JP6273139B2

JP6273139B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP6273139B2
Application number: JP2013265097A
Authority: JP
Inventors: 谷　泰弘; 泰弘谷; 信幸野村
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP2015120220A

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とを相対的に移動させて前記工作物の表面および端面を高精度に研磨するために用いられる多孔質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ため、一般的には高分子材料で作られた多孔質の研磨パッドが広く用いられている。

前述の多孔質研磨パッドは弾力性を有しており、その表面に露出している微細な気孔が形成するくぼみに研磨スラリーを保持する。現在使用されている研磨パッドは、研磨スラリー保持と研磨面確保とを両立させるため、気泡径０．５〜３．０ｍｍ、空隙率５０〜６０％としたものが主流であり、またその大半は研磨スラリーの流動性および研磨により生じた微粉の除去性を高めるための溝を有している（例えば、特許文献１参照）。また、これらの研磨パッドにおいて、固形微粒子からなる研磨剤を混入したものもごく普通に使用されている。

特開２００５−１７７９４５号公報

前述の多孔質研磨パッドは合成樹脂の基材に発泡剤および所望により研磨材を混入して注型法により多孔質のブロックを形成し、このブロックより所定厚さの薄板を切り出すことによって作られ、切出しの際に一部の気泡が切断されてくぼみを形成する。

しかしながら、研磨加工において研磨パッドと工作物とを相対的に移動させることによりスラリーが加工域から排出され研磨特性を低下させる。

本発明は、多孔質研磨パッド上のスラリーの保持を効果的に作用させることにより研磨に寄与する研磨剤（砥粒）を増やし研磨特性を向上させ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である多孔質研磨パッドは多孔質体により形成されて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前記工作物を研磨する多孔質研磨パッドであって、前記多孔質体において気孔を形成する発泡体が疎水性で基材とする樹脂よりも接触角が大きい樹脂で形成した殻壁を有するとともに発泡剤を内包した微小カプセル、または高分子材料で作られた殻壁に疎水性の発泡剤を内包した微小カプセルからなり、樹脂からなる基材に発泡体を混入して型に入れ、前記型を加熱して基材を硬化させるとともに前記基材の硬化反応熱で前記発泡体中の前記発泡剤を目的の倍率まで膨張したガスが前記殻壁を破って形成した気孔の壁に前記破られた殻壁または発泡剤が前記気孔の内部に付着残存して気孔に残っている疎水性に優れた殻または発泡剤により、気孔に入り込むスラリーの研磨圧力による排出作用が向上し研磨特性を大きく向上させることを特徴とする。

請求項２に記載の多孔質研磨パッドは、前記多孔質体が親水性樹脂または親水性繊維を含有していることを特徴とする。

請求項３に記載の多孔質研磨パッドは、含有する親水性樹脂または親水性繊維がエポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、綿、羊毛、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択されることを特徴とする。

請求項４に記載の多孔質研磨パッドは、含有する親水性繊維の線径が５〜５００μｍ（好ましくは１０〜１００μｍ）、アスペクト比が３０〜３００、含有率が体積％で１〜３０％（好ましくは５〜２０％）であることを特徴とする。

請求項５に記載の多孔質研磨パッドは、Ｄ硬度が１５〜６５°（好ましくは２０〜５０°）であることを特徴とする。

請求項６に記載の多孔質研磨パッドは、形成する樹脂がエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂とウレタン樹脂との混合物でガラス転移点が０〜１００℃（好ましくは２０〜６０℃）であることを特徴とする。

請求項７に記載の多孔質研磨パッドは、気孔率が５〜７０％であり形成された気孔径が５〜５００μｍ（好ましくは１０〜２００μｍ）であることを特徴とする。

請求項８に記載の研磨パッドは基材に直径０．５〜５００μｍ程度の砥粒が１〜３０％配合されていることを特徴とする。

請求項９に記載の研磨パッドは基材の表面に格子状の溝が形成されていることを特徴とする。

親水性樹脂または親水性繊維を含有させた本発明である多孔質研磨パッドは、現在市販されているウレタンパッドに比較して、研磨パッドの表面に露出されている親水性樹脂または親水性繊維により、研磨パッド上のスラリーの保持を効果的に作用させることにより研磨に寄与する研磨剤（砥粒）を増やし研磨特性が大きく向上する。

また、本発明において、疎水性に優れた高分子材料で殻壁を形成、または発泡剤として疎水性を有する物質で形成した気孔を有する多孔質研磨パッドは、気孔に残っている疎水性に優れた殻または発泡剤により、気孔に入り込むスラリーを研磨圧力による排出作用が向上し、スラリーが気孔内に滞留し続けることがなく研磨に寄与することが可能となる為に、研磨特性が大きく向上する。

さらに、本発明によれば、含有する親水性の樹脂のガラス転位点が０〜１００℃の範囲にあることで、研磨パッド上のスラリーの保持力が高く研磨に寄与する研磨剤（砥粒）を増やし研磨特性が大きく向上する。

本発明の好ましい実施の形態を示す斜視図本発明の多孔質研磨パッドによる動的粘弾性の比較図本発明の実施形態に係る多孔質研磨パッドの光学顕微鏡像本発明の多孔質研磨パッドによる滑落角の比較図本発明の実施形態に係る概略断面図本発明の研磨パッドによる研磨能率の比較図本発明の研磨パッドによる研磨表面の粗さの比較図

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研磨パッドの本発明の好ましい実施の形態を示すものであり、符号１は親水性樹脂または親水性繊維を含有した多孔質研磨パッド、符号２は薄形円柱形の多孔質体である基材、符号３は多孔質体２に形成された直径が０.００１〜３ｍｍの気孔である。

更に詳しく説明すると、本実施の形態は、例えば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、室温で二次乾燥して製造する。その後、所定厚にスライスして薄いシ−ト状の製品にする。尚、多孔質研磨パッドの作製方法はこれに限定されるものではなく、従来公知の種々の方法を用いることができる。

また、多孔質研磨パッドの基材をエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂とウレタン樹脂との混合物で作製した場合、砥粒の保持力を高めるため、ガラス転移点が０〜１００℃（好ましくは２０〜６０℃）であることが好適である。図２に動的粘弾性の比較図を示す。

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株式会社製、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、疎水性の高分子で殻壁を形成するとともにガスを発生させる発泡剤を内包させた発泡体または疎水性の高い性質を有する発泡剤を添加した。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３に作製した多孔質研磨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に作製した多孔質研磨パッドのスラリーの滑落角の比較図を示す。作製したエポキシ樹脂の多孔質研磨パッドとウレタン樹脂の多孔質研磨パッドに液量６０μLの研磨スラリーを滴下し滑落角を測定した。ウレタン樹脂は５０°でスラリーが滑落するのに対しエポキシ樹脂は７０°以上傾斜をつけてもスラリーが滑落せず砥粒の保持力が高いことがわかる。

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９０ｒｐｍ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ＳＨＯＲＯＸＡ−１０)を用い、純水中に分散させた。図５に研磨中の砥粒と研磨パッドの状態図を示す。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(ＺｙｇｏＮｅｗＶｉｅｗ７３００)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。

その結果、図６に研磨パッドと研磨能率の関係を示す。また図７に研磨パッドと表面粗さの関係を示す。親水性樹脂または親水性繊維を含有させた多孔質研磨パッドは、現在市販されているウレタンパッドに比較して、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優れた到達面粗さを得ることができ、更には短時間で到達面粗さに達していることから加工時間を短縮することができる。

これは本発明研磨パッドが、研磨パッドの表面に露出されている親水性樹脂または親水性繊維により、研磨パッド上のスラリーの保持を効果的に作用させることにより研磨に寄与する研磨剤（砥粒）を増やし研磨特性を大きく向上させた結果である。

１研磨パッド（基材）、２多孔質体、３気孔

Claims

多孔質体により形成されて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前記工作物を研磨する多孔質研磨パッドであって、前記多孔質体において気孔を形成する発泡体が疎水性で基材とする樹脂よりも接触角が大きい樹脂で形成した殻壁を有するとともに発泡剤を内包した微小カプセル、または高分子材料で作られた殻壁に疎水性の発泡剤を内包した微小カプセルからなり、樹脂からなる基材に発泡体を混入して型に入れ、前記型を加熱して基材を硬化させるとともに前記基材の硬化反応熱で前記発泡体中の前記発泡剤を目的の倍率まで膨張したガスが前記殻壁を破って形成した気孔の壁に前記破られた殻壁または発泡剤が前記気孔の内部に付着残存して気孔に残っている疎水性に優れた殻または発泡剤により、気孔に入り込むスラリーの研磨圧力による排出作用が向上し研磨特性を大きく向上させることを特徴とする多孔質研磨パッド。
前記多孔質体が親水性樹脂または親水性繊維を含有していることを特徴とする請求項１記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体に含有される親水性樹脂または親水性繊維がエポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、綿、羊毛、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、およびそれらの混合物およびブレンドからなる群から選択される請求項２に記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体に含有される親水性繊維であり線径が５〜５００μｍ、アスペクト比が３０〜３００、含有率が体積％で１〜３０％であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体のＤ硬度が１５〜６５°であることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体の基材がエポキシ樹脂またはエポキシ樹脂とウレタン樹脂との混合物でガラス転移点が０〜１００℃であることを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体の気孔率が５〜７０％であり形成された気孔径が５〜５００μｍであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６に記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体に直径０．５〜５００μｍ程度の砥粒が１〜３０％配合されている事を特徴とする請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の多孔質研磨パッド。
前記多孔質体の表面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１，２，３，４，５，６，７または８に記載の多孔質研磨パッド。