(57)【要約】  圧縮可能な複合層を有する研磨物品について記載する。圧縮可能な複合層は、圧縮可能な結合剤と研磨粒塊とを含む。また、被加工物の縁部を加工するためにそのような研磨物品を使用する方法についても記載する。
2009541077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮可能な複合層を含み、
該圧縮可能な複合層は、圧縮可能な結合剤と約２体積％〜約１０体積％の研磨粒塊とを含み、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約７〜約７０ＧＰａの圧縮弾性率を有する、研磨物品。
【請求項２】
前記圧縮可能な複合層は、約２．５体積％〜約３体積％の研磨粒塊を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項３】
前記圧縮可能な複合層は、前記約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約３５〜約５０ＧＰａの圧縮弾性率を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項４】
前記研磨粒塊は、約２．４５〜約２．７５グラム毎立方センチメートルの密度を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項５】
前記研磨粒塊は、約２．１５〜約２．３５グラム毎立方センチメートルの密度を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項６】
前記圧縮可能な結合剤は、前記約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約１０〜約３０ＧＰａの圧縮弾性率を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項７】
前記圧縮可能な複合層は、少なくとも５０体積％の前記圧縮可能な結合剤を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項８】
前記圧縮可能な結合剤は、ウレタン、ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、エポキシ、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項９】
前記圧縮可能な複合層は、無機充填剤をさらに含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１０】
前記研磨粒塊は、無機マトリックス中に分散されたダイヤモンド研磨粒子を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１１】
前記無機マトリックスは、ガラス、セラミック、及びガラスセラミックからなる群から選択される、請求項１０に記載の研磨物品。
【請求項１２】
前記無機マトリックスは、シリカを含む、請求項１０に記載の研磨物品。
【請求項１３】
前記ダイヤモンド研磨粒子の平均最大断面寸法は、約２ミクロン未満である、請求項１０に記載の研磨物品。
【請求項１４】
前記ダイヤモンド研磨粒子の平均最大断面寸法は、約０．５ミクロン未満である、請求項１３に記載の研磨物品。
【請求項１５】
前記研磨粒塊は、約２５重量％〜５０重量％のダイヤモンド研磨粒子を含む、請求項１０に記載の研磨物品。
【請求項１６】
前記研磨粒塊は、シリカ粒塊を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１７】
前記シリカ粒塊は、少なくとも約９５重量％のシリカを含む、請求項１６に記載の研磨物品。
【請求項１８】
前記研磨粒塊は、約０．１重量％〜約５０重量％のアルミナ研磨粒子をさらに含む、請求項１６に記載の研磨物品。
【請求項１９】
前記圧縮可能な複合層に隣接した支持体をさらに含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項２０】
前記圧縮可能な複合層は、第１の主要表面と第２の主要表面とを含んでおり、該圧縮可能な複合層の該第１の主要表面は、前記支持体に直接結合される、請求項１９に記載の研磨物品。
【請求項２１】
前記複合層は、第１の主要表面と第２の主要表面とを含んでおり、結合層は、前記圧縮可能な複合層の該第１の主要表面と前記支持体との間に置かれる、請求項１９に記載の研磨物品。
【請求項２２】
前記支持体は、剛性シリンダ、剛性リング、剛性平面体、連続ベルト、又は可撓性ウェブである、請求項１９に記載の研磨物品。
【請求項２３】
前記圧縮可能な複合層は、約２．５％〜約５．５％の圧縮を生み出すに十分な印加された圧縮荷重の除去の３０秒後に測定される時、約５０％未満の圧縮永久歪みを有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項２４】
被加工物の縁部を加工する方法であって、
第１の主要表面と第２の主要表面とを有する圧縮可能な複合層を含む研磨物品を提供する工程であって、該圧縮可能な複合層は、圧縮可能な結合剤と約２体積％〜約１０体積％の研磨粒塊とを含み、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約７〜約７０ＧＰａの圧縮弾性率を有する、工程と、
該被加工物の該縁部と該圧縮可能な複合層の該第２の主要表面とを接触させる工程と、
該被加工物の該縁部と該圧縮可能な複合層の該第２の主要表面との間の相対運動を提供する工程とを含む、方法。
【請求項２５】
前記被加工物の前記縁部と前記圧縮可能な複合層の前記第２の主要表面とを接触させる工程は、該圧縮可能な複合層を約２．５％〜約５．５％圧縮するに十分な接触力を印加する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記接触力は、前記被加工物の厚さ１ミリメートル当たり約１．５〜約８キログラムの範囲にある、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記被加工物の前記縁部に対する前記圧縮可能な複合層の前記第２の主要表面の前記速度は、毎秒約８〜約１６メートルの間（毎秒約８メートルと毎秒約１６メートルとを含む）である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記被加工物の前記縁部と前記圧縮可能な複合層の前記第２の主要表面との間の相対運動を生み出す工程は、該被加工物を第１の回転軸の周りで回転させる工程と、前記研磨物品を第２の回転軸の周りで回転させる工程とを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の回転軸は、前記第２の回転軸と約５度〜約７５度の間の角度を成す、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記複合層の前記第２の主要表面に作動流体を塗布する工程をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
前記被加工物の前記縁部の輪郭を変える工程をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧縮可能な結合剤と研磨粒塊とを含む圧縮可能な複合層を有する研磨物品に関する。また、そのような研磨物品を使用して被加工物の縁部を加工する方法も開示する。
【背景技術】
【０００２】
剛性の円筒形ディスクは、様々な営利事業で一般的な中間製品である。例えば、半導体デバイスの製造では、中実の円筒形インゴットを薄く切ることによってシリコンウェハが得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、円筒形ディスクの周縁部は、小さなサブ表面（sub-surface）クラック又は欠け（chips）を含めた欠陥をもつことがある。これらの欠陥は、後続の処理工程で問題を生み出す可能性があり、例えば、一部の欠陥は周縁部からディスクの内部に拡大する可能性がある。さらに、初めに作り出されたとき、円筒形ディスクは欠けを生じる傾向にある鋭い縁部を有することがあり、取扱いが危険となる可能性がある。また、１つ若しくはそれより多くの処理工程の後、ディスクの縁部又はその付近に望ましくない屑（debris）が存在することもある。
【０００４】
欠陥を最小限に抑え又はなくし、鋭い縁部を丸み付けする、面取りする（bevel）、又は他の方法で曲線的にする（contour）ようにそのような周縁部を加工するために、様々なタイプの研削盤が使用されてきた。研削は、金属又は樹脂マトリックス中に固定された研磨粒子を含む砥石車と、マトリックス中に固定された研磨粒子を含み可撓性裏材に接着された固定研磨ウェブとの両方を使用して実施されてきた。さらに、ディスクの縁部が液体媒質中の研磨粒子のスラリーの存在下で研磨パッドに接触する、研磨スラリーが使用されてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、本開示は、圧縮可能な結合剤と研磨粒塊とを含む圧縮可能な複合層を含む研磨物品を提供する。一部の実施形態では、圧縮可能な複合層は約２体積％〜約１０体積％の研磨粒塊を含む。一部の実施形態では、圧縮可能な複合層は約７〜約７０ＧＰａの圧縮弾性率を有する。
【０００６】
一部の実施形態では、圧縮可能な複合層は少なくとも５０体積％の圧縮可能な結合剤を含む。一部の実施形態では、圧縮可能な結合剤は、ウレタン、ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、エポキシ、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む。一部の実施形態では、複合層は無機充填剤をさらに含む。
【０００７】
一部の実施形態では、研磨粒塊は約２．４５〜約２．７５グラム毎立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）の密度を有する。一部の実施形態では、研磨粒塊は約２．１５〜約２．３５ｇ／ｃｃの密度を有する。一部の実施形態では、ダイヤモンド研磨粒子の平均最大断面寸法は約２ミクロン未満である。
【０００８】
一部の実施形態では、研磨粒塊は無機マトリックス中に分散された研磨粒子を含む。一部の実施形態では、無機マトリックスは、ガラス、セラミック、及びガラスセラミックからなる群から選択される。一部の実施形態では、無機マトリックスはシリカを含む。
【０００９】
一部の実施形態では、研磨粒塊はダイヤモンド研磨粒子を含む。一部の実施形態では、その粒塊は２５重量％〜５０重量％のダイヤモンド研磨粒子を含む。一部の実施形態では、研磨粒塊は約０．１重量％〜約５０重量％のアルミナ研磨粒子を含む。一部の実施形態、例えば物品がクリーニングに使用される諸実施形態では、研磨粒塊は少なくとも約９５重量％、９９重量％、又はさらに１００重量％もの無機マトリックス、例えばシリカを含む。
【００１０】
他の態様では、研磨物品は複合層に隣接した支持体をさらに含む。一部の実施形態では、複合層は支持体に直接結合される。一部の実施形態では、結合層は複合層と支持体との間に置かれる。一部の実施形態では、支持体は、剛性シリンダ、剛性リング、及び可撓性ウェブからなる群から選択される。一部の実施形態では、可撓性ウェブは連続ベルトである。一部の実施形態では、支持体は剛性平面体である。
【００１１】
他の態様では、本開示はディスクの縁部を加工する方法を提供する。一部の実施形態では、該方法は圧縮可能な複合層を含む研磨物品を提供する工程であって、その圧縮可能な複合層は圧縮可能な結合剤と研磨粒塊とを含む、工程と、ディスクの縁部と圧縮可能な複合層の主要表面とを接触させる工程と、ディスクの縁部と圧縮可能な複合層の主要表面との間の相対運動を提供する工程とを含む。一部の実施形態では、ディスクの縁部と圧縮可能な複合層の主要表面とを接触させる工程は、圧縮可能な複合層を約２．５％〜約５．５％圧縮するのに十分な接触力を印加する工程を含む。一部の実施形態では、接触力は、ディスクの厚さ１ミリメートル当たり約１．５〜約８キログラムの範囲にある。一部の実施形態では、ディスクの縁部に対する複合層の主要表面の速度は、毎秒約８〜約１６メートルの間（毎秒約８メートルと毎秒約１６メートルとを含む）である。
【００１２】
一部の実施形態では、ディスクの縁部と複合層の主要表面との間に相対運動を生み出す工程は、ディスクを第１の回転軸の周りで回転させる工程と、研磨物品を第２の回転軸の周りで回転させる工程とを含む。一部の実施形態では、第１の回転軸は、第２の回転軸と約５度〜約７５度の間の角度をなす。
【００１３】
一部の実施形態では、ディスクの縁部を加工する方法は、複合層の主要表面に作動流体を塗布する工程をさらに含む。
【００１４】
本開示の１つ若しくはそれより多くの実施形態の詳細を、以下の説明で述べる。他の特徴、目的、及び利点は、説明及び特許請求の範囲から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
一部の実施形態では、本開示の研磨物品は、被加工物（例えば、ディスク、例えば剛性円筒形ディスク）の周縁部を加工するのに有用であることができる。一部の実施形態では、加工する工程は例えば、欠陥を最小限に抑え、若しくはなくし、及び／又は鋭い縁部を丸み付けする、面取りする（bevel）、若しくは他の方法で曲線的にする（contour）ように、被加工物の縁部の輪郭を変える工程を含む。一部の実施形態では、加工工程は、被加工物の縁部をクリーニングする（例えば、被加工物の縁部から屑を除去する）工程を含む。一部の実施形態では、被加工物は例えば中実の円筒形インゴットを薄く切ることによって得られる、シリコンウェハとすることができる。他の有用な被加工物材料としては、ガラス、ガラスセラミック、セラミック、ガリウム砒素、サファイア、及び化合物半導体の基板が挙げられる。
【００１６】
本開示のいくつかの実施形態による代表的な研磨物品１００が、図１に示されている。研磨物品１００は、結合剤１４０中に分散された研磨粒塊１３０を含む複合層１２０を含む。典型的な研磨物品に関係した複合層とは対称的に、本開示の複合層は、典型的な運転条件（例えば、印加荷重）下で容易に圧縮可能である。材料の圧縮性は、圧縮弾性率及び圧縮永久歪みなどのパラメータを使用して記述することができる。
【００１７】
圧縮弾性率は、材料における圧縮応力と圧縮歪みとの比として定義される。圧縮弾性率は、一定の圧縮応力（すなわち、単位面積当たりの荷重）を材料に印加し、材料の厚さの減少を測定することによって測定することができる。次いで、単位面積当たりの荷重が漸増的に増加され、荷重の増分ごとに厚さの減少が測定される。
【００１８】
厚さの減少を最初の厚さ（すなわち、荷重が印加されていない厚さ）によって除したものとして定義される、材料の歪みは、印加荷重ごとに計算することができ、すなわち、
【数１】
2009541077.tif 000003
式中、ＳLは、印加荷重Ｌにおける歪みであり、ＴLは、印加荷重Ｌにおける厚さであり、Ｔiは、最初の、又は無荷重時の厚さである。荷重Ｌにおける圧縮百分率（ＰＣ：percent compression）は、単純に荷重Ｌにおける歪みの１００倍であることに留意する、すなわち、
【数２】
2009541077.tif 000004
次いで、印加荷重を歪みに対してプロットすることができる。圧縮弾性率は、この曲線の傾き、すなわち、着目する歪み範囲にわたって印加荷重の変化を歪みの変化によって除したものである。
【００１９】
一般に、圧縮可能な層の所望の圧縮程度（すなわち、着目する歪みの範囲）は、加工される被加工物の組成、厚さ、及び強度によって決まる。加えて、所望の加工（例えば、丸み付け又は面取り（beveling））並びに被加工物の縁部と圧縮可能な層の表面との間の角度関係が、また、所望の圧縮程度に影響を与えることもある。
一部の実施形態では、本開示の複合層は約２．５％〜約５．５％圧縮される。一部の実施形態では、複合層の圧縮は少なくとも約３％である。一部の実施形態では、複合層の圧縮は約４％以下である。
【００２０】
一部の実施形態では、複合層の圧縮弾性率は約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約７ＧＰａ〜約７０ＧＰａの間である。一部の実施形態では、約７ＧＰａ未満の圧縮弾性率は除去速度の低減をまねくことがある。一部の実施形態では、圧縮弾性率が約７０ＧＰａを上回る場合、複合層に押し付けられた被加工物は粉々になることがあり、及び／又は均一な縁部加工作用が達成されないことがある。一部の実施形態では、圧縮弾性率は、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって少なくとも約２０ＧＰａ、又はさらに少なくとも約３０ＧＰａである。一部の実施形態では、圧縮弾性率は、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約５５ＧＰａ以下である。
【００２１】
一部の実施形態では、本開示の複合層は弾性的に圧縮可能であり、ゆえに、低い圧縮永久歪みを有する。圧縮永久歪み（ＣＳ）は、次式として定義され：
【数３】
2009541077.tif 000005
式中、Ｔfは、圧縮荷重が除去された後の材料の厚さである。一部の実施形態では、本開示の圧縮可能な層は約５０％未満、一部の実施形態では約２５％未満、一部の実施形態では約１０％未満、又はさらに約５％未満の圧縮永久歪みを有する。一般に、圧縮永久歪みが高すぎる場合、圧縮可能な層は、第２圧縮サイクル以降のサイクルの間、所望の圧縮範囲にわたって圧縮弾性率の所望のレベルを示さない。
【００２２】
一般に、複合層の圧縮特性は、結合剤の圧縮特性並びに複合層に含まれる粒塊の種類及び量によって影響を受ける。また、充填剤の存在も圧縮特性に影響を与えることがある。例えば、一部の実施形態では、複合層の結合剤中に存在する研磨粒塊及び／若しくは充填剤の体積又は重量パーセントの増加は、充填剤を添加されていない結合剤の圧縮弾性率に比べて複合層の圧縮弾性率を増大させることになる。
【００２３】
一部の実施形態では、複合層は少なくとも約５０体積％の結合剤を含む。一部の実施形態では、複合層は少なくとも約６０％、一部の実施形態では少なくとも約７５％、さらには少なくとも約９０体積％もの結合剤を含む。
【００２４】
代表的な結合剤としては、ポリウレタン（例えば、ポリエーテルポリウレタン及びポリエステルウレタン）、並びにエポキシが挙げられる。一部の実施形態では、結合剤の圧縮弾性率は、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって、少なくとも約５ＧＰａ、一部の実施形態では少なくとも約１０ＧＰａ、又はさらに少なくとも約２０ＧＰａである。一部の実施形態では、結合剤の圧縮弾性率は、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって、約４０ＧＰａ以下、一部の実施形態では約３０ＧＰａ以下、又はさらに約２５ＧＰａ以下である。一部の実施形態では、結合剤は、約２．５％〜約５．５％の圧縮範囲にわたって約１０〜約３０ＧＰａの圧縮弾性率を有する。
【００２５】
一般に、研磨物品での研磨粒塊の使用は、研磨粒子だけを使用する同様の研磨物品に比べて、より速くより安定した切削速度並びにより長い耐用寿命をもたらす。表面仕上げの精密さの低下がほとんど又は全くないにもかかわらず、通常、これらの利点が観察される。
【００２６】
一部の実施形態では、複合層は約２体積％〜約１０体積％の研磨粒塊を含む。研磨粒塊が約２体積％未満では、縁部加工例えば縁部研磨の速度低下が一部の実施形態で起こる可能性あり、約１０体積％を上回る研磨粒塊を有する一部の実施形態では、得られる複合層は堅すぎることがあり、被加工物の損傷（例えば粉砕）及び／又は不均一な縁部加工作用をまねく可能性がある。一部の実施形態では、複合層は６体積％以下、一部の実施形態では４体積％以下、又はさらに約３体積％以下の研磨粒塊を含む。一部の実施形態では、複合層は少なくとも約２．５体積％の研磨粒塊を含む。
【００２７】
一部の実施形態では、複合層は結合剤及び研磨粒塊の他に材料を含む。一部の実施形態では、複合層は１つ若しくはそれより多くの無機充填剤を含む。代表的な無機充填剤としては、シリカ、粘土、ガラスビーズ（例えば、中空ガラスビーズ）、及びそれらの組合せが挙げられる。
【００２８】
一部の実施形態では、研磨粒塊は無機マトリックス中に分散された研磨粒子を含む。無機マトリックスは、結晶性、半結晶性、又は非晶質であってよい。代表的な無機マトリックスとしては、ガラス、セラミック、及びガラスセラミック材料が挙げられる。一部の実施形態では、無機マトリックスはシリカを含む。
【００２９】
図２を参照すると、代表的な研磨粒塊１３０はマトリックス１６０中に分散された研磨粒子１５０を含む。研磨粒塊は不規則な形状であってもよく、又は所定の形状を有してもよく、例えば球形の研磨粒塊であってよい。代表的な研磨粒塊については、さらに米国特許第４，６５２，２７５号、同第４，７９９，９３９号、及び同第５，５００，２７３号に記載されている。
【００３０】
一般に、既知のいずれの研磨粒子が使用されてもよい。代表的な研磨粒子としては、ダイヤモンド、炭化ケイ素、アルミナ、及び窒化ホウ素粒子が挙げられる。加えて、Ｂｒｕｘｖｏｏｒｔらは米国特許第５，９５８，７９４号（１８段１６行〜２１段２５行）に有用な研磨粒子について記載している。一部の実施形態ではダイヤモンド研磨粒子が好ましい。
【００３１】
一部の実施形態では、粒塊は約２５重量％〜約５０重量％の研磨粒子、例えばダイヤモンド研磨粒子を含む。研磨粒子が約２５重量％未満では、粒塊はいくつかの実施形態で低レベルの縁部加工作用をもたらす可能性がある。粒塊が約５０重量％を上回る研磨粒子を含有するいくつかの実施形態では、粒塊は使用時に研磨粒子を放出する傾向にあることがあり、それが不安定な加工速度をまねく可能性がある。一部の実施形態では、粒塊は少なくとも約３０重量％、一部の実施形態では少なくとも約３５重量％の研磨粒子を含む。一部の実施形態では、粒塊は約４５重量％以下、一部の実施形態では約４０重量％以下の研磨粒子を含む。
【００３２】
一部の実施形態では、研磨粒子はアルミナ研磨粒子を含む。一部の実施形態では、研磨粒塊は少なくとも約０．１重量％、一部の実施形態では少なくとも約１重量％、又はさらに少なくとも約５重量％のアルミナ研磨粒子を含む。一部の実施形態では、研磨粒塊は約５０重量％以下、一部の実施形態では約４０重量％以下、又はさらに約３０重量％以下のアルミナ研磨粒子を含む。
【００３３】
一部の実施形態では、例えば、縁部加工よりも被加工物のクリーニングが望ましいときには、たとえ研磨粒子があるとしても、研磨粒塊をほとんど含有しなくてよい。一部の実施形態では、研磨粒塊は無機マトリックス材料、例えばシリカから本質的になってもよい。一部の実施形態では、粒塊は少なくとも約９５％のシリカ、例えば、少なくとも約９８％のシリカ、又はさらに１００％のシリカを含む。
【００３４】
一般に、研磨粒子の最大断面寸法は、粒子のサイズの慣習的指標であり、平均最大断面寸法は研磨粒子の集合体を記述するために使用される慣習的パラメータである。本開示のいくつかの実施形態では、研磨粒子の平均最大断面寸法は、約２ミクロン未満、一部の実施形態では約１ミクロン未満、又はさらに約０．５ミクロン未満である。一般に、研磨粒子の平均最大断面寸法が小さいほど、得られる表面仕上げが精密になる。
【００３５】
一部の実施形態では、研磨粒塊は約２．４５〜約２．７５グラム毎立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）の密度を有する。一部の実施形態では、その密度は約２．６５ｇ／ｃｃ以下、又はさらに約２．５５ｇ／ｃｃ以下である。一部の実施形態では、研磨粒塊は約２．１５〜約２．３５ｇ／ｃｃの密度を有する。一部の実施形態では、その密度は少なくとも約２．２０ｇ／ｃｃである。一部の実施形態では、その密度は約２．３０ｇ／ｃｃ以下である。
【００３６】
一部の実施形態では、本開示の研磨物品は複合層に隣接した支持体を含む。支持体は、剛性であっても可撓性であってもよい。一部の実施形態では、支持体は圧縮可能な層、例えば発泡体を含むことができる。ただし、圧縮可能な複合層を含む本開示の研磨物品は、非圧縮性の複合層と圧縮可能な支持体とを有する研磨物品とは区別可能である。例えば、一部の実施形態では、加工プロセスの間、複合層自体が被加工物縁部の縁部形状に追従する形となる。
【００３７】
支持体を構築するのに有用な代表的な材料としては、金属（例えば、ステンレス鋼、ニッケル、黄銅、銅、及び鉄）、ポリマー（例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミド、ナイロン、及びポリウレタン）、高分子フィルム、並びに織布又は不織布ウェブが挙げられる。加えて、Ｂｒｕｘｖｏｏｒｔらは米国特許第５，９５８，７９４号（１７段１２行〜１８段１５行）に有用な支持体について記載している。具体的な選択は当該技術分野の技術範囲内にある。
【００３８】
支持体はいずれか既知の形状をとることができる。一部の実施形態では、支持体は剛性シリンダである。一部の実施形態では、支持体は剛性リングである。一部の実施形態では、支持体は可撓性ウェブである。一部の実施形態では、可撓性ウェブは連続ベルトである。一部の実施形態では、支持体は剛性平面体、例えば平らなディスクである。
【００３９】
一部の実施形態では、複合層は支持体の主要表面に直接結合される。一部の実施形態では、結合層、例えばプライマー層及び／又は接着層は、複合層と支持体の主要表面との間に置くことができる。また、補強スクリムなどの追加の層も存在してよい。一般に、適切なプライマー及び／又は接着剤の選択は当業者の能力の範囲内である。代表的な接着剤としては、感圧接着剤及び熱活性化接着剤が挙げられる。
【００４０】
一般に、本開示の研磨物品は、支持体あり又は支持体なしで、いずれか既知の研磨操作において使用することができる。例えば、一部の実施形態では、本研磨物品を使用して被加工物の縁部を研磨し、曲線的にし（contour）、及び／又はクリーニングすることができる。被加工物は、剛性ディスク、例えばウェハとすることができる。被加工物は、例えば、ガラス、セラミック、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、金属、例えば銅、又はそれらの組合せを含めた、いずれか既知の材料で製造できる。一部の実施形態では、被加工物は同一又は異なる材料で構成される２つ以上の層を含む。
【００４１】
一般に、被加工物の周縁部は複合層の主要表面と接触させられる。一部の実施形態では、縁部は複合層を圧縮するのに十分な力を使用して複合層と接触させられる。
【００４２】
本開示の一実施形態によるディスク２００の縁部２１０の加工が、図３ａ及び図３ｂに示されている。図３ａを参照すると、縁部２１０は研磨物品支持体３４０上に据え付けられた研磨物品３００の複合層３１０に接触する。ディスクの縁部と複合層との間に相対回転運動が生み出される。ディスク２００の縁部２１０は、該ディスク２００が複合層３１０の表面にほぼ垂直に交わるように複合層３１０に接触する。この向きでは、ディスク回転軸２３０は研磨物品回転軸３３０にほぼ平行である。一般に、プレートの縁部を圧縮可能な複合層に押し込むために接触力Ｆが印加される（図３ｂ参照）。
【００４３】
本開示の他の実施形態によるディスク２００の縁部２１０の加工が、図４ａに示されている。図４ａを参照すると、ディスク２００の縁部２１０は、ディスク回転軸２３０が研磨物品回転軸３３０に対して角度Ｘをなすように複合層３１０に接触する。一般に、回転軸間の角度は、０度（すなわち平行）〜８９度で変化することができる。一部の実施形態では、角度は約５度〜７５度の間である。一部の実施形態では、角度は少なくとも約５度、一部の実施形態では少なくとも約３０度、又はさらに少なくとも約４０度である。一部の実施形態では、角度は約７５度以下、一部の実施形態では約６０度以下、又はさらに約５０度以下である。一般に、プレートの縁部を圧縮可能な複合層に押し込むために接触力Ｇが印加される（図４ｂ参照）。
【００４４】
図３ｂ及び４ｂを参照すると、一般に、接触力は、複合層３１０が少なくとも部分的にディスク２００の縁部２１０の輪郭に追従する形となるように該複合層３１０を圧縮するのに十分である。一部の実施形態では、複合層はディスクの厚さの少なくとも約５％圧縮され、一部の実施形態では少なくとも約１５％、又はさらに少なくとも約２５％圧縮される。一部の実施形態では、複合層はディスクの厚さの約１００％以下、一部の実施形態では約６０％以下、又はさらに約５０％以下圧縮される。一部の実施形態では、複合層はディスクの厚さの約２０％〜約３０％圧縮される。一部の実施形態では、複合層はディスクの厚さの約４０％〜約５０％圧縮される。
【００４５】
一般に、複合層の所望の圧縮程度を達成するために必要な接触力は、均一な縁部加工の所望の程度を達成するのに十分に高いものとすべきである。ただし、複合層の所望の圧縮程度を達成するために必要な接触力は、複合層及び／又は被加工物への損傷を最小限に抑える又は防ぐのに十分に低いものとすべきである。所望の接触力は、圧縮可能な層の圧縮弾性率、加工される被加工物の厚さ及び材料、処理時間、並びに被加工物の縁部が圧縮可能な層の表面と接触する角度によって決まる。
【００４６】
一部の実施形態では、印加される接触力は、被加工物の厚さ１ミリメートル当たり１．５〜８キログラム（ｋｇ／ｍｍ）の範囲であるが、圧縮可能な層及び被加工物が適切に選択されれば、この範囲外の値も同様に適していることがある。一部の実施形態では、接触力は少なくとも約２ｋｇ／ｍｍ、一部の実施形態では少なくとも約３ｋｇ／ｍｍである。一部の実施形態では、接触力は約６ｋｇ／ｍｍ以下、一部の実施形態では約４ｋｇ／ｍｍ以下である。
【００４７】
一部の実施形態では、１．５ｋｇ／ｍｍ未満の印加される力は、被加工物縁部の不均一及び／又は不十分な加工をまねく可能性がある。一部の実施形態では、８ｋｇ／ｍｍを超える印加される力は、被加工物を破砕させる可能性がある。一部の実施形態では、６ｋｇ／ｍｍを超える印加される力は、被加工物縁部の複合層への切り込みを惹き起こす可能性がある。
【００４８】
被加工物の縁部を加工するためには、被加工物の縁部と複合層との間に相対回転運動が生み出される。図３ａ及び図４ａを参照すると、一部の実施形態では、ディスクは矢印Ａによって示されるように複合層に対して回転することができる。一部の実施形態では、研磨物品はディスクの縁部に対して回転することができる。例えば、一部の実施形態では、複合層は支持体、例えば円筒形支持体３５０に隣接しており、支持体及び研磨物品は矢印Ｂによって示されるようにディスクの縁部に対して回転される。図３ａ及び図３ｂでは、ディスクと複合層とは逆回転している。一部の実施形態では、ディスク及び複合層は同速度で回転することができる。
【００４９】
研磨物品が動いているか、ディスクが動いているか、又は両方が動いているかにかかわらず、研磨物品とディスクの縁部との間の相対速度を制御することが望ましいことが多い。一部の実施形態では、相対速度は毎秒約８〜約１６メートル（ｍ／ｓ）の間である。一部の実施形態では、相対速度は少なくとも約１０ｍ／ｓ、一部の実施形態では少なくとも約１２ｍ／ｓである。一部の実施形態では、相対速度は約１５ｍ／ｓ以下である。
【００５０】
一部の実施形態では、ディスクの縁部と複合層とが接触させられている間のディスクの縁部と複合層との間の相対回転運動は、複合層に望ましくない磨耗パターンをもたらすことがある。例えば、ディスク縁部の寸法に相当する溝が複合層内に磨耗形成されることがある。
【００５１】
一部の実施形態では、研磨物品及び／又は被加工物は加工プロセスの間、研磨物品回転軸に平行に移動させることができる。例えば、一部の実施形態では、研磨物品は直線振動速度の成分がディスクの縁部に垂直に交わるように振動させることができる。一部の実施形態では、ディスクの縁部は研磨物品の表面に対して振動させることができる。一部の実施形態では、直線振動は研磨物品とディスクの縁部との間の相対直線運動がほぼ一定速度で起こるように制御することができる。
【００５２】
一部の実施形態では、被加工物の縁部の加工は被加工物及び研磨物品と接触する作動流体の存在下で実施することができる。一部の実施形態では、作動流体は、被加工物に悪影響を与えることも被加工物を損傷することもなく所望の加工をもたらすように、被加工物の特性（例えば組成など）に基づいて選択される。一部の実施形態では、作動流体は化学機械研磨プロセスを通じて、固定された研磨物品と併せて処理に寄与することができる。
【００５３】
一部の被加工物の処理の間には、作動流体は酸化材料又は薬剤などの化学的エッチャントを含む水溶液であることが好ましい。一部の実施形態では、作動流体は１つ若しくはそれより多くの錯化剤、例えば、単座の錯化剤及び／又は多座の錯化剤を含有する。一部の実施形態では、例えばα−アミノ酸（例えば、Ｌ−プロリン、グリシン、アラニン、アルギニン、及びリシン）を含めたアミノ酸を使用することができる。一部の実施形態では、液体媒質のｐＨは、性能に影響を与えることがあり、加工されている基材の性質に基づいて選択される。一部の実施形態では、ｐＨを制御するために、したがってすすぎの水からの微量の希釈によるｐＨ変化及び／又は供給源に応じた脱イオン水のｐＨの差を緩和するために、緩衝剤を作動流体に加えることができる。一部の実施形態では、作動流体は界面活性剤、湿潤剤、錆止め剤、潤滑剤、石鹸などの添加剤を含有することができる。処理の間の研磨物品と被加工物との間の摩擦を低減する目的で、例えば潤滑剤を作動流体に含めることができる。
【００５４】
被加工物の縁部の加工が完了した後、被加工物は当該技術分野において既知の手順を使用してさらに必要に応じて処理することができる。
【００５５】
以下の特定の、しかし非限定的な実施例が本発明を説明するために役立つ。これらの実施例では、特に指示のない限り、すべてのパーセンテージは重量部である。
【００５６】
試験方法
試験方法Ａ−縁部の研磨
試験は、図５に示される縁部加工装置で実施した。図５を参照すると、縁部加工装置４００は、ディスク保持ユニット５００と、ディスク縁部加工ユニット６００とを備える。
ディスク保持ユニット５００は、ディスク据付表面５１５を有する真空ディスクチャック５１０を備える。ディスク５５０は、縁部加工操作の間ディスクを所定位置に保持するのに十分な真空をディスク据付表面のところに作り出すことによって、ディスク据付表面に当てて解放可能に保持される。ディスク保持ユニット５００は、位置決めアセンブリ５２０を備える。位置決めアセンブリは、ディスク５５０の縁部５５５を研磨物品６２０に接触させ、ディスクの縁部と研磨物品の表面との間に所望の接触力を印加するために使用される。
【００５７】
ディスク保持ユニット５００はまた、モータ５３０に機械的に結合された駆動軸５２５を備える。モータ５３０は駆動軸５２５を回転させ、最終的にはディスクチャック５１０及びディスク５５０を矢印Ｄによって示されるようにディスクチャック回転軸５０５の周りで回転させる。縁部加工ユニット６００は、モータ６３０に機械的に結合された駆動軸６１５に機械的に結合された研磨物品支持体６１０を備える。モータ６３０は、駆動軸６１５を回転させ、最終的には研磨物品支持体６１０を矢印Ｅによって示されるように支持体回転軸６０５の周りで回転させる。
【００５８】
研磨物品支持体とディスクとは、逆回転している。図５に示されるように、同一平面上にあるディスクチャック回転軸５０５と支持体回転軸６０５とは、交わって角度Ｙをなす。各実施例では、角度Ｙは、４５度であった。
【００５９】
図５を参照すると、モータ６３０がトラック６３５上のフレーム６３３に据え付けられた様子が示されている。モータ６３０は、カム６４５の周縁部６４６に機械的に結合されたカム従動子６４０に機械的に結合される。カムシャフト６４７は、カム６４５をモータ６４９に機械的に結合させる。モータ６４９がカムシャフト６４７を通じてカム６４５を回転させるとき、カム従動子６４０は、カム６４５の周縁部６４６を通る。カム従動子６４０は、カム６４５の回転運動を直線運動に変換し、それが最終的にはディスク５５０に対する研磨物品支持体６１０及び研磨物品６２０の直線振動をもたらす（矢印Ｃによって示される）。
【００６０】
カムは、研磨物品全体にわたってほぼ一定の振動速度をもたらすように作り出した。そのようなカムを設計するために、カム駆動部及びカム従動子の機械的構成要素と適合性のあるカムの横断距離及び最小半径を決定した。次いで、最小半径６．４ミリメートル（ｍｍ）（０．２５インチ）と最大半径５７．２ｍｍ（２．２５インチ）とを有するカムについて、表１に示されるように、角度に応じた所望の半径を生み出し、極座標をｘ−ｙ座標に変換した。
【００６１】
表１に与えられたｘ−ｙ座標をオートキャド（AutoCad）ＬＴ描画プログラムに入力し、該プログラムがスプライン関数を使用してカムの形状を作り出した。スプラインフィットは、０度及び１８０度においてカム形状を丸み付けした。オートキャド（AutoCad）ＬＴプログラムによって作り出されて得られたフルサイズ描画を印刷し、板金片に接着し、図面の線に従って帯のこで切り抜いて、ハート形のカムを作り出した。
【表１】
2009541077.tif 000006
【００６２】
幅７．６２ｃｍ（３．０インチ）の可撓性研磨物品を、感圧性接着剤を使用して直径３５．６ｃｍ（１４インチ）、幅８．９ｃｍ（３．５インチ）のドラム（すなわち、研磨物品支持体６１０）に据え付けた。第１の調整工程では、可撓性研磨物品を脱イオン水で濡らし、直径５ｃｍ（２インチ）、長さ１５．２５ｃｍ（６インチ）の金属ロッドに据え付けられた２６８ＸＡ  Ａ３５研磨材（ミネソタ州メープルウッド（Maplewood）の３Ｍ社から得た）を１分間にわたって可撓性研磨物品に接触させて保持しながら、ドラムを７００ｒｐｍで回転させた。この第１の調整工程の後、可撓性研磨物品をイソプロピルアルコールで拭いた。２６８ＸＡ  Ａ１０研磨材被覆ロッドを使用して第２の調整工程を１分間にわたって実施し、その後イソプロピルアルコールで拭いた。２６８ＸＡ  Ａ１０研磨材は、ミネソタ州メープルウッド（Maplewood）の３Ｍ社から得た。
【００６３】
最終厚さ８００ミクロンまで研磨された直径２００ｍｍのシリコンウェハ（ミズーリ州セントピーターズ（St. Peters）のＭＥＭＣコーポレーション（MEMC Corporation）から得た）を、真空ディスクチャックによって保持し、ドラムを９００ｒｐｍで回転させながら２ｒｐｍで回転させた。特に記載のない限り、脱イオン水は、３０ｍＬ／分で分配し、空気圧シリンダを通じて印加される力は、３．６３ｋｇ（８ポンド）に設定した。１５分後にウェハから除去された全質量を書き留めることによって、切削速度を測定した。
【００６４】
試験方法Ｂ−圧縮及び圧縮永久歪み
直径２．５４ｃｍの可撓性研磨材片を平らな花崗岩片上に置くことによって、圧縮百分率及び圧縮永久歪み百分率を測定した。１．２７平方センチメートルの面積を有する円形固定具（circular fixture）によって、４．３５ｋｇの荷重を３０秒間にわたって印加した。圧縮百分率を３０秒後に記録した。１００％から、印加荷重が除去された３０秒後に回復した初期キャリパーのパーセンテージを引いたものとして、圧縮永久歪みを計算し、記録した。
【００６５】
試験方法Ｃ−圧縮弾性率
以下の修正を加えたＡＳＴＭ試験方法Ｄ６９５にしたがって、圧縮弾性率を測定した。直径２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのサンプルを、圧縮固定具（compression fixture）（ＴＥＳＴＷＯＲＫＳ  ４ソフトウェアとインターフェース接続されたＭＴＳ  Ｑ−ＴＥＳＴ電気機械的試験フレーム）の上面と底面との間に置いた。底面は、固定して保持し、上面は、０．２５ｍｍ／分の速度で降下させた。２００キログラムのピーク荷重を印加した。荷重は、５００キログラムロードセルによって測定した。変位データをデータ収集ソフトウェア（MTS TESTWORKS 4）から直接取得した。試験ごとの荷重−変位曲線を応力−歪み曲線に変換した。その際、応力は、荷重を試料の元の面積によって除したものとし、歪みは、変位を試料の元の高さによって除したものとした。圧縮弾性率は、応力歪み曲線から引き出した。
【００６６】
圧縮可能な研磨物品の調製方法
以下の諸実施例で使用される材料を表２に要約する。
【表２】
2009541077.tif 000007
【００６７】
０．２５ミクロン及び０．５ミクロンのダイヤモンドを使用した点以外は、米国特許第６，６４５，６２４号の実施例１に概要を記載された方法を使用して、０．２５及び０．５ミクロンダイヤモンド粒子を含有する研磨粒塊を作り出した。実施例５ではダイヤモンド非含有研磨粒塊を調製した。以下に概要を記載するように、さらなる処理を実施した。
【００６８】
マイクロメリティクス（Micromeritics）から入手可能なアキュピック（AccuPyc）１３３０ピクノメータを使用して、１０ミリリットル容器内で密度測定を実施した。サンプルサイズは、ダイヤモンド含有粒塊では８．５グラム、シリカ粒塊では６．５グラムとした。測定方法は、サンプルチャンバをヘリウムガスで満たし、次いでガスを第２のチャンバへと排出したときに観察される圧力差を使用して、サンプルの固相体積を算出する。器具は、サンプルからの水及び揮発物を自動的にパージし、連続した測定が一貫した結果にまとまるまで分析を繰り返す。
【００６９】
報告された密度値は、重量を測定された体積で除すことによって得られた。０．５ミクロンダイヤモンドを含有する研磨粒塊の密度は、２．５５５ｇ／ｃｃであった。０．２５ミクロンダイヤモンドを含有する研磨粒塊の密度は、２．５６７ｇ／ｃｃであった。ダイヤモンド非含有研磨粒塊の密度は、２．２５２ｇ／ｃｃであった。
【００７０】
１５０グラムのイソプロパノールと４８グラムの脱イオン水とを混合した溶液を調製した。１０分間にわたって、２グラムのＺ−６０２０を撹拌しながらこの溶液に加えた。溶液のｐＨは、酢酸を使用して４．０に調節した。撹拌しながら、１００グラムの所望の研磨粒塊をそのシラン溶液に加え、得られる懸濁液を１５分間静置した。ワットマン（Whatman）５４濾紙を使用して、シラン処理された研磨粒塊を捕捉し、脱イオン水ですすぎ、１１５℃のオーブン内で２４時間乾燥させた。
【００７１】
研磨粒塊含有プレミックスを、表３に記載の組成に従って製造した。
【表３】
2009541077.tif 000008
【００７２】
約３３重量パーセント（ｗｔ％）のＡＲＣＯＬ  ＰＰＧ−２０２５と、２７ｗｔ％のＬＨＴ−１１２と、３９ｗｔ％のカオリン・ハイホワイト（KAOLIN Hi-White）と、それぞれ１ｗｔ％未満のエポキシ樹脂、カルシウムアルカノエート溶液、紫外線吸収剤、及び溶媒とを混合することによって、分散剤溶液を製造した。真空を引かずに、二連遊星型ミキサーを装備したＰＬ５−５モデル真空ミキサー（プレミア・ミル・コーポレーション（Premier Mill Corporation）（ペンシルバニア州リーディング（Reading）））を使用して、その分散剤溶液をＴＯＮＥ  ０３０１と混合して、樹脂プレミックスを製造した。所望の研磨粒塊をその樹脂プレミックスに加え、１０分間混合した。混合を停止して、コンテナ容器の側面を擦り落として、混ざっていない材料を混合物に組み入れた。均質な混合物を製造するためには、さらに１０分間の混合が必要であった。ＯＸ−５０を加え、１０分間混合させた。混合物が均質になったときに、真空に引き、真空下で１０分間混合を続けた。
【００７３】
コーティング前に、ポリオールプレポリマーと、ＰＧ４２５中のＳｎＣｌ2の２０％溶液とを、ポリオールに対して２％ＳｎＣｌ2の量で、十分に混合しながら混合物に加えて、最終コーティングスラリーを製造した。１ミリメートルの乾燥キャリパーを生み出すように、機械化されたナイフコーターを使用して、前述のスラリーを厚さ５０ミクロン（２ｍｉｌ）のプライマー処理されたポリエチレンフィルム上にコーティングすることによって、研磨物品を形成した。関連オーブンでの研磨物品を９５℃に合計９分間曝露させるように、ライン速度を０．６１メートル／分（２フィート／分）に設定した。８０℃で２４時間の保管を伴う後硬化工程によって、研磨物品のさらなる硬化を実施した。
【実施例】
【００７４】
（実施例１〜４）
可撓性のある固定された研磨物品を、前述の方法に従って製造した。実施例１では、ポリオールプレポリマーをルプラネート（LUPRANATE）ＭＭ１０３とした。実施例２〜４では、ポリオールプレポリマーを、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）とプロパンジオール及びプロパントリオールのプロピレンオキシド付加物との、ＴＤＩ末端プレポリマーとした。切削速度を試験方法Ａに従って測定した。それを表４に報告する。
【表４】
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【００７５】
圧縮百分率（ＰＣ）及び圧縮永久歪み百分率（ＣＳ）を試験方法Ｂに従って測定した。平均値及び標準偏差を表５に報告する。
【表５】
2009541077.tif 000010
【００７６】
（実施例５）
０．５ミクロンダイヤモンド研磨粒塊の代わりにダイヤモンド非含有研磨粒塊を使用した点以外は、実施例２のようにして可撓性のある研磨物品を調製した。時間を３０秒に短縮した点を変更した以外は、試験方法Ａに概要を記載した方法を使用して、実施例４の２００ｍｍウェハを縁部クリーニング実験に使用した。クリーニングの前後に顕微鏡下での目視検査を実施した。クリーニング後、ウェハ縁部は、より光沢があり、屑は、ほとんど観察されなかった。
【００７７】
実施例１〜５について、試験方法Ｃに従って圧縮弾性率を測定した。それを表６に報告する。
【表６】
2009541077.tif 000011
【００７８】
本発明の様々な改良及び変更が、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、当業者には明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本開示のいくつかの実施形態による代表的な研磨物品。
【図２】本開示のいくつかの実施形態による代表的な研磨粒塊。
【図３ａ】本開示によるディスクの縁部の加工の一実施形態。
【図３ｂ】図３ａに示されるディスクの縁部の加工時の研磨物品の圧縮。
【図４ａ】本開示によるディスクの縁部の加工の他の実施形態。
【図４ｂ】図４ａに示されるディスクの縁部の加工時の研磨物品の圧縮。
【図５】試験方法Ａで使用される縁部加工装置。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
2009541077.tif 000018
【国際調査報告】
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