JPWO2016084321A1 - 研磨層用成形体及び研磨パッド - Google Patents

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Abstract

高分子ジオールと、有機ジイソシアネートと、炭素数４以下であるジオールを含む第１の鎖伸長剤と、炭素数５以上であるジオールを含む第２の鎖伸長剤と、を含む単量体の重合体であり、且つ、有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合が６．３〜７．４質量％である熱可塑性ポリウレタンを含み、非多孔性である、研磨層用成形体。

Description

本発明は、半導体ウェハ，半導体デバイス，シリコンウェハ，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の研磨層として用いられる研磨層用成形体に関する。
半導体ウェハを鏡面加工したり、半導体デバイスの絶縁膜や導電体膜の表面を平坦化したりするために用いられる研磨方法として、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）が知られている。ＣＭＰは、ウェハ等の被研磨材の表面を、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。
従来、ＣＭＰ用の研磨パッドとしては、不織布タイプの研磨パッドが広く用いられていた。不織布タイプの研磨パッドは、ポリウレタンを含浸させた不織布を含む柔軟な研磨パッドである。不織布タイプの研磨パッドは柔軟であるために被研磨材との接触性が良いという長所も有する。また、不織布に空隙を有するためにスラリーの保持性が良いという長所を有する。一方で、不織布タイプの研磨パッドは、柔軟であるために被研磨面を平坦化する性能（平坦化性と称する）が低いという短所があった。また、不織布タイプの研磨パッドは、不織布の空隙が砥粒や研磨屑で目詰まりしたときに被研磨面にスクラッチを生じさせ易くなるという欠点もあった。さらに、不織布の空隙深くまで砥粒や研磨屑が侵入したときには洗浄でそれらを充分に除去できず、それにより、寿命が短くなるという短所もあった。
不織布タイプの研磨パッドとは異なるタイプの研磨パッドとして、高分子発泡体を主体とする研磨パッドも知られている。高分子発泡体を主体とする研磨パッドは、不織布タイプの研磨パッドに比べて高い剛性を有するために平坦化性に優れる。また、高分子発泡体を主体とする研磨パッドは独立気泡構造を有するために、不織布タイプの研磨パッドのように砥粒や研磨屑が空隙深くまで侵入することがない。そのために、洗浄により砥粒や研磨屑の除去が比較的容易であるために比較的寿命が長い。高分子発泡体を主体とする研磨パッドとしては、例えば、下記特許文献１〜６に開示されているような、２液硬化型ポリウレタンを注型発泡成形した発泡ポリウレタン成形体を研磨層として備える研磨パッドが知られている。また、下記特許文献７に示すような、熱可塑性の発泡ポリウレタン成形体を研磨層として備える研磨パッドも知られている。
半導体デバイスには集積回路が高集積化及び多層配線化されている。半導体デバイスの平坦化加工に用いられる研磨パッドには、より高い平坦化性が求められる。平坦化性の高い研磨パッドは、研磨するべき部分の研磨速度が高く、研磨するべきではない部分の研磨速度が低い。平坦化性の高い研磨パッドには高い硬度が求められる。発泡ポリウレタン成形体を研磨層として備える研磨パッドは、研磨層の硬度が比較的高いために平坦化性が高い。
近年、半導体デバイスのさらなる高集積化及び多層配線化に伴い、さらに高い平坦化性を有する研磨パッドが求められている。発泡ポリウレタン成形体を研磨層として備える研磨パッドを用いた場合には、研磨層のさらなる高硬度化による高い平坦化性の実現は困難であった。さらに高い平坦化性を有する研磨パッドを提供するために、例えば、下記特許文献８及び９は、非多孔性の熱可塑性ポリウレタン成形体を研磨層として備える高硬度の研磨パッドを開示する。
特開２０００−１７８３７４号公報 特開２０００−２４８０３４号公報 特開２００１−８９５４８号公報 特開平１１−３２２８７８号公報 特開２００２−３７１１５４号公報 国際公開第２００７／０３４９８０号公報 特開２００４−３５６６９号公報 特開２０１４−０３８９１６号公報 特開２００９−１０１４８７号公報
従来の非多孔性の熱可塑性ポリウレタン成形体を研磨層として備える研磨パッドは高い成形性と高い平坦化性とを両立させることが困難であった。
本発明は、高い成形性と高い平坦化性とを兼ね備えた研磨層用成形体を提供することを目的とする。
本発明の一局面は、高分子ジオールと、有機ジイソシアネートと、炭素数４以下であるジオールを含む第１の鎖伸長剤と、炭素数５以上であるジオールを含む第２の鎖伸長剤と、を含む単量体の重合体であり、且つ、有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合が６．３〜７．４質量％である熱可塑性ポリウレタンを含み、非多孔性である、研磨層用成形体である。上記のような熱可塑性ポリウレタンは高い成形性を有する。また、非多孔性の熱可塑性ポリウレタン成形体は高硬度であるために、研磨層として用いた場合に高い平坦化性を発現する。
また、第１の鎖伸長剤として、エチレングリコール，1,3-プロパンジオール，1,2-ブタンジオール，1,3-ブタンジオール，2,3-ブタンジオール，1，4-ブタンジオール，2-メチル-1,3-プロパンジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、第２の鎖伸長剤が、1,5-ペンタンジオール，2,2-ジメチルプロパン-1,3-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，シクロヘキサンジオール，1，8-オクタンジオール，シクロヘキサンジメタノール，1,9-ノナンジオール，2-メチル-1，8-オクタンジオール，及び1,10-デカンジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
また、熱可塑性ポリウレタンは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による吸熱ピークを１８５℃以下に有し、吸熱ピークにおける吸熱ピーク面積から求めた結晶化エンタルピー（ΔＨ）が２〜１５Ｊ／ｇである場合には、成形性が特に優れる点から好ましい。
また、互いの炭素数の差が２以上である第１の鎖伸長剤と第２の鎖伸長剤とを含む場合には、成形性が特に優れる点から好ましい。
また、研磨層用成形体は、密度１．０ｇ／ｃｍ3以上、ＪＩＳ−Ｄ硬度７５以上である場合には、平坦化性に特に優れる点から好ましい。
また、研磨層用成形体は、水との接触角が７５度以下である表面を有する場合には、被研磨面にスクラッチが発生しにくくなる点から好ましい。
また、熱可塑性ポリウレタンは、５０℃の温水で飽和膨潤したときの５０℃における引張弾性率が２５０〜１５００ＭＰａである場合には、スクラッチを発生させない程度に高い硬度を維持できる研磨層が得られる点から好ましい。
また、熱可塑性ポリウレタンは、下記式：Ａ／Ｂ×１００（Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させたときの５０℃における貯蔵弾性率、Ｂは５０℃の温水で飽和膨潤させていないときの５０℃における貯蔵弾性率）から算出される、貯蔵弾性率の水飽和膨潤時保持率が５５％以上である場合には、研磨特性が研磨中に経時的に変化しにくい点から好ましい。
また、高分子ジオールが、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，及びポリメチルテトラメチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する場合には、親水性に優れる点から好ましい。
また、研磨層用成形体は凹部を有する研磨面を含み、凹部は、研磨面に向かって広がる、テーパー形状のコーナー部を有する場合には、研磨中に凹部のコーナー部にバリが生じにくくなる点から好ましい。
また、本発明の他の一局面は、上述した何れかの研磨層用成形体を研磨層として含む研磨パッドである。このような研磨パッドによれば、研磨均一性に優れる研磨を実現できる。
また、研磨層の硬度よりも低い硬度を有するクッション層が積層されている場合には、グローバル平坦化性（全体的な平坦化性）とローカル平坦化性と（局所的な平坦化性）のバランスに優れた研磨パッドが得られる点から好ましい。
本発明によれば、成形性に優れるとともに、研磨層として用いた場合に高い平坦化性を発現する研磨層用成形体が得られる。
図１は、研磨層の凹部のコーナー部に発生するバリの一例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図２は、研磨パッドの研磨層において、研磨面に向かって広がる、テーパー形状のコーナー部を有する溝の一例を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図３は、本実施形態の研磨パッドを用いたＣＭＰを説明する説明図である。
以下、本発明に係る一実施形態の研磨層用成形体及び研磨パッドについて詳しく説明する。
本実施形態の研磨層用成形体は、高分子ジオールと、有機ジイソシアネートと、炭素数４以下であるジオールを含む第１の鎖伸長剤と、炭素数５以上であるジオールを含む第２の鎖伸長剤と、を含む単量体の重合体であり、且つ、有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合が６．３〜７．４質量％である熱可塑性ポリウレタンを含み、非多孔性である、熱可塑性ポリウレタン成形体である。
高分子ジオールとしては、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等が挙げられる。
ポリエーテルジオールとしては、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。
また、ポリエステルジオールとしては、ジカルボン酸またはそのエステル，無水物など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て得られるものが挙げられる。
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）及びこれらの水素添加物（水添ダイマー酸）等の脂肪族ジカルボン酸；1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等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等が挙げられる。ダイマー酸及び水添ダイマー酸としては、例えば、ユニケマ社製の商品名「プリポール１００４」、「プリポール１００６」、「プリポール１００９」、「プリポール１０１３」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。
また、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；シクロヘキサンジメタノール，シクロヘキサンジオール等の脂環式ジオ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、炭素数６〜１２のジオール、さらには炭素数８〜１０のジオール、とくには炭素数９のジオールが好ましい。
ポリカーボネートジオールとしては、カーボネート化合物と低分子ジオールとを反応させて得られるものが挙げられる。
カーボネート化合物の具体例としては、例えば、ジメチルカーボネートやジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート、エチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート、ジフェニルカーボネート等のジアリールカーボネート等が挙げられる。また、低分子ジオールとしては上述したものと同様の低分子ジオールが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
高分子ジオールは単独で用いても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，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，及びポリメチルテトラメチレングリコールまたはそれらの誘導体から選ばれる少なくとも１種を含むことが親水性に優れる点からとくに好ましい。
高分子ジオールの数平均分子量は特に限定されないが、６００〜１４００、さらには６００〜１２００、とくには６００〜１０００であることが好ましい。高分子ジオールの数平均分子量が低すぎる場合には、硬度や引張弾性率が低下して、研磨層の平坦化性が低下する傾向がある。一方、高分子ジオールの数平均分子量が高すぎる場合には、低反発弾性で高靭性の熱可塑性ポリウレタン成形体が得られやすくなる。低反発弾性で高靭性の熱可塑性ポリウレタン成形体を用いた研磨層は、表面に凹部を形成した場合に、凹部のコーナー部（端部，肩部）に研磨中にバリが生じやすくなる傾向がある。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値である。
有機ジイソシアネートとしては、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-又は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，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，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，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-シクロヘキセン等の脂肪族又は脂環式ジイソシアネート；2,4'-又は4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート，2,4-又は2,6-トリレンジイソシアネート，m-又はp-フェニレンジイソシアネート，m-又は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の芳香族ジイソシアネート等が挙げられる。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、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，イソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも１種、とくには、4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネートが耐摩耗性に優れる研磨層が得られる点から好ましい。
熱可塑性ポリウレタンの重合に用いられる単量体中には、炭素数４以下のジオールである第１の鎖伸長剤と、炭素数５以上のジオールである第２の鎖伸長剤とが含有される。鎖伸長剤として炭素数４以下のジオールのみを用いた場合には、分子鎖中の-NH基と-CO基間の水素結合が多くなって緻密な網状構造を形成することにより高硬度や高強度を有する熱可塑性ポリウレタンが得られやすくなる。その反面、融点や結晶性が高くなって熱可塑性ポリウレタンの成形性は低下する。鎖伸長剤として炭素数４以下のジオールと炭素数５以上のジオールとを併用した場合には、エステルとウレタン基との間隔が長くなるために分子鎖間の凝集密度が適度に下がり、融点や結晶性が低くなって成形性に優れた熱可塑性ポリウレタンが得られる。
炭素数４以下のジオールである第１の鎖伸長剤の具体例としては、例えば、エチレングリコール等の炭素数２のジオール；1,3-プロパンジオール等の炭素数３のジオール；1,2-ブタンジオール，1,3-ブタンジオール，2,3-ブタンジオール，1，4-ブタンジオール等のブタンジオールや2-メチル-1,3-プロパンジオール等の炭素数４のジオール等が挙げられる。
また、炭素数５以上のジオールである第２の鎖伸長剤としては、例えば、1,5-ペンタンジオールや2,2-ジメチルプロパン-1,3-ジオール等の炭素数５のジオール；3-メチル1,5-ペンタンジオール，1,6-ヘキサンジオール，シクロヘキサンジオール等の炭素数６のジオール；1，8-オクタンジオール，シクロヘキサンジメタノール等の炭素数８のジオール；1,9-ノナンジオール，2-メチル-1，8-オクタンジオール等の炭素数９のジオール；1,10-デカンジオール等の炭素数１０のジオール等が挙げられる。
炭素数４以下のジオールである第１の鎖伸長剤と炭素数５以上のジオールである第２の鎖伸長剤との含有比率は特に限定されず、成形性と硬度とのバランスに応じて調整される。好ましくは、例えば、第１の鎖伸長剤１モルに対して第２の鎖伸長剤を０．０９〜０．６７モル、さらには、０．２５〜０．５４モル配合することが好ましい。第２の鎖伸長剤の比率が低すぎる場合には熱可塑性ポリウレタンの成形性の改良効果が不充分になる傾向がある。また、第２の鎖伸長剤の比率が高すぎる場合には熱可塑性ポリウレタンの硬度が低下する傾向がある。
また、炭素数４以下のジオールである第１の鎖伸長剤と炭素数５以上のジオールである第２の鎖伸長剤とは、互いに炭素数が２以上の差があることがとくに成形性に優れた熱可塑性ポリウレタンが得られる点から好ましい。
熱可塑性ポリウレタンの重合に用いられる鎖伸長剤としては、本発明の効果を損なわない限り、第１の鎖伸長剤と第２の鎖伸長剤の他、従来から熱可塑性ポリウレタンの重合に用いられている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個以上有する低分子化合物をさらに併用してもよい。
熱可塑性ポリウレタンの重合に用いられる高分子ジオール，鎖伸長剤，有機ジイソシアネートの各成分の配合比率は、目的とする耐摩耗性等の物性を考慮して適宜選択される。具体的には、例えば、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０．９５〜１．３モル、さらには０．９６〜１．１０モル、とくには０．９７〜１．０５モルとなる比率であることが、熱可塑性ポリウレタンの機械的強度、耐摩耗性、熱可塑性ポリウレタンの生産性、保存安定性に優れる点から好ましい。イソシアネート基の比率が低すぎる場合には、熱可塑性ポリウレタン成形体の機械的強度および耐摩耗性が低下する傾向がある。また、イソシアネート基の比率が高すぎる場合には熱可塑性ポリウレタンの生産性、保存安定性が低下する傾向がある。
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としては、高分子ジオールの量／（有機ジイソシアネートと鎖伸長剤の量）＝１５／８５〜４５／５５、さらには２０／８０〜４０／６０、とくには２５／７５〜３５／６５であることが好ましい。
熱可塑性ポリウレタンは、高分子ジオールと、有機ジイソシアネートと、炭素数４以下であるジオールを含む第１の鎖伸長剤と、炭素数５以上であるジオールを含む第２の鎖伸長剤と、を含む単量体を、公知のプレポリマー法またはワンショット法を用いたウレタン化反応により重合することにより得られる。好ましくは、単軸又は多軸スクリュー型押出機を用いて、単量体を実質的に溶剤の不存在下で溶融混合しながら連続溶融重合する方法が用いられる。
熱可塑性ポリウレタン中の有機ジイソシアネートに由来する窒素含有割合は６．３〜７．４質量％であり、６．５〜７．３質量％、さらには６．７〜７．３質量％であることが好ましい。有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合を６．３〜７．４質量％に調整することにより、ポリウレタン中のハードセグメント量が高くなるために硬度の高い熱可塑性ポリウレタンが得られる。有機ジイソシアネートに由来する窒素含有割合が６．３質量％未満の場合には熱可塑性ポリウレタンの硬度が低くなり、得られる研磨層の平坦化性及び研磨効率が低下する。また、有機ジイソシアネートに由来する窒素含有割合が７．４質量％を超える場合には熱可塑性ポリウレタンの硬度が高くなりすぎることにより、被研磨面にスクラッチを発生させ易い研磨層になる。
また、熱可塑性ポリウレタンは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により得られる吸熱ピーク温度が１８５℃以下、さらには、１８０℃以下であることが成形性により優れる点から好ましい。なお、下限はとくに限定されないが１６０℃、さらには１７０℃程度であることが好ましい。また、吸熱ピークにおける吸熱ピーク面積から求めた結晶化エンタルピー（ΔＨ）は、２〜１５Ｊ／ｇ、さらには、５〜１１Ｊ／ｇであることが成形性にとくに優れる点から好ましい。
また、熱可塑性ポリウレタンは、水との接触角が７５度以下、さらには７０度以下、とくには６５度以下であることが好ましい。水との接触角が高すぎる場合には被研磨面にスクラッチを発生させ易い研磨層が得られる傾向がある。
さらに、熱可塑性ポリウレタンの硬度としては、ＪＩＳ−Ｄ硬度で７５以上、さらには、８０以上であることが好ましい。ＪＩＳ−Ｄ硬度が低すぎる場合には、被研磨面に対する追従性が高いためにローカル平坦化性の低い研磨層が得られる傾向がある。
熱可塑性ポリウレタン成形体の密度は、１．０ｇ／ｃｍ3以上、さらには１．１ｇ／ｃｍ3以上、とくには、１．２ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。熱可塑性ポリウレタン成形体の密度が低すぎる場合には、ローカル平坦化性の低い研磨層が得られる傾向がある。
また、熱可塑性ポリウレタンは、５０℃の水で飽和膨潤させた後の５０℃における引張弾性率が２５０〜１５００ＭＰａ、さらには４００〜１３００ＭＰａ、とくには６００〜１０００ＭＰａであることが好ましい。５０℃の水で飽和膨潤させた後の５０℃における引張弾性率が低すぎる場合には、研磨中に研磨層が柔らかくなって平坦化性及び研磨効率が低下する傾向がある。また、５０℃の水で飽和膨潤させた後の５０℃における引張弾性率が高すぎる場合には、被研磨面にスクラッチを発生させやすくなる傾向がある。
熱可塑性ポリウレタンは、式（１）：Ａ／Ｂ×１００
（Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させたときの５０℃における貯蔵弾性率、Ｂは５０℃の温水で飽和膨潤させていないときの５０℃における貯蔵弾性率）・・・（１）
により算出される、貯蔵弾性率の水飽和膨潤時保持率が５５％以上、さらには６０％以上、とくには７５％以上であることが好ましい。貯蔵弾性率の水飽和膨潤時保持率が低すぎる場合には、水分による研磨層の特性変化が大きく、例えば研磨終了後、数時間〜数日間、湿潤状態で研磨パッドを放置した場合に研磨速度が低下しやすくなる傾向がある。
なお、飽和膨潤させていないときの５０℃における貯蔵弾性率とは、試験片を５０℃の温水で飽和膨潤させず、２３℃、６５％ＲＨの条件下に３日間放置して状態調整をした直後に測定した５０℃における貯蔵弾性率である。飽和膨潤させていないときの５０℃における貯蔵弾性率は、６００〜１９００ＭＰａ、さらには８００〜１７００ＭＰａであることが好ましい。５０℃における貯蔵弾性率が低すぎる場合には研磨均一性が低下しやすくなる傾向があり、高すぎる場合にはスクラッチが多くなる傾向がある。
本実施形態の熱可塑性ポリウレタン成形体は、非多孔性（無発泡性）の成形体である。このような非多孔性の熱可塑性ポリウレタン成形体は、硬度が高いために、研磨層として用いた場合に高い平坦化性を発現する。このような非多孔性の熱可塑性ポリウレタン成形体は、発泡剤等の成分を含まない熱可塑性ポリウレタンをＴダイを用いて押出成形したり射出成形したりすることにより、シートとして製造されることが好ましい。とくには、Ｔダイを用いた押出成形により得られるシートが均一な厚さのシートが得られる点から好ましい。
研磨層用成形体の厚さは特に限定されず、研磨パッドの層構成や用途に応じて適宜調整される。具体的には、１．５〜３．０ｍｍ、さらには１．７〜２．８ｍｍ、とくには２．０〜２．５ｍｍであることが好ましい。
本実施形態の研磨パッドは、所定の形状に整えた研磨層用成形体をそのまま用いた単層型の研磨パッドであっても、研磨層用成形体からなる研磨層にクッション層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ことが好ましい。クッション層の硬度が研磨層の硬度よりも低い場合には、被研磨面の局所的な凹凸に対しては硬質の研磨層が追従しやすくなるために、被研磨材全体の反りやうねりに対してはクッション層が追従するためにグローバル平坦化性とローカル平坦化性とのバランスに優れた研磨を実現できる。
クッション層として用いられる素材の具体例としては、公知の不織布にポリウレタンを含浸させた複合体；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。これらの中では柔軟性が適度である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。
クッション層の厚さは特に限定されないが、例えば０．３〜１．２ｍｍ、さらには０．５〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。クッション層が薄すぎる場合には、被研磨材全体の反りやうねりに対する追従効果が低下して、研磨パッドのグローバル平坦化性が低下する傾向がある。一方、クッション層が厚すぎる場合には、研磨パッド全体が柔らかくなって安定した研磨が難しくなる傾向がある。
本実施形態の研磨層用成形体には、通常、研磨面にスラリーを均一かつ充分に供給させるために、例えば同心円状に、溝や穴のような凹部が形成される。このような凹部は、スクラッチ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ェハ破損の防止にも役立つ。
研磨面に凹部を形成する方法は特に限定されない。例えば、研磨層用成形体の表面を所定の凹部のパターンを形成するように切削加工したり、射出成形の際に金型で転写することにより凹部を形成したり、加熱された型でスタンプする等の方法により形成する方法等が挙げられる。
例えば同心円状に溝を形成する場合、溝間の間隔としては、２．０〜５０ｍｍ、さらには５．５〜３０ｍｍ、とくには６．０〜１５ｍｍ程度であることが好ましい。また、溝の幅としては、０．１〜３．０ｍｍ、さらには０．４〜２．０ｍｍ程度であることが好ましい。また、溝の深さとしては、０．２〜１．８ｍｍ、さらには０．４〜１．５ｍｍ程度であることが好ましい。また、溝の断面形状としては、例えば、長方形，台形，三角形，半円形等の形状が目的に応じて適宜選択される。
研磨層用成形体の研磨面に凹部を形成した場合、被研磨材またはコンディショナーが凹部のコーナー部（肩部，端部）に長時間繰り返し接触することにより、図１に示すようにコーナー部にバリが発生することがある。このようなバリは凹部を徐々に閉塞させてスラリーの供給量を徐々に低減させる。その結果、研磨速度や研磨均一性を徐々に低下させる。このような場合において、図２に示すように、凹部の少なくとも一方のコーナー部に、切り欠いたような断面を有するテーパー形状のコーナー部を形成することが好ましい。このようなテーパー形状のコーナー部は研磨面に対する垂直方向に対して傾斜した面である。凹部の少なくとも一方のコーナー部にこのようなテーパー形状を形成することにより、長時間研磨に用いても凹部を閉塞させるバリを発生させにくくする。
本実施形態の研磨層用成形体を研磨層として含む研磨パッドを用いた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３に示すような円形の回転定盤１１と、スラリー供給ノズル１２と、キャリア１３と、パッドコンディショナー１４とを備えたＣＭＰ装置２０が用いられる。回転定盤１１の表面に、研磨パッド１０が両面テープ等により貼付けられている。また、キャリア１３は被研磨材１５を支持している。
ＣＭＰ装置２０においては、回転定盤１１は図略のモータにより矢印に示す方向に回転する。また、キャリア１３は、回転定盤１１の面内において、図略のモータにより例えば矢印に示す方向に回転する。パッドコンディショナー１４も回転定盤１１の面内において、図略のモータにより例えば矢印に示す方向に回転する。
はじめに、回転定盤１１に固定されて回転する研磨パッド１０の研磨層の研磨面に蒸留水を流しながら回転するパッドコンディショナー１４を押し当てて、研磨面のコンディショニングを行う。パッドコンディショナーとしては、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コンディショナーが用いられる。このようにして、研磨面を被研磨面の研磨に好適な表面粗さに調整する。次に、回転する研磨パッド１０の表面にスラリー供給ノズル１２から研磨スラリー１６を供給する。研磨スラリー１６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する。また、ＣＭＰを行うに際し、必要に応じ、研磨スラリーと共に、潤滑油、冷却剤などを供給してもよい。そして、満遍なく研磨スラリー１６に濡らされた研磨パッド１０の研磨面に、キャリア１３に固定されて回転する被研磨材１５を押し当てる。そして、所定の平坦度が得られるまで研磨処理が続けられる。研磨中に作用させる押し付け力や回転定盤１１とキャリア１３と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、効率的な研磨を行うためには、定盤と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、基板にかける圧力は、スクラッチの発生を抑制するためには１５０ｋＰａ以下であることが好ましい。また、研磨している間、研磨面に研磨スラリーを連続的に供給することが好ましい。研磨スラリーの供給量は、常に研磨面の全体を研磨スラリーで濡らす程度であることが好ましい。
本実施形態のＣＭＰは、各種半導体装置や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。被研磨材の具体例としては、例えば、シリコンウェハ，酸化シリコン，酸化フッ化シリコン等の半導体ウェハ；所定の配線を有する配線板に形成された酸化ケイ素膜，ガラス膜，窒化ケイ素膜等の無機絶縁膜；ポリシリコン，アルミニウム，銅，チタン，窒化チタン，タングステン，タンタル、窒化タンタル等を主として含有する膜；フォトマスク，レンズ，プリズム等の光学ガラス；スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等の無機導電膜；ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路，光スイッチング素子，光導波路，光ファイバーの端面，シンチレータ等の光学用単結晶；固体レーザー単結晶；青色レーザーＬＥＤ用サファイヤ基板；炭化ケイ素，リン化ガリウム，ヒ化ガリウム等の半導体単結晶；磁気ディスク用ガラス基板；磁気ヘッド等；メタクリル樹脂，ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂などが挙げられる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明の範囲はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
［実施例１］
数平均分子量８５０のポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ８５０）、炭素数４の鎖伸長剤である1,4-ブタンジオール（ＢＤ）、炭素数６の鎖伸長剤である3-メチル1,5-ペンタンジオール（ＭＰＤ）、及び4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）をＰＴＭＧ８５０：ＢＤ：ＭＰＤ：ＭＤＩ＝１９．０：１４．７：６．４：５９．９（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＡのペレットを得た。そして、熱可塑性ポリウレタンＡを以下のような評価方法により評価した。
〈有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合の測定〉
はじめに、熱可塑性ポリウレタン中の全窒素含有量を元素分析法により下記の条件で算出した。
・装置 ：パーキンエルマー社製 全自動元素分析装置２４００シリーズII型（オートサンプラー標準装備）Ｃ・Ｈ・Ｎ・Ｓ／Ｏ分析装置
・電気炉温度：９７５℃
・試料量 ：２ｍｇ
・助燃剤 ：なし
・試料容器：錫箔（助燃効果あり、１枚使用）
・検量線作成用標準物質：スルファニルアミド
次に、熱可塑性ポリウレタンＡ中の有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来に窒素原子及び鎖伸長剤に由来する窒素原子をそれぞれ下記の条件でＮＭＲの測定により検出した。
・装置 ：日本電子製核磁気共鳴装置 Lambda500
・測定条件：共鳴周波数；１Ｈ ５００ＭＨｚ ／プローブ；ＴＨ５ＦＧ２
・溶媒 ：ＤＭＳＯ−ｄ6 濃度；５ｗｔ％/ｖｏｌ
・測定温度：８０℃
・積算回数：６４ｓ
そして、元素分析法及びＮＭＲの結果から、有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合を算出した。
〈示差走査熱量（ＤＳＣ）測定〉
示差走査熱量計（メトラー社製「ＤＳＣ３０」）を用い、熱可塑性ポリウレタンＡの吸熱ピーク温度（℃）及びその吸熱ピークにおける吸熱ピーク面積から結晶化エンタルピー（ΔＨ）を求めた。なお測定条件は、サンプル約１０ｍｇ、窒素ガス雰囲気下、１０℃／分の昇温速度で行った。
〈水との接触角〉
熱可塑性ポリウレタンＡを２枚の金属板の間に挟み、熱プレス成形機（（株）神藤工業所製の卓上用テストプレス）で熱プレス成形した。熱プレス成形は、加熱温度２３０℃で２分間予熱した後、所定のプレス圧で１分間プレスした。そして、熱プレス成形機から熱可塑性ポリウレタンＡを介在させた２枚の金属板を取り出し、冷却することにより、厚さ３００μｍのプレス成形シートを得た。そして、得られたプレス成形シートを減圧乾燥機内で６０℃×１６時間乾燥した。そして、プレス成形シートの水との接触角を協和界面科学（株）製のDropMaster500を用いて測定した。
〈密度〉
厚さ２ｍｍのプレス成形シートを作成し、ＪＩＳ Ｋ ７１１２に準拠して、密度を測定した。
〈硬度〉
厚さ２ｍｍのプレス成形シートを作成し、ＪＩＳ Ｋ ７３１１に準拠して、硬度（ＪＩＳ−Ｄ硬度）を測定した。
〈５０℃の水で飽和膨潤させたときの５０℃における引張弾性率〉
厚さ３００μｍのプレス成形シートを作成した。そして、厚さ３００μｍのプレス成形シートから２号型試験片（ＪＩＳＫ７１１３）を打ち抜いた。そして、２号型試験片を５０℃の温水に４８時間浸漬することにより水で飽和膨潤させた。そして、温水から取り出した２号型試験片の表面の水分を拭き取った後、雰囲気温度５０℃において２分間静置した。そして、引張試験機（インストロン社製３３６７）にチャック間距離４０ｍｍで２号型試験片を装着し、雰囲気温度５０℃で２分間静置した後、引張速度５００ｍｍ／分、Ｎ＝６本の条件で引張弾性率を測定した。
〈貯蔵弾性率の水飽和膨潤時保持率〉
厚さ３００μｍのプレス成形シートを作成した。そして、プレス成形シートから５．０×３０（ｍｍ）の試験片を切り出し、２３℃、６５％ＲＨの条件下で３日間放置して状態調整をした。そして、試験片を動的粘弾性測定装置(ＤＶＥレオスペクトラー（株）レオロジー製)を用いて、５０℃における動的粘弾性率を周波数１１Ｈｚで測定することにより、貯蔵弾性率（Ｂ）を求めた。
一方、同様に作成した試験片を５０℃の温水に４８時間浸漬することにより水で飽和膨潤させた。そして、温水から取り出した試験片の表面の水分を拭き取った後、５０℃における動的粘弾性率を周波数１１Ｈｚで測定することにより、貯蔵弾性率（Ａ）を求めた。
そして、温水で飽和膨潤させた試験片の貯蔵弾性率を（Ａ）、温水で飽和膨潤させていない試験片の貯蔵弾性率を（Ｂ）として、水膨潤時の貯蔵弾性率の維持率を、下記式（１）：Ａ／Ｂ×１００
（Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させた試験片の５０℃における貯蔵弾性率、Ｂは５０℃の温水で飽和膨潤させていない試験片の５０℃における貯蔵弾性率）・・・（１）
により算出した。
〈成形性及び研磨特性〉
圧力ゲージを取り付けたフィルターを備えたＴ−ダイを設置した単軸押出成形機（スクリュー径９０ｍｍ）を準備した。そして、熱可塑性ポリウレタンＡのペレットを単軸押出成形機に供給してＴ−ダイから吐出させ、６０〜８０℃に調温されたギャップ間隔１．８ｍｍの一対のロールに通過させることにより、厚さ２ｍｍの非多孔性の熱可塑性ポリウレタンシートを得た。単軸押出成形機の条件は、仕込みシリンダー温度２１５〜２４０℃、ダイス温度２３０〜２４０℃、に設定した。そして、このときの成形性を以下の方法により評価した。
（成形性）
Ａ：成形時に未溶融物が全く見られず、圧力ゲージも上昇しなかった。
Ｂ：成形時に未溶融物が見られたが、圧力ゲージは上昇しなかった。
Ｃ：成形時に未溶融が見られ、圧力ゲージは上昇した。
そして、得られた熱可塑性ポリウレタンシートの表面を研削することにより厚さ１．２ｍｍの研磨層用成形体を得た。そして、厚さ１．２ｍｍの研磨層用成形体の研磨面となる主面に、幅１ｍｍ，深さ１．０ｍｍの溝を７．５ｍｍ間隔で同心円状に形成した。また、同心円状に形成した溝の両側のコーナー部に、図２に示すような、研磨面に向かって広がる一辺が０．６ｍｍの正三角形に切り欠いたようなテーパー形状を有するコーナー部を形成した。そして、研磨層用成形体を直径３８ｃｍの円形に切り抜いた。そして、裏面にクッション層を両面粘着シートで貼り合わせて複層型研磨パッドを作成した。クッション層としては、厚み０．８ｍｍ，ＪＩＳ−Ｃ硬度６５，空隙率４８体積％の発泡ポリウレタン製シートであるイノアックコーポレーション社製「ポロンＨ４８」を用いた。そして、得られた複層型研磨パッドの研磨特性を下記方法により評価した。
（研磨レートの経時変化）
複層型研磨パッドをＣＭＰ研磨装置（（株）野村製作所社製ＰＰ０−６０Ｓ）の回転定盤に固定し、ダイヤモンドドレッサーを用いて圧力０．１８ＭＰａ，ドレッサー回転数１１０回転／分，３０分間の条件で研磨面を研削した。なお、ダイヤモンドドレッサーは、三菱マテリアル（株）製のＭＥＣ１００−Ｌを用いた。
そして、複層型研磨パッドの研磨面にスラリーを滴下しながら酸化膜表面を有する８インチのシリコンウェハを研磨した。なお、研磨条件はプラテン回転数５０回転／分，ヘッド回転数４９回転／分，研磨圧力４５ｋＰａ，研磨時間１００秒の条件で行った。スラリーは、蒸留水で２倍希釈したキャボット社製研磨スラリーＳＳ２５を用いた。スラリーは１２０ｍＬ／分の速度で供給された。そして、このときの研磨レート（ａ）を測定した。
一方、複層型研磨パッドを湿潤状態で２４時間放置した。そして、湿潤状態で２４時間放置された複層型研磨パッドの研磨レート（ｂ）も同様の条件で測定した。そして、研磨レートの経時変化の指標として、湿潤前の複層型研磨パッドの研磨レート（ａ）に対する湿潤後の複層型研磨パッドの研磨レート（ｂ）の維持率（（ｂ）／（ａ）×１００（％））を求めた。
（研磨の不均一性）
シリコンウェハの研磨前後のそれぞれの膜厚をウェハ面内の４９点で測定した。そして、各点における研磨前後の膜厚の差から研磨速度を求めた。そして、４９点の研磨速度の平均値を研磨速度（Ｒ）とした。また、４９点の研磨速度の標準偏差（σ）を求め、研磨の不均一性を「不均一性（％）＝（σ／Ｒ）×１００」から求めた。不均一性の値が小さいほど、研磨均一性に優れていることを示す。
（バリ発生評価）
複層型研磨パッドを日本電産シンポ（株）製の電動ろくろ研磨機（ＲＫ−３Ｄ形）に装着した。そして、研磨パッドの研磨面を、１５０ｍＬ／分の速度でスラリーを流しながら、ダイヤモンドドレッサーでドレッサー回転数６１ｒｐｍ、研磨パッド回転数６０ｒｐｍ、ドレッサー荷重２．７５ｐｓｉの条件で８時間研削した。ダイヤモンドドレッサーは、（株）アライドマテリアル製のダイヤモンドドレッサー（ダイヤモンド粒子番手＃１００）を用いた。研削後の研磨面を目視で観察し、バリが全く発生しなかった場合には良、バリが発生した場合には否と判定した。
結果をまとめて表１に示す。
［実施例２］
ＰＴＭＧ８５０、数平均分子量６００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ６００）、ＢＤ、ＭＰＤ及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＰＥＧ６００：ＢＤ：ＭＰＤ：ＭＤＩ＝１１．４：７．６：１４．７：６．４：５９．９（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＢのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＢを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表1に示す。
［実施例３］
ＰＴＭＧ８５０、ＢＤ、ＭＰＤ及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＢＤ：ＭＰＤ：ＭＤＩ＝１０．２：１５．７：８．８：６５．３（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＣのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＣを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表1に示す。
［実施例４］
ＰＥＧ６００、ＢＤ、ＭＰＤ、及びＭＤＩを、ＰＥＧ６００：ＢＤ：ＭＰＤ：ＭＤＩ＝１０．９：１５．３：８．６：６５．２（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＤのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＤを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表1に示す。
［実施例５］
ＰＴＭＧ８５０、ＢＤ、炭素数６の鎖伸長剤である1,6-ヘキサンジオール（ＨＤ）、及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＢＤ：ＨＤ：ＭＤＩ＝１９．０：１４．７：６．４：５９．９（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＥのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＥを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
［実施例６］
ＰＴＭＧ８５０、ＢＤ、炭素数８の鎖伸長剤である1,8-オクタンジオール（ＯＤ）、及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＢＤ：ＯＤ：ＭＤＩ＝１７．３：１４．８：８．０：５９．９（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＦのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＦを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
［実施例７］
ＰＴＭＧ８５０、ＢＤ、炭素数８の鎖伸長剤であるシクロヘキサンジメタノール（ＣＨＤＭ）、及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＢＤ：ＣＨＤＭ：ＭＤＩ＝１４．４：１４．８：７．９：５９．９（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＧのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＧを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
［実施例８］
数平均分子量９５０のポリプロピレングリコール（ＰＰＧ９５０）、ＢＤ、ＭＰＤ及びＭＤＩを、ＰＰＧ９５０：ＢＤ：ＭＰＤ：ＭＤＩ＝１８．７：１４．８：６．５：５９．９（質量比）の割合で混合し、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て、連続溶融重合を行い、溶融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することにより熱可塑性ポリウレタンＨのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＨを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
［比較例１］
数平均分子量６５０のポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ６５０）、ＢＤ、及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ６５０：ＢＤ：ＭＤＩ＝１８．７：１９．６：６１．７（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＩのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＩを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表1に示す。
［比較例２］
数平均分子量５００のポリ3-メチルペンタンジオールアジペート（ＰＭＰＡ５００）、ＢＤ、及びＭＤＩを、ＰＭＰＡ５００：ＢＤ：ＭＤＩ＝２５．６：１６．３：５８．１（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＪのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＪを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表1に示す。
［比較例３］
数平均分子量１０００のポリ3-メチルペンタンジオールアジペート（ＰＭＰＡ１０００）、ＢＤ、及びＭＤＩを、ＰＭＰＡ１０００：ＢＤ：ＭＤＩ＝２９．７：１６．６：５３．７（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＫのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＫを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。なお、比較例３においては、同心円状に形成した溝の両側のコーナー部にテーパー形状を形成しなかった。結果を表1に示す。
［比較例４］
ＰＴＭＧ８５０、ＭＰＤ、及びＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＭＰＤ：ＭＤＩ＝１３．７：２６．４：５９．９（質量比）の割合で混合した単量体を準備した。そして、定量ポンプで単量体を二軸押出機に連続的に供給して混練しながら連続溶融重合することにより重合体を得た。二軸押出機から連続的に吐出される溶融状態の重合体のストランドを水中に連続的に押出した後、ペレタイザーで細断することにより熱可塑性ポリウレタンＬのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＬを用いた以外は実施例１と同様にして評価した。結果を表1に示す。
［比較例５］
ＰＭＰＡ５００、ＣＨＤＭ、及びＭＤＩを、ＰＭＰＡ５００：ＣＨＤＭ：ＭＤＩ＝１１．８：３０．１：５８．１（質量比）の割合で混合し、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て、連続溶融重合を行い、溶融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することにより熱可塑性ポリウレタンＭのペレットを得た。
熱可塑性ポリウレタンＡの代わりに熱可塑性ポリウレタンＭを用いた以外は実施例１と同様にして、窒素含有割合、示差走査熱量、水との接触角、５０℃の水で飽和膨潤させたときの５０℃における引張弾性率、及び貯蔵弾性率の水飽和膨潤時保持率を評価した。
また、熱可塑性ポリウレタンＭを２枚の金属板の間に挟み、熱プレス成形することにより熱プレス成形シートを得た。そして、熱プレス成形シートを耐圧力容器に入れ、温度１１０℃、圧力７ＭＰａの条件下で５時間、二酸化炭素を溶解させることにより、二酸化炭素を１．６重量％（飽和量）含むガス溶解シートを得た。そして、室温まで冷却した後、圧力を常圧とし、ガス溶解シートを耐圧容器から取り出した。次に、得られたガス溶解シートを１１０℃のシリコンオイル中に３分間浸漬した後取り出し、室温まで冷却することにより厚さ２μｍのポリウレタンＭの発泡体シートを得た。
そして、得られたポリウレタンＭの発泡体シートを用いて、密度、硬度、成形性及び研磨特性を評価した。なお、比較例５においては、同心円状に形成した溝の両側のコーナー部にテーパー形状を形成しなかった。これらの結果を表1に示す。
表１の結果より、次のことがわかる。炭素数４以下のジオールと炭素数５以上のジオールとを含む鎖伸長剤を用いて重合した熱可塑性ポリウレタンの成形体を研磨層として備える実施例１〜８で得られた研磨パッドは、ウェハ研磨時の研磨不均一性に優れ、また、研磨速度の経時変化も小さく、成形性にも優れていた。一方、炭素数４のＢＤのみを単独で鎖伸長剤として用いて重合した熱可塑性ポリウレタンの成形体を研磨層として備える比較例１及び比較例２で得られた研磨パッドは、硬度が高いためにウェハ研磨時の研磨均一性には優れていたものの、成形性が劣っていた。また、炭素数４のＢＤのみを単独で鎖伸長剤として用いて重合した熱可塑性ポリウレタンの成形体であって、有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合が６．３未満の比較例３で得られた研磨パッドは、硬度が低いために研磨均一性が低く、また、研磨速度の経時変化も大きく、さらに成形性にも劣っていた。また、炭素数５のＭＰＤのみを単独で鎖伸長剤として用いて重合した熱可塑性ポリウレタンの成形体を研磨層として備える比較例４で得られた研磨パッドは、成形性には優れていたものの、硬度が低いために研磨均一性が低く、また、研磨速度の経時変化も大きく、さらに成形性にも劣っていた。また、多孔性である、熱可塑性ポリウレタンの発泡成形体を研磨層として備える比較例５で得られた研磨パッドは、硬度が低いために研磨均一性が低かった。
１０ 研磨パッド
１１ 回転定盤
１２ スラリー供給ノズル
１３ キャリア
１４ パッドコンディショナー
１５ 被研磨材
１６ 研磨スラリー
２０ ＣＭＰ装置

Claims (12)

  1. 高分子ジオールと、有機ジイソシアネートと、炭素数４以下であるジオールを含む第１の鎖伸長剤と、炭素数５以上であるジオールを含む第２の鎖伸長剤と、を含む単量体の重合体であり、且つ、前記有機ジイソシアネートのイソシアネート基に由来する窒素含有割合が６．３〜７．４質量％である熱可塑性ポリウレタンを含み、
    非多孔性である、研磨層用成形体。
  2. 前記第１の鎖伸長剤が、エチレングリコール，1,3-プロパンジオール，1,2-ブタンジオール，1,3-ブタンジオール，2,3-ブタンジオール，1，4-ブタンジオール，2-メチル-1,3-プロパンジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、
    前記第２の鎖伸長剤が、1,5-ペンタンジオール，2,2-ジメチルプロパン-1,3-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，シクロヘキサンジオール，1，8-オクタンジオール，シクロヘキサンジメタノール，1,9-ノナンジオール，2-メチル-1，8-オクタンジオール，及び1,10-デカンジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１に記載の研磨層用成形体。
  3. 前記熱可塑性ポリウレタンは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による吸熱ピークを１８５℃以下に有し、前記吸熱ピークにおける吸熱ピーク面積から求めた結晶化エンタルピー（ΔＨ）が２〜１５Ｊ／ｇである請求項１または２に記載の研磨層用成形体。
  4. 互いの炭素数の差が２以上である前記第１の鎖伸長剤と前記第２の鎖伸長剤とを含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  5. 密度１．０ｇ／ｃｍ3以上、ＪＩＳ−Ｄ硬度７５以上である請求項１〜４の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  6. 水との接触角が７５度以下である表面を有する請求項１〜５の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  7. 前記熱可塑性ポリウレタンは、５０℃の温水で飽和膨潤させたときの５０℃における引張弾性率が２５０〜１５００ＭＰａである請求項１〜６の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  8. 前記熱可塑性ポリウレタンは、下記式：
    Ａ／Ｂ×１００
    （Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させたときの５０℃における貯蔵弾性率、Ｂは５０℃の温水で飽和膨潤させていないときの５０℃における貯蔵弾性率）
    から算出される、貯蔵弾性率の水飽和膨潤時保持率が５５％以上である請求項１〜７の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  9. 前記高分子ジオールが、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，及びポリメチルテトラメチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜８の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  10. 前記研磨層用成形体は凹部を有する研磨面を含み、
    前記凹部は、研磨面に向かって広がる、テーパー形状のコーナー部を有する請求項１〜９の何れか１項に記載の研磨層用成形体。
  11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の研磨層用成形体を研磨層として含む研磨パッド。
  12. 前記研磨層の硬度よりも低い硬度を有するクッション層が積層された請求項１１に記載の研磨パッド。
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