CN109015339B - 研磨工具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供研磨工具及其制造方法，研磨工具包括一基板及复数个研磨颗粒。基板具有第一表面及第二表面，基板中形成有复数个通孔，各该复数个通孔贯穿该基板并在该第一表面及该第二表面分别形成第一开口及第二开口，该第二开口比该第一开口大。研磨颗粒分别设置于通孔中并藉由一黏胶体与与基板相固接，研磨颗粒的尖端分别突出于基板的第一表面，研磨颗粒其余部分被黏胶体完全包覆于基板的通孔中。各第一开口的尺寸小于研磨颗粒，使研磨颗粒能够受支撑于基板的通孔中。
Description
技术领域
本发明是有关于一种研磨工具，且特别是有关于一种在基板中形成有复数个通孔用以设置研磨颗粒的研磨工具及其制造方法。
背景技术
研磨工具已被广泛使用于材料的切削、研磨、抛光和磨光等多种应用领域当中。在如石材加工业或精密磨削工业中，透过坚硬的研磨颗粒优异的耐磨性能使切割、磨削等加工程序的效率提升，并使这类加工行业的成本降低。
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)为各种产业中最常见的研磨制作。利用CMP制作可研磨各种物品的表面，包括陶瓷、硅、玻璃、石英、或金属的芯片等。此外，随着集成电路发展迅速，因CMP可达到大面积平坦的目的，故为半导体制作中常见的晶圆平坦化技术之一。
在半导体的CMP制作中，利用研磨垫(Pad)对晶圆或是其他半导体组件接触，并视需要搭配研磨液(Slurry)使用，使研磨垫透过化学反应与物理机械力以移除晶圆表面的杂质或不平坦结构。当研磨垫使用一段时间后，由于研磨过程中所产生的研磨屑积滞于研磨垫的表面，造成研磨效果及效率降低。因此，可利用研磨工具(如：修整器)对研磨垫表面磨修，使研磨垫的表面再度粗糙化，并维持在最佳的研磨状态。
为了提高研磨工具的切削率(cutting rate)，通常藉由提高研磨颗粒的排列密度或对研磨颗粒经加工处理增加其锐利度来达到目的。若是提高研磨颗粒的排列密度，随着所使用的研磨颗粒数量增加，则会相对地造成研磨工具的制造成本提高。
如图1所示，在先前的修整器1制法当中，将研磨颗粒11放置在外模14中，并搭配网版13控制研磨颗粒11的排列和高度，再灌入黏着剂或树脂12，使研磨颗粒11固定在黏着剂或树脂12上。之后，施以复杂的加压和抽真空制作来改善黏着剂或树脂12中产生气泡的问题，等黏着剂或树脂12固化后，再将修整器1倒置移出，成为图2所示状态。不过这种只用黏着剂或树脂12固定研磨颗粒11的固定方式并不稳当，在修整器1使用过程中，黏着剂或树脂12受研磨液酸性腐蚀等因素，常会造成研磨颗粒11掉落，而对研磨垫的表面产生剧烈的损伤。
因此，如何加强研磨颗粒的固定稳定度，减少研磨颗粒掉落的风险，并且在制作过程中无须实施复杂的加压和抽真空制作，减少气泡的数量与大小，并可精准控制研磨颗粒的排列和高度，实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明内容的一目的是在提供一种研磨工具及其制成方法，使用包括有复数个通孔的基板，控制通孔在基板表面的开口的尺寸小于研磨颗粒，使研磨颗粒能够受支撑于通孔中而不致掉落。
本发明内容的另一目的是在提供一种研磨工具及其制造方法，其在基板的两个相对表面设有不同大小的第一开口及第二开口，经由较宽的第二开口置入研磨颗粒后灌入黏胶体，使黏胶体往比较窄的第一开口逐步实质填满通孔中的间隙，减少其中产生气泡的机会。
本发明内容的又一目的是在提供一种研磨工具及其制造方法，配合将载有研磨颗粒的基板与一固定模具接触，使每个研磨颗粒的尖端突出于基板并分别抵止于固定模具中所对应的定位凹槽中，借着定位凹槽的深度精确调整研磨颗粒的尖端突出于基板的高度。
本发明内容的一技术方案是在提供一种研磨工具，包括一基板及复数个研磨颗粒。基板具有第一表面及第二表面，且基板中形成有复数个通孔，各该通孔贯穿基板并在第一表面及第二表面分别形成第一开口及第二开口，第二开口比第一开口大。研磨颗粒分别设置于通孔中并藉由一黏胶体与基板相固接，研磨颗粒的尖端分别突出于基板的第一表面，研磨颗粒其余部分则被这些黏胶体完全包覆于基板的通孔中，且各通孔的第一开口的尺寸小于研磨颗粒，使研磨颗粒能够受支撑于通孔中。
本发明内容的另一技术方案是在提供一种研磨工具的制造方法，包括：提供一包括复数个通孔的基板，基板的两个相对侧分别具有一第一表面和一第二表面，通孔贯穿基板并在第一表面、第二表面分别形成第一开口及第二开口，第二开口比该第一开口大；将复数个研磨颗粒自基板的第二表面分别置入基板的通孔中，使研磨颗粒分别通过通孔的各第一开口突出于基板的第一表面，其中，各通孔的第一开口的尺寸小于研磨颗粒，使研磨颗粒能够受支撑于通孔中；提供一个具有复数个定位凹槽的固定模具；将基板的第一表面与固定模具相接触，使各研磨颗粒的尖端分别突出于基板并分别抵止于固定模具的定位凹槽中；及自各第二开口将一黏胶体分别注入通孔，使研磨颗粒在通孔中的部分被此些黏胶体完全包覆，从而固定研磨颗粒于通孔中。
藉由上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其优点是能提供研磨颗粒与基板之间固定稳定度高、研磨工具刚性强、化性稳定、无须实施复杂制作即可使黏胶体内部较少气泡、研磨颗粒在研磨工具使用过程中不易脱落及/或精确调整研磨颗粒的尖端突出于基板的高度的效果。
附图说明
图1绘示先前的修整器制造过程中的状态示意图。
图2绘示先前的修整器的剖面结构的示意图。
图3绘示依据本发明一实施例所提供的研磨工具的俯视图。
图4绘示依据本发明一实施例所提供的研磨工具的剖视图。
图5绘示依据本发明另一实施例所提供的研磨工具的剖视图。
图6绘示依据本发明又一实施例所提供的研磨工具的剖视图。
图7绘示依据本发明一实施例制成研磨工具的方法的流程图。
图8至图11分别绘示依据本发明一实施例制成研磨工具过程中的不同阶段的示意图。
具体实施方式
图3绘示本发明一实施例所提供的研磨工具2的俯视图，图4则绘示研磨工具2的剖视图。参阅图3和图4，研磨工具2包含一基板21及复数个固定于基板21的研磨颗粒22。基板21为一体形成的硬质单一体。基板21的材料为刚性强、化学活性稳定的材料，例如为不锈钢基板、陶瓷基板等，在此以不锈钢基板为例，如此可减缓基板21在研磨工具2使用过程中受研磨液酸碱性、化学活性等因素的不利影响。基板21的尺寸并无限制，在此示例为4英寸，其厚度可为2～3mm。基板21的相对两侧分别具有两个表面211、212，其中，表面211为研磨工具2的工作表面，表面212为研磨工具2的底面，而研磨颗粒22可分布并部分突出于基板21的表面211。
研磨颗粒22例如为钻石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅等高硬度性质的材质。研磨颗粒22的外型无须限制，较佳为六八面体，且研磨颗粒22的粒径值为依研磨工具2的功能可选的较适尺寸，例如平均为20至30美制筛目(US mesh)，即用以筛选研磨颗粒22的筛网上每平方英寸中具有20至30个筛目，研磨颗粒22的一平均最大宽度可介于800～1000μm之间。研磨颗粒22的数量较佳为60～300颗，然不限于此。
参阅图4，基板21中还设有复数个通孔213。研磨颗粒22分别设置于通孔213中，并分别经由一黏胶体216固定于基板21，使研磨颗粒22的尖端221突出于基板21的表面211，研磨颗粒22的其余部分则被黏胶体216完全包覆于基板21的通孔213中。换言者，研磨颗粒22会突出于基板21的表面211，但不会突出于基板21的表面212。
各通孔213贯穿基板21，并在表面212、211分别形成两个开口212A、211A。开口212A、211A例如为圆形状，且开口212A比开口211A大。况且，开口211A的尺寸小于研磨颗粒22。例如，开口211A的内径可小于研磨颗粒22的尺寸，如研磨颗粒22的平均尺寸、平均最大宽度等。依据一些实施例，开口212A可介于1～2mm之间，例如以1mm为例，开口211A则可介于0.4～0.75mm之间，例如以750μm为例。依据一实施例，开口211A与开口212A的尺寸比例可介于0.2～0.75，例如介于0.4～0.375之间。藉由这样尺寸的巧妙设计，可以利用较小的开口211A卡合置于其内的研磨颗粒22，使研磨颗粒22能够受支撑于通孔213中，从而降低研磨工具2使用过程中面临研磨颗粒22脱落的风险。研磨颗粒22设置于通孔213后即可通过开口211A突出于基板21的表面211。
在本实施例中，各通孔213可包括两个彼此相连通且具有不同大小的通孔部215、214。通孔部215例如具有圆筒形状，而另一通孔部214例如具有截锥形状。通孔部215在表面212形成开口212A，且通孔部215的侧壁与表面212之间呈现一内部角度，此内部角度可为直角。通孔部214在表面211形成开口211A，且通孔部214的侧壁与表面211之间呈现另一内部角度，此内部角度可为锐角，举例来说，此内部角度可介于70～89度之间。通孔部215的内径较通孔部214来得宽，如此从通孔部215往通孔部214注入这些黏胶体216时，较易实质填满通孔213中的间隙，可减少气泡产生的机会。优选地，各研磨颗粒22被包覆于基板21的通孔213中的部分与黏胶体216相接触，提升研磨颗粒22与基板21间的固接可靠度。黏胶体216例如为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚亚酰胺树脂、聚碳酸树脂或其混合。
图5为显示本发明另一实施例所提供的研磨工具3的剖视图。研磨工具3包括一基板21、复数个固定于基板21的研磨颗粒22及一底座基板31。底座基板31可有助于增加研磨工具3的刚性。基板21及研磨颗粒22可如同前述的实施例，然本实施例并不限于此。基板21的相对两侧分别具有两个表面211、212，且基板21中设有复数个通孔213。研磨颗粒22分别设置通孔213中，且经由黏胶体216与基板21相固接，使研磨颗粒22的尖端221突出于基板21的表面211，研磨颗粒22的其余部分则被黏胶体216完全包覆于基板21的通孔213中。底座基板31的一面形成有一凹槽311，基板21可容置于凹槽311中并与底座基板31相固接。值得一题，底座基板31中可形成复数个凹槽311，而复数个基板21可分别容置于底座基板31的凹槽311中。
图6为显示本发明另一实施例所提供的研磨工具4的剖视图。研磨工具4包括一基板41及复数个固定于基板41的研磨颗粒22。
基板41可为一体形成的单一体。基板41为刚性强、化学活性稳定的材料，例如不锈钢基板、陶瓷基板等，在此以不锈钢基板为例，如此可减缓基板41在研磨工具2使用过程中受研磨液酸碱性、化学活性等因素的不利影响。基板41的尺寸并无限制，在此示例为4英寸。相较于图4的基板21，基板41更厚实，以增加研磨工具4的刚性。举例来说，基板41的厚度可为5～6.35mm。基板41的两个相对侧分别具有两个表面411、412，且基板41中设有复数个通孔413。研磨颗粒22分别设置于通孔413中，且经由黏胶体416与基板41相固接，使研磨颗粒22的尖端421突出于基板41的表面411，研磨颗粒22的其余部分则被黏胶体416完全包覆于基板41的通孔413中。换言者，研磨颗粒22会突出于基板41的表面411，但不会突出于基板41的表面412。
各通孔413皆贯穿基板41，并在两个表面412、411分别形成两个开口412A、411A。开口412A、411A例如为圆形状，且开口412A比开口411A大。况且，开口411A的尺寸小于研磨颗粒22。例如，开口411A的内径可小于研磨颗粒22的尺寸，如研磨颗粒22的平均尺寸、平均最大宽度等。依据一些实施例，开口412A可介于1～2mm之间，例如以2mm为例，开口411A则可介于0.4～0.75mm之间，例如以750μm为例。藉由这样尺寸的设计，可以利用较小的开口411A卡合置于其内的研磨颗粒22，使研磨颗粒22能够受支撑于通孔413中，从而降低研磨工具4使用过程中面临研磨颗粒22脱落的风险。研磨颗粒22设置于通孔413后即可通过开口411A突出于基板41的表面411。
在本实施例中，通孔413包括三个彼此相连通的通孔部415、417、414，通孔部417介于两个通孔部415、414之间，且通孔部417与两个通孔部415、414相连通。通孔部415在表面412形成开口412A，通孔部414在表面411形成另一开口411A。通孔部415例如为圆筒形状，其侧壁与表面412之间呈现一内部角度，此内部角度为直角。通孔部417也可以为圆筒形状，其内径维持等径宽，在此径宽以1mm为例。通孔部414可为截锥形状，其侧壁与表面411之间呈现另一内部角度，此内部角度可为锐角，举例来说，此内部角度可限于70～89度之间。通孔部415的内径较通孔部417来得宽，且通孔部417又较通孔部414来得宽，如此从通孔部415往通孔部417、414注入黏胶体416时，较易填满通孔413中的间隙，可减少气泡产生的机会。优选地，各研磨颗粒22被包覆于基板41中的通孔413的部分皆与黏胶体416接触，提升磨颗粒22与基板41间的固接可靠度。
图7绘示本发明一实施例制成研磨工具的方法的流程图，图8-11绘示依据本发明一实施例制造研磨工具过程中的不同阶段的示意图。参阅图7及图8，在步骤S110，首先提供一个包括通孔213的基板21，且各通孔213分别通过开口212A、211A贯穿表面212、211，开口212A比开口211A大。依据本发明一实施例，可先在一无通孔的基板中形成通孔213，如：利用工具机对于基板21进行钻孔，以形成基板21中的通孔213和开口212A、211A。举例而言，可在基板22中先形成较大的通孔部215，再形成与通孔部215相连通的通孔部214，通孔部215在表面212形成开口212A，通孔部214则在表面211形成开口211A。在其他实施例中，具有通孔213的基板21也可以其他方式制作，如一例为：以粉末冶金的方式直接形成包括通孔213的基板21。举例来说，以压制和烧结等制作将金属粉末形成基板21。请注意本发明并不限于此，也可以其他工艺制作基板或形成其中的通孔。
值得一提，若以图6所示的研磨工具4为例，步骤S110可在基板41中先形成通孔部415，接着形成与通孔部415彼此相连通的通孔部417，再形成与通孔部415、417连通的通孔部414，其中，通孔部415在表面412形成开口412A，而通孔部414在表面411形成开口411A。
接着，请一并参阅图7与图9，执行步骤S120，将复数个研磨颗粒22自基板21的表面212上的开口212A分别置入基板21的通孔213中，而因开口211A的尺寸小于研磨颗粒22，使研磨颗粒22可受支撑于通孔213的通孔部214中。
接着，请一并参阅图7与图10，在步骤S130中，将载有研磨颗粒22的基板21的表面211与固定模具5相接触，使研磨颗粒22的尖端221通过开口211A突出于基板21并分别抵止于固定模具5中的复数个定位凹槽51中，且研磨颗粒22其余部分完全被包覆于基板21中。藉由定位凹槽51的深度可精确调整研磨颗粒22的尖端221突出于基板21的高度，举例来说，前述深度可介于0.01～0.3mm之间，使研磨颗粒22均以实质相同的高度(如：100微米)突出于基板21的表面211，使研磨工具2可对于受研磨体进行均匀地研磨，如：研磨工具2可作为一修整器。
接着，请一并参阅图7与图11，在步骤S140中，利用出胶管6将黏胶体216由开口212A注入通孔213，使研磨颗粒22分别固定于基板21的通孔213中。优选地，可控制黏胶体216自开口212A注入通孔213的量，使黏胶体216实质填满通孔213的间隙，并包覆研磨颗粒22未露出基板21的部分。黏胶体216可为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚亚酰胺树脂、聚碳酸树脂或其混合。
值得一提，若以图5所示的研磨工具3为例，请一并参考图5，可在步骤S140之后增加一步骤，将基板21与底座基板31相固接，底座基板31其中一面形成一凹槽311容置基板21。
综上所述，本发明能提供研磨颗粒与基板之间固定稳定度高、研磨工具刚性强、化性稳定、无须实施复杂制作即可使黏胶体内部较少气泡、研磨颗粒在研磨工具使用过程中不易脱落及/或精确调整研磨颗粒的尖端突出于基板的高度的效果。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所限定为准。
附图标记
1、2、3、4：研磨工具
5：固定模具
51：定位凹槽
6：出胶管
21、41：基板
211、411：表面
211A、212A、411A、412A：开口
212、412：表面
213、413：通孔
214、215、414、415、417：通孔部
216、416：黏胶体
22：研磨颗粒
221：尖端
31：底座基板
311：凹槽
S110、S120、S130、S140：步骤
Claims (17)
1.一种研磨工具，包括：
一基板，具有第一表面及第二表面，且该基板中形成有复数个通孔，其中，该基板为一体形成的硬质单一体，各该复数个通孔贯穿该基板并在该第一表面及该第二表面分别形成第一开口及第二开口，该第二开口比该第一开口大；及
复数个研磨颗粒，分别设置于该复数个通孔中并藉由一黏胶体与该基板相固接，该复数个研磨颗粒的尖端分别突出于该基板的该第一表面，该复数个研磨颗粒其余部分则被所述黏胶体完全包覆于该基板的该复数个通孔中，使该复数个研磨颗粒不突出于该基板的该第二表面；
其中，各该复数个通孔的该第一开口的尺寸小于各该复数个研磨颗粒，使该复数个研磨颗粒能够受支撑于该复数个通孔中，各该复数个通孔包括至少两个彼此相连通的第一通孔部及第二通孔部，该第一通孔部在该第一表面形成该第一开口，该第二通孔部在该第二表面形成该第二开口，且各该复数个通孔在该第一通孔部及该第二通孔部之间还包括第三通孔部，该第三通孔部分别与该第一通孔部及该第二通孔部相连通。
2.如权利要求1所述的研磨工具，其中，该第一通孔部之侧壁与该第一表面之间呈现一内部角度，该内部角度为锐角。
3.如权利要求2所述的研磨工具，其中，该内部角度介于70～89度之间。
4.如权利要求1所述的研磨工具，其中，该第二通孔部的侧壁与该第二表面之间呈现一内部角度，该内部角度为直角。
5.如权利要求1所述的研磨工具，其中，该第一开口介于0.4～0.75mm之间，该第二开口介于1～2mm之间。
6.如权利要求1所述的研磨工具，其中，该基板为金属基板或陶瓷基板。
7.如权利要求1所述的研磨工具，其中，该复数个研磨颗粒为钻石、立方氮化硼、氧化铝、碳化硅的高硬度性质的材质。
8.如权利要求1所述的研磨工具，其中，该复数个研磨颗粒为六八面体，该复数个研磨颗粒的平均最大宽度介于800～1000μm之间。
9.如权利要求1所述的研磨工具，还包括一底座基板，该底座基板的一面形成一凹槽，该基板容置于该凹槽并与该底座基板相固接。
10.如权利要求1所述的研磨工具，其中，所述黏胶体为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚亚酰胺树脂、聚碳酸树脂或其混合。
11.一种研磨工具的制造方法，包括：
提供一包括复数个通孔的基板，该基板的两个相对侧分别具有一第一表面和一第二表面，该复数个通孔贯穿该基板并在该第一表面、该第二表面分别形成第一开口及第二开口，该第二开口比该第一开口大；
将复数个研磨颗粒自该基板的该第二表面分别置入该基板的该复数个通孔中，使该复数个研磨颗粒分别通过该复数个通孔的各该第一开口突出于该基板的该第一表面，其中，各该复数个通孔的该第一开口的尺寸小于各该复数个研磨颗粒，使该复数个研磨颗粒能够受支撑于该复数个通孔中；
提供一个具有复数个定位凹槽的固定模具；
将该基板的该第一表面与该固定模具相接触，使各该复数个研磨颗粒的尖端分别突出于该基板并分别抵止于该固定模具的该复数个定位凹槽中；及
自各该第二开口将一黏胶体分别注入该复数个通孔，使该复数个研磨颗粒在该复数个通孔中的部分被所述黏胶体完全包覆，从而固定该复数个研磨颗粒于该复数个通孔中。
12.如权利要求11所述的制造方法，还包括：将该基板与一底座基板相固接，该底座基板的一面形成一凹槽，该基板容置于该凹槽中。
13.如权利要求11所述的制造方法，其中，借着该复数个定位凹槽的深度精确调整该复数个研磨颗粒的尖端突出于该基板的高度。
14.如权利要求11所述的制造方法，其中，该提供一包括复数个通孔的基板的步骤包括：在该基板中形成复数个通孔，其是利用一工具机对于该基板进行钻孔，从而在该基板中形成两个彼此相连通的第一通孔部及第二通孔部，该第一通孔部为截锥形状并在该第一表面形成该第一开口，且该第二通孔部为圆筒形状并在该第二表面形成该第二开口。
15.如权利要求11所述的制造方法，其中，该提供一包括复数个通孔的基板的步骤包括：在该基板中形成复数个通孔，其是利用一工具机对于该基板进行钻孔，从而在该基板中形成三个彼此相连通的第一通孔部、第二通孔部及第三通孔部，该第一通孔部为截锥形状并在该第一表面形成该第一开口，该第二通孔部在该第二表面形成该第二开口，而该第三通孔部介于该第一通孔部和该第二通孔部之间。
16.如权利要求11所述的制造方法，其中，该基板为一体形成的硬质单一体。
17.如权利要求11所述的制造方法，其中，该基板为金属基板或陶瓷基板。
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