KR101492297B1 - 연마 패드 - Google Patents

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KR101492297B1
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마사타카 타카기
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후지보홀딩스가부시끼가이샤
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Abstract

피연마물의 스크래치나 롤 오프의 발생을 억제해 평탄성을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 제공한다. 연마 패드(1)는 피연마물을 연마 가공하기 위한 연마면(P)을 가지는 폴리우레탄 시트(2)와 연마면(P)의 반대면측에 접합되어 탄성을 가지는 탄성 시트(3)를 구비하고 있다. 폴리우레탄 시트(2)는 압축율이 탄성 시트(3)보다 크게 설정되어 있고, A경도가 90도 이하로 설정되어 있다. 또, 폴리우레탄 시트(2) 및 탄성 시트(3)는 모두 두께가 0.2mm 이상으로 형성되어 있다. 연마 가공 시에 폴리우레탄 시트(2)의 유연함이 발휘되어 폴리우레탄 시트(2)가 변형하면서 연마면(P)이 피연마물에 대략 균등하게 눌린다.

Description

연마 패드{POLISHING PAD}
본 발명은 연마 패드에 관한 것으로, 특히, 피연마물을 연마 가공하기 위한 연마면을 가지는 연질 플라스틱 시트와 연마면의 반대면측에 접합된 탄성체를 구비한 연마 패드에 관한 것이다.
종래, 렌즈, 평행 평면판, 반사 미러 등 광학 재료, 하드 디스크용 기판, 반도체용 실리콘 웨이퍼, 액정 디스플레이용 유리 기판 등, 고정밀도로 평탄성이 요구되는 재료(피연마물)의 연마 가공에는 연마 패드가 사용된다. 연마 패드로서는, 예를 들면, 연질이나 경질의 플라스틱 시트를 구비한 연마 패드를 들 수 있다.
일반적으로, 연질 플라스틱 시트는, 연질 플라스틱을 수(水)혼화성의 유기용매에 용해시킨 수지 용액을 시트 형상의 기재(基材)에 도포한 후, 수계 응고액 중에서 수지를 응고 재생시켜 제조(습식성막)된다. 때문에, 습식 성막된 연질 플라스틱 시트에서는, 수지의 응고 재생에 수반하는 발포 구조를 가지고 있기 때문에, 연마액을 저장시키면서 연마 가공을 할 수 있다. 그러나, 이 타입의 연마 패드가 유연성을 가지고, 변형하기 쉽기 때문에, 피연마물의 가장자리부가 중앙부보다 크게 연마 가공되는 롤 오프가 발생하기 쉽고 평탄성이 저하한다. 또, 연질 플라스틱 시트 대신에, 경질의 플라스틱 시트를 사용하면 연마 가공 시에 사용하는 연마액 중의 연마 입자에 의해 피연마물의 표면에 스크래치(상처)가 발생하기 쉬워진다.
피연마물의 롤 오프나 스크래치의 발생을 억제하기 위해서, 연마 패드를 2층 구조나 3층 구조로 하는 기술이 개시되어 있다. 예를 들면, 일본특개 2000-176825호 공보에는 두께가 100㎛ 이하의 표면층과, 그 이면에 제2층을 가지고, 표면층이 제2층보다 연질인 연마 패드의 기술이 개시되어 있다. 또, 일본특개 2002-307293호 공보에는 두께가 0.2~2.0mm이고 탄성 압축율이 50~4%인 표면층과, 표면층의 이면측에 적층되고 두께가 0.2~2.0mm이고 탄성 압축율이 2~0.1%인 중간 지지층과, 중간 지지층의 이면측에 적층되고 두께가 0.15~2.0mm이고 탄성 압축율이 50~4%인 이면층을 가지는 연마 패드의 기술이 개시되어 있다.
그러나, 일본특개 2000-176825호 공보의 기술에서는 표면층을 제2층보다 연질로 함으로써, 연마 가공 시에 스크래치 발생의 억제를 기대할 수 있지만, 표면층의 두께가 100㎛ 이하로 너무 얇기 때문에, 표면층의 유연성이 충분히 발휘되지 못한다. 때문에, 고정밀도로 평탄성이 요구되는 피연마물에서는, 스크래치 발생의 억제가 불충분하고, 평탄성의 요구를 만족하는 것이 어려워진다. 한편, 일본특개2002-307293호 공보의 기술에서는 롤 오프의 개선에는 효과가 있지만, 중간 지지층의 경도가 너무 크기 때문에, 연마 가공 중에 스크래치가 발생할 우려가 있다. 또, 이 중간 지지층에서는 정반(定盤)에 요철이 있어도 흡수할 수 없어, 피연마물의 평탄성을 손상시키기 때문에, 탄성을 가지는 이면층이 적층되어 있다. 이러한 3층 구조의 연마 패드에서는 제조 공정이 번잡해지고 고비용을 피할 수 없게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사안을 감안하여, 피연마물의 스크래치나 롤 오프의 발생을 억제해 평탄성을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 피연마물을 연마 가공하기 위한 연마면을 가지는 연질 플라스틱 시트와, 상기 연마면의 반대면측에 접합된 탄성체를 구비하고, 상기 연질 플라스틱 시트는 상기 탄성체보다 큰 압축율 및 작은 A경도를 가지고 있고, 상기 탄성체는 압축율이 1% 이상이고 A경도가 90도 이하이며, 상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 두께가 0.2mm 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드이다.
본 발명에서는, 연질 플라스틱 시트가 탄성체보다 큰 압축율 및 작은 A경도를 가지고, 두께가 0.2mm 이상이기 때문에, 연마 가공 시에 연질 플라스틱 시트의 유연함이 발휘되므로, 피연마물에 대한 스크래치(상처)의 발생을 억제할 수 있음과 동시에, 탄성체의 압축율이 1% 이상, A경도가 90도 이하이고, 두께를 0.2mm 이상으로 함으로써, 연마 패드를 장착하는 정반 표면에 요철이 있어도 탄성체에 의해 흡수할 수 있어 유연한 연질 플라스틱 시트가 연마 가공 시에 탄성체로 지지되어 피연마물에 가하는 압압력이 균등화되므로, 피연마물의 롤 오프의 발생을 억제해 평탄성을 향상시킬 수 있다.
이 경우에 있어서, 탄성체의 압축율이 25%를 넘고, A경도가 30도 미만에서는 탄성체가 너무 부드러워 연질 플라스틱 시트를 지지하는 기능이 발휘되지 않기 때문에 탄성체를 압축율이 25% 이하이고, A경도가 30도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이때, 탄성체를 압축율이 2%~7%의 범위에서 A경도가 45도~60도의 범위로 할 수 있다. 또, 연질 플라스틱 시트를 압축율이 2%~65%의 범위에서 A경도가 5도~50도의 범위로 할 수 있다. 이때, 연질 플라스틱 시트를 압축율이 4%~20%의 범위에서 A경도가 25도~35도의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 연질 플라스틱 시트 및 탄성체가 모두 두께를 2.0mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 연질 플라스틱 시트 및 탄성체를 모두 압축 탄성률이 60% 이상으로 해도 좋다. 이때, 연질 플라스틱 시트 및 탄성체를 모두 압축 탄성률이 85%~100%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 연질 플라스틱 시트 및 탄성체가 모두 습식 성막된 폴리우레탄 수지제이며, 내부에 발포가 형성된 발포 구조를 가지고 있어도 좋다. 이때, 연질 플라스틱 시트 및 탄성체를 폴리우레탄 수지 용액으로 접합할 수 있다.
본 발명에 의하면, 연질 플라스틱 시트가 탄성체보다 큰 압축율 및 작은 A경도를 가지고, 두께가 0.2mm 이상이기 때문에, 연마 가공 시에 연질 플라스틱 시트의 유연함이 발휘되므로, 피연마물에 대한 스크래치의 발생을 억제할 수 있음과 동시에, 탄성체의 압축율이 1% 이상, A경도가 90도 이하이고, 두께를 0.2mm 이상으로 함으로써, 연마 패드를 장착하는 정반 표면에 요철이 있어도 탄성체에 의해 흡수할 수 있어 유연한 연질 플라스틱 시트가 연마 가공 시에 탄성체로 지지되어 피연마물에 가하는 압압력이 균등화되므로, 피연마물의 롤 오프의 발생을 억제해 평탄성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명을 적용한 실시 형태의 연마 패드를 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시 형태의 연마 패드의 제조 공정을 나타내는 공정도이다.
이하, 도면을 참조해 본 발명을 적용한 연마 패드의 실시의 형태에 대해 설명한다.
(연마 패드)
도 1에 나타내듯이, 본 실시 형태의 연마 패드(1)는 피연마물을 연마 가공하기 위한 연마면(P)을 가지는 연질 플라스틱 시트로서의 폴리우레탄 시트(2)와 연마면(P)의 반대면측에 접합된 탄성체로서의 탄성 시트(3)를 구비하고 있다.
폴리우레탄 시트(2)는, 폴리우레탄 수지를 습식 성막 하여 시트 형상으로 형성되어 있고, 내부에 발포가 형성된 발포 구조를 가지고 있다. 즉, 폴리우레탄 시트(2)는, 연마면(P)측에 도시를 생략한 치밀한 미다공(微多孔)이 형성된 스킨층(표면층)을 가지고 있고, 스킨층의 안쪽(탄성 시트(3)측)에 발포층을 가지고 있다. 발포층에는, 스킨층에 형성된 미다공보다 공경(孔徑)이 크고, 폴리우레탄 시트(2)의 두께 방향을 따라 원형태의 단면이 대략 삼각형의 발포(5)가 대략 균등하게 분산한 상태로 형성되어 있다. 발포(5)는 연마면(P)측의 공경이 연마면(P)의 배면측보다 작게 형성되고 있고, 연마면(P)측에서 축경(縮徑)되어 있다. 발포(5) 사이의 폴리우레탄 수지 중에는, 스킨층에 형성된 미다공보다 크고, 발포(5)보다 작은 공경의 미도시의 발포가 형성되어 있다. 스킨층의 도시를 생략한 미다공, 발포층의 발포(5) 및 미도시의 발포는, 미도시의 연통공으로 입체 그물코 모양으로 연통되어 있다.
한편, 탄성 시트(3)는, 예를 들면, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔 등의 수지나 고무 등의 탄성을 가지는 재료가 시트 형상으로 형성되어 있다. 본예에서는, 폴리우레탄 수지를 습식 성막하여 시트 형상으로 형성한 탄성 시트(3)가 사용되고 있다. 다시 말하자면, 탄성 시트(3)는, 폴리우레탄 시트(2)와 같이, 내부에 발포가 형성된 발포 구조를 가지고 있다. 또, 탄성 시트(3)는, 폴리우레탄 시트(2)에 양면 테이프나 접착제 등으로 접합되어 있다.
폴리우레탄 시트(2)와 탄성 시트(3)는, 압축율, A경도, 압축 탄성률 및 두께가 각각 설정되어 있다. 즉, 폴리우레탄 시트(2)는, 압축율이 탄성 시트(3)보다 크게 설정되어 있고, A경도가 탄성 시트(3)보다 작게 설정되어 있다. 또, 압축 탄성률은, 폴리우레탄 시트(2) 및 탄성 시트(3) 모두 60% 이상으로 설정되어 있다. 압축율, A경도, 압축 탄성률은, 폴리우레탄 시트(2) 및 탄성 시트(3)의 습식 성막에 사용하는 폴리우레탄 수지나 첨가제 등을 선정해 발포 구조를 조정하여 원하는 범위로 설정할 수 있다. 본예에서는, 폴리우레탄 시트(2)는, 압축율이 4~65%의 범위, A경도가 5~50도의 범위로 설정되어 있다. 한편, 탄성 시트(3)는, 압축율이 1% 이상, 25% 이하로 설정되어 있고, A경도가 30도 이상, 90도 이하로 설정되어 있다. 또, 폴리우레탄 시트(2) 및 탄성 시트(3)는 모두 압축 탄성률이 60~100%의 범위로 설정되어 있고, 두께가 0.2mm 이상, 2.0mm 이하로 형성되고 있다.
또, 연마 패드(1)는, 탄성 시트(3)의 폴리우레탄 시트(2)와 반대측의 면에, 연마기에 연마 패드(1)를 장착하기 위한 양면 테이프(7)가 붙여져 있다. 양면 테이프(7)는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET로 약기한다.)제 필름 등의 가요성 필름의 기재(7a)를 구비하고 있고, 기재(7a)의 양면에 아크릴계 접착제 등의 감압형 접착제층이 형성되어 있다. 양면 테이프(7)는, 기재(7a)의 일면측의 접착제층에서 탄성 시트(3)에 붙여져 있고 타면측(탄성 시트(3)와 반대측)의 접착제층이 박리지(7b)로 덮여져 있다.
(연마 패드의 제조)
연마 패드(1)는, 도 2에 나타내는 각 공정을 거쳐 제조되지만, 준비 공정~세정·건조 공정에서 각각 습식 성막된 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)가 접합 공정에서 접합된다. 습식 성막에서는, 폴리우레탄 수지를 유기용매에 용해시킨 폴리우레탄 수지 용액을 성막 기재에 연속적으로 도포해, 수계 응고액에 침지함으로써 폴리우레탄 수지를 필름 형상으로 응고 재생시키고, 세정 후 건조시켜 띠모양(장척형상)의 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)를 제작한다. 이하, 공정순서로 설명한다.
준비 공정에서는, 폴리우레탄 수지, 폴리우레탄 수지를 용해 가능한 수(水)혼화성의 유기용매의 N,N-디메틸포름아미드(이하, DMF와 약기한다.) 및 첨가제를 혼합해 폴리우레탄 수지를 용해시킨다. 폴리우레탄 수지에는, 폴리에스테르계, 폴리 에테르계, 폴리카보네이트계 등의 수지로부터 선택하여 사용하며, 예를 들면, 폴리우레탄 수지가 30%가 되도록 DMF에 용해시킨다. 첨가제로서는, 발포(5)의 크기나 양(개수)을 제어하기 위해, 카본 블랙 등의 안료, 발포를 촉진시키는 친수성 활성제 및 폴리우레탄 수지의 응고 재생을 안정화시키는 소수성 활성제 등을 사용할 수 있다. 얻어지는 용액을 여과해 응집덩어리 등을 제거한 후, 진공 하에서 탈포해 폴리우레탄 수지 용액을 얻는다.
도포 공정에서는, 준비 공정에서 조제된 폴리우레탄 수지 용액이 상온 하에서 나이프코터에 의해 띠모양의 성막기재에 대략 균일하게 도포된다. 이때, 나이프코터와 성막기재의 틈(클리어런스)을 조정해 폴리우레탄 수지 용액의 도포 두께(도포량)가 조정된다. 성막기재에는, 가요성 필름, 부직포, 직포 등을 사용할 수 있다. 부직포, 직포를 사용하는 경우는, 폴리우레탄 수지 용액의 도포 시에 성막기재 내부에의 폴리우레탄 수지 용액의 침투를 억제하기 위해, 미리 물 또는 DMF 수용액(DMF와 물과의 혼합액) 등에 침지하는 전처리(메우기)를 한다. 성막기재로서 PET제 등의 가요성 필름을 사용하는 경우는, 액체의 침투성을 가지지 않기 때문에, 전처리가 불필요해진다. 이하, 본예에서는, 성막기재를 PET제 필름으로서 설명한다.
응고 재생공정에서는, 도포 공정에서 폴리우레탄 수지 용액이 도포된 성막기재가 폴리우레탄 수지에 대해 빈용매인 물을 주성분으로 하는 응고액에 침지된다. 응고액 중에서는, 우선, 도포된 폴리우레탄 수지 용액의 표면에 두께 수μm 정도의 스킨층이 형성된다. 그 후, 폴리우레탄 수지 용액 중의 DMF와 응고액의 치환 진행에 의해 폴리우레탄 수지가 성막기재의 한면에 시트 형상으로 응고 재생한다. DMF가 폴리우레탄 수지 용액으로부터 탈용매해, DMF와 응고액이 치환함으로써, 스킨층의 안쪽(폴리우레탄 수지 중)에 발포(5) 및 미도시의 발포가 형성되어 발포(5) 및 미도시의 발포를 입체 그물코 모양으로 연통하는 미도시의 연통공이 형성된다. 이때, 성막기재의 PET제 필름이 물을 침투시키지 않기 때문에, 폴리우레탄 수지 용액의 표면측(스킨층 측)에서 탈용매가 발생하여 성막기재측이 표면측보다 큰 발포(5)가 형성된다.
세정·건조 공정에서는, 응고 재생 공정에서 응고 재생한 폴리우레탄 수지, 즉, 폴리우레탄 시트(2)가 성막기재로부터 박리되어 물 등의 세정액 중에서 세정되어 수지 중에 잔류하는 DMF가 제거된다. 세정 후, 폴리우레탄 시트(2)를 실린더 건조기로 건조시킨다. 실린더 건조기는 내부에 열원을 가지는 실린더를 구비하고 있다. 폴리우레탄 시트(2)가 실린더의 주면을 따라 통과함으로써 건조한다. 건조 후의 성막 수지는 롤형상으로 감겨진다.
다음에, 탄성 시트(3)의 제작에 대해 설명하지만, 상술한 폴리우레탄 시트(2)의 제작과 같은 공정, 조건에 대해서는 그 설명을 생략하고, 다른 공정만 설명한다.
준비 공정에서는, 폴리우레탄 수지, DMF, 첨가제 및 발포 조정용 조정 유기용매를 배합한다. 폴리우레탄 수지, DMF, 첨가제를 혼합해 폴리우레탄 수지를 용해시킨 후, 응고 재생 시의 DMF와 물의 치환을 늦추기 위해, 소정량의 조정 유기용매를 첨가해 수지 에멀젼을 얻는다. 조정 유기용매에는, 물에 대한 용해도가 DMF보다 작고, DMF에 용해시킨 폴리우레탄 수지를 응고(겔화)시키는 일 없이 폴리우레탄 수지를 용해시킨 용액에 균일하게 혼합 또는 분산할 수 있는 것을 사용한다. 구체적인 예로서는, 초산에틸, 이소프로필 알코올 등을 들 수 있다. 조정 유기용매의 첨가량을 변경함으로써, 탄성 시트(3)의 내부에 형성되는 발포의 크기나 양(개수)을 제어할 수 있어, 탄성 시트(3)의 압축율을 조정할 수 있다. 본예에서는, 탄성 시트(3)가 폴리우레탄 시트(2)보다 작은 압축율, 큰 A경도가 되도록 설정하기 위해, 조정 유기용매의 첨가량을 수지 에멀젼의 100 중량부에 대해서 20~45 중량부의 범위로 하는 것이 바람직하다.
응고 재생 공정에서는, 수지 에멀젼을 도포한 성막기재를 응고액에 침지해 폴리우레탄 수지를 응고 재생시킨다. 응고액 중에서는, 우선, 수지 에멀젼의 표면에 스킨층이 형성되지만, 수지 에멀젼에 조정 유기용매가 첨가되어 있기 때문에, 수지 에멀젼 중의 DMF 및 조정 유기용매와 응고액의 치환의 진행이 늦어진다. 이 때문에, 표면에 형성된 스킨층의 안쪽에는 폴리우레탄 시트(2)에 형성된 발포(5)보다 평균 공경이 작고, 스킨층에 형성된 미(微)다공보다 평균 공경이 큰 발포가 대략 균등하게 형성된다.
여기서, 폴리우레탄 시트(2)의 발포(5) 및 탄성 시트(3)의 발포의 형성에 대해 설명한다. 폴리우레탄 수지의 용해에 사용한 DMF는, 폴리우레탄 수지의 용해에 일반적으로 사용되는 용매이며, 물에 대해서 임의의 비율로 혼합할 수 있다. 이 때문에, 폴리우레탄 시트(2)의 제작에서는, 응고액에 폴리우레탄 수지 용액을 침지하면, 우선 폴리우레탄 수지 용액의 표면에서 DMF와 응고액의 치환(폴리우레탄 수지의 응고 재생)이 일어나 스킨층이 형성된다. 그 후, 응고액이 스킨층의 침수하기 쉬운 부분으로부터 폴리우레탄 수지 용액 내부에 침수하기 때문에, DMF와 응고액의 치환이 급속히 진행하는 부분과 늦어지는 부분이 생겨 비교적 큰 발포(5)가 형성된다. 성막기재에 응고액을 침투시키지 않는 PET제 필름을 사용하는 것으로부터 폴리우레탄 수지 용액의 표면측(스킨층 측)으로부터만 DMF가 용출하기 때문에 발포(5)는 성막기재 측이 크고 원형태의 삼각추형상으로 된다.
이에 대해서, 탄성 시트(3)의 제작에서는, 폴리우레탄 수지의 용해 후에 조정 유기용매를 첨가해 수지 에멀젼으로 한다. 조정 유기용매는, 물에 대한 용해도가 DMF보다 작기 때문에, 물(응고액) 중에의 용출이 DMF보다 늦어진다. 또, 수지 에멀젼에서는, 조정 유기용매를 첨가한 만큼, DMF량이 적어진다. 이 때문에, DMF 및 조정 유기용매와 응고액의 치환 속도가 늦어지므로, 폴리우레탄 시트(2)와 같은 발포(5)의 형성이 억제되어 탄성 시트(3)의 스킨층의 안쪽에는, 발포(5)보다 작고 스킨층의 미다공보다 큰 발포가 대략 균등하게 분산해 형성된다. 또, 탄성 시트(3)에서는, DMF 및 조정 유기용매의 탈용매에 수반해 발포가 형성되기 때문에, 형성된 발포의 공경보다 작은 연통공으로 입체 그물코 모양으로 연통된다.
도 2에 나타내듯이, 접합 공정에서는, 폴리우레탄 시트(2)의 스킨층과 반대의 면측에 탄성 시트(3)가 접합된다. 접합에는, 아크릴계 접착제 등의 감압형 접착제가 사용된다. 또한, 탄성 시트(3)는 스킨층이 형성된 면측이 접합된다. 탄성 시트(3)의 폴리우레탄 시트(2)와 반대면측에, 양면 테이프(7)를 일면측의 접착제층에서 붙힌다. 그리고, 원형 등의 원하는 형상으로 재단한 후, 더러움이나 이물 등의 부착이 없는 것을 확인하는 등의 검사를 실시해 연마 패드(1)를 완성시킨다.
얻어지는 연마 패드(1)에서 피연마물의 연마 가공을 실시할 때는, 예를 들면, 양면 연마기 상 정반, 하 정반에 각각 연마 패드(1)가 장착된다. 연마 패드(1)의 장착 시에는, 박리지(7b)를 없애 양면 테이프(7)의 접착제층에서 붙인다. 상 정반, 하 정반에 붙혀진 연마 패드(1)에서는, 모두 연마면(P)이 대략 평탄하게 된다. 피연마물은, 2장의 연마 패드(1)의 대략 평탄한 연마면(P)에 끼워져 양면이 동시에 연마 가공된다. 이때, 연마 입자를 포함한 연마액(슬러리)이 공급된다.
(작용)
다음에, 본 실시 형태의 연마 패드(1)의 작용 등에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 폴리우레탄 시트(2)는, 압축율이 탄성 시트(3)보다 크게 설정되어 있고, A경도가 탄성 시트(3)보다 작게 설정되어 있다. 다시 말하자면, 폴리우레탄 시트(2)에서는, 외력에 대한 변형량이 탄성 시트(3)보다 커져 탄성 시트(3)보다 연질로 된다. 이 때문에, 연마 가공 시에 폴리우레탄 시트(2)의 유연함이 발휘되므로, 피연마물에 스크래치가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 폴리우레탄 시트(2)의 두께가 0.2mm 이상, 2.0mm 이하로 설정되어 있다. 두께가 0.2mm보다 작으면 연마 가공 시에 유연함을 충분히 발휘할 수 없어, 피연마물에 스크래치가 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 반대로, 두께가 2mm보다 크면 습식 성막이 어려워져 버린다. 이 때문에, 폴리우레탄 시트(2)의 두께를 상술한 범위로 설정함으로써 연마 가공 시에 유연함을 충분히 발휘할 수 있어 피연마물의 스크래치 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 폴리우레탄 시트(2)에 탄성 시트(3)가 접합되어 있기 때문에, 탄성 시트(3)의 외력에 대한 변형량이 폴리우레탄 시트(2)보다 작은 것으로부터, 연질의 폴리우레탄 시트(2)가 탄성 시트(3)로 지지되어, 폴리우레탄 시트(2)의 탄력성이 억제된다. 이 때문에, 폴리우레탄 시트(2)가 변형하면서 연마면(P)이 피연마물의 가공면의 전체면에 대략 균등하게 눌리므로, 피연마물의 가공면의 주연부가 중심부보다 과도하게 연마 가공되는 롤 오프의 발생을 억제할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 탄성 시트(3)가 탄성체이기 때문에 연마기의 정반 표면에 상처 등에 의한 요철이 형성되어 있어도, 탄성 시트(3)로 흡수할 수 있다. 이것에 의해, 정반의 요철이 피연마물에 전사되어 피연마물의 평탄성이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 또, 탄성 시트(3)는, 두께가 0.2mm 이상, 2.0mm 이하로 형성되어 있다. 두께가 0.2mm보다 작으면 정반의 요철을 흡수할 수 없어 피연마물의 가공면에 요철의 영향이 나타나 평탄성이 손상되어 버린다. 반대로, 두께가 2mm보다 크면 폴리우레탄 시트(2)를 대략 균등하게 압압하는 것이 어려워져, 오히려 롤 오프를 증대시켜 버린다. 이 때문에, 탄성 시트(3)의 두께를 상술한 범위로 설정함으로써, 정반의 요철을 확실히 흡수할 수 있어 피연마물의 평탄성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 탄성 시트(3)는, 압축율이 1% 이상, 25% 이하로 설정되어 있고, A경도가 30도 이상, 90도 이하로 설정되어 있다. 압축율이 1%보다 작거나, A경도가 90도보다 클 경우는, 탄성 시트(3)가 너무 딱딱해져, 경질의 영향이 피연마물의 가공면에 나타나 버린다. 즉, 정반의 요철 등이 탄성 시트(3)에 흡수되지 않고, 가공면에 그러한 영향이 나타나 버려, 피연마물의 평탄성이 저하할 우려가 있다. 반대로, 압축율이 25%보다 크거나, A경도가 30도보다 작을 경우는, 탄성 시트(3)가 너무 부드럽게 되어, 상술한 폴리우레탄 시트(2)의 지지나 롤 오프의 저감이 어려워진다.
또, 본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 폴리우레탄 시트(2)는, 압축율이 2~65%의 범위, A경도가 5~50도의 범위로 설정되어 있다. 압축율이 2%보다 작거나 A경도가 50도보다 클 경우는, 폴리우레탄 시트(2)가 너무 딱딱해져 연마 가공 시에 변형하기 어려워지기 때문에, 피연마물에 스크래치가 발생하기 쉬워진다. 반대로, 압축율이 65%보다 크거나 A경도가 5도보다 작을 경우는, 폴리우레탄 시트(2)가 너무 부드러워져 연마 가공의 효율을 저하시키고, 오히려 피연마물의 평탄성을 해치게 된다.
더욱이, 본 실시 형태의 연마 패드(1)에서는, 폴리우레탄 시트(2) 및 탄성 시트(3)의 압축 탄성률이 모두 60~100%의 범위로 설정되어 있다. 이 때문에, 연마 가공 시에 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)가 변형해도 연마 가공 후에는 거의 원래의 형상으로 회복되므로, 반복 연마 가공에 사용할 수 있어 연마 패드(1)의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 습식 성막으로 폴리우레탄 수지를 시트 형상으로 형성한 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리우레탄 시트(2)로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 수지 등의 가소성을 가지는 연질의 수지를 시트 형상으로 형성해 사용해도 좋다. 또, 탄성 시트(3)로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리 부타디엔 등의 수지, 천연 고무나 합성고무 등의 탄성을 가지는 재료를 시트 형상으로 형성해 사용해도 좋다. 시트 형상으로 형성하는 방법에 대해서도, 습식 성막에 제한되는 것이 아니고, 건식법으로 형성할 수도 있다. 폴리우레탄 시트(2)의 압축율이나 A경도를 상술한 범위로 설정하는 것을 고려하면, 습식 성막으로 형성하는 것이 바람직하다. 또, 본 실시 형태에서는, 탄성 시트(3)의 제작에 조정 유기용매를 첨가함으로써, 탄성 시트(3)가 폴리우레탄 시트(2)보다 작은 압축율, 큰 A경도가 되도록 설정하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 폴리우레탄 시트(2)의 습식 성막 시에 첨가제 등의 배합을 조정하도록 해도 좋고, 또, 재질을 바꾸도록 해도 좋다.
또, 본 실시 형태에서는, 폴리우레탄 시트(2)의 압축율을 2~65%의 범위, A경도를 5~50도의 범위로 설정하는 예를 나타냈다. 압축율에 대해서는, 폴리우레탄 시트(2)의 유연함을 확보하고, 피연마물의 스크래치 발생을 억제하는 것을 고려하면, 2~40%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 연마 효율이나 피연마물의 평탄성 향상을 고려하면 3~30%의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 4~20%의 범위로 설정한다. 또, A경도에 대해서도 동일하게 유연함의 확보, 스크래치 발생의 억제를 고려하면 10~45도의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 연마 효율이나 평탄성 향상을 고려하면 15~40도의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 25~35도의 범위로 설정한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 탄성 시트(3)의 압축율을 1% 이상 25% 이하로 설정하고, A경도를 30도 이상, 90도 이하로 설정하는 예를 나타냈다. 압축율에 대해서는 정반의 요철 등을 흡수해 피연마물의 평탄성을 향상시키고, 폴리우레탄 시트(2)를 지지해 피연마물의 롤 오프를 저감하는 것을 고려하면 1~20%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 너무 딱딱하거나 너무 부드럽거나 하지 않고, 균형있게 롤 오프의 저감, 평탄성의 향상을 도모하려면 1~15%의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 2~7%의 범위로 설정한다. A경도에 대해서도 동일하게 평탄성의 향상, 롤 오프의 저감을 고려하면 35~80도의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 40~70도의 범위로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 가장 바람직하게는 45~60도의 범위로 설정한다.
또, 본 실시 형태에서는, 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3) 모두에 대해서도, 압축 탄성률을 60~100%의 범위로 설정하는 예를 나타냈다. 이 범위로 설정하면, 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)가 변형해도, 연마 가공 후에 거의 원래의 형상으로 회복되므로, 반복 연마 가공에 사용할 수 있다. 반복 사용 가능한 기간을 연장한다. 즉, 더 장수명화를 도모하려면, 변형 후에 복원하기 쉽게 압축 탄성률을 70~100%의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 85~100%의 범위로 설정한다.
또, 본 실시 형태에서는, 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)의 접합에 접착제를 사용하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 실시 형태와 같이, 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)가 모두 폴리우레탄 수지이면 소량의 폴리우레탄 수지를 DMF에 용해시킨 접합 용액을 사용해 접합하는 것도 가능하다. 또, DMF만을 사용해도, 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)의 접합면의 폴리우레탄이 DMF에 의해 연화하기 때문에 가압함으로써 충분히 접합 가능하다. 또, 폴리우레탄 시트(2,3)의 접합면을 가열에 의해 연화시키고 접합하도록 해도 좋다.
실시예
이하, 본 실시 형태에 따라 제조한 연마 패드(1)의 실시예에 대해 설명한다.또한 비교를 위해 제조한 비교예의 연마 패드에 대해서도 병기한다.
(실시예 1)
실시예 1에서는 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)의 제작에 폴리우레탄 수지로서 폴리에스테르 MDI(디페닐 메탄 디이소시아네이트) 폴리우레탄 수지를 사용했다. 폴리우레탄 시트(2)의 제작에서는, 30% 폴리우레탄 수지 용액 100 중량부에 대해서 용매의 DMF의 45 중량부, 안료로서 카본블랙 30%를 포함한 DMF 분산액 40 중량부, 성막 안정제의 소수성 활성제 2 중량부를 첨가하여 혼합해 폴리우레탄 수지 용액을 조제했다. 한편, 탄성 시트(3)의 제작에서는, 조정 유기용매의 초산에틸의 45 중량부를 첨가하는 외는 폴리우레탄 수지 용액의 조제와 동일하게 수지 에멀젼을 조제했다. 또, 세정 공정에서의 세정 효과를 높이기 위해서 응고 재생 후의 세정을 온수에서 실시했다. 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)를 접합하고 양면 테이프(7)를 붙여 실시예 1의 연마 패드(1)를 제조했다.
(비교예 1)
비교예 1에서는, 실시예 1에서 제작한 폴리우레탄 시트(2)를 2장 접합해, 양면 테이프(7)을 붙여 비교예 1의 연마 패드를 제조했다. 즉, 비교예 1의 연마 패드에서는 2층 구조를 가지고 있지만, 압축율, A경도가 같은 폴리우레탄 시트(2)가 접합되어 있다.
(비교예 2)
비교예 2에서는 실시예 1에서 제작한 탄성 시트(3)를 2장 접합해, 양면 테이프(7)를 붙여 비교예 2의 연마 패드를 제조했다. 즉, 비교예 2의 연마 패드에서는 2층 구조를 가지고 있지만, 폴리우레탄 시트(2)와 비교해, 압축율이 낮고, A경도가 높은 탄성 시트(3)가 접합되어 있다.
(물성 평가)
각 실시예 및 비교예의 연마 패드에 사용한 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)에 대해, 두께, 압축율, 압축 탄성률 및 A경도의 각 물성치를 측정했다. 두께의 측정은, 다이얼 게이지(최소 눈금 0.01mm)를 사용해 가중 100 g/cm2를 가해 측정했다. 세로 1m × 가로 1m의 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)를 종횡 10cm피치로 최소 눈금의 10분의 1(0.001mm)까지 읽어내, 두께의 평균치, 표준 편차σ를 구했다. 압축율 및 압축 탄성률은, 일본공업규격(JIS L 1021)에 따라, 쇼퍼형 두께 측정기(가압면:직경 1cm의 원형)를 사용해 구했다. 구체적으로는, 첫 하중에서 30초간 가압한 후의 두께 t0를 측정한 다음에 최종압력 하에서 5분간 방치 후의 두께 t1를 측정했다. 모든 하중을 제외하고, 5분간 방치 후, 다시 첫하중에서 30초간 가압한 후의 두께 t0'를 측정했다. 압축율은, 압축율(%)=(t0-t1)/t0 × 100으로 산출해, 압축 탄성률은, 압축 탄성률(%)=(t0'-t1)/(t0-t1)×100으로 산출했다. 이때, 첫하중에서 100g/cm2, 최종압력은 1120g/cm2였다. A경도는, 일본공업규격(JIS K 6253)에 따라, 스프링을 통해 시험편 표면에 누른 압침의 삽입 깊이로부터 구했다. 두께, 압축율, 압축 탄성률 및 A경도의 측정 결과를 아래 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112010016724296-pct00001
표 1에 나타내듯이, 폴리우레탄 시트(2)에서는, 두께의 평균치가 0.503mm를 나타내고, 두께의 표준 편차σ가 0.007mm를 나타냈다. 또, 압축율이 14.0%, 압축 탄성률이 96.1%, A경도가 28.5도를 나타내고 있다. 이것에 대해서, 탄성 시트(3)에서는 두께의 평균치가 0.496mm, 두께의 표준 편차σ가 0.008mm를 나타냈다. 또, 압축율에 대해서는 폴리우레탄 시트(2)보다 작은 3.7%를 나타내고, A경도에 대해서는 폴리우레탄 시트(2)보다 큰 55.7도를 나타내고 있다. 압축 탄성률에 대해서는, 폴리우레탄 시트(2)와 거의 같은 93.0%를 나타냈다. 이 결과로부터, 폴리우레탄 시트(2)는 탄성 시트(3)보다 큰 압축율 및 작은 A경도를 가지고 있고, 탄성 시트(3)는 압축율이 1% 이상이고, A경도가 90도 이하이며, 폴리우레탄 시트(2) 및 탄성 시트(3)가 모두 두께가 0.2mm 이상인 것을 확인했다.
(연마 성능 평가)
다음에, 각 실시예 및 비교예의 연마 패드를 사용해 이하의 연마 조건으로 하드 디스크용 알루미늄 기판의 연마 가공을 실시하고, 연마 레이트, 롤 오프 및 스크래치의 발생 상황에 의해 연마 성능을 평가했다. 연마 레이트는, 매 1분간의 연마량을 두께로 나타낸 것이고, 연마 가공 전후의 알루미늄 기판의 중량 감소로부터 구한 연마량, 알루미늄 기판의 연마 면적 및 비중으로부터 산출했다. 롤 오프는, 알루미늄 기판의 주연부가 중심부보다 과도하게 연마 가공됨으로써 발생하며, 평탄성을 평가하기 위한 측정 항목의 하나이다. 측정 방법으로서는, 예를 들면, 광학식 조도 게이지로 외주 단부로부터 중심으로 향해 0.3mm의 위치보다 반경 방향으로 2mm의 범위에서 2차원 프로파일 상(像)을 얻는다. 얻어지는 2차원 프로파일 상에 있어서 반경 방향을 X축, 두께 방향을 Y 축으로 했을 때에, 외주 단부로부터 X=0.5mm 및 X=1.5mm의 좌표 위치의 Y축의 값이 Y=0이 되도록 레벨링 보정하고, 이때의 2차원 프로파일 상의 X=0.5~1.5mm 간에 있어서의 PV값을 롤 오프로서 나노미터 단위로 나타낸 것이다. 피연마물이 3.5인치의 알루미늄 기판의 경우는 반경으로 나타내면 46~47mm 사이의 PV값으로 된다. 롤 오프의 측정에는, 표면 조도게이지(Zygo회사 제조, 제품번호 New View 5022)를 사용했다. 스크래치의 발생 상황에 대해서는 연마 가공 후의 알루미늄 기판의 표면을 현미경 관찰함으로써 스크래치의 유무를 판정했다. 연마 레이트, 롤 오프, 스크래치의 유무의 측정 결과를 아래 표 2에 나타낸다.
(연마 조건)
사용 연마기:스피드팜 회사 제조, 9B-5P연마기
연마 속도(회전수):30rpm
가공 압력:100g/cm2
슬러리:콜로이달 실리카 슬러리
슬러리 공급량:100cc/min
피연마물:하드 디스크용 알루미늄 기판
(외경 95mmφ, 내경 25mm, 두께 1.27mm)
[표 2]
Figure 112010016724296-pct00002
표 2에 나타내듯이, 폴리우레탄 시트(2)끼리를 접합한 비교예 1의 연마 패드에서는, 발포(5)의 변형에 의한 폴리우레탄 시트(2)의 변형을 위해, 연마 레이트가 0.166㎛/분을 나타내고, 스크래치는 발견되지 않았지만, 평탄성을 나타내는 롤 오프가 13.1nm로 나빴다. 또, 탄성 시트(3)끼리를 접합한 비교예 2의 연마 패드에서는, A경도가 높기 때문에(표 1도 참조), 연마 레이트가 0.124㎛/분을 나타내며, 롤 오프는 1.8nm로 좋았지만, 스크래치가 발견되었다. 이것에 대해서, 폴리우레탄 시트(2), 탄성 시트(3)를 접합한 실시예 1의 연마 패드(1)에서는, 연마 레이트가 0.162㎛/분으로 되어 비교예 1에 가까운 수치를 나타냈다. 또, 롤 오프가 1.2nm로 되어, 비교예 1보다 좋은 결과로 되었다. 이것은, 폴리우레탄 시트(2)에 탄성 시트(3)를 접합함으로써, 발포(5)의 변형, 나아가서는 폴리우레탄 시트(2)의 변형을 억제했기 때문이라고 생각된다. 이상으로부터, 폴리우레탄 시트(2)에 탄성 시트(3)를 접합함으로써 뛰어난 연마 특성을 달성할 수 있는 연마 패드(1)를 얻을 수 있는 것이 판명되었다.
산업상의 사용 가능성
본 발명은 피연마물의 스크래치나 롤 오프의 발생을 억제해 평탄성을 향상시킬 수 있는 연마 패드를 제공하기 때문에 연마 패드의 제조, 판매에 기여하므로, 산업상의 사용 가능성을 가진다.

Claims (10)

  1. 피연마물을 연마 가공하기 위한 연마면측에 스킨층을 가지는 연질 플라스틱 시트와, 상기 연마면의 반대면측에 접합된 탄성체를 구비하고, 상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 습식 성막에 의해 내부에 발포가 형성된 발포구조를 가짐과 동시에, 상기 연질 플라스틱 시트는 상기 탄성체보다 큰 압축율 및 작은 A경도를 가지고 있고, 상기 탄성체는 압축율이 1% 이상이고 A경도가 90도 이하이며, 상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 두께가 0.2mm 이상이고,
    상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 폴리우레탄 수지제인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성체는 압축율이 25% 이하이고, A경도가 30도 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 시트는 압축율이 2%~25%의 범위이고, A경도가 5도~50도의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 두께가 2.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 압축 탄성률이 60% 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 시트는 압축율이 4%~20%의 범위이고, A경도가 25도~35도의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성체는 압축율이 2%~7%의 범위이고, A경도가 45도~60도의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 모두 압축 탄성률이 85%~100%의 범위인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연질 플라스틱 시트 및 상기 탄성체는 폴리우레탄 수지 용액으로 접합되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
KR1020107005843A 2007-09-28 2008-09-24 연마 패드 KR101492297B1 (ko)

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