專利名稱：用于修飾半導體晶片的固定磨具的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及對半導體晶片修飾用的固定磨具剛性基底的改進。
在半導體晶片制造中利用化學機械平面化(CMP)工藝對半導體晶片進行拋光和平面化。CMP工藝包括將磨料置于相對較硬的墊子與半導體晶片之間，使墊子與半導體晶片相對移動，從而修飾晶片表面。用于CMP工藝的磨料形式可以是漿狀，即在液體介質(zhì)中包含磨粒，也可以是固定磨具如包含固定于背襯上的磨粒的磨具。
為使晶片表面平面化，CMP工藝是選擇性地除去相對較高部位上的材料，即其尺寸與通常由光刻法產(chǎn)生的那些特征部分在同一數(shù)量級上的特征部分。CMP工藝還要均勻地去除半導體晶片表面上的材料，使得晶片上的芯片在相同時間內(nèi)平面化到相同程度。對每個芯片的平面化速度宜在整個晶片上都是均勻的。要同時達到這兩個目標很難，因為半導體晶片往往是翹曲或曲面形的。有些半導體晶片上還有無數(shù)的不同高度的臺階或突起，這是在晶片上集成電路的制造過程中產(chǎn)生的。半導體晶片上的這些高度差異和彎曲及翹曲能妨礙拋光過程的均勻性，這就使得晶片的某些區(qū)域過分拋光，而另一些區(qū)域拋光不夠。
為了克服拋光不均勻的問題，采用磨料漿的CMP工藝得到了改進。一種努力方向是采用復合拋光墊，它包括由彈性材料構(gòu)成而連接于拋光臺上的第一層，和覆蓋所述彈性層而由堅硬材料構(gòu)成的第二層。所述第二層上有許多分隔的溝道象瓦溝一樣。在拋光過程中，這些溝道區(qū)域在整個拋光墊表面上將磨料漿分流。其他復合拋光墊還有個由模量較低的海綿狀多孔材料構(gòu)成的第三層，它在受到拋光的晶片表面上輸送磨料漿。在拋光過程中，液體可通過多孔材料輸送，進入拋光墊下面的層中。
固定磨具CMP工藝不需要依賴拋光墊表面上松散磨粒的輸送來進行拋光，而是利用固定研磨拋光墊，所述固定研磨拋光墊是在其背襯上有許多固定位置的三維研磨復合體。這些三維研磨復合體包含在粘合劑中且連接于背襯上的磨粒。在CMP過程中，通過與固定研磨復合體接觸，晶片表面得到拋光，而研磨組合物中的絕大部分磨粒依然連接在背襯上。
在CMP拋光過程之后，半導體晶片會有一個邊緣死區(qū)，即半導體晶片上拋光不充分的邊緣區(qū)域，因而無法得到適用的部件，例如半導體部件。設(shè)備半導體晶片上構(gòu)成處緣死區(qū)的那一部分如果均勻拋光的話，就可以用來制造半導體器件。因此，邊緣死區(qū)的面積可影響晶片的芯片產(chǎn)率。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明的特色是一種磨具，它包括1)包含許多磨粒的研磨元件；2)彈性元件；3)位于固定研磨元件和彈性元件之間的許多剛性片段。
在某些實施方式中，剛性片段相互連接在一起。在其他實施方式中，所述剛性片段相互隔離。在一種實施方式中，所述剛性片段從一公共基底上延伸，并且至少部分地由基底中許多交叉槽所分隔。
在一種實施方式中，固定研磨元件是一個不連續(xù)的層。在另一種實施方式中，固定研磨元件包括許多個固定研磨片段，每個固定研磨片段與一個剛性片段同平面延伸。在一些實施方式中，固定研磨元件在許多剛性片段上連續(xù)延伸。在另一種實施方式中，固定研磨元件與剛性片段結(jié)合。在其他實施方式中，所述剛性片段與彈性元件結(jié)合。
在另一種實施方式中，彈性元件包含許多彈性片段。在某些實施方式中，所述彈性片段與剛性片段結(jié)合。
在另一種實施方式中，固定研磨元件是個有織構(gòu)的三維固定研磨元件。在某些實施方式中，固定研磨元件上有許多三維固定研磨復合體。
在某些實施方式中，剛性片段包括一個頂面、一個側(cè)壁和位于頂面和側(cè)壁之間的接合部，所述接合部是傾斜的。在另一種實施方式中，剛性片段包括一個頂面、一個側(cè)壁和位于頂面和側(cè)壁之間的接合部，位于頂面和側(cè)壁之間的接合部是彎曲的。另一種實施方式包含彼此相互交叉的剛性片段。
在另一些實施方式中，剛性片段具有的平面形狀選自圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形和八邊形。在某些實施方式中，剛性片段的形狀選自棱錐形、圓錐形、圓柱形、截圓錐形、截棱錐形和其他截頭形狀。
在另一些實施方式中，剛性片段在平行于研磨表面的片段平面上的截面積不超過400mm2。
另一方面，所述磨具包括1)固定研磨元件，它包括i)背襯；ii)位于背襯第一主表面上的組合物，所述組合物中為粘合劑和許多磨粒；2)與背襯第二主表面結(jié)合的剛性元件，所述剛性元件包括許多剛性片段。
在其他方面，磨具包括含有許多磨粒的固定研磨元件、彈性元件和位于固定研磨元件和彈性元件之間的許多剛性片段，所述磨具能夠與半導體晶片的彎曲表面相貼合，并且相對于半導體晶片表面上的芯片是剛性的。
一方面，本發(fā)明的特色在于用來修飾半導體晶片表面的設(shè)備，所述設(shè)備包括含有許多磨粒的固定研磨元件、彈性元件和位于固定研磨元件和彈性元件之間的許多剛性片段。在一種實施方式中，固定研磨元件是有織構(gòu)的三維固定研磨元件。在另一種實施方式中，固定研磨元件上有許多三維固定研磨復合體。在其他實施方式中，固定研磨元件與剛性片段結(jié)合。在某些實施方式中，所述剛性片段與彈性元件結(jié)合。
在一種實施方式中，固定研磨元件能夠相對于剛性片段移動。在另一種實施方式中，固定研磨元件與剛性片段能夠相對于彈性元件移動。在其他實施方式中，所述設(shè)備還包括含有固定研磨元件的第一條帶，包含許多剛性片段的第二條帶和包含彈性元件的第三條帶。
在另一種實施方式中，第一條帶和第二條帶可彼此相對移動。在其他實施方式中，第二條帶與第三帶可彼此相對移動。在另一種實施方式中，第一條帶與第三條帶可彼此相對移動。在某些實施方式中，第一條帶、第二條帶和第三條帶可彼此相對移動。
在某些實施方式中，所述設(shè)備還包括一條帶，該帶包括含有許多第一剛性片段的第一區(qū)域和含有許多第二剛性片段的第二區(qū)域，所述第一剛性片段具有第一截面積，所述第二剛性片段具有第二截面積，且第一截面積不同于第二截面積。在一種實施方式中，剛性層可是選自金屬和塑料的材料。
另一方面，本發(fā)明的特色在于一種修飾半導體晶片表面的方法，所述方法包括使上述磨具與半導體晶片接觸，并使半導體晶片和磨具相對移動。在一種實施方式中，該方法還包括使磨具的第一區(qū)域與半導體晶片接觸，使半導體晶片和固定磨具相對移動，再使磨具的第二區(qū)域與半導體晶片接觸，使半導體晶片和固定磨具相對移動；其中所述第一區(qū)域包括許多具有第一截面積的第一剛性片段，所述第二區(qū)域包括許多具有第二截面積的第二剛性片段。在其他實施方式中，所述磨具還包括一條帶，所述帶包括許多剛性片段，所述方法還包含從第一位置到第二位置對帶進行指數(shù)化。
術(shù)語“固定磨具”指這樣一種磨具，除了在平面化過程中偶然會產(chǎn)生以外，它基本上不含不固定的磨粒。
術(shù)語“三維磨具”指這樣一種磨具，它具有至少伸入其厚度一部分的許多磨粒，從而在平面化過程中即使脫掉一些顆粒，又會有其他磨粒暴露出來，能夠繼續(xù)進行平面化的過程。
術(shù)語“有織構(gòu)的磨?！敝改ゾ呔哂型黄鸬牟糠趾桶枷莸牟糠?，至少凸起的部分包含磨粒和粘合劑。
術(shù)語“研磨復合體”指包含磨粒和粘合劑的成形體。
本發(fā)明的特色在于一種磨具，它能與要修飾的晶片表面的整體形貌相貼合，同時維持對晶片的均勻壓力。所述磨具特別適合于生產(chǎn)具有良好表面均勻性的半導體晶片。在磨具的下襯墊中存在的剛性片段使磨具表現(xiàn)出局域剛性，即磨具與半導體晶片之間的相互作用在與剛性片段區(qū)域相近的地方是剛性的，這有利于優(yōu)選去除晶片表面上比周圍區(qū)域高的部位上的材料，即與剛性片段區(qū)域相近的區(qū)域，同時晶片表面上的整體晶片級形貌維持不變。所述磨具也能這樣拋光半導體晶片，使得晶片表面上出現(xiàn)邊緣死區(qū)的程度最小，而晶片上適用的區(qū)域最大。
當與固定研磨元件結(jié)合時，片段式剛性元件可提高晶片的均勻性，同時保持良好的平面化效果。
片段式剛性元件為控制局部不均勻的材料去除和整體均勻的材料去除這一對競爭性要求提供了機制，其中，局部非均勻的材料去除對于平面化是必要的，而整體均勻的材料去除對于每個芯片，包括晶片邊緣上的芯片的均勻化加工是必要的。
本發(fā)明的其他特色從下面對優(yōu)選實施方式的描述和權(quán)利要求中可以看得一清二楚。


圖1是本發(fā)明磨具的一部分的截面示意圖。
圖2是圖1所示磨具的剛性片段層的頂平面圖。
圖3是本發(fā)明第二種實施方式磨具的截面示意圖。
圖4a-4c是圖3所示磨具中單個剛性片段的透視圖。
圖5是本發(fā)明第三種實施方式磨具的一部分的截面示意圖。
圖6是本發(fā)明第四種實施方式磨具的一部分的截面示意圖。
圖7是剛性元件的一種實施方式中交叉剛性片段的頂視圖。
圖8是用來修飾底物表面的設(shè)備的截面示意圖。
圖9是片段式剛性元件的頂視圖。
優(yōu)選實施方式詳述各圖中，相同的數(shù)字用來表示相同的特征部位。試看圖1-3，所示為固定磨具10，它包括一個固定研磨元件14，所述元件以層的形式位于下襯墊2上，所述下襯墊包括一個位于固定研磨元件14和彈性相對較大的元件26之間的剛性較大的元件34。固定研磨元件14通過膠粘劑組合物24與剛性元件34粘合。剛性元件34通過膠粘劑組合物28與彈性元件26粘合。磨具10還包括一層位于彈性元件26底表面上的膠粘劑組合物30，用來將磨具固定在機器臺板上。此磨具10適合于修飾底物表面，例如半導體晶片的表面。
剛性元件34中是由槽32相互隔開的許多剛性片段22。所述剛性片段的尺寸、間距和形狀選擇得使其局域剛性適合于要進行修飾的底物。
選擇剛性片段22的尺寸，使其局域平整性和整體均勻性達到最優(yōu)，并通過具有此剛性元件的磨具在接受修飾的半導體晶片上形成預(yù)定的邊緣死區(qū)。剛性片段22的尺寸依據(jù)接受修飾的半導體晶片的表面特性，例如芯片的排布(例如芯片的重復排布圖案)和芯片相對于所需邊緣死區(qū)的尺寸進行選擇。剛性片段的覆蓋面積不宜大出所需最大邊緣死區(qū)，這樣，沒有伸出半導體晶片邊緣的剛性片段施加的壓力就不會受到所述剛性片段鄰近半導體晶片邊緣的影響。剛性片段22所選尺寸還較好能夠提供局域剛性的附近區(qū)域，它接近或稍稍大于單個芯片的覆蓋面積或者受修飾的半導體晶片上的重復石印圖案。剛性片段宜約為最小的受修飾芯片尺寸的0.5-4倍。適用的剛性片段在平行于磨具工作表面的片段平面上的截面積不大于約400mm2。
剛性片段22為槽32所相互隔開，所述槽32伸入剛性元件34中且遍布在剛性元件34上。槽32使得剛性元件34比沒有這些槽的剛性元件具有更高的彈性，這樣剛性元件34整體上就能夠與半導體晶片的表面相貼合，而一個個單個片段22又能保持剛性。
槽32伸入剛性元件34的深度可以不同。剛性元件可以包括，例如伸入剛性元件34的槽、穿透剛性元件34的槽、穿透剛性元件34且伸進下面彈性相對較大的元件26的槽、穿透剛性元件34且穿透下面彈性相對較大的元件26的槽、以及它們的組合。當槽32伸入下襯墊時，磨具結(jié)構(gòu)就變得較有柔性。槽宜穿透剛性元件34，在彈性元件26的上面形成各個剛性片段22，這些片段基本上能獨立于其他剛性片段移動，這樣就使得剛性元件既能與半導體晶片的表面相貼合，又能維持局域平面化；更適宜的是，一個剛性片段的移動不傳遞或轉(zhuǎn)移給與其相鄰的片段。
圖1所示為包含伸進剛性元件34的槽32的磨具10。圖3所示為槽32a穿透剛性元件34，因而剛性片段22a就相互獨立地位于彈性元件26上。圖5所示為槽32b穿透剛性元件34，且伸進到彈性元件26里，還有些槽32c穿透剛性元件34又穿透彈性元件26。
圖6所示為磨具40，它包含從剛性元件34的頂面43伸進剛性元件34的槽42a和從剛性元件34的底表面伸進剛性元件34的槽42b。
槽的寬度，即片段的間距，根據(jù)下襯墊所需的柔性和貼合程度進行選擇。槽的寬度可以增加，使片段相互完全隔開或基本上隔開。一般地，在CMP過程中，晶片表面上的標稱壓力是通過在晶片背面施加壓力進行控制的。對于寬一些的槽，剛性片段占平面總面積中的部分就減少。因為壓力是通過剛性片段傳遞的，施加于晶片背面的總力通過比未分段的剛性元件更小的總面積進行傳遞，這樣剛性片段頂部的標稱壓力就增大，而剛性片段頂部正是材料去除過程發(fā)生的部位。在此情況下，施加于片段且轉(zhuǎn)移到半導體晶片上的標稱壓力可通過改變片段所占平面的百分數(shù)來加以控制，例如，如果剛性元件平面總面積的50％為片段，加工表面上的平均壓力就是施加的標稱壓力的2倍。槽寬對加工壓力的影響是在選擇槽寬時需加以考慮的另一個因素。
槽的形狀至少由一個側(cè)壁確定，例如連續(xù)弓形側(cè)壁，也可由兩個或多個側(cè)壁確定，例如兩個幾乎平行的側(cè)壁、兩個散開或會合的側(cè)壁、以及兩個為槽底壁所隔開的側(cè)壁。
確定了槽32的形狀和排布來形成剛性片段，使之具有各種形狀，包括例如圓形、橢圓形、多邊形，例如三角形、矩形、六邊形和八邊形。所述剛性片段可以是各種形式，例如平行六面體形、圓柱形、圓錐形、棱錐形、截棱錐形、截圓錐形、截球形和其他截頭形狀。圖2所示為一個槽的陣列，它們彼此成直角，形成了總體上呈方形的剛性片段22。剛性片段22的形狀也可以是相互交叉的，如圖7所示。
圖4a所示為剛性片段22a，其中，剛性片段22a的側(cè)壁72a和頂壁74a(即與研磨元件最近的剛性片段表面)之間的接合部76a形成90°角。側(cè)壁72和頂壁74的接合部76也可以形成不是90°的角，例如是傾斜或彎曲的接合部。圖4b所示為剛性片段22b，其中，側(cè)壁72b和頂壁74b之間的接合部76b是梯形的，即傾斜的。圖4c所示為剛性片段，其中，側(cè)壁72c和頂壁74c之間的接合部76c是修圓的。使剛性片段頂部的剛性片段轉(zhuǎn)角傾斜或修圓，為在由其構(gòu)建的磨具表面上移動的半導體晶片提供了較為平緩的過渡。
圖9所示為一種實施方式，其中剛性元件54包含許多尺寸(例如截面積)、間距或形狀各異的剛性片段64a、64b和64c，它們位于剛性元件上不同的區(qū)域68a、68b和68c。
剛性元件宜為層的形式，與研磨元件同平面延伸，而研磨元件宜位于剛性片段及剛性片段之間空檔即槽的整體平面上。片段式剛性元件可以有各種形式，包括圓片形和連續(xù)形，例如帶形。
片段式元件的材料結(jié)合彈性元件的材料和剛性片段的幾何情況進行選擇，用以得到一種研磨結(jié)構(gòu)，它能在待修飾底物的表面上均勻地磨去材料，從而能對石印產(chǎn)生的特征部分進行平面化。
優(yōu)選剛性材料的楊氏模量值至少約100MPa。剛性元件的楊氏模量采用合適的ASTM測試在由該材料的兩個主表面確定的平面上于室溫(20-25℃)測定。有機聚合物(例如塑料或增強塑料)的楊氏模量可根據(jù)ASTM D638-84(Standard TestMethods for Tensile Properties of Plastics)和ASTM D882-88(TensileProperties of Plastic Sheet)測定。金屬的楊氏模量根據(jù)ASTMD345-93(StandardTest Methods for Tension Testing of Metallic Foil)測定。對于包括多層材料的層合元件，整個元件的楊氏模量(即層合元件模量)可利用最高模量材料的測試方法測定。
剛性元件的厚度根據(jù)其模量和最終研磨結(jié)構(gòu)所需性質(zhì)進行選擇。剛性元件的適用厚度值在約0.075-1.5mm的范圍內(nèi)。通常隨著材料楊氏模量的增加，所需材料的厚度減小。
剛性元件可由各種材料制備，包括例如有機聚合物、無機聚合物、陶瓷、金屬、有機聚合物的復合體，以及它們的組合。合適的有機聚合物可以是熱塑性或熱固性的。合適的熱塑性材料包括聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚烯烴、聚全氟烯烴、聚氯乙烯及其共聚物。例如，合適的熱固性聚合物包括環(huán)氧化物、聚酰亞胺、聚酯及其共聚物(即，含有至少兩種單體的聚合物，包括例如三元共聚物和四元共聚物)。
剛性元件的聚合物可以增強。增強劑的形式可以是纖維或粒狀材料。舉例來說，適合用作增強劑的材料包括有機或無機纖維，例如連續(xù)纖維或短纖維；硅酸鹽，例如云母或滑石；二氧化硅基材料，例如砂和石英；金屬顆粒；玻璃；金屬氧化物；碳酸鈣；或它們的組合。
金屬片也可以用作剛性元件。舉例來說，合適的金屬包括鋁、不銹鋼和銅。
特別適用的剛性材料包括聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚碳酸酯、玻璃纖維增強環(huán)氧板、鋁、不銹鋼和IC 1000(可購于Rodel，Inc.，Newark，Del.)。
彈性元件26可以是連續(xù)層或不連續(xù)層，如圖5所示剛性基底分段那樣分隔成片段。彈性元件可以是一層材料也可以是若干層相同或不同的材料，只要多層元件的機械性能能為所需用途接受。彈性元件在表面修飾過程中應(yīng)能承受壓縮。彈性元件的彈性，即壓縮中的堅挺性和回彈性，與彈性元件材料在厚度方向上的模量有關(guān)，也受彈性元件的厚度影響。
彈性元件的材料及厚度的選擇，可依據(jù)平面化加工過程中的各種變量而不同，包括例如工件表面和固定研磨元件的組成、工件表面的形狀和初始平面度、用來修飾表面(即使使表面平面化)的設(shè)備類型和在修飾過程中采用的壓力。
彈性材料(例如包括整體彈性元件本身)的楊氏模量值宜小于約100MPa，更宜小于約50MPa。對彈性材料的動態(tài)壓縮測試，可用來測定彈性材料厚度方向上的楊氏模量(通常稱貯存或彈性模量)。ASTM D5024-94(Standard Test Methods forMeasuring the Dynamic Mechanical Properties of Plastics in Compression)是測量彈性材料楊氏模量的適用方法，不管彈性元件是單層元件還是包含多層材料的層合元件。彈性元件的楊氏模量根據(jù)ASTM D5024-94，在材料的厚度方向上，于20℃和0.1Hz預(yù)加等于標稱CMP加工壓力的負載條件下測定。
合適的彈性材料也可以通過附加測定其應(yīng)力松弛進行選擇。應(yīng)力松弛是先使材料變形，讓其保持變形狀態(tài)，此時測定維持形變所需外力即應(yīng)力。合適的彈性材料(或整個彈性元件)在120秒之后較好能保持至少約60％(更好至少約70％)的初始施加應(yīng)力。在此稱之為“剩余應(yīng)力”，測量方法為，先在室溫(20-25℃)下以25.4mm/min的速度壓縮厚度不小于0.5mm的材料樣品，直至達到83kPa的初始應(yīng)力，2分鐘后測定剩余應(yīng)力。
彈性元件可以用各種各樣的彈性材料。適用的彈性材料的例子，包括可是彈性體的有機聚合物，例如熱塑性或熱固性聚合物。合適的有機聚合物包括那些經(jīng)泡沫化或吹制產(chǎn)生的孔性有機結(jié)構(gòu)(即泡沫材料)的有機聚合物。這種泡沫材料可以由天然或合成橡膠或其他熱塑性彈性體制備，所述彈性體如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚氨酯及其共聚物。舉例來說，合適的合成熱塑性彈性體包括氯丁二烯橡膠、乙烯/丙烯橡膠、丁基橡膠、聚丁二烯、聚異戊二烯、EPDM聚合物、聚氯乙烯、聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯共聚物以及它們的混合物。適用的彈性材料的一個例子是聚乙烯和乙酸乙基乙烯酯泡沫材料的共聚物。
其他適用的彈性材料包括浸漬聚氨酯的氈基材料，非織造或機織纖維(例如包括聚烯烴、聚酯或聚酰胺纖維)墊子，以及浸漬樹脂的機織和非織造材料。纖維墊子中的纖維可以是有限長的(即定長)或基本上是連續(xù)的。
適用的市售彈性材料的例子包括聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)泡沫材料，商品名3M SCOTCH牌CUSHIONMOUNT Plate Mounting Tape 949雙涂敷高密度彈性體泡沫材料帶(Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，MN)、EO EVA泡沫材料(Voltek，Lawrence，MA)、EMR 1025聚乙烯泡沫材料(Sentinel Products，Hyannis，N.J.)、HD200聚氨酯泡沫材料(Illbruck，Inc.Minneapolis，MN)，MC8000和MC80003EVA泡沫材料(Sentinel Products)，SUBA IV ImpregnatedNonwoven(Rodel，Inc.，Newark，DE)。
含有剛性和彈性元件，用于磨料漿拋光操作中的市售墊也是合適的。這種墊子的一個例子是購于Rodel，Inc.(Newark，Delaware)、商品名為IC1000-SUBA IV的墊子。
圖1-3中的研磨元件14包含許多在粘合劑中固定位置的磨粒，有時連接在支撐層18，例如背襯上。所述研磨元件宜為有一定織構(gòu)的三維固定研磨元件，其上面有許多位于粘合劑中且連接在背襯18上的磨粒復合體16。此有織構(gòu)三維固定研磨元件上的這許多研磨復合體16可以以一定圖案排列，或隨機排列，或兩種方式組合。適用的有織構(gòu)三維固定研磨元件的例子，揭示于美國專利No.5958794(Bruxvoort等)并發(fā)表于1998年11月5日的WO 98/49723(Kaisaki)，參考結(jié)合于此。
磨粒散布在粘合劑中的固定研磨元件具有較高的模量。固定研磨元件的背襯，其平面內(nèi)模量高，但仍足夠薄，所以具有一定柔性。固定研磨元件的平面內(nèi)硬度和彈性宜足以使固定研磨元件以帶材形式應(yīng)用，例如能夠在卷繞輥上卷繞并從卷輥上展開。
研磨元件的形式可以是在剛性片段上鋪開的一個層。研磨元件也可以與一個個剛性片段同平面延伸。
適用的磨具結(jié)構(gòu)，包括例如圓盤、帶和多帶結(jié)構(gòu)。磨具的部件層可彼此維持固定關(guān)系。舉例來說，使磨具的各部件層之間彼此維持固定關(guān)系的有效方法的例子，包括使用膠粘劑組合物、機械緊固裝置、粘結(jié)層及其組合。各部件層也可以通過下述過程結(jié)合在一起，例如熱結(jié)合、超聲焊接、微波激活結(jié)合、磨具至少兩個部件層的共擠出，以及它們的組合。
適用的膠粘劑包括壓敏膠粘劑、熱熔膠粘劑和膠水。合適的壓敏膠粘劑包括各種各樣的壓敏膠粘劑，例如包括基于天然橡膠的膠粘劑、(甲基)丙烯酸類聚合物和共聚物、熱塑性橡膠的AB或ABA嵌段共聚物，所述共聚物如商品名為KRATON的苯乙烯/丁二烯或苯乙烯/異戊二烯嵌段共聚物(Shell Chemical Co.，Houston，Texas)或者聚烯烴。合適的熱熔膠粘劑包括例如聚酯、乙烯基乙烯乙酸酯(EVA)、聚酰胺、環(huán)氧化物及它們的混合物。膠粘劑宜具有足夠的內(nèi)聚強度和抗剝離性，以便在使用中維持固定磨具各部件層之間的固定關(guān)系，并且在使用條件下可抵抗化學降解。
此外，磨具可具有固定到機器臺板(例如用于化學機械平面化的機器臺板)上的各種機構(gòu)，例如包括粘合或機械方式，例如包括定位針、定位環(huán)、拉緊、真空或它們的組合運用。
磨具可適合用于許多類型的半導體晶片平面化機器，包括那些適合與拋光墊和松散磨料漿一起使用的機器。合適的市售機器的例子有化學機械平面化(CMP)機器，可購于Applied Materials，Inc.(Santa Clara，CA)。
磨具的至少一個部件層，例如包括彈性元件、研磨元件、剛性元件或它們的組合，也可以在晶片表面修飾過程中、之前或之后相對于另一個部件層移動。此種設(shè)置可滿足各種目的，例如包括引入一個新的研磨表面和保持穩(wěn)定的部件層性質(zhì)(例如包括彈性元件的彈性水平和研磨元件的研磨性質(zhì))。
圖8所示為修飾底物的設(shè)備50，它包括若干帶52、54、56，其中每條帶分別在拆卷輥51、55、59和卷繞輥53、57和60之間伸展。帶52包括粘合在背襯62上的有許多固定研磨復合體60的研磨元件58。帶54包括有許多剛性片段64。由于剛性元件是分段的，剛性元件的抗撓剛度降低，因而使帶54能夠卷起來。帶56包括彈性元件66。帶52、54、56各自能夠彼此獨立地移動，例如，研磨帶52能夠獨立于片段式剛性帶54和彈性帶56移動。帶52、54、56各自能夠以相同的速度或不同的速度移動，并且在一個帶移動時，至少有另一條帶能保持靜止不動。或者，帶52、54、56中至少有2個彼此處于固定關(guān)系，例如結(jié)合在一起能夠作為一個整體移動。各單條帶可利用如下機構(gòu)保持靜止不動，例如包括用卷繞輥和拆卷輥施加張力，通過各種機構(gòu)在帶邊的緣施加力，例如包括真空吸著到機器臺板上，以及它們的組合。
帶52、54、56還各自能夠彼此獨立地或同時移動，從而得到這樣的磨具，它包括一個或多個具有不同性質(zhì)的區(qū)域，從而得到具有所需表面修飾性質(zhì)的磨具。例如，圖9所示的片段式剛性元件54當組裝到帶基磨具結(jié)構(gòu)時，就在磨具中產(chǎn)生具有不同表面修飾特性的區(qū)域，這些區(qū)域?qū)?yīng)于片段式剛性帶上的不同區(qū)域。除此之外，或者作為替代方式，設(shè)備50可以包括一條研磨帶58，它有兩類區(qū)域，在一類區(qū)域中有織構(gòu)的固定研磨復合體60具有更強的研磨性質(zhì)，而在另一類區(qū)域中有織構(gòu)的固定研磨復合體60具有比較柔和的研磨性質(zhì)，這可能是例如，研磨帶制造過程的結(jié)果或以前拋光操作中用過的結(jié)果?？刂瓢雽w晶片相對于磨具的運動的機構(gòu)可以程控化，使得晶片能根據(jù)預(yù)定的表面修飾順序接觸磨具的不同區(qū)域，完成所需的表面修飾。
磨具和設(shè)備可以用于各種半導體表面修飾工藝中，包括那些在例如美國專利No.5958794(Bruxvoort等人)和6007407中所描述的方法，均參考結(jié)合于此。
其他實施方式都在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種磨具，它包括1)包含許多磨粒的固定研磨元件；2)彈性元件；3)位于所述固定研磨元件和所述彈性元件之間的許多剛性片段。
2.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段相互連接在一起。
3.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段從公共基底上延伸，并且至少部分地由所述基底中的許多交叉槽所分隔。
4.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段彼此隔離。
5.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件是一個不連續(xù)的層。
6.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件包括許多固定研磨片段，每個固定研磨片段與所述剛性片段中的一個同平面延伸。
7.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件在許多所述剛性片段上延伸。
8.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件結(jié)合在所述剛性片段上。
9.權(quán)利要求8所述磨具，其特征在于所述剛性片段結(jié)合于所述彈性元件上。
10.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段結(jié)合于所述彈性元件上。
11.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述彈性元件包括許多彈性片段。
12.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述彈性片段結(jié)合于所述剛性片段上。
13.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件是一個有織構(gòu)的三維固定研磨元件。
14.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件上有許多三維固定研磨復合體。
15.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段包括頂面、側(cè)壁和位于頂面和側(cè)壁之間的接合部，所述接合部是傾斜的。
16.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段包括頂面、側(cè)壁和位于頂面和側(cè)壁之間的接合部，所述接合部是彎曲的。
17.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段是交叉的。
18.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段平面上的形狀選自圓形、橢圓形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形和八邊形。
19.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段選自棱錐形、圓錐形、圓柱形、截圓錐形、截棱錐形、截球形和其他截頭形狀。
20.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述剛性片段在平行于研磨表面的平面上，截面積不大于400mm2。
21.一種研磨磨具，它包括1)固定研磨元件，它包括i)背襯；ii)位于背襯第一主表面上的組合物，所述組合物包含粘合劑和許多磨粒；2)與背襯第二主表面結(jié)合的剛性元件，所述剛性元件包括許多剛性片段。
22.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述剛性片段相互連接在一起。
23.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述剛性片段從公共基底上延伸，并且至少地由所述基底中的許多交叉槽所分隔。
24.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述剛性片段彼此隔離。
25.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件是一個不連續(xù)的層。
26.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件包括許多固定研磨片段，每個固定研磨片段與所述剛性片段中的一個同平面延伸。
27.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件在許多所述剛性片段上延伸。
28.權(quán)利要求21所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件是一個有織構(gòu)的三維固定研磨元件。
29.權(quán)利要求1所述磨具，其特征在于所述固定研磨元件上有許多三維固定研磨復合體。
30.一種磨具，它包括1)包含許多磨粒的固定研磨元件；2)彈性元件；3)位于所述固定研磨元件和所述彈性元件之間的許多剛性片段，所述磨具能與半導體晶片的彎曲表面相貼合，且相對于半導體晶片表面上的芯片是剛性的。
31.一種修飾半導體晶片表面的設(shè)備，所述設(shè)備包括1)含有許多磨粒的固定研磨元件；2)彈性元件；3)位于固定研磨元件和彈性元件之間的許多剛性片段。
32.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述固定研磨元件是一個有織構(gòu)的三維固定研磨元件。
33.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述固定研磨元件上有許多三維固定研磨復合體。
34.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述固定研磨元件結(jié)合在所述剛性片段上。
35.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述剛性片段結(jié)合于所述彈性元件上。
36.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述固定研磨元件能夠相對于所述剛性片段移動。
37.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述固定研磨元件和所述剛性片段能夠相對于所述彈性元件移動。
38.權(quán)利要求31所述設(shè)備，它還包括1)含有固定研磨元件的第一條帶；2)包含許多剛性片段的第二條帶；3)包含彈性元件的第三條帶。
39.權(quán)利要求38所述設(shè)備，其特征在于所述第一帶和所述第二帶可相對移動。
40.權(quán)利要求38所述設(shè)備，其特征在于所述第二帶和所述第三帶可相對移動。
41.權(quán)利要求38所述設(shè)備，其特征在于所述第一帶和所述第三帶可相對移動。
42.權(quán)利要求38所述設(shè)備，其特征在于所述第一帶、所述第二帶和所述第三帶可相對移動。
43.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于它還包括另一條帶，該帶包括含有許多第一剛性片段的第一區(qū)域，所述第一剛性片段具有第一截面積；含有許多第二剛性片段的第二區(qū)域，所述第二剛性片段具有第二截面積；所述第一截面積不同于所述第二截面積。
44.權(quán)利要求31所述設(shè)備，其特征在于所述剛性層包含選自金屬和塑料的材料。
45.一種修飾半導體晶片表面的方法，其特征在于所述方法包括1)使權(quán)利要求1所述磨具與半導體晶片接觸；2)使所述半導體晶片和所述磨具彼此相對移動。
46.權(quán)利要求45所述方法，它還包括1)使磨具的第一區(qū)域與半導體晶片接觸，所述第一區(qū)域包含許多具有第一截面積的第一剛性片段；2)所述半導體晶片和所述固定磨具相對移動；3)使磨具的第二區(qū)域與半導體晶片接觸，其中所述第二區(qū)域包含許多具有第二截面積的第二剛性片段；4)使所述半導體晶片和所述固定磨具相對移動。
47.權(quán)利要求46所述方法，其特征在于所述磨具還包括一條帶，所述帶包含許多剛性片段，所述方法還包括從第一位置到第二位置對帶進行指數(shù)化。
全文摘要
一種磨具(10)，它包括含有許多磨粒(16)的固定研磨元件(14)、彈性元件和位于固定研磨元件與彈性元件(26)之間的許多剛性片段(22)。
文檔編號B24D3/00GK1489508SQ01822660
公開日2004年4月14日 申請日期2001年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月15日
發(fā)明者D·P·格茨, D P 格茨 申請人:3M創(chuàng)新有限公司