研磨垫及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有由聚氨酯树脂发泡体形成的研磨层的研磨垫及其制造方法中，所述聚氨酯树脂发泡体是异氰酸酯末端预聚物和增链剂的反应固化物，其中，（１）使用熔点７０℃以下的芳香族多胺作为增链剂，（２）使用含有异氰酸酯成分和高分子量多元醇的异氰酸酯末端预聚物和作为增链剂的芳香族二醇的ＥＯ／ＰＯ加成体，或（３）使用脂肪族／脂环族异氰酸酯末端预聚物和作为增链剂的非卤素类芳香族胺。此外，所述聚氨酯树脂发泡体也可以使用多聚化二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯作为异氰酸酯成分。由此能够得到具有极其均匀的微细气泡，研磨特性（平坦化特性）优异，修整性提高的研磨垫。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种可以稳定并且高研磨效率地进行透镜、反射镜等光学材料、或硅晶片、硬盘用玻璃基板、铝基板和一般的金属研磨加工等要求高度表面平坦性的材料的平坦化加工的研磨垫。本专利技术的研磨垫特别适合用于使硅晶片以及在其上形成了氧化物层、金属层等的器件平坦化的工序，尤其适合用于在层合/形成这些氧化物层、或金属层之前对其进行平坦化的工序。
技术介绍
作为要求高度的表面平坦性的材料的代表，可以举出制造半导体集成电路(IC、LSI)的被称为硅晶片的单晶硅的圆盘。硅晶片在IC、LSI等的制造工序中，为了形成用于形成电路的各种薄膜的可靠的半导体接合，在层合、形成氧化物层或金属层的各工序中，要求对表面进行高精度地精加工使之平坦。在这样的研磨精加工工序中，通常研磨垫被固定在称为台板的可旋转的支撑圆盘上，将半导体晶片等加工物固定于研磨垫。然后通过双方的运动，使台板和研磨垫之间产生相对速度，进而将含有磨粒的研磨料浆连续供给到研磨垫上，实行研磨操作。 作为制作研磨垫材料即聚氨酯树脂发泡体的技术，众所周知在发泡体形成原料组合物中添加、分散氟隆、或二氯甲烷等低沸点有机溶剂，利用聚合热产生的气化使聚合物发泡的方法；在发泡体形成原料组合物中添加、分散水，利用异氰酸酯基和水的反应产生的二氧化碳使聚合体发泡的方法。采用这些方法得到的发泡体的气泡直径(网眼直径)，以平均值表示，下限为100μm，难以得到具有更微细且均匀的气泡的发泡体。 作为具有微细气泡的聚氨酯发泡体的制造方法，已知有以下方法。 (1)将溶剂可溶性的微粒分散到聚氨酯聚合物中成型为规定形状后，将成型品浸渍于微粒溶解但聚氨酯聚合物不溶解的溶剂中，将微粒溶解除去而形成多孔聚氨酯树脂，即发泡体的方法(专利文献1)。 (2)使微小中空发泡体分散于聚氨酯树脂形成原料组合物中的方法(专利文献2、3)。 但是，根据专利文献1的方法，需要大量的溶剂，而且需要对含有微粒形成材料的溶剂进行处理，成本高。而且得到的发泡体只是连续气泡，不能用于要求刚性的用途，用途受到限制。此外，还需要溶出工序、或使溶剂干燥的工序，还存在制作厚度大的成型品需要长时间的课题。 另一方面，在专利文献2、3的方法中，由于密度差，在聚氨酯反应原液中微小中空发泡体上浮的倾向强，因此难以制造均匀的发泡体，而且微小中空发泡体的价格比较高，此外发泡体内残存微小中空发泡体的原材料，在裁断发泡体时具有损伤刀刃等问题。并且中空微粒容易飞散，操作环境的整备设备等需要大量费用。 然而，聚氨酯树脂发泡体作为用于半导体等的制造用硅、电子基板的制造的研磨垫使用。伴随着所形成的电路的高密度化，对研磨垫要求高精度的研磨，因研磨所使用的研磨料浆中含有的粒子的种类、或粒径的大小不同，研磨垫(聚氨酯发泡体)的硬度等也被要求与其适应。例如，二氧化铈类料浆比二氧化硅类料浆的粒径大，在使用二氧化铈类料浆作为研磨料浆时，与二氧化硅类料浆时相比，要求高硬度的研磨垫。 作为解决上述各问题的方法，公开了不使用水等化学反应性发泡剂、或氟隆等气化膨胀性发泡剂、微小中空发泡体、溶剂可溶性物质等异种物质，具有均匀的微细气泡，并且与同一密度的物质相比具有高硬度的聚氨酯发泡体的制造方法，所谓机械发泡法(专利文献4)。此外，作为增链剂，从反应性和得到的聚氨酯树脂发泡体的物性等观点出发，适合使用4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)(MOCA)。但是，在使用了MOCA时，聚氨酯树脂发泡体的气泡直径增大，气泡直径容易产生波动，具有对研磨特性产生不利影响的问题。 另一方面，作为研磨垫的研磨特性，要求研磨对象物的平坦性(planarity)和面内均匀性优异，研磨速度大。对于研磨对象物的平坦性、面内均匀性，通过使研磨层高弹性模量化，能够有某种程度改善。此外，对于研磨速度，通过形成含有气泡的发泡体，使料浆的保持量增多，研磨速度能够提高。 作为满足上述特性的研磨垫，提出了由聚氨酯树脂发泡体形成的研磨垫(专利文献5～8)。该聚氨酯树脂发泡体通过使异氰酸酯预聚物与增链剂(固化剂)发生反应而制造，作为增链剂，从反应性和得到的聚氨酯树脂发泡体的物性等观点出发，使用4，4’-亚甲基双(邻氯苯胺)(以下也称为MOCA)作为适合的材料。 但是，MOCA在分子内含有氯，废弃处理时存在产生二噁英等有害物质等环境方面的缺点，今后其使用恐怕会受到限制和禁止。因此，希望开发不含有卤素的研磨垫。 此外，作为异氰酸酯预聚物的高分子多元醇成分，从耐水解性、弹性特性、耐磨耗性等观点出发，作为适合的材料使用了聚醚(数均分子量为500～1600的聚四亚甲基二醇)、或聚碳酸酯。 通常，如果使用研磨垫进行多个半导体晶片的平坦化处理，研磨垫表面的微细凹凸部发生磨损，将研磨剂(料浆)供给到半导体晶片的加工面的性能下降，晶片加工面的平坦化速度降低，平坦化特性变差。因此，在进行了规定片数的半导体晶片的平坦化处理后，需要使用修整器对研磨垫表面进行更新、粗面化(修整)。如果进行规定时间的修整，能够在研磨垫表面形成无数的微细凹凸部，垫表面成为起毛的状态。 但是，现有的研磨垫在修整时的修整速度低，存在修整过于需要时间的问题。 专利文献1特开平2-91279号公报专利文献2特表平8-500622号公报专利文献3特开2000-343412号公报专利文献4特许第3490431号说明书专利文献5特许第3013105号专利文献6特许第3516874号专利文献7特开2000-17252号公报专利文献8特许第3359629号
技术实现思路
本专利技术第1目的在于，提供由具有极其均匀的微细气泡的聚氨酯树脂发泡体形成的研磨垫的制造方法和采用该制造方法得到的研磨垫。本专利技术的第2、第3目的在于，提供与现有的研磨垫相比研磨特性(特别是平坦化特性)优异、并且不含有卤素的。本专利技术的第4目的在于，提供在维持现有的研磨垫的平坦化特性和研磨速度的情况下使修整性提高的研磨垫。此外，本专利技术的目的还在于，提供使用了上述研磨垫的半导体器件的制造方法。 本专利技术人等为了解决上述课题反复进行了锐意研究，结果发现，采用下述的能够解决上述课题，从而完成了本专利技术。 本专利技术之一涉及研磨垫的制造方法，其包括工序(1)将包含异氰酸酯末端预聚物的第1成分和包含增链剂的第2成分混合，使其固化来制作聚氨酯树脂发泡体，其特征在于 上述工序(1)是在第1成分中添加硅类表面活性剂以使其在聚氨酯树脂发泡体中达到0.05～10重量％，再将上述第1成分与非反应性气体搅拌，制备使上述非反应性气体作为微细气泡分散的气泡分散液后，在上述气泡分散液中混合第2成分，进行固化从而制作聚氨酯树脂发泡体的工序，并且上述增链剂是熔点为70℃以下的芳香族多胺。 根据该制造方法，能够得到具有极其均匀的微细气泡结构的聚氨酯树脂发泡体。 本专利技术人发现，通过代替以往适合使用的MOCA而使用熔点为70℃以下的芳香族多胺，能够得到气泡直径的波动小、具有微细气泡的聚氨酯树脂发泡体。其理由认为如下所述。MOCA的熔点为106℃，混合到气泡分散液中时在熔融状态(约120℃)下添加。气泡分散液通常被调节为60～80℃左右，由于与熔融状态的MOCA的温度差大，因此气泡分散液中的气泡局部因热而破泡，进行一体化以及膨胀等。其结果认为气泡直径产生了波动。通过使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研磨垫的制造方法，其包括工序（１）：将包含异氰酸酯末端预聚物的第１成分和包含增链剂的第２成分混合，使其固化来制作聚氨酯树脂发泡体，该制造方法的特征在于：　　　　所述工序（１）是在第１成分中添加硅类表面活性剂并使其在聚氨酯树脂发泡体中达到０．０５～１０重量％，再将所述第１成分与非反应性气体搅拌，制备使所述非反应性气体作为微细气泡分散的气泡分散液后，在所述气泡分散液中混合第２成分，进行固化从而制作聚氨酯树脂发泡体的工序；　　　　并且所述增链剂是熔点为７０℃以下的芳香族多胺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-3-8 063963/2005;JP 2005-3-22 081974/2005;J1.一种研磨垫的制造方法，其包括工序(1)将包含异氰酸酯末端预聚物的第1成分和包含增链剂的第2成分混合，使其固化来制作聚氨酯树脂发泡体，该制造方法的特征在于所述工序(1)是在第1成分中添加硅类表面活性剂并使其在聚氨酯树脂发泡体中达到0.05～10重量％，再将所述第1成分与非反应性气体搅拌，制备使所述非反应性气体作为微细气泡分散的气泡分散液后，在所述气泡分散液中混合第2成分，进行固化从而制作聚氨酯树脂发泡体的工序；并且所述增链剂是熔点为70℃以下的芳香族多胺。2.如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其中，芳香族多胺为选自3，5-双(甲硫基)-2，4-甲苯二胺、3，5-双(甲硫基)-2，6-甲苯二胺、3，5-二乙基-2，4-甲苯二胺、3，5-二乙基-2，6-甲苯二胺、N，N’-二仲丁基-4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二乙基-4，4’-二氨基二苯基甲烷、间苯二甲胺、N，N’-二仲丁基对苯二胺、间苯二胺、对苯二甲胺、和下述通式(1)所示的聚亚烷基氧基二(对氨基苯甲酸酯)构成的组的至少1种，[化1]其中，m为2～4的整数，n为1～20的整数。3.如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其中，异氰酸酯末端预聚物含有低分子量多元醇作为原料成分。4.如权利要求1所述的研磨垫的制造方法，其中，作为异氰酸酯末端预聚物的原料成分的异氰酸酯成分为芳香族二异氰酸酯和脂环式二异氰酸酯。5.如权利要求4所述的研磨垫的制造方法，其中，芳香族二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，脂环式二异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯。6.一种采用权利要求1所述的方法制造的研磨垫。7.一种研磨垫，是具有由聚氨酯树脂发泡体形成的研磨层的研磨垫，其特征在于所述聚氨酯树脂发泡体是含有异氰酸酯成分和高分子量多元醇的异氰酸酯末端预聚物，与含有选自氢醌、间苯二酚、对苯二甲醇和双酚A构成的组的至少1种芳香族二醇的环氧乙烷加成物和/或环氧丙烷加成物的增链剂的反应固化物。8.如权利要求7所述的研磨垫，其中，异氰酸酯成分含有90摩尔％以上的芳香族异氰酸酯。9.如权利要求8所述的研磨垫，其中，芳香族异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯。10.如权利要求7所述的研磨垫，其中，高分子量多元醇是数均分子量500～1500的聚四亚甲基醚二醇。11.如权利要求7所述的研磨垫，其中，异氰酸酯末端预聚物含有低分子量多元醇作为原料成分。12.如权利要求7所述的研磨垫，其中，环氧乙烷和/或环氧丙烷的加成量相对于芳香族二醇1摩尔为2～4摩尔。13.一种研磨垫的制造方法，其包括工序(1)将包含异氰酸酯末端预聚物的第1成分和包含增链剂的第2成分混合，使其固化来制作聚氨酯树脂发泡体，其特征在于所述工序(1)是在包含异氰酸酯末端预聚物的第1成分中添加硅类表面活性剂并使其在聚氨酯树脂发泡体中达到0.05～10重量％，再将所述第1成分与非反应性气体搅拌，制备使所述非反应性气体作为微细气泡分散的气泡分散液后，在所述气泡分散液中混合包含增链剂的第2成分，进行固化从而制作聚氨酯树脂发泡体的工序；所述增链剂含有选自氢醌、间苯二酚、对苯二甲醇和双酚A构成的组的至少1种的芳香族二醇的环氧乙烷加成物和/或环氧丙烷加成物。14.一种研磨垫，是具有由聚氨酯树脂发泡体形成的研磨层的研磨垫，其特征在于所述聚氨酯树脂发泡体是脂肪族和/或脂环族异氰酸酯末端预聚物、与含有选自下述通式(2)～(4)构成的组的至少1种非卤素类芳香族胺的增链剂的反应固化物，[化2]在通式(2)中，R1～R3各自独立地为碳数1～3的烷基或甲硫基，[化3]在通式(3)中，R4～R7各自独立地为H或碳数1～4的烷基，[化4]其中，m为2～4的整数，n为1～20的整数。15.如权利要求14所述的研磨垫，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：堂浦真人，福田武司，小川一幸，数野淳，濑柳博，中森雅彦，山田孝敏，下村哲生，
申请(专利权)人：东洋橡胶工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]