CN101878094A

CN101878094A - 具有镶嵌研磨块的cmp衬垫修整器和相关方法

Info

Publication number: CN101878094A
Application number: CN2008801184378A
Authority: CN
Inventors: 宋健民; M·宋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-11-03
Also published as: CN104708539A; KR20100087297A; WO2009043058A2; WO2009043058A3

Abstract

一种CMP衬垫修整器，其包括多个研磨块。每个研磨块包括块坯和附着于块坯的研磨层，该研磨层包括超硬研磨材料。还提供一种衬垫修整器基底。所述多个研磨块中的每一个以一个取向被永久固定在衬垫修整器基底上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。

Description

具有镶嵌研磨块的CMP衬垫修整器和相关方法

要求优先权

本申请要求2007年9月28日提交的序列号为60/976,198的美国临时专利申请和2008年7月5日提交的序列号为12/168,110的美国非临时专利申请的优先权，上述专利申请通过参考合并于此。

技术领域

本发明一般涉及用于从CMP衬垫消除材料(如使平滑、抛光、修整等)的CMP衬垫修整器。此外，本发明涉及化学、物理和材料学领域。

背景技术

目前半导体工业每年在制造必须具有非常平坦和光滑表面的硅晶片上花费超过10亿美元。用于制造光滑和平坦表面硅晶片的已知技术有很多。这些技术中最常用的包括称为化学机械抛光(CMP)的处理，该CMP包括使用抛光垫与研磨浆(slurry)。所有CMP处理中最重要的是在各方面达到高性能水平，诸如抛光晶片的均匀性、IC电路的平滑性、用于生产的消除率、CMP经济学的消耗寿命等。

发明内容

根据一个实施例，本发明提供一种CMP衬垫修整器，其包括多个研磨块。每个研磨块可以包括块坯和附在块坯上的研磨层。研磨层可以包括超硬研磨材料。还提供衬垫修整器基底并且所述多个研磨块的每一个可以以一个取向被永久固定在衬垫修整器基底上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种CMP衬垫修整器，其包括多个研磨块。每个研磨块可以包括块坯、有机粘附层和研磨层，研磨层通过该有机粘附层附在块坯上。研磨层可以包括超硬研磨材料。还提供衬垫修整器基底，所述多个研磨块的每一个可以以一个取向被永久固定在衬垫修整器基底上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种CMP衬垫修整器，其包括多个研磨块。每个研磨块可以包括块坯和通过钎焊合金附在块坯上的研磨层。研磨层可以包括超硬研磨材料。还提供衬垫修整器基底，所述多个研磨块的每一个可以以一个取向被永久固定在衬垫修整器基底上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种CMP衬垫修整器，其包括多个研磨块。每个研磨块可以包括块坯和附在块坯上的研磨层。研磨层可以包括超硬研磨叶片。还提供衬垫修整器基底，所述多个研磨块的每一个可以以一个取向被永久固定在衬垫修整器基底上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种CMP衬垫修整器，其包括多个研磨块。每个研磨块可以包括块坯和附在块坯上的研磨层。研磨层可以包括切削面，该切削面与被应用到CMP衬垫的加工面成90度角或小于90度角。还提供衬垫修整器基底，所述多个研磨块的每一个可以以一个取向被永久固定在衬垫修整器基底上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种形成CMP衬垫修整器的方法，其包括：获得至少一个研磨块。所述研磨块包括块坯和附在块坯上的研磨层。研磨层包括超硬研磨材料。所述方法可以包括以一个取向在衬垫修整器基底的面上设置所述至少一个研磨块，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料；并且将所述至少一个研磨块永久固定在该衬垫修整器基底上。

因此，已经概括，而不是扩大，本发明的各个特征，以便下面可以更好地理解其详细描述，并且以便可以更好地理解本发明对本领域的贡献。根据下面本发明的详细描述结合附属权利要求，本发明的其他特征将变得很清楚，或可以通过实践本发明学习到本发明的其他特征。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的示例性衬垫修整器的示意俯视图；

图1A是可用于图1的衬垫修整器中的示例性研磨块的放大透视示意图；

图1B是图1A的研磨块的端示意图，显示一个示例性研磨轮廓；

图1C是图1A的研磨块的端示意图，显示另一个示例性研磨轮廓；

图2是根据本发明一个实施例的另一个衬垫修整器的示意俯视图；

图2A是图2衬垫修整器的研磨块的放大透视示意图；

图3A是具有切削面的研磨块的侧视示意图，显示从一部分CMP衬垫消除材料；

图3B是具有不同结构切削面的研磨块的侧视示意图，显示从一部分CMP衬垫消除材料；

图3C是具有不同结构切削面的研磨块的侧视示意图，显示从一部分CMP衬垫消除材料；

图4A是根据本发明一个实施例的以叶片结构形成的另一个研磨块的示意透视图；及

图5是具有以相互之间不同标高设置的一系列研磨块的CMP衬垫修整器的一部分的示意侧视图。

应该理解上述附图仅用于图示说明目的以进一步理解本发明。此外，附图不是按比例画的，因此尺寸、颗粒大小和其他方面可以并且通常是被夸大的以使图示说明清楚。例如，一些附图中的研磨层被图示说明为包括许多研磨颗粒；然而，此处公开的许多具体实施例不需要包括研磨颗粒。因此，应该理解可以偏离并且可能偏离附图中的具体尺寸和方面以便生产本发明的衬垫修整器。

具体实施方式

在公开和描述本发明之前，应该理解本发明不限于此处公开的具体结构、加工步骤或材料，而是意欲覆盖相关领域的普通技术人员能够意识到的其等同物。还应该理解此处使用的术语仅用于描述具体实施例的目的而不意欲受限。

必须注意到，如在本说明书和附属权利要求中使用的，单数形式的“一个”、“一种”、“该个”包括复数参照对象除非文本中清楚另外说明。因此，例如，提到的“一个研磨块”可以包括一个或多于一个此种研磨块。

定义

在本发明的说明书和权利要求中，下面术语将根据下面陈述的定义使用。

此处涉及的所有网格大小是指美国通用的网格大小，除非另有说明。此外，网格大小通常被理解为给定收集颗粒的平均网格大小，因为在具体“网格大小”内每个颗粒可以实际变化超出小的粒度分布。

如此处使用的，术语“基本”是指完全或接近完全的程度的运动、特性、性质、状态、结构、零件(item)或结果。作为任意示例，当两个或多于两个对象被称为相互之间间隔“基本”固定距离时，应该理解两个或多于两个对象相互间隔完全不变的距离，或相互间隔接近不变的距离，该接近不变的距离，普通人不能发现其差异。在一些情况下，偏离绝对完全的精确允许度可以取决于具体文本。然而，通常说的接近完全是指具有相同的整体结果，如绝对和整体完全所获得的结果。

当用于负面含义时，“基本”的使用同样适用，其是指完全或接近完全没有运动、特性、性质、状态、结构、零件或结果。作为任意示例，一个腔“基本没有”杂质是指完全没有任何杂质，或几乎接近完全没有杂质，其效果与完全没有杂质相同。换句话说，“基本没有”杂质的腔实际可以包含小部分杂质，只要其对腔的影响结果是不可测量的。

如此处使用的，衬垫修整器“基本”表示一部分支持研磨材料的衬垫修整器，并且在其上可以固定研磨材料和/或携带研磨材料的块坯。在本发明中有用的基底可以是以一种足以提供衬垫修整器用于其预期目的方式能够支持研磨材料的各种形状、厚度、或材料。基底可以是固体材料、当加工时可以变成固体的粉末材料、或柔性材料。示例的一般基底材料包括当不限于金属、金属合金、陶瓷、相对硬的聚合物或其他有机材料、玻璃和其混合物。此外，基底可以包括有助于将研磨材料附着于基底的材料，包括但不限于钎焊合金材料、烧结助剂等。

如此处使用的，“块坯”是指在许多方面类似于上述限定的衬垫修整器基底的结构。本发明中使用的块坯带有研磨层，将研磨层附着于衬垫修整器基底上一般通过将块坯附着于衬垫修整器基底上来实现。注意到此处讨论的将块坯附着于基底上的各种方式和将研磨层附着于块坯的各种方式非常重要。应该理解所有这些不同的附着机制在此处可以可交换地使用。即，如果此处讨论将块坯附着于基底的方法，则所讨论的附着方法也可以用于将研磨层附着于块坯。然而，对于所讨论任一具体CMP衬垫修整器，应该理解将研磨层附着于块坯的方法可以与将块坯附着于衬垫修整器基底的方法不同，也可以与将块坯附着于衬垫修整器基底的方法相同。

如此处使用的，“几何结构”是指能够以易于理解和意识到的数学术语描述的形状。示例的具有“几何结构”资格的形状包括但不限于立方体形状、多面体形状(包括正多面体形状)、三角形状(包括等边三角形、等腰三角形和立体三角形)、棱锥形、球形、矩形、扇形、楔形、八角形、圆形等。

此处使用的，“气相沉积”是指通过气相将材料沉积在基底的过程。气相沉积过程可以包括任何过程，诸如但不限于化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。本领域技术人员可以执行每种气相沉积方法的各种变化。示例的气相沉积方法包括热丝化学气相沉积、射频气相沉积(rf-CVD)、激光化学气相沉积(LVCD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、溅射、热蒸发物理气相沉积、电离金属物理气相沉积(IMPVD)、电子束物理气相沉积(EBPVD)、反应物理气相沉积等。

如此处使用的，“研磨轮廓”应被理解为是指由研磨材料限定的形状、结构或间隔，其可以用来从CMP衬垫消除材料。示例的研磨轮廓包括但不限于矩形形状、梯形形状(tapering rectangular shapes)、被截的楔形形状、楔形形状、“锯齿形”轮廓等。在一些实施例中，当在从CMP衬垫消除材料期间通过CMP衬垫被定向的平面观察，由本发明的研磨块呈现的研磨轮廓将是很明显的。

如此处使用的，“研磨表面或研磨点”可以用来指与CMP衬垫接触并从CMP衬垫消除材料的研磨块的表面、边缘、面、点或顶点。通常说的，研磨表面或研磨点是指当研磨块和CMP衬垫相互接触时，研磨块最先接触CMP衬垫的部分。

如此处使用的，“超硬”可以用来指摩尔硬度约为8或大于8的任何晶体、多晶材料、或此种材料的混合物。在一些方面，摩尔硬度可以约为9.5或大于9.5。此类材料包括但不限于金刚石、多晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(cBN)、多晶立方氮化硼(PcBN)、刚玉和蓝宝石，以及本领域技术人员所知的其他超硬材料。超硬材料可以以各种形式并入本发明，包括颗粒、砂粒、薄膜、层、片、块等。在一些情况下，本发明的超硬材料是多晶超硬材料形式，诸如PCD和PcBN材料。

如此处使用的，“有机材料”是指半固体或固体复合物或有机化合物的混合物。诸如，“有机材料层”和“有机材料基体”可以可交换地使用，是指有机化合物的半固体或固体复合非晶形混合物，包括树脂、聚合物、橡胶等。优选有机材料是由一个或多于一个单体的聚合形成的聚合物或共聚物。在一些情况下，此有机材料可以是粘合剂。

如此处使用的，钎焊的过程意欲指在超研磨颗粒/材料的碳原子和钎焊材料之间产生化学键。此外，“化学键”指共价键，诸如碳键或鹏键，而不是机械力或微弱的内原子吸引力。因此，当“钎焊”用于连接超研磨颗粒时，形成真的化学键。然而，当“钎焊”用来连接金属与金属键时，该术语用于更传统意义的冶金键。因此，将超研磨块钎焊到工具本体不必需要存在碳化物形成元素。

如此处使用的，“颗粒”和“砂粒”可以交换地使用。

如此处使用的，“研磨层”描述能够从CMP衬垫消除材料(如切、抛光、刮擦)的各种结构。研磨层可以包括在其上或其内形成多个切削点、尖脊或平台的块。值得注意的是此切削点、尖脊或平台可以是块中包含的多个突出物或凸凹。此外，研磨层可以包括多个单个研磨颗粒，其可以在其上或其内仅形成一个切削点、尖脊或平台。研磨层也可以包括复合块，诸如PCD片、块或坯，其或者单独包括研磨层或共同包括研磨层。

如此处使用的，“金属的”包括任一类型的金属、金属合金、或其混合物，并且具体包括但不限于钢、铁和不锈钢。

如此处使用的，多个零件、结构元件、复合元件、和/或材料可以出现在一般的列表以为了方便。然而，这些列表应该被理解为列表中的每一单元(member)被单独识别为单一并且唯一的单元。因此，根据在相同组中它们的表述而没有相反指示的情况下，此列表中没有单个单元应该被解释为与相同列表中的任何其他单元实际上相同。

浓度、数量、颗粒大小、体积和其他数字数据在此处可以以范围格式被表示或表述。应该理解使用此范围格式仅是为了方便和简洁，因此应该被灵活解释为不仅包括有限范围所清楚叙述的数值，而且包括该范围内所包含的全部单个数值或子范围，好像每个数值和子范围都被清楚叙述。

作为一个说明，数字范围“大约1微米到大约5微米”应该被解释为不仅包括大约1微米到大约5微米所清楚叙述的值，而且包括指示范围内的单个值和子范围。因此，包含在此数字范围内的单个值可以是诸如2、3、4等，子范围可以是诸如1-3、2-4和3-5等。相同原理可以应用到仅叙述一个数值的范围。此外，不管描述的范围宽度还是描述的特征，都应该应用此解释。

发明

本发明一般提供一种衬垫修整器和相关方法，其可以用来修整(如使光滑、抛光、修整)或影响CMP衬垫以从CMP衬垫上消除材料，以便为衬垫提供完美的、光滑的和/或平坦表面。本发明的衬垫修整器可以方便地用于，例如修整CMP衬垫，该CMP衬垫用于抛光、修整或以其它方式影响硅晶片。

在图1所图示说明的本发明的实施例中，提供一种CMP衬垫修整器10。该衬垫修整器可以包括至少一个研磨块12a、12b、12c和12d(有时此处讨论的不同和多个研磨块被统称为“12x”)。作为根据图1A所示的示例的最好理解，每个研磨块12可以包括块坯14和附着于块坯上的研磨层16。该研磨层16可以包括超硬研磨材料：在图1A的示例性实施例中，超硬研磨材料包括许多超硬颗粒18。还提供一种衬垫修整器基底20(图1)。衬垫修整器基底可以根据设计衬垫修整器的应用而变化，但一般包括在其上可以固定研磨块的面，以允许衬垫修整器用来磨、刨、切或其他方式从CMP衬垫(未显示)消除材料。

该至少一个研磨块12x可以以一个取向被永久固定在衬垫修整器20上，其能够随着衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过研磨层从CMP衬垫上消除材料。例如，在图1所示的实施例中，研磨块12x沿着基本圆形的衬垫修整器基底的边缘径向设置。已经发现此设置非常适于通过衬垫修整器基底与衬垫之间的相对旋转从CMP衬垫消除材料(同时“修整”衬垫)。

本发明比传统装置具有多个优点。一个此优点在于能够使将研磨层16附着于块坯14的方法独立于将块坯或多个块坯附着于衬垫修整器基底上的方法用户化。例如，因为各种附着方法可以包括非常高的温度和/或压强、非常苛刻的环境条件、或当试图使用大的或复杂表面区域的衬垫修整器执行不同的附着方法，仅仅是劳动密集型，所以易于使用的块坯可以改进附着过程的成本、效率和完整性。此外，当执行不连续、相对小的堆时，可以更容易地执行每个块坯上的研磨层的组件的平整(leveling)。在研磨层被单独地附着于每个研磨块后，穿过衬垫修整器基底20的面，产生的多个研磨块同样地可以更容易地定位、平整、间隔、定向等。

此外，通过获得多个研磨块12x，每个具有已经附着于其上的研磨层16，穿过衬垫修整器基底20的研磨图案可以被设计为使各种修整程序最优化。例如，邻近研磨块之间的间隔可以仔细挑选为有助于或更好地控制围绕和穿过研磨块的各种液体(如浆)的流动，以提高材料消除过程的功效和效率。此外，如图1所示，具有不同研磨轮廓(如不同大小、形状、研磨活性等)的块坯可以用于单个基底，以使衬垫修整器的研磨轮廓作为整体被用户化。

如下面将进一步详细讨论的，不仅每个研磨块的研磨轮廓可以被用户化，研磨块的类型或成份也可以从一个块12x变到另一个块。例如，块12c可以包括多个单独的研磨砂粒18，其通过有机粘合材料层16附着于块坯14上。块12a可以包括基本连续片状PCD压块(compact)，其通过不同附着机制附着于块坯。此外，研磨块的相对高度或标高可以根据任一具体衬垫修整器变化。例如，图1的研磨块12a可以被升高稍微高于或低于图1的研磨块12c。

此处讨论和显示的各种块坯14可以有不同材料形成，包括但不限于金属材料(诸如铝、铜、钢、金属合金等)、陶瓷材料、玻璃、聚合物、复合材料等。一般来说，可以附着研磨块12x的几乎任何材料都合格。

在一些实施例中，研磨块的材料可以选为在将研磨层附着于其上的过程期间可以提供优秀结果的材料。如上所讨论的，研磨层可以以各种方式被附着于块坯上，包括环氧键方法(如有机键方法)、金属钎焊、烧结、电镀等。块坯材料可以基于期望的附着过程选择。例如，可以在包括钎焊和/或烧结的一些过程中利用部分或全部由镍或不锈钢形成的块坯。此外，陶瓷或金属材料也可以用于有机附着方法中。

本发明的不同实施例使用不同的将研磨层16附着于块坯14的方法。在一个实施例中，有机材料层可以被沉积在块坯上，并且一个或多于一个研磨颗粒、碎片、块等可以通过有机材料层被固定到块坯上。示例的合适有机材料包括但不限于氨基树脂、丙烯酸酯树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、酚醛树脂、酚醛/乳液树脂、环氧树脂、异氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、聚硅氧烷树脂、活性乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、二萘嵌苯树脂、聚砜树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、和其混合物。

被称为“逆铸件”的方法可以用来准确可控地将研磨材料定向和附着于块坯上(并且将块坯定向和附着于衬垫修整器基底)。此方法可以包括使用“掩模”材料首先将超研磨材料，如多个超研磨砂粒，固定到基底。然后，从掩模材料突出的颗粒部分可以使用此处讨论的方法附着于衬垫修整器基底，在该过程后(或该过程期间)，掩模材料可以被移除。已经发现这些逆铸件技术可以将研磨颗粒的数量提供研磨颗粒或接触点的中数量的10％或更多。

合适的逆铸件方法可以在本发明人的不同专利和专利申请中找到，包括2007年12月6日提交的序列号为60/992,966的美国专利申请；2007年5月16日提交的序列号为11/804,221的美国专利申请；2007年5月22日提交的序列号为11/805,549的美国专利申请；上述申请的每一个通过参考合并于此。当将本发明的研磨块附着于衬垫修整器基底上和将本发明的研磨层附着于块坯上时，可以使用这些技术。此技术允许非常精确地控制研磨块或研磨层的横向布置，以及非常精确地控制研磨块或研磨层的相对高度。

当利用有机键材料层时，固化有机材料层的方法可以是本领域技术人员所知的各种过程，该过程使有机材料发生相变，使其从至少一个柔软状态转变到至少一个坚硬状态。可以通过下面方式固化有机材料，但不限于，通过将有机材料暴露于热量、电磁辐射(诸如紫外线、红外线和微波辐射)、粒子轰击(诸如电子束)、有机催化、无机催化、形式的能量中，或任何本领域技术人员所知的固化方法。

在本发明的一个方面，有机材料层可以是热塑材料。热塑材料可以分别通过冷却和加热被可逆地硬化和软化。在另一个方面，有机材料层可以是热固性材料。热固性材料不能如热塑材料一样被可逆地硬化和软化。换句话说，一旦被固化，即便需要，该过程也是不可逆的。

在本发明实施例中可以使用的有机材料包括但不限于：氨基树脂(包括烷基化脲甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、烷基化苯并胍胺甲醛树脂)、丙烯酸酯树脂(包括丙烯酸乙烯、环氧丙烯酸、并丙烯酸聚氨酯、丙烯酸聚酯、丙烯酸丙烯酸酯、丙烯酸聚醚、乙烯醚、丙烯酸油、丙烯酸硅和相关的甲基丙烯酸酯)、醇酸树脂(诸如氨基甲酸乙酯醇酸树脂)、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、活性氨基甲酸乙酯树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、酚醛树脂(诸如可熔酚醛树脂和酚醛清漆树脂)、酚醛/乳液树脂、环氧树脂(诸如双酚环氧树脂)、异氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、聚硅氧烷树脂(包括烷氧基硅烷树脂)、活性乙烯树脂、商标名为Bakelite^TM的树脂(包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、二萘嵌苯树脂、聚砜树脂、乙烯共聚物树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、丙烯酸树脂和乙烯基树脂)、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、和其混合物和组合物。在本发明的一个方面，有机材料可以是环氧树脂。在另一个方面，有机材料可以是聚酰亚胺树脂。在又一个方面，有机材料可以是聚氨基甲酸乙酯树脂。在又一个方面，有机材料可以是聚氨基甲酸乙酯树脂。

许多添加剂可以被包括在有机材料中以帮助其使用。例如，可以使用额外的交联剂和填充剂改进有机材料层的固化特性。此外，可以使用溶剂改变未固化状态下有机材料的特性。另外，增强材料可以被设置在至少一部分固化有机材料层内。此增强材料可以用于增强有机材料的强度，并因此进一步改进单个研磨块的保留。在一个方面，增强材料可以包括陶瓷、金属、或其组合。示例的陶瓷包括氧化铝、碳化铝、氧化硅、碳化硅、氧化锆、碳化锆、和其混合物。

此外，在一个方面，偶联剂或有机金属化合物可以被涂覆在每种超研磨材料表面上以通过化学键帮助将超研磨材料保留在有机材料中。多种有机化合物和有机金属化合物是本领域技术人员所知的并且可以被使用。有机金属偶联剂可以在超研磨材料和有机材料基体之间形成化学键，因此增强超研磨材料在其上的保留。用这种方式，有机金属偶联剂可以用作桥以在有机材料基体和超研磨材料表面之间形成键。在本发明的一个方面，有机金属偶联剂可以是钛酸盐、锆酸盐、硅烷、或其混合物。

适于用于本发明的具体非限制示例的硅烷包括：3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(可从Dow Corning公司获得，如Z-6040)；γ-甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷(可从Union Carbide Chemicals Company获得，如A-174)；β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(可从UnionCarbide、Shin-etsu Kagaku Kogyo K.K等公司获得)。

具体非限制示例的钛酸盐偶联剂包括：三异硬脂酰基钛酸异丙酯、二(枯基苯醚)钛酸羟乙酸(di(cumylphenylate)oxyacetate titanate)、4-氨基苯磺酰十二烷基苯磺酰钛酸乙二酯、二[亚磷酸双(十三烷基酯)]钛酸四辛酯、三(N-乙氨基-乙氨基)钛酸异丙酯(可从KenrichPetrochemicals公司获得)、新烷基钛酸酯，诸如LICA-01、LICA-09、LICA-28、LICA-44和LICA-97等(其也可以从Kenrich公司获得)。

具体非限制示例的铝偶联剂包括：乙酰烷氧基二异丙氧化铝(acetoalkoxy aluminum diisopropylate)等(其可从Ajinomoto K.K.公司获得)。

具体非限制示例的锆酸盐偶联剂包括：新烷基锆酸酯、LZ-01、LZ-09、LZ-12、LZ-38、LZ-44、LZ-97等，(其全部可从KenrichPetrochemicals公司获得)。其他已知有机金属偶联剂，如基于烃硫基金属的化合物，可以用于本发明，并且属于本发明的范围内。

所用有机金属偶联剂的量可以取决于偶联剂和超研磨材料的表面区域。时常，占有机材料层重量的0.05％到10％可以足够。

金属钎焊也可以用来将研磨层16附着于块坯14。金属钎焊技术是被领域已知的。例如，在制造金刚石锯片中，该过程可以包括混合金刚石颗粒(如40/50美国，网锯砂)与合适的金属支持基体(联结物)粉(如1.5微米大小的钴粉)。然后，该混合物被压进模具以形成合适形状(如锯块)。然后，该“绿色”形式的工具可以通过在700-1200摄氏度的温度烧结被联合以形成在其上设置有多个研磨颗粒的单体。最后，联合体可以被附着于(如通过钎焊)工具本体；诸如圆形锯片，以形成最后产品。本技术使用的许多其他示例对本领域的技术人员是已知的。

各种烧结方法也可以用来将研磨层16附着于块坯14上。合适的烧结方法将易于被阅读本发明的本领域普通技术人员所理解。

研磨层16也通过通过已知的电镀和/或电沉积过程附着于块坯14上。作为一种在电沉积过程期间和之前适于将研磨材料定位和保留的方法的示例(图中未显示)，可以使用包括绝缘材料的模具，该绝缘材料可以有效防止电沉积的材料累积在陶形曲面上。研磨颗粒可以在电沉积期间可以被保持在模具的陶形曲面上。同样地，可以防止在颗粒尖端和衬垫修整器基底的工作区累积电沉积的材料。此类技术在2005年12月2日提交的序列号为11/292,938的美国专利申请中被描述，其通过参考合并于此。

一个或多于一个孔可以延伸穿过绝缘材料以允许电解液从模具外部区域穿过道道衬垫修整器基底的表面的循环，以便影响用于将研磨颗粒固定于衬垫修整器基底的材料的电沉积。此循环是有利的，因为其通常需要在电沉积位置保持电解液中足够的离子(未显示)浓度。也可以利用其他已知技术，应该理解上述提供的示例仅是许多合适技术中的一种。

块坯可以以各种方式类似地被附着于衬垫修整器基底。根据形成块坯的材料，可以利用将块坯固定于衬垫修整器的不同方式。合适的附着方法包括但不限于有机结合、钎焊、焊接等。

研磨块12的几何结构可以变化。在图1A和1B中所图示说明的实施例中，研磨块包括通常矩形的块坯14，块坯14具有附着于其上部的研磨材料层16(其可以包括研磨颗粒18)。块坯的大小可以改变。在本发明的一个方面，块的大小可以适于实现金刚石砂粒围绕圆环形阵列的均匀分布。每个块可以包含多达一千个金刚石砂粒，金刚石大小间距可以从3X到10X。较小的块可以被更好地分布以在压低期间均分负载。

如将被理解的，在图1B的实施例中，研磨材料层16部分延伸到(或“向下延伸到”)块坯14的侧边。在图1C的实施例中，研磨层延伸到(或“向下延伸到”)侧边的程度要小许多。本系统的模块化性质允许非常灵活地将研磨层16附着于块坯14上。由于块坯可以与衬垫修整器基底分开准备，所以可以实现的多个优点是当在将研磨层应用到块坯时，不需考虑块坯最终所附着的衬垫修整器基底的大小、形状、质量、材料等。

在本发明的一个方面，尽管无需如此要求，但是多个研磨块每个可以包括基本一致的几何结构。在图2所图示说明的实施例中，所述多个研磨块12e的每一个呈现基本楔形形状的超研磨轮廓(如果需要，其可以被截短)。研磨层16e可以以不同方式被附着于块坯14e，大多数如上述讨论的。

多个研磨块12x可以围绕衬垫修整器基底20径向分布，并且可以在每个块之间包括基本统一的间距。此外，所述多个研磨块的每一个的纵轴可以沿着衬垫修整器基底的半径对齐。图2和2A中所示的实施例的研磨块12e可以被设置成以交替对齐或变化对齐穿过衬垫修整器基底20的面：如所示，块的锥形部分可以以交替阶的方式朝向或远离衬垫修整器基底的中心对齐。

围绕修整器基底设置的研磨块的每个相互之间可以具有基本相同的大小、形状、研磨成份、高度等。在其他实施例中，互相之间的大小、形状、研磨成份、高度等可以有目的地改变以实现每个具体应用的最优化设计灵活性。此外，每个先前提到的特性在不同的块之间可以变化：如替换块可以包括PCD研磨块、碎片或板条，邻近块包括研磨颗粒。

在衬垫修整器基底20上保持的研磨块12x可以通过设置研磨块被改进，以便撞击在任何单个研磨块上的机械应力被最小化。通过减少撞击在每个研磨块上的机械应力，其可以更易于被保留在基底的合适位置，尤其对于复杂的任务。使块之间的应力变化最小可以通过使块相互之间均匀间隔、将每个块的最上部平整到统一高度(相对于衬垫修整器基底)、围绕衬垫修整器基底的面径向对齐块等来完成。可以利用不同其他高度和间距技术来获得希望的效果。

在本发明的一个实施例中，研磨块的间距可以适于改变每个块接触部分(如块接合并从CMP衬垫消除材料的部分)的接触压力。通常，块相互之间间隔越远，块和CMP衬垫之间的接触压力越大。因此，在一些情况下，穿过衬垫修整器基底面的高密度的研磨块可以在衬垫修整器基底和CMP衬垫之间提供更希望的研磨界面。在其他应用中，较低密度的研磨块是有利的。无论在何种情况，本发明提供非常大的设计灵活性以获得最优化研磨轮廓。

通过在具有限定几何形状的单个单元上形成研磨块，以非常精确的方式设置研磨块变得非常容易。由于限定的几何形状可以相当精确的从一个研磨块复制到另一个研磨块，因此上述讨论的每个研磨块的定位和撞击在其上的应力可以穿过衬垫修整器基底被相当一致地完成。例如，使用现有技术的研磨砂粒，多个砂粒的每一个的总体形状和大小从一个砂粒到另一个砂粒可以显著地改变，使得精确替换砂粒难以完成。本发明的优点特征可以充分解决该问题。

已经发现工业使用的金刚石衬垫修整器通常包含大约一万金刚石砂粒。由于基底的变形，尤其当通过高温加工(如钎焊)制造圆盘时，以及砂粒大小分布和金刚石取向的变化，切削尖端设置在不同高度。当其被压在抛光衬垫上时，仅有大约1％的突出金刚石可以接合衬垫。这可以增加金刚石应力在衬垫上切削的更深，并且金刚石可以破坏和毁坏性刮擦昂贵的晶片。

通过利用本发明，颗粒之间的高度差异可以被显著地减少。在本发明的一个方面，块被设置在平坦金属(如不锈钢)模具上，该金属模具在固定圈内具有设计的间距。充分混合的环氧树脂与硬化剂可以被倒入固定圈以填充并且覆盖所有块。模具上的金刚石砂粒可以通过环氧树脂的渗透流入被防护。在固化后(加热或不加热)，固定圈和模具可以被移除。因而金刚石块被牢牢地嵌入进环氧树脂基体。由于通过平坦的模具平整金刚石，所以最高的金刚石砂粒的尖端高度差异被最小化。

因此形成的镶嵌圆盘可以被压到具有相同固定负载的抛光衬垫。测试结果显示接合率超过50％。换句话说，工作晶体的数目可以被增加许多倍从而圆盘的寿命可以被显著延长。此外，由于避免了深度切削，抛光衬垫可以使用更长的寿命。此外，凹陷槽可以被制成更浅和更疏。浆滞留和研磨共用都被改进。消耗的CMP成本(CoC)和占有成本(CoC)都被减少。抛光晶片更统一而无刮擦，所以芯片成品率更高。

现在转到图3A-5，图示说明本发明的各种不同实施例。在图3A-3C中，所示的实施例有助于解决与CMP衬垫的塑性变形的问题(通过示例和24处的截面视图显示)。该实施例减少了衬垫修整器和CMP衬垫之间所需的向下力。因此，CMP衬垫具有比使用传统方法获得的表面更光滑和平整的修整表面。

图3A-3C所示的修整器包括研磨层12f(仅其截面被显示)。研磨层可以包括切削面26，该切削面与被应用到CMP衬垫的加工面成90度角或小于90度角(如相对于切削面远离加工面的移动—有时被称为正切削角)。研磨层12f的面26可以被取向以便衬垫修整器和CMP衬垫24的相对移动(沿图3A中23处所示的方向)从具有切削面的CMP衬垫上干净地消除材料，从而修整CMP衬垫。

通过将切削面26设置成与被应用到衬垫24的加工面成90度角或小于90度角，修整工程可以干净地从衬垫上刮去一层衬垫材料。应用到衬垫的结果表面可以安全用于CMP过程中而不损坏昂贵的硅晶片。本衬垫修整器可以用于从衬垫上刮去非常浅、薄的一层材料，并且在衬垫上留下干净、光滑和平坦的加工面。该技术可以用于消除在CMP衬垫表面上形成的薄釉层。

图3A和3B显示切削面26，该切削面取向为与被应用到CMP衬垫的加工面成大约90度角α₁，图3C的切削面26a被取向为与被应用到CMP衬垫的加工面成小于90度角α₂，近似于大约60度。切削面可以被取向为不同的角度，并且在一个实施例中，与被应用到CMP衬垫的加工面的角度在大约45度到大约90度角变化。已经发现减少该角度可以在切削元件和衬垫之间产生更加锋利的切削界面。

图3A-3C的研磨层12f、12f′和12f″可以被形成为细长的切削片(沿着其相应的块坯，在这些图中未显示)。这些片的长明显长于宽，类似于传统菜刀的刀片。在本发明的该方面，该片可以用于从PCD衬垫(图3A-3C中的24)切削、刮擦或切割相对宽条的材料。如图4A和4B中的示例所示，在12f、12f′处示例所示的研磨层可以包括基本连续的切削边(如图4A中所示)，或在该片上形成一系列切牙(如图4B中所示)。该示例中在所述片上形成的此类切牙在2007年11月13日提交的序列号为60/987,687的美国临时专利申请中被详细描述，其通过参考合并于此。

包括有角度的切削面的图中所图示说明的这些实施例每个包括具有相应角度的一个切削面。然而，在一些实施例中，应该理解可以利用相对垂直(如90度)的切削面，除非当被附着于基底时，在其上形成切削面的研磨块是“倾斜的”。换句话说，切削面相对研磨块没有角度，而是使研磨块具有角度从而使切削面具有角度。以该方式，可以提供具有角度的切削面而不需在研磨块上(或内)形成参考角。

也可以设想用于本发明的额外和变化研磨块。例如，设想使用2006年2月17体提交的美国专利No。11/357,713中详细描述的各种切削元件/研磨块，其通过参考合并于此。

此外，在块坯上形成的研磨层可以通过各种技术完成，各种技术包括但不限于类似于2006年8月29日提交的序列号为11/512,755的美国专利申请所概述的气相沉积技术，上述专利申请通过参考合并于此。此外，研磨块可以利用陶瓷组件(如块坯和/或研磨层或二者都)、电镀技术等形成。

在图5所图示说明的实施例中，提供一系列研磨层14g、14g′和14g″，其每一个包括以不同标高取向的切削尖端。在本发明的该方面，引导研磨块(研磨层14g形成其一部分)的标高通常比拖尾研磨层14g′和14g″的标高相对高，否则在引导片通过后，拖尾层不能接触剩余的衬垫材料。具有研磨层14g、14g′和14g″的研磨块可以以不同方式形成，并且被形成为不同的形状、大小和结构，例如，如2007年11月16日提交的序列号为60/988,643的美国临时专利申请中所详细描述的，上述临时专利申请通过参考整体合并于此。该实施例可以利用有意地阶式切削元件实现希望的研磨效果。

下面示例表示制造本发明衬垫修整器的不同方法。此种示例仅是图示说明，并不限制从而可以实现的本发明。

示例

示例1

衬垫修整器通过在具有粘附层(如丙烯酸酯)的不锈钢平板模具(也可以利用稍微凸形或波形模具)上首先设置金刚石砂粒(如50/60网)来形成。硬橡胶材料被用来将单个金刚石砂粒压入粘附层，同时砂粒的尖端通过平坦模具被平整。然后，环氧树脂和固化剂的混合物被倒在突出到粘附层外部的砂粒(模具外的隔离环可以保持环氧树脂)。在固化后，模具被移除并且粘附层被剥落。剩余的ODD包含从固化环氧树脂基底突出的金刚石砂粒。环氧树脂的后边可以被机器加工并且圆盘被附着于不锈钢(如316)板上，该不锈钢板具有固定孔用以安装在CMP机器上。

示例2

衬垫修整器通过径向设置锯齿PCD片形成。如在先前示例中，PCD片的齿使用模具被平整，该模具可以位于衬垫修整器的底部或顶部。然后环氧树脂如先前示例被浇铸。在模具位于顶部的情况下，该片被轻微压入基底的狭缝，并且该狭缝由环氧树脂或硅树脂密封。

示例3

上面讨论了与示例1和示例2的实施例密切结合的组合设计。该设计平衡了示例1的许多切削尖端与示例2的切削效率。在该示例3中，较小的有机研磨块通过使用纤维增强聚合物形成，该纤维增强聚合物一般比环氧树脂硬。然后，该有机块围绕在其间插入示例2的片的衬垫修整器基底径向设置。该片的切削尖端被平整以便比有机研磨块的尖端高大约20微米。以这种方式，控制片切削齿的穿透深度，同时有机切削齿的第二作用是修整衬垫起到移除釉的效果，并且将衬垫切槽。

应该理解上述设置仅是示意性说明本发明的原理的应用。许多修改和替换设置可以由本领域的技术人员设计而不偏离本发明的思想和范围，并且任何附属权利要求目的是覆盖此类修改和设置。因此，尽管本发明已经被上述结合目前认为是本发明最实际和优选的实施例具体并详细地描述，但是许多修改对本领域的普技术人员显而易见的，其包括但不限于，大小、材料、形状、形式、功能和操作方式的变化、可以组装和使用而不偏离此处陈述的原理和概念。

Claims

1.一种CMP衬垫修整器，包括：

多个研磨块，每个研磨块包括：

块坯；及

附着于所述块坯上的研磨层，所述研磨层包括超硬研磨材料；及

衬垫修整器基底；

所述多个研磨块中的每一个以一取向被永久固定在所述衬垫修整器基底上，其能够随着所述衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过所述研磨层从所述CMP衬垫上去除材料。

2.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的至少一些围绕所述衬垫修整器基底的面径向分布。

3.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的至少两个在下面所列的至少一个方面上不同：几何结构、研磨层材料和研磨轮廓。

4.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨块在所述衬垫修整器基底的所述面上的设置将曳力基本均匀分布在每个研磨块上。

5.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的每一个的纵轴沿着所述衬垫修整器基底的半径被对齐。

6.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中所述研磨表面和研磨点相互之间被平整以便没有研磨表面或研磨点突出超过另一个研磨表面或研磨点大约30微米。

7.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中至少一个研磨表面或研磨点以比最邻近的研磨层的研磨表面或研磨点更高的标高被取向。

8.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨层被附着于具有有机材料层的所述块坯上，该有机材料层包括下列材料中一种或多于一种：氨基树脂、丙烯酸酯树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、酚醛树脂、酚醛/乳液树脂、环氧树脂、异氰酸酯树脂、异氰脲酸酯树脂、聚硅氧烷树脂、活性乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、二萘嵌苯树脂、聚砜树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰亚胺树脂和其混合物。

9.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨层通过钎焊合金被附着于所述块坯上。

10.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨层包括PCD刀片。

11.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨层包括单个的研磨砂粒。

12.根据权利要求1所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括切削面，并且其中每个切削面相对于所述CMP衬垫的加工面成90度角或小于90度角。

13.一种CMP衬垫修整器，其包括：

多个研磨块，每个研磨块包括：

块坯；

有机粘附层；及

通过所述有机粘附层附着于所述块坯上的研磨层，所述研磨层包括超硬研磨材料；及

衬垫修整器基底；

14.根据权利要求13所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的至少一些围绕所述衬垫修整器基底的面径向分布。

15.根据权利要求13所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少两个在下面所列的至少一个方面上不同：几何结构、研磨层材料和研磨轮廓。

16.根据权利要求13所述的衬垫修整器，其中所述研磨块在所述衬垫修整器基底的所述面上的设置将曳力基本均匀分布在每个研磨块上。

17.根据权利要求13所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的每一个的纵轴沿着所述衬垫修整器基底的半径被对齐。

18.根据权利要求13所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中所述研磨表面和研磨点相互之间被平整以便没有研磨表面或研磨点突出超过另一个研磨表面或研磨点大约30微米。

19.根据权利要求13所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中至少一个研磨表面或研磨点以比最邻近的研磨层的研磨表面或研磨点更高的标高被取向。

20.一种CMP衬垫修整器，其包括：

多个研磨块，每个研磨块包括：

块坯；及

通过钎焊合金附着于所述块坯上的研磨层，所述研磨层包括

超硬研磨材料；及

衬垫修整器基底；

21.根据权利要求20所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少一些围绕所述衬垫修整器基底的面径向分布。

22.根据权利要求20所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少两个在下面所列的至少一个方面上不同：几何结构、研磨层材料和研磨轮廓。

23.根据权利要求20所述的衬垫修整器，其中所述研磨块在所述衬垫修整器基底的所述面上的设置将曳力基本均匀分布在每个研磨块上。

24.根据权利要求20所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的每一个的纵轴沿着所述衬垫修整器基底的半径被对齐。

25.根据权利要求20所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中所述研磨表面和研磨点相互之间被平整以便没有研磨表面或研磨点突出超过另一个研磨表面或研磨点大约30微米。

26.根据权利要求20所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中至少一个研磨表面或研磨点以比最邻近的研磨层的研磨表面或研磨点更高的标高被取向。

27.一种CMP衬垫修整器，其包括：

多个研磨块，每个研磨块包括：

块坯；及

附着于所述块坯上的研磨层，所述研磨层包括超硬研磨刀片；及

衬垫修整器基底；

28.根据权利要求27所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少一些围绕所述衬垫修整器基底的面径向分布。

29.根据权利要求27所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少两个在下面所列的至少一个方面上不同：几何结构、研磨层材料和研磨轮廓。

30.根据权利要求27所述的衬垫修整器，其中所述研磨块在所述衬垫修整器基底的所述面上的设置将曳力基本均匀分布在每个研磨块上。

31.根据权利要求27所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的每一个的纵轴沿着所述衬垫修整器基底的半径被对齐。

32.根据权利要求27所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中所述研磨表面和研磨点相互之间被平整以便没有研磨表面或研磨点突出超过另一个研磨表面或研磨点大约30微米。

33.根据权利要求27所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中至少一个研磨表面或研磨点以比最邻近的研磨层的研磨表面或研磨点更高的标高被取向。

34.一种CMP衬垫修整器，其包括：

多个研磨块，每个研磨块包括：

块坯；及

附着于所述块坯上的研磨层，所述研磨层包括切削面，该切削面相对于被应用到所述CMP衬垫的加工面成90度角或小于90度角；及

衬垫修整器基底；

所述多个研磨块中的每一个以一取向被永久固定在所述衬垫修整器基底上，其能够随着所述衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过所述研磨层从所述CMP衬垫上消除材料。

35.根据权利要求34所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少一些围绕所述衬垫修整器基底的面径向分布。

36.根据权利要求34所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块的至少两个在下面所列的至少一个方面上不同：几何结构、研磨层材料和研磨轮廓。

37.根据权利要求34所述的衬垫修整器，其中所述研磨块在所述衬垫修整器基底的所述面上的设置将曳力基本均匀分布在每个研磨块上。

38.根据权利要求34所述的衬垫修整器，其中所述多个研磨块中的每一个的纵轴沿着所述衬垫修整器基底的半径被对齐。

39.根据权利要求34所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中所述研磨表面和研磨点相互之间被平整以便没有研磨表面或研磨点突出超过另一个研磨表面或研磨点大约30微米。

40.根据权利要求34所述的衬垫修整器，其中所述研磨层中的每一个包括研磨表面或研磨点，并且其中至少一个研磨表面或研磨点以比最邻近的研磨层的研磨表面或研磨点更高的标高被取向。

41.一种形成CMP衬垫修整器的方法，其包括：

获得至少一个研磨块，所述研磨块包括：

块坯；及

附着于所述块坯上的研磨层，所述研磨层包括超硬研磨材料；

将所述至少一个研磨块以一取向定位在衬垫修整器基底的面上，其能够随着所述衬垫修整器和CMP衬垫的相对移动通过所述研磨层从所述CMP衬垫上消除材料；及

将所述至少一个研磨块永久固定在所述衬垫修整器基底上。