專利名稱：疏水性切削工具和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切削工具，并且更具體說來，涉及表面具有良好的高疏水性保持 性能的疏水性切削工具，以及其制造方法。具體說來，本發(fā)明涉及化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)修整器，S卩，用于CMP墊修整處理(化學機械拋光)中并適于 減少其上漿液積累的切削工具。
背景技術(shù)：
切削工具是一種使用磨料(即，切削粒子)來切削工件的工具。在本發(fā)明中，“切 削”包含磨削，例如圓柱磨削(cylinder grinding)、內(nèi)表面磨削或平面磨削，用以磨削工件 的一部分。例如，磨削包含能夠使用例如金剛石粒子等磨料來執(zhí)行的所有種類機械加工。一般說來，切削工具包括襯底和形成于所述襯底表面上的研磨層，并且具有一種 使多個磨料結(jié)合至所述研磨層表面的結(jié)構(gòu)。磨料是通過包含電沉積法、燒結(jié)法和銅焊法在 內(nèi)的多種方法而結(jié)合。磨料包含金剛石、立方氮化硼(cubic boron nitride，CBN)、氧化鋁 和碳化硅粒子。在使用切削工具進行機械加工時，會出現(xiàn)污染磨料固定層表面的現(xiàn)象，而隨著加 工時間的增加，所述表面的污染程度將越來越強。一般特別是在利用包含磨粒的切削液進 行加工時，會出現(xiàn)所述現(xiàn)象。在用CMP修整器修整CMP墊期間，漿液粒子和殘余物積累于 CMP修整器的表面上，由此對所述表面造成嚴重的污染問題。眾所周知，CMP墊是用于半導體晶片的全局平坦化(global planarization)中， 而CMP修整器是通過去除CMP墊表面中形成的微孔堵塞來改進所述CMP墊的性能和使用壽 命的一類型的切削工具。圖1顯示的光學顯微鏡圖像說明在數(shù)種測試條件下，表面污染幅度隨CMP修整時 間而變化。圖1中所說明的圖像分別顯示在CMP修整前(對照圖)以及在CMP修整后30、 60、90、120和150分鐘表面污染的改變。參看圖1，可以確定，在CMP修整30分鐘后，出現(xiàn) 大量漿液污染物，而且隨著修整時間增加，漿液污染物不斷地聚集，致使所述污染物增加。由漿液引起的CMP修整器研磨層的表面污染，使CMP修整處理的效率降低。CMP修 整處理的效率降低致使晶片在使用CMP墊拋光晶片期間產(chǎn)生擦痕，并且因拋光后晶片上的 粒子數(shù)量增加，而降低生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，污染CMP修整器的主要原因在于，隨著CMP墊修整時間增加， 研磨層表面變?yōu)橛H水性。更具體地說，本發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，盡管CMP修整器的研磨層表面在執(zhí) 行CMP墊修整處理前具有高親水性，但由于隨著CMP墊修整處理進行，CMP修整器研磨層的 表面變?yōu)橛H水性，而且CMP修整器研磨層的親水性表面無法排除含水漿液，故CMP修整器易 于受到污染。此類問題不只是局限于CMP修整器，而且還可能在包括切削(包含狹義的切削、磨削或拋光)中所用磨料的廣義切削工具中出現(xiàn)。本發(fā)明設想解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。本發(fā)明一個目的在于，提供一種切削工 具，其中通過改進研磨層的保持疏水性的性能，大大地抑制由研磨層表面的聚集和研磨層 表面的污染引起的切削性能降級；以及所述切削工具的制造方法。技術(shù)解決方法根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供一種制造切削工具的方法，其包括以下步驟在襯底上 形成研磨層，所述研磨層的表面結(jié)合磨料；以及用疏水性材料膜涂布所述研磨層的表面。優(yōu)選在利用疏水性材料膜的涂布步驟中，所述疏水性材料膜為自組裝分子單層， 其中分子的尾部基團是疏水性的。利用疏水性材料膜的涂布步驟優(yōu)選使用沉積法來執(zhí) 行。此時，沉積法中所用前體(precursor)的分子的尾部基團可以是疏水性的，優(yōu)選為碳氟 (fuorocarbon, CF)基團或氟代烴(fluorohydrocarbon, CHF)基團。氟代辛基三氯硅烷(fluorooctyltrichlorosilane，F(xiàn)0TS)、二氯二 甲基硅 (dichlorodimethylsilane, DDMS)> ± U ^ W. (perfluorodecanoic acid, FDA) >
全氟癸基三氯硅烷(perfluorodecyltrichlorosilane，F(xiàn)DTS)和十八烷基三氯硅烷 (octadecyltrichlorosilane, OTS)都可用作前體。此外，使用前體的沉積法可包含氣相SAM(Vapor-SAM，V-SAM)法、液相 SAM(liquid-SAM, L-SAM)法和使用等離子體進行的本體(bulk)聚合法。形成研磨層的步驟可以使用鎳(Ni)電沉積法或銅焊法來執(zhí)行。切削工具優(yōu)選是 CMP修整器。然而，切削工具不局限于此，還可以是研磨層表面上形成疏水性材料膜的切削工具。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種切削工具，其包括襯底；形成于所述襯底上的研磨 層，所述研磨層的表面結(jié)合磨料；以及形成于所述研磨層表面上的疏水性材料膜。所述疏水性材料膜優(yōu)選是分子的尾部基團具疏水性的自組裝分子單層。所述自組 裝分子單層更優(yōu)選是使用氟碳(CF)基團或氟代烴(CHF)基團作為前體而形成。有利的效果根據(jù)本發(fā)明，通過在切削工具研磨層的表面上形成的疏水性材料膜，可以抑制研 磨層上產(chǎn)生的污染物積累，以及由污染物積累引起的切削工具性能降級。具體說來，可以使 用本發(fā)明極為有效地抑制CMP修整器(一種與漿液組合以用于修整CMP墊的切削工具)的 污染物。因此，有可能使用經(jīng)歷CMP修整處理的CMP墊來減少缺陷，例如使晶片拋光過程中 于晶片的加工表面上產(chǎn)生的擦痕或粒子減少。


圖1顯示說明常規(guī)切削工具的污染程度隨切削工具的切削時間而變化的過程的
光學顯微鏡圖像。圖2顯示作為根據(jù)本發(fā)明的切削工具的一個實施例而說明的CMP修整器。圖3和圖4分別顯示CMP墊修整處理30分鐘和60分鐘后的CMP修整器表面的光 學顯微鏡圖像，其中所述表面涂有疏水性材料膜。圖5顯示CMP墊修整處理30分鐘后未涂有疏水性材料膜的CMP修整器表面的光 學顯微鏡圖像。
圖6是顯示在切削處理前涂有疏水性材料膜的CMP修整器的疏水性(或親水性) 測試結(jié)果的光學顯微鏡圖像。圖7是顯示在切削處理前未涂有疏水性材料膜的CMP修整器的疏水性(或親水 性)測試結(jié)果的光學顯微鏡圖像。圖8是顯示在切削處理后涂有疏水性材料膜的CMP修整器的疏水性測試結(jié)果的光 學顯微鏡圖像。圖9是顯示在切削處理后未涂有疏水性材料膜的CMP修整器的疏水性測試結(jié)果的 光學顯微鏡圖像。圖10到圖13顯示在與實際工作區(qū)域相同的條件下，在CMP墊修整處理20小時后， 涂有疏水性材料膜的CMP修整器表面的光學顯微鏡圖像。圖14到圖17顯示在與實際工作區(qū)域相同的條件下，在CMP墊修整處理20小時后， 未涂有疏水性材料膜的CMP修整器表面的光學顯微鏡圖像。
具體實施例方式下文將描述CMP修整器作為根據(jù)本發(fā)明的切削工具的一個實例。以下實施例只是 出于說明的目的提供，以便所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能完全理解本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明不局 限于以下實施例，而且還可以其它形式來實施。在各圖式中，為便于說明，各元件的寬度、長 度、厚度等都有所放大。在說明書和圖式中，相同的參考數(shù)字指示相同的元件。圖2顯示作為根據(jù)本發(fā)明的切削工具的一個實施例來說明的CMP修整器。參看圖 2，根據(jù)本發(fā)明的CMP修整器1包括襯底10和研磨層20。襯底10是由金屬材料制成，并且 具有常見的盤狀結(jié)構(gòu)。研磨層20是形成于襯底10上，并且具有多個磨料21。在本實施例 中，研磨層20是通過電鍍鎳(Ni)以固定磨料21而形成的鎳電沉積層，而且磨料21從研磨 層20的表面突出。如圖2的放大圖所說明，疏水性材料層30形成于研磨層20的表面上。疏水性材 料層30是疏水性表面與水的表面接觸角較大的膜，而且所述疏水性材料層30用于防止研 磨層20的表面隨CMP修整器1使用時間的增加而傾向親水性。疏水性材料層30是一種涂布膜，其可以由沉積法或其它方法形成，并且覆蓋電沉 積材料和磨料21。此時，由于疏水性材料層30是厚度較磨料21的突出高度還小的薄膜，故 盡管疏水性材料層30是形成于磨料21上，也不會使CMP修整器1的性能降級。盡管在使用CMP修整器1修整CMP墊時，可能會消除極小部分的形成于磨料21上 的疏水性材料層30，但其余大部分的研磨層20的表面(即，固定磨料21的電沉積材料的表 面)通常仍保持在其位置，除非去除或磨損磨料21。疏水性材料層30優(yōu)選成形為分子尾部基團具疏水性的自組裝分子單層。下文將 描述本發(fā)明的一個實施例，其中疏水性自組裝分子單層形成于研磨層的表面上?！N形成自組裝分子單層(也稱為“自組裝單層”)的技術(shù)(包含在納米技術(shù)內(nèi)) 是利用基于納米的微型薄膜(micro thin film)改變?nèi)我獠牧系谋砻嫣匦缘募舛思夹g(shù)。自 組裝分子單層包括與任意材料的表面反應的頭部基團(head group)、決定所述任意材料的 長度的主體，以及決定所述任意材料的表面特性的尾部基團，其中當尾部基團具疏水性時， 自組裝分子單層的表面特性變?yōu)槭杷缘摹?br> 5
在本實施例中，使用一種汽化材料并將汽化的材料沉積于CMP修整器1的研磨層 20的表面上的方法，并且所述方法的一個實例將于以下實例1中予以描述。本發(fā)明的模式[實例1形成疏水性材料膜的處理]通過將CMP修整器(其上尚未形成疏水性材料膜)裝入處理室中，來將由自組裝 分子單層構(gòu)成的疏水性材料膜沉積于CMP修整器研磨層的表面上。此時，式C8H4C13F13Si 的三氯硅烷用作疏水性材料膜的前體。沉積條件為真空度為10到21托(torr)；處理溫 度為150°C ；以及反應時間為10分鐘。由Shinhan Diamond公司制造的Ni 4修整器用作 CMP修整器。由于很難通過肉眼或光學顯微鏡觀察來掌握是否形成了疏水性材料膜，故通過 CMP修整器處理期間的污染程度變化的測試和疏水性(或親水性)測試來確定疏水性材料 膜是否形成。[實例2污染程度變化的測試(漿液聚集變化的測試)]使用經(jīng)歷實例1的處理的CMP修整器，執(zhí)行修整實際CMP墊的處理，并且在所述處 理期間，以30分鐘的時間間隔檢查CMP修整器的污染程度。使用漿液流速為200毫升/分鐘的蒸餾水，旋轉(zhuǎn)速度為50轉(zhuǎn)/分鐘的CMP墊和修 整器以及外加于其上的8.5磅/平方英寸(psi)的壓力，執(zhí)行所述CMP修整處理。所述漿 液是Cheil Industries有限公司制造的Star4000，并且CMP墊是Rohm&Hass公司制造的 IC1010。前述條件是外加壓力和漿液流速相較于實際CMP修整處理時有所增加的條件，以 便確定在短時間內(nèi)CMP墊污染程度的改變。為便于對照，還將在下文將要描述的實例4中 描述在與實際工作區(qū)域的CMP條件相同的條件下執(zhí)行的污染程度變化的測試。圖3和圖4分別為在使用CMP修整器執(zhí)行CMP修整處理30分鐘和60分鐘后， 在X 100、X200、X500和X 1000放大率下拍攝的CMP修整器研磨層表面的光學顯微鏡圖 像。如圖3和圖4所說明，可以確定，通過實例1將疏水性材料膜形成于研磨層表面上 的CMP修整器幾乎不被漿液污染，只發(fā)現(xiàn)約5%的污染面積。在測試期間，污染面積似乎受 到未知外部因素的影響。[比較實例1污染程度變化的測試(漿液聚集變化的測試)]使用未經(jīng)歷實例1的處理的CMP修整器，即，上面未形成疏水性材料膜的CMP修整 器，來執(zhí)行CMP墊的修整處理，并且在所述處理期間，以30分鐘的時間間隔檢查CMP修整器 的污染程度。除CMP修整器外，測試中所用測試條件與實例2中相同。也就是說，與實例2中相同，使用漿液流速為200毫升/分鐘的蒸餾水，旋轉(zhuǎn)速度 為50轉(zhuǎn)/分鐘的CMP墊和修整器以及外加于其上的8. 5磅/平方英寸的壓力，來執(zhí)行所述 CMP修整處理。圖5是在執(zhí)行CMP修整處理30分鐘后，在X 100、X200、X500和X 1000放大率
下拍攝的CMP修整器表面的光學顯微鏡圖像。如圖5中所說明，可以確定，研磨層的表面被漿液污染。還可以確定，漿液污染的 積累隨時間推移而日益增加。從測試結(jié)果可以看出，未涂有疏水性材料膜的CMP修整器上 積累的漿液污染物較多。
[實例3疏水性測試(親水性測試)]圖6是顯示涂有疏水性材料膜的CMP修整器的疏水性測試結(jié)果的光學顯微鏡圖 像，其中所述CMP修整器的接觸角為110或110以上。圖7是顯示未涂有疏水性材料膜的 CMP修整器的疏水性測試結(jié)果的光學顯微鏡圖像，其中所述CMP修整器的接觸角為70°。圖 6和圖7顯示在執(zhí)行CMP修整處理前CMP修整器的疏水性測試結(jié)果。比較圖6與圖7，可以看出，由于涂有疏水性材料膜的CMP修整器的接觸角比未涂 有疏水性材料膜的CMP修整器大，故涂有疏水性材料膜的CMP修整器的疏水性比未涂有疏 水性材料膜的CMP修整器強。圖8是顯示在使用涂有疏水性材料膜的CMP修整器執(zhí)行CMP修整處理后，所述CMP 修整器的疏水性測試結(jié)果的光學顯微鏡圖像。可以看出，圖8與圖6未顯示出較大差異，即， 所述圖像顯示在CMP修整處理前CMP修整器的疏水性測試結(jié)果。這表明，疏水性材料膜的 表面甚至在CMP修整處理后，仍保持疏水性。相反，可以看出，在未涂有疏水性材料膜的CMP修整器上未發(fā)現(xiàn)水滴，如圖9中所 說明。這表明，在使用CMP修整器執(zhí)行CMP修整處理時，CMP修整器的疏水性完全喪失，以 致所述CMP修整器變?yōu)橛H水性的。此時，所測量出的CMP修整器的接觸角小于5°。[實例4污染程度變化測試(漿液聚集變化測試)]使用通過實例1的處理所制造的CMP修整器，在與實際勞動場所相同的條件下，執(zhí) 行CMP墊的修整處理20小時，并且在執(zhí)行所述處理的同時，檢查CMP修整器的污染程度。與 實例2相比較，CMP修整處理是在明顯較低的漿液流速和CMP墊外加壓力下執(zhí)行。使用漿液流速為60毫升/分鐘的蒸餾水，旋轉(zhuǎn)速度為65轉(zhuǎn)/分鐘的CMP墊和修整 器以及外加于其上的0. 63磅/平方英寸的壓力，執(zhí)行所述CMP修整處理。漿液是從Hanhwa Chemical公司獲得的HS-1100H，并且CMP墊是由Rohm and Hass公司制造的IC1010。前述 條件是外加壓力相較于實際CMP修整處理時有所增加的條件，以便確定在短時間內(nèi)CMP墊 污染程度的改變。圖10到圖13是在根據(jù)前述條件執(zhí)行CMP修整處理20小時后，分別 在X 100、X200、X500和X 1000放大率下拍攝的CMP修整器表面的光學顯微鏡圖像。從圖10到圖13的圖像可以看出，CMP修整器幾乎不被漿液污染。因此，有可能獲 得以下結(jié)果涂有疏水性材料膜的CMP修整器甚至在實際處理中也幾乎不被污染，并且此 效應會持續(xù)較長時間。[比較實例2污染程度變化的測試(漿液聚集變化的測試)]使用未經(jīng)歷實例1處理的CMP修整器，即，上面未形成疏水性材料膜的CMP修整 器，執(zhí)行修整實際CMP墊的處理20小時。除CMP修整器外，測試條件與實例4中相同。圖14到圖17是在根據(jù)前述條件，使用無疏水性材料膜的CMP修整器執(zhí)行CMP修 整處理20小時后，分別在X 100、X 200、X 500和X 1000放大率下拍攝的CMP修整器表面 的光學顯微鏡圖像。如從圖14到圖17的圖像可以看出，可以確定，研磨層表面上的整個面積受漿液極 大污染。因此，可以再次確定，與涂有疏水性材料膜的CMP修整器相比較，在未涂有疏水性 材料膜的CMP修整器中，漿液污染物的積累較多。盡管上文已經(jīng)描述使用氟代辛基三氯硅烷(FOTS)作為前體的疏水性材料膜的涂布方法，但二氯二甲基硅烷(DDMS)、全氟癸酸(FDA)、全氟癸基三氯硅烷(FDTS)和十八烷基 三氯硅烷(OTS)也可以用作前體。此外，使用前體的沉積法可包含氣相SAM(V-SAM)法、液 相SAM(L-SAM)法和使用等離子體進行的本體聚合法。
權(quán)利要求
一種制造切削工具的方法，其包括以下步驟在基底部件上形成研磨層，所述研磨層的表面結(jié)合磨料；以及利用疏水性材料膜涂布所述研磨層的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在利用所述疏水性材料膜的涂布步驟中，所述疏 水性材料膜是自組裝的分子單層，其中分子的尾部基團是疏水性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述疏水性材料膜的涂布步驟是使用沉積法 執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述疏水性材料膜的涂布步驟是通過使用沉 積法，在所述研磨層的表面上形成分子尾部基團具疏水性的自組裝分子單層來執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述沉積法中所用前體的分子的尾部基團是氟碳 (fuorocarbon, CF)基團或氟代烴(fluorohydrocarbon, CHF)基團。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述研磨層的步驟是使用鎳電沉積法來執(zhí)行。
7.一種切削工具，其包括 基底部件；研磨層，其形成于所述基底部件上，所述研磨層的表面結(jié)合磨料；以及 疏水性材料膜，其形成于所述研磨層的表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的切削工具，其中所述疏水性材料膜是分子的尾部基團具疏水 性的自組裝分子單層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的切削工具，其中所述自組裝分子單層是使用三氯硅烷作為前 體而形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的切削工具，其中所述研磨層是結(jié)合所述磨料的鎳電沉積層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的切削工具，其中所述切削工具是CMP修整器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造切削工具的方法。本發(fā)明的一個目的在于，提供一種切削工具制造方法，其中可以通過改進研磨層的保持疏水性的性能，明顯減少研磨層表面的污染，尤其由漿液引起的聚集污染。根據(jù)本發(fā)明的切削工具包括以下步驟在基底部件上形成研磨層，所述研磨層的表面結(jié)合磨料；以及利用疏水性材料膜涂布所述研磨層的表面。
文檔編號B24D7/06GK101918179SQ200880122924
公開日2010年12月15日 申請日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者全正彬, 宋炳義, 樸汶錫, 鄭基正, 金信京, 金泰鎮(zhèn), 閔丙柱 申請人:新韓鉆石工業(yè)股份有限公司