AT501411B1

AT501411B1 - Poröses schleifwerkzeug und verfahren zur herstellung hiervon

Info

Publication number: AT501411B1
Application number: AT0925702A
Authority: AT
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2007-09-15
Also published as: JP2005525242A; PL374507A1; FI20040684L; NZ532338A; US20030097800A1; FR2832339B1; CA2463137C; JP2008030194A; ES2254032B2; AR037580A1; US6685755B2; LU91078B1; ITMI20022431A1; IE20060634A1; MXPA04004810A; GB0413881D0; KR20040053336A; DE10297449T5; HUP0600059A2; NO20042571L

Description

2 AT 501 411 B1 (1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Schleifmittel und Schleifwerkzeuge, die zum Oberflächenschleifen und Polieren von harten und/oder spröden Materialien geeignet sind. Die Erfindung betrifft insbesondere hochporöse, gebundene Schleifartikel mit einer kommunizierende Poren aufweisenden Struktur und Verfahren zur Herstellung hiervon. Die Schleifmittel der vorliegenden Erfindung sind in Hochleistungsschleifvorgängen nützlich, wie beispielsweise dem Abschleifen von Silizium-, Aluminiumoxidtitancarbid- und Siliciumcarbidwafern, welche typischerweise bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen verwendet werden. (2) Hintergrundinformation

Die Verwendung poröser Schleifmittel zur Verbesserung mechanischer Schleifvorgänge ist im Allgemeinen wohlbekannt. Poren schaffen typischenweise einen Zugang für flüssige Schleifhilfsmittel, wie beispielsweise Kühlmittel und Schmiermittel, welche dazu dienen, ein effizienteres Schneiden zu fördern, metallurgischen Schaden (zum Beispiel Oberflächenverbrennung) zu minimieren und die Lebensdauer des Werkzeugs zu maximieren. Poren erlauben ebenso das Wegschaffen von Material (zum Beispiel Späne oder Schleifstaub), welches von einem Gegenstand, welcher geschliffen wird, entfernt wird, was besonders dann wichtig ist, wenn der Gegenstand, der geschliffen wird, relativ weich ist, oder wenn die Erfordernisse im Hinblick auf die Oberflächenbeschaffenheit anspruchsvoll sind (zum Beispiel beim Abschleifen von Siliciumwafern).

Vorhergehende Versuche zur Herstellung von Schleifartikeln und/oder -Werkzeugen mit Porosität können im Allgemeinen in eine von zwei Kategorien eingeteilt werden. Bei der ersten Kategorie wird eine Porenstruktur durch die Zugabe von organischen porenerzeugenden Mitteln (wie beispielsweise zerkleinerten Walnussschalen) in dem Schleifartikel erzeugt. Diese Mittel zersetzen sich thermisch beim Brennen und hinterlassen somit Hohlräume oder Poren in dem gehärteten Schleifwerkzeug. Beispiele für diese Kategorie sind die U.S.-Patente 5,221,294 an Carmen, et al. und 5,429,648 an Wu und die japanischen Patente A-91-161273 an Grotoh, et al., A-91-281174 an Satoh, et al. Bei der zweiten Kategorie kann eine Porenstruktur durch die Zugabe von geschlossenzelligen Materialien, wie beispielsweise Blasen-Aluminiumoxid, in einem Schleifartikel erzeugt werden. Siehe zum Beispiel U.S.-Patent 5,203,886 an Sheldon, et al.

In einem alternativen Versuch offenbaren Wu et al. in den U.S.-Patenten 5,738,696 und 5,738,697, welche jeweils durch Bezugnahme vollständig hierin aufgenommen sind, einen Schleifartikel und ein Verfahren zur Herstellung hiervon mit faserartigen Schleifkörnern mit einem Schlankheitsverhältnis von mindestens 5:1. Die Porenpackungscharakteristika der länglichen Schleifkörner führten zu einem Schleifartikel mit erhöhter Porosität und Permeabilität und Eignung zum Schleifen mit relativ hohen Leistungen.

Mit zunehmender Nachfrage auf dem Markt nach Präzisionsbauteilen in Produkten wie beispielsweise Motoren, feuerfesten Vorrichtungen und elektronischen Vorrichtungen (zum Beispiel Silizium- und Siliziumcarbidwafern, Magnetköpfen und Anzeigefenstern) stieg der Bedarf an verbesserten Schleifwerkzeugen zum Feinpräzisionsschleifen und -polieren von Keramik und anderen relativ harten und/oder spröden Materialien. Die in der Technik bekannten Schleifwerkzeuge haben sich als nicht vollständig zufriedenstellend bei der Erfüllung der obengenannten Bedürfnisse erwiesen. Daher besteht ein Bedarf an verbesserten Schleifartikeln und Schleifwerkzeugen und insbesondere jenen, welche einen relativ hohen Grad an Porosität aufweisen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels. Das Verfahren umfasst das Mischen einer Mischung aus Schleifkorn, Bindemittel und Poren erzeugendem Mittel, wobei die Mischung 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 3 AT 501 411 B1 19,5 bis 49,5 Volumenprozent Bindemittel und 50 bis 80 Volumenprozent Poren erzeugendes Mittel enthält. Das Verfahren umfasst des weiteren ein Pressen der Mischung zu einem mit Schleifmittel beladenen Verbundstoff, thermisches Bearbeiten des Verbundstoffs und Eintauchen des Verbundstoffs in ein geeignetes Lösungsmittel, um im Wesentlichen das gesamte Poren erzeugende Mittel aufzulösen. Des weiteren sind das Schleifkorn und das Bindemittel im Wesentlichen unlöslich in dem Lösungsmittel. Bei einer Variation dieses Aspekts enthält das Bindemittel 35 bis 85 Gewichtsprozent Kupfer, 15 bis 65 Gewichtsprozent Zinn und 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor. Bei einer weiteren Variation dieses Aspekts enthält das Poren erzeugende Mittel Natriumchlorid-Körner und das Lösungsmittel kochendes Wasser.

Bei einem anderen Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Schleifsegment für eine segmentierte Schleifscheibe. Das Schleifsegment umfasst einen Verbundstoff umfassend eine Mehrzahl von Superschleifkörnern und eine metallische Bindungsmatrix, welche bei einer Temperatur im Bereich von 370 bis 795°C zusammen gesintert wurden, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist und wobei der Verbundstoff 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 49,5 Prozent metallische Bindungsmatrix und 50 bis 80 Prozent Nutzporosität aufweist. Die metallische Bindungsmatrix enthält 35 bis 70 Gewichtsprozent Kupfer, 30 bis 65 Gewichtsprozent Zinn und 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor. Die Superschleifkömer sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid, wobei die Superschleifkömer eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 300 Mikron aufweisen.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst diese Erfindung eine segmentierte Schleifscheibe. Die Schleifscheibe weist einen Kern mit einer minimalen spezifischen Festigkeit von 2,4 MPa-cm3/g, einer Kerndichte von 0,5 bis 8,0 g/cm3 und einem kreisförmigen Querschnitt auf. Die Schleifscheibe weist des weiteren einen Schleifrand mit einer Mehrzahl von Segmenten auf, wobei jedes der Segmente einen Verbundstoff mit einer Mehrzahl von Schleifkörnern und einer metallischen Bindungsmatrix enthält, welche bei einer Temperatur im Bereich von 370 bis 795°C zusammen gesintert wurden, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist und 50 bis 80 Nutzporosität aufweist. Die Schleifscheibe weist darüber hinaus noch eine thermisch stabile Verbindung zwischen dem Kern und jedem der Segmente auf.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt umfasst diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels mit einer Nutzporosität von 40 bis 80 Prozent. Das Verfahren umfasst das Mischen einer Mischung aus Schleifkorn, organischem oder anderem nichtmetallischen Bindemittel und Poren erzeugenden Mitteln, wobei die Mischung 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 65 Volumenprozent organisches Bindemittel und 40 bis 80 Volumenprozent Poren erzeugende Mittel enthält. Das Verfahren umfasst des weiteren ein Pressen der Mischung zu einem mit Schleifmittel beladenen Verbundstoff, thermisches Bearbeiten des Verbundstoffs und Eintauchen des Verbundstoffs in ein geeignetes Lösungsmittel, um das Poren erzeugende Mittel im Wesentlichen vollständig aufzulösen. Bei einer Variation dieses Aspekts enthält das Poren erzeugende Mittel Zuckerkörner und das Lösungsmittel kochendes Wasser.

Gemäß noch einem anderen Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Schleifsegment für eine segmentierte Schleifscheibe. Das Schleifsegment umfasst einen Verbundstoff umfassend eine Mehrzahl von Superschleifkörnern und eine nichtmetallische Bindungsmatrix, welche zusammen gesintert wurden, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist und 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 65 Prozent nichtmetallisches Bindemittel und eine Nutzporosität von 40 bis 80 Prozent aufweist. Die Superschleifkömer sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid, wobei die Superschleifkömer eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als etwa 300 Mikron aufweisen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt umfasst diese Erfindung eine segmentierte Schleifscheibe. Die Schleifscheibe umfasst einen Kern mit einer minimalen spezifischen Festigkeit von 2,4 MPa-cm3/g, einer Kerndichte von 0,5 bis 8,0 g/cm3 und einem kreisförmigen Querschnitt. 4 AT 501 411 B1

Die Schleifscheibe umfasst des weiteren einen Schleifrand mit einer Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes der Segmente einen Verbundstoff aus Schleifkörnern und einer nichtmetallischen Bindungsmatrix enthält, welche zusammen gesintert wurden, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist und eine Nutzporosität von 40 bis 80 Prozent aufweist. Die Schleifscheibe weist darüber hinaus noch eine thermische stabile Verbindung zwischen dem Kern und jedem der Mehrzahl der Segmente auf.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Schleifsegments dieser Erfindung; und

Figur 2A ist eine teilweise schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Schleifscheibe mit sechzehn der Schleifsegmente von Figur 1;

Figur 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie „A“ - „A“ von Figur 2A; und Figur 2C ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, welche den Bereich 110 von Figur 2B zeigt.

Die vorliegende Erfindung umfasst einen porösen Schleifartikel, der bei Präzisionsschleif-, Polier- oder Schneidanwendungen nützlich sein kann. Ein Beispiel der Schleifscheibe der vorliegenden Erfindung ist ein Schleifsegment 10 für eine segmentierte Schleifscheibe 100 (siehe zum Beispiel Figur 1 und 2, welche unten in Bezug auf Beispiel 1 detaillierter beschrieben sind). Eine Ausführungsform eines Schleifartikels dieser Erfindung weist eine Nutzporosität 50 bis 80 Prozent auf. Eine andere Ausführungsform eines Schleifartikels dieser Erfindung weist ein nichtmetallisches Bindemittel, wie beispielsweise ein organisches Bindemittel (zum Beispiel Phenolharz) auf und weist eine Nutzporosität von 40 bis 80 Prozent auf. Diese Erfindung umfasst ebenso ein Verfahren zur Herstellung poröser Schleifartikel. Schleifscheiben (zum Beispiel Schleifscheibe 100) mit einem oder mehreren der Schleifartikel (zum Beispiel Segment 10) dieser Erfindung sind potentiell vorteilhaft zum Hochglanzpoliturschleifen harter und/oder spröder Materialien, wie beispielsweise Siliziumwafern, Siliziumcarbid, Aluminiumoxidtitancarbid und dergleichen. Diese Schleifscheiben können des weiteren dahingehend vorteilhaft sein, dass sie die Notwendigkeit des Nachbearbeitens (oder sonstigen Konditionierens) der Schleiffläche der Schleifscheibe während des Hochglanzpoliturschleifens der obengenannten Materialien eliminieren können. Andere potentielle Vorteile dieser Erfindung werden in der folgenden Diskussion und den folgenden Beispielen deutlich werden.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung war die Erkenntnis, im Gegensatz zu herkömmlichem Wissen (siehe zum Beispiel das japanische Patent 60-118,469 an Ishihara), dass Schleifartikel mit einer Nutzporosität von mehr als 50 Prozent und insbesondere mit einer Nutzporosität von 50 bis 80 Prozent eine verbesserte Schleifleistung beim Schleifen harter und/oder spröder Materialien bereit stellen können, ohne die mechanische Integrität des Schleifartikels im Wesentlichen zu opfern. Ausführungsformen des Schleifartikels dieser Erfindung weisen daher eine Nutzporosität von mindestens 50 Prozent und effektive Mengen von mindestens einem Schleifkom und Bindemittel auf. Die Schleifartikel können des weiteren wahlweise Füllstoffe, Schmiermittel und andere dem Fachmann bekannte Komponenten aufweisen. Diese Schleifartikel weisen vorzugsweise eine Nutzporosität von 50 bis 80 Prozent und am bevorzugtesten von 50 bis 70 Prozent auf.

Im wesentlichen jedes Schleifkorn kann bei den Schleifartikeln dieser Erfindung verwendet werden. Herkömmliche Schleifmittel können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Aluminiumoxid, Silica, Siliciumcarbid, Zirkonoxid-Aluminiumoxid, Granat und Schmirgel in Korngrößen im Bereich von 0,5 bis 5000 Mikron, vorzugsweise von 2 bis 300 Mikron. Superschleifkörner, umfassend jedoch nicht beschränkt auf Diamant und kubisches Bomitrid (CBN), mit oder ohne Metallbeschichtung, mit im wesentlichen ähnlichen Korngrößen wie die herkömmlichen Körner, können ebenso verwendet werden. Die Schleifkomgröße und die Typauswahl variieren typischerweise in Abhängigkeit von der Art des Werkstücks und des Typs des Schleifvorgangs. Zum Feinschliff- (das heißt „Hochglanzpolitur“-) -Schleifen können Superschleifkörner mit einer kleineren Partikelgröße wie beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 120 Mikron oder sogar von 0,5 bis 75 Mikron wünschenswert sein. Im Allgemeinen sind kleinere (das heißt feinere) Korn- 5 AT 501 411 B1 großen für Feinschleif- und Oberflächenfertigbearbeitungs-/Poliervorgänge bevorzugt, während größere (das heißt gröbere) Korngrößen zum Formen, Verdünnen und für andere Vorgänge bevorzugt sind, bei denen eine relativ große Menge an Material entfernt werden muss.

Im Wesentlichen jede Art von Bindemittel, welches gewöhnlicherweise bei der Herstellung von gebundenen Schleifartikeln verwendet wird, kann als Matrixmaterial in dem Schleifartikel dieser Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann ein metallisches, organisches, harzartiges oder glasartiges Bindemittel (zusammen mit geeigneten Härtungsmitteln, falls nötig) verwendet werden, wobei ein metallisches Bindemittel im Allgemeinen wünschenswert ist. Ein metallisches Bindemittel mit einer Bruchzähigkeit im Bereich von 1,0 bis 6,0 MPa m1/2 ist im Allgemeinen wünschenswert, wobei eine Bruchzähigkeit im Bereich von 1,0 bis 3,0 MPa m1/2 bevorzugt ist. Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Bruchzähigkeit werden in den U.S.-Patenten 6,093,092 und 6,102,789 an Ramanath et al. bereitgestellt, welche hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen sind und hierin im Folgenden als die Ramanath-Patente bezeichnet werden.

Materialien, die in einer metallischen Bindungsmatrix nützlich sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Bronze, Kupfer und Zinklegierungen (zum Beispiel Messing), Kobalt, Eisen, Nickel, Silber, Aluminium, Indium, Antimon, Titan, Zirkonium und deren Legierungen sowie Mischungen hiervon. Eine Mischung aus Kupfer und Zinn wurde als eine im Allgemeinen wünschenswerte Zusammensetzung einer metallischen Bindungsmatrix befunden. Zusammensetzungen mit 35 bis 85 Gewichtsprozent Kupfer und mit 15 bis 65 Gewichtsprozent Zinn können für die Schleifartikel dieser Erfindung geeignet sein. Zusammensetzungen mit 35 bis 70 Gewichtsprozent Kupfer, mit 30 bis 65 Gewichtsprozent Zinn und wahlweise 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor (wie beispielsweise in einer Kupfer-Phosphor-Legierung) sind bevorzugt. Diese Bindemittel können wahlweise mit Titan oder Titanhydrid, Chrom oder einem anderen Superschleifmittelreaktionsmaterial verwendet werden, welches dazu fähig ist, eine chemische Carbid- oder Nitridbindung zwischen dem Korn und der Bindung an der Oberfläche des Superschleifkorns unter den ausgewählten Sinterbedingungen zu bilden, um die Verbindungen zwischen Korn und Bindung zu festigen. Stärkere Korn/Bindungs-Wechselwirkungen reduzieren im Allgemeinen das „Ausreißen“ des Korns, was tendentiell zu einer Beschädigung des Werkstücks und einer kürzeren Lebenszeit des Werkzeugs führt.

Ein Beispiel für eine geeignete organische Bindung ist ein wärmehärtendes Harz, jedoch können andere Arten von Harzen verwendet werden. Vorzugsweise ist das Harz entweder ein Epoxidharz oder ein Phenolharz, und es kann in flüssiger Form oder Pulverform verwendet werden. Spezifische Beispiele geeigneter wärmehärtender Harze umfassen Phenolharze (zum Beispiel Novolak und Resol) Epoxidharz, ungesättigten Polyester, Bismaleimid, Polyimid, Cya-natester, Melamine und dergleichen.

Ausführungsformen des Schleifartikels dieser Erfindung weisen eine Nutzporosität von 50 bis 80 Prozent auf, wobei die durchschnittliche Porengröße im Bereich von 25 bis 500 Mikron liegt. Die kommunizierenden Poren entstehen während der Herstellung durch Zugabe einer ausreichenden Menge an Poren erzeugenden Mitteln zu der Mischung des Schleifkorns und Bindemittels, um zu gewährleisten, dass ein relativ hoher Prozentsatz an Poren erzeugenden Mitteln mit anderen Poren erzeugenden Mitteln in dem geformten Schleifartikel in Kontakt steht (vor und nach dem Sintern).

Eine wünschenswerte poröse Ausführungsform umfasst 0,5 bis 25 Volumenprozent Superschleifmittel und 30,5 bis 49,5 Volumenprozent metallische Bindungsmatrix, welche bei einer Temperatur im Bereich von 370 bis 795°C bei einem Druck im Bereich von 20 bis 33 MPa zusammen gesintert werden. Die metallische Bindungsmatrix besteht aus 35 bis 70 Gewichtsprozent Kupfer, 30 bis 65 Gewichtsprozent Zinn und 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor. Das Superschleifmittel enthält Diamant mit einer Partikelgröße im Bereich von 0,5 bis 300 Mikron (und in bestimmten Ausführungsformen von 0,5 bis 75 Mikron). 6 AT 501 411 B1

Andere wünschenswerte poröse Ausführungsformen weisen eine Nutzporosität von 40 bis 80 Prozent auf, wobei die durchschnittliche Porengröße im Bereich von 150 bis 500 Mikron liegt. Diese Ausführungsformen umfassen des weiteren 0,5 bis 25 Volumenprozent Superschleifmittel und 19,5 bis 65 Volumenprozent organisches Bindemittel, das bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 200°C (oder 400 bis 450°C für Polyimidharze) mit Drücken im Bereich von 20 bis 33 MPa zusammen gehärtet werden. (Poren erzeugende Mittel mit einer nadelförmigen Form, zum Beispiel mit einem Schlankheitsverhältnis von ä 2:1, können wünschenswerter Weise verwendet werden, um eine Nutzporosität von 40 bis 50 Prozent zu erreichen.) Die Schleifartikel dieser Erfindung können unter Verwendung herkömmlicher Pulvermetallurgie-/Polymerherstellungsverfahren hergestellt werden. Schleifmittel, Bindemittel und Poren erzeugendes Mittel in Pulverform von geeigneter Größe und Zusammensetzung werden gut vermischt, zu einer geeigneten Form geformt und bei einer relativ hohen Temperatur und relativ hohem Druck gesintert/gehärtet, um einen relativ dichten Verbundstoff, vorzugsweise mit einer Dichte von mindestens 95 % der theoretischen Dichte (und typischenweise von etwa 98 bis 99 % der theoretischen Dichte) zu erhalten. Für Schleifartikel mit einer metallischen Bindungsmatrix werden die Pulver typischerweise im Bereich von 370 bis 795°C bei Drücken im Bereich von 20 bis 33 MPa gesintert. Zum Beispiel wird bei einer Ausführungsform die Pulvermischung zuerst auf 401 °C über 20 Minuten erwärmt. Die Pulver werden dann bei einer Temperatur von 401 °C und einem Druck von 22,1 MPa 10 Minuten lang gesintert. Nach dem Kühlen werden die mit Schleifmittel beladenen Verbundstoffe, welche Poren erzeugende Mittel enthalten, welche im Wesentlichen miteinander in Kontakt sind, in ein Lösungsmittel eingetaucht, um selektiv die Poren erzeugenden Mittel zu entfernen (das heißt aufzulösen). Der resultierende Schleifartikel hat eine schaumartige Struktur bestehend aus einer Mischung aus Schleifmittel und Bindemittel und mit einem Netzwerk von effektiv nach Zufall kommunizierenden Poren (das heißt Hohlräumen, aus welchen das Poren erzeugende Mittel gelöst wurde).

Es kann praktisch jedes Poren erzeugende Mittel verwendet werden, das gut lösbar ist in einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser, Alkohol, Aceton und dergleichen. Im Allgemeinen sind Poren erzeugende Mittel, die in Wasser löslich sind, wie beispielsweise Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumsilicat, Natriumcarbonat, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Magnesiumsulfat und dergleichen und Mischungen hiervon bevorzugt. Zur Verwendung bei einigen Schleifanwendungen (wie beispielsweise Siliciumwafern und anderen Elektronikkomponenten) kann die Verwendung eines nichtionischen (das heißt nicht-Salz-) Mittels zur Erzeugung von Poren, wie beispielsweise Zucker, Dextrin, Polysaccharidoligomeren, wünschenswert sein. Am meisten bevorzugt sind Poren erzeugende Mittel mit einer relativ guten Löslichkeit in Wasser und einer relativ schnellen Auflösekinetik, wie beispielsweise Natriumchlorid oder Zucker. Bevorzugte Poren erzeugende Mittel können auch einen relativ hohen Schmelzpunkt (mp) aufweisen, um dem Sinterprozess standzuhalten. Natriumchlorid weist beispielsweise einen Schmelzpunkt von etwa 800°C auf. Für Schleifartikel, bei denen sehr hohe Sintertemperaturen notwendig sind, können Poren erzeugende Mittel wie beispielsweise Natriumaluminiumsilicat (mp 1650°C), Magnesiumsulfat (mp 1124°C), Kaliumphosphat (mp 1340°C), Kaliumsilicat (mp 976°C), Natriummetasilicat (mp 1088°C) und Mischungen hiervon verwendet werden.

Die Partikelgröße der Poren erzeugenden Mittel liegt typischenweise im Bereich von 25 bis 500 Mikron. Bei einer wünschenswerten Ausführungsform umfassen die Poren erzeugenden Mittel eine Partikelgrößenverteilung von 74 bis 210 Mikron (das heißt einschließlich Poren erzeugender Mittel feiner als U.S. Mesh (Standard Sieve (Standardsieb)) 70 und gröber als U.S. Mesh 200). Bei einer anderen Ausführungsform umfassen die Poren erzeugenden Mittel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 210 bis etwa 300 Mikron (das heißt einschließlich Poren erzeugenden Mitteln feiner als U.S. Mesh 50 und gröber als U.S. Mesh 70). In noch einer anderen wünschenswerten Ausführungsform, bei welcher Zucker als Poren erzeugendes Mittel verwendet wird, können Partikelgrößenverteilungen im Bereich von etwa 150 bis etwa 500 Mikron verwendet werden (das heißt einschließlich Dispersoidpartikeln feiner als U.S. Mesh 35 und gröber als U.S. Mesh 100). 7 AT 501 411 B1

Die hierin oben beschriebenen Schleifartikel können zur Herstellung von im Wesentlichen jeder Art von Schleifwerkzeug verwendet werden. Zu im Allgemeinen wünschenswerten Werkzeugen zählen Oberflächenschleifscheiben (zum Beispiel ANSI Typ 2A2T oder Typ 2A2TS Schleifscheiben und Typ 1A und 1A1 Schleifscheiben) sowie Schleiftassen (zum Beispiel ANSI Typ 2 5 oder Typ 6 Scheiben oder Typ 119V glockenartige Schleiftassen). Die Schleifscheiben können einen Kern (zum Beispiel Kern 20 von Figuren 2A - 2C) mit einer zentralen Bohrung zum Anbringen der Scheibe auf einer Schleifmaschine aufweisen, wobei der Kern zum Halten eines porösen Schleifrandes gestaltet ist, welcher entlang seines Umfanges angeordnet ist (siehe zum Beispiel Schleifscheibe 100 in Figur 2A, welche hierin unten mit Bezug auf Beispiel 1 de-io taillierter beschrieben ist). Diese beiden Teile der Scheibe werden typischerweise mit einem Klebstoff zusammengehalten, welche unter Schleifbedingungen thermisch stabil ist, und die Scheibe und die Komponenten hiervon sind so ausgeführt, dass sie Belastungen aushalten, welche bei Scheibenumfangsgeschwindigkeiten von bis zu mindestens 80 m/sec und wünschenswerterweise bis zu 160 m/sec oder mehr entstehen. 15

Bei einer Ausführungsform ist der Kern im wesentlichen kreisförmig. Der Kern kann im Wesentlichen aus jeglichem Material mit einer minimalen spezifischen Festigkeit von 2,4 MPa-cm3/g, und noch wünschenswerter im Bereich von 40 bis 185 MPa-cm3/g, bestehen. Das Kernmaterial weist eine Dichte von 0,5 bis 8,0 g/cm3 und vorzugsweise von 2,0 bis 8,0 g/cm3 auf. Zu Beispie-20 len für geeignete Materialien zählen Stahl, Aluminium, Titan, Bronze, deren Verbundstoffe und Legierungen sowie Kombinationen hiervon. Verstärkte Kunststoffe mit der genannten minimalen spezifischen Festigkeit können ebenso zum Aufbau des Kerns verwendet werden. Verbundstoffe und verstärkte Kernmaterialen weisen typischerweise eine kontinuierliche Phase einer Metalloder einer Kunststoff-Matrix auf, oft anfänglich in Pulverform bereitgestellt, zu der Fasern, Kör-25 ner oder Partikel eines härteren, nachgiebigeren und/oder weniger dichten Materials als diskontinuierliche Phase hinzugegeben werden. Beispiele für Verstärkungsmaterialien, die zur Verwendung im Kern der Werkzeuge der Erfindung geeignet sind, sind Glasfaser, Kohlenstofffaser, Aramid-Faser, Keramik-Faser, keramische Partikel und Körner und hohle Füllstoffmaterialien wie beispielsweise Glas-, Mullit-, Aluminiumoxid- und Z-Light-Kugeln. Zu im Allgemeinen wün-30 sehenswerten metallischen Kernmaterialien zählen ANSI 4140 Stahl und Aluminiumlegierungen 2024, 6065 und 7178. Weitere Einzelheiten hinsichtlich geeigneter Kemmaterialien, Eigenschaften und dergleichen sind in den Ramanath-Patenten offenbart.

Eine Schleifscheibe (zum Beispiel Schleifscheibe 100, die in Figur 2A gezeigt ist) kann herge-35 stellt werden, indem erst einzelne Segmente einer vorher gewählten Dimension, Zusammensetzung und Porosität wie hierin oben beschrieben geformt werden (für zum Beispiel Segment 10, das in Figur 1 gezeigt ist, welche hierin unten in Bezug auf Beispiel 1 detaillierter beschrieben wird). Schleifscheiben können durch viele verschiedene in der Technik bekannte Verfahren geformt und gesintert, gebrannt oder gehärtet werden. Zu diesen Verfahren zählen Heißpres-40 sen (bei Drücken von 14-28 MPa), Kaltpressen (bei Drücken von 400 - 500 MPa oder mehr) und Heißprägen in einer Stahlform (bei Drücken von 90 -110 MPa). Der Fachmann wird leicht erkennen können, dass Kaltpressen (und zu einem geringeren Grad Heißprägen) nur für Poren erzeugende Mittel mit einer hohen Druckfestigkeit (das heißt Widerstand gegenüber Brechen) nützlich sind. Für Schleifartikel mit metallischer Bindungsmatrix ist Heißpressen (bei 350 -45 500°C und 22 MPa) bevorzugt. Für Schleifartikel mit organischen Bindemitteln, bei denen ein zuckerhaltiges Poren erzeugendes Mittel verwendet wird, kann Kalt- oder „Warm“-pressen (bei Temperaturen von weniger als 160°C) wünschenswert sein. Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich Press- und Wärmebearbeitungstechniken sind in dem U.S.-Patent 5,827,337 zur Verfügung gestellt, welches hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist. 50

Nach dem Pressen, Wärmebearbeiten und Eintauchen in ein Lösungsmittel werden die Segmente typischerweise durch herkömmliche Techniken fertigbearbeitet, wie beispielsweise durch Schleifen oder Schneiden unter Verwendung von keramischen Schleifscheiben oder Karbidschneidscheiben, um ein Schleifrandsegment mit den gewünschten Dimensionen und Toleran-55 zen zu erhalten. Die Segmente können dann mit einem geeigneten Haftmittel an den Umfang 8 AT 501 411 B1 des Kern angebracht werden (siehe zum Beispiel Figuren 2A - 2C wie hierin nachfolgend ebenso beschrieben). Zu wünschenswerten Haftmitteln zählen 353-NDT Epoxidharz (EPO-TEK, Billerica, MA) mit einem 10:1 Gewichtsverhältnis von Harz zu Härter und Technodyne® HT-18 Epoxidharz (erhalten von Taoka Chemicals, Japan) und sein modifizierter Aminhärter vermischt in einem Verhältnis von etwa 100 Gewichtsteilen Harz zu etwa 19 Gewichtsteilen Härter. Weitere Einzelheiten hinsichtlich Haftmitteln, deren Eigenschaften und die Anwendung hiervon auf Metallbindungsschleifscheiben werden in den Ramanath-Patenten offenbart.

Ein alternatives Verfahren zur Schleifscheibenherstellung umfasst das Bilden von Segmentvorläufereinheiten aus einer Pulvermischung aus Schleifmittel, Bindemittel und Poren erzeugenden Mitteln, Formen der Segmenteinheiten um den Umfang des Kerns herum und Anwenden von Wärme und Druck zur Schaffung und Anbringung der Segmente in situ (das heißt durch Ko-Sintern des Kerns und des Randes). Nach dem Ko-Sintern wird die Schleifscheibe in ein geeignetes Lösungsmittel getaucht, um die Poren erzeugenden Mittel aus dem Rand herauszulösen, wodurch sich ein hochporöser Schleifrand ergibt (wie vorher beschrieben). Bei diesem alternativen Verfahren kann es wünschenswert sein, Poren erzeugende Mittel ohne Gehalt von Chloridionen (zum Beispiel Natriumchlorid) zu verwenden, falls das Kernmaterial Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (zum Beispiel Legierung 7075) enthält, da Aluminiumlegierungen in Gegenwart von Chloridionen Grübchen bilden können.

Die Schleifartikel und -Werkzeuge dieser Erfindung (zum Beispiel Schleifscheibe 100, welche in Figur 2A gezeigt ist und hierin unten detaillierter beschrieben ist) sind wünschenswert zum Schleifen von keramischen Materialien einschließlich verschiedener Oxide, Carbide, Nitride und Silizide wie beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und Siliziumoxynitrid, stabilisiertem Zirkonoxid, Aluminiumoxid (z. B. Saphir), Borcarbid, Bornitrid, Titandiborid und Aluminiumnitrid und Verbundstoffen dieser Keramiken sowie bestimmten Metallmatrixverbundstoffen wie beispielsweise Sintercarbiden, polykristallinem Diamant und polykristallinem kubischen Bornitrid. Entweder Einkristall- oder polykristalline Keramiken können mit diesen Schleifwerkzeugen geschliffen werden. Des weiteren sind die Schleifartikel und -Werkzeuge dieser Erfindung insbesondere gut geeignet zum Schleifen von Materialien, welche bei Elektronikanwendungen verwendet werden, wie beispielsweise Siliziumwafern (bei der Halbleiterherstellung verwendet), Aluminiumoxidtitancarbid (bei der Magnetkopfherstellung verwendet) sowie anderen Substratmaterialien.

Die Modifikationen der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung wie hierin oben beschrieben sind nur beispielhaft. Es versteht sich, dass dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres andere Modifikationen der veranschaulichenden Ausführungsformen einfallen werden. Alle derartigen Modifikationen und Variationen werden als innerhalb des Umfangs und der Wesensart der vorliegenden Erfindung wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert liegend erachtet.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen lediglich verschiedene Ausführungsformen der Artikel und Verfahren dieser Erfindung. Der Umfang dieser Erfindung ist nicht als durch die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern so, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, anzusehen. Falls nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentsätze in den Beispielen auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Schleifscheiben 100 gemäß den Prinzipien dieser Erfindung wurden in Form von metallgebundenen Diamantscheiben vom Typ 2A2TS unter Verwendung der unten beschriebenen Materialien und Verfahren hergestellt.

Pulvermetalllegierung (hierin unten definiert) wurde mit nicht iodiertem Tafelsalz (erhalten von Shaw's, Inc., Worcester, MA) mit einem Gewichtsverhältnis von 65:35 Metalllegierung:Tafel- 9 AT 501 411 B1 salz, was einem Volumenverhältnis von 31,56:68,44 Metalllegierung:Tafelsalz entspricht, gemischt. Das Tafelsalz (vorwiegend Natriumchlorid) wurde in einer Spex™ Mill (Spex™-Mühle) (hergestellt durch SPEX Company, Metuchen, NJ) gemahlen und gesiebt, um eine Partikelgrößenverteilung im Bereich von 74 bis 210 Mikron (das heißt gröber als 200 U.S. Mesh und feiner als 70 U.S. Mesh) bereitzustellen.

Die Pulvermetalllegierung enthielt ein Gemisch aus 43,74 Gewichtsprozent Kupferpulver (Dendritic FS Grade, Partikelgröße -325 Mesh, erhalten von Sintertech International Marketing Corp., Ghent, NY), 6,24 Gewichtsprozent Phosphor/Kupfer-Pulver (Grade 1501, Partikelgröße -325 Mesh, erhalten von New Jersey Zinc Company, Palmerton, PA) und 50,02 Gewichtsprozent Zinnpulver (Grade MD115, Partikelgröße -100/+325 Mesh, 0,5 % Maximum, erhalten von Alcan Metal Powders, Inc., Elizabeth, NJ).

Feines Diamantschleifpulver, Partikelgrößenverteilung von etwa 3 bis etwa 6 Mikron, wurde dem Metalllegierung/Tafelsalz-Gemisch zugegeben (2,67 Gramm Diamant wurden zu 61,29 Gramm Metalllegierung/Tafelsalz-Gemisch zugegeben), und die Kombination wurde gründlich gemischt unter Verwendung eines Turbula™-Mischers (hergestellt von Gien Mills, Inc. Clifton, NJ), bis sie gleichmäßig gemischt war. Die resultierende Mischung enthielt etwa 5 Volumenprozent Diamant, etwa 30 Volumenprozent metallische Bindungsmatrix und etwa 65 Volumenprozent Tafelsalz. Drei Tropfen Leichtbenzin DL 42™ (erhalten von Worcester Chemical, Worcester, MA) wurden dem Gemisch vor dem Mischen beigegeben, um dazu beizutragen, eine Trennung der Bestandteile zu verhindern. Die Mischung wurde anschließend in 16 gleiche Teile geteilt (jeweils entsprechend einem der 16 Schleifsegmente 10, welche auf der Schleifscheibe 100 verwendet werden). Jeder Teil wurde in eine Graphitform gegeben und bei 407°C 10 Minuten lang bei 22,1 MPa (3200 psi heißgepresst), bis eine Matrix mit einer Zieldichte von über 95 % der theoretischen gebildet worden war. Nach dem Kühlen wurden die Segmente 10 in eine relativ große Menge (zum Beispiel 0,5 Liter) Kochwasser 45 Minuten lang eingetaucht, um das Salz hiervon zu entfernen. Die Segmente 10 wurden anschließend gründlich mit deioni-siertem (Dl) Wasser gespült. Dieses Verfahren wurde wiederholt, um eine vollständige Entfernung des Salzes zu gewährleisten. Anschließender Gewichtsverlust sowie energiedispersive Röntgen(EDX)-Messungen bestätigten, dass im Wesentlichen das gesamte Tafelsalz von den Segmenten entfernt worden war.

Mit Bezugnahme auf Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Segments 10 gezeigt. Jedes der Segmente 10 wurde auf die erforderlichen Dimensionen und Toleranzen geschliffen, um mit dem Umfang eines maschinell bearbeiteten Aluminiumkerns 20 zusammenzupassen (Scheibe Typ 2A2TS, gezeigt in den Figuren 2A - 2C). Die Segmente 10 weisen ein bogenförmiges Profil mit einem äußeren Kurvenradius 11 von 127 Millimetern (5 Inch) und einem inneren Kurvenradius 12 von 124 Millimetern (4,9 Inch) auf. Von vorne (oder von hinten) gesehen weisen die Segmente 10 eine Längendimension 13 von 47 Millimetern (1,8 Inch) und eine Breitendimension 14 von 6,3 Millimetern (0,25 Inch) auf.

Die Segmente 10 wurden verwendet, um eine Schleifscheibe 100 vom Planschleiftyp des Typs 2A2TS zu konstruieren, wie in Figur 2A gezeigt. Die Schleifscheibe 100 weist sechzehn Segmente 10 in gleichmäßigem Abstand auf, welche an einen Aluminiumkern 20 gebunden sind, wodurch sich eine Schleifscheibe 100 mit einem Außendurchmesser 102 von etwa 282 Millimetern (11,1 Inch) und einem geschlitzten Rand 104 ergibt. Wie bei 110 gezeigt, steht der segmentierte Rand eine Distanz 112 von etwa 3,9 Millimetern (0,16 Inch) von der Fläche des Aluminiumkerns 20 hervor. Die Schleifsegmente 10 und der Aluminiumkern 20 wurden mit einem Epoxidharz/Aminhärter-Klebstoffsystem (Technodyne HT-18 Haftmittel, erhalten von Taoka Chemicals, Japan) aneinandergefügt, um Schleifscheiben mit einem geschlitzten Rand 104 bestehend aus sechzehn Schleifsegmenten 10 herzustellen. Die Kontaktflächen des Kerns und der Segmente 10 wurden entfettet und sandgestrahlt, um eine hinreichende Haftung zu gewährleisten. 10 AT 501 411 B1

Beispiel 2

Schleifleistungsbewertung

Eine metallgebundene aus Segmenten gebildete Scheibe (Scheibe 2-A), die gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt wurde, wurde auf die Fertigbearbeitungsabschleifleistung bei Siliziumwafern getestet. Eine im Handel erhältliche Schleifscheibe der selben Korngröße und Konzentration in einer Harzbindung (Scheibenspezifikation D3/6MIC-IN.656-BX623, erhältlich von Saint Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA), die zum Fertigbearbeitungsabschleifen eines Siliziumwafers empfohlen wird, diente als Vergleichsscheibe und wurde zusammen mit der Scheibe dieser Erfindung getestet. Die Vergleichsscheibe umfasste etwa 5 Volumenprozent Diamantschleifmittel, etwa 62 Volumenprozent Hohlglaskugeln, etwa 12 Volumenprozent Harz und etwa 21 Volumenprozent Porosität. Die Glaskugeln umfassen etwa 15 Volumenprozent Glasschale. Somit kann die Vergleichsscheibe als etwa 9,3 Volumenprozent Glasschale und etwa 73,7 Volumenprozent Gesamtporosität (das heißt etwa 21 % Volumenprozent Porosität plus etwa 52,7 Volumenprozent hohles Inneres der Hohlglaskugeln) aufweisend angesehen werden.

Die Schleiftestbedingungen waren wie folgt:

Schleiftestbedingungen:

Maschine: Strasbaugh 7AF Model

Scheibenspezifikationen: Grobspindel: Norton #3-R1 B69

Feinspindel: D3/6MIC-IN.656-BX623 (zum Vergleich) Scheibe 2-A

Scheibengröße: Typ 2A2TSSA: 280 x 29 x 229 mm (11 x 1 1/8 x 9 Inch) Schleifmodus: Dualschliff: Grobschliff gefolgt von Feinschliff

Feinschleifverfahren:

Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschub rate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: 4350 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3gal/min(11 Liter/Min.)

Siliziumwafer, N Typ 100 Orientierung, 150 mm Durchmesser (6 Inch), 0,66 mm (0,026 Inch) Startdicke (erhalten von Silicon Quest, CA)

Stufe 1:10 pm, Stufe 2: 5 pm, Stufe 3: 5 pm, Hub: 2 pm

Stufe 1: 1 pm/Sek., Stufe 2: 0,7 pm/Sek., Stufe 3: 0,5 pm/Sek., Hub: 0,5 pm/Sek. 699 Umdrehungen pro Minute, konstant 100 Umdrehungen

Grobschleifverfahren:

Scheibengeschwindigkeit: 3400 Umdrehungen pro Minute Kühlmittel: Deionisiertes Wasser Kühlmittelflussrate: 3 gal/min (11 Liter/Min.)

Arbeitsmaterial: Siliziumwafer, N Typ 100 Orientierung, 150 mm Durchmesser (6 Inch), 0,66 mm (0,026 Inch) Startdicke (erhalten von Silicon Quest, CA)

Entferntes Material: Stufe 1:10 pm, Stufe 2: 5 pm, Stufe 3: 5 pm, Hub: 10 pm

Vorschubrate: Stufe 1: 3 pm/Sek., Stufe 2: 2 pm/Sek., Stufe 3: 1 pm/Sek., Hub: 5 pm/Sek. 1 1 AT 501 411 B1

Arbeitsgeschwindigkeit: 590 Umdrehungen pro Minute, konstant

Verweilzeit: 50 Umdrehungen

Wenn bei den Schleifwerkzeugen Abrichten und Nachbearbeiten erforderlich war, waren die für diesen Test geschaffenen Bedingungen wie folgt:

Abricht- und Nachbearbeitungsvorgang:

Grobscheibe: Feinscheibe: Scheibengeschwindigkeit: Verweilzeit: Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: keine 150 mm (6 Inch) Durchmesser Strasbaugh Grobnachbearbeitungskissen verwendet 1200 Umdrehungen pro Minute 25 Umdrehungen

Stufe 1: 150 pm, Stufe 2: 10 pm, Hub: 20 pm

Stufe 1: 5 pm/Sek., Stufe 2: 0,2 pm/Sek., Hub: 2 pm/Sek. 50 Umdrehungen pro Minute, konstant

Ergebnisse des Schleiftests von Beispiel 2 sind unten in Tabelle 1 gezeigt. Fünfzig Wafer wurden unter Verwendung der harzgebundenen Vergleichsscheibe und der porösen Scheibe dieser Erfindung (Scheibe 2-A) feingeschliffen.

Wie in Tabelle 1 gezeigt, zeigte sowohl die Kontrollscheibe als auch die erfindungsgemäße Scheibe eine relativ stabile Spitzennormalkraft bei mindestens fünfzig Wafern. Jede Scheibe benötigte ebenso in etwa dieselbe Spitzennormalkraft. Diese Art der Schleifleistung ist höchst wünschenswert beim Abschleifen von Siliziumwafern, da diese Bedingungen relativ geringer Kraft und stabilen Zustands thermischen und mechanischen Schaden an dem Werkstück minimieren.

Des weiteren sorgte die poröse Scheibe dieser Erfindung für die höchst wünschenswerte Schleifleistung wie oben beschrieben für mindestens fünfzig Wafer ohne einer Notwendigkeit der Nachbearbeitung der Scheibe.

Zusammengefasst zeigt Beispiel 2, dass die erfindungsgemäße Scheibe für eine höchst wünschenswerte Abschleifleistung bei Siliziumwafern sorgt, während sie unerwarteter Weise (für eine metallgebundene Scheibe) weniger Kraft bzw. Leistung als eine vergleichbare harzgebundene Scheibe verbraucht.

Tabelle 1

Vergleichsscheibe Testscheibe Wafer Nummer Spitzenstrom, Ampere Spitzennormalkraft, N Spitzenstrom, Ampere Spitzennormalkraft, N 5 10,7 66,9 8,0 62,4 10 10,5 66,9 8,3 66,9 15 10,6 66,9 8,4 62,4 20 10,9 66,9 9,0 66,9 25 11,3 66,9 8,1 62,4 30 10,7 66,9 8,4 60,0 35 10,8 66,9 8,3 62,4 40 10,5 62,4 8,4 60,0 45 10,5 62,4 8,4 66,9 50 10,1 66,9 8,8 60,0 1 2 AT 501 411 B1

Beispiel 3

Schleifleistungsbewertung Eine metallgebundene aus Segmenten gebildete Scheibe (Scheibe 3-A), die gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 oben hergestellt wurde, wurde auf die Feinfertigbearbeitungsabschleifleis-tung bei geätzten Siliziumwafern getestet. Eine im Handel erhältliche Schleifscheibe, die hierin in Beispiel 2 oben detaillierter beschrieben ist, die zum Fertigbearbeitungsabschleifen eines Siliziumwafers empfohlen wird, diente als Vergleichsscheibe und wurde zusammen mit der Scheibe dieser Erfindung getestet. Die Schleiftestbedingungen waren wie folgt:

Schleiftestbedingungen:

Maschine: Scheibenspezifikationen:

Scheibengröße: Schleifmodus:

Strasbaugh 7AF Model Grobspindel: keine Feinspindel: D3/6mic-20BX623C (zum Vergleich) Scheibe 3-A Typ 2A2TSSA: 280 x 29 x 229 mm (11 x 1 1/8 x 9 Inch) Einzelschliff: nur Feinspindel verwendet

Feinschleifverfahren:

Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: 4350 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3 gal/min (11 Liter/Min.) Siliziumwafer, N Typ 100 Orientierung, 150 mm Durchmesser (6 Inch), 0,66 mm (0,026 Inch) Startdicke (erhalten von Silicon Quest, CA) Stufe 1:10 pm, Stufe 2: 5 pm, Stufe 3: 5 pm, Hub: 2 pm Stufe 1: 1 pm/Sek., Stufe 2: 0,7 pm/Sek., Stufe 3: 0,5 pm/Sek., Hub: 0,5 pm/Sek. 699 Umdrehungen pro Minute, konstant 100 Umdrehungen

Abricht- und Nachbearbeitungsvorgang:

Feinscheibe: Scheibengeschwindigkeit: Verweilzeit: Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: 150 mm (6 Inch) Durchmesser Strasbaugh Grobnachbearbeitungskissen verwendet 1200 Umdrehungen pro Minute 25 Umdrehungen Stufe 1:150 pm, Stufe 2:10 pm, Hub: 20 pm Stufe 1: 5 pm/Sek., Stufe 2: 0,2 pm/Sek., Hub: 2 pm/Sek. 50 Umdrehungen pro Minute, konstant

Ergebnisse des Schleiftests von Beispiel 3 sind unten in Tabelle 2 gezeigt. Fünfundfünfzig geätzte Siliziumwafer wurden unter Verwendung der harzgebundenen Vergleichsscheibe fein-fertigbearbeitungsabgeschliffen. Beim Abschleifen geätzter Siliziumwafer kommt kein Grobschliffschritt zum Einsatz, da die Oberfläche des geätzten Siliziums relativ glatt ist. Wie in Tabelle 2 gezeigt, nimmt die Spitzennormalkraft beim Schleifen von mehreren Teilen relativ kontinu- 13 AT 501 411 B1 ierlich zu und steigt schließlich auf einen Wert, bei welchem die Schleifmaschine abschaltet. Fünfundsiebzig geätzte Siliciumwafer wurden unter Verwendung der porösen Scheibe dieser Erfindung geschliffen. Wie ebenso in Tabelle 2 gezeigt, bleibt die Spitzennormalkraft über den Verlauf des gesamten Experiments hinweg niedrig und stabil. Diese Ergebnisse zeigen klar die selbstnachbearbeitende Natur der erfindungsgemäßen Scheibe.

Diese Art von Schleifleistung ist höchst wünschenswert beim Abschleifen von Siliziumwafern, da diese Bedingungen relativ geringer Kraft und stabilen Zustands thermische und mechanische Schäden an dem Werkstück minimieren. Des Weiteren kann die selbstnachbearbeitende Natur der Scheibe einen Abschleifvorgang zur Verfügung stellen, bei welchem es nicht notwendig ist, die Schleifscheibe nachzubearbeiten (oder auf andere Weise zu konditionieren). In Folge dessen können die Scheiben dieser Erfindung einen höheren Durchsatz, geringere Kosten und konsistentere Schleifergebnisse als jene, welche unter Verwendung von herkömmlichen Schleifscheiben erzielt werden, zur Verfügung stellen.

Zusammengefasst zeigt Beispiel 3, dass die erfindungsgemäße Scheibe eine höchst wünschenswerte Abschleifleistung bei geätzten Siliziumwafern zur Verfügung stellt, während die Notwendigkeit des Nachbearbeitens der Scheibe im Wesentlichen eliminiert wird. Die Leistung der erfindungsgemäßen Scheibe ist jener der herkömmlichen harzgebundenen Scheiben bei dieser Anwendung im Wesentlichen überlegen.

Tabelle 2

Vergleichsscheibe Testscheibe Wafer Nummer Spitzenstrom, Ampere Spitzennormalkraft, N Spitzenstrom, Ampere Spitzennormalkraft, N 5 8,9 75,8 8,2 62,4 10 9,0 84,7 8,1 62,4 15 9,0 98,1 8,0 62,4 20 9,2 107,0 8,3 66,9 25 9,4 115,9 8,1 62,4 30 9,6 124,9 8,5 62,4 35 9,9 156,1 8,3 66,9 40 10,3 182,8 8,1 66,9 45 10,8 214,0 8,1 66,9 50 11,5 231,9 7,9 66,24 55 11,5 245,3 8,1 66,9 60 * * 7,8 62,4 65 * * 8,0 66,9 70 ★ * 8,0 62,4 75 * ★ 8,1 66,9 * Die Schleifmaschine schaltete ab, da die Normalkraft die Grenzen der Maschine überschritt. Beispiel 4

Schleifleistungsbewertung

Zwei metallgebundene segmentierte Scheiben, die in einer dem Verfahren von Beispiel 1 ähnlichen Weise hergestellt wurden, wurden auf die Schleifleistung getestet. Beide Scheiben enthiel- 14 AT 501 411 B1 ten etwa 14 Volumenprozent Diamantschleifmittel mit einer Partikelgrößenverteilung von etwa 63 bis etwa 74 Mikron (das heißt Partikel feiner als U.S. Mesh 200 und gröber als U.S. Mesh 230). Die Scheiben enthielten des Weiteren etwa 21 Volumenprozent metallische Bindungsmatrix (mit der in Beispiel 1 beschriebenen Zusammensetzung) und etwa 65 Volumenprozent Nutzporosität. Die erste Scheibe (Scheibe 4-A) wurde unter Verwendung von -70/+200 U.S. Mesh Tafelsalz als Poren erzeugendes Mittel wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, was gleichermaßen zu einer Porengröße im Bereich von etwa 74 bis etwa 210 Mikron führte (die Porengröße wird in ungefähr derselben Größe angenommen wie jene des entfernten Salzes als Poren erzeugendes Mittel). Die zweite Scheibe (Scheibe 4-B) wurde unter Verwendung von -50/+70 U.S. Mesh Tafelsalz hergestellt, was gleichermaßen zu einer Porengröße im Bereich von etwa 210 bis etwa 300 Mikron führte. Obwohl dies nicht gemessen wurde, wird angenommen, dass die Scheibe mit einer größeren Porengröße ebenso eine größere Filamentgröße der metallischen Bindungsmatrix aufwies. Die Bezeichnung „Filament“ wird konsistent mit dem normalen Gebrauch, welcher dem Fachmann bekannt ist, verwendet, um sich auf das Verbindungsmatrixmaterial (das heißt, das Gerüst der porösen Struktur) zwischen den miteinander verbundenen Poren zu beziehen.

Die beiden oben beschriebenen Schleifscheiben wurden zum Grobschliff von quadratischen AITiC-Wafern von 4,5 Inch verwendet. Die Schleiftestbedingungen waren wie folgt:

Schleiftestbedingungen:

Maschine: Scheibenspezifikationen:

Scheibengröße: Schleifmodus:

Strasbaugh 7AF Model Grobspindel: Scheibe 4-A Scheibe 4-B Feinspindel: keine Typ 2A2TSSA: 280,16 x 28,90 x 228,65 mm (11 x 1 1/8 x 9 Inch) Einzelschliff: nur Grobschliff

Grobschleifverfahren:

Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: 2506 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3 gal/min (11 Liter/Min.)

Aluminiumoxidtitancarbid 3M-310 Wafer, 114,3 mm quadratisch (4,5 Inch), 2,0 mm (0,8 Inch) Startdicke (erhalten von Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minneapolis, MN)

Stufe 1: 100 pm, Stufe 2: 100 pm, Stufe 3:100 pm, Hub: 20 pm Stufe 1: 0,7 pm/Sek., Stufe 2: 0,7 pm/Sek., Stufe 3: 0,7 pm/Sek., Hub: 0,5 pm/Sek. 350 Umdrehungen pro Minute, konstant 0 Umdrehungen

Abricht- und Nachbearbeitungsvorgang:

Grobscheibe: 150 mm (6 Inch) Durchmesser Strasbaugh

Grobnachbearbeitungskissen verwendet Scheibengeschwindigkeit: 1200 Umdrehungen pro Minute Verweilzeit: 25 Umdrehungen

Entferntes Material: Stufe 1: 150 pm, Stufe 2:10 pm, Hub: 20 pm

Vorschubrate: Stufe 1: 5 pm/Sek., Stufe 2: 0,2 pm/Sek., Hub: 2 pm/Sek. 1 5 AT 501 411 B1

Arbeitsgeschwindigkeit: 50 Umdrehungen pro Minute, konstant

Ergebnisse des Schleiftests von Beispiel 4 sind unten in Tabelle 3 gezeigt. Es wurde beobachtet, dass beide Scheiben den AITiC-Wafer erfolgreich schliffen und relativ stabile Spitzennormalkräfte in Bezug auf Zeit und ausreichende Materialabnahme zeigten. Die erste Scheibe mit einer relativ feinen Porengröße (und gleichermaßen einer relativ feinen Filamentgröße der metallischen Bindungsmatrix) wurde zum Schleifen des AITiC-Wafers für etwa 25 Minuten (1500 Sekunden) lang verwendet. Eine relativ stabile Spitzennormalkraft von etwa 35 N wurde beobachtet, und etwa 1150 Mikron AITiC wurden von dem Wafer entfernt (eine Materialabnahmerate von etwa 46 Mikron/Min.). Bei der Scheibe wurde eine Abnutzung von etwa 488 Mikron beobachtet (ein Verhältnis Materialentfernung/Scheibenabnutzung von etwa 2,4). Die zweite Scheibe mit einer relativ groben Porengröße (und gleichermaßen einer relativ groben Metallbindungsfilamentgröße) wurde zum Schleifen des AITiC-Wafers für etwa sieben Minuten (420 Sekunden) lang verwendet. Eine relativ stabile Spitzennormalkraft von etwa 94 N wurde beobachtet und etwa 2900 Mikron AITiC wurden von dem Wafer entfernt (eine Materialabnahmerate von etwa 414 Mikron/Min.). Bei der Scheibe wurde eine Abnutzung von etwa 18 Mikron beobachtet (ein Verhältnis Materialentfernung/Scheibenabnutzung von etwa 160).

Zusammenfassend zeigt Beispiel 4, dass die hochporösen Scheiben dieser Erfindung zum Schleifen von AITiC-Wafern gut geeignet sind. Des Weiteren zeigt dieses Beispiel, dass die Verschleißfestigkeit und Selbstnachbearbeitungseigenschaften der Scheiben dieser Erfindung durch Anpassen der relativen Porengröße der Schleifartikel passend gemacht werden können. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie zu beschränken, wird angenommen, dass die verstärkte Scheibenabnutzung der Scheibe mit den relativ feinen Poren mit einer Schwächung der metallischen Bindungsmatrix bei Reduzierung der Filamentgröße der metallischen Bindungsmatrix zusammenhängt. Nichtsdestotrotz zeigt dieses Beispiel, dass die Eigenschaften der Scheibe durch Anpassung der relativen Porengröße darin für bestimmte Anwendungen ausgearbeitet werden können.

Tabelle 3

Scheibenspezifikation (Salzgröße) Spitzennormalkraft, N Scheibenabnutzung, Mikron Scheibe 4-B (-50/+70) 93,6 17,8 Scheibe 4-A (-70/+200) 35,7 487,6

Beispiel 5

Schleifleistungsbewertung

Eine metallgebundene aus Segmenten gebildete Scheibe (Scheibe 5-A), die gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 oben hergestellt wurde, wurde auf die Fertigbearbeitungsabschleifleistung an 50 mm (2 Inch) Einkristallsiliciumcarbidwafern getestet. Eine im Handel erhältliche Schleifscheibe, die hierin in Beispiel 2 oben detaillierter beschrieben ist, die zum Fertigbearbeitungs-abschleifen eines Siliziumwafers empfohlen wird, diente als Vergleichsscheibe und wurde zusammen mit der Scheibe dieser Erfindung getestet.

Die Schleiftestbedingungen waren wie folgt:

Schleiftestbedingungen:

Maschine:

Strasbaugh 7AF Model 16

Scheibenspezifikationen:

Scheibengröße: Schleifmodus: Feinschleifverfahren: Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: Grobschleifverfahren: Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: Abrichtvorgang: Grobscheibe: Feinscheibe: Scheibengeschwindigkeit: Verweilzeit: Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: AT 501 411 B1

Grobspindel: ASDC320-7.5MXL2040(S.P.) Feinspindel: D3/6MIC-20BX623C (zum Vergleich) Scheibe 5-A Typ 2A2TSSA: 280,16 x 28,90 x 228,65 mm (11 x 1 1/8 x 9 Inch) Dualschliff: Grobschliff gefolgt von Feinschliff 4350 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3 gal/min (11 Liter/Min.)

Siliziumcarbidwafer, Einkristall, 50 mm Durchmesser (2 Inch), 300 Mikron (0,0075 Inch) Startdicke (erhalten von CREE Research, Inc.)

Stufe 1:15 pm, Stufe 2:15 pm, Hub: 5 pm

Stufe 1: 0,5 pm/Sek., Stufe 2: 0,2 pm/Sek., Hub: 1,0 pm/Sek. 350 Umdrehungen pro Minute, konstant 150 Umdrehungen 3400 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3 gal/min (11 Liter/Min.)

Stufe 1:10 pm, Stufe 2:10 pm, Hub: 5 pm

Stufe 1: 0,7 pm/Sek., Stufe 2: 0,3 pm/Sek., Hub: 1,0 pm/Sek. 350 Umdrehungen pro Minute, konstant 0 Umdrehungen keine 150 mm (6 Inch) Durchmesser Strasbaugh Grobnachbearbeitungskissen verwendet 1200 Umdrehungen pro Minute 25 Umdrehungen

Stufe 1: 150 pm, Stufe 2: 10 pm, Hub: 20 pm

Ergebnisse des Schleiftests von Beispiel 5 sind unten in Tabelle 4 gezeigt. Die handelsübliche harzgebundene Schleifscheibe war praktisch nicht fähig, den Siliziumcarbidwafer zu schleifen, wie durch die extrem niedrigen Entfernungsraten angezeigt. Andererseits schliff die hochporöse Scheibe dieser Erfindung erfolgreich den extrem harten und spröden Siliziumcarbidwafer. Während jedem 48-Minuten-Lauf wurden etwa 15 Mikron bei einer durchschnittlichen Entfernungsrate von 0,31 Mikron/Min, entfernt. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass die poröse Scheibe dieser Erfindung die Oberflächenrauhigkeit (wie durch ein Zygo® Weißlichtinterferometer, Zygo Corporation, Middlefield, CT gemessen) bedeutend reduzierte. Wie in Tabelle 4 gezeigt wurde durch das Schleifen mit der erfindungsgemäßen Scheibe die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Ra) von einem Ausgangswert von mehr als 100 Angström auf weniger als etwa 40 Angström (mit einer Ausnahme) konsistent reduziert. 17 AT 501 411 B1

Zusammenfassend zeigt Beispiel 5, dass die erfindungsgemäße Scheibe eine wünschenswerte Schleifleistung bei harten, spröden Siliziumcarbidwafern zur Verfügung stellt. Die Leistung der erfindungsgemäßen Scheibe ist jener einer herkömmlichen harzgebundenen Scheibe bei dieser Anwendung im Wesentlichen überlegen.

Tabelle 4

Lauf# Test 8.299 Scheibenspezifikation Materialabnahme, Mikron Oberflächenrauhigkeit, Angström 6 Vergleichsscheibe 3 7 » 0 98 19 Scheibe 5-A 17 34 20 Scheibe 5-A 13 32 21 Scheibe 5-A 15 54,5 22 Scheibe 5-A 15 37,5

Beispiel 6

Eine quantitative Messung der Offenheit poröser Medien durch Permeabilitätstests basierend auf D’Arcys Gesetz zur Bestimmung der Beziehung zwischen Flussrate und Druck bei porösen Medien wurde zur Bewertung von Scheiben dieser Erfindung verwendet. Das verwendete Permeabilitätsmessgerät und -verfahren ist im Wesentlichen mit jenem durch Wu et al. in dem U.S.-Patent 5,738,697, Beispiel 6 beschriebenen identisch, nämlich durch Anwendung von unter Druck stehender Luft an einer flachen Oberfläche poröser Testproben.

Poröse Proben wurden in einer Weise hergestellt, welche im Wesentlichen dem Verfahren in Beispiel 1 ähnlich ist, umfassend 5 Volumenprozent 3/6 Mikron Diamantschleifmittel. Die relativen Mengen an Tafelsalz und metallische Bindungsmatrix wurden variiert, wodurch Proben mit 0 bis 80 Volumenprozent Nutzporosität entstanden. Proben mit einem Maß von 1,5 Inch im Durchmesser und 0,5 Inch in der Dicke wurden bei 405 Grad C bei einem Druck von 3200 psi heißgepresst. Nach dem Kühlen wurden die Proben unter Verwendung eines Siliciumcar-bidschmirgelbreis (180 Korngröße) mit der Hand geläppt, um die Poren auf den Oberflächen hiervon zu öffnen. Die Proben wurden dann in kochendes Wasser wie in Beispiel 1 beschrieben eingetaucht. Vier Proben wurden für jeden Porositätswert bereit gestellt. Durchschnittspermeabilitätsergebnisse sind unten in Tabelle 5 gezeigt.

Permeabilitätswerte werden in Einheiten des Volumens der Luft pro Einheitszeit (Q, in cc/Sekunde) pro Einheitsdruck (P, Inch Wasser) angegeben und wurden durch Proben mit einem Durchmesser von 1,5 Inch (37,5 mm) und einer Dicke von 0,5 Inch (12,7 mm) gemessen. Wie erwartet waren die Permeabilitätswerte für die Proben mit effektiv keiner Nutzporosität gering. Es wurde beobachtet, dass die Permeabilität mit zunehmender Porosität bedeutend zunahm. Insbesondere wurden für Proben mit mehr als etwa 50 % Nutzporosität Permeabilitätswerte von mehr als etwa 0,2 Kubikzentimeter pro Sekunde pro Inch Wasser ermittelt.

Tabelle 5

Metallbindung, Gewichtsprozent Tafelsalz, Gewichtsprozent Theoretische Porosität, Volumenprozent Permeabilität, Q/P (cc/Sek./Inch H2O/0.5 Inch) 100 0 0 0,030 91,85 8,15 25 0,034 84,7 15,3 40 0,085 18 AT 501 411 B1

Metallbindung, Gewichtsprozent Tafelsalz, Gewichtsprozent Theoretische Porosität, Volumenprozent Permeabilität, Q/P (cc/Sek./Inch H2O/0.5 Inch) 74,55 25,45 55 0,287 65,0 35,0 65 0,338 58,99 41,01 70 0,562 43,02 56,98 80 Nicht betreffend

Beispiel 7

Segmentierte Schleifscheiben, die jeweils sechzehn Segmente umfassten, wurden in einer Weise zusammengebaut, welche im Wesentlichen jener ähnlich ist, welche in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Segmente enthielten jedoch ein organisches Bindemittel (im Gegensatz zu der in Beispiel 1 beschriebenen metallischen Bindungsmatrix) und wurden wie unten beschrieben hergestellt:

Zuckerkörner (erhalten von Shaw s, Inc., Worcester, MA) wurde unter Verwendung eines Farbenschüttlers (hergestellt von Red Devil®, Inc., Union, NJ) etwa 2 Stunden lang in einem Farbenbehälter von 1 Gallone geschüttelt, um die scharfen Ecken und Kanten abzubrechen und somit das Zuckergranulat effektiv „abzurunden“. Der granuläre Zucker wurde dann gesiebt, um eine Partikelgrößenverteilung von etwa 250 bis etwa 500 Mikron (das heißt -35/+60 U.S. Mesh) zu erhalten.

Pulverförmiges Harzbindemittel wurde durch ein U.S. Mesh 200 Sieb vorgesiebt, um Agglome-rate zu entfernen. Feines Diamantschleifpulver, Partikelgrößenverteilung von etwa 3 bis etwa 6 Mikron, erhalten von Amplex® Corporation (Olyphant, Pennsylvania) als RB3/6 wurde dem pulverförmigen Harz beigegeben und vermischt, bis im Wesentlichen Homogenität erreicht war. Die Mischung, die etwa 80 Volumenprozent Harz und etwa 20 Volumenprozent Schleifmittel enthielt, wurde dreimal durch ein U.S. Mesh 165 Sieb gesiebt und dann den Zuckerkörnern (wie oben beschrieben hergestellt) zugegeben. Die Harz/Schleifmittel/Zucker-Mischung wurde anschließend vermischt, bis sie im Wesentlichen homogen war, und zweimal durch ein U.S. Mesh 24 Sieb gesiebt.

Drei Verbundmischungen wurden hergestellt. Die erste Mischung (bei der Herstellung der Scheibe 7-A verwendet) enthielt etwa 4 Volumenprozent Diamantschleifmittel, etwa 20 Volumenprozent 33-344 Harzbindemittel (ein Bisphenol A modifiertes Phenolresolharz, erhalten von Durez® Corporation, Dallas, TX) und etwa 76 Volumenprozent Zuckerkörner. Die zweite Mischung (bei der Herstellung der Scheibe 7-B verwendet) enthielt etwa 6 Volumenprozent Diamantschleifmittel, etwa 30 Volumenprozent 29-346 Harzbindemittel (ein Langflussphenolnovo-lakharz erhalten von Durez® Corporation, Dallas, TX) und etwa 64 Volumenprozent Zuckerkörner. Die dritte Mischung (bei der Herstellung der Scheibe 7-C verwendet) enthielt etwa 6 Volumenprozent Diamantschleifmittel, etwa 30 Volumenprozent 29-108 Harzbindung (ein Biphenol A modifiziertes Resol mit sehr langem Fluss, erhalten von Durez® Corporation, Dallas, TX) und etwa 64 Volumenprozent Zuckerkörner.

Die Harz/Schleifmittel/Zucker-Mischungen wurden in scheibenförmige Stahlformen gepaart, ausgeglichen und bei einer Temperatur von etwa 135°C bei einem Druck von etwa 4100 psi (28 MPa) etwa 30 Minuten lang gepresst, bis eine Matrix mit etwa 99 Prozent theoretischer Dichte erreicht wurde. Nach dem Kühlen wurden die Scheiben leicht mit Sandpapier der Körnungsnummer 180 geschliffen, um die Formenhaut zu entfernen, und der Zucker als Poren erzeugendes Mittel wurde durch Eintauchen in kochendes Wasser für etwa 2 Stunden entfernt. Nach der Zuckerentfernung wurden die Scheiben getrocknet und gebacken, um die Härtung des Harzes zu vervollständigen. Der Trocknungs- und Backzyklus erfolgte wie folgt. Die Schei- 19 AT 501 411 B1 ben wurden zunächst mit einer „Rampen“-Zeit von etwa 5 Minuten rampenartig auf 60°C gebracht und hier etwa 25 Minuten gehalten. Anschließend wurden die Scheiben mit einer „Ram-pen“-Zeit von etwa 30 Minuten rampenartig auf 90°C gebracht und hier etwa 5 Stunden lang gehalten. Schließlich wurden die Scheiben mit einer „Rampen“-Zeit von etwa 4 Stunden rampenartig auf 160°C gebracht und hier etwa 5 Stunden lang gehalten. Nach dem Backen wurden die Scheiben auf Raumtemperatur abgekühlt und in Segmente zur Verwendung beim Zusammenbauen von Schleifscheiben geteilt.

Drei segmentierte Scheiben mit organischer Bindung wurden auf die Feinabschleifleistung bei Siliziumwafern getestet. Die Schleiftestbedingungen waren wie folgt:

Schleiftestbedingungen:

Maschine: Scheibenspezifikationen: Scheibengröße: Schleifmodus:

Strasbaugh 7AF Model Grobspindel: Norton#3-R7B69 Feinspindel: Scheibe 7-A Scheibe 7-B Scheibe 7-C Typ 2A2TSSA: 280 x 29 x 229 mm (11 x 1 1/8 x 9 Inch) Dualschliff: Grobschliff gefolgt von Feinschliff

Feinschleifverfahren:

Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: 4350 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3 gal/min (11 Liter/Min.)

Stufe 1:10 pm, Stufe 2: 5 pm, Stufe 3: 5 pm, Hub: 2 pm

Stufe 1: 1 pm/Sek., Stufe 2: 0,7 pm/Sek., Stufe 3: 0,5 pm/Sek., Hub: 0,5 pm/Sek. 590 Umdrehungen pro Minute, konstant 100 Umdrehungen

Grobschleifverfahren:

Scheibengeschwindigkeit: Kühlmittel: Kühlmittelflussrate: Arbeitsmaterial:

Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Verweilzeit: 3400 Umdrehungen pro Minute Deionisiertes Wasser 3 gal/min (11 Liter/Min.)

Stufe 1:10 pm, Stufe 2: 5 pm, Stufe 3: 5 pm, Hub: 10 pm

Stufe 1: 3 pm/Sek., Stufe 2: 2 pm/Sek., Stufe 3: 1 pm/Sek., Hub: 5 pm/Sek. 590 Umdrehungen pro Minute, konstant 50 Umdrehungen

Abricht- und Nachbearbeitungsvorgang:

Claims

20 Grobscheibe: Scheibengeschwindigkeit: Verweilzeit: Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: Feinscheibe: Scheibengeschwindigkeit: Verweilzeit: Entferntes Material: Vorschubrate: Arbeitsgeschwindigkeit: AT 501 411 B1 150 mm (6 Inch) Durchmesser Strasbaugh Grobnachbearbeitungskissen verwendet 1200 Umdrehungen pro Minute 25 Umdrehungen Stufe 1:190 pm, Stufe 2:10 pm, Hub: 20 pm Stufe 1: 5 pm/Sek., Stufe 2: 0,2 pm/Sek., Hub: 2 pm/Sek. 50 Umdrehungen pro Minute, konstant 150 mm (6 Inch) Durchmesser Strasbaugh Extrafeinnachbearbeitungskissen verwendet 1200 Umdrehungen pro Minute 25 Umdrehungen Stufe 1:150 pm, Stufe 2:10 pm, Hub: 20 pm Stufe 1: 5 pm/Sek., Stufe 2: 0,2 pm/Sek., Hub: 2 pm/Sek. 50 Umdrehungen pro Minute, konstant Ergebnisse des Schleiftests von Beispiel 7 sind unten in Tabelle 6 gezeigt. Zweihundert Wafer wurden unter Verwendung der porösen, harzgebundenen Scheiben dieser Erfindung (Scheiben 7-A, 7-B und 7-C) feingeschliffen. Jede der erfindungsgemäßen Scheiben zeigte eine relativ stabile Spitzennormalkraft von etwa 90 N (d. h., etwa 20 Ibs) über mindestens zweihundert Wafer hinweg. Diese Art der Schleifleistung ist höchst wünschenswert beim Abschleifen von Siliziumwafern, da diese Bedingungen relativ geringer Kraft und stabilen Zustands thermischen und mechanischen Schaden an dem Werkstück minimieren. Des weiteren sorgte die poröse Scheibe dieser Erfindung für die höchst wünschenswerte Schleifleistung wie oben beschrieben über mindestens zweihundert Wafer hinweg ohne einer Notwendigkeit der Nachbearbeitung der Scheibe. Außerdem wurde beobachtet, dass der Harztyp die Abnutzungsrate der Schleifscheibe beeinflusste. Die Scheiben 7-A und 7-C wiesen relativ hohe Abnutzungsraten von 2,2 bzw. 1,7 Mikron pro Wafer auf, während die Scheibe 7-B (mit dem Langflussphenolnovolakharz) eine relativ geringe (und wünschenswerte) Abnutzungsrate von 0,5 Mikron pro Wafer aufwies. Zusammenfassend zeigt Beispiel 7, dass die erfindungsgemäßen Scheiben mit organischer Bindungsmatrix eine höchst wünschenswerte Abschleifleistung bei Siliciumwafern zur Verfügung stellen. Tabelle 6 Scheibenspezifikation Spitzennormalkraft (N) Abnutzungsrate (Mikron/Wafer) Scheibe 7-A (DZ 33-344) 90 2,2 Scheibe 7-B (IZ 29-346) 90 0,5 Scheibe 7-C (IZ 19-108) 90 1,7 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels mit mindestens 50 Prozent Nutzporosität, wobei das Verfahren umfasst: a) Mischen einer Mischung aus Schleifkorn, Bindemittel und Poren erzeugende Mittel, wobei die Mischung 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 49,5 Volumenprozent Bindemittel und 50 bis 80 Volumenprozent Poren erzeugende Mittel enthält; 21 AT 501 411 B1 b) Pressen der Mischung zu einem mit Schleifmittel beladenen Verbundstoff; c) thermisches Bearbeiten des Verbundstoffs; und d) Eintauchen des Verbundstoffs in ein Lösungsmittel um die Poren erzeugenden Mittel aufzulösen, wobei das Schleifkom und das Bindemittel im Wesentlichen unlöslich in dem Lösungsmittel sind.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen (b) und das thermische Bearbeiten (c) simultan ausgeführt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung mindestens fünf Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 370 bis 795°C bei Drücken im Bereich von 20 bis 33 Megapascal gepresst wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Volumenprozentsatz von Poren erzeugenden Mitteln in der Mischung im Bereich von: größer oder gleich 50 Volumenprozent; und weniger oder gleich 70 Volumenprozent liegt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine metallische Bindungsmatrix ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Bindungsmatrix 35 bis 85 Gewichtsprozent Kupfer und 15 bis 65 Gewichtsprozent Zinn enthält.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Bindungsmatrix des weiteren 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor enthält.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein organisches Bindemittel ist.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Phenolharz enthält.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn Superschleifkorn ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid enthält.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkom Diamant enthält.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Schleifkorn Partikel mit einer Größe im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikron und weniger oder gleich 300 Mikron aufweist.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkom Partikel mit einer Größe im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikron und weniger oder gleich 75 Mikron aufweist.
14. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel ein wasserlösliches Salz ist. 22 AT501411B1
15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel aus der Gruppe bestehend aus Zucker, Dextrin, Polysaccharidoligomeren, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Natriumsilicat, Natriummetasilicat, Kaliumphosphat, Kaliumsilicat, Natriumcarbonat, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Magnesiumsulfat und Mischungen hiervon ausgewählt ist.
16. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Natriumchlorid ist.
17. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Zucker ist.
18. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Partikel mit einer Größe im Bereich von größer oder gleich 25 Mikron und weniger oder gleich 500 Mikron aufweist.
19. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Partikel mit einer Größe im Bereich von größer oder gleich 74 Mikron und weniger oder gleich 210 Mikron aufweist.
20. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Partikel mit einer Größe im Bereich von größer oder gleich 210 Mikron und weniger oder gleich 300 Mikron aufweist.
21. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Zucker umfasst und Partikel mit einer Größe im Bereich von größer oder gleich 150 Mikron und weniger oder gleich 500 Mikron aufweist.
22. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel Wasser ist.
23. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel kochendes Wasser ist.
24. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des Verbundstoffes nach dem thermischen Bearbeiten (c) und vor dem Eintauchen (d) abgerieben wird.
25. Schleifsegment für eine segmentierte Schleifscheibe, wobei das Schleifsegment aufweist: einen Verbundstoff umfassend eine Mehrzahl von Superschleifkömem und eine metallische Bindungsmatrix, welche zusammen gesintert sind, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist, wobei der Verbundstoff 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 49,5 Prozent metallische Bindungsmatrix und 50 bis 80 Volumenprozent Nutzporosität aufweist; wobei die metallische Bindungsmatrix 35 bis 70 Gewichtsprozent Kupfer, 30 bis 65 Gewichtsprozent Zinn und 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor enthält, wobei die Superschleifkörner aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid ausgewählt 2 3 AT501411B1 sind, wobei die Superschleifkörner eine Partikelgröße von weniger als 300 Mikron aufweisen.
26. Schleifsegment gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundstoff eine Nutzporosität von größer oder gleich 50 Prozent und weniger oder gleich 70 Prozent aufweist.
27. Schleifsegment gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierenden Poren eine Größe im Bereich von größer oder gleich 25 Mikron und weniger oder gleich 500 Mikron aufweisen.
28. Schleifsegment gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierenden Poren eine Größe im Bereich von größer oder gleich 74 Mikron und weniger oder gleich 210 Mikron aufweisen.
29. Schleifsegment gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass kommunizierenden Poren eine Größe im Bereich von größer oder gleich 210 Mikron und weniger oder gleich 300 Mikron aufweisen.
30. Schleifsegment gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Superschleifkörner eine Größe im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikron und weniger oder gleich 75 Mikron aufweisen.
31. Segmentierte Schleifscheibe mit: einem Kern; einem Schleifrand mit einer Mehrzahl von Segmenten gemäß Anspruch 25; und einer thermisch stabilen Verbindung zwischen dem Kern und jedem der Segmente.
32. Segmentierte Schleifscheibe mit: einem Kern mit einer minimalen spezifischen Festigkeit von 2,4 MPa-cm3/g, einer Kerndichte von 0,5 bis 8,0 g/cm3 und einem kreisförmigen Querschnitt; einem Schleifrand mit einer Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes der Segmente einen Verbundstoff mit einer Mehrzahl von Schleifkörnern und einer metallischen Bindungsmatrix enthält, welche zusammen gesintert sind, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist, wobei der Verbundstoff 50 bis 80 Prozent Nutzporosität aufweist; und einer thermisch stabilen Verbindung zwischen dem Kern und jedem der Mehrzahl der Segmente.
33. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Bindungsmatrix 35 bis 85 Gewichtsprozent Kupfer und 15 bis 65 Gewichtsprozent Zinn aufweist.
34. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Bindungsmatrix des Weiteren 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor aufweist.
35. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die 24 AT 501 411 B1 Schleifkörner Superschleifkörner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid sind.
36. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn Diamant ist.
37. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn Partikelgröße im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikron und weniger oder gleich 300 Mikron aufweist.
38. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass kommunizierenden Poren eine Porengröße im Bereich von größer oder gleich 25 Mikron und weniger oder gleich 500 Mikron aufweisen.
39. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierenden Poren eine Porengröße im Bereich von größer oder gleich 74 Mikron und weniger oder gleich 210 Mikron aufweisen.
40. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunizierenden Poren eine Größe im Bereich von: größer oder gleich 210 Mikron und weniger oder gleich 300 Mikron aufweisen.
41. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzporosität gebildet ist durch: a) Zugeben eines Poren erzeugenden Mittels zu den Körnern und der metallischen Bindungsmatrix jedes Segmentes vor dem Sintern; und b) Eintauchen jedes Segmentes in ein Lösungsmittel und Auflösen des Poren erzeugenden Mittels; wobei jedes Segment im Wesentlichen frei von Poren erzeugenden Mitteln ist.
42. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Segmente eine Permeabilität von größer oder gleich 0,2 Kubikzentimeter pro Sekunde pro Inch Wasser aufweist.
43. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch stabile Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Epoxidhaftmittelverbindung, einer metallischen Verbindung, einer mechanischen Verbindung, einer Diffusionsverbindung und Kombinationen hiervon.
44. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch stabile Verbindung eine Epoxidhaftmittelverbindung ist.
45. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass: die metallische Bindungsmatrix 35 bis 85 Gewichtsprozent Kupfer, 15 bis 65 Gewichtsprozent Zinn und 0,2 bis 1,0 Gewichtsprozent Phosphor aufweist; das Schleifkom Diamant mit einer Partikelgröße von 0,5 bis 300 Mikron ist; und die kommunizierenden Poren eine Porengröße im Bereich von 25 bis 500 Mikron aufwei- 25 AT 501 411 B1 sen.
46. Verfahren zur Herstellung eines Schleifartikels mit 40 bis 80 Prozent Nutzporosität, wobei das Verfahren umfasst: a) Mischen einer Mischung aus Schleifkorn, nichtmetallischem Bindemittel und Poren erzeugenden Mitteln, wobei die Mischung 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 65 Volumenprozent nichtmetallisches Bindemittel und 40 bis 80 Volumenprozent Poren erzeugende Mittel enthält; b) Pressen der Mischung zu einem mit Schleifmittel beladenen Verbundstoff; c) thermisches Bearbeiten des Verbundstoffs; und d) Eintauchen des Verbundstoffs in ein Lösungsmittel, um das Poren erzeugende Mittel aufzulösen; wobei das Schleifkorn und das nichtmetallische Bindemittel im Wesentlichen unlöslich in dem Lösemittel sind.
47. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Bindemittel ein organisches Bindemittel ist.
48. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Harz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phenolharzen, Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Bismaleimidharzen, Polyimidharzen, Cyanatharzen, Melaminpolymeren und Mischungen hiervon ist.
49. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Phenolharz ist.
50. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Phenolnovolakharz ist.
51. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Phenolresolharz ist.
52. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn Diamant mit einer Partikelgröße im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikron und weniger oder gleich 300 Mikron ist.
53. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren erzeugenden Mittel nichtionisch sind.
54. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren erzeugenden Mittel Zucker sind.
55. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen (b) ein Pressen für mindestens fünf Minuten bei einer Temperatur von 100 bis 200°C bei Drücken von 20 bis 33 Megapascal ist.
56. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Bearbeiten (c) nach dem Eintauchen (d) durchgeführt wird und ein Backen für mindestens eine Stunde bei einer Temperatur von 100 bis 200°C ist.
57. Verfahren gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des Verbundstoffes vor dem Eintauchen (d) abgerieben wird. 2 6 AT501411B1
58. Schleifsegment für eine segmentierte Schleifscheibe, wobei das Schleifsegment aufweist: einen Verbundstoff mit Superschleifkörnern und eine nichtmetallische Bindungsmatrix, welche zusammen gesintert sind, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist, wobei der Verbundstoff 0,5 bis 25 Volumenprozent Schleifkorn, 19,5 bis 65 Prozent nichtmetallische Bindungsmatrix und 40 bis 80 Prozent Nutzporosität aufweist; und wobei die Superschleifkörner aus der Gruppe bestehend aus Diamant und kubischem Bornitrid ausgewählt sind, wobei die Superschleifkömer eine Partikelgröße von weniger als 300 Mikron aufweisen.
59. Schleifsegment gemäß Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Superschleifkörner Diamant sind und eine Partikelgröße im Bereich von größer oder gleich 0,5 Mikron und weniger oder gleich 75 Mikron aufweisen.
60. Schleifsegment gemäß Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzporosität gebildet ist durch: a) Zugeben eines Poren erzeugenden Mittels zu den Körnern und der nichtmetallischen Bindungsmatrix vor dem Härten des Verbundstoffes; und b) Eintauchen des gehärteten Verbundstoffes in ein Lösungsmittel und Auflösen des Poren erzeugenden Mittels; wobei das Schleifsegment im Wesentlichen frei von Poren erzeugenden Mitteln ist.
61. Schleifsegment gemäß Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass das Poren erzeugende Mittel Zucker ist, das Lösungsmittel Wasser und das nichtmetallische Bindemittel Phenolharz ist.
62. Segmentierte Schleifscheibe mit: einem Kern mit einer minimalen spezifischen Festigkeit von 2,4 MPa-cm3/g, einer Kern-dichte von 0,5 bis 8,0 g/cm3 und einem kreisförmigen Perimeter; einem Schleifrand mit einer Mehrzahl von Segmenten, wobei jedes der Segmente einen Verbundstoff aus Schleifkörnern und einer nichtmetallischen Bindungsmatrix aufweist, welche zusammen gesintert sind, wobei der Verbundstoff kommunizierende Poren aufweist, wobei der Verbundstoff 40 bis 80 Prozent Nutzporosität aufweist; und einer thermisch stabilen Haftmittelverbindung zwischen dem Kern und jedem der Segmente.
63. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallische Bindungsmatrix ein organisches Bindemittel ist.
64. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Bindungsmatrix eine Phenolharzmatrix ist.
65. Segmentierte Schleifscheibe gemäß Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Phenolharz ist; das Schleifkorn Diamant mit einer Partikelgröße im Bereich von 0,5 bis 300 Mikron ist; die thermisch stabile Haftmittelverbindung eine Epoxidhaftmittelverbindung ist; und die Nutzporosität gebildet ist durch Zugeben von Zuckerkörnern als Poren erzeugendes Mittel zu den Schleifkörnern und dem organischen Bindemittel vor dem Härten des Verbundstoffes und Eintauchen des gehärteten Verbundstoffes in Wasser als Lösungsmittel und Auflösen des Poren erzeugenden Mittels. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen