法などがある。そのなかでも微小中空球体は研磨パッドに含有させることにより、空隙の大きさを均一にすることができるとともに、微小中空球体の投入量によって研磨パッドの研磨特性を調整することが可能である。

特許文献１には、研磨パッドの原料に微小中空球体を予め混合させ、硬化剤を添加して、研磨パッドを製造する方法が開示されている。また、この方法では、原料中に分散された微小中空球を循環経路に循環させて、微小中空球体を原料に均一に分散させている。

特開２００６−１６１０４０号公報

しかし、循環経路内における原料及び微小中空球の移送には、循環ポンプが用いられる。原料中に分散された微小中空球体を長時間、循環経路を循環させると、微小中空球体は、循環ポンプを通過する際に循環ポンプから負荷を受け続ける。これにより、微小中空球体が変形したり、破損したりする場合がある。そして、微小中空球体が損傷を受けると、研磨パッドが所望の特性を示さなくなる可能性がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所望の特性を有する研磨パッドを製造することが可能な研磨パッドの製造方法及び研磨パッド製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る研磨パッドの製造方法は、第１の槽に収容されたプレポリマーと微小中空球体とを含む液体がポンプを通じて第１の流量で上記第１の槽から混合容器に供給されるとともに、第２の槽に収容された硬化剤が上記第２の槽から上記混合容器に供給されて、上記混合容器において上記液体と上記硬化剤とが混合した研磨材料が形成されることを含む。上記混合容器から上記研磨材料が型に供給されて、上記型において上記研磨材料を硬化させて研磨層が形成される。上記液体及び上記硬化剤の上記混合容器への供給が停止した状態で、上記液体が上記ポンプと上記第１の槽との間で上記第１の流量よりも小さい第２の流量で循環するか、または、上記硬化剤の上記混合容器への供給を停止させた状態で、上記ポンプが停止する。上記液体及び上記硬化剤の上記混合容器への供給が停止した後に、再度、上記液体が上記ポンプにより上記第１の流量で上記第１の槽から混合容器に供給されるとともに、上記硬化剤が上記第２の槽から上記混合容器に供給される。
これにより、上記微小中空球体は、上記ポンプを通過する際にポンプから負荷を受けにくく、上記微小中空球体の変形、破損が抑制される。これにより、上記微小中空球体を含む研磨パッドは、所望の特性を示す。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る研磨パッドの製造方法は、第１の槽に収容されたプレポリマーが上記第１の槽から混合容器に供給されるとともに、第２の槽に収容された硬化剤と微小中空球体とを含む液体がポンプを通じて第３の流量で上記第２の槽から上記混合容器に供給され、上記混合容器において上記プレポリマーと上記液体とが混合した研磨材料が形成されることを含む。上記混合容器から上記研磨材料が型に供給されて、上記型において上記研磨材料が硬化されて研磨層が形成される。上記プレポリマー及び上記液体の上記混合容器への供給が停止した状態で、上記液体が上記ポンプと上記第２の槽との間で上記第３の流量よりも小さい第４の流量で循環するか、または、上記プレポリマーの上記混合容器への供給を停止させた状態で、上記ポンプが停止する。上記プレポリマー及び上記液体の上記混合容器への供給が停止した後に、再度、上記プレポリマーが上記第１の槽から上記混合容器に供給されるとともに、上記液体が上記ポンプにより上記第３の流量で上記第２の槽から混合容器に供給される。
これにより、上記微小中空球体は、上記ポンプを通過する際にポンプから負荷を受けにくく、上記微小中空球体の変形、破損が抑制される。これにより、上記微小中空球体を含む研磨パッドは、所望の特性を示す。

上記の研磨パッドの製造方法においては、上記微小中空球体は、熱可塑性樹脂からなる外殻を有してもよい。
このような外殻を有する上記微小中空球体であっても、上記ポンプを通過する際にポンプから負荷を受けにくく、上記微小中空球体の変形、破損が抑制される。

上記の研磨パッドの製造方法においては、上記ポンプの回転数が調整されることにより、上記液体の流量が調整されてもよい。
例えば、上記ポンプの回転数が下がることにより、第１の流量が第２の流量に制限され、第３の流量が第４の流量に制限される。

上記の研磨パッドの製造方法においては、上記ポンプとして、容積式ポンプが好ましく用いられ、容積式ポンプの中でも往復ポンプや回転ポンプが用いられてもよい。
上記微小中空球体は、このようなポンプを通過する際にポンプから負荷を受けにくく、上記微小中空球体の変形、破損が抑制される。

上記の研磨パッドの製造方法においては、上記液体は、５時間以内で循環されてもよい。
これにより、上記微小中空球体には、上記ポンプから受ける負荷が印加されにくく、上記微小中空球体の変形、破損が抑制される。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る研磨パッド製造装置は、第１の槽と、第２の槽と、混合容器と、第１のポンプと、第２のポンプと、制御装置と、型とを具備する。上記第１の槽は、プレポリマーを収容し、上記プレポリマーに微小中空球体を混合させることができる。上記第２の槽は、上記プレポリマーを硬化させる硬化剤を収容し、上記硬化剤に上記微小中空球体を混合させることができる。上記混合容器は、上記プレポリマーと上記硬化剤と上記微小中空球体とを混合して研磨材料を形成する。上記第１のポンプは、上記第１の槽に収容された第１の液体を上記第１の槽から上記混合容器に供給する。上記第２のポンプは、上記第２の槽に収容された第２の液体を上記第２の槽から上記混合容器に供給する。上記制御装置は、上記第１の液体を上記第１のポンプによって第１の流量により上記混合容器に供給し、上記第２の液体を上記第２のポンプによって第３の流量により上記混合容器に供給する制御を行う。上記制御装置は、上記第１の液体及び上記第２の液体の上記混合容器への供給を停止している状態では、上記第１の液体を上記第１のポンプと上記第１の槽との間で上記第１流量よりも小さい第２の流量で循環させる制御を行う。もしくは、上記制御装置は、上記第１のポンプを停止する。または、上記制御装置は、上記第２の液体を上記第２のポンプと上記第２の槽との間で上記第３の流量よりも小さい第４の流量で循環させる制御を行う。もしくは、上記制御装置は、上記第２のポンプを停止する制御を行う。上記型は、上記混合容器から上記研磨材料を受容し上記研磨材料を硬化させて研磨層を形成する。
これにより、上記微小中空球体は、上記ポンプを通過する際にポンプから負荷を受けにくく、上記微小中空球体の変形、破損が抑制される。これにより、上記微小中空球体を含む研磨パッドは、所望の特性を示す。

以上述べたように、本発明によれば、所望の特性を有する研磨パッドを製造することが可能な研磨パッドの製造方法及び研磨パッド製造装置が提供される。

図（ａ）は、本実施形態に係る研磨パッド１００を示す模式的斜視図である。図（ｂ）は、本実施形態に係る研磨パッド１００の模式的断面図である。図（ｃ）は、本実施形態に係る中空微粒子１１１の模式的断面図である。 本実施形態に係る研磨パッド１００の製造に用いられる製造装置２００の模式図である。 図（ａ）は、第１貯槽２０１における第１の液体の粘度と循環時間との関係を示すグラフ図である。図（ｂ）は、研磨層１０１の密度と循環時間との関係を示すグラフ図である。図（ｃ）は、研磨層１０１のＨｓ硬度と循環時間との関係を示すグラフ図である。 研磨層１０１の断面像と循環時間との関係を示すグラフ図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。

［研磨パッドの構成］
図１（ａ）は、本実施形態に係る研磨パッド１００を示す模式的斜視図である。
研磨パッド１００は、研磨層１０１、接着層１０２及びクッション層１０３を具備する。

研磨層１０１は、被研磨物に当接し、研磨を行う層である。以下、研磨層１０１の表面を研磨面１０１ａとする。研磨面１０１ａには、スラリー液の流れをよくするための溝及び孔（不図示）が形成されてもよい。

接着層１０２は、研磨層１０１とクッション層１０３を接着する層であり、例えば粘着テープである。

クッション層１０３は、研磨層１０１の被研磨物への当接をより均一にする層である。クッション層１０３は、不織布や合成樹脂等の可撓性を有する材料からなるものとすることができる。

研磨パッド１００は、クッション層１０３に配設された粘着テープ等によって研磨装置に貼付される。研磨パッド１００の大きさ（径）は研磨装置のサイズ等に応じて決定することができ、例えば、直径１０ｃｍ〜１ｍ程度とすることができる。なお、研磨パッド１００の形状は円板状に限られず、帯状等であってもよい。

研磨パッド１００は、研磨装置によって被研磨物に押圧された状態で回転駆動され、被研磨物を研磨する。その際、研磨パッド１００と被研磨物の間には、スラリー液が供給される。スラリー液は溝又は孔を介して研磨面１０１ａに供給され、排出される。

［研磨層の構成］
図１（ｂ）は、本実施形態に係る研磨パッド１００の模式的断面図である。
研磨パッド１００において、研磨層１０１は、ポリマー１１０及び中空微粒子（微小中空球体）１１１を含む。

ポリマー１１０は、研磨材料の主な構成材料である。ポリマー１１０は、プレポリマーと硬化剤の重合反応によって生成するポリマーであるものとすることができる。このようなポリマーとしては、ポリウレタンが挙げられる。ポリウレタンは、入手性及び加工性がよく、好適な研磨特性を有するため、ポリマー１１０として好適である。

プレポリマーは、イソシアネート基末端を有する化合物（以下、イソシアネート化合物）とすることができ、ポリイソシアネート化合物とポリオール化合物とを、通常用いられる条件で反応させることにより得られる化合物であり、ポリウレタン結合とイソシアネート基を分子内に含むものである。また、本発明の効果を損なわない範囲内で、他の成分がポリウレタン結合含有イソシアネート化合物に含まれてもよい。

ポリイソシアネート化合物は、分子内に２つ以上のイソシアネート基を有する化合物を意味し、例えばジフェニルメタンジイソシアートを用いることができる。

この他にもポリイソシアネート化合物としては、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、ナフタレン−１，４−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、３，３'−ジメトキシ−４，４'−ビフェニルジイソシアネート、３，３'−ジメチルジフェニルメタン−４，４'−ジイソシアネート、キシリレン−１，４−ジイソシアネート、４，４'−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソフォロンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、ブチレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，４−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４'−ジイソシアネート（水添ＭＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−１，４−ジイソチオシアネート及びエチリジンジイソチオシアネートが挙げられる。これらの１種又は２種以上を用いることができる。

また、ポリオール化合物とは、分子内に２つ以上のアルコール性水酸基（ＯＨ）を有する化合物を意味し、例えば、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール（又はポリテトラメチレンエーテルグリコール）（ＰＴＭＧ）やジエチレングリコール（ＤＥＧ）を用いることができる。

この他にもポリオール化合物としては、エチレングリコール、ブチレングリコール等のジオール化合物、トリオール化合物等；ＰＴＭＧなどのポリエーテルポリオール化合物；エチレングリコールとアジピン酸との反応物やブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール化合物；ポリカーボネートポリオール化合物、ポリカプロラクトンポリオール化合物等を挙げられる。これらの１種又は２種以上を用いることができる。

硬化剤は、ポリアミン系硬化剤を利用することができる。ポリアミン系硬化剤は、２つ以上のアミノ基を有する物質であり、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどのアルキレンジアミン；イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン−４，４'−ジアミンなどの脂肪族環を有するジアミン；ＭＯＣＡ（３，３−ジクロロ−４，４−ジアミノジフェニルメタン）などの芳香族環を有するジアミン；２−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、２−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、２−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ−２−ヒドロキシプロピルエチレンジアミン等の水酸基を有するジアミン、特にヒドロキシアルキルアルキレンジアミン；などを用いることができる。また、３官能のトリアミン化合物、４官能以上のポリアミン化合物も使用可能である。

また、硬化剤は、ポリオール系硬化剤を利用することもできる。ポリオール系硬化剤は２つ以上のヒドロキシル基を有する物質であり、例えば、エチレングリコール又はポリエーテルポリオールとすることができる。

この他にも、ポリオール系硬化剤として、ブチレングリコール及びヘキサンジオール等の低分子量のポリオール化合物、並びに、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）、ビスフェノールＡとプロピレンオキサイドとの反応物等のポリエーテルポリオール化合物、エチレングリコールとアジピン酸との反応物、ブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール化合物、ポリカーボネートポリオール化合物及びポリカプロラクトンポリオール化合物等の高分子量のポリオール化合物が挙げられる。

硬化剤は、ポリアミン系硬化剤とポリオール系硬化剤のうちの１種又は複数種を利用することが可能である。

ここで、プレポリマーの末端に存在するイソシアネート基に対する、硬化剤に存在するアミノ基又はヒドロキシル基活性水素基の当量比であるＲ値が、０．７０〜１．２０となるよう、各成分を混合する。Ｒ値は、０．７０〜１．２０が好ましく、０．８０〜１．００がより好ましく、さらに好ましくは０．８５〜０．９５である。Ｒ値を１以下とすることで、過剰となったイソシアネート基が後述する架橋反応に用いられる。

中空微粒子１１１は、ポリマー１１０に分散されている。中空微粒子１１１は、中空の球体状の物体である。研磨面１０１ａにおいて露出している半球状の中空微粒子１１１は、研磨層１０１を形成した後に、切断加工、バフ加工、ドレス加工等によって表出したものである。

図１（ｃ）は、本実施形態に係る中空微粒子１１１の模式的断面図である。
中空微粒子１１１は、熱可塑性樹脂からなる球殻状の外殻１１１ａと、外殻１１１ａに囲まれた内部空間１１１ｂを有する。中空微粒子１１１は、液状の低沸点炭化水素を熱可塑性樹脂の殻で包み、加熱することによって形成されたものとすることができる。中空微粒子１１１としては、既に加熱され膨張されている既膨張タイプのものが用いられてもよく、上記ポリウレタンの生成反応に伴う生成熱により膨張される未膨張タイプのものが用いられてもよい。

加熱によって熱可塑性樹脂が軟化するとともに低沸点炭化水素が気体に変化し、気体の圧力によって熱可塑性樹脂が膨張することにより中空微粒子１１１が形成される。低沸点炭化水素は例えばイソブタンやペンタン等が用いられ、熱可塑性樹脂は例えば塩化ビニリデンやアクリロニトリルが用いられる。

中空微粒子１１１は、市販品を利用することも可能である。例えばマツモトマイクロスフェアーシリーズ（松本油脂製薬株式会社製）やエクスパンセルシリーズ（ＡｋｚｏＮｏｂｅｌ社製）を中空微粒子１１１として利用することができる。

中空微粒子１１１の大きさは特に限定されないが、直径２０μｍ〜２００μｍ程度とすることができ、また径の異なる中空微粒子を２種類以上用いることもできる。研磨材料における中空微粒子１１１の含有割合は、研磨材料に対して、１０〜６０体積％が好適であり、１５〜４５体積％であるとより好適である。このような樹脂製の中空微粒子１１１を研磨層１０１に分散させることにより、研磨層１０１中の空隙の大きさを均一にすることができる。さらに、中空微粒子１１１の投入量によって研磨パッド１００の研磨特性を調整できる。

［研磨パッドの製造装置］
研磨パッド１００の製造方法を説明する前に、研磨パッド１００の製造する製造装置について説明する。

図２は、本実施形態に係る研磨パッド１００の製造に用いられる製造装置２００の模式図である。

製造装置２００は、第１貯槽２０１（第１の槽）、第２貯槽２０２（第２の槽）、撹拌槽２０３（混合容器）、型２０４、ポンプ４０１（第１のポンプ）、ポンプ４０２（第２のポンプ）及び制御装置６００を具備する。さらに、製造装置２００は、切替弁４１０、切替弁４２０、流路５０１ａ、流路５０１ｂ、流路５０２ａ、流路５０２ｂ、容器２１２、流路５０３、容器２１３及び流路５０４を具備する。製造装置２００は、上記の各部品が一括して制御装置６００によって自動制御されている。又は、製造装置２００においては、制御装置６００による各部品の制御を解除されて、各部品を手動で動作することもできる。

第１貯槽２０１は、プレポリマーを収容することができる。第１貯槽２０１においては、プレポリマーに中空微粒子１１１を混合させることができる。例えば、中空微粒子１１１は、容器２１２に予め収容される。容器２１２は、第１貯槽２０１に流路５０３を介して接続されている。中空微粒子１１１は、流路５０３を介して容器２１２から第１貯槽２０１に投入される。

中空微粒子１１１は、細かな微粒子であり、中空微粒子１１１を第１貯槽２０１の上方から第１貯槽２０１に投入すると、第１貯槽２０１内で舞い上がり、第１貯槽２０１の内壁に中空微粒子１１１に付着する可能性がある。この結果、中空微粒子１１１が効率よくプレポリマー中に分散されない可能性がある。従って、中空微粒子１１１は、第１貯槽２０１の下側から流路５０３を介して投入される。これにより、中空微粒子１１１は、第１貯槽２０１に投入直後から第１貯槽２０１の底に溜ったプレポリマーに直接的に混入される。

第２貯槽２０２は、硬化剤を収容することができる。製造装置２００においては、第２貯槽２０２においても、硬化剤に中空微粒子１１１を混合させることができる。例えば、中空微粒子１１１は、容器２１３に予め収容される。容器２１３は、第２貯槽２０２に流路５０４を介して接続されている。中空微粒子１１１は、流路５０４を介して容器２１３から第２貯槽２０２に投入される。

中空微粒子１１１は、第１貯槽２０１または第２貯槽２０２のいずれか一方に混在させてもよく、第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２の両方に混在させてもよい。また、中空微粒子１１１の比重は、プレポリマー及び硬化剤の比重よりも軽い。従って、中空微粒子１１１を第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２の下方から、第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２に投入することで、中空微粒子１１１は、第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２のそれぞれで効率よく分散される。

ポンプ４０１は、第１貯槽２０１内に収容された内容物（以下、第１の液体）を第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給することができる。ポンプ４０１は、流路５０１ａの途中に設けられている。流路５０１ａの途中に設けられたポンプ４０１の数は、１つとは限らない。例えば、複数のポンプ４０１が流路５０１ａの途中に並列に設けられてもよい。また、流路５０１ａには、切替弁４１０を介して、流路５０１ｂと流路５０１ｃとが接続されている。切替弁４１０は、いわゆる３方弁である。

例えば、第１貯槽２０１内に収容された第１の液体を第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給するときは、切替弁４１０によって流路５０１ａと流路５０１ｂとを連通させる。そして、ポンプ４０１の作動により、第１の液体が第１貯槽２０１から流路５０１ａ、流路５０１ｂを通じて撹拌槽２０３に供給される。ここで、第１の液体が第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給されているとき、ポンプ４０１内に流れる第１の液体の流量は、所定の流量（第１の流量）に制御されている。

また、製造装置２００においては、第１の液体の撹拌槽２０３への供給を停止することもできる。このとき、製造装置２００においては、第１の液体をポンプ４０１と第１貯槽２０１との間で循環することができる。例えば、切替弁４１０によって流路５０１ａと流路５０１ｃとを連通させる。そして、ポンプ４０１の作動により、第１の液体が第１貯槽２０１から流路５０１ａ、流路５０１ｃを通じて第１貯槽２０１に戻される。この液体の戻し動作が繰り返し行われる。

ここで、第１の液体がポンプ４０１と第１貯槽２０１との間で循環しているとき、ポンプ４０１内に流れる第１の液体の流量は、第１の流量よりも小さくなるように制御される。この第１の流量よりも小さい流量を第２の流量とする。第２の流量は、例えば、第１の流量の５０％以下に調整される。例えば、ポンプ４０１の回転数を調整することにより、第１の液体の流量が第１の流量または第２の流量に調整される。また、第１の液体の撹拌槽２０３への供給を停止するときには、ポンプ４０１自体を停止してもよい。また、ポンプ４０１の作動と停止が交互に繰り返されてもよい。

ポンプ４０２は、第２貯槽２０２内に収容された内容物（以下、第２の液体）を第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給することができる。ポンプ４０２は、流路５０２ａの途中に設けられている。流路５０２ａの途中に設けられたポンプ４０２の数は、１つとは限らない。例えば、複数のポンプ４０２が流路５０２ａの途中に並列に設けられてもよい。また、流路５０２ａには、切替弁４２０を介して、流路５０２ｂと流路５０２ｃとが接続されている。切替弁４２０は、いわゆる３方弁である。

例えば、第２貯槽２０２内に収容された第２の液体を第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給するときは、切替弁４２０によって流路５０２ａと流路５０２ｂとを連通させる。そして、ポンプ４０２の作動により、第２の液体が第２貯槽２０２から流路５０２ａ、流路５０２ｂを通じて撹拌槽２０３に供給される。ここで、第２の液体が第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給されているとき、ポンプ４０２内に流れる第２の液体の流量は、所定の流量（第３の流量）に制御されている。

また、製造装置２００においては、第２の液体の撹拌槽２０３への供給を停止することもできる。このとき、製造装置２００においては、第２の液体をポンプ４０２と第２貯槽２０２との間で循環することができる。例えば、切替弁４２０によって流路５０２ａと流路５０２ｃとを連通させる。そして、ポンプ４０２の作動により、第２の液体が第２貯槽２０２から流路５０２ａ、流路５０２ｃを通じて第２貯槽２０２に戻される。この液体の戻し動作が繰り返し行われる。

ここで、第２の液体がポンプ４０２と第２貯槽２０２との間で循環しているとき、ポンプ４０２内に流れる第２の液体の流量は、第３の流量よりも小さくなるように制御される。この第３の流量よりも小さい流量を第４の流量とする。第４の流量は、例えば、第３の流量の５０％以下に調整される。例えば、ポンプ４０２の回転数を調整することにより、第２の液体の流量が第３の流量または第４の流量に調整される。また、第２の液体の撹拌槽２０３への供給を停止するときには、ポンプ４０２自体を停止してもよい。また、ポンプ４０２の作動と停止が交互に繰り返されてもよい。

製造装置２００において、上記の切替弁４１０の切り替え、ポンプ４０１、４０２の作動は、制御装置６００によって制御されている。ポンプ４０１、４０２としては、定量型のネジ式ポンプ（例えば、モーノポンプ）または定量型の容積式ポンプ（例えば、サインポンプ）が好ましく用いられ、中でも往復ポンプや回転ポンプが用いられる。これらのポンプは、中空微粒子１１１を含む粘性流体（第１及び第２の液体）を移送するのに優れる。制御装置６００は、液体の流量を下げるときには、これらのポンプの回転数を下げる制御をし、液体の流量を上げるときには、これらのポンプの回転数を上げる制御をする。

撹拌槽２０３は、プレポリマーと硬化剤と中空微粒子１１１を受けて、これらのプレポリマーと硬化剤と中空微粒子１１１を混合して研磨材料３０１を形成する。型２０４は、撹拌槽２０３から研磨材料３０１を受容し研磨材料３０１を硬化させて研磨層１０１を形成する。

［研磨パッドの製造方法］
図２を参照しながら、研磨パッド１００の製造方法について説明する。研磨層１０１の製造は、制御装置６００によって制御されている。まず、中空微粒子１１１が第１貯槽２０１のみに混在しているときの研磨パッドの製造方法について説明する。

例えば、第１貯槽２０１にプレポリマーと中空微粒子１１１とが投入される。プレポリマーは、イソシアネート化合物とすることができる。第２貯槽２０２には、硬化剤が投入される。硬化剤は、ポリオール系硬化剤及びポリアミン系硬化剤の両方又は一方である。各原料の流動性を安定にするために、第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２は所定温度に加熱される。

次に、第１貯槽２０１に収容されたプレポリマーと中空微粒子１１１とを含む液体（第１の液体）が第１の流量で第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給される。例えば、制御装置６００によってポンプ４０１が作動することにより、第１の液体が流路５０１ａ、切替弁４１０及び流路５０１ｂを通じて第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給される。このとき、ポンプ４０１から吐出する第１の液体の流量は、第１の流量に制御される。

例えば、ポンプ４０１がモーノポンプの場合、第１の流量は、３０ｒｐｍ以上１５０ｒｐｍ以下のいずれかの流量に制御される。また、吐出量は、１２０００ｇ/ｍｉｎ以上３００００ｇ/ｍｉｎ以下のいずれかの吐出量に制御される。吐出圧力は、０．５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下のいずれかの吐出圧力に制御される。

さらに、第１の液体の供給とともに、第２貯槽２０２に収容された硬化剤がポンプ４０２を通じて第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給される。例えば、制御装置６００によってポンプ４０２が作動することにより、硬化剤が流路５０２ａ、切替弁４２０及び流路５０２ｂを通じて第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給される。

例えば、ポンプ４０２がモーノポンプの場合、硬化剤の流量は、３０ｒｐｍ以上１５０ｒｐｍ以下のいずれかの流量に制御される。また、吐出量は、４０００ｇ/ｍｉｎ以上１００００ｇ/ｍｉｎ以下のいずれかの吐出量に制御される。吐出圧力は、０．１ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下のいずれかの吐出圧力に制御される。

次に、撹拌槽２０３において第１の液体と硬化剤とが混合した流動体状の研磨材料３０１が形成される。次に、研磨材料３０１は、撹拌槽２０３から型２０４に供給される。研磨材料３０１においては、プレポリマーと硬化剤が重合反応する。この際、型２０４は加熱されてもよい。重合反応の進行とともに混合物は硬化し、ポリマーからなるブロック状物が形成される。そして、型２０４においては、研磨材料３０１が硬化されて、研磨層１０１が形成される。

例えば、得られたブロック状物を加熱し、ポリマーの架橋反応を進行させる。さらに、ブロック状物をスライス（切断加工）することにより、研磨層１０１が得られる。研磨層１０１に接着層１０２及び
クッション層１０３が積層されて所望の形状に裁断され、研磨パッド１００が形成される。必要に応じて研磨層１０１には溝等が形成されてもよい。

ここで、研磨層１０１の製造においては、第１の液体及び硬化剤の撹拌槽２０３への供給を一時的に停止する必要性も生じる。本実施形態においては、この停止中の期間において、第１の液体をポンプ４０１と第１貯槽２０１との間で循環させる。例えば、切替弁４１０を切り替えることにより、流路５０１ａと流路５０１ｃとを連通させて、第１貯槽２０１、流路５０１ａ、切替弁４１０、流路５０１ｃ、第１貯槽２０１の順で第１の液体を循環させる。

この循環より、第１貯槽２０１内、流路５０１ａ内及び流路５０１ｃ内において、互いに比重の異なるプレポリマーと中空微粒子１１１とが効率よく混ぜ合わさる。また、このような循環を続けることにより、第１の液体の撹拌槽２０３への供給を再開したときには、中空微粒子１１１がプレポリマーに効率よく分散した第１の液体が即座に流路５０１ｂから取り出すことができる。仮に、第１の液体の循環を止めてしまうと、第１貯槽２０１または流路５０１ａに残存する微量の空気とプレポリマーとが反応して、第１貯槽２０１内または流路５０１ａ内に、複数のプレポリマーが固化した異物が発生しやすくなる。

但し、第１の液体を長時間循環させると、中空微粒子１１１は、ポンプ４０１を通過する度にポンプ４０１から負荷を受け続ける。例えば、ポンプ４０１がモーノポンプの場合、第１の液体は、ポンプ４０１内のローターの回転によって押し出され、ポンプ４０１外に吐出する。ここで、第１の液体は、プレポリマーを含み、所定の粘度を有する。これにより、第１の液体は、粘性抵抗または慣性抵抗を有する。従って、第１の液体がポンプ４０１を通過する度に、中空微粒子１１１には応力が印加される。このような負荷が長く持続すると、中空微粒子１１１が変形したり、破損したりする場合がある。

損傷を受けた中空微粒子１１１が研磨層１０１に混入すると、研磨パッド１００が所望の特性を示さなくなる可能性がある。例えば、つぶれた中空微粒子１１１、又は、中空にプレポリマーが混入した中空微粒子１１１が研磨層１０１内に入ると、研磨層１０１の硬度が局所的に高くなったり、研磨層１０１全体が硬くなって被研磨物に損傷を与えたりする。

従って、本実施形態においては、第１の液体をポンプ４０１と第１貯槽２０１との間で循環させているときには、第１の液体をポンプ４０１と第１貯槽２０１との間で第１の流量よりも小さい第２の流量で循環させる。これにより、中空微粒子１１１は、ポンプ４０１を通過する際にポンプ４０１から負荷を受けにくく、中空微粒子１１１の変形、破損が抑制される。これにより、中空微粒子１１１を含む研磨パッド１００は、所望の特性を示す。

例えば、ポンプ４０１がモーノポンプの場合、第２の流量は、１５ｒｐｍ以上７５ｒｐｍ以下のいずれかの流量に制御される。また、吐出量は、６０００ｇ/ｍｉｎ以上１５０００ｇ/ｍｉｎ以下のいずれかの吐出量に制御される。吐出圧力は、０．２５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下のいずれかの吐出圧力に制御される。

また、複数のポンプ４０１が流路５０１ａに配置されているときは、複数のポンプ４０１のそれぞれの吐出量が第２の流量に制御されても、流路５０１ａ、５０１ｃを流れる第１の液体の流量は、それぞれのポンプ４０１から吐出される流量の合計になる。これにより、循環中には、ポンプ４０１による中空微粒子１１１の負荷を抑えつつ、流路５０１ａ、５０１ｃを流れる第１の液体の流量を第１の流量と同じにすることもできる。また、第１の液体及び硬化剤の撹拌槽２０３への供給を停止しているとき、ポンプ４０１による中空微粒子１１１への負荷をさらに低減させるには、ポンプ４０１自体を停止してもよい。

この後、再び、第１の液体及び硬化剤が撹拌槽２０３に供給されて、研磨層１０１が再び形成される。すなわち、循環が終わった後に、第１の液体は、ポンプ４０１により第１の流量で第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給されるとともに、硬化剤は、第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給される。

次に、中空微粒子１１１が第２貯槽２０２のみに混在しているときの研磨パッドの製造方法について説明する。例えば、第２貯槽２０２には、硬化剤と中空微粒子１１１とが投入される。第２貯槽２０２内の内容物を第２の液体とする。

次に、第１貯槽２０１に収容されたプレポリマーが第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給される。例えば、制御装置６００によってポンプ４０１が作動することにより、プレポリマーが流路５０１ａ、切替弁４１０及び流路５０１ｂを通じて第１貯槽２０１から撹拌槽２０３に供給される。

例えば、ポンプ４０１がモーノポンプの場合、プレポリマーの流量は、３０ｒｐｍ以上１５０ｒｐｍ以下のいずれかの流量に制御される。また、吐出量は、１２０００ｇ/ｍｉｎ以上３００００ｇ/ｍｉｎ以下のいずれかの吐出量に制御される。吐出圧力は、０．５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下のいずれかの吐出圧力に制御される。

さらに、プレポリマーの供給とともに、第２貯槽２０２に収容された第２の液体がポンプ４０２を通じて第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給される。例えば、制御装置６００によってポンプ４０２が作動することにより、第２の液体が流路５０２ａ、切替弁４２０及び流路５０２ｂを通じて第２貯槽２０２から撹拌槽２０３に供給される。このとき、ポンプ４０１から吐出する第２の液体の流量は、第３の流量に制御される。

例えば、ポンプ４０２がモーノポンプの場合、第２の液体の流量は、３０ｒｐｍ以上１５０ｒｐｍ以下のいずれかの流量に制御される。また、吐出量は、４０００ｇ/ｍｉｎ以上１００００ｇ/ｍｉｎ以下のいずれかの吐出量に制御される。吐出圧力は、０．１ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下のいずれかの吐出圧力に制御される。

次に、撹拌槽２０３においてプレポリマーと第２の液体とが混合した流動体状の研磨材料３０１が形成される。次に、研磨材料３０１は、撹拌槽２０３から型２０４に供給される。そして、型２０４においては、研磨材料３０１が硬化されて、研磨層１０１が形成される。

ここで、プレポリマー及び第２の液体の撹拌槽２０３への供給を一時的に停止するときには、第２の液体をポンプ４０２と第２貯槽２０２との間で循環させる。例えば、切替弁４２０を切り替えることにより、流路５０２ａと流路５０２ｃとを連通させて、第２貯槽２０２、流路５０２ａ、切替弁４２０、流路５０２ｃ、第２貯槽２０２の順で第２の液体を循環させる。

第２の液体をポンプ４０２と第２貯槽２０２との間で循環させているときには、第２の液体をポンプ４０２と第２貯槽２０２との間で第３の流量よりも小さい第４の流量で循環させる。これにより、中空微粒子１１１は、ポンプ４０２を通過する際にポンプ４０２から負荷を受けにくく、中空微粒子１１１の変形、破損が抑制される。これにより、中空微粒子１１１を含む研磨パッド１００は、所望の特性を示すようになる。

例えば、ポンプ４０２がモーノポンプの場合、第４の流量は、１５ｒｐｍ以上７５ｒｐｍ以下のいずれかの流量に制御される。また、吐出量は、２０００ｇ/ｍｉｎ以上５０００ｇ/ｍｉｎ以下のいずれかの吐出量に制御される。吐出圧力は、０．０５ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下のいずれかの吐出圧力に制御される。

また、複数のポンプ４０２が流路５０２ａに配置されているときは、複数のポンプ４０２のそれぞれの吐出量が第４の流量に制御されても、流路５０２ａ、５０２ｃを流れる第２の液体の流量は、それぞれのポンプ４０２から吐出される流量の合計になる。これにより、循環中には、ポンプ４０２による中空微粒子１１１の負荷を抑えつつ、流路５０２ａ、５０２ｃを流れる第２の液体の流量を第３の流量と同じにすることもできる。また、プレポリマー及び第２の液体の撹拌槽２０３への供給を停止しているとき、ポンプ４０２による中空微粒子１１１への負荷をさらに低減させるには、ポンプ４０２自体を停止してもよい。

この後、再び、プレポリマー及び第２の液体が撹拌槽２０３に供給されて、研磨層１０１が再び形成される。

さらに、本実施形態においては、中空微粒子１１１を第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２の両方に混在させて、第１貯槽２０１及び第２貯槽２０２の両方から中空微粒子１１１を撹拌槽２０３に供給してもよい。

［研磨層の評価］
図３（ａ）は、第１貯槽２０１における第１の液体の粘度と循環時間との関係を示すグラフ図である。実線は、ポンプ４０１としてモーノポンプを使用した場合の結果である。破線は、ポンプ４０１としてサインポンプを使用した場合の結果である。

図３（ａ）に示すように、モーノポンプの場合、第１の液体の循環時間が５時間以内では、第１の液体の粘度は、６０００（ｃｐ）以上を維持する。しかし、循環時間が５時間を超えると、第１の液体の粘度は、４５００（ｃｐ）以下に減少する。さらに、循環時間が２０時間を超えると、第１の液体の粘度が４０００（ｃｐ）よりもさらに低くなる。

サインポンプの場合、第１の液体の循環時間が５時間以内では、第１の液体の粘度は、１２０００（ｃｐ）以上を維持する。しかし、循環時間が５時間を超えると、第１の液体の粘度は、８５００（ｃｐ）以下に減少する。さらに、循環時間が２０時間を超えると、第１の液体の粘度が７０００（ｃｐ）よりもさらに低くなる。

このように、第１の液体の循環時間が５時間を超えると、第１の液体の粘度が著しく減少する。つまり、ポンプからの負荷を受け続けた結果、中空微粒子１１１の損傷が進行していると考えられる。従って、第１の液体の循環時間は、５時間以内であることが好ましい。

図３（ｂ）は、研磨層１０１の密度と循環時間との関係を示すグラフ図である。グレーの棒グラフは、モーノポンプを使用した場合の結果である。白の棒グラフは、サインポンプを使用した場合の結果である。

図３（ｂ）に示すように、第１の液体の循環時間が５時間以内では、モーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも、研磨層１０１の密度が０．８５（ｇ／ｃｍ^３）以下を維持する。しかし、第１の液体の循環時間が５時間を超えると、密度がモーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも、０．９（ｇ／ｃｍ^３）程度に上昇する。さらに、第１の液体の循環時間が４８時間になると、モーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも、密度が１．０（ｇ／ｃｍ^３）程度に上昇する。

このように、第１の液体の循環時間が５時間を超えると、中空微粒子１１１を含む研磨層１０１の密度が著しく上昇する。従って、第１の液体の循環時間は、５時間以内であることが好ましい。

また、本評価ではいずれの場合も、第１の液体を第１貯槽２０１に１００ｋｇ用意し、第１の液体の流量を１８ｋｇ／ｍｉｎとして行ったため、理論上５．６分間に１度、第１の液体がポンプ４１０を通過することとなる。ポンプ４１０を通過する度に中空微粒子１１１がポンプ４１０により変形・破損される可能性が生じるが、上記の通り５時間以内、すなわち理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回以内であれば、中空微粒子１１１の変形・破損が所定範囲内に抑えることができる。このため、理論上の第１の液体のポンプ通過回数を５４回以内とするのが好ましい。一方、理論上の第１の液体のポンプ通過回数が上記を超えてしまうと、中空微粒子１１１の変形・破損が増加してしまい、研磨層１０１の密度が著しく上昇してしまう。

図３（ｃ）は、研磨層１０１のショアＤ硬度と循環時間との関係を示すグラフ図である。グレーの棒グラフは、モーノポンプを使用した場合の結果である。白の棒グラフは、サインポンプを使用した場合の結果である。

図３（ｃ）に示すように、第１の液体の循環時間が５時間以内（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回以内）では、モーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも、研磨層１０１のショアＤ硬度は、４８以下を維持する。しかし、第１の液体の循環時間が５時間を超える（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回を超える）と、ショアＤ硬度は、モーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも、５０程度に上昇する。さらに、第１の液体の循環時間が４８時間になると、硬度は、モーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも、５２（°）程度に上昇する。

このように、第１の液体の循環時間が５時間を超える（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回を超える）と、中空微粒子１１１を含む研磨層１０１の硬度が著しく上昇する。従って、第１の液体の循環時間は、５時間以内（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回以内）であることが好ましい。

以上、説明したように、第１の液体の循環時間が５時間以内（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回以内）であれば、中空微粒子１１１に印加される応力が抑制されて、中空微粒子１１１の変形、破損が抑制される。これにより、中空微粒子１１１を含む研磨パッド１００は、所望の特性を示す。

図４は、研磨層１０１の断面像と循環時間との関係を示すグラフ図である。断面像は、電子顕微鏡により取得される。

図４に示すように、第１の液体の循環時間が５時間以内（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回以内）では、モーノポンプ及びサインポンプのいずれの場合でも中空微粒子１１１が研磨層１０１に均一に分散されている。しかし、第１の液体の循環時間が５時間を超え、２４時間になると中空微粒子１１１の研磨層１０１における分散が５時間以内よりも疎になる傾向にある。この傾向は、第１の液体の循環時間が４８時間になると、さらに顕著になる。すなわち、第１の液体を循環させる時間は、５時間以内（又は理論上の第１の液体のポンプ通過回数が５４回以内）であることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

１００…研磨パッド
１０１ａ…研磨面
１０１…研磨層
１０２…接着層
１０３…クッション層
１１０…ポリマー
１１１…中空微粒子
１１１ａ…外殻
１１１ｂ…内部空間
２００…製造装置
２０１…第１貯槽
２０２…第２貯槽
２０３…撹拌槽
２０４…型
２１２、２１３…容器
３０１…研磨材料
４０１、４０２…ポンプ
４１０、４２０…切替弁
５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ、５０３、５０４…流路
６００…制御装置

Claims (6)

1. 第１の槽に収容されたプレポリマーと微小中空球体とを含む液体をポンプを通じて前記ポンプの吐出圧力が０．５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である第１の流量で前記第１の槽から混合容器に供給するとともに、第２の槽に収容された硬化剤を前記第２の槽から前記混合容器に供給して、前記混合容器において前記液体と前記硬化剤とが混合した研磨材料を形成する工程と、
   前記混合容器から前記研磨材料を型に供給して、前記型において前記研磨材料を硬化させて研磨層を形成する工程と、
   前記液体及び前記硬化剤の前記混合容器への供給を停止させた状態で、前記液体を前記ポンプと前記第１の槽との間で前記第１の流量よりも小さく前記ポンプの吐出圧力が０．２５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下である第２の流量で５時間以内循環させる工程と、
   前記液体及び前記硬化剤の前記混合容器への供給を停止させた後に、再度、前記液体を前記ポンプにより前記第１の流量で前記第１の槽から混合容器に供給するとともに、前記硬化剤を前記第２の槽から前記混合容器に供給する工程と
   を含む研磨パッドの製造方法。
2. 第１の槽に収容されたプレポリマーを前記第１の槽から混合容器に供給するとともに、第２の槽に収容された硬化剤と微小中空球体とを含む液体をポンプを通じて前記ポンプの吐出圧力が０．１ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下である第３の流量で前記第２の槽から前記混合容器に供給して、前記混合容器において前記プレポリマーと前記液体とが混合した研磨材料を形成する工程と、
   前記混合容器から前記研磨材料を型に供給して、前記型において前記研磨材料を硬化させて研磨層を形成する工程と、
   前記プレポリマー及び前記液体の前記混合容器への供給を停止させた状態で、前記液体を前記ポンプと前記第２の槽との間で前記第３の流量よりも小さく前記ポンプの吐出圧力が０．０５ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下である第４の流量で５時間以内循環させる工程と、
   前記プレポリマー及び前記液体の前記混合容器への供給を停止させた後に、再度、前記プレポリマーを前記第１の槽から前記混合容器に供給するとともに、前記液体を前記ポンプにより前記第３の流量で前記第２の槽から混合容器に供給する工程と
   を含む研磨パッドの製造方法。
3. 請求項１または２に記載された研磨パッドの製造方法であって、
   前記微小中空球体は、熱可塑性樹脂からなる外殻を有する
   研磨パッドの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載された研磨パッドの製造方法であって、
   前記ポンプの回転数を調整することにより、前記液体の流量が調整される
   研磨パッドの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載された研磨パッドの製造方法であって、
   前記ポンプとして、容積式ポンプが用いられる
   研磨パッドの製造方法。
6. プレポリマーを収容し、前記プレポリマーに微小中空球体を混合させることが可能な第１の槽と、
   前記プレポリマーを硬化させる硬化剤を収容し、前記硬化剤に前記微小中空球体を混合させることが可能な第２の槽と、
   前記プレポリマーと前記硬化剤と前記微小中空球体とを混合して研磨材料を形成する混合容器と、
   前記第１の槽に収容された第１の液体を前記第１の槽から前記混合容器に供給する第１のポンプと、
   前記第２の槽に収容された第２の液体を前記第２の槽から前記混合容器に供給する第２のポンプと、
   前記第１の液体を前記第１のポンプによって前記第１のポンプの吐出圧力が０．５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である第１の流量により前記混合容器に供給し、前記第２の液体を前記第２のポンプによって前記第２のポンプの吐出圧力が０．１ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下である第３の流量により前記混合容器に供給する制御を行い、前記第１の液体及び前記第２の液体の前記混合容器への供給を停止している状態では、前記第１の液体を前記第１のポンプと前記第１の槽との間で前記第１流量よりも小さく前記第１のポンプの吐出圧力が０．２５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下である第２の流量で５時間以内循環させるか、または、前記第２の液体を前記第２のポンプと前記第２の槽との間で前記第３の流量よりも小さく前記第２のポンプの吐出圧力が０．０５ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下である第４の流量で５時間以内循環させる制御を行う制御装置と、
   前記混合容器から前記研磨材料を受容し前記研磨材料を硬化させて研磨層を形成する型と
   を具備する研磨パッド製造装置。