CN1238161C - 用于抛光晶片的带有窗口系统的磨具及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对晶片或其他工件的表面(22)进行平面化或抛光或其它修饰的加工过程。这一过程使用有形貌结构磨料涂层的磨具(140)，该磨料涂层(146)粘结于背衬上。磨具上有一个监测部分，如窗口(148)，能允许辐射透过。平面化加工中，通过监测辐射量来确定加工终点。磨料涂层的窗口区域可以没有磨料涂层，或只有很少即很薄的磨料涂层。
Description
技术领域
本发明涉及用于抛光或以其他方式修饰晶片如硅片的磨具。特别是，本发明涉及带有可监测抛光过程的窗口系统的磨具。
技术背景
集成电路生产过程中，半导体晶片一般要经历多个加工步骤，包括沉积，构图及磨蚀。半导体晶片的生产细节可在由Tonshoff，H.K；Scheiden，W.V.；Inasaki，I.；Koning.W.；Spur，G.所著，出版于Annals of theInternational Institution for Production Engineering Research Volume39/3/1990，pages 621 to 635，题为“硅的研磨机械加工”一文中找到。加工中每一步都要求达到预定的“平面性”，“匀匀性”及/或“粗糙度”的级别。同时，还要求将诸如凹坑，刮痕等表面缺陷降至最少。这类表面不规则性会影响最终半导体装置的性能，并且/或者给后续加工步骤带来问题。
一种可接受的降低表面不规则性的方法是利用一种浆料及抛光垫处理圆盘表面，浆料中有许多松散磨料颗粒分散在液体中。这种方法一般称作“平面化”。平面化过程是一种典型的化学-机械抛光(CMP)过程。然而，CMP浆料的一个问题在于，必须小心监测抛光过程，以获得所需要的平面化量。当已除去正确厚度的层状材料时，即已达到正确的终点时，必须停止平面化过程。若除去的层太厚，则会导致晶片产率降低，需要重新沉积电路；若除去层不够厚，则要求继续平面化。已经使用了多种方法检测终点，以便停止CMP过程，这些方法包括直接定时、摩擦、视觉效果、声学效果及传导特性。用化学分析法检测终点的例子可参考美国专利Nos.6,021,679及6,066,564，以及PCT公开申请WO99/56972。这些参考文献披露了通过检测研磨浆料的一种组分与晶片之间发生化学反应的反应产物，检测终点的方法。
另外，也有一些文献披露了使用视觉或光学技术现场监测CMP过程的方法。例如，美国专利No.6,068,538中使用带有移动窗的抛光装置，该移动窗置于被加工晶片下面，用以观察晶片的表面。抛光过程中，将窗口移离晶片表面，但进行视觉检测时，须将其移至靠近晶片。
为了确定何时达到晶片所要求的平面化程度，需要改进终点的实时检测方法。
发明概述
本发明涉及用于半导体晶片抛光或平面化的固定磨具及使用该磨具检测CMP终点的方法。
本磨具是一种带有一种检测部分或特征，使其能监测晶片表面的固定磨具。“固定磨具”这一术语表明，该磨具有一磨料涂层与衬垫或其他载体层相粘结。监测部分使得能通过磨具的一部分进行监测，这一监测部分可称作“窗口”。窗口可以是没有磨料涂层的区域，也可以是含少量磨料涂层的区域，也可以是可通过磨具监测晶片表面的任何区域。使用固定磨具的好处在于，它没有会自由运动的磨料颗粒，这种颗粒会干扰监测部分对终点的监测，例如用磨料浆料时，会有这种自由运动的磨料颗粒存在。
一个实例中，窗口可允许辐射透过，辐射通过窗口时，辐射降低不超过50％。“辐射”这一术语意指各类辐射，包括电磁辐射，射线，射频，微波，X射线，红外辐射，紫外辐射，可见光等。辐射可由晶片表面反射或发出。一个实例中，窗口允许可见光通过，可见光通过窗口时，其降低不超过50％。
另一个实例中，窗口允许辐射透过，辐射的透过量足以对晶片表面的变化作定量检测。即只要透过量足以监测晶片表面的变化，穿过磨具窗口所损失的辐射量是无关紧要的。
晶片表面上可监测的变化有温度变化、可见光光谱、辐射散射效应等。
用来监测晶片表面的窗口可以是沿着磨具的长度连续的，如窗口可沿着磨具卷的长度延伸。窗口的位置可以沿着磨具的整个长度延伸，也可有所不同。另一实例中，窗口是个分隔的窗口，各边为磨料涂层所包围。磨具也可有特定的形状及尺寸，如磨盘；窗口可由磨盘的一边延伸至相对的一边，窗口也可以是分隔的窗口，其各边以外仍为磨料涂层。
本发明中的磨具可以是，并且最好是有形貌结构的或三维的磨具。“有形貌结构的”及“三维的”表明，磨料涂层具有可辨认的表面图案。此图案即形貌结构的位置可混乱或规则地在背衬上，一些实例中，磨料涂层是涂在背衬上的许多磨料复合体。磨料复合体的形状可规则或无规则，优选是规则形状的磨料复合体。不论是形状规则或不规则，磨料复合体可以是由清晰的界限所包括的任一几何形状，包括锥形，截顶锥形等。
磨料涂层是通过粘合剂粘结到背衬上的许多磨料颗粒。粘合剂可以是任何材料，如金属或陶瓷粘合剂，但通常使用而且优选使用有机粘合剂。多数实例中，粘合剂由粘合剂前体制备。粘合剂为有机粘合剂的实例中，粘合剂由粘合剂前体固化或聚合制得。
较佳的一个实例中，粘合剂是加成聚合制备的，即粘合剂前体的自由基或阳离子聚合。另外，粘合剂前体也可通过接受辐射或辐射能聚合，若有必要，可与合适固化剂一起使用。推荐的粘合剂前体包括多官能丙烯酸树脂，单官能丙烯酸树脂或它们的混合物。
本发明公开了制造有窗口的磨具的方法。一般而言，磨具可用已知的任何方法制造，所不同的是，本发明的磨料涂层中有一个窗口。窗口可用各种方法形成，包括留出背衬的一部分没有磨料涂层、在背衬的一部分上除去已涂覆的磨料涂层、修饰磨料涂层使其具备所需要的透过性、或者将磨具的一些部分去除下来，施加在载体背衬上。
本发明还公开了使用磨具对晶片平面化，并且在不除去磨具的情况下，能监测平面化过程终点的方法。在一合适压力下，使磨具与晶片表面接触，此过程较好在冷却剂或润滑剂如水或任何含水或无水化学品存在的条件下进行。磨具与晶片相对运动。达到规定的平面化时间后，通过磨具中的窗口对晶片表面进行光学检测。另一实例中，通过磨具中的窗口可对晶片表面连续地监测。
附图简述
对于其他特征，优点及实施本发明的方法，可通过以下对图的说明及本发明的一些优选实施例得到进一步了解。
图1是根据本发明使用固定磨具修饰晶片表面的过程的侧面示意图。
图2是本发明一个磨具实例的透视图。
图3是本发明第二个磨具实例的透视图。
图4是本发明第三个磨具实例的透视图。
图5是本发明第四个磨具实例的透视图。
图6是本发明第五个磨具实例的顶视图。
图7是本发明第六个磨具实例的顶视图。
图8是本发明第七个磨具实例的顶视图。
图9是本发明第八个磨具实例的顶视图。
图10是本发明第九个磨具实例的顶视图。
图11是本发明一个磨具实例的放大截面图。
图12是本发明中一个可选择的磨具实例的放大截面图。
图13是本发明中另一个可选择的磨具实例的放大截面图。
图14是用来制造图2至13所示磨具的设备的侧面示意图。
图15是图2及7所示的磨具系统的透视图。
详细说明
现在来看附图，图1所示为修饰晶片20(一般为硅片)的表面22所用的抛光或平面化过程。本发明中所用的晶片20的表面22，意在包括不带电路的硅片、含多层电路的晶片、以及任何及所有中间层，包括任何及所有金属层及介电层及结构层。用过程10抛光或平面化的材料包括，但不限于硅、氧化硅、铜、钨及铝。
过程10优选是化学-机械抛光(CMP)过程，但其他能修饰工件表面的装置或过程都可与本发明结合使用。如图1所示，将晶片20，具体是将其表面22放置在合适位置，使其能与磨具100的磨料表面106接触。希望对晶片20的表面22进行平面化、抛光或修饰。
大多数实例中，晶片20由托架25夹持，使其位于磨具上方。磨具100由台板30支撑，台板上放有贴合的衬垫40。衬垫40支撑着磨具100，为其提供缓冲作用。一般而言，衬垫40为聚氨酯或聚氨酯复合体衬垫，这种衬垫在晶片加工中是人们熟知的。
大多数实例中，托架25带着晶片20相对于磨具100旋转，但在一些实例中，托架25连同晶片20静止不动，在衬垫40上的磨具100及台板30则是旋转的或以其他方式运动。大多数加工过程中，晶片20与磨具100之间的界面上要使用冷却剂或润滑剂，如水、乙醇、油等。一些实例中，冷却剂可以是一种蚀刻剂，因为它与表面22反应或以其它方式作用于表面22。
台板30有一通孔35，衬垫40也有一个通孔45，通孔35及通孔45共同形成容纳器55，用来容纳测量传感器50，该传感器通过磨具100，特别是通过以下所要详细说明的监测部分，来测量晶片20的表面22的某个特性。
通常传感器50的结构能测量辐射，如电磁辐射、γ射线、射频、微波、X射线、红外辐射、紫外辐射、可见光等。这种辐射可以是晶片20发射的辐射，或由另一个辐射源经由晶片20反射或穿过晶片20的辐射，其由传感器50测得的辐射量的变化与表面22经平面化加工所完成的平面化程度相关。
另一实例中，传感器50与其他控制系统或电子设备结合，可以设计用来监测晶片表面22的平均或相对反射量，或者监测来自晶片表面22的吸收光谱。例如，若已知最终所要求的表面为25％铜电路，75％绝缘质，则可监测这两种材料的反射量或吸收光谱，直到它们的比例达到1∶3。可以理解，这种方法可适用于任何百分含量的任何材料。
有一些实例中，一般要求传感器50与衬垫40的顶部齐平面，使传感器50及磨具间不存在间隙或间隙很小。在容纳器55内，传感器50可以移动，也可以更换，因而可依需要改变传感器50。
传感器50放置于加工过程10中，传感器50与磨具100中的监测部分(以下将有说明)对准，从而使传感器50能够监测晶片20的加工过程。
用于抛光的磨具
根据本发明，用来对晶片20平面化或以其它方式修饰的固定磨具100上有监测部分，让辐射通过。这一监测部分可称作“窗口”，因为监测部分能使辐射透过磨具的有监测部分的区域；穿过窗口的辐射量应足以使传感器50能定量并定性测定辐射量的变化。
磨具100的窗口区域通常是没有磨料涂层106或含有较薄的磨料涂层的区域。一些实例中，监测部分的区域含有磨料涂层，但其图案可允许足够量的光线通过。整个平面化加工过程中，窗口区域的磨料涂层，其浓度通常不变。磨料涂层不会象浆料或膏中的磨粒那样自由移动。可以认为，磨料颗粒或涂层碎片可能会偶尔脱离磨具，但这种脱离量一般不会影响或干扰辐射透过监测部分即窗口。
一般而言，窗口面积不超过用于CMP过程的磨具面积的50％。大多数实例中，窗口面积不超过磨具面积的25％。平面化加工过程中，若磨具相对于晶片连续纵向运动，则当磨具相对于晶片运动时，与晶片接触的窗口的面积百分比将维持相对不变。
监测部分即窗口可以是沿磨具的长度连续；例如，窗口可沿磨具的卷材的长度延伸。窗口的位置可以沿磨具长度延伸，或者窗口位置可相对于磨具边缘而有不同情况。一个可选择的实例中，窗口的边界是分隔形状的窗口，它不沿磨具的长度延伸。另一实例中，窗口沿磨具宽度方向延伸。
图2，3，4及5为四种一定长度的不同磨具的示意图。图2及图3中，窗口沿磨具长度方向连续，图4中，窗口为一个个的分隔的窗口，图5中，窗口沿磨具宽度方向延伸。
图2所示为一段展开长度的磨具110，在其第一边111及第二边112之间的宽度为W1，磨具绕卷轴或芯子114卷着。磨具110背衬(未显示)上涂有磨料涂层116。长形窗口11 8沿磨具110的长度方向延伸。窗口118的特性使其能使辐射透过，其透过辐射的减少不超过50％。另一实例中，窗口118允许足够量的辐射透过，以便能检测反射或发射出辐射的差异。窗口118与第二边112的距离沿磨具长度方向基本不变。
图3所示为一段展开长度的磨具120，其第一边121及第二边122之间的宽度为W2，磨具绕卷轴或芯子124卷着。磨具120背衬(未显示)上涂有磨料涂层126。长形窗口128沿磨具120的长度方向延伸。沿磨具120长度方向，窗口128及第二边之间的距离不同。窗口128沿磨具120长度方向以正弦图案延伸。
图4所示为一段展开长度的磨具130，其第一边131及第二边132之间的宽度为W3，磨具绕卷轴或芯子134卷着。磨具130背衬(未显示)上涂有磨料涂层136。长形窗口128沿磨具120的长度方向延伸。一些分隔的窗口138a与一些分隔的窗口138b分别靠近第一边131及第二边132，沿磨具长度方向延伸。沿磨具130的长度，窗口138a及第一边131之间的距离不变，窗口138b与第二边132之间的距离不变。
图5所示为一段展开长度的磨具140，其第一边141及第二边142之间的宽度为W4，磨具绕卷轴或芯子144卷着。磨具140背衬(未显示)上涂有磨料涂层146。一系列分隔的窗口148在第一边141及第二边142之间延伸。
图6至图10所示为专门成形的磨具的一些例子，具体是至少含有一个窗口的磨盘。虽然显示的是有窗口的五种不同的磨盘实例，但磨盘可以是任何其他形状，如方形，矩形，菊花形或其它形状。窗口在磨具上可以是任何取向。而且窗口可以为任何形状。
图6所示为磨具150，它带有磨料涂层156及两个窗口158。窗口158为矩形窗，其长轴连成一直线，并接近磨具150的外边。
根据本发明，其加工过程中可以是对于每个磨具有一个传感器50(见图1)，或者使用多个传感器50。如图6所示，对于每个窗口158有一个传感器50。没有必要在所有情况下都将多个传感器中的每一个与窗口安装在一起；甚至在有些实例中，可能仅有一个传感器是与窗口对准的，这个传感器可以提供一个终点监测读数。当磨具在台板30和衬垫40上移动时，另一个传感器50将与和它相应的窗口158对准。要理解的是，连续监测即在平面化或抛光的整个过程中，并不需要一个传感器一直与一个窗口对准。只要窗口和传感器之间对准的时间间隔相对于整个平面化或抛光时间而言很短，间歇的监测就是可以的。
图7所示为带有磨料涂层166和单一窗口168的磨具160。窗口168是通过中心磨具168的狭带形状。
图8所示为带有磨料涂层176及圆环状窗口178的磨具170。窗口178与磨具170的周边的距离处处相等。环状窗口178以内和以外都是磨料涂层176。
图9中所示的窗口188类似于图6所示的磨具150中的矩形窗口158，所不同的是，图9中磨具180有四个窗口188绕磨具180的周边互相距离相等。四个窗口188的位置使得它们的短轴两两成一条直线，这两条直线在磨具180中心相交呈直角。应理解在有些实例中，这许多窗口188可能不是绕磨具周边等距离的。
从图2到图10所示的每一个实例中，磨具中的窗口是磨具中的区域，此区域没有磨料涂层，或者磨料涂层较薄，或者是任何其他能通过磨具监测晶片表面的区域。一个实例中，窗口允许辐射通过，窗口使辐射减少的量不超过50％。必须注意，窗口区域还是有背衬的。
本发明的磨具应该是有表面形貌或三维的磨具。称其为“三维”磨具，是因为它具有三维的磨料涂层，该涂层通常的形式是制成一个个磨料复合体的陈列，每个复合体都有磨料颗粒分散在粘合剂体系中。复合体要是三维的，并且这些复合体的工作表面并不是形成一个整体层，这样就可以使磨料涂层的一部分从工作表面朝内凹陷。这些凹陷为除去碎屑以及磨具与晶片表面之间液体的相互作用提供空间。
本发明中使用的磨具可被称作“结构磨具”。结构磨具就是指磨具具有许多位于背衬上的一个个成形的复合体，如精密成形的复合体，每个复合体都含有磨料颗粒分散在粘合剂中。
本发明中可使用的其他三维磨具可包括：(1)“珠状磨具”，它具有含粘合剂及磨料颗粒的珠子(一般为球形，通常为中空)，这些珠子再通过粘合剂与背衬相连。(2)粘结于背衬的磨料团粒，磨料团粒中是由第一粘合剂粘合在一起的磨料颗粒。这些团粒再通过第二粘合剂与背衬粘结。(3)由轮转凹印辊或其它压花辊获得的磨料涂层。(4)通过丝网形成图案的磨料涂层。(5)成形或压花背衬上的磨料涂层。这些例子不限用于本发明的磨具及不同的应用方法，它们只是具有三维或形貌结构的涂层的例子而已。能提供带有这种结构的磨料涂层的各种不同方法都能使用，这些磨料涂层都可以用于本发明中的平面化方法。
我们将结合图11、12及13详细说明本发明一致各种三维的固定磨具。图11所示为三维磨具200的一个实例。磨具200有一背衬202，它有正面204及背面206。背衬202的正面204上粘结有磨料涂层，即本实例中的许多独立的磨料复合体210。磨料复合体210由分散于粘合剂214中的磨料颗粒构成。磨料复合体210具有精确外形，图示为截顶锥形。背衬的背面206上是附加层215，如压敏胶粘剂层，用来将磨具200固定于台板表面上(如图1所示)。
磨具200上还有监测部分，如窗口208。窗口208在背衬202之上，位于磨料复合体210之间，没有磨料涂层。
图12所示为另一个三维磨具200’的实例。磨具200’有一背衬202’，它有正面204’及背面206’。磨料涂层，在本实例中即为外形不精确或不规则的许多独立的磨料复合体210’，粘结在背衬202’的正面上。不同于图11所示磨具200的复合体210，本实例中，这些不规则磨料复合体210’上没有具有清晰的边缘长度及清晰的终点的、形状规整的边，这些磨料复合体210’都是磨料颗粒212’分散于粘合剂214’中构成的外形扁塌的复合体。背衬202’的背面206’上有一附加层215’，如压敏胶粘剂。
磨具200’上也有监测部分，图示为窗口208’。窗口208’在背衬202’之上，位于磨料复合体210’之间，在其第一表面204’上是一薄的磨料涂层。窗口208’区域的磨料涂层足够薄，能允许足够量辐射透过窗口208’。大多数实例中，磨料颗粒存在于此薄的磨料涂层中。
图13为另一三维磨具300的实例。磨具300有一背衬302，它有正面304及背面306。磨料涂层，在此处即为许多精确成形的一个个磨料复合体310粘结在背衬302的正面304上。与其他磨料复合体相似，复合体310也由分散于粘合剂314中的磨料颗粒312构成。
磨具300上也有监测部分，图示为窗口308。窗口308在背衬302的正面304上，位于磨料复合体310之间。窗口308的区域包括许多精确成形的一个个结构体318。结构318与磨料复合体310形状相似，但结构体318通常没有磨料颗粒312。结构体318可以是透明，也可以至少是部分透明的，能让光或其它辐射通过。一些实例中，要求结构体318与存在于磨具和晶片界面的冷却剂或液体具有相同的折射指数。另一实例中，结构体318也可为水溶性结构体，在与平面化加工中使用的冷却剂接触时，会变软并溶解于其中。
如图2至13所示各种磨具实例可由以下所说明的多种方法制造。然而，在说明磨具的制造方法之前，要先说明一下磨具的各个组成部分。
如前所理解的，本发明的磨具是一固定磨具，意思是其背衬上有磨料涂层。所用背衬可以是用于磨具的任何背衬材料，如聚合物膜包括上了底涂料的聚合物膜、布料、纸张、无纺布(包括膨松无纺布)、它们的各种形式及它们的组合物等。一般而言，不使用金属背衬，因为它们无法让辐射穿过。可对背衬进行处理，提高其与磨料涂层的附着性。平面化或抛光加工过程中要使用水，因而要先对纸质或布质背衬进行防水处理，使其在加工过程中不至变质。一个优选的实例中，背衬至少是对可见光部分透明，因而至少有一些可见光可透过背衬。
背衬的背面上可有附加系统的部分，用来将磨具固定在支撑垫上。这种附加系统的部分可以是压敏胶粘剂(PSA)层或胶带、用作钩圈连接的毛圈织物、用作钩圈连接的钩结构物、或相互啮合的连接系统。
磨具可因所用衬垫(即支撑垫)的具体形状，而具有合适的形状，如圆形，椭圆形或矩形。许多情况下，磨具尺寸可比支撑垫的尺寸稍大。一些实例中，磨具是由辊子或卷轴提供的延伸结构。利用将片状材料的长带两端连接这一常规方法，磨具可以制成环形带。另外，可将磨具冲切成任何所需要的构型或形状。
磨具的磨料涂层中是分散于粘合剂中的磨料颗粒。磨料颗粒优选是氧化铝、氧化硅、氧化铈、稀土化合物或它们的混合物，但任何磨料颗粒都可使用。选用的具体磨料颗粒一般取决于所抛光或平面化的材料。用于平面化的合适的稀土化合物可在美国专利No.4,529,410(Khaladji等人)中见到。可以认为，有些磨料颗粒可为平面化加工产生供化学-机械作用。此处所用的化学-机械是指腐蚀化学与断裂力学都对晶片抛光起作用的双重机理，具体是，磨料颗粒如氧化铈及氧化锆，能为SiO2基材的抛光提供起化学作用的物质。
磨料颗粒可均匀分散在粘合剂中，也可不均匀分散。推荐将磨料颗粒均匀分散，能为所得磨料涂层提供恒定的磨削/抛光能力。
磨料颗粒的平均粒度至少约为0.001微米，不大于20微米。平均粒度一般为0.01至10微米。一些例子中，推荐磨料颗粒的平均粒度小于0.1微米，其他一些例子中，推荐颗粒的粒度分布中没有或只有较少粒度大于2微米的颗粒，最好是小于1微米，小于0.75微米则更佳。这些具有较小粒度的磨料颗粒在颗粒之间引力作用下容易聚集。因此，这些聚集颗粒的粒度可能要大于1或2微米，甚至高达5或10微米。应将这些聚集颗粒分开，获得约为2微米或更小尺寸的颗粒。一些例子中，要严格控制颗粒粒度分布，使所得的磨具能为晶片表面进行均匀的表面加工。
为了形成磨料复合体或涂层，将磨料颗粒分散在粘合剂前体中制得磨料浆料，接着将该浆料受到某种能量的作用，用以促进粘合剂前体聚合或固化。能量可包括热能及辐射能，辐射能包括电子束，紫外光及可见光。粘合剂前体经固化后就形成了粘合剂。
可通过加成机理(链反应)固化的合适粘合剂前体，包括通过自由基机理聚合，也可以是通过阳离子机理而聚合的粘合剂前体。这些粘合剂前体有：丙烯酸化的聚氨酯、丙烯酸化的环氧以及烯键式不饱和化合物，它包括丙烯酸酯单体树脂、带有α，β-不饱和羰基侧基的氨基塑料衍生物、带有至少一个丙烯酸酯侧基的异脲氰酸酯衍生物、带有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物、环氧树脂、乙烯基醚以及它们的混合物。丙烯酸酯这一术语包括丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯。
具有规则或不规则形状的磨料复合体的磨具，其各种不同的生产方法在美国专利Nos.5,152,917(Pieper等人)，5,435,816(Spurgeon等人)，5,667,541(Klun等人)，5,876,268及5,989,111(Lamphere等人)及5,958,794(Bruxvoort等人)中都有论述，均参考结合于此。
图14为含磨料复合体及监测部分如窗口的磨具的制造方法示意图。制造磨具的第一步通常为制备磨料浆料，是利用合适的混合技术，将粘合剂前体、磨料颗粒及任何或可采用的添加剂混合。混合技术包括低剪切及高剪切混合，推荐使用高剪切混合。混合过程中抽真空可将磨料浆料中的空气泡降至最少。磨料浆料应具有合适的流变性能，使其能很好地涂覆，同时，浆料中的磨料颗粒及其他添加剂还不应从浆料中出来。任何已知的可促进涂覆性能的方法，如超声波或加热都可使用。
为了得到规则形状的磨料复合体，趁磨料浆料还在模具内腔中时使粘合剂前体固化。而为了得到不规则形状的磨料复合体，则要在固化前使磨料浆料从模具中分离，以此来得到扁塌的不规则形状。
图14为三维磨具的一种生产方法图。背衬51离开解绕装置52，同时模具(带有空腔的工具)56离开解绕装置55。利用涂覆装置54对模具56涂以磨料浆料，这样模具空腔中就至少部分填有磨料浆料。涂覆装置可以是任何一种常规的涂布机，如口模式滴料涂布机，刮刀式涂布机，帘幕式涂布机，真空口模式涂布机或口模式涂布机。在涂布过程中，应将气泡的形成降至最少。使用真空液体承载模的这种涂覆技术在美国专利Nos.3,594,865、4,959,265和5,077,870中均有说明。
在模具56填满以后，使背衬51和模具56上的磨料浆料相互接触，使磨料浆料润湿背衬51的正面。图14中，填满磨料浆料的模具56通过接触压送辊57和背衬51相接触；接着，接触压送辊57将所得结构压在支撑滚筒53上；然后，辐射源63将某种形式的辐射能传送到磨料浆料中，至少部分地固化粘合剂前体。模具可以用透明材料(例如聚酯、聚乙烯或聚丙烯)，以便在模具56和背衬51经过滚筒53时，将可见光或紫外线辐射传递给模具空腔内的浆料。“部分固化”是指粘合剂前体聚合到某种状态，使得当磨料浆料与模具56分离时，磨料浆料不能流动。想要的话，粘合剂前体在离开模具后可经使用任何能量源使其完全固化。将磨具60(包括背衬51和至少部分固化的磨料浆料)从模具56中脱离，将模具56重绕在心轴59上，供再次使用。磨具60则绕在心轴61上。若粘合剂前体未完全固化，则可利用时间和/或暴露于辐射等能量中使其完全固化。
作为此第一种方法的一个变体，可将磨料浆料涂在背衬上而不是模具的空腔内。接着将涂有磨料浆料的背衬与模具接触，使浆料流入模具的空腔内。余下的磨具制造步骤与以上说明的步骤相同。其他变体包括使用连续带或滚筒作为模具。
模具中的空腔提供的是磨具中三维复合体的反形。另外，空腔尺寸与磨料复合体尺寸接近。三维复合体的例子包括截顶锥形，它的高约914微米，底部宽约2030微米，端部宽约635微米。
根据这些方法，使用模具制造三维磨具的其他细节进一步在美国专利Nos.5,152,917(Pieper等人)及5,435,816(Spurgeon等人)中有说明，二者均参考结合于此。
磨具中的窗口可用多种方法制得。窗口可以是留出需要为窗口的区域不涂上磨料复合体，或者从需要成为窗口的区域上除去磨料复合体(未固化或部分固化的磨料复合体)来获得。而且，也可在需要成为窗口的区域改变复合体的组成来获得窗口。
第一种一般性方法中，对需要成为窗口的区域不提供或提供很少的磨料浆料。第一个实例中，需要为窗口的区域可没有空腔，因此可使该区域含有很少或没有磨料浆料。整个模具面上包括没有空腔的区域在内都涂上磨料浆料。当涂上浆料的模具与背衬接触时，没有或只有很少浆料会转移到没有空腔的背衬区域。可以认为，除了使用没有空腔的背衬外，也可以有空腔，但使空腔的部分中充有一种材料，使磨料浆料不能进入空腔。空腔可以被材料如环氧永久性充满，也可用石蜡或水溶性材料暂时性充满。
作为这第一种实例的变体，可将磨料浆料涂在整个的背衬上。当涂上浆料的背衬与模具及空腔接触时，没有空腔的区域上不会产生复合体，而是该区域含有很少或没有浆料。这些方法都可用来制造图2至12的所有磨具。
另一实例中，整个模具上都有空腔，但对要成为窗口的区域不提供磨料浆料。此操作可由多种方法实现。例如，如果希望窗口从磨具的一边延伸至另一边，如图2中所示的磨具110或图7中所示的磨具160，则用来将浆料涂到模具或背衬的涂覆模头，在要成为窗口的区域需加以闭塞。例如，可以闭塞涂覆模头的一个或多个输出口，使模头的一个宽度不能提供磨料浆料涂层。这种方法可用于使用滚式堆积胶或粒子浆料的涂覆过程，或者不使用堆积胶或粒子的过程。作为另一个例子，可在要成为窗口的区域放置挡板或其它阻塞装置。因此，即使浆料流出涂覆模头，也可被改道而离开要成为窗口的区域。如图15所示，从卷72上展开一段长度的背衬71，背衬71在涂覆模头74下面移动，涂覆模头74将磨料浆料沿宽度方向涂在背衬71上。一个浆料分流器70放置在涂覆模头74的后面，因而转移掉部分磨料浆料。磨料浆料固化后，涂有浆料的区域76就为图2所示的磨具110提供了磨料涂层116，为图7所示的磨具160提供了磨料涂层166。没有磨料浆料的区域78就为磨具110提供了窗口118，为磨具160提供了窗口168。
另一实例中，使用表面涂料等对背衬或模具进行处理，一般对背衬进行处理，可使附着上去的磨料浆料量减至最少。相反，如果使用促进磨料浆料附着性的底涂料，则在要成为窗口的区域该底涂料可除去，或者不涂，使附着上的磨料浆料量减至最少。
第二种一般性方法中，在复合体成形好之后，将磨料浆料从背衬上除去；浆料可以在固化之前或部分固化之后除去。在第一个实例中，磨料浆料或磨料复合体可以在复合体成形好之后从背衬上刮掉。操作时可以使用小刀、刀片或任何可以去除这些物料的工具。例如，当背衬纵向移动时，使用已涂覆背衬的宽度方向上横向摆动的小刀就可形成一个如图3所示的磨具120。
在另外一个实例中，背衬在涂覆磨料浆料以前，其上面有可除去的带子或条子；压敏胶带可以充当这些带子或条子的材料。在带子或条子表面上形成了复合体以后，可以除去之，因此也就除去了复合体。
另一个实例中，在复合体已成形但还未固化之前，可以遮盖要成为窗口的区域。未遮盖区域可接受能量如辐射使浆料固化。而遮盖的未固化区域可以用溶剂除去，比如，若未固化浆料为水溶性，则可用水做溶剂。
另有一个实例，背衬上可以施加连续的磨料涂层，使其固化形成磨具。在用于平面化或抛光过程前，可以将此磨具的一些部分，包括背衬及其上面的磨料涂层除去，留下不连续的磨具。该不连续磨具可以例如层压在一载体背衬上。那些部分被除去的区域在晶片加工过程中就成为磨具的窗口区域。现提供两个具体的例子来阐明这一情况。在第一个例子中，将一个背衬上有连续磨料涂层的磨具切成一个个薄而长的段。将这些段固定在载体背衬上，使得有磨料的这些段之间有不含磨料的部分。仅有载体背衬存在的区域就是能通过辐射的监测部分即窗口。这些窗口延伸在磨具的长度上。作为第二个例子，将背衬上有连续磨料涂层的磨具冲切或冲孔，产生一些没有磨具的分隔区域，即所得磨具上有一些洞或孔。将此磨具放置在载体背衬上，其有洞或孔的区域就是监测部分即窗口，起通过辐射的作用。用了制造有窗口的磨具这种方法，磨具在有磨料涂层的区域具有两个背衬(即磨料背衬及载体背衬)，而监测部分的区域则只含有一个背衬(即载体背衬)。
再来看附图，监测部分如图13中磨具300的窗口，可以在背衬上涂上两种不同的浆料组合物得到。用于窗口区域的复合体含少量、最好是没有磨料颗粒。另外，用来形成复合体的粘合剂也可不同。由两种或多种不同的浆料制备磨具的方法可参考美国专利No.6,080,215(Stubbs等人)，参考结合于此。
另一个例子中，可以将磨具制成在其监测部分即窗口区域含有密度较稀的磨料复合体。例如，相邻复合体之间的距离可很大，或者复合体的形状可不同，使得更多的辐射透过。另一实例中，磨料复合体的高度可大大降低，几乎可与图12中窗口208’相近。
虽然上述说明大部分都是使用有空腔的模具来制造磨料复合体，其他可制备有结构的或三维的涂层的方法也可使用。例如，凹版辊涂或其它涂覆技术都可制得带有监测部分或窗口区域的磨具。磨具领域的技术人员也可找出其他方法，制造带有监测部分的磨具。不管结构如何制造，本发明的磨具都含有至少一个区域，该区域可监测工件如晶片的加工过程。
此处所引述的各个专利，专利申请及出版物都单独参考结合于此。对本领域的技术人员而言，各种在不背离本发明范围及主旨的情况下对本发明可作的改进及变化都是显而易见的。应该知道，本发明不应受此处所列实例的限制。
Claims (19)
1.修饰工件表面的方法包括：
(a)将工件表面与磨具接触，磨具包括：
(i)有形貌结构的磨料涂层，该涂层中有许多分散于粘合剂中的磨料颗粒，涂层粘结于背衬上，背衬至少部分地能透过辐射，
(ii)包含背衬的监测部分，
(b)使磨具相对于工件表面运动，对工件表面进行修饰；
(c)确定表面修饰的程度：
(i)通过监测部分测试来自工件表面的首次辐射量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)许多磨料复合体，包含分散于粘合剂中的磨料颗粒，该复合体粘结于背衬上。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)能使辐射透过的监测部分，该监测部分是没有磨料复合体的区域。
4.如权利要求2所述方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)能使辐射透过的监测部分，该监测部分是有较薄磨料涂层的区域。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)有形貌结构的磨料涂层，该涂层中有许多分散在粘合剂中的磨料颗粒，有形貌结构的磨料涂层粘结于背衬上，
(ii)能使辐射透过的监测部分，监测部分由磨具的第一边延伸至第二个相对的边。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)能使辐射透过的监测部分，该监测部分在磨具的第一边与第二个相对的边之间重复出现。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)纵向延伸长度，
(ii)能使辐射通过的监测部分，该监测部分沿磨具的纵向长度延伸。
8.如权利要求1所述的方法，所述磨具包括：
(i)能使辐射透过的监测部分，该监测部分是磨具的磨料涂层中的分隔区域。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述磨具包括：
(i)能使辐射透过的监测部分，分隔区域的形状为选自正方形，矩形，圆形或椭圆形的形状。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试来自工件表面的首次辐射量，
(ii)测试来自工件表面的二次辐射量，
(iii)将首次辐射量与二次辐射量作比较。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)通过第一监测部分，使用第一传感器测试首次辐射量，
(ii)通过第二监测部分，使用第二传感器测试二次辐射量。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试来自工件表面热辐射的量。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试来自工件表面可见光的量。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试来自工件表面紫外光的量。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试来自工件表面发射的首次辐射量。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试来自工件表面反射的首次辐射量。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定表面修饰程度的步骤包括：
(i)测试透过工件表面辐射的量。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于将工件与长形的磨具接触。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述磨具外形选自圆盘形，正方形，矩形，菊花形，五边形，六边形，八边形及椭圆形。
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