研磨布
【課題】研磨効率を高め被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨布を提供する。
【解決手段】研磨布２０は、シート状に形成された不織布２を有している。不織布２は、繊維が網目状に交絡されており、繊維間に空隙が形成されている。不織布２を構成する繊維は、表面が樹脂層で被覆されている。樹脂層は、湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が多価イソシアネート化合物で架橋されて形成されている。不織布２は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有しており、細孔３が形成されている。細孔３は、不織布２を構成する繊維の間隙より大きく均一な孔径を有している。不織布２は、細孔３が形成された状態で加熱圧縮処理が施されている。研磨加工時にスラリが細孔３および繊維の間隙を通じて移動する。
【解決手段】研磨布２０は、シート状に形成された不織布２を有している。不織布２は、繊維が網目状に交絡されており、繊維間に空隙が形成されている。不織布２を構成する繊維は、表面が樹脂層で被覆されている。樹脂層は、湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が多価イソシアネート化合物で架橋されて形成されている。不織布２は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有しており、細孔３が形成されている。細孔３は、不織布２を構成する繊維の間隙より大きく均一な孔径を有している。不織布２は、細孔３が形成された状態で加熱圧縮処理が施されている。研磨加工時にスラリが細孔３および繊維の間隙を通じて移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨布に係り、特に、繊維が集合したシート状部材に樹脂を含浸し被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する繊維集合体を備えた研磨布に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズ、平行平面板、反射ミラー等の光学材料、ハードディスク用基板、半導体用シリコンウェハ、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）の研磨加工には、不織布やフェルト等のシート状に形成された繊維集合体を備えた研磨布が用いられている。
【０００３】
このような研磨布では、不織布等を構成する繊維が交絡されており、研磨粒子を含む研磨液（スラリ）を繊維の間隙に貯留させつつ研磨加工が行われる。しかしながら、このタイプの研磨布は柔軟性を有し変形しやすいため、被研磨物の周縁部が中央部より研磨加工されるロールオフが生じやすく平坦性が低下する。ロールオフの発生を回避するには、研磨布の変形を抑制することが必要であるが、変形を抑制するために研磨速度を小さくすると研磨効率が低下する、という問題が生じる。変形しやすさを改善するために、研磨布を加熱加圧することで見かけ比重０．４以上、硬度６０度以上とした研磨布が開示されている（特許文献１参照）。ところが、この技術では、加熱加圧することで研磨布を構成する繊維の間隙が小さくなってしまい、スラリの保持性や循環性が低下するうえ、目詰まりの発生も早くなる。
【０００４】
スラリの保持性、循環性を改善する技術として、例えば、平均直径２３μｍ以上の繊維を２０重量％以上含有し、通気度が１０ｃｃ／ｃｍ２／秒以上の不織布を用いた研磨布の技術が開示されている（特許文献２参照）。また、従来多用されたポリエステル繊維に比べて吸水性が高いナイロン繊維に熱融着糸を混綿し成形した不織布を用いた研磨布の技術が開示されている（特許文献３参照）。この技術では、ナイロン繊維にスラリ成分の一部が吸収され保持されることで被研磨物の表面粗さを改善する効果が期待される。また、熱融着繊維と非熱融着繊維とで成形された不織布に、ノニオン性処理剤で親水化処理を施し、さらに熱処理を施すことで硬度を８５度以上９９度以下とした研磨布の技術が開示されている（特許文献４参照）。更には、発泡ウレタン樹脂に含浸され、その研磨面に複数の孔部と複数の溝部とが形成された不織布を有する研磨布の技術が開示されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５４−３０１５８号公報
【特許文献２】特開１９９１−２３４４７５号公報
【特許文献３】特開２００６−３５３２３号公報
【特許文献４】特許第３９５３１５０号公報
【特許文献５】特開２００３−３３４７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の技術では、通気度が定められることで目詰まりの発生は改善されるものの、硬度が不十分なため、平坦性、特にロールオフの改善が十分とはいえない。また、特許文献３、特許文献４の技術では、吸水性を高めることでスラリ保持性が向上するものの、熱ロールなどで加熱加圧し融着させる際に繊維の間隙が潰れて目詰まりが発生しやすくなり、スラリ保持性が早期に低下してしまう。また、特許文献５の技術では、研磨布の全面にわたって溝が形成されているため、研磨加工時に供給されたスラリが溝を通じてそのまま排出されてしまい、スラリが有効活用されずスラリの使用量も増加する、という問題がある。従って、スラリの保持性、循環性を確保しつつ、不織布等の繊維集合体の硬度を改善することが重要である。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、研磨効率を高め被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨布を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、繊維が集合したシート状部材に樹脂を含浸し被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する繊維集合体を備えた研磨布において、前記繊維集合体は、前記研磨面側の少なくとも表層に前記繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されており、加熱圧縮により硬質化されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、繊維集合体の研磨面側の少なくとも表層に繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されたことで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が細孔および繊維の間隙を通じて被研磨物に循環供給されるため、研磨液循環性を向上させ研磨効率を高めることができると共に、加熱圧縮により硬質化されたことで研磨加工時の変形が抑制され被研磨物の平坦性を向上させることができる。
【００１０】
この場合において、細孔が、略均一な孔径を有し、略均等に分散された状態で形成されていることが好ましい。このとき、細孔が、平均孔径を０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とし、研磨面の単位面積あたり１個／ｃｍ２〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されていてもよい。また、繊維集合体を、密度が０．３４ｇ／ｃｍ３〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲、Ａ硬度が５０度〜９０度の範囲とすることができる。また、繊維がシート状部材に含浸した樹脂と異なる樹脂で形成されていてもよい。このとき、繊維集合体をポリエステル繊維で成形された不織布とすることができる。ポリエステル繊維が、湿式凝固法により凝固再生したポリウレタン樹脂で表面を被覆されていることが好ましい。このとき、ポリウレタン樹脂が加熱圧縮により多価イソシアネート化合物で架橋されていてもよい。このとき、ポリウレタン樹脂に、熱処理により多価イソシアネート化合物との架橋結合を形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、繊維集合体の研磨面側の少なくとも表層に繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されたことで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が細孔および繊維の間隙を通じて被研磨物に循環供給されるため、研磨液循環性を向上させ研磨効率を高めることができると共に、加熱圧縮により硬質化されたことで研磨加工時の変形が抑制され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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した実施形態の研磨布を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態の研磨布を構成し樹脂層が形成された繊維を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態の研磨布の製造工程の概略を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨布の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の研磨布２０は、シート状に成形された繊維集合体としての不織布２を備えている。不織布２は、繊維が集合し網目状に交絡されており、繊維間に空隙が形成されている。
【００１５】
不織布２は、シート状部材としての不織布基材がポリウレタン樹脂溶液に含浸され、水系凝固液中で原料繊維の表面に凝固再生されたポリウレタン樹脂が架橋されることで形成されている。すなわち、図２に示すように、不織布２を構成する繊維１５は、原料繊維の表面が樹脂で被覆され樹脂層１３が形成されている。原料繊維には、本例では、繊度２．５ｄ（デニール）、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１２が用いられている。ポリエステル繊維１２が網目状に交絡されて不織布基材が成形されている。樹脂層１３は、湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が、分子内に２つ以上のイソシアネート基を有する多価イソシアネート化合物（架橋剤）で架橋処理されて形成されている。ポリウレタン樹脂には、１００％モジュラス（２倍長に引っ張る時の張力）が２０ＭＰａ以下のポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂が用いられている。
【００１６】
図１に示すように、不織布２は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有しており、パンチング等により細孔３が略均等に分散した状態で形成されている。細孔３は、不織布２を貫通する長さを有しており、不織布２を構成する繊維１５の間隙より大きく略均一な孔径を有している。本例では、細孔３の平均孔径が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に調整されている。細孔３は、研磨面Ｐの単位面積あたり１〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されている。また、不織布２は、細孔３が形成された状態で加熱圧縮処理、架橋処理が施され硬質化されている。このため、不織布２では、密度が０．３４〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲、Ａ硬度が５０〜９０度の範囲にそれぞれ調整されている。
【００１７】
また、研磨布２０は、不織布２の研磨面Ｐと反対側の面に、研磨機に研磨布２０を装着するために、支持材６を介して両面テープ７が貼り合わされている。両面テープ７は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルム等の可撓性フィルムの基材（不図示）を有しており、基材の両面にアクリル系粘着剤等の粘着剤層が形成されている。また、支持材６にはＰＥＴ製等のフィルムが用いられており、両面テープ７と同様の粘着剤で不織布２と貼り合わされている。両面テープ７は、基材の一面側の粘着剤層で支持材６と貼り合わされており、他面側の粘着剤層が剥離紙８で覆われている。
【００１８】
研磨布２０は、図３に示すように、ポリエステル繊維１２で形成された不織布基材をポリウレタン樹脂溶液に含浸する樹脂含浸工程、ポリウレタン樹脂を凝固再生させる凝固再生工程、ポリエステル繊維１２がポリウレタン樹脂で被覆された不織布を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程、研磨面Ｐ側に細孔３を形成する細孔形成工程、細孔形成後の不織布に加熱圧縮処理を施す加熱圧縮工程、ポリエステル繊維１２を被覆したポリウレタン樹脂に架橋結合を形成させる架橋処理工程、得られた不織布２に支持材６、両面テープ７を貼り合わせるラミネート工程を経て製造される。以下、工程順に説明する。
【００１９】
樹脂含浸工程では、ポリウレタン樹脂と多価イソシアネート化合物とを含むポリウレタン樹脂溶液に不織布基材を含浸する。不織布基材としては、本例では、ポリエステル繊維１２により成形されたニードルパンチ不織布が使用されている。不織布基材の厚さは、１．５ｍｍ未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸後の乾燥時に厚さ方向でポリウレタン樹脂の移動（樹脂マイグレーション）が発生しポリウレタン樹脂の被覆厚さが偏りやすく、５．０ｍｍを超えると不織布基材の内部までポリウレタン樹脂溶液が浸透できなくなるので、１．５〜５．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、不織布基材の密度は、０．１ｇ／ｃｍ３未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸してもポリウレタン樹脂がポリエステル繊維１２の間隙を通じて流出しポリエステル繊維１２に付着しにくく、０．２ｇ／ｃｍ３を超えるとポリウレタン樹脂の付着量が大きくなり繊維の間隙を塞いでしまうので、０．１〜０．２ｇ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。
【００２０】
樹脂含浸工程で用いるポリウレタン樹脂は、多価イソシアネート化合物と混合して有機溶媒のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略記する。）に溶解させる。このとき、ポリウレタン樹脂溶液のポリウレタン樹脂の固形分濃度が、１０重量％未満では不織布２の密度を目標とする値に調整することが難しくなり、４０重量％を超えるとポリウレタン樹脂が溶解しにくくなる。また、ポリウレタン樹脂溶液の粘度が１０００ｃＰｓ未満では、流動性が大きくなるため、不織布基材（のポリエステル繊維１２）に付着しにくくなり、４０００ｃＰｓを超える場合には、付着量が大きくなりポリエステル繊維１２の間隙を塞いでしまう。従って、含浸工程におけるポリウレタン樹脂溶液は、濃度が１０〜４０重量％の範囲で粘度が１０００〜４０００ｃＰｓの範囲とすることが好ましい。また、多価イソシアネート化合物の固形分濃度は、１〜４重量％の範囲で用いる。
【００２１】
樹脂含浸工程でポリウレタン樹脂溶液に混合する多価イソシアネート化合物としては、例えば、イソシアネート基が２つのジイソシアネート化合物、イソシアネート基が３つのトリイソシアネート化合物、イソシアネート基が４つのテトライソシアネート化合物等を挙げることができる。ジイソシアネート化合物としては、例えば、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−１，４−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニルジイソシアネート、３，３’−ジメチルジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、キシリレン−１，４−ジイソシアネート、４，４’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、ブチレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，４−ジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−１，４−ジイソチオシアネート、エチリジンジイソチオシアネート等を挙げることができる。トリイソシアネート化合物としては、例えば、トリフェニルメタン−トリイソシアネート等を挙げることができる。テトライソシアネート化合物としては、４，４’−ジメチルジフェニルメタン−２，２’，５，５’−テトライソシアネート等を挙げることができる。また、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートとヘキサントリオールとの付加物、２，４−トリレンジイソシアネートとプレンツカテコールとの付加物、トリレンジイソシアネートとヘキサントリオールとの付加物、トリレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物、ヘキサメチレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物、イソシアヌル酸とヘキサメチレンジイソシアネートとの付加物等のようにイソシアネート化合物をプレポリマ化した多価イソシアネートプレポリマを使用することもできる。これらの多価イソシアネート化合物や多価イソシアネートプレポリマの二種以上を併用してもよい。
【００２２】
ポリウレタン樹脂溶液に不織布基材を浸漬した後、加圧可能な１対のマングルローラを用いて過剰なポリウレタン樹脂溶液を絞り落とし、略均一に含浸させる。含浸後の不織布基材では、ポリエステル繊維１２の表面がポリウレタン樹脂と多価イソシアネート化合物とで覆われる。このときのポリウレタン樹脂溶液の温度は、５〜４０℃の範囲に調整することが好ましく、２０〜３０℃の範囲が更に好ましい。含浸工程をこの温度範囲で行うことで、多価イソシアネート化合物による架橋反応の進行が抑制される。
【００２３】
凝固再生工程では、樹脂含浸後の不織布をポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする水系凝固液中でポリウレタン樹脂を凝固再生させる。水系凝固液中では、ポリエステル繊維１２に付着しているポリウレタン樹脂溶液の表面からＤＭＦと凝固液との置換が進行することでポリウレタン樹脂がポリエステル繊維１２の表面に凝固再生される。凝固再生は、５〜４０℃の温度範囲で行われる。凝固再生をこの温度範囲で行うことで、含浸工程と同様に多価イソシアネート化合物による架橋反応の進行が抑制される。
【００２４】
洗浄・乾燥工程では、ポリエステル繊維１２の表面にポリウレタン樹脂が凝固再生された不織布を水等の洗浄液中に浸漬し、不織布中に残存するＤＭＦ等を除去する。洗浄後、不織布を洗浄液から引き上げ、マングルローラで余分な洗浄液を絞り落とす。その後、不織布を１００〜１３０℃の乾燥機中で乾燥させる。
【００２５】
細孔形成工程では、樹脂層形成後の不織布の研磨面Ｐ側にパンチング処理が施される。パンチング処理には、例えば、ファイバーロッカー等の装置が用いられる。この装置では、細孔の孔径、深さに合わせた針を有する針板が装着されており、この針板の針の密度が２〜４本／ｃｍ２に調整されている。本例では、針の直径が０．５〜２ｍｍの範囲、長さが１〜１００ｍｍの範囲に設定されている。針板は針を下側に向けて装着されており、針板の下方には、針板と対向するように略平坦な受け板が装着されている。受け板には、針板の針に対応するように穴が形成されている。パンチング処理時には、針板を受け板に向けて上下に動かし、不織布の上面側から針板の針でパンチング処理を施す。不織布に形成される細孔３の形成割合は、針板を単位時間あたりに上下に動かすストローク回数と不織布の送り速度とで定められる。この処理により、細孔３が形成された不織布が作製される。
【００２６】
加熱圧縮工程では、細孔３が形成された不織布を加熱しながら加圧して圧縮する。細孔３の形成後の不織布を、例えば、対向配置され平坦面を有する２つの金属板で挟み込む。各金属板の温度を約１４０〜１５０℃に設定し５〜１５ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力をかけておよそ３０秒〜５分間の加熱圧縮処理を施す。この加熱圧縮処理により、細孔３が形成された不織布の密度が上述した範囲に調整される。架橋処理工程では、加熱圧縮後の不織布を、約１１０〜１３０℃に設定された加熱機中でおよそ１４〜１８時間熱処理する。この熱処理により、ポリエステル繊維１２を被覆したポリウレタン樹脂に多価イソシアネート化合物による架橋結合が形成され、ポリエステル繊維１２の表面が架橋ポリウレタン樹脂で被覆された繊維１５が形成される。得られた不織布２では、加熱圧縮処理、架橋処理が施されたことで硬度が上述した範囲に調整される。
【００２７】
不織布２の密度は、０．３４ｇ／ｃｍ３未満ではポリエステル繊維１２を被覆した樹脂層１３の全体の樹脂量が少なく研磨布での強度が不足し、０．５１ｇ／ｃｍ３を超えるとポリウレタン樹脂で被覆され樹脂層１３が形成された繊維１５の間隙が塞がれてしまい研磨加工時に研磨液を貯留することができなくなるので、０．３４〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲に設定することが好ましい。不織布２の密度は、含浸工程におけるポリウレタン樹脂溶液の含浸量や加熱圧縮工程における圧力により調整することができる。
【００２８】
ラミネート工程では、不織布２の研磨面Ｐと反対の面側に、支持材６を介して両面テープ７を一面側の粘着剤層で貼り合わせる。両面テープ７の他面側には剥離紙８が残されている。そして、円形等の所望の形状、サイズに裁断した後、キズや汚れ、異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨布２０を完成させる。
【００２９】
被研磨物の研磨加工を行うときは、研磨機の研磨定盤に研磨布２０を両面テープ７の剥離紙８を剥離し露出した粘着剤層で貼着する。研磨加工時には、被研磨物および研磨面Ｐ間に研磨粒子を含む研磨液（スラリ）を供給すると共に、被研磨物および研磨面Ｐ間を加圧しながら研磨定盤を回転させることで、被研磨物を研磨加工する。
【００３０】
（作用等）
次に、本実施形態の研磨布２０の作用等について説明する。
【００３１】
本実施形態では、不織布２に細孔３が形成されている。細孔３は、不織布２を構成する繊維１５の間隙より大きく略均一な孔径を有しており、略均等に分散された状態で形成されている。このため、研磨加工時に外部から供給されるスラリ（研磨粒子を含む研磨液）が細孔３および繊維１５の間隙を通じて移動するので、被研磨物に均等に循環供給される。これにより、スラリの循環性が向上するので、研磨効率の向上を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、ポリエステル繊維１２の表面に樹脂層１３が形成された繊維１５で不織布２が構成されている。この樹脂層１３は湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が多価イソシアネート化合物で架橋されている。湿式凝固法では、溶媒に用いたＤＭＦと凝固液の水との置換によりポリウレタン樹脂が凝固再生することから、ポリウレタン樹脂が多孔状に形成される。このため、ポリエステル繊維１２の表面を被覆した樹脂層１３が多孔状となることから、本来ポリエステル繊維１２が吸液（水）性を有していないことと比べて、研磨加工時に供給されたスラリが多孔状の樹脂層１３に吸液され保持される。これにより、スラリ保持性が向上するので、研磨効率を高めることができる。
【００３３】
更に、本実施形態では、不織布２が加熱加圧されて圧縮され、更には、熱処理されてポリウレタン樹脂に架橋結合が形成されており、不織布２のＡ硬度が５０〜９０度の範囲に調整されている。このため、元々柔軟な不織布基材と比べて、不織布２の硬度が増大する。これにより、研磨加工時の変形が抑制されるので、被研磨物を略平坦に研磨加工することができ、平坦性向上を図ることができる。Ａ硬度が５０度に満たない場合は、不織布が柔軟となることから、研磨加工時に被研磨物にロールオフ（端部が中央部より過剰に研磨加工された状態）を生じ、平坦性を損なうこととなる。反対に、Ａ硬度が９０度を超えた場合は、被研磨物にキズ発生等を招くことがある。また、不織布２の製造時には、樹脂含浸工程でポリウレタン樹脂溶液に多価イソシアネート化合物を混合しておき、架橋処理工程での加熱により架橋反応を生じさせる。このため、架橋処理前の加熱圧縮工程ではポリウレタン樹脂が架橋されていない状態で加熱加圧されることから、不織布が柔軟性を残しているので、加熱圧縮処理を効率よく、かつ、均等に施すことができる。
【００３４】
また更に、本実施形態では、細孔３が、平均孔径０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に調整され、研磨面Ｐの単位面積あたり１〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されている。細孔３の平均孔径が０．５ｍｍに満たない場合は、細孔３の形成後の加熱圧縮時や架橋処理時に細孔３が塞がってしまうため、スラリの循環性、保持性の向上が難しくなる。反対に、細孔３の平均孔径が２．０ｍｍを超えた場合は、スラリを均等、均一に分散保持するために必要な細孔の形成割合を確保することが難しくなる。また、細孔３の形成割合が１個／ｃｍ２に満たないと、スラリの循環供給の均一化、均等化が不十分となり、５０個／ｃｍ２を超えると不織布２の強度が不足するため好ましくない。従って、細孔３の平均孔径および形成割合を上述した範囲とすることで、スラリの循環性、保持性を確保することができる。スラリの循環供給の均一化、均等化と、不織布２の強度とのバランスを考慮すれば、細孔３の形成割合を２〜１０個／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
更にまた、本実施形態では、不織布２の密度が０．３４ｇ／ｃｍ３〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲に調整されている。密度が０．３４ｇ／ｃｍ３未満では樹脂層１３の全体の樹脂量が少なく研磨布２０の強度が不足することとなり、０．５１ｇ／ｃｍ３を超えると繊維１５の間隙が塞がれてしまい研磨加工時にスラリを貯留することができなくなる。従って、不織布２の密度を上述した範囲とすることで、不織布２の強度を向上させつつスラリの循環性、保持性を確保することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、不織布２を構成する原料繊維としてポリエステル繊維１２を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ポリエステル繊維１２以外に、例えば、ナイロン繊維等のポリアミド繊維やポリウレタン繊維等の樹脂繊維を用いてもよく、綿、麻等の天然繊維を用いることもできる。製造工程中でＤＭＦ等の有機溶媒や水等の洗浄液を吸収することによる原料繊維の膨潤を防止することや原料繊維の量産性を考慮すれば、吸水（液）性を有していない樹脂繊維を用いることが好ましい。原料繊維の繊度や繊維長に制限のないことはいうまでもない。
【００３７】
また、本実施形態では、繊維集合体の不織布基材としてニードルパンチ不織布を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ニードルパンチ不織布以外に水流交絡による不織布等を用いてもよい。厚さ１．５〜５．０ｍｍの範囲の不織布が好ましいことを考慮すれば、ニードルパンチ不織布を用いることが好適である。また、不織布に代えて、織物や編物を用いることも可能である。
【００３８】
更に、本実施形態では、細孔３が不織布２を貫通するように形成された例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。細孔３がスラリの循環性、保持性を向上させる役割を果たすことから、少なくとも表層に形成されていればよい。また、細孔３の形成にファイバーロッカー等の装置を用いる例を示したが、本発明は細孔形成の装置や方法に制限されるものではない。
【００３９】
また更に、本実施形態では、不織布２を構成する繊維１５が湿式凝固法により凝固再生され架橋されたポリウレタン樹脂の樹脂層１３を有する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。湿式凝固法以外の方法を用いることも可能であるが、原料繊維の表面に均等、均一な樹脂層を形成することを考慮すれば、湿式凝固法で形成することが好ましい。また、樹脂層１３を形成する樹脂としてポリウレタン樹脂以外に、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂やポリビニルクロライド等で用いるようにしてもよい。上述したように、原料繊維として吸水性を有していない樹脂繊維を用いる場合は、スラリに対する吸液性を考慮すれば、湿式成膜法により多孔状に形成されるポリウレタン樹脂を用いることが好ましい。換言すれば、原料繊維を形成する樹脂と、樹脂層１３を形成する樹脂とが異なることが好ましい。
【００４０】
更にまた、本実施形態では、不織布２を構成する繊維１５の表面のポリウレタン樹脂が多価イソシアネート化合物で架橋された例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。多価イソシアネート化合物以外の架橋剤で架橋するようにしてもよく、架橋せずに用いることも可能である。研磨加工時の発熱により樹脂層が軟化する可能性があることを考慮すれば、架橋されていることが好ましく、ポリウレタン樹脂と同様のウレタン結合を形成する多価イソシアネート化合物で架橋することが好ましい。また、架橋処理工程で熱処理することにより架橋結合を形成させる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、架橋剤の選定により熱処理せずに架橋結合を形成することも可能である。加熱圧縮工程における効率や均等性の観点から、加熱圧縮時には架橋結合が形成されていないことが好ましく、加熱圧縮工程後の架橋処理工程における熱処理で架橋結合を形成することが好ましい。
【００４１】
また、本実施形態では、不織布２と支持材６、両面テープ７とを貼り合わせた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、支持材６を貼り合わせていなくてもよく、両面テープ７に代えて不織布２に粘着剤のみを塗布し、剥離紙８を貼り合わせるようにしてもよい。研磨布１０の搬送時や研磨機への装着時の取り扱いを容易にすることを考慮すれば、支持材６を貼り合わせることが好ましく、基材を有する両面テープ７を用いることが好ましい。支持材６、両面テープ７の基材や粘着剤の材質にも特に制限されないことはもちろんである。
【実施例】
【００４２】
次に、本実施形態に従い製造した研磨布２０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布についても併記する。
【００４３】
（実施例１）
実施例１では、不織布基材に、繊度２．５ｄのポリエステル繊維で形成された厚さ３．０ｍｍ、密度０．１３８ｇ／ｃｍ３のニードルパンチ不織布を用いた。含浸工程では、１００％モジュラスが９ＭＰａのエステル系ポリウレタン樹脂のＤＭＦ溶液と、架橋剤の３官能末端イソシアネート化合物とをＤＭＦに溶解したポリウレタン樹脂溶液を用いた。ポリウレタン樹脂溶液では、ポリウレタン樹脂のＤＭＦ溶液の４９０重量部に対して、架橋剤の２５重量部、ＤＭＦの４８５重量部を配合した。このポリウレタン樹脂溶液の樹脂固形分濃度、架橋剤濃度は、樹脂分換算でそれぞれ１７．２重量％、１．９重量％であり、粘度は２０００ｃＰｓであった。ポリウレタン樹脂溶液にニードルパンチ不織布を、不織布（ウェブ）に対するポリウレタン樹脂溶液の含浸量が１１５％となるように含浸させ、湿式凝固、洗浄・乾燥させた。次いで、細孔３を形成した後、熱処理を施した。細孔３の形成では、処理機の針を直径０．５ｍｍ、長さ５ｍｍとし、形成割合が５個／ｃｍ２となるように針板のストローク回数と不織布の送り速度を調整した。加熱圧縮時には、温度１４５℃で２分間、圧力１０ｋｇ／ｃｍ２で処理した。その後、約１２０℃に設定された加熱機中でおよそ１６時間熱処理しポリウレタン樹脂に架橋結合を形成させた。支持材６、両面テープ７を貼り合わせることで実施例１の研磨布２０を製造した。
【００４４】
（比較例１、比較例２）
比較例１では、細孔３を形成しないこと以外は実施例１と同様にして研磨布を製造した。また、比較例２では、細孔３を形成せず、加熱圧縮処理、架橋処理を施さないこと以外は実施例１と同様にして研磨布を製造した。すなわち、比較例２の研磨布は従来の研磨布である。
【００４５】
（研磨性能評価）
各実施例および比較例の研磨布を用いたシリコンウェハの研磨加工を、以下の条件で行い、研磨レート、ロールオフ、スクラッチの有無により研磨性能を評価した。研磨レートは、研磨効率を示す数値の一つであり、１分間あたりの研磨量を厚さの単位で表したものである。研磨加工前後の被研磨物の重量減少を測定し、被研磨物の研磨面積および比重から計算により算出した。ロールオフは、被研磨物の周縁部が中心部より過度に研磨加工されることで生じ、平坦性を評価するための測定項目の１つである。測定方法としては、例えば、光学式表面粗さ計にて外周端部から中心に向かい０．５ｍｍの位置より半径方向に１．５ｍｍの範囲で２次元プロファイル像を得る。得られた２次元プロファイル像において、半径方向をＸ軸、厚み方向をＹ軸としたときに、外周端部からＸ＝０．５ｍｍおよびＸ＝１．５ｍｍの座標位置のＹ軸の値がＹ＝０となるようにレベリング補正し、このときの２次元プロファイル像のＸ＝０．５〜１．５ｍｍ間におけるＰＶ値を求めた。ロールオフの測定には、表面粗さ測定機（Ｚｙｇｏ社製、型番Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２）を使用した。スクラッチの有無は、研磨加工後の被研磨物を目視にて判定した。研磨レート、ロールオフ、スクラッチの有無の測定結果を下表１に示す。
使用研磨機：不二越株式会社製、ＭＣＰ−１５０Ｘ
回転数：（定盤）１００ｒ／ｍ、（トップリング）７５ｒ／ｍ
研磨圧力：３３０ｇ／ｃｍ２
揺動幅：１０ｍｍ（揺動中心値より２００ｍｍ）
揺動移動：１ｍｍ／ｍｉｎ
研磨剤：ニッタハース社製、品番ナルコ２３５０（２３５０原液：水＝１：９の混合液を使用）
被研磨物：８インチφシリコンウェハ（厚み７５０μｍ）
研磨時間：２０分間
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示すように、比較例１の研磨布を用いた研磨加工では、研磨レートが０．４６μｍ／ｍｉｎ、ロールオフが１６９ｎｍであった。これに対して、実施例１の研磨布２０を用いた研磨加工では、ロールオフが１５１ｎｍと低減（改善）し、研磨レートは０．５１μｍ／ｍｉｎと大きく向上した。また、比較例１では被研磨物にスクラッチが認められたのに対して、実施例１ではスクラッチが認められなかった。研磨布２０では、細孔３を形成することでスラリの保持性、循環性が向上したこと、および、熱処理により高硬度化、低圧縮化されたためと考えられる。また、比較例２の研磨布を用いた場合は、研磨レートが０．４２μｍ／ｍｉｎ、ロールオフが２９７ｎｍであった。比較例２では、細孔３が形成されていないものの、不織布自体に繊維の間隙が形成されているため、ある程度のスラリ循環性が発揮され研磨レートが得られたと考えられる。ところが、柔軟なためロールオフが不十分な結果となったと考えられる。従って、ポリウレタン樹脂で表面を被覆された繊維１５で形成された不織布２に細孔３を形成し熱処理を施した研磨布２０では、高硬度化、低圧縮化されており、スラリの保持性、循環性を高めて有効利用することができると共に、研磨屑等による目詰まりを抑制してスクラッチ等の欠点を低減することができ、端部形状（ロールオフ）も改善することができることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は研磨効率を高め被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨布を提供するものであるため、研磨布の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００４９】
Ｐ 研磨面
２ 不織布（繊維集合体）
３ 細孔
１３ 樹脂層
１５ 繊維
２０ 研磨布
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨布に係り、特に、繊維が集合したシート状部材に樹脂を含浸し被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する繊維集合体を備えた研磨布に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズ、平行平面板、反射ミラー等の光学材料、ハードディスク用基板、半導体用シリコンウェハ、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）の研磨加工には、不織布やフェルト等のシート状に形成された繊維集合体を備えた研磨布が用いられている。
【０００３】
このような研磨布では、不織布等を構成する繊維が交絡されており、研磨粒子を含む研磨液（スラリ）を繊維の間隙に貯留させつつ研磨加工が行われる。しかしながら、このタイプの研磨布は柔軟性を有し変形しやすいため、被研磨物の周縁部が中央部より研磨加工されるロールオフが生じやすく平坦性が低下する。ロールオフの発生を回避するには、研磨布の変形を抑制することが必要であるが、変形を抑制するために研磨速度を小さくすると研磨効率が低下する、という問題が生じる。変形しやすさを改善するために、研磨布を加熱加圧することで見かけ比重０．４以上、硬度６０度以上とした研磨布が開示されている（特許文献１参照）。ところが、この技術では、加熱加圧することで研磨布を構成する繊維の間隙が小さくなってしまい、スラリの保持性や循環性が低下するうえ、目詰まりの発生も早くなる。
【０００４】
スラリの保持性、循環性を改善する技術として、例えば、平均直径２３μｍ以上の繊維を２０重量％以上含有し、通気度が１０ｃｃ／ｃｍ２／秒以上の不織布を用いた研磨布の技術が開示されている（特許文献２参照）。また、従来多用されたポリエステル繊維に比べて吸水性が高いナイロン繊維に熱融着糸を混綿し成形した不織布を用いた研磨布の技術が開示されている（特許文献３参照）。この技術では、ナイロン繊維にスラリ成分の一部が吸収され保持されることで被研磨物の表面粗さを改善する効果が期待される。また、熱融着繊維と非熱融着繊維とで成形された不織布に、ノニオン性処理剤で親水化処理を施し、さらに熱処理を施すことで硬度を８５度以上９９度以下とした研磨布の技術が開示されている（特許文献４参照）。更には、発泡ウレタン樹脂に含浸され、その研磨面に複数の孔部と複数の溝部とが形成された不織布を有する研磨布の技術が開示されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５４−３０１５８号公報
【特許文献２】特開１９９１−２３４４７５号公報
【特許文献３】特開２００６−３５３２３号公報
【特許文献４】特許第３９５３１５０号公報
【特許文献５】特開２００３−３３４７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の技術では、通気度が定められることで目詰まりの発生は改善されるものの、硬度が不十分なため、平坦性、特にロールオフの改善が十分とはいえない。また、特許文献３、特許文献４の技術では、吸水性を高めることでスラリ保持性が向上するものの、熱ロールなどで加熱加圧し融着させる際に繊維の間隙が潰れて目詰まりが発生しやすくなり、スラリ保持性が早期に低下してしまう。また、特許文献５の技術では、研磨布の全面にわたって溝が形成されているため、研磨加工時に供給されたスラリが溝を通じてそのまま排出されてしまい、スラリが有効活用されずスラリの使用量も増加する、という問題がある。従って、スラリの保持性、循環性を確保しつつ、不織布等の繊維集合体の硬度を改善することが重要である。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、研磨効率を高め被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨布を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、繊維が集合したシート状部材に樹脂を含浸し被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する繊維集合体を備えた研磨布において、前記繊維集合体は、前記研磨面側の少なくとも表層に前記繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されており、加熱圧縮により硬質化されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、繊維集合体の研磨面側の少なくとも表層に繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されたことで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が細孔および繊維の間隙を通じて被研磨物に循環供給されるため、研磨液循環性を向上させ研磨効率を高めることができると共に、加熱圧縮により硬質化されたことで研磨加工時の変形が抑制され被研磨物の平坦性を向上させることができる。
【００１０】
この場合において、細孔が、略均一な孔径を有し、略均等に分散された状態で形成されていることが好ましい。このとき、細孔が、平均孔径を０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とし、研磨面の単位面積あたり１個／ｃｍ２〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されていてもよい。また、繊維集合体を、密度が０．３４ｇ／ｃｍ３〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲、Ａ硬度が５０度〜９０度の範囲とすることができる。また、繊維がシート状部材に含浸した樹脂と異なる樹脂で形成されていてもよい。このとき、繊維集合体をポリエステル繊維で成形された不織布とすることができる。ポリエステル繊維が、湿式凝固法により凝固再生したポリウレタン樹脂で表面を被覆されていることが好ましい。このとき、ポリウレタン樹脂が加熱圧縮により多価イソシアネート化合物で架橋されていてもよい。このとき、ポリウレタン樹脂に、熱処理により多価イソシアネート化合物との架橋結合を形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、繊維集合体の研磨面側の少なくとも表層に繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されたことで、研磨加工時に外部から供給される研磨液が細孔および繊維の間隙を通じて被研磨物に循環供給されるため、研磨液循環性を向上させ研磨効率を高めることができると共に、加熱圧縮により硬質化されたことで研磨加工時の変形が抑制され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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した実施形態の研磨布を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態の研磨布を構成し樹脂層が形成された繊維を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態の研磨布の製造工程の概略を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明を適用した研磨布の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の研磨布２０は、シート状に成形された繊維集合体としての不織布２を備えている。不織布２は、繊維が集合し網目状に交絡されており、繊維間に空隙が形成されている。
【００１５】
不織布２は、シート状部材としての不織布基材がポリウレタン樹脂溶液に含浸され、水系凝固液中で原料繊維の表面に凝固再生されたポリウレタン樹脂が架橋されることで形成されている。すなわち、図２に示すように、不織布２を構成する繊維１５は、原料繊維の表面が樹脂で被覆され樹脂層１３が形成されている。原料繊維には、本例では、繊度２．５ｄ（デニール）、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維１２が用いられている。ポリエステル繊維１２が網目状に交絡されて不織布基材が成形されている。樹脂層１３は、湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が、分子内に２つ以上のイソシアネート基を有する多価イソシアネート化合物（架橋剤）で架橋処理されて形成されている。ポリウレタン樹脂には、１００％モジュラス（２倍長に引っ張る時の張力）が２０ＭＰａ以下のポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂が用いられている。
【００１６】
図１に示すように、不織布２は、被研磨物を研磨加工するための研磨面Ｐを有しており、パンチング等により細孔３が略均等に分散した状態で形成されている。細孔３は、不織布２を貫通する長さを有しており、不織布２を構成する繊維１５の間隙より大きく略均一な孔径を有している。本例では、細孔３の平均孔径が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に調整されている。細孔３は、研磨面Ｐの単位面積あたり１〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されている。また、不織布２は、細孔３が形成された状態で加熱圧縮処理、架橋処理が施され硬質化されている。このため、不織布２では、密度が０．３４〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲、Ａ硬度が５０〜９０度の範囲にそれぞれ調整されている。
【００１７】
また、研磨布２０は、不織布２の研磨面Ｐと反対側の面に、研磨機に研磨布２０を装着するために、支持材６を介して両面テープ７が貼り合わされている。両面テープ７は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルム等の可撓性フィルムの基材（不図示）を有しており、基材の両面にアクリル系粘着剤等の粘着剤層が形成されている。また、支持材６にはＰＥＴ製等のフィルムが用いられており、両面テープ７と同様の粘着剤で不織布２と貼り合わされている。両面テープ７は、基材の一面側の粘着剤層で支持材６と貼り合わされており、他面側の粘着剤層が剥離紙８で覆われている。
【００１８】
研磨布２０は、図３に示すように、ポリエステル繊維１２で形成された不織布基材をポリウレタン樹脂溶液に含浸する樹脂含浸工程、ポリウレタン樹脂を凝固再生させる凝固再生工程、ポリエステル繊維１２がポリウレタン樹脂で被覆された不織布を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程、研磨面Ｐ側に細孔３を形成する細孔形成工程、細孔形成後の不織布に加熱圧縮処理を施す加熱圧縮工程、ポリエステル繊維１２を被覆したポリウレタン樹脂に架橋結合を形成させる架橋処理工程、得られた不織布２に支持材６、両面テープ７を貼り合わせるラミネート工程を経て製造される。以下、工程順に説明する。
【００１９】
樹脂含浸工程では、ポリウレタン樹脂と多価イソシアネート化合物とを含むポリウレタン樹脂溶液に不織布基材を含浸する。不織布基材としては、本例では、ポリエステル繊維１２により成形されたニードルパンチ不織布が使用されている。不織布基材の厚さは、１．５ｍｍ未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸後の乾燥時に厚さ方向でポリウレタン樹脂の移動（樹脂マイグレーション）が発生しポリウレタン樹脂の被覆厚さが偏りやすく、５．０ｍｍを超えると不織布基材の内部までポリウレタン樹脂溶液が浸透できなくなるので、１．５〜５．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、不織布基材の密度は、０．１ｇ／ｃｍ３未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸してもポリウレタン樹脂がポリエステル繊維１２の間隙を通じて流出しポリエステル繊維１２に付着しにくく、０．２ｇ／ｃｍ３を超えるとポリウレタン樹脂の付着量が大きくなり繊維の間隙を塞いでしまうので、０．１〜０．２ｇ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。
【００２０】
樹脂含浸工程で用いるポリウレタン樹脂は、多価イソシアネート化合物と混合して有機溶媒のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略記する。）に溶解させる。このとき、ポリウレタン樹脂溶液のポリウレタン樹脂の固形分濃度が、１０重量％未満では不織布２の密度を目標とする値に調整することが難しくなり、４０重量％を超えるとポリウレタン樹脂が溶解しにくくなる。また、ポリウレタン樹脂溶液の粘度が１０００ｃＰｓ未満では、流動性が大きくなるため、不織布基材（のポリエステル繊維１２）に付着しにくくなり、４０００ｃＰｓを超える場合には、付着量が大きくなりポリエステル繊維１２の間隙を塞いでしまう。従って、含浸工程におけるポリウレタン樹脂溶液は、濃度が１０〜４０重量％の範囲で粘度が１０００〜４０００ｃＰｓの範囲とすることが好ましい。また、多価イソシアネート化合物の固形分濃度は、１〜４重量％の範囲で用いる。
【００２１】
樹脂含浸工程でポリウレタン樹脂溶液に混合する多価イソシアネート化合物としては、例えば、イソシアネート基が２つのジイソシアネート化合物、イソシアネート基が３つのトリイソシアネート化合物、イソシアネート基が４つのテトライソシアネート化合物等を挙げることができる。ジイソシアネート化合物としては、例えば、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−１，４−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニルジイソシアネート、３，３’−ジメチルジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、キシリレン−１，４−ジイソシアネート、４，４’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、ブチレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，２−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−１，４−ジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−１，４−ジイソチオシアネート、エチリジンジイソチオシアネート等を挙げることができる。トリイソシアネート化合物としては、例えば、トリフェニルメタン−トリイソシアネート等を挙げることができる。テトライソシアネート化合物としては、４，４’−ジメチルジフェニルメタン−２，２’，５，５’−テトライソシアネート等を挙げることができる。また、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートとヘキサントリオールとの付加物、２，４−トリレンジイソシアネートとプレンツカテコールとの付加物、トリレンジイソシアネートとヘキサントリオールとの付加物、トリレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物、キシリレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物、ヘキサメチレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物、イソシアヌル酸とヘキサメチレンジイソシアネートとの付加物等のようにイソシアネート化合物をプレポリマ化した多価イソシアネートプレポリマを使用することもできる。これらの多価イソシアネート化合物や多価イソシアネートプレポリマの二種以上を併用してもよい。
【００２２】
ポリウレタン樹脂溶液に不織布基材を浸漬した後、加圧可能な１対のマングルローラを用いて過剰なポリウレタン樹脂溶液を絞り落とし、略均一に含浸させる。含浸後の不織布基材では、ポリエステル繊維１２の表面がポリウレタン樹脂と多価イソシアネート化合物とで覆われる。このときのポリウレタン樹脂溶液の温度は、５〜４０℃の範囲に調整することが好ましく、２０〜３０℃の範囲が更に好ましい。含浸工程をこの温度範囲で行うことで、多価イソシアネート化合物による架橋反応の進行が抑制される。
【００２３】
凝固再生工程では、樹脂含浸後の不織布をポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする水系凝固液中でポリウレタン樹脂を凝固再生させる。水系凝固液中では、ポリエステル繊維１２に付着しているポリウレタン樹脂溶液の表面からＤＭＦと凝固液との置換が進行することでポリウレタン樹脂がポリエステル繊維１２の表面に凝固再生される。凝固再生は、５〜４０℃の温度範囲で行われる。凝固再生をこの温度範囲で行うことで、含浸工程と同様に多価イソシアネート化合物による架橋反応の進行が抑制される。
【００２４】
洗浄・乾燥工程では、ポリエステル繊維１２の表面にポリウレタン樹脂が凝固再生された不織布を水等の洗浄液中に浸漬し、不織布中に残存するＤＭＦ等を除去する。洗浄後、不織布を洗浄液から引き上げ、マングルローラで余分な洗浄液を絞り落とす。その後、不織布を１００〜１３０℃の乾燥機中で乾燥させる。
【００２５】
細孔形成工程では、樹脂層形成後の不織布の研磨面Ｐ側にパンチング処理が施される。パンチング処理には、例えば、ファイバーロッカー等の装置が用いられる。この装置では、細孔の孔径、深さに合わせた針を有する針板が装着されており、この針板の針の密度が２〜４本／ｃｍ２に調整されている。本例では、針の直径が０．５〜２ｍｍの範囲、長さが１〜１００ｍｍの範囲に設定されている。針板は針を下側に向けて装着されており、針板の下方には、針板と対向するように略平坦な受け板が装着されている。受け板には、針板の針に対応するように穴が形成されている。パンチング処理時には、針板を受け板に向けて上下に動かし、不織布の上面側から針板の針でパンチング処理を施す。不織布に形成される細孔３の形成割合は、針板を単位時間あたりに上下に動かすストローク回数と不織布の送り速度とで定められる。この処理により、細孔３が形成された不織布が作製される。
【００２６】
加熱圧縮工程では、細孔３が形成された不織布を加熱しながら加圧して圧縮する。細孔３の形成後の不織布を、例えば、対向配置され平坦面を有する２つの金属板で挟み込む。各金属板の温度を約１４０〜１５０℃に設定し５〜１５ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力をかけておよそ３０秒〜５分間の加熱圧縮処理を施す。この加熱圧縮処理により、細孔３が形成された不織布の密度が上述した範囲に調整される。架橋処理工程では、加熱圧縮後の不織布を、約１１０〜１３０℃に設定された加熱機中でおよそ１４〜１８時間熱処理する。この熱処理により、ポリエステル繊維１２を被覆したポリウレタン樹脂に多価イソシアネート化合物による架橋結合が形成され、ポリエステル繊維１２の表面が架橋ポリウレタン樹脂で被覆された繊維１５が形成される。得られた不織布２では、加熱圧縮処理、架橋処理が施されたことで硬度が上述した範囲に調整される。
【００２７】
不織布２の密度は、０．３４ｇ／ｃｍ３未満ではポリエステル繊維１２を被覆した樹脂層１３の全体の樹脂量が少なく研磨布での強度が不足し、０．５１ｇ／ｃｍ３を超えるとポリウレタン樹脂で被覆され樹脂層１３が形成された繊維１５の間隙が塞がれてしまい研磨加工時に研磨液を貯留することができなくなるので、０．３４〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲に設定することが好ましい。不織布２の密度は、含浸工程におけるポリウレタン樹脂溶液の含浸量や加熱圧縮工程における圧力により調整することができる。
【００２８】
ラミネート工程では、不織布２の研磨面Ｐと反対の面側に、支持材６を介して両面テープ７を一面側の粘着剤層で貼り合わせる。両面テープ７の他面側には剥離紙８が残されている。そして、円形等の所望の形状、サイズに裁断した後、キズや汚れ、異物等の付着がないことを確認する等の検査を行い、研磨布２０を完成させる。
【００２９】
被研磨物の研磨加工を行うときは、研磨機の研磨定盤に研磨布２０を両面テープ７の剥離紙８を剥離し露出した粘着剤層で貼着する。研磨加工時には、被研磨物および研磨面Ｐ間に研磨粒子を含む研磨液（スラリ）を供給すると共に、被研磨物および研磨面Ｐ間を加圧しながら研磨定盤を回転させることで、被研磨物を研磨加工する。
【００３０】
（作用等）
次に、本実施形態の研磨布２０の作用等について説明する。
【００３１】
本実施形態では、不織布２に細孔３が形成されている。細孔３は、不織布２を構成する繊維１５の間隙より大きく略均一な孔径を有しており、略均等に分散された状態で形成されている。このため、研磨加工時に外部から供給されるスラリ（研磨粒子を含む研磨液）が細孔３および繊維１５の間隙を通じて移動するので、被研磨物に均等に循環供給される。これにより、スラリの循環性が向上するので、研磨効率の向上を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、ポリエステル繊維１２の表面に樹脂層１３が形成された繊維１５で不織布２が構成されている。この樹脂層１３は湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が多価イソシアネート化合物で架橋されている。湿式凝固法では、溶媒に用いたＤＭＦと凝固液の水との置換によりポリウレタン樹脂が凝固再生することから、ポリウレタン樹脂が多孔状に形成される。このため、ポリエステル繊維１２の表面を被覆した樹脂層１３が多孔状となることから、本来ポリエステル繊維１２が吸液（水）性を有していないことと比べて、研磨加工時に供給されたスラリが多孔状の樹脂層１３に吸液され保持される。これにより、スラリ保持性が向上するので、研磨効率を高めることができる。
【００３３】
更に、本実施形態では、不織布２が加熱加圧されて圧縮され、更には、熱処理されてポリウレタン樹脂に架橋結合が形成されており、不織布２のＡ硬度が５０〜９０度の範囲に調整されている。このため、元々柔軟な不織布基材と比べて、不織布２の硬度が増大する。これにより、研磨加工時の変形が抑制されるので、被研磨物を略平坦に研磨加工することができ、平坦性向上を図ることができる。Ａ硬度が５０度に満たない場合は、不織布が柔軟となることから、研磨加工時に被研磨物にロールオフ（端部が中央部より過剰に研磨加工された状態）を生じ、平坦性を損なうこととなる。反対に、Ａ硬度が９０度を超えた場合は、被研磨物にキズ発生等を招くことがある。また、不織布２の製造時には、樹脂含浸工程でポリウレタン樹脂溶液に多価イソシアネート化合物を混合しておき、架橋処理工程での加熱により架橋反応を生じさせる。このため、架橋処理前の加熱圧縮工程ではポリウレタン樹脂が架橋されていない状態で加熱加圧されることから、不織布が柔軟性を残しているので、加熱圧縮処理を効率よく、かつ、均等に施すことができる。
【００３４】
また更に、本実施形態では、細孔３が、平均孔径０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に調整され、研磨面Ｐの単位面積あたり１〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されている。細孔３の平均孔径が０．５ｍｍに満たない場合は、細孔３の形成後の加熱圧縮時や架橋処理時に細孔３が塞がってしまうため、スラリの循環性、保持性の向上が難しくなる。反対に、細孔３の平均孔径が２．０ｍｍを超えた場合は、スラリを均等、均一に分散保持するために必要な細孔の形成割合を確保することが難しくなる。また、細孔３の形成割合が１個／ｃｍ２に満たないと、スラリの循環供給の均一化、均等化が不十分となり、５０個／ｃｍ２を超えると不織布２の強度が不足するため好ましくない。従って、細孔３の平均孔径および形成割合を上述した範囲とすることで、スラリの循環性、保持性を確保することができる。スラリの循環供給の均一化、均等化と、不織布２の強度とのバランスを考慮すれば、細孔３の形成割合を２〜１０個／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
更にまた、本実施形態では、不織布２の密度が０．３４ｇ／ｃｍ３〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲に調整されている。密度が０．３４ｇ／ｃｍ３未満では樹脂層１３の全体の樹脂量が少なく研磨布２０の強度が不足することとなり、０．５１ｇ／ｃｍ３を超えると繊維１５の間隙が塞がれてしまい研磨加工時にスラリを貯留することができなくなる。従って、不織布２の密度を上述した範囲とすることで、不織布２の強度を向上させつつスラリの循環性、保持性を確保することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、不織布２を構成する原料繊維としてポリエステル繊維１２を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ポリエステル繊維１２以外に、例えば、ナイロン繊維等のポリアミド繊維やポリウレタン繊維等の樹脂繊維を用いてもよく、綿、麻等の天然繊維を用いることもできる。製造工程中でＤＭＦ等の有機溶媒や水等の洗浄液を吸収することによる原料繊維の膨潤を防止することや原料繊維の量産性を考慮すれば、吸水（液）性を有していない樹脂繊維を用いることが好ましい。原料繊維の繊度や繊維長に制限のないことはいうまでもない。
【００３７】
また、本実施形態では、繊維集合体の不織布基材としてニードルパンチ不織布を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ニードルパンチ不織布以外に水流交絡による不織布等を用いてもよい。厚さ１．５〜５．０ｍｍの範囲の不織布が好ましいことを考慮すれば、ニードルパンチ不織布を用いることが好適である。また、不織布に代えて、織物や編物を用いることも可能である。
【００３８】
更に、本実施形態では、細孔３が不織布２を貫通するように形成された例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。細孔３がスラリの循環性、保持性を向上させる役割を果たすことから、少なくとも表層に形成されていればよい。また、細孔３の形成にファイバーロッカー等の装置を用いる例を示したが、本発明は細孔形成の装置や方法に制限されるものではない。
【００３９】
また更に、本実施形態では、不織布２を構成する繊維１５が湿式凝固法により凝固再生され架橋されたポリウレタン樹脂の樹脂層１３を有する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。湿式凝固法以外の方法を用いることも可能であるが、原料繊維の表面に均等、均一な樹脂層を形成することを考慮すれば、湿式凝固法で形成することが好ましい。また、樹脂層１３を形成する樹脂としてポリウレタン樹脂以外に、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂やポリビニルクロライド等で用いるようにしてもよい。上述したように、原料繊維として吸水性を有していない樹脂繊維を用いる場合は、スラリに対する吸液性を考慮すれば、湿式成膜法により多孔状に形成されるポリウレタン樹脂を用いることが好ましい。換言すれば、原料繊維を形成する樹脂と、樹脂層１３を形成する樹脂とが異なることが好ましい。
【００４０】
更にまた、本実施形態では、不織布２を構成する繊維１５の表面のポリウレタン樹脂が多価イソシアネート化合物で架橋された例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。多価イソシアネート化合物以外の架橋剤で架橋するようにしてもよく、架橋せずに用いることも可能である。研磨加工時の発熱により樹脂層が軟化する可能性があることを考慮すれば、架橋されていることが好ましく、ポリウレタン樹脂と同様のウレタン結合を形成する多価イソシアネート化合物で架橋することが好ましい。また、架橋処理工程で熱処理することにより架橋結合を形成させる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、架橋剤の選定により熱処理せずに架橋結合を形成することも可能である。加熱圧縮工程における効率や均等性の観点から、加熱圧縮時には架橋結合が形成されていないことが好ましく、加熱圧縮工程後の架橋処理工程における熱処理で架橋結合を形成することが好ましい。
【００４１】
また、本実施形態では、不織布２と支持材６、両面テープ７とを貼り合わせた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、支持材６を貼り合わせていなくてもよく、両面テープ７に代えて不織布２に粘着剤のみを塗布し、剥離紙８を貼り合わせるようにしてもよい。研磨布１０の搬送時や研磨機への装着時の取り扱いを容易にすることを考慮すれば、支持材６を貼り合わせることが好ましく、基材を有する両面テープ７を用いることが好ましい。支持材６、両面テープ７の基材や粘着剤の材質にも特に制限されないことはもちろんである。
【実施例】
【００４２】
次に、本実施形態に従い製造した研磨布２０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布についても併記する。
【００４３】
（実施例１）
実施例１では、不織布基材に、繊度２．５ｄのポリエステル繊維で形成された厚さ３．０ｍｍ、密度０．１３８ｇ／ｃｍ３のニードルパンチ不織布を用いた。含浸工程では、１００％モジュラスが９ＭＰａのエステル系ポリウレタン樹脂のＤＭＦ溶液と、架橋剤の３官能末端イソシアネート化合物とをＤＭＦに溶解したポリウレタン樹脂溶液を用いた。ポリウレタン樹脂溶液では、ポリウレタン樹脂のＤＭＦ溶液の４９０重量部に対して、架橋剤の２５重量部、ＤＭＦの４８５重量部を配合した。このポリウレタン樹脂溶液の樹脂固形分濃度、架橋剤濃度は、樹脂分換算でそれぞれ１７．２重量％、１．９重量％であり、粘度は２０００ｃＰｓであった。ポリウレタン樹脂溶液にニードルパンチ不織布を、不織布（ウェブ）に対するポリウレタン樹脂溶液の含浸量が１１５％となるように含浸させ、湿式凝固、洗浄・乾燥させた。次いで、細孔３を形成した後、熱処理を施した。細孔３の形成では、処理機の針を直径０．５ｍｍ、長さ５ｍｍとし、形成割合が５個／ｃｍ２となるように針板のストローク回数と不織布の送り速度を調整した。加熱圧縮時には、温度１４５℃で２分間、圧力１０ｋｇ／ｃｍ２で処理した。その後、約１２０℃に設定された加熱機中でおよそ１６時間熱処理しポリウレタン樹脂に架橋結合を形成させた。支持材６、両面テープ７を貼り合わせることで実施例１の研磨布２０を製造した。
【００４４】
（比較例１、比較例２）
比較例１では、細孔３を形成しないこと以外は実施例１と同様にして研磨布を製造した。また、比較例２では、細孔３を形成せず、加熱圧縮処理、架橋処理を施さないこと以外は実施例１と同様にして研磨布を製造した。すなわち、比較例２の研磨布は従来の研磨布である。
【００４５】
（研磨性能評価）
各実施例および比較例の研磨布を用いたシリコンウェハの研磨加工を、以下の条件で行い、研磨レート、ロールオフ、スクラッチの有無により研磨性能を評価した。研磨レートは、研磨効率を示す数値の一つであり、１分間あたりの研磨量を厚さの単位で表したものである。研磨加工前後の被研磨物の重量減少を測定し、被研磨物の研磨面積および比重から計算により算出した。ロールオフは、被研磨物の周縁部が中心部より過度に研磨加工されることで生じ、平坦性を評価するための測定項目の１つである。測定方法としては、例えば、光学式表面粗さ計にて外周端部から中心に向かい０．５ｍｍの位置より半径方向に１．５ｍｍの範囲で２次元プロファイル像を得る。得られた２次元プロファイル像において、半径方向をＸ軸、厚み方向をＹ軸としたときに、外周端部からＸ＝０．５ｍｍおよびＸ＝１．５ｍｍの座標位置のＹ軸の値がＹ＝０となるようにレベリング補正し、このときの２次元プロファイル像のＸ＝０．５〜１．５ｍｍ間におけるＰＶ値を求めた。ロールオフの測定には、表面粗さ測定機（Ｚｙｇｏ社製、型番Ｎｅｗ Ｖｉｅｗ ５０２２）を使用した。スクラッチの有無は、研磨加工後の被研磨物を目視にて判定した。研磨レート、ロールオフ、スクラッチの有無の測定結果を下表１に示す。
使用研磨機：不二越株式会社製、ＭＣＰ−１５０Ｘ
回転数：（定盤）１００ｒ／ｍ、（トップリング）７５ｒ／ｍ
研磨圧力：３３０ｇ／ｃｍ２
揺動幅：１０ｍｍ（揺動中心値より２００ｍｍ）
揺動移動：１ｍｍ／ｍｉｎ
研磨剤：ニッタハース社製、品番ナルコ２３５０（２３５０原液：水＝１：９の混合液を使用）
被研磨物：８インチφシリコンウェハ（厚み７５０μｍ）
研磨時間：２０分間
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示すように、比較例１の研磨布を用いた研磨加工では、研磨レートが０．４６μｍ／ｍｉｎ、ロールオフが１６９ｎｍであった。これに対して、実施例１の研磨布２０を用いた研磨加工では、ロールオフが１５１ｎｍと低減（改善）し、研磨レートは０．５１μｍ／ｍｉｎと大きく向上した。また、比較例１では被研磨物にスクラッチが認められたのに対して、実施例１ではスクラッチが認められなかった。研磨布２０では、細孔３を形成することでスラリの保持性、循環性が向上したこと、および、熱処理により高硬度化、低圧縮化されたためと考えられる。また、比較例２の研磨布を用いた場合は、研磨レートが０．４２μｍ／ｍｉｎ、ロールオフが２９７ｎｍであった。比較例２では、細孔３が形成されていないものの、不織布自体に繊維の間隙が形成されているため、ある程度のスラリ循環性が発揮され研磨レートが得られたと考えられる。ところが、柔軟なためロールオフが不十分な結果となったと考えられる。従って、ポリウレタン樹脂で表面を被覆された繊維１５で形成された不織布２に細孔３を形成し熱処理を施した研磨布２０では、高硬度化、低圧縮化されており、スラリの保持性、循環性を高めて有効利用することができると共に、研磨屑等による目詰まりを抑制してスクラッチ等の欠点を低減することができ、端部形状（ロールオフ）も改善することができることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は研磨効率を高め被研磨物の平坦性を向上させることができる研磨布を提供するものであるため、研磨布の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００４９】
Ｐ 研磨面
２ 不織布（繊維集合体）
３ 細孔
１３ 樹脂層
１５ 繊維
２０ 研磨布
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維が集合したシート状部材に樹脂を含浸し被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する繊維集合体を備えた研磨布において、前記繊維集合体は、前記研磨面側の少なくとも表層に前記繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されており、加熱圧縮により硬質化されたことを特徴とする研磨布。
【請求項２】
前記細孔は、略均一な孔径を有しており、略均等に分散された状態で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
【請求項３】
前記細孔は、平均孔径が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記研磨面の単位面積あたり１個／ｃｍ２〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の研磨布。
【請求項４】
前記繊維集合体は、密度が０．３４ｇ／ｃｍ３〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲、Ａ硬度が５０度〜９０度の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の研磨布。
【請求項５】
前記繊維は、前記シート状部材に含浸した樹脂と異なる樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
【請求項６】
前記繊維集合体は、ポリエステル繊維で成形された不織布であることを特徴とする請求項５に記載の研磨布。
【請求項７】
前記ポリエステル繊維は、湿式凝固法により凝固再生したポリウレタン樹脂で表面を被覆されたことを特徴とする請求項６に記載の研磨布。
【請求項８】
前記ポリウレタン樹脂は、多価イソシアネート化合物で架橋されたことを特徴とする請求項７に記載の研磨布。
【請求項９】
前記ポリウレタン樹脂には、熱処理により前記多価イソシアネート化合物との架橋結合が形成されたことを特徴とする請求項８に記載の研磨布。
【請求項１】
繊維が集合したシート状部材に樹脂を含浸し被研磨物を研磨加工するための研磨面を有する繊維集合体を備えた研磨布において、前記繊維集合体は、前記研磨面側の少なくとも表層に前記繊維の間隙より大きい多数の細孔が形成されており、加熱圧縮により硬質化されたことを特徴とする研磨布。
【請求項２】
前記細孔は、略均一な孔径を有しており、略均等に分散された状態で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
【請求項３】
前記細孔は、平均孔径が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記研磨面の単位面積あたり１個／ｃｍ２〜５０個／ｃｍ２の割合で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の研磨布。
【請求項４】
前記繊維集合体は、密度が０．３４ｇ／ｃｍ３〜０．５１ｇ／ｃｍ３の範囲、Ａ硬度が５０度〜９０度の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の研磨布。
【請求項５】
前記繊維は、前記シート状部材に含浸した樹脂と異なる樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
【請求項６】
前記繊維集合体は、ポリエステル繊維で成形された不織布であることを特徴とする請求項５に記載の研磨布。
【請求項７】
前記ポリエステル繊維は、湿式凝固法により凝固再生したポリウレタン樹脂で表面を被覆されたことを特徴とする請求項６に記載の研磨布。
【請求項８】
前記ポリウレタン樹脂は、多価イソシアネート化合物で架橋されたことを特徴とする請求項７に記載の研磨布。
【請求項９】
前記ポリウレタン樹脂には、熱処理により前記多価イソシアネート化合物との架橋結合が形成されたことを特徴とする請求項８に記載の研磨布。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２２１３１６（Ｐ２０１０−２２１３１６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６９３７６（Ｐ２００９−６９３７６）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００５３５９）富士紡ホールディングス株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００５３５９）富士紡ホールディングス株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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