JP5433384B2 - 研磨シートおよび研磨シートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は研磨シートおよび研磨シートの製造方法に係り、特に、被研磨物を研磨加工するための研磨面を有するポリウレタン樹脂製の表層部を備えた研磨シートおよび該研磨シートの製造方法に関する。

従来半導体デバイス等の各種材料では、平坦性を確保するために研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。半導体デバイスの製造では、通常、銅（Ｃｕ）配線の層や絶縁層が順次形成され多層化されるが、各層を形成した後の表面（加工面）に研磨加工が行われている。近年では、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められており、加工面を一層高度に平坦化する技術が重要となっている。

一般に、半導体デバイスの製造では、化学的機械的研磨（以下、ＣＭＰと略記する。）法が用いられている。ＣＭＰ法では、通常、砥粒（研磨粒子）をアルカリ溶液または酸溶液に分散させたスラリ（研磨液）が供給される。すなわち、被研磨物（の加工面）は、スラリ中の砥粒による機械的研磨作用と、アルカリ溶液または酸溶液による化学的研磨作用とで平坦化される。

ＣＭＰ法による半導体デバイスの研磨加工では、通常、乾式成型法により形成され、被研磨物を研磨加工するための研磨面に開孔が形成された樹脂シートを備えた研磨パッドが用いられている。研磨加工時には、研磨面に形成された開孔に砥粒が保持されつつ加工面内に分散するように供給されることで加工面の平坦化が図られている。換言すれば、半導体デバイス用の研磨パッドには、研磨面に開孔が形成されていることが不可欠となる。このような開孔は、乾式成型法により樹脂製の発泡体を形成し、得られた発泡体の表面を研削処理すること、または、発泡体をスライス処理することにより形成することができる。乾式成型法により発泡体を形成する技術として、例えば、成型時の樹脂溶液中に中空微粒子を添加しておく技術が開示されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。また、樹脂溶液に水を添加しておくことで成型時に気体を発生させる技術（例えば、特許文献６参照。）、樹脂溶液に不活性気体を分散させて成型する技術（例えば、特許文献７参照。）、樹脂溶液に水溶性微粒子を添加しておく技術（例えば、特許文献８参照。）等も開示されている。

ところが、これらの技術では、いずれも乾式成型法により形成されるため、得られる樹脂シートが硬質で独立発泡タイプのものが主体となる。このため、研磨面に形成された開孔が砥粒や研磨屑等により目詰まりしやすく、被研磨物の加工面に研磨キズ（スクラッチ）を生じるおそれがある。半導体デバイスの研磨加工では、スクラッチが生じると配線を切断するおそれがあり、致命的な欠点となる。また、硬質の樹脂シートでは、クッション性が不十分なため、クッション性を有する別のシートと貼り合わせることが必要となる。換言すれば、従来用いられる樹脂シートの発泡構造では、微細化が進む半導体デバイスにおける平坦性の要求に対応できなくなっており、緻密な半導体デバイス面（加工面）に対応しうる、規則正しく高精細な研磨面を持つ研磨パッドの開発が切望されている。これに応えるべく、例えば、光化学反応や重合反応を用いた光リソグラフィー法、マスクを用いた蒸着法、レーザーアブレーション法等の量子サイズ効果を利用しパターン化した微細構造を形成する技術を応用した研磨パッドが開示されている（例えば、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１参照）。

このような微細構造を形成する技術では、印刷や転写の技術が用いられることで工程が煩雑となり、製造効率の低下を招くこととなる。これに対して、樹脂の自己組織化により微細パターンを形成する技術が知られている。この技術では、一般に、水に非混和性で低沸点の溶媒に樹脂を溶解させた樹脂溶液が用いられている。この樹脂溶液を皮膜状にコーティングし、その表面に結露を生じさせた後、溶媒および水分を除去することで樹脂の自己組織化を生じさせている（例えば、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４参照）。

特許３０１３１０５号公報 特許３４２５８９４号公報 特許３８０１９９８号公報 特開２００６−１８６３９４号公報 特開２００７−１８４６３８号公報 特開２００５−６８１６８号公報 特許３４５５２０８号公報 特開２０００−３４４１６号公報 特許４１７７１００号公報 特開２００８−１６８４３３号公報 特開２００８−２１３１４０号公報 特開２００１−１５７５７４号公報 特表２００８−５３１２４８号公報 特表２００８−５３２７３７号公報

しかしながら、研磨パッドを構成する樹脂シートの材質として広く用いられるポリウレタン樹脂では、自己組織化を生じさせることが難しくなる。すなわち、ポリウレタン樹脂を溶解させる溶媒として用いられるジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）やジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）等では、水との混和性に優れているうえ、沸点が水の沸点より高いため、通常の手法では自己組織化が生じ難くなる。さらには、自己組織化の技術では膜厚を大きくすることが難しい、という問題もある。このため、基材と貼り合わせることが必要となり、上述した剥離の問題が生じることとなる。

本発明は上記事案に鑑み、研磨欠点を抑制し被研磨物を平坦化することができる研磨シートおよび該研磨シートの製造方法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、ポリウレタン樹脂製で被研磨物を研磨加工するための研磨面を有し、略同一の形状を有する凹部が一定の間隔で配されるとともに前記凹部間に頂面が平坦状の凸部を有する凹凸が前記ポリウレタン樹脂の自己組織化により前記研磨面側に形成された膜状の表層部と、前記表層部の前記研磨面と反対の面側に配され、弾性を有する樹脂製でシート状の基体部と、を備え、前記表層部および基体部間が一体化するように融着されていることを特徴とする研磨シートである。

第１の態様では、略同一の形状を有する凹部が一定の間隔で配され凹部間に頂面が平坦状の凸部を有する凹凸が表層部の研磨面側に形成されたことで研磨液の分散状態が均一化され、基体部が弾性を有することでクッション性を発揮するとともに、表層部および基体部間が一体化するように融着されたことで剥離が抑制されるので、研磨欠点を抑制し被研磨物を平坦化することができる。

第１の態様において、表層部がハニカム構造を有するようにすることができる。表層部の研磨面における凹部が６角形状に形成されていてもよい。表層部に形成された凹凸では、凸部を介して隣り合う２つの凹部の中心間を５０μｍ以下の間隔で形成することができる。基体部では、湿式凝固法によりポリウレタン樹脂で形成されており、厚み方向に縦長のセルが連続発泡状に形成されていてもよい。

本発明の第２の態様は、第１の態様の研磨シートの製造方法であって、弾性を有するシート状の基体部を作製する基体部作製ステップと、前記基体部作製ステップで作製された基体部の表面に、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な第１の有機溶媒、および、難水溶性で沸点が水の沸点より低い第２の有機溶媒を混合したポリウレタン分散溶液を塗布する分散溶液塗布ステップと、前記分散溶液塗布ステップで前記基体部に塗布されたポリウレタン分散溶液の表面に、高湿下で結露させる結露ステップと、前記結露ステップで結露させたポリウレタン分散溶液を前記基体部とともに高温下にさらし、前記ポリウレタン分散溶液の少なくとも表面近傍に含まれる前記第２の有機溶媒を気化させた後、前記結露した水分を気化させ前記ポリウレタン樹脂に自己組織化を生じさせた表層部を前記基体部と一体化するように形成する自己組織化ステップと、を含む。

第２の態様において、第２の有機溶媒の温度２０℃の水に対する溶解度を１０ｇ／１００ｇ以下としてもよい。このとき、第２の有機溶媒を、クロロホルム、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トリクロロエタンおよびｎ−ヘキサンから選択される少なくとも１種とすることができる。分散溶液塗布ステップでポリウレタン分散溶液中の第２の有機溶媒の割合を２０重量％〜９５重量％の範囲としてもよい。また、自己組織化ステップ後に、水を主成分とする液中で第１の有機溶媒を除去する溶媒除去ステップを更に含むようにしてもよい。

本発明によれば、略同一の形状を有する凹部が一定の間隔で配され凹部間に頂面が平坦状の凸部を有する凹凸が表層部の研磨面側に形成されたことで研磨液の分散状態が均一化され、基体部が弾性を有することでクッション性を発揮するとともに、表層部および基体部間が一体化するように融着されたことで剥離が抑制されるので、研磨欠点を抑制し被研磨物を平坦化することができる、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研磨シートを模式的に示す断面図である。 実施形態の研磨シートの研磨面における微細パターンを模式的に示す平面図である。 実施形態の研磨シートの製造工程の概略を示す工程図である。 実施例１の研磨シートの研磨面を示す電子顕微鏡写真である。

以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨シートの実施の形態について説明する。

（構成）
本実施形態の研磨シート１０は、図１に示すように、研磨部材６を備えている。研磨部材６は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有するポリウレタン樹脂製で膜状の表層部３と、表層部３と同質のポリウレタン樹脂製でシート状の基体部としてのベース２とで構成されている。

表層部３は、研磨面Ｐ側に、略同一の形状を有する凹部５ａが一定の間隔で配されるとともに、凹部５ａ間に頂面が平坦状の凸部５ｂを有する凹凸５がポリウレタン樹脂の自己組織化により形成されている（詳細後述）。すなわち、表層部３は、ハニカム構造を有している。研磨面Ｐ側に凹凸５が形成されたことで、研磨面Ｐでは、凹部５ａの開孔が形成されていることとなる。凸部５ｂを介して隣り合う２つの凹部５ａの中心間の間隔Ｐｅは、表層部３の作製条件により調整することができ、本例では、間隔Ｐｅが５０μｍ以下に調整されている。研磨面Ｐでは、図２に示すように、間隔Ｐｅで形成された凹凸５の凹部５ａの開孔が６角形状に形成されている。換言すれば、凸部５ｂを構成するポリウレタン樹脂が、６角柱状の凹部５ａを画定するように隔壁状に形成されている。また、凸部５ｂの平坦な頂面が研磨面Ｐを構成している。

ベース２は、表層部３の研磨面Ｐと反対の面側に配されている。ベース２および表層部３が同質のポリウレタン樹脂で形成されているため、研磨部材６では、ベース２と表層部３とが一体化するように融着されている。ベース２は、湿式凝固法により形成されており、表層部３と融着された面側に、厚さ数μｍ程度にわたり微多孔状のスキン層２ａを有している。ベース２では、スキン層２ａより内側に、多数のセル４が略均等に分散した状態で形成されている。セル４は、ベース２の厚み方向に縦長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、スキン層２ａ側の孔径がスキン層２ａと反対の面側より小さく形成されている。すなわち、セル４はスキン層２ａ側で縮径されている。セル４の縦長方向の大きさは、ベース２の厚みの範囲でバラツキを有している。セル４間のポリウレタン樹脂は、セル４を画定する隔壁状に形成されており、内部にセル４より小さく、スキン層２ａの微多孔より大きい図示を省略した微多孔が形成されている。すなわち、ベース２を構成するポリウレタン樹脂はマイクロポーラスである。ベース２では、スキン層２ａの微多孔、セル４および図示を省略した微多孔が網目状に連通しており、発泡が連続状に形成された連続発泡構造を有している。

また、研磨シート１０は、ベース２の表層部３と反対の面側に、研磨機に研磨シート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７ａを有しており、基材の両面にアクリル系粘着剤等の粘着剤層（不図示）がそれぞれ形成されている。両面テープ７は、基材７ａの一面側の粘着剤層でベース２と貼り合わされており、他面側（ベース２と反対側）の粘着剤層が剥離紙７ｂで覆われている。なお、この両面テープ７の基材７ａは、研磨シート１０の基材を兼ねている。

（製造）
研磨シート１０は、湿式凝固法によりベース２を作製し、ベース２の一面側に表層部３をポリウレタン樹脂の自己組織化により形成した後、ベース２の他面側に両面テープ７を貼り合わせることで製造することができる。すなわち、図３に示すように、ポリウレタン樹脂溶液を湿式凝固法により凝固再生させることでベース２を作製するベース作製工程（基体部作製ステップ）、ベース２に、ベース２と同質のポリウレタン樹脂を含むポリウレタン分散溶液を塗布する塗布工程（分散溶液塗布ステップ）、多湿雰囲気下でポリウレタン分散溶液の表面に結露を生じさせる結露工程（結露ステップ）、高温雰囲気下でポリウレタン樹脂の自己組織化を生じさせる自己組織化工程（自己組織化ステップ）、ポリウレタン樹脂中に残留する溶媒を脱溶媒させ、乾燥させる脱溶媒・乾燥工程（溶媒除去ステップ）、ベース２、表層部３が一体化され形成された研磨部材６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研磨シート１０が製造される。以下、工程順に説明する。

（ベース作製工程）
ベース作製工程では、ポリウレタン樹脂溶液を調製し、湿式凝固法によりベース２を作製する。ポリウレタン樹脂溶液の調製では、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。有機溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン等を用いることができるが、本例では、ＤＭＦを用いる。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、セル４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。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。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の塗布装置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、本例では、ＰＥＴ製フィルムを用いる。

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）に連続的に案内する。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が、本例では、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２ａを構成する緻密な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、ウレタン樹脂中への水の浸入との協調現象、すなわち、溶媒置換によりポリウレタン樹脂の再生が進行する。再生した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ポリウレタン樹脂溶液の凝固が進行し、内部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ＤＭＦの拡散が抑制され、内部にセル４が形成される。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２ａ側）で脱溶媒が生じて成膜基材側が表面側より大きなセル４が形成される。また、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２ａ表面の直近に形成された微多孔のうちの一部が拡径されて微多孔とセル４との連通孔が形成され、ポリウレタン樹脂中に図示を省略した微多孔が形成される。溶媒置換に伴い、スキン層２ａ表面の直近に形成された微多孔、セル４および図示を省略した微多孔が網目状に連通する。その後、得られた樹脂を洗浄し、乾燥させることでベース２を得る。

（塗布工程）
図３に示すように、塗布工程では、ベース２と同質のポリウレタン樹脂と、第１の有機溶媒としてのＤＭＦと、難水溶性で沸点が水の沸点より低い第２の有機溶媒としての疎水性溶媒とを混合しポリウレタン分散溶液を調製する。このとき、ポリウレタン樹脂の濃度を１〜３０重量％に設定する。調製したポリウレタン分散溶液をベース２のスキン層２ａ側の表面に塗布する。塗布時には、コータ等の塗布装置を使用し、常温下で塗布厚みが一様となるように塗布する。

疎水性溶媒としては、温度２０℃の水に対する溶解度が１０ｇ／１００ｇ以下（目安として溶解度パラメータが９．５以下）であり、沸点が８０℃以下（取扱い上４０℃以上であることが望ましい。）のものを用いることができる。このような疎水性溶媒には、クロロホルム、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、酢酸エチル、トリクロロエタンおよびｎ−ヘキサンから選択される少なくとも１種を用いることができる。また、疎水性溶媒は、ポリウレタン分散溶液に対して２０〜９５重量％の割合で混合することが好ましい。疎水性溶媒の混合割合が２０重量％に満たないとポリウレタン樹脂の自己組織化が生じにくくなり、反対に、９５重量％を超えるとポリウレタン樹脂の溶解性が低下するため好ましくない。本例では、疎水性溶媒として酢酸エチルを用い、ポリウレタン分散溶液に７０重量％の割合で混合する。

（結露工程）
結露工程では、ベース２の表面に塗布されたポリウレタン分散溶液を、ベース２と共に多湿雰囲気下にさらすことで、ポリウレタン分散溶液の表面に結露を生じさせる。多湿雰囲気の条件は、特に制限されるものではないが、ハニカム構造状の表層部３に形成される凹凸５の間隔Ｐｅを考慮すれば、相対湿度として７０〜９５％の範囲とすることが好ましい。また、結露を生じさせる環境では、用いる疎水性溶媒の沸点より低い温度に制限することが好ましい。本例では、疎水性溶媒として酢酸エチルを用いるため、その沸点（約７７℃）より低い温度、すなわち、常温〜６０℃の範囲に制限する。

（自己組織化工程）
自己組織化工程では、表面に結露を生じさせたポリウレタン分散溶液を、ベース２と共に、高温雰囲気下にさらすことで、ポリウレタン樹脂の自己組織化を生じさせる。このとき、ポリウレタン分散溶液に含まれる疎水性溶媒のうちの少なくとも表面近傍に含まれる疎水性溶媒と、ポリウレタン分散溶液の表面に結露した水分とが順に除去されればよい。このため、温度条件としては、疎水性溶媒の沸点、水の沸点より高い温度、すなわち、１１０〜１３０℃の範囲とすることが好ましい。この温度条件では、ポリウレタン樹脂の溶解に用いたＤＭＦの沸点（１５３℃程度）より低いため、ＤＭＦは除去されずに残留することとなる。温度条件が低すぎるとポリウレタン樹脂の自己組織化が生じにくくなり、反対に、高すぎるとＤＭＦの気化が進行し自己組織化が生じなくなる。

ここで、ポリウレタン樹脂の自己組織化によるハニカム構造の形成について説明する。疎水性溶媒が気化するときにはポリウレタン分散溶液から潜熱をうばうため、ポリウレタン分散溶液の表面で温度が低下する。ポリウレタン分散溶液が多湿雰囲気下にさらされているため、ポリウレタン分散溶液の表面に微小な水滴が凝集、付着して結露が生じる。高温雰囲気下にさらされると、疎水性溶媒の気化に伴って水滴がほぼ均一な大きさで最密構造様に並んでいき、規則的に配列された状態となる。換言すれば、ポリウレタン分散溶液の表面で水滴が安定化され、疎水性溶媒が気化するのに伴い、水滴が６角形状となり規則性を保った状態で整列する。その後、水分が蒸発し、水滴のあった部分に空隙が形成されてポリウレタン樹脂の厚さ方向にハニカム形状の細孔が形成され、間隔Ｐｅで微細な凹凸５が形成されて自己組織化が終了する。このように形成される細孔としては、６角形状のハニカム形状以外に、６角形状に近い円形状に形成されることもある。また、「規則性を保った状態」では、厳密な幾何学上の規則的構造を意味するものではなく、構造的に規則性が認められた状態、つまり、ランダム構造ではないことを意味している。従って、細孔の形状、大きさ、間隔等に若干の乱れ（バラツキ）が生じていても、規則性を保った状態のハニカム構造に含まれる。

（脱溶媒・乾燥工程）
脱溶媒・乾燥工程では、自己組織化が終了したポリウレタン樹脂中に残留するＤＭＦ、および、ポリウレタン樹脂の深層部に残留している疎水性溶媒を除去した後、乾燥させる。ポリウレタン分散溶液の調製にポリウレタン樹脂を溶解可能なＤＭＦを用いたため、表層部３の形成過程でベース２の表面近傍のポリウレタン樹脂が軟化（膨潤）、一部が溶解することとなる。表層部３とベース２とでは同質のポリウレタン樹脂を用いたことから、表層部３がベース２と一体化するように融着した状態で研磨部材６が形成される。換言すれば、表層部３とベース２とを別々に形成したものの、一体化するように融着した状態となるため、研磨部材６では、擬似的な二層構造を有することとなる。

（ラミネート工程）
ラミネート工程では、脱溶媒・乾燥後の研磨部材６に両面テープ７を貼り合わせる。このとき、ベース２の表層部３と反対の面側に、両面テープ７の一面側の粘着剤層を貼り合わせる。両面テープ７の他面側には、剥離紙７ｂが残されている。その後、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨シート１０を完成させる。

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シート１０を装着する。研磨定盤に研磨シート１０を装着するときは、両面テープ７の剥離紙７ｂを取り除き、露出した粘着剤層で研磨定盤に貼着する。研磨定盤と対向するように配置された保持定盤に保持させた被研磨物を研磨面Ｐ側へ押圧し、スラリ（砥粒を含む研磨液）を供給しながら研磨定盤ないし保持定盤を回転させることで、被研磨物の加工面が研磨加工される。

（作用等）
次に、本実施形態の研磨シート１０の作用等について説明する。

本実施形態では、表層部３がポリウレタン樹脂の自己組織化により形成されており、研磨面Ｐ側に間隔Ｐｅで規則正しく凹凸５が形成されている。このため、研磨面Ｐに形成された凹部５ａの開孔が微細化、均一化されていることから、研磨加工時に供給されナノレベルの大きさの砥粒を含むスラリの分散状態を均一化し研磨ムラを抑制することができる。これにより、被研磨物の加工面を高精度に平坦化することができる。このような研磨シート１０は、高精度な平坦性が要求される被研磨物、例えば、半導体デバイスや磁気ディスク等の精密仕上げ研磨加工に用いる研磨パッド、研磨テープやクリーニングテープ等として好適に使用することができる。

また、本実施形態では、ベース２がポリウレタン樹脂の湿式凝固法により形成されており、内部に厚み方向に縦長のセル４が均等に分散した状態で形成された連続発泡構造を有している。このため、研磨加工時にかけられる押圧力でセル４が変形しベース２の全体として弾性を発揮することから、被研磨物に対するクッション性が発揮されるので、被研磨物の研磨欠点を抑制し平坦性向上を図ることができる。

更に、本実施形態では、ポリウレタン樹脂製のベース２にポリウレタン分散溶液を塗布し、ベース２上でポリウレタン樹脂の自己組織化を生じさせることで表層部３が形成されている。ベース２と表層部３とでは、同質のポリウレタン樹脂が用いられている。このため、自己組織化を生じさせる過程で、ベース２のポリウレタン樹脂が軟化、溶解することでベース２と表層部３とが一体化するように融着される。同質のポリウレタン樹脂が融着することで、ベース２および表層部３間の剥離が抑制されるため、長期安定的に被研磨物の研磨加工を継続することができる。

また更に、本実施形態では、表層部３の形成時のポリウレタン分散溶液に、ポリウレタン樹脂を溶解可能な有機溶媒のＤＭＦと、難水溶性で沸点が水の沸点より低い疎水性溶媒とが混合されている。このため、多湿雰囲気下で効率よくポリウレタン分散溶液の表面に結露を生じさせることができ、高温雰囲気下でポリウレタン樹脂の自己組織化を生じさせることができる。換言すれば、通常用いられる自己組織化の条件ではポリウレタン樹脂の自己組織化が難しいのに対して、ポリウレタン樹脂の自己組織化を可能とすることができる。これにより、一定の間隔Ｐｅで微細パターンが繰り返された構造の表層部３を得ることができる。

更にまた、本実施形態では、ベース２と表層部３とが一体化され研磨部材６が形成されている。表層部３では、樹脂組成や添加剤の有無等にもよるが自己組織化を生じさせる条件（多湿条件、高温条件）により微細パターンの形状や間隔Ｐｅを調整することができる。また、ベース２では、自己組織化を生じさせる表層部３とは別に、添加剤や乾燥条件等により、硬度、密度、圧縮弾性率等の物性を調整することができる。従って、多様な被研磨物の材質や研磨加工条件に合わせて、所望の研磨性能を得るために研磨シート１０の全体のクッション性や表層部３に対する支持効果等を調整することができる。

なお、本実施形態では、自己組織化工程で高温雰囲気下にさらすことにより、ポリウレタン分散溶液の少なくとも表面近傍に含まれる疎水性溶媒と、ポリウレタン分散溶液の表面に結露した水分とを順に除去した後、脱溶媒・乾燥工程でポリウレタン樹脂中に残留するＤＭＦ、および、ポリウレタン樹脂の深層部に残留している疎水性溶媒を除去する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、自己組織化工程で疎水性溶媒の全てと水分とを除去した後、脱溶媒・乾燥工程でＤＭＦを除去するようにしてもよい。このことは、温度条件の調整により実現することができ、得られる表層部３の構造に差異が生じることはない。また、脱溶媒・乾燥工程で高温雰囲気下にさらすことで脱溶媒させることに代えて、水中にて脱溶媒させることも可能である。水中では、ポリウレタン樹脂中に残留するＤＭＦが水中へ拡散するとともに、水がポリウレタン樹脂中に浸入する、いわゆる溶媒置換が生じる。自己組織化工程で一部の疎水性溶媒が残留していたときは、難水溶性のためにポリウレタン樹脂中に残留することとなるが、水の沸点より低い沸点を有することから、その後の乾燥時に気化させることができる。この場合は、表層部３のハニカム構造が形成された研磨面Ｐ側より内部の深層部で、ポリウレタン樹脂が溶媒置換を伴う湿式の環境下で再生されることとなる。従って、上述した高温雰囲気下で脱溶媒されたものと異なり、表層部３を構成するポリウレタン樹脂がマイクロポーラス状に形成される。

また、本実施形態では、表層部３の研磨面Ｐ側に形成される凹凸５の凹部５ａが６角形状に形成される例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、自己組織化を生じさせるときの条件設定により円形状や角形状とすることも可能である。自己組織化では、結露した水が疎水性溶媒の気化に続いて蒸発する過程で生じることから、６角形状に形成されることが安定した状態と考えられる。また、本実施形態では、微細パターンの間隔Ｐｅが５０μｍ以下の例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、自己組織化を生じさせる条件設定により５０μｍを超える間隔Ｐｅで微細パターンを形成させることも可能である。

更に、本実施形態では、ベース２に厚み方向に縦長の円錐状のセル４が形成された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ベース２の発泡構造は湿式凝固法による条件の設定により変えることができる。例えば、ポリウレタン樹脂溶液中に酢酸エチル等の溶媒を混合させておき脱溶媒の速度を遅くすることで、球状のセルが厚み方向に重畳するように形成されたベースを作製することができる。また、湿式凝固法により得られるベースが比較的軟質であることから、被研磨物の材質や研磨加工条件等によっては、硬質のベースを用いることも可能である。この場合、末端イソシアネート基を有するイソシアネート化合物、鎖伸長剤、反応停止剤等を混合し反応硬化させる、いわゆる乾式成型法により形成したポリウレタン発泡体を用いることができる。この場合にも、表層部３と同質のポリウレタン樹脂を用いることで、表層部３とベースとを一体化させることができる。更に、ベース２の材質としては、ポリウレタン樹脂に限定されるものではなく、弾性を有する樹脂を用いるようにしてもよい。この場合は、剥離を抑制する観点から、表層部３と一体化するように融着可能な樹脂を選定することが好ましい。

また更に、本実施形態では、特に言及していないが、ベース２、表層部３が一体化された研磨部材６が、少なくとも一部に、被研磨物の研磨加工状態を光学的に検出するための光透過を許容する光透過部を有するようにしてもよい。この光透過部は、研磨部材６の厚み、すなわち、ベース２および表層部３の全体の厚みにわたり貫通するように形成することが好ましい。このようにすれば、例えば、研磨機側に備えられた発光ダイオード等の発光素子、フォトトランジスタ等の受光素子により、研磨加工中に光透過部を通して被研磨物の加工面の研磨加工状態を検出することができる。これにより、研磨加工の終点を適正に検出することができ、研磨効率の向上を図ることができる。

更にまた、本実施形態では、特に言及していないが、ベース２の研磨面Ｐと反対の面側に研削処理を施すようにしてもよい。このようにすれば、ベース２および表層部３の全体の厚みを均一化することができる。また、ベース２と両面テープ７との間に、可撓性を有する樹脂シート等の基材を貼り合わせるようにしてもよい。このようにすれば、比較的柔軟な研磨シート１０の取扱いを容易にすることができる。

次に、本実施形態に従い製造した研磨シート１０の実施例について詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、ベース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。このポリウレタン樹脂を３０重量％の濃度でＤＭＦに溶解させたポリウレタン樹脂溶液を調製し、成膜基材に塗布する際に塗布装置のクリアランスを１．６ｍｍに設定してポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に塗布した後、凝固液中でシート状のポリウレタン樹脂を再生させた。成膜基材を剥離して、洗浄し乾燥させた後、得られた厚さ１．３ｍｍのベース２のスキン層２ａ側の表面に表層部３をポリウレタン樹脂の自己組織化により形成した。表層部３の形成では、ポリエステルＭＤＩポリウレタン樹脂と、ＤＭＦと、酢酸エチルとを混合したポリウレタン分散溶液を調製した。このとき、ポリウレタン樹脂の濃度を５重量％、酢酸エチルの混合割合を７０重量％に設定した。ポリウレタン分散溶液をベース２の表面に、塗布量が１８０ｇ／ｍ^２となるように塗布し、相対湿度８０％の密閉雰囲気下で結露させた後、１１０℃の温度環境下で酢酸エチルおよび水を除去した。さらに、１６０℃の温度条件でポリウレタン樹脂中に残留するＤＭＦや酢酸エチルを除去した後、得られた研磨部材６と両面テープ７とを貼り合わせることで研磨シート１０を製造した。

得られた研磨シート１０について、研磨面Ｐを走査型電子顕微鏡にて観察した。図４に示すように、研磨面Ｐでは、微細な６角形状にパターン化されており、間隔Ｐｅが２０μｍ程度であることが確認された。ポリウレタン樹脂の自己組織化を応用して製造した研磨シート１０では、研磨面Ｐ側に微細な凹凸５が間隔Ｐｅで規則正しく形成されるため、被研磨物の高精度な平坦性を達成することが期待できる。従って、研磨シート１０は、表面平坦性に要求される精度が一層高まりつつある半導体デバイス等の研磨加工に好適に使用することができる。

本発明は研磨欠点を抑制し被研磨物を平坦化することができる研磨シートおよび該研磨シートの製造方法を提供するため、研磨シートの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

Ｐ 研磨面
Ｐｅ 間隔
２ ベース（基体部）
３ 表層部
４ セル
５ 凹凸
５ａ 凹部
５ｂ 凸部
１０ 研磨シート

Claims (10)

1. ポリウレタン樹脂製で被研磨物を研磨加工するための研磨面を有し、略同一の形状を有する凹部が一定の間隔で配されるとともに前記凹部間に頂面が平坦状の凸部を有する凹凸が前記ポリウレタン樹脂の自己組織化により前記研磨面側に形成された膜状の表層部と、
   前記表層部の前記研磨面と反対の面側に配され、弾性を有する樹脂製でシート状の基体部と、
   を備え、
   前記表層部および基体部間が一体化するように融着されていることを特徴とする研磨シート。
2. 前記表層部は、ハニカム構造を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨シート。
3. 前記表層部は、前記研磨面における凹部が６角形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨シート。
4. 前記表層部に形成された凹凸は、前記凸部を介して隣り合う２つの前記凹部の中心間が５０μｍ以下の間隔を有することを特徴とする請求項３に記載の研磨シート。
5. 前記基体部は、湿式凝固法により形成されており、厚み方向に縦長のセルが連続発泡状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨シート。
6. 請求項１に記載の研磨シートの製造方法であって、
   ポリウレタン樹脂製で発泡構造を有するシート状の基体部を作製する基体部作製ステップと、
   前記基体部作製ステップで作製された基体部の表面に、前記基体部と同質のポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な第１の有機溶媒、および、難水溶性で沸点が水の沸点より低い第２の有機溶媒を混合したポリウレタン分散溶液を塗布する分散溶液塗布ステップと、
   前記分散溶液塗布ステップで前記基体部に塗布されたポリウレタン分散溶液の表面に、高湿下で結露させる結露ステップと、
   前記結露ステップで結露させたポリウレタン分散溶液を前記基体部とともに高温下にさらし、前記ポリウレタン分散溶液の少なくとも表面近傍に含まれる前記第２の有機溶媒を気化させた後、前記結露した水分を気化させ前記ポリウレタン樹脂に自己組織化を生じさせた表層部を前記基体部と一体化するように形成する自己組織化ステップと、
   を含む製造方法。
7. 前記第２の有機溶媒は、温度２０℃の水に対する溶解度が１０ｇ／１００ｇ以下であることを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
8. 前記第２の有機溶媒は、クロロホルム、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トリクロロエタンおよびｎ−ヘキサンから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記分散溶液塗布ステップにおいて、前記ポリウレタン分散溶液中の前記第２の有機溶媒の割合を２０重量％〜９５重量％の範囲とすることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 前記自己組織化ステップ後に、水を主成分とする液中で前記第１の有機溶媒を除去する溶媒除去ステップを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。