JP5587652B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は研磨パッドに係り、特に、湿式凝固法により形成されたセル構造を持ち一面側に研磨面を有する樹脂シートを備えた研磨パッドに関する。

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、被研磨物に研磨圧を偏重しないように伝え、平坦性の均一性（ユニフォーミティ）を達成するため、クッション層を有したものが多用されている（例えば、特許文献１〜特許文献９参照）。ところが、特許文献１〜９の技術では、研磨層とクッション層とが接着されるため、剥離を生じやすく、接着ムラにより研磨欠点を発生させることがある。剥離の問題を回避するために、例えば、研磨層とクッション層とをそれぞれ化学的に相溶性を有する材質で形成することで研磨層とクッション層との境界部が存在しないように一体成形した研磨パッドの技術（特許文献１０参照）、２種類の樹脂の共押し出し成形により１枚のシートとして成形した研磨パッドの技術（特許文献１１参照）が開示されている。特許文献１０、特許文献１１の技術でも、樹脂成分が明確に異なる２層で形成されるため、境界部が存在しないように成形しても、実際には境界部に近いものが形成され、剥離の問題を回避するには不十分である。

また、２層構造に代えて単層でクッション性を有する研磨パッドの技術が開示されている。例えば、含浸発泡や押し出し発泡による１枚の発泡シートで形成され、ショアＤ硬度が研磨面側で３０〜８０度、研磨面と反対の面（裏面）側で１０度以上を有し、裏面側のショアＤ硬度が研磨面側より５度以上小さい研磨パッドの技術が開示されている（特許文献１２参照）。また、フォトリソグラフィー法によりショアＤ硬度が研磨面側より３度以上小さいクッション層を裏面側に形成する研磨パッドの技術（特許文献１３参照）、裏面側に所要パターンの溝を形成し応力調整部を設けた研磨パッドの技術（特許文献１４参照）、研磨層を形成する弾性体成型用の混合液を遠心成形し、厚み方向に発泡を傾斜分布させた研磨パッドの技術（特許文献１５参照）もそれぞれ開示されている。

特許３５６０９６１号公報 特許３６６０９３３号公報 特許３４６０７１２号公報 特許３７５４４３６号公報 特許３７８８７２９号公報 特許３６８５０６６号公報 特許３８９０７８６号公報 特許３９２４９５２号公報 特許３０９９２０９号公報 特開２００４−１０６１７７号公報 特開２００２−１７６０１号公報 特開２００２−１６６３５４号公報 ＷＯ２００２／０４３９２１号公報 特開２００４−４２１８９号公報 特開２００３−３４０７２８号公報

しかしながら、特許文献１２、特許文献１３の技術では、同一成分による単層の研磨パッドとすることで剥離の問題は解消されるものの、研磨面側と裏面側との発泡分布の差が得られにくく、クッション性が十分とはいえない、という問題がある。また、特許文献１４、特許文献１５の技術では、溝加工や遠心成形等の煩雑な作業を要するため、作業上の観点から満足できるものとはいえない。従って、同一成分による単層で形成されながら、硬度を高めた研磨層とクッション性を発揮するクッション層とを有する研磨パッドを得ることができれば、研磨加工における平坦性の均一性向上を図ることが期待できる。

本発明は上記事案に鑑み、被研磨物の平坦性の均一性を向上させることができ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、本発明は、湿式凝固法により形成されたセル構造を持ち一面側に研磨面を有する樹脂シートを備えた研磨パッドにおいて、前記樹脂シートは、厚み方向中央部より前記研磨面側に配置され、前記厚み方向に長さを有する多数の第１のセルが形成された第１の領域と、前記厚み方向中央部より他面側に配置され、前記厚み方向と交差する方向に前記第１のセルより広がりを有し前記第１のセルの平均容積より大きい平均容積の複数の第２のセルが形成された第２の領域と、前記厚み方向中央部に前記第１および第２のセルが未形成で前記第１および第２の領域よりかさ密度の大きな第３の領域と、を有し、前記第１の領域、第３の領域および第２の領域が前記厚み方向に重畳するように、同じ溶媒に対して可溶性を有する少なくとも２種の樹脂が混合された混合樹脂で一体形成されたものであることを特徴とする。

本発明では、第１の領域、第３の領域および第２の領域が厚み方向に重畳するように一体形成されたため、領域間の剥離を生じることがなく、第１のセルの平均容積より大きい平均容積の第２のセルが形成された第２の領域がクッション性を発揮するとともに、第３の領域のかさ密度が第１および第２の領域より大きいため、研磨加工時の押圧力による第２の領域の変形量が第３の領域で均等化され研磨面側に略均等な押圧力がかけられ、かつ、厚み方向に長さを有する第１のセルが形成された第１の領域が第２の領域より硬度が高くなるため、研磨加工時にかけられる押圧力が第２の領域により均等化され研磨粒子が第１の領域により被研磨物に確実に押し付けられるので、被研磨物の平坦性の均一性を向上させることができる。

この場合において、第３の領域に、第１のセルの平均容積および第２のセルの平均容積より小さい平均容積を有する第３のセルが形成されていてもよい。第１の領域の第１のセルが網目状に連通し、第２の領域の第２のセルが網目状に連通していてもよい。また、第３の領域における第３のセルが網目状に連通しており、第３のセルが第１の領域に形成された第１のセルおよび第２の領域に形成された第２のセルの少なくとも１部と網目状に連通していてもよい。少なくとも２種の樹脂では、溶解度係数を示すＳＰ値の差を１〜３の範囲とすることができる。混合樹脂に軟質樹脂と該軟質樹脂より硬質物性を有する樹脂とが混合されていてもよい。このとき、混合樹脂に、軟質樹脂としてポリウレタン樹脂が含まれ、軟質樹脂より硬質物性を有する樹脂として引張弾性率が７０ＭＰａ以上の樹脂が含まれていてもよい。混合樹脂をポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂との２種が混合されたものとすることができる。このとき、ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂との配合割合を、重量比が２：８〜８：２の範囲としてもよい。

本発明によれば、第１の領域、第３の領域および第２の領域が厚み方向に重畳するように一体形成されたため、領域間の剥離を生じることがなく、第１のセルの平均容積より大きい平均容積の第２のセルが形成された第２の領域がクッション性を発揮するとともに、第３の領域のかさ密度が第１および第２の領域より大きいため、研磨加工時の押圧力による第２の領域の変形量が第３の領域で均等化され研磨面側に略均等な押圧力がかけられ、かつ、厚み方向に長さを有する第１のセルが形成された第１の領域が第２の領域より硬度が高くなるため、研磨加工時にかけられる押圧力が第２の領域により均等化され研磨粒子が第１の領域により被研磨物に確実に押し付けられるので、被研磨物の平坦性の均一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。

本発明を適用した実施形態の研磨パッドを模式的に示す断面図である。 実施形態の研磨パッドの製造工程の概略を示す工程図である。 実施例１の研磨パッドの断面を示す走査型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パッドの実施の形態について説明する。

＜構成＞
図１に示すように、本実施形態の研磨パッド１０は、湿式凝固法により一体形成された１枚の樹脂シート２を備えている。樹脂シート２は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有しセル４（第１のセル）が形成された研磨部２ａ（第１の領域）と、セル５（第２のセル）が形成されたクッション部２ｂ（第２の領域）と、セル４およびセル５が非形成でセル６（第３のセル）が形成された中間部２ｃ（第３の領域）と、を有している。

研磨部２ａは、樹脂シート２の厚み方向中央部、つまり中間部２ｃより研磨面Ｐ側に位置している。研磨部２ａは、研磨面Ｐの近傍で厚さ数μｍにわたり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。研磨部２ａのスキン層２１より内側（内部）には、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、樹脂シート２の厚み方向に長さを有しており、丸みを帯びた縦長円錐状（断面縦長三角状）に形成されている。セル４は、研磨面Ｐ側の孔径が研磨面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おり、研磨面Ｐ側で縮径されている。セル４の縦長方向の長さは、研磨部２ａの厚さの範囲でバラツキを有している。セル４同士の間の樹脂中には、セル４より小さい図示を省略した多数の微細孔が形成されている。研磨部２ａでは、スキン層２１の微多孔、セル４および図示を省略した微細孔が網目状に連通しており、連続セル構造を有している。

クッション部２ｂは、樹脂シート２の厚み方向中央部、つまり中間部２ｃより裏面Ｑ側に位置している。クッション部２ｂには、複数のセル５が形成されている。セル５は、樹脂シート２の厚み方向と交差する方向にセル４より広がりを有しており、平均容積がセル４の平均容積より大きく形成されている。すなわち、セル５は、樹脂シート２の厚み方向と交差する方向の孔径がセル４より大きく形成されている。セル５同士の間の樹脂中には、セル５より小さい図示しない微細孔が形成されている。クッション部２ｂでは、セル５および図示しない微細孔が網目状に連通しており、連続セル構造を有している。

中間部２ｃは、研磨部２ａとクッション部２ｂとの間、すなわち、樹脂シート２の厚み方向中央部に位置している。樹脂シート２が一体形成されたことから、研磨部２ａとクッション部２ｂとが中間部２ｃを介してつながれている。中間部２ｃには、セル４およびセル５が形成されておらず、セル４の平均容積およびセル５の平均容積より小さい平均容積のセル６が略均等に分散した状態で形成されている。セル６同士の間の樹脂中には、セル６より小さい不図示の微細孔が形成されている。中間部２ｃでは、セル６および不図示の微細孔が網目状に連通しており、連続セル構造を有している。また、セル４およびセル５の一部は、中間部２ｃに形成されたセル６や不図示の微細孔と連通している。本例では、樹脂シート２の厚みが０．７〜２．５ｍｍの範囲に調整されており、湿式成膜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、研磨部２ａ、クッション部２ｂの厚みがいずれも概ね３００〜１０００μｍの範囲となる。研磨部２ａ、クッション部２ｂ、中間部２ｃがそれぞれ連続発泡構造を有しており、中間部２ｃでセル４およびセル５の一部がセル６や不図示の微細孔と連通している。このため、樹脂シート２では、研磨部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂが厚み方向に重畳するように形成されており、全体として連続セル構造を有している。

クッション部２ｂに形成されたセル５の平均容積が研磨部２ａに形成されたセル４の平均容積より大きいため、クッション部２ｂでセル５の占める空隙割合が研磨部２ａでセル４の占める空隙割合より大きくなり、クッション部２ｂのかさ密度が研磨部２ａのかさ密度より小さくなる。また、中間部２ｃに形成されたセル６の平均容積がセル４の平均容積およびセル５の平均容積より小さいため、中間部２ｃでは、研磨部２ａおよびクッション部２ｂよりかさ密度が大きくなる。

樹脂シート２は、本例では、同じ極性溶媒に対して可溶性を有する２種の樹脂が混合された混合樹脂で形成されたものである。２種の樹脂としては、溶解度係数を示すＳＰ値が１〜３の範囲で異なる樹脂が用いられている。ＳＰ値の差が１より小さいと、発泡構造の異なる研磨部２ａ、クッション部２ｂ、中間部２ｃが重畳するように形成された１枚の樹脂シートを得ることが難しくなる。反対に、ＳＰ値の差が３より大きくなると樹脂を混合しても相分離しやすくなり、一体形成しても剥離しやすくなるので、好ましくない。樹脂シート２の硬度を確保することを考慮すれば、２種の樹脂のうち一方の樹脂が軟質樹脂であり、他方の樹脂が軟質樹脂より硬質物性を有する樹脂、つまり、引張弾性率（または曲げ弾性率）７０ＭＰａ以上の樹脂であることが好ましい。本例では、２種の樹脂として、ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂とが用いられている。

ここで、ＳＰ値について説明する。ＳＰ値は、Ｊ．Ｈ．Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄら（J.H.Hildebrand
and R.L.Scott著、“The Solubility of Nonelectrolytes”、Reinhold Publishing Corp.出版、１９５０年発行）により提唱されたもので、ＳＰ値δ［単位：（ｃａｌ・ｃｍ^３）^１／２］が下式（１）で表される。式（１）において、ΔＥは分子凝集エネルギー（単位：ｃａｌ／ｍｏｌ）、Ｖはモル容積（単位：ｍｌ／ｍｏｌ）を示しており、ＳＰ値は凝集エネルギー密度の平方根に相当する。２種の樹脂を混合する場合では、ＳＰ値が近い樹脂ほど凝集エネルギー密度が小さく、親和性が高くなることとなる。また、Ｈａｎｓｅｎら（J.
Paint Technology、３９巻５０５号、１０４〜１１７ページおよび５１１号、５０５〜５１４ページ、１９６７年発行）やＨｏｙ（J. Paint
Technology、４２巻５４１号、７６〜１１８ページ、１９７０年発行）によって、双極子間力や水素結合力も考慮し、分子引力定数法に基づくと、ＳＰ値を下式（２）で算出することができる。式（２）において、ΔＦは分子引力定数の総和（単位：（Ｃａｌ・ｃｍ^３）^１／２ｍｏｌ^−１）である（各原子団の分子引力定数については、例えば、Ｈｏｙ法 材料技術研究会編集委員会編「プラスチックの塗装・印刷便覧」４１ページ（総合技術出版発行）、沖津ら 接着研究発表会講演要旨集２７巻１２５〜１２６ページ（１９８９年６月発行）、日本接着学会年次大会講演要旨集２８巻８５〜８６ページ（１９９０年６月発行）、に記載されている。）。また、複数の樹脂を混合した樹脂全体のＳＰ値については、下式（３）により算出することができる。式（３）において、δｍｉｘは混合樹脂全体のＳＰ値、Ｘｎは成分ｎのモル分率、Ｖｎは成分ｎのモル容積、δｎは成分ｎのＳＰ値である。以上のことから、研磨パッド１０では、樹脂シート２を極性溶媒に溶解し、ゲル濾過等で各樹脂成分を分取し、それぞれの分子構造解析を行うことで各樹脂成分のＳＰ値および混合樹脂全体のＳＰ値を算出することができる。

また、研磨パッド１０は、樹脂シート２の裏面Ｑ側に、研磨機に研磨パッド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樹脂シート２と貼り合わされており、他面側（樹脂シート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、研磨パッド１０の基材を兼ねている。

＜製造＞
図２に示すように、研磨パッド１０は、湿式凝固法により１枚のシート状の樹脂シート２を一体形成し、樹脂シート２と両面テープ７とを貼り合わせることで製造される。湿式凝固法では、樹脂溶液を準備する準備工程、成膜基材に樹脂溶液を塗布する塗布工程、成膜基材に塗布した樹脂溶液を凝固液中で凝固させシート状の樹脂を形成するシート形成工程、シート状の樹脂を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程を経て樹脂シート２が作製される。そして、ラミネート工程で樹脂シート２と両面テープ７とを貼り合わせる。以下、工程順に説明する。

（準備工程）
準備工程では、ポリウレタン樹脂、ポリサルホン樹脂を水混和性の極性溶媒に溶解させ、添加剤を混合して樹脂溶液を調製する。極性溶媒としては、ＳＰ値が９〜１３の範囲のものを使用する。例えば、ＳＰ値が１２．１のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ＳＰ値が１０．８のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ＳＰ値が９．１のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ＳＰ値が１２．０のジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ＳＰ値が９．９のアセトン、ＳＰ値が１１．９のアセトニトリル、ＳＰ値が１１．３のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等を用いることができる。ＳＰ値が９より小さい、または、１３より大きいと、凝固再生時の貧溶媒（水）との置換が不十分となりシート作製が難しくなるため好ましくない。本例では、ＤＭＦを用いる。ポリウレタン樹脂としては、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を用いることができるが、本例では、ＳＰ値が１０．５、引張弾性率が２４ＭＰａのポリエステル／ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）系のポリウレタン樹脂を用いる。ポリサルホン樹脂としては、エーテル系、フェニル系等の樹脂を用いることができるが、本例では、ＳＰ値が１２．６、引張弾性率が２４８０ＭＰａのポリエーテルサルホン樹脂を用いる。ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂とを重量比５：５で配合し、固形分濃度が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、セル５、セル６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、セル形成を促進させる親水性界面活性剤、樹脂の凝固再生を安定化させる疎水性界面活性剤等を用いることができる。各材料が均一となるように十分に混合し得られた溶液を減圧下で脱泡して樹脂溶液を得る。

（塗布工程）
塗布工程では、準備工程で得られた樹脂溶液を、均一な混合状態を保持したまま、常温下で成膜基材にシート状に均一な厚みとなるように塗布する。このとき、ナイフコータ等の塗布装置を用い、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、樹脂溶液の塗布厚み（塗布量）を調整する。塗布厚みが小さすぎるとクッション部２ｂが形成されにくくなり、反対に、大きすぎると形成されるシートの厚みの均一性が低下するため、塗布厚みを１〜３ｍｍ程度に調整することが好ましい。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、表面平滑性を有するＰＥＴ製フィルムを用いる。

（シート形成工程）
シート形成工程では、成膜基材に塗布された樹脂溶液を、水を主成分とする凝固液中に案内し浸漬させる。凝固液には、樹脂の凝固再生速度を調整するために、ＤＭＦや上述した極性溶媒等を添加してもよい。本例では、凝固液として水を使用する。凝固液中で樹脂溶液が凝固し、連続発泡構造を有するシート状の樹脂が再生する。凝固液中では、まず、樹脂溶液と凝固液との界面に皮膜が形成され、被膜の直近の樹脂中にスキン層２１の無数の微多孔が形成される。その後、樹脂溶液中のＤＭＦの凝固液中への拡散と、樹脂への水の浸入の協調現象とにより樹脂の凝固再生が進行する。

ここで、樹脂シートのセル構造の形成について説明する。ＳＰ値の差が１〜３の範囲で異なる２種の樹脂を混合した場合に、異なるセル構造の部分が重畳するように形成されるメカニズムについては、詳細に解明されていないが、次のように考えることができる。すなわち、樹脂溶液に配合したポリウレタン樹脂は、凝集力が大きいために皮膜表面で急速に凝固が起こり、形成されたスキン層２１に脱溶媒が生じやすい部分と生じにくい部分とが形成される。このため、脱溶媒に伴う樹脂の再生速度に差が生じ、厚み方向に長さを有するセル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、樹脂溶液の表面側（スキン層２１側）で脱溶媒が生じてセル４の成膜基材側が表面側より大きくなる。樹脂溶液には、ポリウレタン樹脂に加えてポリサルホン樹脂が配合されており、ポリウレタン樹脂のＳＰ値が１０．５であるのに対して、ポリサルホン樹脂のＳＰ値が１２．６である。このため、２種の樹脂では、同じ極性溶媒に対して可溶性を有するものの、その凝固速度や凝集力に差が生じることとなる。凝固速度や凝集力の差により、成膜基材側に、厚み方向と交差する方向に広がりを有する大きなセル５が形成されやすくなる。結果として、スキン層２１側と成膜基材側とでセル構造の異なる樹脂シートが形成されるものと考えられる。また、脱溶媒が１方向（スキン層２１へ向かう方向）にのみ生じることから、脱溶媒経路ないし凝固液である水の浸透経路により、中間部２ｃのセル６が形成されるものと考えられる。つまり、樹脂シート２では、厚み方向中央部の中間部２ｃよりスキン層２１側に研磨部２ａのセル４が形成され、中間部２ｃより成膜基材側にクッション部２ｂのセル５が形成される。このような凝固再生により得られる樹脂シート２は、全体として連続セル構造を有しており、研磨部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂがシームレスにつながれ一体形成されたものである。

（洗浄・乾燥工程）
図２に示すように、洗浄・乾燥工程では、凝固再生したシート状の樹脂（以下、成膜樹脂という。）を水等の洗浄液中で洗浄して成膜樹脂中に残留するＤＭＦを除去した後、乾燥させる。成膜樹脂の乾燥には、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が用いられる。成膜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。得られた樹脂シート２をロール状に巻き取る。

（ラミネート工程）
ラミネート工程では、湿式凝固法により作製された樹脂シート２と、両面テープ７とが貼り合わされる。このとき、樹脂シート２の裏面Ｑと両面テープ７の一面側とが貼り合わされる。そして、円形や角形等の所望の形状に裁断した後、汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨パッド１０を完成させる。

＜作用等＞
次に、本実施形態の研磨パッド１０の作用等について説明する。

本実施形態では、樹脂シート２がＳＰ値の差が１〜３の範囲で異なる２種の樹脂を混合した混合樹脂により一体形成されている。樹脂溶液の調製時には、同じ極性溶媒に対して可溶性を有し一部が相溶性を有しており即座に相分離が生じにくいため、均一な混合状態を得やすくなる。また、凝固液中でのシート形成時には、凝固速度や凝集力の差により、成膜基材側にセル５が形成されやすくなり、スキン層２１側にセル４が形成されやすくなる。これにより、研磨部２ａとクッション部２ｂとで異なるセル構造を有する樹脂シート２を一体形成することができる。つまり、樹脂シート２を、厚み方向でシームレスにセル構造の異なるシート状に形成することができる。

また、本実施形態では、クッション部２ｂに形成されたセル５の平均容積が研磨部２ａに形成されたセル４の平均容積より大きくなる。このため、研磨加工時にかけられる研磨圧でクッション部２ｂが研磨部２ａより変形しやすくなる。これにより、得られた樹脂シート２を用いた研磨パッド１０では、クッション部２ｂでクッション性が発揮されるので、研磨加工時にかけられる研磨圧を樹脂シート２の全体に均等化することができる。

更に、本実施形態では、研磨部２ａとクッション部２ｂとの間に、セル６の形成された中間部２ｃを有している。セル６の平均容積がセル４およびセル５の平均容積より小さいため、中間部２ｃのかさ密度が研磨部２ａ、クッション部２ｂより大きくなる。このため、研磨圧がかけられたときにクッション部２ｂの変形量が中間部２ｃで均等化され、研磨面Ｐ側に略均等な押圧力がかけられることとなる。これにより、研磨加工による被研磨物の平坦性の均一性を向上させることができる。

また更に、本実施形態では、研磨部２ａに縦長のセル４が形成されているため、研磨面Ｐ側が裏面Ｑ側と比べて硬度が高められることとなる。このため、研磨加工時に供給される研磨液中の砥粒が確実に被研磨物に押し付けられることとなる。これにより、クッション部２ｂのクッション性が中間部２ｃにより均等化されて研磨面Ｐ側に伝えられ、硬度の高められた研磨部２ａにより砥粒が確実に押し付けられるので、被研磨物の平坦性の均一化向上を図ることができる。

更にまた、研磨パッド１０では、クッション部２ｂに形成されたセル５が研磨部２ａに形成されたセル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中でセル５の占める空隙割合が研磨部２ａ中でセル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が研磨部２ａより変形しやすくなる。これにより、研磨パッド１０の全体としてクッション性が確保され、被研磨物にかかる研磨圧が均等化されるため、被研磨物の平坦性を向上させることができる。換言すれば、研磨パッド１０では、一体形成された樹脂シート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。

また、研磨パッド１０では、中間部２ｃが樹脂シート２の厚み方向中央部に形成されている。このため、研磨部２ａとクッション部２ｂとがほぼ同じ厚みに形成される。研磨部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、研磨加工に有効な研磨部２ａの厚みが小さくなる分で研磨パッド１０の寿命が短くなる。反対に、研磨部２ａの厚みがクッション部２ｂの厚みより大きくなると、長寿命化にはな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、研磨部２ａとクッション部２ｂとをほぼ同じ厚みとすることで、クッション性および寿命性能をバランスよく確保することができる。このような研磨パッド１０では、ＣＭＰ法による研磨加工で必須とされるクッション性を兼ね備えるうえ、剥離の問題が生じないことから、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に好適に使用することができる。

更に、本実施形態の研磨パッド１０では、樹脂シート２の研磨部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂが一体形成されているため、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、研磨面と反対の面側から研磨面側に縮径しながら伸びる雫状のセルが形成された従来のスウェード調研磨パッドでは、セルが明確に分かれて形成されないため、研磨面での孔径が研磨パッドの摩耗に伴い（厚みが変わるにつれて）バラツキを生じ、研磨安定性を損なうこととなる。また、研磨面に研磨加工に有効な孔径の開孔を形成する研磨部の厚み領域が狭くなるため、安定した研磨加工が行える時間が短くなり、製品寿命が短くなる。これに対して、本実施形態の研磨パッド１０では、研磨部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、研磨部２ａの研磨面Ｐに形成される孔のサイズのバラツキが小さくなり、安定した研磨加工を長時間行うことができる。

また更に、研磨パッド１０では、樹脂シート２が湿式凝固法で形成されることからセル４、セル５およびセル６が網目状に連通している。このため、研磨層とクッション層とを貼り合わせて形成した従来の研磨パッドと比べて、研磨加工時に供給される研磨液が樹脂シート２の内部で移動しやすくなり、研磨加工で生じた研磨屑がセル４やセル６を通じてセル５に収容されやすくなる。これにより、研磨面Ｐおよび被研磨物間に略均等に研磨液が供給されると共に、研磨面Ｐから研磨屑が効率よく除去されるため、研磨効率を向上させ被研磨物の平坦性向上を図ることができる。また、２種の樹脂を溶解させた樹脂溶液を調製することを除けば、従来の湿式凝固法を適用することができるため、繁雑な工程を経ることなく、樹脂シート２ひいては研磨パッド１０を製造することができる。更には、１枚の樹脂シート２が研磨部２ａ、中間部２ｃおよびクッション部２ｂを有するので、従来のように研磨層やクッション層を貼り合わせて構成される研磨パッドでは粘着剤や両面テープによる貼り合わせを要するのに比べて、製造工程を簡略化することができる。

従来湿式成膜法で形成された研磨層を有する研磨パッドには、例えば、クッション層を有していない研磨パッドや、クッション性が不十分な研磨パッドがある。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研磨パッドを研磨加工に使用した場合、研磨パッドの変形が不十分なため、研磨パッド表面（研磨面）、ひいては、被研磨物にかけられる研磨圧（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、研磨層とクッション層とを貼り合わせて形成した研磨パッドでは、貼り合わせに使用する粘着剤等の層がクッション層の即応性を阻害するおそれがあり、研磨加工時に研磨層とクッション層とが剥離することがある。この剥離の問題を解消するためにクッション性を有する１枚のシートで形成した研磨パッドも知られているが、セル分布の差が不十分でクッション性を発揮させることが難しくなる。このため、被研磨物に対する研磨圧を均等化できず被研磨物の平坦性の均一性を向上させることが難しくなる。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、ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂とを混合した混合樹脂の湿式凝固法による樹脂シート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。混合樹脂としては、ＳＰ値の差が１〜３の範囲の樹脂が配合されていればよく、例えば、ポリウレタン、ポリウレタンポリウレア等のポリウレタン系、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル等のアクリル系、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のビニル系、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン等のポリサルホン系、アセチル化セルロース、ブチリル化セルロース等のアシル化セルロース系、ポリアミド系、ポリスチレン系、等の中から選択することができる。また、混合樹脂に配合される樹脂は、２種に制限されるものではなく、３種以上を配合するようにしてもよい。得られる樹脂シート２が研磨部２ａ、中間部２ｃ、クッション部２ｂを有するように形成することを考慮すれば、軟質の樹脂と、その軟質の樹脂より硬質な物性の樹脂とを混合した混合樹脂を用いることが好ましい。具体的には、軟質のポリウレタン樹脂（ＳＰ値：１０〜１２）と、引張弾性率（または曲げ弾性率）が７０ＭＰａ以上の半硬質ないし硬質の樹脂とを混合した混合樹脂を用いることが好ましい。さらに付言すれば、日本工業規格（ＪＩＳ Ｋ ６９００「プラスチック−用語」）の定義では、指定条件のもとでの引張試験における弾性率が７０ＭＰａより大きくないものを軟質プラスチック、７０〜７００ＭＰａのものを半硬質プラスチック、７００ＭＰａを超えるものを硬質プラスチックと定められている。この定義によれば、軟質樹脂と、半硬質樹脂ないし硬質樹脂とを混合すればよいこととなる。半硬質樹脂ないし硬質樹脂としては、ポリサルホン樹脂（ＳＰ値：１２〜１３、引張弾性率：２３００〜２６００ＭＰａ）やアクリル樹脂（ＳＰ値：９〜１０、引張弾性率：２９００〜３４００ＭＰａ）を用いることが好ましい。

また、本実施形態では、ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂とを重量比５：５で配合する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、重量比を２：８〜８：２の範囲で変えるようにしてもよい。重量比が１：９や９：１の場合は、得られる樹脂シートに反りが生じやすくなるうえ、上述したセル構造を形成することが難しくなるため、好ましくない。

更に、本実施形態では、特に言及していないが、洗浄・乾燥工程後に、得られた成膜樹脂の研磨面Ｐ側ないし裏面Ｑ側をバフ処理またはスライス処理で研削する研削工程を経るようにしてもよい。バフ処理やスライス処理により樹脂シート２の厚さの均一化を図ることができるため、被研磨物に対する押圧力を一層均等化し、被研磨物の平坦性を向上させることができる。例えば、スキン層２１のミクロな平坦性を有効に活用して被研磨物の高精度な平坦性を得るには、裏面Ｑ側の研削処理により厚さを均一化しマクロな平坦性を向上させた樹脂シート２としてもよい。また、研磨加工時に供給されるスラリの循環性を向上させ研磨レートの向上等を図るには、スキン層２１側の研削処理によりセル４の開孔が形成されるようにしてもよい。

また更に、本実施形態では、中間部２ｃが樹脂シート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。樹脂溶液に配合する樹脂の組み合わせや配合割合、凝固液の組成や温度等を調整することで、樹脂シート２の厚み方向で中間部２ｃの形成位置を調整することができる。これにより、被研磨物にあわせてクッション性を適正化した研磨パッド１０を得ることができるが、クッション性および寿命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。

更にまた、本実施形態では、中間部２ｃにセル６が形成される例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、樹脂溶液に配合する樹脂の組み合わせ、添加剤の配合割合等を調整することで、セル６が未形成の中間部２ｃを形成することも可能である。この場合は、中間部２ｃに微細孔（図１では不図示。）のみが形成されることとなるが、上述した研磨部２ａとクッション部２ｂとの効果を得ることができる。また、セル６の形状としては、特に制限されるものではなく、球状や円錐状等に形成されていてもよい。

また、本実施形態では、樹脂シート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研磨パッド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樹脂シート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。樹脂シート２が柔軟性を有していることを考慮すれば、研磨パッド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研磨パッド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研磨パッドについても併記する。

（実施例１）
実施例１では、樹脂シート２の作製にＳＰ値が１０．５のポリエステル／ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）系のポリウレタン樹脂と、ＳＰ値が１２．６のポリエーテルサルホン樹脂とを用いた。ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂とを重量比５：５で配合し、固形分濃度が３０重量％となるようにＤＭＦに溶解させ樹脂溶液を調製した。樹脂溶液を成膜基材に塗布する際に、塗布装置のクリアランスを２．０ｍｍに設定した。成膜後に表面側にバフ処理を施し、得られた厚さ１．３ｍｍの樹脂シート２とＰＥＴ製の基材を有する両面テープ７とを貼り合わせ研磨パッド１０を製造した。

（比較例１）
比較例１では、実施例１と同じポリウレタン樹脂のみを用いた以外は実施例１と同様にして研磨パッドを製造した。すなわち、比較例１の研磨パッドは、従来のウレタン樹脂シートを有する研磨パッドである。

（評価１）
各実施例および比較例の研磨パッドについて、断面を走査型電子顕微鏡で観察した。この結果、実施例１の研磨パッド１０では、図３に示すように、縦長のセル４が形成された研磨部２ａ、厚み方向と交差する方向に広がりを有するセル５が形成されたクッション部２ｂ、球状のセル６が形成された中間部２ｃが確認された。これに対して、比較例１の研磨パッドでは、従来の湿式凝固法により得られたものと同様に厚み全体にわたる縦長のセルが形成され、研磨部やクッション部が形成されないことが確認された。

（評価２）
また、実施例１および比較例１の研磨パッドを用いて、以下の条件で研磨加工を行い、研磨レート、うねりＷａおよびスクラッチの有無を測定した。被研磨物としては、ニッケル−リンメッキが施された磁気記録媒体用アルミニウムディスク基板を用いた。研磨レートは、１分間あたりの研磨量を厚さで表したものであり、研磨加工前後の基板の重量減少から求めた研磨量、基板の研磨面積および比重から算出した。また、光学式非接触表面粗さ計（Ｚｙｇｏ社製、Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２）で０〜８０μｍの短波長域、８０〜４５０μｍの中波長域でそれぞれ単位面積あたりの表面像のうねり量をオングストローム（Å）単位で求めた。また、研磨加工する前のうねり量についても同様に測定した。スクラッチの評価では、研磨加工後のアルミニウム基板について、高輝度ハロゲンランプによる光を照射して目視にて表面におけるスクラッチの有無を評価した。研磨レート、うねりＷａおよびスクラッチの有無の測定結果を下表１に示す。
（研磨条件）
使用研磨機：スピードファム社製、ＤＳＭ９Ｂ−５Ｐ−１Ｖ
研磨速度（回転数）：３０ｒｐｍ
加工圧力：１００ｇ／ｃｍ^２
スラリ：コロイダルシリカスラリ（ｐＨ：１．５）

表１に示すように、比較例１では、研磨レートが０．０９８μｍ／ｍｉｎを示した。また、うねりＷａでは、いずれの波長域についても、研磨前と比較して研磨後のうねりが改善されているものの、研磨後でも２．２１Å、５．２７Åであった。これに対して、実施例１では、研磨レートが若干改善し０．１２３μｍ／ｍｉｎ、うねりＷａも、短波長域で研磨前の３．５５Åが研磨後に１．７９Åに改善され、中波長域でも研磨前の７．３４Åが研磨後に４．６９Åに改善された。このことから、実施例１の研磨パッド１０では、平坦性精度を向上させることのできることが明らかとなった。また、実施例１および比較例１の研磨パッドで、研磨加工を１０回繰り返し行った結果、比較例１の研磨パッドでは比較的早期に研磨性能が低下しスクラッチの発生が見られたのに対して、実施例１の研磨パッド１０では平坦性の均一性が維持されたまま、長期にわたり安定した研磨性能を得られることが確認された。

本発明は被研磨物の平坦性の均一性を向上させることができる研磨パッドを提供するものであるため、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。

Ｐ 研磨面
２ 樹脂シート
２ａ 研磨部（第１の領域）
２ｂ クッション部（第２の領域）
２ｃ 中間部
４ セル（第１のセル）
５ セル（第２のセル）
６ セル
１０ 研磨パッド

Claims (9)

1. 湿式凝固法により形成されたセル構造を持ち一面側に研磨面を有する樹脂シートを備えた研磨パッドにおいて、前記樹脂シートは、
   厚み方向中央部より前記研磨面側に配置され、前記厚み方向に長さを有する多数の第１のセルが形成された第１の領域と、
   前記厚み方向中央部より他面側に配置され、前記厚み方向と交差する方向に前記第１のセルより広がりを有し前記第１のセルの平均容積より大きい平均容積の複数の第２のセルが形成された第２の領域と、
   前記厚み方向中央部に前記第１および第２のセルが未形成で前記第１および第２の領域よりかさ密度の大きな第３の領域と、
   を有し、
   前記第１の領域、第３の領域および第２の領域が前記厚み方向に重畳するように、同じ溶媒に対して可溶性を有する少なくとも２種の樹脂が混合された混合樹脂で一体形成されたものであることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記第３の領域は、前記第１のセルの平均容積および前記第２のセルの平均容積より小さい平均容積を有する第３のセルが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記第１の領域は前記第１のセルが網目状に連通しており、前記第２の領域は前記第２のセルが網目状に連通していることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
4. 前記第３の領域は前記第３のセルが網目状に連通しており、前記第３のセルは前記第１の領域に形成された前記第１のセルおよび前記第２の領域に形成された前記第２のセルの少なくとも１部と網目状に連通していることを特徴とする請求項２に記載の研磨パッド。
5. 前記少なくとも２種の樹脂は、溶解度係数を示すＳＰ値の差が１〜３の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
6. 前記混合樹脂は、軟質樹脂と該軟質樹脂より硬質物性を有する樹脂とが混合されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨パッド。
7. 前記混合樹脂は、前記軟質樹脂としてポリウレタン樹脂を含み、前記軟質樹脂より硬質物性を有する樹脂として引張弾性率が７０ＭＰａ以上の樹脂を含むことを特徴とする請求項６に記載の研磨パッド。
8. 前記混合樹脂は、ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂との２種が混合されたものであることを特徴とする請求項７に記載の研磨パッド。
9. 前記ポリウレタン樹脂とポリサルホン樹脂との配合割合は、重量比が２：８〜８：２の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の研磨パッド。