KR100416330B1 - 전자 부품 연삭용 연마 도구 - Google Patents

전자 부품 연삭용 연마 도구 Download PDF

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KR100416330B1
KR100416330B1 KR10-2001-7015209A KR20017015209A KR100416330B1 KR 100416330 B1 KR100416330 B1 KR 100416330B1 KR 20017015209 A KR20017015209 A KR 20017015209A KR 100416330 B1 KR100416330 B1 KR 100416330B1
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워슬레스크윌리엄에프.
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생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 경질 재료, 예를 들면, 세라믹 웨이퍼 및 제어된 양의 표면 결함을 요구하는 부재를 연마 및 배면연삭시키는 데 적합한, 수지 결합제에 고농도의 중공 충전재를 함유하는 연마 도구에 관한 것이다. 이러한 고다공성 연마 도구는 최대 입도가 60micron인 연마 입자를 최대 약 2 내지 15용적% 함유하는 연마 림과 기재를 포함하는 것으로, 중공 충전재 및 수지 결합제와 함께 미세한 입도의 연마 입자, 예를 들면, 다이아몬드 연마재를 포함하며, 여기서, 연마 림은 수지 결합제 및 중공 충전재 40용적% 이상을 포함하고, 연마 입자와 수지 결합제는 연마 입자 대 수지 결합제 1.5:1.0 내지 0.3:1.0의 비율로 연마 림에 존재한다.

Description

전자 부품 연삭용 연마 도구 {Abrasive tools for grinding electronic components}
본 발명은 세라믹, 금속, 및 세라믹과 금속을 포함하는 복합재와 같은 경질 재료를 표면 연삭 및 연마하는 데 적합한 수지 결합된 다공성 연마 도구에 관한 것이다. 당해 연마 도구는 전자 부품을 제조하는 데 사용되는 실리콘 및 알루미나 티탄 카바이드(AlTiC) 웨이퍼를 배면연삭(backgrinding)시키는 데 유용하다. 이러한 연마 도구는 세라믹 및 반도체를 통상의 초연마 도구보다 가공물 손상을 적게 하면서 상업적으로 허용되는 재료 제거율 및 휠 마모율로 연삭시킨다.
연삭 동안 보다 신속하고 양호한 절단 작용을 제공하도록 고안된 연마 도구가 미국 특허 제2,806,772호에 기재되어 있다. 당해 연마 도구는 약 15 내지 45용적%의 수지 결합제에 약 25 내지 54용적%의 연마 입자를 함유한다. 또한, 당해 연마 도구는 약 1 내지 30용적%의 기공 지지체 과립, 예를 들면, 가공물로부터의 부스러기로 인한 연마면의 눈메움(loading) 발생을 저하시키고 절단을 보다 양호하게 하기 위해 연마 입자를 분리하기 위한, 유리질 점토로 이루어진 얇은 벽으로 둘러싸인 중공 구체[예를 들면, 카나마이트(Kanamite) 벌룬] 또는 열팽창된 (팽창성) 퍼라이트(화산 활동에 의해 생성된 석영 유리)를 함유한다. 기공 지지체 과립은 연마 입자의 약 0.25 내지 4배 크기인 것을 선택한다.
단지 용융된 알루미나 버블만을 함유하고 연마 입자는 함유하지 않는 연마 도구가 미국 특허 제2,986,455호에 기재되어 있다. 당해 연마 도구는 열린, 다공성 구조와 쾌삭(free-cutting) 특성을 갖는다. 상기 특허에 따라 제조된 수지 결합된 휠은 고무, 종이 섬유판 및 플라스틱을 연삭시키는 데 사용된다.
연마 도구를 제조하는 데 유용한 부식성 응집체가 미국 특허 제4,799,939호에 기재되어 있다. 이러한 물질은 수지 결합제 내에 연마 입자를 함유하며 중공 버블 물질을 8중량% 이하로 함유한다. 이들 응집체는 피복된 연마재에 특히 유용한 것으로 기재되어 있다.
사파이어 및 그외의 세라믹 물질의 표면을 연삭시키는 데 적합한 연마 도구가 리(Li)에게 허여된 미국 특허 5,607,489호에 기재되어 있다. 당해 연마 도구는 2 내지 20용적%의 고형 윤활제와 10용적% 이상의 기공을 포함하는 유리질 매트릭스에 결합된 금속 피복된 다이아몬드를 함유한다.
당해 기술분야에 공지된 연마 도구가 세라믹 부재의 초정밀 표면 연삭 또는 연마에 있어서 전적으로 만족스러운 것은 아닌 것으로 판명되었다. 이러한 연마 도구는 상업용 연삭 및 연마 공정에 있어서 부품 형상, 크기 및 표면 품질에 대한 엄격한 규격을 충족시키지 못한다. 대부분의 상업용 연마 도구에서는 세라믹 부재에 대한 표면 및 표면밑 손상을 피하도록 비교적 낮은 연삭 효율로 작동하도록 고안된 수지 결합된 초연마 휠을 이러한 작업에 사용할 것을 권장하고 있다. 이러한 상업용 연마 도구는 통상적으로 최대 입자 크기가 약 8micron인 다이아몬드 입자를 15용적% 이상 함유한다. 세라믹 가공물이 휠 표면을 방해하는 경향으로 인해 연삭효율이 더욱 감소되므로, 정밀한 형태를 유지하기 위해 빈번한 휠 드레싱(dressing)과 트루잉(truing)이 필요하다.
전자 장치(예를 들면, 웨이퍼, 자기 헤드 및 디스플레이 윈도우)와 같은 제품에서 세라믹 및 반도체 부품의 정밀성에 대한 시장의 요구가 높아짐에 따라, 세라믹 및 그외의 경질 취성 재료의 초정밀 연삭 및 연마용의 개선된 연마 도구에 대한 필요성이 커지고 있다.
본 발명은 최대 입도(grit size)가 60micron인 연마 입자를 최고 약 2 내지 15용적% 함유하는 연마 림(abrasive rim)과 기재(backing)를 포함하는 연마 도구로서, 연마 림이 수지 결합제와 40용적% 이상의 중공 충전재를 포함하고, 연마 입자와 수지 결합제가 연마 입자 대 수지 결합제 1.5:1.0 내지 0.3:1.0의 비율로 연마 림에 존재하는 연마 도구이다.
본 발명의 연마 도구는 연삭기에 휠을 설치하기 위한 중심 보어(central bore)를 갖는 기재를 포함하는 연삭 휠이며, 여기서, 기재는 휠의 주변 연삭면을 따라 수지 결합된 연마 림을 지지하도록 설계된다. 기재는 평면형 또는 컵형으로 성형된 링 또는 코어 디스크이거나, 신장된 스핀들 형태이거나, 연마 도구를 제조하는 데 사용되는 유형의 그외의 몇가지 예비형성된 경질 형태일 수 있다. 기재는 바람직하게는 금속, 예를 들면, 알루미늄 또는 강철로 구성되지만, 중합체, 세라믹 또는 그외의 재료로 구성될 수도 있으며, 이러한 재료들의 복합재 또는 적층물 또는 배합물일 수 있다. 기재는 매트릭스를 보강할 수 있는 입자 또는 섬유나, 기재의 밀도를 낮추고 도구의 중량을 감소시키기 위한 중공 충전재, 예를 들면, 유리,실리카, 물라이트, 알루미나 및 제올라이트R구체를 함유할 수 있다.
바람직한 연마 도구는 표면 연삭 휠, 예를 들면, 타입 2A2T 초연마 휠이다. 이러한 연마 도구는 링형 또는 컵형 기재의 좁은 가장자리를 따라 설치된 연속식 또는 분할식 연마 림을 갖는다. 본 발명에 유용한 또다른 연마 도구에는 코어의 외부 둘레 주변에 연마 림을 갖는 평면형 코어 기재를 포함하는 타입 1A 초연마 휠, 자루형 기재에 설치된 연마 림을 갖는 내경(I. D.) 연마 도구, 외경(O. D.) 원통 연마 피니싱 휠, 기재 플레이트의 표면에 설치된 연마 "버튼"을 갖는 표면 연삭 도구 및 경질 재료를 위한 정밀 연삭 및 연마 작업을 수행하는 데 사용되는 그외의 도구 외형이 포함된다.
기재는 다양한 방법으로 연마 림에 부착된다. 연마 성분을 금속 코어 또는 다른 유형의 기재에 부착시키기 위해 당해 기술분야에 공지된 어떠한 시멘트라도 사용가능하다. 적합한 연마 시멘트인 아랄다이트(Araldite)TM2014 에폭시 접착제는 시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션이 시판하고 있다. 그외의 부착수단으로는 기계적 부착 수단[예를 들면, 연마 림을 림 주변 및 기재 플레이트에 위치한 홀을 통해 또는 도브테일 구조물(dovetail construction)에 의해 기재 플레이트에 기계적으로 나사로 고정시킴]이 포함된다. 가늘고 긴 홈인 슬롯을 기재 소자 및 연마 림에 새겨 넣을 수 있으며, 또는 림이 불연속인 경우, 연마 림 세그먼트를 슬롯 속에 끼워 넣어 접착제로 적절한 위치에 고정시킬 수 있다. 연마 림이 표면 연삭용의 분리된 버튼 형태로 사용되는 경우, 접착제를 사용하거나 기계적 수단에 의해버튼을 기재 상에 설치할 수도 있다.
연마 림에 사용되는 연마 입자는 다이아몬드, 천연 및 합성 CBN 및 이들 연마재의 배합물로부터 선택된 초연마재인 것이 바람직하다. 알루미나 옥사이드, 소결된 졸 겔 알파 알루미나, 실리콘 카바이드, 물라이트, 이산화규소, 알루미나 지르코니아, 세륨 옥사이드, 이들의 배합물 및 이들과 초연마 입자와의 혼합물을 포함하지만 이에 국한되지 않는 통상의 연마 입자도 본 발명에서 유용하다. 보다 미세한 입도의 연마 입자, 즉 최대 입도가 약 120micron인 연마 입자가 유용하다. 정밀 연삭 및 연마 작업에서 최대 입도는 약 60micron이다.
세라믹 웨이퍼를 연삭시키는 데에는 다이아몬드 연마재가 사용된다. 수지 결합된 다이아몬드 유형이 바람직하다[예를 들면, 암플레스(Amplex, 제조원; 미국 코넥티컷 블룸필드에 소재하는 Saint-Gobain Industrial Ceramics), CDAM 또는 CDA 다이아몬드 연마재(제조원; 영국 버크셔에 소재하는 DeBeers Industrial Diamond Division) 및 IRV 다이아몬드 연마재(제조원; 일본 도쿄에 소재하는 Tomei Diamond Co., Ltd.)].
금속(예를 들면, 니켈, 구리 또는 티탄) 피복된 다이아몬드도 사용할 수 있다[예를 들면, IRM-NP 또는 IRM-CPS 다이아몬드 연마재(제조원; 일본 도쿄에 소재하는 Tomei Diamond Co., Ltd.) 및 CDA55N 다이아몬드 연마재(제조원; 영국 버크셔에 소재하는 DeBeers Industrial Diamond Division)].
입자의 크기 및 유형의 선택은 가공물의 성질, 연삭 공정의 유형 및 가공물의 최종 용도에 따라 다를 것이다(예를 들면, 재료 제거율, 표면 피니시, 표면 평면도 및 표면밑 손상 규격의 상대적 중요도가 연삭 공정 파라미터를 나타냄). 예를 들면, 실리콘 또는 AlTiC 웨이퍼의 배면연삭 및 연마시, 0/1 내지 60micrometer 범위(즉, 노턴 컴파니 다이아몬드 입도 등급에서의 400그릿보다 작음)의 초연마 입자 크기가 적합하며, 0/1 내지 20/40micron이 바람직하고, 3/6micron이 가장 바람직하다. 금속 결합제 또는 "블럭키(blocky)" 다이아몬드 연마재 유형이 사용될 수 있다[예를 들면, MDA 다이아몬드 연마재(제조원; 영국 버크셔에 소재하는 DeBeers Industrial Diamond Division))]. 전자 부품을 웨이퍼의 전면(front face)에 부착한 후 세라믹 또는 반도체 웨이퍼의 배면을 표면 피니싱 및 연마하기 위해서는 입도가 보다 미세한 것이 바람직하다. 이러한 범위의 다이아몬드 입도에서, 연마 도구는 실리콘 웨이퍼로부터는 재료를 제거하여 웨이퍼 표면을 연마시키지만, AlTiC 웨이퍼로부터는 AlTiC 웨이퍼의 경도로 인해 그만큼 많은 재료를 제거시키지는 못한다. 본 발명의 도구는 AlTiC 웨이퍼에 대해 14Å 정도로 매끄러운 표면 피니쉬 연마를 성취한다.
본 발명의 연마 도구에서, 중공 충전재는 실리카 구체 또는 미세구체와 같은 부스러지기 쉬운 중공 구체 형태인 것이 바람직하다. 본 발명에 유용한 그외의 중공 충전재로는 유리 구체, 버블 알루미나, 물라이트 구체 및 이들의 혼합물이 포함된다. 실리콘 웨이퍼의 배면연마와 같은 용도를 위해서는, 실리카 구체가 바람직하고, 당해 실리카 구체가 연마재 입자의 크기보다 직경이 더 큰 것이 바람직하다. 그외의 용도에서, 중공 충전재는 연마재 입자의 직경 크기보다 크거나 같거나 작은 직경 크기로 사용될 수 있다. 시판 충전제를 스크리닝하여 균일한 직경 크기를 수득하거나, 여러가지 크기를 혼합하여 사용할 수도 있다. 실리콘 웨이퍼 연삭용으로 바람직한 중공 충전재의 직경은 4 내지 130micrometer일 수 있다. 적합한 재료가 미국 매사추세츠 캔톤에 소재하는 에머슨 커밍 컴포지트 머티리얼, 인코포레이티드(Emerson Cuming Composite Materials, Inc.)에 의해 시판되고 있다[에코스피어(Eccosphere)TMSID-311Z-S2 실리카 구체, 구체의 평균 직경 44μ].
연마 입자 및 중공 충전재는 수지 결합제를 사용하여 함께 결합시킨다. 연마 도구 제조에 도움을 주거나 연삭 작업을 개선시키기 위해, 당해 기술분야에 공지되어 있는 각종 분말상 충전재를 소량으로 수지 결합재에 가할 수 있다. 이러한 연마 도구에 사용되는 바람직한 수지에는 페놀계 수지, 알키드 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 시아네이트 에스테르 수지 및 이들의 혼합물이 포함된다. 적합한 수지에는 듀레츠(Durez)TM33-344 페놀계 분말상 수지(제조원; 미국 뉴욕 노쓰 토나원더에 소재하는 Occidental Chemical Corp.), 바쿰(Varcum)TM29345 유동성 부족(short flow) 페놀계 수지 분말(제조원; Occidental Chemical Corp.)이 포함된다.
중공 충전재를 높은 용적%(예를 들면, 55 내지 70용적% 구체)로 함유하는 연마 도구에 바람직한 수지는 구체의 표면에 다이아몬드 연마재를 접착시킬 수 있도록 실리카 구체의 표면 전반에 걸쳐 용이하게 분산될 수 있고 실리카와 연마재의 표면을 습윤시킬 수 있는 능력을 갖는 수지이다. 이러한 특성은 수지를 매우 낮은 용적%, 예를 들면, 5 내지 10용적%로 함유하는 휠에서 특히 중요하다.
연마 도구는, 연마 림에 대한 용적%로서, 연마 입자를 2 내지 15용적%, 바람직하게는 4 내지 11용적% 포함한다. 연마 도구는 5 내지 20용적%, 바람직하게는 6 내지 10용적%의 수지 결합제와 40 내지 75용적%, 바람직하게는 50 내지 65용적%의 중공 충전재를 포함하고, 잔량은 수지 결합된 매트릭스인데, 당해 매트릭스는 성형 및 경화 후에 생성되는 잔류 기공(즉, 12 내지 13용적%의 기공)을 포함한다. 수지 결합제에 대한 다이아몬드 입자의 비는 1.5:1.0 내지 0.3:1.0, 바람직하게는 1.2:1.0 내지 0.6:1.0일 수 있다.
본 발명의 연마 도구의 연마 림은 연마 입자, 중공 충전재 및 수지 결합제를 균일하게 혼합하여 이들 혼합물을 성형하고 경화시킴으로써 제조된다. 연마 림은 물 또는 벤즈알데히드와 같은 용매의 존재 또는 부재하에서 습윤제, 예를 들면, 액상 레졸 수지를 임의로 첨가하여 상기 성분들을 건식 블렌딩시켜 연마 혼합물을 형성하고, 이들 혼합물을 선택된 금형 속에서 열간압축시킨 다음, 성형된 연마 림을 가열하여 수지를 경화시켜 연마재 연삭용으로 효과적인 연마 림을 제작함으로써 제조할 수도 있다. 금형은 스테인레스 강철 또는 탄소 함량이 높거나 크롬 함량이 높은 강철로 제작된 것이 바람직하다. 중공 충전재를 50 내지 75용적% 포함하는 휠의 경우, 성형 및 경화 동안 중공 충전재가 파쇄되지 않도록 주의해야 한다.
연마 림은 수지 결합제를 가교결합 및 경화시키기에 충분한 시간 동안 약 150 내지 190℃의 최대 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 그외의 유사한 경화 사이클을 사용할 수도 있다. 이어서, 경화된 연마 도구를 금형으로부터 스트리핑시켜 공기 냉각시킨다. 연마 림(또는 버턴 또는 세그먼트)을 기재에 부착시켜 최종연마 도구를 조립한다. 완성된 연마 도구에 피니싱 단계 또는 면치기 단계 및 밸런스를 맞추기 위한 트루잉 작업을 수행할 수 있다.
수지와 충전제의 선택 및 경화 조건에 의해, 수지 결합제가 비교적 깨지거나 부서지기 쉬워지고, 보다 신속하게 파단되거나 깎여질 수 있으며, 연마 도구가 연삭 부스러기로 메워지는 눈메움(loading)이 발생하는 경향이 줄어들게 될 것이다. 세라믹 또는 반도체 웨이퍼 피니싱용 시판 연마 도구는 축적된 연마 부스러기를 연삭면으로부터 수거하기 위해 드레싱 도구를 사용하여 종종 드레싱시킬 필요가 있다. 본 발명의 휠과 같은 미세연마 입자 휠에서, 드레싱 작업은 종종 연삭 작업에서보다 더 빨리 휠을 마모시킨다. 본 발명의 수지 결합된 도구를 사용할 경우 드레싱 작업이 보다 덜 빈번하게 필요하기 때문에, 도구가 더 천천히 소모되므로, 다이아몬드 함량이 더 높고 더 강하고 덜 부서지는 결합제를 포함하는 과거에 사용되던 수지 결합된 도구보다 수명이 더 길다. 본 발명의 가장 바람직한 연마 도구는 도구 수명과 연삭 동안의 결합제의 취성 또는 연삭 동안 결합제가 파쇄되는 경향 간의 최적의 밸런스를 제공하는 경화된 결합 특성을 갖는다.
보다 높은 용적%(즉, 55 내지 70용적%)의 중공 충전재를 사용하여 제조한 연마 도구는 세라믹 또는 반도체 웨이퍼의 표면 연삭 및 연마 작업 동안 자기-드레싱된다. 연마 도구 속으로 이송되는 거친 세라믹 또는 반도체 웨이퍼가 드레싱 도구 방식으로 작동하여 연삭 도구 표면을 개방시켜 표면에 눈메움된 연삭 부스러기를 배출시키는 것으로 생각된다. 따라서, 통상의 상업적인 공정에서는, 각각의 새로운 가공물이 초기에는 연마 도구를 드레싱하는 거친 표면을 갖지만, 이후 연삭이진행됨에 따라 연삭 부스러기가 연마 도구에 눈메움되기 시작하여 연마 도구가 가공물 표면을 연마하기 시작하면서 전력 소모가 증가하기 시작한다. 본 발명의 도구를 사용할 경우, 이러한 사이클이 연삭기의 전력 허용량 내에서 가공물의 번(burn)을 야기시키지 않으면서 일어난다. 1개의 가공물에서 사이클이 완료되면, 다음 가공물의 새로운 거친 표면이 연마 도구의 표면을 드레싱하면서 사이클이 반복된다. 이와 같이 드레싱 작업 없이도 세라믹 또는 반도체 웨이퍼의 표면을 연삭시키는 본 발명의 연마 도구의 성능은 세라믹 또는 반도체 웨이퍼 제조에 있어서 상당한 이익을 제공한다.
중공 충전재의 함량이 낮은 경우(즉, 55용적% 미만), 세라믹 웨이퍼가 보다 미세하게 표면 피니시되도록 연삭되어 감에 따라 본 발명의 연마 도구는 드레싱 작업을 필요로 하게 되는데, 이는 웨이퍼가 연마 도구의 표면을 눈메움시키는 경향이 있어 전력 소모가 증가하기 때문이다.
본 발명의 연마 도구는 옥사이드, 카바이드, 실리사이드, 예를 들면, 질화규소, 산질화규소, 안정화된 지르코니아, 산화알루미늄(예를 들면, 사파이어), 탄화붕소, 질화붕소, 붕화티탄 및 질화알루미늄을 포함하지만 이에 국한되지 않는 세라믹 재료 및 이들 세라믹의 복합재 뿐만 아니라 특정한 금속 매트릭스 복합재, 예를 들면, 시멘트화된 카바이드, 다결정 다이아몬드 및 다결정 입방정 질화붕소를 연삭시키는 데 바람직하다. 단결정 세라믹이든 다결정 세라믹이든간에 이러한 개선된 연마 도구를 사용하여 연삭시킬 수 있다.
본 발명의 연마 도구를 사용하여 개선되는 세라믹 및 반도체 부품 중에는 실리콘 웨이퍼, 자기 헤드 및 기판을 포함하는 전자 부품이 있지만, 이에 국한되지는 않는다.
본 발명의 연마 도구는 금속 또는 그외의 경질 재료로부터 제조된 부품을 연마 또는 피니시 연삭시키는 데 사용할 수 있다.
달리 언급하지 않는 한, 다음 실시예의 모든 부 및 %는 중량부 및 중량%이다. 실시예는 단지 본 발명을 예시하는 것이며 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
본 발명의 연마 휠을, 아래에 기재된 재료와 공정을 사용하여 11×1.125×9.002inch(27.9×2.86×22.9cm) 크기의 수지 결합된 다이아몬드 휠 형태로 제조한다.
연마 림을 제조하기 위해, 알키드 수지 분말[벤딕스(Bendix) 1358 수지, 제조원; AlliedSignal Automotive Braking Systems Corp.) 4.17중량%와 유동성 부족 페놀계 수지 분말(버쿰 29345 수지, 제조원; Occidental Chemical Corp.) 11.71중량%의 블렌드를 제조한다. 실리카 구체(에코스피어 SID-311Z-S2 실리카, 평균 직경 44μ, 제조원; Emerson Cuming Composite Materials, Inc.) 33.14중량%와 다이아몬드 입자(D3/6μ, 암플렉스 lot #5-683, 제조원; Saint-Gobain Industrial Ceramics) 50.98중량%로 형성된 중공 충전재를 상기의 수지 분말 블렌드와 혼합한다. 균일한 블렌드가 수득되면, 기재 상에 성형하여 연마 휠의 연마 림 부분을 형성하기 위한 준비로서, 이를 US# 170 체 스크린을 통해 스크리닝한다.
연마 림용 기재는 타입 2A2T 초연마재 연삭 휠을 제조하기 위해 고안된 알루미늄 링[외경 11.067inch(28.11cm)]이다. 링의 바닥에는 세라믹 웨이퍼를 피니싱하는 데 사용되는 표면 연삭기에 연마 휠을 부착하기 위한 볼트 홀이 있다.
연마 림을 성형하기 위한 준비로서, 알루미늄 링의 연마재-함유 표면을 샌드-블라스트한 다음 용액형 페놀계 접착제로 피복시켜 연마재와 결합제의 블렌드를 링에 부착시킨다. 알루미늄 링이 금형의 기저판으로 되도록 제작한 강철 금형에 알루미늄 링을 위치시킨다. 연마재 블렌드를 실온에서 금형 속에 그리고 알루미늄 링의 접착제 피복된 표면 상에 넣고, 측면 및 상부 성형 부재를 강철 금형에 위치시켜 조립체를 예열된 스팀 프레스(162 내지 167℃)에 넣는다. 초기 가열 단계 동안에는 연마 림에 어떠한 압력도 가하지 않는다. 온도가 75℃에 도달하면, 초기 압력을 가한다. 목표 밀도(예를 들면, 0.7485g/㎤)에 도달하도록 압력을 20ton(18,144kg)으로 증가시키고, 금형 온도를 160℃로 올려 160℃에서 10분 동안 침지시킨다. 이어서, 뜨거울 때 휠을 금형으로부터 스트리핑시킨다.
알루미늄 기재 및 연마 림의 내경과 외경을 최종 휠 크기로 되도록 가공한다. 총 36개의 가늘고 긴 홈[slot: 각각의 폭 약 0.159cm(1/16inch)]이 림의 표면 속에 새겨져 있는 슬롯이 있는 연마 림이 제조된다.
본 발명의 휠과 그외의 휠 및 시판되는 비교용 휠의 구성 성분의 용적%가 표 1에 기재되어 있다.
실시예 2
본 발명의 연마 휠은, 휠 2-A에 대해 아래에 기재된 재료와 공정을 사용하여 11×1.125×9.002inch(27.9×2.86×22.9cm) 크기의 수지 결합된 다이아몬드 휠 형태로 제조한다.
연마 림을 제조하기 위해, 페놀계 수지 분말[듀레츠 33-344 수지, 제조원; Occidental Chemical Corp.) 16.59중량%와 실리카 구체(에코스피어 SID-311Z-S2 실리카 구체, 평균 직경 44μ, 제조원; Emerson Cuming Composite Materials, Inc.) 53.34중량% 및 다이아몬드 입자(D3/6μ, 암플렉스 lot #5-683, 제조원; Saint-Gobain Industrial Ceramics) 30.07중량%를 함께 혼합한다. 균일한 블렌드가 수득되면, 기재 상에 성형하여 연마 휠의 연마 림 부분을 형성하기 위한 준비로서, 이를 US# 170 체 스크린을 통해 스크리닝한다.
실시예 1의 알루미늄 링 기재 성분 및 성형 공정과 경화 공정을 사용하여 상기 연마재 블렌드를 사용한 연마 휠을 제조한다. 이러한 휠의 또다른 버젼으로서, 휠 2-A의 다이아몬드 및 결합제 함량을 보다 높게 대체하여 휠 2-B를 제조하고, 휠 2-A의 실리카 구체 함량을 보다 높게 대체하여 휠 2-C를 제조한다. 이들 휠의 구성 성분의 용적%가 아래 표 1에 기재되어 있다.
휠의 조성(용적%)
휠 샘플 실시예 1 실시예 2-A 실시예 2-B 실시예 2-C 시판되는 휠(b)
결합제-수지 A 6.9 6.1 22.2(a) 6.1 29.5(c)
결합제-수지 B 2.3 0 0 0 -
다이아몬드연마 입자 11.0 4.0 14.5 4.0 19.4
SiO2구체 63.4 63.4 50.4 71.0 0(d)
천연 기공률 16.4 26.5 12.9 19.9 27.8
다이아몬드:수지비율 1.2:1.0 0.66:1.0 0.65:1.0 0.66:1.0 0.66:1.0
(a) 당해 결합제에 사용되는 페놀계 수지는 아연 촉매된 레졸 수지이다.(b) 휠 조성은 미국 일리노이 엘름허스트에 소재하는 Fujimi, Inc.의 시판품에 대한 분석으로부터 구한 것이다.(c) 분석은 페놀계 수지를 나타낸다.(d) 당해 휠에 사용되는 충전제는 결정성 석영 입자를 포함한다. 충전제는 중공이 아니다. 충전제 입자와 연마 입자의 직경은 거의 동일하다(각각 약 3micron).
실시예 3
실시예 1에 따라 제조한 연마 휠(슬롯 림을 갖는 2개의 휠)과 실시예 2에 따라 제조한 연마 휠(슬롯이 있는 림을 갖는 2개의 휠 2-A 및 슬롯이 없는 림을 갖는 1개의 휠 2-A)을 27.9×2.9×22.9cm(11×1.125×9inch) 크기로 마무리 손질하여, 실리콘 웨이퍼 배면연마 가공에서 시판품인 수지 결합된 다이아몬드 휠(FPW-AF-4/6-279ST-RT 3.5H 휠, 제조원; Fujimi, Inc.)과 비교한다.
연삭 시험 조건은 다음과 같다:
연삭 시험 조건:
기기 : Strasbaugh 7AF 모델
휠 규격 : 타입 2A2TS; 27.9×2.9×22.9cm(11×1.125×9inch)
정밀 연삭 공정:
휠 규격 : 표 1 참조
휠 속도 : 4,350rpm
냉각제 : 탈염수
냉각제 유량 : 3 내지 5gallon/분(11.4 내지 18.9ℓ/분)
재료 제거량 : 단계 1; 10μ, 단계 2; 5μ, 단계 3; 5μ, 리프트; 2μ
이송 속도 : 단계 1; 1μ/s, 단계 2; 0.7μ/s, 단계 3; 0.5μ/s, 리프트; 0.5μ/s
드웰 : 100rev(리프트 전)
가공 재료 : 실리콘 웨이퍼, N형 100 오리엔테이션, (표면 직경 15.2cm(6inch), 가장자리가 편평함); 표면 피니시 Ra 약 4,000Å
가공 속도 : 699rpm, 일정
거친 연삭 공정:
휠 속도 : 3,400rpm
냉각제 : 탈염수
냉각제 유량 : 3 내지 5gallom/분(11.4 내지 18.9ℓ/분)
재료 제거량 : 단계 1; 10μ, 단계 2; 5μ, 단계 3; 5μ, 리프트; 10μ
이송 속도 : 단계 1; 3μ/s, 단계 2; 2μ/s, 단계 3; 1μ/s, 리프트; 5μ/s
드웰 : 50rev(리프트 전)
가공 재료 : 실리콘 웨이퍼, N형 100 오리엔테이션, (표면 직경 15.2cm(6inch), 가장자리가 편평함)
가공 속도 : 590rpm, 일정
연마 도구가 트루잉 및 드레싱을 필요로 할 경우, 당해 실험에 적용되는 트루잉 및 드레싱 조건은 다음과 같다:
트루잉 작업 :
디스크 : 38A240-HVS(제조원; Norton company)
디스크 크기 : 직경 15.2cm(6inch)
휠 속도 : 1200rpm
재료 제거량: 단계 1; 150μ, 단계 2; 10μ, 리프트; 20μ
이송 속도 : 단계 1; 1.5μ/s, 단계 2; 0.2μ/s, 리프트; 2μ/s
드웰 : 25rev(리프트 전)
트루잉 디스크의 드레스 : 손잡이가 달린 스틱(38A150-HVBE 스틱, 제조원; Norton company)
시험을 실리콘 웨이퍼 상의 수직 스핀들 플런지 연삭 모드로 수행하여 안정한 상태의 연삭 조건에 도달한 후에 휠 성능을 측정한다. 초기 표면 피니시가 약 4,000Å이고 직경 크기가 15.2cm(6inch)인 최소 200개의 웨이퍼를 각 휠에서 연삭시켜 정밀 연삭 성능을 측정하기 위한 안정한 작업 상태에 도달하게 한다. 각 휠을 사용하여 상기한 정밀 연삭 단계에서 웨이퍼로부터 총 20μ의 재료를 제거한다.
표 2에는 상이한 3가지 유형의 휠에 대한 최대 연삭력, 휠 마모율(25개의 웨이퍼를 연삭시킨 후 측정한 평균치), 연삭된 웨이퍼의 수, G 비율 및 웨이퍼 번에 의해 나타내어지는 휠의 성능이 기재되어 있으며, 각각의 파라미터는 안정한 상태의 연삭 조건에 도달한 후 기록하거나 측정한다. 실리콘 웨이퍼 배면연삭시, 휠의 연삭면이 웨이퍼 표면으로부터 제거되는 연삭 부스러기로 눈메움될 경우, 휠이 무디어지고 연삭에 필요한 힘이 커지며 휠이 웨이퍼를 버닝(burning)시키기 시작할 수 있다. 웨이퍼 손상을 방지하기 위해, 공정에 의해 사용되는 힘이 소정의 최대치(즉, 244N(55lbs))를 초과할 경우, 본 실험에서 사용되는 Strasbaugh 연삭기는 자동으로 연삭 공정을 정지한다. 모든 휠에서, 인가되는 전력(즉, 최대 모터 전류, 단위 amp)이 모든 연삭된 웨이퍼에 대한 Strasbaugh 기기 제한치 내에 든다.
웨이퍼 표면 피니시는 ZygoTM백색광 간섭계(NewView 100 Id 0 SN 6046 SB 0 Model; 설정: Min Mod % = 5, 최소 면적 크기 = 20, Phase Res. = 높음, 스캔 길이 = 10μ 쌍극성(9초) 및 FDA Res = 높음)를 사용하여 측정한다.
샘플 힘N(lbs) 휠 마모율(μ/웨이퍼) 웨이퍼의 수 G 비율 표면 피니시(a)RaÅ 웨이퍼 번
실시예 1슬롯 있음실시예 1슬롯 있음실시예 2-A슬롯 있음실시예 2-A슬롯 있음실시예 2-A슬롯 없음시판되는 휠 24-3125-3317-2625-3324-3024-30 --(b)0.490.470.380.400.60 75200200200300200 --292306380334261 --57.7----69.277.1 없음없음없음없음없음없음
(a) 표면 피니시 수치는 웨이퍼 1개당 9번의 측정치의 평균치 및 각 시험당 8개의 웨이퍼의 평균치이다. 실시예 1의 휠 표면 피니시는 실시예 1의 제형 및 공정에 따라 제조된 상이한 휠에 대해 동일한 연삭 조건하에서 사전 연삭 시험하여 측정한 것이다.(b) 정확한 휠 마모율을 측정하기 위해, 몇개의 웨이퍼를 당해 휠로 연삭시킨다.
이들 데이타는 본 발명의 휠이 시판 휠보다 우수하게 작동함을 보여준다. 본 발명의 휠은 최대 연삭력은 시판 휠과 거의 동일하나, 휠 마모도, G 비율 및 정밀 연삭 작업 동안 웨이퍼 상에 경면 피니시가 수득된다는 점에서 시판 휠보다 우수하다.
실시예 2의 버젼 2-B 휠을 사용하여 동일한 연삭 조건하에서 수행한 정밀 연삭 시험에서, 허용가능한 휠 마모율, G 비율 및 실리콘 웨이퍼 상의 50 내지 70Å의 표면 피니시가 수득됨이 입증되었다. 당해 버젼 2-B 휠은 실리카 구체의 함량은 낮고 결합제와 디아몬드 입자의 함량은 높기 때문에, 버젼 2-B 휠은 자체 드레싱되지 않고, 휠 2-A, 휠 2-C 및 실시예 1의 휠보다 더 빨리 무디어진다. 동일한 정밀 연삭 조건하에서의 또다른 시험에서는, 휠 2-A보다 실리카 구체 함량이 높은 휠 2-C(71용적% 대 63.4용적%)이 휠 2-A에 견줄만한 성능을 나타냄이 입증되었다.
이러한 데이타는 실리카 구체의 함량이 높은 실시예 1, 2-A 및 2-C의 휠은 무디어지지 않음을, 즉 이들 휠은 자기예각성(self-sharpening) 또는 자기 드레싱성(self-dressing)이 있음을 보여주는 것이다. 휠 중의 실리카 구체가 파쇄되면 휠 면이 개방된 상태로 유지되며 휠 중의 실리카 구체의 비율이 높으면 웨이퍼로부터의 연삭 부스러기를 멀리 이동시킴으로써 휠 면의 눈메움을 방지하는 것으로 생각된다. 또한, 거친 표면(즉, Ra 약 4,000Å)을 갖는 웨이퍼를 연삭시키는 동안 이루어지는 작업으로부터, 이송되는 웨이퍼 가공물의 거친 표면이 실시예 1, 2-A 및 2-C 휠의 면을 효과적으로 드레싱하여 별도의 드레싱 작업이 필요없게 되는 것으로 생각된다.
실시예 2-A 휠이 전반적으로 최상의 연삭 성능을 갖는 휠로 정의되기는 하였지만, 본 발명의 모든 휠이 만족스럽다. 다이아몬드 입자를 상당히 덜 함유하는(즉, 4 내지 14용적%) 본 발명의 도구의 성능은 세라믹 또는 반도체 웨이퍼의 배면연삭에 통상적으로 사용되는 보다 많은 다이아몬드 입자를 함유하는(예를 들면, 다이아몬드 입자를 약 19용적% 함유하는) 시판 휠의 성능과 비교하여 예상외로 높다.
실시예 4
본 발명의 휠(휠 2-A)의 후속적인 연삭 시험에서, 앞서 실시예 3에서 사용된 것과 동일한 작업 조건하에, 실리콘 웨이퍼로부터 약 20μ의 재료를 제거하고, 허용가능한 수준의 전력(즉, 웨이퍼 번이 없고, Strasbaugh 기기 전력 제한치 내인 전력)을 사용하면서 50 내지 70Å의 표면 피니시가 생성된다.
비교용 휠은, 비교용 휠이 수지 10.1용적%와 실리카 구체 71.3용적%를 함유하는(즉, 연마 입자는 함유하지 않음) 것을 제외하고는, 휠 2-A에 대해 실시예 2에 기재된 바와 같이 제조한다. 연마 림에 다이아몬드 연마 입자를 함유하지 않는 이러한 휠은 연마기가 최고 244N(55lbs)의 힘에 도달한 후에도 실리카 웨이퍼의 표면으로부터 단지 무시해도 좋을 정도의 재료만을 제거한다. 이러한 비교용 휠은, 어떠한 웨이퍼 번의 전조도 나타내지 않으면서, 거친 표면 실리콘 웨이퍼(Ra 약 4,000Å)의 표면 피니시를 약 188Å의 표면 피니시로 향상시킨다. 그러나, 연마재가 함유되어 있지 않은 비교용 휠은 허용가능한 정밀 연삭 성능(재료의 제거율, 휠 마모율 및 G 비율)을 제공하지 못하며, 이의 표면 연마 성능은 시판 연마 도구 및 본 발명의 도구에 비해 상당히 열등하다.
따라서, 본 발명의 연마 도구에 대해 관찰된 바와 같은 성능(세라믹 가공물의 표면 손상없이 표면 연마 및 재료 제거)은 연마 입자를 함유하지 않고 단지 실리카 구체만을 함유하는 도구에서는 관찰되지 않는다.

Claims (17)

  1. 최대 입도가 120micron인 연마 입자를 2 내지 15용적% 함유하는 연마 림(abrasive rim)과 기재(backing)를 포함하는 연마 도구로서, 연마 림이 수지 결합제와 40용적% 이상의 중공 충전재를 포함하고, 연마 입자와 수지 결합제가 연마 입자 대 수지 결합제 1.5:1.0 내지 0.3:1.0의 비율로 연마 림에 존재하는 연마 도구.
  2. 제1항에 있어서, 중공 충전재가 실리카 구체, 물라이트 구체, 버블 알루미나, 유리 구체 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 연마 도구.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 연마 입자가 다이아몬드, 입방정 질화붕소 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 최대 입도 60micron의 초연마 입자인 연마 도구.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 연마 림이 중공 충전재를 50 내지 75용적% 포함하는 연마 도구.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서, 타입 2A2 휠, 타입 1A1 휠, 내경 휠, 외경 피니싱 휠, 슬롯 피니싱 휠 및 연마 휠로 이루어진 연마용 연삭 휠 그룹으로부터 선택되는 연마 도구.
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