專利名稱：研磨工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)一種可用于化學(xué)機(jī)械拋光裝置或其它精密研磨用的研磨工具。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體組件的微小化趨勢(shì)，對(duì)于晶圓的平坦度及越少的缺陷的要求越高。目前半導(dǎo)體晶圓的平坦化主要是利用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化技術(shù)進(jìn)行?；瘜W(xué)機(jī)械拋光平坦化技術(shù)是將待拋光研磨的晶圓及研磨液(abrasive slurry)置于一具有微小孔洞(為容納研磨液之用)且表面粗化的研磨墊上，并輕壓晶圓及使晶圓與研磨墊相對(duì)旋轉(zhuǎn)以達(dá)到研磨效果。在晶圓被研磨的過(guò)程中，必須使用具有磨粒的研磨工具隨時(shí)維持研磨墊所需的孔洞率及表面粗化度。研磨工具的設(shè)計(jì)需考慮幾個(gè)主要的因素，包括切削率(cutting rate)，排屑率(切削所產(chǎn)生屑的排除)，穿透深度(磨粒刺入研磨墊的程度)，荷重(施加在研磨工具的下壓力(down force)，及磨粒的切削應(yīng)力，凸出高度及可能脫落的程度等。如圖1所示，公開(kāi)號(hào)為2002/018M01的美國(guó)專利揭示了一種研磨工具。該研磨工具包括一底盤(pán)11，一具有多個(gè)凹孔120的基材12及多個(gè)分別嵌設(shè)在凹孔120的立方八面體 (cuboctahedron)結(jié)晶形態(tài)的合成鉆石碎粒13。上述已知的研磨工具利用凹孔120的形狀與鉆石碎粒13的形狀相符來(lái)達(dá)到鉆石碎粒13在固設(shè)于基材12上時(shí)可具有均一的凸出高度以達(dá)到均勻地調(diào)節(jié)研磨墊的目的。 然而，這樣的設(shè)計(jì)限制每一凹孔120只能具有單一的鉆石碎粒13，因此不能提供更多的磨粒來(lái)達(dá)到更高的切削率。另外，立方八面體鉆石碎粒所提供作為切削的銳角的粗糙角度 (roughness angle)太小(不夠尖銳)，因此具有較低的切削率及穿透深度并增加研磨工具所需的荷重，而可能間接造成晶圓的缺陷。此外，上述已知的研磨工具的相鄰鉆石碎粒13 的凹槽14空間狹小且深度不足，會(huì)造成排屑不易的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可提高切削率、穿透深度及排屑率的研磨工具。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種研磨工具，所述研磨工具包含一底盤(pán)；一基材，其支撐于底盤(pán)，所述基材具有一研磨側(cè)及多個(gè)形成于所述研磨側(cè)而朝外突出的凸起部，每一凸起部具有一基底端、一研磨端及一自所述底端朝所述研磨端漸縮的截面；以及多個(gè)鉆石碎粒，其埋設(shè)于每一凸起部，且往外突出于每一凸起部，所述鉆石碎粒中至少一部分為片狀且具有各自對(duì)應(yīng)凸起部的研磨端朝外突出的銳角。作為優(yōu)選方案，其中所述鉆石碎粒具有一介于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)250490目之間的粒徑。作為優(yōu)選方案，其中每?jī)上噜徦鐾蛊鸩恐g設(shè)有一凹槽。[0012]作為優(yōu)選方案，其中所述凸起部為一角錐形狀，且角錐形狀具有一介于80度-140 度之間的頂角。作為優(yōu)選方案，其中所述角錐形狀的頂角介于100度-130度之間。作為優(yōu)選方案，其中所述基材為由熱固性樹(shù)脂制得的基材。本實(shí)用新型利用在每一凸起部的研磨端上形成多個(gè)突出的鉆石碎粒的銳角，而可以增加與研磨墊接觸的銳角接觸密度；且利用多個(gè)鉆石碎粒的銳角具有較立方八面體鉆石碎粒的銳角更尖銳的粗糙角度，而可以提高對(duì)研磨墊的切削率及穿透深度；另外，本實(shí)用新型研磨工具的排屑空間是由每?jī)上噜彽耐蛊鸩恐g的凹槽加上突出于凸起部的研磨端的鉆石碎粒的銳角所設(shè)，比較上述已知研磨工具的排屑空間是僅由相鄰的鉆石碎粒的凸出部分所設(shè)的凹槽，具有較大的排屑空間而有利于排屑。

圖1是說(shuō)明已知研磨工具結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖；圖2是說(shuō)明本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例研磨工具結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖；圖3是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之一；圖4是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之二 ；圖5是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之三；圖6是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之四；圖7是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之五；圖8是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之六；圖9是說(shuō)明本實(shí)用新型一制造研磨工具的連續(xù)步驟示意圖之七；圖10是說(shuō)明一化學(xué)機(jī)械拋光裝置的結(jié)構(gòu)用以測(cè)試研磨工具切削率的示意圖。主要部件名稱底盤(pán)-11 ；基材-12 ；凹孔-120 ；鉆石碎粒-13 ；凸出部分-131 ；凹槽_14 ；底盤(pán)-2 ；研磨工具-200 ；工具承載環(huán)-201 ；研磨盤(pán)-202 ；研磨墊_203 ；荷重塊-204；研磨液-205 ；基材-3 ；研磨側(cè)-30 ；遮板-301 ；凸起部-31 ；基底端-311 ；研磨端-312 ；凹槽-33 ；鉆石碎粒-4 ；銳角-41 ；暫時(shí)性基板-51 ；安裝側(cè)-511 ；凹孔-512 ；底端-5121 ；頂端-5122 ；粘膠層-52 ；篩網(wǎng)-53 ；軟質(zhì)膜片-54 ；抽真空座_55 ；密封環(huán)-56 ；樹(shù)脂成形模具_(dá)57。
具體實(shí)施方式
為了能更進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，然而以下附圖及實(shí)施例僅提供參考與說(shuō)明之用，并非用于限制本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的一種研磨工具200可應(yīng)用于精密研磨，例如，晶圓研磨墊、硅晶圓、 碳化硅晶圓或基材、藍(lán)寶石基材、一般陶瓷基材或玻璃基材等的拋光研磨。參閱圖2，本實(shí)用新型的一種研磨工具200的較佳實(shí)施例包含一底盤(pán)2 ；—支撐于底盤(pán)2的基材3，基材3具有一研磨側(cè)30及多個(gè)形成于所述研磨側(cè)30而朝外突出的凸起部31，每一凸起部31具有一基底端311、一研磨端312及一自所述基底端311朝所述研磨端312漸縮的截面；以及多個(gè)不規(guī)則形狀的鉆石碎粒4，其不規(guī)則地埋設(shè)于每一凸起部31， 且往外突出于每一凸起部31，至少一部分鉆石碎粒4為不規(guī)則片狀且具有各自對(duì)應(yīng)凸起部 31的研磨端312朝外突出的銳角41。鉆石碎粒4通過(guò)將具有晶面晶粒成長(zhǎng)的顆粒粉碎或壓碎之后再經(jīng)過(guò)篩選而得到一介于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)250490目之間的粒徑。如此制得的鉆石碎粒4，其中多數(shù)是不規(guī)則片狀的。該高度超過(guò)研磨端312的銳角41可以有效地接觸并切削研磨墊(圖中未示)的表面，且當(dāng)接觸的銳角越多，彼此越可分散切削應(yīng)力，避免崩角(chipping)。在較佳的實(shí)施例中，所述鉆石碎粒4是由高溫高壓下合成的鉆石顆?；蛱烊汇@石顆粒經(jīng)壓碎(crushed)或粉碎(pulverized or milled)而形成具有不規(guī)則多角的片狀顆粒。每?jī)上噜彽耐蛊鸩?1之間設(shè)有一凹槽33。凹槽33可作為排屑空間而有利于切削研磨墊過(guò)程中的排屑。在較佳的實(shí)施例中，每一凸起部31為一角錐形狀，且該角錐形狀具有一介于80 度-140度之間的頂角(θ )，優(yōu)選為介于100度-130度之間的頂角(θ )。在較佳的實(shí)施例中，該基材由一種熱固性樹(shù)脂所制得。本實(shí)用新型利用在每一凸起部31的研磨端312上形成多個(gè)突出的鉆石碎粒4的銳角41，而可以增加與研磨墊接觸的銳角的接觸密度，還利用多個(gè)鉆石碎粒4的銳角41具有較立方八面體鉆石碎粒的銳角更尖銳的粗糙角度，而可以提高對(duì)研磨墊的切削率及穿透深度，且可在研磨時(shí)將所產(chǎn)生的應(yīng)力分散在與研磨墊接觸的銳角上，避免單一銳角受太大的應(yīng)力而斷裂；另外，本實(shí)用新型研磨工具的排屑空間是由每?jī)上噜彽耐蛊鸩?1之間的凹槽33加上突出于凸起部31的研磨端312的鉆石碎粒4的銳角41所設(shè)，比較上述已知的研磨工具的排屑空間是僅由相鄰的鉆石碎粒13的凸出部分131所設(shè)的凹槽14，具有較大的排屑空間而有利于排屑。如圖3 9所示，本實(shí)用新型研磨工具200的制造方法包括下列步驟在一暫時(shí)性基材51的一安裝側(cè)511上形成多個(gè)凹孔512，每一凹孔512具有一底端5121、一頂端5122 以及一自頂端5122朝底端5121漸縮的孔徑(如圖3 4所示)；使用滾筒施加方式在暫時(shí)性基材51的每一凹孔512的孔壁上形成一粘膠層52 (如圖5所示)；用一篩網(wǎng)53將多個(gè)不規(guī)則狀鉆石碎粒4以灑落方式填入每一凹孔512中使得至少部分鉆石碎粒4頂立在每一凹孔512的孔壁上(如圖6 7所示)；將暫時(shí)性基材51置于一抽真空座55上，利用一密封環(huán)56將一軟質(zhì)膜片M (例如，硅膠膜)密封地覆蓋在鉆石碎粒4上方之后再抽真空使軟質(zhì)膜片M以均勻等壓方式壓迫鉆石碎粒4，使鉆石碎粒4深入粘膠層52并固著在粘膠層52 上(如圖8所示)；將暫時(shí)性基材51及一底盤(pán)2安置在一樹(shù)脂成形模具57中(如圖9所示)，再將一樹(shù)脂澆注在暫時(shí)性基材51的安裝側(cè)511上并填滿每一凹孔512以形成一固定鉆石碎粒4的基材3 ；脫模；以及移除粘膠層52使基材3與暫時(shí)性基材51分離且使鉆石碎粒4的被粘膠層52所覆蓋的銳角51曝露在基材3的外面(如圖2所示)。本實(shí)用新型利用凹孔512的孔壁的錐形面的支撐與限制使得多個(gè)片狀的鉆石碎粒4可以仰起頂立在該孔壁的錐形面上而且其中至少有一部分是突出于凹孔512之外。除此之外，因?yàn)槊恳话伎?12中堆積多個(gè)的鉆石碎粒4，使得鉆石碎粒4可以互相頂?shù)侄玫街?，避免在灌?shù)脂時(shí)，造成頂立在每一凹孔512中的鉆石碎粒4被攤平而使得最后所形成的研磨工具200上的鉆石碎粒4失去其銳角41突出凸起部31之外的機(jī)會(huì)。另外，仰起或豎立在凹孔512孔壁的錐形面上的鉆石碎粒4的樹(shù)脂包覆面積較大，可以使鉆石碎粒4更牢固地深嵌在基材3上而不易脫落。在較佳的實(shí)施例中，粘膠層52是一種壓敏性膠粘劑，例如，氯丁橡膠(neoprene riAber)、丁苯橡膠、有機(jī)硅、聚乙烯基醚以及聚氨酯系(polyurethane)等膠粘劑。形成基材3的樹(shù)脂材料可為熱塑性樹(shù)脂或熱固性樹(shù)脂。在較佳的實(shí)施例中， 形成基材3的樹(shù)脂材料選自不飽和聚酯樹(shù)脂(polyester resin)、乙烯酯樹(shù)脂(vinyl ester resin)、環(huán)氧樹(shù)脂(印oxy resin)、酚樹(shù)脂(phenolic resin)、雙馬來(lái)酰亞胺 (bismaleimide)、聚酰亞胺(polyimide)樹(shù)脂等，其中優(yōu)選為環(huán)氧樹(shù)脂。底盤(pán)2的材料可為不銹鋼或工程塑料。在較佳的實(shí)施例中，底盤(pán)2的材料選自聚碳酸酉旨(polycarbonate)、聚甲酸(polyoxymethylene)、聚苯醚(polyphenylene oxide)、 聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚亞酰胺(polyimide)及聚砜(polysulfone)。在較佳的實(shí)施例中，每一凹孔512具有一角錐形狀，且該角錐形狀具有一介于80 度-140度范圍的頂角，優(yōu)選為介于100度-130度范圍的頂角(α )。如圖4所示，在較佳的實(shí)施例中，每一凹孔512具有一介于100-500 μ m之間的深度(h)。在較佳的實(shí)施例中，該粘膠層具有一介于20-80 μ m之間的厚度。本實(shí)用新型將在下面的實(shí)施例及比較例作更詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1研磨工具制備先以射出成型方式制作一聚丙烯材質(zhì)的暫時(shí)性基材51，暫時(shí)性基材51具有一 120mm的外徑及2mm的厚度。在暫時(shí)性基材51的一上表面作出一直徑為IOOmrn具有多個(gè)四角錐形凹孔512的圓形區(qū)。該四角錐形的每一面具有一寬為0. 45mm的底邊及一角度為 140度的頂角。以滾筒在暫時(shí)性基材51的上表面涂抹一層氯丁橡膠粘著劑，以常溫烘干后得到厚度為50 μ m的粘膠層52。使用一形成有圓孔的遮板301遮住暫時(shí)性基材51，僅露出具有凹孔512的圓形區(qū)。 將粉碎的鉆石碎粒4 (ELEMENTSIX公司生產(chǎn)，型號(hào)PDA446)以篩網(wǎng)篩選并同時(shí)灑在該圓形區(qū)上。灑在該圓形區(qū)上的鉆石碎粒4具有80-100目粒徑。使用真空壓入的方式(如圖8所示)而均壓地輕壓鉆石碎粒4，使鉆石碎粒4可以深入粘膠層52并頂?shù)桨伎?12的孔壁而得到牢固的作用。將一底盤(pán)2及暫時(shí)性基材51置入一真空輔助樹(shù)脂注射機(jī)的模具57的模穴中(如圖9所示)。對(duì)模穴抽真空至低于Imbar以使環(huán)氧樹(shù)脂可以填滿模穴。在常溫下固化環(huán)氧樹(shù)脂12小時(shí)后脫模。將具有底盤(pán)2，固化后的環(huán)氧樹(shù)脂基材3，鉆石碎粒4，粘膠層52與暫時(shí)性基材51的組合體浸泡在甲乙酮(methyl ethyl ketone)溶劑中并以超音波震蕩20分鐘以除去粘膠層52使暫時(shí)性基材51與固定在環(huán)氧樹(shù)脂基材3的鉆石碎粒4分開(kāi)。最后再進(jìn)行清洗及烘干以得到具有底盤(pán)2、環(huán)氧樹(shù)脂基材3與鉆石碎粒4的研磨工具200。[0057]切削率測(cè)試如圖10所示，將實(shí)施例1所制得的研磨工具200安裝在一平面研磨裝置的工具承載環(huán)201上，并對(duì)一安裝在研磨盤(pán)202的研磨墊203 (R0HM & HAAS公司制造，型號(hào)為IC1000) 進(jìn)行磨削。研磨工具200上的荷重塊204重量為^ig,以過(guò)濾水作為研磨液205，研磨盤(pán)202 的轉(zhuǎn)速設(shè)為40rpm，研磨工具200的轉(zhuǎn)速為30rpm，每磨削1小時(shí)后測(cè)量研磨墊203的厚度變化作為切削率。如此，所得到3次磨削的平均切削率為131 μ m/h。實(shí)施例2研磨工具制備實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于，該暫時(shí)性基材51的四角錐形凹孔512的每一面具有一寬為0. 65mm的底邊及一角度為100度的頂角，及鉆石碎粒4具有70-80目的粒徑。 所得到的3次磨削的平均切削率為186 μ m/h。比較例1研磨工具制備比較例1與實(shí)施例1不同之處在于，比較例1是使用立方八面體鉆石碎粒 (ELEMENTSIX公司生產(chǎn)，型號(hào)SDB1125)及該暫時(shí)性基材的每一四角錐形凹孔僅容納一顆鉆石碎粒。該鉆石碎粒具有60目-70目的粒徑。所得到的3次磨削的平均切削率為7 μ m/h。比較例2研磨工具制備比較例2與實(shí)施例2不同之處在于，比較例2是使用立方八面體鉆石碎粒 (ELEMENTSIX公司生產(chǎn)，型號(hào)SDB1125)及該暫時(shí)性基材的每一四角錐形凹孔僅容納一顆鉆石碎粒。該鉆石碎粒具有40目-45目的粒徑。所得到的3次磨削的平均切削率為5 μ m/h。實(shí)施例與比較例的切削率測(cè)試結(jié)果顯示，本實(shí)用新型的研磨工具200的切削率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的研磨工具。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用以限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍， 故舉凡運(yùn)用本實(shí)用新型專利精神和范圍所作的等效變化與修飾，同理皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種研磨工具，其特征在于所述研磨工具包含一底盤(pán)；一基材，其支撐于底盤(pán)，所述基材具有一研磨側(cè)及多個(gè)形成于所述研磨側(cè)而朝外突出的凸起部，每一凸起部具有一基底端、一研磨端及一自所述基底端朝所述研磨端漸縮的截面；以及多個(gè)鉆石碎粒，其埋設(shè)于每一凸起部，且往外突出于每一凸起部，所述鉆石碎粒中至少一部分為片狀且具有各自對(duì)應(yīng)凸起部的研磨端朝外突出的銳角。
2.如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其特征在于所述鉆石碎粒具有一介于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)250-290目之間的粒徑。
3.如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其特征在于每?jī)上噜徦鐾蛊鸩恐g設(shè)有一凹槽。
4.如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其特征在于所述凸起部為一角錐形狀，且角錐形狀具有一介于80度-140度之間的頂角。
5.如權(quán)利要求4所述的研磨工具，其特征在于所述角錐形狀的頂角介于100度-130 度之間。
6.如權(quán)利要求1所述的研磨工具，其特征在于所述基材為由熱固性樹(shù)脂制得的基材。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種研磨工具，所述研磨工具包含一底盤(pán)；一基材，其支撐于底盤(pán)，所述基材具有一研磨側(cè)及多個(gè)形成于所述研磨側(cè)而朝外突出的凸起部，每一凸起部具有一基底端、一研磨端及一自所述基底端朝所述研磨端漸縮的截面；以及多個(gè)鉆石碎粒，其埋設(shè)于每一凸起部，且往外突出于每一凸起部，所述鉆石碎粒中至少一部分為片狀且具有各自對(duì)應(yīng)凸起部的研磨端朝外突出的銳角。本實(shí)用新型利用在每一凸起部的研磨端上形成多個(gè)突出的鉆石碎粒的銳角，而可以增加與研磨墊接觸的銳角接觸密度；且利用多個(gè)鉆石碎粒的銳角具有較立方八面體鉆石磨粒的銳角更尖銳的粗糙角度，可以提高對(duì)研磨墊的切削率及穿透深度。
文檔編號(hào)B24B37/26GK202264139SQ20112036256
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者顏天淵 申請(qǐng)人:希力康科技股份有限公司