[发明专利]具有改质钻石磨料的研磨工具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研磨工具及其制造方法，特别是一种具有改质钻石磨料的研磨工具及其制造方法。

背景技术

在如石材加工业或精密磨削工业中，研磨工具已被广泛使用于材料或对象的切削、研磨、抛光和磨光等多种用途中。例如在半导体产业中，硅晶圆(silicon wafer)为半导体产业中极为重要的材料，通常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芯片制作的后续工艺，以提升工艺的准确度与成品率。

在化学机械研磨工艺中所使用的研磨垫(polishing pad)，在进行一段时间的研磨之后，其表面的结构如表面花纹和表面粗糙度等，会因为持续抛光的机械动作而趋于平滑。并且，晶圆磨下的碎屑会沉积于研磨垫表面，使其抛光晶圆的速率降低甚至失去抛光功能。因此，在进行化学机械研磨时，通常需以研磨工具(abrasive too1)对研磨垫进行间歇性的修整，即刮除研磨垫的表层和磨屑，维持研磨垫的粗糙表面，以恢复研磨垫的抛光作用并延长其寿命。

现有的研磨工具是将多个磨料颗粒(abrasive particles)通过如高分子树脂的结合剂固着于基材的表面上，例如抛光带与研磨盘等研磨工具。此种研磨工具乃是利用磨料颗粒所具有的高硬度与高耐磨的特性，来达到对研磨垫研磨加工的功能。由于钻石是目前所知最硬的工业材料之一，因此工业上常利用钻石来作为研磨工具的超级磨料(super-abrasive)。然而，这种通过结合剂将磨料颗粒固着于研磨工具的方式，当结合剂的使用量不足时，使结合剂对磨料颗粒的包覆性不足而露出于研磨工具上，导致研磨工具在进行研磨或切削的操作时，磨料颗粒容易从研磨工具上脱离或是于对象上产生刮痕，而造成对象的损坏。而当结合剂的使用量过多，以至于结合剂包覆于磨料颗粒表面的厚度过厚时，则容易因磨料颗粒埋入于结合层太深，使磨料颗粒在研磨工具上的露出率太低，而直接影响研磨工具的研磨及切削能力，而造成对研磨工件的磨耗量下降。因此，在结合剂使用量的掌控上相当的困难。

为了解决此问题，目前有采用热处理法或电浆法等方式，对磨料颗粒表面进行改质处理，通过磨料颗粒表面结构的改变，使其与结合剂之间的结合强度增加，以减少结合剂的使用量，进而使磨料颗粒于研磨工具上的露出率获得提升。但这种对磨料颗粒进行表面改质的方法于高温或真空环境下进行，这对于小粒径(100微米(μm)以下粒径)的磨料颗粒而言，通常在经过高温处理后容易形成结构上的崩解破坏，或是磨料颗粒完全于真空中挥发殆尽。因此，热处理法及电浆法并不适用于小粒径磨料颗粒的改质处理，使其在应用上受到了限制。

另有使用化学法对磨料颗粒进行改质的处理方式，如美国第6,337,060号公告专利所揭露的。其将磨料颗粒置入硫酸溶液中，并加热至摄氏温度250度(℃)的高温下对磨料颗粒进行表面处理，使磨料颗粒表面产生亲水性原子和/或官能基，如羟基(-OH)与羰基(-C＝O)等，并通过这些官能基与结合剂之间产生化学键结，以增加磨料颗粒与结合剂之间的结合力。然而，这种通过羟基或羰基与结合剂产生化学键结的结合方式，对于增加磨料颗粒与结合剂之间的兼容性有限，并且，这种改质方式同样是于高温(250℃)的环境下进行，因此对于小粒径的磨料颗粒而言，仍然存在颗粒结构容易受高温影响而崩坏的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有改质钻石磨料的研磨工具及其制造方法，以解决研磨工具中磨料颗粒与结合剂之间的结合力不足，而容易从研磨工具上脱离的问题，以及现有技术改质磨料颗粒的方法不适用于小粒径磨料颗粒的制造，而使磨料颗粒在研磨工具的应用上受到限制的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有改质钻石磨料的研磨工具制造方法，其中，包含以下步骤：

提供多个钻石磨料；

提供一酸性溶液与该些钻石磨料混合，并于摄氏温度80～120度的环境进行搅拌并加热；

自该酸性溶液中取出反应后的该些钻石磨料，并水洗该些钻石磨料，令该些钻石磨料的酸碱值呈中性；

导入氧气于酸碱值呈中性的环境中与该些钻石磨料进行反应，令该些钻石磨料表面具有一环氧基团；

将表面具有该环氧基团的该些钻石磨料与一高分子树脂混合；以及

将混合后的表面具有该环氧基团的该些钻石磨料与该高分子树脂硬化于一基材上，以形成一研磨工具。

上述的具有改质钻石磨料的研磨工具制造方法，其中，该酸性溶液选自硫酸、盐酸、硝酸、高锰酸及过氯酸其中之一及其混合物。