CN102484054A - 耐腐蚀性cmp修整工件及其制造和使用方法 - Google Patents

耐腐蚀性cmp修整工件及其制造和使用方法 Download PDF

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CN102484054A CN2010800303837A CN201080030383A CN102484054A CN 102484054 A CN102484054 A CN 102484054A CN 2010800303837 A CN2010800303837 A CN 2010800303837A CN 201080030383 A CN201080030383 A CN 201080030383A CN 102484054 A CN102484054 A CN 102484054A
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Abstract

一种用于修整CMP垫的研磨工具包括通过金属粘结剂联接到基底上的磨料颗粒以及一个涂层，例如一个氟掺杂的纳米复合材料涂层。这些磨料颗粒可以按一种自避免式随机分布来排列。在一种实现方式中，一种研磨工具包括一个涂覆的板以及一个涂覆的磨料物品，该物品具有两个研磨表面。其他的实现方式涉及一种用于生产研磨工具的方法，该研磨工具包括在其一个或多个表面上的涂层。在此还描述了用于整修CMP垫的方法。

Description

耐腐蚀性CMP修整工件及其制造和使用方法
相关申请
本申请根据35 USC 119(e)要求(i)于2009年6月2日提交的、标题为“耐腐蚀性CMP修整工具及其制造和使用方法”的美国临时专利申请号61/183,284，以及(ii)于2009年8月21日提交的、标题为“用作化学机械平坦化垫修整器的研磨工具”的美国临时专利申请号61/235,980的权益，将这两个申请通过引用以其全文结合在此。
背景技术
化学机械抛光或平坦化(CMP)工艺是用来在多种材料(包括半导体晶片、玻璃、硬盘基片、蓝宝石晶片和窗户、塑料等等)上生产平坦的(平面的)表面。典型地，CMP工艺涉及使用一个聚合物垫和一种浆料，该浆料包含松散的磨料颗粒以及其他化学添加剂来使得通过化学和机械作用进行的去除过程是有可能的。
在该过程中，将该抛光垫用抛光残余物变成光滑的并且典型地使用一个修整器来修整或整修这些抛光垫。一般，用于修整CMP垫的工具，也被称为CMP修整器或CMP整修器，是通过使用一种金属粘结剂(电镀的、硬钎焊的或烧结的)来将磨料颗粒固定到一个预成型件上并且产生一个可以修整抛光垫的工具表面而制造的。在某些情况下，该修整器不仅修整了该垫的变光滑的表面并且还可能产生可以影响晶片表面品质的垫纹理或形貌。对抛光垫的不恰当的修整可在被抛光的晶片表面上产生微刮痕并且增加表面凹陷。
基于不锈钢基底并且通过硬钎焊或粉末金属烧结技术制造的CMP修整器倾向于在高腐蚀环境中，如高酸性的钨(W)或铜(Cu)浆料中，是易受化学侵蚀的，从而导致该修整器的过早失效。例如，硬钎焊组分如镍(Ni)、铬(Cr)、及其他物质被从该结合体系中浸取出来，从而形成一种多孔的金属粘结微结构，通常是在表面以及次表面水平两者上。进而，这由于增加的表面积而加速了腐蚀过程。在所施加的CMP浆料中更高的痕量金属含量也能够导致潜在的晶片污染。
发明内容
因此，对于用于将上述腐蚀作用减小或最小化的修整抛光垫的工具和技术存在一种需要。
本发明的一些方面涉及一种用于修整CMP垫的工具。在具体实现方式中，该工具具有两个(第一和第二)工作(研磨)表面，它们是彼此相反的。也可以利用其中仅仅一个表面是研磨表面的工具。这些研磨工具中的一些包括一个板或夹持件以及用于将该工具的磨料部分与该板可拆卸地联接的适当装置。
该工具的一个或多个部分被涂覆了。在一些情况下，与CMP流体接触的所有含金属的表面都被涂覆了。在其他情况下，这整个工具，包括例如所有研磨表面、非工作表面、例如侧表面或不包括磨料颗粒的表面、板(在采用这样的夹具的其他设计中)等等，都被涂覆了。该涂层可以是一个氟化的纳米复合材料涂层，例如一种含碳、硅、氧以及掺杂的氟的纳米复合材料。在该涂层中也可以存在氢或另外的掺杂剂。其他适当的涂层包括聚合物、类金刚石碳、氟化的纳米复合材料、电镀金属以及其他物质。在一个实例中，该涂层是疏水的。在另一个实例中，该涂层具有耐腐蚀特性。
在一个实施方案中，一种用于修整CMP垫的工具包括通过一种金属粘结剂而联接到一个基底上的磨料颗粒以及在该工具的一个或多个表面上的一个涂层。在某些实现方式中，这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围、并且通过该粘结剂以一种单层阵列粘附在该基底上，其特征在于这些磨料颗粒是根据一种非均匀图案在该阵列中定向，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，每个隔离区具有一个最小直径，该最小直径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大直径。
本发明的其他方面涉及一种制造用于整修CMP垫的工具的方法。
在一个实施方案中，一种制造用于修整CMP垫的研磨工具的方法(该工具具有多个单独的磨料颗粒，这些磨料颗粒被布置在受控的、随机的空间阵列中，使得这些单独颗粒是不相邻的)包括：(i)将多个磨料颗粒联接到一个基底上以形成一个烧制的工具，其中该工具是通过如下工艺制备的，该工艺包括：(a)选择具有限定的尺寸和形状的一个二维平面区域；(b)选择用于该平面区域的一个希望的磨料颗粒的砂砾尺寸和浓度；(c)随机产生一系列二维坐标值；(d)将每对随机产生的坐标值限制在与任何相邻的坐标值对相差一个最小值(k)的坐标值上；(e)产生这些限定的、随机产生的坐标值的阵列，这个阵列具有足够的对数，将其作为点绘制在一个曲线图上，以给出对于选定的二维平面区域以及选定的磨料颗粒砂砾尺寸而言希望的磨料颗粒浓度；并且(f)将一个磨料颗粒的中心置于该阵列上的每一个点处；(ii)烧制该工具；并且(iii)在该烧制的工具的至少一个表面上施加一个涂层。
在另一个实施方案中，一种用于制造研磨工具(具有多个单独的磨料颗粒，这些磨料颗粒被布置在一个受控的、随机的空间阵列中，使得这些单独颗粒是不相邻的)的方法包括：(i)将磨料颗粒联接到一个基底上以形成一个烧制的工具，其中该工具是通过如下工艺制备的，该工艺包括以下步骤：(a)选择具有限定的尺寸和形状的一个二维平面区域；(b)选择用于该平面区域的所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸和浓度；(c)选择一系列的坐标值对(x1，y1)，这样使得沿着至少一条轴线的坐标值被限制为一个数字序列，其中每个值与下一个值相差一个常量；(d)将每个选择的坐标值对(x1，y1)解除配对以给出一组选定的x值和一组选定的y值；(e)从x值和y值的这些组中随机选择一系列的随机坐标值对(x、y)，每对具有的坐标值与任何相邻的坐标值对的坐标值对相差一个最小值(k)；(f)产生这些随机选择的坐标值对的一个具有足够对数的阵列，将其作为点绘制在一个曲线图上，以给出用于该选定的二维平面区域以及选定的磨料颗粒的砂砾尺寸而言希望的磨料颗粒浓度；并且(g)将一个磨料颗粒的中心置于该阵列上的每一个点处；并且(ii)在该工具的一个工作表面上施加一个涂层。
在一个进一步的实施方案中，一种制造用于修整CMP垫的研磨工具的方法包括：按如下工艺涂覆一个CMP修整器(它具有通过一种金属粘结剂而联接在一个基底上的磨料颗粒)，该工艺包括：(a)将该CMP修整器定位在一个真空沉积室中；并且(b)在其上通过无团簇粒子束的共沉积而沉积一种含碳、硅、氧、氢以及氟的组合物，该粒子束包括离子、原子或碳、硅、氧、氢、以及氟的基团，其中每个粒子种类的平均自由路程超过了其来源与该修整器的生长的粒子涂覆表面之间的距离。
在又一个实施方案中，一种制造用于修整CMP垫的方法包括涂覆一个CMP修整器的至少一个表面，该表面包括通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的多个磨料颗粒，其工艺包括对该CMP修整器的该至少一个表面通过离子、原子或相关元素基团的无团簇射束的共沉积来施加一个氟掺杂的纳米复合材料涂层，其中每个粒子种类的平均自由路程优选地超过了其来源与该生长的粒子涂覆表面之间的距离，并且每个射束包含具有明确定义的能量的粒子。
本发明的另外的方面涉及一种用于修整CMP垫的方法。
在一个实施方案中，一种用于修整CMP垫的方法包括：用一种工具整修该CMP垫的一个表面，该工具包括(a)通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的磨料颗粒，这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围，并且这些磨料颗粒通过该粘结剂以一种单层阵列粘附在该基底上，其特征在于这些磨料颗粒是根据一种非均匀图案在该阵列中定向，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，每个隔离区具有一个最小直径，该最小直径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大直径；以及(b)在该工具的一个或多个表面上的一个涂层。
在另一个实施方案中，一种用于修整CMP垫的方法包括：(a)使一个整修器与该CMP垫相接触，其中该整修器包括通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的磨料颗粒以及在该整修器的一个或多个表面上的、包含碳、硅、氧、氢、以及氟的一个纳米复合材料涂层；并且(b)对该CMP垫的一个工作表面进行再磨光，由此修整所述垫。
在一个进一步的实施方案中，一种整修CMP垫的方法包括：将一个磨料物品联接到一个整修机器上，该磨料物品包括一个基底，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面，其中该磨料物品包括在该基底的第一主表面上的一个第一磨料表面、以及在该基底的第二主表面上的一个第二磨料表面，所述磨料表面中至少一个被涂覆了，并且其中该磨料物品被安装在该整修机器上以暴露该第一磨料表面；将该第一磨料表面与一个第一CMP垫的一个表面相接触并且将该第一CMP垫相对于该第一磨料表面进行移动以修整该第一CMP垫；将该磨料物品反转以暴露该第二磨料表面；并且将该第二磨料表面与一个第二CMP垫的一个表面相接触并且将该第二CMP垫相对于该第二磨料表面进行移动以修整该第二CMP垫。
本发明可以用许多类型的CMP整修器来实施并且具有许多优点。例如，用于修整CMP垫的工具配备有一个优选疏水的涂层，由此减小或最小化CMP残余物集聚以及磨损薄膜的形成。其结果是，该整修器的性能可以被最大化或增强，因为金刚石是起作用的直至所有工作的锐利边缘都变钝。在此描述的涂覆的CMP修整器优选是耐腐蚀和/或侵蚀、剥落或层离的。所采用的涂层中某些是特别硬且持久的并且可以如希望的“被调整“或改变，例如通过操控它们的化学组成，以得到对于具体CMP应用而言最好的特性组合。
所描述的涂层中某些(例如，F-DNC，在下面进一步讨论)的惰性性质使得CMP整修器特别好地适用于苛刻的CMP应用，如W或Cu CMP。一方面，该涂层本身不与低-PH的金属CMP浆料反应；另一方面，该疏水性涂层还可以防止合金组分从次表面硬钎焊微结构的化学浸取。因此可以实现抛光的晶片表面上最小化的金属污染。在一些实现方式中，在此讨论的工具对CMP环境特别有用，例如像在层间绝缘(ILD)或浅槽隔离(STI)应用中发现的。
附图说明
在附图中，贯穿不同视图的参考符号指代相同的部分。这些图不一定是按比例绘制的；反而重点放在说明本发明的原则上。在附图中：
图1包括一个研磨工具的一部分的截面图示。
图2是一张扫描电子显微镜图像，示出了在W2000浆料中浸泡之后整修器表面上的一个多孔的金属粘结剂微结构(在表面和次表面水平上)。
图3是一张图像，示出了静止在一个F-DNC涂覆的整修器表面上的水滴。
图4是一张图像，示出了静止在一个F-DNC涂覆的整修器表面上的水滴。
图5示出了一个F-DNC涂覆的整修器表面的接触角测量结果。
具体实施方式
本发明总体上涉及用于修整CMP垫的工具、制造方法以及使用此工具的方法。
在一个实施方案中，本发明针对一种用于修整CMP垫的工具。该工具包括联接在一个支持构件(在此也称为基底)上的多个磨料颗粒以及一个涂层。
典型地，在用于修整CMP垫的工具中使用的支持构件具有至少两个典型地彼此相反的侧面或面(例如前面和后面)，在此也称为主表面。盘状或圆柱形状是典型的但也可以使用其他构型。该支持件的前侧和后侧是基本上相互平行并且在一些情况下，将该工具制成具有小于约0.002英寸的不平整度。例如，该工具可以具有小于约0.01英寸的不平整度，并且在某些情况下是小于约0.002英寸。
支持构件可以整体或部分地由金属合金、聚合物材料或金属、金属合金和/或聚合物的组合制成。还可以采用其他材料。典型地，该支持构件(或基底)是由适合于经受酷烈的研磨过程的一种材料制成的。例如，该基底可以使用具有至少2E3MPa的弹性模量的材料。在其他实施方案中，该基底可以由一种具有更大弹性模量的材料制成，例如在至少约5E3MPa的量级上，如至少约1E4MPa、或甚至是至少约1E5MPa。在具体的情况下，该基底材料具有的弹性模量在约2E3MPa与约4E5之间的范围内。
多个磨料颗粒(粒料或砂砾)联接在该支持构件的一个或多个表面上。用于修整CMP垫的工具可以使用超级磨料，例如金刚石，例如天然或合成的立方氮化硼(CBN)，或其他磨料如氧化物，例如氧化铝、硅石，硼化物，氮化物，碳化物，例如碳化硅、碳基结构(包括人造的碳基材料，如富勒烯)，或不同类型的磨料和/或超级磨料的组合。在特定的实施方式中，将金刚石磨料颗粒联接(附接)到一个由不锈钢制成的基底上，例如一个盘状的基底。
这些磨料颗粒具有适合于一种特定应用的尺寸。在一些CMP修整器中，例如，至少50％(按重量计)的磨料微粒如金刚石微粒，具有小于75微米(μm)的微粒尺寸。在其他实例中，至少约95％(按重量计)的磨料微粒具有小于约85μm的微粒尺寸。
在其他实现方式中，这些磨料颗粒具有小于约250微米的平均砂砾尺寸。在某些情况下，可以使用更小的磨料颗粒，使得该平均砂砾大小是不大于约200微米、不大于约100微米、或甚至不大于约50微米。在具体实例中，这些磨料颗粒可以具有的平均砂砾大小是在约1微米与约250微米之间的范围内，例如在约1微米与约100微米之间的范围内。
在一个实施方案中，将磨料颗粒联接在一侧上，而第二侧配备有一种金属粘结剂，该金属粘结剂不含磨料颗粒或包含惰性的(相对于工具制造工艺而言)填料微粒。
可以采用其他安排。例如2009年12月31日提交的、标题为“用作化学平坦化垫修整器的研磨工具”的美国专利申请号12/651,326(通过引用以其全文结合在此)描述了一种用作CMP垫修整器(整修器)的研磨工具，该研磨工具包括具有两个(第一和第二)研磨表面的一种磨料物品。该工具可以配备有用于可拆卸地联接该磨料物品与一个夹具或板(在此也称为夹持件)的联接装置，该联接装置可以由金属、金属合金、聚合物或其组合制成。在一些情况下，该板包括过渡金属元素。该研磨工具可以包括不同类型的接合结构，这些接合结构有助于移除和/或反转该研磨工具这样使得第一及第二磨料表面均是可用的。
例如，一种用作CMP垫修整器的研磨工具包括一个板以及一个磨料物品，该磨料物品包括一个基底，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面。该CMP垫修整器还包括附接到该第一主表面上的一个第一磨料颗粒层、附接到该第二主表面上的一个第二磨料颗粒层、以及被配置为接合该板的一部分并且可拆卸地联接该磨料物品与板的一个接合结构。
其他实例涉及一种用作CMP垫修整器的研磨工具，该研磨工具包括一个板以及一个磨料物品，该磨料物品具有一个基底，该基底包括一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面、一个附接到该第一主表面上的第一磨料颗粒层、以及一个附接到该第二主表面上的第二磨料颗粒层。该研磨工具被形成为使得该板和磨料物品是通过一个联接机构可拆卸地联接的。
图1示出了可以采用的一种研磨工具的截面图示。具体地，研磨工具300包括可拆卸地联接到一个板301上的磨料物品250。该磨料物品250可以包括一个基底210，该基底具有一个第一主表面202和一个与第一主表面202相反的第二主表面204，它们通过侧表面连接在一起。该磨料物品250进一步包括一个覆盖并且抵靠该第一主表面202的第一粘结层203、以及包含在该粘结层203内的一个第一磨料颗粒层221，这样这些磨料颗粒被固定到该基底201上。还展示了覆盖并且抵靠该第二主表面204的一个第二粘结层205、以及包含在该粘结层205内的一个第二磨料颗粒层223，这样这些磨料颗粒被固定到该基底201上。
板301包括一个凹陷304，该凹陷延伸进入板301的内部并且被配置为提供一个用于可拆卸地联接该磨料物品201的空间。该板301和磨料物品300通过联接机构351和352而彼此可拆卸地联接，这些联接机构包括磨料物品250的接合结构257和258，这些接合结构与该板301的互补联接表面261及262相接合。也就是，板301具有特定的形状以及联接表面261和262，它们被特别地设计为可拆卸地联接到磨料物品250上，该磨料物品具有结合了磨料颗粒的第一及第二工作表面。
如所展示的，该研磨工具300包括了具有一个凹陷304的一个板301，该板使得该磨料物品250可以被可拆卸地联接到板301上的凹陷304内。根据一个具体实施方案，该凹陷304具有一个深度305，如在板301的上表面331与凹陷304的底表面309之间测量的。值得注意地，凹陷304的深度305可以显著地大于磨料物品200的高度335，这样包含在该凹陷304内的磨料颗粒层223与底表面309间隔开。这样一种安排有助于将底表面309与第一磨料颗粒层223之间充分隔开，以避免磨料颗粒223的破坏、变钝、或其特征及取向的改变。
如进一步展示的，该研磨工具300被设计为使得磨料物品250具体地被置于板301的凹陷304内。也就是说，该基底201的上部主表面202可以与板301的上表面331平齐，使得仅有粘结层203和磨料颗粒层221延伸超过该板301的上表面331。这样一种构型有助于在修整过程中磨料颗粒层221的接合以及在整修操作过程中板301的上表面331与垫之间的恰当间隔。磨料物品250与板301之间以这样一种方式的定向可以由联接机构351和352协助，这些联接机构有助于固定在该磨料物品250与板301之间的定向。
该板可以包括一种适合用于CMP加工的材料。例如，该板301可以包括与该基底或支持构件中所使用的相同的材料。在特定的实现方式中，该板301是由具有适当机械特征(如至少2E3MPa的弹性模量)的一种材料形成。例如，板301可以由具有的弹性模量在约2E3MPa和约4E5MPa之间的范围内的一种材料制成。
一些适合用作板301的材料可以包括金属类、金属合金类、聚合物类以及它们的组合。例如，在某些实施方案中，该板301是由金属材料制成的，例如一种金属合金，并且特别地包括过渡金属元素。作为替代方案，该板301可以包括一种聚合物材料使得该板是由耐用的聚合物(例如一种热塑性塑料、热固性物质或树脂材料)制成。
在某些实施方案中，该板301被设计为要经受反复的CMP加工和整修过程。也就是说，旨在使板301是一个可重复使用的构件，这样它在被更换之前可以经受许多次使用。例如，该板301可以被设计为使得它是在超过磨料物品250的寿命的一个寿命内可重复使用的。
该板301可以包括被配置用于与典型地设计来保持修理器的一个夹具相接合的凹陷302和303，这样该板301及磨料物品250可以根据一个整修操作来转动。将了解的是虽然板301被展示为具有用于与一个夹具相接合的凹陷302和303，但可以使用其他的接合结构，如穿过板301的中央的一个轴杆孔或适当地被设计为使得板301可以绕磨料物品200旋转从而修整和整修CMP垫的其他结构。
可以使用不同装置来将该磨料物品联接到该板上，例如在2009年12月31日提交的、标题为“用作化学平坦化垫修整器的研磨工具”的美国专利申请号12/651,326(通过引用以其全文结合在此)中所描述的。特征和接合结构可以包括多种连接，如过盈配合连接、闩销、紧固件、杠杆、夹紧件、卡盘、或其组合。某些联接机构可以包括在磨料物品250与板301之间的磁性联接装置和/或电极联接装置(例如，阳极键合)。
在一个实例中，一种研磨工具包括密封装置，该密封装置可以减小或最小化CMP流体和碎屑渗透进入在磨料物品250与板301之间的连接物中。另外，此类材料可能在随后的整修操作中污染其他的垫。密封构件可以附接到板301、基底201或二者上。在一种实现方式中，一个密封构件可以沿着该基底201的侧表面206的周边在一个方向上延伸。也就是说，该密封构件可以围绕基底201的侧表面的整个周边环圆周地(在一种圆形基底的情况下)延伸。同样地，该密封构件可以与一个对应的凹陷相接合并且沿着基底201的侧表面的周边(并且特别是整个周边)延伸。在一个实例中，该密封构件被置于沿着基底201的侧表面的一个凹陷内。
在另一个实例中，一种用作CMP垫修整器的研磨工具包括由一个基底构成的磨料物品，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面、一个附接到该第一主表面上的第一磨料颗粒层、以及一个附接到该第二主表面上的第二磨料颗粒层。一个板包括一个磁体用于可拆卸地联接该板与磨料物品。
在又一个实例中，一种用作CMP垫修整器的研磨工具包括一个含凹陷的板(例如金属或金属合金板)、以及可拆卸地联接到该凹陷内的一个磨料物品。该磨料物品包括一个基底，该基底具有一个第一主表面以及附接在该第一主表面上的一个第一磨料颗粒层。在某些情况下，该第一磨料颗粒层具有不大于约0.02cm的平面度，如通过光学自动聚焦技术测量的。例如，该第一磨料颗粒层具有的平面度可以是不大于约0.01cm、或甚至不大于约0.005cm。在一个实例中，平面度测量结果是使用光学自动聚焦技术来测量多点之间的距离而积累的。此种技术的一个例子是通常从威优工程有限公司(VIEW Engineering，Inc.)可得的Benchmark 450TM。
在一个进一步的实例中，一种CMP垫修整器具有一个基底(支持件)，该基底包括一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面、一个附接到该第一主表面上的第一磨料颗粒层、以及一个附接到该第二主表面上的第二磨料颗粒层。该研磨工具可以进一步包括在该基底上的一个第一标记，该标记对应于该第一主表面并且标识了该第一磨料颗粒层的磨损状态。任选地，可以按类似方式设置标记以指示该第二磨料颗粒层的磨损状态。
此类标记可以标识该第一和/或第二磨料颗粒层已经在修整操作中使用的次数的数目和/或可以帮助使用者识别被使用的侧面和未被使用的侧面、并且可以标识一个对应的磨料颗粒层的剩余可用寿命。该标记可以包括物理记号或印制记号，如罗马数字，指示对应的磨料颗粒层221和223已被使用的次数的数目。也可以使用彩色标记，其中这些标记具有标识出对应的磨料颗粒层的磨损状态的不同颜色状态。具体地，这些颜色指示物可以具有不同的颜色状态，其中标记的颜色随着重复暴露于CMP过程中所使用的某些化学物中而改变。该标记可以是一个刻痕或用户应用的材料，例如一块粘附剂或胶带或其他标识结构，指示了一个磨料颗粒层被使用的次数的数目以及最后磨料层的磨损状态。
磨料物品，例如在2009年12月31日提交的、标题为“用作化学平坦化垫修整器的研磨工具”的美国专利申请号12/651,326(并且通过引用以其全文结合在此)中披露的那些，可以通过不同的方法来制备。例如，如在美国专利申请号12/651,326中披露的，一种形成磨料物品的方法包括以下步骤：将一个第一粘结层材料置于一个基底的第一主表面上，其中该基底包括一个接合结构，该接合结构被配置为将该基底可拆卸地联接到一个板上；并且将一个第一磨料颗粒层置于该第一粘结层材料内。该方法进一步包括：将一种第二粘结层材料放在该基底的一个第二主表面上，其中该第二主表面与该第一主表面相反；将一个第二磨料颗粒层放在该第二粘结层材料内；并且形成一个CMP垫修整器，该修整器包括由该第一主表面上的第一磨料颗粒层限定的一个第一磨料表面以及由该第二主表面上的第二磨料颗粒层限定的一个第二磨料表面。
该第二粘结层材料的安置可以包括与将该第一粘结层材料安置在第一主表面上相似或相同的工艺。在具体的过程中，该第二粘结层的安置可以包括基底的悬置，这样所完成的第一粘结层材料以及第一磨料颗粒层不与任何表面相接触。在形成该第二粘结层的同时悬置该基底避免了该第一磨料颗粒层的安置或定向方面的改变、或甚至使该第一磨料颗粒层变钝。该基底可以使用机械装置、加压装置或类似物进行悬置。
包括两个侧研磨表面的安排可以包括在该支持构件的两个相反的面上相同或不同的研磨材料和/或磨料尺寸。因此，在该第二研磨面上的磨料颗粒可以与该第一面上磨料颗粒相同，包括相同类型的材料以及相同的平均砂砾大小。然而，在具体实施方案中，该第二层的磨料颗粒可以与该第一磨料颗粒层中使用的磨料颗粒不相同。在第一主表面与第二主表面之间使用不同的磨料颗粒可能有助于形成一种能够进行不同整修操作的磨料物品。例如，该第二层的磨料颗粒可以包含一种与该第一层磨料颗粒不同类型的材料。在一些设计中，第二层的磨料颗粒可以具有不同的平均砂砾尺寸，以便在相同的CMP垫或一个不同类型的CMP垫上完成不同的整修操作。
可以用来将磨料颗粒联接或附接到该支持构件的至少一个侧面(典型地是该工作表面)、或附接到这两个侧面(如以上描述的是彼此相反的)上的途径，包括例如硬钎焊、电镀或烧结(例如，使用金属粉末技术)。其他类型的粘结材料包括例如有机树脂或陶瓷结合剂。用来将磨料颗粒附接到一个支持构件的多个相反研磨面上的联接手段可以是相同或不同的。
在一个实例中，这些磨料颗粒是通过用一种硬钎焊合金进行硬钎焊而联接的。例如，可以将一个硬钎焊层，例如硬钎焊薄膜，粘结到该支持构件的一个或多个侧面上，然后施加磨料颗粒，例如通过将磨料颗粒定位在这个或这些硬钎焊层上以形成一个生坯部件。烧制该生坯部件熔化了硬钎焊层并且接着进行冷却，以将磨料颗粒与硬钎焊合金化学地粘合到该支持构件上。典型地用来将磨料颗粒(如金刚石)粘结到基底(例如，钢质预成型件)上的金属粘结剂的化学组合物，包括元素Ni电镀金属或焊料(braze)，例如来自美国密歇根州麦迪逊海茨市的沃尔科尔莫诺伊公司(Wall ColmonoyCorporation)的
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LM(BNi-2)焊料。在此描述的安排中使用的许多硬钎焊薄膜包括一种具有按重量计至少约2％的铬含量的镍合金。
该硬钎焊薄膜可以具有例如在所采用的磨料颗粒的最小微粒尺寸的约1％与约60％之间的厚度，并且可以例如是硬钎焊带、硬钎焊箔片、带有穿孔的硬钎焊带、或带有穿孔的硬钎焊箔片。例如，利用穿孔的薄片，将磨料颗粒定位在一个或多个硬钎焊层上可以包括例如：将粘合剂施加到所有的硬钎焊层上；将具有多个开口的一个安置箔片或胶带定位在每个粘合剂层上；并且使这些磨料微粒与该粘合剂通过这些开口相接触。
在一种实现方式中，该支持构件是不锈钢盘，该硬钎焊薄膜是硬钎焊箔片并且这些磨料微粒是金刚石。在一种情况下，至少约50％(按重量计)的金刚石独立地具有在约65微米与约75微米之间的微粒尺寸。
定位这些磨料微粒可以包括例如：将这些磨料微粒施加在一个硬钎焊薄膜的至少一部分之中或之上的多个开口上，其中每个开口被配置为接收一个磨料微粒。将这些磨料微粒施加在一个硬钎焊薄膜的至少一部分之中或之上的多个开口上可以包括例如：将一个粘合剂层施加到该硬钎焊薄膜的至少一个部分上，将包括该多个开口中的至少一部分的一个安置引导件定位在该粘合剂层上，并且使这些磨料微粒与该粘合剂通过这些开口进行接触。在另一种途径中，定位这些磨料微粒可以包括例如：将粘合剂施加在该硬钎焊薄膜的至少一部分上、并且将这些磨料微粒随机分布在该粘合剂上。
该修整工具可以配备有一种特殊的表面形貌，该表面形貌在被使用时实现了所希望的垫修整并且CMP修整器可以被制造为具有多种构型。这些磨料颗粒可以例如以一种或多种图案的形式来定位，并且进而一种图案可以包括一个或多个子图案。
每个图案可以具有限定了一个边缘并且因此限定一种图案形状的多个物体。可以使用不同的图案形状。在某些情况下，将该图案的形状调整为与该支持构件的侧面的形状相似(例如，如果该支持构件具有圆形侧面，则该图案具有圆形形状)。
可以使用的图案的实例包括：面心立方图案、立方图案、六角形图案、菱形图案、螺旋图案、随机图案、或此类图案的组合。例如，六角形图案是指如下一种物体安排，其中未限定该图案边缘的每个物体具有以等距离环绕它的六个物体。可以将一个或多个子图案以及一个或多个随机图案进行组合以形成混合图案。也可以使用随机的磨料颗粒图案(例如，其中颗粒在基底上随机分布)。此类图案可以包括假随机的以及混乱的或分形的图案。
在具有两个工作(研磨)表面的工具中，可以对仅仅一个或这两个表面提供图案。
在一个实例中，一种研磨工具包括由一个基底构成的一种CMP垫修整器，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面，其中该第一主表面包括一种研磨构造，该研磨构造包括由第一组凸起的上部部分所限定的一个第一上表面，这些凸起从第一组凹槽所限定的一个下表面延伸，该第一组凹槽分隔了这第一组凸起。该第二主表面包括一种研磨构造，该研磨构造包括由第二组凸起的上部部分所限定的一个第二上表面，这些凸起从第二组凹槽所限定的一个下表面延伸，该第二组凹槽分隔了这第二组凸起。采用了两个研磨表面的安排可以使用相同或不同的图案来在对应的表面上形成这些凹槽和凸起的组。
传统地，金刚石颗粒一般以随机分布亦或图案化分布的方式置于一个修整器的表面上。具有一个规则图案化的阵列的修整器可以具有处于笛卡尔坐标中固有的周期性的金刚石，这可在垫上压印不希望的规则性。另一方面，真正随机的阵列倾向于产生无金刚石的区域。圣戈班磨料磨具有限公司(Saint-Gobain Abrasives，Inc.)开发了一种自避免式随机分布(SARDTM)来克服这些缺点。总体上，可设计一个SARDTM阵列，这样就不存在重复图案，并且也不存在无金刚石的区域。此外，每个SARDTM修整器可以通过精确复制每个金刚石的位置而被制造以提供就工艺稳定性、批与批的一致性以及晶片均匀性而言优越的抛光性能。在例如于2009年12月31日提交的、标题为“用作化学平坦化垫修整器的研磨工具”的美国专利申请号12/651,326(并且通过引用以其全文结合在此)所披露的工具中，可以使用SARDTM技术来产生一个或这两个研磨表面。
根据SARDTM图案配置的CMP修整工具被描述于例如于2009年3月24日颁给理查W.J.霍尔等人的美国专利号7,507,267中，该专利的传授内容通过引用将其全部结合在此。
在优选的方面，一种用于修整CMP垫的工具包括磨料颗粒、粘结剂以及一个基底，这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围，并这些磨料颗粒是通过该粘结剂以单层阵列粘附到基底上，其特征在于：(a)这些磨料颗粒根据一个非均匀图案在该阵列中定向，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，并且(b)每个隔离区具有一个最小半径，该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。
一种用于制造研磨工具的方法，这些研磨工具具有围绕每个磨料颗粒的一个选定的隔离区，这种方法包括以下步骤：(a)选择一个具有限定的尺寸和形状的二维平面区域；(b)选择用于该平面区域的一个希望的磨料颗粒砂砾尺寸和浓度；(c)随机产生一系列二维坐标值；(d)将随机产生的每对坐标值限制在以一个最小值(k)与任何相邻的坐标值对不同的坐标值上；(e)产生这些限定的、随机产生的坐标值的一个阵列，该阵列具有充足的对数，将其作为点绘制在一个曲线图上，以产生对于选定的二维平面区域以及选定的磨料颗粒砂砾尺寸而言所希望的磨料颗粒浓度；并且将一个磨料颗粒的中心置于该阵列上的每一个点处。
用于制造研磨工具的另一种方法，这些研磨工具具有围绕每个磨料颗粒的一个选定的隔离区，该方法包括以下步骤：(a)选择具有一个限定的尺寸和形状的二维平面区域；(b)选择用于该平面区域的所希望的磨料颗粒砂砾尺寸和浓度；(c)选择一系列的坐标值对(x1，y1)，这样使得沿着至少一条轴线的坐标值被限制为一个数字序列，其中每个值以一个常量不同于下一个值；(d)将每个选择的坐标值对(x1，y1)解除配对以提供一组选定的x值和一组选定的y值；(e)随机从x值和y值的组中选择一系列的随机坐标值对(x、y)，每对具有以一个最小值(k)与任何相邻坐标值对的坐标值不同的坐标值；(f)产生这些随机选择的坐标值对的一个阵列，这些坐标值具有足够的对数，将其作为点绘制成在一条曲线图上，以产生用于选定的二维平面区域以及选定的磨料颗粒砂砾尺寸而言所希望的磨料颗粒浓度；并且(g)将一个磨料颗粒的中心置于在该阵列上的每一个点处。
可以实现所希望的微粒间的间距，例如通过使用一种磨料安置引导件，该磨料安置引导件具有多个开口与对应的开口间间距。在一些情况下，可以将一种特定的图案整合到该硬钎焊薄膜中。例如，该硬钎焊薄膜(例如箔片)可以配备有希望的图案的多个开口或穿孔。在优选的实现方式中，每个穿孔的尺寸被确定为保持单个磨料颗粒，这样使得烧制后这些磨料颗粒形成了基本上类似于开口图案的一种颗粒图案。穿孔还可以允许在硬钎焊过程中挥发的粘合剂的除气，由此减小了该硬钎焊薄膜的抬升。
该工具可以具有大于约4000磨料颗粒/平方英寸(620磨料颗粒/平方厘米或cm2)的磨料颗粒浓度以及一个颗粒间间距，使得基本上没有磨料微粒接触到其他磨料微粒(例如，按体积计小于5％的磨料微粒接触到其他磨料微粒)。在一些这样的情况下，该磨料微粒浓度是大于约10000磨料颗粒/平方英寸(1550磨料颗粒/cm2)。
可以使用其他类型的CMP垫整修器。例如，适当的CMP整修工具描述于在2008年11月6日公开的、标题为“用于化学机械平坦化的修整工具和技术”的美国专利申请公开号2008/0271384(其传授内容通过引用以其全文结合在此)以及在2009年2月26日公开的授予黄(Hwang)等人的、标题为“用于下一代氧化物/金属CMP的优化的CMP修整器设计”的美国专利申请公开号2009/0053980(其传授内容通过引用以其全文结合在此)中。
在一个实现方式中，一种用于CMP垫修整的工具包括磨料颗粒、粘合剂以及一个基底。这些磨料颗粒是由该粘结剂(例如，硬钎焊带或硬钎焊箔片)以一个单层阵列粘附到一个基底上的。这些磨料颗粒就颗粒尺寸、颗粒分布、颗粒形状、颗粒浓度、以及颗粒凸出高度的分布进行了优化，由此使一种希望的CMP垫构造能够被实现。这些磨料颗粒可以例如根据一个非均匀图案在该阵列中定向，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，并且每个隔离区具有一个最小半径，该最小半径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大半径。在一种具体的情况下，至少50％(按重量计)的这些磨料颗粒独立地具有小于约75微米的微粒尺寸。在另一个具体的情况中，所希望的CMP垫构造是表面精度为小于1.8微米(μm)，Ra。在又一个具体的情况中，将这些磨料颗粒粘附到该基底上的粘合剂是硬钎焊带或硬钎焊箔之一。在一个另外的具体情况中，由该工具提供的希望的CMP抛光垫构造是抗磨料附聚的，由此减少在由该垫加工的晶片上的凹形变形。
用于CMP垫修整的研磨工具还包括一个涂层。该涂层可以被布置在一个或多个硬钎焊的、烧结的或电镀的CMP整修器的表面上。例如，该涂层被施加在一个整修器或修整器的工作表面上、并且任选地施加到其他表面上。在具有单一工作表面的工具中，研磨面和相反的非研磨面均可以被涂覆。一种工具，例如在2009年12月31日提交的、标题为“用作化学平坦化垫修整器的研磨工具”的美国专利申请号12/651,326(并且通过引用以其全文结合在此)中所描述的，可以具有一个或这两个经涂覆的研磨表面。在另外的实现方式中，该板(夹持件)也部分或整体地被涂覆。在一些情况下，整个工具，包括如在此描述的一个板(如果使用的话)在内，都被涂覆了。在其他情况下，与CMP浆料接触的所有含金属的表面都被涂覆了。可以对该CMP垫修整工具的不同部分施加相同或不同类型的涂层。
优选地该涂层提供了耐腐蚀性和/或其他特性，例如疏水性、硬度、在所涂覆的表面上的良好粘附性、耐侵蚀、层离或剥落性等等。腐蚀总体上是指金属或合计由于与其环境进行一个或多个反应而造成的电化学降解，这通常由于酸或碱的存在而被加速。总体上，一种金属或合计的可腐蚀性取决于其在活度序中的位置。腐蚀产物通常呈现金属氧化物或卤化物的形式。在CMP应用的具体背景下，腐蚀还涉及金属或合金组分溶解到一种腐蚀性溶液(在此情况下是所采用的化学浆料)中。这种溶解是由所涉及的金属/合金组分之间的电化学势差而引发的。例如，该硬钎焊合金中的Ni和NiSi2相在Cu或W浆料中起不同作用，其中Ni相一般比NiSi2先被浸取出。CMP应用中腐蚀现象的典型结果包括多孔的金属粘结剂微结构，这典型地在表面和次表面水平上发生，如图2中所示。
可以采用若干类型的涂层。实例包括但不限于：有机物质/聚合物/氟树脂，例如聚对二甲苯、类金刚石碳涂层(DLC)、类金刚石纳米复合材料涂层(DNC)、氟化的纳米复合材料涂层以及其他，例如镀层，如Cr、Ni、Pd等等。
基于聚合物的有机涂层，例如像聚对二甲苯，一般是疏水的，但通常特征为低耐磨损性，尤其是在侵蚀性的CMP应用中，此时软涂层可能被磨破或由于例如不足够的涂层粘附性而剥落掉。
如果涉及侵蚀性磨损，例如这是关于金刚石工作表面的情况，则被磨损的金刚石尖端可以继续工作而剩下的粘结剂区域可以仍然在整个CMP过程中受到保护。
类金刚石的纳米复合材料涂层描述在了例如1994年10月4日颁给多夫曼(Dorfman)等人的“用于形成类金刚石纳米复合材料或掺杂的类金刚石纳米复合材料薄膜的方法”的美国专利号5,352,493中，其传授内容通过引用以其全文结合在此。此类涂层典型地是无定形材料，其特征为渗透了主要是sp3键合的、由氢稳定的碳、由氧稳定的玻璃状硅的不规则网络、以及来自元素周期表的1-7b和8族元素的不规则网络。也可以采用分层的结构，例如像在2008年8月14日公开的、授予雅凯(Jacquet)等人的美国公开申请号2008/0193649AI“包括类金刚石碳层的分层结构的涂层”中所描述的，其传授内容通过引用以其全文结合在此。
标准的DLC涂层典型地是亲水的(例如可以采用的其他金属涂层)。在一些应用中，DLC薄膜可以具有高的内应力，并且其结果是，可以发展销孔和总体孔隙率。这些现象可能导致化学腐蚀和浸取，特别是在某些CMP浆料环境中。此外，一个亲水表面可以在CMP应用过程中促进整修器表面上的集聚，从而导致减小的整修器寿命和缺陷的潜在增加(如果残余微粒从整修器表面中断裂的话)。
因此，在本发明的某些方面，该CMP修整器具有一个疏水的涂层。在另外的实现方式中，该涂层是硬的和/或具有到基底表面上的良好粘附性，并且因此限制了磨损和/或剥落。惰性的、例如pH和/或化学不敏感的涂层也是优选的。
在具体实施方案中，该涂层是氟掺杂的纳米复合材料，在此也称为氟化的纳米复合材料或F-DNC涂层。这样的涂层是体系中具有C、Si和O、与掺杂的F的纳米复合材料，并且可以被认为是氟掺杂的类金刚石纳米复合材料组合物。
在一个实现方式中，该涂层包括一种含碳、硅、氧、氢、以及氟的类金刚石组合物。氟掺杂的类金刚石涂层描述于例如在2002年10月22日颁给布瑞(Bray)等人的美国专利号6,468,642中，其传授内容通过引用以其全文结合在此。
不希望受理论束缚，据信在某些应用中，该涂层组合物是一种通过氢原子化学稳定的碳网络、以及一种通过氧原子稳定的玻璃状的硅网络，从而产生了一种无定形的结构，该氟以取代的形式被结合并且置换了一部分的氢亦或硅。如在此使用的，“无定形的”是指原子以固态的方式一种不规则的结构或排列，该不规则的结构或排列产生了非长范围的规则排序、并且缺乏结晶性或粒度。因为也相信团簇可以损害该结构的无定形性质、并且可以用作降解的活性中心，所以优选的涂层不含大于约10埃的团簇或排序。
任选地，该涂层包括一种或多种掺杂剂，并且此类涂层在此被称为氟掺杂剂DNC涂层。典型地，可以加入一种或多种另外的掺杂剂来定制或调整该涂层的特性。例如，可以选择该掺杂剂从而添加耐腐蚀性或增强在所涂覆的整修器表面上的粘附性。该掺杂剂的性质和/或掺杂剂浓度可以在整个涂覆中改变，例如在一种分层安排中。
该另外的掺杂剂可以是元素周期表的Ib-VIIb和VIII族中过渡金属或非金属的任何一种或一个组合。掺杂剂的实例包括：B、Si、Ge、Te、O、Mo、W、Ta、Nb、Pd、Ir、Pt、V、Fe、Co、Mg、Mn、Ni、Ti、Zr、Cr、Re、Hf、Cu、Al、N、Ag、Au。可以用作掺杂剂的一些化合物包括：TiN、BN、AlN、ZrN和CrN。可以使用其他掺杂剂。进一步，也可以在具有其他元素和/或化合物的掺杂剂网络中使用硅和氧原子。
不希望束缚于任何具体解释，据信另外的掺杂剂以一种不规则方式填充了该纳米孔隙网络，最终以某个掺杂剂浓度产生了无团簇或微晶微粒的一种另外的网络，甚至在高达50原子％的浓度下。在低于约10原子％的浓度下，这些掺杂剂作为分离的原子而分布在类金刚石基质的纳米孔隙中。这种假随机结构中的掺杂剂原子之间的平均距离可以由该掺杂剂的浓度来控制。当该掺杂剂元素或化合物的相对浓度达到约20原子％-25原子％时，这些掺杂剂在该氟掺杂的纳米复合材料涂层中形成了第三网络。
在许多情况下，该F-DNC或氟掺杂剂DNC涂层的碳含量是大出该涂层的约40原子％，例如从约40原子％至约98原子％、并且更优选从约50原子％至约98原子％。虽然此类涂层理想地可以不用任何氢来制备，但氢含量优选是该碳浓度的至少约1原子％至约40原子％。
F-DNC或氟掺杂剂DNC涂层的氟含量可以是该碳浓度的至少约1原子％至约40原子％。所使用的氟含量可以例如根据具体的CMP应用而变化。例如，可以将所用的氟的量选择为高到足以提供疏水性，而不高到致使涂层对于所希望的应用而言太软。氟量可以在按原子体积计从约恰好高于0％(例如0.5％)至约30％的范围内、更优选在按原子体积计从约1％至约20％的范围内。
该F-DNC涂层的密度可以变化，例如从约1.8至约2.1g/cm3。剩余的空间可以被直径从约0.28至约0.35nm变化的纳米孔隙的一个不规则网络所占据。优选地，该纳米孔隙网络不形成团簇或微孔隙。在一些情况下，该涂层可以包括一个C--F/H网络、一个玻璃状Si--O网络、以及任选地一个另外的掺杂剂网络。这些不同网络的不规则渗透被认为提供了这些结构在该涂层内发现的所有方向上的均匀强度。这些涂层结构优选不含微孔隙，例如贯穿大到约80埃(8nm)的厚度。
该涂层的厚度没有理论的上限或下线，因为现有技术以及可得的设备允许原子等级的复合材料涂层。典型地，该涂层是以适合于特定CMP应用的厚度进行涂覆的，例如在从约0.1μm至约5μm的范围内。优选地，该涂层厚到足以经受该整修器工作表面上的过早侵蚀、而薄到足以控制缺陷、开裂、层离等等。在具体的实现方式中，一种用于整修CMP垫的工具具有一个厚度在从约0.5μm至约3μm范围内的涂层。
该涂层可以按单层或多层进行沉积。例如，可以用氟掺杂的DNC(包含一种另外的掺杂剂)将氟-DNC涂层分层。除了改变化学组成之外，也可以通过改变沉积条件(例如温度、压力和/或其他参数)来实现从一个层到另一个的特性改变。
该涂层的组成、厚度和/或其他特征可以从一个表面到另一个发生改变，或者可以对于涂覆的所有表面而言是基本上均一的。
该涂层可以通过任何适当的方法施加，例如在用于修整CMP垫的如此烧制的工具上，例如以上描述的整修器之一上，其中磨料颗粒已经联接到支持件的至少一个侧面上。适当的技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电沉积以及其他。
可以同时或顺序地涂覆不同的工具表面。可以使用任何数目的真空室设计、有机硅和其他前体、前体处理、前体引入、以及不同的沉积途径，例如本领域已知的。可以用来形成涂层的适当的材料、设备和方法的实例描述于例如在2002年10月22日颁给布瑞等人、转让给N.V.Bekaert S.A.的美国专利号6,468,642“氟掺杂的类金刚石涂层”中，其传授内容通过引用以其全文结合在此。
在一个实施方案中，一种制造CMP修整器的方法包括将(一种如此烧制的)CMP修整器定位在一个真空沉积室中并且在其上通过无团簇粒子束的共沉积而沉积一种含碳、硅、氧、氢以及氟的类金刚石组合物，这些粒子束包括离子、原子或该碳、硅、氧、氢、以及氟的基团。每个粒子种类的平均自由路程优选地超过了其来源与该修整器的生长的粒子涂覆表面之间的距离。
在另一个实施方案中，可以将一种氟掺杂的类金刚石涂层通过离子、原子或相关元素基团的无团簇射束的共沉积而施加到一个CMP修整器的一个或多个表面上，其中每个粒子种类的平均自由路程优选地超过了其来源与该生长的粒子涂覆表面之间的距离，并且每个射束包含具有明确定义的能量的粒子。
在沉积之前，可以对该工具或其特定表面进行清洁以去除任何污染整修器表面的有机或无机杂质。可以采用的适当的清洁工艺包括例如超声波和/或等离子体方法或其他适当的技术，例如本领域已知的。
在某些情况下，清洁与沉积是一体的。例如，可以首先产生一种氩等离子体来进行已经存在于真空室中的一个CMP整修器的清洁，接着引入多种形成该涂层的前体。
在其他情况下，这整个过程可以在空气至空气的系统中进行。这样的空气至空气的系统可以包括部件(例如，如此烧制的整修器)的清洁、到沉积室的运输、以及这些部件在基底夹持件上的机械化/机器人的加载。接着使基底夹持件进入一个加载了锁的室中、然后进入该沉积室中并且涂覆到该基底上，在此情况下是涂覆到一个用于修整CMP整修器的工具上。涂覆之后，可以将该基底夹持件从沉积室中去除而进入一个加载了锁的室中，接着离开而进入大气中。可以使该工具在安装于夹持件上时旋转、倾斜、或以其他方式定向、操纵，例如经受振动，同时位于基底夹持件上、并且在其他情况下在处理过程中。
优选的涂层，例如F-DNC和氟掺杂剂DNC涂层，很好地粘附在CMP整修器上并且可以不在CMP整修器表面与涂层之间使用一个中间层而直接进行施加。在使用中，该涂层抵抗剥落或层离。优选的涂层，例如F-DNC和氟掺杂剂DNC涂层，不仅对许多腐蚀性CMP环境是不反应的，并且认为它们也充当了阻挡物，防止了腐蚀性试剂与受保护的整修器表面之间的接触。
所采用的涂层，例如F-DNC，优选使得整修器表面是疏水的，并且在图3中展示了一种斥水性的CMP修整器表面。在图4展示了一张图像，示出了静止在一个F-DNC涂覆的整修器表面上的水滴。
疏水的整修器表面趋向于防止或最小化CMP残余物的集聚和/或磨损薄膜的形成。其结果是，该整修器的性能将被最大化或增强，因为金刚石是起作用的直至所有工作的锐利边缘都变钝。
在许多情况下，这些涂层具有高的水接触角，例如105°和更高。在具体情况下，该水接触角可以在从约90°至约120°的范围之内。
优选的涂层，例如F-DNC和氟掺杂剂DNC涂层，也具有硬度和耐久性。这些氟掺杂的类金刚石涂层，尤其是金属掺杂的涂层，组合了高的显微硬度与弹性，因此本发明的氟掺杂的类金刚石涂层的显微硬度的范围是从约5至约32GPa显微硬度，例如约15GPa显微硬度。
不希望受理论束缚，据信在F-DNC和氟掺杂的DNC涂层中发现的低的内应力有助于它们的耐腐蚀性。例如，这个低的应力使得这些涂层无孔隙、并且因此抵抗化学侵袭和渗透。还认为由氧稳定的玻璃状硅的存在用来防止高温下石墨碳的生长、防止在含金属的涂层中金属团簇的形成、减小这些涂层中的内部应力、由此增强在这个或这些CMP整修器表面上的粘附性。进而，该涂层可以按一个具有超级耐侵蚀性的更厚的层来施加。
在操作过程中，在此描述的这些涂覆的研磨工具可以用来整修和/或重新磨光一个CMP垫。在一个实例中，一种用于修整CMP垫的方法包括：用一种工具整修该CMP垫的一个表面，该工具包括(a)通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的磨料颗粒；以及(b)在该工具的一个或多个表面上的一个涂层，这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围，并且这些磨料颗粒通过该粘结剂以一种单层阵列粘附在该基底上，其特征在于这些磨料颗粒是根据一种非均匀图案在该阵列中定向，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，每个隔离区具有一个最小直径，该最小直径超过所希望的磨料颗粒砂砾尺寸的最大直径。
在另一个实例中，一种用于修整CMP垫的方法包括：使一个整修器与该CMP垫相接触，其中该整修器包括通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的磨料颗粒以及在该整修器的一个或多个表面上的、包含碳、硅、氧、氢、以及氟的一个纳米复合材料涂层；并且将该CMP垫的一个工作表面重新磨光，由此修整所述垫。
在一个进一步的实例中，一种整修CMP垫的方法包括：将一个磨料物品联接到一个整修机器上，该磨料物品包括一个基底，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面，其中该磨料物品包括在该基底的第一主表面上的一个第一磨料表面、以及在该基底的第二主表面上的一个第二磨料表面，所述磨料表面中至少一个被涂覆了，并且其中该磨料物品被安装在该整修机器上以暴露该第一磨料表面；将该第一磨料表面与一个第一CMP垫的一个表面相接触并且将该第一CMP垫相对于该第一磨料表面进行移动以修整该第一CMP垫；将该磨料物品反转以暴露该第二磨料表面；并且将该第二磨料表面与一个第二CMP垫的一个表面相接触并且将该第二CMP垫相对于该第二磨料表面进行移动以修整该第二CMP垫。
使用涂覆的研磨工具(如在此描述的工具)进行的修整操作可以使用例如整修机器的设备以及本领域已知的工艺参数来进行。
通过以下实例进一步展示本发明，这些实例并不旨在进行限制。
实例1
进行多个测试来评估Ni和Cr的浸取水平。已发现与不包括F-DNC涂层的CMP整修器相比，在根据本发明的实施方案所述的疏水性CMP整修器中，这些水平显著减小。下表1中展示结果，显示了对于一种钨浆料在浸泡七天之后的元素浸取，以微克/ml(ppm)计。
单位：微克/ml(ppm)
Figure BDA0000128891520000201
表1：元素浸取W浆料(7天浸泡之后)
实例2
将一个具有2.5μm厚度的疏水性F-DNC涂层沉积在一个CMP整修器的工作表面上，该整修器在430不锈钢上制成并且具有的金刚石的尺寸范围为65μm至85μm。该涂层具有约108°的接触角，如使用来自德国汉堡市克吕士德国公司(Kruss GmbH)的DSA 100液滴形状分析系统测量的。数据示于图5中。
在另一个实例中，测量的接触角为105°。
实例3
一种工具包括一个磨料物品，该磨料物品具有两个工作表面以及一个板(夹持件)，如本文中描述的。在这两个工作表面上施加一个DLC涂层。该涂层具有1.5微米(+/-10％)的厚度。与传统的硬钎焊的或烧结的CMP整修器产品相比，该工具展现出减小的化学浸取。该工具既可以用于金属例如像Cu和/或W中、又用于氧化物中，例如层间绝缘(ILD)或浅槽隔离(STI)CMP环境中。
虽然通过参考本发明的优选实施方案已经对本发明进行了具体地展示和说明，但本领域的普通技术人员应理解，在不背离所附的权利要求书所涵盖的本发明的范围的前提下，可以在形式和细节上对这些实施方案作出不同的变更。
本披露的摘要仅遵循美国要求而提供，并且以此状态是按以下理解而提交，即，它将不被用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在以上详细说明中，为了使精简披露的目的而可能将不同的特征集合在一起或者在一个单独的实施方案中说明。本披露不得被解释为反映了一种意图，即，提出权利要求的实施方案要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求反映出，发明主题可以是针对少于任何披露的实施方案的全部特征。因此，以下的权利要求被结合在详细说明之中，而每一项权利要求自身独立地限定了分别提出权利要求的主题。

Claims (38)

1.一种用于修整CMP垫的研磨工具，该工具包括通过一种金属粘结剂连接到一个基底上的磨料颗粒以及在该研磨工具的工作表面上的一个涂层，该涂层包括一种纳米复合材料，该纳米复合材料含有碳、硅、氧、氢以及掺杂的氟。
2.如权利要求1所述的研磨工具，其中该涂层进一步包括至少一种另外的掺杂剂。
3.如权利要求1所述的研磨工具，其中该涂层是疏水的。
4.如权利要求1所述的研磨工具，其中该涂层是耐腐蚀的。
5.如权利要求1所述的研磨工具，其中该涂层具有在从约0.1微米至约5微米范围内的厚度。
6.如权利要求1所述的研磨工具，其中这些磨料颗粒是通过硬钎焊、电镀或烧结而连接到该基底上的。
7.如权利要求1所述的研磨工具，其中该工具具有两个研磨表面并且其中该涂层被布置在两个所述表面之一上。
8.如权利要求1所述的研磨工具，其中所有含金属的表面都被涂覆过。
9.如权利要求1所述的研磨工具，其中这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围，并且这些磨料颗粒通过该粘结剂以一种单层阵列粘附在该基底上，其特征在于这些磨料颗粒是根据一种非均匀的图案在该阵列中定向的，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，每个隔离区具有一个最小直径，该最小直径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大直径。
10.一种用于修整CMP垫的研磨工具，该工具包括：
a)通过一种金属粘结剂连接到一个或多个基底表面上的磨料颗粒；以及
b)在该工具的一个或多个表面上的一个涂层，
其中这些连接到至少一个基底表面上的磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围、并且通过该粘结剂以一种单层阵列粘附在该基底上，其特征在于这些磨料颗粒是根据一种非均匀的图案在该阵列中定向的，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，每个隔离区具有一个最小直径，该最小直径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大直径。
11.如权利要求10所述的研磨工具，其中每个磨料颗粒位于该阵列上的一个点上，这个点已经被如下所限定：通过在一个二维平面上限制一个随机选择的点系列，使得每个点与每另一个点分隔一个最小值(k)，该最小值是该磨料颗粒的最大直径的至少1.5倍。
12.如权利要求10所述的研磨工具，其中每个磨料颗粒被定位在该阵列上的一个点上，这个点已经被以下各项所限定：
(a)限制一系列的坐标值对(x1，y1)，这样使得沿至少一条轴线的这些坐标值被限制于一个数值序列，其中每个值与下一个值相差一个常量；
(b)将每个选定的坐标值对(x1，y1)解除配对以给出一组选定的x值和一组选定的y值；
(c)从x和y值的这些组中随机选择一系列的随机坐标值对(x，y)，每对具有的坐标值与任何相邻的坐标值对的坐标值相差一个最小值(k)；并且
(d)产生这些随机选择的坐标值对的一个具有足够对数的阵列，将其作为点绘制在一个曲线图上，以此给出围绕每个磨料颗粒的该隔离区。
13.如权利要求10所述的研磨工具，其中该粘结剂选自下组，该组由以下各项组成：硬钎焊材料、电镀材料、金属粉末粘结剂材料、以及它们的多种组合。
14.如权利要求10所述的研磨工具，其中该磨料颗粒是单个的金刚石颗粒。
15.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层是位于该研磨工具的一个或多个工作表面上。
16.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层是一个氟掺杂的纳米复合材料涂层。
17.如权利要求16所述的研磨工具，其中该涂层包括一种或多种另外的掺杂剂。
18.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层是耐腐蚀的。
19.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层是疏水的。
20.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层具有在从约0.1微米至约5微米范围内的厚度。
21.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层包括多于一个的层。
22.如权利要求10所述的研磨工具，其中该涂层具有在从约90°至约120°范围内的一个接触角。
23.一种用作CMP垫修整器的研磨工具，包括：
一个板；以及
一个磨料物品，该磨料物品包括：
一个基底，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面；
一个附接到该第一主表面上的第一磨料颗粒层；
一个附接到该第二主表面上的第二磨料颗粒层；并且
其中该板和磨料物品是通过一个联接机构可拆卸地联接的，并且其中该板、该第一磨料颗粒层或该第二磨料颗粒层中至少一个被涂覆过。
24.如权利要求23所述的研磨工具，其中该联接机构包括在该基底处被配置用于可拆卸地接合该板的一个联接表面的一个接合结构。
25.如权利要求24所述的研磨工具，其中该联接机构包括选自以下结构组的一种结构，该组由以下各项组成：闩销、紧固件、夹紧件、过盈配合连接件、以及它们的组合。
26.如权利要求23所述的研磨工具，其中该板包括用于可拆卸地联接该板和该磨料物品的一个磁体。
27.如权利要求23所述的研磨工具，其中该涂层包括一种选自下组的材料，该组由以下各项组成：聚合物、类金刚石碳、氟化的纳米复合材料、电镀金属以及它们的任何组合。
28.如权利要求23所述的研磨工具，进一步包括在该基底处的至少一个标记，该标记对应于该第一主表面和该第二主表面中的至少一个并且标识了该第一和第二磨料颗粒层中至少一个的磨损状态。
29.一种研磨工具，包括：
一个CMP垫修整器，该CMP垫修整器包括：
一个基底，该基底具有一个第一主表面、与该第一主表面相反的一个第二主表面、以及在该第一主表面和该第二主表面之间延伸的一个侧表面；
一个附接到该第一主表面上的第一磨料颗粒层；
一个附接到该第二主表面上的第二磨料颗粒层；以及
一个第一密封构件，该密封构件沿着该基底的侧表面的一部分在一个周边方向上延伸，
其中该第一和第二磨料层中至少一个被涂覆了。
30.一种研磨工具，包括：
一个CMP垫修整器，该CMP垫修整器包括：
一个基底，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面，其中该第一主表面包括一个含第一上表面的研磨构造，该第一上表面由第一组凸起的多个上部部分所限定，该第一组凸起从由分隔该第一组凸起的第一组凹槽所限定的一个下表面延伸，并且其中该第二主表面包括一个含第二上表面的研磨构造，该第二上表面由第二组凸起的多个上部部分所限定，该第二组凸起从由分隔该第二组凸起的第二组凹槽所限定的一个下表面延伸；以及
一个选自下组的涂层，该组由以下各项组成：聚合物、类金刚石碳、氟化的纳米复合材料、电镀金属以及它们的任何组合。
31.一种用作CMP垫修整器的研磨工具，包括：
一个板，该板包括一个凹陷；
一个可拆卸地联接在该凹陷内的磨料物品，其中该磨料物品包括一个基底，该基底具有一个第一主表面以及一个附接到该第一主表面上的第一磨料颗粒层，并且其中该第一磨料颗粒层具有不大于约0.02cm的平面度，如通过光学自动聚焦技术测量的，
其中该板和第一磨料颗粒层中至少一个被涂覆过。
32.一种制造用于修整CMP垫的研磨工具的方法，该工具具有多个单独的磨料颗粒，这些磨料颗粒是以一个受控的、随机的空间阵列放置的，使得这些单独颗粒是不邻近的，该方法包括
(i)将磨料颗粒联接到一个基底上以形成一个烧制的工具，其中该工具是通过如下工艺制备的，该工艺包括：
(a)选择一个具有限定的尺寸和形状的二维的平面区域；
(b)为该平面区域选择一个希望的磨料颗粒的砂砾尺寸以及浓度；
(c)随机产生一系列的二维坐标值；
(d)将每对随机产生的坐标值限制为与任何相邻坐标值对相差一个最小值(k)的坐标值；
(e)产生这些被限制的、随机产生的坐标值的一个具有足够对数的阵列，将其作为点绘制在一个曲线图上，以给出对于该选择的二维平面区域以及该选择的磨料颗粒的砂砾尺寸而言希望的磨料颗粒浓度；
(f)使一个磨料颗粒的中心置于在该阵列上的每个点处；
(ii)烧制该工具；并且
(iii)在该烧制的工具的至少一个表面上施加一个涂层。
33.一种用于制造研磨工具的方法，该研磨工具具有以一种受控的、随机的空间阵列放置的多个单独的磨料颗粒，使得这些单独的颗粒是不邻近的，
包括：
(i)将磨料颗粒联接到一个基底上以形成一个烧制的工具，其中该工具是通过如下工艺制备的，该工艺包括以下步骤：
(a)选择一个具有限定的尺寸和形状的二维的平面区域；
(b)为该平面区域选择一个希望的磨料颗粒的砂砾尺寸以及浓度；
(c)选择一系列的坐标值对(x1，y1)，使得沿至少一条轴线的这些坐标值被限制于一个数值序列，其中每个值与下一个值相差一个常量；
(d)将每个选定的坐标值对(x1，y1)解除配对以产生一组选定的x值和一组选定的y值；
(e)从x和y值的这些组中随机选择一系列的随机坐标值对(x，y)，每对具有的坐标值与任何相邻的坐标值对的坐标值相差一个最小值(k)；
(f)产生这些被随机选择的坐标值对的一个具有足够对数的阵列，将其作为点绘制在一个曲线图上，以给出对于该选择的二维平面区域以及该选择的磨料颗粒的砂砾尺寸而言希望的磨料颗粒浓度；并且
(g)使一个磨料颗粒的中心置于该阵列上的每个点处；并且
(ii)在该工具的一个工作表面上施加一个涂层。
34.一种制造用于修整CMP垫的研磨工具的方法，该方法包括：
涂覆一个CMP修整器，该修整器包括由一种如下工艺通过一种金属粘结剂而联接到一个基底上的磨料颗粒，该工艺包括：
a)将该CMP修整器定位在一个真空沉积室中；
b)并且在其上通过无团簇粒子束的共沉积而沉积一种含碳、硅、氧、氢以及氟的组合物，这些粒子束包括离子、原子，或碳、硅、氧、氢、以及氟的基团，其中每个粒子种类的平均自由路程超过了在其来源与该修整器的生长的粒子涂覆表面之间的距离。
35.一种制造用于修整CMP垫的研磨工具的方法，该方法包括：涂覆一个CMP修整器的至少一个表面，该表面包括通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的磨料颗粒，其工艺包括对该CMP修整器的该至少一个表面通过离子、原子或包括氟在内的元素基团的无团簇射束的共沉积来施加一个氟掺杂的纳米复合材料涂层，其中每个粒子种类的平均自由路程优选地超过了在其来源与该生长的粒子涂覆表面之间的距离，并且每个射束包含具有明确定义的能量的粒子。
36.一种用于修整CMP垫的方法，包括：用一种工具来整修该CMP垫的一个表面，该工具包括(a)通过一种金属粘结剂联接到一个基底上的磨料颗粒；以及(b)在该工具的一个或多个表面上的一个涂层，这些磨料颗粒具有一个选定的最大直径以及一个选定的尺寸范围，并且这些磨料颗粒通过该粘结剂而以一种单层阵列粘附在该基底上，其特征在于这些磨料颗粒是根据一种非均匀的图案在该阵列中定向的，该图案具有围绕每个磨料颗粒的一个隔离区，每个隔离区具有一个最小直径，该最小直径超过所希望的磨料颗粒的砂砾尺寸的最大直径。
37.一种修整CMP垫的方法，包括：
a)使一个整修器与该CMP垫相接触，其中该整修器包括通过一种金属粘结剂而联接到一个基底上的磨料颗粒以及在该整修器的一个或多个表面上的、包含碳、硅、氧、氢、以及氟的一个纳米复合材料涂层；并且
b)将该CMP垫的一个工作表面进行再磨光，由此修整所述垫。
38.一种整修CMP垫的方法，包括：
将一个磨料物品联接到一个整修机器上，该磨料物品包括一个基底，该基底具有一个第一主表面以及与该第一主表面相反的一个第二主表面，其中该磨料物品包括在该基底的第一主表面上的一个第一磨料表面、以及在该基底的第二主表面上的一个第二磨料表面，所述磨料表面中至少一个被涂覆过，并且其中该磨料物品被安装在该整修机器上以暴露该第一磨料表面；
将该第一磨料表面与一个第一CMP垫的一个表面相接触并且将该第一CMP垫相对于该第一磨料表面进行移动以修整该第一CMP垫；
将该磨料物品反转以暴露该第二磨料表面；并且
将该第二磨料表面与一个第二CMP垫的一个表面相接触并且将该第二CMP垫相对于该第二磨料表面进行移动以修整该第二CMP垫。
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