JP2022161660A - 研磨シート - Google Patents

Abstract

【課題】研磨レートを高くしても研磨対象物の平均表面粗さを低減でき、高研磨レート及び表面研磨性を高いレベルで両立することができる研磨シートを提供する。さらに、発熱や機械的ストレスによる損傷等が生じ難く、高耐熱・高耐久性を有する研磨シートを提供する。【解決手段】可撓性基材上に、研磨材粒子が固定化されてなる研磨層を有する研磨シートにおいて、該可撓性基材として、ポリフェニレンサルファイド樹脂が含まれていることを特徴とする研磨シート。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品や光学部品等の精密加工用、あるいは一般鏡面研磨用等に用いられる研磨シートに関する。

従来、金属、半導体、これらの酸化物等の材料表面に対して研磨シートを用いた精密研磨加工が行われている。例えば、半導体デバイスの構成要素であるシリコン基板の表面は、ラッピング工程やポリシング工程を経て高品位の鏡面に仕上げられる。
当該用途に使用される研磨シートに関して、基材フィルムと、その基材フィルム上に、所定粒径の研磨材粒子がバインダー樹脂中に含有されてなる研磨層を有する研磨シートが工業的に使用されている。

研磨シートに用いる研磨材としては、モース硬度８．５から９．５である酸化ケイ素、酸化アルミ、炭化ケイ素等が知られている。また、シリコン基板の表面研磨においては、上記研磨材よりもモース硬度の高いダイヤモンド粒子が用いられている。

近年、半導体デバイスの高性能化及び高集積化に伴い、高精度の鏡面研磨によるシリコン基板品質の向上が求められている。
その一方で、工業的には研磨加工工程の効率化、時間短縮のため、単位加工時間当たりの研磨量（以後、「研磨レート」と示す。）の増大が求められている。
この高精度の鏡面研磨性と、研磨レートの向上は一般にトレードオフの関係となり、両立することは困難である。

さらに、研磨シートの工業的使用に際し、特に高い研磨レートによる研磨工程においては、研磨層と被研磨面との摩擦が大きくなり、発熱や機械的ストレスによる研磨シートの損傷等が生じ易いため、耐久性の向上も要求されている。

従来技術として特許文献１には、可撓性基材上に、ダイヤモンド粒子及びバインダー樹脂を含む樹脂組成物を硬化させてなる研磨層が形成された研磨シートが開示されている。
該文献には、前記可撓性基材として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、トリアセチルセルロース、メチルメタクリレート系共重合物等のアクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂やポリメタクリルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等を用いることが記載されている。

特開２０２０－１５７３８９号公報

本発明は、研磨レートを高くしても研磨対象物の平均表面粗さを低減でき、高研磨レート及び表面研磨性を高いレベルで両立することができる研磨シートを提供することを目的とする。さらに、発熱や機械的ストレスによる損傷等が生じ難く、高耐熱・高耐久性を有する研磨シートを提供することを目的とする。

本発明者等は鋭意検討した結果、可撓性基材上に、研磨材粒子が固定化されてなる研磨層を有する研磨シートにおいて、該可撓性基材としてポリフェニレンサルファイド樹脂を含む基材を用いることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明の完成に至った。すなわち本発明は以下に示すものである。

第１の発明は、可撓性基材上に、研磨材粒子が固定化されてなる研磨層を有する研磨シートにおいて、該可撓性基材がポリフェニレンサルファイド樹脂を含んでいることを特徴とする研磨シートである。

第２の発明は、前記研磨層が、研磨材粒子と、プレポリマーと、硬化剤とを少なくとも含む液体が硬化されてなる研磨層であることを特徴とする第１の発明に記載の研磨シートである。

第３の発明は、前記プレポリマーが、紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする第２の発明に記載の研磨シートである。

第４の発明は、曲げ弾性率が、５５００～１００００ＭＰａである第１～第３の発明の何れか一つに記載の研磨シートである。

本発明の研磨シートは、研磨レートを高くすることができ、かつ、研磨レートを高くしても研磨対象物の平均表面粗さを低減することができる。
さらに、発熱や機械的ストレスによる損傷等が生じ難く、高研磨レート下での研磨工程に耐えうる高耐熱性、高耐久性を有する。

本発明の研磨シートの構造を示す模式図である。

まず、本発明の研磨シートについて説明する。

＜研磨シートの構成＞
本発明の研磨シートは、可撓性基材上に、研磨材粒子が固定化されてなる研磨層を有する研磨シートにおいて、該可撓性基材がポリフェニレンサルファイド樹脂を含んでいることを特徴とする。

（可撓性基材）
可撓性基材として、研磨シートを研磨対象物の研磨対象面へ押し付けて使用する際の研磨対象面への追従性及び適度な引っ張り強度といった性能が求められている。
さらに、摩擦による発熱や、機械的ストレスに耐えうる高耐熱性、高耐久性を有したものが好適である。
このような観点から本発明に用いることが出来る可撓性基材としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂が挙げられる。前記フェニレンサルファイド樹脂は、アルミナや炭素繊維やガラス繊維等を含んだものを使用することができる。

上記性能を満たすためには、可撓性基材の厚さを厚さ５．０μｍから１００μｍのフィルム形状のものを使用することが好ましく挙げられ、１０μｍから９０μｍにすることがさらに好ましく挙げられ、２０μｍから８０μｍにすることが特に好ましく挙げられる。

このような可撓性基材としては市販の、東レ社製の製品名「トレリナ」等を使用することができる。

（研磨材粒子）
本発明の研磨材粒子としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、酸化アルミニウム、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化鉄等を例示することができる。
当該研磨材粒子は、単結晶でも、多結晶でもよい。本発明に用いられる研磨材粒子は、研磨速度の向上の観点から、ダイヤモンド粒子が好ましく挙げられる。

前記ダイヤモンド粒子の一次粒子のメディアン径は、０．１μｍから８μｍの範囲にあるものが好適である。より好ましくは０．２μｍから６μｍの範囲である。
このような範囲のダイヤモンド粒子を用いることで、研磨後の研磨対象物の平均表面粗さを小さくさせることができる。本発明の研磨シートに用いられる研磨剤粒子の粒径は、特に２μｍ以上の粒径のものを使用した場合が特に好適である。

本発明において、ダイヤモンド粒子の一次粒子のメディアン径は、レーザー回折散乱式粒子径分布測定装置で検知される分散したダイヤモンド粒子の積算％の分布曲線における体積％となる径（Ｄ５０）をいう。

ダイヤモンド粒子の一次粒子のメディアン径の好ましい標準偏差は０．０１から５．０であり、より好ましくは、０．０１から２.０であり、特に好ましくは０．０１から０．３である。当該範囲に入るダイヤモンド粒子を含有させた研磨シートを使用することで、研磨後の研磨対象物の平均表面粗さ（Ｒａ）をより小さくすることが可能となる。

（固定化されてなる研磨層）
本発明の研磨材粒子が固定化されてなる研磨層は、上記研磨材粒子と、プレポリマーと、硬化剤と、を含む液体が硬化されてなる研磨層であることが好ましい。
（プレポリマー）
本発明に用いるプレポリマーとしては、前述の可撓性基材と、研磨剤粒子の密着性の面から紫外線硬化樹脂が好ましく挙げられる。

上記紫外線硬化樹脂としては、例えば、アクリル系化合物を主成分とする紫外線硬化性樹脂、ウレタンアクリレートオリゴマーまたはポリエステルウレタンアクリレートオリゴマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルフェノール系樹脂の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、アクリル系化合物を主成分とする紫外線硬化性樹脂は、イオン性不純物が少なく、かつ耐熱性が高く、研磨剤粒子の密着性の面から特に好ましく用いることができる。

そのような樹脂として、市販の、大成ファインケミカル株式会社製の８ＫＸ－０７８等を使用することができる。

上記プレポリマー中に前記研磨材粒子及び硬化剤を少なくとも含む液体を、前記可撓性基材上で硬化させることで、研磨材粒子が固定化されてなる研磨層が得ることができる。

得られた研磨シートの曲げ弾性率が、５５００～１００００ＭＰａであることが好適である。下限以下であると、研磨レートが低くなるという欠点があり、上限以上であると柔軟性が低下し被研磨物の粗さが粗くなるという不具合がある。

また、曲げ弾性率は、「ＪＩＳ Ｋ ７１７１」に準拠する方法で測定することができる。

＜研磨シートの製造方法＞
次に、本発明の研磨シートの製造方法について説明する。以下に述べる製造方法は一例であり、本発明は当該方法によって何ら限定されるものでない。

本発明の研磨シートは、研磨材粒子分散液と、バインダー樹脂となるプレポリマーとを混合させ、次いで硬化剤を含ませ液状の樹脂組成物とした後、可撓性基材上に該樹脂組成物を塗布し、溶媒を除去して研磨層を硬化させることにより製造することができる。研磨シートの形状としては、シート状やディスク状が好ましく挙げられる。

（研磨材粒子分散液）
前記研磨材粒子分散液としては、水系溶媒又は有機系溶媒に研磨剤粒子が分散されてなるものを用いることができ、好ましくは、ダイヤモンド粒子と有機溶媒を少なくとも含む分散液が挙げられる。

ここで用いるダイヤモンド粒子としては、上述したダイヤモンド粒子が挙げられる。ダイヤモンド粒子分散液中のダイヤモンド粒子の含有量は、５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましく、１５質量％以上が特に好ましく挙げられる。このような高濃度のダイヤモンド粒子分散液を用いることで、ダイヤモンド粒子充填性の高い研磨シートを製造することが可能となる。なお、ダイヤモンド粒子分散液には、ダイヤモンド粒子以外に、研磨材としてアルミナ粒子、シリカ粒子、セリア粒子（酸化セリウム）から選ばれる少なくとも一種を含有させて用いても良い。
また、ダイヤモンド粒子は、角部の形状が鈍角（９０°よりも大きい）又は曲面状にすることにより研磨対象物に対し、スクラッチ（引っかき傷）をつけることなく研磨することが可能となる。

（有機溶媒）
ダイヤモンド粒子分散液に用いる有機溶媒は、ダイヤモンド粒子分散液の分散媒としての役割を有する。

有機溶媒としては、一価アルコール類（メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等）、多価アルコール類及びオキシアルコール化合物類（エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メトキシプロピレングリコール、ジメトキシプロパノール等）、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン、アミド系（Ｎ－メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ－エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルホルムアミド、Ｎ－メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等）、スルホラン系（スルホラン、３－メチルスルホラン、２，４－ジメチルスルホラン等）、鎖状スルホン系（ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン）、環状アミド系（Ｎ－メチル－２－ピロリドン等）、カーボネイト類（エチレンカーボネイト、プロピレンカーボネイト、イソブチレンカーボネイト等）、ニトリル系（アセトニトリル等）、スルホキシド系（ジメチルスルホキシド等）、２－イミダゾリジノン系〔１，３－ジアルキル－２－イミダゾリジノン（１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、１，３－ジエチル－２－イミダゾリジノン、１，３－ジ（ｎ－プロピル）－２－イミダゾリジノン等）、１，３，４－トリアルキル－２－イミダゾリジノン（１，３，４－トリメチル－２－イミダゾリジノン等）〕等が挙げられる。

前記有機溶媒は、単独で用いても２種類以上混合して用いてもよい。ダイヤモンド粒子の分散性を向上させる目的や、用いるプレポリマーとダイヤモンド粒子分散液との混合のし易さより、２種類以上を混合させて用いることが好ましく挙げられる。

ダイヤモンド粒子分散液に超音波を照射させて、有機溶媒中にダイヤモンド粒子を分散させてもよい。ダイヤモンド粒子分散液に超音波を照射させることで、ダイヤモンド粒子の凝集体のファンデルワールス力を解除させて、均一に分散させることが可能となる。

ダイヤモンド粒子分散液に超音波を照射させる方法としては、超音波発振機やガラス器具洗浄用超音波浴等を用いて前記混合液に超音波を照射する方法が挙げられる。

超音波を混合液に照射させる時間は５分から１０時間であることが好ましく、１０分から５時間であることがより好ましく、１５分から２時間であることが特に好ましく挙げられる。超音波を混合液に前記時間を照射させることで、ダイヤモンド粒子の凝集体のファンデルワールス力を十分に解除することができる。

（プレポリマー）
研磨シート製造に用いるバインダー樹脂として、上述したプレポリマーが挙げられる。

プレポリマーの使用量は、ダイヤモンド粒子とプレポリマーとの質量比が、７０：３０ないし３０：７０の範囲にすることが好ましく、６５：３５ないし３５：６５の範囲がより好ましく、６０：４０ないし４０：６０の範囲にすることが特に好ましく挙げられる。このような範囲とすることで好適な研磨層を形成でき、ひいては研磨速度を向上させることができる。

（硬化剤）
本発明で用いられる硬化剤は前記プレポリマーを含む樹脂組成物を硬化させるために使用されるものである。具体的には、公知の重合開始剤等を用いることができる。

（研磨層形成方法）
可撓性基材上に樹脂組成物を塗布した後、樹脂組成物中の溶媒を除去して、紫外線を照射することで研磨層を形成させる。
当該方法としては、エアードクターコート、ブレードコート、エアーナイフコート、スクイズコート、含浸コート、リバースロールコート、トランスファーロールコート、グラビアコート、キスコート、スプレーコート、バーコート、スピンコート等により、可撓性基材上に樹脂組成物をコートした後に、樹脂組成物中の有機溶媒を除去して乾燥させ、紫外線を照射することで、可撓性基材上に研磨層を形成させることができる。
これらの中でも特に簡単に均一な厚さの層を形成させることが出来る点より、バーコート法が好ましく挙げられる。

可撓性基材上には、研磨層との密着性を向上させるため、可撓性基体と研磨層との間にプライマー層を設けてもよい。プライマー層に用いる樹脂としては、ＣＯＯＭ、ＳＯ_３Ｍ、ＯＳＯ_３Ｍ、Ｐ＝Ｏ（ＯＭ）_３、Ｏ－Ｐ＝Ｏ（ＯＭ）_２（Mは水素原子、アルカリ金属塩基又はアミン塩）等の官能基を１つ又は２つ以上有するポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリ（メタ）アクリル樹脂等が好ましく挙げられる。

また、樹脂組成物中の有機溶媒を除去させる際の温度としては、用いる有機溶媒によって異なるが、用いる有機溶媒の沸点より３０℃～５０℃高い温度により加熱することが好ましく挙げられる。このような温度とすることで、樹脂組成物中のダイヤモンド粒子の均質性を維持しながら研磨層を形成させることができる。

以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明は、本実施例によりなんら限定されるものではない。実施例中の「部」は「質量部」、「％」は「質量％」を表す。

（研磨シート１の製造）

（研磨材粒子）
メチルエチルケトン５７９部にダイヤモンド粒子（ダイヤモンドパウダー３、テクノライズ株式会社製、一次粒子のメディアン径２．７５５μｍから３．３１２μｍ）１６３部を混合してダイヤモンド粒子分散液を作製した。

（樹脂組成物）
前記ダイヤモンド粒子分散液中に、プレポリマーとしてアクリル樹脂（８ＫＸ－０７８、大成ファインケミカル株式会社製）３３部、硬化剤として光重合開始剤（Ｏｍｎｉｒａｄ１２７、ＩＧＭ Ｒｅｓｉｎ Ｂ.Ｖ製）１部となるように原料を混合した。

この樹脂組成物を可撓性基材である厚さ５０μｍのポリフェニレンサルファイドフィルムにバーコーターを用いて均一に塗布し、送風乾燥機１００℃で１分乾燥後、積算光量３００ｍＪ／ｃｍ^２で紫外線照射することで研磨シート１を得た。
（研磨シート２～５の製造）
用いる基材を表１に示す基材に変更した以外は研磨シート１の製造と同様にして研磨シート２～５を製造した。

製造した研磨シートを用いて、下記研磨条件によりシリコン基板を研磨した。研磨装置にはスガ摩耗試験機ＮＵＳ‐ＩＳＯ３（スガ試験機株式会社）を使用した。研磨前後のシリコン基板の重量を測定し、研磨量を算出した。摩耗輪には緩衝材を取付け、上から研磨シートを巻いて使用した。シリコン基板の平均表面粗さ（Ｒａ）は、下記測定条件により測定した。測定結果及び研磨レート（単位時間あたりの研磨量）を下表２に示す。

＜研磨条件＞
研磨前のシリコン基板の平均表面粗さ（Ｒａ）： ２８．８ｎｍ
シリコン基板摺動速度：４０回往復／分
摩耗輪回転速度：０．９°／１往復
摩耗輪押し付け圧力：１０Ｎ
緩衝材：低反発ウレタンスポンジ（厚さ：１０ｍｍ、密度：０．０２２ｇ／ｃｍ^３）

＜測定条件＞
シリコン基板の平均表面粗さ（Ｒａ）は以下の条件で測定した。
測定モード：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｄｅ
スキャンスピード：０．５４Ｈｚ
カンチレバー：エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製カンチレバーＳＩ－ＤＦ２０（背面ＡＬ有）
評価領域：１０μｍ×１０μｍ角
解像度：２５６ピクセル×２５６ピクセル

本評価条件では、研磨レートは０．２２ｍｇ／分以上が好ましく、かつ、研磨対象物であるシリコン基板の平均表面粗さ（Ｒａ）が２０ｎｍ以下であることが好ましい。
特に好ましくは、研磨レートが０．２４ｍｇ／分以上で、かつ、研磨後のシリコン基板の平均表面粗さが１５ｎｍ以下である。

表２より、本発明品である研磨シート１～３は比較品である研磨シート４～５に比べ、研磨後のシリコン基板の平均表面粗さが小さく、かつ、研磨レートを向上できることがわかった。

また、本発明の研磨シートは、上述したシリコン基板のみならず、光ファイバー接続端面等の光学部材の加工、磁気ディスク、精密機器、精密部品及びプリント基板の仕上げ加工等にも好適に用いることができる。

Claims (4)

1. 可撓性基材上に、研磨材粒子が固定化されてなる研磨層を有する研磨シートにおいて、
   該可撓性基材がポリフェニレンサルファイド樹脂を含んでいることを特徴とする研磨シート。
2. 前記研磨層が、研磨材粒子と、プレポリマーと、硬化剤とを少なくとも含む液体が硬化されてなる研磨層であることを特徴とする請求項１に記載の研磨シート。
3. 前記プレポリマーが、紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の研磨シート。
4. 曲げ弾性率が、５５００～１００００ＭＰａである請求項１～３の何れか一つに記載の研磨シート。

Images