JP2008302465A - 研磨パッドの製造方法および研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】開孔が略均一かつ略均等に形成され研磨パッド間のバラツキが抑制された研磨パッドの製造方法を提供する。
【解決手段】研磨パッドはイソシアネート基含有化合物を主成分としており、乾式成型で形成されている。研磨パッドは、イソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する準備工程、各成分を混合すると共に非反応性気体を吹き込み混合液を調製する混合工程、混合液を型枠に注型する注型工程、型枠内で発泡体を成型する硬化成型工程、発泡体をシート状にスライスして複数の研磨パッドを形成するスライス工程、研磨パッドと両面テープとを貼り合わせるラミネート工程を経て製造される。予め水を分散液中に分散希釈しておき、非反応性気体を供給し混合することで略均一な発泡が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は研磨パッドの製造方法および研磨パッドに係り、特に、イソシアネート基含有化合物を主成分とした研磨パッドの製造方法および該製造方法で得られる研磨パッドに関する。

半導体ウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板等の材料（被研磨物）では、表面の平坦性が求められるため、研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。半導体ウェハでは、半導体回路の集積度が急激に増大するにつれて高密度化を目的とした微細化や多層配線化が進み、表面を一層高度に平坦化する技術が重要となっている。一方、液晶ディスプレイ用ガラス基板では、液晶ディスプレイの大型化に伴い、表面のより高度な平坦性が要求されている。

半導体ウェハやガラス基板の表面を平坦化する方法としては、一般的に化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下、ＣＭＰと略記する。）法が用いられている。ＣＭＰ法では、被研磨物の表面（被研磨面）が研磨パッドに押し付けられた状態で、研磨粒子をアルカリ溶液に分散させたスラリが供給され被研磨面が研磨される。スラリ中の研磨粒子による機械的作用と、アルカリ溶液による化学的作用とで研磨される。被研磨面に要求される平坦性の高度化に伴い、ＣＭＰ法に求められる研磨精度、換言すれば、研磨パッドに要求される性能も高まっている。

ＣＭＰ法では、研磨パッドとして硬質発泡ポリウレタンが広く使用されている。このような研磨パッドの製造では、通常、イソシアネート基含有化合物を含むプレポリマと、活性水素化合物を含む硬化剤とが反応により硬化されて発泡体が成型される。得られた発泡体がシート状にスライスされ研磨パッドが形成される。発泡体内部に発泡が形成されるため、スライスにより形成される研磨パッドの表面には、研磨加工時にスラリを保持することができる開孔が形成される。

硬質発泡ポリウレタンの発泡体を成型するときに内部に発泡を形成するために種々の技術が開示されている。例えば、成型時に中空微粒子を内添する技術が挙げられる（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。また、成型時に水を添加することで発泡を形成する技術として、イソシアネート基含有化合物や活性水素化合物の組成を定めて直径５０〜１５０μｍの発泡を形成した研磨パッドの技術（特許文献４参照）、発泡径４００μｍ未満の小発泡の平均径を２０〜１００μｍとし、発泡径４００〜１０００μｍの大発泡を１０〜１００個／１００ｃｍ^２形成してスラリ保持性能を向上させた研磨パッドの技術（特許文献５参照）が開示されている。さらに、成型時に不活性気体を封入することで発泡を形成する技術として、シリコン系活性剤を添加して独立発泡の数を２００〜６００個／ｍｍ^２、平均発泡径を３０〜６０μｍとした研磨パッドの技術（特許文献６参照）、開孔部の直径の平均値を１〜５０μｍとし、直径０．１〜１０μｍの開孔部を少なくとも１０００個／ｃｍ^２以上形成した研磨パッドの技術（特許文献７参照）、イソシアネート基含有化合物の粘度や活性化エネルギーを調整することにより平均孔径７０μｍ以下で孔径の斑を低減した研磨パッドの技術（特許文献８参照）が開示されている。

特許３０１３１０５号公報 特開平１１−３２２８７７号公報 特開平１１−３２２８７８号公報 特開２００５−６８１６８号公報 特開２００６−２１０６５７号公報 特許３４５５２０８号公報 特開２００４−１８８５８６号公報 特開２００６−２５７１７８号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３の技術では、研磨加工時に中空微粒子の成分が被研磨面と研磨パッドとの間に夾雑物（コンタミ）として介在するため、用いるスラリとの関係で予期せぬ悪影響を招くことがある。この点、特許文献４〜特許文献８の技術では、中空微粒子を使用しないため、夾雑物の影響を防止することができる。ところが、特許文献４、特許文献５の技術では、水の添加により発泡が形成されるものの、水の分散状態を均等化することが難しいため、成型された発泡体では発泡に偏りが生じ平均孔径にも差が生じやすい、という問題がある。このため、１つの発泡体から得られる複数の研磨パッドで研磨性能にバラツキが生じることとなる。特許文献５の技術では、小発泡に加えて大発泡が形成されるため、スラリ保持性能の向上は期待できるものの、水のみの添加では大発泡の形成にバラツキ（配置ムラ）があり、スラリ等で小発泡に目詰まりが生じやすいため、研磨性能にバラツキが生じ研磨パッドの寿命低下を招く。目詰まりを解消するために、研磨加工を中断して表面をドレッシング（表面サンディング）することもできるが、研磨の作業性が低下することとなる。また、特許文献６〜特許文献８の技術では、平均孔径が数μｍ程度の発泡であれば水による発泡の形成より制御しやすいが、平均孔径が数十μｍ代の若干大きな発泡の形成や均等化が難しい、という問題がある。

本発明は上記事案に鑑み、開孔が略均一かつ略均等に形成され研磨パッド間のバラツキが抑制された研磨パッドの製造方法および該製造方法で得られる研磨パッドを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、イソシアネート基含有化合物を主成分とした研磨パッドの製造方法であって、イソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を１重量％〜６重量％の割合で分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する準備ステップと、前記イソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物を混合すると共に、前記イソシアネート基含有化合物、前記分散液および前記ポリアミン化合物に対して非反応性の気体を吹き込み混合液を調製する混合液調製ステップと、前記混合液から発泡体を形成する発泡体形成ステップと、前記発泡体をスライスして複数枚の研磨パッドを形成するスライスステップと、を含む。

第１の態様では、混合液調製ステップで、イソシアネート基含有化合物、予めポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液およびポリアミン化合物が混合されると共に、気体を吹き込み混合液が調製されるため、吹き込まれた気体により細かい気泡が生じ、予め分散希釈された分散液中の水が混合液中で略均等に分散することから、発泡体の内部に大きさが制御され略均等に分散した発泡が形成されるので、スライスステップでスライスすることにより表面に略均一な開孔が略均等に形成された複数枚の研磨パッドを得ることができ、各研磨パッドによる研磨加工で研磨性能のバラツキを抑制することができる。

第１の態様において、混合液調製ステップと発泡体形成ステップとを連続して行うようにしてもよい。準備ステップで分散液中に分散希釈させる水の量をイソシアネート基含有化合物の重量１ｋｇに対して１ｇ〜６ｇの割合とすれば、水の量が制限されるため、大きな発泡の形成や偏りを抑制することができる。また、混合液調製ステップで混合液に吹き込まれる気体の量をイソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物の合計重量１ｋｇに対して０．５Ｌ〜３．４Ｌの割合とすれば、混合液中の気体の量が制限されるため、極端に大きな発泡の形成を抑制することができる。準備ステップのポリオール化合物をポリプロピレングリコールとすれば、発泡の偏りが生じにくく、研磨パッドの耐湿熱性を向上させることができる。準備ステップで準備されるイソシアネート基含有化合物の温度５０℃〜８０℃における粘度を５００ｍＰａ・ｓ〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲とすれば、混合液中で発泡の移動が抑制されるため、発泡の偏りを抑制することができる。また、混合液調製ステップにおいて、剪断速度９，０００〜４１，０００／秒、剪断回数３００〜１０，０００回の条件で混合液を調製することが好ましい。

また、スライスステップで形成される研磨パッドを、それぞれの表面に形成された開孔の孔径の平均値の差、および、密度の差がいずれも±３％の範囲内とすれば、複数の研磨パッドで孔径の平均値が同等となり、発泡の占める空間の割合が同等となるので、研磨性能のバラツキを抑制することができる。また、研磨パッドがそれぞれの表面に形成された開孔の孔径の平均値をいずれも３０μｍ〜２００μｍとすれば、研磨加工時にスラリが開孔に保持されるので、研磨効率の向上を図ることができる。また、研磨パッドが、いずれも温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水に同じ一定時間浸漬したときの硬度の割合を８０％以上とすれば、スラリを使用した研磨加工時に摩擦等で発熱しても湿潤状態での硬度が変化しにくいため、研磨性能の低下を抑制することができる。

本発明の第２の態様は、イソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を１重量％〜６重量％の割合で分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物と、前記イソシアネート基含有化合物、前記分散液および前記ポリアミン化合物に対して非反応性の気体と、を混合した混合液から形成された発泡体をスライスして得られた研磨パッドである。

第２の態様において、ポリオール化合物をポリプロピレングリコールとしてもよい。また、発泡体のスライスにより表面に開孔が形成され、開孔の孔径の平均値を３０μｍ〜２００μｍとしてもよい。また、温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水に同じ一定時間浸漬したときの硬度の割合を８０％以上としてもよい。

本発明によれば、混合液調製ステップで、イソシアネート基含有化合物、予めポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液およびポリアミン化合物が混合されると共に、気体を吹き込み混合液が調製されるため、吹き込まれた気体により細かい気泡が生じ、予め分散希釈された分散液中の水が混合液中で略均等に分散することから、発泡体の内部に大きさが制御され略均等に分散した発泡が形成されるので、スライスステップでスライスすることにより表面に略均一な開孔が略均等に形成された複数枚の研磨パッドを得ることができ、各研磨パッドによる研磨加工で研磨性能のバラツキを抑制することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨パッドの実施の形態について説明する。

（研磨パッド）
図１に示すように、研磨パッド１は、硬質発泡タイプのポリウレタンシートであり、イソシアネート基含有化合物を主成分としている。研磨パッド１は、研磨加工時に被研磨物の被研磨面にスラリを介して当接する研磨面Ｐを有している。研磨パッド１は、イソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物と、イソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体と、を混合した混合液を型枠に注型し硬化させた発泡体をスライスすることで形成されている。すなわち、研磨パッド１は、乾式成型で形成されている。

研磨パッド１の内部には、乾式成型時に添加された水と、イソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体とにより、断面略円形状の発泡３が略均等に分散して形成されている。研磨パッド１が発泡体のスライスで形成されているため、研磨面Ｐでは発泡３の一部が開口しており、開孔４が形成されている。研磨面Ｐに形成された開孔４は、開孔径の平均値が３０〜２００μｍの範囲に調整されている。ポリウレタンシート２の厚さは、１．３〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。このポリウレタンシート２は、温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水（熱湯）に同じ一定時間浸漬したときの硬度の割合で定義される湿潤硬度保持率が８０％以上に設定されている。

また、研磨パッド１は、研磨面Ｐと反対の面側に、研磨機に研磨パッド１を装着するための両面テープの一面側が貼り合わされている。両面テープは、基材７の両面に接着剤が塗着されており、他面側（図１の最下面側）に剥離紙８が貼り合わされている。基材７には、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルムが使用されている。

（研磨パッドの製造）
研磨パッド１は、図２に示す各工程を経て製造される。すなわち、イソシアネート基含有化合物と、ポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する準備工程（準備ステップ）、イソシアネート基含有化合物、分散液、ポリアミン化合物、並びに、イソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体を混合して混合液を調製する混合工程（混合液調製ステップ）、混合液を型枠に注型する注型工程、型枠内で発泡、硬化させて発泡体を形成する硬化成型工程（発泡体形成ステップ）、発泡体をシート状にスライスして複数枚の研磨パッド１を形成するスライス工程（スライスステップ）、研磨パッド１と両面テープとを貼り合わせるラミネート工程を経て製造される。以下、工程順に説明する。

（準備工程）
準備工程では、イソシアネート基含有化合物と、ポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する。

イソシアネート基含有化合物としては、分子内に２つ以上の水酸基を有するポリオール化合物と、分子内に２つのイソシアネート基を有するジイソシアネート化合物とを反応させることで生成したイソシアネート末端ウレタンプレポリマ（以下、単に、プレポリマと略記する。）が用いられている。ポリオール化合物と、ジイソシアネート化合物とを反応させるときに、イソシアネート基のモル量を水酸基のモル量より大きくすることで、プレポリマを得ることができる。また、使用するプレポリマは、粘度が高すぎると、流動性が悪くなり混合時に略均一に混合することが難しくなる。温度を上昇させて粘度を低くするとポットライフが短くなり、却って混合斑が生じて得られる発泡体に形成される発泡３の大きさにバラツキが生じる。反対に粘度が低すぎると混合液中で気泡が移動してしまい、得られる発泡体に略均等に分散した発泡３を形成することが難しくなる。このため、プレポリマは、温度５０℃〜８０℃における粘度を５００〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲に設定することが好ましい。このことは、例えば、プレポリマの分子量（重合度）を変えることで粘度を設定することができる。プレポリマは、５０〜８０℃程度に加熱され流動可能な状態とされる。

プレポリマの生成に用いられるジイソシアネート化合物としては、例えば、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−１，４−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニルジイソシアネート、３，３’−ジメチルジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、キシリレン−１，４−ジイソシアネート、４，４’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、ブチレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，４−ジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−１，４−ジイソチオシアネート、エチリジンジイソチオシアネート等を挙げることができる。また、これらのジイソシアネート化合物の二種以上を併用してもよい。

一方、プレポリマの生成に用いられるポリオール化合物としては、ジオール化合物、トリオール化合物等の化合物であればよく、例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール等の低分子量のポリオール化合物、および、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）等のポリエーテルポリオール化合物、エチレングリコールとアジピン酸との反応物やブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール化合物、ポリカーボネートポリオール化合物、ポリカプロラクトンポリオール化合物等の高分子量のポリオール化合物のいずれも使用することができる。また、これらのポリオール化合物の二種以上を併用してもよい。

また、分散液の調製に用いられるポリオール化合物としては、ジオール化合物、トリオール化合物等の化合物であればよく、例えば、エチレングリコール、ブチレングリコール等の低分子量のポリオール化合物、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の高分子量のポリオール化合物のいずれも使用することができる。プレポリマやポリアミンの溶液の粘度と同程度にすることで混合工程において水を均一に分散させやすくなるため、数平均分子量５００〜２０００のポリオール化合物を用いることが好ましく、特に、数平均分子量１０００〜２０００のポリプロピレングリコールが分散性や得られる研磨パッドの耐熱性の面からより好ましい。本例では、数平均分子量約２０００のポリプロピレングリコールを使用し、これに水を１〜６重量％の割合で分散希釈させて分散液を調製する。分散液の調製時には、一般的な攪拌装置を使用して攪拌混合すればよく、水が略均等に分散希釈されていればよい。使用する水としては、特に制限はないが、不純物等の混入を回避するため、蒸留水を使用することが好ましい。また、分散液の量は、次工程の混合工程で混合するプレポリマの重量１ｋｇに対して水の量が１〜６ｇの割合となるように準備することが好ましい。水の量が少なすぎると得られる発泡体に形成される発泡の大きさが小さすぎることとなり、反対に多すぎると極端に大きな発泡が形成されることとなる。例えば、プレポリマの重量を１ｋｇとした場合、分散液を１００ｇとすれば、この分散液に含まれる水の量は１〜６ｇとなる。

ポリアミン化合物としては、脂肪族や芳香族のポリアミン化合物を使用することができるが、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（以下、ＭＯＣＡと略記する。）を使用することが好ましい。ＭＯＣＡは、約１２０℃に加熱し溶融させた状態で用いられる。

（混合工程、注型工程、硬化成型工程）
図２に示すように、混合工程では、準備工程で準備したプレポリマ、分散液およびポリアミン化合物を混合すると同時に、プレポリマ、分散液およびポリアミン化合物に対して非反応性の気体（以下、非反応性気体と略記する。）を吹き込み混合液を調製する。注型工程では混合工程で調製された混合液を型枠に注型し、硬化成型工程では型枠内で発泡、硬化させて発泡体を成型する。本例では、混合工程、注型工程、硬化成型工程を連続して行う。

図３に示すように、混合工程では混合機２０で混合液が調製され、注型工程では調製された混合液が混合機２０から連続して型枠２５に注型され、硬化成型工程で硬化させることにより発泡体が成型される。混合機２０は、攪拌翼１４が内蔵された混合槽１２を備えている。混合槽１２の上流側には、第１成分としてプレポリマ、第２成分としてポリアミン化合物、第３成分として分散液をそれぞれ収容した供給槽、および、混合槽１２内に非反応性気体を供給する供給装置１６が配置されている。各供給槽からの供給口は混合槽１２の上流端部に接続されており、供給装置１６からの非反応性気体の供給口は混合槽１２の全体の長さに対して上流端部からおよそ１／３の位置に接続されている。攪拌翼１４は混合槽１２内の略中央部で上流側から下流側までにわたって配置された回転軸に固定されている。回転軸の回転に伴い攪拌翼１４が回転し、第１成分、第２成分、第３成分および非反応性気体を剪断するようにして混合する。得られた混合液は混合槽１２の下流端部に配置された排出口から型枠２５に注型される。型枠２５の大きさは、本例では、１０５０ｍｍ（長さ）×１０５０ｍｍ（幅）×５０ｍｍ（厚さ）に設定されている。

第１成分のプレポリマ、第２成分のＭＯＣＡに代表されるポリアミン化合物の多くがいずれも常温で固体または流動しにくい状態のため、それぞれの供給槽は各成分が流動可能となるように加温されている。また、非反応性気体中に含まれる水分が混合槽１２内の反応に関与することを防止するため、供給装置１６からの非反応性気体は図示を省略した水分除去装置で水分が除去されている。供給された非反応性気体が混合槽１２内で攪拌翼１４の回転により微細な気泡となり、この気泡が水を分散希釈させた分散液を混合液中で略均等に分散させるバブリング効果を発揮する。非反応性気体の供給量が少なすぎるとバブリング効果が不十分となり水の分散状態に偏りが生じやすくなり、反対に多すぎると極端に大きな気泡が生じてしまう。このため、非反応性気体の供給量は、プレポリマ、分散液、ポリアミン化合物の合計重量１ｋｇに対して０．５〜３．４Ｌの割合となるように調整することが好ましい。非反応性気体としては、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等を挙げることができる。

第１成分、第２成分、第３成分が混合槽１２に供給され、攪拌翼１４によりある程度混合された段階で非反応性気体が供給される。攪拌翼１４の剪断速度、剪断回数を調整することで、各成分および非反応性気体が略均等に混合され混合液が調製される。攪拌翼１４の剪断速度が小さすぎると、得られる発泡体に形成される発泡３の大きさが大きくなりすぎる。反対に剪断速度が大きすぎると、攪拌翼１４および混合液間の摩擦による発熱で温度が上昇し粘度が低下するため、混合液中の気泡が（成型中に）移動してしまい、得られる発泡体に形成される発泡３の分散状態にバラツキが生じやすくなる。一方、剪断回数が少なすぎると生じる気泡の大きさにムラ（バラツキ）が生じやすく、反対に多すぎると温度上昇で粘度が低下し、発泡３が略均等に形成されなくなる。このため、混合工程では、剪断速度を９，０００〜４１，０００／秒の範囲、剪断回数を３００〜１０，０００回の範囲に設定し、混合する。混合機２０での混合時間（滞留時間）は、混合液の流量（最大１リットル／ｓｅｃ）にもよるが、およそ１秒程度である。すなわち、例えば、注液工程で１００ｋｇ程度の型枠２５に混合液を注液するのに要する時間はおよそ１〜２分程度となる。なお、剪断速度、剪断回数は次式により求めることができる。すなわち、剪断速度（／秒）＝攪拌翼１４の翼先端の直径（ｍｍ）×円周率×攪拌翼１４の回転数（ｒｐｍ）÷６０÷攪拌翼１４の翼先端と混合槽１２の内壁とのクリアランス（ｍｍ）、剪断回数（回）＝攪拌翼１４の回転数（ｒｐｍ）÷６０×混合槽１２中での混合液の滞留時間（秒）×攪拌翼１４の翼の数、により求めることができる。

注液工程で、型枠２５に混合液を注液するときは、混合機２０からの混合液を混合槽１２の排出口から排出し、例えばフレキシブルパイプを通じて、型枠２５の対向する２辺間（例えば、図３の左右間）を往復移動する断面三角状の図示しない注液口に導液する。注液口を往復移動させながら、排出口の端部（フレキシブルパイプの端部）を注液口の移動方向と交差する方向に往復移動させる。混合液は、型枠２５に略均等に注液される。

硬化成型工程では、注液された混合液を型枠２５内で反応させ発泡体を形成させる。このとき、プレポリマとポリアミン化合物との反応によりプレポリマが架橋硬化する。この架橋硬化の進行と同時に、プレポリマのイソシアネート基と分散液に分散希釈された水とが反応することで、二酸化炭素が発生する。架橋硬化が進行しているため、発生した二酸化炭素が外部に抜け出すことなく、非反応性気体と共に発泡３を形成する。なお、発泡３は、断面形状が、円形状、楕円形状等の種々の形状で形成される。

（スライス工程）
図２に示すように、スライス工程では、硬化成型工程で得られた発泡体をシート状にスライスして複数枚の研磨パッド１を形成する。スライスには、一般的なスライス機を使用することができる。スライス時には発泡体の下層部分を保持し、上層部から順に所定厚さにスライスされる。スライスする厚さは、本例では、１．３〜２．５ｍｍの範囲に設定されている。また、本例で用いた厚さが５０ｍｍの型枠２５で成型した発泡体では、例えば、発泡体の上層部および下層部の約１０ｍｍ分をキズ等の関係から使用せず、中央部の約３０ｍｍ分から１０〜２５枚の研磨パッド１が形成される。硬化成型工程で内部に発泡３が略均等に形成された発泡体が得られるため、スライス工程で形成される複数枚の研磨パッド１では、表面に形成された開孔４の孔径の平均値がいずれも３０〜２００μｍの範囲となる。また、各研磨パッド１では、開孔４の孔径の平均値の差が±３％の範囲内、密度の差が±３％の範囲内となる。開孔４の孔径の平均値が３０μｍを下回ると、研磨加工時に研磨剤が目詰まりしやすくなるため、研磨パッドの寿命低下を招きやすく、反対に２００μｍを上回ると、略均一な孔径の制御が難しくなる。孔径の平均値は、５０〜１８０μｍの範囲がより好ましく、特に、ガラス基板の研磨加工においては、１００〜１７０μｍの範囲が更に好ましい。

（ラミネート工程）
ラミネート工程では、スライス工程で形成された研磨パッド１と両面テープとが貼り合わされる。円形等の所望の形状、サイズに裁断した後、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査が行われる。

被研磨物の研磨加工を行うときは、研磨機の研磨定盤に研磨パッド１を装着する。研磨定盤に研磨パッド１を装着するときは、剥離紙８を取り除き、露出した接着剤層で研磨定盤に接着固定する。被研磨物を加圧し、スラリを供給しながら研磨定盤を回転させることで、被研磨物の加工表面（被研磨面）が研磨加工される。

（作用等）
次に、本実施形態の研磨パッド１および研磨パッド１の製造方法の作用等について説明する。

本実施形態では、混合工程で、プレポリマ、予めポリオール化合物に水を分散希釈させた分散液およびポリアミン化合物が混合されると同時に、非反応性気体が吹き込まれて混合液が調製される。このため、吹き込まれた非反応性気体により微細な気泡が生じ、この気泡により予め分散希釈された分散液中の水が混合液中で略均等に分散される。換言すれば、分散液中のポリオール化合物は、混合液中で水を分散させやすくする役割を果たしている。予め水をポリオール化合物に分散希釈しておくと共に、非反応性気体により生じた気泡で分散液が混合液中に分散されるため、混合液中の水の分散状態を均等化することができる。これにより、水とプレポリマのイソシアネート基とが反応して発生する二酸化炭素も略均等に分散されるので、得られる発泡体の内部に大きさが制御され略均等に分散した発泡３を形成することができる。従って、スライス工程でスライスすることにより表面に略均一な開孔４が略均等に形成された複数枚の研磨パッド１を得ることができる。この複数の研磨パッド１では、いずれも、研磨加工時に開孔４にスラリが保持され、被研磨面にスラリが供給されるので、研磨性能のバラツキを抑制することができる。

また、本実施形態では、混合液中の水の分散性をよくする目的で分散液に入れたポリオール化合物の一部がイソシアネート基含有化合物とウレタン結合を形成する。このため、得られる研磨パッド１では、耐湿熱性が向上するので、研磨加工に伴い発熱しても研磨効率の低下を抑制することができる。

更に、本実施形態では、混合工程、注型工程、硬化成型工程が連続して行われるため、混合液中に略均等に分散された水および非反応性気体により形成される発泡が再凝集等で不均一となる前に硬化反応が進行する。このため、得られる発泡体内部に発泡３を略均等に分散させて形成することができる。

また更に、本実施形態では、分散液中の水の量をプレポリマの重量１ｋｇに対して１〜６ｇの割合とすることで、混合液中に分散される水の量が制限されるので、大きな発泡の形成や偏りを抑制することができる。これにより、スライスされた複数の研磨パッド１では、開孔４の孔径の平均値をいずれも３０〜２００μｍの範囲とすることができる。従って、研磨加工時にスラリが開孔４に保持されつつ、研磨屑が開孔４に収容されるので、研磨効率の向上を図ることができる。また、混合工程で混合槽１２に供給される非反応性気体の量をプレポリマ、分散液およびポリアミン化合物の合計重量１ｋｇに対して０．５〜３．４Ｌの割合とすることで、混合液中の非反応性気体の量が制限されるので、得られる発泡体の内部で極端に大きな発泡の形成を抑制し略均一な発泡３を形成することができる。更に、プレポリマの温度５０℃〜８０℃における粘度を５００〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲とすることで、混合工程で供給された非反応性気体によるバブリング効果がほぼ一様に生じ混合液中での水の分散状態を均等化することができる。これにより、得られる発泡体の内部での発泡３の偏りを抑制し分散状態を均等化することができる。また、混合工程で剪断速度、剪断回数を上述した条件に設定することで、分散液中の水が略均等に分散されることから、発泡３の分散状態を均等化することができる。

更にまた、準備工程で予めポリオール化合物に水を分散させた分散液を調製しておき、混合工程で空気を供給することで発泡３が略均等に形成された発泡体が得られるため、スライス工程で形成される複数枚の研磨パッド１では、それぞれの表面に形成された開孔４の孔径の平均値の差、および、（見掛け）密度の差をいずれも±３％の範囲内とすることができる。孔径のバラツキが大きくなると、研磨加工時にスラリ中の砥粒（研磨粒子）や研磨屑等が開孔４内に堆積することで局所的に目詰まりが発生しやすくなり、被研磨物の平坦性を低下させる。また、密度が小さくなると硬度が小さく（柔らかく）なりすぎるため、被研磨物の平坦性を向上させることが難しくなる。反対に密度が大きくなると硬度が高くなりすぎるため、研磨効率が低下し、被研磨物にキズが発生しやすくなる。本実施形態では、各研磨パッド１の開孔４の孔径が同等となるので、局所的な目詰まりを抑制することができる。また、各研磨パッド１中で発泡の占める空間の割合が同等となり硬度も同等となるので、研磨性能にバラツキを生じることを抑制することができる。

また、分散液に配合されたポリオール化合物は、混合液中で水を分散させやすくする役割を果たすが、混合液中に存在しているため、ポリオール化合物の水酸基がプレポリマのイソシアネート基と反応してウレタン結合を形成することで、湿潤状態における発泡体の硬度変化を生じにくくする役割も果たす。このため、得られる複数枚の研磨パッド１では、いずれも湿潤硬度保持率が８０％以上となる。特に、ポリオール化合物としてポリプロピレングリコールを用いることで、湿潤硬度保持率を向上させることができる。従って、湿潤状態での熱安定性が向上するので、スラリを使用した研磨加工時に摩擦等で発熱しても研磨パッド１の硬度変化が抑制され、研磨性能の安定化を図ることができる。

研磨パッド１が、上述したとおり、発泡３の分散状態を均等化させて成型した発泡体をスライスして形成されるため、研磨効率を向上させることができ、熱安定性（湿潤硬度保持率）にも優れ、目詰まりしにくく寿命も向上させることができる。このため、発泡体の大きさを大きくする（型枠２５を大きくする）ことで、大型化（面積、厚さ）の要求に対して容易に対応することができる。

なお、本実施形態では、プレポリマとして、ポリオール化合物とジイソシアネート化合物とを反応させたイソシアネート末端ウレタンプレポリマを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリオール化合物に代えて水酸基やアミノ基等を有する活性水素化合物を用い、ジイソシアネート化合物に代えてポリイソシアネート化合物やその誘導体を用い、これらを反応させることで得るようにしてもよい。また、多種のイソシアネート末端プレポリマが市販されていることから、市販のものを使用することも可能である。また、本実施形態では、ポリオール化合物に水を分散希釈した分散液を調製する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、分散液がポリオール化合物および水以外に、例えば、硬化成型に際し必要な添加剤等の成分を含むようにしてもよい。

また、本実施形態では、特に言及していないが、スラリの供給や研磨屑の排出を考慮して研磨パッド１の研磨面Ｐに溝加工を施すようにしてもよい。溝の形状については、放射状、格子状、螺旋状等のいずれでもよく、断面形状についても矩形状、Ｕ字状、Ｖ字状、半円状のいずれでもよい。溝のピッチ、幅、深さについては、研磨屑の排出やスラリの移動が可能であればよく、特に制限されるものではない。研磨パッドに溝加工を施した場合、例えば、研磨パッドの表面に孔径の大きな開孔が形成されていると、開孔と溝とが重なり突起状の角が形成されるため、研磨加工時に被研磨物にキズが発生することとなる。本実施形態では、研磨パッド１の開孔４は孔径の平均値が３０〜２００μｍの範囲で略均一なため、溝加工を施しても被研磨物に対するキズの発生を抑制することができる。

更に、本実施形態では、混合工程で混合機２０、スライス工程でスライス機を使用する例を示したが、混合機やスライス機には特に制限はなく、通常使用される混合機、スライス機を使用することができる。また、本実施形態では、直方体状の型枠２５を例示したが、本発明は型枠の形状や大きさに制限されるものではない。例えば、円柱状等の型枠を使用してもよく、混合液の粘性を考慮すれば、型枠を使用せずに発泡体を形成するようにしてもよい。

以下、本実施形態に従い作製した研磨パッドの実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例についても併記する。

（実施例１）
実施例１では、第１成分のプレポリマとしてイソシアネート含有量が９〜９．３％の末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマ（Ａｄｉｐｒｅｎｅ Ｌ−３２５）を用いこれを５５℃に加熱し減圧下で脱泡した。第２成分のＭＯＣＡは１２０℃で溶解させ、減圧下で脱泡した。第３成分の分散液は、数平均分子量約２０００のポリプロピレングリコールの５０部に、水の２部、触媒（トヨキャットＥＴ、東ソー株式会社製）の１部、シリコン系界面活性剤（ＳＨ−１９３、ダウコーニング社製）の５部をそれぞれ添加し攪拌混合した後、減圧下で脱泡した。第１成分：第２成分：第３成分を重量比で１００部：２２．８部：５．３部の割合で混合槽１２に供給した。混合工程では、攪拌条件を剪断回数１６８９回、剪断速度９４２５／秒に設定した。このとき、混合槽１２内に空気を８０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。得られた混合液を型枠２５に注型し硬化させた後、形成された発泡体を型枠２５から抜き出した。この発泡体を、厚さ１．３ｍｍにスライスし研磨パッド１を作製した。

（比較例１、比較例２）
比較例１では、混合工程で水をそのまま（ポリプロピレングリコールに分散希釈することなく）混合し、空気を供給しない以外は実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。比較例２では、水を混合せず、空気を供給して混合する以外は実施例１と同様にして研磨パッドを作製した。

（評価）
実施例および比較例について、硬化成型した発泡体の上層部、中央部、下層部からスライスして得られた研磨パッド１の密度と開孔径を測定した。密度は、所定サイズの大きさに切り出した試料の重量を測定し、サイズから求めた体積から算出した。開孔径は、マイクロスコープ（ＫＥＹＥＮＣＥ製、ＶＨ−６３００）で約１．３ｍｍ四方の範囲を１７５倍に拡大して観察し、得られた画像を画像処理ソフト（Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｖ２０ＬＡＢ Ｖｅｒ．１．３）により処理し算出した。また、中央部から得られた研磨パッド１について、湿潤（ＷＥＴ）硬度および硬度保持率を測定した。湿潤硬度は、研磨パッド１を温度２０℃の水に３０分間浸漬した後、硬度として、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ ７３１１）に準じてショアＡ硬度を測定した。同じ研磨パッド１を温度７０℃の熱湯に３０分間浸漬した後、ショアＡ硬度を同様に測定し、２０℃のときの硬度に対する７０℃のときの硬度の割合を百分率で求めた。また、スライス工程でのスライスのしやすさをスライス性として評価した。評価は、○：均一なスライスができるもの、×：均一なスライスができないもの、の２段階とした。密度および平均開孔径の結果を下表１に示し、湿潤硬度、硬度保持率およびスライス性の結果を下表２に示す。

表１に示すように、空気のみで発泡を形成させた比較例２では、水による発泡が形成されないため、発泡が小さくなり密度が高くなった。また、水のみで発泡を形成させた比較例１、空気のみで発泡を形成させた比較例２では、いずれも、得られる発泡体の上層部、中央部、下層部で密度および平均開孔径にバラツキがあることから、発泡の分散状態に偏りがあることが考えられる。特に、比較例１では、空気によるバブリング効果が得られないため、混合工程での攪拌斑が大きくなってしまい、密度、平均開孔径共に大きくバラツキ、不均一な発泡体となった。これに対して、予め水をポリプロピレングリコールに分散させた分散液を調製し、混合時に同時に空気を供給することで発泡３を形成させた実施例１では、上層部、中央部、下層部で、密度、平均開孔径共に略均一（±３％の範囲内）であることが判明した。

表２に示すように、攪拌斑を生じた比較例１では、湿潤硬度が温度７０℃で大きく低下しており、硬度保持率が６７．５％であった。これに対して、実施例１では、硬度保持率が８０％以上を示している。このことから、実施例１の研磨パッド１では、研磨加工中に生じる硬度変化が抑制されるため、研磨性能のバラツキを抑制することが期待できる。比較例２についても、実施例１と同様に硬度保持率は８０％以上を維持することができた。しかし、比較例２の発泡体では、水による発泡が形成されないため、密度と硬度が高くなってしまった。このため、スライス工程でのスライスが非常に難しくなり、平坦な表面を持つ研磨パッドを得ることはできなかった。

以上の結果から、プレポリマ、予めポリプロピレングリコールに水を分散希釈させた分散液、ＭＯＣＡを混合すると共に、空気を吹き込み混合液を調製することで、発泡体の内部に大きさが制御され略均等に分散した発泡が形成され、得られた発泡体をスライスすることで、表面に略均一な開孔が略均等に形成された研磨パッドを得ることができることが判明した。従って、１つの発泡体から得られる複数の研磨パッドによる研磨加工で研磨性能のバラツキを抑制することができることが明らかとなった。

本発明は開孔が略均一かつ略均等に形成され研磨パッド間のバラツキが抑制された研磨パッドの製造方法および該製造方法で得られる研磨パッドを提供するため、研磨パッドの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明を適用した実施形態の研磨パッドを示す断面図である。 実施形態の研磨パッドの製造方法の要部を示す工程図である。 実施形態の研磨パッドの製造に用いた混合機および型枠の概略を示すブロック図である。

符号の説明

１ 研磨パッド
３ 発泡
４ 開孔
Ｐ 研磨面
２０ 混合機

Claims (14)

1. イソシアネート基含有化合物を主成分とした研磨パッドの製造方法であって、
   イソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を１重量％〜６重量％の割合で分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物とをそれぞれ準備する準備ステップと、
   前記イソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物を混合すると共に、前記イソシアネート基含有化合物、前記分散液および前記ポリアミン化合物に対して非反応性の気体を吹き込み混合液を調製する混合液調製ステップと、
   前記混合液から発泡体を形成する発泡体形成ステップと、
   前記発泡体をスライスして複数枚の研磨パッドを形成するスライスステップと、
   を含む製造方法。
2. 前記混合液調製ステップと前記発泡体形成ステップとを連続して行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記準備ステップで前記分散液中に分散希釈させる水の量は、前記イソシアネート基含有化合物の重量１ｋｇに対して１ｇ〜６ｇの割合であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
4. 前記混合液調製ステップで前記混合液に吹き込まれる気体の量は、前記イソシアネート基含有化合物、分散液およびポリアミン化合物の合計重量１ｋｇに対して０．５Ｌ〜３．４Ｌの割合であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
5. 前記ポリオール化合物は、ポリプロピレングリコールであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
6. 前記イソシアネート基含有化合物は、温度５０℃〜８０℃における粘度が５００ｍＰａ・ｓ〜４０００ｍＰａ・ｓの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
7. 前記混合液調製ステップにおいて、剪断速度９，０００〜４１，０００／秒、剪断回数３００〜１０，０００回の条件で前記混合液を調製することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 前記スライスステップで形成される研磨パッドは、それぞれの表面に形成された開孔の孔径の平均値の差、および、密度の差がいずれも±３％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
9. 前記スライスステップで形成される研磨パッドは、それぞれの表面に形成された開孔の孔径の平均値がいずれも３０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
10. 前記スライスステップで形成される研磨パッドは、いずれも温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水に前記一定時間浸漬したときの硬度の割合が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
11. イソシアネート基含有化合物と、予めポリオール化合物に水を１重量％〜６重量％の割合で分散希釈させた分散液と、ポリアミン化合物と、前記イソシアネート基含有化合物、前記分散液および前記ポリアミン化合物に対して非反応性の気体と、を混合した混合液から形成された発泡体をスライスして得られた研磨パッド。
12. 前記ポリオール化合物は、ポリプロピレングリコールであることを特徴とする請求項１１に記載の研磨パッド。
13. 前記発泡体のスライスにより表面に開孔が形成され、前記開孔の孔径の平均値が３０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の研磨パッド。
14. 温度２０℃の水に一定時間浸漬したときの硬度に対する、温度７０℃の水に前記一定時間浸漬したときの硬度の割合が８０％以上であることを特徴とする請求項１１に記載の研磨パッド。

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