專利名稱：利用激光制造化學機械拋光墊的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于化學機械拋光過程的拋光墊，更具體地，涉及利用激光在拋光墊上形成微孔，通孔或溝槽的方法。
背景技術：
一般而言，化學機械拋光(CMP)是用于在半導體器件制造過程中獲得整體平整度的一種高精度/鏡面拋光方法。根據(jù)CMP，在拋光墊和待拋光晶片之間使用了一種漿料，對晶片表面進行化學蝕刻。利用這種拋光墊對晶片的蝕刻表面進行機械拋光。
參見附

圖1，所示標號為1的一種典型CMP機器的示意圖。附圖2是使用CMP機器1進行CMP方法的示意圖。該CMP方法包括化學蝕刻反應過程和機械拋光過程，使用了CMP機器1中的拋光墊10進行?；瘜W蝕刻反應是由漿料42進行的。就是說，漿料42用于和待拋光晶片30的表面進行化學反應，使化學蝕刻反應后，能很容易地進行機械拋光過程。在機械拋光過程中，旋轉固定在平面20上的拋光墊10。由夾持環(huán)32固定著的晶片30一邊振動一邊旋轉。利用漿料供料裝置40供給拋光墊10含有磨粒的漿料。輸送的漿料被引入到拋光墊10和晶片30之間。由于拋光墊10和晶片30之間轉速的相對差別，引入的磨粒與晶片30之間產(chǎn)生摩擦接觸，而進行機械拋光。漿料42是含有粒度為納米級的磨粒的膠狀液體。拋光過程中，漿料42分布在拋光墊10上。在拋光過程中，當拋光墊10旋轉時，產(chǎn)生離心力，使供給拋光墊10上的漿料42從拋光墊周邊向外甩出。為了提高拋光效率，應該有大量磨粒在拋光墊10的上表面停留所需長度的時間，使其能參與對晶片的拋光。也就是說，拋光墊10應該使?jié){料42在其表面停留盡可能長的時間。
為了使?jié){料長時間保留在拋光墊上，可以采用在拋光墊表面形成微米級(μm)球形微孔或形成通孔或溝槽的方法實現(xiàn)。這些微孔，通孔和溝槽能在拋光過程中起到控制連續(xù)輸送漿料的流動和分布的作用。
通常，采用物理方法或化學方法在拋光墊上形成微空腔。在物理方法中，將各自具有空腔的中空微組分加入到聚合物基質中，形成微空腔(microcell)。在化學方法中，通過化學發(fā)泡方法產(chǎn)生氣泡，形成微空腔。
將大量各自具有空腔的微組分浸入到聚合物基質中，使其在基質中均勻分布，實現(xiàn)將微組分加入到聚合物基質中，從而形成微空腔。聚合物基質是通過將固化劑和樹脂混合制備的，樹脂可以是如氨基甲酸酯，聚酯，氟化烴或它們的混合物。所用微組分主要是無機鹽，糖，水溶性樹膠或樹脂。這樣的微組分是由聚乙烯醇，果膠，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，聚氨酯或它們的組合制成的。這些微組分的平均直徑約150微米。通過高剪切混合過程，微組分均勻分布在聚合物基質中，從而形成均勻的微空腔。參見附圖3，所示由空腔體形成的微空腔。然后，將按上述方式由微空腔形成的拋光墊切割成片，每片都具有制成拋光墊所要求的厚度。在每個切片中，隨機分布在拋光墊中的微空腔在切片的切面上敞開，從而在切片的切面上以圓形或橢圓形截面形式露出。在每個拋光墊的拋光表面上露出的微空腔橫截面的大小和位置是隨機的。暴露的微空腔截面的隨機大小和位置會有損要求拋光墊的均勻性。
在采用發(fā)泡法形成微孔的化學方法中，聚合物基質是通過混合固化劑和低沸點液相形成聚氨酯的液相物質制備的。發(fā)泡劑也可使用能直接參與化學反應產(chǎn)生氣體的水或液化氣體，這樣能生成氣泡，在聚合物基質中形成微空腔。氣泡是通過高剪切混合操作引起成核而產(chǎn)生的。還使用表面活性劑降低表面張力，調節(jié)微空腔的大小，從而獲得要求的微空腔均勻性。附圖4所示是由發(fā)泡過程形成的微空腔。其中的微空腔是由發(fā)泡過程形成的，但是，問題在于微空腔太大，不能被用于CMP拋光墊，這些微空腔的分布不均勻，沒有方法能調節(jié)微空腔的大小和分布。
由各自具有空腔的微組分或發(fā)泡方法形成的微空腔具有球形結構，其橫截面為和圓形或橢圓形。正是由于具有這種形狀，微空腔在拋光墊厚度方向具有不同的截面。為此，在拋光過程中，隨著拋光墊被磨蝕，其拋光表面暴露出的微空腔截面各不相同。換句話說，隨著拋光過程的進行，拋光墊的拋光表面露出的圓形或橢圓形微空腔直徑逐漸縮小，最后消失。最終，在拋光墊表面下的未露出的微空腔被暴露于拋光墊的拋光面上。
因此，由于拋光過程中，拋光墊厚度發(fā)生變化，暴露于其拋光表面的每個微空腔的截面也發(fā)生改變。因此，存在的問題是拋光速度不均勻。
為了在拋光墊的拋光表面上形成通孔或溝槽，一直采用使用切割或研磨過程的機械加工方法。
參見附圖5a，所示為一種用來形成溝槽的切割刀具70。切割刀具70被固定在車床上的工具模上，當拋光墊旋轉時，對其進行機械加工，在其上表面形成同心圓形的溝槽，如附圖5b所示。附圖5c是沿附圖6b中的直線A-A的截面圖。參見附圖6b所示為用切割刀具形成的溝槽例子。在附圖6b中，溝槽由標號75標注。同心圓形溝槽的例子公開于美國專利5984769中。
參見附圖6a，所示為一種臥式研磨機81，安裝有切割鋸82和隔板83。切割鋸82構造成能沿X軸方向移動。待加工拋光墊10沿Y軸方向移動。按照這些移動，在拋光墊10的上表面沿第一方向形成溝槽85。形成溝槽85后，拋光墊10旋轉90°。此時，當拋光墊10沿Y軸方向移動時，沿著與第一方向垂直的第二方向形成溝槽。這樣，在拋光表面上形成如附圖6b和6c所示的格狀溝槽。
參見附圖7a，所示為用于在拋光墊上形成通孔的穿孔銷。當拋光墊沿Y軸方向移動時利用穿孔銷進行穿孔操作時，在拋光墊的拋光表面上形成如附圖7b所示的通孔。這種進行穿孔的一個例子披露于美國專利5853317。
在拋光墊上形成溝槽或進行穿孔的傳統(tǒng)方法，采用了由機床或研磨機進行的切割過程，溝槽具有如同心環(huán)形或格狀的固定圖案。為此，很難形成能有效控制漿料流動的溝槽圖案。在利用穿孔銷形成通孔的方法中，通孔具有固定形狀。而且，通孔是在穿孔銷沿X或Y軸方向作簡單運動時形成的。因此，通孔具有簡單和固定的圖案。很難獲得CMP方法要求的有效孔圖案。
在用機械方式加工拋光墊形成溝槽或通孔時，加工過程中產(chǎn)生的碎屑會殘留在溝槽或通孔中。在CMP過程中，這些碎屑會在待拋光表面上產(chǎn)生刮擦。
本發(fā)明公開內容因此，本發(fā)明試圖解決利用各自具有空腔的微組分或發(fā)泡過程來形成微空腔，以及利用機械加工方法形成溝槽或通孔時產(chǎn)生的問題。本發(fā)明提出的方法能很容易地在拋光墊上形成具有有效和各種圖案的微孔，溝槽或通孔。
本發(fā)明的一個目的是提供一種形成微孔的方法，這些微孔起到與微空腔相同的功能，同時具有受控的均勻分布和受控的均勻大小，以消除利用各自具有空腔的微組分或發(fā)泡過程的傳統(tǒng)方法的缺點，即，微空腔尺寸和分布的不均勻導致的拋光過程中拋光速度降低或不均勻。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種能形成具有各種形狀，尺寸和圖案的溝槽或通孔的方法，從而有效控制拋光過程中漿料的流動，消除傳統(tǒng)加工方法的缺點，即，由于溝槽或通孔的固定形狀或圖案，而無法充分控制漿料的流動。
為了達到這些目的，本發(fā)明提出了一種根據(jù)激光加工原理，在拋光墊上形成用戶要求的各種圖案的微孔，溝槽或通孔的方法。
在本發(fā)明的一個實施方案中，提供一種制造化學機械拋光墊的方法，包括以下步驟確定要在拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的圖案；將確定的圖案輸入計算機數(shù)字控制器(CNC)中；在CNC控制器基于輸入圖案的控制下，驅動輻射激光束的激光器，以及進行三維移動和旋轉并支撐拋光墊的桌面，從激光器向桌面上的拋光墊輻射激光束，同時按照輸入的圖案移動桌面，從而在拋光墊上形成與確定圖案對應的微孔，溝槽或通孔的圖案。
附圖簡述附圖1是一種典型CMP機器結構型和利用其進行拋光方法的示意圖；附圖2是說明CMP方法原理示意圖；附圖3是利用各自具有空腔的微組分形成的微空腔照片；附圖4是利用發(fā)泡方法形成的微空腔照片；附圖5a是用于形成溝槽的傳統(tǒng)切割刀具的示意圖；附圖5b是利用傳統(tǒng)切割刀具形成的具有同心環(huán)形溝槽的拋光墊的示意圖。
附圖5c是沿附圖5b中直線A-A的截面圖；附圖6a是利用安裝有傳統(tǒng)切割鋸和隔板的傳統(tǒng)臥式研磨機形成格狀圖案溝槽的過程示意圖；附圖6b是利用傳統(tǒng)臥式研磨機形成的具有格狀溝槽的拋光墊的示意圖；附圖6c是利用傳統(tǒng)臥式研磨機形成的一個格狀溝槽的截面圖；附圖7a是用來在拋光墊上形成通孔的穿孔銷的透視圖；附圖7b是利用傳統(tǒng)穿孔銷形成通孔過程的平面圖；附圖7c是利用傳統(tǒng)穿孔銷形成的具有通孔的拋光墊的截面圖；附圖8是用于本發(fā)明機械加工方法中的激光系統(tǒng)的示意圖；附圖9a是按照本發(fā)明一個實施方案，利用激光形成的微孔截面結構的照片；附圖9b是按照本發(fā)明實施方案，利用激光形成的微孔平面結構照片；附圖10是如本發(fā)明一個實施方案，利用激光形成的具有微孔的拋光墊示意圖；附圖11是如本發(fā)明另一個實施方案，利用激光形成的具有通孔的拋光墊示意圖；和附圖12是如本發(fā)明另一個實施方案，利用激光形成的具有溝槽的拋光墊示意圖。
實施本發(fā)明的最佳方式以下參考附圖，詳細說明本發(fā)明的具體構成和功能。
本發(fā)明采用激光加工原理，在拋光墊上形成微孔，溝槽或通孔。激光加工方法的特點是能減小經(jīng)受熱形變的層的面積。而且，激光加工方法是按非接觸方式進行的，因此不會對工具造成磨損。激光加工方法還能對具有復雜形狀的制品進行精確加工，消除了噪聲和振動的產(chǎn)生，并保持清潔的工作環(huán)境。當激光束輻射到拋光墊的拋光表面上時，迅速升高其表面溫度。結果在輻射了激光束的拋光墊表面，材料熔化并蒸發(fā)。當拋光墊材料在激光輻射區(qū)以上述方式被除去后，完成了微孔，溝槽或通孔的加工。
參見附圖8，所示為一種用于本發(fā)明激光加工方法的激光加工系統(tǒng)。如附圖8所示，激光加工系統(tǒng)包括用來輻射出激光束的激光器100，進行旋轉和三維移動的桌面104和用來操縱激光器100和桌面104的計算機數(shù)字控制器(CNC)102。待拋光的拋光墊10被固定在桌面104上。
操作者可以自由確定要在拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的圖案，即，那些微孔，溝槽或通孔的大小，深度和間隔。
以下說明內容參照形成微孔為例。當然，形成溝槽或通孔的方式與形成微孔的方式相似。
操作者可以從各種不同形狀中選擇要求的微孔形狀，比如環(huán)形，橢圓形，三角形和矩形或方形。而且，操作者可以自由確定微孔的直徑，寬度或深度。操作者還可以確定微孔相對于拋光表面的傾斜度和微孔的排列。
將操作者確定的微孔圖案輸入CNC控制器102中。輸入圖案可以通過掃描方法，CAD或其他方式完成。CNC控制器102能識別輸入的圖案，并操縱激光器100和桌面104。
在CNC控制器102控制下，驅動激光器100和桌面104時，激光束輻射到安裝在桌面104上的拋光墊10上，從而形成對應于輸入CNC控制器102中圖案相應的微孔圖案。
即，CNC控制器102控制下，激光器100在拋光墊10上形成微孔，這些微孔具有分別對應于已輸入CNC控制器102的圖案的形狀，大小和間隔。各微孔的形狀，比如環(huán)形，橢圓形，三角形，矩形或方形，可以通過調節(jié)聚焦在拋光墊10上的激光點形狀而確定。而且，通過調節(jié)激光點的大小，能夠控制在拋光墊10上形成的每個微孔的直徑或寬度。例如，當將激光點的大小調節(jié)成10到150微米時，可以形成直徑為10到150微米的微孔。而且，當將激光點的大小調節(jié)成1到100微米時，可以形成直徑為1到100微米的微孔。通過控制激光束的連續(xù)/間斷輻射時間，還能夠調節(jié)每個微孔的長度和沿激光束運動方向排列的相鄰微孔間的間距?？刂萍す馐β誓苷{節(jié)每個微孔的深度。
同時，固定拋光墊10的桌面104能沿X，Y和Z軸的三維方向作移動，同時沿R軸旋轉。在CNC控制器102基于輸入微孔圖案的控制下，桌面104沿X，Y和Z軸方向的三維平動和旋轉，通過向拋光墊10輻射激光束，形成要求的微孔圖案。微孔可以與拋光表面形成要求的夾角。通過控制桌面104的平動和旋轉速度，還能夠調節(jié)微孔的密度和排列。
因此，通過結合控制激光器100和桌面104，能夠在拋光墊上形成各種選定圖案的微孔。采用如形成微孔相同的方法，能夠形成溝槽或通孔。在拋光墊10上，能夠選擇性地形成這些微孔，溝槽和通孔?；蛘咭部梢孕纬捎伤鼈兘M合的圖案。在后一種情況下，微孔，溝槽和通孔可以在后續(xù)步驟中形成，或同時形成。
附圖9a和9b分別是本發(fā)明形成的微孔照片。
如附圖9a和9b所示，本發(fā)明形成的微孔具有均勻的直徑和均勻的分布，同時具有光滑的表面。但是，利用各自具有空腔的微組分或發(fā)泡過程等傳統(tǒng)方法制成的附圖3和附圖4的微空腔，其分布不均勻且大小不均勻。因此，隨拋光過程的進行而暴露出的微空腔具有不均勻的截面。本發(fā)明的微孔具有與傳統(tǒng)微空腔相同的功能，它們能提供磨粒，同時收集拋光過程中產(chǎn)生的碎屑，并在重新配置拋光墊時除去收集的碎屑。另外，本發(fā)明的微孔具有均勻的分布和均勻的大小。因此，本發(fā)明的微孔相比傳統(tǒng)微孔，具有相當優(yōu)越的效果。本發(fā)明能按要求自由控制微孔的分布，密度和大小。
附圖3所示照片右下方的斜區(qū)域代表了采用傳統(tǒng)穿孔銷在拋光墊上形成的通孔。如附圖3中所示，該通孔表面粗糙，使碎屑殘留在通孔中。這些碎屑會在CMP過程中在待拋光表面形成刮傷。但是，采用本發(fā)明方法形成的通孔或溝槽不會引起這類問題，因為激光加工過程能形成具有平整表面的通孔或溝槽。在本發(fā)明中，能按要求自由形成各種圖案的通孔或溝槽。
附圖10，11和12分別是本發(fā)明形成的微孔，通孔和溝槽說明性實施方案的示意圖。
附圖10是排列有本發(fā)明形成微孔的拋光墊示意圖。附圖10所示拋光墊在不同徑向區(qū)域具有不同的微孔密度。在每個徑向區(qū)域中，微孔具有均勻的密度和均勻的大小。
附圖11是排列有本發(fā)明形成通孔的拋光墊示意圖。附圖12是排列有本發(fā)明形成溝槽的拋光墊示意圖。如附圖11或12所示的情況，通過使桌面沿X和Y軸方向移動，并同時旋轉而進行加工過程。雖然傳統(tǒng)機械加工方法僅形成如附圖5b，6b或7b所示固定的溝槽或通孔圖案，但根據(jù)本發(fā)明，使用CNC控制器和激光能自由形成不固定的，各種圖案的微孔，溝槽或通孔。
在本發(fā)明中，拋光墊可以具有各種圖案的微孔，通孔或溝槽，并不限于附圖10，11和12中所示的圖案。而且，拋光墊可以具有微孔，通孔和溝槽的組合圖案。比如，拋光墊可以具有微孔和通孔，微孔和溝槽，通孔和溝槽，或微孔，通孔和溝槽的組合圖案。
工業(yè)應用上述可清楚知道，本發(fā)明提供了一種利用激光，方便地形成具有各種圖案的微孔，溝槽或通孔的方法。在本發(fā)明中，利用激光在拋光墊上形成均勻分布和均勻大小的微孔，從而，與具有不均勻微孔的傳統(tǒng)拋光墊相比，盡可能提高拋光墊的拋光效率。本發(fā)明還提高了加工效率，并降低了制造成本。本發(fā)明能形成具有精確和不同圖案的通孔和溝槽。因此能有效控制拋光墊上漿料的流動。
本發(fā)明在給定拋光條件下，利用短時間的激光，在拋光墊上精確和高效地形成具有各種形狀，大小和深度的微孔，通孔和溝槽圖案，以及它們的組合圖案。因此，本發(fā)明能提高制造效率和降低制造成本。
為了進行說明，公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例和利用激光加工過程，以及在拋光墊上形成微孔，通孔或溝槽的方法，本領域技術人員能夠作出不超越本發(fā)明權利要求規(guī)定的范圍和原理的修改，增加和代替。
權利要求
1.一種制造化學機械拋光墊的方法，包括以下步驟確定要在拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的圖案；將確定的圖案輸入計算機數(shù)字控制器(CNC)；在CNC控制器基于輸入圖案的控制下，驅動輻射激光束的激光器，以及進行三維移動和旋轉同時支撐拋光墊的桌面，從激光器向桌面上的拋光墊輻射激光束，同時根據(jù)輸入的圖案移動桌面，從而在拋光墊上形成對應于確定圖案的微孔，溝槽或通孔的圖案。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于，通過調節(jié)激光束點的大小，調整在拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的直徑或寬度。
3.如權利要求1所述方法，其特征在于，通過控制激光束的連續(xù)和間斷輻射時間來調節(jié)拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的長度，以及在激光束運動方向上相鄰排列的微孔，溝槽或通孔之間的間隔。
4.如權利要求1所述方法，其特征在于，通過控制激光束的功率，調節(jié)拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的深度。
5.如權利要求1所述方法，其特征在于，通過桌面沿X，Y和Z軸方向的運動，調節(jié)拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔相對于拋光墊拋光表面的夾角。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用激光在化學機械拋光墊上形成微孔，通孔或溝槽的方法。該方法包括以下步驟確定要在拋光墊上形成的微孔，溝槽或通孔的圖案；將確定的圖案輸入計算機數(shù)字控制器(CNC)；在CNC控制器基于輸入圖案的控制下，驅動輻射激光束的激光器以及進行三維移動和旋轉同時支撐拋光墊的桌面，從激光器向桌面上的拋光墊輻射激光束，同時根據(jù)輸入的圖案移動桌面，從而在拋光墊上形成對應于確定圖案的微孔，溝槽或通孔的圖案。
文檔編號B24B37/04GK1545441SQ01823599
公開日2004年11月10日 申請日期2001年8月29日 優(yōu)先權日2001年8月2日
發(fā)明者樸仁河, 權太慶, 金載晰, 黃仁柱 申請人:株式會社Skc