TWI602658B - 研磨物件以及形成方法 - Google Patents

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斯里尼瓦桑 拉瑪納斯
拉馬努金 維丹瑟恩
約翰 Ｍ 格爾休斯
雷克哈那 尤帕海伊
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聖高拜磨料有限公司
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Description

研磨物件以及形成方法
以下內容是關於研磨物件，且特定而言，是關於適於處理諸如藍寶石的硬質材料的黏結式研磨物件。
一般熟知使用多孔研磨件以改良機械輪磨製程。孔通常提供對諸如冷卻劑以及潤滑劑的輪磨流體的近接，此情況傾向於促進較有效地切割、最小化冶金損害(例如，表面燒損)且最大化工具壽命。孔亦准許清除自受輪磨物件所移除的材料(例如，碎屑或切屑)。
在輪磨以及拋光硬質材料(諸如，通常用於電子以及光學工業中的單晶材料)時，黏結式磨具是尤其有用的。舉例而言，一種此材料為藍寶石，其用作用於紅外以及微波系統的窗、用於紫外線至近紅外光的光學透射窗、發光二極體、紅寶石雷射、雷射二極體且甚至用作用於微電子積體電路應用、超導化合物的生長以及半導電材料(諸如，氮化鎵以及其類似者)的形成的基板。
輪磨並拋光諸如藍寶石的單晶材料是極其慢且 費力的製程。必須利用積極研磨製程以及材料以達成可接受的拋光速率，然而此等製程使單晶材料的完整性面臨受到損害以及污染的風險。
因此，需要用於輪磨以及拋光諸如藍寶石的硬質單晶材料的經改良研磨物件。
在一個態樣中，一種研磨物件包含黏結式研磨主體，黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內，研磨粒子具有不大於約20μm的平均粒徑；以及不大於約16μm的孔徑標準偏差。
在另一態樣中，一種研磨物件包含黏結式研磨主體，黏結式研磨主體具有：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內，研磨粒子具有不大於約20μm的平均粒徑；以及不大於約110μm的平均孔徑。
在又一態樣中，一種研磨物件包含黏結式研磨主體，黏結式研磨主體具有：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內；以及至少約5的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
在又一態樣中，一種研磨物件可包含黏結式研磨主體，黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內；以及至少約0.025的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率。
在又一態樣中，一種研磨物件包含黏結式研磨主 體，黏結式研磨主體具有：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內；不大於約110μm的平均孔徑；以及不大於約16μm的孔徑標準偏差。
前述內容已相當廣泛地並以非限制性方式概述本發明的特徵以及技術優勢，以便可較好地理解接下來的實施方式。下文將描述本發明的額外特徵以及優勢。熟習此項技術者應瞭解，所揭露的概念以及特定實施例可易於用作修改或設計用於進行本發明相同目的的其他結構的基礎。熟習此項技術者亦應意識到此等等效構造並不脫離如在所附申請專利範圍中所闡述的本發明的範疇。
102‧‧‧亮區域
104‧‧‧暗區域
藉由參考隨附圖式，可較好地理解本發明，且其眾多特徵以及優勢對熟習此項技術者而言變得顯而易見。
圖1包含習知研磨物件的SEM相片。
圖2包含根據本文中實施例的研磨物件的SEM相片。
圖3包含習知研磨物件以及根據本文中實施例的研磨物件的總孔隙率的繪圖。
圖4包含繪示圖3的兩個樣本的孔徑的繪圖。
圖5包含圖3的兩個樣本的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的繪圖。
圖6包含圖3的兩個樣本的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的繪圖。
以下內容是關於研磨物件，且更特定而言，是關於黏結式研磨物件，其包含在黏結材料體積內所含有的研磨粒子。此外，本文中實施例的研磨粒子可含有某一含量的孔隙。本文中實施例的研磨物件可適用於材料移除操作，包含(例如)基板或晶圓(且更特定而言為諸如藍寶石的硬質材料的基板或晶圓)上的材料移除操作。
可藉由將某些組份組合在一起以及形成混合物而促進形成根據本文中實施例的研磨物件。此等組份可包含可存在於原始混合物中以及最後形成的研磨物件中的永久性組份，諸如研磨粒子、黏結材料以及其類似者。在處理期間永久性組份可經歷一些改變(諸如，組合物改變)。其他組份可包含暫時性組份，其中此等暫時性組份可存在於初始混合物中但可未必存在於最後形成的研磨物件中。一些暫時性組份的實例可包含填料(諸如，造孔材料)。此外，混合物可為乾燥或潤濕混合物。將瞭解，在某些潤濕混合物中，可提供添加劑以促進組份在彼此內的合適分散。
在形成混合物之後，可將混合物形成為生坯。用於產生生坯的合適形成製程可包含模製、鑄造、按壓、沈積、印刷以及其組合。
在合適地形成生坯之後，可藉由利用一或多個處理將生坯轉換成最後形成的研磨物件。合適處理可包含(但不限於)加熱、乾燥、燒結、冷卻、按壓以及其組合。在至少一個實施例中，可使用熱壓操作將生坯形成為最後形成的 研磨物件，其中將生坯加熱至至少約350℃至650℃的溫度。此外，在冷壓操作期間，可在可至少為約0.5公噸/平方吋的特定力下壓實生坯。
在一個特定態樣中，形成黏結式研磨主體的方法可包含提供包含黏結材料或黏結前驅體材料、研磨粒子以及包含分散體材料的填料的初始混合物。在特定實施例中，分散體材料可具有某一粒徑分佈。舉例而言，在一個實施例中，可由不大於約110μm(諸如，不大於約100μm、不大於約95μm或甚至不大於約90μm)的平均粒徑界定粒徑分佈。在另外其他非限制性實施例中，可由至少約40μm(諸如，至少約50μm、至少約60μm或甚至至少約70μm)的平均粒徑界定分散體材料的粒徑分佈。將瞭解，分散體材料可具有界定在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的平均粒徑的粒徑分佈。
在又一實施例中，分散體材料的粒徑分佈可具有橫跨不大於約15μm的一系列粒徑的第一標準偏差。亦即，(例如)如此項技術中所理解的第一標準偏差將在粒徑分佈曲線上界定捕獲如由粒徑分佈曲線所界定的中值粒徑的任一側的大約67%的研磨粒徑，且更特定而言大約33.5%的研磨粒徑的一系列粒徑。在另一特定實施例中，粒徑應具有橫跨不大於約12μm(諸如，不大於約11μm、不大於約10μm、不大於約9μm、不大於約8μm或甚至不大於約7μm)的一系列粒徑的第一標準偏差。又，在至少一個非限制性實施例中，粒徑分佈可具有橫跨最少約1μm(諸如，至少約2μm、至少約 3μm或甚至至少約4μm)的一系列粒徑的第一標準偏差。將瞭解，分散體材料的粒徑分佈可具有橫跨在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的一系列粒徑的第一標準偏差。
根據實施例，分散體材料可包含鹽。更特定而言，分散體材料可包含包含至少一種金屬元素以及一種鹵素元素的材料。更特定而言，(例如)分散體材料可包含氯化鈉。
對於本文中的某些實施例，可在黏結式研磨主體的形成期間自混合物移除分散體材料。舉例而言，在一個實施例中，在自生坯形成研磨物件之後，可將研磨物件部分或完全浸沒於適於溶解分散體材料的溶劑浴內。舉例而言，在一個實施例中，對於包括鹽的分散體材料，溶劑可包含水。研磨物件的最後形成的主體對分散體材料的溶解可促進形成特定類型以及含量的孔隙以及形成具有本文中實施例的特徵的黏結式研磨物件。
現參考黏結式研磨主體的某些態樣，在一種情況下，所述主體可具有可促進本文中實施例的一或多個特徵的特定含量的孔隙。舉例而言，在一個實施例中，相對於黏結式研磨主體的總體積，所述主體可具有至少30體積%的孔隙。在另外其他情況下，相對於黏結式研磨主體的總體積，所述主體可包含至少約40體積%(諸如，至少約45體積%、至少約50體積%、至少約55體積%、至少約60體積%、至少約65體積%、至少約70體積%或甚至至少約75體積%)的孔隙。另外，在其他非限制性實施例中，相對於黏結式研磨主 體的總體積，黏結式研磨主體可包含不大於約90體積%的孔隙，諸如不大於約88體積%、不大於約85體積%、不大於約83體積%或甚至不大於約80體積%的孔隙。將瞭解，黏結式研磨主體內的孔隙含量可在上文所提到的最小百分比與最大百分比中的任一者之間的範圍內。
此外，黏結式研磨主體可包含促進本文中實施例的特徵的特定類型的孔隙。舉例而言，所述主體可包含如下孔隙，其中孔隙的至少一部分為界定延伸穿過黏結式研磨主體體積的互連通道網路的互連孔隙。在至少一個實施例中，黏結式研磨主體內的大部分孔隙可為互連孔隙。舉例而言，在某些情況下，孔隙的至少約51體積%可為互連孔隙，諸如孔隙總體積的至少約55體積%、至少約60體積%、至少約70體積%、至少約80體積%或甚至至少約90體積%可為互連孔隙。在一個特定實施例中，黏結式研磨主體內的基本上所有孔隙可為互連孔隙。另外，在另一非限制性實施例中，黏結式研磨主體可具有的孔隙總體積的不大於約90體積%可為互連孔隙。將瞭解，黏結式研磨主體可具有在上文所提到的最小百分比與最大百分比中的任一者之間的範圍內的互連孔隙含量。
根據另一實施例，最後形成的研磨物件的黏結材料可包含金屬材料，且更特定而言，黏結材料可包含過渡金屬元素。舉例而言，一些合適的過渡金屬元素可包含選自由銅、錫、銀、鎳以及其組合的群組的過渡金屬元素。
根據一個態樣，黏結材料可包含青銅材料，其包 含可促進具有本文中實施例的特徵的研磨物件的特定含量的銅以及錫。在一些實施例中，黏結材料可包含青銅，其包含比錫含量小的銅含量(例如，40%的銅以及60%的錫)。另外，在其他實施例中，青銅黏結材料可具有大於錫含量的銅含量(例如，60%的銅以及40%的錫)或甚至實質上等於錫含量的銅含量(例如，50%的銅以及50%的錫)。
對於至少一個實施例，青銅黏結材料可包含為至少約0.2(按重量計)的銅錫比(Cu/Sn)，諸如至少約0.23、至少約0.25、至少約0.28、至少約0.3、至少約0.33、至少約0.35、至少約0.38、至少約0.4、至少約0.43、至少約0.45、至少約0.48、至少約0.5、至少約0.53、至少約0.55、至少約0.58、至少約0.6、至少約0.63、至少約0.65、至少約0.68、至少約0.7、至少約0.73、至少約0.75、至少約0.78、至少約0.8或甚至至少約0.9的銅錫比。另外，在另一非限制性實施例中，黏結材料可包含具有如下銅錫比的青銅：可不大於約0.93，諸如不大於約0.9、不大於約0.88、不大於約0.85、不大於約0.83、不大於約0.8、不大於約0.78、不大於約0.75、不大於約0.73、不大於約0.7、不大於約0.68、不大於約0.65、不大於約0.63、不大於約0.6、不大於約0.58、不大於約0.55、不大於約0.53、不大於約0.5、不大於約0.48、不大於約0.45、不大於約0.43、不大於約0.4、不大於約0.3或甚至不大於約0.2。將瞭解，銅錫比可是基於組份(亦即，銅以及錫)中的每一者的重量或重量百分比。此外，將瞭解，包含青銅的黏結材料可具有在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之 間的範圍內的銅錫比。
根據另一實施例，黏結式研磨主體可包含適於形成具有本文中實施例的特徵的黏結式研磨主體的特定含量的黏結材料。舉例而言，相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體可具有至少約10體積%的黏結材料。在其他實施例中，黏結式研磨主體內的黏結材料含量可較大，諸如至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%、至少約45體積%或甚至至少約49體積%。另外，在另一非限制性實施例中，相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體可包含不大於約85體積%的黏結材料，諸如不大於約82體積%、不大於約80體積%、不大於約75體積%、不大於約70體積%或甚至不大於約65體積%的黏結材料。將瞭解，黏結式研磨主體可包含在上文所提到的最小百分比與最大百分比中的任一者之間的範圍內的黏結材料含量。
根據特定實施例，黏結式研磨主體可包含可具有促進根據本文中實施例的特徵的黏結式研磨主體的形成以及效能的特定組合物的研磨粒子。舉例而言，研磨粒子可包含無機材料。更特定而言，研磨粒子可包含天然存在材料、合成材料及/或其組合。舉例而言，在某些情況下，研磨粒子可包含來自氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、硼氧化物、含碳材料、金剛石及/或其組合的群組的材料。在某些情況下，研磨粒子可包含超硬研磨材料。舉例而言，一個例示性超硬研磨材料可包含金剛石。其他類型的 合適超硬研磨材料可包含立方氮化硼。在至少一個實施例中，研磨物件可基本上由金剛石組成。更特定而言，研磨粒子可具有某一含量的多晶金剛石。
黏結式研磨主體可包含促進根據本文中實施例的黏結式研磨物件的特徵的特定含量的研磨粒子。舉例而言，相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體可包含至少約0.25體積%的研磨粒子。在其他情況下，相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體內的研磨粒子含量可較大，諸如至少約0.5體積%、至少約1體積%、至少約2體積%、至少約3體積%、至少約4體積%、至少約5體積%、至少約6體積%、至少約10體積%、至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%或甚至至少約45體積%。另外，在另一非限制性實施例中，相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體可包含不大於約70體積%的研磨粒子，諸如不大於約60體積%、不大於約50體積%、不大於約40體積%、不大於約30體積%、不大於約20體積%、不大於約10體積%或甚至不大於約5體積%的研磨粒子。將瞭解，黏結式研磨主體內的研磨粒子含量可在上文所提到的最小百分比與最大百分比中的任一者之間的範圍內。
根據另一實施例，黏結式研磨主體內的研磨粒子可具有促進根據本文中實施例的黏結式研磨粒子的特徵的特定平均粒徑。舉例而言，研磨粒子可具有不大於約18μm的平均粒徑。在其他情況下，研磨粒子可具有較小平均粒徑， 諸如不大於約17μm、不大於約16μm、不大於約15μm、不大於約14μm、不大於約13μm、不大於約12μm、不大於約10μm、不大於約9μm、不大於約8μm、不大於約7μm或甚至不大於約6μm。另外，在另一非限制性實施例中，研磨粒子可具有至少約0.25μm的平均粒徑，諸如至少約0.5μm、至少約0.8μm、至少約1μm、至少約2μm、至少約3μm、至少約4μm、至少約5μm或甚至至少約6μm的平均粒徑。將瞭解，研磨粒子可具有在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的平均粒徑。
在某些情況下，黏結式研磨主體可具有促進本文中實施例的黏結式研磨物件的特徵的特定孔隙。舉例而言，在至少一個實施例中，所述主體可具有不大於約25的孔徑標準偏差。可使用多種已知方法(諸如，對已填充有環氧樹脂的孔的樣本區段所執行的SEM計量)判定平均孔徑以及標準偏差。在又一情況下，黏結式研磨主體可具有不大於約16的孔徑標準偏差，諸如不大於約15、不大於約14、不大於約13、不大於約12、不大於約11、不大於約10、不大於約9、不大於約8或甚至不大於約7，或甚至不大於約3，或甚至不大於約2的孔徑標準偏差。另外，在另一非限制性實施例中，黏結式研磨主體可具有至少約1或甚至至少約2的孔徑方差。將瞭解，黏結式研磨主體可具有在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的孔徑標準偏差。
在特定情況下，本文中實施例的黏結式研磨主體可具有促進研磨粒子的特徵的特定平均孔徑。舉例而言，黏 結式研磨主體可具有不大於約117μm的平均孔徑，諸如不大於約110μm、不大於約100μm、不大於約95μm或甚至不大於約90μm的平均孔徑。在又一非限制性實施例中，黏結式研磨主體可具有至少約1μm的平均孔徑，諸如至少約5μm、至少約10μm、至少約15μm、至少約20μm、至少約30μm、至少約40μm、至少約50μm、至少約60μm、至少約70μm或甚至至少約80μm的平均孔徑。將瞭解，黏結式研磨主體可具有在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的平均孔徑。
在又一態樣中，黏結式研磨主體可表明機械性質的特定組合。舉例而言，所述主體可具有至少約為五的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
可使用任何合適的已知方法判定磨耗率，包含(例如)使用諸如Struers Rotoforce-4的自動拋光機/輪磨機以在恆定負載下對研磨主體的表面研磨歷時設定時間。可以變化的負載測試數個樣本，其中在每一測試之前及之後對樣本稱重。針對每一不同負載記錄材料損耗的體積，且將其標繪為材料損耗體積(mm3)對所施加負載(N)。如本文中所使用，由來自材料損耗體積對所施加負載繪圖的線性擬合曲線的斜率判定以mm3/N表達的「磨耗率」。可由如ASTM D790-03中所描述的標準3點彎曲測試量測撓曲強度(以MPa表達)。
在另一實施例中，磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率可至少約為5.5、至少約為6、至少約為6.5、 至少約為7、至少約為7.5、至少約為8、至少約為8.5、至少約為9、至少約為9.5或甚至至少約為10。另外，在又一實施例中，黏結式研磨主體可具有不大於約40的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率，諸如不大於約30或甚至不大於約20的比率。將瞭解，黏結式研磨主體可具有在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
此外，在又一態樣中，黏結式研磨主體可具有機械特徵的特定組合，包含(例如)磨耗率以及最大壓縮負載。可如上文所描述地判定磨耗率。可使用任何合適的已知方法判定最大壓縮負載，包含(例如)使用s負載框架(諸如，由MTS所製造的負載訊框)。樣本(例如，具有50mm x 3mm(150mm2)的面積的樣本)可經受壓縮測試以判定黏結式研磨主體肉眼可見地失敗時的負載。舉例而言，在一個實施例中，黏結式研磨主體可具有至少為0.025的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率，諸如至少約為0.028、至少約為0.03、至少約為0.033、至少約為0.035、至少約為0.038或甚至至少約為0.04的比率。另外，在另一實施例中，磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率可不大於約0.2，諸如不大於約0.1。將瞭解，本文中實施例的黏結式研磨主體可具有在上文所提到的最小值與最大值中的任一者之間的範圍內的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率。
在某些情況下，本文中的黏結式研磨主體可適於進行材料移除操作。在此等操作中，製程可包含相對於工件 移動黏結式研磨物件以自工件移除材料。將瞭解，在此等操作中，可相對於固定工件移動黏結式研磨物件，或替代地，可相對於固定黏結式研磨物件移動工件。另外，在另一實施例中，可獨立地且相對於彼此移動黏結式研磨物件與工件(諸如，在相同方向或替代方向上)。
本文中實施例的黏結式研磨物件可尤其適於對具有至少約1500kg/mm2至約3000kg/mm2的維氏硬度的工件進行材料移除操作。在某些情況下，工件可包含硬質材料，包含(例如)藍寶石。在至少一個實施例中，自工件移除材料的製程可包含相對於包括藍寶石的工件的表面移動黏結式研磨物件。更特定而言，在某些情況下，包括藍寶石的工件可具有上表面，其中工件表面的至少一部分與藍寶石的C平面相交。更特定而言，可完全由藍寶石的C平面界定工件表面。在另外其他情況下，包括藍寶石的工件可具有實質上為C平面藍寶石的上表面，使得可與藍寶石的準確C平面偏離一些可接受傾斜角度，然而工件仍可表徵為「C平面藍寶石」。
在至少一個態樣中，根據使用1500rpm的滾輪速度、20μm/min至40μm/min的饋入比率以及350rpm的工作夾盤速度的標準化藍寶石輪磨測試，本文中實施例的黏結式研磨物件表明經改良材料移除能力。舉例而言，在至少一個實施例中，根據標準化藍寶石輪磨測試，研磨物件可達成小於約400埃的所要表面光潔度。在其他實施例中，根據標準化藍寶石輪磨測試，黏結式研磨物件可達成約100埃的所要表面光潔度。此外，根據標準化藍寶石輪磨測試，本文中 實施例的研磨物件能夠移除至少約10μm至約30μm的材料，且基於方程式[(Rao-Rag)/Rao]x 100%將表面粗糙度減少至少50%，其中Rao表示在移除材料之前工件的表面粗糙度，且Rag表示在完成移除材料製程後工件的表面粗糙度。
實例
製備研磨物件的三個樣本；使用習知技術製備第一樣本C1，而根據本文中的實施例製備樣本S1以及樣本S2。如下文的表1中所概括，使用具有70μm至210μm的大小範圍的分散體材料製備習知樣本C1，而使用具有70μm至95μm的大小範圍的分散體材料製備樣本S1以及S2。樣本C1以及S1兩者皆包含相同百分比的研磨粒子(黏結式研磨主體的總體積的體積%)，且兩者皆包含具有大約6μm至12μm的平均粒徑的金剛石研磨粒子。樣本S2使用具有大約5μm的平均粒徑的較細研磨粒子，但包括相同於C1的黏結式研磨主體總體積的總體積%。青銅(按重量計銅錫比為50/50)用作用於所有樣本的黏結材料。
圖1繪示樣本C1的黏結式研磨的SEM相片。圖2繪示樣本S1的黏結式研磨的SEM相片。在圖1以及圖2的SEM影像中，亮區域102為黏結/研磨粒子且暗區域104為孔隙。樣本S1以及S2的可溶填料的平均粒徑小於習知樣本C1，且平均孔徑分佈較窄，從而導致比C1小的孔徑標準偏差，如可藉由比較圖1與圖2看出。
在樣本測試期間，習知樣本C1不能輪磨(自其移除材料)C平面藍寶石工件。樣本S1能夠輪磨C平面藍寶石工件，且產生具有約500埃至600埃的光潔度的藍寶石表面。樣本S2產生具有約350埃至500埃的光潔度的藍寶石表面。
圖3說明樣本C1以及S1的總孔隙率的區間圖。圖4說明繪示兩個樣本的平均孔徑的區間圖。如圖4中可見，孔徑不同；其中C1具有約117μm的平均孔徑，而S1具有約84μm的平均孔徑。圖4亦繪示樣本C1具有比S1小的孔徑均勻性(較大孔徑範圍)。
圖5說明樣本C1以及S1的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的繪圖。習知樣本C1的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率約為4.0，而樣本S1的比率約為1.1。圖6說明樣本C1以及S1的磨耗率(mm3/N)對最大壓縮負載(N)的繪圖。習知樣本C1的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率約為0.023，而樣本S1的比率約為0.054。
對於本文中的某些實施例，黏結式研磨主體是自 動修整的。換言之，歸因於在輪磨操作期間由載入研磨主體的輪磨面時的輪磨碎屑所導致的不可接受的功率消耗增加，此等黏結式研磨主體在使用期間將並不要求修整或額外調整。在一些情況下，在如本文中所描述的標準化藍寶石輪磨測試期間，黏結式研磨主體將具有不大於50%的功率尖峰。在一些情況下，當使用根據本文中實施例的黏結式研磨主體時，此標準化藍寶石輪磨測試期間的峰值功率與平均功率的比率為1.5或小於1.5。
前述實施例表示與目前技術水平的偏離。值得注意的是，本文中實施例的黏結式研磨主體包含此項技術中先前未認識到的特徵組合且促進效能改良。此等特徵可包含(但不限於)特定研磨粒子類型以及大小、孔隙的特定大小以及含量、黏結材料以及含量，以及其組合。本文中實施例的黏結式研磨主體已表明優於目前技術水平的黏結式研磨主體的顯著且出人意料的改良。
應將上文所揭露的標的物視為說明性而非限制性的，且所附申請專利範圍意欲涵蓋屬於本發明的真實範疇內的所有此等修改、增強以及其他實施例。因此，本發明的範疇由以下申請專利範圍以及其等效物的最廣泛容許解釋判定，直至由法律允許的最大程度，而不應受前述實施方式的約束或限制。
本發明的摘要是以遵守專利法來提供，且按其將不用於解釋或限制申請專利範圍的範疇或含義的理解來提交。另外，在圖式的前述詳細說明中，出於精簡本發明的目 的，可將各種特徵分組在一起或描述於單一實施例中。不應將本發明解釋為反映以下意圖：所主張的實施例要求比每一申請專利範圍項中所明確敍述多的特徵。更確切而言，如以下申請專利範圍所反映，本發明的標的物可針對所揭露實施例中的任一者的少於所有特徵。因此，將以下申請專利範圍併入圖式的詳細說明中，其中每一申請專利範圍項就其自身而言如同單獨定義所主張標的物一般。
項目1。一種研磨物件，其包括：黏結式研磨主體，所述黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內，研磨粒子具有不大於約20微米的平均粒徑；以及不大於約16微米的孔徑標準偏差。
項目2。一種研磨物件，其包括：黏結式研磨主體，所述黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內，研磨粒子具有不大於約20微米的平均粒徑；以及不大於約110微米的平均孔徑。
項目3。一種研磨物件，其包括：黏結式研磨主體，所述黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內；以及至少約5的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
項目4。一種研磨物件，其包括：黏結式研磨主體，所述黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內；以及至少約0.025的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率。
項目5。一種研磨物件，其包括：黏結式研磨主 體，所述黏結式研磨主體包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於黏結材料內；不大於約110微米的平均孔徑；以及不大於約16微米的孔徑標準偏差。
項目6。如項目1的研磨物件，其中孔徑標準偏差不大於約8微米。
項目7。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中相對於黏結式研磨主體的總體積，所述主體包括至少約30體積%、至少約40體積%、至少約45體積%、至少約50體積%、至少約55體積%、至少約60體積%、至少約65體積%、至少約70體積%、至少約75體積%且不大於約90體積%、不大於約88體積%、不大於約85體積%、不大於約83體積%、不大於約80體積%的孔隙。
項目8。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括孔隙，且孔隙的至少一部分為界定延伸穿過所述主體的互連通道網路的互連孔隙、所述主體的孔隙的至少大部分為互連孔隙，其中總孔隙的至少約51體積%為互連孔隙，其中總孔隙的至少約55體積%、至少約60體積%、至少約70體積%、至少約80體積%、至少約90體積%為互連孔隙，其中基本上所有孔隙為互連孔隙，其中不大於約90體積%的孔隙為互連孔隙。
項目9。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中黏結材料包括過渡金屬元素，其中黏結材料包括選自由銅、錫、銀、鎳以及其組合組成的群組的過渡金屬元素。
項目10。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中黏結材料包括包含銅(Cu)以及錫(Sn)的青銅，其中青銅包括不小於錫含量的銅含量，其中青銅包括大於錫含量的銅含量，其中青銅包括至少約0.2、至少約0.23、至少約0.25、至少約0.28、至少約0.3、至少約0.33、至少約0.35、至少約0.38、至少約0.4、至少約0.43、至少約0.45、至少約0.48、至少約0.5、至少約0.53、至少約0.55、至少約0.58、至少約0.6、至少約0.63、至少約0.65、至少約0.68、至少約0.7、至少約0.73、至少約0.75、至少約0.78、至少約0.8、至少約0.9的銅/錫比(Cu/Sn)。
項目11。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中黏結材料包括包含銅(Cu)以及錫(Sn)的青銅，其中青銅包括不大於約0.93、不大於約0.9、不大於約0.88、不大於約0.85、不大於約0.83、不大於約0.8、不大於約0.78、不大於約0.75、不大於約0.73、不大於約0.7、不大於約0.68、不大於約0.65、不大於約0.63、不大於約0.6、不大於約0.58、不大於約0.55、不大於約0.53、不大於約0.5、不大於約0.48、不大於約0.45、不大於約0.43、不大於約0.4、不大於約0.3、不大於約0.2的銅/錫比(Cu/Sn)。
項目12。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體包括至少約10體積%、至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%、至少約45體積%、至少約49 體積%的黏結材料。
項目13。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體包括不大於約85體積%、不大於約82體積%、不大於約80體積%、不大於約75體積%、不大於約70體積%、不大於約65體積%的黏結材料。
項目14。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中研磨粒子包括無機材料，其中研磨粒子包括天然存在的材料，其中研磨粒子包括合成材料，其中研磨粒子包括選自由氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、碳氧化物、氮氧化物、硼氧化物、含碳材料、金剛石以及其組合組成的群組的材料。
項目15。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中研磨粒子包括超硬研磨材料，其中研磨粒子包括金剛石，其中研磨粒子包括立方氮化硼，其中研磨粒子基本上由金剛石組成，其中研磨粒子包括某一含量的多晶金剛石。
項目16。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體包括至少約0.25體積%、至少約0.5體積%、至少約1體積%、至少約2體積%、至少約3體積%、至少約4體積%、至少約5體積%、至少約6體積%、10體積%、至少約15體積%、至少約20體積%、至少約25體積%、至少約30體積%、至少約35體積%、至少約40體積%、至少約45 體積%的研磨粒子。
項目17。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中相對於黏結式研磨主體的總體積，黏結式研磨主體包括不大於約70體積%、不大於約60體積%、不大於約50體積%、不大於約40體積%、不大於約30體積%、不大於約20體積%或不大於約10體積%的研磨粒子。
項目18。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中研磨粒子具有不大於約18微米、不大於約17微米、不大於約16微米、不大於約15微米、不大於約14微米、不大於約13微米、不大於約12微米、不大於約10微米、不大於約9微米、不大於約8微米、不大於約7微米或不大於約6微米的平均粒徑。
項目19。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中研磨粒子具有至少約0.25微米、至少約0.5微米、至少約0.8微米、至少約1微米、至少約2微米、至少約3微米、至少約4微米、至少約5微米或至少約6微米的平均粒徑。
項目20。如項目1、項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體經組態以輪磨藍寶石，其中所述主體經組態以輪磨C平面藍寶石，其中所述主體經組態以用於輪磨具有至少約1500kg/mm2至3000kg/mm2的維氏硬度的材料。
項目21。如項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括不大於約25、不大於約16、不 大於約15、不大於約14、不大於約13、不大於約12、不大於約11、不大於約10、不大於約9、不大於約8、不大於約7的孔徑方差。
項目22。如項目1的研磨物件，其中所述主體包括不大於約15、不大於約14、不大於約13、不大於約12、不大於約11、不大於約10、不大於約9、不大於約8、不大於約7的孔徑方差。
項目23。如項目2、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括至少約1、至少約2的孔徑方差。
項目24。如項目1的研磨物件，其中所述主體包括至少約1、至少約2的孔徑方差。
項目25。如項目1、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括不大於約110微米、不大於約100微米、不大於約95微米、不大於約90微米的平均孔徑。
項目26。如項目2的研磨物件，其中所述主體包括不大於約100微米、不大於約95微米、不大於約90微米的平均孔徑。
項目27。如項目1、項目3或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括至少約1微米、至少約5微米、至少約10微米、至少約15微米、至少約20微米、至少約30微米、40微米、至少約50微米、至少60微米、至少約70微米的平均孔徑。
項目28。如項目2的研磨物件，其中所述主體包括至少約1微米、至少約5微米、至少約10微米、至少約15 微米、至少約20微米、至少約30微米、至少約40微米、至少約50微米、至少60微米、至少約70微米的平均孔徑。
項目29。如項目1、項目2或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括至少約5、至少約5.5、至少約6、至少約6.5、至少約7、至少約7.5、至少約8、至少約8.5、至少約9、至少約9.5、至少約10的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
項目30。如項目1、項目2或項目4中任一者的研磨物件，其中所述主體包括不大於約40、不大於約30、不大於約20的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
項目31。如項目3的研磨物件，其中所述主體包括至少約5.5、至少約6、至少約6.5、至少約7、至少約7.5、至少約8、至少約8.5、至少約9、至少約9.5、至少約10的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
項目32。如項目3的研磨物件，其中所述主體包括不大於約40、不大於約30、不大於約20的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
項目33。如項目1、項目2或項目3中任一者的研磨物件，其中所述主體包括至少約0.025、至少約0.028、至少約0.03、至少約0.033、至少約0.035、至少約0.038、至少約0.04的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率。
項目34。如項目1、項目2或項目3中任一者的研磨物件，其中所述主體包括不大於約0.2、不大於約0.1的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載的比率。
項目35。如項目4的研磨物件，其中所述主體包括至少約0.028、至少約0.03、至少約0.033、至少約0.035、至少約0.038、至少約0.04的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載的比率。
項目36。如項目4的研磨物件，其中所述主體包括不大於約0.2、不大於約0.1的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載的比率。
項目37。一種自工件移除材料的方法包括：相對於工件移動黏結式研磨物件以自工件移除材料，其中工件包括具有約4"至約6"的直徑、至少約1500kg/mm2的硬度的晶圓，且亦其中移動黏結式研磨物件包括移除至少約10μm的材料且基於方程式[(Rao-Rag)/Rao]x100%將表面粗糙度減少至少約50%，其中Rao表示在移除材料之前工件的表面粗糙度，且Rag表示在完成移除材料的製程後工件的表面粗糙度。
項目38。如項目37的方法，其中工件包括藍寶石，其中移動包括相對於工件表面移動黏結式研磨物件，其中工件表面的至少一部分與藍寶石的C平面相交，其中工件表面由藍寶石的C平面界定，其中工件表面實質上為C平面藍寶石。
項目39。如項目37的方法，其中黏結式研磨件包括黏結材料，黏結材料包括金屬。
項目40。如項目37的方法，其中黏結式研磨件包括包含具有不大於約20微米的平均粒徑的研磨粒子的主體。
項目41。如項目37的方法，其中黏結式研磨件包括具有不大於約25、不大於約16或不大於約8的孔徑方差的主體。
項目42。如項目37的方法，其中黏結式研磨件包括具有不大於約110微米的平均孔徑的主體。
項目43。如項目37的方法，其中黏結式研磨件包括具有至少約5的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率的主體。
項目44。如項目37的方法，其中黏結式研磨件包括具有至少約0.025的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率的主體。
項目45。一種形成黏結式研磨件的方法包括：提供包括黏結材料、研磨粒子以及分散體材料的混合物，其中分散體材料界定窄粒徑分佈；以及形成混合物以形成黏結式研磨物件。
項目46。如項目45的方法，其中窄粒徑分佈是由不大於約110微米、不大於約100微米、不大於約95微米、不大於約90微米的平均粒徑界定。
項目47。如項目45的方法，其中窄粒徑分佈是由至少約40微米、至少約50微米、至少60微米、至少約70微米的平均粒徑界定。
項目48。如項目45的方法，其中窄粒徑分佈具有橫跨不大於15微米、不大於約12、不大於約11、不大於約10、不大於約9、不大於約8、不大於約7的一系列粒徑的 第一標準偏差。
項目49。如項目45的方法，其中窄粒徑分佈具有橫跨至少約1的一系列粒徑的第一標準偏差。
項目50。如項目45的方法，其中分散體材料包括鹽。
項目51。如項目45的方法，其中分散體材料是在混合物的形成期間移除以形成黏結式研磨主體。
項目52。如項目45的方法，其中分散體材料是自所述主體溶解且在黏結式研磨主體的主體內形成孔隙。
項目53。如項目45的方法，其中所述主體包括至少約5的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
項目54。如項目45的方法，其中所述主體包括至少約0.025的磨耗率(mm3/N)與最大壓縮負載(N)的比率。
項目55。如項目45的方法，其中相對於黏結式研磨主體的總體積，所述主體包括至少約30體積%的孔隙。
項目56。如項目45的方法，其中黏結材料包括過渡金屬元素。
項目57。如項目45的方法，其中黏結材料包括包含銅(Cu)以及錫(Sn)的青銅。
項目58。如項目45的方法，其中研磨粒子包括超硬研磨材料。
項目59。一種研磨物件包括：黏結式研磨主體，其包含：包括金屬的黏結材料；含於黏結材料內的研磨粒子； 其中對於標準化藍寶石輪磨測試，黏結式研磨主體具有不大於約50%的功率尖峰。
項目60。如項目59的研磨物件，其中研磨主體進一步包括：不大於約110微米的平均孔徑；以及不大於約16微米的孔徑標準偏差。
項目61。如項目59至項目60任一者的研磨物件，其中在標準化藍寶石輪磨測試期間峰值功率與平均功率的比率為1.5或小於1.5。
102‧‧‧亮區域
104‧‧‧暗區域

Claims (6)

  1. 一種研磨物件，其包括：黏結式研磨主體，其包含：黏結材料，其包括金屬；研磨粒子，其含於該黏結材料內，該研磨粒子具有不大於約20微米的平均粒徑；相對於該黏結式研磨主體的總體積為至少約30體積%且不大於約90體積%的孔隙，至少約為15微米且不大於約117微米的平均孔徑；及不大於約8微米的孔徑標準偏差；其中該主體包括至少約為5且不大於約40的磨耗率(mm3/N)與撓曲強度(MPa)的比率。
  2. 如申請專利範圍第1項的研磨物件，其中該主體包括孔隙，且該孔隙的至少一部分為界定延伸穿過該主體的互連通道網路的互連孔隙。
  3. 如申請專利範圍第1項的研磨物件，其中該黏結材料包括包含銅(Cu)以及錫(Sn)的青銅，且其中該青銅包括至少約0.2且不大於約0.93的銅/錫比(Cu/Sn)。
  4. 如申請專利範圍第1項的研磨物件，其中相對於該黏結式研磨主體的該總體積，該黏結式研磨主體包括至少約10體積%且不大於約85體積%的該黏結材料。
  5. 如申請專利範圍第1項的研磨物件，其中該研磨粒子包括超硬研磨材料。
  6. 如申請專利範圍第1項的研磨物件，其中該主體包括至少約為1且不大於約25的孔徑方差。
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