KR20150097811A - 레진본드 연마재 - Google Patents

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KR20150097811A
KR20150097811A KR1020157021504A KR20157021504A KR20150097811A KR 20150097811 A KR20150097811 A KR 20150097811A KR 1020157021504 A KR1020157021504 A KR 1020157021504A KR 20157021504 A KR20157021504 A KR 20157021504A KR 20150097811 A KR20150097811 A KR 20150097811A
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라챠나 우파드야이
라마누쟘 베단탐
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생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드
생-고벵 아브라시프
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Abstract

초연마 수지 제품은 초연마 지립 성분, 산화물 성분, 및 상호연결된 기공들의 망(network)을 획정하는 연속상을 포함한다. 산화물 성분은 란탄족의 산화물로 이루어지며, 연속상은 열가소성 중합체 성분을 포함한다. 초연마 지립 성분과 산화물 성분은 연속상 중에 분산된다.

Description

레진본드 연마재{RESIN BONDED ABRASIVE}
본 발명은 일반적으로 초연마 제품, 초연마 제품에 대한 초연마 제품 전구체, 및 초연마 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
소형화라는 세계적 추세와 함께, 전자 기기들의 크기가 작아지고 있다. 고전력에서 작동되는 반도체 소자의 경우, 웨이퍼 박형화(wafer thinning)는 방열 능력을 개선시킨다. 최종 두께가 감소됨에 따라, 웨이퍼는 자신의 무게를 지탱하고, 포스트 후면연삭 공정에 의해 생성되는 응력을 견디기에는 계속해서 더 약해진다. 따라서, 후면연삭가공에 의해 야기된 손상을 줄여 품질을 개선시키는 일이 중요하다.
칩을 제조할 때 실리콘 웨이퍼의 초기 두께는, 8인치 웨이퍼의 경우, 680 내지 725μm이다. 더 고속으로 더 작은 전자 기기를 얻기 위해서는, 웨이퍼를 얇게 만든 후에 개별 칩들로 다이싱할 필요가 있다. 연삭 공정은 두 단계로 이루어진다. 우선, 거친 연마휠을 사용하여 표면을 대략 270 내지 280μm까지 연삭하되, 손상된 Si 표면인 Si 웨이퍼의 (후면측) 표면은 그대로 둔다. 그런 후에는 고운 연마휠을 사용하여, 상기 표면의 손상된 부분을 매끄럽게하고 웨이퍼를 250μm까지 연삭한다. 두께가 50 내지 100μm인 웨이퍼가 사실상 일부 IC 칩 분야의 표준규격 요건이다. 지금까지 오랜 기간 동안 스마트 카드에 있어서 가장 일반적인 두께는 약 180μm였다. 그러나, 더 얇은 IC칩이 스마트 카드에서 더 보편화되고 있다.
따라서, 단단한 피삭물의 황삭 또는 정삭이 가능한 개선된 연삭공구는 물론, 이러한 공구의 제조 방법에 대한 필요성이 존재한다.
일 구현예에 의하면, 초연마 수지 제품은 초연마 지립 성분, 산화물 성분, 및 연속상을 포함할 수 있다. 산화물 성분으로는 란탄족의 산화물이 포함될 수 있으며, 연속상으로는 열가소성 중합체 성분 및 열경화성 중합체 성분이 포함될 수 있다. 연속상은 상호연결된 기공들의 망상조직(network)을 획정할 수 있다. 초연마 지립 성분과 산화물 성분은 연속상 중에 분산될 수 있다.
특정의 일 구현예에 의하면, 란탄족은 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴 및 네오디뮴과 같은 원자번호 57 이상 60 이하의 원소들을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 란탄족은 세륨을 포함할 수 있으며, 심지어는 세륨으로 필수적으로 구성될 수 있다. 란탄족의 산화물은 초연마 수지 제품의 약 0.05 내지 약 10 부피% 범위의 함량으로 존재할 수 있다.
다른 구현예에 의하면, 초연마 제품 전구체는 초연마 지립 성분, 산화물 성분, 본드(결합제) 성분, 및 캡슐화된 가스의 중합체성 발포제를 포함할 수 있다. 산화물 성분으로는 란탄족의 산화물이 포함될 수 있다.
또 다른 구현예에 의하면, 초연마 제품의 형성 방법은 초연마재, 란탄족의 산화물로 구성된 산화물 성분, 본드 성분, 및 캡슐화된 가스의 중합체성 발포제를 배합하는 단계와; 배합된 초연마재, 본드 성분, 산화물 성분 및 중합체성 발포제를, 발포제 내부의 캡슐화된 가스의 적어도 일부가 방출되는 온도까지 일정 시간 동안 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 의하면, 웨이퍼의 후면연삭 방법은 웨이퍼를 제공하는 단계와; 웨이퍼를 평균 표면조도(Ra) 25Å 이하로 후면연삭하는 단계를 포함한다. 연삭가공은 초연마 수지 제품을 사용하여 수행될 수 있다. 초연마 수지 제품은 초연마 지립 성분, 란탄족의 산화물로 구성되는 산화물 성분, 및 연속상을 포함할 수 있다. 연속상으로는 열가소성 중합체 성분 및 열경화성 중합체 성분이 포함될 수 있으며, 초연마 지립 성분과 산화물 성분은 연속상 중에 분산될 수 있다.
첨부된 도면을 참조로하여 당업자는 본 발명을 더 잘 이해할 수 있으며, 본 발명의 다수 특징 및 장점들이 명백해질 것이다.
도 1은 초연마 수지 공구에 대한 일 구현예의 횡단면도이다.
도 2 및 도 3은 초연마 제품의 바람직한 예에 대한 주사전자현미경 사진이다.
서로 다른 도면에서 사용된 동일한 참조번호는 유사하거나 동일한 항목을 가리킨다.
일 구현예에서, 초연마 제품은 초연마 지립 성분, 산화물 성분, 및 열가소성 중합체 성분과 열경화성 수지 성분을 포함하는 연속상을 포함할 수 있으며, 이때 초연마 지립 성분과 산화물 성분은 연속상 중에 분산된다. 초연마 지립 성분은 예를 들어 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 지르코니아, 또는 산화알루미늄일 수 있다. 열경화성 수지 성분으로는 예를 들어 페놀-포름알데하이드가 포함될 수 있다. 열가소성 중합체 성분으로는 예를 들어 폴리아크릴로니트릴 및 폴리비닐리덴이 포함될 수 있다. 바람직하게, 초연마 제품은 개방된 다공성(open-porous) 구조를 가질 수 있으며, 이로 인해 제품 내 기공들의 상당 부분이 상호연결되어, 초연마 제품의 표면과 유체연통된다.
본원에 사용되는 "초연마재"란 용어는 누프 경도 스케일(Knoop Hardness Scale) 상에서 측정하였을 때의 경도가 입방정 질화붕소(CBN)의 경도 이상인 연마재, 즉 K100이 4700 이상인 연마재를 뜻한다. 입방정 질화붕소 외에도, 초연마용 물질의 기타 예로는 천연 및 합성 다이아몬드, 지르코니아, 그리고 산화알루미늄이 포함된다. 적합한 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소 물질은 결정성 또는 다결정성일 수 있다. 바람직하게, 초연마용 물질은 다이아몬드이다.
초연마용 물질은 "그릿"으로도 알려져 있는 지립의 형태로 존재한다. 초연마 지립 성분은 시중에서 구입하거나 주문제조될 수 있다. 보통, 초연마재의 평균 입자크기는 약 0.25 마이크론 내지 50 마이크론 범위에 속할 수 있다. 바람직하게는, 입자크기가 약 0.5 마이크론 내지 30 마이크론 범위에 속할 수 있다. 특정 구현예에서, 그릿의 평균 입자크기는 약 0.5 마이크론 내지 1 마이크론, 약 3 마이크론 내지 약 6 마이크론, 이를테면 약 20 마이크론 내지 25 마이크론 범위에 속할 수 있다.
일 구현예에서, 초연마 지립 성분은 초연마 공구의 부피를 기준으로 약 20% 이상의 함량으로 존재할 수 있다. 다른 구현예에서, 초연마 지립 성분은 초연마 공구의 부피를 기준으로 약 3% 내지 약 25% 범위에, 더 바람직하게는 초연마 공구의 부피를 기준으로 약 6% 내지 약 20% 범위에 속하는 함량으로 존재할 수 있다. 또 다른 구현예에 의하면, 초연마 제품의 초연마 지립 성분 대 연속상의 비는 부피를 기준으로 약 4:96 내지 약 30:70 범위에, 더 바람직하게는 부피를 기준으로 약 15:85 내지 약 22:78 범위에 속할 수 있다.
일 구현예에서, 초연마 제품은 란탄족의 산화물을 포함할 수 있다. 란탄족의 산화물은 란탄족 원소와 산소로 형성된 화합물 또는 착체일 수 있다. 란탄족은 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴 및 네오디뮴과 같이 주기율표에서 원자번호 57 이상 60 이하인 원소를 포함할 수 있다. 바람직하게, 란탄족은 세륨을 포함하며, 심지어는 세륨으로 필수적으로 구성될 수 있다. 란탄족의 산화물은 초연마 제품의 약 0.05 내지 약 10 부피% 범위에, 이를테면 약 1.0 내지 약 4 부피% 범위에 속하는 함량으로 존재할 수 있다.
산화물 성분의 평균 입자크기는 약 30 마이크론 이하로, 이를테면 약 25 마이크론 이하, 약 20 마이크론 이하, 약 18 마이크론 이하, 심지어는 약 15 마이크론 이하일 수 있다. 일부 예에서, 산화물 성분의 평균 입자크기는 약 0.1μm 내지 약 30μm 범위로, 이를테면 약 0.1 마이크론 내지 약 25 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 20 마이크론, 약 0.1 마이크론 내지 약 18 마이크론, 또는 심지어 약 1 마이크론 내지 약 15 마이크론 범위에 속할 수 있다.
일 구현예에서, 초연마 제품은 상호연결된 기공들의 망상조직을 포함할 수 있다. 이들 기공은, 크기가 약 125 마이크론 내지 약 150 마이크론인 대공(large pore)들, 크기가 약 20 마이크론 내지 약 50 마이크론인 소공(small pore)들, 크기가 약 85 마이크론 내지 약 105 마이크론인 중공(intermediate pore)들, 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 기공은 모드(mode)가 2개 이상인, 이를테면 3개 이상인 다봉형 크기 분포를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 다봉형 크기 분포는, 모드가 2개 이상인 입자크기 또는 기공 크기의 연속 확률분포 함수이다. 각 모드는 확률분포 함수에서 뚜렷한 국소 최대값으로 나타난다. 다봉형 분포는 약 125 마이크론 및 약 150 마이크론 사이에 1개의 모드, 약 85 마이크론 및 약 105 마이크론 사이에 평균 크기를 갖는 1개의 모드, 약 30 마이크론 및 약 50 마이크론 사이에 평균 크기를 갖는 1개의 모드, 또는 이들의 임의 조합이 될 수 있다.
공극은 연삭가공에 있어서 중요한 역할을 한다. 공극은 피삭물과 복합 미세구조체 사이의 접촉 영역을 조절한다. 공극은 미세구조물 주변으로 냉각제가 원활하게 이동되도록 하여, 연삭 표면의 온도가 가능한 한 낮게 유지되도록 한다. 다양한 크기를 지닌 복수의 기공 유도재(pore inducer)를 사용하여 다양한 구조체들이 생긴다는 것을 이해하는 것이 중요하다.
보통, 상대적으로 큰(예컨대, 120 내지 420μm의 직경) 물리적 발포제의 경우는, 상대적으로 적은 개수의 강한 브릿지로 큰 기공들을 만들 수 있다. 반면에, 크기가 10 내지 80μm인 상대적으로 작은 물리적 발포제의 경우는, 더 많은 개수의 더 작은 브릿지를 만들 수 있다. 소공 유도재와 대공 유도재 사이의 좋은 균형은, 오로지 대공 유도재로만 생성된 미세구조체와 오로지 소공 유도재로만 생성된 미세구조체 모두에서 발견되는 유리한 특성들을 가진 미세구조체를 생성할 수 있다.
일 구현예에서, 초연마 제품은 초연마 지립 성분, 산화물 성분, 및 연속상을 포함할 수 있다. 초연마 지립 성분과 산화물 성분이 분산되어 있을 수 있는 연속상은 열가소성 중합체 성분을 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 초연마 공구는 예를 들어 연마포지(사포) 공구가 아닌 연마지석(bonded abrasive) 공구일 수 있다.
적합한 열가소성 중합체 성분의 예로는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴, 폴리스티렌 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 구성원이 포함될 수 있다. 바람직한 열가소성 중합체 성분의 예로는 폴리아크릴로니트릴 및 폴리염화비닐리덴이 포함될 수 있다. 특히 바람직한 일 구현예에 의하면, 초연마 제품의 연속상은 폴리아크릴로니트릴과 폴리염화비닐리덴의 배합물을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 중량비는 약 60:40 내지 약 98:2 범위에 속할 수 있다. 특히 바람직한 일 구현예에 의하면, 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 비는 약 50:50 내지 90:10 범위에 속할 수 있다.
초연마 제품의 연속상은 또한 열경화성 중합체 성분을 포함할 수 있다. 초연마 제품의 연속상으로 사용하기에 적합한 열경화성 중합체 성분의 예로는 폴리페놀포름알데하이드 폴리아미드, 폴리이미드, 및 에폭시-변성 페놀-포름알데하이드가 포함될 수 있다. 바람직한 일 구현예에 의하면, 열경화성 중합체 성분은 폴리페놀-포름알데하이드일 수 있다.
연속상 내에서 열가소성 중합체 성분 대 열경화성 중합체 성분의 부피비는 일반적으로 약 80:15 내지 약 80:10 범위에 속할 수 있다. 특히 바람직한 일 구현예에 의하면, 연속상 내에서 열가소성 중합체 성분 대 열경화성 중합체 성분의 부피비는 약 70:25 내지 약 70:20 범위에 속할 수 있다. 다른 바람직한 구현예에 의하면, 연속상 내에서 열가소성 중합체 대 열경화성 중합체의 부피비는 약 50:30 내지 약 50:40 범위에 속할 수 있다.
초연마 제품의 기타 다른 성분으로는, 예를 들어, 약 0.5 부피% 내지 약 3 부피% 범위로 실리카 또는 실리카겔과 같은 무기 충전재를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 초연마 제품에 대한 초연마 제품 전구체는 초연마 지립 성분, 산화물 성분, 본드 성분, 및 가스를 캡슐화하는 중합체성 발포제를 포함할 수 있다. 초연마 제품 전구체의 바람직한 초연마 지립 성분은 다이아몬드이다. 산화물 성분은 란탄족의 산화물일 수 있다. 본드 성분은, 초연마 제품 전구체가 초연마 제품으로 전환될 때 중합하게 되는 열경화성 수지 성분일 수 있다. 적합한 본드 성분의 예로는, 페놀-포름알데하이드, 폴리아미드, 폴리이미드, 및 에폭시-변성 페놀-포름알데하이드와 같은, 당해 기술분야에 공지된 것들이 포함될 수 있다.
일 구현예에서, 발포제는 가스를 캡슐화하는 쉘(shell)을 가진 입자들의 적어도 일부에 해당되는 독립 입자들(discrete particles)을 포함할 수 있다. 보통, 쉘의 적어도 일부는 열가소성 중합체를 포함한다. 적합한 가소성 중합체의 예로는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴(예컨대, 폴리염화비닐리덴), 폴리스티렌, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 메틸메타크릴레이트의 다른 중합체들이 포함된다. 일 구현예에서, 상기 독립 입자들은 두 가지 이상의 완전히 다른(distinct) 종류의 것일 수 있으며, 각 종류는 상이한 조성의 열가소성 쉘을 포함한다. 예를 들어, 일 구현예에 의하면, 적어도 한 종류의 독립 입자는 실질적으로 폴리아크릴로니트릴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다. 다른 구현예에 의하면, 적어도 한 종류의 독립 입자는 실질적으로 폴리염화비닐리덴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다. 또 다른 구현예에 의하면, 적어도 한 종류의 발포제 독립 입자는 실질적으로 폴리아크릴로니트릴을 포함하는 열가소성 쉘을 가지며, 다른 한 종류의 발포제 독립 입자는 실질적으로 폴리염화비닐리덴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다. 또 다른 구현예에 의하면, 적어도 한 종류의 발포제 독립 입자는 실질적으로 폴리염화비닐리덴을 포함하는 열가소성 쉘을 가진다. 또 다른 구현예에 의하면, 세 가지 이상의 완전히 다른 종류의 독립 입자들이 존재할 수 있으며, 완전히 다른 각 종류의 독립 입자는 폴리아크릴로니트릴 및 폴리염화비닐리덴의 중량비가 서로 다른 열가소성 쉘을 가진다.
일반적으로, 가스를 캡슐화하는 중합체성 구체(polymeric sphere), 이를테면 이소부탄 및 이소펜탄 중 하나 이상을 캡슐화하며, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 메틸메타크릴레이트(MMA)의 다른 중합체들 중 1종 이상을 포함하는 중합체성 구체는 "팽창된(expanded)"형태와 "팽창되지 않은(unexpanded)" 형태로 시판되고 있다. 보통, "팽창된" 버젼의 구체는, 자신의 중합체성 쉘이 파괴되어 캡슐화된 가스가 방출되는 온도까지 가열되는 과정에서 두드러지게 팽창되지 않는다. 반면에, "팽창되지 않은" 버전의 구체는, 중합체성 쉘이 파괴되는 온도까지 가열되는 과정에서 팽창한다. 팽창된 형태의 중합체성 구체가 선호되기는 하지만, 중합체성 구체가 어느 유형이든 발포제용으로서 적합하다. 달리 명시되지 않는 한, 본원에서 중합체성 구체의 크기와 관련하여 언급되는 것은 팽창된 형태의 구체에 관한 것이다.
종종, 시판 중인 적합한 중합체 구체는 탄산칼슘(CaCO3)이나 이산화규소(SiO2)를 이용한 처리를 거친다. 시판 중인 적합한 중합체 구체의 예로는, Expanded DE 40, DE 80 및 950 DET 120이 포함되며, 이들 모두는 Akzo Nobel사의 제품이다. 기타 다른 예로는, Dualite E135-040D, E130-095D 및 E030가 포함되며, 이들 모두는 Henkel사 제품이다.
다른 구현예에서, 초연마 제품 전구체의 발포제는 폴리아크릴로니트릴과 폴리염화비닐리덴의 공중합체를 포함하는 쉘의 독립 입자들을 포함한다. 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 중량비는, 예를 들어, 약 40:60 내지 약 99:1 범위에 속할 수 있다. 발포제의 평균 입자크기는, 예를 들어, 약 10 마이크론 내지 약 420 마이크론 범위에 속할 수 있다. 특정의 일 구현예에 의하면, 발포제의 평균 입자크기는 약 20 마이크론 내지 50 마이크론 범위에 속할 수 있다. 이 구현예에서, 폴리아크릴로니트릴 대 폴리비닐리덴의 중량비는, 예를 들어, 약 40:60 내지 60:40 범위에 속할 수 있다. 바람직하게, 이 구현예에서 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 중량비는 약 50:50이다.
다른 구현예에서, 발포제의 평균 입자크기는 85 마이크론 내지 약 105 마이크론 범위에 속한다. 이 구현예에서, 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 중량비는 바람직하게 약 60:40 내지 약 80:20 범위에 속하며, 특히 바람직한 비율은 약 70:30이다.
또 다른 구현예에서, 발포제의 평균 입자크기는 약 125 마이크론을 초과한다. 이 구현예에서, 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 중량비는 바람직하게 약 92:8 내지 약 98:2 범위에 속하며, 특히 바람직한 비율은 약 95:5이다.
일 구현예에서, 발포제는 다봉형 크기 분포를 갖는 독립 입자들을 포함할 수 있다. 다봉형 분포는 약 125 마이크론 및 약 150 마이크론 사이에 1개의 모드, 약 85 마이크론 및 약 105 마이크론 사이에 1개의 모드, 약 30 마이크론 및 약 50 마이크론 사이에 1개의 모드, 또는 이들의 임의 조합이 될 수 있다.
상기 독립 입자들로 캡슐화된 가스의 예로는, 이소부탄 및 이소펜탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 구성원이 포함된다. 적합한 가스로서 이소부탄 및 이소펜탄 중 하나 이상이 포함되는 구현예에서, 독립 입자들의 크기는 바람직하게 약 8 마이크론 내지 약 420 마이크론 범위에 속하며, 가스를 캡슐화하는 독립 입자들의 벽 두께는 바람직하게 약 0.01 마이크론 내지 약 0.08 마이크론 범위에 속한다.
초연마 제품 전구체에서 발포제의 독립체들(discrete bodies) 대 본드 성분의 부피비는 보통 약 2:1 내지 약 30:35 범위에 속한다. 특정의 일 구현예에 의하면 부피비는 80:15이며, 다른 구현예에서는 부피비가 70:25이다.
또 다른 구현예에서, 초연마 제품의 형성 방법은 초연마재, 본드 성분, 산화물 성분 및 캡슐화된 가스의 중합체 발포제를 배합하는 단계를 포함한다. 배합된 초연마재, 본드 성분, 산화물 성분 및 중합체성 발포제는, 발포제 내부의 캡슐화된 가스의 적어도 일부가 방출되는 온도까지 일정 시간 동안 가열된다. 일반적으로, 초연마재는 다이아몬드이며, 본드는 페놀-포름알데하이드와 같은 열경화성 물질을 포함하고, 산화물 성분은 란탄족의 산화물이며, 캡슐화된 가스-포함 발포제는 이소부탄 및 이소펜탄 중 하나 이상의 가스를 캡슐화하는, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리염화비닐리덴 중 하나 이상의 열가소성 쉘을 포함한다.
배합된 초연마재, 본드 성분, 산화물 성분 및 중합체성 발포제는, 캡슐화된 가스의 적어도 상당 부분이 초연마 제품 전구체로부터 방출되는 온도까지 일정 시간 동안 가열되며, 형성된 초연마 제품에는 이에 따라 공극이 생기며, 상기 공극은 실질적으로 개방된 공극(open porosity)이다. 본원에 정의되는 바와 같이, "개방 공극"은 기공들의 적어도 일부분 또는 상당한 부분이 상호간에, 그리고 초연마 제품의 표면과도 유체 연통을 이룬다는 것을 뜻한다. 기공들이 초연마 제품의 약 70 부피% 내지 약 90 부피% 범위를 차지하는 일 구현예의 경우, 상기 제품은 본질적으로 모두 공공연히 다공성을 띠게 될 것이다. 초연마 제품의 공극율이 약 40% 내지 약 70% 범위에 속한다면, 기공들의 일부는 닫힌 상태로, 나머지는 열린 상태로 있을 것이다. 또 다른 구현예의 경우에서 공극율이 약 20% 내지 약 40% 범위에 속한다면, 본질적으로 모든 공극들이 닫힌 상태로 있을 것이다.
일 구현예에서, 초연마 제품 전구체 형태로 있는 상기 배합된 초연마재, 본드 성분, 산화물 성분 및 중합체 발포제는, 초연마 제품 전구체가 양(positive)의 게이지 압력 하에 있을 때 가열된다. 일반적으로, 중합체 발포제는 열가소성 중합체를 포함하는 반면에, 본드 성분은 열경화성 중합체를 포함한다. 일 구현예에서는, 초연마 제품 전구체를 2톤 이상의 압력 하에 약 100℃ 이상인 제1 온도까지 예열한다. 그런 후에는 초연마 제품 전구체를 상기 제1 온도로부터 약 180℃ 이상인 제2 침지 온도(soak temperature)까지 가열한다. 이어서 초연마 제품 전구체를 상기 침지 온도에서 약 15분 이상 동안 유지함으로써 초연마재 제품을 생성한다. 일반적으로, 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이, 초연마 제품 전구체를 금형 안에 둔 채, 초연마 제품 전구체를 제1 온도, 그리고 제2 침지 온도까지 가열한 후, 상기 침지 온도에 유지한다.
초연마 제품이 형성되기에 충분한 시간 동안 상기 초연마 제품 전구체를 침지 온도에 유지한 후에, 초연마 제품을 침지 온도로부터 약 100℃ 내지 약 170℃ 범위에 속하는 제1 하강온도(reduced temperature)로 약 10분 내지 약 45분 범위의 시간에 걸쳐 냉각시킨다. 그런 후에는 일반적으로 초연마 제품을 제1 하강온도로부터 약 30℃ 내지 약 100℃ 범위에 속하는 제2 하강온도까지 약 10분 내지 약 30분 범위의 시간에 걸쳐 냉각시킨다.
일반적으로, 초연마 제품을 공냉식(air cooling)으로 제1 하강온도까지 냉각시킨 후에, 제1 하강온도로부터 제2 하강온도까지는 수냉식(liquid cooling)으로 냉각시킨다. 초연마 제품이 제2 하강온도까지 냉각되면, 금형으로부터 제거한다.
일 구현예에 의하면, 냉각된 초연마 제품을 선택적으로 후속 베이크(post-bake)할 수 있다. 예를 들면, 초연마 제품을 약 180 이상의 온도로 여러 시간 동안, 이를테면 약 5시간 이상 동안, 심지어 약 10시간 이상 동안 가열할 수 있다.
일 구현예에서, 초연마 제품은 열경화성 중합체와 열가소성 중합체의 블렌드가 가지는 특성인 강도특성을 나타낸다. 또한, 초연마 수지 제품은 다이아몬드와 같은 초연마 지립 성분들을 매우 효과적으로 결합하여, 더 광범위한 지립 성분 입자크기를 갖는 공구들을 제조할 수 있게 된다. 또한, 이들 공구는 상대적으로 높은 공극율을 가짐에 다라, 더 효과적으로 공구를 냉각시킬 수 있다. 결과적으로, 피삭물의 연삭가공을 더 잘 제어할 수 있으며, 연삭공구의 마모가 현저하게 줄어든다. 이러한 초연마 공구는 비교적 쉽게, 더 낮은 온도에서, 더 짧은 주기로, 그리고 유리질본드를 사용하는 공구와 같은 다른 유형의 초연마 공구를 제조하는데 필요한 방법들 중에서 흔한 조건보다 더 친환경적인 조건 하에서 제조될 수 있다. 이러한 초연마 공구의 예로는 고정 연마 수직형 스핀들(FAVS) 타입의 공구, 휠, 디스크, 휠 세그먼트, 숫돌 및 혼(hone)이 포함될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 초연마 제품은 고정 연마 수직형 스핀들(FAVS) 타입 분야에 사용가능하다.
바람직한 일 구현예에서, 초연마 수지 제품은 고정 연마 수직형 스핀들(FAVS)이다. FAVS의 한 예를 도 1에 도시하였다. 도 1에 보여진 바와 같이, 공구(10)는 축(14)을 기준으로 베이스(12)가 구비된 휠로서 구성된다. 휠의 돌출 경계부(16)는 베이스(12)의 외주(perimeter)에 대해 연마 세그먼트(18)를 지지한다. 연마 세그먼트는 초연마 제품의 일 구현예이다. 일반적으로, 베이스의 직경은 약 6인치 내지 약 12인치 범위에 속하며; 연마 세그먼트의 높이는 약 2 밀리미터(mm) 내지 약 10 밀리미터 범위(예컨대, 약 5 밀리미터 내지 약 8 밀리미터)에 속하며, 폭은 약 2 밀리미터 내지 약 4.5 밀리미터 범위에 속한다. 도 1을 참조하여 기술한 바와 같이, 휠은, 공구에 의해 연삭되는 웨이퍼의 회전축에 대해 반시계 방향으로 자신의 축을 기준으로 회전하면서 웨이퍼를 연삭시키는 용도로 적합하다.
표면조도지수는 일련의 실리콘 웨이퍼를 후면연삭시킴으로써 측정될 수 있다. 후면연삭시, 웨이퍼의 표면을 80 rpm의 속도로 회전하는 척테이블과 접촉시키면서, 초연마재를 5500 rpm의 속도로 회전시킬 수 있다. 초기 두께 450 마이크론의 웨이퍼가 최종 두께 430 마이크론까지 연삭될 수 있다. 웨이퍼의 두께가 약 434 마이크론으로 감소될 때까지 초연마재의 공급율을 0.80 마이크론/초로 할 수 있다. 웨이퍼의 두께가 약 430 마이크론이 되면 공급율을 0.50 마이크론/초로 줄일 수 있다. 두께가 약 430 마이크론에 이르면, 최종 두께 430.0 마이크론을 달성할 때까지 공급율을 0.10 마이크론/초로 줄일 수 있다.
웨이퍼 표면의 Ra(조도 프로파일의 산술학적 평균)는 웨이퍼의 다섯 지점인 중심, 그리고 가장자리에서 약 1cm 떨어져 있고 대략 90o로 이격된 네 위치에서 측정될 수 있다. 각 지점에 대한 Ra는 40X 배율에서 광학적으로 측정가능하다. 각 웨이퍼에 대한 측정값을 평균내어 각 웨이퍼의 평균 Ra를 구할 수 있다. 웨이퍼들의 평균 Ra를 평균 내어, 본원의 구현예들인 연삭공구와 관련될 수 있는 수치인 표면조도지수를 결정할 수 있다.
실시예
시료 1은, 초연마 지립, 산화세륨, 수지 성분 및 중합체 발포제의 혼합물로 제조된 높은 공극율의 수지본드 다이아몬드 초연마 구조체이다. 미세구조체에서 사용된 수지는 페놀포름알데하이드였다. 물리적 발포제는 Henkel사에서 입수한 상표 Dualite의 PAN 및 PVDC의 공중합체 구체(sphere)였다. 초연마 지립은 크기가 1 내지 3 마이크론인 다이아몬드였다. 산화세륨의 크기는 3 내지 6 마이크론이었다. 가열되기 전 혼합물의 조성물은 부피%로 다이아몬드 22.5%, 산화세륨 2%, 본드 성분 29%, 및 중합체 발포제 46.5%였다.
복합 마이크로구조체를 만들기 위해, 재료의 무게를 재고, 시각적으로 균질한 혼합물이 얻어질 때까지 스테인레스강 용기에서 교반 조작을 통해 혼합시켰다. 165 메쉬 스크린(미국 표준 크기)을 통해 상기 혼합물을 세 번 스크리닝처리하였다. 이렇게 얻어진 혼합물을 적절한 디자인의 강재 금형 내에 투입하고, 5.020인치 X 1.25인치 X 0.300인치 규격의 시험용 시료들을 얻었다.
스푼으로 각 혼합물을 금형에 채우고 나서 레벨링 패들을 사용하여 금형 내에서 편평하게 만들었다. 완전히 충전된 금형 패키지를 전동식 프레스로 옮겼다. 금형 패키지를 프레스 내부에 배치하자마자, 2톤의 압력을 인가하여 상부 플레이트가 금형 패키지 내에 고르게 들어가도록 확실히 하였다. 온도를 15분간 100℃까지 올린 후, 10분간 150℃까지 올렸다. 금형 패키지에는 압착압력이 인가되었다. 금형 패키지의 온도를 180℃까지 올리고, 그 후에는 20분간 침지처리하였다. 침지 주기가 완료되면, 프레스를 공냉식으로 100℃까지 냉각시킨 후, 수냉식으로 실온까지 냉각시켰다. 금형 패키지를 프레스로부터 분리하여, "탈거" 아버 프레스 장비(arbor press setup)로 이송하였다. 금형 패키지(상부 및 하부 플레이트와, 밴드)를 탈거 아버, 스트립 밴드(strip band) 상에 배치하였다. 금형의 플레이트들 및 시료를 제거하여, 바로 사용될 수 있는 상태로 만들었다.
이렇게 제조된 휠들을 2개의 스핀들이 구비된 수직형 스핀들 기계 상에서 시험하였다. 제1 스핀들은 황삭휠을 사용하였고, 제2 스핀들은 시험되는 정삭휠을 사용하였다. 실리콘 웨이퍼를 거친 휠로 황삭가공한 후에, 고운 휠로 정삭하였다. 극세사 패드를 사용하여 휠을 드레싱하였다. 이들 휠을 사용하여 8인치 실리콘 웨이퍼를 연삭하였다. 시료들의 평균 Ra는 21Å으로 측정되었다.
표면조도(Ra, Å)
시료 1 19 20 20 24 21
시료 2 21 21 20 23 23
시료 3 21 21 22 21 22
시료 4 23 22 24 22 20
시료 5 21 21 22 20 20
도 2와 도 3은 초연마 제품(20)의 주사전자현미경 사진을 보여 준다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 초연마 제품은, 크기가 약 125 마이크론 내지 약 150 마이크론 범위에 속하는 대공들(22), 크기가 약 85 마이크론 내지 약 105 마이크론 범위에 속하는 중공들(24), 크기가 약 20 마이크론 내지 약 50 마이크론 범위에 속하는 소공들(26)을 포함한다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 기공들(22, 24 및 26)은 그 바깥측 연속상의 표면과 비교하여 상대적으로 매끄러운 아치형의 내면을 가진다. 또한, 작은 입자들(28)을 기공의 표면에서 볼 수 있다. 이들 입자는 초연마 지립 및 산화물 입자를 포함할 수 있다.
일반 설명 및 실시예에서 전술된 모든 작용이 요구되는 것은 아니며, 특정 작용의 일부는 요구되지 않을 수 있고, 기술된 작용들 외에도 하나 이상의 추가 작용이 수행될 수 있다는 것을 주목한다. 더욱이, 열거된 작용들의 순서대로 반드시 수행될 필요는 없다.
전술된 명세서에서는 특정 실시형태를 참조로 여러 개념을 설명하였다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위에 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적 의미보다는 예시적 의미로 간주되어야 하며, 이들 모든 수정예를 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 의도한다.
본원에 사용된 바와 같이, "포함(구비, 함유)하는(하다) (comprises, comprising, includes, including, has, having)" 또는 이들의 기타 다른 변형예는 비배타적 항목들을 포함하고자 의도된다. 예를 들어, 여러 특징들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 제품 또는 장치는 이들 특징에 반드시 한정되는 것이 아니라 이러한 공정, 방법, 제품 또는 장치에 분명하게 열거되지 않았거나 고유하지 않은 다른 기타 특징들을 포함할 수 있다. 또한, 달리 분명하게 명시하지 않는 한, "또는"이란 포괄적(inclusive-or)이고 배타적이지 않음(exclusive-or)을 가리킨다. 예를 들어, A 또는 B 조건은 하기 중 임의의 것 하나를 만족시킨다: A는 참이고(또는 존재한다), B는 거짓이다(또는 존재하지 않는다), A는 거짓이고 (또는 존재하지 않는다) B는 참이다(또는 존재한다), 및 A와 B 둘 다 참이다(또는 존재한다).
또한, 본원에 기술되는 부재 및 성분을 설명하고자 "하나의, 한(a, an)"을 사용하였다. 이는 오로지 편의를 위한 것이며, 본 발명의 범주의 일반적 의미를 제공하고자 함이다. 본 명세서는 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 이해하여야 하며, 명백하게 단수를 의미하지 않는 한 단수는 역시 복수를 포함한다.
이점, 기타 장점 및 문제점에 대한 해결책을 특정 구현예들을 참조로 전술하였다. 그러나, 이점, 장점, 문제점에 대한 해결책, 및 임의의 이점, 장점 또는 해결책이 발생되거나 표명되도록 야기시킬 수 있는 임의의 특징(들)을 어느 하나 또는 모든 청구항의 중요하거나 필요하거나 필수적인 특징으로 이해하여서는 안된다.
본 명세서를 읽은 후에, 숙련자라면 간결성을 위해 별개의 구현예들의 범위에서 본원에 기술된 구체적인 특성들을 단 하나의 구현예에서 조합되어 제공할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 간결성을 위해 단 하나의 구현예 범위에서 기술된 다양한 특성들을 따로따로 또는 임의의 하부조합으로 제공할 수도 있다. 또한, 범위로 명시된 값들에는 상기 범위에 속하는 각각의 모든 값이 포함된다.

Claims (15)

  1. 초연마 지립 성분; 란탄족의 산화물로 이루어진 산화물 성분; 및 본드 성분을 포함하는 연속상을 포함하는 초연마 수지 제품으로서,
    상기 연속상은 상호연결된 개기공과 폐기공의 망상조직을 획정하고,
    상기 기공은 약 125 마이크론 내지 약 150 마이크론의 크기를 갖는 대공(large pore), 약 20 마이크론 내지 약 50 마이크론의 크기를 갖는 소공(small pore) 및 약 85 마이크론 내지 약 105 마이크론의 크기를 갖는 중공(intermediate pore)을 포함하고,
    상기 초연마 지립 성분과 상기 산화물 성분은 상기 연속상에 분산되어 있는,
    초연마 수지 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속상이 열가소성 중합체 성분과 열경화성 수지 성분을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연속상 중의 열경화성 수지 성분 대 열가소성 중합체 성분의 비가 부피를 기준으로 약 80:15 내지 약 80:10 범위에 속하는, 초연마 수지 제품.
  4. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 성분이 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴, 폴리스티렌, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 성분이 폴리아크릴로니트릴을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  6. 제4항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 성분이 폴리비닐리덴을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폴리비닐리덴이 폴리염화비닐리덴을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 성분이 폴리아크릴로니트릴 및 폴리염화비닐리덴을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  9. 제8항에 있어서, 폴리아크릴로니트릴 대 폴리염화비닐리덴의 비가 중량을 기준으로 약 1:1 내지 약 98:2 범위에 속하는, 초연마 수지 제품.
  10. 제2항에 있어서, 상기 연속상이 열경화성 중합체 성분을 더 포함하며, 상기 열경화성 중합체 성분이 폴리페놀포름알데하이드, 폴리아미드, 폴리이미드 및 에폭시-변성 페놀포름알데하이드로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 구성원을 포함하는, 초연마 수지 제품.
  11. 제1항에 있어서, 연속상 대 초연마 지립 성분의 비가 부피를 기준으로 약 2:1 내지 약 1:2 범위에 속하는, 초연마 수지 제품.
  12. 제1항에 있어서, 상기 초연마 수지 제품이 부피를 기준으로 약 30% 내지 약 80% 범위의 공극율을 갖는, 초연마 수지 제품.
  13. 제1항에 있어서, 상기 산화물 성분이 상기 초연마 수지 제품의 약 0.05 내지 약 10.0 부피% 범위의 양으로 존재하는, 초연마 수지 제품.
  14. 제1항에 있어서, 상기 산화물 성분이 약 0.1 내지 약 10.0 마이크론 범위의 평균 입자 크기를 갖는, 초연마 수지 제품.
  15. 제1항에 있어서, 상기 란탄족이 세륨을 포함하는, 초연마 수지 제품.
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