JP7611412B2 - 研磨パッド - Google Patents

研磨パッド Download PDF

Info

Publication number
JP7611412B2
JP7611412B2 JP2023549766A JP2023549766A JP7611412B2 JP 7611412 B2 JP7611412 B2 JP 7611412B2 JP 2023549766 A JP2023549766 A JP 2023549766A JP 2023549766 A JP2023549766 A JP 2023549766A JP 7611412 B2 JP7611412 B2 JP 7611412B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
polishing pad
molded body
diisocyanate
alicyclic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023549766A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2023048266A5 (ja
JPWO2023048266A1 (ja
Inventor
佑有子 合志
充 加藤
尚 杉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuraray Co Ltd filed Critical Kuraray Co Ltd
Publication of JPWO2023048266A1 publication Critical patent/JPWO2023048266A1/ja
Publication of JPWO2023048266A5 publication Critical patent/JPWO2023048266A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7611412B2 publication Critical patent/JP7611412B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/22—Rubbers synthetic or natural
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30—Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/32—Polyhydroxy compounds; Polyamines; Hydroxyamines
    • C08G18/3203—Polyhydroxy compounds
    • C08G18/3206—Polyhydroxy compounds aliphatic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
    • C08G18/4804—Two or more polyethers of different physical or chemical nature
    • C08G18/4808—Mixtures of two or more polyetherdiols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
    • C08G18/4833—Polyethers containing oxyethylene units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
    • C08G18/4854—Polyethers containing oxyalkylene groups having four carbon atoms in the alkylene group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65—Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66—Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6666—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52
    • C08G18/667—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6674—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C08G18/7657—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
    • C08G18/7664—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups
    • C08G18/7671—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups containing only one alkylene bisphenyl group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • C08L75/08—Polyurethanes from polyethers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Description

本発明は、研磨パッド、詳しくは、半導体ウエハ，半導体デバイス，シリコンウエハ，ハードディスク，ガラス基板，光学製品，または，各種金属等を研磨するための研磨パッドに関する。
集積回路を形成するための基板として使用される半導体ウエハの鏡面加工や、半導体デバイスの絶縁膜や導電体膜の凹凸を平坦化加工するために用いられる研磨方法として、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、以下「ＣＭＰ」ともいう）が知られている。ＣＭＰは、半導体ウエハ等の被研磨基板の表面を、砥粒及び反応液を含む研磨スラリー（以下、単にスラリーとも称する）を用いて研磨パッドで研磨する方法である。
ＣＭＰでは、研磨パッドの研磨層の特性により研磨結果が大きく変化する。例えば、柔らかい研磨層は、被研磨面に発生する研磨欠陥であるスクラッチの発生を低減させる一方、被研磨面に対する局所的な平坦化性や研磨速度を低下させる。また、硬い研磨層は、被研磨面に対する局所的な平坦化性を向上させる一方、被研磨面に発生するスクラッチを増加させる。
被研磨面のスクラッチの発生の低減、被研磨面の平坦化性の向上、または、研磨速度の向上を目的として、種々の研磨パッドが提案されている。
例えば、下記特許文献１は、共役ジエン共重合体等の高分子マトリクス材に、ポリオキシエチレン等の主鎖にエーテル結合を含む重合体及びシクロデキストリン等の水溶性粒子を、分散させてなる研磨層を備える研磨パッドを開示する。そして、特許文献１は、このような研磨パッドは、高い研磨速度を与え、被研磨面におけるスクラッチの発生を充分に抑制し、さらに、被研磨面内の研磨速度の均一性を向上させることができることを開示する。
また、下記特許文献２は、熱可塑性ポリウレタンを８０質量部以上９９質量部以下と、ポリオキシエチレン等の吸水率３％以上３０００％以下の高分子化合物を１質量部以上２０質量部以下と、を含有する組成物から形成された研磨層を有する化学機械研磨パッドを開示する。特許文献２は、このような研磨パッドが、スラリーと接触した水溶性粒子が遊離することにより空孔を形成させ、形成された空孔にスラリーを保持させて、高い平坦化性を維持し、スクラッチの発生も低減させることを開示する。
また、下記特許文献３は、樹脂及び炭酸カルシウムの粒子等の第一の粒子を含む研磨層を有する研磨パッドであって、第一の粒子の平均粒子径Ｄ５０が１．０～５．０μｍ未満であり、研磨層全体に対する第一の粒子の含有量が６．０～１８．０体積％であり、第一の粒子のモース硬度が、被研磨基板のモース硬度未満である研磨パッドを開示する。
ところで、ＣＭＰに用いられる研磨パッドの研磨層の研磨面には、通常、被研磨基板の被研磨面にスラリーを均一かつ充分に供給するために役立つ、同心円状や放射状や格子状等の溝や穴（以下、単にこれらをまとめて凹部とも称する）が形成されている。このような凹部は、スクラッチの発生の原因となる研磨屑の排出や、研磨パッドの吸着によるウエハ破損の防止にも役立つ。
研磨面に凹部を形成した場合には、表面粗さを最適化するためのドレッシングに用いられるドレッサーや被研磨基板が、繰り返し研磨面に接触することにより、研磨層が摩耗する際に、凹部のコーナー部にバリが発生することがあった。そして、発生したバリが凹部を閉塞させた場合には、研磨スラリーの供給性が低下して、研磨速度が低下したり、研磨均一性が低下したりすることがあった。また、大きなバリは、スクラッチを発生させることもある。
下記特許文献４は、上述した課題を解決すべく、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）およびそれ以外のポリマー（Ｂ）を含む研磨層を有する研磨パッドであって、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）が、高分子ジオール、有機ジイソシアネートおよび鎖伸長剤を反応させることにより得られるものであり、ポリマー（Ｂ）が、ガラス転移温度が６０～１２０℃である非晶性ポリマーであり、且つ熱可塑性ポリウレタン（Ａ）中に分散しており、研磨層の－８０～－５０℃における損失正接の最大値が８．００×１０－２以下である研磨パッドを開示する。そして、ポリマー（Ｂ）として、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、メタクリロニトリルおよびスチレンからなる群から選ばれる少なくとも一つのモノマーに由来する構造単位を有するポリマーを開示する。特許文献４は、このような研磨パッドによれば、凹部のコーナー部に発生するバリを低減できることを記載する。
国際公開第２００７／０８９００４号 特開２０１１－１５１３７３号公報 特開２０１９－１５５５０７号公報 特開２０１５－２２６９４０号公報
特許文献１及び特許文献２に開示された研磨パッドは、凹部のコーナー部に発生するバリの低減と、高い研磨速度と、高い平坦化性と、スクラッチの発生しにくい低スクラッチ性とを兼ね備えることが困難であった。
また、特許文献３に開示された研磨パッドによれば、第一の粒子の粒子径が比較的大きいために、スクラッチが発生しやすくなる懸念があった。
また、特許文献４に開示された研磨パッドにおいては、マトリクスである熱可塑性ポリウレタンに、熱可塑性ポリウレタン以外のポリマー（Ｂ）が、実質的に非相溶の状態で分散している。そのために、ポリマー（Ｂ）の含有割合を比較的高くしなければ、バリの発生を充分に抑制できなかった。また、ポリマー（Ｂ）の含有割合を高くした場合には、熱可塑性ポリウレタンを主体とする研磨層の特性が低減することがあった。
また、とくに、JIS K 7215準拠のタイプＤデュロメータで６０～７５程度の中程度の硬さを有する研磨層の研磨面に凹部を形成した場合、ドレッシングの際のドレッサーや被研磨基板が、凹部のコーナー部に長時間繰り返し接触することにより、コーナー部にバリが発生しやすかった。そして、発生したバリが凹部を徐々に閉塞させることにより、研磨面へのスラリーの供給量が徐々に低減することがあった。その結果、研磨速度や平坦化性が徐々に低下したり、研磨均一性が低下したり、被研磨面に発生するスクラッチが増加したり、しやすくなるという問題があった。
本発明は、高い研磨速度と、低スクラッチ性と、高い平坦化性と、のバランスに優れた中程度の硬さを有する研磨層において、研磨面に形成された凹部のコーナー部にバリが発生しにくい、研磨パッドを提供することを目的とする。
本発明の一局面は、ポリウレタン組成物の成形体である研磨層を含む研磨パッドであって、ポリウレタン組成物は、有機ジイソシアネート単位として非脂環式ジイソシアネート単位を含む熱可塑性ポリウレタン９０～９９．９質量％と、吸湿率０．１％以上の吸湿性高分子０．１～１０質量％と、を含有する。熱可塑性ポリウレタンは、有機ジイソシアネート単位の総量中に、非脂環式ジイソシアネート単位である2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート単位,4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート単位及びヘキサメチレンジイソシアネート単位から選ばれる少なくとも１種を９０～１００モル％含む。また、吸湿性高分子は、ポリエチレンオキサイド(ＰＥＯ),ポリプロピレンオキサイド(ＰＰＯ),ＰＥＯ－ＰＰＯブロックコポリマー，ポリエステル系熱可塑性エラストマー，及びポリエチレンオキサイド－ポリプロピレンオキサイドコポリマーから選ばれる少なくとも１種を含む。そして、成形体は、JIS K 7215準拠のタイプＤデュロメータで荷重保持時間５秒間の条件で測定された、６０以上７５未満のＤ硬度を有する、研磨パッドである。このような研磨パッドによれば、高い研磨速度と、低スクラッチ性と、高い平坦化性と、のバランスに優れた中程度の硬さを有する研磨層において、研磨面に形成された凹部のコーナー部にバリが発生しにくい、研磨パッドが得られる。
熱可塑性ポリウレタンは、有機ジイソシアネート単位の総量中に、非脂環式ジイソシアネート単位である4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート単位を９０～１００モル％含むことが好ましい。このような場合には、吸湿性高分子が熱可塑性ポリウレタンにとくに相溶性よく分散する。
また、ポリウレタン組成物が、熱可塑性ポリウレタン９９～９９．９質量％と、吸湿性高分子０．１～１質量％と、を含有することが好ましい。このような場合には、タイプＤデュロメータ硬度をより高く維持しやすくなり、より高い平坦化性を保持しやすくなる。
また、吸湿性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキサイドやポリエチレンオキサイド－プロピレンオキサイドブロック共重合体が挙げられる。
また、吸湿性高分子は、重量平均分子量が７０，０００～４，０００，０００であることが好ましい。このような場合には、熱可塑性ポリウレタンとの相溶性にとくに優れる。
また、成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの、飽和膨潤時破断伸度が２５０～４００％であることが好ましい。このような場合には、より高い研磨速度の研磨パッドが得られやすい。
また、成形体が、湿度４８ＲＨ％、２３℃における、乾燥時破断伸度が１５０～２５０％であることが好ましい。このような場合には、より高い研磨速度を示す、研磨パッドが得られやすい。
また、成形体は、上記飽和膨潤時破断伸度Ｓ１と上記乾燥時破断伸度Ｓ2との比Ｓ１／Ｓ2が１．０～２．０であること好ましい。このような場合には、より高い研磨速度を示す、研磨パッドが得られやすい。
また、成形体は、厚さ０．５ｍｍのシートを５０℃の水で飽和膨潤させたときの、波長５５０ｎｍのレーザー光透過率が６０％以上であることが好ましい。このような場合には、ウエハ等の被研磨基板の被研磨面を研磨するときに、研磨終点を決定するための光学的な検知手段を採用しやすくなる。
また、成形体は、ビッカース硬さが５以上２１未満であることが好ましい。このような場合には、低スクラッチ性により優れた研磨パッドが得られやすい。
また、成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの、貯蔵弾性率が０．１～１．０ＧＰａであることが好ましい。このような場合には、より高い平坦化性を保持させやすい研磨層が得られやすくなる。
また、成形体が無発泡成形体であることが好ましい。このような場合には、研磨層の硬度がより高くなりやすくなることにより、より高い平坦化性や高い研磨速度を実現しやすくなる。また、スラリー中の砥粒が空孔内に侵入して形成される砥粒の凝集体が発生しにくくなるために、ウエハ表面を凝集体が引掻いて発生するスクラッチが、発生しにくくなる。
本発明によれば、高い研磨速度と、低スクラッチ性と、高い平坦化性とのバランスに優れた中程度の硬さを有する研磨層であって、研磨面に形成された凹部のコーナー部にバリが発生しにくい、研磨パッドが得られる。
図１は、実施形態の研磨パッド１０を用いたＣＭＰを説明するための説明図である。 図２は、実施例におけるバリ試験で撮影されたＳＥＭ写真である。
以下、研磨パッドの一実施形態について、詳しく説明する。
本実施形態の研磨パッドは、ポリウレタン組成物の成形体である研磨層を含む。ポリウレタン組成物は、有機ジイソシアネート単位として非脂環式ジイソシアネート単位を含む熱可塑性ポリウレタン（以下、非脂環式熱可塑性ポリウレタンとも称する）９０～９９．９質量％と、吸湿性高分子０．１～１０質量％とを含有する。そして、成形体は、JIS K 7215準拠のタイプＤデュロメータで荷重保持時間を５秒間の条件で測定された、デュロメータＤ硬度６０以上７５未満のＤ硬度を有する。
非脂環式熱可塑性ポリウレタンは、有機ジイソシアネート，高分子ジオール及び鎖伸長剤を含むポリウレタン原料を反応させて得られる熱可塑性ポリウレタンである。そして、非脂環式熱可塑性ポリウレタンは、非脂環式ジイソシアネートを含む有機ジイソシアネートを用いて得られる、熱可塑性ポリウレタンである。非脂環式熱可塑性ポリウレタンの有機ジイソシアネート単位の総量中に含まれる、非脂環式ジイソシアネート単位の含有割合は、９０～１００モル％であり、９５～１００モル％、ことには９９～１００モル％であることが好ましい。非脂環式ジイソシアネート単位の含有割合が低すぎる場合には、非脂環式熱可塑性ポリウレタンと吸湿性高分子との相溶性が低くなる傾向がある。
研磨パッドの研磨層として、このようなポリウレタン組成物の成形体を用いることにより、高い研磨速度と、低スクラッチ性と、高い平坦化性のバランスに優れた中程度の硬さを有する研磨層において、研磨面に形成された凹部のコーナー部にバリが発生しにくい研磨層を備えた、研磨パッドが得られる。
このようなポリウレタン組成物の成形体においては、非脂環式熱可塑性ポリウレタンと吸湿性高分子との相溶性が高くなることにより、成形体中の吸湿性高分子の分散性が高くなる。詳しくは、非脂環式熱可塑性ポリウレタンの高分子ジオールに由来するソフトセグメントと吸湿性高分子とが相溶しやすくなる。そして、成形体である研磨層がスラリーを含水したときに成形体の表面の延伸性が適度に向上する。そして、研磨層表面の延伸性が適度に向上することにより、ドレッシングの際に、研磨面がドレッサーに削られて発生する毛羽が、ドレッサーに引っ掛かりやすくなって、バリが削り取られやすくなる。その結果、バリによる凹部の閉塞が抑制されやすくなる。また、吸湿性高分子の高い延伸性により、ドレス性も向上し、さらに、その親水性によりスクラッチの発生も低減しやすくなる。
一方、非脂環式熱可塑性ポリウレタンに含まれる、鎖伸長剤に由来する結晶性のハードセグメントと吸湿性高分子とは、相溶性が低い。そのために結晶性の硬いハードセグメントは、維持されやすくなる。その結果、非脂環式熱可塑性ポリウレタンの硬度は低下しにくくなる。すなわち、吸湿性高分子はソフトセグメントに対して相溶性が高く、ハードセグメントに対して相溶性が低い。
非脂環式熱可塑性ポリウレタン中のソフトセグメントは、吸湿性高分子との相溶性が高いために、研磨層の表面の延伸性が向上する。そのために、ドレッシングにより生じる研磨パッド表面の毛羽が、ドレッサーに引っ掛かりやすく、バリが削り取られやすくなるために、バリによる凹部の閉塞を抑制することができる。
非脂環式熱可塑性ポリウレタンの製造に用いられる非脂環式ジイソシアネートとは、脂環式ジイソシアネート以外のジイソシアネートであり、具体的には、脂肪族環式構造を有しない、芳香族ジイソシアネートまたは直鎖脂肪族ジイソシアネートである。
芳香族ジイソシアネートは、分子構造内に芳香環を含有するジイソシアネート化合物である。その具体例としては、例えば、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート，4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート，2,4-トリレンジイソシアネート，2,6-トリレンジイソシアネート，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，ｍ-キシリレンジイソシアネート，p-キシリレンジイソシアネート，1，5-ナフチレンジイソシアネート，4,4’-ジイソシアナトビフェニル，3,3’-ジメチル-4，4’-ジイソシアナトビフェニル，3,3’-ジメチル-4，4’-ジイソシアナトジフェニルメタン，クロロフェニレン-2，4-ジイソシアネート，テトラメチルキシリレンジイソシアネート、等が挙げられる。
また、直鎖脂肪族ジイソシアネートは、分子構造内に環構造を有しない直鎖脂肪族の骨格を有するジイソシアネート化合物である。その具体例としては、例えば、エチレンジイソシアネート，テトラメチレンジイソシアネート，ペンタ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，2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート，2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート，ドデカメチレンジイソシアネート，イソホロンジイソシアネート，リジンジイソシアネート，2,6-ジイソシアナトメチルカプロエート，ビス（2-イソシアナトエチル）フマレート，ビス（2-イソシアナトエチル）カーボネート，2-イソシアナトエチル-2，6-ジイソシアナトヘキサノエート、等が挙げられる。
非脂環式熱可塑性ポリウレタンは、原料として用いられる有機ジイソシアネートとして、例えば、６０モル％以上、好ましくは９０モル％以上、さらに好ましくは９５モル％以上、特に好ましくは９９モル％以上、ことに好ましくは１００モル％の非脂環式ジイソシアネートを含む有機ジイソシアネートを用いて得られる。
各非脂環式ジイソシアネートは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では有機ジイソシアネートが、芳香族ジイソシアネート、さらには、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート，2,4-トリレンジイソシアネート，2,6-トリレンジイソシアネート，及びイソホロンジイソシアネートを含むこと、とくには、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートを１００モル％含むことが、平坦化性がとくに優れた研磨パッドが得られる点からとくに好ましい。
なお、本発明の効果を損なわない範囲で、非脂環式ジイソシアネートに脂環式ジイソシアネートを組み合わせて用いてもよい。脂環式ジイソシアネートは、脂肪族環式構造を含有するジイソシアネート化合物である。その具体例としては、例えば、イソプロピリデンビス（4-シクロヘキシルイソシアネート），シクロヘキシルメタンジイソシアネート，メチルシクロヘキサンジイソシアネート，4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート，シクロヘキシレンジイソシアネート，メチルシクロヘキシレンジイソシアネート，ビス（2-イソシアナトエチル）-4-シクロへキセン、等が挙げられる。脂環式ジイソシアネートの含有割合が高すぎる場合には、吸湿性高分子との相溶性が低くなり、また、平坦化性も低下し易くなる傾向がある。
高分子ジオールは、数平均分子量が３００以上のジオールであり、例えば、ポリエーテルジオール，ポリエステルジオール，ポリカーボネートジオール，またはこれらを組み合わせた高分子ジオール等が挙げられる。
ポリエーテルジオールの具体例としては、例えば、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（テトラメチレングリコール），ポリ（メチルテトラメチレングリコール），ポリ（オキシプロピレングリコール），グリセリンベースポリアルキレンエーテルグリコール等が挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、ポリ（エチレングリコール）及びポリ（テトラメチレングリコール）が、非脂環式熱可塑性ポリウレタンのハードセグメントとの相溶性にとくに優れる点から好ましい。
ポリエステルジオールとは、ジカルボン酸または、そのエステル，無水物等のエステル形成性誘導体と、低分子ジオールと、を直接エステル化反応またはエステル交換反応させることにより製造された主鎖にエステル構造を有する高分子ジオールである。
ジカルボン酸の具体例としては、例えば、シュウ酸，コハク酸，グルタル酸，アジピン酸，ピメリン酸，スベリン酸，アゼライン酸，セバシン酸，ドデカンジカルボン酸，2-メチルコハク酸，2-メチルアジピン酸，3-メチルアジピン酸，3-メチルペンタン二酸，2-メチルオクタン二酸，3,8-ジメチルデカン二酸，3,7-ジメチルデカン二酸等の炭素数２～１２の脂肪族ジカルボン酸；トリグリセリドの分留により得られる不飽和脂肪酸を二量化した炭素数１４～４８の二量化脂肪族ジカルボン酸（ダイマー酸）及びその水素添加物（水添ダイマー酸）；1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸；テレフタル酸，イソフタル酸，オルトフタル酸等の芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
低分子ジオールの具体例としては、例えば、エチレングリコール，1,3-プロパンジオール，1,2-プロパンジオール，2-メチル-1，3-プロパンジオール，1,4-ブタンジオール，ネオペンチルグリコール，1,5-ペンタンジオール，3-メチル-1,5-ペンタンジオール，1,6-ヘキサンジオール，1,7-ヘプタンジオール，1,8-オクタンジオール，2-メチル-1,8-オクタンジオール，1,9-ノナンジオール，1,10-デカンジオール等の脂肪族ジオール；１,４－シクロヘキサンジメタノール等のシクロヘキサンジメタノール，１,４－シクロヘキサンジオール等のシクロヘキサンジオール等の脂環式ジオール；などが挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、炭素数３～１２、さらには炭素数４～９の低分子ジオールが好ましい。
また、ポリカーボネートジオールは、低分子ジオールと、ジアルキルカーボネート，アルキレンカーボネート，ジアリールカーボネート等のカーボネート化合物と、の反応により得られる。低分子ジオールとしては、上述したような低分子ジオールが挙げられる。また、ジアルキルカーボネートの具体例としては、例えば、ジメチルカーボネート，ジエチルカーボネートが挙げられる。また、アルキレンカーボネートの具体例としては、例えば、エチレンカーボネートが挙げられる。また、ジアリールカーボネートの具体例としては、例えば、ジフェニルカーボネートが挙げられる。
高分子ジオールの中では、ポリ（エチレングリコール），ポリ（テトラメチレングリコール）等のポリエーテルジオールや、ポリ（ノナメチレンアジペート）ジオール，ポリ（2-メチル-1,8-オクタメチレンアジペート）ジオール，ポリ（2-メチル-1,8-オクタメチレン－ｃｏ－ノナメチレンアジペート）ジオール，ポリ（メチルペンタンアジペート）ジオール等のポリエステルジオール、とくには炭素数６～１２の低分子ジオール単位を含むポリエステルジオールが、非脂環式熱可塑性ポリウレタンの鎖伸長剤単位に由来するハードセグメントとの相溶性にとくに優れる点から好ましい。
高分子ジオールの数平均分子量は３００以上であり、３００超～２，０００、さらには３５０～２，０００、とくには５００～１，５００、ことには６００～１，０００であることが、非脂環式熱可塑性ポリウレタンのハードセグメントとの相溶性を高く維持することができ、それにより、とくに被研磨面にスクラッチを発生させにくくしやすい点から好ましい。なお、高分子ジオールの数平均分子量は、JIS K 1557に準拠して測定した水酸基価に基づいて算出した数平均分子量である。
鎖伸長剤としては、イソシアネート基と反応し得る活性水素原子を分子中に２個以上有する分子量３００以下の化合物である、ポリウレタンの製造に従来から使用されている鎖伸長剤が用いられる。
鎖伸長剤の具体例としては、例えば、エチレングリコール，ジエチレングリコール，プロピレングリコール，2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール，1,2-，1,3-、2,3-または1,4-ブタンジオール，1,5-ペンタンジオール，ネオペンチルグリコール，1,6-ヘキサンジオール，3-メチル-1,5-ペンタンジオール，1,4-ビス(β-ヒドロキシエトキシ）ベンゼン，1,4-シクロヘキサンジオール，ビス-（β-ヒドロキシエチル）テレフタレート，1,9-ノナンジオール，ｍ-またはｐ-キシリレングリコールなどのジオール類；エチレンジアミン，トリメチレンジアミン，テトラメチレンジアミン，ヘキサメチレンジアミン，ヘプタメチレンジアミン，オクタメチレンジアミン，ノナメチレンジアミン，デカメチレンジアミン，ウンデカメチレンジアミン，ドデカメチレンジアミン，2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン，2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン，3-メチルペンタメチレンジアミン，1,2-シクロヘキサンジアミン，1，3-シクロヘキサンジアミン，1,4-シクロヘキサンジアミン，1,2-ジアミノプロパン，1,3-ジアミノプロパン，ヒドラジン，キシリレンジアミン，イソホロンジアミン，ピペラジン，ｏ-，ｍ-またはｐ-フェニレンジアミン，トリレンジアミン，キシレンジアミン，アジピン酸ジヒドラジド，イソフタル酸ジヒドラジド，4,4’-ジアミノジフェニルメタン，4,4’-ジアミノジフェニルエーテル，4,4’-ビス（4-アミノフェノキシ）ビフェニル，4,4’-ビス（3-アミノフェノキシ）ビフェニル，1,4’-ビス（4-アミノフェノキシ）ベンゼン，1,3’-ビス（4-アミノフェノキシ)ベンゼン，1,3-ビス（3-アミノフェノキシ)ベンゼン，3,4’-ジアミノジフェニルエーテル，4,4’-ジアミノジフェニルスルフォン，3,4-ジアミノジフェニルスルフォン，3,3’-ジアミノジフェニルスルフォン，4,4’-メチレン－ビス（2-クロロアニリン），3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル，4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド，2,6’-ジアミノトルエン，2,4-ジアミノクロロベンゼン，1,2-ジアミノアントラキノン，1,4-ジアミノアントラキノン，3,3’-ジアミノベンゾフェノン，3,4-ジアミノベンゾフェノン，4,4’-ジアミノベンゾフェノン，4,4’-ジアミノビベンジル，Ｒ（+）-2,2’-ジアミノ-1,1’-ビナフタレン，Ｓ（+）-2,2’-ジアミノ-1,1’-ビナフタレン，1,3-ビス（4-アミノフェノキシ）Ｃ3-10アルカン，1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)C3-10アルカン，1，5-ビス(4-アミノフェノキシ)Ｃ3-10アルカン等の1,n-ビス（4-アミノフェノキシ）Ｃ3-10アルカン（ｎは３～１０），1,2-ビス[2-（4-アミノフェノキシ)エトキシ]エタン，9,9-ビス（4-アミノフェニル)フルオレン，4,4’-ジアミノベンズアニリドなどのジアミン類などが挙げられる。これらは単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
鎖伸長剤の中では、1,3-プロパンジオール，1,4-ブタンジオール，ネオペンチルグリコール，1,5-ペンタンジオール，1,6-ヘキサンジオール，1,9-ノナンジオール及び1,4-シクロヘキサンジメタノールが、高分子ジオール単位に由来するソフトセグメントとの相溶性に優れる点からとくに好ましい。
鎖伸長剤の分子量は３００以下であり、６０～３００であることがハードセグメントとソフトセグメントとの相溶性に優れる点からとくに好ましい。
非脂環式熱可塑性ポリウレタンは、上述したように、非脂環式ジイソシアネートを含む有機ジイソシアネート，高分子ジオール，及び鎖伸長剤、を含むポリウレタン原料を反応させて得られる。非脂環式熱可塑性ポリウレタンの製造には、ウレタン化反応を行うプレポリマー法またはワンショット法等を用いた、公知のポリウレタンの合成方法がとくに限定なく用いられる。とくには、実質的に溶剤の不存在下で、ポリウレタン原料を溶融重合させる方法、とくには、多軸混練押出機を用いてポリウレタン原料を連続溶融重合させる方法が、連続生産性に優れる点からとくに好ましい。
ポリウレタン原料における、高分子ジオール，有機ジイソシアネート及び鎖伸長剤の配合割合は、適宜調整されるが、高分子ジオール及び鎖伸長剤に含まれる活性水素原子１モルに対して、有機ジイソシアネートに含まれるイソシアネート基が０．９５～１．３０モル、さらには０．９６～１．１０モル、とくには０．９７～１．０５モルになるように各成分を配合することが好ましい。
また、ポリウレタン原料における、高分子ジオールと有機ジイソシアネートと鎖伸長剤との質量比（高分子ジオールの質量：有機ジイソシアネート及び鎖伸長剤の合計質量）としては、１０：９０～５０：５０、さらには、１５：８５～４０：６０、とくには２０：８０～３０：７０であることが好ましい。
非脂環式熱可塑性ポリウレタンの、イソシアネート基由来の窒素原子の含有割合としては、４．５～７．５質量％、さらには、５．０～７．３質量％、とくには５．３～７．０質量％であることが、高い研磨速度と、低スクラッチ性と、高い平坦化性とのバランスに優れた中程度の硬さを有する研磨層が得られやすい点から好ましい。
このようにして得られる非脂環式熱可塑性ポリウレタンとしては、ポリ（エチレングリコール），ポリ（テトラメチレングリコール），ポリ（ノナメチレンアジペート）ジオール，ポリ（2-メチル-1,8-オクタメチレンアジペート）ジオール，ポリ（2-メチル-1,8-オクタメチレン-ｃｏ-ノナメチレンアジペート）ジオール及びポリ（メチルペンタンアジペート）ジオール等の高分子ジオールと、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート，2,4-トリレンジイソシアネート及び2,6-トリレンジイソシアネート等の非脂環式ジイソシアネートを含む有機ジイソシアネートと、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール，及び1,4-シクロヘキサンジメタノール等からなる群から選ばれる少なくとも一つの鎖伸長剤とを反応させて得られるものが、光透過性に優れるために、ＣＭＰにおいて研磨量を光学的に検知する手段を採用しやすい点から好ましい。
非脂環式熱可塑性ポリウレタンの重量平均分子量としては、８０，０００～２００，０００、さらには１２０，０００～１８０，０００であることが、吸湿性高分子との相溶性にとくに優れる点から好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーで測定されたポリスチレン換算された重量平均分子量である。
なお、本実施形態のポリウレタン組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、有機ジイソシアネート単位に非脂環式ジイソシアネートを含まない熱可塑性ポリウレタン（以下、脂環式熱可塑性ポリウレタンとも称する）を含有してもよい。脂環式熱可塑性ポリウレタンを含有する場合、ポリウレタン組成物中の脂環式熱可塑性ポリウレタンの含有割合としては、０～９．９質量％、さらには、０～５質量％であることが好ましい。
本実施形態のポリウレタン組成物は吸湿性高分子を含む。吸湿性高分子は、ポリウレタン組成物の成形体である研磨層の凹部に発生するバリを抑制し、またドレス性を向上させる作用をする。
吸湿性高分子とは、吸湿率が０．１％以上の高分子であり、好ましくは、０．１～５．０％、さらに好ましくは０．１～３．０％、とくに好ましくは０．５～３．０％、ことに好ましくは０．７～２．５％、の吸湿率を有する高分子と定義される。なお、吸湿性高分子の吸湿率は、混合される吸湿性高分子の５．０ｇの粒子をガラス製の皿に薄く広げ、５０℃の熱風乾燥機内で４８時間放置して乾燥させた後、２３℃、５０％ＲＨの恒温恒湿条件で２４時間放置したときの質量の変化に基づいて計算される。具体的には、２３℃、５０％ＲＨの恒温恒湿条件での処理の直前における重量（Ｗ１）と、上記２３℃、５０％ＲＨの恒温恒湿条件での処理後の重量（Ｗ２）を測定し、下記の計算式から求められる。
吸湿率（％）＝｛（Ｗ２－Ｗ１）／Ｗ１｝×１００
このような吸湿性高分子としては、ポリメチレンオキサイド構造，ポリエチレンオキサイド構造，ポリプロピレンオキサイド構造，ポリテトラメチレンオキサイド構造，ポリブチレンオキサイド構造等のポリアルキレンオキサイド構造を有する高分子が挙げられる。
このような吸湿性高分子の具体例としては、例えば、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ），ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ），ＰＥＯ－ＰＰＯブロックコポリマー，ポリエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ），ポリメチレンオキサイドアルキルエーテル，ポリエチレンオキサイドアルキルエーテル，ポリエチレンオキサイドアルキルフェニルエーテル，ポリエチレンオキサイドステロールエーテル，ポリエチレンオキサイドラノリン誘導体，ポリエチレンオキサイド‐ポリプロピレンオキサイドコポリマー，ポリエチレンオキサイド‐ポリプロピレンアルキルエーテルなどのエーテル型の吸湿性高分子；ポリエチレンオキサイドグリセリン脂肪酸エステル，ポリエチレンオキサイドソルビタン脂肪酸エステル，ポリエチレンオキサイドソルビトール脂肪酸エステル，ポリエチレンオキサイド脂肪酸アルカノールアミド硫酸塩ポリエチレングリコール脂肪酸エステル，エチレングリコール脂肪酸エステル，等のエーテルエステル型の吸湿性高分子；等が挙げられる。
吸湿性高分子の重量平均分子量としては、５，０００～１０，０００，０００，さらには１０，０００～１０，０００，０００、さらには３０，０００～７，０００，０００、とくには５０，０００～７，０００，０００、ことには７０，０００～４，０００，０００であることが非脂環式熱可塑性ポリウレタンとの相溶性にとくに優れる点から好ましい。なお、吸湿性高分子の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ポリスチレン換算）によって測定された値である。
吸湿性高分子は、非脂環式熱可塑性ポリウレタンの親水性のソフトセグメントとの相溶性が高い。一方、非脂環式熱可塑性ポリウレタンのハードセグメントとは相溶性が低い。
ポリウレタン組成物中の非脂環式熱可塑性ポリウレタンの含有割合は９０～９９．９質量であり、９５～９９．５質量、さらには、９５～９９．０質量％であることが好ましい。非脂環式熱可塑性ポリウレタンの含有割合が９０質量％未満である場合には、研磨パッドの平坦化性及び研磨速度が低下する。また、非脂環式熱可塑性ポリウレタンの含有割合が９９．９質量％超である場合には、吸湿性高分子の含有割合が０．１質量％未満になり、凹部に発生するバリを充分に抑制する効果が低下する。
また、ポリウレタン組成物における吸湿性高分子の含有割合は０．１～１０質量％であり、０．５～１０質量％、さらには、０．５～５質量％であることが好ましい。吸湿性高分子の含有割合が０．１質量％未満である場合には、凹部に発生するバリを抑制する効果が低下する。また、吸湿性高分子の含有割合が１０質量％超である場合には、研磨パッドの平坦化性及び研磨速度が低下する。
本実施形態のポリウレタン組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、架橋剤，充填剤，架橋促進剤，架橋助剤，軟化剤，粘着付与剤，老化防止剤，加工助剤，密着性付与剤，無機充填剤，有機フィラー，結晶核剤，耐熱安定剤，耐候安定剤，帯電防止剤，着色剤，滑剤，難燃剤，難燃助剤（酸化アンチモンなど），ブルーミング防止剤，離型剤，増粘剤，酸化防止剤，導電剤等の添加剤を含有してもよい。なお、本実施形態のポリウレタン組成物の成形体は無発泡成形体であることが好ましいために、発泡剤は含有しないことが好ましい。
ポリウレタン組成物は、非脂環式熱可塑性ポリウレタン，吸湿性高分子及び必要に応じて配合されるその他の熱可塑性ポリウレタンや添加剤を含む配合物を溶融混練することにより調製される。さらに詳しくは、非脂環式熱可塑性ポリウレタン，吸湿性高分子，及び必要に応じて配合されるその他の熱可塑性ポリウレタンや添加剤をヘンシェルミキサー，リボンブレンダー，Ｖ型ブレンダー，タンブラー等により均一に混合して調製された配合物を、一軸又は多軸混練押出機，ロール，バンバリーミキサー，ラボプラストミル（登録商標）やブラベンダー等で溶融混練することにより調製される。溶融混練する際の温度と混練時間は、非脂環式熱可塑性ポリウレタンの種類、成分や割合、溶融・混練機の種類等により適宜選択する。一例としては、溶融温度は２００～３００℃の範囲が好ましい。
ポリウレタン組成物は研磨層用の成形体に成形される。成形方法は特に限定されないが、溶融混合物を、Ｔダイを用いて押出成形したり射出成形したりする方法が挙げられる。とくには、Ｔダイを用いた押出成形が、均一な厚さの研磨層用の成形体が容易に得られる点から好ましい。このようにして研磨層用の成形体が得られる。
研磨層用の成形体は、無発泡成形体であることが、硬度が高くなるために特に優れた平坦化性を発揮する点、表面に気孔がなく研磨屑の堆積が起こらないためにスクラッチの発生を低減させる点、及び、研磨層の摩耗速度が小さく長時間使用可能になる点から好ましい。
成形体は、JIS K 7215準拠のタイプＤデュロメータで荷重保持時間５秒間の条件で測定された、デュロメータＤ硬度が、６０以上７５未満、好ましくは６５以上７５未満である。このような中程度の硬さの硬度を有することにより、高い研磨速度と、低スクラッチ性と、高い平坦化性とのバランスに優れた研磨層が得られる。デュロメータＤ硬度が６０未満の場合、研磨層が柔らかくなり過ぎて、研磨速度や平坦化性が低下する。また、デュロメータＤ硬度が７５以上の場合、スクラッチが発生しやすくなったり、凹部のコーナー部にバリが発生し易くなったりする。
また、成形体は、ビッカース硬さが５以上２１未満であることが、スクラッチの発生がとくに少なくなる点から好ましい。ここで、ビッカース硬さとは、JIS Z 2244準拠のビッカース圧子で測定される硬さと定義される。また、ビッカース硬さが高すぎる場合にはバリが発生し易くなる傾向がある。
また、成形体の延伸性、とくに、スラリーを吸収したときの延伸性が高い場合には、研磨面のドレス性が向上するとともに、ドレッサーにより荒らされた研磨面に発生した毛羽がドレッシングの際に除去され易くなることにより、バリが残りにくくなる傾向がある。このようにバリをより除去されやすくさせるために、成形体の、５０℃の水で飽和膨潤させたときの、飽和膨潤時破断伸度Ｓ1としては、２５０～４００％、さらには２５０～３５０％、とくには２５０～３３０％であることが好ましい。また、成形体の、湿度４８ＲＨ％、２３℃における乾燥時破断伸度Ｓ2としては、１３０～２５０％、さらには１５０～２５０％であることが好ましい。また、飽和膨潤時破断伸度Ｓ1と乾燥時破断伸度Ｓ2との比Ｓ1/Ｓ2が１．０～２．０であることが、より研磨速度の高い研磨パッドが得られやすい点から好ましい。
また、成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの、厚さ０．５ｍｍのシートにおける５５０ｎｍのレーザー波長に対するレーザー光透過率が６０％以上であることが、ウエハ等の被研磨基板の被研磨面を研磨しながら研磨終点を決定する光学的手段を用いた検査方法が採用しやすい点から好ましい。
また、成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの貯蔵弾性率が、０．１～１．０ＧＰａ、さらには０．１～０．５ＧＰａ、とくには０．１～０．４ＧＰａであることが、より高い平坦化性を保持させやすい点から好ましい。５０℃の水で飽和膨潤させたときの貯蔵弾性率が低すぎる場合には、研磨層が柔らかくなり、平坦化性が低下したり、研磨速度が低下したりしやすくなる傾向がある。また、５０℃の水で飽和膨潤させたときの貯蔵弾性率が高すぎる場合には、凹部のコーナー部に発生したバリが除去されにくくなることがある。
また、成形体の水との接触角は、８０度以下、さらには７８度以下、とくには７５度以下であり、５０度以上、さらには６０度以上であることが好ましい。接触角が高すぎる場合には、被研磨面にスクラッチが発生しやすくなる傾向がある。
次に、このような研磨層用の成形体を研磨層として含む研磨パッドについて説明する。本実施形態の研磨パッドは、研磨層用の成形体から円形等の断片を切り出すことにより形成される研磨層を含む。
研磨層は、上記のようにして得られた研磨層用の成形体を切削，スライス，バフ，打ち抜き加工等により寸法、形状、厚さ等を調整して製造される。
また、研磨層の研磨面には、研磨面にスラリーを均一かつ充分に供給させるために、上述したようなスラリーを保持するため溝や穴のような凹部が形成されることが好ましい。このような凹部は、スクラッチの発生の原因となる研磨屑の排出や、研磨パッドの吸着によるウエハ破損の防止にも役立つ。
スラリーを保持するための溝の形状は特に限定されず、従来の研磨パッドにおいて形成されてきた研磨面にスラリーを保持させるための、同心円状，螺旋状，格子状、放射状の溝、これらが２種以上組み合わされた溝、又は複数の穴からなるような溝または凹部が特に限定なく採用できる。これらの中では、同心円状または螺旋状の溝が研磨速度などの研磨特性に優れる点から好ましい。
スラリーを保持するための溝の溝ピッチ，溝幅、及び溝深さは特に限定されないが、例えば、溝ピッチが１．５～２０．０ｍｍ、さらには２．５～１５．０ｍｍであり、溝幅が０．１～５．０ｍｍ、さらには０．３～３．５ｍｍであり、溝深さが０．１～１．７ｍｍ、さらには０．３～１．５ｍｍであることが、スラリーの保持性を充分に確保する点から好ましい。
研磨層の厚さは特に限定されないが、例えば、０．８～３．０ｍｍ、さらには１．０～２．５ｍｍ、とくには１．２～２．０ｍｍであることが好ましい。
研磨パッドは、上述したような研磨層用の成形体である研磨層を含む研磨パッドであり、研磨層のみからなる単層型研磨パッドであっても、研磨層の裏面にクッション層等をさらに積層した複層型研磨パッドであってもよい。クッション層としては、研磨層の硬度よりも低い硬度を有する層である場合には、平坦化性を維持しながら、研磨均一性を向上させることができる点から好ましい。
クッション層として用いられる素材の具体例としては、不織布にポリウレタンを含浸させた複合体（例えば、「Ｓｕｂａ４００」（ニッタ・ハース（株）製）；天然ゴム，ニトリルゴム，ポリブタジエンゴム，シリコーンゴム等のゴム；ポリエステル系熱可塑性エラストマー，ポリアミド系熱可塑性エラストマー，フッ素系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー；発泡プラスチック；ポリウレタン等が挙げられる。これらの中では、クッション層として好ましい柔軟性が得られやすい点から、発泡構造を有するポリウレタンがとくに好ましい。
以上説明した本実施形態の研磨パッドはＣＭＰに好ましく用いられる。次に、本実施形態の研磨パッド１０を用いたＣＭＰの一実施形態について説明する。
ＣＭＰにおいては、例えば、図１に示すような円形のプラテン１と、スラリー６を供給するためのスラリー供給ノズル２と、キャリア３と、ドレッサー４とを備えたＣＭＰ装置２０が用いられる。プラテン１の表面に、研磨パッド１０が両面粘着シート等により貼付けられる。また、キャリア３は被研磨基板５を支持する。
ＣＭＰ装置２０においては、プラテン１は、図略のモータにより、例えば、矢印に示す方向に回転する。また、キャリア３は、被研磨基板５の被研磨面を研磨パッド１０の研磨面に圧接しながら、図略のモータにより例えば矢印に示す方向に回転する。ドレッサー４は、例えば矢印に示す方向に回転する。
研磨パッドを用いるとき、被研磨基板の研磨に先立って、または、研磨しながら、研磨パッドの研磨面を細かく荒らして研磨に適した粗さを形成するためのドレッシングが行われる。具体的には、プラテン１に固定されて回転する研磨パッド１０の表面に水を流しながら、ＣＭＰ用のドレッサー４を押し当て、研磨パッド１０の表面のドレッシングを行う。ドレッサーとしては、例えば、ダイヤモンド粒子をニッケル電着等により担体表面に固定したダイヤモンドドレッサーが用いられる。
ドレッサーの種類としては、ダイヤモンド番手＃６０～２００が好ましいが、研磨層の樹脂組成や研磨条件に合わせて適宜選択することができる。また、ドレッサー荷重としては、ドレッサーの直径にもよるが、直径１５０ｍｍ以下の場合には５～５０Ｎ、直径１５０～２５０ｍｍの場合には１０～２５０Ｎ、直径２５０ｍｍ以上の場合には５０～３００Ｎ程度が好ましい。また、回転速度としては、ドレッサーとプラテンがそれぞれ１０～２００ｒｐｍであることが好ましいが、回転の同期を防ぐためにドレッサーとプラテンの回転数が異なることが好ましい。
また、本実施形態の研磨パッドは、ドレス性にも優れているために、ドレッシングにより研磨面が充分に粗くなり、また、ドレッシングの時間も短縮化される。このような、本実施形態の研磨パッドにおいては、算術表面粗さＲaが３．０～８．０μｍ、さらには、４．２～８．０μｍであるような粗い研磨層の研磨面を形成することが、バリの発生量とドレッサーにより取り除かれるバリの量が均衡しやすくなり、バリ成長が抑制されやすくなる点から好ましい。また、本実施形態の研磨パッドにおいては、１０点平均高さ（Ｒｚ）が２０～５０μｍ、さらには、２５～４５μｍである研磨層の研磨面を有することが好ましい。
そして、ドレッシングが完了した後、または、ドレッシングをしながら、被研磨基板の被研磨面の研磨を開始する。研磨においては、回転する研磨パッドの表面にスラリー供給ノズルからスラリー６を供給する。スラリーは、例えば、水やオイル等の液状媒体；シリカ，アルミナ，酸化セリウム，酸化ジルコニウム，炭化ケイ素等の研磨剤；塩基，酸，界面活性剤，酸化剤，還元剤，キレート剤等を含有している。またＣＭＰを行うに際し、必要に応じ、スラリーと共に、潤滑油、冷却剤などを併用してもよい。そして、研磨面にスラリーが満遍なく行き渡った研磨パッドに、キャリアに固定されて回転する被研磨基板を押し当てる。そして、所定の平坦度や研磨量が得られるまで、研磨が続けられる。研磨時に作用させる押し付け力やプラテンの回転とキャリアの相対運動の速度を調整することにより、仕上がり品質が影響を受ける。
研磨条件は特に限定されないが、効率的に研磨を行うためには、定盤及び被研磨基板のそれぞれの回転速度は３００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。また、研磨パッドの研磨面に圧接するために被研磨基板に掛ける圧力は、研磨後に傷が発生しないようにするという見地から、１５０ｋＰａ以下とすることが好ましい。また、研磨している間、研磨パッドには、研磨面にスラリーが満遍なく行き渡るようにスラリーを連続または不連続に供給することが好ましい。
そして、研磨終了後の被研磨基板をよく洗浄した後、スピンドライヤ等を用いて被研磨基板に付着した水滴を払い落として乾燥させる。このようにして、被研磨面が平滑な面になる。
このような本実施形態のＣＭＰは、各種半導体デバイス、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の製造プロセスにおける研磨に好ましく用いられる。研磨対象の例としては、例えば、シリコン，炭化ケイ素，窒化ガリウム，ガリウムヒ素，酸化亜鉛，サファイヤ，ゲルマニウム，ダイヤモンドなどの半導体基板；所定の配線を有する配線板に形成されたシリコン酸化膜，シリコン窒化膜，ｌｏｗ－ｋ膜などの絶縁膜や、銅，アルミニウム，タングステンなどの配線材料；ガラス，水晶，光学基板，ハードディスク等が挙げられる。本実施形態の研磨パッドは、とくには、半導体基板上に形成された絶縁膜や配線材料を研磨する用途に好ましく用いられる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。本発明の範囲はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
はじめに本実施例で用いた吸湿性高分子を以下にまとめて示す。
＜吸湿性高分子＞
・重量平均分子量5,000のポリエチレンオキサイド（PEO5,000）；吸湿率０．４％（０．１～３．０％の範囲）
・重量平均分子量30,000のポリエチレンオキサイド（PEO30,000）；吸湿率０．７％（０．１～３．０％の範囲）
・重量平均分子量100,000のポリエチレンオキサイド（PEO100,000）；吸湿率０．５％
・重量平均分子量1,000,000のポリエチレンオキサイド（PEO1,000,000）；吸湿率１．６％（０．１～３．０％の範囲）
・重量平均分子量7,000,000のポリエチレンオキサイド（PEO7,000,000）；吸湿率２．５％（０．１～３．０％の範囲）
・重量平均分子量100,000のポリエチレンオキサイド－プロピレンオキサイド（PEO-PPO100,000）；吸湿率０．７％（０．１～３．０％の範囲）
・重量平均分子量1,000,000のポリエチレンオキサイド－プロピレンオキサイド（PEO-PPO1,000,000）；吸湿率１．３％（０．１～３．０％の範囲）
・重量平均分子量7,000,000ポリエチレンオキサイド－プロピレンオキサイド（PEO-PPO7,000,000）；吸湿率２．１％（０．１～３．０％の範囲）
・ポリエステル系熱可塑性エラストマー（TPEE）； 吸湿率１．２％（０．１～３．０％の範囲）
＜アクリルニトリル－スチレン共重合体＞
・アクリルニトリル－スチレン共重合体；吸湿率０．０８％
なお、高分子の吸湿率は、以下のようにして測定した。
各高分子の５．０ｇの粒子をガラス製の皿に薄く広げ、５０℃の熱風乾燥機内で４８時間放置して乾燥させた。その後、２３℃、５０％ＲＨの恒温恒湿条件で２４時間放置した。そして、２３℃、５０％ＲＨの恒温恒湿条件での処理の直前における重量（Ｗ１）と、上記２３℃、５０％ＲＨの恒温恒湿条件での処理後の重量（Ｗ２）を測定し、下記の計算式から求めた。
吸湿率（％）＝｛（Ｗ２－Ｗ１）／Ｗ１｝×１００
また、本実施例で用いたポリウレタンの製造例を以下に示す。
［製造例１］
数平均分子量８５０のポリ（テトラメチレングリコール）［略称：ＰＴＭＧ］、数平均分子量６００のポリ（エチレングリコール）［略号：ＰＥＧ］、1,4-ブタンジオール［略号：ＢＤ］、1,5-ペンタンジオール［略号：ＭＰＤ］、及び4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート［略号：ＭＤＩ］を、ＰＴＭＧ：ＰＥＧ：ＢＤ：ＭＰＤ：ＭＤＩの質量比が１６．０：７．５：１０．５：０．７３：５８．１となるような割合で配合した配合物を調製した。
そして、配合物を定量ポンプにより同軸で回転する２軸押出機に連続的に供給し、溶融した配合物をストランド状に水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断してペレット化した。このようにしてポリウレタン原料を連続溶融重合させることにより、非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩを製造した。非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩは、有機ジイソシアネート単位の総量中に非脂環式ジイソシアネート単位であるＭＤＩを１００モル％含む。非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩの重量平均分子量は120,000であり、イソシアネート基由来の窒素原子の含有量は６．５質量％であった。そして、得られたペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥した。
［製造例２］
数平均分子量８５０のポリ（テトラメチレングリコール）［略号：ＰＴＭＧ］、数平均分子量６００のポリ（エチレングリコール）［略号：ＰＥＧ］、1,4-ブタンジオール［略号：ＢＤ］、及び4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート［略号：ＭＤＩ］を、ＰＴＭＧ：ＰＥＧ：ＢＤ：ＭＤＩの質量比が１６．２：７．６：１８．１：５８．１となるような割合で配合した配合物を調製した。この配合物を用いた以外は、製造例１と同様にしてポリウレタン原料を連続溶融重合させることにより、非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＩを製造した。非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＩは、有機ジイソシアネート単位の総量中に非脂環式ジイソシアネート単位であるＭＤＩを１００モル％含む。非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＩの重量平均分子量は120,000であり、イソシアネート基由来の窒素原子の含有量は６．５質量％であった。そして、得られたペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥した。
［製造例３］
数平均分子量８５０のポリ（テトラメチレングリコール）［略称：ＰＴＭＧ］、数平均分子量６００のポリ（エチレングリコール）［略号：ＰＥＧ］、1,4-ブタンジオール［略号：ＢＤ］、1,5-ペンタンジオール［略号：ＭＰＤ］、及びヘキサメチレンジイソシアネート［略号：ＨＤＩ］を、ＰＴＭＧ：ＰＥＧ：ＢＤ：ＭＰＤ：ＨＤＩの質量比が７．９：３．７：２８．２：１．９：５８．１となるような割合で配合した配合物を調製した。この配合物を用いた以外は、製造例１と同様にしてポリウレタン原料を連続溶融重合させることにより、非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＩＩを製造した。非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＩＩは、有機ジイソシアネート単位の総量中に非脂環式ジイソシアネート単位であるＨＤＩを１００モル％含む。非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＩＩの重量平均分子量は120,000であり、イソシアネート基由来の窒素原子の含有量は６．５質量％であった。そして、得られたペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥した。
［製造例４］
数平均分子量８５０のポリ（テトラメチレングリコール）［略称：ＰＴＭＧ］、数平均分子量６００のポリ（エチレングリコール）［略号：ＰＥＧ］、1,4-ブタンジオール［略号：ＢＤ］、1,5-ペンタンジオール［略号：ＭＰＤ］、及びイソホロンジイソシアネート［略号：ＩＰＤＩ］を、ＰＴＭＧ：ＰＥＧ：ＢＤ：ＭＰＤ：ＩＰＤＩの質量比が１３．９：６．５：２０．０：１．４：５８．１となるような割合で配合した配合物を調製した。この配合物を用いた以外は、製造例１と同様にしてポリウレタン原料を連続溶融重合させることにより、脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＶを製造した。脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＶは、有機ジイソシアネート単位の総量中に脂環式ジイソシアネート単位であるＩＰＤＩを１００モル％含む。脂環式熱可塑性ポリウレタンＩＶの重量平均分子量は120,000であり、イソシアネート基由来の窒素原子の含有量は６．５質量％であった。そして、得られたペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥した。
［製造例５］
数平均分子量８５０のポリ（テトラメチレングリコール）［略称：ＰＴＭＧ］、数平均分子量６００のポリ（エチレングリコール）［略号：ＰＥＧ］、１,４－ブタンジオール［略号：ＢＤ］、及びシクロヘキサンメチルイソシアネート［略号：ＣＨＩ］を、ＰＴＭＧ：ＰＥＧ：ＢＤ：ＣＨＩの質量比が１９．５：９．２：１６．４：５４．９となるような割合で配合した配合物を調製した。この配合物を用いた以外は、製造例１と同様にしてポリウレタン原料を連続溶融重合させることにより、脂環式熱可塑性ポリウレタンＶを製造した。脂環式熱可塑性ポリウレタンＶは、有機ジイソシアネート単位の総量中に脂環式ジイソシアネート単位であるＣＨＩを１００モル％含む。脂環式熱可塑性ポリウレタンＶの重量平均分子量は120,000であり、イソシアネート基由来の窒素原子の含有量は６．５質量％であった。そして、得られたペレットを７０℃で２０時間除湿乾燥した。なお、シクロヘキサンメチルイソシアネートとしては、1,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexane（三井化学（株）タケネート６００ 登録商標）を用いた。
［実施例１］
非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩを小型ニーダーに仕込み、温度２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍ、混練時間１分間の条件で溶融混練した。そして、非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩ：PEO100,000＝９９．５：０．５の質量比になるように、PEO100,000を小型ニーダーに添加し、さらに、温度２４０℃、スクリュー回転数６０ｒｐｍ、混練時間２分間の条件で溶融混練した。さらに、温度２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍ、混練時間４分間の条件で溶融混練した。
そして、得られた溶融混合物を減圧乾燥機内で、７０℃で１６時間以上放置して、乾燥した。そして、乾燥された溶融混合物を金属板に挟み、熱プレス成形機（（株）神森工業所 卓上用テストプレス）に挟み、溶融混合物を加熱温度２３０℃で２分間の条件で溶融させた後、ゲージ圧４０ｋｇ／ｃｍ２で加圧して１分間放置した。そして、それらを室温で冷却した後、熱プレス成形機及び金属板に挟まれた厚さ２．０ｍｍの成形体を取り出した。
そして、得られた厚さ２．０ｍｍの成形体を１１０℃で３時間熱処理した後、切削加工することにより３０ｍｍ×５０ｍｍの矩形の試験片を切り出した。そして、その試験片に切削加工することにより、同心円状の筋状溝（幅１．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍ、溝間隔６．５ｍｍ）を形成した。そして、厚さ２．０ｍｍの円形の同じ非脂環式熱可塑性ポリウレタンＩの成形体にその試験片を収容する凹部を形成し、その凹部に試験片をはめ込むことにより、評価用の無発泡の研磨層を得た。そして、以下のように評価した。
[成形体のデュロメータＤ硬度]
JIS K 7215準拠のタイプＤデュロメータ（（株）島津製作所製のHARDNESS-TESTER）を用いて、荷重保持時間５秒間の条件で、厚さ２．０ｍｍの成形体のタイプＤデュロメータの硬度を測定した。
［成形体のビッカース硬さ］
JIS Z2244準拠のビッカース硬さ計（（株）アカシ製HARDNESS-TESTER MVK-E2）を用いて、厚さ２．０ｍｍの成形体の、ビッカース硬さを測定した。
［成形体の乾燥時破断伸度、及び５０℃の水で飽和膨潤させたときの飽和膨潤時破断伸度］
厚さ２．０ｍｍの成形体の代わりに、厚さ０．３ｍｍの成形体を製造した。そして、厚さ０．３ｍｍの成形体から２号型試験片（JIS K7113）を打ち抜いた。そして、２号型試験片を湿度４８ＲＨ%、２３℃で４８時間状態調整した。そして、精密万能試験機（（株）島津製作所製のオートグラフAG5000）を用いて状態調整された２号型試験片の引張試験を行い、破断伸度を測定した。引張試験の条件は、チャック間距離４０ｍｍ、引張速度５００ｍｍ／分、湿度４８ＲＨ%、２３℃で行った。５本の２号型試験片の破断伸度を測定し、その平均値を乾燥時破断伸度Ｓ２（％）とした。一方、５０℃の温水に２日間浸漬することにより、２号型試験片を５０℃の水で飽和膨潤させた。そして、飽和膨潤させた２号型試験片についても同様の条件で破断伸度を測定し、５０℃の水で飽和膨潤させたときの飽和膨潤時破断伸度Ｓ1を求めた。
［５０℃の水で飽和膨潤させたときの、成形体の貯蔵弾性率Ｅ’］
ゲージ圧４０ｋｇ／ｃｍ２で加圧して１分間放置して得られた厚さ２．０ｍｍの成形体を製造した代わりに、ゲージ圧５０ｋｇ／ｃｍ２で加圧して１分間放置した以外は同様にして、厚さ０．３ｍｍの成形体を製造した。そして、厚さ０．３ｍｍの成形体を１１０℃で３時間熱処理した後、３０ｍｍ×５ｍｍの矩形の型で試験片を打ち抜くことにより、３０ｍｍ×５ｍｍの貯蔵弾性率評価用の試験片を打ち抜いた。そして、５０℃の温水に２日間浸漬することにより、貯蔵弾性率評価用の試験片を５０℃の水で飽和膨潤させた。そして、動的粘弾性測定装置［ＤＶＥレオスペクトラー（商品名、（株）レオロジー製）］を用いて、－１００～１８０℃の測定範囲、周波数１１．０Ｈｚで、７０℃における動的粘弾性率を測定することにより、５０℃の水で飽和膨潤させたときの成形体の貯蔵弾性率Ｅ’を求めた。２本の試験片の貯蔵弾性率Ｅ’を測定し、その平均値を貯蔵弾性率Ｅ’（ＧＰａ）とした。
［５０℃の水で飽和膨潤させたときの、成形体の光透過率］
厚さ２．０ｍｍの成形体の代わりに、厚さ０．５ｍｍの成形体を製造した。そして、厚さ０．５ｍｍの成形体を１１０℃で３時間熱処理した後、切削加工することにより３０ｍｍ×５０ｍｍの矩形に切り出した。そして、５０℃の温水に２日間浸漬することにより、試験片を５０℃の水で飽和膨潤させた後、表面の水滴を拭きとった。そして、紫外可視分光高度計（（株）島津製作所製の「UV-2450」）を用いて、成形体の試験片の波長５５０ｎｍの光透過率を下記の条件で測定した。
・光源：レーザー波長（５５０ｎｍ）
・ＷIランプ：５０Ｗ
・検出ヘッド出力ヘッド間距離：１０ｃｍ
・試験片の測定位置：検出ヘッドと出力ヘッドとの中間位置
［水との接触角］
厚さ０．２ｍｍ（２００μｍ）に変更した以外は、破断伸度の測定において作成した方法と同様にしてプレス成形シートを得た。そして、プレス成形シートを２０℃および６５％ＲＨの条件下に３日間放置した後、該シートの接触角を、協和界面化学（株）製ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ５００を用いて測定した。結果を下記表に示す。
［研磨特性評価］
評価用の研磨層をＣＭＰ装置（（株）荏原製作所製FREX300）のプラテンにセットした。そして、ダイヤモンド番手＃１００のダイヤモンドドレッサー（（株）旭ダイヤモンド）を用いて、スラリー（Klebosol(R)（株）DuPont）を２００ｍＬ／分の速度で流しながらドレッサー回転数１００ｒｐｍ、ターンテーブル回転数７０ｒｐｍ、ドレッサー荷重４０Ｎの条件で被研磨基板の表面を研磨した。被研磨基板としては、シリコン基板上にＴＥＯＳ膜（tetra ethoxy silane膜）を３０００ｎｍ積層させた「SEMATECH764（SKW Associates社製）」を用いた。上述の条件でＣＭＰを行い、平坦化性の指標として、幅２５０μｍ（５０％デンシティ）のパターンが連続した部分について、凸部と凹部との差分（以下、残存段差とも称する）を精密段差計（（株）ブルカー製 Dektak XTL）を用いて測定した。なお、残存段差は、３０ｎｍ以下、さらには２５ｎｍ以下である場合には、高い平坦化性を有すると判定した。また、同様にして、凸部の残った膜が１００ｎｍ未満になるまでの研磨時間を測定することにより、研磨速度を評価した。なお、研磨時間は、１８０ｓｅｃ以下、さらには１７０ｓｅｃ以下、とくには１６０ｓｅｃ以下である場合には、高い研磨速度を有すると判定した。
そして、ウエハ欠陥検査装置（（株）ケーエルエー・テンコール社製ＳＰ－３）を用いて、研磨後の被研磨基板の表面の全面における、０．２０７μｍよりも大きいスクラッチの個数を計数した。なお、スクラッチが４０個未満、さらには３０個未満、とくには２５個未満である場合には、スクラッチの発生が抑制されていると判定した。
［バリ評価（溝閉塞の評価）］
評価用の研磨層をＣＭＰ装置（（株）荏原製作所製FREX300）のプラテンにセットした。そして、ダイヤ番手＃１００のダイヤモンドドレッサー（（株）旭ダイヤモンド）を用いて、蒸留水を２００ｍＬ／分の速度で流しながらドレッサー回転数１００ｒｐｍ、ターンテーブル回転数７０ｒｐｍ、ドレッサー荷重４０Ｎの条件で研磨パッドの表面を２時間ドレッシングした。
そして、研磨終了後の評価用の研磨層の溝を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により写真撮影し、バリにより溝が閉塞されているか否かを観察した。なお、５０μｍを超えるバリによって溝が閉塞されている場合をバリが「有り」と評価し、５０μｍを超えるバリが存在せず、溝が閉塞されていない場合を、バリが「無し」と評価した。
評価結果を下記表１に示す。また、バリ評価で撮影されたＳＥＭ写真を図２に示す。
［実施例２～１２、比較例１～８］
ポリウレタン組成物の種類を表１または表２に示したような組成に変更した以外は、実施例１と同様にして成形体または研磨層の特性を評価した。結果を表１または下記表２に示す。なお、比較例7では吸湿率０．０８％のアクリルニトリル－スチレン共重合体を用いた。
上記表に示しているように、実施例１～１２の研磨パッドでは、バリ試験において、バリが発生せず、凹部である溝が閉塞されなかった。また、残存段差も小さく、平坦化性にも優れていた。また、研磨時間も短く、高い研磨速度が得られた。さらに、スクラッチの発生も少なかった。このように、本発明に係る研磨パッドは、高い研磨速度，高い平坦化性，及び発生するスクラッチの低減と、ドレス性の向上とを両立させることができた。一方、破断伸度の小さい比較例１～８の研磨パッドでは、バリ試験において、バリが発生し、溝が閉塞された。
１ プラテン
２ スラリー供給ノズル
３ キャリア
４ ドレッサー
５ 被研磨基板
１０ 研磨パッド
２０ ＣＭＰ装置

Claims (11)

  1. ポリウレタン組成物の成形体である研磨層を含む研磨パッドであって、
    前記ポリウレタン組成物は、有機ジイソシアネート単位として非脂環式ジイソシアネート単位を含む熱可塑性ポリウレタン９０～９９．９質量％と、吸湿率０．１％以上の吸湿性高分子０．１～１０質量％とを含有し、
    前記熱可塑性ポリウレタンは、前記有機ジイソシアネート単位の総量中に、前記非脂環式ジイソシアネート単位である2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート単位,4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート単位及びヘキサメチレンジイソシアネート単位から選ばれる少なくとも１種を９０～１００モル％含み、
    前記吸湿性高分子は、ポリエチレンオキサイド(ＰＥＯ),ポリプロピレンオキサイド(ＰＰＯ),ＰＥＯ－ＰＰＯブロックコポリマー，ポリエステル系熱可塑性エラストマー，及びポリエチレンオキサイド－ポリプロピレンオキサイドコポリマーから選ばれる少なくとも１種を含み、
    前記成形体は、JIS K 7215準拠のタイプＤデュロメータで、荷重保持時間を５秒間の条件で、測定された、６０以上７５未満のＤ硬度を有する、ことを特徴とする研磨パッド。
  2. 前記熱可塑性ポリウレタンは、前記有機ジイソシアネート単位の総量中に、前記非脂環式ジイソシアネート単位である4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート単位を９０～１００モル％含む、請求項１に記載の研磨パッド。
  3. 前記ポリウレタン組成物は、前記熱可塑性ポリウレタン９９～９９．９質量％と、前記吸湿性高分子０．１～１質量％とを含有する、請求項１に記載の研磨パッド。
  4. 前記吸湿性高分子は、重量平均分子量が７０，０００～４，０００，０００である請求項１に記載の研磨パッド。
  5. 前記成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの、飽和膨潤時破断伸度が２５０～４００％である、請求項１に記載の研磨パッド。
  6. 前記成形体は、湿度４８ＲＨ%、２３℃における、乾燥時破断伸度が１５０～２５０％である、請求項５に記載の研磨パッド。
  7. 前記成形体は、前記飽和膨潤時破断伸度Ｓ１と前記乾燥時破断伸度Ｓ2との比Ｓ１／Ｓ2が１．０～２．０である、請求項６に記載の研磨パッド。
  8. 前記成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの、厚さ０．５ｍｍのシートにおいて、波長５５０ｎｍのレーザー光透過率が６０％以上である、請求項１に記載の研磨パッド。
  9. 前記成形体は、ビッカース硬さが５以上２１未満である、請求項１に記載の研磨パッド。
  10. 前記成形体は、５０℃の水で飽和膨潤させたときの貯蔵弾性率が０．１～１．０ＧＰａである、請求項１に記載の研磨パッド。
  11. 前記成形体が無発泡成形体である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の研磨パッド。
JP2023549766A 2021-09-27 2022-09-22 研磨パッド Active JP7611412B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021156900 2021-09-27
JP2021156900 2021-09-27
PCT/JP2022/035519 WO2023048266A1 (ja) 2021-09-27 2022-09-22 研磨パッド

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPWO2023048266A1 JPWO2023048266A1 (ja) 2023-03-30
JPWO2023048266A5 JPWO2023048266A5 (ja) 2024-05-22
JP7611412B2 true JP7611412B2 (ja) 2025-01-09

Family

ID=85720828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023549766A Active JP7611412B2 (ja) 2021-09-27 2022-09-22 研磨パッド

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240383097A1 (ja)
JP (1) JP7611412B2 (ja)
KR (1) KR20240060727A (ja)
CN (1) CN118019616A (ja)
DE (1) DE112022004699T5 (ja)
TW (1) TWI838883B (ja)
WO (1) WO2023048266A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117020935B (zh) * 2023-09-06 2024-04-26 中山大学 一种聚氨酯抛光垫及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012077592A1 (ja) 2010-12-07 2012-06-14 Jsr株式会社 化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法
JP2021053748A (ja) 2019-09-30 2021-04-08 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及び研磨加工物の製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4968875B2 (ja) * 2005-08-26 2012-07-04 東洋ゴム工業株式会社 研磨パッド
US8053521B2 (en) 2006-02-03 2011-11-08 Jsr Corporation Chemical mechanical polishing pad
JP2011151352A (ja) 2009-12-24 2011-08-04 Jsr Corp 化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法
JP6341758B2 (ja) 2014-05-30 2018-06-13 株式会社クラレ 研磨パッド
KR101600393B1 (ko) * 2015-05-20 2016-03-07 에프엔에스테크 주식회사 연마 패드 및 이의 제조 방법
JP7349774B2 (ja) 2018-03-09 2023-09-25 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド、研磨パッドの製造方法、被研磨物の表面を研磨する方法、被研磨物の表面を研磨する際のスクラッチを低減する方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012077592A1 (ja) 2010-12-07 2012-06-14 Jsr株式会社 化学機械研磨パッドおよびそれを用いた化学機械研磨方法
JP2021053748A (ja) 2019-09-30 2021-04-08 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及び研磨加工物の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023048266A1 (ja) 2023-03-30
WO2023048266A1 (ja) 2023-03-30
US20240383097A1 (en) 2024-11-21
CN118019616A (zh) 2024-05-10
TW202321335A (zh) 2023-06-01
KR20240060727A (ko) 2024-05-08
TWI838883B (zh) 2024-04-11
DE112022004699T5 (de) 2024-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6619100B2 (ja) 研磨パッドおよびそれを用いた研磨方法
KR101290490B1 (ko) 고분자 재료, 그것으로부터 얻어지는 발포체 및 이들을사용한 연마 패드
JP6518680B2 (ja) 研磨層用非多孔性成形体，研磨パッド及び研磨方法
KR101084808B1 (ko) 금속 막 연마용 패드 및 그것을 이용하는 금속 막의 연마 방법
JP5789523B2 (ja) 研磨パッド、及び研磨パッドを用いた化学的機械的研磨方法
JP7611412B2 (ja) 研磨パッド
JP6341758B2 (ja) 研磨パッド
JP4950564B2 (ja) 高分子材料、それから得られる発泡体およびこれらを用いた研磨パッド
JP7611411B2 (ja) 研磨パッド
WO2021117834A1 (ja) ポリウレタン、研磨層、研磨パッド及び研磨方法
EP4474106A1 (en) Polishing layer, polishing pad, method for manufacturing polishing pad, and polishing method
WO2023054331A1 (ja) 研磨層用熱可塑性ポリウレタン、研磨層、及び研磨パッド
JP7014526B2 (ja) 研磨パッド用研磨層の製造方法
JP2022153966A (ja) 研磨パッド及び研磨パッドの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240227

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241022

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241223

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7611412

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150