(57)【要約】  第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを備える両面ラッピングキャリアが提供され、その開口部は、ベースキャリアを通って第１主表面から第２主表面まで伸び、ベースキャリアは第１金属を備え、その開口部の周囲は第１金属からなるベースキャリアの第３表面によって画定され、第１主表面の少なくとも一部分又は第１主表面と第２主表面のぞれぞれの少なくとも一部分が高分子領域を備え、その高分子領域が、少なくとも１０ジュールでの破損に至る仕事量を有するポリマーを含む。また、ラッピング方法も提供される。
2010510083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを備えるラッピングキャリアであって、前記開口部が、前記第１主表面から前記ベースキャリアを通って前記第２主表面に伸び、
ａ）前記ベースキャリアが第１金属を備え、
ｂ）前記開口部の周囲が、前記第１金属を備える前記ベースキャリアの第３表面によって画定され、
ｃ）前記第１主表面の少なくとも一部分又は前記第１主表面及び第２主表面のそれぞれの少なくとも一部分が高分子領域を備え、前記高分子領域が少なくとも１０ジュールの破損に至る仕事量を有するポリマーを含む、ラッピングキャリア。
【請求項２】
前記第１主表面又は前記第１主表面及び第２主表面のそれぞれが、２つ以上の高分子領域を備える、請求項１に記載のキャリア。
【請求項３】
前記第３主表面の少なくとも一部分が、高分子コーティングを備える、請求項１に記載のキャリア。
【請求項４】
前記高分子領域が、少なくとも１５ジュールの破損に至る仕事量を有するポリマーを備える、請求項１に記載のキャリア。
【請求項５】
前記高分子領域が、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン、又はこれらの組み合わせを備える、請求項１に記載のキャリア。
【請求項６】
前記高分子領域の少なくとも１つの区域において、接着促進層が前記第１金属と前記高分子領域との間に挿入される、請求項１に記載のキャリア。
【請求項７】
前記接着促進層が共有結合した原子を含み、前記共有結合した原子が、炭素に結合した酸素、シリコンに結合した酸素、炭素に結合した窒素、窒素に結合した水素、ニッケルに結合したクロム、ジルコニウムに結合した酸素又はアルミニウムに結合した酸素を含む原子対のうちの少なくとも１つから選択される、請求項６に記載のキャリア。
【請求項８】
前記接着促進層が、少なくとも第１接着促進層及び第２接着促進層を含む多層接着促進層を備え、前記第１接着促進層及び第２接着促進層が化学的に異なる、請求項６に記載のキャリア。
【請求項９】
第２の乾燥硬化された接着化合物を含む第２接着促進層に隣接して、第１接着促進層が第１の乾燥硬化された接着化合物を含む、請求項８に記載のキャリア。
【請求項１０】
第１主表面、第２主表面、工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを備えるラッピングキャリアであって、前記開口部が、前記第１主表面から前記ベースキャリアを通って前記第２主表面に伸び、
ａ）ベースキャリアが第１金属又はポリマーを備え、
ｂ）前記第１主表面の少なくとも一部分又は前記第１主表面及び第２主表面のそれぞれの少なくとも一部分が高分子領域を備え、
ｃ）前記高分子領域の少なくとも一部分において、少なくとも１つの接着促進層が、前記高分子領域とベースキャリアとの間に挿入され、前記接着促進層が、無機コーティングを備える、ラッピングキャリア。
【請求項１１】
前記無機コーティングが、第２金属、金属酸化物、又はこれらの組み合わせを備える、請求項１０に記載のキャリア。
【請求項１２】
前記第１金属が鋼又はステンレス鋼を備え、前記ポリマーが熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー又はこれらの組み合わせを備え、任意で、前記第２金属がアルミニウム又は窒化チタンアルミニウムを備え、前記金属酸化物がシリカ、ジルコニア、アルミナ又はこれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載のキャリア。
【請求項１３】
前記高分子領域が、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン、又はこれらの組み合わせを備える、請求項１１に記載のキャリア。
【請求項１４】
前記ラップ盤が片面ラップ盤であり、更に前記キャリアが前記ラップ盤の研磨表面と接触するベースキャリアの表面上に高分子領域を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
ａ．２つの対向するラッピング表面を有する両面ラップ盤又は片面ラップ盤を提供する工程と、
ｂ．第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを備え、前記開口部が前記第１主表面から前記ベースキャリアを通って前記第２主表面に伸びている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のキャリアを提供する工程であって、
ｉ）前記ベースキャリアが第１金属を備え、
ｉｉ）前記開口部の周囲が、前記第１金属からなる前記ベースキャリアの第３表面によって画定され、
ｉｉｉ）前記第１主表面の少なくとも一部分又は前記第１主表面及び第２主表面のそれぞれの少なくとも一部分が高分子領域を備え、前記高分子領域が、少なくとも１０ジュールの破損に至る仕事量を有するポリマーを含む工程と、
ｃ．工作物を提供する工程と、
ｄ．前記開口部に前記工作物を挿入する工程と、
ｅ．前記ラップ盤に前記キャリアを挿入する工程と、
ｆ．前記ラッピング表面と工作物との間の接触を維持しながら、前記工作物とラッピング表面との間に相対運動を提供する工程と、
ｇ．前記工作物の少なくとも一部分を除去する工程、を含む、ラッピング方法。
【請求項１６】
前記ラップ盤が、２つの対向するラッピング表面を有する両面ラップ盤であり、更に前記ラッピング表面と工作物との間の接触を維持しながら、前記工作物と２つの対向するラッピング表面との間に相対運動を提供する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
更に、前記工作物とラッピング表面との間の境界面において作動流体を提供する工程を含み、任意で前記作動流体が砥粒を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記２つの対向するラッピング表面の少なくとも１つが、三次元の表面模様付きの固定研摩物品である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記三次元の表面模様付きの固定研摩物品が、バインダー中に配置されるダイヤモンド粒子及び／又は粒塊を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記２つの対向するラッピング表面の少なくとも１つが、ペレットラップを備える、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年１１月２１日出願の米国特許出願第６０／８６６，７６８号の優先権を主張し、その開示は参照として本明細書に組込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本開示は、ラッピングキャリア及びかかるキャリアを使用する方法を含むラッピング方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、シリコンウエファー、サファイヤディスク、光学素子、磁気記録装置用ガラス基板又はアルミニウム基板などのディスク状物品のような平坦な工作物を、２つの主表面の双方が平行であって、大きなスクラッチがないように研削又は研磨する必要性がしばしば生じる。このような研削又は研磨作業は、材料除去速度及び最終表面仕上げ速度が異なるが、総括してラッピングと称されてよい。ディスクの仕上げに使用される典型的な機械は、１つ以上のディスクの上下それぞれに重ねて置かれる２つの圧盤を備えおり、ディスクの対向表面が同時に研削又は研磨される。更に、ラップ盤は、研削又は研磨作業中にディスクを位置決めし、保持するキャリアを備えてよい。このようなキャリアは、圧盤に対して回転するように適合されてよい。例えば、ラップ盤は、圧盤の外周に沿って配置される外側リングギア、及び圧盤の中央に形成される穴を通って突出する内側ギアを備えてもよい。キャリアは、外側リングギアの歯又はピン、及び内側ギアの歯又はピンと係合する、歯付きの外周を有することができる。例えば、内側ギア及び外側ギアが反対方向に回転することによって、キャリアは、内側ギアの全周、及びキャリアの軸線の周りを回転する。
【０００４】
典型的には、片面又は両面仕上げ機の製造業者は、研磨機がエンドユーザーに出荷される前に、ラッピング技術を使用して圧盤の表面を研磨するであろう。従来より、ラッピング技術によって、ほとんどの研磨作業に好適な比較的フラットかつ平坦な表面を有する圧盤が提供されると考えられている。
【０００５】
工作物を研磨するために、ディスクの表面には研磨スラリーが提供される。工作物に所定の圧力を付加するために圧盤が合わされ、キャリア及び工作物が回転することで、工作物の表面は、平坦化され、研磨され及び／又は薄くなる。
【０００６】
近年、圧盤の作業面上に配置される固定研磨物品は、必要とする平坦性及び共平面性の度合いに対する周期的な圧盤のドレッシングに伴う非生産的な時間及び維持費を削減するのに使用されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
更に、例えば、ガラスディスクの研磨中にキャリアの歯が早く磨耗する傾向が観察されてきた。実際に、歯は、キャリアから削ぎ取られるほど磨耗する可能性があり、それによってラップ盤は動作不能（即ち、いわゆるミッドサイクルクラッシュ）となる。キャリアは比較的に高価であることから分かるように、耐用年数が長いことが望ましい。更に、ミッドサイクルクラッシュによって、長期間にわたって研磨機の使用を停止する必要があるため、それによって処理量が減少し、作業コストが上昇する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
両面ラッピングの用途において固定研磨材を使用する際、いくつかの問題が生じていた。キャリアがラッピングプロセスに伴う圧力及び相対運動のもとで固定研磨材と接触する場合、研磨が非対称になる可能性がある。研磨が非対称である場合、研磨される工作物の上面と下面との間において、工作物の除去速度などの１つ以上の研磨特性が一致しない。固定研磨材を使用する場合、これによって、固定研磨材がキャリアに接触することで目つぶれする原因となっていた。研磨材の目つぶれに加え、研磨材とキャリアとの間の接触に関する第２の問題は、キャリアの過度な磨耗である。キャリアが磨耗することで、キャリアは非常に薄くなり、屈曲又は破断によって使用できなくなる。
【０００９】
キャリア材料によって固定研磨材が目つぶれし、それによって研磨作業が非対称になる問題に対する現行の解決策には、固定研磨材の周期的な調整及びキャリア材料の代替品の使用が含まれる。固定研磨材の調整中、第２の研磨材が荷重及び相対運動下で固定研磨材と接触し、キャリア材料によって影響を受ける固定研磨材部分が磨耗する。この技術は、キャリアと固定研磨材との相互作用によって生じる劣化を補うために固定研磨材を消費することに依存している。調整によって固定研磨材を消費することで、研磨物品の最大値を制限するであろう、研磨材で磨くことができる工作物の数を減少させる。更なるプロセス工程（調整）のために、プロセス処理量が減少することも望ましくない。場合によっては、所望のパッド平坦度を得るために、固定研磨材の更なる調整が必要になる可能性がある。
【００１０】
代替のキャリア材料の使用には、典型的には、キャリアを製造するのにしばしば使用されるステンレス鋼に代わって、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂のような高分子材料の使用を含む。キャリアは、工作物の両面を同時にラッピングできるように工作物と同様の厚さであるか、工作物より薄くなければならないため、キャリア全体の厚みには制限がある。工作物が薄くなり（約１ｍｍ厚以下）、直径が大きくなる（例えば、少なくとも約１５０ｍｍ）と、高分子材料から作製されるキャリアは、使用するには非常に可撓性が高くなりすぎるため、例えば、屈曲し、ミッドサイクルクラッシュ又は工作物の破壊がもたらされる。ガラスのような繊維強化材料が、高分子キャリア材料の弾性率を上昇するのに使用されることがある。しかしながら、ガラス繊維も固定研磨材の目つぶれを引き起こす可能性がある。
【００１１】
金属キャリアの作業面において、いくつかの実施形態では好ましくはウレタン樹脂であるポリマーのコーティング又は積層保護層は、固定研磨材物品の目つぶれを著しく減少させ、キャリアの寿命を延ばすという２つの利益を提供する。研磨材の目つぶれが片面ラッピング作業においても問題である場合に限っていえば、本発明のいくつかの実施形態には、コーティング又は層が、ラップ盤の研磨表面と接触するキャリアの表面にのみ存在するキャリアが含まれる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、本発明は、第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを含む片面又は両面ラッピングキャリアを含み、その開口部は、第１主表面からベースキャリアを通って第２主表面まで伸び、ベースキャリアは第１金属を含み、その開口部の周囲は、第１金属からなるベースキャリアの第３表面によって画定され、第１主表面の少なくとも一部分又は第１主表面と第２主表面のぞれぞれの少なくとも一部分は高分子領域を含み、その高分子領域は、少なくとも約１０ジュールでの破損に至る仕事量を有するポリマーを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、本発明は、２つの対向するラッピング表面を有する両面ラップ盤を提供する工程、第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを含む上述のキャリアを提供する工程であって、その開口部は、第１主表面からベースキャリアを通って第２主表面まで伸び、ベースキャリアは第１金属を含み、その開口部の周囲は、第１金属からなるベースキャリアの第３表面によって画定され、第１主表面の少なくとも一部分又は第１主表面と第２主表面のぞれぞれの少なくとも一部分は高分子領域を含み、その高分子領域は、少なくとも約１０での破損に至る仕事量を有するポリマーを含み、工作物を提供する工程、工作物を開口部に挿入する工程、キャリアを２つの対向するラッピング表面を有する両面ラップ盤に挿入する工程、２つの対向するラッピング表面と工作物とを接触させる工程、接触を維持しながら工作物と２つの対向するラッピング表面との間に相対運動を提供する工程、並びに工作物の少なくとも一部分を除去する工程、を含む両面ラッピングの方法を含む。
【００１４】
他の実施形態では、本発明は、第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを含む両面ラッピングキャリアを含み、その開口部は、第１主表面からベースキャリアを通って第２主表面まで伸び、ベースキャリアは第１金属又はポリマーを含み、第１主表面の少なくとも一部分又は第１主表面又は第２主表面のぞれぞれの少なくとも一部分は高分子領域を含み、高分子領域の少なくとも一部分において、少なくとも１つの接着促進層が、高分子領域とベースキャリアとの間に挿入され、その接着促進層は無機コーティングを含む。
【００１５】
更なる実施形態では、本発明は、２つの対向するラッピング表面を有する両面ラップ盤を提供する工程、第１主表面、第２主表面及び工作物を保持するための少なくとも１つの開口部を有するベースキャリアを含む上述のキャリアを提供する工程であって、その開口部は、第１主表面からベースキャリアを通って第２主表面まで伸び、ベースキャリアは第１金属又はポリマーを含み、第１主表面の少なくとも一部分又は第１主表面又は第２主表面のぞれぞれの少なくとも一部分は高分子領域を含み、高分子領域の少なくとも一部分において、少なくとも１つの接着促進層が、高分子領域とベースキャリアとの間に挿入され、その接着促進層は無機コーティングを含み、工作物を提供する工程、工作物を開口部に挿入する工程、キャリアを２つの対向するラッピング表面を有する両面ラップ盤に挿入する工程、２つの対向するラッピング表面と工作物とを接触させる工程、接触を維持しながら、工作物と２つの対向するラッピング表面との間に相対運動を提供する工程、工作物の少なくとも一部分を除去する工程、を含む両面ラッピングの方法を含む。
【００１６】
本発明のその他の特徴及び利点は、本発明の以下の詳細な説明及び特許請求の範囲により明らかとなるであろう。本開示内容の原理に関する上述の「課題を解決するための手段」は、本開示内容の各例示実施形態又は全ての方法を説明することを意図しない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」により、本明細書に開示される原理を利用した特定の好ましい実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施形態における工作物のキャリア。
【図２ａ】本発明の種々の実施形態による両面ラッピングに有用な工作物のキャリアの部分図。
【図２ｂ】本発明の種々の実施形態による両面ラッピングに有用な工作物のキャリアの部分図。
【図２ｃ】本発明の種々の実施形態による両面ラッピングに有用な工作物のキャリアの部分図。
【図２ｄ】本発明の種々の実施形態による両面ラッピングに有用な工作物のキャリアの部分図。
【図２ｅ】本発明の種々の実施形態による両面ラッピングに有用な工作物のキャリアの部分図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
数字範囲の詳細説明には、その範囲内の全ての数が包含される（例えば、１〜５には、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５が包含される）。本明細書において、全ての数字は用語「約」で修飾されているとみなす。
【００１９】
基板のフラット片面ラッピングは、電子工学及び他の産業において、長年使用されているプロセスである。これは、例えば、磁気記録コーティング用基板として使用されるガラス又は金属ディスク、半導体ウエファー、セラミック、サファイア、光学素子などの様々な工作物の主表面の１つを研削及び／又は研磨するのに使用される。好ましい表面仕上げに加えて、高い平坦度と均一性の双方が達成されるのが一般的に望ましい。このような片面ラップ盤は、所望の特性に応じて、様々な研磨材の特徴又は表面を使用してよい。一般に、工作物は特定の荷重下で圧盤と接触する付属品に保持される。次に、工作物／付属品の組み合わせ及び圧盤は、所望の材料除去量を得るために相対運動をはじめる。工作物／付属品の組み合わせは、（摩擦又はモーターの駆動によって）回転するか、固定されていてよい。圧盤は、工作物／付属品の運動に応じて回転するか、固定されていてよい。工作物／付属品の組み合わせは、工作物の均一な除去及び圧盤の均一な磨耗の双方を容易にするために、回転する圧盤に対して水平に移動することもできる。圧盤は、スラリー系研磨に好適な材料から作製されるか、被覆されてよい。あるいは、それらは、しばしばダイヤモンド又は他の超砥粒である砥粒を含有するボタンが取り付けられるか、剛性マトリックスに組込まれてよい。より近年、トライザクト（Trizact）（商標）ダイヤモンドタイル（Diamond Tile）のような表面模様付きの三次元固定研磨物品が圧盤の表面に適用されており、研磨作用を提供している。
【００２０】
基板のフラット両面ラッピングは、電子工学及び他の産業において徐々に一般的になってきている。これは、例えば、磁気記録コーティング用基板として使用されるガラス又は金属ディスク、半導体ウエファー、セラミック、サファイア、光学素子などの様々な工作物の主表面の双方を同時に研削及び／又は研磨するのに使用される。好ましい表面仕上げに加えて、高い平坦度と均一性の双方が達成されるのが一般的に望ましい。このような両面ラップ盤は、所望の特性に応じて、様々な研磨材の特徴又は表面を使用してよい。上側圧盤及び下側圧盤は、スラリー系研磨に好適な材料から作製されるか、被覆されてよい。あるいは、それらは、しばしばダイヤモンド又は他の超砥粒である砥粒を含有するボタンが取り付けられるか、剛性マトリックスに組込まれてよい。より近年、トライザクト（Trizact）（商標）ダイヤモンドタイル（Diamond Tile）のような表面模様付きの三次元固定研磨物品が圧盤の表面に適用されており、研磨作用を提供している。
【００２１】
図１は、フラット両面研磨又は研削における、典型的な工作物のキャリアを示している。工作物は、外周に沿って歯２４を有するキャリア２０中の開口部２２内に挿入される。開口部２２の周囲は、支持体の厚さに関連した単一な支持体の表面積によって画定される。場合によっては、支持体における開口部の周囲は、工作物を保持するために所望な周囲及び形状よりも大きく作製され、異なった形状であってよい。工作物を保持するのを容易にする所望な周囲及び形状である第２の開口部を有する挿入部が、次に、支持体の開口部に取り付けられてよい。例えば、米国特許第６，４１９，５５５号に記載されるものような任意の既知の挿入部が使用されることができる。挿入部は、典型的に支持体とは異なる材料を含む。キャリアの歯は、圧盤の外周、及び太陽歯車と呼ばれることもあり、圧盤の中央に形成される穴を通って突出している内側ギアの周りに配置される歯又はピン（図示せず）に係合している。次に、キャリアは、外側リングギアの歯又はピン及び内側ギアの歯又はピンと係合する歯付きの外周を有することができる。例えば、内側ギア及び外側ギアが反対方向に回転することによって、キャリアは、内側ギアの全周、及びキャリアの軸線の周りを回転する。キャリアはまた、同じ方向に異なる速度で動くことができる太陽ギア及びリングギアを使用して、圧盤の周りを回転するように設計されることができる。
【００２２】
図２ａは、単一の支持体、即ち、典型的に剛性金属であるベースキャリア１１２、からなる先行技術のキャリア１１０において、図１のＡ−Ａ部分に対応する断面である。図２ｂは、キャリア１１０が、対向する主表面（即ち、キャリアの主表面）上に高分子層１１４を有するベースキャリア１１２を含む、本発明の１つの実施形態を示している。図２ｃの実施形態は、ベースキャリア１１２と高分子層１１４との間に挿入される任意の接着促進層１１６を含む。接着促進層１１６は、化学的に異なる材料の多層を含んでよい。図２ｄの実施形態は、高分子層１１４のコーティングは、支持体（ベースキャリア）１１２の全表面を被覆していない。図２ｅは、例えば、歯の領域及び工作物と接触する領域のような、より大きな機械的強度を必要とする領域において、支持体（ベースキャリア）１１２をより大きな厚さで維持する実施形態である。
【００２３】
図２ｂ〜２ｅの実施形態は、キャリアの双方の主表面において実質的に全てが、歯付きの領域を例外とする可能性はあるものの高分子層に被覆されるが、高分子層は他の実施形態において非連続的であってよく、キャリアの主表面の一方又は双方上の複数の領域に存在してよいことが認められるべきである。キャリアの主表面の少なくとも一部分を被覆する連続的又は非連続的な高分子層は、工作物及びキャリアとラッピング圧盤の研磨表面との間の全摩擦を最適化（例えば、減少）させ、及び／又は冷却、潤滑、研磨される表面の化学修飾、切り屑の除去などにおいて作動流体の流量を上昇させることが望ましい。いくつかの実施形態では、高分子層又は領域は、接触抵抗を減少させるか、作動流体の流量を上昇させるために、表面模様付きにされてよい。いくつかの実施形態では、キャリアの１つの主表面上の高分子領域は、対向する主表面の高分子領域と連結されてよい。いくつかの実施形態では、開口部周囲を画定するベースキャリアの表面積と対応する第３の表面は、高分子層を含むポリマーによって少なくとも部分的にコーティングされてよい。
【００２４】
両面ラッピングに使用される工作物のキャリアの性能を向上するための高分子層の選択には、いくつかの特性の均衡をとることが必要とされる。コーティングされたキャリアは、電子工学及び関連産業において所望の非常に薄い工作物のラッピングに使用するのに十分な薄さを維持しつつ、研磨圧盤の間で工作物を作動させるのに十分な剛性を維持しなくてはならない。一般的に、キャリアの厚さは、工作物の所望の最終厚さ未満であることが望ましい。高分子層は、研磨材の過度な目つぶれ又は高分子層が接触する研磨表面の過度な磨耗を引き起こすべきでなく、作動流体中に存在する化学物に対して耐性を有するべきである。いくつかの実施形態では、目つぶれを引き起こす研磨材との相互作用を避けることも望ましい。更に他の実施形態では、実質的に耐磨耗性を有する高分子層が望ましい。
【００２５】
応力対歪み曲線のもとで大きな積分面積として示されるように、破損に至る仕事量（破断応力に対するエネルギーとしても知られる）が大きな材料は、本用途において耐摩耗性材料として特に適していることが分かっている。少なくとも約５ジュール、少なくとも約１０ジュール、少なくとも約１５ジュール、２０ジュール、２５ジュール、３０ジュール、又は更に大きな破損に至る仕事量を有するポリマーが、キャリアにおいて耐摩耗性高分子層として使用されることができることが明らかとなった。高分子層を含むポリマーは、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂又はこれらの組み合わせであってよい。熱可塑性ポリマーは、一般的に熱可塑性エラストマーと呼ばれる種類のポリマーを含んでよい。このポリマーは、コーティング又は積層フィルムとして塗布されてよい。コーティング又はフィルムの塗布後、高分子層が最適効用に達するために更に、コーティング又はフィルムの乾燥、アニーリング及び／又は硬化を必要としてよい。いくつかの実施形態では、高分子層は、化学的に異なるポリマーの多層を含んでよい。
【００２６】
適切な機械的特性を有するのに加えて、高分子層は、その特性を過度に悪化させることなく、ラッピング作業における化学環境に耐えることができなければならない。ポリウレタン、エポキシ、及び特定のポリエステルのようなポリマーは、典型的に、使用される作動流体に対して所望の耐化学性を有し、高分子層として使用されてよい。高分子層又は領域を含む好ましいポリマーは、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタン及びこれらの組み合わせを含む。水酸基末端ポリエーテルプレポリマー又は水酸基末端ポリエステルプレポリマーとジイソシアネートとの反応から形成されるポリウレタンが使用されてよい。架橋ポリウレタンが望ましいであろう。架橋ポリウレタンは、従来の架橋反応によって達成されてよい。好ましい架橋システムの１つは、コネチカット州ミドルベリー（Middlebury）のケムチュラ社（Chemtura Corp.）から入手可能なアジプレン（Adiprene）（商標）Ｌ８３のようなジイソシアネート末端ポリウレタンと、ケムチュラ社（Chemtura Corp.）からも入手可能なエタキュア（Ethacure）（商標）３００のような脂肪族又は芳香族ジアミンとの反応である。オハイオ州ウィクリフ（Wickliffe）のルーブリゾール社（Lubrizol Corp.）から入手可能なエスタン（Estane）（商標）５８２１９のような熱可塑性ポリウレタンフィルムも本発明の高分子層として使用されてよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、コーティングされたキャリアの一体性を向上するために、接着促進層（ＡＰＬ）がベースキャリアと高分子層との間に挿入されてよい。ＡＰＬは、ベースキャリアと高分子層との間の接着性を向上する。ＡＰＬは、同様の化学組成の多層、又は好ましくは、異なる化学組成を有する多層を含んでよい。接着促進層は、１つ以上のベースキャリアの表面上に配置されてよい。好ましくは、ＡＰＬは、ベースキャリアの２つの対向する表面上に配置される。
【００２８】
接着促進層は、１つ以上のベースキャリアの表面の化学修飾、又は１つ以上のベースキャリアの表面上のＡＰＬとして機能するコーティングを提供することで形成されてよい。ベースキャリアの表面の化学修飾は、例えば、プラズマ、電子ビーム又はイオンビーム処理のような従来の技術によって達成することができる。好ましいプロセスは、１種類以上のガスの存在下でのプラズマ処理である。有用なガスとしては、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、酸素、窒素、水素、ブタン、アルゴンなどが挙げられる。プラズマ表面処理によって、ベースキャリアの表面に様々な官能基が形成される。好ましい官能基としては、炭素に結合する酸素、シリコンに結合する酸素、炭素に結合する窒素及び窒素に結合する水素を含む原子対が挙げられる。プラズマ処理は、ＡＰＬの塗布に先立って、ベースキャリアの表面を洗浄するのにも使用されることができる。この目的において好ましいガスはアルゴンである。
【００２９】
ＡＰＬは、無機コーティング又は有機コーティングであってよい。有用な無機コーティングには、金属及び金属酸化物が挙げられる。好ましい無機コーティングには、シリコンに結合する酸素、ニッケルに結合するクロム、ジルコニウムに結合する酸素又はアルミニウムに結合する酸素を含む原子対を含有するコーティングが挙げられる。好ましい金属酸化物コーティングには、シリカ、ジルコニア、アルミナ及びこれらの組み合わせが挙げられる。更に、金属コーティングがＡＰＬとして使用されてよく、アルミニウム及び窒化アルミニウムチタンの２つが好ましいコーティングである。無機コーティングは、従来の技術によって塗布されることができる。好ましい技術には、ゾルゲル法、電気化学堆積法、物理蒸着法が挙げられる。より好ましくは、スパッタリング、イオンプレーティング、及び陰極アーク式技術のような物理蒸着技術であって、金属、合金、窒化物、酸化物、及び炭化物のコーティングの厚さ及び均一性を正確に調節するのに有用である。これらの真空蒸着技術によって、溶媒を含まない、乾燥した清潔な処理が可能となる。
【００３０】
有用な有機コーティングは、化学組成及び形態において幅広く変化することができる。一般に、有機ＡＰＬは、例えば、ベースキャリアと高分子層との間の接着性を向上する１つ以上の官能基のような化学特性を有する。最終形態において、有機コーティングは典型的には高分子であるが、低分子量の化合物も接着性の向上においても有用である場合がある。一般的にカップリング剤と呼ばれる低分子量材料は、例えば、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシラン、イソシアントシラン（isocyanto silane）、ウレジオシラン（uredio silane）などのシランカップリング剤を含むこの分類に適合する。好ましいアミノシランは、コネチカット州ウィルトン（Wilton）のモメンティブパフォーマンスマテリアルズ（Momentive Performance Materials）から入手可能なシルクエスト（Silquest）（商標）Ａ−１１００である。
【００３１】
高分子ＡＰＬは、熱硬化性又は熱可塑性であってよく、熱可塑性高分子フィルムを含む。高分子ＡＰＬは、モノマー又はオリゴマーを最初に含んでよく、適切な表面へのコーティング後、重合及び／又は架橋される。基材へ塗布される際、高分子ＡＰＬは、実質的に１００パーセントの固体含有量であってよいか、コーティング後に実質的に除去される溶媒を含有してよい。高分子ＡＰＬは、溶媒がコーティング後に実質的に除去されるポリマー溶液であってもよい。高分子ＡＰＬは、熱硬化及び放射線硬化を含む標準的技術によるコーティング後、重合及び／又は架橋されてよい。一般的にプライマー又は接着剤と呼ばれる市販材料は、ＡＰＬとして使用されてよい。好ましい材料としては、双方ともノースカロライナ州キャリー（Cary）のロード社（Lord Corp.）から入手可能なケムロック（Chemlok）（商標）２１３（ウレタンエラストマー用、有機溶媒系に溶解している硬化剤と染料との混合ポリマー接着剤）及びケムロック（Chemlok）（商標）２１９（エラストマープライマー／接着剤）、マサチューセッツ州ノースアトルボロ（North Attleboro）のチャートウェルインターナショナル社（Chartwell International, Inc.）から入手可能なＣ−５１５−７１ＨＲ、並びにコネチカット州ダンブリー（Danbury）のミラーステフェンソンケミカルカンパニー社（Miller-Stephenson Chemical Company, Inc.）から入手可能なエポン（Epon）（商標）８２８エポキシが挙げられる。有機コーティングは、スプレーコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、ロールコーティング、又はブラシ又はローラーを備えるコーティングを含む従来の技術によって、ベースキャリア及び／又は高分子層に塗布されることができる。
【００３２】
いくつかの接着促進層が、多層を含む接着促進層を作製するのに順に塗布されてよい。多層ＡＰＬが使用される際、個別のＡＰＬは、化学修飾した表面、無機コーティング、有機コーティング及びこれらの組み合わせのような任意数の様々な種類のＡＰＬを含んでよい。ＡＰＬは、所望の接着レベルを促進する任意の所望の層化順序で結合されてよい。ＡＰＬの選択は、ベースキャリアの組成及び高分子層の組成を含むさまざまな要因に依存する。ラッピングキャリアにおいて互いに取り付けられる、ベースキャリア、ＡＰＬ（複数）及び高分子層（複数）のような様々な層の順序は、ラッピングキャリアの最適効用の達成及び様々な層の塗布に伴うプロセスの考察をもとにして選択されてよい。いくつかの実施形態では、ＡＰＬは、まずベースキャリアに取り付けられ、続いて高分子層へ接着される。他の実施形態では、ＡＰＬは、まず高分子層に取り付けられ、続いてベースキャリアへ接着される。多層ＡＰＬを有する更なる他の実施形態では、ＡＰＬは初期基材であるベースキャリアから順に上に並べるか、ＡＰＬは初期基材である高分子層から順に上に並べてよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のＡＰＬは、ベースキャリアに続いて塗布され、１つ以上のＡＰＬは高分子層に続いて塗布され、次にベースキャリア及び高分子層の最も外側のＡＰＬが結合される。いくつかの実施形態では、好ましい多層ＡＰＬは、乾燥硬化したケムロック（Chemlok）２１３化合物を含む第２の接着促進層に隣接した、乾燥硬化したケムロック（Chemlok）２１９化合物を含む第１の接着促進層を含む。
【００３３】
異なるラッピング用途には、ベースキャリアと高分子層との間に異なる接着レベルが必要となる場合があることが知られている。腐食研磨溶液を使用するか、高温であるか又はキャリアに移送される剪断力が高いラッピングプロセスは、より緩やかな条件を使用するプロセスと比較して、ベースキャリアと高分子層との間に高接着性を必要とする場合がある。接着促進層の選択は、実質的にラッピングプロセス条件及び／又は研磨される工作物に依存してよい。
【００３４】
化学修飾の実行、あるいはベースキャリア表面又は高分子層表面へのＡＰＬの塗布に先立って、表面の洗浄がしばしば望まれる。石鹸溶液で表面を洗浄した後に水で濯ぐ、又は例えばメチルエチルケトン、イソプロパノール又はアセトンのような適切な溶媒で洗浄した後に乾燥するような従来の洗浄技術が使用されてよい。キャリア又は高分子層の組成によっては、酸溶液又は塩基溶液による洗浄も有用である可能性がある。上述の洗浄技術とともに音波処理を使用してもよい。更に、ガスとしてアルゴンを用いるプラズマ洗浄法／表面汚染除去法は、コーティングされるベースキャリアが、例えば、ステンレス鋼のような金属である場合に特に好ましい洗浄技術である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、ベースキャリアは金属、ガラス、ポリマー、又はセラミックを含む。好ましい金属としては、鋼及びステンレス鋼が挙げられる。好ましいポリマーとしては、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー及びこれらの組み合わせが挙げられる。ポリマーは、特定の目的において選択される、１つ以上の充填剤又は添加剤を含有してよい。無機充填剤は、キャリアのコストを削減するために使用されてよい。更に、粒子又は繊維のような補強充填剤をポリマーに添加してよい。好ましい補強充填剤は本来は無機物であり、補強効果を向上するために表面修飾を含んでよい。例えば、ナノシリカのようなナノ粒子も有用性がある可能性がある。ポリマーは、例えば高分子繊維マット、繊維ガラスマット又は金属スクリーンのような典型的な織物材料である、マットを補強する層又は領域を含有してもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ベースキャリア及び高分子領域は異なる材料を含む。いくつかの実施形態では、高分子領域は、高分子コーティング又は積層高分子フィルムを含む。いくつかの実施形態では、キャリアにおけるそれぞれの主表面は、２つ以上の高分子領域を含む。いくつかの実施形態では、領域は、架橋されたポリマーであることができるウレタンポリマーを含む。いくつかの実施形態では、高分子領域のポリマーは、少なくとも約５、１５、２０、２５、３０ジュール、又はそれを超える力における破損に至る仕事量を有する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、開示される方法は、工作物とラッピング表面との間の境界面で作動流体を提供する工程を含む。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、砥粒を含む作動流体を提供する工程を含む。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、両面ラップ盤の使用を含み、２つの対向するラッピング表面の少なくとも１つは三次元の表面模様付きの固定研磨物品を含む。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、ラップ盤の２つの対向する表面の少なくとも１つにおいて、バインダーに配置されるダイヤモンド粒子を含む、三次元の表面模様付きの固定研磨物品を使用している。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、ラップ盤における２つの対向する表面の少なくとも１つにおいて、バインダーに配置されるダイヤモンド粒塊を含む、三次元の表面模様付きの固定研磨物品を使用している。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、バインダーに配置されるダイヤモンド粒塊を含む三次元の表面模様付きの固定研磨物品を使用し、ダイヤモンド粒塊は、三次元の表面模様付きの固定研磨物品とは異なるバインダーを含む。
【００３８】
更に他の実施形態では、開示される方法は、ラップ盤の２つの対向するラッピング表面の少なくとも１つにおいてペレットラップを使用している。いくつかの実施形態では、両面ラップ盤は片面ラップ盤に置き換えられ、ベースキャリアはラップ盤の研磨表面と接触するキャリアの表面上に少なくとも１つの高分子領域を含む。
【００３９】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱せずに、本発明の様々な修正及び変更が当業者には明らかとなり、並びに本発明は本明細書の以下に記載された実例となる実施形態に不当に限定されるものではないことを理解されたい。
【実施例】
【００４０】
特に指定されない場合、材料はアルドリッチ（Aldrich）（ウィスコンシン州ミルウォーキー（Milwaukee））などの化学品供給元から入手可能であった。
【００４１】
【表１】
2010510083.tif 000003
【００４２】
試験方法
試験方法１、接着剤
ステンレス鋼片の表面に対するウレタンコーティングの接着性を試験するための試験方法を開発した。それぞれの試験において２つの片を５３℃で２時間脱イオン水中に浸漬した。浸漬後、ステンレス鋼から剥離されないか、容易に剥がれないあらゆるコーティングを試験に合格したものと判断した。試験に合格するために、２つの片のうちの１つがこれらの基準を満たす必要がある。
【００４３】
試験方法２、研磨
ピーターウォルターズ（Peter-Wolters）ＡＣ５００（イリノイ州デスプレーンズ（Des Plaines）のピーターウォルターズオブアメリカ（Peter-Wolters of America））両面ラップ盤を使用して、８００μｍ厚、直径１００ｍｍのシリコンウエファーを研磨して、キャリアを試験した。研磨サイクルには、１０分間の研磨時間において、ぞれぞれが自体のキャリアに挿入される３つのウエファーの同時研磨工程が包含されている。キャリアの回転は、それぞれの研磨サイクルにおいて、時計回りの回転から始まり、時計回り（ＣＷ）から反時計回り（ＣＣＷ）に変化する。１４ｒｐｍの太陽ギア（内側リング）とともに、９６回転毎分（ｒｐｍ）の圧盤速度及び９．６５ｋＰａ（１．４ｐｓｉ）の圧力で、機械を作動した。冷却及び切り屑の除去のために、脱イオン水を５００ｍＬ／分で供給した。固定研磨パッドは、ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍ社（3M Company）の４Ａ−ＤＴ６−０１５トライザクト（Trizact）（商標）ダイヤモンドタイル（Diamond Tile）であって、連続する試験の前及び間に、それぞれの試験においてパッド表面の初期状態が同様となるように、ＣＷで１分間及びＣＣＷで１分間、６００グリッドの輪状の酸化アルミニウム石で運転することで、これらを調節した。切り屑の除去は、重力測定的に決定した。特に指示がない限り、データはサイクル毎の３つのウエファーの平均である。視覚的な観測結果により、ウエファー上面及びウエファー下面に関する除去率に均一性が見られた。研磨後のウエファー端部のプロファイルが視覚的に非対称であるということは、研磨速度、即ち、ウエファーの上面と下面との間で除去速度が異なることを示している。
【００４４】
試験方法３、引張力
フィルムの機械的特性を決定するために引張試験を使用した。試験は、１０１．６ｃｍ／分（４０インチ／分）のクロスヘッド速度で２５ｍｍのサンプル標点距離及び２５ｍｍのサンプル幅が使用される以外は、一般的にはＡＳＴＭ  Ｄ６３８に従った。
【００４５】
試験方法４、磨耗性
試験方法４は、脱イオン水浸漬及び片面ラッピングプロセスの双方を使用して、高分子層でコーティングされたキャリアを促進磨耗試験に供する。脱イオン水の浸漬には、６３℃で２時間、キャリアを脱イオン水に浸漬する工程を包含た。ラッピングプロセスを、ピーターウォルターズ（Peter-Wolters）ＡＣ５００工具において実施する。４Ａ−ＤＴ６−０１５トライザクト（Trizact）（商標）ダイヤモンドタイル（Diamond Tile）である固定研磨パッドを下側圧盤に取り付けた。それぞれのキャリアを、キャリアの歯を内側及び外側リングピンに噛合させて、圧盤に取り付けた。直径１００ｍｍのシリコンウエファーをキャリアに取り付けた。１２４．８ｍｍの内径を有する試験されるキャリアと同じ外部形状である、３．３ｋｇの２つのギアを試験キャリアの上部に配置した。１．１３ｋｇの４つのプレートを、リングギア内部のキャリアの中央に配置した。次に、４．５ｋｇの２つのプレートをリングギアの上部に配置した。４．５ｋｇのプレートは、キャリアの中央にある、１．１３ｋｇの４つのプレートとは接触していなかった。キャリアの総重量は約２０ｋｇであり、キャリアの中央部における総重量は約４．５ｋｇであった。キャリアの接触面積は、約１６５ｃｍ２であり、約０．１２ｋｇ／ｃｍ２のキャリアにおける平均圧力をもたらす。ＡＣ５００の下側圧盤は９６ｒｐｍで回転し、太陽ギアを１４ｒｐｍで回転した。先の研削プロセスからのシリコンの切り屑を含有する水溶液である、試験に使用される作動流体は再利用した。先の研削プロセスは、シリコンウエファーを研削するために、６μｍのダイヤモンド研磨剤、４Ａ−ＤＴ６−０１５トライザクト（Trizact）（商標）ダイヤモンドタイル（Diamond Tile）パッドを使用する両面ラッピングプロセスであった。再利用される水溶液は、約０．５重量％未満のシリコンを含有していた。試験方法４における試験時間は１０分間であり、その後、圧盤及びギアの回転を停止し、キャリアから重りを外し、工具からキャリアを外した。キャリアにおける高分子層の剥離を視覚的に検査した。
【００４６】
（実施例１〜３２）
１．２７ｃｍ（０．５インチ）幅×１５．２ｃｍ（６インチ）長の３０４番ステンレス鋼片を使用した。このステンレス鋼片は、ベースキャリアを作製することができる材料の１つの種類を示している。片の表面をイソプロパノール又はメチルエチルケトン（ＭＥＫ）で洗浄した。次に、表面を、２．５４ｃｍ（１インチ）のセンター穴を備え、１５ｃｍ（６インチ）の外径×２．５４ｃｍ（１インチ）の幅を有するＳＳＴグレード７Ａファイン（FINE）のスコッチブライト（Scotch-Brite）（登録商標）デバリングホイール（Deburring wheel）（３Ｍ社（3M Company））で研磨することで粗化した。ステンレス鋼片の表面を、イソプロパノールで２回拭取ることで再び洗浄し、乾燥して、次にアルゴンプラズマに曝露した。プラズマプロセスは以下の通りであった。真空槽において、片を動力電極上に配置した。槽を、０．１３Ｐａ（１ミリトール）未満まで減圧した。２．７Ｐａ（２０ミリトール）でアルゴンガスを導入し、次に、２０００ワットでプラズマ洗浄に使用した。１分後、電源及びガスを停止した。表１に示されるように、続いてＡＰＬが形成されるプラズマで修飾される片を真空下で槽内に放置し、ＡＰＬを形成するためにプラズマで直ちに処理した。更なるプラズマ処理が必要でない場合、槽を排気し、真空を開放した。
【００４７】
表Ｉに示すように、一連の様々な接着促進層又はＡＰＬをステンレス鋼片に塗布した。表Ｉに列挙される順序でＡＰＬを塗布した。ここで留意すべきなのは、プラズマ表面処理を介した化学修飾を含むステンレス鋼表面の任意の処理によって、ＡＰＬが形成されると考えられるということである。プラズマ処理は、スパッタコーティングプロセスにおける真空槽とは異なる真空槽において実行されることに留意すべきである。示されるＡＰＬを片に塗布した後、ウレタンコーティングを含む高分子層をそれぞれのステンレス層片に塗布した。それぞれのサンプルにおいて、２つの片を調製した。それぞれのＡＰＬ及び高分子層の塗布における組成及びプロセスを以下で議論する。
【００４８】
接着促進層（ＡＰＬ）
プラズマ１は、以下のような２工程プロセスであった。工程１：キャリアガスとして、２．７Ｐａ（２０ミリトール）においてアルゴンとともに、１５０ｓｃｃｍ（立方センチメートル毎分）でテトラメチルシランを導入した。３．３Ｐａ（２５ミリトール）で１０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。工程２：次に、キャリアガスとして２．７Ｐａ（２０ミリトール）においてアルゴンとともに、１５０ｓｃｃｍでテトラメチルシラン、及び５００ｓｃｃｍで酸素を導入した。８．０Ｐａ（６０ミリトール）で２０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００４９】
プラズマ２は、以下のような３工程プロセスであった。工程１：プラズマ１の工程１と同様であった。工程２：アルゴンキャリアガスを用いないこと以外は工程２と同様であった。また、６．７Ｐａ（５０ミリトール）で１０秒間、２０００ワットの電力をかけた。工程３：５００ｓｃｃｍで酸素を導入した。６．３Ｐａ（４７ミリトール）で３０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００５０】
プラズマ３は、以下のような４工程プロセスであった。工程１：プラズマ１の工程１と同様であった。工程２：キャリアガスとして、２．７Ｐａ（２０ミリトール）においてアルゴンとともに、１５０ｓｃｃｍでテトラメチルシラン、及び２００ｓｃｃｍでブタンを導入した。５．３Ｐａ（４０ミリトール）で８秒間、２０００ワットの電力をかけた。工程３：キャリアガスとして、２．７Ｐａ（２０ミリトール）においてアルゴンとともに、２００ｓｃｃｍでブタンを導入した。４．０Ｐａ（３０ミリトール）で２０秒間、２，０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。工程４：５００ｓｃｃｍで酸素を導入した。６．７Ｐａ（５０ミリトール）で１０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００５１】
プラズマ４は、以下のような３工程プロセスであった。工程１：電力が２０秒間かけられる以外は、プラズマ１の工程１と同様であった。工程２：キャリアガスとして、２．７Ｐａ（２０ミリトール）においてアルゴンとともに、及び５．３Ｐａ（４０ミリトール）において窒素とともに、１５０ｓｃｃｍでテトラメチルシランを導入した。８．４Ｐａ（６３ミリトール）で２０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。工程３：５．３Ｐａ（４０ミリトール）で窒素を導入した。５．３Ｐａ（４０ミリトール）で６０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００５２】
プラズマ５は、以下のような２工程プロセスであった。工程１：プラズマ１の工程１と同様であった。工程２：キャリアガスとして、５．３Ｐａ（４０ミリトール）において窒素とともに、１５０ｓｃｃｍでテトラメチルシランを導入した。８．０Ｐａ（６０ミリトール）で６０秒間、２０００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００５３】
スパッタ蒸着プロセスによって、ＮｉＣｒのＡＰＬを形成した。洗浄された片を他の真空槽に配置し、０．１３Ｐａ（１ミリトール）未満まで減圧した。４００ｓｃｃｍ及び１．１Ｐａ（８ミリトール）でアルゴンを導入した。ニッケルクロムスパッタリングターゲットに対して２．５分の滞留時間で１５００ワットの電力をかけた。電力及びガスの流れを停止し、槽を真空下で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００５４】
ブラックアルミナ（即ち、酸化アルミニウム）であるＡＰＬを、アルミニウム金属ターゲットから反応性スパッタ蒸着によってスパッタ蒸着した。洗浄後、ステンレス鋼片を、基材ホルダー上に４０．６ｃｍ（１６インチ）のスパッタリングアルミニウムターゲットを備える真空槽内に取り付けられる基材ホルダー上に配置した。槽を１．３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５トール）のべース圧力まで減圧した後、スパッタガス（アルゴン）を１００ｓｃｃｍの流速で槽内に入れた。反応性酸素ガスを、３ｓｃｃｍの流速で槽に加えた。ゲート弁を調整することで、槽の総圧力を０．２７Ｐａ（２ミリトール）に調整した。２ｋＷの定電力レベルにおいて直流電源を使用して、スパッタリングを初期化した。スパッタ持続時間は１時間であった。基材は加熱せず、室温で保持した。片の処理後、槽を排気し、真空を開放した。次にサンプルを除去した。
【００５５】
反応性酸素ガスを槽内に入れず、スパッタ持続時間が３０分である以外は、酸化アルミニウムコーティングの蒸着に使用されるのと同様のスパッタ蒸着プロセスを使用してアルミニウムＡＰＬを形成した。
【００５６】
酸化アルミニウムコーティングの蒸着に使用されるのと同様のスパッタ蒸着プロセスを使用して、酸化ジルコニウムＡＰＬを形成した。プロセスの改変には、３０分の持続時間で１ｋＷのスパッタ電力で、ジルコニウムターゲットをアルミニウムターゲットに置き換えることが含まれる。
【００５７】
以下の工程によって酸化ケイ素ＡＰＬを形成した。最後にイソプロパノールでの拭取り後、片を１２０℃、３０分間乾燥した以外は、上述と同様に片を洗浄した。１００ワットの電力で、アルゴンプラズマ洗浄を酸素プラズマに置き換えた。１１０ワットの電力で、ＳｉＨ４及びＮ２Ｏガスを使用して、３５０℃におけるプラズマ化学気相成長法によって、６０ｎｍの酸化ケイ素を片の表面に蒸着した。
【００５８】
コーティング１は、Ｃ２１９とＭＥＫの６０／４０重量比の混合物であった。コーティング１を、乾燥／硬化後に、約１０〜１５μｍの範囲のコーティング厚が得られるように、片の表面にスプレーコーティングした。片の１つの主表面を最初にコーティングし、風乾させ、続いて他の主表面に噴射し、風乾した。次に、９０℃で３０分間、炉中で片を硬化させた。
【００５９】
コーティング２は、Ｃ２１３とＴ２４８の６０／４０重量比の混合物であった。コーティング２を、乾燥後に、約２０〜２５μｍの範囲のコーティング厚が得られるように、片の表面にスプレーコーティングした。片の１つの主表面を最初にコーティングし、風乾させ、続いて他の主表面に噴射し、風乾した。
【００６０】
コーティング３は、２つの溶液の混合物であった。エポキシ／ＭＥＫ溶液を６０／４０重量比で混合することで、第１の溶液を調製した。第２の溶液を、５８．９８／０．８５／０．１７／４０．００の重量比で、Ｖ１２５／Ｌ−７６０４／ダウ（Dow）７／ＭＥＫを混合することで調製した。次に、４００．００ｇの第１の溶液及び２１７．３２ｇの第２の溶液を完全に混合することで、コーティング３を調製した。乾燥／硬化後に、約２０〜２５μｍの範囲のコーティング厚が得られるように、コーティング３を片の表面にスプレーコーティングした。片の１つの主表面をコーティングし、風乾し、炉内で９０℃で３０分間硬化し、次に、室温まで冷却した。第２の主表面において、コーティング／硬化プロセスを繰り返した。硬化中、片をシリコン剥離ライナー上に配置し、炉の表面に固着するのを防いだ。
【００６１】
１．０／２４．０／７５．０の重量比で、Ａ−１１００／脱イオン水／イソプロパノールを混合することで、コーティング４を調製した。コーティング４を、乾燥／硬化後に、約１０〜１５μｍの範囲のコーティング厚が得られるように、片の表面にスプレーコーティングした。片の１つの主表面を最初にコーティングし、風乾させ、続いて他の主表面に噴射し、風乾した。次に、９０℃で３０分間、炉中で片を硬化させた。硬化中、片をシリコン剥離ライナー上に配置し、炉の表面に固着するのを防いだ。
【００６２】
コーティング５は、２つの溶液の混合物であった。第１の溶液を、Ｌ８３／ＭＥＫ溶液を６０／４０重量比で混合することで調製した。４９．４５／３．３０／０．６５／６．６０／４０．００の重量比で、Ｅ３００／Ｌ−７６０４／ダウ（Dow）７／Ｃ−５１５．７１ＨＲ／ＭＥＫを混合することで、第２の溶液を調製した。次に、６００．００ｇの第１の溶液及び５９．２５ｇの第２の溶液を完全に混合することで、コーティング５を調製した。コーティング５を、乾燥／硬化後に、約１０〜１５μｍの範囲のコーティング厚が得られるように、片の表面にスプレーコーティングした。片の１つの主表面をコーティングし、風乾し、９０℃に設定した炉内で３０分間硬化し、次に、室温まで冷却した。第２の主表面において、コーティング／硬化プロセスを繰り返した。硬化中、片をシリコン剥離ライナー上に配置し、炉の表面に固着するのを防いだ。
【００６３】
コーティング６は、２％（重量）のＡＴＥＳ水溶液であった。溶液中にキャリアを浸漬し、エアガンで余分な溶液を吹き飛ばすことで、コーティングを塗布した。次に、キャリアを１２０℃の炉内に１５分間、置いた。
【００６４】
コーティング７は、２％（重量）のＥＴＭＳ水溶液であった。溶液中にキャリアを浸漬し、エアガンで余分な溶液を吹き飛ばすことで、コーティングを塗布した。次に、キャリアを１２０℃の炉内に１５分間、置いた。
【００６５】
高分子層
高分子層は、２つの溶液の混合物であった。第１の溶液を、Ｌ８３／ＭＥＫの溶液を６０／４０重量比で混合することで調製した。第２の溶液を、５５．５０／３．７５／０．７５／４０．００の重量比でＥ３００／Ｌ−７６０４／ダウ（Dow）７／ＭＥＫを混合することで調製した。次に、６００．００ｇの第１の溶液及び５２．８ｇの第２の溶液を完全に混合することで、高分子層溶液を調製した。乾燥／硬化後に、高分子層が約６０〜７０μｍの範囲の厚が得られるように、片の表面に高分子層溶液をスプレーコーティングした。片の１つの主表面をコーティングし、風乾し、９０℃に設定した炉内で３０分間硬化し、次に、室温まで冷却した。硬化時間を１６時間に増加した以外は、第２の主表面において、コーティング／硬化プロセスを繰り返した。硬化中、片をシリコン剥離ライナー上に配置し、炉の表面に固着するのを防いだ。
【００６６】
【表２】
2010510083.tif 000004
【００６７】
（実施例３３）
コーティング用のベースキャリアは、直径１７．８ｃｍ（７インチ）の軟鋼キャリアであった。高分子層を備えるキャリアを、ベースキャリアに、接着促進層１（ＡＰＬ１）としてＣ２１９Ａ及び接着促進層２（ＡＰＬ２）としてＣ２１３Ａからなる多層ＡＰＬ、続いて高分子層としてウレタン１を塗布することで調製した。ペイントブラシを用いて、３つのコーティング溶液を順にベースキャリアに塗布した。連続してコーティングを塗布する前に、前のコーティングを１０分間、室温で乾燥させた。塗布に先立って、ウレタン１を３０分間完全に混合した。一連のコーティングをキャリアの主表面の双方に塗布した。ウレタン１コーティングの乾燥に続き、コーティングを３０分間、９０℃に設定した炉内で硬化した。得られた複合物コーティングを、２６μｍのアルミナ研磨材シートと５μｍのアルミナスラリーとの組み合わせで被覆し、塗装プロセスで導入された非均一物を除去した。最終的にコーティングされたキャリアは、両面に１１１μｍのコーティングを備え、７０４μｍ厚であった。
【００６８】
（実施例３４）
実施例３３に記載されるように、接着促進層としてＣ２１３Ｂ及び高分子層としてＥ５８２１９をベースキャリアに塗布することで、高分子層を備えるキャリアを調製した。圧縮空気スプレーガンを使用して、Ｃ２１３Ｂを塗布した。ベースキャリアのそれぞれの面をＣ２１３Ｂでコーティングし、室温で１０分間乾燥した。積層に先立って、Ｃ２１３Ｂでコーティングされたキャリアを９０℃で３０分間加熱処理した。Ｅ５８２１９ウレタンフィルムをＣ２１３Ｂでコーティングされたキャリアに熱積層した。積層は、１４９℃、６８００ｋｇの負荷で１５分間実施した。機械プレスの圧盤にフィルムが固着するのを防ぐために、シリコーンでコーティングされた剥離紙を使用した。金属シムを、最終的なキャリア作製物の厚さを設定するのに使用し、キャリアにおける工作物開口部の中央及びキャリア外縁に沿って配置した。かみそりの刃で切り取ることで、余分なフィルムをキャリアから除去した。最終的にコーティングされたキャリアは、８０μｍのウレタンフィルムとどちらかの側に接着促進剤を加えた厚さが６４２μｍであった。
【００６９】
（実施例３５）
溶液をシリコン剥離ライナー上に注ぎ、次に溶液を適切な厚さまで供給することで、ウレタン１のフィルムを調製した。コーティングを乾燥し、次に９０℃で３０分間硬化した。フィルムを剥離ライナーから取り除いた。
【００７０】
（実施例３７〜４２）
ベースキャリアは、図３に示すように、直径１７．８ｃｍ（７インチ）の４００シリーズステンレス鋼キャリアであった。ベースキャリアの接触面積は、約１６５ｃｍ２（２５．６インチ２）であった。
【００７１】
接着促進層
ＡＰＬの塗布に先立って、キャリアは、洗浄手順に以下の変更がなされる以外は、実施例１〜３２のステンレス鋼片において記載される洗浄手順に従って溶媒で洗浄した。ベースキャリアにおいて対向する２つの主表面を、８０グリットの酸化アルミニウムでコーティングされた研磨材（３Ｍ社（3M Company））を使用して、ランダムオービタルパームサンダーで研磨することで粗化した。このプロセスを、スコッチブライト（Scotch-Brite）（登録商標）デバリングホイール（Deburring wheel）（３Ｍ社（3M Company））を使用する粗化プロセスに置き換えた。実施例３９〜４２において、アルゴンプラズマ洗浄処理は実施例１〜３２のものであった。ここで留意すべきは、アルゴンプラズマ洗浄処理は、これらの実施例において、以下に記載されるスパッタコーティングプロセスとは異なる真空槽で実行したことである。実施例３７及び３８におけるプラズマ洗浄処理は以下の通りであった。まず、２００ｓｃｃｍのガス流速、２．７Ｐａ（２０ミリトール）の圧力及び２０００ワットの電力のもとで、２分間、キャリアをアルゴンプラズマで処理し、アルゴンイオン衝撃を使用して基材を物理的に洗浄した。アルゴンプラズマ処理工程の直後、５００ｓｃｃｍのガス流速、７．３Ｐａ（５５ミリトール）及び１０００ワットの電力もとで、３０秒間、酸素プラズマでサンプルを更に処理した。
【００７２】
実施例３７〜４２において、ＡＰＬの構成及びそれらに対応する塗布順序が表ＩＩに記載される。ベースキャリアの双方の主表面にＡＰＬを形成した。コーティング１及びコーティング２は、実施例１〜３２の調製において記載されるのと同様の材料及びプロセスを使用した。プラズマプロセス及びスパッタコーティングプロセスを以下に記載する。
【００７３】
プラズマ６は、以下のような２工程プロセスであった。工程１：９．３Ｐａ（７０ミリトール）の圧力及び１０００ワットの電力で、１５秒間、それぞれ１５０ｓｃｃｍ及び５００ｓｃｃｍの流速の気相テトラメチルシラン及び酸素ガスを混合することで、ダイヤモンド状ガラス薄膜を蒸着した。工程２：５００ｓｃｃｍの流速、７．３Ｐａ（５５ミリトール）の圧力及び３００ワットの電力で、６０秒間、酸素プラズマに曝露することで、基材上にシラノール基を残したまま、上述の工程１で残されたメチル基を除去した。
【００７４】
反応性酸素ガスを槽内に入れない以外は、ブラックアルミナコーティングの蒸着に使用されるのと同様のスパッタ蒸着プロセスを使用して、キャリアの表面上にアルミニウムＡＰＬを形成した。様々な厚さのアルミニウムコーティングを得るために、スパッタ持続時間及び電力レベルを調整した。２ｋＷ、６０秒間のプロセスで１，０００Åのアルミニウムコーティング厚が得られ、１ｋＷ、６０秒間のプロセスで５００Åのアルミニウムコーティング厚が得られ、１ｋＷ、３０秒間のプロセスで２６５Åのアルミニウムコーティング厚が得られた。
【００７５】
標準的な工業用のスパッタプロセスである、窒素ガスの存在下でアルミニウム／チタニウムを備えるターゲット陰極アークプロセスによって、ＡｌＴｉＮのＡＰＬをキャリア表面に形成した。
【００７６】
高分子層
実施例１〜３２の高分子層を作製するのに使用するのと同様の材料及び同様のプロセスを、実施例３７〜４２の高分子を製造するのに使用した。
【００７７】
【表３】
2010510083.tif 000005
【００７８】
比較例Ａ
本実施例のキャリアは、直径１７．８ｃｍ（７インチ）のラミテックス（Lamitex）（商標）ガラス充填エポキシキャリア（ペンシルバニア州カーライル（Carlisle）のＰＲホフマン社（PR Hoffman））であった。
【００７９】
比較例Ｂ
本実施例のキャリアは、直径１７．８ｃｍ（７インチ）の軟鋼キャリア（非コーティング）であった。
【００８０】
比較例Ｃ
本実施例のフィルムは、ＰＥ１であった。
【００８１】
実施例１〜３２の試験
試験方法１を使用して、ステンレス鋼片に対する高分子層の接着性に関して、実施例１〜３２を試験した。結果を表１に示す。全実施例が接着試験に合格した。
【００８２】
比較例Ａの試験
試験方法２を使用して、ガラス充填エポキシキャリアをソーカットシリコンウエファー及び事前に研磨されたウエファーの双方を研磨するのに使用した。上面及び下面における除去速度は、キャリアの回転方向に影響されず、プロセスは同様の除去速度（ソーカットウエファーにおいて６．２６〜６．３４μｍ／分及び事前に研磨されるウエファーにおいて１．２８〜２．８１μｍ／分）を示した。表面粗さも上面（Ｒｑ＝３７．６ｎｍ）及び下面（Ｒｑ＝４０．１ｎｍ）において同様であった。除去速度が低いということは、研磨材が目つぶれしていることを示している。
【００８３】
比較例Ｂの試験
試験方法２を使用して、非コーティング軟鋼キャリアをソーカットシリコンウエファー及び事前に研磨されたウエファーの双方を研磨するのに使用した。最後の調整運転と同じ方向にキャリアが回転する際、除去速度が高まった。上側パッドが下側パッドよりも多く切削するため、プロセスは対称的ではなかった。ウエファーの表面粗さも対称的ではなかった（上部Ｒｑ＝３１．３ｎｍ及び下部Ｒｑ＝２３．８ｎｍ）。比較例Ｂにおける試験結果を以下の表ＩＩＩに示す。
【００８４】
【表４】
2010510083.tif 000006
【００８５】
実施例３３の試験
試験方法２及び（以下に）示された修正を使用して、実施例３３に記載のキャリアを使用して研磨を実行した。ソーカットシリコンウエファーを使用した。最初に、１０分の研磨サイクルを３回実行した。除去速度は、ウエファーの厚さがキャリアの厚さと同様になるほど高かった。試験方法を５分間の研磨サイクル時間に変更した。最初の６回の５分サイクル中に観察された除去速度平均は、１８枚のウエファーに対して、１５．７μｍ／分であった。試験を中断し、翌朝、調整又はならし運転なしに再開した。２回目の６回の５分間のサイクル中に観察された除去速度平均は、１８枚のウエファー対して、１９．２μｍ／分であった。比較例Ａ及びＢよりも著しく高い除去速度が観察された。３０分間隔でキャリアの磨耗を点検し、最初の３回の１０分間の研磨サイクルを含む、９０分にわたる試験で、０．０９μｍ／分の磨耗を被ったことが分かった。ウエファーの上面と下面の間の表面粗さが同様であることで、ウエファーの上面と下面との間の研磨挙動が対称的であることが示された。
【００８６】
実施例３４の試験
試験方法２及び（以下に）示された修正を使用して、実施例３４に記載のキャリアを使用して研磨を実行した。ソーカットシリコンウエファーを使用して、研磨を実行した。研磨サイクル時間は５分間であり、全研磨時間は１２０分であった（即ち、全部で２４サイクルであった）。研磨後、表ＩＶに示すように、除去速度を測定した。比較例Ａ及びＢよりも著しく高い除去速度が観察された。最初の４回の研磨サイクルを除いて、除去速度は、各サイクルにわたり良好な安定性も示した。コーティングされたキャリアの除去速度は、キャリアの回転方向により敏感でないことを示している。キャリアの磨耗は、３０分間隔で測定した。キャリアの厚さが最終的なシリコンウエファーの厚さよりも小さい領域において、最後の９０分間にわたるキャリアの磨耗速度は、０．０８μｍ／分であった。研磨されたウエファーの表面粗さ（Ｒｑ）は、１０６．１ｎｍであると測定された。実施例３４のキャリアで研磨されたウエファーの表面粗さ及び除去速度は、上面及び下面の双方で同様であった。これは、ウエファーの上面と下面との間における研磨が対称的であったことを示している。更なる改良点は、キャリアにおける時計回り及び反時計回りの回転の双方で除去速度が同様であることであった。
【００８７】
【表５】
2010510083.tif 000007
【００８８】
実施例３５、実施例３６及び比較例Ｃの試験
それぞれ実施例３５、実施例３６及び比較例Ｃとして示される、ウレタン１、Ｅ５８２１９及びＰＥ１のフリーフィルム（キャリアの高分子層としていくつかの有用性を示すポリエステルフィルム）を、試験方法３に従って試験した。結果を表Ｖに示す。概して、ポリウレタンフィルム表面を備えるキャリアの耐用年数は、ポリエステルフィルム表面を有するキャリアよりも著しく向上した。破断応力に対する高エネルギーは、キャリアの耐用年数の上昇と良好に関連している。
【００８９】
実施例３７〜４２の試験
試験方法４を使用して、高分子層の接着性に関してキャリアを試験した。結果を表ＩＩに示す。実施例３９〜４２は、全てこの厳しい試験に合格した。実施例３７及び３８は、試験方法４における過酷な条件に耐えられなかったが、より過酷でない条件においては好適である。
【００９０】
【表６】
2010510083.tif 000008
【００９１】
本発明は、ここに示した及びここに記述した、特定のプロセス、処理、材料及び構成要素に限定される必要はなく、発明の範囲内で多くの変更がなされてよいことを理解すべきである。例えば、本発明の上述の例示的な態様は、シリコンウエファーの研磨に特に好適であると考えられているが、本発明の概念は他の用途に適用することができる。例えば、本出願の概念は、研磨操作中に平面的かつ平行な表面を備える研磨機を提供することが望ましい場合には、いつでも使用することができる。本発明の好ましい実施形態における上記の説明は、種々の修正、変更及び適応がなされてよく、同じことが添付の請求の範囲と同じ意味及び範囲内に包含されることを意図することを理解すべきである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【国際調査報告】
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