KR101333018B1 - 고공극율 초연마 수지 제품들 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
초연마 공구와 같은 초연마 제품은 초연마제 입자 성분과, 초연마제 입자 성분이 분산되어 있는 열가소성 폴리머 성분을 포함하는 공극성 연속 상을 포함한다. 초연마 제품에 대한 초연마 제품 전구물은 초연마제 입자 성분, 결합제 성분 및 캡슐화된 가스의 폴리머 발포제를 포함한다. 초연마 제품을 제조하는 방법은, 예를 들면, 초연마 제품 전구물을 생성하기 위해 초연마제, 결합제 성분 및 캡슐화된 가스의 폴리머 발포제를 배합하는 단계를 포함한다. 배합된 초연마제, 결합제 성분 및 캡슐화된 가스의 폴리머 발포제는 상기 발포제 내의 캡슐화로부터 가스의 적어도 일부를 배출시키는 온도까지 일정 시간 동안 가열된다.
Description
본 출원은 여기에 참고로 포함된, 2008년 6월 23일에 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/132,867호의 우선권을 청구하고 있다.
소형화라는 세계적 추세에 따라, 전자 기기들이 더욱 작아지고 있다. 고전력 수준에서 작동해야 하는 반도체 기기들에 있어서, 웨이퍼 박형화(wafer thinning)는 열을 발산시키는 능력을 향상시킨다. 최종 두께가 감소됨에 따라, 웨이퍼는 그의 자체 무게를 지탱하고 후속 이면 연마(post backgrinding) 공정에서 생성된 스트레스를 견디기에는 계속해서 더 약해지고 있다. 따라서, 이면 연마에 의해 야기된 손상을 감소시키고 그의 품질을 향상시키는 것이 중요하다.
칩을 제조하는 중에 실리콘 웨이퍼의 최초 두께는 8인치 웨이퍼에 대해서 725 내지 680㎛이다. 더 빠르고 더 소형인 전자 기기를 얻기 위해, 웨이퍼는 개별 칩들로 다이싱되기 전에 박형화가 이루어져야 한다. 연마 공정은 두 단계들로 이루어진다. 우선, 거친 연마 휠이 표면을 대략 270 내지 280㎛까지 연마하지만, 손상된 Si 표면, Si 웨이퍼의 (이면측) 표면을 남겨둔다. 그 다음에, 고운 연마 휠이 손상된 표면 부분을 매끄럽게하고 웨이퍼를 250㎛까지 연마한다. 100 내지 50㎛까지의 두께를 가진 웨이퍼가 실제적으로 일부 IC 칩 적용들에 대한 표준 요건이다. 현재까지 오랜기간 동안 스마트 카드에 있어서 가장 일반적인 두께인 약 180㎛가 점점 더 얇아지는 IC 칩들로 대체되고 있다.
금속 결합 초연마 휠(metal-bonded superabrasive wheel)을 사용한 이면 연마는 일반적으로 오염 문제로 인해 바람직하지 않다. 웨이퍼의 표면 측의 전기회로들이 휠들로부터의 금속 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서, 금속 결합 초연마 휠은 이면 연마 적용에 사용되어서는 안된다. 한편, 동일한 크기의 입자를 가지는 유리 결합 초연마 휠들(glass bonded superabrasive wheels)은 표면 밑의 손상을 더 야기시키고 완성된 실리콘 웨이퍼의 표면 조도에도 악영향을 끼칠 것이다.
이러한 상황들에서, 수지 결합 초연마 제품들(resin bonded superabrasive products)이 선호된다. 결합제의 유연성(compliant nature)으로 인해 이는 표면 조도를 향상시키고 표면 밑의 손상을 더 적게 야기할 것이다. 결합은 일반적으로 전기회로들에 간섭을 일으키지 않을 것이다. 따라서, 수지 결합 제품들은 이면 연마 적용들에 가장 적합하다.
게다가, 연마 공정 중에 생성되는 스와프(swarf)가 축적되는 것을 최소화하고 연마 공구가 가해지고 있는 가공 대상물의 표면 온도를 냉각시키거나 적어도 일정하게 유지시키기 위해, 초연마 공구들은 일반적으로 개방 공극성 구조를 가져야 한다. 충분한 강도와 마모 특성들을 가지고 또한 충분한 공극율을 또한 가지는 공구를 제조한다는 것은, 특히 이러한 공구들이 사용되는 적용들의 수가 계속 증가한다는 관점에서, 끊임없는 도전이다.
그러므로, 위에서 언급된 문제들을 감소시키거나 제거하는, 이러한 공구들을 제조하는 방법들뿐만 아니라 단단한 가공 대상물들을 황삭하거나 정삭할 수 있는 연마 공구들에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 일반적으로 초연마 제품, 초연마 제품에 대한 초연마 제품 전구물(superabrasive product precursor), 및 초연마 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
초연마 제품은 초연마제 입자 성분과 열가소성 폴리머 성분을 함유하는 공극성 연속 상(porous continuous phase)을 포함하며, 초연마제 입자 성분이 공극성 연속 상에 분산되어 있다. 초연마제 입자 성분은, 예를 들면, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 지르코니아, 또는 산화알루미늄일 수 있다. 연속 상은 페놀-포름알데히드와 같은 열경화성 수지 성분을 포함할 수 있다. 열가소성 폴리머 성분은, 예를 들면, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리비닐리덴을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 초연마 제품이 개방 공극성 구조를 가지며, 이에 의해 제품의 공극들의 상당한 부분이 서로 연결되어 초연마 제품의 표면과 유체 연통(fluid communication)된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 초연마 제품에 대한 초연마 제품 전구물에 관한 것이다. 초연마 제품 전구물은 초연마제 입자 성분, 결합제 성분, 폴리머 발포제를 포함하며, 폴리머 발포제는 가스를 캡슐화한다. 초연마 제품 전구물의 선호되는 초연마제 입자 성분은 다이아몬드다. 결합제 성분은, 예를 들면, 페놀-포름알데히드와 같은 열경화성 수지이다. 폴리머 발포제는 이산된 입자들(discrete particles)을 포함하며, 입자들의 적어도 일부는 가스를 캡슐화하는 쉘(shell)을 가진다. 바람직하게는, 열가소성 폴리머는 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 조합물이다. 일반적으로, 캡슐화된 가스(encapsulated gas)는 이소부탄과 이소펜탄 중의 적어도 하나이다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 초연마 제품을 제조하는 방법이다. 방법은 초연마제, 결합제 성분 및 캡슐화된 가스의 폴리머 발포제를 배합하는 단계를 포함한다. 배합된 초연마제, 결합제 성분 및 폴리머 발포제는 발포제 내의 캡슐화로부터 가스의 적어도 일부를 배출시키는 온도까지 일정 시간 동안 가열된다. 일반적으로, 초연마제는 다이아몬드며, 결합제는 페놀-포름알데히드와 같은 열경화성 수지를 포함하고, 캡슐화된 가스의 발포제는, 이소부탄과 이소펜탄 중의 적어도 하나의 가스를 캡슐화하는, 적어도 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 열가소성 쉘을 포함한다.
본 발명은 많은 이점을 가진다. 예를 들면, 본 발명의 초연마 제품은, 종종 유리질 결합제(vitreous bond)를 사용하는 공구들과 연관된 취성(brittleness)이 없이, 유리질 결합제를 사용하는 초연마 공구의 종종 과도한 경도와 같은, 강도 특성들, 열경화성 폴리머와 열가소성 폴리머의 혼합물의 특성을 보인다. 게다가, 본 발명의 초연마 제품은 다이아몬드들과 같은 초연마제 입자 성분들을 매우 효과적으로 결합시킬 수 있으며, 입자 성분의 넓은 범위의 입자 크기를 가진 제조 공구들을 가능하게 한다. 게다가, 본 발명의 공구들은 상대적으로 높은 공극율을 가지며, 이에 의해 더욱 효과적으로 공구들을 냉각시킬 수 있다. 결과적으로, 가공 대상물의 연마는 더 양호하게 제어될 수 있고 연마 공구의 마모는 상당히 감소된다. 본 발명의 초연마 공구들은 유리질 결합제를 사용하는 공구들과 같은 다른 타입의 연마 공구들을 제조하는 데에 필요한 방법들 중의 일반적인 것보다도, 더 낮은 온도에서, 더 짧은 사이클로, 더 친환경적인 조건들 하에서 상대적으로 용이하게 제작될 수 있다. 본 발명의 초연마 공구들은 고정 연마 수직 스핀들(FAVS)-타입 공구들(fixed abrasive vertical spindle(FAVS)-type tools), 휠들, 디스크들, 휠 세그먼트들, 스톤들과 혼들(stones and hones)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 초연마 제품은 고정 연마 수직 스핀들(FAVS) 타입의 적용들에 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 유리질 초연마 제품(vitrified superabrasive product)을 사용하는 공구의 일 실시예의 단면도이다.
동일한 참조 번호들은 다른 도면들에 걸쳐서 동일한 부분들을 나타내는 첨부 도면들에 도시된 것처럼, 전술한 것은 본 발명의 예시적인 실시예들에 대한 다음의 더욱 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면들은 정확한 축척으로 도시될 필요가 없으며, 그 대신에 본 발명의 실시예들을 설명하는 것을 중요시하고 있다.
본 발명은 일반적으로 초연마 공구들을 포함하는 초연마 제품들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 초연마 제품들에 대한 전구물들인 초연마 제품 전구물들과 본 발명의 초연마 제품들을 제조하는 방법들에 관한 것이다.
본 발명의 초연마 제품은 초연마제 입자 성분과 공극성 연속 상을 포함한다. 연속 상은 초연마제 입자 성분이 분산되어 있는 열가소성 폴리머 성분을 포함한다. 일반적으로, 초연마 공구는, 예를 들면, 코팅 연마 공구(coated abrasive tool)와는 다른 결합 연마 공구(bonded abrasive tool)이다.
여기에서 사용되는 "초연마제(superabrasive)" 라는 용어는 적어도 입방정 질화붕소(CBN)의 경도의 누프(Knoop) 경도 스케일에서 측정되는 경도, 즉, 적어도 4700의 K100을 가진 연마제들을 의미한다. 입방정 질화붕소에 추가하여, 초연마 물질들의 다른 예들은 천연 및 인조 다이아몬드, 지르코니아 및 산화알루미늄을 포함한다. 적당한 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소 물질들은 결정체 또는 다결정체(polycrystalline)일 수 있다. 바람직하게는, 초연마 물질은 다이아몬드다.
초연마 재료는 "그릿(grit)" 으로도 또한 알려진 입자 형태이다. 본 발명의 초연마제 입자 성분은 상업적으로 얻어질 수 있거나 고객의 주문에 맞추어 생산될 수 있다. 일반적으로, 본 발명에 사용되는 초연마제는 약 0.25마이크론과 50마이크론 사이의 범위의 평균 입자 크기를 가진다. 바람직하게는, 입자 크기들은 약 0.5마이크론과 30마이크론 사이의 범위에 있다. 특정한 실시예들에서, 그릿의 평균 입자 크기는 약 0.5마이크론과 1마이크론 사이, 약 3마이크론과 약 6마이크론 사이, 또는 약 20마이크론과 25마이크론 사이의 범위에 있을 수 있다.
일 실시예에서, 초연마제 입자 성분은 초연마 공구의 적어도 35체적%의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서, 초연마제 입자 성분은 초연마 공구의 약 3체적%와 약 25체적% 사이, 더욱 바람직하게는 초연마 공구의 약 6체적%와 약 20체적% 사이의 범위의 양으로 존재한다. 또 다른 실시예로서, 초연마 제품의 초연마제 입자 성분과 연속 상의 체적비는 약 4:96과 약 30:70 사이, 더욱 바람직하게는 약 15:85와 약 22:78 사이의 범위에 있다.
공극은 연마에서 중요한 역할을 한다. 공극은 가공 대상물과 복합물 미세구조 사이의 접촉 면적을 제어한다. 공극은 연마 표면 온도를 가능한 한 낮게 유지하기 위해 미세구조 주위의 냉각제의 이동을 촉진시킨다. 다수의 다른 크기의 공극 유도제들(pore inducers)을 사용하여 생성된 상이한 구조들을 이해하는 것이 중요하다.
내마모성 미세구조가 상대적으로 큰, 예를 들면, 120 내지 420㎛ 직경의 물리적인 발포제들을 사용하여 생성된다. 일반적으로, 이러한 구조는 큰 공극들이 더 적지만 더 강한 가교들(bridges)을 생성하므로 양호한 수명을 초래한다. 이 구조는 연마 공정 중에 더 많은 전력을 소모할 것이지만 칩의 양호한 제거와 더 양호한 냉각제의 흐름을 허용할 것이다. 반면에, 많은 셀프-드레싱 구조(self-dressing structure)가 10 내지 80㎛ 크기의 범위에 있는 물리적 발포제들을 사용하여 생성된다. 이 구조는 연마 중에 더 빨리 마모되지만 더 적은 전력을 소모하는 더 많은 수의 더 작은 가교들을 생성할 것이다. 더 작은 공극 유도제와 더 큰 공극 유도제의 양호한 균형은 연마 중에 양호한 수명을 가지지만, 상대적으로 적은 전력을 소비하는 미세구조를 생성한다.
초연마 제품의 연속 상은 열경화성 폴리머 성분을 포함한다. 본 발명의 초연마 제품의 연속 상에 사용되기에 적절한 열경화성 폴리머 성분들의 예들은 폴리페놀-포름알데히드 폴리아미드, 폴리이미드 및 에폭시-변성 페놀-포름알데히드를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 열경화성 폴리머 성분은 폴리페놀-포름알데히드이다.
본 발명의 초연마 제품의 연속 상은 또한 열가소성 폴리머 성분을 포함한다. 적절한 열가소성 폴리머 성분의 예들은 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리덴, 폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다. 바람직한 열가소성 폴리머 성분의 예들은 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴을 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 초연마 제품의 연속 상은 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 조합물을 포함한다. 일 실시예에서, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 중량비는 약 60:40과 약 98:2 사이의 범위에 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 비율은 약 50:50과 90:10 사이의 범위에 있다.
연속 상에서 열가소성 폴리머 성분과 열경화성 폴리머 성분의 체적비는 일반적으로 약 80:15와 약 80:10 사이의 범위에 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 연속 상의 열가소성 폴리머 성분과 열경화성 폴리머 성분의 체적비는 약 70:25와 약 70:20 사이의 범위에 있다. 바람직한 다른 실시예에서, 연속 상에서 열가소성 폴리머 성분과 열경화성 폴리머 성분의 체적비는 약 50:30과 약 50:40 사이의 범위에 있다.
초연마 제품의 다른 성분들은, 예를 들면, 약 0.5체적%와 약 3체적% 사이의 범위에 있는 실리카겔과 실리카와 같은 무기질 필터들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 초연마 제품에 대한 초연마 제품 전구물이다. 초연마 제품 전구물은 초연마제 입자 성분, 결합제 성분 및 캡슐화된 가스의 폴리머 발포제를 포함한다. 초연마 제품 전구물의 초연마제 입자 성분은 초연마 제품에 관련하여 위에서 설명되었다. 결합제 성분은 일반적으로 초연마 제품 전구물이 초연마 제품으로 변환되는 중에 중합되는 열경화성 수지 성분이다. 적절한 결합제 성분의 예들은 페놀-포름알데히드, 폴리아미드, 폴리이미드, 및 에폭시-변성 페놀-포름알데히드와 같은, 본 기술 분야에 공지된 것들을 포함한다.
일 실시예에서, 발포제는 이산된 입자들을 포함하며, 입자들의 적어도 일부는 가스를 캡슐화하는 쉘을 가진다. 일반적으로, 적어도 일부의 쉘들은 열가소성 폴리머를 포함한다. 적절한 열가소성 폴리머의 예들은 폴리아크릴로나이트릴, 폴리염화비닐리덴과 같은 폴리비닐리덴, 폴리스티렌, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 기타 메틸메타크릴레이트의 다른 폴리머들을 포함한다. 일 실시예에서, 이산된 입자들은 적어도 2개의 구별되는 타입들이며, 각각의 타입은 열가소성 쉘의 상이한 조성물을 포함한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 이산된 입자의 적어도 하나의 타입은 대체로 폴리아크릴로나이트릴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다. 다른 실시예에서, 이산된 입자의 적어도 하나의 타입은 대체로 폴리염화비닐리덴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다. 또 다른 실시예로서, 이산된 발포제 입자의 적어도 하나의 타입은 대체로 폴리아크릴로나이트릴을 포함하는 열가소성 쉘을 가지며 발포제의 이산된 입자의 다른 타입은 대체로 폴리염화비닐리덴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다.
일반적으로, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 나일론 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 메틸메타크릴레이트(MMA)의 다른 폴리머들 중 적어도 하나를 포함하며, 이소부탄과 이소펜탄 중 적어도 하나를 캡슐화하는 것들과 같은 가스를 캡슐화하는 폴리머 구체들(polymeric spheres)은 "팽창된(expanded) 형태" 와 "팽창되지 않은(unexpanded) 형태" 로 상업적으로 이용 가능하다. 구체들 중 "팽창된" 버전들(versions)은 일반적으로 구체들의 폴리머 쉘들이 파괴되어 캡슐화된 가스를 방출하게 하는 온도까지 가열 중에 심하게 팽창하지 않는다. 반면에, "팽창되지 않은" 버전들은 폴리머 쉘들이 파괴되는 온도까지 가열 중에 팽창한다. 비록 팽창된 폴리머 구체들이 선호되지만, 2개 중 어느 타입의 폴리머 구체도 본 발명에 사용되기에 적합하다. 다르게 설명되지 않으면, 여기에서 폴리머 구체의 크기들에 대한 언급은 팽창된 구체들에 관한 것이다.
종종, 상업적으로 이용 가능한 적절한 폴리머 구체들은 탄산칼슘(CaCO3) 또는 이산화규소(SiO2)로 처리된다. 상업적으로 이용 가능한 적절한 폴리머 구체의 예들은 모두 악조 노벨(Akzo Nobel) 회사 제품인 Expanded DE 40, DE 80 및 950 DET 120을 포함한다. 다른 예들은 모두 헨켈(Henkel)사 제품인 Dualite E135-040D, E130-095D 및 E030를 포함한다.
다른 실시예에서, 초연마 제품 전구물의 발포제는 코폴리머 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴을 포함하는 쉘의 이산된 입자들을 포함한다. 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 중량비는, 예를 들면, 약 40:60과 약 99:1 사이의 범위에 있을 수 있다. 발포제의 평균 입자 크기는, 예를 들면, 약 10마이크론과 약 420마이크론 사이의 범위에 있을 수 있다. 특정한 실시예에서, 발포제의 평균 입자 크기가 약 20마이크론과 50마이크론의 범위에 있을 수 있다. 이 실시예에서, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리비닐리덴의 중량비는, 예를 들면, 약 40:60에서 60:40 사이의 범위에 있을 수 있다. 바람직하게는, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 중량비는 이 실시예에서 약 50:50이다.
다른 실시예에서, 발포제의 평균 입자 크기는 85마이크론과 약 105마이크론 사이의 범위 내에 있다. 이 실시예에서, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 중량비가 바람직하게는 약 60:40과 약 80:20 사이의 범위에 있으며, 특히 바람직한 비율은 약 70:30이다.
또 다른 실시예에서, 발포제의 평균 입자 크기는 약 125마이크론보다 더 크다. 이 실시예에서, 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴의 중량비는 바람직하게는 약 92:8과 약 98:2 사이의 범위에 있으며, 특히 바람직한 비율은 약 95:5이다.
이산된 입자들의 캡슐화된 가스의 예들은 이소부탄과 이소펜탄으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다. 적절한 가스들이 이소부탄과 이소펜탄 중 적어도 하나를 포함하는 실시예에서, 이산된 입자들의 크기는 바람직하게는 약 8 마이크론과 약 420마이크론 사이의 범위에 있으며, 가스를 캡슐화하는 이산된 입자들의 벽 두께는 바람직하게는 약 0.01마이크론과 약 0.08마이크론 사이의 범위에 있다.
초연마 제품 전구물에서 발포제의 이산된 몸체들과 결합제 성분의 체적비는 일반적으로 약 2:1과 약 30:35 사이의 범위에 있다. 특정한 실시예에서 체적비는 80:15이며, 다른 실시에서의 체적비는 70:25이다.
본 발명의 초연마 제품을 제조하는 방법은 초연마제, 결합제 성분 및 캡슐화된 가스의 폴리머 발포제를 배합하는 단계를 포함한다.
배합된 초연마제, 결합제 성분 및 폴리머 발포제는 적어도 상당한 부분의 캡슐화된 가스를 초연마 제품 전구물로부터 배출시키는 온도까지 일정 시간 동안 가열되며, 이에 의해서 제조된 초연마 제품이 대체로 개방 공극(open porosity)인 공극을 가진다. 여기에서 정의된 바와 같이 "개방 공극" 은 공극들의 적어도 일부 또는 상당한 부분이 상호간 그리고 초연마 제품의 표면과 유체 연통하고 있다는 것을 의미한다. 공극들이 초연마 제품의 약 70체적%와 약 90체적% 사이를 차지하는 일 실시예에서, 제품은 본질적으로 모두 개방된 공극을 가질 것이다. 초연마 제품이 약 40%와 약 70% 사이의 범위에 있는 공극율을 가질 경우, 공극들의 일부는 폐쇄될 것이고 나머지는 개방될 것이다. 공극율이 약 20%와 약 40% 사이의 범위에 있는 또 다른 실시예에서, 필수적으로 모든 공극들이 폐쇄될 것이다.
일 실시예에서, 초연마 제품 전구물의 형태의 배합된 초연마제, 결합제 성분 및 폴리머 발포제는 초연마 제품 전구물이 양(positive)의 게이지 압력 하에 있는 동안에 가열된다. 일반적으로, 본 발명의 초연마 제품 전구물에 관해서 설명한 바와 같이, 결합제 성분은 열경화성 폴리머를 포함하는 반면에 폴리머 발포제는 열가소성 폴리머를 포함한다. 일 실시예에서, 초연마 제품 전구물은 적어도 2톤의 압력 하에서 적어도 약 100℃의 제1 온도까지 예열된다. 초연마 제품 전구물은 그 후에 제1 온도로부터 적어도 약 180℃의 제2, 침지 온도(soak temperature)까지 가열된다. 초연마 제품 전구물은 그 후에 침지 온도에서 적어도 약 15분 동안 유지됨으로써 초연마제 입자를 생성한다. 일반적으로, 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 초연마 제품 전구물이 금형 내에 있는 동안에 초연마 제품 전구물이 제1 온도, 제2, 침지 온도로 가열되고 이 침지 온도에서 유지된다.
초연마 제품을 제조하기에 충분한 시간 동안 침지 온도에 초연마 제품 전구물을 유지한 후에, 초연마 제품은 약 45분과 약 10분 사이의 범위의 시간에 걸쳐서 침지 온도로부터 약 100℃와 약 170℃ 사이의 범위의 제1 감소 온도까지 냉각된다. 초연마 제품은 일반적으로 그 후에 약 10분과 약 30분 사이의 범위의 시간에 걸쳐서 제1 감소 온도로부터 약 30℃와 약 100℃ 사이의 범위의 제2 감소 온도까지 냉각된다.
일반적으로, 초연마 제품은 공랭식으로 제1 감소 온도로 냉각된 후에 액체 냉각 방식으로 제1 감소 온도로부터 제2 감소 온도로 냉각된다. 초연마 물품은 그 후에 제2 감소 온도로 냉각된 후에 금형으로부터 제거된다.
일반적으로, 본 발명의 유리질 초연마 제품은 연마 공구의 적어도 일 구성요소를 구성한다. 적절한 연마 공구의 예는 휠이다.
바람직한 일 실시예에서, 유리질 초연마 제품은 고정 연마 수직 스핀들(FAVS)이다. FAVS의 예가 도1에 도시되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 공구(10)는 축(14)의 둘레에 베이스(12)를 가지는 휠로서 구성된다. 휠의 돌출 경계부(16)는 베이스(12)의 경계부에 연마 세그먼트(18)를 지지한다. 연마 세그먼트는 본 발명의 유리질 초연마 제품의 일 실시예이다. 일반적으로, 베이스는 약 6인치와 약 12인치 사이의 범위인 직경을 가지고, 연마 세그먼트의 높이는 약 2밀리미터(mm)와 약 10밀리미터 사이의 범위에 있고 약 2밀리미터와 약 4.5밀리미터 사이의 폭을 가진다. 도1을 참조하여 설명되는 바와 같이, 휠들이 공구에 의해 연마되고 있는 웨이퍼의 축의 회전에 대해 반시계방향으로 그들의 축 둘레를 회전함으로써 웨이퍼를 연마하기에 적합할 수 있다. 도1에 관련하여 일반적으로 설명한 바와 같이 연마 휠을 사용하여 웨이퍼들을 연마하는 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다.
본 발명은 아래의 실시예들에 의해 추가로 설명될 것이지만 이들에 한정하려는 의도는 없다.
실시예
수지 복합 미세구조들이 수지, 초연마 그릿 및 공극 유도제, 또는 "발포제" 를 사용함으로써 생성되었다. 미세구조들에서 사용된 수지는 페놀-포름알데히드이었다. 물리적 발포제들은 Henkel 사의 Dualite로부터의 PAN 및 PVDC 코폴리머 구체들이였다. 입자들은 다이아몬드(3 내지 6 마이크론)였다.
복합 미세구조들을 만들기 위해, 재료는 무게가 계량되고 스테인레스 스틸 용기 내에서 교반을 하여 혼합되고 그 후에 165메쉬 스크린(mesh screen)을 통해 3번 스크리닝되었다(미국 표준 사이즈). 이는 그 후에 다음의 치수를 가지는 테스트 샘플들을 생산하기 위해 적절한 디자인의 강철 금형내에 배치되었다: 5.020인치 X 1.25인치 X 0.300인치. 각각의 혼합물은 스푼에 의해 금형 내에 채워지고 레벨링 패들을 사용하여 금형 내에서 레벨링되었다. 완전히 채워진 금형 패키지는 그 후에 전자식 프레스로 이동되었다. 금형 패키지가 프레스에 배치되면, 상부 플레이트가 금형 패키지 내에 균일하게 들어가는 것을 확실히 하기 위해 2톤의 압력이 가해졌다. 2톤의 압력이 가해진 후에, 온도가 100℃로 상승되었다. 금형 패키지에 가해진 압력은 컴팩팅되었다. 금형 패키지의 온도가 180℃로 상승되고, 그 후에 15분 동안 침지되었다. 침지 사이클이 완료되면, 프레스가 공랭으로 100℃까지 냉각되도록 허용되고 그 후에 수냉으로 실온까지 냉각되었다. 금형 패키지가 프레스로부터 제거되고 "스트립핑" 아버 프레스 장비("stripping" arbor press setup)로 이송되었다. 금형 패키지(밴드를 포함한 상부 및 하부 플레이트들)가 스트립핑 아버 및 스트립 밴드에 배치되었다. 금형의 플레이트들과 샘플이 제거되고 사용할 준비가 되었다. 제작된 디스크는 180℃에서 10시간 동안 후속-베이킹되었다(post-baked).
휠들이 3가지의 상이한 규격들로 생산되었다. 규격들은 아래와 같다:
그들은 그 후에 스트라스바우 사의 이면 연마 7AF 기계(Strasbaugh backgrinding 7AF machine)를 사용하여 테스트되었다. 휠들은 초극세 드레싱 패드(ultra-fine dressing pad)를 사용하여 드레싱되었다. 휠들이 8인치 실리콘 웨이퍼들을 연마하기 위해 사용되었다. 실리콘 웨이퍼들은 황삭 휠(rough wheel)을 사용하여 황삭된 후에 정삭 휠(fine wheel)로 가공되었다.
휠 성능이 현재 시장에 있는 SG 휠의 연마력들과 수명과 비교되었다. 아래의 그래프들은 연마 데이터를 나타낸다.
위의 그래프들은 유사한 공급 속도들에 있는 모든 휠들에 대한 연마력을 비교한다. 공급 속도들은 0.8, 0.5, 0.2마이크론/초였다. 위의 그래프로부터 볼 수 있는 바와 같이 모든 새로운 규격들이 더 낮은 연마력들을 나타낸다.
위의 그래프는 모든 휠들에 대한 마모 데이터를 비교한다. 마모/웨이퍼는 방정식(y = mx + c)에서 "m" 값에 의해 계산될 수 있으며, "m" 은 기울기이다.
물리적 발포제를 가진 모든 규격들에 대한 "m" 값은 "종래기술" 의 휠 보다도 더 낮았다. 물리적 발포제를 가진 휠을 사용함으로써, 본 발명의 휠이 더 오랜 수명을 보일 것이고 더 낮은 힘에서 연마할 것으로 예상된다.
균등성
본 발명이 그의 바람직한 실시예들에 대하여 특별히 도시되고 설명되지만, 형태와 세부사항이 첨부된 청구항들에 포함되는 본 발명의 범위를 벗어나는 일이 없이 여기에서 다양하게 변경될 수 있다는 점은 당업자가 이해할 수 있을 것이다.
Claims (23)
- 회전축 및 돌출 경계부를 갖는 베이스를 포함하는 초연마 제품으로서,
이때 상기 돌출 경계부 위에 연마 세그먼트만이 존재하고,
상기 연마 세그먼트는
a) 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 지르코니아 및 산화알루미늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소로 이루어진 초연마제 입자 성분; 및
b) 폴리아크릴로나이트릴, 폴리비닐리덴, 폴리스티렌, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소로 이루어진 열가소성 폴리머 성분, 및 열경화성 수지 성분을 포함하는 공극성 연속 상
을 포함하고, 이때 상기 공극성 연속 상에서 상기 열가소성 폴리머 성분 대 상기 열경화성 수지 성분의 체적비는 50:40과 80:10 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제1항에 있어서,
상기 열경화성 수지 성분이 페놀-포름알데히드, 폴리아미드, 폴리이미드 및 에폭시-변성 페놀-포름알데히드로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제2항에 있어서,
상기 공극성 연속 상은 대체로 개방된 공극성 연속 상인 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 열경화성 수지 성분이 폴리페놀-포름알데히드로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제1항에 있어서,
상기 초연마제 입자 성분이 다이아몬드로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 열가소성 폴리머 성분이 폴리아크릴로나이트릴로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제1항에 있어서,
상기 열가소성 폴리머 성분이 폴리비닐리덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제10항에 있어서,
상기 폴리비닐리덴이 폴리염화비닐리덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제2항에 있어서,
상기 열가소성 폴리머 성분이 폴리아크릴로나이트릴과 폴리염화비닐리덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제12항에 있어서,
상기 열경화성 수지 성분이 페놀-포름알데히드로 이루어진 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제13항에 있어서,
상기 공극성 연속 상에서 상기 열가소성 폴리머 성분 대 상기 열경화성 수지 성분의 체적비는 50:40과 50:30 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제1항에 있어서,
상기 공극성 연속 상 대 상기 초연마제 입자 성분의 체적비는 2:1과 1:2 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제15항에 있어서,
상기 초연마제 입자 성분은 0.25㎛와 30㎛ 사이의 범위의 수평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제16항에 있어서,
상기 초연마제 입자 성분은 0.5㎛와 1.0㎛ 사이의 범위의 수평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제16항에 있어서,
상기 초연마제 입자 성분은 3㎛와 6㎛ 사이의 범위의 수평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제16항에 있어서,
상기 초연마제 입자 성분은 20㎛와 25㎛ 사이의 범위의 수평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 제16항에 있어서,
상기 초연마 제품은 30체적%와 80체적% 사이의 범위의 공극율을 가지는 것을 특징으로 하는 초연마 제품. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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