JP6189013B2

JP6189013B2 - 研磨布

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Publication number: JP6189013B2
Application number: JP2011274218A
Authority: JP
Inventors: 真也田川; 倫之奥平
Original assignee: Filwel
Current assignee: Filwel
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: JP2013123780A

Description

本発明は、精密研磨用の研磨布に関するものであり、さらに詳しくは、ハードディスク用アルミニウム基板およびガラス基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板、シリコンウエハ等の研磨に好適な研磨布に関するものである。

従来、ハードディスク用アルミニウム基板およびガラス基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板、シリコンウエハ等の被研磨物は、高精度な平坦性が要求されるため、研磨布を用いた研磨加工が行われている。

これらの被研磨物の研磨加工は、通常、コロイダルシリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウム等の研磨剤を含むスラリ状の研磨液を供給しながら行われる。

そしてこのような研磨加工における精密研磨用の研磨布としては、湿式成膜法や乾式成形法で作製された、発泡を有するシート状のものが一般に用いられている。

この発泡を有するシート状の研磨布のうち、湿式成膜法によるものでは、エラストマー、樹脂等の凝固成分を水混和性の有機溶媒に溶解させた発泡用溶液を不織布等の基材に塗布した後、水系凝固液中に浸漬して凝固成分を凝固させることにより基材の表面にたて型発泡を有する樹脂シートが形成される。

この発泡は、その形状を厚み方向の断面から観察すると下層部分は大きな発泡形状になり、下層部分から表面に向かうに従って緻密な発泡形状になる構造体である。そしてその表面には１μｍ以下の微細孔があり、表面から下層部分の発泡までは微細な連通孔にてつながっている。この発泡表面を研削処理し、発泡を開口した研磨布については、スェード研磨布と呼ばれている。

供給口からの研磨液を研磨布表面と被研磨物の間全体に行き渡らせるために、格子柄、菱形柄、亀甲柄等任意の形状の溝を研磨布表面に形成したスェード研磨布が開示されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

実開昭５７−５９０５４号公報特開平１１−７７５１８号公報特開２００４−２５５４６７号公報特開２０１０−１１５７１７号公報

これらのスェード研磨布の樹脂シートは疎水性が高いため、研磨液は研磨布に吸水されにくく、研磨布表面に形成した溝の深さが基材上の樹脂シートの厚み以下であるため、溝内の研磨液の多くは研磨加工時の遠心力により研磨液は溝を通って、研磨布内に保持、研磨布表面に供給されることなく、研磨布の周辺に移動し、研磨布の外へ流出する。

このように、溝内の研磨液のほんどが研磨に寄与することなく系外へ流れ出るため、多く研磨液の供給が必要であり、時間当たりの研磨量の低下を招いていた。

本発明は、上記観点に鑑み創作されたものであり、被研磨物の品質に影響を与えずに、研磨機械装置や研磨機で使用する研磨液の量や濃度、加工圧を増やすことなく、研磨加工に有効に作用する研磨液を増やし、被研磨物の平坦性を確保するための研磨時間を短縮できる研磨布を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するための、
第１の解決手段は、不織布に樹脂を含浸させてなる基材の表面に、垂直にならぶ紡錘状発泡を有する樹脂シートが直接積層形成された研磨布において、当該研磨布は溝を有し、該溝は、その深さが当該研磨布の研磨面から樹脂シートと基材の積層面に達し、かつ、前記基材の単位体積当たりの吸水量が前記樹脂シートの単位体積当たりの吸水量より多く設定され、研磨加工時に前記基材に研磨液を保持しうることを特徴とする研磨布を構成としたものである。

第２の解決手段は、前記溝の底部が前記基材に入り込んでいることを特徴とする研磨布を構成としたものである。

（作用）
上記第１、第２の課題解決手段による作用は、研磨加工時に基材においても研磨液を保持できる。特に第２の課題解決手段によれば、第１の課題解決手段に比べ、基材が溝と接する面が増えるため、より多くの研磨液を基材内に保持することができる。

本発明によれば、上記構成、作用よって、被研磨物と研磨布の研磨面間に有効に供給される研磨液量が増え、研磨液の供給量や濃度、加工圧を増やしたりすることなく、被研磨物の平坦性を確保するための研磨時間の短縮が図れる。

本発明に係わる研磨布の断面図を示す。（実施例１）本発明に係わる別の様態の研磨布の断面図を示す。（実施例２）従来の研磨布の断面図を示す。（比較例1、比較例２）樹脂シートおよび基材の吸水量を測定するための試料を示す。

以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の研磨布の一実施形態を概略的に示す断面図である。
同図に示すように、本発明の研磨布１は、湿式成膜法により発泡５が形成された樹脂シート２を備えている。

すなわち、凝固成分を水混和性の有機溶剤に溶解させた発泡用溶液を基材３に塗布し、次いで発泡用溶液を塗布した基材３を水系凝固液中に浸漬して凝固成分を凝固させることにより発泡５を有する樹脂シート２を積層する。

本発明において、樹脂シート２を湿式成膜法により製造する場合、凝固成分としては、特に限定されないが、ポリウレタンエラストマーが好ましく用いられる。
ポリウレタンエラストマーは、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系あるいはこれらの共重合体等を用いることができ、目的に応じて単独でまたは２種類以上を混合して用いることができる。

凝固成分としてポリウレタンエラストマーの固形分濃度は、好ましくは１０〜４０質量％、より好ましくは１５〜３０質量％である。エラストマーの固形分濃度が低過ぎる場合、基材上に良好な発泡層が形成されにくくなる。エラストマーの固形分濃度が高過ぎる場合、粘度その他の点で製造上の支障が生じる場合がある。

凝固成分としてのポリウレタンエラストマーを溶解する水混和性の有機溶剤としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルホルムアミド、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、エチルアセテート、ジオキサン等が挙げられる。有機溶剤は目的に応じて単独でまたは２種類以上を混合して用いることができる。

そして本発明では、凝固成分を水混和性の有機溶剤に溶解させた溶液に顔料、発泡助剤、親水剤、撥水剤等を配合した発泡用溶液を用いる。

本発明に用いられる基材３としては、研磨液を保持する空隙を有する、レーヨン、ポリアミド、ポリエステル等の繊維またはこれらの混合物からなる編織布や不織布が挙げられる。

本発明の研磨布１を製造するには、例えば次の様にすればよい。即ち、上述の如き組成に調整されたポリウレタンエラストマー溶液（発泡用溶液）を前記基材３上にロールコーター、ナイフコーター等の適宜な塗布手段を用いて、１５０〜１，５００ｇ／ｍ^２の塗布量（溶液として）になるように塗布し、次いで水或は水とポリウレタンエラストマーの溶剤との混合液中に浸漬して湿式凝固せしめた後、脱溶剤のための水洗、乾燥をすることにより、基材３上に、積層面４にほぼ垂直にならぶ紡錘状発泡５を有する樹脂シート２を形成する。

さらに、樹脂シート２の表面（基材３の反対側）をサンドペーパー等で研削処理し、発泡５を開口させ、研磨面６を形成する

次に、研磨面６に溝７を形成し、研磨布１を作製した。
溝７の加工手段としては、切削または研削加工、もしくはレーザー加工によるものがあるが、これらに限定されるものではない。

溝７の溝最底部８は基材３と樹脂シート２の積層面４に達していなければならない。さらに、溝７の溝最底部８は積層面４より基材３に０．１ｍｍ以上入り込んでいることが好ましい。溝最底部８が樹脂シート２である場合は、本願発明の効果である研磨加工時間を短縮することが困難である。また、溝最底部８が積層面４より基材３に０．１ｍｍ以上入り込んでいる場合は、より一層の研磨加工時間の短縮が図れる。

また、溝７の幅、間隔（ピッチ）および断面の形状（例えば、凹状、Ｕ字状、Ｖ字状等）、形態（例えば、格子状、同心円状、斜交状、亀の甲状、放射状等）については適宜選択することができる。

本発明の研磨布１を用いた被研磨物の研磨加工は、通常、コロイダルシリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウム等の研磨剤を含むスラリ状の研磨液を供給しながら行われる。

本発明の研磨布1は、例えば、ハードディスク用アルミニウム基板およびガラス基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板、シリコンウエハ等の研磨に好適である。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１は実施例１による研磨布１の断面図を示す。
ポリエステル短繊維（繊度１．５ｄｔｅｘ、長さ５１ｍｍ）よりなるニードルパンチされた不織布（目付１２５ｇ／ｍ^２、厚み０．８ｍｍ）に、ポリウレタンエラストマー溶液を含浸させ、水に浸漬して湿式凝固せしめた後、水洗乾燥、研削処理し、厚さ０．４ｍｍの基材３を得た。

一方、固形分濃度３０％のポリエステル系ポリウレタンエラストマー溶液１００質量部に、ジメチルホルムアミド６０質量部、発泡助剤１．５質量部、および顔料であるカーボンブラックを２０質量％含有するジメチルホルムアミド分散液１０質量部を加え、ポリウレタンエラストマー溶液（発泡用溶液）を作製した。

得られた溶液（発泡用溶液）を基材３にロールコーターで１０００ｇ／ｍ²塗布した後、凝固浴の中に浸漬して凝固させ、温水で十分に脱溶媒した後、１００℃にて熱風乾燥を行った。

このようにして不織布の基材３上にポリウレタンエラストマーの発泡５を有する樹脂シート２を積層し、次に、樹脂シート２の表面（基材３の反対側）を、サンドペーパー＃２４０、クリアランス１.０ｍｍ、ラインスピード１．５ｍ／分、ペーパー回転数１０００ｒｐｍの条件で、穴開け研削し、樹脂シート２上に研磨面６を形成し、樹脂シート２の厚みを０．６ｍｍとした。

上述の研削処理後、溝切り加工機（三菱マテリアルテクノ株式会社製直線溝入れ加工機）により、溝幅２ｍｍ、溝の間隔２０ｍｍ、研磨面６からの深さ０．６ｍｍの碁盤目状（縦横の格子状）の溝７を研磨面６に形成し、厚み１．０ｍｍの研磨布１を得た。次に溝加工後の研磨布１の溝７を目視し、溝最底部８が積層面４に達していることを確認した。

＜実施例２＞
図２は実施例２による研磨布１の断面図を示す。
実施例２では、研磨面６に形成する溝７の研磨面６からの深さを０.７ｍｍとした以外は、実施例１と同様にし、研磨布１を得た。樹脂シート２の厚みは０．６ｍｍであるから、溝７の最底部８は積層面４より基材３に０．１ｍｍ入り込んでいる。溝７を目視し、その溝最底部８が基材３であることを確認した。

＜比較例１＞
図３に比較例１、２による研磨布９の断面図を示す。
比較例１では、研磨面６に形成する溝１０の研磨面６からの深さを０.５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にし、研磨布９を得た。次に溝加工後の研磨布９の溝１０を目視し、その溝最底部１１が樹脂シート２であることを確認した。

＜比較例２＞
比較例２では、樹脂シート２の厚さを０．８ｍｍ、基材３の厚さを０．２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にし、研磨布９を得た。次に溝加工後の研磨布９の溝１０を目視し、その最底面部１１が樹脂シート２であることを確認した。

＜吸水量測定のための試料の作製＞
樹脂シート２および基材３の吸水量を測定するための試料１２について、図４にその概略を示す。

＜試料の作製＞
試料１２は、図４に示すように、樹脂シート２および基材３の測定用シート１３（１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形）の水を吸水させる面以外からの水の侵入を防ぐために、その両面に測定シート１３の大きさを上回る、水を透過しない粘着シート１４を測定シート１３の両面に貼着し、測定シート１３を密閉する。さらに水を吸水させる面の粘着シート１４の中央をφ４０ｍｍの円形に剥がし、吸水窓１５を設けたものである。

＜樹脂シートの測定用シート＞
樹脂シート２の測定用シート１３は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）基材上に実施例１と同様の樹脂シート２を形成し、樹脂シート２からＰＥＴ基材を剥がし、上述の大きさに切断加工したものである。
＜基材の測定用シート＞
基材３の測定用シート１３は、実施例１と同様に作製した基材３上の樹脂シート２を研削処理にて取り除き、上述の大きさに切断加工したものである。

＜吸水量の測定方法＞
上述の試験片１２を十分乾燥させ、吸水前の重量を測定した。次に、水を満たした水槽中に試験片１２を沈め、９０時間放置後、水槽から取り出し表面の余分な水分を拭き取り、吸水後の重量を測定した。吸水後の重量から吸水前の重量を引き、樹脂シート２、基材３の吸水量を算出した。

上述の吸水量の測定方法により、樹脂シート２および基材３ついて、おのおの５枚の試料１２を測定し、その平均値を表１に示す。

実施例１、２および比較例１、２の研磨布について次の研磨試験を行った。
オスカー式の片面研磨装置を用い、予め板厚を精密に測定した、板厚０．７ｍｍ、サイズ６８０ｍｍ×８８０ｍｍの液晶用向けガラス基板を、径１２００ｍｍの上方の加圧盤の下面に貼着された厚さ１ｍｍの水を含んだバックパッドに押圧して接触させ吸着固定させた。

前記片面研磨装置の下方の径１５００ｍｍ加圧盤の上面に研磨布を両面テープにより貼着し、加圧盤を回転させ、酸化セリウムからなる研磨砥粒を水に分散させ研磨液とした市販の研磨液を毎分５リットル供給しつつ、ガラス基板を加圧盤にて研磨布に押しつけ研磨を行った。

その際の自転軸を中心に自転可能な上方の加圧盤の揺動幅を３８０ｍｍ、揺動速度を５０ｍｍ／秒、下方の加圧盤の回転数を９０ｒｐｍ（回転数／分）、研磨圧を１００ｇ／ｃｍ^２とし、研磨を行い、ガラス基板表面に０．０１μｍ〜０．０３μｍの表面凹凸がなくなるまでの研磨時間を測定した。

ガラス基板における表面凹凸の有無については、表面粗さ計（株式会社東京精密社製、サーフコム１４００）を用い測定した。

上述の研磨加工試験により、実施例および比較例の研磨布について、おのおのガラス基板１０枚を研磨し、その平均研磨時間を表２に示す。

表２に示すように、研磨面６より積層面４まで達する溝を形成した実施例１による研磨布１を用いた研磨時間は平均２９７秒、研磨面６より基材３まで入り込んでいる溝を形成した実施例２による研磨布１を用いた研磨時間は平均２７６秒、研磨面より基材３まで及ばない溝を形成した比較例１の研磨布９を用いた研磨時間は平均３２５秒であった。よって、比較例１に比較し、ガラス基板表面に０．０１μｍ〜０．０３μｍの表面凹凸がなくなるまでの研磨時間が実施例１では２８秒、実施例２では４９秒短縮した。
また、実施例２と比較例２の比較より、同じ溝の深さであっても、基材３まで入り込む溝を形成した場合は、ガラス基板表面に０．０１μｍ〜０．０３μｍの表面凹凸がなくなるまでの研磨時間が４３秒短縮した。

よって、上述の吸水量、研磨加工試験に示すように、基材が樹脂シートより単位体積当たりの吸水量が大きい研磨面の溝を形成した研磨布において、溝最底部が、積層面もしくは基材までおよぶ研磨布は、研磨加工時間の短縮が図れる。

本発明は、これまでに比べ、被研磨物の平坦性を確保するための研磨時間を短くできる研磨布を提供するため、研磨布の製造、販売に寄与し、産業上の利用可能性を有する。

１、９研磨布
２樹脂シート
３基材
４積層面
５発泡
６研磨面
７、１０溝
８、１１溝最底部
１２試料
１３測定用シート
１４粘着シート
１５吸水窓

Claims

不織布に樹脂を含浸させてなる基材の表面に、垂直にならぶ紡錘状発泡を有する樹脂シートが直接積層形成された研磨布において、当該研磨布は溝を有し、該溝は、その深さが当該研磨布の研磨面から樹脂シートと基材の積層面に達し、かつ、前記基材の単位体積当たりの吸水量が前記樹脂シートの単位体積当たりの吸水量より多く設定され、研磨加工時に前記基材に研磨液を保持しうることを特徴とする研磨布。
前記溝の底部が前記基材に入り込んでいることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。