(57)【要約】      （修正有）【課題】溝を形成するためにＣＭＰ研磨パッドを機械加工する際に引き起こされるゲル化欠陥の問題を低減させる溝加工ツールを提供する。【解決手段】ケミカルメカニカル（ＣＭＰ）研磨パッドなどの、ポリマーフォーム物品の表面を機械加工する溝加工ツールであって、物品が置かれる平台プラテンと、所定の方向に一定のピッチで配列された１つ以上の切削ツール切歯を前面に包含する、ポリマーフォーム物品の平坦な表面に対して平行に直面した前面を有する溝加工ツールフレームと、を含む溝加工ツールを提供する。各々の切削ツール切歯は、溝加工ツールフレームを接合する非切削肩部と、（ｉ）２度〜８０度の範囲のすくい角を形成する溝切削面と、（ii）非切削肩部と溝切削面との間の切歯の上部に配置されたチップ排出面と、（iv）切削ツール切歯から非切削肩部まで移行する肩部半径と、を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝を形成するために、半径Ｘの平坦な表面を有した上部及び下部の両方を有するポリマーフォーム物品の表面を機械加工する溝加工ツールであって、
半径Ｘよりも大きい半径Ｙを有した台を有する平台プラテンであり、静止した基部上に又は基部に、台に対して垂直である軸Ａのまわりに回転可能に取り付けられ、かつ平台プラテンを回転させる駆動機構に接続された平台プラテンと、
（ａ）平台プラテンの回転に相反して軸Ａのまわりに溝加工ツールフレームを回転させる駆動機構に接続されるか、又は（ｂ）静止した基部上に取り付けられた、アーム上に取り付けられる溝加工ツールフレームであり、各々の切削ツール切歯と物品又はパッドの平坦な表面との間の角度が切歯ごとに一定のままであるように所定の方向に一定のピッチで配列された１つ以上の切削ツール切歯を、ポリマーフォーム物品の任意の半径Ｘに対して平行な軸Ｂに沿って前面に包含する、ポリマーフォーム物品の平坦な表面に対して平行に直面した前面を有する溝加工ツールフレームと、
を含む溝加工ツールであり、
各々の切削ツール切歯が、溝加工ツールフレームを接合する非切削肩部を有し、（ｉ）前縁、２つの側縁及び２つの側縁の間に延在する一定の幅（Ｗ）を有した平坦な部分を有する切歯の上部の溝切削面であり、溝切削面の平坦な部分がポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面の法線である線分に対してすくい角を形成するように各々の切削ツール切歯が位置付けられ、すくい角が２度〜８０度の範囲である、溝切削面と、（ii）一定の幅（Ｗ）を有し、溝切削面に対して１００度〜１７０度の範囲の鈍角のチップ排出角を形成する、非切削肩部と溝切削面との間の切歯の上部に配置されたチップ排出面と、（iii）ツール切歯下部面と、（iv）切削ツール切歯から非切削肩部まで移行し、チップ排出面における切歯の上部からツール切歯下部面まで延在する肩部半径と、
を有する溝加工ツール。
【請求項２】
１つ以上の切削ツール切歯が、パッド又は物品の平坦な表面と溝切削面とによって形成された角度からすくい角を減算したときに（ｉ）溝切削面がポリマーフォーム物品の平坦な表面の法線であるように配列される、請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項３】
任意の切削ツール切歯において、切削ツール切歯に対する非切削肩部の幅の比が、１．１：１〜３：１の範囲である、請求項１又は２に記載の溝加工ツール。
【請求項４】
（iii）ツール切歯下部面が溝切削面及びチップ排出面の幅（Ｗ）よりも狭く、ツール切歯が、横逃げ角が各々の側面の平面と溝切削面の側縁が始点の溝切削面の法線である線分とによって形成されるように、各々の側部に側面を有する、請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項５】
切削ツール切歯の側面が、切歯の左側で１度〜１５度の、切歯の右側で５度〜１０度の、切削ツール切歯の上部から下部までの横逃げ角又はテーパを形成する、請求項４に記載の溝加工ツール。
【請求項６】
溝加工ツールフレームが、切削ツール切歯ごとに、溝加工ツールフレームの前面から切削ツール切歯の非切削肩部まで延在する突出半径を更に含む、請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項７】
１つ以上の切削ツール切歯の各々が、（ｉ）溝切削面の前縁から（iii）ツール切歯下部まで延在する（ｖ）逃げ面を含み、これにより、逃げ面と溝切削面との間に上部溝切削面の平面と逃げ面の平面とによって定められた下逃げ角を形成する、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の溝加工ツール。
【請求項８】
各々の切削ツール切歯及び非切削肩部が、金属又は半金属炭化物を含む、請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項９】
溝加工ツールフレームが、８〜６２の切削ツール切歯を前面に包含する、請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項１０】
各々の（ｉ）切削ツール切歯が、溝切削面の平坦な部分がポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面の法線である線分に対してすくい角を形成するように、位置付けられ、すくい角が７度〜２０度の範囲である、請求項１に記載の溝加工ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、ケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）研磨パッドなどの、ポリマーフォーム物品に周方向の溝を切削する改善された溝加工ツール、並びに溝加工ツールを使用する最上の方法に関する。
【０００２】
発明の背景
ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）ポリッシングは、半導体ウェーハ及び光学又はメモリ基板などの、工作物を平坦化又は研磨するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリア又は研磨ヘッドが、キャリアアセンブリ上に取り付けられる。研磨ヘッドは、ウェーハを保持し、ＣＭＰ装置内のテーブル又はプラテン上に取り付けられた研磨パッドの研磨層と接触するようにウェーハを位置付ける。キャリアアセンブリは、ウェーハと研磨パッドとの間に制御可能な圧力を提供する。同時に、研磨媒体（例えば、スラリー）が、研磨パッド上に定量吐出されて、ウェーハと研磨層との間の間隙に引き込まれる。研磨を行うために、研磨パッド及びウェーハは、通常、互いに対して回転する。ウェーハ表面は、表面上での研磨層及び研磨媒体の化学的及び機械的作用により、研磨されて平坦にされる。このようなＣＭＰポリッシングでは、スラリー及び研磨パッドは、基板表面を平坦化するように共に作用する。スラリー及び研磨パッドが同時に基板と接触したままであることが重要である。しかしながら、過剰量のスラリーが研磨パッドの上部にたまる場合には、基板は研磨パッド表面上でハイドロプレーン状態になり、研磨パッドは基板を効果的に平坦化しない。更に、ＣＭＰポリッシングから発生した研磨くずが研磨の間に研磨パッド又は基板表面上に蓄積する場合には、スクラッチ及び他の欠陥が生じる可能性が高い。したがって、ＣＭＰ研磨パッドは、溝を包含する。このような溝はまた、スラリーをパッド表面全体に確実に均一分散する。
【０００３】
ＣＭＰ研磨パッドの溝は、雄溝形成表面に対して機械加工、エンボス加工、及び成形することを含む多数の手段を介して、形成され得る。有用な研磨パッドを作製する効果的な成形方法がまだ考案されていないため、これらの方法のうち、ＣＭＰ研磨パッドの機械加工が溝を形成する最も効果的な手段である。ＣＭＰ研磨パッドの溝を機械加工するとき、除去されたパッドくずが溶融してパッド表面又は溝縁に付着するゲル化欠陥が、最も一般的な問題として残される。検出可能などんなゲル化欠陥であっても、その欠陥を包含する研磨パッドは廃棄されなければならないことになる。実際に、ゲル化欠陥は、ＣＭＰパッド製造者にとって大きな破棄コストとなる。
【０００４】
Toho EngineeringのJapanese patent publication no. JP2002184730Aは、硬質ウレタンフォームＣＭＰ研磨パッドの溝を切削する際に使用されるＣＭＰ研磨パッド切削ツールを開示する。もたらされる溝付きパッドの溝の角が鋭いままであり使用時にそれらの形状を保ち続けるように、ツールの刃先は成形される。側部が切削の間に溝の周壁に当接する可能性があるため、刃先は、パッドの法線から１０度〜２０度のツール角度を有し、４５度〜５５度の後逃げ角及び０度〜２度の横逃げ角を有する。しかしながら、Toho Engineeringのツールは、長い時間効果的であるＣＭＰ研磨パッドの溝を切削する場合であっても、依然として溝付きＣＭＰ研磨パッドを作製する際のゲル化欠陥を防ぐ手段がない。
【０００５】
本発明の発明者は、溝を形成するためにＣＭＰ研磨パッドを機械加工する際に引き起こされるゲル化欠陥の問題を低減させるように鋭意努力した。
【０００６】
概要
１．本発明による、溝を形成するために、半径Ｘの平坦な表面を有した上部及び下部の両方を有するポリマーフォーム物品、好ましくは、ケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）研磨パッドなどの、ポリウレタンフォーム物品の表面を機械加工する溝加工ツールであって、半径Ｘよりも大きい半径Ｙを有した台を有する平台プラテンであり、テーブル又は金属骨組などの静止した基部上に又は基部に、台に対して垂直である軸Ａのまわりに回転可能に取り付けられ、好ましくは反時計回りに回転するように取り付けられ、かつ平台プラテンを回転させる駆動機構に接続された平台プラテンと、（ａ）平台プラテンの回転に相反して軸Ａのまわりに溝加工ツールフレームを回転させる、ギア接続などの駆動機構に接続されるか、又は（ｂ）好ましくは、テーブル若しくは金属骨組などの静止した基部上に取り付けられるか若しくは静止した基部に接続された、アーム上に取り付けられる溝加工ツールフレームであり、各々の切削ツール切歯と物品又はパッドの平坦な表面との間の角度が切歯ごとに一定のままであるように所定の方向に一定のピッチで配列された１つ以上の又は好ましくは８〜６２の、又はより好ましくは１６〜３２の切削ツール切歯を、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの任意の半径Ｘに対して平行な軸Ｂに沿って、前面に包含する、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に対して平行に直面した前面を有する溝加工ツールフレームと、を含む溝加工ツールであり、各々の切削ツール切歯が、溝加工ツールフレームを接合する非切削肩部を有し、（ｉ）丸又は四角などの任意の形状であり得る前縁、２つの側縁及び２つの側縁の間に延在する一定の幅（Ｗ）を有した平坦な部分を有する切歯の上部の溝切削面であり、溝切削面の平坦な部分がポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面の法線である線分に対してすくい角を形成するように各々の切削ツール切歯が位置付けられ、すくい角が、２度〜８０度又は好ましくは７度〜２０度又はより好ましくは８度〜１６度の範囲である溝切削面と、（ii）一定の幅（Ｗ）を有し、溝切削面に対して１００度〜１７０度又は好ましくは１２０度〜１６０度の範囲の鈍角のチップ排出角を形成する、非切削肩部と溝切削面との間の切歯の上部に配置されたチップ排出面と、（iii）ツール切歯下部面と、（iv）切削ツール切歯から非切削肩部まで移行し、チップ排出面における切歯の上部からツール切歯下部面まで延在する肩部半径と、を有する溝加工ツール。
２．１つ以上の切削ツール切歯が、パッド又は物品の平坦な表面と溝切削面とによって形成された角度からすくい角を減算したときに（ｉ）溝切削面がパッド又は物品の平坦な表面の法線であるように配列される、項目１に記載の本発明の溝加工ツール。
３．任意の切削ツール切歯において、切削ツール切歯の溝切削面の平坦な部分の幅（Ｗ）に対する非切削肩部の幅の比が、１．１：１〜３：１又は好ましくは１．４：１〜２．５：１の範囲である、項目１又は２に記載の本発明の溝加工ツール。
４．（iii）ツール切歯下部面が溝切削面及びチップ排出面の幅（Ｗ）よりも狭く、ツール切歯は、横逃げ角が各々の側面の平面と溝切削面の側縁が始点の溝切削面の法線である線分とによって形成されるように、各々の側部に側面を有する、項目１〜３のうちのいずれかに記載の本発明の溝加工ツール。
５．切削ツール切歯の側面が、切歯の右側で１度〜１５度又は好ましくは２度〜１０度又は好ましくは２度〜７度、例えば２度の、切歯の左側で５度〜１０度、例えば７度の、切削ツール切歯の上部から下部までの横逃げ角又はテーパを形成する、項目４に記載の本発明の溝加工ツール。
６．溝加工ツールフレームが、切削ツール切歯ごとに、溝加工ツールフレームの前面から切削ツール切歯の非切削肩部まで延在する突出半径を更に含む、項目１〜５のうちのいずれかに記載の本発明の溝加工ツール。
７．１つ以上の切削ツール切歯の各々が、（ｉ）溝切削面の前縁から（iii）ツール切歯下部まで延在する（ｖ）逃げ面を含み、これにより、逃げ面と溝切削面との間に上部溝切削面の平面と逃げ面の平面とによって定められた下逃げ角を形成する、項目１〜６のうちのいずれかに記載の本発明の溝加工ツール。
８．下逃げ角が、５度〜３０度又は好ましくは１５度〜２５度の範囲である、項目７に記載の本発明の溝加工ツール。
９．各々の切削ツール切歯及び非切削肩部が、炭化タングステン又は、例えば８〜１５重量％若しくは好ましくは１０〜１３重量％のコバルトを含有する、コバルトとの合金といった、炭化タングステンの合金などの、金属又は半金属炭化物を含む、項目１〜８のうちのいずれかに記載の本発明の溝加工ツール。
１０．各々の切削ツール切歯が、例えばＴｉＡｌＮなどの、金属窒化物で被覆される、項目９に記載の本発明の溝加工ツール。
１１．好ましくは、平台プラテンが、重力と垂直又は平行に配置されて、ポリマーフォーム物品又はＣＭＰ研磨パッドを適所に保持するために真空プラテンを含む、項目１〜１０のうちのいずれかに記載の本発明の溝加工ツール。
１２．好ましくは、溝加工ツールが２つ以上の切削ツール切歯を含み、切削ツール切歯が、所望の溝ピッチに従って互いに等間隔で配列される、項目１〜１１のうちのいずれかに記載の本発明の溝加工ツール。
【０００７】
本発明の別の態様による、ポリマーフォーム製、好ましくはポリウレタン製のＣＭＰ研磨パッドなどの、平坦な表面を有する溝付きポリマーフォーム物品を作製する方法であって、（ａ）平台プラテン上にポリマーフォーム物品又はＣＭＰ研磨パッドの平坦な表面を置き、好ましくは真空によって、平坦な表面を平台プラテンに付着させることと、（ｂ）ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面及び平台プラテンに対して垂直である軸Ａに沿って中心点の各々を位置合わせするために、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面の各々及び中心点を有する平台プラテンで、平台プラテンに付着したポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に溝加工ツールの前面が直面するように、溝加工ツールフレームを位置付けることと、（ｃ）ポリマーフォーム物品若しくは研磨パッドの平坦な表面が、互いに相反して回転する溝加工ツールフレーム及び平台プラテンによって、１つ以上の切削ツール切歯の溝切削面に当たるように、軸Ａのまわりに溝加工ツールフレーム及び／若しくは物品若しくはパッドを付着させた平台プラテンを相対回転させること、又はポリマーフォーム物品若しくは研磨パッドの平坦な表面へ向かって、好ましくは平坦な表面に横方向に、溝加工ツールフレームを移動させながら、好ましくは平台プラテンを回転させること、又はより好ましくは平台プラテンを反時計回りに回転させること、とを含む方法であり、軸Ａが、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に周方向の溝を切削するために、回転した場合に溝加工ツールフレームによって転写される任意の経路の曲率半径の中心を通って法線方向に延在する、方法。
【０００８】
本発明の方法では、例えば、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドに切削された周方向の溝の径方向最内の１つは、１０mm以下の曲率半径を有する。
【０００９】
好ましくは、本発明の方法では、平台プラテンは反時計回りに回転し、溝加工ツールは静止状態に保持される。
【００１０】
本発明の方法は、好ましくは、（ｄ）ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面へ多様な周方向の、環状の又は同心の溝を同時に切削することを更に含む。例えば、多様な周方向の又は同心環状の溝の径方向最内の１つが１０mm以下の曲率半径を有するように、この工程は行われ得る。
【００１１】
本発明の方法は、項目１〜１２のうちのいずれかに記載の溝加工ツールを使用して実行され得る。
【００１２】
好ましくは、本発明の方法は、６０〜９０の又は好ましくは６５〜９０のショアＤ硬度を有する硬いパッド上で実行される。６０〜９０のショアＤ硬度を有する硬いＣＭＰ研磨パッドにおける溝の形成では、長い連続的なチップが生じ、チップは、パッド表面から排出されなければならないだけでなく、破壊されるか又はパッド表面付近から除去されなければならない。本発明の溝加工ツールのチップ排出面は、溝形成の間の連続的なチップのこのような破壊又はＣＭＰ研磨パッド表面付近からの除去を可能にする。
【００１３】
より好ましくは、方法は、ポリマーフォーム物品において１つ以上の溝を切削することであって、溝加工ツールが最終的な深さまで複数の段階的な突入を行うことを含み、各々の突入の後に、方法は、物品又は溝表面より上に溝加工ツールを引き戻すことを含む。物品の溝表面より上への引き戻しが、チップを「破壊して」、再度パッドに突入する前に溝加工ツール表面からチップを取り除くので、このような方法は「チップ破壊」と呼ばれる。例えば、.０３０インチの深さの溝を作製するために、方法は、.０１インチの深さまで切削ツール切歯を突入させ、続いて、物品表面より上に溝から完全に切削ツール切歯を引き戻し、.０２インチの深さまで切削ツール切歯を物品に突入させてから物品表面より上に溝から引き戻し、最後に.０３インチの最終的な深さまで切削ツール切歯を突入させてからくずチップを破壊するために切削ツール切歯を引き戻すこと、を含み、最終的に、清掃パスとしての.０３インチの深さまでの切削ツール切歯の突入が、溝形状を完成させ、残留するあらゆるくずを取り除く。
【００１４】
本明細書で使用される場合、用語「環状又は同心の溝」は、研磨パッドの周方向に延在する溝、例えば多様な環状若しくは同心の溝、又は螺旋溝（単数若しくは複数）を意味する。
【００１５】
本明細書で使用される場合、用語「ＡＳＴＭ」は、ASTM International, West Conshohocken, PAの刊行物を指す。
【００１６】
本明細書で使用される場合、用語「周方向の溝」は、研磨パッド又はポリマーフォーム物品の平坦な表面の中心点のまわりに延在する溝を意味する。
【００１７】
本明細書で使用される場合、用語「ショアＤ硬度」は、ASTM D2240-15 (2015)「Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness」に従って計測される所与の材料の硬度である。硬度は、Ｄプローブを備えたRex Hybrid硬度計（Rex Gauge Company, Inc., Buffalo Grove, IL）上で計測された。６つの試料が積み重ねられ、硬度計測ごとに入れ替えられた。
【００１８】
本明細書で使用される場合、別途指示されない限り、用語「重量％ＮＣＯ」は、所与のＮＣＯ基又はブロックドＮＣＯ基含有製品のための仕様書又はＭＳＤＳで報告される量を指す。
【００１９】
本明細書で使用される場合、用語「重量％」は重量パーセントを表す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ポリマーフォーム物品の表面に対面するインサートの前面から突出する複数の切削ツール切歯（１４）を含んだ本発明による溝加工ツールフレーム（１０）の等角投影図である。
【図２】本発明による、切削ツール切歯及び旋盤溝加工インサートとの切歯の接合の詳細な等角投影図である。
【図３】本発明による個々の切削ツール切歯（１４、図１）の側面図である。
【図３ａ】本発明による個々の切削ツール切歯（１４、図１）の側面図であり、切削ツール切歯のすくい角（θ２）、チップ排出角（θ１）、及び下逃げ角（θ３）を示す。
【図４】本発明による個々の切削ツール切歯（１４、図１）の等角投影図である。
【図５】本発明による個々の切削ツール切歯の上面図である。
【図６】個々の切削ツール切歯の正面図であり、（θ４）によって横逃げ角を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の溝加工ツールは、ツールの切削面からくずを除去することを可能にして、ＣＭＰ研磨パッドにおける溝の形成の際のゲル化欠陥を制限する。溝加工ツールは、研磨パッドの溝加工の間に形成されるくずの蓄積を低減しながらきれいかつ安定した溝形状をもたらすようにウレタンフォームＣＭＰ研磨パッドにおいてきれいに切削された寸法的に精密な溝を提供する１つ以上の切削ツール切歯が静的に取り付けられた前面を有する溝加工ツールフレームを含む。本発明の溝加工ツールは、検出可能なゲル化欠陥の低減を可能にし、これにより、溝加工されるすべてのパッドのうちの９９％以上の研磨パッド出力歩留まりを可能にする。
【００２２】
使用時に、溝加工ツールフレームは、すくい角を減算したときに切削ツール切歯の溝切削面がパッド又は物品の表面の法線であるように配列された切削ツール切歯を有する、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に対して平行に直面した前面を有して配置される。したがって、例えば、各々の切削ツール切歯が８度のすくい角を有する場合には、切削ツール切歯の溝切削面がパッド又は物品の平坦な表面に対して９８度の角度を形成するように溝加工ツールフレームは配列される。溝加工ツールフレームは、次いで、貫入によって形成される溝の所望の深さまでポリマーフォーム物品に貫入するようにポリマーフォーム物品の平坦な表面へ向かってゆっくりと移動する。
【００２３】
本発明の切削ツール切歯は、任意の形状の溝、例えば四角及び丸い下部形状の溝を形成することができ、増加した剛性及び強度の材料からなる。切削ツール切歯の溝切削面の縁部の形状は、本発明のツールによって形成される溝の下部形状を決定する。
【００２４】
本発明の溝加工ツールフレーム上に取り付けられた切削ツール切歯は、２度〜８０度又は好ましくは１０度〜２０度又は好ましくは８度〜１６度のすくい角を有し、これにより、鋭い刃先、及び溝加工くず又は溝加工チップが溝形成の間にパッド表面から離れて効果的に丸くなることを可能にするための切削ツール切歯における傾斜平面を提供する。好ましくは、すくい角は８度〜１６度の範囲である。すくい角が３５度以上に設定される場合には、切削ツール切歯は不必要に研磨パッドの内側を切削し得る。他方で、すくい角が４度以下に設定される場合には、溝加工ツールの切削能力が使用中に劣化する。
【００２５】
すくい角及びチップ排出角は、本発明の切削ツールの性能を最適化するように調節され得る。大きいすくい角は、鋭い切削先端を提供し、溝付けされる材料に入力される応力を低減させる。しかしながら、大きいすくい角はまた、切歯の全体の強度を減少させて、切歯の摩耗又はダレの割合を増加させる。大きいチップ排出角は望ましくもあるが、切歯の強度の低減並びに切歯機械加工難易度の増加をもたらす。
【００２６】
本発明の切削ツール切歯は、切削ツール切歯の肩部に最も近い溝切削面の終端の切歯の上部に位置し、かつ研磨パッド表面から離れる円滑な移動経路により溝くずがツールの上部切削面から出ることを可能にするチップ排出角で配置された、チップ排出面を含む。本発明の切削ツール切歯のチップ排出面は、ウレタン材料のゲル化につながる過剰な摩擦及び熱を順に引き起こす、ツール刃先上のくず蓄積を取り除くことによって、ゲル化欠陥問題を解決する。対照的に、逃げ角のない平坦なツール面及び単一のツール切歯幅を有する切削ツール切歯は、ゲル化欠陥及び変動する溝出力パラメータをもたらす。
【００２７】
剛性が切削ツール切歯の基部に追加されるように、本発明の切削ツール切歯は、広い肩部断面又は非切削肩部を有する。このような剛性は、溝加工処理の間の調和及び振動加振を防ぐために切歯を強化し、これにより、切歯破損の可能性を低減させる。
【００２８】
切削ツール切歯の幅に対する非切削肩部の幅の比は、物理的制限がない限り任意の値の範囲とすることができ、好ましくは例えば２：１であり得る。
【００２９】
本発明の方法では、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの切削により、高寸法精度で、溝の壁において又は研磨パッド表面上においてゲル化欠陥又はばりを発生させずに、１．０mm以下の幅を有する周方向の、環状の又は同心の溝が形成される。すなわち、本発明の溝加工ツールは、研磨パッドの表面に溝を安定して切削すること及び円形の工作物の最内周部分において所望の溝を精密に形成することを可能にする。本発明の切削ツール切歯は、実際の切削ツール切歯側壁と切削ツール切歯の上部溝切削面に対して垂直に配置される側壁との間の角度として計測された、１度〜１５度の又は好ましくは２度〜１０度の又は好ましくは２度〜７度の範囲の横逃げ角を有する。この配列により、切削ツール切歯は、各々の溝の径方向外壁と切削ツール切歯との間の接触を避けることができ、その結果、溝の曲率半径が比較的小さい場合であっても、寸法的に精密な側壁を有する溝を形成することが可能となる。横逃げ角の実際の値は、好適には、ポリマーフォーム物品の硬度又は他の特定の物理的特性及びツールの下逃げ角の値を考慮して、上で指示された範囲内で決定され、その結果、切削ツール切歯は、各々の溝の径方向外壁に接触するか又は径方向外壁を切削する可能性が低くなる。どちらかの横逃げ角が１５度を超える場合には、切削ツール切歯の耐久性又は処理可能性が劣化する可能性がある。他方で、旋削ツールの切削部とＣＭＰ研磨パッド又はポリマーフォーム物品の中心に最も近い各々の溝の径方向内壁との間の干渉が発生する可能性は低いので、溝の各々の径方向内壁に対する切削ツール切歯の右の横逃げ角は、約１度〜４度に設定され得る。
【００３０】
好ましくは、本発明の溝加工ツールにおける各々の切削ツール切歯の幅は、０．２３〜０．５９mmの範囲である。
【００３１】
好ましくは、本発明の溝加工ツールは、所定の方向に１．５〜３．１mmの範囲内のピッチで配列される複数の切削ツール切歯を含む。これにより、高効率で０．００５〜１．０mmの範囲内の幅及び１．５〜３．１mmの径方向ピッチを有する複数の略同心の溝を切削することが可能となる。
【００３２】
溝加工ツールフレームの前面において、切削ツール切歯とパッド又は物品の平坦な表面との間の角度が切歯ごとに一定のままであるように、切削ツール切歯は、所定の方向に略一定のピッチで配列される。
【００３３】
好ましくは、溝加工ツールフレームは、所望の溝ピッチに従って互いに等間隔で配列された複数の切削ツール切歯を含む。
【００３４】
使用時に、溝加工ツールフレームは、すくい角を減算したときに切削ツール切歯の溝切削面がパッド又は物品の表面の法線であるように配列された切削ツール切歯を有する、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に対して平行に直面した前面を有して配置される。したがって、例えば、各々の切削ツール切歯が８度のすくい角を有する場合には、切削ツール切歯の溝切削面がパッド又は物品の平坦な表面に対して９８度の角度を形成するように溝加工ツールフレームは配列される。次いで、平台プラテンが、例えば、回転した状態で、溝加工ツールフレームが、貫入によって形成される溝の所望の深さまでポリマーフォーム物品に貫入するように、ポリマーフォーム物品の平坦な表面へ向かってゆっくりと移動する。
【００３５】
本発明によれば、切削ツール切歯によって形成される溝は切削切歯の溝切削面の終端まで及ぶことができ、及ぶことができない場合には、溝からのくずは、物品又はパッド表面から排出されず、切削ツール切歯が非切削肩部まで貫入するほど十分に溝が深い場合には、もたらされる溝は、広すぎて不規則な側壁を有する。
【００３６】
好ましくは、研磨パッド又は物品を付着させた平台プラテンは、重力に対して垂直又は平行に配置され、ポリマーフォーム物品は、真空によって平台プラテンに付着する。
【００３７】
平台プラテンの回転及び溝加工ツールフレームの任意の回転は、例えばモータに連結されたギアボックスなどの、溝加工ツールフレーム及び平台プラテンを回転させることができる強力な従来の駆動機構を介して、発生する。同様に、従来のギアボックスは、平台プラテンに対する溝加工ツールフレームの相反する回転のために同じモータから必要な駆動機構を提供することができる。
【００３８】
溝加工ツールフレーム及びすべての切削ツール切歯は、材料の単一片から形成され得る。例えば、一列に並んだ切削ツール切歯の各々の切歯及びその様々な部品が、金属窒化物又は炭化物材料のブロックなどの、固体ブロックから研削され得る。
【００３９】
図１に示されるように、ポリウレタンＣＭＰ研磨パッドなどのポリマーフォーム物品の平坦な表面へ同心の円形溝を機械加工する溝加工ツールフレーム（１０）は、溝加工ツールの前面から突出する複数の溝加工切歯又は切削ツール切歯（１４）を含む。本発明によれば、複数の切歯は、多数の同心の溝の同時機械加工を可能にする。機械加工の際に、ポリマーフォーム物品（図示せず）の平坦な表面が回転平台プラテン（図示せず）上に置かれ、ポリマーフォーム物品の平坦な表面が、溝加工ツールフレーム（１０）の前面に対して平行であるように位置付けられ；切削ツール切歯（１４）がポリマーフォーム物品の平坦な表面に所望の深さで貫入するように、溝加工ツールがポリマーフォーム物品の平坦な表面へ移動する。
【００４０】
図２に示されるように、一連の切削ツール切歯は、溝加工ツールフレーム（１０、図１）の前面から突出する。各々の切削ツール切歯（１４、図１）は、上側に上部溝切削面（２４）を含み、上部溝切削面（２４）は、溝切削面（２４）に対して鈍角のチップ排出角を形成するチップ排出面（１２）まで延在する。チップ排出面（１２）は、除去されたポリマーフォームくずのチップの溝切削面（２４）からの円滑な排除を提供する。各々のチップ排出面は、幅（Ｗ、図示せず）及び前縁（図示せず）を有し、前縁は、任意の形状、例えば丸又は四角を有することができる。各々のツール切歯（１４、図１）は、肩部半径（１６）、すなわち最終切削ツール切歯幅から広い非切削切歯肩部幅への移行部を有し、切歯全体に追加的な強度を提供して、使用時のツールの振動を低減させる。更に、溝加工ツールフレーム（１０、図１）の前面から切削ツール切歯の肩部領域まで延在するツール切歯突出半径（１８）は、追加的な強度をツール歯先に提供する。切削ツール切歯は、更に、上部溝切削面（２４）の平面と逃げ面（２６）の平面とによって定められた下逃げ角を有する逃げ面（２６）を含む。下逃げ角は、機械加工の間に形成された溝流路を通ったツール切歯下部（２８）の過度の引き摺り又は引き摺りによって引き起こされる摩擦を取り除く。
【００４１】
図３に示されるように、切削ツール切歯（１４、図１）の側部プロファイルは、チップ排出面（１２）の排出角、又は溝切削面（２４）に対して鈍角を形成することにより溝切削面からの研磨パッドチップ若しくはくずの円滑な排除を可能にするチップ排出角を示す。加えて、切削ツール切歯（１４、図１）は、溝加工ツールフレーム（１０）の方へ上部から下部へテーパがつき、これにより切削ツール切歯によって形成された溝の下部に切削ツール切歯がこすれない側部逃げ面（２６）を有する。
【００４２】
図３ａに示されるように、切削ツール切歯（１４、図１）のすくい角は、平坦な溝切削面（２４）と溝加工ツールの使用時のポリマーフォーム物品の平坦な表面の法線である線分とによって定められた角度（θ２）である。例えば、ゼロ度のすくい角を有する従来のツール切歯は、上部溝切削面が溝付けされるポリマーフォーム物品基板に対して垂直であるように位置付けられる。更に、チップ排出角（θ１）は、チップ排出面（１２）と上部溝切削面（２４）とによって定められた角度である。更に、切削ツール切歯（１４）の下逃げ角（θ３）は、上部溝切削面（２４、図３）の平面と逃げ面（２６、図３）の平面とによって定められる。
【００４３】
図４に示されるように、切削ツール切歯（１４、図１）のチップ排出面（１２）は、上部溝切削面（２４）に対して鈍角を形成する。上部溝切削面は、すくい角（θ２、図３ａ）を形成し、これにより、鋭い切削先端を提供し、溝付けされるポリマーフォーム物品に入力される応力を低減させる。逃げ面（２６）は、溝切削面下逃げ角（θ２、図３ａ）を形成する。加えて、切削ツール切歯下部（２８）は、溝形成の間に溝の側部に対して引き摺られる切削ツール切歯によって別途引き起こされる摩擦を制限するために、上部溝切削面（２４）よりも狭い幅を有する。
【００４４】
図５に示されるように、各々の切削ツール切歯（１４、図１）は、切削ツール切歯幅から広い非切削肩部（２０）までの移行部を定める肩部半径（１６）を通って溝加工ツールフレーム（１０、図１）へ延在し、非切削肩部（２０）は、溝加工ツールフレーム（１０、図１）の前面との接合の広い基部を提供することによって切削ツール切歯の強度を増加させる非切削肩部表面を提供する。切削特性のない肩部が機械加工の間にポリマーフォーム物品と決して直接接触しないように、切削ツール切歯（１４、図１）の上部溝切削面（２４、図４）の幅（２２）又はＷは、一定のまま肩部半径（１６）まで延在する。
【００４５】
図６に示されるように、切削切歯（１４、図１）は、切削ツール切歯（１４、図１）の側面と溝切削面（２４）の法線である溝切削面の側縁が始点の線分とによって定められた、例えば１度〜１５度の（θ４）、横逃げ角を各々の側部に有する。横逃げ角により、上部溝切削面（２４）は、ツール切歯下部（２８）よりも僅かに広い。
【００４６】
本発明の切削ツール切歯の横逃げ角は、機械加工の間に形成された溝の側部に対する切削ツール切歯の過剰な引き摺りを取り除く。好ましくは、横逃げ角は、切削ツール切歯の右側よりも左側のほうが大きく、切削ツール切歯が溝に沿って通過する際にパッドの溝の左の溝壁の接近を可能にする。
【００４７】
本発明によれば、ポリマーフォーム製の研磨パッドなどの、平坦な表面を有する溝付きポリマーフォーム物品を作製する方法は、（ａ）ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に対して垂直である軸Ａに沿って中心点の各々を位置合わせするために、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面の各々及び中心点を有する平台プラテンで、好ましくは真空により、平台プラテンに付着した、ポリマーフォーム物品又はパッドの平坦な表面に、溝加工ツールの前面が直面するように溝加工ツールフレームを位置付けることと、（ｂ）ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面が１つ以上の切削ツール切歯の溝切削面に当たるように、軸Ａのまわりに溝加工ツールフレーム及び／又は平台プラテンを相対回転させること、好ましくは、ポリマーフォーム物品又は研磨パッド表面へ向かって横方向に溝加工ツールフレームを移動させながら、平台プラテンを回転させること、とを含み、１つの軸が、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面に周方向の溝を切削するために、平台プラテンの中心、ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの中心、及び溝加工ツールフレームの経路によって転写される任意の経路の曲率半径の中心を通って法線方向に延在し、その結果、周方向の溝の径方向最内の１つが１０mm以下の曲率半径を有する。
【００４８】
好ましくは、平台プラテンは反時計回りに回転し、溝加工ツールは静止状態に保持される。
【００４９】
本発明の方法は、好ましくは、（ｃ）ポリマーフォーム物品又は研磨パッドの平坦な表面へ多様な周方向の、環状の、又は同心の溝を同時に切削する工程を更に含む。例えば、多様な周方向の又は同心環状の溝の径方向最内の１つが１０mm以下の曲率半径を有するように、この工程は行われ得る。
【実施例】
【００５０】
ここで、本発明が、以下の実施例において詳細に例示される。別途の述べない限り、温度はすべて室温（２２〜２４度）であり、圧力はすべて標準圧力（１０１kPa）である。
【００５１】
ＣＭＰ研磨パッドを垂直な平台プラテン上に配置して、切削ツール切歯を備えた溝加工ツールフレームを、平台プラテンから見下ろしたときに研磨パッドの右側へ移動させながら、ＣＭＰ研磨パッドを反時計回りに回転させた。
【００５２】
以下の本発明の実施例において、各々の切削ツール切歯は、それぞれ、８度又は１５度のすくい角、１２０度又は１４０度のチップ排出角、及び５０％又は１：２の非切削肩部幅に対する切削ツール切歯幅の比を有する。下部面逃げ角を１５度に設定し、横逃げ角を、切歯の右側は２度に、切歯の左側は７度に設定した。
【００５３】
以下の比較例において、各々の切削ツール切歯は、先端から基部まで単一の幅を有し、パッド表面に対して垂直に配列された平坦な切削溝切削面及び縁部を含んだ。
【００５４】
実施例１及び比較例１Ａ
０．２mmの公称厚さ及び６５のショアＤ硬度を有する合計３０４個のポリウレタンフォームＣＭＰ研磨パッドを、この試行のために製作した。１６の切歯及び１５の切歯溝加工ツールフレームを、溝を形成するために使用した。この実施例におけるデータを、従来のツール設計を使用して製作した合計５０１個のポリウレタンフォームパッドと比較した。従来のツール設計は、２．１６mmの全切歯長を有する１６の切歯溝加工ツールフレームであった。従来のツールの幅は０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。
【００５５】
この実施例において使用される溝加工ツールを、幅４８．８mmの炭化物ブランクから製造した。切削ツール切歯は、幅０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。最終的な溝切削面幅で保持される歯先からの長さを最低限の１．２７mmにして、全切歯長（切削面＋非切削肩基部）を２．５４mmに設定した。切歯肩基部は幅０．７６mmであった。切削ツール切歯間のピッチは３．０mmであった。切削ツール切歯は四角い溝切削刃先設計で、ポリウレタンパッドに四角い下部形状の同心の溝を製作した。溝の深さ目標を１．０３mmに設定した。切削ツール切歯のすくい角を８度に設定した。使用したチップ排出角は１２０度であった。
【００５６】
実施例２及び比較例２Ａ
０．２mmの公称厚さ及び６５のショアＤ硬度を有する合計１０２つのポリウレタンフォームパッドを、この試行のために製作した。１６の切歯溝加工ツールフレームを、実施例のパッドを処理するために使用した。この実施例におけるデータを、従来の切削ツール切歯及び記録方法の処理を使用して製作した合計６６７のポリウレタンフォームパッドと比較した。従来のツール設計は、１．２７mmの全切歯長を有する１６の切歯溝加工ツールフレームであった。従来のツールの幅は、０．４８mm〜０．４９mmの範囲であった。
【００５７】
この実施例において使用される切削ツール切歯を、４８．８mmの炭化物ブランクから製造した。切削歯は、幅０．４８mm〜０．４９mmの範囲であった。最終的な溝切削面幅で保持される歯先からの長さを最低限の１．２７mmにして、全切歯長（切削面＋非切削肩基部）を２．５４mmに設定した。切歯非切削肩部は幅０．７６mmであった。切削歯間のピッチは３．０mmであった。切歯は放射状の溝切削刃先設計で、ポリウレタンパッドに丸い下部形状の同心の溝を製作した。溝の深さ目標を１．０３mmに設定した。切削ツール切歯のすくい角を８度に設定した。使用したチップ排出角は１２０度であった。
【００５８】
実施例３及び比較例３Ａ
０．２mmの公称厚さ及び６５のショアＤ硬度を有する合計１２４８のポリウレタンフォームパッドを、この試行のために製作した。２７の切歯溝加工ツールフレームを、実施例のパッドを処理するために使用した。この実施例におけるデータを、従来の切削ツール切歯設計を使用して製作した合計４２２０のポリウレタンフォームパッドと比較した。従来のツール設計は、２．０mmの全切歯長を有する２７の切歯旋盤インサートであった。従来のツールの幅は、０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。
【００５９】
この実施例において使用される切削ツール切歯を、４８．８mmの炭化物ブランクから製造した。切削歯は、幅０．４９mm〜０．５０mmの範囲であった。最終的な溝切削面幅で保持される歯先からの長さを最低限の１．２７mmにして、全切歯長（切削面＋非切削肩基部）を２．５４mmに設定した。非切削肩基部は、幅０．７６mmであった。切削ツール切歯間のピッチは１．７８mmであった。切歯は放射状の溝切削刃先設計で、ポリウレタンパッドに丸い下部形状の同心の溝を製作した。溝の深さ目標を０．７８mmに設定した。切削ツール切歯のすくい角を８度に設定した。使用したチップ排出角は１２０度であった。
【００６０】
実施例４及び比較例４Ａ
実施例４を、０．２mmの公称厚さ及び８０のショアＤ硬度を有する３４４のポリウレタンフォームパッドに行った。２７切歯溝加工ツールフレームを、実施例のパッドを処理するために使用した。この実施例におけるデータを、従来のツール設計を使用して製作した合計２１３６のポリウレタンフォームパッドと比較した。従来のツール設計は、２．０mmの全溝切削面長を有する２７の切歯溝加工ツールフレームであった。従来のツールの幅は、０．５１mm〜０．５２mmの範囲であった。
【００６１】
この実施例において使用される切削ツール切歯を、４８．８mmの炭化物ブランクから製造した。切削ツール切歯は、幅０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。最終的な切削先端幅で保持される溝切削刃先からの長さを最低限の１．２７mmにして、全切歯長（切削面＋非切削肩基部）を２．５４mmに設定した。切歯非切削肩基部は幅０．７６mmであった。切削ツール切歯間のピッチは１．７８mmであった。切歯は四角い先端溝切削刃先設計で、ポリウレタンパッドに四角い下部形状の同心の溝を製作した。溝の深さ目標を０．７８mmに設定した。切削ツール切歯のすくい角を８度に設定した。使用したチップ排出角は１２０度であった。
【００６２】
実施例５及び比較例５Ａ
実施例５を、０．２mmの公称厚さ及び６５のショアＤ硬度を有する合計２７９７つのポリウレタンフォームパッドに行った。１６の切歯溝加工ツールフレームを、実施例のパッドを処理するために使用した。この実施例におけるデータを、従来のツール設計を使用して製作した合計４７５３のポリウレタンフォームパッドと比較した。従来のツール設計は、２．０mmの全切歯長を有する１６の切歯溝加工ツールフレームであった。従来のツールの幅は、０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。
【００６３】
この実施例において使用される切削ツール切歯を、４８．８mmの炭化物ブランクから製造した。切削ツール切歯は、幅０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。最終的な切削先端幅で保持される歯先からの長さを最低限の１．２７mmにして、全切歯長（切削面＋非切削肩基部）を２．５４mmに設定した。切歯肩基部は幅０．７６mmであった。切削歯間のピッチは３．０５mmであった。溝切削刃先は四角い先端設計で、ポリウレタンパッドに四角い下部形状の同心の溝を製作した。溝の深さ目標を０．７９mmに設定した。切削ツール切歯のすくい角を８度に設定した。使用したチップ排出角は１２０度であった。
【００６４】
実施例６及び比較例４Ａ
実施例６を、０．２mmの公称厚さ及び８０のショアＤ硬度を有する２０つのポリウレタンフォームパッドに行った。２７切歯溝加工ツールフレームを、実施例のパッドを処理するために使用した。この実施例におけるデータを、従来のツール設計を使用して製作した合計２１３６つのポリウレタンフォームパッドと比較した。従来のツール設計は、２．０mmの全溝切削面長を有する２７切歯溝加工ツールフレームであった。従来のツールの幅は、０．５１mm〜０．５２mmの範囲であった。
【００６５】
この実施例において使用される切削ツール切歯を、４８．８mmの炭化物ブランクから製造した。切削ツール切歯は、幅０．４７mm〜０．４８mmの範囲であった。最終的な切削先端幅で保持される溝切削刃先からの長さを最低限の１．２７mmにして、全切歯長（切削面＋非切削肩基部）を２．５４mmに設定した。切歯非切削肩基部は幅０．７６mmであった。切削ツール切歯間のピッチは１．７８mmであった。切歯は四角い先端溝切削刃先設計で、ポリウレタンパッドに四角い下部形状の同心の溝を製作した。溝の深さ目標を０．７８mmに設定した。切削ツール切歯のすくい角を１５度に設定した。使用したチップ排出角は１２０度であった。結果を下の表７に記す。
【００６６】
実施例１〜５及び比較例１Ａ〜５Ａの切削ツール切歯の説明が、それぞれ、下の表１に示される。実施例１〜５及び比較例１Ａ〜５Ａの結果が、下の表２〜６に示される。
【００６７】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
2018171703.tif 000006
【表６】
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【表７】
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【００６８】
本発明の切削ツール切歯による溝加工ＣＭＰ研磨パッドは、非常に低いパッドパラメータの変動をもたらし、切削性能の不安定性及び溝形状の変動を低減させた。更に、本発明の切削ツール切歯は、５０パーセント超ゲル化欠陥を低減させた。実施例１〜６のすべての結果は、溝形状、溝ピッチ、又は溝幅に関係のない安定性を明らかにしている。これは、本発明のチップ排出角及び本発明のすくい角が、もたらされる溝の寸法精度及びもたらされるＣＭＰ研磨パッドの歩留まりの改善に影響を与えていることを示唆する。
【００６９】
上の表７に示されるように、比較例４Ａは９７．７５％の歩留まりをもたらし、実施例６は１００．００％の歩留まりをもたらした。したがって、８度又は１５度のすくい角を有する本発明の切削ツール切歯は、ゲル化欠陥を除去した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2018171703000001.pdf