專利名稱：鑲嵌式拋光墊及其有關(guān)方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及拋光墊，具體涉及用在半導(dǎo)體器件制造業(yè)中的拋光墊。
有關(guān)技術(shù)的討論在要求高度平面性和平滑性時，拋光墊的表面一般應(yīng)當(dāng)沒有顯著的缺陷和不平整，拋光墊必須具有均勻厚度。大的基本上均勻的沒有缺陷的拋光墊一般很難制作。許多常規(guī)的墊制造工藝造成大量無用的材料部分。另外，墊的尺寸受到墊制造設(shè)備容量和墊材料缺陷的限制。當(dāng)墊的尺寸增大時，通常會出現(xiàn)不希望有的不均勻性。用較小的鑲片生產(chǎn)大的拋光墊通?？梢詼p小這些問題或消除這些問題。如下面說明的，用鋪設(shè)鑲片的方法形成墊還具有其它優(yōu)點。
美國專利No.5212910說明一種復(fù)合的墊，該墊包括第一彈性材料層、第二剛性層和為輸送漿液優(yōu)選的第三層。第二層在橫方向切成完全彼此分開的各別部分。分開部分與第一層的緩沖作用相結(jié)合能使墊適應(yīng)橫過晶片的縱向漸變。
發(fā)明概要本發(fā)明旨在拋光墊的鑲片，該鑲片包括前表面、基本上平行于前表面的后表面和連接前、后表面的周圍表面、墊的鑲片具有一定形狀，可以用鑲嵌方式排列這些片，形成一個單一的較大的墊。墊的周圍表面具有一定幾何形狀，當(dāng)墊彼此對準(zhǔn)時在鑲片之間沿周圍表面形成接縫，該接縫下凹到前表面的下面，由此形成一個溝槽，在拋光工件期間，該溝槽有利于拋光流體的流動。這種溝槽可以增強(qiáng)拋光效率。另外，溝道還可以減少拋光流體的流走。
本發(fā)明的目的還在于用墊的鑲片制作鑲嵌墊的方法，該方法包括簡單地排列墊的鑲片和選擇性地將連續(xù)的無孔的襯底固定在鑲片的后表面上。
本發(fā)明的目的還在于拋光方法，該方法包括排列拋光墊的鑲片例如上述鑲片，以形成一個單一的鑲嵌墊，隨后將拋光流體放在工件和拋光墊之間的界面內(nèi)，然后使工件和拋光墊彼此相對運動，由此拋光和平整工件。
附圖的簡要說明

圖1A～1E示出拋光墊鑲片接縫橫截面圖的例圖，示出周圍表面的形狀。
圖2A～2E示出排列形成單一鑲嵌拋光墊的拋光墊鑲片的例子。
圖3示出具有外周凸部和互補凹部的拋光墊鑲片。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明概述本發(fā)明指這樣一種拋光墊鑲片，該鑲片由于具有一定幾何形狀和表面特征而可以排列形成其尺寸幾乎沒有限制的其結(jié)構(gòu)大體均勻的鑲嵌拋光墊。本發(fā)明還指鑲嵌拋光墊、制作鑲嵌拋光墊的方法和拋光方法。本文中所用術(shù)語“拋光”及該詞的任何形式均包括表面的拋光和平面化。
本發(fā)明的應(yīng)用及優(yōu)點本發(fā)明的拋光墊鑲片及有關(guān)方法特別用在半導(dǎo)體工業(yè)中，用于拋光金屬盤、集成電路和硅的晶片。本發(fā)明還可以用在其它工業(yè)中，可以應(yīng)用于許多材料中的任一種材料，這些材料包括硅、二氧化硅、金屬、聚合物、絕緣材料、陶瓷和玻璃，但并不限于這些材料。
制造半導(dǎo)體器件要求高度的平整性和光滑性。這需要使拋光墊表面一般沒有顯著的缺陷和凹凸不平，并要有均勻厚度。大的基本上均勻的無缺陷的拋光墊一般很難制造。很多常規(guī)的制墊工藝造成材料的大量無用部分。通過將小的鑲片拼接在一起可以減少無用材料的量，由此提高了產(chǎn)率。墊的尺寸通常還受到墊的制造設(shè)備的容量和墊材料缺陷的限制。當(dāng)墊的尺寸增加時，一般會發(fā)生不希望有的不均勻性。生產(chǎn)相當(dāng)小的可以排列形成較大拋光墊的拋光墊鑲片，可以盡可能地減少或消除這些問題。
本發(fā)明一般還克服了將拋光墊直接固定在壓板上所發(fā)生的有關(guān)問題。本發(fā)明的鑲片可以裝在連續(xù)的板上，該板可以防止拋光流體流到壓板上。
將墊的鑲片拼接在一起的困難包括(1)形成一種既不影響拋光又不受拋光操作負(fù)面影響的接縫；(2)形成一種水平的拋光表面。本發(fā)明一般以兩種方式解決這些問題首先使接縫凹下去，由此減少對工件的影響；第二，在形成鑲嵌墊時以鑲片的拋光表面作基準(zhǔn)水平面，由此可將任何的不平整性轉(zhuǎn)移到鑲片的后表面上。由于將不平整性轉(zhuǎn)移到后表面上，所以基本上不會或完全不會影響拋光工藝。本發(fā)明的方法為，將墊的鑲片拋光表面放在一個水平面上，然后將一種背襯加在鑲片后表面上。(本文所用的術(shù)語“接縫”包括相鄰鑲片之間的區(qū)域，不管該鑲片是彼此接靠還是鑲片間存在一定間隔。)向下凹的接縫也起著增強(qiáng)拋光作業(yè)的作用，有利于拋光流體的流動。另外，接縫還形成一種阻止拋光流體流出的阻擋層。
由于均勻的拋光墊鑲片厚度，本發(fā)明還提高了拋光效率。較小的鑲片尺寸通常能使整個墊上產(chǎn)生更少的不均勻性，因而一般會造成更重現(xiàn)的和更可預(yù)測的拋光結(jié)果。本發(fā)明的墊的鑲片的一致性可使拋光墊和工件之間在拋光墊的整個表面上形成牢固接觸。這種牢固接觸一般會提高表面質(zhì)量、增加磨去速度和增加平整化的速度。
另外，當(dāng)墊寬度增加時剛性減小，在一些應(yīng)用中負(fù)面影響拋光效率。因此為了得到半導(dǎo)體器件制造中以及其它可能應(yīng)用中所要求的極端平滑的平面表面，一般最好應(yīng)用較小的墊。
本發(fā)明的鑲嵌墊還可以加上不同材料的鑲片形成。這使得可以同時實現(xiàn)通常要相繼實現(xiàn)的兩種作業(yè)。另外，可以將具有不同需要特征的鑲片結(jié)合在一起形成一種具有聯(lián)合特性的單一墊，這原本是很不容易獲得的。
另一個優(yōu)點是可以形成特殊形狀的墊以適應(yīng)彎曲的工件，可以容易地制作凹的、凸的或其它類似曲面形狀的墊。這種形狀可以減小中心偏快(center-fast)的拋光或中心邊緣(center-edge)的拋光。當(dāng)組合可能要求不同拋光壓力的不同材料的同心鑲片時，這種特征也是需要的。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明是特別有利的，因為在鑲片之間的接縫可以減小墊和工件之間形成的真空，因而拋光之后有利于松開工件。
再則，本發(fā)明是特別有利的，因為它能克服制墊設(shè)備容量的缺陷和墊材料的缺陷。例如(1)注射模制墊的尺寸受到墊的長厚比的限制，超過該比的極限，反壓力便達(dá)到阻止充填模具的水平；(2)燒結(jié)墊的尺寸受到燒結(jié)工藝所必需的壓機(jī)尺寸的限制；(3)對于浸漬聚合物的氈墊，尺寸的限制包括氈的寬度和聚合物均勻性。由于輥的偏斜，大寬度的氈墊很難制造。由于材料的流動性，聚合物中會出現(xiàn)大面積的不均勻性。
(4)剛性的微孔聚氨酯墊的尺寸受到生產(chǎn)厚度均勻的大拋光墊的能力的限制。
下面說明本發(fā)明的細(xì)節(jié)拋光墊鑲片和鑲嵌墊的說明本發(fā)明拋光墊和鑲片最好包括拋光的前表面和后表面。后表面最好大體平行于前表面。周圍表面連接前、后表面。
墊的鑲片具有可以排列形成大的鑲嵌墊的幾何形狀。周圍表面最好具有這樣的外形，該外形使接縫既不影響拋光作業(yè)，又不受拋光作業(yè)的負(fù)面影響。
本發(fā)明的重要特征是，當(dāng)排列鑲片時，周圍表面的輪廓形成溝槽，該溝槽有利于拋光流體的流動，通常提高了拋光效率。在接縫處形成的溝槽還構(gòu)成一個貯存器，該貯存器可以捕獲粒子，否則這些粒子將造成擦傷和減小墊的效用。該貯存器還可以用來保持拋光液體，并產(chǎn)生一種泵吸作用，增加流體的流動。另外，溝槽還可以防止流體流走，從而在墊的整個表面上保持更均勻的流體分布。在制作鑲片例如在鑄造或模制鑲片時便可以作成這種外形。在另一實施例中，可以在墊形成之后采用例如壓印、切削或其它類似裝置形成這種外周輪廓。
在本發(fā)明的一個實施例中，外圍表面剖面的輪廓是垂直于前、后表面的直線。前表面和周圍輪廓面的相交邊緣最好是傾斜的，該邊緣最好是圓的，如圖1A和1C所示。為了獲得具有傾斜邊緣的墊鑲片前表面，周圍表面包括垂直于前、后表面的直線和結(jié)束于前表面的直線。為得到具有圓形邊緣的墊鑲片前表面，周圍表面包括垂直于前、后表面的直線和結(jié)束于前表面的曲線。
在另一個實施例中，周圍表面輪廓是階梯形的，如圖1B所示，包括兩根垂直于前、后表面的直線。
在再一個實施例中，周圍表面在接縫處構(gòu)成一個貯存器，如圖1D所示。然而貯存器不限于所示的形狀。
圖1E示出再一種可能的周圍輪廓，在這種輪廓中形成的溝槽延伸到墊鑲片的底表面。
應(yīng)當(dāng)注意到，可能的輪廓不限于圖1A～1E所示的輪廓。
可以用許多已知的制造方法制造墊的鑲片，該鑲片可以用各種已知材料制造。四周輪廓可以在墊的制造期間和之后的任何時間形成在墊的鑲片上。例如，可以在制造墊期間模制出或鑄出外形輪廓，或在制成墊之后磨出或切削出該輪廓。任何能夠加工周圍表面的方法均可以用在這種工藝中。
下面示出制作墊的材料的例子，但并不限于這些材料(1)尿烷浸漬的聚酯氈墊，如美國專利No.4927432說明的；(2)由聚合微型件浸漬的聚合物，如美國專利No.5578362說明的；(3)微孔聚合物，如特拉華州Newark市的Rodel Inc.公司作為商品名Politex出售的聚合物；(4)固體均質(zhì)聚合物板；(5)充填磨料的聚合物，例如美國專利No.5 209 760說明的聚合物；以及(6)充填的和/或多孔的復(fù)合尿烷，如由特拉華(Delaware)州Newark市的Rodel Inc.公司制造的IC系、MH系和LP系尿烷。
這種技術(shù)的普通技術(shù)人員均明白，可以采用任何其它材料，只要能夠形成具有本發(fā)明四周外形的墊。另外，可以采用任何與本發(fā)明精神和范圍保持一致的制造或生產(chǎn)這種材料的方法。
墊鑲片的前、后表面可以為能夠排列形成鑲嵌墊的任何形狀?？梢酝ㄟ^排列同樣的鑲片或結(jié)合不同形狀的鑲片形成鑲嵌墊。在本發(fā)明的一個實施例中，墊鑲片的形狀是方的，如圖2A所示。方形的墊鑲片可以交錯排列，或?qū)?zhǔn)排列，形成鑲片的行和列。在另一實施例中，墊鑲片是三角形。墊鑲片最好為六角形，當(dāng)排列形成鑲嵌墊時形成蜂窩形結(jié)構(gòu)，如圖2B所示。墊鑲片還可以為半圓形或燒餅形，如圖2D和2E分別示出的。在再一個實施例中，如圖2C所示，可以聯(lián)合排列圓形的和非圓形的墊鑲片，形成鑲嵌墊。圓形的鑲片可以簡化對直操作，因為沒有取向的限制。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3A所示，六角形墊鑲片包括從六角形三個交替邊垂直伸出的凸出部和從其余三個邊垂直伸出的互補凹部。這些凹部和凸部由于只允許特定的墊鑲片取向，所以有利于對準(zhǔn)鑲片。這種凹部或凸部可以加在任何形狀的鑲片上。
制造鑲嵌墊的方法在優(yōu)選實施例中，配置墊鑲片，使其拋光表面放在一個水平平臺的頂部。然后將一個連續(xù)的無孔支承底襯固定在鄰接鑲片后表面的鑲片頂面上，該支承底襯例如為薄的塑料底襯(如PET膜)或較厚的底襯，例如塑料板、金屬板或?qū)又瓢?。無孔的底襯一般可防止拋光流體流到壓板或其它裝置上。
在另一個實施例中，將鑲片配置在一個形狀互補的型面上，由此形成凸形、凹形或其它形狀的拋光墊，該互補的型面不同于制作平面墊的水平表面。
在本發(fā)明的再一實施例中，將墊鑲片配置在連續(xù)的無孔的底襯上，由此形成鑲嵌墊。在所有實施例中，可以用手工法、機(jī)械法、自動操作系統(tǒng)或其相結(jié)合的方法配置墊鑲片。
在又一個實施例中，可以將液體、粘性固體或粘性彈性材料涂在鑲片的后表面上，該材料可以自動夷平、或可以在頂部上施加剛性或半剛性件而得到水平表面。
一旦鑲片組裝成鑲嵌墊，便將該墊固定在拋光壓板上，或在需要時固定在其它設(shè)備上。這種固定可以采用粘合劑，粘合劑涂在鑲片上或底襯板上。在一個實施例中，墊鑲片包括一層附著在后表面上的壓敏粘合劑。
生產(chǎn)墊鑲片的方法可以采用任何一種現(xiàn)時用來生產(chǎn)拋光墊的方法來生產(chǎn)本發(fā)明的墊鑲片。方法包括模制、鑄造、燒結(jié)以及用尿烷浸漬氈墊，但不限于這些方法。
拋光方法形成具有上述形狀的墊鑲片，排列這些鑲片形成鑲嵌墊，采用這種鑲嵌墊便可以實現(xiàn)本發(fā)明的拋光。將拋光流體注入工件和拋光墊之間的界面。使工件和拋光墊彼此相對運動，由此可以平滑和平面化工件。
例子用鑲嵌墊拋光36硅100P、酸洗晶片(silicon 100P，acid wafers)。鑲片周圍表面的外形是從前表面垂直延伸到后面的直線。接縫處不向下凹。采用壓敏粘合劑將鑲片裝在PET板上和將鑲嵌墊裝在壓板上。
墊的特征如下墊材料由特拉華州Newark市的Rodel Inc.公司制造的Suba 500；墊的形狀六角形墊的尺寸從側(cè)邊垂直延伸到相對側(cè)邊的距離為12英寸；總的鑲嵌墊的直徑36英寸；用Siltec 3800型拋光機(jī)進(jìn)行拋光。拋光參數(shù)如下時間20min向下壓力在晶片面上5.5英磅/英寸2壓板速度60r/min；載體速度60r/min；漿液流速250mL/min；漿液型號Nalco2350，用作標(biāo)準(zhǔn)磨料的石英基漿液，20份去離子水(D1 H2O)稀釋1份漿液。
為比較起見，用36英寸的Suba 500拋光墊在相同條件下拋光23片晶片。得如下結(jié)果拋光墊平均磨去速度 拋光晶片的粗糙度(μm/min) (埃)
對照墊1.06±0.0414.41±1.61鑲嵌墊1.00±0.0613.06±0.79對照墊和本例子的鑲嵌件具有相同的磨去速度，也達(dá)到了相同的表面粗糙度。
上述例子和說明不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍僅由以下權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種拋光墊的鑲片，包括(a)前表面及基本平行于前表面的后表面；(b)連接上述前、后表面的周圍表面；(c)上述墊鑲片的形狀允許對準(zhǔn)鑲片，其中沿周圍表面在鑲片之間形成接縫，上述接縫下凹到上述前表面的下面，由此形成溝槽，該溝槽有利于在拋光工件期間拋光流體的流動。
2.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述周圍邊緣的外形包括垂直于上述前、后表面的直線和結(jié)束于上述前表面的直線，使得上述墊的上述前表面具有傾斜邊緣。
3.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述周圍表面的外形包括垂直于上述前、后表面的直線和結(jié)束于上述前表面的曲線，使得上述墊鑲片的上述前表面具有倒圓的邊緣。
4.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述周圍表面的外形具有兩條垂直于上述前、后表面的直線，其中上述外形是階梯形的。
5.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述周圍表面的外形包括與底面形成30°～90°角的直線。
6.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述前、后表面的形狀為六角形。
7.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述前、后表面的形狀為方形。
8.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述前、后表面的形狀為三角形。
9.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述前、后表面的形狀為半圓形。
10.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，上述前、后表面的形狀為燒餅形。
11.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，用模制法制作鑲片。
12.如權(quán)利要求1所述的墊鑲片，其特征在于，在墊表面的平面上或平行于該平面的平面上從墊鑲片的周緣伸出許多凸出部，和許多伸入墊鑲片的與該凸出部互補的凹部，以利于鑲片的對準(zhǔn)。
13.一種鑲嵌的墊，包括許多排列形成上述鑲嵌墊的墊鑲片，其中上述墊鑲片包括(a)前表面及基本平行于前表面的后表面；(b)連接上述前、后表面的周圍表面；(c)上述墊鑲片的形狀允許對準(zhǔn)鑲片，其中，沿周圍表面在鑲片之間形成接縫，上述接縫下凹到上述前表面的下面，由此形成溝槽，該溝槽有利于在拋光工件期間拋光流體的流動。
14.一種制作鑲嵌墊的方法，包括排列拋光墊的鑲片，上述鑲片包括(a)前表面和基本平行于前表面的后表面；(b)連接上述前、后表面的周圍表面；(c)上述墊鑲片的形狀允許對準(zhǔn)鑲片，其中沿周圍表面在鑲片之間形成接縫，上述接縫向下凹到上述前表面的下面，由此形成溝槽，該溝槽有利于在拋光工件期間拋光流體的流動。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，上述墊的鑲片均具有同樣形狀。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，上述墊的鑲片具有兩種或多種形狀。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，由兩種或兩種以上不同材料構(gòu)成的墊鑲片彼此對準(zhǔn)排列。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將墊鑲片放置和排列在一個水平平臺上，使其前表面與平臺接觸，并將連續(xù)的無孔底襯固定在后表面上。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將墊鑲片放置和排列在一個曲面型面上，使其前表面接觸曲面型面，并將連續(xù)的無孔底襯固定在后表面上。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將墊鑲片配置和排列在一個水平平臺上，使其前表面接觸平板，將一種自動夷平的材料分布在鑲片的后表面上，并將連續(xù)的無孔底襯固定在自動夷平的材料上。
21.一種拋光方法，包括(A)配置拋光墊的鑲片，使其形成鑲嵌墊，上述拋光墊的鑲片包括(a)前表面及基本平行于前表面的后表面(b)連接上述前、后表面的四周表面；(c)上述墊鑲片的形狀允許對準(zhǔn)該鑲片，其中，沿周圍表面在鑲片之間形成接縫，上述接縫向下凹到上述前表面的下面，由此形成溝槽，該溝槽有利于拋光流體的流動；(B)將拋光流體注入工件和上述鑲嵌墊之間的界面；(C)使上述工件和上述鑲嵌墊彼此相對運動，由此拋光和平整上述工件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種拋光墊的鑲片,該鑲片由于其幾何形狀和表面特征而可以排列形成鑲嵌墊,該墊在接縫處具有溝槽,在拋光工件期間該溝槽有利于拋光流體的流動。
文檔編號B24B41/047GK1255080SQ98804962
公開日2000年5月31日 申請日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者約翰·V·H·羅伯茨, 李·邁爾伯納·庫克, 戴維·B·詹姆斯, 海因茨·F·雷恩哈德特 申請人:羅德爾控股公司