CN102240973A - 具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学机械抛光垫修整器及其用于修饰或修整化学机械抛光垫的方法。在一方面中，举例而言，本发明提供一化学机械抛光垫修整器，此类修整器可包含有一支撑基质，以及多个设置于该支撑基质的平滑超研磨粒子，该多平滑超研磨粒子可供用以在一化学机械抛光垫上切割出大的粗糙部。该修整器也可包含有多个设置于该支撑基质的粗糙超研磨粒子，该多粗糙超研磨粒子可供用以在该多大的粗糙部上切割出研磨液渠道，且在化学机械抛光过程中，该多研磨液渠道可促进研磨液的活动遍及于该多大的粗糙部。

Description

具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器及相关方法

技术领域

本发明大体上关于用以自化学机械抛光垫移除不必要的材料或杂质(例如修光、研磨、修整等)的化学机械抛光垫修整器。因此，本发明涉及化学、物理学及材料科学领域。

背景技术

目前半导体工业每年花费超过十亿美元来制造具有极平坦及光滑的表面的硅晶圆，目前可使硅晶圆的表面达到平坦、光滑的效果的已知技术非常多种。此等技术中最常见者为化学机械抛光「Chemical Mechanical Polishing(CMP)」的方法，其包括使用研磨垫与研磨浆料的组合。所有化学机械抛光方法的中心重点为在诸如以下的态样中达成高性能水准：经研磨晶圆的表面均一性、IC电路的光滑度、与晶圆的生产率极为相关的材料移除率以及就经济效益而言，化学机械抛光方法中所使用的消耗品的寿命等。

发明内容

本发明提供一种化学机械抛光垫修整器及其修饰与修整化学机械抛光垫的方法，以解决背景技术中存在的技术问题。

在一方面中，举例而言，本发明提供一化学机械抛光垫修整器。此类抛光垫修整器可包括一支撑基质(support matrix)及多个设置在该支撑基质上的平滑超研磨粒子(smooth superabrasive particle)，该多平滑超研磨粒子可用于在一抛光垫上切割出大的粗糙部(large asperity)；该抛光垫修整器也可包含有多个设置在该支撑基质上的粗糙超研磨粒子，该多粗糙超研磨粒子(rough superabrasiveparticle)可用于在该多大的粗糙部上切割出研磨液渠道(slurry channel)，其中该多研磨液渠道在化学机械抛光制程中，用以促进研磨液的活动遍及于该多大的粗糙部。

可考虑各种构型的超研磨粒子。在一方面中，举例而言，该多个粗糙及平滑超研磨粒子的切割尖端实质上整平且高度介于大约1至10微米之间。在另一方面中，该多平滑超研磨粒子分成一个或多个分离的平滑超研磨粒子区块，且该多粗糙超研磨粒子分成一个或多个分离的粗糙超研磨粒子区块。在一较为特定的方面中，该多平滑超研磨粒子区块以及该多粗糙超研磨粒子区块呈间隔设置。或者，该多平滑超研磨粒子及该多粗糙超研磨粒子均匀间隔式交错散布于该支撑基质。

可用来修饰一化学机械抛光垫的任何超研磨材料及材料构型应被认为是在本发明的范畴之内。在一方面中，该多平滑超研磨粒子为单晶超研磨粒子，举例而言，单晶可包括钻石、立方氮化硼、陶瓷等材料。在一方面中，该单晶超研磨粒子为单晶钻石。在另一方面中，该多粗糙超研磨粒子为多晶超研磨粒子。举例而言，多晶材料可包括钻石、立方氮化硼(cubic boron nitride，cBN)、陶瓷等材料。在一方面中，该多晶超研磨粒子为多晶钻石。又另一方面中，该多粗糙超研磨粒子为具有破裂的尖端、边缘、面或其组合的单晶超研磨粒子。

可考虑各种不同的支撑基质材料，且任何可与超研磨粒子紧密相接的材料均应被认为是在本发明的范畴之内。该基质材料可包括，但不限于硬焊金属、含有电镀金属的固体金属、有机材料、陶瓷等。在一方面中，该有机基质材料可包括，但不限于胺基树脂(amino resins)、丙烯酸酯树脂(acrylate resins)、醇酸树脂(alkydresins)、聚酯树脂(polyester resins)、聚酰胺树脂(polyamide resins)、聚亚酰胺树脂(polyimide resins)、聚氨酯树脂(polyurethane resins)、酚醛树脂(phenolic resins)、酚醛/乳胶树脂(phenolic/latex resins)、环氧树脂(epoxyresins)、异氰酸酯树脂(isocyanate resins)、异氰尿酸酯树脂(isocyanurateresins)、聚硅氧烷树脂(polysiloxane resins)、反应型乙烯基树脂(reactivevinyl resins)、聚乙烯树脂(polyethylene resins)、聚丙烯树脂(polypropyleneresins)、聚苯乙烯树脂(polystyrene resins)、苯氧树脂(phenoxy resins)、二萘嵌苯树脂(perylene resins)、聚砜树脂(polysulfone resins)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene resins)、丙烯酸树脂(acrylicresins)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate resins)及其组合物。

在本发明的另一方面中，提供一种调节化学机械抛光垫的方法。此类方法可包括利用平滑超研磨粒子于一抛光垫的表面切割出大的粗糙部，以及利用粗糙超研磨粒子于该抛光垫的该大的粗糙部上切割出研磨液渠道，其中该多研磨液渠道促进研磨液的活动遍及于该多大的粗糙部。可考虑各种于化学机械抛光垫切割大的粗糙部及研磨液渠道的技术。在一方面中，举例而言，该方法以相同的化学机械抛光垫修整器同时切割出该多大的粗糙部及该多研磨液渠道。在另一方面中，该方法以不同的化学机械抛光垫修整器依序切割出该多大的粗糙部及该多研磨液渠道。

在本发明的另一方面中，提供一化学机械抛光垫。此类抛光垫可包括一切割形成有多个大的粗糙部的化学机械抛光垫材料，以及多个切割形成于该多大的粗糙部中的研磨液渠道，该多研磨液渠道用以于化学机械抛光制程中，促进研磨液的活动遍及于该多大的粗糙部。在一特定的方面中，该化学机械抛光垫材料为一无孔(poreless)化学机械抛光垫材料。

本发明达到的有益技术效果在于，能够自化学机械抛光垫移除不必要的材料或杂质(例如修光、研磨、修整等)。

由此，本发明的各种特征已广泛地概述，以便可更能理解下文所描述的本发明实施方式，且可更了解本发明对此项技术的贡献。根据以下本发明的实施方式及权利要求，本发明的其他特征将更加清楚，也可由实施本发明得以了解。

附图说明

图1为根据本发明的一具体实例的化学机械抛光垫修整器的顶视图。

附图标记说明

12-平滑超研磨粒子区块；14-粗糙超研磨粒子区块；16-支撑基材。

具体实施方式

在揭示并描述本发明之前，应了解，本发明不限于本文揭示的特定结构、方法步骤或材料，而是可扩展至如可由一般熟习相关技术者识别的其等效形式。也应了解，本文中所使用的术语仅用于描述特定具体实例的目的，而不意欲具限制性。

必须指出，除非上下文中另外清楚地指定，否则如本说明书及任何随附或以下申请专利范围中所使用的单数形式「一(a，an)」及「该(the)」包括多个指示物。因此，举例而言，提及「一粒子(a particle)」可包括一或多个该多粒子。

定义

在描述及主张本发明时，将根据下文所阐述的定义使用以下术语。

如本文中所使用，「抛光垫修整器(pad conditioner)」为化学机械抛光垫修整器中不会明显地触及衬垫而不足以自表面移除碎屑、使表面变形、自表面切出凹槽的超研磨粒子。

如本文中所使用，「基材(substrate)」或「支撑基材(support substrate)」指支撑有机基质的抛光垫修整器的一部份，可贴附于该研磨材料，以及可承载研磨材料、切割元件、控制元件等的片段基质。本发明所使用的基材可为各种形状、厚度或材料，其可用足以让一抛光垫修整器达成所欲达到的目的的方式承载研磨材料。基材可为实心材料、粉末材料(加工后成为实心)或可挠性材料(flexiblematerial)。典型基材的例子包括但不限于金属、金属合金、陶瓷、相对应的聚合物或其他有机材料、玻璃及其混合物或组合物。

如本文中所使用，「磨蚀表面(abrading surface)」或「磨蚀点(abradingpoint)」可用以指一接触化学机械抛光垫和自化学机械抛光垫移除材料的研磨片段切割元件的表面、边缘、面、点或尖端。一般而言，当该研磨片段或切割元件与化学机械抛光垫相互接触时，该磨蚀表面或点为该研磨片段最先与该化学机械抛光垫接触的部分。

如本文中所使用，「片段基质(segment blank)」指与之前所定义的抛光垫修整器的基材相似的结构。片段基质用于本发明以承载研磨层：将该多研磨层附着在该抛光垫修整器的基材通常由将该片段基质附着在该抛光垫修整器的基材，重要的是要注意各种将该多片段基质附着在基材上的方法以及各种将该多研磨层附着在片段基质的方法都在此讨论。需要了解的是，这些在此所述的各种附着机制都能交换使用，即，当讨论将一片段基质附着在基材上的方法，所讨论的附着方法也能用于将一研磨层附着于一片段基质。然而，为了要讨论的任何特别的化学机械抛光垫修整器，需要了解的是，该多将研磨层附着于片段基质的附着方法能与用于将片段基质附着至该抛光垫修整器基材上的附着方法不同或相同。

如本文中所使用，「超硬(superhard)」可能被用来指任何结晶或多晶的材料，也或是这种材料的混合物，其莫氏硬度(Mohr’s hardness)大约等于或大于8，而在一些方面中，该莫氏硬度(Mohr’s hardness)大约等于或大于9.5，这样的材料包括但不限制为钻石、多晶钻石(polycrystalline diamond，PCD)、立方氮化硼、多晶立方氮化硼(polycrystalline cubic boron nitride，PcBN)以及其他熟悉该项技艺者所知道的超硬材料，超硬材料可能以各种不同的形态包含于本发明中，该型态包括颗粒、砂砾、膜、层等。于某些情形下，本发明中所述的超硬材料为多晶超硬材料的形式，诸如多晶钻石或多晶立方氮化硼材料。

如本文中所使用，「有机材料(organic material)」指有机化合物的半固体或固体复合物或混合物。其中，「有机材料层」和「有机材料基质」可互换使用，指一层或一团有机化合物的半固体或固体无晶型混合物，包括树脂、高分子、胶等。较佳的是，有机材料由一或多个单体进行的聚合反应所形成的聚合物或共聚合物。在一些情形中，这种有机材料可为粘着剂。

如本文中所使用，「硬焊(brazing)」的制程意指在超研磨颗粒/材料的碳原子以及硬焊材料之间化学键的产生。再者，该「化学键」指共价键，如碳化物、氮化物或硼化物的键结，而非机械力或微弱的原子间吸引力。因此，「硬焊」用于连接超研磨颗粒时，就会形成真实的共价键。然而，「硬焊」用于金属与金属的键结时，该词汇即为一更传统的意义-冶金的连接。因此，超研磨片段硬焊于工具本体并不需要碳化物形成物的存在的出现。

如本文中所使用，「研磨层(abrasive layer)」描述能够从化学机械抛光垫移除(如切割、抛光、刮落(scraping))的各种结构，一研磨层可包括其上或其内部具有许多切割点、脊、平台的块体。值得注意的是这种切割点、脊、平台可形成有许多凸部或凹部而涵盖在这块体里。再者，一研磨层可包括多个独立的研磨颗粒，其仅具有形成在其上或表面的一切割点、脊或平台。一研磨层也可包括复合块体，如PCD片、片段或基质(blank)，可个别包括研磨层或共同包括研磨层。

如本文中所使用，「金属的」指任何种类的金属、金属合金或其混合物，且特别包括但不限定于钢、铁以及不锈钢。

如本文中所使用，「材料特性(material characteristic)」指一化学机械抛光垫的物理且/或化学特性，其可包括诸如分子结构、紧密度、柔软度、孔洞密度等。

如本文中所使用，「切割元件」指化学机械抛光垫修整器中，一种可切削、磨蚀、移除的元件，或是一种可辨识该化学机械抛光垫的材料以便对该化学机械抛光垫进行调节或修饰的元件。切割元件能够由点、边缘、面或任何可调节或修饰化学机械抛光垫的区块而作用。应该考虑的是切割元件包括独立的切割单元如钻石粒子，以及含有多个内文中所提及的切割单元的片段基质。

如本文中所使用，用词「实质上」指某一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或接近完全的范围或程度。任意举一个例子来说，当两个或多个以上的物体被指出彼此之间间隔有一「实质上」一致的距离，则可得知这两个或多个以上的物体彼此间隔有完全不可改变的距离，或者彼此之间有着非常接近不可改变的距离，而一般人无法察知其分别。与绝对完全性的确切可容许的偏差度可在一些情况下视特定情形而定。然而，一般而言，完成的接近度所具有的总结果与达成绝对及完全的完成时相同。

当用于否定含义时，「实质上」的使用同样适用于指完全或接近完全地缺乏某一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果。任意举一例子还说，一个「实质上没有」外来物质的凹洞可为完全没有外来物质，或非常接近完全没有外来物质，而其影响会如同完全缺乏外来物质一样。换句话说，一「实质上没有」外来物质的凹洞只要结果在孔洞没有可测量的影响，则实际上依然包含微小部分的外来物质。

如本文中所使用，为方便起见，可将多个物品、结构元件、组成元件及/或材料呈现于共同清单中。然而，此等清单应被理解为好似该清单的每一成员经个别识别为个别及唯一的成员。因此，若无相反指示，则该清单中的个别成员均不应仅仅基于其在共同组中的呈现而理解为同一清单中的任何其他成员的实际等效形式。

浓度、量、粒径大小、体积及其他数值资料在本文中可以范围格式表示或呈现。应了解，该种范围格式仅为方便及简单起见而使用，且因此应灵活地解释为不但包括明确在该范围界限内所列的数值，而且包括涵盖于彼范围内的所有个别数值或子范围，就如同明确列出每一数值及子范围般。

举例而言，「约1毫米至约5毫米(about 1 micrometer to about 5micrometers)」的数值范围应解释为不但包括约1至约5的明确所列值，而且包括所指范围内的个别值及子范围。因此，在此数值范围内包括诸如2、3及4的个别值以及诸如1至3、2至4及3至5等的子范围，以及个别的1、2、3、4及5。所述的此原理同样适用于仅列出一个数值(如最小值或最大值)的范围。此外，该种解释应不管范围的宽度或所描述的特征如何而均应用。

本发明

本发明大体而言提供一抛光垫修整器以及相关方法，以用来修整(conditioning)(如整平(smoothing)、抛光(polishing)、修饰(dressing))或其他影响一化学机械抛光垫以将材料自该化学机械抛光垫移除，而提供抛光垫具有一光滑、平整和/或平坦的表面。本发明的抛光垫修整器有助于如修整用于抛光、磨光或其他影响硅晶圆的化学机械抛光垫。

现已发现增进化学机械抛光垫的修整能由促进研磨液的活动遍及于抛光垫的粗糙部而增进制程效果。由使用一包含具有平滑表面的超研磨粒子以及具有粗糙表面的超研磨粒子的化学机械抛光垫修整器可达成上述目的。由于平滑超研磨粒子通常不具有尖锐的切割区域，因而倾向在刺穿抛光垫之前，在抛光垫上产生明显的弹性及塑性变形。因此，平滑超研磨粒子由在抛光垫的表面产生大的粗糙部，以使该化学机械抛光垫变得粗糙。

另一方面，粗糙超研磨粒子则具有尖锐的切割区域(如尖端、边缘、以及/或面)，其可对该化学机械抛光垫进行切割，并且相较于平滑超研磨粒子而言，可产生较少的变形。尖锐的切割区域可以包括，但不限于，破裂单晶粒子或具有许多锋利的晶体的多晶粒子。这些粗糙超研磨粒子在修整抛光垫期间用以自该抛光垫的表面移除釉料(glaze)。此外，粗糙超研磨粒子于该抛光垫的表面沿着粗糙部切割小的研磨液渠道。于化学机械抛光过程中，由于该接触压力施加于粗糙部及工作物件之间，因此研磨液会累积在粗糙部之间的凹处而非粗糙部的高处。大部分化学机械抛光发生在粗糙部的高处，且因此研磨液与抛光后的工作物件之间通常没有适当的接触。此类情况对于使用研磨液以对诸如铜(copper)等材料产生氧化反应的抛光制程而言，会是特别需要注意的问题。由于较少研磨液接触工作物件，而产生较少的氧化反应，因此粗糙部中的研磨液渠道可促进研磨液流出粗糙部之间的凹处并且遍及于粗糙部。因此，在化学机械抛光的操作过程中，有较高比例的研磨液存在于粗糙部中。

可由利用平滑及粗糙超研磨粒子的各种技术修整化学机械抛光垫。举例而言，在一方面可以由先使用具有一种形式的超研磨粒子的修整器对该化学机械抛光垫进行修饰，而后再使用具有另一种形式的超研磨粒子的修整器对该化学机械抛光垫进行修饰。举例而言，可使用具有平滑超研磨粒子的修整器对该化学机械抛光垫进行修饰，而后使用具有粗糙超研磨粒子的修整器对该化学机械抛光垫进行修饰。在另一方面中，一化学机械抛光垫修整器可兼具有平滑及粗糙超研磨粒子以同时修整化学机械抛光垫。

一个化学机械抛光垫修整器可透过各种方式包含有该多平滑及粗糙超研磨粒子。一般而言，一化学机械抛光垫修整器具有一支撑基材(support substrate)，该多超研磨粒子由使用一支撑基质(support matrix)而结合于该支撑基材上。在某些情形下，该支撑基材可以由该支撑基质所构成。在一些方面中，该超研磨粒子直接设置于该支撑基质中；在另一些方面中，该多超研磨粒子可结合于一片段基质(segment blank)，而后该片段基质设置于该支撑基质中。后者可使得超研磨粒子的较小片段被建构出而后合并于该化学机械抛光垫修整器中。

影响建构化学机械抛光垫修整器的一个因素为遍及于该修整器的表面的超研磨粒子之间相对的整平效果。散布于一修整器中各处的该多超研磨粒子的尖端可形成各种外型或轮廓，例如，其外型可为一平坦的轮廓，而该多超研磨粒子的尖端沿着一平面整平。该多尖端可沿着一斜率或一曲率设置。由于该多尖端均位于一预定的轮廓，此种设置仍可被认为是「整平」。粒子的尖端的位置低于或高于此预定轮廓则不会达到整平效果。位置太低的粒子无法接触抛光垫并以足够的压力对抛光垫进行修整，而位置太高的粒子则会于抛光垫上切割出相当大且可能会对工作物件造成破坏的粗糙。除此之外，位置高于该轮廓相当多的粒子可能会受到来自该化学机械抛光垫的相当明显的拖拉力道，并且可能被拉离该修整器。当此情况发生时，自修整器上脱离的粒子可对工作物件造成破坏。

除了增加切割效率及降低毁损工作物件的风险之外，经过整平的粒子的尖端可在抛光垫上的粗糙部中适当地切割出研磨液渠道，举例而言，位置低于该轮廓的粗糙超研磨粒子可能无法于该多粗糙部的高处切割出渠道，而潜在地限制了研磨液在工作物件及该多粗糙部之间的活动。位置高于该轮廓的粗糙粒子则可能会过度切割该多粗糙部，此过度切割的状况限制了由平滑超研磨粒子切割的粗糙部所产生的益处。

然而，制造一具有经过整平的尖端的修整器是有许多问题仍需克服的，尤其是使用现有的超研磨工具的技术。举例而言，传统的硬焊金属支撑基质工具将超研磨粒子嵌入一生胚状态的硬焊金属的前趋物中。该硬焊合金进行熔化并接着冷却以固定超研磨粒子。即使假定该多超研磨粒子的尖端于该硬焊金属熔融之前已被整平，但冷却的过程会导致该支撑基材变形，因而使得该多尖端被拉离原先整平的排列之外。

可考虑各种用来对一化学机械抛光垫修整器的超研磨尖端进行整平的各种技术，且任何可供用以在一修整器中产生整平的尖端应被认为是本发明的范畴。在一方面中，举例而言，该支撑基质可为一有机材料。有机材料可于一温度下被硬化，该温度不会导致该支撑基材产生变形，而于硬化之前已经过整平的粒子尖端在硬化后仍可维持整平的状态。然而，由于相较于硬焊金属而言，超研磨粒子与有机基质材料之间的结合较为微弱许多，因此使用有机基质材料可能会产生一些问题。为了解决前述的结合力薄弱的问题，本发明人已发现可由配置该多超研磨粒子以令机械压力或摩擦力平均分布于有机基质中所有的超研磨粒子，进而使超研磨粒子充分保持在该有机基质中。

因此，该多平滑及粗糙超研磨粒子可以直接设至于一有机基质中，或者可结合于一片段基质且该片段基质可设置于该有机基质中。超研磨粒子可利用一有机材料、一硬焊金属、一陶瓷材料及电镀技术等而与该多片段基质相接。由于相较于整个化学机械抛光垫修整器的表面而言，超研磨粒子在一小块面积中能够更容易地达到整平，因此该多片段基质可以是有用的。例如，以硬焊金属来说，于冷却过程中，因为一片段基质的表面积小于该支撑基材的表面积，而使得片段基质的变形程度能够大幅减少。因此，该整平结构在该片段基质的硬焊过程可持续维持，而后该多片段基质则可结合于该支撑基材的表面。若一硬焊金属用于将该片段基质紧密连接于该支撑基材，该支撑基材则会由该片段基质的刚性增加而降低变形程度。由此，超研磨粒子可利用一有机材料、一硬焊金属、一陶瓷材料及电镀技术等而与该多片段基质紧密相接。

使用片段基质的其他好处包括能够依照指定规格将该研磨层附着于该片段基质的方法，独立于将该片段基质或该多基质附着于该抛光垫修整器基材的方法。举例而言，当所试图使用的抛光垫修整器具有大的或复杂的表面积时，而各种附着方法可能涉及很高的温度和/或压力、很高要求的环境条件、或单纯要求高密集劳力，以明显、简单操作的片段基质执行该附着方法能改善附着程序的成本、效能以及完整性；另外，若将片段基质分离而呈相对小的部份，则能更容易将各片段基质上的研磨层的构成物整平，所产生的多研磨片段也同样地更容易在研磨层个别附着于各研磨片段后，于该抛光垫修整器基材的面上被定位、整平、形成间隔、定向等。

除此之外，由获得多个研磨片段，各具有多个具有不同构型的超研磨粒子已附着于其上，该抛光垫修整器基材的面上的一研磨图案被设计为能最有效地进行各种修整程序。例如，在邻近的研磨片段之间的间隔能谨慎地选择而有助于或更能控制各种流体(如研磨液)在该多研磨片段周围或穿过该多研磨片段的流动，以增加材料移除制程的效率及效能。而且，如图1所示，具有不同研磨轮廓(如不同尺寸、形状、研磨侵入等)的片段基质能用于一单一基材上，以能够客制化该抛光垫修整器的磨蚀轮廓的整体。

该多粗糙及平滑超研磨粒子可依据该化学机械抛光垫及经过处理的工作物件的特性而被整平成各种角度，当该多超研磨粒子的切割尖端的位置沿着一特定轮廓(可能为平面或非平面)，整平的效果与该轮廓的偏差程度有关。在一方面中，举例而言，该多个粗糙超研磨粒子及该多个平滑超研磨粒子实质上经过整平且高度范围介于大约1微米至大约10微米。在另一方面中，该多个粗糙超研磨粒子及该多个平滑超研磨粒子实质上经过整平且高度范围介于大约2微米至大约3微米。

不论超研磨粒子直接设置于该支撑基质上或是连结于片段基质，各种配置均可考虑。配置方式可依据所欲采取的抛光垫修整方式而有所不同，且因此如下所述的设置方式应不被视为是本发明的限制。举例而言，在一方面中，平滑超研磨粒子分成一个或多个分离的平滑超研磨粒子区块，且该多粗糙超研磨粒子分成一个或多个分离的粗糙超研磨粒子区域。该多区域可为以特定型态的超研磨粒子直接设置于该支撑基质上特定位置的区域，或者该多区域可建立片段基质，并使单一型态的超研磨粒子嵌埋于该片段基质上。在一方面中，如图1所示，该多分离的平滑超研磨粒子区块12以及该多分离的粗糙超研磨粒子区块14间隔排列地设置于该支撑基材16上。在另一方面中，该多个平滑超研磨粒子及该多粗糙超研磨粒子均匀间隔式交错散布于该支撑基质(图中未示)。可透过将两种型态的超研磨粒子直接且分别均匀间隔式交错散布于该支撑基质中，或者将两种型态的超研磨粒子混合散布于一片段基质上。

该化学机械抛光垫修整器也可包含多个环状的超研磨粒子区块，相对于如图1所示的单环结构。再者，应注意的是区块或片段也能包括聚集多个具有一个或多个区块或片段的图案的排列。

这些技术能够用来修饰各种化学机械抛光垫材料，针对无孔化学机械抛光垫材料的修饰特别有利。由于无孔化学机械抛光垫缺乏孔洞以含有或抓持该研磨液，因而无法有效地抓持及移动研磨液。因此，对于此类材料而言，关于以粗糙部之间的缝隙容纳研磨液的问题将更加恶化。由在抛光垫表面切割研磨液渠道，可促进粗糙部中的研磨液与工作物件之间的活动，因而增加无孔材料的效益。该多平滑超研磨粒子可对此类抛光垫进行粗糙化，且粗糙超研磨粒子则能够切割研磨液渠道以便使研磨液能够以毛细现象在抛光垫的表面移动。

根据本发明的一些方面中，本发明的方法也可用来修饰经过含浸处理的抛光垫，诸如经含浸石墨的抛光垫。其他更多关于此类抛光垫的资讯可参考于2007年7月6日提出申请的美国专利案第7,494,404号以及于2009年2月20日提出申请的美国专利申请案第12/389,922号，其能合并于本案作为参考。

可考虑各种材料用来作为粗糙及平滑超研磨粒子的材质。任何已知可使用于一化学机械抛光垫修整器中的超研磨粒子均应被认为是本发明的范畴。此类材料非限定的例子包括钻石材料、氮化物材料、陶瓷等。在一方面中，该多超研磨粒子可包含有钻石材料。此类钻石材料可包括天然与人工合成的钻石、单晶体、多晶体等。在另一方面中，该多超研磨粒子包括立方氮化硼材料。

在一方面中，该多平滑超研磨粒子为单晶超研磨粒子。在一特定方面中，该单晶超研磨粒子可为钻石。由于自形(euhedral)钻石晶体由(100)、(111)、(110)及其他面所形成的晶角而使其具有钝角端。此类钻石材料可用来作为平滑超研磨粒子以于该化学机械抛光垫中形成大的粗糙部，也可将平滑超研磨粒子视为变形的超研磨粒子。

在另一方面中，粗糙超研磨粒子可为具有破裂的尖端、边缘、面或其组合的单晶超研磨粒子，该多破裂的部分可能呈尖锐状，以于该抛光垫材料上切割出研磨液渠道。又另一方面中，该多粗糙超研磨粒子为多晶超研磨粒子。多晶材料在粒子表面具有多个较小的晶体，其可有效地在该抛光垫上切割研磨液渠道，以及促进釉料及其他碎片的移除。在一特定的方面中，该多多晶超研磨粒子为多晶钻石。也可将粗糙超研磨粒子视为锐利的超研磨粒子。

在一方面中，可由一粒子在切割行为发生前压入该化学机械抛光垫的距离而区别出该多平滑超研磨粒子。在一方面中，举例而言，一平滑超研磨粒子于切割行为发生前，对一化学机械抛光垫中压入至少15微米的深度；在另一方面中，一平滑超研磨粒子于切割行为发生前，对一化学机械抛光垫中压入至少20微米的距离。同样地，可由一粒子在切割行为发生前压入该化学机械抛光垫的距离而区别出粗糙超研磨粒子。在一方面中，举例而言，当一粗糙超研磨粒子对一化学机械抛光垫中压入小于或等于大约10微米的距离时，始发生切割行为；在另一方面中，当一粗糙超研磨粒子对一化学机械抛光垫中压入小于或等于大约5微米的距离时，始发生切割行为。

该化学机械抛光垫修整器的基材可依照设计的抛光垫修整器的应用而有所不同，但在一方面中包括一支撑基质固定于其上的面，以提供该抛光垫修整器可用于研磨、切割或其他将材料从一化学机械抛光垫移除材料的面。在一方面中，该修整器或支撑基材可为不锈钢；在另一方面中，该支撑基材可为一般钢材。若使用一般钢材，在固定该多超研磨粒子的程序的后，接着对工作表面进行电镀该多，以使得该修整器具有耐酸性的性质，此为有益的做法。

在本发明中所使用额外且多样的研磨片段也被考量，例如，在使用上而考量各种切割元件/研磨片段的使用能详细地参考于2006年2月17日提出申请的美国申请案第11/357,713号，其能合并于本案作为参考。除此之外，可使用陶瓷材料元件(如同该片段基质和/或研磨层任一或二者)、电镀技术等形成该多研磨片段。

在此所显示及讨论的各种片段基质能以各种材料所制成，包括但不限制在金属材料(如铝、铜、钢、金属合金等)、陶瓷材料、玻璃、高分子、复合材料等。一般而言，实际上任何能让研磨片段附着的材料就能够使用。

可考虑使用各种有机材料作为一有机基质以及/或用来将超研磨粒子紧密连结一至该片段基质。适合的有机材料的范例包括但不限制在胺基树脂、丙烯酸酯树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚亚酰胺树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、酚醛/乳胶树脂、环氧树脂、异氰酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、聚硅氧烷树脂、反应型乙烯基树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧树脂、二萘嵌苯树脂、聚砜树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂及其混合物。在一特定方面中，该有机基质材料可为环氧树脂。在另一方面中，该有机基质材料可为聚亚酰胺树脂。又另一方面中，该有机基质材料为聚氨酯树脂。

所谓的「逆浇铸(reverse casting)」法能够用于准确且可控制地将该研磨材料定向及附着在该片段基质上，并且将该片段基质定位和附着于该抛光垫修整器的支撑基材，此类方法包括首先使用一「光罩」材料固定一超研磨材料(如多超研磨粒子或一片段基质)至一基材上，接着部分突出于光罩材料的颗粒使用在此所讨论过的方法附着于该抛光垫修整器基材，在此的后或在此期间能移除该光罩材料。

适合的逆浇注法能够在本案发明人的各种专利及专利申请案中找到，包括在2007年12月6日申请的美国申请案第60/992,966号、在2007年5月16日申请的美国申请案第11/804,221号、以及在2007年5月22日申请的美国申请案第11/805,549号，其都可合并于此作为参考，这些技术也可在将本发明该多研磨片段附着于抛光垫修整器的支撑基材时以及在将本发明该多超研磨粒子附着于该多片段基质时使用。此类技术可提供非常准确地控制该多研磨片段或超研磨粒子的横向设置，也能非常准确地控制该多研磨片段或超研磨粒子的相对高度。

当使用一有机结合材料层时，于所属技术领域中具有通常知识者能够知道各种硬化该有机材料层的方法，以使有机材料产生相变化而从至少一柔软的状态到至少一坚硬的状态，硬化能够由但不限制在将该有机材料接触热形式的能量、电磁辐射(如紫外线、红外线以及微波幅射)、粒子撞击(如电子束)、有机触媒、无机触媒或其他于所属技术领域中具有通常知识者所熟知的硬化技术。

在本发明的一方面中，该有机材料可以是一热塑性材料，热塑性材料能可逆地分别由冷却和加热而硬化或软化；在另一方面中，该有机材料层可为热固性材料，热固性材料无法像热塑性材料一样可逆地硬化和软化；换句话说，一旦产生硬化现象，该制程实质上为不可逆。

至于上述有机材料更为细节的部份如下所列，在本发明的实施例中有用的有机材料包括但不限制在：胺基树脂，其包含有烷基化脲醛树脂(alkylatedurea-formaldehyde resins)、三聚氰胺甲醛树脂(melamine-formaldehyde resins)以及烷基化苯代三聚氰胺甲醛树脂(alkylated benzoguanamine-formaldehyderesins)；丙烯酸酯树脂(acrylate resins)，其包含有乙烯丙烯酸酯(vinylacrylates)、环氧丙烯酸酯(acrylated epoxies)、聚氨酯丙烯酸酯(acrylatedurethanes)、聚酯丙烯酸酯(acrylated polyesters)、丙烯酸丙烯酸酯(acrylatedacrylics)、聚醚丙烯酸酯(acrylated polyethers)乙烯醚(vinyl ethers)、丙烯酸油(acrylated oils)、硅酮丙烯酸酯(acrylated silicons)以及相关的甲基丙烯酸酯(methacrylates)；醇酸树脂(alkyd resins)，如聚氨酯酸醇树脂(urethanealkyd resins)；聚酯树脂(polyester resins)；聚酰胺树脂(polyamide resins)；聚亚酰胺树脂(polyimide resins)；反应型氨酯树脂(reactive urethane resins)；聚氨酯树脂(polyurethane resins)；酚醛树脂(phenolic resins)，如酚少醛多的酚醛树脂(resole resins)以及酚多醛少的酚醛树脂(novolac resins)；酚醛/乳胶树脂(phenolic/latex resins)；环氧树脂(epoxy resins)，如二酚环氧树脂(bisphenol epoxy resins)；异氰酸酯树脂(isocyanate resins)；异氰尿酸酯树脂(isocyanurate resins)；聚硅氧烷树脂(polysiloxane resins)，其包含烷基烷氧基硅树脂(alkylalkoxysilane resins)；反应型乙烯基树脂(reactive vinylresins)；标有BakeliteTM商标的树脂，其包含聚乙烯树脂(polyethylene resins)、聚丙烯树脂(polypropylene resins)、环氧树脂(epoxy resins)、酚醛树脂(phenolic resins)、聚苯乙烯树脂(polystyrene resins)、苯氧树脂(phenoxyresins)、二萘嵌苯树脂(perylene resins)、聚砜树脂(polysulfone resins)、氯乙烯共聚合物树脂(ethylene copolymer resins)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene resins，ABS)、乙烯基树脂(vinyl resins)；丙烯酸树脂(acrylic resins)；聚碳酸酯树脂(polycarbonate resins)以及其混合物或组合物。在本发明的一方面中，该有机材料可为环氧树脂；在另一方面中，该有机材料可为聚亚酰胺树脂；又另一方面中，该有机材料可为聚氨酯树脂。

很多添加物能包含在该有机材料中以帮助其使用。例如，能使用额外的交联剂以及填充剂以促进该有机材料层硬化的特性。除此之外，可使用溶剂以转变该有机材料在未硬化状态的特性，也能配置一强化材料于至少部份的硬化的有机材料层中。这种强化材料可用于增加该有机材料层的强度，且因此更促进各别研磨片段的保持度；在一方面中，该强化材料可包括陶瓷、金属或其组合物，陶瓷的范例包括氧化铝、碳化铝、二氧化硅、碳化硅、氧化锆、碳化锆及其混合物。

除此之外，在一方面中，可将耦合剂或有机金属化合物涂布于各研磨材料的表面上，以透过化学键结而帮助该超研磨材料保持在该有机材料层中。于所属技术领域中具有通常知识者能知道且能使用各种有机和有机金属化合物。有机金属耦合剂能在该超研磨材料以及该有机材料基质之间产生化学键，故而增加该金属材料在其中的保持度。如此，该有机金属耦合剂能作为一桥梁而在该有机材料基质及该超研磨材料表面之间形成键结。在本发明的一方面中，该有机金属耦合剂为钛酸酯(titanate)、锆酸酯(zirconate)、硅甲烷或其混合物。所用的有机金属偶合剂的量依照耦合剂的种类以及该超研磨材料的表面积而定，通常必须是该有机材料层的重量的0.05％至10％才会足够。

适合用于本发明的硅甲烷特定但非限制的范例包括3-甲基三乙酰氧基硅甲烷[3-glycidoxypropyltrimethoxy silane，购自道康宁公司(Dow Corning)，型号为Z-6040]、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅甲烷[γ-methacryloxypropyltrimethoxy silane，购自联合碳化公司(Union Carbide ChemicalsCompany)，型号为A-174]、β-(3，4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅甲烷[β-(3，4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxy silane]、γ-氨丙基三乙氧基硅甲烷[γ-aminopropyltriethoxy silane)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅甲烷(N-(β-aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxy silane，购自联合碳化物公司(Union Carbide)、信越化学工业株式会社(Shin-etsu Kagaku KogyoK.K.)等]。

适合用于本发明的钛酸盐耦合剂特定但非限制的范例包括异丙基三硬酯酸钛酸酯[isopropyltriisostearoyl titanate]、二(异丙苯基)氧乙酸酯钛酸酯[di(cumylphenylate)oxyacetate titanate]、4-氨基苯磺酰氟十二烷基苯磺酸钛酸酯[4-aminobenzenesulfonyldodecylbenzenesulfonyl titanate]、四辛基双(二三葵基亚磷酸)钛酸酯[tetraoctylbis(ditridecylphosphite)titanate]、异丙基三(N-氨基乙基-氨基乙基)钛酸酯[isopropyltri(N-ethylamino-ethylamino)titanate，购自美国肯瑞奇石油化工有限公司(Kenrich Petrochemicals，Inc.)]、新烷氧基钛酸酯(neoalkyoxytitanates)，例如型号LICA-01、LICA-09、LICA-28、LICA-44以及LICA-97(也是购自Kenrich)等。

适合用于本发明的铝耦合剂特定但非限制的范例包括醋酸烷氧基二异丙氧基铝[acetoalkoxy aluminum diisopropylate，购自橘生药品工业株式会社(Ajinomoto K.K.)]等。

适合用于本发明的锆酸酯耦合剂特定但非限制的范例包括新烷氧基锆酸酯[neoalkoxy zirconates，型号为LZ-01、LZ-09、LZ-12、LZ-38、LZ-44、LZ-97，全部都购自美国肯瑞奇石油化工有限公司(Kenrich Petrochemicals，Inc.))等，其他已知的有机金属耦合剂[如硫醇基化合物(thiolate based compounds))能用于本发明且被考虑在本发明的范畴中。

金属硬焊法也能应用于将该多超研磨粒子附着至一片段基质或将一片段基质附着于一支撑基材，所属技术领域中具有通常知识者熟知金属硬焊法。举例而言，在制作钻石颗粒研磨片段时，该制程包括混合钻石颗粒(如40/50美国网目(mesh)的磨料)以及适当的金属支撑基质(结合)粉末(如具有1.5微米的钴粉末)；接着将该混合物压入一模具中，以形成一预期的形状(如一锯子片段)；该工具的「生胚(green form)」接着在温度为700-1200℃之间烧结而固化，并形成具有多研磨颗粒设置于其中的单一块体；最后，该硬化的块体系(如以硬焊方式)附着于一片段基质。许多其他的范例都能用此技术，且为于所属技术领域中具有通常知识者所熟知的。应该注意的是也能使用各种烧结方法将该研磨层附着于该片段基质，于所属技术领域中具有通常知识者在掌握本发明内容后就能轻易地了解合适的烧结方法。

该研磨层也能由已知的电镀和/或电沉积法附着于一片段基质。如一个在电沉积之前或同时定位并保持该研磨材料的适合方法的范例，该方法使用一模具，该模具包含一能够有效防止电沉积材料累积在模造表面(molding surface)上的绝缘材料。在电沉积时，研磨粒子能保持在该模具的模造表面上，因此，能防止电沉积材料累积在粒子尖端以及该抛光垫修整器的基材的工作表面上。这种技术如于2005年12月2日所提出的美国专利申请案第11/292,938号中所描述的，其整合于本文的中以作参考。

可在该绝缘材料上贯穿形成一个或多个孔，使得电解液从模具外的区域经过该模具而循环至该抛光垫修整器的基材的表面，以促进电沉积。这种循环有利于让在该电沉积位置处的电解液保持有充足的离子浓度。也可使用其他已知的技术，且能了解上述所提供的范例仅为多种适合技术中的其中的一。

实施例

以下实施例提供各种制造本发明的抛光垫修整器的方法。需要了解这种实施例仅供说明，并非用以限制本发明。

例1

一片段基质由如下方式所形成：首先将平滑的钻石颗粒(如50/60网目)排列在具有一粘结层(如丙烯酸树脂)的不锈钢平板模具上(有轻微的凸面或轮廓的模具也可以使用)，使用一硬橡胶材质以将个别的钻石颗粒压入该粘结层中，且颗粒的尖端由该平板模具而整平，接着将环氧树脂以及硬化剂的混合物倾倒在突出于粘结层外的颗粒上(一挡止环定向于该模具的外侧以保留该环氧树脂)，硬化后，移除该模具，且剥除该粘结层，所留下的片段基质包括突出于该硬化的环氧树脂基材外的平滑钻石颗粒。

例2

一片段基质由如下方式所形成：首先将80/90网目大小的破裂单晶钻石颗粒排列及硬焊于一不锈钢基材上，所留下的片段基质包括突出于该硬化的硬焊合金的粗糙的钻石颗粒。

例3

一密切结合于以上所述的例1与例2的复合设计。例1及2的片段基质排列于一暂时的基材上，且一平板用于整平该片段基质的该多超研磨粒子的尖端。当这些尖端对齐后，该片段基质的基底以环氧树脂保护住。

例4

两种形式的片段基质由如下方式形成：利用镍基焊料(Nichrobraz LM)将钻石颗粒硬焊于片段基质的基材上。该片段基质的基材为不锈钢(316)，其直径为20毫米，厚度为4毫米。平滑形式的片段基质由具有硬块或平滑的钻石颗粒形状的60/70目的钢眼网板(型号MBG-660，为Diamond Innovation所设计的产品)所制得，而粗糙形式的片段基质由具有不规则的钻石颗粒形状的100/110目的钢眼网板(型号MBG-620)所制得。将该两种形式的片段基质置于一平坦的不锈钢基材上并以一铸模成形的陶瓷间隔物分离而呈间隔设置。一平坦的不锈钢板将钻石尖端朝向片段基质压入20微米以内以进行整平。添加环氧树脂于每一片段基质的周围，再以紫外线(UV)对基材进行硬化。

需要了解的是以上所述的排列都仅是在描述本发明原则的应用，许多改变及不同的排列也可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下被于本领域具通常知识者所设想出来，而申请范围也涵盖上述的改变和排列。因此，尽管本发明被特定及详述地描述呈上述最实用和最佳实施例，于本领域具通常知识者可在不偏离本发明的原则和观点的情况下做许多如尺寸、材料、形状、样式、功能、操作方法、组装和使用等变动。

Claims (20)

1.一种具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，包括：

一支撑基质；

多个平滑超研磨粒子，设置在该支撑基质上，该多平滑超研磨粒子用于在一抛光垫上切割出大的粗糙部；以及

多个粗糙超研磨粒子，设置在该支撑基质上，该多粗糙超研磨粒子用于在该多个大的粗糙部上切割出多研磨液渠道，其中该多研磨液渠道用以在化学机械抛光制程中，促进研磨液的活动遍及于该多个大的粗糙部。

2.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个粗糙超研磨粒子及该多个平滑超研磨粒子的切割尖端实质上整平且高度介于1至10微米之间。

3.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个平滑超研磨粒子分成一个或多个不连续的平滑超研磨粒子区块，且该多个粗糙超研磨粒子分成一个或多个不连续的粗糙超研磨粒子区块。

4.如权利要求3所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个平滑超研磨粒子区块以及该多个粗糙超研磨粒子区块呈间隔设置。

5.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个平滑超研磨粒子及该多个粗糙超研磨粒子均匀间隔式交错散布于该支撑基质。

6.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个平滑超研磨粒子为单晶超研磨粒子。

7.如权利要求6所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多单晶超研磨粒子为单晶钻石。

8.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个粗糙超研磨粒子为多晶超研磨粒子。

9.如权利要求8所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多多晶超研磨粒子为多晶钻石。

10.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个粗糙超研磨粒子为具有破裂的尖端、边缘、面或其组合的单晶超研磨粒子。

11.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多个平滑超研磨粒子具有一构造，于切割程序发生前，该构造足以对一化学机械抛光垫压入至少15微米的深度。

12.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该多粗糙超研磨粒子具有一构造，当对一抛光垫压入小于或等于10微米时，该构造足以使切割程序开始发生。

13.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该支撑基质为一硬焊金属基质。

14.如权利要求1所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该支撑基质为一有机基质。

15.如权利要求14所述的具有混合修整功能的化学机械抛光垫修整器，其特征在于，该有机基质包含有选自于由胺基树脂、丙烯酸酯树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚亚酰胺树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、酚醛/乳胶树脂、环氧树脂、异氰酸酯树脂、异氰尿酸酯树脂、聚硅氧烷树脂、反应型乙烯基树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、苯氧树脂、二萘嵌苯树脂、聚砜树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂及其组合物。

16.一种具有修整功能的化学机械抛光垫的使用方法，其特征在于，包括：

利用平滑超研磨粒子于一抛光垫的表面切割出大的粗糙部；以及

利用粗糙超研磨粒子于该抛光垫的该大的粗糙部上切割出研磨液渠道，其中该多研磨液渠道促进研磨液的活动遍及于该多个大的粗糙部。

17.如权利要求16所述的具有修整功能的化学机械抛光垫的使用方法，其特征在于，以相同的化学机械抛光垫修整器同时切割出该多个大的粗糙部及该多研磨液渠道。

18.如权利要求16所述的具有修整功能的化学机械抛光垫的使用方法，其特征在于，以不同的化学机械抛光垫修整器依序切割出该多个大的粗糙部及该多研磨液渠道。

19.一种化学机械抛光垫，其特征在于，包括：

一化学机械抛光垫材料，于其上切割形成有多个大的粗糙部；以及

多个研磨液渠道，切割形成于该多个大的粗糙部中，该多研磨液渠道用以于化学机械抛光制程中，促进研磨液的活动遍及于该多个大的粗糙部。

20.如权利要求19所述的化学机械抛光垫，其特征在于，该化学机械抛光垫材料为一无孔化学机械抛光垫材料。

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