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CN1278201A - 用于修整晶片表面的含有氟化物剂的磨料制品 - Google Patents

用于修整晶片表面的含有氟化物剂的磨料制品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及含有至少一种氟化物剂的粘固的磨料制品和研磨结构体。粘固的磨料制品和研磨结构体用于制造半导体器件过程中的半导体晶片表面修整过程。粘固的磨料制品具体包含与背衬共同扩展的研磨复合体和至少一种与复合体相结合的氟化物剂。本发明还涉及制备包含至少一种氟化物剂的粘固的磨料制品的方法。

Description

用于修整晶片表面的含有氟化物剂的磨料制品
背景
本发明涉及在半导体晶片制造过程中修整半导体晶片表面的方法和用于该表面修整工艺的粘固的磨料制品。该粘固的磨料制品具有与背衬共同扩展的包含一种或多种研磨复合体的外露主表面。粘固的磨料制品的研磨复合体包含分散在整个粘合剂中的磨粒。
集成电路是非常小且复杂的电子器件，它在非常小的单位面积上将多层金属互联层与大量电子元件连接。每层集成电路通常具有特定的金属互联图案，导致特定集成电路的特定特征。为了得到这些金属互联图案，集成电路的制造者通常使用精确的多步骤制造工艺。集成电路制造的一种原料是半导体晶片。在半导体晶片的制造过程中，半导体晶片一般经过数个加工步骤，包括淀积、形成图案和蚀刻步骤。这些半导体晶片制造步骤的细节报道于Tonshoff等发表在Annals of the International Institution for ProductionEngineering Research，39/2/1990卷，第621-635页中题为“硅的研磨加工”一文。在依次的制造步骤中，常需要修整或精制晶片的外露表面以准备用于随后制造的晶片。表面修整工艺通常是采用抛光形式，它能够迅速有效地从表面上除去积累的不平整性，而在该过程中不损坏功能元件。
一种具体的晶片表面修整方法使用磨粒浆料，它们通常与化学添加剂和弹性垫结合使用，以在制造器件的各步骤中对晶片表面进行平整。表面修整用的化学添加剂和机械加工的这一结合被广泛地称为化学机械平整(chemicalmechanical planarization)即CMP。或者，CMP可使用三维、有纹理(textured)、粘固(fixed)的磨料制品。这些磨料制品通常具有精确成形的复合体阵列，它与背衬共同扩展。这些粘固的磨料制品描述于WO-97/11484和待审批的美国申请序号08/694,014(Bruxvoort)。这些参考资料所述的方法使用了三维、有纹理、粘固的磨料制品和一种工作流体，该流体可以基本上不含磨粒并能够改进半导体晶片的表面。
一般来说，CMP适合于从半导体晶片表面上有效地除去特定材料。例如，通常介电材料(如多晶硅、热氧化物、掺杂和未掺杂的氧化物)用于半导体晶片的表面。对于特定的表面材料(如二氧化硅)，所用的CMP方法可以使用特定的工作溶液以最优化除去二氧化硅。通常还有金属(如钨、铝、铜、金、银)淀积在半导体晶片的表面上，本领域技术人员会选择一种具体的CMP方法从晶片表面上除去一种或多种特定金属。使用CMP方法加工的其它材料包括氮化硅、氮化硼、金刚石类碳膜、聚酰亚胺、旋压聚合物(spin-on polymer)、气凝胶、耐火氧化物和硅化物，以及铁电体。
具体的CMP过程可以指定磨削速率(removal rate)，通常以埃/分钟测量，等于在给定的一段时间内从半导体晶片表面除去的一部分层。具有高磨削速率的CMP方法是有利的，因为在半导体晶片制造过程中需要总量较多的步骤。通过缩短完成其中一些步骤的时间，使得制造者能够加快集成电路的制造速率。除了具有高磨削速率以外，还需要CMP方法能够平行于待修整的晶片表面均匀地去除材料。均匀地去除材料能避免一些区域未经修整而另一些区域修整过度并由此可能破坏事先形成的下层(如金属互联层)的特性。
较好的还有CMP方法具有高度的磨削速率稳定性。磨削速率稳定性可定义为在用该方法修整的晶片中磨削表面材料(通常以埃/分钟测量)是恒定的。例如，如果从用CMP方法修整的第一块晶片上磨削表面的速率与从用该方法修整的第十块或第二十块晶片上磨削表面的速率大致相同，则该CMP方法就具有高度的磨削速率稳定性。磨削速率稳定性是一个重要的考虑因素，因为难以在监视修整过程中对晶片表面磨削的同时对每片晶片上磨削去的表面材料量进行控制。具有高度的磨削速率稳定性的CMP方法能确保后来用该方法修整的相同的半导体晶片被磨削去大致相同量的表面材料，并使得对在线测量或频繁离线确认预定磨削速率的需求降至最小。
发明的概述
本发明的一个实施方案是一种粘固的磨料制品，它除了具有通常与背衬共同扩展的研磨复合体以外，还包括至少一种与粘固的磨料制品相结合的氟化物剂(fluorochemical agent)。该制品用于CMP方法时能够得到磨削速率加快的工艺，它能迅速且精确地修整半导体晶片的表面，而不会破坏晶片表面上精密的元件。向用于CMP方法的粘固的磨料制品中加入至少一种氟化物剂能加快该方法的晶片表面磨削速率，同时使该方法产生的噪音量降至最小。与粘固的磨料制品相结合的氟化物剂可以向CMP方法提供其它有利的特征。
具体而言，本发明包含一种粘固的磨料制品，它包含由研磨复合体构成的外露主表面，所述研磨复合体包含粘固和分散在粘合剂中的许多磨粒。通常粘固的磨料制品只有一个表面与待修整的晶片表面发生接触，粘固的磨料制品的这一表面常被称为“外露主表面”。一般来说，研磨复合体具有精确成形的三维结构。至少一种氟化物剂与粘固的磨料制品结合，加快了CMP方法的磨削速率。此外，氟化物剂可以与研磨复合体的一种主要组成部分或者与研磨复合体的一种以上的组成部分相结合。研磨复合体的组成部分包括但不限于研磨复合体的磨粒、粘合剂或外露外表面。本发明制品的例子包括具有至少一种氟化物剂至少与磨粒相结合的粘固的磨料制品。另一个例子包括至少一种氟化物剂至少与粘合剂相结合。还有一个例子包括至少一种氟化物剂至少与研磨复合体的外露主表面相结合。或者，粘固的磨料制品可以包括研磨复合体，它除了磨粒和粘合剂以外还包含填料，至少一种氟化物剂至少与该填料结合。
本发明的另一个实施方案是一种修整半导体晶片外露表面的方法。该方法要求半导体晶片的主表面与粘固的磨料制品的外露主表面接触，其中粘固的磨料制品的表面包含研磨复合体。研磨复合体通常是有纹理的，具有三维结构，该复合体包含粘固和分散于粘合剂中的许多磨粒和至少一种与粘固的磨料制品的至少一个组成部分相结合的氟化物剂，使得加工时氟化物剂存在于粘固的磨料制品的外露主表面上。该方法包括以下步骤：使待修整的晶片表面与粘固的磨料制品的外露主表面接触，使晶片相对于粘固的磨料制品运动，同时保持晶片和粘固的磨料制品之间的接触和足够的压力，由此修整晶片表面。该方法通常包括使用一种工作流体，它可任选地提供反应性组分，将热传入或传出界面，并有助于除去抛光工艺所产生的碎屑。
本发明的另一个方面包括由上述方法制得的半导体晶片。
由以下对本发明附图和较佳实施方案的说明，可以更好地理解本发明的其它特点、优点和构造。
附图的简要说明
图1是第一种粘固的磨料制品部分的剖面图；
图2是第二种粘固的磨料制品部分的剖面图；
图3是研磨结构体部分的剖面图；
图4是一种半导体制造中用来修整晶片表面的装置的部分侧视示意图。
发明的详细说明
将氟化物用于研磨修整工艺中并没有被广泛报道。美国专利5,164,265(Stubbs)报道了将氟化物加入磨料组成层(含有构造涂层(″make″coat)和上胶涂层(″size″coat))能使得与″填塞(loading)″有关的问题降至最小。当研磨软材料时发生填塞，因为从表面脱落的软材料堵塞了磨料元件的磨料。Stubbs指出，当涉及纤维素基涂料，尤其是常用于车身的硝化纤维素涂料时，填塞现象这一问题尤其严重。从汽车上除去涂料的方法不同于CMP方法，不同之处在于半导体晶片可能含有易于被该方法所破坏的电子元件。美国专利5,578,362(Reinhardt)报道了氟化物烃可以作为垫子的一种组分，与常规的浆液CMP方法一起使用。氟化物烃只是垫子的许多可能选择的组分中的一种。该参考资料并未指出该氟化物烃实际上能提高CMP方法的磨削速率或使有关CMP方法的噪音降至最低。
本发明的一个实施方案是一种用于半导体器件制造过程中的表面修整工艺的粘固的磨料制品，该制品包含至少一种氟化物剂。这些粘固的磨料制品具有多种组成部分，它们各自对晶片表面修整工艺都是重要的。磨料制品的组成部分和本发明的其它实施方案将在本专利申请的以下部分加以讨论。
粘固的磨料制品
本发明的粘固的磨料制品通常包含与单层背衬或多层背衬共同扩展的研磨复合体层。研磨复合体可形成向粘固的磨料制品提供有纹理表面的多种结构或多种研磨复合体。有纹理的粘固的磨料制品的一个例子如图1所示。具体来说，图1示出了粘固的磨料制品60，它具有粘固或粘结在背衬62上的锥形研磨复合体61。该研磨复合体(结构)61包含分散在粘合剂65中的磨粒64。在相邻的研磨复合体之间存在凹进部分63。粘固的磨料制品可具有至少一种氟化物剂主要与制品的粘合剂65相结合。或者，粘固的磨料制品可以具有一种或多种氟化物剂主要与制品的磨粒64结合。另一种方案是粘固的磨料制品可具有一种或多种氟化物剂主要与制品的表面66相结合。或者，粘固的磨料制品可具有一种氟化物剂与制品的研磨复合体的所有上述组成部分相结合，或者是上述结合方式的任意组合。研磨复合体的组成部分是指粘合剂、磨粒、研磨复合体表面和/或其它组成部分。术语“与……相结合”是指用氟化物剂附着、粘合或渗入研磨复合体一组成部分。最初加入或混入磨料制品特定组成部分的氟化物剂可以随后扩散或以其它方式传送或遍及该制品的另一个组成部分。例如，最初加到磨料制品表面上的氟化物油在贮存时或在表面修整过程中会扩散入粘合剂中。
粘固的磨料制品的氟化物剂可以是“反应性”的，因为氟化物参与聚合反应或其它化学反应，不同于“非反应性”的氟化物剂。氟化物剂最好是液态或固态的有机氟化物。合适的反应性氟化物剂包括但不限于氟化物甲基丙烯酸酯类和氟化物丙烯酸酯类，例如：
C8F17SO2N(C2H5)C2H4OCOCH＝CH2，C8F17SO2N(CH3)C2H4OCOCH＝CH2，
C8F17SO2N(C2H4OCOCH＝CH2)2；C7F15CH2OCOC(CH3)＝CH2，
CnF2n+1C2H4OCOCH＝CH2(n＝5-12)；环-C6F11OCOCH＝CH2，
C9F17OC2H4OCOCH＝CH2(得自六氟丙烯三聚物)、
CnF2n+1O(C2F4O)mCF2CH2OCOCH＝CH2(n＝1至6，m＝2至20)；氟化物环氧化物，例如：
Figure A9881084600081
氟化物硅烷，例如：C8F17SO2N(C2H5)CH2CH2CH2Si(OCH3)3；
氟化物异氰酸酯，例如：C8F17SO2N(CH3)C2H4NCO和CnF2n+1C2H4NCO；氟化物羧酸，例如：C8F17SO2N(C2H5)CH2COOH、C7F15COOH、CnF2n+1O(C2F4O)mCF2COOH(n＝1至6，m＝2至20)、HOCOCF2O(C2F4O)mCF2COOH(m＝2至20)以及它们的盐和酰胺；氟化物磺酸，例如C8F17SO3H以及它们的盐和酰胺；氟化物磷酸酯，例如(C8F17SO2N(C2H5)C2H4O)nPO(OH)3n(n＝1或2)；氟化物醇，例如C7F15CH2OH、CnF2n+1C2H4OH、HOCH2(C2F4O)p(CF2O)qCF2CH2OH(MN＝2000)。
具体的非反应性氟化物剂的例子包括氟化物聚醚油，例如：Ausimont制造的″FOMBLIN″、E.I.DuPont制造的″KRYTOX″、CnF2n+1O(C2F4O)xO(C2F4O)xOCnF2n+1(n＝1-8，x＝6-20)或CnF2n+1O(C4F8O)xOCnF2n+1(n＝1-8，x＝3-20)；氟化物链烷蜡，例如C16F34；氟化物醚，例如C8F17OC8F17和C7F15CH2OC8H17；氟化物酯；氟化物氨基甲酸酯；氟化物酰胺，例如C7F15CON(C4H9)2和C8F17SO2N(C4H9)2；氟化物热塑性材料，如DuPont制造的TEFLON或Daikin America，Orangeberg，NY制造的KEL-F；氟化物热塑性共聚物，如美国专利389,625和2,642,416中揭示的氟化物热塑性共聚物，以及氟化物弹性体，例如六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物。选择氟化物剂时考虑它们成为粘固的磨料制品的一部分的能力，以及考虑它们在粘固的磨料制品用于晶片表面修整工艺时提高磨削速率的能力。氟化物涉及多种可能与当前使用有关的性能，包括低表面能、易除去碎屑、低摩擦系数和润滑性。与粘固的磨料制品的一个组成部分相结合的氟化物剂较好是包括至少25ppm氟化物剂至最多达研磨复合体的10％。与粘固的磨料制品的一个组成部分相结合的氟化物剂最好是包括至少25ppm氟化物剂至最多达研磨复合体的5％。
非常小的细节(通常小于1微米宽)参与半导体晶片表面上的装配式结构，因此晶片表面修整工艺中所用的制品必须对晶片表面柔和。用于CMP方法的本发明粘固的磨料制品能够迅速精确地修整半导体晶片表面，而不会破坏特有的金属连接结构和晶片表面上的其它功能性细节。据发现，使用本发明粘固的磨料制品进行表面修整工艺的磨削速率通常高于使用不含氟化物剂的类似的粘固的磨料制品进行表面修整工艺的磨削速率。如上所述，具有高的材料磨削速率的晶片表面修整工艺是有利的，因为它们能够提高集成电路的制造速率。
使用不含氟化物剂的粘固的磨料制品进行的CMP方法会产生高的噪音。出乎意料的是，将包含至少一种氟化物剂的粘固的磨料制品用于CMP方法时，由该方法产生的声音或噪音被降至最小。两种方法所听到噪音的区别是显著的，机器的操作者能够容易地察觉不同音调的音量的差别，而无需使用用来检测声音细小差别的电子测量器件或类似器件。
本发明的粘固的磨料制品较好的是圆形，如磨盘形状。圆形磨盘的外边缘较好是光滑的，或者可以是扇形边的。粘固的磨料制品也可以是椭圆形，或者是任何多角形状，如三角形、正方形、矩形等。或者，在另一个实施方案中粘固的磨料制品可以是带状。粘固的磨料制品可以制成卷状，在磨料领域中通常被称为磨料带卷。一般来说，在晶片修整过程中磨料带卷被记下编号(index)。可以对粘固的磨料制品打孔，提供穿过磨料涂层和/或背衬的开口，以供流体介质在使用前、使用时和使用后通过。关于粘固的磨料制品及其制备方法的一般特征的其它细节可参见美国申请序号08/694,014(Bruxvoort)。
一般来说，含有氟化物剂的粘固的磨料制品较好的是耐用的，它应该能够完成至少2次、较好为至少5次、更好为至少20次、最好为至少200次的晶片表面修整。除了耐用性以外，粘固的磨料制品的磨削速率通常高于不含氟化物剂的粘固的磨料制品。看来磨削速率的提高并未影响CMP方法的精确性，因为该粘固的磨料制品能够得到具有可接受的平面度、表面光洁度和最小的凹凸的半导体晶片。用来制备粘固的磨料制品的材料、所需纹理和方法会影响CMP方法。
粘固的磨料制品的具体组成部分还说明于美国专利5,152,917(Pieper等)、WO-97/11484和美国申请序号08/694,014(Bruxvoort)。
磨粒
粘固的磨料制品的研磨复合体包含许多磨粒分散在粘合剂中。磨粒可以不均匀地分散在粘合剂中，但通常较好的是将磨粒均匀地分散于粘合剂。磨粒可以与至少一种氟化物剂相结合。可以将磨粒混入含有一种或多种氟化物剂的液体中，或者用一种或多种氟化物剂喷涂磨粒来将氟化物剂施用到磨粒表面上。与磨粒结合的氟化物剂可以是反应性或非反应性的。
对于用来修整或精制晶片表面的粘固的磨料制品的结构而言，优选的是细磨粒。磨粒的平均粒度可以约为0.001-50微米，一般为0.01-10微米。在一些情况下，平均粒度约为5.0微米或甚至约为0.3微米。在一些情况下，平均粒度约为0.5微米或甚至约为0.3微米。磨粒的粒度一般规定为磨粒的最大尺寸。在绝大多数情况下，存在一个粒度范围或分布。在一些情况下，较好严格控制粒度分布，以使所得的粘固的磨料制品在晶片上产生均一的表面光洁度。磨粒还可以以磨粒附聚体的形式存在。在每个附聚体中的磨粒可以用附聚粘合剂结合在一起。或者，磨粒可以通过磨粒间的吸引力结合在一起。
合适的磨粒的实例包括熔凝氧化铝、热处理氧化铝、白色熔凝氧化铝、多孔氧化铝、转变氧化铝、氧化锆、氧化锡、氧化铈、熔凝氧化铝氧化锆或氧化铝基溶胶凝胶产生的磨粒。氧化铝磨粒可含有金属氧化物改性剂。选择的具体的磨粒或磨粒混合物要取决于待修整的晶片表面的类型。待加工的晶片表面可以包括中间层介电材料、金属或有机聚合物材料(如聚酰亚胺)。通常用CMP方法修整的中间层介电材料的例子包括二氧化硅和用掺杂有硼和/或磷的二氧化硅。另一种类型的中间层介电材料是在淀积过程中引入了氟化物的二氧化硅。通常用CMP方法修整的金属的例子包括金、银、钨、铝、铜，以及它们的混合物和合金。
常用于此类制品的氧化铈磨粒可以基本上不含改性剂或掺杂剂(如其它金属氧化物)，也可以含有改性剂和/或掺杂剂(如其它金属氧化物)。在一些情况下，这些金属氧化物可以与氧化铈反应。将氧化铈与两种或多种金属氧化物改性剂的组合一起使用也是可行的。这金属氧化物可以与氧化铈反应形成反应产物。
粘固的磨料制品还可以含有两种或多种不同类型磨粒混合物。磨粒可具有不同的硬度。在两种或多种不同磨粒的混合物中，各磨粒可具有相同的平均粒度，也可以具有不同的平均粒度。
在一些情况下，较好的是用表面改性添加剂对磨粒表面进行改性或处理。这些添加剂可以提高磨粒在粘合剂前体中的分散性和/或提高对粘合剂前体和/或粘合剂的粘合力。对磨粒的处理还可以改变和提高经处理磨粒的切削特性。进一步的处理还可以显著地降低未经固化的研磨复合体的粘度。该较低的粘度还允许较高百分率的磨粒混入未经固化的研磨复合体中。表面处理的另一个潜在的优点是使磨粒非故意的附聚降至最低。合适的表面改性剂的例子包括硅烷、膦酸酯、钛酸酯和锆铝酸盐。市售的硅烷表面改性剂的例子包括OSiSpecialties，Inc.，Danbury，CT的″A174″和″A1230″。用于氧化铈磨粒的表面改性剂的一个实例是三异硬脂酰基钛酸异丙酯。市售的表面改性剂的其它实例是购自Byk Chemie，Wallingford，CT的Disperbyk 111和购自ICI America Inc.，Wilmington，DE的FP4。
填料颗粒
填料是粘固的磨料制品的一种组分，用于改进研磨复合体的磨耗性(erodibility)。在一些情况下，使用合适和正确量的填料会降低研磨复合体的磨耗性。相反地，在一些情况下，使用合适和正确量的填料会提高研磨复合体的磨耗性。填料的选择还应该降低研磨复合体的成本、改变浆液的流变性能和/或改变研磨复合体的磨蚀特性。选择填料通常是使得不会对所需的修整标准产生不利影响。可用于本发明的填料的例子包括三水氧化铝、硅酸镁、热塑性颗粒和热固性颗粒。其它混杂填料包括无机盐、硫、有机硫化合物、石墨、氮化硼和金属硫化物。这些填料的例子是一些有用填料的代表性示例，并不意味着包括所有有用的填料。在一些情况下，较好是使用两种或多种不同粒度填料的混合物。可以对填料进行如上所述对磨粒进行的表面处理。填料不应导致外露晶片表面过度划擦。
合适的填料颗粒可以与至少一种氟化物剂结合。可以通过将填料混入至少一种氟化物剂的溶液或者将至少一种氟化物剂喷涂在填料表面上来将氟化物剂施涂在填料表面上。与填料结合的氟化物剂可以是反应性或非反应性的。填料也可以用诸如氟化物热塑性颗粒(如聚四氟乙烯)的氟化物材料制成。
粘合剂
粘合剂的具体化学性质对于粘固的磨料制品的性能至关重要。例如，如果粘合剂“太硬”，所得的粘固的磨料制品会在外露表面中产生不可接受的深划痕。相反，如果粘合剂“太软”，所得的粘固的磨料制品就不能在修整过程中提供足够的磨削速率，或者制品的耐久性差。因此，要选择粘合剂以提供粘固的磨料制品的所需性能。
本发明的粘固的磨料制品的粘合剂较好是由有机粘合剂前体制成。粘合剂前体较好是能够充分地流动而能够覆盖表面。粘合剂前体的固结可以通过固化(如聚合和/或交联)、干燥(如除去液体)和/或简单地通过冷却来实现。粘合剂前体可以是有机溶剂型的，水性的，或者是100％的固体(即基本上不含溶剂)的组合物。热塑性和热固性的聚合物或材料，以及它们的组合都可用作粘合剂前体。
在固结之前一种或多种氟化物剂可以与有机粘合剂前体混合。反应性的氟化物剂实际上可以是粘合剂聚合反应的一种组分，因此当粘合剂固结时该氟化物剂混入到粘合剂的聚合物结构中。反应性氟化物剂的例子包括但不限于氟化物丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。或者，在粘合剂固结之后，可以向其施用至少一种氟化物剂。
在许多例子中，研磨复合体是由磨粒和粘合剂前体的混合物浆料形成的。研磨复合体可包含以重量计的约1-95份磨粒和5-99份粘合剂。研磨复合体较好的是包含约30-85份磨料和约15-70份粘合剂。同样，研磨复合体可包含以研磨复合体的体积计的0.2-0.8份磨粒和0.2-0.8份粘合剂前体。这一体积比是仅以磨粒和粘合剂前体计的，不包括背衬或任选填料或添加剂的体积贡献。
粘合剂前体较好的是可固化的有机材料，即受到热和/或其它能源(如电子束、紫外光、可见光等)的作用或者加入化学催化剂、湿气或其它能导致聚合物固化或聚合的试剂时能聚合和/或交联的聚合物或材料。粘合剂前体的例子包括环氧聚合物、氨基聚合物或氨基塑料聚合物(如烷基化的脲-甲醛聚合物、蜜胺-甲醛聚合物和烷基化的苯胍胺-甲醛聚合物)、丙烯酸类聚合物(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、烷基丙烯酸酯、丙烯酸化环氧化物、丙烯酸化聚氨酯、丙烯酸化聚酯、丙烯酸化聚醚、乙烯基醚、丙烯酸化油和丙烯酸化硅氧烷)、醇酸聚合物(如聚氨酯醇酸聚合物)、聚酯聚合物、反应性聚氨酯聚合物、酚醛聚合物(如甲阶酚醛树脂聚合物和酚醛清漆树脂聚合物)、酚醛/胶乳聚合物、环氧聚合物(如双酚环氧聚合物)、异氰酸酯、异氰脲酸酯、聚硅氧烷聚合物(包括烷基烷氧基硅烷聚合物)或反应性乙烯基聚合物。所得粘合剂的形式可以是单体、低聚物、聚合物或它们的组合。
氨基塑料粘合剂前体的每个分子或低聚物至少有一个α，β-不饱和羰基侧基。这些聚合物材料进一步描述于美国专利4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk等)中。
较佳的粘合剂由可自由基固化的粘合剂前体产生。这些粘合剂在热能或辐射能作用下能迅速聚合。可自由基固化的粘合剂前体的一类较佳子集包括烯键式不饱和粘合剂前体。这些烯键式不饱和粘合剂前体的例子包括具有α，β-不饱和羰基侧基的氨基塑料单体或低聚物、烯键式不饱和单体或低聚物、丙烯酸化异氰脲酸酯单体、丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物、丙烯酸化环氧化物单体或低聚物、烯键式不饱和单体或稀释剂、丙烯酸酯分散体，以及它们的混合物。术语丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
烯键式不饱和粘合剂前体包括含有碳原子、氢原子和氧原子以及任选的氮原子和卤素原子的单体化合物和聚合物化合物。氧原子或氮原子或两者一般存在于醚基、酯基、氨基甲酸酯基、酰氨基和脲基中。烯键式不饱和单体可以是单官能的、双官能的、三官能的、四官能的或更高官能的，包括丙烯酸酯基的单体和甲基丙烯酸酯基的单体。合适的烯键式不饱和化合物较好是由含脂族单羟基或脂族多羟基的化合物与不饱和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸或马来酸)反应制成的酯。烯键式不饱和单体的代表性实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸己内酯、甲基丙烯酸己内酯、甲基丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异癸酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、聚丙二醇单丙烯酸酯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、三丙烯酸季戊四醇酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯和四甲基丙烯酸季戊四醇酯。其它烯键式不饱和物质包括羧酸的单烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基的酯和酰胺，如邻苯二甲酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯或N，N-二烯丙基己二酰二胺。其它含氮的烯键式不饱和单体包括异氰脲酸三(2-丙烯酰氧基乙)酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
一种较佳的粘合剂前体含有两种或多种丙烯酸酯单体的混合物。例如，粘合剂前体可以是三官能的丙烯酸酯单体和单官能的丙烯酸酯单体的混合物。粘合剂前体的一个实例是丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯的混合物。多官能丙烯酸酯和单官能丙烯酸酯聚合物的重量比可以是约1-90份多官能丙烯酸酯对约10-99份单官能丙烯酸酯。
还可以由丙烯酸酯和环氧聚合物的混合物配制粘合剂前体，如美国专利4,751,138(Tumey等)中所述。
其它粘合剂前体包括具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰脲酸酯衍生物和具有至少一个丙烯酸酯侧基的异氰酸酯衍生物，它们进一步描述于美国专利4,652,274(Boettcher等)中。优选的异氰脲酸酯物质是异氰脲酸三羟乙酯的三丙烯酸酯。
还有一些其它的粘合剂前体包括羟基封端的异氰酸酯扩链的(extended)聚酯或聚醚的聚氨酯二丙烯酸酯和聚氨酯多丙烯酸酯或多甲基丙烯酸酯。市售丙烯酸化聚氨酯的实例包括以商品名称“UVITHANE 782”购自MortonChemical的聚氨酯；以商品名称“CMD 6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”购自UCB Radcure Specialties，Smyrna，GA的聚氨酯；购自Henkel Corp.，Hoboken，NJ的“PHOTOMER”树脂(如PHOTOMER 6010)；购自UCB RadcureSpecialties的“EBECRYL 220”(六官能芳族聚氨酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 284”(用1，6-己二醇二丙烯酸酯稀释的分子量为1200的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 4827”(芳族聚氨酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 4830”(用四甘醇二丙烯酸酯稀释的脂族聚氨酯二丙烯酸酯)、“EBECRYL 6602”(用三羟甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯稀释的三官能芳族聚氨酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 840”(脂族聚氨酯二丙烯酸酯)和“EBECRYL 8402”(脂族聚氨酯二丙烯酸酯)；以及购自SartomerCo.，Exton，PA的“SARTOMER”树脂(如″SARTOMER″9635、9645、9655、963-B80、966-A80、CN980M50等)。
还有一些粘合剂前体包括环氧化物的二丙烯酸酯和环氧化物的多丙烯酸酯或多甲基丙烯酸酯，如双酚A环氧聚合物的二丙烯酸酯。市售的丙烯酸化环氧化物的实例包括以商品名称“CMD 3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”购自UCB Radcure Specialties的物质。
其它的粘合剂前体还可以是丙烯酸化聚酯聚合物。丙烯酸化聚酯是丙烯酸与二元酸/脂族二醇基聚酯的反应产物。市售的丙烯酸化聚酯的实例包括以商品名称“PHOTOMER 5007”(六官能丙烯酸酯)和.“PHOTOMER 5018”(四官能四丙烯酸酯)购自Henkel Corp.的物质；以及以商品名称“EBECRYL 80”(四官能改性聚酯丙烯酸酯)、“EBECRYL 450”(脂肪酸改性的聚酯六丙烯酸酯)和“EBECRYL 830”(六官能聚酯丙烯酸酯)购自UCB Radcure Specialties的物质。
另一种较佳的粘合剂前体是烯键式不饱和低聚物和单体的混合物。例如，粘合剂前体可以包含丙烯酸酯官能的聚氨酯低聚物和一种或多种单官能丙烯酸酯单体的混合物。该丙烯酸酯单体可以是五官能丙烯酸酯、四官能丙烯酸酯、三官能丙烯酸酯、双官能丙烯酸酯、单官能丙烯酸酯聚合物，或者它们的组合。
粘合剂前体还可以是如美国专利5,378,252(Follensbee)中所述的丙烯酸酯分散体。
除了热固性粘合剂以外，还可以使用热塑性粘合剂。合适的热塑性粘合剂的实例包括：聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚醚酰亚胺、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、缩醛聚合物、聚氯乙烯以及它们的组合。
可使用可任选地与热固性树脂混合的水溶性粘合剂前体。水溶性粘合剂前体的实例包括：聚乙烯醇、皮胶或水溶性纤维素醚(如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素)。这些粘合剂报道于美国专利4,255,164(Butkze等)中。
在含有烯键式不饱和单体和低聚物的粘合剂前体的情况下，可以使用聚合引发剂。它的例子包括有机过氧化物、偶氮化合物、醌、亚硝基化合物、酰卤化物、腙、巯基化合物、吡喃鎓化合物、咪唑、氯三嗪、苯偶姻、苯偶姻烷基醚、二酮、苯某酮或它们的混合物。合适的市售紫外光活化的光引发剂的实例的商品名称例如是购自Ciba Geigy Company的“IRGACURE 651”和“IRGACURE 184”以及购自Merck的“DAROCUR 1173”。另一种可见光活化的光引发剂的商品名称为“IRGACURE 369”，购自Ciba GeigyCompany。合适的可见光活化的引发剂的例子报道于美国专利4,735,632中。
合适的引发剂体系可以包含光敏剂。代表性的光敏剂可以具有羰基或叔氨基，或是光敏剂的混合物。具有羰基的较佳光敏剂是二苯甲酮、苯乙酮、苯偶酰、苯甲醛、邻氯苯甲醛、呫吨酮、噻吨酮、9，10-蒽醌，或者其它芳族酮。具有叔胺的较佳光敏剂是甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、三乙醇胺、苯基甲基乙醇胺或苯甲酸二甲氨基乙酯。市售的光敏剂包括以″QUANTICUREITX″、″QUANTICURE QTX″、″QUANTICURE PTX″和″QUANTICURE EPD″购自Biddle Sawyer Corp.的光敏剂。
一般来说，光敏剂和光引发剂体系的用量约为0.01-10％(重量)，更好为0.25-4.0％(重量)，以粘合剂前体的组分计。
另外，较好在加入诸如磨粒和/或填料颗粒之类的粒状材料之前将引发剂分散(较好均匀分散)在粘合剂前体中。
一般来说，较好将粘合剂前体置于辐射能，较好在紫外光或可见光之下，以固化或聚合粘合剂前体。在一些情况下，一些磨粒和/或一些添加剂会吸收紫外光和可见光，会妨碍粘合剂前体的恰当固化。例如在氧化铈磨粒的情况下就会发生这种现象。使用含磷酸酯的光引发剂，特别是含酰基氧化膦的光引发剂，可以使这个问题降至最小。这种酰基氧化磷酸酯的一个例子是2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦，它可以商品名称“LR8893”购自BASFCorporation。其它市售酰基氧化膦的实例包括购自Merck的“Darocur 4263”和“Darocur 4265”。
当粘合剂是环氧化物基或乙烯基醚基时，可使用阳离子引发剂引发聚合。阳离子引发剂的例子包括鎓阳离子盐(如芳基锍盐)和有机金属盐(如离子芳烃体系)。其它例子揭示于美国专利4,751,138(Tumey等)、5,256,170(Harmer等)、4,985,340(Palazotto)和4,950,696。
也可使用双重固化(dual-cure)和混合固化(hybrid-cure)光引发剂体系。在双重固化光引发剂体系中，通过相同或不同的反应机理在两个独立的阶段中进行固化或聚合。在混合固化光引发剂体系中，在紫外光/可见光或电子束辐射照射下两种固化机理同时进行。
研磨复合体
研磨复合体包含粘固并分散在粘合剂中的许多磨粒，但可以包含其它添加剂，如磨粒表面改性剂、钝化剂、偶合剂、填料、发泡剂、纤维、抗静电剂、活性稀释剂、引发剂、悬浮剂、润滑剂、湿润剂、表面活性剂、颜料、染料、UV稳定剂、络合剂、链转移剂、促进剂、催化剂或活化剂。选择这些添加剂的用量，以提供所需性能。
研磨复合体可任选地包含增塑剂。一般而言，加入增塑剂会增加研磨复合体的磨耗性，并软化整个粘合剂组合物。在一些情况下，增塑剂可用作粘合剂前体的稀释剂。增塑剂较好与粘合剂相容，以使相分离最小。合适的增塑剂的例子包括聚乙二醇、聚氯乙烯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸烷基苄基酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、纤维素酯、硅油、己二酸酯、癸二酸酯、多元醇、多元醇衍生物、磷酸叔丁基苯基二苯基酯、磷酸三甲苯酯、蓖麻油、以及它们的混合物。一种优选增塑剂是邻苯二甲酸酯衍生物。
此外，可以向研磨复合体中加入水和/或有机溶剂。选择水和/或有机溶剂的用量，以获得所需的粘合剂前体和磨粒的涂料粘度。一般来说，水和/或有机溶剂应与粘合剂前体相容。前体聚合后，可将水和/或溶剂除去，或保留在研磨复合体中。合适的水溶性和/或水敏感性添加剂包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯或纤维素基的颗粒。
烯键式不饱和稀释剂或单体的例子可见美国专利No.5,236,472(Kirk等)。在一些例子中，这些烯键式不饱和稀释剂由于往往与水相容而可用。其它反应性稀释剂揭示于美国专利No.5,178,646(Barber等)。
研磨复合体结构
存在许多不同形式的三维、有纹理、粘固的磨料制品。代表性形式的例子如图1和2所示。
较佳的粘固的磨料制品含有研磨复合体结构，它可以是如图1所示有精确的形状，或者可以如图2所示具有不规则的形状。研磨复合体结构可以简称为研磨复合体。最好的是具有精确成形研磨复合体结构的粘固的磨料制品。图2中粘固的磨料制品50具有形状不规则的锥形研磨复合体结构。这一不完善的形状可以由粘合剂前体固化或固结之前浆液流动并改变最初形成的形状而形成。不规则形状用不直、不明晰、不可重现、不精确的或不完善的平面或形状边界来描述。
粘合剂和磨粒可得到多种有形状的研磨复合体。研磨复合体的形状可以有许多几何构型。与背衬接触的该复合体形状的底面的表面积一般大于复合体远端的表面积。复合体的形状可选自许多立体几何形状，如立方体、圆柱体、棱柱体、长方体、棱锥体、截顶棱锥体、圆锥体、半球体、截顶圆锥体、十字形或者有远端的柱形截面的立体形状。复合体棱锥体可以具有四面、五面或六面。研磨复合体底面的截面形状可以不同于远端的截面形状。这些截面形状之间的转变可以是平滑连续的或者可以出现在不连续阶段。研磨复合体还可以具有不同形状的混合。研磨复合体可排成行、螺旋形、螺旋线或网格形，也可以无则排列。
形成研磨复合体的侧面可垂直于背衬，可倾斜于背衬，或者可以是宽度向远端递减而逐渐减小。斜的角度可以约为1-75度，较好约为2-50度，更好约为3-35度，最好约为5-15度。较小的角度是优选的，因为它可以沿研磨复合体的高度方向产生更均匀的横截面。还可使用远端截面积大于底面截面积的研磨复合体，尽管可能更难制造。
每个研磨复合体的高度较好是相同的，但是可以在单个粘固的磨料制品中具有不同高度的复合体。复合体的高度通常可以是低于约2000微米，更好是约25-200微米。
研磨复合体的底面可以彼此毗连，或者邻近的研磨复合体的底面可相隔一确定的距离。在一些实施方案中，相邻研磨复合体间的实际接触不超过每个接触复合体的垂直高度的33％。毗连复合体间的实际接触量更好为每个接触复合体垂直高度的1-25％。毗连的定义也包括相邻复合体共有一块共同的研磨复合体接合区(abrasive composite land)或桥状结构的构造，这种结构与复合体相对的侧面接触并在它们之间延伸。这种接合结构(land structure)的高度较好不超过每个相邻复合体垂直高度的33％。这种研磨复合体接合区用与制造研磨复合体相同的浆料制成。“相邻”的研磨复合体是指在研磨复合体中心间所画的虚直线上没有插入的研磨复合体。较好的是让研磨复合体至少部分相互分离，以在复合体的突起部分间产生凹进区域。
研磨复合体的直线间距可以约为1研磨复合体/直线厘米(linear cm)至约100研磨复合体/直线厘米。可以改变直线间距，使一个地方的复合体密度大于另一个地方的密度。例如，粘固的磨料制品的中心处的密度可以最大。复合体的区域密度约为1-10,000复合体/厘米2。
也可以有暴露的背衬区域，即磨料涂层没有覆盖整个背衬表面的区域。这种构造进一步描述在美国专利5,014,468(Ravipati等)中。
研磨复合体较好按预定的图形排列在背衬上，或者以预定的位置排列在背衬上。例如，在通过将浆料加入背衬和具有空腔的生产模具之间而制得的粘固的磨料制品中，预定的复合体图形将相应于生产模具上的空腔图形。这样，这种图形能一个制品接一个制品地复制下去的。
在预定图形的一个实施方案中，研磨复合体排成阵列，这是指复合体按规则排列，如对齐的行和列，或交替地错开的行和列。如有必要，一行研磨复合体可在第二行研磨复合体的前面直接对齐。较好是一行研磨复合体与第二行研磨复合体错开。
在另一个实施方案中，研磨复合体可按“无规”的阵列或图形排列。这是指研磨复合体不按上述规则的行和列排列。例如，研磨复合体可按1995年3月23日的WO PCT 95/07797(Hoopman等)和1995年8月24日公布的WO PCT95/22436(Hoopman等)所述的方式排列。然而，应该认为，这种“无规”排列是一种预定的图形，因为粘固的磨料制品上复合体的位置是预定的，而且相应于用来制造该粘固的磨料制品的生产模具中的空腔位置。
背衬
粘固的磨料制品可以包含最好是厚度均匀的背衬。如果该背衬的厚度不够均匀，晶片的均匀性会有较大变化。许多背衬材料适合于这个目的，包括软背衬和较硬的背衬。常规软研磨背衬的实例包括聚合物膜、经底涂的聚合物膜、金属箔、布、纸、硫化纤维、非织造材料及其处理过的形式、以及它们的混合物。一种优选的背衬是聚合物膜。这种膜的例子包括聚酯膜、聚酯和共聚酯膜、微孔聚酯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜等。聚合物膜背衬的厚度一般约为20-1000微米，较好为50-500微米，更好为60-200微米。
聚合物膜背衬与研磨复合体间也应有良好的粘合性。在许多情况下，对聚合物膜背衬的表面进行底涂以改进粘合力。底涂可包括表面改变或施涂化学型底涂料。表面改变的实例包括电晕处理、UV处理、电子束处理、火焰处理和磨毛以提高表面积。化学型底涂料的实例包括美国专利3,188,265中揭示的乙烯丙烯酸共聚物、美国专利4,906,523中揭示的胶体分散体、美国专利4,749,617中揭示的氮丙啶类材料以及美国专利4,563,388和4,933,234中揭示的辐射接枝的底涂料。
较硬背衬的实例包括金属板、陶瓷板等。另一个合适背衬的实例描述在美国专利5,417,726(Stout等)中。背衬也可由层压在一起的两层或多层背衬以及PCT公报WO 93/12911(Benedict等)中揭示的混入聚合物材料中的增强纤维构成。
压花聚合物膜(如聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯或聚乙烯膜)或压花纤维素背衬(如纸或其它非织造纤维素材料)也是合适的背衬。压花材料也可被层压到非压花材料上形成背衬。压花的图形可以是任何的纹理。例如，该图形可以是六边形阵列、脊形、网格形、球形、棱锥形、截顶棱锥形、圆锥形、立方形、块形、棒形等。
压敏粘合剂可层压在粒状磨料的背衬的非研磨一面上。压敏粘合剂可直接施涂在背衬表面上。或者，压敏粘合剂可以是层压在背衬表面上的转移带。在本发明的另一个方面，可以将泡沫基材层压在该背衬上。
研磨结构体
本发明粘固的磨料制品可以是粘固的研磨结构体的一个组件。研磨结构体的一个例子示于图3，其中副垫(subpad)10包含至少一个刚性组件12和至少一个弹性组件14，该副垫固定在粘固的磨料制品16上。刚性组件12位于弹性组件14和粘固的磨料制品16之间，制品的表面17与半导体晶片接触。因此，在本发明的研磨结构体中，刚性组件12和弹性组件14通常与粘固的磨料制品16一起连续并与其平行，因此这三种组分基本上可以共同扩展。虽然图2中未示出，弹性组件14的表面18通常固定在用于半导体晶片修整的机器的台板上，粘固的磨料制品的表面17与半导体晶片接触。
如图3所示，本实施方案的粘固的磨料制品16包含背衬22，背衬的一面上粘结有研磨涂层24，该涂层包含预定图形的许多精确成形的研磨复合体26，复合体具有磨粒28分散在粘合剂30中。研磨涂层24在背衬上可以是连续的或不连续的。然而，在某些实施方案中，粘固的磨料制品不需要背衬。而且，研磨结构体的刚性组件至少一部分可以由粘固的磨料制品的背衬提供。尽管图3示出了具有精确成形研磨复合体的有纹理、三维、粘固的磨料元件，本发明的研磨复合体不局限于精确成形的复合体。
弹性组件的主要目的是使研磨结构体与晶片表面的总的外形大致相符，同时保持对晶片的均匀压力。例如，半导体晶片的整体形状可能在厚度上有较大波动或变化，研磨结构体应该大致与这种结构匹配。最好是使研磨结构体与晶片的总的外形基本上相符，以便在修整晶片表面之后得到所需程度的均匀性。因为在表面修整过程中弹性组件经历压缩，所以弹性组件在厚度方向压缩时的回弹性是得到该目的的一个重要特征。弹性组件的这一回弹性(即压缩时的刚性和弹性回跳)与材料厚度方向上的模量有关，还受到材料厚度的影响。“模量”是指材料的弹性模量或杨氏模量；对于弹性材料，在材料的厚度方向用动态压缩试验测量模量值，而对于刚性材料，在材料平面上用静态张力试验测量模量值。
刚性组件的主要目的是限制研磨结构体与晶片表面的局部形态大致相符的能力。例如，半导体晶片通常具有高度相同或不同的相邻突起，在它们之间是凹部，研磨结构体不应与这一形态大致相符。最好是减弱研磨结构体与晶片局部形态的一致性，以获得所需程度的晶片平整度(如避免凹陷)。刚性组件的弯曲劲度(即抗弯曲变形能力)是实现这一目的的一个重要特征。刚性组件的弯曲劲度与材料的平面内模量直接有关，并受厚度的影响。例如，对于均匀的材料，弯曲劲度与杨氏模量和材料厚度三次方的乘积成正比。
适用于副垫的材料可以用例如ASTM建议的标准试验方法(张力测试标准试验方法)进行表征。对刚性材料进行的静态张力试验可用来测量材料平面内的杨氏模量(通常被称为弹性模量)。对于测量金属的杨氏模量，可使用ASTM E345-93(金属箔张力试验的标准试验方法)。对于测量有机聚合物(如塑料或增强塑料)的杨氏模量，可使用ASTM D638-84(塑料拉伸性能的标准试验方法)和ASTMD882-88(塑料薄片的标准拉伸性能)。对于包含多层材料的层压组件，可用模量最高的材料所用的试验方法测量整个组件的杨氏模量(即层压件模量)。刚性材料(或整个刚性组件本身)的杨氏模量值较好为至少约100MPa。于此，刚性组件的杨氏模量是用合适的ASTM试验方法在由材料两个主表面确定的平面内于室温(20-25℃)测得的。
弹性材料的动态压缩试验可用来测量材料厚度方向上的杨氏模量(通常被称为储能模量或弹性模量)。于此，可用ASTM D5024-94(用于测量压缩状态塑料的动态机械性能的标准试验方法)对弹性材料进行测量，不论该弹性组件是一层或含多层材料的层压组件。弹性材料(或整个弹性组件本身)的杨氏模量值低于约100MPa，更好的是低于约50MPa。于此，弹性组件的杨氏模量是于20℃、0.1Hz、34.5kPa的预负荷下用ASTM D5024-94在材料厚度方向上测得的。
粘固的研磨结构体的具体细节可见美国专利申请08/694,357。
制备粘固的磨料制品的方法
具有精确成形的研磨复合体的粘固磨料制品的优选制造方法描述于美国专利5,152,917(Pieper等)和5,435,816(Spurgeon等)中。关于合适方法的其它描述可见美国专利5,437,754；5,454,844(Hibbard等)；5,437,7543(Calhoun)和5,304,223(Pieper等)。制造较好在净化的室内环境(如100级、1,000级或10,000级净化室内)中进行，以减少粘固磨料制品中的污染。
合适的方法包括制备含有磨粒、粘合剂前体和任选添加剂的浆料；提供具有前表面的生产模具；将浆料加入具有许多空腔的生产模具的空腔中；将背衬放在生产模具被浆料覆盖的表面上；在制品与生产模具的空腔分离之前，至少将粘合剂前体部分固化或凝胶化，形成研磨复合体。
浆料是用合适的混合技术将粘合剂前体、磨粒和任选的添加剂混合在一起而制得的。混合技术的实例包括低剪切混合和高剪切混合，其中高剪切混合是优选的。超声能量也与混合步骤结合使用，以降低浆料的粘度(在粘固磨料制品的制造过程中，粘度是重要的)和/或影响所得磨料浆的流变性。或者可以在30-70℃加热浆料，进行微流化(microfluidized)或球磨以混合浆料。
一般将磨粒逐渐加入粘合剂前体中。该浆料较好是粘合剂前体、磨粒和任选添加剂的均匀混合物。如有必要，可加入水和/或溶剂以降低粘度。在混合步骤之中或之后抽真空可使气泡的形成最少。
涂布工位(coating station)可以是任何常规的涂覆装置，如锻模式涂布器、刮涂器、幕涂器、真空口模式涂布器或口模式涂布器。优选的涂布技术是美国专利3,594,865、4,959,265(Wood)和5,077,870(Millage)中所述的真空带液口模(vacuum fluid bearing die)。涂布过程中，较好是使气泡的形成最少，尽管在一些情况下，当将浆料涂覆到生产模具内时最好在浆料中引入空气。夹带入的空气可在研磨涂层中形成孔隙(如气孔)，这样可能会提高研磨复合体的磨耗性。另外，在混合或涂布过程中也可将气体泵入浆料中。
涂覆生产模具后，用任何方法使背衬与浆料接触，以使浆料润湿背衬的表面。用接触夹辊使浆料与背衬接触，该接触夹辊对所得结构加压使浆料和背衬在一起。夹辊可用任何材料制成；然而，夹辊较好用金属、金属合金、橡胶或陶瓷之类结构材料制成。夹辊的硬度可以约为30-120肖氏硬度(durometer)，较好约为60-100肖氏硬度，更好约为90肖氏硬度。
接着，用能源将能量传输入浆料，以使粘合剂前体至少部分固化。能源的选择部分取决于粘合剂前体的化学性质、生产模具的类型和其它加工条件。该能源不应使生产模具和背衬明显降解。粘合剂前体的部分固化是指将粘合剂前体聚合到生产模具反转时浆料不能流动的状态。如有必要，从生产模具上取下后，用常规能源使粘合剂前体完全固化。
在粘合剂前体至少部分固化后，将生产模具和粘固磨料制品分开。如果粘合剂前体没有完全固化，粘合剂前体可以接着经历一定时间(time)和/或能源照射而完全固化。最后，将生产模具重绕在心轴上以使其可再使用，并将粘固的磨料制品绕在心轴上。
在所述第一种方法的另一种变化形式中，浆料可被涂覆在背衬上，而不是涂覆在生产模具的空腔内。然后使涂覆了浆料的背衬与生产模具接触，从而使浆料流入生产模具的空腔内。制造粘固磨料制品的其余步骤与上述相同。
较好用辐射能固化粘合剂前体。辐射能可透过背衬或透过生产模具。背衬和生产模具不应明显地吸收辐射能。另外，辐射能源不应明显地降解背利和生产模具。例如，紫外光可透过聚酯背衬。或者，如果生产模具用某些热塑性材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚氯乙烯或它们的混合物)制成，紫外光或可见光可透过生产模具并进入浆料中。对于热塑性材料为原料的生产模具，用于制造粘固磨利制品的操作条件应设定得不会产生过多的热量。如果产生过多的热量，会使热塑性模具变形或熔化。
能源可以是热能源或辐射能源，如电子束、紫外光或可见光。所需的能量取决于粘合剂前体中反应基团的化学性质以及粘合剂浆料的厚度和密度。就热能而言，约50-250℃的炉温和约15分钟至约16小时的加热时间一般是足够的。可用的电子束辐射(也称为离子化辐射)能量值约为0.1-10兆拉德(Mrad)，较好约为1-10兆拉德。紫外辐射包含波长约为200-400纳米，较好约为250-400纳米的辐射。可见光辐射包含波长约为400-800纳米，较好约为400-550纳米的辐射。
所得到的固结浆料或研磨复合体具有生产模具的相反图形。研磨复合体通过至少部分固化或固结在生产模具上而具有精确而预定的图形。
生产模具具有一个前表面，它含有许多空腔或凹陷。这些空腔基本上是研磨复合体的相反形状，它们可用于产生研磨复合体的形状和布置。
这些空腔可具有与研磨复合体形状相反的几何形状。选择这些空腔的尺寸，以获得所需的研磨复合体数值/平方厘米。这些空腔可以呈点状图案，其中相邻的空腔彼此毗连，在邻接的部位处空腔凹陷汇成形成于各空腔间隙处的生产模具的共同主平面。
生产模具可以是带、片材、连续片材或卷材、涂布辊(如轮转凹辊)、安装在涂布辊上的套筒、或者模头。生产模具可以由金属(如镍)、金属合金或塑料制成。生产模具可以用任何常规的技术制造，包括光刻法、滚花法、雕刻法、切压法、电铸法、金刚石车削法等。例如，可用金刚石车削铜工具，然后在铜工具的外面电镀镍金属工具。生产模具的制备可见美国专利5,152,917(Pieper等)；5,489,235(Gagliardi等)；5,454,844(Hibbard等)；5,435,816(Spurgeon等)；PCT WO95/07797(Hoopman等)和PCT WO 95/22436(Hoopman等)。
可从金属母模复制下热塑性模具。母模具有生产模具所需的相反图形。母模较好用金属制成，如镀镍的铝、铜或青铜。任选地可将热塑性片材与母模一起加热，以使得通过将两者压在一起能使热塑性材料压花上母模图案。热塑性材料也可被挤出或浇铸在母模上，然后进行压制。将热塑性材料冷却到不能流动的状态，然后与母模分离，制成生产模具。
合适的热塑性生产模具可见美国专利5,435,816(Spurgeon等)。可用于形成生产模具的热塑性材料的实例包括：聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、以及它们的混合物。热塑性生产模具较好含有添加剂，如抗氧化剂和/或紫外光稳定剂。这些添加剂可延长生产模具的使用寿命。生产模具还可含有剥离涂层，以便粘固的磨料制品较容易地从生产模具上剥离。这些剥离涂层的实例包括聚硅氧烷和含氟化合物。
有许多制造含不规则形状研磨复合体的研磨复合体的方法。虽然是不规则形状，但这些研磨复合体仍按预定的图形制成，因为研磨复合体的位置是预定的。在一种方法中，将浆料涂覆到生产模具的空腔内以产生研磨复合体。生产模具可以是与上述制备精确成形的研磨复合体时相同的生产模具。然而，在粘合剂前体固化或固结到足以在从生产模具取下时基本上保持其形状之前，从生产模具中取出浆料。然后，将粘合剂前体固化或固结。因为粘合剂前体没有在生产模具的空腔中固化，所以会导致浆料流动和研磨复合体变形。
制备此类粘固磨料制品的方法可见美国专利4,773,920(Chasman等)和5,014,468(Ravipati等)。
在该方法的变化形式中，可将浆料涂覆在背衬上。然后使背衬与生产模具接触，以使生产模具的空腔中填满浆料。制造粘固磨料制品的其余步骤与上述相同。在制成粘固磨料制品后，在转制前可将其弯曲和/或湿润。
在另一种制造不规则形状复合体的方法中，可将浆料涂覆在轮转凹辊的表面上。背衬与轮转凹辊接触，浆料润湿背衬。然后轮转凹辊在浆料中产生图形或纹理。再从轮转凹辊上取下浆料/背衬的结合物，将所得结构置于使粘合剂前体固结的条件下，以形成研磨复合体。这种方法的一种变化形式是将浆料涂覆在背衬上，并使背衬与轮转凹辊接触。
轮转凹辊可产生所需的图形，如六边形阵列、脊形、网格形、球形、棱锥形、截顶棱锥形、圆锥形、立方形、块形或棒形。轮转凹辊可产生在相邻研磨复合体间存在接合区(land area)的图形。这种接合区可含有磨粒和粘合剂的混合物。或者，轮转凹辊可产生在相邻研磨复合体形状间露出背衬的图形。类似地，轮转凹辊可产生存在研磨复合体形状混合的图形。
另一种方法是通过筛网喷或涂浆料，来产生图形和研磨复合体。然后使粘合剂前体固化或固结，形成研磨复合体。这种筛网可产生所需的图形，如六边形阵列、脊形、网格形、球形、棱锥形、截顶棱锥形、圆锥形、立方形、块形或棒形。筛网也可产生在相邻研磨复合体间存在接合区的图形。这种接合区可含有磨粒和粘合剂的混合物。或者，筛网可产生在相邻研磨复合体间露出背衬的图形。类似地，筛网可产生存在研磨复合体形状混合的图形。这种方法可见于美国专利3,605,349(Anthon)。
另一种制造三维、有纹理、粘固的磨料制品的方法使用压花背衬。简而言之，将浆料涂覆在这种压花背衬上。浆料依照压花背衬的轮廓来提供有纹理的涂层。浆料可用任何合适的技术涂覆在压花背衬上，如辊涂、喷涂、口模式涂布或刮涂。浆料被涂覆在压花背衬上后，用合适的能源照射所得结构以引发固化或聚合过程，形成研磨复合体。涂覆在压花背衬上的研磨复合体的实例可见美国专利5,015,266(Yamamoto等)。
另一种用压花背衬制造粘固磨料制品的方法可见美国专利5,219,462(Bruxvoort)。浆料被涂在压花背衬的凹陷部分中。浆料含有磨粒、粘合剂前体和发泡剂。使所得的结构处于能使发泡剂引起浆料发泡超出背衬前表面的条件下。然后将粘合剂前体固结形成研磨复合体。
该压花背衬方法的一种变化形式是使用带有粘接在背衬前表面上的研磨涂层的穿孔背衬。该穿孔背衬具有一系列或预定排列的沿背衬宽度伸展的孔或空腔。浆料被涂覆(如刮涂)在该背衬上。这些空腔本来就会产生有纹理的研磨涂层。
制造粘固的磨料制品的另一种方法是使用热塑性粘合剂。该制品可用或不用背衬制成。一般用常规技术将热塑性粘合剂、磨粒和任何任选的添加剂配混在一起，得到混合物，将该混合物加入挤出机，然后使该混合物形成粒料或长线料(stands)。然后按照多种常规方案的任一种形成粘固的磨料制品。
例如，用具有与粘周磨料制品表面所需图形大致相反的图形的模具注塑或压塑混合物，可形成粘固的磨料制品。也可将混合物加热到形成熔融浆料的程度，然后将其加入模具，并加以冷却。也可将粘合剂加热到能流动的程度，然后加入磨粒和任何添加剂，形成熔融的浆料，然后用常规方法将该熔融浆料转化成研磨复合体。
装置
已有技术中说明的用于以研磨浆料为基础的平整半导体晶片的设备通常经过最小的改动就可与本发明粘固的磨料制品一起使用。在许多情况下，本发明方法中不含较不透明的浆料会简化这些设备和方法的使用。此外，相关的在线测量装置和方法还可容易地与本发明的这些粘固磨料制品一起使用。
图4示出了本发明方法可用的修整晶片的装置。该装置的许多变化型式和/或许多其它装置可与本发明一起使用。本领域中已知，这种装置和许多变型以及其它类型的装置与抛光垫和松散研磨浆料一起使用。合适的市售装置的一个实例是购自IPEC/WESTECH of Phoenix，AZ的CMP机。另一种CMP机可购自STRASBAUGH或SPEEDFAM。
装置30包括与马达(未画出)连接的机头单元31。卡盘32从机头单元31中伸出；这种卡盘的一个实例是万向卡盘(gimbal chuck)。卡盘32较好设计成能接受不同的力和转动(pivot)，使得粘固的磨料制品能在晶片上提供所需的表面光洁度和平整度。然而在平整过程中，卡盘可以允许或不允许晶片旋转。
卡盘31的末端是晶片固定器33。晶片固定器33将晶片34固定在机头单元31上，并防止晶片在加工过程中移位。晶片固定器被设计成能容纳晶片，它可以是例如圆形、椭圆形、矩形、正方形、八角形、六角形、五角形。
在一些情况下，晶片固定器包括两部分，即可任选的扣环和晶片支承垫。扣环是固定在半导体晶片周边上的大体为圆形的器件。晶片支承垫可用一种或多种组分(如聚氨酯泡沫)制成。
晶片固定器33在环形部分35处绕半导体晶片34延伸。环形部分(它是任选的)可以是单独的部件或与固定器33构成整体。在一些情况下，晶片固定器33不伸出半导体晶片34之外，使得晶片固定器33不与粘固的研磨制品42接触。在另一些情况下，晶片固定器33伸出晶片34之外，使得晶片固定器与研磨复合体接触。在这种情况下，晶片固定器可能影响研磨复合体的性能。例如，晶片固定器33可能“整修”粘固的磨料制品，并在加工过程中除去粘固的磨料制品表面的最外部分。
晶片固定器或扣环可用任何能使粘固的磨料制品对晶片提供所需程度的修整的材料制成。合适材料的实例包括聚合物材料。
晶片固定器33的旋转速度取决于具体的装置、加工条件、粘固的磨料制品以及所需的晶片修整标准。然而一般来说，晶片固定器33的旋转速度约为2-1,000转/分(rpm)，一般约为5-500转/分，较好约为10-300转/分，更好约为20-150转/分。如果晶片固定器旋转得太慢或太快，就不能得到所需的磨削速率。
晶片固定器33和/或基底42可按圆形方式、螺旋形方式线性运动(spiralfashion linear motion)、非均匀方式、8字椭圆形方式或无规运动方式旋转。晶片固定器和/或基底可摆动或振动。
与目前使用的100-500厘米直径的晶片一起使用的粘固磨料制品的直径一般约为10-200厘米，较好约为20-150厘米，更好约为25-100厘米。粘固磨料制品的转速可以约为5-10,000转/分，一般约10-1000转/分，优选约10-250转/分。晶片和粘固磨料制品较好按相同的方向旋转。然而，晶片和粘固磨料制品也可按相反的方向旋转。
晶片表面34和晶片固定器33之间的界面较好应该是较平和均匀的，以确保得到所需程度的平整度。储器37盛有工作液体39(下文将更详细说明)，工作液体通过管道38泵到晶片表面和固定在基底42上的粘固磨料制品41之间的界面上。较好的是在平整过程中有恒定的工作液体流加到粘固磨料制品和晶片表面间的界面上。液体流量部分取决于所需的平整标准(磨削速率、表面光洁度和平整度)、具体的晶片结构和外露金属的化学性质。液体流量通常约为10-500毫升/分钟，较好约为25-250毫升/分钟。
在本发明的修整过程中，粘固的磨料制品通常固定在副垫43上，该副垫用作粘固磨料制品的支承垫。副垫部分地提供刚性和适顺性，刚性使得粘固磨料制品能有效地磨削外露晶片表面，适顺性使得粘固磨料制品能均匀地与外露晶片表面一致。适顺性对于在整个外露晶片表面上获得所需的表面光洁度是重要的。因此，对具体副垫(即副垫的物理性能)的选择应该符合粘固磨料制品，以使得粘固磨料制品提供所需的晶片表面特性(磨削速率、表面光洁度和平整度)。
用于将粘固的磨料制品固定到副垫上的方式较好使粘固的磨料制品在平整过程中保持平整和刚性。优选的固定方式是压敏粘合剂(如薄膜或带形的)。适于本用途的压敏粘合剂包括胶乳绉片(latex crepe)、松香、丙烯酸类聚合物和共聚物(如聚丙烯酸丁酯和其它聚丙烯酸酯)、乙烯基醚聚合物(如聚乙烯基正丁醚)基的粘合剂、醇酸粘合剂、橡胶粘合剂(如天然橡胶、合成橡胶、氯化橡胶)，以及它们的混合物。压敏粘合剂较好用常规技术层压或涂覆在粘固磨料制品的背面。另一种压敏粘合剂涂料进一步描述在美国专利5,141,790中。
粘固的磨料制品也可用钩圈型固定方式固定在副垫上。圈织物可以放在粘固磨料制品的背面，钩状物可以放在副垫上。或者可以将钩状物放在粘固磨料制品的背面，而将圈织物放在副垫上。钩圈型固定方式可见美国专利4,609,581、5,254,194、5,505,747和PCT WO 95/19242中。
操作条件
影响晶片加工的变量包括选择晶片表面与粘固磨料制品间合适接触压力、液体介质的类型、晶片表面与粘固磨料制品间的相对速度和相对运动、以及液体介质的流量。这些变量是相互依赖的，而且根据需加工的各晶片表面进行选择。
一般来说，因为对于单个半导体晶片而言可有许多个加工步骤，所以半导体制造工业期望CMP方法能提供较高的材料磨削速率。材料的磨削速率应至少为100埃/分，较好至少为500埃/分，更好至少为1000埃/分，最好至少为1500埃/分。在一些情况下，需要磨削速率高达至少2000埃/分，甚至为3000-4000埃/分。粘固的磨料制品的磨削速率会随机器条件和待加工的晶片表面类型发生变化。
然而，虽然一般需要有高的磨削速率，但必须选择磨削速率使其不损害晶片表面所需的表面光洁度和/或表面形态。
晶片的表面光洁度可以用已知方法评定。一种较佳方法是测量晶片表面的Rt值，它提供了一种“粗糙度”的度量，能显示划痕或其它表面缺陷。例如，参见RST PLUS技术参考手册，Wyko Corp.，Tucson AZ的第二章。较好的是修整晶片表面以得到Rt值不大于约3000埃、更好是不大于约1000埃，再好是不大于约500埃。
Rt通常用干涉仪(如购自Wyko Corp.的Wyko RST PLUS干涉仪)或TENCOR表面光度仪进行测量。十分希望没有划痕和缺陷的表面。
粘固磨料制品与晶片表面间的界面压力(即接触压力)一般低于约30psi，较好约低于25psi，更好约低于15psi。已经发现本发明方法所用的粘固磨料制品在示例的界面压力下仍可提供良好的磨削速率。在平整过程中也可使用两种或多种加工条件。例如，第一加工阶段可以包括比第二加工阶段更高的界面压力。在平整过程中也可改变晶片和/或粘固磨料制品的旋转和平移速度。
晶片表面加工较好在工作液体的存在下进行，所述工作液体是根据晶片表面的组成选择的。在一些场合，工作液体通常包含水，水可以是自来水、蒸馏水或去离子水。工作液体还可含有用来改变或改进抛光性能的化学物质。这些化学物质可以包括酸、碱、氧化剂或还原剂。用于抛光二氧化硅晶片表面的较佳工作液体是pH值为11-11.5的碱水。待加工的晶片表面可以包括中间层介电材料，如多晶硅、热氧化物、掺杂和不掺杂的氧化物。通常用CMP修整的中间层介电材料的例子包括二氧化硅和掺杂有硼和/或磷的二氧化硅。另一类中间层介电材料是在淀积时引入氟的二氧化硅。通常用CMP修整的金属的例子包括钨、铝、铜，以及这些金属的混合物和合金。
工作液体有助于与粘固磨料制品结合通过化学机械加工过程进行加工。在抛光的化学部分中，工作液体与外露晶片表面反应。然后在加工的机械部分，粘固的磨料制品会除去该反应产物。
工作液体也可含有添加剂，如表面活性剂、湿润剂、缓冲剂、防锈剂、润滑剂、肥皂等。选择这些添加剂，以提供所需的优点，而不损害下面的半导体晶片表面。例如，可将润滑剂加入工作液体中，以减少平整过程中粘固磨料制品与半导体晶片表面间的磨擦。至少一种氟化物剂可分散在工作液体中，氟化物剂在表面修整过程中与磨料制品相结合。将氟化物剂加入工作液体中可在表面修整过程中对研磨复合体进行氟化物连续更新。
也可将无机颗粒加入到工作液体中。这些无机颗粒有助于磨削速率。这些无机颗粒的实例包括二氧化硅、氧化锆、碳酸钙、氧化铬、氧化铈、铈盐(如硝酸铈)、石榴石、硅酸盐和二氧化钛。这些无机颗粒的平均粒度应小于约1000埃，较好应小于约500埃，更好应小于约250埃。将氟化物剂加入工作液体中可在表面修整过程中在研磨复合体处进行氟化物连续更新。
虽然可将颗粒加入到工作液体中，但优选的工作液体基本上不含无机颗粒，如未与粘固磨料制品相结合的松散磨粒。优选的是，工作液体含有小于1％(重量)，较好小于0.1％(重量)的无机颗粒，更好是基本上不含无机颗粒。
工作液体的用量较好是足以促进从表面上除去金属、金属氧化物、无机金属氧化物或二氧化硅沉淀物。在许多情况下，在碱性工作液体和/或化学蚀刻剂中就有足量液体。然而在一些情况下，较好是在平整界面上除了第一种工作液体外还存在第二种液体。第二种液体可以与来自第一种液体的液体相同，或可以不同。
许多粘固的磨料制品从晶片表面上除去金属的能力可以按08/846,726(Kaisaki)中所述的方法进行测试。
实施例
以下非限制性的实施例将进一步说明本发明。除非另有说明，实施例中所有的份、百分数、比率等是以重量计的。在全文中使用表1中列出的以下缩写。
表1
    名  称     材    料
TMPTA 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，以商品名“Sartomer 351”购自Sartomer，Exton，PA.
HDDA 己二醇二丙烯酸酯，以商品名“Sartomer 238”购自Sartomer，Exton，PA.
SANTICIZER 278 邻苯二甲酸烷基·苄基酯增塑剂，购自Monsanto St.Louis，MO
LUCIRIN 8893X 2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦液态光引发剂，购自BASF，Charlotte，NC
CEO 氧化铈磨粒，其平均粒度约0.5微米，购自Rhone Poulenc
KR-TTS 三异硬脂酰基钛酸异丙酯偶合剂，购自Kenrich PetrochemicalsInc.，Bayonne，NJ
LUCIRIN LR8893 2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦液态光引发剂，购自BASF，Charlotte，NC
CAL 碳酸钙填料，其平均粒度约为4.6微米，以商品名“USP-EX-HEAVY”购自Specialty Minerals，New York，New York
CAL-M 碳酸钙填料，其平均粒度约为2.6微米，以商品名“USP-MEDIUM”购自Specialty Minerals，New York，New York
CAL-MM 碳酸钙填料，其平均粒度约为0.07微米，以商品名“MULTIFLEX-MM”购自Specialty Minerals，New York，NewYork
KRYTOX 1514 全氟聚醚，购自E.I.DuPont，Wilmington，DE
FLUORAD FX-13 氟化物单丙烯酸酯，购自美国3M公司
FP-4 ICI Americas，Inc.，Wilmington，DE
PPF 一种76微米厚(3ml厚)的聚酯膜，在前表面上含有乙烯丙烯酸共聚物底涂层
SCOTCH 476 MP Scotch 467MP高性能粘合剂，是3M，St.Paul，MN制造的压敏胶带
FC-DA 具有C8F17SO2N(C2H4OCOCH＝CH2)2结构的氟化物二丙烯酸酯
FLUORINERTFC72 3M，St.Paul，MN
SILANE 美国专利5,527,415所述的C8F17SO2N(Et)CH2CH2CH2Si(OMe)3化合物
SCOTCH#7963MP 购自3M，St.Paul，MN的压敏粘合剂
使用以下的通用方法，通用方法I和通用方法II制备实施例1-12的成形的粘固磨料制品。
用于制备粘固磨料制品的通用方法I
首先，通过在高剪切混合机内彻底混合实施例中列出的原料来制备包含粘合剂前体的研磨浆料。
使用一聚丙烯生产模具制造粘固的磨料制品，该模具含有一系列的具有特定大小的空腔，这些空腔按预定次序或阵列排列。生产模具基本上是研磨复合体所需形状、大小和排列的倒置。将生产模具从卷绕机上解卷。在室温下，用真空缝形模头涂布机将研磨浆料施涂在生产模具的空腔中。接着，使前表面上含有乙烯丙烯酸共聚物的PPF背衬与经研磨浆料涂覆的生产模具接触，以使研磨浆料润湿背衬的前表面。之后，让紫外线辐射穿透PPF背衬进入研磨浆料。依次使用两个不同的紫外线灯。第一个UV灯是Fusion System的紫外线灯，它使用“V”灯泡，在236.2瓦/厘米(600瓦/英寸)下工作。第二个是ATEK紫外线灯，它使用中压汞灯泡并在157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)下工作。一旦置于紫外线下，粘合剂前体便转变成粘合剂，而研磨浆料转变成研磨复合体。然后，从研磨复合体/背衬上取下生产模具，再次卷绕起来。随后，将研磨复合体/背衬(这构成了粘固的磨料制品)卷绕在芯子上。该过程是一连续过程，它可在约4.6-7.6米/分钟(15-25英尺/分钟)下运作。
为了制备用于测试的粘固磨料制品，将粘固磨料制品固定在压敏胶带上。然后冲切下圆形测试样品以供测试。
用于制备粘固磨料制品的通用方法II
通用方法II基本上与通用方法I相同，不同点在于：将润湿的PPF背衬、研磨浆料和生产模具固定在金属承板上，使该金属承板通过长工作台面的实验室层压机(购自Chem Instruments的#001998型)。制品被连续地供入两个橡胶辊(压强约为280Pa(40psi)，速度为2-7)之间。让模具和背衬及粘合剂前体一起在以约157.5瓦/厘米(400瓦/英寸)工作的2个掺铁灯泡(购自AmericanUltraviolet Company)下通过，以使粘固的磨料制品固化。辐射透过膜的背衬。速度约为10.2米/分钟(35英尺/分钟)，样品通过2次。
为了制备用于测试的粘固磨料制品，将粘固磨料制品层压在压敏胶带上。然后冲切下圆形测试样品以供测试。
图案#1
通过将聚丙烯材料浇铸在金属母模上(该母模的浇铸表面由许多相邻的截顶棱锥体构成)以制得生产模具。形成的生产模具含有形状为截顶棱锥形的空腔。每个截顶棱锥体的高度约为80微米，底面为每条底边约178微米，而顶部为每条边为约51微米。这些棱锥体形成正方阵列，中心到中心的间距为230微米。
以下说明随后的用来测量试样制品磨削速率的通用方法，方法I和II。
用于测量粘固磨料制品磨削速率的方法I
试验方法在原型化学机械抛光机上进行，它包含直径为20英寸的旋转压板，Rodel，Inc.of Newark Delaware制造的Q1400抛光垫用压敏粘合剂固定在压板上。将待测的粘固研磨垫用一层压敏粘合剂层压在Q1400抛光垫顶部。所用的晶片是直径为200毫米的片状薄膜热氧化物晶片；氧化硅层厚约1微米，通过热氧化作用生长。
将待抛光晶片放在旋转夹头(carrier head)内，它以可调节的压力将晶片压在粘固的研磨垫上。用由Delrin热塑性材料制得的3/8″宽的扣环将晶片保持在夹头内。扣环以可调节的压力压在粘固的研磨垫上。
如下进行抛光：在整个抛光过程中用以150毫升/分钟的流量提供的pH值为11.3的氢氧化钾水溶液冲洗研磨垫。以31转/分的压板旋转速率和33转/分的夹头旋转速率抛光晶片的一面。以6psi的压力将晶片压在粘固的研磨垫上，扣环以11psi的压力压在研磨垫上。在抛光过程中夹头沿压板径向缓慢地来回扫动，以使得在扫动的最里部分处围绕晶片的扣环内缘基本上达到研磨垫的中心，在扫动的最外部分处围绕晶片的扣环外缘基本上达到压板外缘。
通过用PROMETRIX SM200仪器(由Teneor of Mountainview，California制造)测量分布于晶片表面上49处的氧化层初始厚度和氧化层最终厚度之间的差值来确定每块晶片的平均磨削速率。所列出的值是10块晶片的平均磨削速率(除去的氧化物埃数/分钟)。
用于测量粘固磨料制品磨削速率的方法II
用于该试验方法的工件是直径为100毫米的片状薄膜热氧化物晶片。淀积的二氧化硅的厚度约为7,000-20,000埃，用市售的测量装置(如购自Rudolph，Inc.of Fairfield，NJ的#RR/FTM RESIST型测量装置)进行测量。在平行于晶片外露主表面的平面内的不同位置处测量二氧化硅的厚度5次。
试验机是与图4所示设备相似的改进型Strausbaugh Lapping Machine(研磨机)，型号为6Y-1。工件被装配在扣环(购自Rodel of Newark，DE)中。将一压敏粘合剂(SCOTCH 7963MP)层压于粘固磨料制品的背面。该压敏粘合剂能使粘固的磨料制品固定在位于磨料样品盘和第一支承垫之间直径为40.6厘米(16英寸)的聚酯膜圆盘上。第一支承垫是聚氨酯垫(以商品名“IC1000”购自Rodel of Newark，DE)。第二支承垫位于第一支承垫下面，以商品名“SUBA IV”购自Rodel of newark，DE。第二支承垫固定在研磨机压板上。每个支承垫的直径约为30.5厘米(12英寸)。
让夹住工件的夹头以约100转/分进行旋转，然后与磨盘接触。工件通过31毫米的弧形，从离磨盘边缘13毫米处开始移动，周期为9秒。磨盘以约67-70转/分进行旋转。从上面来看工件和磨盘各自以顺时针方向旋转。先让磨盘和工件旋转起来，然后以约16.2kg(36磅)的向下负荷或力相互接触。将氢氧化钾溶液(0.25％(重量)KOH的去离子水溶液，其pH约为11.5)泵送至磨盘和工件界面处。氢氧化钾溶液的流量为80毫升/分钟。在2分钟周期中，用磨盘处理工件。在处理结束之后，用去离子水冲洗工件并干燥。
接着，测试工件的磨削速率。使用相同的仪器、在与处理前测量的相同位置上测量氧化物膜的厚度，由此测定磨削速率。在处理之前和处理之后的工件厚度的差值，在下面的表格中被称为“磨削量”。对10个工件的磨削量进行平均，确定平均磨削速率(单位：埃/分钟)。
实施例1和2
这组实施例是采用图案#1通过用于制备粘固磨料制品的通用方法I中所述方法而制得的。实施例1和2的制品是用表2所列的组分制得的。
表2
材料
    组分     实施例1％(重量)     实施例2％(重量)
 TMPTA     2.17     1.99
 HDDA     6.50     5.96
 SANTICIZER 278     8.67     9.71
 FP4     0.53     0.49
 LUCIRIN 8 893x     0.55     0.56
 CEO     81.58     74.00
滑石(Stellar 410)     7.30
将氟化物剂施涂在实施例1和2的粘固磨料制品的表面上。该试剂是可交联的氟化物共聚物。它通过在容器中混合6.0克C8F17SO2N(Me)C2H4OCOCH＝CH2、6.0克CnF2n+1C2H4OCOCH＝CH2(n＝8和10，n平均值＝9.2)、12.0克3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.5克3-巯基丙基三甲氧基硅烷、0.10克偶氮(二异丁腈)和40克乙酸乙酯而制得。用流量为1升/分钟的氮气吹扫该混合物35秒，密封盛有该组合物的容器，于55℃加热并在水浴中旋转20个小时。制备两个这样的容器物。将每个容器中的约1.5克样品于105℃蒸发2小时，称量残渣，表明第一种聚合物组成中有31.2％的固体，第二种聚合物组成中有31.4％的固体。将这些固体汇集起来，使40.0克汇集的组合物与248克乙酸乙酯和2.5克10％C7F15CO2H(HOESCHT)在乙酸乙酯中的溶液混合。将得到的混合物用漆刷以约4.5毫克/25平均厘米的量施涂在粘固的磨料制品表面。使该氟化物聚合物涂层于室温和环境湿度下固化约5天。
采用用于测量粘固磨料制品磨削速率的方法I测量得到的粘固磨料制品的磨削速率。试验结果见表3。
表3
    制品   氟化物   磨削速率(埃/分钟)   噪音等级
    实施例1   没有氟化物剂     793     3
    实施例1   氟化物剂     2121     1
    实施例2   没有氟化物剂     1373     4
    实施例2   氟化物剂     2872     1
噪音等级是在表面修整过程中通过一位能容易地觉察各方法之间声音差别的单独机器操作者来确定的，而无需使用电子测量器件。噪音等级6反映声音能够对人耳造成损害，噪音等级1反映声音几乎不能被人耳所察觉。氟化物剂与粘固磨料制品的结合降低了当粘固磨料制品表面与半导体晶片表面接触的修整过程中产生的声音。此外，未经涂覆的粘固磨料制品的磨削速率低于被涂覆的粘固磨料制品的磨削速率。氟化物剂提高了实施例1和2的粘固磨料制品的磨削速率。
实施例3至5
这组实施例是采用图案#1通过用于制备粘固磨料制品的通用方法I中所述方法而制得的。实施例3的制品是用表4所列的组分制得的。
表4材料
    组分     实施例3％
TMPTA     3.09
HDDA     9.26
SANTICIZER 278     15.08
KR-TTS     1.81
LUCIRINLR8893     0.88
CEO     45.25
CAL     22.09
CAL-M     2.03
CAL-MM     0.51
实施例4的制品用与实施例3制品相同的组分制得，但是实施例4制品的表面用包含被称作″KRYTOX″1514的非反应性氟化物油的溶液进行涂覆。该溶液是将2％w/w″KRYTOX″1514混入″FLUORINERT″FC 72制得的，将约50克这种2％的溶液喷涂到实施例4磨料制品的表面上。使该制品风干过夜。
实施例5的制品用与实施例3制品相同的组分制得，但是实施例5制品的表面用氟化物硅烷(具有结构式C8F17SO2N(Et)CH2CH2CH2Si(OMe)3，如U.S.5,274,159所述)进行涂覆。制备氟化物硅烷在″FLUORINERT″FC 72中的2％w/w溶液。将约50克这种2％的溶液喷涂到实施例5制品的表面上。使该制品风干过夜。
按照用于测量粘固磨料制品磨削速率的方法I对得到的实施例3、4和5的粘固磨料制品的磨削速率进行试验。试验结果见表5。
表5
    制品     氟化物 磨削速率(埃/分钟)   噪音等级
  实施例3 对比例-无氟化物剂     801     3
  实施例4 用2％KRYTOX 1514涂覆     1937     1
  实施例5 用2％硅烷涂覆     2660     2
噪音等级值按照实施例1和2所说明的部分确定。使用含有氟化物剂的实施例4和5的粘固磨料制品进行表面修整过程产生的噪音小于使用实施例3的不含氟化物剂的粘固磨料制品进行表面修整过程的噪音。同样，与不含氟化物剂的粘固磨料制品相比，含有氟化物剂的粘固磨料制品提高了磨削速率。
实施例6至8
这组实施例是采用图案#1通过用于制备粘固磨料制品的通用方法II中所述方法而制得的。各实施例制品所用的材料量列于表6。
表6
材料
    组分   实施例6   实施例7   实施例8
 TMPTA     6.15     6.15     6.14
 HDDA     18.43     18.42     18.42
 SANTICIZER 278     30.03     30.01     30.02
 KR-TTS     3.59     3.60     3.68
 LUCERIN 8893     1.80     1.87     1.81
 CEO     90.0     90.0
经KRYTOX1514处理的CEO     99.07
 CAL     43.86     43.95     44.07
 CAL-M     4.07     4.11     4.10
 CAL-MM     1.06     1.03     1.07
 KRYTOX 1514     8.80
实施例6的制品不含氟化物剂。实施例7的制品含有″KRYTOX″1514分散在粘合剂中，实施例8的制品含有与″KRYTOX″1514相结合的磨粒。实施例8的制品是通过取90重量份的CEO颗粒，将它们放入在100份″FLUORINERT″FC 72中含9份″KRYTOX″1514的溶液中制得的。混合后，将该组合物置于真空中。然后将经干燥、涂覆的CEO颗粒与粘合剂混合，形成实施例8的粘固的磨料制品。根据用于测量粘固磨料制品磨削速率的方法II对得到的制品的磨削速率进行试验。试验结果见表7。表7
    实施例     氟化物：KRYTOX 1514   磨削速率(埃/分钟)
    6     对比例-无氟化物剂     1070
    7     分散在粘合剂中的氟化物     1240
    8     用氟化物预处理的磨粒     1340
实施例7和8制品的磨削速率高于实施例6在粘合剂中不含氟化物剂的制品。
实施例9至12
这组实施例是采用图案#1通过用于制备粘固磨料制品的通用方法II中所述方法而制得的。实施例9和11的制品含有参与粘合剂聚合物聚合反应的反应性氟化物剂。实施例9的制品包含氟化物双官能丙烯酸酯，实施例11的制品包含氟化物单官能丙烯酸酯。丙烯酸酯(FC-DA和FLUORAD FX-13)和其它材料的浓度列于表8。选择实施例9和10制品的原料浓度，以使这两种制品具有相同浓度的丙烯酸类官能团和相同的无机物与有机粘合剂的比值。同样，选择实施例11和12制品的原料浓度，以使这两种制品具有相同浓度的丙烯酸类官能团和相同的无机物与有机粘合剂的比值。
表8材料
  含氟双官能丙烯酸酯   含氟单官能丙烯酸酯
    组分   实施例9   实施例10(对比例)   实施例11   实施例12(对比例)
TMPTA     20克     9.2克     50克   13.0克
FLUORAD FX-13     26.81克
SANTICIZER-278     50克     80克     30克   35.0克
FP-4     3.0克     2.5克     3.5克   2.5克
LUCIRIN 8893     3.2克     3.2克     3.2克   3.2克
CEO     400克     400克     400克   350克
HDDA     27.60克   39.0克
FC-DA     30克
实施例9至12的粘固磨料制品是采用图案#1按照用于制备粘固磨料制品的通用方法II制得的。这些实施例的粘固磨料制品的磨削速率是通过用于测量粘固磨料制品磨削速率的方法II测得的。试验结果见表9。
表9
  实施例     氟化物     Meg/克     埃/分钟
    9     氟化物二丙烯酸酯     0.58     2610
    10     不含氟化物     0.58     2470
    11     氟化物单丙烯酸酯     1.07     1310
    12     不含氟化物     1.08     970
实施例9和11的制品的磨削速率分别高于实施例10和12的未经处理的制品。实施例9和11看来促进了有恒定表面磨削速率的CMP方法。当略去每一系列中前两块晶片时，平均磨削速率和标准偏差为：实施例9：2606±64埃/分钟；实施例10：2466±448埃/分钟；实施例11：1379±75埃/分钟；实施例12：966±66埃/分钟。

Claims (10)

1.一种用于修整半导体晶片表面的含有氟化物剂的粘固的磨料制品，该制品包含：
(a)有纹理的三维研磨复合体，该复合体含有许多磨粒粘固并分散在粘合剂中，提供粘固的磨料制品的外露主表面；
(b)至少一种与研磨复合体相结合的氟化物剂；和
(c)与研磨复合体共同扩展的背衬。
2.如权利要求1所述的制品，其中至少一种氟化物剂选自氟化物丙烯酸酯、氟化物甲基丙烯酸酯、氟化物环氧化物、氟化物硅烷、氟化物异氰酸酯、氟化物羧酸及其盐和酰胺、氟化物磷酸及其盐和酰胺、氟化物磺酸及其盐和酰胺、氟化物磷酸酯、氟化物磷酸酯、氟化物醇、氟化物聚醚油、氟化物链烷蜡、氟化物醚、氟化物酯、氟化物氨基甲酸酯、氟化物酰胺、氟化物热塑性材料、氟化物热塑性共聚物和氟化物弹性体。
3.一种研磨结构体，它包含：
(a)粘固的磨料制品，它包括有纹理的三维研磨复合体，该复合体具有许多磨粒粘固并分散在粘合剂中，其中研磨复合体提供了粘固的磨料制品的外露主表面，并且至少有一种氟化物剂与该研磨复合体相结合；
(b)至少一种弹性组件，它通常与粘固的磨料制品共同扩展；和
(c)至少一种刚性组件，它位于弹性组件和粘固的磨料制品之间并通常与它们共同扩展，其中刚性组件的杨氏模量大于弹性组件的杨氏模量。
4.一种修整半导体晶片外露表面的方法，包括以下步骤：
(a)使所述表面与权利要求1或2的粘固的磨料制品接触，
(b)使所述晶片与所述磨料制品相对运动，以修整所述晶片的表面。
5.如权利要求4所述的方法，其中在氟化物剂与研磨复合体相结合之前，使至少一种氟化物剂分散在工作液体中。
6.如权利要求4或5所述的修整半导体晶片外露表面的方法，其中修整方法所产生的噪音通过将氟化物剂与研磨复合体相结合而降至最低。
7.一种半导体芯片，它由权利要求4-6中任一项所述的方法制得。
8.如权利要求4-6中任一项所述的方法，其中晶片的表面包含金属。
9.一种制备包含氟化物剂的粘固的磨料制品的方法，它包括以下步骤：
(a)使至少一种氟化物剂与研磨复合体的至少一种组成部分混合；和
(b)将背衬固定在研磨复合体上，
其中粘固的磨料制品是用于半导体晶片表面修整过程的。
10.一种经涂覆的磨料制品，它包含：
(a)一种研磨复合体，它包含许多磨粒粘固并分散在粘合剂中，提供了粘固的磨料制品的外露主表面；
(b)至少一种与研磨复合体相结合的氟化物；和
(c)与研磨复合体共同扩展的背衬。
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