TW201842004A

TW201842004A - 研磨墊

Info

Publication number: TW201842004A
Application number: TW107111097A
Authority: TW
Inventors: 宮坂博仁; 立野哲平; 松岡立馬; 三國匠
Original assignee: 日商富士紡控股股份有限公司
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-12-01
Also published as: TWI833693B; JP7323265B2; JP2018171675A

Abstract

本發明提供一種修整性優異之研磨墊。本發明之上述研磨墊係具有包含聚胺基甲酸酯樹脂之研磨層者，上述研磨層使包含聚異氰酸酯化合物及硬化劑之聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物硬化而形成，上述聚異氰酸酯化合物包含甲苯二異氰酸酯，上述甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為81：19～99：1。

Description

研磨墊

本發明係關於一種用於進行光學材料、半導體晶圓、硬碟基板、液晶用玻璃基板、半導體元件等要求高度之表面平坦性之材料之研磨的研磨片及研磨墊。本發明特別適合用於研磨半導體晶圓之上形成氧化物層、金屬層等之元件。

光學材料、半導體晶圓、硬碟基板、液晶用玻璃基板、半導體元件要求非常精密之平坦性。又，半導體材料之表面露出金屬、有機及無機之絕緣材料等各種不同硬度之材料。為了平坦地研磨此類材料之表面，研磨墊之表面亦需要維持均勻之剛性。於研磨墊之表面之剛性於研磨作業之間變化之情形時，無法達到所需之平坦性。例如，於自開始研磨至交換研磨墊及研磨液之1次研磨作業之終期，產生相當之研磨屑。由於因研磨屑之堆積而堵塞於開口部，漿料之保持惡化，產生摩擦熱，故而於1次研磨作業之間，所研磨之材料之表面之溫度自初期上升至終期，於包含20℃～70℃之較寬溫度範圍變化。又，使用於化學機械研磨之研磨液隨著溫度上升，化學作用(非研磨物之表面之腐蝕)變強。故而，藉由被研磨物或研磨液之溫度變化，藉由剛性局部降低之研磨墊之表面，無法達到精密之平坦性，又，成為容易發生僅優先研磨金屬部分之現象(凹陷)等之傾向。又，研磨屑之堆積通常藉由使用修整器粗糙化(研磨)研磨墊之表面而消除。若該研磨所需要之時間花費過長，即若修整速度較低，則研磨效率變差。較多之硬質研磨墊藉由使用作為多元醇成分與異氰酸酯成分之反應物之胺基甲酸酯預聚物，使添加混合二胺類或二醇類等硬化劑(鏈延長劑)、發泡劑、觸媒等所獲得之聚胺基甲酸酯組合物硬化之預聚物法而製造。於預聚物法中，作為構成胺基甲酸酯預聚物之異氰酸酯成分，較佳使用芳香族二異氰酸酯，其中最佳使用甲苯二異氰酸酯。於專利文獻1中，揭示有：藉由使異氰酸酯末端胺基甲酸酯預聚物含有不同粒子大小之2種微小中空球狀體，研磨特性提高，獲得研磨特性之差異較小之研磨墊，揭示有：使用2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯等作為異氰酸酯末端胺基甲酸酯預聚物之異氰酸酯成分。又，於專利文獻2中，揭示有：於含有聚酯多元醇類、聚異氰酸酯類、發泡劑及觸媒之聚胺基甲酸酯發泡體中，藉由將聚異氰酸酯類中之2,4-甲苯二異氰酸酯之含量設為65～75質量%，而獲得低密度下拉伸強度、伸長率等機械物性優異之聚酯系聚胺基甲酸酯發泡體。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2000-344902號公報 [專利文獻2]日本專利特開2008-156518號公報

[發明所欲解決之問題] 作為當前市售之甲苯二異氰酸酯之製品，存在2,4-甲苯二異氰酸酯為100%者、2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之比率為80：20者、2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之比率為65：35者，若為使用該等市售之甲苯二異氰酸酯製造之研磨墊，則存在由於修整性不充分故而不表示特定之研磨性能之問題方面。本發明者等人為了解決該課題，而應該提高研磨墊之修整性，對構成胺基甲酸酯預聚物之異氰酸酯成分進行銳意研究。 [解決問題之技術手段] 即，本發明提供以下者。 [1] 一種上述研磨墊，其係具有包含聚胺基甲酸酯樹脂之研磨層者，上述研磨層使包含聚異氰酸酯化合物及硬化劑之聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物硬化而形成，上述聚異氰酸酯化合物包含甲苯二異氰酸酯，上述甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為81：19～99：1。 [2] 如[1]之研磨墊，其中上述聚異氰酸酯化合物係藉由聚異氰酸酯成分與多元醇成分之反應所獲得之預聚物。 [3] 如[1]或[2]之研磨墊，其中上述硬化劑包含3,3'-二氯-4,4'-二胺基二苯基甲烷。 [4] 如[1]至[3]中任一項之研磨墊，上述聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物進而包含微小中空球體。 [5] 如[1]至[4]中任一項之研磨墊，上述研磨層由連續1000次之Taber磨耗試驗所得之磨耗質量為99 mg以上。 [6] 一種上述方法，其係如[1]至[5]中任一項之研磨墊之製造方法，其包含成形上述研磨層之步驟。 [7] 一種上述方法，其特徵在於：其係研磨光學材料或半導體材料之表面者，使用如[1]至[5]中任一項之研磨墊。 [8] 一種方法，其使用如[1]至[5]中任一項之研磨墊減少研磨光學材料或半導體材料之表面之際之刮痕。 [發明之效果] 根據本發明，能夠獲得修整性優異之研磨墊。

(作用) 於本發明中，使用2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為81：19～99：1之甲苯二異氰酸酯作為含於聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物之聚異氰酸酯化合物。本發明者等人意料之外發現：藉由將分子內2個異氰酸酯基具有不同反應性之2,4-甲苯二異氰酸酯與分子對稱性較高之2,6-甲苯二異氰酸酯設為特定之重量比，而一面維持於能夠容許拉伸強度等力學性質之範圍，一面獲得Taber磨耗量較高，修整性優異之研磨墊。 (甲苯二異氰酸酯) 於本發明中，聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物中包含甲苯二異氰酸酯，作為甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比，較佳為81：19～99：1，更佳為83：17～97：3，特佳為85：15～95：5。 (研磨墊) 本發明之研磨墊具有包含發泡聚胺基甲酸酯樹脂之研磨層。研磨層配置於直接相接於被研磨材料之位置，研磨墊之其他部分亦可包含用於支持研磨墊之材料，例如，橡膠等富有彈性之材料。根據研磨墊之剛性，能夠將全體研磨墊製成1個研磨層。本發明之研磨墊若除了研磨屑之堆積時被研磨材料難以產生刮痕等缺陷，則形狀與一般的研磨墊沒有較大差異，能夠與一般的研磨墊相同地使用，例如，亦能夠一面使研磨墊旋轉，一面將研磨層壓抵於被研磨材料進行研磨，並且亦能夠一面使被研磨材料旋轉，一面壓抵於研磨層進行研磨。 (研磨墊之製造方法) 本發明之研磨墊能夠藉由通常所知之模鑄成形、板狀成形等製造法而製作。首先，藉由該等製造法形成聚胺基甲酸酯之塊體，藉由將塊體藉由切片等製成片狀，成形自聚胺基甲酸酯樹脂形成之研磨層，貼合於支持體等而製造。或亦能夠於支持體上直接成形研磨層。更具體而言，研磨層於與研磨層之研磨面相反之面側貼附雙面膠帶，切割成特定形狀，成為本發明之研磨墊。對雙面膠帶並無特別限制，於本技術領域中能夠自公知之雙面膠帶中任意選擇使用。又，本發明之研磨墊亦可為僅包含研磨層之單層構造，亦可包含於與研磨層之研磨面相反之面側貼合了其他層(下層、支持層)之複層。研磨層藉由製備包含聚異氰酸酯化合物之聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物，使上述聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物硬化而成形。研磨層包含發泡聚胺基甲酸酯樹脂，發泡能夠使包含微小中空球體之發泡劑分散於聚胺基甲酸酯樹脂中而進行，於該情形時，藉由製備包含聚異氰酸酯化合物、硬化劑及發泡劑之聚胺基甲酸酯樹脂發泡硬化性組合物，使聚胺基甲酸酯樹脂發泡硬化性組合物發泡硬化而成形。聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物亦能夠設為例如混合製備包含聚異氰酸酯化合物之A液與包含除其以外之成分之B液的2液型組合物。包含除其以外之成分之B液亦能夠進一步設為分成複數種液混合3液以上之液而構成之組合物。於此處，聚異氰酸酯化合物係指如本領域中常使用之藉由以下之聚異氰酸酯成分與多元醇成分之反應所製備之預聚物。預聚物包含未反應之異氰酸酯基之本領域中通常使用者亦能夠使用於本發明。 (聚異氰酸酯成分) 如上所述，於本發明中，能夠使用甲苯二異氰酸酯作為聚異氰酸酯成分，併用除其以外之聚異氰酸酯成分。作為能夠與甲苯二異氰酸酯併用之聚異氰酸酯成分，可列舉：例如間苯二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、萘-1,4-二異氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯(MDI)、 4,4'-亞甲基-雙(環己基異氰酸酯)(氫化MDI)、 3,3'-二甲氧基-4,4'-聯苯二異氰酸酯、 3,3'-二甲基二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯、苯二甲基-1,4-二異氰酸酯、 4,4'-二苯基丙烷二異氰酸酯、三亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、伸丙基-1,2-二異氰酸酯、伸丁基-1,2-二異氰酸酯、伸環己基-1,2-二異氰酸酯、伸環己基-1,4-二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、苯二甲基-1,4-二異氰酸酯、次乙基二異氰酸酯等。 (多元醇成分) 作為多元醇成分，可列舉：例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇等二醇；聚四亞甲基二醇(PTMG)、聚乙二醇、聚丙二醇等聚醚多元醇；乙二醇與己二酸之反應物或丁二醇與己二酸之反應物等聚酯多元醇；聚碳酸酯多元醇；聚己內酯多元醇；等。 (硬化劑) 於本發明中，作為硬化劑，例如，能夠例示以下說明之胺系硬化劑。作為聚胺，可列舉：例如二胺，其中，可列舉：乙二胺、伸丙基二胺、己二胺等伸烷基二胺；異佛爾酮二胺、二環己基甲烷-4,4'-二胺等具有脂肪族環之二胺；3,3'-二氯-4,4'-二胺基二苯基甲烷(別名：亞甲雙-鄰氯苯胺)(以下，簡稱為MOCA)等具有芳香族環之二胺；2-羥乙基乙二胺、2-羥乙基伸丙基二胺、二-2-羥乙基乙二胺、二-2-羥乙基伸丙基二胺、2-羥丙基乙二胺、二-2-羥丙基乙二胺等具有羥基之二胺、特別是羥烷基伸烷基二胺；等。又，亦能夠使用3官能之三胺化合物、4官能以上之聚胺化合物。特佳之硬化劑為上述MOCA，該MOCA之化學構造如下所述。 [化1]。 (硬化劑之使用量) 硬化劑整體之量使用與聚異氰酸酯化合物之當量比為0.6～1.2、較佳為0.7～0.9之量。 (微小中空球體) 能夠藉由將微小中空球體混合於聚胺基甲酸酯樹脂而形成發泡體。微小中空球體係指使包括包含熱塑性樹脂之外殼(聚合物殼)及內包於外殼之低沸點烴的未發泡之熱膨脹性微小球狀體熱膨脹者。作為上述聚合物殼，能夠使用：例如丙烯腈-偏二氯乙烯共聚物、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、氯乙烯-乙烯共聚物等熱塑性樹脂。相同地，作為內包於聚合物殼之低沸點烴，能夠使用：例如異丁烷、戊烷、異戊烷、石油醚等。 (其他成分) 其外，亦可將本領域中通常使用之觸媒等添加於聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物。又，亦能夠進而將上述聚異氰酸酯成分添加於聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物，相對於胺基甲酸酯預聚物與聚異氰酸酯成分之合計重量之聚異氰酸酯成分之重量比率較佳為0.1～10重量%，更佳為0.5～8重量%，特佳為1～5重量%。作為進而添加於聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物之聚異氰酸酯成分，能夠不特別限定地使用上述聚異氰酸酯成分，較佳為4,4'-亞甲基-雙(環己基異氰酸酯)(氫化MDI)。 (修整性) 本發明之研磨墊中之研磨層由連續1000次之Taber磨耗試驗所得之磨耗質量較佳為99 mg以上，更佳為120 mg以上。若由連續1000次之Taber磨耗試驗所得之磨耗質量之值小於99 mg，則研磨墊之修整性不足，修整時間增多，研磨效率降低。 (拉伸強度、撕裂強度) 使本發明之聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物硬化所形成之試驗片之拉伸強度(kg/mm² )較佳為1.3～2.3(kg/mm² )，更佳為1.4～2.2(kg/mm² )，特佳為1.5～2.1(kg/mm² )。又，上述試驗片之撕裂強度(kg/mm² )較佳為1.0～2.2(kg/mm² )，更佳為1.1～2.1(kg/mm² )，特佳為1.2～2.0(kg/mm² )。 [實施例] 將本發明藉由以下之例進行實驗的說明，以下之說明並不意味本發明之範圍限定於以下之例進行解釋。 (材料) 列舉以下之例所使用之材料。・胺基甲酸酯預聚物：第1預聚物・・・將包含2,4-甲苯二異氰酸酯100重量%之甲苯二異氰酸酯設為主成分之NCO當量460之胺基甲酸酯預聚物第2預聚物・・・將包含2,4-甲苯二異氰酸酯80重量%、2,6-甲苯二異氰酸酯20重量%之甲苯二異氰酸酯設為主成分之NCO當量460之胺基甲酸酯預聚物・硬化劑： MOCA・・・3,3'-二氯-4,4'-二胺基二苯基甲烷(別名：亞甲雙-鄰氯苯胺) ・微小中空球體之商品名：日本Fillite公司製造 EXPANCEL 551DE40d42 (實施例1) 分別準備以將包含2,4-甲苯二異氰酸酯100重量%之甲苯二異氰酸酯設為主成分之NCO當量460之胺基甲酸酯預聚物(第1預聚物)與將包含2,4-甲苯二異氰酸酯80重量%、2,6-甲苯二異氰酸酯20重量%之甲苯二異氰酸酯設為主成分之NCO當量460之胺基甲酸酯預聚物(第2預聚物)之重量比5：95進行混合者100 g為A成分、準備作為硬化劑之MOCA(NH當量＝133.5)30 g為B成分、準備微小中空球體(EXPANCEL 551DE40d42)1 g為C成分、準備4,4'-亞甲基-雙(環己基異氰酸酯)(氫化MDI)2 g為D成分(追加之成分)。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為81：19。又，相對於A成分之胺基甲酸酯預聚物與D成分之氫化MDI之合計重量的D成分之氫化MDI之重量比率約2重量%。混合A成分與C成分與D成分，分別減壓消泡A成分與C成分與D成分之混合物及B成分之後，將A成分與C成分與D成分之混合物及B成分供給至混合機。將獲得之混合液澆鑄成型於加熱至80℃之模框(200 mm×300 mm之正方形)，加熱硬化1小時之後，自模框抽出形成之樹脂發泡體，其後於120℃固化5小時。將該發泡體切片為1.3 mm厚製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。 (實施例2) 準備以重量比20：80混合第1預聚物與第2預聚物者100 g來代替實施例1之A成分之胺基甲酸酯預聚物。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為84：16。之後，與實施例1相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。 (實施例3) 準備以重量比50：50混合第1預聚物與第2預聚物者100 g來代替實施例1之A成分之胺基甲酸酯預聚物。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為90：10。之後，與實施例1相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。 (實施例4) 準備以重量比80：20混合第1預聚物與第2預聚物者100 g來代替實施例1之A成分之胺基甲酸酯預聚物。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為96：4。之後，與實施例1相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。 (比較例1) 準備第2預聚物100 g來代替實施例1之A成分之胺基甲酸酯預聚物。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為80：20。之後，與實施例1相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。 (實施例5) 除不使用D成分以外，與實施例2相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為84：16。 (實施例6) 除不使用D成分以外，與實施例3相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為90：10。 (實施例7) 除不使用D成分以外，與實施例4相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為96：4。 (實施例8) 準備以重量比95：5混合第1預聚物與第2預聚物者100 g來代替實施例1之A成分之胺基甲酸酯預聚物。又，與實施例1不同，不使用D成分。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為99：1。之後，與實施例1相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。 (比較例2) 除不使用D成分以外，與比較例1相同地製作胺基甲酸酯片，獲得研磨墊。再者，A成分之胺基甲酸酯預聚物中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為80：20。 (試驗方法) (拉伸強度、撕裂強度) 將實施例1～8及比較例1及2之各個胺基甲酸酯片藉由日本工業標準(JIS6550)之拉伸強度之測定切成規定之啞鈴狀，於拉伸速度100 mm/分、試驗溫度20℃按照日本工業標準(JIS6550)測定拉伸強度(kg/mm² )。又，將實施例1～8及比較例1及2之各個胺基甲酸酯片藉由日本工業標準(JIS6550)之撕裂強度之測定切成具有規定之切口之長方形狀，於撕裂速度100 mm/分、試驗溫度20℃按照日本工業標準(JIS6550)測定撕裂強度(kg/mm² )。 (Taber磨耗) 對於實施例1～8及比較例1及2之各個研磨墊，按照遵循日本工業標準(JIS K 6902)之Taber磨耗試驗之方法，使用320粒度號數之砂紙進行測定。以上之結果示於表1及圖1～3。 [表1] 表1 表1，如圖1～3之實施例1～8及比較例1及2所示，關於拉伸強度，隨著甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯之重量比率上升，存在變小之傾向，另一方面，關於撕裂強度，於甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯之重量比率為81：19～99：1之實施例1～8中，可知與除其以外之重量比率之比較例1及2相比顯示大致較低之撕裂強度。又，甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為81：19～99：1之實施例1～8之Taber磨耗量較大地為99 mg以上，可知修整性優異。通常，考慮到拉伸強度與撕裂強度有關聯之物性，可知於使甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯之重量比率變化之情形時，拉伸強度與撕裂強度表示不同之行為。並不束縛於理論表示此類特異的拉伸強度及撕裂強度，從而結果推測出：與先前技術比較，作為研磨墊之修整性之指標之Taber磨耗量變大。

圖1係表示實施例1～8及比較例1及2之拉伸強度(kg/mm² )之圖表。圖2係表示實施例1～8及比較例1及2之撕裂強度(kg/mm² )之圖表。圖3係表示實施例1～8及比較例1及2之Taber磨耗量(mg)之圖表。

Claims

一種研磨墊，其係具有包含聚胺基甲酸酯樹脂之研磨層者，且上述研磨層使包含聚異氰酸酯化合物及硬化劑之聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物硬化而形成，上述聚異氰酸酯化合物包含甲苯二異氰酸酯，上述甲苯二異氰酸酯中之2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之重量比為81：19～99：1。
如請求項1之研磨墊，其中上述聚異氰酸酯化合物係藉由聚異氰酸酯成分與多元醇成分之反應所獲得之預聚物。
如請求項1或2之研磨墊，其中上述硬化劑包含3,3'-二氯-4,4'-二胺基二苯基甲烷。
如請求項1至3中任一項之研磨墊，其中上述聚胺基甲酸酯樹脂硬化性組合物進而包含微小中空球體。
如請求項1至4中任一項之研磨墊，其中上述研磨層由連續1000次之Taber磨耗試驗所得之磨耗質量為99 mg以上。
一種方法，其係如請求項1至5中任一項之研磨墊之製造方法，且其包含成形上述研磨層之步驟。
一種方法，其特徵在於：其係研磨光學材料或半導體材料之表面者，且使用如請求項1至5中任一項之研磨墊。
一種方法，其使用如請求項1至5中任一項之研磨墊減少研磨光學材料或半導體材料之表面時之刮痕。