KR20120030048A - 금속 입자 전달 용품, 금속 개질된 기판 및 이의 제조 및 이용 방법 - Google Patents

금속 입자 전달 용품, 금속 개질된 기판 및 이의 제조 및 이용 방법 Download PDF

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KR20120030048A
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liner
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KR1020117027211A
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폴 에스 러그
티모시 디 플레처
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

금속 입자 전달 용품 및 금속 개질된 기판뿐만 아니라 용품 및 기판의 제조 및 이용 방법이 제공된다.

Description

금속 입자 전달 용품, 금속 개질된 기판 및 이의 제조 및 이용 방법{METAL PARTICLE TRANSFER ARTICLE, METAL MODIFIED SUBSTRATE, AND METHOD OF MAKING AND USING THE SAME}
필름 형태로 금속 입자를 포장, 보호 및 보관하고, 금속 개질된 기판을 제조하기 위해 예를 들어, 정밀한 평면형의 강성 랩핑 표면과 같이 강성이거나 또는 가요성일 수 있는 기판상으로 이들 금속 입자의 단층을 궁극적으로 전달하기 위한 용품을 제조할 요구가 있다. 강성 기판이 사용될 때, 랩핑 기판 또는 플레이트가 제조될 수 있다. 본 개시는 이러한 전달 용품 및 금속 개질된 기판 또는 플레이트를 만들기 위한 능률적이고 경제적으로 효율적인 해결방법을 제공한다. 금속 개질된 기판은 그 뒤 예를 들어, 연마 입자로서 기능을 하는 슬러리와 같이 연마 입자와 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "고정된 용품"은 일반적으로, 금속 입자가 경화된 제1 결합제(종종, 연마 기술의 당업자에게 "메이크 코트(make coat)"로서 지칭됨) 및 선택적으로 경화된 제2 결합제(종종, 연마 기술의 당업자에게 "사이즈 코트(size coat)"로서 지칭됨) 내에서 고정되는 상태를 말한다. 용어 "경화된"은 제1 및 또는 제2 결합제의 부분적으로 경화된 또는 완전히 경화된 상태를 포함한다. 용어 "부분적으로 경화된"은, 수지가 중합되기 시작하고 분자량의 증가를 겪지만 수지가 적절한 용매 내에서 적어도 부분적으로 용해 가능한, 수지 결합제의 상태를 의미한다. 용어 "완전히 경화된"은, 수지가 용매 내에서 용해될 수 없고, 수지가 중합되며 고상인, 수지 결합제의 상태를 의미한다.
일 양태에서, 본 개시는 대향하는 제1 및 제2 표면을 가지며, 제1 표면의 이형 값이 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만인 제1 라이너와, 제1 라이너의 제1 표면상에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는, 금속 입자 전달 용품에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판을 제공하는 단계와; 강성 기판의 제1 표면상에 제1 결합제를 코팅하는 단계와; 대향하는 제1 및 제2 표면을 가지며, 제1 표면의 이형 값이 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만인 제 1 라이너와, 제1 라이너의 제1 표면상에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는, 금속 입자 전달 용품을 제공하는 단계와; 강성 기판의 제1 표면에 금속 입자 전달 용품을 적용하여 금속 입자를 제1 결합제와 접촉시키는 단계와, 강성 기판으로부터 제1 라이너를 제거하는 단계와; 제1 결합제를 경화시켜 강성 기판의 제1 표면에 금속 입자를 고정시키는 단계를 포함하는 금속 개질된 기판 또는 용품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판과, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제와, 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판과, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제와, 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하고, 층은 제1 결합제 상에 2개 이상의 동심 영역을 포함하고, 하나 이상의 동심 영역은 하나 이상의 그 외의 다른 동심 영역의 금속 입자의 특징과 상이한 특징을 갖는 금속 입자를 포함하는 금속 개질된 기판에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판과, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제와, 제1 표면의 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층과, 기판의 제2 표면상의 제1 결합제와, 제2 표면의 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 가공물을 회전시키는 고정 용품에 가공물을 부착시키는 단계와, 연마재 슬러리의 존재하에서 금속 개질된 기판을 가공물에 적용하는 단계와, 가공물을 연마하는 단계를 포함하는 가공물을 폴리싱하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 개시의 발명자는 금속 입자를 라이너에 일시적으로 접합시키기 위해 이러한 라이너가 종이, 부직 필름을 포함하는 중합체성 필름 또는 직물을 기반으로 하든지 간에 이형 라이너에 존재하는 정전기력을 이용하고 인식하였다. 그러나, 금속 입자와 전달 라이너 간의 정전기적 인력은 입자들이 라이너로부터 분리되지 않을 정도로 강하지 못하다. 게다가, 본 개시의 금속 입자는 이형 라이너 내에 매립되지 않지만 대신에 이형 라이너의 이형 코팅 측에 점착된다.
일 응용에서, 예를 들어, 본 명세서에 개시된 전달 용품으로부터 제조된 금속 개질된 기판은 용품(종종, 산업에서 "가공물"로 지칭됨)을 폴리싱하거나, 연마하거나 또는 마무리하는데 이용될 수 있다. 일부 응용에서, 가공물을 폴리싱하거나, 연마하거나 또는 마무리하기 위하여 사용된 용품이 실질적으로 평평하고 폴리싱 동안 실질적으로 평평하게 유지되는 것이 매우 바람직하다. 용품 내에 요철(unevenness), 꺼칠꺼칠함(asperity), 또는 파상도(waviness)가 있다면, 폴리싱 동안에 용품을 사용함에 따라 가공물의 크라우닝(crowning) 또는 "롤 오프(roll off)"가 야기될 수 있다. 크라우닝은 가공물 엣지의 바람직하지 못한 라운딩이다. 본 개시의 일 이점은 폴리싱, 연마 또는 마무리 용품을 제조하기 위해 효과적이고 비용 효율적인 방식을 제공하는 실질적으로 평평하고, 바람직하게는 강성 기판으로부터 개시된다. 게다가, 금속 입자가 가변 기하학적 형상의 기판에 도포될 수 있기 때문에 전달 용품의 사용은 상당한 유연성이 허용될 수 있다. 전달 용품이 가요성이라면, 이 용품은 기판, 특히 강성 기판의 형태와 일치될 수 있다.
본 발명은 하기 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다:
<도 1>
도 1은 본 개시의 일 양태에 따르는 전달 용품의 예시적인 단면도;
<도 2>
도 2는 본 개시의 일 양태에 따르는 연마 용품을 제조하는 전형적인 방법의 예시적인 단면도;
<도 3>
도 3은 본 개시의 일 양태에 따르는 전달 용품의 롤의 사시도;
<도 4>
도 4는 가변 금속 입자 밀도의 동심 영역을 갖는 전달 용품의 사시도;
<도 4a>
도 4a는 일 영역이 불연속적인 가변 금속 입자 밀도의 동심 영역을 갖는 전달 용품의 사시도;
<도 5>
도 5는 공구 플래튼에 부착된, 기판의 양 측면상에 금속 입자를 갖는 금속 개질된 기판의 예시적인 단면도;
<도 6>
도 6은 이형 라이너에 정전기적으로 부착된 100 미크론의 주석/비스무트 구의 사진;
<도 7>
도 7은 수 시간 동안 사파이어 가공물을 폴리싱한 후 실시예 1의 전달 용품으로부터 제조된 플래튼 A의 사진;
<도 8>
도 8은 실시예 부분에서 이용되고 제조된 용품의 경우 폴리싱 시간에 대한 제거(그램)를 나타내는 그래프;
<도 9>
도 9는 가변 금속 입자 밀도의 동심 영역을 갖는 플래튼의 사진;
<도 10>
도 10은 가변 금속 입자 밀도를 나타내는 더 근접한 도면에서의 도 9의 동일한 플래튼의 사진.
이들 도면은 예시적이며, 축척대로 도시되지는 않았고, 단지 설명의 목적으로만 의도된다.
본 명세서의 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 간주된다. 종점들에 의한 수치 범위의 기술은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함한다(예를 들어, 1내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함한다). 하기 실시예 부분에서의 것들을 포함하는, 본 명세서에서 나열된 모든 부분은 달리 지시되지 않는 한 중량에 의한다.
전달 용품
전달 용품은 적어도 제1 라이너 및 금속 입자의 층을 포함한다. 전달 용품은 롤의 형태일 수 있거나(그 후, 시트 및 디스크로 변환됨) 또는 시트 또는 디스크의 형태일 수 있다. 전달 용품은 정밀하게 형성되고, 정밀하게 배치된 금속 입자의 특유의 표면 분포에 따라 기판을 강성 및 가요성 모두로 개질하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 강성 기판은 환상의 강성 플래튼(annular rigid platen)을 포함한다.
본 개시의 전달 용품은 연성 금속 플래튼과 같은 용품을 표면 개질하고 재표면처리하기 위한 신규한 기술을 제공한다. 분산액의 다이 코팅 또는 나이프 코팅과 같은 종래의 방법은 환상 플래튼과 같은 불연속적인 강성 표면을 코팅하는데 적합하지 않을 수 있다. 본 명세서에 기재된 전달 용품은 얇은 가요성 필름상에서 롤 투 롤 코팅(roll to roll coating)의 이점을 이용하며, 금속 랩핑/폴리싱 플래튼과 같은 정밀하고 강성 표면의 표면을 개질하는데 유용할 수 있다.
도면들을 참조하면, 도 1에는 제1 라이너(12), 제2 라이너(14) 및 두 라이너 사이에 배열되거나 또는 개재된 금속 입자(16)를 갖는 전형적인 듀얼 라이너 전달 용품(10)의 예시적인 단면도가 도시되어 있다. 각각의 제1 및 제2 라이너는 제1 표면(각각 12a, 14a)과 대향하는 제2 표면(각각 12b, 14b)을 갖는다. 이형 코팅(도시되지 않음)은 제1 라이너의 제1 표면(12a) 상에, 선택적으로 제2 라이너의 제1 표면(14a) 상에 배치된다. 금속 입자는 정전기력에 의해 라이너에 부착된다.
본 개시의 또 다른 실시 양태는 금속 입자 및 이형 라이너의 다수의 층을 포함한다. 예를 들어, 전달 용품은 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 라이너; 제1 라이너의 제1 표면상에 배치된 금속 입자의 제1 층; 금속 입자의 층상에 배치된 제1 및 제2 표면을 갖는 제2 라이너(제2 라이너의 제1 표면은 금속 입자와 접촉함); 제2 라이너의 제2 표면상에 배치된 금속 입자의 제2 층; 및 선택적으로 제1 및 제2 표면을 갖는 제3 라이너(제3 라이너의 제1 표면은 금속 입자의 제2 층과 접촉함)를 포함할 수 있다. 라이너의 층의 개수와 금속 입자의 층의 개수는 원하는 최종 용도에 따라 선택될 수 있다.
선택적으로, 본 명세서에 기재된, 미립자 유리화 결합제(도시되지 않음)는 제1 라이너와 제2 라이너 사이에 배치될 수 있다. 미립자 유리화 결합제는 열가소성 또는 열경화성 수지일 수 있다. 추가로, 연마재 입자 또는 연마재 분말(도시되지 않음)은 또한 금속 입자 및 임의의 선택적 미립자 유리화 결합제 또는 분말에 추가로 제1 라이너 상에 배치될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "분말"은 연마재 입자, 미립자 유리화 결합제 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 미립자 결합제의 미립자 및/또는 연마재 입자는 금속 입자보다 작거나, 이와 동일하거나 또는 이보다 큰 크기일 수 있다.
도 3에는, 테이프의 롤의 사시도와 유사한, 본 개시의 일 양태에 따르는 전달 용품(50)의 롤의 사시도가 도시되어 있다. 전달 용품(50)의 롤은 대향하는 제1 표면(52a)과 제2 표면(52b)을 갖는 단일의 라이너(52)를 포함하고, 제1 표면(52a) 상에는 이형 코팅(도시되지 않음)이 배치된다. 금속 입자(56)와 선택적 유리화 결합제 물질(도시되지 않음)은 제1 표면(52a) 상에 배치된다. 선택적으로, 제2 이형 코팅(도시되지 않음)은 또한 라이너의 제2 표면(52b) 상에 배치되고, 제2 이형 코팅은 제1 이형 코팅보다 더 작은 이형 값을 가져서 라이너의 제2 표면(52b)에 연마재 입자(및, 사용 시, 임의의 유리화 결합제 물질)가 잔류할 가능성이 제거되지 않는다면 최소화되고 롤의 풀림이 촉진된다.
제1 및 선택적 제2 라이너에 대한 물질
라이너가 연마재 입자로의 정전기적 인력 또는 연마재 입자와 라이너 간의 정전기적 접착력을 제공할 수 있어서 연마재 입자들이 잔류하거나 또는 라이너에 점착될 수 있는 한, 본 개시에서 사용하기에 적합할 수 있는 이형 라이너의 유형은 한정되지 않는다. 상기 도면을 참조로 언급된 바와 같이, 라이너는 이의 제1 표면상에 배치된 이형 코팅을 갖는다.
일 실시 양태에서, 라이너는 가요성 배킹(flexible backing)이다. 전형적인 가요성 배킹은 고밀화 크라프트지(densified Kraft paper)(예컨대, 미국, 일리노이주 윌로브룩 소재의 로파렉스 노쓰 어메리카(Loparex North America)로부터 상용 입수가능한 것들), 폴리에틸렌 코팅된 크라프트지와 같은 폴리-코팅된 종이 및 중합체성 필름을 포함한다. 적합한 중합체성 필름에는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌프탈레이트, 폴리비닐클로라이드, 및 폴리카보네이트가 포함된다. 부직포 또는 직조 라이너도 또한 유용할 수 있다. 부직포 또는 직조 라이너에 따른 실시 양태는 이형 코팅과 일체 구성될 수 있다.
일 실시 양태에서, 라이너의 이형 코팅은 센티미터 당 약 275.6 그램(인치당 약 700 그램) 미만의 이형 값을 갖는다. 예를 들어, ASTM D3330/D3330M-04와 같은 다양한 시험 방법이 이 이형 값을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시 양태에서, 라이너의 이형 코팅은 불소 함유 물질, 규소 함유 물질, 플루오로중합체, 실리콘 중합체, 또는 12개 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 갖는 알킬 (메트)아크릴레이트를 포함한 단량체로부터 유도된 폴리 (메트)아크릴레이트 에스테르일 수 있다. 일 실시 양태에서, 알킬기는 분지될 수 있다. 유용한 플루오로중합체 및 실리콘 중합체의 예시적인 예는 미국 특허 제4,472,480호, 미국 특허 제4.567,073호 및 미국 특허 제4,614,667호에서 찾을 수 있다. 유용한 폴리 (메트)아크릴레이트 에스테르의 예시적인 예는 미국 특허출원 공보 제US 2005/118352호에서 찾을 수 있다.
일 실시 양태에서, 금속 입자가 배치되는 라이너의 제1 표면은 텍스쳐화될 수 있어서 라이너의 제1 표면의 적어도 하나의 평면이 또 다른 평면보다 높다. 텍스쳐화된 표면은 패턴화되거나 또는 임의로 형성될 수 있다. 텍스쳐화된 표면의 가장 높은 평면 또는 평면들은, 가장 높은 평면 또는 평면들이 금속 입자를 기판에 전달할 것이기 때문에, "전달 평면"으로서 명명될 수 있다. 하측 평면 또는 평면들은 "리세스된 평면(recessed planes)"으로 명명될 수 있다.
금속 입자
적합한 금속 입자는 주석, 구리, 인듐, 아연, 비스무트, 납, 안티몬, 및 은, 및 이들의 합금뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다. 전형적으로, 금속 입자는 연성이다. 전형적인 금속 입자는, 카탈로그 번호. 20778로 미국, 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 상용 입수가능한 구리 입자(99% 200 메쉬) 및 상표명 "58Bi42Sn Mesh100+200 IPN+79996Y"으로 주석 비스무트 공정 분말과 같이 미국, 뉴욕주 유티카 소재의 인듐 코포레이션(Indium Corporation)으로부터 상용 입수가능한 주석/비스무트 금속 비드를 포함한다.
적합한 입자 크기는 제조되는 용품의 궁극적인 응용에 좌우된다. 전달 용품은 상이한 크기의 금속 입자를 포함할 수 있다. 금속 입자의 전형적인 평균 입자 크기는 200 미크론 미만, 바람직하게는 약 70 내지 150 미크론일 수 있다. 금속 입자의 크기는 전형적으로 이의 가장 긴 치수인 것으로 특정화된다. 다수의 경우에, 입자 크기 분포는 생성된 용품이 연마되는 가공물 상에 일관된 표면 마무리를 제공하도록 제어되는 것이 바람직하다.
금속 입자는 입자에 원하는 특성을 제공하는 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 금속 입자의 표면에 도포되는 물질은 금속 입자와 이형 라이너 사이의 점착을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 추가로, 금속 입자의 표면에 도포된 물질은 연화된 미립자형 경화성 결합제 물질에서의 금속 입자의 점착을 향상시킬 수 있다. 대안적으로, 표면 코팅은 얻어지는 연마 입자의 절삭 특성을 변경하고 향상시킬 수 있다. 이러한 표면 코팅은, 예를 들어 미국 특허 제5,011,508호(왈드(Wald) 등); 미국 특허 제3,041,156호 (라우스(Rowse) 등); 미국 특허 제5,009,675호(쿤즈(Kunz) 등); 미국 특허 제4,997,461호(마크호프-마테니(Markhoff-Matheny) 등); 미국 특허 제5,213,591호(셀리카야(Celikkaya) 등); 미국 특허 제5,085,671호(마틴(Martin) 등) 및 미국 특허 제5,042,991호(쿤즈 등)에 기재되어 있다.
금속 입자 그 자체는 예를 들어, 형태 또는 조성물을 변경하기 위해 개질될 수 있다. 예를 들어, 금속 입자를 포함하는 전달 용품이 2개의 라이너를 사용하여 제조된 후, 전달 용품은 금속 입자를 평평하게 펼치기 위해 고압 닙 롤러에 투입될 수 있다. 또한, 금속 입자들이 전달 용품으로부터 금속 개질된 기판으로 전달된 후, 금속 개질된 기판은 예를 들어, 기판이 원하는 가공물 상에서 사용되기 전 금속 입자를 평평하게 펼치기 위하여 희생 가공물(sacrificial workpiece) 또는 드레싱 링(dressing ring)을 사용함으로써 직접적인 압력에 노출될 수 있다. 또 다른 실시 양태에서, 금속 개질된 기판상의 금속 입자의 표면은 예를 들어, 금속 입자의 표면에 연마재 입자를 매립하기 위해 연마재 슬러리의 충전에 의해 개질될 수 있다. 적합한 연마재 슬러리는 다이아몬드, 실리카, 알루미나, 탄화 규소 및 PCT 국제 공보 제WO 2009/046296호에 기재된 것들을 포함하는 슬러리를 포함한다.
라이너 상에 배치된 금속 입자들은 예를 들어, 크기, 형태, 조성물, 및/또는 속성(예컨대, 기계적, 광학적, 또는 전기적)에 있어서 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
선택적 연마재 입자
연마재 입자는 금속 입자에 추가로 사용될 수 있으며, 금속 입자와 함께 라이너의 제1 표면상에 배치될 수 있다. 본 개시에서 사용될 수 있는 적합한 연마 입자에는 용융된 알루미늄 옥사이드(fused aluminium oxide), 열처리된 알루미늄 옥사이드(heat treated aluminium oxide), 백색 용융된 알루미늄 옥사이드, 흑색 탄화 규소, 녹색 탄화 규소, 티타늄 디보라이드(titanium diboride), 보론 카바이드(boron carbide), 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 다이아몬드(천연 및 합성 모두), 실리카, 산화철, 크로미아(chromia), 세리아(ceria), 지르코니아, 티타니아, 실리케이트, 산화 주석, 큐빅 보론 니트라이드(cubic boron nitride), 가넷(garnet), 용융된 알루미나 지르코니아, 졸 겔 연마재 입자 등이 포함된다. 졸 겔 연마재 입자의 예는, 미국 특허 제4,314,827호(레이테이서(Leitheiser) 등); 미국 특허 제4,623,364호(코트링거(Cottringer) 등); 미국 특허 제4,744,802호(슈바벨(Schwabel)); 미국 특허 제4,770,671호(먼로(Monroe) 등) 및 미국 특허 제4,881,951호(우드(Wood) 등)에서 찾아볼 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "연마재 입자"는 또한 연마재 응집체를 형성하기 위해 중합체, 세라믹, 금속 또는 유리와 함께 결합된 단일의 연마재 입자를 포함한다. 용어 "연마재 응집체"는 상승된 온도에서 어닐링 단계에 의해 고밀화된 산화 규소를 가질 수 있거나 또는 가질 수 없는 연마재/산화 규소 응집체를 포함하지만, 이로 한정되지 않는다. 연마재 응집체는 미국 특허 제4,311,489호(크레스너(Kressner)); 미국 특허 제4,652,275호(브로에쳐(Bloecher) 등); 미국 특허 제4,799,939호(브로에쳐(Bloecher) 등); 미국 특허 제5,500,273호(홈즈(Holmes) 등); 미국 특허 제6,645,624호(아데프리스(Adefris) 등); 미국 특허 제7,044,835호(무줌다르(Mujumdar) 등)에 추가로 기재된다. 대안적으로, 연마재 입자들은 미국 특허 제5,201,916호(버그(Berg), 등)에 기재된 바와 같이 입자간 인력에 의해 서로 결합될 수 있다. 선호되는 연마재 응집체는 결합 성분으로서 산화 규소와 연마재 입자와 같은 다이아몬드를 갖는 응집체를 포함한다. 응집체가 사용 시에, 응집체 내에 함유된 단일의 연마재 입자의 크기는 0.1 내지 50 마이크로미터(㎛) (0.0039 내지 2.0 밀), 바람직하게는 0.2 내지 20 ㎛(0.0079 내지 0.79 밀) 및 가장 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎛(0.020 내지 0.20 밀)일 수 있다.
연마재 입자의 평균 입자 크기는 전형적으로 150 ㎛(5.9 밀) 미만, 바람직하게는 100 ㎛(3.9 밀) 미만, 및 가장 바람직하게는 50 ㎛(2.0 밀) 미만이다. 연마재 입자의 크기는 전형적으로 이의 가장 긴 치수인 것으로 특정화된다. 전형적으로, 입자 크기 분포의 범위가 있을 것이다. 일부 경우, 입자 크기 분포는 생성된 연마 용품이 연마되는 가공물 상에 일관된 표면 마무리를 제공하도록 엄밀하게 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 연마재 입자는 그와 관련된 형상을 가질 수 있다. 그러한 형상의 예에는, 막대형, 삼각형, 피라미드형, 원뿔형, 솔리드 구형(solid sphere) 및 중공 구형 등이 포함된다. 대안적으로, 연마재 입자는 랜덤 형상일 수도 있다.
연마재 입자의 또 다른 유용한 유형은 금속 함유 매트릭스의 원주부에 적어도 부분적으로 매립된 8 ㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 초-연마재 물질과 원주부를 갖는 실질적으로 회전 타원체의 금속 함유 매트릭스를 갖는 금속-기판 연마재 입자이다. 이러한 연마재 입자는 용기, 금속-함유 매트릭스(주요하게 회전 타원체), 초-연마재 입자 및 연삭 매체 내로 충전됨으로써 제조될 수 있다. 용기는 그 뒤 일정 기간 동안, 전형적으로 실온에서 밀링된다. 밀링 공정이 초연마재 물질을 금속 함유 매트릭스에 침투하고 그에 부착되며 그로부터 돌출하게 하는 것으로 생각된다. 금속 함유 매트릭스의 원주부는 순금속 또는 금속 합금을 초연마재와 금속 또는 금속 합금의 복합물로 변환시킨다. 원주부에 가까운 금속 함유 매트릭스의 표면 아래도 초연마재 물질을 함유하고, 이는 금속 함유 매트릭스에 매립되어 있는 것으로 간주될 수 있다. 금속-기반 연마재 입자는 2008년 7월 3일에 출원된 양수인의 동시-계속중인 가특허 출원 제61/077,929호에 개시되어 있다.
연마재 입자는 입자에 원하는 특성을 제공하는 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 연마재 입자의 표면에 도포되는 물질은 연마재 입자와 중합체 사이의 점착을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 게다가, 연마재 입자의 표면에 도포된 물질은 연화된 미립자 경화성 결합제 물질에서의 연마재 입자의 점착을 향상시킬 수 있다. 대안적으로, 표면 코팅은 얻어지는 연마재 입자의 절삭 특징을 변경하고 향상시킬 수 있다. 이러한 표면 코팅은, 예를 들어 미국 특허 제5,011,508호(왈드(Wald) 등); 미국 특허 제3,041,156호(라우스(Rowse) 등); 미국 특허 제5,009,675호(쿤즈(Kunz) 등); 미국 특허 제4,997,461호(마크호프-마테니(Markhoff-Matheny) 등); 미국 특허 제5,213,591호(셀리카야(Celikkaya) 등); 미국 특허 제5,085,671호(마틴(Martin) 등) 및 미국 특허 제5,042,991호(쿤즈 등)에 기재되어 있다.
미립자 결합제
미립자 결합제는 금속 입자에 추가로 사용될 수 있으며, 금속 입자와 함께 라이너의 제1 표면상에 배치될 수 있다. 적합한 선택적 미립자 결합제는 금속 입자에 추가로 제1 라이너 상에 존재할 수 있는 것으로 기재된다. 예를 들어, 미립자 유리화 결합제 물질은 실온(23℃)에서 고형인 물질일 수 있다. 이 문맥에서 유리화는 (i) 열경화성 액체 조성물의 경화(예컨대, 가시 광선 경화 또는 자외선 경화)를 통해서 또는 (ii) 반-결정질 또는 비-결정질일 수 있는 열가소성 물질의 냉각에 의해 고형이 되는 것을 의미한다. 일부 양태에서, 미립자 유리화 결합제 물질은 특히, 미리 메이크 코트로 코팅된 강성 기판에 대한 사이즈 코트로서 사용 시에 연마재 입자와 혼합될 수 있다. 미립자 유리화 결합제 물질은 바람직하게는, 유기 유리화 중합체 입자를 포함한다. 미립자 유리화 중합체는 바람직하게는, 가열 시에 연화될 수 있어서 연마재 입자 표면 또는 인접한 유리화 결합제 입자의 표면을 적실 수 있도록 충분히 유동할 수 있는 유리화 액체를 제공한다.
적합한 미립자 유리화 결합제 물질은 부착되는 강성 기판에 대한 열 손실 또는 형상 왜곡(disfiguration)을 야기하는 것을 방지하는 온도에서 활성화되거나 또는 점착성을 갖도록 함으로써 만족스러운 연마 입자 접합 및/또는 메이크 코트, 사이즈 코트 또는 강성 기판에 대한 접합을 제공할 수 있다. 이들 기준에 부합되는 미립자 유리화 결합제 물질은 본 명세서에 기재된 바와 같이 특정 열경화성 입자 물질, 열가소성 입자 물질 및 열경화성 및 열가소성 입자 물질들의 혼합물들 중에서 선택될 수 있다.
열경화성 입자 시스템은 온도 활성화 열경화성 수지로 제조된 입자를 포함한다. 이러한 입자는 고형 과립 또는 분말 형태로 사용된다. Tg 온도보다 높은 온도의 초기 효과는 물질을 유동가능한 유체-유사 상태로 연화시키는 것이다. 이런 물리적 상태의 변화로 인해 수지 입자들은 기판, 메이크 코트, 사이즈 코트 및/또는 연마 입자들을 상호간에 적시거나 접촉시킬 수 있게 된다. 충분히 높은 온도에 대한 장기 노출은 가교-결합된 3차원 분자 망상 조직을 형성하는 화학 반응을 촉발한다. 고형화된(경화된) 수지 입자는 연마재 입자들을 연마 용품에 접합시킨다. 유용한 미립자 유리화 결합제 물질은 페놀 수지, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 코폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 유용한 온도-활성화 열경화성 시스템은 포름알데히드 함유 수지, 예컨대 페놀 포름알데히드, 노볼락 페놀 및 특히 가교결합제가 첨가된 것들(예를 들어, 헥사메틸렌테트라민), 페노플라스트, 및 아미노플라스트; 불포화 폴리에스테르 수지; 비닐 에스테르 수지; 알키드 수지, 알릴 수지; 푸란 수지; 에폭시; 폴리우레탄; 시아네이트 에스테르; 및 폴리이미드를 포함한다. 유용한 열경화성 수지는 예를 들어, 미국 특허 제5,872,192호(카플란(Kaplan) 등) 및 미국 특허 제5,786,430호(카플란 등)에 개시된 열경화성 분말을 포함한다.
열-활성화 열경화성의 가용성 분말의 사용 시에, 미립자 유리화 결합제 물질은 적어도 이의 경화 온도로 가열되어 기판 및 연마재 접합이 최적화된다. 메이크 코트 또는 사이크 코트에 대한 열 손상 또는 뒤틀림을 방지하기 위해, 가용성의 열경화성 입자의 경화 온도는 바람직하게는 이들 구성 요소의 용융 온도 미만, 바람직하게는 Tg 온도 미만일 것이다.
유용한 열가소성 미립자 유리화 결합제 물질은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지; 폴리에스테르 및 코폴리에스테르 수지; 폴리(비닐 클로라이드) 및 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 공중합체와 같은 비닐 수지; 폴리비닐 부티랄; 셀룰로오스 아세테이트; 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체와 같은 폴리아크릴 및 아크릴 공중합체를 포함하는 아크릴 수지; 및 폴리아미드(예를 들어, 헥사메틸렌 아디프아미드, 폴리카프로락탐), 및 코폴리아미드를 포함한다.
반-결정성 열가소성 결합제 입자(예를 들어, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카프로락탐)의 경우, 결합제 입자들은 적어도 이들의 용융점으로 가열되는 것이 선호되며, 이때, 분말은 용융되어 유동성 유체를 형성하게 된다. 비결정성의 열가소성 물질이 접합제의 가용성 입자로서 사용되는 경우(예를 들어, 비닐 수지 및 아크릴 수지), 입자는 바람직하게는 유체 유동 영역이 달성될 때까지 Tg 온도 및 고무 영역보다 높은 온도로 가열된다.
상기 열경화성 및 열가소성 입자 물질의 혼합물도 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 게다가, 미립자 유리화 결합제 물질의 크기는 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로, 입자의 평균 직경은 1000 ㎛(0.039 인치) 미만, 바람직하게는 500 ㎛(0.020 인치) 미만, 및 더 바람직하게는 100 ㎛(0.0039 인치) 미만이다. 일반적으로, 입자들의 직경이 더 작을수록, 이 입자들은 더 효율적으로 유동가능하게 될 수도 있으며, 그 이유는 이 물질이 더 미세하게 나누어짐에 따라 이 입자들의 표면 면적이 증가할 것이기 때문이다.
전형적으로, 미립자 유리화 결합제-연마재 입자 혼합물(즉, "분말")에서 사용된 미립자 유리화 결합제 물질의 양은 일반적으로 미립자 유리화 결합제 물질이 5 중량% 내지 99 중량% 범위일 것이며, 나머지 1 중량% 내지 95 중량%는 연마재 입자 및 선택적 충전제를 포함한다. 혼합물 중 성분들의 선호되는 비율은 10 중량% 내지 90 중량%의 연마 입자 및 90 중량% 내지 10 중량%의 미립자 유리화 결합제 물질, 더 바람직하게는 50 중량% 내지 85 중량%의 연마 입자 및 50 중량% 내지 15 중량%의 미립자 유리화 결합제 물질이다.
미립자 유리화 결합제 물질은 연삭 조제, 충전제, 습윤제, 화학 발포제(blowing agent), 계면활성제, 안료, 커플링제, 염료, 개시제, 경화제, 에너지 수용체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 선택적 첨가제를 포함할 수 있다. 또한, 선택적 첨가제는 플루오로붕산칼륨, 스테아린산리튬, 유리 기포, 팽창성 기포(inflatable bubble), 유리 비드, 빙정석, 폴리우레탄 입자, 폴리실록산 검, 중합체성 입자, 고형 왁스, 액체 왁스 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수도 있다. 미립자 유리화 결합제 물질의 다공성 및 침식 특성을 제어하기 위해 선택적 첨가제가 포함될 수 있다.
금속 개질된 기판
적합한 금속 개질된 기판은 예를 들어, 본 명세서에 기재된 바와 같이 전달 용품으로부터 위에 도포된 금속 입자의 층을 갖는 강성 또는 가요성 기판, 및 제1 결합제 및, 선택적으로 제2 결합제를 포함할 수 있다. 강성 기판은 예를 들어, 랩핑 플레이트(lapping plate)를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 금속 입자의 층은 예를 들어, 존재 시 제1 결합제 또는 제2 결합제와 같이 기판상에 존재하는 결합제에 도포될 수 있다. 적합한 결합제 및 금속 개질된 기판의 형상이 기재될 것이다.
개질된 금속 기판은 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판을 제공하는 단계; 강성 기판의 제1 표면상에 제1 결합제를 코팅하는 단계; 본 명세서에 기재된 바와 같이 금속 입자 전달 용품을 제공하는 단계; 강성 기판의 제1 표면에 금속 입자 전달 용품을 적용하여 금속 입자를 제1 결합제와 접촉시키는 단계와; 강성 기판으로부터 제1 라이너를 제거하는 단계 및 제1 결합제를 경화시켜 금속 입자들을 강성 기판의 제1 표면에 고정시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 제2 라이너가 전달 용품 상에 존재 시에, 이는 금속 전달 용품을 강성 기판에 적용하기에 앞서 제거되고, 이에 따라 제1 라이너의 제1 표면에 부착된 금속 입자가 남아있다. 제1 결합제는 금속 전달 용품을 강성 기판에 적용하기에 앞서 적어도 부분적으로 경화될 수 있다. 제2 결합제는 제1 결합제를 경화시킨 후 금속 입자들을 도포하기 전 제1 결합제 상에 코팅될 수 있다. 제1 라이너의 제2 표면에 압력이 인가될 수 있으며 동시에 이는 제1 라이너를 강성 기판으로부터 제거하기 전에 강성 기판상에 배치된다. 강성 기판의 제2 표면은 제1 결합제로 코팅될 수 있으며, 금속 입자의 층은 금속 입자를 제2 표면의 제1 결합제와 접촉시킴으로써 제2 금속 입자 전달 용품으로부터 도포될 수 있다. 제2 전달 용품의 제1 라이너는 그 뒤 강성 기판으로부터 제거될 수 있으며, 제2 표면의 제1 결합제는 그 뒤 경화될 수 있어서 금속 입자들이 강성 기판의 제2 표면에 고정된다. 선택적으로, 제2 결합제는 기판의 제1 표면을 참조하여 기재된 바와 같이 제2 표면상에 존재할 수 있다.
구체적으로 도면을 참조하면, 도 2는 본 개시의 금속 개질된 기판(40)을 제조하기 위해 사용될 수 있는 전형적인 전달 방법의 일부의 예시적 단면도를 도시한다. 금속 입자를 전달하기에 앞서, 대향하는 제1 및 제2 표면(20a, 20b)을 각각 갖는 강성 기판(20)은 제1 표면(20a)에 코팅된 제1 결합제(22)(종종, "메이크 코트"로 불림)를 갖는다. 전달 용품, 예를 들어, 도 1의 전달 용품은 전달 방법에서 사용될 수 있고, 이 경우에 도 1의 전달 용품(10)의 제2 라이너(14)는 제거되어 제1 라이너(12) 상에 잔류하는 금속 입자(16)가 노출된다. 제1 라이너(12)는 금속 입자(16)가 제1 결합제(22)와 직접 접촉을 하도록, 즉 금속 입자(16)가 제1 결합제(22)에 도포되도록 강성 기판상에 배치된다. 도 2는 제1 결합제(22)로의 금속 입자(16)의 전달을 촉진시키기 위해 적층 장치(30)를 사용하여 제1 라이너(12)의 제2 표면(12b)에 수동으로 압력이 인가되는 것을 도시한다. 당업자에게 공지된 그 외의 다른 적층 기술도 또한 사용될 수 있다. 금속 입자(16)는 수지 결합제(22)를 침투하여 강성 기판의 제1 표면(20a)과 직접 접촉을 이룰 수 있다. 그 후에, 제1 라이너가 제거된다.
제1 결합제에 금속 입자를 접촉시키는 공정 동안에, 수지 결합제 물질은 점착 상태여야 한다. 즉, 제1 결합제는, 금속 입자의 적어도 20%, 더 바람직하게는 적어도 50% 및 가장 바람직하게는 적어도 70%가 제1 결합제에 전달될 수 있도록 충분한 점성을 가져야 한다. 사용된 제1 결합제의 유형에 따라, 이 점착 상태는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 선택적 미립자 결합제("사이즈 코트"로 언급되고 기능을 할 수 있는) 및/또는 선택적 연마재 입자는 공정의 이 지점에서 제1 결합제 상에 배치될 수 있다.
제1 결합제의 두께는 다수의 입자 크기가 사용될 때, 금속 입자들의 크기에 따라 선택될 수 있다. 다수의 입자 크기가 사용될 때, 가능한 많은 입자들이 제1 결합제에 전달될 수 있도록 하는 것이 선호될 수 있다. 이 전달을 달성하기 위하여, 더 두꺼운 결합제 층이 사용될 수 있다. 다수의 전달 용품은 더 많은 금속 입자를 주어진 면적에 전달하기 위해 제1 결합제에 여러 횟수 적용될 수 있다. 각각의 적용에 따라 유사한 크기의 입자들이 전달된다. 가장 작은 입자는 결합제 층 내에 이미 존재하는 더 큰 입자에 의해 결합제 층으로부터 떨어져 유지된다. 결합제가 가장 큰 입자보다 두껍다면, 전형적으로 입자들 모두가 전달되는 경향이 있을 것이다.
제1 결합제가 중합체, 올리고머, 단량체 또는 이들의 조합을 함유하는 용매-기반 혼합물로부터 형성될 때, 점착 상태는 혼합물에 내재적일 수 있다. 그렇지 않다면, 이는 용매의 적어도 일부를 제거하고, 필요 시에 중합체, 올리고머 또는 단량체를 적어도 부분적으로 경화시킴으로써 구현될 수 있다.
제1 결합제가 액체 중합체, 올리고머, 단량체 또는 이들의 조합을 함유하는 실질적으로 무용매 혼합물로부터 형성될 때, 점착 상태는 또한 혼합물에 내재적일 수 있다. 그렇지 않다면, 점착 상태는 혼합물을 가열 또는 냉각시킴으로써 구현될 수 있거나 또는 중합체, 올리고머, 단량체 또는 이들의 조합을 적어도 부분적으로 경화시킴으로써 구현될 수 있다.
제1 결합제는 또한 왁스, 멘톨, 또는 솔더 페이스트(solder paste)와 같은 물질로부터 형성될 수 있다. 금속 입자는 그 뒤 제1 결합제를 가열시킴으로써 고정될 수 있다. 일부 경우, 멘톨은 부분적으로 또는 완전히 승화될 수 있거나 또는 증발될 수 있어서 기판상에는 단지 금속 입자만이 남겨진다.
제1 결합제가 예를 들어, 전술된 바와 같이 미립자 유리화 결합제 물질일 때, 유리화 결합제는 메이크 코트로서 작용하고, 점착성 상태는 충분한 점착이 나타내질 수 있도록 미립자 유리화 결합제 물질을 이의 유리 전이(Tg) 온도 및/또는 용융점, 이 근처의 온도, 이 온도 또는 이를 초과하는 온도로 가열시킴으로써 구현될 수 있다. 바람직하게는, 이 경우에, 기판(예컨대, 도 2에서 강성 기판(20)) 상의 제1 결합제의 균일한 코팅은 미립자 유리화 결합제 물질을 이의 유리 전이 온도 초과의 온도, Tg 및/또는 고상으로부터 액상으로의 상 변화를 야기하는 용융점으로 가열시킴으로써 촉진될 수 있다. 가열은, 예를 들어 미립자 유리화 결합제를 함유하는 강성 기판을 오븐 또는 그 외의 다른 가열 장치 내로 배치시킴으로써 수행될 수 있다. 액상이라면, 미립자 유리화 결합제 물질의 균일한 코팅은 예를 들어, 현재의 액체 물질을 수동으로 살포하는 것과 같이 당업자에게 공지된 기술에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 양태에서, 금속 입자가 제1 결합제에 전달된 후, 이 금속 입자는 적어도 부분적으로 경화될 수 있고 및/또는 부분적으로 유리화될 수 있어서 고형 또는 실질적으로 고형(부분적인 경화 또는 부분적인 유리화의 경우)의 제1 결합제가 형성된다. 용어 "유리화"는 일반적으로 결합제가 선택적으로 가시 광원 또는 자외선원과 같은 광원을 사용함으로써 유리질 물질로 변환되는 것을 의미한다. 고형 제1 결합제에 따라, 금속 입자들은 이 내부에 확고히 보유되고, 제 위치에 실질적으로 고정되어 금속 개질된 기판이 형성된다. 제1 결합제가 열가소성 수지일 때, 제1 결합제는 이의 용융점 및/또는 유리 전이 온도(Tg) 미만으로 냉각됨으로써 유리화될 수 있다. 제1 결합제는 중합체, 올리고머, 단량체 또는 이들의 조합을 함유하는 용매-기반 혼합물일 때, 제1 결합제는 용매의 대부분을 제거하고 및/또는 당업자에게 공지된 다양한 경화 방법에 의해 고상으로 변환될 수 있다. 제1 결합제가 액체 중합체, 올리고머, 단량체 또는 이들의 조합을 함유하는 실질적으로 무용매 혼합물일 때, 제1 결합제는 당업자에게 공지된 다양한 경화 방법에 의해 고상으로 변환될 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시 양태에서, 사용 시에 금속 입자와 임의의 미립자 유리화 결합제 물질은 제1 결합제에 전달된 후, 비-고정된 금속 개질된 기판을 형성하도록 액상으로 남겨진다. 액상의 제1 결합제의 점도는 예를 들어, 용매(존재 시에)의 가열, 냉각, 부분적인 경화, 및 제거를 포함하는 다양한 방법에 의해 원하는 수준으로 조절될 수 있다. 이들 실시 양태에서, 금속 입자들은 제1 결합제 내에서 실질적으로 자유롭게 이동한다. 바람직하게는, 금속 개질된 기판이 비-고정된 용품을 형성하는 액상의 수지 결합제를 포함할 때, 부가 사이즈 코트 또는 슈퍼사이즈 코트가 요구되지 않는다.
본 개시의 또 다른 실시 양태에서, 선택적 제2 결합제(사이즈 코트)와 선택적 제3 결합제(슈퍼-사이즈 코트)는 제1 결합제 및 금속 입자 및 존재 시 연마재 입자에 도포될 수 있다. 제1 결합제는 사이즈 코트 및/또는 슈퍼 사이즈 코트 공정 단계 동안 고상 또는 액상일 수 있다. 바람직하게는, 제1 결합제는 고상이다. 사이즈 코트 및/또는 슈퍼 사이즈 코트는 공지된 코팅 기술에 의해 도포될 수 있다. 메이크 코트, 사이즈 코트, 및 슈퍼-사이즈 코트의 조성물은 하기에서 상세히 기술된다.
금속 개질된 기판의 실시 양태는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제, 및 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판을 포함한다. 결합제, 예를 들어, 제1 결합제를 참조하여 본 명세서에서 기재된 바와 같이 구 "내부에 배치된 금속 입자의 층"은 금속 입자가 결합제 내에 적어도 부분적으로 존재하고, 매립되고 또는 함유되는, 즉 적어도 각각의 금속 입자의 일부가 결합제 내에 존재하는 상태를 말한다.
본 개시의 실시 양태에서, 금속 입자의 층은 서로 실질적으로 동일한 금속 입자를 포함할 수 있으며, 즉 금속 입자들이 동일한 크기, 형태, 조성물 및/또는 속성(예컨대, 기계적, 광학적, 또는 전기적)을 갖는다. 대안적으로, 금속 입자는 크기, 형태, 조성물, 및/또는 속성(예컨대, 기계적, 광학적, 또는 전기적)이 서로 상이할 수 있다. 추가로, 금속 입자는 서로 일정하게 이격되거나 또는 임의로 이격될 수 있다.
또 다른 실시 양태에는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제, 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층, 기판의 제2 표면상의 제1 결합제, 및 제2 표면의 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판을 포함하여서 금속 입자는 양면 금속 개질된 또는 텍스쳐화된 강성 기판을 형성하는 강성 기판의 양 면에 도포된다.
양면 금속 개질된 기판(80)이 나사(73)에 의해 제1 표면(75a)과 제2 표면(75b)을 갖는 공구 플래튼(tool platen, 75)에 부착되는 실시예가 도 5에 도시된다. 금속 입자(76)는 강성 기판(72)의 제1 표면(72a)상에서 제1 결합제(74a) 내에 배치되고, 강성 기판(72)의 제2 기판(72b)의 제1 결합제(74b) 내에 배치된다. 제1 결합제(74a)는 제1 결합제(74b)와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 제1 결합제(74a) 내의 금속 입자(76)는 제1 결합제(74b) 내의 금속 입자(76)와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 금속 개질된 기판(80)은 양 측면에서 사용을 위해 제거될 수 있으며, 수송 및 재활용을 위해 충분히 얇고 경량일 수 있다. 2 개의 연성 금속 코팅된 표면이 존재할 수 있기 때문에, 유용 수명이 2배로 제공될 수 있다.
또 다른 실시 양태에는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제, 및 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판이 포함되며, 층은 제1 결합제 상에 적어도 두 동심 영역을 포함하고, 적어도 하나의 동심 영역은 적어도 하나의 그 외의 다른 동심 영역의 금속 입자의 특징과 상이한 특징을 갖는 금속 입자를 포함한다. 용어 "동심"은 동일한 중심, 축 또는 원점, 즉 기판의 중심의 공유를 지칭한다. 동심 영역에 대한 적합한 형태에는 원, 정사각형, 및 별이 포함된다. 적어도 하나의 동심 영역의 금속 입자는 특성, 속성, 특징, 또는 이들의 조합의 측면에서 적어도 하나의 그 외의 다른 동심 영역의 금속 입자로부터 변화된다. 예를 들어, 금속 입자는 입자 조성물, 입자 크기, 입자 형태, 입자 패킹(즉, 순차적/일정하게 이격되거나 또는 임의로/불규칙적으로 이격됨), 입자 면 밀도, 입자 마모 속도, 기계적, 광학적 또는 전기적과 같은 입자 속성, 또는 이들의 조합에 의해 하나의 동심 영역으로부터 또 다른 동심 영역으로 변화할 수 있다.
추가로, 영역 내에서 금속 입자들의 배치 또는 위치는 입자들이 균일하게 이격되거나 또는 랜덤하게 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 영역 내에서, 금속 입자는 전술된 바와 같이 적어도 하나의 특성, 속성, 특징, 또는 이들의 조합이 서로 변화할 수 있으며, 게다가 영역은 또 다른 영역과 여전히 상이할 수 있다.
도 4는 금속 입자(42a, 43a, 44a)를 각각 포함하고, 3개의 동심 영역(42, 43, 44)을 갖는 전형적인 금속 개질된 기판(40)을 도시한다. 이 실시 양태에서, 각각의 영역(42, 43, 44)은 상이한 면 밀도를 각각 갖는 입자(42a, 43a, 44a)를 함유한다. 그 외의 다른 실시 양태는, 전술된 바와 같이 적어도 하나의 영역에서 금속 입자가 적어도 하나의 그 외의 다른 영역의 금속 입자로부터 변화될 수 있는, 적어도 2개의 동심 영역을 가질 수 있다.
동심 영역은 원주 방향으로 연속적이거나 또는 원주 방향으로 불연속적일 수 있다. 도 4a에는 금속 입자(46a)를 갖는 연속적인 영역(46), 및 금속 입자(47a)를 갖는 불연속적인 영역(47)을 포함하는 전형적인 금속 개질된 기판(45)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 영역(46)과 영역(47)은 입자(46a, 47a)의 면 밀도에 관해 각각 상이하다. 또 다른 실시 양태에서, 금속 입자의 층은 전술된 바와 같이 하나 이상의 연속적인 영역의 금속 입자가 하나 이상의 불연속적인 영역의 금속 입자로부터 변화하는 하나 이상의 연속적인 영역 내의 하나 이상의 불연속적인 영역 및 하나 이상의 연속적인 영역을 포함할 수 있다.
또 다른 전형적인 금속 개질된 기판, 구체적으로 플래튼은 금속 입자의 층을 포함하고, 여기서 층은 도 9에 도시된 적어도 2개의 동심 영역을 포함한다. 도 9의 플래튼의 더 근접한 도면이 가변 금속 입자 밀도를 갖는 금속 입자의 층 내의 영역을 도시하는 도 10에 도시된다.
본 명세서에 기재된 용품 또는 기판 중 임의의 것인 동심 영역은 예를 들어 하부에 놓인 층에 의해 연결됨으로써 연속적이거나, 불연속적이거나, 또는 분리될 수 있다. 집중된 금속 입자는 유사한 크기의 비-금속 입자로 희석될 수 있다. 적합한 비-금속 입자는 유기 수지 또는 결합제, 무기 세라믹 또는 충전제를 포함한다.
동심 영역들 간의 차이는 개질된 금속 기판의 의도된 용도에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 특정 동심 영역의 면적 또는 크기 뿐만 아니라 면 밀도 또는 마모 저항은 개질된 금속 기판의 의도된 용도에 따라 선택될 수 있다.
선택적으로, 기판의 제2 표면은 또한 이의 제1 결합제 상에 적어도 2개의 동심 영역을 포함할 수 있다.
용어 "면 밀도" 및 "지지 면적"은, 예를 들어, 금속 입자의 밀도를 지칭하며, 따라서 동심 영역의 표면 평면에서의 금속 입자의 백분율이라고 지칭될 수 있다. 구를 가정하면, 가장 큰 지지 면적은 매우 빈틈없이 패킹된 동일한 크기의 구들일 것이다. 더 작은 지지 면적은 드문드문 패킹된 동일한 크기의 구들일 수 있다. 더 작은 지지 면적은 또한, 모두 빈틈없이 패킹된 적은 개수의 큰 구들과 다수의 더 작은 구들을 사용함으로써 제공될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 "마모 저항"은 동심 영역의 표면 평면이 변화되는 속도로서 정의되고, 영역에서의 증가된 마모는 평면도(planarity)로부터의 차이에 의해 측정될 수 있다. 마모 저항의 변화는, 예를 들어, 각각의 영역에서 상이한 금속 입자를 사용함으로써, 즉 부분이 주석이며 또 다른 부분이 구리 또는 일부 그 외의 다른 금속인 모두가 동일한 크기의 금속 입자를 사용함으로써 달성될 수 있다.
상이한 동심 영역들은 예를 들어, 제1 전달 용품이 제2 전달 용품에 비해 상이한 지지 면적 또는 면 밀도 또는 상이한 마모 저항을 가지며 강성 기판의 상이한 영역에 각각 적용되는 강성 기판에 적어도 2개의 전달 용품을 적용함으로써 전개될 수 있다. 또한, 2개의 균일하게 코팅된 전달 필름을 하나의 영역에 도포함으로써 금속 입자들의 집중도(concentration)는 증가될 수 있다. 이는 금속 입자가 가변 크기일 때 가장 실현 가능하다. 종종, 매우 작은 금속 입자가 제1 결합제 층에 전달되지 않으며, 단지 더 큰 금속 입자만이 제1 결합제와 접촉하고 부착되며, 반면 더 작은 입자는 라이너 상에 잔류한다. 따라서, 제1 도포 시에 전달된 금속 입자의 개수는 적을 수 있다. 라이너의 동일한 시트의 제2 도포에 따라 더 많이 전달될 수 있어서 하나의 영역에 집중된 금속 입자들이 형성된다.
대안적으로, 전달 용품은 본 명세서에 기재된 바와 같이 제조될 수 있는데, 여기서 용품 그 자체는 적어도 2개의 영역을 가지며, 제1 영역은 제2 영역에 비해 상이한 지지 면적 또는 면 밀도 또는 상이한 마모 저항을 가지며, 그 뒤 이 전달 용품은 강성 기판에 적용될 수 있다.
본 개시의 금속 개질된 기판은 예를 들어, 용품의 내경(ID)으로부터 외경(OD)까지 변화되는 지지 면적을 가질 수 있어서 용품은 ID로부터 OD까지의 균질한 지지 면적의 연성 플래튼과 종종 연계된 불규칙적인 마모를 견딜 수 있다. 불규칙적인 마모에 따라 플래튼의 평면도의 저하가 야기되고, 이는 차례로 가공물에 대해 비평면형 기하학적 형상을 부여한다. 따라서, 불균일한 마모 문제의 문제점은 연마 용품의 더 마모되기 쉬운 면적, 예를 들어, 전형적으로 중심인 플래튼에 더 넓은 지지 면적을 제공함으로써 해결될 수 있다. 통상 랩핑되고/폴리싱된 가공물의 예는 규소, 사파이어, 석영 및 알루미나 티타늄 니트라이드이다. 폴리싱, 예를 들어, 사파이어 웨이퍼 폴리싱 동안, 평평한 웨이퍼 표면이 요구된다. 본 개시의 용품은 평면형 상태로 시작되며, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 바와 같이 용품에 대한 마모 속성을 변경시킴으로써 향상된 평면형 마모를 유지시킬 수 있다.
제1 결합제(메이크 코트) 및 제2 결합제(사이즈 코트)
제1 결합제(메이크 코트)로서 유용한 물질은 또한 제2 결합제(사이즈 코트)로서도 유용하다.
적합한 제1 및 또는 제2 결합제의 예는 페놀 수지, 펜던트 α,β-불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트화 우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트화 에폭시 수지, 에틸렌계 불포화 수지, 아크릴레이트화 아이소시아누레이트 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아이소시아누레이트 수지, 비스말레이미드 수지, 플루오렌 개질된 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물과 같은 열경화성 수지를 포함한다.
적합한 에폭시 수지는 옥시란 고리를 가지며 고리 개환에 의해 중합된다. 이러한 에폭사이드 수지는 단량체성 에폭시 수지 및 중합체성 에폭시 수지를 포함한다. 이들 수지는 이의 골격과 치환기의 특성이 상당히 변화할 수 있다. 예를 들어, 골격은 통상적으로 에폭시 수지와 관련된 임의의 유형의 것일 수 있고, 이의 치환기는 실온에서 옥시란 고리와 반응성인 활성 수소 원자가 없는 임의의 기일 수 있다. 적합한 치환기의 대표적인 예는 할로겐, 에스테르기, 에테르기, 설포네이트기, 실록산기, 니트로기 및 포스페이트기를 포함한다. 일부 선호되는 에폭시 수지의 예에는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시-프로폭시)-페닐]프로판 (비스페놀의 다이글리시딜 에테르) 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 케미칼 컴퍼니(Shell Chemical Co.)의 상표명 "에폰(EPON) 828", "에폰 1004", 및 "에폰 1001F" 및 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)의 상표명 "DER 331", "DER 332" 및 "DER-334"로 상용 입수 가능한 수지들이 포함된다. 그 외의 다른 적합한 에폭시 수지에는 다우 케미칼 컴퍼니의 상표명 "DEN 431" 및 "DEN 438"의 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르가 포함된다.
페놀 수지는 그의 열 속성, 입수가능성, 가격 및 취급의 용이성 때문에 연마 용품에서 수지 결합제로 사용된다. 두 가지 적합한 유형의 페놀 수지, 레졸(resole) 및 노볼락(novolac)이 있다. 레졸 페놀 수지는 1:1 이상, 전형적으로 1.5:1.0 내지 3.0:1.0의 포름알데히드 대 페놀의 몰 비율을 갖는다. 노볼락 수지는 1:1 미만의 포름알데히드 대 페놀의 몰 비율을 갖는다. 페놀 수지의 적합한 예에는 상표명이 "듀레즈(DUREZ)" 및 "바르큠(VARCUM)"이고 미국 뉴욕주 토나완다 소재의 옥시덴탈 케미칼 코퍼레이션(Occidental Chemical Corp.); 상표명이 "레지녹스(RESINOX)"이고 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 몬산토 컴퍼니(Monsanto Co.); 및 상표명이 "아로펜(AROFENE)" 및 "아로탑(AROTAP)"이고 미국 오하이오주 콜럼버스 소재의 아쉬랜드 케미칼 인코포레이티드.(Ashland Chemical Inc.)로부터 상용 입수가능한 것들이 포함된다.
수지 결합제로서 사용될 수 있는 아미노플라스트 수지는 분자 또는 올리고머 당 하나 이상의 펜던트 α,β-불포화 카르보닐기를 갖는다. 이들 물질들은 미국 특허 제4,903,440호(라슨(Larson) 등) 및 미국 특허 제5,236,472호(커크(Kirk) 등)에 추가로 기재된다.
적합한 에틸렌계-불포화 수지는 탄소, 수소 및 산소 원자와 선택적으로 질소 및 할로겐을 함유하는 단량체성 및 중합체성 화합물 둘 모두를 포함한다. 산소 원자 또는 질소 원자 또는 이들 둘 모두는 일반적으로 에테르기, 에스테르기, 우레탄기, 아미드기, 및 우레아기에 존재한다. 에틸렌계-불포화 화합물은 바람직하게는 분자량이 약 4,000 미만이고, 바람직하게는 지방족 모노하이드록시기 또는 지방족 폴리하이드록시기를 함유하는 화합물과 불포화 카르복실산, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 아이소크로톤산, 말레산, 등의 반응으로부터 만들어진 에스테르이다. 에틸렌계-불포화 수지의 대표적인 예에는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 스티렌, 다이비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 다이메타크릴레이트, 헥산다이올 다이아크릴레이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 글리세롤 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 또는 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물을 중합함으로써 만들어진 것들이 포함된다. 그 외의 다른 에틸렌계 불포화 수지에는 카르복실산의 중합된 모노알릴, 폴리알릴, 및 폴리메트알릴 에스테르 및 아미드의 것들, 예를 들어, 다이알릴 프탈레이트, 다이알릴 아디페이트, 및 N,N-다이알릴아디프아미드가 포함된다. 그 외의 또 다른 중합성 질소-함유 화합물에는 트리스(2-아크릴옥시에틸)아이소시아누레이트, 1,3,5-트라이(2-메타크릴-옥시에틸)-s-트라이아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-다이메틸-아크릴아미드, N-비닐피롤리돈 및 N-비닐피페리돈이 포함된다.
아크릴레이트화 우레탄은 하이드록시 말단 아이소시아네이트 연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 다이아크릴레이트 에스테르이다. 본 발명의 메이크 코트 내에서 사용될 수 있는 아크릴레이트화 우레탄의 예에는 미국 조지아주 애틀랜타 소재의 래드큐어 스페셜티즈, 인코포레이티드(Radcure Specialties, Inc.)로부터 입수가능한 상표명 "우비탄(UVITHANE) 782", "CMD 6600", "CMD 8400", 및 "CMD 8805"의 것들이 포함된다. 메이크 코트 내에서 사용될 수 있는 아크릴레이트화 에폭시는 에폭시 수지의 다이아크릴레이트 에스테르, 예컨대, 비스페놀 A 에폭시 수지의 다이아크릴레이트 에스테르이다. 아크릴레이트화 에폭시의 예에는 상표명 "CMD 3500", "CMD 3600", 및 "CMD 3700"으로 래드큐어 스페셜티즈로부터 입수가능한 것들이 포함된다.
또한, 수지 결합제로 사용될 수 있는 비스말레이미드 수지는 미국 특허 제5,314,513호(밀러(Miller) 등)에 추가로 기재되어 있다.
제1 및 제2 결합제 중 적어도 하나는 미국 특허 제4,735,632호(옥스만(Oxman) 등)에 개시된 바와 같이 광경화시킬 수 있는 3원 광개시제 시스템을 함유하는 시스템일 수 있다. 그 외의 다른 적합한 제1 및 제2 결합제는 미국 특허 제5,580,647호(라르손(Larson) 등) 및 미국 특허 제6,372,336 B1호(크라우젠(Clausen))에 개시되어 있다.
제1 및 제2 결합제 중 적어도 하나는 또한 선택적 첨가제, 예를 들어, 충전제(연삭 조제를 포함), 섬유, 윤활제, 습윤제, 요변성 물질, 계면활성제, 안료, 염료, 대전방지제, 커플링제, 가소제, 및 현탁제를 함유할 수 있다. 이들 물질의 양은 원하는 속성을 제공하도록 선택된다.
강성 기판
용어 "강성"은 적어도 자가-지지식, 즉 그의 자체 중량 하에서 실질적으로 변형되지 않는 기판을 말한다. 강성이라는 것은 기판이 전적으로 비가요성인 것을 의미하지 않는다. 강성 기판은 가해진 하중 하에서 변형되거나 또는 만곡될 수 있지만 매우 작은 압축률을 제공한다. 일 실시 양태에서, 강성 기판은 6.9 GPa(1×106 인치 제곱 당 파운드(psi)(7×104 ㎏/㎠)) 이상의 강성 계수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 양태에서, 강성 기판은 68.9 GPa(10×106 psi (7×105 ㎏/㎠)) 이상의 강성 계수를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
강성 기판으로서 작용할 수 있는 적합한 물질에는 금속, 금속 합금, 금속-매트릭스 복합물, 금속화 플라스틱, 무기 유리 및 유리화 유기 수지, 성형된 세라믹, 및 중합체 매트릭스 보강 복합물이 포함된다. 전형적인 강성 기판은 원주부를 갖는 원통형 디스크일 수 있으며, 여기서 적어도 제1 결합제와 금속 입자는 원주부, 예를 들어, 랩핑 플래튼에 부착된다. 랩핑 플래튼은 수 센티미터(수 인치)의 직경으로부터 3 미터(10 피트) 초과의 직경까지 상당히 변화할 수 있다. 예를 들어, 하드 디스크 드라이브용 로우바 랩핑은 종종 20.3 ㎝(8 인치) 홀을 갖는 40.6 ㎝(16 인치)의 직경이다.
일 실시 양태에서, 강성 기판은 이의 대향하는 제1 표면과 제2 표면 사이의 높이 차이가 이 위의 임의의 두 지점에서 10 ㎛ 미만이도록 실질적으로 평평하다. 또 다른 실시 양태에서, 강성 기판은 렌즈, 예를 들어, 오목하거나 또는 볼록한 표면을 폴리싱하기 위해 사용될 수 있는 것들과 같이 정밀하고 평평하지 않은 기하학적 형상을 갖는다.
또 다른 실시 양태에서, 적어도 강성 기판의 제1 표면은 텍스쳐화된다. 선택적으로, 제2 표면은 제1 표면(선택적으로 제2 표면)의 적어도 하나의 평면이 또 다른 평면보다 높은 곳에서 텍스쳐화될 수 있다. 텍스쳐화된 표면은 패턴화되거나 또는 임의로 형성될 수 있다. 텍스쳐화된 표면의 가장 높은 평면 또는 평면들은, 가장 높은 평면 또는 평면들이 전달 용품으로부터 금속 입자를 수용할 것이기 때문에, "수용 평면"으로서 명명될 수 있다. 하측 평면 또는 평면들은 "리세스된 평면(recessed planes)"으로 명명될 수 있다.
가요성 기판
적합한 가요성 기판에는 고밀화 크라프트지(예컨대, 미국, 일리노이주 윌로브룩 소재의 로파렉스 노쓰 어메리카로부터 상용 입수가능한 것들), 폴리에틸렌 코팅된 크라프트지와 같은 폴리-코팅된 종이 및 중합체성 필름이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 적합한 중합체성 필름에는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌프탈레이트, 폴리비닐클로라이드, 및 폴리카보네이트가 포함된다. 부직포 또는 직조 라이너도 또한 유용할 수 있다.
가요성 기판을 포함하는 금속 개질된 기판은 강성 기판을 참조하여 전술된 바와 같이 제조될 수 있다. 가요성 기판은 강성 기판을 참조하여 기재된 바와 같이 제1 표면 및 선택적으로 제2 표면상에서 텍스쳐화될 수 있다.
그 외의 다른 금속 개질된 용품
본 명세서에 개시된 전달 용품은 또한 비-고정된 용품을 제조하는데 유용하다. 전술된 고정된 시스템과는 대조적으로, 비-고정된 시스템은 금속 입자들이 전형적으로 경화되지 않은 매트릭스 내에 배치되는 것이다. 매트릭스는 금속 입자들을 보유한다. 따라서, 비-고정된 시스템 내에서 금속 입자들은 사용 중에, 즉 연삭 공정 중에 이동될 수 있다. 예시적인 비-고정된 연마 시스템은 피치를 이용한 광학 폴리싱이며, 여기서 피치는 예컨대, 타르와 같이 유기 물질의 증류 시의 잔류물로서 수득된 점성 물질일 수 있다. 금속 입자는 본 명세서에 개시된 전달 용품을 사용하여 피치에 도포될 수 있다. 피치를 이용한 광학 폴리싱을 나타내는 공개문은 하기 문헌을 포함한다: (i) 문헌[R. Varshneya, J. E. DeGroote, L. L. Gregg, and S. D. Jacobs, "Characterizing Optical Polishing Pitch," Optifab 2003 (SPIE, Bellingham, WA, 2003), Vol. TD02, pp. 87-89]; (ii) 문헌[J. E. DeGroote, S. D. Jacobs, L. L. Gregg, A. E. Marino, J. C. Hayes, and R. Varshneya, "A Data Base for the Physical Properties of Optical Polishing Pitch," in Optical Fabrication and Testing Digest (Optical Society of America, Washington, DC, 2002), pp. 55-59]; (iii) 문헌[J. E. DeGroote, S. D. Jacobs, and J. M. Schoen, "Experiments on Magnetorheological Finishing of Optical Polymers," in Optical Fabrication and Testing Digest (Optical Society of America, Washington, DC, 2002), pp. 6-9]; 및 (iv) 문헌[J. E. DeGroote, S. D. Jacobs, L. L. Gregg, A. E. Marino, and J. C. Hayes, "Quantitative Characterization of Optical Polishing Pitch," in Optical Manufacturing and Testing IV, edited by H. P. Stahl (SPIE, Bellingham, WA, 2001), Vol. 4451, pp. 209-221].
금속 개질된 기판을 포함하는 용품
본 개시의 실시 양태는 금속 개질된 기판을 포함하고, 예를 들어 금속 입자 내에 매립된 연마재 입자를 추가로 포함하는, 용품을 포함한다.
이들 용품은 금속 개질된 기판의 금속 입자 내에 연마재 입자를 매립하기 위하여 연마재 슬러리의 존재하에서 가공물, 희생 가공물 또는 원하는 가공물을 연마함으로써 제조될 수 있다.
또 다른 실시 양태에서, 예를 들어, 전술된 바와 같이 제조된 금속 개질된 기판을 포함하는 연마재-매립된 용품(연마재-매립된 금속 랩핑 플레이트로서 지칭될 수 있음)은 예컨대, 사파이어, 석영, 알루미나 티타니아 카바이드 및 젬스톤(gemstone)과 같은 초강성 물질의 더 미세한 마무리를 위해 사용될 수 있다. 기술된 바와 같이, 이들 실시 양태는 예를 들어, 사파이어 또는 AlTiC와 같은 초강성 기판의 미세 마무리와 같이 정밀하게 재생된 연성 표면이 요구되는 연성 금속 랩핑 플레이트를 교체하는데 적합할 수 있다.
예를 들어, 가공물은 문헌[Applied Physics A77, Jiang et al., 923-932 (2003)]에 기술된 바와 같이 가공물을 회전시키는 고정 용품에 부착될 수 있다. 금속 개질된 기판, 예를 들어, 랩핑 플레이트를 포함하는 연마재-매립된 용품은 그 뒤 연마재 슬러리의 존재하에서 가공물에 적용되고, 가공물은 그 뒤 폴리싱되거나, 연마되거나 또는 마무리된다. 대안적으로, 금속 개질된 기판은 가공물을 연마하기 위하여 우선 금속 입자 내에 연마재 입자를 매립시키지 않고 연마재 슬러리의 존재하에서 사용될 수 있다.
본 명세서에서 지칭된 슬러리에 대해 적합한 연마재 슬러리는 임의의 다이아몬드, 실리카, 알루미나, 및 탄화 규소를 포함하는 슬러리, 및 PCT 국제 공보 제WO 2009/046296호에 기재된 슬러리 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함하는 슬러리를 포함한다. 종종, 원하는 가공물을 폴리싱하거나, 연마하거나 또는 마무리하기 위해 다결정성 다이아몬드 슬러리를 사용하는 것이 선호될 수 있다.
실시예
실시예 1
금속 전달 용품을 하기와 같이 제조하였다. 분말 형태의 주석/비스무트 금속 비드(100-200 메쉬)를 미국 뉴욕주 유티카 소재의 인듐 코포레이션(Indium Corp)으로부터 수득하였다. 대략 2g의 분말을 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M으로부터 상용 입수가능하고 상표명이 "스카치팩(Scotchpak™) 4935"인 강성 알루미늄 시트에 부착된 불소화합물계 이형 라이너의 63.5 ㎝ × 63.5 ㎝(25 인치 × 25 인치) 시트 상에 떠 넣었다. 시트는 도 6의 사진에서 도시된 바와 같이 단일층 구조로 표면에 부착되고 분말이 필름 위에서 구를 수 있도록 탭핑되고 각을 형성하여 보유되었다. 추가 분말을 베어 스폿(bare spot) 내에 배치하였고, 공정은 시트가 비드로 덮여지고 초과 분말이 수동으로 교반될 때까지 반복하였다. 스카치팩(Scotchpak™) 4935의 제2 시트를 코팅 위에 도포하였고, 고무 롤러를 사용하여 롤링하였다. 코팅 중량은 대략 0.25 g/인치2였다. 제2 스카치팩(Scotchpak™) 4935 시트를 초과 부착된 금속 비드와 함께 제거하였다.
실시예 2
구리 입자가 사용된 것을 제외하고 금속 전달 용품을 실시예 1과 동일한 방식으로 제조하였다. 구리 입자는 카탈로그 번호. 20778을 갖는 시그마-알드리치로부터 상용 입수가능한 99% 200 메쉬 입자였다.
플래튼 코팅
20.3 ㎝(8 인치)의 홀을 갖는 40.6 ㎝(16 인치) 직경의 양극산화처리된 알루미늄 플래튼을 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M으로부터 상용 입수가능하고 상표명이 "스카치웰드(Scotchweld™) 1838"인 두 부분 에폭시의 얇은 층으로 코팅하였다. 이 에폭시 층은 에폭시 3 g을 플래튼에 도포하고 플래튼 표면의 완전한 피복율(coverage)을 이미 갖는 에폭시 층의 두께를 최소화하여 플래튼과 에폭시에 대한 입자의 점착을 보장하기 위하여 실리콘 롤러로 에폭시를 롤링함으로써 생성되었다. 상기 제조된 전달 라이너 시트를 그 뒤 입자 측을 아래로 향하게 함으로서 에폭시에 완만히 도포하였다. 수지를 가로질러 필름을 슬라이딩하지 않고 하나의 동작으로 도포가 이루어지도록 주의했다. 필름을 우선 중심이 아래로 늘어지고 플래튼과 접촉한 상태에서 양손으로 라이너를 보유하면서 플래튼에 대해 하강시켰다. 필름의 나머지를 그 뒤 필름이 수지와 플래튼 상에 평평하게 놓일 수 있도록 서서히 하강시켰다. 압력으로서 단지 롤러의 중량만을 가하는 고무 롤러를 사용하여 도포된 필름을 완만히 롤링하였다. 12 시간 내에 경화된 에폭시와 이형 라이너를 표면으로부터 벗겼다. 이형 라이너가 제거되면, 표면을 사이즈 코팅하였다. 사이즈 코팅 용액은 도오토 가세이 가부시키가이샤(Tohto Kasei Co. Lt), 이나바타 아메리카 코포레이션(Inabata America Corp)(미국 뉴욕주 소재)으로부터 입수된 상표명 "YP-50S"의 4 g의 페녹시 수지(2-부타논 중에 30% 고체), 2.3 g의 폴리에스테르 폴리우레탄 수지(네오펜틸 글리콜 21%, 폴리 카프로락톤 29% 및 메틸렌 다이아이소시아네이트(MDI) 50%로부터 내부 합성된 메틸 에틸 케톤(MEK) 중 35% 용액), 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 바이어 케미칼(Bayer Chemical)로부터 상용 입수가능하고 상표명이 "Mondur MRS"인, 1.1 g의 중합체성 아이소시아네이트 및 50 g의 시클로헥사논으로 구성된다. 플래튼 표면이 적셔진 것으로 보일 때까지 약 60 초 동안 통기가 잘되는 후드 내의 에어로졸 용기를 사용하여 플래튼 표면을 분사하였다. 플래튼을 건조시키고 그 뒤 8 시간 동안 70℃에서 구웠다. 그 뒤 플래튼을 냉각시키고 공구상에 장착시켰다.
폴리싱
거칠게 랩핑된 5.1 ㎝(2 인치) 사파이어 웨이퍼(0.2 미크론 내지 0.4 미크론의 표면(Ra)을 갖는 C 평면 사파이어)를 10.2 ㎝(4 인치) 직경의 계량된 원통형 캐리어 상에 장착하였다. 웨이퍼가 자유롭게 회전하도록 릿지형 5.3 ㎝(2.1 인치)의 비접촉 캐리어 링에 의해 사파이어 웨이퍼를 제 위치에 보유시켰으며, 실시예 1의 전달 용품으로부터 제조된 플래튼("플래튼 A"로 지칭됨)을 가지며 미국 일리노이주 마운트 프로스펙트 소재의 랩마스터 인터내셔널(Lapmaster International)로부터 상용 입수가능하고 상표명이 "랩마스터(Lapmaster) 15"인 랩핑 공구의 요크상으로 적재시켰다. 유효 압력이 12.4 kPa(1.8 psi)이도록 하중 8 ㎏을 웨이퍼에 인가하였다. 다이아몬드를 매립하고 다이아몬드/금속 인터페이스에 추가 압력을 인가하기 위하여 총 4 ㎏의 중량에서의 제2 요크 내에서 5.5 인치의 외경과 11.4 ㎝(4.5 인치)의 내경을 갖는 AlTiC 컨디셔닝 링을 이동시켰다. 96 부피%의 물과, 상표명이 "챌린지(Challenge) 543 HT"이고 미국 코네티컷주 베델 소재의 인터서피스 다이나믹스(Intersurface Dynamics)로부터 상용 입수가능한 3 부피%의 냉각제 첨가제 중에 미국 텍사스주 시더 파크 소재의 토메이 코포레이션 오브 어메리카(Tomei Corporation of America)로부터 상용 입수가능한 1 중량%의 4-8 미크론 다결정성 다이아몬드의 슬러리를 상표명이 "프리멧 세틀라이트 디스펜서(PriMet Satellite dispenser)이고 미국 일리노이 레이크 블로프 소재의 뷸러(Buehler)로부터 상용 입수가능한 디스펜서로부터 0.9의 셋팅 또는 약 12.3 ㎖/분으로 분배하였다.
전술된 웨이퍼와 동일한 제2 사파이어 웨이퍼 및 실시예 2의 전달 용품으로부터 제조되어 사용된 제2 플래튼("플래튼 B"로 지칭됨)을 사용하여 이 공정을 반복하였다.
플래튼 속도를 40 rpm으로 설정하였고, 캐리어 회전을 모든 측정에 대해 20 rpm으로 설정하였다. 웨이퍼를 10 분 이동 이전과 이후에 중력 측정에 의해 측정하였다. 도 7은 폴리싱 이후 실시예 1에 따라 제조된 플래튼의 표면을 도시하는 사진이다. 도 8은 플래튼 A와 B의 경우 폴리싱(분)에 대한 감소(그램)를 나타내는 그래프이다.

Claims (30)

  1. 대향하는 제1 및 제2 표면을 가지며, 제1 표면의 이형값이 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만인 제1 라이너와;
    제1 라이너의 제1 표면상에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 입자 전달 용품.
  2. 제1항에 있어서, 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 제2 라이너를 추가로 포함하고,
    제1 표면은 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 측정 시에 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만의 이형 값을 가지며,
    제2 라이너는 제2 라이너의 제1 측면이 금속 입자와 접촉하도록 금속 입자의 층상에 배치되는 전달 용품.
  3. 제2항에 있어서, 제1 라이너와 제2 라이너 중 적어도 하나는 가요성 배킹과, 제1 라이너 및 제2 라이너의 하나 이상의 제1 표면상에 배치된 이형 코팅을 포함하고, 이형 코팅은 불소 함유 물질, 규소 함유 물질, 플루오로중합체, 실리콘 중합체 또는 12개 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 갖는 알킬 (메트)아크릴레이트를 포함한 단량체로부터 유도된 폴리(메트)아크릴레이트 에스테르를 포함하는 전달 용품.
  4. 제2항에 있어서, 가요성 배킹은 고밀화 크라프트지, 폴리-코팅된 종이, 및 중합체성 필름으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 전달 용품.
  5. 제4항에 있어서, 중합체성 필름은 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실리콘, 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 전달 용품.
  6. 제1항에 있어서, 금속 입자는 주석, 구리, 인듐, 아연, 비스무트, 납, 안티몬, 및 은 및 이들의 합금뿐만 아니라 이들의 조합 중 임의의 것인 전달 용품.
  7. 제1항에 있어서, 라이너는 텍스쳐화되는 전달 용품.
  8. 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판을 제공하는 단계와;
    강성 기판의 제1 표면상에 제1 결합제를 코팅하는 단계와;
    대향하는 제1 및 제2 표면을 가지며, 제1 표면의 이형값이 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만인 제 1 라이너와, 제1 라이너의 제1 표면상에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는, 금속 입자 전달 용품을 제공하는 단계와;
    강성 기판의 제1 표면에 금속 입자 전달 용품을 적용하여 금속 입자를 제1 결합제와 접촉시키는 단계와;
    강성 기판으로부터 제1 라이너를 제거하는 단계와;
    제1 결합제를 경화시켜 강성 기판의 제1 표면에 금속 입자를 고정시키는 단계를 포함하는 금속 개질된 기판을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 전달 용품은 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 제2 라이너를 추가로 포함하고, 제2 표면은 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 측정 시에 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만의 이형 값을 갖는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 금속 전달 용품을 강성 기판에 적용하기 전에, 제1 라이너의 제1 표면에 부착된 금속 입자가 남아있도록 전달 용품으로부터 제2 라이너를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 제1 결합제는 금속 전달 용품을 강성 기판에 적용하기에 앞서 적어도 부분적으로 경화되는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 제1 결합제는 실질적으로 무용매인 방법.
  13. 제8항에 있어서, 제1 결합제를 경화한 후에 기판의 제1 결합제 상에 제2 결합제를 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 강성 기판은 금속, 금속 합금, 금속-매트릭스 복합물, 금속화 플라스틱, 및 중합체 매트릭스 보강 복합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
  15. 제8항에 있어서, 강성 기판으로부터 제1 라이너를 제거하기 전에 강성 기판상에 배치된 상태에서 제1 라이너의 제2 표면에 압력을 인가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제8항에 있어서, 강성 기판은 대향하는 제1 표면과 제2 표면 사이의 높이 차이가 기판상의 임의의 두 지점으로부터 10 마이크로미터 미만이도록 실질적으로 평평한 방법.
  17. 제8항에 있어서, 강성 기판은 정밀하고 평평하지 않은 기하학적 형상을 갖는 방법.
  18. 제8항에 있어서, 강성 기판은 원주부를 갖는 원통형 디스크이며, 적어도 제1 결합제 및 금속 입자가 원주부에 부착되는 방법.
  19. 제8항에 있어서, 금속 입자는 주석, 구리, 인듐, 아연, 비스무트, 납, 안티몬, 및 은 및 이들의 합금뿐만 아니라 이들의 조합 중 임의의 것인 방법.
  20. 제8항에 있어서,
    강성 기판의 제2 표면상에 제1 결합제를 코팅하는 단계와;
    대향하는 제1 및 제2 표면을 가지며, 제1 표면의 이형값이 ASTM D3330/D3330M-04에 따라 센티미터 당 약 275.6 그램(인치 당 약 700 그램) 미만인 제1 라이너와, 제1 라이너의 제1 표면상에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는, 제2 금속 입자 전달 용품을 제공하는 단계와;
    강성 기판의 제2 표면에 제2 금속 입자 전달 용품을 적용하여 금속 입자를 제1 결합제와 접촉시키는 단계와;
    강성 기판으로부터 제1 라이너를 제거하는 단계와;
    제1 결합제를 경화시켜 강성 기판의 제2 표면에 금속 입자를 고정시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판과,
    기판의 제1 표면상의 제1 결합제와,
    제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판.
  22. 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판과,
    기판의 제1 표면상의 제1 결합제와,
    제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하고,
    층은 제1 결합제 상에 2개 이상의 동심 영역을 포함하고, 하나 이상의 동심 영역은 하나 이상의 그 외의 다른 동심 영역의 금속 입자의 특징과 상이한 특징을 갖는 금속 입자를 포함하는 금속 개질된 기판.
  23. 제1 및 제2 표면을 갖는 강성 기판과,
    기판의 제1 표면상의 제1 결합제와,
    제1 표면의 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층과,
    기판의 제2 표면상의 제1 결합제와,
    제2 표면의 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판.
  24. 제21항에 있어서, 금속 입자 내에 매립된 연마재 입자를 추가로 포함하는 금속 개질된 기판.
  25. 제22항에 있어서, 금속 입자 내에 매립된 연마재 입자를 추가로 포함하는 금속 개질된 기판.
  26. 제23항에 있어서, 금속 입자 내에 매립된 연마재 입자를 추가로 포함하는 금속 개질된 기판.
  27. 제24항에 있어서, 연마재 입자는 다이아몬드인 금속 개질된 기판.
  28. 제21항에 있어서, 기판은 텍스쳐화되는 금속 개질된 기판.
  29. 제1 및 제2 표면을 갖는 가요성 기판과, 기판의 제1 표면상의 제1 결합제와, 제1 결합제 내에 배치된 금속 입자의 층을 포함하는 금속 개질된 기판.
  30. 가공물을 회전시키는 고정 용품에 가공물을 부착시키는 단계와,
    연마재 슬러리의 존재하에서 제21항에 따른 금속 개질된 기판을 가공물에 적용하는 단계와,
    가공물을 연마하는 단계를 포함하는 가공물을 폴리싱하는 방법.
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