JP2011011278A - 発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】湿式発泡によって、比較的大きな気泡を、傾斜することなく形成できるようにする。
【解決手段】基材２の表面に、ウレタン樹脂溶液を塗布し、湿式凝固させて前記基材２の表面に発泡層３を形成する発泡体の製造方法であって、前記ウレタン樹脂溶液に、カーボンブラックを添加するとともに、０．０１重量％〜０．１５重量％のアゾ系顔料を添加し、これによって、湿式発泡の際の水の導入を促進し、比較的大きな気泡を迅速に形成し、気泡が傾斜しないようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発泡体の製造方法に関し、更に詳しくは、研磨加工などの加工が施される被加工物を保持する被加工物保持材や研磨パッドなどに好適な発泡ポリウレタンなどの発泡体の製造方法に関する。

発泡体、例えば、発泡ポリウレタンは、半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス等の被加工物の研磨加工において、被加工物を保持するバッキング材として用いられている。

図３は、半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス等の被加工物の研磨加工を行う研磨装置を示す図である。研磨装置の上下に対向する定盤の上側定盤９に、研磨加工が施される被加工物１０を保持し、下側定盤１１に、研磨パッド１２を貼り付け、被加工物１０の表面を研磨パッド１２に圧接させつつ両定盤９，１１間に砥粒を含む研磨液を供給しながら両定盤９，１１を矢符で示すように相対回転させることにより行なわれる。

被加工物１０は、その裏面を吸着保持する被加工物保持材としてのバッキング材１３と、被加工物１０の外周を取り囲んで被加工物１０がバッキング材表面で位置ずれするのを防止する枠状のテンプレート１４とを用いて上側定盤９に保持される（例えば、特許文献１参照）。

上記バッキング材１３は、一般に、ウレタン樹脂を有機溶媒に溶解させたウレタン樹脂溶液を、基材に塗布し、水系の凝固液中にて湿式凝固させて基材上に発泡層を形成し、その後、洗浄、乾燥し、場合によっては、被加工物１０を保持する保持面となる発泡層の表面をバフ加工して得るものである。

特開平０９−３２１００１号公報

上記のように、発泡層の表面は、被加工物を保持する保持面となるものであり、発泡層の気泡（ポア）の大きさ、形状や個数等は、被加工物のそりやうねり等を吸収するための圧縮率や吸着保持力といった被加工物保持材としての性能を大きく左右するものであり、その気泡形状等の制御は重要である。

このため、従来では、上記ウレタン樹脂溶液に、界面活性剤を添加しているが、得られる発泡層は、発泡頻度が少なく、小さな気泡が多段に形成されており、圧縮率が低いものとなっていた。

ウレタン樹脂溶液に、多孔質粒子であるカーボンブラックを添加することによって、溶媒と水との置換を促進して大きな気泡を形成して圧縮率を高めることができるけれども、次のような課題がある。

すなわち、基材に塗布されたウレタン樹脂溶液層は、凝固液に浸漬したときに、その表面側と基材側とで凝固液からの水の浸透に差があるために、表面側より基材側が大きな気泡、いわゆる、涙滴状の気泡が形成されるが、カーボンブラックの添加によって基材側が過度に大きく成長した涙滴状の気泡となり、しかも、ウレタン樹脂溶液を塗布した基材を、凝固液中に傾斜させた状態で進入させるので、大きな気泡が形成される間に、重力等の影響を受けて涙滴状の気泡が傾いた状態で形成される、いわゆる、気泡が斜行してしまうという課題がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みて為されたものであって、湿式発泡によって、比較的大きな気泡を傾斜することなく形成できるようにすることを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

本発明の発泡体の製造方法は、基材の表面に樹脂溶液を塗布し、湿式凝固させて前記基材の表面に発泡層を形成する発泡体の製造方法であって、前記樹脂溶液が、カーボンブラックを含有するとともに、０．０１重量％〜０．１５重量％のアゾ系顔料を含有するものである。

一つの実施形態では、前記樹脂溶液が、ウレタン樹脂を溶媒に溶解させた溶液である。
アゾ系顔料は、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２、５、９、１２、１４、１７、２２、２３、４８、５７、６０、６８、１１２、１１４、１２７、１４４、１４６、１４７、１５０、１５１、１７０、１７５、１８４、１８５、１８６、１８７、１８８、２１０、２１３、２２１、２４２、２４７、２５６、２５８、４９：１、５０：１、５３：１、５７：１、５８：４、５８：２、６０：１、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ １３、１６、４３、１８８、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、３、６、１２、１３、１４、１７、５５、８１、８３、９５、９７、１２８、１３９、１４２、１５２、１６７、１８０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ ２５、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｒｏｗｎ ２３から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。

なお、アゾ系顔料としては、上記以外に、レーキレットＣ、４Ｒ、カーミン６Ｂ（Ｒｅｄ５７）、ブリリアントカーミン６Ｂ、カーミンＦＢ（Ｒｅｄ５）、カーミンＢＳ（Ｒｅｄ２３）、カーミン３Ｂ（Ｒｅｄ６０）、カーミンＦＢＢ（Ｒｅｄ１４６）、モノアゾレッド、ジスアゾレッド、ポリアゾレッド、ウォッチヤングレッド、ナフトールレッド、クロモフタルレッド、クロモフタルスカーレットＲＮ、パーマネントレッドＦＲＬＬ（Ｒｅｄ９）、パーマネントレッド２Ｂ、パーマネントレッドＦＧＲ（Ｒｅｄ１１２）、パーマネントオレンジＨＬ、パーマネントオレンジＧ（Ｏｒａｎｇｅ１３）、モノアゾイエロー、ジスアゾイエロー、ポリアゾイエロー、ファーストイエロー、ニッケルアゾイエロー、ベンズイミダゾロンイエロー、クロモフタルイエロー３Ｇ、ナフトールカーバミドイエロー（Ｒｅｄ１７０）、ハンザイエローＧ（Ｙｅｌｌｏｗ１）、ハンザイエロー３Ｇ（Ｙｅｌｌｏｗ６）、ハンザイエロー１０Ｇ（Ｙｅｌｌｏｗ３）、ベンシジンイエロー５Ｇ（Ｙｅｌｌｏｗ１４）、ｐ−フェニルアゾフェノール、β−ナフトール系モノアゾ顔料、ナフトールＡＳ系モノアゾ顔料、アセト酢酸アリリド系ジスアゾ顔料、ピラゾロン系モノアゾ顔料、２−ｈｙｄｒｏｘｙ−３−ｎａｐｈｔｈｏａｎｉｌｉｄｅｓを挙げることができる。

他の実施形態では、前記発泡体が、被加工物を保持する被加工物保持材である。

本発明によると、樹脂溶液に、カーボンブラックを添加するとともに、アゾ系顔料を０．０１重量％〜０．１５重量％添加することによって、湿式発泡の際に、水の導入効果が促進され、比較的大きな気泡を迅速に形成することができるので、気泡形成の際に、重力等の影響を受けて気泡が傾斜して形成されるのを防ぐことができる。

本発明によれば、樹脂溶液にカーボンブラックを添加するとともに、アゾ系顔料を所定量添加するので、湿式発泡の際に、水の導入効果が促進されて、比較的大きな気泡を、傾斜することなく、迅速に形成することができ、圧縮率の高い発泡体を得ることができる。

本発明の一つの実施形態に係る製造方法によって得られる被加工物保持材の概略断面図である。 比較例１，２および実施例１，２の断面の走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)写真である。 研磨装置の概略構成図である。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

この実施形態では、発泡体として、研磨加工が施される半導体ウェハ等の被加工物を保持する上述の被加工物保持材の製造方法に適用して説明する。

図１は、実施形態に係る製造方法によって得られる被加工物保持材１の概略断面図である。

この被加工物保持材１は、基材２と、この基材２上に湿式発泡によって形成された発泡層３とを備えている。

発泡層３には、表面側よりも基材２側が大きな多数の涙滴状の気泡４が形成されているとともに、表面側には、微小な気泡５が多数形成されている。

この実施形態の発泡体の製造方法では、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等の基材２上に、後述のウレタン樹脂溶液を塗布し、水系の凝固液中にて湿式凝固させて基材２上に発泡層３を形成し、その後、温水中で洗浄して溶媒を除去し、乾燥を行い、必要に応じて、前記発泡層３の表面をバフ加工して得られるものである。

基材２は、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)などの樹脂フィルムであるのが好ましいが、不織布や織布にウレタン樹脂溶液などの樹脂溶液を含浸させて湿式凝固したものであってもよい。

発泡層３を形成するためのウレタン樹脂溶液は、ウレタン樹脂および添加剤を、ジメチルホルムアミド(ＤＭＦ)などの有機溶媒に溶解させたものであって、この実施形態では、更に、発泡層３の気泡の形状を調整するために、カーボンブラックを添加するとともに、アゾ系顔料を、０．０１重量％〜０．１５重量％の濃度になるように添加している。

このアゾ系顔料の添加量が、０．０１重量％未満では、気泡の形状を十分に調整することができず、逆に、０．１５重量％を越えると、発泡層を構成する樹脂の強度を損ねる原因となって好ましくない。

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などのウレタン樹脂を用いることができ、異なる種類のウレタン樹脂をブレンドしてもよい。

ウレタン樹脂を溶解させる有機溶媒としては、上述のジメチルホルムアミドの他、例えば、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド等の溶媒を用いることができる。

カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック等の各種のカーボンブラックを用いることができる。

アゾ系顔料としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２、５、９、１２、１４、１７、２２、２３、４８、５７、６０、６８、１１２、１１４、１２７、１４４、１４６、１４７、１５０、１５１、１７０、１７５、１８４、１８５、１８６、１８７、１８８、２１０、２１３、２２１、２４２、２４７、２５６、２５８、４９：１、５０：１、５３：１、５７：１、５８：４、５８：２、６０：１、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ １３、１６、４３、１８８、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、３、６、１２、１３、１４、１７、５５、８１、８３、９５、９７、１２８、１３９、１４２、１５２、１６７、１８０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ ２５、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｒｏｗｎ ２３、レーキレットＣ、４Ｒ、カーミン６Ｂ（Ｒｅｄ５７）、ブリリアントカーミン６Ｂ、カーミンＦＢ（Ｒｅｄ５）、カーミンＢＳ（Ｒｅｄ２３）、カーミン３Ｂ（Ｒｅｄ６０）、カーミンＦＢＢ（Ｒｅｄ１４６）、モノアゾレッド、ジスアゾレッド、ポリアゾレッド、ウォッチヤングレッド、ナフトールレッド、クロモフタルレッド、クロモフタルスカーレットＲＮ、パーマネントレッドＦＲＬＬ（Ｒｅｄ９）、パーマネントレッド２Ｂ、パーマネントレッドＦＧＲ（Ｒｅｄ１１２）、パーマネントオレンジＨＬ、パーマネントオレンジＧ（Ｏｒａｎｇｅ１３）、モノアゾイエロー、ジスアゾイエロー、ポリアゾイエロー、ファーストイエロー、ニッケルアゾイエロー、ベンズイミダゾロンイエロー、クロモフタルイエロー３Ｇ、ナフトールカーバミドイエロー（Ｒｅｄ１７０）、ハンザイエローＧ（Ｙｅｌｌｏｗ１）、ハンザイエロー３Ｇ（Ｙｅｌｌｏｗ６）、ハンザイエロー１０Ｇ（Ｙｅｌｌｏｗ３）、ベンシジンイエロー５Ｇ（Ｙｅｌｌｏｗ１４）、ｐ−フェニルアゾフェノール、β−ナフトール系モノアゾ顔料、ナフトールＡＳ系モノアゾ顔料、アセト酢酸アリリド系ジスアゾ顔料、ピラゾロン系モノアゾ顔料、２−ｈｙｄｒｏｘｙ−３−ｎａｐｈｔｈｏａｎｉｌｉｄｅｓから選ばれる少なくとも１種を用いることができる。

これらアゾ顔料の内、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２、５、９、１２、１４、１７、２２、２３、４８、５７、６０、６８、１１２、１１４、１２７、１４４、１４６、１４７、１５０、１５１、１７０、１７５、１８４、１８５、１８６、１８７、１８８、２１０、２１３、２２１、２４２、２４７、２５６、２５８、４９：１、５０：１、５３：１、５７：１、５８：４、５８：２、６０：１、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ １３、１６、４３、１８８、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、３、６、１２、１３、１４、１７、５５、８１、８３、９５、９７、１２８、１３９、１４２、１５２、１６７、１８０、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ ２５、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ２３、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｒｏｗｎ ２３が好ましく、更に、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２、５、９、１２、１４、１７、２２、２３、４８、５７、６０、６８、１１２、１１４、１２７、１４４、１４６、１４７、１５０、１５１、１７０、１７５、１８４、１８５、１８６、１８７、１８８、２１０、２１３、２２１、２４２、２４７、２５６、２５８、４９：１、５０：１、５３：１、５７：１、５８：４、５８：２、６０：１、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ ２５が好ましい。

アゾ系顔料は、多孔質であるのが好ましく、多孔質であることによって、凝固液からの水の導入効果をより高めることができる。

この実施形態の発泡体の製造方法では、先ず、ウレタン樹脂、カーボンブラックおよびアゾ系顔料等を、ジメチルホルムアミド(ＤＭＦ)などの有機溶媒に溶解させて混合し、脱泡、濾過を行って、ウレタン樹脂溶液を作製する。

このウレタン樹脂溶液を、ＰＥＴフィルムなどの基材上に塗布し、水を主成分とする凝固液に浸漬し、湿式凝固させて発泡層を形成し、洗浄して溶媒を除去した後、乾燥して図１の被加工物保持材１を得るものである。

この実施形態では、ウレタン樹脂溶液には、カーボンブラックが添加されているとともに、０．０１重量％〜０．１５重量％のアゾ系顔料が添加されているので、ウレタン樹脂溶液を塗布した基材を、凝固液に浸漬させた際に、凝固液からウレタン樹脂溶液層への水の浸透および溶媒と水との置換が促進される結果、基材側が過度に大きくなることもなく、しかも、傾斜することなく、整った涙滴状の気泡を形成することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明する。

顔料およびカーボンブラックを添加しなかったウレタン樹脂溶液を基材に塗布して湿式凝固させた被加工物保持材を比較例１、カーボンブラックを添加したウレタン樹脂溶液を基材に塗布して湿式凝固させた被加工物保持材を比較例２、カーボンブラックおよびアゾ系顔料であるＰｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ２５を添加したウレタン樹脂溶液を基材に塗布して湿式凝固させた被加工物保持材を実施例１、カーボンブラックおよびアゾ系顔料であるＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２７を添加したウレタン樹脂溶液を基材に塗布して湿式凝固させた被加工物保持材を実施例２とした。

比較例２および実施例１，２のカーボンブラックとして、濃度が３０重量％で比重が１．２９のＤＭＦペーストを用い、実施例１のＰｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ２５として、濃度が３０重量％で比重が１．０５のＤＭＦペーストを用い、実施例２のＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２７として、濃度が３０重量％で比重が１．１４のＤＭＦペーストを用いた。また、主材料であるウレタン樹脂の比重は１．０４、ＤＭＦの比重は、０．９４４であった。

比較例２および実施例１，２のウレタン樹脂溶液におけるカーボンブラックの添加量は、２．５０重量％とし、実施例１のウレタン樹脂溶液におけるＰｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ２５の添加量は、０．０５重量％とし、実施例２のウレタン樹脂溶液におけるＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２７の添加量は、０．１５重量％とした。

得られた比較例１，２および実施例１，２の被加工物保持材の断面を、走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ）によって観察するとともに、その圧縮率を測定した。圧縮率は、比較例１，２および実施例１，２の各サンプルに初期荷重を１分間かけたときの厚みＴ１を測定し、続けて第二荷重を１分間かけたときの厚みＴ２を測定し、次式によって算出した。

圧縮率（％）＝[（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１]×１００
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に、倍率５０倍の比較例１，２および実施例１，２のＳＥＭ写真を示す。図２（ｂ）の比較例２は、他に比べてウレタン樹脂溶液の塗布厚みがやや厚くなっている。

また、下記の表１に比較例１，２および実施例１，２の圧縮率を示す。

顔料およびカーボンブラックを添加しなかったウレタン樹脂溶液を用いて製造した被加工物保持材である比較例１は、図２（ａ）に示すように、発泡層には、小さな涙滴状の気泡が、多段に形成されており、圧縮率は１４．９％と低いものであった。

顔料は添加することなく、カーボンブラックのみを添加したウレタン樹脂溶液を用いて製造した被加工物保持材である比較例２は、図２（ｂ）に示すように、発泡層には、比較例１に比べて大きな涙滴状の気泡が形成されており、圧縮率も２１．３％と高いものである。

しかしながら、比較例２の発泡層では、表面側（上側）に比べて基材側（下側）が過度に大きな涙滴状の気泡となっており、しかも、それら涙滴状の気泡が傾斜した状態、すなわち、斜行して形成されており、このため、局部的な圧縮変形が起こりやすく、保持材としての寿命が短くなるといった不具合がある。

これに対して、カーボンブラックおよびＰｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ２５を添加したウレタン樹脂溶液を用いて製造した被加工物保持材である実施例は、図２（ｃ）に示すように、発泡層には、涙滴状の気泡が、表面側に比べて基材側が過度に大きくなることなく、しかも、傾斜することなく形成されており、圧縮率も２９．３％と高くなっている。

また、カーボンブラックおよびＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２７を添加したウレタン樹脂溶液を用いて製造した被加工物保持材である実施例２は、図２（ｄ）に示すように、発泡層には、涙滴状の気泡が、表面側に比べて基材側が過度に大きくなることなく、しかも、傾斜することなく形成されており、更に、涙滴状の気泡に連通する連通孔も形成されている。このため、圧縮率も２９．５％と最も高くなっている。

なお、被加工物保持材の圧縮率は、被加工物のそりやうねりを吸収するために、２０％以上５０％以下であるのが好ましい。

このようにカーボンブラックを添加するとともに、アゾ系顔料であるＰｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ２５やＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２７を所定量添加したウレタン樹脂溶液を基材に塗布して湿式凝固させた被加工物保持材では、比較的大きな涙滴状の気泡が、傾斜することなく形成され、十分な圧縮率を得ることができ、これによって、被加工物のそりやうねりを吸収することができ、被加工物の平坦性を向上させることができる。

上述の実施形態では、被加工物保持材の製造に適用して説明したけれども、本発明は、研磨パッドやその他の発泡体の製造にも適用できるものである。

本発明は、半導体ウェハや精密ガラス基板などの研磨に有用である。

１ 被加工物保持材 ２ 基材
３ 発泡層 ４，５ 気泡

Claims (3)

1. 基材の表面に樹脂溶液を塗布し、湿式凝固させて前記基材の表面に発泡層を形成する発泡体の製造方法であって、
   前記樹脂溶液が、カーボンブラックを含有するとともに、０．０１重量％〜０．１５重量％のアゾ系顔料を含有することを特徴とする発泡体の製造方法。
2. 前記樹脂溶液が、ウレタン樹脂を溶媒に溶解させた溶液である請求項１に記載の発泡体の製造方法。
3. 前記発泡体が、被加工物を保持する被加工物保持材である請求項１または２に記載の発泡体の製造方法。