KR101099886B1 - 제어된 침투성 서브패드 - Google Patents

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프랙스에어 에스.티. 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

다공성 서브패드(3) 내에 실질적으로 균일한 침투 깊이를 가진 이음새없는 연마 층(14)을 포함한 이음새없는 연마 패드가 제공된다. 하나의 구현양태에서, 연마 패드는 서브패드에 경화가능한 유체를 적용함으로써 제조된 연마 층을 포함한다. 다른 구현양태에서, 경화가능한 유체로 코팅하기 전에 서브패드를 배리어로 코팅한다. 각각의 구현양태에서, 연마 층 및(또는) 배리어의 침투 깊이는 실질적으로 균일하다. 또한, 다공성 서브패드 내로 실질적으로 균일한 침투 깊이를 가진 이음새없는 연마 층을 포함하는, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법이 제공된다.
다공성 서브패드, 배리어 층, 연마 층, 이음새없는 연마 패드.

Description

제어된 침투성 서브패드 {CONTROLLED PENETRATION SUBPAD}
본 발명은, 다공성 서브패드 내에 실질적으로 균일한 깊이로 침투된, 이음새없는 연마 층을 포함한 이음새없는 연마 패드에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼는, 마이크로전자 반도체 부품이 제조되어지는 전구체로서 제조된다. 웨이퍼는 그의 주 표면에 평행한 원통형 실리콘 결정으로부터 절단되어, 전형적으로 20 내지 30cm 직경의 얇은 디스크를 생성한다. 얻어지는 웨이퍼는, 집적 칩 반도체 장치를 형성하기 위한 전자 부품을 적절히 형성하기 위해 편평한 표면을 제공하도록 연마되어야 한다. 전형적으로, 20cm 직경 웨이퍼가 100개 이상의 마이크로프로세서 칩을 제조할 것이다.
예를들어 실리콘 표면 상에 특징부를 다양한 순서로 침착, 패턴화 및 에칭함으로써 적용된 층의 수가 증가하는 반면, 이러한 집적 칩의 설계된 크기는 꾸준히 감소되고 있다. 현재의 반도체들은 전형적으로 7 또는 8개까지의 금속 층을 함유하며, 미래의 디자인은 심지어 더 많은 층들을 함유할 것으로 기대된다. 고르지 못한 표면은 패턴화 공정 및 얻어지는 회로의 전반적인 집적도를 손상시킬 수도 있기 때문에, 회로의 크기가 감소하고 적용된 층 수가 증가하는 것은, 칩 제조 공정에 걸쳐 실리콘 및 반도체 웨이퍼의 평활성 및 평면성에 대한 요건을 더욱 더 엄격 하게 만든다.
현재 사용되고 있는 표준 웨이퍼 연마 기술은, 보통 디스크 형태이고 큰 턴테이블 상에 장착된, 회전 연마 패드 위에 웨이퍼를 위치시키는 것이다. 화학적-기계적 연마(CMP) 슬러리를 보통 패드의 표면에 적용하고, 회전 패드 및 슬러리에 의해 연마되는 동안 웨이퍼를 오버헤드 웨이퍼 캐리어에 의해 적소에 고정시킨다. 이것은 렌즈, 거울 및 기타 광학 부품을 연마하기 위해 사용되는 광학 연마 기술의 응용이다.
현저하게 상이한 접근법은 이른바 선형 평면화 기술(LPT)이고, 여기에서 연마 패드를 지지 벨트 위에 장착한다. EP-A-0696495호에 기재된 이러한 패드 및 벨트 조합은, 시트 강철의 하부 벨트 또는 기타 고 강도 재료에 교착된 통상적인 편평한 폴리우레탄 연마 패드를 포함한다.
이러한 선행 기술 연마 패드의 단점은, 이들이 종종 이음새를 함유한다는 것이다. 연마 패드는 종종 이러한 이음새에서 박리된다. 또한, 이음새는 연마된 물품의 표면을 손상시킬 수 있고, 물품을 고도의 평면성으로 연마하는 패드의 능력을 제한할 수 있다. 2 이상의 더욱 작은 패드로부터 제조된 큰 패드는 더 작은 패드의 접합부에서 하나 이상의 이음새를 가질 것이다. 예를들어 미국 특허 6,179,950호 (Zhang 등) 참조. 또한, 벨트를 생성하기 위하여 신장된 패드의 말단이 연결될 때는 언제나, 벨트가 그 접합부에서 이음새를 함유한다. 예를들어, WO 01/83167호 (Eppert 등) 참조.
이음새 문제를 해결하기 위한 한가지 방법은, 원하는 크기 및 형태로 연마 층을 직접 생성하는 것이다. 이것은 예를들어 원하는 치수를 가진 연속적이고 이음새없는 연마 층을 주조함으로써 달성될 수 있다. 예를들어 WO 99/06182호 (Dudovicz 등) 참조.
회전 디스크 또는 순환 벨트 기술을 사용한 웨이퍼 연마는 전형적으로 딱딱한 지지체 상에 경질 연마 층을 적층시키는 것과 연관된다. 예를들어, 회전 연마 디스크 아래의 플래튼은 전형적으로 강철을 포함하고, 순환 연마 벨트는 전형적으로 스테인레스 강철 지지 벨트를 포함한다. 이러한 이유로, 연마 층 아래에서, 연마 패드 내에 비교적 연질의 압축가능한 서브패드를 혼입하는 것이 종종 바람직하다. 예를들어, 미국 특허 5,403,228호 (Pasch) 참조. 사용시에, 압축가능한 서브패드가 연마 층과 강철 플래튼 또는 벨트 지지체 사이에 삽입되고, 이것은 경질 연마 층이 웨이퍼 표면에 더욱 잘 정합될 수 있도록 한다.
이음새가 문제가 될 수 있는 선행 기술의 구축 방법에 따르면, 예를들어 양면 테이프를 사용하여 연마 층을 압축가능한 서브패드에 부착하고, 동일한 방식으로 적층된 패드를 강철 플래튼 또는 스테인레스 강철 벨트에 부착시킨다. 본 발명자들은, 경화가능한 유체로 코팅함으로써 압축가능한 서브패드 위에서 이음새없는 연마 층이 직접 생성될 때 경화가능한 유체가 다공성 서브패드 내로 일반적으로 침투된다는 것을 알아내었다. 이것은, 공기가 서브패드로부터 경화가능한 유체 내로 옮겨지도록 하고, 이것이 경화된 연마 층 내에서 공극을 발생시킬 수 있다. 또한, 유체는 종종 서브패드 전체에 걸쳐 상이한 위치에서, 그리고 서브패드로부터 서브패드로 상이한 깊이로 침투된다. 그 결과, 이러한 패드에서 만들어진 경화된 연마 층은 두께가 다양하고, 경화된 연마 층 아래의 서브패드의 침투되지 않은 부위의 두께도 마찬가지이다. 연마 층 공극 및 경화된 연마 층과 그 아래의 서브패드 재료의 두께 가변성은, 연마 패드의 압축성에서 그에 상응하는 가변성을 일으킨다. 이음새 문제와 연관되어 앞서 언급된 바와 같이, 연마 패드의 성질이 균일하지 않을 때, 연마된 물건이 실리콘 웨이퍼이든, 광학 부품이든 또는 기타 물품이든 간에, 연마된 물건에 균일한 수준의 평활성 및 평면성을 부여하는 패드의 능력을 제한할 수 있다.
그 결과, 다공성 서브패드 내로 실질적으로 균일한 깊이로 침투된 이음새없는 연마 층을 포함하는 연마 패드, 및 경화가능한 유체로부터 이음새없고 다공성의 서브패드-함유 연마 패드를 제조하는 방법이 요구되고 있다.
발명의 간단한 요약
본 발명은, 다공성 서브패드 내로 경화가능한 유체의 불균일 침투 문제를 해결하는, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 다공성 서브패드 내로 실질적으로 균일한 깊이로 침투된 연마 층을 포함하는 이음새없는 연마 패드를 제공한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 비교적 경질의 연마 층 아래에 비교적 연질의 압축가능한 서브패드를 포함하는, 이음새없는 연마 패드에 관한 것이다. 연마 패드는 경화가능한 유체로 서브패드를 코팅함으로써 만들어지는 이음새없는 연마 층을 포함하고, 여기에서 코팅에 앞서서 서브패드는 개방 부위를 포함한다 (즉, 서브패드는 다공성이다). 본 발명에 따르면, 서브패드의 개방 부위는 경화가능한 유체 에 의해 충진되지 않거나, 또는 서브패드에 걸쳐 실질적으로 균일한 깊이로 충진된다. 그 결과, 본 발명은 이음새없는 연마 층이 위쪽에 코팅된 다공성 서브패드를 포함하는 이음새없는 연마 패드를 제공하며, 여기에서 서브패드 내로 연마 층의 침투 깊이는 실질적으로 균일하다. 또한, 연마 패드는 종종 실질적으로 균일하게 압축될 수 있다.
실질적으로 균일한 침투 깊이는, 경화가능한 유체로 서브패드(및 배리어)를 코팅하기 전에 서브패드에 배리어를 적용함으로써 달성될 수 있다. 바람직하게는, 배리어는 하기 성질을 갖는다: (a) 이것은 서브패드 및 연마 층 양쪽 모두에 잘 접착된다, (b) 이것은 경화가능한 유체가 서브패드 내로 침투하는 것을 실질적으로 막는다, (c) 이것은 서브패드의 압축성을 실질적으로 변경시키지 않는다.
본 발명의 방법에 따르면, 다공성 서브패드 내로 실질적으로 균일한 깊이로 침투된 연마 층을 포함하는 이음새없는 연마 패드는, (a) 다공성 서브패드를 제공하고, (b) 배리어를 서브패드에 적용하고, (c) 경화가능한 유체로 배리어-코팅된 서브패드를 코팅하여, 이음새없는 연마 층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 단계(b)를 생략하는 것 이외에는 동일한 방법에 따라 동일한 재료로 형성된 연마 패드 (즉, 배리어를 포함하지 않는 연마 패드)에 비하여, 본 발명의 방법에 따라 제조된 연마 패드는, 다공성 서브패드 내로의 침투 깊이가 더욱 균일한 연마 층을 포함한다.
단계(b)를 생략하는 것 이외에는 동일한 방법에 따라 동일한 재료로부터 형성된 연마 패드에 비하여, 본 발명의 방법에 따라 제조된 연마 패드는 더욱 균일하 게 압축될 수 있다.
도 1은, 서브패드 내로 연마 층의 불균일한 침투 문제를 예증하는 연마 패드의 단면도이다.
도 1a는 서브패드 내로 연마 층의 불균일한 침투 문제를 예증하는 연마 패드의 다른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 연마 패드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 연마 패드의 다른 구현양태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 연마 패드의 다른 구현양태의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 연마 패드의 다른 구현양태의 단면도이다.
도 5는 연마 벨트의 박리 저항성을 시험하기 위해 사용될 수 있는 벨트 롤러 장치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 연마 패드의 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 현미경사진을 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 연마 패드의 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 현미경사진을 나타낸다.
도 1 및 도 1a는, 다공성 서브패드(3) 및 연마 층(4)를 포함한 연마 패드의 단면을 나타내고, 여기에서 연마 층(4)이 불균일한 깊이로 서브패드 내에 침투되어 있다. 연마 패드를 기판(1) 위에 장착한다. 도 1에서, 침투 깊이는 패드 전체에 걸쳐 일정치않다. 도 1a에서, 침투 깊이는 패드의 오른쪽에서 더욱 크고 왼쪽으로 갈수록 낮아진다. 양쪽 경우에서, 연마 패드의 성질은 침투 깊이를 기초로 하여 변하고, 전체에 걸쳐 원하는 성질을 가진 이음새없는 연마 패드를 정밀하고 정확하게 제조하는 것이 곤란하다.
본 발명은 이러한 문제를 해결한다. 이음새없는 연마 패드의 구현양태를 도 2에 단면으로 나타낸다. 이 시점에서, 여기에서 사용된 용어 "이음새없는 연마 패드"는 이음새없는 연마 디스크 및 이음새없는 연마 벨트를 모두 가리킨다는 것을 주목해야 한다. 또한, 용어 "연마 디스크"는, 패드의 형태와는 무관하게, 회전 플래튼 위에서 사용되는 연마 패드를 일반적으로 가리킨다. 다시 말해서, 회전 플래튼 상에서 사용되는 대부분의 연마 패드가 사실상 디스크 형태이라 할지라도, 여기에서 사용된 용어 "연마 디스크"는 그러한 형태의 연마 패드만으로 한정되지 않는다. 또한, 연마 벨트가 그의 길이 방향에서 연속적인 루프인 반면, 연마 디스크는 별개의 둘레 경계를 갖는다 하더라도, 벨트 및 디스크는 단면이 동일하게 보인다는 것을 주목해야 한다. 그 결과, 여기에서 "연마 패드"를 나타내는 도면들은, 본 발명의 연마 벨트 및 연마 디스크 구현양태를 양쪽 모두 정확하게 도시하고 있다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 이음새없는 연마 패드의 요소들은 다공성 서브패드(3) 및 이음새없는 연마 층(4)이고, 여기에서 경화가능한 유체를 서브패드(3)의 표면에 적용함으로써 연마 층(4)이 형성된다. 연마 층(4)은 실질적으로 균일한 거리로 서브패드(3) 내에 침투된다. 또한, 이음새없는 연마 패드의 2개의 임의 요소인 기판(1) 및 접착제(2)를 도 2에 나타낸다. 디스크 구현양태에서, 기판(1)은 회전 플래튼과 같은 지지체 재료이지만, 벨트 구현양태에서는 기판(1)이 스테인레스 강철과 같은 딱딱한 물질로 이루어진 벨트이다.
이음새없는 연마 패드의 다른 구현양태를 도 3에 단면으로 나타낸다. 서브패드(3), 연마 층(4) 및 기판(1)은 도 2와 관련하여 설명된 바와 같다. 서브패드(3) 및 연마 층(4)에 추가로, 연마 패드는 추가의 요소 배리어(5)로서 포함되고, 이것은 서브패드(3) 전에 서브패드에 적용되고 경화가능한 유체로 코팅되어 연마 층(4)을 생성한다. 이러한 구현양태에서, 배리어(5) 및 연마 층(4)은 실질적으로 균일한 거리로 서브패드(3) 내에 침투된다.
다시, 각각의 이러한 요소들을 고려하면, 서브패드(3)는 임의의 적절한 압축가능한 재료를 포함할 수 있다. 배리어(5) 및(또는) 연마 층(4)으로 코팅하기에 앞서서, 서브패드(3)는 공극과 같은 개방 부위를 포함하여야 한다. 또한, 서브패드가 실질적으로 균일하게 압축가능한 것이 종종 바람직하다.
서브패드(3)를 위해 적절한 재료가 당 기술분야에 또한 공지되어 있으며, 중합체 발포체 및 섬유를 포함한다. 바람직하게는, 서브패드(3)는 부직 재료, 예컨대 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 플루오로중합체, 면, 모 및 이들의 조합을 포함하는 부직 합성 및 천연 섬유를 포함한다. 일례로서, 서브패드(3)로서 사용하기에 적절한 재료는 토마스 웨스트 인코포레이티드(Thomas West Inc.) (미국 캘리포니아주 서니베일)에 의해 시판되는 817 서브패드 재료이다.
서브패드(3)의 전형적인 치수를, 연마 패드의 다른 요소에 비교하여 상대적인 측면에서 도 2 및 도 3에 나타낸다. 서브패드(3)의 폭은 전형적으로 기판(1)의 폭보다 적거나 이것과 동일하다. 앞서 언급된 바와 같이, 연마 벨트는 길이 방향에서 연속 루프인 반면, 연마 디스크는 별개의 주변 경계를 갖는다. 결국, 연마 디스크 구현양태에서, 서브패드(3)의 길이/직경은 전형적으로 기판(1)의 길이/직경보다 적거나 이와 동일하다. 그러나, 연마 벨트 구현양태에서, 서브패드(3)의 길이가 또한 기판(1)의 길이보다 적을 수도 있긴 하지만, 서브패드(3)의 길이 (그의 내부 원주에 의해 측정됨)는 기판(1)의 길이(그의 외부 원주에 의해 측정됨)와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 배리어(5) 또는 연마 층(4)으로 코팅하기에 앞서서, 임의의 적절한 두께를 사용할 수도 있긴 하지만, 서브패드(3)는 전형적으로 약 0.001 내지 약 0.2, 더욱 종종 약 0.01 내지 약 0.1인치의 두께이다. 서브패드의 하부 및(또는) 상부 표면 위에 접착층을 장착할 때, 서브패드의 두께는 접착 층(들)의 두께를 포함하지 않는다.
배리어(5)는 전형적으로 서브패드(3)에 적용된 후에 증가하는 점도를 가진 재료이다. 그러나, 서브패드(3)에 적용될 때, 하기 성질을 가진 임의의 재료를 배리어(5)로서 사용할 수도 있다: (a) 배리어는 서브패드(3) 및 연마 층(4) 양쪽에 강하게 접착되어야 한다, (b) 배리어는, 연마 층(4)이 그것을 지나 서브패드(3) 내로 침투하는 것을 실질적으로 막아야 한다, (c) 서브패드(3)의 압축성을 실질적으로 변경시키지 말아야 한다.
다른 접착 방식이 가능하긴 하지만, 연마 패드 요소들 사이에서 강한 접착성을 촉진하기 위하여, 배리어(5)가 화학적 접착력 및(또는) 기계적 고정 상호작용을 통하여 서브패드(3) 및 연마 층(4)에 접착할 수 있는 것이 바람직하다. 배리어의 화학적 접착력은 서브패드(3) 및 연마 층(4)의 조성에 의존하여 변할 것이다. 서브패드(3) 및 연마 층(4)의 다양한 성분에 강하게 접착할 수 있는 재료는 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를들어, 서브패드(3)가 폴리에스테르 섬유를 포함하고 연마 층(4)이 폴리우레탄을 포함할 때, 폴리우레탄, 아크릴, 메타크릴, 우레탄, 시아노아크릴레이트, 비닐, 에폭시 또는 스티렌 기재 접착제와 같은 중합체 접착제가 종종 중합체 요소 사이에서 양호한 화학적 접착성을 제공할 것이다. 또한, 열 용해, 접착 시멘트, 혐기성성분 (아크릴), UV 경화제, 에멀젼(백색 아교), 실런트 (실리콘, 아크릴, 우레탄, 부틸 및 폴리술파이드 등), 개질 페놀, 플라스티졸 (개질 PVC 분산액), 고무 접착제 (용액, 라텍스), 폴리비닐 아세테이트 (에멀젼), 특수 접착제 (감압성, 응집성 자체-밀봉제, 일시적인 열 밀봉제, 발포체 ＆ 직물 등), 및 표지화 접착제 (수지 접착제, 라텍스 접착제 등)가 적절하다. 폴리우레탄 및 아크릴 접착제가 바람직하다.
화학적 접착성을 최대화하기 위한 다른 방법은, 연마 층(4)에 화학적으로 결합할 수 있는 배리어(5)를 사용하는 것이다. 예를들어, 연마 층(4)를 생성하게 될 배리어(5) 및 경화가능한 유체 양쪽 모두가 초기에 반응성 분자를 포함한다면, 경화가능한 유체가 완전히 반응하기 전에 배리어(5) 상에 코팅될 경우, 요소 간의 교차 반응이 가능할 것이다.
기계적 고정 상호작용을 최대화하기 위하여, 매끄럽다기 보다는 오히려 조직화된 표면 지형을 가진 서브패드가 사용될 수도 있다. 예를들어, 부직 섬유를 포함하는 서브패드가 사용될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가로, 이러한 조직을 첨 가하기 위하여 서브패드의 표면을 개질시킬 수도 있다 (예를들어, 마포연마, 성형, 엠보싱, 절단, 마찰 등에 의해). 바람직한 구현양태에서, 배리어(5)는, 적용될 때 서브패드(3)의 최하 조직화 부분을 채우기에 충분히 유동성이면서도 서브패드(3)의 조직을 받아들이기에 충분히 점성인 재료를 포함한다. 그러한 성질의 조합은 경화가능한 유체와 같은 재료에서 발견될 수 있고, 이것은 비교적 낮은 점도에서 적용될 수 있지만 적용 후에 빨리 점도를 증가시킨다. 적용 후에 점도를 증가시키는 접착제, 예컨대 휘발성 용매 중에서 적용된 접착제가 배리어(5)로서 적절하게 사용된다. 그의 예는 폴리우레탄 접착제, 예컨대 D2596H 접착제 및 D2597 가교제 (DELA 인코포레이티드 (미국 메사츄세츠주 와드 힐)로부터 입수가능함) 및 아크릴 접착제, 예컨대 켐락(Chemlok)® 213 (로드 코포레이션(Lord® Corporation) (미국 노쓰캐롤라이나 캐리)으로부터 입수가능함)를 포함한다. 대안적으로 또는 추가로, 이러한 조직을 첨가하기 위하여 배리어(5)의 표면을 개질시킬 수도 있다.
배리어(5)는 연마 층(4)이 서브패드(3) 내에 침투하는 것을 실질적으로 막아야 한다. 이것은, 배리어(5)가 연속 층으로 적용되고, 연마 층이 서브패드(3)와 접촉할 수 있는 개구 부위가 실질적으로 남지 않을 것을 요구한다. 연속 층으로 적용될 수 있는 재료는 당 기술분야에 공지되어 있다. 예를들어, 중합체 접착제와 같은 중합체가 배리어(5)를 생성하기 위해 일반적으로 적절하다.
배리어(5)는 서브패드(3)의 압축성을 실질적으로 변경시켜야 한다. 즉, 배리어(5)가 실질적으로 균일한 깊이까지 서브패드(3) 내로 침투하는 방식으로, 배리 어(5)가 서브패드(3)에 적용되는 것이 바람직하다. 이러한 적용 방법은 당 업자에게 잘 알려져 있으며, 분무 코팅, 침지, 닥터 블레이딩, 나이프 오버롤 코팅, 압출, 사출 성형, 및 저 점도 유체에 현탁 또는 용해된 고 점도 물질로의 코팅을 포함하고, 이들 모두에 이어서 임의로, 배리어(5)를 서브패드(3) 내에 더욱 작업시키기 위하여 닙 롤러를 통해 코팅 서브패드를 주행시킨다. 배리어(5)가 경화가능한 유체로서 적용된다면, 전체 서브패드가 실질적으로 동일한 점도에서 고르게 재료로 코팅되는 방식으로 배리어를 적용해야 한다. 일반적인 것은 아니지만, 배리어(5)로서 사용되는 재료가 서브패드(3)와 실질적으로 동일한 압축성을 갖는 것이 가능하다. 그러한 경우에, 배리어(5)가 가변 깊이로 서브패드(3)에 침투된다 하더라도, 이것이 서브패드의 압축성을 실질적으로 변경시키지 않을 것이다.
배리어(5)가 어떠한 적절한 두께로 적용될 수도 있긴 하지만, 전형적인 두께는 약 1㎛ 내지 약 0.2인치, 종종 약 10㎛ 내지 약 0.1인치, 더욱 종종 약 0.001 내지 약 0.01인치이다. 배리어(5)는 어떠한 적절한 깊이로 서브패드(3) 내에 침투할 수도 있다. 그러나, 배리어(5)가 전형적으로 서브패드(3)보다 덜 압축가능하기 때문에, 그리고 연마 패드에서 서브패드(3)의 기능이 연마된 물품에 완충을 제공하는 것이기 때문에, 배리어(5)가 서브패드(3) 내로 제한된 정도로만 침투되는 것이 일반적으로 바람직하다. 접착성을 최대화하기 위하여, 배리어(5)가 적어도 어느 거리로 서브패드(3) 내에 침투되는 것이 일반적으로 바람직하다. 예를들어, 배리어(5)는 약 0 내지 약 0.002인치로 서브패드(3) 내에 침투할 수도 있다. 감소된 완충 효과가 허용되거나 바람직하다면, 배리어(5)가 서브패드(3) 내로 더 깊이 침 투할 수도 있고, 심지어 서브패드(3)의 바닥까지 모든 거리로 침투할 수도 있다. 도 4는, 배리어(5)가 서브패드(3) 내에 대략 반 정도의 거리로 침투된 연마 패드의 단면을 나타낸다. 도 4a는 배리어(5)가 서브패드(3) 내로 모든 거리로 침투된 연마 패드의 단면을 나타낸다. 배리어(5)의 동일성 및 침투 깊이를 선택함으로써, 연마 패드에 의해 제공된 완충 정도를 조절할 수 있다.
이음새없는 연마 층(4)은 서브패드(3) 상에 코팅된 경화가능한 유체를 포함한다. 경화가능한 유체를 서브패드(3) 상에 직접 코팅하거나 (예를들어, 도 2 구현양태) 또는 배리어(5)-코팅된 서브패드(3) 상에 직접 코팅할 수도 있다 (예를들어, 도 3 구현양태). "경화가능한 유체"란, 서브패드(3) 상에 고르게 코팅될 수 있도록 충분히 유동가능하지만, 단단하고 내구성을 가진 이음새없는 연마 층을 제공하는 유체를 의미한다. 일반적으로, 경화가능한 유체는 그를 위해 하나 이상의 반응성 분자 (예를들어, 예비중합체, 단량체, 수지, 올리고머 등) 및 하나 이상의 반응 개시제 (예를들어, 중합 개시제, 경화제(curative), 촉매, 경화제(hardener) 등)을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 빛 및(또는) 열을 사용하여 반응을 개시할 수도 있다. 반응 분자(들) 및 반응 개시제(들)를 임의로 적절한 용매에 용해시킬 수도 있다. 경화가능한 유체는 하나 이상의 반응성 분자를 포함하고, 이것은 종종 반응의 시작시에 바람직한 유동성 및 코팅성 뿐만 아니라, 완전히 반응될 때 바람직한 고형성, 내구성 및 무-이음새 특징을 가질 것이다. 경화가능한 유체는 임의로 하나 이상의 비-반응성 분자를 포함할 수도 있다. 예를들어, 중합체는 적절한 용매에 현탁되거나 용해될 수도 있고 서브패드(3) 상에 코팅될 수도 있다. 서브패 드(3) 및(또는) 배리어(5)와 접촉시에, 중합체가 침전되어 연마 층(4)을 생성할 수도 있다.
또한, 연마 층(4)은 서브패드(3) (예를들어, 도 2 구현양태) 및(또는) 배리어 층 (예를들어, 도 3 구현양태)에 강하게 접착되어야 하고, 그 결과 사용 동안에 연마 패드가 박리를 견디어 낸다. 배리어(5)와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 화학 접착성 및(또는) 연마 층(4)과 서브패드(3) 및(또는) 배리어(5) 사이의 기계적 고정 상호작용을 최대화함으로써 박리를 억제할 수 있다. 상기 언급된 것과 동일한 방법 및 기술이 연마 층(4)에 적용된다.
바람직하게는, 연마 패드는 각각의 층들의 집적도를 파괴하지 않으면서 서브패드(3) 및(또는) 배리어(5)로부터 연마 층(4)을 벗겨낼 수 없을 정도로 박리를 견딘다. 다시말해서, 요소들을 연결하는 접착력이 약해지기 전에, 연마 패드의 하나 이상의 요소 (서브패드(3), 이음새없는 연마 층(4) 및 임의로 배리어(5))의 응집력이 약해진다.
연마 벨트의 박리 저항성을 하기 방식으로 시험할 수도 있다. 연마 벨트를 도 5에 나타낸 것과 같은 벨트 롤러 장치 위에서 주행시킬 수 있다. 예를들어, 약 12인치의 직경을 가진 롤러 위에서 1분 당 약 300 피트로 벨트를 주행시킬 수 있다. 그 동안 계속, 약 125 파운드 중량을 갖고 벨트가 주행할 때 벨트 위에 놓여지는 우레탄 롤러에 의하여 연마 벨트의 위에 압력을 가할 수도 있다. 롤러의 접촉 면적이 약 12인치 × 약 0.25인치일 때, 적용된 압력은 약 40psi이다. 마지막으로, 물 또는 CMP 슬러리와 같은 액체를 1분당 약 1리터의 속도로 벨트의 전체 폭 위에 연속적으로 쏟아부을 수도 있다. 바람직하게는, 박리의 징후를 나타내지 않으면서, 이러한 장치 위에서 적어도 약 50시간 동안 연마 벨트를 주행시킬 수도 있다 (즉, 벨트 요소 사이에서 눈에 보이는 틈이 생기지 않을 것이다). 더욱 바람직하게는, 박리 징후를 나타내지 않으면서 적어도 약 100시간동안 연마 벨트를 주행시킬 수도 있다.
바람직하게는, 이음새없는 연마 층(4)은 고체 또는 다공성 폴리우레탄, 예컨대 다른 적절한 경도가 사용될 수도 있긴 하지만 약 10 내지 약 90의 쇼어-D 경도를 갖는 폴리우레탄을 포함한다. 연마 층(4)를 생성하기 위해 사용되는 경화가능한 유체는 바람직하게는 폴리우레탄 예비중합체 및 그를 위한 경화제를 포함한다. 대안적으로, 연마 층(4)은 열경화성 또는 열가소성 중합체, 공중합체, 또는 충분한 가요성, 마모 저항성 및 내수성 및 내화학약품성과 같은 바람직한 성질을 가진 배합물을 포함할 수도 있다. 가능한 중합체의 예는 폴리우레아, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 치환된 비닐 중합체, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리케톤, 실리콘, 포화 및 불포화 중합체 탄화수소, 플루오로중합체, 및 에폭시 수지를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
이음새없는 연마 층(4)을 생성하게 될 경화가능한 유체로 서브패드(3) (배리어(5)를 갖거나 갖지 않음)를 코팅하는 바람직한 방법은 주조(casting)이다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 주조는 금형을 경화가능한 유체로 충진하는 것을 포함한다. 금형은 전형적으로 개방된 상부로부터 또는 하부 및(또는) 측면에 있는 주입 지점을 통해 충진된다. 특히 유리한 주조의 한가지 특징은, 물 침투에 대해 서브패드를 완전히 캡슐화하고 실질적으로 밀봉하는 연마 패드의 연속 외부 표면을 생성하기 위해 연마 층(4)을 기판(1)과 조합할 수 있다는 것이다. 따라서, 서브패드(3)가 실리콘 또는 반도체 웨이퍼의 화학적-기계적 연마에서 사용되는 부식 슬러리와 접촉하는 것이 방지된다. 서브패드의 부분이 습윤되었다면, 그의 압축성이 변화될 것이다. 서브패드의 압축성은, 부식 슬러리가 서브패드를 분해한다면 더욱 변화할 수 있다. 슬러리가 예컨대 접착제(2)를 분해시킴으로써 연마 패드의 층들 사이의 접착성을 손상시킨다면 박리가 일어날 수 있다.
바람직하게는, 경화가능한 유체가 서브패드(3)의 모든 부위에 빨리 그리고 연속적으로 동시에 적용되는 주조 방법이 사용된다. 이러한 방식으로, 서브패드(3) 내로의 불균일 침투 가능성이 감소된다. 대안적으로 또는 추가로, 반응성 분자(들)과 반응 개시제(들)를 조합하고 경화가능한 유체를 서브패드의 주어진 부분에 적용하는 사이의 시간이 동일화될 수 있다. 게다가, 유체가 서브패드에 적용되는 기간 동안에 유체의 점도가 실질적으로 상승되지 않도록 보증하기 위하여, 경화가능한 유체의 성질 (예, 조성, 온도, 등)을 변성시킬 수도 있다. 이러한 주조 방법은 또한 배리어(5)를 갖거나 갖지 않은 연마 패드 (예를들어 도 2 및 도 3에 나타냄)를 제조하기 위해 사용될 수도 있다. 상기 주조 방법에 따라 제조된 연마 패드는, 동일한 재료로부터 형성되지만 상이한 주조 방법을 사용하여 형성된 연마 패드에서의 연마 층의 침투 깊이보다, 다공성 서브패드 내로의 침투 깊이가 더욱 균일한 연마 층을 포함한다. 또한, 상기 주조 방법에 따라 제조된 연마 패드 는, 동일한 재료로부터 형성되지만 상이한 주조 방법을 사용하여 형성된 연마 패드에 비하여, 압축성의 균일성 개선을 종종 가질 것이다.
연마 층(4)을 생성하기 위해 서브패드(3)를 경화가능한 유체로 코팅하기 위해 적절한 다른 방법들은, 반응 사출 성형, 분무 코팅, 발포체 취입, 발포체 코팅, 압축 성형 및 압출을 포함한다. 연마 층(4)을 형성하는 주조 방법과 관련하여 상기 언급된 바와 같이, 물 침투에 대해 서브패드(3)를 캡슐화하고 밀봉하기 위하여 이러한 각각의 방법이 사용될 수 있다.
이음새없는 연마 층(4)의 형성 전, 형성 동안 또는 형성 후에, 최적의 연마 성능을 제공하기 위하여 이음새없는 연마 층(4)를 변성시킬 수도 있다. 연마 층(4)은 층의 일부 또는 전체에 걸쳐 다공성 또는 미세다공성 구조를 포함할 수도 있다. 미세다공성 구조는 임의의 적절한 기술, 예컨대 취입, 발포, 중공 미세요소의 첨가, 입자 소결 등에 의해 형성될 수도 있다. 연마 층(4)은 부분적으로 융합된 중합체 입자, 또는 상이한 융점을 가진 2 이상의 열가소성 중합체의 적어도 하나의 층을 포함할 수도 있다. 연마 입자 또는 섬유를 연마 층(4)에 첨가할 수도 있다. 또한, 연마 표면은 미소 또는 거대 조직화 홈 또는 불연속점을 가질 수도 있다. 이것은 경질 및 연질 중합체의 부분을 가질 수도 있거나, 투명 및 불투명 물질의 부분을 가질 수도 있거나, 또는 상승 및 하강된 특징 부분을 가질 수도 있다. 연마 공정 동안에 생성되는 습윤 슬러리 및 마모된 입자를 분포 및 제거하고, 연마 층과 연마된 물품 사이에서 더욱 지속적인 접촉을 위해 하이드로플레닝(hydroplaning)을 감소시키기 위해, 홈(예를들어, 벨트의 주행 방향 으로 뻗어있음)을 가진 연마 표면을 형성할 수도 있다. 이에 한정되지는 않지만 하나 이상의 고압 수 제트를 사용하는 것을 포함한 임의의 적절한 방법을 사용하고, 미세한 브러쉬 또는 경질 비-금속 (예를들어, 세라믹) 돌기를 회전시킴으로써, 홈으로부터 슬러리를 제거할 수 있다.
도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같이, 이음새없는 연마 패드의 임의의 요소들은 기판(1) 및 접착제(2)이다. 감압 접착제와 같은 임의의 적절한 접착제가 사용될 수도 있다. 예를들어, 서브패드(3)를 기판(1)에 접착시키기 위하여, UHA 8791(미국 캘리포니아주 파사데나의 아베리 데니슨 코포레이션(Avery Dennison Corporation)에 의해 시판됨)을 사용할 수도 있다. 일례로서, 많은 통상적으로 허용가능한 서브패드들에 적절한 접착제 지지체, 예컨대 토마스 웨스트 인코포레이티드 (미국 캘리포니아주 서니베일)로부터의 817 서브패드 재료를 장착하였다.
연마 디스크 구현양태에서, 기판(1)은 그 자체로 회전 플래튼일 수 있다. 이 경우에, 서브패드(3)의 하부가 접착제(2)를 통해 사용중인 회전 플래튼의 상부에 부착될 것이다. 대안적으로, 기판(1)은 임의의 편평한 지지체 재료, 예컨대 중합체 또는 플라스틱 시트일 수 있다. 그러한 경우에, 서브패드보다는 오히려 지지체 재료가 사용중인 회전 플래튼의 상부에 부착될 것이다.
이제, 벨트 구현양태를 생각해보면, 작동 중인 기판(1)은 벨트를 회전시키는 기계적 롤러와 접촉하기 때문에, 기판(1)이 스테인레스 강철과 같은 내구성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 벨트 기판은 전형적으로 벨트 루프의 내부 원주로서 측정시에 1 내지 4미터 길이 (종종 1.5 내지 3미터)이고, 0.1 내지 1미터 폭 (종종 0.2 내지 0.6 미터)이고 0.01 내지 0.6cm 두께이다. 기판(1) 및 연마 장치의 설비를 보호하기 위하여, 폴리에틸렌 라이너 재료와 같은 보호 재료의 추가의 층이 기판(1)의 내부 면에 부착될 수도 있다.
반도체 제조의 다양한 연마 단계의 어느 단계에서 다양한 유형의 재료 또는 층을 연마하기 위하여 이음새없는 연마 패드가 사용될 수 있다. 연마되어지는 전형적인 재료는, 이에 한정되지는 않지만 실리콘, 폴리실리콘, 이산화규소, 낮은 k 유전 재료, 탄탈룸, 질화탄탈룸, 구리, 텅스텐 및 알루미늄을 포함한다. 일부 재료를 선택적으로 연마하고 다른 것들을 연마하지 않거나, 유사한 속도로 상이한 재료들을 연마하거나, 특정한 유형의 슬러리 및 용액으로 특이적으로 작업하기 위하여, 연마 패드가 고안될 수 있다. 다른 산업, 예를들어 자기 디스크 드라이브, 광학 플랫 및 거울의 연마 및 평면화에서 본 발명에 따른 이음새없는 연마 패드가 적용될 수도 있다. 실리콘 및 반도체 웨이퍼의 화학적-기계적 연마를 위하여, 이음새없는 연마 패드가 특히 적합하다.
앞서 언급된 바와 같이, 이음새없는 연마 패드는 서브패드(3) 내로 실질적으로 균일한 침투 깊이를 갖는 연마 층(4)을 포함한다. 하기 프로토콜에 따라서, 서브패드(3) 내로 연마 층(4) (및(또는) 배리어(5))의 침투 균일성을 측정할 수 있으며, 이것은 침투 변동 인자(PVF)를 제공한다. 대체로, 연마 패드를 잘라서 열고, 현미경 (적어도 30배 배율로 설정됨)하에서 단면을 관찰함으로써 침투 깊이를 캘리퍼로 측정하는 것이 대표적이다. 서브패드의 윗 표면(즉, 경화가능한 유체가 적용된 표면)으로부터 침투 깊이를 측정한다. 서브패드로의 적용 동안에 경화가능한 유체의 점도 변화에 의해 침투 불균일성이 유발될 수 있기 때문에 (다시말해서, 점도가 높을 때 적용되는 재료에 비해 점도가 낮을 때 적용되는 재료가 더 멀리까지 침투할 것이다), 경화가능한 유체로 처음에, 중간에 그리고 마지막에 코팅된 서브패드 부분의 대표적인 분포를 측정해야 한다. 예를들어, 한쪽 모서리에서 출발하여 서브패드를 지나 연속되어 반대쪽 모서리에서 끝나도록 서브패드를 코팅함으로써 연마 패드가 만들어지며, 이어서 한쪽 모서리에서 다른쪽 모서리까지 동일한 거리에서 대표적인 측정을 수행해야 한다.
또한, 패드가 전체 면적에 걸쳐 조직적으로 평가될 수 있도록, 적어도 약 40회의 측정을 수행해야 한다. 예를들어, 연마 패드가 한쪽 모서리로부터 다른쪽 모서리까지 코팅되고 모서리 간의 거리가 10인치라면, 4개의 동일한 거리의 단면이 이 모서리에 수직으로 만들어질 수 있고, 각각의 단면을 따라 1인치 간격으로 10회 측정을 행할 수 있다.
이러한 측정을 진행하면서, (a) 측정치의 최고 2.5％ (연마 층이 가장 큰 거리로 침투되는 경우) 및 측정치의 최저 2.5％ (연마 층이 최소 거리로 침투되는 경우)를 버리고, (b) 남은 최고 측정치로부터 남은 최저 측정치를 빼고, (c) 그 결과를 서브패드의 평균 두께로 나눔으로써, PVF를 계산한다. 따라서, 40회 측정을 행한다면, (a) 최고 측정치 및 최저 측정치를 버리고, (b) 남은 최저 측정치 (원래의 세트에서의 두번째 최저값)을 남은 최고 측정치 (원래의 세트에서의 두번째 최고값)로부터 빼고, (c) 결과를 서브패드의 평균 두께로 나눈다. 그 결과에 100％를 곱하여 PVF를 얻는다.
바람직하게는, 연마 층(4)의 PVF는 약 75％미만이다. 더욱 바람직하게는, 연마 층(4)의 PVF는 약 50％미만이다. 더욱 더 바람직하게는, 연마 층(4)의 PVF가 약 25％미만이다. 더욱 더 바람직하게는, 연마 층(4)의 PVF는 약 10％ 미만이다. 더 더욱 바람직하게는, 연마 층(4)의 PVF는 약 5％ 미만이다. 가장 바람직하게는, 연마 층(4)의 PVF는 약 1％ 미만이다.
바람직하게는, 배리어(5)의 PVF는 약 65％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 바람직하게는, 배리어(5)의 PVF는 약 50％ 미만이거나 그와 동일하다. 더 더욱 바람직하게는, 배리어(5)의 PVF는 약 2％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 배리어(5)의 PVF는 약 10％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 배리어(5)의 PVF는 약 5％ 미만이거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게는, 배리어(5)의 PVF는 약 1％ 미만이거나 그와 동일하다.
이음새없는 연마 패드는 종종 실질적으로 균일한 압축성을 갖는다. 압축성 균일성을 평가하는 한가지 방법은 피크 듀로미터를 측정하는 것이다. 처음에, 경화가능한 유체로 코팅된 연마 패드 부위로부터 4개의 동일한 간격의 2×2인치 샘플을 잘라내어야 한다. 마지막에, 경화가능한 유체로 코팅된 연마 패드 부위로부터 4개의 동일한 간격의 2×2인치 샘플을 잘라내어야 한다. 렉스 게이지 컴퍼니(Rex Gauge Company) (미국 일리노이주 버팔로 그로브)에 의해 제조된 것과 같은 쇼어 A, B, C 또는 D 게이지를 사용하여 듀로미터 측정을 취하였다. 각각의 2×2인치 샘플을 5회 측정하고, 각 회에 피크 값을 기록하였으며, 그 결과 총 40개의 데이타 점을 얻었다. 40개 듀로미터 측정치로부터 평균 및 표준 편차를 계산한 다음, 표 준 편차에 6을 곱하고, 평균으로 나누고 100％를 곱함으로써 벨트 내 불균일성(WIBNU)을 계산한다.
바람직하게는, 연마 패드의 듀로미터 WIBNU는 약 10％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 바람직하게는, 연마 패드의 듀로미터 WIBNU는 약 9％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 연마 패드의 듀로미터 WIBNU는 약 8％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 연마 패드의 듀로미터 WIBNU는 약 7％ 미만이거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 연마 패드의 WIBNU는 약 6％ 미만이거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게는, 연마 패드의 듀로미터 WIBNU는 약 5％ 미만이거나 그와 동일하다.
압축성 균일성을 측정하기 위한 다른 방법은 -0.05 변형에서의 응력을 측정하는 것이다. 처음에 경화가능한 유체로 코팅된 연마 패드 부위로부터 3개의 동일한 간격의 2×2인치 샘플을 잘라내어야 한다. 이어서, 마지막에 경화가능한 유체로 보팅된 연마 패드 부위로부터 3개의 더욱 동일한 간격의 2×2인치 샘플을 잘라내어야 한다. 이어서, 하기 실험 조건을 사용하여 각각의 샘플에 대해 압축 응력 변형 데이타를 생성시켜야 한다. 각각의 샘플을, 기판(1) 측면을 아래로 하여, 6인치 직경 고정 플래튼 위에 위치시켜야 한다. 0.5인치 직경을 가진 부하 플래튼으로 샘플의 윗 표면을 움푹 들어가게 만들어야 한다. 10kN 부하 셀이 장착된 MTS 2/G (MTS 시스템스 코포레이션, 미국 미네소타주 미네아폴리스) 상에서 시험을 적절히 수행할 수도 있다. 0.010인치/분의 일정한 변위 속도에서 변위 조절로 실험을 수행해야 한다. 실험 동안에, 각각의 샘플을 미리 한정된 변위로 압축한 다음 부하제거해야 한다. 윗 부하 플래튼의 힘 및 변위를 시간의 함수로서 기록한다. 이어서, 하기 방정식에 의해 힘 및 변위를 처리 응력 및 변형으로 전환한다.
δeng = F/A0
εeng = d/L0
상기 식에서,
·F = 적용된 힘(lbf)
·A0 = 윗 부하 플래튼의 단면적 (in2)
·d = 윗 부하 플래튼의 변위
·L0 = 샘플의 초기 두께 (in)
각각의 샘플에 대해 -0.05 변형에서의 응력을 기록한다. 평균 및 표준 편차를 6개 샘플에 대해 계산하고, 표준 편차를 평균으로 나누고 100％을 곱함으로써 벨트내 불균일성(WIBNU)를 계산한다.
바람직하게는, 연마 패드의 응력/변형 WIBNU는 약 35％ 미만 또는 그와 동일하다. 더욱 바람직하게는, 연마 패드의 응력/변형 WIBNU는 약 30％ 미만 또는 그와 동일하다. 더 더욱 바람직하게는, 연마 패드의 응력/변형 WIBNU는 약 25％ 미만 또는 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는 연마 패드의 응력/변형 WIBNU는 약 20％ 미만 또는 그와 동일하다. 더 더욱 바람직하게는, 연마 패드의 응력/변형 WIBNU는 약 15％ 미만 또는 그와 동일하다. 가장 바람직하게는, 연마 패드의 응력/변형 WIBNU는 약 10％ 미만 또는 그와 동일하다.
상기 언급된 바와 같이, 실질적으로 균일한 압축성을 가진 연마 패드를 생성하는 것이 일반적으로 바람직하긴 하지만, 그것이 항상 그러한 것은 아니다. 때때로, 예상가능하게 불균일한 압축성을 가진 연마 패드를 생성하는 것이 바람직하다. 예를들어, 일부 영역에서 더욱 두껍고 다른 영역에서는 더욱 얇은 서브패드를 갖고, 각각의 영역에서 각각 더욱 얇고 더욱 두꺼운 연마 층을 가진 연마 패드를 생성하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 연마 패드는 불균일 압축성을 의도적으로 가질 것이다. 그러나, 연마 층(4)이 불균일 서브패드(3) 내로 균일한 깊이까지 침투하는 것이 여전히 바람직하다 (서브패드의 편평한 바닥이 아니라, 서브패드의 윗 표면으로부터 측정됨). 본 발명은 이와 같은 맞추어진 형태를 더욱 예상가능하고 일관적으로 제조할 수 있다. 의도적으로 변하는 압축성을 가진 연마 패드는 예를들어 실리콘 웨이퍼의 중심으로부터 모서리에 걸쳐 바람직한 배합의 연마 성능을 제공할 수도 있다. 다시 말해서, 본 발명은 편평한 직사각형 서브패드에 한정되지 않는다. 이러한 연마 패드의 PVF는 침투 깊이 범위를 서브패드의 평균 두께로 나눔으로써 측정될 수 있고, 일반적으로 상기 인용된 범위에 상응한다.
본 발명의 방법에 따르면, 이음새없는 연마 패드는 (a) 다공성 서브패드를 제공하고, (b) 배리어를 서브패드에 적용하고, (c) 배리어-코팅된 서브패드를 경화가능한 유체로 코팅하여 이음새없는 연마 층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 이음새없는 연마 패드는 (a) 기판을 제공하고, (b) 다공성 서브패드를 기판에 부착하고, (c) 배리어를 서브패드에 적용하고, (d) 배리어-코팅된 서브패드를 경화가능한 유체로 코팅하여 이음새없는 연마 층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 이음새없는 연마 패드는 (a) 다공성 서브패드를 제공하고, (b) 배리어를 서브패드에 적용하고, (c) 배리어-코팅된 서브패드를 기판에 부착하고, (d) 배리어-코팅된 서브패드를 경화가능한 유체로 코팅하여 이음새없는 연마 층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 이음새없는 연마 패드는 (a) 다공성 서브패드를 제공하고, (b) 배리어를 서브패드에 적용하고, (c) 배리어-코팅된 서브패드를 경화가능한 유체로 코팅하여 이음새없는 연마 층을 형성하고, (d) 연마 층과 배리어-코팅된 서브패드를 기판에 부착함으로써 제조될 수 있다.
상기 방법중의 하나에 따라 제조된 연마 패드 ("본 발명의 연마 패드")는, 다공성 서브패드 내로의 침투 깊이가, 배리어를 적용하는 단계를 생략하는 것 이외에는 동일한 방법에 따라 동일한 재료로부터 형성된 연마 패드 ("배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드")에서의 연마 층의 침투 깊이보다 더욱 균일한 연마 층을 포함한다. (a) 배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드의 연마 층의 PVF로부터, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 침투 변동 인자(PVF)를 빼고, (b) 그 결과를 배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드의 연마 층의 PVF로 나눔으로써, 침투 깊이 균일성의 개선을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 PVF 개선은 약 10％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 PVF 개선은 약 30％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 PVF 개선은 약 50％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 PVF 개선은 약 70 ％보다 크거나 그와 동일하다. 더 더욱 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 PVF 개선은 약 90％보다 크거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 연마 층의 PVF 개선은 약 99％보다 크거나 그와 동일하다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 연마 패드("본 발명의 연마 패드")는, 단계(b)를 생략하는 것 이외에는 동일한 방법에 따라 동일한 재료로부터 형성된 연마 패드 ("배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드")에 비하여, 개선된 압축성 균일성을 가질 것이다. (a) 배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드의 듀로미터 WIBNU로부터 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU를 빼고, (b) 그 결과를, 배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드의 듀로미터 WIBNU로 나눔으로써, 압축성의 균일성 개선을 측정할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU 개선은 약 5％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU 개선은 약 15％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU 개선은 약 30％보다 크거나 그와 동일하다. 더 더욱 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU 개선은 약 45％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU 개선은 약 55％보다 크거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 듀로미터 WIBNU 개선은 약 65％보다 크거나 그와 동일하다.
압축성의 균일성 개선은 (a) 배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드의 응력/변형 WIBNU로부터 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU를 빼고, (b) 그 결과를, 배리어를 갖지 않은 동일한 연마 패드의 응력/변형 WIBNU로 나눔으로써 측정될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU 개선은 약 10％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU 개선은 약 25％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU 개선은 약 40％보다 크거나 그와 동일하다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU 개선은 약 55％보다 크거나 그와 동일하다. 더 더욱 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU 개선은 약 70％보다 크거나 그와 동일하다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 연마 패드의 응력/변형 WIBNU 개선은 약 85％보다 크거나 그와 동일하다.
실시예 1
폴리우레탄 연마 층을 순환 스테인레스 강철 벨트에 적층된 통상적으로 입수가능한 서브패드 재료 위에 주조함으로써 연마 벨트를 제조하였다.
순환 스테인레스 강철 벨트 (기판 (1))는 대략 94인치 길이, 13인치 폭 및 0.020 인치 두께였다. 이 실시예에서의 순환 스테인레스 강철 밴드는 벨트 테크놀로지스 인코포레이티드 (미국 메사츄세츠주 아가왐)으로부터 수득되었다.
이 실시예에서의 서브패드(3)는 토마스 웨스트 인코포레이티드 (미국 캘리포니아주 서니베일)로부터 수득되었다. 서브패드에 대한 시판 명칭은 817이다. 이 재료는 황색 부직 재료이고, 연질 엘라스토머 조성물로 함침되었다. 함침에도 불구하고, 서브패드 재료는 여전히 다공성이고 압축가능하다. 한쪽 면에 적층된 고무-기재 감압 접착제를 서브패드 재료에 제공하였다. 서브패드는 약 12인치 폭 및 31.25인치 길이의 직사각형 조각으로 수득되었다. 서브패드 및 접착제의 전체 두께는 약 0.028인치이었으며, 이때 서브패드 층은 약 0.022인치 두께이고, 접착제 층은 약 0.006인치 두께였다.
접착제 지지체(접착제 2)를 사용하여, 서브패드의 3개 조각을 스테인레스 강철 벨트의 외부 표면에 부착하였다. 스테인레스 강철의 모서리 사이에 대략 중심이 존재하고 양쪽 모서리를 따라 대략 0.5 인치의 노출된 강철이 남아있도록, 서브패드를 위치시켰다. 또한, 3개의 조각을 위치시키고, 필요하다면 조각의 말단 사이에 대략 0.03 내지 0.06"의 틈이 남아있도록 끝을 정돈하였다.
스테인레스 강철 및 서브패드 적층물을 원통형 금형 내부의 테두리 상에 배치하였다. 기본 판 위에 2개의 동심 원통형이 위치하도록 금형을 제작하였다. 금형의 위쪽이 개방되어 있으며, 기본 판을 통해 올라온 주입구가 존재한다.
스테인레스 강철 및 서브패드 적층물을 함유하는 금형을 오븐에서 주조를 위해 바람직한 온도로 예열하였다. 일단 금형이 원하는 온도에 이르르면, 경화가능한 유체 - 폴리우레탄 수지(미국 코넥티컷주 미들베리의 크롬프톤 코포레이션(Crompton Corporation)으로부터 입수가능한 아디프렌(ADIPRENE)® LF 750D)와 디아민 경화제(미국 루이지애나주 베이톤 루지의 알버마르 코포레이션(Albermarle Corporation) 제조)의 혼합물을 주입하였다. 경화제의 양, 가공 온도 및 가공 시간을 포함한 주조 및 경화 조건은, 크롬프톤 코포레이션으로부터 입수가능한 LF 750D 및 E300 제품 데이타 시트에 발표된 지침에 따라 설정되 었다.
금형을 충진한 후에 수 분 내에 연마 층(4)을 고형화하였다. 대략 10 내지 15분 후에, 금형으로부터 일부를 제거하고, 경화 공정을 완결하기 위해 오븐 내에 위치시켰다. 일부가 완전히 경화된 후에, 오븐으로부터 이것을 제거하고, 일부를 원하는 최종 치수로 정돈하기 위해 필요한 일련의 부수적 조작을 통해 더욱 가공하기 위하여 실온으로 냉각시켰다. 최종 얻어진 연마 벨트는 홈 및 연하게 된 표면 마무리를 가진 이음새없는 연마 층을 갖는다. 전체 두께는 0.085 내지 0.091인치이고, 이것은 0.037 내지 0.043인치의 연마 층 두께를 포함한다.
마무리된 벨트를 조각으로 자르고, 정성적 박리 시험을 위해, 침투 깊이 및 듀로미터를 측정하기 위해, 그리고 압축 응력 변형 데이타를 생성하기 위해 여러 조각을 사용하였다.
정성적 박리 시험은, 연마 층과 서브패드 간의 결합이 매우 강하다는 것을 나타내었다; 서브패드 자체의 응집성을 파괴하지 않으면서 서브패드 층으로부터 연마 층을 박리할 수 없다.
벨트 길이 주위에서 대략 90도로 떨어져 있는 4개의 상이한 위치의 각각에서 벨트의 폭에 걸쳐 11개 지점에서 단면을 조사함으로써, 침투 깊이 측정을 수행하였다. 따라서, 전체 44개의 상이한 위치를 조사하였다. 시험된 각각의 샘플 조각은 대략 0.5인치 길이였다. 현미경을 30배율로 설정하고, 서브패드 층 내로의 연마 재료의 침투 깊이를 측정하기 위하여 캘리퍼를 사용하였다. 각각의 샘플 내에 다량의 변화가 명백히 존재하기 때문에, 44개 샘플 조각의 각각에 대하여 최대 및 최 소 침투 깊이를 기록하였으며, 이것은 전체 88개 실제 측정을 생성한다. 각각의 샘플에 대한 최대 및 최소 측정을 평균화하여, 각 샘플에 대한 대표적인 침투 깊이 값을 수득하였다. 최고치로부터 최저치로 44개의 대표적인 값을 분류한 다음, 최고 2.5％ 및 최저 2.5％를 평가한 후에 효과적인 침투 범위를 결정하였다. 이 실시예에서, 그 결과 1개 최대값 및 1개 최저값이 평가되었으며, 그로부터 유효 범위가 결정되는 42개 값이 남는다. 일단 침투 유효 범위를 결정하면, 유효 침투 깊이 범위를 서브패드 층의 평균 두께로 나눔으로써 침투 변동 인자를 계산하였다. 이러한 변동 인자는 침투 깊이에서 큰 변동을 가진 샘플에 대해 더욱 크게 될 것이고, 더욱 일정한 침투 깊이를 가진 샘플에 대해서는 더욱 작게 될 것이다. 이 실시예에서의 벨트는 66％의 침투 변동 인자(PVF)를 갖는다.
벨트로부터 잘라낸 2×2 인치 샘플에 대하여 듀로미터 측정을 취하였다. 벨트의 윗쪽 모서리에서 3인치 폭 영역으로부터 4개의 샘플을 잘라내고, 벨트의 아랫쪽 모서리에서 3인치 폭 영역으로부터 4개 샘플을 잘라내었다. 이러한 샘플들은 각각의 모서리를 따라 2 내지 4인치로 떨어져 있다. 윗쪽이란, 주조 동안에 금형의 상부에 있는 모서리를 가리키고, 아랫쪽이란 주조 동안에 금형의 하부에 있는 벨트의 모서리를 가리킨다. 렉스 게이지 컴퍼니에 의해 제조된 쇼어 C 게이지를 사용하여 듀로미터 측정을 수행하였다. 각각의 2×2 인치 샘플을 5회 측정하고, 각 회 피크 값을 기록한다. 따라서, 이 실시예에서 벨트에 대하여 전체 40개 데이타 점이 기록되었다. 40 쇼어 C 측정에 대하여 평균 및 표준 편차를 계산한 다음, 표준 편차에 6배를 곱한 다음 평균으로 나눔으로써, 벨트내 불균일성(WIBNU)의 정 도를 계산하였다. 이 실시예에서의 벨트는, 피크 쇼어 C 듀로미터에 대하여 WIBNU(6s) = 9.9％가 얻어졌다.
압축 시험을 위한 벨트로부터 6개의 추가의 2×2인치 샘플을 잘라내었다. 윗쪽 모서리 근처에서 샘플 중의 3개를 취하고, 벨트의 아랫쪽 모서리 근처에서 3개의 샘플을 취하였다. 하기 실험 조건을 사용하여 각각의 샘플에 대해 압축 응력 변형 데이타를 생성하였다. 강철면을 아래로 하여 샘플을 6인치 직경 고정 플래튼 위에 놓은 다음, 0.5인치 직경을 가진 부하 플래튼으로 견본의 윗 표면을 움푹 패이게 함으로써, 각각의 샘플을 압축 시험하였다. 10kN 부하 셀이 장착된 MTS 2/G 시험 기계 상에서 시험을 수행하였다. 0.010인치/분의 일정한 변위 속도에서 변위 조절로 실험을 수행하였다. 실험 동안에, 각각의 견본을 소정의 변위로 압축한 다음, 부하제거하였다. 윗쪽 부하 플래튼의 힘 및 변위를 시간의 함수로서 기록하였다. 이어서, 하기 식에 의해 힘 및 변위를 처리 응력 및 변형으로 전환하였다:
δeng = F/A0
εeng = d/L0
상기 식에서,
·F = 적용된 힘(lbf)
·A0 = 윗 부하 플래튼의 단면적 (in2)
·d = 윗 부하 플래튼의 변위
·L0 = 샘플의 초기 두께 (in)
-0.05 변형에서의 응력을 각각의 샘플에 대해 기록하였다. 평균 및 표준 편차를 6개 샘플에 대해 계산한 다음, 표준 편차를 평균으로 나눔으로써 벨트내 불균일성 (WIBNU)의 정도를 계산하였다. 이 실시예에서의 벨트는 -0.05변형에서의 응력에 대해 WIBNU(1s) = 37％가 얻어졌다.
상기 측정은, 연마 재료가 서브패드 층 내에 고르지 않게 침투되고 그 결과 가변 압축 성질 및 듀로미터 측정이 얻어진다는 것을 나타낸다. 또한, 불균일 단면을 가정하면, 동적 기계적 성질과 같은 다른 성질들이 벨트 주위에서 순차적으로 변하는 것으로 추론하는 것이 논리적이다.
실시예 2
서브패드(3)로서 상이한 부직 재료를 사용하여 실시예 1의 방법을 반복하였다. 이 실시예에서, 아퀼린(AQUILINE)TM이라 불리우고 텍손 인터내셔날(TEXON International) (영국 레이세스터)에 의해 제조되는 부직 재료를, 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 고무-기재 감압 접착제(2)를 사용하여 한쪽 면 위에 적층하였다. 아퀼린TM 재료는, 토마스 웨스트 인코포레이티드로부터의 817재료에 비하여 훨씬 적은 함침 재료를 가진 부직 폴리에스테르 섬유를 포함한다. 현미경 또는 SEM을 사용하여 2개의 상이한 서브패드 재료를 비교하면, 아퀼린TM 재료가 훨씬 많은 개방 구조를 갖고 817에 비해 더 높은 정도의 다공성을 갖는다는 것을 나타낸다. 아퀼 린TM 서브패드를 약 12인치 폭 및 31.25인치 길이의 직사각형 조각으로 절단하였다. 서브패드 및 접착제의 전체 두께는 약 0.038인치이고, 여기에서 서브패드 층이 약 0.032인치 두께이며, 접착제 층이 약 0.006인치 두께였다.
실시예 1에 기재된 것과 동일한 방법에 이어서, 서브패드를 스테인레스 강철 벨트 기판(1)에 적층하고, 금형을 제조하고, 연마 층(4)을 주조하고, 연마 벨트를 마무리하였다. 전체 두께는 0.085 내지 0.091인치였으며, 이것은 0.027 내지 0.033인치의 연마 층 두께를 포함한다. 마무리된 벨트를 잘라내고, 하기 나타낸 샘플의 수 및 기술의 차이 이외에는, 실시예 1에 기재된 것과 동일한 다수의 시험으로 처리하였다.
정성적 박리 시험은, 연마 층과 서브패드 사이의 결합이 매우 강하다는 것을 나타내고; 서브패드 자체의 응집성을 파괴하지 않으면서 서브패드 층으로부터 연마 층을 박리할 수 없었다.
침투 깊이 측정은 벨트 주위의 77개 상이한 위치에서 수행되었으며, 길이 주위에 7개의 상이한 위치에서 폭을 가로질러 11개의 위치가 존재한다. 각각의 0.5인치 길이 샘플 내에서 관찰된 침투 깊이는 실시예 1에서보다 여기에서 더욱 균일하였으며, 따라서 2개 대신에 각각의 샘플에 대해 단지 하나의 대표적인 침투 측정을 기록하였다. 이 실시예에서, 유효 범위를 결정하기 위하여 전체 4개 지점을 버렸다. 이 실시예에서의 벨트는 91％의 PVF를 갖는다.
실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식으로 듀로미터 측정 (8개 샘플) 및 압축 응력 변형 측정 (6개 샘플)을 수득하였다. 이 실시에에서의 벨트는 피크 쇼어 C 듀로미터에 대해 WIBNU(6s) = 15％ 및 -0.05 변형에서의 응력에 대해 WIBNU(1s) = 83％가 얻어졌다.
상기 측정은, 연마 재료가 서브패드 층 내로 고르지 않게 침투되고, 그 결과 가변 압축 성질 및 듀로미터 측정이 얻어진다는 것을 나타낸다. 또한, 불-균일 단면을 가정하면, 동적 기계적 성질과 같은 다른 성질들이 벨트 주위에서 순차적으로 변하는 것으로 추론하는 것이 논리적이다. 가변성은 실시예 1에서에 비해 여기에서 더욱 더 크다.
실시예 3
이 경우에, 연마 층(4)를 주조하기에 앞서서, 배리어(5)를 아퀼린TM 서브패드 재료에 적용하는 것 이외에는, 실시예 2의 방법을 반복하였다. 부직포의 다른 면에 감압 접착제를 적층하기에 앞서서, 폴리우레탄 접착제 조성물(D2596H 접착제 및 D2597가교제, 델라 인코포레이티드(DELA, Inc.)로부터 입수가능함)을 부직 재료의 한쪽 면에 적용하기 위해 나이프-오버-롤 기술을 사용하여, 배리어를 달성하였다. 배리어 재료는 부직 재료의 윗 표면에서 매우 얇은 막을 형성하였으며, 부직포의 조직 및 형태를 받아들이고 실질적으로 서브패드 층의 윗 표면을 밀봉한다. 정성적 박리 시험, 침투 측정, 경도 측정 및 압축 시험을 위하여 단일 벨트를 사용하였다. 동일한 방법에 따라 다른 연마 벨트를 제조하였으며, 이것을 사용하여 도 5에 나타낸 벨트 롤러 장치 위에서 적층 집적도를 검사하였다.
정성적 박리 시험은, 연마 층과 서브패드 사이의 결합이 매우 강하다는 것을 나타내고; 서브패드 자체의 응집성을 파괴하지 않으면서 서브패드 층으로부터 연마 층을 박리할 수 없다. 또한, 동적 습윤 조건하에서 적층 집적도를 검사하기 위하여, 이 실시예에 따른 몇 가지 벨트들을 도 5에 나타낸 바와 같이 벨트 롤러 장치 위에서 주행시켰다. 벨트를 약 12인치의 직경을 가진 롤러(100, 11) 위에서 1분당 약 300피트로 주행시켰다. 약 125파운드의 중량이고 탑재 롤러(10)의 하나 위에 위치한 우레탄 롤러(8)에 의하여 연마 벨트의 윗쪽에 압력을 연속적으로 가하여, 벨트가 연속적으로 이동하는 닙을 생성하였다. 상부 롤러와 벨트의 상부 사이의 접촉 면적은 약 12인치×약 0.25인치이고, 따라서 약 40psi의 적용된 압력을 제공한다. 1분당 약 1리터의 속도에서 벨트의 전체 폭 위에 물을 연속적으로 쏟아붓는다. 67시간 정도로 오랫동안 주행시킨 후에, 연마 벨트는 박리 징후를 나타내지 않았으며, 다시말해서 벨트 층 사이에서 눈에 보이는 틈이 발생하지 않았다.
연마 층(4) 및 배리어(5)가 서브패드(3) 내로 침투한 침투 깊이를 측정하고, 실시예 1에 기재된 바와 같이 PVF를 계산하였다. 연마 층(4)은 배리어(5)를 지나 침투하지 않았다. 배리어(5)는 약 0.002 내지 약 0.004 인치의 일관적인 침투 깊이를 가졌다. 다시말해서, 연마 층을 위한 PVF는 약 1％ 미만인 반면, 배리어의 PVF는 약 6％이었다. 실질적인 침투 깊이 균일성을 도 6 및 도 6a에 묘사하며, 이것은 연마 벨트의 대표적인 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 현미경사진을 나타낸다.
실시예 1에 기재된 것과 동일한 방식으로 듀로미터 측정 (8개 샘플, 샘플 당 5회 측정) 및 압축 응력 변형 측정 (6개 샘플)을 수득하였다. 이 실시예에서의 연 마 벨트는 피크 쇼어 C 듀로미터에 대해 WIBNU(6s) = 5.0％ 및 -0.05변형에서의 응력에 대해 WIBNU(1s) = 11％가 얻어졌다.
배리어(5)를 가진 이 실시예의 연마 패드는, 배리어(5)를 갖지 않은 것 이외에는 이 실시예의 연마 벨트와 동일한 방법에 따라서 동일한 재료로 만들어진 실시예 2의 연마 패드에 비하여, 개선된 균일성을 가졌다. 즉, 연마 층(4)의 PVF는 적어도 약 99％ [(91-1)/91] 개선되고 (배리어(5)의 PVF를 실시예 2와 비교한다면 개선은 적어도 약 93％ [(91-6)/91]이다], 피크 쇼어 C 듀로미터 WIBNU는 적어도 약 67％ [(15-5)/15] 개선되고, -0.05 변형 WIBNU에서의 응력은 적어도 약 87％ [(83-11)/83] 개선된다. 또한, 동적 기계적 성질과 같은 기타 성질들이 실시예 1 및 2의 연마 벨트에 비하여, 이 실시예의 연마 벨트 주위에서 더욱 균일한 것으로 추론하는 것이 논리적이다. 연마 층(4)과 서브패드(3) 사이에서 바람직한 접착성을 유지하면서 이러한 균일성 증가가 달성되는 것이 눈에 띌 만하다.
실시예 4
하기 예외 사항 이외에는, 실시예 3에 기재된 것과 동일한 방법에 따라서 동일한 재료를 사용하여 다량 포화된 서브패드 재료를 제조하였다. 이 실시예에서, 서브패드에 배리어 재료를 무겁게 부하시키기 위하여, 동일한 배리어(5)를 함유하는 욕조를 통해 아퀼린TM 서브패드(3)를 주행시켰다. 이어서, 닙 롤러를 통해 배리어-부하된 서브패드를 가공하고, 고무-기재 접착제로 한쪽 면을 적층하기에 앞서서 경화시켰다. 배리어(5)는 서브패드의 전체 두께를 침투하긴 하지만, 서브패드는 여전히 다공성이고, 고체 재료에 비해 더욱 압축가능하다. 서브패드가 닙 롤러에서 나올 때 확장되는 서브패드로부터 다공성이 얻어지는 것으로 생각되었다. 그럼에도 불구하고, 배리어(5)는 연마 층(4)이 서브패드(3) 내로 침투되는 것을 여전히 막는다.
실시예 3에서 PVF 및 WIBNU가 측정된다면, 양쪽 연마 층(4) 및 배리어(5)의 PVF가 약 1％ 미만이고, 피크 쇼어 C 듀로미터 및 -0.05 변형에서의 응력에 대한 WIBNU가 각각 약 5％ 미만 및 약 10％ 미만인 것으로 기대된다. 다시말해서, 배리어(5)를 가진 이 실시예의 연마 패드는, 배리어(5)를 갖지 않는 것 이외에는 이 실시예의 연마 패드와 동일한 방법에 따라 동일한 재료로 만들어진 실시예 2의 연마 패드에 비하여 개선된 균일성을 갖는 것을 기대된다. 즉, 연마 층(4)의 PVF는 적어도 약 99％ 개선되고 (개선은 배리어(5)의 PVF를 기준으로 하여 적어도 약 99％였다), 피크 쇼어 C 듀로미터 WIBNU는 적어도 약 67％ 개선되고, -0.05 변형 WIBNU에서의 응력은 적어도 약 88％ 개선되는 것으로 기대된다.
실시예 5
이 경우에, 연마 층(4)을 주조하기 전에 배리어(5)를 서브패드(3)에 적용하는 것 이외에는 실시예 1을 반복하였다. 즉, 아크릴 접착제 켐락(Chemlok)® 213의 얇은 층을 주조에 앞서서 약 30분동안 서브패드의 표면 위에 고르게 솔질하였다. 배리어(5)가 서브패드(3) 내로 약 0.001 인치 내지 약 0.002 인치의 깊이로 침투하였다. 연마 층(4)은 서브패드 내로 배리어를 지나 침투하지 않았다. 서브패드의 응집성을 파괴하지 않으면서 서브패드 층으로부터 연마 층을 분리할 수 없었다. 배리어에 대한 PVF는 약 4.5％였다.
PVF 및 WIBNU를 실시예 3에서와 같이 측정한다면, 연마 층(4) 및 배리어(5)의 PVF는 각각 약 1％ 미만 및 약 5％ 미만이고, 피크 쇼어 C 듀로미터에 대한 WIBNU 및 -0.05 변형에서의 응력은 각각 약 5％ 미만 및 약 10％ 미만인 것으로 기대된다. 다시말해서, 배리어를 가진 이 실시예의 연마 패드는, 배리어(5)를 갖지 않은 것 이외에는 이 실시예의 연마 패드와 동일한 방법에 따라 동일한 재료로 만들어진 실시예 1의 연마 패드에 비하여 개선된 균일성을 갖는 것으로 기대된다. 즉, 연마 층(4)의 PVF는 적어도 약 99％ 개선되고 (개선은 배리어(5)의 PVF를 기준으로 하여 적어도 약 90％였다), 피크 쇼어 C 듀로미터 WIBNU는 적어도 약 50％ 개선되고, -0.05 변형 WIBNU에서의 응력은 적어도 약 70％ 개선되는 것으로 기대된다.
실시예 6
실시예 1에 기재된 서브패드 재료와 유사한 817 서브패드 재료의 직사각형 시트를 토마스 웨스트 인코포레이티드 (미국 캘리포니아주 서니베일)로부터 수득하였다. 그러나, 이러한 서브패드는 배리어(5)로서 윗 표면에 적용된 감압 접착제 (PSA) 및 아랫 표면에 적용된 고무-기재 감압 접착제를 가졌다. 윗 표면에서의 PSA는 폴리우레탄 연마 패드에 817 서브패드의 적층에서 보통 사용되는 양면 테이프, 예컨대 로델 인코포레이티드(Rodel, Inc.) (미국 델라웨어주 네와크)로부터 입수가능한 IC 1000 연마 패드였다. 서브패드(3)를 스테인레스 강철 벨트 기판(1)에 부착시키고, 연마 층(4)을 주조하고, 실시예 1에 기재된 것과 같이 마무리된 연마 벨트를 제조하기 위해 노력하였다. 그러나, 연마 층(4), 서브패드(3) 및 배리어(5)는 서로 쉽게 박리되고 - 때로는 금형으로부터 제거동안에, 때로는 기계가공 동안에, 또는 때로는 실제 사용 동안에, 양면 테이프가 연마 패드의 다른 요소와 함께 배리어(5)로서 사용하기에 부적합하게 된다.
실시예 7
이 실시예는 배리어(5)로서 5개의 상이한 폴리우레탄 라텍스의 사용을 증명한다. 상이한 라텍스 W-240, W-253, W-290 및 W-505 (모두 CK 위트코 코포레이션 (미국 코넥티컷주 그린위치)로부터 수득됨)를 별도의 4×12 인치 서브패드(3) (실시예 1의 817)위에 손으로 솔질하고, 오븐에서 밤새 건조시켰다. 배리어(5)는 실질적으로 서브패드(3)의 표면 지형을 받아들인다. 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 우레탄 연마 층(4)을 각각의 배리어-코팅된 서브패드 윗쪽에 쏟아 붓고, 연마 층(4)을 경화시켰다. 각각의 연마 패드의 요소들은 박리를 강력하게 견디었다.
침투 깊이에 대하여 각각의 연마 패드를 점검하였다. 각각의 연마 패드에서, 연마 층(4)이 배리어(5) 내로 침투되지만 그것을 넘지는 않는다. W-240 라텍스로부터 발생된 연마 패드에서, 연마 층(4)은 서브패드(3) 내로 약 0.001 내지 약 0.003 인치의 깊이까지 침투되었다. W-253, W-290 및 W-505 라텍스로부터 생성된 연마 패드에서, 연마 층(4)은 약 0.001 내지 약 0.002인치의 깊이까지 서브패드(3) 내로 침투되었다.
실시예 8
이 실시예는, 반응 분자와 그를 위한 반응 개시제의 혼합물로서 적용되는 배리어(5)의 사용을 증명한다. 우레탄 예비중합체 (아디프렌(ADIPRENE® L100) 및 차단된 경화제 (사이투르(CAYTUR)® 31) (양쪽 모두 크롬프톤 코포레이션(Crompton Corporation) (미국 코넥티컷주 미들베리)로부터 수득됨)을 함께 혼합한 다음, 4× 12 인치 아퀼린TM 서브패드(3) 상에 쏟아부었다. 중 강철 회전 핀을 사용하여, 혼합물을 서브패드 내에서 작업하였다. 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 경화가능한 유체를 배리어-코팅된 서브패드 위에 쏟아붓고, 이어서 이것을 오븐에 위치시켜 경화 과정을 개시하고 완결하였다. 얻어진 견본을 잘라내고, 침투에 대해 시험하였다. 연마 층(4)이 배리어(5)를 지나 침투되지 않았으며, 배리어 자체가 0.015 내지 0.020인치 범위로 침투되었다. 층들 사이의 접착성은 매우 양호하였다.
먼저, 817 서브패드를, 30 쇼어 A 듀로미터를 달성하기 위해 배합된 예비중합체 및 경화제 조합으로 충분히 함침시킴으로써 전체 벨트를 제조하였다. 30A 배합물을 혼합하고, 서브패드를 스테인레스 강철 벨트에 이미 고정시킨 후에, 손으로 서브패드에 적용하였다. 30A 제형을 촉매화하여, 오븐내에서 단 기간 내에 경화되도록 하였다. 일단 재료가 고체로 변하면, 실시예 1의 방법에 따라서 연마 층을 주조하였다. 최종 벨트는 서브패드 내로 30A 배리어 층의 100％ 침투를 나타내었다. 이것은, 벨트 주위의 모든 위치에서 일치하였다. 제로 범위는 제로 변동 인자로 전환된다.
실시예 10
배리어 층으로서 분무 폴리우레탄 니스를 사용하여, 더 작은 패드 및 전체 벨트를 제조하였다. 분무 우레탄의 가볍고 무거운 코팅 양쪽 모두가 배리어 층으로서 유효한 것으로 나타났으며, 서브패드 내로 연마 층의 침투가 중지되었다.

Claims (20)

  1. 이음새없는 연마 패드이며,
    이음새없는 연마 층(4)이 위쪽에 있는 다공성 서브패드 층(3)과,
    상기 이음새없는 연마 층(4)과 상기 서브패드 층(3) 사이에 배치된 배리어 층(5)을 포함하고,
    상기 배리어 층(5)은 균일한 깊이로 상기 서브패드 층(3)에 침투하고,
    듀로미터에 의해 측정된 상기 이음새없는 연마 패드의 압축성의 불균일성이 10％ 미만인, 이음새없는 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배리어 층(5)이 상기 이음새없는 연마 층(4) 및 상기 서브패드 층(3)에 접착성으로 연결되어 박리가 방지되는, 이음새 없는 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배리어 층(5)이 상기 서브패드 층(3)의 압축성을 변경시키지 않는 것인, 이음새없는 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이음새없는 연마 층(4)이 하나 이상의 반응성 분자 및 하나 이상의 반응 개시제를 포함하는 경화가능한 유체인, 이음새없는 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이음새없는 연마 층(4)이 상기 서브패드 층(3) 상에 주조되고 경화되는 것인, 이음새없는 연마 패드.
  6. 이음새없는 연마 패드이며,
    다공성 서브패드 층(3), 경화가능한 유체로 형성된 이음새없는 연마 층(4), 및 이들 사이에 배치된 배리어 층(5)을 포함하고, 여기에서 상기 배리어 층(5)은 균일한 깊이로 상기 서브패드 층(3) 내에 침투하고,
    듀로미터에 의해 측정된 상기 이음새없는 연마 패드의 압축성의 불균일성이 10％ 미만인, 이음새없는 연마 패드.
  7. 이음새없는 연마 패드의 제조 방법이며,
    다공성 서브패드 층(3)과, 그 위에 배치된 이음새없는 연마 층(4)을 제공하는 단계와;
    상기 이음새없는 연마 층(4)과 상기 서브패드 층(3) 사이에 배리어 층(5)을 도입하는 단계와;
    상기 배리어 층(5)이 균일한 깊이까지 상기 다공성 서브패드 층에 침투되도록 하는 단계를 포함하며,
    듀로미터에 의해 측정된 상기 이음새없는 연마 패드의 압축성의 불균일성이 10％ 미만인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이음새없는 연마 층(4)이 상기 배리어 층(5) 위로 주조되는 것인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
  9. 이음새 없는 연마 패드의 제조 방법이며,
    배리어 층(5)이 위쪽에 배치된 다공성 서브패드 층(3)을 금형 내에 도입하는 단계와;
    상기 금형을 미리결정된 온도로 가열하는 단계와;
    윗쪽 개구부를 통해 또는 주입구를 통해 상기 금형을 충진하여, 상기 배리어 층(5) 위로 경화가능한 유체를 주조하여 연마 층(4)을 형성하고, 이에 의해 상기 배리어 층(5)이 균일한 깊이로 상기 서브패드 층(3) 내에 침투되도록 하는 단계를 포함하며,
    듀로미터에 의해 측정된 상기 이음새없는 연마 패드의 압축성의 불균일성이 10％ 미만인, 이음새 없는 연마 패드의 제조 방법.
  10. 이음새없는 연마 패드의 제조 방법이며,
    서브패드 층(3)을 순환 스테인레스 강철 벨트 상에서 바깥쪽 표면에 적층하여 적층물을 형성하는 단계와;
    주입구가 위쪽에 있는 원통형 금형 내에 상기 적층물을 넣고, 상기 금형을 미리결정된 온도로 가열하는 단계와;
    상기 서브패드 층(3) 위에 배리어 층(5)을 위치시키는 단계와;
    경화가능한 유체를 상기 금형 내에 주입하고, 상기 유체를 상기 배리어 층(5) 위에 주조하여, 연마 층(4)을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 배리어 층(5)은 상기 서브패드 층(3) 내에 균일한 깊이로 침투되고,
    듀로미터에 의해 측정된 상기 이음새없는 연마 패드의 압축성의 불균일성이 10％ 미만인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 서브패드 층(3)이 부직포인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 경화가능한 유체가 폴리우레탄 수지와 디아민 경화제의 혼합물인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
  13. 이음새없는 연마 패드의 제조 방법이며,
    다공성 서브패드 층(3)을 제공하는 단계와;
    상기 서브패드 층(3)에 배리어 층(5)을 적용하는 단계와;
    그 위에 이음새없는 연마 층(4)을 코팅 또는 주조하는 단계를 포함하며,
    여기에서 상기 배리어 층(5)은 상기 다공성 서브패드 층(3) 내로 균일한 깊이로 침투하고,
    듀로미터에 의해 측정된 상기 이음새없는 연마 패드의 압축성의 불균일성이 10％ 미만이며,
    상기 이음새없는 연마 층(4)이 경화가능한 유체인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 배리어 층(5)이 상기 다공성 서브패드 층(3)의 두께의 0 초과 내지 10％의 깊이로 침투하는 것인, 이음새없는 연마 패드의 제조 방법.
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