JP6835632B2 - 保持パッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
〔1〕
被研磨物を保持する保持部を備え、
前記保持部が、25℃における角周波数0.1rad/sに対する6.3rad/sの損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])が2.00〜6.50である無発泡樹脂シートである、
保持パッド。
〔2〕
前記無発泡樹脂シートが、無発泡ポリウレタン樹脂シートである、
〔1〕に記載の保持パッド。
〔3〕
前記無発泡樹脂シートのゲル分率が、5%〜30%である、
〔1〕又は〔2〕に記載の保持パッド。
〔4〕
前記保持部の前記被研磨物を保持する面とは反対側の面に、発泡樹脂からなるクッション層を備えない、
〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の保持パッド。
〔5〕
前記保持部の前記被研磨物を保持する面とは反対側の面に、発泡樹脂からなるクッション層を備える、
〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の保持パッド。
〔6〕
前記無発泡樹脂シートのショアA硬度が、10〜60°である、
〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の保持パッド。
〔7〕
前記無発泡樹脂シートが、炭素数が10〜30であるダングリング鎖を有する、
〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の保持パッド。
〔8〕
前記保持部の前記被研磨物を保持する面に、貫通孔及び溝を有しない、
〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の保持パッド。
〔9〕
少なくとも、プレポリマーと、鎖伸長剤と、を混合して混合液を得る工程と、
得られた前記混合液を硬化させて、25℃における角周波数0.1rad/sに対する6.3rad/sの損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])が2.00〜6.50である無発泡樹脂シートを形成する工程と、を有し、
前記鎖伸長剤が、炭素数10〜30の飽和又は不飽和脂肪族基のダングリング鎖を有する化合物を含む、
保持パッドの製造方法。
〔10〕
前記プレポリマーが、ポリウレタンプレポリマーであり、前記鎖伸長剤がジオール化合物及び/又はポリオール化合物である、
〔9〕に記載の保持パッドの製造方法。
本実施形態の保持パッドは、被研磨物を保持する保持部を備え、前記保持部が、25℃における、角周波数0.1rad/sに対する6.3rad/sの損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])が2.00〜6.50である無発泡樹脂シートである。なお、保持部が被研磨物と接する面を「保持面」ともいう。
保持部は、所定の無発泡樹脂シートである。なお、本実施形態において、「無発泡樹脂」とは、実質的に発泡を有しない樹脂の層をいう。より具体的には、開孔面積率が3%以下、好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下であるものをいう。このような構造を有することにより、発泡体を用いる保持パッドと比較して塑性変形や気泡に由来する破損の発生が抑制されるため耐久性がより向上し、また、耐薬品性もより向上する。以下、無発泡樹脂の構成についてより詳細に説明する。
数式(1):圧縮率(%)=(t0−t1)/t0×100
本実施形態の保持パッドは、保持部により保持された被研磨物を囲む枠部を有していてもよい。枠部は、研磨加工中に被研磨物が横ずれを起こして、保持部の保持面から飛び出すことを防止する(横ずれ範囲を規制する)ものである。そのため、枠部の形状及び寸法は、被研磨物が研磨領域から飛び出さないようなものであれば特に限定されず、例えば、内径が被研磨物の外径より大きくなるように形成されていてもよい。
本実施形態の保持パッドは、保持部の被研磨物を保持する面とは反対側の面に、発泡樹脂からなるクッション層を備えてもよいし、当該クッション層を備えなくてもよい。クッション層を備えない場合、クッション層における変形が生じ得ないため、保持パッドの平坦性がより向上する傾向にある。また、クッション層を備える場合、保持パッドのクッション性が向上し、保持定盤の硬さに由来する被研磨物の損傷をより抑制することができる傾向にある。なお、いずれの場合も、保持部は、無発泡樹脂であるため、スラリーが保持部に侵食することを回避することができる。
本実施形態の保持パッドは、保持定盤側の面に、保持パッドを保持定盤に固定するための両面テープや面ファスナーのような接着層や粘着層の固定手段を有していてもよい。
本実施形態の保持パッドの製造方法は、プレポリマーと、鎖伸長剤と、を混合して混合液を得る工程と、得られた前記混合液を硬化させて、角周波数0.1rad/sに対する6.3rad/sの損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])が2.50〜6.50である無発泡樹脂シートを形成する工程と、を有し、鎖伸長剤が、炭素数10〜30の飽和又は不飽和脂肪族基のダングリング鎖を有する化合物を含む。ここで、耐熱性、耐薬品性の観点及び、損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])やA硬度等の各物性の調整の容易性を考慮すると、プレポリマーはポリウレタンプレポリマーとすることが好ましく、鎖伸長剤はジオール化合物及び/又はポリオール化合物であることが好ましい。
ウレタンプレポリマーとしては、当業界でよく用いられるような、ポリイソシアネート化合物と(ウレタンプレポリマー用)ポリオール化合物との反応により調製されるイソシアネート基含有化合物が使用できる。また、市販されている多様なウレタンプレポリマーを使用してもよい。
ポリイソシアネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、ナフタレン−1,4−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、4,4’−メチレン−ビス(シクロヘキシルイソシアネート)(水添MDI)、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニルジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、キシリレン−1,4−ジイソシアネート、4,4’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−1,2−ジイソシアネート、ブチレン−1,2−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,2−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,4−ジイソシアネート、p−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−1,4−ジイソチオシアネート、エチリジンジイソチオシアネート等が挙げられる。
ウレタンプレポリマー用のポリオール化合物としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオール;ポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルポリオール;エチレングリコールとアジピン酸との反応物やブチレングリコールとアジピン酸との反応物等のポリエステルポリオール;ポリカーボネートポリオール;ポリカプロラクトンポリオール;等が挙げられる。
鎖伸長剤としては、炭素数10〜30の飽和又は不飽和脂肪族基のダングリング鎖を有する化合物を含む鎖伸長剤であれば特に限定されない。例えば、保持面を構成する無発泡樹脂シートを無発泡ポリウレタン樹脂シートとする場合は、炭素数10〜30の飽和又は不飽和脂肪族基のダングリング鎖を有するジオール化合物及び/又は水酸基を2つ以上有するポリオール化合物を含むものであればよく、その他のイソシアネート基と反応する活性水素基を2以上有する活性水素化合物を併用することもできる。鎖伸長剤の水酸基などの活性水素基は、ウレタンプレポリマーのイソシアネート基と反応し、ウレタン結合を形成する。この際に、ジオール化合物の炭素数10〜30の飽和又は不飽和脂肪族基は、炭素数10〜30のダングリング鎖となる。ジオール化合物及び/又はポリオール化合物を用いることにより、得られるポリウレタンの分子量の低下を防止でき、ジオール化合物及び/又はポリオール化合物の分子数に比例してダングリング鎖を導入することができる。
HO−(R(R”))−OH (2)
(ここで、式中、R及びR”は式(1)におけるものと同義であり、R”はより具体的には炭素数10〜30の1価の飽和又は不飽和脂肪族基を示す。)
なお、必要に応じてその他の添加剤を用いてもよい。その他の添加剤としては、シリコーン消泡剤等が挙げられる。
接着層を形成する方法としては、PET等の芯材と芯材の片面に接着層を配した片面接着テープの、芯材に直接無発泡樹脂シートを形成する方法;上記のようにして得られた無発泡樹脂シートの被研磨物を保持する面とは反対側に、両面接着テープを別途貼り合せる方法;両面接着テープの接着剤層上に直接無発泡樹脂シートを形成する方法等が挙げられる。前記の通り、接着層に代えて面ファスナーや粘着層等を採用してもよいが、軟質な保持パッドを取り扱う際の作業性の観点から、少なくともPET等の芯材が積層されている形態であることが好ましい。
本実施形態の研磨物の製造方法は、上記保持パッドにより保持した被研磨物を、研磨パッドを用いて研磨し、研磨物を得る研磨工程を有する。研磨工程は、一次研磨(粗研磨)であってもよく、二次研磨(仕上げ研磨)であってもよく、それら両方の研磨を兼ねるものであってもよい。このなかでも、化学機械研磨に用いられることが好ましい。一方で、研削や切削等の機械加工工程において、被加工物の保持に用いることもできる。以下、化学機械研磨を例に本実施形態の研磨物の製造方法を説明するが、本実施形態の研磨物の製造方法は以下に限定されない。
得られた保持パッドの保持部を30mm×30mmサイズの試料片に切り分けた。得られた各試料片を過剰量のジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する。)に常温常湿条件下(温度20±2℃、湿度65±5%)で24時間浸漬した。その後、DMFから試料片を取り出し、真空乾燥機にて試料片から溶媒を除去して乾燥重量を測定した。浸漬前の試料片の重量と、乾燥後の試料片の重量に基づいて、下記算出式によりゲル分率を算出した。なお、サンプルが溶解し、シート形状を維持できなくなった場合は0%とした。
ゲル分率%=(乾燥後の重量)/(浸漬前の重量)×100(%)
バネを介して厚さ4.5mm以上の試験片表面に押針(測定子)を押し付け30秒後の押針の押し込み深さから、保持パッドにおける保持部のA硬度を測定した。測定装置としては、デュロメータ タイプAを用いた。これを3回行って相加平均からA硬度を求めた。具体的には、保持パッドの保持部を10cm×10cmに切り出し、試験片とし、厚さ4.5mm以上になるように複数枚重ねて測定した。
D型硬度計(テクロック社製)を用いて、JIS K 6253(2012)に準拠して、保持パッドにおける保持部のショアD硬度を測定した。具体的には、保持パッドの保持部を10cm×10cmに切り出し、試験片とし、厚さ6mm以上になるように複数枚重ねて設定した。
損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])は、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン RSAIIIにより、25℃、初期荷重1g、荷重モード50g、歪範囲0.1%、角周波数0.1rad/s及び6.3rad/s、圧縮モードにおける、損失弾性率E”を測定し、その比(E”[6.3]/E”[0.1])を算出することで求めた。
接着層として両面テープを用いて保持パッドを研磨定盤の所定位置に設置し固定した。次いで、水等を用いず、保持パッドに被研磨物として2インチ径のサファイヤウェハ3枚をそのまま保持させた。なお、保持できなかった場合は、純水を介して保持させた。被研磨物に対して、下記条件にて研磨加工を施す研磨試験を行った。
(研磨条件)
装置条件
使用研磨機 :不二越機械工業社製 片面研磨装置
研磨パッド :含浸不織布研磨パッド(フジボウ愛媛社製 品番:FPK7000C2(LD))
研磨条件
荷重 :330gf/cm2
研磨速度 :トップリング60rpm/定盤回転数60rpm
スラリー :フジミインコーポレーテッド社製
COMPOLEX−3
スラリー流量 :5cc/分(循環)
研磨時間 :1時間/バッチ
上記研磨後における保持パッドの状態から耐久性を下記評価基準により評価した。
(評価基準)
○:保持部の表面の劣化または破損等が認められない。
×:保持部の表面の劣化または破損等が認められる。
−:研磨試験自体ができず、評価できない。
ワーク吸着性は下記評価基準により評価した。
(評価基準)
○:研磨前後の運搬時を含め、研磨終了時まで被研磨物が脱落しない。
△:運搬時に脱落する、又は、保持できないが、保持面と被研磨物との間に純水を介在させた後は、研磨終了時まで被研磨物が脱落しない。
×:純水を介在させても、運搬時に脱落する、又は、保持できない。
ショッパー型厚さ測定器(加圧面:直径1cmの円形)を用いて、日本工業規格(JIS K 6505)に準拠して、保持部の厚さを測定した。具体的には、保持部を10cm×10cmに切り出した試料片3枚用意し、各試料片毎に、厚さ測定器の所定位置にセットした後、480g/cm2の荷重をかけた加圧面を試料片の表面に載せ、5秒経過後に厚さを測定する。1枚の試料片につき、5箇所の厚さを測定し相加平均を算出し、さらに3枚の試料片の相加平均を求めた。
R値が0.8となるように、ウレタンプレポリマー(NCO当量:424、三菱樹脂社製、製品名UP−162)43.7質量部と、水酸基を3つ有するポリオール(三洋化成社製、プライムポール、OH当量1700)44.8質量部と、モノオレイン酸グリセリル(日光ケミカルズ社製、NIKKOL MGO、OH当量178)10.0質量部と、シリコーン系消泡剤(東レ・ダウコーニング社製、71 ADDITIVE)1.5質量部と、を均一に混合し、混合液を得た。得られた混合液を、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、厚さが均一となるように塗布し、80℃で1時間維持することより硬化させて実施例1の保持パッドを得た。得られた保持パッドは、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、保持部として厚さ0.8mmの無発泡ポリウレタン層を有するものであった。
R値を0.8、シリコーン系消泡剤の使用量を1.5質量部に、維持したまま、モノオレイン酸グリセリルの添加量をそれぞれ15.0質量部、20.0質量部、25.0質量部となるように調整した混合液を用いたほかは、実施例1と同様にして実施例2〜4の保持パッドを得た。
R値を0.8、シリコーン系消泡剤の使用量を1.5質量部に、維持したまま、モノオレイン酸グリセリルを添加しない混合液を用いたほかは、実施例1と同様にして比較例1の保持パッドを得た。
涙型気泡を有し、保持面側がスキン層で覆われているスムースタイプの保持パッドを比較例1の保持パットとして用いた。具体的には、まず、ポリウレタン樹脂として、100%モジュラスが10MPaのポリエステルMDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)ポリウレタン樹脂を用いた。このポリウレタン樹脂のDMF溶液100質量部に対して、粘度調整用のDMF45質量部、顔料のカーボンブラックを30%含むDMF分散液の40質量部、疎水性活性剤の2質量部を混合してポリウレタン樹脂溶液を調製した。調製したポリウレタン樹脂溶液を、ナイフコータによりPET基材に略均一に塗布したのち、水を主成分とする凝固液が満たされた凝固槽に浸漬することでポリウレタン樹脂を凝固再生させ、洗浄後乾燥させて、比較例1の保持パッドを得た。
鎖伸長剤として3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(メチレンビス−o−クロロアニリン)(以下、「MOCA」ともいう。)と数平均分子量が約1000のポリテトラメチレングリコールと、を1:1の質量比で均一に混合し、NH2当量が189である液状の混合物(以下、「MOCA溶液」ともいう。)を得た。
Claims (10)
- 被研磨物を保持する保持部を備え、
前記保持部が、25℃における、角周波数0.1rad/sに対する6.3rad/sの損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])が2.00〜6.50である無発泡樹脂シートである、
保持パッド。 - 前記無発泡樹脂シートが、無発泡ポリウレタン樹脂シートである、
請求項1に記載の保持パッド。 - 前記無発泡樹脂シートのゲル分率が、5%〜30%である、
請求項1又は2に記載の保持パッド。 - 前記保持部の前記被研磨物を保持する面とは反対側の面に、発泡樹脂からなるクッション層を備えない、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の保持パッド。 - 前記保持部の前記被研磨物を保持する面とは反対側の面に、発泡樹脂からなるクッション層を備える、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の保持パッド。 - 前記無発泡樹脂シートのショアA硬度が、10〜60°である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の保持パッド。 - 前記無発泡樹脂シートが、炭素数が10〜30であるダングリング鎖を有する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の保持パッド。 - 前記保持部の前記被研磨物を保持する面に、貫通孔及び溝を有しない、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の保持パッド。 - 少なくとも、プレポリマーと、鎖伸長剤と、を混合して混合液を得る工程と、
得られた前記混合液を硬化させて、25℃における角周波数0.1rad/sに対する6.3rad/sの損失弾性率比(E”[6.3]/E”[0.1])が2.00〜6.50である無発泡樹脂シートを形成する工程と、を有し、
前記鎖伸長剤が、炭素数10〜30の飽和又は不飽和脂肪族基のダングリング鎖を有する化合物を含む、
保持パッドの製造方法。 - 前記プレポリマーが、ポリウレタンプレポリマーであり、前記鎖伸長剤がジオール化合物及び/又はポリオール化合物である、
請求項9に記載の保持パッドの製造方法。
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