JP5324998B2 - 保持パッド - Google Patents

Description

本発明は保持パッドに係り、特に、湿式凝固法により一組成の樹脂で形成された樹脂シートを備えた保持パッドに関する。

シリコン、ガリウム砒素、インジウム燐等の半導体基板や半導体ウエハ、液晶ディスプレイやハードディスク等の各種基板といった材料（被研磨物）の表面（加工面）では、平坦性を向上させるために、対向配置された２つの定盤を備えた研磨機を用いた研磨加工が行われている。被研磨物を片面ずつ研磨加工する片面研磨機では、一方の定盤に研磨パッドが装着され、他方の定盤に被研磨物が研磨パッドと対向するように保持される。研磨加工時には、被研磨物と研磨パッドとの間に研磨粒子（砥粒）を含む研磨スラリが供給され、被研磨物に研磨圧（押圧力）をかけながら被研磨物および研磨パッドを互いに摺動させることで被研磨物（の加工面）が研磨加工されている。定盤に被研磨物を保持させるときに被研磨物が定盤との接触で損傷を受けることを回避するために、通常、定盤には保持パッドが装着されている。

保持パッドとしては、湿式凝固法により作製されたウレタンフィルム（樹脂シート）を備えた保持パッドが広く使用されている。ところが、通常の湿式凝固法により得られるウレタンフィルムでは、微多孔状に形成された高剛性の表面層の厚みが薄く、表面での剛性が低くなるために、保持パッドに用いても被研磨物が保持パッド側に沈み込みやすくなる。研磨加工時に被研磨物の沈み込みが生じると、保持パッドの表面（保持面）が研磨パッドで削られてしまうことがあり、研磨スラリが被研磨物の裏面（加工面と反対の面）側に回りこむことで被研磨物に対する保持力が低下し、被研磨物の落下やズレが生じることもある。また、被研磨物の裏面側には、研磨スラリによるキズやシミが発生したりする。表面の剛性を高めるために、表面層を厚く製造しようとすると、ウレタンフィルム全体の発泡サイズが小さくなり、弾性が低下するためにクッション性を損なうこととなる。反対に、クッション性を重視すると発泡サイズを大きくする必要があり、表面層が薄くなる、または、形成されなくなってしまう。

従来湿式凝固法により形成される発泡構造を有するウレタンフィルムでは、厚み方向のほぼ全体にわたる発泡が形成されるため、クッション性を高める目的で発泡サイズを大きくすると、表面近傍まで発泡サイズが大きくなり、剛性が低下してしまう。クッション性が低すぎると被研磨物が受ける応力にムラが生じるため、沈み込みの大きい凸部に応力が集中し、この応力が集中した部分が過剰研磨されて研磨ムラが生じる。反対に、クッション性が高くなると被研磨物が受ける応力にムラが生じ難くなり、被研磨物の表面平滑性が向上するものの、沈み込みが大きくなり保持パッド自体が削られることとなる。被研磨物の沈みこみを抑制するのに必要な剛性と、被研磨物に対する応力を均等化するのに必要なクッション性とを両立させる技術として、湿式凝固法による発泡構造の異なる２種のシートを貼り合わせる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、一方のシートで剛性が発揮され、他方のシートでクッション性が確保される。

特開２００５−１１９７２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、２種のシートが貼り合わされるため、製造工程が煩雑になるうえ、保持パッドが大型になるほど正確かつ精度よく貼り合わせることが難しくなり、貼り合わせに用いる接着剤等の影響で硬さが不均一となることもある。また、湿式凝固法により作製されることでそれぞれのシートが連続発泡構造を有しているものの、シート間に接着剤等が介在することで発泡構造が不連続となる。このため、被研磨物を保持する際に巻き込まれたエアが吸収されず、被研磨物の平坦化精度を低下させてしまう。また、粘着剤等により、クッション性を発揮するシートの即応性が阻害され、クッション性が被研磨物の微小な凹凸に応答することができないことがある。さらには、研磨加工時に２種のシートが剥離してしまう、という問題もある。

本発明は上記事案に鑑み、被研磨物の沈み込みを抑制しクッション応答性を高め被研磨物の平坦化精度を向上させることができる保持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、本発明は、湿式凝固法により一組成の樹脂で形成された樹脂シートを備えた保持パッドにおいて、前記樹脂シートは、被研磨物を保持するための保持面を有し、厚み方向に縦長状の多数の第１の発泡が連続発泡状に形成された保持部と、前記保持部に形成された第１の発泡より大きい第２の発泡が連続発泡状に形成されたクッション部と、前記第１および第２の発泡が非形成で前記保持部およびクッション部間に形成された中間部と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、樹脂シートの保持部に厚み方向に縦長状の第１の発泡が形成されたことで、従来樹脂シートの厚み全体にわたる発泡が形成された場合と比べて保持面側の剛性が高められることから、被研磨物の沈み込みが抑制され、クッション部に第１の発泡より大きい第２の発泡が形成されたことでクッション性が確保されると共に、１つのシートの保持部およびクッション部間に第１および第２の発泡が非形成の中間部が形成されたことで被研磨物表面の微細な凹凸に対応するクッション応答性が高められるので、被研磨物の平坦化精度を向上させることができる。

この場合において、中間部が樹脂シートの厚み方向中央部に形成されていることが好ましい。保持部に形成された第１の発泡およびクッション部に形成された第２の発泡の少なくとも一部が網目状に連通していてもよい。このとき、保持部に形成された第１の発泡が、クッション部に形成された第２の発泡の平均容積より小さい平均容積を有してもよい。また、第２の発泡の容積が略均一に形成されていることが好ましい。樹脂シートをポリウレタン樹脂製としてもよい。

本発明によれば、樹脂シートの保持部に厚み方向に縦長状の第１の発泡が形成されたことで、従来樹脂シートの厚み全体にわたる発泡が形成された場合と比べて保持面側の剛性が高められることから、被研磨物の沈み込みが抑制され、クッション部に第１の発泡より大きい第２の発泡が形成されたことでクッション性が確保されると共に、１つのシートの保持部およびクッション部間に第１および第２の発泡が非形成の中間部が形成されたことで被研磨物表面の微細な凹凸に対応するクッション応答性が高められるので、被研磨物の平坦化精度を向上させることができる、という効果を得ることができる。

本発明を適用した実施形態の保持パッドを模式的に示す断面図である。 実施形態の保持パッドの製造工程の概略を示す工程図である。 保持パッドの断面を示す走査型電子顕微鏡写真であり、（Ａ）は実施形態の保持パッド、（Ｂ）は従来の保持パッドをそれぞれ示す。 実施例および比較例のウレタン発泡体に一定の厚み毎にバフ処理を施したときのバフ処理厚みと、バフ処理面に形成される開口の平均孔径との関係を示すグラフである。

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

（保持パッド）
図１に示すように、本実施形態の保持パッド１０は、ポリウレタン樹脂製の樹脂シートとしてのウレタン発泡体２を備えている。ウレタン発泡体２は、湿式凝固法により一組成の樹脂で一体形成されており、被研磨物を保持するための保持面Ｐを有し発泡４（第１の発泡）が形成された保持部２ａと、発泡５（第２の発泡）が形成されたクッション部２ｂと、発泡４および発泡５が非形成の中間部２ｃとを有している。

保持部２ａは、保持面Ｐの近傍の数μｍ程度にわたる厚みで緻密な微多孔が形成されたスキン層２１を有している。すなわち、スキン層２１は微多孔構造を有している。保持部２ａのスキン層２１より内側（内部）には、多数の発泡４が略均等に分散した状態で形成されている。発泡４は、厚み方向に縦長状で丸みを帯びた円錐状（断面縦長三角状）に形成されており、保持面Ｐ側の孔径が保持面Ｐと反対の面（以下、裏面Ｑという。）側より小さく形成されている。すなわち、発泡４は保持面Ｐ側で縮径されている。発泡４の縦長方向の大きさは、保持部２ａの厚みの範囲でバラツキを有している。発泡４同士の間のポリウレタン樹脂中には、発泡４より小さい図示を省略した発泡が形成されている。保持部２ａでは、スキン層２１の微多孔、発泡４および図示を省略した発泡が網目状に連通しており、発泡が連続発泡状に形成された連続発泡構造を有している。

クッション部２ｂは、保持部２ａより裏面Ｑ側に形成されており、裏面Ｑの近傍の数μｍ程度にわたる厚みで緻密な微多孔が形成されたスキン層２２を有している。すなわち、スキン層２２は微多孔構造を有している。クッション部２ｂのスキン層２２より内側（内部）には、多数の発泡５が略均等に分散した状態で形成されている。発泡５は、クッション部２ｂの厚み方向の長さに比べて厚み方向と交差する方向の長さが大きい横長状に形成されている。発泡５は、保持部２ａに形成された発泡４より大きく、概ね均一な容積に形成されている。すなわち、発泡５は、容積が発泡４より大きく形成されている。また、発泡５は、発泡４の平均容積より大きい平均容積を有している。発泡５同士の間のポリウレタン樹脂中には、発泡５より小さい図示しない発泡が形成されている。クッション部２ｂでは、スキン層２２の微多孔、発泡５および図示しない発泡が網目状に連通しており、発泡が連続発泡状に形成された連続発泡構造を有している。

中間部２ｃは、保持部２ａとクッション部２ｂとの間に、断面形状において保持部２ａおよびクッション部２ｂに連続して形成されている。ウレタン発泡体２が一組成のポリウレタン樹脂で形成されたことから、保持部２ａとクッション部２ｂとが中間部２ｃでつながれている。中間部２ｃには、発泡４および発泡５が形成されておらず、発泡４および発泡５より小さい径の連通孔（不図示）が形成されている。発泡４および発泡５の一部は、中間部２ｃに形成された連通孔で連通している。本例では、ウレタン発泡体２の厚みが０．３〜２．０ｍｍの範囲に調整されており、湿式凝固時の条件にもよるが、中間部２ｃの厚みが２０〜２００μｍの範囲で形成されている。このため、保持部２ａ、クッション部２ｂの厚みがいずれも概ね１００〜８００μｍの範囲となる。ウレタン発泡体２では、保持部２ａ、クッション部２ｂがそれぞれ連続発泡構造を有しており、中間部２ｃに発泡４および発泡５の一部を連通する連通孔が形成されている。このため、ウレタン発泡体２は、全体として連続発泡体である。

保持部２ａとクッション部２ｂとを比べると、発泡４が発泡５の平均容積より小さい平均容積を有することから、クッション部２ｂで発泡５の占める空隙割合が保持部２ａで発泡４の占める空隙割合より大きくなる。このため、クッション部２ｂの密度は、研磨部２ａの密度より小さくなる。

また、保持パッド１０は、ウレタン発泡体２の裏面Ｑ側に、研磨機に保持パッド１０を装着するための両面テープ７が貼り合わされている。両面テープ７は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルム等の可撓性フィルムの基材を有しており、基材の両面にアクリル系粘着剤等の感圧型粘着剤層（不図示）がそれぞれ形成されている。両面テープ７は、基材の一面側の粘着剤層でウレタン発泡体２と貼り合わされており、他面側（ウレタン発泡体２と反対側）の粘着剤層が剥離紙８で覆われている。なお、この両面テープ７の基材は、保持パッド１０の基材を兼ねている。

（保持パッドの製造）
図２に示すように、保持パッド１０は、湿式凝固法により１枚のシート状のウレタン発泡体２を一体形成し、ウレタン発泡体２と両面テープ７とを貼り合わせることで製造される。すなわち、ポリウレタン樹脂溶液を準備する準備工程、成膜基材にポリウレタン樹脂溶液を塗布する塗布工程、成膜基材に塗布したポリウレタン樹脂溶液を凝固液中に浸漬する浸漬工程、凝固液中で成膜基材を剥離しポリウレタン樹脂を凝固再生させる剥離工程、シート状のポリウレタン樹脂を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程、得られたウレタン発泡体２と両面テープ７とを貼り合わせるラミネート工程を経て保持パッド１０が製造される。以下、工程順に説明する。

ウレタン発泡体２の作製では、準備工程で、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の有機溶媒のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略記する。）および添加剤を混合してポリウレタン樹脂を溶解させる。ポリウレタン樹脂は、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂から選択して用い、例えば、ポリウレタン樹脂が３０重量％となるようにＤＭＦに溶解させる。添加剤としては、発泡４、発泡５の大きさや量（個数）を制御するため、カーボンブラック等の顔料、発泡を促進させる親水性活性剤、ポリウレタン樹脂の凝固再生を安定化させる疎水性活性剤等を用いることができる。親水性界面活性剤は、ポリウレタン樹脂溶液の全量に対して、０．２〜５重量％の範囲で混合することが好ましい。親水性界面活性剤の量が０．２重量％未満では、凝固再生時に凝固液とＤＭＦとの置換がスムーズに進行せず、発泡が小さくなる。反対に、親水性界面活性剤の量が５重量％を超えると、凝固液とＤＭＦとの置換の進行が速くなりすぎるため、半凝固の状態が短くなり、上述したウレタン発泡体２の構造を得ることが難しくなる。得られた溶液を減圧下で脱泡してポリウレタン樹脂溶液を得る。

塗布工程では、準備工程で得られたポリウレタン樹脂溶液を常温下でナイフコータ等により帯状の成膜基材にシート状に略均一に塗布する。このとき、ナイフコータ等と成膜基材との間隙（クリアランス）を調整することで、ポリウレタン樹脂溶液の塗布厚さ（塗布量）を調整する。成膜基材としては、布帛や不織布等を用いることもできるが、後述する剥離工程で成膜基材を剥離することを考慮すれば、表面が平滑に形成された樹脂製フィルムを用いることが望ましい。成膜基材には、本例では、表面平滑性を有するＰＥＴ製フィルムを用いる。また、成膜基材にポリウレタン樹脂溶液を塗布する前に、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと略記する。）等の剥離剤を塗布しておくことで、剥離工程における剥離性を良化することができる。本例では、ＰＥＴ製フィルムの成膜基材を、予め、ＣＭＣでコーティングしておく。

浸漬工程では、成膜基材に塗布されたポリウレタン樹脂溶液を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液（水系凝固液）に浸漬する。凝固液には、ポリウレタン樹脂の凝固再生速度を調整するために、ＤＭＦやＤＭＦ以外の極性溶媒等の有機溶媒を添加してもよい。本例では、凝固液として水を使用する。凝固液中でポリウレタン樹脂溶液が凝固し、連続発泡構造を有するポリウレタン樹脂が凝固再生する。凝固液中では、まず、ポリウレタン樹脂溶液と凝固液との界面に皮膜が形成され、皮膜の直近のポリウレタン樹脂中にスキン層２１を構成する無数の微多孔が形成される。その後、ポリウレタン樹脂溶液中のＤＭＦの凝固液中への拡散と、ポリウレタン樹脂中への水の浸入との協調現象によりポリウレタン樹脂の凝固再生が進行する。ポリウレタン樹脂では凝集力が大きくなるために皮膜表面で急速に凝固が進行し、内部側のポリウレタン樹脂量が減少する。そして、表面に形成された緻密気孔の皮膜により凝固液中への溶媒の拡散が抑制され、内部に大気孔が形成される。ＤＭＦがポリウレタン樹脂溶液から脱溶媒し、ＤＭＦと凝固液とが置換することで、スキン層２１より内側のポリウレタン樹脂中に発泡４および図示を省略した発泡が形成され、スキン層２１の微多孔、発泡４および図示を省略した発泡が網目状に連通する。このとき、成膜基材のＰＥＴ製フィルムが水を浸透させないため、ポリウレタン樹脂溶液の表面側（スキン層２１側）で脱溶媒が生じて成膜基材側が表面側より大きな発泡４が形成される。

剥離工程では、ポリウレタン樹脂の凝固再生が完了する前、すなわち、成膜基材に塗布したポリウレタン樹脂溶液中のＤＭＦの全量が凝固液の水と置換される前に、凝固液中で凝固再生中のポリウレタン樹脂を成膜基材から剥離する。換言すれば、ポリウレタン樹脂の凝固再生が不完全の状態、すなわち、スキン層２１側で塗布厚さのおよそ１／２程度のポリウレタン樹脂が凝固再生し、成膜基材側にＤＭＦを含む状態で成膜基材から剥離される。このとき、少なくとも成膜基材近傍のポリウレタン樹脂溶液がゲル状態である。ここでいう「ゲル状態」は、凝固液中では成膜基材から剥離可能であるものの、剥離面同士が接着性を有しており、また、大気中では成膜基材に樹脂が残る粘着質な（タック性を有する）状態のことである。成膜基材から剥離するタイミングは、凝固液の組成や温度、上述した塗布工程での塗布厚さ、用いたポリウレタン樹脂の種類、配合した添加剤等により調整される。例えば、凝固液を温度２０℃の水としてポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に２ｍｍの塗布厚さで塗布した場合、３分後には剥離可能な半凝固（ゲル）状態となるが、１０分後では凝固再生がほぼ完了した状態となる。成膜基材には、表面平滑性を有するＰＥＴ製フィルムが用いられており、剥離剤のＣＭＣが塗布されているため、ポリウレタン樹脂の凝固再生が不完全な状態でも容易に成膜基材から剥離することができる。成膜基材から剥離した後は、スキン層２１側から凝固再生が進行することに加えて、成膜基材を剥離した面、すなわち、ＤＭＦの脱溶媒が進行していない面側からも凝固再生が進行する。このため、両面からＤＭＦと水との置換が生じ、シート状のポリウレタン樹脂の凝固再生が完了する。

ここで、成膜基材剥離後のポリウレタン樹脂の凝固再生に伴う発泡形成について説明する。凝固液中で成膜基材が剥離されると、成膜基材の表面と接触していたポリウレタン樹脂溶液（実際にはゲル状態）の表面が凝固液に接触する。このとき、凝固液中ではスキン層２１側からポリウレタン樹脂の凝固再生が進行中のため、ポリウレタン樹脂の厚み方向で密度勾配が形成されている。すなわち、凝固再生の進行に伴いスキン層２１側にポリウレタン樹脂が凝集するため、成膜基材が剥離された面側の固形分濃度が小さくなっている。このため、成膜基材が剥離された面側に形成されるスキン層２２では、スキン層２１より緻密に微多孔が形成される。スキン層２２に形成された緻密気孔の皮膜により凝固液中へのＤＭＦの拡散が抑制されて、巨大な空孔が内部に形成される。このとき、成膜基材が剥離された面側の固形分濃度が小さくなっているので、発泡５が発泡４より大きい容積となり、厚み方向の長さより厚み方向と交差する方向の長さが大きい形状に形成される。すなわち、図３（Ａ）に示すように、保持部２ａ（図の上側）では縦長円錐状の発泡４が形成され、クッション部２ｂ（図の下側）では発泡４より大きい発泡５が形成される。また、ポリウレタン樹脂の凝固再生が両面側（厚み方向両側）から進行するため、保持部２ａとクッション部２ｂとの間の部分では、発泡が非形成で、発泡４および発泡５の一部を連通する連通孔が形成された中間部２ｃが形成される。つまり、ウレタン発泡体２では、厚み方向中央部の中間部２ｃよりスキン層２１側に保持部２ａの発泡４が形成され、中間部２ｃよりスキン層２２側にクッション部２ｂの発泡５が形成される。このような凝固再生により得られるウレタン発泡体２は、全体として連続発泡構造を有しており、保持部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂがシームレスに、つまり、継ぎ目なくつながれ一体形成されたものである。

図２に示すように、洗浄・乾燥工程では、浸漬工程、剥離工程を経て凝固再生したポリウレタン樹脂を水等の洗浄液中で洗浄してポリウレタン樹脂中に残留するＤＭＦを除去した後、乾燥させる。ポリウレタン樹脂の乾燥には、本例では、内部に熱源を有するシリンダを備えたシリンダ乾燥機を用いる。ポリウレタン樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。得られたウレタン発泡体２をロール状に巻き取る。

ラミネート工程では、湿式凝固法で作製されたウレタン発泡体２と、両面テープ７とを貼り合わせる。このとき、ウレタン発泡体２の裏面Ｑと両面テープ７とを貼り合わせる。そして、円形や角形等の所望の形状、サイズに裁断した後、キズや汚れ、異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、保持パッド１０を完成させる。

（作用等）
次に、本実施形態の保持パッド１０の作用等について説明する。

本実施形態では、保持パッド１０を構成するウレタン発泡体２が、発泡４が形成された保持部２ａと、発泡５が形成されたクッション部２ｂと、保持部２ａおよびクッション部２ｂ間に形成された中間部２ｃとが湿式凝固法により一体形成されている。すなわち、発泡４が形成された高密度な保持部２ａと、大きな発泡が形成された低密度なクッション部２ｂとが接着剤などで貼り合わされることなく一体形成されている。このため、研磨加工時に保持部２ａおよびクッション部２ｂ間で剥離が生じることなく研磨加工を継続することができる。

従来湿式凝固法により作製される樹脂シートでは、厚み方向のほぼ全体にわたる発泡が形成されるため、クッション性を確保するために発泡サイズを大きくすると、保持面側でも発泡サイズが大きくなり、剛性が低下することで被研磨物の沈み込みが大きくなってしまう。これに対して、本実施形態では、ウレタン発泡体２の保持部２ａに形成された発泡４が保持部２ａの厚みの範囲で縦長状に形成されている。すなわち、発泡４は、保持面Ｐと中間部２ｃとの間に形成されている。このため、従来の樹脂シートと比べて保持面Ｐ側の発泡サイズを小さくすることができ剛性を高めることができる。これにより、被研磨物の沈み込みが抑制されるので、被研磨物の平坦化精度を向上させることができる。また、被研磨物の沈み込みが抑制されることで、研磨加工時に研磨パッドにより保持パッド１０自体が削られることがなくなるため、保持パッド１０の寿命向上を図ることができる。

また、本実施形態では、クッション部２ｂに形成された発泡５が保持部２ａに形成された発泡４の平均容積より大きい平均容積を有している。このため、クッション部２ｂ中で発泡５の占める空隙割合が保持部２ａ中で発泡４の占める空隙割合より大きくなり、研磨圧でクッション部２ｂが保持部２ａより変形しやすくなる。これにより、保持パッド１０の全体としてクッション性が確保されるため、ウレタン発泡体２自体の厚みムラをキャンセルすることができ、被研磨物にかかる研磨圧（応力）を偏重させることなく均等化することができる。また、発泡５が略均一な容積に形成されているため、クッション性を偏りを生じることなく均等化することができる。従って、被研磨物が均等化された研磨圧で略均等、略均一に研磨加工されるため、被研磨物の高精度な平坦性を達成することができる。換言すれば、保持パッド１０では、一組成の樹脂で一体形成されたウレタン発泡体２が厚さ方向で擬似的な３層構造を有するため、研磨加工時に剥離の心配がなく、クッション性を十分兼ね備えることとなる。

更に、本実施形態のウレタン発泡体２では、保持部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂを有するため、クッション部２ｂで均等化された研磨圧を被研磨物の微小な凹凸に対応するように被研磨物に伝達することができる。このため、被研磨物の微小な凸部にかかる圧力が凹部にかかる圧力より大きくなり研磨加工で平坦化されるので、高精度な平坦性を確保することができる。すなわち、保持層およびクッション層を粘着剤で貼り合わせた従来の保持パッドでは、粘着剤の層を介してクッション応答性が発揮されるため、被研磨物の微小な凹凸に対しても加工面全体で略均等な研磨圧がかかることとなる。結果として、平坦性を確保するためには研磨量を大きくすることとなり研磨効率を低下させる。これに対して、本実施形態のウレタン発泡体２では、微小な凹凸に対応するようにクッション応答性が発揮されるため、微小な単位で凸部を押圧することができ効率よく平坦性を向上させることができる。

ここで、１つの樹脂で形成された保持部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂを有する３層構造に類似のウレタン発泡体２の作用について、コイルバネを用い、（Ａ）、（Ｂ）の２つの等価モデルを考えると、次のように説明することもできる。すなわち、（Ａ）巻径が大きく高弾性を有する複数個のコイルバネＡを平面状に並べたクッション材の場合は、一面側の全体にかかる圧力では他面側に略均等に伝達されるものの、局部的な圧力では個々のコイルバネＡにかかる圧力が偏重するうえ、コイルバネＡの大きな巻径の単位での応答となり略均等に伝達され難くなる。これに対して、（Ｂ）巻径を小さくして弾性を低くしたコイルバネＢを用いコイルバネＡより多くの個数を平面状に並べたクッション材の場合は、全体にかかる圧力が略均等に伝達されることはもちろん、巻径を小さくしたことで即応性に優れるため、局部的な圧力でもコイルバネＢの小さな巻径の単位で応答でき伝達される。（Ａ）が保持層およびクッション層を粘着剤を介して貼り合わせた従来の保持パッドに対応し、（Ｂ）が一体形成された本実施形態の保持パッド１０に対応する。従って、本実施形態のウレタン発泡体２のように、シームレスに一体形成されたことで、被研磨物の微小な凹凸に対応してクッション部２ｂのクッション応答性が高められることが説明できる。

また、本実施形態では、ウレタン発泡体２の保持部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂが１つの樹脂で形成されるため、研磨安定性を高めることができ、製品寿命を向上させることができる。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、クッション部の大きな発泡から保持面側に縮径しながら伸びる雫状の発泡が形成された従来のスウェード調保持パッドでは、クッション部の発泡と保持部の発泡とが明確に分かれて形成されていないため、発泡が保持面側から基材の近くまでつながる空隙を形成することとなる。このため、クッション性を高めるために発泡サイズを大きくすると被研磨物の沈み込みの抑制に必要な剛性が低下することとなり、剛性を確保するために発泡サイズを小さくするとクッション性が損なわれることとなる。これに対して、本実施形態の保持パッド１０では、保持部２ａとクッション部２ｂとが中間部２ｃにより明確に分けられているため、保持部２ａに形成された発泡４が中間部２ｃ付近で（連通孔を残して）閉口するため、剛性とクッション性とが共に確保され、安定した研磨加工を長時間行うことができる（図３（Ａ）参照）。

更に、本実施形態では、中間部２ｃがウレタン発泡体２の厚み方向中央部に形成されている。このため、保持部２ａとクッション部２ｂとがほぼ同じ厚みとなる。保持部２ａの厚みがクッション部２ｂの厚みより小さいと、クッション性を高めることができるものの、保持部２ａの厚みが小さくなる分で剛性が小さくなり被研磨物の沈み込みが大きくなる。反対に、保持部２ａの厚みがクッション部２ｂの厚みより大きくなると、剛性が確保されるもののクッション性が不十分となり、被研磨物の平坦性を損なうこととなる。従って、保持部２ａとクッション部２ｂとをほぼ同じ厚みとすれば、クッション性および剛性をバランスよく確保することができる。このような保持パッド１０では、例えば、高精度な平坦性を要求される半導体デバイスの研磨加工時に保持パッドとして好適に使用することができる。

また更に、保持パッド１０では、製造時の剥離工程において、ポリウレタン樹脂が塗布された成膜基材が凝固液中で剥離される。このため、スキン層２１側から進行していたポリウレタン樹脂の凝固再生に加えて、成膜基材を剥離した面側からも凝固再生が進行する。上述したように、成膜基材を剥離した面側に形成されるスキン層２２を介して進行する脱溶媒がスキン層２１を介して進行する脱溶媒より遅くなることから、保持部２ａ（中間部２ｃより保持面Ｐ側）とクッション部２ｂ（中間部２ｃより裏面Ｑ側）とで異なる発泡構造が形成される。換言すれば、先に保持面となるスキン層２１側から通常の脱溶媒による凝固再生が厚み方向に進行し、ポリウレタン樹脂溶液中のウレタン樹脂がスキン層２１側に凝集していく。その後、タイミングを遅らせて成膜基材を凝固浴中にて剥がすことにより、ウレタン樹脂濃度が低くなった裏面Ｑ側から脱溶媒されるので、密度が粗で発泡の大きなクッション性を有するクッション部２ｂを形成することができる。これにより、クッション部２ｂでクッション性を確保することができる。

更にまた、保持パッド１０では、製造時の塗布工程においてポリウレタン樹脂溶液が塗布される成膜基材として、表面平滑性を有する樹脂製シートが用いられる。このため、剥離工程でポリウレタン樹脂の凝固再生が不完全な状態で成膜基材を容易に剥離することができる。これにより、湿式凝固法で表裏面の発泡構造の異なるウレタン発泡体２を得ることができる。また、保持パッド１０では、製造時の凝固再生工程で成膜基材を剥離する操作を除けば、従来の湿式凝固法を適用することができるため、煩雑な工程を経ることなく、製造することができる。更には、従来のように、保持層およびクッション層の粘着剤や両面テープによる貼り合わせが不要となり、製造工程を簡略化することができる。

従来湿式凝固法により作製された保持層を有する保持パッドには、例えば、クッション層を有していない保持パッドや、クッション性が不十分な保持パッドがある。これらのクッション性を有していない、または、クッション性が不十分な保持パッドを研磨加工に使用した場合、保持パッドの変形が不十分なため、保持パッド表面（保持面）、ひいては、被研磨物に研磨装置から受ける研磨圧（押圧力）が均等化されず、被研磨物の加工面全体を略均一に平坦化することが難しくなる。一方、発泡構造の異なる２種のウレタンシートを貼り合わせて形成した保持パッドでは、貼り合わせに使用する粘着剤等の層がクッション性の即応性を阻害するおそれがあり、研磨加工時に２種のウレタンシートが剥離することがある。本実施形態は、これらの問題を解決することができる研磨パッドである。

なお、本実施形態では、樹脂シートとしてポリウレタン樹脂の湿式凝固法によるウレタン発泡体２を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリウレタン樹脂に代えてポリエチレンやポリエステル等の樹脂を用いてもよく、湿式凝固法で連続発泡構造が形成されるものであればよい。また、ウレタン発泡体２は、一組成の樹脂で形成されていればよく、例えば、ポリエステル系やポリエーテル系のポリウレタン樹脂を混合してもよく、ポリウレタン樹脂と他の樹脂とをブレンドしてもよい。

また、本実施形態では、中間部２ｃがウレタン発泡体２の厚み方向中央部に形成された例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。湿式凝固条件により中間部２ｃの形成位置を調整することも可能であるが、上述したように、クッション性および剛性のバランスを考慮すれば、中間部２ｃが厚み方向中央部に形成されることが好ましい。

更に、本実施形態では、保持部２ａに形成される発泡４が縦長円錐状に形成され、クッション部２ｂに形成される発泡５が横長状に形成される例を示したが、本発明は発泡の形状に制限されるものではなく、剛性やクッション性が確保されればよい。例えば、湿式凝固時にポリウレタン樹脂溶液に配合する添加剤や凝固液の組成等により、発泡４、発泡５の大きさや形状を変えることができる。

また更に、本実施形態では、ウレタン発泡体２の裏面Ｑに基材を有する両面テープ７を貼り合わせ、両面テープの基材が保持パッド１０の基材を兼ねる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基材を用いることなく粘着剤のみをウレタン発泡体２の裏面Ｑに配しておくことで、研磨機の定盤への装着を行うことができる。また、両面テープ７の基材に代えて別の基材を貼り合わせるようにしてもよい。ウレタン発泡体２が柔軟性を有していることを考慮すれば、保持パッド１０の搬送時や定盤への装着時の取扱いを容易にするため、基材を有していることが好ましい。

以下、本実施形態に従い製造した保持パッド１０の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例の保持パッドについても併記する。

（実施例１）
実施例１では、ウレタン発泡体２の作製にポリエステルＭＤＩ（ジフェニルメタンジイソシアネート）ポリウレタン樹脂を用いた。ポリウレタン樹脂溶液を塗布する際に塗布装置のクリアランスを１．６ｍｍに設定した。成膜基材のＰＥＴ製フィルムは、予め、０．０２％のＣＭＣ溶液を塗布し乾燥させておいた。このＰＥＴ製フィルムにポリウレタン樹脂溶液を塗布した後、温度２０℃の水（凝固液）に浸漬した。水中で３分間溶媒を置換させた後、ＰＥＴ製フィルムと半凝固状態のポリウレタン樹脂とを剥がし、半凝固状態のポリウレタン樹脂を更に７分間水中に浸漬して完全に凝固させた。洗浄、乾燥後、得られた厚さ１．４６ｍｍのウレタン発泡体２とＰＥＴ製の基材を有する両面テープ７とを貼り合わせ保持パッド１０を製造した。

（比較例１）
比較例１では、湿式凝固法によるウレタン発泡体の作製時に、凝固液中で成膜基材を剥離しないこと以外は実施例１と同様にして厚さ１．４６ｍｍのウレタン発泡体を作製し保持パッドを製造した。すなわち、比較例１の保持パッドは、従来の保持パッドである。

（評価）
各実施例および比較例の保持パッドについて、バフ番手＃１８０のサンドペーパを使用して保持面側にバフ処理厚み１００μｍ毎のバフ処理を９回施した。各回後の保持面を走査型電子顕微鏡で観察し、開口している穴のサイズ（開口径）を計測し平均値を求めた。

図４に示すように、比較例１では、バフ処理厚みに比例して開口径が大きくなることが判った。一方、実施例１では、７回目のバフ処理後、保持面に開口している穴のサイズが小さくなり、８回目以降のバフ処理後では５００μｍ程度の開口が形成されていることが確認された。換言すれば、実施例１の保持パッド１０では、保持面Ｐでの開口径のバフ処理厚みに対する変化が（グラフ上で）変曲点を示すことが判った。このような結果から、次のことが推察される。すなわち、比較例１の保持パッドでは、保持面から基材方向に徐々に開口が大きくなり、５回目のバフ処理までに開口した発泡が基材付近まで形成されていることが確認された。これに対して、実施例１では、中間部２ｃを有することから、５回目のバフ処理までに開口した発泡は、中間部２ｃ付近に発泡の内底部が存在していた。また、８回目以降のバフ処理面では、５００μｍ程度の開口径を有することから、１枚のウレタン発泡体２でも十分なクッション性を確保することができる。従って、実施例１の保持パッド１０では、研磨加工時に被研磨物に対する押圧力を均等化し、被研磨物の平坦性を向上させることが期待できる。

本発明は被研磨物の沈み込みを抑制しクッション応答性を高め被研磨物の平坦化精度を向上させることができる保持パッドを提供するため、保持パッドの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

Ｐ 保持面
２ ウレタン発泡体（樹脂シート）
２ａ 保持部
２ｂ クッション部
２ｃ 中間部
４ 発泡
５ 発泡
１０ 保持パッド

Claims (6)

1. 湿式凝固法により一組成の樹脂で形成された樹脂シートを備えた保持パッドにおいて、前記樹脂シートは、
   被研磨物を保持するための保持面を有し、厚み方向に縦長状の多数の第１の発泡が連続発泡状に形成された保持部と、
   前記保持部に形成された第１の発泡より大きい第２の発泡が連続発泡状に形成されたクッション部と、
   前記第１および第２の発泡が非形成で前記保持部およびクッション部間に形成された中間部と、
   を備えたことを特徴とする保持パッド。
2. 前記中間部は、前記樹脂シートの厚み方向中央部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の保持パッド。
3. 前記保持部に形成された第１の発泡および前記クッション部に形成された第２の発泡は、少なくとも一部が網目状に連通していることを特徴とする請求項２に記載の保持パッド。
4. 前記保持部に形成された第１の発泡は、前記クッション部に形成された第２の発泡の平均容積より小さい平均容積を有することを特徴とする請求項３に記載の保持パッド。
5. 前記第２の発泡は、容積が略均一に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の保持パッド。
6. 前記樹脂シートは、ポリウレタン樹脂製であることを特徴とする請求項４に記載の保持パッド。