CN101879706B - 钻石研磨碟及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻石研磨碟及其制造方法，该方法包括以下步骤：提供一容置单元，容置单元内设置有多个钻石颗粒，且每一钻石颗粒具有至少一锐角研磨端。接着，提供一导引模具，导引模具具有多个凹槽。将导引模具压抵于多个钻石颗粒，使得钻石颗粒的锐角研磨端分别对应于该些凹槽插设。接着，移除导引模具，之后灌注一高分子材料至容置单元内并覆盖钻石颗粒。硬化高分子材料，接着，移除容置单元以完成本发明的钻石研磨碟。

Description

钻石研磨碟及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钻石研磨碟及其制造方法，特别是一种可有效控制钻石排列方向的钻石研磨碟及其制造方法。

背景技术

近年来，由于集成电路(Integrated Circuit，IC)技术发展快速且成熟，使得半导体产业成为蓬勃发展的产业之一，其中半导体产品可广泛应用于信息、通讯、消费性电子、工业仪器、运输及国防太空等领域，对电子产品影响很大，其重要性不可言喻。

硅晶圆(Silicon Wafer)为半导体产业中极为重要的材料，而硅晶圆必须先经过化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺，使硅晶圆表面平整才可于其上进行制造芯片的后续工艺，以提升工艺的准确度及合格率。在化学机械研磨工艺中所使用的研磨垫(Polishing Pad)，因长期研磨使用，其研磨粒子填塞入研磨垫空隙中造成研磨垫的研磨效率下降，必须定期修整研磨垫以去除残留的杂质及研磨残屑，使研磨垫维持在最佳研磨状态。因此，半导体工业利用钻石坚硬的特性，将钻石应用于清除研磨垫的研磨垫修整器(Pad Conditioner)上，而研磨垫修整器的外型为圆盘状或是圆环状，亦称为钻石研磨碟修整器(Diamond Disk Pad Conditioner)。

为了增加研磨垫修整器的寿命及提高研磨特性，在中国台湾专利公告第412461号专利「修整晶圆抛光垫的钻石碟及其制法」及美国专利第5,092,910号「Abrasive Tool and Method For Making」中，揭露一种利用具规则性分布孔洞的模孔或是筛网的方式，以使钻石颗粒具规则性地排列图案于研磨工具上及其工艺方法，取代了传统研磨工具上的钻石颗粒以随机且不规则的排列方式。此外，于2003年7月11日中国台湾专利公告第541226号专利「具等高化磨料颗粒的研磨工具及其制造方法」揭露一种将钻石颗粒等高均匀排列的方法，是将磨料颗粒依适当间距排列于载具上的磨粒定位沟，以填充于磨粒结合沟内的结合剂，使得磨料颗粒排列取向呈一致性。

中国台湾第412461号专利及美国第5,092,910号专利虽可达到使各个钻石颗粒以适当间距均匀地排列的目的，但由于所使用的模孔或是筛网的网目尺寸较钻石颗粒为大，钻石颗粒仅能根据网目位置规则排列，而无法控制各个钻石颗粒于排列位置上的取向(Orientation)，导致钻石碟上的钻石露出高度参差不齐，而对钻石碟修整器的研磨均匀性及使用寿命上有极大的不良影响。此外，钻石颗粒固着排列于晶圆表面后，仍需经过一道硬焊工艺以使钻石颗粒紧密地与晶圆表面结合，因而导致基材变形及钻石颗粒劣化的问题。

又，中国台湾第541226号专利用于排列钻石颗粒的载具必须先铣削出预定形状的定位沟，使得制造成本因载具额外的加工工序而增加，且为了使钻石颗粒趋于同一取向，将耗费较多制造时间于摆放钻石颗粒的工序上，致使生产钻石碟修整器的效率降低。

上述常用的钻石碟修整器的制造方法中，其多个钻石颗粒虽可规则地均匀排列，但却无法使各个钻石颗粒的取向呈一致性，或是需要花费过多成本及制造时间才可达到磨料颗粒的排列取向一致的目的。据此，现有的钻石研磨碟修整器仍有许多问题尚待解决。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明提供一种可有效控制钻石排列方向的钻石研磨碟及其制造方法，以解决先前技术中钻石颗粒分布不均、方向取向杂乱无序而造成钻石颗粒高低不齐、以及工艺过于繁复且成本过高的限制或缺点。

本发明所揭露的钻石研磨碟的制造方法，首先提供一容置单元，并贴附一塑性材料于容置单元中，再黏附多个钻石颗粒于塑性材料上，且该些钻石颗粒分别具有至少一锐角研磨端突设于塑性材料。接着，提供一导引模具，其中导引模具的一侧面具有多个锥状凹槽，将导引模具压抵于多个钻石颗粒，使得钻石颗粒的锐角研磨端分别对应于该些凹槽插设。接着，移除导引模具，之后灌注一高分子材料至容置单元内并覆盖该些钻石颗粒。硬化高分子材料以固定钻石颗粒，接着，移除容置单元以完成本发明的钻石研磨碟。

本发明的功效在于提供一可设计为具有不同形状、尺寸、角度的锥状凹槽的导引模具，使钻石颗粒以锐角研磨端嵌入导引模具的锥状凹槽内，提高钻石颗粒有更多转向的机会，致使多个钻石颗粒均匀排列并具有一致性的方向取向，以达到钻石研磨碟具备良好研磨效果的目的。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技术的人了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟悉相关技术的人可轻易地理解本发明前述的目的及优点。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1A至图1C为本发明一较佳实施例的导引模具的制造步骤流程示意图；

图2A至图2E为本发明一较佳实施例的钻石研磨碟的制作流程示意图；

图3为本发明的钻石研磨碟的剖面示意图；

图4A为本发明钻石研磨碟的结构示意图；以及

图4B为本发明的钻石研磨碟的结构示意图。

其中，附图标记为

100...............................金属模具

103...............................突出部

104                               树脂材料

200...............................导引模具

201...............................凹槽

300...............................容置单元

400...............................塑性材料

500、500a、500b...................钻石颗粒

501、501a、501b...................锐角研磨端

600...............................基座

700                         ......固化胶状物

800                               高分子材料

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明藉由一导引模具调整钻石研磨碟的钻石颗粒的排列方向，首先，请参阅图1A至图1C，其为本发明的导引模具200的制造步骤流程示意图。首先，提供一金属模具100(图1A)，金属模具100具有多个突出部103，突出部103例如是锥形体，突出部103以一固定距离彼此分离设置。然后，灌注一树脂材料104于金属模具100上，并覆盖住突出部103(图1B)，树脂材料为环氧树脂(epoxy resin)。之后，将树脂材料104硬化，并与金属模具100脱离。由于金属模具100具有突出部103，因此，硬化后的树脂材料104会在金属模具突出部103之处形成相对应的凹槽。将硬化后的树脂材料104与金属模具100分离之后，形成本发明的导引模具200(图1C)，其中，导引模具200具有多个凹槽201，凹槽的结构为锥形体，例如是三角锥状或四角锥状，而锥形体可以是相同边长或不同边长。此外，导引模具的凹槽201的底部呈V形，其具有一夹角，角度为100°至150°，凹槽201的尺寸为150至215微米(μm)，此外，凹槽201可为相同尺寸或是不同尺寸，但并不以本发明所揭露的实施例为限。

接着，请参阅图2A至图2E，其为本发明一较佳实施例的钻石研磨碟的制作流程示意图。首先，提供一容置单元300，并贴附一塑性材料400于容置单元300中，将多个钻石颗粒500黏附于塑性材料400上(图2A)，其中，钻石颗粒500的粒径为250至420微米(μm)，且分别具有至少一锐角研磨端501突设于塑性材料400。接着，提供导引模具200，并将导引模具200压抵于钻石颗粒500上(图2B)，使钻石颗粒500分别对应于导引模具的凹槽201插设，由于导引模具的凹槽201对应钻石颗粒500设置，因此，在施加压力于导引模具200上时，凹槽201会使得钻石颗粒500的排列方向改变，使钻石颗粒500的锐角研磨端501抵顶于凹槽201且与凹槽的V形底部密合(fit)，如此一来，钻石颗粒500的排列方向改变。之后，移除导引模具200。

接下来，灌注一高分子材料800至容置单元300中(图2C)，并覆盖住钻石颗粒500，高分子材料800的材质为环氧树脂，以环氧树脂做为钻石颗粒500的结合剂，可避免现有技术的高温硬焊工艺所造成的基材变形及钻石颗粒劣化的问题。之后，将高分子材料800硬化以形成一基座600(图2D)，最后，移除容置单元300及塑性材料400，并形成本发明的钻石研磨碟(图2E)。

要说明的是，由于高分子材料所形成的基座600，其表面的平坦度不佳，为了提升研磨碟的整体平坦性，以及改善钻石颗粒500周缘的高分子材料于工艺后产生凹陷的问题，可选择性地形成一固化胶状物700于硬化的基座600上，其中，固化胶状物700为一光固化胶(UV glue)，并藉由紫外光线的照射，使得光固化胶产生硬化，以得到平整表面且具有钻石颗粒500的钻石研磨碟。

请参阅图3，其为本发明的钻石研磨碟的剖面示意图，包括有基座600以及多个钻石颗粒500，基座600的材质为环氧树脂，钻石颗粒500具有至少一锐角研磨端501，钻石颗粒500以辐射状径向分布于基座600，并且露出锐角研磨端501于基座600表面，形成多个钻石颗粒500锐角研磨端501皆以同一高度朝轴向露出于基座600的状态。

另外值得注意的是，本发明的钻石研磨碟亦可藉由改变导引模具200的凹槽201的形状、角度或尺寸，例如当凹槽201的结构为不同边长的锥形体时，以形成如图4A及图4B所示的不同排列角度的钻石颗粒的钻石研磨碟。如图4A所示，多个钻石颗粒500a以辐射状径向分布于基座600，且钻石颗粒的锐角研磨端501a以基座600的轴心为基准，以同心圆依序向外周缘逐渐增加倾斜角度，以使钻石研磨碟呈一中央高***低的形状，当然，亦可以同心圆依序向轴心处逐渐增加倾斜角度，并不以本实施例为限。

另外，亦可制造出如图4B所示的钻石研磨碟，其中，多个钻石颗粒500b以辐射状径向分布于基座600，靠近外周缘的钻石颗粒的锐角研磨端501b朝轴向露出于基座600，其余的钻石颗粒500b以同心圆依序向基座600的轴心处逐渐增加倾斜角度，以使钻石研磨碟呈一中央低***高的形状。熟悉此项技术的人，亦可将钻石研磨碟表面型态变化设计为各种几何形状，以满足钻石研磨碟于实际应用在研磨工艺上的需求，并不以本发明所揭露的实施例为限。

本发明的钻石研磨碟藉由一具有多个凹槽的导引模具，将凹槽压抵于钻石颗粒上，以使钻石颗粒的锐角研磨端嵌入凹槽内，如此一来，钻石颗粒藉由导引模具而调整其排列方向，并以固化胶状物披覆于高分子材料所形成的基座上，除了可大幅增加钻石颗粒转向的机会，降低制造成本，而不会出现现有技术中使用筛网网目所无法控制钻石颗粒取向的缺点，更可避免因高温硬焊工艺所造成的基材变形及钻石颗粒劣化的问题。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种钻石研磨碟的制造方法，其特征在于，包括有以下步骤：

提供一容置单元，该容置单元内设置有多个钻石颗粒，且每一该些钻石颗粒具有至少一锐角研磨端；

提供一导引模具，该导引模具具有多个凹槽；

将该导引模具压抵于该些钻石颗粒，使该些钻石颗粒的锐角研磨端分别对应于该些凹槽插设；

移除该导引模具；

灌注一高分子材料至该容置单元内并覆盖该些钻石颗粒；

硬化该高分子材料；以及

移除该容置单元。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括贴附一塑性材料于该容置单元内，且该些钻石颗粒的锐角研磨端突设于该塑性材料。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包含形成有一固化胶状物于该硬化的高分子材料上。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，该固化胶状物为一光固化胶。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该高分子材料的材质为环氧树脂。

6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该些导引模具的凹槽的形成包括有以下步骤：

提供一金属模具，该金属模具具有多个凹陷部；

提供一树脂层于该金属模具上，并覆盖该些凹陷部；

硬化该树脂层；以及

将该硬化的树脂层与该金属模具分离，以获得该导引模具。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，该树脂层为环氧树脂。

8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，该些凹槽为锥形体。

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该些锥形体包括三角锥或四角锥。

10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该些锥形体为相同边长或不等边长。

11.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，该些凹槽的底部具有一夹角，该夹角为100°至150°。

12.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，该些凹槽的尺寸为150至215微米，而该些钻石颗粒的粒径为250至420微米。

13.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该些钻石颗粒的锐角研磨端分别对应于该些凹槽插设，以使得该些钻石颗粒转向。

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