TWI593514B - 研磨工具及其製造方法 - Google Patents

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TWI593514B
TWI593514B TW103144159A TW103144159A TWI593514B TW I593514 B TWI593514 B TW I593514B TW 103144159 A TW103144159 A TW 103144159A TW 103144159 A TW103144159 A TW 103144159A TW I593514 B TWI593514 B TW I593514B
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陳仁風
洪聖凱
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中國砂輪企業股份有限公司
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Description

研磨工具及其製造方法
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具有圖案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柱。基板之表面具有多個孔洞；這些研磨柱各包含相固接之柱體及研磨顆粒，這些研磨柱的柱體分別固定於這些孔洞中，且這些研磨柱的研磨顆粒均突出於基板之表面；其中，至少部分研磨柱之研磨顆粒在其頂面上分別刻畫圖案。
於一實施例中，這些研磨柱的柱體分別透過黏膠體固定於這些孔洞中，且這些研磨柱的柱體分別於孔洞中陷入黏膠體中。
於一實施例中，圖案係以一雷射刻畫。
於一實施例中，這些研磨柱的研磨顆粒係藉由硬焊、燒結或電鍍固接其柱體。
於一實施例中，這些研磨柱的研磨顆粒係為鑽石、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，這些研磨柱的研磨顆粒在其頂面上所刻畫的圖案，係包含十字形狀。
於一實施例中，這些研磨柱的研磨顆粒之頂面為形成一具有多側面之尖端，且所刻畫的圖案分別延伸至頂面的各側面。
於一實施例中，這些研磨柱的柱體之材料係為金屬。
於一實施例中，基板之材料係為不銹鋼。
於一實施例中，這些研磨柱包括多個第一、第二研 磨柱，這些第一研磨柱的研磨顆粒無刻畫圖案，這些第二研磨柱的研磨顆粒具有刻畫圖案。
於一實施例中，當這些孔洞為貫孔時，這些研磨柱的柱體分別透過多個彈性墊以支撐這些研磨柱的研磨顆粒均以實質相同的高度突出於基板之表面。
本發明內容之另一技術態樣是在提供一種研磨工具之製造方法，包含：形成多個研磨柱，這些研磨柱分別設有相固接之柱體與研磨顆粒；於這些研磨柱之研磨顆粒的頂面上刻畫圖案；提供基板，基板之表面具有多個孔洞；以及將這些研磨柱分別固定於這些孔洞中，使這些研磨柱之研磨顆粒均突出於基板之表面。
於一實施例中，當這些孔洞為貫孔時，將這些研磨柱分別固定於這些孔洞中之步驟包含：將一下控制板設置於基板之底面；將多個彈性墊分別放置於這些孔洞中；將黏膠體分別放置於這些孔洞中；將這些研磨柱分別放置於這些孔洞中；以及加熱黏膠體及這些彈性墊；其中，在黏膠體加熱至固化溫度前，將一上控制板平行施壓於這些研磨柱上，使這些研磨柱於孔洞中陷入黏膠體中並接觸彈性墊。
於一實施例中，當這些孔洞為盲孔時，將這些研磨柱分別固定於這些孔洞中之步驟包含：將一下控制板設置於基板之底面；將一黏膠體分別放置於這些孔洞中；將這些研磨柱分別放置於這些孔洞中；以及加熱黏膠體；其中，在黏膠體加熱至軟化溫度前，將一控制板平行於基板之表 面並與基板一同反轉為基板之底面朝上，當黏膠體加熱至軟化溫度時，將控制板朝向基板之表面以靠近基板，使這些研磨柱分別陷入黏膠體中。
於一實施例中，於這些研磨柱之研磨顆粒的頂面上刻畫圖案之步驟係包括進行雷射加工製程。
於一實施例中，這些研磨柱的研磨顆粒之頂面為形成具有多側面之尖端，且所刻畫的圖案分別延伸至頂面的各側面。
於一實施例中，這該些研磨柱的研磨顆粒在其頂面上所刻畫的圖案，係包含十字形狀。
於一實施例中，這些研磨柱的研磨顆粒係藉由硬焊、燒結或電鍍固接其柱體。
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。
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‧‧‧表面
112‧‧‧孔洞
112a‧‧‧貫孔
112b‧‧‧盲孔
113‧‧‧底面
12‧‧‧研磨柱
121‧‧‧第一研磨柱
122‧‧‧第二研磨柱
123‧‧‧柱體
124‧‧‧研磨顆粒
124a、321、322、323、324‧‧‧尖端
124b、124c、124d、124e‧‧‧側面
13‧‧‧彈性墊
14、14a、14b、15‧‧‧黏膠體
2‧‧‧線段
21‧‧‧下控制板
22‧‧‧上控制板
23‧‧‧控制板
310‧‧‧圖案
202~218、402~416‧‧‧步驟
H‧‧‧高度
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孔之剖面圖。
第3圖為繪示本發明一實施例所提供之研磨顆粒的俯視圖。
第4圖為繪示傳統研磨工具與本發明研磨工具之切削率的比較圖表。
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一流程圖。
第6A圖至第6F圖為依照第5圖之流程圖所繪示之研磨工具的剖面圖。
第7圖為製成本發明一實施例所提供之研磨工具的方法之另一流程圖。
第8A圖至第8F圖是製成第7圖之流程圖所繪示之研磨工具的剖面圖。
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12固定於貫孔112a之剖面圖。如第1、2圖 所示，研磨工具1包含基板11及多個研磨柱12。基板11的相對兩側分別具有表面111、底面113，且基板11中還具有多個孔洞112，其中孔洞112係為貫孔112a，且貫孔112a分別開通至基板11之表面111、底面113。各研磨柱12分別包含相固接之柱體123及研磨顆粒124。研磨柱12的柱體123分別透過黏膠體14固定於貫孔112a中。黏膠體14可在基板11的底面113外露，且研磨柱12的研磨顆粒124均以實質相同的高度H(如：100微米)突出於基板11之表面111，使研磨工具1可對於受研磨體進行均勻地研磨。更詳細來說，每一研磨顆粒124的尖端124a至基板11之表面111之垂直距離均為高度H。於另一實施例中，研磨柱12的研磨顆粒124均突出於基板11之表面111，但部分的研磨顆粒124以高度H(如：100微米)突出於基板11之表面111，而另一部份的研磨顆粒124以小於或大於高度H的高度(如：150微米)突出於基板11之表面111。
於一實施例中，研磨柱12的研磨顆粒124係藉由硬焊、燒結或電鍍等方式固接其柱體123。其中，柱體123可為圓形柱或方柱等不同之形狀。
於一實施例中，研磨柱12的研磨顆粒124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124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124之篩網上每平方英吋中具有20至30個篩目。
第3圖為繪示研磨顆粒124的俯視圖。參見第2、 3圖，於一實施例中，研磨柱12的研磨顆粒124在其頂面為形成一具有多側面124b、124c、124d、124e之尖端124a，且尖端124a上刻畫圖案310，其中圖案310可分別延伸至研磨顆粒124之頂面的各側面124b、124c、124d、124e。
於一實施例中，研磨顆粒124在其頂面之圖案310係以一雷射刻畫。舉例而言，可使用20瓦特(W)氣冷式光纖雷射(fiber laser)，以每秒75次的打擊次數對研磨顆粒124之頂面進行雷射刻畫。
於一實施例中，研磨顆粒124在其頂面上所刻畫的圖案310係為十字形狀。原本研磨顆粒124僅具有一尖端124a，當研磨顆粒124之頂面以雷射刻畫出十字形狀的圖案310時，由於所刻畫的十字形狀分別延伸至研磨顆粒124之頂面的各側面124b、124c、124d、124e，所以研磨顆粒124會形成四個尖端321、322、323、324，以提高研磨顆粒124的切削率。或者，研磨柱12的研磨顆粒124其頂面上所刻畫的圖案310也可為米字形狀、同心圓形狀、棋盤格形狀或者其他任何可增加尖端之形狀。
如第1圖所示，研磨工具1上的研磨柱12中可包括多個第一研磨柱121及多個第二研磨柱122。第一研磨柱121的研磨顆粒124無刻畫圖案，第二研磨柱122的研磨顆粒124具有刻畫圖案。研磨顆粒124頂面無刻畫圖案之第一研磨柱121係分別以空心圓繪示，研磨顆粒124頂面具有刻畫圖案之第二研磨柱122則分別以實心圓繪示，其中，第一研磨柱121及第二研磨柱122係穿插分佈，且第二研 磨柱122大致均勻散佈於研磨工具1之表面111上。
傳統研磨工具上之所有研磨柱，皆如同第一研磨柱121般，其研磨顆粒無刻畫圖案，而本發明所揭示之研磨工具1上同時具有多個第一研磨柱121及多個第二研磨柱122，如此一來將大大提升研磨工具之切削率。第4圖是傳統研磨工具與本發明一實施例之一種研磨工具之切削率(cutting rate)示意圖。如第4圖所示，A表示之傳統研磨工具切削率僅為0.7，而B表示之本發明所揭示之研磨工具切削率已達1。由第4圖可看出，本發明所揭示之研磨工具之切削率的確高於傳統研磨工具。
於一實施例中，研磨柱12的柱體123所採用之材料係為金屬。基板11之材料例如為不銹鋼。
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一流程圖，第6A圖至第6F圖為依照第5圖之流程圖所繪示之研磨工具1的剖面圖。如第5圖所示，本發明所提供之研磨工具1的製造方法包含步驟202~218(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。
如第2、3、5圖所示，於步驟202中，形成多個研磨柱12，這些研磨柱12分別設有相固接之柱體123與研磨顆粒124，於研磨柱12之研磨顆粒124的頂面上刻畫圖案310。
參見第5、6A圖，於步驟204中，提供基板11，基板11具有多個貫孔112a。貫孔112a開通至基板11的底面113和表面111，並用以放置研磨柱12。將下控制板21設置於基板11之底面113，以於基板11之底面113封閉住貫孔112a。
參見第5、6B圖，於步驟206中，將多個彈性墊13(如：矽膠墊)及多個黏膠體14a(如：環氧樹脂)分別放置於這些貫孔112a中，此時，於貫孔112a內，黏膠體14a會覆蓋在彈性墊13之上。
參見第5、6C圖，於步驟208中，將研磨柱12的柱體123由基板11的表面111的一側分別放置入這些貫孔112a內，使得彈性墊13及黏膠體14a位於柱體123及下控制板21之間，且這些研磨柱12的柱體123會分別陷入這些黏膠體14a中。
黏膠體14a於常溫時為軟質，當黏膠體14a受熱到一固化溫度時會固化轉變為硬質。參見第5、6D圖，於步驟210中，加熱彈性墊13及黏膠體14a。更詳細來說，由於彈性墊13及黏膠體14a設於貫孔112a中，可藉由加熱基板11使彈性墊13及黏膠體14a受熱。
在這些黏膠體14a加熱至固化溫度前，將一上控制板22平行朝向基板11之表面111施壓於這些研磨柱12上，使這些研磨柱12陷入這些黏膠體14a中並且接觸彈性墊13，直至研磨柱12的研磨顆粒124以高度H突出於基板11之表面111。
於步驟212中，當這些黏膠體14a加熱至固化溫度時，黏膠體14a會固化，使得研磨柱12分別固定於貫孔112a中。
參見第5、6E圖，於步驟214中，將基板11連同上控制板22、下控制板21及彈性墊13一起反轉為基板11之底面113朝上後，移除下控制板21及彈性墊13，但暫時不移除上控制板22，以保護尚未完全固定於貫孔112a中的研磨柱12掉出貫孔112a外。而由於彈性墊13(如：矽膠墊)本身很柔軟，其和黏膠體14a(如：環氧樹脂)之間的親和性不佳，故當黏膠體14a固化後，彈性墊13仍可輕易被取出。
參見第5、6F圖，於步驟216中，由基板11之底面113上在原本彈性墊13之空間填充黏膠體14b。當黏膠體14b加熱到固化溫度時，黏膠體14b會在貫孔112a內部固化。黏膠體14b與黏膠體14a一起形成黏膠體14以支撐研磨柱12，便製成如第2圖所示之研磨工具1。研磨工具1中這些研磨柱12之研磨顆粒124突出於基板11之表面111為高度H。
第7圖為製成本發明一實施例所提供之研磨工具的方法之另一流程圖，第8A圖至第8F圖為依照第7圖之流程圖所繪示之研磨工具1的剖面圖。如第7圖所示，本發明所提供之研磨工具1的製造方法包含步驟402~416(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。
如第7圖所示，步驟402與第7圖所示之步驟202相同，已於前述實施例中具體揭露，因此不再重複贅述之。
參見第7、8A圖，提供基板11，基板11具有多個盲孔112b，盲孔112b用以放置研磨柱12。
參見第7、8B圖，於步驟406中，將多個黏膠體15(如：熱熔膠、壓克力膠)分別放置入這些盲孔112b中。
參見第7、8C圖，於步驟408中，將研磨柱12的柱體123放置入盲孔112b內，使得黏膠體15位於柱體123與盲孔112b內底部之間。
黏膠體15於常溫時可為硬質或稍微軟質，當黏膠體15受熱到一軟化溫度時軟化轉變為軟質，待黏膠體15回溫到常溫時便會固化轉變為硬質。參見第7、8D圖所示，於步驟410中，加熱這些黏膠體15。更詳細來說，由於黏膠體15設於盲孔112b中，可藉由加熱基板11使黏膠體15受熱。
在這些黏膠體15加熱至軟化溫度前，將一控制板23平行於基板11之表面111設置，並將控制板23與基板11一同反轉成基板11之表面111朝下且底面113朝上，此時，所有研磨柱12均會落下以使得研磨顆粒124接觸到控制板23。
參見第7、8E圖，於步驟412中，當黏膠體15加熱到軟化溫度時，將控制板23朝向基板11之表面111以 靠近基板11，使這些研磨柱12陷入黏膠體15中，並且直到所有研磨柱12的研磨顆粒124以高度H突出於基板11之表面111。
參見第7、8F圖，於步驟414中，當黏膠體15回溫到常溫時，黏膠體15不但會固定在盲孔112b內底部，也會固定陷入黏膠體15中的柱體123，以使得研磨柱12的柱體123固定於盲孔112b中。
最後，於步驟416中，將基板11反轉回基板11之表面111朝上後移除控制板23。此時，研磨工具1中這些研磨柱12之研磨顆粒124突出於基板11之表面111為高度H。
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‧‧‧表面
112a‧‧‧貫孔
113‧‧‧底面
12‧‧‧研磨柱
123‧‧‧柱體
124‧‧‧研磨顆粒
124a‧‧‧尖端
14‧‧‧黏膠體
H‧‧‧高度

Claims (5)

  1. 一種研磨工具之製造方法，包含：形成複數研磨柱，該些研磨柱分別設有相固接之柱體與研磨顆粒；於該些研磨柱之研磨顆粒的頂面上刻畫圖案，其中，該些研磨柱的研磨顆粒在其頂面上所刻畫的圖案係包含十字形狀、米字形狀、同心圓形狀、棋盤格形狀其中之任一；提供一基板，該基板之表面具有複數孔洞；以及將該些研磨柱分別固定於該些孔洞中，使該些研磨柱之研磨顆粒均突出於該基板之該表面；其中，當該些孔洞為盲孔時，將該些研磨柱分別固定於該些孔洞中之步驟包含：將一黏膠體分別放置於該些孔洞中；將該些研磨柱分別放置於該些孔洞中；以及加熱該黏膠體；其中，在該黏膠體加熱至一軟化溫度前，將一控制板平行於該基板之表面並與該基板一同反轉為基板之底面朝上，當該黏膠體加熱至該軟化溫度時，將該控制板朝向該基板之表面以靠近該基板，使該些研磨柱於該些孔洞中陷入該黏膠體中。
  2. 一種研磨工具之製造方法，包含：形成複數研磨柱，該些研磨柱分別設有相固接之柱體 與研磨顆粒；於該些研磨柱之研磨顆粒的頂面上刻畫圖案，其中，該些研磨柱的研磨顆粒在其頂面上所刻畫的圖案係包含十字形狀、米字形狀、同心圓形狀、棋盤格形狀其中之任一；提供一基板，該基板之表面具有複數孔洞；以及將該些研磨柱分別固定於該些孔洞中，使該些研磨柱之研磨顆粒均突出於該基板之該表面；其中，當該些孔洞為貫孔時，將該些研磨柱分別固定於該些孔洞中之步驟包含：將一下控制板設置於該基板之底面；將複數個彈性墊分別放置於該些孔洞中；將一黏膠體分別放置於該些孔洞中；將該些研磨柱分別放置於該些孔洞中；以及加熱該黏膠體及該些彈性墊；其中，在該黏膠體加熱至一固化溫度前，將一上控制板平行施壓於該些研磨柱上，使該些研磨柱於該些孔洞中陷入該黏膠體中並接觸該彈性墊。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法，其中，於該些研磨柱之研磨顆粒的頂面上刻畫圖案之步驟係包括進行雷射加工製程。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法，其中，該些研磨柱的研磨顆粒之頂面為形成一具有多側面 之尖端，且所刻畫的圖案分別延伸至該頂面的各側面。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法，其中，該些研磨柱的研磨顆粒係藉由硬焊、燒結或電鍍固接其柱體。
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