CN105579194A - 多层抛光垫 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层抛光垫布置结构，所述多层抛光垫布置结构包括具有第一顶部主表面和第一底部主表面的第一抛光垫层、具有第二顶部主表面和第二底部主表面的第二抛光垫层、和设置在所述第一底部表面与所述第二顶部表面之间的耦接布置结构。所述第一抛光垫层和所述第二抛光垫层中的每个的厚度在介于0.125mm和10mm之间的范围内。

Description

多层抛光垫
技术领域
本公开涉及可用于抛光基板的抛光垫和使用这类抛光垫的系统和方法。
背景技术
已提出了用于超硬基板的抛光的各种制品、系统和方法。此类制品、系统和方法例如在以下会议中有所描述：2010年5月17日至20日在俄勒冈州波特兰市(PortlandOregon)举行的CSMantech会议(E.Kasman,M.Irvin)；和4月23日至26日在马萨诸塞州波士顿市(Boston,MA)举行的CSMantech会议(K.Y.Ng,T.Dumm)。
发明内容
在一些实施例中，提供了一种用于抛光基板的系统。该系统包括被构造成用于接收并保持所述的载体组件和多层抛光垫布置结构。多层抛光垫布置结构包括具有第一顶部主表面和第一底部主表面的第一抛光垫层、具有第二顶部主表面和第二底部主表面的第二抛光垫层、和设置在第一底部表面与第二顶部表面之间的耦接布置结构。耦接层被构造成使得第一抛光垫层能够从垫布置结构移除以暴露第二顶部表面。该系统还包括压板。多层抛光垫被耦接到该压板使得第一顶部表面与基板的主表面相邻。该系统被构造成使得多层抛光垫布置结构能够相对于基板运动以进行抛光操作。
在一些实施例中，提供了一种用于抛光基板的表面的方法。该方法包括提供具有待抛光的主表面的基板以及提供用于抛光基板的系统。该方法还包括提供抛光液。抛光液包含流体组分和陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物包含分散在多孔陶瓷基体中的单独的磨料颗粒。陶瓷磨料复合物分散在流体组分中。该方法还包括：当多层抛光垫与基板之间存在相对运动时使基板的主表面与多层抛光垫和抛光液接触。
在一些实施例中，提供了一种用于抛光基板的表面的制品。该制品包括抛光垫。抛光垫包括具有主表面的基底层和从该主表面延伸到基底层中的多个腔。腔中的每个均包括限定在基底层的主表面中的腔开口。该制品还包含多种陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物包含分散在多孔陶瓷基体中的单独的磨料颗粒。
磨料复合物中的一种或多种被保持在腔中，使得磨料复合物具有延伸超过腔开口的一部分。
在一些实施例中，提供了一种多层抛光垫布置结构。该布置包括具有第一顶部主表面和第一底部主表面的第一抛光垫层、具有第二顶部主表面和第二底部主表面的第二抛光垫层、和设置在第一底部表面与第二顶部表面之间的耦接布置结构。第一抛光垫层和第二抛光垫层中的每个的厚度在介于0.125mm和10mm之间的范围内。
在一些实施例中，提供了一种用于抛光基板的系统。该系统包括抛光垫以及被构造成用于接收并保持基板的载体组件。抛光垫包括具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的基底层、和从第一主表面延伸到基底层中的多个腔，其中腔中的每个均包括限定在第一主表面中的腔开口。该系统还包括压板。抛光垫被耦接到该压板，使得第一主表面接触压板。该系统被构造成使得抛光垫能够相对于基板运动以进行抛光操作。
本公开的以上发明内容不旨在描述本公开的每个实施例。本公开中的一个或多个实施例的细节也阐述在以下说明中。依据说明书和权利要求书，本公开的其它特征、目标和优点将显而易见。
附图说明
结合附图阅读以下对本公开各实施例的详细说明，可更全面地理解本公开，其中：
图1示出根据本公开的一些实施例的用于利用制品和方法的抛光系统的示例的示意图。
图2示出根据本公开的一些实施例的抛光垫的示意性剖视图。
图3示出根据本公开的一些实施例的抛光垫的示意性剖视图。
图4示出根据本公开的一些实施例的抛光垫的示意性剖视图。
图5示出根据本公开的一些实施例的抛光垫的示意性剖视图。
图6A和图6B分别示出根据本公开的一些实施例的抛光垫的顶部透视图和示意性剖视图。
图7示出根据本公开的一些实施例的抛光垫的示意性剖视图，该抛光垫具有多个腔，该多个腔具有至少部分地设置于其中的一个或多个磨料复合物颗粒。
具体实施方式
定义
如本文所用，单数形式“一个”、“一种”、和“所述”包括复数指代，除非所述内容清楚地表示其它含义。在本说明书和所附实施例中所用的术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非所述内容清楚地表示其它含义。
如本文所用，通过端点表述的数值范围包括此范围内所含的所有数值(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非另外指明，否则说明书和实施例中所用的表达数量或成分、性质量度等的所有数值在所有情况下均应理解成被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则前述说明书和所附实施例列表中阐述的数值参数可根据本领域技术人员使用本公开的教导内容寻求获得的所需性质而变化。在最低程度上且不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施例的范围的前提下，至少应当根据所报告的数值的有效数位并通过应用普通四舍五入技术来解释每个数值参数。
当前，超硬基板(例如，蓝宝石基板)精修工艺为固定研磨工艺或涉及使用磨料填充金属板，然后用胶态二氧化硅浆液来进行化学机械抛光的研磨工艺。打磨和抛光超硬基板的挑战尚未使用这类工艺的已知版本得到满足。例如，不足的材料移除速率、不佳的表面光洁度、次表面损坏、高成本和整个工艺难度均与这类已知工艺相关联。
本公开涉及克服了许多与常规研磨工艺相关联的上述问题的可用于抛光超硬基板的制品、系统和方法。
机械和化学-机械平坦化工艺从基板(例如，半导体晶片、场发射显示器和许多其它微电子基板)的表面移除材料，以在基板中的所需高度形成平坦表面。图1示意性地示出根据本公开的一些实施例的用于利用制品和方法的抛光系统10的示例。如图所示，系统10可包括压板20、载体组件30、抛光垫40、和设置在抛光垫40的主表面周围的一层抛光液50。在抛光系统10的操作期间，驱动组件55可旋转(箭头A)压板20，以移动抛光垫40来进行抛光操作。抛光垫40和抛光液50可单独地或组合起来限定以机械方式和/或以化学方式从基板12的主表面移除材料或抛光基板12的主表面的抛光环境。可经由合适的递送机构(例如，泵)以所需速率(其可变化)提供抛光液50到抛光系统10。为用抛光系统10来抛光基板12的主表面，载体组件30可在抛光液50存在下将基板12压在抛光垫40的抛光表面上。压板20(且因此抛光垫40)和/或载体组件30然后相对于彼此运动，以使基板12横跨抛光垫40的抛光表面平移。载体组件30可旋转(箭头B)且任选地横向运动(箭头C)。因此，磨料颗粒(其可包含于抛光垫40和/或抛光液50中)和/或抛光环境中的化学品从基板12的表面移除材料。应当理解，图1的抛光系统10仅为可结合本公开的制品和方法采用的抛光系统的一个示例，并且可在不脱离本公开的范围的情况下采用其它常规抛光系统。
在一些实施例中，本公开的抛光垫40可包括具有顶部主表面和底部主表面(例如，基本上平坦的顶部主表面和基本上平坦的底部主表面)的材料的基底层。如本文所用，抛光垫的顶部主表面或抛光垫层的顶部主表面是指垫或垫层的旨在于抛光操作期间接触基板12的表面。在其它实施例中，抛光垫40可被形成为多层抛光垫布置结构，该多层抛光垫布置结构包括经由耦接布置结构各自可剥离地耦接到堆叠中的其相应相邻层的两个或更多个抛光垫层。例如，如图2示意性地所示，抛光垫40可包括抛光垫层42,43,44，每一抛光垫层均具有相应的顶部主表面和底部主表面(42a/42b、43a/43b、和44a/44b)。抛光垫42的底部主表面42b可经由耦接布置结构45可剥离地耦接到抛光垫层43的顶部主表面43a，并且抛光垫43的底部主表面43b可经由另一耦接布置结构45可剥离地耦接到抛光垫层44的顶部主表面44a。当然，多层抛光垫可包括仅两个垫层或者比图2所示的三个多的任何数量的抛光垫层，所述垫层以类似方式耦接到彼此。
通常，耦接布置结构45可包括相对于彼此被构造的一个或多个层和/或抛光垫层，使得多层抛光垫布置结构中的相邻抛光垫层可从彼此解耦，以暴露抛光垫层的顶部主表面。通过以此方式构造抛光垫，据信在抛光垫层的使用寿命已到期之后，此类到期的层可简单地从多层抛光垫布置结构解耦(例如，脱离该布置结构)以暴露新的抛光表面，从而限制与抛光垫更换相关联的停工时间。可用于耦接布置结构45的层的示例可包括压敏粘合剂层、剥离涂层、背衬层。
图3是根据一些实施例的多层垫布置构造40'的示意图。如图所示，在一些实施例中，多层垫布置结构40'可包括经由耦接布置结构45'而可剥离地耦接到彼此的第一抛光垫层42'和第二抛光垫层43'。耦接布置结构45'可包括压敏粘合剂层46和剥离层47，所述压敏粘合剂层设置在第一抛光垫层42'的底部主表面42b'周围并接触第一抛光垫层42'的底部主表面42b'，剥离层47设置在第二抛光垫层43'的顶部主表面43a'周围并接触第二抛光垫层43'的顶部主表面43a'。在这一实施例中，压敏粘合剂层46和剥离层47可被构造成使得在对第一抛光垫层42'施加力时，可从垫布置结构40'移除抛光垫层42'和压敏粘合剂层46以暴露垫层43'的顶部表面43a'。在一些实施例中，被施加到第一抛光垫层42'的力可为剥离力。如本文所用，“剥离力”是指沿基本上与物体所位于的表面的平面垂直的方向被施加到物体的力。沿垂直方向的45°内的方向施加的力可被视为剥离力。在一些实施例中，在移除抛光垫层42'和压敏粘合剂层46之后，剥离层47的在顶部表面43a'上剩余的任何部分可通过适当的清洁技术、通过垫调节过程、和/或通过抛光过程自身来移除。剥离层47也可溶于抛光液中。在一些实施例中，剥离层47可与抛光垫层42'和压敏粘合剂层46一起移除。
图4是根据一些实施例的多层垫布置结构40”的示意图。如图所示，在一些实施例中，多层垫布置结构40”可包括经由耦接布置结构45”而可剥离地耦接到彼此的第一抛光垫层42”和第二抛光垫层43”。耦接布置结构45”可包括第一压敏粘合剂层48、背衬层49、和第二压敏粘合剂层51。第一压敏粘合剂层48可设置在第一抛光垫层42”的底部主表面42b”周围并接触第一抛光垫层42”的底部主表面42b”，第二压敏粘合剂层51可设置在第二抛光垫层43”的顶部主表面43a”周围并接触二抛光垫层43”的顶部主表面43a”，并且背衬层49可设置在第一压敏粘合剂层48与第二压敏粘合剂层51之间。在该实施例中，耦接布置结构的层可被构造成使得在对第一抛光垫层42”施加力时，可从垫布置结构40”移除抛光垫层42”和耦接布置结构45”的层以暴露垫层43”的顶部表面43a”。即，耦接布置结构45”的层可被构造成使得第二压敏粘合剂层51与第二抛光垫层43”的顶部表面43a”之间的粘合界面的剥离力小于所述布置结构中任何其它相邻层(包括第一抛光垫层42”和耦接布置结构45”内的层)的粘合界面的剥离力。如本文所用，术语“剥离力”指是指打破两个相邻层或材料之间的粘结所需要的力。在一些实施例中，被施加到第一抛光垫层42”的力可为剥离力。
图5是根据一些实施例的多层垫布置结构40”'的示意图。如图所示，在一些实施例中，多层垫布置结构40”'可包括经由耦接布置结构45”'而可剥离地耦接到彼此的第一抛光垫层42”'和第二抛光垫层43”'。耦接布置结构45”可包括溶剂可溶性压敏粘合剂层53(或基本上由溶剂可溶性压敏粘合剂层53组成)。如本文所用，短语“溶剂可溶性压敏粘合剂”是指溶剂可溶或溶剂可分散的压敏粘合剂。溶剂可溶性压敏粘合剂层53可设置在第一抛光垫层42”'的底部主表面42b”'和第二抛光垫层43b的顶部主表面43a”'周围并接触第一抛光垫层42”'的底部主表面42b”'和第二抛光垫层43b的顶部主表面43a”'。在这一实施例中，耦接布置结构的层可被构造成使得在对第一抛光垫层42”施加力时，可从垫布置结构40”'移除抛光垫层42”'以暴露垫层43”'的顶部表面43a”'。然后，溶剂可溶性压敏粘合剂层53的在顶部表面43a”'上剩余的任何部分可例如通过用适当的溶剂冲洗而被移除。如果抛光流体包含使溶剂可溶性压敏粘合剂层53成溶剂化物的溶剂，则移除溶剂可溶性压敏粘合剂层53也可在抛光过程期间进行。
尽管图3、图4、和图5示出仅具有两个抛光垫层的多层抛光垫布置结构，但可包括任何数量的附加抛光垫层，并可经由上述耦接布置结构中的任何耦接布置结构而将所述附加抛光垫层耦接到多层布置结构的相邻层。
在上述多层布置结构中的任一多层布置结构中，合适的压敏粘合剂材料可包括但不限于天然橡胶、丁苯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(共)聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(共)聚合物、聚丙烯酸酯(包括(甲基)丙烯酸(共)聚合物)、聚烯烃(注入聚异丁烯和聚异戊二烯)、聚氨酯、聚乙烯基乙醚、聚硅氧烷、硅氧烷、聚氨酯、聚脲、或其共混物。合适的溶剂可溶性压敏粘合剂材料可包括但不限于可溶于己烷、庚烷、苯、甲苯、二乙醚、氯仿、丙酮、甲醇、乙醇、水或其共混物中的那些。合适的剥离层材料可包括但不限于硅氧烷、聚四氟乙烯、卵磷脂、或其共混物。合适的背衬层材料可包括但不限于纸材、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚丙烯膜、聚烯烃、或其共混物。
在各种实施例中，抛光垫层中的一个或多个可包括多个腔，该多个腔从基底层的顶部主表面和底部主表面中的任一者或两者延伸到基底层中。例如，如图6A至图6B所示，抛光垫层可包括具有第一主表面65的基底层60和由腔壁75形成的多个腔70。腔从第一主表面65延伸到基底层60中。腔70可延伸到基底层60中任何所需距离(包括完全穿过基底层60)。另选地，基底层60的第一主表面和第二主表面中的任一者或两者可为连续的表面(即，不包括腔)或近乎连续的表面(即，包括少量的腔或其它表面破坏)。在其中垫层包括具有腔的第一主表面和连续的或近乎连续的第二主表面的实施例中，应当理解，第一主表面或第二主表面中的任一者可用作工作表面(即，旨在于抛光操作期间接触基板的表面)。不论发生何种情况，垫的与腔壁的表面区域一致的表面区承重。
在各种实施例中，腔70可具有任何尺寸及形状。例如，腔的形状可选自多个几何形状，诸如立方体、圆柱体、棱柱、半球体、长方体、棱锥、截棱锥、锥形、截锥形、十字形、带呈弓形或平坦的底部表面的柱状、或它们的组合。另选地，腔中的一些或全部可具有不规则形状。在一些实施例中，腔中的每个具有相同的形状。另选地，任意数量的腔可具有不同于任意数量的其它腔的形状。
在各种实施例中，形成腔的侧壁或内壁中的一者或多者可相对于顶部主表面垂直，或作为另外一种选择可沿任何一个方向渐缩(即，朝腔的底部或朝腔的顶部(朝主表面)渐缩)。形成锥形的角可在约1度至75度、约2度至50度、约3度至35度、或介于约5度至15度之间的范围内。腔的高度或深度可为至少1μm、至少10μm、或至少800μm；小于10mm、小于5mm、或小于1mm。腔70的高度可为相同的，或腔中的一个或多个可具有不同于任意数量的其它腔70的高度。
在一些实施例中，腔70可具有限定在第一主表面65中的腔开口70'，腔开口70'具有至少2μm、至少25μm、至少50μm或至少100μm；小于20mm、小于10mm、小于5mm或小于1mm的长度(腔沿主表面的平面的最长尺寸)；和至少2μm、至少25μm、至少50μm或至少100μm；小于20mm、小于10mm、小于5mm或小于1mm的宽度(腔沿主表面的平面的最短尺寸)。在各种实施例中，腔开口70'中的一者或多者(至多腔的全部)为非沟槽状的(即，腔开口70'的长宽比为1、小于1.5、小于2、或小于3)。
在例示性实施例中，腔中的一个或多个(至多全部)可形成为棱锥、或截棱锥。此类棱锥形状可具有三至六个边(不包括底边)，但也可采用更大或更小数量的边。
在一些实施例中，腔70可被提供成其中腔70呈对准的行和列的布置结构。在一些情况下，一行或多行腔70可直接与相邻行的腔70对准。另选地，一行或多行腔70可与相邻行的腔70偏置。在其它实施例中，腔70可被布置成螺线、螺旋线、螺丝锥、或网格状的形式。在另一其它实施例中，腔可被部署成“随机”阵列(即，不呈有组织的图案)。
在各种实施例中，腔70的腔开口70'可彼此邻接(或几乎邻接)，或作为另外一种选择，腔开口70'可彼此分开某一指定距离。腔开口70'的间距可为每线性厘米至少5,000个开口、每线性厘米至少400个开口、每线性厘米至少200个开口或每线性厘米至少100个开口；每线性厘米少于0.5个开口、每线性厘米少于1个开口、每线性厘米少于2个开口或每线性厘米少于10个开口。另外，间距可改变，使得腔开口70'的集中度在一个位置比在另一个位置大(例如，集中度可在主表面的中心为最大)。在一些实施例中，存在至少1个开口/4cm2、至少1个开口/cm2、至少4个开口/cm2、至少100个开口/cm2或至少1,000个开口/cm2的区域间距密度。腔的区域间距密度在约1个开口/4cm2至40,000个开口/cm2、约20个开口/cm2至10,000个开口/cm2、或约50个开口/cm2至5,000个开口/cm2的范围内。在例示性实施例中，腔开口70'的面积(在第一主表面65的平面中)占第一主表面65的总面积的至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、或至少97％。
在一些实施例中，结合先前所述实施例中的任一者，腔阵列中的腔70中的一个或多个(至多全部)可至少部分地填充有材料，以利于抛光垫的性能改善。合适的腔填充材料可包括延性金属、蜡、抛光沥青、或它们的组合。腔填充材料可填充腔的体积的任一部分(至多全部)。腔中的每个可设置有相同的腔填充材料和/或填充水平，或者可设置有不同的填充材料和/或填充水平。通过形成具有低支承面积的腔，可增加有效压力，从而提高与普雷斯顿方程相关联的移除速率，等等。用弹性或延性材料诸如抛光沥青或泡沫填充腔可能对支承面积几乎没有影响，因为颗粒将远离工件反射，然而“填充”可有效地将磨料工作颗粒供应到工作支承面积的点。如果腔太深，则颗粒可沉积在腔的基底中且可能从活性抛光区或支承区域移除。泡沫材料诸如多孔聚氨酯为用于形成磨料颗粒至高压力区的递送的腔填料的另一个示例。松散结合颗粒添加剂诸如镀白氧化铝也可作为助磨剂加入腔中，以提高被抛光的工件的移除速率或表面光洁度。
在例示性实施例中，抛光垫层中的任一者可由聚合物材料形成。例如，抛光垫和/或抛光垫的基底层可由热塑性塑料(例如：聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚环氧乙烷、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚甲醛塑料等)和热固性材料(例如聚氨酯、环氧树脂、苯氧基树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺和脲醛树脂、放射线固化树脂、或它们的组合)形成。在一些实施例中，抛光垫层中的任一者可由软金属材料诸如例如铜、锡、锌、银、铋、锑、或其合金形成。抛光垫层可基本上由仅一层材料组成，或者可具有多层构造。
抛光垫布置结构中的抛光垫层的数量不受特别限制；然而，其可取决于与待使用抛光垫布置结构的抛光工具相关联的几何约束。在一些实施例中，抛光垫布置结构中的抛光层的数量为至少1、至少2、至少3、至少4、或甚至至少5，并可不大于500、不大于250、不大于100、或甚至不大于50。抛光垫布置结构或布置结构中的每个抛光垫层可具有任何形状和厚度。然而，抛光垫层的厚度可影响层的刚度，所述刚度继而可影响抛光结果，尤其是被抛光的基板的平坦化和/或平整度。在一些实施例中，每一抛光垫层的厚度(即，在垂直于主表面的方向上的尺寸)可小于10mm、小于5mm、小于2.5mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.25mm、小于0.125mm、或小于0.05mm。在一些实施例中，每一抛光垫层的厚度大于0.125mm、大于0.25mm、大于0.50mm、大于0.75mm、或甚至大于1mm。在一些实施例中，抛光垫层的厚度在介于0.125mm和10mm之间、介于0.125mm和5mm之间、或约0.25mm和5mm之间的范围内。在一些实施例中，抛光垫布置结构的形状可适形于与多层抛光垫布置结构待安装于其上的压板的形状一致。例如，抛光垫布置结构可被构造成圆形或环形形状，所述圆形或环形形状具有与多层抛光垫布置结构待安装于其上的压板的直径对应的直径。在一些实施例中，抛光垫布置结构可在±10％的公差内与压板的形状一致。
在一些实施例中，本公开的抛光垫可为固定研磨垫。固定研磨垫可为二维的，即，具有由一个或多个树脂或粘结剂层保持到背衬的一层磨料颗粒的常规研磨片材，或者其可为三维固定研磨垫，即，树脂或粘结剂层，所述树脂或粘结剂层包含分散在其中的磨料颗粒，从而形成树脂/磨料复合物，所述树脂/磨料复合物具有适当的高度以允许树脂/磨料复合物在使用和/或敷料期间磨损，以暴露一层新的磨料颗粒。这种磨料制品可包括具有第一表面和工作表面的三维的、纹理化的、柔性的、固定的磨料构造。工作表面可包括多种精确成型的磨料复合物。精确成型的磨料复合物可包括树脂相和磨料相。
精确成型的磨料复合物可被布置成阵列，以形成三维的、纹理化的、柔性的、固定的磨料构造。合适的阵列包括例如在美国专利5,958,794(Bruxvoort等人)中所描述的那些。磨料制品可包括图案化的磨料构造。可以商品名TRIZACT磨料和TRIZACT金刚石瓷砖磨料从明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3MCompany,St.Paul,Minnesota)购得的磨料颗粒为示例性图案化磨料。图案化的磨料制品包括通过模头、模具或其它技术精确对准和制造的整体几排磨料复合物。此类图案化磨料颗粒可研磨、抛光、或同时研磨和抛光。
磨料制品可包括具有第一表面和工作表面的三维的、纹理化的、柔性的、固定的磨料构造。在一些实施例中，第一表面还可与背衬接触，任选地在它们之间插入粘合剂。设想任意种类的背衬材料，包括柔性背衬和较为刚性的背衬。柔性背衬的示例包括，例如，聚合物膜、涂底漆的聚合物膜、金属箔、布料、纸材、硫化纤维、非织造材料和其经处理的型式、以及它们的组合。示例包括由聚酯、和共聚酯、微孔聚酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚乙烯等构成的聚合物膜。当用作背衬时，选择聚合物膜背衬的厚度，使得在磨料制品中保持所需柔性范围。
可以根据具体应用对每个精确成型的磨料复合物的形状进行选择(例如，工件材料、工作表面形状、接触表面形状、温度、树脂相材料)。每个精确成型的磨料复合物的形状可为任何可用的形状，例如，立方体、圆柱体、棱柱、正平行六面体、棱锥、截棱锥、锥形、半球体、截锥形、十字形或带远侧端部的柱状截面。复合棱锥可以是，例如三面的、四面的、五面的或六面的。磨料复合物的基底处的横截面形状可能与远侧端部处的横截面形状不同。这些形状之间的过渡可以是平滑且连续的，或可以分立的步骤进行。精确成型的磨料复合物也可具有不同形状的混合物。这些精确成型的磨料复合物可以排列成行、螺线、螺旋线或网格状，或者可随机放置。精确成型的磨料复合物可以按照设计排列，目的是引导流体流动和/或利于移除尘屑。
形成精确成型的磨料复合物的侧面可渐缩，越靠近远侧端部的宽度越窄。锥角可为约1度至小于90度，例如，约1度至约75度、约3度至约35度、或约5度至约15度。每个精确成型的磨料复合物的高度优选为相同，但是单件制品中精确成型的磨料复合物的高度也可能不同。
精确成型的磨料复合物的基底可以相互邻接，或者作为另一种选择，相邻的精确成型的磨料复合物的基底之间可分开某一指定距离。在一些实施例中，相邻磨料复合物之间的物理接触涉及不超过每一接触精确成型的磨料复合物的垂直高度尺寸的33％。这种邻接限定还包括这样一种布置结构，其中相邻的精确成型的磨料复合物共用同一个基体或桥状结构，所述基体或桥状结构在精确成型的磨料复合物的相面对侧面之间接触并延伸。磨料按照以下原则相邻：在精确成型的磨料复合物的中心之间所画的直接假想线上没有居间复合物。
精确成型的磨料复合物可以按照预定的图案设置或在磨料制品中的预定位置设置。例如，当磨料制品是通过在背衬与模具之间提供磨料/树脂浆液而制成时，精确成型的磨料复合物的预定图案将与模具的图案对应。因此，这种图案在磨料制品间为可再现的。
预定的图案可能是阵列或排列，也就是说，复合物呈所设计的阵列方式，诸如行与列对准或者行与列交替偏置。在另一个实施例中，磨料复合物可能是按照“随机”阵列或图案设置。这时，复合物不呈如上所述的行与列的规则阵列。然而，应理解这一“随机”阵列是一种预定的图案，因为精确成型的磨料复合物的位置是预定的并与模具相对应。
在一些实施例中，树脂相可包含固化的有机材料或可固化的有机材料。固化方法并不是关键，并且可包括，例如，通过能量诸如紫外线或热来固化。合适的树脂相材料的示例包括，例如氨基树脂、烷基化脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和烷基化苯并胍胺-甲醛树脂。其它树脂相材料包括，例如，丙烯酸酯树脂(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)、酚醛树脂、氨基甲酸酯树脂和环氧树脂。具体的丙烯酸酯树脂包括，例如，乙烯基丙烯酸酯树脂、丙烯酸酯化环氧树脂、丙烯酸酯化氨基甲酸酯、丙烯酸酯化油和丙烯酸酯化硅氧烷。具体的酚醛树脂包括，例如甲阶酚醛树脂、酚醛环氧树脂、和酚醛/胶乳树脂。树脂还可包含诸如例如在美国专利5,958,794(Bruxvoort等人)中所描述的常规填料和固化剂，所述专利以引用方式并入本文。
合适的用于固定研磨垫的磨料颗粒的示例包括熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、氮化硅、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、六方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、氧化铝系溶胶凝胶衍生的磨料颗粒等。氧化铝磨料颗粒可包含金属氧化物改性剂。氧化铝系溶胶凝胶衍生的磨料颗粒的示例可见于美国专利4,314,827、4,623,364、4,744,802、4,770,671和4,881,951，这些专利均以引用方式并入本文。金刚石和立方氮化硼磨料颗粒可以是单晶的或多晶的。合适的无机磨料颗粒的其它示例包括二氧化硅、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、氧化锡、γ-氧化铝等。
在一些实施例中，本公开的抛光垫(包括多层垫布置结构)可包括一个或多个附加层。例如，抛光垫可包括粘合剂层，诸如例如压敏粘合剂、热熔融粘合剂或环氧树脂。可赋予垫更大刚度的“子垫”诸如热塑性塑料层(例如，聚碳酸酯层)可用于全局平坦化。子垫也可包括可压缩材料层，例如，发泡材料层。也可使用包括热塑性塑料层和可压缩材料层两者的组合的子垫。除此之外或另选地，可包括用于消除静电或监测传感器信号的金属膜、用于透射光的光学透明层、用于更精细精修工件的泡沫层、或用于赋予抛光表面“硬带”或刚性区的带肋材料。
如本领域的技术人员将理解，本公开的抛光垫可根据各种方法而形成，包括例如模塑、挤出、压印以及它们的组合。
本公开还涉及可在抛光操作中与本公开的抛光垫一起使用的抛光流体。在一些实施例中，本公开的抛光液(在图1中示出为参考编号50且通常被称为“浆液”)可包含具有分散和/或悬浮在其中的磨料复合物的流体组分。
在各种实施例中，流体组分可为非水性的或水性的。非水性流体定义为具有至少50重量％的非水性流体，例如，有机溶剂。水性流体定义为具有至少50重量％的水。非水性流体组分可包括：醇类，例如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇、三乙二醇；醋酸酯，例如乙酸乙酯，乙酸丁酯；酮类，例如甲基乙基酮；有机酸，例如乙酸；醚类；三乙醇胺；三乙醇胺的络合物诸如silitrane或硼当量、或它们的组合。水性流体组分可包含(除水之外)非水性流体组分，包括上述非水性流体中的任一者。流体组分可基本上由水组成，或流体组分中的水的量可为至少50重量％、至少70重量％、至少90重量％或至少95重量％。流体组分可基本上由非水性流体组成，或流体组分中的非水性流体的量可为至少50重量％、至少70重量％、至少90重量％或至少95重量％。当流体组分包含水性流体和非水性流体两者时，所得流体组分可为均匀的，即，单相溶液。
在例示性实施例中，流体组分可被选择成使得磨料复合物颗粒不溶解于流体组分中。
在一些实施例中，流体组分还可包含一种或多种添加剂，诸如例如分散助剂、流变改性剂、抗蚀剂、pH调节剂、表面活性剂、螯合剂/络合剂、钝化剂、泡沫抑制剂、以及它们的组合。常常加入分散助剂以阻止可导致不一致的或不利的抛光性能的浆液内的团聚颗粒的下垂、沉降、沉淀、和/或絮凝。可用的分散剂可包括为相对高分子量的脂族或脂环卤化物与胺的反应产物的胺分散剂，诸如聚亚烷基多胺和曼尼希分散剂，曼尼希分散剂为其中烷基基团包含至少30个碳原子的烷基苯酚与醛(尤其是甲醛)和胺(尤其是聚亚烷基多胺)的反应产物。胺分散剂的示例在美国专利3,275,554、3,438,757、3,454,555和3,565,804中有所描述，这些专利均以引用方式并入本文。曼尼希分散剂的示例在美国专利3,036,003、3,236,770、3,414,347、3,448,047、3,461,172、3,539,633、3,586,629、3,591,598、3,634,515、3,725,480、3,726,882和3,980,569中有所描述，这些专利均以引用方式并入本文。
可使用提供空间稳定性的分散助剂，诸如可以商品名SOLSPERSE、CARBOSPERSE和IRCOSPERSE从俄亥俄州威克利夫市的路博润公司(LubrizolCorporation,Wickliffe,Ohio)购得的那些。附加分散剂包括：DISPERBYK添加剂，诸如得自德国韦塞尔县的BYK添加剂和设备公司(BYKAdditivesandInstruments,Wesel,Germany)的DISPERBYK180；和DISPERS添加剂，包括得自弗吉尼亚州霍普韦尔市的伊诺力克工业公司(EvonikIndustriesHopewell,Virginia)的TEGODISPERS652、TEGODISPERS656和TEGODISPERSE670。分散助剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
流变改性剂可包括剪切致稀剂和剪切增稠剂。剪切致稀剂可包括涂布在聚烯烃聚合物材料上的聚酰胺蜡，其可以商品名DISPARLON从康涅狄格州诺瓦克市的金氏工业公司(KingIndustries,Inc,Norwalk,Connecticut)购得，其包括DISPARLONAQH-800、DISPARLON6100、DISPARLONBB-102。某些粘土(诸如蒙脱石粘土)也可作为剪切致稀剂加入。流变改性剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
增稠剂可包括：热解法二氧化硅，诸如可以商品名CAB-O-SIL从马萨诸塞州波士顿市的卡伯特公司(CabotCorporation,Boston,Massachusetts)商购获得的那些和得自伊诺力克工业公司(EvonikIndustires)的AEROSIL；得自路博润公司(LubrizolCorporation)的SOLTHIXRHEOLOGYMODIFIERS和IRCOGEL；水溶性聚合物，例如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、纤维素衍生物(羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙酸丁酸酯纤维素等)聚乙烯醇、聚(甲基)丙烯酸、聚乙二醇、聚(甲基)丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸酯、或它们的任意组合；非水性聚合物，例如聚烯烃、苯乙烯/马来酯共聚物、和类似的聚合物物质，包括均聚物、共聚物和接枝共聚物。所述试剂可包括含氮甲基丙烯酸聚合物，例如，衍生自甲基丙烯酸甲酯和二甲基氨基丙胺的含氮甲基丙烯酸酯聚合物。可商购获得的材料的示例包括聚异丁烯，诸如得自英国伦敦的BP公司(BP,London,England)的INDOPAL和/或得自德克萨斯州欧文市的埃克森美孚公司(ExxonMobil,Irving,Texas)的PARAPOL；烯烃共聚物，诸如得自路博润公司(LubrizolCorporation)的LUBRIZOL7060、7065和7067以及得自日本东京的三井化学公司(MitsuiChemicals,Tokyo,Japan)的LUCANTHC-2000L和LUCANTHC-600；氢化苯乙烯-二烯共聚物，诸如得自德克萨斯州休斯顿市的壳牌化学公司(ShellChemicals,Houston,Texas)的SHELLVIS40和SHELLVIS50以及得自路博润公司(LubrizolCorporation)的LZ7308和LZ7318；苯乙烯/马来酸酯共聚物，诸如得自路博润公司(LubrizolCorporation)的LZ3702和LZ3715；聚甲基丙烯酸酯，诸如可以商品名VISCOPLEX购自宾夕法尼亚州霍舍姆市的伊诺力克罗曼克斯美国公司(EvonikRohMaxUSA,Inc.,Horsham,Pennsylvania)的那些、得自弗吉尼亚州里士满市的雅富顿化学
公司(AftonChemicalCorporation,Richmond,Virginia)的HITEC系列粘度指数改进剂、以及得自路博润公司(LubrizolCorporation；)的LZ7702、LZ7727、LZ7725和LZ7720C；烯烃-接枝聚甲基丙烯酸酯聚合物，诸如得自伊诺力克罗曼克斯美国公司(EvonikRohMaxUSA,Inc.)的VISCOPLEX2-500和VISCOPLEX2-600；以及氢化聚异戊二烯星形聚合物，诸如得自壳牌化学公司(ShellChemicals)的SHELLVIS200和SHELLVIS260。其它材料包括具有径向构造或星形构造的甲基丙烯酸酯聚合物，诸如得自路博润公司(LubrizolCorporation)的ASTERIC聚合物。可使用的粘度改性剂在美国专利5,157,088、5,256,752和5,395,539中有所描述，这些专利均以引用方式并入本文。粘度改性剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
可加入流体组分中的抗蚀剂包括碱性物质，所述碱性物质可中和抛光工艺的酸性副产物，所述酸性副产物可降解金属，诸如三乙醇胺、脂肪胺、辛胺辛酸、和十二碳烯基琥珀酸或酸酐和脂肪酸(诸如油酸)与多胺的缩合产物。抗蚀剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
可使用的合适的pH调节剂包括碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱性盐、有机胺、氨和铵盐。示例包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铵、硼酸钠、氯化铵、三乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺和乙二胺。一些pH调节剂(诸如二乙醇胺和三乙醇胺)也能够在金属抛光期间与金属杂质(诸如铝离子)形成螯合复合物。也可以采用缓冲液体系。可将缓冲液调节成跨越从酸性至近中性再至碱性的pH范围。多元酸充当缓冲液，并且当与氢氧化铵完全或部分中和以制备铵盐时，多元酸为包括磷酸-磷酸铵体系、多磷酸-多磷酸铵体系、硼酸-四硼酸铵体系的代表性示例，硼酸铵五硼酸pH调节剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。其它缓冲液包括三质子型质子传递物和多质子型质子传递物及其盐(例如，铵盐)。这些可包括基于以下质子传递物的铵离子缓冲液体系，所有都具有至少一个pKa大于7：天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、和肌肽。
可用的表面活性剂包括离子表面活性剂和非离子表面活性剂。非离子表面活性剂可包括具有亲水性链段和疏水性链段的聚合物，例如可以商品名PLURONIC从新泽西州弗洛勒姆帕克市的巴斯夫公司(BASFCorporation,FlorhamPark,NewJersey)购得的聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)；可以商品名BRIJ从新泽西州爱迪生市的禾大国际PLC公司(CrodaInternationalPLC,Edison,NewJersey)购得的聚(乙烯)-嵌段-聚(乙二醇)；可以商品名TERGITOL从密歇根州米德兰市的陶氏化学公司(DowChemical,Midland,Michigan)购得的壬基苯酚乙氧基化物和可以商品名TWEEN60购得的聚乙二醇单硬脂酸脱水山梨醇酯以及得自禾大国际PLC公司(CrodaInternationalPLC)的其它TWEEN表面活性剂。
离子表面活性剂可包括阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂两者。阳离子表面活性剂包括季铵盐、磺酸盐、羧酸盐、直链烷基胺、烷基苯磺酸盐(洗涤剂)、(脂肪酸)皂、月桂基硫酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐和木质素磺酸盐。阴离子表面活性剂解离于两亲性阴离子和通常为碱性金属(Na+、K+)或季铵的阳离子中的水中。类型包括月桂基聚氧乙烯醚-羧酸，诸如得自北卡罗来纳州高点市的花王化学、花王专业美洲LLC公司(KAOChemicals,KaoSpecialtiesAmericasLLC,HighPoint,NorthCarolina)的AKYPORLM-25。表面活性剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
络合剂(诸如配体和螯合剂)可以包含在流体组分中，尤其是当本申请涉及其中金属屑和或金属离子可在使用期间存在于流体组分中的金属精修或抛光时。可通过添加络合剂来增强金属的氧化和溶解。这些化合物可键合到金属，以增大金属或金属氧化物在水性液体和非水性液体中的溶解度，如Cotton&Wilkinson、以及Hathaway在ComprehensiveCoordinationChemistry(综合协调化学)第5卷(Wilkinson、Gillard、McCleverty编辑)中大体说明。可加入或用于液体组分中的合适添加剂包括也称为配体的单齿络合剂，诸如氨、胺、卤化物、拟卤化物、羧酸盐、硫醇盐等。可加入工作液体中的其它添加剂包括多齿络合剂，通常为多齿胺。合适的多齿胺包括乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、或它们的组合。两种单齿络合剂和多齿络合剂的组合包括氨基酸(诸如甘氨酸)和常用的分析螯合剂(诸如EDTA-乙二胺四乙酸和它的多种类似物)。另外的螯合剂包括：聚磷酸盐、1,3-二酮、氨基醇、芳族杂环碱、酚、氨基酚、肟、席夫碱、和硫化合物。合适的络合剂(特别是在当对金属氧化物表面进行抛光时的情况下)的示例包括铵盐，诸如NH4HCO3、鞣酸、邻苯二酚、Ce(OH)(NO)3、Ce(SO4)2、邻苯二甲酸、水杨酸等。
络合剂可包括具有一个羧基基团(即，单官能羧酸)或多个羧酸基团(即，多官能的羧酸)的羧酸和其盐，例如，二官能羧酸(即，二羧酸)和三官能羧酸(即，三羧酸)。如本文所用，术语“单官能”、“二官能”、“三官能”和“多官能”是指酸分子上的羧基基团的数量。络合剂可包括由碳、氢和一个或多个羧基基团组成的简单羧酸。示例性单官能简单羧酸包括，例如，甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、3-丁烯酸、癸酸、月桂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、苯乙酸、苯甲酸和甲苯酸。示例性多官能简单羧酸包括，例如，草酸、丙二酸、甲基丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。络合剂可包括取代羧酸，所述取代羧酸包含一个或多个取代基，例如，卤化物、羟基基团、氨基基团、醚基和/或除所述一个或多个羧基基团之外的羰基基团。包括一个或多个羟基基团的羟基羧酸为一类取代羧酸。示例性羟基羧酸包括单官能羟基-羧酸和多官能羟基-羧酸。示例性单官能羟基-羧酸包括甘油酸(即，2,3-二羟基丙酸)、乙醇酸、乳酸(例如，L-乳酸、D-乳酸和DL-乳酸)、羟基丁酸、3-羟基丙酸、葡糖酸和甲基乳酸(即，2-羟基异丁酸)。示例性多官能羟基羧酸包括苹果酸和酒石酸(二官能羟基-羧酸)和柠檬酸(三官能羟基羧酸)。络合剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
钝化剂可以加入流体组分中，以在被抛光的基板上形成钝化层，从而改变给定基板的移除速率或在基板包括含两种或更多种不同材料的表面时调节一种材料相对于另一种材料的移除速率。可使用本领域中已知用于钝化金属基板的钝化剂，包括苯并三唑和对应的类似物。已知用于钝化无机氧化物基板的钝化剂包括氨基酸，例如甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸、脯氨酸、精氨酸、半胱氨酸，并且可使用酪氨酸。另外，离子表面活性剂和非离子表面活性剂也可用作钝化剂。钝化剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用，例如氨基酸和表面活性剂。
可使用的泡沫抑制剂包括：硅氧烷；丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己酯的共聚物，其可任选地进一步包括醋酸乙烯酯；和破乳剂，包括磷酸三烷基酯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和(环氧乙烷-环氧丙烷)聚合物。泡沫抑制剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。可用于流体组分中的其它添加剂包括氧化剂和/或漂白剂，诸如，例如过氧化氢、硝酸和过渡金属络合物(诸如硝酸铁)；润滑剂；生物杀灭剂；皂等。
在各种实施例中，抛光液中的添加剂类的浓度(即，来自单一添加剂类的一种或多种添加剂的浓度)可为基于抛光液的重量计至少约0.01重量％、至少约0.1重量％、至少约0.25重量％、至少约0.5重量％或至少约1.0重量％；小于约20重量％、小于约10重量％、小于约5重量％或小于约3重量％。
在例示性实施例中，本公开的磨料复合物可包括多孔陶瓷磨料复合物。多孔陶瓷磨料复合物可包括分散在多孔陶瓷基体中的单独的磨料颗粒。如本文所用，术语“陶瓷基体”包括玻璃陶瓷材料和晶体陶瓷材料两者。当考虑到原子结构时，这些材料通常属于同一类别。相邻的原子的键合是电子转移或电子共享过程的结果。另选地，可存在被称为次价键的作为正电荷与负电荷的吸引力的结果的较弱键。晶体陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷具有离子键合和共价键合。离子键合是作为从一个原子到另一个原子的电子转移的结果而实现。共价键合是共享价电子的结果且具有极强的方向性。通过比较，金属中的主价键被称为金属键且涉及电子的无方向性共享。晶体陶瓷可细分成二氧化硅系硅酸盐(诸如耐火粘土、莫来石、瓷器和波特兰水泥)、非硅酸盐氧化物(例如，氧化铝、氧化镁、MgAl2O4和氧化锆)和非氧化物陶瓷(例如，碳化物、氮化物和石墨)。玻璃陶瓷在组成上与晶体陶瓷具有可比性。作为具体处理技术的结果，这些材料不具有晶体陶瓷所具有的长程有序。
在例示性实施例中，陶瓷基体的至少一部分包含玻璃陶瓷材料。在其它实施例中，陶瓷基体包含至少50重量％、70重量％、75重量％、80重量％、或90重量％的玻璃陶瓷材料。在一个实施例中，陶瓷基体基本上由玻璃陶瓷材料组成。
在各种实施例中，陶瓷基体可包含玻璃，该玻璃包含金属氧化物，例如，氧化铝、氧化硼、氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化锰、氧化锌、以及它们的混合物。陶瓷基体可包含硼硅酸铝玻璃，该硼硅酸铝玻璃包含Si2O、B2O3和Al2O3。硼硅酸铝玻璃可包含约18％的B2O3、8.5％的Al2O3、2.8％的BaO、1.1％的CaO、2.1％的Na2O、1.0％的Li2O，剩余为Si2O。此类硼硅酸铝玻璃可从佛罗里达州奥德马尔市的特种玻璃股份有限公司(SpecialtyGlassIncorporated,OldsmarFlorida)商购获得。
如本文所用，术语“多孔”用于描述其特征在于具有分布在其整个质量上的孔或空隙的陶瓷基体的结构。孔可通向复合物的外表面或被密封。陶瓷基体中的孔据信有助于导致所使用的(即，钝的)磨料颗粒从复合物释放的陶瓷磨料复合物的受控的分解。孔也可通过提供用于从磨料颗粒与工件之间的界面移除金属屑和所使用的磨料颗粒的路径来提高磨料制品的性能(例如，切率和表面光洁度)。空隙可包括复合物的约至少4体积％、复合物的至少7体积％、复合物的至少10体积％、或复合物的至少20体积％；小于复合物的95体积％、小于复合物的90体积％、小于复合物的80体积％、或小于复合物的70体积％。多孔陶瓷基体可通过本领域中熟知的技术来形成，例如，通过受控焙烧陶瓷基体前体或通过在陶瓷基体前体中包括成孔剂，例如，玻璃泡。
在一些实施例中，磨料颗粒可包含金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝氧化锆、氧化铁、二氧化铈、石榴石、以及它们的组合。在一个实施例中，磨料颗粒可包含金刚石或基本上由金刚石组成。金刚石磨料颗粒可为天然金刚石或合成金刚石。金刚石颗粒可呈带有与其相关联的不同小平面的块状形状或作为另外一种选择呈不规则形状。金刚石颗粒可为单晶金刚石或多晶金刚石，诸如可以商品名“Mypolex”从宾夕法尼亚州史密斯菲尔德市的海波金刚石公司(MypodiamondInc.,SmithfieldPennsylvania)商购获得的金刚石。各种颗粒尺寸的单晶金刚石可购自俄亥俄州沃辛顿市的金刚石创新公司(DiamondInnovations,Worthington,Ohio)。多晶金刚石可购自德克萨斯州雪松公园市的美国的东名公司(TomeiCorporationofAmerica,CedarPark,Texas)。金刚石颗粒可包括表面涂层，诸如金属涂层(镍、铝、铜等)、无机涂层(例如，二氧化硅)、或有机涂层。
在一些实施例中，磨料颗粒可包括磨料颗粒的共混物。例如，可使金刚石磨料颗粒与第二较软类型的磨料颗粒混合。在此情况下，第二磨料颗粒可具有比金刚石磨料颗粒小的平均颗粒尺寸。
在例示性实施例中，磨料颗粒可均匀地(或基本上均匀地)分布在整个陶瓷基体上。如本文所用，“均匀地分布”意指复合物颗粒的第一部分中的磨料颗粒的单位平均密度与复合物颗粒的任一第二不同部分相比相差不超过20％、不超过15％、不超过10％、或不超过5％。这与例如使磨料颗粒集中在颗粒的表面的磨料复合物颗粒形成对比。
在各种实施例中，本公开的磨料复合物颗粒还可包含任选的添加剂，诸如填料、偶联剂、表面活性剂、抑泡剂等。这些材料的量可进行选择，以提供所需的特性。另外，磨料复合物颗粒可包括一种或多种脱模剂(或已附着到其外表面)。如下面将更详细讨论，可使用一种或多种脱模剂来制造磨料复合物颗粒，以阻止颗粒聚集。可用的脱模剂可包括例如金属氧化物(例如，氧化铝)、金属氮化物(例如，氮化硅)、石墨、以及它们的组合。
在一些实施例中，可用于本公开的制品和方法中的磨料复合物可具有约至少5μm、至少10μm、至少15μm、或至少20μm；小于1,000μm、小于500μm、小于200μm、或小于100μm的平均尺寸(平均主轴直径或复合物上的两个点之间的最长直线)。
在例示性实施例中，磨料复合物的平均尺寸为在复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的至少约3倍、在复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的至少约5倍、或在复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的至少约10倍；小于在复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的30倍、小于在复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的20倍、或小于在复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的10倍。可用于本公开的制品和方法中的磨料颗粒可具有至少约0.5μm、至少约1μm、或至少约3μm；小于约300μm、小于约100μm、或小于约50μm的平均颗粒尺寸(平均主轴直径(或颗粒上的两个点之间的最长直线))。磨料颗粒尺寸可进行选择，以例如提供工件上的所需切率和/或所需表面粗糙度。磨料颗粒可具有至少8、至少9、或至少10的莫氏硬度。
在各种实施例中，陶瓷磨料复合物的陶瓷基体中的磨料颗粒的重量对玻璃陶瓷材料的重量为至少约1/20、至少约1/10、至少约1/6、至少约1/3、小于约30/1、小于约20/1、小于约15/1或小于约10/1。
现在参见图7，在各种实施例中，本公开的磨料复合物的尺寸和形状可相对于抛光垫40的腔70的尺寸和形状被设定成使得磨料复合物中的一者或多者(至多全部)可至少部分地设置在腔70内。更具体地讲，如图7所示，磨料复合物75的尺寸和形状可相对于腔70被设定成使得当由腔70完全接收时，磨料复合物75中的一者或多者(至多全部)的至少一部分延伸超过腔开口70'。如本文所用，短语“完全接收”在其涉及复合物在腔内的位置时是指在施加无损压缩力(诸如在抛光操作期间存在的无损压缩力，如下面所讨论)时复合物可在腔内达到的最深位置。通过此种方式，如下面将更详细讨论，在抛光操作期间，抛光液的磨料复合物颗粒可被接收在腔70中并由腔70保持(例如，通过摩擦力)，从而用作研磨工作表面。
在各种实施例中，陶瓷磨料复合物中的多孔陶瓷基体的量为多孔陶瓷基体和单独的磨料颗粒的总重量的至少5重量百分比、至少10重量百分比、至少15重量百分比、至少33重量百分比、小于95重量百分比、小于90重量百分比、小于80重量百分比、或小于70重量百分比，其中陶瓷基体包含除磨料颗粒以外的任何填料、附着的脱模剂和/或其它添加剂。
在各种实施例中，磨料复合物颗粒可精确成型或不规则成型(即，非精确成型)。精确成型的陶瓷磨料复合物可为任意形状(例如，立方体、块状、圆柱体、棱柱、棱锥、截棱锥、锥形、截锥形、球形、半球形、十字形或柱状)。磨料复合物颗粒可为不同磨料复合物形状和/或尺寸的混合物。另选地，磨料复合物颗粒可具有相同(或基本上相同)的形状和/或尺寸。非精确成型的颗粒包括可由例如喷雾干燥工艺形成的球状体。
在各种实施例中，流体组分中的磨料复合物的浓度可为至少0.065重量％、至少0.16重量％、至少0.33重量％或至少0.65重量％；小于6.5重量％、小于4.6重量％、小于3.0重量％或小于2.0重量％。在一些实施例中，陶瓷磨料复合物和用于其制造中的脱模剂两者可包含在流体组分中。在这些实施例中，流体组分中的磨料复合物和脱模剂的浓度可为至少0.1重量％、至少0.25重量％、至少0.5重量％或至少1.0重量％；小于10重量％、小于7重量％、小于5重量％或小于3重量％。
本公开的磨料复合物颗粒可通过任何颗粒成形工艺而形成，包括例如浇注、复制、微复制、模塑、喷涂、喷雾干燥、雾化、涂布、镀覆、淀积、加热、固化、冷却，凝固、压缩、压实、挤出、烧结、炖、原子化、渗透、浸渍、抽真空、喷砂、断裂(取决于基体材料的选择)或任何其它可用方法。复合物可形成为较大的制品，然后断裂成较小的块，如例如通过压碎或沿较大的制品内的划线断裂。如果复合物最初形成为较大的主体，则期望通过为熟习此项技术的人员所熟知的方法中的一种选择使用处于较窄尺寸范围内的碎片。在一些实施例中，陶瓷磨料复合物可包括大体使用美国专利6,551,366和6,319,108的方法制备的玻璃粘合金刚石团聚体，所述专利全文以引用方式并入本文。
通常，用于制备陶瓷磨料复合物的方法包括使有机粘结剂、溶剂、磨料颗粒(例如，金刚石)与陶瓷基体前体颗粒(例如玻璃料)混合；在升高的温度下喷雾干燥该混合物，以制备“新”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒；收集“新”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒并使其与脱模剂(例如镀白氧化铝)混合；然后在足以使包含磨料颗粒的陶瓷基体材料玻璃化的温度下使粉末混合物退火，同时通过燃烧去除粘结剂；形成陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物可任选地被筛滤成所需颗粒尺寸。脱模剂阻止“新”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒在玻璃化过程中聚集在一起。这使得玻璃化陶瓷磨料复合物能够保持与在喷雾干燥器外直接形成的“新”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒的尺寸相似的尺寸。脱模剂的小重量分数(小于10％、小于5％或者甚至小于1％)可在玻璃化过程中附着到陶瓷基体的外表面。脱模剂通常具有大于陶瓷基体的软化点的软化点(对于玻璃材料等而言)或熔点(对于晶体材料等而言)或分解温度，其中应当理解，并非所有的材料均具有熔点、软化点或分解温度中的每一者。对于的确具有熔点、软化点或分解温度中的两者或更多者的材料而言，应当理解，熔点、软化点或分解温度中的较低者大于陶瓷基体的软化点。可用的脱模剂的示例包括但不限于金属氧化物(例如，氧化铝)、金属氮化物(例如，氮化硅)和石墨。
在一些实施例中，可用将赋予有益于磨料浆液的特性的试剂来对本公开的磨料复合物颗粒进行表面改性(例如，以共价方式、以离子方式或以机械方式)。例如，可用酸或碱来浸蚀玻璃表面以形成适当的表面pH。共价改性的表面可通过使颗粒与包含一种或多种表面处理剂的表面处理物进行反应来形成。合适的表面处理剂的示例包括硅烷、钛酸盐、锆酸盐、有机磷酸酯和有机磺酸盐。适用于本发明的硅烷表面处理剂的示例包括辛基三乙氧基硅烷、乙烯基硅烷(例如乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷)、四甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、三-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]异氰脲酸酯、乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、双-(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三烷氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基烷基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基烷基三甲氧基硅烷、苯基三氯甲硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、SILQUESTA1230专有非离子硅烷分散剂(可购自俄亥俄州哥伦布市的迈图公司(Momentive,Columbus,Ohio))以及它们的混合物。可商购获得的表面处理剂的示例包括SILQUESTA174和SILQUESTA1230(可购自迈图公司(Momentive))。表面处理剂可用于调节其正在改性的表面的疏水性质或亲水性质。乙烯基硅烷可用于通过使乙烯基基团与另一种试剂进行反应来提供甚至更复杂的表面改性。反应性或惰性金属可与玻璃金刚石颗粒组合以化学或物理地改变表面。可使用溅镀、真空蒸镀、化学气相沉积(CVD)或熔融金属技术。
在一些实施例中，本公开还涉及第二抛光液或精抛光液，如下文将更详细论述，所述第二抛光液或精修抛光液旨在于抛光操作的最终阶段期间使用。第二抛光液可包括上述抛光液中的任一者，并可包含比第一抛光液少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％的磨料颗粒浓度(即，基本上不含磨料材料)。在各种实施例中，第二抛光液的流体组分相同于或基本上相同于第一抛光液的流体组分。
本公开还涉及抛光基板的方法。该方法可使用诸如参照图1所述的抛光系统或用任何其它常规抛光系统(例如，单面或双面的抛光和打磨)来进行。在一些实施例中，抛光基板的方法可包括提供待抛光的基板。基板可为需要抛光和/或平坦化的任何基板。例如，基板可为金属、金属合金、金属氧化物、陶瓷、或聚合物(通常呈半导体晶片或光学透镜的形式)。在一些实施例中，本公开的方法尤其可适用于抛光超硬基板诸如蓝宝石(A平面、R平面或C平面)、硅、碳化硅、石英或硅酸盐玻璃。基板可具有待抛光的一个或多个表面。
在各种实施例中，所述方法还可包括提供抛光垫和抛光液。抛光垫和抛光液可与上述抛光垫和抛光液中的任一者相同或类似。
在一些实施例中，所述方法还可包括在存在抛光垫与基板之间的相对运动时使基板的表面与抛光垫和抛光液接触。例如，再次参见图1的抛光系统，载体组件30可随着压板20相对于载体组件30运动(例如，平移和/或旋转)而在抛光液50存在下紧贴抛光垫40(其可耦接到压板20)的抛光表面对基板12施加压力。另外，载体组件30可相对于压板20运动(例如，平移和/或旋转)。作为压力和相对运动结果，磨料颗粒(其可包含在抛光垫40和/或抛光液50中/上)可从基板12的表面移除材料。在抛光方法期间，可将磨料颗粒(例如，陶瓷磨料复合物)嵌入抛光垫的第二主表面中，其中磨料颗粒位于第二主表面的与腔壁的承载面积一致的区中。在这些实施例中，原位形成抛光垫，并且制备对应系统并将所述对应系统视为本发明的实施例，所述对应系统包括以下抛光系统：包括研磨垫和抛光液的抛光系统、包括研磨垫和待抛光的基板的抛光系统、和包括研磨垫、抛光液、和待抛光的基板的抛光系统。腔壁的承载面积可表示为基底层60的第一主表面65的总面积的小于70％、小于60％、小于50％、小于40％、小于20％、小于15％、小于10％、或甚至小于5％(参见图6a和图6B)。
在其中抛光垫包括具有腔的主表面和连续的或近乎连续的相对主表面的实施例中，抛光垫可耦接到压板，使得垫或垫层的包含腔的主表面将用作抛光表面/工作表面(即，垫或垫层的包含腔的主表面被定位成比该垫或垫层的连续的或近乎连续的表面距压板远)。另选地，抛光垫可耦接到压板，使得垫或垫层的连续的或几乎连续的主表面将用作抛光表面/工作表面(即，垫或垫层的连续的或几乎连续的主表面被定位成比该垫或垫层的包含腔的表面距压板远)。
在其中抛光垫的抛光表面/工作表面包括腔的实施例中，作为压力和相对运动的结果，抛光液50的磨料复合物颗粒中的至少一些(至多全部)可输送到抛光垫的腔70中并保持在该腔内，以形成研磨工作表面。基板与抛光表面之间的持续压力和相对运动则可导致基板的抛光。
在一些实施例中，在已进行抛光方法达所需时间段之后，本公开的方法还可包括调节提供浆液到抛光系统的流速和抛光液的组成中的任一者或两者(即，提供第二抛光)，使得可用于抛光的磨料颗粒的量可在抛光的最终阶段期间减少。例如，浆液的流速可相对于第一抛光液的初始速率减小30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。作为附加示例，可提供第二抛光液作为抛光液，所述第二抛光液具有比第一抛光液少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％的磨料颗粒浓度(即，基本上不含磨料材料)。在一些实施例中，第二抛光液可具有小于0.5重量％、小于0.3重量％、或小于0.1重量％的磨料颗粒浓度。在这些实施例中，当抛光液减少时或当磨料颗粒浓度降低时，可将磨料颗粒(例如，陶瓷磨料复合物)嵌入抛光垫的第二主表面中，其中所嵌入的磨料颗粒位于第二主表面的与腔壁的承载面积一致的区中。在其中第一抛光液(例如，浆液)的流速降低到基本上为零或第二抛光液中的磨料颗粒的浓度基本上为零的情况下，仍可由来自第一抛光液的在垫上剩余的陶瓷磨料复合物形成研磨制品，所述研磨制品具有嵌入抛光垫的第二主表面中的磨料颗粒，例如，陶瓷磨料复合物，其中所嵌入的磨料颗粒位于第二主表面的与腔壁的承载面积一致的区中。
在其中抛光垫为多层抛光垫布置结构的实施例中，在进行抛光方法达一段时间之后，本公开的方法还可包括从多层-布置结构移除工作抛光垫层(即，最靠近基板或距压板最远的抛光垫层)，从而暴露出布置结构中的相邻抛光垫层的顶部表面。所述方法可因此包括利用此第二工作抛光垫层进行其它抛光操作。然后可重复此过程直到多层布置结构的每一抛光垫层已失效(即，已结束其使用寿命)，或者已按照需要移除。
在例示性实施例中，本公开的系统和方法尤其适用于超硬基板(例如蓝宝石、A平面、R平面或C平面)的精修。精加工的蓝宝石晶体、片材或晶片例如适用于发光二极管工业和移动手持装置的覆盖层中。在此类应用中，所述系统和方法提供材料的持续移除。此外，已发现本公开的系统和方法可提供与用通常采用的大磨料颗粒尺寸实现的移除速率相应的移除速率，同时提供可与用通常采用的小颗粒尺寸实现的表面光洁度相比的表面光洁度。另外，本公开的系统和方法能够提供持续移除速率而无诸如对于固定研磨垫所需的垫的广泛敷料。
本公开的操作将参照以下详述实例进一步描述。提供这些实例以进一步说明各种具体和优选的实施例和技术。然而，应当理解，可以在不脱离本公开范围的前提下进行许多变型和修改。
实例
材料
*颗粒尺寸为通过常规激光散射测量的平均值。
测试方法与制备程序
移除速率测试方法1
在抛光之前和之后通过重量测定法测量蓝宝石晶片。使用测量的重量损失以基于3.98g/cm3的晶片密度来测定移除的材料的量。对于单面抛光(实例4)，以微米/分钟为单位报告的移除速率为三个晶片在指定抛光间隔内的平均厚度减小。对于双面抛光(实例5和实例6)，以微米/分钟为单位报告的移除速率为三个晶片在指定抛光间隔内的平均厚度减小。
表面粗糙度测试方法1
使用接触笔轮廓曲线仪(购自加利福尼亚州米尔皮塔斯的科天公司(KLA-TencorCorporation,Milpitas,California)的ModelP-16+)来进行表面粗糙度测量；包括Ra、Rmax和Rz。扫描速率为100微米/秒，并且扫描长度为2500微米。对于单面抛光(实例4)，在三个晶片中的每一者上进行三次轮廓曲线仪扫描，并且取数据的平均值。对于双面抛光(实例5和实例6)，在九个晶片中的一者上进行十次轮廓曲线仪扫描，并且取所述十次扫描的数据的平均值。
抛光测试-1
使用购自伊利诺伊州普罗斯佩克特的兰开斯特国际公司(LapmasterInternational,ProspectIL)的LAPMASTERModel15抛光机来进行抛光。使用双面PSA将14英寸(35.6cm)直径的垫安装到抛光机的14英寸(35.6cm)直径的压板。压板以50rpm旋转。抛光机的头部以40rpm旋转而不进行清扫运动。将包括三个等边三角形凹陷部(每个凹陷部的尺寸被设定成保持5.1cm直径的晶片)的载体安装到头部上。凹陷部中心点彼此等距离定位且相对于头部的中心偏置，使得当头部旋转时，每个三角形凹陷部的中心点将沿着具有13.5cm圆周的圆旋转。将三个C-平面蓝宝石晶片(5.1cm直径×0.5cm厚)安装在载体凹陷部中并对其进行抛光。抛光时间为30分钟。使用37.7lbs(17.1kg)的砝码对晶片施加负载，以实现4psi的抛光压力。浆液流速为1g/min并在距垫中心约4cm的点处将浆液喷雾到垫上。在抛光之前和之后通过重量测定法测量晶片。使用测量的重量损失以基于3.98g/cm3的晶片密度来测定移除的材料的量。以微米/分钟为单位报告的移除速率为三个晶片在30分钟的抛光间隔内的平均厚度减小。针对每个30分钟时间段重复使用晶片。
制备陶瓷磨料复合物(CAC-1)
按下述方式，使用喷雾干燥技术，由水性分散体制备陶瓷磨料复合物。将49g的Standex230加入1,100g的去离子水中并且对其进行连续搅拌。在10分钟之后，在1分钟时间间隔内加入720g的GF。应注意，在使用之前将GF磨碎成约4.2微米的颗粒尺寸。然后在连续搅拌下将880g的MCD3A加入溶液中。然后在离心雾化器(得自丹麦的GEA工程技术A/S公司(GEAProcessEngineeringA/S,Denmark)的MOBILEMINER2000)中使溶液雾化。雾化轮以20,000rpm运行。空气在200℃下供应至雾化室中并用于在液滴形成时对液滴进行干燥，从而制备喷雾干燥的陶瓷磨料复合物。然后将所收集的复合物与AlOx组合，从而形成65/35的复合物/AlOx(重量/重量)粉末共混物。使粉末共混物在750℃下玻璃化1小时。在冷却之后，使玻璃化的陶瓷磨料复合物穿过具有约63微米的开口的常规筛。具有约63微米和更小的颗粒尺寸的所收集的玻璃化陶瓷磨料复合物被命名为CAC-1。
制备陶瓷磨料复合物(CAC-2)
类似于CAC-1制备CAC-2，不同的是，MCD3A被MCD3B替换。具有约63微米和更小的颗粒尺寸的所收集的玻璃化陶瓷磨料复合物被命名为CAC-2。
制备陶瓷磨料复合物(CAC-3)
类似于CAC-2制备CAC-3，不同的是，在冷却之后，使玻璃化陶瓷磨料复合物穿过具有约38微米的开口的常规筛和具有约20微米的开口的第二筛。20微米筛的使用允许移除松散的AlOx颗粒。具有介于约20微米和38微米之间的尺寸范围的所收集的玻璃化陶瓷磨料复合物被命名为CAC-3。
制备陶瓷磨料复合物(CAC-4)
类似于CAC-2制备CAC-4，不同的是，GF未被碾磨而是按原样使用(约10.6微米的颗粒尺寸)。具有约63微米和更小的颗粒尺寸的所收集的玻璃化陶瓷磨料复合物被命名为CAC-4。
制备浆液-1
通过形成包含10g的CAC-1和1,000g的EG的非水性溶液来制备浆液。在使用之前使用常规高剪切混合器使所述溶液混合约30分钟。
制备浆液-2
通过形成包含10g的CAC-2和990g的TEG的非水性溶液来制备浆液-2。在使用之前使用常规高剪切混合器使所述溶液混合约30分钟。
制备浆液-3
通过形成包含10g的CAC-3和990g的TEG的非水性溶液来制备浆液-3。在使用之前使用常规高剪切混合器使所述溶液混合约30分钟。
制备浆液-4
通过形成包含10g的CAC-4和990g的TEG的非水性溶液来制备浆液-4。在使用之前使用常规高剪切混合器使所述溶液混合约30分钟。
单层垫-1
制备具有多个腔的单层抛光垫。该垫由28英寸(71.1cm)宽乘28英寸长(71.1cm)的聚丙烯片材组成，所述聚丙烯片材具有六方晶形特征结构的六方晶形阵列。特征结构之间的中心至中心的距离为约4.829mm。形成单独的六方晶形特征结构的六个内部侧壁具有约1.981mm的长度、约1.183mm的宽度、和约0.762mm的深度(腔深度)。在其基底处，壁为约1.397mm，且在其远侧端部处渐缩到约1.183mm。侧壁具有约43％的总支承面积。聚丙烯片材的六方晶形特征结构是通过其中使来自具有所需聚丙烯片材的反纹理的金属母模工具的纹理形成至聚丙烯中的压印工艺而形成。母模工具的正方形阵列是通过金属的常规CNC机加工工艺而制备的。依据常规压印技术在接近聚丙烯的熔融温度下进行通过母模工具的聚丙烯片材的压印。在片材的背面(与六方晶形腔相对的侧面)上，在压印之后且在冷却所述片材期间，在每一特征结构的六方晶形区中形成凹坑，所述凹坑具有约0.084mm的最大深度。将可以商品名442DL从3M公司获得的双涂层聚酯带片材层合到聚丙烯片材的腔面。根据此程序制备若干垫，将所述垫模切到适当尺寸并用于实例4至实例6的抛光工艺中。
实例1
根据以下程序来制备在各层之间具有溶剂可溶性粘合剂的多层垫(2个层)。由纹理化聚丙烯片材制造所述垫的两个抛光层。所述纹理为一系列腔，所述腔由具有正方形开口和355微米的深度的反截正方形棱锥组成，所述正方形开口的边缘的长度为380微米。在355微米深度下，正方形截棱锥顶部的边缘的长度为314微米。正四棱锥被定位成具有594微米的间距的水平-垂直栅阵列。纹理化聚丙烯片材是通过其中使来自具有所需聚丙烯片材的反纹理的金属母模工具的纹理形成至聚丙烯中的压印工艺而形成。母模工具的正方形阵列是通过金属的常规金刚石车削工艺而制成。依据常规压印技术在接近聚丙烯的熔融温度下进行通过母模工具的聚丙烯片材的压印。
利用购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3MCompany,St.Paul,Minnesota)的3MSUPER77多用途粘合剂对第一聚丙烯片材(垫层1)的非纹理化侧面进行喷雾。在进行喷雾之后，使用购自加利福尼亚州埃尔塞贡多的西玛格南公司(WesternMagnumCorporation,ELSegundo,CA)的ModelXRL360热辊层合机将垫层1的粘合剂侧面机械层合到第二聚丙烯片材(垫层2)的纹理侧面。使热辊在室温下运行，对所述辊施加约20psi的光压，并且将层合机的速度设定值设定为2。然后利用使用相同工艺条件的相同层合机通过附接到子垫表面的双面涂层胶带将第二聚丙烯片材的非纹理化侧面层合到子垫的第一主表面。该子垫为20密耳(0.51mm)厚的聚碳酸酯片材，其具有层合到两个主表面的双面涂层聚酯带。所述带可以商品名442DL从3M公司获得。将聚丙烯片材与子垫的完整堆叠模切成具有14英寸(35.6cm)直径的圆，以制备实例1。
使用抛光测试-1、浆液-1、和实例1的垫，使用实例1的抛光层1的纹理化表面对一系列蓝宝石晶片进行抛光。在抛光120分钟之后，通过用手从垫层2剥离而从多层垫移除实例1的垫层1。然后，在实例1的垫层2的纹理化表面上继续抛光另外的120分钟。移除速率(RR)数据在表1中示出。
表1
抛光时间(分钟) 30 60 90 120 150 180 210 240
RR(μm/分钟) 1.01 1.21 1.16 1.25 1.14 1.01 1.10 1.17
实例2
根据以下程序来制备通过差分胶带(即，在其主表面中的每一者上具有不同粘性程度的粘合剂的带)而层合在一起的多层垫(2个层)。使用胶带-1和在实例1中所述的层合机和工艺条件将两片具有0.051cm厚度的聚碳酸酯片材61cm×61cm层合在一起，所述片材可以商品名LEXANFILM从伊利诺伊州席勒公园的沙伯创新塑料控股公司(SabicInnovativePlasticsHolding,SchillerPark,Illinois)获得。通过以下方式制备胶带-1：将3MSUPER77多用途粘合剂薄层喷雾在3密耳(0.076mm)PET衬件的第一主表面上以形成高粘性粘合剂侧面，并将可从3M公司获得的3mSPRAYMOUNT人造粘合剂的薄层喷雾在所述衬件的另一主表面上以形成低粘性粘合剂侧面。在实际垫制造过程期间，首先对PET衬件喷雾3MSUPER77多用途粘合剂，并且然后通过所述多用途粘合剂将第一聚碳酸酯片材(垫层1)机械层合到PET衬件。然后对PET衬件的未经涂布的暴露表面喷雾SPRAYMOUNT人造粘合剂，并接着通过所述人造粘合剂将第二聚碳酸酯片材(垫层2)机械层合到PET衬件。然后将垫层2的暴露表面层合到子垫，如在实例1中所述。将聚碳酸酯片材与子垫的完整堆叠模切成具有14英寸(35.6cm)直径的圆，以制备实例2。
使用抛光测试-1、浆液-1、和实例2的垫，使用实例2的抛光层1的表面对一系列蓝宝石晶片进行抛光。在抛光120分钟之后，通过用手从垫层2剥离而从多层垫移除实例2的垫层1。然后在实例2的垫层2的表面上继续抛光另外的120分钟。移除速率(RR)数据在表2中示出。
表2
抛光时间(分钟) 30 60 90 120 150 180 210 240
RR(μm/分钟) 0.87 1.05 1.00 1.06 1.10 1.12 1.00 1.05
实例3
根据以下程序来制备多层垫(2个层)，其中第二垫层具有低能表面以利于从第一垫层移除。由两个20英寸(50.8cm)×20英寸(50.8cm)×12密耳(0.305mm)厚的聚氨酯膜制造两个抛光垫层，所述聚氨酯膜具有在主表面中的一者上涂布的2密耳(0.051mm)厚的粘合剂，并可以商品名PaintProtectionFilmPUL2012(14密耳)从3M公司获得。将被命名为垫层1的一个膜按原样使用。对被命名为垫层2的第二膜的聚氨酯侧面(非粘合剂侧面)涂布可从俄亥俄州克利夫兰的喷雾公司(Sprayon,Cleveland,Ohio)获得的SPRAYONMR307重型可涂漆剥离剂的薄层，以在聚氨酯膜表面上形成低能表面。然后使用在实例1中所述的层合机和工艺条件而将垫层1的粘合剂侧面层合到垫层2的低能表面侧。然后将垫层2的粘合剂表面层合到子垫，如在实例1中所述。将聚氨酯膜与子垫的完整堆叠模切成具有14英寸(35.6cm)直径的圆，以制备实例3。
使用抛光测试-1、浆液-1和实例3的垫，使用实例3的垫层1的表面对一系列蓝宝石晶片进行抛光。在抛光120分钟之后，通过用手从垫层2剥离而从多层垫移除实例3的垫层1。然后在实例3的垫层2的表面上继续抛光另外的120分钟。移除速率(RR)数据在表3中示出。注意，在抛光之前，使用购自密苏里州特拉弗斯城的硼化物工程磨料公司(BORIDEEngineeredAbrasives,TraverseCity,Missouri)的600个粗粒磨光石600CS-M对垫层1调理10分钟。在具有约6英寸(15.2cm)外径的不锈钢环的周边周围安装六个磨光石，所述磨光石被切割成约2英寸(5.1cm)×约0.5英寸(1.3cm)×约0.25英寸(0.64cm)的条。将所述环置于垫上，使所述磨光石与垫表面接触，且在所述环的顶部上设定约7kg的砝码。在调理过程期间，压板以50rpm旋转，并且环以40rpm旋转。在抛光之前，使用用于垫层1的相同调理程序将垫层2调理20分钟。
表3
抛光时间(分钟) 30 60 90 120 150 180 210 240
RR(μm/分钟) 0.40 0.39 0.33 0.39 0.32 0.34 0.32 0.30
实例4
如下进行多步抛光过程。使用单面抛光机(购自伊利诺伊州惠灵的英格斯公司(EngisCorporation,Wheeling,Illinois)的型号15FL-100V)来抛光三个购自伊利诺伊州富兰克林帕克的卢比肯技术公司(RubiconTechnology,Inc.,FranklinPark,Illinois)获得的50mm直径的A-平面蓝宝石晶片。将晶片设定成受重载体。总载体重量为42lbs(19kg)，以提供4.46psi的下压力。在保持件上将三个晶片等距间隔开，使得当载体旋转时，晶片扫掠过覆盖4.5英寸(11.4cm)的垫的直径。通过442DL粘合剂将已被切割成38cm的直径的垫(单层垫-1)安装到抛光机的压板。在压板旋转速度为50rpm、同时晶片以40rpm旋转的情况下，抛光周期为30分钟长。抛光过程具有两个步骤。第一步骤使用浆液-2，使用蠕动泵在1克/分钟的速率下将浆液-2滴在抛光垫上并在距压板中心3英寸(7.6cm)的点处施加。在被泵送到垫上之前将浆液连续混合。在抛光20分钟之后，从载体移除晶片，并且通过移除速率测试方法1和表面粗糙度测试方法1来测量移除速率和表面光洁度。将晶片重新安装到载体，并且进行第二步抛光。在第二步抛光期间，使浆液流动停止，以仅使得来自第一抛光步骤的已被沉积的金刚石能够提供另外移除和改善的表面光洁度。在不将任何另外的浆液泵送到垫的情况下，进行第二抛光步骤10分钟。使用移除速率测试方法1和表面粗糙度测试方法1，在第二步抛光之后测定蓝宝石晶片的移除速率和表面粗糙度。结果在下表3示出，并指出当在不将额外的浆液施加到垫的情况下进行抛光时，在第二抛光步骤之后表面光洁度显著提高。
表3
实例5
如下进行多步抛光过程。使用双面抛光机(购自德国伦茨堡的彼得沃尔特股份有限公司(Peter-Wolters,GmbH,Rendsburg,Germany)的型号AC500)来抛光九个购自卢比肯技术公司(RubiconTechnology)的50mm直径的A-平面蓝宝石晶片。将所述九个晶片安装在三个环氧树脂玻璃载体中，每一载体保持三个晶片。晶片上的下压力为52daN。通过442DL粘合剂将第一垫(单层垫-1)安装到抛光机的底部压板，所述第一垫已被切割成具有28.25英寸(71.8cm)的外径和从中心切割的另外的7英寸(17.8cm)直径的孔。将具有相同尺寸和其中切割有另外的十六个1cm直径的孔的第二垫(单层垫-1)安装到工具的上压板。所述十六个孔与压板中的孔重合以用于浆液递送。在抛光期间，压板旋转速度为60rpm，其中两个压板顺时针方向旋转。抛光液体、对应流速、压板上的下压力、和抛光时间在表4中示出。
表4
*使用蠕动泵递送到垫。
使用移除速率测试方法1和表面粗糙度测试方法1，在第一步抛光和第二步抛光之后测定蓝宝石晶片的移除速率和表面粗糙度。结果在表5中示出，并指出当在仅对垫施加溶剂(没有陶瓷磨料复合物)的情况下进行抛光时，在第二抛光步骤中表面光洁度显著改善。
表5
实例6
类似于实例5进行多步抛光过程，不同的是，抛光液体、对应流速、压板上的下压力、和抛光时间如表6中所示。
表6
时间(min) 抛光液体 流速(g/min) 下压力(daN)
预润湿 0至1/6 浆液-3* 6 20
抛光步骤1 1/6至30 1/6 浆液-3* 6 51
冲洗 30 1/6至30 2/3 TEG 2200 51
抛光步骤2 30 2/3至40 2/3 TEG* 6 51
抛光步骤3 40 2/3至50 2/3 TEG* 6 51
*使用蠕动泵递送到垫。
结果在表7中示出，并指出当在仅对垫施加溶剂(没有陶瓷磨料复合物)的情况下进行抛光时，在第二抛光步骤和第三抛光步骤中表面光洁度显著改善。
表7
本发明的其它实施例属于所附权利要求书的范围内。

Claims (44)

1.一种用于抛光基板的系统，所述系统包括：
载体组件，所述载体组件被构造成用于接收并保持所述基板；
多层抛光垫布置结构，所述多层抛光垫布置结构包括：
第一抛光垫层，所述第一抛光垫层具有第一顶部主表面和第一底部主表面；
第二抛光垫层，所述第二抛光垫层具有第二顶部主表面和第二底部主表面；和
耦接布置结构，所述耦接布置结构设置在所述第一底部表面与所述第二顶部表面之间，其中所述耦接层被构造成使得所述第一抛光垫层能够从所述垫布置结构移除以暴露所述第二顶部表面；和
压板；
其中所述多层抛光垫耦接到所述压板使得所述第一顶部表面与所述基板的主表面相邻；并且
其中所述系统被构造成使得所述多层抛光垫布置结构能够相对于所述基板运动以进行抛光操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦接布置结构包括压敏粘合剂层。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦接布置结构包括压敏粘合剂层和剥离层。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦接布置结构包括第一压敏粘合剂层、第二压敏粘合剂层、和设置在所述第一压敏粘合剂层与所述第二压敏粘合剂层之间的背衬层。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦接布置结构包括溶剂可溶性压敏粘合剂层。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述耦接布置结构基本上由水溶性压敏粘合剂层组成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述多层抛光垫布置结构还包括：
第三抛光垫层，所述第三抛光垫层具有第三顶部主表面和第三底部主表面；和
设置在所述第二底部表面与所述第三顶部表面之间的第二耦接布置结构，其中所述第二耦接布置结构被构造成使得所述第二抛光垫层能够从所述垫布置结构移除以暴露所述第三顶部表面。
8.一种用于抛光基板的表面的方法，所述方法包括：
提供具有待抛光的主表面的基板；
提供根据权利要求1至7中任一项所述的用于抛光基板的系统；
提供抛光液，所述抛光液包含：
流体组分，和
陶瓷磨料复合物，其中所述陶瓷磨料复合物包含分散在多孔陶瓷基体中的单独的磨料颗粒，并且其中所述陶瓷磨料复合物分散在所述流体组分中；以及
当所述多层抛光垫与所述基板之间存在相对运动时，使所述基板的所述主表面与所述多层抛光垫和所述抛光液接触。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：在所述接触步骤之后，从所述多层抛光垫布置结构移除所述第一抛光垫层，以及之后当所述多层抛光垫与所述基板之间存在相对运动时使所述基板的所述主表面与所述多层抛光垫和所述抛光液接触。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统或方法，其中所述第一抛光垫层或所述第二抛光垫层包含聚丙烯。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的系统或方法，其中所述陶瓷磨料复合物具有在约4％至70％的范围内的孔内容积。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统或方法，其中所述磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝氧化锆、氧化铁、二氧化铈、或石榴石。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的系统或方法，其中所述磨料颗粒包括金刚石。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的系统或方法，其中所述陶瓷磨料复合物具有小于500微米的平均颗粒尺寸。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的系统或方法，其中所述陶瓷磨料复合物的平均尺寸为所述磨料颗粒的平均尺寸的至少约5倍。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的系统或方法，其中所述多孔陶瓷基体包含玻璃，所述玻璃包含氧化铝、氧化硼、氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化锰、或氧化锌。
17.根据权利要求8至16中任一项所述的系统或方法，其中所述流体组分中的所述磨料复合物的浓度介于0.065重量％和6.5重量％之间。
18.根据权利要求8至17中任一项所述的系统或方法，其中所述多孔陶瓷基体包含至少50重量％的玻璃陶瓷材料。
19.根据权利要求8至18中任一项所述的系统或方法，其中所述多孔陶瓷基体基本上由玻璃陶瓷材料组成。
20.一种用于抛光基板的表面的制品，所述制品包括：
抛光垫，所述抛光垫包括：
具有主表面的基底层，和
从所述主表面延伸到所述基底层中的多个腔，其中所述腔中的每个均包括限定在所述基底层的所述主表面中的腔开口；
多种陶瓷磨料复合物，所述陶瓷磨料复合物包含分散在多孔陶瓷基体中的单独的磨料颗粒；
其中所述磨料复合物中的一种或多种被保持在所述腔中，使得所述磨料复合物具有延伸超过所述腔开口的一部分。
21.根据权利要求20所述的制品，其中所述陶瓷磨料复合物中的一种或多种的尺寸和形状相对于所述腔被设定成使得当完全接收在腔中时，所述陶瓷磨料复合物具有延伸超过所述腔开口的一部分。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的制品，其中所述基底层包含聚丙烯。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的制品，其中所述腔中的一个或多个具有选自立方体、圆柱体、棱柱、半球体、长方体、棱锥、截棱锥、锥形、截锥形、十字形、柱状、或它们的组合的形状。
24.一种多层抛光垫布置结构，所述多层抛光垫布置结构包括：
第一抛光垫层，所述第一抛光垫层具有第一顶部主表面和第一底部主表面；
第二抛光垫层，所述第二抛光垫层具有第二顶部主表面和第二底部主表面；和
耦接布置结构，所述耦接布置结构设置在所述第一底部表面与所述第二顶部表面之间；
其中所述第一抛光垫层和所述第二抛光垫层中的每个的厚度在介于0.125mm和10mm之间的范围内。
25.根据权利要求24所述的多层抛光垫布置结构，其中所述耦接布置结构包括压敏粘合剂层。
26.根据权利要求25所述的多层抛光垫布置结构，其中所述压敏粘合剂层包括溶剂可溶性压敏粘合剂层。
27.根据权利要求26所述的多层抛光垫布置结构，其中所述溶剂可溶性压敏粘合剂层包括水溶性压敏粘合剂层。
28.根据权利要求26所述的多层抛光垫布置结构，其中所述溶剂可溶性压敏粘合剂层基本上由水溶性压敏粘合剂层组成。
29.根据权利要求25所述的多层抛光垫布置结构，其中所述耦接布置结构还包括剥离层。
30.根据权利要求29所述的多层抛光垫布置结构，其中所述剥离层定位在所述第二顶部主表面与所述压敏粘合剂之间。
31.根据权利要求24所述的多层抛光垫布置结构，其中所述耦接布置结构包括与所述第一底部主表面相邻的第一压敏粘合剂层和与所述第二顶部主表面相邻的第二压敏粘合剂层。
32.根据权利要求31所述的多层抛光垫布置结构，其中所述第二压敏粘合剂层与所述第二顶部主表面之间的粘合界面的剥离力小于所述第一压敏粘合剂层与所述第一底部主表面之间的粘合界面的剥离力。
33.根据权利要求31所述的多层抛光垫布置结构，所述多层抛光垫布置结构还包括设置在所述第一压敏粘合剂层与所述第二压敏粘合剂层之间的背衬层。
34.根据权利要求33所述的多层抛光垫布置结构，其中所述第二压敏粘合剂层与所述第二顶部主表面之间的粘合界面的剥离力小于所述第一压敏粘合剂层与所述第一底部主表面之间的粘合界面的剥离力。
35.根据权利要求24至34中任一项所述的多层抛光垫布置结构，所述多层抛光垫布置结构还包括：
第三抛光垫层，所述第三抛光垫层具有第三顶部主表面和第三底部主表面；和
设置在所述第二底部表面与所述第三顶部表面之间的第二耦接布置结构，其中所述第二耦接布置结构被构造成使得所述第二抛光垫层能够从所述垫布置结构移除以暴露所述第三顶部表面。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的多层抛光垫布置结构，其中所述多层抛光垫布置结构的形状被设定成使得其与压板的形状一致，所述多层抛光垫布置结构将在±10％的公差内安装在所述压板上。
37.一种用于抛光基板的系统，所述系统包括：
载体组件，所述载体组件被构造成用于接收并保持所述基板；
抛光垫，所述抛光垫包括：
基底层，所述基底层具有第一主表面和与所述第一主表面相背对的第二主表面，和
从所述第一主表面延伸到所述基底层中的多个腔，其中所述腔中的每个均包括限定在所述第一主表面中的腔开口；和
压板；
其中所述抛光垫被耦接到所述压板，使得所述第一主表面比所述第二主表面靠近所述压板；并且
其中所述系统被构造成使得所述抛光垫能够相对于所述基板运动以进行抛光操作。
38.根据权利要求37所述的用于抛光基板的系统，其中所述第二主表面为连续的表面或近乎连续的表面。
39.根据权利要求38所述的抛光系统，所述抛光系统还包括嵌入所述抛光垫的所述第二主表面中的陶瓷磨料复合物，其中所述嵌入的陶瓷磨料复合物位于所述第二主表面的与腔壁的承载面积一致的区中。
40.根据权利要求37至38中任一项所述的用于抛光基板的系统，其中所述基底层包含聚丙烯。
41.一种用于抛光基板的表面的方法，所述方法包括：
提供具有待抛光的主表面的基板；
提供根据权利要求1至7、10至19、或37中任一项所述的用于抛光基板的系统；
提供包含流体组分和磨料颗粒的第一抛光液；
当所述抛光垫与所述基板之间存在相对运动时使所述基板的所述主表面与所述抛光垫和所述抛光液接触。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述磨料颗粒包含陶瓷磨料复合物，所述陶瓷磨料复合物包含分散在多孔陶瓷基体中的单独的磨料颗粒，并且其中所述陶瓷磨料复合物分散在所述流体组分中。
43.根据权利要求8至19或40至41中任一项所述的方法，所述方法还包括：在使所述基板的所述主表面与所述抛光垫和所述抛光液接触预定时间段之后，提供第二抛光液，其中所述第二抛光液基本上不含磨料颗粒或具有小于0.1重量％的磨料颗粒浓度，以及当所述抛光垫与所述基板之间存在相对运动时使所述基板的所述主表面与所述抛光垫和所述第二抛光液接触。
44.根据权利要求42所述的方法，其中提供所述第一抛光液的所述步骤在提供所述第二抛光液的所述步骤之前、与提供所述第二抛光液的所述步骤同时、或在提供所述第二抛光液的所述步骤之后停止。
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