CN1193863C - 用于抛光衬垫的调节器和制造该调节器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于抛光衬垫的调节器和制造该调节器的方法。该调节器包含一基片,至少在其一侧形成有大量的一致高度的几何突起;和一切削部,其上具有的一致厚度的金刚石层,基本上形成在基片具有几何突起一侧的整个表面上。该几何突起具有一平的上表面,或该上表面可以包含大量由凹槽所形成的较小的几何突起。该基片是由陶瓷或粘接碳化物材料制成的,并具有一圆盘形、具有多个区域的盘形、杯形、分段形、或具有平的上下表面的圆环形的形状。该调节器可以进一步包含一体部,该体部牢固地设置在基片具有几何突起的相反一侧上,以使该切削部连接到调节设备上。该调节器的切削部是通过具有上面的形状和结构,与抛光衬垫表面以线或面接触的形式而实现的。覆盖在切削表面上的金刚石层增强了切削表面的结构完整性,以提高了其切削性能,并提供有耐磨和防腐蚀的特性,从而使调节器具有延长了的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于抛光衬垫的调节器以及制造该调节器的方法,尤其是涉及一种用于在化学机械抛光(CMP)过程中所使用的抛光衬垫的调节器以及制造该调节器的方法。
背景技术
通常,化学机械抛光广泛地用于半导体装置的加工过程中,以获得光滑的和平的晶片表面。典型地,将被抛光的一晶片由位于设置在旋转工作台(未示)上的抛光衬垫上的一载体固定,然后通过向该衬垫上使用切削液和向该载体施加压力,从而通过工作台和载体的相对运动而抛光该晶片。用于化学机械抛光过程的传统抛光衬垫通常包含:多个用于展示泵送效果的具有30-70m直径尺寸的小孔,当向抛光衬垫施加压力时以获得较高的去除率。然而,在长时间使用之后,该孔就有所磨损并且被抛光残渣堵住,这将使得抛光衬垫的表面不平整。其结果是,它用于抛光晶片的能力随着时间推移而降低,并且获得一致的平的晶片表面的CMP过程的效率也将降低。
为了重新获得抛光性能,以及修整该抛光衬垫的不平表面,在CMP过程中通常采用调节加工过程,而在调节加工过程中将使用用于去除抛光衬垫的不平表面的调节器。
图1A至图1C中示出了用于调节抛光衬垫的金刚石调节器的结构,其中该抛光衬垫是由传统电子沉积方法制造的。该金刚石调节器典型地由一电镀金刚石圆盘制成,其中金刚石粒子16散布在不锈钢体部10上,并且由例如镍的粘接金属18进行电子沉积;或由一铜焊的金刚石圆盘制成,其中金刚石粒子18通过熔化的粘接金属18而固定在体部10上。
然而,由此电子沉积和铜焊的方法制造的调节器,将具有不同高度的切削表面,这是由于如图1C中所示的切削部12中的金刚石粒子16的不规则分布和不同的尺寸造成的。特别是,在调节器的切削表面内具有超过150-250m直径尺寸的金刚石粒子,这将造成一不希望的表面粗糙度。
此外,由于具有上述结构的调节器以局部点接触的形式抛光晶片,以及由于金刚石粒子的钝的切削角度,因此由该调节器所获得的切削效率低。同样地,为了提高切削效率,有必要在传统调节过程中施加较高的压力。具有双重衬垫结构的传统抛光衬垫通常是由聚氨酯材料制成的,CMP是由上部衬垫完成的,而底部衬垫将提供调节过程所需要的压力。当在调节过程中通过调节器施加在上部衬垫的压力较高时,由于该底部衬垫的可压缩性,该调节过程不能顺利地施行。因此,修平抛光衬垫表面将成为一项艰巨的工作。
此外,由电子沉积和铜焊的方法制成的调节器,没有用于从抛光衬垫上排出粒子的凹槽或沟槽。其结果是,残余粒子沉积和聚积在调节器表面上,从而进一步降低调节效率。
传统上,该调节过程可以与CMP过程同时进行,这样即时的调节过程根据抛光过程所使用的切削液种类被分成氧化物或金属CMP过程,该切削液典型地由硅石、氧化铝、或二氧化铈等抛光材料组成。用于氧化物CMP的切削液通常具有一10-12的pH值,而用于金属CMP的切削液具有小于4的pH值,并且用于在调节器的切削表面上固定金刚石粒子16的粘接金属18是镍、铬或类似金属。在实施氧化物或金属CMP的现场调节过程中,由于该抛光过程与调节过程是同时进行的,固定该金刚石粒子16的粘接金属18也受切削液的影响,结果造成金刚石粒子16从调节器表面上频繁地脱落。此外,在金属CMP现场调节过程中,用于该加工过程中具有很强酸性的切削液,具有腐蚀粘接金属18使粘接效果减弱的趋势,这将最终导致金刚石粒子16的脱落。
脱落的金刚石粒子18通常附着在抛光衬垫的表面上,并且在抛光过程中对晶片表面有严重的划伤,这将在半导体加工过程中导致很高的次品率。因此,该抛光衬垫必须频繁地重新修整。
此外,在金属CMP现场调节过程中,从被腐蚀的粘接金属18中分离出金属离子经常附着在晶片回路的金属线上,这将导致短路。另外,从该现场调节过程中分离出的金属离子基本上归因于晶片的金属离子污染,并且由于该由污染而造成的半导体缺陷在后续加工阶段才能被发现,因此由该缺陷而导致的损失在工业上的影响是相当可观的。
发明内容
由此看来,本发明的目的是提供一种用于抛光衬垫的调节器,该抛光衬垫具有很好的和一致的表面粗糙度,用于防止由金刚石粒子的脱落和金属离子的污染而造成的缺陷,以及在用于半导体晶片的化学机械抛光过程中,在缺乏高压力的情况下,有效地调节该抛光衬垫。
本发明的第二个目的是提供一种制造用于抛光衬垫的调节器的方法,该调节器具有上述调节器的特性和功能。
按照本发明提供有用于抛光衬垫的调节器,它包含:具有至少在基片的一侧一体地形成有大量的一致高度的几何突起的一基片;和具有一致厚度的金刚石层,基本上形成在基片具有几何突起一侧的整个表面上,上述几何突起具有矩形或圆柱形的形状,其中,该几何突起在它们的上表面上形成有多个U或V形的凹槽的交叉带,以在几何突起的上表面上形成具有一致高度的较小的几何突起。
大量在基片表面上一体地形成的几何突起,通过U或V形剖面的沟槽的交叉带而具有一交叉带的形式;其中该U或V形的剖面形状是由几何突起的侧部和沟槽的底部限定的。该沟槽的交叉带都具有相同的宽度和深度,或者可选择地,一具有较大宽度和/或深度的沟槽可以以间隔一定数量沟槽的交叉带形式形成,而作为一区域性分割沟槽。
该基片不限于任何形状,只要大量的几何突起可以在其表面上形成就可以。例如,该基片可以具有下列形状:圆盘;圆环;或具有多个区域的盘形;或在基片的一侧形成一高于中部的外环形部,以获得具有一杯子剖面形状的基片。可选择地,该圆环形基片可以具有一形成有多个从基片的中心径向延伸的沟槽分割的分段部的外带状部,其中该基片上可以形成有大量几何突起。
该金刚石层是通过化学气相沉积(CVD)的方法薄薄地、平坦地沉积在该基片的表面上的。
优选的是,该基片是由陶瓷或粘接碳化物材料制成的。
本发明的调节器进一步包含:形成在具有几何突起的相反一侧上的一体部,其功能是用于将该调节器连接到调节设备上。优选的是,该体部是由不锈钢、工程塑料或陶瓷材料制成的。
本发明的另一个优选形式,该调节器具有一分段形状,其中该体部具有一平的上下表面的圆环剖面形状、或是一杯子的剖面形状。该调节还包含以一定距离分割的多个独立分段的切削部,并且牢固地设置在该体部的一个表面上,以呈现出一带子的形状;其中,该独立分段的切削部设置在分别由陶瓷或粘接碳化物材料制成的基片上。此外,具有一致厚度的一金刚石层基本形成在基片的整个表面上。
本发明具有各种结构形状的调节器是由这样的方法制造的,该方法包含以下步骤:a)通过使用一例如金刚石轮的强力切削轮,而在具有一定形状的基片上形成沟槽的交叉带,从而在该基片的表面上以一致高度的形式形成大量几何突起;并在预先确定的交叉方向形成大量的凹槽,从而在几何突起的表面上以一致高度的形式形成大量的较小的几何突起,以及b)通过化学气相沉积(CVD)的方法,形成具有一致厚度的金刚石层,基本覆盖在由步骤a)加工过的该基片的整个表面上。
在实施步骤b)之前,该方法可选择地包含:通过磨削和/或切削加工过程,以预先确定的交叉方向形成一定数量凹槽的步骤,从而在该几何突起的表面上以一致高度的形式形成大量的较小的几何突起。
所形成的具有沟槽的基片可以具有如前面已经描述的多种形状,并且该几何突起是通过磨削和/或切削加工过程所形成的沟槽的凹陷部而实现的。以交叉带形式形成的沟槽使得该在基片表面上所产生的几何突起具有一交叉带的形式。
在实施步骤a)之前,更优选的是该方法进一步包含:使基片经受精磨和研磨加工过程的步骤,以在基片至少一侧获得一致的表面,以及获得基本上平行的基片表面。
可选择地,如在步骤a)中所概述的在基片表面上形成几何突起的步骤,可以由模制加工过程而完成的,其中先注入预先确定的模制成分,并且在带有几何突起的基片形状的模子中冷却。
该方法可以进一步包含在基片形成有几何突起的相反一侧上设置一体部的步骤,用于将调节器连接到调节设备上。
更优选的是,该基片是由陶瓷或粘接碳化物材料制成的,以及该体部是由不锈钢、工程塑料、陶瓷或类似材料制成的。
附图说明
通过结合附图详细描述本发明的优选实施例,本发明的上述目的和其它优越性将更明显。
通过结合附图详细描述本发明的其它实施例,本发明的上述目的和其它优越性将更明显。
图1A至图1C中示出了一种用于抛光衬垫的传统调节器,其中图1A是平面图,图1B是沿图1A中A-A’线的剖视图,以及图1C是传统调节器的一部分的放大剖视图;
图2A至图2D中示出了按照本发明第一个优选实施例的一种用于抛光由一基片制成的衬垫的调节器,该基片具有圆盘形状,其中图2A是平面图,图2B是沿图2A中B-B’线的剖视图,以及图2C和图2D分别是该调节器体部和切削部的平面放大图和剖视图;
图2E是按照本发明另一个优选实施例的由一基片制成的调节器的平面图,该基片具有圆盘形状;
图2F是按照本发明又一个优选实施例的由一基片制成的调节器体部和切削部的放大平面图,该基片具有圆盘形状;
图3A和图3B中示出了按照本发明的具有由圆环形状的基片制成的调节器,其中图3A是平面图,以及图3B是沿图3A中C-C’线的剖视图;
图4A和图4B中示出了按照本发明的又另一个优选实施例由一圆环形状基片制成的调节器,该基片在其之一侧的表面上具有多个由凹部分割开来的扇形部,其中图4A是平面图,以及图4B是沿图4A中D-D’线的剖视图;
图5A和图5B中示出了按照本发明的又另一个优选实施例具有一通过在一环行基片上设置一体部而制成的杯形的调节器,其中图5A是平面图,以及图5B沿图5A中E-E’线的剖视图;
图6A和图6B中示出了按照本发明的又另一个优选实施例通过在环行基片表面上形成具有一带状的扇形切削部而制成的调节器,其中图6A是平面图,以及图6B沿图6A中F-F’线的剖视图;
图7A和图7B是图2E中示出的调节器的放大透视图和剖视图,其中示出了具有大量一致布置的矩形几何突起的切削部的表面结构;
图8A和图8B是图2A中示出的调节器的放大透视图和剖视图,其中示出了具有区域性组成的矩形几何突起的切削部的表面结构;
图9A和图9B是本发明的一种调节器的放大透视图和剖视图,其中示出了具有区域性组成的圆柱形几何突起的切削部的表面结构;
图10A和图10B是本发明的一种调节器的矩形几何突起的放大透视图和剖视图,其中示出了具有由多个小的矩形几何突起形成的几何突起的表面结构;
图11A和图11B是本发明的一种调节器的矩形几何突起的放大透视图和剖视图,其中示出了由多个小的几何突起形成的几何突起的表面结构,所述的小的几何突起具有矩形棱锥形状;
图12A和图12B是本发明的一种调节器的矩形几何突起的放大透视图和剖视图,其中示出了由多个小的三角形几何突起而形成的几何突起的表面结构,所述的小的三角形几何突起由一对对角线交叉凹槽分割成的;
图13A至图13D是按照本发明的一种调节器的切削部的制造方法的剖视图;
图14中示出了用于制造一基片而设置在一抛光设备上的金刚石轮;
图15是由本发明的方法制造的一种调节器的切削部的实际照片;
图16A和图16B是在由本发明的方法制造的一种调节器的切削部上形成的矩形几何突起的侧视图和顶视图的电子显微镜照片;
图16C是矩形几何突起的侧视图的电子显微镜照片,为了加以区分而将其上的一部分切掉,并示出了由本发明的方法制造的基片上形成的金刚石层。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的优选实施例,而提供的实施例将进一步说明本发明,而并不是要限定本发明的范围。
首先,可以通过从一系列不同形状和排列的结构中选出一种而实现本发明的调节器,并且下面将详细说明按照本发明而制造的、具有各种结构形式的调节器的优选实施例。
参照图2A,一体部20是由一种具有防腐蚀性和化学稳定性的材料制成,例如(并不局限于)聚四氟乙烯(teflon)或不锈钢,并且通过车削或磨削加工、或通过模制加工而获得该体部20的一种形状。
紧固地连接或设置有一切削部22的该体部20是用来把本发明的调节器连接于调节设备的一马达旋转部(未示)上的,该体部20可以有各种形状。例如,如果该体部20连接在具有高于该体部20的表面的几何突起的切削部22上时,则该体部20具有一种杯形或圆环形的、并具有平坦的上表面和下表面的形状。然而该体部20和它的功能对于实现本发明不是必需要求的,实际上,在其中之一的优选实施例中,该切削部22可以直接连接到不具有体部20的调节设备上。因此,本发明的优选实施例是考虑到切削部22的结构而制造的,更特别是考虑到其表面结构的形状和排列而制造的。
(1)优选实施例1
图2A至图2F中示出了一种按照本发明第一优选实施例的具有圆盘形状的调节器,该调节器包含一体部20、一切削部22和一基片50。
如图2A至图2D所示,该切削部22在基片50的表面上具有大量形成交叉带形式的区域性单元的矩形几何突起28,图8A和图8B是放大的透视图和剖视图,其中紧密地示出了该切削部22的矩形几何突起28的交叉带形式。
基片50优选地由一种陶瓷材料制成,例如Si或Si3N4。或至少从下面一组陶瓷材料中选出一种的陶瓷材料制成,它们包括Al2O3、AlN、TiO2、ZrOx、SiO2、SiC、SiOxNy、WNx、Wox、DLC(diamond like coating)、BN和Cr2O3。可选择地,基片50可以由一种粘接碳化物材料制成,例如从下面一组中选出的钨的碳化物(WC),它们包括碳化钨-钴(WC-Co)、碳化钨-碳化钛-钴(WC-TiC-Co)和碳化钨-碳化钛-碳化钽-钴(WC-TiC-TaC-Co)。该基片50也可以由其他粘接碳化物材料制成,例如TiCN、B4C、或TiB2。
该基片50优选地具有一圆盘形状,但是它可以是具有多个角的板形,并且该基片50具有光滑的、一致粗糙度的表面是重要的,由于在基片50的整个表面上形成一金刚石层52之后,还必须保持矩形几何突起的形状,以获得一种具有高效切削能力的调节器。
具有一致高度的矩形几何突起28是通过具有U形剖面的凹陷的交叉带的沟槽24和26而形成在基片50的一侧表面上的。更特别地是,凹陷沟槽24和26的侧面和底部具有一圆弧形状,并且它们的宽度向底部方向逐渐地减小,以给予矩形几何突起28一个更宽和更厚的基部。其结果是,该矩形几何突起28具有这样的结构,以增强对于基片表面来说是所期望的刚度和脆性的特性。可选择地,该沟槽24和26具有一V形的剖视图。
沟槽24是一区域分割沟槽,而沟槽26是一在基片表面上分割出每一个矩形几何突起28的单元分割沟槽。如图2A至图2D所示,比单元分割沟槽26具有较大的宽度和/或深度的区域分割沟槽24是按照单元分割沟槽26的一定数量规则地间隔设置。例如,如图2A至图2D所示,沟槽24可以在两个交叉方向上以每隔四个沟槽的形式设置,以区域性地将该矩形几何突起分隔成4×4的组。这里,沟槽24和26的作用是在调节过程中从抛光衬垫上排出残余的粒子。
如图2A所示,比沟槽24和26具有更大的宽度和/或深度的区域分隔沟槽25可以以交叉带的形式设置在基片表面的中心,从而更有效地排出残余的粒子。
覆盖在基片50的整个表面上的金刚石层52薄薄地以及一致地形成在切削部22的矩形几何突起28和沟槽24、25、26的表面上。
图10是由上述方法制成的切削部22的实际照片,该切削部22具有的直径和厚度为100×4t。
图16A至图16C是具有优选实施例的切削部22的覆盖有金刚石层52的矩形突起28的电子显微镜照片,图16A和图16B示出了该矩形几何突起的侧视图和顶视图,而图16C中示出了矩形几何突起28的另一个侧视图,为了在视觉上加以区分而将其上的一部分切掉,并示出了形成在基片50的切削部22的表面上的金刚石层52,从电子显微镜照片中可以看出,沉积在基片50的矩形几何突起28和沟槽24、26的表面上的金刚石层52具有薄薄的和一致的厚度。
(2)优选实施例2
在该实施例中,几何突起在基片表面上所具有的各种各样的和可选择的排列形式可以通过沟槽的布置和结构的改变来实现。如图2E所示,相同形状的沟槽可以以相同的宽度和/或深度形成在基片表面中的切削部22a上。图7A和图7B中示出了由图2E中的沟槽所形成的几何突起排列的放大透视图和剖视图。对于这种排列形式,优选地使沟槽26a比图2A所示的沟槽26具有较大的宽度和/或深度,以有效地从切削部22a的表面排出抛光衬垫的残渣。
(3)优选实施例3
在该实施例中,几何突起的各种形状可以实现。几何突起28的形状不仅限于矩形形状,并且可选择地,如图2F所示,形成在切削部22b上的几何突起28b具有一圆柱形状。图9A和图9B中示出了具有由圆柱几何突起28b形成的切削部22b的放大透视图和剖视图,和具有矩形几何突起的基片相似,在它的切削部22b上具有由圆柱几何突起28b形成的基片也具有一个金刚石层52。该圆柱几何突起28b的设计排列可以与第一和第二优选实施例具有相同的排列形式,或者可以通过具有从基片的中心径向地延伸带的形式实现。
(4)优选实施例4
前面优选实施例的几何突起具有一平坦的上表面,但是在该实施例中,几何突起的上表面由多个具有交叉带形式的较小的矩形几何突起40形成。图10A和图10B中示出了在其表面上具有由小的矩形几何突起40形成的矩形几何突起28a的透视图和剖视图,如图所示,沟槽26与前面实施例中示出的相同,并且一金刚石层52也覆盖在基片50的表面上。
该较小的矩形几何突起40通过凹槽42的交叉带而形成在基片50的矩形几何突起28a的上表面上,与沟槽相似,该凹槽42在其侧部和底部是圆弧形的,并具有一U形的剖面轮廓。凹槽42的宽度向其底部方向递减,以给予较小的矩形几何突起40一个更宽和更厚的基部。矩形几何突起28a和较小的矩形几何突起40都具有这样一宽的基部结构的特性,以加强对于基片表面所期望的刚度特性。可选择地,凹槽42可以具有一V形的剖视图。该较小的矩形几何突起40的存在将更有效地从所产生的调节器的表面排出抛光衬垫的残渣,以提高调节过程的效率。
该沟槽和凹槽的形状相对于V形槽来说优选地具有U形的剖面形状。通常,具有U形剖面形状的沟槽和凹槽在从基片表面上排出调节残渣时更有效,这是由于它们的底部更宽阔。此外,除了该沟槽和凹槽的剖面形状之外,上述排出效率还受到该沟槽和凹槽的尺寸和设计形式的影响。因此,可以实现上述因素的各种组合以获得一个所期望的排出效率。
(5)优选实施例5
在本实施例中,大量具有矩形棱锥形状的较小的几何突起44在基片50的矩形几何突起28b的上表面上形成,如图11A和图11B所示,较小的矩形棱锥几何突起44的上尖端是通过以交叉带的形式形成彼此邻接的凹槽42a而获得的。这里,较小的矩形棱锥几何突起44的上尖端使得该尖端在调节过程中与抛光衬垫表面相接触。
具有带有平的上表面的矩形几何突起的调节器通过与抛光衬垫表面以线或表面接触的形式的切削效率相对于以点接触形式的调节器的切削效率高,然而,由于形成在矩形几何突起的上表面上的较小的矩形棱锥几何突起44具有一致的高度和尺寸,这与图1C中所示的传统调节器的切削表面具有不规则的高度不同,因此由与抛光衬垫表面以点接触的本实施例所产生的调节器的切削效率不是较大地低于以线或表面接触的调节器的切削效率。
(6)优选实施例6
在该实施例中,具有三角形形状的四个较小的几何突起46通过对角线交叉的凹槽42b和42c形成在基片50的每一个矩形几何突起28c的上表面上。图12A和图12B是本实施例的透视图和割视图,根据排出效率和与抛光衬垫表面的接触形式,具有在其表面上形成有较小的三角形几何突起46的矩形几何突起28c的本实施例,展示出比具有平的上表面的矩形几何突起28有更好的排出效果,并且使得比具有分别形成有较小的矩形几何突起40和较小的矩形棱锥几何突起44的矩形几何突起28a和28b相比,与抛光衬垫表面的接触有更大的接触面积。
(7)优选实施例7
在前面的实施例中,几何突起28、28a、28b和28c形成在具有多个区域的圆盘形状基片50的一侧表面上。然而,本发明也可以通过具有不同形状的基片来实现。在本实施例中,基片50a具有一平的上下表面的圆环形状。
图3A和图3B中示出了具有一圆环形状切削部22c的基片50a的平面图和剖视图,在切削部22c上形成有前面描述的几何突起28、28a、28b或28c,可选择地,基片可以具有把其一开放表面封住的圆环而呈现为一杯子的形状。
图5A和图5B是具有一杯子形状的调节器的平面图和剖视图,其中具有一平的上下表面的圆环形状的、并且在切削部22e的表面上形成有一金刚石层52c的基片50c设置在具有一杯子形状的体部20a的上表面上。
(8)优选实施例8
本实施例中,可以实现具有分段切削部的调节器。如图4A和图4B所示,具有平的上下表面的圆环形状的、或是其一开放表面被封住的圆环形状的基片52b具有由从基片52b的中心径向延伸的凹槽所形成的多个分段切削部22d。该分段切削部22d上形成有几何突起28、28a、28b或28c,以及该基片52b进一步包含一金刚石层52d。
图6A和图6B中示出了分段切削部的另一种变化形式。分别由它们的基片50d构成并且彼此间以一定距离分隔开的大量独立的分段切削部22f固定地设置在体部20b的表面上以呈现出一带子的形状。体部20b具有一种平的上下表面的圆环形状,或是一种其一开放表面被封住的圆环形状,并且具有分段切削部22f的每一个基片50d由一金刚石层52d覆盖。
在上面优选实施例中,已经举例说明了具有矩形或圆柱形形状的几何突起。然而,该几何突起可以由其它广泛范围的形状来实现,如三角形的或六边形的。同样地,在该优选实施例中,已经举例说明了优选具有正方形形状的矩形几何突起,然而,该几何突起也可以由四边形的其它各种形式来实现,如菱形。
下面,将结合附图详细说明一种用于制造按照本发明使用于抛光衬垫的调节器的优选实施例的方法。
首先,下面将说明用于制造按照本发明的调节器的第一个优选实施例的方法。
图13A至图13D是用于制造一切削部22的方法的剖视图,如图10A和图10B所示,在切削部22的表面上具有形成有较小的矩形几何突起40的矩形几何突起28a。
首先,具有一圆盘形状的基片50由前面提到的陶瓷材料或粘接碳化物材料制成。然后该基片50经一制造过程而获得其直径和厚度为100×4t。
其次,该基片50上形成有的切削部的一侧通过使用一金刚石轮设备的粗磨和精磨过程而进行表面加工,以获得一致的和很好的表面粗糙度、平面度和平行度。然后,该基片50通过使用一研磨设备(未示出)而进行双侧研磨过程,这里,将要形成有矩形几何突起的基片50的一切削表面将被精磨至很好的程度,直到获得1m的平面度。
再次,如图13B所示,区域分隔沟槽24’和单元分隔沟槽26’的交叉带通过使用图14中示出的金刚石轮设备而在基片50的切削表面上形成。金刚石轮设备包含一马达152,轴154a和154b,和包含金刚石轮156a、设置在金刚石轮156a之间的隔板156b的轮组件156,以及设置在轮组件156两端的法兰157a和157b。金刚石轮156a的厚度是由所形成的沟槽24’和26’的宽度决定的,并且金刚石轮156a的形状应当是圆形的,以给予沟槽24’和26’一个U形的剖面形状。因此,沟槽24’和26’的宽度向其底部方向递减,并且给予所形成的几何突起28a一个更厚和更宽的基部,这将导致增强由陶瓷材料或粘接碳化物材料制成的基片50的刚度和脆性的特性。此外,沟槽24’和26’的圆弧U形剖面还提供有从调节器的切削表面排出抛光垫残渣的附加功能。
具有代表性的,金刚石轮156a具有一具有通过金属或树脂粘接于其盘形体端部的金刚石粒子的金刚石刀片部,并且当使用树脂粘接的金刚石轮时,可以获得很好的该金刚石轮156a在金刚石层中所期望的圆弧曲率,还可以通过在修圆过程中使用磨削石而去除树脂粘接材料和金刚石粒子的方法更有效地获得圆弧曲率。
通过将基片50固定地设置在加工平台164上而形成沟槽24’和26’,然后装有基片50的加工平台向着旋转的金刚石轮156a的方向向上移动以被切削。在磨削之后,将基片旋转90度并再次固定在加工平台164上,而重复前面的切削过程以形成该沟槽24’和26’的交叉带。这里,为了形成区域分割沟槽24’,而使用比用于形成单元分割沟槽26’的该金刚石轮156a具有较大厚度的一金刚石轮156a。所形成的矩形几何突起28a的宽度由金刚石轮156a之间的间隙来控制。特别地,当金刚石轮156a之间的间隙减小时,可以形成更窄的矩形几何突起28a。然而,最好将该间隙的距离设置成不得小于金刚石轮156a的厚度,以防止该矩形几何突起28在制造过程中断裂。图10A中示出了由上述加工所形成的一致设置的矩形几何突起28a(预先形成有金刚石层)。图15是一形成在一切削部上的矩形几何突起的实际照片。该矩形几何突起具有尺寸为190m(长)×190m(宽)×200m(高)。
参照附图13C,凹槽42’的交叉带形成在矩形几何突起28’的表面上,通过使用具有小的厚度的一金刚石轮156a,以形成大量每一个具有30m×30m×30m尺寸的较小的矩形几何突起40’。这里,该较小的矩形几何突起40’的长度、宽度和高度具有相同的值,并且与矩形几何突起28’相类似,该较小的矩形几何突起40’具有一较厚和较宽的基部,以加强和补偿由陶瓷材料制成的基片的较弱的刚度。
由上述加工过程加工的具有一致高度的较小的矩形几何突起40’的刃口,将通过与抛光衬垫表面以线接触的形式,进一步提高所产生的调节器的切削能力;与此同时,较小的矩形几何突起40’还可以通过有助于切削液和粒子残渣从切削表面的排出,以增加调节器的排出效率。此外,具有这样较小的矩形几何突起40’的矩形几何突起28’在就地调节过程中可有效地使切削液平均地分流。
如图13D所示,在形成较小的矩形几何突起40’之后,然后该基片经化学气相沉积(CVD)加工以形成一金刚石层52。利用一个广泛使用的传统CVD设备,用于具有在表1中所描述的下列条件的CVD加工,并使用一个四英寸Si3N4的基片以沉积该金刚石层52。
表1:用于CVD加工的条件
气体和流率 | H2气体(1000ml/min),CH1气体(20ml/min) |
内腔压力 | 10Torr |
灯丝温度 | 2200℃ |
使用电压 | +100Volt |
沉积时间 | 大于8小时 |
这将获得一牢固地粘接在基片50的表面上的具有薄的和一致厚度的金刚石层52。由于金刚石层52具有薄的和一致的厚度,因此在沉积过程之后能保持基片50的表面结构。伴随化学气相沉积过程的上述条件只是在本发明中能够应用于CVD过程的许多适合的条件之一。
在基片表面上形成金刚石层52之后,一预先制作的体部20固定地设置在基片50上。该体部20的功能是用于将所产生的调节器连接到调节设备上,以更好地控制切削抛光衬垫的过程。可选择地,没有体部20的补偿功能,也可以实现如优选实施例所述的那样的没有体部20的一调节器。
上面已经说明了用于制造本发明第一个优选实施例的调节器的方法。然而,本领域的技术人员可以通过上述方法制造其它优选实施例的调节器,如图2E、3A、4A和5A所示的优选实施例。特别地,如图6A所示的具有分段切削部的调节器的优选实施例,可以在基片50上通过CVD过程而覆盖金刚石层之后,再通过使基片50经精磨过程而实现,以获得具有所期望的一致粗糙度的高水平的表面。然后,具有该金刚石层的基片50被切割成独立的分段切削部,该切削部以图6A所示的排列形式牢固地设置体部20的表面上。
此外,如图11A和图11B所示的较小的矩形棱锥几何突起44,可以通过选择在其外部金刚石层具有适当的厚度和圆弧的曲率的金刚石轮156a而获得。同样地,如图12A和图12B所示的较小的三角形几何突起46,可以通过使用一适当的金刚石轮156a而获得。如图7A、7B、8A和8B中所示的具有平的表面的矩形几何突起,可以直接覆盖金刚石层,而不必经如图13C所示的加工过程。
另一方面,如图9A和9B所示的圆柱几何突起28b可以更有效地通过模制获得,其中和圆柱几何突起28b一体形成的基片是通过模制而获得的。然后基片的圆柱几何突起28b经精磨过程,继之直接通过化学气相沉积过程以覆盖金刚石层。同样地,具有矩形几何突起的基片也可以由模制过程而获得。
此外,本发明具有V形剖面的沟槽和凹槽可以通过使用一具有矩形端的金刚石轮,以及通过从其水平位置使被加工的基片旋转45度进行加工而获得。
由本发明所提供的调节器显示出不寻常的切削能力,以及其接近于金刚石的耐磨和防腐蚀特性使得该调节器具有一延长了的使用寿命。该切削部的几何突起除了其进行线接触的首要功能之外,还有作为切削刃的功能,以及允许该调节器与抛光衬垫进行点和面的接触。在切削表面上形成的金刚石层给该调节器提供有不寻常的刚度和脆性特性。特别是,该金刚石层增强了切削表面的结构完整性,以减小由于切削液中的抛光粒子(如氧化铝、硅石和二氧化铈)而带来的切削刃锐利刃口的磨损。此外,通过具有覆盖在切削表面上的金刚石层,可以消除以普遍存在于传统调节器中从切削表面上分离金刚石粒子,并且可以防止在金属CMP加工过程中,从传统调节器的表面由腐蚀的粘接金属带来的晶片回路的金属离子污染。此外,具有薄的和一致厚度的金刚石层,在增加调节器的磨削能力的同时,还提供了一致的切削性能。再次,具有U或V形剖面的沟槽和凹槽通过从切削表面有效地排出残余粒子,而进一步提高调节器的切削效率。
工业适用性
因此,由本发明所提供的调节器使获得和控制一所期望的切削性能成为可能,并且提供一种不使用高压力就可以实现高效调节的优越形式。其结果是,可以获得具有一致的调节表面的抛光衬垫,以减少在晶片表面上细微划痕的发生,从而可以通过使用本发明的调节器来调节抛光衬垫,以延长该抛光衬垫的寿命,而提高半导体晶片的生产率,和降低生产成本。
用于制造根据本发明的调节器的方法相当简单,并且在制造具有不同形状和尺寸的切削部的调节器过程中,具有有受局限的与众不同的优越性。由于用于抛光晶片回路的抛光衬垫的表面粗糙度不同、以及由不同种类的材料制成的晶片,因此由本发明所提供的方法通过调节和控制几何突起的尺寸、沟槽之间的距离、凹槽之间的距离以及金刚石层的厚度,使得适用于具有不同表面粗糙度的抛光衬垫的调节器的制造成为可能。因此,按照本发明制造用于抛光衬垫的调节器的方法比传统电子沉积和铜焊的方法更具柔性和适应性。
前面通过参照其中特定的实施例,已经对本发明进行了详细的展示和说明;可以理解到本发明不仅限于这些优选实施例,但是本领域的技术人员在如下面的权利要求所限定的发明的精神和范围内,可以进行各种变化和修改。
Claims (19)
1.一种用于抛光衬垫的调节器,它包含:一基片,至少在其一侧形成有大量的一致高度的几何突起;和一金刚石层,具有一致厚度的金刚石层形成在具有几何突起的基片一侧的整个表面上,
该几何突起具有一圆柱形状,或
一矩形形状,且
其特征在于:该几何突起在它们的上表面上形成有多个具有U或V形的凹槽的交叉带,以在几何突起的上表面上形成具有一致高度的较小的几何突起。
2.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:形成在基片表面上的几何突起具有一交叉带的形式,这由具有U或V剖面形状的沟槽的交叉带所产生的。
3.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:形成在基片表面上的几何突起具有交叉带的形式,这是通过第一沟槽的交叉带以及通过比第一沟槽具有较宽的底部宽度的第二沟槽的交叉带而实现的,该第二沟槽以一定数量的第一沟槽为间隔地形成,并且第一和第二沟槽都具有U或V形的剖面形状。
4.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:具有至少在其一侧形成有几何突起的基片具有多个区域的圆盘或盘形的形状。
5.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:该基片具有多个区域的圆盘或盘形的形状,并且在其一侧形成有一凹陷的内部和一高于该内部的外环形部,以给予该基片一杯形的剖面,其中该外环形部可以具有除圆环形状以外的其它几何形状,并且形成在基片上的几何突起位于该外环形部的上表面上。
6.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:具有至少在其一侧形成有几何突起的基片具有平的上下表面的圆环形状。
7.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:该基片是由陶瓷或粘接碳化物材料制成的。
8.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:该调节器进一步包含一体部,该体部牢固地设置在与形成有几何突起相反一侧的基片上。
9.根据权利要求8所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:该体部具有平的上下表面的圆环剖面形状,或是其一端的开放表面被封住的圆环剖面形状,并且具有多个以一定距离间隔开的独立分段部,以及牢固地设置在体部的一个表面上,以呈现出一带子的形状。
10.根据权利要求8所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:该体部至少由一种从下面一组材料中选出的材料制成,它们包括:不锈钢、工程塑料和陶瓷。
11.根据权利要求1所述的用于抛光衬垫的调节器,其特征在于:该几何突起形成在:a)具有多个区域的圆盘或盘子形状的基片的至少一侧的表面上,b)高于具有一杯子形状的基片内部的环形部的表面上,c)具有平的上下表面圆环形状的基片的至少一侧的表面上,或d)具有一杯子形状的基片的环形部上所形成的分段部的表面上、或在环形基片的一侧所形成的分段部的表面上。
12.一种制造用于抛光衬垫的调节器的方法,它包含以下步骤:a)在具有一定形状的基片上形成沟槽的交叉带,从而在该基片的表面上以一致高度的形式形成大量几何突起;并在预先确定的交叉方向形成大量的凹槽,从而在该几何突起的表面上以一致高度的形式形成大量的较小的几何突起,以及b)通过化学气相沉积的方法,形成具有一致厚度的金刚石层,覆盖在由步骤a)加工过的该基片的整个表面上。
13.根据权利要求12所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:该几何突起形成在:a)具有多个区域的圆盘或盘子形状的基片的至少一侧的表面上,b)高于具有一杯子形状的基片内部的环形部的表面上,c)具有平的上下表面圆环形状的基片的至少一侧的表面上,或d)具有一杯子形状的基片的环形部上所形成的分段部的表面上、或在环形基片的一侧所形成的分段部的表面上。
14.根据权利要求12所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:该几何突起具有一矩形的形状,并以交叉带的形式排列。
15.根据权利要求12所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:在基片表面上的沟槽和在几何突起表面上的凹槽,是通过使用例如金刚石轮的强力切削轮的磨削和/或切削加工过程而形成的。
16.根据权利要求15所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:该方法在进行步骤a)加工之前,进一步包含使基片经受精磨和研磨加工过程的步骤,以在基片至少一侧获得一致的表面,以及获得平行的基片表面。
17.根据权利要求12所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:步骤a)是由模制加工过程而完成的,其中先注入预先确定的模制成分,并且在带有几何突起的基片形状的模子中冷却。
18.根据权利要求12所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:该基片是由陶瓷或粘接碳化物材料制成的。
19.根据权利要求12所述的制造用于抛光衬垫的调节器的方法,其特征在于:该方法进一步包含在基片形成有几何突起的相反一侧上设置一体部的步骤,用于将调节器连接到调节设备上。
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