JP4517552B2 - 被研磨物保持材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
シリコンウエハ，ハードディスクなどの製造工程には、これらの表面を研磨する工程がある。本発明は、前記研磨工程で、シリコンウエハ，ハードディスク等の素材である被研磨物を保持するための保持材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記被研磨物保持材は、駆動用のギアを周囲に形成した円板に、被研磨物保持用の貫通穴を１個ないし複数個あけた構造である。前記貫通穴に被研磨物を嵌め込んで研磨装置に装着し、保持材を平面で駆動させることにより被研磨物の研磨を行なう。
【０００３】
従来、被研磨物保持材には、電気絶縁用積層板を加工したものが用いられている。積層板は、熱硬化性樹脂を含浸乾燥したシート状繊維基材（プリプレグ）の層を加熱加圧成形したものである。例えば、ガラス繊維織布基材エポキシ樹脂積層板，ガラス繊維不織布基材エポキシ樹脂積層板，高強度有機繊維基材エポキシ樹脂積層板などである。この中でも、高強度有機繊維基材、特にアラミド繊維基材エポキシ樹脂積層板が、スクラッチ（研磨傷）発生の抑制に効果があることがわかってきて、被研磨物保持材として多用されるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
被研磨物保持材に要求される特性は、耐摩耗性，板厚精度，そり特性，高強度などである。被研磨物保持材には、被研磨物（研磨加工された完成品）に要求される品質・性能が高くなるに伴い被研磨物にスクラッチ（研磨傷）を発生させないようにすることが求められ、同時により高強度で繰返し使用寿命も長くすることが求められている。アラミド繊維基材積層板による被研磨物保持材は、ガラス繊維織布基材積層板による被研磨物保持材に比べ、スクラッチの発生抑制に寄与しているものの、弾性率が小さい（剛性が不足する）ために、被研磨物保持材のサイズが大きくなると、研磨中にクラッシュしやすくなるという問題があり、改良の余地がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、従来のアラミド繊維基材積層板による被研磨物保持材の耐スクラッチ性を保持し、耐摩耗性に優れ使用寿命が長く、研磨中のクラッシュも回避できる被研磨物保持材を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る被研磨物保持材のための板状体は、熱硬化性樹脂を含浸した高強度有機繊維基材層（プリプレグ）を含む層を加熱加圧成形してなるものであり、前記熱硬化性樹脂中にはチタン酸カリウム繊維を含有することを特徴とする。前記チタン酸カリウム繊維は、平均繊維径が０．３〜０．６μｍ、平均繊維長が１０〜２０μｍであり、その含有量は、前記熱硬化性樹脂固形１００質量部に対して１０〜５０質量部である。そして、被研磨物保持材は、前記板状体が、被研磨物保持のための所定形状に加工され、駆動用のギアを周囲に形成した円板に被研磨物保持用の貫通穴をあけた構造である。
【０００７】
上記チタン酸カリウム繊維含有熱硬化性樹脂−高強度有機繊維基材の組合せからなる被研磨物保持材は、耐スクラッチ性、耐摩耗性が良好であり、かつ、チタン酸カリウム繊維を含まない保持材と比較し、弾性率が大きくなる。これらの性能を保持する理由は、以下のように考えられる。
【０００８】
すなわち、チタン酸カリウム繊維は、平均繊維径が０．３〜０．６μｍ、平均繊維長が１０〜２０μｍの繊維であり、高強度、高弾性、高アスペクト比という特徴がある。このため樹脂の補強材として働き、被研磨物保持材の弾性率を高くすることに寄与する。そして、微細なチタン酸カリウム繊維が高強度有機繊維基材中に入り込み、高強度有機繊維を補強するように働くため、耐摩耗性が向上するのである。また、一般的な無機充填材はモース硬度が６以上であるが、このチタン酸カリウム繊維はモース硬度が４と低いため脱落しても被研磨物に傷をつけにくいのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述のように、本発明に係る被研磨物保持材用板状体は、チタン酸カリウム繊維を含有した熱硬化性樹脂を含浸した高強度有機繊維基材層を含む層を加熱加圧成形してなるものである。チタン酸カリウム繊維の配合量を前記熱硬化性樹脂固形１００質量部に対し１０〜５０質量部に制限するのは、その量が少ないと補強材としての効果小さくなり、多いと樹脂とチタン酸カリウム繊維の界面の接着が弱くなり逆に脆くなるからである。
【００１０】
高強度有機繊維は、パラ系アラミド繊維のほか、芳香族ポリエステル繊維，ポリベンゾオキサゾール繊維等であり、これら繊維を織布や不織布にしたシート状繊維基材の形態で用いる。これら基材に含浸する熱硬化性樹脂は特に限定するものではなく、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル，ポリイミド等である。しかし、フェノール樹脂やポリイミドなど、比較的耐熱性の高い熱硬化性樹脂（例えば、ベンゼン核など接着に直接関与しない部分を分子骨格に高密度で有している樹脂）は、樹脂自体は硬いものの、接着性が比較的低いため研磨時に繊維と樹脂の界面剥離が発生しやすかったり、樹脂自体の破壊・摩耗が起こりやすいということが分かった。このようなことから、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用することが好ましい。
【００１１】
被研磨物保持材用板状体の成形は、電気絶縁用積層板の成形と同様に実施することができる。すなわち、熱硬化性樹脂を含浸乾燥した高強度有機繊維基材層（プリプレグ）を含む層を離型フィルムで被覆して鏡面板に挟み込み、プレス熱盤間で加熱加圧成形する。プリプレグの層は、プリプレグ１枚であってもよいし複数枚であってもよい。シリコンウエハ，ハードディスクなど被研磨物の種類や研磨条件により、プリプレグの使用枚数を変える。
また、高強度有機繊維基材とその他の基材を組合せて板状体を構成してもよく、例えば、表面層にパラ系アラミド繊維基材、中間層にポリエステル繊維基材やガラス繊維織布基材を配置する。
【００１２】
【実施例】
実施例１
（ワニスＡの準備）
チタン酸カリウム繊維（繊維径：０．５μｍ，繊維長：２０μｍ，大塚化学製「ティスモーＤ」）を臭素化ビスフェノール系エポキシ樹脂ワニスに配合分散させてワニスＡを準備した（チタン酸カリウム繊維配合量は樹脂固形分１００質量部に対し３０質量部）。
（プリプレグＡの製造）
パラ系アラミド繊維不織布基材（帝人製アラミド繊維「テクノーラ」使用，繊維径：１．５デニール，繊維長：３mm，単位質量：７０ｇ／ｍ^２）にワニスＡを含浸乾燥して、樹脂含有量５２質量％のプリプレグＡを得た。
（積層板の製造）
上記プリプレグＡを８枚重ね合せて、温度１７０℃，圧力４MPaで加熱加圧成形し、積層板を得た。
【００１３】
実施例２
実施例１において、チタン酸カリウム繊維配合量を１０質量部とした以外は実施例１と同様にして、積層板を製造した。
【００１４】
実施例３
実施例１において、チタン酸カリウム繊維配合量を５０質量部とした以外は実施例１と同様にして、積層板を製造した。
【００１５】
比較例１
実施例１において、チタン酸カリウム繊維配合量を５質量部とした以外は実施例１と同様にして、積層板を製造した。
【００１６】
比較例２
実施例１において、チタン酸カリウム繊維配合量を５５質量部とした以外は実施例１と同様にして、積層板を製造した。
【００１７】
比較例３
（ワニスＢの準備）
チタン酸カリウム繊維を含まない臭素化ビスフェノール系エポキシ樹脂ワニスＢを準備した。
（プリプレグＢの製造）
ガラス繊維織布（日東紡績製「ＷＥＡ−１８」，厚さ：０．１８mm，単位質量：２０５ｇ／ｍ^２）にワニスＢを含浸乾燥して、樹脂含有量４２質量％のプリプレグＢを得た。
（積層板の製造）
上記プリプレグＢを４枚重ね合せて、温度１７０℃，圧力４MPaで加熱加圧成形し、積層板を得た。
【００１８】
比較例４
実施例１において、充填材としてチタン酸カリウム繊維の代わりに水酸化アルミニウムを３０質量部配合したワニスを用いる以外は実施例１と同様にして、プリプレグを作製し、積層板を製造した。
【００１９】
従来例１
実施例１において、ワニスＡの代わりにワニスＢを用いる以外は実施例１と同様にして、プリプレグを作製し、積層板を製造した。
【００２０】
以上の各実施例と比較例及び従来例における積層板を被研磨物保持材に加工した。この被研磨物保持材は、上記各積層板を機械加工し、周囲にギアを形成した直径１０インチの円板であり、被研磨物を嵌め込むための直径３．５インチの貫通穴を４個設けたものである。３．５インチアルミハードディスクのための素材を被研磨物とし、研磨工程における被研磨物のスクラッチ発生の有無、被研磨物保持材の使用寿命及びクラッシュ発生の有無を評価した結果を表１に示す。
【００２１】
クラッシュとは、被研磨物保持材のギア部が引裂かれる破壊現象である。被研磨物保持材の最も破壊が著しい箇所は、被研磨物保持材（円板）の周囲に形成したギア部分であり、クラッシュが発生するのは、研磨時に被研磨物保持材の平面に対して垂直方向に引裂き荷重が加わるからである。通常、ハードディスクなどの研磨においては、周囲にギアを形成した被研磨物保持材をインターナルギアと太陽ギアを有した研磨装置に数枚装着し、さらに、被研磨物保持材の貫通穴に被研磨物を嵌め込み、遊星運動をさせて回転研磨する。被研磨物保持材の厚さは被研磨物の厚さより薄いので、研磨時の被研磨物保持材には垂直方向の圧力がほとんど掛からない。このため、被研磨物保持材のギア部分に掛かった回転方向の力は被研磨物保持材の垂直方向に逃げるように働き、ギアの隣合う歯の間が引裂かれる破壊を起こしやすいのである。
【００２２】
表１において、被研磨物のスクラッチ発生の有無は、上記研磨におけるスクラッチ不良率を求めた。また、クラッシュの発生の有無は、所定製造バッチの研磨におけるクラッシュの発生回数を調査した。被研磨物保持材の使用寿命は、摩耗により使用不可になるまでの製造バッチ数を調査した。
表１には、チタン酸カリウム繊維の配合量と積層板の曲げ弾性率も併せて記載した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】
本発明に係る被研磨物保持材は、高強度有機繊維基材に含浸した熱硬化性樹脂中にチタン酸カリウム繊維を含有することによって、耐スクラッチ性と長い使用寿命を保持したまま弾性率（曲げ弾性率）を向上させることができるので、クラッシュを回避し、被研磨物の生産歩留まり向上を図れる。

Claims (1)

1. 熱硬化性樹脂を含浸した高強度有機繊維基材層を含む層を加熱加圧成形してなり、前記熱硬化性樹脂中にチタン酸カリウム繊維を含有し、前記チタン酸カリウム繊維は、平均繊維径が０．３〜０．６μｍ、平均繊維長が１０〜２０μｍであり、その含有量が樹脂固形１００質量部に対して１０〜５０質量部である被研磨物保持材用板状体であって、前記被研磨物保持材用板状体が、被研磨物保持のための所定形状に加工され、駆動用のギアを周囲に形成した円板に被研磨物保持用の貫通穴をあけた構造の被研磨物保持材。