(57)【要約】【課題】  加工性及び耐磨耗性に優れ、被研磨物のスクラッチ発生を抑制することのできる被研磨物保持材を提供する。【解決手段】  樹脂が含浸されたポリイミド繊維基材が成形されてなる、あるいは樹脂が含浸されたポリイミド繊維基材を含む複数枚のシート状繊維基材が積層され、一体成形されてなる被研磨物保持材。ポリイミド繊維基材は、下記一般式（２）で示される繰り返し単位を有する熱可塑性ポリイミドで形成されたものであることが好ましい。【化１】2005059181.tif 000007【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド繊維基材に樹脂が含浸され、成形されてなることを特徴とする被研磨物保持材。
【請求項２】
樹脂が含浸されたシート状繊維基材が複数枚積層され、一体成形されてなる被研磨物保持材であって、シート状繊維基材のうちの少なくとも１枚がポリイミド繊維基材であることを特徴とする被研磨物保持材。
【請求項３】
ポリイミド繊維基材が、下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有する熱可塑性ポリイミドで形成された繊維からなることを特徴とする請求項１または２に記載の被研磨物保持材。
【化１】
2005059181.tif 000006
（式中、Ｒは単環式芳香族、縮合多環式芳香族、芳香環が直接もしくは架橋員により結合された非縮合多環式芳香族から選ばれる４価の芳香族残基を表わす。また、Ｘは直接結合、炭化水素基、カルボニル基、エーテル基、チオ基もしくはスルホニル基から選ばれる２価の残基を表わし、Ｙ1〜Ｙ4は水素、アルキル基、アルコキシル基もしくはハロゲン基から選ばれる１価の残基を表わす。）
【請求項４】
ポリイミド繊維基材が短繊維不織布であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の被研磨物保持材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコンウエハー、ハードディスク基板、ＬＣＤガラス等を製造する際の研磨工程で被研磨物を保持するための保持材に関する。さらに詳しくは、加工性、耐磨耗性に優れ、被研磨物のスクラッチ発生を抑制することのできる被研磨物保持材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体シリコンウエハー、ハードディスク基板、液晶ガラス等の表面研磨時に用いる被研磨物保持材は通常、外周に駆動用のギアを形成した円板に、被研磨物保持用の貫通穴を１個ないし複数個あけた構造となっており、この貫通穴に被研磨物をはめ込んで研磨装置に装着し、保持材を平面で駆動させることにより被研磨物の研磨が行われる。
【０００３】
従来、上記の被研磨物保持材の材質として、ガラスクロスを基材とした積層板が、紙や布に比べて強度に優れ、吸湿による寸法変化も小さいことから広く用いられてきた。これはガラスクロスに耐熱性や耐薬品性に優れたフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグを作製し、数枚重ねて加熱加圧成形することにより積層板を得たものである。
【０００４】
しかしながら、ガラス繊維を使用した場合は、駆動用のギアや被研磨物保持用の貫通孔を設けるために切削加工を行なった際に、切削加工面にガラス繊維が毛羽だった状態で存在し、被研磨物の端面にスクラッチ（研磨傷）をつけてしまったり、保持材そのものの摩擦によってガラス粉が発生し、ガラス粉が研磨面に移行して、被研磨物の表面にスクラッチが多発してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、このスクラッチの発生を抑制する方法として、ガラス繊維よりも軟質で、耐磨耗性に優れるアラミド繊維を基材として使用したエポキシ樹脂積層板（例えば、特許文献１参照。）が有効であることが提案されており、被研磨物保持材として多用されるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−３０９６６７（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記アラミド繊維基材エポキシ樹脂積層板は、切削加工性に難があることから、切削加工自体に手間がかかるだけでなく、切削加工面の平滑性に問題があった。このため、ガラス繊維基材エポキシ樹脂積層板に比べてスクラッチの発生を抑制する効果はあるものの、切削加工面の平滑性が十分でないことによるスクラッチの発生という問題が残存しており、さらなる改良が望まれるところである。
【０００７】
そのような状況に鑑み、本発明の課題は、加工性及び耐磨耗性に優れ、被研磨物のスクラッチ発生を抑制することのできる被研磨物保持材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ポリイミド繊維基材に樹脂を含浸して成形したポリイミド繊維基材樹脂板を被研磨物保持材に適用し、被研磨物保持材として要求される一般的な特性に加えて、特に耐摩耗性と加工性に優れ、スクラッチ発生の抑制に著果のある被研磨物保持材を得ることに成功し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は、第一に、ポリイミド繊維基材に樹脂が含浸され、成形されてなることを特徴とする被研磨物保持材である。また、第二に、樹脂が含浸されたシート状繊維基材が複数枚積層され、一体成形されてなる被研磨物保持材であって、シート状繊維基材のうちの少なくとも１枚がポリイミド繊維基材であることを特徴とする被研磨物保持材である。そして、これらには、上記ポリイミド繊維基材が下記一般式（１）で示される繰り返し単位を有する熱可塑性ポリイミドで形成された繊維からなるものである好ましい態様、並びに、ポリイミド繊維基材が短繊維不織布である好ましい態様が包含される。
【００１０】
【化１】
2005059181.tif 000002
（式中、Ｒは単環式芳香族、縮合多環式芳香族、芳香環が直接もしくは架橋員により結合された非縮合多環式芳香族から選ばれる４価の芳香族残基を表わす。また、Ｘは直接結合、炭化水素基、カルボニル基、エーテル基、チオ基もしくはスルホニル基から選ばれる２価の残基を表わし、Ｙ1〜Ｙ4は水素、アルキル基、アルコキシル基もしくはハロゲン基から選ばれる１価の残基を表わす。）
【発明の効果】
【００１１】
本発明の被研磨物保持材は、ポリイミド繊維基材を使用していることにより、切削加工性に優れていて切削加工面を滑らかにでき、耐摩耗性にも優れているので、研磨作業における被研磨物へのスクラッチの発生を抑制することができる。したがって、本発明の被研磨物保持材は、精密研磨を要する半導体ウエハー、ハードディスク基板、ＬＣＤガラス等の生産に好適に用いることができ、それら被研磨物の品質と生産性の向上に寄与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の被研磨物保持材（以下、本保持材と略記することがある）は、ポリイミド繊維基材に樹脂が含浸され、成形されてなるものである。あるいは、樹脂が含有されたシート状のポリイミド繊維基材を１枚もしくは複数枚含む、樹脂が含有されたシート状繊維基材の複数枚が積層され、一体成形されてなるものである。
【００１４】
本保持材を構成するポリイミド繊維基材に使用されるポリイミド繊維としては、特に限定されるものではないが、下記一般式（１）で示される化学構造を繰り返し単位として有する熱可塑性ポリイミドで形成された繊維であることが好ましい。この好ましい繊維を形成する熱可塑性ポリイミドは、熱可塑性かつ結晶性のポリイミドであるため、溶融紡糸により容易に繊維にすることができると共に、優れた耐磨耗性を具備したポリイミド繊維が形成されるからである。
【００１５】
【化２】
2005059181.tif 000003
（式中、Ｒは単環式芳香族、縮合多環式芳香族、芳香環が直接もしくは架橋員により結合された非縮合多環式芳香族から選ばれる４価の芳香族残基を表わす。また、Ｘは直接結合、炭化水素基、カルボニル基、エーテル基、チオ基もしくはスルホニル基から選ばれる２価の残基を表わし、Ｙ1〜Ｙ4は水素、アルキル基、アルコキシル基もしくはハロゲン基から選ばれる１価の残基を表わす。）
上記一般式（１）で示される化学構造を繰り返し単位として有する熱可塑性ポリイミドの具体例としては、下記構造式（２）で示される化学構造を繰り返し単位として有するポリイミドが挙げられ、このポリイミドは、例えば、三井化学株式会社より「オーラム（商標名）」が市販されている。
【００１６】
【化３】
2005059181.tif 000004
また、ポリイミド繊維を形成するポリイミドとしては、種々特性を改善する目的で、上記の好ましいポリイミドに、他の構造を有するポリイミドを共重合もしくはブレンドしたものでもよい。また、ポリイミド繊維には、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリアリレート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂などの他のポリマーが含まれていてもよく、また酸化チタン、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの無機系のフィラーが含まれていてもよい。
【００１７】
本発明に用いられるポリイミド繊維としては、上記したようなポリイミドもしくは、ポリイミドに必要に応じて他の成分を配合した樹脂組成物を原料として、例えば溶融紡糸して、必要に応じて延伸することにより製造することができる。このとき、ポリイミドとして結晶性を有する好ましいポリイミドを用いれば、溶融紡糸された原糸を延伸することにより、結晶部を高度に配向させたポリイミド繊維を得ることができる。
【００１８】
そのような高度に配向した結晶性のポリイミド繊維は、非晶性のポリイミド繊維に比べて硬度及び耐磨耗性に優れる。したがって、そのような高度に配向した結晶性のポリイミド繊維を基材に用いれば、特に耐磨耗性に優れた被研磨物保持材を得ることができるため、磨耗して基材から脱落した繊維くずによるスクラッチの発生を抑制でき、そのうえ、保持材の使用寿命を延ばすことができる点で有利である。
【００１９】
また、本発明者らが得た知見によれば、そのような高度に配向した結晶性のポリイミド繊維基材に樹脂を含浸して成形されたポリイミド繊維基材樹脂板は、切削加工性にも優れることが判明しており、アラミド繊維基材で問題であった切削加工面の平滑性が大幅に改善される。したがって、これを用いてなる本保持材は、スクラッチ発生を抑制することにおいて顕著な効果があることも判明した。
【００２０】
本発明に用いられるポリイミド繊維もしくは他の繊維からなるシート状繊維基材の形態としては、不織布と織布のいずれでもよく、また、不織布の形態としては長繊維不織布と短繊維不織布のいずれの形態でもよい。織布を用いることは強度に優れた保持材を得るうえでは有利であり、不織布を用いた場合は切削加工性に優れた保持材を得るうえで有利であるので、目的に応じていずれを選択してもよい。本発明においては、短繊維不織布が特に好ましく用いられる。短繊維不織布を用いることにより、表面の平滑なポリイミド繊維基材樹脂板が得られ易く、表面平滑性に優れた保持材を得ることができるからである。樹脂含浸されたシート状繊維基材を複数積層する態様においては、不織布と織布の両方を用いてもよく、例えば表面の繊維基材に短繊維不織布基材を、芯材に織布基材を用いた場合は、表面平滑性に優れた高強度の保持材を得ることができ、切削加工性についても織布のみを用いた場合と比べて相対的に優れた保持材を得ることができる。
【００２１】
本発明において、ポリイミド繊維基材もしくは他のシート状繊維基材に含浸される樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれを用いてもよい。熱硬化性樹脂を用いた場合は、未硬化時の粘度が低い状態で繊維基材に含浸乾燥させて得たプリプレグを硬化して製造されるため、均一性に優れた保持材を容易に得ることができる点で有利である。しかしその半面、硬化時間に長時間を必要とすることや溶媒の取扱い時に安全衛生面での問題がある。熱可塑性樹脂を用いた場合は、成形時間が短縮でき、安全衛生面の問題も少なく、特に積層体の場合には例えば複数枚の繊維基材の間に熱可塑性樹脂のフィルム又は粉末を介在させ、これらを一体に加熱加圧することで容易に製造できるというような利点がある。しかしその反面、繊維基材への含浸性がやや劣るため、基材の厚みや空隙率等の点で制限を受け易い。したがって、目的に応じて、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を適宜使い分ければよい。
【００２２】
熱硬化性樹脂としては、特に限定されるするものではないが、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、シアナート樹脂等が使用できる。
【００２３】
熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフルオロエチレン、ポリエーテルスルフォン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等が使用できる。
【００２４】
なお、上記樹脂には、本発明の効果を損なわない範囲で、種々特性を改善する目的で、上記で例示したような樹脂の化学構造の一部を変性したものや、無機系もしくは有機系のフィラーを適宜配合したものを用いてもよい。
【００２５】
本保持材は、上記したような樹脂含浸されたポリイミド繊維基材を成形することにより得ることができる。成形法としては、公知の繊維基材樹脂板の成形法を応用すればよく、例えば、ポリイミド繊維基材に樹脂が含浸されてなるプリプレグを金属板、好ましくは鏡面板間に挟みこみ、プレス熱盤間で加熱加圧成形する方法が採用できる。このとき、樹脂含浸されたポリイミド繊維基材は、１枚でも複数枚が積層されていてもよく、複数枚積層された場合は、上記のような成形法により一体成形される。
【００２６】
ポリイミド繊維基材を１枚とするか複数枚とするかは、目的に応じて適宜設定すればよく、例えば、シリコンウエハ、ハードディスク、ＬＣＤガラスなど被研磨物の種類や研磨条件により、使用枚数を変えたり、織布、不織布および熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を適宜選択して組合せることができる。
【００２７】
また、本保持材は、樹脂含浸されたポリイミド繊維基材とともに、他のシート状繊維基材が適宜選択して積層され、一体成形されたものであってもよい。他のシート状繊維基材の具体例としては、ガラス繊維基材、アラミド繊維基材、ポリエステル繊維基材等が挙げられる。例えば、表面繊維基材をポリイミド繊維基材で構成し、芯材をアラミド繊維基材で構成した場合、より高強度の被研磨物保持材を得ることができる。  また、表面繊維基材をポリイミド繊維基材で構成し、芯材をポリエステル繊維基材で構成した場合、より安価に被研磨物保持材を得ることができる。したがって、使用目的により各種シート状繊維基材を適宜選択して組合せればよい。
【００２８】
なお、本発明の被研磨物保持材の表面には、繊維基材以外のシート状材料が積層されていてもよい。また、本発明の被研磨物保持材複数の繊維基材を含む場合に、繊維基材以外のシート状材料が繊維基材間の中間層として積層されていてもよい。そのような繊維基材以外のシート材料としては、例えば各種樹脂からなるフィルム及びそれらに無機系のフィラーが含有されたフィルム、具体的にはＰＥＴ等の熱可塑性ポリエステル樹脂にマイカ、タルク、酸化チタン等の無機粉末が３０質量％以下程度配合されてなるシートが挙げられる。そのような繊維基材以外のシート材料を表面に積層することにより、本保持材の表面平滑性を改善することができ、また、中間層として積層することにより、強度、反り等の特性を改善することのできる場合がある。
【００２９】
本保持材は、以上のようにして得られるものであるが、使用に際しては通常、円盤状とされ、被研磨物（ワーク）を保持するための複数の貫通孔が設けられ、その周囲には回転駆動力を伝達するためのギアが形成される。そして、上記貫通孔にワークを保持した状態で、研磨装置上で回転駆動力が与えられて遊星運動することにより、回転研磨が行なわれるのである。このため、貫通孔やギアを形成するべく、本保持材に切削加工が施されることになるが、既に述べたように本保持材は切削加工性に優れているので、公知の工作機械により容易に切削加工ができ、加工面も滑らかなものとなる。したがって、本保持材は、加工面が粗いためにワークに傷を付けるという問題が起こり難いのである。
【実施例】
【００３０】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、実施例に用いたポリイミド繊維の製造方法を参考例として示す。
【００３１】
（参考例）
ポリイミド繊維を得るためのポリイミド樹脂としては、結晶性熱可塑ポリイミド樹脂（三井化学株式会社製、「オーラム（商標名）ＰＬ４００」）を用いた。ＤＳＣ測定によるこのポリイミド樹脂のガラス転移点は２５０℃であり、融点は３８７℃であった。上記ポリイミド樹脂を４１５℃に加熱して溶融させ、紡糸速度６００ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸し、温度３００℃、延伸倍率３．０倍で加熱延伸することにより、単糸繊度が１．３ｄＴｅｘのポリイミド繊維（マルチフィラメント）を得た。このポリイミド繊維の結晶化度は３０％、繊維軸方向への結晶配向度は９０％（いずれもＸ線回折法による測定値）であった。
【００３２】
（実施例１）
上記参考例にて得られたポリイミド繊維を、繊維長５ｍｍにカットして、ポリイミド短繊維を得た。このポリイミド短繊維を水中に投じ、パルパーを用いて水中に均一に分散させることにより濃度０．０５質量％の抄造用スラリーを調製し、このスラリーを短網傾斜式連続抄紙機（斎藤鐵工所製）により幅６０ｃｍで抄造し、次いで、抄紙機に併設された熱風式乾燥機にて１４０℃で乾燥してウェブを得た。さらにこのウェブを連続プレス機（サンドビック社製ダブルベルトプレス機）に供し、３００℃の加熱下、線圧１９６Ｎ／ｃｍ（面圧約０．８MＰａに相当すると考えられる）の加圧条件で加熱加圧プレスすることにより、厚み９０μｍ、目付け５０ｇ／ｍ2のポリイミド短繊維不織布を得た。この短繊維不織布をポリイミド繊維基材として用いた。
【００３３】
次に、基材に含浸させる樹脂として、以下の樹脂溶液を準備した。すなわち、メチルエチルケトン１５質量部、ジメチルホルムアミド２０質量部及びメチルセロソルブ８質量部からなる混合溶媒に、エポキシ樹脂５７質量部（油化シェルエポキシ社製「エピコート５０４６Ｂ８０」の３７質量部と「エピコート１５４」の２０質量部からなる）、ジシアンジアミド２質量部及び２，４−エチルメチルイミダゾール０．１質量部とを加えることにより、熱硬化性樹脂溶液を調整した。
【００３４】
この熱硬化性樹脂溶液中に上記のポリイミド繊維基材を浸漬して引き上げた後、熱風乾燥機を用いて１５０℃で４分間加熱乾燥させることにより、プリプレグを得た。そして、このプリプレグを５枚重ねてバッチ式加熱プレス機に供し、プリプレグに加圧しない状態で１２０℃で１時間保持し、引き続き２ＭＰａの加圧下、１７０℃で６０分間保持して、成形及び熱硬化性樹脂の硬化を行なった。このような操作により、厚さ０．５ｍｍに一体成形された積層板を得た。得られた積層板中の熱硬化性樹脂の含有率は５５質量％であった。この積層板を、本発明の被研磨物保持材として供した。
【００３５】
（比較例１）
ポリイミド短繊維を用いる代わりに、パラアラミド短繊維（東レデュポン社製「ケブラー」、繊維径１．２μｍ、繊維長６ｍｍ）９０質量部と、バインダーとしてのメタアラミドフィブリド（東レデュポン社製「ノーメックス」）１０質量部とを混合して用いる以外は、実施例１でポリイミド繊維不織布を得たのと同様にして、厚み９０μｍ、目付け５５ｇ／ｍ2のアラミド短繊維不織布を得た。そして、このアラミド短繊維不織布を繊維基材として用いたこと以外は、実施例１と同様にして、厚さ０．５ｍｍの積層板を得た。得られた積層板中の熱硬化性樹脂の含有率は５５質量％であった。
【００３６】
（比較例２）
ガラス繊維織布（厚み０．０９ｍｍ、目付１００ｇ／ｍ2）を繊維基材として用いたこと以外は、実施例１と同様にして、厚さ０．５ｍｍの積層板を得た。得られた積層板中の熱硬化性樹脂の含有率は４５質量％であった。
【００３７】
以上の実施例と比較例で得られた積層板を被研磨物保持材として、以下の方法にて性能評価を行った。
１．加工性の評価
超硬エンドミル（株式会社神戸製鋼所製）を備えた縦型フライス盤（マキノ製作所製）により、長さ３０ｃｍにわたって切削加工した際の操業性を評価した。また、加工面を光学顕微鏡（３００倍）で観察して評価した。評価基準は次の通りである。
（操業性）
○：加工に困難を感じず、速やかに加工できた。
×：加工に困難を感じ、加工速度を落とさざるを得なかった。
（加工面）
○：加工面は滑らかであった。
×：加工面に繊維端の飛び出しが見られた。
２．スクラッチ発生率
被研磨物を３．５インチアモルファスカーボン製ディスクとし、被研磨物保持材に被研磨物を保持させ、両面研磨機（浜井産業株式会社製１６ＢＦ型）を用い、砥剤として平均粒径１４μｍの遊離砥粒（昭和電工株式会社製緑色炭化ケイ素（ＧＣ）＃８００）を用いて、２００枚の被研磨物を研磨したときのスクラッチ発生率を調べた。なお、被研磨物保持材は、周囲にギアを形成した直径２５．４ｃｍの円盤で、被研磨物を嵌め込むための直径８．８９ｃｍ（３．５インチ）の貫通孔を４個有する形状に加工して使用した。
【００３８】
評価結果を下記表１に示す。
【００３９】
【表１】
2005059181.tif 000005
表１より明らかなように、実施例１の被研磨物保持材は切削加工がしやすく切削加工面も平滑であり、被研磨物へのスクラッチ発生も抑えられている。また、ギアも損傷することなく耐久性も良好であった。これに対して比較例のものは切削加工性が悪く、比較例１では比較例２に比べてスクラッチ発生が抑制されているものの、実施例１には劣る結果であった。