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技術 断続的構造化研磨物品並びに被加工物の研磨方法

出願人 スリーエムイノベイティブプロパティズカンパニー
発明者 ガグリアルディ,ジョンジェイ.ロメロ,ヴィンセントディー.コード,エリックシー.
出願日 2015年4月22日 (6年9ヶ月経過) 出願番号 2017-509589
公開日 2017年7月20日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2017-519649
状態 特許登録済
技術分野 研磨体及び研磨工具 洗浄、機械加工 円筒・平面研削
主要キーワード 機械的拘束 生産ツール 単一タイプ 重合性結合剤 液体研磨 ウォータージェット切断 作業液 六角形配列
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図面 (20)

課題・解決手段

断続構造化研磨物品は、固定されている裏材の第1主表面から外向きに延出する成形研磨複合体を含む研磨層を含む。この研磨層は、成形研磨複合体を有さない少なくとも1つの開口領域を画定し、裏材を部分的又は完全に貫通して延在し得る。いくつかの実施形態において、各開口領域は、少なくとも1.5平方センチメートル円形面積を含み、この開口領域を合わせると、裏材の第1主表面の面積の少なくとも10パーセントとなる合計面積を有する。断続的研磨物品は、片面研磨プロセスに有用である。

概要

背景

研磨物品は、様々な研削及び仕上げ用途に有用である。1つのかかる用途は、精密ラップ及び研磨である。片面ラップ装置及び研磨装置は、典型的に、被加工物に対して回転する大型の圧盤を有する。両面装置は、被加工物に対して回転する、一対の対向する圧盤を使用する。両方のタイプの機械が、固定研磨材(例えば、構造化研磨ディスク)又は液体研磨スラリーと共に使用され得る。

構造化研磨物品は、裏材に固定された成形研磨複合体を含む研磨層を有する。成形研磨複合体は、結合剤材料中に保持された研磨粒子を含む。

片面研磨中に、1つ又は2つ以上の被加工物を、第1圧盤に対して自由に回転する担体に取り付ける。被加工物は典型的に、例えばろうを用いて、この担体に取り外し可能に保持される。そのような構成において(例えば図1参照)、被加工物は、大きな圧盤に取り付けられた構造化研磨ディスクに接触している。片面研磨作業中に生じる一般的な問題は、被加工物が、研磨されるべき表面全体にわたって完全に研磨されないことである(研磨技術分野においては、表面全体にわたって完全に研磨されることを「クリア」と呼ぶ)。

概要

断続的構造化研磨物品は、固定されている裏材の第1主表面から外向きに延出する成形研磨複合体を含む研磨層を含む。この研磨層は、成形研磨複合体を有さない少なくとも1つの開口領域を画定し、裏材を部分的又は完全に貫通して延在し得る。いくつかの実施形態において、各開口領域は、少なくとも1.5平方センチメートル円形面積を含み、この開口領域を合わせると、裏材の第1主表面の面積の少なくとも10パーセントとなる合計面積を有する。断続的研磨物品は、片面研磨プロセスに有用である。A

目的

したがって、本開示は、例えばサファイアウェハなどの被加工物の均一に研磨された表面を提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

被加工物研磨する方法であって、該方法が、中央第1軸を中心に回転可能な研磨部材であって、該研磨部材は、ある面積を有する第1主表面を有し、該第1主表面は該第1軸に対して垂直であり、断続構造化研磨物品が該研磨部材の該第1主表面に固定され、該断続的構造化研磨物品は裏材上に配置され固定された研磨層を含み、該研磨層は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含む成形研磨複合体を含み、少なくとも1つの外側穴が、該研磨層と該裏材を貫通して延在し、該第1軸は該少なくとも1つの外側穴のいずれも貫通しておらず、該少なくとも1つの外側穴のそれぞれは独立に、該研磨層と同一平面上にあるそれぞれの開口領域を画定し、該少なくとも1つの外側穴の該それぞれの開口領域を合わせた合計面積は、該裏材の該第1主表面の少なくとも10面積パーセントとなる、研磨部材と、第2主表面を有する担体部材であって、該被加工物は該第2主表面に取り外し可能に締結され、該担体部材は、該第1軸に対して平行な第2軸を中心に独立に回転可能であり、該被加工物は、該断続的構造化研磨物品に接触する、研磨されるべき外側主表面を有し、該被加工物の該第2主表面の少なくとも30面積パーセントは、該少なくとも1つの外側穴のうちの1つに対応する該開口領域内に重なり合うことができ、該被加工物の該第2主表面の90面積パーセント以下は、該外側穴の該それぞれの開口領域のいずれかと重なり合うことができる、担体部材と、を含む研磨装置を準備する工程と、該研磨部材と該担体部材とを回転させて該被加工物の該外側主表面を研磨する工程と、を含む、方法。

請求項2

前記成形研磨複合体が、前記裏材に対して実質的に均一の深さを有する、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記少なくとも1つの外側穴のそれぞれの開口領域を合わせた合計が、前記裏材の前記第1主表面の少なくとも20面積パーセントとなる、請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

前記少なくとも1つの外側穴が、少なくとも4つの該外側穴を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

被加工物を研磨する方法であって、該方法が、第1軸を中心に回転可能な研磨部材であって、該研磨部材は、これに対して固定されている断続的構造化研磨物品を備えた平坦な第1主表面を有し、該平坦な第1主表面は該第1軸に対して垂直であり、該断続的構造化研磨物品は裏材の第1主表面に固定された研磨層を含み、該第1主表面はある面積を有し、該研磨層は該裏材から外向きに延出する成形研磨複合体の配列を含み、該成形研磨複合体は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含み、該研磨層は、該成形研磨複合体の配列を有さずかつ該裏材に対して実質的に均一な深さを有する少なくとも1つの開口領域を画定する、研磨部材と、第2主表面を有する担体部材であって、該被加工物は該第2主表面に取り外し可能に締結され、該被加工物は、該断続的構造化研磨物品に接触する、研磨されるべき外側主表面を有し、該被加工物の該第2主表面の少なくとも30面積パーセントは、該少なくとも1つの開口領域のうちの少なくとも1つ内に重なり合うことができ、該被加工物の該第2主表面の90面積パーセント以下は、該少なくとも1つの開口領域のいずれか1つと重なり合うことができる、担体部材と、を含む研磨装置を準備する工程と、該研磨部材と該担体部材とを回転させて該被加工物の該外側主表面を研磨する工程と、を含む、方法。

請求項6

前記断続的構造化研磨物品が、前記研磨層と前記裏材とを貫通する、中央に配置された心軸穴を有する、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記成形研磨複合体が、前記裏材に対して実質的に均一の深さを有する、請求項5又は6に記載の方法。

請求項8

前記少なくとも1つの開口領域が、合わせて、前記裏材の前記第1主表面の少なくとも20面積パーセントとなる合計面積を有する、請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。

請求項9

前記少なくとも1つの開口領域が、少なくとも4つの該開口領域を含む、請求項5〜8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

前記少なくとも1つの開口領域が、少なくとも2つの同心状の環を含む、請求項5〜9のいずれか一項に記載の方法。

請求項11

裏材の第1主表面に固定された研磨層を含む断続的構造化研磨物品であって、該第1主表面はある面積を有し、該研磨層は、該裏材から外向きに延出する成形研磨複合体の配列を含み、該成形研磨複合体は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含み、該研磨層は、該成形研磨複合体の配列を有さずかつ該裏材に対して実質的に均一な深さを有する少なくとも1つの開口領域を画定し、該少なくとも1つの開口領域のそれぞれ1つは、少なくとも1.5平方センチメートル円形面積を含み、該少なくとも1つの開口領域は、合わせて、該裏材の該第1主表面の該面積の少なくとも10パーセントとなる合計面積を有する、断続的構造化研磨物品。

請求項12

前記断続的構造化研磨物品が、前記研磨層と前記裏材とを貫通する、中央に配置された心軸穴を有する、請求項11に記載の断続的構造化研磨物品。

請求項13

前記成形研磨複合体が、前記裏材に対して実質的に均一の深さを有する、請求項11又は12に記載の断続的構造化研磨物品。

請求項14

前記成形研磨複合体の配列が規則的配列である、請求項11〜13のいずれか一項に記載の断続的構造化研磨物品。

請求項15

前記少なくとも1つの開口領域が、合わせて、前記裏材の前記第1主表面の少なくとも20面積パーセントとなる合計面積を有する、請求項11〜14のいずれか一項に記載の断続的構造化研磨物品。

請求項16

前記少なくとも1つの開口領域が、少なくとも4つの該開口領域を含む、請求項11〜15のいずれか一項に記載の断続的構造化研磨物品。

請求項17

前記少なくとも1つの開口領域が、少なくとも2つの同心状の環を含む、請求項11〜16のいずれか一項に記載の断続的構造化研磨物品。

背景技術

0001

研磨物品は、様々な研削及び仕上げ用途に有用である。1つのかかる用途は、精密ラップ及び研磨である。片面ラップ装置及び研磨装置は、典型的に、被加工物に対して回転する大型の圧盤を有する。両面装置は、被加工物に対して回転する、一対の対向する圧盤を使用する。両方のタイプの機械が、固定研磨材(例えば、構造化研磨ディスク)又は液体研磨スラリーと共に使用され得る。

0002

構造化研磨物品は、裏材に固定された成形研磨複合体を含む研磨層を有する。成形研磨複合体は、結合剤材料中に保持された研磨粒子を含む。

0003

片面研磨中に、1つ又は2つ以上の被加工物を、第1圧盤に対して自由に回転する担体に取り付ける。被加工物は典型的に、例えばろうを用いて、この担体に取り外し可能に保持される。そのような構成において(例えば図1参照)、被加工物は、大きな圧盤に取り付けられた構造化研磨ディスクに接触している。片面研磨作業中に生じる一般的な問題は、被加工物が、研磨されるべき表面全体にわたって完全に研磨されないことである(研磨技術分野においては、表面全体にわたって完全に研磨されることを「クリア」と呼ぶ)。

発明が解決しようとする課題

0004

研磨プロセスを改善する材料及び方法に対する継続的なニーズが存在する。

課題を解決するための手段

0005

本発明者らは、構造化研磨物品の研磨表面エッジを超えて被加工物を繰り返し通過させる研磨方法を用いることにより、片面研磨プロセスにおける被加工物の不完全なクリアの問題を概ね除去できることを発見した。被加工物が担体に対して独立に回転できる場合は、不完全なクリアの問題ははるかに少なくなるため、この方法は、被加工物が担体に対して自由に回転できない場合に、特に有効である。したがって、本開示は、例えばサファイアウェハなどの被加工物の均一に研磨された表面を提供する方法及び研磨物品を提供する。

0006

一態様において、本開示は被加工物を研磨する第1の方法を提供し、この方法は、
中央第1軸を中心に回転可能な研磨部材であって、該研磨部材は、ある面積を有する第1主表面を有し、該第1主表面は該第1軸に対して垂直であり、断続的構造化研磨物品が該研磨部材の該第1主表面に固定され、該断続的構造化研磨物品は裏材上に配置され固定された研磨層を含み、該研磨層は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含む成形研磨複合体を含み、少なくとも1つの外側穴が、該研磨層と該裏材を貫通して延在し、該第1軸は該少なくとも1つの外側穴のいずれも貫通しておらず、該少なくとも1つの外側穴のそれぞれは独立に、該研磨層と同一平面上にあるそれぞれの開口領域を画定し、該少なくとも1つの外側穴の該それぞれの開口領域を合わせた合計面積は、該裏材の該第1主表面の少なくとも10面積パーセントとなる、研磨部材と、
第2主表面を有する担体部材であって、該被加工物は該第2主表面に取り外し可能に締結され、該担体部材は、該第1軸に対して平行な第2軸を中心に独立に回転可能であり、該被加工物は、該断続的構造化研磨物品に接触する、研磨されるべき外側主表面を有し、該被加工物の該第2主表面の少なくとも30面積パーセントは、該少なくとも1つの外側穴のうちの1つに対応する該開口領域内に重なり合うことができ、該被加工物の該第2主表面の90面積パーセント以下は、該外側穴の該それぞれの該開口領域のいずれかと重なり合うことができる、担体部材と、
を含む研磨装置を準備する工程と、
該研磨部材と該担体部材とを回転させて該被加工物の該外側主表面を研磨する工程と、
を含む。

0007

別の一態様において、本開示は被加工物を研磨する第2の方法を提供し、この方法は、
第1軸を中心に回転可能な研磨部材であって、該研磨部材は、これに対して固定されている断続的構造化研磨物品を備えた平坦な第1主表面を有し、該平坦な第1主表面は該第1軸に対して垂直であり、該断続的構造化研磨物品は裏材の第1主表面に固定された研磨層を含み、該第1主表面はある面積を有し、該研磨層は該裏材から外向きに延出する成形研磨複合体の配列を含み、該成形研磨複合体は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含み、該研磨層は、該成形研磨複合体の配列を有さずかつ該裏材に対して実質的に均一な深さを有する少なくとも1つの開口領域を画定する、研磨部材と、
第2主表面を有する担体部材であって、該被加工物が該第2主表面に取り外し可能に締結され、該被加工物が、該断続的構造化研磨物品に接触する、研磨されるべき外側主表面を有し、該被加工物の該第2主表面の少なくとも30面積パーセントが、該少なくとも1つの開口領域内に重なり合うことができ、該被加工物の該第2主表面の90面積パーセント以下が、該少なくとも1つの開口領域のいずれか1つと重なり合うことができる、担体部材と、
を含む研磨装置を準備する工程と、
該研磨部材と該担体部材とを回転させて該被加工物の該外側主表面を研磨する工程と、
を含む。

0008

更に別の一態様において、本開示は、裏材の第1主表面に固定された研磨層を含む断続的構造化研磨物品を提供し、ここにおいて該第1主表面はある面積を有し、該研磨層は、該裏材から外向きに延出する成形研磨複合体の配列を含み、該成形研磨複合体は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含み、該研磨層は、該成形研磨複合体の配列を有さずかつ該裏材に対して実質的に均一な深さを有する少なくとも1つの開口領域を画定し、該少なくとも1つの開口領域のそれぞれ1つが、少なくとも1.5平方センチメートル円形面積を含み、該少なくとも1つの開口領域が、合わせて、該裏材の該第1主表面の面積の少なくとも10パーセントとなる合計面積を有する。

0009

本明細書で使用されるとき、用語「面積(areal)」とは、ある面積に関係するか又はある面積を伴うことを意味する(例えば、面積あたりなど)。

0010

本明細書で使用されるとき、用語「配列」は、ある程度の規則的な順序又は配置での一連項目の配置を指す(例えば、矩形マトリックス又はハニカムパターンなど)。

0011

本開示の特徴及び利点は、「発明を実施するための形態」並びに付属の「特許請求の範囲」を考慮することで、更に深い理解が得られるであろう。

図面の簡単な説明

0012

本開示による例示的な一実施形態による、被加工物を研磨する例示的な片面研磨装置100の概略斜視図である。
被加工物180を保持している図1Aに示す担体支持体139の下側平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、例示的な断続的構造化研磨物品240の平面図である。
面2B−2Bで切断した断続的構造化研磨物品240の部分的側断面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、例示的な断続的構造化研磨物品240a〜240dの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、例示的な断続的構造化研磨物品240a〜240dの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、例示的な断続的構造化研磨物品240a〜240dの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、例示的な断続的構造化研磨物品240a〜240dの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、例示的な断続的構造化研磨物品440の平面図である。
図1Aを面4B−4Bで切断した研磨粒子配置システム440の部分的側断面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。
本開示による第1方法を実践するのに好適な、それぞれの例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iの平面図である。

0013

本明細書及び図中で繰り返し使用される参照符合は、本開示の同じ若しくは類似の機構又は要素を表わすものとする。本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲に含まれる多くの他の改変形態及び実施形態が当業者によれば考案され得ることは理解されるべきである。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。

0014

一般的なタイプの片側研磨プロセスに好適な、本開示による断続的構造化研磨物品及び方法を、図1に示す。ここで図1を参照すると、断続的構造化研磨物品140は、研磨部材110の第1主表面145に固定されており、この研磨部材は第1軸105を中心に回転可能であり、この第1軸は、所望による中央心軸穴126を貫通している。担体部材130は、第1主表面145に面する第2主表面135を有する。担体部材130は、バックアッププレート138に取り付けられた担体支持体139を有する。バックアッププレート138は、回転可能シャフト137に取り付けられている。被加工物180(図1B参照)は、担体部材130の第2主表面135に締結されている。担体部材130は、第1軸105に平行な第2軸115を中心に独立に回転可能である。使用中、担体部材130と研磨部材110は、被加工物180の外側主表面185(図1B参照)が断続的構造化研磨物品140の研磨層121に接触するのに十分な近さに配置される。研磨層121は、本開示の具体的な実施形態に応じてその中に形成された開口領域160を有する。担体部材130と研磨部材110は、それぞれの方向132及び112に独立に回転し(これらは同じ方向でも反対方向でもよい)、これにより研磨層121が被加工物180の外側主表面185を研磨する。

0015

好適な研磨部材110は好ましくは回転可能な円形圧盤であるが、これは必要条件ではない。任意の好適な形状を使用することができる。

0016

好適な担体部材130は好ましくは回転可能な円形圧盤であるが、これは必要条件ではない。好適な担体部材は平坦な第2主表面135を有してよく、あるいはこの第2主表面は、被加工物を受容するよう適合されたそれ自体の中に形成された1つ又は2つ以上の陥凹を有し得る。

0017

好適な被加工物180は任意の形状を有し得るが、好ましくは実質的に均一な厚さを有する(すなわち、研磨により除去されるマイクロメートル規模の表面粗さによる厚さ変動を含まない)。例えば、好適な被加工物は、0.1〜1.0ミリメートルの範囲の実質的に均一な厚さを有し得る。好適な被加工物は、多角形(例えば、長方形五角形、又は六角形)、円形、楕円形、又は他の何らかの形状であり得る。好ましくは、この被加工物は、実質的に均一な厚さの円形ウェハを含む。任意の寸法の被加工物を使用することができるが、好ましくはこの被加工物は、直径1〜12インチ(2.5〜30.5cm)の円形ウェハを含む。

0018

好適な被加工物は、断続的構造化研磨物品(すなわち、被加工物よりも硬い断続的構造化研磨物品の研磨層中の研磨粒子)により研磨可能な任意の材料を含み得る。断続的構造化研磨物品の研磨層中にダイヤモンド研磨粒子が含まれる場合の、好適な材料の例としては、サファイア炭化ケイ素スピネル石英酸窒化アルミニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好適な被加工物には更に、例えば、これらの材料の積層体、例えば、ガラス接着した炭化ケイ素、ガラスに接着したサファイア、及びガラスに接着した方解石が挙げられる。

0019

被加工物は、任意の好適な方法(例えば、ろう、ホットメルト接着剤感圧性接着剤、及び/又は機械的拘束などの接着材料)を用いて担体部材に取り外し可能に締結され得る。

0020

本開示による研磨方法は、単一の被加工物又は複数の被加工物で実施することができ、好ましくは複数の被加工物で実施することができる。本開示の実施に容易に適合可能な一般的な片面研磨方法に関する詳細は、当業者に周知であり、典型的に研磨装置メーカーから入手可能である。

0021

本開示による方法を実施するための好適な断続的構造化研磨物品には、いくつかの実施形態がある。

0022

図2A及び2Bに例示される第1の実施形態において、断続的構造化研磨ディスク240は、裏材227の第1主表面219の上に配置され固定された研磨層221を含む。所望による中央心軸穴226及び外側穴225は、研磨層221と裏材227を貫通している。裏材227は、支持層222、所望による第1接着層223、所望による補強サブパッド224、及び所望による第2接着層228を含む。

0023

研磨層221は、結合剤材料276内に保持された研磨粒子274を含む成形研磨複合体272の配列289を含む。外側穴225は、研磨層221と同一平面上にある開口領域232を画定する。開口領域232を合わせた合計面積は、裏材227の第1主表面219の少なくとも10面積パーセントを占める。

0024

いくつかの実施形態において、研磨される被加工物の外側表面の少なくとも30、少なくとも40、又は更には少なくとも50面積パーセントで、かつ60、70、80、又は90面積パーセント以下が、少なくとも1つの開口領域232内に重なり合っていてよい。

0025

外側穴225の開口領域232は、合わせて、第1主表面219の合計面積の少なくとも10、15、20、又は更には少なくとも30パーセントの合計面積を有し得るが、これは必要条件ではない。

0026

断続的構造化研磨物品の構造的一体性を維持する任意の好適な外側穴及び開口領域パターンを、使用することができる。図3A〜3Dはそれぞれ、例示的な断続的構造化研磨物品240a〜240dにおける、所望による心軸穴226a〜226dと、穴225a〜225dによって形成された開口領域232a〜232dのパターンを示す。

0027

図4A及び4Bに例示される第2の実施形態において、断続的構造化研磨ディスク440は、裏材427の第1主表面419の上に配置され固定された研磨層421を含む。裏材427(これは一体型裏材又は複合材料裏材であり得る)は、支持層422、第1接着層423、補強サブパッド424、及び所望による第2接着層426を含む。研磨層421は、裏材427から外向きに延出する成形研磨複合体472の配列489を含む。成形研磨複合体472は、結合剤材料476中に保持された研磨粒子474を含む。研磨層421は、成形研磨複合体472の配列489を有さない開口領域460を画定する。開口領域460は、研磨層421、支持層422、及び第1接着層423を貫通して補強サブパッド424まで延在する。開口領域460は、裏材427に対して実質的に均一な深さを有する(例えば、裏材を通って補強サブパッド424まで延在し、これは開口領域460の底面にわたって均一に広がる)。開口領域460はそれぞれ、少なくとも1.5平方センチメートルの円形領域を含む。開口領域460は、合わせて、裏材427の第1主表面419の面積の少なくとも10パーセント(例えば、少なくとも10、15、20、25、30、35、又は40パーセント)である合計面積を有する。

0028

いくつかの実施形態において、研磨される被加工物の外側表面の少なくとも30、少なくとも40、又は更には少なくとも50面積パーセントで、かつ60、70、80、又は90面積パーセント以下が、少なくとも1つの開口領域460内に重なり合っていてよい。

0029

開口領域460は、合わせて、第1主表面419の合計面積の少なくとも1パーセント、10パーセント、15パーセント、20パーセント、又は30パーセントの合計面積を有し得るが、これは必要条件ではない。

0030

断続的構造化研磨物品の構造的一体性を維持する任意の好適な開口領域460のパターンを、使用することができる。図5A〜5Iはそれぞれ、例示的な断続的構造化研磨物品440a〜440iにおける、所望による心軸穴426a〜426iと、開口領域460a〜460i(これを通して補強サブパッド424a〜424iが見えている)とを示す。

0031

本開示の実施に使用される断続的構造化研磨物品(例えば、ディスク)は、少なくとも3、4、5、6、7、8、9、又は更には少なくとも10個、又はそれ以上の開口領域を有し得る。少なくとも2、3、又は4個の開口領域が、同心状の環を含み得る。

0032

本開示による方法の実施に有用な断続的構造化研磨物品は、典型的に、従来型の構造化研磨物品から容易に作製することができる(例えば、上述のように調製される)。

0033

第1の方法は、被加工物を研磨する第1の方法と共に使用するための断続的構造化研磨物品を製造するのに好適であり、この方法では、構造化研磨物品の厚さを完全に切断して、研磨層と裏材を完全に貫通する研磨層の断続状態を形成する。

0034

第2の方法は、被加工物を研磨する第2の方法と共に使用するための断続的構造化研磨物品を製造するのに好適であり、この方法では、接着剤コーティングされた裏材(研磨層の反対側に接着剤を備える)を有する構造化研磨物品の厚さを完全に切断して、研磨層と裏材を完全に貫通する研磨層の断続状態を形成し、次に、この構造化研磨物品を断続的でない連続したシート(例えば、補強サブパッド)に積層させ、所望により、この研磨層の反対側の裏表面を接着層でコーティングする。

0035

切断は、好適な手段、例えば、レーザーパンチプレス、又はウォータージェットなどを用いて達成することができる。

0036

いくつかの実施形態において、研磨層と裏材を貫通する中央心軸穴は、切断するかないしは別の方法で、断続的構造化研磨物品内に形成することができる(例えば、特にディスク形状の場合)。

0037

断続的構造化研磨物品の形状と寸法は一般に、当該技術分野において知られるように、使用する片面研磨装置の選択に依存する。好ましくは、断続的構造化研磨物品は6インチ(15cm)〜36インチ(91cm)、又はそれ以上の範囲の直径を備えたディスクとして成形される。

0038

断続的構造化研磨物品を製造するのに使用可能な従来型の構造化研磨物品と、その作製方法に関する詳細の記述を、下記に述べる。

0039

本開示の実施に使用される成形研磨複合体に含まれる研磨粒子は典型的に、研磨されるべき被加工物表面よりも硬くなるように選択すべきである。研磨粒子は、単一タイプの研磨粒子、又は異なる研磨粒子の組み合わせの、個々の研磨粒子として存在してよく、あるいはこれらの組み合わせで存在してもよい。

0040

研磨粒子はまた、研磨凝集体中に存在してもよい。そのような凝集体は、複数個の研磨粒子、マトリックス材料、及び任意選択添加剤を含む。マトリックス材料は、有機及び/又は無機とすることができる。マトリックス材料は、例えば、ポリマー樹脂、ガラス(例えば、ガラス状結合ダイヤモンド凝集体)、金属、ガラスセラミックセラミック(例えば、米国特許第6,790,126号(Woodら)で説明されるような、セラミック結合凝集体)、又はこれらの組み合わせとすることができる。例えば、石英ガラス、ガラスセラミック、ホウケイ酸ガラスなどのガラス、フェノール樹脂エポキシ樹脂アクリル樹脂、及び複合結合剤との関連で説明される他の樹脂を、マトリックス材料として使用することができる。研磨凝集体は、不規則に成形されるか、又はそれらの研磨凝集体に関連する既定の形状を有し得る。様々な研磨凝集体とその製造方法に関する付加的な詳細は、例えば、米国特許第4,311,489号(Kressner)、同第4,652,275号(Bloecherら)、同第4,799,939号(Bloecherら)、同第5,549,962号(Holmesら)、同第5,975,988号(Christianson)、同第6,620,214号(McArdle)、同第6,521,004号(Cullerら)、同第6,551,366号(D’Souzaら)、同第6,645,624号(Adefrisら)、同第7,169,031号(Fletcherら)、同第7,887,608号(Schwabelら)、及び米国特許出願公開第2007/0026770号(Fletcherら)に見出すことができる。

0041

研磨粒子は一般に、結果として得られる許容可能な仕上げ妥当な速度で達成できるような粒径分布を有するように選択すべきである。研磨粒子は、好ましくは、約0.01マイクロメートル(小粒子)〜500マイクロメートル(大粒子)の、より好ましくは約0.25マイクロメートル〜約500マイクロメートルの、更により好ましくは約3マイクロメートル〜約400マイクロメートルの、最も好ましくは約5マイクロメートル〜約50マイクロメートルの平均粒径を有する。場合により、研磨粒径は、「メッシュ」又は「グレード」として報告されるが、これらの双方とも、公知の研磨粒径測定法である。

0042

好ましくは、研磨粒子は、少なくとも8の、より好ましくは少なくとも9のモース硬度を有する。そのような研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、加熱処理酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ダイヤモンド天然及び合成)、立方晶窒化ホウ素、及びこれらの組み合わせが挙げられる。例えば、ガーネット酸化鉄アルミナジルコニアムライト、及びセリアなどの、より軟らかい研磨粒子も使用することができる。研磨粒子は、結合剤又は金属若しくはセラミックコーティングのような表面処理又はコーティングを更に備えてもよい。

0043

本開示の実施に使用される成形研磨複合体に含めるのに好適な結合剤は、典型的に結合剤前駆体から形成され、これは未硬化又は未重合状態の樹脂である。構造化研磨物品の製造中に、結合剤前駆体が重合又は硬化し、これにより結合剤が形成される。結合剤前駆体は、縮合硬化性樹脂、添加重合性樹脂、フリーラジカル硬化性樹脂、及び/又はそのような樹脂を組み合わせたもの及びブレンドしたものであり得る。

0044

1つの好ましい結合剤前駆体は、フリーラジカルメカニズムを介して重合する樹脂又は樹脂混合物である。重合プロセスは、熱エネルギー又は放射線エネルギー等のエネルギー源に、適切な触媒と共に結合剤前駆体を曝露させることによって開始される。放射線エネルギーの例には、電子線、紫外線、又は可視光線が含まれる。

0045

フリーラジカル硬化性樹脂の例としては、アクリル化ウレタンアクリル化エポキシアクリル化ポリエステルエチレン性不飽和モノマーペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラストモノマー、少なくとも1つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレートモノマー、少なくとも1つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレートモノマー、並びにこれらの混合物及び組み合わせが挙げられる。本明細書で使用するとき、用語「(メタアクリレート」は、アクリレートとメタクリレートとを含む。

0046

1つの好ましい結合剤前駆体は、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、又はウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーとエチレン性不飽和モノマーとのブレンドを含む。好ましいエチレン性不飽和モノマーは、一官能性(メタ)アクリレートモノマー二官能性(メタ)アクリレートモノマー、三官能性(メタ)アクリレートモノマー、又はこれらの組み合わせである。これらの結合剤前駆体から形成された結合剤は、望ましい特性を伴う断続的構造化研磨物品を提供する。特に、これらの結合剤は、断続的構造化研磨物品の寿命にわたって研磨粒子をしっかりと保持する夫な高耐久性かつ長寿命の媒質を提供する。この結合剤の化学反応は、ダイヤモンド粒子と共に使用する場合に特に有用である。ダイヤモンド研磨粒子は実質的に大半の従来型研磨粒子よりも長持ちするからである。ダイヤモンド研磨粒子に伴う長寿命の利点をフル活用するために、丈夫で高耐久性の結合剤が望ましい。よって、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、又はウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーと(メタ)アクリレートモノマーとのブレンドと、ダイヤモンド研磨粒子との組み合わせは、長寿命かつ高耐久性の研磨性コーティングを提供する。

0047

アクリレートウレタンの例としては、UCB Radcure Inc.(Smyrna、Georgia)から、EBECRYL 220六官能性芳香族ウレタンアクリレート(分子量1000グラムモル)、EBECRYL 284脂肪族ウレタンジアクリレート(分子量1200グラム/モル、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートで希釈されている)、EBECRYL 4827芳香族ウレタンジアクリレート(分子量1600グラム/モル)、EBECRYL 4830脂肪族ウレタンジアクリレート(分子量1200グラム/モル、テトラエチレングリコールジアクリレートで希釈されている)、EBECRYL 6602三官能性芳香族ウレタンアクリレート(分子量1300グラム/モル、トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレートで希釈されている)、及びEBECRYL 840脂肪族ウレタンジアクリレート(分子量1000グラム/モル)として市販されているもの、Sartomer Company(Exton、Pennsylvania)からSARTOMER9635、9645、9655、963−B80、及び966−A80として市販されているもの、及びMorton International(Chicago,IL)からUVITHANE 782として市販されているものが挙げられる。

0048

エチレン性不飽和モノマー若しくはオリゴマー、又は(メタ)アクリレートモノマー若しくはオリゴマーは、一官能性、二官能性、三官能性、四官能性、又は更に高い官能性のものであってもよい。エチレン性不飽和結合剤前駆体としては、炭素原子水素原子、及び酸素原子、並びに任意で窒素原子、及びハロゲンを含有する、モノマー及びポリマー化合物の双方が挙げられる。エチレン性不飽和モノマー又はオリゴマーは、好ましくは約4,000グラム/モル未満の分子量を有しており、好ましくは、1つ又は2つ以上の脂肪族ヒドロキシル基を含む化合物と、1つ又は2つ以上の不飽和カルボン酸(例えばアクリル酸メタクリル酸イタコン酸クロトン酸イソクロトン酸、及びマレイン酸など)との反応から生成されるエステルである。

0049

エチレン性不飽和モノマーの代表的な例としては、メチルメタクリレートエチルメタクリレートスチレンジビニルベンゼンヒドロキシエチルアクリレートヒドロキシエチルメタクリレートヒドロキシプロピルアクリレートヒドロキシプロピルメタクリレートヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレートビニルトルエンエチレングリコールジアクリレートポリエチレングリコールジアクリレートエチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートグリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートペンタエリスリトールトリメタクリレートペンタエリスリトールテトラアクリレート、及びペンタエリスリトールテトラメタクリレートが挙げられる。他のエチレン性不飽和モノマー又はオリゴマーとしては、モノアリルエステルポリアリルエステル、及びポリメタアリル(polymethallyl)エステル、並びにカルボン酸アミド、例えば、フタル酸ジアリルアジピン酸ジアリル、及びN,N−ジアリルアジパミドが挙げられる。更に他の窒素含有化合物としては、トリス(2−アクリルオキシエチルイソシアヌレート、1,3,5−トリス(2−メチルアクリルオキシエチル)−s−トリアジンアクリルアミドメチルアクリルアミドN−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、及びN−ビニルピペリドンが挙げられる。エチレン性不飽和希釈剤又はモノマーの例は、米国特許第5,236,472号(Kirk)及び同第5,580,647号(Larsonら)に見出すことができる。

0050

一般に、これらの(メタ)アクリレートモノマー間の比は、ダイヤモンド研磨粒子及び特定の研磨物品に望ましい任意の所望による添加剤又は充填剤重量パーセントに依存する。典型的に、これらの(メタ)アクリレートモノマーは、約5重量部〜約95重量部のエチレン性不飽和モノマーに対して、約5重量部〜約95重量部のウレタンアクリレートオリゴマーの範囲である。他の潜在的に有用な結合剤及び結合剤前駆体に関する追加の情報は、米国特許第4,773,920号(Chasmanら)及び同第5,958,794号(Bruxvoortら)に見出される。

0051

アクリル化エポキシは、ビスフェノールAエポキシ樹脂のジアクリレートエステルのような、エポキシ樹脂のジアクリレートエステルである。アクリル化エポキシの例としては、Radcure Specialties SA(Brussels,Belgium)から販売されるCMD 3500、CMD 3600、及びCMD 3700、並びにSartomer Company(Exton,Pennsylvania)から販売されるCN103、CN104、CN111、CN112、及びCN114として入手可能なものが挙げられる。

0052

アミノプラストモノマーは、少なくとも1つのペンダントα,β−不飽和カルボニル基を有する。これらの不飽和カルボニル基は、アクリレート、メタクリレート、又はアクリルアミド型の基であってもよい。かかる材料の例としては、N−(ヒドロキシメチル)アクリルアミド、N,N’−オキシジメチレンビスアクリルアミドオルト−及びパラ−アクリルアミドメチルフェノール、アクリルアミドメチル化フェノールノボラック、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。これらの材料は、米国特許第4,903,440号(Kirkら)及び同第5,236,472号(Kirkら)にも記載されている。

0053

少なくとも1つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート、及び少なくとも1つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体は、米国特許第4,652,274号(Boettcherら)に、更に説明されている。好ましいイソシアヌレート材料は、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレートである。

0054

フリーラジカル硬化性樹脂がどのように硬化又は重合するかに応じて、結合剤前駆体は更に、硬化剤(触媒又は反応開始剤とも呼ばれる)を含み得る。硬化剤が適切なエネルギー源に曝されると、フリーラジカル源を生成し、これが重合プロセスを開始する。

0055

別の好ましい結合剤前駆体は、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は、オキシラン環を有し、開環反応によって重合される。そのようなエポキシ樹脂としては、モノマーエポキシ樹脂類及びポリマーエポキシ樹脂が挙げられる。好ましいエポキシ樹脂の例には、2,2−ビス−4−(2,3−エポキシプロポキシフェニルプロパン(ビスフェノールのジグリシジルエーテル)が挙げられ、これはMomentive(Columbus、Ohio)からEPON828、EPON 1004、及びEPON 1001Fとして入手可能なもの、並びにDow Chemical Co.(Midland,Michigan)からDER−331、DER−332、及びDER−334として入手可能なものが挙げられる。他の好適なエポキシ樹脂には、環式脂肪族エポキシ、及びフェノールホルムアルデヒドノボラックグリシジルエーテル(例えば、Dow Chemical Co.からDEN−431及びDEN−428として入手可能なもの)が挙げられる。使用可能な多官能性エポキシ樹脂の例としては、Huntsman(Salt LakeCity,Utah)からMY 500、MY 510、MY 720、及びTACTIX 742として入手可能なもの、並びにMomentiveからEPON HPT 1076及びEPON 1031として入手可能なものが挙げられる。フリーラジカル硬化性樹脂とエポキシ樹脂のブレンドが、更に米国特許第4,751,138号(Tumeyら)及び同第5,256,170号(Harmerら)に記述されている。

0056

結合剤材料の任意のものが、研磨物品中の研磨粒子と組み合わされる場合、高い耐熱性を有することが好ましい。具体的には、好ましくは硬化した結合剤は、少なくとも摂氏150度(℃)、好ましくは少なくとも16℃のガラス転移温度(すなわち、Tg)を有する。いくつかの実施形態において、少なくとも175℃のTgが望ましい。いくつかの実施形態において、200℃の高さのTgが好ましい。

0057

裏材は、成形研磨複合体を支持する機能を果たす。裏材は、結合剤前駆体が硬化条件に曝露された後で、結合剤にくっつくことが可能になっているべきであり、かつ、得られる研磨物品が長期の使用に耐えるよう強度と耐久性とを有するものであるべきである。裏材は、一体型裏材又は複合材料裏材であり得る。例示的な裏材は、ポリマーフィルム、紙、加硫繊維成型又は鋳造エラストマー処理済み不織布裏材、処理済み布、及びこれらの組み合わせ(例えば、接着剤と共に積層又は接着したもの)を含み得る。裏材に含めるための好適なポリマーの例としては、ポリエステルコポリエステルポリカーボネートポリイミド、及びポリアミドが挙げられる。紙を含む、不織性の材料は、必要な特性を付与するため、熱硬化性材料又は熱可塑性材料により飽和させてもよい。

0058

再び図4Bを参照して、所望による補強サブパッド424は、好ましくは剛性又は準剛性である。いくつかの好ましい実施形態において、補強サブパッド424は、エンジニアリング熱可塑性樹脂のシートを含み、例えば、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、又はポリエーテルイミドが挙げられる。所望による補強サブパッドは、実質的に剛性の層と実質的に弾力性の層とを含む、多層を含み得る。多層を備える補強サブパッドは、当該技術分野において既知であり、米国特許第5,692,950号(Rutherfordら)及び同第6,632,129号(Goetz)に開示されているものが挙げられる。

0059

所望による接着層223、228、423、及び428のための有用な接着剤としては、例えば、感圧性接着剤(例えば、アクリル系感圧性接着剤)、ホットメルト接着剤(例えば、スチレン−ブタジエンブロックホットメルト接着剤)、及び現場硬化接着剤(例えば、2液型エポキシ)が挙げられる。426のような所望による接着層が存在する場合、剥離可能ライナーを接着層上に提供して、接着層をダストから保護する及び/又は接着層が誤って基材に接着しないように保護することができる。

0060

上に挙げた裏材の素材の任意のものは、例えば、充填剤、繊維、染料顔料湿潤剤カップリング剤可塑剤等のような添加剤を更に含んでいてもよい。裏材は更に、補強スクリム又は布を含んでよく、例えば、E.I.du Pont de Nemours and Company(Wilmington,Delaware)からNOMEXとして入手可能な布が挙げられる。

0061

場合によっては、一体成形された裏材を有することが好ましい場合がある。すなわち、裏材(例えば布など)に複合材料を独立に付着させるのではなく、裏材を複合材料に隣接させて直接成型することが好ましい場合がある。この裏材は、複合材料を成型した後で複合材料の裏側に成型又は鋳造することができ、あるいは、複合材料と同時に成型又は鋳造することができる。裏材は、熱硬化性又は放射線硬化性熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれかから成型することができる。典型的かつ好ましい熱硬化性樹脂の例としては、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン性不飽和樹脂アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂アクリル化エポキシ樹脂ビスマレイミド樹脂、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましい熱可塑性樹脂の例としては、ポリアミド樹脂(例えば、ナイロン)、ポリエステル樹脂、及びポリウレタン樹脂ポリウレタン尿素樹脂を含む)が挙げられる。好ましい熱可塑性樹脂の1つは、ポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオールイソシアネートとの反応生成物から誘導されるポリウレタンである。裏材の化学構成は、複合材料の化学構成と同一又は同様であり得る。

0062

成形研磨複合体は任意のパターンで配置され得るが、好ましくは規則的配列に従って配置される。成形研磨複合体の高さは、一般に25マイクロメートル以上、約5ミリメートル以下であり、好ましくは、2ミリメートル未満であるが、これより大きい又は小さい高さの値も使用することができる。

0063

構造化研磨層中の角錐状及び/又は切頭角錐状研磨複合体面積密度は、例えば、1平方インチあたり少なくとも10個、20個、30個、又は更に少なくとも50個の研磨複合体(1平方センチメートルあたり少なくとも1.5個、3.1個、4.7個、又は更には少なくとも7.8個の研磨複合体)から、1平方インチあたり100個、1000個、10000個、又は更には100,000個までの研磨複合体(1平方センチメートルあたり15個、150個、1500個、又は更には15000個以下の研磨複合体)までの範囲であるが、これより大きい又は小さい研磨材複合体密度を用いることもできる。

0064

研磨層は成形研磨複合体を有し、これは好ましくは同一形状であり、繰り返しパターン(例えば、規則的配列)に従って裏材上に配置されるが、これらのいずれも必要条件ではない。この成形研磨複合体は好ましくは、柱(例えば、円筒形柱又は角柱)、角錐、及び/又は切頭角錐を含む。角柱、角錐、及び切頭角錐は、例えば3つ、4つ、5つ、又は6つの側面を有し得る。好ましくは、この成形研磨複合体は同じ寸法及び形状を有するが、異なる寸法及び/又は形状の成形研磨複合体の組み合わせも使用することができる。成形研磨複合体の側面は同一であっても異なっていてもよい。いくつかの好ましい実施形態において、成形研磨複合体は、裏材に対して実質的に均一の深さ(例えば、製造許容誤差の範囲内)を有するが、これは必要条件ではない。

0065

構造化研磨物品は典型的に、研磨砥粒重合性結合剤前駆体とのスラリーを形成する工程と、このスラリーを適切なツール(最終的な構造化研磨物品に望ましい形状の反転トポグラフィーを有する)にコーティングする工程と、このスラリーを裏材に接触させる工程と、この結合剤前駆体を(例えば、エネルギー源に曝すことによって)重合させる工程と、により調製され、これにより結果として得られる構造化研磨物品が、裏材に固定された複数の成形研磨複合体を有するようにする。エネルギー源の例としては、熱的エネルギー及び放射エネルギー電子ビーム、紫外線、及び可視光線を含む)が挙げられる。

0066

研磨スラリーは、結合剤前駆体、砥粒及び任意の添加剤を、任意の好適な混合技術によりともに混合することにより製造される。混合技術の例としては、低剪断及び高剪断混合が挙げられるが、高剪断混合が好ましい。超音波エネルギーを混合工程と併用して利用し、研磨スラリーの粘度を低下させる場合もある。典型的には、研磨粒子は結合剤前駆体にゆっくりと添加される。研磨スラリー中の空泡の量は、混合工程中又は混合工程後のいずれかで、真空で引くことにより最小限に抑えることができる。場合によっては、一般に30〜70℃の範囲に研磨スラリーを加熱し、粘度を低下させることが有用である。研磨スラリーは、研磨粒子を結合剤前駆体中に分散及び/又は懸濁させるのに役立つ添加剤を含み得る。この性質の添加剤は、研磨粒子のタイプ、サイズ、及び表面の化学的性質、及び/又は結合剤前駆体の化学的特性及び粘度に基づいて選択され、これらは当該技術分野において周知である。

0067

例えば、一実施形態では、スラリーを、その中に形状化された穴部(所望の構造化研磨層に対応する)を有する生産用具上に直接コーティングし、裏材と接触させてもよく、又は裏材上にコーティングし、生産用具と接触させてもよい。この実施形態において、典型的には、次に、スラリーが生産ツール穴部内に存在する間にスラリーを固化(例えば、少なくとも部分的に硬化する)又は硬化させ、裏材をツールから分離し、これにより構造化研磨物品を形成する。

0068

成形研磨複合体を有する構造化研磨物品とその製造方法に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第5,152,917号(Pieperら)、同第5,435,816号(Spurgeonら)、同第5,672,097号(Hoopman)、同第5,681,217号(Hoopmanら)、同第5,454,844号(Hibbardら)、同第5,851,247号(Stoetzelら)、同第6,139,594号(Kincaidら)、及び同第7,044,835号(Mujumdarら)の、例えば、第18列45行目から第19列26行目までに見出すことができる。

0069

構造化研磨物品はまた、例えば、3M Company(Saint Paul,Minnesota)などの市販源から、商品名3M TRIZACT DIAMOND TILE研磨パッド(例えば、ダイヤモンド粒径3.0マイクロメートル、6.0マイクロメートル、及び9.0マイクロメートル)で入手可能である。これらは、感圧性接着剤支持層ありとなしの形態のもの、並びに、感圧性接着層で所望により裏当てされたポリカーボネート製補強サブパッドありとなしのものが入手可能である。研削/研磨方法は、作業液を含む場合がある。当該技術分野での具体的な選択により、有機液体、水(すなわち、水溶液)及びこれらの組み合わせを含む、任意の作業液を使用することができる。この作業液には様々な添加剤を組み込むこともでき、添加剤としては、例えば、潤滑剤、冷却剤研削助剤分散剤、及び懸濁化剤が挙げられる。添加剤は、研磨プロセスを改善するため、被加工物表面と化学的相互作用させるためにも使用することができる。市販されている冷却剤の1つは、Intersurfaces Dynamics,Inc.(Bethel,Connecticut)から販売されているCHALLENGE 543−HTである。

0070

コンディショニング粒子をこの作業液に添加することができる。そのような粒子の一例は、使用中又は研削システム内でスラリーの一部を形成し得る研磨グリットである。コンディショニング粒子は、意図される被加工物よりも低い硬度を有し、これにより、コンディショニング粒子による被加工物の研削又は研磨の結果は最小限又は検知できない程度である。しかしながら、コンディショニング粒子は研磨粒塊のマトリックス材料と同じ又はそれ以上の硬度を有しており、研磨複合体中の研磨粒子として使用した場合、このコンディショニング粒子はマトリックス材料をコンディショニングするか又は研磨し、新たな研磨粒子を露出させる。コンディショニング粒子は研磨複合体の結合剤をコンディショニングし、新たな研磨粒子を露出させることができる。市販されているコンディショニング粒子の1つは、5マイクロメートルのめっきされた白色アルミナであって、Fujimi Inc.(Kiyosu,Japan)からPWA 5として入手可能である。

0071

本開示による被加工物を研削するためのプロセス条件は、使用する装置によって異なる可能性があり、これは当業者の技能範疇である。本開示による被加工物を研削するための例示的なプロセスパラメーターは次の通りである:接触圧力は、1平方インチあたり1〜20ポンド(psi、6.9〜138kPa)、好ましくは2〜10psi(13.8〜68.9kPa);担体部材速度は、毎分5〜120回転(rpm)、好ましくは20〜80rpm;研磨部材速度は、毎分5〜120回転(rpm)、好ましくは20〜80rpm;作業液流量は、5〜500ミリリットル/分(mL/分)、好ましくは20〜200mL/分。しかしながら、これらは必要条件ではない。

0072

本開示の選択された実施形態
第1の実施形態では、本開示は、被加工物を研磨する方法を提供し、本方法は、
中央第1軸を中心に回転可能な研磨部材であって、該研磨部材は、ある面積を有する第1主表面を有し、該第1主表面は該第1軸に対して垂直であり、断続的構造化研磨物品が該研磨部材の該第1主表面に固定され、該断続的構造化研磨物品は裏材上に配置され固定された研磨層を含み、該研磨層は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含む成形研磨複合体を含み、少なくとも1つの外側穴が、該研磨層と該裏材を貫通して延在し、該第1軸は該少なくとも1つの外側穴のいずれも貫通しておらず、該少なくとも1つの外側穴のそれぞれは独立に、該研磨層と同一平面上にあるそれぞれの開口領域を画定し、該少なくとも1つの外側穴の該それぞれの開口領域を合わせた合計面積は、該裏材の該第1主表面の少なくとも10面積パーセントとなる、研磨部材と、
第2主表面を有する担体部材であって、該被加工物は該第2主表面に取り外し可能に締結され、該担体部材は、該第1軸に対して平行な第2軸を中心に独立に回転可能であり、該被加工物は、該断続的構造化研磨物品に接触する、研磨されるべき外側主表面を有し、該被加工物の該第2主表面の少なくとも30面積パーセントは、該少なくとも1つの外側穴のうちの1つに対応する該開口領域内に重なり合うことができ、該被加工物の該第2主表面の90面積パーセント以下は、該外側穴の該それぞれの該開口領域のいずれかと重なり合うことができる、担体部材と、
を含む研磨装置を準備する工程と、
該研磨部材と該担体部材とを回転させて該被加工物の該外側主表面を研磨する工程と、
を含む。

0073

第2の実施形態では、本開示は、第1の実施形態による方法を提供し、前記成形研磨複合体は、前記裏材に対して実質的に均一の深さを有する。

0074

第3の実施形態では、本開示は、第1又は第2の実施形態による方法を提供し、前記少なくとも1つの外側穴のそれぞれの合計開口領域を合わせた合計は、前記裏材の前記第1主表面の少なくとも20面積パーセントとなる。

0075

第4の実施形態では、本開示は、第1〜第3の実施形態のいずれか1つによる方法を提供し、前記少なくとも1つの外側穴は、少なくとも4つの該外側穴を含む。

0076

第5の実施形態では、本開示は、被加工物を研磨する方法を提供し、本方法は、
第1軸を中心に回転可能な研磨部材であって、該研磨部材は、これに対して固定されている断続的構造化研磨物品を備えた平坦な第1主表面を有し、該平坦な第1主表面は該第1軸に対して垂直であり、該断続的構造化研磨物品は裏材の第1主表面に固定された研磨層を含み、該第1主表面はある面積を有し、該研磨層は該裏材から外向きに延出する成形研磨複合体の配列を含み、該成形研磨複合体は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含み、該研磨層は、該成形研磨複合体の配列を有さずかつ該裏材に対して実質的に均一な深さを有する少なくとも1つの開口領域を画定する、研磨部材と、
第2主表面を有する担体部材であって、該被加工物は該第2主表面に取り外し可能に締結され、該被加工物は、該断続的構造化研磨物品に接触する、研磨されるべき外側主表面を有し、該被加工物の該第2主表面の少なくとも30面積パーセントは、該少なくとも1つの開口領域のうちの少なくとも1つ内に重なり合うことができ、該被加工物の該第2主表面の90面積パーセント以下は、該少なくとも1つの開口領域のいずれか1つと重なり合うことができる、担体部材と、
を含む研磨装置を準備する工程と、
該研磨部材と該担体部材とを回転させて該被加工物の該外側主表面を研磨する工程と、
を含む。

0077

第6の実施形態では、本開示は、第5の実施形態による方法を提供し、前記断続的構造化研磨物品は、前記研磨層と前記裏材とを貫通する、中央に配置された心軸穴を有する。

0078

第7の実施形態では、本開示は、第5又は第6の実施形態による方法を提供し、前記成形研磨複合体は、前記裏材に対して実質的に均一の深さを有する。

0079

第8の実施形態では、本開示は、第5〜第7の実施形態のいずれか1つによる方法を提供し、前記少なくとも1つの開口領域は、合わせて、前記裏材の前記第1主表面の少なくとも20面積パーセントとなる合計面積を有する。

0080

第9の実施形態では、本開示は、第5〜第8の実施形態のいずれか1つによる方法を提供し、前記少なくとも1つの開口領域は、少なくとも4つの該開口領域を含む。

0081

第10の実施形態では、本開示は、第5〜第9の実施形態のいずれか1つによる方法を提供し、前記少なくとも1つの開口領域は、少なくとも2つの同心状の環を含む。

0082

第11の実施形態では、本開示は、裏材の第1主表面に固定された研磨層を含む断続的構造化研磨物品を提供し、ここにおいて該第1主表面はある面積を有し、該研磨層は、該裏材から外向きに延出する成形研磨複合体の配列を含み、該成形研磨複合体は結合剤材料内に保持された研磨粒子を含み、該研磨層は、該成形研磨複合体の配列を有さずかつ該裏材に対して実質的に均一な深さを有する少なくとも1つの開口領域を画定し、該少なくとも1つの開口領域のそれぞれ1つは、少なくとも1.5平方センチメートルの円形面積を含み、該少なくとも1つの開口領域は、合わせて、該裏材の該第1主表面の該面積の少なくとも10パーセントとなる合計面積を有する。

0083

第12の実施形態では、本開示は、第11の実施形態による断続的構造化研磨物品を提供し、前記断続的構造化研磨物品は、前記研磨層と前記裏材とを貫通する、中央に配置された心軸穴を有する。

0084

第13の実施形態では、本開示は、第11又は第12の実施形態による断続的構造化研磨物品を提供し、前記成形研磨複合体は、前記裏材に対して実質的に均一の深さを有する。

0085

第14の実施形態では、本開示は、第11〜第13の実施形態のいずれか1つによる断続的構造化研磨物品を提供し、前記成形研磨複合体の配列は規則的配列である。

0086

第15の実施形態では、本開示は、第11〜第14の実施形態のいずれか1つによる断続的構造化研磨物品を提供し、前記少なくとも1つの開口領域は、合わせて、前記裏材の前記第1主表面の少なくとも20面積パーセントとなる合計面積を有する。

0087

第16の実施形態では、本開示は、第11〜第15の実施形態のいずれか1つによる断続的構造化研磨物品を提供し、前記少なくとも1つの開口領域は、少なくとも4つの該開口領域を含む。

0088

第17の実施形態では、本開示は、第11〜第16の実施形態のいずれか1つによる断続的構造化研磨物品を提供し、前記少なくとも1つの開口領域は、少なくとも2つの同心状の環を含む。

0089

本開示の目的及び利点は、以下の非限定的な実施例によって更に例示されるが、これらの実施例に列挙される特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。

0090

特に断らないかぎり、実施例及び本明細書の残りの部分における部、百分率、比などは全て重量に基づいたものである。

0091

試験方法及び測定技法
研磨試験方法
直径28インチ(71.1cm)のパッドを、研磨ツール(HYPREZ 28” SINGLESIDED POLISHER、Engis Corporation(Wheeling,Illinois)から入手可能)の直径28インチ(71.1cm)の圧盤に接着した。直径6インチ(15.2cm)のc面サファイアウェハ3枚を、下記のように、ろうを使って、直径12インチ(30.5cm)×厚さ0.75インチ(1.9cm)の平坦な金属(鋼)担体に取り付けた。融点が約90℃のろう(商品名TECH−WAXとしてTransene Company,Inc.(Danvers,Massachusetts)から入手可能)を融かし、各ウェハの主表面上にスピンコーティングして、各ウェハ上に薄いろうコーティングを形成した。平坦な金属担体を、ろうの融点より高い温度にした炉の中で温める。ウェハをこの温かい金属担体の上に、ろう側を担体に隣接させて置き、約25kgの負荷を、3枚のウェハの表面に均一かつ同時に印加する。ろうを冷まし、ウェハを担体に接着させる。c面サファイアウェハの表面を前準備して、3M Company(St.Paul,Minnesota)から入手可能な80μm EL 3M TRIZACT DIAMOND TILEを締結した研磨パッドでラップ仕上げすることにより、約0.6mmの表面仕上げRaを有するようにした。次にこの担体を、直径10インチ(25.4cm)のツール担体支持体に取り付けた。圧盤速度60rpmで研磨を実施し、担体は自由に回転させ(機械的駆動なし)、圧盤と担体は両方とも、上から見たときに反時計方向に回転させた(共回転)。ウェハにかける力、すなわちウェハ上への対応する圧力を変え、254lbf(3psi(20.7kPa))の力、又は381lbf(4.5psi(31.0kPa))の力のいずれかとした。脱イオン水中5体積%のCHALLENGE 543−HT(Intersurfaces Dynamics,Inc.(Bethel,Connecticut)から入手可能)と、1体積パーセントの5マイクロメートルのめっきされた白色アルミナ(商品名「PWA 5」としてFujimi Inc.(Kiyosu,Japan)から入手可能)の潤滑剤を使用した。この潤滑剤を、パッドのエッジから約10インチ(25.4cm)の位置で、約30mL/分の流量で、パッドに適用した。ウェハの各バッチに対して研磨サイクル3回を行い、サイクルあたりの研磨時間は20分間、20分間及び60分間とし、合計研磨時間は100分間とした。各サイクル後にウェハを金属担体から除去し、除去速度と表面仕上げRaを測定した。研磨の次のサイクルのために、ウェハを金属担体に再び取り付けた。

0092

除去速度の測定
研磨の前後にウェハを重量測定法で測定した。ウェハ密度が3.97g/cm3であることに基づき、測定された重量損失を用いて、除去された材料の量を求めた。μm/分で報告する除去速度は、指定の研磨期間にわたる3枚のウェハの厚み減少量平均値である(表1参照)。

0093

表面仕上げ測定
研磨後、サファイアウェハを脱イオン水ですすぎ、乾燥させた。Ra、Rz、及びRmaxを含めた表面粗さの測定値を、University of North Carolina(Charlotte,North Carolina)から入手可能なMAHR−Pocket Surf model PS1を用いて測定した。直径0.25マイクロメートルのスタイラスの移動は1.5cmに設定し、スキャン速度は0.5mm/秒とした。

0094

ウェハクリア測定
研磨後、ウェハを目視検査して、ウェハがクリアされているかどうかを判定した。すなわち、ウェハの表面が均一に研磨されており、ウェハ全体の表面が目視でクリアに見えるかどうかを判定した。表面積の全体又は一部が依然として視覚的な不完全さを有し、不透明な表面外観を呈している場合、そのウェハはクリアされていないと判定された。

0095

(実施例1)
直径28インチ(71.1cm)サイズの6マイクロメートルEL 3M TRIZACT DIAMOND TILE構造化研磨パッド(3M Companyから入手可能)を入手した。パッドに、直径5インチ(12.7cm)中央穴円形穴六角形配列図2Aに示す通り)を、穴の中心間距離を7.5インチ(19.1cm)として、ウォータージェット切断プロセスにより切り抜いた(実施例1)。

0096

比較例A(CE−A)
直径28インチ(71.1cm)サイズの6μm(6マイクロメートル)EL 3M TRIZACT DIAMOND TILE構造化研磨パッド(3M Companyから入手可能)を入手した。ウォータージェット切断プロセスによりパッドに直径5インチ(12.7cm)の中心穴を切り抜いた(CE−A)。

0097

実施例1には研磨圧力3psi(20.7kPa)で、CE−Aには研磨圧力3psi(20.7kPa)及び4.5psi(31.0kPa)で、研磨試験方法を適用した。CE−Aについては、2つの異なる圧力について同じパッドを使用した。上記の試験方法に従って、除去速度Raと、ウェハがクリアされたかどうかを判定した。結果を表1(下記)に示す。

0098

0099

表1のデータからわかるように、追加の穴をあけたパッド(実施例1)は、研磨圧力3psi(20.7kPa)で約40分間の合計研磨時間後にウェハをクリアすることができた。穴のないパッドは、最高4.5psi(31kPa)の研磨圧力で100分間の合計研磨時間後でさえもウェハをクリアすることができなかった。

実施例

0100

特許証のための上記出願において引用された全ての参考文献、特許、又は特許出願は、一貫した形でその全文が参照により本明細書に組み込まれている。組み込まれた参照文献の一部と本願の部分との間に不一致又は矛盾がある場合、上記の説明文における情報が優先するものとする。特許請求される開示を当業者が実施することを可能ならしめるために示される上記の説明は、特許請求の範囲及びその全ての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

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