WO2020036038A1 - 研磨層用ポリウレタン、研磨層及び研磨パッド - Google Patents

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清文 門脇
加藤　充
穣 竹越
知大 岡本
晋哉 加藤
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a polyurethane used as a material for a polishing layer of a polishing pad used for polishing a silicon wafer, a semiconductor device, a hard disk, a glass substrate, an optical product, or various metals.
  • CMP Chemical mechanical polishing
  • a polishing pad used for flattening a material to be polished is also required to have high-precision flattening properties.
  • polishing pads are required to have even higher polishing uniformity and flatness than ever before. Therefore, a material for the polishing layer for realizing such a polishing pad is required.
  • Thermoplastic polyurethane is known as a material for the polishing layer.
  • Thermoplastic polyurethane is produced by reacting a polyurethane raw material containing a polymer diol, an organic diisocyanate, and a chain extender.
  • Various such thermoplastic polyurethanes have been conventionally known.
  • Patent Literature 1 discloses, as a polyurethane preferably used for a molded product for a polishing layer, having excellent balance between rigidity and toughness (mechanical properties) and excellent workability, a chain extender having an even number of linear carbon atoms and an odd number of a chain extender.
  • a thermoplastic polyurethane produced by using a chain extender containing a certain chain extender and a predetermined ratio is disclosed.
  • a thermoplastic polyurethane produced using 1,18-octadecanediol which is a chain extender having a linear carbon skeleton having 18 carbon atoms.
  • Patent Document 2 discloses, for example, a polishing pad made of a material containing polyurethane and at least one light absorbing compound as a polishing pad used in a system for detecting an end point of polishing.
  • the chain extender 1,12-dodecanediol which is a chain extender having a straight-chain carbon skeleton having 12 carbon atoms is exemplified.
  • Patent Document 3 discloses a molded article for a polishing layer containing thermoplastic polyurethane for producing a molded article for a polishing layer having both high moldability and high flattenability.
  • chain extenders used in the production of thermoplastic polyurethane 1,8-octanediol and 2-methyl-1,8-octanediol containing a straight-chain carbon skeleton having 8 carbon atoms, and a straight-chain carbon having 9 carbon atoms.
  • Patent Document 4 discloses a non-porous molded article of a thermoplastic polyurethane used for a polishing layer, in which burrs are hardly generated at corners of concave portions formed on a polished surface even by long-time CMP polishing. I do. And, as a chain extender used for the production of thermoplastic polyurethane, 1,9-nonanediol is disclosed.
  • Patent Document 5 discloses a molded article of thermoplastic polyurethane used for a polishing pad that can achieve improvement in flatness and flattening efficiency of a surface to be polished and that is less likely to generate scratches. And, as a chain extender used for the production of thermoplastic polyurethane, 1,9-nonanediol is disclosed.
  • Patent Document 6 discloses a thermoplastic polyurethane molded article which is used for manufacturing a metal film polishing pad having a high polishing rate and excellent polishing performance with excellent polishing uniformity. And, as a chain extender used for the production of thermoplastic polyurethane, 1,9-nonanediol is disclosed.
  • the surface of the polishing layer is dressed with a dresser such as a diamond dresser.
  • a dresser such as a diamond dresser.
  • the pad surface roughness after dressing may not be sufficiently large.
  • the polishing rate may decrease, or the polishing uniformity may decrease.
  • a non-foamed polyurethane molded body having a low surface hardness is used as the polishing layer, such a problem is likely to occur.
  • the object of the present invention is to provide a polishing layer excellent in dressability as a polishing layer of a polishing pad.
  • thermoplastic polyurethane which is a reaction product of a polyurethane raw material containing a polymer diol, an organic diisocyanate, and a chain extender, wherein the chain extender has a linear carbon skeleton having 7 to 12 carbon atoms.
  • a polyurethane for a polishing layer containing 50% by mass or more of a first chain extender is excellent in dressability even when the surface hardness is low.
  • the chain extender contained in the polyurethane raw material preferably contains the first chain extender in an amount of 80% by mass or more from the viewpoint of obtaining a polishing layer capable of maintaining a hardness high enough not to cause scratches.
  • the chain extender contained in the polyurethane raw material preferably contains only an acyclic compound.
  • the urethane groups in the hard segment of the polyurethane are aggregated to show high crystallinity, so that it is difficult to cause a decrease in elastic modulus or a decrease in hardness due to heat generation during water absorption or polishing, and high flatness. And a polishing layer showing polishing stability is easily obtained. As a result, it is preferable in that a polishing layer having both dressing property and high flattening property can be easily obtained.
  • Examples of the first chain extender include 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 2-methyl-1,8-octanediol, and 1,10-decanediol. , 1,12-dodecanediol and the like.
  • the DSC curve obtained by differential scanning calorimetry preferably has at least one endothermic peak in the range of 100 to 160 ° C.
  • the polishing layer is less likely to be softened by heat generated during polishing, it is preferable in that a polishing layer having an excellent balance between dressability and temperature dependency of mechanical properties is obtained.
  • the total amount of crystallization enthalpy ( ⁇ H) of the endothermic peak is preferably 10 J / g or more.
  • ⁇ H crystallization enthalpy
  • the high molecular weight diol has a number average molecular weight of 600 to 1400 and contains 4.0 to 6.0% by mass of nitrogen derived from an organic diisocyanate, so that the polishing layer maintains a high hardness and has excellent polishing uniformity. Is preferred from the viewpoint that is obtained.
  • the laser transmittance at a laser wavelength of 660 nm of 70% or more is a point that a polishing layer capable of inspecting a polishing end point while polishing a surface to be polished by optical means is obtained. Is preferred.
  • a / B ⁇ 100 (A is the storage elastic modulus at 21 ° C. after saturated swelling with 50 ° C. hot water, and B is 21/100 when not saturated and swollen. It is preferable that the retention of the storage elastic modulus at the time of water saturation swelling is 55% or more, which is calculated from the storage elastic modulus at 0 ° C). Such a case is preferable in that a polishing layer whose polishing characteristics hardly change over time can be obtained even when swelled with water during polishing.
  • the ratio (E ′ 21 / E ′ 80 ) of the storage elastic modulus E ′ 21 at 21 ° C. and the storage elastic modulus E ′ 80 at 80 ° C. is preferably 10 or less. This is preferable in that a polishing layer showing high polishing uniformity while maintaining hardness can be obtained.
  • the JIS-D hardness of the sheet having a thickness of 2 mm is 50 to 70, since a polishing layer having particularly excellent polishing uniformity can be obtained.
  • One aspect of the present invention is a polishing layer which is a molded article of any of the above polyurethanes for a polishing layer.
  • a polishing layer is preferably used as a polishing layer having excellent dressability.
  • the polishing layer is preferably a non-foamed molded body, since high polishing uniformity can be obtained while maintaining higher hardness, and there is no variation due to foam distribution.
  • One aspect of the present invention is a polishing pad including the polishing layer.
  • a polishing layer of a polishing pad having excellent dressability can be obtained.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining CMP using the polishing pad of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the polishing pad after performing an accelerated dress test for 8 hours by CMP-MP-100C using the polishing pad manufactured in Example 1.
  • FIG. 3 is an SEM photograph of the surface of the polishing pad after performing an accelerated dress test for 8 hours by CMP-MP-100C using the polishing pad manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a SEM photograph of the surface of the polishing pad after an 8-hour accelerated dress test was performed with CMP-MP3-DMB101-100E using the polishing pad manufactured in Example 1.
  • FIG. 5 is an SEM photograph of the surface of the polishing pad after performing an accelerated dressing test with CMP-MP3-DMB101-100E for 8 hours using the polishing pad manufactured in Comparative Example 1.
  • the polyurethane for a polishing layer of the present embodiment is a thermoplastic polyurethane which is a reaction product of a polyurethane raw material containing a polymer diol, an organic diisocyanate, and a chain extender, wherein the chain extender is a straight chain having 7 to 12 carbon atoms.
  • Polyurethane is produced by polymerizing a polyurethane raw material containing a polymer diol, an organic diisocyanate, and a chain extender containing 50% by mass or more of a first chain extender having a linear carbon skeleton having 7 to 12 carbon atoms. it can.
  • the polymerization is a urethanization reaction using a known prepolymer method or one-shot method. Specifically, for example, a method of continuously melt-polymerizing a polyurethane raw material while melt-mixing using a single-screw or multi-screw extruder at a predetermined ratio in the substantially absence of a solvent, or a solution in the presence of a solvent A method of polymerizing is exemplified.
  • the chain extender is a low molecular weight compound having two active hydrogen atoms capable of reacting with an isocyanate group and having a number average molecular weight of less than 400, preferably 300, which is conventionally used as a raw material for producing polyurethane. These are the following low molecular compounds.
  • the chain extender used for producing the polyurethane of the present embodiment contains 50% by mass or more of the first chain extender having a linear carbon skeleton having 7 to 12 carbon atoms.
  • the carbon number of the linear carbon skeleton of the chain extender means the carbon number of the linear carbon skeleton between two active hydrogen atoms capable of reacting with the isocyanate group.
  • the linear carbon skeleton of the first chain extender has 7 to 12 carbon atoms, and preferably 8 to 10 carbon atoms.
  • the first chain extender having a straight-chain carbon skeleton having 7 to 12 carbon atoms reduces the aggregation density between polyurethane molecular chains by appropriately increasing the interval between urethane groups in the hard segment of the polyurethane molecule. As a result, the crystallinity of the polyurethane is reduced, and the wear resistance of the polyurethane is reduced.
  • a chain extender having 13 or more carbon atoms in the straight chain carbon skeleton of the chain extender has a low reactivity with an organic diisocyanate, and thus tends to hardly increase the molecular weight of the polyurethane.
  • the first chain extender include, for example, a chain extender having 7 carbon atoms having a straight-chain carbon skeleton such as 1,7-heptanediol; 1,8-octanediol and 2-methyl-1,8 A chain extender having 8 carbon atoms in a linear carbon skeleton such as -octanediol; a chain extender having 9 carbon atoms in a linear carbon skeleton such as 1,9-nonanediol; a linear carbon such as 1,10-decanediol A chain extender having 10 carbon atoms in the skeleton; a chain extender having 12 carbon atoms in a linear carbon skeleton such as 1,12-dodecanediol.
  • the first chain extender may be a single compound or a combination of two or more compounds. In order not to increase the temperature dependency and to become too soft during polishing to lower the polishing uniformity and the polishing efficiency, it is preferable that substantially only one
  • the content of the first chain extender with respect to the whole chain extender is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90 to 100% by mass.
  • Polyurethane produced by using a chain extender containing 50% by mass or more of the first chain extender has an agglomeration density between molecular chains due to a moderately long interval between urethane groups in hard segments of polyurethane molecules. It becomes moderately low, and the crystallinity of polyurethane becomes moderately low. Such polyurethanes have a moderately low abrasion resistance.
  • the polishing layer using such a polyurethane is easily dressed, and when the surface is dressed, the surface roughness is increased and good slurry holding properties are exhibited. Then, a polishing layer that achieves excellent polishing uniformity and polishing rate can be obtained.
  • the content of the first chain extender in the entire chain extender is less than 50% by mass, the interval between urethane groups in the hard segment of the polyurethane molecule is not sufficiently long, and the aggregation density between the molecular chains becomes high.
  • a polyurethane having high crystallinity can be obtained.
  • Polyurethane with high crystallinity has high abrasion resistance.
  • the polishing layer using such a polyurethane is hard to be dressed, and when the surface is dressed, the surface roughness becomes small and the fuzz on the surface also becomes small, and shows low slurry retention.
  • chain extender other than the first chain extender that can be used in combination with the first chain extender include carbon atoms of a carbon skeleton such as 2,2-dimethylpropane-1,3-diol.
  • a compound having 3 carbon atoms such as 1,4-butanediol and cyclohexanediol; a compound having 5 carbon atoms such as 1,5-pentanediol and 3-methyl-1,5-pentanediol;
  • Compounds; compounds having 6 carbon atoms in the carbon skeleton such as 1,6-hexanediol and cyclohexanedimethanol
  • compounds having 16 carbon atoms in the carbon skeleton such as 1,16-hexadecanediol
  • carbon skeletons such as 1,18-octadecanediol
  • a compound having 18 carbon atoms These may be used alone or in combination of two or more.
  • the average carbon number of the straight chain carbon skeleton of the chain extender is preferably 7 to 12, more preferably 8 to 10. Is preferred.
  • the average carbon number of the linear carbon skeleton can be calculated from the sum of the products obtained by multiplying the carbon number of the linear carbon skeleton of each chain extender by the molar fraction in the total chain extender.
  • the chain extender contained in the polyurethane raw material preferably contains only a non-cyclic compound having no ring structure.
  • the urethane group in the hard segment of the polyurethane molecule is preferably aggregated, so that a polyurethane having appropriate crystallinity is easily obtained.
  • the polishing layer using such a polyurethane hardly causes a decrease in elastic modulus or hardness due to heat generation during water absorption or polishing, and exhibits high flatness and polishing stability. As a result, it is preferable because a polishing layer having both excellent dressing property, high flattening property and polishing stability can be easily obtained.
  • polymer diols such as polyether diol, polyester diol, and polycarbonate diol having a number average molecular weight of 400 or more, which have been conventionally used as a polyurethane raw material, are used without any particular limitation.
  • polyether diol examples include, for example, poly (ethylene glycol), poly (propylene glycol), poly (tetramethylene glycol), poly (methyltetramethylene glycol), poly (oxypropylene glycol), glycerin-based polyalkylene ether Glycol and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • polyester diol examples include, for example, a polyester diol obtained by directly esterifying or transesterifying a dicarboxylic acid or an ester-forming derivative thereof such as an ester or an anhydride with a low-molecular diol. .
  • dicarboxylic acids include, for example, oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, 2-methylsuccinic acid, 2-methyladipic acid, 3 Aliphatic dicarboxylic acids having 2 to 12 carbon atoms such as 3-methyladipic acid, 3-methylpentanedioic acid, 2-methyloctanedioic acid, 3,8-dimethyldecandioic acid, and 3,7-dimethyldecandioic acid; triglycerides Aliphatic dicarboxylic acids such as dimerized aliphatic dicarboxylic acids having 14 to 48 carbon atoms (dimer acid) and hydrogenated products thereof (hydrogenated dimer acid); Alicyclic dicarboxylic acids such as 4-cyclohexanedicarboxylic acid; aromatic dicarboxylic acids such as
  • the low molecular weight diol include, for example, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,2-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,4-butanediol, neopentyl Glycol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 2-methyl-1,8-octane Aliphatic diols such as diol, 1,9-nonanediol and 1,10-decanediol; and alicyclic diols such as cyclohexanedimethanol and cyclohexanediol. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, diols having 6 to 12 carbon atoms, more
  • polycarbonate diol examples include, for example, those obtained by reacting a low molecular weight diol with a carbonate compound.
  • Low molecular diols include the low molecular diols described above.
  • the carbonate compound include dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, alkylene carbonates such as ethylene carbonate, and diaryl carbonates such as diphenyl carbonate.
  • the polymer diol may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is particularly preferable to include at least one selected from poly (ethylene glycol), poly (propylene glycol), poly (tetramethylene glycol), and derivatives thereof, from the viewpoint of excellent hydrophilicity.
  • the number average molecular weight of the high molecular weight diol is preferably from 600 to 1,400, more preferably from 800 to 1200, particularly preferably from 800 to 1,000. If the number average molecular weight of the high molecular weight diol is too low, the hardness and tensile modulus of the obtained polyurethane tend to decrease, and the polishing uniformity of the polishing layer tends to decrease. On the other hand, when the number average molecular weight of the high molecular diol is too high, the polishing layer has high hardness and high elasticity, and scratches tend to occur easily.
  • the number average molecular weight of the high molecular weight diol is a number average molecular weight calculated based on a hydroxyl value measured according to JIS K1557.
  • organic diisocyanate used for the production of polyurethane organic diisocyanate conventionally used as a raw material for polyurethane is used without any particular limitation. Specific examples thereof include ethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, and isophorone.
  • Diisocyanate isopropylidene bis (4-cyclohexyl isocyanate), cyclohexylmethane diisocyanate, methylcyclohexane diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, lysine diisocyanate, 2,6-diisocyanatomethyl caproate, bis (2-isocyanatoethyl ) Fumarate, bis (2-isocyanatoethyl) carbonate, 2-isocyanatoethyl-2,6-diisocyanatohexanoe Aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates such as g, cyclohexylene diisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate, bis (2-isocyanatoethyl) -4-cyclohexene; 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphen
  • the mixing ratio of each component of the polymer diol, the chain extender, and the organic diisocyanate in the polyurethane raw material used for the production of the polyurethane is appropriately selected in consideration of the desired mechanical properties, abrasion resistance and the like.
  • the mixing ratio of the organic diisocyanate to the polymer diol and the chain extender is 0.95 to 1.3 mol of the isocyanate group contained in the organic diisocyanate per 1 mol of active hydrogen atoms contained in the polymer diol and the chain extender. Further, the ratio of 0.96 to 1.10 mol, particularly 0.97 to 1.05 mol, is required to be sufficient for the mechanical properties, abrasion resistance, productivity of thermoplastic polyurethane and storage stability of polyurethane. It is preferable from the viewpoint of excellent balance.
  • the content ratio of nitrogen derived from the organic diisocyanate of the polyurethane is 4.0 to 6.0% by mass, further 4.3 to 5.8% by mass, particularly 4.5 to 5.5% by mass. It is preferable that it is a compounding ratio. In this case, the interval between the urethane groups in the hard segments of the polyurethane molecules becomes an appropriate length, the aggregation density of the polyurethane molecules is appropriate, and a polyurethane having an appropriate crystallinity can be obtained. And it is preferable from the point that the polishing layer excellent in dressability is obtained. When the content ratio of nitrogen derived from the organic diisocyanate is too low, the temperature dependency of the hardness tends to increase, and the polishing uniformity tends to decrease.
  • the polyurethane obtained in this manner has a DSC curve measured by a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 160 ° C., more preferably 110 to 150 ° C., especially 120 to 160 ° C., and at least one, preferably 2 to 100 ° C. It is preferable to have three endothermic peaks from the viewpoint that a polishing layer having an excellent balance between dressability and temperature dependence of mechanical properties can be obtained. In particular, it preferably has at least two endothermic peaks in the range of 100 to 160 ° C. In such a case, since the polishing layer is less likely to be softened by heat generated during polishing, a ratio (E ′ 21 / E ′) of the storage elastic modulus E ′ 21 at 21 ° C. and the storage elastic modulus E ′ 80 at 80 ° C. described later. 80 ) tends to be 10 or less.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • the total amount of crystallization enthalpy ( ⁇ H) determined from the endothermic peak area is preferably 10 J / g or more. Having such an endothermic peak exhibiting appropriate crystallinity at a relatively low temperature side is particularly preferable because it can achieve both appropriate temperature dependency during polishing and excellent dressability.
  • the upper limit of the total amount of crystallization enthalpy ( ⁇ H) is not particularly limited, but is preferably about 35 J / g from the viewpoint of achieving both appropriate temperature dependency and excellent dressability.
  • the lowest endothermic peak exists at 100 to 160 ° C., and the total amount of crystallization enthalpy ( ⁇ H) determined from the endothermic peak area is 10 J / g or more. Preferably, there is. If the endothermic peak on the lowest temperature side of the polyurethane is present at a temperature that is too low, the mechanical properties of the polishing layer tend to change easily during polishing due to the large temperature dependence of the mechanical properties. . Further, when the endothermic peak on the low temperature side by DSC exists at an excessively high temperature, the hardness and wear resistance are increased even at a high temperature, and the dressing property may be insufficient.
  • the polyurethane thus obtained preferably has a laser transmittance of 70% or more, more preferably 80% or more, especially 90% or more, for a laser wavelength of 660 nm in a sheet having a thickness of 0.5 mm.
  • the laser transmittance with respect to the laser wavelength of 660 nm is the laser wavelength (660 nm), the laser output (310 ⁇ W), the distance (100 mm) between the detection head and the output head, and the sample position (the midpoint between the detection head and the output head). This is the value measured under the conditions.
  • the soft segment and the hard segment of the polyurethane are liable to phase-separate, so that a thermoplastic polyurethane having a low rebound resilience tends to be formed, and the polishing uniformity is reduced. If the laser transmittance is too low, it tends to be difficult to inspect the workpiece and detect the polishing end point.
  • the polyurethane obtained as described above has the following formula (1) in a sheet having a thickness of 0.3 mm.
  • a / B ⁇ 100 (1) (A is the storage modulus at 21 ° C. after saturated swelling with warm water at 50 ° C., and B is the storage modulus at 21 ° C. without swelling with water) It is preferable that the retention of the storage elastic modulus at the time of water saturation swelling is 55% or more, more preferably 60% or more, and particularly preferably 75% or more. If the retention of the storage elastic modulus at the time of water saturation swelling is too low, the polishing layer absorbs water during polishing, so that the mechanical properties are likely to change, and after polishing is completed, the polishing layer is kept wet for several hours to several days. When the pad is left for a while, the polishing rate tends to decrease easily.
  • a ratio of 80 'the storage modulus E at 21 and 80 ° C.' storage modulus E at 21 ° C. (E '21 / E' 80 ) is 10 or less, since the temperature dependence of the polishing layer is hardly changed by the temperature change during polishing because the temperature dependency is small, and a polishing layer excellent in polishing uniformity is easily obtained.
  • This case is preferable because a polishing layer that is particularly excellent in the balance between the dressability and the temperature dependence of the mechanical characteristics can be easily obtained.
  • the polyurethane thus obtained should have a JIS-D hardness of 50 to 70, and more preferably 50 to 65 in a sheet having a thickness of 2 mm, so that the polishing layer has an appropriate hardness. There is a tendency that the followability to the polished surface becomes appropriate, the local flatness is hardly reduced, and scratches are hardly generated.
  • the polyurethane of the present embodiment has thermoplasticity.
  • the thermoplasticity means a characteristic that can be molded by a molding method that includes a step of heating and melting such as extrusion molding, injection molding, calendar molding, and 3D printer molding.
  • the molded article for a polishing layer is obtained by molding polyurethane by the various molding methods described above.
  • it is preferable to employ extrusion molding using a T-die because it is excellent in productivity and a sheet-like molded body having a uniform thickness can be easily obtained.
  • the thickness of the polishing layer is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the layer configuration and use of the polishing pad. Specifically, for example, the thickness of the polishing layer is preferably 0.8 to 3.0 mm, more preferably 1.0 to 2.5 mm, and particularly preferably 1.2 to 2.0 mm.
  • the polishing layer is a non-foamed molded body, since the polishing characteristics are not easily changed and stable polishing can be realized.
  • the polishing structure such as flattenability and flattening efficiency tends to fluctuate due to the variation in the foamed structure.
  • the polishing pad of the present embodiment includes a polishing layer obtained by cutting out a piece such as a circle from a sheet-like molded body.
  • the polishing pad may be a single-layer polishing pad composed of a polishing layer and an adhesive on the back surface, or a multi-layer polishing pad in which a cushion layer is laminated on the polishing layer.
  • the cushion layer used in the multilayer polishing pad is preferably a layer having a hardness lower than the hardness of the polishing layer.
  • the hard polishing layer follows local irregularities on the surface to be polished, and the cushion layer responds to warpage and undulation of the entire substrate to be polished. Since the following is followed, polishing excellent in balance between global flatness and local flatness can be performed.
  • the material used as the cushion layer include a composite obtained by impregnating a non-woven fabric with polyurethane; rubber such as natural rubber, nitrile rubber, polybutadiene rubber, and silicone rubber; polyester-based thermoplastic elastomer, polyamide-based thermoplastic elastomer, and fluorine Thermoplastic elastomers such as a thermoplastic elastomer; foamed plastic; and polyurethane.
  • polyurethane having a foamed structure is particularly preferable because a preferable flexibility for the cushion layer is easily obtained.
  • the thickness of the cushion layer is not particularly limited, but is preferably, for example, about 0.3 to 1.2 mm, and more preferably about 0.5 to 1.0 mm. If the cushion layer is too thin, the effect of following the warp or undulation of the entire substrate to be polished is reduced, and global flatness tends to be reduced. On the other hand, if the cushion layer is too thick, the polishing pad as a whole tends to be soft, making stable polishing difficult.
  • concave portions such as grooves and holes are formed on the polishing surface of the polishing layer in a predetermined concentric pattern by grinding or laser processing.
  • a concave portion serves to uniformly and sufficiently supply the slurry to the polishing surface, discharge the polishing debris causing scratches, and prevent wafer damage due to adsorption of the polishing layer.
  • the pitch between the grooves is about 1.0 to 50 mm, more preferably about 1.5 to 30 mm, particularly about 2.0 to 15 mm, and especially about 6.0 to 15 mm. Is preferred.
  • the width of the groove is preferably 0.1 to 3.0 mm, more preferably 0.2 to 2.0 mm, and particularly preferably about 0.4 to 2.0 mm.
  • the depth of the groove is preferably about 0.2 to 1.8 mm, more preferably about 0.4 to 1.5 mm.
  • a shape such as a rectangle, a trapezoid, a triangle, and a semicircle is appropriately selected according to the purpose.
  • the method for forming the concave portion in the polishing layer is not particularly limited. Specifically, for example, the surface of the polishing layer is cut so as to form a pattern of a predetermined concave portion, a concave portion is formed by transferring with a mold at the time of injection molding, or a heated mold is used. Examples include a method of forming by stamping and the like.
  • a CMP apparatus 20 including a circular rotating platen 11, a slurry supply nozzle 12, a carrier 13, and a pad dresser 14 as viewed from above as shown in FIG. 1 is used.
  • the polishing pad 10 provided with the above-mentioned polishing layer is attached to the surface of the rotating platen 11 with a double-sided tape or the like.
  • the carrier 13 supports the workpiece 15.
  • the rotating platen 11 is rotated by a motor (not shown) in a direction indicated by an arrow.
  • the carrier 13 is rotated in the plane of the rotating platen 11 by, for example, a motor (not shown) in a direction indicated by an arrow.
  • the pad dresser 14 is also rotated in the plane of the rotary platen 11 by a motor (not shown), for example, in a direction indicated by an arrow.
  • polishing surface of the polishing pad 10 which is fixed to the rotating surface plate 11 and rotates, for example, a pad dresser 14 for CMP in which diamond particles are fixed to the carrier surface by nickel electrodeposition or the like is pressed. Then, the polishing surface of the polishing pad 10 is dressed. The dressing adjusts the polished surface to a surface roughness suitable for polishing the surface to be polished.
  • a pad dresser is generally a diamond dresser in which diamonds of the same size and size are fixed to a base metal with a metal material by an electrodeposition method or a brazing method.
  • Diamonds include irregular types such as CMP-MP-100C using very sharp diamonds, and blocky types such as CMP-MP3-DMB101-100E using obtuse diamonds compared to the irregular types. is there.
  • the polishing layer using the polyurethane of the present embodiment is not particularly limited.
  • the arithmetic average roughness (Ra) of the pad surface that has been subjected to a dressing process using a pad dresser is 1.8 ⁇ m or more and the maximum height (Rz).
  • the slurry 16 is supplied from the slurry supply nozzle 12 to the polishing surface of the rotating polishing pad 10. Further, when performing the CMP, if necessary, a lubricating oil, a cooling agent and the like may be used together with the slurry.
  • the slurry is, for example, a liquid medium such as water or oil; abrasive grains such as silica, alumina, cerium oxide, zirconium oxide, and silicon carbide; an oxidizing agent such as a base, an acid, a surfactant, and a hydrogen peroxide solution; A slurry used for CMP containing a reducing agent, a chelating agent and the like is preferably used.
  • the polishing conditions are not particularly limited, but in order to perform the polishing efficiently, the rotation speed of each of the rotating platen and the carrier is preferably low rotation of 300 rpm or less. It is preferable to set the pressure to 150 kPa or less so as not to prevent the occurrence.
  • the slurry be continuously supplied to the polishing surface by a pump or the like. Although the supply amount of the slurry is not particularly limited, it is preferable to supply the slurry so that the polishing surface is always covered with the slurry.
  • polishing target material after polishing is thoroughly washed with running water
  • the CMP of this embodiment is preferably used for polishing in a manufacturing process of various semiconductor devices, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and the like.
  • the polishing target include an insulating film such as an oxide film formed on a semiconductor substrate, a wiring metal film such as copper, aluminum, and tungsten; a barrier metal film such as tantalum, titanium, tantalum nitride, and titanium nitride; In particular, it is preferably used for polishing an insulating film such as an oxide film. It is also possible to polish a metal film on which a pattern such as a wiring pattern or a dummy pattern is formed.
  • thermoplastic polyurethane A the endothermic peak temperature (° C.) of the thermoplastic polyurethane A and the crystallization enthalpy ( ⁇ H) (J / g) are determined from the endothermic peak.
  • ⁇ H crystallization enthalpy
  • thermoplastic polyurethane sheet A 500 ⁇ m-thick press-formed sheet was produced. Then, the press-formed sheet was cut into a predetermined size, and the light transmittance at a wavelength of 660 nm was measured under the following conditions.
  • ⁇ Spectral transmittance measurement device "U-4000Spectrometer” manufactured by Hitachi, Ltd.
  • the dynamic viscoelastic modulus of the test piece at 21 ° C. was measured at a frequency of 11 Hz.
  • the storage elastic modulus after saturated swelling with water is denoted by A
  • the storage elastic modulus without saturated swelling with water is denoted by B
  • ⁇ hardness> A press-formed sheet having a thickness of 2 mm was prepared, and the hardness (JIS-D hardness) was measured in accordance with JIS K 7311.
  • ⁇ Dress test> A press-formed sheet having a thickness of 2.0 mm was prepared, and a test piece of 20 mm x 50 mm was cut out from the press-formed sheet. A groove having a width of 1.0 mm and a depth of 1.0 mm was formed in the obtained test piece. Then, a hole having the same shape as the outer shape of the test piece was opened in the polishing layer, and the test piece was fitted into the hole to obtain a polishing pad. The polishing pad was attached to a CMP apparatus (6EG nHance manufactured by Strasbough).
  • FIG. 2 shows an SEM photograph of the surface of the polishing pad after performing a dress test by CMP-MP-100C using the polishing pad manufactured in Example 1.
  • FIG. 4 shows an SEM photograph of the surface of the polishing pad after a dress test was performed with CMP-MP3-DMB101-100E using the polishing pad manufactured in Example 1.
  • Table 1 shows the evaluation results.
  • the obtained prepolymer was kneaded with a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane C.
  • the obtained prepolymer was kneaded with a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane D.
  • thermoplastic polyurethane D instead of thermoplastic polyurethane A. Table 1 shows the results.
  • the obtained prepolymer was kneaded in a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane E.
  • thermoplastic polyurethane E was evaluated similarly to Example 1 except having used thermoplastic polyurethane E instead of thermoplastic polyurethane A. Table 1 shows the results.
  • the mixture was mixed at a ratio of 0.0: 48.6 (mass ratio) to prepare a prepolymer.
  • the obtained prepolymer was kneaded with a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane F.
  • thermoplastic polyurethane F instead of thermoplastic polyurethane A. Table 1 shows the results.
  • a polymer was prepared. The obtained prepolymer was kneaded in a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane G. And it evaluated similarly to Example 1 except having used thermoplastic polyurethane G instead of thermoplastic polyurethane A. Table 1 shows the results.
  • the obtained prepolymer was kneaded in a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane J.
  • thermoplastic polyurethane J instead of thermoplastic polyurethane A. Table 1 shows the results.
  • the obtained prepolymer was kneaded with a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane K.
  • thermoplastic polyurethane K instead of thermoplastic polyurethane A.
  • Table 2 shows the results.
  • FIG. 3 shows an SEM photograph of the surface of the polishing pad after performing a dress test by CMP-MP-100C using the polishing pad manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. 5 shows an SEM photograph of the surface of the polishing pad after a dress test was performed with CMP-MP3-DMB101-100E using the polishing pad manufactured in Comparative Example 1.
  • the obtained prepolymer was kneaded with a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane M.
  • thermoplastic polyurethane M 33.0: 18.4: 48.6 (mass ratio)
  • a polymer was prepared.
  • the obtained prepolymer was kneaded with a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane O.
  • thermoplastic polyurethane O was evaluated similarly to Example 1 except having used thermoplastic polyurethane O instead of thermoplastic polyurethane A. Table 2 shows the results.
  • a polymer was prepared.
  • the obtained prepolymer was kneaded in a small kneader at 240 ° C. and a screw rotation speed of 100 rpm for 5 minutes to obtain a thermoplastic polyurethane H.
  • evaluation was made in the same manner as in Example 1 except that thermoplastic polyurethane H was used instead of thermoplastic polyurethane A. Table 2 shows the results.
  • thermoplastic polyurethane according to the present invention which is a reaction product of a polyurethane raw material containing a polymer diol, an organic diisocyanate, and a chain extender, wherein the chain extender has a straight chain carbon skeleton having 7 to 12 carbon atoms.
  • the polishing pads obtained in Examples 1 to 10 provided with a molded article of polyurethane containing at least 50% by mass of the chain extender as a polishing layer have a longer spacing between urethane groups in the hard segments, and thus have a lower molecular weight between the molecular chains.
  • the polishing pad obtained in (1) exhibited high abrasion resistance and reduced dressability due to an increase in the aggregation density between molecular chains and crystallinity due to the short spacing of urethane groups in the hard segments.
  • the polishing pad obtained in Comparative Example 4 provided with a polishing layer made of thermoplastic polyurethane using a chain extender having 6 carbon atoms as a cyclic compound was amorphous and had a high surface hardness.

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Abstract

研磨パッドの研磨層の素材として用いられる、高分子ジオールと有機ジイソシアネートと鎖伸長剤とを含むポリウレタン原料の反応物である熱可塑性ポリウレタンであって、鎖伸長剤は、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有する研磨層用ポリウレタンを用いる。

Description

研磨層用ポリウレタン、研磨層及び研磨パッド
　本発明は、シリコンウェハ，半導体デバイス，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に用いられる研磨パッドの研磨層の素材として用いられるポリウレタンに関する。
　シリコン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加工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、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）を研磨パッドの表面に滴下しながら、研磨パッドに被研磨材を圧し当てて研磨する方法である。ＣＭＰにおいては、研磨層の機械的特性や表面形状が研磨結果を大きく左右することが知られている。
　半導体デバイスには微細な回路が高集積化及び多層配線化されるために、被研磨材の被研磨面には高精度の平坦性が要求される。そのために、被研磨材の平坦化加工に用いられる研磨パッドにも高精度の平坦化性が要求される。
　近年、半導体製造工程においては、コストダウンのためにシリコンウェハの大口径化がますます進んでいくことが予想されている。シリコンウェハの大口径化が進展するにつれて、研磨パッドにも従来よりもさらに高精度な研磨均一性や平坦化性が要求される。そのために、そのような研磨パッドを実現するための研磨層の素材が求められている。
　研磨層の素材として熱可塑性ポリウレタンが知られている。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鎖伸長剤とを含むポリウレタン原料を反応させて製造される。このような熱可塑性ポリウレタンは従来から種々知られている。
　例えば、下記特許文献１は、研磨層用成形体に好ましく用いられる、剛性および靱性のバランス（力学特性）と加工性に優れたポリウレタンとして、直鎖炭素数が偶数である鎖伸長剤と奇数である鎖伸長剤とを所定割合で含む鎖伸長剤を用いて製造された熱可塑性ポリウレタンを開示する。そして、炭素数１８の直鎖炭素骨格を含む鎖伸長剤である1,18-オクタデカンジオールを用いて製造された熱可塑性ポリウレタンを開示する。
　また、例えば、下記特許文献２は、研磨の終点を検出するためのシステムにおいて使用される研磨パッドとして、ポリウレタン及び少なくとも１つの光吸収化合物を含む材料で構成された研磨パッドを開示する。そして、鎖伸長剤として、炭素数１２の直鎖炭素骨格を含む鎖伸長剤である1,12-ドデカンジオールを例示する。
　また、例えば、下記特許文献３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製造するための熱可塑性ポリウレタンを含む研磨層用成形体を開示する。そして、熱可塑性ポリウレタンの製造に用いられる鎖伸長剤として、炭素数８の直鎖炭素骨格を含む1，8-オクタンジオール及び2-メチル-1,8-オクタンジオール、炭素数９の直鎖炭素骨格を含む1,9-ノナンジオール，及び炭素数１０の直鎖炭素骨格を含む1,10-デカンジオールを開示する。
　また、例えば、下記特許文献４は、長時間のＣＭＰ研磨によっても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、研磨層に用いられる熱可塑性ポリウレタンの非多孔性成形体を開示する。そして、熱可塑性ポリウレタンの製造に用いられる鎖伸長剤として、1,9-ノナンジオールを開示する。
　また、例えば、下記特許文献５は、被研磨面の平坦性および平坦化効率の向上が達成でき、かつスクラッチの発生が少ない研磨パッドに用いられる熱可塑性ポリウレタンの成形体を開示する。そして、熱可塑性ポリウレタンの製造に用いられる鎖伸長剤として、1,9-ノナンジオールを開示する。
　また、例えば、下記特許文献６は、高い研磨速度が得られ、研磨均一性に優れた研磨性能を有する金属膜研磨用パッドの製造に用いられる熱可塑性ポリウレタン成形体を開示する。そして、熱可塑性ポリウレタンの製造に用いられる鎖伸長剤として、1,9-ノナンジオールを開示する。
国際公開第２０１０/１４６９８２号 特表２０１５－５１２７９９号公報 国際公開第２０１６/０８４３２１号 国際公開第２０１６/０６７５８８号 国際公開第２００７/０３４９８０号 特開２０１４－０３８９１６号公報
　研磨に際して、研磨層の表面はダイヤモンドドレッサ等のドレッサを用いて目立てをするドレッシングがなされる。従来の熱可塑性ポリウレタン成形体を用いた研磨層を備える研磨パッドにおいては、ドレッシング後のパッド表面の粗さが充分に大きくならないことがあった。その結果、そのような研磨パッドを用いた研磨においては、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。とくに、表面硬度が低い非発泡構造のポリウレタン成形体を研磨層として用いた場合にはそのような問題が生じやすかった。
　本発明は、研磨パッドの研磨層として、ドレス性に優れた研磨層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鎖伸長剤とを含むポリウレタン原料の反応物である熱可塑性ポリウレタンであって、鎖伸長剤は、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有する研磨層用ポリウレタンである。このようなポリウレタンの成形体を用いた研磨層は表面硬度が低い場合でもドレス性に優れる。
　また、ポリウレタン原料に含まれる鎖伸長剤は、第１の鎖伸長剤を８０質量％以上含有することが、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、ポリウレタン原料に含まれる鎖伸長剤は、非環状化合物のみを含むことが好ましい。このような場合、ポリウレタンのハードセグメント中においてウレタン基が凝集して高い結晶性を示すことにより、吸水時や研磨中の発熱による弾性率の低下や硬度の低下を起こしにくくなり、高い平坦化性や研磨安定性を示す研磨層が得られやすくなる。その結果、ドレス性と高い平坦化性を両立させた研磨層が得られやすくなる点から好ましい。
　また、第１の鎖伸長剤としては、1,7-へプタンジオール，1,8-オクタンジオール，1,9-ノナンジオール，2-メチル-1,8-オクタンジオール，1,10-デカンジオール，1,12-ドデカンジオール等が挙げられる。
　また、示差走査熱量測定によるＤＳＣ曲線において、１００～１６０℃の範囲に少なくとも１つの吸熱ピーク、を有することが好ましい。このような場合、研磨層が研磨中の発熱によって軟化しにくくなるために、ドレス性と機械的特性の温度依存性とのバランスに優れる研磨層が得られる点から好ましい。また、とくには、１００～１６０℃の範囲に少なくとも２つの吸熱ピークを有することが好ましい。このような場合、研磨層が研磨中の発熱によってとくに軟化しにくくなるために、後述する２１℃における貯蔵弾性率Ｅ'21と８０℃における貯蔵弾性率Ｅ'80の比率（Ｅ'21／Ｅ'80）が１０以下になりやすい。この場合には、ドレス性と機械的特性の温度依存性とのバランスにとくに優れる研磨層が得られやすい点から好ましい。
　また、吸熱ピークの結晶化エンタルピー（ΔＨ）の総量が１０Ｊ／ｇ以上であることが好ましい。このような場合、研磨中に発熱してもスクラッチを発生させない程度に高い硬度を維持するために、高い研磨速度や研磨安定性、平坦化性に優れる研磨層が得られる点から好ましい。
　また、高分子ジオールは数平均分子量６００～１４００であり、有機ジイソシアネートに由来する４．０～６．０質量％の窒素を含有することが、高い硬度を維持して研磨均一性に優れる研磨層が得られる点から好ましい。
　また、厚さ０．５ｍｍのシートにおいて、６６０ｎｍのレーザー波長に対するレーザー透過率が７０％以上であることが、光学的手段により被研磨面を研磨しながら研磨終点を検査できる研磨層が得られる点から好ましい。
　また、厚さ０．３ｍｍのシートにおいて、下記式：Ａ／Ｂ×１００（Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させた後の２１℃における貯蔵弾性率、Ｂは飽和膨潤させていないときの２１℃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％以上であることが好ましい。このような場合、研磨中に水で膨潤しても研磨特性が経時的に変化しにくい研磨層が得られる点から好ましい。
　また、厚さ０．３ｍｍのシートにおいて、２１℃における貯蔵弾性率Ｅ'21と８０℃における貯蔵弾性率Ｅ'80の比率（Ｅ'21／Ｅ'80）が１０以下であることが、高い硬度を維持して高い研磨均一性を示す研磨層が得られる点から好ましい。
　また、厚さ２ｍｍのシートにおいてＪＩＳ－Ｄ硬度が５０～７０であることが、研磨均一性に特に優れる研磨層が得られる点から好ましい。
　また、本発明の一局面は、上記何れかの研磨層用ポリウレタンの成形体である研磨層である。このような研磨層は、ドレス性に優れた研磨層として好ましく用いられる。研磨層は、非発泡成形体であることが、より高い硬度を維持して高い研磨均一性が得られ、また発泡の分布によるばらつきもない点から好ましい。
　また、本発明の一局面は、上記研磨層を備える研磨パッドである。
　本発明によれば、ドレス性に優れた研磨パッドの研磨層が得られる。
図１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。 図２は、実施例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ－１００Ｃで８時間加速ドレス試験を行った後の研磨パッドの表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図３は、比較例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ－１００Ｃで８時間加速ドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真である。 図４は、実施例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ３－ＤＭＢ１０１－１００Ｅで８時間加速ドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真である。 図５は、比較例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ３－ＤＭＢ１０１－１００Ｅで８時間加速ドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真である。
　以下、本発明に係る一実施形態の研磨層用ポリウレタン、研磨層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鎖伸長剤とを含むポリウレタン原料の反応物である熱可塑性ポリウレタンであって、鎖伸長剤が、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有するポリウレタンである。
　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７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有する鎖伸長剤と、を含むポリウレタン原料を重合させることにより製造できる。重合は、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である。詳しくは、例えば、ポリウレタン原料を実質的に溶剤の不存在下で所定の比率で単軸又は多軸スクリュー型押出機を用いて溶融混合しながら連続溶融重合する方法や、溶剤の存在下で溶液重合させる方法が挙げられる。
　鎖伸長剤とは、従来からポリウレタンの製造原料として用いられている、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個有する数平均分子量４００未満の低分子化合物、好ましくは数平均分子量３００以下の低分子化合物である。
　本実施形態のポリウレタンの製造に用いられる鎖伸長剤は、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有する。なお、鎖伸長剤の直鎖炭素骨格の炭素数とは、イソシアネート基と反応し得る２個の活性水素原子の間の直鎖炭素骨格の炭素数を意味する。
　第１の鎖伸長剤の直鎖炭素骨格の炭素数は７～１２であり、８～１０であることが好ましい。直鎖炭素骨格の炭素数が７～１２である第１の鎖伸長剤は、ポリウレタン分子のハードセグメントにおけるウレタン基の間隔を適度に長くすることにより、ポリウレタンの分子鎖間の凝集密度を下げる。その結果、ポリウレタンの結晶性を下げ、ポリウレタンの耐摩耗性を低くする。なお、鎖伸長剤の直鎖炭素骨格の炭素数が１３以上の鎖伸長剤は、有機ジイソシアネートとの反応性が低いためにポリウレタンの分子量が高くなりにくくなる傾向がある。
　第１の鎖伸長剤の具体例としては、例えば、1,7-へプタンジオール等の直鎖炭素骨格の炭素数７の鎖伸長剤；1,8-オクタンジオールや2-メチル-1,8-オクタンジオール等の直鎖炭素骨格の炭素数８の鎖伸長剤；1,9-ノナンジオール等の直鎖炭素骨格の炭素数９の鎖伸長剤；1,10-デカンジオール等の直鎖炭素骨格の炭素数１０の鎖伸長剤；1,12-ドデカンジオール等の直鎖炭素骨格の炭素数１２の鎖伸長剤等が挙げられる。第１の鎖伸長剤は１種の化合物のみであっても、２種以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。温度依存性が大きくなり、研磨中に柔らかくなりすぎて研磨均一性及び研磨効率を低下させないためには実質的に１種の化合物のみであることが好ましい。
　鎖伸長剤の全体に対する第１の鎖伸長剤の含有割合は５０質量％以上であり、７０質量％以上、さらには８０質量％以上、とくには９０～１００質量％であることが好ましい。第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有する鎖伸長剤を用いて製造されたポリウレタンは、ポリウレタン分子のハードセグメント中のウレタン基の間隔が適度に長くなることにより分子鎖間の凝集密度が適度に低くなり、ポリウレタンの結晶性が適度に低くなる。このようなポリウレタンは耐摩耗性が適度に低くなる。その結果、このようなポリウレタンを用いた研磨層はドレッシングされやすく、表面をドレッシング処理された場合には表面粗さが大きくなって良好なスラリーの保持性を発現する。そして、優れた研磨均一性や研磨速度を実現する研磨層が得られる。
　鎖伸長剤の全体に対する第１の鎖伸長剤の含有割合が５０質量％未満の場合、ポリウレタン分子のハードセグメント中のウレタン基の間隔が充分に長くならないために分子鎖間の凝集密度が高くなり、結晶性の高いポリウレタンが得られる。結晶性の高いポリウレタンは耐摩耗性が高い。このようなポリウレタンを用いた研磨層はドレッシングされにくく、表面をドレッシング処理された場合には表面粗さが小さくなり、その表面の毛羽立ちも小さくなって、低いスラリーの保持性を示す。
　第１の鎖伸長剤と組み合わせて用いることのできる、第１の鎖伸長剤以外の鎖伸長剤の具体例としては、2,2-ジメチルプロパン-1,3-ジオール等の炭素骨格の炭素数３の化合物；1,4-ブタンジオールやシクロヘキサンジオール等の炭素骨格の炭素数４の化合物；1,5-ペンタンジオールや3-メチル-1,5-ペンタンジオール等の炭素骨格の炭素数５の化合物；1,6-ヘキサンジオールやシクロヘキサンジメタノール等の炭素骨格の炭素数６の化合物；1,16-ヘキサデカンジオール等の炭素骨格の炭素数１６の化合物；1,18-オクタデカンジオール等の炭素骨格の炭素数１８の化合物等が挙げられる。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、鎖伸長剤が第１の鎖伸長剤とその他の鎖伸長剤とを含む場合、鎖伸長剤の直鎖炭素骨格の平均炭素数としては、７～１２、さらには８～１０であることが好ましい。なお、直鎖炭素骨格の平均炭素数は、各鎖伸長剤の直鎖炭素骨格の炭素数と全鎖伸長剤中におけるモル分率を乗じた積の和から算出できる。
　また、ポリウレタン原料に含まれる鎖伸長剤は、環構造を含まない非環状化合物のみを含むことが好ましい。この場合、ポリウレタン分子のハードセグメント中のウレタン基が凝集して適度な結晶性を有するポリウレタンが得られやすい点から好ましい。このようなポリウレタンを用いた研磨層は、吸水時や研磨中の発熱によって弾性率や硬度の低下を起こしにくくなり、高い平坦化性や研磨安定性を示す。その結果、優れたドレス性と高い平坦化性や研磨安定性とを兼ね備えた研磨層が得られやすくなる点から好ましい。
　ポリウレタンの製造に用いられる高分子ジオールとしては、従来からポリウレタン原料として用いられている、数平均分子量４００以上の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の高分子ジオールがとくに限定なく用いられる。
　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。
　また、ポリエステルジオールの具体例としては、例えば、ジカルボン酸またはそのエステルや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ることにより得られるポリエステルジオールが挙げられる。
　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。また、ダイマー酸及び水添ダイマー酸としては、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の具体例としては、例えば、低分子ジオールとカーボネート化合物とを反応させて得られるものが挙げられる。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、カーボネート化合物としては、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。
　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），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特に好ましい。
　高分子ジオールの数平均分子量としては、６００～１４００、さらには８００～１２００、とくには８００～１０００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、得られるポリウレタンの硬度や引張弾性率が低下して研磨層の研磨均一性が低下する傾向がある。また、高分子ジオールの数平均分子量が高すぎる場合には、研磨層が高硬度及び高弾性になり、スクラッチが発生しやすくなる傾向にある。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。
　また、ポリウレタンの製造に用いられる有機ジイソシアネートとしては、従来からポリウレタン原料として用いられている、有機ジイソシアネートが特に限定なく用いられる。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，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-シクロへキセン等の脂肪族又は脂環式ジイソシアネート；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、及び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適度に耐摩耗性に優れる研磨層が得られる点から好ましい。
　ポリウレタンの製造に用いられるポリウレタン原料中の、高分子ジオール，鎖伸長剤，及び有機ジイソシアネートの各成分の配合割合は、目的とする機械的特性、耐摩耗性等を考慮して適宜選択される。
　高分子ジオール及び鎖伸長剤に対する有機ジイソシアネートの配合比率としては、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モルに対する、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、ポリウレタンの機械的特性、耐摩耗性、熱可塑性ポリウレタンの生産性、保存安定性のバランスに優れる点から好ましい。
　また、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。
　また、ポリウレタンの有機ジイソシアネートに由来する窒素の含有割合が４．０～６．０質量％、さらには、４．３～５．８質量％、とくには４．５～５．５質量％になる配合割合であることが好ましい。この場合、ポリウレタン分子のハードセグメント中のウレタン基の間隔が適度な長さになり、ポリウレタン分子の凝集密度が適度で、適度な結晶性を有するポリウレタンが得られる点から好ましい。そして、ドレス性に優れた研磨層が得られる点から好ましい。有機ジイソシアネートに由来する窒素の含有割合が低すぎる場合には、硬度の温度依存性が大きくなる傾向があり、研磨均一性が低下する傾向がある。また、有機ジイソシアネートに由来する窒素の含有割合が高すぎる場合には、ハードセグメント中のウレタン基の間隔が長くなってポリウレタン分子の凝集密度及びポリウレタンの結晶性が高くなる傾向がある。
　このようにして得られるポリウレタンは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）により測定されるＤＳＣ曲線において、１００～１６０℃、さらには１１０～１５０℃、とくには１２０～１６０℃に少なくとも１つ、好ましくは２～３個の吸熱ピークを有することが、ドレス性と機械的特性の温度依存性とのバランスに優れる研磨層が得られる点から好ましい。とくには、１００～１６０℃の範囲に少なくとも２つの吸熱ピークを有することが好ましい。このような場合、研磨層が研磨中の発熱によって軟化しにくくなるために、後述する２１℃における貯蔵弾性率Ｅ'21と８０℃における貯蔵弾性率Ｅ'80の比率（Ｅ'21／Ｅ'80）が１０以下になりやすい。
　また、吸熱ピーク面積から求められる結晶化エンタルピー（ΔＨ）の総量が１０Ｊ／ｇ以上であることが好ましい。このような比較的低温側に適度な結晶性を示す吸熱ピークを有することにより、研磨中の適度な温度依存性と優れたドレス性とを両立できる点からとくに好ましい。なお、結晶化エンタルピー（ΔＨ）の総量の上限は特に限定されないが、３５Ｊ／ｇ程度であることが適度な温度依存性と優れたドレス性とを両立できる点から好ましい。
　また、ポリウレタンは、２つ以上の吸熱ピークを有する場合、最も低温側の吸熱ピークが１００～１６０℃に存在し、吸熱ピーク面積から求められる結晶化エンタルピー（ΔＨ）の総量が１０Ｊ／ｇ以上であることが好ましい。ポリウレタンの最も低温側の吸熱ピークが、低すぎる温度に存在する場合には、機械的特性の温度依存性が大きくなることにより、研磨中に研磨層の機械的特性が変化しやすくなる傾向がある。また、ＤＳＣによる低温側の吸熱ピークが高すぎる温度に存在する場合には、高温においても硬度及び耐摩耗性が高くなり、ドレス性が不充分になることもある。
　このようにして得られたポリウレタンとしては、厚さ０．５ｍｍのシートにおいて、６６０ｎｍのレーザー波長に対するレーザー透過率が７０％以上、さらには、８０％以上、とくには９０％以上であることが好ましい。なお、６６０ｎｍのレーザー波長に対するレーザー透過率は、レーザー波長（６６０ｎｍ）、レーザー出力（３１０μＷ）、検出ヘッドと出力ヘッドとの距離（１００ｍｍ）、サンプル位置（検出ヘッドと出力ヘッドとの中間点）の条件で測定したときの値である。レーザー透過率が低すぎる場合には、ポリウレタンのソフトセグメントとハードセグメントとが相分離しやすく、そのために、低反発弾性の熱可塑性ポリウレタンになりやすく研磨均一性が低下する。また、レーザー透過率が低すぎる場合には、被研磨材の検査や研磨終点の検知が困難になる傾向がある。
　また、このようにして得られたポリウレタンとしては、厚さ０．３ｍｍのシートにおいて、下記式：（１）
　　Ａ／Ｂ×１００・・・（１）
（Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させた後の２１℃における貯蔵弾性率、Ｂは水で膨潤させていない２１℃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、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、研磨中に研磨層が吸水することにより機械的特性が変化しやすくなり、また、研磨終了後、数時間～数日間、湿潤状態で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。
　また、このようにして得られたポリウレタンとしては、厚さ０．３ｍｍのシートにおいて、２１℃における貯蔵弾性率Ｅ'21と８０℃における貯蔵弾性率Ｅ'80の比率（Ｅ'21／Ｅ'80）が、１０以下であることが、温度依存性が小さいために研磨中に研磨層が温度変化によって機械的特性が変化しにくく、研磨均一性に優れた研磨層が得られやすい。この場合には、ドレス性と機械的特性の温度依存性とのバランスにとくに優れる研磨層が得られやすい点から好ましい。
　また、このようにして得られたポリウレタンとしては、厚さ２ｍｍのシートにおいて、ＪＩＳ－Ｄ硬度が５０～７０、さらには５０～６５であることが、研磨層の硬度が適度になるために被研磨面への追従性が適度になり、ローカル平坦性が低下しにくく、また、スクラッチを発生させにくくする傾向がある。
　本実施形態のポリウレタンは熱可塑性を有する。なお、熱可塑性とは、押出成形，射出成形，カレンダー成形、３Ｄプリンタ成形等の加熱溶融させる工程を経る成形方法により成形できる特性を意味する。研磨層用成形体は、ポリウレタンを上述した各種成形方法により成形して得られる。とくには、Ｔダイを用いた押出成形を採用することが生産性に優れ、均一な厚さのシート状の成形体が容易に得られる点から好ましい。
　研磨層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、例えば、研磨層の厚さは、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。
　また、研磨層は非発泡成形体であることが、研磨特性が変動しにくく安定した研磨が実現できる点から好ましい。例えば、注型発泡硬化することによって製造されるポリウレタン発泡体を用いた研磨層の場合には、発泡構造がばらつくことにより、平坦化性や平坦化効率等の研磨特性が変動しやすくなる傾向があり、また、平坦化性を向上させるための高硬度化が難しくなる傾向がある。
　本実施形態の研磨パッドは、シート状の成形体から円形等の断片を切り出すことにより得られる研磨層を含む。研磨パッドは、研磨層と裏面の粘着剤から構成された単層型の研磨パッドであっても、研磨層にクッション層を積層した複層型研磨パッドであってもよい。
　複層型研磨パッドに用いられるクッション層としては、研磨層の硬度より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は硬質の研磨層が追従し、被研磨基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性とローカル平坦性とのバランスに優れた研磨が可能になる。
　クッション層として用いられる素材の具体例としては、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，ポリアミド系熱可塑性エラストマ，フッ素系熱可塑性エラストマ等の熱可塑性エラストマ；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。
　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、被研磨基材全体の反りやうねりに対する追従効果が低下してグローバル平坦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。
　また、研磨層の研磨面には、研削加工やレーザー加工により、同心円状の所定のパターンで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、研磨面にスラリーを均一かつ充分に供給するとともに、スクラッチ発生の原因となる研磨屑の排出や、研磨層の吸着によるウェハ破損の防止に役立つ。例えば同心円状に溝を形成する場合、溝間のピッチとしては、１．０～５０ｍｍ、さらには１．５～３０ｍｍ、とくには２．０～１５ｍｍ、ことには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０．２～２．０ｍｍ、とくには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。
　研磨層に凹部を形成する方法は特に限定されない。具体的には、例えば、研磨層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。
　次に、上述したような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１に示す上面視したときに円形の回転定盤１１と、スラリー供給ノズル１２と、キャリア１３と、パッドドレッサ１４とを備えたＣＭＰ装置２０が用いられる。回転定盤１１の表面に上述した研磨層を備えた研磨パッド１０を両面テープ等により貼付ける。また、キャリア１３は被研磨材１５を支持する。
　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。パッドドレッサ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の研磨面に蒸留水を流しながら、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ＣＭＰ用のパッドドレッサ１４を押し当てて、研磨パッド１０の研磨面のドレッシングを行う。ドレッシングにより、研磨面を被研磨面の研磨に好適な表面粗さに調整する。
　パッドドレッサは微小かつ同粒径サイズのダイヤモンドを電着法、ロウ付け法により台金に金属材料で固定したダイヤモンドドレッサが一般的である。ダイヤモンドには、非常に鋭利なダイヤモンドを使用したＣＭＰ－ＭＰ－１００Ｃなどのイレギュラータイプと、イレギュラータイプと比較して鈍角なダイヤモンドを使用したＣＭＰ－ＭＰ３－ＤＭＢ１０１－１００Ｅなどのブロッキータイプとがある。
　本実施形態のポリウレタンを用いた研磨層は、特に限定されないが、例えばパッドドレッサを用いてドレッシング処理を施されたパッド表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．８μｍ以上、最大高さ（Ｒｚ）が２０μｍ以上、とくには算術平均粗さ（Ｒａ）が３．１μｍ以上、最大高さ（Ｒｚ）が３０μｍ以上であることが好ましい。
　次に、回転する研磨パッド１０の研磨面にスラリー供給ノズル１２からスラリー１６が供給される。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。
　ここで、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，炭化ケイ素等の砥粒；塩基，酸，界面活性剤，過酸化水素水等の酸化剤，還元剤，キレート剤等を含有しているＣＭＰに用いられるスラリーが好ましく用いられる。
　そして、研磨層の研磨面にスラリー１６が満遍なく行き渡った研磨パッド１０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、効率的に研磨を行うためには、回転定盤とキャリアのそれぞれの回転速度は３００ｒｐｍ以下の低回転が好ましく、被研磨材にかける圧力は、研磨後に傷が発生しないように１５０ｋＰａ以下とすることが好ましい。研磨している間、研磨面には、スラリーをポンプ等で連続的に供給することが好ましい。スラリーの供給量は特に限定されないが、研磨面が常にスラリーで覆われるように供給することが好ましい。
　そして、研磨終了後の被研磨材を流水でよく洗浄した後、スピンドライヤ等を用いて被研磨材に付着した水滴を払い落として乾燥させることが好ましい。このように、被研磨面をスラリーで研磨することによって、被研磨面全面にわたって平滑な面を得ることができる。
　このような本実施形態のＣＭＰは、各種半導体装置、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、半導体基板上に形成された酸化膜等の絶縁膜の他、銅，アルミニウム，タングステン等の配線用金属膜；タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタン等のバリアメタル膜、特には、酸化膜等の絶縁膜を研磨するのに好ましく用いられる。金属膜として配線パターンやダミーパターン等のパターンが形成されたものを研磨することも可能である。
　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）、1,9-ノナンジオール（１，９ＮＤ）、及び4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を、ＰＴＭＧ８５０：１，９ＮＤ：ＭＤＩ＝３２．９：２２．４：４４．７（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＡ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。
〈ＤＳＣ測定〉
　示差走査熱量計（ティー・エイ・インスツルメント社製「Ｑ２０００」）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から結晶化エンタルピー（ΔＨ）（Ｊ／ｇ）を求めた。なお測定は、サンプル約２ｍｇをアルミパンで密閉し、窒素ガス雰囲気下で－３０℃から２５０℃まで１０℃／分で昇温した。
〈有機ジイソシアネートに由来する窒素含有量の測定〉
　はじめに、元素分析法により下記の条件で全窒素含有量を算出した。
・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、下記の条件でＮＭＲの測定により有機ジイソシアネートに由来する窒素原子及び鎖伸長剤に由来する窒素原子を検出した。
・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に由来する窒素含有量を算出した。
〈熱可塑性ポリウレタンシートの光透過率〉
　厚さ５００μｍのプレス成形シートを作製した。そして、プレス成形シートを所定の大きさに切り出し、波長６６０ｎｍの光透過率を下記の条件で測定した。
・分光透過率測定装置　　　　：（株）日立製作所製の「U-4000Spectrometer」
・レーザー波長　　　　　　　：６６０ｎｍ
・レーザー出力　　　　　　　：３１０μＷ
・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
〈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製した。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の条件下に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、２１℃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、貯蔵弾性率を求めた。
　一方、同様の試験片を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、試験片の２１℃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、５０℃の温水で飽和膨潤させた後の２１℃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、貯蔵弾性率を求めた。
　そして、水で飽和膨潤させた後の貯蔵弾性率をＡ、水で飽和膨潤させていない貯蔵弾性率をＢとして、水膨潤時の貯蔵弾性率の保持率を、下記式（１）：
Ａ／Ｂ×１００・・・（１）
（Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させた後の２１℃における貯蔵弾性率、Ｂは飽和膨潤させていない２１℃における貯蔵弾性率）
により算出した。
〈２１℃における貯蔵弾性率と８０℃のおける貯蔵弾性率の比率（Ｅ’２１／Ｅ’８０）〉
　厚さ３００μｍのプレス成形シートを作製した。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の条件下に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、２１℃、８０℃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、貯蔵弾性率を求めた。
〈硬度〉
　厚さ２ｍｍのプレス成形シートを作製し、ＪＩＳ　Ｋ　７３１１に準拠して、硬度（ＪＩＳ－Ｄ硬度）を測定した。
〈ドレス試験〉
　厚さ２．０ｍｍのプレス成形シートを作製して、プレス成形シートから２０ｍｍ×５０ｍｍの試験片を切り出した。得られた試験片に幅１．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの溝を形成した。そして、試験片外形と同じ形状の穴を研磨層に開け、穴に試験片をはめ込み、研磨パッドを得た。研磨パッドをＣＭＰ装置（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ社製　６ＥＧ　nＨａｎｃｅ）に装着した。そして、ダイヤモンドドレッサ２種類（旭ダイヤモンド工業（株）製　ＣＭＰ－ＭＰ－１００Ｃ、ＣＭＰ－ＭＰ３－ＤＭＢ１０１－１００Ｅ）を用い、スラリーを１５０ｍＬ／分の速度で流しながらドレッサ回転数１０１ｒｐｍ、研磨パッド回転数１００ｒｐｍ、ドレッサ荷重４ｌｂｆの条件で研磨パッド表面を８時間研削した。
　そして、表面粗さ計（（株）ミツトヨ製　ＳＪ－４００）を用いて研削後の研磨層表面の算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｚ）を測定した。一例として、図２に、実施例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ－１００Ｃでドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真を示す。また、図４に、実施例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ３－ＤＭＢ１０１－１００Ｅでドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真を示す。
　以上の評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［実施例２］
　ＰＴＭＧ８５０、1,7-へプタンジオール（１，７ＨＤ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，７ＨＤ：ＭＤＩ＝３３．０：１９．８：４７．２（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＢを得た。そして、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、1，8-オクタンジオール（１，８ＯＤ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，８ＯＤ：ＭＤＩ＝３３．０：２１．１：４５．９（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＣを得た。そして、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］
　ＰＴＭＧ８５０、1,10-デカンジオール（１，１０ＤＤ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，１０ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．１：２３．５：４３．４（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＤを得た。そして、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、1,12-ドデカンジオール（１，１２ＤＤ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，１２ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．０：２５．６：４１．４（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＥを得た。そして、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、1,4-ブタンジオール（１，４ＢＤ）、1,10-デカンジオール（１，１０ＤＤ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，４ＢＤ：１，１０ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．１：９．３：９．０：４８．６（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＦを得た。そして、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、１，４ＢＤ、１，１０ＤＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，４ＢＤ：１，１０ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．１：４．３：１６．８：４５．８（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＧを得た。そして、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］
　ＰＴＭＧ８５０、1,6-ヘキサンジオール（１，６ＨＤ）、１，１０ＤＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，６ＨＤ：１，１０ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．０：８．５：１２．６：４５．９（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＨを得た。そして、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。
［実施例９］
　ＰＴＭＧ６５０、１，９ＮＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ６５０：１，９ＮＤ：ＭＤＩ＝３２．９：２１．３：４５．８（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＩを得た。そして、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。
［実施例１０］
　ＰＴＭＧ１４００、１，９ＮＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ１４００：１，９ＮＤ：ＭＤＩ＝３３．１：２３．８：４３．１（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＪを得た。そして、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１］
　ＰＴＭＧ８５０、１，４ＢＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，４ＢＤ：ＭＤＩ＝３３．０：１５．２：５１．８（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＫを得た。そして、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。結果を表２に示す。また、図３に、比較例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ－１００Ｃでドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真を示す。さらに、図５に比較例１で製造した研磨パッドを用いてＣＭＰ－ＭＰ３－ＤＭＢ１０１－１００Ｅでドレス試験を行った後の研磨パッドの表面のＳＥＭ写真を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
［比較例２］
　ＰＴＭＧ８５０、1,5-ペンタンジオール（１，５ＰＤ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，５ＰＤ：ＭＤＩ＝３３．０：１６．８：５０．１（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＬを得た。そして、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２に示す。
［比較例３］
　ＰＴＭＧ８５０、１，６ＨＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，６ＨＤ：ＭＤＩ＝３３．０：１８．４：４８．６（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＭを得た。そして、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と同様にして評価した。結果を表２に示す。
［比較例４］
　ＰＴＭＧ８５０、シクロヘキサンジメタノール（ＣＨＤＭ）、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：ＣＨＤＭ：ＭＤＩ＝３３．２：２０．８：４５．９（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＮを得た。そして、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Ｎ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２に示す。
［比較例５］
　ＰＴＭＧ８５０、１，４ＢＤ、１，１０ＤＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，４ＢＤ：１，１０ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．０：１０．５：７．２：４９．３（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＯを得た。そして、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Ｏ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２に示す。
［比較例６］
　ＰＴＭＧ８５０、１，６ＨＤ、１，８ＯＤ、ＭＤＩを、ＰＴＭＧ８５０：１，６ＨＤ：１，１０ＤＤ：ＭＤＩ＝３３．１：１１．６：７．７：４５．９（質量比）の割合で混合しプレポリマーを調製した。そして、得られたプレポリマーを小型ニーダーで、２４０℃、スクリュー回転数１００ｒｐｍの条件で５分間混練することにより熱可塑性ポリウレタンＨを得た。そして、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２に示す。
　表１及び表２の結果より、次のことがわかる。本発明に係る、高分子ジオールと有機ジイソシアネートと鎖伸長剤とを含むポリウレタン原料の反応物である熱可塑性ポリウレタンであって、鎖伸長剤は、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有するポリウレタンの成形体を研磨層として備える実施例１～１０で得られた研磨パッドは、ハードセグメントにおけるウレタン基の間隔が長くなるために分子鎖間の凝集密度、結晶性や耐摩耗性が適度に下がり、表面硬度が低くてもドレス性に優れていた。一方、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有しない鎖伸長剤を用いた熱可塑性ポリウレタンを研磨層として備える比較例１～３，５，６で得られた研磨パッドは、ハードセグメントにおけるウレタン基の間隔が短くなるために分子鎖間の凝集密度、結晶性が高くなることで、高い耐摩耗性を示しドレス性が低下した。
また、環状化合物である炭素数６の鎖伸長剤を用いた熱可塑性ポリウレタン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非晶性であり、表面硬度が高かった。

Claims (15)

  1. 　高分子ジオールと有機ジイソシアネートと鎖伸長剤とを含むポリウレタン原料の反応物である熱可塑性ポリウレタンであって、
    　前記鎖伸長剤は、炭素数７～１２の直鎖炭素骨格を含む第１の鎖伸長剤を５０質量％以上含有する研磨層用ポリウレタン。
  2. 　前記鎖伸長剤は、前記第１の鎖伸長剤を８０質量％以上含有する請求項１に記載の研磨層用ポリウレタン。
  3. 　前記鎖伸長剤は、非環状化合物のみを含む請求項１または２に記載の研磨層用ポリウレタン。
  4. 　前記第１の鎖伸長剤が、1,7-へプタンジオール，1,8-オクタンジオール，1,9-ノナンジオール，2-メチル-1,8-オクタンジオール，1,10-デカンジオール，及び1,12-ドデカンジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項１～３の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  5. 　示差走査熱量測定によるＤＳＣ曲線において、１００～１６０℃の範囲に少なくとも１つの吸熱ピークを有する請求項１～４の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  6. 　示差走査熱量測定によるＤＳＣ曲線において、１００～１６０℃の範囲に少なくとも２つの吸熱ピークを有する請求項１～４の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  7. 　前記吸熱ピークは、結晶化エンタルピー（ΔＨ）の総量が１０Ｊ／ｇ以上である請求項５または６に記載の研磨層用ポリウレタン。
  8. 　前記高分子ジオールは数平均分子量６００～１４００であり、前記有機ジイソシアネートに由来する４．０～６．０質量％の窒素を含有する請求項１～７の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  9. 　厚さ０．５ｍｍのシートにおいて、６６０ｎｍのレーザー波長に対するレーザー透過率が７０％以上である請求項１～８の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  10. 　厚さ０．３ｍｍのシートにおいて、下記式：（１）
    　　Ａ／Ｂ×１００・・・（１）
    （Ａは５０℃の温水で飽和膨潤させた後の２１℃における貯蔵弾性率、Ｂは水で膨潤させていないときの２１℃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１～９の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  11. 　厚さ０．３ｍｍのシートにおいて、２１℃における貯蔵弾性率Ｅ'21と８０℃における貯蔵弾性率Ｅ'80の比率（Ｅ'21／Ｅ'80）が、１０以下である請求項１～１０の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  12. 　厚さ２ｍｍのシートにおいて、ＪＩＳ－Ｄ硬度が５０～７０である請求項１～１１の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタン。
  13. 　請求項１～１２の何れか１項に記載の研磨層用ポリウレタンの成形体である研磨層。
  14. 　非発泡成形体である請求項１３に記載の研磨層。
  15. 　請求項１３または１４に記載の研磨層を備える研磨パッド。
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