TWI331066B

TWI331066B - Superabrasive tools having improved caustic resistance

Info

Publication number: TWI331066B
Application number: TW096117531A
Authority: TW
Inventors: Chien Min Sung
Original assignee: Chien Min Sung
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2010-10-01
Also published as: TW200806432A; WO2007136864A2; US20070266639A1; WO2007136864A3; US7771498B2

Description

1331066 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明大體而言係關於具有改良之抗腐蝕性的超研磨工具及相關方法。因此，本發明涉及化學及材料科學領域。【先前技術】許多工業在酸性或其他腐蝕性環境中會使用工具。例如’電腦製造工業嚴重依賴化學機械研磨（CMp)製程來研磨陶瓷、矽、玻璃、石英及金屬的晶圓。此等研磨製程一般要求將晶圓設置在由諸如聚胺基曱酸酯（p〇丨yurethane) 之耐久性有機物質製成的旋轉研磨墊上。使用一化學研磨漿’其含有能夠破碎晶圓物質之化學能力，以及一定量之研磨顆粒，以藉由物理侵姓晶圓表面的。將研磨漿持續地加至旋轉之CMP研磨墊上，且施加在晶圓上之雙重化學力及機械力致使能以所要方式研磨晶圓。研磨顆粒在整個研磨墊上的分布為達成研磨品質之重要因素。研磨墊之頂部藉由纖維或小孔固持該等顆粒，該等纖維或小孔提供摩擦力，其足以防止該等顆粒因著研磨墊之旋轉運動所產生的離心力而被甩出該研磨墊。因此，盡可能保持研磨墊之頂部的彈性’盡可能保持纖維直立，且確保具有足夠的開孔以容納新施用的研磨顆粒是相當重要的。然而，在維持研磨墊表面方面會發生的一問題是來自工件、研磨衆及研磨塾修整器之研磨碎片的累積。此累積會導致研磨㈣部「變滑（glazing)」或變硬，而使纖維纏在一起，因此使研磨墊表面較不能固持研磨衆之研磨 5 1331066 顆粒。此等效應顯著降低研磨塾之總體研磨效能。此外，在許多研磨墊的使用情況下’用來固持研磨漿的孔會被堵塞’且研磨塾之研磨表面整體的粗糙度下降且變得雜亂。 CMP研磨墊修整器可用於藉由「梳理（c〇mbjng)j或「切割（cutting)」研磨墊表面來恢復研磨墊表面。此製程已知為「修整（dressing)」或「調整（conditioning)」該 CMP 研磨塾。許多類型之裝置及製程已經用於此目的。一個這樣的裝置為結合具有複數個超硬結晶顆粒（諸如鑽石顆粒）至金屬基材表面的圓盤。一種將超硬結晶顆粒結合至金屬基質之有效方法是藉由用焊料合金進行焊接。由於在焊料_顆粒界面處形成碳化物鍵，所以該焊料可將顆粒穩固地固持於CMp研磨墊修整器中。然而，許多焊料合金不耐酸。典型化學研磨漿通 *疋酸性的，且因此可破壞合金焊料。因此，超硬結晶顆粒可能被移位，且有可能刮傷工件。因此’目則正在尋求適合用於腐蝕性環境中加工，具有改良之抗腐蝕特性的各種工具，包括CMp研磨墊修整【發明内容】因此，本發明提供抗腐蝕性工具及用於製造並使用該等工具之方法。舉例而·r，在—態樣中，提供—種沿著一研磨顆粒嵌入的超研磨工具之整個工作表面提供抗的方法。此方法可包括經由一反應源與一之間的反應’沿著該反應源與-包括該反應元素之:撑^ 6 1331066 質間一界面處實質上全部的工作表面，且在複數個超研磨顆粒之每一者與該支撐基質之間就地（in situ)形成一保護層。至少一部分反應源可被移除以暴露該保護層《•在一些態樣中’該保護層可實質上為連續的。在本發明之另一態樣中係提供一種製造一抗腐蝕性超研磨工具之方法。此方法可包括：將複數個超研磨顆粒部分地設置於一包括一反應源的臨時支撐基材内，以使得該複數個超研磨顆粒至少部分自該臨時支撐基材之界面表面延伸；將一包括一反應元素之環保支撐基質材料施加於該臨％支撐基材的界面表面，以使得該環保支撐基質材料與該複數個超研磨顆粒接觸；及固化該環保支撐基質材料以形成一支撐基質，以使得沿著該臨時支撐基材與該支撐基質之間實質上全部的界面表面，且在該複數個超研磨顆粒之每一者與該支撐基質之間就地形成一保護層該保護層由该反應源與該反應元素之間的反應形成。可移除至少一部分的臨時支撐基材之以暴露該保護層。等高度的超研磨顆粒之尖端將更為有利的。在一態樣中，等高度的超研磨顆粒以使得該等研磨顆粒自支撐基質突出至實質上預定之高度。可藉由多種方法來完成此等高度。舉例而言，在一特定態樣中，可藉由將臨時支撐基= 又置為^著平坦表面之層狀結構，且將複數個超研磨顆粒壓至臨時支撐基材中，使得複數個超研磨顆粒與該平坦表面接觸以完成等高度步驟。在移除平坦表面及臨時支撐基材後，複數個超研磨顆粒自支撐基質突出至實質上預= 7 ^31066 之南度。在本發明之又一態樣中，提供一種根據本文中所述之方法態樣製造的抗腐蝕性超研磨工具。此工具可包括：複數個超研磨顆粒’其至少部分地嵌入一支撐基質中；及一保護層，其係沿著該支撐基質之實質上所有暴露之工作表面形成，且形成於該複數個超研磨顆粒之每一者與該支樓基質之間。在一些情況下，形成於暴露之工作表面上之保護層，以及形成於各超研磨顆粒與由碳化物形成之支撐基質之間的保護層實質上為連續的。在另一態樣中，提供一種抗腐蝕性超研磨工具。該研磨工具可包括：複數個超研磨顆粒，其嵌入一支撐基質中；及一非顆粒保護層，其沿著該支撐基質之實質上所有暴露的工作表面形成，且形成於該複數個各超研磨顆粒與該支撐基質之間。如上所述，在一些情況下，形成於暴露之工作表面上之保護層及形成於各超研磨顆粒與由碳化物形成 Φ 之支撐基質之間的保護層實質上為連續的。如此已相當廣泛地概述本發明之多種特徵，因此可更加理解本發明之實施方式，且因此可更瞭解本發明對此項技術之貝獻。本發明之其他特徵將自以下本發明之實施方式以及隨附申請專利範圍變得更清楚，或可藉由實踐本發明而得知本發明之其他特徵。【實施方式】定義在描述並主張本發明. a之權利時，將根據下述定義來使 8 1331066 用以下術語。「除非本文中清楚地另外規定，否則單數形式「一」、「該」包括複數指示物。因此，舉例而言，「一顆粒」包括一或多個此種顆粒，且「續陥垄 . ^且涊闹是」包括—或多個此種陶瓷。如本文中所使用，「超硬（superhard)」與「超研磨 (superabrasive)」可互換使用，且係指具有大約4〇〇〇

Kg/mm2或更大之維氏硬度（vicke「，s hardness)的結晶或多晶材料’或此等材料之混合物。此等材料可包括（不限於) 鑽石及立方氮化硼（cBN)，以及於所屬領域具有通常知識者已知的其他材料。雖然超研磨材料呈現強烈的惰性，因此難以與其形成化學鍵，但是已知如絡及鈦之特定反應疋素能夠在特定溫度下與超研磨材料起化學反應。如本文中所使用，「顆粒（partjC|e)」與「粒丨〇」可互換使用，且在結合超研磨材料使用時係指此材料之顆粒形式》此等顆粒或粒可呈多種形狀（其包括圓形、長橢圓形、正方形、自形等）以及許多特殊的目徑（mesh size)。如此項技術中已知，「目（mesh )」係指每單位面積的孔洞數目如同美國篩孔一般。如本文中所使用，「化學鍵（chemica| bond)」與「化學鍵結（chemica丨bonding)」可互換使用，且係指在原子之間施加一吸引力之分子鍵，該吸引力足夠強以在該等原子之間的界面處產生二元固體化合物。本發明中涉及之化學鍵在鑽石超研磨顆粒的情況下通常為碳化物，或在立方 9 1331066 氮化硼的情況下通常為氮化物或硼化物。如本文中所使用，術語「工作表面（working surface)」係指超研磨工具之一表面，其係面對工件或與工件相互作用。就本發明之超研磨工具而言，工作表面可為與腐蝕性 ¥境直接接觸的任何表面。如本文中所使用，「支撐基質（support matrjx)」係指能夠容納超研磨顆粒之材料或物質，其包括如本文中所述之工具前驅物及前驅物元件。在一些態樣中，支撐基質可為整個工具體，且在其他態樣中，支撐基質可僅為工具體的一部分或一片段。如本文中所使用，「反應元素（reactjve element)」係才曰可與超研磨顆粒起化學反應並化學鍵結至超研磨顆粒的元素。反應元素之實例可包括（但不限於）諸如鈦（丁丨）及鉻（Cr)之過渡金屬，包括諸如锆（Zr)及鎢（w)之耐火元素，以及諸如鋁（AI )之非過渡金屬及其他材料。另外’在技術上為非金屬之特定元素（如矽（Si ))可被涵蓋作為反應元素。另外，反應元素亦可與其他反應或非反應元素形成合金。如本文中所使用’ 「反應源（「eactive source)」係指包括於支撐基質内或包含支撐基質的材料，其能夠與反應元素起反應以形成保護層。「保護層（pr〇tectjVe layer)」與「抗腐蝕性層（caustic-resistive layer)」之詞可互換使用’且係指支撐基質内之層狀結構的特性。應注意，該抗腐姓性層可提供除抗腐蝕性以外的其他保護功能，諸如機 “31066 械或熱保護。如本文中所使用，「大約（about)」係藉由所給的值可「稍高於（a little above)」或「稍低於（a little below)」端點’以用來為數值範圍端點提供靈活性。如本文中所使用’術語「實質上（substantially)」係指 -作用、特性、性質、狀態、結構、物品或結果之完全或幾乎完全的範圍或程度。舉例而言，「實質上」封閉之物

件將意謂該物件為完全封閉或幾乎完全封閉的。在一些情況下’相對於絕對完全性的確切可允許偏離度可取決於特疋％境。然而，一般而言，該對於完全性的接近程度將得到與在獲得絕對且全部的完全性時相同的總體結果。在「實質上」也同樣適用於否定涵義，當用來指完全或幾乎完全沒有一作用、特性、性質、狀態、結構、物品或結果。牛Ή而。貫質上無（substantially free)」顆粒之組合物將π全沒有顆粒’或幾乎完全沒有顆粒，以致效果將與其完全沒有顆粒時相同。換言之，「實質上無」—成份或兀素之組合物仍可實際上含有此物品，只要其沒有可量測的影響便可。文中所使用，為方便起見，複數個物品、結構元件:組成元素及/或材料可呈現於共同列舉中。然而，應將 t等列舉解釋為仿佛列舉中之每-構件皆被個別地識別為 ==的構件…，在未指示相反情況時，不應僅 ^ +之構件呈現在共同群組中就將個別構件解釋為 ° +之任何其他構件之事實上的均等物。 11 1331066 /辰度直及其他數值資料可在本文中以範圍表示或呈現。應理解，僅為方便及簡潔起見使用該範圍，且因此應將該範圍靈活地解釋為不僅包括如該範圍之極限值所明確敍述的數值，而且還包括涵蓋於該範圍内的所有個別數值或人範圍’就如同明讀敍述了每一數值及次範圍。作為一實例，「大約1至大約5」的數值範圍應解釋為不僅包括大約1至大約5之明確敍述值，而且還包括所指示範圍内的個別數值及次範圍。因此，此數值範圍中包括諸如2、3 及4的個別數值，及諸如1至3、2至4及3至5等次範圍’以及1、2、3、4及5之個別數值。相同原理適用於僅敘述一單一數值作為最小值或最大值的範圍。另外，不管範圍之寬度或所描述之特性如何，此解釋均應適用。發明內宠本發明提供抗腐姓性超研磨工具，包括其使用及製造方法。如所描述，當前用於酸或其他腐蝕性環境中的超研磨工具，常由於腐蝕性化合物分解金屬支撐基質而迅速剝蝕。此剝蝕導致研磨顆粒脫離金屬支撐基質。在CMp研磨的If況下，此等鬆散顆粒常會刮擦並損壞已研磨之晶圓。在研磨期間抵抗酸的剝蝕作用之保護層可降低超研磨顆粒脫離的頻率，且因此增加工具的工作壽命。發明者已發現，可在建構各種超研磨工具期間就地形成保護層。此抗腐蝕性層保護超研磨工具之支撐基質，從而減少用於腐蝕性環境中時的工具故障及磨損。作為一特殊實例，嵌入 12 1331066 支撐基質中的超研磨顆粒受到保護性碳化物層保護的cMp 研磨塾修整器在與酸性化學研純—起使料具有改良之抗酸性。應注意，儘管本文中大部分論述可關於CMp研磨墊修整器及酸防護，但本發明之各種態樣同樣適用於在各種腐蝕性環境中使用的任何類型之超研磨工具，所有該等態樣被認為是在本發明之範疇内。因此，在本發明之一態樣中，揭示一種沿著一具有嵌入超研磨顆粒之超研磨工具的整個工作表面提供抗腐蝕性的方法。該方法可包括經由一反應源與一反應元素之間的反應，沿著一反應源與一包括反應元素之支撐基質之間的界面處貫質上全部的工作表面’且在複數個超研磨顆粒之每一者與支撐基質之間就地形成一保護層。該方法亦可包括移除至少一部分的反應源以暴露該保護層。在另一態樣中’提供一種抗腐独性超研磨工具。該工具可包括：複數個超研磨顆粒，其至少部分地嵌入一支樓基質中；及一保護層’其係沿著該支撐基質之實質上全部暴露之工作表面而形成’且形成於該複數個超研磨顆粒之每一者與該支撐基質之間。應注意’根據本發明之保護層本質上為連續的，且因此為非顆粒的。換言之，與僅將呈顆粒或其他形式之抗酸性物質施加於支撐基質相反，該保護層是經由反應源與反應元素之間的反應就地形成的。在又一態樣中，提供—種製造如上所述之抗腐蝕性超研磨工具的方法。該方法可包括將複數個超研磨顆粒部分地設置於一臨時支撐基材内， 13 1331066 以使得該複數個超研磨顆粒至少部分自該臨時支樓基材之工作表面延伸。換言之’該超研磨顆粒係沿著該臨時基材配置’以使得該等難觸碰並自該臨時基材延伸出來。該方法可另外包括將一環保支.撑基質材料施加於該臨時支撐基材之工作表面，以使得該環保支撐基質材料與複數個超研磨顆粒接觸。可固化該環保支撐基質材料以形成一支撐基質，以使得沿著臨時支撐基材與支撐基質之間的實質上全部界面，且在複數個超研磨顆粒之每一者與支撐基質之間就地形成一保護層。隨後可移除至少一部分臨時支撐基材之以暴露該保護層。根據本發明各種態樣的保護層在腐蝕性環境中時可對超研磨工具提供保護。該等腐蝕性環境可包括酸性、鹼性環境或可能會侵蝕超研磨工具之任何其他環境。保護層可為能夠由一反應源與一與該支撐基質相關之反應元素間的化學反應’而就地形成的任何材料。舉例而言，在一態樣中，支樓基質可包括諸如石夕或含矽合金（諸如石夕銅合金 (Si-Cu))之反應元素。若使用石墨作為反應源，則在固化支撐基質期間，在矽與來自石墨的碳接觸的所有表面上將形成碳化矽（SiC)保護覆層。另外，若使用鑽石超研磨顆粒，

則由於兩種材料之間的Si/C反應，亦將沿著支撑基質與各鑽石顆粒之間的界面形成SiC覆蓋層。另一實例，保護層亦可類似地形成為氮化物層。在氮化物的情況下，一方法可包括使用聚胺基曱酸酯薄片作為反應源來形成氮化石夕 (SiN)保護層。類似地，若使用cBN超研磨顆粒，則SjN 1331066 覆層亦將由於兩種材料之間的Si/N反應而沿著支撐基質與各cBN顆粒之間的界面形成》一般於所屬領域具有通常知識者在瞭解本揭示案後將理解可用作反應源的各種其他材料’所有該等材料被認為是在本發明之範嘴内。除保護支撐基質不受腐蝕性環境影響外，保護層亦可用以將超研磨顆粒更牢固地結合至超研磨工具中。舉例而言，鑽石超研磨顆粒上的SiC覆層含有支撐基質之Si材料與鑽石顆粒之碳材料之間的強化學鍵。此等強鍵幫助將超研磨顆粒更牢固地固定至支撐基質中，因此減少在使用期間顆粒脫離的發生》

可經由與支撐基質相關聯之反應元素與一反應源之間的化學反應而就地形成本發明之保護層。反應源可包括組成臨時支樓基材的材料，或其可為臨時支樓基材之一部分或-層 '组成反應元素及臨時支撐基材之材料因此經選擇以起反應’以形成-實質上覆蓋超研磨工具㈣暴露之工作表面的㈣層。目而，㈣支#基材可在任何可能在使用已完成之工具期間變得暴露於腐蝕性環境的區域中與支樓基質接觸。考慮了如上所述之各種反應源，纟包括（、不限於）碳源、氮源等。除臨時支樓基材外，反應源亦存在於超研磨顆粒材料中。舉例而言，鑽石超研磨顆粒可用作碳源’以在鑽石與支㈣質之間產生保護層。另―方面，立方氮化硼顆粒可用作氮源，以在立方氮㈣之間產生保護層。基質暴露之表面可為暴露於環境而有益於保護層之任何表 15 1331066 面’或換言之可為任何工作 # 作表面。保護層亦可沿著可能不疋工作表面但非常接近工作车H士作衣面’而會暴露於酸性環境之 π箬了根據特殊工具之預期用途， 2特殊表面定位保護層4外，在超研磨X具中可使用夕個保護層。舉例而言，可配 ^ _置保護層以使付在一層狀結構…時，暴露另一層狀結構以進一步保護工具。八Ζ於建構支撐基質之材料可經選擇而將超研磨顆粒充

刀固丈在超研磨工具中，且含有將與反應源起反應以形成保護層之反應元素。保持力等級（及因此支撐基質之性質) 可視特定超研磨工具之預期用途而定。在-態樣中，該支撐基質及反應元素可為相同的材料。舉例而言，超研磨工 -可由石夕支樓基質所建構。該基質亦將用作反應元素以與如石墨之臨時支禮基材反應。在此情況下，在由臨時支撲基材及支撐基質本身建構超研磨工具期間能就地形成S丨C 保護層。然而，在一些態樣中，S丨合金亦為較佳（由於其較低的溶融溫度許多超研磨材料（諸如鑽石）之熱穩定性極限在大約90(TC至大約120CTC之間❶非合金矽因此具有非吊鬲的熔融溫度，且因此在形成超研磨工具期間可能會剝蝕並削弱鑽石超研磨顆粒。具有較低熔融溫度之矽合金旎因此允許在無此種剝蝕的情況下形成工具。所以在本發明之一態樣中，可選擇反應元素/支撐基質合金之組份及確刀比率以k供一合金，遠合金具有在所使用之特定超研磨材料的熱穩定性極限内或低於該熱穩定性極限之熔融點。 16 1331066 貫務上’可選擇並以冑當的量組合材#以降低兩種元素之炫融恤度’從而產生具有小於大約]2⑽。c之熔融溫度的支撐基質。在又一態樣中，熔融溫度可低於約9〇〇。〇。在另一態樣中，熔融溫度可低於約70(rc。在另一態樣中，熔融溫度可低於約500°C。預期可用以將超研磨顆粒固持於支撐基質中的任何矽合金將被認為是在本發明之範疇内。此可包括矽與金屬或非金屬形成的合金《實例可包括（不限於）矽銅合金（Si_ Cu)、矽鍺合金（Si-Ge)、矽鋁合金（Si A丨）及其組合。合金亦不限於二者組合，而是亦可包括兩種以上的組成材料。在以上矽實例中，視特定超研磨工具及工具用途而定，合金中矽的含量可具有非常廣泛的範圍。舉例而言在— 態樣中，合金中矽的含量可為大約1 0〇/〇 w/w至大約9〇% w/w。並能考慮到大於約9〇。/〇 w/w之矽含量，然而可能會發生超研磨顆粒之剝蝕。在特定超研磨工具中，此剝蝕可能不是特別有害。同樣，雖然已考慮到小於3〇0/〇 w/w之矽含量’但是以大於約30% w/w之含量可更容易地形成保護層。因此，在另一態樣中，矽的含董可大於約3〇% w/w。在又一態樣中’矽的含量可為約30% w/w至約90% w/w。如所論述，一反應元素（其係在形成超研磨工具期間與反應性奴源接觸之碳化物形成物）可就地形成保護性碳化物層以對支撐基質提供保護，使其免受腐蝕性環境的影響。在一態樣中’該反應元素可散布於至少大部分的支標基質上。其可藉由混合反應元素與另一金屬或非金屬村料 17 1331066 來完成。另外，在一態樣中，可將合金配製為包括足夠量的反應元素以產生保護層。在另—態樣中，該反應元素可關聯在支撐基質之有限區域内。舉例而言，反應元素可主要存在於支樓基質與反應源之間的界面處。可藉由多種方式（諸如，在添加臨時基材材料或反應源之前將反應元素分布於環保支撐基質材料上，或可在添加環保支撐基質材料之前將反應元素分布於反應源上）來完成此。反應元素可作為漿料、膏、粉末、箔、氣相沈積層或按照一般於所屬領域具有通常知識者已知的任何其他方式來加以分布。若干反應元素可包括於支撐基質中以達成與超研磨顆粒所要之鍵結’且與反應源起反應從而形成保護層6多種反應元素可與支撐基質一起使用，該反應元素的選擇可視超研磨工具之特定設計而定。適合包括於本發明中使用之支揮基質中的反應元素包括（不限於）選自由以下元素組成之群的成分：銘（AI)、棚（B)、鉻（cr)、經（|_j) ' 鎂（Mg)、鉬（Mo)、猛（Μη)、銳（Nb)、矽（Si)、鈕（Ta)、鈦（丁丨）' 釩（v)、鎢（VV)、锆（Zr)及其混合物。亦可選擇反應元素以與超研磨顆粒起反應，以在其間產生保護層。如一般於所屬領域具有通常知識者所知，特定反應性金屬與其他金屬及非金屬之許多組合可以不同的比率或量形成。金’以達成一種能化學鍵結至超研磨顆粒，具有適合之熔融點，且與反應源起反應以就地形成保護層的合 18 1331066 金。然而，在一態樣中，反應元素之含量可為合金的至少約5 wt%。在另一態樣中，反應元素之量可為合金的至少約10 wt%。在又一態樣中，反應元素之量可為合金的至少約 30 wt%。本發明之實施例中使用的超研磨顆粒可選自各種特殊類型之鑽石及立方氮化硼。選擇能夠與反應元素化學鍵結以形成保護層的超研磨材料可為有用的。另外，此等顆粒可按需要呈許多不同的形狀，以適應該等顆粒將被預期倂入之工具的特殊用途。然而，在一態樣中，超研磨顆粒可為鑽石，包括天然鑽石、合成鑽石等等。在又一態樣中，超研磨顆粒可為立方氮化硼（cBN )。在其他態樣中，各種其他材料可用作超研磨顆粒，其包括（不限於）碳化矽 (SiC)、氧化鋁（ai2〇3)、氧化鍅（Zr〇2)、碳化鎢（wc)及其組合。 ‘viW主意在態報中’可在將超研磨顆粒併入於超研磨工具中之前，將反應元素塗佈至超研磨顆粒上。此塗佈可藉由任何已知方式（諸如但不限於浸潰（dipping)、喷塗 (spraying)、氣相沈積（vap〇r dep〇sjtjng)，膠黏（g丨u丨ng)等）發生。超研磨顆粒可為適合用於特定工具中或用於特定目的之任何大小。然而，在一態樣中，超研磨顆粒的大小可在大約400目（〜37微米）至大約2〇目（〜85〇微米）之範圍内。在另一態樣中，超研磨顆粒的大小可在大約2〇〇目（〜75微米）至大約8〇目18〇微米）之範圍内。 I33l〇66 超研磨工具的各種組態都能被考慮到。以下僅為示範，因此不希望有任何限制性。第一圖展示抗酸性超研磨工具 (10)，其具有設置於支撐基質（14)中的超研磨顆粒（彳2)。在一態樣中，第二基材（16)可耦合至支撐基質（14)。可沿著超研磨工具之實質上全部工作表面形成一保護層（18)，以向工具提供抗腐蝕性。該保護層（18)可沿著超研磨工具（1〇) 之表面（22)及在各超研磨顆粒（12)與支撐基質（彳4)之間的界

面（23)而被定位。如由第一圖可見，在一態樣中，保護層〇 8) 可為連續的。如第二圖中所示，於另一態樣中，在沒有第二基材的組態中，超研磨工具（2〇)可包含由支撐基質（14)結合在一起的超研磨顆粒（12) »如第三圖中所示，在又一態樣中，超研磨顆粒（12)可結合在超研磨工具（3〇)之多個側邊上。此組態亦Τ包括、结合在第二基材之多個側邊上的超研磨顆粒（圖中未不）。然而應注意，此等圖中所示的超研磨顆粒之疋位及疋向不應被視作對本發明中請專利範圍之範嘴的限制。同樣’應注意，雖然第―、二及三圖中所示之工具的超研磨顆粒係根據一預定圖案予以配置，但在一些態樣中，顆粒的設置可為隨機的。本發明之各種態樣亦可提供製造具有就地形成之保護 =研磨工具的方法。雖然可使用任何製造方法，但反有利的超研磨卫具以使卫具之超研磨顆粒的等高度尖端是例二性;二此’第四至七圖係顯示一包含反轉洗鑄方法之〜樣。如第四圖中所示，沿著-平坦表面(42)設置 20 1331066 臨時支撐基材（40)。將超研磨顆粒（44)設置於臨時支撐基材（40)中，以與平坦表面（42)接觸。瞭解此揭示之於所屬v員域具有通常知識者將認識到有許多種將超研磨顆粒 "X置於時支撐基材甲的方法。臨時支撐基材材料可呈任何已知形 < ’例如（不限於粉末狀或顆粒狀材料、分層材料等。超研磨顆粒可設置於臨時支撐基材内或頂部，或匕時支撐基材可施加於超研磨顆粒之上或周圍。舉例而言，在使用粉末狀或顆粒狀臨時支撐基材材料的態樣中，

超研磨顆粒可設置於粉末狀臨時支撐基材上方或内部。或者，可將粉末狀臨時支撐基材散布於先前已經配置或設置到平坦表面上的超研磨顆粒表面。在使用臨時支撐基材分層材料的態樣中，分層材料可置於平坦表面之上，且可將超研磨顆粒設置於分層材料上並壓入其中。另外，在又一替代實施例中，可在無平坦表面之情況下建構一超研磨工具，其中該超研磨顆粒被壓入臨時支撐基材中達到一給定距離。使超研磨顆粒（44)與平坦表面（42)接觸，讓在所得超研磨工具的超研磨顆粒（44)之尖端為實質上等高度。用諸如（不限於）橡膠、塑膠等之可變形材料，將超研磨顆粒（44) 壓入臨時支撐基材（40)中是有利的。可變形材料可在較大的超研磨顆粒周圍稍微變形，且β提供充足的力量以將較小的超研磨顆粒壓入臨時支撐基材中，以與該平相表面接在一態樣中，超研磨顆粒可以依預定圖案排列。可藉 21

1J01UOO 由將膠點施加於A u , ; 土材’藉由在基材中產生壓痕以容納顆或藉由於所屬領域具有通常知識者已知的任何立他方式來根據預定圖案達成超研磨顆粒的排列。額外方:可見，美國專利第 6’286,498 號、第 6,039,641 號、第 5,380,390 =及第4,925,457㉟，該等專利以引用方式倂人本文中。

另態樣中，超研磨顆粒可以由隨機或偽隨機的佈置予乂排列。隨機及偽隨機排列意欲涵蓋以下情形：將超研磨粒又置於超研磨工具中，其間距幾乎無或無規則性，即使該排列可為預期的。類似地，在又一態樣中，在製造過程期間超研磨顆粒可被佈置成規則或相當規則的圖案，但該規則或相當規則的圖案卻不是被預期的。定向超研磨顆粒以使得其尖端朝向工件是需要。在一態樣中，可使平坦表面粗糙以產生凹坑。當超研磨顆粒被壓向平坦表面時，可藉由該等凹坑來定向該等超研磨顆粒之尖端，從而將該等顆粒定向到統一方向。在另一態樣中，可沿著平坦表面設置尼龍或其他網格材料，以提供用於定向超研磨顆粒之「凹坑」。在置放超研磨顆粒（44)後，如第五圖中所示，可將環保支撐基質（46)施加在臨時支撐基質（4〇)。該環保支撐基質（46)與臨時支撐基質（40)及超研磨顆粒（44)二者接觸。超研磨顆粒（44)應自臨時支撐基質（4〇)延伸至環保支撐基質 (46)中達足夠距離，以允許在超研磨顆粒（44)與所形成之支撐'基質之間發生鍵結。如弟六圖中所示，隨後可固化環保支撑基質以形成支樓基質（48)。當固化支撑基質（4 8)時， 22 1331066 藉由反應源與反應元素之間的反應，在支撐基質（48)與臨時支樓基質（40)之間，且在支推基質（48)與超研磨顆粒（44) 之間就地形成保護層（50)。此保護層（50)可為連續的且可保護超研磨工具’使其在腐蝕性環境中不會剝钱。如第七圖所示，在固化支撐基質（48)並形成保護層（5〇) 後，可移除平坦支撐（42)及臨時支撐基質（4〇)以暴露保護層（50)。可藉由研磨、喷砂、蝕刻等等來移除該等材料。本發明之態樣的許多用途對於瞭解本案所揭示的於所屬領域具有通常知識者將是明顯的。超研磨顆粒可配置於各種形狀及大小的工具及工具前驅物中，包括一維、二維及二維工具。在一些態樣中，支撐基質中的單一超研磨顆粒可用作工具，或用於結合於工具中的工具前驅物❶如上文間接提到，在一些態樣中工具或工具前驅物可基本上由支揮基質中的超研磨顆粒組成。工具可結合有單層或多層超研磨顆粒。在支撐基質中結合有單層超研磨顆粒之工具的一實例為CMP研磨墊修整器。當然’應理解上述配置僅說明本發明之原理的應用。於所屬領域具有通常知識者可在不會偏離本發明之精神及範疇想出許多修飾及替代配置，且附加之申請專利範圍意欲涵蓋該等修飾及配置。因此，雖然本發明於上文已結合目前被認為最可行且較佳的本發明之實施例，以特定且詳細地描述了本發明，但是一般於所屬領域具有通常知識者應瞭解，可進行許多修飾（其包括但不限於，大小、材料、形狀、形式、功能及操作方式、組裝和用途的變化）而不 23 1331066 會偏離本文中陳述之原理及概念》【圖式簡單說明】第一圖為根據本發明之一實施例之超研磨工具之剖視圖。第二圖為根據本發明之另一實施例之超研磨工具之剖視圖。第三圖為根據本發明之又一實施例之超研磨工具之剖視圖。

第四圖為根據本發明之另一實施例被建構之超研磨工具的剖視圖。第五圖為根據本發明之又一實施例被建構之超研磨工具的剖視圖。第六圖為根據本發明之又一實施例被建構之超研磨工具的剖視圖。第七圖為根據本發明之另一實施例被建構之超研磨工具的剖視圖。【主要元件符號說明】 (10) (20> (30)超研磨工具（12> (44)超研磨顆粒 (14)(48)支撐基質（16)第二基材 (18)保護層（22)表面 (23)界面（40)臨時支撐基材 (42)平坦表面（46)環保支撐基質 (50)保護層 24

Claims

1331066 十、申請專利範圍： 1.一種沿著具有嵌入之超研磨顆粒之一超研磨工具整個工作表面提供抗腐蝕性的方法，其包括：經由一反應源與一反應元素之間的反應，沿著該反應源與一包括該反應元素之支撐基質之間的一界面處實質上全部的工作表面就地形成一保護層；及移除至少一部分的反應源以暴露該保護層。

2 .如申請專利範圍第X項之方法，其中在複數個超研磨顆粒之每一者與該支撐基質之間形成該保護層。 3 .如申請專利範圍第χ項之方法，其中該保護層實質上是連續的》 4 ·如申請專利範圍第工項之方法，其中該反應源為一臨時支撐基材。 5.如申請專利範圍第丄項之方法，其中該反應源為一碳源。山6 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中該保護層為一碳化物層。其中該反應源為其中該保護層^ 7 ·如申請專利範圍第2項之方法一氮源。 8 .如申請專利範圍第7項之方法一氮化物層。 ▲"I ·如申請專利範圍第2項之方法，纟中該反應源為该複數個超研磨顆粒之每-者的-部分。 1 0 種製造抗腐純超研磨卫具的方法其包括： 25 1331066 將複數個超研磨顆粒部分設置於一包括一反應源之臨時支撐基材内’以使得該複數個超研磨顆粒至少部分自該臨時支撐基材之一界面表面延伸；將包括一反應元素之環保支撐基質材料施加在該臨時支撐基材之界面表面，以使得該環保支撐基質材料與複數個超研磨顆粒接觸；固化該環保支撐基質材料以形成一支撐基質以使得在該臨時支撐基材與該支撐基質之間沿著實質上全部的界 • ®表面就地形成一保護層，該保護層係藉由該反應源與該反應元素之間的反應形成；及移除至少一部分臨時支撐基材以暴露該保護層。 11·如申請專利範圍第丄〇項之方法，其中固化該環保支撐基質材料進一步包括在該複數個超研磨顆粒之每一者與該支撐基質之間就地形成該保護層。 12.如申請專利範圍第1〇項之方法，其進一步包含使該複數個超研磨顆粒等高度，以使得其自該支撐基質籲突出至-實質上預定之高度。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之方法，其中預定高度在所有超研磨顆粒上實質上統一。 1 4 .如申請專利範圍第丄2項之方法，其中該等高度進一步包括：沿著一平坦表面將該臨時支撐基材設置為一層狀結構；及將該複數個超研磨顆粒壓入該臨時支撐基材中，以使 26 1331066 得該複數個超研磨顆粒與該平坦表面接觸，其中在移除該平坦表面及該臨時支撐基材後，該複數個超研磨顆粒自該支撐基質突出至一實質上預定之高度。 15·如申請專利範圍第14項之方法，其中該平坦表面為一平面表面。一 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中該平坦表面為一變曲表面。 17·如申請專利範圍第14項之方法，其中將該複數個超研磨顆粒壓人該臨時支撐基材中係包括用的材料進行。 1 8 .如申請專利範圍第丄4項之方法纟進一步包在將該臨時支推基材設置為一層狀結構之前，將一定向網格設置於該平坦表面上，以使得在將該複數個超研磨

f粒壓入該臨時支縣材後，該複數個超研磨顆粒之尖端朝該平坦表面定向。 1 9 .如申請專利範圍第1 4項之方法，纟進一步包含在將該複數個超研磨顆粒設置於該平坦表面上之前，使該:坦表面粗链化，以使得當該複數個超研磨顆粒被壓入 =臨時支律基材中_，該㈣的平坦表面將該複數個超研磨顆粒大部分定位成尖端朝向該平坦表面。 20.如申請專利範圍第1〇項之方法其中該反應匕括選自由碳源、氮源及其組合所組成的群組。 2 1 .如申請專利範圍第2 〇項之方法其中該碳源 27 1331066 包括石墨。 2 2 . —種根據如申請專利範圍第丄項之方法製造的抗腐蝕性超研磨工具，其包含：複數個超研磨顆粒，其至少部分嵌入一支撐基質中；一保護層，其沿著該支撐基質之實質上所有暴露之工作表面形成。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之抗腐蝕性超研磨工具，其進一步包含一形成於該複數個超研磨顆粒之每一者與該支撐基質之間的保護層。· 24.如申請專利範圍第23項之抗腐蝕性超研磨工具’其中形成於該等暴露之工作表面上之保護層及形成於各超研磨顆粒與該碳化物所形成的支撐基質之間的保護層實質上是連續的。 S 2 5 ·如申請專利範圍第2 2項之抗腐蝕性超研磨工具，其中該保護層係選自由碳化矽（SiC)、氮化矽（SjN)及其組合所組成的群組。 2 6如申專利範圍第2 2項之抗腐韻性超研磨工具’其中該支撐基質包括矽。 2 7 .如申請專利範圍第2 2項之抗腐蝕性超研磨工 ’、’、中該支樓基質包括合金，該合金係選自由石夕鍺合金 (S卜Ge)、石夕铭合金（Si_A|)及其組合所組成的群組。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項之抗腐蝕性超研磨工具’其中該合金為石夕銘合金。 29·如申請專利範圍第22項之抗腐蝕性超研磨工 28 1331066 具’其中該複數個超研磨顆粒係選自由鑽石、多晶鑽石、立方氣化棚、多晶立方氮化硼及其組合所組成.的群組。 3 0 ·如申請專利範圍第2 2項之抗腐蝕性超研磨工具，其中該複數個超研磨顆粒係根據一預定圖案予以排列。 3 1 ·如申請專利範圍第2 2項之抗腐蝕性超研磨工具’其中該超研磨工具係選自由化學機械研磨墊修整器、線鋸、鏈鋸、鋸條、圓鋸、框鋸、定形輪、研磨輪、鑽頭、孔鋸及其組合所組成的群組。 3 2 ·如申請專利範圍第3 1項之抗腐蝕性超研磨工具’其中該超研磨工具為一化學機械研磨墊修整器。 3 3 .如申請專利範圍第2 2項之抗腐蝕性超研磨工具’其中該複數個超研磨顆粒係自該支撐基質突出至—預定高度。 3 4 ·如申請專利範圍第3 3項之抗腐蝕性超研磨工具，其中該複數個超研磨顆粒的與該預定高度差約小於 //m 〇 3 5 .如申請專利範圍第3 3項之抗腐蝕性超研磨工具，其中该複數個超研磨顆粒的與該預定高度差約小於25 微米。 3 6 .如申請專利範圍第3 3項之抗腐蝕性超研磨工具其中β亥複數個超研磨顆粒的與該預定高度差約小於，5 微米。 3 7 . —種抗腐蝕性超研磨工具，其包含： 29 1331066 複數個超研磨顆粒，其係嵌入一支撐基質中；及一非顆粒狀保護層暴露之工作表面形成，一者與該支撐基質之間，其沿著該支撐基質之實質上所有且形成於該複數個超研磨顆粒之每 3 8 .如申請專利範圍第3 7項之抗腐蝕性超研磨工具，其中形成於該等暴露之工作表面上的該保護層及形成於該等超研磨顆粒之每一者與該形成碳化物之支撐基質之間的該保護層實質上連續。

3 9 .如申請專利範圍第3 7項之抗腐蝕性超研磨工 ”中該保5蔓層係選自由碳化矽（SiC)、氮化矽（SiN)及其組合所組成的群組。十一、圖式：如次頁

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