專利名稱：用于化學(xué)機械平坦化的修整工具和技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研磨技術(shù)，更具體地，涉及在微電子工業(yè)領(lǐng)域用于修整諸如CMP墊之類的拋光墊的工具和技術(shù)。
背景技術(shù)：
拋光墊修整器通常用于修整或整修拋光墊，以便拋光各種材料，包括半導(dǎo)體晶片、玻璃、硬盤基片、藍寶石晶片和窗口以及塑料。這些拋光工藝通常要用到聚合物拋光墊和漿料，所述漿料包含多種松散研磨粒子和其他化學(xué)添加劑，用以改進在化學(xué)和機械作用下的清除過程。例如，集成電路(IC)制造工藝需要許多制造步驟，主要包括沉積、蝕刻、成圖、清潔和清除過程。IC制造中的一種清除過程是指化學(xué)機械拋光或平坦化(CMP)過程。此CMP過程用于在晶片上產(chǎn)生平整(平坦)的表面。一般地，拋光采用聚合物墊，但在此過程中，拋光殘余物將拋光墊磨光。因此，為了得到穩(wěn)定的拋光性能，需要對被磨光的拋光墊表面進行修整。否則，工藝不穩(wěn)定，晶片表面質(zhì)量變差，這些通常會導(dǎo)致成本上升。因此，需要拋光墊修整工具和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方式是用于修整化學(xué)機械平坦化(CMP)墊的工具。該工具包括具有至少兩側(cè)(例如前側(cè)和后側(cè))的支持件和多個研磨粒子，其中所述研磨粒子通過金屬結(jié)合劑結(jié)合到支持件的至少一側(cè)，且至少95% (基于重量)的研磨粒子的粒徑小于約85微米。該工具上研磨粒子的濃度大于約4000個研磨粒子/英寸2 (620個研磨粒子/厘米2)，粒子間的間距使得基本上沒有研磨粒子接觸其他研磨粒子(例如，少于5體積％的研磨粒子接觸其他研磨粒子)。在一些這樣的情況下，研磨粒子濃度大于約10000個研磨粒子/英寸2 (1550個研磨粒子/厘米2)。該工具可具有例如小于約0.01英寸，在一些情況下小于約
0.002英寸的不平整 度。在一種特定情況下，該支持件是不銹鋼盤，研磨粒子是金剛石。在一種這樣的情況下，金屬結(jié)合劑是釬焊合金，金剛石通過釬焊合金焊接到支持件的第一側(cè)。在另一種這樣的情況下，通過釬焊合金將金剛石焊接到支持件的第一側(cè)和第二側(cè)。在另一種這樣的情況下，通過釬焊合金將金剛石僅焊接到支持件的第一側(cè)，而支持件的第二側(cè)有釬焊料(無金剛石)。在一種這樣的情況下，將惰性(相對于工具制造工藝)填料粒子焊接到第二側(cè)。根據(jù)本說明書，這樣的金屬結(jié)合劑和研磨粒子的許多配置方式都是顯而易見的。釬焊合金可以是例如釬焊膜(例如釬焊帶或箔)。在一種特定情況下，釬焊合金包括鉻含量至少約為2重量％的鎳合金。研磨顆?？梢岳绨凑找环N或多種圖案形式定位。研磨顆粒的示例性圖案和子圖案包括SARD 圖案、六方圖案、面心立方圖案、立方圖案、斜方圖案、螺旋圖案和無規(guī)圖案。粒子間的間距可以是對所有研磨粒子基本上都相同，但根據(jù)本說明書，顯然也可以有變化。具體的粒子間距可以通過一定方式實現(xiàn)，例如通過采用具有開孔的研磨劑排位導(dǎo)具(placement guide),所述開孔具有相應(yīng)的間距。一個示例性排位導(dǎo)具是釬焊膜(例如箔)，其具有按所需圖案排位的多個開孔或穿孔。這種穿孔也可在釬焊過程中用于排出揮發(fā)的氣態(tài)粘合劑，從而減少釬焊膜拱起的現(xiàn)象。在一個示例性情形下，金屬結(jié)合劑可以是釬焊帶或釬焊箔(前體態(tài))，其中釬焊帶或釬焊箔具有按一定圖案排位的開孔，每個開孔可容納一個研磨粒子，這樣，焙燒之后，研磨顆粒就形成一個顆粒排位圖案，其基本上類似于開孔圖案。本發(fā)明的另一個實施方式提供了 CMP墊修整工具的制造方法。該方法包括提供具有第一側(cè)和第二側(cè)(例如基本上彼此平行的前側(cè)和后側(cè)，但它們不是必須平行)的支持件。該方法還包括用金屬結(jié)合劑將研磨粒子結(jié)合到支持件的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少一側(cè)，其中至少95% (基于重量)的研磨粒子獨立地具有小于約85微米的粒徑。在所制造的工具上，研磨粒子的濃度大于約4000個研磨粒子/英寸2 (620個研磨粒子/厘米2)，粒子間的間距使得基本上沒有研磨粒子接觸其他研磨粒子。在一種這樣的情況下，所制造的工具可具有小于約0.002英寸(50.8微米)的不平整度。用金屬結(jié)合劑將研磨粒子連接到支持件的至少一側(cè)上的步驟，包括例如將研磨粒子電鍍、燒結(jié)、焊接(solder)或釬焊接(braze)到支持件的至少一側(cè)上。在一種這樣的情況中，連接研磨粒子包括用釬焊合金將研磨粒子釬焊接到支持件的至少一側(cè)上。此處，釬焊接包括將釬焊膜連接到支持件的至少一側(cè)上，將研磨粒子定位在釬焊膜的至少一部分上形成生坯部件，然后焙燒該生坯部件(以及隨后冷卻該部件)，從而利用釬焊合金通過化學(xué)作用將研磨粒子連接到支持件上。釬焊膜可以例如選自釬焊帶、釬焊箔、帶孔釬焊帶和帶孔釬焊箔。釬焊膜可具有一定厚度，例如在研磨粒子的最小粒徑的約1%與約60%之間。定位研磨粒子的步驟可包括例如將研磨粒子施加到至少一部分釬焊膜之中或之上的多個開孔中，其中每個開孔適合接收一個研磨粒子。在一種這樣的情況下，開孔形成 一定圖案或子圖案(例如SARD 圖案、六方圖案等)。此處，將研磨粒子施加到至少一部分釬焊膜之中或之上的多個開孔中的步驟，可包括例如將一層粘合劑施加到至少一部分釬焊膜上，將包含多個開孔中的至少一部分開孔的排位導(dǎo)具放置在粘合劑層上，然后使研磨粒子與粘合劑經(jīng)由開孔接觸。或者，定位研磨粒子的步驟可包括例如將粘合劑施加到至少一部分釬焊膜上，然后在粘合劑上隨機分布研磨粒子。根據(jù)本說明書顯然可以看到，將研磨粒子連接到支持件的至少一側(cè)上的步驟，可包括用釬焊合金在支持件的第一側(cè)和第二側(cè)都釬焊接研磨粒子。或者，將研磨粒子連接到支持件的至少一側(cè)上的步驟，可包括在支持件的第一側(cè)和第二側(cè)都施加釬焊合金，然后僅在支持件的第一側(cè)借助釬焊合金釬焊接研磨粒子。在一種這樣的情況下，該方法還包括用釬焊合金將一種或多種惰性填料粒子釬焊接到支持件的第二側(cè)。這里所述的特征和優(yōu)點不是面面俱到的，具體說來，根據(jù)附圖、說明書和權(quán)利要求書，其他許多特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。此外，應(yīng)當指出，本說明書中所用語言主要是為閱讀和指導(dǎo)的目的而選擇的，不對本發(fā)明的主題范圍構(gòu)成限制。


圖1是本發(fā)明一個實施方式中CMP墊修整工具的截面示意圖，所述工具前側(cè)具有單層研磨粒子。圖2是本發(fā)明另一個實施方式中CMP墊修整工具的截面示意圖，所述工具前側(cè)釬焊接有單層研磨粒子，后側(cè)釬焊接有單層研磨粒子。圖3是本發(fā)明另一個實施方式中CMP墊修整工具的截面示意圖，所述工具前側(cè)釬焊接有單層研磨粒子，后側(cè)有釬焊合金層。圖4是圖1、2或3所示CMP墊修整工具的工作表面中任何一個工作表面的俯視圖，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，支持件上釬焊接有研磨粒子，所述粒子形成SARD 圖案。圖5是圖1、2或3所示CMP墊修整工具的工作表面中任何一個工作表面的俯視圖，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，支持件上釬焊接有研磨粒子，所述粒子形成六方圖案。圖6是本發(fā)明一個實施方式中生坯部件的側(cè)面示意圖，所述生坯部件由氧化鋯支持件支持，在爐子中焙燒，產(chǎn)生雙側(cè)釬焊接的拋光墊修整工具。
具體實施例方式本發(fā)明披露了拋光墊修整工具和技術(shù)，所述工具和技術(shù)可用于許多應(yīng)用，如修整CMP拋光墊。在修整過程中，僅通過修整磨光的墊表面維持工藝穩(wěn)定性是不夠的。修整器決定著墊紋理或形貌的產(chǎn)生，而墊紋理或形貌極大地影響著晶片表面質(zhì)量。要形成最佳墊紋理，需要對制造修整器的各種參數(shù)進行優(yōu)化，如研磨劑的尺寸、分布、形狀、濃度和高度分布。若墊修整工具選擇 不當，則所得墊紋理可能在拋光工件表面上產(chǎn)生微擦痕，還有可能增加工件上形成的圖案上的碟陷或侵蝕。在描述本發(fā)明的各種實施方式并要求其權(quán)利時，采用以下術(shù)語:本說明書所用術(shù)語“不平整度”是可用來表征拋光墊(如CMP墊)修整工具一側(cè)的量度，一般指在徑向上偏離真實平面的程度。在一個示例性情形下，不平整度是指在工具一側(cè)所測最低點與在該側(cè)所測最高點之間的高度差(各點采用相同測量技術(shù))。根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的CMP墊修整工具的不平整度可以例如在約0.01英寸與低至約O英寸之間的范圍內(nèi)變化。所需不平整度可隨應(yīng)用的不同而變化很大，具體取決于所需性能標準。本說明書所用術(shù)語“工作表面”是指墊整修器的表面，相應(yīng)地也指支持件在操作過程中朝向或接觸CMP墊或其他此類拋光墊的一側(cè)。工作表面上定位研磨粒子。圖1和3顯示了具有一個工作表面的墊修整器，圖2顯示了具有兩個工作表面的墊修整器(但兩個表面不一定都用)。或者，兩側(cè)可以均與研磨粒子連接，以改善工作表面的不平整度。本說明書所用術(shù)語研磨粒子的“粒子間距”是指研磨粒子與其最鄰近的研磨粒子之間的最小距離，其中“最小距離”是任意兩點之間的最小長度，一點位于研磨粒子的表面上，而另一點位于相鄰研磨粒子的表面上。本說明書所用術(shù)語“生坯部件”是指在爐子中焙燒之前的部件。糖修工具圖1提供了釬焊接到支持件一側(cè)的金剛石顆粒的示意圖，圖2提供了釬焊接到支持件全部兩側(cè)的金剛石顆粒的示意圖。支持件(本文也稱作預(yù)制件或基材)是拋光墊(例如CMP墊)修整工具的基礎(chǔ)部分。工具本身也可稱作例如“墊整修器”或“墊修整器”或“修整工具”。在圖1和2中，支持件具有兩個基本上彼此平行的平整側(cè)面，其中兩側(cè)之一可稱作前側(cè)，另一側(cè)可稱作后側(cè)。本發(fā)明的其他實施方式可具有非平行的平整側(cè)面。支持件可由例如任何材料制成，只要該材料在修整CMP墊的過程中基本上能經(jīng)受化學(xué)和機械條件。制造支持件的示例性材料包括金屬、陶瓷和熱塑性材料以及它們的混合物。本說明書所用“金屬”包括任何類型的金屬、金屬合金或它們的混合物。適用于形成支持件的示例性金屬材料包括鋼、鐵和不銹鋼。在具體實施方式
中，支持件由304不銹鋼或430不銹鋼制造。此外,支持件可包括一個或多個狹槽,所述狹縫沿該支持件一側(cè)或多側(cè)的整個表面延伸。這些狹縫可以例如使?jié){料更容易進入工具與墊之間(以便除去碎屑)，減小焙燒后的內(nèi)應(yīng)力(因形成非鄰接的釬焊區(qū)域)，以及在釬焊接(或其他熱處理)過程中幫助排出揮發(fā)的氣態(tài)粘合劑。這些狹槽可以通過例如用薄砂輪或碳化鎢盤開槽來形成?？梢钥闯觯@些示例性實施方式中的研磨粒子是金剛石，但其他合適的研磨粒子同樣可以采用。其他示例性研磨粒子包括立方型氮化硼、引晶凝膠(seeded gel)、石英和氧化鋁。所用研磨劑類型一般取決于所需用途，可包括任何硬的結(jié)晶物質(zhì)，如根據(jù)本說明書所顯而易見的那樣。多個研磨粒子是指兩個或更多個研磨粒子。一般地，研磨粒子可連接到支持件上的最大數(shù)目取決于研磨粒子的粒徑。粒徑越小，可連接到支持件上且彼此不接觸的研磨粒子越多。例如，研磨粒子的最大數(shù)目可以萬計(例如24萬)。研磨粒子的尺寸(“粒徑”)可通過例如篩網(wǎng)分析或篩選來確定。例如，粒徑為65-75微米的研磨粒子可通過75目篩(美國篩制(U.S.Sieve Series)),但不能通過65目篩(美國篩制)。任何粒徑，只要它允許多個研磨粒子釬焊接到支持件一側(cè)而任意兩個研磨粒子不會彼此接觸，就是合適的，例如粒徑在約15微米至約350微米的范圍內(nèi)。在一個實施方式中，所述粒徑使單個研磨粒子能穿過待修整的聚合物CMP墊的孔。這樣就減少了可聚集在墊孔中的漿料團聚體的量，使拋光晶片(或其他工件)上的嚴重缺陷減少。粒徑范圍一般取決于諸如所用篩選/選擇技術(shù)和研磨粒子形狀(例如圓形顆粒比長形顆粒更易于準確篩選)之類的因素。研磨粒子處于一定粒徑范圍的百分數(shù)(基于重量)也是可以指定的。例如，根據(jù)一個實施方式，至少50% (基于重量)的研磨粒子獨立地具有小于約85微米的粒徑。根據(jù)分離所需粒徑范圍的研磨粒子所用的篩分技術(shù)和控制手段，具有特定粒徑的研磨粒子的百分數(shù)(基于重量)可高達100%。例如，根據(jù)另一個特定實施方式，約60%至100% (基于重量)的研磨粒子獨立地具有約65微米至約75微米之間的粒徑。在另一個特定情況下，約50%至100%的研磨粒子獨立地具有約45微米至約85微米之間的粒徑。在另一個特定情況下，約50%至100%的研磨粒子獨立地具有約15微米至約50微米之間的粒徑。根據(jù)本發(fā)明，利用經(jīng)適當篩選或以其他方式選擇的細粒研磨劑(例如金剛石)的多種研磨劑粒徑方案是顯而易見的，本發(fā)明不受限于任何特定方案。舉例而言，研磨顆?？梢砸环N或多種圖案定位。一種圖案可包括一種或多種子圖案。每種圖案都由實物限定邊界，從而限定圖案形狀。在本發(fā)明的各種實施方式中，任何圖案形狀都是可接受的。在一些實施方式中，調(diào)整圖案形狀，使之類似于支持件側(cè)面形狀(例如，若支持件具有圓形側(cè)面，則該圖案的形狀為圓形)。示例性研磨顆粒圖案和子圖案包括SARD 圖案、六方圖案 、面心立方圖案、立方圖案、斜方圖案和螺旋圖案。SARD 圖案是指自避研磨顆粒陣列(self-avoiding abrasive grain array),這種圖案的一個例子不于圖4。如何實現(xiàn)這種圖案的其他細節(jié)見述于前面引用的美國專利申請第11/229440號，其題目為“用自避研磨顆粒陣列制造的磨具(Abrasive Tools Made with a Self-AvoidingAbrasive Grain Array)”。六方圖案是指物體的這樣一種排列,其中沒有限定圖案邊界的每個物體在其周圍等距離存在6個物體。六方圖案的一個例子示于圖5。無規(guī)研磨顆粒圖案(例如其中顆粒無規(guī)則地分布在基材上)也可采用。這種圖案包括假無規(guī)(pseudo-random)圖案和無序或不規(guī)則碎片形圖案。一個或多個上述子圖案和一個或多個無規(guī)圖案可組合形成混合圖案。根據(jù)本說明書，許多研磨顆粒圖案和子圖案的方案都是顯而易見的。對所有研磨粒子，粒子間距可基本上相同(例如，如圖5所示示例性六方圖案的情況)。作為替代或另增形式，研磨粒子可具有不同的粒子間距(例如，如無規(guī)圖案的情況)。只要研磨粒子彼此不接觸且能得到所需濃度，任何粒子間距都是可接受的。具體的粒子間距可通過例如采用排位箔(或其他合適的導(dǎo)具)來實現(xiàn)，所述排位箔包含具有相應(yīng)開孔間距的開孔。粒子間距可以例如在約10至480微米之間。在一個這樣的具體實施方式
中，粒子間距在約10至180微米之間。排位導(dǎo)具實質(zhì)上起工具的作用，幫助研磨粒子定位到支持件的一個或多個側(cè)面上。它包含多個開孔，每個開孔(在大小和形狀上)適合一個研磨粒子恰好穿過或居于其中。在一個示例性實施方式中，所述開孔是圓形的，但也可采用其他合適的形狀。排位導(dǎo)具中的開孔如前所述形成一定的圖案，使得研磨粒子定位后具有基本上相同的圖案和濃度。盡管粒子在焙燒過程中可能有一些移動，但所得顆粒圖案還是接近排位導(dǎo)具中的開孔圖案。排位導(dǎo)具可以是例如釬焊膜，如釬焊帶或釬焊箔。或者，排位導(dǎo)具可以是在釬焊帶或箔之外另行增加的，其中導(dǎo)具附著到下面的一層釬焊帶或箔上。根據(jù)本說明書，多種釬焊膜和導(dǎo)具方案都是顯而易見的。可以利用諸如釬焊接、焊接、燒結(jié)和電鍍之類的方法將研磨粒子連接(結(jié)合或固定)到支持件上。在一個示例性實施方式中，利用電鍍將研磨粒子連接到支持件上。可在電鍍方法中用來將研磨粒子連 接到支持件上的示例性金屬包括鎳、鉻、金、鈀、銀等。在另一個實施方式中，研磨粒子是釬焊接到支持件上的。在一種這樣的情況下，釬焊料包含鉻含量至少為約2重量％的鎳合金?？捎糜诒景l(fā)明的一些實施方式的市售鎳鉻釬焊料的具體例子包括沃爾克默諾伊公司(Wall Colmonoy)的LM、Vitta 1777和魯科斯公司(Lucas Milhaupt)的Hi Temp 820。注意，這種釬焊料也可用來形成釬焊膜。根據(jù)本說明書，其他合適的釬焊料(無論是市售的還是定制的)是顯而易見的。在一些這樣的實施方式中，釬焊料的形式是釬焊膜，它是釬焊合金膜、片或?qū)樱删哂写┛?，可在其一?cè)或兩側(cè)上具有粘合劑。釬焊膜包括釬焊帶或釬焊箔。釬焊帶可包括例如固定金屬合金粉末的有機粘接劑，在其一側(cè)或兩側(cè)具有粘合劑背襯，市售產(chǎn)品具有較小的厚度(例如約25微米或以下)。另一方面，釬焊箔可以是無定形的，具有延展性，不含有機粘接劑。釬焊箔的市售產(chǎn)品也具有較小而均勻的厚度(例如，變化幅度約為±2.5微米)。與釬焊糊相比，釬焊帶和釬焊箔的優(yōu)點在于它們可產(chǎn)生穩(wěn)定的釬焊料容差(釬焊料厚度)。與釬焊糊和釬焊帶相比，釬焊箔熔化得更均勻、更快，因而制造CMP整修器時的生產(chǎn)率更高。根據(jù)本說明書，多種結(jié)合方案都是顯而易見的。前面提到的穿孔是指釬焊膜中的多個開孔或空隙。在釬焊接過程中，穿孔可用來排出揮發(fā)的氣態(tài)粘合劑，從而防止釬焊膜拱起，還可用于形成所需的顆粒圖案?？苫叵胍幌?，這種穿孔也可用來幫助形成所需顆粒圖案和濃度。穿孔可具有任意形式，包括但不限于圓形、矩形、橢圓形和三角形。穿孔可通過例如激光或光化學(xué)機械加工或者其他任意合適的方法制成。圖3提供了釬焊接到支持件一側(cè)的金剛石顆粒的示意圖，支持件另一側(cè)僅有一層釬焊料(沒有研磨粒子)。前面就圖1和圖2，以及有關(guān)支持件、研磨粒子和結(jié)合類型的細節(jié)所作的討論，在此同樣適用。分別獨立地將相同的結(jié)合材料連接到支持件兩側(cè)中的每一偵U，不管帶不帶粒子，工具都能獲得較小的不平整度值，特別是那些具有薄支持件的工具。在圖3所示例子中，釬焊料是結(jié)合劑。在另一個實施方式中，研磨粒子連接到支持件一側(cè)，而惰性(相對于工具制造工藝)填料粒子連接到另一側(cè)。惰性填料的例子包括氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等。具體的示例性填料粒子包括氧化鋯、氧化鋁和氧化硅。這種惰性填料粒子可用來例如使釬焊料-填料組合的熱膨脹系數(shù)與釬焊料-研磨劑組合的熱膨脹系數(shù)相匹配，以抑制不平整度。類似地，在熱處理過程中，這種惰性填料也可用來防止釬焊料粘接到擱放生坯工具的板或耐火材料上，從而抑制不平整度。此外，如果需要，這種惰性填料也可用來增加耐磨損性，可以起研磨劑的作用。本發(fā)明的一個具體實施方式
是不平整度小于約0.002英寸的整修工具。其他實施方式甚至可具有更低的不平整度規(guī)格(例如小于約0.001英寸)ο在結(jié)合或連接到支持件上的研磨粒子中，每個粒子有例如約1%至約60%的表面暴露出來(自釬焊合金或其他結(jié)合材料中突起)，而沒有暴露的表面基本上全都與結(jié)合材料接觸。在一個特定的實施方式中，每個研磨粒子有約40%至60%的表面暴露出來，從而形成單層結(jié)合顆粒，其具有相對均勻的突起高度分布。突起高度分布的變化取決于這樣的因素，如單個顆粒的尺寸和形狀，每個顆粒如何設(shè)置于結(jié)合劑中，以及結(jié)合劑的厚度。根據(jù)一般經(jīng)驗，釬焊膜在焙燒后的厚度約為其焙燒前厚度(前體狀態(tài)厚度)的一半。類似的規(guī)律也適用于其他金屬結(jié)合類型。因此，只要知道每個研磨粒子需要暴露多少表面以及研磨粒子的平均尺寸是多少，就能選擇合適的釬焊膜厚度。例如，若知道較圓的研磨粒子的平均粒徑約為100微米，且所需暴露率約為60%，則可采用焙燒前厚度約為80微米的釬焊膜。焙燒后，該釬焊膜的厚度將變 為約40微米，因而每個粒子留有約60微米暴露出來(在此例子中約占60%的顆粒表面)。對粒徑處于一定范圍的情況，此種計算可通過例如考慮該給定沮圍內(nèi)粒徑最小的顆粒來完成。因此，本發(fā)明的一個詳細示例性實施方式是這樣一種CMP墊修整工具，其包括具有前側(cè)和后側(cè)的不銹鋼盤；釬焊合金；以及多粒金剛石。通過釬焊合金將金剛石釬焊接到不銹鋼盤的前后兩側(cè)，至少約95% (基于重量)的金剛石具有小于約85微米的粒徑?；蛘?，不銹鋼盤后側(cè)只有釬焊合金(即沒有金剛石)?；蛘撸讳P鋼盤后側(cè)具有釬焊合金和惰性填料粒子(但同樣沒有金剛石)。該工具的另一個特征是其不平整度約為0.002英寸或以下。在一個具體的這種實施方式中，至少約95% (基于重量)的金剛石獨立地具有約65微米至約85微米之間的粒徑。這些研磨粒子多數(shù)(超過50重量％ )約為75微米或以下。研磨粒子形成圖案(例如六方或SARD 圖案，或者它們的組合)。根據(jù)本說明書顯而易見，細研磨粒子的圖案決定了每個粒子的排位情況以及研磨粒子的總濃度。結(jié)果得到墊修整器，它能廣生有利于提聞晶片表面質(zhì)量的塾形貌。制誥摶術(shù)本發(fā)明的另一個實施方式包括制造CMP墊修整工具的方法。
在一個這樣的實施方式中，該方法包括以下步驟:提供包含前側(cè)和后側(cè)的支持件，其中前側(cè)和后側(cè)基本上彼此平行；以及將研磨粒子連接到支持件的至少一側(cè)，其中至少約50% (基于重量)的研磨粒子獨立地具有小于約85微米的粒徑。在一種具體情況下，如前面所討論的，該工具制成后的不平整度小于約0.002英寸，甚至小于約0.001英寸。支持件可以是例如不銹鋼盤，研磨粒子可以是金剛石(或其他合適的研磨粒子，或這種粒子的組合)。文中就工具的各種實施方式的細節(jié)所作的討論，包括研磨劑的類型、尺寸，以及研磨劑基于粒徑的重量百分數(shù)，在此同樣適用。在一種特定情況下，將研磨粒子連接到支持件上的步驟包括用釬焊合金將研磨粒子釬焊接到支持件的至少一側(cè)上。在此，釬焊接研磨粒子的步驟可包括例如:將釬焊膜結(jié)合到支持件的至少一側(cè)上，在施加有釬焊材料的每一側(cè)上形成釬焊料層；將研磨粒子定位在每個釬焊料層上，形成生坯部件；以及焙燒生坯部件，熔化所有釬焊料層，然后冷卻生坯部件，由此借助釬焊合金，通過化學(xué)作用將研磨粒子結(jié)合到支持件上。釬焊膜可以是例如釬焊帶、釬焊箔、帶孔釬焊帶或帶孔釬焊箔，如前面所討論的。在一種這樣的具體情況下，釬焊膜是釬焊箔，支持件是不銹鋼盤，研磨粒子是金剛石，至少約50% (基于重量)的金剛石獨立地具有約65微米至約75微米之間的粒徑。將研磨粒子定位在每個釬焊料層上的步驟包括例如:將粘合劑施加到所有的釬焊料層上；將具有多個開孔的排位箔定位在每個粘合劑層上；以及使研磨粒子通過開孔接觸粘合劑。在一種這樣的情況下，開孔形成圖案(例如SARD 圖案、面心立方圖案、立方圖案、六方圖案、斜方圖案、螺旋圖案、無規(guī)圖案和這些圖案的組合)。如前面所解釋的，一個圖案可包含多個子圖案?？蛇M一步回想，如前面所討論的，開孔圖案可整合到釬焊膜中。可進一步回想，研磨粒子和釬焊料可各自被施加到支持件的一側(cè)或兩側(cè)。在一種示例性情況下，結(jié)合釬焊膜的步驟包括將釬焊膜結(jié)合到支持件兩側(cè)，而定位步驟包括將研磨粒子定位在兩側(cè)(例如前側(cè)和后側(cè))，由此形成生坯部件?；蛘?，結(jié)合釬焊膜的步驟包括將釬焊膜結(jié)合到支持件兩側(cè)，而定位步驟包括將研磨粒子僅定位在一側(cè)(例如前側(cè))，由此形成生坯部件。此處，定位步驟還可包括將惰性填料粒子定位在另一側(cè)(例如后側(cè))，由此形成生坯部件。如前面所討論的，將釬焊膜(或其他合適的釬焊料形式)結(jié)合到支持件兩側(cè)(不管兩側(cè)是否有研磨劑)是一種 得到低不平整度值(例如小于0.001英寸)的技術(shù)，特別是對于較薄的支持件。利用惰性填料粒子也可獲得類似的好處。即便如此，結(jié)合釬焊膜的步驟也可以包括將釬焊膜僅結(jié)合到支持件一側(cè)(例如前側(cè))，而定位步驟包括將研磨粒子定位在該側(cè)，由此形成生坯部件。在這種一側(cè)型實施方式中，相比于對結(jié)合材料和粒子采取平衡方案的實施方式，不平整度值可能較高?，F(xiàn)在結(jié)合下面的實施例描述本發(fā)明的各種具體實施方式
:實施例1將FEPA D76 200/230目金剛石(來源:第六元素有限公司(Element Six Ltd))亞篩到-85微米+65微米。利用下面所示篩網(wǎng)(美國篩制)篩分3.6183克金剛石。根據(jù)是否穿過給定目數(shù)的篩網(wǎng)，得到以下金剛石分布:篩W克κ
未穿過116OO
未穿過 850.10422.8Β
未穿過 751.269735.09
未穿過 652.135959.03
穿過 650.10853.00
穿過49OO
3.6183100.00因此，占總重量35.09%的經(jīng)過篩分的金剛石穿過85目篩網(wǎng)，而占總重量59.03%的經(jīng)過篩分的金剛石留在65目篩網(wǎng)上。將其他金剛石全部拋棄。因此，在留下的金剛石中，37.97重量％具有小于85微米而大于75微米的粒徑，62.03重量％具有小于75微米而大于65微米的粒徑。根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式，將這些金剛石用于制造CMP墊修整工具。實施例2根據(jù)以下步驟制備CMP墊修整工具，其一側(cè)含有金剛石作為研磨粒子:`
I)通過超聲脫脂、干噴沙和溶劑擦拭對直徑為4”、厚0.250”的304不銹鋼預(yù)制件進行清潔，使其能夠接受釬焊接；2)用手將0.003”厚的Vitta 4777釬焊帶(美國康涅狄格州貝塞爾市維塔公司(Vitta Corporation, Bethel, CT))施加到準備好的表面上,利用丙烯酸棍進行流平處理；3)將K4-2-4粘合劑(美國康涅狄格州貝塞爾市維塔公司)刷涂到釬焊帶的暴露表面上，使其具有粘性(然后將該部件靜置限定的時間(例如約15分鐘)，使其具有合適的粘度)；4)設(shè)計厚0.002”、具有六方陣列開孔(直徑為0.004”至0.005”)的箔(來源:美國馬薩諸塞州普利茅斯市特克埃馳公司(TechEtch, Plymouth, MA)),以便對一粒粒的研磨劑精確排位，然后將箔安置在合適的剛性框架內(nèi)，形成箔網(wǎng)；5)利用絲網(wǎng)印刷設(shè)備使加框箔網(wǎng)與粘性表面接觸；6)將研磨粒子置于加框箔頂部，將研磨劑推入設(shè)計的孔中(每個孔只有一個研磨劑)，用軟毛尖油漆刷清除未進入孔中的多余研磨粒子(研磨粒子是FEPA D76金剛石研磨粒子，如實施例1所述，它們已被亞篩到-85微米+65微米);7)將加框箔提起來，在粘性釬焊料表面上留下按受控圖案排布的研磨粒子；8)在1020°C的真空爐(< I毫米汞柱)中焙燒生坯部件20分鐘；以及9)熔化釬焊料，冷卻之后，它通過化學(xué)作用將金剛石結(jié)合到不銹鋼預(yù)制件上。最終得到的是研磨產(chǎn)品，其中一個單層的精確定位的非鄰接研磨粒子借助預(yù)定厚度的釬焊料結(jié)合到鋼預(yù)制件上。此實施方式的變化形式包括研磨粒子釬焊接到預(yù)制件兩側(cè)的實施方式，研磨粒子釬焊接到一側(cè)而另一側(cè)僅釬焊接有釬焊料的另一實施方式，以及研磨粒子釬焊接到一側(cè)而另一側(cè)釬焊接有惰性填料粒子(例如氧化鋯)的又一實施方式。實施例3
將BNi2 (美國焊接聯(lián)合會(American Welders Association)命名)釬焊帶(美國康涅狄格州貝塞爾市維塔公司)施加到直徑為4英寸的CMP整修器預(yù)制件上(304不銹鋼)，利用輥清除任何氣泡。帶厚為0.007±0.0001英寸。將Vitta粘合劑(美國康涅狄格州貝塞爾市維塔公司)施涂到帶表面上，使其具有粘性，然后利用六方鏤花模板將金剛石(FEPA 100/120目，亞篩到-155微米+139微米)放置到粘性釬焊料表面。經(jīng)涂覆的預(yù)制件在75°C烘箱中干燥過夜，然后在1020°C的真空爐(< I毫米汞柱)中焙燒20分鐘。在爐中焙燒后，得到不平整度小于約0.002英寸的CMP整修器。應(yīng)當理解，該實施例產(chǎn)品也可用實施例1中的金剛石制得。實施例4在不銹鋼容器中拌混2181克Nicrobraze LM釬焊料粉末(美國邁阿密州麥迪遜海茲市沃爾克默諾伊公司(Wall Colmonoy Corporation,Madison Heights,MI)) ( < 44微米)、510克短效液體粘接劑Vitta釬焊膠(美國康涅狄格州貝塞爾市維塔公司)和90克三丙二醇，直到形成均勻糊料，由此制備釬焊糊。用刮刀將糊料施涂到直徑為4英寸的CMP整修器預(yù)制件上(304不銹鋼)，釬焊料容差為0.008英寸。經(jīng)涂覆的預(yù)制件在空氣中干燥，然后在1020°C的真空爐(< I毫米汞柱)中焙燒20分鐘。在爐中焙燒得到的部件冷卻后，由包含致密的無孔固化釬焊料涂層的預(yù)制件組成。將Vitta粘合劑(美國康涅狄格州貝塞爾市維塔公司)施涂到致密化釬焊料表面，使其具有粘性，然后利用六方鏤花模板將金剛石(100/120目)放置到粘性表面。然后在開始所用的相同條件下再次焙燒部件。釬焊料再次熔化，冷卻后，將金剛石結(jié)合到預(yù)制件上。在爐中第二次焙燒后，與通過利用六方鏤花模板將金剛石施加到生坯釬焊料粘性表面上制得的對應(yīng)整修器相比，該整修器沒有區(qū)別。應(yīng)當理解，該實施例產(chǎn)品也可用實施例1中的金剛石制得。實施例5找到一種不受鎳-鉻釬焊料浸潤的陶瓷材料如氧化鋯之后，就有可能將釬焊料與金剛石(FEPA 100/120目，亞·篩到-155微米+139微米)一起施加到不銹鋼背底(back)兩偵牝并在爐中焙燒。特別地，可以得到兩個厚0.0625”的430不銹鋼預(yù)制件。將釬焊料施加到第一預(yù)制件的一側(cè)和第二預(yù)制件的兩側(cè)。按所需圖案放置金剛石。在1020°C的爐子中焙燒兩塊生坯部件。所得僅一側(cè)有釬焊料的工具嚴重扭曲。特別地，該工具凹陷，其中心比邊緣低0.068英寸。相反，雙側(cè)有釬焊料的工具的不平整度約為0.008英寸，與單側(cè)有釬焊料的部件相比有很大下降。實施例6對多種SARD 整修器進行現(xiàn)場評價。受評價的整修器示于表I?？梢钥吹剑琒ARD 整修器與基準整修器作了比較。該基準整修器是電鍍鎳的產(chǎn)品。金剛石和填料均結(jié)合到鍍鎳基材上。眾所周知，電鍍工藝可以利用填料有效控制金剛石濃度，使其不會占滿表面(也就是說，由于填料占據(jù)空間，所以金剛石不會附著到整個預(yù)制件表面)。雖然基準整修器包含約70微米的金剛石，但粒度范圍很寬，有些金剛石的尺寸超過100微米。此外，金剛石是以非受控方式放置到基材上的，因而得到的結(jié)果不理想，如粒子堆積(例如一粒金剛石鍍在另一粒金剛石頂部，或者一個填料粒子鍍在一粒金剛石頂部)和/或粒子接觸過多(例如，超過5體積％的研磨粒子接觸其他研磨粒子)。這種不受控的粒子間距對墊修整應(yīng)用來說是有問題的，因為兩個尺寸雖小但相互接觸的粒子加在一起的作用效果相當于一個大粒子，其性質(zhì)與其周圍的粒子很不一樣(例如切割更深、更寬)，導(dǎo)致墊紋理不適宜。表I
權(quán)利要求
1.一種工具，其包括化學(xué)機械平坦化(CMP)墊的修整器，所述修整器包括； 支持件，其具有第一側(cè)和相對于所述第一側(cè)的第二側(cè)； 單層研磨粒子，其連接到所述支持件的所述第一側(cè)，并在所述第一側(cè)的結(jié)合材料中；以及 所述支持件的所述第二側(cè)上的結(jié)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的工具，其中所述工具包括小于約O.002英寸的不平整度。
3.如權(quán)利要求I所述的工具，其中所述第一側(cè)的所述結(jié)合材料是金屬結(jié)合劑。
4.如權(quán)利要求3所述的工具，其中所述第一側(cè)的所述金屬結(jié)合劑是一層金屬結(jié)合劑。
5.如權(quán)利要求3所述的工具，其中所述第一側(cè)的所述結(jié)合材料通過選自由以下組成的群組的方法形成釬焊接、焊接、燒結(jié)和電鍍。
6.如權(quán)利要求I所述的工具，其中所述第一側(cè)的所述結(jié)合材料包含鉻。
7.如權(quán)利要求6所述的工具，其中所述第一側(cè)的所述結(jié)合材料包含至少約2重量％的鉻。
8.如權(quán)利要求I所述的工具，其中所述支持件的第一側(cè)的所述結(jié)合材料與所述支持件的第二側(cè)的所述結(jié)合材料相同。
9.如權(quán)利要求I所述的工具，其中所述第二側(cè)的所述結(jié)合材料是金屬結(jié)合劑。
10.如權(quán)利要求9所述的工具，其中所述第二側(cè)的所述金屬結(jié)合劑是一層金屬結(jié)合劑。
11.如權(quán)利要求I所述的工具，其中所述第二側(cè)的所述結(jié)合材料包含鉻。
12.—種工具，其包括化學(xué)機械平坦化(CMP)墊的修整器，所述修整器包括； 支持件，其具有第一側(cè)和相對于所述第一側(cè)的第二側(cè)； 單層研磨粒子，其連接到所述支持件的所述第一側(cè)，并在一層結(jié)合材料中；連接到所述第一側(cè)的所述單層研磨粒子經(jīng)配置以作為用于修整的研磨劑；以及 單層研磨粒子，其連接到所述支持件的相對于所述第一側(cè)的所述第二側(cè)，并在一層結(jié)合材料中；連接到所述第二側(cè)的所述單層研磨粒子經(jīng)配置以作為用于修整的研磨劑。
13.如權(quán)利要求12所述的工具，其中連接到所述第二側(cè)的所述單層研磨粒子具有在約15微米至約350微米的范圍內(nèi)的粒徑。
14.如權(quán)利要求12所述的工具，其中連接到所述支持件的所述第二側(cè)的所述單層研磨粒子具有粒子間的間距，其使得少于5體積％的研磨粒子接觸其他研磨粒子。
15.一種用于修整化學(xué)機械平坦化(CMP)墊的工具，其包括 支持件，其具有第一側(cè)和相對于所述第一側(cè)的第二側(cè)； 單層研磨粒子，其結(jié)合到所述支持件的所述第一側(cè)，并在一釬焊接層中；以及 一層結(jié)合材料，其連接到所述支持件的所述第二側(cè)；以及 其中所述工具包括小于約O. 002英寸的不平整度。
全文摘要
用于修整化學(xué)機械平坦化(CMP)墊的工具，其包含基材，所述基材的至少一個表面上連接有研磨粒子。該工具可結(jié)合多種粒子，且可采用多種結(jié)合方式。例如，研磨粒子可結(jié)合(例如釬焊接或其他金屬結(jié)合技術(shù))到一側(cè)，或者結(jié)合到前后兩側(cè)。或者，研磨粒子結(jié)合到前側(cè)，而填料粒子連接到后側(cè)。研磨粒子可形成一定圖案(例如六方圖案)，其具有的粒徑小到在修整過程中足以穿過CMP墊的孔，使得利用修整過的CMP墊拋光的晶片上形成較少的缺陷。顆粒結(jié)合到基材上可利用釬焊膜實現(xiàn)，但也可采用其他金屬結(jié)合劑。此外，對結(jié)合材料進行平衡處理(例如在兩側(cè)均有釬焊料)可得到低不平整度值。
文檔編號B24B53/017GK103252722SQ201310187578
公開日2013年8月21日 申請日期2007年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者T·普薩納甘達, 黃太郁, S·拉馬納坦, E·舒爾策, J·G·巴爾多尼, S·布利簡, C·迪恩-恩戈克 申請人:圣戈本磨料股份有限公司, 圣戈本磨料公司