JP2021112808A - 研磨パッド - Google Patents
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Abstract
Description
作業効率の向上を図る目的で、このような研磨では研磨レートを高めることが求められている。
しかし、研磨レートの向上を図ると研磨後の被研磨物の表面の品質が低下し易く、研磨レートの向上と得られる被研磨物の品質とがトレードオフの関係になる。
ポリウレタン樹脂発泡体を含む研磨パッドであって、
研磨面を有し、
該研磨面が、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成されており、
前記ポリウレタン樹脂発泡体は、複数の気泡を含み、65%以上の空隙率を有しており、前記複数の気泡には200μm以上の気泡径を有する大径気泡が15%以上の個数割合で含まれている。
また、本実施形態に係る研磨パッドは、研磨面を有し、該研磨面が、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成されている。
本実施形態の研磨パッドは、前記研磨面と被研磨物の表面(被研磨面)との間に砥粒を含んだ研磨用スラリーを介在させて前記研磨面と前記被研磨面とが摺接されることで該被研磨面を研磨する。
したがって、本実施形態に係る研磨パッドは、空隙率の低いポリウレタン樹脂発泡体に比べて前記研磨面における易変形性に優れ、研磨時において前記研磨面が被研磨物の表面に対して良好な密着性を示す。
本実施形態に係る研磨パッドは、空隙率の低いポリウレタン樹脂発泡体に比べて研磨面で開口している気泡の総面積が大きい。
したがって、本実施形態に係る研磨パッドは、研磨面での研磨用スラリーの保持量が高い。
そして、研磨面での易変形性に優れる本実施形態の研磨パッドは、被研磨物によって研磨面に圧力を受けた際に気泡内に収容されている研磨用スラリーを研磨面に素早く滲出させることができる。
そのため、研磨面で開口している気泡の深さが深い。
研磨に際しては被研磨面において削り取られた被研磨物の一部が粉末状の研磨クズとなって発生し、研磨の進行に伴って気泡に目詰まりが生じる場合があるが、本実施形態に係る研磨パッドは、研磨クズの収容量も大きく目詰まりを生じ難い。
研磨に際して局所的に研磨用スラリーが途切れた箇所が形成されると該箇所においてスティックスリップ現象のような挙動を生じて被研磨物の被研磨面が傷つくおそれがあるが、本実施形態の研磨パッドを用いた研磨では、そのようなおそれを抑制することができる。
本実施形態の研磨パッドは、前記孔によって厚さ方向に連通した複数の気泡を有する。
研磨面に開口した気泡に収容された研磨クズは、該気泡の下方に位置する気泡へと移動し、研磨面から遠ざけられる。
研磨レートを高めると単位時間当たりの研磨クズの発生量も多くなるが本実施形態の研磨パッドを用いた研磨では研磨クズが研磨面から遠ざけられ得ることから研磨後の被研磨物の表面が良好な品質となり得る。
前記空隙率は、80%以下であることが好ましく、78%以下であることがより好ましい。
前記個数割合は、通常、30%以下である。
本実施形態の研磨パッドは、ポリウレタン樹脂発泡体が高い平均気泡径を有することにより、前記気泡膜に孔がよりいっそう形成され易い状態になるという利点を有する。
前記平均気泡径は、200μm以下であることが好ましい。
すなわち、ポリウレタン樹脂発泡体の測定対象範囲(例えば、0.7mm×1.6mm×1.6mmの部分2つ分)に含まれている、各気泡の体積を測定し、この体積と同じ体積の真球の直径を各気泡の直径とする。
なお、「平均気泡径」は、各気泡の体積から求めた気泡径の算術平均値[=(「各気泡径」の合計値)/(気泡数)]を意味する。
また、「大径気泡の個数割合」は、得られた各気泡の直径の値の内、200μm以上の直径を有する気泡(大径気泡)の数をカウントし、気泡総数に占める大径気泡の割合を意味する。
さらに、空隙率は、ポリウレタン樹脂発泡体の測定対象範囲の体積に対する、気泡の全体積の比を意味する。
したがって、ポリウレタン樹脂発泡体は、JIS−A硬度が75以下であることが好ましい。
なお、JIS−A硬度は、JIS K6253−3:2012に準拠した方法(タイプA)で測定する。この測定の際には、ポリウレタン樹脂発泡体の厚みが12mm未満である場合には、ポリウレタン樹脂発泡体を複数枚積層させてこの積層体の厚みを12mm以上にし、この積層体の硬度を測定する。また、JIS−A硬度は、押針を研磨面に押し込んで測定した硬さである。
前記JIS−A硬度は、68以下であることがさらに好ましい。
前記JIS−A硬度は、40以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましい。
圧縮率についてもJIS−A硬度と同様に研磨面を測定対象としてもよく、研磨面を構成しているポリウレタン樹脂発泡体と同じ状態のポリウレタン樹脂発泡体を別途作製してこれを測定対象としてもよい。
すなわち、JIS L1096:2010に記載の圧縮弾性試験機(圧力子の面積:50mm2)を用い、圧力子でポリウレタン樹脂発泡体に300gf/cm2の圧力で厚み方向に加圧して60秒間保持した後のポリウレタン樹脂発泡体の厚みT1を測定し、次に、圧力子でポリウレタン樹脂発泡体に1800gf/cm2の圧力で厚み方向に加圧して60秒間保持した後のポリウレタン樹脂発泡体の厚みT2を測定し、下記式により圧縮率を求めることができる。
圧縮率 = (T1−T2)×100/T1
ポリウレタン樹脂発泡体は、20℃における貯蔵弾性率E’が、45MPa以下であることがより好ましく、40MPa以下であることがさらに好ましい。
ポリウレタン樹脂発泡体の貯蔵弾性率E’は、通常、20MPa以上である。
すなわち、ポリウレタン樹脂発泡体は、20℃から50℃までの間において貯蔵弾性率E’が、20〜50MPaであることが好ましい。
該温度域での貯蔵弾性率E’は、20〜45MPaであることがより好ましく、20〜40MPa以下であることがさらに好ましい。
ポリウレタン樹脂発泡体は、50℃におけるtanδ(損失弾性率E’’/貯蔵弾性率E’)が0.1以上であることが好ましい。
尚、20℃におけるtanδや50℃におけるtanδは、通常、0.15以下である。
20℃におけるtanδの値(tanδ(20℃))に対する50℃におけるtanδの値(tanδ(50℃))の比率(tanδ(50℃)/tanδ(20℃))は、0.9を超え1.1未満であることが好ましい。
その結果、斯かる研磨パッドは、平坦性を高めることができる。
測定温度範囲:0℃〜100℃
昇温速度:5℃/min
周波数:1Hz
ひずみ:0.5%
見掛け密度は、0.37g/cm3であることが好ましい。
なお、見掛け密度は、JIS K7222:2005に基づいて測定することができる。
ポリウレタン樹脂は、活性水素を含む化合物(以下、「活性水素化合物」ともいう。)の第1の構成単位と、イソシアネート基を含む化合物(以下、「イソシアネート化合物」ともいう。)の第2の構成単位とを備える。
また、前記ポリウレタン樹脂は、活性水素化合物とイソシアネート化合物とがウレタン結合して、活性水素化合物の第1の構成単位とイソシアネート化合物の第2の構成単位とが交互に繰り返した構造となっている。
なお、ポリオールポリマーとしては、ヒドロキシ基を分子中に3以上有する多官能ポリオールポリマーも挙げられる。
また、前記ポリウレタン樹脂は、ポリプロピレングリコール(PPG)を構成単位として含むことにより、比較的もろい構造を有することになり、その結果、研磨パッドのドレス時の切削速度が高まるという利点を有する。
さらに、本実施形態に係る研磨パッドは、前記ポリウレタン樹脂を100質量%としたときに、前記ポリウレタン樹脂の構成単位に含まれるポリプロピレングリコール(PPG)を、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40〜70質量%、さらにより好ましくは50〜65質量%含有する。
まず、ポリウレタン樹脂発泡体を極性溶媒(重DMF、重DMSO等)に溶かして溶解物を得る。次に、該溶解物を1H−NMRで分析することより、ポリプロピレングリコール(PPG)を定量し、前記ポリプロピレングリコール(PPG)の含有割合を求める。
また、前記ポリプロピレングリコール(PPG)の含有割合の別の求め方としては、以下の方法がある。
まず、ポリウレタン樹脂発泡体をメタノールで化学分解して分解物を得る。次に、該分解物をゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)等で分画して分取し、各分取物を1H−NMR又はGC−MSで分析することより、ポリプロピレングリコール(PPG)を定量し、前記ポリプロピレングリコール(PPG)の含有割合を求める。
また、本実施形態に係る研磨パッドは、シリコンウエハやガラス板の研磨に好適に用いられる。
さらに、本実施形態に係る研磨パッドは、仕上げ研磨、精密研磨等に好適に用いられる。
なお、下記表1及び図1〜3に示す特性は、上述した方法で測定した。
また、図4に示す「個数基準の気泡径の分布曲線」、及び、図5に示す「個数基準の気泡径の累積頻度分布曲線」は、下記の方法で求めた。
まず、上述した方法で各気泡の直径を求めた。
そして、気泡径0μmから50μm間隔毎に気泡数を求め、「各間隔の気泡数」を「各間隔の上限の気泡径の気泡数」として作成された曲線を「個数基準の気泡径の分布曲線」とした。
また、個数基準の気泡径の累積頻度分布曲線は、個数基準の気泡径の分布曲線のデータを用いて作成した。
さらに、比較例1〜3、及び、実施例1の研磨パッドの表面のSEM画像を図6〜9に示す。
なお、比較例1〜比較例3の研磨パッドは、市販の研磨パッドである。
研磨パッドを用いて、下記条件で被研磨物を研磨し、研磨速度を求めた。
<装置>
研磨機:NH−5B2MT(KOEI)
ドレッサー:Dresser#120
<ブレイクイン条件>
時間:60min(比較例1)、60min(比較例2)、
160min(比較例3)、220min(実施例1)
定盤回転数:20rpm
DIwater流量:3L/min
<研磨条件>
被研磨物:ソーダライムガラス板(厚み:約700μm、直径65mm)
研磨用スラリー:CeO2を20質量%含有する研磨用スラリー
研磨用スラリーの流量:450mL/min
研磨時間:25min/run
荷重:142gf/cm2
定盤回転数:45rpm
研磨速度は、研磨によって減少した厚みを研磨時間で割ることにより求めた。なお、研磨によって減少した厚みは、研磨前後の被研磨物の質量差から計算により求めた。
また、マイクロスクラッチ数については、マイクロスコープ(キーエンス社製のVHX−5000 DIGITAL MICROSCOPE)を用いて、研磨後のソーダライムガラス板の研磨した面の一視野部分(2.5mm×3.4mm)の拡大画像(倍率:100倍)を取り込み、この拡大画像におけるスクラッチの数を目視にて確認し、研磨面全面における合計のスクラッチの数をマイクロスクラッチ数とした。
評価試験の結果を表2に示す。
Claims (6)
- ポリウレタン樹脂発泡体を含む研磨パッドであって、
研磨面を有し、
該研磨面が、前記ポリウレタン樹脂発泡体の表面で構成されており、
前記ポリウレタン樹脂発泡体は、複数の気泡を含み、65%以上の空隙率を有しており、前記複数の気泡には200μm以上の気泡径を有する大径気泡が15%以上の個数割合で含まれている、研磨パッド。 - 前記複数の気泡の平均気泡径が110μm以上である、請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂発泡体のJIS−A硬度が75以下である、請求項1又は2に記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂発泡体の圧縮率が3%以上である、請求項1〜3の何れか1項に記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂発泡体における20℃での貯蔵弾性率が50MPa以下である、請求項1〜4の何れか1項に記載の研磨パッド。
- 前記ポリウレタン樹脂発泡体における20℃でのtanδが0.1以上で、且つ、前記ポリウレタン樹脂発泡体における50℃でのtanδが0.1以上である、請求項1〜5の何れか1項に記載の研磨パッド。
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