專利名稱：Cmp墊修整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于與修整或調(diào)整化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)墊相關(guān)的裝置和方法。因 此，本發(fā)明涉及化學(xué)工程、化學(xué)、冶金和材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械加工(CMP)已經(jīng)成為用于拋光某些工件的廣泛應(yīng)用技術(shù)。特別地，計(jì)算 機(jī)制造工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始高度依賴CMP過(guò)程，以拋光用于半導(dǎo)體加工的陶瓷、硅、玻璃、石英、金 屬及其混合物的晶片。該拋光過(guò)程一般使晶片抵靠由耐用有機(jī)物質(zhì)(例如聚亞安酯)制成 的旋轉(zhuǎn)墊。該墊上被添加了化學(xué)漿，該化學(xué)漿包含能夠分解(break down)晶片物質(zhì)的化學(xué) 溶液和大量可以物理性侵蝕晶片表面的磨料顆粒。該漿被持續(xù)添加到回轉(zhuǎn)CMP墊，并且施 加到晶片上的雙重的化學(xué)和機(jī)械力使其以所需方式被拋光。為了能有效工作一段時(shí)間，CMP墊需要保持良好狀況以使每一次拋光的磨料顆粒 的分布都最優(yōu)化。一種減少CMP墊上的“磨光”或碎屑積聚的方法是修整或調(diào)整該墊。修 整指的是意圖通過(guò)使用各種裝置“梳理”或“剪切”墊來(lái)更新其頂部。許多類型的裝置和方 法已被用于該目的。一些CMP墊修整器使CMP墊過(guò)早地磨損。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以提供磨料刀具并且該磨料刀具可以包括刀具前體組 件。刀具前體中的至少一個(gè)可以包括被形成為刀片形狀的連續(xù)多晶金剛石或多晶立方體氮 化硼或其它陶瓷材料的切割元件。該磨料刀具可以另外包括裝配材料，其被配置為連接刀 具前體并形成單個(gè)塊。該刀具前體的選擇、設(shè)置和裝配可以導(dǎo)致具有預(yù)定切割構(gòu)造的磨料 刀具。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以提供磨料刀具并且該磨料刀具可以包括刀具前體組 件。刀具前體可以包括至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)襯底，其在該襯底的表面上具有連續(xù)多晶金剛石、立方 體氮化硼(cBN)或其它陶瓷材料的切割元件。前體組件可以提供具有帶預(yù)定切割構(gòu)造的表 面的刀具。該磨料刀具可以另外包括裝配材料，其被配置為連接刀具前體以形成單個(gè)塊，該 單個(gè)塊形成預(yù)定切割構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以提供形成磨料刀具的方法，該方法包括提供多個(gè)刀 具前體。刀具前體中的至少一個(gè)可以具有被形成為刀片形狀的連續(xù)金剛石或立方體氮化硼 或其它陶瓷的切割元件。該方法還可以包括將刀具前體固定到一起以形成具有工作表面的 刀具，該工作表面包括被形成為刀片形狀的多晶金剛石、立方體氮化硼或其它陶瓷的切割元件根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以提供CMP墊調(diào)整器，其包括基底和從基底延伸的多 個(gè)切割元件。多個(gè)切割元件可以每個(gè)都具有可被操作地接合CMP墊材料的切割頂端。切割 元件中的至少一些可以具有相對(duì)于其它切割元件的切割頂端以不同高度取向的切割頂端。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件中的至少一個(gè)可以包括相對(duì)于墊調(diào)整器的基底 比緊鄰的切割元件的切割頂端以更大高度取向的切割頂端。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述至少一個(gè)切割元件鄰接該緊鄰的切割元件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件可以包括相對(duì)于由切割元件調(diào)整的CMP墊的表 面以90度或小于90度取向的切割面。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件可以包括后邊緣，其被形成角度以在切割元件 和由切割元件調(diào)整的CMP墊的表面之間提供退切區(qū)域(reliefarea)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件和基底可以由一體材料件形成。在一個(gè)實(shí)施例 中，切割元件和基底可以由多晶金剛石壓塊的一體件形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件可以被連接到基底。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件中的至少兩個(gè)被設(shè)置成使墊調(diào)整器和CMP墊的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致第一、較低高度的切割元件從CMP墊上去除材料，然后第二、較高高度的切割 元件從CMP墊上進(jìn)一步去除材料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了調(diào)整CMP墊的方法，該方法包括使用至少一個(gè)切 割元件的切割頂端來(lái)接合CMP墊的材料；使切割元件和CMP墊相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)從而使用切割 元件的切割頂端從CMP墊上去除材料來(lái)產(chǎn)生CMP墊材料的暴露層；使用所述切割元件的切 割頂端或第二切割元件的切割頂端來(lái)接合CMP墊材料的暴露層；以及使與CMP墊材料的暴 露層接合的切割元件和CMP墊相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)從而去除CMP墊材料的暴露層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，接合CMP墊材料的暴露層包括使用用于產(chǎn)生暴露層的切 割元件的切割頂端接合暴露層。在一個(gè)實(shí)施例中，接合CMP墊材料的暴露層包括使用產(chǎn)生暴露層的第二切割元件 的切割頂端接合暴露層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，切割元件和第二切割元件從共同基底延伸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了調(diào)整CMP墊材料的方法，包括使用切割元件從 CMP墊上去除材料薄層；和使用相同或不同的切割元件從CMP墊上去除第二材料層，第二材 料層通過(guò)去除材料薄層被顯示出來(lái)。已經(jīng)非常寬泛地概述了本發(fā)明的多個(gè)特征，以使下面的詳細(xì)描述將會(huì)被更好地理 解，并以使本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域的現(xiàn)有貢獻(xiàn)可以被更好地了解。本發(fā)明的其它特征將從下面對(duì) 發(fā)明的詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求中變得更清楚，或者可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐被學(xué)習(xí)到。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多個(gè)刀具前體的側(cè)面透視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的呈刀片形式的具有PCD或cBN或陶瓷層的刀具前體 的側(cè)面透視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被形成為多個(gè)粗糙處的具有PCD或cBN或陶瓷層的刀具前體的側(cè)面透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前體組件的側(cè)面透視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前體組件的側(cè)面透視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前體組件的側(cè)面透視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前體組件的側(cè)面透視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前體被展平并被裝配到環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)因此形成 磨料刀具的側(cè)視圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有被設(shè)置成輪輻形式的刀具前體的磨料刀具的 俯視圖；圖10為一塊的透視圖，通過(guò)該塊可以可選地形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前 體；圖11為一塊的透視圖，通過(guò)該塊可以可選地形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前 體；圖12為類似于圖11的一塊的透視圖，通過(guò)該塊可以可選地形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例的刀具前體；圖13為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的呈刀片形狀的具有PCD或CBN或陶瓷層的刀具前 體的側(cè)視透視圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的刀具前體組件的側(cè)面透視圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磨料刀具的側(cè)面剖視圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與CMP墊接合的墊調(diào)整器的側(cè)視圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與CMP墊接合的另一墊調(diào)整器的側(cè)視圖；圖18為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與CMP墊接合的另一墊調(diào)整器的側(cè)視圖；圖19為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的正被調(diào)整的墊的局部視圖；圖20為表明遍布?jí)|調(diào)整器的端面的一種切割元件可能設(shè)置的示例性墊調(diào)整器的 俯視圖；圖21為表明遍布?jí)|調(diào)整器的端面的另一種切割元件可能設(shè)置的另一示例性墊調(diào) 整器的俯視圖；圖22為表明遍布?jí)|調(diào)整器的端面的另一種切割元件可能設(shè)置的另一示例性墊調(diào) 整器的俯視圖；圖23為表明遍布?jí)|調(diào)整器的端面的另一種切割元件可能設(shè)置的另一示例性墊調(diào) 整器的俯視圖；圖24表明本發(fā)明的各種切割齒(齒形和齒距變化)的性能；以及圖25表明根據(jù)本發(fā)明的墊修整器與傳統(tǒng)技術(shù)的比較。應(yīng)當(dāng)理解以上附圖只是為了對(duì)本發(fā)明的理解的說(shuō)明性目的。另外，附圖沒(méi)有按照 比例繪制，因此尺寸和其它方面可以或基本是夸大的以使其說(shuō)明更清楚。因此，可以偏離附 圖中示出的特定尺寸和樣子以產(chǎn)生本發(fā)明的磨料刀具或刀具前體。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明被公開(kāi)和描述前，應(yīng)當(dāng)理解該發(fā)明并不限于在此公開(kāi)的特定的結(jié)構(gòu)、程
6序步驟或材料，而是外延到相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能認(rèn)識(shí)到的等同物。也應(yīng)當(dāng)理解在 此采用的術(shù)語(yǔ)只被用于描述特定實(shí)施例的目的而不是為了限制。必須注意到，除非文中另行明確指出，否則用在本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中的單 數(shù)形式“一”、“一個(gè)/種”和“該”均包括復(fù)數(shù)所指物。因此，涉及“一 CMP墊修整器”包括一 個(gè)或更多個(gè)這種修整器，涉及“一個(gè)操作參數(shù)”包括涉及一個(gè)或更多個(gè)這種操作參數(shù)，且涉 及“該粗糙處(asperity) ”包括涉及一個(gè)或更多個(gè)這種粗糙處。定義在描述本發(fā)明和對(duì)本發(fā)明提出權(quán)利要求中，將根據(jù)下面闡明的定義來(lái)使用以下術(shù)語(yǔ)。如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“基本上”指的是動(dòng)作、特性、性質(zhì)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品或結(jié)果的 完全或接近完全的范圍或程度。例如，物體是“基本上”透明的將意味著該物體既可以是完 全透明的也可以是接近完全透明的。偏離絕對(duì)完全化的精確允許程度可以在一些情況下取 決于特定的背景。但是，通常說(shuō)來(lái)接近完全化將與如果達(dá)到絕對(duì)或全部完全化具有同樣的 整體效果。當(dāng)被用在否定內(nèi)涵中以指動(dòng)作、特性、性質(zhì)、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品或結(jié)果的完全或接 近完全缺乏時(shí)，“基本上”的使用同等地可適用。換句話說(shuō)，“基本上沒(méi)有”一種成分或元素 的合成物可以實(shí)際上仍然包含該項(xiàng)，只是不具有可測(cè)量的效果。術(shù)語(yǔ)“修整”和“調(diào)整”可互換并且指通過(guò)從墊上去除碎屑以及可選地理順糾纏的 纖維以及產(chǎn)生新凹槽來(lái)復(fù)原CMP墊的過(guò)程。同樣地，術(shù)語(yǔ)“修整器”和“調(diào)整器”可互換使 用并且指用于修整和調(diào)整的裝置。如在此所用的，“襯底”指支持或可以支持POT或cBN或陶瓷層的并且POT或cBN 或陶瓷層可以附于其上的材料。在本發(fā)明中使用的襯底可以是能夠支撐磨料顆粒的任何形 狀、厚度或材料，且該支撐的方式是足以提供用于其意圖的刀具。襯底可以是實(shí)心/堅(jiān)固 (solid)材料，當(dāng)加工時(shí)變得堅(jiān)固的粉狀材料，或者是柔性材料。典型的襯底材料的示例包 括但不限于金屬、金屬合金、陶瓷、固化樹(shù)脂和聚合材料以及它們的混合物。如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“基底”或“襯底”可以用于指墊調(diào)整器支撐磨料材料的且磨 料材料可以附于其上或可以從其延伸出來(lái)的部分。在本發(fā)明中使用的襯底可以是能夠支撐 磨料顆粒的任何形狀、厚度或材料，且該支撐的方式是足以提供可用于其意圖的刀具。襯底 可以是實(shí)心材料，當(dāng)加工時(shí)變得堅(jiān)固的粉狀材料，或者柔性材料。典型的襯底材料的示例包 括但不限于金屬、金屬合金、陶瓷、相對(duì)堅(jiān)硬的聚合物或其他有機(jī)材料、玻璃以及它們的混 合物。此外襯底可以包括有助于將磨料顆粒連接到襯底的材料，包括但不限于銅焊合金材 料、燒結(jié)助劑及類似物。在一些實(shí)施例中，襯底和磨料切割元件可以由相同的材料制成并且 可由整體單件材料制成。如在此所用的，“前邊緣”指CMP墊修整器的在基于CMP墊移動(dòng)的方向或墊移動(dòng)的 方向或二者方向的前方邊緣的邊緣。顯然在一些方面，前邊緣可以被認(rèn)為不僅包括特別地 在修整器邊緣的區(qū)域，還可以包括修整器的從實(shí)際邊緣向內(nèi)稍微延伸的部分。在一個(gè)方面， 前邊緣可以位于沿著CMP墊修整器的外邊緣。在另一個(gè)方面，CMP墊修整器可以被配置為 具有一種磨料顆粒模式，該模式在CMP墊修整器工作表面的中心或內(nèi)部部分上提供至少一 個(gè)有效前邊緣。換句話說(shuō)，修整器的中心或內(nèi)部部分可以被配置為提供類似于在修整器外 邊緣上的前邊緣的功能效果的功能效果。
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如在此所用的，“銅焊”過(guò)程指在非金屬(例如金剛石、CBN或陶瓷材料)以及銅焊 材料的原子之間產(chǎn)生化學(xué)鍵。進(jìn)一步地，“化學(xué)鍵”指共價(jià)鍵，例如碳化物、氮化物或硼化物 鍵而不是機(jī)械的或微弱的原子之間的相互引力。因此，當(dāng)“銅焊”與超大磨料顆粒一塊使用 時(shí)形成真正的化學(xué)鍵。但是，當(dāng)“銅焊”與金屬和金屬之間的結(jié)合一塊使用時(shí)，該術(shù)語(yǔ)以其 更加傳統(tǒng)的冶金結(jié)合含義被使用。因此，將超大磨料片段銅焊到刀具體上不需要碳化物、氮 化物或硼化物成形體(former)的存在。如在此所用的，“陶瓷”指的是硬的、通常晶體的、基本抗熱和腐蝕的材料，其可以 通過(guò)烘烤非金屬材料有時(shí)烘烤金屬材料而制成。許多被認(rèn)為是陶瓷的氧化物、氮化物和碳 化物材料在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的，其包括但不限于氧化鋁、氧化硅、氮化硼、氮化硅和碳化硅、 碳化鎢等。如在此所用的，“金屬的”指的是任何類型的金屬、金屬合金或它們的混合物，并且 尤其包括但不限于鋼、鐵和不銹鋼。如在此所用的，“磨料外形(abrasive profile) ”應(yīng)當(dāng)被理解為指由可用于從CMP 墊上移除材料的磨料材料限定的形狀或空間。磨料外形的示例包括但不限于矩形、漸細(xì)矩 形、截頭楔形、楔形等。在一些實(shí)施例中，當(dāng)沿著在從CMP墊上移除材料的過(guò)程中CMP墊所 處平面觀察時(shí)，由本發(fā)明的磨料片段所展示的磨料外形將是明顯的。如在此所用的，“超硬”可以被用于指任何具有大約8或更大的莫氏硬度的晶體或 多晶材料或這些材料的混合物。在一些方面，莫氏硬度可以是大約9. 5或更大。這些材料 包括但不限于金剛石、多晶金剛石(PCD)、立方體氮化硼(cBN)、多晶立方體氮化硼(PcBN)、 剛玉和藍(lán)寶石，以及本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的其它超硬材料。超硬材料可以以多種形式 (包括顆粒、砂粒、薄膜、層、片、片段等)被包含在本發(fā)明內(nèi)。在一些情況下，本發(fā)明的超硬 材料是多晶超硬材料例如PCD和PcBN材料的形式。如在此所用的，“有機(jī)材料”指有機(jī)化合物的半固體或固體合成的無(wú)定形混合物。 同樣地，“有機(jī)材料層”和“有機(jī)材料機(jī)體(matrix) ”可以互換使用，指有機(jī)化合物的半固體 或固體合成的無(wú)定形混合物的層或塊(mass)。優(yōu)選有機(jī)材料是由一種或更多種單體聚合形 成的聚合體或共聚物。如在此所用的，“顆?！焙汀吧傲！笨梢曰Q使用。如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“磨料”可以用于描述能夠從CMP墊上移除(例如切割、拋光、 刮擦)材料的各種結(jié)構(gòu)。磨料可以包括具有在其上或其內(nèi)形成的多個(gè)切割點(diǎn)、背脊或凸臺(tái) 的塊。很明顯這些切割點(diǎn)、脊或凸臺(tái)可以來(lái)自被包括在塊內(nèi)的大量突出或粗糙處。另外，磨 料可以包括只具有一個(gè)在其內(nèi)或其上形成的切割點(diǎn)、脊或凸臺(tái)的多個(gè)單獨(dú)磨料顆粒。磨料 還可以包括復(fù)合塊，例如POT件、片段或坯材，每個(gè)單獨(dú)包含磨料層或共同包含磨料層。如在此所用的，術(shù)語(yǔ)“切割頂端”一般用于指切割元件接合工件(一般指CMP墊) 并從工件去除材料的部分?！扒懈铐敹恕笨梢园軌驈腃MP墊上切割材料的點(diǎn)、邊緣、表面 等。術(shù)語(yǔ)“切割頂端”、“邊緣”、“刀片”等可以但不總是能互換使用。如在此所用的，為了方便多個(gè)零件可以呈現(xiàn)在普通的列表中。但是，這些列表應(yīng)當(dāng) 被解釋為好像該列表中的每個(gè)元件都被單獨(dú)地看作分開(kāi)的和獨(dú)特的元件。因此，沒(méi)有相反 的指明，則單獨(dú)基于它們?cè)谄胀ㄈ褐械谋憩F(xiàn)，這樣的列表中的單個(gè)元件不能被解釋為實(shí)際 上是同一列表中的任何其它元件實(shí)際上的等同物。
濃度、數(shù)量、顆粒大小、體積和其它數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以在此以范圍形式表達(dá)或呈現(xiàn)出 來(lái)。應(yīng)當(dāng)理解使用該范圍形式只是為了方便和簡(jiǎn)潔，并且因此應(yīng)當(dāng)被靈活解釋為不僅包括 被明確陳述作為范圍的限制的數(shù)值，還包括所有在被包括在該范圍之內(nèi)的單一數(shù)值或子范 圍，就像每個(gè)數(shù)值和子范圍都被明確陳述了 一樣。作為例子，數(shù)字范圍“大約1到大約5”應(yīng)當(dāng)被解釋為不僅包括被明確陳述的大約 1到大約5的值，還包括在該指明的范圍內(nèi)的單一值和子范圍。因此，被包括在該數(shù)字范圍 內(nèi)的是單一值例如2、3、4以及子范圍例如從1到3、從2到4和從3到5等。同樣的原理適 用于只陳述了一個(gè)數(shù)值的范圍。另外，這樣的解釋?xiě)?yīng)當(dāng)不考慮范圍的外延或被描述的特性。本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)使用有效修整CMP墊的CMP墊修整器修整或調(diào)整來(lái)改進(jìn)整個(gè) CMP過(guò)程，以最好地允許延長(zhǎng)CMP墊的壽命，同時(shí)減少CMP墊上的磨光(glazing)和其它負(fù) 面影響。該改進(jìn)可以是因?yàn)楸痪庸さ腃MP墊修整器。通過(guò)利用在此公開(kāi)的修整器，可以 更新CMP墊，而不像使用傳統(tǒng)的CMP墊修整器一樣損失CMP墊的壽命。另外，在此公開(kāi)的用 于產(chǎn)生該修整器的方法提供了產(chǎn)生這種精密刀具的相對(duì)快捷和經(jīng)濟(jì)的方式。此外，該方法 用于產(chǎn)生具有預(yù)定工作表面的CMP墊修整器。根據(jù)在此公開(kāi)的實(shí)施例，提供了適用于每個(gè)CMP墊修整器和用于產(chǎn)生或形成CMP 墊修整器的方法的多個(gè)細(xì)節(jié)。因此，對(duì)一個(gè)特定實(shí)施例的討論與對(duì)其它相關(guān)實(shí)施例中的這 種討論是相關(guān)的并為其提供支持。磨料刀具可以包括刀具前體(tool precursor)組件。刀具前體可以是各種形狀 和尺寸。圖1-3表明了多種刀具前體。圖1表明了三個(gè)刀具前體10、12、14。示出的每一個(gè) 前體均包括在刀具前體的襯底22、24、26的一個(gè)表面上的多晶金剛石(P⑶)、立方體氮化硼 (PcBN)或陶瓷層16、18、20。在每個(gè)實(shí)施例中，該層可以可選地包含POT或PcBN或者本質(zhì) 上由PCD或PcBN構(gòu)成。此外，該層可以包含其它形式的金剛石或由其構(gòu)成，包括CVD沉積 金剛石以及各種陶瓷材料。在一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，該層可以是被覆蓋了 CVD金剛石外 層的陶瓷或PcBN層。所示層遍布襯底表面的整個(gè)區(qū)域基本上厚度一致。刀具前體12表明 細(xì)長(zhǎng)刀具前體，在其上形成連續(xù)多晶金剛石或多晶立方體氮化硼切割元件。在一個(gè)實(shí)施例 中，圖1中的刀具前體12還可以被進(jìn)一步機(jī)械加工以形成如在圖2中表明的刀片形狀。如 圖所示，刀具前體30包括細(xì)長(zhǎng)襯底32和在襯底表面上的連續(xù)多晶金剛石或立方體氮化硼 切割元件34。切割元件被成形為刀片形狀，且具有基本沿著細(xì)長(zhǎng)刀具前體長(zhǎng)度的切割元件 的單個(gè)頂端36。應(yīng)當(dāng)理解雖然許多討論涉及P⑶、金剛石、PcBN和/或立方體氮化硼切割元件，但 其它材料既可以單獨(dú)也可以結(jié)合使用作為切割元件，并且其他材料也被包括在在此討論的 范圍內(nèi)。例如，切割元件可以包含陶瓷或其它金剛石或cBN膜，包括那些通過(guò)化學(xué)氣相沉積 (CVD)所沉積的材料，或者切割元件可以本質(zhì)上由上述材料構(gòu)成。可以被用作切割元件的陶 瓷的非限制示例包括鋁、碳化鋁、硅石、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、碳化鋯及其混合物。在一個(gè) 實(shí)施例中，切割元件可以是燒結(jié)塊(sintered mass)、部分燒結(jié)塊和/或根據(jù)任何本領(lǐng)域公 知的方法連接到刀具前體的襯底的材料層。在一個(gè)實(shí)施例中，該切割元件可以包括多種材 料(可選包含磨料顆粒)的同種類或其它類型的混合。在另一個(gè)方面，切割元件可以包括 多個(gè)材料層。作為非限制示例，切割元件可以包括由CVD金剛石覆蓋的陶瓷。
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在一個(gè)方面，圖2中的刀具前體可以被進(jìn)一步機(jī)械加工形成如圖3所表明的多個(gè) 粗糙處。如圖所示，刀具前體40具有細(xì)長(zhǎng)襯底42且在該襯底的一個(gè)表面上有連續(xù)多晶金 剛石或立方體氮化硼切割元件44。金剛石或立方體氮化硼切割元件被形成多個(gè)具有單個(gè) 頂端或點(diǎn)的粗糙處46。如圖所示，粗糙處是錐形的。雖然錐形被表明為粗糙處形狀，但任 何可以形成粗糙處的具有頂端的形狀可以被明確地包含于此。關(guān)于錐形，錐形粗糙處可以 包括不規(guī)則和規(guī)則形狀的錐形。這些粗糙處可以包括具有匯聚于一點(diǎn)的三角形非基底表面 的任何三維形狀。基底形狀可以典型地是四邊形的或三邊形的，但也可以是多邊形。在圖 3中的情況下，示出了具有三角形基底的錐形粗糙處，并且這些錐形體具有基本上平坦的豎 直側(cè)壁，該側(cè)壁將得到更詳細(xì)的解釋。可替換地，可以使用帶有立方體基底的錐形體。圖3 中的錐形粗糙處的面中的一個(gè)基本上垂直于襯底表面的平面。在這種情況下，可能將兩個(gè) 相似的刀具前體以背面對(duì)正面的方式配對(duì)以形成具有更大基底的錐形，即每個(gè)刀具前體將 提供粗糙處的近似一半。在將圖3中的刀具前體設(shè)置成背面對(duì)正面的方式的情況下，通過(guò) 將刀具前體中的兩個(gè)對(duì)齊在一起形成錐形粗糙處的單個(gè)直線而形成的錐形體具有四邊形 的基底形狀，且每個(gè)基底的一半是由單個(gè)刀具前體構(gòu)成的。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖10所示， 可以通過(guò)形成帶有附加到襯底上的P⑶或PcBN層的P⑶或PcBN坯材來(lái)制備本發(fā)明的刀具 前體，并且如圖所示細(xì)長(zhǎng)片段可以去除。接下來(lái)，可以使用放電加工(EDM)電線來(lái)通過(guò)成形 每個(gè)片段的PCD或PcBN層以成形刀具前體。然后前體可以被裝配成最終的刀具。在一個(gè)方面，具有連續(xù)PCD或PcBN層的襯底通過(guò)EDM電線或其它磨削或材料去除 方法可以被成形為刀片形狀。這些刀片形狀在圖2中被示出。成形為刀片形狀之后，粗糙處 可以通過(guò)使用EDM電線或其它精密材料去除方法來(lái)成形。在由刀片形狀成形粗糙處的過(guò)程 中，粗糙處可以被成形為相互緊鄰或可以被間隔開(kāi)。每個(gè)粗糙處的角度可以是一致或不一 致的。由于單個(gè)片段呈現(xiàn)二維區(qū)域而不是具有電線不容易到達(dá)部分的三維區(qū)域以供雕刻， 所以可以容易地使用EDM電線或其它刀具以塑造片段的POT或PcBN。如所述的，磨料刀具是由刀具前體構(gòu)成的組件，即刀具前體組件。該組件可以包括 任意數(shù)量的刀具前體，并且可以包括各種設(shè)計(jì)的刀具前體?？商鎿Q地，該組件可以包括多個(gè) 具有基本上相同的形狀和切割元件的刀具前體。該組件可以被設(shè)置成具有切割元件設(shè)計(jì)的 模式。在一個(gè)實(shí)施例中，可能需要交替的設(shè)計(jì)。另外，刀具前體組件可以包括變化高度尺寸， 或者關(guān)于鄰近的刀具前體具有不同的粗糙處或刀片突起以實(shí)現(xiàn)具體的預(yù)定切割構(gòu)造。刀具前體的設(shè)置的非限制性示例包括如圖4中所表明的交替的，即交替的粗糙 處50和刀片52刀具前體；如圖5中的前導(dǎo)的(leading)，即刀片54在一端并且多個(gè)粗糙處 刀具56前體連接到刀片54 ；如圖6中的跟隨模式，即多個(gè)粗糙處被排列成每個(gè)頂端基本與 相鄰刀具前體的粗糙處成一條直線；以及如圖7中的偏置(offset)模式，即多個(gè)具有粗糙 處的刀具前體，其中粗糙處被排列成使得不與相鄰刀具前體的粗糙處成一條直線。應(yīng)當(dāng)注 意到示出了刀具前體的非限制性設(shè)置。表明的那些可以以多種方式結(jié)合。此外，可以以多 種帶有模式和預(yù)定布置的方式使用坯材以產(chǎn)生預(yù)定的切割構(gòu)造。坯材可以包括沒(méi)有PCD的 簡(jiǎn)單襯底，或可以包括作為未成形的層或覆層的連續(xù)的或非連續(xù)的PCD或PcBN層。另外， 所示布置并沒(méi)有考慮通過(guò)將一個(gè)或更多個(gè)刀具前體沿相反方向定向所獲得的變化，例如錐 形粗糙處的背面對(duì)正面的取向。這樣取向的刀具前體大大增加了產(chǎn)生切割構(gòu)造的可能性。 還應(yīng)當(dāng)注意到圖4至圖7中表明的刀具前體組件連同裝配材料一起構(gòu)成磨料刀具，或者它們可以可替換地成為磨料刀具內(nèi)的刀具前體組件的一部分。磨料刀具中使用的襯底可以是各種成分和形狀。在一個(gè)方面，襯底可以包含金屬、 金屬的物質(zhì)、陶瓷、有機(jī)物和它們的組合或本質(zhì)上由其構(gòu)成。另外，襯底可以直接接觸PCD 或PcBN層，或可以包含沿著PCD或PcBN和襯底間的分界面的連續(xù)的或非連續(xù)的層。形成磨料刀具包括提供多個(gè)刀具前體，并將刀具前體固定到一起以形成具有工作 表面的刀具。該工作表面可以在其上面包括多晶金剛石或多晶立方體氮化硼切割元件。將 刀具前體固定到一起可以包括多個(gè)步驟。在一個(gè)方面，裝配材料可以用于形成加固刀具。 用于固定刀具前體組件的步驟的非限制性示例包括銅焊、釬焊、燒結(jié)、膠結(jié)及其結(jié)合。同樣 地，裝配材料可以包括銅焊材料、釬焊材料、燒結(jié)劑、膠結(jié)材料、有機(jī)材料(包括聚合材料和 樹(shù)脂)及其組合。另外，裝配材料可以包括粘合劑。任何過(guò)程和任何相關(guān)的一種或多種材料可以被用于將刀具前體裝配成單個(gè)塊。這 些材料可以被分配或被用在一些或每個(gè)刀具前體之間，或者可以被用來(lái)環(huán)繞在它們周圍從 而裝配刀具前體?？梢员挥脕?lái)固定磨料刀具前體的過(guò)程的一個(gè)非限制性示例可以包括使用 有機(jī)材料固定磨料前體。磨料前體可以根據(jù)需要被設(shè)置成緊靠鋼鐵或其它板，且具有根據(jù) 需要設(shè)置的粗糙處、刀片或其它頂端。在圖8中表明的情況下，刀具前體62的粗糙處的頂 端60被設(shè)置緊靠板64以水平齊平。頂端可以被磨料或其它覆蓋物66覆蓋，并且然后環(huán)氧 樹(shù)脂68可以被放置在所設(shè)置的刀具前體之上。在一個(gè)方面，可以用玻璃纖維加固、用顏料 編色碼、用襯背加固或它們的任意組合來(lái)處理環(huán)氧樹(shù)脂。一旦環(huán)氧樹(shù)脂固化以后，刀具前體 以能夠提供所需的切割表面的方式被設(shè)置和裝配。應(yīng)當(dāng)注意到雖然示例表明以水平方式布 置粗糙處和其它頂端，但是這些布置只是本方法和刀具的一個(gè)實(shí)施例。故意設(shè)置頂端刀具 前體以提供垂直模式，以致粗糙處和其它頂端或點(diǎn)從工作表面上不同程度的突出，這是有 益的?？梢岳酶鞣N反向鑄造方法以將刀具前體裝配成單個(gè)塊。例如，由足夠軟以允許 前體的至少頂端部分穿入其內(nèi)的材料構(gòu)成的間隔層可以被用于臨時(shí)襯底的工作表面?？梢?設(shè)置刀具前體以使每個(gè)前體的切割元件的至少一部分至少部分地嵌入間隔層內(nèi)并接觸或 幾乎接觸臨時(shí)襯底。在一個(gè)方面，刀具前體可以被任何機(jī)制和手段按壓以便粗糙處和/或 刀片的頂端與臨時(shí)襯底相接觸。在這種方式中，臨時(shí)襯底可以限定被裝配的塊的最終水平 輪廓。這樣，根據(jù)被裝配的塊的所需輪廓，臨時(shí)襯底可以包括任何輪廓、水平面、斜坡、階梯 等。在可替換方面中，間隔層可以是可選擇的。在另一方面，間隔物可以是粘合劑或其它有 機(jī)樹(shù)脂。粘合劑可以可選地應(yīng)用于臨時(shí)襯底和/或間隔層和/或切割元件以有利于適當(dāng)?shù)?設(shè)置和臨時(shí)連接。用在任何顯著的表面上的粘合劑可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何粘 合劑，例如但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、石蠟、酚醛樹(shù) 脂、蠟乳液、丙烯酸樹(shù)脂或它們的組合。在一個(gè)方面，固定劑是噴射的丙烯酸膠水。間隔層可以由具有相對(duì)均勻厚度的任何柔軟的可變形的材料制成，并可以根據(jù)制 造、將來(lái)的使用、刀具前體的成分考慮等的具體需求來(lái)選擇。有用的材料的示例包括但不限 于橡膠、塑膠、石蠟、石墨、粘土、膠帶(tape)、彈性石墨(grafoil)、金屬、粉末以及它們的 組合。在一個(gè)方面，間隔層可以是包含金屬或其它粉末和粘合劑的軋制板。例如，金屬可以 是不銹鋼粉末和聚乙二醇粘合劑。可以利用為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所公知的各種粘合劑，例
11如但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、石蠟、酚醛樹(shù)脂、蠟乳 液、丙烯酸樹(shù)脂或它們的組合。至少部分未固化的樹(shù)脂材料可以被施加到與臨時(shí)襯底相對(duì)的間隔層。在制造過(guò)程 中例如由不銹鋼或其它材料制成的模具可以被用來(lái)容納未固化樹(shù)脂材料。通過(guò)固化樹(shù)脂材 料，形成粘結(jié)刀具前體的至少一部分的樹(shù)脂層?？蛇x地，永久刀具襯底可以結(jié)合于樹(shù)脂層以 有利于其在修整CMP墊或其它應(yīng)用中的使用。在一個(gè)方面，永久襯底可以借助于適當(dāng)粘合 劑被結(jié)合到樹(shù)脂層?？梢酝ㄟ^(guò)粗化永久襯底與樹(shù)脂層之間的接觸表面來(lái)有利于實(shí)現(xiàn)該結(jié) 合。在另一方面，永久襯底可以關(guān)聯(lián)于樹(shù)脂材料，并因?yàn)楣袒唤Y(jié)合到樹(shù)脂層。一旦樹(shù)脂固化，則模具和臨時(shí)襯底可以依次從CMP墊修整器移除。此外，間隔層可 以從樹(shù)脂層移除。這可以通過(guò)本領(lǐng)域所公知的任何機(jī)制完成，包括剝離(peeling)、碾磨、噴 砂(sandblasting)、刮擦、磨擦(rubbing)、磨蝕(abrasion)等。因此，刀具前體從樹(shù)脂的 突起取決于間隔層所覆蓋或遮蓋的量。此外，刀具前體的設(shè)置由樹(shù)脂相對(duì)固定。這樣，可以 以多種構(gòu)造設(shè)置刀具前體，因而產(chǎn)生了被裝配的刀具的表面的多個(gè)構(gòu)造。另外，刀具前體可以被裝配成平行構(gòu)造，例如在圖4至圖7中所表明的，或可以被 設(shè)置成形成所需切割構(gòu)造的任意設(shè)置。在一個(gè)方面，刀具前體可以被設(shè)置成如圖9中所表 明的輪輻構(gòu)造，其中刀具前體70被設(shè)置成如所示圓形磨料刀具的車輪的輪輻一樣。刀具前體可以設(shè)置成各種角度以形成磨料刀具。刀片可以被設(shè)置呈角度以更好地 與它們所接觸的各種材料相互作用。例如，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)置一個(gè)刀片形刀具前體呈特定角度， 或設(shè)置多個(gè)刀片形刀具前體呈不同角度，可以更好地將材料從CMP墊上去除。在一個(gè)實(shí)施例中，刀具前體可以由單個(gè)塊形成。例如，襯底(比如碳化鎢)可以被 形成為所需的整個(gè)刀具形狀。此整個(gè)刀具的形成并不是必需的。但是，在圖10中，單個(gè)襯 底72被形成為截頭圓柱形。圓形表面中的一個(gè)可以由PCD或PcBN層74覆蓋。在該圖中 表明了連續(xù)層；但是可以同樣使用非連續(xù)層。PCD或PcBN層在襯底上的情況下，單個(gè)刀具 前體可以從圖10中所示的整個(gè)件中切割而成。一旦從較大主體上切割下來(lái)，則它們可以是 在圖1中所示的形式，或從較大主體上切割下來(lái)的任何其它形狀。一旦切割，則如果需要的 話，它們可以被進(jìn)一步成形。一旦刀具前體被形成，則它們可以被可選地返回到較大主體， 其中由于從同一原始?jí)K中切割下來(lái)，所以每一件都包括相鄰表面的反像(inverse-image)。 因此假如原始?jí)K包括基本連續(xù)的PCD或PcBN層，則將形成具有基本連續(xù)的PCD或PcBN層 的磨料刀具?？蛇x地，原始?jí)K僅部分可以被改造成磨料刀具。在這種情況下，取決于被選定 以形成磨料刀具的刀具前體，磨料刀具的工作表面可以包括或可以不包括基本連續(xù)的PCD 或PcBN層。在另一實(shí)施例中，如在圖10中所示的另一整個(gè)件可以如圖11中所表明的一樣以 不同角度被切割。如圖10，圖11描繪了形成截頭圓柱形的單個(gè)襯底72，且圓形表面中的一 個(gè)由P⑶或PcBN層74所覆蓋。不過(guò)，在這種情況下，整個(gè)件沿著介于垂直和平行于POT或 PcBN層的表面之間的平面被切割。包括附加切割線和表明了圖11中的切割角的整個(gè)件的 側(cè)視圖在圖12中被表明。沿著一定角度切割或劃分整個(gè)件可以制造出如圖13中所表明的 刀具前體，且其具有細(xì)長(zhǎng)襯底78和在襯底表面上的連續(xù)多晶金剛石或連續(xù)多晶立方體氮 化硼或其它陶瓷材料的切割元件80。切割元件被形成刀片形，作為從整個(gè)件上切割下來(lái)的 刀具前體，其具有基本沿著細(xì)長(zhǎng)刀具前體的長(zhǎng)度的切割元件的單個(gè)頂端。為了比較，圖13
12中的刀具前體與圖2中的刀具前體是相似的，圖2中的刀具前體已經(jīng)被切割并經(jīng)過(guò)了成形 步驟以產(chǎn)生刀片構(gòu)造。兩個(gè)刀具前體之間的一個(gè)明顯不同是，圖2中是細(xì)長(zhǎng)襯底的平坦基 底，而圖13中是細(xì)長(zhǎng)基底的呈角度基底。圖13的磨料刀具前體的切割元件可以進(jìn)一步成形為結(jié)合在此公開(kāi)的其它刀具前 體。在特定的實(shí)施例中，多個(gè)粗糙處可以可選地由切割元件的刀片形狀形成。另外，具有呈 角度基底的切割元件可以與其它在此公開(kāi)的刀具前體一起被裝配。圖14中表明了一個(gè)非 限制性示例，其中磨料前體具有刀片形切割元件，并且那些具有錐形粗糙處的前體是交替 的。應(yīng)當(dāng)注意，可以想到不具有切割元件、其他間隔物和圖樣設(shè)置或不規(guī)則設(shè)置的其他構(gòu)造 的工具前體的坯材(即襯底)。另外，具有呈角度基底的刀具前體與具有平坦基底的刀具前 體可以組合使用以形成磨料刀具。同先前公開(kāi)的刀具前體一樣，具有呈角度基底的刀具前體可以被包括在磨料刀具 之內(nèi)。這些刀具前體可以與其它刀具前體一起被包括，或者磨料刀具可以僅由具有呈角度 基底的刀具前體組成。圖15中示出了示例性磨料刀具，其中在這個(gè)實(shí)施例中，襯底82和切 割元件74(每個(gè)都形成有多個(gè)粗糙處)均由環(huán)氧樹(shù)脂86保持在一起。這些刀具可以根據(jù) 在此公開(kāi)的特別地關(guān)于圍繞圖8的討論的方法被制造，并且由此得到的刀具不同于先前的 實(shí)施例之處主要在于刀具前體的基底是呈角度的，并且因此沿著環(huán)氧樹(shù)脂分界面88產(chǎn)生 鋸齒形設(shè)計(jì)。圖21至圖23表明了各種其它方式，其中刀具前體和切割元件70可以被設(shè)置在磨 料刀具或墊修整器112上以在最小化對(duì)被磨擦的墊和工件的損傷的同時(shí)最大化具體的磨 擦功能。在這些實(shí)施例中，前體和切割元件被設(shè)置成使得墊修整器或磨料刀具可以“掃過(guò)” 墊并完全或接近完全地修整墊而不具有切割元件的內(nèi)在特征，即捕捉或“阻礙”墊以引起不 必要的粗糙處。將會(huì)意識(shí)到，任意具體切割元件(或前體)“捆/結(jié)(knot) ”或裝配件的外緣是閉 合的，以致前體裝配件可以從任意角度接近墊的一部分(或墊可以從任意角度接近前體裝 配件)而由前體形成的內(nèi)部角度不會(huì)“卡”在墊材料上。同樣地，使用該技術(shù)，更多的切割 頂端可以沿墊運(yùn)動(dòng)的方向(從切割元件或前體的任意具體裝配件)面向外。內(nèi)側(cè)可以包含 較少切割頂端以便更少地工作(和更少地磨損)。本質(zhì)上，一個(gè)前體(或切割元件)裝配件 被限定在圖21和圖22的實(shí)施例中(每個(gè)裝配件由多個(gè)前體70形成)，其中多個(gè)結(jié)或裝配 件71在圖23中被表明，每個(gè)由3個(gè)前體70形成。現(xiàn)在參照?qǐng)D16至圖20，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了多種可以用于以在CMP墊 上產(chǎn)生光滑和平坦表面的方式從CMP墊118上去除材料的切割裝置和相關(guān)方法。根據(jù)一個(gè) 實(shí)施例，本發(fā)明提供了可以包括基底(例如圖20中的114)和從基底延伸的多個(gè)切割元件 116的CMP墊調(diào)整器(由圖20中的任意示例112示出)。在圖20中示出的切割元件116 被示作一個(gè)示例性取向，其示出了切割元件的間隔、設(shè)置、相對(duì)尺寸等的一種方式。其它實(shí) 施例可以包括切割元件或刀片的各種不同尺寸、不同物理布局(例如間隔、設(shè)置角度等)、 切割元件或刀片的長(zhǎng)度等也被包括在本發(fā)明中。如圖16所示，切割元件116a、116b等均可以具有切割頂端120a、120b等，其可操 作地接合CMP墊118的材料。切割元件中的至少一些可以具有相對(duì)于其它切割元件的切割 頂端位于不同高度的切割頂端。例如，在圖16中表明的實(shí)施例中，切割元件116a的切割頂
13端120a取向的高度低于切割元件116b的切割頂端120b(注意在此使用的術(shù)語(yǔ)“高度”只 是用于比較元件的相對(duì)距離，并不將本發(fā)明限制在垂直平面內(nèi)取向)。在圖16中示出的實(shí)施例中，墊118和切割元件116相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)(例如切割元件 可以沿122所指的方向運(yùn)動(dòng))以從墊上去除材料。隨著切割元件和墊相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)，前導(dǎo) 的切割元件116a首先接合墊的材料并可以去除墊材料的相對(duì)薄層。隨著切割元件在墊材 料上行進(jìn)，后切割元件116b與墊材料接合并移除材料的另一薄層。因此，墊材料可以被以 薄層形式被不斷地去除直到墊上是光滑的、平坦的表面。在圖11所示的實(shí)施例中，前導(dǎo)的切割元件116a包括切割頂端120a，該切割頂端 120a的取向高度比緊鄰的切割元件116b的切割頂端120b的取向高度(相對(duì)于將被放置 在圖16中所示的切割元件之上的墊調(diào)整器的基底)更高。圖16中的實(shí)施例還包括一對(duì)次 級(jí)后切割元件116c、116d，它們具有與切割頂端120b在大約同一高度對(duì)齊的切割頂端。在 這個(gè)實(shí)施例中，切割頂端120a和120b執(zhí)行去除墊材料的薄層的工作，而次級(jí)后切割元件 (116c、116d)可以非常精細(xì)地消除掉在切割頂端120a和120b經(jīng)過(guò)之后留下的任何隆起或 背脊。在圖16中所示的實(shí)施例中，切割元件被定位成一個(gè)接一個(gè)并迅速連續(xù)地越過(guò)(和 /或穿過(guò))墊材料。將從圖17中知道切割元件也可以彼此間隔開(kāi)一定距離。本發(fā)明的這個(gè) 方面的優(yōu)點(diǎn)在于前導(dǎo)切割元件可以使墊材料輕微變形，并且在后繼的后刀片越過(guò)剛被前導(dǎo) 刀片切割或調(diào)整的位置之前，墊材料可以有時(shí)間以返回到放松狀態(tài)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，切割元件可以包括相對(duì)于由切割元件形成的CMP墊的 表面126取向?yàn)?0度或小于90度的切割面(例如122a)，但這不是必需的。圖16和圖17 中所示的切割元件的切割面被形成為大約90度，但圖18中所示的切割元件的切割面相對(duì) 于在墊材料上形成的表面126被形成為小于90度。另外，切割刀片的面實(shí)際上可以彎曲或 呈弓形。在圖16和17中所示的實(shí)施例中，切割元件包括后邊緣130a、130b等，其呈一定角 度以在切割元件和由切割元件產(chǎn)生的CMP墊的被調(diào)整表面126之間提供退切區(qū)域。但是如 圖18所示，后邊緣140a、140b等也可以被形成為具有與由切割元件在墊材料上產(chǎn)生的表面 126基本平行的關(guān)系。將意識(shí)到，切割元件的數(shù)量和每個(gè)切割元件的切割頂端的相對(duì)高度位置可以改 變。在圖19中表明的實(shí)施例中，提供了三個(gè)切割元件136a、136b和136c，每個(gè)均包括不同 的高度。在其它實(shí)施例中，兩個(gè)或更多個(gè)切割元件的切割頂端可以擁有基本相同的高度，而 其它切割元件相對(duì)于該相同高度向上或向下交錯(cuò)開(kāi)。在一些實(shí)施例中，前導(dǎo)刀片(例如將 首次接觸墊材料的刀片)將具有比后刀片相對(duì)更高的高度，因此后刀片將不會(huì)以其他方式 接觸在前導(dǎo)刀片經(jīng)過(guò)之后留下的墊材料。這種普遍性的一個(gè)例外可以是在墊調(diào)整器包括比 相鄰前導(dǎo)刀片略高的后刀片的情況下，即在清理由前導(dǎo)刀片產(chǎn)生的非常粗糙的表面時(shí)需要 去除由前導(dǎo)刀片產(chǎn)生的突起的情況下。在其它實(shí)施例中，許多刀片可以擁有相同的高度。由 于本發(fā)明對(duì)修整墊調(diào)整器提供了極大的靈活性以用于特定應(yīng)用，所以不同構(gòu)造的變化成為 可能。切割元件或刀片可以以多種方式形成。一個(gè)實(shí)施例包括由多晶金剛石壓塊 (compact)或多晶立方體氮化硼壓塊形成切割元件(單個(gè)切割元件可以由壓塊形成并連接到基底，或基底和切割元件可以由壓塊的一體件形成)。在另一個(gè)方面，可以通過(guò)產(chǎn)生燒結(jié)氧化鋁板，且該板具有從其延伸的切割元件 的基本形狀，從而形成切割元件。DLC層可以覆蓋在該所得到的模式表面(patterned surface)上。同樣地，CVDD可以覆蓋在陶瓷的樣式表面上。另外，可以使用燒結(jié)SiC板(熔 化的硅被用于滲透小孔)。在另一實(shí)施例中，可以使用燒結(jié)氮化硅(Si3N4)。另外，其它材料可以單獨(dú)或與其它材料組合用作切割元件或刀片，并且將在此被 包括在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。例如，切割元件可以包含陶瓷或其它金剛石或cBN膜(包括通過(guò) 化學(xué)氣相沉積(CVD)所沉積的那些材料)或者切割元件可以本質(zhì)上由這些材料組成?？梢员挥米髑懈钤奶沾傻姆窍拗菩允纠ㄑ趸X、碳化鋁、硅石、碳化硅、 氮化硅、氧化鋯、碳化鋯和它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，切割元件可以是燒結(jié)塊、部分燒 結(jié)塊和/或根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)公知的任意方法連接到刀具前體的襯底上的材料層。在一個(gè)方 面，切割元件可以包括混合物、均質(zhì)或不均質(zhì)的大量材料(可選包括磨料顆粒)。在另一方 面，切割元件可以包括大量材料層。作為非限制性示例，切割元件可以包括由CVD金剛石涂 覆的陶瓷。在一些實(shí)施例中，切割元件一般可以是齒形的單獨(dú)的突起。在本發(fā)明的其它方面， 切割元件可以包括切割刀片。如在此所用的，“切割刀片”被理解為涉及包括比高度(“凹 陷”到墊材料的初始表面之下的部分)大的長(zhǎng)度(或?qū)挾?，所涉及的部分是切割墊材料的 部分)的切割元件。切割刀片可以有利于被用于在每次經(jīng)過(guò)時(shí)去除墊材料的較大百分比。 切割刀片還可以包括沿著切割刀片的長(zhǎng)度變化的切割角度，并且可以包括在其上或隨其形 成的單個(gè)齒。鋸齒、突起及類似物還可以在切割刀片上或切割刀片內(nèi)形成，或連接到切割元 件，以增強(qiáng)齒或刀片的切割能力。本發(fā)明的切割元件可以以多種方式與基底114連接。在一個(gè)實(shí)施例中，切割元件 與基底由材料(例如多晶金剛石壓塊、多晶立方體氮化硼及類似物)一體件形成。在其它 實(shí)施例中，切割元件可以粘結(jié)、焊接或其它方式連接到基底。同樣地，各種反向鑄造方法可以用于使切割元件連接于基底。例如，間隔層可以被 應(yīng)用到臨時(shí)襯底的工作表面。可以設(shè)置切割元件以致每個(gè)切割元件的至少一部分被至少部 分地嵌入間隔層。在一個(gè)方面，切割元件可以被多種機(jī)制或手段施壓以致切割元件的頂端 接觸臨時(shí)襯底。在這種方式中，臨時(shí)襯底可以限定成品墊調(diào)整器/切割刀具的最終水平構(gòu) 造(例如輪廓)。這樣，臨時(shí)襯底可以包括根據(jù)墊調(diào)整器/切割刀具的所需輪廓而改變的輪 廓、水平度、斜面、臺(tái)階等的不同度數(shù)和組合。粘合劑可以可選地被應(yīng)用到臨時(shí)襯底和/或間隔層和/或切割元件以有利于適當(dāng) 的設(shè)置和臨時(shí)連接。用于任意顯著表面上的粘合劑可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任意粘 合劑，例如但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、石蠟、酚醛樹(shù) 脂、蠟乳液、丙烯酸樹(shù)脂或它們的組合。在一個(gè)方面，固定劑是噴射的丙烯酸膠水。間隔層可以由任意具有相對(duì)均一厚度的柔軟的可變形的材料制成，并且可以根據(jù) 制造、未來(lái)的使用、刀具前體的成分考慮等具體需求來(lái)選擇。有用材料的示例包括但不限 于橡膠、塑膠、石蠟、石墨、粘土、膠帶、彈性石墨、金屬、粉末以及它們的組合。在一個(gè)方面， 間隔層可以是包含金屬或其它粉末和粘合劑的軋制板。例如，金屬可以是不銹鋼粉末和聚 乙二醇粘合劑。可以利用各種為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的粘合劑，例如但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、石蠟、酚醛樹(shù)脂、蠟乳液、丙烯酸樹(shù)脂和它 們的組合。至少部分未固化的樹(shù)脂材料可以被施加到與臨時(shí)襯底相對(duì)的間隔層。在產(chǎn)生過(guò)程 中例如由不銹鋼或其它材料制成的模具可以被用來(lái)容納未固化樹(shù)脂。隨著固化樹(shù)脂材料， 形成粘結(jié)刀具前體的至少一部分的樹(shù)脂層?？蛇x地，永久刀具襯底可以結(jié)合于樹(shù)脂層以有 利于其在修整CMP墊或其它應(yīng)用中的使用。在一個(gè)方面，永久襯底可以借助于適當(dāng)粘合劑 被結(jié)合到樹(shù)脂層?？梢酝ㄟ^(guò)粗化永久襯底與樹(shù)脂層之間的接觸面來(lái)有利于實(shí)現(xiàn)該結(jié)合。在 另一實(shí)施例中，永久襯底可以關(guān)聯(lián)于樹(shù)脂材料，并因?yàn)楣袒唤Y(jié)合到樹(shù)脂層。一旦樹(shù)脂固 化，則模具和臨時(shí)襯底可以依次從CMP墊修整器移除。此外，間隔層可以從樹(shù)脂層移除。這 可以通過(guò)任何本領(lǐng)域所公知的任意手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括剝離、碾磨、噴沙、刮擦、磨擦、磨蝕等。 因此，切割元件自樹(shù)脂的突起取決于間隔層所覆蓋或遮蓋的量。此外，切割元件的設(shè)置由樹(shù) 脂相對(duì)固定。這樣，可以以多種構(gòu)造設(shè)置切割元件，因而產(chǎn)生了被裝配的刀具(例如墊調(diào)整 器)的表面的多種構(gòu)造。每個(gè)切割元件可以包括基本平坦的后面(例如圖18中的140a、140b和圖20中的 140c)，其可以限定工件接觸區(qū)域。所有切割元件的組合工件接觸區(qū)域可以包括基底的總區(qū) 域的大約5%到基底的總區(qū)域的大約20%之間。因此，在本發(fā)明的一個(gè)方面，如果墊修整器 具有大約100mm的直徑，且切割元件的組合接觸區(qū)域?qū)⑦_(dá)到總區(qū)域的大約10%，則所有接 觸元件的總接觸區(qū)域可以是大約7850mm2。每個(gè)切割元件的邊-區(qū)域的比例可以大約是4/ mm,導(dǎo)致總邊長(zhǎng)是大約31400mm。本發(fā)明的切割裝置既可以在濕潤(rùn)系統(tǒng)中使用也可以在干燥系統(tǒng)中使用。在干燥應(yīng) 用中，切割元件在沒(méi)有液體漿的情況下可以用于從工件切下或刨下碎屑。在典型的應(yīng)用中， 切割裝置可以被安裝到可連接到可旋轉(zhuǎn)夾盤(pán)的夾持器襯墊上。工件(例如硅片或CMP墊) 可以被連接到提供工件旋轉(zhuǎn)的真空夾盤(pán)。可旋轉(zhuǎn)夾盤(pán)和真空夾盤(pán)既可以以順時(shí)針?lè)较蛞?可以以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)以便從工件去除材料。通過(guò)改變一個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)的旋轉(zhuǎn)，可 以在工件的單一旋轉(zhuǎn)中被去除或多或少的材料。例如，如果工件和切割元件以相同的方向 (但是以不同的速度)旋轉(zhuǎn)，則與它們以相反的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)比將有更少的材料被去除。在這個(gè)典型的應(yīng)用中，可以使用能協(xié)助設(shè)計(jì)工件表面的漿。該漿既可以是水漿也 可以是化學(xué)漿。在使用化學(xué)漿的情況下，可以選擇化學(xué)制品以便提供冷卻或以便與工件表 面反應(yīng)從而軟化工件來(lái)提供更有效的切割過(guò)程。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)軟化硅晶片表面，可以顯著 增加其磨損率。例如，可以使用包含氧化劑(例如h202)的化學(xué)漿以形成將“粘附”在晶片 表面上的相對(duì)高度粘性的氧化物。在這種情況下，本發(fā)明的PCD切割裝置不需要必需切割 晶片，而是可以將氧化物從晶片表面刮擦掉。因此，切割邊緣的鋒利性就變得不那么關(guān)鍵 了。另外，可以通過(guò)使用漿來(lái)顯著延長(zhǎng)切割裝置的使用壽命。例如，使用漿的PCD刮刀可以 比PCD切刀多使用1000次。除了以上討論的結(jié)構(gòu)性方面，本發(fā)明還提供了調(diào)整所提供的CMP墊的方法，包括 使CMP墊的材料與至少一個(gè)切割元件的切割頂端接合；使切割元件和CMP墊相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng) 從而使用切割元件的切割頂端從CMP墊去除材料，以產(chǎn)生CMP墊材料的暴露層；使CMP墊材 料的暴露層與切割元件的切割頂端或與第二切割元件的切割頂端接合；以及使與CMP墊材 料的暴露層接合的切割元件和CMP墊相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)從而去除CMP墊材料的暴露層。
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使CMP墊材料的暴露層接合可以包含使暴露層與用于產(chǎn)生暴露層的切割元件的 切割頂端接合。使CMP墊材料的暴露層接合可以包含使暴露層與第二切割元件的切割頂端接合。本發(fā)明還提供了調(diào)整CMP墊的方法，包括使用切割元件從CMP墊去除材料薄層； 以及用相同或不同的切割元件從CMP上去除材料的第二層，其中材料的第二層是通過(guò)去除 材料的薄層而被顯現(xiàn)出來(lái)的。根據(jù)在此提供的方法所形成的磨料刀具可以作為最終磨料刀具使用，例如作為 CMP修整器使用?？商鎿Q地，磨料刀具可以被組合，或作為磨料刀具組件內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)元 件被使用以形成CMP修整器。圖24和圖25表明了與本發(fā)明的另一方面相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中不同切割元件或前體 的切割“齒”的鋒利性和間隔不同，以便在修整過(guò)程中解決與在墊內(nèi)形成的粗糙處相關(guān)的問(wèn) 題。如從圖24中所知的，被表示為具有大約150度角度的更加“起伏的(rolling)”切割齒 已經(jīng)被示出以便提供比大約130度的輕微波狀切割齒和以90度形成的更鋒利的切割齒更 好的磨光(abrading)外形。更加起伏的切割齒的優(yōu)點(diǎn)在于切割齒的頂端在使用過(guò)程中和 在制造或形成切割齒的過(guò)程中不易損壞。該優(yōu)點(diǎn)提高了切割齒修整墊時(shí)的精確性，并增加 切割齒的壽命，并大大減少了修整器的制造成本。圖25中的數(shù)據(jù)表明與傳統(tǒng)銅焊金剛石修整墊相比，使用本墊修整器的原位修整 的WCMP的晶片外形。由于由本發(fā)明提供了同步修整和拋光，所以生產(chǎn)能力可以被提高差不 多 25%。應(yīng)當(dāng)理解以上描述的設(shè)置只是本發(fā)明的原理的應(yīng)用的舉例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù) 人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出許多修改和可替換設(shè)置，并且任何所 附的或隨附的權(quán)利要求將覆蓋這些修改和設(shè)置。因此，雖然以上已經(jīng)描述了與本發(fā)明的現(xiàn) 在被視為最實(shí)用的和優(yōu)選的實(shí)施例相關(guān)的特性和細(xì)節(jié)，但是對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)很明顯可以在不脫離在此闡明的原理和概念的情況下作出許多修改，包括但不限于在 尺寸、材料、形狀、形成、功能和操作方式、裝配以及使用方面的修改。
1權(quán)利要求
一種磨料刀具，包含刀具前體構(gòu)成的組件，所述刀具前體包括在其表面上具有被形成為刀片形狀的連續(xù)切割元件的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)襯底，且所述連續(xù)切割元件由多晶金剛石、多晶立方體氮化硼或陶瓷制成；以及裝配材料，所述裝配材料被配置為連接所述刀具前體成為形成預(yù)定切割構(gòu)造的單個(gè)塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，包含具有細(xì)長(zhǎng)襯底的多個(gè)刀具前體，且所述細(xì)長(zhǎng) 襯底在表面上具有被形成為刀片形狀的連續(xù)切割元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨料刀具，其中所述刀片形狀的刀具前體被設(shè)置成模式，其 中具有所述切割元件的所述表面被取向?yàn)榛驹趩蝹€(gè)平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磨料刀具，其中所述模式是交替模式且具有至少一個(gè)坯材細(xì) 長(zhǎng)襯底或在其表面上具有被形成為非刀片形狀的連續(xù)切割元件的細(xì)長(zhǎng)襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，還包含具有被形為成多個(gè)粗糙處的連續(xù)切割元件 的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨料刀具，其中所述多個(gè)粗糙處包括錐形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨料刀具，其中所述磨料刀具包括具有細(xì)長(zhǎng)襯底的兩個(gè)磨料 前體，且當(dāng)被放置在一起時(shí)所述兩個(gè)磨料前體形成具有基本錐形的粗糙處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，其中在其表面上具有連續(xù)切割元件的所述磨料前 體被設(shè)置成使得所述切割元件的突出部分基本水平齊平。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，其中所述切割元件是多晶金剛石。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，其中至少一個(gè)磨料刀具被用作磨料刀具組件中 的元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，其中所述組件包括呈基本平行形式的多個(gè)細(xì)長(zhǎng) 刀具前體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料刀具，其中多個(gè)刀具前體包括具有另一刀具前體的相 反外形的表面。
13.一種磨料刀具，包含刀具前體構(gòu)成的組件，所述刀具前體包括在其表面上具有連續(xù)切割元件的細(xì)長(zhǎng)襯底， 且所述切割元件由多晶金剛石、多晶立方體氮化硼或陶瓷制成，所述前體組件提供具有有 預(yù)定切割構(gòu)造的工作表面的刀具以及裝配材料，所述裝配材料被配置為連接刀具前體成為形成預(yù)定切割構(gòu)造的單個(gè)塊。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磨料刀具，其中所述組件包括具有細(xì)長(zhǎng)襯底且在其表面上 具有連續(xù)切割元件的多個(gè)刀具前體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磨料刀具，其中所述多個(gè)刀具前體中的至少一個(gè)包括具有 被形成為多個(gè)粗糙處的連續(xù)切割元件的刀具前體。
16.一種形成磨料刀具的方法，包含提供多個(gè)刀具前體，所述刀具前體包括在表面上具有連續(xù)切割元件的細(xì)長(zhǎng)襯底；以及將所述刀具前體固定到一起，形成為具有有預(yù)定切割構(gòu)造的工作表面的刀具。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個(gè)刀具前體包括在其表面上具有被形成為多個(gè)粗糙處的連續(xù)切割元件的至少一個(gè)刀具前體。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述固定包括反向鑄造所述刀具前體和使用裝 配材料裝配。
19.一種形成磨料刀具的方法，包含將多個(gè)刀具前體排列成預(yù)定設(shè)計(jì)，其中所述刀具前體包括在其表面上具有被形成為刀 片形狀的連續(xù)切割元件的至少一個(gè)細(xì)長(zhǎng)襯底，且所述連續(xù)切割元件由多晶金剛石、多晶立 方體氮化硼或陶瓷制成；垂直地設(shè)置所述多個(gè)刀具前體； 使用掩模材料掩模切割元件的一部分； 使用含樹(shù)脂的裝配材料將所述刀具前體裝配到一起；以及 去除所述掩模材料以顯示出具有預(yù)定工作表面的刀具。
全文摘要
一種磨料刀具(112)，包括刀具前體組件(116)。刀具前體中的至少一個(gè)具有被形成為刀片形狀的連續(xù)多晶金剛石、多晶立方體氮化硼或陶瓷材料的切割元件(18)。該磨料刀具可以另外包括裝配材料(68)，其被配置為連接刀具前體并形成單個(gè)塊。該刀具前體的選擇、設(shè)置和裝配可以導(dǎo)致具有預(yù)定切割構(gòu)造的磨料刀具。形成這種磨料刀具的方法也被公開(kāi)了。
文檔編號(hào)H01L21/30GK101903131SQ200880121983
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者宋健民 申請(qǐng)人:宋健民