JP7111609B2 - Fiber composite polishing pad and method for polishing glass-based substrate using the same - Google Patents
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Description
本発明は、研磨パッド、詳しくは、ガラス系基材(光学製品、シリコンウエハ、ハードディスクなど)、または各種金属等を研磨するための研磨パッドの研磨層として好ましく用いられる繊維複合研磨パッドに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polishing pad, more specifically, a fiber composite polishing pad preferably used as a polishing layer of a polishing pad for polishing glass-based substrates (optical products, silicon wafers, hard disks, etc.) or various metals.
従来から、高い平坦性を維持してガラス系基材を研磨する方法として、回転する研磨パッドにセリア粒子を含むスラリーを滴下しながらガラス系基材等を押し当てて研磨するケミカルメカニカル研磨(CMP)が知られている。このようなCMPに用いられる研磨方法としては、例えば、下記特許文献1や下記特許文献2は、研磨材粒子を含有させたポリウレタン成形体からなる研磨パッドと、セリア粒子を含有するスラリーとを用いて研磨する方法を開示する。 Conventionally, as a method for polishing a glass-based substrate while maintaining high flatness, chemical mechanical polishing (CMP) is performed by pressing a glass-based substrate while dropping a slurry containing ceria particles onto a rotating polishing pad. )It has been known. As a polishing method used for such CMP, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below use a polishing pad made of a polyurethane molding containing abrasive particles and a slurry containing ceria particles. Disclosed is a method of polishing with
特許文献1及び特許文献2に開示されたようなポリウレタン成形体からなる研磨パッドと、セリア粒子を含むスラリーとを用いてガラス系基材等をCMP研磨する場合、ポリウレタン成形体は剛性が高すぎて基材の表面に対する追随性が悪いために、セリア粒子を含むスラリーとガラス系基材等の表面とのなじみが悪く、セリア粒子の表面とガラス系基材等の表面との化学反応による研磨効果が充分に得られなかった。また、セリア粒子とガラス系基材との接触を高めるために、研磨パッドとガラス系基材との接触圧力を高めた場合、平坦度が低下する問題があった。そのため、従来から、不織布の内部空隙に高分子弾性体を含浸付与して得られる繊維複合シートが、高精度の平坦性を求められる研磨に用いられる研磨パッド等として好ましく用いられている。下記特許文献3は、極細繊維の繊維束からなる不織布に高分子弾性体を含浸させた研磨パッドを開示する。このような研磨パッドは従来広く用いられてきたポリウレタン成形体の研磨パッドに比べて剛性が低くしなやかであるために、被研磨基材表面の形状に対する追随性に優れ、そのために平坦化性能に優れるという利点があった。 When polishing a glass-based substrate or the like by CMP using a polishing pad made of a polyurethane molded body as disclosed in Patent Documents 1 and 2 and a slurry containing ceria particles, the polyurethane molded body has too high rigidity. Because the followability to the surface of the base material is poor, the slurry containing ceria particles and the surface of the glass base material are not compatible with each other, and polishing is caused by a chemical reaction between the surface of the ceria particles and the surface of the glass base material. Sufficient effect was not obtained. Further, when the contact pressure between the polishing pad and the glass-based substrate is increased in order to increase the contact between the ceria particles and the glass-based substrate, there is a problem that the flatness is lowered. Therefore, conventionally, a fiber composite sheet obtained by impregnating the internal voids of a nonwoven fabric with an elastic polymer has been preferably used as a polishing pad or the like for polishing that requires high-precision flatness. Patent Document 3 listed below discloses a polishing pad in which a non-woven fabric made of fiber bundles of ultrafine fibers is impregnated with an elastic polymer. Since such a polishing pad has lower rigidity and is more flexible than the polyurethane molded polishing pad that has been widely used, it has excellent conformability to the shape of the surface of the substrate to be polished, and therefore has excellent flattening performance. There was an advantage.
しかし、不織布と高分子弾性体とを含む研磨パッドは、空隙多いことからセリア砥粒等が研磨パッド内部に堆積しやすく、経時的に研磨レートが低下するという問題があった。 However, a polishing pad containing a non-woven fabric and a high-molecular elastic body has many voids, so ceria abrasive grains and the like tend to accumulate inside the polishing pad, resulting in a reduction in the polishing rate over time.
本発明は、上述した問題、すなわち、セリア粒子を含むスラリーを滴下しながらガラス系基材等の表面をCMP研磨する場合において、高い研磨レートを有し、且つ研磨レートが経時的に変化しにくい研磨を実現することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, that is, in the case of CMP-polishing the surface of a glass-based substrate or the like while dropping a slurry containing ceria particles, it has a high polishing rate and the polishing rate does not easily change over time. The purpose is to achieve polishing.
本発明の一局面は、極細繊維の不織布と、前記不織布に付与された高分子弾性体からなる繊維複合研磨パッドであり、厚み方向の断面を均等に3分割したときの両表面層を除いたものを中間層とした場合、Pc(中間層の空隙率(Pb)/全層の空隙率(Pa))が0.35以下、研磨面の表面粗さ(Sa)が10μm以上、且つJISD硬度50以上であることを特徴とする繊維複合研磨パッドである。 One aspect of the present invention is a fiber composite polishing pad composed of a nonwoven fabric of ultrafine fibers and a high molecular weight elastic material attached to the nonwoven fabric, wherein the cross section in the thickness direction is equally divided into three, and both surface layers are removed. In the case of an intermediate layer, Pc (intermediate layer porosity (Pb)/all layer porosity (Pa)) is 0.35 or less, the surface roughness (Sa) of the polished surface is 10 μm or more, and JISD hardness It is a fiber composite polishing pad characterized by being 50 or more.
また、本発明の上記繊維複合研磨パッドは、CMP研磨装置(株式会社ナノファクター製「NF-300HP」)に装着し、プラテン回転数70回転/分、ヘッド回転数69回転/分、研磨圧力130g/cm
2
の条件において、昭和電工社製研磨スラリー「SHOROX A-31」を300ml/分の速度で供給しながら、直径4インチの液晶ガラスを研磨した際の研磨初期(研磨時間0.5時間後)の研磨速度Taに対する研磨後期(研磨時間6時間後)の研磨速度Tbの研磨速度比率(Tb/Ta)が、0.85以上であることが好ましい。
そして、前記高分子弾性体は非多孔質状であり、繊維束を形成する複数の長繊維でできた 極細繊維を集束している繊維複合研磨パッドであって、見掛け密度は0.5~1.2g/cm3、前記不織布と前記高分子弾性体との質量比率(不織布/高分子弾性体)が、90 /10~55/45であることが好ましい。
Further, the fiber composite polishing pad of the present invention was mounted on a CMP polishing apparatus ("NF-300HP" manufactured by Nanofactor Co., Ltd.), and the platen rotation speed was 70 rotations/minute, the head rotation speed was 69 rotations/minute, and the polishing pressure was 130 g. / cm 2 , while supplying Showa Denko's polishing slurry "SHOROX A-31" at a rate of 300 ml / min, the initial polishing when polishing a liquid crystal glass with a diameter of 4 inches (polishing time 0.5 It is preferable that the polishing rate ratio (Tb/Ta) of the polishing rate Tb in the later stage of polishing (after 6 hours of polishing) to the polishing rate Ta in the second stage of polishing (Tb/Ta) is 0.85 or more.
In the fiber composite polishing pad, the elastic polymer is non-porous, and has a bundle of ultrafine fibers made up of a plurality of long fibers forming a fiber bundle, and has an apparent density of 0.5 to 1. .2 g/cm 3 , and the mass ratio of the nonwoven fabric and the elastic polymer (nonwoven fabric/elastic polymer) is preferably 90/10 to 55/45.
また、本発明は上記繊維複合研磨パッドにスラリーを供給しながらガラス系基材を押し当ててガラス系基材の表面を研磨する研磨方法である。 The present invention also provides a polishing method comprising polishing the surface of a glass-based substrate by pressing the glass-based substrate against the fiber composite polishing pad while supplying slurry thereto.
本発明によれば、セリア粒子を含むスラリーを滴下しながら被研磨物(光学製品等含むガラス系基材)の表面をCMP研磨する場合において、スラリー砥粒のパッドへの堆積を抑制し、高研磨レート及び研磨レートの経時安定性を維持できる。 According to the present invention, in the case of CMP-polishing the surface of an object to be polished (a glass-based substrate including an optical product) while dropping a slurry containing ceria particles, deposition of slurry abrasive grains on the pad is suppressed, and a high The polishing rate and the stability of the polishing rate over time can be maintained.
本発明に係る繊維複合研磨パッドの一実施形態を以下に詳しく説明する。 One embodiment of the fiber composite polishing pad according to the present invention will be described in detail below.
本発明の繊維複合研磨パッドは、長繊維の極細繊維の平均繊度は、0.01~0.9dtexであることか好ましく、より好ましくは0.04~0.1dtexである。このような平均繊度の極細繊維の場合には、研磨中に研磨パッドの表層の極細繊維束が充分に分繊し、それにより、スラリーの保持力が向上して研磨効率や研磨均一性が向上する。極細繊維の平均繊度が0.01dtex未満の場合には繊維束が分繊しにくくなり、極細繊維の平均繊度が0.9dtexを超える場合には研磨パッドの表面が粗くなりすぎて研磨レートが低下したり、ガラス系基材を研磨する際の表面に掛かる応力が高くなりすぎてスクラッチが発生したりしやすくなる。 In the fiber composite polishing pad of the present invention, the ultrafine long fibers preferably have an average fineness of 0.01 to 0.9 dtex, more preferably 0.04 to 0.1 dtex. In the case of ultrafine fibers having such an average fineness, the ultrafine fiber bundles on the surface layer of the polishing pad are sufficiently separated during polishing, thereby improving the holding power of the slurry and improving the polishing efficiency and polishing uniformity. do. When the average fineness of the ultrafine fibers is less than 0.01 dtex, the fiber bundles are difficult to separate, and when the average fineness of the ultrafine fibers exceeds 0.9 dtex, the surface of the polishing pad becomes too rough and the polishing rate decreases. Otherwise, the stress applied to the surface during polishing of the glass-based base material becomes too high, and scratches tend to occur.
また、長繊維の極細繊維の平均長さは、特に限定されないが、100mm以上、さらには、200mm以上であることが絡合体の繊維密度を高めやすい点および繊維の抜けを抑制する点から好ましい。極細繊維の長さが短すぎる場合には絡合体の繊維密度を高めにくくなる傾向があり、また、研磨中に繊維が抜けやすくなる傾向がある。上限は、特に限定されず、例えば、後述するスパンボンド法により製造された不織布に由来する繊維絡合体を含有する場合には、物理的に切れていない限り、数m、数百m、数kmあるいはそれ以上の長繊維が含まれてもよい。 In addition, the average length of the ultrafine long fibers is not particularly limited, but it is preferably 100 mm or more, more preferably 200 mm or more from the viewpoint of easily increasing the fiber density of the entangled body and suppressing the fiber from coming off. If the length of the ultrafine fibers is too short, it tends to be difficult to increase the fiber density of the entangled body, and the fibers tend to come off easily during polishing. The upper limit is not particularly limited, and for example, in the case of containing a fiber entangled body derived from a nonwoven fabric manufactured by the spunbond method described later, as long as it is not physically cut, it is several meters, several hundred meters, several kilometers. Alternatively, longer fibers may be included.
極細繊維を形成するための樹脂の具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET、Tg77℃、50℃における飽和吸水率(以下同様)1質量%)、イソフタル酸変性PET(Tg67~77℃、吸水率1質量%)、スルホイソフタル酸変性PET(Tg67~77℃、吸水率1~3質量%)、ポリブチレンナフタレート(Tg85℃、吸水率1質量%)、ポリエチレンナフタレート(Tg124℃、吸水率1質量%)等から形成される芳香族ポリエステル系繊維;テレフタル酸とノナンジオールとメチルオクタンジオール共重合ポリアミド(Tg125~140℃、吸水率1~3質量%)等から形成される半芳香族ポリアミド系繊維等が挙げられる。 Specific examples of the resin for forming the ultrafine fibers include polyethylene terephthalate (PET, saturated water absorption at Tg 77°C and 50°C (hereinafter the same) 1% by mass), isophthalic acid-modified PET ( Tg 67- 77°C, water absorption 1% by mass), sulfoisophthalic acid-modified PET ( Tg 67-77°C, water absorption 1-3% by mass), polybutylene naphthalate ( Tg 85°C, water absorption 1% by mass), polyethylene Aromatic polyester fibers formed from naphthalate (T g 124° C., water absorption 1% by mass), etc.; terephthalic acid, nonanediol and methyloctanediol copolymer polyamide (T g 125 to 140° C., water absorption 1 to 3 % by mass), and the like.
これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、PETおよびイソフタル酸変性PET等の変性PETは、後述する海島型繊維からなるウェブ絡合シートから極細繊維を形成する湿熱処理工程において大幅に収縮するために、緻密で高密度の繊維絡合体を形成することができること、研磨シートの剛性を高めやすいこと、および、研磨の際に水分による経時変化を発生しにくいこと、等の点からも好ましい。 These may be used alone or in combination of two or more. In particular, modified PET such as PET and isophthalic acid-modified PET shrink significantly in the wet heat treatment process for forming ultrafine fibers from a web entangled sheet made of sea-island fibers, which will be described later. can be formed, the rigidity of the polishing sheet can be easily increased, and deterioration over time due to moisture during polishing is unlikely to occur.
繊維束は複数本の極細繊維が束ねられたような形態である。具体的には、例えば、5~200本、さらには10~50本、とくには10~30本の極細繊維が束ねられたように存在していることが好ましい。このように極細繊維が繊維束見掛けを形成して存在することにより、絡合体の見掛け密度を高めることができる。 The fiber bundle has a form in which a plurality of ultrafine fibers are bundled. Specifically, it is preferred that, for example, 5 to 200, more preferably 10 to 50, particularly 10 to 30 ultrafine fibers are present in a bundled manner. The appearance density of the entangled body can be increased by the presence of the ultrafine fibers forming an apparent fiber bundle.
繊維絡合体の見掛け密度は0.20g/cm3以上、さらには0.40~0.80g/cm3であることが好ましい。研磨パッドが見掛け密度の高い緻密な絡合体を含有する場合には、研磨中に高い剛性を維持することができ、そのために高い平坦度でガラス基材等を研磨することができる。 The fiber entangled body preferably has an apparent density of 0.20 g/cm 3 or more, more preferably 0.40 to 0.80 g/cm 3 . When the polishing pad contains dense entanglements with a high apparent density, it is possible to maintain high rigidity during polishing, so that a glass substrate or the like can be polished with high flatness.
次に、繊維束の絡合体に含浸一体化される高分子弾性体について説明する。 Next, the polymer elastic body impregnated and integrated with the entangled body of fiber bundles will be described.
高分子弾性体を形成するための樹脂は特に限定されないが、その具体例としては、例えば、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、(メタ)アクリル酸エステル系樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-スチレン系樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-アクリロニトリル系樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-オレフィン系樹脂、(メタ)アクリル酸系エステル-(水添)イソプレン系樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-ブタジエン系樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂、スチレン-水添イソプレン系樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン系樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-酢酸ビニル系樹脂、エチレン-酢酸ビニル系樹脂、エチレン-オレフィン系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、および、ポリエステル系樹脂等からなる弾性体が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The resin for forming the elastic polymer is not particularly limited, but specific examples thereof include, for example, polyurethane resins, polyamide resins, (meth)acrylic acid ester resins, and (meth)acrylic acid ester-styrene resins. Resin, (meth)acrylic acid ester-acrylonitrile resin, (meth)acrylic acid ester-olefin resin, (meth)acrylic acid ester-(hydrogenated) isoprene resin, (meth)acrylic acid ester-butadiene resin , styrene-butadiene-based resin, styrene-hydrogenated isoprene-based resin, acrylonitrile-butadiene-based resin, acrylonitrile-butadiene-styrene-based resin, vinyl acetate-based resin, (meth)acrylate-vinyl acetate-based resin, ethylene-vinyl acetate Examples include elastic bodies made of resins, ethylene-olefin resins, silicone resins, fluorine resins, polyester resins, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
高分子弾性体としては、極細繊維に対する結着性が高い点から、水素結合性の高分子弾性体が特に好ましい。水素結合性の高分子弾性体を形成する樹脂とは、例えば、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂のように、水素結合により結晶化あるいは凝集する高分子弾性体である。水素結合性の高分子弾性体は、接着性が高く、繊維絡合体の形態保持性に優れているために、繊維の抜けを抑制しやすい。 As the elastic polymer, a hydrogen-bonding elastic polymer is particularly preferred because it has high binding properties to the ultrafine fibers. A resin forming a hydrogen-bonding elastic polymer is, for example, an elastic polymer that crystallizes or aggregates due to hydrogen bonding, such as polyurethane-based resin, polyamide-based resin, and polyvinyl alcohol-based resin. Since the hydrogen-bonding elastic polymer has high adhesiveness and excellent shape retention of the fiber entanglement, it is easy to prevent the fibers from coming off.
これらの中でもポリウレタン系樹脂が極細繊維に対する接着性に優れており、また、研磨パッドの硬度を高め、研磨中の経時的安定性に優れている点から好ましい。以下に、高分子弾性体としてポリウレタン系樹脂を用いる場合について、代表例として詳しく説明する。 Among these, polyurethane-based resins are preferable because they have excellent adhesiveness to ultrafine fibers, increase the hardness of the polishing pad, and are excellent in stability over time during polishing. A case where a polyurethane-based resin is used as the elastic polymer will be described below in detail as a representative example.
ポリウレタン系樹脂としては、平均分子量200~6000の高分子ポリオールと有機ポリイソシアネ-トと、鎖伸長剤とを、所定のモル比で反応させることにより得られる各種のポリウレタン系樹脂が挙げられる。 Polyurethane-based resins include various polyurethane-based resins obtained by reacting a polymer polyol having an average molecular weight of 200 to 6000, an organic polyisocyanate, and a chain extender in a predetermined molar ratio.
高分子ポリオールの具体例としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリ(メチルテトラメチレングリコール)などのポリエーテル系ポリオールおよびその共重合体;ポリブチレンアジペートジオール、ポリブチレンセバケートジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリ(3-メチル-1,5-ペンチレンアジペート)ジオール、ポリ(3-メチル-1,5-ペンチレンセバケート)ジオール、イソフタル酸共重合ポリオール、テレフタル酸共重合ポリオール、シクロヘキサノール共重合ポリオール、ポリカプロラクトンジオールなどのポリエステル系ポリオールおよびその共重合体;ポリヘキサメチレンカーボネートジオール、ポリ(3-メチル-1,5-ペンチレンカーボネート)ジオール、ポリペンタメチレンカーボネートジオール、ポリテトラメチレンカーボネートジオール、ポリ(メチル-1.8-オクタメチレンカーボネート)ジオール、ポリノナンメチレンカーボネートジオール、ポリシクロヘキサンカーボネートジオールなどのポリカーボネート系ポリオールおよびその共重合体;ポリエステルカーボネートポリオール等が挙げられる。 Specific examples of polymer polyols include polyether-based polyols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, poly(methyltetramethylene glycol), and copolymers thereof; polybutylene adipate diol, polybutylene sebacate Diol, polyhexamethylene adipate diol, poly(3-methyl-1,5-pentylene adipate) diol, poly(3-methyl-1,5-pentylene sebacate) diol, isophthalic acid copolymer polyol, terephthalic acid copolymer Polyester-based polyols such as polymerized polyols, cyclohexanol copolymerized polyols, and polycaprolactone diols, and their copolymers; polyhexamethylene carbonate diols, poly(3-methyl-1,5-pentylene carbonate) diols, polypentamethylene carbonate diols , polytetramethylene carbonate diol, poly(methyl-1.8-octamethylene carbonate) diol, polynonamethylene carbonate diol, polycyclohexane carbonate diol, and copolymers thereof; and polyester carbonate polyol.
また、必要に応じて、トリメチロールプロパン等の3官能アルコールやペンタエリスリトール等の4官能アルコールなどの多官能アルコール、又は、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等の短鎖アルコールを併用してもよい。これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 In addition, if necessary, polyfunctional alcohols such as trifunctional alcohols such as trimethylolpropane and tetrafunctional alcohols such as pentaerythritol, or ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol You may use together short chain alcohols, such as. These may be used alone or in combination of two or more.
高分子ポリオールとしては、ポリカーボネート系ポリオール、とくに、融点が0℃以下の非晶性のポリカーボネート系ポリオールをポリオール成分全量の60~100質量%含有することが、貯蔵弾性率が適度になり、研磨中の経時的な安定性にとくに優れる点から好ましい。また、炭素数5以下、特には炭素数3以下のポリアルキレングリコールを0.1~10質量%程度用いた場合には、水に対する濡れ性がとくに良好になる点から好ましい。 As the polymer polyol, a polycarbonate-based polyol, particularly an amorphous polycarbonate-based polyol having a melting point of 0° C. or less, is contained in an amount of 60 to 100% by mass based on the total amount of the polyol component. It is preferable from the viewpoint of particularly excellent stability over time. In addition, it is preferable to use about 0.1 to 10% by mass of a polyalkylene glycol having 5 or less carbon atoms, particularly 3 or less carbon atoms, because the wettability with water is particularly good.
有機ポリイソシアネートの具体例としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアネート、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂肪族あるいは脂環族ジイソシアネート等の無黄変型ジイソシアネート;2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートポリウレタン等の芳香族ジイソシアネート、等が挙げられる。また、必要に応じて、3官能イソシアネートや4官能イソシアネートなどの多官能イソシアネートを併用してもよい。 Specific examples of organic polyisocyanates include non-yellowing diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, norbornene diisocyanate, and aliphatic or alicyclic diisocyanates such as 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate; Aromatic diisocyanates such as diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate polyurethane, and the like are included. Moreover, you may use polyfunctional isocyanate, such as a trifunctional isocyanate and a tetrafunctional isocyanate, together as needed.
これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートが、繊維に対する接着性が高く、また、硬度が高い研磨パッドが得られる点から好ましい。 These may be used alone or in combination of two or more. Among these, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate and xylylene diisocyanate have high adhesiveness to fibers. Moreover, it is preferable from the point that a polishing pad with high hardness can be obtained.
鎖伸長剤の具体例としては、例えば、ヒドラジン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン、ピペラジンおよびその誘導体、アジピン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドなどのジアミン類;ジエチレントリアミンなどのトリアミン類;トリエチレンテトラミンなどのテトラミン類;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-ビス(β-ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4-シクロヘキサンジオールなどのジオール類;トリメチロールプロパンなどのトリオール類;ペンタエリスリトールなどのペンタオール類;アミノエチルアルコール、アミノプロピルアルコールなどのアミノアルコール類等が挙げられる。 Specific examples of chain extenders include diamines such as hydrazine, ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, nonamethylenediamine, xylylenediamine, isophoronediamine, piperazine and its derivatives, adipic acid dihydrazide, and isophthalic acid dihydrazide; triamines such as diethylenetriamine; tetramines such as triethylenetetramine; ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,4-bis(β-hydroxyethoxy)benzene, 1,4 - diols such as cyclohexanediol; triols such as trimethylolpropane; pentaols such as pentaerythritol; aminoalcohols such as aminoethyl alcohol and aminopropyl alcohol;
これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、ヒドラジン、ピペラジン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミンおよびその誘導体、エチレントリアミンなどのトリアミンの中から2種以上組み合わせて用いることが、繊維への接着性が高く、また、硬度が高い研磨パッドが得られる点から好ましい。また、鎖伸長反応時に、鎖伸長剤とともに、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミンなどのモノアミン類;4-アミノブタン酸、6-アミノヘキサン酸などのカルボキシル基含有モノアミン化合物;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのモノオール類を併用してもよい。 These may be used alone or in combination of two or more. Among these, hydrazine, piperazine, hexamethylenediamine, isophoronediamine and its derivatives, and triamines such as ethylenetriamine can be used in combination of two or more to provide high adhesion to fibers and high hardness polishing. It is preferable from the point that a pad can be obtained. In addition, during the chain elongation reaction, along with the chain elongation agent, monoamines such as ethylamine, propylamine, and butylamine; carboxyl group-containing monoamine compounds such as 4-aminobutanoic acid and 6-aminohexanoic acid; Monools may be used in combination.
また、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)ブタン酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)吉草酸などのカルボキシル基含有ジオール等を併用して、ポリウレタン系樹脂の骨格にカルボキシル基などのイオン性基を導入することにより、水に対する濡れ性をさらに向上させることができる。 In addition, carboxyl group-containing diols such as 2,2-bis(hydroxymethyl)propionic acid, 2,2-bis(hydroxymethyl)butanoic acid, and 2,2-bis(hydroxymethyl)valeric acid may be used in combination to produce polyurethanes. By introducing an ionic group such as a carboxyl group into the skeleton of the system resin, wettability with water can be further improved.
また、ポリウレタン系樹脂の吸水率や貯蔵弾性率を制御するために、ポリウレタンを形成するモノマー単位が有する官能基と反応し得る官能基を分子内に2個以上含有する架橋剤や、ポリイソシアネート系化合物、多官能ブロックイソシアネート系化合物等の自己架橋性の化合物を添加することのより、架橋構造を形成させてもよい。 In addition, in order to control the water absorption rate and storage modulus of the polyurethane-based resin, a cross-linking agent containing two or more functional groups in the molecule that can react with the functional groups of the monomer units that form the polyurethane, or a polyisocyanate-based A crosslinked structure may be formed by adding a self-crosslinking compound such as a compound or a polyfunctional block isocyanate compound.
ポリウレタン系樹脂を形成するモノマー単位が有する官能基と架橋剤の官能基との組み合わせとしては、カルボキシル基とオキサゾリン基、カルボキシル基とカルボジイミド基、カルボキシル基とエポキシ基、カルボキシル基とシクロカーボネート基、カルボキシル基とアジリジン基、カルボニル基とヒドラジン誘導体又はヒドラジド誘導体などが挙げられる。これらの中では、カルボキシル基を有するモノマー単位とオキサゾリン基、カルボジイミド基またはエポキシ基を有する架橋剤との組み合わせ、水酸基またはアミノ基を有するモノマー単位とブロックイソシアネート基を有する架橋剤との組み合わせ、およびカルボニル基を有するモノマー単位とヒドラジン誘導体またはヒドラジド誘導体との組み合わせが、架橋形成が容易であり、得られる研磨パッドの剛性や耐磨耗性が優れる点から、特に好ましい。なお、架橋構造は、繊維の絡合体にポリウレタン系樹脂を付与した後の熱処理工程において形成することが、ポリウレタン系樹脂の水性液の安定性を維持する点から好ましい。これらの中でも、架橋性能や水性液のポットライフ性が優れ、また安全面でも問題のないカルボジイミド基および/またはオキサゾリン基が特に好ましい。カルボジイミド基を有する架橋剤としては、例えば日清紡績株式会社製「カルボジライトE-01」、「カルボジライトE-02」、「カルボジライトV-02」などの水分散カルボジイミド系化合物を挙げることができる。また、オキサゾリン基を有する架橋剤としては、例えば日本触媒株式会社製「エポクロスK-2010E」、「エポクロスK-2020E」、「エポクロスWS-500」などの水分散オキサゾリン系化合物を挙げることができる。架橋剤の配合量としては、ポリウレタン系樹脂に対して、架橋剤の有効成分が1~20質量%であることが好ましく、1.5~1質量%であることがより好ましく、2~10質量%であることがさらに好ましい。 Combinations of the functional group of the monomer unit forming the polyurethane resin and the functional group of the cross-linking agent include a carboxyl group and an oxazoline group, a carboxyl group and a carbodiimide group, a carboxyl group and an epoxy group, a carboxyl group and a cyclocarbonate group, and a carboxyl group. group and an aziridine group, a carbonyl group and a hydrazine derivative or a hydrazide derivative, and the like. Among these are a combination of a monomer unit having a carboxyl group and a cross-linking agent having an oxazoline group, a carbodiimide group or an epoxy group, a combination of a monomer unit having a hydroxyl group or an amino group and a cross-linking agent having a blocked isocyanate group, and a carbonyl A combination of a monomer unit having a group and a hydrazine derivative or a hydrazide derivative is particularly preferable from the viewpoint of easy cross-linking and excellent rigidity and abrasion resistance of the resulting polishing pad. From the viewpoint of maintaining the stability of the aqueous solution of the polyurethane resin, the crosslinked structure is preferably formed in the heat treatment step after applying the polyurethane resin to the entangled body of fibers. Among these, a carbodiimide group and/or an oxazoline group are particularly preferred because they are excellent in cross-linking performance and aqueous liquid pot life, and pose no problem in terms of safety. Examples of the cross-linking agent having a carbodiimide group include water-dispersible carbodiimide compounds such as “Carbodilite E-01”, “Carbodilite E-02” and “Carbodilite V-02” manufactured by Nisshinbo Co., Ltd. Examples of the cross-linking agent having an oxazoline group include water-dispersible oxazoline compounds such as "Epocross K-2010E", "Epocross K-2020E" and "Epocross WS-500" manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. The amount of the cross-linking agent is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 1.5 to 1% by mass, more preferably 2 to 10% by mass, based on the polyurethane resin. % is more preferred.
また、極細繊維との接着性を高め繊維束の剛性を高める点から、ポリウレタン系樹脂中の高分子ポリオール成分の含有率としては、40~65質量%、さらには、45~60質量%であることが好ましい。 Also, from the viewpoint of increasing the adhesion to ultrafine fibers and increasing the rigidity of the fiber bundle, the content of the high-molecular polyol component in the polyurethane resin is 40 to 65% by mass, more preferably 45 to 60% by mass. is preferred.
また、ポリウレタン系樹脂に、カルボキシル基、スルホン酸基および炭素数3以下のポリアルキレングリコール基からなる群から選ばれる少なくとも1種の親水性基を導入することにより、吸水率や親水性を調整することができる。これにより、研磨の際における、研磨パッドの砥粒スラリーに対する濡れ性を向上させることができる。このような親水性基はポリウレタン系樹脂を製造する際のモノマー成分として、親水性基を有するモノマー成分を共重合することにより、ポリウレタン系樹脂に導入することができる。このような親水性基を有するモノマー成分の共重合割合としては、0.1~10質量%、更には、0.5~5質量%であることが、吸水による膨潤軟化を最小限に抑えつつ、吸水率や濡れ性を高めることができる点から好ましい。 Further, by introducing at least one hydrophilic group selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group and a polyalkylene glycol group having 3 or less carbon atoms into the polyurethane resin, water absorption and hydrophilicity are adjusted. be able to. This makes it possible to improve the wettability of the polishing pad to the abrasive grain slurry during polishing. Such a hydrophilic group can be introduced into the polyurethane-based resin by copolymerizing a monomer component having a hydrophilic group as a monomer component for producing the polyurethane-based resin. The copolymerization ratio of such a monomer component having a hydrophilic group is 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass, while minimizing swelling and softening due to water absorption. , is preferable from the point that the water absorption rate and wettability can be increased.
ポリウレタン系樹脂は非多孔質状であることが好ましい。なお、非多孔質状とは、多孔質状、またはスポンジ状のポリウレタン系樹脂が有するような空隙(独立気泡)を実質的に有さない状態を意味する。具体的には、例えば、溶剤系ポリウレタンを凝固させて得られるような、微細な気泡を多数有するポリウレタン系樹脂ではないことを意味する。極細繊維を集束・拘束または極細繊維束同士を結着しているポリウレタン系樹脂を非多孔質状とすることが、極細繊維の拘束力が高まり、曲げ弾性率が向上する。また、研磨安定性が高くなり、また、研磨時のスラリー屑やパッド屑が空隙に堆積しにくくなるために、研磨パッドが摩耗し難いことから、高い研磨レートを長時間維持することができる。更に、極細繊維に対する接着強度が高くなるために、繊維の抜けに起因するスクラッチの発生を抑制することができる。さらに、より高い剛性が得られるために、平坦化性能に優れた研磨パッドが得られる。 The polyurethane resin is preferably non-porous. The term "non-porous" means a state in which there are substantially no voids (closed cells) that are present in porous or sponge-like polyurethane resins. Specifically, it means that it is not a polyurethane-based resin having a large number of fine cells, such as that obtained by solidifying a solvent-based polyurethane. By bundling/restricting the ultrafine fibers or by making the polyurethane resin that binds the ultrafine fiber bundles together into a non-porous state, the binding force of the ultrafine fibers is increased, and the bending elastic modulus is improved. In addition, the polishing stability is improved, and since slurry debris and pad debris during polishing are less likely to accumulate in the voids, the polishing pad is less likely to wear, and a high polishing rate can be maintained for a long period of time. Furthermore, since the adhesion strength to the ultrafine fibers is increased, the occurrence of scratches due to the coming off of the fibers can be suppressed. Furthermore, since higher rigidity can be obtained, a polishing pad having excellent flattening performance can be obtained.
ポリウレタン系樹脂は、浸透剤、消泡剤、滑剤、撥水剤、撥油剤、増粘剤、増量剤、硬化促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防黴剤、発泡剤、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースなどの水溶性高分子化合物、染料、顔料、無機微粒子などをさらに含有してもよい。 Polyurethane resins include penetrants, antifoaming agents, lubricants, water repellents, oil repellents, thickeners, bulking agents, curing accelerators, antioxidants, ultraviolet absorbers, antifungal agents, foaming agents, polyvinyl alcohol, It may further contain a water-soluble polymer compound such as carboxymethyl cellulose, a dye, a pigment, inorganic fine particles, and the like.
研磨パッドにおいては極細繊維の繊維束の内部に高分子弾性体が含浸し、高分子弾性体により繊維束を構成する極細繊維の一部或いは大部分が拘束されていることが好ましい。繊維束が高分子弾性体で拘束されることにより、繊維束に剛性が付与されて高い平坦化性能が得られる。また、繊維の抜けを防ぎ、抜けた繊維による砥粒が凝集することを防止可能となり、それによりスクラッチが抑制できる。また、複数の繊維束同士も繊維束の外側に存在する高分子弾性体により結着されていることが、研磨パッドの形態安定性が向上して研磨安定性が向上する点から好ましい。 In the polishing pad, it is preferable that the inside of the fiber bundle of the microfine fibers is impregnated with the macromolecular elastic body, and that part or most of the microfibers constituting the fiber bundle are restrained by the macromolecular elastic body. By constraining the fiber bundles with the elastic polymer, the fiber bundles are imparted with rigidity and high flattening performance can be obtained. In addition, it is possible to prevent the fibers from coming off and to prevent the abrasive grains from aggregating due to the coming off fibers, thereby suppressing scratches. In addition, it is preferable that the plurality of fiber bundles are bound together by a polymer elastic body existing outside the fiber bundles, from the viewpoint of improving the shape stability of the polishing pad and improving the polishing stability.
極細繊維の集束・拘束状態および繊維束同士の結着状態は繊維複合研磨パッドの断面の電子顕微鏡写真により容易に確認することができる。 The bundled/restrained state of the ultrafine fibers and the binding state of the fiber bundles can be easily confirmed by an electron micrograph of the cross section of the fiber composite polishing pad.
繊維複合研磨パッドの表面は、バフィング等によるパッド平坦化処理や、ダイヤモンド等のドレッサーを用いた研磨前のシーズニング処理(コンディショニング処理)や、研磨時にドレッシィング処理やブラッシング処理を施すことにより、表面近傍に存在する繊維束を分繊、又はフィブリル化することにより研磨パッドの表面に極細繊維が形成されている。研磨パッドの表面の極細繊維の繊維密度としては、600本/mm2以上、さらには、1000本/mm2以上、特には、2000本/mm2以上であることが好ましい。繊維密度が低すぎる場合には、スラリーの保持性が低下する傾向がある。繊維密度の上限は特に限定されないが、生産性の点から、1000000本/mm2程度である。また、繊維複合研磨パッドの表面の極細繊維は立毛処理されていても、立毛処理されていなくても良い。極細繊維が立毛処理されている場合には、研磨パッドの表面がよりソフトになるためにスクラッチの低減効果がより高くなる。一方、極細繊維の立毛の程度が低い場合には、ミクロ平坦性を重視する用途に有利となる。このように用途に応じて表面状態を適宜選択することが好ましい。 The surface of the fiber composite polishing pad is subjected to a pad flattening treatment such as buffing, a seasoning treatment (conditioning treatment) before polishing using a dresser such as diamond, and a dressing treatment and brushing treatment during polishing. Ultrafine fibers are formed on the surface of the polishing pad by splitting or fibrillating the fiber bundles present in the polishing pad. The fiber density of the ultrafine fibers on the surface of the polishing pad is preferably 600/mm 2 or more, more preferably 1000/mm 2 or more, particularly 2000/mm 2 or more. If the fiber density is too low, the slurry retention tends to decrease. Although the upper limit of the fiber density is not particularly limited, it is about 1,000,000 fibers/mm 2 from the viewpoint of productivity. Further, the ultrafine fibers on the surface of the fiber composite polishing pad may or may not be raised. When the ultrafine fibers are raised, the surface of the polishing pad becomes softer, so that the effect of reducing scratches becomes higher. On the other hand, when the degree of nap of the ultrafine fibers is low, it is advantageous for applications where microflatness is important. In this way, it is preferable to appropriately select the surface state according to the application.
繊維複合研磨パッド中の不織布と高分子弾性体との比率(不織布/高分子弾性体)は、質量比で、90/10~55/45、さらには85/15~65/35であることが好ましい。不織布と高分子弾性体との比率が上記範囲である場合には、繊維複合研磨パッドの剛性を高めやすくなる。また、繊維複合研磨パッドの表面に表出する極細繊維の密度を充分に高めることができる。その結果、研磨安定性、研磨レート、及び、平坦化性能を充分に高めることができる The ratio of the nonwoven fabric to the elastic polymer (nonwoven fabric/elastic polymer) in the fiber composite polishing pad is 90/10 to 55/45, more preferably 85/15 to 65/35 by mass. preferable. When the ratio of the nonwoven fabric to the elastic polymer is within the above range, the rigidity of the fiber composite polishing pad can be easily increased. Also, the density of the ultrafine fibers exposed on the surface of the fiber composite polishing pad can be sufficiently increased. As a result, polishing stability, polishing rate, and planarization performance can be sufficiently improved.
繊維複合研磨パッドのJISD硬度は50以上であることが重要であり、好ましくは50~65である。繊維複合研磨パッドのD硬度が50未満の場合には剛性が低下することにより平坦化性能が低下する。また、研磨パッドのD硬度が65を超える場合には剛性が高くなりすぎてスクラッチが発生しやすくなる。 It is important that the JISD hardness of the fiber composite polishing pad is 50 or more, preferably 50-65. If the D hardness of the fiber composite polishing pad is less than 50, the flattening performance is lowered due to the decrease in rigidity. On the other hand, when the D hardness of the polishing pad exceeds 65, the rigidity becomes too high and scratches are likely to occur.
また、繊維複合研磨パッドの研磨面の表面粗さ(Sa)は10μm以上である。表面粗さ(Sa)が10μm未満の場合には、スラリー溜まりが不足し、研磨レートや経時的な研磨安定性が低下する傾向がある。上記範囲にするにはダイヤモンドドレッサーを用いてシーズニング処理(コンディショニング処理)するのが好ましい方法である。 Moreover, the surface roughness (Sa) of the polishing surface of the fiber composite polishing pad is 10 μm or more. When the surface roughness (Sa) is less than 10 μm, the slurry pool is insufficient, and the polishing rate and polishing stability over time tend to decrease. Seasoning treatment (conditioning treatment) using a diamond dresser is a preferred method for achieving the above range.
繊維複合研磨パッドの見掛け密度は、0.5g/cm3以上が好ましく、さらには、0.6~1.2g/cm3であることが高い剛性と高研磨レートを保持する点から好ましい。 The apparent density of the fiber composite polishing pad is preferably 0.5 g/cm 3 or more, more preferably 0.6 to 1.2 g/cm 3 from the viewpoint of maintaining high rigidity and high polishing rate.
[研磨パッドの製造方法]
次に、繊維複合研磨パッドの製造方法の一例について詳しく説明する。
[Method for producing polishing pad]
Next, an example of the manufacturing method of the fiber composite polishing pad will be described in detail.
繊維複合研磨パッドは、例えば、水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂とを溶融紡糸して得られる海島型繊維からなる長繊維ウェブを製造するウェブ製造工程と、長繊維ウェブを複数枚重ねて絡合させることによりウェブ絡合シートを形成するウェブ絡合工程と、ウェブ絡合シートを湿熱収縮させることにより、面積収縮率が40%以上になるように収縮させる湿熱収縮処理工程と、ウェブ絡合シート中の水溶性熱可塑性樹脂を熱水中で溶解することにより、極細繊維からなる繊維絡合体を形成する繊維絡合体形成工程と、繊維絡合体に高分子弾性体の水性液を含浸および乾燥凝固させる高分子弾性体充填工程とを備えるような研磨パッドの製造方法により得ることができる。 The fiber composite polishing pad is produced by, for example, a web manufacturing process for manufacturing a long fiber web made of sea-island fibers obtained by melt-spinning a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin, and a plurality of long fiber webs. A web entangling step of forming a web entangled sheet by overlapping and entangling them, a wet heat shrinkage treatment step of shrinking the web entangled sheet so that the area shrinkage rate is 40% or more by wet heat shrinking, a step of forming a fiber entangled body composed of ultrafine fibers by dissolving the water-soluble thermoplastic resin in the web entangled sheet in hot water; It can be obtained by a method for manufacturing a polishing pad comprising a step of impregnating and drying and solidifying an elastic polymer.
このような製造方法においては、長繊維を含有するウェブ絡合シートを湿熱収縮させる工程を経ることにより、短繊維を含有するウェブ絡合シートを湿熱収縮させる場合に比べて、ウェブ絡合シートを大きく収縮させることができ、そのために、極細繊維の繊維密度が緻密になる。そして、ウェブ絡合シートの水溶性熱可塑性樹脂を溶解抽出することにより、極細繊維束からなる繊維絡合体が形成される。このとき、水溶性熱可塑性樹脂が溶解抽出された部分に空隙が形成される。そして、この空隙に高分子弾性体の水性液を含浸および乾燥凝固させることにより、極細繊維束を構成する極細繊維が集束されるとともに、極細繊維束同士も集束される。このようにして、繊維密度が高く、極細繊維が収束された剛性の高い研磨パッドが得られる。 In such a production method, the web entangled sheet containing the long fibers is subjected to wet heat shrinkage, so that the web entangled sheet is reduced compared to the case where the web entangled sheet containing the short fibers is subjected to wet heat shrinkage. It can be shrunk to a large extent, which makes the fiber density of the ultrafine fibers dense. Then, by dissolving and extracting the water-soluble thermoplastic resin of the web entangled sheet, a fiber entangled body composed of ultrafine fiber bundles is formed. At this time, voids are formed in portions where the water-soluble thermoplastic resin is dissolved and extracted. By impregnating the voids with an aqueous liquid of the elastic polymer and drying and solidifying the ultrafine fibers constituting the ultrafine fiber bundle, the ultrafine fiber bundles are also bundled together. In this way, a highly rigid polishing pad having a high fiber density and bundled microfibers can be obtained.
以下に各工程について、詳しく説明する。 Each step will be described in detail below.
(1)ウェブ製造工程
本工程においては、はじめに、水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂とを溶融紡糸して得られる海島型繊維からなる長繊維ウェブを製造する。
(1) Web Manufacturing Process In this process, first, a long fiber web made of sea-island fibers obtained by melt-spinning a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin is manufactured.
海島型繊維は、水溶性熱可塑性樹脂と、水溶性熱可塑性樹脂と相溶性が低い非水溶性熱可塑性樹脂とをそれぞれ溶融紡糸した後、複合化させることにより得られる。そして、このような海島型繊維から水溶性熱可塑性樹脂を溶解除去または分解除去することにより、極細繊維が形成される。海島型繊維の太さは、工業性の観点から、0.5~3dtexであることが好ましい。 The islands-in-the-sea fiber is obtained by melt-spinning a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin having low compatibility with the water-soluble thermoplastic resin, and then combining them. Ultrafine fibers are formed by dissolving or decomposing and removing the water-soluble thermoplastic resin from such islands-in-the-sea fibers. The thickness of the islands-in-the-sea fiber is preferably 0.5 to 3 dtex from the viewpoint of industrial efficiency.
なお、本実施形態においては、極細繊維を形成するための複合繊維として海島型繊維について詳しく説明するが、海島型繊維の代わりに多層積層型断面繊維等の公知の極細繊維発生型繊維を用いてもよい。 In the present embodiment, sea-island fibers will be described in detail as composite fibers for forming ultrafine fibers. good too.
前記水溶性熱可塑性樹脂としては、水、アルカリ性水溶液、酸性水溶液等により、溶解除去または分解除去できる熱可塑性樹脂であって、溶融紡糸が可能な樹脂が好ましく用いられる。このような、水溶性熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール共重合体等のポリビニルアルコール系樹脂(PVA系樹脂);ポリエチレングリコール及び/又はスルホン酸アルカリ金属塩を共重合成分として含有する変性ポリエステル;ポリエチレンオキシド等が挙げられる。これらの中では、特に、PVA系樹脂が以下の理由により、好ましく用いられる。 As the water-soluble thermoplastic resin, a thermoplastic resin that can be dissolved or decomposed and removed with water, an alkaline aqueous solution, an acidic aqueous solution, or the like, and that can be melt-spun is preferably used. Specific examples of such water-soluble thermoplastic resins include, for example, polyvinyl alcohol-based resins (PVA-based resins) such as polyvinyl alcohol and polyvinyl alcohol copolymers; Modified polyester contained as a component; polyethylene oxide and the like. Among these, PVA-based resins are particularly preferably used for the following reasons.
PVA系樹脂を水溶性熱可塑性樹脂成分とする海島型繊維を用いた場合、PVA系樹脂を溶解することにより形成される極細繊維が大きく捲縮する。このことにより繊維密度が高い繊維絡合体が得られる。また、PVA系樹脂を水溶性熱可塑性樹脂成分とする海島型繊維を用いた場合、PVA系樹脂を溶解させるときに、形成される極細繊維や高分子弾性体は実質的に分解または溶解されないので、極細繊維や高分子弾性体の物性低下が起こりにくい。さらに、環境負荷も小さい。また、微量残存しても、研磨性能への悪影響は小さく、逆に、研磨パッドの濡れ性を高める傾向がある。研磨パッドに残存するPVA系樹脂の好ましい割合としては、0.01~0.2質量%、さらには、0.02~0.1質量%程度である。 When islands-in-the-sea type fibers containing a PVA-based resin as a water-soluble thermoplastic resin component are used, the ultrafine fibers formed by dissolving the PVA-based resin are greatly crimped. As a result, a fiber entangled body having a high fiber density can be obtained. Further, in the case of using sea-island fibers having a PVA-based resin as a water-soluble thermoplastic resin component, when the PVA-based resin is dissolved, the ultrafine fibers and polymeric elastic bodies formed are not substantially decomposed or dissolved. , physical properties of ultrafine fibers and polymeric elastomers are less likely to deteriorate. Furthermore, the environmental load is also small. Further, even if a trace amount remains, there is little adverse effect on the polishing performance, and conversely, there is a tendency to increase the wettability of the polishing pad. A preferable ratio of the PVA-based resin remaining in the polishing pad is about 0.01 to 0.2% by mass, more preferably about 0.02 to 0.1% by mass.
非水溶性熱可塑性樹脂としては、水、アルカリ性水溶液、酸性水溶液等により、溶解除去または分解除去されない熱可塑性樹脂であって、溶融紡糸が可能な樹脂が好ましく用いられる。 As the water-insoluble thermoplastic resin, a thermoplastic resin that is not dissolved or decomposed and removed by water, an alkaline aqueous solution, an acidic aqueous solution, or the like, and that can be melt-spun is preferably used.
非水溶性熱可塑性樹脂の具体例としては、上述した、研磨パッドを構成する極細繊維を形成するために用いられる、前述したポリエステル系繊維等で代表される各種熱可塑性樹脂が用いられうる。 As a specific example of the water-insoluble thermoplastic resin, various thermoplastic resins represented by the above-described polyester fibers used for forming the ultrafine fibers constituting the polishing pad can be used.
非水溶性熱可塑性樹脂は各種添加剤を含有してもよい。添加材の具体例としては、例えば、触媒、着色防止剤、耐熱剤、難燃剤、滑剤、防汚剤、蛍光増白剤、艶消剤、着色剤、光沢改良剤、制電剤、芳香剤、消臭剤、抗菌剤、防ダニ剤、無機微粒子等が挙げられる。 The water-insoluble thermoplastic resin may contain various additives. Specific examples of additives include catalysts, anti-coloring agents, heat-resistant agents, flame retardants, lubricants, antifouling agents, fluorescent brightening agents, matting agents, coloring agents, gloss modifiers, antistatic agents, and fragrances. , deodorants, antibacterial agents, anti-mite agents, inorganic fine particles, and the like.
次に、水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂とを溶融紡糸して海島型繊維を形成し、得られた海島型繊維から長繊維ウェブを形成する方法について、詳しく説明する。 Next, a method of melt-spinning a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin to form islands-in-the-sea fibers and forming a long fiber web from the islands-in-the-sea fibers thus obtained will be described in detail.
長繊維ウェブは、例えば、水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂とを溶融紡糸することにより複合化した後、スパンボンド法により、延伸後、堆積させることにより得られる。このように、スパンボンド法によりウェブを形成することにより、繊維の抜けが少なく、繊維密度が高く、形態安定性が良好な海島型繊維からなる長繊維ウェブが得られる。なお、長繊維とは、短繊維を製造するときのような切断工程を経ずに製造された繊維である。 The long fiber web is obtained, for example, by melt-spinning a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin to form a composite, stretching the composite by a spunbond method, and depositing the composite. By forming a web by the spunbond method in this way, a long fiber web composed of islands-in-the-sea type fibers is obtained, which has a high fiber density and good shape stability, with little fiber dropout. In addition, the long fibers are fibers manufactured without going through a cutting process as in the case of manufacturing short fibers.
海島型繊維の製造においては、水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂とがそれぞれ溶融紡糸され、複合化される。水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂との質量比としては、5/95~50/50、さらには、10/90~40/60の範囲であることが好ましい。水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂との質量比がこのような範囲である場合には、高密度の繊維絡合体が得られ、また、極細繊維の形成性にも優れる。 In manufacturing islands-in-the-sea fibers, a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin are melt-spun and combined. The mass ratio of the water-soluble thermoplastic resin to the water-insoluble thermoplastic resin is preferably in the range of 5/95 to 50/50, more preferably 10/90 to 40/60. When the mass ratio of the water-soluble thermoplastic resin and the water-insoluble thermoplastic resin is within this range, a high-density fiber entangled body can be obtained, and the formability of ultrafine fibers is also excellent.
水溶性熱可塑性樹脂と非水溶性熱可塑性樹脂とを溶融紡糸により複合化した後、スパンボンド法により、長繊維ウェブを形成する方法について、以下に詳しく説明する。 A method for forming a long fiber web by a spunbond method after combining a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin by melt spinning will be described in detail below.
はじめに、水溶性熱可塑性樹脂および非水溶性熱可塑性樹脂をそれぞれ別々の押出機により溶融混練し、それぞれ異なる紡糸口金から溶融樹脂のストランドを同時に吐出させる。そして、吐出されたストランドを複合ノズルで複合させた後、紡糸ヘッドのノズル孔から吐出させることにより海島型繊維を形成する。溶融複合紡糸においては、海島型繊維における島数は4~4000島/繊維、さらには10~1000島/繊維にすることが、単繊維繊度が小さく、繊維密度の高い繊維束が得られる点から好ましい。 First, a water-soluble thermoplastic resin and a water-insoluble thermoplastic resin are melt-kneaded by separate extruders, and strands of the molten resin are extruded simultaneously from different spinnerets. Then, after the extruded strands are compounded by a compound nozzle, the strands are ejected from the nozzle holes of the spinning head to form sea-island fibers. In melt composite spinning, the number of islands in the sea-island type fiber should be 4 to 4,000 islands/fiber, or further 10 to 1,000 islands/fiber, from the viewpoint of obtaining a fiber bundle with a small single fiber fineness and a high fiber density. preferable.
海島型繊維は冷却装置で冷却された後、エアジェット・ノズルなどの吸引装置を用いて目的の繊度となるように1000~6000m/分の引き取り速度に相当する速度の高速気流により延伸される。その後、延伸された複合繊維を移動式の捕集面の上に堆積することにより長繊維ウェブが形成される。なお、このとき、必要に応じて堆積された長繊維ウェブを、部分的に圧着してもよい。繊維ウェブの目付量は、20~500g/m2の範囲であることが均一な繊維絡合体が得られ、また、工業性の点から好ましい。 The islands-in-the-sea type fiber is cooled by a cooling device, and then stretched by a high-speed air stream at a speed corresponding to a take-up speed of 1000 to 6000 m/min using a suction device such as an air jet nozzle so as to obtain a desired fineness. A filament web is then formed by depositing the drawn bicomponent fibers onto a moving collecting surface. At this time, the deposited filament web may be partially crimped if necessary. It is preferable from the standpoint of industrial efficiency that a uniform fiber entangled body can be obtained when the basis weight of the fiber web is in the range of 20 to 500 g/m 2 .
(2)ウェブ絡合工程
次に、得られた長繊維ウェブを複数枚重ねて絡合させることによりウェブ絡合シートを形成するウェブ絡合工程。
(2) Web entanglement step Next, a web entanglement step of forming a web entangled sheet by stacking and entangling a plurality of the obtained filament webs.
ウェブ絡合シートは、ニードルパンチや高圧水流処理等の公知の不織布製造方法を用いて長繊維ウェブに絡合処理を行うことにより形成される。以下に、代表例として、ニードルパンチによる絡合処理について詳しく説明する。 A web entangled sheet is formed by subjecting a long fiber web to entanglement treatment using a known nonwoven fabric manufacturing method such as needle punching or high-pressure water jet treatment. As a representative example, the entangling process by needle punching will be described in detail below.
はじめに、長繊維ウェブに針折れ防止油剤、帯電防止油剤、絡合向上油剤などのシリコーン系油剤または鉱物油系油剤を付与する。なお、目付ムラを低減させるために、2枚以上の繊維ウェブを、クロスラッパーにより重ね合わせ、油剤を付与してもよい。 First, a long fiber web is provided with a silicone-based oil such as an anti-needle-breaking oil, an anti-static oil, or an entanglement-enhancing oil, or a mineral oil-based oil. In order to reduce the unevenness in weight per unit area, two or more fiber webs may be overlapped with a cross-lapper and an oil agent may be applied.
その後、例えば、ニードルパンチにより三次元的に繊維を絡合させる絡合処理を行う。ニードルパンチ処理を行うことにより、繊維密度が高く、繊維の抜けを起こしにくいウェブ絡合シートが得られる。なお、ウェブ絡合シートの目付量は、目的とする研磨パッドの厚さ等に応じて適宜選択されるが、具体的には、例えば、100~1500g/m2の範囲であることが取扱い性に優れる点から好ましい。 After that, an entangling treatment is performed to three-dimensionally entangle the fibers by, for example, needle punching. By performing the needle punching process, a web entangled sheet having a high fiber density and in which fibers are less likely to come off can be obtained. The basis weight of the web entangled sheet is appropriately selected according to the desired thickness of the polishing pad. It is preferable because it is excellent in
油剤の種類や量およびニードルパンチにおけるニードル形状、ニードル深度、パンチ数などのニードル条件は、ウェブ絡合シートの層間剥離力が高くなるような条件が適宜選択される。バーブ数は針折れが生じない範囲で多いほうが好ましく、具体的には、例えば、1~9バーブの中から選ばれる。ニードル深度は重ね合わせたウェブ表面までバーブが貫通するような条件、かつ、ウェブ表面にニードルパンチ後の模様が強く出ない範囲で設定することが好ましい。また、ニードルパンチ数はニードル形状、油剤の種類と使用量等により調整されるが、具体的には、500~5000パンチ/cm2が好ましい。また、絡合処理後の目付量が、絡合処理前の目付量の質量比で1.2倍以上、さらには、1.5倍以上となるように絡合処理することが、繊維密度が高い繊維絡合体が得られ、また、繊維の抜けを低減できる点から好ましい。 Needle conditions such as the type and amount of oil and needle shape, needle depth, and number of needle punches are appropriately selected so as to increase the delamination force of the web entangled sheet. The number of barbs is preferably as large as possible within a range that does not cause needle breakage. Specifically, the number is selected from 1 to 9 barbs, for example. It is preferable that the needle depth be set so that the barbs penetrate to the surface of the superimposed webs and within a range in which the pattern after needle punching does not appear strongly on the web surface. The number of needle punches is adjusted depending on the shape of the needle, the type and amount of oil used, etc. Specifically, it is preferably 500 to 5000 punches/cm 2 . In addition, the entanglement treatment is performed so that the basis weight after the entanglement treatment is 1.2 times or more, further 1.5 times or more, in terms of the mass ratio of the basis weight before the entanglement treatment. It is preferable from the viewpoint that a highly entangled body of fibers can be obtained and the loss of fibers can be reduced.
ウェブ絡合シートの層間剥離力は、2kg/2.5cm以上、さらには、4kg/2.5cm以上であることが、形態保持性が良好で、且つ、繊維の抜けが少なく、繊維密度が高い繊維絡合体が得られる点から好ましい。なお、層間剥離力は、三次元絡合の度合いの目安になる。層間剥離力が小さすぎる場合には、繊維絡合体の繊維密度が充分に高くない。また、絡合不織布の層間剥離力の上限は特に限定されないが、絡合処理効率の点から30kg/2.5cm以下であることが好ましい。 The delamination force of the web entangled sheet is 2 kg/2.5 cm or more, and further, 4 kg/2.5 cm or more. It is preferable from the point that a fiber entangled body can be obtained. Note that the delamination force is a measure of the degree of three-dimensional entanglement. If the delamination force is too small, the fiber density of the fiber entanglement is not sufficiently high. Although the upper limit of the delamination force of the entangled nonwoven fabric is not particularly limited, it is preferably 30 kg/2.5 cm or less from the viewpoint of entangling treatment efficiency.
(3)湿熱収縮処理工程
次に、ウェブ絡合シートを湿熱収縮させることにより、ウェブ絡合シートの繊維密度および絡合度合を高めるための湿熱収縮処理工程。なお、本工程においては、長繊維を含有するウェブ絡合シートを湿熱収縮させることにより、短繊維を含有するウェブ絡合シートを湿熱収縮させる場合に比べて、ウェブ絡合シートを大きく収縮させることができ、そのために、極細繊維の繊維密度が特に高くなる。湿熱収縮処理は、スチーム加熱により行うことが好ましい。スチーム加熱条件としては、雰囲気温度が60~130℃の範囲で、相対湿度80%以上、さらには相対湿度90%以上で、60~600秒間加熱処理することが好ましい。なお、相対湿度が低すぎる場合には、繊維に接触した水分が速やかに乾燥することにより、収縮が不充分になる傾向がある。
(3) Wet heat shrink treatment step Next, a wet heat shrink treatment step for increasing the fiber density and degree of entanglement of the web entangled sheet by subjecting the web entangled sheet to wet heat shrinkage. In this step, the web entangled sheet containing long fibers is subjected to wet heat shrinkage, so that the web entangled sheet is shrunk more than the case where the web entangled sheet containing short fibers is subjected to wet heat shrinkage. which results in a particularly high fiber density of the microfibers. The wet heat shrink treatment is preferably performed by steam heating. As steam heating conditions, it is preferable to perform heat treatment at an ambient temperature of 60 to 130° C. and a relative humidity of 80% or higher, preferably 90% or higher, for 60 to 600 seconds. If the relative humidity is too low, moisture in contact with the fibers dries quickly, which tends to result in insufficient shrinkage.
湿熱収縮処理は、ウェブ絡合シートを面積収縮率が40%以上、さらには、43%以上になるように収縮させることが好ましい。このように高い収縮率で収縮させることにより、高い繊維密度が得られる。面積収縮率の上限は特に限定されないが、収縮の限度や処理効率の点から80%以下程度であることが好ましい。 In the wet heat shrink treatment, the web entangled sheet is preferably shrunk so that the area shrinkage ratio is 40% or more, more preferably 43% or more. A high fiber density can be obtained by shrinking at such a high shrinkage rate. Although the upper limit of the area shrinkage rate is not particularly limited, it is preferably about 80% or less from the viewpoint of shrinkage limit and processing efficiency.
なお、面積収縮率(%)は、下記式により計算される。
(収縮処理前のシート面の面積-収縮処理後のシート面の面積)/収縮処理前のシート面の面積×100。前記面積は、シートの両表面(表面と裏面)の面積の平均面積を意味する。
The area shrinkage rate (%) is calculated by the following formula.
(Area of sheet surface before shrinkage treatment−Area of sheet surface after shrinkage treatment)/Area of sheet surface before shrinkage treatment×100. The area means the average area of the areas of both surfaces (front surface and back surface) of the sheet.
このように湿熱収縮処理されたウェブ絡合シートは、海島型繊維の熱変形温度以上の温度で加熱ロールや加熱プレスすることにより、さらに、繊維密度が高められてもよい。湿熱収縮処理前後におけるウェブ絡合シートの目付量の変化としては、収縮処理後の目付量が、収縮処理前の目付量に比べて、1.2倍(質量比)以上、さらには、1.5倍以上で、4倍以下、さらには3倍以下であることが好ましい。 The web entangled sheet subjected to the wet heat shrinkage treatment in this way may be further increased in fiber density by hot rolls or hot press at a temperature equal to or higher than the thermal deformation temperature of the islands-in-the-sea fibers. As for the change in the basis weight of the web entangled sheet before and after the wet heat shrinking treatment, the basis weight after the shrinking treatment is 1.2 times (mass ratio) or more as compared to the basis weight before the shrinking treatment. It is preferably 5 times or more, 4 times or less, and more preferably 3 times or less.
(4)繊維束結着工程
ウェブ絡合シートの極細繊維化処理を行う前に、ウェブ絡合シートの形態安定性を高める目的や、得られる研磨パッドの空隙率を低減させることを目的として、収縮処理されたウェブ絡合シートに高分子弾性体の水性液を含浸および乾燥凝固させることにより、予め、繊維束を結着させておいてもよい。
(4) Fiber bundle binding step Before performing the ultrafine fiberization treatment of the web entangled sheet, for the purpose of improving the morphological stability of the web entangled sheet and reducing the porosity of the resulting polishing pad, The fiber bundles may be bound in advance by impregnating the shrink-treated web entangled sheet with an aqueous liquid of the polymeric elastomer and drying and solidifying the web entangled sheet.
本工程においては、収縮処理されたウェブ絡合シートに第1の高分子弾性体の水性液を含浸させ、乾燥凝固させることにより、ウェブ絡合シートに高分子弾性体を充填する。水性液の状態で高分子弾性体を含浸させ、乾燥凝固させることにより、高分子弾性体を形成することができる。第1の高分子弾性体の水性液は、高濃度で粘度が低く、含浸浸透性にも優れているために、高充填しやすい。また、繊維に対する接着性にも優れている。従って、本工程により充填された高分子弾性体は、長繊維の海島型繊維を強固に拘束する。 In this step, the shrink-treated web entangled sheet is impregnated with an aqueous liquid of the first polymeric elastomer, dried and solidified to fill the web entangled sheet with the polymeric elastomer. The polymeric elastomer can be formed by impregnating the polymeric elastomer in an aqueous liquid state and drying and solidifying. The aqueous liquid of the first elastic polymer has a high concentration, a low viscosity, and an excellent impregnation permeability, so that it is easy to be highly filled. It also has excellent adhesion to fibers. Therefore, the elastic polymer filled in this step firmly binds the islands-in-the-sea long fibers.
また、本工程においては、ウェブ絡合シートに含浸された第1の高分子弾性体の水溶液中の水分は低温でゲル化する。そのために、水分の蒸発の進行に伴い、ウェブ絡合シート中の高分子弾性体が表層に移動するマイグレーションを防ぐことができる。不織布中のエマルジョンがマイグレーションした場合には、ウェブ絡合シートの表層付近に高分子弾性体が偏在し中層付近の高分子弾性体が少なくなり、中層付近に空隙が残りやすい。中層付近に空隙が残った場合には、研磨スラリー砥粒が中層に堆積しやすくなり、研磨レートの経時安定性が低下する。このようなマイグレーションは、第1の高分子弾性体の水溶液にゲル化剤を配合して乾燥前に第1の高分子弾性体の水溶液をゲル化させることにより抑制される。 Also, in this step, the water in the aqueous solution of the first elastic polymer impregnated in the web entangled sheet gels at a low temperature. Therefore, it is possible to prevent the migration of the elastic polymer in the web entangled sheet to the surface layer as the evaporation of water progresses. When the emulsion in the nonwoven fabric migrates, the elastic polymer is unevenly distributed in the vicinity of the surface layer of the web entangled sheet, and the elastic polymer in the vicinity of the middle layer decreases, and voids tend to remain in the vicinity of the middle layer. If voids remain in the vicinity of the middle layer, polishing slurry abrasive grains tend to deposit on the middle layer, and the stability of the polishing rate over time decreases. Such migration is suppressed by adding a gelling agent to the aqueous solution of the first elastic polymer to gel the aqueous solution of the first elastic polymer before drying.
ゲル化剤としては、高分子弾性体の水溶液の粒子が加熱によりゲル化する程度に、高分子弾性体の水溶液のpHを変化させる水溶性の塩であれば特に限定なく用いられる。その具体例としては、一価または二価の無機塩類である、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、硝酸カルシウム、酸化亜鉛、塩化亜鉛、塩化マグネシウム、塩化カリウム、炭酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸鉛等が挙げられる。 As the gelling agent, any water-soluble salt can be used without particular limitation as long as it changes the pH of the aqueous solution of the elastic polymer to the extent that the particles of the aqueous solution of the elastic polymer are gelled by heating. Specific examples thereof include monovalent or divalent inorganic salts such as sodium sulfate, ammonium sulfate, sodium carbonate, calcium chloride, calcium sulfate, calcium nitrate, zinc oxide, zinc chloride, magnesium chloride, potassium chloride, and potassium carbonate. , sodium nitrate, lead nitrate and the like.
そして、ウェブ絡合シートに第1の高分子弾性体の水溶液を含浸させた後、加熱することにより、ウェブ絡合シート中で第1の高分子弾性体の水溶液がゲル化する。このようなゲル化のための加熱条件としては、例えば、40~90℃、さらには50~80℃で0.5~5分間程度保持するような条件が好ましく用いられる。また、表層からの急激な水分の蒸発による高分子弾性体の水溶液のマイグレーションを抑制しながら、内層も均質に加熱することができる点から、スチームで加熱することが好ましい。 Then, the web-entangled sheet is impregnated with the aqueous solution of the first elastic polymer and then heated to gel the aqueous solution of the first elastic polymer in the web-entangled sheet. As the heating conditions for such gelation, for example, conditions such as holding at 40 to 90° C., more preferably 50 to 80° C. for about 0.5 to 5 minutes are preferably used. Heating with steam is preferable because the inner layer can be uniformly heated while suppressing the migration of the aqueous solution of the elastic polymer due to rapid evaporation of water from the surface layer.
そして第1の高分子弾性体の水溶液をゲル化させた後、加熱乾燥することにより高分子弾性体を凝固させる。 After gelling the aqueous solution of the first elastic polymer, the elastic polymer is solidified by heating and drying.
加熱乾燥としては、熱風乾燥機等の乾燥装置中で加熱乾燥する方法や、赤外線加熱の後に乾燥機中で加熱乾燥する方法等が挙げられる。加熱乾燥の条件としては、例えば、最高温度が130~160℃、さらには135~150℃になるように、2~10分間で加熱するような条件が挙げられる。加熱乾燥により、第1の高分子弾性体の水溶液中の水分を蒸発させて高分子弾性体を均一に凝集させることにより、ウェブ絡合シート中に高分子弾性体を厚み方向においても均質に付与することができPc(中間層の空隙率(Pb)/全層の空隙率(Pa))が0.35以下とすることが可能となる。なお、Pcを0.35以下とすることで、研磨パッドの表裏面に対して、中間部分が空隙が少なく、経時的にスラリーが中層に滞積することが抑制され経時的な研磨レートの低下を防止することが可能となった。Pcは0.35以下が重要であり、0.34が好ましい。 Heat-drying includes a method of heat-drying in a drying apparatus such as a hot air dryer, a method of heat-drying in a dryer after infrared heating, and the like. Conditions for heat drying include, for example, conditions such that the maximum temperature is 130 to 160° C., further 135 to 150° C., and heating is performed for 2 to 10 minutes. Drying by heating evaporates the water in the aqueous solution of the first elastic polymer and uniformly agglomerates the elastic polymer, thereby uniformly providing the elastic polymer in the web entangled sheet even in the thickness direction. Pc (porosity of intermediate layer (Pb)/porosity of all layers (Pa)) can be 0.35 or less. By setting Pc to 0.35 or less, there are few voids in the intermediate portion with respect to the front and back surfaces of the polishing pad. became possible to prevent It is important for Pc to be 0.35 or less, preferably 0.34.
高分子弾性体の水性液とは、高分子弾性体を形成する成分を水系媒体に溶解した水性溶液、又は、高分子弾性体を形成する成分を水系媒体に分散させた水性分散液である。なお、水性分散液には、懸濁分散液及び乳化分散液が含まれる。特に、耐水性に優れている点から、水性分散液を用いることがより好ましい。水性分散液の粒子径としては平均粒径0.01~0.2μmであることが、耐水性が向上して研磨中の経時的安定性が向上しやすい点や、繊維束の拘束性が向上して、研磨パッドの剛性が適度になる点から好ましい。 The aqueous liquid of the elastic polymer is an aqueous solution obtained by dissolving the components forming the elastic polymer in an aqueous medium, or an aqueous dispersion obtained by dispersing the components forming the elastic polymer in an aqueous medium. Aqueous dispersions include suspension dispersions and emulsified dispersions. In particular, from the viewpoint of excellent water resistance, it is more preferable to use an aqueous dispersion. When the average particle size of the aqueous dispersion is 0.01 to 0.2 μm, the water resistance is improved, the stability over time during polishing is likely to be improved, and the binding property of the fiber bundle is improved. As a result, the rigidity of the polishing pad is moderate.
例えば、ポリウレタン系樹脂を水性溶液または水性分散液にする方法は、カルボキシル基、スルホン酸基、水酸基などの親水性基を有するモノマー単位を含有させることにより、水性媒体に対する分散性をポリウレタン樹脂に付与する方法、または、ポリウレタン樹脂に界面活性剤を添加して、乳化又は懸濁させる方法が挙げられる。また、このような水性の高分子弾性体は水に対する濡れ性に優れていることにより、砥粒を均一且つ多量に保持する特性に優れている。 For example, in the method of making a polyurethane resin into an aqueous solution or aqueous dispersion, a monomer unit having a hydrophilic group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, or a hydroxyl group is added to impart dispersibility in an aqueous medium to the polyurethane resin. Alternatively, a surfactant may be added to the polyurethane resin to emulsify or suspend it. In addition, such a water-based elastic polymer is excellent in wettability with water, and is therefore excellent in holding a large amount of abrasive grains uniformly.
乳化又は懸濁に用いられる界面活性剤の具体例としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレントリデシルエーテル酢酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレン-ポリオキシプロピレンブロック共重合体などのノニオン性界面活性剤などが挙げられる。また、反応性を有する、いわゆる反応性界面活性剤を用いてもよい。また、界面活性剤の曇点を適宜選ぶことにより、ポリウレタン樹脂に感熱ゲル化性を付与することもできる。ただし、多量に界面活性剤を用いた場合には、研磨性能やその経時安定性へ悪影響を与える場合も有る為、必要最小限とするのが好ましい。 Specific examples of surfactants used for emulsification or suspension include sodium lauryl sulfate, ammonium lauryl sulfate, sodium polyoxyethylene tridecyl ether acetate, sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium alkyldiphenyl ether disulfonate, and dioctylsulfosuccinic acid. Anionic surfactants such as sodium; nonionic surfactants such as polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, and polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymers Examples include surfactants. A so-called reactive surfactant having reactivity may also be used. In addition, by appropriately selecting the cloud point of the surfactant, it is possible to impart heat-sensitive gelling properties to the polyurethane resin. However, when a large amount of surfactant is used, it may adversely affect the polishing performance and its stability over time.
本工程においては、高分子弾性体を形成するために、従来一般的に用いられている高分子弾性体の有機溶媒溶液を用いる代わりに、高分子弾性体の水性液を用いることが好ましい。このように高分子弾性体の水性液を用いることにより、より高い濃度で高分子弾性体を含有する樹脂液を含浸させることができる。 In this step, in order to form the elastic polymer, it is preferable to use an aqueous solution of the elastic polymer instead of using an organic solvent solution of the elastic polymer which is generally used in the past. By using the aqueous liquid of the polymeric elastomer in this way, it is possible to impregnate the resin liquid containing the polymeric elastomer at a higher concentration.
前記ウェブ絡合シートに高分子弾性体の水性液を含浸させる方法としては、例えば、ディップ・ニップ、ナイフコーター、バーコーター、又はロールコーターを用いる方法等が挙げられる。 Examples of the method for impregnating the web entangled sheet with the aqueous liquid of the polymeric elastomer include methods using a dip nip, a knife coater, a bar coater, or a roll coater.
そして、高分子弾性体の水性液が含浸されたウェブ絡合シートを乾燥することにより、高分子弾性体を凝固させることができる。乾燥方法としては、50~200℃の乾燥装置中で熱処理する方法や、赤外線加熱の後に乾燥機中で熱処理する方法等が挙げられる。 By drying the web entangled sheet impregnated with the aqueous liquid of the elastic polymer, the elastic polymer can be coagulated. Examples of the drying method include a method of heat-treating in a drying device at 50 to 200° C., a method of heat-treating in a dryer after infrared heating, and the like.
(5)極細繊維形成工程
次に、水溶性熱可塑性樹脂を熱水中で溶解することにより、極細繊維を形成する工程である、極細繊維形成工程。
(5) Ultrafine Fiber Forming Step Next, an ultrafine fiber forming step, which is a step of forming ultrafine fibers by dissolving a water-soluble thermoplastic resin in hot water.
本工程は、水溶性熱可塑性樹脂を除去することにより極細繊維を形成する工程である。このとき、ウェブ絡合シートの水溶性熱可塑性樹脂が溶解抽出された部分に空隙が形成される。そして、この空隙に、後述の高分子弾性体充填工程において、高分子弾性体を充填することにより、極細繊維が拘束される。 This step is a step of forming ultrafine fibers by removing the water-soluble thermoplastic resin. At this time, voids are formed in the portions of the web entangled sheet where the water-soluble thermoplastic resin has been dissolved and extracted. Then, in the step of filling the elastic polymer into the voids, which will be described later, the ultrafine fibers are bound by filling the elastic polymer.
極細繊維化処理は、ウェブ絡合シート又は、ウェブ絡合シートと高分子弾性体との複合体を、水、アルカリ性水溶液、酸性水溶液等で熱水加熱処理することにより、水溶性熱可塑性樹脂を溶解除去、または、分解除去する処理である。 Ultrafine fiberization is performed by heat-treating the web entangled sheet or the composite of the web entangled sheet and the elastic polymer with water, an alkaline aqueous solution, an acidic aqueous solution, or the like, thereby converting the water-soluble thermoplastic resin. It is a process of dissolving and removing or decomposing and removing.
熱水加熱処理条件の具体例としては、例えば、第1段階として、65~90℃の熱水中に5~300秒間浸漬した後、さらに、第2段階として、85~100℃の熱水中で100~600秒間処理することが好ましい。また、溶解効率を高めるために、必要に応じて、ロールでのニップ処理、高圧水流処理、超音波処理、シャワー処理、攪拌処理、揉み処理等を行ってもよい。 As a specific example of the hot water heat treatment conditions, for example, as the first step, after immersing in hot water of 65 to 90 ° C. for 5 to 300 seconds, as the second step, immersing in hot water of 85 to 100 ° C. for 100 to 600 seconds. Further, in order to increase the dissolution efficiency, nip treatment with rolls, high-pressure water flow treatment, ultrasonic treatment, shower treatment, stirring treatment, rubbing treatment, or the like may be performed as necessary.
本工程においては、海島型繊維から水溶性熱可塑性樹脂を溶解して極細繊維を形成する際に、極細繊維が大きく捲縮される。この捲縮により繊維密度が緻密になるために、高密度の繊維絡合体が得られる。 In this step, when forming the ultrafine fibers by dissolving the water-soluble thermoplastic resin from the islands-in-the-sea fibers, the ultrafine fibers are greatly crimped. Since the fiber density is increased by this crimping, a high-density fiber entangled body can be obtained.
(6)上記の極細繊維形成体を、熱プレスすることにより上記の極細繊維形成体の空隙量を減少させるとともに、剛性を高くするする工程。 (6) A step of hot-pressing the ultrafine fiber-formed body to reduce the void volume of the ultrafine fiber-formed body and to increase the rigidity.
極細繊維形成体の内部に存在する空隙は、硬度や硬度の均質性を低下させる。本工程においては、上述した極細繊維形成体を熱プレスすることにより、空隙を減少させる。このように空隙を減少させることにより、極細繊維形成体の見掛け密度が高くなり、JISD硬度50以上とすることができ、硬度や硬度の均質性及び剛性が高くなる。熱プレス処理条件としては、極細繊維及び高分子弾性体が分解しない温度として、例えば150~170℃に加熱された金属ロールで線圧30~100kg/cmでプレスするような条件が好ましい。 Voids present inside the ultrafine fiber forming body reduce hardness and uniformity of hardness. In this step, voids are reduced by hot-pressing the ultrafine fiber formed body. By reducing the voids in this way, the apparent density of the ultrafine fiber forming body can be increased, the JISD hardness can be increased to 50 or more, and the uniformity and rigidity of hardness and hardness can be increased. As the hot press treatment conditions, the temperature at which the ultrafine fibers and the elastic polymer are not decomposed is preferably such that the metal rolls heated to 150 to 170° C. are pressed at a linear pressure of 30 to 100 kg/cm.
(7)高分子弾性体充填工程
次に、極細繊維から形成される極細繊維束内部に高分子弾性体を充填することにより、極細繊維を拘束するとともに、極細繊維束を拘束し、かつ極細繊維束同士を結着する工程について説明する。
(7) Polymer elastic body filling step Next, by filling the inside of the ultrafine fiber bundle formed from ultrafine fibers with a macromolecular elastic body, the ultrafine fibers are constrained, and the ultrafine fiber bundles are constrained and the ultrafine fibers are A process of binding the bundles together will be described.
極細繊維形成工程(5)において、海島型繊維に極細繊維化処理を施すことにより、水 溶性熱可塑性樹脂が除去されて極細繊維束の内部に空隙が形成される。本工程においては 、このような空隙に高分子弾性体を充填することにより、Pc(中間層の空隙率(Pb) /全層の空隙率(Pa))が0.35以下とすることが可能となり、極細繊維束同士を結 着することで、繊維複合研磨パッドの空隙率を低下させ、JISD硬度50以上とすることができ、曲げ弾性率が向上する。なお、極細繊維が繊維束を形成している場合には、毛細管現象により高分子弾性体の水性液が含浸されやすいので極細繊維はより集束されて拘 束されやすい。
更に上記パッドは、 CMP研磨装置(株式会社ナノファクター製「NF-300HP」)に装着し、プラテン回転数70回転/分、ヘッド回転数69回転/分、研磨圧力130g/cm
2
の条件において、昭和電工社製研磨スラリー「SHOROX A-31」を300ml/分の速度で供給しながら、直径4インチの液晶ガラスを研磨した際の研磨初期(研磨時間0.5時間後)の研磨速度Taに対する研磨後期(研磨時間6時間後)の研磨速度Tbの研磨速度比率(Tb/Ta)が、0.85以上 であることが好ましく、0.90以上であることがより好ましい。0.85以上にすることによって、長寿命のパッドが得られ、研磨初期から研磨後期まで安定した研磨レートが得られる。
In the ultrafine fiber forming step (5), the islands-in-sea fibers are subjected to ultrafine fiberization treatment to remove the water-soluble thermoplastic resin and form voids inside the ultrafine fiber bundle. In this step, by filling such voids with an elastic polymer, Pc (intermediate layer porosity (Pb)/all layer porosity (Pa)) can be made 0.35 or less. By binding the ultrafine fiber bundles together, the porosity of the fiber composite polishing pad can be reduced, the JISD hardness can be increased to 50 or more, and the flexural modulus can be improved. When the ultrafine fibers form a fiber bundle, the ultrafine fibers are more likely to be bundled and bound because the aqueous liquid of the elastic polymer is likely to be impregnated by capillary action.
Furthermore, the above pad was mounted on a CMP polishing apparatus (“NF-300HP” manufactured by Nanofactor Co., Ltd.) under the conditions of platen rotation speed of 70 rotations/minute, head rotation speed of 69 rotations/minute, and polishing pressure of 130 g/cm 2 . Polishing speed Ta at the initial stage of polishing (after 0.5 hours of polishing) when polishing liquid crystal glass with a diameter of 4 inches while supplying Showa Denko polishing slurry "SHOROX A-31" at a rate of 300 ml / min. The polishing rate ratio (Tb/Ta) of the polishing rate Tb in the latter stage of polishing (after 6 hours of polishing) to the polishing rate Tb is preferably 0.85 or more, and more preferably 0.90 or more. By making it 0.85 or more, a long-life pad can be obtained, and a stable polishing rate can be obtained from the initial stage of polishing to the final stage of polishing.
本工程に用いられる第2の高分子弾性体の水性液、ゲル化剤は、繊維束結着工程(4)で説明した高分子弾性体の水性液、ゲル化剤と同様のものが用いられる。なお、異なる組成であってもよい。 The aqueous liquid and gelling agent of the second elastic polymer used in this step are the same as the aqueous liquid and gelling agent of the elastic polymer described in the fiber bundle binding step (4). . Note that they may have different compositions.
本工程において極細繊維から形成される極細繊維束内部に第2の高分子弾性体を充填する方法は、繊維束結着工程(4)で用いられる方法と同様の方法が適用できる。このようにして、繊維複合研磨パッドが形成される。 As a method for filling the inside of the microfine fiber bundle formed from the microfine fibers with the second elastic polymer in this step, the same method as used in the fiber bundle binding step (4) can be applied. Thus, a fiber composite polishing pad is formed.
[繊維複合研磨パッドの後加工]
得られた中間体研磨パッドは、以下に示すような処理を施すことにより、繊維複合研磨パッドが得られる。
[Post-processing of fiber composite polishing pad]
The resulting intermediate polishing pad is treated as described below to obtain a fiber composite polishing pad.
平坦化処理は、得られた中間体研磨パッドを所定の厚みにするため、サンドペーパー等により表面に機械的な摩擦力や研磨力を与えて、集束された極細繊
維を分繊する処理である。繊維複合研磨パッドとしては、厚み0.5~3mm程度に研削加工されたものであることが好ましい。また、後述の起毛処理で研磨面の算術平均表面粗さ(Sa)10μm以上のような表面を得るためには、#60~#240、さらには#60~#120のような粗目~中目のサンドペーパーを使用することが好ましい。
The flattening treatment is a treatment for separating the bundled ultrafine fibers by applying a mechanical frictional force or an abrasive force to the surface with sandpaper or the like in order to make the obtained intermediate polishing pad have a predetermined thickness. . The fiber composite polishing pad is preferably ground to a thickness of about 0.5 to 3 mm. In addition, in order to obtain a surface having an arithmetic mean surface roughness (Sa) of 10 μm or more on the polished surface by the raising treatment described later, coarse to medium grains such as #60 to #240, and further #60 to #120 are used. of sandpaper is preferably used.
起毛処理とは、ダイヤモンド等のドレッサーを用いた研磨前のシーズニング処理(コンディショニング処理)であり、研磨前の繊維複合研磨パッド表面を算術平均表面粗さ(Sa)10μm以上にするため、#60~#325、さらには、#60~#270のような粗目~中目のダイヤモンド等ドレッサーを使用することが好ましい。 The raising treatment is a seasoning treatment (conditioning treatment) before polishing using a dresser such as diamond. It is preferable to use a coarse to medium diamond dresser such as #325 or #60 to #270.
表面処理は、砥粒スラリーの保持性や排出性を調整するために研磨パッド表面に、格子状、同心円状、渦巻き状等の溝や孔を形成する処理である。 The surface treatment is a process of forming grid-like, concentric, spiral-like grooves or holes on the surface of the polishing pad in order to adjust the retention and discharge properties of the abrasive grain slurry.
洗浄処理は、得られた研磨パッドに付着しているパーティクルや金属イオン等の不純物を、冷水或いは温水で洗浄したり、或いは、界面活性剤等の洗浄作用を有する添加剤を含んだ水溶液或いは溶剤で洗浄処理したりする加工である。 In the cleaning treatment, impurities such as particles and metal ions adhering to the obtained polishing pad are washed with cold water or warm water, or an aqueous solution or solvent containing an additive having a cleaning action such as a surfactant is used. It is a processing such as washing with
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples. In addition, the present invention is not limited at all by the examples.
[評価方法]
はじめに、本実施例における評価方法をまとめて説明する。
[Evaluation method]
First, the evaluation method in the present example will be collectively described.
(1)極細繊維の平均繊度、および、繊維束内部の極細繊維の集束状態の確認
得られた繊維複合研磨パッドをカッター刃を用いて厚み方向に切断することにより、厚み方向の切断面を形成した。そして、得られた切断面を酸化オスミウムで染色した。そして、前記切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で500~1000倍で観察し、その画像を撮影した。そして、得られた画像から切断面に存在する極細繊維の断面積を求めた。ランダムに選択した100個の断面積を平均した値を平均断面積とし、繊維を形成する樹脂の密度から平均繊度を算出した。また、繊維束内部の極細繊維の集束状態を画像から確認した。
(1) Confirmation of the average fineness of the ultrafine fibers and the bundled state of the ultrafine fibers inside the fiber bundle The obtained fiber composite polishing pad is cut in the thickness direction using a cutter blade to form a cut surface in the thickness direction. did. Then, the obtained cut surface was dyed with osmium oxide. Then, the cut surface was observed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 500 to 1000, and the image was taken. Then, the cross-sectional area of the ultrafine fibers present in the cut surface was obtained from the obtained image. A value obtained by averaging 100 randomly selected cross-sectional areas was defined as the average cross-sectional area, and the average fineness was calculated from the density of the resin forming the fiber. Also, the bundled state of the ultrafine fibers inside the fiber bundle was confirmed from the image.
(2)繊維複合研磨パッドの見掛け密度
繊維複合研磨パッドの単位面積あたりの質量(g/cm2)を厚さ(cm)で除した値を見掛け密度(g/cm3)とした。そして、繊維複合研磨パッドの任意の10箇所について見掛け密度を測定して算術平均した値を見掛け密度とした。なお、厚さは、JISL1096に準じて荷重240gf/cm2で測定した。
(2) Apparent Density of Fiber Composite Polishing Pad A value obtained by dividing the mass (g/cm 2 ) per unit area of the fiber composite polishing pad by the thickness (cm) was defined as the apparent density (g/cm 3 ). Then, the apparent density was determined by measuring the apparent density of arbitrary 10 points of the fiber composite polishing pad, and calculating the arithmetic mean of the apparent density. The thickness was measured under a load of 240 gf/cm 2 according to JISL1096.
(3)繊維複合研磨パッドの表面のJISD硬度
JISK7311に準じて繊維複合研磨パッドの表面のD硬度を測定した。具体的には、繊維複合研磨パッドの表面のD硬度は、厚さ約1.5mmの繊維複合研磨パッドを4枚重ね、幅方向に均等に3点の硬度を測定し、その平均を繊維複合研磨パッドの表面のJISD硬度とした。
(3) JISD Hardness of Surface of Fiber Composite Polishing Pad The D hardness of the surface of the fiber composite polishing pad was measured according to JISK7311. Specifically, the D hardness of the surface of the fiber composite polishing pad is obtained by stacking four fiber composite polishing pads with a thickness of about 1.5 mm, measuring the hardness at three points evenly in the width direction, and taking the average of the hardness of the fiber composite polishing pad. The JISD hardness of the surface of the polishing pad was used.
(4)繊維複合研磨パッドの表面粗さ(算術平均粗さ:Sa)
菱化システム社製の表面・層断面形状計測システム「VertScan2.0(R5500G)」を使用して繊維複合研磨パッドの表面粗さ(算術平均粗さ:Sa、)を測定した。測定箇所は、ランダムに選択した5箇所とし、得られた画像から前述の表面粗さを解析した。
(4) Surface roughness of fiber composite polishing pad (arithmetic mean roughness: Sa)
The surface roughness (arithmetic mean roughness: Sa) of the fiber composite polishing pad was measured using a surface/layer cross-sectional shape measuring system "VertScan 2.0 (R5500G)" manufactured by Ryoka System Co., Ltd. The measurement points were five randomly selected points, and the above surface roughness was analyzed from the obtained images.
(5)研磨レート
円形状にカットした繊維複合研磨パッドの裏面に粘着テープを貼り付けた後、CMP研磨装置(株式会社ナノファクター製「NF-300HP」)に装着した。次に、プラテン回転数70回転/分、ヘッド回転数69回転/分、研磨圧力130g/cm2の条件において、昭和電工社製研磨スラリー「SHOROX A-31」を300ml/分の速度で供給しながら、直径4インチの液晶ガラスを0.5時間研磨した。そして、研磨後の液晶ガラスの面内の任意の25点の厚みを測定し、各点における研磨された厚みを研磨時間で除することにより研磨レート(nm/分)を求めた。
(5) Polishing rate After sticking an adhesive tape to the back surface of the fiber composite polishing pad cut into a circular shape, it was mounted on a CMP polishing apparatus (“NF-300HP” manufactured by Nanofactor Co., Ltd.). Next, under conditions of a platen rotation speed of 70 rotations/minute, a head rotation speed of 69 rotations/minute, and a polishing pressure of 130 g/cm 2 , a polishing slurry “SHOROX A-31” manufactured by Showa Denko Co., Ltd. was supplied at a rate of 300 ml/minute. A liquid crystal glass with a diameter of 4 inches was polished for 0.5 hours. Then, the thickness of the polished liquid crystal glass was measured at 25 arbitrary points in the plane of the liquid crystal glass, and the polishing rate (nm/min) was obtained by dividing the polished thickness at each point by the polishing time.
そして、研磨を0.5時間毎に研磨レート求め、累積6時間までの各研磨レート求め、下記式により研磨レート比を求めた。値が小さいほど、研磨レートの経時安定性が良好で、パッド寿命が長いことを示す。 Then, the polishing rate was obtained every 0.5 hours, each polishing rate was obtained up to a cumulative 6 hours, and the polishing rate ratio was obtained by the following formula. A smaller value indicates better stability of the polishing rate over time and a longer pad life.
研磨レート比=研磨時間0.5時間後/研磨時間6時間後 Polishing rate ratio=0.5 hours after polishing/6 hours after polishing
(6)繊維複合研磨パッドの断面の空隙率
(全層の空隙率Pa、中間層の空隙率Pbの測定及びPc(Pb/Pa)の算出)
空隙率は、次のようにして求められる。繊維複合研磨パッドの厚み方向の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて100倍で撮影する。そして、得られた写真を厚み方向の断面を均等に3分割したときの両表面層を除いたものを中間層とした。画像解析ソフトImageJを用いて、画像を二値化して空隙部を特定し空隙部の面積の合計を空隙量として算出した。そして、得られた中間層と全層の空隙量を各領域の断面積で割った値をそれぞれ中間層の空隙率(Pb)、全層の空隙率(Pa)とし、Pc(中間層の空隙率(Pb)/全層の空隙率(Pa))を求めた。
(6) Cross-sectional porosity of fiber composite polishing pad (measurement of porosity Pa of all layers, porosity Pb of intermediate layer, and calculation of Pc (Pb/Pa))
A porosity is calculated|required as follows. A cross section in the thickness direction of the fiber composite polishing pad is photographed at 100x using a scanning electron microscope (SEM). Then, the obtained photograph was equally divided into three sections in the thickness direction, and both surface layers were removed. Using image analysis software ImageJ, the image was binarized to identify the voids, and the total area of the voids was calculated as the void volume. Then, the values obtained by dividing the obtained void amounts of the intermediate layer and all layers by the cross-sectional area of each region are defined as the void ratio (Pb) of the intermediate layer and the void ratio (Pa) of the entire layer, respectively, and Pc (intermediate layer void ratio (Pb)/porosity (Pa) of all layers).
[実施例1]
水溶性熱可塑性ポリビニルアルコール系樹脂(以下、PVA系樹脂という)と、変性度6モル%のイソフタル酸変性ポリエチレンテレフタレ-ト(以下、変性PETという)とを25:75(質量比)の割合で溶融複合紡糸用口金から吐出することにより、海島型繊維を形成した。なお、溶融複合紡糸用口金は、島数が64島/繊維で、口金温度は260℃であった。そして、紡糸速度3700m/minとなるように調整して、平均繊度2.0dtexの長繊維をネット上に捕集することにより、目付量40g/m2のスパンボンドシート(長繊維ウェブ)が得られた。
[Example 1]
Water-soluble thermoplastic polyvinyl alcohol-based resin (hereinafter referred to as PVA-based resin) and isophthalic acid-modified polyethylene terephthalate having a degree of modification of 6 mol% (hereinafter referred to as modified PET) at a ratio of 25:75 (mass ratio). A sea-island type fiber was formed by extruding from a melt composite spinning nozzle at . The spinneret for melt composite spinning had 64 islands/fiber and the spinneret temperature was 260°C. Then, by adjusting the spinning speed to 3700 m/min and collecting long fibers with an average fineness of 2.0 dtex on a net, a spunbond sheet (long fiber web) with a basis weight of 40 g/m 2 is obtained. was taken.
得られたスパンボンドシートをクロスラッピングにより12枚重ねて、総目付が480g/m2の重ね合わせウェブを作製した。そして、得られた重ね合わせウェブに、針折れ防止油剤をスプレーした。次に、バーブ数1個でニードル番手42番のニードル針およびバーブ数6個でニードル番手42番のニードル針を用いて、重ね合わせウェブを2000パンチ/cm2でニードルパンチ処理して絡合させることにより、ウェブ絡合シートを得た。得られたウェブ絡合シートの目付量は750g/m2であった。また、ニードルパンチ処理による面積収縮率は38%であった。 Twelve spunbond sheets thus obtained were laminated by cross lapping to prepare a laminated web having a total basis weight of 480 g/m 2 . Then, a needle breakage preventing oil was sprayed on the resulting laminated web. Next, the lapped web is needle-punched at 2000 punches/cm 2 and entangled using a needle with one barb and a needle count of 42 and a needle with a number of barbs and a needle count of 42 and 6. Thus, a web entangled sheet was obtained. The basis weight of the resulting web entangled sheet was 750 g/m 2 . Also, the area shrinkage rate due to needle punching was 38%.
次に、得られたウェブ絡合シートを70℃、90%RHの条件で90秒間スチーム処理した。このときの面積収縮率は47%であった。そして、120℃のオーブン中で乾燥させた後、120℃で熱プレスすることにより、目付量1300g/m2、見掛け密度0.57g/cm3、厚み2.3mmのウェブ絡合シートを得た。 The resulting web entangled sheet was then steamed for 90 seconds at 70° C. and 90% RH. The area shrinkage rate at this time was 47%. Then, it was dried in an oven at 120°C and then hot-pressed at 120°C to obtain a web entangled sheet having a basis weight of 1300 g/m 2 , an apparent density of 0.57 g/cm 3 and a thickness of 2.3 mm. .
次に、熱プレスされたウェブ絡合シートに、第1のポリウレタン弾性体として、ポリウレタン弾性体Aの水性分散液(固形分濃度20質量%)を含浸させた。なお、ポリウレタン弾性体Aは、非晶性ポリカーボネート系ポリオールと、炭素数2~3のポリアルキレングリコールを、99.7:0.3(モル比)し、カルボキシル基含有モノマーを重量比で1.5wt%含有した非晶性ポリカーボネート系無黄変型ポリウレタン樹脂である。また、ポリウレタン弾性体Aの水性分散液は、ゲル化剤として硫酸アンモニウム3質量部を含有している。 Next, the hot-pressed web entangled sheet was impregnated with an aqueous dispersion of polyurethane elastomer A (solid concentration: 20% by mass) as a first polyurethane elastomer. Polyurethane elastomer A was composed of amorphous polycarbonate polyol and polyalkylene glycol having 2 to 3 carbon atoms at a molar ratio of 99.7:0.3, and a carboxyl group-containing monomer at a weight ratio of 1.1. It is an amorphous polycarbonate-based non-yellowing polyurethane resin containing 5 wt %. Further, the aqueous dispersion of polyurethane elastomer A contains 3 parts by mass of ammonium sulfate as a gelling agent.
次に、第1のポリウレタン弾性体が含浸されたウェブ絡合シートを90℃、50%RH雰囲気下で加熱することにより第1のポリウレタン弾性体をゲル化させ、さらに、150℃で乾燥処理し、目付量1490g/m2、見掛け密度0.75g/cm3、厚み2.0mmのシートを得た。 Next, the web entangled sheet impregnated with the first polyurethane elastic is heated in an atmosphere of 90°C and 50% RH to gel the first polyurethane elastic, and then dried at 150°C. , a basis weight of 1490 g/m 2 , an apparent density of 0.75 g/cm 3 and a thickness of 2.0 mm.
次に、ポリウレタン弾性体Aが充填されたウェブ絡合シートを95℃の熱水中に浸漬しながらニップ処理を10分間連続的に行うことによりPVA系樹脂を溶解除去し乾燥させ、さらに、150℃で熱プレスすることにより、極細繊維の平均繊度が0.04dtex、目付量1180g/m2、見掛け密度0.59g/cm3、厚み2.0mmである、ポリウレタン弾性体Aと繊維絡合体との複合体を得た。 Next, the web entangled sheet filled with the polyurethane elastic body A is continuously nipped for 10 minutes while being immersed in hot water at 95° C. to dissolve and remove the PVA resin and dry. The polyurethane elastic body A and the fiber entangled body, which have an average fineness of 0.04 dtex, a basis weight of 1180 g/m 2 , an apparent density of 0.59 g/cm 3 and a thickness of 2.0 mm, are formed by hot-pressing at ℃. A complex of
そして、前記複合体に、第2のポリウレタン弾性体として、ポリウレタン弾性体B(固形分濃度20質量%)の水性分散液を含浸させた。なお、ポリウレタン弾性体Bは非晶性ポリカーボネート系ポリオールをポリオール成分とし、カルボキシル基含有モノマーを1.7質量%含有する組成物から得られた無黄変型ポリウレタン樹脂100質量部にカルボジイミド系架橋剤3質量部を添加して、熱処理することにより架橋構造を形成させたポリウレタン樹脂である。また、ポリウレタン弾性体Bの水性分散液は、ゲル化剤として硫酸アンモニウム3質量部を含有している。
Then, the composite was impregnated with an aqueous dispersion of polyurethane elastomer B (solid concentration: 20% by mass) as a second polyurethane elastomer. Polyurethane elastomer B was obtained from a composition containing amorphous polycarbonate polyol as a polyol component and 1.7% by mass of a carboxyl group-containing monomer. It is a polyurethane resin in which a crosslinked structure is formed by adding parts by mass and heat-treating. Further, the aqueous dispersion of polyurethane elastomer B contains 3 parts by mass of ammonium sulfate as a gelling agent.
次に、第1のポリウレタン弾性体と同様に、含浸されたウェブ絡合シートを90℃、50%RH雰囲気下で加熱することにより第2のポリウレタン弾性体をゲル化させ、さらに、150℃で乾燥処理することにより、繊維複合研磨パッド前駆体が得られた。得られた研磨パッド前駆体は、目付量1430g/m2、見掛け密度0.79g/cm3、厚さ1.8mmであった。なお、繊維絡合体とポリウレタン弾性体との質量比率は77/23であり、高分子弾性体Aと高分子弾性体Bの比率は51:49であった。 Next, similarly to the first polyurethane elastic, the impregnated web entangled sheet is heated in an atmosphere of 90°C and 50% RH to gel the second polyurethane elastic, and further at 150°C. A fiber composite polishing pad precursor was obtained by drying. The resulting polishing pad precursor had a basis weight of 1430 g/m 2 , an apparent density of 0.79 g/cm 3 and a thickness of 1.8 mm. The mass ratio between the fiber entangled body and the polyurethane elastic body was 77/23, and the ratio between the polymeric elastic body A and the polymeric elastic body B was 51:49.
得られた研磨パッド前駆体を、表面平坦化のためのサンドペーパーを用いて研削加工を行って、目付量1200g/m2、見掛け密度0.80g/cm3、厚さ1.5mmとし、さらに、直径30cmの円形状に切断され、表面に幅2.0mm、深さ1.0mmの溝を格子状に15.0mm間隔で形成することにより、円形状の研磨パッドが得られた。さらに、ダイヤモンドドレッサーを用いた研磨前のシーズニング処理(コンディショニング処理)を行って、パッド表面を算術平均表面粗さ(Sa)を19.7μmにした。そして、前述の方法により研磨評価を実施した。得られた断面の顕微鏡画像を観察したところ、繊維束の外周を構成する極細繊維のみならず、内部の極細繊維同士が高分子弾性体によって接着一体化されている状態が観察された。なお、研磨におけるスラリーとしては、セリア7質量%を含有する、昭和電工(株)製研磨スラリー「SHOROX A-31」を用いた。結果を表1に示す。 The resulting polishing pad precursor was ground using sandpaper for surface flattening to a basis weight of 1200 g/m 2 , an apparent density of 0.80 g/cm 3 and a thickness of 1.5 mm. , and a circular polishing pad having a diameter of 30 cm was formed on the surface thereof with grooves having a width of 2.0 mm and a depth of 1.0 mm at intervals of 15.0 mm. Furthermore, a seasoning treatment (conditioning treatment) was performed using a diamond dresser prior to polishing, so that the pad surface had an arithmetic mean surface roughness (Sa) of 19.7 μm. And polishing evaluation was implemented by the above-mentioned method. When the microscopic image of the obtained cross section was observed, it was observed that not only the ultrafine fibers forming the outer periphery of the fiber bundle but also the ultrafine fibers inside were adhered and integrated by the elastic polymer. As the slurry for polishing, a polishing slurry "SHOROX A-31" manufactured by Showa Denko KK containing 7% by mass of ceria was used. Table 1 shows the results.
[実施例2]
実施例1のPVA系樹脂を溶解除去・乾燥後の150℃熱プレス、及びポリウレタン弾性体Bの水性分散液の含浸を後述の方法で処理した以外は、実施例1と同様の方法で研磨パッドを作製し、研磨評価を実施した。結果を表1に示す。熱プレスを実施例1よりも弱めて熱プレスすることで、目付量1130g/m2、見掛け密度0.59g/cm3、厚み1.9mmである、ポリウレタン弾性体Aと繊維絡合体との複合体を得た。また、ポリウレタン弾性体Bの水性分散液の固形分濃度23質量%に変更した。そして、含浸されたウェブ絡合シートを90℃、50%RH雰囲気下で加熱することにより第2のポリウレタン弾性体をゲル化させ、さらに、150℃で乾燥処理することにより、目付量1380g/m2、見掛け密度0.77g/cm3、厚み1.8mmの繊維複合研磨パッド前駆体が得られた。
得られた研磨パッド前駆体を、実施例1と同様に表面平坦化以降の工程を行い、円形状の研磨パッドが得られた。さらに、ダイヤモンドドレッサーを用いた研磨前のシーズニング処理(コンディショニング処理)を行って、パッド表面を算術平均表面粗さ(Sa)を11.5μmにした。そして、前述の方法により研磨評価を実施した。得られた断面の顕微鏡画像を観察したところ、繊維束の外周を構成する極細繊維のみならず、内部の極細繊維同士が高分子弾性体によって接着一体化されている状態が観察された。なお、研磨におけるスラリーとしては、セリア7質量%を含有する、昭和電工(株)製研磨スラリー「SHOROX A-31」を用いた。結果を表1に示す。
[Example 2]
A polishing pad was prepared in the same manner as in Example 1, except that the PVA-based resin of Example 1 was removed by dissolution and dried, followed by hot pressing at 150° C. and impregnation with an aqueous dispersion of polyurethane elastomer B by the methods described below. was prepared and polishing evaluation was performed. Table 1 shows the results. By heat-pressing with a weaker heat-press than in Example 1, a composite of the polyurethane elastic body A and the fiber entangled body having a basis weight of 1130 g/m 2 , an apparent density of 0.59 g/cm 3 , and a thickness of 1.9 mm got a body Also, the solid content concentration of the aqueous dispersion of the polyurethane elastomer B was changed to 23% by mass. Then, the impregnated web entangled sheet was heated at 90° C. and 50% RH to gel the second polyurethane elastic body, and further dried at 150° C. to obtain a basis weight of 1380 g/m2. 2 , a fiber composite polishing pad precursor having an apparent density of 0.77 g/cm 3 and a thickness of 1.8 mm was obtained.
The obtained polishing pad precursor was subjected to the steps after the surface flattening in the same manner as in Example 1 to obtain a circular polishing pad. Furthermore, a seasoning treatment (conditioning treatment) was performed using a diamond dresser before polishing, so that the pad surface had an arithmetic mean surface roughness (Sa) of 11.5 μm. And polishing evaluation was implemented by the above-mentioned method. When the microscopic image of the obtained cross section was observed, it was observed that not only the ultrafine fibers forming the outer periphery of the fiber bundle but also the ultrafine fibers inside were adhered and integrated by the elastic polymer. As the slurry for polishing, a polishing slurry "SHOROX A-31" manufactured by Showa Denko KK containing 7% by mass of ceria was used. Table 1 shows the results.
[比較例1]
実施例1のダイヤモンドドレッサーを用いた研磨前のシーズニング処理(コンディショニング処理)時間を変更した以外は、実施例2と同様の方法で研磨パッドを作製し、研磨評価を実施した。研磨前のシーズニング処理(コンディショニング処理)後のパッド表面の算術平均表面粗さ(Sa)は8.2μmであった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A polishing pad was produced in the same manner as in Example 2 except that the seasoning treatment (conditioning treatment) time before polishing using the diamond dresser of Example 1 was changed, and polishing evaluation was performed. The arithmetic mean surface roughness (Sa) of the pad surface after seasoning treatment (conditioning treatment) before polishing was 8.2 μm. Table 1 shows the results.
[比較例2]
ポリウレタン弾性体Bの水性分散液にゲル化剤を添加しない以外は、実施例2と同様の方法で研磨パッドを作製し、研磨評価を実施した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A polishing pad was prepared in the same manner as in Example 2, except that no gelling agent was added to the aqueous dispersion of polyurethane elastomer B, and polishing evaluation was performed. Table 1 shows the results.
[比較例3]
ウェブ絡合シートの湿熱収縮率を47%に代えて、25%とした以外は、実施例1と同様の方法で研磨パッドを作製し、研磨評価を実施した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
A polishing pad was produced in the same manner as in Example 1, except that the wet heat shrinkage rate of the web entangled sheet was changed from 47% to 25%, and polishing evaluation was performed. Table 1 shows the results.
本発明に係る繊維複合研磨パッドは、平坦化や鏡面化が行われるCMP研磨、具体的には、液晶・表示部材、ガラス製品、光学製品などのようなガラス系基板などを研磨するための研磨パッドとして用いることができる。また、研磨においては、一次研磨、二次研磨(調整研磨)、仕上げ研磨等何れの研磨にも用いることができる。
The fiber composite polishing pad according to the present invention is used for CMP polishing for flattening and mirror polishing, specifically for polishing glass-based substrates such as liquid crystal display members, glass products, optical products, etc. It can be used as a pad. Moreover, in polishing, it can be used for any polishing such as primary polishing, secondary polishing (adjustment polishing), and finish polishing.
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