具有精确成形特征部的研磨元件前体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有精确成形特征部的研磨元件前体及其制造方法。具体地，本发明专利技术提供了一种研磨元件前体，该研磨元件前体包括生坯陶瓷元件，生坯陶瓷元件具有第一主表面、第二主表面、多个无机粒子和粘结剂。至少第一主表面包括多个精确成形特征部。多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷。

Grinding element precursor with precise forming feature part and manufacturing method thereof

The invention relates to a grinding element precursor with an accurate forming feature part and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention provides a precursor of a grinding element, which comprises a green ceramic element, and a green ceramic element having a first main surface, second main surfaces, a plurality of inorganic particles and a binder. At least the first main surface includes a plurality of precise forming feature parts. A number of inorganic particles are at least 99% of the carbide ceramics by weight.

【技术实现步骤摘要】
具有精确成形特征部的研磨元件前体及其制造方法本申请是PCT国际申请日为2013年7月31日，PCT国际申请号为PCT/US2013/052817、国家申请号为201380041096.X并且专利技术名称为“具有精确成形特征部的研磨元件前体及其制造方法”的申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及研磨制品。具体地，本专利技术包括研磨元件前体，该研磨元件前体包括按重量计至少99％的碳化物陶瓷。
技术介绍
半导体和微芯片行业依赖装置制造期间的多种化学-机械平面化(CMP)工艺。在制造集成电路的过程中，这些CMP工艺被用于平面化晶片的表面。通常，他们使用研磨浆液和抛光垫。在CMP工艺期间，从晶片和抛光垫去除材料，并且形成副产品。所有这些都可累积在抛光垫表面上，使其表面变光滑并降低其性能，减少其寿命并且增加晶片的缺陷。为了解决这些问题，垫修整器被设计用于通过去除不期望的废物积累并且在抛光垫表面上重新产生粗糙的研磨机制再生抛光垫性能。大多可商购获得的垫修整器具有粘合至基质的工业金刚石研磨。典型的基质材料包括包括镍铬、硬钎焊金属、电镀材料和CVD金刚石膜。由于金刚石的尺寸和形状分布不规则并且它们的取向是随机的，所以已专利技术各种专有的工艺来精确地对金刚石进行分选、取向或图案化并且控制它们的高度。然而，在给定金刚石粗粒的自然变型的情况下，通常仅2％～4％的金刚石实际研磨CMP垫(“加工金刚石”)。控制切削刀头和研磨边缘的分布在制造上是一个挑战，并且引起垫修整器性能的变化。此外，当前的基质和粘合方法也可限制可嵌入的金刚石的尺寸。例如，如果不将小于约45微米的小金刚石埋进基质内，那么可难以粘合。金属CMP的酸性混悬液也会给传统垫修整器带来挑战。酸性混悬液可以与金属粘合基质进行化学反应，从而减弱基质和磨粒之间的粘合。这可能导致金刚石粒子从修整器表面脱离，从而导致晶片缺陷率高并且有可能在晶片上形成刮痕。金属基质的溶蚀也可导致晶片的金属离子污染。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术是一种研磨元件前体，包括生坯陶瓷元件，生坯陶瓷元件具有第一主表面、第二主表面、多个无机粒子和粘结剂。至少第一主表面包括多个精确成形特征部。多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷。在另一个实施例中，本专利技术是一种制备研磨元件前体的方法。所述方法包括：提供具有多个精确成形腔体的模具；提供包括多个无机粒子和粘结剂的混合物，其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷；形成具有第一主表面和第二主表面的生坯陶瓷元件。至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部，并且其中所述生坯陶瓷元件包括多个无机粒子和粘结剂。所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷，并且其中形成所述生坯陶瓷元件还包括用所述混合物填充所述腔体的大部分。在另一个实施例中，本专利技术是一种形成研磨元件的方法。所述方法包括：提供具有多个精确成形腔体的模具；提供包括多个无机粒子和粘结剂的混合物，其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷；形成具有第一主表面和第二主表面的生坯陶瓷元件，其中至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部，其中所述生坯陶瓷元件包括多个无机粒子和粘结剂，其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷，并且其中形成所述生坯陶瓷元件还包括用所述混合物填充所述腔体的大部分；从所述模具取出所述生坯陶瓷元件；加热所述生坯陶瓷元件，以致使烧结所述无机粒子。附图说明图1a是具有布置成一些实例中使用的网格图案的锥体精确成形特征部的正母模的顶视图。图1b是具有布置成网格图案的锥体精确成形特征部的图1a的正母模的剖视图。图2是包括布置成星形图案的本专利技术的研磨元件的研磨制品的顶视图。图3a和图3b示出实例12和比较例13的整体共面性。图4a是具有布置成实例15中使用的网格图案的锥体精确成形特征部的正母模的顶视图。图4b是具有布置成网格图案的锥体精确成形特征部的图4a的正母模的剖视图。图5a是具有布置成实例16中使用的网格图案的锥体精确成形特征部的正母模的顶视图。图5b是具有布置成网格图案的锥体精确成形特征部的图5a的正母模的剖视图。图6是包括布置成双星图案的本专利技术的研磨元件的研磨制品的顶视图。这些图不是按比例绘制，并且只是旨在为了进行示意性的说明。具体实施方式本专利技术的精确成形研磨元件由约99％的碳化物陶瓷形成，孔隙率小于约5％并且包括多个精确成形特征部。多个精确成形特征部是单一的，而不是研磨复合物。与侵蚀而使嵌入磨粒释放的复合物不同，在不损耗嵌入磨粒的情况下整体发挥作用，因而降低刮伤的机会。组装了本专利技术的研磨元件的研磨制品具有一致且可再现的性能，精确地将研磨工作顶端对着工件表面对准、寿命长、特征部完整性良好(包括重复性好、低侵蚀和抗断裂)、低金属离子污染、可靠性、通过针对制造的设计实现一致且性价比高的制造，并且能够受到调控以适应各种抛光垫构造。在一个实施例中，研磨制品是垫修整器。研磨元件本专利技术的精确结构化研磨元件包括第一主表面、第二主表面和在至少一个主表面上的多个精确成形特征部。研磨元件由碳化物形成并且是按重量计约99％的碳化物陶瓷。在一个实施例中，碳化物陶瓷是碳化硅、碳化硼、碳化锆、碳化钛、碳化钨或其组合。在一些实施例中，按重量计99％的碳化物陶瓷基本为碳化硅。具体地，碳化物陶瓷为按重量计至少约90％的碳化硅。在未使用碳化物形成物的情况下制造研磨元件，所述研磨元件基本上不含氧化物烧结助剂。在一个实施例中，研磨元件包括少于约1％的氧化物烧结助剂。研磨元件也基本上不含硅，具体地包括少于约1％的元素性硅。已令人惊奇地发现，基本上碳化物陶瓷可以被模制为具有优异的特征部完整性。当烧结这些组合物时，它们产生孔隙率小于约5％的稳固且耐用的研磨元件。具体地，研磨元件的孔隙率小于约3％，更具体地小于约1％。研磨元件的平均晶粒尺寸也可小于约20微米，具体地讲小于约10微米，更具体地小于约5微米，甚至更具体地小于约3微米。在实现稳固且耐用的重复性特征部中，这种低孔隙率和小晶粒尺寸是重要的，这进而导致良好寿命和磨损率低的研磨元件。在陶瓷烧结中，通常得到低孔隙率的代价是晶粒尺寸生长。令人惊奇的是，尽管高烧结温度，但可以通过基本上这些碳化物组合物得到低孔隙率和小晶粒尺寸。当将这与所添加的可由于形成结构化生坯而导致的不理想压实的挑战组合时，同样令人惊奇的是，通过这些组合物可以将它们模制为具有高特征部保真性。研磨元件包括精确成形的研磨特征部，或者包括朝向工件突出的研磨元件内的突出部。研磨特征部可以具有任何一种或多种形状(多边形或非多边形)并且可以具有相同或变化的高度。另外，研磨特征部可以具有相同的基部尺寸或变化的基部尺寸。研磨特征部可以按规则或不规则阵列间隔并且可以被制成包含单位单元的图案。研磨元件包括研磨特征部，其长度在约1微米至约2000微米之间，具体地讲在约5微米至约700微米之间，更具体地在约10微米至约300微米之间。在一个实施例中，研磨元件的特征部密度在约1个特征部/平方毫米至约1000个特征部/平方毫米之间，具体地讲在约10个特征部/平方毫米至约300个特征部/平方毫米之间。.在一个实施例中，研磨元件包括周边区或者在研磨元件周围的其中没有研磨特征部的区域。可以涂覆研磨元件，以实现另外的耐磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研磨元件前体，包括：生坯陶瓷元件，所述生坯陶瓷元件具有第一主表面和第二主表面；多个无机粒子；粘结剂；和碳源；其中所述多个无机粒子、粘合剂和碳源形成混合物，并且该混合物为喷雾干燥的凝聚物形式；其中至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部；并且其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷。

【技术特征摘要】
2012.08.02 US 61/678,6611.一种研磨元件前体，包括：生坯陶瓷元件，所述生坯陶瓷元件具有第一主表面和第二主表面；多个无机粒子；粘结剂；和碳源；其中所述多个无机粒子、粘合剂和碳源形成混合物，并且该混合物为喷雾干燥的凝聚物形式；其中至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部；并且其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷。2.根据权利要求1所述的研磨元件前体，其中所述无机粒子选自碳化硅、碳化硼、碳化锆、碳化钛、碳化钨或者它们的组合。3.根据权利要求1所述的研磨元件前体，其中所述无机粒子包括按重量计至少约90％的碳化硅。4.根据权利要求1所述的研磨元件前体，其中多个精确成形特征部中的至少一些具有沿着至少一个基部边缘的约1微米至约2,000微米的长度，以及约1个特征部/平方毫米至约1,000个特征部/平方毫米的面密度。5.根据权利要求1所述的研磨元件前体，其中所述粘结剂是具有小于约25℃的Tg的热塑性塑料。6.根据权利要求1所述的研磨元件前体，其中所述生坯陶瓷元件基本上不含氧化物烧结助剂。7.一种制备研磨元件前体的方法，包括：提供具有多个精确成形腔体的模具；提供包括多个无机粒子、粘结剂和碳源的混合物，其中该混合物为喷雾干燥的凝聚物形式，并且其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷；以及形成具有第一主表面和第二主表面的生坯陶瓷元件，其中至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部，并且其中所述生坯陶瓷元件包括含有多个无机粒子、粘结剂和碳源的混合物，其中混合物为喷雾干燥的凝聚物形式，并且其中所述多个无机粒子是按重量计至少约99％的碳化物陶瓷，并且其中形成所述生坯陶瓷元件还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·K·勒胡，N·O·珊蒂，谢俊清，K·R·布雷舍，V·W·内林，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US