TWI449601B - 硬性及／或脆性材料之研磨處理 - Google Patents

硬性及／或脆性材料之研磨處理 Download PDF

Info

Publication number
TWI449601B
TWI449601B TW097137781A TW97137781A TWI449601B TW I449601 B TWI449601 B TW I449601B TW 097137781 A TW097137781 A TW 097137781A TW 97137781 A TW97137781 A TW 97137781A TW I449601 B TWI449601 B TW I449601B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
composite
tin
bronze
abrasive particles
pores
Prior art date
Application number
TW097137781A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200927386A (en
Inventor
Srinivasan Ramanath
Parul Walia
Original Assignee
Saint Gobain Abrasives Inc
Saint Gobain Abrasifs Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Abrasives Inc, Saint Gobain Abrasifs Sa filed Critical Saint Gobain Abrasives Inc
Publication of TW200927386A publication Critical patent/TW200927386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI449601B publication Critical patent/TWI449601B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/10—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for porous or cellular structure, e.g. for use with diamonds as abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

硬性及/或脆性材料之研磨處理
本發明係關於研磨技術，且更具體而言係關於用於處理硬性及/或脆性材料(例如電子工業中所使用之半導體晶圓)之研磨工具及技術。
通常人們已熟知使用多孔研磨工具來改良機械磨削製程。研磨工具的孔通常為磨削流體(例如冷卻劑及潤滑劑)提供通道，此往往促進更有效地切割、最小化冶金損傷(例如，表面燃燒)並最大程度延長工具壽命。孔亦容許清除自所磨削工件移除之材料(例如碎片或金屬屑)，當所磨削工件相對較軟或者當表面拋光度需求苛刻時(例如，當背面磨削碳化矽晶圓之情形)此尤其重要。
用於製造具有孔隙之研磨工具的技術通常可分為兩種。在第一種中，孔結構係藉由將有機孔引發媒介(例如，適當大小之磨碎胡桃殼或塑膠珠)添加至研磨物件中而產生。該等媒介之犧牲性在於其在燒製後熱分解，而在固化研磨工具中留下空隙或'孔'。此種技術之實例論述於美國專利第5,221,294號及第5,429,648號中。在第二種中，孔結構可藉由將閉合空腔材料(例如，鼓泡氧化鋁)添加至研磨物件中而產生。與犧牲性媒介不同，此類媒介可耐受燒製製程，並留在固化研磨工具中以形成孔。此種技術之實例論述於(例如)美國專利第5,203,886號中。美國專利第5,221,294號、第5,429,648號及第5,203,886號中的每一個之全文皆以引用方式併入本文中。
在替代性方法中，可藉助使用長度與直徑縱橫比為(例如)5:1或更大之纖維狀研磨粒子而在研磨物件內達成孔隙。該方法之實例論述於美國專利第5,738,696號及第5,738,697號中，該等案件之每一個之全文皆以引用方式併入本文中。細長研磨粒子之較低填充特性產生具有較多孔隙及較高滲透性且適於相對高性能磨削之研磨物件。在另一替代性方法中，可藉由浸出填充劑(例如食鹽)而在研磨物件內產生孔隙。此方法之實例論述於美國專利第6,685,755號及第6,755,729號中，該等案件之每一個之全文皆以引用方式併入本文中。
隨著對諸如引擎、耐火設備及電子器件(例如，矽及碳化矽晶圓、磁頭及顯示窗口)等產品中精密組件之市場需求的增長，業內越來越需要用於精細磨削及拋光陶瓷及其他相對硬性及/或脆性材料之經改良研磨工具。因此，業內需求經改良研磨物件及研磨工具，且具體而言需求彼等包含相對較高孔隙度者。
本發明之一個實施例提供可用來將工件(例如，碳化矽晶圓、藍寶石或其他此等硬性材料)研磨處理至所期望表面拋光度之複合物。該複合物包含複數個研磨粒子及與該等研磨粒子一起經熱處理以形成複合物之金屬黏結劑。該金屬黏結劑包含至少一種起始粉末組份，其平均粒徑至多比研磨粒子之平均粒徑大15倍。在其他構造中，金屬黏結劑中該至少一種起始粉末組份具有較小的平均粒徑(例如，其中起始粉末尺寸與磨料尺寸之比率介於10:1至2:1之間或者甚至更小，例如其中起始粉末尺寸小於磨料尺寸之情形)。複合物含有約0.25-40體積%研磨粒子、約10-60%金屬黏結劑、及約40-90體積%總孔隙。該總孔隙包含固有孔、閉合孔及互連孔。所期望之工件表面拋光度Ra係500埃或更低(例如，對於碳化矽工件Ra為30埃或更低，或者對於藍寶石工件Ra為200埃或更低)。金屬黏結劑可包含(例如)鎳、鈷、銀、鐵、錫、鋅、鎢、鉬、鋁、銅及鈦中的一或多種。金屬黏結劑可進一步包含硼、矽、磷、石墨、六邊形氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢及氧化鋁中的一或多種。在一個特定實施例中，金屬黏結劑係鎳-錫-青銅系統，其包含約25-60重量%鎳、約20-60重量%錫、及約20-60重量%青銅。在一種此情形中，以重量百分比計青銅之銅-錫比率為約95:5至40:60。複合物可形成(例如)以可操作方式耦連至芯(例如，經由熱穩定黏結劑)之研磨輪緣的至少一部分。在一種特定此情形中，該芯具有圓形周邊且最小比強度為2.4MPa-公分3 /克且芯密度為0.5-8.0克/公分3 。
本發明另一實施例提供用於將硬性材料工件研磨處理至所期望表面拋光度之方法。該方法包含將工件安裝於能易於研磨處理之機器(例如，晶圓背面磨削機器)上，並以可操作方式將研磨工具耦連至該機器。該工具包含複合物，該複合物含有金屬黏結劑與熱處理在一起的平均粒徑介於0.01至100微米之間之複數個研磨粒子。金屬黏結劑包含至少一種起始粉末組份，其平均粒徑至多比研磨粒子之平均粒徑大15倍。複合物包含約0.25-40體積%研磨粒子、約10-60%金屬黏結劑、及約40-90體積%總孔隙。該總孔隙包含固有孔、閉合孔及互連孔。該方法繼續使研磨工具與工件表面接觸直至達成所期望工件表面拋光度為止，其中所期望表面拋光度Ra係500埃或更低。應注意，使研磨工具與工件表面接觸可包含朝向工件移動研磨工具及/或朝向磨料移動工件。在一種特定情形中，工件包括半導體晶圓(例如，碳化矽)且研磨處理包含拋光及/或背面磨削晶圓。在另一特定情形中，工件係單晶碳化矽晶圓且所期望表面拋光度Ra 介於15至25埃範圍內。
本發明另一實施例提供用來製造一種複合物之方法，該複合物可用於將工件研磨處理至所期望表面拋光度。該方法包含提供複數個研磨粒子並與該等研磨粒子一起熱處理金屬黏結劑以形成複合物。金屬黏結劑包含至少一種起始粉末組份，其平均粒徑至多比研磨粒子之平均粒徑大15倍。複合物含有約0.25-40體積%研磨粒子、約10-60%金屬黏結劑、及約40-90體積%總孔隙。總孔隙包含固有孔、閉合孔及互連孔。該等粒子之平均粒徑介於0.01至100微米之間。在一個特定情形中，金屬黏結劑係鎳-錫-青銅系統，其包含約25-60重量%鎳、約20-60重量%錫及約20-60重量%青銅，其中以重量百分比計該青銅之銅-錫比率為約95:5至40:60。在一種此情形中，該方法包含使鎳粉末與複數個磨料摻和以形成混合物、將錫粉末摻和至該混合物中，並將青銅粉末摻和至包含錫粉末之混合物中。將青銅粉末摻和至混合物中可進一步包含下列之至少一：將中空玻璃球摻和至混合物中，將犧牲性孔引發劑材料摻和至混合物中，且將分散體摻和至混合物中。在一種此情形中，分散體包含複數個立方體狀顆粒(儘管亦可使用規則或不規則之其他形狀)。在另一此情形中，與研磨粒子一起熱處理金屬黏結劑包含熱處理(例如，燒結、熱壓及熱壓印)混合物以形成研磨物件。根據該揭示內容可明瞭其他適宜形成製程(舉例而言，例如薄帶澆鑄以形成原坯薄帶研磨物件且隨後燒結原坯薄帶物件，或者注射模製原坯物件且隨後燒結該原坯物件)。於熱處理後，該方法可包含將研磨物件浸入溶劑中以浸出分散體，從而在研磨物件內留下互連孔。互連孔可由(例如)具有熔點之分散體引發，其中在低於分散體熔點之溫度下熱處理複合物。閉合孔可由(例如)具有軟化點及熔點之中空填充劑引發，其中在低於該中空填充劑之軟化點或熔點之至少一個的溫度下熱處理複合物。閉合孔可由(例如)具有降解溫度之孔形成添加劑引發，其中在高於該孔形成添加劑之降解溫度之溫度下熱處理複合物。該方法可包含以可操作方式使複合物耦連(例如，經由熱穩定黏結劑)至芯以形成工具之研磨輪緣的至少一部分。在一種特定此情形中，該芯具有圓形周邊且(例如)最小比強度為2.4MPa-公分3 /克且芯密度為0.5至8.0克/公分3 。
本文所述之特徵及優點並非包括一切，且具體而言普通熟習此項技術者根據附圖、本說明書及申請專利範圍將明瞭許多其他特徵及優點。此外，應注意，本說明書中所使用語言主要係出於可讀性及說明性目的來選擇，而非限制本發明標的物之範圍。
本發明揭示用來製造具有高度開孔結構(例如，40%至80%孔隙)及均勻研磨粒子分佈之研磨物件的技術。在某些此等實施例中，研磨物件係使用包括精細鎳、錫、青銅及磨料之金屬基質來製造，且在處理期間具有良好的抗氧化性。所產生研磨物件係用於高性能磨削作業，例如背面磨削矽、氧化鋁、碳化鈦及碳化矽晶圓(通常用於電子組件之製造中)，以獲得極細表面拋光度值。在更廣泛意義上，所產生研磨物件可移除存料並在具有硬度值(例如，介於約500HV至3200HV之間)之材料上產生鏡面拋光度。此等工作-材料之斷裂韌性通常介於約0.6至20MPa.米之間。可使用本發明實施例磨削或以其他方式研磨處理至適宜表面拋光度之實例工作材料包含氧化物、碳化物、矽化物、硼化物、氮化物、氧-氮化物等(舉例而言，例如碳化矽、二硼化鈦、碳化硼、藍寶石、玻璃、石英、砷化鎵、氮化鎵及元素矽)。應注意，可達成表面拋光度將視工作材料而定。
概述
如前文所解釋，具有高度開孔結構之磨料結構可使用多種技術來產生，該等技術包含浸出填充劑，例如食鹽(參見前文所併入之美國專利第6,755,729號)。此等結構可包含(例如)基於銅-錫之黏結劑系統及埋置於該黏結劑中之具有期望尺寸的磨料粒子。銅-錫黏結劑系統之使用使得能夠在遠低於填充劑熔點之溫度下處理此等結構。舉例而言，基於銅-錫之黏結劑系統可於低於食鹽熔點之溫度下使用。所使用銅粉末之典型尺寸係約44微米(-325目)。此尺寸容許銅氧化較低且能得到相對良好的粒子分佈。
然而，若要產生超細表面拋光度，需使研磨粒子之平均尺寸降低至10微米以下。由於研磨顆粒降低至此等精細尺寸，當與44微米粗銅一起使用時其往往更容易聚結。此產生較差的粒子分佈且不能在工件上產生超細表面。
一種改良研磨粒子分佈之方法係降低所使用銅粉末之尺寸。然而，由於銅尺寸降低，其表面積與體積之比率增大，導致快速氧化。隨後此氧化導致在每個銅顆粒表面上形成氧化層及其與錫較差之燒結性。此黏結劑之粒子保持能力亦明顯下降，產生低品質及不一致產品。一種減少此種情況之方法係選擇即使在精細尺寸下仍具有降低的氧化趨勢之金屬及合金。
舉例而言，用精細鎳(例如，低於5微米)替代銅將保持低程度的氧化及與錫良好的燒結性。儘管鎳本身需要超過1000℃之處理溫度，但錫之添加可將此處理溫度降低至1000℃以下且亦使用於磨削輪之黏結劑變脆。若使用具有相對較低熔點(例如，氯化鈉(食鹽，其熔點為約800℃))之分散體來產生開孔結構，則可需要進一步降低處理溫度。此處理溫度之降低可根據本發明之一個實施例藉助添加諸如青銅(例如，50/50重量銅-錫合金)之材料來達成。近全密度可藉由在低至750℃之溫度下熱壓(或其他適宜處理)由35/35/30重量精細鎳、錫及50/50青銅合金組成之複合物來達成。
根據本發明之一個此實施例，製備此鎳-錫-青銅黏結劑包括首先形成青銅合金(例如，藉由組合銅與錫)且其次使青銅粉末與適當量的鎳及錫混合。應注意，本文可使用市售青銅合金。包含相同鎳、錫及銅百分比之元素組合物(即，一次混合作為元素粉末之所有組份)可產生不同的性能品質且不一定適用於所有應用。舉例而言，元素組合物可產生較鎳、錫及青銅合金組合物為硬之金屬黏結劑。在研磨應用中，且如接下來所論述，黏結劑之硬度與該黏結劑之孔隙(固有、閉合及/或互連孔隙)會直接影響所產生研磨工具在使用期間之斷裂方式及工具之自修琢能力以及工件上所產生表面拋光度之品質。對於既定應用而言，發現此等變量之適當平衡通常係一項有價值的任務。在晶圓磨削或拋光應用(例如背面磨削碳化矽晶圓)中，若元素組合物的硬度過高則可能會提供不太期望之結果。在此等情形中，可有效地使用鎳、錫及青銅合金組合物。
在一個實例性研磨應用中，使此鎳、錫及青銅合金組合物與精細至1至2微米(或甚至更細)之研磨粒子及充足量(例如，超過50%體積)的鹽混合。熱壓該混合物以緻密化磨料結構。自經燒製結構中浸出鹽可提供具有受控互連孔隙且極其適合磨削諸如半導體晶圓等材料之研磨物件。另外閉合孔隙可藉由引入中空微型球體(例如玻璃球或陶瓷或金屬球)而在磨料結構中達成。亦可使用在處理期間自工具燃燒掉之犧牲性孔引發劑，例如碎胡桃殼或塑膠珠。
或者，含精細鎳及錫(50/50)但不含青銅合金之相同複合物在不添加任何鹽或其他分散體孔引發劑之情況下可提供具有更多固有孔之結構(例如，高達約22%的孔隙率)。根據該揭示內容應瞭解，在既定製程參數(尤其溫度及壓力)下青銅合金含量可增大或者以其他方式進行操作以控制該固有孔隙(即，鎳-錫黏結劑系統中青銅合金越多，固有孔隙越少；鎳-錫黏結劑系統中青銅合金越少，固有孔隙越多)。
因而，所產生研磨物件中之孔隙可係固有孔隙(例如，根據針對黏結劑系統所選擇之組份/組成及諸如溫度及壓力等製程參數來控制)、閉合孔隙(例如，藉助使用耐受燒製製程之永久性孔引發劑及/或犧牲性孔引發劑來控制)及/或互連孔隙(例如，藉助使用可浸出分散體(例如鹽)來控制)。應注意，固有孔隙不僅僅係偶然產生的或偶然事件之結果，而是可根據所選擇黏結劑組成及製程參數以受控形式有效提供。固有、閉合及互連孔隙之組合可精確調節以滿足既定應用之性能標準。
此外應注意，其他材料可取代鎳及/或錫，例如(舉例而言)鈷、銀、鐵、錫、鋅、鎢、鉬、鋁、銅及鈦；且有時添加少量硼、矽及/或磷。在任何情形中，所產生研磨複合物可經(例如)熱壓、燒結、熱壓印或者用適宜粉末冶金製程以其他方式進行處理以形成尺寸及形狀用於各種應用之研磨物件，包含處理半導體材料。
研磨物件結構及組成
根據本發明實施例所構造之研磨物件可採用多種形式，視諸如即將開始的應用及期望產品成本等因素而定。本文所述各個實施例適用於(例如)硬性及/或脆性材料之研磨處理，且具體而言適用於諸如背面磨削矽、氧化鋁、碳化鈦及碳化矽半導體晶圓等作業。另一實例性應用可係研磨磨石工具，其可用於磨削及拋光硬性及/或脆性材料。根據該揭示內容可明瞭其他此等應用。
在一個特定實施例中，提供用於砂輪之研磨物件，其中該物件可係整個輪的一段或其他不連續部分。或者，研磨物件可係單片輪設計。研磨物件包含複合物，該複合物包含複數個研磨粒子及燒結在一起的金屬黏結劑基質(若需要亦可使用其他適宜粉末冶金製程，例如熱壓、熱壓印及注射模製)。此外，該複合物包含佈置於其中之固有、閉合及互連孔之組合。在該實例實施例中，該複合物包含約0.25-40體積%研磨粒子、約10-60體積%金屬黏結劑、及約40-90體積%總孔隙(其可包含固有、閉合及/或互連孔)。
研磨粒子可係(例如)超研磨性粒子，例如金剛石及/或立方體狀氮化硼。或者，或另外，研磨粒子可係(例如)氧化鋁、碳化矽、碳化硼及/或氧化鋯(根據該揭示內容可明瞭其他適宜研磨粒子)。粒子尺寸將視具體應用及其各種性能標準(例如，所期望移除速率及表面拋光度)而定，但在一個特定實施例中，研磨粒子之平均粒徑係介於0.01至300微米之間。在其他實施例中，平均粒徑係100微米或更小。在其他實施例中，平均粒徑係5微米或更小。
根據該揭示內容應瞭解，各個類型孔的體積可發生變化。在一個實施例中，互連孔之體積係介於50-80%之間，閉合孔之體積係介於0.01-90%之間，且固有孔之體積係介於0.01-20%之間。該等孔之尺寸亦可有所變化。舉例而言，且根據一個實施例，互連孔之平均尺寸係介於40至400微米之間，閉合孔之平均尺寸係介於5至400微米之間，且固有孔之平均尺寸係低於40微米。在一種特定情形中，對於孔隙大於64%所需之較高填充效率而言，孔尺寸分佈係7:1。舉例而言，假定在黏結劑中使用同一尺寸之球形鹽顆粒。從幾何上來說，此等球體可達成之最佳填充密度係64%體積。剩餘體積由開孔空間佔有。若該等鹽顆粒之間之空間填充有金屬黏結劑與金剛石，則鹽浸出之後可達成之最大孔隙度係64%。為增大此孔隙度，該等鹽顆粒之間之空間可填充有較小尺寸的鹽顆粒。可裝入該空間之鹽顆粒的最大尺寸(直徑)係初始鹽顆粒直徑的1/7。此類填充可繼續使用越來越小的鹽顆粒，從而使填充效率(或者在該實例情形中，係浸出後的孔)增加至較高值。然而，應注意，所產生結構之固有強度須適於既定應用。
如先前所論述，固有孔隙可(例如)藉由使一定量的青銅與鎳及錫結合使用來提供及控制。一般而言，青銅量越大，固有孔之體積越小且所產生研磨物件越緻密。同樣地，青銅量越小，固有孔之體積越大且所產生研磨物件之固有孔越多。根據本發明之一個實施例，金屬黏結劑中青銅量與該黏結劑包含密度、孔隙及硬度等在內之特徵之間的各種關係分別示於圖1a-c中。在該特定實例中，青銅係50:50重量銅-錫合金且鎳與錫之比率係50:50重量，且青銅係約25%體積且鎳及錫之體積係約75%。
閉合孔隙可(例如)藉助使用永久性中空孔引發劑(例如，玻璃球或陶瓷或金屬球)及/或犧牲性孔引發劑(例如，碳酸鈣、碎胡桃殼、塑膠或聚合物珠、熱塑性黏合劑及蠟)來提供及控制。關於使用永久性孔引發劑來提供閉合孔隙之其他細節提供於先前所併入之美國專利第5,203,886號中。關於使用犧牲性孔引發劑來提供閉合孔隙之其他細節提供於先前所併入之美國專利第5,221,294號及第5,429,648號中。
互連孔隙可(例如)藉助使用下列可浸出分散體來提供及控制：例如氯化鈉(熔點約800℃)、矽酸鈉鋁(熔點約1650℃)、硫酸鎂(熔點約1124℃)、磷酸鉀(熔點1340℃)、矽酸鉀(熔點約976℃)、偏矽酸鈉(熔點約1088℃)或其混合物。關於使用分散體來提供互連孔隙之其他細節提供於先前所併入美國專利第6,685,755號及第6,755,729號中。在一個特定實施例中，互連孔隙係藉由將分散體添加至研磨粒子及金屬黏結劑中然後燒結複合物且隨後將該經燒結複合物浸入溶劑中以溶解分散體來形成。舉例而言，分散體可係氯化鈉，且溶劑可係水且具體而言沸水。其他實施例可採用冷水作為溶劑。在任何此等情形中，所產生研磨物件實質上不含分散體顆粒。
圖2a及2b係鎳-錫-青銅黏結劑系統熱壓黏結劑而無引發孔隙之SEM圖像。可以看出，精細金剛石顆粒在精細鎳粒子邊界處分佈均勻。黏結劑看起來緻密且除少量固有孔隙外不存在其它孔隙之跡象。圖3a及3b係根據本發明之一個實施例鎳/錫/青銅/金剛石輪區段之斷裂面之SEM圖像，其中互連孔隙係經由後燒製浸出製程藉由去除鹽來產生，且閉合孔隙係用存在於金屬黏結劑內之玻璃球來產生。圖4a及4b係本發明一實施例之鎳/錫/青銅/金剛石輪區段的SEM圖像，其繪示具有由玻璃球所產生之閉合孔隙、由針對黏結劑系統及製程參數選擇之組份/組成(在該情形中包含使用預合金化青銅)所產生之固有孔隙、以及由浸出鹽所產生之互聯孔隙之多孔結構。根據該揭示內容可明瞭，根據本發明各個實施例該等孔隙類型(固有、閉合及互連)各自可以任意組合用於單一研磨產品中。
根據本發明之一個實施例，組成金屬黏結劑之組份呈粉末形式(或者該等金屬黏結劑組份之至少某一子集合)。在一個此實例情形中，金屬黏結劑中起始粉末之平均粒徑至多比研磨粒子之平均粒徑大15倍。在另一此實例情形中，金屬黏結劑中起始粉末之平均粒徑至多比研磨粒子之平均粒徑大10倍。在另一此實例情形中，金屬黏結劑中起始粉末之平均粒徑至多比研磨粒子之平均粒徑大2倍。在又一此實例情形中，金屬黏結劑中起始粉末之平均粒徑等於或小於研磨粒子之平均粒徑(例如，分別約1:1至0.1:1比率)。
金屬黏結劑之組份可包含(例如)任一金屬及合金粉末或其組合，例如鎳、鈷、銀、鐵、錫、鋅、鎢、鉬、鋁、銅及鈦中的一或多種。金屬黏結劑可進一步包含添加少量的硼、矽及/或磷、石墨、六邊形氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢及氧化鋁。在一個具體實施例中，金屬黏結劑基質包含約25-60重量%鎳、約20-60重量%錫、及約20-60重量%青銅合金。該青銅包含(例如)可以重量百分比計在約95:5至40:60間變化之銅-錫比率。
如先前所解釋，複合物可以多種方式來處理，包含燒結、熱壓、熱壓印、注射模製或用適宜粉末冶金製程以另外方式處理。在一個實例實施例中，互連孔隙係藉助使用分散體(例如，氯化鈉)來引發，且複合物在低於分散體熔點之溫度下係可燒結的。或者，或者另外，閉合孔隙係藉助使用留在最終物件中之孔形成添加劑(例如，中空填充劑(例如，玻璃球))來引發，且複合物在低於彼等添加劑之軟化點或熔點之溫度下係可燒結的。或者，或者另外，閉合孔隙係藉助使用在處理物件期間燃燒之孔形成添加劑(例如，碎胡桃殼)來引發，且複合物在高於彼等添加劑之降解溫度之溫度下係可燒結的。
如先前所解釋，根據本發明實施例可製造單片或嵌段砂輪。在一種特定情形中，提供嵌段砂輪。該輪包含芯及包含複數個研磨物件或區段之研磨輪緣。在芯與每個區段之間使用熱穩定黏結劑(例如，環氧樹脂黏結劑、冶金黏結劑、機械黏結劑、擴散黏結劑、或其他適宜黏結劑(或其組合))以將該等區段固定在芯周圍之適當位置中。該等區段中的每一個皆包含如本文所述之複合物。在一個具體實例中，複合物包含一起燒結之複數個研磨粒子及金屬黏結劑基質，其中該複合物具有複數個置於其中之互連孔，且含有約40-90體積%總孔隙。
儘管具體結構及性能參數在一個實施例與下一個實施例之間有所變化，但在一個此實例中該芯具有圓形周邊且最小比強度為2.4MPa-公分3 /克且芯密度為0.5至8.0克/公分3 。具有三種類型孔隙之金屬黏結劑具有介於1至6MPa.米1/2 之間之平面應變斷裂韌性、介於80至800之間之維氏硬度值(Vickers hardness number)、介於30至300GPa之間之楊氏模數(Young's modulus)、及介於2克/立方公分至12克/立方公分之間之密度。此外，當在磨損測試上使用5牛頓負載時，複合物具有介於5-400毫米3 之間之磨損體積，此將詳細闡述於實例7中。
根據本發明各個實施例所構造之實例研磨輪係利用如現在所闡述之材料及方法以2A2TS型金屬黏結輪之形式來製備。根據該揭示內容可明瞭多個其他實施例，且本發明並非意欲受任何特定實施例之限制。
實例1：
使由鎳、錫及青銅組成之粉末金屬合金與精細金剛石、鹽及中空玻璃球混合。詳言之，將60.93克鎳粉末(作為123鎳得自AcuPowder International LLC,Union,NJ)與60.93克錫(作為115錫亦得自Acupowder International LLC,Union,NJ)及1.56克金剛石(作為RVM-CSG 1-2微米得自Diamond Innovations,Worthington,OH)在混合器中摻和。隨後，將經篩選至-635美國目之52.22克青銅粉末(作為M3590粉末得自United States Bronze Powders,Maryville,TN)連同2.62克中空玻璃球(得自E.V. Roberts公司，Carson,CA)及91.95克鹽(作為金剛石結晶非碘鹽得自Shaw's Supermarkets公司，Worcester,MA，且分級至-70/+80美國目)添加至混合物中，並再次經混合以提供均勻摻合物。所產生混合物以體積計包含29.8%之金屬黏結劑、59.6%之鹽、及9.9%之玻璃球。隨後將所產生混合物置於石墨盤模具中、弄平整並在750℃下於22MPa(3200psi)下熱壓10分鐘。冷卻後，將所產生研磨盤浸入冷水中以浸出所存在鹽，留下互連多孔結構。此處理之本質及組份混合物在結構中留下固有孔隙，且中空玻璃球亦提供閉合孔隙。
隨後將該盤切成具有所期望形狀、尺寸及容許偏差之區段以匹配經機器加工之鋁芯的邊緣。該等區段具有外徑曲率為127毫米(5英吋)且內徑曲率為124毫米(4.9英吋)之弓形特徵。使用該等區段構造2A2TS型面向磨削型砂輪。此特定實施例之砂輪使用16個黏結至鋁芯之對稱排開之區段，得到外徑約282毫米(11.1英吋)及槽形輪緣之砂輪。該等區段自鋁芯伸出之距離係約5毫米(0.196英吋)。用環氧樹脂/硬化劑膠合系統(得自Epotek,MA之Epotek NDT 353黏合劑)將研磨區段與鋁芯組裝在一起。隨後機械加工該等區段至與鋁芯相同之高度。隨後平衡該輪並測試速度以供使用。
對根據實例1所製造之經金屬黏結區段輪("實例1輪")實施單晶碳化矽晶圓之背面磨削拋光度性能測試。出於比較目的，亦在相同工作材料上使用相同磨削條件對由市售系統(粒子尺寸為1-2微米且在銅/錫/磷黏結劑中為2.5倍濃度)所製備之標準輪(輪規格Polish#1-24-XL073，得自Saint Gobain Abrasives公司，Worcester,MA)進行試驗來替代實例1輪。此外，應注意市售砂輪(輪規格FINE#4-17-XL073，得自Saint Gobain Abrasives公司)係用來粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大的缺陷。所使用磨削機器具有兩個轉軸以容納粗砂輪隨後細砂輪。包含磨削機器類型、輪規格及尺寸及磨削模式在內之磨削測試條件示於表1中。
粗砂輪之修整及修琢作業條件示於表2中。已習知，修整及修琢作業係指在輪使用之前其製備，且在此特定情形中係指在其使用之前於表1中所示磨削測試條件下的輪製備。該等條件包含修琢墊類型、輪速度、工作速度、所移除材料、進給速率及停留時間。
細砂輪之修整及修琢作業條件示於表3中。正如與粗砂輪一樣，該等條件包含修琢墊類型、輪速度、工作速度、所移除材料、進給速率及停留時間。
包含輪速度、冷卻劑類型及流速、所移除材料、進給速率、工作速度及停留時間在內之粗磨削製程的細節示於表4中。可以看出，工作材料係76.2毫米直徑(3英吋)單晶碳化矽(SiC)晶圓，且每個晶圓之起始厚度為434微米(.017英吋)。
在粗磨削製程之後實施表5中所示之細磨削製程。可以看出，輪速度較快且進給速率較慢。相對於粗磨削，在細磨削期間所移除材料較少，且停留時間係5轉。細磨削之起始厚度為350微米(0.0138英吋)。
標準輪與根據本發明實施例所構造之實例1輪具有相同程度的整體孔隙、粒子尺寸、粒子類型及磨料濃度。標準輪不能磨削且不能移除任何存料。當相同黏結劑與2至4微米金剛石一起使用時，標準輪能磨削單晶SiC晶圓表面且材料移除速率為0.05微米/秒，磨削力為25磅，至表面拋光度Ra介於40-50埃之間。此等結果表明，僅簡單地降低研磨粒子尺寸而不採用適當黏結劑不會產生精細表面拋光度並移除碳化矽表面上之存料。
表1中所示之磨削測試之結果示於表6中。使用實例1輪精細磨削12個晶圓。可以看出，實例1輪呈現相對穩定的峰值法向力。每個輪亦需要大約相等的峰值法向力。舉例而言，在背面磨削SiC晶圓中高度需要此類磨削性能，此乃因該等相對較低力穩態條件可使工件之發熱及機械損傷最小。
此外，根據本發明實施例所構造之實例1輪為至少15個晶圓提供表6中所闡述之高度合意磨削性能，而無需修琢該輪。此外，實例1輪明顯降低表面粗糙度，如圖5中所示(藉由Zygo白光干涉儀，Zygo公司，Middlefield,Connecticut所量測)。用實例1輪磨削可將平均表面粗糙度(Ra )由大於100埃之起始值連續降低至Ra 15-30埃。應注意，圖5之下面右側上標圓圈部分表示所達成的實際表面拋光度Ra 包含16、17及22埃。總而言之，實例1輪在硬性、脆性碳化矽晶圓上提供合意的磨削性能。其能夠達成30埃及更低之表面拋光度Ra 值，此相對優於習用工具可達成之表面拋光度(Ra為40埃及更高)。
亦在剛性較Strasbaugh機器為高之另一機器上測試同一實例1輪之單晶碳化矽晶圓之背面磨削拋光度性能。正如與先前測試一樣，市售砂輪(輪規格FINE#4-17-XL073，得自Saint Gobain Abrasives公司)係用於粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大缺陷。用於該特定磨削測試之機器具有一個轉軸，其係用來安裝粗及細兩種砂輪。磨削測試條件示於表7中。
包含輪速度、冷卻劑類型及流速、所移除材料、進給速率、工作速度及停留時間在內之DCM機器上粗磨削製程的細節示於表8中。正如與在Strasbaugh機器上之先前磨削測試一樣，工作材料係76.2毫米直徑(3英吋)單晶碳化矽(SiC)晶圓，且每個晶圓之起始厚度皆為434微米(.017英吋)。
在粗磨削製程之後於DCM機器上實施表9中所示之細磨削製程。輪速度較快但且進給速率較慢。在此情形中，應注意在細磨削期間所移除材料相對於粗磨削較多。細磨削之起始厚度為350微米(0.0138英吋)。
實例1輪展示最大負荷24%之相對較低的轉軸功率。在DCM機器上實例1輪之磨削結果與在Strasbaugh機器上實例1輪結果類似。然而，由於使用較高剛性DCM機器，因此輪磨損較高(在移除140微米晶圓中約為200微米)。達成78-159埃之表面拋光度Ra。與設定切割深度不同在高剛性機器上之實際切割深度大於在低剛性機器(例如Strasbaugh 7AF)上所獲得者。此外，冷卻劑在DCM上於高振動下之再循環亦可影響表面拋光度。因而，在達成所期望性能(例如，目標存料移除及表面拋光度)時亦需考慮磨削機器之性能(例如其轉軸剛性)。
實例2：
實例2表示本發明另一實施例之實例砂輪。具體而言，實例2之輪與實例1中所闡述之輪類似，只是在黏結劑中未添加玻璃球。將約71%鹽導入輪中，該鹽在使用前浸出。為產生實例2之輪所需之各種組份的量包含58.89克鎳、58.89克錫、50.48克青銅、108.81克鹽及1.56克金剛石。
對使用實例1中所闡述之方法根據實例2所製造之經金屬黏結區段輪("實例2輪")實施碳化矽晶圓之背面磨削拋光度性能測試。如先前參照實例1輪所述實施初始粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大缺陷。磨削條件係如先前參照表1至5所述。實例2輪之磨削結果與實例1輪之磨削結果類似(表6)。然而，根據實例2輪較高含量的鹽可在製造中產生較低良率問題。詳言之，應記得實例1輪含有約60體積%之鹽(其在使用前浸出)及約10體積%之中空玻璃球，合計70%孔隙。另一方面，實例2輪含有約71%可浸出之鹽且不含玻璃球。兩種輪皆被認為具有幾乎相同量的孔隙。其磨削性能(例如，針對既定量的所移除存料之實例輪磨損、法向磨削力及碳化矽上表面拋光度)在誤差範圍內幾乎相同。然而，含有71%鹽之實例2輪製造相對較為困難且導致輪區段偶爾碎裂，不得不進行更換。因而，諸如實例2輪之產品在技術上可行，但由於此良率問題而不適用於所有應用。
實例3：
實例3涉及本發明另一實施例之實例砂輪。具體而言，實例3之輪與實例1中所闡述之輪類似，只是使用不同類型的鹽。與實例1中所使用多晶及不規則形狀鹽(作為金剛石結晶非碘鹽得自Shaw's Supermarkets公司，Worcester，MA且分級至-70/+80美國目)不同的是，所使用鹽係單晶及立方體狀(作為Purex Fine Prepared Salt得自Morton Salt Co.公司，Chicago,IL且分級至-70/+80美國目)。為產生實例3之輪所需之各種組份的量包含60.93克鎳、60.93克錫、52.22克青銅、91.95克鹽、2.62克玻璃球及1.56克金剛石。
對使用實例1中所闡述之方法根據實例3所製造之經金屬黏結區段輪("實例3輪")實施碳化矽晶圓之背面磨削拋光度性能測試。如先前參照實例1輪所述實施初始粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大缺陷。磨削條件係如先前參照表1至5所述。實例3輪之磨削結果與實例1輪之磨削結果類似(表6)。然而，使用實例3立方體狀鹽可產生低於實例1輪之輪磨損約二分之一的輪磨損。
實例4：
實例4涉及本發明另一實施例之實例砂輪。具體而言，實例4之輪與實例1中所闡述之輪類似，只是在該輪中引入較高體積的孔隙。與實例1輪中所產生之70體積%孔引發劑(鹽+玻璃球)不同的是，該輪具有約75體積%孔引發劑(鹽+玻璃球)。為產生實例4之輪所需之各種組份的量包含50.79克鎳、50.79克錫、43.53克青銅、91.94克鹽、3.93克玻璃球及1.56克金剛石。
對使用實例1中所闡述之方法根據實例4所製造之經金屬黏結區段輪("實例4輪")實施碳化矽晶圓之背面磨削拋光度性能測試。如先前參照實例1輪所述實施初始粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大缺陷。磨削條件係如先前參照表1至5所述，只是SiC工作材料之直徑為100毫米(4英吋)而非75毫米(3英吋)。針對該工作材料選擇高孔隙輪以減少輪與工件之間之接觸面積。此不僅有助於減小力，而且會加速金剛石的釋放，否則其在較大工件上會快速鈍化。實例4輪之磨削結果與實例1輪之磨削結果類似(表6)。然而，實例4輪之輪磨損係實例1輪之輪磨損的兩倍之多。此可歸因於實例4輪具有較高孔隙度之事實，且其係用來磨削較大晶圓。磨削力為11磅。圖6闡釋根據本發明實施例鎳-錫-青銅黏結劑中總孔隙與該黏結劑之耐磨性之間的關係。可以看出，輪磨損隨著總孔隙之體積%增大而增加。總孔隙包含僅由鹽所引發之孔隙或者由鹽及玻璃球所引發之孔隙，情況皆係如此。
實例5：
實例5涉及本發明再一實施例之實例砂輪。具體而言，實例5之輪與實例1中所闡述之輪類似，只是使用不同類型的鎳粉末。實例5輪中所使用鎳粉末(作為超細鎳粉末110型得自Novamet Specialty Products，Wyckoff，NJ)相對於實例1輪中所使用鎳粉末尺寸更細。該鎳粉末粒徑在1-2微米範圍內，其明顯較實例1輪中所使用123鎳粉末(3.5至4.5微米)為細。為產生實例5之輪所需之各種組份的量包含60.93克鎳、60.93克錫、52.22克青銅、91.95克鹽、2.62克玻璃球及1.56克金剛石。
使用實例1中所闡述之方法對根據實例5所製造之經金屬黏結區段輪("實例5輪")實施碳化矽晶圓之背面磨削拋光度性能測試。如先前參照實例1輪所述實施初始粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大缺陷。磨削條件係如先前參照表1至5所述。實例5輪之磨削結果與實例1輪之磨削結果類似(表6)。然而，由於實例5輪中使用較細鎳粉末，因此輪壽命較實例1輪之壽命長約50%(例如，由於因精細Ni粉末所獲得之良好燒結及金剛石分佈)。
實例6：
實例6涉及本發明另一實施例之實例砂輪。具體而言，實例6之輪與實例1中所闡述之輪類似，只是使用不同尺寸的金剛石與鹽。使用相對較粗的金剛石(作為RVM-CSG 6-12微米得自Diamond Innovations，Worthington，OH)。與實例1輪中所使用-70/+80美國目尺寸鹽不同的是，將鹽分級至-80/+100美國目。與實例1輪中所產生之70體積%孔引發劑(鹽+玻璃球)不同的是，實例6輪含有約75體積%孔引發劑(鹽+玻璃球)。另外，使用較高濃度的金剛石(5倍濃度)。為產生實例6輪所需之各種組份的量包含50.47克鎳、50.47克錫、43.26克青銅、91.36克鹽、3.90克玻璃球及3.13克金剛石。
對使用實例1中所闡述之方法根據實例6所製造之經金屬黏結區段輪("實例6輪")实施碳化矽晶圓之背面磨削光洁度性能測試。如先前參照實例1輪所述實施初始粗磨削以移除SiC晶圓表面上相對較粗及較大缺陷。磨削條件係如先前參照表1至5所述。實例6輪之磨削結果與實例1輪之磨削結果類似(表6)。然而，由於在實例7輪中使用較細鹽，因此輪壽命稍微降低(下降約5%至15%)。然而，應注意較高濃度的金剛石往往延長輪壽命。因而，應期望較細鹽或其他分散體，較高濃度的磨料可與較細分散體結合使用以保持輪壽命相對穩定。
實例7：
實例7涉及根據本發明又一實施例所製備之實例砂輪。具體而言，實例7之輪("實例7輪")由以重量比率35/35/30包含鎳、錫及青銅之組合物來製備，並與由以重量比率35/50/15包含元素鎳、錫及銅之組合物所製備之輪相比較。實例7輪中所使用青銅係50/50重量比率的銅及錫，因此實例7輪組合物與比較輪之元素組合物皆含有相同含量的鎳、錫及銅。為產生實例7輪所需之各種組份的量包含69.70克鎳、99.57克錫、29.87克銅、91.94克鹽、1.31克玻璃球及1.56克金剛石。
為了測定不同黏結劑組合物之相對耐久性，使用磨損測試。詳言之，磨損測試基本上包含自習知橫截面區域取黏結劑樣品，並在習知負荷及既定時間長度下抵靠碳化矽粒子-受載表面研磨之。量測黏結劑組合物之體積損失並通常對不同的樣品進行分級。視尺寸及數量而定，該等黏結劑亦可包含金剛石粒子，此可使磨損測試更接近地模擬磨削。
在實例7輪之情形中，磨損測試包含製造尺寸6.25×6.25×6.25毫米(0.25×0.25×0.25英吋)之黏結劑組合物且使用兩組份環氧樹脂將其附接至直徑為37.5毫米(1.25英吋)且長為40毫米(1.6英吋)之樣品固持件並固化之。將經固化之黏結劑-固持件複合物插入樣品載體中並用螺釘固定。隨後將樣品載體安裝至拋光機器上，例如Struers RotoForce4。將直徑預先切割成254毫米(10英吋)之經包覆研磨板(例如Buehler Carbimet特殊碳化矽)置於旋轉工作臺上並固持在適當位置。當樣品載體以順時針方向旋轉時，工作臺以150rpm逆時針方向旋轉。使樣品及黏結劑複合物在習知預先設定負荷下與經包覆研磨板接觸5秒。量測黏結劑樣品之磨損並用來測定相對耐久性。由於元素粉末較預合金化材料燒結良好(由於後者之表面上存在薄氧化層)，因此根據實例7輪含有35/35/30鎳、錫及青銅之樣品在其製備條件下的磨損高於由元素粉末所製備之樣品4倍。
上文對本發明實施例之描述係出於闡釋及描述之目的而提供。其並非意欲囊括本發明的各個方面或將本發明限定於所揭示之精確形式。根據該揭示內容可做出許多修改及改變。本發明範圍不欲受此詳細說明限制，而僅受隨附隨申請專利範圍之限制。
圖1a-c各自闡釋根據本發明之一個實施例金屬黏結劑中青銅量與包含密度、孔隙及硬度在內之黏結劑特徵之間的各種關係。
圖2a及2b係根據本發明之一個實施例闡釋不含或含有最少孔隙之緻密結構之經熱壓鎳-錫-青銅黏結劑系統的SEM圖像。
圖3a及3b係根據本發明之一個實施例闡釋多孔結構之鎳-錫-青銅黏結劑系統之斷裂面的SEM圖像，該多孔結構含有由玻璃球所產生之閉合孔隙、以及由經浸出鹽所產生之互連孔隙。
圖4a及4b係根據本發明之一個實施例闡釋多孔結構之鎳-錫-青銅黏結劑系統之經拋光表面的SEM圖像，該多孔結構含有由玻璃球所產生之閉合孔隙、固有孔隙以及由經浸出鹽所產生之互連孔隙。
圖5證實用根據本發明實施例所構造之輪磨削可明顯降低工件之表面粗糙度(Ra )。
圖6闡釋根據本發明之一個實施例鎳-錫-青銅黏結劑中總孔隙與該黏結劑耐磨性之間之關係。

Claims (28)

  1. 一種用於將硬性材料工件研磨處理至期望表面拋光度之複合物，該複合物包括：複數個研磨粒子，該等粒子具有0.01至100微米之平均粒徑；及金屬黏結劑，其包含鎳-錫-青銅系統，該鎳-錫-青銅系統包含至少一種平均粒徑至多比該等研磨粒子之平均粒徑大15倍之起始組份，且該鎳-錫-青銅系統與該等研磨粒子一起熱處理以形成含有0.25至40體積%研磨粒子、10至60體積%金屬黏結劑及40至90體積%總孔隙之複合物，且該總孔隙包含固有孔、閉合孔及互連孔。
  2. 如請求項1之複合物，其中該等研磨粒子至少包含金剛石、立方體狀氮化硼、氧化鋁、碳化矽、碳化硼及氧化鋯中之一種。
  3. 如請求項1之複合物，其中該金屬黏結劑具有1至6MPa.米1/2 之平面應變斷裂韌性、200至600之維氏硬度值、30至300GPa之楊氏模數及2克/立方公分至7克/立方公分之密度。
  4. 如請求項1之複合物，其中當使用5牛頓負荷時該金屬黏結劑具有5至400毫米3 之磨損體積。
  5. 如請求項1之複合物，其中該金屬黏結劑中至少一種起始粉末組份具有至多比該等研磨粒子之平均粒徑大10倍之平均粒徑。
  6. 如請求項1之複合物，其中該金屬黏結劑中該至少一種 起始粉末組份具有至多比該等研磨粒子之平均粒徑大2倍之平均粒徑。
  7. 如請求項1之複合物，其中該金屬黏結劑中該至少一種起始粉末組份具有小於該等研磨粒子之平均粒徑之平均粒徑。
  8. 如請求項1之複合物，其中互連孔之體積%係為50至80，閉合孔之體積%係為0.01至90，且固有孔之體積%係為0.01至20。
  9. 如請求項1之複合物，其中該等互連孔之平均尺寸係為40至400微米，該等閉合孔之平均尺寸係為5至400微米，且該等固有孔之平均尺寸低於40微米。
  10. 如請求項1之複合物，其中該金屬黏結劑進一步包含鈷、銀、鐵、鋅、鎢、鉬、鋁、銅及鈦中的一或多種。
  11. 如請求項10之複合物，其中該金屬黏結劑進一步包含硼、矽、磷、石墨、六邊形氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢及氧化鋁中的一或多種。
  12. 如請求項1之複合物，其中該金屬黏結劑包含約25-60重量%鎳、約20-60重量%錫及約20-60重量%青銅，其中該青銅具有以重量百分比計約95：5至40：60之銅-錫比率。
  13. 如請求項1之複合物，其中該複合物形成經由熱穩定黏結劑以可操作方式耦連至芯之研磨輪緣的至少一部分。
  14. 如請求項13之複合物，其中該芯具有圓形周邊且最小比強度為2.4MPa-公分3 /克且芯密度為0.5至8.0克/公分3 。
  15. 如請求項1之複合物，其中該工件係半導體晶圓。
  16. 一種將工件研磨處理至期望表面拋光度之方法，該方法包括：將該工件安裝於可加速研磨處理之機器上；將研磨工具以可操作方式耦連至該機器，該工具包括複合物，該複合物含有金屬黏結劑，該金屬黏結劑包含鎳-錫-青銅系統，該鎳-錫-青銅系統與複數個具有0.01至100微米之平均粒徑的研磨粒子一起熱處理，該金屬黏結劑包含至少一種平均粒徑至多比該等研磨粒子之平均粒徑大15倍之起始粉末組份，其中該複合物包含約0.25至40體積%研磨粒子、約10至60體積%金屬黏結劑、及約40至90體積%總孔隙，且該總孔隙包含固有孔、閉合孔及互連孔；及使該研磨工具與該工件之表面接觸直至達成該工件之期望表面拋光度為止，其中該期望表面拋光度Ra係500埃或更低。
  17. 如請求項16之方法，其中該工件包括晶圓且研磨處理至少包含拋光及背面磨削該晶圓中之一者。
  18. 如請求項16之方法，其中該等研磨粒子係選自由金剛石、立方體狀氮化硼、氧化鋁、碳化矽、碳化硼及氧化鋯組成之群。
  19. 如請求項16之方法，其中該工件係單晶碳化矽晶圓且該期望表面拋光度Ra 係為15至25埃。
  20. 如請求項16之方法，其中該工件係單晶碳化矽晶圓且該期望表面拋光度Ra係30埃或更低。
  21. 如請求項16之方法，其中該工件係藍寶石且該期望表面拋光度Ra係200埃或更低。
  22. 如請求項16之方法，其中該金屬黏結劑進一步包含鈷、銀、鐵、鋅、鎢、鉬、鋁、銅、鈦、矽、磷、石墨、六邊形氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢及氧化鋁中之一或多種。
  23. 如請求項16之方法，其中該金屬黏結劑包含約25至60重量%鎳、約20至60重量%錫及約20至60重量%青銅，其中該青銅具有以重量百分比計約95：5至40：60之銅-錫比率。
  24. 一種製造用於將工件研磨處理至期望表面拋光度之複合物之方法，該方法包括：提供複數個研磨粒子，該等粒子具有0.01至100微米之平均粒徑；及將包含鎳-錫-青銅系統之金屬黏結劑與該等研磨粒子一起熱處理以形成複合物，該金屬黏結劑包含至少一種平均粒徑至多比該等研磨粒子之平均粒徑大15倍之起始粉末組份，其中該複合物含有約0.25至25體積%研磨粒子、約10至60體積%金屬黏結劑及約40至90體積%總孔隙，且該總孔隙包含固有孔、閉合孔及互連孔。
  25. 如請求項24之方法，其中該金屬黏結劑包含約25至60重量%鎳、約20至60重量%錫及約20至60重量%青銅，其中該青銅具有以重量百分比計約95：5至40：60之銅-錫比率，該方法進一步包括： 使鎳粉末與複數種磨料摻和以形成混合物；將錫粉末摻和至該混合物中；及將青銅粉末摻和至包含該錫粉末之該混合物中。
  26. 如請求項25之方法，其中將該青銅粉末摻和至該混合物之步驟進一步包括下列步驟中至少一步驟：將中空玻璃球摻和至該混合物中；將犧牲性孔引發劑材料摻和至該混合物中；及將分散體摻和至該混合物中。
  27. 如請求項26之方法，其中與該等研磨粒子一起熱處理金屬黏結劑之步驟包含熱處理該混合物以形成研磨物件，該方法進一步包括：將該研磨物件浸入溶劑中以浸出該分散體，從而在該研磨物件內留下互連孔。
  28. 如請求項26之方法，其中該分散體包括複數個立方體狀顆粒。
TW097137781A 2007-10-01 2008-10-01 硬性及／或脆性材料之研磨處理 TWI449601B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/906,263 US8894731B2 (en) 2007-10-01 2007-10-01 Abrasive processing of hard and /or brittle materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200927386A TW200927386A (en) 2009-07-01
TWI449601B true TWI449601B (zh) 2014-08-21

Family

ID=40343664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097137781A TWI449601B (zh) 2007-10-01 2008-10-01 硬性及／或脆性材料之研磨處理

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8894731B2 (zh)
EP (1) EP2219824B1 (zh)
JP (1) JP5314030B2 (zh)
CN (1) CN101861231B (zh)
MX (1) MX2010003296A (zh)
TW (1) TWI449601B (zh)
WO (1) WO2009045940A1 (zh)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2261278B1 (en) * 2003-11-14 2019-02-13 Wild River Consulting Group, LLC Metal polymer composite, a method for its extrusion and shaped articles made therefrom
US20090324875A1 (en) * 2003-11-14 2009-12-31 Heikkila Kurt E Enhanced property metal polymer composite
US20090127801A1 (en) * 2003-11-14 2009-05-21 Wild River Consulting Group, Llc Enhanced property metal polymer composite
US20100280164A1 (en) 2009-04-29 2010-11-04 Tundra Composites, LLC. Inorganic Composite
US9105382B2 (en) 2003-11-14 2015-08-11 Tundra Composites, LLC Magnetic composite
BRPI0621328B1 (pt) * 2006-02-09 2017-09-26 Wild River Consulting Group, Llc Composite of metal and polymer with best viscoelastic and thermal properties and heat transfer structure
US8894731B2 (en) 2007-10-01 2014-11-25 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive processing of hard and /or brittle materials
EP2240540B1 (en) 2008-01-18 2014-03-12 Wild River Consulting Group, LLC Melt molding polymer composite and method of making and using the same
CN102076462B (zh) * 2008-07-02 2013-01-16 圣戈班磨料磨具有限公司 用于电子工业中的磨料切片工具
US8821606B2 (en) * 2009-07-21 2014-09-02 Honda Motor Co., Ltd. Metal bonded grinding stone, and method of manufacturing the same
CN101829959B (zh) * 2010-04-10 2012-07-18 广东奔朗新材料股份有限公司 用于瓷砖磨槽的金刚石砂轮及瓷砖磨槽的加工方法
CN101934501B (zh) * 2010-08-26 2012-07-25 郑州磨料磨具磨削研究所 自蔓延烧结金属结合剂金刚石砂轮及其制备方法
TWI613285B (zh) 2010-09-03 2018-02-01 聖高拜磨料有限公司 粘結的磨料物品及形成方法
TW201223699A (en) * 2010-09-03 2012-06-16 Saint Gobain Abrasives Inc Bonded abrasive articles, method of forming such articles, and grinding performance of such articles
JP5907081B2 (ja) * 2012-02-02 2016-04-20 信越化学工業株式会社 合成石英ガラス基板の製造方法
JP5982971B2 (ja) * 2012-04-10 2016-08-31 住友電気工業株式会社 炭化珪素単結晶基板
CN102825537A (zh) * 2012-08-24 2012-12-19 河南省中原内配股份有限公司 一种气缸套高效珩磨砂条
AR093483A1 (es) * 2012-11-20 2015-06-10 Saint Gobain Abrasives Inc Articulo abrasivo que comprende particulas abrasivas de una composicion compuesta
WO2014106157A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Bonded abrasive article and method of grinding
WO2014106159A1 (en) 2012-12-31 2014-07-03 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Bonded abrasive article and method of grinding
WO2014106156A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Bonded abrasive article and method of grinding
WO2014165447A1 (en) 2013-03-31 2014-10-09 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Bonded abrasive article and method of grinding
CN103551989A (zh) * 2013-11-08 2014-02-05 谢泽 一种含磨料和热膨胀树脂空心微球的磨轮的制备方法
CN103537996A (zh) * 2013-11-08 2014-01-29 谢泽 一种含磨料和热膨胀树脂空心微球的磨轮
TWI602658B (zh) * 2013-12-31 2017-10-21 聖高拜磨料有限公司 研磨物件以及形成方法
KR101563741B1 (ko) * 2014-02-07 2015-10-27 (주)에스알 니켈 슬래그를 이용한 연마재 제조방법
GB201507110D0 (en) * 2015-04-27 2015-06-10 Element Six Ltd And Element Six Abrasives S A Sintered polycrystalline body
JP7088598B2 (ja) * 2016-11-18 2022-06-21 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー コーティングされたフィラー粒子を有する金属ハイブリッド研削ホイール
US10589402B2 (en) 2017-06-19 2020-03-17 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive articles and methods of forming the same
KR20200006632A (ko) * 2017-06-19 2020-01-20 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드 연마재 물품 및 이를 형성하는 방법
US10518387B2 (en) * 2017-07-18 2019-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Grinding element, grinding wheel and manufacturing method of semiconductor package using the same
US20220048161A1 (en) * 2019-02-01 2022-02-17 Noritake Co., Limited Metal bond grindstone for hard and brittle material
CN112140015A (zh) * 2019-06-28 2020-12-29 圣戈班磨料磨具有限公司 磨料制品及其形成方法
CN110508800B (zh) * 2019-07-04 2021-04-23 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种磨硬脆材料用复合结合剂磨具使用的预合金粉及其制备方法、磨具
CN112760539B (zh) * 2020-12-25 2021-12-03 辽宁省轻工科学研究院有限公司 改性钛碳化铝复合材料、制备方法及应用
CN114192788B (zh) * 2021-11-29 2023-11-03 广东省科学院新材料研究所 一种氧化铝弥散强化铜锡合金粉及其制备方法
JP2023080665A (ja) * 2021-11-30 2023-06-09 旭ダイヤモンド工業株式会社 メタルボンド砥石

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5718736A (en) * 1995-10-09 1998-02-17 Alps Electric Co., Ltd. Porous ultrafine grinder

Family Cites Families (76)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2849789A (en) 1953-12-11 1958-09-02 Gen Motors Corp Sintered powdered copper base metal and bearing formed thereof
US2828197A (en) 1954-09-15 1958-03-25 Norton Co Metal bonded diamond wheels
US2831243A (en) 1954-12-29 1958-04-22 Gen Motors Corp Sintered powdered copper base bearing
US3372010A (en) 1965-06-23 1968-03-05 Wall Colmonoy Corp Diamond abrasive matrix
US3352647A (en) 1966-08-22 1967-11-14 Clevite Corp Bearing material
US3352668A (en) 1966-08-22 1967-11-14 Clevite Corp Method for producing a bearing material
JPS5227878B2 (zh) 1973-03-20 1977-07-22
US3886925A (en) 1973-06-20 1975-06-03 Barrie F Regan Cutting wheel
US4010583A (en) 1974-05-28 1977-03-08 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Fixed-super-abrasive tool and method of manufacture thereof
US4173685A (en) 1978-05-23 1979-11-06 Union Carbide Corporation Coating material and method of applying same for producing wear and corrosion resistant coated articles
US4180048A (en) 1978-06-12 1979-12-25 Regan Barrie F Cutting wheel
US4738689A (en) 1984-03-20 1988-04-19 General Electric Company Coated oxidation-resistant porous abrasive compact and method for making same
JPS63297489A (ja) 1987-05-29 1988-12-05 Toshiba Corp 工具材用粉末
JPH072307B2 (ja) 1988-09-13 1995-01-18 旭ダイヤモンド工業株式会社 メタルボンドダイヤモンド砥石
JPH033965A (ja) 1989-05-31 1991-01-10 Mitsubishi Electric Corp 同軸形スタータ
JPH03161273A (ja) 1989-08-09 1991-07-11 Noritake Co Ltd 高速度工具鋼製圧延ロール研削用多孔性砥石
JPH03190670A (ja) * 1989-12-18 1991-08-20 Fsk Corp 有気孔性超砥粒砥石
JPH0716880B2 (ja) 1990-03-09 1995-03-01 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 巨大気孔を備えた多孔性砥石
US5221294A (en) 1991-05-22 1993-06-22 Norton Company Process of producing self-bonded ceramic abrasive wheels
US5203886A (en) * 1991-08-12 1993-04-20 Norton Company High porosity vitrified bonded grinding wheels
US5213589A (en) 1992-02-07 1993-05-25 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive articles including a crosslinked siloxane, and methods of making and using same
GB9309972D0 (en) 1993-05-14 1993-06-30 De Beers Ind Diamond Tool insert
US5429648A (en) 1993-09-23 1995-07-04 Norton Company Process for inducing porosity in an abrasive article
CN1046128C (zh) * 1994-11-29 1999-11-03 王文考 金刚石磨块
US5500450A (en) 1995-04-05 1996-03-19 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Ultra-low density microcellular polymer foam and method
US6478831B2 (en) 1995-06-07 2002-11-12 Ultimate Abrasive Systems, L.L.C. Abrasive surface and article and methods for making them
AT403671B (de) * 1996-02-14 1998-04-27 Swarovski Tyrolit Schleif Schleifwerkzeug mit einem metall-kunstharzbindemittel und verfahren zu seiner herstellung
US6536352B1 (en) 1996-07-11 2003-03-25 Delta Frangible Ammunition, Llc Lead-free frangible bullets and process for making same
US5738696A (en) 1996-07-26 1998-04-14 Norton Company Method for making high permeability grinding wheels
US5738697A (en) 1996-07-26 1998-04-14 Norton Company High permeability grinding wheels
JPH1064779A (ja) 1996-08-16 1998-03-06 Sony Corp 半導体装置の製造方法およびこれに用いる半導体製造装置
US6157931A (en) 1997-02-11 2000-12-05 Connected Corporation Database/template driven file selection for backup programs
US5940507A (en) 1997-02-11 1999-08-17 Connected Corporation Secure file archive through encryption key management
US6101507A (en) 1997-02-11 2000-08-08 Connected Corporation File comparison for data backup and file synchronization
JP2972623B2 (ja) 1997-02-17 1999-11-08 ノリタケダイヤ株式会社 メタルボンド砥石
US5951378A (en) 1997-08-07 1999-09-14 Norton Company Method for grinding bimetallic components
US6224473B1 (en) 1997-08-07 2001-05-01 Norton Company Abrasive inserts for grinding bimetallic components
US5832360A (en) 1997-08-28 1998-11-03 Norton Company Bond for abrasive tool
US6254660B1 (en) 1997-11-28 2001-07-03 Saint-Gobain Recherche Corrosion-resistant alloy, preparation process and article made from the alloy
JP4173573B2 (ja) * 1997-12-03 2008-10-29 株式会社ナノテム 多孔質砥粒砥石の製造方法
JP2002503559A (ja) 1998-02-19 2002-02-05 ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー ガラス研削用研磨製品および方法
US6102789A (en) 1998-03-27 2000-08-15 Norton Company Abrasive tools
US6019668A (en) 1998-03-27 2000-02-01 Norton Company Method for grinding precision components
DK1066134T5 (da) 1998-03-27 2003-01-06 Norton Co Slibeværktøjer
US6086648A (en) 1998-04-07 2000-07-11 Norton Company Bonded abrasive articles filled with oil/wax mixture
US6123612A (en) * 1998-04-15 2000-09-26 3M Innovative Properties Company Corrosion resistant abrasive article and method of making
US6019667A (en) 1998-05-26 2000-02-01 Dow Corning Corporation Method for grinding silicon metalloid
US6056795A (en) 1998-10-23 2000-05-02 Norton Company Stiffly bonded thin abrasive wheel
US6200208B1 (en) 1999-01-07 2001-03-13 Norton Company Superabrasive wheel with active bond
JP2000233374A (ja) * 1999-02-15 2000-08-29 Bando Kiko Kk メタルボンドダイヤモンド砥石及びその製造方法
US6319108B1 (en) 1999-07-09 2001-11-20 3M Innovative Properties Company Metal bond abrasive article comprising porous ceramic abrasive composites and method of using same to abrade a workpiece
US6416560B1 (en) * 1999-09-24 2002-07-09 3M Innovative Properties Company Fused abrasive bodies comprising an oxygen scavenger metal
CA2327634A1 (en) 1999-12-07 2001-06-07 Powdermet, Inc. Abrasive particles with metallurgically bonded metal coatings
JP2001246566A (ja) 1999-12-28 2001-09-11 Fujimi Inc 研削用砥石およびその製造方法並びにそれを用いた研削方法
JP2002001668A (ja) 2000-06-19 2002-01-08 Mitsubishi Materials Corp メタルボンド砥石
US6372012B1 (en) 2000-07-13 2002-04-16 Kennametal Inc. Superhard filler hardmetal including a method of making
GB0106016D0 (en) * 2001-03-12 2001-05-02 Esselte Nv Printing Device
US6593391B2 (en) 2001-03-27 2003-07-15 General Electric Company Abrasive-filled thermoset composition and its preparation, and abrasive-filled articles and their preparation
US6685755B2 (en) 2001-11-21 2004-02-03 Saint-Gobain Abrasives Technology Company Porous abrasive tool and method for making the same
US6988937B2 (en) 2002-04-11 2006-01-24 Saint-Gobain Abrasives Technology Company Method of roll grinding
US6679758B2 (en) 2002-04-11 2004-01-20 Saint-Gobain Abrasives Technology Company Porous abrasive articles with agglomerated abrasives
US20060213128A1 (en) 2002-09-24 2006-09-28 Chien-Min Sung Methods of maximizing retention of superabrasive particles in a metal matrix
US20060059785A1 (en) 2002-09-24 2006-03-23 Chien-Min Sung Methods of maximizing retention of superabrasive particles in a metal matrix
US20050108948A1 (en) 2002-09-24 2005-05-26 Chien-Min Sung Molten braze-coated superabrasive particles and associated methods
JP2004148469A (ja) 2002-10-31 2004-05-27 Mitsui Kensaku Toishi Kk メタルボンド研削工具
US6713873B1 (en) 2002-11-27 2004-03-30 Intel Corporation Adhesion between dielectric materials
JP2004291218A (ja) 2003-03-28 2004-10-21 Kurenooton Kk メタルボンドホイール
JP4283088B2 (ja) 2003-10-30 2009-06-24 弘 江田 工作物表面加工方法
JP2005254352A (ja) 2004-03-09 2005-09-22 Fukuoka Prefecture 研削砥石及びその製造方法
US20050260939A1 (en) 2004-05-18 2005-11-24 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Brazed diamond dressing tool
JP4624011B2 (ja) * 2004-06-24 2011-02-02 株式会社ノリタケスーパーアブレーシブ ラップホイール用砥粒層構造
JP5133059B2 (ja) 2004-09-10 2013-01-30 エレメント シックス リミテッド 高密度研磨材成形体
UA9549U (en) 2004-11-26 2005-10-17 Poltava Diamond Factory Open J Bond for diamond-abrasive tool
US7347882B2 (en) 2006-01-17 2008-03-25 Alex Cooper Method of manufacturing of abrasive tools
KR20140131598A (ko) 2006-12-28 2014-11-13 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 사파이어 기판
US8894731B2 (en) 2007-10-01 2014-11-25 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive processing of hard and /or brittle materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5718736A (en) * 1995-10-09 1998-02-17 Alps Electric Co., Ltd. Porous ultrafine grinder

Also Published As

Publication number Publication date
CN101861231A (zh) 2010-10-13
US8894731B2 (en) 2014-11-25
TW200927386A (en) 2009-07-01
EP2219824B1 (en) 2015-09-23
WO2009045940A1 (en) 2009-04-09
JP5314030B2 (ja) 2013-10-16
JP2010540261A (ja) 2010-12-24
MX2010003296A (es) 2010-09-24
EP2219824A1 (en) 2010-08-25
CN101861231B (zh) 2013-03-27
US20090084042A1 (en) 2009-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI449601B (zh) 硬性及／或脆性材料之研磨處理
KR100623900B1 (ko) 다공성 연마 공구 및 그 제조 방법
US8882868B2 (en) Abrasive slicing tool for electronics industry
KR100359401B1 (ko) 연삭 공구
JP2006346857A (ja) 研磨工具
RU2594923C2 (ru) Шлифовальный инструмент для обработки хрупких материалов и способ изготовления шлифовального инструмента
CN113329846B (zh) 高硬质脆性材料用金属结合剂磨石
TW201500535A (zh) 具有混合型結合劑之多功能磨料製品
JPS64183B2 (zh)
JP2005246569A (ja) 鏡面研削用レジノイド砥石
TW201902628A (zh) 多孔性之磨料叢集體、磨削工具及其製備方法
CN113474123A (zh) 含玻璃填料的金属结合剂磨石
IE84508B1 (en) Porous abrasive tool and method for making the same