JP6604472B2

JP6604472B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP6604472B2
Application number: JP2015190697A
Authority: JP
Inventors: 貴宏久米; 寿明田中
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: JP2017064820A

Description

本発明は研磨パッドに関し、詳しくは曲面部分を有する被研磨物の研磨に好適な研磨パッドに関する。

従来、ガラス、金属、プラスチック、セラミック等からなる板状の被研磨物の表面を精密研磨するためには研磨パッドが用いられ、このような研磨パッドとして被研磨物を研磨する研磨層と、当該研磨層を支持するクッション層とを有したものが知られている。
このうち、被研磨物に形成された曲面部分を研磨するために、当該被研磨物を上記研磨層に押し当てて、上記研磨層およびクッション層を上記曲面部分に沿って変形させるようにした研磨パッドが知られている（特許文献１）。

特開２０１４−１３８９７４号公報

しかしながら、上記特許文献１の研磨パッドは研磨層とクッション層とが接着剤によって直接接着されているため、上記曲面部分に合わせて研磨層とクッション層との接着部分に繰り返し応力が加わると、応力によって接着部分に亀裂が生じ、上記接着部分から剥離が生じて研磨不良を発生させるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明では上記研磨層とクッション層との剥離を可及的に防止し、また良好な研磨結果の得られる研磨パッドを提供する。

すなわち請求項１の発明にかかる研磨パッドは、曲曲面部分を有する被研磨物を研磨するための研磨パッドにおいて、
上記研磨パッドは研磨層、中間層、クッション層が積層した構成を有し、
上記研磨層は湿式成膜法により形成された発泡ポリウレタンによって構成されるとともに、当該研磨層の厚さが０．５〜２ｍｍ、ショアＡ硬度が２０〜８０、圧縮率が３〜２０％であり、
上記クッション層はポリエチレンまたはポリウレタンによって構成されるとともに、当該クッション層の厚さが３〜１０ｍｍ、ショアＡ硬度が１０〜２０、圧縮率が２５〜４０％であり、
上記中間層は、厚さが０．１〜０．５ｍｍであって、当該中間層における曲げ弾性率と厚さとの積が２５０〜１５００ＭＰａ・ｍｍの範囲であることを特徴としている。

上記発明によれば、研磨層とクッション層との間に中間層を設けたことにより、被研磨物の曲面部分に沿って研磨層に繰り返し応力が加わっても、研磨層とクッション層との剥離を可及的に防止することができる。
また中間層が曲げ弾性率と厚さとの積が２５０〜１５００ＭＰａ・ｍｍの性質を有することで、上記研磨層が良好に曲面部分に追従するため、良好な加工結果を得ることができる。

本実施例にかかる研磨装置の側面図研磨パッドおよび被研磨物についての拡大断面図

以下図示実施例について説明すると、図１は被研磨物１を研磨する研磨装置２の概略図を示し、当該研磨装置２は上方に位置して被研磨物１を保持する保持定盤３と、下方に位置して研磨パッド４を保持する研磨定盤５と、上記保持定盤３と研磨定盤５との間にスラリーを供給する図示しないスラリー供給手段とを備えている。
上記被研磨物１は略長方形の板状を有しており、研磨定盤５を向いた被研磨側には、平坦な平面部分１ａと、当該平面部分１ａの外周縁を囲繞する曲面部分１ｂとが形成されている。
上記曲面部分１ｂは図示しない面取り装置において予め加工されており、本実施例の研磨装置２は、上記研磨定盤５の上面に設けた上記研磨パッド４によって上記平面部分１ａと曲面部分１ｂとを、所要の表面粗さまで研磨加工するものとなっている。
なお、上記被研磨物１としては、ガラスや金属、プラスチック、セラミックであってもよく、また平面部分１ａを有さず曲面部分１ｂのみで構成されたものであってもよい。

上記保持定盤３および研磨定盤５はそれぞれ略円盤状を有しており、それぞれ図示しない駆動手段によって相対的に反対方向に回転するようになっており、また上記保持定盤３は昇降可能に設けられている。
上記保持定盤３の下面には保持プレート６を介して上記被研磨物１がワックスにより接着固定され、また上記保持プレート６には上記被研磨物１の外側を囲繞するように枠材７が設けられている。
そして研磨加工を行う際、上記保持定盤３は上記研磨定盤５上面の研磨パッド４に上記被研磨物１を押し当てながら相対的に回転するようになっており、後述するように被研磨物１によって研磨パッド４を変形させながら上記平面部分１ａと曲面部分１ｂの研磨を行うようになっている。
上記図示しないスラリー供給手段はスラリーを上記保持定盤３と研磨定盤５との間に供給し、上記スラリーとしては研磨する被研磨物１および求められる加工精度に応じて従来公知の物を使用することができる。

上記研磨パッド４は図２に示すように上記研磨定盤５の上面に両面テープによって固定されており、上面に被研磨物１を研磨する研磨面が形成された研磨層１１と、研磨層１１を支持するとともに上記研磨定盤５に固定されたクッション層１２と、上記研磨層１１とクッション層１２との間に設けられた中間層１３とを備え、上記研磨層１１と中間層１３、ならびに中間層１３とクッション層１２とは接着剤Ｂによって接着されている。
上記研磨層１１としては、湿式成膜法により形成された発泡ポリウレタンシートを素材として使用することができ、その製造方法としては、ポリウレタン樹脂と溶媒とを含む樹脂溶液を調整する工程（樹脂溶液調整工程）、樹脂溶液を成膜用基材の表面に塗布する工程（塗布工程）、樹脂溶液中の樹脂を凝固再生して、前駆体シートを形成する工程（凝固再生工程）、上記前駆体シートから溶媒を除去して樹脂シートを得る工程（溶媒除去工程）、樹脂シートの研磨面側及び／又は研磨面と反対面側をバフ処理又はスライス処理により研削する工程（研削工程）の各工程を経ることで製造することができる。
上記製造方法によって製造された研磨層１１は、厚さを０．５〜２ｍｍ、Ａ硬度を２０〜８０、圧縮率を３〜２０％にそれぞれ設定することができる。
また上記クッション層１２についてはポリエチレンフォームやポリウレタンフォームを素材として使用することができ、厚さ３〜１０ｍｍ、ショアＡ硬度が１０〜２０、圧縮率が２５〜４０％のそれぞれの範囲に設定することができる。
上記中間層１３は、素材としてポリエチレンテレフタラート（以下ＰＥＴと記載する場合がある）やポリ塩化ビニル（以下ＰＶＣと記載する場合がある）等を使用することができ、かつ中間層１３における曲げ弾性率と厚さとの積が２５０〜１５００ＭＰａ・ｍｍとなるように設定され、厚さについては０．１〜０．５ｍｍの範囲に設定することが望ましい。
上記中間層１３を上記研磨層１１およびクッション層１２に接着する接着剤Ｂとしては、ポリエステル系接着剤を使用することができ、当該接着剤Ｂの厚さは１〜５０μｍとすることができる。

上記構成を有する研磨装置２によれば、上記研磨定盤５に上記研磨パッド４を装着し、上記保持定盤３に被研磨物１を固定したら、上記保持定盤３ごと被研磨物１を下降させて研磨パッド４に押し当てる。
すると、図２に示すように研磨パッド４の研磨層１１が被研磨物１の曲面部分１ｂに沿って変形し、これに追従して中間層１３およびクッション層１２が変形する。
そして上記保持定盤３と研磨定盤５とが相対的に回転すると、スラリー供給手段が被研磨物１と研磨パッド４との間にスラリーを供給し、そして研磨パッド４は被研磨物１の形状に従って変形しながら当該被研磨物１の平面部分１ａおよび曲面部分１ｂを研磨するようになっている。

上記構成を有する研磨装置２では、保持定盤３と研磨定盤５とが相対的に回転することにより、上記研磨パッド４の研磨層１１、中間層１３、クッション層１２が被研磨物１の形状に応じて変形を繰り返すこととなる。
特に、研磨パッド４が被研磨物１の曲面部分１ｂの形状に沿って変形して、上記研磨層１１、中間層１３、クッション層１２が圧縮された状態から元の形状に復元する際に、これらの間に相互に離隔しようとする力が作用するため、接着剤Ｂに引張り力が作用する。そして、上記変形が繰り返される結果、接着剤Ｂから剥離が生じることとなる。
しかしながら、本実施例における中間層１３を備えた研磨パッド４によれば、下記検討結果から明らかなように、上記繰り返しの応力によっても研磨層１１と中間層１３、および中間層１３とクッション層１２との間の接着剤Ｂの剥離を可及的に防止することができる。
これに対し、特許文献１に記載されたような研磨層とクッション層とを接着剤によって接着した研磨パッドでは、繰り返しの変形によって上記研磨層とクッション層との間の接着剤が剥離し、研磨不良が発生する。
これは、上記研磨層およびクッション層を構成するポリエチレンフォームなどの素材の表面には気泡による開口が形成されるため、接着剤による接着面積が十分に確保できなかったためと推測される。
また以下に行った検討のように、研磨層１１およびクッション層１２の間の接着剤Ｂの層を厚くしたり、研磨層１１およびクッション層１２の接着面に予めプライマー処理を行い接着性の改善を試みたとしても、十分な性能を得ることができない。

また、本実施例の研磨パッド４によれば、上記研磨層１１のＡ硬度を２０〜８０、上記クッション層１２のショアＡ硬度を１０〜２０、上記中間層１３における曲げ弾性率と厚さとの積を２５０〜１５００ＭＰａ・ｍｍの範囲とすることにより、上記接着剤Ｂの剥離を可及的に防止しつつ、良好な研磨性能を得ることができる。
これは、研磨層１１のＡ硬度、クッション層１２のショアＡ硬度、中間層１３における曲げ弾性率と厚さとの積の数値が上述の範囲であれば、研磨面では研磨パッド４が適度に変形して被研磨物１に追従するものの、中間層１３は極端に曲がることがないため、中間層１３とクッション層１２との界面間に局所的な応力（歪）が生じにくくなるためである。
これに対し、上記曲げ弾性率と厚さとの積が２５０ＭＰａ・ｍｍ未満であると、研磨パッド４が変形を繰り返す際に、研磨層１１の変形に応じて中間層１３がよく変形するため、上記中間層１３とクッション層１２の界面間に局所的な応力（歪）が生じ、その部位から剥離が生じやすくなる。
逆に、曲げ弾性率と厚さとの積が１５００ＭＰａ・ｍｍを超えてしまうと、上記被研磨物１の曲面部分１ｂに沿って研磨パッド４が変形しようとしても、上記中間層１３がこれを許容せず、結果として研磨層１１の曲面部分１ｂへの追従性が悪くなることから、被研磨物１の曲面部分１ｂに未研磨部が発生することとなる。

以下に示す表１は、本発明にかかる研磨パッド４に該当する発明品１〜３と、比較のために用いた比較品１〜４とについて行った検討結果を示している。
本検討において、上記発明品１の研磨パッド４を構成する研磨層１１は厚さ０．５ｍｍ、ショアＡ硬度４０、圧縮率は５．０％となっており、それ以外の発明品２〜３、比較品１〜４にかかる研磨パッド４を構成する研磨層１１は、それぞれ研磨層１１の厚さは０．５５ｍｍ、ショアＡ硬度は５０、圧縮率は４．０％となっている。
上記研磨層１１は、樹脂溶液調整工程、塗布工程、凝固再生工程、溶媒除去工程、研削工程の各工程により製造した。
さらに研磨層１１を支持するクッション層１２は、発明品１では市販品であるソフトロンＳＸ２００５（厚み５.０ｍｍ、ショアＡ硬度１５．０、圧縮率３０．０%、積水化学工業社製）を、それ以外の発明品２〜３及び比較品１〜３ではソフトロンＳＸ１５０５（厚み５.０ｍｍ、Ａ硬度２０．０、圧縮率２５．０%、積水化学工業社製）使用した。
また上記発明品１〜３および比較品１〜４には接着剤Ｂとしてポリエステル系接着剤（積水化学工業社製、エスダイン５８０Ｔ）を用い、また比較品１を除き、接着剤Ｂの塗布厚さは中間層１３の両面側ともに２０±１０μｍとなっている。

なお、上記に記載のショアＡ硬度、圧縮率、曲げ弾性率は以下の方法によって測定したものを用いる。
（ショアＡ硬度）
ショアＡ硬度の測定は、試料片（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を用意し、複数の試験片を厚さが４．５ｍｍ以上となるように重ね、Ａ型硬度計（日本工業規格、ＪＩＳＫ７３１１）にて測定した。例えば、１枚の試料片の厚さが０．５ｍｍの場合は９枚を重ねて測定した。
（圧縮率）
圧縮率は、日本工業規格（ＪＩＳＬ１０２１）に従い、ショッパー型厚さ測定器（加圧面：直径１ｃｍの円形）を使用して測定した。具体的には以下の通りである。無荷重状態から初荷重を３０秒間かけた後の厚さｔ０を測定し、次に、厚さｔ０の状態から最終荷重を５分間かけた後の厚さｔ１を測定した。圧縮率は、圧縮率（％）＝１００×（ｔ０―ｔ１）／ｔ０の式で算出した。このとき、初荷重は１００ｇ／ｃｍ２、最終圧力は１１２０ｇ／ｃｍ２であった。
（曲げ弾性率）
曲げ弾性率は、日本工業規格（ＪＩＳＫ７１７１）に従い、引張試験装置（オリエンテック社製、テンシロンＲＴＡ−１００）を用いて測定を行った。具体的には、各サンプルサイズを長さ４０ｍｍ及び幅１０ｍｍとし、支点間距離を２２ｍｍとした。なお、サンプルの厚みは、使用した中間層１３と同材料からなる厚さ１ｍｍのサンプルを用いた。その他の条件についてはＪＩＳＫ７１７１に準拠した。

表１に示すように、発明品１にかかる中間層１３はＰＶＣ製で、曲げ弾性率が２９００ＭＰａ、厚さが０．１ｍｍとなっており、曲げ弾性率と厚さとの積が２９０ＭＰａ・ｍｍとなっている。
また発明品２にかかる中間層１３はＰＥＴ製で、曲げ弾性率が２４００ＭＰａ、厚さが０．１８８ｍｍとなっており、曲げ弾性率と厚さとの積が４５１．２ＭＰａ・ｍｍとなっている。
そして発明品３にかかる中間層１３はＰＥＴ製で、曲げ弾性率が２４００ＭＰａ、厚さが０．５ｍｍとなっており、曲げ弾性率と厚さとの積が１２００ＭＰａ・ｍｍとなっている。

これに対し、比較品１の研磨パッド４は中間層１３を有さず、研磨層１１とクッション層１２とを接着する接着剤Ｂの層を他の研磨パッド４に比較して厚い４０±１０μｍとしている。
また比較品２の研磨パッド４も中間層１３を有さず、研磨層１１とクッション層１２の向き合う面に予めプライマー処理を施し、その後これらを接着剤Ｂにより接着したものとなっている。
そして比較品３の研磨パッド４はＰＥＴ製の中間層１３を備えているが、当該中間層１３は曲げ弾性率が２４００ＭＰａ、厚さが０．０７５ｍｍとなっており、曲げ弾性率と厚さとの積が１８０ＭＰａ・ｍｍとなっている。
また比較品４の研磨パッド４はＰＥＴ製の中間層１３を備えているが、当該中間層１３は曲げ弾性率が２４００ＭＰａ、厚さが０．６ｍｍとなっており、曲げ弾性率と厚さとの積が１４４０ＭＰａ・ｍｍとなっている。しかし、非常に曲げ弾性が高い研磨パッド４となってしまい、被研磨物１への追従性に問題があったため、研磨加工に使用できなかった。

そして、上記発明品１〜３、比較品１〜３にかかる研磨パッド４を、それぞれ上記構成を有する研磨装置２に装着し、研磨試験を行い、その後上記接着剤Ｂの剥離を確認した。この時の研磨条件は以下である。
（研磨条件）
・使用研磨機：スピードファム社製、「型番：ＤＳＭ９Ｂ−５Ｐ−ＩＶ」
・定盤回転数：４０ｒｐｍ
・加工応力：５００ｇ／ｃｍ２
・研磨剤：シリカスラリー２０％水溶液
・被研磨物：ガラス基板（６５ｍｍ×６５ｍｍ×１０ｍｍ端部に曲面加工済み） ×１０枚／バッチ
・研磨時間：１２０分／バッチ
そして上記研磨試験の結果、発明品１〜３については、２５０枚の被研磨物１を研磨しても、上記研磨層１１と中間層１３との間、および中間層１３とクッション層１２との間の接着剤Ｂに剥離は認められなかった。
これに対し、中間層１３を有さない比較品１、２では２５０枚の被研磨物１を研磨した結果、研磨層１１とクッション層１２との間の接着剤が剥離した。
また発明品１〜３よりも曲げ弾性率と厚さとの積が小さかった中間層１３を備える比較品３については、中間層１３とクッション層１２との間の接着剤Ｂが剥離した。
この研磨試験結果から明らかなように、本発明にかかる発明品１〜３によれば、研磨パッド４が被研磨物１の曲面部分１ｂに沿って繰り返し応力を加えても、上記中間層１３を設けることで接着剤により研磨層１１とクッション層１２とが剥離せず、良好な研磨性能を維持することができる。

１被研磨物１ｂ曲面部分
２研磨装置４研磨パッド
１１研磨層１２クッション層
１３中間層Ｂ接着剤

Claims

曲面部分を有する被研磨物を研磨するための研磨パッドにおいて、
上記研磨パッドは研磨層、中間層、クッション層が積層した構成を有し、
上記研磨層は湿式成膜法により形成された発泡ポリウレタンによって構成されるとともに、当該研磨層の厚さが０．５〜２ｍｍ、ショアＡ硬度が２０〜８０、圧縮率が３〜２０％であり、
上記クッション層はポリエチレンまたはポリウレタンによって構成されるとともに、当該クッション層の厚さが３〜１０ｍｍ、ショアＡ硬度が１０〜２０、圧縮率が２５〜４０％であり、
上記中間層は、厚さが０．１〜０．５ｍｍであって、当該中間層における曲げ弾性率と厚さとの積が２５０〜１５００ＭＰａ・ｍｍの範囲であることを特徴とする研磨パッド。
上記中間層の厚さを０．４〜０．５ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
上記中間層がポリ塩化ビニル若しくはポリエチレンテレフタラートのいずれかの素材によって構成することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の研磨パッド。
上記研磨層の厚さを０．８〜２ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の研磨パッド。