利用激光制造化学机械抛光垫的方法技术

本发明专利技术公开了利用激光在化学机械抛光垫上形成微孔，通孔或沟槽的方法。该方法包括以下步骤：确定要在抛光垫上形成的微孔，沟槽或通孔的图案；将确定的图案输入计算机数字控制器（ＣＮＣ）；在ＣＮＣ控制器基于输入图案的控制下，驱动辐射激光束的激光器以及进行三维移动和旋转同时支撑抛光垫的桌面，从激光器向桌面上的抛光垫辐射激光束，同时根据输入的图案移动桌面，从而在抛光垫上形成对应于确定图案的微孔，沟槽或通孔的图案。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于化学机械抛光过程的抛光垫，更具体地，涉及利用激光在抛光垫上形成微孔，通孔或沟槽的方法。
技术介绍
一般而言，化学机械抛光(CMP)是用于在半导体器件制造过程中获得整体平整度的一种高精度/镜面抛光方法。根据CMP，在抛光垫和待抛光晶片之间使用了一种浆料，对晶片表面进行化学蚀刻。利用这种抛光垫对晶片的蚀刻表面进行机械抛光。参见附附图说明图1，所示标号为1的一种典型CMP机器的示意图。附图2是使用CMP机器1进行CMP方法的示意图。该CMP方法包括化学蚀刻反应过程和机械抛光过程，使用了CMP机器1中的抛光垫10进行。化学蚀刻反应是由浆料42进行的。就是说，浆料42用于和待抛光晶片30的表面进行化学反应，使化学蚀刻反应后，能很容易地进行机械抛光过程。在机械抛光过程中，旋转固定在平面20上的抛光垫10。由夹持环32固定着的晶片30一边振动一边旋转。利用浆料供料装置40供给抛光垫10含有磨粒的浆料。输送的浆料被引入到抛光垫10和晶片30之间。由于抛光垫10和晶片30之间转速的相对差别，引入的磨粒与晶片30之间产生摩擦接触，而进行机械抛光。浆料42是含有粒度为纳米级的磨粒的胶状液体。抛光过程中，浆料42分布在抛光垫10上。在抛光过程中，当抛光垫10旋转时，产生离心力，使供给抛光垫10上的浆料42从抛光垫周边向外甩出。为了提高抛光效率，应该有大量磨粒在抛光垫10的上表面停留所需长度的时间，使其能参与对晶片的抛光。也就是说，抛光垫10应该使浆料42在其表面停留尽可能长的时间。为了使浆料长时间保留在抛光垫上，可以采用在抛光垫表面形成微米级(μm)球形微孔或形成通孔或沟槽的方法实现。这些微孔，通孔和沟槽能在抛光过程中起到控制连续输送浆料的流动和分布的作用。通常，采用物理方法或化学方法在抛光垫上形成微空腔。在物理方法中，将各自具有空腔的中空微组分加入到聚合物基质中，形成微空腔(microcell)。在化学方法中，通过化学发泡方法产生气泡，形成微空腔。将大量各自具有空腔的微组分浸入到聚合物基质中，使其在基质中均匀分布，实现将微组分加入到聚合物基质中，从而形成微空腔。聚合物基质是通过将固化剂和树脂混合制备的，树脂可以是如氨基甲酸酯，聚酯，氟化烃或它们的混合物。所用微组分主要是无机盐，糖，水溶性树胶或树脂。这样的微组分是由聚乙烯醇，果胶，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，聚氨酯或它们的组合制成的。这些微组分的平均直径约150微米。通过高剪切混合过程，微组分均匀分布在聚合物基质中，从而形成均匀的微空腔。参见附图3，所示由空腔体形成的微空腔。然后，将按上述方式由微空腔形成的抛光垫切割成片，每片都具有制成抛光垫所要求的厚度。在每个切片中，随机分布在抛光垫中的微空腔在切片的切面上敞开，从而在切片的切面上以圆形或椭圆形截面形式露出。在每个抛光垫的抛光表面上露出的微空腔横截面的大小和位置是随机的。暴露的微空腔截面的随机大小和位置会有损要求抛光垫的均匀性。在采用发泡法形成微孔的化学方法中，聚合物基质是通过混合固化剂和低沸点液相形成聚氨酯的液相物质制备的。发泡剂也可使用能直接参与化学反应产生气体的水或液化气体，这样能生成气泡，在聚合物基质中形成微空腔。气泡是通过高剪切混合操作引起成核而产生的。还使用表面活性剂降低表面张力，调节微空腔的大小，从而获得要求的微空腔均匀性。附图4所示是由发泡过程形成的微空腔。其中的微空腔是由发泡过程形成的，但是，问题在于微空腔太大，不能被用于CMP抛光垫，这些微空腔的分布不均匀，没有方法能调节微空腔的大小和分布。由各自具有空腔的微组分或发泡方法形成的微空腔具有球形结构，其横截面为和圆形或椭圆形。正是由于具有这种形状，微空腔在抛光垫厚度方向具有不同的截面。为此，在抛光过程中，随着抛光垫被磨蚀，其抛光表面暴露出的微空腔截面各不相同。换句话说，随着抛光过程的进行，抛光垫的抛光表面露出的圆形或椭圆形微空腔直径逐渐缩小，最后消失。最终，在抛光垫表面下的未露出的微空腔被暴露于抛光垫的抛光面上。因此，由于抛光过程中，抛光垫厚度发生变化，暴露于其抛光表面的每个微空腔的截面也发生改变。因此，存在的问题是抛光速度不均匀。为了在抛光垫的抛光表面上形成通孔或沟槽，一直采用使用切割或研磨过程的机械加工方法。参见附图5a，所示为一种用来形成沟槽的切割刀具70。切割刀具70被固定在车床上的工具模上，当抛光垫旋转时，对其进行机械加工，在其上表面形成同心圆形的沟槽，如附图5b所示。附图5c是沿附图6b中的直线A-A的截面图。参见附图6b所示为用切割刀具形成的沟槽例子。在附图6b中，沟槽由标号75标注。同心圆形沟槽的例子公开于美国专利5984769中。参见附图6a，所示为一种卧式研磨机81，安装有切割锯82和隔板83。切割锯82构造成能沿X轴方向移动。待加工抛光垫10沿Y轴方向移动。按照这些移动，在抛光垫10的上表面沿第一方向形成沟槽85。形成沟槽85后，抛光垫10旋转90°。此时，当抛光垫10沿Y轴方向移动时，沿着与第一方向垂直的第二方向形成沟槽。这样，在抛光表面上形成如附图6b和6c所示的格状沟槽。参见附图7a，所示为用于在抛光垫上形成通孔的穿孔销。当抛光垫沿Y轴方向移动时利用穿孔销进行穿孔操作时，在抛光垫的抛光表面上形成如附图7b所示的通孔。这种进行穿孔的一个例子披露于美国专利5853317。在抛光垫上形成沟槽或进行穿孔的传统方法，采用了由机床或研磨机进行的切割过程，沟槽具有如同心环形或格状的固定图案。为此，很难形成能有效控制浆料流动的沟槽图案。在利用穿孔销形成通孔的方法中，通孔具有固定形状。而且，通孔是在穿孔销沿X或Y轴方向作简单运动时形成的。因此，通孔具有简单和固定的图案。很难获得CMP方法要求的有效孔图案。在用机械方式加工抛光垫形成沟槽或通孔时，加工过程中产生的碎屑会残留在沟槽或通孔中。在CMP过程中，这些碎屑会在待抛光表面上产生刮擦。本专利技术公开内容因此，本专利技术试图解决利用各自具有空腔的微组分或发泡过程来形成微空腔，以及利用机械加工方法形成沟槽或通孔时产生的问题。本专利技术提出的方法能很容易地在抛光垫上形成具有有效和各种图案的微孔，沟槽或通孔。本专利技术的一个目的是提供一种形成微孔的方法，这些微孔起到与微空腔相同的功能，同时具有受控的均匀分布和受控的均匀大小，以消除利用各自具有空腔的微组分或发泡过程的传统方法的缺点，即，微空腔尺寸和分布的不均匀导致的抛光过程中抛光速度降低或不均匀。本专利技术的另一个目的是提出一种能形成具有各种形状，尺寸和图案的沟槽或通孔的方法，从而有效控制抛光过程中浆料的流动，消除传统加工方法的缺点，即，由于沟槽或通孔的固定形状或图案，而无法充分控制浆料的流动。为了达到这些目的，本专利技术提出了一种根据激光加工原理，在抛光垫上形成用户要求的各种图案的微孔，沟槽或通孔的方法。在本专利技术的一个实施方案中，提供一种制造化学机械抛光垫的方法，包括以下步骤确定要在抛光垫上形成的微孔，沟槽或通孔的图案；将确定的图案输入计算机数字控制器(CNC)中；在CNC控制器基于输入图案的控制下，驱动辐射激光束的激光器，以及进行三维移动和旋转并支撑抛光垫的桌面，从激光器向桌面上的抛光垫辐射激光束，同时按照输入的图案移动桌面，从而在抛光垫上形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造化学机械抛光垫的方法，包括以下步骤：确定要在抛光垫上形成的微孔，沟槽或通孔的图案；将确定的图案输入计算机数字控制器（ＣＮＣ）；在ＣＮＣ控制器基于输入图案的控制下，驱动辐射激光束的激光器，以及进行三维移动和旋转 同时支撑抛光垫的桌面，从激光器向桌面上的抛光垫辐射激光束，同时根据输入的图案移动桌面，从而在抛光垫上形成对应于确定图案的微孔，沟槽或通孔的图案。

【技术特征摘要】
KR 2001-8-2 2001/467951.一种制造化学机械抛光垫的方法，包括以下步骤确定要在抛光垫上形成的微孔，沟槽或通孔的图案；将确定的图案输入计算机数字控制器(CNC)；在CNC控制器基于输入图案的控制下，驱动辐射激光束的激光器，以及进行三维移动和旋转同时支撑抛光垫的桌面，从激光器向桌面上的抛光垫辐射激光束，同时根据输入的图案移动桌面，从而在抛光垫上形成对应于确定图案的微孔，沟槽或通孔的图案。2.如权利要求1所述方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴仁河，权太庆，金载晰，黄仁柱，
申请(专利权)人：株式会社SKC，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]