TWI227183B - Porous abrasive tool and method for making the same - Google Patents

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TWI227183B
TWI227183B TW091133263A TW91133263A TWI227183B TW I227183 B TWI227183 B TW I227183B TW 091133263 A TW091133263 A TW 091133263A TW 91133263 A TW91133263 A TW 91133263A TW I227183 B TWI227183 B TW I227183B
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Srinivasan Ramanath
Sergej-Tomislav Buljan
Jason R Wilson
Jeri Ann S Ikeda
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Saint Gobain Abrasives Inc
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Description

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玖、發明說明 實施方式及圖式簡單說明) (發明說明應敘明：發騎屬之技術領域、«技術、内容、 (1)發明範嘴 本發明大體上關於適用於剛硬且/或脆性材料之表面研 磨和拋光的磨料及研磨卫具。更特定言之，本發明關於具 有互連孔隙結構之高孔隙度黏合研磨物件及其製造方法 。本發明之磨料適用於高性能研磨作業，例如通常用於製 &龟子組件之石夕、氧铭鈦碳化合物及碳石夕化合物晶圓的背 面研磨。 (2)背景資訊 利用多孔性磨料改善機械研磨程序廣為人知。孔隙通常 提供研磨流體（例如冷卻劑和潤滑劑）之出入口，其傾向於促 成更有效率的切割，減輕冶金損傷（例如表面燒灼）並提高工 具壽命。孔隙亦允許從一受研磨物體移除之物質（例如碎屑 或切屑）有空隙，這在受研磨之物體較軟時或在要求表面完 成標準（例如對石夕晶圓做背面研磨）時特別重要。 習知製造包含多孔隙之研磨物件及/或工具的方案大體 上可歸類於兩大類的其中之一。在第一大類中，藉由將有 機孔隙誘致介質（例如磨碎的胡桃殼）添加至研磨物件内 的方式產生一孔隙結構。這些介質在著火後熱分解，在固 化的研磨工具内留下空洞或孔隙。此大類之實例見於 Carmen等人之美國專利第5,221，294號和wu之美國專利第 5,429,648號，及Grotoh等人之曰本專利Α·91]61273號和 Satoh等人之曰本專利Α-91-28 1 174號。在第二大類令，可藉 由將閉孔性材料（例如氣泡氧化鋁）添加至一研磨物件内的 1227183 ⑺ 方式產生-孔隙結構。舉例來說參£Sheid〇n等人之美國專 利第 5,203,886號。 在一替代方案中’ Wu等人在美國專利第5 738 696號和 5,738,697號（此二專利以引用的方式併入本文中）揭示—種 研磨物件及其製造方法’其包含具有_至少為5: ^之長度 對直徑縱橫比的纖維狀磨粒。長條形磨粒之不良堆集特^ 造成-包含加大的孔隙度和滲透性且適用於較高性能研磨 的研磨物件。 隨著對產品如引擎、耐火設備及電子元件（例如朴碳石夕 化合物晶圓、磁頭、及顯示器玻璃）之精密組件的市場需求 日ϋ成長，對於用來精確研磨和拋光陶瓷及其他較剛硬且/ 或脆性材料之改良研磨工具的需求亦有所成長。習知的研 磨工具未能證明其完全滿足前述需求。因此，存在著對改 良的研磨物件及研磨工具之需求，尤其是包含一較高孔隙 度的研磨物件及研磨工具。 本發明之一觀點包含一種製造研磨物件之方法。該方法 包含調製出磨粒、黏合材料和分散體顆粒之一混合物，該 混合物包含約0.5至約25體積百分比的磨粒，約195至約 49.5體積百分比的黏合材料，及約5〇至約8〇體積百分比的 分散體顆粒。該方法更包含將該混合物壓成一富含磨料的 複合物，將該複合物熱處理，及將該複合物浸沒在一溶劑 内達一段足以大致溶解掉所有分散體的時間，該分散體為 可 >谷解於4 >谷劑内。此外，該磨粒和黏合材料為大致不可 溶於該溶劑。在此觀點之一變異型中，該黏合材料包含約 -7- (3) (3)1227183 35至約85重量百分比的銅’約15至約65重量百分比的錫， 及約0.2至約1.0重量百分比的磷。在此觀點之另一變異型中 ，該分散體包含粒狀氯化鈉且該溶劑包含滾水。 在另一觀點中’本發明包含一種用於分段式研磨輪之研 磨塊段。該研磨塊段包含一複合物，該複合物包含在一約 370°C至約795°C之溫度燒結的複數個超級磨粒及一金屬黏 合劑基質，該複合物具有複數個互連孔隙配置於其内，該 複合物包含約0.5至約25體積百分比的磨粒、約19·5至約 49.5體積百分比的金屬黏合劑以及約5〇至約8〇體積百分比 的互連孔隙度。该金屬黏合劑基質包含約3 5至約7 0重量百 分比的銅，約30至約65重量百分比的錫，及約〇 2至約1〇 重里百分比的罐。έ亥複數個超級磨粒係由金鋼石和立方晶 體氮化蝴組成之群中選出，該等超級磨粒具有約小於3 〇 〇 微米的平均粒徑。 在另一觀點中，本發明包含一種分段式研磨輪。該研磨 輪包含一具有一 2.4 Mpa-cm3/g之最小比強度，一 〇.5 g/cm3 至約8.0 g/cm3之蕊心密度，及一圓形外周的蕊心。該研磨 輪更包含一包括複數個塊段的研磨輪輞，每一塊段包含一 複合物具有在一約370T：至約795°C之溫度燒結的複數個磨 粒及一金屬黏合劑基質’該複合物具有複數個互連孔隙配 置於其内’該複合物包含約5〇至約8〇體積百分比的互連孔 隙度。該研磨輪更在該蕊心與該複數個塊段的每一塊段之 間包含一熱穩定黏合劑。 在另一觀點中，本發明包含一種製造具有約4〇至約80體 Ϊ227183 積百分比互連孔隙度之研磨物件的方法。該方法包含調製 出磨粒、有機或其他非金屬黏合材料、及分散體顆粒之一 混合物，該混合物包含約0.5至約25體積百分比的磨粒，約 19.5至約65體積百分比的有機黏合材料，及約4〇至約8〇體 積百分比的分散體顆粒。該方法更包含將該混合物壓成一 富含磨料的複合物，熱處理該複合物，將該複合物浸沒在 一〉谷劑内達一塊段足以大致溶解掉所有分散體的時間，該 分散體為可溶解於該溶劑内。在此觀點之一變異型中，該 分散體包含粒狀糖且該溶劑包含滾水。 在另一觀點中，本發明包含一種用於分段式研磨輪之研 磨塊段。該研磨塊段包含一複合物，該複合物包含固化在 一起的複數個超級磨粒及一非金屬黏合劑基質，該複合物 具有複數個互連孔隙配置於其内且包含約〇·5至約25體積 百分比的磨粒、約19.5至約65體積百分比的非金屬黏合劑 以及約40至約80體積百分比的互連孔隙度。該複數個超級 磨粒係由金鋼石和立方氮化硼組成之群中選出，該等超級 磨粒具有約小於3 0 〇微米的平均粒徑。 在另一觀點中，本發明包含一種分段式研磨輪。該研磨 輪包含一具有一 2.4 Mpa-cm3/g之最小比強度，一 〇.5 g/cm3 至約8.0 g/cm3之蕊心密度，及一圓形外周的蕊心。該研磨 輪更包含一包括複數個塊段的研磨輪輞，每一塊段包含一 為磨粒與一非金屬黏合劑基質固化在一起的複合物，該複 合物具有複數個互連孔隙配置於其内且包含約4〇至約8〇體 積百分比的互連孔隙度。該研磨輪更在該蕊心與該複數個 1227183 塊段的母一塊段之間包含一熱穩定黏合劑。 圖1為一本發明研磨塊段之一實施例的簡圖；且 圖2A為一包含十六個圖1研磨塊段之研磨輪之-實施例 的局部簡圖。 圖2B為一沿圖2A線” A，，-”A"取得的剖面圖。 ’ 圖2C為圖2B之110部分的局部放大圖。 ^ 本發明包含-種多孔性研磨物件，其可使用於精密研磨 、拋光或切割應用。本發明研磨輪之一實例為一分段式研 鲁 磨輪100之一研磨塊段10(舉例來說參見圖1和2八，此二圖在 下文中會就實例1詳加說明）。一本發明研磨物件之實施例 包含約50至約80體積百分比的互連孔隙度。另一本發明研 磨物件之實施例包含一非金屬黏合劑，例如一有機黏合材 料（例如酚醛樹脂），且其包含約4〇至約8〇體積百分比的互連 孔隙度。本發明亦包含一種製造多孔性研磨物件之方法。 本發明含有一或多個研磨物件（例如塊段丨〇)之研磨輪（例如 研磨輪100)對於剛硬及/或脆性材料（矽晶圓、碳矽化合物、 氧紹鈦碳化合物及類似物）之鏡面拋光研磨具有潛在好處 。此等研磨輪更可因為其可在上述材料之鏡面拋光研磨過 程中免除修整（或以其他方式調節）研磨輪之研磨面的需求 而為有利。本發明之其他潛在優點會在下文說明及實例中 顯露。 本發明之一觀點是認知到相反於習知技藝（舉例來說參 · 見Ishihara之日本專利60-1 18,469號）以包含超過50體積百 ， 分比之互連孔隙度（尤其是包含約50至約80體積百分比之 -10- (6) 1227183 互連孔隙度的研磨物件)在研磨剛硬及/或脆性材料時可提 供優異的研磨性能而大致不會犧牲該研磨物件的機械完整 性。因此，本發明之研磨物件的實施例包含至少50體積百 分比的互連孔隙度以及有效量的至少一磨粒和黏合材料。 此等研磨物件更可視需要包含熟習此技藝者所熟知之填充 物、潤滑劑及其他組份。此等研磨物件較佳包含約％至約 8 0體積百分比的互連孔隙声界 逻札丨糸度，最佳為包含約5〇至約7〇體積 百分比的互連孔隙度。 、 i 大致任何磨粒皆可用於本發明之研磨物件中。習知磨料 非偏限性來說可包含在約〇5至約5_微米（較佳為約2至約 則微米）範圍内之粒度的氧化紹 '二氧化石夕、碳石夕化合物 、乳化錯-乳化銘、石權石、及金剛砂。亦可使用超級磨粒 力-中非偏限!·生包含具有與習知磨粒大致相同粒度之有或 /又有金屬土層的金鋼石和立方晶體氮化硼(C顔)。磨粒之大 小和類型的選擇通常是依工作件本質和研磨程序類型而里 。就細拋光（亦即”鏡面拋光”）研磨來說，可能以具有較小粒 徑（例如約0.5至約120微米或甚至是約〇.5至約Μ微米）之超 級磨粒為宜。整體來說’較小（亦即較細）的粒徑對精細研磨 表面I光/磨光作業而言為較佳，而較大（亦即較粗）的粒 徑對造形、減薄及要求移除較大量材料之其他作業而言為 較佳。 大致任何书見用於黏合研磨物件之製造的黏合材料類型 皆可用在本發明之研磨物件做為-基質材料。舉例來說， 可使用金屬的、有機的、樹脂的、或玻化的黏合物(必要時 -11- 1227183
⑺ 連同適當的固化劑），其中通常以金屬黏合劑為宜。通常以 一具有約1.0至約6.0 Mpa · m1/2之斷裂韌度的金屬黏合劑為 且’且以一具有約1.0至約3·0 Mpa · m1/2之斷裂勃度的金屬 黏合劑為較佳。有關斷裂韌度之其他細節見於Ramanath等 人之美國專利第6,093,092號和6，102,789號，該等專利以引 用的方式併入本文中，且在下文稱之為Ramanath專利。 適用於一金屬黏合劑基質之材料非侷限性來說包含青銅 、銅、和鋅合金（例如黃銅），始，鐵，鎳，銀，鋁，銦，銻 ’欽’錯，及以上之合金’以及以上的混合物。頃發現以 銅和锡之一混合物為一大致合乎期望的金屬黏合劑基質組 合物。包含約35至約85重量百分比之銅及約15至約65重量 百分比之锡的組合物可適用於本發明之研磨物件。以包含 約35至約70重量百分比之銅、約3〇至約65重量百分比之錫 、及視需要加入之0.2至約1.0重量百分比之磷的組合物（例 如一銅磷合金）為較佳。這些黏合材料可視需要用於鈦或氫 化欽、路、或其他能在選定的燒結條件下於超級磨粒表面 就磨粒與黏合劑之間形成一碳或氮化學鍵的習知超級研磨 反應性材料以加強磨粒/黏合劑支柱。較強的磨粒/黏合劑交 互作用大體上減少傾向於損害工作件並縮短工具壽命的磨 粒’’掉出，’現象。 一適合的有機黏合劑實例為一熱固性樹脂，然亦可使其 ^類型的樹脂。較佳來說，該樹脂為一環氧樹脂或一酚醛 樹月曰’且其可以液態或粉末形式使用。適合的熱固性樹脂 之特殊霄例包含酚醛樹脂[例如諾瓦拉克酚醛樹脂 -12- 1227183
(novolak)和甲階段酚酸樹脂（resole)]，環氧樹脂，不飽和聚 酯，雙馬來醯亞胺，聚醯亞胺，氰酸酯，三聚氰胺，及類 似物。 本發明之研磨物件實施例包含約5 0至約8 0體積百分比的 ， 互連孔隙度’其中平均孔控約為2 5至約5 0 0微米。該互連孔 隙度是藉由在製造過程中對磨粒和黏合劑混合物添加足量 分散體顆粒確保在模造成形研磨物件内（於燒結前和燒結 後）有較多百分比的分散體顆粒接觸到其他分散體顆粒之 馨 方式形成。 一較佳多孔性實施例包含在一約2〇至約3 3 Mpa下以一約 3 7 0 C至約7 9 5 C之溫度燒結在一起之約〇. 5至約2 5體積百 分比的超級磨料及約3〇·5至約49.5體積百分比的金屬黏合 劑基質。該金屬黏合劑基質包含約3 5至約7〇重量百分比的 銅，約30至約65重量百分比的錫，及約〇 2至約1〇重量百分 比的碟。該超級磨料包含粒徑約為0.5至約3〇〇微米（在特定 實施例中為約0.5至約75微米）之金鋼石。 其他較佳多孔性實施例包含約4〇至約8〇體積百分比的互 連孔隙度’其中平均孔徑為約15〇至約5〇〇微米。該等實施 例更包含在約20至約33 Mpa的壓力下以約1〇〇艺至約2〇(Γ(： (或對聚酸亞胺而言為約4〇(rc至約45〇。〇 )之溫度燒結在一 起之約〇.5至約25體積百分比的超級磨料及約19.5至約65體 積百分比的有機黏合劑。[具有一針狀形狀（例如縱橫比為> - 或一2 · 1)之分散體可能適合用以達成約4〇至5〇體積百分比 k 的互連孔隙度。]本發明之研磨物件可利用習知的粉末冶金 -13- 1227183
(9) /聚合物製造程序製造。將適當大小和成分的磨料、黏合劑 及分散體粉末良好混合，模造成一適當形狀，且以一較高 溫度和壓力使其燒結/或固化以產生一較稠密的複合物，最 好是具有理論密度之至少95 %的密度（且通常約為理論密 * 度的98%至99%)。就包含一金屬黏合劑基質之研磨物件來
W 說，粉末通常是在約20至約33 Mpa的壓力下以約37〇°C至約 795 C的溫度燒結。舉例來說，在一實施例中首先將粉末混 合物加熱至401°C維持20分鐘。然後以40TC的溫度和22.1 ®
Mpa的壓力維持1〇分鐘以燒結粉末。在冷卻之後，將包含 大致相互接觸之分散體的富磨料複合物浸沒在一溶劑内以 選擇性移除（亦即溶解）該等分散體。得到的研磨物件有一泡 沫狀結構’其包含磨料和黏合劑基質之一混合物且具有一 有效地隨機分佈互連孔隙（亦即由分散體溶解而得到的空 洞）之網絡。 大致任何可快速溶解於一溶劑（例如水、乙醇、丙酮、及 類似物）内之分散體皆可使用。整體而言，以可溶於水之分 散體為較佳，例如氣化鈉、氣化卸、氯化鎂、氯化舞、石夕 ^ 酸鈉、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、及類似物、及 以上之混合物。就用於某些研磨應用（例如矽晶圓及其他電 子組件）來說，可能以使用一非離子性（亦即非鹽類）分散體 為宜，例如糖、糊精、多醣低聚物。最佳為具有較高的水 中溶解度以及較快速溶解動力學的分散體，例如氣化㈣ · 糖。較佳分散體可能亦具備-較高炫點㈣以忍受燒結程 、 序。舉例來說，氣化鈉的熔點約為8〇〇t。以要求極高燒結 -14- 1227183
(10) 溫度的研磨物件來說，可使用例如矽酸鈉鋁（熔點丨650°C ) 、硫酸鎂（熔點1124。〇、磷酸鉀（熔點134CTC)、矽酸鉀（熔 點976。(：）、偏矽酸鈉（熔點1088t：)、及以上之混合物做為分 散體。 分散體之粒徑通常在約25至約500微米的範圍内。在一較 佳實施例中，分散體包含一約74至約2 1 0微米的粒徑分佈 [亦即包含細於美規7〇號網目（標準篩網）且粗於美規2〇〇號 網目的分散體顆粒]。在另一較佳實施例中，分散體包含一 約2 1 〇至約3〇〇微米的粒徑分佈（亦即包含細於美規5〇號網 目且粗於美規7〇號網目的分散體顆粒）。在另一較佳實施例 中’其中使用糖做為一分散體，可使用約15〇至約5〇〇微米 的粒徑分佈（亦即包含細於美規3 5號網目且粗於美規1 〇〇號 網目的分散體顆粒）。 以上所述之研磨物件可用以製造大致任何類型的研磨工 具。整體而言，合宜的工具包含表面研磨輪（例如ANSIType 2A2T或Type 2A2TS研磨輪及Type 1A和1A1研磨輪）以及杯 形砂輪（例如ANSI Type 2或Type 6砂輪，或是Type 119v鐘 狀杯形砂輪）。此等研磨砂輪可包含一蕊心（例如圖2之蕊心 20)具有一用來將砂輪安裝在一研磨機上的中心孔，該蕊心 設計為支撐一沿其外周配置之多孔性研磨輪輞（舉例來說 參見圖2之研磨輪100 ,其在下文就實例1做詳細說明）。該 輪之此二料通常由一在研磨狀態下為熱穩定的黏著結合 劑固持在-#，且該輪及其組件設計為能忍受在至少高達 公尺/秒（較佳為高達160公尺/秒或更高）之輪周速率下所 -15- 1227183 產生的應力。 κ知例t，$從心大致成圓形。該蕊心可包括具有 2.4 口Mpa-Cm /g(更佳為在約4〇至約185咖，3/§之範圍 )之最J比強度的大致任何材料。該蕊心材料具有一 〇 5 · g/cm3至約8.〇 g/cm3且較佳為約2 〇至約8 〇g/cm3的蕊心穷产 。適合的材料實例為鋼、銘、鈦、青銅、以上之複心 * 合金、以及以上的組合。亦可使用具有指定最小比強戶之 強化塑膠建構該蕊心。複合物及強化蕊心材料通常包含— « ，續相之-金屬或塑膠基質，一般在起始時是以粉末形式 提供’再添加成-不連續相之較剛硬、更具彈性、且/或較 不稠搶之材料的纖維或顆粒。適合用於本發明工具之蕊心 之強化材料的實例為玻璃纖維，碳纖維，芳族聚醯胺纖維 ，陶瓷纖維，陶瓷顆粒及中空填充材料如玻璃、莫來石、 氧化鋁、及z-light球。整體而言，較佳的金屬蕊心材料包 含ANSI 4140號鋼和鋁合金，2024號，6065號及7178號。有 關適合的蕊心材料、特質及類似問題的更多細節見於
Ramanath專利。 馨 一研磨輪（例如圖2 A所示之研磨輪1 〇 〇)的製造方式可為 首先形成具預定尺寸、組成和孔隙度之個別塊段，如前文 所述（舉例來說如圖1所示之塊段1 〇，其在下文中會就實例玉 詳加說明）。研磨輪可經由此技藝中所熟知之多種程序進行 模造成形和燒結、燒灼、或固化。在這些程序當中有熱壓 “ 法（以大約14-28 Mpa的壓力進行），冷壓法（以大約4〇〇-5〇〇 ，
Mp a或更高的壓力進行），及在一鋼模内熱壓花（以大約 -16- 1227183
90-110 Mpa的壓力進行）。熟習此技藝者會輕易理解到冷壓 法（及一較小範圍熱壓花法）僅適用於具有一高抗壓強度（亦 即對壓碎的耐受程度）的分散體顆粒。就金屬黏合劑研磨物 件來說，以熱壓法（以大約35〇-5〇〇。〇和22 Mpa進行）為較佳 . 。就使用一含糖分散體之有機黏合劑研磨物件來說，可能 以冷壓法或，，中溫（warm)”壓法（以約低於16〇t之溫度進行） 為且有關壓衣及熱處理技術的其他細節見於美國專利第 5,827,33 7號，該案以引用的方式併入本文中。 · 此等塊段在經過施壓、熱處理、及浸沒在一溶劑内之後 通¥用3知技術做完工修飾（例如使用玻化研磨輪或碳化 物切割輪進行研磨或切割）以產生一具有期望尺寸和容差 的研磨輪輞塊段。然後可用一適當黏著劑將這些塊段附接 於蕊心之外周（例如參見圖2A—2C ’此亦在下文中說明）。較 佳黏著劑包含353-ND 丁環氧樹脂（EPO-TEK，Billerica，MA) 以10 : 1之樹脂對硬化劑重量比使用，以及⑧ HT-18iR氧樹脂（得自於Ta〇ka Chemicah，了叩⑽）及其改性胺 類硬化劑以大約100份之重量的樹脂與大約19份之重量的 _ 硬化劑的比例混合在一起。有關於黏著劑、其特質、及其 對於金屬黏合劑研磨輪之應用的更多細節見於 利。 替代的研磨輪製造方法包含形成磨料、黏合劑及分散 體之一粉末混合物的塊段母體單元，在蕊心周圍模造出塊 . 段單7C ’及施加熱和壓力以就地產生並附接該等塊段（亦即 、 共同燒結该淡心與輪輞）。在共同燒結之後，將研磨輪浸沒 -17- (13) 1227183 在一選定的溶劑内以自該輪輞溶解分散體，得到高多孔性 的研磨輪铜（如先前所述）。就此替代程序來說，假設=心材 料包含鋁或一鋁合金（例如7075號合金），可能以使:::氯 離子之分散體（例如氯化鈉）為宜，因為钮人八产‘ ' ^馮鋁合金在有氣離子的 情況下可能點蝕。 本發明之研磨物件和工具（例如示於圖2A且在下文更詳 . 細說明之研磨輪100)適用於研磨陶瓷材料，其中包含各種 氧化物、碳化物、氮化物切化物，例如氮化發、:氧化 _ 石夕、和氮氧化石夕，安定氧化鍅，氧化銘（例如藍寶石），二化 棚，氮化蝴’二硼化鈦’及氮化紹，及以上陶竟之複合# ’以及某些金屬基質複合物，例如燒結碳化物、多晶系金 鋼石及多晶系立方晶體氮化蝴。單晶系或多晶系陶竞皆可 用此等研磨工具研磨。此外，本發明之研磨物件和工具特 別適合用來研磨用於電子顧途的材料，例如$晶圓⑺於 半導體製造），氧紹鈦碳化合物（用於磁頭製造），及其他基 板材料。 >對於以上所述本發明各觀點之修改僅為範例。應了解Μ # 熟習此技藝者會輕易想到對範例實施例之其他修改。所有 此等修改和變異視為在所附申請專利範圍所定義之本發明 範圍和精神以内。 以下實例僅用來舉例說明本發明物件及方法之各個實施 例。不應認為本發明之範圍受到本文所述特定實施例_ . ，，實際上是由所附中請專利範圍項定義。除非另有說日月 ， ’實例中所有比例份量（Parts)和百分比（percentages)皆是以 -18- 1227183 重量為基準。 實例1 使用下文所述之材料和程序製備Type 2A2TS金屬黏合金 鋼石砂輪形式之依據本發明原則的研磨輪丨〇〇。 以65.35之金屬合金：食鹽重量比例（相當於3 1.56:68 44 之金屬合金：食鹽體積比例）將粉末金屬合金（在下文定義） 與不加碘的食鹽（從Shaw’s，Inc.，Worcester，MA取得）混合 。將3亥食鹽（主要成分是氣化鈉）在一 SpexTM mhi(spex Company，Metuchen，NJ製造）内碾磨並過筛以提供一範圍 在約74至約210微米範圍内之粒徑分佈（亦即粗於美規2〇〇 號網目且細於美規70號網目）。 該粉末金屬合金包含43.74重量百分比之銅粉（Dendritic FS等級，粒徑小於325號網目，得自於Sintertech International Marketing Corp.，Ghent，NY)、6.24重量百分比之磷/銅粉末 (專級1 501 ’粒徑小於325號網目，得自於New Jersey Company， ?&111^1^〇11，？八）、及50.02重量百分比之錫粉（等級％0115，粒 徑小於100號/大於325號網目，0.5%極大值，得自於Alcan Metal Powders，Inc.，Elizabeth，NJ)之一混合物。 將細金鋼石磨料粉（粒徑分佈約3至6微米）添加至該金屬 合金/食鹽混雜物（對61.29克金屬合金/食鹽混雜物添加2.67 克金鋼石）且使用一 TurbulaTM混合器（Glen Mills，Inc·， Clifton，NJ)徹底混合此組合直到其均勻混雜。得到的混合 物包含約5體積百分比的金鋼石，約30體積百分比的金屬黏 合劑基質及約65體積百分比的食鹽。在混合之前對該混雜 -19- 1227183 物添加三滴礦物精DL 42ΤΜ(得自於w〇rcester Chemicai， Worcester，MA)以助於防止組成要素分離。然後將該混合物 分成16等分（每一份對應於用在研磨輪1〇〇上之16個研磨塊 段ίο其中一個）。將每一部分放在一石墨模具内且以221 MPa(3200 psi)4〇7°C熱壓10分鐘直到形成一具有超過理論 值之9 5 乂以上之目標岔度的基質。在冷卻之後，將塊段1 〇 浸沒在一相當大量（例如0·5公升）的滾水内45分鐘以移除鹽 分。然後用去離子（DI)水徹底清洗塊段1〇。重複此程序以 確保鹽分完全移除。後續的重量損失和能量色散χ射線 (EDX)測量確認大致所有食鹽均已從該等塊段移除。 參照圖1，其繪出一塊段10之簡圖。每一塊段1〇經研磨成 要求的尺寸和容差以配合一機製鋁蕊心2〇(圖2A-2C所示之 石>'輪丁ype 2A2TS)的周圍。塊段1〇有一棋形輪廓，具有127 公釐（5英吋）之外曲率半徑丨丨及124公釐（4·9英吋）之内曲率 半徑12。從前方（或後方）觀看時’塊段1〇具有47公釐（18英 吋）之長度尺寸13及6.3公釐（0.25英吋）之寬度尺寸14。 使用塊段10建構一 Type 2A2TS表面研磨型研磨輪100,如 圖2A所示。研磨輪1 〇〇包含十六個黏合於一铭蕊心2〇之對稱 間隔塊段，產生一個具有一約282公釐（11.1英吋）之外部直 徑102及一開槽輪輞1〇4的研磨輪1〇〇。如圖11〇所示，該分 段輪輞突出於鋁蕊心20表面一段大約3.9公釐（0.16英对）的 距離112。用一環氧樹脂/胺類硬化劑黏結系統（Techn〇dyne HT-1 8黏著劑，得自於Taoka Chemicals，Japan)組裝研磨塊 段10和鋁蕊心20製成具有一由十六個研磨塊段1 〇組成之開 -20- (16) 1227183 槽輪輞1 04的研磨輪。蕊心與塊段1 〇之接_ 處跋1Q之接觸面經除油和喷砂 乂確保有充分黏著力。 實例2 研磨性能評估
I以個依據上文所述實例i方法製造之金屬黏合分段式 石讀（砂輪2·Α)進行⑽圓之拋光背面研磨性能測試。使用 :個曲被推薦用於矽晶圓拋光背面研磨之具相同粒徑及一相 同濃度樹脂黏合劑的市售研磨輪（砂輪規格〇3/ 6MIC-IN.656-BX623，得自於Saint G〇bain a—，—，
Worcester，MA)做為一對照用砂輪且與本發明之砂輪一同 測試。此對照用砂輪包含約5體積百分比的金鋼石磨料，約 62體積百分比的中空玻璃球，約12體積百分比的樹脂，及 約2 1體積百分比的孔隙度。該等玻璃球包含約1 5體積百分 比的玻璃殼。因此，該對照用砂輪可視為是包含約93體積 百分比的玻璃殼和約73.7體積百分比的不互連孔隙度（亦即 約21%體積百分比的孔隙度加上約52.7體積百分比之中空 玻璃球中空内部）。 研磨測試條件為： 研磨測試條件： 機器： Strasbaugh 7AF Model 砂輪規格：粗主軸：Norton #3-RlB69
細主軸：D3/6MIC-IN.656-BX623(對照組） 砂輪2-A 砂輪大小：丁ype2A2TSSA: -21- (17)1227183
研磨模式： 細磨程序： 砂輪轉速： 冷卻劑： 冷卻劑流率 工作材料： 移除材料： 進給速率： 工作速率： 停機轉數： 粗磨程序： 砂輪轉速： 冷卻劑： 冷卻劑流率 工作材料： 280x 29x 229 公釐（11Χ ι1/8χ 9 英忖） 雙重研磨：先細磨再袓磨 4,350 rpm 去離子水 v :3加侖/分鐘（11升/分鐘） 矽晶圓，N型100取向，15〇公釐直禋（6英 鲁 忖），0·66公釐（0.026英吋）原始厚度（得自 於 Silicon Quest，CA) 步驟1 : 10微来，步驟2 : 5微米，步驟3 : 5微米，舉升：2微米 步驟1 : 1微米/秒，步驟2 : 〇.7微米/秒， 步驟3 : 0.5微米/秒，舉升：〇·5微米/秒 699 rpm，怪速 100轉 • 3,400 rpm 去離子水 3加余/分鐘（11升/分鐘） 矽晶圓，N型100取向，150公釐直徑（6英 ‘ 吋），0.66公釐（0.026英吋）原始厚度（得自 、 於 Silicon Quest，CA) -22- 1227183 (18) 移除材料： 步驟1: 10微米，步驟2: 5微米，步驟3: 5微米’舉升· 1 〇微米 進給速率： 步驟1 : 3微米/秒，步驟2 : 2微米/秒，+ 驟3: 1微米/秒，舉升：5微米/秒 工作速率： 5 90 rpm，恒速 停機轉數： 50轉 在研磨工具需要修正和修整時’就此測試建立下列條件 修正及修整作業： 粗砂輪： 無 細砂輪：使们50公爱（6英时）直徑如心喻㈣ 整墊 砂輪轉速· 12 0 0 rp m 停機轉數： 25轉 移除材料··步驟1 : 150微米，步驟2: 10微米，舉升 :20微米 進給速率：步驟1:5微米/秒，步驟2:G2微米/秒， 舉升：2微米/秒 工作速率：50 rpm，恆速 實例2之研磨測試的結果列於下表i。使用樹脂黏合的對 照用砂輪及本發明之多孔性砂輪（砂輪2_A)細研磨五十個 晶圓。如表1所列，對照用砂輪及本發明砂輪對至少五十個 晶圓呈現相當穩定的峰值法線力。每一砂輪亦要求大約相 同的峰值法線力。此類研磨性能就背面研磨矽晶圓來說是 非常合乎期望的，因為這些較低力量、穩定狀態條件減少 -23- (19) 1227183 對工作件之熱損害和機械損害。 此外’本發明之多孔性砂輪對至少五十個^㈣前述 之合乎期望的研磨性能而無須修整砂輪。 總括來說，實例2顯示本發明砂輪對石夕晶圓 ㈣能’㈣其意外地(就-金屬點合砂輪來說）使 知、用树脂黏合砂輪低的功率。 ·
以 μ -個依據上文所述竇 砂輪(砂輪3-A)進行蝕刻：製造之金屬黏合分段式 无7日日圓之細拋光背面研磨性敍 -24- (20) (20)1227183
測試。使用—個被推薦用於矽晶圓拋光背面研磨 隹 磨輪（其在前文實例2中有更詳細說做售研 命士八叫> , ^知、用砂輪且 與本發明之砂輪一同測試。 研磨測試條件為： 研磨測試條件·· 機 15 : Strasbaugh 7AF Model ^ 砂輪規袼：粗主軸：無 細主軸·· D3/6mic-20BX623C(對照組） _
砂輪3-A 砂輪大小：Type2A2TSSA: 280x 29x 229公釐（llx lV8X 9英 u寸） 研磨模式：單次研磨：僅使用細主軸 細磨程序： 砂輪轉速：4,350 r*pm 冷卻劑： 去離子水 冷卻劑流率：3加侖/分鐘（11升/分鐘） · 工作材料：矽晶圓，N型100取向，150公釐直徑（6英 吋），0·66公釐（0.026英吋）原始厚度（得自 於 Silicon Quest，CA) 移除材料： 步驟1 : 10微米，步驟2 : 5微米，步驟3 : 5微米，舉升：2微米 ” 進給速率： 步驟1 : 1微米/秒，步驟2 : 0.7微米/秒， 、 步驟3 : 0.5微米/秒，舉升·· 0.5微米/秒 -25- 1227183 (21) 工作速率： 699 rpm，怪速 停機轉數： 100轉 在研磨工具需要修正和修整時，就此測試建立下列條件： 修正及修整作業 ： 細砂輪： 使用150公釐（6英吋）直徑Strasbaugh粗修 整塾 砂輪轉速： 1200 rpm 停機轉數： 25轉 移除材料： 步驟1 · 150微米，步驟2: 1〇微米，舉升 :20微米 進給速率： 步驟1 : 5微米/秒，步驟2 : 〇 2微米/秒， 舉升：2微米/秒 工作速率： 5 0 rpm，怪速 實例3之研磨測試的結果列於下表2。使用樹脂黏合的對 照用砂輪細拋光研磨五十五個蝕刻後矽晶圓。在背面研磨 蝕刻後矽晶圓時不使用一粗研磨步驟，因為蝕刻後的矽表 面相當光滑。如表2所列，隨著研磨過的零件越多，峰值法 · 線力相當持續地增加，最終增加至一導致研磨機關機的值 。使用本發明之多孔性砂輪研磨七十五個蝕刻後矽晶圓。 如表2所列，峰值法線力在整個實驗過程中維持低而穩定。 這些結果清楚顯露出本發明砂輪之自修整本質。 此類研磨性能就背面研磨矽晶圓來說是非常合乎期望的 ，因為這些較低力量、穩定狀態條件減少對工作件之熱損 害和機械損害。此外，砂輪之自修整本質可提供一無須= 、 -26- (22) 1227183 整（或以其他方式調節）研磨於 I μ輪的背面研磨作業。 於使用習知研磨輪得到的成果， 匕’較诸 本务明之砂輪可提供捭多 的生產量，降低的成本，及更—致的研磨成果。日 總括來說，實例3顯示本發明砂輪對姓刻後石夕晶圓具有合 乎期望的背面研磨性能，同時其大致免除修整砂輪的需求 。本發明砂輪之性能在此應用中實質優於習知的樹脂黏合 砂輪。 σ ^ Δ 對照用砂輪 測試用砂輪 晶圓數量 峰值電流 峰值法線 峰值電流 "------ 峰值法線 安培 力，牛頓 安培 i二牛頓 5 8.9 75.8 8.2 _62.4 10 9.0 84.7 8.1 —— _62.4 15 9.0 98.1 8.0 —----- ^62.4 20 9.2 107.0 8.3 1— _^66.9 25 9.4 115.9 8.1 -^62.4 30 9.6 124.9 8.5 ^_62.4 35 9.9 156.1 8.3 >66.9 40 10.3 182.8 8.1 ‘ ^_66.9 45 10.8 214.0 8.1 ^_66.9 50 11.5 231.9 7.9 ^66.24 55 11.5 245.3 8.1 —---->‘ ^66.9 60 * * 7.8 62.4 65 * * 8.0 ---- ^66.9
-27- (23) 1227183 70 * * 8.0 f 75 氺 氺 8,1 6 62.4
實例4 研磨性能評估 使用以一類似於前文實例1之方法的方式製造的二個金 屬黏合分段式砂輪進行研磨性能測試。此二砂輪包八約一 體積百分比粒徑分佈在約63至約74微米（亦即顆粒細於= 規200號網目且粗於美規230號網目）範圍内之金鋼石磨= 。該等砂輪更包含約21體積百分比的金屬黏合劑（具有如實 例1所述之組成）及約65體積百分比的互連孔隙度。第一2 輪（砂輪4_A)是使用小於70號/大於2〇〇號美規網目的食鹽分 散體（如實例i所述）製成，同樣造成在約74至約21〇微米 内之孔徑（假設該孔徑與移除的鹽分散體大約相同大小第 二砂輪（砂輪4-B)是使用小於50號/大於7〇號美規網目的食 鹽製成，同樣造成在約210至約3〇〇微米範圍内之孔徑。雖 然未經測量，預料中具有較大孔徑之砂輪亦包含一較大的 金屬黏合劑單絲尺寸。文中”單絲（filament)，，一辭與熟習此 技藝者之慣常用法相同，係指配置在互連孔隙之間之連接 基質材料（亦即多孔性結構之構架）。 使用以上所述二個研磨輪粗磨4.5英吋平方的A1TiC晶圓 。研磨測試條件為： 研磨測試條件： 機器· Strasbaugh 7AF Model -28- 1227183
砂輪規格： 粗主軸：砂輪4-A 砂輪4-B 細主軸：無 砂輪大小： Type 2A2TSSA: 280.16x 28.90x 228.65 &t(llxli/8x9g 吋） 研磨模式： 單次研磨：僅進行粗磨 粗磨程序： 砂輪轉速： 2,506 rpm 冷卻劑： 去離子水 冷卻劑流率 :3加侖/分鐘（11升/分鐘） 工作材料： 氧銘欽石反化合物3]\4-310晶圓，114.3公羞 平方（4.5英吋）、2.0公釐（0·8英吋）原始厚 度（得自於 Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minneapolis, MN) 移除材料： 步驟1 : 100微米，步驟2 : 1〇〇微米，步驟 3 · 100微米’舉升：2〇微米 進給速率： 步驟1 : 0.7微米/秒，步驟2 : 〇·7微米/秒， 步驟3 · 0.7微米/秒’舉升：〇 5微米/秒 工作速率： 350 rpm，恒速 停機轉數： 0轉 在研磨工具需 要修正和修整時，就此測試建立下列條件：
-29- (25) 1227183
修正及修整作業： 粗砂輪： 妙輪轉速： 停機轉數： 使用150公釐（6英忖）直徑Strasbaugh 粗修整塾 1200 rpm 25轉 移除材料： 進給速率： 步驟1 : 150微米，步驟2 : 10微米，舉 升：20微米 步驟1 : 5微米/秒，步驟2 : 0.2微米/
秒，舉升：2微米/秒 工作速率： 50 rpm，恆速
實例4之研磨測試的結果列於下表3。吾人觀察到該二砂 輪皆成功地研磨AlTiC晶圓，隨時間呈現相當穩定的峰值法 線力以及充足的材料移除量。使用有一較細孔徑（且同樣有 一較細金屬黏合劑單絲尺寸）的第一砂輪研磨A1Tic晶圓大 約25分鐘（1500秒）。能觀測到一大約35牛頓的相當穩定峰值 法線力且自晶圓移除大約115〇微米的Amc(材料移除速率 約為46微米/分鐘）。觀測所得該砂輪磨耗大約488微米（一材 料移除/砂輪磨耗比率約為2.4)。使用有一較粗孔徑（且同樣 有一較粗金屬黏合劑單絲尺寸）研磨A1TiC晶圓大約七分鐘 (420秒）。能觀測到一大約94牛頓的相當穩定峰值法線力且 自晶圓移除大約2900微米的AlTiC(材料移除速率約為414 微米/分鐘）。觀測所得該砂輪磨耗大約18微米（一材料移除/ 砂輪磨耗比率約為160)。 總括來說，實例4顯示本發明之高多孔性砂輪非常適合 -30- 1227183
(26) 研磨AlTiC晶圓。此外，本實例顯現本發明之砂輪的耐磨 性及自修整特質可由調整此等研磨物件之相對孔徑的方 式修改。儘管並不希望受到一特定理論的束缚，咸信含有 較細孔隙之砂輪的加大砂輪磨耗率是與因金屬黏合劑單 絲尺寸減小而導致之金屬黏合劑弱化現象有關。然本實例 指出砂輪之特質可藉由調整其内相對孔徑的方式針對指 定應用設計。 砂輪規格（鹽粒大小） 峰值法線力牛頓 砂輪磨耗量微米 砂輪4-B (-50/+70) 93.6 17.8 砂輪4-A (-70/+200) 35.7 487.6 實例5 研磨性能評估 以一個依據上文所述實例丨方法製造之金屬黏合分段式 馨 砂輪（砂輪5-A)進行50公釐（2英吋）單晶碳矽化合物晶圓之 撤光月面研磨性旎測试。使用一個被推薦用於矽晶圓抛光 月面研磨的市售研磨輪（其在前文實例2中有更詳細說明）做 為對知、用砂輪且與本發明之砂輪一同測試。 研磨測試條件為： 研磨測試條件： ‘ 機态· Strasbaugh 7AF Model v 7輪規格·粗主軸· ASDC320-7.5MXL2040(S.P.) -31- (27) 1227183
細主軸：D3/6MIC-20BX623C(對照組）
砂輪5-A 砂輪大小：Type2A2TSSA: 280.16\28.9(^ 228.65公釐（11/11/8><9英吁） 研磨模式：雙重研磨：先細磨再粗磨 細磨程序：
砂輪轉速：4,350 rpm 冷卻劑： 去離子水 冷卻劑流率：3加侖/分鐘（11升/分鐘） 工作材料：碳矽化合物晶圓，單晶，5〇公釐直徑（2英 对）’ 300微米（0.0075英对）原始厚度（得自 於 CREE Research, Inc·) 移除材料：步驟1 : 15微米，步驟2 : 15微米，舉升·· 5微米
進給速率：步驟1 : 0.5微米/秒，步驟2 : 〇·2微米/秒， 舉升：1.0微米/秒 工作速率： 350 rpm，十亙速 停機轉數： 150轉 粗磨程序： 砂輪轉速· 3,400 rpm 冷卻劑： 去離子水 冷卻劑流率：3加侖/分鐘（11升/分鐘） -32- 1227183
(28) 工作材料：碳矽化合物晶圓，單晶，50公釐直徑（2英 吋），300微米（0.0075英吋）原始厚度（得自 於 CREE Research，Inc·) 移除材料： 步驟1 : 1〇微米，步驟2 : 1〇微米，舉升： 5微米 進給速率： 步驟1 : 0.7微米/秒，步驟2 : 0.3微米/秒， 舉升· 1.0微米/秒
工作速率： 3 50 rpm，恆速 停機轉數： 〇轉 修正作業： 粗砂輪： 無 細砂輪： 使用150公釐（6英吋）直徑StrasbaugM：a修 整墊 砂輪轉速： 1200 rpm 停機轉數： 25轉
移除材料： 步驟1 : 150微米，步驟2 : 10微米，舉升 :20微米 進給速率： 步驟1 : 5微米/秒，步驟2 : 0.2微米/秒， 舉升：2微米/秒 工作速率： 50 rpm，怪速 實例5之研磨測試的結果列於下表4。市售的樹脂黏合研 磨輪幾乎無法研磨碳石夕化合物晶圓，如其極低的移除速率 所示。另一方面，本發明之高多孔性砂輪成功地研磨極硬 且脆性的的碳矽化合物晶圓。在每次48分鐘的運轉期中， -33- (29) 1227183 大約移除了 15微米，其平均移除速率為〇31微米/分鐘。此 外’頃發現本發明之多孔性砂輪明顯降低表面粗糙度（以一 Zygo C〇rporati〇n，Midd 丨 efield，c 丁之 Zyg〇 ⑧之白光干涉儀 貝J付）如表4所列，以本發明砂輪研磨會持續降低平均表 面粗糙度（Ra)使其從一大於100埃的原始值降低約小於4〇 埃（有一個例外）。
總括來說，實例5顯示本發明砂輪對剛硬脆性碳矽化合物 晶圓具有合乎期望的性能。在此應用中，本發明砂輪之性 能實質優於習知的樹脂黏合砂輪。 表4 運轉編號 砂輪規格 材料移除量 表面粗糙度 測試8.299 微米 埃 6 對照用砂輪 3 7 “ 0 QR 19 砂輪5-A 17 V KJ 34 20 砂輪5-A 13 32 21 砂輪5-A 15 54.5 22 砂輪5-A 15 37.5 實例6
利用以掌管流率與多孔性介質上之壓力間之關係的達西 定律（D’Arcy’s Law)為基礎之滲透測試對多孔性介質之開 口度做定量測量的方式評估本發明之砂輪。使用的滲透力 測量裝置及方法大致同於Wu等人在美國專利第5,738,697 號之實例6中所述，亦即對多孔性測試樣本之一平坦表面施 -34- 1227183 (30) 加高壓空氣。 以一大致類似於實例1方法之方式製造多孔性樣本，其包 S 5體積百分比的3/6微米金鋼石磨料。改變食鹽與金屬黏 合劑的相對量，得到包含約〇至約8〇體積百分比互連孔隙度 的樣本。將測量為1.5英吋直徑且〇·5英吋厚的樣本以32〇〇 psi壓力及405 °C熱壓。在冷卻之後，以一碳矽化合物研磨漿 (180粒度）用手擦磨樣本以打開樣本表面上的孔隙。然後如 貫例1所述將樣本浸沒在滾水内。就每一孔隙度數值製備四 個樣本。平均滲透力結果列於下表5。 滲透力數值是以每單位壓力（P，英吋水柱）單位時間之空 氣體積（Q，立方公分/秒）為單位報告且穿透具有15英吋 (37.5公釐）直徑及〇·5英吋（12.7公釐）厚度之樣本的厚度測 得。一如預料，實際上沒有互連孔隙度之樣本的滲透力數 值為低。由觀測得知滲透力會隨孔隙度加高而明顯加大。 特定言之，在孔隙度提高到約超過5〇體積百分比時，具有 約大於50%互連孔隙度之樣本會具有每英吋水柱每秒約大 於0.2立方公分的滲透力數值。 __表5 金屬黏合劑 重量百分比 食鹽重量百 分比 理論孔隙度 體積百分比 滲透力，Q/P (立方公分/秒/英 吋水柱/0.5英忖） 100 0 0 0.030 91.85 8.15 25 0.034 84.7 15.3 40 0.085 -35- (31) 1227183
74.55 25.45 " -_ 55 0.287 65.0 35.0 ------ 65 0.338 58.99 41.01 70 0.562 43.02 56.98 —--- 80 n/a 實例7
以一大致類似於實例丨（參見前文）之方式組裝含有十六 個塊段的刀#又式研磨輪。然该等塊段包含一有機黏合劑（相 反於實例1所述之金屬黏合劑）且以下述方式製造： 將粒狀糖（得自於Shaw’s，Inc.，Worcester，μα)置入丨加侖 油漆罐内用一油漆攪拌器（Red Devil⑧，Inc.，Uni〇n，NJ製造） 攪拌大約2小時，藉此打斷尖銳邊角和邊緣而有效地將糖粒，， 修圓（rounding)’’。然後將粒狀糖過篩以得到一約25〇至約 500微米（亦即-35/+60美規網目）的粒徑分佈。
粉末狀樹脂黏合劑預先經一美規2〇〇號網目篩選以移 除結塊物。將得自於 Amplex® Corporation (Olyphant， Pennsylvania)之RB3/6、粒徑分佈約3至約6微米的細金鋼 石磨料粉添加至該粉末狀樹脂並混合至大致均勾為止。 將此含有大約80體積百分比之樹脂及約20體積百分比之 磨料的混合物經由一美規1 6 5號網目的篩網過篩三次然 後添加至粒狀糖（製備方式如前所述）。然後將此樹脂/磨 料/糖混合物混合至大致均勻且經由一美規2 4號網目的篩 網過篩兩次。 製造三種複合混合物。第一種混合物（用來製造砂輪7-A) 包含約4體積百分比的金鋼石磨料’約20體積百分比的 -36- 1227183 (32) 33-344樹脂黏合劑（一得自於Durez⑧ Corporation of Dallas， TX之雙酚A改性甲階段酚醛樹脂），及約76體積百分比的粒 狀糖。第二種混合物（用來製造砂輪7-B)包含約6體積百分比 的金鋼石磨料，約30體積百分比的29-346樹脂黏合劑（一得 ， 自於Durez⑧Corporation of Dallas，TX之長流諾瓦拉克盼酿 樹脂）’及約6 4體積百分比的粒狀糖。苐三種混合物（用來製 造砂輪7-C)包含約6體積百分比的金鋼石磨料，約3〇體積百 分比的29-108樹脂黏合劑（一得自於Durez⑧Corporation 〇f _
Dallas，TX之非常長流二酚A改性甲階段酚醛樹脂），及約64 體積百分比的粒狀糖。 將該等樹脂/磨料/糖混合物配對置入碟狀鋼模内、整平、 且以一約4100 psi(28 MPa)之壓力和一約135。〇的溫度施壓 大約30分鐘至得到一具大約99%理論密度之基質為止。在 冷卻之後，以180號砂紙稍微磨光所得碟狀物以移除模皮且 藉由浸在滾水内大約2小時的方式移除糖分散體。在移除糖 之後烘乾並烘烤這些碟狀物以使樹脂完全固化。烘乾和烘 烤循環如下所述。首先將該等碟狀物以一約5分鐘的升溫時 ·
間（ramp time)傾斜升溫至6〇t並保持此溫度大約25分鐘。T 然後將該等碟狀物以一約3 〇分鐘的升溫時間傾斜升溫至列 C並保持此溫度大約5小時。最後，將該等碟狀物以一約4 小時的升溫時間傾斜升溫至㈣並保持此溫度大約5小時 。在烘烤後將㈣餘物冷卻至室溫並銑磨成用於組 . 磨輪之塊段。 用三個有機物黏合分段式砂輪進㈣晶圓之背面細研磨 . -37- 1227183
(33) 性能測試。研磨 研磨測試條件： 機器： 砂輪規格： 砂輪大小： 研磨模式： 細磨程序： 砂輪轉速： 冷卻劑： 冷卻劑流率： 工作材料： 移除材料： 進給速率·· 工作逮率： 停機轉數： 測試條件為：
Strasbaugh 7AF Model 粗主軸：Norton #3-R7B69 ·
細主軸：砂輪7-A 砂輪7-B 砂輪7-C
Type 2A2TSSA: φ 280χ 29χ 229 公釐（11χ ΐ^χ 9 英口寸） 雙重研磨：先細磨再粗磨 4,350 rpm 去離子水 3加侖/分鐘（11升/分鐘） 矽晶圓，N型100取向，15〇公釐直徑（6英 叶），0.66公釐（0.026英吋）原始厚度（得自 於 Silicon Quest，CA) 步驟1 ·· 10微米，步驟2 ·· 5微米，步驟3 ·· 5微米，舉升：2微米 步驟1 : 1微米/秒，步驟2 : 〇·7微米/秒， 步驟3 : 0·5微米/秒，舉升·· 〇·5微米/秒 590 rpm，十亙速 100轉 -38- 1227183 (34)
粗磨程序： 砂輪轉速：3,400 rpm + H 切子水 冷卻劑流率： 工作材料： 3加侖/分鐘（11升/分鐘） 矽晶圓，N型1〇〇取向，15〇公釐直徑（6 英吋），0·66公釐（0.026英吋）原始厚度 移除材料： 進給速率： 工作速率： 停機轉數： (得自於 Silicon Quest，CA) 步驟1 : 10微米，步驟2 : 5微米，步驟3 :5微米，舉升：10微米 步驟1 : 3微米/秒’步驟2 : 2微米/秒，步 驟3 : 1微米/秒，舉升：5微米/秒 5 90 rpm，恆速 50轉
在研磨工具需要修正和修整時’就此測試建立下列條件 修正及修整作業： 粗砂輪： 砂輪轉速： 停機轉數： 移除材料： 進給速率： 使用150公釐（6英吋）直徑 整墊 / 1200 rpm 25轉 步驟1 : 190微米，步驟2 : 1〇微米，舉升 :20微米 步驟1 ·· 5微米/秒，步驟2 : 0.2微米/秒， 舉升：2微米/秒
•39- (35) 1227183
工作速率： 50 rpm ,恆速 細砂輪： 砂輪轉速： 停機轉數： 移除材料： 進給速率： 工作速率： 使用150公复（6英时）直徑SUasbaugh超細 修整塾 1200 rpm 25轉
步驟1:15〇微米，步驟2:1〇微米，舉升 :20微米 步驟1 : 5微米/秒，步驟2 ·· 0·2微米/秒， 舉升：2微米/秒 50 rpm ,十亙速 貫例7之研磨測試的結果列於下表6。使用本發明之多孔 ㈣脂I占合砂輪（砂輪7.A，7_B和7〇細研磨二百個晶圓。 每個本孓明石’輪對至少二百個晶圓呈現相當穩定的約9〇牛 頓（、勺20碎重）峰值法線力。此類研磨性能就背面研磨矽晶圓
來說是非常合乎期望的，因為這些較低力量、穩定狀態條 件減v對工作件之熱損害和機械損害。此外，本發明之多 孔/輪對至j —百個晶圓具備前述之合乎期望的研磨性 能而無須修整砂輪。 再者，經觀測得知樹脂類型對研磨輪的磨耗率有所影響 。砂輪7-A和7-C分別呈現每個晶圓2·2和丨·7微米的較高磨耗 率，而砂輪7-Β(含有長流諾瓦拉克酚醛樹脂）呈現每個晶圓 0.5微米的較低（且較合期望）磨耗率。 ’’·心括來β兒貫例7顯示包含有機黏合劑之本發明砂輪對石夕 -40- 1227183 晶圓具有合乎期望的性能。
表6 砂輪規格 峰值法線力（牛頓） 磨耗率（微米/晶圓） 砂輪7 - A (DZ 33-344) 90 2.2 砂輪7-B (IZ 29-346) 90 0.5 砂輪7-C (IZ 19-108) 90 1.7 圖式代表符號說明
10 研磨塊段 11 外曲率半徑 12 内曲率半徑 13 長度尺寸 14 寬度尺寸 20 100 分段式研磨輪 102 外部直徑 104 開槽輪輞 112 突出距離
»41-

Claims (1)

1227183 拾、申請 1. 一種用來製造具有至少5〇體積百分比互連孔隙度之研 磨物件的方法，該方法包括： a) 凋製一磨粒、黏合材料、及分散體顆粒之混合物， 該混合物包含約〇.5至約25體積百分比的磨粒、約丨9.5至 約49.5體積百分比的黏合材料、及約5〇至約體積百分 比的分散體顆粒； b) 將該混合物壓製成一富含磨料的複合物； c) 對该複合物進行熱處理；及 d) 將忒複合物浸沒在一溶劑内一段足以溶解掉大致 所有分散體的時間，該分散體為可溶於該溶劑； 該磨粒及該黏合材料大致不可溶於該溶劑。 2·如申睛專利範圍第1項之方法，其中該壓製步驟（b)及該 熱處理步驟（c)是大致同時進行。 3·如^請專利範圍第2項之方法，其中該混合物在大約2〇 至、力33 megaPascal之壓力下受到一約37〇艽至約795它 之溫度熱壓至少五分鐘。 如申明專利範圍第1項之方法，其中該混合物内之分散 體顆粒的體積百分比範圍為： 大於或等於約50體積百分比；且 小於或等於約70體積百分比。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其t該黏合材料為-金 屬黏合劑。 6·如申請專利範"5項之方法，其中該金層黏合劑包含 1227183
約65重量百分比 約3 5至約8 5重量百分比的銅及約1 5至 的锡。 7_如申請專利範圍第5項之方法’其中該金屬黏合劑更包 含約0.2至約ι·〇重量百分比的碟。 8·如申請專利範圍第】項之方法，其t該黏合材料為有機 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該有機黏合劑包括 一盼駿樹脂。 10. 11. 12, 如申請專利範圍第1項之方法，其中該磨粒包括_由金 鋼石和立方晶體氮化硼組成之群中選出的超級磨粒。 如申請專利範圍第1項之方法，*中該磨粒包括金鋼石。 如申請專利範圍第1之方法，其中該磨粒包括一在下 列範圍内之平均粒徑：
13. 大於或等於約0.5微米；且 小於或等於約3〇〇微米。 如申請專利範圍第i項之方法， 列範圍内之平均粒徑： 其中該磨粒包括一在下
大於或等於約0.5微米；且 小於或等於約75微米。 其中該分散體為一水溶 14·如申請專利範圍第1項之方法 十生的鹽類。 如申請專利範圍第1項之 各物組成之群的其中之一 化鈉、氣化鉀、氣化鎮、 方法，其中該分散體為由下列 :糖、糊精、多醣低聚物、氣 氣化鈣、矽酸鈉、偏矽酸鈉、 -2- 15. 1227183 磷酸鉀、矽酸鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、 及以上之混合物。 16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該分散體包括氯化 鈉。 17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該分散體包括糖。 1 8.如申請專利範圍第1項之方法，其中該分散體有一在下 列範圍内之平均粒徑： 大於或等於約25微米；且 小於或等於約500微米。 19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該分散體有一在下 列範圍内之平均粒徑： 大於或等於約74微米；且 小於或等於約210微米。 20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該分散體有一在下 列範圍内之平均粒徑： 大於或等於約210微米；且 小於或等於約300微米。 2 1.如申請專利範圍第1項之方法，其中該分散體包括糖且 有一在下列範圍内之平均粒徑： 大於或等於約150微米；且 小於或等於約500微米。 2 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該溶劑包括水。 23. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該溶劑包括滾水。 24. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複合物之至少一 1227183
25. 26. 27. 28. 29. 30. 表面在該熱處理步驟（c)之後及該浸沒步驟（d)之前受磨。 如申請專利範圍第1項之方法，其製造出一具有大於或 等於每秒每英吋水柱0.2立方公分之滲透力的研磨物 件。 一種研磨物件，其以如申請專利範圍第1項之方法製造。 一種用於分段式研磨輪之研磨塊段，該研磨塊段包括： 一複合物，其包含燒結在一起之複數個超級磨粒及一 金屬黏合劑基質，該複合物有複數個互連孔隙配置於其 内’該複合物包含約0.5至約25體積百分比之磨粒、約 19.5至約49.5體積百分比之金屬黏合劑和約5〇至約8〇體 積百分比互連孔隙度； 该金屬黏合劑基質包含約3 5至約70重量百分比之銅 、約30至約65重量百分比之錫、和約0.2至約1.0重量百 分比之碟； 其中该複數個超級磨粒是由金鋼石和立方晶體氮化 硼組成之群中選出，該等超級磨粒具有約小於3〇〇微米 之平均粒徑。 如申請專利範圍第27項之研磨塊段，其中該複合物可在 一約370°C至約795°C的溫度燒結。 如申請專利範圍第27項之研磨塊段，其中該複合物包 括： 大於或等於約50體積百分比之互連孔隙度；及 小於或等於約70體積百分比之互連孔隙度。 如申請專利範圍第27項之研磨塊段，其中該複數個互連 -4- 1227183 孔隙有一在下列範圍内之平均孔徑： 大於或等於約25微米；及 小於或等於約500微米。 3 1 ·如申明專利範圍第2 7項之研磨塊段，其中該複數個互連 孔隙有一在下列範圍内之平均孔徑分佈： 大於或等於約74微米；及 小於或等於約210微米。
32·如申請專利範圍第27項之研磨塊段，其中該複數個互連 孔隙有一在下列範圍内之平均孔徑分佈·· 大於或等於約210微米；及 小於或等於約300微米。 33·如申請專利範圍第27項之研磨塊段，其中該複數個超級 磨粒有一在下列範圍内之平均粒徑： 大於或等於約0.5微米；及 小於或等於約75微米。
34·如申請專利範圍第27項之研磨塊段，其中該互連孔隙度 的形成方式為： X a) 在燒結該複合物之前將一分散體添加至該等磨粒 和金屬黏合劑；且 b) 將該燒結後複合物浸沒在一溶劑内且溶解該分散 體； 該研磨塊段大致沒有分散體顆粒。 35·=申請專·圍㈣項之研磨塊段，其具有大於或等於 每秒每英吋水柱〇.2立方公分之滲透力的研磨物件。、 1227183
36. 37. 38. 39. 40. 41. 一種分段式研磨輪，其包括： 一蕊心； 一研磨輪輞，其包含複數個如申請專利範圍第2 7項之 塊段；及 $ 一熱穩定黏合劑，其介於該蕊心與各該複數個塊段之 間。 · 一種分段式研磨輪，其包括： 一蕊心，其具有一 2.4 Mpa-cm3/g之最小比強度，一 〇 5 修 g/cm3至約8.0 g/cm3之蕊心密度，及一圓形外周； 一研磨輪輞，其包含複數個塊段，每一塊段包含一具 有燒結在一起之複數個磨粒及一金屬黏合劑基質的複 合物，該複合物具有複數個互連孔隙配置於其内，該複 合物包含約50至約80體積百分比的互連孔隙度；及 熱穩疋黏合劑’其介於該蕊心與各該複數個塊段之 間。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該複合物 可在一約370°C至約795°C的溫度燒結。 · 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該金屬黏 合劑包括約35至約85重量百分比的銅及約15至約65重 量百分比的錫。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該金屬黏 合劑更包括約0.2至約1.〇重量百分比的礙。 一 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該等磨粒 包括由金鋼石和立方晶體氮化硼組成之群中選出的超 ， -6 - 1227183
42. 43. 44. 45. 46. 47. 級磨粒。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該等磨粒 包括金鋼石。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該等磨粒 有一在下列範圍内之平均粒徑： 大於或等於約0.5微米；及 小於或等於約300微米。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該複數個 互連孔隙有一在下列範圍内之平均孔徑： 大於或等於約25微米；及 小於或等於約5〇〇微米。 如申凊專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該複數個 互連孔隙有一在下列範圍内之平均孔徑分佈： 大於或等於約74微米；及 小於或等於約21〇微米。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該複數個 互連孔隙有一在下列範圍内之平均孔徑分佈： 大於或等於約210微米；及 小於或等於約3〇〇微米。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中 隙度的形成方式為： 廷札 : 堯結且之前對每一塊段之磨粒和金屬勒合劑添加 b)將每一塊段浸沒在一 溶劑内且溶解該分散體； 1227183 48. 49. 50. 51. 52. 其中每一塊段大致沒有分散體顆粒。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，— i5·目士， 〜τ母一塊 ’、 於或等於每秒每英吋水柱0.2立方八八為 透力。 a刀之滲 申明專利範圍第3 7項之分段式研磨輪，其中兮熱敉^ ::劑係由下列各物組成之群中選出：一環氣：二 。劑’-冶金黏合劑，—機械性黏合劑’—擴散黏合 W ’及以上之組合。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中該熱穩定 黏合劑為一環氧樹脂黏著接合劑。 如申請專利範圍第37項之分段式研磨輪，其中： 該金屬黏合劑包括約35至約85重量百分比的鋼，約η 至約65重量百分比的錫，及約〇·2至約1〇重量百分比的 磷； 該磨粒包括粒徑約〇.5至約3〇〇微米的金鋼石；且 該複數個互連孔隙具有一在約25至約5〇〇微米之範圍 内的平均孔徑。 一種用來製造具有約40至約80體積百分比互連孔隙度 之研磨物件的方法，該方法包括： a) 調製一磨粒、非金屬挺合材料、及分散體顆粒之混 合物’該混合物包含約〇.5至約25體積百分比的磨粒、約 1 9 · 5至約6 5體積百分比的非金屬黏合材料、及約4 〇至約 8 0體積百分比的分散體顆粒； b) 將該混合物壓製成一富含磨料的複合物； 1227183
c) 對該複合物進行熱處理；及 d) 將該複合物浸沒在一、、六卞 又又仕/合劑内一段足以溶解掉大致 所有分散體的時間，該分今雜& A刀政體為可溶於該溶劑； 該磨粒及該非金屬黏合鉍袓I & 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 蜀w σ材枓大致不可溶於該溶劑。 如申請專利範圍第52項 万居，其中該非金屬黏合材料 包括一有機黏合材料。 如申請專利範圍第5 3項之方、本 ^ , 术”貝之方法，其中該有機黏合材料包 括-由下列各物組成之群中選出的樹脂：酚醛樹脂，環 氧樹脂，不飽和聚醋樹脂’雙馬來醯亞胺樹脂，聚臨亞 胺樹脂，氰酸酷樹脂’三聚氰胺聚合物，及以上之混合 物0 其中δ亥有機|占合材料包 如申請專利範圍第53項之方法 括一酚醛樹脂。 如申請專㈣圍第53項之方法，其巾該有_合材料 括一諾瓦拉克酚醛樹脂 如申請專㈣圍第53項之方法，其巾該有_合材料 括一曱階段酚醛樹脂 如申請專利範圍第53項之方法，4中該等㈣包括有 在下列範圍内之平均粒徑的金鋼石·· 大於或等於約0.5微米；及 小於或等於約300微米。 其中該等分散體顆粒大 其中该等分散體顆粒包 如申請專利範圍第53項之方法 致為非離子性。 如申請專利範圍第53項之方法 1227183
括糠。 61·如申請專利範圍第53項之方法，其中該壓製步驟（b)包括 在大約20至約33 megaPascal之壓力下受到一約至 約200°C之溫度熱壓至少五分鐘。 62·如申請專利範圍第53項之方法，其中該熱處理步驟（c) 疋在α亥〉又 >又步驟（)之後進行且包括以一約1 〇 〇至約 200°C之溫度烘烤至少一小時。 63·如申請專利範圍第53項之方法，其中該複合物之至少一 拳 表面在該浸沒步驟（d)之前受磨。 64· —種用於分段式研磨輪之研磨塊段，該研磨塊段包括· 一複合物，其包含固化在一起之複數個超級磨粒及一 非金屬黏合劑基質，該複合物有複數個互連孔隙配置於 其内，該複合物包含約〇·5至約25體積百分比之磨粒、約 19.5至約65體積百分比之非金屬黏合劑和約4〇至約體 積百分比之互連孔隙度；且 其中該複數個超級磨粒是由金鋼石和立方晶體氮化 棚、、且成之群中遥出，该等超級磨粒具有一約小於3⑻微 參 米之平均粒徑。 65·如申請專利範hi第64項之研磨塊段，其中該複合物可在 一約100 C至約200°c的溫度固化。 66·如申請專利範圍第64項之研磨塊段，其中該複數個超級 磨粒包括金鋼石且有一在下列範圍内之平均粒徑·· 大於或等於約0.5微米；及 小於或等於約75微米。 ， -10- 1227183
67·如申請專利範圍第64項之研磨塊段，其中該互連孔隙度 的形成方式為： a) 在固化该複合物之前對該等磨粒和非金屬黏合劑 添加一分散體；且 b) 將該固化後複合物浸沒在一溶劑内且溶解該分散 體； 該研磨塊段大致沒有分散體顆粒。 68·如申請專利範圍第67項之研磨塊段，其中該分散體包括 糖’遠溶劑包括水’且該非金屬黏合劑包括盼駿樹脂。 69· —種分段式研磨輪，其包括： 一蕊心，其具有一 2.4 Mpa-cm3/g之最小比強度，一 〇 5 g/cm3至約8.0 g/cm3之蕊心密度，及一圓形外周； 一研磨輪輞，其包含複數個塊段，每一塊段包含一具 有固化在一起之磨粒及一非金屬黏合劑基質的複合物 ，該複合物具有複數個互連孔隙配置於其内，該複合物 包含約40至約80體積百分比的互連孔隙度；及 一熱穩定黏著接合劑，其介於該蕊心與該複數個塊段 之間。 70·如申請專利範圍第69項之分段式研磨輪，其中該複合物 可在一約100°C至約200°C的溫度固化。 71 ·如申请專利範圍第6 9項之分段式研磨輪，其中該非金屬 黏合劑基質包括一有機黏合劑基質。 7 2.如申清專利純圍第7 1項之分段式研磨輪，其中該有機黏 合劑基質包括一酚醛樹脂基質。 1227183 73. 74. 75. 如申請專利範圍第71項之分段式研磨輪，其中該互連孔 隙度的形成方式為： a) 在固化該才复合物之前對該等磨粒和有機黏合劑添 加一分散體；且 b) 將該固化後複合物浸沒在一溶劑内且溶解該分散 體； 月 該研磨塊段大致沒有分散體顆粒。 如申請專利範圍第73項之分段式研磨輪，其中該分散體 包括糖’該溶劑包括水，且該有機黏合劑基質包括㈣ 樹脂。 如申請專利範圍第71項之分段式研磨輪，其中·· 該有機黏合劑基質包括一酚醛樹脂； 該磨粒包括具有一在約〇·5至約3〇〇微米範圍内之平均 粒徑的金鋼石； 該熱穩定黏著接合劑包括一環氧樹脂黏著接合劑；且 該互連孔隙度的形成方式為在固化該複合物之前對 該等磨粒和有機黏合劑添加一粒㈣分散❹及將該 固化後複合物浸沒在水溶劑内且溶解該分散體。
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