JP5766943B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は、工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物を相対的に移動させて工作物を高精度に研磨する研磨パッドであり、現在使用されている研磨パッドよりも格段に優れた研磨能率を向上させることができる研磨パッドに関するものである。

従来、ディスプレイ用の液晶硝子、板硝子、光学用のレンズプリズム、更には、半導体のウエハーのような工作物の表面および端面はきわめて高度な平滑度および平坦度が求められることから高精度の研磨仕上げが要求されるとともに 高い研磨能率による研磨時間の短縮化も要求される。

そこで、例えば粒径が０．５〜２．０μｍ程度の研磨材を含有するスラリーを工作物との間に供給しながら前記工作物とを相対的に移動させて工作物を研磨する研磨パッドによる研磨方法が知られている。

そして、研磨パッドに含有される研磨材の粒径を同じ範囲の径とすることにより、研磨スラリーによる研磨と研磨パッドによる研磨レートの差をなくし、加工面の平坦度を向上させる手段が特開２００７−２５０１６６号公報に提示されている。

しかしながら、前述の如く高度な平滑度および平坦度が求められる工作部の表面を研磨するには前述の如く粒径が０．５〜２．０μｍ程度の研磨スラリ−を流して、発泡ウレタン樹脂又は二層の一方が発泡ウレタン樹脂のスエ−ド等の研磨パッドを用いての研磨方法が主流であるが、この様に何れも用いられている研磨パッドの基材に大きな違いがない事から、研磨パッドの特性により多少の研磨能率の差は出るものの研磨能率自体には大差がなく、発泡ウレタン樹脂により形成される基材を用いていることからそれ以上大きく研磨能率を向上させることには限界がある。

また、例えば特開２００５−１７７９４５号公報に提示されているように、研磨パッドの研磨領域表面に一定の溝を形成して研磨スラリーの流れを良くする事により研磨能率を向上させる研磨パッドが提示されている。

ところが、前記溝を有する研磨パッドは溝の形状が工作物に転写してうねりを生じさせる、という問題がある。

特開２００７−２５０１６６号公報 特開２００５−１７７９４５号公報

本発明は、前記従来のウレタン研磨パッドが有している問題点を解決するためになされたものであり、きわめて高度な平滑度および平坦度が求められる高精度の研磨仕上げを行うことはいうまでもなく、従来の研磨パッドよりも格段に優れた研磨能率を向上させることを可能にする研磨パッドを提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物を相対的に移動させて工作物を研磨する研磨パッドであって、基材がＡ硬度６０〜１００（１８〜６５Ｄ硬度）の気泡径が０.０１〜３ｍｍ（１０〜３０００μｍ）で気孔率が５〜７０％であるエポキシ発泡樹脂の単層で形成されていることを特徴とする。硬度を６０〜１００°の範囲としたのは、硬度が６０°以下では形状精度が悪化し、硬度が１００°以上では摩耗が多くなるためである。

また、本発明において、用いられる研磨パッド基材はスラリー添加時の動的 摩擦係数が大きいエポキシ樹脂基材を用いることによりスラリ−の保持力を高め研磨能率を向上させることができる。

本発明の研磨パッドは、現在市販されている研磨パッドとしては優れているといわれているウレタン研磨パッドに比較してスラリー添加時の動的摩擦係数が大きく砥粒の保持力が高くなる為に、工作物と砥粒の相対速度が高まる事で研磨能率が大きく向上する。

本発明の好ましい実施の形態を示す斜視図。 本発明の実施例である研磨パッドの外観を示す写真。 本発明の実施例である研磨パッドの表面についての光学顕微鏡写真。 本発明の実施例についての発泡剤・発泡助剤添加量とパッド硬度との関係図。 本発明の実施例と市販のウレタン樹脂を基材とする研磨パッドについての動的摩擦係数を示す関係図。 本発明の実施例と市販ウレタン樹脂を基材とする研磨パッドの滞留性の関係図。 本発明の実施例における発泡剤・発泡助剤添加量と研磨能率との関係図。

次に本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は回転式の研磨台に取り付けられる本発明である研磨パッドの好ましい実施の形態を示すものであり、研磨パッド１は発泡させたエポキシ樹脂によって形成された薄形円柱形の基材２により形成され、少なくとも表面に直径が０.０１〜３ｍｍの気孔３が形成さ
れている。

本実施の形態は、基材として熱硬化性エポキシ樹脂と、発泡剤との混合物に、硬化剤を加え金型内で発泡させて硬化させた後、離型し、室温で二次乾燥し、その後、所定厚にスライスして薄いシ−ト状の製品にする。

一例を更に詳しく説明すると、１２０℃で予熱して粘度を低下させたエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製、ＪＥＲ８３４）７０.０ｇに対して、硬化剤（ジャパ
ンエポキシレジン、ＪＥＲキュアＦＬ０５２）を３８.５ｇ添加した。また研磨パッドに
気孔を形成する為に、発泡剤（永和化成 セルラ−Ｄ）及び発泡助剤（永和化成製、セルベ−スト Ｍ３）を添加した。発泡剤及び発泡助剤は同量添加し、添加量は２．５〜４.
１ｇの範囲で変化させた。これらの材料を混合した後、攪拌を行い金型に注型した。その後、加熱を行い樹脂での硬化と発泡を行った。加熱温度（１１６℃）以上の１２０℃で４５分間保持した。図２に製作した研磨パッド（外径２１０ｍｍ）の外観図を示す。又図３にパッド表面の光学顕微鏡像を示す。発泡剤を添加する事により研磨パッド表面に多数の
気孔が形成されていることがわかる。図４に発泡剤及び発泡助剤の添加量と製作した研磨パッドの硬度（ＪＩＳ−Ａ）の関係を示した。

次に砥粒の保持力に関する指標として研磨パッドの動的摩擦係数をトライボ試験機により評価を行った。評価は乾式状態及びスラリー添加時において行った。図５に市販ウレタン樹脂研磨パッドと本発明エポキシ樹脂研磨パッドの動的摩擦係数測定結果を示す。乾式状態においてはウレタン樹脂研磨パッドに比較してエポキシ樹脂研磨パッドは半分程度の低い摩擦係数を示した。しかし、酸化セリウムを３ｗｔ％純水に分散させたスラリーを添加して測定を行ったところ、ウレタン樹脂研磨パッドの場合は少し摩擦係数が増加した程度であったのに対して、エポキシ樹脂研磨パッドの場合は大きく増加して０．６を超える高い摩擦係数を示した。

次にスラリーの滞留性に関して確認を行うため、酸化セリウムを３ｗｔ％純水に分散させたスラリーを６０μL滴下した研磨パッドを傾斜させてスラリーの流動の様子を観察し
た。傾斜角２５度ではスラリーは流れ落ちず、研磨パッド上にとどまっていたが、ウレタン樹脂研磨パッドの場合は液滴が下に大きくせり出した状態となった。傾斜角を３０度にしたところ、ウレタン樹脂研磨パッド上の液滴は滑落してしまったが、エポキシ樹脂研磨パッド上の液滴は傾斜角を５５度にしても全く落ちずスラリーの滞留性が非常に高い事が確認された。図６にウレタン樹脂研磨パッド及びエポキシ樹脂研磨パッドと滞留性の関係を示した。

次に、前記得られた研磨パッドと酸化セリウム砥粒を用いてガラスの研磨実験を行った。表１に研磨実験条件を示す。製作した研磨パッドは表面に凹凸が存在するために、研磨機上において切削(フェイシング)を行った。

工作物にはソ−ダガラスを用い、研磨圧力は２０ＫＰａ，研磨パッド及び工作物の回転速度は６０ｒｐｍとした。また砥粒には平均粒径が１.２μmの酸化セリウム(昭和電工製SHOROX Ａ−１０)を用い、純水中に分散させた。比較の為に市販されている酸化セリウム
配合発泡ウレタン研磨パッド(九重電気製ＫＡＰ６６Ａ)を用い、同様な条件で研磨実験を
行った。

研磨加工後表面粗さは白色式干渉顕微鏡(ＺｙｇｏＮｅｗＶｉｅｗ５０３２)により評価し、研磨能率は研磨前後の工作物の質量差により評価した。図７に研磨パッド作製時における発泡剤及び発泡助剤の添加量と研磨能率及び加工後工作物表面粗さの関係を示す。

発泡剤及び発泡助剤の添加量が３.９ｇまでは添加量の増加に伴い、研磨能率が向上し
ている。４.０ｇ以上添加した研磨パッドは気孔率が大きい為、パッドが脆く研磨能率が
低下した。添加量が３.９ｇであり市販パッドと同程度の硬度７８を有する研磨パッドが
最大の研磨能率を示しており、市販のウレタン研磨パッドと比較して約２倍の研磨能率が得られた。また加工後工作物の表面粗さは市販ウレタン研磨パッドと比較しても遜色なく、粗さを維持しながら高い研磨能率を有することが確認できた。

これは本発明である基材にエポキシ樹脂を用いた研磨パッドが市販の基材にウレタン樹脂を用いた研磨パッドよりもスラリー添加時の動的摩擦係数が大きく砥粒の保持力が高くなり、工作物と砥粒の相対速度が高まる事で研磨能率が高くなり、研磨能率を高める効果があると得られた結果である。

これらのことから、従来有効といわれていたウレタン樹脂を基材に用いた研磨パッド（スエ−ド含む）及び溝を形成したウレタン樹脂を基材に用いた研磨パッドに比べて本発明のエポキシ樹脂の基材を用いた研磨パッドが研磨能率の向上に関して有効であることが確認される。

１ 研磨パッド全体、２ 熱硬化性エポキシ樹脂基材、３ 気泡

Claims (3)

1. 工作物との間に研磨材を含有するスラリーを供給しながら前記工作物を相対的に移動させて工作物を研磨する研磨パッドであって、基材がＡ硬度６０〜１００（１８〜６５Ｄ硬度）の気泡径が０.０１〜３ｍｍ（１０〜３０００μｍ）で気孔率が５〜７０％であるエポキシ発泡樹脂の単層で形成されていることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記基材に直径０．５〜５００μｍの砥粒が１〜３０％配合されていることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記基材の研磨面全域に格子状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の研磨パッド。