專利名稱：用于修整晶片表面的含有氟化物劑的磨料制品的制作方法
背景本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體晶片制造過(guò)程中修整半導(dǎo)體晶片表面的方法和用于該表面修整工藝的粘固的磨料制品。該粘固的磨料制品具有與背襯共同擴(kuò)展的包含一種或多種研磨復(fù)合體的外露主表面。粘固的磨料制品的研磨復(fù)合體包含分散在整個(gè)粘合劑中的磨粒。
集成電路是非常小且復(fù)雜的電子器件，它在非常小的單位面積上將多層金屬互聯(lián)層與大量電子元件連接。每層集成電路通常具有特定的金屬互聯(lián)圖案，導(dǎo)致特定集成電路的特定特征。為了得到這些金屬互聯(lián)圖案，集成電路的制造者通常使用精確的多步驟制造工藝。集成電路制造的一種原料是半導(dǎo)體晶片。在半導(dǎo)體晶片的制造過(guò)程中，半導(dǎo)體晶片一般經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)加工步驟，包括淀積、形成圖案和蝕刻步驟。這些半導(dǎo)體晶片制造步驟的細(xì)節(jié)報(bào)道于Tonshoff等發(fā)表在Annals of the International Institution for ProductionEngineering Research，39/2/1990卷，第621-635頁(yè)中題為“硅的研磨加工”一文。在依次的制造步驟中，常需要修整或精制晶片的外露表面以準(zhǔn)備用于隨后制造的晶片。表面修整工藝通常是采用拋光形式，它能夠迅速有效地從表面上除去積累的不平整性，而在該過(guò)程中不損壞功能元件。
一種具體的晶片表面修整方法使用磨粒漿料，它們通常與化學(xué)添加劑和彈性墊結(jié)合使用，以在制造器件的各步驟中對(duì)晶片表面進(jìn)行平整。表面修整用的化學(xué)添加劑和機(jī)械加工的這一結(jié)合被廣泛地稱為化學(xué)機(jī)械平整(chemicalmechanical planarization)即CMP?；蛘?，CMP可使用三維、有紋理(textured)、粘固(fixed)的磨料制品。這些磨料制品通常具有精確成形的復(fù)合體陣列，它與背襯共同擴(kuò)展。這些粘固的磨料制品描述于WO-97/11484和待審批的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)08/694,014(Bruxvoort)。這些參考資料所述的方法使用了三維、有紋理、粘固的磨料制品和一種工作流體，該流體可以基本上不含磨粒并能夠改進(jìn)半導(dǎo)體晶片的表面。
一般來(lái)說(shuō)，CMP適合于從半導(dǎo)體晶片表面上有效地除去特定材料。例如，通常介電材料(如多晶硅、熱氧化物、摻雜和未摻雜的氧化物)用于半導(dǎo)體晶片的表面。對(duì)于特定的表面材料(如二氧化硅)，所用的CMP方法可以使用特定的工作溶液以最優(yōu)化除去二氧化硅。通常還有金屬(如鎢、鋁、銅、金、銀)淀積在半導(dǎo)體晶片的表面上，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)選擇一種具體的CMP方法從晶片表面上除去一種或多種特定金屬。使用CMP方法加工的其它材料包括氮化硅、氮化硼、金剛石類碳膜、聚酰亞胺、旋壓聚合物(spin-on polymer)、氣凝膠、耐火氧化物和硅化物，以及鐵電體。
具體的CMP過(guò)程可以指定磨削速率(removal rate)，通常以埃/分鐘測(cè)量，等于在給定的一段時(shí)間內(nèi)從半導(dǎo)體晶片表面除去的一部分層。具有高磨削速率的CMP方法是有利的，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體晶片制造過(guò)程中需要總量較多的步驟。通過(guò)縮短完成其中一些步驟的時(shí)間，使得制造者能夠加快集成電路的制造速率。除了具有高磨削速率以外，還需要CMP方法能夠平行于待修整的晶片表面均勻地去除材料。均勻地去除材料能避免一些區(qū)域未經(jīng)修整而另一些區(qū)域修整過(guò)度并由此可能破壞事先形成的下層(如金屬互聯(lián)層)的特性。
較好的還有CMP方法具有高度的磨削速率穩(wěn)定性。磨削速率穩(wěn)定性可定義為在用該方法修整的晶片中磨削表面材料(通常以埃/分鐘測(cè)量)是恒定的。例如，如果從用CMP方法修整的第一塊晶片上磨削表面的速率與從用該方法修整的第十塊或第二十塊晶片上磨削表面的速率大致相同，則該CMP方法就具有高度的磨削速率穩(wěn)定性。磨削速率穩(wěn)定性是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)殡y以在監(jiān)視修整過(guò)程中對(duì)晶片表面磨削的同時(shí)對(duì)每片晶片上磨削去的表面材料量進(jìn)行控制。具有高度的磨削速率穩(wěn)定性的CMP方法能確保后來(lái)用該方法修整的相同的半導(dǎo)體晶片被磨削去大致相同量的表面材料，并使得對(duì)在線測(cè)量或頻繁離線確認(rèn)預(yù)定磨削速率的需求降至最小。
發(fā)明的概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種粘固的磨料制品，它除了具有通常與背襯共同擴(kuò)展的研磨復(fù)合體以外，還包括至少一種與粘固的磨料制品相結(jié)合的氟化物劑(fluorochemical agent)。該制品用于CMP方法時(shí)能夠得到磨削速率加快的工藝，它能迅速且精確地修整半導(dǎo)體晶片的表面，而不會(huì)破壞晶片表面上精密的元件。向用于CMP方法的粘固的磨料制品中加入至少一種氟化物劑能加快該方法的晶片表面磨削速率，同時(shí)使該方法產(chǎn)生的噪音量降至最小。與粘固的磨料制品相結(jié)合的氟化物劑可以向CMP方法提供其它有利的特征。
具體而言，本發(fā)明包含一種粘固的磨料制品，它包含由研磨復(fù)合體構(gòu)成的外露主表面，所述研磨復(fù)合體包含粘固和分散在粘合劑中的許多磨粒。通常粘固的磨料制品只有一個(gè)表面與待修整的晶片表面發(fā)生接觸，粘固的磨料制品的這一表面常被稱為“外露主表面”。一般來(lái)說(shuō)，研磨復(fù)合體具有精確成形的三維結(jié)構(gòu)。至少一種氟化物劑與粘固的磨料制品結(jié)合，加快了CMP方法的磨削速率。此外，氟化物劑可以與研磨復(fù)合體的一種主要組成部分或者與研磨復(fù)合體的一種以上的組成部分相結(jié)合。研磨復(fù)合體的組成部分包括但不限于研磨復(fù)合體的磨粒、粘合劑或外露外表面。本發(fā)明制品的例子包括具有至少一種氟化物劑至少與磨粒相結(jié)合的粘固的磨料制品。另一個(gè)例子包括至少一種氟化物劑至少與粘合劑相結(jié)合。還有一個(gè)例子包括至少一種氟化物劑至少與研磨復(fù)合體的外露主表面相結(jié)合?；蛘?，粘固的磨料制品可以包括研磨復(fù)合體，它除了磨粒和粘合劑以外還包含填料，至少一種氟化物劑至少與該填料結(jié)合。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案是一種修整半導(dǎo)體晶片外露表面的方法。該方法要求半導(dǎo)體晶片的主表面與粘固的磨料制品的外露主表面接觸，其中粘固的磨料制品的表面包含研磨復(fù)合體。研磨復(fù)合體通常是有紋理的，具有三維結(jié)構(gòu)，該復(fù)合體包含粘固和分散于粘合劑中的許多磨粒和至少一種與粘固的磨料制品的至少一個(gè)組成部分相結(jié)合的氟化物劑，使得加工時(shí)氟化物劑存在于粘固的磨料制品的外露主表面上。該方法包括以下步驟使待修整的晶片表面與粘固的磨料制品的外露主表面接觸，使晶片相對(duì)于粘固的磨料制品運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保持晶片和粘固的磨料制品之間的接觸和足夠的壓力，由此修整晶片表面。該方法通常包括使用一種工作流體，它可任選地提供反應(yīng)性組分，將熱傳入或傳出界面，并有助于除去拋光工藝所產(chǎn)生的碎屑。
本發(fā)明的另一個(gè)方面包括由上述方法制得的半導(dǎo)體晶片。
由以下對(duì)本發(fā)明附圖和較佳實(shí)施方案的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明的其它特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和構(gòu)造。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是第一種粘固的磨料制品部分的剖面圖；圖2是第二種粘固的磨料制品部分的剖面圖；圖3是研磨結(jié)構(gòu)體部分的剖面圖4是一種半導(dǎo)體制造中用來(lái)修整晶片表面的裝置的部分側(cè)視示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明將氟化物用于研磨修整工藝中并沒(méi)有被廣泛報(bào)道。美國(guó)專利5,164,265(Stubbs)報(bào)道了將氟化物加入磨料組成層(含有構(gòu)造涂層(″make″coat)和上膠涂層(″size″coat))能使得與″填塞(loading)″有關(guān)的問(wèn)題降至最小。當(dāng)研磨軟材料時(shí)發(fā)生填塞，因?yàn)閺谋砻婷撀涞能洸牧隙氯四チ显哪チ?。Stubbs指出，當(dāng)涉及纖維素基涂料，尤其是常用于車身的硝化纖維素涂料時(shí)，填塞現(xiàn)象這一問(wèn)題尤其嚴(yán)重。從汽車上除去涂料的方法不同于CMP方法，不同之處在于半導(dǎo)體晶片可能含有易于被該方法所破壞的電子元件。美國(guó)專利5,578,362(Reinhardt)報(bào)道了氟化物烴可以作為墊子的一種組分，與常規(guī)的漿液CMP方法一起使用。氟化物烴只是墊子的許多可能選擇的組分中的一種。該參考資料并未指出該氟化物烴實(shí)際上能提高CMP方法的磨削速率或使有關(guān)CMP方法的噪音降至最低。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種用于半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中的表面修整工藝的粘固的磨料制品，該制品包含至少一種氟化物劑。這些粘固的磨料制品具有多種組成部分，它們各自對(duì)晶片表面修整工藝都是重要的。磨料制品的組成部分和本發(fā)明的其它實(shí)施方案將在本專利申請(qǐng)的以下部分加以討論。
粘固的磨料制品本發(fā)明的粘固的磨料制品通常包含與單層背襯或多層背襯共同擴(kuò)展的研磨復(fù)合體層。研磨復(fù)合體可形成向粘固的磨料制品提供有紋理表面的多種結(jié)構(gòu)或多種研磨復(fù)合體。有紋理的粘固的磨料制品的一個(gè)例子如圖1所示。具體來(lái)說(shuō)，圖1示出了粘固的磨料制品60，它具有粘固或粘結(jié)在背襯62上的錐形研磨復(fù)合體61。該研磨復(fù)合體(結(jié)構(gòu))61包含分散在粘合劑65中的磨粒64。在相鄰的研磨復(fù)合體之間存在凹進(jìn)部分63。粘固的磨料制品可具有至少一種氟化物劑主要與制品的粘合劑65相結(jié)合?；蛘撸彻痰哪チ现破房梢跃哂幸环N或多種氟化物劑主要與制品的磨粒64結(jié)合。另一種方案是粘固的磨料制品可具有一種或多種氟化物劑主要與制品的表面66相結(jié)合?；蛘?，粘固的磨料制品可具有一種氟化物劑與制品的研磨復(fù)合體的所有上述組成部分相結(jié)合，或者是上述結(jié)合方式的任意組合。研磨復(fù)合體的組成部分是指粘合劑、磨粒、研磨復(fù)合體表面和/或其它組成部分。術(shù)語(yǔ)“與……相結(jié)合”是指用氟化物劑附著、粘合或滲入研磨復(fù)合體一組成部分。最初加入或混入磨料制品特定組成部分的氟化物劑可以隨后擴(kuò)散或以其它方式傳送或遍及該制品的另一個(gè)組成部分。例如，最初加到磨料制品表面上的氟化物油在貯存時(shí)或在表面修整過(guò)程中會(huì)擴(kuò)散入粘合劑中。
粘固的磨料制品的氟化物劑可以是“反應(yīng)性”的，因?yàn)榉飬⑴c聚合反應(yīng)或其它化學(xué)反應(yīng)，不同于“非反應(yīng)性”的氟化物劑。氟化物劑最好是液態(tài)或固態(tài)的有機(jī)氟化物。合適的反應(yīng)性氟化物劑包括但不限于氟化物甲基丙烯酸酯類和氟化物丙烯酸酯類，例如C8F17SO2N(C2H5)C2H4OCOCH＝CH2，C8F17SO2N(CH3)C2H4OCOCH＝CH2，C8F17SO2N(C2H4OCOCH＝CH2)2；C7F15CH2OCOC(CH3)＝CH2，CnF2n+1C2H4OCOCH＝CH2(n＝5-12)；環(huán)-C6F11OCOCH＝CH2，C9F17OC2H4OCOCH＝CH2(得自六氟丙烯三聚物)、CnF2n+1O(C2F4O)mCF2CH2OCOCH＝CH2(n＝1至6，m＝2至20)；氟化物環(huán)氧化物，例如
氟化物硅烷，例如C8F17SO2N(C2H5)CH2CH2CH2Si(OCH3)3；氟化物異氰酸酯，例如C8F17SO2N(CH3)C2H4NCO和CnF2n+1C2H4NCO；氟化物羧酸，例如C8F17SO2N(C2H5)CH2COOH、C7F15COOH、CnF2n+1O(C2F4O)mCF2COOH(n＝1至6，m＝2至20)、HOCOCF2O(C2F4O)mCF2COOH(m＝2至20)以及它們的鹽和酰胺；氟化物磺酸，例如C8F17SO3H以及它們的鹽和酰胺；氟化物磷酸酯，例如(C8F17SO2N(C2H5)C2H4O)nPO(OH)3n(n＝1或2)；氟化物醇，例如C7F15CH2OH、CnF2n+1C2H4OH、HOCH2(C2F4O)p(CF2O)qCF2CH2OH(MN＝2000)。
具體的非反應(yīng)性氟化物劑的例子包括氟化物聚醚油，例如Ausimont制造的″FOMBLIN″、E.I.DuPont制造的″KRYTOX″、CnF2n+1O(C2F4O)xO(C2F4O)xOCnF2n+1(n＝1-8，x＝6-20)或CnF2n+1O(C4F8O)xOCnF2n+1(n＝1-8，x＝3-20)；氟化物鏈烷蠟，例如C16F34；氟化物醚，例如C8F17OC8F17和C7F15CH2OC8H17；氟化物酯；氟化物氨基甲酸酯；氟化物酰胺，例如C7F15CON(C4H9)2和C8F17SO2N(C4H9)2；氟化物熱塑性材料，如DuPont制造的TEFLON或Daikin America，Orangeberg，NY制造的KEL-F；氟化物熱塑性共聚物，如美國(guó)專利389,625和2,642,416中揭示的氟化物熱塑性共聚物，以及氟化物彈性體，例如六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物。選擇氟化物劑時(shí)考慮它們成為粘固的磨料制品的一部分的能力，以及考慮它們?cè)谡彻痰哪チ现破酚糜诰砻嫘拚に嚂r(shí)提高磨削速率的能力。氟化物涉及多種可能與當(dāng)前使用有關(guān)的性能，包括低表面能、易除去碎屑、低摩擦系數(shù)和潤(rùn)滑性。與粘固的磨料制品的一個(gè)組成部分相結(jié)合的氟化物劑較好是包括至少25ppm氟化物劑至最多達(dá)研磨復(fù)合體的10％。與粘固的磨料制品的一個(gè)組成部分相結(jié)合的氟化物劑最好是包括至少25ppm氟化物劑至最多達(dá)研磨復(fù)合體的5％。
非常小的細(xì)節(jié)(通常小于1微米寬)參與半導(dǎo)體晶片表面上的裝配式結(jié)構(gòu)，因此晶片表面修整工藝中所用的制品必須對(duì)晶片表面柔和。用于CMP方法的本發(fā)明粘固的磨料制品能夠迅速精確地修整半導(dǎo)體晶片表面，而不會(huì)破壞特有的金屬連接結(jié)構(gòu)和晶片表面上的其它功能性細(xì)節(jié)。據(jù)發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明粘固的磨料制品進(jìn)行表面修整工藝的磨削速率通常高于使用不含氟化物劑的類似的粘固的磨料制品進(jìn)行表面修整工藝的磨削速率。如上所述，具有高的材料磨削速率的晶片表面修整工藝是有利的，因?yàn)樗鼈兡軌蛱岣呒呻娐返闹圃焖俾省?br> 使用不含氟化物劑的粘固的磨料制品進(jìn)行的CMP方法會(huì)產(chǎn)生高的噪音。出乎意料的是，將包含至少一種氟化物劑的粘固的磨料制品用于CMP方法時(shí)，由該方法產(chǎn)生的聲音或噪音被降至最小。兩種方法所聽到噪音的區(qū)別是顯著的，機(jī)器的操作者能夠容易地察覺(jué)不同音調(diào)的音量的差別，而無(wú)需使用用來(lái)檢測(cè)聲音細(xì)小差別的電子測(cè)量器件或類似器件。
本發(fā)明的粘固的磨料制品較好的是圓形，如磨盤形狀。圓形磨盤的外邊緣較好是光滑的，或者可以是扇形邊的。粘固的磨料制品也可以是橢圓形，或者是任何多角形狀，如三角形、正方形、矩形等。或者，在另一個(gè)實(shí)施方案中粘固的磨料制品可以是帶狀。粘固的磨料制品可以制成卷狀，在磨料領(lǐng)域中通常被稱為磨料帶卷。一般來(lái)說(shuō)，在晶片修整過(guò)程中磨料帶卷被記下編號(hào)(index)?？梢詫?duì)粘固的磨料制品打孔，提供穿過(guò)磨料涂層和/或背襯的開口，以供流體介質(zhì)在使用前、使用時(shí)和使用后通過(guò)。關(guān)于粘固的磨料制品及其制備方法的一般特征的其它細(xì)節(jié)可參見美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)08/694,014(Bruxvoort)。
一般來(lái)說(shuō)，含有氟化物劑的粘固的磨料制品較好的是耐用的，它應(yīng)該能夠完成至少2次、較好為至少5次、更好為至少20次、最好為至少200次的晶片表面修整。除了耐用性以外，粘固的磨料制品的磨削速率通常高于不含氟化物劑的粘固的磨料制品?？磥?lái)磨削速率的提高并未影響CMP方法的精確性，因?yàn)樵撜彻痰哪チ现破纺軌虻玫骄哂锌山邮艿钠矫娑?、表面光潔度和最小的凹凸的半?dǎo)體晶片。用來(lái)制備粘固的磨料制品的材料、所需紋理和方法會(huì)影響CMP方法。
粘固的磨料制品的具體組成部分還說(shuō)明于美國(guó)專利5,152,917(Pieper等)、WO-97/11484和美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)08/694,014(Bruxvoort)。
磨粒粘固的磨料制品的研磨復(fù)合體包含許多磨粒分散在粘合劑中。磨粒可以不均勻地分散在粘合劑中，但通常較好的是將磨粒均勻地分散于粘合劑。磨粒可以與至少一種氟化物劑相結(jié)合?？梢詫⒛チ；烊牒幸环N或多種氟化物劑的液體中，或者用一種或多種氟化物劑噴涂磨粒來(lái)將氟化物劑施用到磨粒表面上。與磨粒結(jié)合的氟化物劑可以是反應(yīng)性或非反應(yīng)性的。
對(duì)于用來(lái)修整或精制晶片表面的粘固的磨料制品的結(jié)構(gòu)而言，優(yōu)選的是細(xì)磨粒。磨粒的平均粒度可以約為0.001-50微米，一般為0.01-10微米。在一些情況下，平均粒度約為5.0微米或甚至約為0.3微米。在一些情況下，平均粒度約為0.5微米或甚至約為0.3微米。磨粒的粒度一般規(guī)定為磨粒的最大尺寸。在絕大多數(shù)情況下，存在一個(gè)粒度范圍或分布。在一些情況下，較好嚴(yán)格控制粒度分布，以使所得的粘固的磨料制品在晶片上產(chǎn)生均一的表面光潔度。磨粒還可以以磨粒附聚體的形式存在。在每個(gè)附聚體中的磨?？梢杂酶骄壅澈蟿┙Y(jié)合在一起?；蛘?，磨粒可以通過(guò)磨粒間的吸引力結(jié)合在一起。
合適的磨粒的實(shí)例包括熔凝氧化鋁、熱處理氧化鋁、白色熔凝氧化鋁、多孔氧化鋁、轉(zhuǎn)變氧化鋁、氧化鋯、氧化錫、氧化鈰、熔凝氧化鋁氧化鋯或氧化鋁基溶膠凝膠產(chǎn)生的磨粒。氧化鋁磨粒可含有金屬氧化物改性劑。選擇的具體的磨粒或磨?；旌衔镆Q于待修整的晶片表面的類型。待加工的晶片表面可以包括中間層介電材料、金屬或有機(jī)聚合物材料(如聚酰亞胺)。通常用CMP方法修整的中間層介電材料的例子包括二氧化硅和用摻雜有硼和/或磷的二氧化硅。另一種類型的中間層介電材料是在淀積過(guò)程中引入了氟化物的二氧化硅。通常用CMP方法修整的金屬的例子包括金、銀、鎢、鋁、銅，以及它們的混合物和合金。
常用于此類制品的氧化鈰磨?？梢曰旧喜缓男詣┗驌诫s劑(如其它金屬氧化物)，也可以含有改性劑和/或摻雜劑(如其它金屬氧化物)。在一些情況下，這些金屬氧化物可以與氧化鈰反應(yīng)。將氧化鈰與兩種或多種金屬氧化物改性劑的組合一起使用也是可行的。這金屬氧化物可以與氧化鈰反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物。
粘固的磨料制品還可以含有兩種或多種不同類型磨?；旌衔?。磨?？删哂胁煌挠捕取Ｔ趦煞N或多種不同磨粒的混合物中，各磨粒可具有相同的平均粒度，也可以具有不同的平均粒度。
在一些情況下，較好的是用表面改性添加劑對(duì)磨粒表面進(jìn)行改性或處理。這些添加劑可以提高磨粒在粘合劑前體中的分散性和/或提高對(duì)粘合劑前體和/或粘合劑的粘合力。對(duì)磨粒的處理還可以改變和提高經(jīng)處理磨粒的切削特性。進(jìn)一步的處理還可以顯著地降低未經(jīng)固化的研磨復(fù)合體的粘度。該較低的粘度還允許較高百分率的磨?；烊胛唇?jīng)固化的研磨復(fù)合體中。表面處理的另一個(gè)潛在的優(yōu)點(diǎn)是使磨粒非故意的附聚降至最低。合適的表面改性劑的例子包括硅烷、膦酸酯、鈦酸酯和鋯鋁酸鹽。市售的硅烷表面改性劑的例子包括OSiSpecialties，Inc.，Danbury，CT的″A174″和″A1230″。用于氧化鈰磨粒的表面改性劑的一個(gè)實(shí)例是三異硬脂?；佀岙惐?。市售的表面改性劑的其它實(shí)例是購(gòu)自Byk Chemie，Wallingford，CT的Disperbyk 111和購(gòu)自ICI America Inc.，Wilmington，DE的FP4。
填料顆粒填料是粘固的磨料制品的一種組分，用于改進(jìn)研磨復(fù)合體的磨耗性(erodibility)。在一些情況下，使用合適和正確量的填料會(huì)降低研磨復(fù)合體的磨耗性。相反地，在一些情況下，使用合適和正確量的填料會(huì)提高研磨復(fù)合體的磨耗性。填料的選擇還應(yīng)該降低研磨復(fù)合體的成本、改變漿液的流變性能和/或改變研磨復(fù)合體的磨蝕特性。選擇填料通常是使得不會(huì)對(duì)所需的修整標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生不利影響?？捎糜诒景l(fā)明的填料的例子包括三水氧化鋁、硅酸鎂、熱塑性顆粒和熱固性顆粒。其它混雜填料包括無(wú)機(jī)鹽、硫、有機(jī)硫化合物、石墨、氮化硼和金屬硫化物。這些填料的例子是一些有用填料的代表性示例，并不意味著包括所有有用的填料。在一些情況下，較好是使用兩種或多種不同粒度填料的混合物。可以對(duì)填料進(jìn)行如上所述對(duì)磨粒進(jìn)行的表面處理。填料不應(yīng)導(dǎo)致外露晶片表面過(guò)度劃擦。
合適的填料顆?？梢耘c至少一種氟化物劑結(jié)合?？梢酝ㄟ^(guò)將填料混入至少一種氟化物劑的溶液或者將至少一種氟化物劑噴涂在填料表面上來(lái)將氟化物劑施涂在填料表面上。與填料結(jié)合的氟化物劑可以是反應(yīng)性或非反應(yīng)性的。填料也可以用諸如氟化物熱塑性顆粒(如聚四氟乙烯)的氟化物材料制成。
粘合劑粘合劑的具體化學(xué)性質(zhì)對(duì)于粘固的磨料制品的性能至關(guān)重要。例如，如果粘合劑“太硬”，所得的粘固的磨料制品會(huì)在外露表面中產(chǎn)生不可接受的深劃痕。相反，如果粘合劑“太軟”，所得的粘固的磨料制品就不能在修整過(guò)程中提供足夠的磨削速率，或者制品的耐久性差。因此，要選擇粘合劑以提供粘固的磨料制品的所需性能。
本發(fā)明的粘固的磨料制品的粘合劑較好是由有機(jī)粘合劑前體制成。粘合劑前體較好是能夠充分地流動(dòng)而能夠覆蓋表面。粘合劑前體的固結(jié)可以通過(guò)固化(如聚合和/或交聯(lián))、干燥(如除去液體)和/或簡(jiǎn)單地通過(guò)冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)。粘合劑前體可以是有機(jī)溶劑型的，水性的，或者是100％的固體(即基本上不含溶劑)的組合物。熱塑性和熱固性的聚合物或材料，以及它們的組合都可用作粘合劑前體。
在固結(jié)之前一種或多種氟化物劑可以與有機(jī)粘合劑前體混合。反應(yīng)性的氟化物劑實(shí)際上可以是粘合劑聚合反應(yīng)的一種組分，因此當(dāng)粘合劑固結(jié)時(shí)該氟化物劑混入到粘合劑的聚合物結(jié)構(gòu)中。反應(yīng)性氟化物劑的例子包括但不限于氟化物丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。或者，在粘合劑固結(jié)之后，可以向其施用至少一種氟化物劑。
在許多例子中，研磨復(fù)合體是由磨粒和粘合劑前體的混合物漿料形成的。研磨復(fù)合體可包含以重量計(jì)的約1-95份磨粒和5-99份粘合劑。研磨復(fù)合體較好的是包含約30-85份磨料和約15-70份粘合劑。同樣，研磨復(fù)合體可包含以研磨復(fù)合體的體積計(jì)的0.2-0.8份磨粒和0.2-0.8份粘合劑前體。這一體積比是僅以磨粒和粘合劑前體計(jì)的，不包括背襯或任選填料或添加劑的體積貢獻(xiàn)。
粘合劑前體較好的是可固化的有機(jī)材料，即受到熱和/或其它能源(如電子束、紫外光、可見光等)的作用或者加入化學(xué)催化劑、濕氣或其它能導(dǎo)致聚合物固化或聚合的試劑時(shí)能聚合和/或交聯(lián)的聚合物或材料。粘合劑前體的例子包括環(huán)氧聚合物、氨基聚合物或氨基塑料聚合物(如烷基化的脲-甲醛聚合物、蜜胺-甲醛聚合物和烷基化的苯胍胺-甲醛聚合物)、丙烯酸類聚合物(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、烷基丙烯酸酯、丙烯酸化環(huán)氧化物、丙烯酸化聚氨酯、丙烯酸化聚酯、丙烯酸化聚醚、乙烯基醚、丙烯酸化油和丙烯酸化硅氧烷)、醇酸聚合物(如聚氨酯醇酸聚合物)、聚酯聚合物、反應(yīng)性聚氨酯聚合物、酚醛聚合物(如甲階酚醛樹脂聚合物和酚醛清漆樹脂聚合物)、酚醛/膠乳聚合物、環(huán)氧聚合物(如雙酚環(huán)氧聚合物)、異氰酸酯、異氰脲酸酯、聚硅氧烷聚合物(包括烷基烷氧基硅烷聚合物)或反應(yīng)性乙烯基聚合物。所得粘合劑的形式可以是單體、低聚物、聚合物或它們的組合。
氨基塑料粘合劑前體的每個(gè)分子或低聚物至少有一個(gè)α，β-不飽和羰基側(cè)基。這些聚合物材料進(jìn)一步描述于美國(guó)專利4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk等)中。
較佳的粘合劑由可自由基固化的粘合劑前體產(chǎn)生。這些粘合劑在熱能或輻射能作用下能迅速聚合?？勺杂苫袒恼澈蟿┣绑w的一類較佳子集包括烯鍵式不飽和粘合劑前體。這些烯鍵式不飽和粘合劑前體的例子包括具有α，β-不飽和羰基側(cè)基的氨基塑料單體或低聚物、烯鍵式不飽和單體或低聚物、丙烯酸化異氰脲酸酯單體、丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物、丙烯酸化環(huán)氧化物單體或低聚物、烯鍵式不飽和單體或稀釋劑、丙烯酸酯分散體，以及它們的混合物。術(shù)語(yǔ)丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
烯鍵式不飽和粘合劑前體包括含有碳原子、氫原子和氧原子以及任選的氮原子和鹵素原子的單體化合物和聚合物化合物。氧原子或氮原子或兩者一般存在于醚基、酯基、氨基甲酸酯基、酰氨基和脲基中。烯鍵式不飽和單體可以是單官能的、雙官能的、三官能的、四官能的或更高官能的，包括丙烯酸酯基的單體和甲基丙烯酸酯基的單體。合適的烯鍵式不飽和化合物較好是由含脂族單羥基或脂族多羥基的化合物與不飽和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸或馬來(lái)酸)反應(yīng)制成的酯。烯鍵式不飽和單體的代表性實(shí)例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸己內(nèi)酯、甲基丙烯酸己內(nèi)酯、甲基丙烯酸四氫糠酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異癸酯、聚乙二醇單丙烯酸酯、聚丙二醇單丙烯酸酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三丙烯酸季戊四醇酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯和四甲基丙烯酸季戊四醇酯。其它烯鍵式不飽和物質(zhì)包括羧酸的單烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基的酯和酰胺，如鄰苯二甲酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯或N，N-二烯丙基己二酰二胺。其它含氮的烯鍵式不飽和單體包括異氰脲酸三(2-丙烯酰氧基乙)酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
一種較佳的粘合劑前體含有兩種或多種丙烯酸酯單體的混合物。例如，粘合劑前體可以是三官能的丙烯酸酯單體和單官能的丙烯酸酯單體的混合物。粘合劑前體的一個(gè)實(shí)例是丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯的混合物。多官能丙烯酸酯和單官能丙烯酸酯聚合物的重量比可以是約1-90份多官能丙烯酸酯對(duì)約10-99份單官能丙烯酸酯。
還可以由丙烯酸酯和環(huán)氧聚合物的混合物配制粘合劑前體，如美國(guó)專利4,751,138(Tumey等)中所述。
其它粘合劑前體包括具有至少一個(gè)丙烯酸酯側(cè)基的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個(gè)丙烯酸酯側(cè)基的異氰酸酯衍生物，它們進(jìn)一步描述于美國(guó)專利4,652,274(Boettcher等)中。優(yōu)選的異氰脲酸酯物質(zhì)是異氰脲酸三羥乙酯的三丙烯酸酯。
還有一些其它的粘合劑前體包括羥基封端的異氰酸酯擴(kuò)鏈的(extended)聚酯或聚醚的聚氨酯二丙烯酸酯和聚氨酯多丙烯酸酯或多甲基丙烯酸酯。市售丙烯酸化聚氨酯的實(shí)例包括以商品名稱“UVITHANE 782”購(gòu)自MortonChemical的聚氨酯；以商品名稱“CMD 6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”購(gòu)自UCB Radcure Specialties，Smyrna，GA的聚氨酯；購(gòu)自Henkel Corp.，Hoboken，NJ的“PHOTOMER”樹脂(如PHOTOMER 6010)；購(gòu)自UCB RadcureSpecialties的“EBECRYL 220”(六官能芳族聚氨酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 284”(用1，6-己二醇二丙烯酸酯稀釋的分子量為1200的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 4827”(芳族聚氨酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 4830”(用四甘醇二丙烯酸酯稀釋的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 6602”(用三羥甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯稀釋的三官能芳族聚氨酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 840”(脂族聚氨酯二丙烯酸酯)和“EBECRYL 8402”(脂族聚氨酯二丙烯酸酯)；以及購(gòu)自SartomerCo.，Exton，PA的“SARTOMER”樹脂(如″SARTOMER″9635、9645、9655、963-B80、966-A80、CN980M50等)。
還有一些粘合劑前體包括環(huán)氧化物的二丙烯酸酯和環(huán)氧化物的多丙烯酸酯或多甲基丙烯酸酯，如雙酚A環(huán)氧聚合物的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸化環(huán)氧化物的實(shí)例包括以商品名稱“CMD 3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”購(gòu)自UCB Radcure Specialties的物質(zhì)。
其它的粘合劑前體還可以是丙烯酸化聚酯聚合物。丙烯酸化聚酯是丙烯酸與二元酸/脂族二醇基聚酯的反應(yīng)產(chǎn)物。市售的丙烯酸化聚酯的實(shí)例包括以商品名稱“PHOTOMER 5007”(六官能丙烯酸酯)和.“PHOTOMER 5018”(四官能四丙烯酸酯)購(gòu)自Henkel Corp.的物質(zhì)；以及以商品名稱“EBECRYL 80”(四官能改性聚酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 450”(脂肪酸改性的聚酯六丙烯酸酯)和“EBECRYL 830”(六官能聚酯丙烯酸酯)購(gòu)自UCB Radcure Specialties的物質(zhì)。
另一種較佳的粘合劑前體是烯鍵式不飽和低聚物和單體的混合物。例如，粘合劑前體可以包含丙烯酸酯官能的聚氨酯低聚物和一種或多種單官能丙烯酸酯單體的混合物。該丙烯酸酯單體可以是五官能丙烯酸酯、四官能丙烯酸酯、三官能丙烯酸酯、雙官能丙烯酸酯、單官能丙烯酸酯聚合物，或者它們的組合。
粘合劑前體還可以是如美國(guó)專利5,378,252(Follensbee)中所述的丙烯酸酯分散體。
除了熱固性粘合劑以外，還可以使用熱塑性粘合劑。合適的熱塑性粘合劑的實(shí)例包括聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚醚酰亞胺、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、縮醛聚合物、聚氯乙烯以及它們的組合。
可使用可任選地與熱固性樹脂混合的水溶性粘合劑前體。水溶性粘合劑前體的實(shí)例包括聚乙烯醇、皮膠或水溶性纖維素醚(如羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素和羥乙基甲基纖維素)。這些粘合劑報(bào)道于美國(guó)專利4,255,164(Butkze等)中。
在含有烯鍵式不飽和單體和低聚物的粘合劑前體的情況下，可以使用聚合引發(fā)劑。它的例子包括有機(jī)過(guò)氧化物、偶氮化合物、醌、亞硝基化合物、酰鹵化物、腙、巰基化合物、吡喃鎓化合物、咪唑、氯三嗪、苯偶姻、苯偶姻烷基醚、二酮、苯某酮或它們的混合物。合適的市售紫外光活化的光引發(fā)劑的實(shí)例的商品名稱例如是購(gòu)自Ciba Geigy Company的“IRGACURE 651”和“IRGACURE 184”以及購(gòu)自Merck的“DAROCUR 1173”。另一種可見光活化的光引發(fā)劑的商品名稱為“IRGACURE 369”，購(gòu)自Ciba GeigyCompany。合適的可見光活化的引發(fā)劑的例子報(bào)道于美國(guó)專利4,735,632中。
合適的引發(fā)劑體系可以包含光敏劑。代表性的光敏劑可以具有羰基或叔氨基，或是光敏劑的混合物。具有羰基的較佳光敏劑是二苯甲酮、苯乙酮、苯偶酰、苯甲醛、鄰氯苯甲醛、呫噸酮、噻噸酮、9，10-蒽醌，或者其它芳族酮。具有叔胺的較佳光敏劑是甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺、苯基甲基乙醇胺或苯甲酸二甲氨基乙酯。市售的光敏劑包括以″QUANTICUREITX″、″QUANTICURE QTX″、″QUANTICURE PTX″和″QUANTICURE EPD″購(gòu)自Biddle Sawyer Corp.的光敏劑。
一般來(lái)說(shuō)，光敏劑和光引發(fā)劑體系的用量約為0.01-10％(重量)，更好為0.25-4.0％(重量)，以粘合劑前體的組分計(jì)。
另外，較好在加入諸如磨粒和/或填料顆粒之類的粒狀材料之前將引發(fā)劑分散(較好均勻分散)在粘合劑前體中。
一般來(lái)說(shuō)，較好將粘合劑前體置于輻射能，較好在紫外光或可見光之下，以固化或聚合粘合劑前體。在一些情況下，一些磨粒和/或一些添加劑會(huì)吸收紫外光和可見光，會(huì)妨礙粘合劑前體的恰當(dāng)固化。例如在氧化鈰磨粒的情況下就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。使用含磷酸酯的光引發(fā)劑，特別是含?；趸⒌墓庖l(fā)劑，可以使這個(gè)問(wèn)題降至最小。這種酰基氧化磷酸酯的一個(gè)例子是2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦，它可以商品名稱“LR8893”購(gòu)自BASFCorporation。其它市售?；趸⒌膶?shí)例包括購(gòu)自Merck的“Darocur 4263”和“Darocur 4265”。
當(dāng)粘合劑是環(huán)氧化物基或乙烯基醚基時(shí)，可使用陽(yáng)離子引發(fā)劑引發(fā)聚合。陽(yáng)離子引發(fā)劑的例子包括鎓陽(yáng)離子鹽(如芳基锍鹽)和有機(jī)金屬鹽(如離子芳烴體系)。其它例子揭示于美國(guó)專利4,751,138(Tumey等)、5,256,170(Harmer等)、4,985,340(Palazotto)和4,950,696。
也可使用雙重固化(dual-cure)和混合固化(hybrid-cure)光引發(fā)劑體系。在雙重固化光引發(fā)劑體系中，通過(guò)相同或不同的反應(yīng)機(jī)理在兩個(gè)獨(dú)立的階段中進(jìn)行固化或聚合。在混合固化光引發(fā)劑體系中，在紫外光/可見光或電子束輻射照射下兩種固化機(jī)理同時(shí)進(jìn)行。
研磨復(fù)合體研磨復(fù)合體包含粘固并分散在粘合劑中的許多磨粒，但可以包含其它添加劑，如磨粒表面改性劑、鈍化劑、偶合劑、填料、發(fā)泡劑、纖維、抗靜電劑、活性稀釋劑、引發(fā)劑、懸浮劑、潤(rùn)滑劑、濕潤(rùn)劑、表面活性劑、顏料、染料、UV穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、促進(jìn)劑、催化劑或活化劑。選擇這些添加劑的用量，以提供所需性能。
研磨復(fù)合體可任選地包含增塑劑。一般而言，加入增塑劑會(huì)增加研磨復(fù)合體的磨耗性，并軟化整個(gè)粘合劑組合物。在一些情況下，增塑劑可用作粘合劑前體的稀釋劑。增塑劑較好與粘合劑相容，以使相分離最小。合適的增塑劑的例子包括聚乙二醇、聚氯乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸烷基芐基酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、纖維素酯、硅油、己二酸酯、癸二酸酯、多元醇、多元醇衍生物、磷酸叔丁基苯基二苯基酯、磷酸三甲苯酯、蓖麻油、以及它們的混合物。一種優(yōu)選增塑劑是鄰苯二甲酸酯衍生物。
此外，可以向研磨復(fù)合體中加入水和/或有機(jī)溶劑。選擇水和/或有機(jī)溶劑的用量，以獲得所需的粘合劑前體和磨粒的涂料粘度。一般來(lái)說(shuō)，水和/或有機(jī)溶劑應(yīng)與粘合劑前體相容。前體聚合后，可將水和/或溶劑除去，或保留在研磨復(fù)合體中。合適的水溶性和/或水敏感性添加劑包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯或纖維素基的顆粒。
烯鍵式不飽和稀釋劑或單體的例子可見美國(guó)專利No.5,236,472(Kirk等)。在一些例子中，這些烯鍵式不飽和稀釋劑由于往往與水相容而可用。其它反應(yīng)性稀釋劑揭示于美國(guó)專利No.5,178,646(Barber等)。
研磨復(fù)合體結(jié)構(gòu)存在許多不同形式的三維、有紋理、粘固的磨料制品。代表性形式的例子如圖1和2所示。
較佳的粘固的磨料制品含有研磨復(fù)合體結(jié)構(gòu)，它可以是如圖1所示有精確的形狀，或者可以如圖2所示具有不規(guī)則的形狀。研磨復(fù)合體結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)稱為研磨復(fù)合體。最好的是具有精確成形研磨復(fù)合體結(jié)構(gòu)的粘固的磨料制品。圖2中粘固的磨料制品50具有形狀不規(guī)則的錐形研磨復(fù)合體結(jié)構(gòu)。這一不完善的形狀可以由粘合劑前體固化或固結(jié)之前漿液流動(dòng)并改變最初形成的形狀而形成。不規(guī)則形狀用不直、不明晰、不可重現(xiàn)、不精確的或不完善的平面或形狀邊界來(lái)描述。
粘合劑和磨粒可得到多種有形狀的研磨復(fù)合體。研磨復(fù)合體的形狀可以有許多幾何構(gòu)型。與背襯接觸的該復(fù)合體形狀的底面的表面積一般大于復(fù)合體遠(yuǎn)端的表面積。復(fù)合體的形狀可選自許多立體幾何形狀，如立方體、圓柱體、棱柱體、長(zhǎng)方體、棱錐體、截頂棱錐體、圓錐體、半球體、截頂圓錐體、十字形或者有遠(yuǎn)端的柱形截面的立體形狀。復(fù)合體棱錐體可以具有四面、五面或六面。研磨復(fù)合體底面的截面形狀可以不同于遠(yuǎn)端的截面形狀。這些截面形狀之間的轉(zhuǎn)變可以是平滑連續(xù)的或者可以出現(xiàn)在不連續(xù)階段。研磨復(fù)合體還可以具有不同形狀的混合。研磨復(fù)合體可排成行、螺旋形、螺旋線或網(wǎng)格形，也可以無(wú)則排列。
形成研磨復(fù)合體的側(cè)面可垂直于背襯，可傾斜于背襯，或者可以是寬度向遠(yuǎn)端遞減而逐漸減小。斜的角度可以約為1-75度，較好約為2-50度，更好約為3-35度，最好約為5-15度。較小的角度是優(yōu)選的，因?yàn)樗梢匝匮心?fù)合體的高度方向產(chǎn)生更均勻的橫截面。還可使用遠(yuǎn)端截面積大于底面截面積的研磨復(fù)合體，盡管可能更難制造。
每個(gè)研磨復(fù)合體的高度較好是相同的，但是可以在單個(gè)粘固的磨料制品中具有不同高度的復(fù)合體。復(fù)合體的高度通?？梢允堑陀诩s2000微米，更好是約25-200微米。
研磨復(fù)合體的底面可以彼此毗連，或者鄰近的研磨復(fù)合體的底面可相隔一確定的距離。在一些實(shí)施方案中，相鄰研磨復(fù)合體間的實(shí)際接觸不超過(guò)每個(gè)接觸復(fù)合體的垂直高度的33％。毗連復(fù)合體間的實(shí)際接觸量更好為每個(gè)接觸復(fù)合體垂直高度的1-25％。毗連的定義也包括相鄰復(fù)合體共有一塊共同的研磨復(fù)合體接合區(qū)(abrasive composite land)或橋狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，這種結(jié)構(gòu)與復(fù)合體相對(duì)的側(cè)面接觸并在它們之間延伸。這種接合結(jié)構(gòu)(land structure)的高度較好不超過(guò)每個(gè)相鄰復(fù)合體垂直高度的33％。這種研磨復(fù)合體接合區(qū)用與制造研磨復(fù)合體相同的漿料制成?！跋噜彙钡难心?fù)合體是指在研磨復(fù)合體中心間所畫的虛直線上沒(méi)有插入的研磨復(fù)合體。較好的是讓研磨復(fù)合體至少部分相互分離，以在復(fù)合體的突起部分間產(chǎn)生凹進(jìn)區(qū)域。
研磨復(fù)合體的直線間距可以約為1研磨復(fù)合體/直線厘米(linear cm)至約100研磨復(fù)合體/直線厘米?？梢愿淖冎本€間距，使一個(gè)地方的復(fù)合體密度大于另一個(gè)地方的密度。例如，粘固的磨料制品的中心處的密度可以最大。復(fù)合體的區(qū)域密度約為1-10,000復(fù)合體/厘米2。
也可以有暴露的背襯區(qū)域，即磨料涂層沒(méi)有覆蓋整個(gè)背襯表面的區(qū)域。這種構(gòu)造進(jìn)一步描述在美國(guó)專利5,014,468(Ravipati等)中。
研磨復(fù)合體較好按預(yù)定的圖形排列在背襯上，或者以預(yù)定的位置排列在背襯上。例如，在通過(guò)將漿料加入背襯和具有空腔的生產(chǎn)模具之間而制得的粘固的磨料制品中，預(yù)定的復(fù)合體圖形將相應(yīng)于生產(chǎn)模具上的空腔圖形。這樣，這種圖形能一個(gè)制品接一個(gè)制品地復(fù)制下去的。
在預(yù)定圖形的一個(gè)實(shí)施方案中，研磨復(fù)合體排成陣列，這是指復(fù)合體按規(guī)則排列，如對(duì)齊的行和列，或交替地錯(cuò)開的行和列。如有必要，一行研磨復(fù)合體可在第二行研磨復(fù)合體的前面直接對(duì)齊。較好是一行研磨復(fù)合體與第二行研磨復(fù)合體錯(cuò)開。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，研磨復(fù)合體可按“無(wú)規(guī)”的陣列或圖形排列。這是指研磨復(fù)合體不按上述規(guī)則的行和列排列。例如，研磨復(fù)合體可按1995年3月23日的WO PCT 95/07797(Hoopman等)和1995年8月24日公布的WO PCT95/22436(Hoopman等)所述的方式排列。然而，應(yīng)該認(rèn)為，這種“無(wú)規(guī)”排列是一種預(yù)定的圖形，因?yàn)檎彻痰哪チ现破飞蠌?fù)合體的位置是預(yù)定的，而且相應(yīng)于用來(lái)制造該粘固的磨料制品的生產(chǎn)模具中的空腔位置。
背襯粘固的磨料制品可以包含最好是厚度均勻的背襯。如果該背襯的厚度不夠均勻，晶片的均勻性會(huì)有較大變化。許多背襯材料適合于這個(gè)目的，包括軟背襯和較硬的背襯。常規(guī)軟研磨背襯的實(shí)例包括聚合物膜、經(jīng)底涂的聚合物膜、金屬箔、布、紙、硫化纖維、非織造材料及其處理過(guò)的形式、以及它們的混合物。一種優(yōu)選的背襯是聚合物膜。這種膜的例子包括聚酯膜、聚酯和共聚酯膜、微孔聚酯膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜等。聚合物膜背襯的厚度一般約為20-1000微米，較好為50-500微米，更好為60-200微米。
聚合物膜背襯與研磨復(fù)合體間也應(yīng)有良好的粘合性。在許多情況下，對(duì)聚合物膜背襯的表面進(jìn)行底涂以改進(jìn)粘合力。底涂可包括表面改變或施涂化學(xué)型底涂料。表面改變的實(shí)例包括電暈處理、UV處理、電子束處理、火焰處理和磨毛以提高表面積?；瘜W(xué)型底涂料的實(shí)例包括美國(guó)專利3,188,265中揭示的乙烯丙烯酸共聚物、美國(guó)專利4,906,523中揭示的膠體分散體、美國(guó)專利4,749,617中揭示的氮丙啶類材料以及美國(guó)專利4,563,388和4,933,234中揭示的輻射接枝的底涂料。
較硬背襯的實(shí)例包括金屬板、陶瓷板等。另一個(gè)合適背襯的實(shí)例描述在美國(guó)專利5,417,726(Stout等)中。背襯也可由層壓在一起的兩層或多層背襯以及PCT公報(bào)WO 93/12911(Benedict等)中揭示的混入聚合物材料中的增強(qiáng)纖維構(gòu)成。
壓花聚合物膜(如聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯或聚乙烯膜)或壓花纖維素背襯(如紙或其它非織造纖維素材料)也是合適的背襯。壓花材料也可被層壓到非壓花材料上形成背襯。壓花的圖形可以是任何的紋理。例如，該圖形可以是六邊形陣列、脊形、網(wǎng)格形、球形、棱錐形、截頂棱錐形、圓錐形、立方形、塊形、棒形等。
壓敏粘合劑可層壓在粒狀磨料的背襯的非研磨一面上。壓敏粘合劑可直接施涂在背襯表面上。或者，壓敏粘合劑可以是層壓在背襯表面上的轉(zhuǎn)移帶。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以將泡沫基材層壓在該背襯上。
研磨結(jié)構(gòu)體本發(fā)明粘固的磨料制品可以是粘固的研磨結(jié)構(gòu)體的一個(gè)組件。研磨結(jié)構(gòu)體的一個(gè)例子示于圖3，其中副墊(subpad)10包含至少一個(gè)剛性組件12和至少一個(gè)彈性組件14，該副墊固定在粘固的磨料制品16上。剛性組件12位于彈性組件14和粘固的磨料制品16之間，制品的表面17與半導(dǎo)體晶片接觸。因此，在本發(fā)明的研磨結(jié)構(gòu)體中，剛性組件12和彈性組件14通常與粘固的磨料制品16一起連續(xù)并與其平行，因此這三種組分基本上可以共同擴(kuò)展。雖然圖2中未示出，彈性組件14的表面18通常固定在用于半導(dǎo)體晶片修整的機(jī)器的臺(tái)板上，粘固的磨料制品的表面17與半導(dǎo)體晶片接觸。
如圖3所示，本實(shí)施方案的粘固的磨料制品16包含背襯22，背襯的一面上粘結(jié)有研磨涂層24，該涂層包含預(yù)定圖形的許多精確成形的研磨復(fù)合體26，復(fù)合體具有磨粒28分散在粘合劑30中。研磨涂層24在背襯上可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。然而，在某些實(shí)施方案中，粘固的磨料制品不需要背襯。而且，研磨結(jié)構(gòu)體的剛性組件至少一部分可以由粘固的磨料制品的背襯提供。盡管圖3示出了具有精確成形研磨復(fù)合體的有紋理、三維、粘固的磨料元件，本發(fā)明的研磨復(fù)合體不局限于精確成形的復(fù)合體。
彈性組件的主要目的是使研磨結(jié)構(gòu)體與晶片表面的總的外形大致相符，同時(shí)保持對(duì)晶片的均勻壓力。例如，半導(dǎo)體晶片的整體形狀可能在厚度上有較大波動(dòng)或變化，研磨結(jié)構(gòu)體應(yīng)該大致與這種結(jié)構(gòu)匹配。最好是使研磨結(jié)構(gòu)體與晶片的總的外形基本上相符，以便在修整晶片表面之后得到所需程度的均勻性。因?yàn)樵诒砻嫘拚^(guò)程中彈性組件經(jīng)歷壓縮，所以彈性組件在厚度方向壓縮時(shí)的回彈性是得到該目的的一個(gè)重要特征。彈性組件的這一回彈性(即壓縮時(shí)的剛性和彈性回跳)與材料厚度方向上的模量有關(guān)，還受到材料厚度的影響。“模量”是指材料的彈性模量或楊氏模量；對(duì)于彈性材料，在材料的厚度方向用動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)測(cè)量模量值，而對(duì)于剛性材料，在材料平面上用靜態(tài)張力試驗(yàn)測(cè)量模量值。
剛性組件的主要目的是限制研磨結(jié)構(gòu)體與晶片表面的局部形態(tài)大致相符的能力。例如，半導(dǎo)體晶片通常具有高度相同或不同的相鄰?fù)黄?，在它們之間是凹部，研磨結(jié)構(gòu)體不應(yīng)與這一形態(tài)大致相符。最好是減弱研磨結(jié)構(gòu)體與晶片局部形態(tài)的一致性，以獲得所需程度的晶片平整度(如避免凹陷)。剛性組件的彎曲勁度(即抗彎曲變形能力)是實(shí)現(xiàn)這一目的的一個(gè)重要特征。剛性組件的彎曲勁度與材料的平面內(nèi)模量直接有關(guān)，并受厚度的影響。例如，對(duì)于均勻的材料，彎曲勁度與楊氏模量和材料厚度三次方的乘積成正比。
適用于副墊的材料可以用例如ASTM建議的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(張力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)進(jìn)行表征。對(duì)剛性材料進(jìn)行的靜態(tài)張力試驗(yàn)可用來(lái)測(cè)量材料平面內(nèi)的楊氏模量(通常被稱為彈性模量)。對(duì)于測(cè)量金屬的楊氏模量，可使用ASTM E345-93(金屬箔張力試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)。對(duì)于測(cè)量有機(jī)聚合物(如塑料或增強(qiáng)塑料)的楊氏模量，可使用ASTM D638-84(塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)和ASTMD882-88(塑料薄片的標(biāo)準(zhǔn)拉伸性能)。對(duì)于包含多層材料的層壓組件，可用模量最高的材料所用的試驗(yàn)方法測(cè)量整個(gè)組件的楊氏模量(即層壓件模量)。剛性材料(或整個(gè)剛性組件本身)的楊氏模量值較好為至少約100MPa。于此，剛性組件的楊氏模量是用合適的ASTM試驗(yàn)方法在由材料兩個(gè)主表面確定的平面內(nèi)于室溫(20-25℃)測(cè)得的。
彈性材料的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)可用來(lái)測(cè)量材料厚度方向上的楊氏模量(通常被稱為儲(chǔ)能模量或彈性模量)。于此，可用ASTM D5024-94(用于測(cè)量壓縮狀態(tài)塑料的動(dòng)態(tài)機(jī)械性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)對(duì)彈性材料進(jìn)行測(cè)量，不論該彈性組件是一層或含多層材料的層壓組件。彈性材料(或整個(gè)彈性組件本身)的楊氏模量值低于約100MPa，更好的是低于約50MPa。于此，彈性組件的楊氏模量是于20℃、0.1Hz、34.5kPa的預(yù)負(fù)荷下用ASTM D5024-94在材料厚度方向上測(cè)得的。
粘固的研磨結(jié)構(gòu)體的具體細(xì)節(jié)可見美國(guó)專利申請(qǐng)08/694,357。
制備粘固的磨料制品的方法具有精確成形的研磨復(fù)合體的粘固磨料制品的優(yōu)選制造方法描述于美國(guó)專利5,152,917(Pieper等)和5,435,816(Spurgeon等)中。關(guān)于合適方法的其它描述可見美國(guó)專利5,437,754；5,454,844(Hibbard等)；5,437,7543(Calhoun)和5,304,223(Pieper等)。制造較好在凈化的室內(nèi)環(huán)境(如100級(jí)、1,000級(jí)或10,000級(jí)凈化室內(nèi))中進(jìn)行，以減少粘固磨料制品中的污染。
合適的方法包括制備含有磨粒、粘合劑前體和任選添加劑的漿料；提供具有前表面的生產(chǎn)模具；將漿料加入具有許多空腔的生產(chǎn)模具的空腔中；將背襯放在生產(chǎn)模具被漿料覆蓋的表面上；在制品與生產(chǎn)模具的空腔分離之前，至少將粘合劑前體部分固化或凝膠化，形成研磨復(fù)合體。
漿料是用合適的混合技術(shù)將粘合劑前體、磨粒和任選的添加劑混合在一起而制得的?；旌霞夹g(shù)的實(shí)例包括低剪切混合和高剪切混合，其中高剪切混合是優(yōu)選的。超聲能量也與混合步驟結(jié)合使用，以降低漿料的粘度(在粘固磨料制品的制造過(guò)程中，粘度是重要的)和/或影響所得磨料漿的流變性?；蛘呖梢栽?0-70℃加熱漿料，進(jìn)行微流化(microfluidized)或球磨以混合漿料。
一般將磨粒逐漸加入粘合劑前體中。該漿料較好是粘合劑前體、磨粒和任選添加劑的均勻混合物。如有必要，可加入水和/或溶劑以降低粘度。在混合步驟之中或之后抽真空可使氣泡的形成最少。
涂布工位(coating station)可以是任何常規(guī)的涂覆裝置，如鍛模式涂布器、刮涂器、幕涂器、真空口模式涂布器或口模式涂布器。優(yōu)選的涂布技術(shù)是美國(guó)專利3,594,865、4,959,265(Wood)和5,077,870(Millage)中所述的真空帶液口模(vacuum fluid bearing die)。涂布過(guò)程中，較好是使氣泡的形成最少，盡管在一些情況下，當(dāng)將漿料涂覆到生產(chǎn)模具內(nèi)時(shí)最好在漿料中引入空氣。夾帶入的空氣可在研磨涂層中形成孔隙(如氣孔)，這樣可能會(huì)提高研磨復(fù)合體的磨耗性。另外，在混合或涂布過(guò)程中也可將氣體泵入漿料中。
涂覆生產(chǎn)模具后，用任何方法使背襯與漿料接觸，以使?jié){料潤(rùn)濕背襯的表面。用接觸夾輥使?jié){料與背襯接觸，該接觸夾輥對(duì)所得結(jié)構(gòu)加壓使?jié){料和背襯在一起。夾輥可用任何材料制成；然而，夾輥較好用金屬、金屬合金、橡膠或陶瓷之類結(jié)構(gòu)材料制成。夾輥的硬度可以約為30-120肖氏硬度(durometer)，較好約為60-100肖氏硬度，更好約為90肖氏硬度。
接著，用能源將能量傳輸入漿料，以使粘合劑前體至少部分固化。能源的選擇部分取決于粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)、生產(chǎn)模具的類型和其它加工條件。該能源不應(yīng)使生產(chǎn)模具和背襯明顯降解。粘合劑前體的部分固化是指將粘合劑前體聚合到生產(chǎn)模具反轉(zhuǎn)時(shí)漿料不能流動(dòng)的狀態(tài)。如有必要，從生產(chǎn)模具上取下后，用常規(guī)能源使粘合劑前體完全固化。
在粘合劑前體至少部分固化后，將生產(chǎn)模具和粘固磨料制品分開。如果粘合劑前體沒(méi)有完全固化，粘合劑前體可以接著經(jīng)歷一定時(shí)間(time)和/或能源照射而完全固化。最后，將生產(chǎn)模具重繞在心軸上以使其可再使用，并將粘固的磨料制品繞在心軸上。
在所述第一種方法的另一種變化形式中，漿料可被涂覆在背襯上，而不是涂覆在生產(chǎn)模具的空腔內(nèi)。然后使涂覆了漿料的背襯與生產(chǎn)模具接觸，從而使?jié){料流入生產(chǎn)模具的空腔內(nèi)。制造粘固磨料制品的其余步驟與上述相同。
較好用輻射能固化粘合劑前體。輻射能可透過(guò)背襯或透過(guò)生產(chǎn)模具。背襯和生產(chǎn)模具不應(yīng)明顯地吸收輻射能。另外，輻射能源不應(yīng)明顯地降解背利和生產(chǎn)模具。例如，紫外光可透過(guò)聚酯背襯?；蛘?，如果生產(chǎn)模具用某些熱塑性材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯或它們的混合物)制成，紫外光或可見光可透過(guò)生產(chǎn)模具并進(jìn)入漿料中。對(duì)于熱塑性材料為原料的生產(chǎn)模具，用于制造粘固磨利制品的操作條件應(yīng)設(shè)定得不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱量。如果產(chǎn)生過(guò)多的熱量，會(huì)使熱塑性模具變形或熔化。
能源可以是熱能源或輻射能源，如電子束、紫外光或可見光。所需的能量取決于粘合劑前體中反應(yīng)基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)以及粘合劑漿料的厚度和密度。就熱能而言，約50-250℃的爐溫和約15分鐘至約16小時(shí)的加熱時(shí)間一般是足夠的?？捎玫碾娮邮椛?也稱為離子化輻射)能量值約為0.1-10兆拉德(Mrad)，較好約為1-10兆拉德。紫外輻射包含波長(zhǎng)約為200-400納米，較好約為250-400納米的輻射。可見光輻射包含波長(zhǎng)約為400-800納米，較好約為400-550納米的輻射。
所得到的固結(jié)漿料或研磨復(fù)合體具有生產(chǎn)模具的相反圖形。研磨復(fù)合體通過(guò)至少部分固化或固結(jié)在生產(chǎn)模具上而具有精確而預(yù)定的圖形。
生產(chǎn)模具具有一個(gè)前表面，它含有許多空腔或凹陷。這些空腔基本上是研磨復(fù)合體的相反形狀，它們可用于產(chǎn)生研磨復(fù)合體的形狀和布置。
這些空腔可具有與研磨復(fù)合體形狀相反的幾何形狀。選擇這些空腔的尺寸，以獲得所需的研磨復(fù)合體數(shù)值/平方厘米。這些空腔可以呈點(diǎn)狀圖案，其中相鄰的空腔彼此毗連，在鄰接的部位處空腔凹陷匯成形成于各空腔間隙處的生產(chǎn)模具的共同主平面。
生產(chǎn)模具可以是帶、片材、連續(xù)片材或卷材、涂布輥(如輪轉(zhuǎn)凹輥)、安裝在涂布輥上的套筒、或者模頭。生產(chǎn)模具可以由金屬(如鎳)、金屬合金或塑料制成。生產(chǎn)模具可以用任何常規(guī)的技術(shù)制造，包括光刻法、滾花法、雕刻法、切壓法、電鑄法、金剛石車削法等。例如，可用金剛石車削銅工具，然后在銅工具的外面電鍍鎳金屬工具。生產(chǎn)模具的制備可見美國(guó)專利5,152,917(Pieper等)；5,489,235(Gagliardi等)；5,454,844(Hibbard等)；5,435,816(Spurgeon等)；PCT WO95/07797(Hoopman等)和PCT WO 95/22436(Hoopman等)。
可從金屬母模復(fù)制下熱塑性模具。母模具有生產(chǎn)模具所需的相反圖形。母模較好用金屬制成，如鍍鎳的鋁、銅或青銅。任選地可將熱塑性片材與母模一起加熱，以使得通過(guò)將兩者壓在一起能使熱塑性材料壓花上母模圖案。熱塑性材料也可被擠出或澆鑄在母模上，然后進(jìn)行壓制。將熱塑性材料冷卻到不能流動(dòng)的狀態(tài)，然后與母模分離，制成生產(chǎn)模具。
合適的熱塑性生產(chǎn)模具可見美國(guó)專利5,435,816(Spurgeon等)?？捎糜谛纬缮a(chǎn)模具的熱塑性材料的實(shí)例包括聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、以及它們的混合物。熱塑性生產(chǎn)模具較好含有添加劑，如抗氧化劑和/或紫外光穩(wěn)定劑。這些添加劑可延長(zhǎng)生產(chǎn)模具的使用壽命。生產(chǎn)模具還可含有剝離涂層，以便粘固的磨料制品較容易地從生產(chǎn)模具上剝離。這些剝離涂層的實(shí)例包括聚硅氧烷和含氟化合物。
有許多制造含不規(guī)則形狀研磨復(fù)合體的研磨復(fù)合體的方法。雖然是不規(guī)則形狀，但這些研磨復(fù)合體仍按預(yù)定的圖形制成，因?yàn)檠心?fù)合體的位置是預(yù)定的。在一種方法中，將漿料涂覆到生產(chǎn)模具的空腔內(nèi)以產(chǎn)生研磨復(fù)合體。生產(chǎn)模具可以是與上述制備精確成形的研磨復(fù)合體時(shí)相同的生產(chǎn)模具。然而，在粘合劑前體固化或固結(jié)到足以在從生產(chǎn)模具取下時(shí)基本上保持其形狀之前，從生產(chǎn)模具中取出漿料。然后，將粘合劑前體固化或固結(jié)。因?yàn)檎澈蟿┣绑w沒(méi)有在生產(chǎn)模具的空腔中固化，所以會(huì)導(dǎo)致漿料流動(dòng)和研磨復(fù)合體變形。
制備此類粘固磨料制品的方法可見美國(guó)專利4,773,920(Chasman等)和5,014,468(Ravipati等)。
在該方法的變化形式中，可將漿料涂覆在背襯上。然后使背襯與生產(chǎn)模具接觸，以使生產(chǎn)模具的空腔中填滿漿料。制造粘固磨料制品的其余步驟與上述相同。在制成粘固磨料制品后，在轉(zhuǎn)制前可將其彎曲和/或濕潤(rùn)。
在另一種制造不規(guī)則形狀復(fù)合體的方法中，可將漿料涂覆在輪轉(zhuǎn)凹輥的表面上。背襯與輪轉(zhuǎn)凹輥接觸，漿料潤(rùn)濕背襯。然后輪轉(zhuǎn)凹輥在漿料中產(chǎn)生圖形或紋理。再?gòu)妮嗈D(zhuǎn)凹輥上取下漿料/背襯的結(jié)合物，將所得結(jié)構(gòu)置于使粘合劑前體固結(jié)的條件下，以形成研磨復(fù)合體。這種方法的一種變化形式是將漿料涂覆在背襯上，并使背襯與輪轉(zhuǎn)凹輥接觸。
輪轉(zhuǎn)凹輥可產(chǎn)生所需的圖形，如六邊形陣列、脊形、網(wǎng)格形、球形、棱錐形、截頂棱錐形、圓錐形、立方形、塊形或棒形。輪轉(zhuǎn)凹輥可產(chǎn)生在相鄰研磨復(fù)合體間存在接合區(qū)(land area)的圖形。這種接合區(qū)可含有磨粒和粘合劑的混合物?；蛘撸嗈D(zhuǎn)凹輥可產(chǎn)生在相鄰研磨復(fù)合體形狀間露出背襯的圖形。類似地，輪轉(zhuǎn)凹輥可產(chǎn)生存在研磨復(fù)合體形狀混合的圖形。
另一種方法是通過(guò)篩網(wǎng)噴或涂漿料，來(lái)產(chǎn)生圖形和研磨復(fù)合體。然后使粘合劑前體固化或固結(jié)，形成研磨復(fù)合體。這種篩網(wǎng)可產(chǎn)生所需的圖形，如六邊形陣列、脊形、網(wǎng)格形、球形、棱錐形、截頂棱錐形、圓錐形、立方形、塊形或棒形。篩網(wǎng)也可產(chǎn)生在相鄰研磨復(fù)合體間存在接合區(qū)的圖形。這種接合區(qū)可含有磨粒和粘合劑的混合物。或者，篩網(wǎng)可產(chǎn)生在相鄰研磨復(fù)合體間露出背襯的圖形。類似地，篩網(wǎng)可產(chǎn)生存在研磨復(fù)合體形狀混合的圖形。這種方法可見于美國(guó)專利3,605,349(Anthon)。
另一種制造三維、有紋理、粘固的磨料制品的方法使用壓花背襯。簡(jiǎn)而言之，將漿料涂覆在這種壓花背襯上。漿料依照壓花背襯的輪廓來(lái)提供有紋理的涂層。漿料可用任何合適的技術(shù)涂覆在壓花背襯上，如輥涂、噴涂、口模式涂布或刮涂。漿料被涂覆在壓花背襯上后，用合適的能源照射所得結(jié)構(gòu)以引發(fā)固化或聚合過(guò)程，形成研磨復(fù)合體。涂覆在壓花背襯上的研磨復(fù)合體的實(shí)例可見美國(guó)專利5,015,266(Yamamoto等)。
另一種用壓花背襯制造粘固磨料制品的方法可見美國(guó)專利5,219,462(Bruxvoort)。漿料被涂在壓花背襯的凹陷部分中。漿料含有磨粒、粘合劑前體和發(fā)泡劑。使所得的結(jié)構(gòu)處于能使發(fā)泡劑引起漿料發(fā)泡超出背襯前表面的條件下。然后將粘合劑前體固結(jié)形成研磨復(fù)合體。
該壓花背襯方法的一種變化形式是使用帶有粘接在背襯前表面上的研磨涂層的穿孔背襯。該穿孔背襯具有一系列或預(yù)定排列的沿背襯寬度伸展的孔或空腔。漿料被涂覆(如刮涂)在該背襯上。這些空腔本來(lái)就會(huì)產(chǎn)生有紋理的研磨涂層。
制造粘固的磨料制品的另一種方法是使用熱塑性粘合劑。該制品可用或不用背襯制成。一般用常規(guī)技術(shù)將熱塑性粘合劑、磨粒和任何任選的添加劑配混在一起，得到混合物，將該混合物加入擠出機(jī)，然后使該混合物形成粒料或長(zhǎng)線料(stands)。然后按照多種常規(guī)方案的任一種形成粘固的磨料制品。
例如，用具有與粘周磨料制品表面所需圖形大致相反的圖形的模具注塑或壓塑混合物，可形成粘固的磨料制品。也可將混合物加熱到形成熔融漿料的程度，然后將其加入模具，并加以冷卻。也可將粘合劑加熱到能流動(dòng)的程度，然后加入磨粒和任何添加劑，形成熔融的漿料，然后用常規(guī)方法將該熔融漿料轉(zhuǎn)化成研磨復(fù)合體。
裝置已有技術(shù)中說(shuō)明的用于以研磨漿料為基礎(chǔ)的平整半導(dǎo)體晶片的設(shè)備通常經(jīng)過(guò)最小的改動(dòng)就可與本發(fā)明粘固的磨料制品一起使用。在許多情況下，本發(fā)明方法中不含較不透明的漿料會(huì)簡(jiǎn)化這些設(shè)備和方法的使用。此外，相關(guān)的在線測(cè)量裝置和方法還可容易地與本發(fā)明的這些粘固磨料制品一起使用。
圖4示出了本發(fā)明方法可用的修整晶片的裝置。該裝置的許多變化型式和/或許多其它裝置可與本發(fā)明一起使用。本領(lǐng)域中已知，這種裝置和許多變型以及其它類型的裝置與拋光墊和松散研磨漿料一起使用。合適的市售裝置的一個(gè)實(shí)例是購(gòu)自IPEC/WESTECH of Phoenix，AZ的CMP機(jī)。另一種CMP機(jī)可購(gòu)自STRASBAUGH或SPEEDFAM。
裝置30包括與馬達(dá)(未畫出)連接的機(jī)頭單元31。卡盤32從機(jī)頭單元31中伸出；這種卡盤的一個(gè)實(shí)例是萬(wàn)向卡盤(gimbal chuck)?？ūP32較好設(shè)計(jì)成能接受不同的力和轉(zhuǎn)動(dòng)(pivot)，使得粘固的磨料制品能在晶片上提供所需的表面光潔度和平整度。然而在平整過(guò)程中，卡盤可以允許或不允許晶片旋轉(zhuǎn)。
卡盤31的末端是晶片固定器33。晶片固定器33將晶片34固定在機(jī)頭單元31上，并防止晶片在加工過(guò)程中移位。晶片固定器被設(shè)計(jì)成能容納晶片，它可以是例如圓形、橢圓形、矩形、正方形、八角形、六角形、五角形。
在一些情況下，晶片固定器包括兩部分，即可任選的扣環(huán)和晶片支承墊。扣環(huán)是固定在半導(dǎo)體晶片周邊上的大體為圓形的器件。晶片支承墊可用一種或多種組分(如聚氨酯泡沫)制成。
晶片固定器33在環(huán)形部分35處繞半導(dǎo)體晶片34延伸。環(huán)形部分(它是任選的)可以是單獨(dú)的部件或與固定器33構(gòu)成整體。在一些情況下，晶片固定器33不伸出半導(dǎo)體晶片34之外，使得晶片固定器33不與粘固的研磨制品42接觸。在另一些情況下，晶片固定器33伸出晶片34之外，使得晶片固定器與研磨復(fù)合體接觸。在這種情況下，晶片固定器可能影響研磨復(fù)合體的性能。例如，晶片固定器33可能“整修”粘固的磨料制品，并在加工過(guò)程中除去粘固的磨料制品表面的最外部分。
晶片固定器或扣環(huán)可用任何能使粘固的磨料制品對(duì)晶片提供所需程度的修整的材料制成。合適材料的實(shí)例包括聚合物材料。
晶片固定器33的旋轉(zhuǎn)速度取決于具體的裝置、加工條件、粘固的磨料制品以及所需的晶片修整標(biāo)準(zhǔn)。然而一般來(lái)說(shuō)，晶片固定器33的旋轉(zhuǎn)速度約為2-1,000轉(zhuǎn)/分(rpm)，一般約為5-500轉(zhuǎn)/分，較好約為10-300轉(zhuǎn)/分，更好約為20-150轉(zhuǎn)/分。如果晶片固定器旋轉(zhuǎn)得太慢或太快，就不能得到所需的磨削速率。
晶片固定器33和/或基底42可按圓形方式、螺旋形方式線性運(yùn)動(dòng)(spiralfashion linear motion)、非均勻方式、8字橢圓形方式或無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)。晶片固定器和/或基底可擺動(dòng)或振動(dòng)。
與目前使用的100-500厘米直徑的晶片一起使用的粘固磨料制品的直徑一般約為10-200厘米，較好約為20-150厘米，更好約為25-100厘米。粘固磨料制品的轉(zhuǎn)速可以約為5-10,000轉(zhuǎn)/分，一般約10-1000轉(zhuǎn)/分，優(yōu)選約10-250轉(zhuǎn)/分。晶片和粘固磨料制品較好按相同的方向旋轉(zhuǎn)。然而，晶片和粘固磨料制品也可按相反的方向旋轉(zhuǎn)。
晶片表面34和晶片固定器33之間的界面較好應(yīng)該是較平和均勻的，以確保得到所需程度的平整度。儲(chǔ)器37盛有工作液體39(下文將更詳細(xì)說(shuō)明)，工作液體通過(guò)管道38泵到晶片表面和固定在基底42上的粘固磨料制品41之間的界面上。較好的是在平整過(guò)程中有恒定的工作液體流加到粘固磨料制品和晶片表面間的界面上。液體流量部分取決于所需的平整標(biāo)準(zhǔn)(磨削速率、表面光潔度和平整度)、具體的晶片結(jié)構(gòu)和外露金屬的化學(xué)性質(zhì)。液體流量通常約為10-500毫升/分鐘，較好約為25-250毫升/分鐘。
在本發(fā)明的修整過(guò)程中，粘固的磨料制品通常固定在副墊43上，該副墊用作粘固磨料制品的支承墊。副墊部分地提供剛性和適順性，剛性使得粘固磨料制品能有效地磨削外露晶片表面，適順性使得粘固磨料制品能均勻地與外露晶片表面一致。適順性對(duì)于在整個(gè)外露晶片表面上獲得所需的表面光潔度是重要的。因此，對(duì)具體副墊(即副墊的物理性能)的選擇應(yīng)該符合粘固磨料制品，以使得粘固磨料制品提供所需的晶片表面特性(磨削速率、表面光潔度和平整度)。
用于將粘固的磨料制品固定到副墊上的方式較好使粘固的磨料制品在平整過(guò)程中保持平整和剛性。優(yōu)選的固定方式是壓敏粘合劑(如薄膜或帶形的)。適于本用途的壓敏粘合劑包括膠乳縐片(latex crepe)、松香、丙烯酸類聚合物和共聚物(如聚丙烯酸丁酯和其它聚丙烯酸酯)、乙烯基醚聚合物(如聚乙烯基正丁醚)基的粘合劑、醇酸粘合劑、橡膠粘合劑(如天然橡膠、合成橡膠、氯化橡膠)，以及它們的混合物。壓敏粘合劑較好用常規(guī)技術(shù)層壓或涂覆在粘固磨料制品的背面。另一種壓敏粘合劑涂料進(jìn)一步描述在美國(guó)專利5,141,790中。
粘固的磨料制品也可用鉤圈型固定方式固定在副墊上。圈織物可以放在粘固磨料制品的背面，鉤狀物可以放在副墊上?；蛘呖梢詫^狀物放在粘固磨料制品的背面，而將圈織物放在副墊上。鉤圈型固定方式可見美國(guó)專利4,609,581、5,254,194、5,505,747和PCT WO 95/19242中。
操作條件影響晶片加工的變量包括選擇晶片表面與粘固磨料制品間合適接觸壓力、液體介質(zhì)的類型、晶片表面與粘固磨料制品間的相對(duì)速度和相對(duì)運(yùn)動(dòng)、以及液體介質(zhì)的流量。這些變量是相互依賴的，而且根據(jù)需加工的各晶片表面進(jìn)行選擇。
一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)閷?duì)于單個(gè)半導(dǎo)體晶片而言可有許多個(gè)加工步驟，所以半導(dǎo)體制造工業(yè)期望CMP方法能提供較高的材料磨削速率。材料的磨削速率應(yīng)至少為100埃/分，較好至少為500埃/分，更好至少為1000埃/分，最好至少為1500埃/分。在一些情況下，需要磨削速率高達(dá)至少2000埃/分，甚至為3000-4000埃/分。粘固的磨料制品的磨削速率會(huì)隨機(jī)器條件和待加工的晶片表面類型發(fā)生變化。
然而，雖然一般需要有高的磨削速率，但必須選擇磨削速率使其不損害晶片表面所需的表面光潔度和/或表面形態(tài)。
晶片的表面光潔度可以用已知方法評(píng)定。一種較佳方法是測(cè)量晶片表面的Rt值，它提供了一種“粗糙度”的度量，能顯示劃痕或其它表面缺陷。例如，參見RST PLUS技術(shù)參考手冊(cè)，Wyko Corp.，Tucson AZ的第二章。較好的是修整晶片表面以得到Rt值不大于約3000埃、更好是不大于約1000埃，再好是不大于約500埃。
Rt通常用干涉儀(如購(gòu)自Wyko Corp.的Wyko RST PLUS干涉儀)或TENCOR表面光度儀進(jìn)行測(cè)量。十分希望沒(méi)有劃痕和缺陷的表面。
粘固磨料制品與晶片表面間的界面壓力(即接觸壓力)一般低于約30psi，較好約低于25psi，更好約低于15psi。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法所用的粘固磨料制品在示例的界面壓力下仍可提供良好的磨削速率。在平整過(guò)程中也可使用兩種或多種加工條件。例如，第一加工階段可以包括比第二加工階段更高的界面壓力。在平整過(guò)程中也可改變晶片和/或粘固磨料制品的旋轉(zhuǎn)和平移速度。
晶片表面加工較好在工作液體的存在下進(jìn)行，所述工作液體是根據(jù)晶片表面的組成選擇的。在一些場(chǎng)合，工作液體通常包含水，水可以是自來(lái)水、蒸餾水或去離子水。工作液體還可含有用來(lái)改變或改進(jìn)拋光性能的化學(xué)物質(zhì)。這些化學(xué)物質(zhì)可以包括酸、堿、氧化劑或還原劑。用于拋光二氧化硅晶片表面的較佳工作液體是pH值為11-11.5的堿水。待加工的晶片表面可以包括中間層介電材料，如多晶硅、熱氧化物、摻雜和不摻雜的氧化物。通常用CMP修整的中間層介電材料的例子包括二氧化硅和摻雜有硼和/或磷的二氧化硅。另一類中間層介電材料是在淀積時(shí)引入氟的二氧化硅。通常用CMP修整的金屬的例子包括鎢、鋁、銅，以及這些金屬的混合物和合金。
工作液體有助于與粘固磨料制品結(jié)合通過(guò)化學(xué)機(jī)械加工過(guò)程進(jìn)行加工。在拋光的化學(xué)部分中，工作液體與外露晶片表面反應(yīng)。然后在加工的機(jī)械部分，粘固的磨料制品會(huì)除去該反應(yīng)產(chǎn)物。
工作液體也可含有添加劑，如表面活性劑、濕潤(rùn)劑、緩沖劑、防銹劑、潤(rùn)滑劑、肥皂等。選擇這些添加劑，以提供所需的優(yōu)點(diǎn)，而不損害下面的半導(dǎo)體晶片表面。例如，可將潤(rùn)滑劑加入工作液體中，以減少平整過(guò)程中粘固磨料制品與半導(dǎo)體晶片表面間的磨擦。至少一種氟化物劑可分散在工作液體中，氟化物劑在表面修整過(guò)程中與磨料制品相結(jié)合。將氟化物劑加入工作液體中可在表面修整過(guò)程中對(duì)研磨復(fù)合體進(jìn)行氟化物連續(xù)更新。
也可將無(wú)機(jī)顆粒加入到工作液體中。這些無(wú)機(jī)顆粒有助于磨削速率。這些無(wú)機(jī)顆粒的實(shí)例包括二氧化硅、氧化鋯、碳酸鈣、氧化鉻、氧化鈰、鈰鹽(如硝酸鈰)、石榴石、硅酸鹽和二氧化鈦。這些無(wú)機(jī)顆粒的平均粒度應(yīng)小于約1000埃，較好應(yīng)小于約500埃，更好應(yīng)小于約250埃。將氟化物劑加入工作液體中可在表面修整過(guò)程中在研磨復(fù)合體處進(jìn)行氟化物連續(xù)更新。
雖然可將顆粒加入到工作液體中，但優(yōu)選的工作液體基本上不含無(wú)機(jī)顆粒，如未與粘固磨料制品相結(jié)合的松散磨粒。優(yōu)選的是，工作液體含有小于1％(重量)，較好小于0.1％(重量)的無(wú)機(jī)顆粒，更好是基本上不含無(wú)機(jī)顆粒。
工作液體的用量較好是足以促進(jìn)從表面上除去金屬、金屬氧化物、無(wú)機(jī)金屬氧化物或二氧化硅沉淀物。在許多情況下，在堿性工作液體和/或化學(xué)蝕刻劑中就有足量液體。然而在一些情況下，較好是在平整界面上除了第一種工作液體外還存在第二種液體。第二種液體可以與來(lái)自第一種液體的液體相同，或可以不同。
許多粘固的磨料制品從晶片表面上除去金屬的能力可以按08/846,726(Kaisaki)中所述的方法進(jìn)行測(cè)試。
實(shí)施例以下非限制性的實(shí)施例將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。除非另有說(shuō)明，實(shí)施例中所有的份、百分?jǐn)?shù)、比率等是以重量計(jì)的。在全文中使用表1中列出的以下縮寫。
表1
使用以下的通用方法，通用方法I和通用方法II制備實(shí)施例1-12的成形的粘固磨料制品。
用于制備粘固磨料制品的通用方法I首先，通過(guò)在高剪切混合機(jī)內(nèi)徹底混合實(shí)施例中列出的原料來(lái)制備包含粘合劑前體的研磨漿料。
使用一聚丙烯生產(chǎn)模具制造粘固的磨料制品，該模具含有一系列的具有特定大小的空腔，這些空腔按預(yù)定次序或陣列排列。生產(chǎn)模具基本上是研磨復(fù)合體所需形狀、大小和排列的倒置。將生產(chǎn)模具從卷繞機(jī)上解卷。在室溫下，用真空縫形模頭涂布機(jī)將研磨漿料施涂在生產(chǎn)模具的空腔中。接著，使前表面上含有乙烯丙烯酸共聚物的PPF背襯與經(jīng)研磨漿料涂覆的生產(chǎn)模具接觸，以使研磨漿料潤(rùn)濕背襯的前表面。之后，讓紫外線輻射穿透PPF背襯進(jìn)入研磨漿料。依次使用兩個(gè)不同的紫外線燈。第一個(gè)UV燈是Fusion System的紫外線燈，它使用“V”燈泡，在236.2瓦/厘米(600瓦/英寸)下工作。第二個(gè)是ATEK紫外線燈，它使用中壓汞燈泡并在157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)下工作。一旦置于紫外線下，粘合劑前體便轉(zhuǎn)變成粘合劑，而研磨漿料轉(zhuǎn)變成研磨復(fù)合體。然后，從研磨復(fù)合體/背襯上取下生產(chǎn)模具，再次卷繞起來(lái)。隨后，將研磨復(fù)合體/背襯(這構(gòu)成了粘固的磨料制品)卷繞在芯子上。該過(guò)程是一連續(xù)過(guò)程，它可在約4.6-7.6米/分鐘(15-25英尺/分鐘)下運(yùn)作。
為了制備用于測(cè)試的粘固磨料制品，將粘固磨料制品固定在壓敏膠帶上。然后沖切下圓形測(cè)試樣品以供測(cè)試。
用于制備粘固磨料制品的通用方法II通用方法II基本上與通用方法I相同，不同點(diǎn)在于將潤(rùn)濕的PPF背襯、研磨漿料和生產(chǎn)模具固定在金屬承板上，使該金屬承板通過(guò)長(zhǎng)工作臺(tái)面的實(shí)驗(yàn)室層壓機(jī)(購(gòu)自Chem Instruments的#001998型)。制品被連續(xù)地供入兩個(gè)橡膠輥(壓強(qiáng)約為280Pa(40psi)，速度為2-7)之間。讓模具和背襯及粘合劑前體一起在以約157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)工作的2個(gè)摻鐵燈泡(購(gòu)自AmericanUltraviolet Company)下通過(guò)，以使粘固的磨料制品固化。輻射透過(guò)膜的背襯。速度約為10.2米/分鐘(35英尺/分鐘)，樣品通過(guò)2次。
為了制備用于測(cè)試的粘固磨料制品，將粘固磨料制品層壓在壓敏膠帶上。然后沖切下圓形測(cè)試樣品以供測(cè)試。
圖案#1通過(guò)將聚丙烯材料澆鑄在金屬母模上(該母模的澆鑄表面由許多相鄰的截頂棱錐體構(gòu)成)以制得生產(chǎn)模具。形成的生產(chǎn)模具含有形狀為截頂棱錐形的空腔。每個(gè)截頂棱錐體的高度約為80微米，底面為每條底邊約178微米，而頂部為每條邊為約51微米。這些棱錐體形成正方陣列，中心到中心的間距為230微米。
以下說(shuō)明隨后的用來(lái)測(cè)量試樣制品磨削速率的通用方法，方法I和II。
用于測(cè)量粘固磨料制品磨削速率的方法I試驗(yàn)方法在原型化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)上進(jìn)行，它包含直徑為20英寸的旋轉(zhuǎn)壓板，Rodel，Inc.of Newark Delaware制造的Q1400拋光墊用壓敏粘合劑固定在壓板上。將待測(cè)的粘固研磨墊用一層壓敏粘合劑層壓在Q1400拋光墊頂部。所用的晶片是直徑為200毫米的片狀薄膜熱氧化物晶片；氧化硅層厚約1微米，通過(guò)熱氧化作用生長(zhǎng)。
將待拋光晶片放在旋轉(zhuǎn)夾頭(carrier head)內(nèi)，它以可調(diào)節(jié)的壓力將晶片壓在粘固的研磨墊上。用由Delrin熱塑性材料制得的3/8″寬的扣環(huán)將晶片保持在夾頭內(nèi)?？郗h(huán)以可調(diào)節(jié)的壓力壓在粘固的研磨墊上。
如下進(jìn)行拋光在整個(gè)拋光過(guò)程中用以150毫升/分鐘的流量提供的pH值為11.3的氫氧化鉀水溶液沖洗研磨墊。以31轉(zhuǎn)/分的壓板旋轉(zhuǎn)速率和33轉(zhuǎn)/分的夾頭旋轉(zhuǎn)速率拋光晶片的一面。以6psi的壓力將晶片壓在粘固的研磨墊上，扣環(huán)以11psi的壓力壓在研磨墊上。在拋光過(guò)程中夾頭沿壓板徑向緩慢地來(lái)回掃動(dòng)，以使得在掃動(dòng)的最里部分處圍繞晶片的扣環(huán)內(nèi)緣基本上達(dá)到研磨墊的中心，在掃動(dòng)的最外部分處圍繞晶片的扣環(huán)外緣基本上達(dá)到壓板外緣。
通過(guò)用PROMETRIX SM200儀器(由Teneor of Mountainview，California制造)測(cè)量分布于晶片表面上49處的氧化層初始厚度和氧化層最終厚度之間的差值來(lái)確定每塊晶片的平均磨削速率。所列出的值是10塊晶片的平均磨削速率(除去的氧化物埃數(shù)/分鐘)。
用于測(cè)量粘固磨料制品磨削速率的方法II用于該試驗(yàn)方法的工件是直徑為100毫米的片狀薄膜熱氧化物晶片。淀積的二氧化硅的厚度約為7,000-20,000埃，用市售的測(cè)量裝置(如購(gòu)自Rudolph，Inc.of Fairfield，NJ的#RR/FTM RESIST型測(cè)量裝置)進(jìn)行測(cè)量。在平行于晶片外露主表面的平面內(nèi)的不同位置處測(cè)量二氧化硅的厚度5次。
試驗(yàn)機(jī)是與圖4所示設(shè)備相似的改進(jìn)型Strausbaugh Lapping Machine(研磨機(jī))，型號(hào)為6Y-1。工件被裝配在扣環(huán)(購(gòu)自Rodel of Newark，DE)中。將一壓敏粘合劑(SCOTCH 7963MP)層壓于粘固磨料制品的背面。該壓敏粘合劑能使粘固的磨料制品固定在位于磨料樣品盤和第一支承墊之間直徑為40.6厘米(16英寸)的聚酯膜圓盤上。第一支承墊是聚氨酯墊(以商品名“IC1000”購(gòu)自Rodel of Newark，DE)。第二支承墊位于第一支承墊下面，以商品名“SUBA IV”購(gòu)自Rodel of newark，DE。第二支承墊固定在研磨機(jī)壓板上。每個(gè)支承墊的直徑約為30.5厘米(12英寸)。
讓夾住工件的夾頭以約100轉(zhuǎn)/分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后與磨盤接觸。工件通過(guò)31毫米的弧形，從離磨盤邊緣13毫米處開始移動(dòng)，周期為9秒。磨盤以約67-70轉(zhuǎn)/分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。從上面來(lái)看工件和磨盤各自以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。先讓磨盤和工件旋轉(zhuǎn)起來(lái)，然后以約16.2kg(36磅)的向下負(fù)荷或力相互接觸。將氫氧化鉀溶液(0.25％(重量)KOH的去離子水溶液，其pH約為11.5)泵送至磨盤和工件界面處。氫氧化鉀溶液的流量為80毫升/分鐘。在2分鐘周期中，用磨盤處理工件。在處理結(jié)束之后，用去離子水沖洗工件并干燥。
接著，測(cè)試工件的磨削速率。使用相同的儀器、在與處理前測(cè)量的相同位置上測(cè)量氧化物膜的厚度，由此測(cè)定磨削速率。在處理之前和處理之后的工件厚度的差值，在下面的表格中被稱為“磨削量”。對(duì)10個(gè)工件的磨削量進(jìn)行平均，確定平均磨削速率(單位埃/分鐘)。
實(shí)施例1和2這組實(shí)施例是采用圖案#1通過(guò)用于制備粘固磨料制品的通用方法I中所述方法而制得的。實(shí)施例1和2的制品是用表2所列的組分制得的。
表2材料<
>將氟化物劑施涂在實(shí)施例1和2的粘固磨料制品的表面上。該試劑是可交聯(lián)的氟化物共聚物。它通過(guò)在容器中混合6.0克C8F17SO2N(Me)C2H4OCOCH＝CH2、6.0克CnF2n+1C2H4OCOCH＝CH2(n＝8和10，n平均值＝9.2)、12.0克3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.5克3-巰基丙基三甲氧基硅烷、0.10克偶氮(二異丁腈)和40克乙酸乙酯而制得。用流量為1升/分鐘的氮?dú)獯祾咴摶旌衔?5秒，密封盛有該組合物的容器，于55℃加熱并在水浴中旋轉(zhuǎn)20個(gè)小時(shí)。制備兩個(gè)這樣的容器物。將每個(gè)容器中的約1.5克樣品于105℃蒸發(fā)2小時(shí)，稱量殘?jiān)?，表明第一種聚合物組成中有31.2％的固體，第二種聚合物組成中有31.4％的固體。將這些固體匯集起來(lái)，使40.0克匯集的組合物與248克乙酸乙酯和2.5克10％C7F15CO2H(HOESCHT)在乙酸乙酯中的溶液混合。將得到的混合物用漆刷以約4.5毫克/25平均厘米的量施涂在粘固的磨料制品表面。使該氟化物聚合物涂層于室溫和環(huán)境濕度下固化約5天。
采用用于測(cè)量粘固磨料制品磨削速率的方法I測(cè)量得到的粘固磨料制品的磨削速率。試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3
>噪音等級(jí)是在表面修整過(guò)程中通過(guò)一位能容易地覺(jué)察各方法之間聲音差別的單獨(dú)機(jī)器操作者來(lái)確定的，而無(wú)需使用電子測(cè)量器件。噪音等級(jí)6反映聲音能夠?qū)θ硕斐蓳p害，噪音等級(jí)1反映聲音幾乎不能被人耳所察覺(jué)。氟化物劑與粘固磨料制品的結(jié)合降低了當(dāng)粘固磨料制品表面與半導(dǎo)體晶片表面接觸的修整過(guò)程中產(chǎn)生的聲音。此外，未經(jīng)涂覆的粘固磨料制品的磨削速率低于被涂覆的粘固磨料制品的磨削速率。氟化物劑提高了實(shí)施例1和2的粘固磨料制品的磨削速率。
實(shí)施例3至5這組實(shí)施例是采用圖案#1通過(guò)用于制備粘固磨料制品的通用方法I中所述方法而制得的。實(shí)施例3的制品是用表4所列的組分制得的。
表4材料
實(shí)施例4的制品用與實(shí)施例3制品相同的組分制得，但是實(shí)施例4制品的表面用包含被稱作″KRYTOX″1514的非反應(yīng)性氟化物油的溶液進(jìn)行涂覆。該溶液是將2％w/w″KRYTOX″1514混入″FLUORINERT″FC 72制得的，將約50克這種2％的溶液噴涂到實(shí)施例4磨料制品的表面上。使該制品風(fēng)干過(guò)夜。
實(shí)施例5的制品用與實(shí)施例3制品相同的組分制得，但是實(shí)施例5制品的表面用氟化物硅烷(具有結(jié)構(gòu)式C8F17SO2N(Et)CH2CH2CH2Si(OMe)3，如U.S.5,274,159所述)進(jìn)行涂覆。制備氟化物硅烷在″FLUORINERT″FC 72中的2％w/w溶液。將約50克這種2％的溶液噴涂到實(shí)施例5制品的表面上。使該制品風(fēng)干過(guò)夜。
按照用于測(cè)量粘固磨料制品磨削速率的方法I對(duì)得到的實(shí)施例3、4和5的粘固磨料制品的磨削速率進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表5。
表5
<p>噪音等級(jí)值按照實(shí)施例1和2所說(shuō)明的部分確定。使用含有氟化物劑的實(shí)施例4和5的粘固磨料制品進(jìn)行表面修整過(guò)程產(chǎn)生的噪音小于使用實(shí)施例3的不含氟化物劑的粘固磨料制品進(jìn)行表面修整過(guò)程的噪音。同樣，與不含氟化物劑的粘固磨料制品相比，含有氟化物劑的粘固磨料制品提高了磨削速率。
實(shí)施例6至8這組實(shí)施例是采用圖案#1通過(guò)用于制備粘固磨料制品的通用方法II中所述方法而制得的。各實(shí)施例制品所用的材料量列于表6。
表6材料
實(shí)施例6的制品不含氟化物劑。實(shí)施例7的制品含有″KRYTOX″1514分散在粘合劑中，實(shí)施例8的制品含有與″KRYTOX″1514相結(jié)合的磨粒。實(shí)施例8的制品是通過(guò)取90重量份的CEO顆粒，將它們放入在100份″FLUORINERT″FC 72中含9份″KRYTOX″1514的溶液中制得的?；旌虾?，將該組合物置于真空中。然后將經(jīng)干燥、涂覆的CEO顆粒與粘合劑混合，形成實(shí)施例8的粘固的磨料制品。根據(jù)用于測(cè)量粘固磨料制品磨削速率的方法II對(duì)得到的制品的磨削速率進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表7。表7
實(shí)施例7和8制品的磨削速率高于實(shí)施例6在粘合劑中不含氟化物劑的制品。
實(shí)施例9至12這組實(shí)施例是采用圖案#1通過(guò)用于制備粘固磨料制品的通用方法II中所述方法而制得的。實(shí)施例9和11的制品含有參與粘合劑聚合物聚合反應(yīng)的反應(yīng)性氟化物劑。實(shí)施例9的制品包含氟化物雙官能丙烯酸酯，實(shí)施例11的制品包含氟化物單官能丙烯酸酯。丙烯酸酯(FC-DA和FLUORAD FX-13)和其它材料的濃度列于表8。選擇實(shí)施例9和10制品的原料濃度，以使這兩種制品具有相同濃度的丙烯酸類官能團(tuán)和相同的無(wú)機(jī)物與有機(jī)粘合劑的比值。同樣，選擇實(shí)施例11和12制品的原料濃度，以使這兩種制品具有相同濃度的丙烯酸類官能團(tuán)和相同的無(wú)機(jī)物與有機(jī)粘合劑的比值。
表8材料
實(shí)施例9至12的粘固磨料制品是采用圖案#1按照用于制備粘固磨料制品的通用方法II制得的。這些實(shí)施例的粘固磨料制品的磨削速率是通過(guò)用于測(cè)量粘固磨料制品磨削速率的方法II測(cè)得的。試驗(yàn)結(jié)果見表9。
表9
實(shí)施例9和11的制品的磨削速率分別高于實(shí)施例10和12的未經(jīng)處理的制品。實(shí)施例9和11看來(lái)促進(jìn)了有恒定表面磨削速率的CMP方法。當(dāng)略去每一系列中前兩塊晶片時(shí)，平均磨削速率和標(biāo)準(zhǔn)偏差為實(shí)施例92606±64埃/分鐘；實(shí)施例102466±448埃/分鐘；實(shí)施例111379±75埃/分鐘；實(shí)施例12966±66埃/分鐘。
權(quán)利要求
1.一種用于修整半導(dǎo)體晶片表面的含有氟化物劑的粘固的磨料制品，該制品包含(a)有紋理的三維研磨復(fù)合體，該復(fù)合體含有許多磨粒粘固并分散在粘合劑中，提供粘固的磨料制品的外露主表面；(b)至少一種與研磨復(fù)合體相結(jié)合的氟化物劑；和(c)與研磨復(fù)合體共同擴(kuò)展的背襯。
2.如權(quán)利要求1所述的制品，其中至少一種氟化物劑選自氟化物丙烯酸酯、氟化物甲基丙烯酸酯、氟化物環(huán)氧化物、氟化物硅烷、氟化物異氰酸酯、氟化物羧酸及其鹽和酰胺、氟化物磷酸及其鹽和酰胺、氟化物磺酸及其鹽和酰胺、氟化物磷酸酯、氟化物磷酸酯、氟化物醇、氟化物聚醚油、氟化物鏈烷蠟、氟化物醚、氟化物酯、氟化物氨基甲酸酯、氟化物酰胺、氟化物熱塑性材料、氟化物熱塑性共聚物和氟化物彈性體。
3.一種研磨結(jié)構(gòu)體，它包含(a)粘固的磨料制品，它包括有紋理的三維研磨復(fù)合體，該復(fù)合體具有許多磨粒粘固并分散在粘合劑中，其中研磨復(fù)合體提供了粘固的磨料制品的外露主表面，并且至少有一種氟化物劑與該研磨復(fù)合體相結(jié)合；(b)至少一種彈性組件，它通常與粘固的磨料制品共同擴(kuò)展；和(c)至少一種剛性組件，它位于彈性組件和粘固的磨料制品之間并通常與它們共同擴(kuò)展，其中剛性組件的楊氏模量大于彈性組件的楊氏模量。
4.一種修整半導(dǎo)體晶片外露表面的方法，包括以下步驟(a)使所述表面與權(quán)利要求1或2的粘固的磨料制品接觸，(b)使所述晶片與所述磨料制品相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以修整所述晶片的表面。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在氟化物劑與研磨復(fù)合體相結(jié)合之前，使至少一種氟化物劑分散在工作液體中。
6.如權(quán)利要求4或5所述的修整半導(dǎo)體晶片外露表面的方法，其中修整方法所產(chǎn)生的噪音通過(guò)將氟化物劑與研磨復(fù)合體相結(jié)合而降至最低。
7.一種半導(dǎo)體芯片，它由權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的方法制得。
8.如權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中晶片的表面包含金屬。
9.一種制備包含氟化物劑的粘固的磨料制品的方法，它包括以下步驟(a)使至少一種氟化物劑與研磨復(fù)合體的至少一種組成部分混合；和(b)將背襯固定在研磨復(fù)合體上，其中粘固的磨料制品是用于半導(dǎo)體晶片表面修整過(guò)程的。
10.一種經(jīng)涂覆的磨料制品，它包含(a)一種研磨復(fù)合體，它包含許多磨粒粘固并分散在粘合劑中，提供了粘固的磨料制品的外露主表面；(b)至少一種與研磨復(fù)合體相結(jié)合的氟化物；和(c)與研磨復(fù)合體共同擴(kuò)展的背襯。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有至少一種氟化物劑的粘固的磨料制品和研磨結(jié)構(gòu)體。粘固的磨料制品和研磨結(jié)構(gòu)體用于制造半導(dǎo)體器件過(guò)程中的半導(dǎo)體晶片表面修整過(guò)程。粘固的磨料制品具體包含與背襯共同擴(kuò)展的研磨復(fù)合體和至少一種與復(fù)合體相結(jié)合的氟化物劑。本發(fā)明還涉及制備包含至少一種氟化物劑的粘固的磨料制品的方法。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1278201SQ98810846
公開日2000年12月27日 申請(qǐng)日期1998年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月19日
發(fā)明者R·梅斯納, C·R·凱塞爾, G·G·I·穆爾 申請(qǐng)人:美國(guó)3M公司