JP2003145414A - 研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨パッド（研磨層）を形成するマトリックス
高分子材料に何らかの薬剤を用いて、親水化処理するこ
となく、研磨スラリーに対する濡れ性が最適化された研
磨パッド（研磨層）を提供する。また、研磨対象物を均
一に研磨し、スクラッチも少なく、満足できる研磨速度
を維持可能な研磨パッドを提供する。 【解決手段】高分子材料をマトリックス材料とする研磨
層を含有する研磨パッドにおいて、水に対する該高分子
材料の接触角が７０〜９５°である研磨パッドとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレンズ、反射ミラー
等の光学材料やシリコンウエハー、ハードディスク用の
ガラス基板、アルミ基板、及び一般的な金属研磨加工等
の高度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工を安
定、かつ高い研磨効率で行うことが可能な研磨パッドに
関するものである。本発明の研磨パッドは、特にシリコ
ンウエハー並びにその上に酸化物層、金属層等が形成さ
れたデバイスを、さらにこれらの酸化物層や金属層を積
層・形成する前に平坦化する工程に使用することも可能
である。

【０００２】

【従来の技術】高度の表面平坦性を要求される材料の代
表的なものとしては、半導体集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ）
を製造するシリコンウエハーと呼ばれる単結晶シリコン
の円盤があげられる。シリコンウエハーは、ＩＣ、ＬＳ
Ｉ等の製造工程において、回路形成に使用する各種薄膜
の信頼できる半導体接合を形成するために、各工程にお
いて、表面を高精度に平坦に仕上げることが要求され
る。このような研磨仕上げ工程においては、一般的に研
磨パッドはプラテンと呼ばれる回転可能な支持円盤に固
着され、半導体ウエハー等の加工物は研磨ヘッドに固着
される。そして双方の運動により、プラテンと研磨ヘッ
ドとの間に相対速度を発生させ、さらに砥粒を含む研磨
スラリーを研磨パッド上に連続供給することにより、研
磨操作が実行される。

【０００３】研磨操作においては、研磨スラリーに対す
る研磨パッドの濡れ性が非常に重要である。研磨スラリ
ーに対する研磨パッドの濡れ性が悪いと、研磨スラリー
が研磨パッド上に十分にのらず、極端な場合は、研磨ス
ラリーをはじいて、研磨速度が非常に小さくなり、研磨
に時間がかかる。また、研磨スラリーが研磨パッド上に
のったとしても、研磨スラリーの付着量が不均一で、研
磨対象物を均一に研磨することができなくなってしま
う。さらに、研磨パッド上に乾燥部分が生じることもあ
り、ここに少量の研磨スラリーが付着した場合、溶液の
みが蒸発等により除かれ、研磨砥粒が凝集する結果とな
り、半導体ウエハ表面の欠陥であるスクラッチ（引掻き
傷）が発生する原因ともなりうる。

【０００４】一方、研磨スラリーに対する研磨パッドの
濡れ性がよすぎると、研磨操作において、研磨スラリー
中の溶液が研磨パッド表面から吸収され、研磨パッドが
膨潤する結果となり、研磨速度の安定性が悪くなる。

【０００５】従来の研磨パッドとしては、濡れ性がよす
ぎるために発生する研磨速度の不安定性を懸念して、研
磨パッド表面を撥水処理することが多かった。また、研
磨特性の内、研磨対象物の平坦性（プラナリティー）を
改善する目的で、研磨パッドを高弾性率化することが多
く、研磨パッドの濡れ性に関しては、十分な議論がされ
てこなかった。

【０００６】近年、上記した理由のため、研磨スラリー
に対する研磨パッドの濡れ性をある程度よくする必要が
あることが注目され、そのための改善がなされてきてい
る。特開２０００−１７３９５８公報では、研磨パッド
表面を酸化作用を有する薬液や、界面活性剤等で親水化
処理を行い、研磨パッド表面の濡れ性をよくすることが
提案されている。特開２０００−２３７９５１公報で
は、不織布からなる研磨布、又は不織布にエラストマー
を含浸させてなる研磨布を、親水性溶液にて親水化加工
処理することにより研磨布表面の濡れ性を改善すること
が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記特開２０００−１
７３９５８公報、特開２０００−２３７９５１公報はい
ずれも、研磨パッド表面の濡れ性を向上させるため、研
磨パッドを形成するマトリックス高分子材料に何らかの
薬剤を用いて、親水化処理を施している。このため、研
磨パッドを作製する上で、親水化処理用の薬剤が必要で
あり、親水化処理工程も必要であり、コスト低減の要請
に対応することが困難である。

【０００８】本発明の目的は、研磨パッド（研磨層）を
形成するマトリックス高分子材料を、薬剤を用いた親水
化処理をすることなく、研磨スラリーに対する濡れ性が
最適化された研磨パッドの研磨層、並びにその製造方法
を提供することにある。また本発明の目的は、研磨対象
物を均一に研磨し、スクラッチも少なく、満足できる研
磨速度を維持可能な研磨パッド並びにその製造方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述のよ
うな現状に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、研磨パッドを
構成するマトリックス高分子材料そのものに適度な濡れ
性を付与することにより、上記課題を解決できることを
見出し、本発明を完成した。

【００１０】即ち、本発明の研磨パッドは、高分子材料
をマトリックス材料とする研磨層を含有する研磨パッド
において、水に対する該高分子材料の接触角が７０〜９
５°であることを特徴とする。

【００１１】上記本発明では、研磨パッドの研磨層を形
成するマトリックス材料として、適度な濡れ性を有する
高分子材料を用いている。このような適度な濡れ性を有
する高分子材料を用いた研磨層を有する研磨パッドは、
研磨パッドの研磨層を製造する工程に加えて親水化処理
工程を行うことなく、従って製造工程が簡略であり、し
かも研磨スラリーとの馴染みもよく、研磨対象物を均一
に研磨し、スクラッチも少なく、満足できる研磨速度を
維持することが可能となる。

【００１２】ここで、高分子材料の濡れ性は、水に対す
る高分子材料自体の接触角を用いて評価したものであ
る。接触角は高分子材料表面の状態により大きく左右さ
れるため、次のような条件で測定される。

【００１３】高分子材料をヒートプレス機により、約１
００μｍの厚みのフィルムに成形する。温度とプレス圧
は高分子材料により適宜設定する。例えばポリウレタン
の場合、２１５℃で５ＭＰａ程度である。得られたフィ
ルムの水に対する接触角を、接触角計ＣＡ−Ｘ（協和界
面科学株式会社製）を用いて、液滴法により測定する。

【００１４】通常、研磨パッド表面は微視的に見て、平
坦ではない。例えば、スラリー中の砥粒の保持性を上げ
るため、高分子材料を発泡させていたり、スラリーの均
一分散、研磨屑等の排出のため、溝加工されていたり、
また、より砥粒の保持性を上げて研磨速度を上げるた
め、ドレッシングを行ったりする。接触角は、これら微
視的な表面形状にも大きく依存する。つまり、表面形状
により接触角の値が異なり、形状によっては測定できな
い場合もある。従って、上記したような平坦なフィルム
面での接触角の測定を行う。

【００１５】前記接触角は、７０〜９５°の範囲であ
る。７０°未満の場合には、得られる研磨パッドは、表
面形状にもよるが、研磨スラリーに対する濡れ性が大き
くなりすぎ、研磨スラリー中の溶液が研磨パッド内部に
吸収され、研磨パッドが膨潤して、研磨速度の安定性が
悪くなることがある。

【００１６】接触角が９５°を越える場合には、得られ
る研磨パッドは、表面形状にもよるが、研磨スラリーが
研磨パッド上に十分にのらず、研磨速度が小さくなって
しまう。また、研磨スラリーが研磨パッド上にのったと
しても、研磨スラリーの付着量が不均一で、研磨対象物
を均一に研磨することができなくなってしまう。さら
に、研磨パッド上に乾燥部分が生じて、ここに少量の研
磨スラリーが付着した場合、溶液のみが蒸発等により除
かれ、研磨砥粒が凝集する結果となり、スクラッチの原
因となることもある。

【００１７】前記接触角は、７５〜９３°の範囲である
ことがより好ましく、７９〜９１°の範囲であることが
さらに望ましい。

【００１８】前記研磨パッドにおいて、研磨層のマトリ
ックス材料となる高分子材料がポリウレタンであり、ポ
リウレタンの構成成分であるポリオール成分が主として
エーテル系ポリオールであり、さらに該エーテル系ポリ
オールの一部がエーテル系水溶性グリコールであること
が好ましい。

【００１９】研磨パッドを構成する研磨層の特性として
は、プラナリティーを向上させるためには、硬い（高弾
性率）方がよく、スクラッチを低減させるためには、軟
らかい（低弾性率）方がよい。つまり、プラナリティー
向上、スクラッチ低減を両立するためには、最適な硬さ
を有する研磨層を採用する必要がある。高分子材料の中
でも、ポリウレタンは、原料組成を種々変えることによ
り、所望の物性が得られることが大きな特徴であり、最
適な硬さの材料を選択することが容易である。また、ポ
リウレタンは耐磨耗性、特に耐スラリー磨耗に優れた材
料であり、研磨層の素材として最適である。

【００２０】一般的なポリウレタンの濡れ性は大きくな
く、水に対する接触角は大きい。特にポリエーテル系ポ
リウレタンの濡れ性は、ポリエステル系ポリウレタンに
比べて小さい。しかし、ポリエステル系ポリウレタン
は、スラリー中の水溶液（塩基性水溶液の場合が多い）
により、加水分解され、ポリマー物性が低下し、研磨特
性が低下する結果となる。そのため、研磨層の高分子材
料となるポリウレタンは、ポリエーテル系ポリウレタン
であることが望ましい。ポリウレタン構成成分にエーテ
ル系水溶性グリコールを含有させることにより、ポリエ
ーテル系ポリウレタンの水に対する濡れ性を最適な接触
角である７０〜９５°に調整することができる。

【００２１】前記研磨パッドにおいて、研磨層のマトリ
ックス材料となるポリウレタンが微細気泡を有する発泡
ポリウレタンであることが好ましい。

【００２２】ポリウレタンが微細気泡を取り込んだ発泡
ポリウレタンであることにより、スラリーに対する濡れ
性が最適であるだけでなく、研磨操作時にパッド表面に
スラリー中の砥粒を保持することができるため、満足の
できる研磨速度が得られる。発泡ポリウレタンが有する
微細気泡は、気泡径（セル径）が平均７０μｍ以下のも
の、好ましくは５０μｍ以下、さらには４０μｍ以下の
ものである。一般的には、３０〜４０μｍのものが好ま
しい。

【００２３】前記研磨パッドにおいて、研磨層のマトリ
ックス材料となる発泡ポリウレタンが、整泡剤としてシ
リコン系界面活性剤を含むことが好ましい。

【００２４】発泡ポリウレタンの製造にあたり、ポリウ
レタン原料に予めシリコン系界面活性剤を混合しておく
ことは、微細気泡を安定的に作るのに有利であり、ポリ
ウレタンの物性を損なうことなく、気泡が均一なポリウ
レタン発泡体が安定して得られる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の研磨パッドにおいて、研
磨層のマトリックス材料となる高分子材料は、前記接触
角を有する高分子材料であれば、特に限定されるもので
はない。かかる高分子材料としては、例えば、ポリウレ
タン、ポリエステル、ポリアミド、アクリル系樹脂等を
あげることができる。これらの中でも、前述したよう
に、耐磨耗性及び、原料組成を種々変えることにより所
望の物性が得られることからポリウレタンが望ましい。

【００２６】以下、前記高分子材料を代表してポリウレ
タンについて説明する。ポリウレタンは、有機ポリイソ
シアネート、ポリオール化合物、及び鎖延長剤からなる
ものである。

【００２７】有機ポリイソシアネートとしては、ポリウ
レタンの分野において公知の化合物を特に限定なく使用
できる。有機ポリイソシアネートとしては、２，４−ト
ルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシア
ネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネー
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、１，５
−ナフタ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−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キ
シリレンジイソシアネート、ｍ−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類、エチレンジイソ
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、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネ
ート等の脂肪族ジイソシアネート類、１，４−シクロヘ
キサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシル
メタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネー
ト、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシ
アネート類等が挙げられる。これらは１種で用いても、
２種以上を混合しても差し支えない。

【００２８】有機ポリイソシアネートとしては、上記ジ
イソシアネート化合物の他に、３官能以上の多官能ポリ
イソシアネート化合物も使用可能である。多官能のイソ
シアネート化合物としては、デスモジュール−Ｎ（バイ
エル社製）や商品名デュラネート（旭化成工業社製）と
して一連のジイソシアネートアダクト体化合物が市販さ
れている。

【００２９】ポリオール化合物としては、ポリウレタン
の技術分野において、通常ポリオール化合物として用い
られるものを挙げることができる。例えばヒドロキシ末
端ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエステルカー
ボネート、ポリエーテル、ポリエーテルカーボネート、
ポリエステルアミド等のポリウレタンの技術分野におい
て、ポリオールとして公知の化合物が挙げられるが、こ
れらのうち耐加水分解性の良好なポリエーテル及びポリ
カーボネートが好ましく、より低価格であり、溶融粘度
が低く加工が容易であるという観点からはポリエーテル
が特に好ましい。

【００３０】ポリエーテルポリオールとしては、ポリテ
トラメチレングリコ−ル（ＰＴＭＧ）、ポリプロピレン
グリコール（ＰＰＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥ
Ｇ）等が例示される。

【００３１】ポリエステルポリオ−ルとしては、ポリブ
チレンアジペ−ト、ポリヘキサメチレンアジペ−ト、ポ
リカプロラクトンポリオ−ル等が例示される。

【００３２】ポリエステルポリカ−ボネ−トポリオ−ル
としては、ポリカプロラクトンポリオ−ル等のポリエス
テルグリコ−ルとアルキレンカ−ボネ−トとの反応生成
物、エチレンカ−ボネ−トを多価アルコ−ルと反応さ
せ、次いでえられた反応混合物を有機ジカルボン酸との
反応生成物などが例示される。

【００３３】ポリカ−ボネ−トポリオ−ルとしては、例
えば、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオ
ール、１，６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル及び／又はポリテトラメチレングリコール等のジオー
ルとホスゲン、ジアリルカーボネート（例えばジフェニ
ルカーボネート）もしくは環式カーボネート（例えばプ
ロピレンカーボネート）との反応生成物が挙げられる。

【００３４】研磨層を構成する微細気泡を有する発泡ポ
リウレタンの製造において、上記のポリオールは、単独
で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。必要に応
じて３官能以上の成分を併用してもよい。

【００３５】これらポリオールの数平均分子量は、特に
限定されるものではないが、得られるポリウレタン発泡
体の弾性特性等の観点から、５００から２０００までで
あることが望ましい。

【００３６】ポリオールの数平均分子量が５００未満で
あると、これを用いて得られるポリウレタン発泡体は十
分な弾性特性を有さず、脆いポリマーとなり易く、この
ポリウレタン発泡体をマトリックスとする研磨パッドが
硬くなりすぎ、研磨対象である加工物の研磨面のスクラ
ッチの原因となる場合がある。また磨耗しやすくなるた
め、研磨パッドの寿命の観点からも好ましくない。

【００３７】一方、数平均分子量が２０００を超える
と、これを用いて得られるポリウレタン発泡体をマトリ
ックスとする研磨パッドが軟らかくなり、十分に満足の
いくプラナリティーが得られない場合がある。

【００３８】また、発泡ポリウレタンの構成成分として
は、上述したポリオールに加えて、エチレングリコー
ル、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレ
ングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキ
サンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シク
ロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタ
ンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリ
コール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベン
ゼン等の低分子量多価アルコールを併用しても構わな
い。これら低分子量多価アルコールは単独で用いてもよ
く、２種以上を併用してもよい。

【００３９】本発明では、前記したように得られるポリ
ウレタンの耐加水分解性を考慮して、ポリオール化合物
としては、エーテル系ポリオールを用いることが好まし
い。さらに、得られるポリウレタンの水に対する濡れ性
を最適な接触角を有する領域まで向上させるために、ポ
リオール成分としてエーテル系水溶性グリコールを含む
ことが望ましい。なお、エーテル系水溶性グリコールと
は、分子内にエーテル結合を有し、かつ同容量の水と完
全に混ざり合う性質を有するグリコールを言う。エーテ
ル系水溶性グリコールとしては、前記例示のポリオール
ないし多価アルコールに例示の化合物中のポリエチレン
グリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリ
コールの使用が好適である。これら水溶性グリコール
は、１種だけ含まれていてもよく、２種以上含まれてい
てもよい。３官能以上の多官能成分を併用してもよい。

【００４０】全ポリオール中のエーテル系水溶性グリコ
ールの割合は、特に限定されないが、１〜８５重量％程
度の範囲が望ましい。水溶性グリコールの割合が少なく
なると、ポリウレタンの濡れ性が不十分となり（水に対
する接触角が大きくなり）、研磨速度が小さかったり、
均一な研磨ができなかったり、さらにはスクラッチの原
因となるおそれがあるため、エーテル系水溶性グリコー
ルの割合は、１重量％以上、さらには５重量％以上、特
に８重量％以上であることが好ましい。一方、エーテル
系水溶性グリコールの割合が多くなると、ポリウレタン
の濡れ性が大きくなりすぎ（水に対する接触角が小さく
なり）、研磨速度が安定しなくなるおそれがあるため、
エーテル系水溶性グリコールの割合は、８５重量％以
下、さらには８０重量％以下、特に７０重量％以下であ
ることが好ましい。

【００４１】鎖延長剤は、少なくとも２個以上の活性水
素基を有する有機化合物であり、活性水素基としては、
水酸基、第１級もしくは第２級アミノ基、チオール基
（ＳＨ）等が例示できる。具体的には、４，４’−メチ
レンビス（ｏ−クロロアニリン）、２，６−ジクロロ−
ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレンビス
（２，３−ジクロロアニリン）、３，５−ビス（メチル
チオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メ
チルチオ）−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエ
チルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルト
ルエン−２，６−ジアミン、トリメチレングリコール−
ジ−ｐ−アミノベンゾエート、１，２−ビス（２−アミ
ノフェニルチオ）エタン、４，４’−ジアミノ−３，
３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン
等に例示されるポリアミン類、あるいは、上述した低分
子量ポリオールを挙げることができる。これらは１種で
用いても、２種以上を混合しても差し支えない。

【００４２】本発明における有機ポリイソシアネート、
ポリオール化合物、鎖延長剤の比は、各々の分子量や研
磨パッドの所望物性などにより種々変え得る。所望する
研磨特性を有する研磨パッドを得るためには、ポリオー
ル化合物と鎖延長剤の合計活性水素基（水酸基＋アミノ
基）数に対する有機ポリイソシアネートのイソシアネー
ト基数は、０．９５〜１．１５の範囲が望ましく、好ま
しくは、０．９９〜１．１０であることがより望まし
い。

【００４３】また、ポリオールと低分子量多価アルコー
ルの比は、これらから製造されるポリウレタンに要求さ
れる特性により適宜設定される。

【００４４】発泡ポリウレタンは、溶融法、溶液法など
公知のウレタン化技術を応用して製造することができる
が、コスト、作業環境などを考慮した場合、溶融法で製
造することが好ましい。

【００４５】ポリウレタンの製造は、プレポリマー法、
ワンショット法のどちらでも可能であるが、事前に有機
ポリイソシアネートとポリオール化合物からイソシアネ
ート末端プレポリマーを合成しておき、これに鎖延長剤
を反応させるプレポリマー法が、得られるポリウレタン
の物理的特性が優れており好適である。

【００４６】なお、有機ポリイソシアネートとポリオー
ル化合物から製造されるイソシアネート末端プレポリマ
ーが市販されているが、本発明に適合するものであれ
ば、それらを用いて、プレポリマー法により本発明で使
用するポリウレタンを重合することも可能である。イソ
シアネート末端プレポリマーは、分子量が８００〜５０
００程度のものが加工性、物理的特性等が優れており好
適である。

【００４７】前記ポリウレタンの製造は、イソシアネー
ト基含有化合物を含む第１成分及び、活性水素基含有化
合物を含む第２成分を混合して硬化させるものである。
プレポリマー法では、イソシアネート末端プレポリマー
がイソシアネート基含有化合物となり、鎖延長剤が活性
水素基含有化合物となる。ワンショット法では、有機ポ
リイソシアネートがイソシアネート基含有化合物とな
り、鎖延長剤及びポリオール化合物が活性水素基含有化
合物となる。

【００４８】ポリウレタンの製造では、前記ポリウレタ
ン原料（イソシアネート基含有化合物を含む第１成分及
び、活性水素基含有化合物を含む第２成分）を混合、撹
拌する前に、または混合、撹拌する際にポリウレタン原
料中に、非反応性気体により気泡を取り込んだ後、硬化
・発泡させ、発泡状態（好ましくは微細気泡を有する発
泡状態）の発泡ポリウレタンブロックを作製する手法を
採用することができる。

【００４９】その際に、ポリウレタン原料（イソシアネ
ート基含有化合物を含む第１成分及び／または、活性水
素基含有化合物を含む第２成分）にシリコン系界面活性
剤を添加しておき、前記シリコン系界面活性剤を添加し
た成分を非反応性気体と撹拌して、微細気泡として分散
させた後、または分散させながら、これに残りの成分を
混合するのが好ましい。シリコン系界面活性剤をポリウ
レタン原料に予め混合しておくことは、微細気泡を安定
的に作るのに非常に有効な手段である。

【００５０】本発明の研磨パッドの製造方法を、イソシ
アネート基含有化合物としてイソシアネート末端プレポ
リマーを使用した例を説明する。研磨パッドの製造方法
は、以下の工程を有する。 （１）イソシアネート末端プレポリマーの気泡分散液を
作製する撹拌工程 イソシアネート末端プレポリマーにシリコーン系界面活
性剤を添加し、非反応性気体と撹拌し、非反応性気体を
微細気泡として分散させて気泡分散液とする。プレポリ
マーが常温で固体の場合には適宜の温度に予熱し、溶融
して使用する。 （２）硬化剤（鎖延長剤）混合工程 上記の気泡分散液に鎖延長剤を添加し、混合撹拌して発
泡反応液とする。 （３）硬化工程 鎖延長剤を混合したイソシアネート末端プレポリマーの
発泡反応液を所定の型に流し込んで加熱硬化させる。

【００５１】硬化に際してブロック状に成形された場合
には、裁断工程により所定の厚さに、さらには所定の大
きさのシート状に裁断される。

【００５２】シート状の研磨層には、研磨パッドの大き
さに裁断する前、或いは裁断後に必要に応じて柔軟性多
孔質シート等を貼り付けてクッション層を形成する積層
工程が設けられ、２層構造の研磨パッドが製造される。

【００５３】非反応性気体を微細気泡状にしてシリコー
ン系界面活性剤を含むイソシアネート末端プレポリマー
に分散させる撹拌装置としては、公知の撹拌装置は特に
限定なく使用可能であり、具体的には、ホモジナイザ
ー、ディゾルバー、２軸遊星型ミキサー（プラネタリー
ミキサー）等が例示される。撹拌装置の撹拌翼の形状も
特に限定されないが、ホイッパー型の撹拌翼の使用が微
細気泡が得られ、好ましい。

【００５４】なお、撹拌工程において気泡分散液を作成
する撹拌と、混合工程における鎖延長剤を添加して混合
する撹拌は、異なる撹拌装置を使用することも好ましい
態様である。特に混合工程における撹拌は気泡を形成す
る撹拌でなくてもよく、大きな気泡を巻き込まない撹拌
装置の使用が好ましい。このような撹拌装置としては、
遊星型ミキサーが好適である。撹拌工程と混合工程の撹
拌装置を同一の撹拌装置を使用しても支障はなく、必要
に応じて撹拌翼の回転速度を調整する等の撹拌条件の調
整を行って使用することも好適である。

【００５５】本発明において使用するシリコン系界面活
性剤としては、ポリウレタン原料と反応しないで、微細
な気泡を安定的に形成するものは、限定無く使用可能で
あるが、ポリウレタンの物性が損なわれず、均一的な微
細気泡を安定的に作るという観点より、シリコン系界面
活性剤が好ましい。特に、シリコン（ポリアルキルシロ
キサン）とポリエーテルの共重合体の界面活性剤がよ
い。ここでポリエーテルとしては、ポリエチレンオキサ
イド、ポリプロピレンオキサイド、これらの共重合体な
どが例示できる。共重合体のポリエーテルの末端は、メ
チルエーテル等のアルキルエーテル、アセチル基等であ
ることも好ましい。かかる界面活性剤として市販品を使
用することができ、ＳＨ−１９２，ＳＨ−１９３（東レ
ダウコーニングシリコン製）が例示される。

【００５６】前記シリコン系ノニオン界面活性剤の添加
量は、ポリウレタンに対して、０．１〜５重量％である
ことが好ましい。０．１重量％未満では、気泡の微細な
発泡体が得られない場合がある。一方、５重量％を越え
るとポリウレタン発泡体中のセル（気泡）数が多くな
り、高硬度のポリウレタン微細気泡発泡体を得にくい。
また研磨層の強度が低下し、研磨において平坦化特性が
低下する。

【００５７】発泡ポリウレタンを製造する際に使用する
非反応性気体は、イソシアネート基または活性水素基と
反応しない常温気体成分のみから構成されている気体で
ある。気体は積極的に液中に送り込んでもよく、また撹
拌中に気体が自然に巻き込まれる状況のみであってもよ
い。微細気泡を形成するために使用される非反応性気体
としては、可燃性でないものが好ましく、具体的には窒
素、酸素、炭酸ガス、ヘリウムやアルゴン等の希ガスや
これらの混合気体が例示され、乾燥して水分を除去した
空気がコスト的に最も好ましい。

【００５８】また、本発明において、ポリウレタン組成
物に対して、必要に応じて、酸化防止剤等の安定剤、滑
剤、顔料、充填剤、帯電防止剤、その他の添加剤を加え
ても差し支えない。

【００５９】本発明の研磨パッドの作製方法としては、
まず、ポリウレタン原料を混合した混合液を金型に注入
後、流動しなくなるまで反応させ硬化させて、ポリウレ
タンブロックを作製する。発泡ポリウレタンとする場合
には、硬化とともに発泡させる。得られた発泡ポリウレ
タンブロックは加熱、ポストキュアーすることができ、
かかる操作はポリウレタンの物性を向上する効果があ
り、極めて好適である。ポリウレタンの製造には、ポリ
ウレタン反応を促進する触媒を使用しても構わない。触
媒の種類、添加量は適宜選択する。

【００６０】次いで、得られた発泡ポリウレタンブロッ
クは、研磨パッド（研磨層）に適した厚みにスライスさ
れる。研磨層の厚さは、０．８ｍｍ〜２ｍｍ程度であ
り、通常は１．２ｍｍ程度の厚さのシートが使用され
る。また、この方法とは別に、目的とする研磨層の厚み
と同じキャビティーを備えた金型にポリウレタン成分を
流し込んで作製してもよい。

【００６１】研磨層表面には条溝を付けたり、裏面に柔
軟性多孔質シート等を貼り付けて研磨パッドとすること
ができる。研磨層表面の条溝は、研磨屑や研磨材を被研
磨物と研磨シートの接触面から外へ逃がす作用を有す
る。条溝の形状は、特に限定されるものではないが、断
面が矩形、三角形、Ｕ字型、半円状等が例示され、微粉
末が通過する断面積を有したものでよい。条溝はシート
面上に同心円状、格子状等にて配置される。条溝の深さ
はシートの厚み等にもよるが、０．４〜０．８ｍｍ程度
である。

【００６２】裏面に積層する柔軟性多孔質シート等とし
ては、ポリエステル不織布、ナイロン不織布、アクリル
不織布 等の繊維不織布層、ないしは、それら不織布に
ウレタン樹脂を含浸させた材料、ウレタン樹脂、ポリエ
チレン樹脂等の独立気泡発泡体などを例示することがで
きる。これらのうち、製造しやすさ、安価、物性安定性
などの面でウレタン含浸ポリエステル不織布、ポリウレ
タン発泡体又は、ポリエチレン発泡体の使用が好まし
く、特に好ましくはポリウレタン独立気泡発泡体であ
る。

【００６３】

【実施例】以下、本発明を実施例を上げて説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００６４】［評価方法］ （接触角の測定）発泡ポリウレタンを０．２ｍｍ厚の四
フッ化エチレン樹脂テープ（ニチアス株式会社製 ナフ
ロンテープＴＯＭＢＯ９００１）２枚に挟み、さらにこ
れを１ｍｍ厚の鉄板２枚の間に挟んでヒートプレス機に
より、約１００μｍの厚みのフィルムに成形した。温度
は２１５℃でプレス圧は５ＭＰａで行った。このフィル
ムを用いて、水に対する接触角を協和界面科学株式会社
製 接触角計ＣＡ−Ｘ型を用いて、液滴法により測定し
た。測定温度は２５℃、湿度６０％で、滴下１分後の測
定値を採用した。

【００６５】（研磨特性）研磨パッドの研磨特性の評価
は、ＣＭＰ研磨装置ＳＰＰ−６００Ｓ（岡本工作機械社
製）を用いて行った。研磨条件は、スラリーとして、ｐ
Ｈ１１に調整されたシリカスラリーＲＤ９７００１（フ
ジミインコーポレーテット社製）を１５０ｇ／分の流量
で流しながら、研磨荷重３５０ｇ／ｃｍ² 、研磨パッド
回転数３５ｒｐｍ、ウエハ回転数３３ｒｐｍにて行っ
た。研磨特性は、以下に示す面内均一性、平均研磨速
度、研磨速度安定性、スクラッチを評価した。

【００６６】（面内均一性）６インチシリコンウエハに
熱酸化膜が１μｍ堆積したものを用い、５分間、上述研
磨条件にて研磨を行った後、ウエハの面内膜厚２８点を
測定し、下記式１により求めた。面内均一性は値が小さ
い程、均一性が優れていると評価できる。 ＜式１＞ 面内均一性（％）＝｛（最大膜厚−最小膜厚）／（２×
平均膜厚）｝×１００

【００６７】（平均研磨速度）６インチシリコンウエハ
に熱酸化膜が１μｍ堆積したものを用い、上述研磨条件
にて５分間研磨を行い、その際の削れ量から平均研磨速
度を求めた。平均研磨速度は値が大きいほど、優れてい
ると評価できる。

【００６８】（研磨速度安定性）６インチシリコンウエ
ハに熱酸化膜が１μｍ堆積したものを用い、上述研磨条
件にて１分間の研磨を連続５回行い、１回毎の研磨速度
を求め、下記式２により研磨速度安定性を求めた。研磨
速度安定性は、値が小さいほど優れているといえる。 ＜式２＞ 研磨速度安定性（％）＝｛（最大研磨速度）−（最小研
磨速度）／（平均研磨速度）｝×１００

【００６９】（スクラッチ）スクラッチの評価は、６イ
ンチシリコンウエハに熱酸化膜が１μｍ堆積したものを
用い、上述研磨条件にて５分間研磨を行った後、ウエハ
を洗浄、乾燥し、ＫＬＡ（ケーエルエー・テンコール社
製 ＫＬＡ２１１２）によって、マイクロスクラッチを
測定した。スクラッチは値が小さいほど、優れた研磨層
材料であると評価できる。

【００７０】（実施例１） ＜研磨層材料の製造＞容器にトルエンジイソシアネート
（２，４−体／２，６−体＝８０／２０の混合物：以
下、ＴＤＩと略す）１５６６重量部、４，４’−ジシク
ロへキシルメタンジイソシアネート（以下、ＨＭＤＩと
略す）７８６重量部、数平均分子量が１００６のポリテ
トラメチレングリコール（以下、ＰＴＭＧと略す）１５
０９重量部、数平均分子量が１０００のポリエチレング
リコール（以下、ＰＥＧと略す）１５００重量部、ジエ
チレングリコール（以下、ＤＥＧと略す）３１８重量部
を入れ、８０℃で１２０分間、加熱撹拌し、イソシアネ
ート末端のプレポリマーを得た。ここにシリコン界面活
性剤ＳＨ−１９２（東レダウコーニングシリコーン社
製）２１０重量部を入れて混合し、８０℃に調整した。
さらに、気泡を取り込むように、激しく撹拌しながら、
予め１２０℃で溶融させておいた４，４’−メチレンビ
ス（ｏ−クロロアニリン）（以下、ＭＢＯＣＡと略す）
１５２０重量部を添加した。約１分間撹拌した後、パン
型のオープンモールドへ混合液を入れ、オーブンにて１
１０℃で、６時間ポストキュアを行い、発泡ポリウレタ
ンブロック（セル径４０μｍ）を作製した。

【００７１】この発泡ポリウレタンブロックの密度は、
０．８５ｇ／ｃｍ³ であった。なお、密度の測定は、Ｊ
ＩＳ Ｋ ７２２２（発泡プラスチック及びゴム 見掛
け密度の測定）に準じて行った。

【００７２】また、別途、同組成のポリウレタンを重合
し、次のようにして水に対する接触角を測定したとこ
ろ、８５°であった。

【００７３】＜研磨パッドの作製＞得られた研磨層構成
材料である微細気泡の発泡ポリウレタンブロックを約５
０℃に加熱しながら、スライサー（アミテック社製 Ｖ
ＧＷ−１２５）にて、厚さ１．２７ｍｍにスライスし、
発泡ポリウレタンシートを得た。このシートを直径６１
０ｍｍの円形にカットし、シート表面に格子状（溝幅
２．０ｍｍ、溝深さ０．６ｍｍ、溝ピッチ１．５ｍｍ）
の溝加工を施したもの、同心円状（溝幅０．３ｍｍ、溝
深さ０．４ｍｍ、溝ピッチ１．５ｍｍ）の溝加工を施し
たものを各々作製した。溝加工を施した発泡ポリウレタ
ンシートに各々、両面テープ（積水化学工業製ダブルタ
ックテープ＃５７８２）を貼り合わせ、研磨パッドサン
プルを完成させた。得られた研磨パッドの評価結果は、
表１に示した。

【００７４】（実施例２）実施例１において、ＴＤＩを
１５６６重量部、ＨＭＤＩを７８６重量部、数平均分子
量が１００６のＰＴＭＧを７８５重量部、数平均分子量
が６００のＰＥＧを１４０４重量部、ＤＥＧを３３１重
量部を用いてイソシアネート末端プレポリマーを作り、
ＭＢＯＣＡを１５００重量部にした以外は、実施例１と
同様にして、発泡ポリウレタンブロック（セル径４０μ
ｍ）を得た。得られた発泡ポリウレタンブロックの密度
は、０．７８ｇ／ｃｍ³ であった。また、実施例１と同
様に、このポリウレタン組成での接触角を測定したとこ
ろ、７９°であった。実施例１と同様に、研磨パッドを
作製し、研磨特性評価を行った。その結果を表１に示
す。

【００７５】（実施例３）容器にポリエーテル系プレポ
リマー（ユニロイヤル社製 アジプレンＬ−３２５；イ
ソシアネート基濃度 ２．２２ｍｅｑ／ｇ）５００重量
部とＳＨ１９２を１９重量部とを混合し、８０℃に調整
した。ここに、気泡を取り込むように激しく撹拌しなが
ら、予め１２０℃で溶融させておいたＭＢＯＣＡを１４
５重量部添加した。約１分間撹拌した後、パン型のオー
プンモールドへ混合液を入れ、オーブンにて１１０℃
で、６時間ポストキュアを行い発泡ポリウレタンブロッ
ク（セル径３５μｍ）を得た。この発泡ポリウレタンブ
ロックの密度は、０．８６ｇ／ｃｍ³ であった。実施例
１と同様に、このポリウレタン組成での接触角を測定し
たところ、９０°であった。なお、アジプレンＬ−３２
５の組成を、プロトンＮＭＲを用いて分析したところ、
１重量部あたり、ポリオール成分として、数平均分子量
１０００のＰＴＭＧがおおよそ０．５３９重量部、ＤＥ
Ｇがおおよそ０．０５７重量部含まれることが分かっ
た。

【００７６】実施例１と同様に、研磨パッドを作製し、
研磨特性評価を行った。その結果を表１に示す。

【００７７】（比較例１）実施例１において、ＴＤＩを
１５６６重量部、ＨＭＤＩを７８６重量部、数平均分子
量が１００６のＰＴＭＧを３０２重量部、数平均分子量
が１０００のＰＥＧを２７００重量部、ＤＥＧを３１８
重量部を用いてイソシアネート末端プレポリマーを作
り、ＭＢＯＣＡを１５２０重量部にした以外は、実施例
１と同様にして、発泡ポリウレタンブロック（セル径４
０μｍ）を得た。得られた発泡ポリウレタンブロックの
密度は、０．８５ｇ／ｃｍ³ であった。実施例１と同様
に、このポリウレタン組成での接触角を測定したとこ
ろ、６９°であった。実施例１と同様に、研磨パッドを
作製し、研磨特性評価を行った。その結果を表１に示
す。

【００７８】（比較例２）実施例１において、ＴＤＩを
１５６６重量部、ＨＭＤＩを７８６重量部、数平均分子
量が１００６のＰＴＭＧを３６２２重量部を用いてイソ
シアネート末端プレポリマーを作り、ＭＢＯＣＡを２１
３６重量部にした以外は、実施例１と同様にして、発泡
ポリウレタンブロック（セル径４０μｍ）を得た。得ら
れた発泡ポリウレタンブロックの密度は、０．８４ｇ／
ｃｍ³ であった。

【００７９】実施例１と同様に、このポリウレタン組成
での接触角を測定したところ、９７°であった。実施例
１と同様に、研磨パッドを作製し、研磨特性評価を行っ
た。その結果を表１に示す。

【００８０】

【表１】 表１から明らかなように、本発明により、研磨対象物を
均一に研磨し、スクラッチも少なく、満足できる研磨速
度を安定して維持できる研磨パッドが得られた。また、
これら研磨特性は、研磨パッド表面の形状の違い（溝加
工の違い）より、研磨層を形成する高分子材料の水に対
する接触角に依存していることが分かる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｇ 101:00） Ｃ０８Ｌ 75:08 Ｃ０８Ｌ 75:08 (72)発明者 中森 雅彦 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 山田 孝敏 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 (72)発明者 木村 毅 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目17番18号 東洋ゴム工業株式会社内 (72)発明者 数野 淳 大阪府大阪市西区江戸堀１丁目17番18号 東洋ゴム工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB01 CB03 DA17 4F071 AA53 AA65 AC16 AE10 AF06Y DA17 DA20 4J034 BA06 BA07 BA08 CA03 CA04 CA14 CA15 CB02 CB03 CB07 CC03 CC08 CC12 CC26 CC45 CC52 CC62 CC65 CC67 CD06 CD08 CD13 DA01 DB03 DB04 DB07 DF02 DF12 DF16 DF20 DG03 DG04 DG06 HA01 HA06 HA07 HC03 HC12 HC13 HC22 HC46 HC52 HC54 HC61 HC64 HC67 HC71 HC73 JA42 MA17 NA01 NA08 QA02 QA03 QA05 QC01 RA11 RA19 SA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料をマトリックス材料とする研
   磨層を有し、水に対する前記高分子材料の接触角が７０
   〜９５°であることを特徴とする研磨パッド。
2. 【請求項２】 前記高分子材料が、ポリウレタンであ
   り、前記ポリウレタンがポリエーテル系ポリオールを主
   たるポリオール成分とし、前記ポリエーテル系ポリオー
   ルの一部がエーテル系水溶性グリコールであることを特
   徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】 前記ポリウレタンが、微細気泡を有する
   発泡ポリウレタンであることを特徴とする請求項２記載
   の研磨パッド。
4. 【請求項４】 前記発泡ポリウレタンが、シリコン系界
   面活性剤を０．１〜５重量％含むことを特徴とする請求
   項３記載の研磨パッド。
5. 【請求項５】 微細気泡を有する発泡ポリウレタンから
   なる研磨層を有する研磨パッドの製造方法であって、 前記発泡ポリウレタンは接触角が７０〜９５°であり、
   以下の工程を有することを特徴とする研磨パッドの製造
   方法。 （１）イソシアネート末端プレポリマーにシリコン系界
   面活性剤を添加し、非反応性気体の存在下に撹拌して気
   泡分散液とする撹拌工程 （２）前記気泡分散液に鎖延長剤を添加して混合し、発
   泡反応液とする混合工程（３）前記発泡反応液を反応硬
   化させる硬化工程
6. 【請求項６】 前記研磨層に、さらに柔軟性多孔質シー
   トを積層する積層工程を有する請求項５に記載の研磨パ
   ッドの製造方法。