JP6317842B1 - 研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラッピング、ポリッシング、フィニッシングなどの研磨工程でスラリーが必要でないと共に、別途のコンディショニング工程が必要でないセルフ−コンディショニング機能を備えた研磨パッド及びその製造方法を提供する。【解決手段】基材層；及び第１微粒研磨材及び研磨補助材を含む第１研磨体と、第２微粒研磨材及び高分子バインダーを含み、水性ポリウレタンでコーティングされた第２研磨体とを含む研磨体層；を含み、前記第２微粒研磨材は、水溶液によって少なくとも第２研磨体の一部が溶解されると前記第２研磨体から放出され、研磨パッドのコンディショニングを行うことを特徴とする研磨パッドを構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッド及びその製造方法に関し、より詳細には、研磨工程時、スラリーの使用及び／又はコンディショニング工程が必要でない研磨パッド及びその製造方法に関する。

電気、電子、半導体、ディスプレイ及び光学分野で基礎素材として幅広く使用されているソーダ石灰ガラス（Ｓｏｄａｌｉｍｅ ｇｌａｓｓ）、ホウケイ酸ガラス（Ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ケイ酸アルミニウムガラス（Ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、石英（Ｑｕａｒｔｚ）などの素材からなる平板光学ガラス基板；及びサファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ジルコニア（Ｚｉｒｃｏｎｉａ）ウエハー基板の製造において、グラインディング（Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、ラッピング（Ｌａｐｐｉｎｇ）、ポリッシング（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、フィニッシング（Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）などを含む研磨工程は非常に核心的な工程の一つである。

研磨工程は、被研磨体である基板の厚さを調節したり、基板表面の粗さ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を調節したりすることが主な目的である。

グラインディングは、主に短い時間内に被研磨体の厚さを低下させ、巨視的な平坦化を実施する段階であって、被研磨体の厚さを数ミリメートル〜数百ミクロンの範囲にして研磨する。この工程では、被研磨体の表面粗さを調節することよりは、巨視的な平坦化が主な目的である。

ラッピングは、一般にグラインディング工程後に実施され、数十ミクロン〜数百ミクロンの範囲で被研磨体の厚さを調節し、数百ナノメートルの平均表面粗さ（Ｒａ：Ａｖｅｒａｇｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を再現する。ラッピング工程は、金属定盤（Ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ）或いは金属−樹脂（Ｍｅｔａｌ−ｒｅｓｉｎ）複合材料で構成された定盤上に多数の被研磨体をローディングできるようにキャリアを構成し、別途のスラリーという研磨材料を一定の速度で供給して実施する。このとき、被研磨体の密度、硬度などの物性にしたがって、使用されるスラリーの種類、粒径及び濃度は適宜変化させて適用する。

ポリッシングは、主にラッピング以後に実施され、数ミクロン〜数百ナノメートルの範囲で被研磨体の厚さを調節し、平均表面粗さも再現する。ポリッシング工程は、気孔を有するウレタン材質の研磨パッド上に被研磨体をローディングし、数十ナノメートル〜数ミクロンの範囲の粒径を有するスラリーを使用して実施する。

フィニッシングは、被研磨体の厚さを調節するよりは、表面の粗さを数ナノメートル未満の超精密水準に調節して仕上げることが目的である。フィニッシング工程でも、必要と目的に応じて数ナノメートル〜数十ナノメートルの範囲のスラリーが使用される。

すなわち、グラインディング、ラッピング、ポリッシング、フィニッシングなどの多数の研磨工程で表れる共通点は、被研磨体の研磨時、研磨を効率的に助けるためにスラリーを供給して工程を実施するという点にある。

スラリーは、主に研磨工程で使用される材料であって、不溶性の固体微粒子（研磨材）がコロイド状態で化学的に又は物理的に分散された流動性を有する固体と液体との混合物である。このようなスラリー中に含有されたダイヤモンド、アルミナ、シリカ、セリアなどの研磨材は、被研磨体と定盤、或いは被研磨体と研磨パッドとの界面で自由に移動しながら被研磨体の表面を摩擦及び摩耗させる機能を通じて効率的に研磨が行われるようにする。

ここで、スラリーは、研磨工程前に準備し、研磨工程後に別途に廃棄しなければならないという点で時間と人力を要し、ほとんどのスラリーは作業者にとって有害であり、研磨工程においてスラリーの費用が占める比率が約３０％〜４０％と非常に高いという短所がある。また、ほとんどのスラリー製造技術が韓国国内よりは韓国国外の製造社に偏重されており、輸入製品を使用しなければならない部分も工程単価を上げる短所として作用する。

一方、研磨パッドを用いて被研磨体の研磨を実施する場合、研磨パッドの表面がグレージングされ、スラリー粒子が研磨パッドの気孔を埋めることによって研磨速度が減少し、研磨均一度が低下するという現象が発生する。このような現象を防止するために、研磨工程中にパッドコンディショナー（Ｐａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）で周期的にパッドの表面を掻くコンディショニング（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）工程が必要である。パッドコンディショナーは、一般に円形或いは環形の耐食性金属からなるコンディショナーベースにダイヤモンド或いは立方晶窒化ホウ素（Ｃｕｂｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ；以下、「ｃＢＮ」という）などの硬質粒子が付着して形成される。これらの硬質粒子は、スラリーと接触して研磨パッドの表面を掻くことによって研磨パッドの表面がコンディショニングされ、研磨条件が一定に維持される。コンディショナーの硬質粒子は、コーナーが鋭いので、クラックと結晶欠陥を内包している場合がある。また、コンディショニングの進行と共に、硬質粒子の鋭いコーナーが摩耗されたり、破片が剥離して研磨パッドの上部に流動したり研磨パッドに嵌まることによってパッドコンディショニング効率が減少し、その結果、研磨速度が減少するという問題がある。また、決定的に研磨パッドのコンディショニングを実施する間に研磨工程を利用できなくなり、装備の遊休時間の増加に伴う生産性が低下し、硬質粒子の破片による欠陥がパッド内に嵌まっていた後、研磨工程時にスクラッチを誘発させ得る。

そこで、特許文献１では、ウエハーの表面に接触して研磨を行う研磨パッドを傾斜するように設置することによって、研磨パッドに噴射されたスラリーがウエハーの表面に遠心力とスロープによって効率的に供給され、ウエハーの表面を研磨するのに消耗されるスラリーの量を最小化するための発明を考案した。

また、特許文献２では、研磨パッド材料の溶解度パラメーターと略２０％未満ほど差がある溶解度パラメーターを有する化学溶剤に露出させることによって研磨パッドの表面コンディショニング処理を行い、研磨面の表面コンディショニングにかかる時間を最小化するための発明を考案した。

しかし、特許文献１に公開された技術においては、依然としてスラリーを使用しなければならなく、特許文献２に公開された技術においては、コンディショニング段階を必ず経なければならない。

韓国公開特許第２００３−００６３９４４号（出願日：２００２年１月２４日） 韓国公開特許第２００２−００３３２０３号（出願日：２００２年３月２６日）

本発明は、前記のような問題を解決するためになされたものであって、ラッピング、ポリッシング、フィニッシングなどの研磨工程でスラリーが必要でないと共に、別途のコンディショニング工程が必要でないセルフ−コンディショニング機能を備えた研磨パッド及びその製造方法を提供しようとする。

本発明の適切な実施形態によると、研磨パッドは、基材層；及び第１微粒研磨材及び研磨補助材を含む第１研磨体と、第２微粒研磨材及び高分子バインダーを含み、水性ポリウレタンでコーティングされた第２研磨体とを含む研磨体層；を含み、前記第２微粒研磨材は、水溶液によって少なくとも第２研磨体の一部が溶解されると前記第２研磨体から放出され、研磨パッドのコンディショニングを行うことを特徴とする。

また、前記研磨補助材はシリカパウダーであることを特徴とし、前記研磨補助材は、第１微粒研磨材１００重量部に対して１０重量部〜１００重量部で含まれることを特徴とする。

また、前記第１微粒研磨材は、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。

また、前記第２微粒研磨材は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、コロイダルシリカ（Ｃｏｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）、溶融シリカ（ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）及び酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。

また、前記高分子バインダーは、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、及びデキストリンのうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。

また、前記水性ポリウレタンは、前記第２微粒研磨材１００重量部に対して０．１重量部〜２０重量部で含まれることを特徴とする。

また、本発明は、前記研磨体層上に緩衝層をさらに含むことを特徴とし、前記緩衝層は、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂及びメラミン樹脂のうちのいずれか一つを含む熱硬化性樹脂、及び感光性樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする。

本発明の更に他の適切な実施形態によると、研磨パッドの製造方法は、第１微粒研磨材と高分子バインダーとを混合し、研磨スラリーを製造する段階；前記研磨スラリーと研磨補助材とを混合して製造された研磨成形体を焼結し、第１研磨体を準備する段階；第２微粒研磨材と高分子バインダーとを混合し、セルフ−コンディショニング成形体を製造する段階；前記セルフ−コンディショニング成形体を水性ポリウレタンでコーティングし、第２研磨体を準備する段階；前記第１研磨体と前記第２研磨体とを混合し、研磨体層を製造する段階；及び前記研磨体層上に基材層を塗布する段階；を含むことを特徴とする。

また、前記焼結段階は、研磨成形体を４００℃〜８００℃の温度で加熱することを特徴とする。

また、前記水性ポリウレタンは、セルフ−コンディショニング成形体に８５℃〜１００℃で１回以上コーティングされることを特徴とする。

また、前記高分子バインダーは、前記第１微粒研磨材１００重量部に対して１重量部〜２０重量部で含まれ、前記研磨補助材は、前記第１微粒研磨材１００重量部に対して１０重量部〜１００重量部で含まれることを特徴とする。

また、前記水性ポリウレタンは、前記第２微粒研磨材１００重量部に対して０．１重量部〜２０重量部で含まれることを特徴とする。

また、本発明は、前記研磨体層上に緩衝層を塗布する段階をさらに含むことを特徴とする。

本発明によって製造された研磨パッドは、セルフ−コンディショニング成形体を水性ポリウレタンでコーティングすることによって溶出速度制御が可能であり、被研磨体の研磨工程時に別途のスラリーを使用しなくてもよく、別途のコンディショニング工程を行わなくてもよいので、装備の遊休時間が消耗されなく、研磨工程の生産性を向上できるという効果を有する。

また、本発明によって製造された研磨パッドは、研磨補助材を含んで研磨性能を向上させるという効果を有する。

本発明に係る研磨パッドの一実施例を示した図である。 図１の研磨パッドの製造工程図である。 本発明に係る他の一実施例である研磨パッドの製造工程図である。 研磨補助材の含量を異ならせて製造された第１研磨体の表面形状を測定したＳＥＭ写真である。 本発明によって製造された第１研磨体を含む研磨パッドの研磨性能を示したグラフである。 本発明によって製造された研磨パッドにスラリーを投入して測定した研磨性能を示したグラフである。 背面層を含んで製造された研磨パッドで研磨したときの光学ガラス基板の表面形状を測定したレーザー顕微鏡写真である。

以下、本発明に対して詳細に説明する。これに先立って、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的又は辞書的な意味に限定して解釈してはならなく、発明者は、自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義できるという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈しなければならない。よって、本明細書に記載された実施例の構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎなく、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点において、これらに取って代わる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る研磨パッドの一実施例を示している。図１の研磨パッド１は、基材層１０及び研磨体層２０を含んでいる。

本発明の研磨パッド１は、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸アルミニウムガラス、石英などの平板光学ガラス基板、及びサファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ジルコニアウエハー基板の製造に用いられるグラインディング（Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、ラッピング（Ｌａｐｐｉｎｇ）、ポリッシング（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、フィニッシング（Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）などの研磨工程に用いられてもよい。前記研磨工程は、被研磨体である基板の厚さを調節したり、基板表面の粗さを調節したりすることを主な目的とする。

また、本発明の研磨パッド１は、リング状であり、前記研磨体層２０は、所定間隔で離隔して形成される複数の研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃからなり、これらの研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、特に限定しないが、前記リングの中心を基準にして同心円状又は放射状に配置されることが好ましい。ここで、研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃの同心円状又は放射状配置により、既存の平行配置で発生する内径、外径、外郭コーナーで研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃが割れる現象と、割れた研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃの破片が不安定な接着力で存在していた後、研磨工程中に研磨パッドから剥離して被研磨体と研磨パッドとの間を移動することによって、被研磨体に大きなスクラッチを発生したり、深刻な場合、被研磨体を破損させたりするという問題を解決することができる。

前記基材層１０は、バッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）の役割をするものであって、重合体フィルム、プライミングされた（ｐｒｉｍｅｄ）重合体フィルム、多孔性及び非多孔性重合体フォーム、繊維強化された熱可塑性バッキング、メルトスパン（ｍｅｌｔｓｐｕｎ）又はメルトブローン（ｍｅｌｔｂｌｏｗｎ）不織布、及びこれらの組み合わせから選ばれたいずれか一つを含んでもよい。ここで、前記重合体フィルムは、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレン（ＰＰ）を含むポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含むポリエステル、ナイロン−６及びナイロン−６，６を含むポリアミド及びポリカーボネートのうちの少なくとも一つ以上の材料からなってもよいが、これに限定されることなく、一般に研磨パッドの基材層として使用され得る如何なる素材も含んでよく、シート又はフィルム形態である。

前記研磨体層２０は、第１研磨体２１及び第２研磨体２３を含み、前記第２微粒研磨材２３ａは、水溶液によって少なくとも一部が溶解されると前記第２研磨体２３から放出され、研磨パッドのコンディショニングを行う。

前記第１研磨体２１は、研磨工程中に被研磨体を研磨させる用途を有するものであって、第１微粒研磨材２１ａ及び研磨補助材２１ｂを含む。

ここで、前記第１微粒研磨材２１ａは、研磨性能を有するものであればいずれも使用可能であるが、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）のうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。前記ダイヤモンドの場合、グレードが特に限定されないが、平均粒径を基準にして１μｍ〜３０μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍ、より好ましくは１μｍ〜１０μｍであるものを使用可能である。第１微粒研磨材２１ａの場合、被研磨体又は第２微粒研磨材２３ａの硬度と同一又はそれ以上の硬度を有する素材を選ぶことが好ましい。

また、前記研磨補助材２１ｂは、研磨性能を有するものであればいずれも使用可能であるが、シリカパウダーを含むことが好ましい。ここで、前記研磨補助材２１ｂは、第１微粒研磨材１００重量部に対して１０重量部〜１００重量部で含まれることが好ましい。前記研磨補助材の含量が記載した含量未満又は以上である場合、研磨性能が低下する。

また、前記第１研磨体２１は、所定サイズを有するものとして製造可能であるが、前記第１研磨体は、３０μｍ〜３００μｍのサイズ、好ましくは３０μｍ〜１００μｍのサイズ、より好ましくは３０μｍ〜５０μｍのサイズを有するように製造可能である。これは、前記第１研磨体２１が３０μｍ以下のサイズを有する場合、被研磨体の研磨時に研磨速度が低下し、製造費用が増加するという短所があり、 前記第１研磨体２１が３００μｍ以上のサイズを有する場合、被研磨体の表面にスクラッチが多く発生し、これに伴って表面粗さが高くなるという問題が発生し得るためである。

前記第２研磨体２３は、研磨パッド１のコンディショニング機能を行う用途であって、水性ポリウレタン２３ｃでコーティングされた第２微粒研磨材２３ａ及び高分子バインダー２３ｂを含む。前記第２微粒研磨材２３ａは、水溶液によって前記高分子バインダー２３ｂ及び前記水性ポリウレタン２３ｃのうちの少なくとも一部が溶解されると前記第２研磨体２３から放出され、研磨パッドのコンディショニングを行うことができる。

本発明の研磨パッド１は、湿式で研磨工程を進めるようになるが、水によって前記第２微粒研磨材２３ａの少なくとも一部が溶解されると前記第２微粒研磨材２３ａが放出され、このように放出された第２微粒研磨材２３ａが従来に使用される研磨工程中のスラリーとしての役割をするだけでなく、前記研磨体層２０の表面、前記研磨体層２０に形成された気孔又は前記複数の研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃの間に挟まれた不純物粒子をコンディショニングすることができる。その結果、本発明によると、別途のスラリーが必要でないので、スラリー使用のための費用を節約することができ、セルフコンディショニングが可能であり、追加的なコンディショニング工程が必要でなく、装備の遊休時間をなくすことができ、研磨工程の生産性を向上できるという効果を有する。

前記第２微粒研磨材２３ａは、研磨性能を有するものであればいずれも使用可能であるが、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、コロイダルシリカ（Ｃｏｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）、溶融シリカ（ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）及び酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）のうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。第２微粒研磨材２３ａの場合、第１微粒研磨材２１ａの硬度と同一又はその未満の硬度を有する素材を選ぶことが好ましい。

また、前記高分子バインダー２３ｂは、水溶液上で少なくとも一部が溶解される高分子であればいずれも使用可能であるが、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）及びデキストリンのうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましく、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）及びデキストリンのうちの少なくともいずれか一つを含むことが最も好ましい。前記高分子バインダーとしては、例えば、重量平均分子量が１０，０００〜１００，０００であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、重量平均分子量が５００〜５，０００であるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、及び重量平均分子量が１，０００〜１０，０００であるデキストリンのうちの少なくとも一つを使用することが好ましい。

また、前記高分子バインダー２３ｂは、第２微粒研磨材１００重量部に対して１重量部〜２０重量部で含まれることが好ましい。ここで、前記高分子バインダー２３ｂが記載した含量未満で使用される場合は、セルフコンディショニング効果が十分でなく、作業時の効率が低下し、前記高分子バインダー２３ｂが記載した含量以上に使用される場合は、第２微粒研磨材の溶出速度が遅くなり、研磨効率が低下し、作業性に問題がある。

また、前記水性ポリウレタン２３ｃは、前記第２微粒研磨材２３ａと前記高分子バインダー２３ｂとの混合物の表面に塗布されるコーティング液として使用されることが好ましい。前記水性ポリウレタン２３ｃは、前記第２微粒研磨材１００重量部に対して、０．１重量部〜２０重量部で含まれることが好ましく、０．１重量部〜１０重量部で含まれることがより好ましく、０．５重量部〜５重量部で含まれることが最も好ましい。ここで、前記水性ポリウレタンが記載した含量以上で使用される場合は、第２微粒研磨材の溶出が難しく、セルフコンディショニング効果が少なくなるので、追加的なコンディショニング作業が必要であり、前記水性ポリウレタンが記載した含量未満で使用される場合は、第２微粒研磨材の溶出速度が速くなるので、研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃが速く摩耗され、耐久性が低下し、寿命が減少するという問題がある。

また、前記第２研磨体２３のサイズは、１０μｍ〜８０μｍであることが好ましく、２０μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。ここで、前記第２研磨体２３のサイズが１０μｍ以下であるものを使用する場合は、セルフコンディショニング効果が適宜発揮されにくく、前記第２研磨体２３のサイズが８０μｍ以上であるものを使用する場合は、研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に気孔が多く形成され、研磨時に被研磨体の表面が均一でなく、研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃが速く摩耗され、耐久性が低下し、寿命が減少するという問題が発生し得る。

本発明は、前記研磨体層２０上に位置し、前記研磨体層２０の平坦化と緩衝の役割をする緩衝層３０をさらに含んでもよい。

前記緩衝層３０は、３０μｍ〜３００μｍの厚さで形成されることが好ましく、５０μｍ〜１００μｍの厚さで形成されることがより好ましい。前記緩衝層３０の厚さが前記記載した厚さ未満である場合は、前記緩衝層３０の裏面の表面平坦化工程のハンドリングが容易でなくなり、また、弾性が少なくなり、被研磨体の残余物に対して強い圧力を受けるようになり、被研磨体の表面に深いスクラッチを発生させ得るという問題がある。また、前記緩衝層３０の厚さが前記記載した厚さ以上である場合は、前記緩衝層３０の裏面の表面平坦化工程時間が増加し、生産効率が減少し、弾性が高くなり、被研磨体と研磨体層２０との間の摩擦力を減少させ、研磨率が低下するという問題がある。

また、前記緩衝層３０は、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂及びメラミン樹脂のうちのいずれか一つを含む熱硬化性樹脂、及び感光性樹脂のうちの少なくともいずれか一つからなることが好ましく、アクリレート樹脂からなることが最も好ましい。前記アクリレート樹脂としては、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、イソボニルアクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ソルビトールトリ（メタ）アクリレート、ソルビトールヘキサ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、及びエトキシル化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレートのうちの少なくとも一つ以上を含んでもよい。前記緩衝層３０は、例えば、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート及びイソボニルアクリレートの混合体からなることが好ましい。前記アクリレート樹脂の重量平均分子量は２０００〜１３，０００であってもよく、前記記載した分子量から逸脱する樹脂を使用する場合、弾性と引張力が増加し、研磨率が低下するという問題がある。

本発明に係る前記研磨体層２０は、気孔形成剤、ｐＨ調節剤、着火剤、エッチング剤、酸化剤などの添加剤と、防腐剤、防カビ剤などをさらに含んでもよい。

前記気孔形成剤は、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、塩化カルシウム及び塩化ナトリウムのうちの少なくともいずれか一つを含んでもよい。また、気孔形成剤は、１ｇ／ｃｍ^３〜３ｇ／ｃｍ^３範囲の比重を有し、５μｍ〜５０μｍのサイズを有してもよい。

表１に示すように、本発明に係る気孔形成剤は、従来の気孔形成剤として使用してきたガラスバブルやエクスパンセルなどに比べて比重が相対的に大きいものを使用することによって、研磨体層２０の形成のために混合されるとき、添加量に伴う粘度調節が容易であり、均一に分布可能であり、気孔サイズも自由に調節可能である。

前記ｐＨ調節剤は、研磨工程時に使用する溶液のｐＨを調整するためのものであって、公知の酸、塩基又はそれらの塩を使用してよい。ｐＨ調節剤の添加量は、特に制限されることなく、研磨材が望むｐＨになるように適宜調整すればよい。

また、前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素、過硫酸塩 （例、アンモニウム、カリウムモノ過硫酸及び二過硫酸）、過ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩及び過ヨウ素酸のうちの少なくともいずれか一つを含んでもよい。

また、前記防腐剤及び防カビ剤としては、例えば、２−メチル−４−イソチアゾールリン−３−オン又は５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾールリン−３−オンなどのイソチアゾールリン系防腐剤、パラオキシ安息香酸エステル類及びフェノキシエタノールなどを挙げることができる。これらの防腐剤及び防カビ剤は、単独で使用してもよく、２種以上混合して使用してもよい。

図２は、図１の研磨パッド１の製造工程図である。
図１の研磨パッド１の製造方法は、第１微粒研磨材と高分子バインダーとを混合し、研磨スラリーを製造する段階；前記研磨スラリーと研磨補助材とを混合して製造された研磨成形体を焼結し、第１研磨体を準備する段階；第２微粒研磨材と高分子バインダーとを混合し、セルフ−コンディショニング成形体を製造する段階；前記セルフ−コンディショニング成形体を水性ポリウレタンでコーティングし、第２研磨体を準備する段階；前記第１研磨体と前記第２研磨体とを混合し、研磨体層を製造する段階；前記研磨体層上に緩衝層を塗布する段階；及び前記緩衝層上に基材層を塗布する段階；を含む。

以下では、本発明の図１の研磨パッド１の製造方法をより詳細に説明した。ここで、前記研磨パッド１の製造方法に記載された組成物の成分、含量、厚さ、効果などの特徴は、上述した内容を全て含むことを特徴とする。

まず、第１研磨体２１を準備する。
前記第１研磨体２１は、第１微粒研磨材２１ａと高分子バインダーとを混合することによって研磨スラリーを製造し、前記研磨スラリーと研磨補助材２１ｂとを混合した研磨成形体の焼結段階を経て製造される。前記焼結段階を通じて研磨成形体の高分子バインダーが除去され、第１微粒研磨材２１ａと研磨補助材２１ｂとが接合された第１研磨体２１が製造される。ここで、前記焼結段階は、研磨成形体を４００℃〜８００℃の温度で加熱することが好ましい。

続いて、第２研磨体２３を準備する。
前記第２研磨体２３は、第２微粒研磨材２３ａと高分子バインダー２３ｂとを混合することによってセルフ−コンディショニング成形体を製造し、前記セルフ−コンディショニング成形体を水性ポリウレタン２３ｃでコーティングして製造される。前記セルフ−コンディショニング成形体の表面をポリウレタン２３ｃでコーティングすることによって、溶出速度の制御が可能であるという長所がある。また、前記水性ポリウレタンは、セルフ−コンディショニング成形体を８５℃〜１００℃で１回以上コーティングすることが好ましい。前記コーティングは、バーコーティング、インクジェットプリンティング、グラビア印刷、オフセット印刷、スプレー又はスピンコーティングによって行ってよい。

上述したように準備された前記第１研磨体２１と前記第２研磨体２３とを混合し、研磨体層２０を製造する。

ここで、前記第１研磨体２１と前記第２研磨体２３とを混合し、これに前記各成分の接着のために高分子樹脂２７をさらに追加して混合した後、これを成形モールド３に注入して硬化させることによって製造することができる。（図２の（Ａ）参照）。

前記成形モールド３は、例えば、陰刻モールドであって、前記陰刻モールドに前記研磨体層２０の必須構成成分である混合物をコーティングして硬化させることによって前記研磨体層２０を製造することができる。

前記陰刻モールドは、一定の形状とサイズのパターンを有する陽刻モールドを製造した後、前記陽刻モールドに弾性のあるソフトな材質の部材を加圧して製造され得る。これによって、前記製造された陽刻モールドの所定の形状及びサイズのパターンに対応する陰刻モールドが製造され得る。よって、前記所定の形状及びサイズのパターンにより、本発明の複数の研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃの形状及びサイズが決定されるが、これは、多角柱、端部が切られた多角錐、円柱、端部が切られた円錐柱などの多様な形状を有するようになり、前記複数の研磨突起２０ａ、２０ｂ、２０ｃは同心円状又は放射状に配列されてよい。

上述したように研磨体層２０を製造した後、前記研磨体層２０上に緩衝層３０を塗布する。（図２の（Ｂ）参照）
前記研磨体層２０上に基材層１０を塗布する。（図２の（Ｂ）参照）ここで、前記基材層１０を塗布した後で硬化させ、前記成形モールド３を除去することによって（図２の（Ｃ）参照）図１の研磨パッド１を製造することができる。

本発明において、前記成形モールド３は、基材層１０を塗布した後で除去されてもよく、基材層１０が塗布される前に除去されてもよい。

図３を通じて、本発明に係る一実施例として研磨パッドの製造方法を示した。ここで、図３の（Ａ）段階は図２の（Ａ）段階と同一であるので、ここでは、同一又は類似する説明は省略する。

図３の（Ｂ）段階は、研磨体層２０の平坦化段階であって、成形モールド３にコーティング及び硬化されて形成された研磨体層２０上に緩衝層３０をコーティングした後で硬化させ、研磨体層２０を平坦化する。前記緩衝層３０の成分は前記図１の参照説明部分で説明したので、ここで、同一の説明は省略する。

前記成形モールド３にコーティング及び硬化されて形成された研磨体層２０の場合、研磨表面は、陰刻モールド内に注入されて形状が形成される部分であって、前記研磨表面が平坦であると、被研磨体の研磨工程時に研磨均一度を達成できるようになる。前記研磨体層２０上に緩衝層３０がＵＶ樹脂からなる場合、薄く塗布可能であるので、追加的に平坦化する段階を含まなくてもよいが、緩衝層３０がＵＶ樹脂からなっていない場合、平坦化する段階をさらに含むことが好ましい。ここで、研磨体層２０を平坦化する段階が含まれる場合、前記研磨体層２０を下側に押すようになり、前記陰刻モールドの平坦な表面に対応する程度に研磨表面が平坦になるという効果を達成できるようになる。このような緩衝層３０を用いた研磨表面の平坦化効果を通じて、大面積でも高い平坦度の研磨表面を有する研磨パッド１の製造が可能であるという利点を有する。高い平坦度の研磨パッドは、研磨工程の使用時、最初の研磨体層２０の研磨表面のスキン層除去及び平坦度の確保のために実施されるブレーキ・イン工程（ｂｒｅａｋ−ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）の時間を大幅に短縮することによって、研磨工程の生産効率を向上させるという効果を有することができる。また、前記緩衝層３０は、弾性力を有しており、被研磨体の研磨時に表面スクラッチを防止できるという効果を有することができる。

図３の（Ｃ）段階は、前記成形モールド３を除去する段階である。前記成形モールド３を除去し、前記緩衝層３０が硬化された後、研磨体層２０と接触しない裏面の研磨を通じて緩衝層３０の表面を平坦化することができる。本実施例において、成形モールド３の除去は緩衝層３０の硬化後に行ったが、図３の（Ｄ）段階以後、（Ｅ）段階以後、又は（Ｆ）段階以後に行っても構わない。

図３の（Ｄ）段階は、第１減圧粘着層４０の形成段階である。
前記緩衝層３０の裏面に第１減圧粘着層４０を形成する。前記第１減圧粘着層４０は、一般に使用される減圧粘着テープ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｔａｐｅ）であってもよい。

図３の（Ｅ）段階は、基材層１０を位置させ、前記緩衝層３０と前記基材層１０が前記第１減圧粘着層４０によって接着される段階である。

前記第１減圧粘着層４０上に基材層１０を位置させ、前記基材層１０と前記第１減圧粘着層４０は、それらの間に気泡が発生せずに均一に接着できるようにラミネーティング装備を用いて粘着させることができる。

図３の（Ｆ）段階は、第２減圧粘着層５０の形成段階である。
前記第１減圧粘着層４０が形成されていない基材層１０の裏面に第２減圧粘着層５０を形成する。第２減圧粘着層５０は、前記第１減圧粘着層４０と同様に減圧粘着テープであってもよい。前記第２減圧粘着層５０は、研磨装置との付着のためのものであって、本発明によって製造された研磨パッド１は、基材層１０によって大面積に製造されても容易に曲がらなく、研磨工程時に研磨装置との付着が容易であるという利点を有することができる。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能であろう。よって、本発明に開示された各実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであって、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されることはない。本発明の保護範囲は、下記の特許請求の範囲によって解釈してはならなく、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきであろう。

以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。これらの実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものに過ぎなく、本発明の要旨にしたがって本発明の範囲がこれらの実施例によって制限されないことは、当業界で通常の知識を有する者にとって自明であろう。

実施例１．第１研磨体の製造
ダイヤモンドである第１微粒研磨材と水溶性溶剤とをボールミルを用いて混合することによって、凝集現象が発生しないように分散させた。分散が完了した第１微粒研磨材を乾燥し、溶剤を蒸発させることによって第１微粒研磨材パウダーを得た。

そして、重量平均分子量が４０，０００であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、重量平均分子量が２，０００であるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）及び重量平均分子量が２，０００であるデキストリンと水溶性溶剤とを混合し、高分子バインダーを製造した。ここで、第１微粒研磨材１００重量部に対して、前記ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）は４重量部、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は３重量部、デキストリンは３重量部含んで高分子バインダーを製造した。

上述したように得られた第１微粒研磨材パウダーと高分子バインダーとを混合し、これにシリカパウダー８０重量部を混合して噴霧乾燥器に投入した。そして、この噴霧乾燥器にセラミック分散剤（Ｃｅｒａｐｅｒｓｅ ５４６８ｃｆ）、消泡剤（Ｄｅｆｏａｍｅｒ ５５１）、金属離型剤（Ｌｕ６３１８）、界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ）をそれぞれ２ｐｈｒで添加して噴射し、分級工程を実施した。そして、最終的に分級された第１研磨体粉末を５００℃で焼結し、第１研磨体を製造した。

実施例２．第１研磨体の製造
シリカパウダーを第１微粒研磨材に対して１００重量部混合したことを除いては、実施例１と同一の方法で第１研磨体を製造した。

実施例３．第１研磨体の製造
シリカパウダーを第１微粒研磨材に対して２００重量部混合したことを除いては、実施例１と同一の方法で第１研磨体を製造した。

実験例１．第１研磨体の表面形状測定
実施例１〜３によって製造された第１研磨体の表面形状をＳＥＭで測定し、これを図４に示した。

ここで、実施例１によって製造された第１研磨体の表面は（ａ）、実施例２によって製造された第１研磨体の表面は（ｂ）、実施例３によって製造された第１研磨体の表面は（ｃ）である。

図４を見ると、（ａ）の第１研磨体は、（ｃ）の第１研磨体より表面が均一に分布されていると示され、研磨効率が高いと予想することができた。

実施例４．第２研磨体の製造
アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム及び珪灰石が同一の重量で構成された第２微粒研磨材と水溶性溶剤とをボールミルを用いて混合することによって、凝集現象が発生しないように分散させた。分散が完了した第２微粒研磨材を乾燥し、溶剤を蒸発させることによって第２微粒研磨材パウダーを得た。

そして、重量平均分子量が４０，０００であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、重量平均分子量が２，０００であるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）及び重量平均分子量が２，０００であるデキストリンと水溶性溶剤とを混合し、高分子バインダー１０重量％を製造した。ここで、第１微粒研磨材１００重量部に対して、前記ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）は４重量部、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は３重量部、デキストリンは３重量部含んで高分子バインダーを製造した。

上述したように得られた第２微粒研磨材パウダーと高分子バインダーとをボールミルを用いて混合して噴霧乾燥器に投入した。そして、この噴霧乾燥器にセラミック分散剤（Ｃｅｒａｐｅｒｓｅ ５４６８ｃｆ）、消泡剤（Ｄｅｆｏａｍｅｒ ５５１）、金属離型剤（Ｌｕ６３１８）、界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ）をそれぞれ２ｐｈｒで添加して噴射し、分級工程を実施した。分級された第２研磨体粉末の表面に水性ポリウレタン溶液（ポリウレタン固形分１０重量％を含むもの）を第２微粒研磨材１００重量部に対して５重量部でコーティングし、最終的に第２研磨体を製造した。

実施例５．研磨パッドの製造
実施例１で製造された第１研磨体と実施例４で製造された第２研磨体とを高分子樹脂と共に陰刻モールドに注入して硬化させ、研磨体層を製造した。続いて、陰刻モールドを除去し、粘着テープで製造された研磨体層と基材とを接着させ、研磨パッドを製造した。

比較例１．研磨パッドの製造
シリカ粉末を除いては、実施例１と同一の方法で第１研磨体を製造した。製造された第１研磨体と高分子樹脂を陰刻モールドに注入して硬化させ、研磨体層を製造した。

そして、粘着テープで製造された研磨体層と基材とを接着させ、研磨パッドを製造した。

実験例２．研磨除去率の測定
実施例５及び比較例１で製造された研磨パッドで光学ガラス基板を研磨することによって研磨除去率を測定し、その結果を図５に示した。

そして、研磨途中に水溶液スラリーを投入することによって研磨除去率を測定し、その結果を図６に示した。

ここで、研磨除去率は、ＢＰ３１０Ｐ（ザルトリウス株式会社、ＧＥＲＭＡＮＹ）を用いて計算した。

図５を見ると、実施例５の研磨パッドが、比較例１の研磨パッドに比べて約１．５倍ほど高い研磨除去率を示し、比較例１の研磨パッドより優れた研磨性能を有することが分かった。

図６を見ると、水溶液スラリーを投入しながら、研磨性能が既存と同等な水準に表れたことが分かった。

実施例６．緩衝層を含む研磨パッドの製造
脂肪族系列のウレタンジアクリレート１８０ｇを、撹拌器を通じて撹拌する。これを撹拌前に４０℃に設定されたオーブンに入れ、粘度を低下させることによって混合を容易にする。その後、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート５ｇを添加して混合し、イソボニルアクリレート１５ｇを添加して連続的に撹拌する。撹拌後、ＢＹＫ９１５０溶液０．５ｐｈｒ．及び光重合開始剤（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ８１９）１．５ｐｈｒ．を添加して混合し、緩衝層の混合物を製造した。

そして、実施例５の研磨パッド製造工程で同一の方法で研磨体層を製造し、上述したように製造された緩衝層混合物を研磨体層上に塗布した。続いて、陰刻モールドを除去し、粘着テープで製造された緩衝層と基材とを接着させ、研磨パッドを製造した。

実験例３
実施例６及び比較例１で準備された研磨パッドで光学ガラス基板を研磨し、光学ガラス基板の表面をレーザー顕微鏡で測定し、その結果を図７に示した。

図７（ａ）は、実施例６によって製造された研磨パッドで研磨した光学ガラス基板の表面写真で、（ｂ）は、比較例１によって製造された研磨パッドで研磨した光学ガラス基板の表面写真である。

図７を見ると、実施例６によって製造された研磨パッドで研磨した光学ガラス基板の表面においてはスクラッチが一部のみで表れたが、比較例１によって製造された研磨パッドで研磨した光学ガラス基板の表面においては全般的にスクラッチが表れた。よって、緩衝層を含む研磨パッドは、研磨途中の緩衝作用によってスクラッチがほとんど発生することなく被研磨体を研磨できることが分かった。

１ 研磨パッド
１０ 基材層
２０ 研磨体層
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 研磨突起
２１ 第１研磨体
２１ａ 第１微粒研磨材
２１ｂ 研磨補助材
２３ 第２研磨体
２３ａ 第２微粒研磨材
２３ｂ 高分子バインダー
２３ｃ 水性ポリウレタン
２７ 高分子樹脂
３０ 緩衝層
４０ 第１減圧粘着層
５０ 第２減圧粘着層

Claims (15)

1. 基材層；及び
   第１微粒研磨材及び研磨補助材を含む第１研磨体と、第２微粒研磨材及び高分子バインダーを含み、水性ポリウレタンでコーティングされた第２研磨体と、を含む研磨体層；を含み、
   前記第２微粒研磨材は、水溶液によって少なくとも第２研磨体の一部が溶解されると前記第２研磨体から放出され、研磨パッドのコンディショニングを行うことを特徴とする研磨パッド。
2. 前記研磨補助材はシリカパウダーであることを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記研磨補助材は、第１微粒研磨材１００重量部に対して１０重量部〜１００重量部で含まれることを特徴とする、請求項２に記載の研磨パッド。
4. 前記第１微粒研磨材は、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
5. 前記第２微粒研磨材は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、コロイダルシリカ、溶融シリカ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）及び酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）のうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
6. 前記高分子バインダーは、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、及びデキストリンのうちの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
7. 前記水性ポリウレタンは、前記第２微粒研磨材１００重量部に対して０．１重量部〜２０重量部で含まれることを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
8. 前記研磨体層上に緩衝層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
9. 前記緩衝層は、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂及びメラミン樹脂のうちのいずれか一つを含む熱硬化性樹脂、及び感光性樹脂のうちの少なくともいずれか一つを含むものである、請求項８に記載の研磨パッド。
10. 第１微粒研磨材と高分子バインダーとを混合し、研磨スラリーを製造する段階；
    前記研磨スラリーと研磨補助材とを混合して製造された研磨成形体を焼結し、第１研磨体を準備する段階；
    第２微粒研磨材と高分子バインダーとを混合し、セルフ−コンディショニング成形体を製造する段階；
    前記セルフ−コンディショニング成形体を水性ポリウレタンでコーティングし、第２研磨体を準備する段階；
    前記第１研磨体と前記第２研磨体とを混合し、研磨体層を製造する段階；及び
    前記研磨体層上に基材層を塗布する段階；を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
11. 前記焼結段階は、研磨成形体を４００℃〜８００℃の温度で加熱することを特徴とする、請求項１０に記載の研磨パッドの製造方法。
12. 前記水性ポリウレタンは、セルフ−コンディショニング成形体に８５℃〜１００℃で１回以上コーティングされることを特徴とする、請求項１０に記載の研磨パッドの製造方法。
13. 前記高分子バインダーは、前記第１微粒研磨材１００重量部に対して１重量部〜２０重量部で含まれ、
    前記研磨補助材は、前記第１微粒研磨材１００重量部に対して１０重量部〜１００重量部で含まれることを特徴とする、請求項１０に記載の研磨パッドの製造方法。
14. 前記水性ポリウレタンは、前記第２微粒研磨材１００重量部に対して０．１重量部〜２０重量部で含まれることを特徴とする、請求項１０に記載の研磨パッドの製造方法。
15. 前記研磨体層上に緩衝層を塗布する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の研磨パッドの製造方法。

Images