JP2017141393A - 高分子体、研磨パッド、および、高分子体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、斯かる高分子体は、被研磨物(例えば、シリコンウェーハ等)を研磨する研磨パッド等として用いられている(例えば、特許文献1等)。
まず、研磨機の上定盤の下面に円盤状の被研磨物を貼り付け、また、前記研磨機の下定盤の上面に円盤状の研磨パッドを貼り付ける。そして、前記上定盤及び前記下定盤によって、前記被研磨物を前記研磨パッドに押し付ける。次に、前記被研磨物を前記研磨パッドに押し付けた状態で、前記研磨パッド上に研磨用スラリーを供給しつつ、前記上定盤及び前記下定盤を回転させることにより、前記被研磨物を研磨する。
前記研磨用スラリーとしては、水と砥粒とを含有する研磨用スラリー等が用いられている。
近年、被研磨物に傷が生じ難い研磨方法が求められることがあり、このことから、硬度が低い研磨パッドも求められることがある。
例えば、円盤状の研磨パッドは通常直径が1000〜2500mm程度であるが、このような大きさの研磨パッドが軟らか過ぎると、運ぶ際に変形しやすく、その結果、研磨パッドを研磨機外から研磨機の定盤上の所定位置まで運び難いという問題がある。
また、研磨パッドの定盤への貼り付け方法は、通常、以下の方法である。すなわち、両面テープの一面側を研磨パッドに貼り付け、その後、研磨パッドに貼り付いた両面テープの他面側を定盤に貼り付けることにより、研磨パッドを定盤に貼り付ける。しかし、研磨パッドは、軟らか過ぎるとハンドリング性が低いので、研磨パッドに貼り付いた両面テープの他面側が、所望の位置からずれた位置で定盤に貼り付いてしまうという問題もある。
前記ポリウレタン樹脂は、ヒドロキシ基を含む化合物に由来する第1の構成単位と、イソシアネート基を含む化合物に由来する第2の構成単位とを備え、
前記第1の構成単位の1つ以上が、ヒドロキシ基を含む有機カチオン及びヒドロキシ基を含む有機アニオンの少なくとも一方に由来する。
従って、斯かる高分子体は、液状の極性物質と接触した状態では液状の極性物質と接触していない状態に比べて硬度が低い高分子体となっている。
すなわち、斯かる高分子体は、特定の状況下において硬度が低くなる高分子体となっている。
さらに、該有機カチオン由来の構成単位は、好ましくは、イオン液体に由来する。
ヒドロキシ基を含む化合物と、イソシアネート基を含む化合物とを結合させることにより前記高分子体を得、
前記ヒドロキシ基を含む化合物が、ヒドロキシ基を含む有機カチオン及びヒドロキシ基を含む有機アニオンの少なくとも一方を有する。
前記有機カチオンがイオン液体に由来し、
前記結合を、前記イオン液体の融点以上の温度で行う。
前記第1の構成単位の1つ以上は、ヒドロキシ基を含む有機カチオン及びヒドロキシ基を含む有機アニオンの少なくとも一方に由来する。
前記有機カチオンは、モノオールであってもポリオールであってもよい。即ち、有機カチオンで形成される構成単位は、ポリウレタン樹脂の分子の末端に存在してもよく、また、末端よりも内部に存在してもよい。
前記有機カチオン由来の構成単位は、イオン液体に由来することが好ましい。
前記イオン液体の融点は、150℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましい。
なお、イオン液体の融点は、例えば、示差走査熱量計装置(DSC)を用いて求めることができる。より具体的には、予測される融点よりも30℃以上低い温度から30℃以上高い温度まで窒素ガスを流しながら5℃/minの昇温速度で試料(イオン液体)を昇温させた際に得られるDSC曲線から求めることができる。
前記イオン液体は、ヒドロキシ基を2つ以上有するカチオンを備えることが好ましい。前記イオン液体がヒドロキシ基を2つ以上有するカチオンを備えることにより、得られるポリマー内にカチオンによる電荷をより多く帯びさせることができる。その結果、液状の極性物質(水等)との親和性をより一層高めることができ、液状の極性物質と接触した状態と、液状の極性物質と接触していない状態との硬度差をより一層大きくすることができるという利点がある。
ヒドロキシ基を2つ以上有するカチオンを備えるイオン液体としては、例えば、下記式(1)〜(3)のイオン液体が挙げられる。
また、ヒドロキシ基を1つのみ有するカチオンを備えるイオン液体としては、例えば、下記式(4)、(5)のイオン液体が挙げられる。
イオン液体としては、分子内に多くの電荷を付与できるという観点から、ヒドロキシ基を2つ以上有するカチオンを備えるイオン液体が好ましい。
前記有機アニオンは、モノオールであってもポリオールであってもよい。即ち、有機アニオンで形成される構成単位は、ポリウレタン樹脂の分子の末端に存在してもよく、また、末端よりも内部に存在してもよい。
前記架橋構造は、イソシアネート基及びヒドロキシ基の少なくとも一方の官能基を有し、且つ、イソシアネート基とヒドロキシ基とを合計3つ以上有する多官能化合物に由来することが好ましい。
該多官能化合物としては、例えば、下記式(7)の化合物などが挙げられる。ここで、「下記式(7)」の「R」は、「(CnH2n)」(nは、正の整数である。例えば、n=1〜10)が挙げられる。
下記式(7)の化合物としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(R=C6H12)が挙げられる。
また、前記多官能化合物は、イオン液体たる上記式(1)の化合物であってもよい。
なお、架橋濃度は、ポリウレタン樹脂1gにおける架橋点の量をモル単位で表したものである。
また、本実施形態に係る高分子体の製造方法では、ヒドロキシ基を含む化合物と、イソシアネート基を含む化合物とを結合させることにより、前記高分子体を得る。
本実施形態に係る高分子体の製造方法では、具体的には、ヒドロキシ基を含む化合物と、イソシアネート基を含む化合物と、発泡剤とを混合して混合物を得、該混合物を重合発泡させることにより、高分子体を得る。
前記ヒドロキシ基を含む化合物は、ヒドロキシ基を含む有機カチオン及びヒドロキシ基を含む有機アニオンの少なくとも一方を有する。
前記低沸点炭化水素としては、例えば、ブタン、ペンタン、シクロペンタン、及びこれらの混合物などが挙げられる。
前記ハロゲン化炭化水素としては、塩化メチレン、HFC(ハイドロフルオロカーボン類)等が挙げられる。
さらに、本発明に係る高分子体のポリウレタン樹脂は、前記混合物に微小中空体を含有させて形成されてもよい。
トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリプロピレングリコール(PPG)、及び、ジエチレングリコール(DEG)を反応させることで得られるウレタンプレポリマーと、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体とを混合することにより主剤を作製した。また、下記式(1)のイオン液体と、1,4−ベンゼンジメタノールと、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼンとを混合することにより硬化剤を作製した。そして、前記主剤、前記硬化剤、及び、発泡剤としての水を混合し、70℃で反応させることにより、高分子体を得た。
なお、主剤、硬化剤、及び、発泡剤におけるイオン液体の濃度は5質量%とした。
トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)、及び、ジエチレングリコール(DEG)を反応させることで得られるウレタンプレポリマーと、メチレンビス−o−クロロアニリン(MOCA)と発泡剤としての水とを混合し、70℃で反応させることにより、高分子体を得た。
実施例1及び比較例1の高分子体を吸水試験に供した。
すなわち、まず、高分子体(縦:50mm、横:50mm、高さ:1mm)の質量(G1)を測定した。そして、40℃の温水に高分子体を24時間浸漬させ、浸漬後の高分子体の質量(G2)を測定した。そして、下記式によって吸水率Pを算出した。
P = (G2−G1)/G1 ×100(%)
従って、実施例1の高分子体は、比較例1の高分子体に比して吸水率が高く、水を吸収しやすい構造となっていることがわかる。
トリレンジイソシアネート(TDI)、ポリプロピレングリコール(PPG)、及び、ジエチレングリコール(DEG)を反応させることで得られるウレタンプレポリマーと、ヘキサメチレンジイソシアネートの三量体とを混合することにより主剤を作製した。また、下記式(3)のイオン液体と、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼンとを混合することにより硬化剤を作製した。そして、前記主剤、前記硬化剤、及び、発泡剤としての水を混合し、70℃下で反応させることにより、高分子体を得た。
なお、主剤、硬化剤、及び、発泡剤におけるイオン液体の濃度は10質量%とした。
前記イオン液体の代わりに、トリエタノールアミン(TEOA)を用いたこと以外は、実施例2と同様にして高分子体を得た。
前記イオン液体の代わりに、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)酪酸(DMBA)を用いたこと以外は、実施例2と同様にして高分子体を得た。
密度(見掛け密度)は、高分子体の直方体状の試験片の縦、横、厚さを測定し、更に、この試験片の質量を測定することにより求めた。
硬度(JIS−A)は、JIS K7312−1996のタイプAによる硬さ試験に準拠して23℃下で測定した。
なお、湿潤時の硬度は、40℃の温水に高分子体を24時間浸漬した高分子体の硬度を意味する。
硬度(Asker−C)は、SRIR0101に準拠して23℃下で測定した。
によって測定した。
なお、湿潤時の硬度は、40℃の温水に高分子体を24時間浸漬した高分子体の硬度を意味する。
円筒状の高分子体(直径:90mm、厚み:90mm)を刃物で厚み1〜2mmにスライスした。ここで、高分子体を固定し、該高分子体に向けて刃物を水平方向に移動させることにより該高分子体をスライスした。前記刃物としては、超硬刃物と呼ばれる、炭化タングステンとコバルトとの混合物を焼き固めた刃物を用いた。
そして、以下の基準で評価した。
○:スライス可能
×:スライス不可
気泡の大きさを確認するため、走査型電子顕微鏡(SEM)で高分子体の断面を撮影した。
この結果は、以下の理由によるものと推測される。実施例3の高分子体は、構成単位にカルボン酸を含む構造となっている。カルボン酸は、pKaが4程度であり、pH7の水と接触した場合には、カルボキシ基がアニオンになるのは0.01%程度であると考えられる。一方で、イオン液体は、水と接触した場合には、大部分がカチオンで存在し得る。その結果、実施例2の高分子体は、実施例3の高分子体に比べて、水との接触によって硬度が大幅に低下したと考えられる。
Claims (9)
- ポリウレタン樹脂を含む高分子体であり、
前記ポリウレタン樹脂は、ヒドロキシ基を含む化合物に由来する第1の構成単位と、イソシアネート基を含む化合物に由来する第2の構成単位とを備え、
前記第1の構成単位の1つ以上が、ヒドロキシ基を含む有機カチオン及びヒドロキシ基を含む有機アニオンの少なくとも一方に由来する、高分子体。 - 前記第1の構成単位の1つ以上が、ヒドロキシ基を含む有機カチオンに由来する、請求項1に記載の高分子体。
- 前記有機カチオン由来の構成単位がイオン液体に由来する、請求項2に記載の高分子体。
- 前記ポリウレタン樹脂が架橋構造を有している、請求項1〜3の何れか1項に記載の高分子体。
- 前記ポリウレタン樹脂を含むポリウレタン樹脂発泡体である、請求項1〜4の何れか1項に記載の高分子体。
- 研磨パッド用であり、該研磨パッドにおける少なくとも研磨面を構成する部分として用いられる、請求項1〜5の何れか1項に記載の高分子体。
- 請求項6の高分子体を備える、研磨パッド。
- ポリウレタン樹脂を含む高分子体を得る、高分子体の製造方法であって、
ヒドロキシ基を含む化合物と、イソシアネート基を含む化合物とを結合させることにより前記高分子体を得、
前記ヒドロキシ基を含む化合物が、ヒドロキシ基を含む有機カチオン及びヒドロキシ基を含む有機アニオンの少なくとも一方を有する、高分子体の製造方法。 - 前記ヒドロキシ基を含む化合物が、ヒドロキシ基を含む有機カチオンを有し、
前記有機カチオンがイオン液体に由来し、
前記結合を、前記イオン液体の融点以上の温度で行う、請求項8に記載の高分子体の製造方法。
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