JP2015006729A - Polishing pad - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は研磨パッドに係り、特に、湿式成膜法により形成されたウレタン樹脂製の発泡シートを備えた研磨パッドに関する。 The present invention relates to a polishing pad, and more particularly, to a polishing pad provided with a urethane resin foam sheet formed by a wet film forming method.
従来、レンズ、平行平面板、反射ミラー等の光学材料、ハードディスク用アルミニウム基板、半導体デバイス用シリコンウエハ、液晶ディスプレイ用ガラス基板等、高精度に平坦性が要求される材料(被研磨物)では、研磨パッドを使用した研磨加工が行われている。半導体デバイスでは、半導体回路の高密度化を目的とした微細化や多層配線化が進み、シリコンウエハを一層高度に平坦化する技術が重要となっている。液晶ディスプレイでも、大型化に伴い、ガラス基板のより高度な平坦性が求められている。 Conventionally, in materials that are required to have flatness with high accuracy, such as optical materials such as lenses, parallel flat plates, and reflective mirrors, aluminum substrates for hard disks, silicon wafers for semiconductor devices, and glass substrates for liquid crystal displays, Polishing using a polishing pad is performed. In semiconductor devices, miniaturization and multilayer wiring for the purpose of increasing the density of semiconductor circuits have progressed, and techniques for flattening silicon wafers have become important. Even in the liquid crystal display, higher flatness of the glass substrate is required as the size increases.
一般に、仕上げ研磨加工用研磨パッドには、湿式成膜法で形成されたウレタン樹脂製の発泡シートが使用されている。湿式成膜法では、ウレタン樹脂を水混和性の有機溶媒に溶解させた樹脂溶液をシート状の成膜基材に塗布後、水系凝固液中に浸漬することで樹脂がシート状に凝固再生される。得られた発泡シートでは、内部にウレタン樹脂の凝固再生に伴う多数の発泡が形成されている。すなわち、被研磨物を研磨加工するための研磨面側に微多孔が形成された表面層(スキン層)を有し、表面層より内側に発泡が連続状に形成されている。このような発泡シートでは、内部に形成される発泡の大きさのバラツキや発泡形成の偏りが生じると、発泡シートの弾性等の物性が安定せず被研磨物の高度な平坦性を得ることが難しくなる。発泡形成を安定化させるために、骨材として作用するカーボンブラック等の添加剤が樹脂溶液に配合されることがある。 In general, a foamed sheet made of urethane resin formed by a wet film forming method is used for a polishing pad for finish polishing. In the wet film-forming method, a resin solution in which a urethane resin is dissolved in a water-miscible organic solvent is applied to a sheet-shaped film-forming substrate, and then immersed in an aqueous coagulation solution to resolidify and regenerate the resin into a sheet. The In the obtained foamed sheet, a large number of foams are formed in the interior due to the solidification regeneration of the urethane resin. That is, it has a surface layer (skin layer) in which micropores are formed on the polishing surface side for polishing the object to be polished, and foam is continuously formed inside the surface layer. In such a foam sheet, when the foam size variation formed inside or uneven foam formation occurs, physical properties such as elasticity of the foam sheet are not stable, and high flatness of the workpiece can be obtained. It becomes difficult. In order to stabilize foam formation, an additive such as carbon black that acts as an aggregate may be added to the resin solution.
一方、湿式成膜法で形成された発泡シートを用いた研磨パッドでは、その物理的強度を補強し、取り扱いを容易にするため、成膜基材に代えて剛性支持体上に直接発泡シートを形成することがある。ところが、発泡シートは、剛性支持体との結合力が弱く、剥離してしまう。これは、本来粘着性を有するウレタン樹脂に、発泡形状を安定化させるためにカーボンブラック等が配合されていることが原因と考えられている。すなわち、カーボンブラックでは、表面にカルボキシル基、フェノール基、カルボニル基、キノン基などの活性な酸素含有基が存在することが知られており、この活性な酸素含有基がウレタン樹脂と相互作用し、またウレタン樹脂のウレタン基同士の凝集力が強くなるため、ウレタン樹脂の剛性支持体に対する結合力を低下させることとなる。 On the other hand, in a polishing pad using a foamed sheet formed by a wet film forming method, in order to reinforce its physical strength and facilitate handling, a foamed sheet is directly placed on a rigid support instead of a film forming substrate. May form. However, the foam sheet has a weak bonding force with the rigid support and peels off. This is considered to be caused by the fact that carbon black or the like is blended in the urethane resin that is inherently adhesive in order to stabilize the foamed shape. That is, in carbon black, it is known that there are active oxygen-containing groups such as carboxyl group, phenol group, carbonyl group, quinone group on the surface, and this active oxygen-containing group interacts with urethane resin, Moreover, since the cohesion force between the urethane groups of the urethane resin is increased, the bonding force of the urethane resin to the rigid support is reduced.
発泡シートが剛性支持体から剥離することを抑制するため、成膜基材上で作製した発泡シートを強制的に成膜基材から剥がして、剛性支持体に接着剤で貼り付け直していた。この場合、発泡シートは接着剤を介して剛性支持体に積層されているので、その用いた接着剤の塗布厚みのバラツキや、平坦性の欠如によってウエハの研磨精度を向上させることが難しい、という欠点が生じる。これに対して、ウレタン樹脂溶液中にカーボンブラックと共に、ビニル重合体を配合することで、厚み精度の優れた剛性支持体(例としてポリエチレンテレフタレートがある。)に直接結合させた発泡シートを作製する技術が開示されている(特許文献1参照)。この技術では、発泡シートを成膜基材から剥離して別の剛性支持体に接着し直す必要がなく、またカーボンブラックとビニル重合体とが相互作用することでカーボンブラック表面の活性基が消費され、ウレタン基がカーボンブラック表面の活性基と相互作用せず、またビニル基によりウレタン基の凝集力が弱められる。このため、剛性支持体のポリエチレンテレフタレート表面のエステル基とファンデルワールス力が水素結合によって結合するウレタン基の数が増大し、発泡シートと剛性支持体との間に強固な結合力が得られる。また、ウレタン樹脂にカーボンブラックを配合することに加えて、ビニル重合体を配合することで、シリコンウエハの表面親水化(濡れ性)を図る技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In order to prevent the foamed sheet from peeling from the rigid support, the foamed sheet produced on the film-forming substrate was forcibly peeled off from the film-forming substrate and reattached to the rigid support with an adhesive. In this case, since the foam sheet is laminated on the rigid support through the adhesive, it is difficult to improve the polishing accuracy of the wafer due to variations in the application thickness of the adhesive used and lack of flatness. Disadvantages arise. On the other hand, a foamed sheet directly bonded to a rigid support having excellent thickness accuracy (for example, polyethylene terephthalate) is prepared by blending a vinyl polymer together with carbon black in a urethane resin solution. A technique is disclosed (see Patent Document 1). With this technology, it is not necessary to peel the foam sheet from the film-forming substrate and re-adhere it to another rigid support, and the active groups on the surface of the carbon black are consumed by the interaction between the carbon black and the vinyl polymer. The urethane group does not interact with the active group on the surface of the carbon black, and the cohesive force of the urethane group is weakened by the vinyl group. For this reason, the number of urethane groups in which the ester groups and van der Waals forces on the polyethylene terephthalate surface of the rigid support are bonded by hydrogen bonding increases, and a strong bonding force is obtained between the foamed sheet and the rigid support. Moreover, in addition to blending carbon black with urethane resin, a technique for hydrophilizing (wetting) the surface of a silicon wafer by blending a vinyl polymer is disclosed (for example, see Patent Document 2). .
しかしながら、特許文献1の技術では、発泡シートと剛性支持体との剥離を抑制することができるものの、ウレタン樹脂に配合するカーボンブラックの分散状態や含有量については制限されていない。このため、湿式成膜時の樹脂溶液中で、カーボンブラックの大きな凝集体が多量に形成され、発泡シート内に偏在するため、研磨性能に影響を及ぼす。すなわち、カーボンブラックでは、上述したように表面に活性基を有することで粒子の凝集体を形成しやすいため、カーボンブラック粒子が数個から数十個融着した一次凝集体(アグリゲート)を形成しているばかりでなく、一次凝集体がさらに凝集した二次凝集体(アグロメレート)を形成することがある。これらの凝集体は、樹脂溶液中で分散不良を起こすと数十μm以上の大きさとなる。二次凝集体は通常、数十〜数百μmの大きさであり、このような二次凝集体が発泡シートに多量に含有された状態では、発泡の大きさのバラツキや発泡形成の偏りが生じるおそれがあり、安定した研磨加工を行うことが難しく研磨効率を低下させる。また、研磨加工時に発泡シートの摩耗に伴い研磨面にカーボンブラックの二次凝集体が露出することとなる。このため、被研磨物の表面にスクラッチ等の欠点を生じさせることとなり、高精度な平坦化が難しくなる。また、特許文献2の技術では、被研磨物の表面親水化を図ることができるものの、カーボンブラックを配合することで特許文献1と同様に、被研磨物の平坦性向上が難しくなる。
However, although the technique of Patent Document 1 can suppress the peeling between the foam sheet and the rigid support, the dispersion state and content of carbon black to be blended in the urethane resin are not limited. For this reason, large agglomerates of carbon black are formed in a large amount in the resin solution at the time of wet film formation and are unevenly distributed in the foamed sheet, thus affecting the polishing performance. In other words, since carbon black has an active group on the surface as described above and easily forms particle aggregates, primary aggregates (aggregates) in which several to several tens of carbon black particles are fused are formed. In addition, secondary aggregates (agglomerates) in which primary aggregates further aggregate may be formed. These aggregates have a size of several tens of micrometers or more when poor dispersion occurs in the resin solution. The secondary aggregate is usually several tens to several hundreds of μm in size, and when such a secondary aggregate is contained in a large amount in the foamed sheet, there is a variation in the size of foaming and uneven foam formation. There is a possibility that it may occur, and it is difficult to carry out stable polishing, and the polishing efficiency is lowered. Further, the secondary aggregate of carbon black is exposed on the polished surface as the foam sheet is worn during polishing. For this reason, defects such as scratches are caused on the surface of the object to be polished, and it is difficult to achieve high-precision flattening. Moreover, although the technique of
本発明は上記事案に鑑み、発泡形状を安定化させ被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨パッドを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a polishing pad that can stabilize the foamed shape and improve the flatness of an object to be polished.
上記課題を解決するために、本発明は、湿式成膜法により形成されたウレタン樹脂製の発泡シートを備えた研磨パッドにおいて、前記発泡シートには、被研磨物を研磨加工するための研磨面側にスキン層が形成されているとともに、非晶質炭素の粒子で形成された凝集体が該発泡シートに対し2重量%〜10重量%の範囲の割合で含有されており、前記凝集体は、前記発泡シート内で略均一に分散されており、仕上げ研磨加工に使用されるものであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a polishing pad provided with a urethane resin foam sheet formed by a wet film forming method, and the foam sheet has a polishing surface for polishing an object to be polished. A skin layer is formed on the side, and an aggregate formed of amorphous carbon particles is contained in a ratio in the range of 2 wt% to 10 wt% with respect to the foamed sheet. In the foamed sheet, the foamed sheet is substantially uniformly dispersed and used for finish polishing.
本発明では、ウレタン樹脂製の発泡シートに、非晶質炭素の粒子で形成された凝集体が略均一に分散された状態で含有されているので、凝集体の含有量を該発泡シートに対し2重量%〜10重量%の範囲に制限しても、凝集体が発泡構造を強化させる骨材として作用することで、発泡形状を安定化させることができ、凝集体の含有量を2重量%〜10重量%の範囲に制限することで研磨加工時のスクラッチの抑制効果を高めると共に、研磨面側に形成されているスキン層の表面が平坦なため、仕上げ研磨加工で被研磨物の平坦性を向上させることができる。 In the present invention, the foamed sheet made of urethane resin contains aggregates formed of amorphous carbon particles in a substantially uniformly dispersed state. Therefore, the content of aggregates is set to the foamed sheet. Even when the content is limited to the range of 2% by weight to 10% by weight, the aggregate can act as an aggregate that reinforces the foam structure, so that the foam shape can be stabilized, and the content of the aggregate is 2% by weight. By limiting to the range of -10% by weight, the effect of suppressing scratches during polishing is enhanced, and the surface of the skin layer formed on the polishing surface side is flat. Can be improved.
この場合において、非晶質炭素をカーボンブラックとしてもよい。また、カーボンブラックを少なくともチャネルブラック、ファーネスブラック及びアセチレンブラックから選択される1種としてもよい。また、凝集体をカーボンブラックの粒子が融着して形成された一次凝集体が凝集して形成されたものとし、ウレタン樹脂と凝集体とを含む湿式成膜用の混合液でのグラインドゲージ分布図法による凝集体の分散状態を3.0μm以下としてもよい。 In this case, the amorphous carbon may be carbon black. Carbon black may be at least one selected from channel black, furnace black, and acetylene black. In addition, the aggregate is formed by agglomeration of primary aggregates formed by fusing carbon black particles, and the distribution of grind gauges in a wet film mixture containing urethane resin and aggregates It is good also considering the dispersion state of the aggregate by a projection method as 3.0 micrometers or less.
本発明によれば、ウレタン樹脂製の発泡シートに、非晶質炭素の粒子で形成された凝集体が略均一に分散された状態で含有されているので、凝集体の含有量を該発泡シートに対し2重量%〜10重量%の範囲に制限しても、凝集体が発泡構造を強化させる骨材として作用することで、発泡形状を安定化させることができ、凝集体の含有量を2重量%〜10重量%の範囲に制限することで研磨加工時のスクラッチの抑制効果を高めると共に、研磨面側に形成されているスキン層の表面が平坦なため、仕上げ研磨加工で被研磨物の平坦性を向上させることができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, the foamed sheet made of urethane resin contains aggregates formed of amorphous carbon particles in a substantially uniformly dispersed state. However, even when the content is limited to the range of 2% to 10% by weight, the aggregate can act as an aggregate that reinforces the foam structure, so that the foam shape can be stabilized, and the content of the aggregate is 2 By limiting to the range of 10% by weight to 10% by weight, the effect of suppressing scratches during polishing is enhanced, and the surface of the skin layer formed on the polishing surface side is flat. The effect that the flatness can be improved can be obtained.
以下、図面を参照にして、本発明を適用した研磨パッドの実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a polishing pad to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(研磨パッド)
図1に示すように、本実施形態の研磨パッド10は、ウレタン樹脂で形成された発泡シート2を備えている。発泡シート2は、略平坦な研磨面Pを有している。
(Polishing pad)
As shown in FIG. 1, the
発泡シート2には、研磨面P側に、図示しない緻密な微多孔が形成されておりミクロな平坦性を有するスキン層4が形成されている。スキン層4より内側(ウレタン樹脂内)には、発泡シート2の厚さ方向に沿って丸みを帯びた断面三角状の発泡3が形成されている。発泡3は、研磨面P側の大きさが、研磨面Pと反対の面側より小さく形成されている。発泡3の間のウレタン樹脂中には、スキン層4に形成された微多孔より大きく発泡3より小さい図示を省略した発泡が形成されている。発泡3および図示を省略した発泡は、スキン層4に形成された微多孔の直径より大きい不図示の連通孔で網目状につながっている。すなわち、発泡シート2は、湿式成膜法により形成された連続状の発泡構造を有している。また、発泡シート2には非晶質炭素のカーボンブラック粒子で形成された凝集体5が含有されている。凝集体5は、発泡シート2に2重量%〜10重量%の範囲の割合で含有されており、発泡シート2内で略均一に分散されている。
On the
ここでカーボンブラックの凝集体5について説明する。図2に示すように、カーボンブラックでは球状のカーボンブラック粒子が複数融着した複雑な構造を有しており、本例では、この粒子が融着してつながったもの(一次凝集体)をストラクチャー9と呼称する。これは、カーボンブラック粒子の表面に水酸基やカルボキシル基等の活性な官能基が存在しており、これらの官能基同士の相互作用が働くためである。ストラクチャー9は、通常、カーボンブラック粒子の数個から数十個が融着しており、数十〜数百nmの大きさである。ストラクチャー9が凝集して凝集体5(二次凝集体)が形成されている。
Here, the carbon
ストラクチャー9の大きさは日本工業規格(JISK6217−4、ゴム用カーボンブラック−基本特性−第4章:オイル吸収量の求め方(圧縮試料を含む))のオイル吸収量で間接的に表される。ストラクチャー9では、空隙率と大きさとが正の相関を示す。すなわち、ストラクチャー9を構成するカーボンブラック粒子の数が多くなるほど粒子間の空隙が増大するため、ストラクチャー9の空隙に吸収されるオイルの量(オイル吸収量)も増加する。オイル吸収量の測定にはアブソープトメータが用いられ、オイルにはフタル酸ジブチル(以下、DBPと略記する。)やパラフィンオイルが使用される。本例では、DBPを用いて測定したDBP吸収量でストラクチャー9の大きさが表されている。
The size of the
ストラクチャー9が凝集した凝集体5は発泡シート2内で略均一に分散されているが、これは準備工程(詳細後述)で準備する凝集体分散液とウレタン樹脂溶液との混合液における凝集体5の分散状態で定められる。換言すれば、ストラクチャー9の凝集を抑制することで凝集体5の分散状態を良化することができる。この分散状態は、日本工業規格(JIS K5600−2−5、塗料一般試験方法−第2部:塗料の性状・安定性−第5節:分散度)のグラインドゲージ分布図法により長さの単位(例えば、μm)で表すことができる。グラインドゲージ分布図法では、長手方向に一端から深さゼロの他端まで均一な深さ勾配を有する溝(例えば、15、25、50、又は100μm)が形成されたゲージを用いて測定する。
The
分散状態の測定では、スクレーパーを用いてゲージの溝にウレタン樹脂溶液を満たし、液面に粒が観察された位置での溝の深さを示す目盛りを読み取る。この結果、ウレタン樹脂溶液中に存在する凝集体5の分散状態が測定される。本例では、凝集体5の分散状態がグラインドゲージ分布図法で3.0μm以下に調整されている。凝集体5がストラクチャー9の凝集により形成されることから、ストラクチャー9の大きさ、すなわちDBP吸収量が大きくなると凝集体5の分散状態が3.0μmを超える可能性がある。このため、ストラクチャー9では、DBP吸収量が150ml/100g以下であることが好ましい。
In the measurement of the dispersed state, a urethane resin solution is filled in the groove of the gauge using a scraper, and a scale indicating the depth of the groove at a position where particles are observed on the liquid surface is read. As a result, the dispersion state of the
ストラクチャー9の大きさ(DBP吸収量)が小さくなるほど凝集力が強くなり凝集体5の分散状態が大きくなる。このため、凝集体5は、凝集体同士を分散させる分散剤で被覆されている。分散剤で被覆された凝集体5では、表面の活性基が分散剤により消費されるため、それ以上凝集することがなく、略均一に分散される。すなわち、凝集体5が分散剤で被覆されることにより、分散状態が3.0μm以下となる。分散剤としては、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(以下、ABSと略記する。)樹脂、ポリウレタン、スチレン・ブタジエン樹脂、セルロースアセテートおよびビニル化合物から選択される1種を用いることができる。本例では、分散剤にABS樹脂が用いられている。
As the size of the structure 9 (DBP absorption amount) becomes smaller, the cohesive force becomes stronger and the dispersed state of the
また、研磨パッド10は、研磨面Pと反対の面側に、発泡シート2を支持する支持体6の一面側が貼り合わされている。支持体6には、本例では、ポリエチレンテレフタレート(以下PETと略記する。)製のシートが用いられている。支持体6の他面側には、一面側(最下面側)に剥離紙8を有し研磨機に研磨パッド10を装着するための両面テープ7の他面側が貼り合わされている。
Further, the
(研磨パッドの製造)
研磨パッド10は、図3に示すように、湿式成膜法の各工程を経て作製された発泡シート2をラミネート加工工程で支持体6、両面テープ7と貼り合わせることで製造される。湿式成膜法では、まず準備工程でカーボンブラックと分散剤のABS樹脂とを混合した凝集体分散液と、ウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の有機溶媒のN,N−ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する。)にウレタン樹脂を溶解させたウレタン樹脂溶液と、をそれぞれ作製する。塗布工程では、凝集体分散液とウレタン樹脂溶液とを混合し、その混合液を成膜基材に塗工する。凝固再生工程では、ウレタン樹脂をシート状に凝固再生させる。洗浄・乾燥工程では、シート状のポリウレタン樹脂を洗浄し乾燥させる。これらの工程を経て発泡シート2が作製される。以下、工程順に説明する。
(Manufacture of polishing pad)
As shown in FIG. 3, the
準備工程では、カーボンブラックと分散剤のABS樹脂とを混合した凝集体分散液を作製する。凝集体分散液をフィルタで濾過し、3.0μmを超える大きさのカーボンブラックの凝集体を除去する。凝集体5は、大きさが3.0μm以下であり、含有量が、2重量%〜10重量%の範囲に設定されている。ABS樹脂は凝集体5の含有量に対して0.2〜2.0倍の量に設定されている。一方、ウレタン樹脂、DMF及び添加剤を混合してウレタン樹脂を溶解させる。ウレタン樹脂は、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等のポリウレタン樹脂から選択して用い、例えば、ウレタン樹脂が30%となるようにDMFに溶解させる。添加剤としては、発泡を促進させる親水性活性剤、ウレタン樹脂の凝固再生を安定化させる疎水性活性剤等を用いることができる。得られた溶液を減圧下で脱泡してウレタン樹脂溶液を得る。
In the preparation step, an aggregate dispersion in which carbon black and an ABS resin as a dispersant are mixed is prepared. The aggregate dispersion liquid is filtered through a filter to remove carbon black aggregates having a size exceeding 3.0 μm.
塗布工程では、準備工程で作製した凝集体分散液とウレタン樹脂溶液とを混合した混合液を作製する。カーボンブラックの凝集体5を分散させた凝集体分散液とウレタン樹脂溶液とを混合することで、得られた混合液中では、凝集体5がABS樹脂で被覆された状態で分散している。混合液中の凝集体5の分散状態を上述したグラインドゲージ分布図法により測定する。このとき、凝集体5の分散状態が3.0μmを超える値であれば、その混合液は使用しない。凝集体5の分散状態が3.0μm以下の混合液を使用する。本例の混合液では、凝集体5の分散状態が1.5μm以下であった。この混合液が常温下でナイフコータ等により帯状の成膜基材に略均一に塗布される。このとき、ナイフコータ等と成膜基材との間隙(クリアランス)を調整することで、ウレタン樹脂溶液の塗布厚さ(塗布量)が調整される。成膜基材にはPET樹脂等の樹脂製の不織布やフィルムを用いることができるが、本例では、成膜基材をPETシートとして説明する。
In the coating process, a mixed liquid is prepared by mixing the aggregate dispersion liquid prepared in the preparation process and the urethane resin solution. By mixing the aggregate dispersion liquid in which the carbon
凝固再生工程では、成膜基材に塗布された混合液が、ウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液に浸漬される。凝固液中では、まず、塗布された混合液の表面側に微多孔が形成され厚さ数μm程度のスキン層4が形成される。その後、混合液中のDMFと凝固液との置換の進行によりウレタン樹脂が成膜基材上にシート状に凝固再生する。DMFが混合液から脱溶媒し、DMFと凝固液とが置換することで、スキン層4より内側のウレタン樹脂中に発泡3および図示を省略した発泡が形成され、発泡3および図示を省略した発泡が網目状に連通する。このとき、成膜基材のPETシートが水を浸透させないため、混合液の表面側(スキン層側)で脱溶媒が生じて成膜基材側が表面側より大きな発泡3が形成される。
In the coagulation regeneration step, the mixed solution applied to the film forming substrate is immersed in a coagulation solution containing water as a main component, which is a poor solvent for the urethane resin. In the coagulating liquid, first, a micropore is formed on the surface side of the applied mixed liquid, and a skin layer 4 having a thickness of about several μm is formed. Thereafter, the urethane resin coagulates and regenerates into a sheet form on the film forming substrate by the progress of substitution between the DMF in the mixed solution and the coagulating solution. When the DMF is desolvated from the mixed solution and the DMF and the coagulating liquid are replaced, the
洗浄・乾燥工程では、凝固再生工程で凝固再生したウレタン樹脂が水等の洗浄液中で洗浄されてウレタン樹脂中に残留するDMFが除去される。洗浄後、ウレタン樹脂をシリンダ乾燥機で乾燥させ発泡シート2を得る。シリンダ乾燥機は内部に熱源を有するシリンダを備えている。ウレタン樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。
In the washing / drying step, the urethane resin coagulated and regenerated in the coagulation regeneration step is washed in a cleaning solution such as water to remove DMF remaining in the urethane resin. After washing, the urethane resin is dried with a cylinder dryer to obtain the
ラミネート加工工程では、発泡シート2の研磨面Pと反対の面側と支持体6の一面側とを貼り合わせ、支持体6の他面側に、一面側(最下面側)に剥離紙8が貼付された両面テープ7を貼り合わせる。汚れや異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨パッド10を完成させる。
In the laminating step, the surface opposite to the polishing surface P of the
(作用)
次に、本実施形態の研磨パッド10の作用等について説明する。
(Function)
Next, the operation and the like of the
従来湿式成膜法で形成される発泡シートを備えた研磨パッドでは、発泡を安定化させるために、湿式成膜時の樹脂溶液に、骨材として作用するカーボンブラックが添加されている。ところが、カーボンブラックが粒子表面に活性な官能基を有するため、凝集体を形成しやすい性質を有している。このため、湿式成膜時の樹脂溶液中でカーボンブラックの大きな凝集体が形成され、得られる発泡シート内にはこの大きな凝集体が偏在することとなる。このような発泡シートを用いた研磨パッドでは、発泡の大きさのバラツキや発泡形成の偏りが生じるため、安定した研磨加工を行うことが難しく研磨効率を低下させることとなる。また、研磨加工時には、発泡シートの摩耗に伴い大きな凝集体が研磨面に露出するため、被研磨物にスクラッチを発生させ平坦性を損なうこととなる。本実施形態は、これらを解決することができる研磨パッドである。 In a conventional polishing pad provided with a foam sheet formed by a wet film formation method, carbon black acting as an aggregate is added to a resin solution during wet film formation in order to stabilize foaming. However, since carbon black has an active functional group on the particle surface, it has the property of easily forming an aggregate. For this reason, large aggregates of carbon black are formed in the resin solution during wet film formation, and the large aggregates are unevenly distributed in the obtained foamed sheet. In a polishing pad using such a foamed sheet, variation in foam size and uneven foam formation occur, making it difficult to perform stable polishing and lowering the polishing efficiency. Further, during the polishing process, large aggregates are exposed on the polishing surface as the foamed sheet is worn, so that scratches are generated on the object to be polished and the flatness is impaired. The present embodiment is a polishing pad that can solve these problems.
本実施形態の研磨パッド10では、ストラクチャー9が凝集した凝集体5が分散剤のABS樹脂で被覆された状態で発泡シート2に含有されている。このため、凝集体5が湿式成膜時に更に凝集した大きな凝集体を形成することなく発泡シート2内で略均一に分散されるので、発泡形成が安定化され、発泡の大きさが均等化される。これにより、発泡シート2が略均質に形成されるので、研磨効率を損なうことなく安定した研磨加工を行うことができる。
In the
また、本実施形態の研磨パッド10では、ストラクチャー9の大きさがDBP吸収量で150ml/100g以下に制限されており、更に凝集体5の分散状態が3.0μm以下に制限されている。凝集体5が分散剤で被覆されているため、発泡シ−ト2の作製時に凝集体5が更に凝集体を形成することなく、略均一に分散される。これにより、単位体積当たりの凝集体の数が多くなり、カーボンブラック(凝集体5)の、発泡形成を安定化させる作用が強くなる。このため、凝集体5の含有量を2〜10重量%に制限しても、凝集体5が発泡構造を強化させる骨材として作用し、発泡形成を安定化させる効果が得られる。凝集体5の含有量が2重量%に満たない場合、凝集体5の発泡構造を強化させる骨材としての作用が十分に発揮されず、引張伸度が過度に大きくなるため、却って研磨性能を損なうことがある。凝集体5の含有量が10重量%を超える場合、引張伸度が低下するため、研磨加工時に破断しやすく、寿命低下を招く。また、ストラクチャー9の大きさがDBP吸収量で150ml/100gを超える場合、凝集体5の分散状態が3.0μmを超える可能性があり、研磨加工時にスクラッチが発生しやすくなる。
Further, in the
更に、本実施形態の研磨パッド10では、発泡シ−ト2内で凝集体5の分散状態が均等化されているため、凝集体5の含有量を10重量%以下に減らしても、発泡形成を安定化させることができる。これにより、発泡シ−ト2の引張伸度が向上するので、研磨加工時の破断が抑制され研磨パッド1の長寿命化を図ることができる。
Furthermore, in the
なお、本実施形態では、発泡シート2に含有させる凝集体5としてカーボンブラック(ストラクチャー9)の凝集体を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、非晶質の炭素材であればよい。例えば、カーボンブラックに代えて非晶質炭素の石炭を使用してもよい。また、カーボンブラックには、その製法により、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等の種類があるが、本発明はカーボンブラックの製法に制限されるものではなく、いずれのものを使用してもよい。製法の異なるカーボンブラックを混合して使用することも可能である。
In this embodiment, the carbon black (structure 9) aggregate is exemplified as the
また、本実施形態では、凝集体5の分散状態をグラインドゲージ分布図法で測定する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、一般的な粒度の測定法を用いてもよく、凝集体5の分散状態が3.0μm以下であることを確認できるものであればよい。製造工程中で凝集体5の分散状態を確認することを考慮すれば、グラインドゲージ分布図法で簡便に確認することができる。更に、本実施形態では、凝集体5の分散状態を3.0μm以下とする例を示したが、研磨加工時に研磨面Pに露出する可能性があることを考慮すれば、凝集体5を1.5μm以下とすることが好ましい。このようにすれば、凝集体5の大きさが更に制限されるため、研磨面Pに露出したときのスクラッチ抑制効果を高めることができ、被研磨物の平坦性を一層向上させることができる。凝集体5の分散状態を3.0μm以下としたことで、発泡シート2内で略均等に分散されるため、凝集体5の含有量を減らしても、凝集体5が発泡構造を強化させる骨材として作用することで、発泡形成を安定化させる効果を得ることができる。また、本実施形態では、凝集体5の含有量を2〜10重量%の範囲としたが、2〜5重量%の範囲が好ましい。このようにすれば、研磨加工時に研磨面Pに露出する可能性のある凝集体5の数を低減でき、スクラッチを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, an example in which the dispersion state of the
更に、本実施形態では、ストラクチャー9の大きさをDBP吸収量で表す例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、ストラクチャー9の大きさがDBP吸収量で150ml/100g以下に相当することを評価できるものであればよい。ストラクチャー9のDBP吸収量は、凝集体5の分散状態を考慮すれば、130ml/100g以下であることが好ましく、特に90ml/100g以下であることが好適である。
Furthermore, in this embodiment, although the example which represents the magnitude | size of the
また更に、本実施形態では、凝集体5の分散方法として、分散剤であるABS樹脂を使用して凝集体5を被覆する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ストラクチャー9の大きさ(DBP吸収量)を150ml/100g以下、凝集体5の分散状態を3.0μm以下とする条件下で略均一に分散できる方法であればよい。また、分散剤として、ABS樹脂を使用する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ABS樹脂に代えて、ポリウレタン、スチレン・ブタジエン樹脂、セルロースアセテート、ビニル化合物を使用しても上述した効果を得ることができる。これら分散剤の2種以上を混合して使用してもよいことはもちろんである。分散剤としてビニル化合物を用いる場合は、ハロゲン分子が含有されていない非ハロゲン化合物を用いることが好ましい。このようにすれば、研磨パッドの廃棄時等に環境に対する影響の低減を図ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, as an example of the method for dispersing the
更にまた、本実施形態では、発泡シート2の作製時に成膜基材を使用してウレタン樹脂を凝固再生させた後、成膜基材を剥離して発泡体シート2とPET製の支持体6とを貼り合わせる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、湿式成膜時に、成膜基材として支持体6を用いることで、直接支持体6に発泡体シート2を凝固再生させるようにしてもよい。発泡シート2に含有された凝集体5がABS樹脂で被覆されていることから、凝集体5を形成するカーボンブラック(ストラクチャー9)の粒子表面に存在する活性基の影響を抑制することができる。すなわち、粒子表面の活性基がウレタン樹脂と相互作用すると、ウレタン樹脂と支持体6のPETとの接着力が低減し研磨加工時に剥離することがある。これに対して、ABS樹脂で被覆し活性基の影響を抑制した凝集体5では、ウレタン樹脂との相互作用が低減することから、発泡シート2と支持体6との接着力を確保することができる。また、支持体6の材質としては、PETに限定されるものではなく、剛性を有する樹脂製であればいかなる材質のものも使用することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the urethane resin is coagulated and regenerated using the film forming base material when the
以下、本実施形態に従い製造した研磨パッド10の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例の研磨パッドについても併記する。
Hereinafter, examples of the
(実施例1)
実施例1では、ウレタン樹脂としてポリエステルMDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)ポリウレタン樹脂を用いた。このポリウレタン樹脂を30重量%でDMFに溶解させたウレタン樹脂溶液を調製した。また、カーボンブラックの5重量%とABS樹脂の20重量%とをDMFと混合し凝集体分散液を調製した。カーボンブラックには、市販のもの(東海カーボン株式会社製)を用いた。用いたカーボンブラックのストラクチャー9の大きさ(DBP吸収量)は、130ml/100gであった。得られたウレタン樹脂溶液の100部に対して、凝集体分散液の40部を混合し混合液を得た。この混合液の凝集体5の分散状態を、グラインドゲージ分布図法を用いて測定した結果、1.5μm以下であった。得られた混合液から湿式成膜法により発泡シートを作製し研磨パッドを製造した。下表1に凝集体の含有量、分散状態およびストラクチャーの大きさをそれぞれ示す。
Example 1
In Example 1, polyester MDI (diphenylmethane diisocyanate) polyurethane resin was used as the urethane resin. A urethane resin solution was prepared by dissolving 30% by weight of this polyurethane resin in DMF. Further, 5% by weight of carbon black and 20% by weight of ABS resin were mixed with DMF to prepare an aggregate dispersion. A commercially available carbon black (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) was used as the carbon black. The size of the carbon
(実施例2)
表1に示すように、実施例2では、ストラクチャー9の大きさ、および凝集体5の含有量を変えて凝集体分散液を調製する以外は、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。すなわち、ストラクチャー9の大きさが90ml/100gのカーボンブラックを用い、凝集体分散液中の凝集体5の含有量を2重量%とした。この凝集体分散液とウレタン樹脂溶液との混合液中では、凝集体5の分散状態が1.5μm以下であった。
(Example 2)
As shown in Table 1, in Example 2, a polishing pad was produced in the same manner as in Example 1 except that the aggregate dispersion was prepared by changing the size of the
(比較例1)
表1に示すように、比較例1では、ストラクチャーの大きさ、および凝集体の含有量を変えて凝集体分散液を調製する以外は、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。すなわち、ストラクチャーの大きさが200ml/100gのカーボンブラックを用い、凝集体分散液中の凝集体の含有量を20重量%とした。この凝集体分散液とウレタン樹脂溶液との混合液中では、凝集体5の分散状態が25μm以下であった。
(Comparative Example 1)
As shown in Table 1, in Comparative Example 1, a polishing pad was prepared in the same manner as in Example 1 except that the aggregate dispersion was prepared by changing the size of the structure and the content of the aggregate. That is, carbon black having a structure size of 200 ml / 100 g was used, and the aggregate content in the aggregate dispersion was 20% by weight. In the mixed liquid of the aggregate dispersion and the urethane resin solution, the dispersion state of the
(比較例2)
表1に示すように、比較例2では、ストラクチャーの大きさ、および凝集体の含有量を変えて凝集体分散液を調製する以外は、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。すなわち、ストラクチャーの大きさが200ml/100gのカーボンブラックを用い、凝集体分散液中の凝集体の含有量を5重量%とした。この凝集体分散液とウレタン樹脂溶液との混合液中では、凝集体5の分散状態が25μm以下であった。
(Comparative Example 2)
As shown in Table 1, in Comparative Example 2, a polishing pad was produced in the same manner as in Example 1 except that the aggregate dispersion was prepared by changing the size of the structure and the content of the aggregate. That is, carbon black having a structure size of 200 ml / 100 g was used, and the content of aggregates in the aggregate dispersion was 5% by weight. In the mixed liquid of the aggregate dispersion and the urethane resin solution, the dispersion state of the
(比較例3)
表1に示すように、比較例3では、ストラクチャーの大きさ、および凝集体の含有量を変えて凝集体分散液を調製する以外は、実施例1と同様にして研磨パッドを作製した。すなわち、ストラクチャーの大きさが130ml/100gのカーボンブラックを用い、凝集体分散液中の凝集体の含有量を1重量%とした。この凝集体分散液とウレタン樹脂溶液との混合液中では、凝集体5の分散状態が1.5μm以下であった。
(Comparative Example 3)
As shown in Table 1, in Comparative Example 3, a polishing pad was produced in the same manner as in Example 1 except that the aggregate dispersion was prepared by changing the size of the structure and the content of the aggregate. That is, carbon black having a structure size of 130 ml / 100 g was used, and the content of aggregates in the aggregate dispersion was 1% by weight. In the mixed solution of the aggregate dispersion and the urethane resin solution, the dispersion state of the
(評価)
各実施例および比較例について、湿式成膜後の発泡シートの引張強度、引張伸度を測定した。測定には、引張伸度測定器(株式会社エー・アンド・デイ製、テンシロン万能試験機RTC)を使用した。測定方法は日本工業規格(JIS K6550)に準じた方法で測定した。引張強度、引張伸度の測定結果を下表2に示した。
(Evaluation)
For each example and comparative example, the tensile strength and tensile elongation of the foamed sheet after wet film formation were measured. For the measurement, a tensile elongation measuring device (manufactured by A & D Co., Ltd., Tensilon universal testing machine RTC) was used. The measuring method was measured by a method according to Japanese Industrial Standard (JIS K6550). The measurement results of tensile strength and tensile elongation are shown in Table 2 below.
表2に示すように、比較例1では、発泡シートの引張強度が0.09kg/mm2、引張伸度が128%を示した。実施例1の研磨パッド10では、発泡シ−ト2の引張強度が0.24kg/mm2、引張伸度が282%を示し、引張強度と引張伸度が共に向上した。これにより、凝集体が分散剤に被覆されることで略均一に分散されているため、凝集体の含有量を減らしても、凝集体が発泡構造を強化させる骨材として作用し、安定した物性を保持できることが判明した。また、実施例1の研磨パッド10では、凝集体の含有量を10重量%以下の5重量%としても、研磨加工時の研磨パッドの破断が抑制され、長寿命化を図ることができたといえる。
As shown in Table 2, in Comparative Example 1, the foam sheet had a tensile strength of 0.09 kg / mm 2 and a tensile elongation of 128%. In the
比較例2では、引張強度が0.14kg/mm2、引張伸度が224%を示した。実施例1の研磨パッド10では、引張強度が0.24kg/mm2、引張伸度が282%を示した。比較例2では、凝集体を形成するストラクチャーの大きさ(DBP吸収量)が200ml/100gで実施例1より大きいため、凝集体の分散状態も大きい。それに対して、実施例1では、DBP吸収量が130ml/100gで、比較例2より小さいため、凝集体も分散状態は小さい。そのため、実施例1では、発泡シート2の単位体積あたりの凝集体5の数が多くなり、凝集体5の発泡形成を安定化させる作用が強化されたため、引張強度および引張伸度が向上したと考えられる。
In Comparative Example 2, the tensile strength was 0.14 kg / mm 2 and the tensile elongation was 224%. In the
比較例3では、引張強度が0.21kg/mm2、引張伸度が370%を示した。実施例2の研磨パッド10では、引張強度が0.26kg/mm2、引張伸度が278%を示した。これにより、比較例3では、凝集体の含有量を1重量%に減らしたことで、凝集体の発泡構造を強化させる作用が十分に発揮されず、実施例2と比較して引張伸度が過剰に高い値を示したと考えられる。引張伸度が過剰に高い研磨パッドで研磨加工を行うと、研磨性能は損なわれる。それに対して、実施例2では、凝集体の含有量を2重量%としたため、適度な引張伸度を得ることができた。そのため、凝集体の含有量は2重量%以上とすることが好ましいと考えられる。
In Comparative Example 3, the tensile strength was 0.21 kg / mm 2 and the tensile elongation was 370%. In the
(研磨加工)
各実施例および比較例の研磨パッドを用いて、以下の研磨条件でハードディスク用のアルミニウム基板の研磨加工を行い、研磨レートおよびうねりを測定した。また、研磨後のアルミニウム基板について、高輝度ハロゲンランプを照射して目視でアルミニウム基板の表面に対するスクラッチの有無を外観評価した。
(研磨条件)
使用研磨機:スピードファム社製、9B−5Pポリッシングマシン
研磨速度(回転数):30rpm
加工圧力:100g/cm2
スラリ:コロイダルシリカスラリ(pH:11.5)
スラリ供給量:100cc/min
被研磨物:ハードディスク用アルミニウム基板
(Polishing)
Using the polishing pads of the examples and comparative examples, the hard disk aluminum substrate was polished under the following polishing conditions, and the polishing rate and waviness were measured. Further, the polished aluminum substrate was irradiated with a high-intensity halogen lamp and visually evaluated for the presence or absence of scratches on the surface of the aluminum substrate.
(Polishing conditions)
Polishing machine: 9F-5P polishing machine manufactured by Speed Fam Co., Ltd. Polishing speed (rotation speed): 30 rpm
Processing pressure: 100 g / cm 2
Slurry: Colloidal silica slurry (pH: 11.5)
Slurry supply amount: 100cc / min
Object to be polished: Aluminum substrate for hard disk
(研磨レート)
研磨レートは、研磨効率を示す数値の一つであり、一分間あたりの研磨量を厚さで表したものである。研磨加工前後のアルミニウム基板の重量減少から求めた研磨量、アルミニウム基板の研磨面積および比重から算出した。
(Polishing rate)
The polishing rate is one of the numerical values indicating the polishing efficiency, and represents the polishing amount per minute in terms of thickness. It calculated from the grinding | polishing amount calculated | required from the weight reduction of the aluminum substrate before and behind grinding | polishing processing, the grinding | polishing area of an aluminum substrate, and specific gravity.
(うねり)
うねり(waviness)は、ディスク基板、シリコンウエハ等の被研磨物に対する表面精度(平坦性)を評価するための測定項目の一つであり、光学式非接触表面粗さ計で観察した単位面積当たりの表面像のうねり量(Wa)を、オングストローム(Å)単位で表したものである。試験評価機として、Zygo New View 5022で80μm〜500μmの波長を透過するフィルタを使用して評価した。測定結果の数値が低いと、被研磨物のうねりが少なく、より平坦な研磨面であることとなる。
(undulation)
Waviness is one of the measurement items for evaluating the surface accuracy (flatness) of objects to be polished such as disk substrates, silicon wafers, etc. per unit area observed with an optical non-contact surface roughness meter. The surface image waviness (Wa) is expressed in angstroms (Å). Evaluation was performed using a filter that transmits a wavelength of 80 μm to 500 μm using a Zygo New View 5022 as a test evaluation machine. When the numerical value of the measurement result is low, the undulation of the object to be polished is small, and the polishing surface is flatter.
実施例及び比較例の研磨パッドを用いた研磨性能について、下表3に研磨レートおよびうねり評価結果を示す。また、実施例及び比較例の研磨パッドによる研磨加工での、スクラッチ発生の有無についても示す。 Regarding the polishing performance using the polishing pads of Examples and Comparative Examples, the polishing rate and the swell evaluation results are shown in Table 3 below. In addition, whether or not scratches are generated in the polishing process using the polishing pads of Examples and Comparative Examples is also shown.
表3に示すように、実施例1、2では、研磨レートが比較例1、2の研磨レートを越える値を示した。また、実施例1、2では、研磨によりうねりが減少し平坦性に優れるアルミニウム基板を得ることができた。これは、凝集体の分散状態を良化させることで、凝集体の含有量を減らしても発泡形成を安定化させることができたためと考えられる。更に、実施例1、2では、比較例1、2より凝集体のストラクチャーが小さく、含有量が少ないため、研磨加工時に被研磨物にスクラッチ等の発生が抑制された。比較例3では、実施例1、2と比較して研磨レートが大幅に低下した。これは、比較例3では、凝集体の含有量が少なく、凝集体の発泡構造を強化させる作用が十分に発揮されず、引張伸度が過度に高くなり、研磨性能が損なわれたためと考えら得る。実施例1、2では、凝集体5の含有量が2重量%としたため、引張伸度が適度な値となり、研磨レートが向上した。このような研磨パッドでは、ハードディスク用アルミニウム基板等の仕上げ研磨加工に好適に使用することができる。
As shown in Table 3, in Examples 1 and 2, the polishing rate exceeded the polishing rate of Comparative Examples 1 and 2. Further, in Examples 1 and 2, an aluminum substrate having excellent flatness with reduced waviness due to polishing could be obtained. This is presumably because foam formation could be stabilized by improving the dispersion state of the aggregates even when the aggregate content was reduced. Further, in Examples 1 and 2, since the aggregate structure was smaller and the content was less than those in Comparative Examples 1 and 2, the occurrence of scratches and the like on the object to be polished was suppressed during polishing. In Comparative Example 3, the polishing rate was significantly reduced as compared with Examples 1 and 2. This is considered to be because, in Comparative Example 3, the content of aggregates is small, the effect of strengthening the foam structure of the aggregates is not sufficiently exhibited, the tensile elongation is excessively high, and the polishing performance is impaired. obtain. In Examples 1 and 2, since the content of the
本発明は発泡形状を安定化させ被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨パッドを提供するものであるため、研磨パッドの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a polishing pad that can stabilize the foam shape and improve the flatness of the object to be polished, and thus contributes to the manufacture and sale of the polishing pad, and thus has industrial applicability. .
P 研磨面
2 発泡シート
5 凝集体
10 研磨パッド
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