KR20240011616A

KR20240011616A - 합성 지석, 합성 지석 어셈블리, 및, 합성 지석의 제조방법

Info

Publication number: KR20240011616A
Application number: KR1020230082268A
Authority: KR
Inventors: 가이 교시마; 다케시 야기
Original assignee: 가부시키가이샤 도쿄 다이아몬드 고우구세이사쿠쇼
Priority date: 2022-07-19
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2024-01-26
Also published as: US20240025011A1; US12053854B2; TW202404743A; EP4309845A1; KR102701006B1

Abstract

표면 가공을 행하기 위한 합성 지석은, 지립률(Vg)이, 0체적%보다 크고, 40체적% 이하인, 지립과, 결합제율(Vb)이, 35체적% 이상이고, 90체적%보다 작은, 부직포제의 결합제를 포함한다. 그리고, 합성 지석의 기공률(Vp)은, 10체적%보다 크고, 55체적% 이하이다.

Description

합성 지석, 합성 지석 어셈블리, 및, 합성 지석의 제조 방법{SYNTHETIC GRINDSTONE, SYNTHETIC GRINDSTONE ASSEMBLY, AND PRODUCTION METHOD OF SYNTHETIC GRINDSTONE}

본 발명은, 예를 들어 화학적 기계적 연삭(CMG) 등, 표면 가공을 행하기 위한 합성 지석(砥石), 합성 지석 어셈블리, 및, 합성 지석의 제조 방법에 관한 것이다.

건식의 화학적 기계적 연삭(CMG)에 의한 표면 가공을 행하는 방법이 이용되는 경우가 있다(예를 들어, 일본 특허 4573492호 공보 참조). CMG 공정에서는, 연마제(지립(砥粒))를 열가소성 수지 등의 수지 결합제로 고정화한 합성 지석을 이용한다. 그리고, 웨이퍼 및 합성 지석을 회전시키면서 합성 지석을 웨이퍼에 압압(押壓)시킨다(예를 들어, 일본 특허공개 2004-87912호 공보 참조). 웨이퍼 표면의 볼록부는, 합성 지석과의 마찰에 의해 가열·산화되어 취약해져 박락된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼의 볼록부만이 연삭되어, 평탄화된다.

합성 지석은, 예를 들어 CMG 공정이 진행되면, 합성 지석의 피삭물에 대한 결합제의 표면(경면 가공의 작용면)으로부터 지립(연마제)이 조금씩 탈락되어, 합성 지석의 작용면이 평활해진다. 이 때문에, 작용면에 있어서는 예를 들어 열가소성 수지에 의한 결합제와 피삭물의 접촉 기회가 증가한다. 그 결과, 지립과 피삭물 사이의 접촉압이 저하되어 가공 능률이 저하되는 한편, 가공 레이트의 향상을 노려 건식 가공을 행할 때는 합성 지석의 작용면과 피삭물 사이의 마찰열이 과대해져, 피삭물에 버닝이나 연마 슬러지의 권입에 의한 스크래치를 발생시킬 가능성이 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 예를 들어 건식의 경면 가공을 행할 때 등에, 마찰열이 과대하게 생기는 것을 억제 가능한 합성 지석, 합성 지석 어셈블리, 및, 합성 지석의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 태양에 따른, 표면 가공을 행하기 위한 합성 지석은, 지립률(Vg)이, 0체적%보다 크고, 40체적% 이하인, 지립과, 결합제율(Vb)이, 35체적% 이상이고, 90체적%보다 작은, 부직포제의 결합제를 포함한다. 그리고, 합성 지석의 기공률(Vp)은, 10체적%보다 크고, 55체적% 이하이다.

[도 1] 실시형태에 따른 합성 지석의 구조의 개략도.
[도 2] 합성 지석(성형체)의 제조 흐름(제조 방법)를 나타내는 개략도.
[도 3] 부직포 타입의 합성 지석을 제작했을 때의, 합성 지석의 3요소(지립률(Vg), 결합제율(Vb), 기공률(Vp))의 삼상도.
[도 4] 도 3에 대응하는 각 점에서의 합성 지석의 경도 측정치.
[도 5] 도 3에 나타내는 부직포 타입의 합성 지석의 제조의 가부의 경계를 나타내는 개략도.
[도 6] 사용에 견딜 수 있는 합성 지석을 1,500배로 확대한 화상.
[도 7] 피삭물의 가공에 이용하는 CMG 장치를 나타내는 개략도.

도 1에 나타내는 바와 같이, 합성 지석(100)은, 지립(연마제)(101)과, 결합제(바인더)(102)에 의해 형성된다. 합성 지석(100)은, 추가로, 기공(103)을 가질 수 있다. 본 실시형태에서는, 합성 지석(100)은, 결합제(102) 중에 지립(101)을 분산시킨 상태로 보지(保持)함과 함께, 기공(103)을 결합제(102) 중에 분산시켜 배치한다.

지립(101)으로서는, 이하로 한정되는 것은 아니지만, 피삭물이 실리콘인 경우에는, 예를 들어, 실리카, 산화 세륨, 또는, 이들의 혼합물을 적용하는 것이 호적하다. 마찬가지로, 피삭물이 사파이어인 경우에는, 산화 크로뮴, 산화 제2철, 또는, 이들의 혼합물 등을 적용하는 것이 호적하다. 이 외, 적용 가능성이 있는 연마제로서 알루미나, 탄화 규소, 또는, 이들의 혼합물 등도 피삭물의 종류에 따라서 이용할 수 있다.

본 실시형태에서는, 피삭물이 실리콘이라고 하고, 지립(101)으로서는, 예를 들어 평균 입경이 대략 1μm인 산화 세륨을 이용하는 예에 대해 설명한다. 지립(101)의 입자경은 적절히 설정 가능하지만, 예를 들어 5μm 미만인 것이 바람직하다.

결합제(102)로서는, 본 실시형태에서는, 부직포를 이용한다. 부직포의 일례로서, 폴리에스터 단(短)섬유를 이용할 수 있다. 폴리에스터 단섬유로서, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유를 이용할 수 있다.

합성 지석(성형체)(100)은, 도 2에 나타내는 흐름(제조 방법)에 기초하여 형성된다. 우선, 도 3에 나타내는, 후술하는 체적 비율의 지립(101), 및, 부직포를 형성하기 위한 단섬유상의 결합제(102)를 혼합시켜 혼합재(혼합 분체)를 얻는다(스텝 ST1). 여기에서의 결합제(102)를 확대하지 않고 보면, 예를 들어 대략 분체상이다.

다음에, 이 혼합재를 합성 지석(100)의 최종형이 되는 형상으로 형성하기 위한 금형에 충전한다(스텝 ST2). 이 때, 건식법, 습식법, 그 외의 방법을 이용하여 섬유를 집적시킬 수 있다. 예를 들어 170℃에서 30분간, 가압 성형(핫 프레스)하여 성형체로서 합성 지석(100)을 성형한다(스텝 ST3). 그리고, 금형 내의 성형체를 탈형한다(스텝 ST4).

도 3에는, 상기와 같이 부직포 타입의 합성 지석(100)을 제작했을 때의, 합성 지석(100)의 이른바 3요소(지립률(Vg), 결합제율(Vb), 기공률(Vp))의 삼상도를 나타낸다.

도 3 내지 도 5 중, 합성 지석(100)의 3요소(지립률(Vg), 결합제율(Vb), 기공률(Vp))를 적절히 조정하여 합성 지석(100)을 제작한 실험 결과(19점)를 나타낸다. 이 실험에 의해, 합성 지석(100)의 작성의 가능/불가의 경계가 형성되었다. 합성 지석(100)이 도 5에 나타내는 경계의 내측의 조성인 경우, 합성 지석(100)으로서 사용 가능했다.

19점 중, 사용에 견딜 수 있는 합성 지석(100)으로서 형성된 것은, 13점이었다. 그 13점의 범위는, 지립의 지립률(Vg)이 0체적% 이상 40체적% 이하의 범위이고, 결합제율(Vb)이 35체적% 이상이고, 90체적%보다 작은 범위이고, 기공의 기공률(Vp)이 10체적%보다 크고, 55체적% 이하였다. 도 3 내지 도 5 중, 지립률이 0체적%인 경우도, 합성 지석(100)으로서 모양이 잡혔음을 나타낸다. 지립률이 0체적%인 경우는, 합성 지석(100)이 지립(101)을 포함하지 않게 되기 때문에, 합성 지석(100)의 지립률은, 실제로는 0체적%보다 커진다. 본 실시형태에서는, 합성 지석(100)은, 지석(101)의 지립률(Vg)을 먼저 결정하고, 그 후, 결합제(102)의 결합제율(Vb)을 설정한다.

도 6에는, 사용에 견딜 수 있는 13점의 합성 지석(100)의 하나를 주사 전자 현미경을 이용하여 1,500배로 확대한 화상을 나타낸다. 도 6의 합성 지석(100)에서는, 부직포의 결합제(102)가 확인된다. 도 6에 있어서, 결합제(102)로서의 부직포의 섬유상 수지(좁고 긴 것)와, 그 섬유상 수지에 부착되는 입자상의 지립(101)이 확인된다.

합성 지석(100)으로서 사용 가능했던 13점에 대해, 듀로미터 경도 측정(ASTM D 2240-05 Type DO)을 행했다. 도 4에는, 도 3에 대응하는 각 점에서의 합성 지석(100)의 경도 측정치를 나타낸다. 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 기공률이 높아지면, 합성 지석(100)이 비교적 연질이 되고, 기공률이 낮아지면, 비교적 경질이 됨을 알 수 있다.

한편, 이후, 합성 지석(100)으로서 모양이 잡히지 않았던 6점을 성형체라고 칭한다. 도 5에 나타내는 경계의 외측의 조성인 경우가, 19점의 나머지의 6점이며, 합성 지석(100)으로서 모양이 잡히지 않았던 성형체이다. 도 5에 나타내는 경계의 외측의 성형체는, 화살표 α의 영역에 있어서, 기공률이 높고, 충전 밀도가 낮다. 이 때문에, 성형체는, 결합제의 결합이 불충분하여, 성형체의 모퉁이나 표면이 너덜너덜하게 크게 무너지는 결과가 되었다고 상정된다. 도 5에 나타내는 경계의 외측의 성형체는, 화살표 β의 영역에 있어서, 기공률이 낮고, 충전 밀도는 충분하다. 그러나, 결합제율이 낮아, 성형체의 표면이 가루 같아졌다고 상정된다. 도 5에 나타내는 경계의 외측의 성형체는, 화살표 γ의 영역에 있어서, 기공률이 지나치게 낮아 충전 밀도가 지나치게 높다고 상정된다. 이 성형체는, 성형 시에 규정 치수가 되지 않는다,라고 하는 결과가 되었다.

지립률이 지나치게 높은 경우도, 결합하지 않고, 성형체가 무너지는 결과가 되는 것이 상정된다. 지립률은, 전술한 바와 같이, 예를 들어, 0체적%보다 크고 40체적% 이하인 것이 호적하다.

이와 같이, 지립률, 결합제율, 기공률을 소정 범위의 체적 비율로 설정하는 것에 의해 비로소, 부직포를 결합제로서 이용하는 합성 지석(100)이 성형될 수 있음을 알 수 있다.

본 실시형태에서는, 합성 지석(100)이 원판상으로 형성되어, 기계적 작용과 화학 성분에 의한 복합 작용으로 가공하는, 건식의 화학적 기계적 연삭(CMG) 가공에 이용되는 것으로 한다. 즉, 합성 지석(100)은, 피삭물인 웨이퍼(W)의 표면에 대해서 건식에 의해 화학 기계 연삭 작용을 발휘하여, 피삭물인 웨이퍼(W)의 표면 가공을 행한다. 그리고, 합성 지석(100)이, 지석 보지 부재(기체(基體))(43)에 양면 테이프나 접착제 등으로 고정되어 합성 지석 어셈블리(200)로서 형성되고, 도 7에 나타내는 CMG 장치(10)에 장착되어 피삭물인 웨이퍼(W)의 표면 가공에 사용된다. 지석 보지 부재(43)는, CMG 가공에 견딜 수 있는 적절한 강성이 있고, 합성 지석(100)의 사용에 의해 상승할 수 있는 온도에서의 내열성을 가져, 열연화되지 않는 것이면 되고, 예를 들어 알루미늄 합금재 등이 이용된다.

지석 보지 부재(43) 및 합성 지석(100)을 갖는 합성 지석 어셈블리(200) 및 피삭물인 웨이퍼(W)를 도 7 중 화살표 방향으로 회전시키면서 웨이퍼(W)를 합성 지석(100)에 압압시킨다. 이 때, 합성 지석(100)의 주속(周速)을 예를 들어, 600m/min으로 회전시킴과 함께, 가공 압력 300g/cm²로 웨이퍼(W)를 압압한다. 이 때문에, 합성 지석(100)과 웨이퍼(W)의 표면이 접동한다. 이와 같이 가공이 개시되면, 합성 지석(100)과 웨이퍼(W)의 표면이 접동하여, 결합제(102)에 외력이 작용한다. 이 외력이 연속적으로 작용하여, CMG 공정이 진행되면, 피삭물로서의 웨이퍼(W)의 표면에 대한 합성 지석(100)의 결합제(102)의 표면(경면 가공의 작용면)으로부터 지립(연마제)이 조금씩 탈락된다. 그리고, 결합제(102)로서의 부직포 내에 보지된 고정 지립(101), 혹은 결합제(102)로서의 부직포로부터 탈립(脫粒)된 지립(101)에 의한 화학적 기계적 작용에 의해, 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다. 웨이퍼(W)의 표면의 볼록부는, 합성 지석(100)과의 마찰에 의해 가열·산화되어 취약해져 박락된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(W)의 표면의 볼록부만이 연삭되어, 웨이퍼(W)의 표면이 평탄화된다.

본 실시형태에서는, 열가소성 수지재(예를 들어 에틸 셀룰로스)를 결합제로서 이용하는 것은 아니고, 부직포를 결합제(102)로서 이용한다. 이 때문에, 열가소성 수지재를 결합제로서 이용하는 경우에 비해 결합제(102)의 탄성 변형량을 보다 크게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른 합성 지석(100)은, 피삭물(피가공물)인 웨이퍼(W)의 표면에의 추종성이 우수하다.

열가소성 수지재를 결합제로서 이용하는 경우, 합성 지석과 웨이퍼(W) 사이에 열이 고이면 결합제로서의 열가소성 수지재가 부드러워져, 합성 지석의 표면에서의 용출 등이 생긴다. 그리고, 결합제로서의 열가소성 수지재가 녹아, 스티킹이라고 칭해지는, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 용착이 생기면, 급격하게 합성 지석에 의한 연삭 저항이 상승하여, 웨이퍼(W)의 표면 거칠어짐이나 스크래치를 일으킬 수 있다.

이에 반해, 본 실시형태에 따른 합성 지석(100)과 같이, 부직포를 결합제(102)로서 이용하는 경우, 결합제(102)에 열이 괸다고 해도, 합성 지석(100)의 표면에서의 용출이 생기는 경우가 없다. 따라서, 합성 지석(100)과 웨이퍼(W) 사이에 열이 고여도, 결합제(102)가 녹는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 합성 지석(100)은 안정된 가공 성능을 보다 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다. 따라서, 피삭물인 웨이퍼(W)의 표면에 대해서, 불의에 스크래치를 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에 따른, 부직포제의 결합제(102)를 이용하는 것에 의해, 열가소성 수지재를 결합제로서 이용하는 경우보다 소프트하게 피삭물(피가공면)을 깎을 수 있어, 피삭물의 저대미지화에 기여할 수 있다.

이것은, 건식의 경면 가공을 행할 때 등에, 마찰열이 과대하게 생기는 것을 개선하기 위하여 예의 노력한 본원 발명자가, 전술한 삼상도의 지석으로서의 3요소를 만족시키도록 합성 지석(100)을 형성함으로써, 피삭물에 대한 가공성을 우수한 것으로 할 수 있음을 발견한 것에 의한 것이다. 즉, 예를 들어 건식의 표면 가공을 행하기 위해서 호적한 합성 지석(100)은, 지립률(Vg)이, 0체적%보다 크고, 40체적% 이하인, 지립(101)과, 결합제율(Vb)이, 35체적% 이상이고, 90체적%보다 작은, 부직포제의 결합제(102)를 포함하고, 합성 지석(100)의 기공률(Vp)은, 10체적%보다 크고, 55체적% 이하이다. 본 실시형태에 따른 합성 지석(100)을 이용함으로써, 예를 들어 건식으로 경면 가공을 행할 때, 합성 지석(100)과 피삭물 사이에 국소적으로 생기는 고온, 고압에 의한 화학적인 고상 반응을 이용하면서, 합성 지석(100)과 피삭물 사이에 마찰열이 과대하게 생기는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 본 실시형태에 따른 합성 지석(100)을 이용하여 피삭물에 대해서 예를 들어 건식으로 경면 가공을 행할 때, 피삭물의 표면 거칠기가 예를 들어 서브nm 레벨이라고 하는 극히 평탄한 가공(경면 가공)을 달성할 수 있다.

본 실시형태에 의하면, 예를 들어 건식의 경면 가공을 행할 때 등에, 마찰열이 과대하게 생기는 것을 억제 가능한 합성 지석(100), 합성 지석 어셈블리(200), 및, 합성 지석(100)의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 실시형태에서는, 결합제(102)의 부직포로서 PET 단섬유를 이용하는 예에 대해, 합성 지석(100)으로서 형성 가능한 범위를 설정했다. 결합제(102)로서의 부직포는, 폴리에스터 단섬유 외, 폴리아마이드(PA) 단섬유, 또는, 폴리프로필렌(PP) 단섬유를 이용할 수 있다. 한편, 부직포로서는, 폴리에스터 단섬유, 폴리아마이드(PA) 단섬유, 및, 폴리프로필렌(PP) 단섬유 중 하나 또는 복수를 선택하여 이용해도 된다. 그리고, 이들 부직포를 결합제(102)로서 이용하는 경우도, 전술한 지립률(Vg), 결합제율(Vb), 기공률(Vp)의 체적 비율의 범위는, PET 단섬유를 이용하는 경우와 마찬가지로 설정할 수 있다. 한편, 결합제(102)로서의 부직포는, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 장섬유의 부직포를 이용할 수 있다. 장섬유의 부직포로서는, 폴리에스터 장섬유, 폴리프로필렌 장섬유 등, 또는, 이들의 혼합물을 이용할 수 있다.

한편, 단섬유의 부직포란, 섬유가 커팅된 것을 사용한 것이고, 장섬유의 부직포란, 섬유가 엔드리스와 같이 연결된 것을 사용한 것이다. 단섬유의 부직포는, 커팅한 섬유를 이용하고 있고, 단섬유의 부직포의 섬유 길이는, 적절히 설정 가능하다. 단섬유의 부직포의 섬유 길이의 일례는, 미크론 오더이다. 또한, 장섬유의 부직포는 예를 들어 권취 길이와 동일한 길이로 연결된 섬유이다. 예를 들어 100m의 권취가 있다고 하면, 1개의 섬유는 대략 100m가 된다.

본 실시형태에서는, 합성 지석(100)은, 원반상으로 마련되는 예에 대해 설명했다. 합성 지석(100)은, 펠릿상이나, 좁고 긴 직방체상 등, 여러 가지 형상으로 형성될 수 있다. 합성 지석 어셈블리(200)는, 합성 지석(100)을 보지하도록, 적절한 형상으로 형성된다.

본 실시형태에 따른 합성 지석(100)은, 건식 가공을 이용하는 예에 대해 설명했지만, 예를 들어 연삭수(예를 들어 순수)를 이용한 습식 가공에서도 사용 가능하다.

(제1 변형예)

본 변형예에 따른 합성 지석(100)은, 제1 필러로서, 적절한 크기의 조대 입자가 포함되는 경우에 대해 설명한다.

제1 필러는, 예를 들어 구상인 것이 호적하지만, 반드시 구체에 한정되지 않고, 괴상의 것이면 다소의 요철이나 변형은 포함된다. 제1 필러는, 예를 들어 실리카이며, 부직포제의 결합제(102)에 의해 분산되어 고정되어 있다. 제1 필러는, 지립(101)의 입경보다도 큰 입경의 실리카와, 큰 입경의 실리카의 주위에 고정되는 작은 입경의 실리카를 포함하는 것이 호적하다. 작은 입경의 실리카는, 지립(101)의 입경에 비해 작은 것이 호적하다. 합성 지석(100)에 있어서의 제1 필러의 체적 비율은, 예를 들어 지립(101)의 지립률(Vg)에 기초하여, 결합제(102)의 결합제율(Vb)과의 상관에 의해 설정된다. 즉, 본 변형예에서는, 합성 지석(100)은, 지립(101)의 지립률(Vg)을 먼저 결정하고, 그 후, 결합제(102)의 결합제율(Vb) 및 제1 필러의 체적 비율을 결합제(102) 및 제1 필러의 상관에 의해 설정한다. 제1 필러는, 0체적%보다 많고, 40체적% 이하인 것이 호적하다.

한편, 피삭물인 실리콘을 주성분으로 하는 웨이퍼(W)에 대해서, 산화 세륨으로 이루어지는 지립(101)은 웨이퍼(W) 또는 그 산화물과 동등 또는 연질이다. 또한, 지립(101)에 대해서, 실리카로 이루어지는 제1 필러는 웨이퍼(W) 또는 그 산화물과 동질 또는 연질이다.

지립(101), 부직포제의 결합제(102), 제1 필러를 포함한 합성 지석(100)은, 전술한 실시형태에서 설명한 바와 같이 제조된다.

제1 필러는 지립(101)보다도 평균 입경이 크기 때문에, 가공 중의 합성 지석(100)과 웨이퍼(W)는 거의 제1 필러의 정점을 개재시켜 접촉한다. 즉, 합성 지석(100)의 모재(지립(101) 및 부직포제의 결합제(102))와 웨이퍼(W) 사이에는, 제1 필러가 존재하고 있으므로, 모재와 웨이퍼(W)는 직접 접촉하지 않고, 일정한 간극이 생긴다.

제1 필러가 웨이퍼(W)와 접촉한 상태에서, 가공이 개시되면, 모재에 외력이 작용한다. 이 외력이 연속적으로 작용함으로써, 모재로부터 지립(101)이 탈립된다. 유리된 지립(101)은, 합성 지석(100)과 웨이퍼(W)의 간극에 있어서, 제1 필러에 부착된 상태로 가공 계면에 존재한다. 이 때문에, 가공 중의 지립(101)과 웨이퍼(W)는 거의 제1 필러의 정점을 개재시켜 접촉한다. 이 때문에, 지립(101)과 웨이퍼(W)의 실접촉 면적은 큰폭으로 작아져, 가공점에서의 작용 압력은 높아진다. 따라서, 높은 가공 능률로 연삭 가공이 진행된다.

간극에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 부근은 외기와의 순환이 촉진되어, 가공면이 냉각된다. 또한, 지립(101)에 의해 생긴 슬러지는 간극을 개재시켜 웨이퍼(W)로부터 외부로 배출되어, 웨이퍼(W)의 표면이 흠집나는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 마찰열에 의한 웨이퍼(W)의 표면의 버닝이나 스크래치를 방지할 수 있다.

이와 같이 하여, 합성 지석(100)에 의해, 웨이퍼(W)의 표면을 평탄하게, 또한, 소정의 표면 거칠기로 연삭한다.

본 변형예에 따른 합성 지석(100)에 의하면, 가공이 진행되어도 지립(101)과 웨이퍼(W)의 접촉압을 충분히 유지하여 가공 능률을 유지하고, 게다가 결합제(102)와 웨이퍼(W)의 직접적인 접촉을 억제함으로써 웨이퍼(W)의 품질 저하 및 스크래치의 발생을 방지할 수 있다. 본 변형예에서는, 전술한 실시형태에서 설명한 바와 같이, 합성 지석(100)과 피삭물 사이에 생긴 열에 의해, 마찰열이 과대하게 생기는 것을 억제 가능하다.

제1 필러로서는, 실리카, 카본과 그들의 다공질체인 실리카 겔, 활성탄, 구상 수지 등이 적용 가능하다. 한편, 기공 형성제로서 이용되는 중공체 벌룬은 가공 중에 균열되어 스크래치의 원인이 되기 때문에 부적합하다.

(제2 변형예)

본 변형예에 따른 합성 지석(100)은, 제2 필러로서, 제1 변형예에서 설명한 제1 필러보다도 작은, 적절한 크기의 도전성의 물질이 포함되는 경우에 대해 설명한다. 또한, 전술한 CMG 장치(10)의 지석 보지 부재(43)는, 본 변형예에서는, 도전성을 가짐과 함께, 적절한 열전도성을 갖는 소재로서, 예를 들어 알루미늄 합금재를 이용하는 예에 대해 설명한다.

도전성의 물질로서, 카본 나노튜브 등을 들 수 있다. 이들 물질은, 지립(101)의 평균 입경보다도 작다. 합성 지석(100)에 있어서의 제2 필러의 체적 비율은, 예를 들어 지립(101)의 지립률(Vg)에 기초하여, 결합제(102)의 결합제율(Vb)과의 상관에 의해 설정된다. 즉, 본 변형예에서는, 합성 지석(100)은, 지립(101)의 지립률(Vg)을 먼저 결정하고, 그 후, 결합제(102)의 결합제율(Vb) 및 제2 필러의 체적 비율을 결합제(102) 및 제2 필러의 상관에 의해 설정한다. 제2 필러는, 0체적%보다 많고, 10체적% 이내에서 부가되는 것이 호적하다. 또한, 제2 필러는, 예를 들어 카본 나노튜브 등을 이용하는 것에 의해, 합성 지석(100)의 구조체로서의 강도를 향상시킬 수 있다.

CMG 장치(10)에서 웨이퍼(W)의 가공이 개시되면, 합성 지석(100)과 웨이퍼(W)가 접동하여, 결합제(102)에 외력이 작용한다. 이 외력이 연속적으로 작용함으로써, 지립(101)이 탈립된다. 유리된 지립(101)은, 합성 지석(100)과 웨이퍼(W)의 간극에 있어서 접동된다. 지립(101)의 화학적 기계적 작용에 의해, 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다.

웨이퍼(W)의 표면이 연마되어, 마찰이 생기면, 웨이퍼(W)의 표면에 정전기가 생길 수 있다. 이 때, 도전성의 제2 필러는, 웨이퍼(W)의 표면의 정전기를 지석 보지 부재(43)(도 7 참조)에 흘린다. 따라서, 본 실시형태에 따른 합성 지석(100)을 이용함으로써, 웨이퍼(W)의 표면을 연마하면서, 웨이퍼(W)의 표면에 생기는 정전기를 제거할 수 있다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 표면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 변형예에서는, 합성 지석(100)에 비해 지석 보지 부재(43)의 열전도성이 높다. 웨이퍼(W)의 표면이 연마되어, 마찰이 생기면, 웨이퍼(W)의 표면에 마찰열이 생긴다. 이 때, 제2 필러에서 마찰열을 흡열하고, 제2 필러에서 흡열한 열을, 지석 보지 부재(43)에 열전도한다. 따라서, 본 변형예에 따른 합성 지석(100)을 이용함으로써, 웨이퍼(W)의 표면을 연마하면서, 웨이퍼(W)의 표면에 생기는 마찰열을 제거할 수 있다. 이 결과, 합성 지석(100)의 표면과 웨이퍼(W)의 표면 사이의 마찰열에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 버닝이 생기는 것을 방지할 수 있고, 또한, 스크래치를 방지할 수 있다. 따라서, 본 변형예에 따른 합성 지석(100)은, 양호하게 웨이퍼(W)의 표면을 가공하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 합성 지석(100)의 장수명화를 도모할 수 있다.

한편, 합성 지석(100)과 함께 회전하는 지석 보지 부재(43)에 방열 핀 등의 방열부를 마련하는, 즉, 합성 지석 어셈블리(200)가 방열부(열전달부)를 갖는 것도 호적하다. 이 경우, 회전에 의해 방열부가 공기에 닿아, 합성 지석(100)의 열이 효과적으로 방열된다.

또한, 지석 보지 부재(43)의 내부에, 냉각수 등의 배수관을 강구함으로써 지석 보지 부재(43) 및 합성 지석(100)을 냉각하는 것도 가능하다.

본 변형예에서는, 지석 보지 부재(43)가 도전성 및 합성 지석(100)보다도 높은 열전도성을 갖는 예에 대해 설명했지만, 도전성 및 합성 지석(100)보다도 높은 열전도성 중 적어도 한쪽을 갖는 소재로 형성되어 있어도 된다. 도전성을 갖는 경우, 피삭물과 합성 지석(100) 사이의 정전기를 제거할 수 있고, 합성 지석(100)보다도 높은 열전도성을 갖는 경우, 합성 지석(100)에 생길 수 있는 열을 효과적으로 방열할 수 있다.

한편, 제1 변형예에서는 제1 필러를 이용하는 예에 대해 설명하고, 제2 변형예에서는 제2 필러를 이용하는 예에 대해 설명했다. 합성 지석(100)은, 제1 필러 및 제2 필러의 양쪽을 포함하는 것도 호적하다.

(제3 변형예)

본 변형예에 따른 합성 지석(100)은, 제3 필러로서, 제1 변형예에서 설명한 제1 필러보다도 작은, 적절한 크기의 입자가 포함되는 경우에 대해 설명한다.

제3 필러의 입자로서 그린 카보런덤(GC) 등을 들 수 있다. 이들 입자는, 피삭물인 웨이퍼(W)보다 단단하다. GC 등의 제3 필러의 입자는, 지립(101)의 평균 입경보다도 커도 작아도 된다. 물론, GC 등의 입자는, 지립(101)의 평균 입경과 동일한 정도의 크기여도 된다.

예를 들어, 산화 알루미늄(알루미나), 산화 지르코늄(지르코니아), 산화 세륨(세리아), 산화 실리콘(실리카) 등의 금속 산화물계의 지립(101)의 평균 입경은, GC보다도 큰 것, 작은 것, 동일한 정도의 크기의 것이 있을 수 있다. 예를 들어, 알루미나, 지르코니아, 세리아계의 지립(101)의 평균 입경은, GC보다도 큰 것이 대부분이다. 예를 들어, 알루미나계의 지립(101)의 평균 입경은, GC와 동일한 정도의 크기(~200nm)의 것이 있을 수 있다. 예를 들어, GC 등의 입자가 10nm인 경우, 실리카 등의 지립(101)의 평균 입경은 1nm인 경우가 있을 수 있다. 합성 지석(100)에 있어서의 제3 필러의 체적 비율은, 예를 들어 지립(101)의 지립률(Vg)에 기초하여, 결합제(102)의 결합제율(Vb)과의 상관에 의해 설정된다. 제3 필러는, 0체적%보다 많고, 10체적% 이내에서 부가되는 것이 호적하다.

웨이퍼(W)의 표면과는 반대측의 이면에 세세한 흠집 등의 게터링 사이트를 형성하여, 그 게터링 사이트로 불순물을 포획하는 기술(게터링 효과)이 있다. GC는, 웨이퍼(W)의 이면보다도 경질이고, 웨이퍼(W)의 이면에 일부러 흠집을 내기 위해서 이용한다.

본 변형예에서는, 전술한 실시형태에서 설명한 바와 같이, 합성 지석(100)과 피삭물 사이에 생긴 열에 의해, 마찰열이 과대하게 생기는 것을 억제 가능하다. 또한, 도전성을 구비한 GC이면, 합성 지석(100)과 피삭물 사이에 생길 수 있는 정전기를 억제할 수 있다.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하는 것이 가능하다. 또한, 각 실시형태는 적절히 조합하여 실시해도 되고, 그 경우 조합한 효과가 얻어진다. 더욱이, 상기 실시형태에는 여러 가지 발명이 포함되어 있고, 개시되는 복수의 구성 요건으로부터 선택된 조합에 의해 여러 가지 발명이 추출될 수 있다. 예를 들어, 실시형태에 나타나는 전체 구성 요건으로부터 몇몇 구성 요건이 삭제되어도, 과제를 해결할 수 있고, 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.

10…CMG 장치, 43…지석 보지 부재, 100…합성 지석, 101…지립, 102…결합제, 200…합성 지석 어셈블리.

Claims

피삭물의 표면 가공을 행하기 위한 합성 지석(砥石)으로서,
지립률(Vg)이, 0체적%보다 크고, 40체적% 이하인, 지립(砥粒)과,
결합제율(Vb)이, 35체적% 이상이고, 90체적%보다 작은, 부직포제의 결합제
를 포함하고,
상기 합성 지석의 기공률(Vp)은, 10체적%보다 크고, 55체적% 이하인,
합성 지석.
제 1 항에 있어서,
상기 부직포제의 결합제는, 폴리에스터 단(短)섬유, 폴리아마이드 단섬유, 폴리프로필렌 단섬유 중 적어도 1개를 포함하는, 합성 지석.
제 1 항에 있어서,
상기 합성 지석은, 건식으로 상기 표면 가공을 행하기 위해서 이용되고,
상기 지립에 비해 평균 입경이 큰 제1 필러, 도전성을 갖는 제2 필러, 및, 피삭물에 비해 단단한 제3 필러 중 적어도 1개를 포함하는,
합성 지석.
지립과,
상기 지립을 분산시킨 상태로 보지(保持)하는 부직포제의 결합제와,
상기 지립에 비해 평균 입경이 큰 제1 필러, 도전성을 갖는 제2 필러, 및, 피삭물에 비해 단단한 제3 필러 중 적어도 1개를 갖는 필러
를 포함하는, 표면 가공을 행하기 위한 합성 지석.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피삭물에 대해서 건식에 의해 화학 기계 연삭 작용을 발휘하는, 합성 지석.
제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 합성 지석과,
상기 합성 지석이 고정되고, 도전성 및 상기 합성 지석보다도 높은 열전도성 중 적어도 한쪽을 갖는 기체(基體)
를 갖는,
합성 지석 어셈블리.
제 1 항에 기재된 합성 지석의 제조 방법으로서,
상기 지립 및 상기 부직포제의 결합제를 혼합시켜 혼합재를 얻는 것,
상기 혼합재를 금형에 충전하고, 핫 프레스에 의해 성형하는 것,
상기 성형한 성형체를, 탈형하는 것
을 포함하는,
합성 지석의 제조 방법.