TW201028249A - Thin Film Brazing of Superabrasive Tools - Google Patents

Description

201028249 六、發明說明： 【優先權資料】 本發明主張美國第61/147,393 #利臨時巾請案的利 益，該專利臨時申請案申請曰為2〇〇9年】月26曰，並整 合於本文之中以作為參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明通常關於用於調整或是修整—化學機械拋光 (Chem丨cal Mechanical Polishing)墊的裝置或是方法。因 此，本發明涉及化學以及材料科學領域。 【先前技術】 化學機械製程（Chemical MeChanical Pmcess, CMp) 已成為廣泛使用於對某些工件進行拋光的技術。特別地， 電腦製造it已經變得#常倚重化學機@製程來抛光陶 竟、矽、玻璃、石英、金屬以及其混合物所製造的晶圓， 這些晶圓是用於半導體製造。此拋光製程一般必須使晶圓 〇 與旋轉中的研磨墊相互抵罪磨擦，該研磨塾是以耐用的有 機物質製造，例如以聚氨酯製造。該研磨墊上添加有化學 聚體（Chemical siu「ry)，該化學漿體内含有能夠破壞晶圓 物質的化學溶液’並且含有特定量能夠用於研磨晶圓表面 的研磨顆粒。該漿體不停地添加到旋轉中的cMP研磨墊， 且以化學以及機械力同時施加到該晶圓上，導致以預期的 方式對晶圓進行拋光。 對於所能達成的抛光品質，研磨顆粒在整個研磨墊的 分布狀況是特別重要的^研磨墊的頂部通常以一機制，例 201028249 如纖維材料、孔洞來固定住研磨顆粒，前述機制提供了 — 磨擦力，該磨擦力足以避免研磨顆粒因為研磨墊旋轉時施 加於研磨顆粒上的離心力而從研磨墊上脫落。因此，保持 研磨塾項部盡可能地有彈性，並且保持纖維材料盡可能的 垂直，或者確保有充分大量的開孔或是孔洞來容納新的研 磨顆粒等等，皆是極為重要的》 來自工件、研磨漿體以及修整碟的拋光碎屑累積在研 磨墊上’則是維持研磨墊頂部時所遇到的一個問題。這種 ❹ 累積狀態導致研磨墊頂部的「釉化（Glazing)」或是硬化， 其使得纖維材料糾結傾倒，因而令研磨墊越來越無法固定 漿體上的研磨顆粒’也因此大大地減少了研磨墊的拋光效 能。此外’許多研磨墊上用於固定漿體的孔洞變的堵塞， 且減少了研磨墊拋光表面上整體的粗糙部。因此，有許多 方法，例如以各種裝置進行「結合」或是「切割」來嘗試 恢復研磨墊頂部的狀態。前述製程是已知的對該CMp研 φ 磨墊進行「調整（Dressing)」或是「修整（Conditoning)」。 已有人以許多類型的裝置以及製程應用於調整或是修整用 途。其中一個此類裝置是以具有超硬結晶顆粒的碟盤，如 以鑽石顆粒附加在碟盤的一表面或是基材上。 另外一個目前CMP研磨墊修整器的缺點是研磨墊修 整器與CMP研磨墊的壽命減少。如前所述，當研磨顆粒 過深地切割CMP研磨墊且不必要地消耗該CMp研磨墊 時，研磨顆粒以及CMP研磨墊過早磨損耗盡。此過早磨 耗減少了 CMP研磨墊修整器以高效率拋光工件的能力。 當適當運作時，研磨顆粒用於再研磨提升CMp研磨墊的 201028249 粗糙部’並因此創造一適當的拋光環境。 CMP研磨墊受到修整的修整速率會影響研磨墊表面的 粗輪部，纟可決定固定在表面上的漿體量，i且因此影響 拋光速率。一般而言，晶圓的拋光速率是正比於修整速率。 然而，若修整速率過高，研磨墊表面會變的過於粗糙，且 會因此減少被拋光的晶圓的均勻一致程度。西此，適當的 修整速率能夠增進拋光速率而不會影響到晶圓的品質。 '如前所述，目前仍需尋求適當CMP研磨墊以及其方 法來控制修整效能，藉以達到適當的修整結果，並具有最 大的效率以及壽命以適用於各種應用。 . 【發明内容】 因此，在一方面，本發明提供一種超級研磨工具，其 透過薄硬焊層以及相關方法而在一基材上固定有複數具 有特定方向的超級研磨顆粒。在一方面，舉例而言，本發 月&供種對一工具中超級研磨顆粒的方向進行定向的方 ❿ 此方法可包含.提供複數超級研磨顆粒，該超級研 磨顆粒具有一預選的平均尺寸；預選出一所要設置到一基 材上的無晶硬焊層的厚度，其中該厚度是基於超級研磨顆 粒的平均尺寸；以及以預設的厚度將一無晶硬焊層設置到 u基材上。該方法可進一步包含：散佈複數超級研磨顆粒 到該無晶硬焊層上；以及熔融該無晶硬焊層以使得該複數 超級研磨顆粒轉向並且沉入該無晶硬焊層之中，其中該無 曰曰硬焊層的厚度足以令該基材停止該複數超級研磨顆粒的 旋轉與下沉，並使超級研磨顆粒處於讓大致上所有超級研 磨顆粒的工作端為尖銳部份的狀態。該無晶硬焊層可降溫 5 201028249 並且將該複數超級研磨顆粒固定於該工具中。 該無晶硬焊層的厚度允許該複數超級研磨顆粒旋轉以 及下沉到一特定狀態。該無晶硬焊層的厚度因此與超級研 磨顆粒的尺寸相關。舉例而言，在一方面，該無晶硬焊層 的厚度可為少於該複數超級研磨顆粒的平均直徑的1/3或 疋為該平均直控的大約1/3。在另一方面，該無晶硬焊層 的厚度可為少於該複數超級研磨顆粒的平均直徑的1/3且 ❾大於該平均直徑的大約1/5。在又一方面，該無晶硬焊層 的厚度可為該複數超級研磨顆粒的平均直徑的大約1/5。 在另一方面，該方法可進一步包含在該無晶硬焊層上 .電沉積一保護層。該保護層的厚度非常寬廣，端賴超級研 磨工具的使用方式以及該超級研磨顆粒所需的外露程度。 在一更特定方面，該無晶硬烊層以及該保護層可具有一附 加厚度，該附加厚度是少於或是等於該複數超級研磨顆粒 的平均直徑的3/4 ^在另一更特定方面，該無晶硬焊層以 ◎及保護層的附加厚度可少於或是等於該複數超級研磨顆粒 平均直徑的1/2。此外，可使用任何能夠進行電沉積並且 提供下方無晶硬焊層保護作用的材料來做為一保護層。其 中個範例性的保護層材料可包含而不限制為鎳。 在本發明另一方面，其提供一超級研磨工具。此超級 研磨工I包含-基材以及透過晶硬焊層而固定在該基 材上的複數超級研磨顆粒，該無晶硬焊層的厚度少於或是 等於該複數超級研磨顆粒平均直徑的1/3，且其中大致上 所有超級研磨顆粒具有一狀態，該狀態是讓該複數超級研 磨顆粒的工作端為尖銳部位。在—方面，該無晶硬焊層的 6 201028249 厚度亦大於該複數超級研磨顆粒平均直徑的1/5。 可使用任何能夠透過一無晶硬焊層來固定到一基材上 的超級研磨材料來做為超級研磨顆粒。在一方面，然而， 該複數超級研磨顆粒所包含的成分可選自：鑽石、聚晶鑽 石（Polycrystalline Diamond，PCD)、立方氮化硼（cubic

Boron Nitride，cBN)、聚晶立方氮化硼（PcBN)以及其結合。 在另一方面’該複數超級研磨顆粒包含鑽石。 該無晶硬烊層的厚度可允許超級研磨顆粒在該工具的 ❹ 製造期間對齊於一特定狀態^在一方面’舉例而言，大致 上所有的超級研磨顆粒均配置於一狀態中，該狀態是對超 級研磨顆粒的尖端部位定向使其遠離該基材。在另一方 面，大致上所有的超級研磨顆粒均配置於一狀態中，該狀 態對超級研磨顆粒的邊緣定向使其遠離該基材。在又一方 面’大致上所有的超級研磨顆粒均配置於一狀態中，該狀 態是對超級研磨顆粒的尖端部位或是邊緣部位定向，使尖 端部或是邊源遠離該基材。 〇 本發明上述的架構與優點在下列詳細實施方式與所附 的圖式的考慮下會變得更明顯。 【實施方式】 在揭露與描述本發明前’應當理解的是，本發明並非 限制在之後所揭露的特定的構造、製程步驟或是材料，而 是可擴大到被那些相關領域中熟習技藝者所了解的均等 物。也應了解的是，在此所使用的專門用語僅被用於敛述 特定的實施例，而非意圖造成限制。 必須注意的是，除非文章中特定指出其他涵義，說明 7 201028249 書以及附加的申請專利範圍中所使用的冠詞「一」及「該」 是包含了複數的用法。因此，舉例而言，「一研磨顆粒」 包含了一個或更多這樣的研磨顆粒。 定義 在描述與請求本發明時，會根據下列提出的定義來使 用下列專門用語。 文中所使用的「超級研磨顆粒（Superabrasive PartlCles)」與「超級研磨襟（Superabrasive Grits)」等用 "司可交替使用，該用詞是指自然或是人造的超硬結晶或 者聚晶物質，或者是前述物質的混合，且包含而不限制於 鑽石、聚晶鑽石，立方氮化棚以及聚晶立方氮化硼。此外， 研磨顆粒」、「磨礫」、「鑽石」、「聚晶鑽石」、「立 方氮化硼」以及「立方聚晶氮化硼」等用詞，可相互交替 使用》 文中所使用的「超硬（SUperhard)」以及「超級磨剩 Q ( Perab「asive)」專用詞可相互交替使用，且該用詞是指 —結晶，或是一聚晶材料，或者前述材料的混合，這類相 料的維克氏硬度（Vicker，s Hardness)為大約40〇〇Kg/mm: 或疋更兩。此材料可包含而不受限於鑽石以及立方氮化 硼，以及本發明所屬技術領域具有通常知識者所知曉的材 料。雖然超級研磨材料的惰性極高因而難以形成化學鍵， 然而某些反應物，例如鉻或是鈦等等，㈣與超級研磨材 料在某些溫度下進行化學反應。 文中所使用#「基材」一詞是指工具之一部分，例如 CMP修整器的-部分，該部分能支擇研磨顆粒，且研磨顆 201028249 粒疋固定在該部分上。本發明所使用的基材可為任意外 形、厚度或者是材料，且其能夠透過某種方式而支撐研磨 顆粒以充分提供一在其用途上的有用工具。基材可為一固 體材料、一粉末狀且透過處理而固化的材料、或者一彈性 材料。基材的範例包含而不限制於金屬、金屬合金、陶瓷 以及其混合物。此外’該基材可包含硬焊合金材料。 文中所使用的「尖銳部位」一詞是指結晶體上的狭窄 部位，包含而不限制於角落、脊部、邊緣、端點、方尖部 © (〇be丨丨sks)以及其他部位。在一方面，該尖銳點可為一邊 緣。

文中所使用的「工作端」一詞是指一顆粒上朝向該CMP 研磨塾的端點’且在修整操作期間該端點接觸該研磨塾。 最常見的狀況下，一顆粒的工作端是遠離該顆粒所附加的 基材。 文中所使用的「無晶硬焊（Amorphous Braze)」一詞 ©是指一同質硬焊合金組成物，其具有一非晶結構。此合金 大致上不包含共熔相（Eutectic Phases)，其加熱時會產 生不一致的熔融。雖然難以確保精確的合金組成物，文中 所使用的無晶硬焊合金應在一狹窄的溫度範圍内大致上呈 現一致的熔融作用。 文中所使用的「合金」一詞是指一金屬與一第二材料 的固態或是液態混合物，其中該第二材料可為非金屬（例 如碳）、金屬或是一合金，並且該第二金屬能加強或是增 進該金屬的特性。 文中所使用的「金屬硬焊合金（Metal Brazing Alloy)」、 9 201028249 「硬焊合金（Brazing Alloy)」、「硬焊合金（Braze Alloy)」、 「硬焊材料（Brazing Material)」以及相似的用詞等，皆可 相互交替使用，且該用詞是指一能夠與該超級研磨顆粒進 行化學鍵結’並且能夠與基質支撐材料或是基材進行化學 鍵結的金屬合金，藉此令兩者相固定結合。文中所揭露的 特定硬焊合金成分以及組成物不限定於其所關連的特定實 施例，而是可使用於本發明於文中所揭露的任何實施例。 文中所使用的「硬焊」一詞是指在超級研磨顆粒與硬 ® 焊層的原子之間所產生的化學鍵結。此外，「化學鍵結」 一詞是指共價鍵結’例如碳化物、氮化物或是硼化物，而 非指機械或是更弱的原子間引力。因此，當「硬焊」一詞 與超級研磨顆粒相關連時，則形成一真正的化學鍵結。然 而，當「硬焊」一詞與金屬與金屬間的鍵結相關連時，該 用詞是指更為傳統的冶金學鍵結。因此，將—超級研磨塊 硬焊到一工具本體上時，不需要使甩碳化物、氮化物或是 硼化物形成物》 文中所使用的「金屬的」一詞是指任何形式的金屬、 金屬合金或是其混合物，且特別包含而不限制於鋼、鐵以 及不錄鋼。

As used herein, “ grid” means a Datt。 r ,

Pattern of lines forming multiple squares. 文中所使用❾「格網（Grid)」-詞是指形成複數方形 的線條的圖形。 文中所使用的「狀態（Attitude)」一詞b如 ^ 』疋粕為一超級研 磨顆粒相對一定義表面的位置與配置，例 ^如超級研磨顆粒 201028249 所設置到的基材，或是其在工作運行期間所要應用的CMp 研磨墊。舉例而言’一超級研磨顆粒可具有一狀態，該狀 態使該顆粒的一特定部位被定向朝向_ CMP研磨塾。 文中所使用的「大致上」 質、狀態、結構、物品或結果 是程度。舉例而言，一物體「 一詞是指一作用、特徵、性 之完全或近乎完全的範圍或 八致上」被包覆，其意指被

完全地包覆，或者被幾乎完全地包覆。其確切可與絕對完 全相比所允許之偏差程度，係可在某些例子中取決於說明 書特定内文。然而，一般而言，接近完全時所得到的結果 將如同在絕對且徹底完全時得到的全部結果一般。當「大 致上」被使用於描述完全或近乎完全地缺乏一作用、特徵' 性質、狀態、結構、物品或結果時，該使用方式亦是如前 述方式而同等地應用的。舉例而言，一「大致上不包含」 顆粒的組成物，是可完全缺乏顆粒，或是近乎完全缺乏顆 粒而到達如同其完全缺乏顆粒的程度。換言之，只要一「大 致上不包含」原料或元素的複合物所受到的影響是無法被 量測的，該複合物實際上仍可包含這些原料或是元素。 文中所使用「大約」一詞是以給予一數值「稍許高於 或是「稍許低於」一數值範圍的端點，藉此來提供該數值 範圍端點的彈性。 文中所使用的複數物件、結構元素、組成元素和/或材 料會列於通用，月單中以增進便利性。然而，須分別將這 些β單中的各個部分梘為互相分離且獨立的部分。因此， 不應單單只因$一清I内同—群組内的複數部>沒有相反 的特性，就將清單中其中一獨立部分解釋為與同一清單中 11 201028249 的任何其他部分實質上相同。 濃度、數量以及其他數值資料可以一範圍形式表達或 呈現。應了解的是，此範圍形式僅僅為了方便與簡潔而使 用，因此該範圍形式應該被彈性地解釋為不僅包含了被青 楚描述以作範圍限制的數值，亦包含在該範圍中的所有: 立數值以及子範圍，猶如清楚地引述各獨立數值以及子範 圍一般。舉例而言，「大約1到大約5」的數值範圍應被 解釋為不僅僅包含所清楚描述的數值範圍，亦應進一步解 釋為包含在該數值範圍中的獨立數值以及子範圍。因此， 此數值範圍内包含諸如2,3,以及4等獨立數值，包含諸如 1-3,2-4以及3-5以及^,3,4及5等子範圍。此相同的法 則適用於僅引述單一數值作為下限或是上限的範圍。此 外，此解釋方式適用於任何幅度的範圍以及任何所述的特 性。 本發明 本發明提供超級研磨工具，其在一基材上以一薄硬焊 層來將定向的超級研磨顆粒固定在該基材上，本發明並提 供該超級研磨工具的相關方法。已發現設置在一液態熔融 硬焊材料上的超級研磨顆粒會因為毛細現象進行旋轉並且 下沉到該硬焊材料之中。由於溶融硬焊材料層一般使用於 先前技術中，超級研磨顆粒旋轉且停止時，多數超級研磨 顆粒會以一平坦面朝上。如第一 A圖所示（先前技術）， 一超級研磨顆粒12設置在一硬焊層14上，該硬悍層 疋没置在一基材上16。第一 B圖（先前技術）顯示該超級 研磨顆粒12跟隨該硬焊層14的液化作用。如圖所示.，該 12 201028249 超級研磨顆粒在該硬焊層中進行旋轉。較厚的硬焊層允許 鑽石顆粒在下>儿時進行更大幅旋轉。第一 c圖（先前技術） 顯示該超級研磨顆粒12嵌入該固化的硬焊層14中並且其 一表面18被定向為遠離該基材16。此一以表面朝上的結 構並無法以非常有效率的方式穿刺一工件，例如一 CMp 研磨整。 在許多情況下，將該超級研磨顆粒的邊緣或是尖端定 向於作為工作端時，能夠更有效率地穿刺與修整該研磨 墊。藉由限制該硬焊層的厚度，能夠限制該超級研磨顆粒 的旋轉。如第二A圖所示，一超級研磨顆粒22設置在一 尚未進行液化的硬焊層24上，且停止時主要以一表面25 朝向該硬焊層24。在該硬焊層24液化後，如第二B圖所 不，該超級研磨顆粒22會由前述的停止狀態，開始以一 非常均勻的方式下沉且旋轉，直到被下方的基材26所阻 止。第二C圖顯示該硬焊層24的厚度限制該超級研磨顆 〇泳22的灰轉，因此，在第二c圖的例子中，超級研磨顆 粒22的一端點28被定向為遠離該基材26。因此限制旋 轉量可有助於將超級研磨顆粒的邊緣、端點、或是邊緣或 端點定向為遠離該基材而以作為工具成品。 因此，在本發明一方面，其提供一對超級研磨顆粒的 方向進行定向的方法。此一方法可進一步包含：散佈複數 超級研磨顆粒到一無晶硬焊層上，其中該無晶硬焊層設置 在基材上；熔融該無晶硬焊層以使該複數超級研磨顆粒 進行旋轉以及下沉進入該無晶硬焊層，其中該無晶硬焊層 的厚度足以令該基材停止該複數超級研磨顆粒的旋轉與下 13 201028249 沉’並使超級研磨顆粒的處於讓大致上所有超級研磨顆粒 的工作端為尖銳部份的狀態；以及冷卻該無晶硬焊層以形 成一無晶硬焊層。 本發明更提供根據文中所呈現的多種方面的超級研磨 工具。在一方面，本發明提供一超級研磨工具，其具有一 基材’且在該基材透過一無晶硬焊層而結合有複數超級研 磨顆粒’該無晶硬焊層的厚度少於或是等於該複數超級研 磨顆粒的平均直徑的1/3,且其中大致上所有的超級研磨 © 顆粒具有一狀態，該狀態是使得該複數超級研磨顆粒的工 作端為尖銳部份。 硬焊層的厚度可依據超級研磨顆粒的尺寸以及超級研 磨顆粒在特定硬焊層中的旋轉特性。根據一般的姆指規 則，然而，該無晶硬焊層的厚度可為少於超級研磨顆粒平 均直㈣1/3。同時，需要以充足的硬焊材料包覆該超級 研磨顆粒以在研磨或是修整操作中能維持。雖然最小厚度 ◎ 可根據該工具的不同性質做出改變，該無晶硬焊層可大於 該複數超級研磨顆粒的平均直徑的1/5。應注意的是，該 硬焊層填充有超級研磨顆粒的部分不列入厚度的計算之 内，因此，應該從相距該超級研磨顆粒的一充分距離處開 始量測厚度以避免將那些被包覆的材料的厚度列入計算。 此外，亦可使用一保護層來增進在該薄硬焊層之令保留超 級研磨顆粒的保留程度，將於下文中更詳述該保護層。 此外，亦應考量該硬焊層的純能夠影響超級研磨顆 粒的旋轉與下沉特性。因此，可調整或是預選該硬焊層的 黏性以允許超級研磨顆粒能以特定的旋轉以及下沉條件達 201028249 成所要達到的狀態。可在該硬谭合金中加入添加物、選擇 特定的合金成分、以及改變合金在液相中的溫度等等來改 變黏性。 本發明在各方面可使用各種不同類型的超級研磨顆 粒舉例而Q在一方面，此類材料可包含錢石、聚晶鐵 石、立氮化硼、聚晶立方氮化硼以及其結合。在某些方面， 該超級研磨顆粒可包含鑽石。在另一方面，該超級研磨顆 粒"I c含碳化梦、氧化鋁 '氧化鍅、碳化鎢以及其結合。 此外，超級研磨顆粒可具有一預設外形。舉例而言， 研磨顆粒可為自形（Euhedra丨）或是八面體（〇ctahedw)或是 立方八面體（Cubo-octahedral)。雖然在本發明範疇中，實 際上該超級研磨顆粒可具有任何尺寸，在一方面，該超級 研磨顆粒的尺寸可為從1〇〇到35〇微米。此外，該超級研 磨顆粒可被定向為相對研磨墊朝向各種不同方向，且有主 要二種方向或是狀態可影響該超級研磨顆粒的切割或是修 整行為。則述主要的狀態是暴露超級研磨顆粒的尖端、邊 緣或疋表面’使其朝向一即將被修整的CMP研磨墊。 將超級研磨顆粒相對該即將被修整的CMP研磨墊定 向於一的特定狀態’能創造具有不同粗糙部的研磨墊表 面因此而改變了 C Μ P研磨墊的效能。不同的粗縫部以 不同方式維持漿體，也因此根據粗糙部的深度、寬度以及 街度等等來對晶圓或是其他工件進行不同的拋光。該CMP 研磨塾修整器的超級研磨顆粒可因此根據所要的CMP研 磨塾抛光特性來進行定向。舉例而言，若是該超級研磨顆 粒主要地以一尖端朝向該CMP研磨墊，則該粗糙部會較 15 201028249 為狹展且較深。狹窄且深的粗糖部的優勢在於使該研磨塾 能夠較佳地維賴光毁體，且因此增加對晶圓的抛光速 率。然而，增加拋光速率亦會增加該超級研磨顆粒的磨損 速率。因此’磨損速率可依據超級研磨顆粒的狀態進行改 變，且因此，當要設計出-有其預期效能的裝置，可考慮 f超級研磨顆粒的方向。一般而言，超級研磨顆粒提供更 尚修整速率的狀態（例如對一研磨墊有更深的穿刺性）亦 會以高速率磨損顆粒本身。 〇 "反之，若該超級研磨顆粒被定向為以一表面朝向該拋 光墊’則其造成的粗糖部會以一低速率進行拋光。該超級 研磨顆粒一般被認為是更耐用，但是一般無法切割出深且 狹窄的粗糙部，而是產生淺且寬廣的粗糙部。因此，一超 級研磨顆粒的表面部位相較顆粒的尖端部位會以較低的速 率修整-CMP研磨墊，但是超級研磨顆粒會以較低的速 率進行磨損。 Q 一超級研磨顆粒的邊緣部位的修整與磨損的特性是介 於表面部位以及尖端部位之間的特性。已考慮若是使用邊 緣部位來修I— CMP研㈣，其上的粗糙部並不會如同 以尖端部位修整的粗糙部來的一樣的深以及窄，但是該粗 縫部會具有理想的居中特性。此外’該超級研磨顆粒的邊 緣部位不會如同尖端部位般以高速率磨損。因此，一個使 用超級研磨顆粒所暴露出的邊緣部位的一部分或是所有部 分的CMP研磨墊修整器能提供多種益處。 此外，顆粒的配置以及用於將超級研磨顆粒以預設配 置（例如格網）固定到一基材上的方法與材料可如同美國 16 201028249 第 6,039,641 號專利、第 6,286,498 號專利、第 6,368,198 號專利、以及申請人在申請中的美國第ι〇η〇9,53ι號專 利申請案（其申請曰為2002年3月27曰）所揭露，這些 案件整合於本文之中’整體作為參考。 本發明硬焊合金可以一薄片、粉末或是連續片狀的無 晶硬焊合金形態提供。本發明有許多提供硬焊合金的方 式。舉例而言，可先混合一硬焊合金粉末以及一適合的結 合劑（通常為有機類）以及一能夠溶解該結合劑的溶劑。 接著將此混合物與一具有冑當黏性的聚體或是類似麵栖物 進行混合。為了避免粉末在製程期間凝結成塊，亦可加入 一適當的潤濕劑（例如鯡魚油（Menhaden Oil)、磷酸酯等 等）。該漿體可倒在一塑膠帶上，並且在一刀片或是水平 裝置下方進行拉伸。藉由調整刀片以及塑膠帶之間的間 距，可將該漿體鑄造為一具有所需厚度的板材。該塑膠帶 铸造法是用於以粉末材料製造薄片的已知的方法，且亦能 〇 在本發明中良好使用。超級研磨顆粒可接著設置在該透過 塑膠帶鑄造的漿體之上。 該硬焊合金亦可以-無晶硬焊合金的薄片形式進行提 供。無晶硬焊合金薄片可為彈性或是剛硬，且可基於所需 ^具輪廓而有著適當的外形。此硬焊合金薄片亦有助於 均勾地分佈硬焊材料於該工具的表面上。該硬焊合金薄片 :具有粉末或是結合劑，而是僅僅具有同質硬焊之組成 ::已知道無晶硬焊合金有益於本發明，且當其進行加熱 保-接Γ上不具有會造成不一致熔融的共熔相。雖然難以 〜、確的合金組合，本發明所使用的無晶硬谭合金，在 17 201028249 ❹ 一相對狹窄的溫度範圍之中應展現大致上一致的熔融行 為因此在硬焊製程中的加熱部分中，該合金的大部分 不會形成紋理或是晶相（例如透過玻璃化（Vitrification))。 此外，該無晶硬焊合金的熔融行為不同於燒結，燒結需要 減J或疋消除合金材料顆粒之間孔洞，而孔洞並不存在於 無阳形式的合金之中。然而，原無晶硬焊材料在透過緩慢 冷郃製程進行結晶化的期間可形成非同質相。一般而言， 無晶合金以快速將液體冷卻為固體的方式而形成’藉以避 免局部的結晶化以及組成物的改變。明顯地，在文中的每 一製程，該硬焊合金可呈現為一薄片，薄膜或是其他沖壓 製每的層結構，這些結構則符合所需的工具部分外形。 或者，可混合一粉末狀的硬焊合金以及一適當的結合 劑及其溶劑以形成一可變形的塊狀物。該塊狀物可接著擠 過一個具有狹縫開D的沖模。該開口的間隙決定所擠出板 材的厚度。或者，該材料可在兩個具有可調間距的滾筒之 間進行拉伸以形成具有正確厚度的薄片。 在—方面，該硬焊合金可大致上不包含鋅、鉛以及錫 其中一個商業上可得的粉末硬焊合金是試用於本發明， 商:票名稱為Ν丨CROBRAZLM(7wt%鉻、31wt%爛、4 辦〇矽、3.0 Wt%鐵、〇.〇6 wt%碳的混合物以及其 為鎳）其他適當的合金包含銅、鋁以及具有鉻、錳、 與矽的鎳合金。在一方面，該硬焊合金可包含鉻。在另 方面’該硬焊合金可包含—銅純的混合物。在又—方面 该硬焊合金可包含錄或是銅以作為主要成分。在又一 面，鉻、錳以及矽的量可為至少大約5重量百分比。在 18 201028249 一方面，該合金可包含銅與石夕 合金可包含鋁與矽的混合物。 含鎳與矽的混合物。在另一方 混合物。 的混合物。在又一方面，該 在又另一方面，該合金可包 面，該合金可包含銅與鈇的 較佳狀態中，該鑽石硬焊材料包含至少3重量百分比 的碳化物形成物，其選自鉻、錳、矽、鈦、鋁、其合金以 Ο 〇 及其混合物。此外，該鑽石硬焊材料應具有少於攝氏彳彳〇〇 度的液化溫度以避免在硬焊製程中損害鑽石。一商業上可 得且能在充分低的溫度下熔融的無晶硬焊合金薄片是由 Honeywe丨丨公司所製造的無晶硬焊合金薄片（mbf)，其具 有NICROBRAZ LM成分。該薄片大約為〇 _的厚度， 且一般在攝氏1010到1013度之間熔融。 該硬焊製程可在一控制氣壓執行，例如真空下，通常 為1〇_5托耳（Ton·)’在惰性環境（氬氣、氮氣）或是低壓 (例如氫氣）之中。此氣壓可增加硬焊合金對於基質支撐 材料的滲透，也因此能增強鑽石硬焊或是基質硬焊的結合 性0 在本發明某些方面，可在該無晶硬焊層上沉積一額外 的保護層。如第三圖所示，一超級研磨顆粒32嵌入於一 無晶硬焊層34之中，該無晶硬焊層34停留於一基材36 上。一保護層40沉積在該無晶硬焊層34上。此一保護層 可對下方的無晶硬焊層提供避免腐蝕的保護性，且可增進 超級研磨顆粒在無晶硬焊層中的保留度。 在本發明一方面，該保護層可電沉積在該無晶硬焊層 上。可考慮各種材料來作為一保護層，然而，在一方面， 19 201028249 可=用鎳作為保護層。此外，該保護層的厚度可依據無晶 硬焊層的厚度以及卫具的玉作條件而進行改變。在—、^ 面’然而，該無晶硬焊層以及保護層可具有一附加厚度， 該附加厚度小於或是等於該複數超級研磨顆粒的平均直徑 在另—方面，該無晶硬焊層以及該保護層的附: 1/2又疋^於或是等於該複數超級研磨顆粒的平均直徑的 〇

β亥基材材料可為能夠支撐使用中的超級研磨顆粒且能 夠抵抗硬焊狀態的任何材m，在本發明的各方面， “土材可以金屬、陶瓷、粉末或是金屬粉末來製造。其申 一個有用的基材材料是不銹鋼。 在本發明另一方面，已發現對大部分或者大致上所有 的超級研磨顆粒進行定向，使其邊緣，或是在某些方面使 尖銳位作為工作端（例如，在修整操作時朝向研磨墊）， 較具有以任意方向或是其他方向定位超級研磨顆粒的修 整器而S ’其對於CMP研磨塾的修整速率有著戲劇性的 曰加在某些方面，修整速率可增加至少一倍以上。在其 方面修整速率可大約兩倍或是更多。在其他方面，修 整速率可大約三倍或是更多。 範例 範例一： 、具150微米尺寸的鑽石顆粒膠合在一以鎳、鉻、硼、 :組成的無晶硬焊合金（Metg丨邮）上該無晶硬焊合金膠 在不錄鋼基材上。前述組件在真空下加熱以使得該鑽 石顆粒下/儿並且旋轉到該無晶硬焊合金上且到達一狀態， 20 201028249 該狀態是使一尖銳部位定向於遠離該基材。該無晶硬焊層 進行冷卻以結合該鐵石顆粒，且無晶硬焊層厚度少於 微米。該硬焊鑽石碟上電沉積有一鎳層，該鎳層厚度為鑽 石顆粒平均尺寸的大約一半。為了避免鑽石顆粒上的鎳過 度生長’以鹽酸清洗該硬焊鑽石以剝除在硬焊過程中以金 屬蒸氣黏附在鑽石表面的金屬原子。 範例二： Ο 範例二與範例一相同，惟以一金屬網（Mesh)事先膠合 在該無晶硬焊合金上。鑽石顆粒散佈於該金屬網上時可讓 鑽石以一預設圖形進行間距分布。沖洗掉多餘的鑽石，並 且留下依據格網圖形分布的鑽石。金屬網的孔洞大約為鑽 石尺寸的1 /3到1 /2，且因此該鑽石顆粒可進行定向以使 一尖端向下朝向該無晶硬焊層。硬焊之後，金屬網完全結 合在基材上，且因此能將鑽石顆粒支撐固定在網孔内。接 著該組件進行如前所述的酸處理以及電沉積處理。 我 範例三： 〇 ^ 範例三與範例二相同，惟以一青銅薄片（銅錫合金） 取代無晶硬焊合金，且鑽石顆粒鍍有鈦。在硬焊製程期間， 青銅硬焊材料會與在鑽石上形成碳化物的鈦相融合。相較 於具有鎳合金的製程溫度（攝氏900_1000度），此製程 可在低上許多的溫度（例如攝氏700_800度）下執行。鑽 石結晶的完整性容易在高溫下被内部的催化劑（鐵、鎳） 所破壞，此低溫可維持鑽石結晶的完整性。 在不違背本發明範疇及精神的前提下，本發明所屬技 術領域具有通常知識者可做出多種修改及不同的配置，且 21 201028249 依附在後的申請專利範圍則意圖涵蓋這些修改與不同的配 置。因此，當本發明中目前被視為是最實用且較佳之實施 例的細節已被揭露如上時，對於本發明所屬技術領域具有 :常知識者而·r ’可依據本文中所提出的概念與原則來作 ::::限於多種包含了尺寸、材料、外形、形態、功能 #作方去、組裝及使用上的—改變。

22 201028249 【圖式簡單說明】 第一 A到一 C圖是根據先前技術的超級研磨顆粒在一 液態硬焊層之中進行旋轉的側面示意圖。 第二A到二C圖是本發明一實施例的超級研磨顆粒在 一液態硬焊層之中進行旋轉的侧面示意圖。 第三圖是本發明另一實施例的超級研磨顆粒與一硬焊 Q 層產生鍵結的側面示意圖。 【主要元件符號說明】 12超級研磨顆粒 14硬焊層 16基材 18表面 22超級研磨顆粒 24硬悍層 25表面 26基材 28端點 32超級研磨顆粒 34硬焊層 36基材 40保護層 23

Claims (1)

1. 201028249 七、申請專利範圍： 1· 一種對工具中的超級研磨顆粒進行定向的方法，其 包含： 提供複數超級研磨顆粒，該超級研磨顆粒具有一預選 的平均尺寸； 預選一即將設置在一基材上的無晶硬焊層的厚度，其 中該厚度是基於該複數超級研磨顆粒的平均尺寸； 將一無晶硬焊層以預選之厚度設置於一基材上； 散佈該複數超級研磨顆粒於無晶硬焊層上； 熔融該無晶硬焊層以使得該複數超級研磨顆粒轉向並 且沉入該無晶硬焊層之中’纟中該無晶硬焊層的厚度足以 令該基材停止該複數超級研磨顆粒的旋轉與下沉，並使大 致上所有的超級研磨顆粒的工作端為尖銳部位的狀態；以 及 冷卻該無晶硬焊層。 〇 2_如申請專利範圍第1項所述對工具中的超級研磨顆 粒進行定向的方法，其中該無晶硬焊層的厚度是小於該複 數超級研磨顆粒的平均直徑的1/3。 3·如申請專利範圍第2項所述對工具中的超級研磨顆 粒進行定向的方法，其中該無晶硬焊層的厚度是大於該複 數超級研磨顆粒的平均直徑的1 /5。 4.如申請專利範圍第1項所述 ^對工具中的超級研磨顆 粒進行定向的方法，其進一步句么 匕含一電沉積在該無晶硬 焊層上的保護層。 5_如申請專利範圍第4項所述斟 义對工具中的超級研磨顆 24 201028249 粒進行定向的方法，其中該無晶 附加厚度，該附加厚度是小㈣㈣2護層具有一 粒的平均直徑的3/4。 於該複數超級研磨顆 6·如申請專利範圍第4項所述 粒進行定向的方法，”該、曰J具中的超級研磨顆 附知揮由^ 〆、 硬垾層以及保護層且有一 寸加厚度，該附加厚度是小於或是 粒的平均直徑的彳/2。 ； ι 超級研磨顆

   =申請專利範圍帛4項所述對工具中的超級研磨顆 粒進行疋向的方法，其中該保護層是鎳。 為8·如申請專利範圍第1項所述對工具中的超級研磨顆 粒進灯定向的方法’其進―步包含將該複數超級研磨材料 依據一預設圖形進行配置。 9. 如申請專利範圍第8項所述對工具中的超級研磨顆 粒進行定向的方法，其中該預設圖形為一格網。 10. —種超級研磨工具，其包含： 一基材；以及 複數超級研磨顆粒，其透過一無晶硬焊層結合到該基 材上，該無晶硬焊層的厚度是小於或是等於該複數超級研 磨顆粒的平均直徑的1/3，且其中大致上所有的超級研磨 顆粒處於使該複數超級研磨顆粒的工作端為尖銳部位的狀 態0 1 1 _如申請專利範圍第1 〇項所述的超級研磨工具，其 中該無晶硬焊層的厚度大於該複數超級研磨顆粒的平均直 徑的1/5。 1 2·如申請專利範圍第1 〇項所述的超級研磨工具，其 25 201028249 中該複數超級研磨顆粒的成分是選自：鑽石、聚晶鑽石、 立方氮化硼、聚晶立方氮化硼以及其結合。 13.如申請專利範圍第項所述的超級研磨工具其 中該複數超級研磨顆粒包含有鑽石。 14 ·如申請專利範圍第1 〇項所述的超級研磨工具，其 進一步包含一沉積在該無晶硬焊層上的保護層。 15. 如申請專利範圍第14項所述的超級研磨工具，其 中該保護層為鎳。

   16. 如申請專利範圍第14項所述的超級研磨工具，其 中該無晶硬焊層以及保護層具有一附加厚度，該附加厚度 小於或等於該複數超級研磨顆粒的平均直徑的3/4。 17. 如申請專利範圍第14項所述的超級研磨工具，其 中該無晶硬焊層以及保護層具有—附加厚度，該附加厚度 小於或等於該複數超級研磨顆粒的平均直徑的1/2。 18·如申請專利範圍第1〇項所述的超級研磨工具，其 中該複數超級研磨顆粒被配置為一狀態，該狀態使超級研 磨顆粒的一尖端部份定向於遠離該基材。 19. 如申請專利範圍帛1()項所述的超級研磨工具，其 中該複數超級研磨顆粒被配置於—狀態該狀態使超級研 磨顆粒的一邊緣部位定向於遠離該基材。 20. —種超級研磨工具，其包含： 一基材；以及 申請專利範圍第1項 大致上所有的超級研 複數超級研磨顆粒，其透過一如 的無晶硬焊層結合到該基材上，其中 磨顆粒的工作端為尖銳部位的狀態。 26