用于修整cmp垫的具有平且一致平面形貌的研磨工具及制造方法

专利名称：用于修整cmp垫的具有平且一致平面形貌的研磨工具及制造方法
用于修整CMP垫的具有平且一致平面形貌的研磨工具及制
造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2009年7月16日提交的、名称为“用于修整CMP垫的具有平且一致表面形貌的研磨工具及制造方法”(“ABRASIVE TOOL WITH FLAT AND CONSISTENT SURFACE TOPOGRAPHY FOR CONDITIONING A CMP PAD AND METHOD FOR MAKING，，)的美国临时专利申请序列号61/226，074，以及于2009年8月7日提交的、名称为“用于修整CMP垫的具有平且一致表面形貌的研磨工具以及制造方法”(“ABRASIVE TOOLffITH FLAT AND CONSISTENT SURFACE TOPOGRAPHY FOR CONDITIONING A CMP PAD AND METHOD FOR MAKING”)的美国临时专利申请序列号61/232，040的权益，将两者的内容通过引用整体地结合在此。
背景技术：
本发明总体上涉及研磨工具并且更具体地涉及用于对一种化学机械抛光或化学机械平面化(CMP)的垫进行修整的、具有平且一致表面形貌的一种研磨工具，以及用于制造该工具的方法。进行CMP工艺以便在不同的材料上(包括半导体晶片、玻璃、硬盘基底、蓝宝石晶片以及窗口、塑料等)产生平的(平面的)表面。典型地，CMP工艺包括使用一种聚合物垫 (CMP垫)以及包含松散的磨料颗粒以及其他化学添加剂的一种浆料通过化学作用和机械作用两者来去除材料从而达到设计的尺寸、几何形状、以及表面特征(例如，平面度、表面粗糙度)。在一个典型的CMP工艺期间，该CMP垫被抛光残余物上光了。这使得必需使用一种CMP修整器(也称为CMP整修器)来修整或整修该CMP垫从而消除该上光和残余物。消除上光和残余物允许该CMP垫递送稳定的抛光性能。总体上，通过使用一种金属粘结剂将磨料颗粒固定在预成型件上从而产生了具有可以修整CMP垫的一个工作表面的研磨工具来制造一种CMP修整器。该工作表面的平整度和形貌可以指示CMP修整器对CMP垫进行修整的情况。具有在形貌上不平且一致的工作表面的CMP修整器将会切削和/或损坏该CMP垫。这种类型的形貌最终影响了该CMP工艺期间该CMP垫提供一致且均勻抛光的能力。另外，在其中使用CMP垫来抛光半导体晶片的应用中，一个被切削和/或损坏的垫将会影响从晶片形成的集成电路芯片的产率。

发明内容
在一个实施方案中，存在一种研磨工具，该研磨工具包括通过金属粘结剂连接到一种低热膨胀系数(CTE)基底上的磨料颗粒，其中存在范围从约0. lym/m-°C至约5.0μπι/ m-°C的总CTE失配，其中该总CTE失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的CTE失配与该低 CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值。在一个第二实施方案中，存在一种形成研磨工具的方法，该方法包括提供一种低热膨胀系数(CTE)基底作为一个预成型件；将一种金属粘结剂施加到该低CTE基底上；将
5磨料颗粒施加到该金属粘结剂上从而形成一种原始制造(as-made)的研磨工具，其中存在范围从约0. 1 μ m/m-°C至约5. 0 μ m/m-°C的一个总CTE失配，其中该总CTE失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的CTE失配与该低CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值； 在烘箱中将该原始制造的研磨工具干燥；并且在预定的烧制温度下在加热炉中对该原始制造的研磨工具进行烧制从而形成该研磨工具。在一个第三实施方案中，存在对化学机械抛光(CMP)垫进行修整的一种方法，该方法包括将该CMP垫的一个工作表面与一种研磨工具接触，其中该研磨工具包括通过一种金属粘结剂连接到一种低热膨胀系数(CTE)基底上的磨料颗粒，其中存在范围从约 0. 1 μ m/m-°c至约5. 0 μ m/m-°C的总CTE失配，其中该总CTE失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的CTE失配与该低CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值。


图1是具有不平且不一致表面形貌的常规的研磨工具的图像；图2是根据本发明的一个实施方案的研磨工具的图像；图3是根据本发明的一个实施方案的扫描电子显微镜图像，显示了磨料颗粒与低热膨胀系数(CTE)基底结合的微结构；图4是扫描电子显微镜图像，显示了图3中显示的磨料颗粒的更详细的微结构视图。图5是由具有平且一致表面形貌的、低CTE基底制造的研磨工具的图像；图6是由具有不平且不一致表面形貌的不锈钢基底制造的研磨工具的图像；图7是一个图像，比较了当一种相似的负荷施加到各表面上时具有低CTE基底的研磨工具的工作表面和具有不锈钢基底的研磨工具的工作表面；图8A-8B是绘制图，展示了用通过根据本发明的一个实施方案形成的研磨工具进行修整的一个化学机械抛光(CMP)机来抛光的晶片的晶片均勻性；图9是一个绘制图，展示了图8A-8B中所示的该晶片一致性结果的可重复性；并且图10A-10B是绘制图，展示了针对用通过根据本发明的一个实施方案形成的研磨工具进行修整的一个CMP机来抛光的晶片的晶片去除率以及去除率范围稳定性。
具体实施例方式在此所述的本发明的实施方案涉及用于修整或整修CMP垫以从该垫中消除上光和残余物的一种研磨工具(例如一种化学机械抛光或化学机械平面化(CMP)修整器或整修器)，这样使得在CMP工艺期间该垫可以递送稳定的抛光性能。在此已经确定的是用一个不锈钢基底制造的常规CMP修整器易于具有其形貌上不平且不一致的工作表面，该不锈钢基底具有在基底上分层的金属合金(例如，硬钎焊材料以及金属粉末粘结剂材料)以及在该金属合金上分层的磨料颗粒。如上所述，这影响了 CMP工艺期间CMP垫提供一致的和均勻的抛光能力。在生产这些修整器的烧制工艺中，产生了由具有金属合金和磨料颗粒的不锈钢基底预成型件制造的CMP修整器的不平且不一致的表面形貌。具体地说，将具有金属合金和磨料颗粒的该不锈钢基底预成型件置于在预定的温度下加热的一个真空加热炉中，这引起该金属合金扩展并且与该不锈钢基底和磨料颗粒发生反应并且在各个界面之间(即，磨料颗粒和金属合金的界面，以及该不锈钢基底和金属合金的界面)形成一种金属粘合。一旦将该温度冷却，则该不锈钢基底、金属粘结剂、以及磨料颗粒开始收缩并且固化。因为与由金属合金和磨料颗粒形成的复合材料层的CTE相比较该不锈钢基底具有更高的热膨胀系数(CTE)，该不锈钢基底以及该金属合金和磨料颗粒的复合材料层的扩展和收缩将以不同速率发生。具体地说，由于CTE的失配，与由金属合金和磨料颗粒形成的复合材料层相比较，该不锈钢基底将以更快的速率扩展和收缩。因为存在压缩，CTE的失配引起热变形，该压缩发生在该不锈钢基底与由该金属合金和磨料颗粒形成的该复合材料层之间。当加热炉内的温度冷却到室温时，由于较快的不锈钢基底的收缩速率相对于较慢的复合材料层的收缩速率，这导致该复合材料层具有凸形表面形貌(即，中心高于边缘)。具有凸形表面形貌的CMP修整器在中心处将快速磨损，因为在与边缘处相反在这个位置(它是较低的)上进行了大部分的修整作用。由于凸形形状，具有不平且不一致表面形貌的CMP修整器将以不均勻的方式来修整一个CMP垫。因此，由该CMP垫进行的任何抛光作用将是不一致的，这导致了质量(例如，次品率)和产率问题。通过使用机械压制工艺已经进行了多种尝试来校正在CMP修整器的烧制工艺中由热变形产生的该凸形表面形貌。具体地说，将一个负荷(例如，高达10，OOOlbs)施加到工作表面(即，磨料颗粒)上从而从该中心附近将该凸形部分推回到一个平的形状。然而， 来自机械压制过程的负荷在这些磨料颗粒上提供了一个不均勻力，并且其结果是不能令人满意地校正这些CMP修整器的表面形貌。图1是已经经历该机械压制过程的常规研磨工具的一个图像10。如图像10中通过不同色调显示的，该表面形貌是不平的且不均勻的，因为甚至在完成该机械压制过程之后一些变形仍然存在。因为甚至在经历一个机械压制过程之后，这些CMP修整器仍然具有不平的且不一致的表面形貌，所以存在防止在CMP修整器的烧制过程中发生热变形的需要。在此已经确定的是可以使用具有一种CTE的基底将该热变形降至最低，该CTE更紧密地匹配了磨料颗粒的CTE。具体地说，提出了使用一种基底，该基底包括紧密地匹配磨料颗粒的CTE的一种低CTE材料。将低CTE材料用于该基底排除了通过使用一种不锈钢基底而引起的CTE失配，在此这已经被确定为是CMP修整器具有形貌上不平且不均勻的工作表面的一个原因。图2是根据本发明的一个实施方案的研磨工具25的图像20.在一个实施方案中， 研磨工具25包括通过一种金属粘结剂连接到一种CTE基底上的磨料颗粒，其中存在范围从约0. 1 μ m/m-°C至约5. 0 μ m/m-°C的一个总CTE失配，其中该总CTE失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的CTE失配与该低CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值。如在此使用的，CTE失配是两种类型材料之间CTE的绝对差值。因此，在本发明中，该总CTE失配定义如下总CTE失配=I I CTE磨料-CTE金属粘结剂| _ | CTE基底-CTE金属粘结剂| |，其中| CTE磨料-CTE金属粘结剂I是磨料颗粒与金属粘结剂的CTE失配；并且I CTE基底-CTE金属粘结剂I是低CTE基底与金属粘结剂的CTE失配。磨料颗粒是指可以为工具提供研磨、切割、抛光、粉碎或其他材料去除特性的任何颗粒。可以用于本发明实施方案中的磨料颗粒的非穷尽性列表包括氧化物类、硼化物类、碳化物类、氮化物类、金刚石颗粒和cBN以及它们的组合。在一个优选实施方案中，这些磨料颗粒可以是选自下组，该组由以下各项组成单晶金刚石颗粒、多晶金刚石颗粒、氧化铝、 Si3N4、氧化锆、cBN、SiC、以及它们的组合。如在此使用的，低CTE基底是具有范围从约0. 1 μ m/m-°C至约10. 0 μ m/m-°C的CTE 的任何材料。可以用于本发明实施方案中的低CTE基底材料的一个非穷尽性列表包括因瓦合金、超因瓦合金、以及科瓦铁基镍钴合金。在一个优选实施方案中，该低CTE基底材料是选自下组，该组由以下各项组成因瓦合金36、超因瓦合金(因瓦合金32-5)和科瓦铁基镍钴合金以及它们的组合。这些磨料颗粒通过该金属粘结剂连接到该低CTE基底材料上。在本发明的实施方案中，用于形成该金属粘结剂的材料是选自下组，该组由以下各项组成硬钎焊材料、金属粘结剂材料以及它们的组合。硬钎焊材料的实例的一个非穷尽性列表包括BNi-l、BNi-la、 BNi-2、以及BNi-6。金属粉末粘结剂材料的实例的非穷尽性列表包括镍基以及铁基的硬钎焊粉末(硬钎焊填焊金属)。本领域的普通技术人员应当认识到材料的选择以及材料的尺寸(例如，厚度、粒径等)取决于人们希望具有的、用CMP修整器来得到的规格。可以用于在磨料颗粒与低CTE基底材料之间形成金属粘结剂的方法包括但不限于硬钎焊和烧结。本领域普通技术人员应当理解的是在将磨料颗粒粘合到该低CTE基底上之前，可以将这些颗粒相对于该金属粘结剂材料以及低CTE基底来安排从而形成可以用于形成一种希望的表面形貌的一个或多个图案，该表面形貌有助于修整和整修这些CMP垫。在本发明的实施方案中，这些图案的每一个可以具有定义了边界并且因此定义该图案的形状的目的。在一些实施方案中，将这些图案的形状调整成类似于该低CTE基底材料的形状(例如， 如果该低CTE基底材料具有圆形侧面，则该图案可以具有一种圆形形状)。可以利用的图案的实例包括面心立方图案、立方图案、六角形图案、菱形图案、螺旋图案、无规则图案、以及这类点阵的组合。此外，可以将一种或多种子图案以及一种或多种无规图案组合从而形成混合的图案。还可以使用无规则的磨料颗粒图案(例如，其中颗粒随机地分布在该基底上)。除了使用已经置于随机分布亦或带图案分布的图案，可以使用由圣戈班磨料磨具公司开发的自回避随机分布(SARD )，使得没有重复图案，并且也没有无磨料颗粒区。为了使该研磨工具得到该金属粘结剂和该低CTE基底以及这些磨料颗粒和该金属粘结剂之间的范围从约0. 1 μ m/m-°c至约5. 0 μ m/m-°C的一个CTE失配，令人希望的是使这些磨料颗粒、低CTE基底以及金属粘结剂材料具有使该范围成为可能的一种CTE。在本发明的一个实施方案中，这些磨料颗粒具有范围可以从约1. 0 μ m/m-°C至约8. 0 μ m/m-°C的 CTE,该金属粘结剂具有范围可以从约5. 0 μ m/m-°C至约20. 0 μ m/m-°C的CTE，并且该低CTE 基底具有范围可以从约1. 0 μ m/m-°C至约10. 0 μ m/m_°C的CTE。值得注意的是在这些实施方案中这些CTE值是在低于300°C下来测量的。就磨料颗粒而言，在不同实施方案中该低CTE基底与这些磨料颗粒的CTE相差不大于约100%。在其他实施方案中，该低CTE基底与这些磨料颗粒的CTE相差不大于约 50%。在一个优选实施方案中，该低CTE基底与这些磨料颗粒的CTE相差不大于约20%。使用与磨料颗粒的CTE更紧密地匹配的低CTE基底的研磨工具的结果是可以得到平且一致的表面形貌。这与在CMP过程中改进的CMP修整器以及改进的性能相关联。如在此使用的，表面形貌平整度是CMP修整器顶部工作表面的峰-谷平整度偏差。通过使用轮廓仪(例如使用白光色差技术的微测量3D表面轮廓仪(Micro Measure 3D Surface Profilometer))得到表面形貌的一个测量结果。在某些实施方案中，在此使用微测量3D表面轮廓仪来勾画工作表面的约96mm乘约96mm面积的轮廓以测量平整度以及波度两者。在这类实施方案中，用于扫描区的步长在Y轴上是约70. O μ m并且在X轴上是约250. O μ m。 根据ISO 12781标准基于被弄平的平面通过最小二乘法计算出平整度参数(例如表面的峰至谷平整度偏差(FLTt)、峰至基准平整度偏差(FLTp)、基准至谷平整度偏差(FLTv)以及平整度偏差的均方根(FLTq))。然后将这些值用用户选择的截止值进行低通过滤从而对整个扫描的区域进行计算。此外，计算出波度参数，例如，被评估轮廓的算数平均偏差、被评估轮廓的均方根(冊幻偏差、在估计长度上轮廓的总高度、在采样长度内最大轮廓峰高度、在采样长度内最大轮廓谷深度、以及在采样长度内轮廓的最大高度。使用在采样长度上定义了波度参数的ISO 4287标准以及在全部可得到的采样长度上提供平均值的ISO 4288标准计算出这些参数的数值。在某些实施方案中，以上述方式使用微测量3D表面轮廓仪，在此可以确定的是由研磨工具20形成的CMP修整器具有不大于约150 μ m的表面形貌平整度。在其他实施方案中，该表面形貌平整度可以为不大于约100 μ m。在一个优选实施方案中，该表面形貌平整度可以为不大于约70 μ m。以下式方式得到由在此所述的研磨工具形成的一个CMP修整器。在一个实施方案中，使用一种低CTE基底材料作为预成型件。将金属粘结剂的一个层施加到该低CTE基底上并且将磨料颗粒的一个层施加到该金属粘结剂上从而形成一个预制的研磨工具。然后在烘箱中将原始制造的研磨工具干燥。在一个实施方案中，在烘箱中干燥该原始制造的研磨工具包括将该研磨工具在该烘箱中在约260°C的温度下保持约8小时。在干燥之后，在预定的浸泡温度下在真空加热炉中对该原始制造的研磨工具进行烧制。在一个实施方案中，在约1020°C的浸泡温度下在一个真空加热炉中将该原始制造的研磨工具烧制约40分钟，其中此后认为该研磨工具已经形成。本领域的普通技术人员将认识到该浸泡温度和时间可以改变并且可以选择其他数值。在其他实施方案中，在研磨工具形成之后，可以将一个涂层施加到一个工作表面上。如在此使用的，工作表面是研磨工具(例如CMP修整器)的一个表面，在操作其中该表面面对一个CMP垫或其他这样的抛光垫或与之接触。在一个实施方案中，该涂层是耐腐蚀的。具体地说，该涂层可以是选自由一种掺氟的纳米复合材料涂层以及一种疏水性聚合物涂层组成的组。疏水性聚合物涂层的一个非穷尽列表包括氟化的乙丙烯(FEP)、聚对二甲苯、以及其他氟树脂涂层。本领域普通技术人员应当理解的是该掺氟的纳米复合材料涂层以及疏水性聚合物涂层可以包括一种或多种额外的掺杂剂。在另一个实施方案中，该涂层可以是疏水性的或亲水性的。在将涂层施加到CMP修整器的一个工作表面上的方面上的详情提供于2009年6月2日提交的名称为“耐腐蚀性CMP修整工具以其制造和使用方法(Corrosion-ResistantCMP Conditioning Tools And Methods For Making And Using Same)”通常被转让的美国临时专利申请序列号61/183284中，将其通过引用整体结合在此。关于类金刚石的纳米复合材料涂层的额外的信息描述于例如于1994年10月4日授予多夫曼(Dorfman)等人的发表的美国专利号5，352，493中(用于形成类金刚石的纳米复合材料或掺杂的类金刚石纳米复合材料薄膜的方法(Method for Forming Diamond-LikeNanocomposite or Doped-Diamond-LikeNanocomposite Films))， i^fflil弓Iffl 以其全文结合在此。这类涂层典型地是无定形材料，其特征在于贯穿了主要地用氢稳定的 sp3键合的碳、用氧稳定的玻璃状硅的随机网络以及从周期表的l_7b以及8族元素的随机网络。还可以使用多个分层结构，像例如授予雅凯(Jacquet)等人的于2008年8月14 日公开的美国专利申请序列号2008/0193649A1中(包括类金刚石碳层的分层结构的涂层 (Coating Comprising Layered Structures of Diamond-Like Carbon Layers))所述，辱其传授内容通过引用以其全文结合在此。图3和4显示了扫描电子显微镜图像，显示了磨料颗粒与低CTE材料基底粘结的微结构。具体地说，图3的扫描电子显微镜图像30显示了磨料颗粒32牢固地粘结到低CTE 基底34上的粘结微结构，而图4的扫描电子显微镜图像40显示了特定磨料颗粒32与低 CTE基底34之间化学粘结强度的进一步详细情况。在两个图像中，这些磨料颗粒32与低 CTE基底34的化学粘结是牢固在适当的位置中并且颗粒移位是不可能的。在由在此所述的研磨工具形成CMP修整器之后，该修整器准备好用于修整或整修 CMP垫。在一个实施方案中，用该CMP修整器来接触该CMP垫的工作表面。响应于在修整或整修操作期间CMP修整器与CMP垫的工作表面相接触，开始对该CMP垫进行再磨光。实例以下提供了根据在此说明的实施方案形成的CMP修整器研磨工具的具体实例。实例1 在这个实例中，用一种研磨工具来使一种CMP修整器成形，该研磨工具包括通过一种金属粘结剂连接到一种低CTE基底上的磨料颗粒。在这个实例中，这些磨料颗粒是金刚石颗粒，并且该金属粘结剂是镍铬焊料并且该低CTE基底是因瓦合金。在这个实例中用于形成该CMP修整器的研磨工具是以上述方式形成的。在形成CMP修整器之后，使用微测量3D表面轮廓仪来测量表面形貌平整度和波度。如图5的图像50中所示，CMP修整器的表面形貌是总体上平且均勻的，并且不存在严重变形的指示。对比实例1 在这个实例中，用一种研磨工具来使一种CMP修整器成形，该研磨工具包括通过一种金属粘结剂连接到一种不锈钢基底上的磨料颗粒。在这个实例中，这些磨料颗粒是金刚石颗粒，并且该金属粘结剂是镍铬焊料并且该不锈钢基底是430SS。使用这种研磨工具来以上述方式形成CMP修整器并且使用微测量3D表面轮廓仪来测量表面形貌平整度和波度。 如图6的图像60中所示，该表面形貌是不平且不均勻的，因为由于该430SS基底与磨料颗粒和金属粘结剂的复合材料层之间的CTE失配产生了变形。与用不锈钢430SS基底制造的 CMP修整器相比较，用低CTE基底因瓦合金制造的CMP修整器要平得多。对比实例2:在这个实例中，将由如实例1中提出的该低CTE基底因瓦合金制造的CMP修整器以及由如对比实例1中提出的430SS基底制造CMP修整器置于相同的负荷下用来确定每种修整器的寿命以及性能。在这个实例中，将一个压力传感器灵敏薄膜置于该CMP修整器的顶部工作表面上。然后将范围可以从约IOlbs至约5001bs的负荷置于该CMP修整器的顶部工作表面上。在卸载之后，对表面进行分析从而确定CMP修整器的工作表面的形貌。在这个实例中，如图7的图像70中所示，由低CTE基底因瓦合金制造的CMP修整器具有均勻的工作表面并且因此更多的磨料颗粒可以涉及到CMP修整。因此，这种CMP修整器可以具有改善的寿命以及性能一致性。另一方面，由430SS基底制造的CMP修整器具有不均勻的工作表面并且因此更多的磨料颗粒将不涉及到CMP修整。因此，这种CMP修整器的性能不如具有低CTE基底因瓦合金的CMP修整器好。实例2 在这个实例中，用一种研磨工具来使一种CMP修整器成形，该研磨工具包括通过一种金属粘结剂连接到一种低CTE基底上的磨料颗粒。具体地说，这些磨料颗粒是金刚石颗粒，并且该金属粘结剂是镍铬焊料并且该低CTE基底是因瓦合金。将该镍铬焊料施加到该因瓦合金上，并且将这些金刚石颗粒施加到该镍铬焊料上从而形成一种原始制造的研磨工具。在约^KTC的温度下在烘箱中将该原始制造的研磨工具干燥约8小时。在干燥之后， 在约1020°C的预定的浸泡温度下在真空加热炉中将该原始制造的研磨工具烧制约20分钟从而形成该研磨工具。在研磨工具形成之后，将一个掺杂氟的纳米复合材料涂层施加到该研磨工具的工作表面上。在这个实例中形成的研磨工具用作CMP修整器用来修整用于对半导体晶片进行平面化或抛光的AMAT Mira CMP机器的CMP垫。AMAT MiraCMP机的抛光参数设置包括工作台速度、晶片头速度、薄膜压力以及浆料量值，而修整参数设置包括模式、下压力(down force)以及圆盘头速度。在这个实例中，该工作台速度被设定为93转/分钟(RPM)，晶片头速度被设定为87RPM，薄膜压力被设定为3磅/平方英寸(PSI)，并且浆料量值被设定为 200毫升/分钟(ml/min)，模式是原位，下压力被设定为7磅/力(Ibf)，并且圆盘头速度被设定为93RPM。图8A-8B是绘制图，展示了用AMAT Mira CMP机(该机器由这个实例中形成的CMP 修整器来修整)抛光的晶片的晶片均勻性。具体地说，图8A显示了如在抛光操作之后，从晶片的边缘至其中心以及至其他边缘(距离中心的距离(DFC))测量的、使用CMP机的晶片去除率(RR)的一个绘制图80。图8B还显示了 RR对DFC的一个绘制图85，但是在特定的不同时间处在更大数量的晶片被抛光之后。具体地说，图8B显示了在使用AMATMira CMP 机抛光高达999个晶片之后的抛光结果。在对晶片21、晶片137、晶片337、晶片496、晶片 676、以及晶片999进行抛光之后进行这些测量.图8A-8B的绘制图两者都显示出由这个实例中形成的CMP修整器辅助的AMAT Mira CMP机产生了多个平的并且一致的晶片轮廓，如从这些晶片的一个边缘至它们的中心以及至这些晶片的其他边缘所测量的(注意图8A-8B 中绘制的测量结果是通过在进行各个抛光操作之后使用全点探针来扫描这些晶片而得到的)。这些结果证明由金刚石颗粒、镍铬焊料以及因瓦合金形成的并且涂覆有掺杂氟的纳米复合材料涂层的CMP修整器以产生一致地平坦的、更均勻的晶片轮廓的方式直接作用多个晶片轮廓。为了确保图8A-8B中所示的结果是可重复的，如上针对本实例所述制造了另一个 CMP修整器并且与同一AMAT Mira CMP机结合用于在同一机器参数设置下对晶片进行抛光。 这些晶片的晶片轮廓测量结果示于图9的绘制图90中。具体地说，图9再次显示了由本实例的CMP修整器辅助的AMATMira CMP机产生了多个平的且一致的晶片轮廓，如从这些晶片的一个边缘至它们的中心并且至它们的其他边缘所测量的。更具体地说，图9显示了在延续约18个小时以上测试的1000个晶片的抛光操作上，这些晶片轮廓保持了一致地平坦。因
11此，图9的绘制图90显示了针对由金刚石颗粒、镍铬焊料、以及因瓦合金形成的并且涂覆有掺杂氟的纳米复合材料涂层的CMP修整器的图8A-8B中的结果是可重复的，并且证明了这种CMP修整器有助于产生一致的并且均勻的多个晶片轮廓。图10A-10B显示了其他绘制图，展示了由金刚石颗粒、镍铬焊料、以及因瓦合金形成的并且涂覆由掺杂氟的纳米复合材料涂层的CMP修整器如何对晶片的抛光来产生积极的影响。具体地说，图IOA显示了去除率(RR)对用AMAT Mira CMP机以及这个实例的CMP 修整器进行抛光的晶片数量的一个绘制图100。具体地说，图IOA显示了从0至晶片1000 的RR是稳定的并且一致的。图IOB显示了一个绘制图110，展示了 RR在抛光的晶片数量上的范围。如在此使用的，RR的范围是最大的RR减去最小的RR。如图IOB中所示，RR的范围最低限度是超过1000个晶片的抛光，并且这表明了一个非常稳定的去除率。这证明由金刚石颗粒、镍铬焊料、以及因瓦合金形成的并且涂覆有掺杂氟的纳米复合材料涂层的CMP 修整器以产生一致地平坦的、更均勻的晶片轮廓的方式直接作用多个晶片轮廓。尽管本披露已经结合其优选的多个实施方案具体地进行了显示并说明，应当认识至IJ，本领域的普通技术人员们将会想到多种变体和修改。因此，应理解的是所附权利要求是旨在覆盖落入本披露的真实精神之内的所有这些修改和变更。
权利要求
1.一种研磨工具，包括通过一种金属粘结剂连接到一种低热膨胀系数(CTE)基底上的磨料颗粒，其中存在范围从约0. 1 μ m/m-°c至约5. 0 μ m/m-°C的总CTE失配，其中该总CTE 失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的CTE失配与该低CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值。
2.根据权利要求1所述的研磨工具，其中这些磨料颗粒具有范围从约1.0ym/m-°C至约 8. 0ym/m-°C 的 CTE。
3.根据权利要求1所述的研磨工具，其中该金属粘结剂具有范围从约5.0ym/m-°C至约 20. 0ym/m-°C 的 CTE。
4.根据权利要求1所述的研磨工具，其中该低CTE基底具有范围从约1.0 μ m/m-°C至约 10. 0ym/m-°C 的 CTE。
5.根据权利要求1所述的研磨工具，其中这些磨料颗粒是选自下组，该组由以下各项组成氧化物类、硼化物类、碳化物类、氮化物类、金刚石颗粒和cBN以及它们的组合。
6.根据权利要求1所述的研磨工具，其中这些磨料颗粒是选自下组，该组由以下各项组成单晶金刚石颗粒、多晶金刚石颗粒、氧化铝、Si3N4、氧化锆、cBN、SiC、以及它们的组合。
7.根据权利要求1所述的研磨工具，其中该金属粘结剂是选自下组，该组由以下各项组成硬钎焊材料、金属粉末粘结剂材料、以及它们的组合。
8.根据权利要求1所述的研磨工具，其中该低CTE基底是选自下组，该组由以下各项组成因瓦合金、超因瓦合金和科瓦铁基镍钴合金以及它们的组合。
9.根据权利要求8所述的研磨工具，其中该低CTE基底是选自下组，该组由以下各项组成因瓦合金36、超因瓦合金和科瓦铁基镍钴合金以及它们的组合。
10.根据权利要求1所述的研磨工具，其中该低CTE基底的CTE与这些磨料颗粒的CTE 相差不大于约100%。
11.根据权利要求10所述的研磨工具，其中该低CTE基底的CTE与这些磨料颗粒的CTE 相差不大于约50%。
12.根据权利要求11所述的研磨工具，其中该低CTE基底的CTE与这些磨料颗粒的CTE 相差不大于约20%。
13.根据权利要求1所述的研磨工具，其中该工具包括一种化学机械抛光(CMP)修整
14.根据权利要求13所述的研磨工具，其中该CMP修整器具有不大于约150μ m的表面形貌平整度。
15.根据权利要求14所述的研磨工具，其中该CMP修整器具有不大于约100μ m的表面形貌平整度。
16.根据权利要求15所述的研磨工具，其中该CMP修整器具有不大于约70μ m的表面形貌平整度。
17.根据权利要求13所述的研磨工具，其中该CMP修整器包括施加到该CMP修整器的工作表面上的一个涂层。
18.根据权利要求17所述的研磨工具，其中该涂层是耐腐蚀的。
19.根据权利要求17所述的研磨工具，其中该涂层是选自由一种掺氟的纳米复合材料涂层以及一种疏水性聚合物涂层组成的组。
20.根据权利要求19所述的研磨工具，其中该掺氟的纳米复合材料涂层以及疏水性聚合物涂层包括一种或多种额外的掺杂剂。
21.根据权利要求17所述的研磨工具，其中该涂层是疏水性的。
22.根据权利要求17所述的研磨工具，其中该涂层是亲水性的。
23.一种形成研磨工具的方法，包括提供一种低热膨胀系数(CTE)基底作为预成型件； 将一种金属粘结剂施加到该低CTE基底上；将磨料颗粒施加到该金属粘结剂上从而形成一种原始制造的研磨工具，其中存在范围从约0. 1 μ m/m-°C至约5. 0 μ m/m-°C的总CTE失配，其中该总CTE失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的CTE失配与该低CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值； 在一个烘箱中将该原始制造的研磨工具干燥；并且在一个预定的烧制温度下在加热炉中对该原始制造的研磨工具进行烧制从而形成该研磨工具。
24.根据权利要求23所述的方法，其中该研磨工具具有不大于约150μ m的表面形貌平整度。
25.根据权利要求对所述的方法，其中该研磨工具具有不大于约100μ m的表面形貌平整度。
26.根据权利要求25所述的方法，其中该研磨工具具有不大于约70μ m的表面形貌平整度。
27.根据权利要求23方法，进一步包括将一个涂层施加到该研磨工具的工作表面上。
28.根据权利要求27所述的方法，其中该涂层是耐腐蚀的。
29.根据权利要求27所述的方法，其中该涂层是选自由一种掺氟的纳米复合材料涂层以及一种疏水性聚合物涂层组成的组。
30.根据权利要求四所述的方法，其中该掺氟的纳米复合材料涂层以及该疏水性聚合物涂层包括一种或多种额外的掺杂剂。
31.根据权利要求27所述的方法，其中该涂层是疏水性的。
32.根据权利要求27所述的方法，其中该涂层是亲水性的。
33.根据权利要求23所述的方法，其中这些磨料颗粒具有范围从约1.0ym/m-°C至约 8. 0ym/m-°C 的 CTE。
34.根据权利要求23所述的方法，其中该金属粘结剂具有范围从约5.0 μ m/m-°C至约 20. 0ym/m-°C 的 CTE。
35.根据权利要求23所述的方法，其中该低CTE基底具有范围从约1.0ym/m-°C至约 10. 0ym/m-°c 的 CTE。
36.根据权利要求23所述的方法，其中该低CTE基底的CTE与这些磨料颗粒的CTE相差不大于约100%。
37.根据权利要求36所述的方法，其中该低CTE基底的CTE与这些磨料颗粒的CTE相差不大于约50%。
38.根据权利要求37所述的方法，其中该低CTE基底的CTE与这些磨料颗粒的CTE相差不大于约20%。
39.根据权利要求23所述的方法，其中这些磨料颗粒是选自下组，该组由以下各项组成氧化物类、硼化物类、碳化物类、氮化物类、金刚石颗粒和cBN以及它们的组合。
40.根据权利要求23所述的方法，其中这些磨料颗粒是选自下组，该组由以下各项组成单晶金刚石颗粒、多晶金刚石颗粒、氧化铝、Si3N4、氧化锆、cBN、SiC、以及它们的组合。
41.根据权利要求23所述的方法，其中该金属粘结剂是选自下组，该组由以下各项组成硬钎焊材料、金属粉末粘结剂材料以及它们的组合。
42.根据权利要求23所述的方法，其中该低CTE基底是选自下组，该组由以下各项组成因瓦合金、超因瓦合金和科瓦铁基镍钴合金以及它们的组合。
43.根据权利要求42所述的方法，其中该低CTE基底是选自下组，该组由以下各项组成因瓦合金36、超因瓦合金和科瓦铁基镍钴合金以及它们的组合。
44.一种对化学机械抛光(CMP)垫进行修整的方法，包括将该CMP垫的一个工作表面与一种研磨工具接触，其中该研磨工具包括通过一种金属粘结剂连接到一种低热膨胀系数(CTE)基底上的磨料颗粒，其中存在范围从约0. 1 μ m/ m-°C至约5. 0 μ m/m-°C的总CTE失配，其中该总CTE失配是这些磨料颗粒和该金属粘结剂的 CTE失配与该低CTE基底和该金属粘结剂的CTE失配之间的差值；并且用该研磨工具对该CMP垫的工作表面进行再磨光从而对该CMP垫进行修整。
全文摘要
在此披露了一种用于修整CMP垫的、具有平且一致平面形貌的研磨工具以及制造方法。该研磨工具包括通过一种金属粘结剂连接到一个低热膨胀系数(CTE)基底上的磨料颗粒。存在范围从约0.1μm/m-℃至约5.0μm/m-℃的一个总CTE失配。该总CTE失配是磨料颗粒和金属粘结剂的CTE失配与低CTE基底和金属粘结剂的CTE失配之间的差值。
文档编号B24B53/12GK102470505SQ201080031324
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者G·张, J·吴, R·W·J·霍尔 申请人:圣戈班磨料磨具有限公司, 法国圣戈班磨料磨具公司