TWI609742B - 研磨工具 - Google Patents

Abstract

一種研磨工具在此揭露，其包含基板及多個研磨顆粒。基板具有工作面；研磨顆粒分佈於工作面上並突出於該工作面；其中，部分研磨顆粒係經由表面加工以形成的頂部為尖端之多邊錐體，該多邊錐體為正八角錐體或正四角錐體。

Description

研磨工具

本發明是有關於一種研磨工具，且特別是有關於一種研磨顆粒之頂面為尖端之多邊錐體之研磨工具及其製造方法。

研磨工具已被廣泛使用於材料的切削、研磨、拋光和磨光等多種應用領域當中。在如石材加工業或精密磨削工業中，透過堅硬的研磨顆粒優異的耐磨性能使切割、磨削等加工程序之效率提升，並使這類加工行業的成本降低。

化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)係為各種產業中最常見的研磨製程。利用CMP製程可研磨各種物品的表面，包括陶瓷、矽、玻璃、石英、或金屬的晶片等。此外，隨著積體電路發展迅速，因CMP可達到大面積平坦之目的，故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術之一。尤有甚者，隨著電晶體的體積縮小化，CMP的加工次數也隨之增加，例如，在28奈米線寬的製程中，CMP的加工次數即可能高達至三十次。

目前半導體工業每年花費超過十億美元製造必須具有非常平坦且光滑表面的矽晶圓。已有許多的技術用以 製造光滑且具有平坦表面之矽晶圓，最常見的製程便是CMP製程。在所有CMP製程中最重要的關鍵在於研磨晶圓的均勻度、積體電路(IC)線路的光滑性、產率的移除速率、CMP消耗品的壽命等方面，使CMP可以實現最高性能。

在半導體的CMP製程中，係利用研磨墊(Pad)對晶圓或是其他半導體元件接觸，並視需要搭配研磨液使用，使研磨墊透過化學反應與物理機械力以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構。當研磨墊使用一段時間後，由於研磨過程中所產生之研磨屑積滯於研磨墊之表面，造成研磨效果及效率降低。因此，可利用研磨工具(如：修整器)對研磨墊表面磨修，使研磨墊之表面再度粗糙化，並維持在最佳的研磨狀態。

為了提高研磨工具的切削率(cutting rate)，通常係藉由提高研磨顆粒之排列密度來達到目的。若是提高研磨顆粒之排列密度，隨著所使用的研磨顆粒數量增加，則會相對地造成研磨工具之製造成本提高。

現行之研磨工具雖藉由提高研磨顆粒之排列密度可達到提高切削率的目的，但相對來說，會造成研磨工具之製造成本提高。因此，如何能在不增加研磨顆粒數量的情況下提高研磨工具的切削率，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。

本發明內容之一目的是在提供一種研磨工具及其 製造方法，藉以改善先前技術的問題。

本發明內容之一技術態樣是在提供一種研磨工具。前述研磨工具包含基板及多個研磨顆粒。基板具有工作面；研磨顆粒分佈於工作面上並突出於該工作面；其中，部分研磨顆粒係經由表面加工以形成的頂部為尖端之多邊錐體，該多邊錐體為正八角錐體或正四角錐體。

於一實施例中，頂部為尖端之多邊錐體為正八角錐體，且正八角錐體上所包含的八個側面中之任兩相對側面以尖端為頂點所呈之夾角為80度到100度。

於上述實施例中，夾角為90度。

於一實施例中，頂部為尖端之多邊錐體為正四角錐體，且正四角錐體上所包含的四個側面中之任兩相對側面以尖端為頂點所呈之夾角為70度到90度。

於上述實施例中，夾角為80度。

於一實施例中，每一研磨顆粒係固接於一研磨柱上，基板具有多個凹槽或多個貫穿孔，研磨柱固定於凹槽或貫穿孔中，並且研磨顆粒突出於工作面。

於一實施例中，研磨顆粒係藉由硬焊、燒結或電鍍固接於研磨柱。

於一實施例中，這些研磨顆粒係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽等高硬度性質之材質。

於一實施例中，基板之材料係為不銹鋼、塑膠或陶瓷。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有 明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有產業上的廣泛利用價值，其優點係能在不增加研磨顆粒數量的情況下提高研磨工具的切削率、表面粗糙度及切削力。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

1‧‧‧研磨工具

11‧‧‧基板

111‧‧‧工作面

112‧‧‧貫穿孔

113‧‧‧底面

12‧‧‧研磨顆粒

121‧‧‧第一研磨顆粒

121a‧‧‧八面磨修體

121b‧‧‧四面磨修體

122‧‧‧第二研磨顆粒

123‧‧‧研磨柱

14‧‧‧黏膠體

2、3、4、4'‧‧‧線段

301~308、401~404、411~414‧‧‧側面

32、42、46‧‧‧尖端

48、49‧‧‧夾角

437‧‧‧法線

34、44、47‧‧‧稜角

602~610‧‧‧步驟

9‧‧‧磨盤

91‧‧‧鑽石盤面

第1圖為繪示本發明一實施例所提供之一種研磨工具的俯視圖。

第2圖是沿著第1圖中線段2所截取之研磨工具中研磨柱固定於貫穿孔之剖面圖。

第3A圖為繪示本發明一實施例所提供之八面磨修體的俯視圖。

第3B圖是沿著第3A圖中線段3所截取之八面磨修體的剖面圖。

第4A圖為繪示本發明一實施例所提供之四面磨修體的俯視圖。

第4B圖是沿著第4A圖中線段4所截取之四面磨修體的剖面圖。

第5圖為製成本發明一實施例所提供之研磨工具的方法之流程圖。

第6A圖為製成本發明一實施例所提供之研磨顆粒表面加工成四面磨修體的方法之示意圖。

第6B圖是製成本發明一實施例所提供之研磨顆粒表面加工成四面磨修體時沿著第6A圖中線段4'所截取的剖面圖。

為了使本發明內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件，且圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

第1圖為繪示本發明一實施例所提供之研磨工具1的俯視圖；第2圖是沿著第1圖中線段2所截取之研磨工具1中研磨柱123固定於貫穿孔112之剖面圖。如第1、2圖所示，研磨工具1包含基板11及多個研磨顆粒12。基板11的相對兩側分別具有工作面111、底面113，且基板11中還具有多個貫穿孔112，且貫穿孔112分別開通至基板11之工作面111、底面113。各研磨顆粒12分別固接於研磨柱123。研磨柱123分別透過黏膠體14固定於貫穿孔112中。黏膠體14可在基板11的底面113外露，且研磨顆粒12突出於基板11之工作面111，使研磨工具1可對於受研磨體進行均勻地研磨。於一實施例中，基板11之材料例如為不銹鋼、塑膠或陶瓷。

於一實施例中，研磨顆粒12係藉由硬焊、燒結或電鍍等方式固接於研磨柱123。其中，研磨柱123可為圓形柱或方柱等不同之形狀。於一實施例中，研磨柱123所採用之材料係為金屬。

於一實施例中，研磨顆粒12係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽等高硬度性質之材質。研磨顆粒12之粒徑值例如為20至30英制篩目(US mesh)，亦即用以篩選研磨顆粒12之篩網上每平方英吋中具有20至30個篩目。

如第1圖所示，研磨工具1上的研磨顆粒12中可包括多個第一研磨顆粒121及多個第二研磨顆粒122，其中，第一研磨顆粒121之表面有經過加工，第二研磨顆粒122之表面無經過加工。表面有經過加工之第一研磨顆粒121係分別以空心圓繪示，表面無經過加工之第二研磨顆粒122則分別以實心圓繪示，其中，第一研磨顆粒121及第二研磨顆粒122係穿插分佈，且第一研磨顆粒121大致均勻散佈於研磨工具1之工作面111上。

第一研磨顆粒121係經由一磨盤對於研磨顆粒12之表面加工以形成，且第一研磨顆粒121可為不同的形狀規格，以達成不同的研磨效果。其中，第一研磨顆粒121可以是頂部為尖端之多邊錐體。依據本發明之實施例，第一研磨顆粒121可為正八角錐體，稱做八面磨修體，或是正四角錐體，稱做四面磨修體。

第3A圖為繪示本發明一實施例所提供之八面磨修體121a的俯視圖；第3B圖是沿著第3A圖中線段3所截取 之八面磨修體121a的剖面圖。如第3A、3B圖所示，八面磨修體121a上包含八個側面301~308及一個尖端32，其中任兩相對側面(例如第3B圖所繪示之側面302及側面306)以尖端32為頂點所呈之一夾角稱做稜角34，稜角34之角度為80度到100度。當研磨顆粒為八面磨修體121a時，其作用為研磨工具在對於拋光墊進行拋光的過程中，八面磨修體121a具有較尖銳之尖端32，能在拋光墊上刻畫出較深的溝痕，使切削率提高。於一實施例中，當研磨顆粒為八面磨修體121a時，八面磨修體121a之稜角34的最佳角度為90度。

第4A圖為繪示本發明另一實施例所提供之四面磨修體121b的俯視圖；第4B圖是沿著第4A圖中線段4所截取之四面磨修體121b的剖面圖。如第4A、4B圖所示，四面磨修體121b上包含四個側面401~404及一個尖端42，其中任兩相對側面(例如第4B圖所繪示之側面402及側面404)以尖端42為頂點所呈之一夾角稱做稜角44，其稜角44之角度為70度到90度。當研磨顆粒為四面磨修體121b時，其作用為研磨工具在對於拋光墊進行拋光的過程中，四面磨修體121b具有更尖銳之稜角44，能在拋光墊上刻畫出更深的溝痕，使切削率更高。於一實施例中，當研磨顆粒為四面磨修體121b時，四面磨修體121b之稜角44的最佳角度為80度。

四面磨修體係為八面磨修體的改良成品，即使四面磨修體的稜角角度與八面磨修體的稜角角度相同，由於四 面磨修體在研磨過程中接觸拋光墊的表面積較小，在拋光墊上刻畫出的溝痕較窄也較深，而八面磨修體在研磨過程中接觸拋光墊的表面積較大，在拋光墊上刻畫出的溝痕較寬也較淺。

本發明中所揭示之表面有經過加工之四面磨修體及八面磨修體研磨顆粒的切削率係高於表面無加工之研磨顆粒的切削率。切削率愈高，拋光時的效果愈好。如第1圖所示，傳統研磨工具上之所有研磨顆粒，皆如同第二研磨顆粒122般，其研磨顆粒之表面無經過加工，而本發明所揭示之研磨工具1上同時具有多個第一研磨顆粒121及多個第二研磨顆粒122，如此一來將大大提升研磨工具之切削率(cutting rate)。

表面粗糙度係研磨顆粒對PAD修整時所產生在PAD表面上之粗糙度，表面粗糙度愈高，表示研磨顆粒對PAD表面上所產生的粗糙度愈大。本發明所揭示表面有經過加工之四面磨修體及八面磨修體研磨顆粒的表面粗糙度係高於表面無加工之研磨顆粒的表面粗糙度，而本發明所揭示之研磨工具1上同時具有多個第一研磨顆粒121及多個第二研磨顆粒122，如此一來將大大提升研磨工具之表面粗糙度。

第5圖為繪示製成本發明一實施例所提供之研磨工具的方法之流程圖。如第5圖所示，本發明所提供之研磨工具的製造方法包含步驟502~510(應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實 際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。至於實施該些步驟的硬體裝置，由於以上實施例已具體揭露，因此不再重複贅述之。

參見第5圖，於步驟502中，提供多個研磨顆粒。於一實施例中，研磨顆粒係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽等高硬度性質之材質。而研磨顆粒之粒徑值例如為20至30英制篩目(US mesh)，亦即用以篩選研磨顆粒之篩網上每平方英吋中具有20至30個篩目。

參見第5圖，於步驟504中，用磨盤對於部分研磨顆粒之表面加工以形成頂部為尖端之多邊錐體。當研磨顆粒為頂部為尖端之多邊錐體時，研磨顆粒121可為正八角錐體，稱做八面磨修體，或是正四角錐體，稱做四面磨修體。

由於八面磨修體及四面磨修體之差別，僅在於用磨盤將研磨顆粒之表面加工為正八角錐體或是正四角錐體，故以下僅以四面磨修體之加工方法進行說明。第6A圖為製成本發明一實施例所提供之研磨顆粒表面加工成四面磨修體121b的方法之示意圖，第6B圖是製成本發明一實施例所提供之研磨顆粒表面加工成四面磨修體121b時沿著第6A圖中線段4'所截取的剖面圖。

參見第6A、6B圖，用磨盤9對於研磨顆粒之表面加工，形成四面磨修體121b，四面磨修體121b上包含四個側面411~414及一個尖端46。舉例而言，當欲使用磨盤9對於研磨顆粒磨修出四面磨修體121b之側面414時，以通 過尖端46的水平面之法線437為基準，將磨盤9傾斜以使得磨盤9之鑽石盤面91與水平面之法線437之間維持夾角48。同樣地，當欲使用磨盤9對於研磨顆粒磨修出四面磨修體121b之側面412時，以通過尖端46的水平面之法線437為基準，將磨盤9傾斜以使得磨盤9之鑽石盤面91與法線437之間維持夾角49，其中，夾角49之角度與夾角48之角度大小相同。如此一來，兩相對側面412、414以尖端46為頂點所呈之一夾角為稜角47，稜角47之角度為70度到90度，反推回去，可知夾角48與夾角49之角度為35度到45度。以此類推，當欲使用磨盤9對於研磨顆粒磨修出四面磨修體121b之側面411及413時，也是同樣的方法。於一實施例中，當研磨顆粒為四面磨修體121b時，四面磨修體121b之稜角47之最佳角度為80度。

參見第2、5圖，於步驟506中，每一研磨顆粒12係固接於一研磨柱123上。於一實施例中，研磨顆粒12係藉由硬焊、燒結或電鍍固接於研磨柱123。

參見第1、2、5圖，於步驟508中，提供具有工作面111之基板11，基板11具有多個凹槽或多個貫穿孔112。

參見第1、2、5圖，於步驟510中，研磨柱123固定於凹槽或貫穿孔112中，並且所有研磨顆粒12分布於基板11之工作面111並突出於該工作面111。於一實施例中，研磨柱123可藉由黏膠體14固定於凹槽或貫穿孔112中。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧研磨工具

11‧‧‧基板

111‧‧‧工作面

112‧‧‧貫穿孔

113‧‧‧底面

12‧‧‧研磨顆粒

123‧‧‧研磨柱

14‧‧‧黏膠體

Claims (8)

1. 一種研磨工具，包含：一基板，具有一工作面；及複數研磨顆粒，包括複數個經過表面加工的第一研磨顆粒及複數個未經表面加工的第二研磨顆粒，該些第一研磨顆粒與該些第二研磨顆粒係穿插分佈於該工作面上並突出於該工作面；其中，該些第一研磨顆粒係經由表面加工以形成的一頂部為尖端之多邊錐體，該多邊錐體為正八角錐體，且該正八角錐體上所包含的八個側面中之任兩相對側面以尖端為頂點所呈之一夾角為80度到100度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨工具，其中，該夾角為90度。
3. 一種研磨工具，包含：一基板，具有一工作面；及複數研磨顆粒，包括複數個經過表面加工的第一研磨顆粒及複數個未經表面加工的第二研磨顆粒，該些第一研磨顆粒與該些第二研磨顆粒係穿插分佈於該工作面上並突出於該工作面；其中，該些第一研磨顆粒係經由表面加工以形成的一頂部為尖端之多邊錐體，該多邊錐體為正四角錐體，且該 正四角錐體上所包含的四個側面中之任兩相對側面以尖端為頂點所呈之一夾角為70度到80度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之研磨工具，其中，該夾角為80度。
5. 如申請專利範圍第1或3項之任一者所述之研磨工具，其中，每一研磨顆粒係固接於一研磨柱上，該基板具有複數個凹槽或複數個貫穿孔，該些研磨柱固定於該些凹槽或該些貫穿孔中，並且該些研磨顆粒突出於該工作面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之研磨工具，其中，該些研磨顆粒係藉由硬焊、燒結或電鍍固接於該些研磨柱。
7. 如申請專利範圍第1或3項之任一者所述之研磨工具，其中，該些研磨顆粒係為鑽石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化矽等高硬度性質之材質。
8. 如申請專利範圍第1或3項之任一者所述之研磨工具，其中，該基板之材料係為不銹鋼、塑膠或陶瓷。