專利名稱：具有基本平坦顆粒尖端的超研磨工具及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種超研磨工具及其制造及使用方法。
背景技術(shù)：
目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)每年花費(fèi)超過10億美金制造呈現(xiàn)相當(dāng)平整且平滑表面的硅芯片。用于制造平滑及平面化(even-surfaced)硅芯片的現(xiàn)有技術(shù)已是相當(dāng)多樣化。最普遍相關(guān)的現(xiàn)有方法為化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，其包括結(jié)合一研磨漿料及一研磨墊的利用。在各種化學(xué)機(jī)械研磨方法中，最主要的關(guān)鍵是能夠在許多方面表現(xiàn)出高效能水平，如拋光后芯片的一致性、集成電路的平滑度、生產(chǎn)中的移除速率、用于CMP消耗壽命的經(jīng)濟(jì)性等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于一種超研磨工具及其制造及使用方法。在本發(fā)明的一方面中，例如，提供一化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器。此修整器包括:一第一單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于一金屬支撐層的一側(cè)；以及一第二單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于該金屬支撐層的該第一單層的相對一側(cè)。該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒具有基本上相同分布的位置。在另一方面中，該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒具有相同分布的位置。在再一方面中，提供一剛性支撐體，可耦合于相對該第一單層的該第二單層超研磨顆粒。可利用各種材料作為第一單層和/或第二單層超研磨顆粒，并且任何現(xiàn)有的超研磨顆粒材料也可包含在本發(fā)明范疇內(nèi)。超研磨顆粒材料可包括，如，金剛石材料、氮化物材料、陶瓷、及其類似物，或其組合，但不限于此。在一具體方面中，此超研磨顆粒包括一金剛石材料。在另一具體方面中，此超研磨顆粒包括一立方氮化硼材料。本發(fā)明另外提供一種化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的制作方法，在一方面中，一種化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的制作方法可包括:設(shè)置一第一單層超研磨顆粒于一金屬支撐層的一偵h以及，設(shè)置一第二單層超研磨顆粒于該金屬支撐層的相對該第一單層的一側(cè)；其中，該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒基本上相同分布的位置。此制作方法還包括接合該第一單層超研磨顆粒及該第二單層超研磨顆粒于該金屬支撐層上，使在第一單層及第二單層間的對稱作用力基本上為相似的分布，以防止金屬支撐層實(shí)質(zhì)上變形?？衫酶鞣N設(shè)想得到的技術(shù)，將此第一單層和/或第二單層超研磨顆粒耦合于金屬支撐層上。應(yīng)了解的是，用于耦合超研磨顆粒至支撐層上的任何技術(shù)也包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。此技術(shù)可包括，如硬焊(brazing)、施壓加熱(pressurized heating)、燒結(jié)(sintering)、電鍍(electroplating)、聚合物接合(polymeric binding)、及其類似方法，或其組合，但不限于此。在一具體方面中，至少一第一單層超研磨顆?；虻诙螌映心ヮw粒利用一硬焊合金耦合于金屬支撐層。在另一具體方面中，第一單層超研磨顆粒及第二單層超研磨顆粒兩者都利用一硬焊合金耦合于金屬支撐層。在另一方面中，至少一第一單層或第二單層在加熱及加壓下接合。在再一方面中，至少一第一單層或第二單層直接地加熱及加壓以接合于金屬支撐層。在又一方面中，至少一第一單層或第二單層的接合還包括設(shè)置一燒結(jié)化合物(sintering compound)于金屬支撐層上,并與至少一第一單層或第二單層接觸，并燒結(jié)此燒結(jié)復(fù)合物，以接合至少一第一單層或第二單層于金屬支撐層。在此方法的一具體方面中，也可包括在接合過程中，以一硬焊材料熔滲入燒結(jié)化合物中。在一方面中，本發(fā)明的方法可還包括耦合該第二單層超研磨顆粒于一剛性支撐體?？衫酶鞣N設(shè)想得到的技術(shù)，將剛性支撐體耦合于第二單層，且任何現(xiàn)有技術(shù)也包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。此技術(shù)的方面可包括，如熱壓(hot pressing)、硬焊(brazing)、燒結(jié)(sintering)、焊接(soldering)、電鍛(electroplating)、聚合物接合(polymericbinding)、及其組合，但不限于此。在一具體方面中，將第二單層超研磨顆粒耦合于該剛性支撐體，通過聚合物接合完成。本發(fā)明再提供一種減少化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器在制造過程中變形的方法。在一方面中，此方法可包括在多個(gè)超研磨顆粒接合期間，該金屬支撐層的相對側(cè)含有基本上相等的變形作用力，其中，由于該相對側(cè)的作用力相等，使金屬支撐層在接合期間的變形減少。在一具體的方面中，基本上相等作用力的方式，其包括排列多個(gè)超研磨顆粒于金屬支撐層的相對側(cè)，以使多個(gè)超研磨顆粒在支撐層的每一側(cè)具有基本上相同的分布，使接合期間具有基本上相同的變形作用力。以上廣泛地概述本發(fā)明的各種特征，而以下是更詳細(xì)描述使更能了解本發(fā)明，而更可理解本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)越之處。本發(fā)明的其他特征將由本發(fā)明的詳細(xì)描述及所附的權(quán)利要求變得更清晰，或可通過本發(fā)明的實(shí)施而學(xué)習(xí)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的側(cè)面示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的側(cè)面示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的側(cè)面示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的側(cè)面示意圖。應(yīng)了解的是，本發(fā)明的圖示僅為解說目的的用處，以更進(jìn)一步了解本發(fā)明。此外，以上圖例未按比例繪制，因此尺寸、顆粒大小、及其他方面可擴(kuò)大至使圖示清晰呈現(xiàn)。因此，為了制造本發(fā)明的散熱片，可根據(jù)圖例所示的特定尺寸及方面變化得之。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明前，應(yīng)了解本發(fā)明不限于在此所揭示的該特定結(jié)構(gòu)、方法步驟、或材料，而可擴(kuò)大延伸至其相等物，如該些具有通常相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)者可推之。并且，應(yīng)了解在此所用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例，而非限制本發(fā)明。須注意的是，本發(fā)明的說明書及所附權(quán)利要求中，單數(shù)形式的「一(a、an)」及「該(the)」包括多個(gè)所指示對象，除非文中另有特別指示。因此，例如關(guān)于「一金剛石顆?！?，其包括一個(gè)或多個(gè)此顆粒；以及關(guān)于「該層」，其包括一層或多層。定義在本發(fā)明的描述及權(quán)利要求中，使用根據(jù)如下文所定義的專門用語。在本文中，「修整器(conditioner)」及「修整器(dresser)」可互相交替使用，且意思是用于修整或研磨一墊的工具。例如一化學(xué)機(jī)械研磨墊。在本文中，「超研磨料(superabrasive)」用作為意思是任何結(jié)晶或多晶材料、或具有莫氏硬度(Mohr’ s hardness)為8或以上的混合材料。在一些方面中，一材料可為莫氏硬度約為9.5或以上。此類材料包括，如金剛石(diamond)、多晶金剛石(polycrystalline diamond (PCD))、立方氮化硼(cubic boron nitride (cBN))、多晶立方氮化硼(polycrystalline cubic boron nitride (PcBN))、剛玉(corundum)及藍(lán)寶石(sapphire)，以及所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員已知的其他超研磨材料，但不限于此。超研磨材料可包含本發(fā)明中各種形式的方面，其包括顆粒(particles)、砂碌(grits)、薄膜(films)、層狀物(layers)、片狀物(pieces)、片段(segments)等。在本文中，「顆?！挂馑际且徊牧系念w粒形式。此顆?？蔀楦鞣N形狀，其包括圓形、橢圓形、正方形、自形(euhedral)等，且可為單晶或多晶，并可具有各種篩孔尺寸。本技術(shù)領(lǐng)域中所現(xiàn)有的「篩孔(mesh)」意思是每單位面積所具有的孔洞數(shù)目，如美國篩孔(U.S.meshes)為例。本文中所有篩孔大小意思是美國篩孔(U.S.meshes),除非有另行批注，都指美國篩孔大小。此外，由于具有某「篩孔大小」的顆粒實(shí)際上是具有一小的尺寸分布范圍，因此篩孔大小是指所收集得到的顆粒的平均篩孔尺寸。在本文中，「硬焊(brazing)」的過程意思是在超研磨顆粒/材料及硬焊材料的原子間形成化學(xué)鍵結(jié)。此外，「化學(xué)鍵結(jié)」意思是一共價(jià)鍵結(jié)，如碳化物或硼化物鍵結(jié)，而不是機(jī)械力或較弱的原子間吸引力。因此，當(dāng)以「硬焊」連接超研磨顆粒時(shí)，會形成真正的化學(xué)鍵結(jié)。然而，當(dāng)一般關(guān)于金屬及金屬接和的「硬焊」，在傳統(tǒng)認(rèn)知上此詞意思是形成一冶金鍵結(jié)。因此，「硬焊」超研磨顆粒片段至此工具主體上，不需要一碳化物形成物(carbideformer)的存在。在本文中，「燒結(jié)(sintering)」意思是連接兩個(gè)或以上單獨(dú)顆粒形成一連續(xù)的固態(tài)塊體(solid mass)。燒結(jié)過程包含有顆粒的凝固，以消除至少部分顆粒間的空隙。一般利用超高壓及存在碳溶劑作為金剛石燒結(jié)助劑，以促進(jìn)金剛石顆粒燒結(jié)。「金屬的(metallic)」一詞意思是金屬及類金屬(metalloid)。金屬包括一般認(rèn)知為金屬(發(fā)現(xiàn)自過度金屬、堿金屬、及堿土金屬在內(nèi))的化合物。舉例而言，金屬可為銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)及鐵(Fe)。類金屬具體包括硅(Si)、硼⑶、鍺Ge、銻(Sb)、砷(As)及締(Te)。金屬材料也包括合金或混合物,其混合物包括金屬材料。此合金或混合物可還包括額外的添加物。在本發(fā)明中，可包括以碳化物形成物(carbide former)及碳濕潤劑(carbon wetting agent)作為合金或混合物,但預(yù)期不會是唯一的金屬組成。碳化物形成元素可為如鈧(Sc)、釔(Y)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉻(Cr)、鑰(Mo)、錳(Mn)、鉭(Ta)、鎢(W)及鐯(Tc)。碳濕潤劑可為如鈷(Co)、鎳(Ni)、猛(Mn)及鉻(Cr)。在本文中，「熔滲(infiltrating)」意思是當(dāng)一材料加熱至其熔點(diǎn),接著其液態(tài)流動(dòng)經(jīng)過顆粒間的間隙空洞。
在本文中，「基本上(substantially)」一詞意思是一動(dòng)作、特征、特性、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目、或結(jié)果具有完全的或接近完全的范圍或程度。舉例而言，一「基本上」封閉的物體意思是該物體不是完全地封閉就是接近完全地封閉。相比于絕對的完整，其確切可接受的誤差程度可視文中具體情況而定。然而，一般談到接近完成可視為如同絕對及完全得到具有相同的整體結(jié)果?！富旧?substantially)」一詞可同樣地應(yīng)用于一負(fù)面含意,其意思是一動(dòng)作、特征、特性、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目、或結(jié)果為完全的或接近完全的缺乏。舉例而言，一組成物「基本上沒有」顆粒意思是該組成物不是完全地缺乏顆粒，就是接近完全地缺乏顆粒，其影響如同完全地缺乏顆粒一樣。換句話說，一「基本上沒有」一成分或元素的組成物，只要不具有重要的影響，實(shí)際上可仍包含此項(xiàng)目(指該成分或元素)。在本文中，「約(about)」一詞意思是提供一數(shù)值范圍端點(diǎn)的彈性空間，即一給定值可以「稍微高于」或「稍微低于」此數(shù)值端點(diǎn)。如本文中，多個(gè)項(xiàng)目、結(jié)構(gòu)元件、組成元件和/或材料可為了方便以一般的列舉呈現(xiàn)。然而，這些清單應(yīng)被解釋為所述清單的每一列舉元件可為單獨(dú)且獨(dú)特的元件。因此，基于一般呈現(xiàn)而未有相對的其他描述的群組內(nèi)，此列舉的單獨(dú)元件不需要單獨(dú)地被解釋為事實(shí)上相等于其他相同列舉出的元件。在本文中，濃度、總量及其他數(shù)值數(shù)據(jù)可以一范圍形式表達(dá)或呈現(xiàn)。應(yīng)了解的是此范圍形式僅為方便及簡化描述，因此應(yīng)更具有彈性的解釋此范圍，其不僅包含明確列舉為范圍界限的數(shù)值，且包括所述范圍內(nèi)包含的所有單獨(dú)數(shù)值或子范圍，如同各數(shù)值和子范圍被明確列舉一樣。舉例而言，一數(shù)值范圍為「約I至約5」應(yīng)解釋為不僅包括大約I至約5的明確列舉的值，還包括在指出的范圍內(nèi)的單獨(dú)值及子范圍。因此，其在該數(shù)值范圍內(nèi)包括如2、3、及4的單獨(dú)值及如自I至3、自2至4、及自3至5等的子范圍，以及分別為1、2、3、4及5。此相同的原則適用于一范圍，其僅指出一數(shù)值為一最小值或一最大值。此外，不論是范圍的幅度或特性，此解釋應(yīng)適用于。本發(fā)明本發(fā)明提供了一種超研磨工具及其制造及使用方法。在一方面中，此超研磨工具可包括化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器，其用于修整(即平滑化、研磨、修整)一化學(xué)機(jī)械研磨墊。根據(jù)本發(fā)明的方面中的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器可善用在，例如修整一化學(xué)機(jī)械研磨墊，該化學(xué)機(jī)械研磨墊用于拋光、加工或其他方式以處理半導(dǎo)體材料。此修整器可利用包含基本平坦尖端的超研磨顆粒而制成。傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的制造方法，甚至許多是描述關(guān)于在固定前將超研磨顆粒尖端平坦化的技術(shù)，一般是包含在整個(gè)修整器表面上尖端高度的顯著變化。通常，將超研磨顆粒固定在化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器支撐體的方法，會破壞各種原已完成的平坦化。例如，利用高溫和/或高壓的固定技術(shù)后，而當(dāng)修整器冷卻時(shí)會造成修整器的支撐體變形。因此，除非步驟有采取避免變形，否則該超研磨顆粒無法在后續(xù)修整器冷卻過程中維持在其平坦?fàn)顟B(tài)。此問題將特別攸關(guān)于硬焊技術(shù)。此外，減少金屬支撐層的扭曲，可維持此加工工具中的超研磨顆粒尖端處在較佳的平坦程度。當(dāng)利用加熱和/或施壓以制造一超研磨工具時(shí)，金屬支撐層的變形會造成尖端水平高度具有極大的變化，甚至是對于那些在加熱和/或施壓之前已平坦化的顆粒。透過超研磨顆粒的排列，在該金屬支持層的兩側(cè)上分布有相等或基本上相等的變形作用力，依此作用力可有效地去除彼此在金屬支持層中產(chǎn)生的變形程度，因此可減少超研磨顆粒彼此之間相對高度的變動(dòng)。本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器包括一含有基本平坦尖端的超研磨顆粒層，其分布在此加工化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的工作面上。相比于傳統(tǒng)的修整器，一具有此基本平坦尖端的排列的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器，由于具有更均勻的突出分布，使該超研磨顆粒不太會將基體層拉出，進(jìn)而可具有低刮傷率。另外，此修整器的更均勻的突出分布可修整化學(xué)機(jī)械研磨墊，進(jìn)而不僅能促進(jìn)良好的研磨速率，同時(shí)可延長此修整器的有效工作壽命。在化學(xué)機(jī)械研磨墊中，上述的優(yōu)點(diǎn)會受到如一致的粗糙間隙及尺寸分布而影響。在本發(fā)明的一方面中，超研磨尖端的平坦化可藉以變形影響最小的方式制造化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器而達(dá)成。例如，一化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的一方面，可由至少一個(gè)二階段程序制得，其中，第一階段為減少在過程中平坦化尖端的擾亂的方法，且通常會明顯地將超研磨顆粒由一平坦化排列中移除，如，硬焊程序。而第二階段程序可進(jìn)一步提升分布在化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的超研磨顆粒尖端的平坦化。具有基本平坦尖端的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的各種具體結(jié)構(gòu)都可被考慮。在一方面中，例如，一化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器可包括:一第一單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于一金屬支撐層的一側(cè)；以及一第二單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于金屬支撐層的該第一單層的相對一側(cè)。第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒具有基本相同分布的位置。在一方面中，一剛性支撐體耦合于相對第一單層的第二單層超研磨顆粒，以提供支撐體作為修整器。一單一超研磨顆粒層設(shè)置于金屬支撐層的每一側(cè)，可減輕在一高溫工藝(如，硬焊)中的熱收縮，否則會使在其中一側(cè)的金剛石分布變形。通過將一超研磨層設(shè)置于金屬支撐層的每一側(cè)，在兩側(cè)上的變形作用力，如熱運(yùn)動(dòng)及壓力，可以為相等或基本上相等。據(jù)此，該金屬或支撐層的變形可被最小化。換句話說，造成變形的作用力為基本上相等地作用于金屬支撐層的每一側(cè)，進(jìn)而減少其發(fā)生變形。在一方面中，如圖1所示，例如，將一第一單層超研磨顆粒12排列于一金屬支撐層14的一表面上。而將一第二單層超研磨顆粒16排列于相對第一單層的一側(cè)。以下將更進(jìn)一步的討論，在一些情況下，將第一及第二單層超研磨顆粒排列，并使透過金屬支撐層對應(yīng)的超研磨顆?；旧蠈R(如圖一所示)。在其他情況下，第一及第二單層超研磨顆粒具有基本上相似分布的排列，但可透過金屬支撐層基本上彼此對齊，或彼此不對齊。用于超研磨顆粒的各種材料都可被考慮。用于一化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的任何現(xiàn)有的超研磨粒，應(yīng)包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。超研磨顆粒材料的例子可包括如，金剛石材料、氮化物材料、陶瓷、及其類似物，但不限于此。在一方面中，超研磨顆粒包括金剛石材料，該金剛石材料可包括天然或合成金剛石、單晶、多晶、及其類似物。在另一方面中，該超研磨顆?？砂⒎降?。另外，可使用各種大小的金剛石顆粒，包括篩孔大小如10/20、30/40、80/90、90/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、及325/400。金屬支撐層可為任何在制造超研磨工具時(shí)能夠支撐單層金剛石的材料。金屬支撐層的材料可包括:金屬材料、金屬合金材料、硬焊合金材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、及其類似物，或其組合，但不限于此。值得被注意的是金屬支撐層可以為各種形態(tài)。在一方面中，例如，金屬支撐層可為固體金屬，如金屬板(metal plate)或金屬薄片(metal foil)。在另一方面中，金屬支撐層可為壓制粉末(pressed powder),例如,將金屬粉末可放置一模具內(nèi)，并冷壓以形成一金屬支撐層。另外，金屬支撐層可為任何能夠支持超研磨顆粒的厚度。例如，在一方面中，金屬支撐層的厚度可為大于約10毫米。在另一方面中，金屬支撐層的厚度可為約2毫米至約10毫米。在再一方面中，金屬支撐層的厚度可為約I微米至約200微米。在又一方面中，金屬支撐層的厚度可為約I微米至約100微米。在更一方面中，金屬支撐層的厚度可為約100微米至約3毫米。在又一方面中，金屬支撐層的厚度可為約500微米至約2毫米。在一些方面中，不論是單面或雙面的超研磨顆?？膳帕谐梢活A(yù)定圖案。上述的圖案可為均勻分布圖案或非均勻分布圖案。此外，便于超研磨顆粒排列成預(yù)定圖案的各種技術(shù)都可被考慮。「預(yù)定」應(yīng)理解為意思是非隨意圖案，而是在排列超研磨顆粒前就已經(jīng)預(yù)期的圖案。在一方面中，預(yù)定圖案也可適用于顆粒間的預(yù)定間距，該技術(shù)可包括:利用一模板排列；利用點(diǎn)黏排列；排列一圖案于一第一襯底，隨后將特定圖案由第一襯底轉(zhuǎn)移至金屬支撐層；及其類似方式，或包括其組合，但不限于此。可利用各種技術(shù)將任一單層的超研磨顆粒暫時(shí)握持在預(yù)定圖案的位置上，其技術(shù)包括:黏著劑、在金屬支撐基體上設(shè)凹穴位置、支撐化合物(supporting compound)(如,臘)、及其類似方式,或包括其組合,但不限于此。在一具體方面中，利用黏著劑將超研磨顆粒暫時(shí)接著于金屬支撐層，接著在修整器的制造過程中揮發(fā)并移除。將一單層的超研磨顆粒層設(shè)置于金屬支撐層的每一側(cè)，因此可調(diào)節(jié)硬焊溫度產(chǎn)生的熱收縮，否則排列在其中一面的超研磨顆粒的分布會變形。通過將一單層鋪設(shè)于金屬支撐層的每一側(cè)，在兩側(cè)面的變形作用力，如熱運(yùn)動(dòng)及壓力，可以為相等或基本上相等。據(jù)此，該金屬支撐層的變形可被最小化。換句話說，造成變形的作用力為基本上相等地作用于金屬支撐層的每一側(cè)，可因此至少部分地相互抵消，進(jìn)而減少變形的發(fā)生。在一些方面中，在金屬支撐層每一側(cè)的超研磨顆粒可具有彼此相配的構(gòu)形、圖案、或方向性。依照此方式，金屬支撐層每一側(cè)的超研磨顆?？删哂谢旧舷嗯涞拈g隙排列。在另一方面中，構(gòu)形、圖案、或方向性可以彼此不相同或多變的(varied)，或?yàn)椴糠窒嗯?。在再一方面中，金屬支撐層的一?cè)的超研磨顆粒的圖案配置可基本上對齊金屬支撐層的另一側(cè)的超研磨顆粒的圖案配置，以使顆粒位置彼此相配。在一些方面中，在金屬支撐層一側(cè)的超研磨顆粒的空間定位與金屬支撐層另一側(cè)的超研磨顆粒的空間定位間可直接相對應(yīng)。在另一方面中，超研磨顆粒的圖案可彼此相配或基本上相配，但在金屬支撐層的相對側(cè)可能具有偏差，使顆粒位置彼此不相配。在另一方面中，如圖2所示，將一第一單層超研磨顆粒22排列于一金屬支撐層24的一表面上。而將一第二單層超研磨顆粒26排列于相對第一單層的一側(cè)。以一接合材料28將第一單層及第二單層穩(wěn)固于金屬支撐層24，該接合材料可以為任何能夠穩(wěn)固第一及第二單層于金屬支撐層的材料。在一些方面中，用于穩(wěn)固第一單層及第二單層的接合材料可為相同，同時(shí)在其他方面中，用于穩(wěn)固第一單層及第二單層的接合材料可為不相同。接合材料可為任何能夠穩(wěn)固超研磨顆粒于其中的材料。接合材料可包括:如金屬焊料、金屬焊料合金、有機(jī)基質(zhì)材料、燒結(jié)材料、電鍍材料、及其類似物，或包括其組合，但不限于此。在一方面中，例如，超研磨顆粒可硬焊于金屬支撐層，因此接合材料可為金屬焊料或金屬焊料合金。金屬硬焊技術(shù)為本技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所現(xiàn)有的技術(shù)。一綠色硬焊材料可應(yīng)用于金屬支撐層之上或超研磨顆粒的周圍。金屬焊料可適用于任何現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，包括焊片、粉末、膏狀物、噴霧狀物、及其類似物，或包括其組合。一旦鋪設(shè)于金屬支撐層，焊料可被加熱并熔融涂布于金屬支撐層的至少一部分，進(jìn)而接合超研磨顆粒。加熱溫度可視所使用的硬焊材料而變化，然而在一方面中，加熱溫度可為約700°C至約1200°C。為了減少變形，在第一及第二單層的超研磨顆粒如此排列，使得在加熱及冷卻過程中，施加于金屬支撐層的熱作用力(thermal force)為基本上相等。在一非限定實(shí)施例中，可通過以一鎳基合金硬焊，將超研磨顆粒接合于金屬支撐層，其中，鎳基合金可包含鉻或不包含鉻。在另一實(shí)施例中，為了將超研磨顆粒尖端平坦化，在硬焊可包括以一平坦陶瓷材料擠壓超研磨顆粒，且該平坦陶瓷材料不會與焊料接合?？衫酶鞣N焊接合金，如，BNi2, BNi7、及其類似物，但不限于此。此外，在一方面中，至少一第一及第二單層超研磨顆?？赏ㄟ^電沉積方式耦合于金屬支撐層，因此接合材料可以為一電沉積金屬材料。在一方面中，一單層的超研磨顆?？沙练e于金屬支撐層，接著置于一包含金屬離子的離子溶液中。導(dǎo)入一電流于上述的離子溶液，以使一金屬層可被電鍍在金屬支撐層，用以穩(wěn)固超研磨顆粒。因此通過上述方式，可將超研磨顆粒耦合于金屬支撐層。在電沉積程序之前及期間，一個(gè)用于定位及保持超研磨材料的適當(dāng)方式，可例如使用一個(gè)包括絕緣材料的模具，其中，該絕緣材料可有效地防止電沉積材料在成型表面(molding surface)的聚集。超研磨顆粒可因此在電沉積過程中握持在模具的成型表面。據(jù)此，可防止在顆粒尖端及研磨墊修整器襯底的工作表面上產(chǎn)生電沉積材料的聚集。上述的技術(shù)已揭示美國專利申請?zhí)?1/292，938，申請日為2005年12月2日，于此納入本發(fā)明以供參考。在另一方面中，超研磨顆?？赏ㄟ^燒結(jié)方式接合于金屬支撐層，因此接合材料可包括一燒結(jié)材料。舉例而言，將超研磨顆粒接合于金屬支撐層可包括設(shè)置一燒結(jié)化合物于金屬支撐層，并與至少一個(gè)第一單層或第二單層接觸，并燒結(jié)該燒結(jié)化合物，以接合超研磨顆粒于金屬支撐層。適用的燒結(jié)方法可通過本發(fā)明所屬領(lǐng)域的通常技藝而輕易地被理解?；旧希瑹Y(jié)化合物可涂布在超研磨顆粒周圍，并與金屬支撐層接觸。該燒結(jié)化合物可為任何現(xiàn)有的燒結(jié)材料，其用于穩(wěn)固超研磨顆粒于基材。燒結(jié)材料可包括:金屬及金屬合金粉末、陶瓷粉末、及其類似物，但不限于此。燒結(jié)化合物的具體例子為鈷粉末，并不限于此。當(dāng)燒結(jié)化合物涂布于超研磨顆粒周圍及金屬支撐基材，接著加熱且在一些情況下可提供壓力，以進(jìn)行燒結(jié)。在一些方面中，在接合過程中，可將焊料或焊料合金熔滲入該燒結(jié)化合物，進(jìn)而強(qiáng)化對材料基質(zhì)的接合。在另一方面中，如圖3所示，加熱及加壓可應(yīng)用于將第一單層超研磨顆粒32和/或第二單層超研磨顆粒36直接接合于該金屬支撐層34。因此，在其上面加熱及加壓后，該金屬支撐層34會軟化或部分熔融。接著，將一個(gè)或多個(gè)單層中的超研磨顆粒被擠壓入金屬支撐層。當(dāng)將超研磨顆粒被擠壓入金屬支撐層時(shí)，可利用一平坦化的平坦表面施加壓力于單層上，以維持超研磨顆粒尖端的平坦性質(zhì)。冷卻后，金屬支撐層任一側(cè)的超研磨顆粒分布，其作用于金屬支撐層的熱作用力至少部分相等，并進(jìn)而減少變形。此外，用于制造此裝置的溫度及壓力可根據(jù)所用的材料及設(shè)備而變化。在一方面中，例如，加熱溫度為約700°C至1000°C。在另一方面中，施加的壓力為約IOMPa至約50Mpa。在再一方面中，如圖4所示，一化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器可包括一第一單層超研磨顆粒42及一第二單層超研磨顆粒46耦合于金屬支撐層44。超研磨顆?？芍苯拥伛詈嫌诮饘僦螌踊蛲ㄟ^接合材料耦合于金屬支撐層。第二單層超研磨顆粒46耦合于一剛性支撐體48。在圖4中，移除剛性支撐體48的一部分，以露出第二單層。剛性支撐體48可便于化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的操作及使用。通過接合第二單層超研磨顆粒于剛性支撐體上，使第一單層超研磨顆粒在化學(xué)機(jī)械研磨墊的操作狀態(tài)時(shí)仍可維持露出。剛性支撐體可由任何適用于研磨或修整程序的材料。其此材料可包括高分子材料、金屬材料、陶瓷材料、玻璃、復(fù)合材料、及其類似物。在一方面中，剛性支撐體可為高分子材料，并可利用加熱、擠壓、黏著劑等方式將第二單層超研磨顆粒嵌入剛性支撐體中。在一些方面中，剛性支撐體可為非高分子材料，如金屬材料。在上述情況下，可通過黏著劑黏附、焊錫、硬焊、電鍍、及其類似方式，以將超研磨顆粒接合于剛性支撐體。關(guān)于硬焊技術(shù)，在加熱及冷卻過程中須注意減少或排除金屬支撐層的變形。在另一方面中，可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)磁性元件于剛性支撐體中，以吸引或固定化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器于適當(dāng)?shù)奈恢?，因此形成暫時(shí)性的附著。在使用的期間，可利用一選擇性鎖定機(jī)制進(jìn)一步固定化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器于剛性支撐體。在一些方面中，剛性支撐體可包括表面形態(tài)，使其在對化學(xué)機(jī)械研磨墊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間，可保持修整器于適當(dāng)?shù)奈恢?。剛性支撐體可具有與金屬支撐層大致相同的直徑、大于金屬支撐層的直徑、或一些情況下具有小于金屬支撐層的直徑。
各種高分子材料可被考慮作為剛性支撐體，適用的材料包括:胺基樹脂(aminoresins)、丙烯酸酯樹脂(acrylate resins)、醇酸樹脂(alkyd resins)、聚酯樹脂(polyester resins)、聚酰胺樹脂(polyamide resins)、聚酰亞胺樹脂(polyimideresins)、聚胺基甲酸酯樹脂(polyurethane resins)、酌.醒樹脂(phenolic resins)、酹醒/乳膠樹脂(phenolic/latex resins)、環(huán)氧樹脂(epoxy resins)、異氰酸酯樹脂(isocyanate resins)、異三聚氰酸樹脂(isocyanurate resins)、聚娃氧燒樹月旨(polysiloxane resins)、反應(yīng) f生乙 j；希基申對月旨(reactive vinyl resins) ^ M Zj M樹脂(polyethylene resins)、聚丙烯樹脂(polypropylene resins)、聚苯乙烯樹脂(polystyrene resins)、苯氧基申對月旨(phenoxy resins)、申對月旨(perylene resins)、聚Pi申對月旨(polysulfone resins)、丙j；希月青一丁二j；希一苯乙j；希申對月旨(acrylonitrile_butadiene_styrene resins)、丙烯酸樹脂(acrylic resins)、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resins) >聚酰亞胺樹脂(polyimide resins)、及其混合物,但不限于此。在一具體方面中，高分子材料可為環(huán)氧樹脂。在另一方面中，高分子材料可為聚酰亞胺樹脂。在再一方面中，高分子材料可為聚胺基甲酸酯樹脂。在使用高分子材料時(shí)，用于固化高分子材料的方法可以為本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識著所熟知的各種方法，可使高分子材料至少自柔軟狀態(tài)相轉(zhuǎn)變成剛性狀態(tài)。固化的發(fā)生可通過將高分子材料暴露于熱、電磁輻射(如，紫外光、紅外光、及微波輻射)、顆粒沖擊(如，電子束)、有機(jī)催化劑、無機(jī)催化劑、或任何其他現(xiàn)有的固化方法，但不限于此。在本發(fā)明的一方面中，高分子材料可為熱塑性材料，分別通過冷卻與加熱，可使熱塑性材料呈現(xiàn)可逆性的硬化及軟化。在一方面中，高分子材料層可為熱固性材料，無法如同熱塑性材料呈現(xiàn)可逆性的硬化及軟化。換句話說，一旦發(fā)生固化，此過程基本上是不可逆的。此外，在一方面中，可涂布一耦合劑或有機(jī)金屬化合物在超研磨材料的表面，通過化學(xué)鍵以促進(jìn)超研磨顆粒維持在高分子材料中。本技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所現(xiàn)有的各種有機(jī)及有機(jī)金屬化合物都可被利用。有機(jī)金屬耦合劑可于超研磨材料及高分子材料間形成化學(xué)鍵結(jié)，因此增加在第二單層超研磨顆粒與高分子材料間的接合。依照上述方式，有機(jī)金屬耦合劑可作一橋梁，以在高分子材料與超研磨材料表面間形成鍵結(jié)。在一方面中，有機(jī)耦合劑可為鈦酸鹽(titanate)、錯(cuò)酸鹽(zirconate)、娃燒(silane)、或其混合物。有機(jī)金屬耦合劑的含量的使用可視耦合劑及超研磨材料的表面積而定。在一方面中，有機(jī)金屬耦合劑的含量占高分子材料層的0.05至10重量百分比就足夠。在本發(fā)明的另一方面中，一種化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的制作方法可包括:設(shè)置一第一單層超研磨顆粒于一金屬支撐層；以及，設(shè)置一第二單層超研磨顆粒于該金屬支撐層的相對該第一單層的一側(cè)。第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒基本上相同分布的位置。此制作方法可還包括接合第一單層超研磨顆粒及第二單層超研磨顆粒于金屬支撐層上，以使在第一單層及第二單層間的對稱作用力基本上為相似的分布，可用以防止金屬支撐層實(shí)質(zhì)上變形。在再一方面中，設(shè)置至少一第一單層超研磨顆?；虻诙螌映心ヮw粒的步驟包括:將多個(gè)超研磨顆粒黏著至黏著轉(zhuǎn)印片(adhesive transfer sheet),并通過一模板(template)的空隙設(shè)置一預(yù)定圖案，接著，自將模板自黏著轉(zhuǎn)印片移除，以使多個(gè)超研磨顆粒以一預(yù)定圖案保持黏著于黏著轉(zhuǎn)印片。之后，將多個(gè)超研磨顆粒隨著黏著轉(zhuǎn)印片而轉(zhuǎn)換至金屬支撐層，并將黏著轉(zhuǎn)印片由多個(gè)超研磨顆粒中移除，進(jìn)而形成至少一第一單層超研磨顆?；虻诙螌映心ヮw粒。在本發(fā)明的又一方面中，一種減少化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器在制造過程中變形的方法，其包括在接合多個(gè)超研磨顆粒期間在金屬支撐層的相對側(cè)含有基本上相等的變形作用力，其中，由于相對兩側(cè)的作用力相等，使金屬支撐層在接合期間的變形減少。在一方面中，基本上相等作用力的方式，其包括排列多個(gè)超研磨顆粒于金屬支撐層的相對側(cè)，以使多個(gè)超研磨顆粒在支撐層的每一側(cè)具有基本上相同的分布，使接合期間具有基本上相同的變形作用力。須注意的是，盡管上述揭露主要是指化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器，其它精密研磨(grinding)和/或研磨(abrading)工具也包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。據(jù)此，本文中所揭露的技術(shù)及教導(dǎo)可同時(shí)應(yīng)用于類似的工具中。以下是以各種方式制作本發(fā)明的散熱器的實(shí)施例。這些實(shí)施例僅用于說明，并不會限縮本發(fā)明的范圍。實(shí)施例實(shí)施例1一薄金屬層(如，100微米厚的銅)具有一黏著層(即，3M生產(chǎn)，25微米，易變化(即，易揮發(fā)而不會殘留碳))于每一側(cè)。將涂布鈦的金剛石顆粒(如，約50微米)分散于兩側(cè)面以在每一側(cè)制作出單層金剛石顆粒，并移除多余的金剛石。將層配置于覆蓋了銅粉末薄層的石墨模具內(nèi)。再加另一層銅粉末薄層在該層上。然后，將此組件(assembly)在真空或惰性氣體下熱壓(如，900°C，20分鐘)，以形成具有金剛石顆粒突出于兩側(cè)的碟盤。因鈦涂層的存在，使銅與金剛石顆粒更穩(wěn)固地結(jié)合。此碟盤的平整度可通過平坦的模具表面而維持。
實(shí)施例2如同實(shí)施例1，除了薄金屬銅層具有硬焊合金層(如,Cu-Sn-Ti或Ag_Cu_Ti) f禹合至每一側(cè)。未涂布的金剛石顆粒以黏著劑設(shè)置于硬焊合金層的暴露側(cè)。將該組件在真空爐加熱融熔焊料，形成一銅層覆蓋于在兩側(cè)的金剛石顆粒。實(shí)施例3將實(shí)施例2的金剛石附著層懸浮在連接至陰極的CuSO4電解質(zhì)溶液。該陽極為一銅電極。在將電流通過電解質(zhì)后，銅會被電鍍在銅層以及金剛石顆粒間的間隙，進(jìn)而增強(qiáng)金剛石顆粒至銅金屬層的接合。實(shí)施例4如同實(shí)施例2，除了銅層以薄鎳層取代，且硬焊層為N1-Cr-B-Si (BNi2，如WallColmonoy所生產(chǎn)的Nichrobraze LM),而金剛石顆粒(如，150微米)以網(wǎng)狀圖案排列(如，間距為500微米)。實(shí)施例5將實(shí)施例4所形成的對象，對一平面襯底(108毫米直徑，6.5毫米厚度)擠壓，并加熱配置于其間的一熱塑性黏著劑(如，150°C，10分鐘)。結(jié)果獲得一工具，如具有平坦表面的化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器。該修整器的每一側(cè)的單層可調(diào)節(jié)由該硬焊溫度(如，1020°C，10分鐘)所產(chǎn)生的熱收縮，其中，該硬焊溫度會造成其中一側(cè)的金剛石分布不對稱。當(dāng)然，應(yīng)了解上述配置僅為說明本發(fā)明原理的應(yīng)用。在不偏離本發(fā)明精神和范圍情況下，通過所屬領(lǐng)域的技術(shù)可設(shè)計(jì)出許多修改和替代配置，且所附權(quán)利要求將要包含這些修飾和配置。于是，盡管已使用當(dāng)前認(rèn)為是本發(fā)明最實(shí)際且優(yōu)選的實(shí)施例來特定且詳細(xì)地在上面描述了本發(fā)明，但是顯然對所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)來說，在不偏離本文所闡明的原理和概念的情況下可進(jìn)行許多修改，所述修改包括尺寸、材料、形狀、形式、功能和操作方式、裝配和用途的變化，但不限于這些。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器，包括: 一第一單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于一金屬支撐層的一側(cè)；以及 一第二單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于該金屬支撐層的第一單層的相對側(cè)；其中，該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒具有基本相同分布的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第一單層超研磨顆粒包括一成份，其選自由:金剛石材料、氮化物材料、陶瓷、或其組合所組成的群組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第一單層超研磨顆粒為一金剛石材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第一單層超研磨顆粒為一立方氮化硼材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第二單層超研磨顆粒包括一成份，其選自由:金剛石材料、氮化物材料、陶瓷、或其組合所組成的群組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第二單層超研磨顆粒為一金剛石材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第二單層超研磨顆粒為一立方氮化硼材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，還包括一剛性支撐體，其耦合于相對該第一單層的該第二單層超研磨顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，至少一該第一單層超研磨顆?；蛟摰诙螌映心ヮw粒利用一焊料合金耦合于該金屬支撐層。
10.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的修整器，其中，該第一單層超研磨顆粒及該第二單層超研磨顆粒兩者都利用一焊料合金耦合于該金屬支撐層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修整器，其中，該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒具有基本相同分布的位置。
12.一種化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器的制作方法，包括: 設(shè)置一第一單層超研磨顆粒于一金屬支撐層； 設(shè)置一第二單層超研磨顆粒于該金屬支撐層的相對該第一單層的一側(cè)；其中，該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆?；鞠嗤姆植嫉奈恢茫灰约? 接合該第一單層超研磨顆粒及該第二單層超研磨顆粒于該金屬支撐層，使在該第一單層及該第二單層間的對稱作用力為基本相似的分布，以防止該金屬支撐層實(shí)質(zhì)上變形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其中，至少一該第一單層或該第二單層的接合為利用一焊料合金進(jìn)行硬焊。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其中，至少一該第一單層或該第二單層的接合在加熱及加壓下進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作方法，其中，至少一該第一單層或該第二單層的接合還包括: 設(shè)置一燒結(jié)化合物于該金屬支撐層上，并與至少一該第一單層或該第二單層接觸；以及 燒結(jié)該燒結(jié)化合物，以接合至少一該第一單層或該第二單層于該金屬支撐層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制作方法，其還包括在接合過程中，以一硬焊材料熔滲入該燒結(jié)化合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制作方法，其中，至少一該第一單層或該第二單層直接地加熱及加壓以結(jié)合于該金屬支撐層。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，其中，該第二單層超研磨顆粒位于對齊于該第一單層的該超研磨顆粒的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制作方法，還包括耦合該第二單層超研磨顆粒于一剛性支撐體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制作方法，其中，該第二單層超研磨顆粒耦合于該剛性支撐體，利用一選自由下述技術(shù)完成，如，熱壓、硬焊、燒結(jié)、焊錫、電鍍、聚合物接合、及其組合所組成的群組。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制作方法，其中，該第二單層超研磨顆粒耦合于該剛性支撐體，利用聚合物接合完成。
22.—種減少化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器在制造過程中變形的方法，包括: 在接合多個(gè)超研磨顆粒于一金屬支撐層期間，在該金屬支撐層的相對側(cè)為基本上相等的變形作用力，其中，由于在相對側(cè)的為相等的作用力，使接合期間在支撐層的變形減少。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，基本上相等作用力的方式，其包括排列多個(gè)超研磨顆粒于該金屬支撐層的相對側(cè)，以使該多個(gè)超研磨顆粒在該支撐層的每一側(cè)具有基本相同的分布，使接合 期間具有基本上相等的變形作用力。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種超研磨工具及其制造及使用方法。在本發(fā)明的一范例中，例如，一化學(xué)機(jī)械研磨墊修整器包括一第一單層超研磨顆粒，設(shè)置及耦合于一金屬支撐層的一側(cè)；以及一第二單層超研磨顆粒設(shè)置及耦合于該金屬支撐層的該第一單層的相對一側(cè)。該第二單層超研磨顆粒位于與該第一單層超研磨顆粒具有基本相同分布的位置。
文檔編號B24D7/06GK103221180SQ201180053648
公開日2013年7月24日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者宋健民 申請人:錸鉆科技股份有限公司