具有精确成形特征部的研磨元件、用其制成的研磨制品及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有精确成形特征部的研磨元件、用其制成的研磨制品及其制造方法。具体地，本发明专利技术提供了一种研磨元件，所述研磨元件包括第一主表面和第二主表面。至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部。所述研磨元件包括按重量计至少约99％的碳化物陶瓷并且具有小于约5％的孔隙率。约5％的孔隙率。约5％的孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
具有精确成形特征部的研磨元件、用其制成的研磨制品及其制造方法
[0001]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/US2013/052828、国家申请号为201380040394.7并且专利技术名称为“具有精确成形特征部的研磨元件、用其制成的研磨制品及其制造方法”的申请的分案申请。


[0002]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，该研磨元件包括按重量计至少99％的碳化物陶瓷并且孔隙率小于约5％。

技术介绍

[0003]半导体和微芯片行业依赖装置制造期间的多种化学
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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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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

[0007]在一个实施例中，本专利技术是包括第一主表面和第二主表面的研磨元件。至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部。所述研磨元件包括按重量计至少约99％的碳化物陶瓷并且具有小于约5％的孔隙率。
[0008]在另一个实施例中，本专利技术是包括第一研磨元件的研磨制品，所述研磨元件包括第一主表面和第二主表面。至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部。所述第一研磨元件包括按重量计至少约99％的碳化物陶瓷并且具有小于约5％的孔隙率。
[0009]在另一个实施例中，本专利技术是一种制备研磨制品的方法。所述方法包括提供第一研磨元件和第二研磨元件；将所述研磨元件的第一主表面放置成与对准板接触；提供具有第一主表面和第二主表面的弹性元件；将所述弹性元件的第一主表面附连至所述研磨元件的第二主表面；提供紧固元件；通过所述紧固元件将所述弹性元件的第二主表面附连至载体。每个研磨元件包括第一主表面和第二主表面，其中至少所述第一主表面包括多个精确成形特征部，并且其中所述研磨元件包括按重量计至少约99％的碳化物陶瓷并且孔隙率小于约5％。
[0010]在另一个实施例中，本专利技术是包括第一研磨元件的研磨制品，所述第一研磨元件包括第一主表面和第二主表面。至少所述第一主表面包括具有金刚石涂层的多个精确成形特征部。所述第一研磨元件包括按重量计至少约99％的碳化物陶瓷并且具有小于约5％的孔隙率。
附图说明
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]图3a和图3b示出实例12和比较例13的整体共面性。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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
[0021]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。
[0022]研磨元件
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研磨元件，包括：第一主表面；和第二主表面；其中至少所述第一主表面包括整体的多个精确成形特征部；并且其中所述研磨元件包括按重量计至少99％的碳化物陶瓷，并且具有小于5％的孔隙率；并且其中所述整体的多个精确成形特征部包括一组基本上相等高度的主要特征部以及一组基本上相等高度的次要特征部，其中所述主要特征部和所述次要特征部从所述第一主表面延伸，并且其中所述主要特征部的高度大于所述次要特征部的高度，其中所述多个精确成形特征部是整体的，而不是研磨复合物，其中所述研磨元件是通过烧结被模制的生坯制成的，所述生坯包括多个无机粒子和粘合剂，其中所述无机粒子包含碳化硅和碳化硼，并且其中最大设计特征部高度为D0的所述精确成形特征部的所述主要特征部的组具有小于约20％的特征部高度的非共面性。2.根据权利要求1所述的研磨元件，其中所述碳化物陶瓷包含碳化硅、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，其中所述碳化物陶瓷的平均晶粒尺寸小于5微米并且所述孔隙率小于3％。4.根据权利要求1所述的研磨元件，其中所述多个精确成形特征部具有涂层。5.根据权利要求4所述的研磨元件，其中所述涂层包括化学气相沉积或物理气相沉积的金刚石、掺杂的金刚石、碳化硅、立方晶型氮化硼、含氟化合物涂层、疏水性或亲水性涂层、表面改性涂层、防腐蚀涂层、聚合物涂层、类金刚石碳、类金刚石玻璃、碳化钨、氮化硅、氮化钛、粒子涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：