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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Abrichten
eines Polierkissens beim chemisch-mechanischen Polieren (im Folgenden
als CMP bezeichnet) und auf Herstellungsverfahren dafür gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1, 2, 5 und 7. Beispiele für
solche Abrichtvorrichtungen und Verfahren sind durch
JP 2000 141 204 A offenbart.
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Bei
der Herstellung hochintegrierter elektronischer Schaltungen wie
z. B. integrierter Schaltkreise wird die CMP-Bearbeitung im Allgemeinen
verwendet, um Oberflächendefekte
wie z. B. Mikrospitzen (Protrusionen), Kristallgitterdefekte, Riefen
oder Rauheiten auf einer leitenden Schicht, einer dielektrischen
Schicht oder einer Isolationsschicht zu beseitigen, die auf einem
Substrat oder einem Wafer gebildet wurden. Bei der CMP-Bearbeitung
wird ein Wafer mit einer vorbestimmten Kraft gegen ein Polierkissen
aus Polyurethanschaum oder dergleichen gepresst, das an einem scheibenförmigen Polierteller
befestigt ist, und der Wafer wird mit einer als chemische Slurry
bezeichneten chemischen Polierflüssigkeit
poliert, indem sowohl der Wafer als auch das Kissen in Rotation
versetzt werden. Als die chemische Slurry wird ein Präparat verwendet,
bei dem Polierkörper
wie z. B. Eisenoxid, Bariumkarbonat, Ceroxid oder Kolloidkieselerde
in einer Polierflüssigkeit wie
Kaliumhydroxid, verdünnte
Salzsäure,
wässriges
Wasserstoffperoxid oder Eisennitrat suspendiert sind, wobei die
Auswahl dieser Stoffe entsprechend den Anforderungen in Bezug auf
Poliergeschwindigkeit, Art des zu polierenden Objekts usw. erfolgt.
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Das
CMP erfolgt häufig
in Schritten zur Stapelung verschiedenartiger elektronischer Schaltungen
auf einem Substrat bzw. Wafer. Mit wachsender Anzahl der CMPs dringen
Polierstaubpartikel in winzige Poren ein, was ein Zusetzen bewirkt
und die Polierrate verringert. Dementsprechend muss häufig oder
regelmäßig ein
als Dressing bezeichneter Abrichtvorgang durchgeführt werden,
bei dem die Oberfläche
des Polierkissens erneuert wird, um wieder die ursprüngliche
Poliergeschwindigkeit erzielen zu können. Für diesen Vorgang wird ein Instrument
verwendet, das als Dresser oder Abrichtvorrichtung eines CMP-Polierkissens bezeichnet
wird.
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Da
Diamantstaub ein hervorragendes Abrichtmaterial ist, wird bei einer
herkömmlichen
Vorrichtung zum Abrichten eines CMP-Polierkissens Diamantstaub verwendet.
Zur Herstellung der Abrichtvorrichtung wurde ein Verfahren zum galvanischen
Auftragen des Diamantstaubs auf Edelstahl durch Vernickeln vorgeschlagen.
Außerdem
wurde durch die
japanische Offenlegungsschrift
Nr. 10-12579 ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Diamantstaub
mit einem metallischen Lötmaterial
auf Edelstahl aufgelötet
wird.
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Allerdings
wird das Vernicklungsmaterial oder das metallische Lötmaterial
durch die stark saure chemische Slurry aufgelöst, die Slurry wird kontaminiert,
und der Diamantstaub löst
sich ab, was potenziell zu einer Riefenbildung auf der Oberfläche des
Wafers führt.
Deshalb wird eine Abrichtvorrichtung für CMP-Polierkissen benötigt, bei
dem es während
der CMP-Bearbeitung
nicht zum Auflösen
von Metall oder zum Ablösen des
Diamantstaubs kommt.
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Bei
einer herkömmlichen
Abrichtvorrichtung für
Polierkissen ist der Staub wie z. B. der Diamantstaub für gewöhnlich zufällig angeordnet.
Die
japanische Offenlegungsschrift
Nr. 2000-141204 zeigt ein Beispiel, bei dem der Diamantstaub
im Wesentlichen gleichmäßig angeordnet
ist, und zwar ungefähr
in konzentrischen Kreisen. In diesem Fall ist der Abstand zwischen
den Staubteilen nicht gleichmäßig, und
der Staub ist unregelmäßig angeordnet.
Deshalb kann keine stabile Polierleistung erzielt und keine gleichmäßige Oberfläche des Polierkissens
erreicht werden, und außerdem
kann die Poliergeschwindigkeit nicht willkürlich eingestellt werden. Wenn
beispielsweise der Abstand zwischen den Staubteilen gering ist,
können
Schleifschlamm oder abgeschliffene Partikel, die beim Poliieren
entstehen, im Staub hängen
bleiben und können
nicht entfernt werden, oder ein Teil des Polierkissens wird infolge
der Reibungshitze beim Schleifen geschmolzen, was zum Zusetzen führt und
eine Leistungsminderung der Abrichtvorrichtung bewirkt, und die
Oberfläche
des Polierkissens wird zu einer Spiegelfläche, was eine Verringerung
der Poliergeschwindigkeit nach sich zieht.
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Weil
das Abrichten eines Polierkissens und das Polieren eines Wafers
immer auf demselben Polierteller durchgeführt wird, können bei einer herkömmlichen
Abrichtvorrichtung für
Polierkissen außerdem
Fragmente des Polierkissens oder Schleifstaub nicht ausreichend
entfernt werden, wodurch Schäden
auf der Oberfläche
des Wafers verursacht werden, was eine Senkung der Ausbeute nach
sich zieht.
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Außerdem führt das
Zusetzen der Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen zur Ausübung einer
konzentrierten Belastung an den zugesetzten Stellen, wodurch der
Polierstaub von einer Haltestelle abgelöst wird und Kratzer auf der
Oberfläche
des Wafers verursacht werden, was zu schweren Schäden führt.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Abrichtvorrichtung
für CMP-Polierkissen und
eines Herstellungsverfahrens für
selbige, bei der das Bindemittel zum Halten des Diamantstaubs nicht durch
die stark saure chemische Slurry angegriffen wird, was zu einer
Kontaminierung der Slurry durch metallische Auflösung oder zu einem Abtragen
des Diamantstaubs vom CMP-Polierkissen führen würde.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Abrichtvorrichtung für
ein Polierkissen und eines Herstellungsverfahrens für selbige,
bei der stabile Schleifeigenschaften beibehalten werden, eine gleichmäßige Abrichtoberfläche des
Polierkissens erzeugt wird und die Poliergeschwindigkeit immer konstant
ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Abrichtvorrichtung für
ein Polierkissen und eines einfachen Herstellungsverfahrens für selbige,
bei der durch richtiges Einstellen des Abstands zwischen den Staubteilen
die Abrichtvorrichtung auf das Werkstück abgestimmt ist und auch
die Poliereffizienz beliebig angepasst werden kann.
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Eine
Vorrichtung zum Abrichten eines Polierkissens gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt über eine Abrichtfläche, die
ein gesintertes Produkt umfasst, wobei das gesinterte Produkt gewonnen
wird, indem ein Silizium und/oder eine Siliziumlegierung enthaltendes
Bindemittel mit Diamantstaub gemischt und die Mischung so geformt
und gesintert wird, dass eine Karbidschicht, die durch Sintern des
Siliziums in dem Bindemittel in den Diamanten erzeugt wird, auf
der Oberfläche
des Diamantstaubs entsteht, wodurch der Diamantstaub fest mit dem
Bindemittel verbunden wird, wobei das gesinterte Produkt auf der
Oberfläche
eines Sockels befestigt wird, das Produkt in die spezifizierte Größe gebracht
wird, indem seine Abrichtoberfläche
eingeebnet und abgerichtet wird, und der Diamantstaub freigelegt
wird.
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Eine
Vorrichtung zum Abrichten eines Polierkissens gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt über eine Abrichtfläche, die
ein gesintertes Produkt umfasst, das gewonnen wird, indem ein Silizium
und/oder eine Siliziumlegierung enthaltendes Bindemittel mit Diamantstaub
gemischt wird, der mit einer Schicht eines Karbids eines Metalls
aus der Gruppe IV, V oder VI des Periodensystems beschichtet ist, und
indem die Mischung so geformt und gesintert wird, dass der Diamantstaub
mit der Karbidschicht fest mit dem Bindemittel verbunden wird, wobei
das gesinterte Produkt auf der Oberfläche eines Sockels befestigt
wird, das Produkt in die spezifizierte Größe gebracht wird, indem seine
Abrichtoberfläche
eingeebnet und abgerichtet wird, und der Diamantstaub freigelegt
wird.
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Vorzugsweise
wird das gesinterte Produkt gebildet, indem jeder Partikel mit zwei dimensionaler
Regelmäßigkeit
auf der Oberfläche
des Bindemittels angeordnet wird, wobei der Abstand zwischen benachbarten Teilen
des Staubs beim kleinsten durch die Anordnung entstandenen Gitter
innerhalb eines Bereichs von 10 μm
und 3.000 μm
liegt und jedes Teil des Staubs so angeordnet ist, dass eine im
Wesentlichen gleichmäßige Verteilung
erzielt wird. Diese Merkmale tragen zur Herstellung einer gleichmäßigen Abrichtoberfläche bei.
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Ein
erstes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Abrichten
eines Polierkissens gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst folgende Schritte: Mischen eines Silizium und/oder
eine Siliziumlegierung enthaltenden Bindemittels mit Diamantstaub,
Sintern der Mischung, so dass eine Karbidschicht entsteht, indem das
Silizium in dem Bindemittel auf die Oberfläche des Diamantstaubs gesintert
wird, so dass der Diamantstaub durch die Karbidschicht fest mit
dem Bindemittel verbunden wird, wobei das gesinterte Produkt auf
der Oberfläche
eines Sockels befestigt wird, das Produkt dann in die spezifizierte
Größe gebracht
wird, indem seine Abrichtoberfläche
eingeebnet und abgerichtet wird, und der Diamantstaub freigelegt
wird.
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In
einem anderen Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Silizium und/oder eine Siliziumlegierung enthaltendes Bindemittel
mit Diamantstaub gemischt, der mit einer Schicht eines Karbids eines
Metalls aus der Gruppe IV, V oder VI des Periodensystems beschichtet
ist, und die Mischung wird geformt und gesintert, wodurch der Diamantstaub
durch die Karbidschicht fest mit dem Bindemittel verbunden wird,
wobei das gesinterte Produkt auf der Oberfläche eines Sockels befestigt
wird, das Produkt in die spezifizierte Größe gebracht wird, indem seine
Abrichtoberfläche
eingeebnet und abgerichtet wird, und der Diamantstaub freigelegt
wird.
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In
einem weiteren optionalen Herstellungsverfahren werden auf der Oberfläche des
ebenen Bindemittels, das Silizium oder eine Siliziumlegierung enthält, oder
auf einem darauf platzierten Bogen Kleberegionen bereitgestellt,
deren Größe fast
der des Staubs gleicht, und zwar in Positionen, die mit zweidimensionaler
Regelmäßigkeit
gleichmäßig verteilt
sind, und nachdem jeder Partikel des Staubs auf die Kleberegion
geklebt wurde, werden sie eingepresst und gesintert. Auch dabei
entsteht eine Karbidschicht auf der Oberfläche des Diamantstaubs durch
reaktives Sintern des Diamanten und des Siliziums im Bindemittel,
und damit wird der Diamantstaub mit dem Karbidfilm fest an das Bindemittel
gebunden.
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Beim
Aufkleben des Diamantstaubs auf die Kleberegionen kann der Diamantstaub
zuvor mit einer Karbidschicht eines Metalls der Gruppe IV, V oder
VI des Periodensystems beschichtet worden sein, und der Diamantstaub
kann mit der Karbidschicht fest an das Bindemittel gebunden werden.
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Darüber hinaus
können
die Kleberegionen durch nicht-maskierte Teile eines Klebebogens
gebildet werden, der mit einem nicht-klebenden Material maskiert
ist.
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Das
Silizium oder eine Siliziumlegierung enthaltende Bindemittel weist
eine hervorragende Säureresistenz
in sauren Lösungen
wie Salpetersäure
auf. Im Ergebnis dessen wird die Polierflüssigkeit nicht kontaminiert,
wodurch der Wafer-Reinigungsschritt nach dem CMP vereinfacht wird.
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Darüber hinaus
können
zusätzlich
zum oben Erwähnten
durch eine regelmäßige Anordnung
des Diamantstaubs mit einem geeigneten Abstand der Staubkörper stabile
Schleifeigenschaften beibehalten werden, erzeugt die Oberflächenrauheit
auf der Oberfläche
des Polierkissens eine gleichmäßige Oberfläche der
Abrichtvorrichtung, kann immer ein stabiles Polieren mit konstanter
Poliergeschwindigkeit durchgeführt
werden, und kann der Abstand der Staubteile des Diamantstaubs oder
dergleichen, der regelmäßig angeordnet
ist, in geeigneter Weise angepasst werden. Damit kann der Oberflächenstatus
der Abrichtvorrichtung für
das Polierkissen entsprechend einem Werkstück erzeugt werden, und die
Poliereffizienz kann beliebig angepasst werden.
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Es
erfolgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand von Beispielen
und unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, welche folgende Bedeutung haben:
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1 ist
eine Perspektivansicht zur Darstellung des Hauptteils der Abrichtvorrichtung
für ein
Polierkissen gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 ist
eine Querschnittansicht zur Darstellung des Hauptteils der Abrichtvorrichtung,
wobei der Schnitt in der flachen Fläche erfolgt ist, die parallel
zum Rotationszentrum der Abrichtvorrichtung verläuft,
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3 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse eines Säureresistenztests
mit der Abrichtvorrichtung und einem Vergleichsbeispiel.
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4 ist
eine lichtmikroskopische Fotografie von der Frontfläche der
Abrichtvorrichtung von Beispiel 1,
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5 ist
eine lichtmikroskopische Fotografie von der Rückseite der Abrichtvorrichtung
von Beispiel 1 an derselben Stelle wie in 4,
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6 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse eines Säureresistenztests
mit der Abrichtvorrichtung von Beispiel 2,
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7 ist
eine detaillierte Querschnittansicht durch eine flache Fläche, die
parallel zum Rotationszentrum einer Ausführungsform einer Abrichtvorrichtung
mit regelmäßiger Anordnung
der Staubteile verläuft,
wobei der Hauptteil der Abrichtvorrichtung dargestellt ist.
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8 ist
eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Darstellung der Anordnung
des Diamantstaubs der Abrichtvorrichtung einer ersten Ausführungsform,
bei der der Abstand des Diamantstaubs der Abrichtvorrichtung auf
0,8 mm festgelegt ist.
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9 ist
eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Darstellung der Anordnung
des Diamantstaubs auf der Abrichtvorrichtung einer zweiten Ausführungsform,
bei der der Abstand des Diamantstaubs der Abrichtvorrichtung auf
1,5 mm festgelegt ist.
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10 ist
eine elektronenmikroskopische Aufnahme zur Darstellung der Anordnung
des Diamantstaubs auf der Abrichtvorrichtung eines Vergleichsbeispiels.
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Bei
einer Abrichtvorrichtung für
ein CMP-Polierkissen gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst deren Abrichtoberfläche ein gesintertes Produkt,
das durch Mischen eines Bindemittels, das Silizium oder eine Siliziumlegierung
enthält,
mit Diamantstaub, der mit einer Karbidschicht beschichtet ist, die
durch den Diamantstaub oder das oben beschriebene Metall aus dem
Periodensystem erzeugt wird, und durch Formen und Sintern der Mischung
erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das gesinterte
Produkt auf die Oberfläche
eines Sockels aufgeklebt, der aus Keramik, Plastik oder dergleichen
besteht, und anschließend wird
die Abrichtoberfläche
einem Einebnungs- und Abrichtprozess unterzogen, um sie in die spezifizierte
Größe zu bringen
und um den Diamantstaub freizulegen.
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Wenn
das gesinterte Produkt durch Mischen des Silizium oder eine Siliziumlegierung
enthaltenden Bindemittels mit dem Diamantstaub und durch Formen
und Sintern der Mischung gewonnen wird, bildet sich eine Karbidschicht
auf der Oberfläche
des Diamantstaubs, indem das im Bindemittel enthaltene Silizium
in den Diamanten gesintert wird. Dadurch wird der Diamantstaub fest
mit dem Bindemittel verbunden.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen zeigen 1 und 2 Ausführungsformen
einer Abrichtvorrichtung für
ein CMP-Polierkissen gemäß der vorliegenden
Erfindung. 1 zeigt den Gesamtzustand. 2 zeigt
einen Querschnitt der Abrichtvorrichtung, wobei der Schnitt entlang
der Fläche
durch eine zentrale Rotationsachse vorgenommen wurde.
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Bei
der Abrichtvorrichtung für
ein CMP-Polierkissen gemäß dem Beispiel
sind eine Vielzahl von gesinterten Produkten 2 an die Arbeitsfläche 1a des
topfförmigen
Sockels 1 geklebt, der aus Metall, Keramik oder Plastik
besteht. Wie in 2 gezeigt wird, weist der Diamantstaub 3 in
dem gesinterten Produkt 2 die Karbidschicht 5 auf,
die auf dessen Oberfläche
erzeugt wurde. Der Diamantstaub 3 ist durch die Karbidschicht 5 fest mit
dem Bindemittel 4 verbunden.
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Wenn
das Silizium und/oder eine Siliziumlegierung enthaltende Bindemittel 4 mit
dem Diamantstaub 3 gemischt wird und die Mischung dann
geformt und gesintert wird, dann bildet sich auf der Oberfläche des Diamantstaubs
die Karbidschicht 5, indem das im Bindemittel 4 enthaltene
Silizium in den Diamantstaub 3 gesintert wird. Die Karbidschicht 5 kann
auch gebildet werden, indem die Oberfläche des Diamantstaubs 3 mit der
Karbidschicht 5 beschichtet wird, die aus einem Metall
aus der Gruppe IV, V oder VI des Periodensystems besteht.
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Die
Korngröße des Diamantstaubs 3 unterliegt
keinen Einschränkungen.
Allgemein wird vorzugsweise eine Korngröße des Staubs im Bereich Nr.
325/Nr. 400 bis Nr. 30/Nr. 40 entsprechend JIS B4130 verwendet. Wenn
die Korngröße des Diamantstaubs
unter Nr. 325/Nr. 400 liegt, dann ist die an der Abrichtfläche freiliegende
Menge des Diamantstaubs geringer, was ein unvollkommenes Abrichten
eines CMP-Polierkissens oder eine verlangsamte Abrichtgeschwindigkeit
verursacht. Wenn die Korngröße des Diamantstaubs
Nr. 30/Nr. 40 übersteigt,
dann kann das Abrichten eine raue Oberfläche des CMP-Polierkissens erzeugen
oder zu einer verringerten Entfernungsrate führen.
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Wenn
eine Siliziumlegierung als zumindest ein Bestandteil des Bindemittels 4 verwendet
wird, dann hat diese vorzugsweise einen Siliziumanteil von 15 Masseprozent.
Metalle der Gruppen IV, V oder VI des Periodensystems können als
Legierungsmetall verwendet werden. Insbesondere wird vorzugsweise
Titan, Chrom, Tantal, Wolfram oder Molybdän verwendet. Wenn der Siliziumgehalt
unter 15 Masseprozent liegt, kann das gewonnene gesinterte Produkt 2 eine
schlechte Säureresistenz
aufweisen.
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Als
Sinterverfahren, das für
die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann, kommen viele Verfahren
infrage, darunter das Heißpressen
mit Verwendung von Graphit, das Drucksintern mit Strom, das Drucksintern
mit Entladung, das isostatische Heißpressen (Hot Isostatic Pressing – HIP) oder
das Sintern mit einer Ultrahochdruckanlage. Das Sintern gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht auf bestimmte Sinterverfahren beschränkt, sondern
es kann je nach Bedarf ein bevorzugtes Sinterverfahren ausgewählt und
eingesetzt werden.
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Als
Verfahren zum Beschichten des Diamantstaubs 3 mit der Karbidschicht 5 gibt
es ein PVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren, ein Plattierungsverfahren
oder ein Tauchverfahren mit Verwendung eines Salzschmelzenbads.
Je nach Bedarf kann ein bevorzugtes Verfahren ausgewählt und
eingesetzt werden.
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Wenn
das gesinterte Produkt 2 als eine Abrichtvorrichtung verwendet
wird, wie das in 1 und 2 gezeigt
wird, wird das gesinterte Produkt mit einem Klebstoff 6,
auf dem Sockel 1 umlaufend auf die Arbeitsfläche 1a aufgeklebt,
dann wird die Abrichtfläche 2a eingeebnet
und abgerichtet. Dadurch wird das Produkt in die spezifizierte Größe gebracht
und der Diamantstaub zum Abrichten freigelegt.
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Da
die auf diese Weise hergestellte Abrichtvorrichtung für ein CMP-Polierkissen
ein Bindemittel hat, das säureresistentes
Silizium oder eine säureresistente
Siliziumlegierung verwendet, kommt es niemals zum Auflösen von
Metall und zum Ablösen
des Diamantstaubs durch die stark saure chemische Slurry. Deshalb können die
Wafer-Reinigungsschritte
im Anschluss an die CMP-Bearbeitung vereinfacht werden, und Kratzer auf
einer Arbeitsoberfläche,
die durch das Ablösen
des Diamantstaubs von der Abrichtoberfläche 2a verursacht
werden, können
verhindert werden.
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Bei
der oben beschriebenen Abrichtvorrichtung für das Polierkissen, wie sie
in 7 bis 9 dargestellt ist, wird der
gesinterte Grundkörper 12 aufgebaut,
indem jeder Partikel des Diamantstaubs 13 so auf der Oberfläche des
Bindemittels 14 angeordnet wird, dass eine zweidimensionale
Regelmäßigkeit
entsteht, der Abstand zwischen benachbarten Teilen des Staubs beim
kleinsten durch die Anordnung entstandenen Gitter innerhalb eines
Bereichs von 10 μm
und 3.000 μm
liegt und jedes Teil des Staubs so angeordnet ist, dass eine im
Wesentlichen gleichmäßige Verteilung
erzielt wird. Diese Merkmale sind hilfreich, um eine gleichmäßige Abrichtoberfläche zu erzielen.
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Dazu
wird Diamant, der separat in eine bestimmte Größenordnung klassifiziert wurde,
als der Diamantstaub 13 verwendet, und dessen Partikelgröße unterliegt
keinen Einschränkungen.
Allerdings wird es ganz allgemein bevorzugt, einen Staub auszuwählen, der
innerhalb des oben erwähnten
Bereichs liegt. Außerdem
wird Silizium und/oder eine Siliziumlegierung als das oben erwähnte Bindemittel 14 verwendet.
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Wie
in den Fotografien von 8 oder 9 gezeigt
wird, ist jeder Partikel des Staubs 13 so angeordnet, dass
er mit zweidimensionaler Regelmäßigkeit
auf der Oberfläche
des Bindemittels befestigt ist, wobei der Abstand zwischen den benachbarten
Teilen des Staubs beim kleinsten durch die Anordnung entstandenen Gitter
innerhalb eines Bereichs von 10 μm
und 3.000 μm
liegt, und noch stärker
bevorzugt hat der Staub 13 eine Korngröße von Nr. 100 bis Nr. 60 und
beträgt
der Abstand zwischen den Staubteilen 100 μm bis 2.000 μm, und jedes Staubteil ist so
angeordnet, dass eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung entsteht. Dabei gilt:
Je größer der
Abstand zwischen den Staubpartikeln wird, desto mehr erhöht sich
die Poliergeschwindigkeit und desto größer wird die Rauheit des Polierkissens.
Und je kleiner der Abstand zwischen den Staubpartikeln, wird, desto
mehr verringert sich die Poliergeschwindigkeit, desto geringer wird
die Rauheit der Oberfläche
des Polierkissens und desto mehr verringert sich die Poliergeschwindigkeit.
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Wenn
der Abstand zwischen den Staubteilen 13 bei 10 μm oder darunter
liegt, kann das Polierkissen nicht gleichmäßig geschliffen werden, weil
es aufgrund einer Schleifschicht des Polierkissens oder der Polierpartikel
zum Zusetzen in der Abrichtvorrichtung kommt. Außerdem kann bei einem Abstand
zwischen den Staubteilen 13 von 3.000 μm oder mehr kein zufrieden stellender
Schleifbetrieb erzielt werden. Deshalb es wird bevorzugt, den Abstand
zwischen den Staubteilen je nach Bedarf gemäß dem Typ des zu schleifenden
Objekts oder nach den Kosten auszuwählen, und die Rauheit des Polierkissens
oder die Poliergeschwindigkeit können willkürlich angepasst
werden, indem der Abstand angepasst wird.
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Es
folgt nun eine genauere Beschreibung der Anordnung des Staubs 13.
Das kleinste Gitter, das durch die Partikel des Staubs 13,
die in einer umfänglichen
und radialen Richtung benachbart sind, auf einem Sockel 1 gebildet
wird (siehe 1 und 7), ist
im Allgemeinen ein Rechteck oder ein Parallelogramm (das kann als
ein Dreieck bezeichnet werden, das durch Verbindung von gegenüberliegenden
Winkel gebildet wird). Dabei ist es für den Abstand zum nächsten benachbarten
Partikel des Staubs in diesem kleinsten Gitter ausreichend, im Bereich
von 10 μm
bis 3.000 μm
zu liegen. Währenddessen
muss – obwohl
die Form des Gitters nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt ist – jedes
Teil des Staubs mit zweidimensionaler Regelmäßigkeit angeordnet werden.
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Die
oben beschriebene Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen kann durch
ein Verfahren leicht hergestellt werden, das im Folgenden beschrieben
wird.
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Zuerst
werden viele Partikel des Staubs 13 mit zweidimensionaler
Regelmäßigkeit
auf der ebenen Oberfläche
des Bindemittels 14 gehalten, das auf der Abrichtvorrichtung
für ein Polierkissen
befestigt werden soll. Dazu wird vorzugsweise ein Klebeteil bereitgestellt,
dessen Größe fast
der des Staubs gleicht, und zwar direkt auf der Oberfläche des
Bindemittels 14 oder über
einen Bogen, der darauf entsprechend der Position von jedem regelmäßig angeordneten
Staubteil 13 platziert wird, und der Staub 13 wird
auf das Klebeteil aufgeklebt und dort fixiert.
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Der
Klebeteil kann durch einen nicht-maskierten Teil in dem maskierten
Klebebogen gebildet werden. Dabei erfolgt die Maskierung vorzugsweise
durch Bildung des nicht-maskierten Teils, indem viele Löcher mit derselben
Größe wie die
Partikelgröße des Staubs
hergestellt werden, und der Klebeteil wird durch den nicht-maskierten
Teil gebildet. Allerdings kann der Klebeteil auch durch partielles
Auftragen des Klebstoffs unter Verwendung von Drucktechniken gebildet
werden. Die Größe des Klebeteils
muss fast der des Staubs entsprechen, damit jedes Teil des Staubs 13 aufgeklebt
und fixiert wird, und sie müssen
zweidimensional in regelmäßigen Intervallen
entsprechend der Halteposition von jedem Staubteil 13 angeordnet
sein.
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Der
Staub 13 wird gesintert und auf der Oberfläche des
Bindemittels 14 fixiert. Dabei wird der Diamantstaub 13,
wie in 7 gezeigt, in das Bindemittel 14 gepresst
und gesintert. Zu diesem Zeitpunkt entsteht eine Karbidschicht 15 auf
der Oberfläche
des Diamantstaubs 13 durch reaktives Sintern des Diamanten
und des im Bindemittel enthaltenen Siliziums, und somit wird der
Diamantstaub 13 durch die Karbidschicht 15 fest
mit dem Bindemittel 14 verbunden.
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Außerdem wird
als der oben erwähnte
Diamantstaub Staub verwendet, der zuvor mit einer Karbidschicht
eines Metalls aus der Gruppe IV, V oder VI des Periodensystems beschichtet
wurde, und der Staub wird in das Bindemittel gepresst und gesintert.
Auf diese Weise kann der Diamantstaub durch die Karbidschicht fest
mit dem Bindemittel verbunden werden.
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Um
die regelmäßige zweidimensionale
Anordnung des Staubs 13 oder des nicht-maskierten Teils
zu erzielen, kann das folgende Verfahren verwendet werden. In eine
Metallplatte mit der erforderlichen Anordnung werden durch Ätzung Löcher eingebracht,
deren Durchmesser der maximalen Abmessung der Staubverteilung gleicht,
und diese Metallplatte wird auf der Oberfläche eines geformten Grundkörpers oder
einem Bogens platziert, der Staub mit einer den Löchern entsprechenden
Partikelgrößenverteilung
wird unter Beobachtung mit einem Mikroskop in die Löcher eingepasst,
nach Abbürsten
des überschüssigen Staubs
mit einer Bürste
wird der Staub durch eine auf dem Staub platzierte Platte in den
geformten Grundkörper
gedrückt,
und dann wird die Metallplatte entfernt und das Objekt bei vorbestimmten
Temperatur-, Druck- und Zeitbedingungen gesintert.
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Wie
in 7 gezeigt wird, wird das Bindemittel 14,
das den Staub 13 mit einer vorgegebenen Anordnung festhält, durch
einen Klebstoff 6 wie z. B. einen Epoxydharz mit dem Sockel 1 einer
Abrichtvorrichtung verbunden, und dann wird die Oberfläche der
Abrichtvorrichtung eingeebnet und abgerichtet, indem sie mit einem
ungebundenen Staub wie z. B. Aluminiumoxid sandgestrahlt oder umwickelt
oder geätzt
wird, so dass eine endgültig
vorgegebene Abmessung gebildet wird und der Staub 13 in
einer vorgegebenen Höhe
hervorsteht. Auf diese Weise wird eine Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen
hergestellt.
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BEISPIELE
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Es
folgt eine weitere detaillierte Beschreibung unter Bezug auf bevorzugte
Beispiele. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
Beispiele beschränkt.
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[BEISPIEL 1]
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Diamantstaub
mit einer Korngröße von Nr.
100/Nr. 200 wird mit einem Titan-Silizium-Legierungspulver im Masseverhältnis 1:1
gemischt, so dass eine Mischung im Volumenverhältnis 1:3 entsteht. Dann wird
die gewonnene Pulvermischung in einen Graphitrahmen eingefüllt und
dann eine Stunde lang durch Heißpressen bei
einer Sintertemperatur von 1.200 Grad Celsius und bei einem Druck
von 50 MPa gesintert. Danach wird das so gewonnene gesinterte Produkt
mit einem Epoxydharzklebstoff auf einen Sockel (siehe 1)
aus einem Edelstahl (SUS 316) geklebt, die Abrichtfläche des
Produkts wird eingeebnet und abgerichtet, indem eine GC-Schleifscheibe
mit einer Korngröße von Nr.
240 eingesetzt wird, bis die Dicke des Produkts 2 mm und die Protrusionshöhe des Diamantstaubs
aus der Matrix 50 Mikrometer beträgt. Dadurch entsteht eine Abrichtvorrichtung.
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Der
folgende Säureresistenztest
und der Haltbarkeitstest für
das Ablösen
des Staubs wurden mit dieser Abrichtvorrichtung durchgeführt.
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Beim
Säureresistenztest
wurde ein scheibenförmig
geschnittenes Sinterprodukt für
100 Stunden in 500 Milliliter einer wässrigen Lösung mit zehn Masseprozent
Salpetersäure
getaucht, dann wurde die Änderungsrate
der Masse des Produkts mit einer elektromagnetischen Wage (Messempfindlichkeit
1 mg) gemessen. 3 zeigt die Änderungsrate der Masse (Vertikalachse)
im Verhältnis
zur Eintauchzeit in Stunden (Horizontalachse). Die Abbildung zeigt,
dass es keine Masseabnahme gab und dass das Produkt eine hervorragende
Säurebeständigkeit
aufwies.
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Zum
Vergleich wurde eine Probe, bei der Diamantstaub mit einer Korngröße von Nr.
100/Nr. 200 mit Ni galvanoplastisch befestigt wurde, demselben Säureresistenztest
unterzogen. Das Ergebnis zeigt, dass die Änderungsrate der Masse bereits
nach 30 Stunden 4,0 Prozent betrug.
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Beim
Haltbarkeitstest für
das Ablösen
des Staubs wurde die Abrichtvorrichtung mit einem Flächendruck
von 20 kPa auf die Oberfläche
eines CMP-Polierkissens aus Urethanschaumstoff gepresst, dann wurde die
Abrichtvorrichtung 100 Stunden lang einem kontinuierlichen Abrichtprozess
ausgesetzt, bei dem Slurry mit einem Gehalt von 2 Masseprozent Aluminiumoxid-Schleifkörpern mit
einer Korngröße von Nr.
4000 in einer Menge von 12 Millilitern pro Minute aufgesprüht wurde.
Mit einem Lichtmikroskop wurde die Oberfläche der Abrichtvorrichtung
an vier Stellen beobachtet, um eine Inspektion in Bezug auf das
Ablösen
des Diamantstaubs und auf Höhenänderungen
durchzuführen. 4 bzw. 5 zeigen
die Ergebnisse der Beobachtung vor und nach dem Abrichten. Entsprechend
diesen Abbildungen (Fotografien) konnte keine Ablösung des
Diamantstaubs beobachtet werden. Außerdem wurde keine Änderung
bei der Protrusion des Diamantstaubs beobachtet, und es wurde bestätigt, dass
das Produkt haltbar ist und ein hervorragendes Haltevermögen der Staubteile
aufweist.
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[BEISPIEL 2]
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Diamantstaub,
der durch ein CVD-Verfahren mit einer 2-Mikrometerschicht Titankarbid
beschichtet wurde und eine Korngröße von Nr. 100/Nr. 120 aufweist,
wird mit einem Titan-Silizium-Legierungspulver
im Masseverhältnis
1:1 gemischt, so dass eine Mischung im Volumenverhältnis 1:3
entsteht. Dann wird die gewonnene Pulvermischung in einen Graphitrahmen
eingefüllt
und dann eine Stunde lang durch Heißpressen bei einer Sintertemperatur
von 1.200 Grad Celsius und bei einem Druck von 50 MPa gesintert.
Danach wird das so gewonnene gesinterte Produkt mit einem Epoxydharzklebstoff
auf einen Sockel aus Edelstahl (SUS 316) geklebt, die Abrichtfläche des
Produkts wird eingeebnet und abgerichtet, indem eine GC-Schleifscheibe mit
einer Korngröße von Nr.
240 eingesetzt wird, bis die Dicke des Produkts 2 mm und die Protrusionshöhe des Diamantstaubs
aus der Matrix 50 Mikrometer beträgt. So entsteht eine Abrichtvorrichtung.
Der nachfolgende Säureresistenztest
ist ein Haltbarkeitstest für
das Ablösen
des Staubs, der für
diese Abrichtvorrichtung unter denselben Bedingungen wie in Beispiel
1 durchgeführt
wurde.
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Das
Ergebnis des Säureresistenztests
ist in 6 dargestellt. Die Abbildung zeigt, dass kein
Anstieg der Masse des Produkts festgestellt wird und das Produkt
eine hervorragende Säureresistenz
aufweist.
-
Außerdem wurden
wie bei der ersten Ausführungsform
das Ablösen
des Diamantstaubs und die Änderung
der Protrusionshöhe
an vier Stellen der Abrichtvorrichtung vor und nach dem Abrichten
untersucht. Beim Vergleich zwischen dem Zustand vor dem Abrichten
und dem Zustand nach dem Abrichten konnte weder eine Ablösung des
Diamantstaubs noch eine Änderung
bei der Protrusion des Diamantstaubs festgestellt werden. Damit
wurde bestätigt,
dass das Produkt eine hervorragende Haltbarkeit und ein hervorragendes
Haltevermögen
der Staubteile aufweist.
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[BEISPIEL 3]
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Wolframpulver
und Siliziumpulver werden in einem Masseverhältnis von 1:4 in einer Kugelmühle gemischt,
der so hergestellten Pulvermischung werden 20 Volumenprozent Paraffin
zugesetzt und mit dieser vermischt, und das dabei entstandene Pulvergemisch
wird in eine Form gefüllt,
um mit einem Druck von 50 MPa einen planaren geformten Grundkörper herzustellen.
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Ein
Klebebogen, auf den ein Klebstoff aufgetragen ist, wird durch einen
Bogen mit einem nicht-maskierten Teil maskiert, der durch Herstellen
vieler Löcher
entsprechend der Staubgröße in zweidimensionalen regelmäßigen Intervallen
gebildet wird. Die durch den nicht-maskierten Teil gebildeten Klebeteile
haben eine Größe von 270 μm, und sie
sind so angeordnet, dass das kleinste Gitter, das durch die in umfänglicher
und radialer Richtung benachbarten Teile des Staubs gebildet wird,
ein Parallelogramm bildet und der Staubabstand an einer Seite davon
regelmäßige Intervalle
von 0,8 mm aufweist.
-
Dann
wird ein klassifizierter Diamantstaub von 150 μm bis 250 μm auf dem nicht-maskierten Teil
des Klebebogens aufgeklebt und fixiert, der Bogen wird auf dem aus
Wolfram-Silizium-Pulvergemisch
geformten Grundkörper
platziert, der Staub wird durch eine Platte in den geformten Grundkörper gepresst,
und dann wird der Grundkörper
durch Heißpressen
eine Stunde lang bei einer Sintertemperatur von 1.200 Grad Celsius
und einem Druck von 50 MPa gesintert. Auf diese Weise wird ein gesinterter
Grundkörper
mit auf dem geformten Grundkörper
fixiertem Staub gebildet.
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Der
so hergestellte gesinterte Grundkörper wird mit Epoxydharz auf
einen topfförmigen
Sockel geklebt, der aus Edelstahl (SUS 316) besteht und einen Durchmesser
von 100 mm aufweist, so dass eine Ringform mit Intervallen von 10
mm entsteht, die Abrichtoberfläche
des gesinterten Grundkörpers
wird mit ungebundenem Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße entsprechend
Nr. 240 sandgestrahlt, und dann wird der Grundkörper so eingeebnet und abgerichtet,
dass die Protrusionshöhe
zwischen 60 μm
und 80 μm
beträgt.
-
Auf
diese Weise wird eine Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen hergestellt.
-
Die
elektronenmikroskopische Aufnahme von 8 zeigt
die Anordnung des Diamantstaubs auf der Abrichtoberfläche der
oben beschriebenen Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen.
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Die
hergestellte Abrichtvorrichtung wird mit einem Druck von 19,6 kPa
auf ein mit 50 Umdrehungen pro Minute rotierendes Polierkissen aus
Polyurethanschaum gepresst, um den Schleifprozess durchzuführen, während eine
Slurry (hergestellt von Cabot) mit 2 Volumenprozent Siliziumoxidpulver
mit einer Fließgeschwindigkeit
von etwa 15 ml pro Minute zugeführt
wird.
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Die
Poliergeschwindigkeit und die Oberflächenrauheit (Ra und Rz) von
zehn Abrichtvorrichtungen werden alle 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25
und 30 Stunden gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]
| | | Beispiel
2 | Beispiel
1 | Vergleichsbeispiel |
| | Staubabstand | 1,5
mm | 0,8
mm | Elektrodenposition |
| Poliergeschwindigkeit
des Polierkissens (Einheit: μm/h) | Durchschnitt | 42,96 | 15,58 | 75,6 |
| | σn-1 | 2,59 | 2,80 | 11,25 |
| Oberflächenrauheit
des Polierkissens Ra (Einheit: μm) | Durchschnitt | 4,95 | 3,93 | 4,33 |
| | σn-1 | 0,12 | 0,12 | 0,36 |
| Oberflächenrauheit | Durchschnitt | 30,19 | 24,00 | 27,46 |
| | σn-1 | 1,15 | 0,96 | 2,61 |
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[BEISPIEL 4]
-
Wie
im Fall von BEISPIEL 3 wird aus einer Mischung aus Wolframpulver
und Siliziumpulver in einem Masseverhältnis von 1:4 ein planarer
gesinterter Grundkörper
hergestellt.
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Und
ebenso wie beim BEISPIEL 3 wird ein Klebebogen durch einen Bogen
mit einem nicht-maskierten Teil
maskiert, Löcher
mit einem Durchmesser von 270 μm,
die den nicht-maskierten
Teil bilden, werden so angeordnet, dass das kleinste Gitter, das
durch die in umfänglicher
und radialer Richtung benachbarten Teile des Staubs entsteht, ein
Parallelogramm bildet und der Staubabstand an einer Seite davon
regelmäßige Intervalle von
1,5 mm aufweist, ein klassifizierter Diamantstaub von 150 μm bis 250 μm wird auf
dem nicht-maskierten Teil des Klebebogens aufgeklebt und fixiert,
der Bogen wird auf dem aus Wolfram-Silizium-Pulvergemisch geformten
Grundkörper
platziert, und der Bogen wird durch Heißpressen gesintert. Auf diese
Weise wird ein gesinterter Grundkörper mit auf dem geformten
Grundkörper
fixiertem Staub hergestellt
-
Der
so hergestellte gesinterte Grundkörper wird mit Epoxydharz auf
denselben Sockel wie bei BEISPIEL 1 geklebt, die Abrichtoberfläche wird
mit ungebundenem Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße entsprechend
Nr. 240 sandgestrahlt, und dann wird die Protrusionshöhe auf 60 μm bis 80 μm angepasst.
Auf diese Weise wird eine Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen hergestellt.
Die elektronenmikroskopische Aufnahme von 9 zeigt
die Anordnung des Diamantstaubs auf der Abrichtoberfläche dieser
Abrichtvorrichtung für ein
Polierkissen.
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Die
hergestellte Abrichtvorrichtung wird mit einem Druck von 19,6 kPa
auf ein mit 100 Umdrehungen pro Minute rotierendes Polierkissen
aus Polyurethanschaum gepresst, um den Schleifprozess durchzuführen, während eine
Slurry (hergestellt von Cabot) mit 2 Volumenprozent Siliziumoxidpulver
mit einer Fließgeschwindigkeit
von etwa 15 ml pro Minute zugeführt
wird.
-
Die
Poliergeschwindigkeit und die Oberflächenrauheit (Ra und Rz) von
zehn Abrichtvorrichtungen werden alle 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25
und 30 Stunden gemessen, und die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1
dargestellt.
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[VERGLEICHSBEISPIEL 1]
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Ein
Polierkissen aus Polyurethanschaum wird unter denselben Bedingungen
wie bei BEISPIEL 3 und BEISPIEL 4 einem Schleifprozess ausgesetzt,
indem derselbe Diamantstaub wie im Fall von BEISPIEL 3 und BEISPIEL
4 verwendet wird. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von 10 zeigt
die Anordnung des Diamantstaubs auf der Abrichtoberfläche der
oben erwähnten
Abrichtvorrichtung für
ein Polierkissen. Die Ergebnisse nach dem Schleifen sind zusammen
mit den Ergebnissen von BEISPIEL 3 und BEISPIEL 4 in Tabelle 1 dargestellt.
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Tabelle
1 zeigt, dass bei einer Abrichtvorrichtung für ein Polierkissen, bei der
der Diamantstaub entsprechend den oben erwähnten Beispielen regelmäßig und
in gleichmäßigen Intervallen
angeordnet ist, die Oberflächenrauheit
auf der Oberfläche
des Polierkissens gleichmäßiger ist
als die auf der Oberfläche
einer herkömmlichen
Abrichtvorrichtung, bei der der Staub zufällig angeordnet ist, und dass
die Poliergeschwindigkeit des Polierkissens sehr stabil ist.
-
LEGENDE FÜR BEILIEGENDE ZEICHNUNGEN
-
Fig.3
| Englisch | Deutsch |
| RATE
OF CHANGE IN WEIGHT/% | ÄNDERUNGSRATE IN MASSE-% |
| DIPPING
HOURS/hr | EINTAUCHZEIT/h |
| DRESSER
OF THE PRESENT INVENTION | ABRICHTVORRICHTUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG |
| DRESSER
ELECTROFORMED WITH Ni | ABRICHTVORRICHTUNG
MIT GALVANOPLASTISCHER Ni BEFESTIGUNG |
| RATE
OF CHANGE IN WEIGHT = CHANGED WEIGHT/INITIAL WEIGHT | ÄNDERUNGSRATE
DER MASSE = MASSEÄNDERUNG/EINWAAGE |
Fig.6
| Englisch | Deutsch |
| RATE
OF CHANGE IN WEIGHT/% | ÄNDERUNGSRATE
IN MASSE-% |
| DIPPING
HOURS/hr | EINTAUCHZEIT /h |
| DRESSER
OF THE PRESENT INVENTION | ABRICHTVORRICHTUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG |