專利名稱：研磨工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研磨工具，尤其涉及如用來(lái)使用于拋光的墊保持良好狀態(tài)的那種電解沉積的研磨工具，拋光墊由CMP設(shè)備用來(lái)拋光如半導(dǎo)體晶片那樣的材料表面。
日本專利申請(qǐng)NoH11-3518及H11-236175用作本發(fā)明申請(qǐng)的參考文件。
通常的一種設(shè)備展示于

圖17，它作為CMP(化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)設(shè)備)的一個(gè)實(shí)例用化學(xué)及機(jī)械方式拋光半導(dǎo)體晶片(以后只是說(shuō)晶片)的表面，晶片是從硅晶錠上切下的。
要求晶片在拋光設(shè)備的精度下進(jìn)行高精度無(wú)瑕疵的拋光。CMP的拋光機(jī)理是以由細(xì)硅石粉末等提供的機(jī)械作用(分散的粒子)及結(jié)合由堿性液體產(chǎn)生的腐蝕作用的機(jī)械化學(xué)拋光方法兩種因素為基礎(chǔ)的。在圖17所示的CMP設(shè)備1中，拋光墊4安裝在盤狀工作臺(tái)3上，工作臺(tái)3與回轉(zhuǎn)中心軸2連接，拋光勢(shì)4由例如用作拋光的硬尿烷組成，一可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的晶片安裝架5被相對(duì)于墊4安裝在與墊4中心軸2偏心的一個(gè)位置上。
晶片安裝架5是盤狀的，其直徑比墊4小、用來(lái)安裝晶片6。晶片6被安置在晶片安裝架5與墊4之間，晶片6的表面就被墊4的一側(cè)面拋光，晶片就以這種研磨方法進(jìn)行精加工。
在拋光時(shí)，作為一實(shí)例如上所述的細(xì)硅石粉末構(gòu)成的分散顆粒被用作拋光劑。此外，為了有腐蝕作用，也可以將如由堿性液體混合的漿料S施加于墊4上。漿料S可以在被夾持在晶片安裝架5內(nèi)的晶片6與墊4之間流動(dòng)，晶片6亦可以與晶片安裝架5一起轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)，墊還可以環(huán)繞自己的軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果使晶片6的一表面被墊4拋光。在墊4的例如由硬尿烷組成的、拋光晶片6的表面上，設(shè)置有保持漿料S的許多精細(xì)的形成層，晶片6則由被保持在這些形成層中的漿料拋光。
但是，如果留在形成層中的漿料太多就會(huì)產(chǎn)生一種不足，即對(duì)晶片6的拋光能力會(huì)下降，而且會(huì)由于拋光晶片6而使墊的拋光表面的平度降低，結(jié)果使晶片6的拋光精度降低。
因此，如圖17所示，從較早的一個(gè)時(shí)期以來(lái)，在CMP設(shè)備1中設(shè)置一墊修整器8，從而使墊4的該表面被重磨(修整)。墊修整器8的結(jié)構(gòu)為在回轉(zhuǎn)軸9上通過(guò)臂10安裝一個(gè)電沉積輪11，回轉(zhuǎn)軸9安置在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3的外部?；剞D(zhuǎn)墊4的表面被用電沉積輪11的雙向擺動(dòng)來(lái)拋光。電沉積輪11通過(guò)臂10環(huán)繞回轉(zhuǎn)軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果使墊4表面的平面度等被恢復(fù)或保持。
如圖18所示，電沉積輪11由磨粒層13構(gòu)成，層13的頂面在一圓平板狀基板12上呈平板環(huán)狀。而且如圖19中所示，作為一個(gè)實(shí)例的磨粒層13是由分布和固定在基板12上的一種超級(jí)磨粒14如金剛石構(gòu)成的，磨粒是通過(guò)電解沉積工藝經(jīng)一金屬電鍍物15被分布、固定的。在磨粒層13中，夾持超級(jí)磨粒14的金屬電鍍物15構(gòu)成大體平的形狀，超級(jí)磨粒14的從金屬電鍍物15突出的頂端大約也置于同一平面中。
通過(guò)這種方法，在電解沉積輪11被用作墊修整器8的情況中，如果在墊4上放置了太多量的由精細(xì)形成層保持的拋光晶片6用的漿料，電解沉積輪11處理墊4的性能就會(huì)變壞，因此而使墊4的平面度變得不太好，即使在墊修整進(jìn)行后也是這樣。因此，就產(chǎn)生一個(gè)缺點(diǎn)墊4表面(加工側(cè)面)的調(diào)整還不夠充分。
因此，在墊4的修整用其頂面大體上是平的并由超級(jí)磨粒組成的電解沉積輪來(lái)進(jìn)行的情況下，在用電解沉積輪11拋光時(shí)，輪11與墊幾乎整個(gè)表面接觸，由此而使墊4的形成層被拋光。其結(jié)果是使墊4的敞開(kāi)部份被閉合，漿料的容納處也就失去，因而使墊4加工側(cè)面對(duì)晶體6的拋光能力下降。
上述介紹過(guò)的問(wèn)題就產(chǎn)生了。
此外，在用輪11拋光墊4的情況中，輪11在如圖20所示那樣，至少在相當(dāng)于墊4半徑的范圍內(nèi)對(duì)墊4的頂面進(jìn)行拋光。在雙向擺動(dòng)的情況下，環(huán)狀磨粒層13的每個(gè)部份的拋光區(qū)域沿平行于墊4運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度被固定。亦即是說(shuō)，在圖18(A)中，假定沿大體上平行于墊4回轉(zhuǎn)方向P的a方向之磨粒層13的拋光區(qū)域(長(zhǎng)度)是L1，與之相似，相應(yīng)于b方向的拋光長(zhǎng)度是L2，相應(yīng)于C方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3。因此，相應(yīng)于a方向的拋光長(zhǎng)度為2×L1，相應(yīng)于b方向的長(zhǎng)度為2×L2，相應(yīng)于c方向的長(zhǎng)度為2×L3。在回轉(zhuǎn)方向的角部方向上的每個(gè)拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)，變成2×L1＜2×L2＜2×L3。
在拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)的總量是每部份的工作負(fù)荷的情況下，在圖21中展示了磨粒層13的工作負(fù)荷沿大體平行于墊4回轉(zhuǎn)方向的方向上的分布情況。但是，如果在環(huán)狀磨粒層13中對(duì)每個(gè)近以于平行墊4回轉(zhuǎn)方向P的工作負(fù)荷部份(a，b，c)是不同的，那末沿外周的側(cè)面的拋光量就大于沿墊4的半徑方向的中心區(qū)域的拋光量，拋光的均一性也就被破壞。結(jié)果是使墊4表面平面度的修復(fù)及堵塞的消除進(jìn)行得不充份，而且還由于不均勻磨損而使輪11的使用壽命變短。
為了克服這種缺陷，如圖20所示，將輪11外周緣與墊4分離來(lái)進(jìn)行懸空，來(lái)使C區(qū)域中的由最大工作負(fù)荷產(chǎn)生的墊4拋光量減少，這就保證了平面度，并相對(duì)墊4的回轉(zhuǎn)方向P實(shí)現(xiàn)大體上為矩形截面的擺動(dòng)被添加于輪11。但是進(jìn)行輪11的那種擺動(dòng)的拋光工作并沒(méi)有能獲得充份的效果。而且即使懸空及對(duì)輪11的擺動(dòng)均進(jìn)行，也由于工作負(fù)荷不均勻而不能給出令人滿意的效果。
本發(fā)明的目的是提供一種研磨工具，該工具可以在拋光修整的情況下，在被研磨表面的良好狀態(tài)下進(jìn)行拋光加工，并能除去被研磨表面上的漿料。
本發(fā)明的其它目的是提供單層研磨工具，此工具能實(shí)現(xiàn)更均勻的拋光而不會(huì)由磨粒層引起拋光工作損失。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的研磨工具的特征在于，在磨粒層的表面上制作凸、凹兩部份，在此研磨工具中，其基板放置該磨粒層，在此磨粒層的粘接相中分布著超級(jí)磨粒。
由于在磨粒層表面上制作了凸、凹部份，對(duì)于該被磨削表面如一墊的接觸區(qū)域就由此而成為不連續(xù)的，由于不是連續(xù)的面接觸而使該被磨削表面的損傷變得小得多，而且積聚在被磨削表面的適應(yīng)凹部的軟膏等可能參與拋光，由于有可能在凹部形成漿料等物的小池，這就有可能控制在被磨削表面上的過(guò)多的漿料等物，這些多余物對(duì)拋光有壞影響。
此外，在本發(fā)明的一個(gè)合適的形式中，磨粒層表面上的凸、凹部份被以連續(xù)線的形態(tài)來(lái)制作。
在該凹部中的貯存漿料量可以通過(guò)凹部被制成連續(xù)線形態(tài)而加大，連續(xù)線形態(tài)使此凹部也跟著是連續(xù)的。
在本發(fā)明的另一個(gè)合適的形式中，凹部和凸部可以連續(xù)地被制作成同心圓的形態(tài)。
此外，磨粒層表面的凸、凹部份也可以制作成從一截面圖來(lái)看呈信號(hào)波的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的另一種合適形式，本發(fā)明的研磨工具是一種單層研磨工具，此磨粒層的特征在于，在沿路徑方向間隔排列有多層。
由于該磨粒層在沿此單層研磨工具的半徑方向制作有分隔開(kāi)的多層，大體上平行于拋光如墊那樣的被拋光元件的相關(guān)運(yùn)動(dòng)方向的此磨粒層區(qū)域拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)的總量就變得幾乎是均勻的。由此而使工作負(fù)荷的不均勻性被改善，因此而能夠更有效、更均勻地拋光工件材料。
此外，此單層研磨工具意味著在這種工具中，超級(jí)磨粒只是沿著金屬粘接物厚度方向以一層超級(jí)磨粒的形態(tài)被列布。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一種合適的形式，此磨粒層以多層螺旋狀或環(huán)狀形態(tài)來(lái)制作。由于此種方案，使得在沿大體上平行于工件相對(duì)移動(dòng)方向的粒層區(qū)域內(nèi)的拋光長(zhǎng)度總量等于大致垂直于工件材料移動(dòng)方向的方向上任一位置處的拋光長(zhǎng)度總量。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)合適的方式，組成該磨粒層的多層是三層或更多層。由于該磨粒層被分隔成許多層，使在沿大體上平行于工件材料相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的磨粒層區(qū)域內(nèi)的拋光長(zhǎng)度總量等于大致垂直于工件材料移動(dòng)方向的方向上任一位置處的拋光長(zhǎng)度總量。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)合適的形式，多層磨粒層被制作得其內(nèi)層比外層寬。在大體上平行于工件材料相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的磨粒層區(qū)域中的拋光長(zhǎng)度總量在外層更大，此外層的半徑也大。由于這一原因，如果內(nèi)層做得相對(duì)寬些，這就會(huì)趨向于使上述的拋光長(zhǎng)度總量平衡。此外，根據(jù)本發(fā)明的又一合適的形式，從垂直截面看此磨粒層的邊緣部進(jìn)行倒角加工。當(dāng)例如一墊那樣的工件材料被用轉(zhuǎn)動(dòng)此單研磨層工具研磨時(shí)，為了在倒角部分開(kāi)始與工件接觸，工件材料從粗研磨到精研磨均在一倒角部分磨削，結(jié)果使拋光精度良好。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)合適形式，在此磨粒層的圓周方向最外層中的超級(jí)磨粒平均直徑比在其內(nèi)層中的超級(jí)磨粒的平徑直徑小。雖然此單層研磨工具在磨削期間由于磨削阻力而產(chǎn)生很小的震動(dòng)，通過(guò)使該研磨層最外圓周層中的超級(jí)磨粒為相對(duì)較小直徑可使震動(dòng)產(chǎn)生的有害影響變小，對(duì)該工件材料的破壞性能可以被減小，在磨削面上的表面不平度被改善、磨削能力被提高，而且碎屑排除性能也可以通過(guò)使其內(nèi)層中的超級(jí)磨粒有相對(duì)較大直徑而獲得改善。
此外，在沿圓周方向最外處的該層基板高度與內(nèi)層基板高度的間距等于超級(jí)磨粒平均直徑的差值，但磨粒層最外圓周處的層高與其內(nèi)層的層高彼此相等。磨削精度可以通過(guò)不管超級(jí)磨粒平均直徑的差別而將多個(gè)磨粒層調(diào)整至同一高度來(lái)保證。此外，在其磨粒層的超級(jí)磨粒被分布在一金屬粘接物中的一種單層研磨工具中，上述磨粒層的拋光長(zhǎng)度總量幾乎彼此相等，該長(zhǎng)度與沿該平行于被磨材料相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的多個(gè)任意位置的假想線相交。
在通過(guò)使單層研磨工具回轉(zhuǎn)而進(jìn)行的拋光中，在垂直于假想線方向任一位置處的磨粒層產(chǎn)生的磨削工作負(fù)荷很少產(chǎn)生差異。此外，磨粒層可以安置在基板一表面的圓周側(cè)邊區(qū)域。尤其是，此單層研磨工具適合于用作CMP設(shè)備的墊修整器。
對(duì)附圖簡(jiǎn)要地介紹如下。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)例電解沉積輪的平面圖。
圖2是圖1所示電解沉積輪的沿軸心線剖切的剖視圖。
圖3是圖2所示電解沉積輪的磨粒層局部放大圖。
圖4是展示用該電解沉積輪磨削一墊的狀態(tài)的縱向剖視圖。
圖5是展示本發(fā)明第一改進(jìn)實(shí)例的電解沉積輪的水平視圖。
圖6是沿圖5中A-A線剖切的電解沉積輪磨粒層磨粒部分剖視圖。
圖7是本發(fā)明第二改進(jìn)實(shí)例電解沉積輪的縱向剖視簡(jiǎn)圖。
圖8是本發(fā)明第三改進(jìn)實(shí)例電解沉積輪的縱向剖視簡(jiǎn)圖。
圖9是展示本發(fā)明第二實(shí)例的該輪局部平面圖。
圖10是展示本發(fā)明第二實(shí)例改進(jìn)形式的電解沉積輪局部平面圖。
圖11是本發(fā)明第三實(shí)例的電解沉積輪主要縱向部分視圖。
圖12是本發(fā)明第四實(shí)例的該輪磨粒層的平面圖。
圖13是沿圖12所示X-X剖切的該輪縱向局部剖視圖。
圖14是展示環(huán)繞著半圓部分沿墊回轉(zhuǎn)方向的工作負(fù)荷和磨粒層位置的關(guān)系的圖表。這半個(gè)半圓是用圖12中所示的一點(diǎn)劃線分開(kāi)的。
圖15是第5實(shí)例的平面原理圖。
圖16是第6實(shí)例的該輪的部分剖視圖。
圖17是傳統(tǒng)CMP設(shè)備的原理性部分立體圖。
圖18是用于CMP設(shè)備的傳統(tǒng)輪的圖，圖18(A)是半圓狀部分平面圖，圖18(B)是圖18(A)中輪的沿A-A線的剖視圖。
圖19是放大的示意性剖視圖，它展示圖18所示輪的磨粒層。
圖20展示覆蓋著墊的該輪修整狀況的示意性平面圖。
圖21是展示在相應(yīng)于圖20的該輪修整時(shí)，沿墊回轉(zhuǎn)方向的工作負(fù)荷與磨粒層位置的關(guān)系的圖表。
在下面，實(shí)例是用附圖來(lái)解釋的。本發(fā)明的第一實(shí)例用圖1或圖4來(lái)解釋。由在圖1和圖2中展示出的第一實(shí)例的電解沉積輪20(電解沉積研磨工具)配置著CMP設(shè)備1的墊修整器8的臂10。
在電解沉積輪20中，基板21是一盤狀平板，作為一個(gè)例子，在一基板21a的外圓周側(cè)部的安置面21b上有環(huán)狀磨粒層2。
基板21的安置面21b被制作成一信號(hào)曲面，沿著圖3中所示半徑方向的縱長(zhǎng)剖視圖上來(lái)看，基板23b處的凸部及基板23a處的凹部在安置面21b中沿半徑方向連續(xù)地相互交替出現(xiàn)。而且基板的凹部23a及凸部23b每個(gè)均被制作成以基板21的中心為圓心的同心圓。
在安置面21b上的磨粒層22基本上全被制作得有相同的厚度，將超級(jí)磨粒如金剛石或cBN等分布在如Ni等那樣的金屬電鍍物中。因此，在電解沉積輪上的磨粒層表面是由超級(jí)磨粒26構(gòu)成的，該表面被制作得沿半徑方向由磨粒凹部27A和凸部27B交替分布，這些凹、凸部被作成與基板21的凹、凸形安置面21B相應(yīng)的同心圓的環(huán)形。
從圖3的電解沉積輪20的縱截面圖上可以看到，沿磨粒凹、凸部27A、27B深度方向的差值D被設(shè)定得小于單個(gè)磨粒26沿相同方向的長(zhǎng)度。
因此，在磨粒凹部27A處的超級(jí)磨粒26的頂面處于突出的高位置處而不是在凸部27B處的超級(jí)磨粒26的基部邊緣。在這里，超級(jí)磨粒凹部27A和超級(jí)磨粒凸部27B的高度差定在1/2到2倍超級(jí)磨粒26的直徑d的范圍內(nèi)。
此外，沿磨粒層22徑向毗鄰的兩個(gè)磨粒凹部27A或凸部27B之間的長(zhǎng)度L期望在1d至3d范圍內(nèi)。
選定上述值范圍的原因如下。如果高度差D大于2d，這會(huì)從墊4上帶走太多的漿料而對(duì)接下來(lái)的拋光產(chǎn)生不利影響，但是如果將D值定得小于1/2d，那末漿料排走效率就會(huì)下降。如果將L定得大于3d，拋光效率就會(huì)降低；如果將L定得小于d，接觸區(qū)域就會(huì)增大而使對(duì)墊4的傷害變大。
此外，沿著基板21的安置面21b的凹凸形式而將磨粒層22用電解沉積等方式制作得有差不多相同的厚度。
分布在此磨粒層的金屬電鍍物25中的超級(jí)磨粒26作為一個(gè)樣例，只按照基板21的安置面21b的形狀排列一層。
為了制作這種電解沉積輪20，將基板凹部23a及凸部23b制作成同心圓狀，并使它們沿半徑方向交替排列，并將靠貼安置面21b的、除了安置面21b以外的其它部份掩蔽。被掩蔽的部分是基板21的另一部份面21a，它基本上是圓平板形狀。安置面21b是需要被電鍍的區(qū)域。
接下來(lái)，為了用電解沉積工藝來(lái)進(jìn)行電解沉積磨粒層22，將含有如Ni，Co等金屬離子的電鍍液注入未示出的電鍍槽中。將經(jīng)掩蔽了的基板21放入電鍍槽中并與負(fù)極接觸，將陽(yáng)板安置得與基板21平行。然后將兩極通電。
然后安排成使超級(jí)磨粒26接觸安置面21b，之后，包括超級(jí)磨粒26的金屬電鍍物25就被沉積在是負(fù)極的基板21的安置面21b上。這樣就獲得了如圖1-3所示的電解沉積輪20。由于此樣例的電解沉積輪20是用上述方法構(gòu)成的，通過(guò)給CMP設(shè)備的墊修整器8裝備此電解沉積輪20，就可對(duì)墊4進(jìn)行修整。首先，將電解沉積輪20安裝在墊修整器8的臂10的端部上，然后使回轉(zhuǎn)軸9的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)，并且也使工作臺(tái)3轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果就使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3上的墊4被進(jìn)行雙向擺動(dòng)的電解沉積輪20拋光。
在這種情況下，電解沉積輪20上的磨粒層22的磨粒凸部27B上的超級(jí)磨粒26就可以切入墊4表面一小點(diǎn)量而進(jìn)行拋光，收集在一微小發(fā)泡層中的漿料被排除。由于該發(fā)泡層而使墊4的表面上有孔。由于傳統(tǒng)水平形狀的電解沉積輪11中沒(méi)有漿料收集處，那些被排出的漿料又被推入墊的發(fā)泡層中。但是，在本發(fā)明的此實(shí)例中，可以將這些漿料收集于在磨粒層22中形成的磨粒凹部27A中。
而且，由于磨粒凹部27A被制作成與電解沉積輪20的基板21有相同軸線的同心圓形狀，該漿料的排除量大，而且定能將之從墊4的發(fā)泡層中收集起來(lái)。
被排入磨粒層22的磨粒凹部27A中的漿料是在墊修整器8的臂10雙向擺動(dòng)和墊4沿反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的修整過(guò)程中從墊4表面上排出的。
因此，含在漿料中的分散磨粒不會(huì)超過(guò)需要地留在墊4上，而且也不會(huì)在修整之后對(duì)晶片拋光產(chǎn)生有害影響。此外，在與此同時(shí)，磨粒層22中的同心圓形式的磨粒凸部27B稍微切入墊4表面一點(diǎn)兒，并用這部份的磨粒26對(duì)墊表面研磨。
磨粒層對(duì)墊4的接觸區(qū)域只有磨粒凸部27B3，其磨粒凹部27A不與墊4接觸。在這種磨削情況中，墊4表面被間斷地磨削，只是被電解沉積輪20掃過(guò)區(qū)域的一部份被局部地由磨粒凸部27B切除。因此，由這種拋光引起的損傷相對(duì)較小。
這樣，被磨損的墊4表面可以被磨粒凸部27B的超級(jí)磨粒重磨，墊4的平面度能被恢復(fù)或維持，對(duì)晶片的處理能力因而得以確保。如上所述，在此實(shí)例中，收集在墊4的細(xì)小發(fā)泡層中的多余漿料被除去，它們能夠被排入磨粒凹部27A，墊4的表面被磨粒層22的磨粒凸部27B重磨，因而使墊4的平面度被維持，其結(jié)果只使墊4受到較小損傷。
下面通過(guò)此實(shí)例和別的實(shí)例對(duì)電解沉積輪20的改進(jìn)進(jìn)行解釋，在解釋中，對(duì)與第一實(shí)例相同的部份采用與第一實(shí)例中相同的標(biāo)碼。
圖5展示了第一改進(jìn)形式的電解沉積輪30?；?1的外圓周側(cè)環(huán)狀安置面21b被制成同心圓形且近以環(huán)狀。在沿半徑方向的縱截面內(nèi)，安置面21b有信號(hào)波形式的基板凹部23a及基板凸部23b。在磨粒層31中，沿半徑方向看，磨粒凹部27A及凸部27B被制作成交替分布的同心圓形狀。在磨粒層31中，有凹形槽32以預(yù)定間隔形成(在圖5中，該間隔為45°)。槽32比磨粒層31的磨粒凹部27A深。
雖然如圖6所示，槽32被制作得有U形截面，但如果有一個(gè)至少與磨粒凹部27A相同量級(jí)的深度，那末該槽截面形狀可任意選擇。
如果選用如電解沉積輪30那樣的構(gòu)件來(lái)修整墊4，那末容納在磨粒凹部27A中的軟膏會(huì)隨時(shí)被通過(guò)槽32排出墊4，因而漿料排除性能會(huì)被改善。
圖7展示第一實(shí)例的第二改進(jìn)形式。
在圖7中展示，電解沉積輪35在安置面36上設(shè)置有大體上呈環(huán)狀的磨粒層37，安置面36呈環(huán)狀且處于大體上成盤狀的基板21的外圓周側(cè)部。
磨粒層37被形成得使超級(jí)磨粒26分布在金屬電鍍物25中。具體地說(shuō)，磨粒層37的表面37a由磨粒凹部27A及凸部27B構(gòu)成，從而使得此信號(hào)曲面在縱長(zhǎng)截面內(nèi)有由點(diǎn)劃線表示的此假想的近似于凸曲面形狀的基線t的中心線。亦即是說(shuō)，金屬電鍍物25的表面及從此表面突出的超級(jí)磨粒26是被固定在該信號(hào)曲面的表面上的。而且，在平面圖上看的話，磨粒層37之表面37a的磨粒凹部27A及磨粒凸部27B被制作成環(huán)狀同心圓。將此結(jié)構(gòu)方案與上述的實(shí)例比較時(shí)，可發(fā)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)方案的磨粒凸部27B對(duì)墊4的修整量比較大，因而其拋光效率被提高。從圖7中展示的磨粒層剖面圖中看到，磨粒凹部27A被設(shè)置得朝外側(cè)傾斜，雖然容納漿料的量相對(duì)來(lái)說(shuō)被減少，但軟膏的總排除率沒(méi)有減低。圖8展示第一實(shí)例的第三改進(jìn)形式。在此實(shí)例的電解沉積輪的磨粒層41中，其凹部42A及凸部42B沿縱截面看被制成方形，沿半徑方向看被制成多組，而且均被制成同心圓形狀的環(huán)。圖9展示本發(fā)明的第二實(shí)例。與第一實(shí)例相似，它也涉及一電解沉積輪45?；?1的沿外圓周側(cè)環(huán)狀的安置面21b被制作成同心圓式的環(huán)狀，其具有在沿半徑方向的縱截面上的信號(hào)波形狀上的安置面有基板凸部23b及凹部23a。磨粒層46由超級(jí)磨粒26及金屬電鍍物25構(gòu)成，此構(gòu)件由于其磨粒凹部27A在沿半徑方向上是連續(xù)的、其外圓周連結(jié)成網(wǎng)狀，因此其容納及排除漿料的能力必然變得更強(qiáng)。
此外，由于研磨液從側(cè)面，例如從沿圓周方向和半徑方向的內(nèi)、外側(cè)面導(dǎo)入，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的拋光。下面的圖10展示第二實(shí)例的改進(jìn)形式。磨粒層50由槽狀并略成弧形的磨粒凹部51A和插入在一對(duì)磨粒凹部51A間的兩種形式的磨粒凸部51B、51C構(gòu)成。由這些磨粒凹部51A及凸部51B組成的磨粒層50用與第二實(shí)例相同的超級(jí)磨粒26及金屬電鍍物25制作。此種構(gòu)成獲得了與第四改進(jìn)形式同樣的效果。此外，第二實(shí)例及其改進(jìn)形式的磨粒層46、50的凹部及凸部可以用滾花方法來(lái)制作，也可以用軋制或切削方法來(lái)制作。
下面圖11展示本發(fā)明的第三實(shí)例。在圖11所示的電解沉積輪55中，磨粒層26沿著基板21的安置面21b的凹部和凸部有幾乎相同的厚度，并具有與第一實(shí)例所示相同的形狀，其超級(jí)磨粒26在以一層或兩層或更多層的方式被安置得填充得極滿的狀態(tài)。為了制作這樣的磨粒層56，要使用由振動(dòng)填充料的電解沉積方法。亦即是說(shuō)，在制作第一實(shí)例中的磨粒層22的方法中，電鍍液中含有如Ni，Co等類的金屬，它與超級(jí)磨粒26均充注入未示出的一電鍍槽中。被掩蔽好的基板21安置在電鍍槽中并與陰極相連，將陽(yáng)極安置得與基板21平行，然后在兩個(gè)極上通電使電鍍液擾動(dòng)。在此狀態(tài)下，基板21或電鍍槽或電鍍液被振動(dòng)。如果在電鍍狀態(tài)下是陰極的基板21的安置面21b上含有超級(jí)磨粒26的金屬電鍍相25被沉析，就使電解沉積輪55被制成如圖11所示的樣子，其在基板21的安置面21b上的超級(jí)磨粒26被以充滿狀態(tài)排列著。對(duì)于采用此種振動(dòng)填充料的電解沉積方法來(lái)說(shuō)，超級(jí)磨粒26的安排及電解沉積可被容易地進(jìn)行。此外，雖然在上述實(shí)例或其改進(jìn)形式中制作了二個(gè)或更多個(gè)制品，電解沉積輪20、30、35、40及50的磨粒層22、37、41和56的磨粒凹部27A和42A與同心圓形的磨粒凸部27B和42B的形式及磨粒凹部27A和42A與磨粒凸部27B和42B的組合也可被適當(dāng)組合采用，不必局限于上述的實(shí)例。例如，磨粒凹部27A、42A和磨粒凸部27B、42B可以被沿一路徑方向，例如沿呈放射狀延展的一段直線上制作得相互交替安排，或者磨粒27A、42A和磨粒27B、42B可以構(gòu)成點(diǎn)狀，而且也可以將相互交錯(cuò)的方式安排在各個(gè)方向上。此外，可以采用合適的形式，而不要受限于磨粒凹部27A、42A、47A、51A和磨粒凸部27B、42B、47B、51B、51C的僅為圓形或方形的截面形狀。
基板21的磨粒層22、37、41、56的安置面21b無(wú)需模擬磨粒凹部27A、42A及磨粒凸部27B、42B的形狀。
圖12至圖14展示本發(fā)明的第四實(shí)例。
在輪120中，磨粒層121構(gòu)成2層或多層(在圖中為3層)同心圓環(huán)的形狀(也可以不是同心圓環(huán))，它被制作在圓盤形基板112的大體上呈圓形的一表面112a的外圓周側(cè)上。磨粒層121在沿圓周最外側(cè)形成具有最大直徑(例如，同基板112的直徑一樣)的第一磨粒層121A，第二磨粒層121B以一定間隔制作在外圓周側(cè)內(nèi)部，第三磨粒層121C有最小直徑、被制作在最里面。第一至第三磨粒層121A，121B及121C是同心圓。而且，在磨粒層121C里面不制作磨粒層。每個(gè)磨粒層121A、121B及121C均是這樣構(gòu)成的如金剛石那樣的超級(jí)磨粒26散布在鎳(金屬電鍍相)構(gòu)成的金屬電鍍物25中，而且沿金屬電鍍物25厚度方向只安置一層超級(jí)磨粒26，而且，作為一個(gè)實(shí)例是用電鍍方法來(lái)進(jìn)行的。
輪120是一種單層研磨工具。在圖13中展示了沿輪120的X-X線的縱剖截面。在磨粒層121A、121B及121C頂面?zhèn)纫訰(半徑)形狀將磨削側(cè)121a，121b，121c的兩側(cè)邊進(jìn)行倒角加工，形成倒角部份t。在每個(gè)磨粒層121A、121B及121C沿其圓周均被加工出倒角部t。與第一至第三磨粒層圓周方向大致垂直的磨削面121a，121b及121c的寬度為Wa、Wb及Wc，而且在最里面的磨粒層121C的寬度最大，而且各寬度從內(nèi)層向外層逐漸變窄，即Wa＜Wb＜Wc。
此外，在第一至第三磨粒層上的每一層121A、121B及121C上的寬度是不變的。這樣選定寬度的理由為與直徑大的外側(cè)磨粒層相交的拋光長(zhǎng)度(例如，沿假想線d的拋光長(zhǎng)度Ld1)大于與直徑小的里面的磨粒層相交的拋光長(zhǎng)度，而且在磨削時(shí)拋光長(zhǎng)度就成為工作負(fù)荷。正是由于這一原因，越靠?jī)?nèi)的磨粒層寬度就越被加大。結(jié)果就使每個(gè)磨粒層上的拋光長(zhǎng)度(工作負(fù)荷)就變得更加均勻。在這種情況下，在與墊4的回轉(zhuǎn)方向P大致垂直的方向上的任意位置處的假想線a、b、c、d可以分別在每個(gè)磨粒層121A、B、C上畫出。
例如在圖12中，第至一至第三磨粒層121A，121B及121C的假想線在與墊4的回轉(zhuǎn)方向P平行的方向延伸，在與該方向大致垂直的方向上的任意位置處可以引出假想線a、b、c、d。例如，假想線a、b與第一至第三磨粒層121A、121B及121C相交，假想線C與第一、二磨粒層121A，121B相交且與第三磨粒層121C相外側(cè)接觸，假想線d與第一磨粒層121A內(nèi)側(cè)接觸相交。與每個(gè)假想線a、b、c、d相交的第一至第三磨粒層121A，121B及121C此區(qū)域的拋光長(zhǎng)度如下確定。
第一至第三磨粒層121A，121B及121C與最靠近輪120中心O的假想線a相交的拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)，被記作La1，La2及La3。第一至第三磨粒層121A，121B及121C的與第二最接近回轉(zhuǎn)中心O的假想線b相交的拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)記作Lb1，Lb2及Lb3。第一和第二磨粒層121A，121B的與離回轉(zhuǎn)中心O第三近的假想線C相交的拋光長(zhǎng)度被記作Lc1，Lc2。第一磨粒層121A與離回轉(zhuǎn)中心O最遠(yuǎn)的假想線d相交的拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)被記作Ld12×(La1+La2+La3)2×(Lb1+Lb2+Lb3)2×(Lc1+Lc2)2×(Ld1)第一至第三磨粒層的寬度Wa、Wb及Wc被選值得使上述公式成立。由此而確定Wa＜Wb＜Wc。此外，凹槽117用來(lái)排放漿料S，此槽沿徑向以例如45°的預(yù)定間隔制作在磨粒層121上。
凹槽117被以一種順序方式制作，從而可以在圖12中從第一到第三磨粒層121A，121B及121C畫出一條直線。但是，凹槽并非必須以此順序方式制作，它們可以沿徑向制作得處在第一至第三磨粒層的不同圓周位置上。而且，也可以在外側(cè)層上制作比內(nèi)側(cè)層更多的凹槽。如果凹槽是這樣來(lái)制作的，在第一至第三磨粒層121A，121B及121C之間的切削屑排除能力及冷卻效率會(huì)變好。此實(shí)例4的輪120具有上述結(jié)構(gòu)。在對(duì)墊4進(jìn)行修整時(shí)，通過(guò)沿P方向旋轉(zhuǎn)墊4及旋轉(zhuǎn)輪對(duì)墊4上的突出的細(xì)毛部(nap)進(jìn)行研磨，從而使墊4的平面度被恢復(fù)和維持。位于磨粒層121第一至第三磨粒層121A，121B及121C的拋光面121a，121b及121c寬度方向兩端的邊緣被制成倒角部t。在研磨時(shí)，在研磨開(kāi)始時(shí)刻，每個(gè)磨粒層121A，121B及121C的迎擊側(cè)的倒角部t研磨沖擊墊4上表面細(xì)毛部的頂部。之后就由其頂是平的拋光面121a、b、c進(jìn)行精研磨。在第一至第三磨粒層121A，121B及121C中，在與墊4回轉(zhuǎn)方向大致垂直的方向上，設(shè)定兩條或多條在離120的中心O不同距離處的a、b、c、d，每條假想線上的拋光長(zhǎng)度總量(區(qū)域面積總量)2×(La1+La2+La3)，2×(Lb1+Lb2+Lb3)，2×(Lc1+Lc2)，及2×(Ld1)差不多彼此相等，因此如圖14所示，磨粒層121擺動(dòng)方向的所有區(qū)域全被復(fù)蓋，而且拋光能以差不多均勻的工作負(fù)荷進(jìn)行。
因此，只要將輪120置于墊4上，并且使之在墊4修整中轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的需要也是必要的，可有效率的和更高平面度地對(duì)墊4進(jìn)行拋光。如上所述，根據(jù)此實(shí)例在修整的情況中，無(wú)需懸空輪120就能用所有區(qū)域進(jìn)行研磨。而且由于沿大體上平行于墊4回轉(zhuǎn)方向P的、磨粒層121各條研磨長(zhǎng)度總量(區(qū)域面積總量)差不多是一樣的，可以比用傳統(tǒng)輪11更高的平面度精度進(jìn)行研磨修整。而且，由于有制作在每條磨粒層121A，121B及121C寬度方向兩側(cè)邊緣的倒角部t，就能夠以更高的精度從粗研磨到精研磨連續(xù)地進(jìn)行研磨，而不損害墊4。而且，上述的效果的獲得并不涉及調(diào)整輪120相對(duì)修整器8的角度。接下來(lái)通過(guò)圖15解釋本發(fā)明的第5實(shí)例。圖15展示的輪130與第三實(shí)例的輪120在基本組成是一樣的。不同之處是磨粒層131是由一層連續(xù)螺旋形狀構(gòu)成的，至少合乎期望的是沿半徑方向磨粒層131被制成間隔開(kāi)的、多于三個(gè)的圓環(huán)狀(在圖15中被制成三層)。在此實(shí)例中的磨粒層131被制成連續(xù)螺旋狀，從而使得在最外周的第一磨粒層131A，第二磨粒層131B及最靠里面的第三磨粒層131C能被制作得沿半徑方向從外圓周看時(shí)是逐個(gè)地列布的，而且其寬度W是連續(xù)變化的，從而使得除了沿-螺旋方向的頂和基端外，從里到外逐漸地使寬度變小。因此，沿半徑方向看，具有三層的輪131，第一、二、三磨粒層131A，131B及131C的沿半徑方向的寬度Wa、Wb、Wc在拋光研磨位置中被選定得Wa＜Wb＜Wc。在輪130中，沿墊4的回轉(zhuǎn)方向P的假想線a，b，c及d沿著大體與方向P垂直的方向上的合適位置上依次地畫出。第一至第三磨粒層131A，B及C的寬度Wa、Wb、Wc被定得使沿假想線a，b，c及d上的磨粒層131的拋光長(zhǎng)度(區(qū)域)總量分別為2×(La1+La2+La3)2×(Lb1+Lb2+Lb3)2×(Lc1+Lc2+Lc3)2×(Ld1)這個(gè)實(shí)例獲得了與第四實(shí)例相同的效果。下面通過(guò)圖16解釋本發(fā)明的第六實(shí)例。
在圖16所示的輪140中，磨粒層141由與第三實(shí)例相同的制作在基板112的面112a上的同心圓環(huán)狀的第一、二及三磨粒層121A、B及C構(gòu)成。在面112a的一部分上制作了第一、二、三磨粒層121A、121B及121C，它們形成了環(huán)狀第一至第三突部141a及141b及141c。在每個(gè)突部141a，141b及141c上分別形成了第一、二、三磨粒層121A、121B及121C。粘接在圓周最外部處的第一磨粒層121A中的超級(jí)磨粒141A的平均直徑是r1，r1要小于分別粘接在第二、三磨粒層121B、121C上的超級(jí)磨粒114b，114c的平均直徑r2。第一突部141a的突出高度要比第二、第三突部141b，141c的突出高度大，其差值相應(yīng)于平均磨粒直徑差M(r2-r1)，從而使第一、二、三磨粒層121A、121B及121C的超級(jí)磨粒114A、114B及114C處于有同一高度的直線上。
在拋光時(shí)，拋光阻力使輪140產(chǎn)生朝下、朝上方向(即沿與墊接觸和分開(kāi)的方向)的小振動(dòng)。但是，通過(guò)使在振動(dòng)的振幅最大的最外圓周側(cè)上的第一磨粒層121A的超級(jí)磨粒114A的直徑比其余超級(jí)磨粒114B、114C小些，可以使該振動(dòng)作用變小。通過(guò)減小對(duì)墊4的損傷能夠改善研磨表面的不平度。提高研磨能力和改善碎屑排除能力也可以通過(guò)使用相應(yīng)于相對(duì)靠里面內(nèi)側(cè)的第二、三磨粒層121B、121C上的超級(jí)磨粒114B、114C的直徑大一些來(lái)做到。此外，在上述的每個(gè)實(shí)施例中，磨粒層121、131及141并非必須被制成同心圓狀的三層，做2層或4層或更多層也可以。即使在這樣的情況中，只要對(duì)每層的寬度進(jìn)行合適調(diào)整，沿著與擺動(dòng)方向大體上垂直的方向上的假想線上的研磨長(zhǎng)度總量也能夠差不多是均勻的。此外，沒(méi)有必要組成得使磨粒層121，131及141的寬度做成相同的增大或減少，通過(guò)中途變窄或中途變寬的方式使其寬度的范圍度寬、窄也是可以的。在沿與擺動(dòng)方向P大體上垂直的方向的任意位置上的假想線上的磨粒的研磨長(zhǎng)度總量也能被調(diào)整得差不多是均勻的。此外，本發(fā)明的單層研磨工具也可以用于CMP設(shè)備的修整器以外的拋光磨研設(shè)備。本發(fā)明也可以應(yīng)用于樹(shù)脂粘結(jié)研磨工具、金屬粘結(jié)研磨工具或使用普通磨粒的普通研磨工具，不必將本發(fā)明只限制為如電解沉積輪等那樣的電解沉積研磨工具。
權(quán)利要求
1．一種研磨工具，它具有磨粒層，在磨粒層中分布于粘接相中的磨粒設(shè)置在基板上，其特征在于，在磨粒層的表面上制有凹部和凸部。
2．如權(quán)利要求1所述研磨工具，其特征在于，磨粒層表面上的凸部和凹部被制作成連續(xù)的線狀。
3．如權(quán)利要求1所述研磨工具，其特征在于，所述磨粒層沿半徑方向被安置成間隔開(kāi)的二層或更多層。
4．如權(quán)利要求3所述研磨工具，其特征在于，該磨粒層的形狀是兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)狀或螺旋形。
5．如權(quán)利要求3所述研磨工具，其特征在于，所述2層或更多層磨粒層被制作成3層或更多層。
6．如權(quán)利要求3所述研磨工具，其特征在于，所述二層或更多層磨粒層被制作得其內(nèi)側(cè)層比外層寬。
7．如權(quán)利要求3所述研磨工具，其特征在于，沿縱長(zhǎng)截面看，該磨粒層的邊緣被倒角。
8．權(quán)利要求3所述研磨工具，其特征在于，在最外層的超級(jí)磨粒平均粒徑要比內(nèi)層上的超級(jí)磨粒的平均粒徑小。
9．如權(quán)利要求3所述研磨工具，其特征在于，最外層的高度幾乎與內(nèi)層的高度相同，而最外圓周層的基板要比內(nèi)層的基板高些，其高的程度與其磨粒平均直徑差值相應(yīng)。
10．一種磨粒工具，其組成為在磨粒層中的超級(jí)磨粒只置放一層，磨粒層是安置在基板上的，其特征在于，和與工件材料運(yùn)動(dòng)方向大體上平行的二個(gè)或更多個(gè)任意位置的假想線相交的磨粒層的拋光長(zhǎng)度總量彼此幾乎是一樣的。
全文摘要
其內(nèi)的超級(jí)磨粒26分布于金屬電鍍物25中的磨粒層22安置于電解沉積輪20的基板21上。由超級(jí)磨粒26構(gòu)成的磨料凹、凸部27A、27B沿半徑方向相互交替,而且其截面形狀呈信號(hào)波狀,磨粒凹、凸部27A、27B在磨粒層表面上形成同心圓環(huán)形狀。漿料排除能力通過(guò)磨粒凹部27A提高,并通過(guò)磨粒凸部27B來(lái)使由拋光研磨表面引起的損傷減小?？梢圆捎糜腥齻€(gè)同心圓環(huán)層或三個(gè)螺旋環(huán)狀的磨粒層12來(lái)制作輪120。而且,電解沉積輪20和120適合于作CMP設(shè)備的墊修整器。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1285261SQ0012696
公開(kāi)日2001年2月28日 申請(qǐng)日期2000年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月23日
發(fā)明者高橋務(wù), 下前直樹(shù), 赤田幸治 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社