专利名称：研磨工具的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种可用于化学机械抛光装置或其它精密研磨用的研磨工具。
背景技术：
随着半导体组件的微小化趋势，对于晶圆的平坦度及越少的缺陷的要求越高。目前半导体晶圆的平坦化主要是利用化学机械抛光平坦化技术进行。化学机械抛光平坦化技术是将待抛光研磨的晶圆及研磨液(abrasive slurry)置于一具有微小孔洞(为容纳研磨液之用)且表面粗化的研磨垫上，并轻压晶圆及使晶圆与研磨垫相对旋转以达到研磨效果。在晶圆被研磨的过程中，必须使用具有磨粒的研磨工具随时维持研磨垫所需的孔洞率及表面粗化度。研磨工具的设计需考虑几个主要的因素，包括切削率(cutting rate)，排屑率(切削所产生屑的排除)，穿透深度(磨粒刺入研磨垫的程度)，荷重(施加在研磨工具的下压力(down force)，及磨粒的切削应力，凸出高度及可能脱落的程度等。如图1所示，公开号为2002/018M01的美国专利揭示了一种研磨工具。该研磨工具包括一底盘11，一具有多个凹孔120的基材12及多个分别嵌设在凹孔120的立方八面体 (cuboctahedron)结晶形态的合成钻石碎粒13。上述已知的研磨工具利用凹孔120的形状与钻石碎粒13的形状相符来达到钻石碎粒13在固设于基材12上时可具有均一的凸出高度以达到均勻地调节研磨垫的目的。 然而，这样的设计限制每一凹孔120只能具有单一的钻石碎粒13，因此不能提供更多的磨粒来达到更高的切削率。另外，立方八面体钻石碎粒所提供作为切削的锐角的粗糙角度 (roughness angle)太小(不够尖锐)，因此具有较低的切削率及穿透深度并增加研磨工具所需的荷重，而可能间接造成晶圆的缺陷。此外，上述已知的研磨工具的相邻钻石碎粒13 的凹槽14空间狭小且深度不足，会造成排屑不易的问题。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可提高切削率、穿透深度及排屑率的研磨工具。为达到上述目的，本实用新型提供一种研磨工具，所述研磨工具包含一底盘；一基材，其支撑于底盘，所述基材具有一研磨侧及多个形成于所述研磨侧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渐缩的截面；以及多个钻石碎粒，其埋设于每一凸起部，且往外突出于每一凸起部，所述钻石碎粒中至少一部分为片状且具有各自对应凸起部的研磨端朝外突出的锐角。作为优选方案，其中所述钻石碎粒具有一介于美国标准筛网250490目之间的粒径。作为优选方案，其中每两相邻所述凸起部之间设有一凹槽。[0012]作为优选方案，其中所述凸起部为一角锥形状，且角锥形状具有一介于80度-140 度之间的顶角。作为优选方案，其中所述角锥形状的顶角介于100度-130度之间。作为优选方案，其中所述基材为由热固性树脂制得的基材。本实用新型利用在每一凸起部的研磨端上形成多个突出的钻石碎粒的锐角，而可以增加与研磨垫接触的锐角接触密度；且利用多个钻石碎粒的锐角具有较立方八面体钻石碎粒的锐角更尖锐的粗糙角度，而可以提高对研磨垫的切削率及穿透深度；另外，本实用新型研磨工具的排屑空间是由每两相邻的凸起部之间的凹槽加上突出于凸起部的研磨端的钻石碎粒的锐角所设，比较上述已知研磨工具的排屑空间是仅由相邻的钻石碎粒的凸出部分所设的凹槽，具有较大的排屑空间而有利于排屑。
图1是说明已知研磨工具结构的侧视示意图；图2是说明本实用新型一较佳实施例研磨工具结构的侧视示意图；图3是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之一；图4是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之二 ；图5是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之三；图6是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之四；图7是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之五；图8是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之六；图9是说明本实用新型一制造研磨工具的连续步骤示意图之七；图10是说明一化学机械抛光装置的结构用以测试研磨工具切削率的示意图。主要部件名称底盘-11 ；基材-12 ；凹孔-120 ；钻石碎粒-13 ；凸出部分-131 ；凹槽_14 ；底盘-2 ；研磨工具-200 ；工具承载环-201 ；研磨盘-202 ；研磨垫_203 ；荷重块-204；研磨液-205 ；基材-3 ；研磨侧-30 ；遮板-301 ；凸起部-31 ；基底端-311 ；研磨端-312 ；凹槽-33 ；钻石碎粒-4 ；锐角-41 ；暂时性基板-51 ；安装侧-511 ；凹孔-512 ；底端-5121 ；顶端-5122 ；粘胶层-52 ；筛网-53 ；软质膜片-54 ；抽真空座_55 ；密封环-56 ；树脂成形模具_57。
具体实施方式
为了能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而以下附图及实施例仅提供参考与说明之用，并非用于限制本实用新型。本实用新型的一种研磨工具200可应用于精密研磨，例如，晶圆研磨垫、硅晶圆、 碳化硅晶圆或基材、蓝宝石基材、一般陶瓷基材或玻璃基材等的抛光研磨。参阅图2，本实用新型的一种研磨工具200的较佳实施例包含一底盘2 ；—支撑于底盘2的基材3，基材3具有一研磨侧30及多个形成于所述研磨侧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渐缩的截面；以及多个不规则形状的钻石碎粒4，其不规则地埋设于每一凸起部31， 且往外突出于每一凸起部31，至少一部分钻石碎粒4为不规则片状且具有各自对应凸起部 31的研磨端312朝外突出的锐角41。钻石碎粒4通过将具有晶面晶粒成长的颗粒粉碎或压碎之后再经过筛选而得到一介于美国标准筛网250490目之间的粒径。如此制得的钻石碎粒4，其中多数是不规则片状的。该高度超过研磨端312的锐角41可以有效地接触并切削研磨垫(图中未示)的表面，且当接触的锐角越多，彼此越可分散切削应力，避免崩角(chipping)。在较佳的实施例中，所述钻石碎粒4是由高温高压下合成的钻石颗粒或天然钻石颗粒经压碎(crushed)或粉碎(pulverized or milled)而形成具有不规则多角的片状颗粒。每两相邻的凸起部31之间设有一凹槽33。凹槽33可作为排屑空间而有利于切削研磨垫过程中的排屑。在较佳的实施例中，每一凸起部31为一角锥形状，且该角锥形状具有一介于80 度-140度之间的顶角(θ )，优选为介于100度-130度之间的顶角(θ )。在较佳的实施例中，该基材由一种热固性树脂所制得。本实用新型利用在每一凸起部31的研磨端312上形成多个突出的钻石碎粒4的锐角41，而可以增加与研磨垫接触的锐角的接触密度，还利用多个钻石碎粒4的锐角41具有较立方八面体钻石碎粒的锐角更尖锐的粗糙角度，而可以提高对研磨垫的切削率及穿透深度，且可在研磨时将所产生的应力分散在与研磨垫接触的锐角上，避免单一锐角受太大的应力而断裂；另外，本实用新型研磨工具的排屑空间是由每两相邻的凸起部31之间的凹槽33加上突出于凸起部31的研磨端312的钻石碎粒4的锐角41所设，比较上述已知的研磨工具的排屑空间是仅由相邻的钻石碎粒13的凸出部分131所设的凹槽14，具有较大的排屑空间而有利于排屑。如图3 9所示，本实用新型研磨工具200的制造方法包括下列步骤在一暂时性基材51的一安装侧511上形成多个凹孔512，每一凹孔512具有一底端5121、一顶端5122 以及一自顶端5122朝底端5121渐缩的孔径(如图3 4所示)；使用滚筒施加方式在暂时性基材51的每一凹孔512的孔壁上形成一粘胶层52 (如图5所示)；用一筛网53将多个不规则状钻石碎粒4以洒落方式填入每一凹孔512中使得至少部分钻石碎粒4顶立在每一凹孔512的孔壁上(如图6 7所示)；将暂时性基材51置于一抽真空座55上，利用一密封环56将一软质膜片M (例如，硅胶膜)密封地覆盖在钻石碎粒4上方之后再抽真空使软质膜片M以均勻等压方式压迫钻石碎粒4，使钻石碎粒4深入粘胶层52并固着在粘胶层52 上(如图8所示)；将暂时性基材51及一底盘2安置在一树脂成形模具57中(如图9所示)，再将一树脂浇注在暂时性基材51的安装侧511上并填满每一凹孔512以形成一固定钻石碎粒4的基材3 ；脱模；以及移除粘胶层52使基材3与暂时性基材51分离且使钻石碎粒4的被粘胶层52所覆盖的锐角51曝露在基材3的外面(如图2所示)。本实用新型利用凹孔512的孔壁的锥形面的支撑与限制使得多个片状的钻石碎粒4可以仰起顶立在该孔壁的锥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，因为每一凹孔512中堆积多个的钻石碎粒4，使得钻石碎粒4可以互相顶抵而得到支撑，避免在灌树脂时，造成顶立在每一凹孔512中的钻石碎粒4被摊平而使得最后所形成的研磨工具200上的钻石碎粒4失去其锐角41突出凸起部31之外的机会。另外，仰起或竖立在凹孔512孔壁的锥形面上的钻石碎粒4的树脂包覆面积较大，可以使钻石碎粒4更牢固地深嵌在基材3上而不易脱落。在较佳的实施例中，粘胶层52是一种压敏性胶粘剂，例如，氯丁橡胶(neoprene riAber)、丁苯橡胶、有机硅、聚乙烯基醚以及聚氨酯系(polyurethane)等胶粘剂。形成基材3的树脂材料可为热塑性树脂或热固性树脂。在较佳的实施例中， 形成基材3的树脂材料选自不饱和聚酯树脂(polyester resin)、乙烯酯树脂(vinyl ester resin)、环氧树脂(印oxy resin)、酚树脂(phenolic resin)、双马来酰亚胺 (bismaleimide)、聚酰亚胺(polyimide)树脂等，其中优选为环氧树脂。底盘2的材料可为不锈钢或工程塑料。在较佳的实施例中，底盘2的材料选自聚碳酸酉旨(polycarbonate)、聚甲酸(polyoxymethylene)、聚苯醚(polyphenylene oxide)、 聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚亚酰胺(polyimide)及聚砜(polysulfone)。在较佳的实施例中，每一凹孔512具有一角锥形状，且该角锥形状具有一介于80 度-140度范围的顶角，优选为介于100度-130度范围的顶角(α )。如图4所示，在较佳的实施例中，每一凹孔512具有一介于100-500 μ m之间的深度(h)。在较佳的实施例中，该粘胶层具有一介于20-80 μ m之间的厚度。本实用新型将在下面的实施例及比较例作更详细的说明。实施例1研磨工具制备先以射出成型方式制作一聚丙烯材质的暂时性基材51，暂时性基材51具有一 120mm的外径及2mm的厚度。在暂时性基材51的一上表面作出一直径为IOOmrn具有多个四角锥形凹孔512的圆形区。该四角锥形的每一面具有一宽为0. 45mm的底边及一角度为 140度的顶角。以滚筒在暂时性基材51的上表面涂抹一层氯丁橡胶粘着剂，以常温烘干后得到厚度为50 μ m的粘胶层52。使用一形成有圆孔的遮板301遮住暂时性基材51，仅露出具有凹孔512的圆形区。 将粉碎的钻石碎粒4 (ELEMENTSIX公司生产，型号PDA446)以筛网筛选并同时洒在该圆形区上。洒在该圆形区上的钻石碎粒4具有80-100目粒径。使用真空压入的方式(如图8所示)而均压地轻压钻石碎粒4，使钻石碎粒4可以深入粘胶层52并顶到凹孔512的孔壁而得到牢固的作用。将一底盘2及暂时性基材51置入一真空辅助树脂注射机的模具57的模穴中(如图9所示)。对模穴抽真空至低于Imbar以使环氧树脂可以填满模穴。在常温下固化环氧树脂12小时后脱模。将具有底盘2，固化后的环氧树脂基材3，钻石碎粒4，粘胶层52与暂时性基材51的组合体浸泡在甲乙酮(methyl ethyl ketone)溶剂中并以超音波震荡20分钟以除去粘胶层52使暂时性基材51与固定在环氧树脂基材3的钻石碎粒4分开。最后再进行清洗及烘干以得到具有底盘2、环氧树脂基材3与钻石碎粒4的研磨工具200。[0057]切削率测试如图10所示，将实施例1所制得的研磨工具200安装在一平面研磨装置的工具承载环201上，并对一安装在研磨盘202的研磨垫203 (R0HM & HAAS公司制造，型号为IC1000) 进行磨削。研磨工具200上的荷重块204重量为^ig,以过滤水作为研磨液205，研磨盘202 的转速设为40rpm，研磨工具200的转速为30rpm，每磨削1小时后测量研磨垫203的厚度变化作为切削率。如此，所得到3次磨削的平均切削率为131 μ m/h。实施例2研磨工具制备实施例2与实施例1不同之处在于，该暂时性基材51的四角锥形凹孔512的每一面具有一宽为0. 65mm的底边及一角度为100度的顶角，及钻石碎粒4具有70-80目的粒径。 所得到的3次磨削的平均切削率为186 μ m/h。比较例1研磨工具制备比较例1与实施例1不同之处在于，比较例1是使用立方八面体钻石碎粒 (ELEMENTSIX公司生产，型号SDB1125)及该暂时性基材的每一四角锥形凹孔仅容纳一颗钻石碎粒。该钻石碎粒具有60目-70目的粒径。所得到的3次磨削的平均切削率为7 μ m/h。比较例2研磨工具制备比较例2与实施例2不同之处在于，比较例2是使用立方八面体钻石碎粒 (ELEMENTSIX公司生产，型号SDB1125)及该暂时性基材的每一四角锥形凹孔仅容纳一颗钻石碎粒。该钻石碎粒具有40目-45目的粒径。所得到的3次磨削的平均切削率为5 μ m/h。实施例与比较例的切削率测试结果显示，本实用新型的研磨工具200的切削率远高于传统的研磨工具。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的保护范围， 故举凡运用本实用新型专利精神和范围所作的等效变化与修饰，同理皆应属于本实用新型的专利保护范围。
权利要求1.一种研磨工具，其特征在于所述研磨工具包含一底盘；一基材，其支撑于底盘，所述基材具有一研磨侧及多个形成于所述研磨侧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渐缩的截面；以及多个钻石碎粒，其埋设于每一凸起部，且往外突出于每一凸起部，所述钻石碎粒中至少一部分为片状且具有各自对应凸起部的研磨端朝外突出的锐角。
2.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于所述钻石碎粒具有一介于美国标准筛网250-290目之间的粒径。
3.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于每两相邻所述凸起部之间设有一凹槽。
4.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于所述凸起部为一角锥形状，且角锥形状具有一介于80度-140度之间的顶角。
5.如权利要求4所述的研磨工具，其特征在于所述角锥形状的顶角介于100度-130 度之间。
6.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于所述基材为由热固性树脂制得的基材。
专利摘要本实用新型涉及一种研磨工具，所述研磨工具包含一底盘；一基材，其支撑于底盘，所述基材具有一研磨侧及多个形成于所述研磨侧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渐缩的截面；以及多个钻石碎粒，其埋设于每一凸起部，且往外突出于每一凸起部，所述钻石碎粒中至少一部分为片状且具有各自对应凸起部的研磨端朝外突出的锐角。本实用新型利用在每一凸起部的研磨端上形成多个突出的钻石碎粒的锐角，而可以增加与研磨垫接触的锐角接触密度；且利用多个钻石碎粒的锐角具有较立方八面体钻石磨粒的锐角更尖锐的粗糙角度，可以提高对研磨垫的切削率及穿透深度。
文档编号B24B37/26GK202264139SQ20112036256
公开日2012年6月6日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年1月25日
发明者颜天渊 申请人:希力康科技股份有限公司