专利名称：研磨工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种研磨工具，尤其涉及如用来使用于抛光的垫保持良好状态的那种电解沉积的研磨工具，抛光垫由CMP设备用来抛光如半导体晶片那样的材料表面。
日本专利申请NoH11-3518及H11-236175用作本发明申请的参考文件。
通常的一种设备展示于
图17，它作为CMP(化学机械抛光机设备)的一个实例用化学及机械方式抛光半导体晶片(以后只是说晶片)的表面，晶片是从硅晶锭上切下的。
要求晶片在抛光设备的精度下进行高精度无瑕疵的抛光。CMP的抛光机理是以由细硅石粉末等提供的机械作用(分散的粒子)及结合由碱性液体产生的腐蚀作用的机械化学抛光方法两种因素为基础的。在图17所示的CMP设备1中，抛光垫4安装在盘状工作台3上，工作台3与回转中心轴2连接，抛光势4由例如用作抛光的硬尿烷组成，一可绕自身轴线转动的晶片安装架5被相对于垫4安装在与垫4中心轴2偏心的一个位置上。
晶片安装架5是盘状的，其直径比垫4小、用来安装晶片6。晶片6被安置在晶片安装架5与垫4之间，晶片6的表面就被垫4的一侧面抛光，晶片就以这种研磨方法进行精加工。
在抛光时，作为一实例如上所述的细硅石粉末构成的分散颗粒被用作抛光剂。此外，为了有腐蚀作用，也可以将如由碱性液体混合的浆料S施加于垫4上。浆料S可以在被夹持在晶片安装架5内的晶片6与垫4之间流动，晶片6亦可以与晶片安装架5一起转动，与此同时，垫还可以环绕自己的轴心线转动。结果使晶片6的一表面被垫4抛光。在垫4的例如由硬尿烷组成的、抛光晶片6的表面上，设置有保持浆料S的许多精细的形成层，晶片6则由被保持在这些形成层中的浆料抛光。
但是，如果留在形成层中的浆料太多就会产生一种不足，即对晶片6的抛光能力会下降，而且会由于抛光晶片6而使垫的抛光表面的平度降低，结果使晶片6的抛光精度降低。
因此，如图17所示，从较早的一个时期以来，在CMP设备1中设置一垫修整器8，从而使垫4的该表面被重磨(修整)。垫修整器8的结构为在回转轴9上通过臂10安装一个电沉积轮11，回转轴9安置在回转工作台3的外部。回转垫4的表面被用电沉积轮11的双向摆动来抛光。电沉积轮11通过臂10环绕回转轴9的转动而转动。结果使垫4表面的平面度等被恢复或保持。
如图18所示，电沉积轮11由磨粒层13构成，层13的顶面在一圆平板状基板12上呈平板环状。而且如图19中所示，作为一个实例的磨粒层13是由分布和固定在基板12上的一种超级磨粒14如金刚石构成的，磨粒是通过电解沉积工艺经一金属电镀物15被分布、固定的。在磨粒层13中，夹持超级磨粒14的金属电镀物15构成大体平的形状，超级磨粒14的从金属电镀物15突出的顶端大约也置于同一平面中。
通过这种方法，在电解沉积轮11被用作垫修整器8的情况中，如果在垫4上放置了太多量的由精细形成层保持的抛光晶片6用的浆料，电解沉积轮11处理垫4的性能就会变坏，因此而使垫4的平面度变得不太好，即使在垫修整进行后也是这样。因此，就产生一个缺点垫4表面(加工侧面)的调整还不够充分。
因此，在垫4的修整用其顶面大体上是平的并由超级磨粒组成的电解沉积轮来进行的情况下，在用电解沉积轮11抛光时，轮11与垫几乎整个表面接触，由此而使垫4的形成层被抛光。其结果是使垫4的敞开部份被闭合，浆料的容纳处也就失去，因而使垫4加工侧面对晶体6的抛光能力下降。
上述介绍过的问题就产生了。
此外，在用轮11抛光垫4的情况中，轮11在如图20所示那样，至少在相当于垫4半径的范围内对垫4的顶面进行抛光。在双向摆动的情况下，环状磨粒层13的每个部份的抛光区域沿平行于垫4运动方向的长度被固定。亦即是说，在图18(A)中，假定沿大体上平行于垫4回转方向P的a方向之磨粒层13的抛光区域(长度)是L1，与之相似，相应于b方向的抛光长度是L2，相应于C方向的长度为L3。因此，相应于a方向的抛光长度为2×L1，相应于b方向的长度为2×L2，相应于c方向的长度为2×L3。在回转方向的角部方向上的每个抛光长度(区域)，变成2×L1＜2×L2＜2×L3。
在抛光长度(区域)的总量是每部份的工作负荷的情况下，在图21中展示了磨粒层13的工作负荷沿大体平行于垫4回转方向的方向上的分布情况。但是，如果在环状磨粒层13中对每个近以于平行垫4回转方向P的工作负荷部份(a，b，c)是不同的，那末沿外周的侧面的抛光量就大于沿垫4的半径方向的中心区域的抛光量，抛光的均一性也就被破坏。结果是使垫4表面平面度的修复及堵塞的消除进行得不充份，而且还由于不均匀磨损而使轮11的使用寿命变短。
为了克服这种缺陷，如图20所示，将轮11外周缘与垫4分离来进行悬空，来使C区域中的由最大工作负荷产生的垫4抛光量减少，这就保证了平面度，并相对垫4的回转方向P实现大体上为矩形截面的摆动被添加于轮11。但是进行轮11的那种摆动的抛光工作并没有能获得充份的效果。而且即使悬空及对轮11的摆动均进行，也由于工作负荷不均匀而不能给出令人满意的效果。
本发明的目的是提供一种研磨工具，该工具可以在抛光修整的情况下，在被研磨表面的良好状态下进行抛光加工，并能除去被研磨表面上的浆料。
本发明的其它目的是提供单层研磨工具，此工具能实现更均匀的抛光而不会由磨粒层引起抛光工作损失。
为了实现上述目的，本发明的研磨工具的特征在于，在磨粒层的表面上制作凸、凹两部份，在此研磨工具中，其基板放置该磨粒层，在此磨粒层的粘接相中分布着超级磨粒。
由于在磨粒层表面上制作了凸、凹部份，对于该被磨削表面如一垫的接触区域就由此而成为不连续的，由于不是连续的面接触而使该被磨削表面的损伤变得小得多，而且积聚在被磨削表面的适应凹部的软膏等可能参与抛光，由于有可能在凹部形成浆料等物的小池，这就有可能控制在被磨削表面上的过多的浆料等物，这些多余物对抛光有坏影响。
此外，在本发明的一个合适的形式中，磨粒层表面上的凸、凹部份被以连续线的形态来制作。
在该凹部中的贮存浆料量可以通过凹部被制成连续线形态而加大，连续线形态使此凹部也跟着是连续的。
在本发明的另一个合适的形式中，凹部和凸部可以连续地被制作成同心圆的形态。
此外，磨粒层表面的凸、凹部份也可以制作成从一截面图来看呈信号波的形状。
根据本发明的另一种合适形式，本发明的研磨工具是一种单层研磨工具，此磨粒层的特征在于，在沿路径方向间隔排列有多层。
由于该磨粒层在沿此单层研磨工具的半径方向制作有分隔开的多层，大体上平行于抛光如垫那样的被抛光元件的相关运动方向的此磨粒层区域抛光长度(区域)的总量就变得几乎是均匀的。由此而使工作负荷的不均匀性被改善，因此而能够更有效、更均匀地抛光工件材料。
此外，此单层研磨工具意味着在这种工具中，超级磨粒只是沿着金属粘接物厚度方向以一层超级磨粒的形态被列布。此外，根据本发明的另一种合适的形式，此磨粒层以多层螺旋状或环状形态来制作。由于此种方案，使得在沿大体上平行于工件相对移动方向的粒层区域内的抛光长度总量等于大致垂直于工件材料移动方向的方向上任一位置处的抛光长度总量。此外，根据本发明的另一个合适的方式，组成该磨粒层的多层是三层或更多层。由于该磨粒层被分隔成许多层，使在沿大体上平行于工件材料相对运动方向的磨粒层区域内的抛光长度总量等于大致垂直于工件材料移动方向的方向上任一位置处的抛光长度总量。
此外，根据本发明的另一个合适的形式，多层磨粒层被制作得其内层比外层宽。在大体上平行于工件材料相对运动方向的磨粒层区域中的抛光长度总量在外层更大，此外层的半径也大。由于这一原因，如果内层做得相对宽些，这就会趋向于使上述的抛光长度总量平衡。此外，根据本发明的又一合适的形式，从垂直截面看此磨粒层的边缘部进行倒角加工。当例如一垫那样的工件材料被用转动此单研磨层工具研磨时，为了在倒角部分开始与工件接触，工件材料从粗研磨到精研磨均在一倒角部分磨削，结果使抛光精度良好。
此外，根据本发明的另一个合适形式，在此磨粒层的圆周方向最外层中的超级磨粒平均直径比在其内层中的超级磨粒的平径直径小。虽然此单层研磨工具在磨削期间由于磨削阻力而产生很小的震动，通过使该研磨层最外圆周层中的超级磨粒为相对较小直径可使震动产生的有害影响变小，对该工件材料的破坏性能可以被减小，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过使其内层中的超级磨粒有相对较大直径而获得改善。
此外，在沿圆周方向最外处的该层基板高度与内层基板高度的间距等于超级磨粒平均直径的差值，但磨粒层最外圆周处的层高与其内层的层高彼此相等。磨削精度可以通过不管超级磨粒平均直径的差别而将多个磨粒层调整至同一高度来保证。此外，在其磨粒层的超级磨粒被分布在一金属粘接物中的一种单层研磨工具中，上述磨粒层的抛光长度总量几乎彼此相等，该长度与沿该平行于被磨材料相对运动方向的多个任意位置的假想线相交。
在通过使单层研磨工具回转而进行的抛光中，在垂直于假想线方向任一位置处的磨粒层产生的磨削工作负荷很少产生差异。此外，磨粒层可以安置在基板一表面的圆周侧边区域。尤其是，此单层研磨工具适合于用作CMP设备的垫修整器。
对附图简要地介绍如下。
图1是本发明第一实例电解沉积轮的平面图。
图2是图1所示电解沉积轮的沿轴心线剖切的剖视图。
图3是图2所示电解沉积轮的磨粒层局部放大图。
图4是展示用该电解沉积轮磨削一垫的状态的纵向剖视图。
图5是展示本发明第一改进实例的电解沉积轮的水平视图。
图6是沿图5中A-A线剖切的电解沉积轮磨粒层磨粒部分剖视图。
图7是本发明第二改进实例电解沉积轮的纵向剖视简图。
图8是本发明第三改进实例电解沉积轮的纵向剖视简图。
图9是展示本发明第二实例的该轮局部平面图。
图10是展示本发明第二实例改进形式的电解沉积轮局部平面图。
图11是本发明第三实例的电解沉积轮主要纵向部分视图。
图12是本发明第四实例的该轮磨粒层的平面图。
图13是沿图12所示X-X剖切的该轮纵向局部剖视图。
图14是展示环绕着半圆部分沿垫回转方向的工作负荷和磨粒层位置的关系的图表。这半个半圆是用图12中所示的一点划线分开的。
图15是第5实例的平面原理图。
图16是第6实例的该轮的部分剖视图。
图17是传统CMP设备的原理性部分立体图。
图18是用于CMP设备的传统轮的图，图18(A)是半圆状部分平面图，图18(B)是图18(A)中轮的沿A-A线的剖视图。
图19是放大的示意性剖视图，它展示图18所示轮的磨粒层。
图20展示覆盖着垫的该轮修整状况的示意性平面图。
图21是展示在相应于图20的该轮修整时，沿垫回转方向的工作负荷与磨粒层位置的关系的图表。
在下面，实例是用附图来解释的。本发明的第一实例用图1或图4来解释。由在图1和图2中展示出的第一实例的电解沉积轮20(电解沉积研磨工具)配置着CMP设备1的垫修整器8的臂10。
在电解沉积轮20中，基板21是一盘状平板，作为一个例子，在一基板21a的外圆周侧部的安置面21b上有环状磨粒层2。
基板21的安置面21b被制作成一信号曲面，沿着图3中所示半径方向的纵长剖视图上来看，基板23b处的凸部及基板23a处的凹部在安置面21b中沿半径方向连续地相互交替出现。而且基板的凹部23a及凸部23b每个均被制作成以基板21的中心为圆心的同心圆。
在安置面21b上的磨粒层22基本上全被制作得有相同的厚度，将超级磨粒如金刚石或cBN等分布在如Ni等那样的金属电镀物中。因此，在电解沉积轮上的磨粒层表面是由超级磨粒26构成的，该表面被制作得沿半径方向由磨粒凹部27A和凸部27B交替分布，这些凹、凸部被作成与基板21的凹、凸形安置面21B相应的同心圆的环形。
从图3的电解沉积轮20的纵截面图上可以看到，沿磨粒凹、凸部27A、27B深度方向的差值D被设定得小于单个磨粒26沿相同方向的长度。
因此，在磨粒凹部27A处的超级磨粒26的顶面处于突出的高位置处而不是在凸部27B处的超级磨粒26的基部边缘。在这里，超级磨粒凹部27A和超级磨粒凸部27B的高度差定在1/2到2倍超级磨粒26的直径d的范围内。
此外，沿磨粒层22径向毗邻的两个磨粒凹部27A或凸部27B之间的长度L期望在1d至3d范围内。
选定上述值范围的原因如下。如果高度差D大于2d，这会从垫4上带走太多的浆料而对接下来的抛光产生不利影响，但是如果将D值定得小于1/2d，那末浆料排走效率就会下降。如果将L定得大于3d，抛光效率就会降低；如果将L定得小于d，接触区域就会增大而使对垫4的伤害变大。
此外，沿着基板21的安置面21b的凹凸形式而将磨粒层22用电解沉积等方式制作得有差不多相同的厚度。
分布在此磨粒层的金属电镀物25中的超级磨粒26作为一个样例，只按照基板21的安置面21b的形状排列一层。
为了制作这种电解沉积轮20，将基板凹部23a及凸部23b制作成同心圆状，并使它们沿半径方向交替排列，并将靠贴安置面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，它基本上是圆平板形状。安置面21b是需要被电镀的区域。
接下来，为了用电解沉积工艺来进行电解沉积磨粒层22，将含有如Ni，Co等金属离子的电镀液注入未示出的电镀槽中。将经掩蔽了的基板21放入电镀槽中并与负极接触，将阳板安置得与基板21平行。然后将两极通电。
然后安排成使超级磨粒26接触安置面21b，之后，包括超级磨粒26的金属电镀物25就被沉积在是负极的基板21的安置面21b上。这样就获得了如图1-3所示的电解沉积轮20。由于此样例的电解沉积轮20是用上述方法构成的，通过给CMP设备的垫修整器8装备此电解沉积轮20，就可对垫4进行修整。首先，将电解沉积轮20安装在垫修整器8的臂10的端部上，然后使回转轴9的双向转动方式转动，并且也使工作台3转动。结果就使回转工作台3上的垫4被进行双向摆动的电解沉积轮20抛光。
在这种情况下，电解沉积轮20上的磨粒层22的磨粒凸部27B上的超级磨粒26就可以切入垫4表面一小点量而进行抛光，收集在一微小发泡层中的浆料被排除。由于该发泡层而使垫4的表面上有孔。由于传统水平形状的电解沉积轮11中没有浆料收集处，那些被排出的浆料又被推入垫的发泡层中。但是，在本发明的此实例中，可以将这些浆料收集于在磨粒层22中形成的磨粒凹部27A中。
而且，由于磨粒凹部27A被制作成与电解沉积轮20的基板21有相同轴线的同心圆形状，该浆料的排除量大，而且定能将之从垫4的发泡层中收集起来。
被排入磨粒层22的磨粒凹部27A中的浆料是在垫修整器8的臂10双向摆动和垫4沿反时针方向转动的修整过程中从垫4表面上排出的。
因此，含在浆料中的分散磨粒不会超过需要地留在垫4上，而且也不会在修整之后对晶片抛光产生有害影响。此外，在与此同时，磨粒层22中的同心圆形式的磨粒凸部27B稍微切入垫4表面一点儿，并用这部份的磨粒26对垫表面研磨。
磨粒层对垫4的接触区域只有磨粒凸部27B3，其磨粒凹部27A不与垫4接触。在这种磨削情况中，垫4表面被间断地磨削，只是被电解沉积轮20扫过区域的一部份被局部地由磨粒凸部27B切除。因此，由这种抛光引起的损伤相对较小。
这样，被磨损的垫4表面可以被磨粒凸部27B的超级磨粒重磨，垫4的平面度能被恢复或维持，对晶片的处理能力因而得以确保。如上所述，在此实例中，收集在垫4的细小发泡层中的多余浆料被除去，它们能够被排入磨粒凹部27A，垫4的表面被磨粒层22的磨粒凸部27B重磨，因而使垫4的平面度被维持，其结果只使垫4受到较小损伤。
下面通过此实例和别的实例对电解沉积轮20的改进进行解释，在解释中，对与第一实例相同的部份采用与第一实例中相同的标码。
图5展示了第一改进形式的电解沉积轮30。基板21的外圆周侧环状安置面21b被制成同心圆形且近以环状。在沿半径方向的纵截面内，安置面21b有信号波形式的基板凹部23a及基板凸部23b。在磨粒层31中，沿半径方向看，磨粒凹部27A及凸部27B被制作成交替分布的同心圆形状。在磨粒层31中，有凹形槽32以预定间隔形成(在图5中，该间隔为45°)。槽32比磨粒层31的磨粒凹部27A深。
虽然如图6所示，槽32被制作得有U形截面，但如果有一个至少与磨粒凹部27A相同量级的深度，那末该槽截面形状可任意选择。
如果选用如电解沉积轮30那样的构件来修整垫4，那末容纳在磨粒凹部27A中的软膏会随时被通过槽32排出垫4，因而浆料排除性能会被改善。
图7展示第一实例的第二改进形式。
在图7中展示，电解沉积轮35在安置面36上设置有大体上呈环状的磨粒层37，安置面36呈环状且处于大体上成盘状的基板21的外圆周侧部。
磨粒层37被形成得使超级磨粒26分布在金属电镀物25中。具体地说，磨粒层37的表面37a由磨粒凹部27A及凸部27B构成，从而使得此信号曲面在纵长截面内有由点划线表示的此假想的近似于凸曲面形状的基线t的中心线。亦即是说，金属电镀物25的表面及从此表面突出的超级磨粒26是被固定在该信号曲面的表面上的。而且，在平面图上看的话，磨粒层37之表面37a的磨粒凹部27A及磨粒凸部27B被制作成环状同心圆。将此结构方案与上述的实例比较时，可发现此结构方案的磨粒凸部27B对垫4的修整量比较大，因而其抛光效率被提高。从图7中展示的磨粒层剖面图中看到，磨粒凹部27A被设置得朝外侧倾斜，虽然容纳浆料的量相对来说被减少，但软膏的总排除率没有减低。图8展示第一实例的第三改进形式。在此实例的电解沉积轮的磨粒层41中，其凹部42A及凸部42B沿纵截面看被制成方形，沿半径方向看被制成多组，而且均被制成同心圆形状的环。图9展示本发明的第二实例。与第一实例相似，它也涉及一电解沉积轮45。基板21的沿外圆周侧环状的安置面21b被制作成同心圆式的环状，其具有在沿半径方向的纵截面上的信号波形状上的安置面有基板凸部23b及凹部23a。磨粒层46由超级磨粒26及金属电镀物25构成，此构件由于其磨粒凹部27A在沿半径方向上是连续的、其外圆周连结成网状，因此其容纳及排除浆料的能力必然变得更强。
此外，由于研磨液从侧面，例如从沿圆周方向和半径方向的内、外侧面导入，可以实现更高精度的抛光。下面的图10展示第二实例的改进形式。磨粒层50由槽状并略成弧形的磨粒凹部51A和插入在一对磨粒凹部51A间的两种形式的磨粒凸部51B、51C构成。由这些磨粒凹部51A及凸部51B组成的磨粒层50用与第二实例相同的超级磨粒26及金属电镀物25制作。此种构成获得了与第四改进形式同样的效果。此外，第二实例及其改进形式的磨粒层46、50的凹部及凸部可以用滚花方法来制作，也可以用轧制或切削方法来制作。
下面图11展示本发明的第三实例。在图11所示的电解沉积轮55中，磨粒层26沿着基板21的安置面21b的凹部和凸部有几乎相同的厚度，并具有与第一实例所示相同的形状，其超级磨粒26在以一层或两层或更多层的方式被安置得填充得极满的状态。为了制作这样的磨粒层56，要使用由振动填充料的电解沉积方法。亦即是说，在制作第一实例中的磨粒层22的方法中，电镀液中含有如Ni，Co等类的金属，它与超级磨粒26均充注入未示出的一电镀槽中。被掩蔽好的基板21安置在电镀槽中并与阴极相连，将阳极安置得与基板21平行，然后在两个极上通电使电镀液扰动。在此状态下，基板21或电镀槽或电镀液被振动。如果在电镀状态下是阴极的基板21的安置面21b上含有超级磨粒26的金属电镀相25被沉析，就使电解沉积轮55被制成如图11所示的样子，其在基板21的安置面21b上的超级磨粒26被以充满状态排列着。对于采用此种振动填充料的电解沉积方法来说，超级磨粒26的安排及电解沉积可被容易地进行。此外，虽然在上述实例或其改进形式中制作了二个或更多个制品，电解沉积轮20、30、35、40及50的磨粒层22、37、41和56的磨粒凹部27A和42A与同心圆形的磨粒凸部27B和42B的形式及磨粒凹部27A和42A与磨粒凸部27B和42B的组合也可被适当组合采用，不必局限于上述的实例。例如，磨粒凹部27A、42A和磨粒凸部27B、42B可以被沿一路径方向，例如沿呈放射状延展的一段直线上制作得相互交替安排，或者磨粒27A、42A和磨粒27B、42B可以构成点状，而且也可以将相互交错的方式安排在各个方向上。此外，可以采用合适的形式，而不要受限于磨粒凹部27A、42A、47A、51A和磨粒凸部27B、42B、47B、51B、51C的仅为圆形或方形的截面形状。
基板21的磨粒层22、37、41、56的安置面21b无需模拟磨粒凹部27A、42A及磨粒凸部27B、42B的形状。
图12至图14展示本发明的第四实例。
在轮120中，磨粒层121构成2层或多层(在图中为3层)同心圆环的形状(也可以不是同心圆环)，它被制作在圆盘形基板112的大体上呈圆形的一表面112a的外圆周侧上。磨粒层121在沿圆周最外侧形成具有最大直径(例如，同基板112的直径一样)的第一磨粒层121A，第二磨粒层121B以一定间隔制作在外圆周侧内部，第三磨粒层121C有最小直径、被制作在最里面。第一至第三磨粒层121A，121B及121C是同心圆。而且，在磨粒层121C里面不制作磨粒层。每个磨粒层121A、121B及121C均是这样构成的如金刚石那样的超级磨粒26散布在镍(金属电镀相)构成的金属电镀物25中，而且沿金属电镀物25厚度方向只安置一层超级磨粒26，而且，作为一个实例是用电镀方法来进行的。
轮120是一种单层研磨工具。在图13中展示了沿轮120的X-X线的纵剖截面。在磨粒层121A、121B及121C顶面侧以R(半径)形状将磨削侧121a，121b，121c的两侧边进行倒角加工，形成倒角部份t。在每个磨粒层121A、121B及121C沿其圆周均被加工出倒角部t。与第一至第三磨粒层圆周方向大致垂直的磨削面121a，121b及121c的宽度为Wa、Wb及Wc，而且在最里面的磨粒层121C的宽度最大，而且各宽度从内层向外层逐渐变窄，即Wa＜Wb＜Wc。
此外，在第一至第三磨粒层上的每一层121A、121B及121C上的宽度是不变的。这样选定宽度的理由为与直径大的外侧磨粒层相交的抛光长度(例如，沿假想线d的抛光长度Ld1)大于与直径小的里面的磨粒层相交的抛光长度，而且在磨削时抛光长度就成为工作负荷。正是由于这一原因，越靠内的磨粒层宽度就越被加大。结果就使每个磨粒层上的抛光长度(工作负荷)就变得更加均匀。在这种情况下，在与垫4的回转方向P大致垂直的方向上的任意位置处的假想线a、b、c、d可以分别在每个磨粒层121A、B、C上画出。
例如在图12中，第至一至第三磨粒层121A，121B及121C的假想线在与垫4的回转方向P平行的方向延伸，在与该方向大致垂直的方向上的任意位置处可以引出假想线a、b、c、d。例如，假想线a、b与第一至第三磨粒层121A、121B及121C相交，假想线C与第一、二磨粒层121A，121B相交且与第三磨粒层121C相外侧接触，假想线d与第一磨粒层121A内侧接触相交。与每个假想线a、b、c、d相交的第一至第三磨粒层121A，121B及121C此区域的抛光长度如下确定。
第一至第三磨粒层121A，121B及121C与最靠近轮120中心O的假想线a相交的抛光长度(区域)，被记作La1，La2及La3。第一至第三磨粒层121A，121B及121C的与第二最接近回转中心O的假想线b相交的抛光长度(区域)记作Lb1，Lb2及Lb3。第一和第二磨粒层121A，121B的与离回转中心O第三近的假想线C相交的抛光长度被记作Lc1，Lc2。第一磨粒层121A与离回转中心O最远的假想线d相交的抛光长度(区域)被记作Ld12×(La1+La2+La3)2×(Lb1+Lb2+Lb3)2×(Lc1+Lc2)2×(Ld1)第一至第三磨粒层的宽度Wa、Wb及Wc被选值得使上述公式成立。由此而确定Wa＜Wb＜Wc。此外，凹槽117用来排放浆料S，此槽沿径向以例如45°的预定间隔制作在磨粒层121上。
凹槽117被以一种顺序方式制作，从而可以在图12中从第一到第三磨粒层121A，121B及121C画出一条直线。但是，凹槽并非必须以此顺序方式制作，它们可以沿径向制作得处在第一至第三磨粒层的不同圆周位置上。而且，也可以在外侧层上制作比内侧层更多的凹槽。如果凹槽是这样来制作的，在第一至第三磨粒层121A，121B及121C之间的切削屑排除能力及冷却效率会变好。此实例4的轮120具有上述结构。在对垫4进行修整时，通过沿P方向旋转垫4及旋转轮对垫4上的突出的细毛部(nap)进行研磨，从而使垫4的平面度被恢复和维持。位于磨粒层121第一至第三磨粒层121A，121B及121C的抛光面121a，121b及121c宽度方向两端的边缘被制成倒角部t。在研磨时，在研磨开始时刻，每个磨粒层121A，121B及121C的迎击侧的倒角部t研磨冲击垫4上表面细毛部的顶部。之后就由其顶是平的抛光面121a、b、c进行精研磨。在第一至第三磨粒层121A，121B及121C中，在与垫4回转方向大致垂直的方向上，设定两条或多条在离120的中心O不同距离处的a、b、c、d，每条假想线上的抛光长度总量(区域面积总量)2×(La1+La2+La3)，2×(Lb1+Lb2+Lb3)，2×(Lc1+Lc2)，及2×(Ld1)差不多彼此相等，因此如图14所示，磨粒层121摆动方向的所有区域全被复盖，而且抛光能以差不多均匀的工作负荷进行。
因此，只要将轮120置于垫4上，并且使之在垫4修整中转动，对摆动运动的需要也是必要的，可有效率的和更高平面度地对垫4进行抛光。如上所述，根据此实例在修整的情况中，无需悬空轮120就能用所有区域进行研磨。而且由于沿大体上平行于垫4回转方向P的、磨粒层121各条研磨长度总量(区域面积总量)差不多是一样的，可以比用传统轮11更高的平面度精度进行研磨修整。而且，由于有制作在每条磨粒层121A，121B及121C宽度方向两侧边缘的倒角部t，就能够以更高的精度从粗研磨到精研磨连续地进行研磨，而不损害垫4。而且，上述的效果的获得并不涉及调整轮120相对修整器8的角度。接下来通过图15解释本发明的第5实例。图15展示的轮130与第三实例的轮120在基本组成是一样的。不同之处是磨粒层131是由一层连续螺旋形状构成的，至少合乎期望的是沿半径方向磨粒层131被制成间隔开的、多于三个的圆环状(在图15中被制成三层)。在此实例中的磨粒层131被制成连续螺旋状，从而使得在最外周的第一磨粒层131A，第二磨粒层131B及最靠里面的第三磨粒层131C能被制作得沿半径方向从外圆周看时是逐个地列布的，而且其宽度W是连续变化的，从而使得除了沿-螺旋方向的顶和基端外，从里到外逐渐地使宽度变小。因此，沿半径方向看，具有三层的轮131，第一、二、三磨粒层131A，131B及131C的沿半径方向的宽度Wa、Wb、Wc在抛光研磨位置中被选定得Wa＜Wb＜Wc。在轮130中，沿垫4的回转方向P的假想线a，b，c及d沿着大体与方向P垂直的方向上的合适位置上依次地画出。第一至第三磨粒层131A，B及C的宽度Wa、Wb、Wc被定得使沿假想线a，b，c及d上的磨粒层131的抛光长度(区域)总量分别为2×(La1+La2+La3)2×(Lb1+Lb2+Lb3)2×(Lc1+Lc2+Lc3)2×(Ld1)这个实例获得了与第四实例相同的效果。下面通过图16解释本发明的第六实例。
在图16所示的轮140中，磨粒层141由与第三实例相同的制作在基板112的面112a上的同心圆环状的第一、二及三磨粒层121A、B及C构成。在面112a的一部分上制作了第一、二、三磨粒层121A、121B及121C，它们形成了环状第一至第三突部141a及141b及141c。在每个突部141a，141b及141c上分别形成了第一、二、三磨粒层121A、121B及121C。粘接在圆周最外部处的第一磨粒层121A中的超级磨粒141A的平均直径是r1，r1要小于分别粘接在第二、三磨粒层121B、121C上的超级磨粒114b，114c的平均直径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，其差值相应于平均磨粒直径差M(r2-r1)，从而使第一、二、三磨粒层121A、121B及121C的超级磨粒114A、114B及114C处于有同一高度的直线上。
在抛光时，抛光阻力使轮140产生朝下、朝上方向(即沿与垫接触和分开的方向)的小振动。但是，通过使在振动的振幅最大的最外圆周侧上的第一磨粒层121A的超级磨粒114A的直径比其余超级磨粒114B、114C小些，可以使该振动作用变小。通过减小对垫4的损伤能够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过使用相应于相对靠里面内侧的第二、三磨粒层121B、121C上的超级磨粒114B、114C的直径大一些来做到。此外，在上述的每个实施例中，磨粒层121、131及141并非必须被制成同心圆状的三层，做2层或4层或更多层也可以。即使在这样的情况中，只要对每层的宽度进行合适调整，沿着与摆动方向大体上垂直的方向上的假想线上的研磨长度总量也能够差不多是均匀的。此外，没有必要组成得使磨粒层121，131及141的宽度做成相同的增大或减少，通过中途变窄或中途变宽的方式使其宽度的范围度宽、窄也是可以的。在沿与摆动方向P大体上垂直的方向的任意位置上的假想线上的磨粒的研磨长度总量也能被调整得差不多是均匀的。此外，本发明的单层研磨工具也可以用于CMP设备的修整器以外的抛光磨研设备。本发明也可以应用于树脂粘结研磨工具、金属粘结研磨工具或使用普通磨粒的普通研磨工具，不必将本发明只限制为如电解沉积轮等那样的电解沉积研磨工具。
权利要求
1．一种研磨工具，它具有磨粒层，在磨粒层中分布于粘接相中的磨粒设置在基板上，其特征在于，在磨粒层的表面上制有凹部和凸部。
2．如权利要求1所述研磨工具，其特征在于，磨粒层表面上的凸部和凹部被制作成连续的线状。
3．如权利要求1所述研磨工具，其特征在于，所述磨粒层沿半径方向被安置成间隔开的二层或更多层。
4．如权利要求3所述研磨工具，其特征在于，该磨粒层的形状是两个或更多个环状或螺旋形。
5．如权利要求3所述研磨工具，其特征在于，所述2层或更多层磨粒层被制作成3层或更多层。
6．如权利要求3所述研磨工具，其特征在于，所述二层或更多层磨粒层被制作得其内侧层比外层宽。
7．如权利要求3所述研磨工具，其特征在于，沿纵长截面看，该磨粒层的边缘被倒角。
8．权利要求3所述研磨工具，其特征在于，在最外层的超级磨粒平均粒径要比内层上的超级磨粒的平均粒径小。
9．如权利要求3所述研磨工具，其特征在于，最外层的高度几乎与内层的高度相同，而最外圆周层的基板要比内层的基板高些，其高的程度与其磨粒平均直径差值相应。
10．一种磨粒工具，其组成为在磨粒层中的超级磨粒只置放一层，磨粒层是安置在基板上的，其特征在于，和与工件材料运动方向大体上平行的二个或更多个任意位置的假想线相交的磨粒层的抛光长度总量彼此几乎是一样的。
全文摘要
其内的超级磨粒26分布于金属电镀物25中的磨粒层22安置于电解沉积轮20的基板21上。由超级磨粒26构成的磨料凹、凸部27A、27B沿半径方向相互交替,而且其截面形状呈信号波状,磨粒凹、凸部27A、27B在磨粒层表面上形成同心圆环形状。浆料排除能力通过磨粒凹部27A提高,并通过磨粒凸部27B来使由抛光研磨表面引起的损伤减小。可以采用有三个同心圆环层或三个螺旋环状的磨粒层12来制作轮120。而且,电解沉积轮20和120适合于作CMP设备的垫修整器。
文档编号H01L21/60GK1285261SQ0012696
公开日2001年2月28日 申请日期2000年7月14日 优先权日1999年8月23日
发明者高桥务, 下前直树, 赤田幸治 申请人:三菱综合材料株式会社