JP6280673B2 - 研磨パッド及び研磨方法 - Google Patents
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Description
繊維が立毛した立毛部を有する布帛(例えば特許文献1を参照)を研磨パッドとして用いれば、立毛部は変形性が高いため、研磨対象物の表面のうち凸部の近傍部分にも立毛部が接触する可能性がある。しかしながら、特許文献1に開示の布帛を研磨パッドとして用いた研磨では、凸部の形状や大きさによっては、研磨対象物の表面のうち凸部の近傍部分を十分に研磨することができない場合があった。
表面に凹部を有する研磨対象物を研磨する場合も同様であり、スウェードで構成された従来の研磨パッドを用いた研磨や特許文献1に開示の布帛を研磨パッドとして用いた研磨では、凹部の内面まで十分に研磨することができない場合があった。
また、本発明の他の態様に係る研磨方法は、上記一態様に係る研磨パッドを用いて研磨対象物を研磨することを要旨とする。
図1に示すように、本実施形態の研磨パッドは、長さLが2mm以上の繊維12の複数が基部11の表面に立毛した立毛部1を有している。基部11の表面に立毛している長さLが2mm以上の繊維12の質量は、250g/m2以上である。
なお、スウェードは立毛部を有しておらず、多数のポアを有する発泡ポリウレタン層が基材上に設けられたものである。この発泡ポリウレタン層の厚さは、通常は1mm以下、大きくても2mm未満である。
(1)研磨パッドについて
繊維12の長さLは、研磨対象物2の表面のうち凸部21の近傍部分や凹部22の内面を十分に研磨することができるように、凸部21や凹部22の形状や大きさに応じて選択することができる。繊維12の長さLが2mm以上であれば(より好ましくは10mm以上であれば)、研磨パッドの変形性が十分となるため、種々の形状、大きさの凸部21や凹部22に追従して研磨パッドが変形し、研磨対象物2の表面のうち凸部21の近傍部分や凹部22の内面を十分に研磨することができる。
なお、基部11の表面に立毛している長さLが2mm以上の繊維12の本数は、2000本/cm2以上とすることが好ましく、4000本/cm2以上とすることがより好ましく、5000本/cm2以上とすることがさらに好ましい。また、繊維12は、1本1本別々に基部11に取り付けてもよいし、複数本を束ねて結束物とするか又は複数本を撚り合わせて紐状物とし、この結束物又は紐状物の複数を基部11に取り付けてもよい。複数本の繊維を撚り合わせると強度が増すため研磨速度が向上し、撚らないと繊維が研磨対象物に接触する回数が増すため、研磨後の研磨対象物の表面粗さが低減し光沢度が増す場合がある。結束物又は紐状物を基部11に取り付ける場合には、上記の繊維12の本数は、結束物、紐状物の数ではなく、繊維12の本数を意味する。
また、繊維12の種類は特に限定されるものではなく、ウール、絹、麻、木綿、馬毛、豚毛、ヤギ毛、ベラ毛、パキン、パーム、シダ等の天然繊維や、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ乳酸等)、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン(ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリエチレンマルチフィラメント、ポリプロピレン等)、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン等)等の合成繊維や、金属繊維、炭素繊維等を用いることができる。
さらには、繊維12の断面形状は、円形又は多角形のコア部(中空でもよい)の外周からフィン部が放射状に伸びた形状や、中心点からフィン部が放射状に伸びた形状でもよい。フィン部の数は特に限定されるものではなく、1個でもよいし複数でもよい。また、フィン部の形状は特に限定されるものではなく、直線状、曲線状、屈曲線状、分岐線状があげられる。
繊維12の先端の形状については、全ての繊維の先端が同一の形状であってもよいし、異なる先端形状を有する繊維が混在していてもよい。
さらに、繊維12の表面は、平坦状でもよいが凹凸を有していてもよい。
このような本実施形態の研磨パッドとして、カーペット(絨毯)を利用することができる。カーペットの種類は特に限定されるものではなく、織物、刺繍、接着、編み、圧縮、植毛等の方法を用いて製造されたものを利用することができる。織物で製造されたカーペットとしては、タフテッドカーペット、ウィルソン織り、ジャガード織り、アキスミンスターカーペット等の機械織りカーペットや、中国緞通、パキスタン絨毯等の手織りカーペットがあげられる。刺繍で製造されたカーペットとしてはフックドラグ等があげられる。接着で製造されたカーペットとしてはボンデッドカーペット等があげられる。編みで製造されたカーペットとしてはニットカーペット等があげられる。圧縮で製造されたカーペットとしてはニードルパンチカーペット等があげられる。植毛で製造されたカーペットとしては静電植毛カーペット等があげられる。
また、本実施形態の研磨パッドは、基部11の繊維12が立毛する側とは反対側に弾性体からなる弾性層を設けた多層構造を有していてもよい。図1を参照して説明すると、シート状の基部11が有する2つの主面のうち繊維12が立毛する側の主面とは反対側の主面に、弾性体からなる弾性層(図示せず)が積層されていてもよい。弾性層が設けられていることにより、研磨対象物2の凸部21や凹部22の形状に対する研磨パッドの追従性(変形性)が向上する。
スポンジのセル数、元厚に対する圧縮比、形状、発泡前の樹脂の密度は特に限定されるものではなく、研磨パッドの用途等に合わせて適宜選択すればよい。
弾性層は、スポンジ単体で構成してもよいし、必要に応じてクッション材や補強材等の他の素材と組み合わせて構成してもよい。
さらに、繊維12には、基部11に取り付けた後に、その表面に下記のような処理を施してもよい。すなわち、繊維12の表面に、蒸気処理、シャーリング、マーセライズ、コーティング、柔軟化処理、毛割処理、起毛処理等を施してもよい。これらの処理を施すことにより、繊維12に特定の機能が付与されたり、繊維12の表面が均一化されたり、繊維12の表面が平滑化されたり、繊維12が柔軟化されたり、繊維12が圧縮されたりする。
研磨対象物2の表面に形成される凸部21及び凹部22の形状は特に限定されるものではなく、本実施形態の研磨パッドを用いれば、種々の形状の凸部21の近傍部分や凹部22の内面を十分に研磨することができる。凸部21及び凹部22の形状の例としては、円錐状、円錐台状、円柱状、角錐状、角錐台状、角柱状、球状、半球状、針状、不定形状等があげられる。
なお、本発明における凸部及び凹部は、上記の投影面積が、研磨に使用される研磨パッドよりも小さいものに限定される。すなわち、研磨対象物の表面に形成されている大きなうねり形状や大きな波長の曲面は、上記の投影面積が研磨パッドよりも大きい場合があるので、本発明における凸部及び凹部には包含されないものとする。
単体シリコンとしては、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン(ポリシリコン)、アモルファスシリコン等があげられる。また、シリコン化合物としては、例えば窒化ケイ素、二酸化ケイ素(例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)を用いて形成される二酸化ケイ素層間絶縁膜)、炭化ケイ素等があげられる。
合金材料は、主成分となる金属種に基づいて名称が付される。金属や合金材料の主成分としては、例えばアルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、銅があげられる。合金材料としては、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼(鉄を主成分とする)、ニッケル合金、銅合金があげられる。
なお、研磨対象物が含有する金属酸化物は、複数の金属又は半金属の酸化物の混合物であってもよいし、複数の複合酸化物の混合物であってもよいし、金属又は半金属の酸化物と複合酸化物との混合物であってもよい。また、研磨対象物が含有する金属酸化物は、金属若しくは半金属の酸化物又は複合酸化物と、それ以外の種類の材料(例えば金属、炭素、セラミック)との複合材料であってもよい。
陽極酸化皮膜の例としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、又は酸化ジルコニウムで構成される皮膜があげられる。
また、金属酸化物とは異なる種類の材質(例えば金属、炭素、セラミック)の基材の表面に、溶射(例えばプラズマ溶射、フレーム溶射)、めっき、化学的蒸着(CVD)、物理的蒸着(PVD)等の皮膜処理によって皮膜を形成することにより、研磨対象物を構成してもよい。
めっきで形成される皮膜の例としては、亜鉛、ニッケル、クロム、錫、銅、又はその合金で構成される金属皮膜があげられる。
化学的蒸着で形成される皮膜の例としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又は窒化ケイ素で構成されるセラミック皮膜があげられる。
物理的蒸着で形成される皮膜の例としては、銅、クロム、チタン、銅合金、ニッケル合金、又は鉄合金で構成される金属皮膜があげられる。
本実施形態の研磨パッドを用いた研磨対象物の研磨は、通常の研磨に用いられる研磨装置や研磨条件により行うことができる。
例えば、図3に示すように、研磨対象物2の凸部21が形成された表面を研磨パッドの立毛部1に押し当てると、繊維12が変形して立毛部1の一部分が凹み、凸部21の形状に追従するため、研磨対象物2の表面のうち凸部21の近傍部分にも研磨パッド(繊維12)が接触する。よって、この状態で研磨対象物2と研磨パッドとを相対移動させて摩擦すると、凸部21の近傍部分を含む研磨対象物2の表面全体が研磨される。
また、図5に示すように、研磨対象物2の凹部22が形成された表面を研磨パッドの立毛部1に押し当てると、繊維12が変形して立毛部1の一部分が凹み、凹部22の形状に追従するため、研磨対象物2の表面のうち凹部22の内面にも研磨パッド(繊維12)が接触する。よって、この状態で研磨対象物2と研磨パッドとを相対移動させて摩擦すると、凹部22の内面を含む研磨対象物2の表面全体が研磨される。
砥粒の種類は特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、ジルコン、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、窒化チタン、窒化ケイ素、ホウ化チタン、ホウ化タングステン等があげられる。
これらの中でも、入手のしやすさとコストから、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ジルコン(ジルコンサンド)、炭化ケイ素、酸化ケイ素が好ましく、酸化アルミニウム、酸化ケイ素が特に好ましい。
また、限定はされないが、上記砥粒を用いて研磨された研磨対象物の表面粗さRaは、例えばアルミナ砥粒を用いた際は50nm以下、シリカ砥粒を用いた際は20nm以下になる。なお、表面粗さRaは、触針式やレーザー式の測定機を用いて測定することができる。
また、添加剤の種類は特に限定されるものではなく、例えば、pH調整剤、錯化剤、エッチング剤、酸化剤、水溶性高分子、防食剤、キレート剤、分散助剤、防腐剤、防黴剤等の添加剤を、所望により研磨用組成物に添加してもよい。
これらの各種添加剤は、研磨用組成物において通常添加できるものとして多くの特許文献等において公知であり、添加剤の種類及び添加量は特に限定されるものではない。ただし、これらの添加剤を添加する場合の添加量は、研磨用組成物全体に対して、それぞれ1質量%未満であることが好ましく、それぞれ0.5質量%未満であることがより好ましい。これらの添加剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
研磨用組成物のpHに特に制限はないが、酸性又はアルカリ性であることが好ましい。具体的には、酸性の場合はpH5以下が好ましく、pH3以下がより好ましい。アルカリ性の場合はpH8以上が好ましく、pH9.5以上がより好ましい。
pHは、研磨用組成物の一成分である酸又はその塩により制御することができるが、それ以外の公知の酸、塩基、又はそれらの塩を使用することによっても制御することができる。
pH調整剤として、公知の酸、塩基、又はそれらの塩を使用することができる。pH調整剤として使用できる酸としては、無機酸及び有機酸があげられる。無機酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸、及びリン酸等があげられる。また、有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ジグリコール酸、2−フランカルボン酸、2,5−フランジカルボン酸、3−フランカルボン酸、2−テトラヒドロフランカルボン酸、メトキシ酢酸、メトキシフェニル酢酸、及びフェノキシ酢酸等があげられる。
また、前記の酸の代わりに、又は前記の酸と組み合わせて、前記酸のアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩をpH調整剤として用いてもよい。特に、弱酸と強塩基の塩、強酸と弱塩基の塩、又は弱酸と弱塩基の塩の場合には、pHの緩衝作用を期待することができ、さらに強酸と強塩基の塩の場合には、少量で、pHだけでなく電導度の調整が可能である。pH調整剤の添加量は特に限定されるものではなく、研磨用組成物が所望のpHとなるように適宜調整すればよい。
錯化剤の例としては、無機酸、有機酸、アミノ酸、ニトリル化合物、及びキレート剤等があげられる。無機酸の具体例としては、硫酸、硝酸、ホウ酸、炭酸等があげられる。有機酸の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸等があげられる。メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、及びイセチオン酸等の有機硫酸も使用可能である。無機酸又は有機酸の代わりに、あるいは、無機酸又は有機酸と組み合わせて、無機酸又は有機酸のアルカリ金属塩等の塩を用いてもよい。これらの錯化剤の中でもグリシン、アラニン、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリコール酸、イセチオン酸、又はそれらの塩が好ましい。
研磨用組成物には、必要に応じて、研磨対象物(例えば合金材料)の溶解を促進するエッチング剤をさらに添加してもよい。
エッチング剤の例としては、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸や、酢酸、クエン酸、酒石酸、メタンスルホン酸等の有機酸や、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の無機アルカリや、アンモニア、アミン、第四級アンモニウム水酸化物等の有機アルカリ等があげられる。
研磨用組成物には、必要に応じて、研磨対象物(例えば合金材料)の表面を酸化させる酸化剤をさらに添加してもよい。
酸化剤の例としては、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素、過塩素酸塩、過硫酸塩、硝酸、過マンガン酸カリウム等があげられる。
水溶性高分子としては、例えば、ポリアクリル酸等のポリカルボン酸、ポリホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸等のポリスルホン酸、キタンサンガム、アルギン酸ナトリウム等の多糖類、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタンモノオレエート、単一種又は複数種のオキシアルキレン単位を有するオキシアルキレン系重合体等があげられる。また、上記の化合物の塩も水溶性高分子として好適に用いることができる。
研磨用組成物には、必要に応じて、研磨対象物(例えば合金材料)の表面の腐食を抑制する防食剤をさらに添加してもよい。
防食剤の例としては、アミン類、ピリジン類、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンゾトリアゾール類、トリアゾール類、テトラゾール類、安息香酸等があげられる。
研磨用組成物には、必要に応じて、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤をさらに添加してもよい。
分散助剤の例としては、ピロリン酸塩、ヘキサメタリン酸塩等の縮合リン酸塩等があげられる。
界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤があげられる。ノニオン性界面活性剤としては、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型があげられ、アニオン性界面活性剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩があげられる。また、カチオン性界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族四級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩があげられ、両性界面活性剤としては、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドがあげられる。
研磨用組成物には、必要に応じて、防腐剤、防黴剤をさらに添加してもよい。
防腐剤の例としては、次亜塩素酸ナトリウム等があげられる。
防黴剤の例としては、オキサゾリジン−2,5−ジオン等のオキサゾリン等があげられる。
また、本実施形態の研磨方法は、定盤が下側にあり、研磨対象物は上側にあり、水系の研磨用組成物を連続的に供給しながら研磨する方法に対して、より適している。生産性の観点から、研磨対象物は1回の研磨で複数個研磨できることが望ましい。また、生産性の観点から、研磨パッドを貼り付ける定盤径は、300mm以上が好ましく、600mm以上がさらに好ましい。
さらに、本実施形態の研磨パッドを用いた研磨対象物の研磨には、片面研磨装置、両面研磨装置等を使用することができる。
以下に実施例を示し、表1を参照しながら本発明をさらに具体的に説明する。種々の研磨パッドを用いて、表面に凸部を有する研磨対象物の研磨を行った。
実施例1、2は、研磨パッドとしてカーペットを利用した例であり、ポリエステル製繊維が基部の表面に立毛した立毛部を有するものである。繊維の太さ(直径)、長さ、質量、本数は、表1に示す通りである。
参考例2は、研磨パッドとしてカーペットを利用した例であり、2種のウール製繊維が基部の表面に立毛した立毛部を有するものである。すなわち、一方のウール製繊維は直線状に延びた繊維であり、他方のウール製繊維はループ状の繊維である。繊維の太さ、長さ、質量、本数は、表1に示す通りである。
実施例3は、研磨パッドとしてカーペットを利用した例であり、ナイロン製繊維が基部の表面に立毛した立毛部を有するものである。繊維の太さ、長さ、質量、本数は、表1に示す通りである。
参考例7は、研磨パッドとしてカーペットを利用した例であり、ポリエステル製繊維が基部の表面に立毛した立毛部を有するものである。繊維の太さ、長さ、質量、本数は、表1に示す通りである。
参考例10は、研磨パッドとしてカーペットを利用した例であり、ウール製繊維が基部の表面に立毛した立毛部を有し、シート状の基部が有する2つの主面のうち繊維が立毛する側の主面とは反対側の主面に、発泡ポリウレタンからなる弾性層が積層されたものである。繊維の太さ、長さ、質量、本数と、弾性層の厚さは、表1に示す通りである。
比較例2は、研磨パッドとしてカーペットを利用した例であり、ポリエステル製繊維が基部の表面に立毛した立毛部を有するものである。繊維の長さ、質量、本数は、表1に示す通りである。
このような研磨対象物の凸部が形成されている側の板面を、実施例1〜5、参考例1〜10、及び比較例1、2の研磨パッドを用いてそれぞれ研磨した。研磨においては、研磨対象物と研磨パッドの間にスラリー状の研磨用組成物を介在させた。この研磨用組成物は、平均二次粒子径1.3μmのアルミナ粉末を水に分散させ、そこにクエン酸を濃度が3.5g/Lとなるように溶解させたものである。
(研磨条件)
研磨装置:片面研磨装置(定盤の直径:380mm)
研磨荷重:18.1kPa(185gf/cm2)
定盤の回転速度:90min−1
研磨速度(線速度):71.5m/分
研磨時間:10分間
研磨用組成物の供給速度:40mL/分
また、研磨対象物の表面を目視で観察し、研磨対象物の表面のうち十分に研磨されていない部分が存在するか否かを確認した。研磨対象物の表面のうち凸部の近傍部分に、十分に研磨されていない部分が存在した場合には、十分に研磨されている部分と凸部の基端部との間の距離を測定した。そして、その測定結果(距離)から、下記の基準に基づいて、凸部の形状に対する研磨パッドの追従性(研磨パッドの変形性)を評価した。
2 研磨対象物
11 基部
12 繊維
21 凸部
22 凹部
Claims (13)
- 金属、合金、又は金属酸化物材料を含有し且つ表面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する研磨対象物の研磨に使用され、長さ10mm以上33mm以下の繊維の複数が基部の表面に立毛した立毛部を有し、前記繊維の質量が310g/m 2 以上2560g/m 2 以下である研磨パッド。
- 前記繊維の質量が800g/m2以上2560g/m 2 以下である請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記繊維の本数が1000本/cm2以上である請求項1又は請求項2に記載の研磨パッド。
- 前記繊維の本数が4000本/cm2以上である請求項1又は請求項2に記載の研磨パッド。
- 前記基部の前記繊維が立毛する側とは反対側に弾性体からなる弾性層を設けた多層構造を有する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の研磨パッド。
- 前記凸部の高さ又は前記凹部の深さが0.1mm以上である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の研磨パッド。
- 前記繊維の長さが前記凸部の高さ又は前記凹部の深さの5.5倍以上である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の研磨パッド。
- 前記研磨対象物の表面に対して垂直をなす位置の視点から前記凸部又は前記凹部を見た場合の垂直投影図における前記凸部又は前記凹部の投影面積が0.1cm2以上である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の研磨パッド。
- 平均二次粒子径5μm以下の砥粒及び水を含有する研磨用組成物を用いた前記研磨対象物の研磨に使用される請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の研磨パッド。
- 研磨パッドが装着される定盤と、前記定盤を回転させる回転機構と、を備え、前記研磨パッド及び前記定盤の大きさが研磨対象物よりも大きく、前記研磨対象物を前記研磨パッドに接触させて、前記研磨対象物が有する複数の面のうち前記研磨パッドに向かい合う面のみを研磨する研磨装置に使用される請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の研磨パッド。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の研磨パッドを用いて研磨対象物を研磨する研磨方法。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の研磨パッドと、平均二次粒子径5μm以下の砥粒及び水を含有する研磨用組成物とを用いて、金属、合金、又は金属酸化物材料を含有し且つ表面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する研磨対象物を研磨する研磨方法。
- 前記研磨パッドが装着される定盤と、前記定盤を回転させる回転機構と、を備え、前記研磨パッド及び前記定盤の大きさが前記研磨対象物よりも大きい研磨装置を用いて、前記研磨対象物を前記研磨パッドに接触させて、前記研磨対象物が有する複数の面のうち前記研磨パッドに向かい合う面のみを研磨する請求項11又は請求項12に記載の研磨方法。
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