(57)【要約】  結合研磨体を含む研磨物品であって、結合研磨体は、ビトリファイド材料で作られた結合材料、結合材料中に含まれる第１の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率、及び約５．５ｐｐｍ／℃以下のΔＣＴＥ、を有し、ΔＣＴＥは結合材料のＣＴＥと研磨粒子のＣＴＥとの間の差として定義される、研磨物品。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材料と超砥粒材料とを含む研磨粒子を含有する未焼成体を形成する工程、及び
前記超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換して、実質的に結晶炭化ケイ素を含まない結合研磨体を形成する工程、
を含む結合研磨物品を形成する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記未焼成体を形成する工程の前に、さらに前記結合材料と前記研磨粒子との混合物を形成する工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、前記結合材料は無機材料を含み、前記結合材料はガラス相材料を含み、前記結合材料は酸化物材料を含み、前記結合材料はシリカ系材料を含み、前記結合材料は少なくとも約５０モル％のシリカ（ＳｉＯ２）、少なくとも約５２モル％のシリカ、及び約７０モル％以下のシリカ、約６５モル％以下のシリカを含む、方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、約４モル％以下の含有量のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、約３モル％以下の含有量のアルミナ、及び少なくとも約０．５モル％の含有量のアルミナ、及び少なくとも約１モル％の含有量のアルミナを含む、方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、少なくとも約１６モル％、少なくとも約１７モル％、少なくとも約２０モル％、及び約３０モル％以下、約２６モル％以下の含有量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む、方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、約９モル％以下、約８モル％以下、約７モル％以下、約３モル％以下、及び少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１モル％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、少なくとも０．２モル％、少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１モル％、及び約６モル％以下、約４モル％以下の酸化バリウム（ＢａＯ）を含む、方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、少なくとも約２モル％、少なくとも約２．５モル％、及び約８モル％以下、約６モル％以下の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を含む、方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、少なくとも０．５モル％、少なくとも約０．８モル％、少なくとも約１モル％、及び約９モル％以下、約７モル％以下の酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、約１４％以下、約１２モル％以下、約１０モル％以下、約８モル％以下、約６モル％以下、及び少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１モル％、少なくとも約３モル％の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、少なくとも約０．５モル％、少なくとも約０．８モル％、少なくとも約１モル％、及び約５モル％以下、約４モル％以下の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、約９ｐｐｍ／℃以下、約８．５ｐｐｍ／℃以下、約８ｐｐｍ／℃以下、約７．８ｐｐｍ／℃以下、少なくとも約２ｐｐｍ／℃、少なくとも約３ｐｐｍ／℃の線熱膨張係数（ＣＴＥ）（３００℃）を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料及び前記研磨粒子は約５．５ｐｐｍ／℃以下のΔＣＴＥを有し、該ΔＣＴＥは前記結合材料のＣＴＥと前記研磨粒子のＣＴＥとの間の差として定義され、前記ΔＣＴＥは約５ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは約４．５ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは約４ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは約３．８ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは少なくとも約０．２ｐｐｍ／℃である、方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合材料は、約５６０℃以下、約５５０℃以下、約５４０℃以下、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃の軟化点温度を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法であって、前記超砥粒材料はダイヤモンドを含み、前記超砥粒材料はダイヤモンドであり、前記超砥粒材料は実質的にダイヤモンドから成り、前記超砥粒材料は炭化ケイ素を含まず、前記超砥粒材料はダイヤモンド及び炭化ケイ素のアモルファス形態のみを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法であって、前記研磨粒子は第１の種類の超砥粒材料及び第２の種類の超砥粒材料を含み、前記第１の種類は第１の中央粒径を有し、かつ前記第２の種類は前記第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有し、該第２の中央粒径は前記第１の中央粒径未満であり、前記第２の中央粒径は前記第１の中央粒径の約１．１分の１以下、約１．３分の１以下、約１．５分の１以下、約２分の１以下、約２．５分の１以下であり、かつ約１０分の１以上である、方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法であって、前記第１の種類の超砥粒材料は、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約１．５ミクロン、少なくとも約２ミクロン、少なくとも約２．５ミクロン、及び約２０ミクロン以下、約１８ミクロン以下、約８ミクロン以下の中央粒径を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法であって、前記第２の種類の超砥粒材料は、約１ミクロン以下、例えば約０．９ミクロン以下、及び少なくとも約０．０１ミクロン、少なくとも約０．０５ミクロンの中央粒径を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法であって、前記変換は前記第２の種類の超砥粒材料の一部を変換する工程を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法であって、前記変換は熱処理を含み、前記変換は酸化雰囲気中で前記未焼成体を焼成する工程を含み、前記酸化雰囲気は酸素が豊富な雰囲気を含み得、前記酸素が豊富な雰囲気は少なくとも３０体積％の酸素であり得る、方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法であって、前記焼成は、少なくとも約２００℃、少なくとも約３００℃、少なくとも約４００℃、少なくとも約５００℃、及び約１０００℃以下、約９００℃以下、約８５０℃以下、約８００℃以下の焼成温度で行われ得る、方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法であって、前記焼成は、前記結合材料の前記軟化点温度よりも高い温度で行われ得、前記焼成温度は、約２３０℃以下、約２２０℃以下、約２００℃以下、約１９５℃以下、約１９０℃以下、少なくとも約１０℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１２０℃、少なくとも約１３０℃、軟化点温度と比べて異なる、方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法であって、前記焼成は約１０時間以下、例えば約８時間以下、約６時間以下、及び少なくとも約１０分、少なくとも約３０分、少なくとも約５０分の持続時間で行われ得る、方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか一項に記載の方法であって、前記研磨粒子は前記第１の種類の超砥粒材料及び前記第２の種類の超砥粒材料を含み、前記変換は前記第２の種類の超砥粒材料の一部を酸化して酸化物を含む前記気相物質を形成する工程を含み、前記変換は前記第１の種類の超砥粒材料より前に優先的に前記第２の種類の超砥粒材料を酸化する工程を含み、前記気相物質は炭素を含み、前記気相物質は二酸化炭素及び一酸化炭素のうちの１つを含む、方法。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法であって、前記未焼成体を形成する工程は、前記混合物を圧縮して前記未焼成体を形成する工程を含み、前記圧縮は冷間プレス作業を含み、前記圧縮は冷間静水圧プレスを含み、該冷間静水圧プレスは少なくとも約０．２５トン／平方インチ（３．４４ＭＰａ）、及び約１０トン／平方インチ（１３７．９０ＭＰａ）以下の圧力で行われる、方法。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法であって、前記変換は前記未焼成体から前記結合研磨体までで前記研磨粒子の体積割合を減少させる工程を含み、前記変換は前記結合研磨体中に気孔を形成する工程を含み、前記気孔は前記変換中に酸化される前記超砥粒材料の一部から生じる前記気相物質から形成され、前記気相物質は前記結合研磨体中で気孔を形成し、前記変換は、前記結合材料の少なくとも一部が液体状態である間に、前記超砥粒材料の少なくとも一部を前記気相物質に酸化する工程を含み、前記変換は、前記結合材料の少なくとも一部が液体状態にある間に、前記結合材料中で前記気相物質を捕獲する工程を含む、方法。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体は前記結合材料中に含まれる前記研磨粒子を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約５体積％、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１４体積％、少なくとも約１６体積％、及び約３５体積％以下、約３０体積以下、約２６体積％以下、約２３体積％以下の前記研磨粒子を含む、方法。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体は、結合研磨体の全体積に対して、少なくとも約５０体積％、少なくとも約５４体積％、少なくとも約５６体積％、少なくとも約５８体積％の気孔率、及び前記結合研磨体の全体積に対して、約８５体積％以下の気孔率、約８２体積％以下、約８０体積％以下の気孔率を含む、方法。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約５０体積％、少なくとも約５５体積％、少なくとも約６０体積％、少なくとも約６３体積％、少なくとも約６６体積％、少なくとも約７０体積％、及び約９０体積％以下、約８６体積％以下、約８２体積％以下、約７８体積％以下、約７４体積％以下の前記結合材料を含む、方法。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体は充填剤を含み、該充填剤は、ナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）及びこれらの組み合わせから成る群より選択される元素を含有する化合物を含む、方法。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体はセリウム（Ｃｅ）を含み、前記結合研磨体は酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約０．４体積％、少なくとも約０．８体積％、少なくとも約１体積％、及び約６体積％以下、約４体積％以下の前記酸化セリウムを含む、方法。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体はナトリウム（Ｎａ）を含み、前記結合研磨体はケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約１体積％、少なくとも約２体積％、少なくとも約３体積％、少なくとも約４体積％、及び約１２体積％以下、約１０体積％以下、約９体積％以下の前記ケイ酸ナトリウムを含む、方法。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体は半導体ウェハの研削用に構成された結合研磨ディスクを含む、方法。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法であって、前記結合研磨体は、約１重量％以下、約０．５重量％以下、約０．１重量％以下の遊離利金属元素を含み、前記結合研磨体は、実質的に遊離金属元素を含まない、方法。
【請求項３５】
結合研磨体を含む研磨物品であって、
前記結合研磨体は、
ビトリファイド材料を含む結合材料、
前記結合材料中に含まれる第１の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、
前記結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率、
を含有し、
前記結合材料及び前記第１の種類の超砥粒材料は約５．５ｐｐｍ／℃以下のΔＣＴＥを有し、該ΔＣＴＥは前記結合材料のＣＴＥと前記研磨粒子のＣＴＥとの間の差として定義される、研磨物品。
【請求項３６】
請求項３５に記載の研磨物品であって、前記ΔＣＴＥは約５ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは約４．５ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは約４ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは約３．８ｐｐｍ／℃以下であり、前記ΔＣＴＥは少なくとも約０．２ｐｐｍ／℃である、研磨物品。
【請求項３７】
請求項３５又は３６に記載の研磨物品であって、前記結合材料は酸化物材料を含み、前記結合材料はシリカ系材料を含み、前記結合材料は少なくとも約５０モル％のシリカ（ＳｉＯ２）、少なくとも約５２モル％のシリカ、及び約７０モル％以下のシリカ、約６５モル％以下のシリカを含む、研磨物品。
【請求項３８】
請求項３５〜３７のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、約４モル％以下の含有量のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、約３モル％以下の含有量のアルミナ、及び少なくとも約０．５モル％の含有量のアルミナ、及び少なくとも約１モル％の含有量のアルミナを含む、研磨物品。
【請求項３９】
請求項３５〜３８のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、少なくとも約１６モル％、少なくとも約１７モル％、少なくとも約２０モル％、及び約３０モル％以下、約２６モル％以下の含有量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含む、研磨物品。
【請求項４０】
請求項３５〜３９のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、約９モル％以下、約８モル％以下、約７モル％以下、約３モル％以下、及び少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１モル％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む、研磨物品。
【請求項４１】
請求項３５〜４０のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、少なくとも０．２モル％、少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１モル％、及び約６モル％以下、約４モル％以下の酸化バリウム（ＢａＯ）を含む、研磨物品。
【請求項４２】
請求項３５〜４１のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、少なくとも約２モル％、少なくとも約２．５モル％、及び約８モル％以下、約６モル％以下の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を含む、研磨物品。
【請求項４３】
請求項３５〜４２のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、少なくとも約０．５モル％、少なくとも約０．８モル％、少なくとも約１モル％、及び約９モル％以下、約７モル％以下の酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を含む、研磨物品。
【請求項４４】
請求項３５〜４３のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、約１４モル％以下、約１２モル％以下、約１０モル％以下、約８モル％以下、約６モル％以下、及び少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１モル％、少なくとも約３モル％の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含む、研磨物品。
【請求項４５】
請求項３５〜４４のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、少なくとも約０．５モル％、少なくとも約０．８モル％、少なくとも約１モル％、及び約５モル％以下、約４モル％以下の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む、研磨物品。
【請求項４６】
請求項３５〜４５のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、約９ｐｐｍ／℃以下、約８．５ｐｐｍ／℃以下、約８ｐｐｍ／℃以下、約７．８ｐｐｍ／℃以下、少なくとも約２ｐｐｍ／℃、少なくとも約３ｐｐｍ／℃の線熱膨張係数ＣＴＥ（３００℃）を含む、研磨物品。
【請求項４７】
請求項３５〜４６のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は、約５６０℃以下、約５５０℃以下、約５４０℃以下、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃の軟化点温度を含む、研磨物品。
【請求項４８】
請求項３５〜４７のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記超砥粒材料はダイヤモンドを含み、前記超砥粒材料はダイヤモンドであり、前記超砥粒材料は実質的にダイヤモンドから成り、前記超砥粒材料は炭化ケイ素を含まず、前記超砥粒材料はダイヤモンド及び炭化ケイ素のアモルファス形態のみを含む、研磨物品。
【請求項４９】
請求項３５〜４８のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記研磨粒子はさらに第２の種類の超砥粒材料を含み、前記第１の種類は第１の中央粒径を有し、及び前記第２の種類は前記第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有し、該第２の中央粒径は前記第１の中央粒径未満であり、前記第２の中央粒径は前記第１の中央粒径の少なくとも約１．１分の１、約１．３分の１以下、約１．５分の１以下、約２分の１以下、約２．５分の１以下であり、かつ約１０分の１以上である、研磨物品。
【請求項５０】
請求項３５〜４９のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記第１の種類の超砥粒材料は、少なくとも約１ミクロン、少なくとも約１．５ミクロン、少なくとも約２ミクロン、少なくとも約２．５ミクロン、及び約２０ミクロン以下、約１８ミクロン以下、約８ミクロン以下の中央粒径を含む、研磨物品。
【請求項５１】
請求項３５〜５０のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記第２の種類の超砥粒材料は、約１ミクロン以下、例えば約０．９ミクロン以下、及び少なくとも約０．０１ミクロン、少なくとも約０．０５ミクロンの中央粒径を含む、研磨物品。
【請求項５２】
請求項３５〜５１のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記気孔率は気孔を含み、該気孔の一部は炭素を含む気相物質を含み、該気相物質は二酸化炭素及び一酸化炭素のうちの１つを含む、研磨物品。
【請求項５３】
請求項３５〜５２のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は前記結合材料中に含まれる前記研磨粒子を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約５体積％、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１４体積％、少なくとも約１６体積％、及び約３５体積％以下、約３０体積以下、約２６体積％以下、約２３体積％以下の前記研磨粒子を含む、研磨物品。
【請求項５４】
請求項３５〜５３のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は、結合研磨体の全体積に対して、少なくとも約５０体積％、少なくとも約５４体積％、少なくとも約５６体積％、少なくとも約５８体積％の気孔率、及び前記結合研磨体の全体積に対して、約８５体積％以下の気孔率、約８２体積％以下、約８０体積％以下の気孔率を含む、研磨物品。
【請求項５５】
請求項３５〜５４のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約５０体積％、少なくとも約５５体積％、少なくとも約６０体積％、少なくとも約６３体積％、少なくとも約６６体積％、少なくとも約７０体積％、及び約９０体積％以下、約８６体積以下、約８２体積％以下、約７８体積％以下、約７４体積％以下の前記結合材料を含む、研磨物品。
【請求項５６】
請求項３５〜５５のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は充填剤を含み、該充填剤は、ナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）及びこれらの組み合わせから成る群より選択される元素を含有する化合物を含む、研磨物品。
【請求項５７】
請求項３５〜５６のいずれか一項に記載研磨物品であって、前記結合研磨体はセリウム（Ｃｅ）を含み、前記結合研磨体は酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約０．４体積％、少なくとも約０．８体積％、少なくとも約１体積％、及び約６体積％以下、約４体積％以下の前記酸化セリウムを含む、研磨物品。
【請求項５８】
請求項３５〜５７のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体はナトリウム（Ｎａ）を含み、前記結合研磨体はケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約１体積％、少なくとも約２体積％、少なくとも約３体積％、少なくとも約４体積％、及び約１２体積％以下、約１０体積％以下、約９体積％以下の前記ケイ酸ナトリウムを含む、研磨物品。
【請求項５９】
請求項３５〜５８のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は半導体ウェハの研削用に構成された結合研磨ディスクを含む、研磨物品。
【請求項６０】
請求項３５〜５９のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は、約１重量％以下、約０．５重量％以下、約０．１重量％以下の遊離金属元素を含み、前記結合研磨体は、実質的に遊離金属元素を含まない、研磨物品。
【請求項６１】
請求項３５〜６０のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は、実質的に炭化ケイ素を含まない、研磨物品。
【請求項６２】
請求項３５〜６１のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記研磨粒子は、実質的にダイヤモンドから成る、研磨物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、研磨物品、より詳細には、特に高い気孔率を有する結合研磨物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置の製造において、ＩＣ及びＬＳＩなどの複数の回路を有する半導体ウェハの裏面は、半導体ウェハが個々のチップに分割される前に研削盤により所定の厚さに研削される。効率的に半導体ウェハの裏面を研削するために、粗研削ユニット及び仕上げ研磨ユニットを備えた研削盤が一般に使用される。一般に、粗研削プロセスを行うために利用される物品は結合研磨体又は結合砥石であり、それは比較的大きなサイズを有するダイヤモンド砥粒をビトリファイド結合材料又は金属結合材料と共に結合させることで得られる。樹脂結合材中に含まれる２ミクロン以上の中央粒径のダイヤモンド砥粒を有する樹脂結合砥石は、典型的に仕上げ研削作業に使用される。より小さなサイズのダイヤモンドは、一般に樹脂結合物品において利用することができない。
【０００３】
いくつかの場合では、無機結合剤の含有量は、ビトリファイド砥石のグレード、また、無機結合剤が砥粒を共に保持する強さの程度を増加させるために、比較的高くされている。しかしながら、このような砥石は減少した気孔率を有するために完全に満足できるものではなく、それは使用済み砥粒の破砕及び除去を困難又は不十分にし、比較的容易なビトリファイド砥石の表面の目潰れ又は目詰まり、研磨材構造のチッピング、砥石の乏しいドレッシング性、及び他の欠点につながり得る。
【０００４】
気孔率の高い砥石の形成が開示されている。一般に、気孔率の高い砥石体は形成中に発泡剤を使用することによって達成される。発泡剤は気泡を形成するため、最終的に形成された研磨製品中に気孔が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それでもなお、当業界は、改善された研削性能を達成可能な改善された砥石材料を求め続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、結合研磨物品を形成する方法は、結合材料と超砥粒材料とを含む研磨粒子を含有する未焼成体を形成する工程、及び、超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換して結晶炭化ケイ素を含まない結合研磨体を形成する工程、を含む。
【０００７】
第２の態様では、研磨物品は結合研磨体を含み、結合研磨体は、ビトリファイド材料を含む結合材料、結合材料中に含まれる第１の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率、を含有し、結合材料及び第１の種類の研磨粒子は約５．５ｐｐｍ／℃以下のΔＣＴＥを有し、ΔＣＴＥは結合材料のＣＴＥと研磨粒子のＣＴＥとの間の差として定義される。
【０００８】
第３の態様によれば、研磨物品は結合研磨体を含み、結合研磨体は、ビトリファイド材料を含む結合材料、第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料及び第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、を含有する。また、結合研磨体は結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率を含む。
【０００９】
さらに別の態様では、研磨物品は結合研磨体を含み、結合研磨体は、結合材料の全モル数に対して約１４モル％以下の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を含む結合材料、第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料及び第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、を含有する。また、結合研磨体は結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率を含む。
【００１０】
別の態様の場合では、結合研磨物品を形成する方法は、結合材料、第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料及び第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、を含有する未焼成体を形成する工程、及び第２の種類の超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換する工程、を含む。
【００１１】
また別の態様によれば、結合研磨物品を形成する方法は、結合材料、第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料及び第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、を含有する未焼成体を形成する工程を含む。本方法は、さらに第２の種類の超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換する工程、及び気相物質の少なくとも一部を結合材料中に捕捉する工程、を含む。
【００１２】
さらに別の態様によれば、結合研磨物品を形成する方法は、酸化物を含む結合材料、超砥粒材料を含む研磨粒子、ダイヤモンドを含む超砥粒材料の一部、を含有する未焼成体を形成する工程、及びダイヤモンドの少なくとも一部を気相物質に変換する工程を含む未焼成体から結合研磨体を形成する工程、を含み、気相物質は結合研磨体中で気孔の一部を形成する。
【００１３】
別の態様においては、研磨物品は結合研磨体を含み、結合研磨体は、ビトリファイド材料を含む結合材料、約１ミクロン以下の第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子であって、第２の種類の超砥粒材料の一部は酸化されている研磨粒子、及び結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率、を含有する。
【００１４】
添付の図面を参照することによって、本開示をより深く理解することができ、その数多くの特徴及び利点が当業者に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態による結合研磨体を形成する方法を提供するフローチャートを含む。
【図２Ａ】結合研磨体のＳＥＭ像を含む。
【図２Ｂ】結合研磨体のＳＥＭ像を含む。
【図２Ｃ】結合研磨体のＳＥＭ像を含む。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
異なる図面において、同じ参照符号を使用して、類似又は同一の要素を示す。
【００１７】
以下の記載は、材料除去用途における使用に適した結合研磨物品を含む。本明細書の実施形態における結合研磨物品は、特にウェハ又は基板などの精密電子材料を製造する際に使用される硬質材料の研削に適し得る。特定の例では、研磨物品は半導体ウェハ材料の裏面研削作業に用いる砥石の形態であってもよい。
【００１８】
図１は、実施の形態に従って結合研磨物品を形成する方法を示すフローチャートを含む。図示されるように、プロセスはステップ１０１にて、結合材料及び研磨粒子を含み得る混合物を形成する工程によって開始し得る。実施の形態によれば、結合材料は無機材料、より具体的には、適切な熱処理によりガラス相材料を形成し得るフリット材料で形成され得る。ある実施態様においては、結合材料は酸化物、より具体的には、酸化化合物の組み合わせを含むことができる。ある好適な結合材料はシリカ系材料であり得、大部分の量の材料はシリカ（ＳｉＯ２）で形成され得る。混合物を形成する工程は、混合物の成分が互いの範囲内で均一に分散するように、混合プロセスを含んでもよい。
【００１９】
混合物の研磨粒子は超砥粒材料を含むことができる。好適な超砥粒材料は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ダイヤモンド及びこれらの組み合わせを含むことができる。特定の実施形態では、超砥粒材料は、実質的にダイヤモンドから成り得る。ダイヤモンドは天然又は合成であってもよい。結合研磨体は、実質的に炭化ケイ素を含まないとすることができる。
【００２０】
ある実施態様においては、研磨粒子は第１の種類の超砥粒材料及び第２の種類の超砥粒材料を含むことができる。いくつかの例では、第１の種類の超砥粒材料及び第２の種類の超砥粒材料は、各種類の中央粒径に基づいて互いに異なり得る。例えば、第１の種類の超砥粒材料は第１の中央粒径を有し得、第２の種類の超砥粒材料は第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有し得る。一実施形態によれば、第２の中央粒径［ＰＳ２］は第１の中央粒径［ＰＳ１］未満、より具体的には、第１の中央粒径［ＰＳ１］の約１．１分の１以下であり得る。別の言い方をすれば、第１の中央粒径は、例えば［ＰＳ１］≧［ＰＳ２］＊１．１のように、第２の中央粒径［ＰＳ２］よりも少なくとも約１．１倍大きくてもよい。他の例では、第２の中央粒径は第１の中央粒径の約１．３分の１以下、例えば、第１の中央粒径の約１．３分の１以下、約１．５分の１以下、約２分の１以下、又はさらに約２．５分の１以下であり得る。さらに、特定の非限定的な一実施形態では、第２の中央粒径は第１の中央粒径の約１０分の１以上であり得る。第１の中央粒径と第２の中央粒径との間の差は、上記で提供されたいずれの値の間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００２１】
ある実施態様においては、第１の種類の超砥粒材料は、少なくとも約１ミクロンである第１の中央粒径を有することができる。他の例では、第１の中央粒径は、例えば、少なくとも約１．５ミクロン、少なくとも約２ミクロン、又はさらに少なくとも約２．５ミクロンなど、より大きくてもよい。さらに、少なくとも１つの非限定的な実施形態では、第１の中央粒径は約２０ミクロン以下、例えば、約１８ミクロン以下、又はさらに約８ミクロン以下であり得る。第１の中央粒径は、上記で提供されたいずれの最小値と最大値との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００２２】
一実施形態においては、第２の種類の超砥粒材料は、約１ミクロン以下であり得る第２の中央粒径を有することができる。さらに、他の例では、第２の中央粒径は、例えば、約０．９ミクロン以下、約０．８ミクロン以下、約０．７ミクロン以下、又はさらに約０．５ミクロン以下など、より小さくてもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、第２の中央粒径は、少なくとも約０．０１ミクロン、例えば、少なくとも約０．０５ミクロン、少なくとも約０．０８ミクロン、少なくとも約０．０１ミクロン、又はさらに少なくとも約０．２ミクロンであり得る。第２の中央粒径は上記で提供されたいずれの最小値と最大値との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００２３】
ある研磨物品においては、第１の種類の超砥粒材料及び第２の種類の超砥粒材料は同一の組成を有することができる。例えば、第１の種類の超砥粒材料は、実質的にダイヤモンドから成り得、かつ第２の種類の超砥粒材料は、実質的にダイヤモンドから成り得る。さらに、少なくとも１つの非限定的な実施形態では、第２の種類の超砥粒材料は、第１の種類の超砥粒材料とは異なる組成を有することができる。
【００２４】
混合物は、様々な量の第１の種類の超砥粒材料及び第２の種類の超砥粒材料を含むことができる。例えば、ある例では、混合物は第２の種類の超砥粒材料よりも多い量の第１の種類の超砥粒材料を含むように形成され得る。一実施形態によれば、混合物は第２の種類の超砥粒材料よりも少なくとも約１．５倍多い量（重量％）の第１の種類の超砥粒材料を含むことができる。さらに別の例では、混合物は第２の種類の超砥粒材料よりも少なくとも約１．８倍多い、例えば、少なくとも約２倍多い、少なくとも約２．５倍多い、少なくとも約３倍多い量（重量％）の第１の種類の超砥粒材料を含むことができる。
【００２５】
あるいは、混合物は第１の種類の超砥粒材料と比較してより多い量の第２の種類の超砥粒材料を含んでもよい。例えば、混合物は第１の種類の超砥粒材料より少なくとも約１．５倍多い量（重量％）の第２の種類の超砥粒材料を含むように形成されてもよい。さらに別の例では、混合物は第１の種類の超砥粒材料よりも少なくとも約１．８倍多い、例えば少なくとも約２倍多い、少なくとも約２．５倍多い、少なくとも約３倍多い量（重量％）の第２の種類の超砥粒材料を含むことができる。
【００２６】
混合物を形成する工程は、結合材料及び研磨粒子に加えて他の材料の供給を含んでもよい。例えば発泡剤、結合剤、研削剤等の他の添加剤を混合物に添加してもよい。ある例では、混合物はポリエチレングリコール（ＰＥＧ）などの有機材料を含み得る少量の結合剤を含んでもよい。このような結合剤は混合物の未焼成体への形成を促進し得る。さらに、他の材料は、例えばケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）などの発泡剤、又は酸化セリウム（ＣｅＯ２）など研削補助剤を含めて、少量が添加され得る。
【００２７】
ステップ１０１において混合物を形成した後、プロセスはステップ１０３にて、混合物から未焼成体を形成する工程によって継続し得る。未焼成体についての言及は、最終的に形成されておらず、かつ材料を高密度化するために、例えば焼成プロセス、例としては締焼又は焼結のプロセスを介してなど、更なるプロセスを経ることができる物体を含むことが理解されよう。一実施形態によれば、未焼成体を形成する１つの好適なプロセスは圧縮作業を含み得る。ある好適な圧縮作業は、冷間プレス作業、より具体的には冷間静水圧プレス作業を含み得る。一実施形態によれば、冷間プレス作業は、約０．２５トン／平方インチ（３．４４ＭＰａ）〜約１０トン／平方インチ（１３７．９０ＭＰａ）の範囲内で混合物に圧力を加えながら、ほぼ室温で行うことができる。
【００２８】
ステップ１０３で未焼成体を形成した後、プロセスはステップ１０５にて、超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換する工程によって継続し得る。実施の形態によれば、超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換するプロセスは、焼成プロセスを含むことができる。焼成は、未焼成体を特定の焼成温度まで加熱する工程、及び未焼成体を焼成温度で保持して超砥粒材料の少なくとも一部の気相物質への変換を促進する工程、を含んでもよい。一実施形態では、焼成温度は少なくとも約２００℃であり得る。他の実施形態では、焼成温度は、例えば少なくとも約３００℃、少なくとも約４００℃、又はさらに少なくとも約５００℃など、より高くてもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、焼成温度は約１０００℃以下、例えば、約９００℃以下、約８００℃以下、約８５０℃以下、又はさらに約８００℃以下であってもよい。焼成温度は上記で提供されたいずれの最小温度と最大温度との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００２９】
さらに、焼成プロセスは焼成温度にて特定の持続時間にわたって行われ得る。例えば、適切な持続時間は約１０時間以下、例えば約８時間以下、約６時間以下、又はさらに約５時間以下の時間を含むことができる。さらに、焼成プロセスは、焼成温度での持続時間が、少なくとも約１０分、例えば少なくとも約３０分、少なくとも約１時間、又はさらに少なくとも約２時間であり得るように行ってもよい。焼成温度での持続時間は上記で提供されたいずれの最小時間と最大時間との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００３０】
さらに、超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換するプロセスは、特定の雰囲気中で未焼成体を処理する工程、特に未焼成体を熱処理する工程を含むことができる。例えば、未焼成体は酸化雰囲気中で焼成を受けることができる。より具体的な例では、酸化雰囲気は酸素が豊富な雰囲気であってもよい。一実施形態によれば、酸素が豊富な雰囲気は、焼成中のチャンバの全容積に対して少なくとも３０体積％の酸素を含み得る。雰囲気は周囲雰囲気であり得ることが理解されよう。
【００３１】
特定の実施形態では、結合材料は特定の軟化点温度を有することができ、それは結合材料が膨張計測による測定で約８〜９ｌｏｇ１０（η、Ｐａ・ｓ）の間の粘度を有する温度として定義することができる。ガラス転移温度は約５６０℃以下であり得る。他の例では、結合材料は約５５０℃以下、例えば約５４０℃以下、又はさらに約５３０℃以下の軟化点温度を有してもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、結合材料の軟化点温度は、例えば、少なくとも約２００℃、又はさらに少なくとも約２５０℃のように、限定され得る。ガラス転移温度は上記で提供されたいずれの最小温度と最大温度との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００３２】
超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換するプロセスの間、軟化点温度に関連する特定の温度で熱処理プロセスが行われ得る。例えば、焼成温度が結合材料の軟化点温度を超え得るように、変換を実施することができる。ある例では、焼成温度と軟化点温度との間の差は、焼成温度と軟化点温度との間の差が２３０℃以下であり得るように、特定の方法で設定されてもよい。本明細書の実施形態における別のプロセスによれば、焼成温度と結合材の軟化点温度との間の差は、約２２０℃以下、約２００℃以下、約１９５℃以下、約１９０℃以下、又はさらに約１８５℃以下であり得る。さらに、非限定的な一実施形態では、焼成温度と結合材の軟化点温度との間の差は、少なくとも約１０℃、例えば少なくとも約２０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１２０℃、又はさらに少なくとも約１３０℃であってもよい。焼成温度と軟化点温度との間の差は、上記で提供されたいずれの最小温度と最大温度との間の範囲間であってもよいことが理解されよう。
【００３３】
一実施形態においては、超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換するプロセスは、ダイヤモンド材料の一部を非ダイヤモンド炭素相材料に変換する工程を含むことができる。非ダイヤモンド炭素相材料の適切な例としては、黒鉛が挙げられる。
【００３４】
特定の例では、変換プロセスは、超砥粒材料の一部を気相物質に変更することにより、未焼成体中で超砥粒材料を含む研磨粒子の体積割合を減少させる工程を含むことができる。より具体的な例では、ダイヤモンド材料を酸化することで、酸素、炭素、及びこれらの組み合わせを含む気相物質が形成され得る。例えば、ダイヤモンドは酸化されて、二酸化炭素、一酸化炭素、及びこれらの組み合わせの気相物質が生成され得る。
【００３５】
特定の例では、超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換するプロセスは捕捉プロセスを含むことができ、超砥粒材料から生じた気相物質の一部は未焼成体の結合材料中に捕捉され得る。未焼成体中で捕捉された気相物質は、未焼成体中で気孔を形成することができる。注目すべきことに、特定の実施形態では、変換プロセス、より具体的には気相物質を捕捉するプロセスは、結合材料の少なくとも一部が流体状態にある間に変換プロセスを行うことによって促進され得る。結合材料の少なくとも一部が流体（例えば、液体又は低粘度）状態にある間に変換プロセスを行うことにより、結合材料の流体部分中に気泡として気相物質を捕捉することが促進されるため、結合研磨体中の気孔の形成が促進され得る。このように、焼成プロセスを適切な温度で行うことで、超砥粒材料の一部を気相物質に変換しながら、結合材料の少なくとも一部を液体状態に変換することができる。
【００３６】
変換プロセスは、第２の種類の超砥粒材料の一部を変換する工程を含むことができる。特定の例では、研磨粒子は第１の種類の超砥粒材料及び第２の種類の超砥粒材料を含み、第２の種類の超砥粒材料は第１の種類の超砥粒材料よりも優先的に酸化され得る。すなわち、例えば、第１の中央粒径よりも小さい第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料は、第１の種類の超砥粒材料より前に優先的に酸化され得る。従って、第１の種類の超砥粒材料よりも多い量の第２の種類の超砥粒材料が、処理中に気相物質に変換され得る。
【００３７】
変換プロセスが完了した後、最終的に形成される結合研磨体の形成を促進するために、本体を焼成温度から冷却してもよい。さらなる機械加工作業が行われてもよいことが理解されよう。例えば、本明細書の実施形態によれば、実際には結合研磨材料の大きなブランクが形成され得、それはブリック又はパックの形態であり得る。ブランクはさらに、例えば適切な寸法の結合研磨体を取り出すための切断プロセスを介して処理され得る。
【００３８】
実施の形態によれば、結合研磨材体はかなりの量の気孔を有することができる。例えば、結合研磨体は、アルキメデス法により測定される固体材料の体積及び気孔の体積を含む結合研磨体の全体積に対して、少なくとも約５０体積％を有することができる。さらに他の実施形態では、気孔の量は、例えば、少なくとも約５４体積％、少なくとも約５６体積％、又はさらに少なくとも約５８体積％など、より多くてもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、気孔の量は、結合研磨体の全体積に対して、約８５体積％以下、例えば約８２体積％以下、又はさらに約８０体積％以下であり得る。結合研磨体中の気孔の量は、上記で提供されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲間であってもよいことが理解されよう。
【００３９】
さらに、結合研磨体は特定の含有量の研磨粒子を有してもよい。例えば、結合研磨体は、結合研磨体中の気孔体積を除いた結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約５体積％の研磨粒子を含んでもよい。他の例では、結合研磨体中の研磨粒子の量は、結合研磨体の固形成分の全体積に対して、例えば、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１４体積％、少なくとも約１６体積％、又はさらに少なくとも約１７体積％など、より多くてもよい。さらに、少なくとも１つの非限定的な実施形態では、結合研磨材料中の研磨粒子の総量は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、約３５体積％以下、例えば約３０体積％以下、約３０体積％以下、約２６体積％以下、又はさらに約２３体積％以下であり得る。結合研磨体中の研磨粒子の総量は、上記で提供されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００４０】
さらに、本明細書の実施形態によれば、結合研磨体は特定量の結合材料を含むことができる。例えば、結合研磨体は、結合研磨体の気孔体積含有量を除いた結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、約５０体積％の結合材料を含むことができる。他の例では、結合研磨体は、例えば、少なくとも約５５体積％、例えば、少なくとも６０体積％、少なくとも約６３体積％、少なくとも約６６体積％、又はさらに少なくとも約７５体積％など、より多い量の結合材料を含むことができる。さらに、非限定的な一実施形態によれば、結合研磨体中の結合材料の量は、約９０体積％以下、例えば約８６体積％以下、例えば約８２体積％以下、約７８体積％以下、又はさらに約７４体積％以下であり得る。結合研磨体中の結合材料の量は、上記で提供されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲間であってもよいことが理解されよう。
【００４１】
結合研磨体は、特定の含有量の充填材料を含んでもよい。特定の適した充填剤は、ナトリウム、セリウム、及びこれらの組み合わせなどの元素を有する化合物を含むことができる。特定の実施形態では、結合研磨体は、気孔体積を除いた結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約０．４体積％の含有量の酸化セリウム（ＣｅＯ２）を有することができる。他の実施形態では、酸化セリウムの含有量は、少なくとも約０．８体積％、又はさらに少なくとも約１体積％などのように、より多くてもよい。さらに、非限定的な一実施形態によれば、結合研磨体中の酸化セリウムの含有量は、約６体積％以下、又は４体積％以下であり得るように、限定され得る。結合研磨体中の酸化セリウムの量は、上記に記載のいずれの最小割合と最大割合との間の範囲間であってもよいことが理解されよう。
【００４２】
結合研磨体は、さらに特定の含有量のケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）を含んでもよい。例えば、結合研磨体は、結合研磨体の固形成分の全体積に対して、少なくとも約１体積％のケイ酸ナトリウムを含むことができる。別の実施形態では、結合研磨体中のケイ酸ナトリウムの量は、例えば、少なくとも約２体積％、少なくとも約３体積％、少なくとも約４体積％、又はさらに少なくとも約５体積％など、より多くてもよい。さらに、特定の非限定的な実施形態では、結合研磨体中のケイ酸ナトリウムの量は、約１２体積％以下、例えば１０体積％以下、又はさらに９体積％以下であり得る。結合研磨体は、上記に記載のいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内の含有量のケイ酸ナトリウムを含んでもよいことが理解されよう。
【００４３】
加えて、特定の例では、結合研磨体は限定量の遊離金属元素を含むように形成されてもよい。例えば、下部研磨体は、研磨体の全重量に対して、約１重量％以下の遊離金属元素を含んでもよい。他の例では、遊離金属元素の含有量は、例えば約０．５重量％以下、約０．１重量％以下、又はさらに約０．０５重量％以下など、より少なくてもよい。特定の例では、結合研磨体は、実質的に遊離金属元素を含まなくてもよい。このような組成物は、精密電子部品の研削における結合研磨体の使用を容易にし得る。
【００４４】
一実施形態によれば、結合材料は、本明細書に記載のプロセスによる結合研磨体の形成を促進する特定の組成物を有してもよい。例えば、結合材料はガラス相材料、特に酸化物材料であり得る。より具体的には、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、少なくとも約５０モル％（ＳｉＯ２）を含むシリカベースの材料であってもよい。他の例では、シリカの含有量は、例えば少なくとも約５２モル％、又はさらに少なくとも約５４モル％のシリカなど、より多くてもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、結合材料中のシリカの量は、約７０モル％以下、又はさらに約６５モル％以下であり得る。結合材料中のシリカの含有量は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００４５】
加えて、結合材料は、特定の含有量のアルミナ（Ａ１２Ｏ３）を含んでもよい。例えば、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、約４モル％以下のアルミナを含んでもよい。他の例では、アルミナの量は、結合材料の全モル数に対して約３モル％以下など、より少なくてもよい。非限定的な一実施形態では、アルミニウムの量は、少なくとも約０．５モル％、例えば少なくとも約１モル％であってもよい。結合材料中のアルミナの量は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合のうちの範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００４６】
さらに、結合材料は、特定の含有量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含んでもよい。例えば、一実施形態では、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、少なくとも約１６モル％の酸化ホウ素を含んでもよい。他の例では、酸化ホウ素の量は、例えば少なくとも約１７モル％、又はさらに約２０モル％など、より多くてもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、結合材料中の酸化ホウ素の量は、３０モル％以下、又はさらに２６％モル以下であってもよい。結合材料は、上記に記載のいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内の含有量の酸化ホウ素を含んでもよいことが理解されよう。
【００４７】
ある実施態様においては、結合材料は特定量の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含んでもよい。例えば、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、約９モル％以下、例えば約８モル％以下、７モル％以下、又はさらに約３モル％以下の酸化カルシウムを含んでもよい。少なくとも１つの非限定的な実施形態では、結合材料中の酸化カルシウムの量は、少なくとも０．５モル％、又はさらに１モル％であり得る。結合材料中の酸化カルシウムの量は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００４８】
結合材料は、特定の含有量の酸化バリウム（ＢａＯ）を含んでもよい。例えば、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、少なくとも約０．２モル％、例えば、少なくとも約０．５モル％、又はさらに少なくとも１モル％の酸化バリウムを有するように形成され得る。しかしながら、非限定的な一実施形態では、酸化バリウムの量は６モル％以下、又はさらに約４モル％以下であってもよい。結合材料は上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内の量の酸化バリウムを含んでもよいことが理解されよう。
【００４９】
別の実施形態によれば、結合材料は特定の含有量の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を有するように形成されてもよい。例えば、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、少なくとも２モル％、又はさらに少なくとも約２．５モル％の酸化カリウムを含むことができる。非限定的な一実施形態によれば、結合材料中の酸化カリウムの量は、約８モル％以下、例えば約６モル％以下であってもよい。結合材料中の酸化カリウムの量は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００５０】
結合材料は、特定の含有量の酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を有するように形成されてもよい。例えば、結合材料は、少なくとも約０．５モル％の酸化リチウムを含んでもよい。他の例では、酸化リチウムの量は、結合材料の総モル数に対して、少なくとも約０．８モル％、又はさらに少なくとも１モル％であってもよい。特定の非限定的な一例では、結合材は、約９モル％以下、例えば７モル％以下の酸化リチウムを含んでもよい。結合材料中の酸化リチウムの量は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００５１】
別の実施形態によれば、結合材料は特定の含有量の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）を有するように形成されてもよい。例えば、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、約１４モル％以下、例えば約１２モル％以下、約１０モル％以下、約８モル％以下、又はさらに約６モル％以下の酸化ナトリウムを含むことができる。しかしながら、別の非限定的な実施形態では、結合材料は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、少なくとも約０．５モル％、例えば少なくとも約１モル％、又はさらに少なくとも約３モル％の酸化ナトリウムを含んでもよい。結合材料は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内の量の酸化ナトリウムを含んでもよいことが理解されよう。
【００５２】
結合材料は、特定の含有量の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでもよい。例えば、結合材料中の酸化亜鉛の含有量は、結合材料中のモル数の総含有量に対して、少なくとも０．５モル％であってもよい。別の実施形態では、結合材料は、少なくとも約０．８モル％、又はさらに約１モル％を含んでもよい。非限定的な例によれば、結合材料中の酸化亜鉛の量は、約５モル％以下、又はさらに約４モル％以下であってもよい。結合材料中の酸化亜鉛の量は、上記に記載されたいずれの最小割合と最大割合との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００５３】
特定の例では、結合材料は、本明細書に記載の特徴を有する結合研磨体の形成を促進するために、特定の線熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように形成されてもよい。例えば、結合材料は、３００℃で測定した約９ｐｐｍ／℃以下の線熱膨張係数を有することができる。他の実施形態では、結合材料の熱膨張係数は、例えば約８．５ｐｐｍ／℃以下、約８ｐｐｍ／℃以下、７．８ｐｐｍ／℃以下、又はさらに約７．６ｐｐｍ／℃以下など、より小さくてもよい。さらに、非限定的な一実施形態では、結合材料の熱膨張係数は、少なくとも約２ｐｐｍ／℃、例えば少なくとも約３ｐｐｍ／℃、又はさらに少なくとも約４ｐｐｍ／℃であってもよい。結合材料中の熱膨張係数は、上記に記載されたいずれの最小値と最大値との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００５４】
特定の例では、結合研磨体は、結合材料及び研磨粒子が熱膨張係数において特定の差（ΔＣＴＥ）を有するように形成することができる。ＣＴＥにおける特定の差は、本明細書に記載の特徴を有する結合研磨体の形成を促進し得る。例えば、結合材料と研磨粒子との間のＣＴＥの差は、約５．５ｐｐｍ／℃以下であってもよい。他の例では、ＣＴＥの差は約５ｐｐｍ／℃以下、例えば約４．５ｐｐｍ／℃以下、約４ｐｐｍ／℃以下、３．８ｐｐｍ／℃以下、又はさらに約３．６ｐｐｍ／℃以下であってもよい。しかしながら、非限定的な一実施例によれば、結合材料と研磨粒子との間のＣＴＥの差は、少なくとも約０．２ｐｐｍ／℃、又はさらに少なくとも約０．５ｐｐｍ／℃であってもよい。結合材料と研磨粒子との間の熱膨張係数の差は、上記に記載されたいずれの最小値と最大値との間の範囲内であってもよいことが理解されよう。
【００５５】
図２Ａ〜２Ｃは結合研磨体のＳＥＭ写真を含む。例えば、図２Ａは結合研磨体の表面のＳＥＭ像を含む。図に示されるように、結合研磨体は結合材料２０１及び結合材料中に含まれる気孔２０３を含むことができる。図２Ａにおいて提供される断面図を見ると、結合研磨体の気孔はほぼ球形であり得、より具体的には、大部分の気孔は楕円形又は円形の形状を有し得る。さらに、大部分の量の気孔は、断面図を見ると滑らかな円弧状の表面を有する。
【００５６】
図２Ｂは一部の結合研磨体のＳＥＭ像を含む。図２Ｂの画像において提供されるように、結合研磨体は大孔２０５を含む様々な種々の孔径を有することができ、大孔２０５はその間で伸びる結合ポスト２０７によって分離されている。さらに、結合研磨体は、結合材料、特に、大孔２０５の間の結合ポストに配置される小孔２０９を含むことができる。結合研磨体は、マルチモーダル孔径分布を有することができる。例えば、結合研磨体は孔径の非ガウス分布を含むバイモーダル孔径分布を有し得るため、平均孔径対頻度のプロットは、微細孔２０９を定義する第２モードよりも大きい平均孔径を有する大孔２０５を定義する第１モードを実証し、微細孔２０９は大孔２０５の平均孔径よりも小さい平均孔径を有する。図に示されるように、微細孔２０９は大孔２０５の平均孔径の２分の１以下の平均孔径を有することができる。
【００５７】
図２Ｃは結合研磨体の一部のＳＥＭ像を含む。図２Ｃは、さらに結合研磨体を構成している大孔２０５と小孔２０９との間の差異を示している。さらに、図２Ｃは大孔２０５の一般的な形態を示しており、断面図を見ると、特に大孔の各々は、通常、球形の三次元形状、及び円形又は楕円形の二次元形状を有している。
【００５８】
変換プロセス中に酸化され得る第２の種類の超砥粒材料を組み込んだこれらの実施形態に関して、このような酸化は黒鉛などの非ダイヤモンド炭素相材料を形成し得る。特定の例では、結合研磨体は、結合材料中に含まれ得る特定の含有量の非ダイヤモンド炭素相材料を含んでもよい。さらに、又は代替的に、非ダイヤモンド炭素相材料は、第２の種類の超砥粒材料の少なくとも一部の外表面に配置されてもよい。
【００５９】
ある例では、本明細書の実施形態における結合研磨体は、変換プロセス中に形成される気相物質の一部を含み得る気孔を含むことができる。従って、結合研磨体中の気孔は、炭素、酸素、及びこれらの組み合わせを含む１種以上の組成物を含んでもよい。実際には、特定の一実施形態において、結合研磨体の気孔の一部は、二酸化炭素、一酸化炭素、又はこれらの組み合わせの気相物質を含むことができる。
【００６０】
結合研磨物品を形成する方法の実施形態は、結合材料、超砥粒材料を含む研磨粒子を含有する未焼成体を形成する工程、及び超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換して結晶炭化ケイ素を含まない結合研磨体を形成する工程、を含み得る。
【００６１】
超砥粒材料の実施形態はダイヤモンドを含んでもよい。例えば、超砥粒材料はダイヤモンドであり得、又は超砥粒材料は、実質的にダイヤモンドから成り得る。超砥粒材料の実施形態は、炭化ケイ素を含まなくてもよく、又は実質的に若しくは実質的に結晶炭化ケイ素を含まなくてもよい。超砥粒材料はダイヤモンド及び炭化ケイ素のアモルファス（すなわち、非結晶）形態のみを含むことができる。
【００６２】
研磨物品の他の実施形態は、結晶炭化ケイ素を含まない結合研磨体を含み、かつビトリファイド材料を含む結合材料、第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料；第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、及び結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔、を含有し得る。
【００６３】
結合研磨物品を形成する方法のいくつかの実施形態は、結合材料及び第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料；第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子を含有する未焼成体を形成する工程、及び結晶炭化ケイ素を形成することなく、第２の種類の超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換する工程、を含むことができる。
【００６４】
他の実施例では、結合研磨物品を形成する方法の実施形態は、結合材料、第１の中央粒径を有する第１の種類の超砥粒材料；第１の中央粒径とは異なる第２の中央粒径を有する第２の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子を含有する未焼成体を形成する工程、結晶炭化ケイ素を形成することなく（又は実質的に若しくは実質的に結晶炭化ケイ素を含まずに）第２の種類の超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換する工程、及び結合材料中に気相物質の少なくとも一部を捕捉する工程、を含み得る。
【実施例】
【００６５】
実施例１
本明細書の実施形態に従って、０．５〜１ミクロンの中央粒径を有する２５重量％のダイヤモンド粒子を、表１に提供される組成を有する７５重量％のフリット材料と混合することにより、試料を作る。混合物を適切に混合し、１６５メッシュスクリーンを通してふるいにかける。ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の９７％溶液の１６重量％の結合剤。混合物を再度混ぜ合わせ、２０メッシュを通してふるいにかける。混合物を約１６時間乾燥させ、次いで室温にて１トン／平方インチで１０秒間冷間プレスすることにより、未焼成体を形成する。次いで、未焼成体を５５０℃で１時間、その後６９０℃で約４時間の加熱を含む焼成サイクルにより焼成し、変換プロセスを完了して結合研磨ブランクを形成する。次いで、水ジェット切断作業により、結合研磨体を結合研磨ブランクから取り出す。
【００６６】
試料Ｓ１の結合研磨体は、固形成分の全体積に対して、約７２体積％の結合材、１９体積％の研磨粒子、２体積％のＣｅＯ２、及び７体積％のＮａ２ＳｉＯ３を有する。結合研磨体はまた、結合研磨体の全体積に対して約７０〜８５体積％の気孔率を含む。
【００６７】
【表１】
2015506851.tif 000003
【００６８】
ＣＳ１は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ社から市販されている半導体ウェハの裏面研削作業で利用される比較砥石である。ＣＳ１体は、０．５〜１ミクロンの中央粒径を有する１９体積％のダイヤモンド、７８体積％の結合材料、２体積％のＣｅＯ２、０体積％のＮａ２ＳｉＯ３、及び約７２〜７４体積％の気孔率を含む。
【００６９】
ＣＳ２はＤｉｓｃｏ社からＰｏｌｉｇｒｉｎｄとして市販されている半導体ウェハの裏面研削作業に利用される比較砥石である。ＣＳ２体は、２ミクロンの中央粒径を有する２５重量％のダイヤモンド、２５重量％の結合材料、２５重量％のＮａ２ＳｉＯ３、２５重量％のポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｒｙｒｅｎｅ）粒子、及び７５〜９０体積％の気孔率を含む。試料ＣＳ２の結合材料をＩＣＰにより測定し、以下の表２に提供する。
【００７０】
【表２】
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【００７１】
試料Ｓ１及びＣＳ２を裏面研削プロセスに使用して摩耗を測定する。１００グリットのサンドペーパの非研削材上で、約４５Ｎの荷重、１５秒の研削時間、１５０ｒｐｍの主軸速度を用いて裏面研削作業を行う。試料Ｓ１の摩耗は試料ＣＳ２の摩耗にほぼ等しい。特定の理論に縛られることを望むものではないが、構成要素の特定の組み合わせの使用により、最先端の砥石物品と比べて改善した結合研磨体の摩耗が助長されると考えられる。
【００７２】
実施例２
試料ＣＳ３は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ社からＳｕｐｅｒｎａｎｏとして市販されている半導体ウェハの裏面研削作業に利用される比較砥石である。ＣＳ３体は、０．７２ミクロン（ｄ５０）及び０．１５ミクロン（ＳＤ）の中央粒径を有する１９体積％のダイヤモンド、７８体積％の結合材料、２体積％のＣｅＯ２、１体積％のＳｉＣ、及び約６８〜７２体積％の気孔率を含む。
【００７３】
ＣＳ３の製造時に、ＣＳ３は気相に変換される約１重量％〜２重量％のＳｉＣを含んでいた。しかしながら、ＣＳ３は残存する結晶炭化ケイ素量を保持しており、それは最終製品に残る。対照的に、試料Ｓ１は検出可能な結晶炭化ケイ素を有していなかった。
【００７４】
上述した実施形態は研磨製品、特に結合研磨製品に関し、それは最新技術からの脱却を表すものである。本明細書の実施形態における結合研磨製品は、研削性能の改善を促進する特徴の組み合わせを利用している。本願に記載されるように、本明細書の実施形態における結合研磨体は、特定の量及び種類の研磨粒子、特定の量及び種類の結合材料、特定の量及び種類の気孔、及び他の添加剤を利用している。さらに、本実施形態の結合研磨物品は、いくつかの最先端の従来物品に対して、例えば摩耗を含む、ある機械的特性において顕著な相違を有することが可能であることが見出された。
【００７５】
前述において、特定の実施形態及び特定の構成要素の関係についての言及は例示である。結びつけられた、又は関係付けられた構成要素についての言及は、本明細書に記載の方法を実行するのに理解されるように、前記構成要素間の直接的な関係、又は１つ以上の介在構成要素を介した間接的な関係のいずれかを開示することを意図するものであることが理解されよう。このように、上記の開示された対象物は例示であり、限定するものではないと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入るそのような修正形態、拡張形態、及び他の実施形態の全てを包含するよう意図されている。従って、本発明の範囲は、法律によって許容される最大範囲で、以下の特許請求の範囲及びその均等物の許容される最も広い解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって限定又は制限されるものではない。
【００７６】
開示の要約は、特許法を遵守するために提供され、かつ特許請求の範囲又は趣旨を解釈又は制限するために使用されないという理解で提出される。加えて、前述の詳細な説明において、様々な特徴は、グループ化するか、又は開示を簡素化するために単一の実施形態で説明することができる。本開示は、記載の実施形態が各請求項に明示的に記載された特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が示すように、本発明の対象物は、開示された実施形態のいずれかの全特徴よりも少ない特徴に関するものであろう。従って、以下の特許請求の範囲は詳細な説明に組み込まれ、各請求項は別個に請求項に係る対象物を定義してそれ自身で成立する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月28日(2014.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材料と超砥粒材料とを含む研磨粒子を含有する未焼成体を形成する工程、及び
前記超砥粒材料の少なくとも一部を気相物質に変換して、実質的に結晶炭化ケイ素を含まない結合研磨体を形成する工程、
を含む研磨物品を形成する方法。
【請求項２】
結合研磨体を含む研磨物品であって、
前記結合研磨体は、
ビトリファイド材料を含む結合材料、
前記結合材料中に含まれる第１の種類の超砥粒材料を含む研磨粒子、
前記結合研磨体の全体積の少なくとも約５０体積％の気孔率、
を含有し、
前記結合材料及び前記第１の種類の超砥粒材料は約５．５ｐｐｍ／℃以下のΔＣＴＥを有し、該ΔＣＴＥは前記結合材料のＣＴＥと前記研磨粒子のＣＴＥとの間の差として定義される、研磨物品。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の研磨物品であって、前記未焼成体を形成する工程の前に、さらに前記結合材料と前記研磨粒子との混合物を形成する工程を含む、研磨物品。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合材料は少なくとも約５０モル％のシリカ（ＳｉＯ２）、及び約７０モル％以下のシリカを含む、研磨物品。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記変換は第２の種類の超砥粒材料の一部を変換する工程を含む、研磨物品。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記変換は熱処理を含み、前記変換は酸化雰囲気中で前記未焼成体を焼成する工程を含み、前記酸化雰囲気は少なくとも３０体積％の酸素の酸素が豊富な雰囲気を含み得る、研磨物品。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記焼成は、約２３０℃以下、及び少なくとも約１０℃、軟化点温度と比べて異なる温度で行われ得る、研磨物品。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記研磨粒子は前記第１の種類の超砥粒材料及び前記第２の種類の超砥粒材料を含み、前記変換は前記第２の種類の超砥粒材料の一部を酸化して酸化物を含む前記気相物質を形成する工程を含み、前記変換は前記第１の種類の超砥粒材料より前に優先的に前記第２の種類の超砥粒材料を酸化する工程を含み、前記気相物質は炭素を含み、前記気相物質は二酸化炭素及び一酸化炭素のうちの１つを含む、研磨物品。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記未焼成体を形成する工程は、前記混合物を圧縮して前記未焼成体を形成する工程を含み、前記圧縮は冷間プレス作業を含み、前記圧縮は冷間静水圧プレスを含み、該冷間静水圧プレスは少なくとも約０．２５トン／平方インチ（３．４４ＭＰａ）、及び約１０トン／平方インチ（１３７．９０ＭＰａ）以下の圧力で行われる、研磨物品。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は充填剤を含み、該充填剤は、ナトリウム（Ｎａ）、セリウム（Ｃｅ）及びこれらの組み合わせから成る群より選択される元素を含有する化合物を含む、研磨物品。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体はナトリウム（Ｎａ）を含み、前記結合研磨体はケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）を含み、前記結合研磨体は、結合研磨体中の固形成分の全体積に対して、少なくとも約１体積％、及び約１２体積％以下の前記ケイ酸ナトリウムを含む、研磨物品。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は半導体ウェハの研削用に構成された結合研磨ディスクを含む、研磨物品。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は約１重量％以下の遊離金属元素を含み、前記結合研磨体は、実質的に遊離金属元素を含まない、研磨物品。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記結合研磨体は、実質的に炭化ケイ素を含まない、研磨物品。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の研磨物品であって、前記研磨粒子は、実質的にダイヤモンドから成る、研磨物品。
【国際調査報告】
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