TW201936883A - 固定磨料三維研磨及拋光板及其製作及使用方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種固定磨料三維板，其包括微米大小金剛石珠粒或磨料顆粒及金屬氧化物珠粒之混合物，大小介於幾微米至幾十微米範圍內，納入一或多種無機黏合劑及填料之一基質中。該組合物形成一剛性板坯，且將該磨料板安裝於一基板上，形成一研磨/拋光板。該磨料板能夠提供高材料去除率，同時在研磨/拋光高級材料、包括藍寶石、碳化鈦增強氧化鋁、碳化矽、氮化鎵、氮化鋁、硒化鋅及其他化合物半導體材料以及玻璃、陶瓷、金屬及複合工件時會降低表面粗糙度。納入該固定磨料三維板中之該等金剛石珠粒包括用一或多種無機黏合劑及添加劑黏合之大小介於幾奈米至幾十微米範圍內之金剛石顆粒。

Description

固定磨料三維研磨及拋光板及其製作及使用方法

相關案

本申請主張於2018年2月20日提出申請之美國臨時申請案第62/632,808號及於2018年10月12日提出申請之美國臨時申請案第62/745,249號的優先權，該等申請案中每一者之揭示內容之全文皆以引用方式併入本文中。

本揭示內容係關於固定磨料三維板，其適用於高級材料如藍寶石、碳化鈦增強氧化鋁(AlTiC)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、硒化鋅(ZnSe)及其他化合物半導體材料以及玻璃、陶瓷、金屬及複合工件之精密研磨及拋光。所揭示固定磨料三維板，納入金剛石珠粒或磨料顆粒及金屬氧化物珠粒之混合物及填料，藉助一或多種黏合劑及添加劑黏合在一起，在研磨及拋光眾多種工件材料中提供高材料去除率，同時減小表面粗糙度。

以前，高級材料、陶瓷、金屬及複合工件之研磨(粗研磨及精研磨)及拋光係使用嵌入金剛石顆粒之研磨板、結合或不結合鬆散之金剛石磨料漿料來完成。

拋光AlTiC、SiC、GaN、AlN、ZnSe以及其他類似材料之工業實踐係藉由在墊或剛性板上對工件進行化學-機械平坦化(化學機械拋光(chemical-mechanical planarization; CMP))來進行。在硬碟驅動器行業中，步驟包括粗研磨及精研磨/拋光。粗研磨步驟使用所謂的自由/固定磨料研磨方法。使工件與轉動板及修整環接觸以進行平坦化，同時將金剛石漿料滴在板上。金剛石晶粒嵌入金屬轉動板(通常由鋅、錫或錫合金製成)中，形成兩體系統，而其他晶粒則在板與工件之間以三體系統滾動。自由及固定磨料金剛石之使用提供了更高之材料去除率，但表面粗糙度高。表面粗糙度係藉由增加另一個固定磨料研磨步驟來改善，在該步驟中，使工件與預先嵌入金剛石晶粒之轉動板接觸，並用潤滑媒劑研磨。潤滑媒劑不含腐蝕性磨料。固定磨料研磨給出較低研磨速度及較佳表面光潔度。儘管使用自由及固定磨料組合可改善磁頭之表面光潔度，但在裝填效率及均勻性方面，處理自由金剛石漿料仍然存在一些缺點。滴下之漿料中僅有約10%之金剛石嵌入板中，其餘滴入廢料收集中。隨著研磨之繼續，嵌入之金剛石顆粒進一步推入板中，且少數金剛石可能會脫落並擦傷工件。每一輪帶電荷之金剛石在需要充電之前壽命有限，而且實際上很少有金剛石顆粒裝填至板中。

或者，研磨及拋光可以使用金剛石磨料膜來實施，金剛石磨料膜係由塗覆有一層磨料金剛石及黏合劑(即尼龍、聚酯、環氧樹脂、UV固化樹脂等)之撓性背襯(即PET、Mylar等)組成，該金剛石磨料膜安裝在剛性基板上作為研磨板。在美國專利6,458,018、6,634,929及6,722,952中，金剛石珠粒納入適於研磨玻璃或陶瓷工件之磨料塗層中。磨料製品包含撓性基板上之結構化三維塗層。結構化固定磨料塗層可適用於粗研磨，但不適用於表面光潔度非常重要之精研磨。離散之三維塗層具有鋒利之邊緣，此導致擦傷工件。磨料墊在擴展研磨過程中不能保持良好之平整度，並且已知會導致晶圓邊緣變圓。由於使用壽命較短，該等磨料膜將需要頻繁更換。

在美國專利8,628,383、8,888,878及8,038,751中，使用由磨料顆粒及奈米顆粒黏合劑製成之金剛石珠粒及聚集體來形成塗覆之磨料產品。生產之塗覆磨料製品經調整用於磨擦砂輪及表面光潔度不重要之通用磨擦。將磨料聚集體塗覆至撓性背襯上以形成固定磨料墊，該等磨料墊具有良好之原料去除及較差之表面光潔度。當該等墊用於研磨晶圓時，很難長時間保持良好之平整度，並且邊緣變圓仍然係一個問題。

為克服上述問題，提供固定磨料三維板，其包括微米尺寸之金剛石球體(珠粒)或磨料顆粒及金屬氧化物珠粒之混合物，尺寸範圍從幾微米至幾十微米，納入由一或多種聚合物黏合劑及填料組成之基質中。將組合物澆鑄在模具中，然後熱輔助硬化，或室溫硬化，或熱壓成剛性板坯。然後將固定磨料三維板安裝在鋼或鋁基板上，以形成研磨/拋光板。納入固定磨料板中之球形顆粒(珠粒)係由尺寸從幾奈米至幾十微米之磨料金剛石顆粒組成，藉助由無機黏合劑及添加劑組成之黏合劑基質黏合在一起。在一些實施例中，在潤滑劑存在之情況下，剛性板之多孔性提供工件之高研磨/拋光效率。

在研磨及拋光操作期間及在適當潤滑劑之存在下，金剛石顆粒磨蝕工件，且潤滑劑經由孔將切屑/碎屑帶離板，從而減少工件之擦傷。金剛石顆粒不斷暴露出來，此乃因黏合劑基質之磨損速率比金剛石快。黏合劑基質之磨損速率取決於金剛石外殼之硬度及填料類型。

在本揭示內容之一個實施例中，適用於高級材料之精密研磨及拋光之固定磨料三維剛性板係由一種組合物組成，該組合物包括：a)複數個微米大小複合球形磨料珠粒，b)至少一種黏合球形磨料珠粒之聚合物樹脂，c)以剛性板之乾重計1 wt.%至40 wt.%之至少一種多孔添加劑，及d)以剛性板之乾重計1 wt.%至40 wt.%之一或多種無機填料。固定磨料三維剛性板具有5%至60%之表面積孔隙率，並且剛性板中之複數個孔既不均勻亦不規則，並且在三維磨料板之整個厚度上不內部連接。在一個實施例中，磨料珠粒係自噴霧乾燥磨料顆粒、無機金屬氧化物黏合劑及分散劑之可噴霧漿料形成。在一個實施例中，磨料顆粒選自天然金剛石、合成金剛石、立方氮化硼、碳化矽及其組合。在一個實施例中，磨料顆粒係天然或合成金剛石。在一個實施例中，無機金屬氧化物黏合劑選自二氧化矽、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、氧化鋁及其混合物。在一個實施例中，磨料珠粒具有5微米至50微米之平均粒徑。在一個實施例中，含於磨料珠粒中之磨料顆粒具有0.01微米至10微米之平均大小。在一個實施例中，磨料珠粒佔剛性板組合物重量之30%至95%，且以乾重計，金剛石顆粒佔磨料珠粒重量之20%至50%。在一個實施例中，聚合物樹脂選自由以下組成之群：鹼催化之酚醛樹脂、酸催化之酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂及其混合物。在一個實施例中，聚合物樹脂係鹼催化之酚醛樹脂。在一個實施例中，剛性板之組成包含約5 wt.%至約35 wt.%之聚合物樹脂。在一個實施例中，多孔添加劑係平均直徑為10微米至200微米之中空玻璃球。在一個實施例中，填料選自由以下組成之群：碳酸鈣、偏矽酸鈣、滑石、高嶺土、氧化鈣及其混合物。在一個實施例中，填料係碳酸鈣。

在本揭示內容之另一個實施例中，適用於高級材料之精密研磨及拋光之固定磨料三維剛性板係由一種組合物組成，該組合物包括：a)複數個微米大小無機金屬氧化物球形珠粒，b)超磨料顆粒，c)至少一種將球形金屬氧化物珠粒及超磨料顆粒黏合在一起之聚合物樹脂，d)基於組合物之重量1 wt.%至40 wt.%之至少一種多孔添加劑，及e)基於組合物之乾重1 wt.%至40 wt.%之一或多種無機填料。固定磨料三維剛性板具有5%至60%之表面積孔隙率，並且剛性板中之複數個孔既不均勻亦不規則，並且在三維磨料板之整個厚度上不內部連接。在一個實施例中，無機金屬氧化物球形珠粒係自噴霧乾燥金屬氧化物黏合劑及分散劑形成。在一個實施例中，無機金屬氧化物黏合劑選自二氧化矽、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋁及其混合物。在一個實施例中，超磨料顆粒選自天然金剛石、合成金剛石、立方氮化硼及碳化矽。

在本揭示內容之另一個實施例中，提供形成適用於高級材料之精密研磨及拋光之固定磨料三維剛性板之方法。固定磨料三維剛性板由一種組合物組成，該組合物包括：a)複數個微米大小複合磨料球形珠粒或微米大小金屬氧化物珠粒及超磨料顆粒之混合物，b)至少一種將球形珠粒或金屬氧化物珠粒黏合在一起之聚合物樹脂，c)基於組合物之重量1 wt.%至40 wt.%之至少一種多孔添加劑，及d)基於組合物之乾重1 wt.%至40 wt.%之一或多種無機填料。藉由以下步驟形成三維固定磨料剛性板，以提供具有5至60%之受控表面積孔隙率之三維剛性板：熱壓組合物，將熱壓組合物黏合至基板，並將黏合之熱壓組合物磨擦平坦。三維固定磨料剛性板能夠在不到15分鐘內研磨AlTiC工件以將表面粗糙度Ra從30 nm降低到3 nm或更小，並且三維固定磨料珠粒板能夠在60分鐘內將SiC工件拋光至0.4 nm或更小之表面粗糙度Ra。在一個實施例中，該方法包括藉由熱輔助硬化、室溫硬化或熱壓模製在模具中形成固定磨料三維剛性板。在一個實施例中，熱壓包括在模製溫度為240℉至380℉之模具中形成固定磨料三維剛性板。在一個實施例中，熱壓壓力為500 psi至2,000 psi。在一個實施例中，熱壓壓力為800 psi至1,200 psi。在一個實施例中，熱壓壓力為800 psi至1,200 psi，且板之厚度為0.1英吋至1.0英吋。在一個實施例中，熱壓壓力為800 psi至1,200 psi，且板之直徑為1英吋至60英吋。在一個實施例中，固定磨料三維剛性板包括複數個孔。在一個實施例中，孔係不均勻的、不規則的，並且在該磨料三維剛性板之整個厚度上沒有內部連接。

磨料珠粒(例如金剛石磨料珠粒)係藉由噴霧乾燥製程來形成。磨料顆粒之漿料係藉由在無機黏合劑、分散劑及/或增塑劑存在下將磨料晶粒分散於液體載劑中來製成。用螺旋槳混合器或超音波混合器或其他合適之分散機構將各成分充分混合，得到均勻分散之磨料漿料。然後將漿料噴霧乾燥，形成球形磨料珠粒(第1圖)。適用於本揭示內容實施例之磨料晶粒通常具有大於5之莫氏硬度(Mohs hardness)。磨料晶粒之實例包括碳化物，例如碳化矽及碳化鈦；氧化物，例如氧化鋁、氧化鋯、氧化矽等；氮化物，例如立方氮化硼、氮化鈦、氮化矽等；及單晶、多晶及表面蝕刻之合成金剛石，以及天然金剛石。在一些實施例中，由於金剛石之硬度及化學惰性，選擇金剛石作為磨料晶粒。

在一些實施例中，磨料珠粒係磨料混合物之複合物或磨料及金屬氧化物(如無機金屬氧化物)之複合物。在一些實施例中，磨料珠粒係球形的。在一些實施例中，微米大小磨料球形珠粒具有5微米至50微米之平均粒徑。在一些實施例中，含於磨料珠粒中之磨料顆粒具有0.01微米至10微米之平均大小。

磨料晶粒之大小從奈米至微米不等，且形狀從三維塊狀至二維狀，且表面粗糙度從光滑至粗糙不等。磨料晶粒可以塗覆有有機、無機或金屬塗層。磨料晶粒之大小範圍在一些實施例中可以為約5 nm至約12微米，在其他實施例中為約50 nm至約7微米，且在其他實施例中小於約4微米。基於用於噴霧乾燥之漿料之重量，用於噴霧乾燥之漿料之磨料晶粒組成在一些實施例中介於約1 wt.%與約50 wt.%之間，且在其他實施例中介於約5 wt.%與約35 wt.%之間。在本揭示內容之一些實施例中，將兩種或更多種粒徑之混合物用於期望之研磨/拋光結果。

在一些實施例中，磨料顆粒係超磨料顆粒。超磨料顆粒包括：天然金剛石、合成金剛石及立方氮化硼。

在一些實施例中，將磨料晶粒隨後與無機金屬氧化物黏合劑混合以形成可噴霧漿料/溶膠。金屬氧化物黏合劑形成易碎之連續基質，將複數個磨料晶粒顆粒保持在一起，如第2圖所示。適宜金屬氧化物黏合劑包括二氧化鈰、二氧化矽、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂及其混合物。在許多實施例中，二氧化矽用作金屬氧化物黏合劑。二氧化矽可以從許多商業製造商以膠態二氧化矽購得。一些合適之市售膠態二氧化矽係：NexSil 5、NexSil 6、NexSil 8、NexSil 12、NexSil 20、NexSil 20A、NexSil 20K-30、NexSil 20NH4、Nyacol DP9711 (來自Nyacol Nano Technologies, Inc. Ashland, Massachusetts)、Bendzil 2040、Levasil 2050、Levasil FO1440、Megasol S50 (Wesbond Corporation, Wilmington, Delaware)、Nalco 1050、Nalco 1060、Nalco 1130、Nalco 2326、Nalco 2360 (Nalco, Naperville, Illinois ) Ludox SM30、Ludox HS30、Ludox AM30、Ludox PX30、Remasol SP30、Remasol LP40及Remasol LP40 (來自Remet Corporation, Utica, New York)。在一些實施例中，可以使用約5 nm至約200 nm之不同大小之膠態二氧化矽，在其他實施例中，可以使用約5 nm至約100 nm之膠態二氧化矽，在其他實施例中，可以使用約5 nm至約60 nm之膠態二氧化矽。基於漿料之重量，可噴霧磨料晶粒及金屬氧化物黏合劑漿料在一些實施例中具有約5 wt.%至約60 wt.%之固體含量，且在其他實施例中具有約10 wt.%至約50 wt.%之固體含量。以乾組分計，可噴霧磨料混合物之金屬氧化物黏合劑含量在一些實施例中介於約1 wt.%與約90 wt.%之間，且在其他實施例中介於約10 wt.%與約80 wt.%之間。

在一些實施例中，可噴霧磨料漿料混合物組合物包括分散劑及/或濕潤劑。分散劑有助於分散及穩定漿料中之磨料顆粒。其係能夠將顆粒懸浮在可噴霧漿料中之有機、無機或聚合劑。合適之分散劑包括聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、低至中分子量之聚乙烯吡咯啶酮、纖維素及纖維素衍生物；例如羧甲基纖維素、羥乙基纖維素及海藻酸鈉。其他實例包括蔗糖、麥芽糖、乳糖、低至中分子量之聚乙二醇及其任一組合。為減少噴嘴內漿料之快速乾燥，可將濕潤劑添加至可噴霧漿料。濕潤劑係能夠保持水分之低蒸發溶劑或可溶性有機或無機鹽。示例性濕潤劑係甘油、多元醇及聚乙二醇。在一些實施例中，蔗糖係分散劑。

分散之可噴霧金剛石漿料在噴霧乾燥器中霧化成液滴，並在約170℃之溫度下乾燥成細粉。在旋風器中收集形成之乾燥顆粒。淘汰掉收集在乾燥器主乾燥室底部之大顆粒及聚集體。無機金屬氧化物黏合劑形成嵌入金剛石顆粒之可鑑別球形顆粒，如第2圖所示。儘管形成之珠粒係可鑑別之顆粒，但金屬氧化物黏合劑及金剛石晶粒在噴霧溫度下不會熔化/燒結，並且在某些剪切條件下會破裂。在本揭示內容之一些實施例中，噴霧乾燥之金剛石珠粒展現寬粒徑分佈，平均直徑在約12微米至約25微米之間。平均金剛石珠粒大小可以藉由改變噴霧乾燥製程參數及/或可噴霧漿料之組成來操縱。常用之分類或分級技術用於將珠粒分別分離成期望之窄平均大小及窄粒徑分佈。

在另一個實施例中，在分散劑及濕潤劑存在下將無機金屬黏合劑、二氧化矽、二氧化鈰、二氧化鈦及氧化鋁或其混合物噴霧乾燥而沒有磨料顆粒，以形成金屬氧化物珠粒，例如二氧化矽珠粒。在一些實施例中，二氧化矽珠粒與金剛石磨料結合使用，以形成用於研磨/拋光碳化矽晶圓之三維固定磨料板。

在一些實施例中，無機金屬氧化物珠粒係平均粒徑為5微米至50微米之微米大小無機金屬氧化物珠粒。在一些實施例中，無機金屬氧化物珠粒係球形的。

然後，將分級金剛石珠粒用於不同調配物中，以製造三維固定磨料珠粒研磨/拋光板，如第3圖所示。三維固定磨料板可以如第3圖所示製成一個整體，或分段形成更大之板。除了金剛石珠粒之外，本揭示內容之三維固定磨料板可含有聚合物樹脂、填料及多孔添加劑。適用於本揭示內容實施例之聚合物樹脂包括來自Huntsman (Woodland, TX)之Araldite MT35700苯并噁嗪樹脂、環氧樹脂、雙酚A改質環氧樹脂、環氧酚醛樹脂及其固化劑。市售環氧樹脂之實例係Dow Chemical’s (Midland, Michigan) D.E.R 330、D.E.R 335、D.E.R 671、D.E.R 640、DEH 84及DEH 85；Huntsman’s (Woodland, Texas) Araldite PY 282、304及GY 280、253、505、502及EPN 1179；及Hexion’s (Columbus, Ohio) Epon樹脂酚醛環氧樹脂系列，Epon 825、828、862及813。其他合適之聚合物樹脂係不飽和聚酯樹脂、脲甲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、鹼催化之酚醛樹脂及酸催化之酚醛樹脂。市售酚醛樹脂之實例係：Bakelite PF02245P、Durite Resin AD3237及Durite Resin AD5534，來自Columbus, Ohio之Hexion；Plenco 14043，來自Plastics Engineering Company, Sheboygan, Wisconsin；Varcum 29310、28108、29318、29334、28317、28101、29008、29108及29319，來自SBHPP, Novi, Michigan。在一些實施例中，合適之聚合物樹脂包括粉末狀酚醛樹脂及其衍生物。使用粉末狀酚醛樹脂可以納入更高體積百分比之金剛石珠粒及填料。酚醛樹脂亦提供更高之耐高溫性及板硬度，此係研磨過程中去除大量原料所必需的。基於磨料板之重量，三維固定磨料調配物中酚醛樹脂之組成在一些實施例中為約5 wt.%至約60 wt.%，且在其他實施例中為約5 wt.%至約35 wt.%。

在另一個實施例中，三維固定磨料板含有填充材料。填料係廉價之非功能材料，用於降低成本，而不會對研磨板之效能產生任何負面影響。填料有助於提高聚合物黏合劑之磨損率，從而不斷暴露出新的金剛石珠粒。填料防止金剛石變鈍，從而在研磨板之壽命內保持恆定之切割作用。一些合適之填料係研磨及沉澱之碳酸鈣、滑石、高嶺土、水合矽酸鋁、偏矽酸鈣、氧化鋁及黏土或其組合。在一些實施例中，研磨碳酸鈣係填料。來自Adams, MA之Specialty Minerals之市售碳酸鈣之實例係Albacar 5970、Albaglos PCC、Albacar 8101及Vicron GCC。碳酸鈣之粒徑在約1微米與約30微米之間，且填料之組成在一些實施例中為約1 wt.%至約40 wt.%，並且在其他實施例中在約5 wt.%與約30 wt.%之間。

為有效地去除切屑並保持恆定之切割速率，三維固定磨料板經設計在板中具有複數個孔。如第4A-4D圖所示，板表面上之孔形成不連續之研磨平臺，並為研磨潤滑劑流動及防止工件打滑提供通道。將所得碎屑/切屑洗入孔中，以避免擦傷工件。本揭示內容之實施例控制板之表面孔隙率。在三維固定磨料板之調配物中添加中空玻璃球，以增加及控制板之孔隙率。適用於本揭示內容實施例之市售中空玻璃球之一些實例係：來自3M Advanced Materials, St. Paul, Minnesota之3M玻璃泡系列S32、S15、S22、K37、K20、38HS及K1；來自Sphere One, Chattanooga, Tennessee之Extendosphere系列TG、SGT、SLG、CG、SG及TG；來自Potters Industries LLC, Valley Forge, Pennsylvania之中空玻璃球之球形系列。調配物中中空玻璃球之量在約1與約50 wt.%之間，在一些實施例中在約1與40 wt.%之間，並且在其他實施例中在約5與約30 wt.%之間。在一些實施例中，中空玻璃球之粒徑分佈在約1至約500微米之範圍內。在本揭示內容之一些實施例中使用了Extendosphere SG中空玻璃球。

中空玻璃球之寬粒徑分佈給予三維固定磨料珠粒板孔徑之混合物。球形金剛石珠粒之堆積結構亦會產生孔。堆積結構之空隙部分填充有樹脂，以將其黏合在一起。金剛石珠本身係多孔的(第1圖及第2圖)。大多數珠粒上有孔，且珠粒之固體塊係多孔的，此乃因二氧化矽黏合劑沒有燒結。此係珠粒易碎且容易磨蝕暴露出金剛石之原因。在混合及/或固化過程中，由於截留之空氣，亦存在孔。截留空氣之程度係由模製壓力控制。過高之模製壓力會擠出截留之空氣，且降低板之空隙及總孔隙率。工件之原料去除率效率取決於板之總孔隙率，如第5圖所示。孔隙率很小或沒有孔隙率之三維固定磨料金剛石珠粒板不能提供良好之原料去除作用。第5圖顯示在研磨AlTiC材料時表面孔隙率對材料去除率(material removal rate; MRR)之效應。如第5圖所示，在表面孔隙率約為40%或更高時，材料去除率(material removal rate; MRR)約為0.4 μm/min或更高。

表面孔隙率可以藉由不同之技術進行分析。光學干涉量測法及觸筆輪廓量測法可用於量測表面輪廓(粗糙度)及計算表面孔隙率。體積孔隙率量測方法，如x射線計算斷層攝影，亦可用於計算表面孔隙率。由於一些孔之封閉性，氣體吸附或液體侵入孔隙率量測係不夠的。在本揭示內容之實施例中，使用三維光學影像分析來量化表面孔隙率。藉由板之高解析度3D影像之光學影像分析來量測三維固定磨料珠粒板表面孔隙率。繪製並計算具有孔之表面積百分比，以給出給定放大倍數下板表面之孔隙率百分比或表面積孔隙率。表面積孔隙率百分比係與板之總面積相比，具有孔之面積之量度。在一些實施例中，對於良好之切割速率，板之最小表面積孔隙率約為3%，在一些實施例中，孔隙率大於10%。孔隙率超過60%時，板之完整性受損，且切割速率迅速下降，表面光潔度可能受損。

儘管將酚醛樹脂用於一些實施例中，但在其他實施例中使用其他普通黏合劑，例如不飽和聚酯、環氧樹脂、丙烯酸多元醇等。類似之孔隙率可以藉由泡沫黏合劑如聚胺基甲酸酯黏合劑來達成，其形成多孔網絡結構。

由於根據本揭示內容之固定磨料三維板納入由金剛石或大小範圍從幾奈米至幾十微米之其他磨料顆粒製成之金剛石珠粒之靈活性，根據本揭示內容之固定磨料三維板可用於其他精細磨擦、研磨及拋光應用。

若金剛石珠粒經燒結，使得無機金屬氧化物黏合劑難以磨蝕或孔隙率顯著降低，一些實施例將不能正常工作。此外，若金剛石珠粒如此多孔以致於其在壓力下容易壓縮，則表面孔隙率將降低。過大孔隙率將導致易損板磨損率高，且壽命週期非常短。為獲得最佳效能，板表面孔隙率應在表面積之約5%與約60%之間。金剛石珠粒及板應該能夠承受水處理而不改變孔隙率。

實例

實例 1

金剛石珠粒之製備：

將851.9克Remasol SP30膠態二氧化矽漿料(可從Remet Corporation, Utica, New York購得)與8.1克蔗糖及140克1.25 μm單晶金剛石在帶有螺旋槳混合器之2升玻璃燒杯中混合20分鐘。然後用超音波分散器將漿料進一步分散20分鐘。使用配備有孔口為1530 μm之4號噴嘴總成之Yamato ADL311噴霧乾燥器(Yamato Scientific America Inc., Santa Clara, California)噴霧乾燥所得漿料。漿料在送入入口管之前一直處於攪拌狀態，並在入口溫度為170℃時流入噴霧室中。噴霧乾燥過程需要用蠕動幫浦將漿料送入噴嘴室中。漿料在入口溫度為170℃時，藉由壓縮空氣通過孔口進入乾燥室中而霧化。水從漿料滴中汽提，形成含有二氧化矽基質中之金剛石及蔗糖之離散顆粒。蒸汽排出時，離散之粉末顆粒由旋風器分離到收集罐中。收集在乾燥室底部之過大顆粒及聚集體作為廢物丟棄。出口溫度約為96℃。根據此配方之金剛石漿料提供85%之金剛石珠產率。藉由掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy; SEM)對珠粒之分析顯示球形顆粒具有明顯之孔隙率特徵。如用來自Beckman Coulter Inc之Multisizer 3 Coulter計數器量測，珠粒之平均粒徑為19 μm。隨後將收集之金剛石珠粒分級為23 μm之平均粒徑。

實例 2

金剛石珠粒研磨板之製備：

在混合容器中，將200克來自實施例1之分級金剛石珠粒(由二氧化矽基質中之1.25 μm金剛石顆粒組成)與245克Araldite GY502液體雙酚(來自Huntsman Advanced materials, Woodland, Texas之環氧樹脂)及55克來自Huntsman Advanced materials, Woodland, Texas之Aradur 956-2環氧固化劑混合。將各組分在旋轉混合器中混合約30分鐘，混合並澆鑄至8英吋圓形模具中，且放置過夜，以在室溫下固化，形成三維固定磨料板/坯。用環氧黏合劑將固化板安裝在8英吋之剛性基板上，並使用旋轉碳化矽磨擦機平坦化，以使三維固定磨料板適合研磨高級材料。

研磨 / 拋光測試：

平坦化之金剛石珠粒板在改進之15英吋Engis Corporation快速研磨機FL-15上進行效能測試。將8英吋之金剛石珠粒板安裝在中心之15英吋壓板頂部，並用螺柱固定在三個位置。工件由三塊AlTiC引錠桿(57.8 mm × 2.5 mm)組成，以三角形圖案黏合至直徑為4英吋之陶瓷塊上(第6圖)。使工件在24.8 psi之壓力下與金剛石珠粒板接觸。金剛石珠粒板以30 rpm逆時針旋轉，而偏離板中心2英吋之工件亦以約30 rpm逆時針旋轉。工件之研磨在6次連續運行中完成，每次運行15分鐘，恆定流速為2.4 ml/min之L6037潤滑劑(來自Engis Corporation, Wheeling, IL之乙二醇潤滑劑)。每次運行後，用Fowler Sylvac Ultra-Digit Mark IV下降指示器量測每個AlTiC工件之厚度差，精確度為2 μm，以確定6次運行之平均材料去除率(material removal rate; MRR)。用Zygo NewView 6K光學輪廓儀量測表面粗糙度。此板之材料去除率(material removal rate; MRR)為0.28 μm/min。

實例 3-6

根據表1所示之成分比率將來自實施例1之平均直徑約為23 μm之分級金剛石珠粒與Varcum 29317酚醛樹脂(來自SBHPP, Novi, Michigan)、來自Specialty Minerals Inc., Adams, Massachusetts之Vicron 45-3研磨碳酸鈣及來自Sphere One, Chattanooga, Tennessee之Extendosphere SG中空玻璃球混合。
表 1

將粉末組分在旋轉混合器中充分混合，並倒入8英吋圓形熱壓模具中。將粉末混合物整平，並更換法蘭以形成緊密配合。將模具及內容物放入預熱之30噸Wabash 15’’ × 15’’模製熱壓機(Wabash MPI, Wabash, Indiana)上。將模具加熱至300℉並在約900 psi之壓力下熱壓10分鐘，以形成剛性三維固定磨料研磨板坯。藉助環氧樹脂黏合劑將剛性坯板安裝在8英吋鋼基板上，且隨後平坦化為平坦表面，用於效能測試。

平坦化之三維固定磨料珠粒板在改進之15英吋Engis Corporation快速研磨機上進行效能測試。將8英吋金剛石珠粒板安裝在中心之15英吋壓板頂部，並用螺柱固定在三個位置。工件係3塊AlTiC引錠桿(57.8 mm X 2.5 mm)，以三角形圖案黏合至直徑為4英吋之陶瓷塊上(第6圖)。使工件在24.8 psi之壓力下與金剛石珠粒板接觸。壓板與金剛石珠粒板一起以30 rpm逆時針旋轉，而偏離板中心2英吋之工件亦以約20 rpm逆時針旋轉。工件之研磨在六次連續運行中進行，每次運行15分鐘，恆定流速為2.4 ml/min之L6037潤滑劑(來自Engis Corporation, Wheeling, IL之乙二醇潤滑劑)。

每次運行後，用Fowler Sylvac Ultra-Digit Mark IV下降指示器量測每個AlTiC工件之厚度差，精確度為2 μm，以確定6次運行之平均材料去除率(material removal rate; MRR)。用Zygo NewView 6K光學輪廓儀量測研磨工件之平均表面粗糙度(Ra)。結果如表2所示。
表 2 ：用金剛石珠粒板研磨 AlTiC 工件之結果

表面孔隙率量測

使用Keyence光學顯微鏡量測板之孔隙率。

研磨後，藉由在具有光偏振器之Keyence VHX5000顯微鏡上以500X放大倍數進行色彩臨限值處理來量測板孔隙率(見第7A圖)。根據10幅影像之十(10)次量測之平均值計算板孔隙率。第7B圖之白色區域之百分比計算為孔隙率百分比。

第3A圖係顯示具有7%孔隙率之實例3板之表面孔隙率之光學顯微照片。第3B圖係顯示具有40%孔隙率之實例4板之表面孔隙率之光學顯微照片。第3C圖係顯示具有44%孔隙率之實例5板之表面孔隙率之光學顯微照片。第3D圖係實例5板之較高放大倍數下之光學顯微照片。

實例4及5之所量測孔隙率分別高達40%及44%，並顯示出相應之較高材料去除率，而孔隙率僅為1%之實例6給出了不顯著之研磨速率。

實例 7

將250克來自實施例1之平均直徑約為23 μm之分級金剛石珠粒與100克Varcum 29317酚醛樹脂(來自SBHPP, Novi, Michigan)及150克來自Specialty Minerals Inc., Adams, Massachusetts之Vicron 45-3研磨碳酸鈣混合，形成金剛石粉末混合物。將混合粉末過篩至8平方英吋之熱壓模具中。將粉末混合物整平，並更換法蘭以形成緊密配合。將模具及內容物放入預熱之30噸Wabash 15’’ × 15’’模製熱壓機(Wabash MPI, Wabash, Indiana)上。將模具加熱至300℉並在約900 psi之壓力下熱壓10分鐘，以形成剛性三維固定磨料研磨板坯。藉助環氧黏合劑將剛性板坯安裝在8英吋鋼基板上，且隨後將其平坦化至平坦表面，以使其備用於效能測試。

實例 8

以與實例7相同之方式製備三維板坯，只是用150克來自Sphere one, Chattanooga, Tennessee之Extendosphere SG中空玻璃球代替Vicron 45-3研磨碳酸鈣。

實例 9

藉由混合630克Remasol SP30膠態二氧化矽漿料(Remasol SP30為30 wt.%，水中之8 nm膠態二氧化矽，購自Remet Corporation, Utica, New York)，與6.0克蔗糖、103.6克0.25 μm單晶金剛石及用260.4克去離子水在裝有螺旋槳混合器之2升玻璃燒杯中稀釋20分鐘來製備金剛石珠粒。用超音波分散器將漿料進一步分散60分鐘。所得漿料用配備有孔口為1530 μm之4號噴嘴總成之Yamato ADL311噴霧乾燥器(Yamato Scientific America Inc., Santa Clara, California)噴霧乾燥。漿料在送入入口管之前一直處於攪拌狀態，並在入口溫度為170℃時流入噴霧室中。水從漿料滴中汽提，形成含有二氧化矽基質中之金剛石及蔗糖之離散顆粒。蒸汽排出時，離散顆粒由旋風器分離至收集罐中。收集在乾燥室底部之過大顆粒及聚集體作為廢物丟棄。出口溫度約為96℃。根據此配方之金剛石漿料提供81 wt.%之金剛石珠粒產率。藉由掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy; SEM)對珠粒之分析顯示球形顆粒具有明顯之孔隙率特徵。如用來自Beckman Coulter Inc之Multisizer 3 Coulter計數器量測，珠粒之平均粒徑為18 μm。隨後將收集之金剛石珠粒分級成23 μm之平均粒徑。

實例 10

如實例9所述藉由噴霧乾燥製備金剛石珠粒，只是使用0.4 μm單晶金剛石粉末代替0.25 μm單晶金剛石。

實例 11

如實例9所述藉由噴霧乾燥製備金剛石珠粒粉末，只是使用3 μm單晶金剛石粉末代替0.25 μm單晶金剛石。

實例 12 - 14

根據表3中列出之組分比率，藉由充分混合實例9-11之分級金剛石珠粒及Varcum 29317酚醛樹脂(來自SBHPP, Novi, Michigan)、來自Specialty Minerals Inc., Adams, Massachusetts之Vicron 45-3研磨碳酸鈣及中空玻璃球來製備三維固定金剛石磨料板坯。將粉末組分在旋轉混合器中充分混合，並倒入8英吋圓形熱壓模具中。將粉末混合物整平，並更換法蘭以形成緊密配合。將模具及內容物放入預熱之30噸Wabash 15’’ × 15’’模製熱壓機(Wabash MPI, Wabash, Indiana)上。將模具加熱至300℉並在約900 psi之壓力下熱壓10分鐘，以形成剛性三維固定磨料研磨板坯。藉助環氧黏合劑將剛性坯板安裝在8英吋之鋼基板上，且隨後將其平坦化至平坦表面，以備用於效能測試。
表 3 ：

如第8圖所示，較小之金剛石粒徑提供較低之材料去除率，並且材料去除率隨著金剛石粒徑之增加而增加。然而，增加金剛石粒徑，例如達到3微米，會增加金剛石磨料板研磨之AlTiC樣品之表面粗糙度。

實例 15

金剛石珠粒係藉由以下方式來製備：將926.6克14 wt.%固體之Nyacol TiSol A膠態二氧化鈦(可從NYACOL Nano Technologies, Inc., Ashland, Massachusetts購得)與3.3克蔗糖及70克0.25 μm單晶金剛石在帶螺旋槳混合器之2升玻璃燒杯中混合20分鐘，形成金剛石漿料。用超音波分散器將漿料進一步分散60分鐘。所得漿料用配備有孔口為711 μm之3號噴嘴總成之Yamato ADL311噴霧乾燥器(Yamato Scientific America Inc., Santa Clara, California)噴霧乾燥。漿料在送入入口管之前一直處於攪拌狀態，並在入口溫度為170℃時流入噴霧室中。水從漿料液滴中汽提，形成含有二氧化鈦基質中之金剛石及蔗糖之離散顆粒。蒸汽排出時，離散顆粒由旋風器分離至收集罐中。收集在乾燥室底部之過大顆粒及聚集體作為廢物丟棄。出口溫度約為84℃。根據此配方之金剛石漿料提供78 wt.%之金剛石珠粒產率。藉由掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy; SEM)對珠粒之分析顯示球形顆粒具有明顯之孔隙率特徵。如用來自Beckman Coulter Inc之Multisizer 3 Coulter計數器量測，珠粒之平均粒徑為14 μm。

實例 16

將250克來自實例15之平均直徑約為15 μm之分級金剛石珠粒與100克Varcum 29317酚醛樹脂(來自SBHPP, Novi, Michigan)及100克來自Specialty Minerals Inc., Adams, Massachusetts之Vicron 45-3研磨碳酸鈣以及50克平均直徑約為160 μm之玻璃中空球混合，以形成金剛石粉末混合物。將混合粉末過篩至8英吋見方之熱壓模具中。將粉末混合物整平，並更換法蘭以形成緊密配合。將模具及內容物放入預熱之30噸Wabash 15’’ × 15’’模製熱壓機(Wabash MPI, Wabash, Indiana)上。將模具加熱至300℉並在約900 psi之壓力下熱壓10分鐘，以形成剛性三維固定磨料研磨板坯。藉助環氧黏合劑將剛性坯板安裝在8英吋之鋼基板上，且隨後將其平坦化至平坦表面，以備用於效能測試。

實例 17

以與實例16相同之方式製備三維固定磨料板坯，只是用50克平均直徑為11 μm之玻璃中空球替換50克平均直徑約為160 μm之玻璃中空球。

使用平坦化之板來研磨碳化矽工件，如圖9所示。工件由4塊1平方英吋之碳化矽晶圓黏合至一個4英吋直徑之陶瓷塊組成。固定磨料板安裝在中心之15英吋壓板頂部，並用螺柱固定在三個位置。使工件在5.2 psi之壓力下與固定磨料板接觸。金剛石珠粒板以90 rpm逆時針旋轉，而偏離板中心2英吋之工件亦以約30 rpm逆時針旋轉。工件之研磨在去離子水中連續運行三次，每次10分鐘，恆定流速為2.4 ml/min之20 wt.% L6037潤滑劑(來自Engis Corporation, Wheeling, IL之乙二醇潤滑劑)。每次運行後，用Fowler Sylvac Ultra-Digit Mark IV下降指示器量測每個碳化矽工件之厚度差，精確度為± 2 μm，以確定平均材料去除率(material removal rate; MRR)。使用Zygo NewView 6K光學輪廓儀來量測表面粗糙度。

如第10圖所示，較小之金剛石粒徑提供較低之材料去除率，並且材料去除率隨著金剛石粒徑之增加而增加。然而，增加金剛石粒徑會增加金剛石磨料板研磨之SiC樣品之表面粗糙度。

實例 18

二氧化矽漿料係藉由以下方式來製備：將300克50 wt.%固體之Nalco 1060膠態二氧化矽(可自Nalco, Naperville, Illinois購得)與3克蔗糖及5克甘油在1升帶磁力攪拌器之玻璃燒杯中混合20分鐘。用192克去離子水稀釋漿液混合物，形成30.6重量%固體之漿料。二氧化矽漿料用配備有孔口為1530 μm之4號噴嘴總成之Yamato ADL311噴霧乾燥器(Yamato Scientific America Inc., Santa Clara, California)噴霧乾燥。漿料在送入入口管之前一直處於攪拌狀態，並在入口溫度為170℃時流入噴霧室中。水從漿料液滴中汽提，形成離散之球形二氧化矽珠粒。蒸汽排出時，離散顆粒由旋風器分離至收集罐中。收集在乾燥室底部之過大顆粒及聚集體作為廢物丟棄。出口溫度約為84℃。根據此配方之金剛石漿料提供96 wt.%之二氧化矽珠粒產率。藉由掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy; SEM)對珠粒之分析顯示球形顆粒具有明顯之孔隙率特徵。如用來自Beckman Coulter Inc之Multisizer 3 Coulter計數器量測，珠粒之平均粒徑為17 μm。

將150克平均直徑約為17 μm之二氧化矽珠粒與70克3 μm單晶金剛石晶粒(來自Engis Corporation, Wheeling, Illinois)及110克Varcum 29317酚醛樹脂(來自SBHPP, Novi, Michigan)以及120克來自Specialty Minerals Inc., Adams, Massachusetts之Vicron 45-3研磨碳酸鈣及50克平均直徑約為160 μm之玻璃中空球混合，形成金剛石粉末混合物。將混合粉末過篩至8英吋見方之熱壓模具中。將粉末混合物整平，並更換法蘭以形成緊密配合。將模具及內容物放入預熱之30噸Wabash 15’’ × 15’’模製熱壓機(Wabash MPI, Wabash, Indiana)上。將模具加熱至300℉並在約900 psi之壓力下熱壓10分鐘，以形成剛性三維固定磨料研磨板坯。藉助於環氧黏合劑將剛性坯板安裝在8英吋之鋼基板上，且隨後平坦化成平坦表面。

使用平坦化之板來研磨實例17之第9圖所示之碳化矽工件。使用Zygo NewView 6K光學輪廓儀來量測表面粗糙度。此板之材料去除率(material removal rate; MRR)為10 μm/hr，且表面粗糙度(Ra)為1.6nm。

實例 19

氧化鋁漿料係藉由以下方式來製備：將500克30 wt.%固體及約100 nm平均粒徑之Wesol D30膠態氧化鋁溶膠(來自Wesbond Corp., Wilmington, Delaware)與65克40%固體濃度及約70 nm平均粒徑之Aerodisp W740膠態二氧化鈦(Evonik Corp., Parsippany, New Jersey)在1升帶磁力攪拌器之玻璃燒杯中混合20分鐘。混合漿料具有31.2重量%之固體。氧化鋁漿料用配備有孔口為1530 μm之4號噴嘴總成之Yamato ADL311噴霧乾燥器(Yamato Yamato Scientific America Inc., Santa Clara, California)噴霧乾燥。漿料在送入入口管之前一直處於攪拌狀態，並在入口溫度為170℃時流入噴霧室中。水從漿料液滴中汽提，形成氧化鋁之離散球形珠粒。蒸汽排出時，離散顆粒由旋風器分離至收集罐中。收集在乾燥室底部之過大顆粒及聚集體作為廢物丟棄。出口溫度約為89℃。根據此配方之氧化鋁漿料提供76 wt.%之氧化鋁珠粒產率。氧化鋁珠粒在大氣條件下於1100℃燒結，以將勃姆石氧化鋁轉化為α相氧化鋁。藉由掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy; SEM)對珠粒之分析顯示球形顆粒具有明顯之孔隙率特徵。如用來自Beckman Coulter Inc之Multisizer 3 Coulter計數器量測，珠粒之平均粒徑為11 μm。

將氧化鋁珠粒與7微米單晶金剛石混合，並製成根據本揭示內容之剛性三維固定磨料研磨板。該板用於在5.2 psi下研磨AlTiC工件，以提供1.1 μm/min之平均材料去除率及表面粗糙度，量測為11.2 nm之Ra。

與其他磨料板相比，根據本揭示內容實施例之固定磨料三維剛性板在研磨及拋光操作期間提供增加之材料去除率。此外，根據本揭示內容實施例之磨料板提供比其他磨料板更光滑之研磨或拋光製品之表面粗糙度。

前述內容概述了幾個實施例或實例之特徵，使得熟習此項技術者可以更好地理解本揭示內容之態樣。熟習此項技術者應該理解，其可以容易地使用本揭示內容作為設計或修改其他製程及結構之基礎，以實施本文介紹之實施例或實例之相同目的及/或達成相同優點。熟習此項技術者亦應該認識到，該等等效構造並不脫離本揭示內容之精神及範圍，並且其在本文中可以進行各種改變、取代及變更而不脫離本揭示內容之精神及範圍。

應該理解，本文沒有必要討論所有優點，對於所有實施例或實例不需要特定優點，並且其他實施例或實例可以提供不同之優點。

無

第1圖顯示根據本揭示內容之一個實施例納入單晶金剛石之噴霧乾燥之磨料珠粒。

第2圖顯示金剛石磨料珠粒之橫截面，顯示根據本揭示內容之一個實施例之金剛石磨料珠粒之中空外殼結構，其中0.25 μm金剛石顆粒均勻分佈在二氧化矽黏合劑基質中。

第3圖顯示根據本揭示內容之一個實施例製成一體之14’’固定磨料珠粒研磨/拋光板。

第4A圖係顯示具有7%孔隙率之實例3板之表面孔隙率之光學顯微照片。第4B圖係顯示具有40%孔隙率之實例4板之表面孔隙率之光學顯微照片。第4C圖係顯示具有44%孔隙率之實例5板之表面孔隙率之光學顯微照片。第4D圖係實例5板之較高放大倍數之光學顯微照片。

第5圖顯示根據本揭示內容之一個實施例固定磨料珠粒板表面孔隙率對AlTiC材料之材料去除率之效應。

第6圖圖解說明根據本揭示內容之一個實施例包括AlTiC引錠桿之工件。

第7A圖係500X光學影像，圖解說明根據本揭示內容之一個實施例在研磨後板之色彩臨限值處理。第7B圖係在色彩臨限值處理後與7B相同之影像。

第8圖圖解說明根據本揭示內容之一個實施例金剛石大小對用固定磨料珠粒板研磨AlTiC之效應。

第9圖顯示根據本揭示內容之一個實施例之碳化矽工件。

第10圖圖解說明根據本揭示內容之實施例金剛石珠粒在拋光SiC晶圓中之有效性。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無

Claims (26)

1. 一種適用於高級材料之精密研磨及拋光之固定磨料三維剛性板，該固定磨料三維剛性板係由一組合物組成，該組合物包含： a) 複數個微米大小複合球形磨料珠粒；b) 至少一種黏合該等球形磨料珠粒之聚合物樹脂；c) 以該剛性板之一乾重計1 wt.%至40 wt.%之至少一種孔隙率添加劑；及d) 以該剛性板之一乾重計1 wt.%至40 wt.%之一或多種無機填料，其中該固定磨料三維剛性板具有5%至60%之一表面積孔隙率，且該剛性板中之複數個該等孔既不均勻亦不規則，並且在該三維磨料板之整個厚度上沒有內部連接。
2. 如請求項1所述之固定磨料三維剛性板，其中該等磨料珠粒係自噴霧乾燥磨料顆粒、無機金屬氧化物黏合劑及分散劑之一可噴霧漿料形成。
3. 如請求項2所述之固定磨料三維剛性板，其中該等磨料顆粒選自天然金剛石、合成金剛石、立方氮化硼、碳化矽及其組合。
4. 如請求項2所述之固定磨料三維剛性板，其中該等磨料顆粒係天然或合成金剛石。
5. 如請求項2所述之固定磨料三維剛性板，其中該無機金屬氧化物黏合劑選自二氧化矽、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、氧化鋁及其混合物。
6. 如請求項4所述之固定磨料三維剛性板，其中該等磨料珠粒具有5微米至50微米之一平均粒徑。
7. 如請求項6所述之固定磨料三維剛性板，其中含於該等磨料珠粒中之該等磨料顆粒具有0.01微米至10微米之一平均粒徑。
8. 如請求項4所述之固定磨料三維剛性板，其中該等磨料珠粒佔該剛性板之該組合物重量之30%至95%，且以乾重計該等金剛石顆粒佔該等磨料珠粒重量之20%至50%。
9. 如請求項1所述之固定磨料三維剛性板，其中該聚合物樹脂選自由以下組成之群：鹼催化之酚醛樹脂、酸催化之酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂及其混合物。
10. 如請求項9所述之固定磨料三維剛性板，其中該聚合物樹脂係一鹼催化之酚醛樹脂。
11. 如請求項10所述之固定磨料三維剛性板，其中該剛性板之該組合物包含5 wt.%至35 wt.%之該聚合物樹脂。
12. 如請求項1所述之固定磨料三維剛性板，其中該等孔隙率添加劑係具有10微米至200微米之一平均直徑之中空玻璃球。
13. 如請求項1所述之固定磨料三維剛性板，其中該填料選自由以下組成之群：碳酸鈣、偏矽酸鈣、滑石、高嶺土、氧化鈣及其混合物。
14. 如請求項1所述之固定磨料三維剛性板，其中該填料係碳酸鈣。
15. 一種適用於高級材料之精密研磨及拋光之固定磨料三維剛性板，該固定磨料三維剛性板係由一組合物組成，該組合物包含： a) 複數個微米大小無機金屬氧化物球形珠粒；b) 超磨料顆粒；c) 至少一種將該等球形金屬氧化物珠粒及超磨料顆粒黏合在一起之聚合物樹脂；d) 基於該組合物之一重量1 wt.%至40 wt.%之至少一種孔隙率添加劑；及e) 基於該組合物之一乾重1 wt.%至40 wt.%之一或多種無機填料，其中該固定磨料三維剛性板具有5%至60%之一表面積孔隙率，且該剛性板中之複數個該等孔既不均勻亦不規則，並且在該三維磨料板之整個厚度上沒有內部連接。
16. 如請求項15所述之固定磨料三維剛性板，其中該等無機金屬氧化物球形珠粒係自噴霧乾燥一金屬氧化物黏合劑及分散劑形成。
17. 如請求項15所述之固定磨料三維剛性板，其中該無機金屬氧化物黏合劑選自二氧化矽、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋁及其混合物。
18. 如請求項15所述之固定磨料三維剛性板，其中該等超磨料顆粒選自天然金剛石、合成金剛石、立方氮化硼及碳化矽。
19. 一種形成適用於高級材料之精密研磨及拋光之一固定磨料三維剛性板之方法，該固定磨料三維剛性板係由一組合物組成，該組合物包含： a) 複數個微米大小複合磨料球形珠粒或微米大小金屬氧化物珠粒及超磨料顆粒之混合物；b) 至少一種將該等球形珠粒或金屬氧化物珠粒黏合在一起之聚合物樹脂；c) 基於該組合物之一重量1 wt.%至40 wt.%之至少一種孔隙率添加劑；及d) 基於該組合物之一乾重1 wt.%至40 wt.%之一或多種無機填料，其中藉由以下步驟形成該三維固定磨料剛性板以提供一受控表面積孔隙率為5至60%之一三維剛性板：熱壓、熱輔助硬化或室溫硬化該組合物；將該熱壓組合物黏合至一基板；及將該黏合之熱壓組合物磨擦至一平整度，其中該三維固定磨料剛性板能夠在不到15分鐘內將AlTiC工件研磨至使該表面粗糙度Ra從30 nm減小至3 nm或更小，及該三維固定磨料珠粒板能夠在約60分鐘內將一SiC工件拋光至0.4 nm或更小之一表面粗糙度Ra。
20. 如請求項19所述之方法，其中該熱壓包括在一模具中在240℉至380℉之一模製溫度下形成該固定磨料三維剛性板。
21. 如請求項20所述之方法，其中該熱壓之壓力為500 psi至2,000 psi。
22. 如請求項20所述之方法，其中該熱壓之壓力為800 psi至1,200 psi。
23. 如請求項20所述之方法，其中該熱壓之壓力為800 psi至1,200 psi，且該板之厚度為0.1英吋至1.0英吋。
24. 如請求項20所述之方法，其中該熱壓之壓力為800 psi至1,200 psi，且該板之直徑為1英吋至60英吋。
25. 如請求項20所述之方法，其中該固定磨料三維剛性板包括複數個孔。
26. 如請求項25所述之方法，其中該等孔係不均勻、不規則的且在該磨料三維剛性板之整個厚度上沒有內部連接。