CN101844333B - 研磨工具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研磨工具，包括多个磨粒、一固定模具、一基板及一结合剂层组成；固定模具的多个孔分别容置多个磨粒；磨粒的第一端及第二端分别置于固定模具的下方及上方；基板的第一端面分别抵靠多个磨粒的第二端；结合剂层结合多个磨粒、固定模具及基板；磨粒的第二端为研磨端；结合剂层隐藏于固定模具内侧，因此在研磨过程中较不会接触液体而被腐蚀，利用固定模具结合磨粒，方便控制磨粒的排列图案、间距及露出高度，可以更稳固地固定磨粒，使磨粒较不会在研磨加工中脱落。

Description

研磨工具及其制备方法

技术领域

本发明涉及研磨工具，尤其是有关应用于晶片制造上的研磨工具及其制备方法。

背景技术

各种研磨工具广泛的应用于石材、水泥、玻璃、砖瓦、陶瓷、金属等材料的加工。应用于晶片制造上的修整工具，为了使CMP研磨垫获得较佳的研磨功能，修整刀具上的钻石颗粒的粒度(Particle size)、锐利度及多个颗钻石颗粒的排列图案(Pattern)、间距(Pitch)及露出高度(Protrusion height)等均需加以适当的规划及配置。

有许多将钻石颗粒等磨料颗粒依据预先的规划规则性的排列或均匀的分布于基材上的技术，例如中国中国台湾专利I286097揭示一种研磨工具及其制造方法，其研磨工具结构包括基材、多个磨料颗粒簇以及结合剂层，磨料颗粒簇为群聚的多个磨料颗粒，多个磨料颗粒簇以规则排列方式设通过表面的结合剂层固着于基材表面，同时配合工艺上控制磨料颗粒簇的规则排列，以磨粒排列模板来形成所需的规则排列图案，并通过磨粒排列模板的磨粒定位孔的尺寸来调整磨料颗粒簇的颗粒数目。

中国台湾专利I222914揭示一种具规则性排列的磨料的研磨工具制造方法，其是在一基材上电镀形成一布置层；之后在布置层上刻蚀多个孔洞；接着将多个研磨粒分别置入于孔洞中，使研磨粒均匀排列于基材上；于研磨粒布置完毕后，在布置层上接续电镀以形成一固结层，而将研磨粒覆盖固结于基材上；最后去除部分固结层使研磨粒部分裸露以进行研磨加工；另外可于固结层上再形成一固结加强层，以加强研磨粒与固结层之间的固结强度。

中国台湾专利公告587972揭示一种超磨料工具的制造方法，其特征为，对具有超磨料平均粒径的0.3～1.5倍厚度之间隔物，在间隔物下面开穿具有小于超磨料平均粒径小直径的圆筒形孔，及连接于该圆筒形孔而连续地扩大直径，于间隔物上面直径成为超磨料平均粒径的1.02～4倍的孔，各以每一个载置超磨料于该孔，由于在间隔物上面形成结合层，固着超磨料后，予以去除间隔物。

上述利用孔洞容置磨料颗粒的技术，只能使磨料颗粒被定位于特定位置，并不能使磨料颗粒的尖端朝上且具有相同的突出量，且不能利用孔洞本身的形状来限制磨料颗粒，使磨料颗粒被定位后即难以转动。

申请人已申请的中国台湾专利申请第097109052号揭示一种具有规则磨料转向方法及产品，是使平板设置多个多边柱形或锥形的定位单元，通过机械力或振动方法或移动平板使多个多面体的磨料的一部分分别自动落入多个定位单元内，并自动转向使磨料的其中一尖端突出平板的第一表面，或者可进一步使磨料的另一尖端穿过定位单元突出平板的第二表面，因此可方便将磨料依照所设定的排列图案、间距结合平板，并利用定位单元的槽孔的大小及形状控制磨料的尖端突出平板的露出高度，且利用定位单元本身的形状来限制磨料，使磨料被定位后即难以转动。

发明内容

为使研磨工具在制造加工过程中，更方便控制磨粒的研磨端一致的突出量及更稳固的固定磨粒，而提出本发明。

本发明的主要目的，是提供一种研磨工具及其制备方法，使用固定模具固定磨粒，方便控制磨粒的排列图案、间距及露出高度。

本发明的另一目的，是提供一种研磨工具及其制备方法，利用固定模具固定磨粒，可以更稳固的固定磨粒，使其不会在研磨加工作业中脱落。

本发明的另一目的，是提供一种研磨工具及其制备方法，使磨粒的结合剂层有一层固定模具的保护，较不会在研磨过程中接触液体被腐蚀而失去结合磨粒的效果。

一种研磨工具的制法，包括如下步骤：

(1)使多个磨粒的一第一端分别穿过一固定模具的多个孔抵靠于一基准平台的多个凹槽的底端；该多个磨粒的一第二端分别置于该固定模具的上方；

(2)使结合剂流布于该固定模具的上端面且结合该多个磨粒的第二端形成一结合剂层，使该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层结合一体；

(3)分离该基准平台与结合一体的该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层；结合一体的该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层即形成一修整刀具。

一种研磨工具，包括：多个磨粒，该磨粒具有一第一端及一第二端；一结合剂层；其中该结合剂层结合该多个磨粒；该磨粒的该第一端置于该结合剂层的外部为研磨端。

本发明的其它目的、功效，请参阅图式及实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明研磨工具的制法的流程图；

图2为制造本发明研磨工具的示意图；

图3为本发明磨粒、固定模具及基板呈分开状的示意图；

图4为本发明磨粒、固定模具及基板呈组合状的示意图；

图5为本发明第一实施例的研磨工具的剖面示意图；

图6为同时制造多个本发明研磨工具的示意图；

图7为本发明磨粒、固定模具及基准平台呈组合状的示意图；

图8为本发明第二实施例的研磨工具实施例的剖面示意图；

图9为本发明第三实施例的研磨工具实施例的剖面示意图；

图10为本发明第四实施例的研磨工具实施例的剖面示意图。

【主要元件符号说明】

1、81、82、83研磨工具     10磨粒

11第一端                  12第二端

20固定模具                21孔

30基准平台                31凹槽

32底端                    40基板

41第一端面                51间隙

60密封模具             61第一连通部

611第一阀              612第一开口

62第二连通部           621第二阀

622第二开口            63真空泵

64容器                 71结合剂

72结合剂层

(a)、(b)、(c)、(c1)、(c2)(c3)、(d)分别为各步骤编号

具体实施方式

请参阅图1所示。本发明的研磨工具的制法，包括如下步骤：

(a)使多个磨粒10的第一端11分别穿过一固定模具20的多个孔21抵靠于一基准平台30的多个凹槽31的底端32，多个磨粒10的第二端12分别置于固定模具20的上方，如图3、图4所示；其中固定模具20叠置于基准平台30的上方，磨粒10的第二端12位于固定模具20的上方，如图3、图4所示；

(b)使一基板40的第一端面41分别抵靠多个磨粒10的第二端12，基板40与固定模具20之间有一间隙51，如图3、图4所示；

(c)使结合剂71流布于间隙51内形成一结合剂层72，结合剂层72结合多个磨粒10、固定模具20的上端面及基板40的第一端面41，使多个磨粒10、固定模具20、结合剂层72及基板40结合一体；其中使结合剂71流布于间隙51内的技术包括如下步骤(c1)至(c3)：

(c1)将组合好的多个磨粒10、固定模具20、基准平台30及基板40放置于一密封模具60内；

(c2)使密封模具60相对的一第一连通部61及一第二连通部62分别抽出密封模具60内的空气及将结合剂71输入密封模具60内，使结合剂71流布于间隙51内形成一结合剂层72；

(c3)将多个磨粒10、固定模具20、基板40、结合剂层72及基准平台30与密封模具60分离；

(d)将结合一体的多个磨粒10、固定模具20、结合剂层72及基板40与基准平台30分离；多个磨粒10、固定模具20及基板40即形成本发明第一实施例的研磨工具1，即一修整刀具，如图5所示。

前述固定模具20可使结合剂层72与其结合面更为平整。固定模具20可为金属材料的固定模具，当使用酸性研磨液研磨时，因为酸性研磨液会腐蚀金属材料的固定模具20，所以可进一步使固定模具20与结合剂层72分离，而以结合剂层72接触酸性研磨液，较不会受到腐蚀。

前述密封模具60的第一连通部61、第二连通部62分别结合第一阀611及第二阀621以分别控制空气及结合剂71的流动速率；第一连通部61及第二连通部62分别连接一真空泵63及一装有结合剂71的容器64；此时密封模具60及容器64内的结合剂71可被加热以增加其流动性；当真空泵63启动时，可使结合剂71迅速填充满整个间隙51，并形成一结合剂层72封装结合磨粒10、固定模具20及基板40。

本发明使用真空泵63的优点是可以迅速灌模结合、节省结合剂71的材料、避免在封装结合过程中产生气泡。

前述第一连通部61及第二连通部62靠近间隙51的第一开口612及第二开口622可分别为喇叭口(外扩)状，可防止结合剂71流入间隙51内时产生紊流，避免造成结合剂71不均匀的分布于间隙51内。

前述基板40及固定模具20是经润湿处理(如镀膜、等离子体涂覆等)，增加材料的亲水性，可使基板40及固定模具20更有效结合结合剂71。

灌模设计可为一模一穴，或是一模多穴，如图6所示，也就是一个结合剂的容器64、一个真空泵63，可连接多个密封模具60，同时使多个研磨工具进行灌模结合作业。

请参阅图7、图8所示。本发明上述研磨工具的制法，亦可省略步骤(b)，即不需一基板分别抵靠多个磨粒10的第二端12，如图7所示；而步骤(c)使结合剂流布于固定模具20的上端面形成一结合剂层72，该结合剂层72的厚度高于多个磨粒10的第二端12，使多个磨粒10、固定模具20及结合剂层72结合一体，形成本发明第二实施例的研磨工具81，如图8所示。

请参阅图3、图5所示。本发明第一实施例的研磨工具1，包括多个磨粒10、一固定模具20、一基板40及一结合剂层72所组成；该磨粒10具有一第一端11及一第二端12；固定模具20，设有多个孔21；基板10设有一第一端面41；其中该多个孔21分别容置多个磨粒10；磨粒10的第一端11及第二端12分别置于固定模具20的下方及上方；基板40的第一端面41分别抵靠多个磨粒10的第二端12，基板40与固定模具20之间有一间隙51；结合剂层72布于该间隙51内结合多个磨粒10、固定模具20及基板40；第二端12为研磨端；结合剂层72隐藏于固定模具20内侧，因此在研磨过程中较不会接触液体而被腐蚀。

固定模具20可为金属材料的固定模具，当使用酸性研磨液研磨时，因为酸性研磨液会腐蚀金属材料的固定模具20，所以可进一步使固定模具20与结合剂层72分离，形成本发明第三实施例的研磨工具82，包括多个磨粒10、一基板40及一结合剂层72所组成，结合剂层72结合多个磨粒10及基板40，磨粒10的第二端12置于结合剂层72的外部，如图9所示，而以结合剂层72接触酸性研磨液，较不会受到腐蚀。

请参阅图8、图10所示。本发明第四实施例的研磨工具83，是将图8所示本发明第二实施例的研磨工具83的固定模具20与结合剂层72分离，仅有结合剂层72结合多个磨粒10；磨粒10的第一端11置于结合剂层72的外部，如图9所示，而以结合剂层72接触酸性研磨液，较不会受到腐蚀。

本发明的磨粒的材料可为人造或非人造钻石、多晶钻石(PCD)、立方晶氮化硼(CBN)、多晶立方氮化硼(PCBN)、最硬结晶体、多晶材料、或上述材料的混合材料等所组成。

本发明的基板可为任何形状、厚度、或材质，而具有支撑磨粒的能力，能达成支撑、固定磨粒的功效；该基板可由坚固的材料所组成、由工艺中形成坚固的粉状或胶状材料所组成、或由具有弹性的材料所组成；典型的基板材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制品、碳制品、及上述材料的混合物，此外基板也可包含焊接合金材料。

本发明的固定模具可为任何形状、厚度、或材质，而具有固定磨粒的能力，能达成固定磨粒的功效；典型的固定模具的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶制材料、碳材料、及上述材料的混合物，其中以不锈钢为实施例代表。

本发明的结合剂层的材料包含金属、金属合金、塑料材料(Polymer)、陶瓷材料、碳材料、及上述材料的混合物，其中以塑料材料为实施例代表，此外合剂层也可包含焊接合金材料。

本发明的研磨工具及其制备方法，利用固定模具结合磨粒，方便控制磨粒的排列图案、间距及露出高度。

本发明的研磨工具及其制备方法，利用固定模具固定磨粒，可以更稳固的固定磨粒，使磨粒较不会在研磨加工中脱落。

本发明的研磨工具及其制备方法，使磨粒的结合剂层有一层固定模具的保护，较不会在研磨过程中接触液体被腐蚀而失去固定磨粒的效果。

以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于实施例所揭示的内容。

Claims (5)

1.一种研磨工具的制法，包括如下步骤：

(1)使多个磨粒的一第一端分别穿过一固定模具的多个孔抵靠于一基准平台的多个凹槽的底端；该多个磨粒的一第二端分别置于该固定模具的上方；

(2)使结合剂流布于该固定模具的上端面且结合该多个磨粒的第二端形成一结合剂层，使该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层结合一体；

(3)分离该基准平台与结合一体的该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层；结合一体的该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层即形成一修整刀具；

其特征在于，该步骤(2)中使该多个磨粒、该固定模具及该结合剂层结合一体包括如下步骤：

(a)将组合好的该多个磨粒、该固定模具及该基准平台放置于一密封模具内；

(b)使该密封模具相对的一第一连通部及一第二连通部分别抽出该密封模具内的空气及将结合剂输入密封模具内，使结合剂流布于该固定模具的上端面且结合该多个磨粒的第二端形成一结合剂层；

(c)将该多个磨粒、该固定模具、该结合剂层及该基准平台与该密封模具分离。

2.如权利要求1所述的研磨工具的制法，其特征在于，该结合剂层的厚度高于该多个磨粒的第二端。

3.如权利要求1所述的研磨工具的制法，其特征在于，该步骤(1)、(2)之间进一步包括如下步骤：

使一基板的第一端面分别抵靠该多个磨粒的一第二端，该基板与该固定模具之间有一间隙；

该步骤(a)中进一步包括将该基板放置于该密封模具内；

该步骤(b)中进一步包括使结合剂流布于该间隙内形成该结合剂层，该结合剂层结合该基板；

该步骤(c)中进一步包括将该基板与该密封模具分离。

4.如权利要求3所述的研磨工具的制法，其特征在于，该第一连通部及该第二连通部分别连接一真空泵及一装有该结合剂的容器，该真空泵启动时，使该结合剂填充满整个该间隙；该容器内的该结合剂或该密封模具内的该结合剂中至少一者被加热，增加该结合剂的流动性；该基板及该固定模具经润湿处理，使该基板及该固定模具更有效的结合该结合剂；该密封模具的该第一连通部及该第二连通部分别结合一第一阀及一第二阀，分别控制空气及该结合剂的流动速率；该第一连通部及该第二连通部靠近该间隙的一第一开口及一第二开口分别为喇叭口状，防止该结合剂流入该间隙内时产生紊流，避免造成该结合剂不均匀的分布于该间隙内。

5.如权利要求1至4中任一项所述的研磨工具的制法，其特征在于，该磨粒的材料为选自立方晶氮化硼、最硬结晶体及上述材料的混合材料其中之一；该固定模具的材料为选自金属、金属合金、塑料材料、陶瓷材料、碳材料及上述材料的混合物其中之一；该结合剂层的材料为选自金属、塑料材料、陶瓷材料、碳材料、上述材料的混合物及焊接合金材料其中之一；该基板的材料为选自金属、金属合金、塑料材料、陶瓷材料、碳材料及上述材料的混合物其中之一。

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