TW201507807A - 利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器,包括:一基板;一結合層,該結合層係設置於該基板上;以及複數個研磨顆粒,該些研磨顆粒係埋設於該結合層,且該些研磨顆粒藉由該結合層以固定於該基板上;其中,該結合層係藉由一編織預形體加熱硬化而形成,且該些研磨顆粒係預先固定於該編織預形體。藉此,本發明可藉由該編織預形體提供結合層具有較佳的可撓性,並改善習知粉末結合層內的樹脂殘留問題,或片狀結合層在加熱硬化過程中所造成之熱烈痕或熱變形問題,進而提升化學機械研磨修整器之研磨性能及使用壽命。
Description
本發明係關於一種化學機械研磨修整器,尤指一種利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)係為各種產業中常見之研磨製程。利用化學研磨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,因化學機械研磨可達到大面積平坦化之目的,故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術之一。
在半導體之化學機械研磨過程中,係利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其它半導體元件)接觸,並視需要搭配使用研磨液,使研磨墊透過化學反應與物理機械利以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構;當研磨墊使用一定時間後,由於研磨過程所產生的研磨屑積滯於研磨墊之表面而造成研磨效果及效率降低,因此,可利用修整器(conditioner)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。然而,在修整器之製備過程中,需要將研磨顆粒及結合層混合形成之研磨層設置於基板表面,並經由硬焊或燒結等硬化方式使研磨層固定結合於基板表面。
目前化學機械研磨修整器之製作方法中,主要都是利用粉末狀結合層(即,利用金屬粉末或焊料合金粉末作為結合層)或片狀結合層(即,利用金屬或焊料粉末經由真空擠壓形成為結合層薄片);惟在結合層(或,研磨層)之硬化過程中,由於粉末狀結合層經常需要額外添加黏著劑(例如,有機樹脂),使粉末狀結合層能夠形成半固化之片狀預形體,然而,該黏著劑在加熱硬化過程中常會殘留於結合層內,並造成結合層與研磨顆粒或基板間之結合強度下降,進而破壞化學機械研磨修整器的品質及性能;另外,由於片狀結合層為經過真空擠壓處理而成型,使得片狀結合層的可撓性不佳,並在加熱硬化過程中常會出現熱裂痕之缺陷,進而影響化學機械研磨修整器之研磨效率及使用壽命。
已知技術中,如中華民國公告專利第M323370號,係揭示一種具排屑之雙面砂布結構,尤指針對習式只能單面研磨的砂布會迅速降低研磨效率,及加速砂布結構劣化縮短使用壽命等缺點改良之創新結構;係包含一片由縱橫向織線織成具網孔之網層,於前、後側表面結合金剛砂層成為具有排屑網孔之雙面砂布;俾於其一側表面與一纖維布層的固定片結合,組成前後兩側可由固定片輪流結
合於研磨輪之雙面砂布,達到使用壽命雙倍延長外;並可由排屑網孔順暢排除研磨屑粒避免阻塞金鋼砂粒間隙,而維持較佳研磨銳利度與研磨效率;又避免因研磨的溫度升高造成砂布變質,延長砂布之耐用壽命具多重進步達成者。
此外,另一中國大陸公告專利第201044950號,係揭示一種切斷砂輪,尤其是整體成型固化、用於切割金屬材料的樹脂切割砂輪。本實用新型呈圓盤形,中心開孔,由磨粒、有機樹脂、玻璃纖維網布和短玻璃纖維絲構成,磨粒和短玻璃纖維絲都均勻分佈於有機樹脂內,玻璃纖維網布平行於兩端面沿軸向均勻分佈於有機樹脂內,磨粒露出兩個端面之上;有機樹脂選用酚醛樹脂,磨粒選用棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、鐠釹剛玉、黑碳化矽、綠碳化矽、碳化硼、氮化硼、金剛砂和金剛石中的任意一種的顆粒。本實用新型具有大尺寸、高強度、熱切割的特點,能適用於高速切割大尺寸金屬材料,且使用壽命長。
然而,上述紗布結構或切斷砂輪中,主要都是藉由一結合劑(如,有機樹脂)將磨粒或鑽石顆粒固定於纖維布或纖維網之表面,然而,纖維布或纖維網在加熱硬化後仍然為一多孔隙的網狀結構,因此,若直接利用該纖維布或纖維網作為化學機械研磨修整器之結合層,將會造成化學機械研磨修整器的整體機械強度不足,並使其研磨性能下降。
因此,目前急需發展出一種具有可撓性之化學機械研磨修整器,其除了可以解決化學機械研磨修整器之研磨層在硬化成型過程中所產生的殘膠或熱裂痕問題,進而提升化學機械研磨修整器之結合強度及研磨性能。
本發明之主要目的係在提供一種利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器,俾能有效的解決化學機械研磨修整器在硬化成型過程中所產生之殘膠或熱裂痕問題,以達到化學機械研磨修整器之表面結合強度;此外,由於本發明將該編織預形體加熱硬化而形成結合層,故可藉由該編織預形體具有更優異的可撓性,同時提供化學機械研磨修整器具有更優異的結合強度及研磨性能。
為達成上述目的,本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器,包括:一基板;一結合層,該結合層設置於該基板上;以及複數個研磨顆粒,該些研磨顆粒埋設於該結合層,且該些研磨顆粒藉由該結合層以固定於該基板上;其中,該結合層使一編織預形體藉由一加熱硬化而形成,且可透過一黏著劑或擠壓方式,使該些研磨顆粒為預先固定於該編織預形體。此外,在前述本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該編織預形體之熔點為低於該加熱硬化之溫度,因此,該編織預形體在加熱硬化過程後將由原有的多孔隙網狀結構形成一
緻密結構之結合層,使其同時具備有網狀結構之可撓性及緻密結構之結合強度。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該編織預形體可含有一第一方向編織基材及一第二方向編織基材,其中,在相鄰的該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間可形成一編織孔洞。此外,在前述本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該編織孔洞之最大直徑可為該些研磨顆粒之直徑的0.1至5倍,也就是說,該編織孔洞內的研磨顆粒數目可以依據使用者需求或研磨加工的條件而任意變化,其中,該編織孔洞內可含有1至5個該些研磨顆粒。於本發明之一態樣中,該編織孔洞內可含有1個研磨顆粒。於本發明之另一態樣中,該編織孔洞內可含有3個研磨顆粒。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒可位於該編織預形體之表面上,或該些研磨顆粒可位於該編織預形體之該編織孔洞內,也就是說,該些研磨顆粒與該編織孔洞可具有不同或相同之排列方式,或是藉由調整編織孔洞之最大直徑及該些研磨顆粒之直徑以控制該些研磨顆粒可位於該編織預形體之表面上或編織孔洞內。此外,在前述本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之排列方式可以依據使用者需求或研磨加工的條件而任意變化,其中,該些研磨顆粒可具有一圖案化排列或一不規則排列。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該編織預形體可含有一第一方向編織基材及一第二方向編織基材,其中,該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間之夾角為10至90度。於本發明之一態樣中,該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間之夾角為90度。於本發明之另一態樣中,該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間之夾角為60度。於本發明之又一態樣中,該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間之夾角為45度。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該編織預形體除了可含有一第一方向編織基材及一第二方向編織基材之外,該編織預形體更包括一第三方向編織基材或一第四方向編織基材,其中,每一方向之編織基材可位在不同的方向上,且彼此形成一夾角或由不同方向之編織基材構成一編織孔洞。於本發明之一態樣中,該編織預形體可含有第一方向編織基材及第二方向編織基材。於本發明之另一態樣中,該編織預形體可含有第一方向編織基材、第二方向編織基材及第三方向編織基材。於本發明之又一態樣中,該編織預形體可含有第一方向編織基材、第二方向編織基材、第三方向編織基材及第四方向編織基材。此外,在前述本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該編織預形體的堆疊層數可視使用者需求或研磨加工的條件而任意變化,其中,該編織預形體可為一單層編織結構或一多層編織結構。於本
發明之一態樣中,該編織預形體可為一單層編織結構,並可依據研磨顆粒的尺寸大小而任意調整該編織預形體之厚度。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼;在本發明之一較佳態樣中,該些研磨顆粒可為鑽石。此外,在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之粒徑可為30微米至600微米;在本發明之一較佳態樣中,該些研磨顆粒之粒徑可為200微米。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該結合層或編織預形體之組成可依據研磨加工需求及研磨加工條件而任意變化,包括:陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料、或高分子材料,但本發明並未侷限於此。於本發明之另一態樣中,該編織預形體為一陶瓷材料所形成,例如,藉由一玻璃纖維或碳纖維形成之玻璃纖維布或碳纖維布作為該編織預形體。於本發明之另一態樣中,該編織預形體為一硬焊材料所形成,例如,將一鎳基金屬焊料藉由壓製方式以形成焊料編織預形體,其中,該硬焊材料為至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。於本發明之又一態樣中,該編織預形體為一高分子材料所形成,例如,將一鎳基金屬焊料藉由射出成型或擠壓成型之方式以形成高分子材料
編織預形體,其中,該高分子材料可為環氧樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯酸樹脂、酚醛樹脂。
在本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該基板可為一不鏽鋼基板,以提供化學機械研磨修整器具有一優異的機械強度及抗化學腐蝕性。此外,在前述本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器中,該基板之表面形狀可視使用者需求或研磨加工的條件而任意變化,其中,該基板表面可為一平面、一凸曲面、或一凹曲面。於本發明之一態樣中,該基板表面可為一平面外型。於本發明之另一態樣中,該基板表面可為一凸曲面外型。於本發明之又一態樣中,該基板表面可為一凹曲面外型。
綜上所述,根據本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器,可有效的解決化學機械研磨修整器在硬化成型過程中所產生之殘膠或熱裂痕問題,並藉由該編織預形體具有更優異的可撓性,同時提供化學機械研磨修整器具有更優異的結合強度及研磨性能。
10,20,30,70,80‧‧‧基板
11,21,31,71,81‧‧‧結合層
12,22,32,42,52,62,72,82‧‧‧研磨顆粒
13,23‧‧‧裂痕
310,41,51,61‧‧‧編織預形體
411,511,611‧‧‧第一方向編織基材
412,512,612‧‧‧第二方向編織基材
圖1A至圖1C係為比較例1之習知化學機械研磨修整器之製作流程圖。
圖2A至圖2B係為比較例2之習知化學機械研磨修整器之製作流程圖。
圖3A至圖3C係為本發明實施例1之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器之製作流程圖。
圖4係為本發明實施例1之編織預形體之示意圖。
圖5係為本發明實施例2之編織預形體之示意圖。
圖6係為本發明實施例3之編織預形體之示意圖。
圖7及圖8係為本發明實施例4及實施例5之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器之示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式,熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用,本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用,在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參考圖1A至圖1C,其係為一習知具有片狀結合層之化學機械研磨修整器之製作流程圖。首先,如圖1A及圖1B所示,將複數個研磨顆粒12設置於一結合層11上,並將該結合層11設置於一基板上10,其中,該結合層11為鎳基金屬焊料經由真空壓製所形成之片狀結合層,該基板10為不銹鋼材質,研磨顆粒12為一般常用之人工鑽石,且利用一般習知的佈鑽技術(例如,模板佈鑽)將研磨顆粒12埋設於結合層
11上,並可藉由模板(圖未顯示)控制研磨顆粒12的間距及排列方式。
接著,如圖1C所示,進行一加熱硬化處理,使研磨顆粒12藉由該結合層11而固定於基板10表面,並伴隨著複數個裂痕13形成於該結合層11上。因此,由於該片狀結合層為經過真空擠壓處理而成型,使得片狀結合層的可撓性不佳,並在加熱硬化過程中常會出現熱裂痕之缺陷,進而影響化學機械研磨修整器之研磨效率及使用壽命。
請參考圖2A至圖2C,其係為另一習知具有粉末狀結合層之化學機械研磨修整器之製作流程圖。首先,如圖2A所示,將一結合層21設置於一基板上20,並將複數個研磨顆粒22設置於該結合層21上,其中,該結合層21為鎳基金屬焊料所形成之粉末狀結合層,該基板20為不銹鋼材質,研磨顆粒22為一般常用之人工鑽石,且利用一般習知的佈鑽技術將研磨顆粒22埋設於結合層21上,並可藉由模板(圖未顯示)控制研磨顆粒22的間距及排列方式。
接著,如圖2B所示,進行一加熱硬化處理,使研磨顆粒22藉由該結合層21而固定於基板20表面,並伴隨著複數個裂痕23形成於該結合層21上。因此,由於粉末狀結合層經常需要額外添加黏著劑(例如,有機樹脂),使粉末狀結合層能夠形成半固化之片狀預形體,故該黏著劑在加熱硬化過程中常會殘留於結合層內,並造成結合層與研磨顆粒
或基板間之結合強度下降,進而破壞化學機械研磨修整器的品質及性能。
請參考圖3A至圖3C,其係為本發明實施例1之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器之製作流程圖。首先,如圖3A及圖3B所示,將複數個研磨顆粒32預先固定於一編織預形體310上,並將該編織預形體310設置於一基板上30,其中,該編織預形體310為玻璃纖維布所形成之多孔隙網狀結構,該基板30為不銹鋼材質,研磨顆粒32為一般常用之人工鑽石,且利用一般習知的佈鑽技術將研磨顆粒32預先固定於編織預形體310上。
接著,如圖3C所示,進行一加熱硬化處理,使該編織預形體310藉由一加熱硬化而形成一結合層31,其中,該編織預形體310之熔點低於該加熱硬化之溫度,例如,將加熱硬化之溫度升高至2,000℃以上,將玻璃纖維布所形成之編織預形體310由固態轉變為熔融態,並使該編織預形體310在加熱硬化過程後將由原有的多孔隙網狀結構形成一緻密結構之結合層31,使其同時具備有網狀結構之可撓性及緻密結構之結合強度。因此,本發明之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器,將可有效的解決化學機械研磨修整器在硬化成型過程中所產生之殘膠或熱裂痕問題,並藉由該編織預形體具有更優異的可撓性,同時提供化學機械研磨修整器具有更優異的結合強度及研磨性能。
請一併參考圖4,其係為本發明實施例1之編織預形體之示意圖。如圖4所示,該編織預形體41(即對應圖3A之編織預形體310)含有一第一方向編織基材411及一第二方向編織基材412,且相鄰的該第一方向編織基材411及該第二方向編織基材412間係形成一編織孔洞(圖未顯示),其中,該些研磨顆粒42位於該編織預形體41之編織孔洞內,使該些研磨顆粒32具有一陣列式的圖案化排列,且該編織孔洞之最大直徑與該些研磨顆粒42之直徑約略相等,使得每一編織孔洞內含有1個研磨顆粒42。
此外,該第一方向編織基材411及該第二方向編織基材412間係形成一夾角A,該夾角A的角度可視使用者需求或研磨加工的條件而任意變化,於此實施例1中,第一方向編織基材411及該第二方向編織基材412係以一相互垂直之方式排列,即該夾角A為90度,使該些研磨顆粒42預先固定於具有90度夾角之編織孔洞內。
請參考圖5,係為本發明實施例2之編織預形體之示意圖。實施例2與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器及其製作流程大致相同,除了在該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間夾角A之角度不同。在實施例2中,該編織預形體51含有一第一方向編織基材511及一第二方向編織基材512,且相鄰的該第一方向編織基材511及該第二方向編織基材512間係形成一編織孔洞(圖未顯示),其中,該
些研磨顆粒52位於該編織預形體51之編織孔洞內,使該些研磨顆粒52具有一等間距的圖案化排列,且該編織孔洞之最大直徑與該些研磨顆粒52之直徑約略相等,使得每一編織孔洞內含有1個研磨顆粒52。
此外,該第一方向編織基材511及該第二方向編織基材512間係形成一夾角B,該夾角B的角度可視使用者需求或研磨加工的條件而任意變化,於此實施例2中,第一方向編織基材511及該第二方向編織基材512係以一45度之方式排列,即該夾角B為45度,使該些研磨顆粒52預先固定於具有45度夾角之編織孔洞內。
請參考圖6,係為本發明實施例3之編織預形體之示意圖。實施例3與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器及其製作流程大致相同,除了在該些研磨顆粒位於該編織預形體之位置不同。在實施例3中,該編織預形體61含有一第一方向編織基材611及一第二方向編織基材612,且相鄰的該第一方向編織基材611及該第二方向編織基材612間係形成一編織孔洞(圖未顯示),其中,不同於實施例1中,該些研磨顆粒位於該編織預形體之編織孔洞內,在此實施例3中,該些研磨顆粒62位於該編織預形體61之表面,並可藉由一般習知的佈鑽技術,使該些研磨顆粒62預先固定於編織預形體61之第一方向編織基材611或第二方向編織基材612上,且該些研磨顆粒62具有一陣列式的圖案化排列。
請參考圖7及圖8,係為本發明實施例4及實施例5之利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器之示意圖。實施例4及實施例5與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器及其製作流程大致相同,除了在該基板之表面形狀不同。不同於實施例1之該基板表面為一平面外型,且該化學機械研磨修整器之工作面(即,該些研磨顆粒所構成之研磨表面)亦為一平面外型,實施例4及實施例5之基板或該化學機械研磨修整器之工作面為一非平面外型。
如圖7所示,該化學機械研磨修整器包括一基板70、一結合層71及複數個研磨顆粒72,其中,該些研磨顆粒72係藉由該結合層71以固定於該基板70上,且該基板70及該些研磨顆粒72之尖端(即,工作面)為一凸曲面外型,使在該基板70之中心處比在該基板70之外圍區域具有較高之高度,或在中心處之該些研磨顆粒72比在外圍區域之該些研磨顆粒72具有較高之高度。
另外,如圖8所示,該化學機械研磨修整器包括一基板80、一結合層81及複數個研磨顆粒82,其中,該些研磨顆粒82係藉由該結合層81以固定於該基板80上,且該基板80及該些研磨顆粒82之尖端(即,工作面)為一凹曲面外型,使在該基板80之中心處比在該基板80之外圍區域具有較低之高度,或在中心處之該些研磨顆粒82比在外圍區域之該些研磨顆粒82具有較低之高度。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已,本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限於上述實施例。
41‧‧‧編織預形體
411‧‧‧第一方向編織基材
412‧‧‧第二方向編織基材
42‧‧‧研磨顆粒
Claims (20)
- 一種利用編織預形體製作之化學機械研磨修整器,包括:一基板;一結合層,該結合層係設置於該基板上;以及複數個研磨顆粒,該些研磨顆粒係埋設於該結合層,且該些研磨顆粒藉由該結合層以固定於該基板上;其中,該結合層係使一編織預形體藉由一加熱硬化而形成,且該些研磨顆粒係預先固定於該編織預形體。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該編織預形體之熔點係低於該加熱硬化之溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該編織預形體係含有一第一方向編織基材及一第二方向編織基材。
- 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨修整器,其中,相鄰的該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間係形成一編織孔洞。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之化學機械研磨修整器,其中,該編織孔洞之最大直徑係為該些研磨顆粒之直徑的0.1至5倍。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之化學機械研磨修整器,其中,該編織孔洞內係含有1至5個該些研磨顆粒。
- 如申請專利範圍第1或4項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒係位於該編織預形體之表面上,或該些研磨顆粒係位於該編織預形體之該編織孔洞內。
- 如申請專利範圍第7項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒係具有一圖案化排列或一不規則排列。
- 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間之夾角為10至90度。
- 如申請專利範圍第9項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一方向編織基材及該第二方向編織基材間之夾角為90度。
- 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨修整器,其中,該編織預形體更包括一第三方向編織基材或一第四方向編織基材。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該編織預形體係為一單層編織結構或一多層編織結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒係為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、或立方氮化硼。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒之粒徑係為30微米至600微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該結合層或該編織預形體之組成係為陶瓷材料、硬焊材料、電鍍材料、金屬材料、或高分子材料。
- 如申請專利範圍第15項所述之化學機械研磨修整器,其中,該陶瓷材料係為玻璃纖維、碳纖維。
- 如申請專利範圍第15項所述之化學機械研磨修整器,其中,該硬焊材料係至少一選自由鐵、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、及其組合所組成之群組。
- 如申請專利範圍第15項所述之化學機械研磨修整器,其中,該高分子材料係為環氧樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯酸樹脂、酚醛樹脂。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該基板係為不鏽鋼基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該基板表面係為一平面、一凸曲面、或一凹曲面。
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