JP5534834B2

JP5534834B2 - 保持パッド及び研磨加工方法

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Publication number: JP5534834B2
Application number: JP2010012782A
Authority: JP
Inventors: 貴宏久米; 大介高橋
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011148067A

Description

本発明は保持パッド及び研磨加工方法に係り、特に、湿式成膜法により形成されており、被研磨物を保持するための保持面側にスキン層を有し内部に保持面側から該保持面の背面側に向けて拡径した発泡が形成された軟質プラスチックシートを備えた保持パッド及び該保持パッドを使用した研磨加工方法に関する。

従来、レンズ、平行平面板、反射ミラー等の光学材料、ハードディスク用基板、シリコンウエハ、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の材料（被研磨物）では、高精度な平坦性が要求されるため、研磨布を使用した研磨加工が行われている。通常、これらの被研磨物の研磨加工には、両面研磨機や片面研磨機が使用されている。被研磨物を片面ずつ研磨加工する片面研磨機では、表面が平坦な保持定盤に被研磨物が一面側で保持され、表面が平坦な研磨定盤に装着した研磨布により、研磨液を供給しながら被研磨物の他面側（加工表面）に研磨加工が行われている。

一般に、片面研磨機を使用した研磨加工では、被研磨物が金属製の保持定盤と直接接触して生じる被研磨物表面のスクラッチ（キズ）等を回避するため、保持定盤に軟質クロス等の保持パッドが装着されている。例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の保持パッドには、被研磨物を保持するための保持面側にスキン層を有し内部に保持面側から該保持面の背面側に向けて拡径した発泡が形成された軟質プラスチックシートが使用される。この軟質プラスチックシートは、軟質プラスチック（樹脂）を水混和性の有機溶媒に溶解させた樹脂溶液をシート状の成膜基材に塗布後、水系凝固液中で樹脂を凝固再生させる湿式成膜法で製造される。凝固再生に伴い、軟質プラスチックシートの表面（保持面）側にはスキン層が厚さ数μｍ程度に亘り緻密に形成され、スキン層より内側に発泡が連続して形成される。湿式成膜法により形成された軟質プラスチックシートは、樹脂溶液の塗布や、樹脂を凝固再生させるときの作業性から、通常、０．１〜１．０ｍｍの厚さを有している。緻密に形成されたスキン層は、表面が平坦で被研磨物との接触性に優れるため、被研磨物の保持が可能となる。研磨加工時には、保持パッドが保持面の反対面で保持定盤に装着され、保持面が被研磨物に密着することで被研磨物が保持される。

ところが、湿式成膜法では、樹脂溶液が粘性を有するため、成膜基材への塗布時に厚み斑（バラツキ）が生じると共に、凝固再生時にも有機溶媒と水系凝固液との置換により厚さバラツキが生じやすい。このため、軟質プラスチックシートの保持面の平坦性が損なわれる（大きく波打った表面となる）。厚み斑が生じた軟質プラスチックシートを使用した保持パッドで被研磨物を保持して研磨加工を行うと、保持パッドの厚さの大きな部分で被研磨物にかかる押圧力が大きくなるため、被研磨物に均等な押圧力がかからなくなる。このため、保持パッドの厚さの大きな部分で被研磨物の加工表面が大きく研磨加工されて保持パッドの厚み斑が被研磨物に転写されることから、被研磨物の平坦性が損なわれる。

軟質プラスチックシートに生じた厚み斑を低減するために、軟質プラスチックシートの製造後に保持面側にバフ処理（表面サンディング）が施されることがある。スキン層の厚さが数μｍ程度しかなく軟質プラスチックシートの厚み斑より小さいことから、厚み斑を解消する程バフ処理するとスキン層が消失し発泡が保持面で開孔してしまうため、被研磨物保持性が低下する。また、スキン層を残すと厚み斑がそのまま残るため、被研磨物の平坦性を向上させることが難しくなる。これを解決するために、例えば、本発明者らは、軟質プラスチックシートの保持面の背面側が軟質プラスチックシートの厚さが一様となるようにバフ処理された保持パッドを開示している（特許文献１参照）。この保持パッドでは、保持面の背面側がバフ処理されるため、被研磨物保持性に優れたスキン層を損なうことなく厚み斑を低減することができる。

特開２００６−６２０５９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、スキン層を残しつつ厚み斑が低減するため、従来の被研磨物に対しては十分な平坦性を期待することができるものの、一層高度化する平坦性の要求を満たすことが難しくなりつつある。例えば、ＩＰＳ（In-Place-Switching）駆動方式を採用した液晶ディスプレイ用ガラス基板では、高輝度かつ広視野角の優れた特性を発揮させるため、従来の被研磨物に要求される平坦性より高い平坦性が要求されている。さらには、このようなＩＰＳ液晶用ガラス基板に限らず、様々な分野で被研磨物に対する平坦性の要求が高まっている。従って、従来では問題とならない程度の軟質プラスチックシートの厚み斑でも、研磨加工時に被研磨物にかかる押圧力にバラツキが生じ、被研磨物に対する高度な平坦性の確保が難しくなる可能性がある。

本発明は上記事案に鑑み、被研磨物を確実に保持し被研磨物にかかる押圧力を均等化することができる保持パッド及び該保持パッドを使用した研磨加工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、湿式成膜法により形成されており、被研磨物を保持するための保持面側にスキン層を有し内部に前記保持面側から該保持面の背面側に向けて拡径した発泡が形成された軟質プラスチックシートを備えた保持パッドにおいて、前記軟質プラスチックシートは、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で一様となるように前記保持面の背面側がバフ処理されており、前記軟質プラスチックシートの厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに１００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みをＸ、最大厚みをＸｍａｘ、最小厚みをＸｍｉｎとしたときに、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときの前記平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たすことを特徴とする。

第１の態様では、軟質プラスチックシートの厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で一様となるように保持面の背面側がバフ処理されているため、定盤に装着することで保持面が略平坦となるので、保持面と被研磨物との接触性が向上して確実に被研磨物を保持することができると共に、軟質プラスチックシートの厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに１００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みをＸ、最大厚みをＸｍａｘ、最小厚みをＸｍｉｎとしたときに、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときの平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たすため、研磨加工時に、軟質プラスチックシートの厚みが初荷重による厚みのバラツキ範囲を越えて一様に変化することから、軟質プラスチックシートの弾力性が作用するので、被研磨物にかかる押圧力を均等化することができ、被研磨物の平坦性を向上させることができる。

第１の態様において、軟質プラスチックシートをポリウレタン樹脂製としてもよい。また、軟質プラスチックシートのバフ処理された面側に、定盤に装着するための両面テープを更に備えていてもよい。このとき、軟質プラスチックシートと両面テープとの間に、少なくとも可撓性フィルム、不織布及び織布から選択される１種の基材を更に備えることができる。

また、本発明の第２の態様は、湿式成膜法により形成されており、被研磨物を保持するための保持面側にスキン層を有し内部に前記保持面側から該保持面の背面側に向けて拡径した発泡が形成された軟質プラスチックシートを備えた保持パッドで保持された前記被研磨物を研磨加工する研磨加工方法であって、前記軟質プラスチックシートは、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で一様となるように前記保持面の背面側がバフ処理されているとともに、前記軟質プラスチックシートの厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに１００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みをＸ、最大厚みをＸｍａｘ、最小厚みをＸｍｉｎとしたときに、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときの前記平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たしており、前記保持面の反対面側で前記保持パッドを定盤に装着し、前記保持面に前記被研磨物の一面を密着させて保持しながら前記被研磨物の他面側を研磨加工する、ステップを含む。

本発明によれば、軟質プラスチックシートの厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で一様となるように保持面の背面側がバフ処理されているため、定盤に装着することで保持面が略平坦となるので、保持面と被研磨物との接触性が向上して確実に被研磨物を保持することができると共に、軟質プラスチックシートの厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに１００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みをＸ、最大厚みをＸｍａｘ、最小厚みをＸｍｉｎとしたときに、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときの平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たすため、研磨加工時に、軟質プラスチックシートの厚みが初荷重による厚みのバラツキ範囲を越えて一様に変化することから、軟質プラスチックシートの弾力性が作用するので、被研磨物にかかる押圧力を均等化することができ、被研磨物の平坦性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。

本発明に係る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。バフ処理工程でのポリウレタンシートの状態変化を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は成膜基材に形成されたときの状態、（Ｂ）は保持面を圧接ローラに圧接したときの状態、（Ｃ）はバフ処理後に圧接ローラを取り外したときの状態をそれぞれ示す。保持パッドに被研磨物を密着するときの状態を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は保持パッドが被研磨物に接触する前の状態、（Ｂ）は保持パッドが被研磨物に接触し被研磨物にかかる押圧力が均等化した状態をそれぞれ示す。従来の保持パッドに被研磨物を密着するときの状態を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は保持パッドが被研磨物に接触する前の状態、（Ｂ）は保持パッドが被研磨物に接触し被研磨物にかかる押圧力にバラツキが生じた状態をそれぞれ示す。

以下、図面を参照して、本発明に係る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、湿式成膜法によりポリウレタン樹脂で形成され被研磨物を保持するための保持面Ｐを有する軟質プラスチックシートとしてのポリウレタンシート２を備えている。

ポリウレタンシート２は、保持面Ｐ側に、緻密なスキン層２ａを有しており、内部（スキン層２ａより内側）に、発泡層２ｂを有している。発泡層２ｂには、ポリウレタンシート２の厚さのほぼ全体に亘る長さで厚さ方向に沿って丸みを帯びた断面三角状の発泡３が形成されている。発泡３は、保持面Ｐ側の孔径が保持面Ｐの背面（図１の下面）側より小さく形成されている。すなわち、発泡３は、保持面Ｐ側から保持面Ｐの背面側に向けて拡径している。発泡３同士の間のポリウレタン樹脂中には、発泡３のスキン層２ａ側の孔径より小さい孔径の図示しない発泡が形成されている。すなわち、発泡層２ｂのポリウレタン樹脂はミクロポーラス構造を有している。発泡層２ｂの発泡３および図示しない発泡は、不図示の連通孔で網目状につながっている。

ポリウレタンシート２は、保持面Ｐの背面側が、ポリウレタンシート２の厚さ（図１の縦方向の長さ）が１〜２ｍｍの範囲で一様となるようにバフ処理されている（詳細後述）。このため、発泡３および図示を省略した発泡の一部が保持面Ｐの背面で開孔している。発泡３が保持面Ｐの背面側で拡径していることから、保持面Ｐの背面では平均開孔径が２５０μｍ以上となる。また、ポリウレタンシート２では、厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに５０〜２００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みがＸ（ｍｍ）、最大厚みがＸｍａｘ（ｍｍ）、最小厚みがＸｍｉｎ（ｍｍ）を示す。このポリウレタンシート２は、初荷重に加えて１００ｇの荷重（初荷重＋１００ｇ）をかけたときに、平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎ（ｍｍ）が、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たすように調整されている。換言すれば、初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときのポリウレタンシート２の厚みの変化量は、初荷重のみによる厚みのバラツキ範囲より大きくなる。

また、保持パッド１０は、保持面Ｐの背面側に、ポリウレタンシート２を支持する基材６が貼り合わされている。基材６には、少なくとも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、不織布または織布から選択される１種が使用されている。基材６の下面側（ポリウレタンシート２と反対側）には、一面側（最下面側）に剥離紙８を有し研磨機に保持パッド１０を装着するための両面テープ７の他面側が貼り合わされている。

（保持パッドの製造）
保持パッド１０は、図２に示す各工程を経て製造される。まず、準備工程では、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。ポリウレタン樹脂には、樹脂の１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のもので、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３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及び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ポリウレタン樹脂溶液を得る。このとき、樹脂濃度や添加剤の配合を調整することで、得られるポリウレタンシートの厚みを上述した関係式を満たすように調整することができる。

塗布工程、凝固再生工程および洗浄・乾燥工程では、準備工程で得られたポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に連続的に塗布し、水系凝固液に浸漬することでポリウレタン樹脂を凝固再生させ、洗浄後乾燥させてポリウレタンシート２を得る。塗布工程、凝固再生工程および洗浄・乾燥工程は、本例では、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分としポリウレタン樹脂を凝固再生させるための凝固液が満たされた凝固槽、凝固再生後のポリウレタン樹脂を洗浄する水等の洗浄液が満たされた洗浄槽およびポリウレタン樹脂を乾燥させるためのシリンダ乾燥機を連続して備えた成膜装置で連続して実行される。

図２に示すように、塗布工程では、準備工程で調製し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成膜基材に略均一に塗布する。このとき、最終的な（バフ処理後の）ポリウレタンシート２の厚さを１〜２ｍｍの範囲とするため、塗布装置と成膜基材の上面との間隙（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を１．０〜２．３ｍｍ程度に設定することが好ましい。成膜基材には、本例では、凝固液が浸透しないＰＥＴ製等の可撓性フィルムが用いられる。

凝固再生工程では、成膜基材に塗布されたポリウレタン樹脂溶液を、凝固槽の凝固液中に案内する。凝固液中では、まず、塗布されたポリウレタン樹脂溶液の表面に厚さ数μｍのスキン層２ａが形成される。その後、ポリウレタン樹脂溶液中のＤＭＦと凝固液（水）との置換の進行によりポリウレタン樹脂が成膜基材の片面に凝固再生する。ＤＭＦがポリウレタン樹脂溶液から脱溶媒するときに、ポリウレタン樹脂中に発泡３が形成される。このとき、ＰＥＴ製フィルムの成膜基材に水が浸透しないため、ポリウレタン樹脂溶液の表面（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孔径の大きな発泡３が形成される。凝固再生したポリウレタン樹脂を、凝固液から引き上げ、洗浄槽に搬送し洗浄液中に案内する。

ここで、ポリウレタンシート２の発泡３の形成について説明する。ポリウレタン樹脂の溶解に使用したＤＭＦは、ポリウレタン樹脂の溶解に一般に用いられる溶媒であり、水に対して任意の割合で混合することができる。このため、ポリウレタンシート２の作製では、凝固液にポリウレタン樹脂溶液を浸漬すると、まずポリウレタン樹脂溶液の表面でＤＭＦと凝固液との置換（ポリウレタン樹脂の凝固再生）が起こりスキン層２ａが形成される。その後、凝固液がスキン層２ａの浸入しやすい部分からポリウレタン樹脂溶液内部に浸入するため、ＤＭＦと凝固液との置換が急速に進行する部分と遅れる部分とが生じ、比較的大きな発泡３が形成される。すなわち、ＤＭＦと凝固液との置換がスキン層２ａを介して生じることとなる。凝固液が浸透しないＰＥＴ製フィルムを成膜基材に使用することから、ポリウレタン樹脂溶液の表面側（スキン層２ａ側）からのみＤＭＦが溶出するため、発泡３は成膜基材側が大きく丸みを帯びた円錘状となる。

洗浄・乾燥工程では、洗浄液中に案内されたポリウレタン樹脂から内部に残留するＤＭＦを溶出させることによりポリウレタン樹脂を洗浄する。洗浄後、ポリウレタン樹脂を洗浄液から引き上げ、余分な洗浄液を絞り落とす。その後、ポリウレタン樹脂を、内部に熱源を有するシリンダを備えたシリンダ乾燥機に、シリンダの周面に沿って通過させることで乾燥させる。乾燥後のポリウレタン樹脂（ポリウレタンシート２）を、成膜基材と共に巻き取る。

バフ処理工程では、乾燥後のポリウレタンシート２の保持面Ｐの背面側にバフ処理を施す。図３（Ａ）に示すように、巻き取られたポリウレタンシート２はＰＥＴ製フィルムの成膜基材上に形成されている。成膜時にはポリウレタンシート２の厚さにバラツキが生じるため、保持面Ｐには凹凸が形成されている。成膜基材を剥離した後、図３（Ｂ）に示すように、保持面Ｐに、表面が平坦な圧接ローラ６５の表面を圧接することで、保持面Ｐが平坦となり、保持面Ｐの背面Ｑ１側に凹凸が出現する。背面Ｑ１側に出現した凹凸をバフ処理で除去する。本例では、連続的に製造されたポリウレタンシート２が帯状のため、保持面Ｐに圧接ローラ６５を圧接しながら、背面Ｑ１側を連続的にバフ処理する。これにより、図３（Ｃ）に示すように、背面Ｑ１側がバフ処理されて略平坦な背面Ｑが形成され、ポリウレタンシート２の厚さバラツキが解消される。なお、図３（Ｃ）では説明をわかりやすくするために保持面Ｐおよび背面Ｑを平坦に示しているが、ポリウレタンシート２の単体では両面共にポリウレタンシート２の厚さが１〜２ｍｍの範囲で一様となる凹凸を有しており、基材６を貼り合わせることまたは研磨機に装着することで保持面Ｐが略平坦となる。

図２に示すように、ラミネート加工工程では、ポリウレタンシート２のバフ処理された面（背面Ｑ）側に基材６を貼り合わせる。基材６のポリウレタンシート２と反対面側には、一面側に剥離紙８が貼付された両面テープ７の他面側を貼り合わせる。そして、円形等の所望の形状に裁断した後、汚れや異物等の付着が無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。

（研磨加工）
得られた保持パッド１０で被研磨物の研磨加工を行うときは、例えば、片面研磨機の保持定盤に保持パッド１０を剥離紙８を剥離した両面テープ７で装着し、研磨定盤に研磨パッドを装着する。保持定盤の保持パッド１０を装着する面および研磨定盤の研磨パッドを装着する面は、いずれも平坦に形成されている。このため、保持パッド１０は、保持定盤に装着することで略平坦な保持面Ｐを形成する。被研磨物を加工表面の反対面側で保持パッド１０の保持面Ｐに密着させることで保持定盤に保持させる。このとき、保持面Ｐに少量の水を吹きかけ被研磨物を押し付けることでスキン層２ａに浸入した水の表面張力が作用するため、被研磨物が保持面Ｐで保持される。研磨加工時には、被研磨物の加工表面と研磨パッドとの間に研磨粒子を含む研磨液を供給すると共に、研磨圧をかけながら加工表面側を研磨パッドで研磨加工する。

（作用）
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。

本実施形態の保持パッド１０では、ポリウレタンシート２の厚さが１〜２ｍｍの範囲で一様となるように保持面Ｐの背面側がバフ処理されている。このため、被研磨物保持性に優れるスキン層２ａを残したままポリウレタンシート２の厚さが一様となるので、保持定盤に保持パッド１０を装着することでスキン層２ａの表面、すなわち、保持面Ｐが略平坦となり、保持面Ｐと被研磨物との接触性を向上させることができる。この保持面Ｐに被研磨物を密着させることで被研磨物が略平坦に確実に保持されるので、研磨加工で被研磨物の加工表面の平坦性を向上させることができる。

また、本実施形態の保持パッド１０では、ポリウレタンシート２の厚さ方向に、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重（初荷重＋１００ｇ）をかけたときに、初荷重をかけたときの平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎ（ｍｍ）が、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たすように調整されている。研磨加工時には、被研磨物に１ｃｍ^２あたり１０〜３００ｇの研磨圧をかけることから、内部に発泡３が形成されたポリウレタンシート２では、研磨圧がかかることにより、１〜２ｍｍの範囲で一様な厚みが初荷重による厚みのバラツキ範囲を越えて一様に変化する分の弾力性を発揮する。このため、保持面Ｐに被研磨物を密着させ保持させることで、被研磨物には研磨圧に加えてポリウレタンシート２の弾力性が作用するので、バフ処理後のポリウレタンシート２に僅かな厚み斑が残されていても、研磨加工時に被研磨物にかかる押圧力を均等化することができる。具体的に説明すると、図４（Ａ）に示すように、ポリウレタンシート２をバフ処理しても、保持パッド１０には若干の厚み斑が残されることがある。この場合、保持面Ｐが僅かに波打った状態で被研磨物７０に接触し、研磨加工時に研磨圧（矢印ａ）がかけられる。図４（Ｂ）に示すように、研磨圧でポリウレタンシート２が圧縮されるため、研磨圧に加えてポリウレタンシート２の弾力性が作用するので、被研磨物にかかる押圧力（矢印ｂ）が均等化される。これにより、高精度な平坦性を要求されるＩＰＳ液晶用ガラス基板や大型の被研磨物等の研磨加工でも、略平坦に保持された被研磨物が略均等に押圧されて加工表面が研磨加工されるので、加工表面の平坦性を向上させることができる。厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが初荷重による厚みのバラツキ範囲より小さい場合、すなわち、Ｙｍｉｎ＜Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係となる場合は、研磨圧でポリウレタンシート２が圧縮されたときに、厚みの変化量分の中に、初荷重時の厚み斑が吸収されないこととなる。このため、ポリウレタンシート２の全面を使用した被研磨物の保持が難しくなるおそれがあり、研磨加工時に研磨圧をかけてもポリウレタンシート２の弾力性が局所的に不十分となることで被研磨物にかかる押圧力を均等化することが難しくなる。

更に、本実施形態の保持パッド１０では、バフ処理後のポリウレタンシート２の厚さを１〜２ｍｍの範囲とするため、湿式成膜時の塗布工程でポリウレタン樹脂溶液の塗布厚さを１．０〜２．３ｍｍに設定する。バフ処理後の厚さが１ｍｍ未満では、研磨加工時に十分な弾力性を発揮することが難しい。塗布工程での塗布厚さが２．３ｍｍを超えると、湿式成膜時にポリウレタン樹脂を内部まで十分に凝固再生させることが難しくなる。この場合、凝固再生時間を長くすることで十分な凝固再生を期待することはできるが、凝固再生中に却って厚み斑を増大させる可能性があるため、好ましくない。また、本実施形態の保持パッド１０では、バフ処理によりポリウレタンシート２の保持面Ｐの背面（バフ処理された面）に形成された開孔の平均開孔径が２５０μｍ以上のため、ポリウレタンシート２による厚み斑の吸収機能を高め、被研磨物にかかる押圧力を均等化することができる。平均開孔径が２５０μｍより小さい場合は、ポリウレタンシート２の厚みの変化量が小さくなり変形しにくくなるため、保持面Ｐと被研磨物との密着性が損なわれ、被研磨物にかかる押圧力にバラツキが生じることとなる。反対に、平均開孔径が８００μｍを超える場合は、研磨圧をかけたときの厚みの変化量が大きくなりすぎて耐久性を低下させてしまうため、平均開孔径を８００μｍを超えない範囲とすることが好ましい。

また更に、本実施形態の保持パッド１０では、湿式成膜法により作製されたポリウレタンシート２が使用されている。ポリウレタン樹脂では、湿式成膜することでスキン層２ａおよび発泡層２ｂの発泡３を容易に形成することができることから、厚みの変化量が上述した関係式を満たすようなポリウレタンシート２を得ることができる。

更にまた、本実施形態の保持パッド１０では、ポリウレタンシート２の保持面Ｐの背面側にＰＥＴ製フィルムの基材６が貼り合わされている。このため、ポリウレタンシート２が基材６に支持されるので、保持パッド１０の搬送時や片面研磨機への装着時の取り扱いを容易にすることができる。また、基材６のポリウレタンシート２と反対面側には両面テープ７が貼り合わされているため、この両面テープ７で保持定盤に容易に装着することができる。

従来保持パッドの製造に用いられる湿式成膜法では、ポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に塗布するときに搬送速度のバラツキや塗布装置の振れ等が生じるため、塗布厚さにバラツキが生じる。この状態でポリウレタン樹脂が凝固再生されるため、得られるポリウレタンシートに厚み斑が残される。また、凝固液中では凝固再生に伴う脱溶媒にバラツキが生じるため、ポリウレタンシートの厚み斑が増大する。厚み斑が生じたポリウレタンシートを使用した保持パッドでは、厚みの大きな部分で被研磨物にかかる圧力が大きくなるため、当該部分の加工表面が大きく研磨加工されて平坦性が損なわれる。このような厚み斑を減少させるために保持パッドの表面がバフ処理されるが、スキン層の厚さがポリウレタンシートの厚み斑より小さいことから、厚み斑を解消する程バフ処理すると被研磨物の保持に有効なスキン層が消失してしまうため、被研磨物保持性が低下する。スキン層を残すとポリウレタンシートの厚み斑がそのまま残るため、被研磨物の加工表面の平坦性が損なわれる。また、ポリウレタンシートの湿式成膜では、成膜作業性の点から厚さが０．１〜１．０ｍｍに調整されている。このポリウレタンシートを使用した従来の保持パッド２０では、図５（Ａ）に示すように、ポリウレタンシートの厚み斑のため、保持面が大きく波打った状態となり、研磨加工時にはこの状態の保持面が被研磨物７０に接触し研磨圧（矢印ａ）がかけられる。図５（Ｂ）に示すように、保持パッド２０に使用したポリウレタンシートの厚さが０．１〜１．０ｍｍのため、研磨加工時に研磨圧をかけても厚みの変化量が厚みで制限されることから、ポリウレタンシートの弾力性が十分に作用せず、厚み斑の生じた分で被研磨物が保持面に密着しにくくなる。このため、被研磨物にかかる押圧力（矢印ｂ）にバラツキが生じ、被研磨物の加工表面の平坦性が損なわれる。本実施形態は、これらの問題を解決することができる保持パッドである。

なお、本実施形態では、特に言及していないが、ポリウレタンシート２の厚さ方向に、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときに、平均厚みＸに対する厚みの変化量の最大値Ｙｍａｘ（ｍｍ）が被研磨物の厚みより小さいことが好ましい。換言すれば、保持パッド１０は、厚みの変化量の最大値Ｙｍａｘより大きい厚みを有する被研磨物の研磨加工に好適に使用することができる。厚みの変化量の最大値Ｙｍａｘより小さい厚みを有する被研磨物では、研磨加工時に被研磨物がポリウレタンシート２に沈み込みすぎてしまう部分が生じるため、被研磨物全面を均一に研磨加工することが難しくなる。

また、本実施形態の保持パッド１０では、バフ処理工程で保持面Ｐに圧接ローラ６５を圧接させながら背面Ｑ１側を連続的にバフ処理する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリウレタンシート２を所望の大きさに裁断した後、保持面Ｐに、平坦な表面を有する平板を圧接して背面Ｑ１側をバフ処理してもよい。

更に、本実施形態では、ポリウレタンシート２のバフ処理された背面Ｑ側にＰＥＴ製フィルムの基材６を貼り合わせる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、不織布や織布等を基材６としてもよい。基材６を貼り合わせずに直接両面テープ７を貼り合わせてもよい。また、基材６、両面テープ７をいずれも貼り合わせることなく、ポリウレタンシート２をそのまま研磨加工に使用することもできる。この場合は、片面研磨機の保持定盤に装着する際に接着剤や両面テープを使用すればよい。

また更に、本実施形態では、成膜基材４３にＰＥＴ製フィルムを使用する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、不織布や織布を使用してもよい。この場合には、ポリウレタン樹脂の凝固再生後に成膜基材４３を剥離することが難しいため、成膜基材４３のポリウレタン樹脂と反対側の面をバフ処理すればよい。また、不織布や織布の成膜基材４３をそのまま基材６としてもよく、更に別の基材６を貼り合わせてもよい。

更にまた、本実施形態では、ポリウレタンシート２の材質としてポリウレタン樹脂を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリエステル樹脂等を用いてもよいが、ポリウレタン樹脂を用いれば、湿式成膜法で容易にスキン層２ａを形成することができる。また、本実施形態では、樹脂の１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂を用いる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、１００％モジュラスが２０ＭＰａを超えるポリウレタン樹脂を用いることも可能である。この場合は、発泡３の大きさや形状を調整すること、すなわち、ポリウレタン樹脂溶液に配合する添加剤等の割合を調整することで、１００％モジュラスが２０ＭＰａ以下のポリウレタン樹脂と同等の性能を得ることができる。更に、ポリウレタン樹脂を３０重量％となるようにＤＭＦに溶解する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポリウレタン樹脂溶液の粘性やポリウレタンシート２の厚さ等により適宜変更してもよい。

また、本実施形態では、ポリウレタン樹脂溶液の塗布にナイフコータを例示したが、例えば、リバースコータ、ロールコータ等を用いてもよく、成膜基材４３に略均一な厚さに塗布可能であれば特に制限されるものではない。また、本実施形態では、ポリウレタン樹脂の乾燥にシリンダ乾燥機を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、熱風乾燥機等を用いてもよい。

更に、本実施形態では、湿式成膜されたポリウレタンシート２は、バフ機等で保持面Ｐの背面側がバフ処理されるが、バフ処理量はポリウレタンシート２の最大厚さと最小厚さとの差の２倍以上とすることが望ましい。バフ処理ではサンドペーパーやダイヤモンドバフロール等の種々のものが使用されるが、均一な処理（研削除去）ができるものであればいずれも使用できる。このとき、バフ番手（砥粒の粗さを示す番号）を高くする程、細かな砥粒で研削でき均一なバフ処理ができる。更に、バフ処理を、１回目で低いバフ番手（粗い砥粒）で研削をし、２回目で１回目より高いバフ番手のもので研削量を小さくしてバフ仕上げ処理することで、厚み精度を更に上げることもできる。

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、ポリウレタン樹脂として、１００％モジュラスが１０ＭＰａのポリエステル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％含むＤＭＦ溶液の１００部に対して、粘度調整用のＤＭＦの４５部、顔料のカーボンブラックを３０％含むＤＭＦ分散液の４０部、疎水性活性剤の２部を混合してポリウレタン樹脂溶液を調製した。ポリウレタン樹脂溶液の塗布時に塗布装置のクリアランスを１．３ｍｍに設定した。バフ処理量を０．２０ｍｍとしてバフ番手♯１８０のサンドペーパーを用いてポリウレタンシート２をバフ処理し実施例１の保持パッド１０を製造した。なお、ポリウレタンシート２の単位面積あたりの重量から換算するとポリウレタン樹脂溶液の塗布量は、１０７２ｇ／ｍ^２（固形換算２５２ｇ／ｍ^２）である。

（実施例２）
実施例２では、ポリウレタン樹脂溶液の塗布時にクリアランスを１．５ｍｍに設定し、バフ処理量を０．２５ｍｍとする以外は実施例１と同様にして実施例２の保持パッド１０を製造した。

（実施例３）
実施例３では、ポリウレタン樹脂溶液の塗布時にクリアランスを２．０ｍｍに設定する以外は実施例１と同様にして実施例３の保持パッド１０を製造した。

（比較例１）
比較例１では、ポリウレタン樹脂溶液の塗布時にクリアランスを０．９ｍｍに設定する以外は実施例１と同様にして比較例１の保持パッドを製造した。すなわち、比較例１はポリウレタンシートの厚さが１ｍｍ未満の保持パッドである。

（比較例２）
比較例２では、ポリウレタンシートをバフ処理しない以外は比較例１と同様にして比較例２の保持パッドを製造した。すなわち、比較例２は湿式成膜時の厚さバラツキが残されたポリウレタンシートを使用した従来の保持パッドである。

（物性評価１）
得られた各実施例および比較例で作製したポリウレタンシートについて、バフ処理した面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、開孔径を測定した。測定には、ＳＥＭ用画像解析ソフトウェア（ＯｌｙｍｐｕｓＳｏｆｔ−ＩｍａｇｉｎｇＳｏｌｕｔｉｏｎｓ社製、「Ｓｃａｎｄｉｕｍ」）を用い、平均開孔径を求めた。平均開孔径の測定結果を下表１に示す。なお、比較例２では、バフ処理していないため、測定を行っていない。

（物性評価２）
各実施例および比較例で製造した保持パッドについて、日本工業規格（ＪＩＳＫ６５０５）に記載された厚さ測定方法に準じて、ポリウレタンシートの厚さを測定した。すなわち、ポリウレタンシートに厚さ方向に初荷重として１ｃｍ^２あたり１００ｇの荷重をかけた（負加した）ときのシート厚みを測定した。シート厚みの測定では、縦１ｍ×横１ｍのポリウレタンシートを縦１０ｃｍ×横１０ｃｍの１００ピースに切り分け、１ピースにつき四隅および中心部の厚みをダイヤルゲージ（最小目盛り０．０１mm）を使用して最小目盛りの１０分の１（０．００１mm）まで読み取り計測し、５点の平均値を１ピースの厚みとした。シートの平均厚みＸは、１００ピースについてそれぞれ測定した厚みの平均値とした。また、１００ピース分の測定値から、最大値および最小値を抽出してそれぞれを最大厚みＸｍａｘおよび最小厚みＸｍｉｎとし、その差、すなわち、Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎを厚みのバラツキ範囲として求めた。さらに、切り分けた１００ピースについて、初荷重をかけた位置と同じ位置に初荷重に１００ｇを加えた荷重、すなわち、１ｃｍ^２あたり２００ｇの荷重をかけたときの厚みを同様にして測定した。初荷重をかけたときの平均厚みＸと、２００ｇ／ｃｍ^２の荷重をかけたときの各ピースの厚みとの差を厚み変化量とし、その最小値Ｙｍｉｎおよび最大値Ｙｍａｘを求めた。換言すれば、２００ｇ／ｃｍ^２の荷重をかけたときの厚みが最も大きいピースが厚み変化量の最小値Ｙｍｉｎを示すこととなる。厚みおよび厚み変化量の結果を下表１にあわせて示す。

表１に示すように、比較例１の保持パッドに使用したポリウレタンシートでは、バフ処理面の平均開孔径が２２６．０μｍを示し、２５０μｍに満たないサイズであった。また、比較例１および比較例２では、荷重１００ｇ／ｃｍ^２（初荷重）で測定した厚みのバラツキ範囲（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）がそれぞれ０．０２６ｍｍおよび０．０４９ｍｍであり、厚み変化量の最小値Ｙｍｉｎがそれぞれ０．０２３ｍｍおよび０．０１８ｍｍであった。すなわち、比較例１、比較例２ともに、厚み変化量の最小値Ｙｍｉｎが初荷重による厚みのバラツキ範囲より小さくなり、Ｙｍｉｎ＜Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係となる。このため、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけて圧縮する際に、厚み変化量の中に初荷重時の厚み斑を吸収することができなくなり、ポリウレタンシートの全面を使用して被研磨物を保持することができなくなるおそれがある。従って、比較例１、比較例２の保持パッドでは、ポリウレタンシートに荷重をかけたときの厚み変化量が小さく、研磨加工時に研磨圧をかけてもポリウレタンシートの弾力性が十分に作用しないため、被研磨物にかかる押圧力にバラツキが生じ、被研磨物の平坦性向上を期待することはできない。

これに対して、実施例１〜実施例３の保持パッドに使用したポリウレタンシート２では、バフ処理面の平均開孔径がそれぞれ２７３．４μｍ、３１１．０μｍ、３８９．２μｍを示し、いずれも２５０μｍを超えるサイズであった。また、実施例１〜実施例３では、初荷重をかけたときの厚みのバラツキ範囲（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）がそれぞれ０．０３２ｍｍ、０．０３３ｍｍ、０．０３９ｍｍであり、厚み変化量の最小値Ｙｍｉｎがそれぞれ０．０３７ｍｍ、０．０５４ｍｍ、０．０７５ｍｍを示した。すなわち、実施例１〜実施例３のポリウレタンシート２は、いずれも、厚み変化量の最小値Ｙｍｉｎが初荷重による厚みのバラツキ範囲より小さくなり、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たしていることとなる。このため、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけて圧縮する際に、厚み変化量の中に初荷重時の厚み斑を吸収することができ、ポリウレタンシート２の全面を使用して被研磨物を保持することが可能となる。従って、研磨加工時に、ポリウレタンシート２の弾力性も作用するので、被研磨物にかか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。

（研磨性能評価）
各実施例および比較例の保持パッドを用い、以下に示す研磨条件にて液晶ディスプレイ用ガラス基板（４７０ｍｍ×３７０ｍｍ×０．７ｍｍ）の研磨加工を行い、研磨性能を評価した。この評価では、日本工業規格（ＪＩＳＢ０６０１：’８２）に準じた方法で、ろ波中心うねりから平坦度ａを測定した。平坦度ａの測定では、表面粗さ形状測定機（株式会社東京精密製、サーフコム４８０Ａ）を使用し、以下に示す測定条件に設定した。研磨加工後のガラス基板表面の凹凸に起因して得られる測定曲線から、隣り合う凸部（山部）と凸部との間の幅Ｗ、および、凸部と凹部（谷部）との高さＳを算出した後、幅Ｗを横軸、高さＳを縦軸とした散布図を作成した。得られた散布図から、一次式Ｓ＝ａＷの近似直線を求め、傾きａを研磨加工後の最終の平坦度ａとした。一般に、平坦性が高くなるほど幅Ｗが大きくなり高さＳが小さくなるため、傾きａが小さいほど平坦性に優れることを示すこととなる。平坦度ａの測定結果を下表２に示す。
（研磨条件）
使用研磨機：オスカー研磨機（スピードファム社製、ＳＰ−１２００）
研磨速度（回転数）：６１ｒｐｍ
加工圧力：７６ｇｆ／ｃｍ^２
スラリ：セリウムスラリ
研磨時間：３０ｍｉｎ
（ろ波中心うねり測定条件）
評価長さ：９０ｍｍ
測定速度：３．０ｍｍ／ｓ
カットオフ値：０．８〜８．０ｍｍ
フィルタ種別：２ＲＣ
測定レンジ：±４０．０μｍ
傾斜補正：スプライン

表２に示すように、比較例１、比較例２の各保持パッドを用いた研磨加工では、加工後のガラス基板の平坦度ａがそれぞれ０．００７、０．０１１を示した。これに対して、実施例１〜実施例３の各保持パッド１０を用いた研磨加工では、平坦度ａが０．００３〜０．００４を示し、いずれも、比較例１、比較例２より優れた結果を示した。従って、実施例１〜実施例３の保持パッド１０の場合、研磨加工時に、ポリウレタンシート２の弾力性により，被研磨物にかかる押圧力を均等化することができる。このため、厚さ精度の向上した保持パッド１０で保持した被研磨物が略均等な押圧力のもとで研磨加工されるので、被研磨物の平坦性を向上させることができる。

本発明は被研磨物を確実に保持し被研磨物にかかる押圧力を均等化することができる保持パッド及び該保持パッドを使用した研磨加工方法を提供するため、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
Ｑ背面
２ポリウレタンシート（軟質プラスチックシート）
２ａスキン層
２ｂ発泡層
３発泡
１０保持パッド

Claims

湿式成膜法により形成されており、被研磨物を保持するための保持面側にスキン層を有し内部に前記保持面側から該保持面の背面側に向けて拡径した発泡が形成された軟質プラスチックシートを備えた保持パッドにおいて、前記軟質プラスチックシートは、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で一様となるように前記保持面の背面側がバフ処理されており、前記軟質プラスチックシートの厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに１００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みをＸ、最大厚みをＸｍａｘ、最小厚みをＸｍｉｎとしたときに、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときの前記平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たすことを特徴とする保持パッド。
前記軟質プラスチックシートは、ポリウレタン樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載の保持パッド。
前記軟質プラスチックシートのバフ処理された面側に、定盤に装着するための両面テープを更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の保持パッド。
前記軟質プラスチックシートと前記両面テープとの間に、少なくとも可撓性フィルム、不織布および織布から選択される１種の基材を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の保持パッド。
湿式成膜法により形成されており、被研磨物を保持するための保持面側にスキン層を有し内部に前記保持面側から該保持面の背面側に向けて拡径した発泡が形成された軟質プラスチックシートを備えた保持パッドで保持された前記被研磨物を研磨加工する研磨加工方法であって、前記軟質プラスチックシートは、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの範囲で一様となるように前記保持面の背面側がバフ処理されているとともに、前記軟質プラスチックシートの厚さ方向に１ｃｍ^２あたりに１００ｇの初荷重をかけたときの平均厚みをＸ、最大厚みをＸｍａｘ、最小厚みをＸｍｉｎとしたときに、１ｃｍ^２あたりに初荷重に加えて１００ｇの荷重をかけたときの前記平均厚みＸに対する厚みの変化量の最小値Ｙｍｉｎが、Ｙｍｉｎ≧Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎの関係を満たしており、
前記保持面の反対面側で前記保持パッドを定盤に装着し、
前記保持面に前記被研磨物の一面を密着させて保持しながら前記被研磨物の他面側を研磨加工する、
ステップを含む研磨加工方法。