CN113211303A

CN113211303A - 研磨垫

Info

Publication number: CN113211303A
Application number: CN202110054063.5A
Authority: CN
Inventors: 伊藤一则
Original assignee: Nida Dupont Co Ltd
Current assignee: Nida Dupont Co Ltd; Nitta DuPont Inc
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-08-06
Also published as: JP2021112808A; JP7576397B2

Abstract

本发明所涉及的研磨垫是包含聚氨酯树脂发泡体的研磨垫，具有研磨面，该研磨面由上述聚氨酯树脂发泡体的表面构成，上述聚氨酯树脂发泡体包含多个气泡，具有65％以上的空隙率，在上述多个气泡中以15％以上的个数比包含具有200μm以上的气泡直径的大径气泡。

Description

研磨垫

相关申请的相互参照

本申请主张日本特愿2020－7539号的优先权，通过引用而将其纳入本申请说明书的记载。

技术领域

本发明涉及一种研磨垫。

背景技术

作为研磨硅晶片或玻璃板等被研磨物的研磨垫，已知由聚氨酯树脂发泡体形成研磨面的研磨垫(例如专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－274361号公报

发明内容

技术问题

在使用研磨垫进行的研磨中，通常使包含磨粒的研磨用浆液介入，研磨垫的研磨面与被研磨物的表面(被研磨面)滑动接触。

为了谋求作业效率的提高，在这样的研磨中要求提高研磨率。

然而，若谋求研磨率的提高，则研磨后的被研磨物的表面品质容易下降，研磨率的提高与所得的被研磨物的品质处于折衷的关系。

因此，鉴于如上所述的状况，本发明以提供一种研磨垫为课题，所述研磨垫容易以高研磨率研磨被研磨物，即使以高研磨率进行研磨，也不易使研磨后的被研磨物的表面品质下降。

解决问题的方案

本发明所涉及的研磨垫是包含聚氨酯树脂发泡体的研磨垫，

具有研磨面，

该研磨面由上述聚氨酯树脂发泡体的表面构成，

上述聚氨酯树脂发泡体包含多个气泡，具有65％以上的空隙率，在上述的多个气泡中以15％以上的个数比包含具有200μm以上的气泡直径的大径气泡。

附图说明

图1是显示实施例和比较例的研磨垫的聚氨酯树脂发泡体中的储能模量E’的温度变化的图。

图2是显示实施例和比较例的研磨垫的聚氨酯树脂发泡体中的损耗模量E”的温度变化的图。

图3是显示实施例和比较例的研磨垫的tanδ的温度变化的图。

图4是显示实施例和比较例的聚氨酯树脂发泡体的个数基准的气泡直径的分布曲线的图。

图5是显示实施例和比较例的聚氨酯树脂发泡体的个数基准的气泡直径的累积频率分布曲线的图。

图6是比较例1的聚氨酯树脂发泡体的表面的SEM图像。

图7是比较例2的聚氨酯树脂发泡体的表面的SEM图像。

图8是比较例3的聚氨酯树脂发泡体的表面的SEM图像。

图9是实施例1的聚氨酯树脂发泡体的表面的SEM图像。

具体实施方式

以下，对本发明的一个实施方式进行说明。

本实施方式所涉及的研磨垫是包含具有聚氨酯树脂的聚氨酯树脂发泡体的研磨垫。

另外，本实施方式所涉及的研磨垫具有研磨面，该研磨面由上述聚氨酯树脂发泡体的表面构成。

本实施方式的研磨垫是使包含磨粒的研磨用浆液介于上述研磨面与被研磨物的表面(被研磨面)之间，使上述研磨面与上述被研磨面进行滑动接触，从而研磨该被研磨面。

本实施方式所涉及的研磨垫，如上所述，上述聚氨酯树脂发泡体具有高达65％以上的空隙率。

因此，本实施方式所涉及的研磨垫，与空隙率低的聚氨酯树脂发泡体相比，上述研磨面的易变形性优异，在研磨时上述研磨面相对于被研磨物的表面显示出良好的密合性。

在本实施方式所涉及的研磨垫的上述研磨面中，上述聚氨酯树脂发泡体中所含的上述气泡处于开口的状态，因此在研磨时研磨用浆液收纳在该气泡中。

本实施方式所涉及的研磨垫，与空隙率低的聚氨酯树脂发泡体相比，研磨面中开口的气泡的总面积大。

因此，本实施方式所涉及的研磨垫，研磨面中的研磨用浆液的保持量高。

而且，研磨面中的易变形性优异的本实施方式的研磨垫，在研磨面因被研磨物而承受压力时可使气泡内收纳的研磨用浆液快速地渗出至研磨面。

本实施方式的研磨垫，如上所述，在上述聚氨酯树脂发泡体中以15％以上的个数比包含具有200μm以上的气泡直径的大径气泡。

因此，研磨面中开口的气泡的深度较深。

研磨时，在被研磨面中削掉的被研磨物的一部分形成粉末状的研磨碎屑而存在，随着研磨的进行，有时气泡会发生堵塞，但本实施方式所涉及的研磨垫，其研磨碎屑的收纳量也大，不易发生堵塞。

通过向研磨面与被研磨物之间充分供给浆液，在使用了本实施方式的研磨垫的研磨中，可发挥高的研磨率。

研磨时，若局部形成研磨用浆液中断的部位，则在该部位发生如粘滑现象这样的行为，担心被研磨物的被研磨面受损，但在使用了本实施方式的研磨垫的研磨中，可抑制这样的担忧。

本实施方式的研磨垫由于空隙率高、而且包含多个具有200μm以上的气泡直径的大径气泡，所以相邻的气泡彼此的距离短，在相邻的气泡之间形成膜状的聚氨酯树脂(以下，还称作“气泡膜”)中容易形成孔。

本实施方式的研磨垫具有通过上述孔而在厚度方向连通的多个气泡。

开口于研磨面的气泡中收纳的研磨碎屑移动到位于该气泡下方的气泡中，远离研磨面。

研磨时，若在研磨面与被研磨物之间存在许多研磨碎屑，则有时难以使研磨后的被研磨物的表面品质变得充分良好。

若提高研磨率，则单位时间内的研磨碎屑的产生量也增多，但在使用了本实施方式的研磨垫的研磨中，由于研磨碎屑可远离研磨面，所以研磨后的被研磨物的表面可形成良好的品质。

在更充分地发挥如上所述的功能方面，聚氨酯树脂发泡体的空隙率优选为70％以上，更优选为72％以上。

上述空隙率优选为80％以下，更优选为78％以下。

聚氨酯树脂发泡体的大径气泡的个数比为15％以上是较为重要的，更优选为20％以上，进一步优选为25％以上。

上述个数比通常为30％以下。

另外，上述聚氨酯树脂发泡体的上述多个气泡的平均气泡直径优选110μm以上，更优选为120μm以上。

本实施方式的研磨垫因聚氨酯树脂发泡体具有高的平均气泡直径，从而具有形成在上述气泡膜中更容易形成孔的状态的优点。

上述平均气泡直径优选为200μm以下。

平均气泡直径、大径气泡的个数比和空隙率可使用X射线CT扫描装置(例如，Yamato科学株式会社制造的TDM1000H－I)如下操作而求得。

即，测定聚氨酯树脂发泡体的测定对象范围内(例如，两处0.7mm×1.6mm×1.6mm的部分)所含的各气泡的体积，以与该体积相同的体积的圆球的直径作为各气泡的直径。

此外，“平均气泡直径”是指由各气泡的体积求出的气泡直径的算术平均值[＝(「各气泡直径」的总计值)/(气泡数)]。

另外，“大径气泡的个数比”是指：对所得的各气泡的直径值中具有200μm以上的直径的气泡(大径气泡)数计数，在气泡总数中大径气泡所占的比例。

而且，空隙率是指气泡的总体积与聚氨酯树脂发泡体的测定对象范围的体积之比。

本实施方式的研磨垫优选研磨面对被研磨物的被研磨面显示良好的追随性。

因此，聚氨酯树脂发泡体优选JIS－A硬度为75以下。

此外，JIS－A硬度通过依据JIS K6253－3：2012的方法(类型A)进行测定。在该测定时，在聚氨酯树脂发泡体的厚度小于12mm的情况下，将多片聚氨酯树脂发泡体层叠，使该层叠体的厚度达到12mm以上，测定该层叠体的硬度。另外，JIS－A硬度是指将按钉按入研磨面而测定的硬度。

聚氨酯树脂发泡体更优选制备成研磨面的JIS－A硬度为70以下。

上述JIS－A硬度进一步优选为68以下。

上述JIS－A硬度优选为40以上，更优选为50以上。

聚氨酯树脂发泡体从相对于被研磨物的被研磨面发挥良好的追随性的观点来看，压缩率优选为3％以上，更优选为4％以上。

关于压缩率，与JIS－A硬度一样，可将研磨面作为测定对象，也可另外制作与构成研磨面的聚氨酯树脂发泡体相同状态的聚氨酯树脂发泡体，以其作为测定对象。

此外，压缩率可通过以下的方法求出。

即，可使用JIS L1096：2010中记载的压缩弹性试验机(压力子的面积：50mm²)，利用压力子以300gf/cm²的压力沿厚度方向对聚氨酯树脂发泡体加压，测定保持60秒后的聚氨酯树脂发泡体的厚度T1，接下来，利用压力子以1800gf/cm²的压力沿厚度方向对聚氨酯树脂发泡体加压，测定保持60秒后的聚氨酯树脂发泡体的厚度T2，通过下式求出压缩率。

压缩率＝(T1－T2)×100/T1

聚氨酯树脂发泡体从对被研磨物的被研磨面发挥良好的追随性的观点来看，优选20℃下的储能模量为50MPa以下。

聚氨酯树脂发泡体在20℃下的储能模量E’更优选为45MPa以下，进一步优选为40MPa以下。

聚氨酯树脂发泡体的储能模量E’通常为20MPa以上。

由于聚氨酯树脂发泡体往往是在20℃～50℃的范围内的温度下使用，所以优选在该整个温度范围动态粘弹性特性不会大幅变化。

即，聚氨酯树脂发泡体优选在20℃～50℃之间储能模量E’为20～50MPa。

该温度范围内的储能模量E’更优选为20～45MPa，进一步优选为20～40MPa以下。

聚氨酯树脂发泡体优选20℃下的tanδ(损耗模量E”/储能模量E’)为0.1以上。

聚氨酯树脂发泡体优选50℃下的tanδ(损耗模量E”/储能模量E’)为0.1以上。

尚需说明的是，20℃下的tanδ及50℃下的tanδ通常为0.15以下。

上述tanδ优选在20℃～50℃的整个温度范围为0.1以上。

50℃下的tanδ值(tanδ(50℃))与20℃下的tanδ值(tanδ(20℃))之比(tanδ(50℃)/tanδ(20℃))优选超过0.9且小于1.1。

所述研磨垫因上述tanδ大(0.10以上)，故可抑制研磨时的被研磨物的细微振动，进而可抑制研磨时的被研磨物的倾倒。其结果，研磨时研磨垫与被研磨物容易密合。

其结果，所述研磨垫可提高平坦性。

储能模量E’和损耗模量E”可按照JIS K7244－4：1999“塑料－动态机械特性的试验方法－第4部：拉伸振动－非共振法”在以下的条件下进行测定。

测定温度范围：0℃～100℃；

升温速率：5℃/分钟；

频率：1Hz；

应变：0.5％。

而且，上述聚氨酯树脂发泡体的表观密度优选为0.3～0.4g/cm³。

表观密度优选为0.37g/cm³。

此外，表观密度可根据JIS K7222：2005进行测定。

构成上述聚氨酯树脂发泡体的聚氨酯树脂可采用与研磨垫中使用的聚氨酯树脂一样的聚氨酯树脂。

聚氨酯树脂具备包含活性氢的化合物(以下，也称作“活性氢化合物”。)的第1构成单元和包含异氰酸酯基的化合物(以下，也称作“异氰酸酯化合物”。)的第2构成单元。

另外，上述聚氨酯树脂中，活性氢化合物与异氰酸酯化合物进行氨基甲酸键合，形成了活性氢化合物的第1构成单元与异氰酸酯化合物的第2构成单元交替重复的结构。

上述活性氢化合物是分子内具有可与异氰酸酯基反应的活性氢基的有机化合物。作为该活性氢基，具体而言，可列举羟基、伯氨基、仲氨基、硫醇基等官能团，上述活性氢化合物可在分子中具有仅1种该官能团，也可在分子中具有多种该官能团。

作为上述活性氢化合物，例如可使用分子中具有多个羟基的多元醇化合物、分子内具有多个伯氨基或仲氨基的多元胺化合物等。

作为上述多元醇化合物，可列举多元醇单体、多元醇聚合物。

作为上述多元醇单体，例如可列举1,4－苯二甲醇、1,4－双(2－羟基乙氧基)苯、乙二醇、丙二醇、1,3－丙二醇、1,3－丁二醇、1,5－戊二醇、3－甲基－1,5－戊二醇、1,6－己二醇、1,8－辛二醇、1,9－壬二醇等直链脂肪族二醇，可列举新戊二醇、3－甲基－1,5－戊二醇、2－甲基－1,3－丙二醇、2－丁基－2－乙基－1,3－丙二醇、2－甲基－1,8－辛二醇等支链脂肪族二醇，可列举1,4－环己二醇、1,4－环己烷二甲醇、氢化双酚A等脂环族二醇，可列举甘油、三羟甲基丙烷、三羟丁基丙烷、季戊四醇、山梨醇等多官能多元醇等。

作为上述多元醇单体，在反应时的强度更容易提高、所制造的包含发泡聚氨酯的研磨垫的刚性更容易提高、且比较廉价方面，优选乙二醇、二甘醇。

作为上述多元醇聚合物，可列举：聚酯多元醇、聚酯聚碳酸酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇等。

此外，作为多元醇聚合物，还可列举分子中具有3个以上的羟基的多官能多元醇聚合物。

作为上述聚酯多元醇，可列举：聚己二酸亚乙基酯二醇、聚己二酸亚丁基酯二醇、聚己内酯多元醇、聚己二酸六亚甲基酯二醇等。

作为上述聚酯聚碳酸酯多元醇，可列举聚己内酯多元醇等聚酯二醇与碳酸亚烃酯的反应产物，还可列举使碳酸亚乙酯与多元醇反应得到的反应混合物进一步与有机二元羧酸反应而得到的反应产物。

作为上述聚醚多元醇，可列举：聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)、环氧乙烷加成聚丙烯多元醇等。

作为上述聚碳酸酯多元醇，可列举：1,3－丙二醇、1,4－丁二醇、1,6－己二醇、二甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇或聚四亚甲基醚二醇等二元醇与光气、碳酸二烯丙酯(例如碳酸二苯酯)或环式碳酸酯(例如碳酸丙烯酯)的反应产物等。

作为上述多元醇化合物，除此以外还可列举：二甘醇、三甘醇、四甘醇、缩二丙二醇、三丙二醇、分子量为400以下的聚乙二醇等。

作为上述多元胺化合物，可列举：4,4’－亚甲基双(2－氯苯胺)(MOCA)、4,4’－亚甲基二苯胺、三亚甲基双(4－氨基苯甲酸酯)、2－甲基-4,6－双(甲硫基)苯－1,3－二胺、2－甲基-4,6－双(甲硫基)－1,5－苯二胺、2,6－二氯－对苯二胺、4,4’－亚甲基双(2,3－二氯苯胺)、3,5－双(甲硫基)－2,4－甲苯二胺、3,5－双(甲硫基)－2,6－甲苯二胺、3,5－二乙基甲苯－2,4－二胺、3,5－二乙基甲苯－2,6－二胺、三亚甲基二醇－二－对氨基苯甲酸酯、1,2－双(2－氨基苯硫基)乙烷、4,4’－二氨基－3,3’－二乙基－5,5’－二甲基二苯基甲烷等。

作为上述聚异氰酸酯，可列举：聚异氰酸酯单体、聚异氰酸酯聚合物。

作为上述聚异氰酸酯单体，可列举：芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯等。

作为上述芳香族二异氰酸酯，可列举：甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,5－萘二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、1,3－亚苯基二异氰酸酯、1,4－亚苯基二异氰酸酯。另外，作为上述芳香族二异氰酸酯，还可列举：二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的改性物等。

作为二苯基甲烷二异氰酸酯的改性物，例如可列举：碳化二亚胺改性物、氨基甲酸改性物、脲基甲酸脂改性物、脲改性物、缩二脲改性物、异氰尿酸酯改性物、恶唑烷酮改性物等。作为所述的改性物，具体而言，例如可列举：碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯(碳化二亚胺改性MDI)。

作为上述脂肪族二异氰酸酯，例如可列举：亚乙基二异氰酸酯、2,2,4－三甲基六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等。

作为上述脂环族二异氰酸酯，例如可列举：1,4－环己烷二异氰酸酯、4,4’－二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯、亚甲基双(4,1－环亚己基)二异氰酸酯等。

作为上述聚异氰酸酯聚合物，可列举：多元醇与芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯中的至少任一种二异氰酸酯结合而成的聚合物等。

从提高聚氨酯树脂发泡体的tanδ的观点来看，上述聚氨酯树脂优选包含聚丙二醇(PPG)作为构成单元。

另外，上述聚氨酯树脂通过包含聚丙二醇(PPG)作为构成单元，而具有较脆的结构，其结果，具有研磨垫在修整时的切削速率提高的优点。

而且，本实施方式所涉及的研磨垫，在以上述聚氨酯树脂为100质量％时，上述聚氨酯树脂的构成单元中所含的聚丙二醇(PPG)的含量优选30质量％以上，更优选40～70质量％，更进一步优选50～65质量％。

此外，以聚氨酯树脂为100质量％时，上述聚氨酯树脂的构成单元中所含的聚丙二醇(PPG)的含有比例可如下操作而求得。

首先，将聚氨酯树脂发泡体溶解于极性溶剂(重DMF、重DMSO等)，得到溶解物。接下来，通过利用1H－NMR分析该溶解物，对聚丙二醇(PPG)进行定量，求出上述聚丙二醇(PPG)的含有比例。

另外，作为上述聚丙二醇(PPG)的含有比例的其他计算方法，有以下的方法。

首先，使用甲醇对聚氨酯树脂发泡体进行化学分解，得到分解物。接下来，通过凝胶渗透层析(GPC)等对该分解物区分分馏，利用1H－NMR或GC－MS分析各分馏物，从而对聚丙二醇(PPG)进行定量，求出上述聚丙二醇(PPG)的含有比例。

作为使用本实施方式所涉及的研磨垫进行研磨的被研磨物，可列举：光学材料、半导体器件、硬盘、玻璃板、硅晶片等。

另外，本实施方式所涉及的研磨垫适合用于硅晶片及玻璃板的研磨。

而且，本实施方式所涉及的研磨垫还适合用于精加工研磨、精密研磨等。

此外，本发明所涉及的研磨垫并不限于上述实施方式。本发明所涉及的研磨垫还不受上述作用效果的限定。而且，本发明所涉及的研磨垫在不脱离本发明要点的范围内可进行各种变更。

实施例

接下来，列举实施例和比较例，以进一步具体说明本发明。

准备了具有下述表1和图1～5所示特性的作为薄片状聚氨酯树脂发泡体的研磨垫。

此外，利用上述方法测定下述表1和图1～3所示的特性。

另外，图4所示的“个数基准的气泡直径的分布曲线”和图5所示的“个数基准的气泡直径的累积频率分布曲线”通过下述方法来求出。

首先，通过上述方法求出气泡的直径。

随后，在气泡直径0μm～600μm的范围内，每间隔50μm求出气泡数，将以“各间隔的气泡数”作为“各间隔的上限的气泡直径的气泡数”而制作的曲线作为“个数基准的气泡直径的分布曲线”。

另外，个数基准的气泡直径的累积频率分布曲线使用个数基准的气泡直径的分布曲线的数据来制作。

而且，比较例1～3和实施例1的研磨垫的表面的SEM图像见图6～9。

此外，比较例1～比较例3的研磨垫是市售的研磨垫。

[表1]

(评价试验)

使用研磨垫，在下述条件研磨被研磨物，求出研磨率。

＜装置＞

研磨机：NH－5B2MT(KOEI)；

修整器：Dresser#120。

＜磨合条件＞

时间：60分钟(比较例1)、60分钟(比较例2)、

160分钟(比较例3)、220分钟(实施例1)；

定盘转速：20rpm；

DI水流量：3L/分钟。

＜研磨条件＞

被研磨物：钠钙玻璃板(厚度：约700μm、直径65mm)；

研磨用浆液：含有20质量％CeO₂的研磨用浆液；

研磨用浆液的流量：450mL/分钟；

研磨时间：25分钟/轮；

载荷：142gf/cm²；

定盘转速：45rpm。

研磨速度是用通过研磨而减少的厚度除以研磨时间来求出。此外，通过研磨而减少的厚度由研磨前后的被研磨物的质量差通过计算而求出。

另外，关于微划痕数，使用显微镜(Keyence公司制造的VHX－5000DIGITALMICROSCOPE)，获取研磨后的钠钙玻璃板的已研磨的面的一个视野部分(2.5mm×3.4mm)的放大图像(倍率：100倍)，通过目视确认该放大图像中的划痕数，以整个研磨面中的划痕的总数作为微划痕数。

评价试验的结果见表2。

[表2]

	比较例1	比较例2	比较例3	实施例1
					研磨率(μm/分钟)	1.03	1.11	1.09	1.25
微划痕数(个)	0	0	0	0

如表2所示，在使用实施例的研磨垫的情况下，被研磨物的表面品质没有下降，能够以高研磨率进行研磨。

Claims

1.一种研磨垫，其特征在于，是包含聚氨酯树脂发泡体的研磨垫，

所述研磨垫具有研磨面，

该研磨面由所述聚氨酯树脂发泡体的表面构成，

所述聚氨酯树脂发泡体包含多个气泡，具有65％以上的空隙率，在所述多个气泡中以15％以上的个数比包含具有200μm以上的气泡直径的大径气泡。

2.根据权利要求1所述的研磨垫，其中，

所述多个气泡的平均气泡直径为110μm以上。

3.根据权利要求1或2所述的研磨垫，其中，

所述聚氨酯树脂发泡体的JIS－A硬度为75以下。

4.根据权利要求1或2所述的研磨垫，其中，

所述聚氨酯树脂发泡体的压缩率为3％以上。

5.根据权利要求1或2所述的研磨垫，其中，

所述聚氨酯树脂发泡体中的20℃下的储能模量为50MPa以下。

6.根据权利要求1或2所述的研磨垫，其中，

所述聚氨酯树脂发泡体中的20℃下的tanδ为0.1以上，并且，所述聚氨酯树脂发泡体中的50℃下的tanδ为0.1以上。