CN2751972Y - 一种用于加工基材的抛光制品 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于平面化基材表面的制造制品和设备。具体地，本实用新型提供了一种用于加工基材的抛光制品，其包括一个具有适于抛光基材的表面的主体；以及一个位于所述主体内的导电元件，所述导电元件包括由导电材料涂敷的交织纤维的织物。该抛光制品提供了有效的物理和电气接触，适于各工业领域，特别是半导体制造过程中衬底表面的抛光处理。
Description
发明领域
本发明涉及用于平面化基材表面的制造制品和设备。
背景技术
化学机械平面化，或化学机械抛光(CMP)，是用于平面化基材的通常技术。CMP采用化学组合物，典型地淤浆或其它流体介质，用于从基材选择性地去除材料。在常规CMP技术中，将基材夹持器或抛光头安装到夹持器组件上并位于与CMP设备中的抛光垫接触的位置。夹持器组件向基材提供可控制的压力，推动基材紧靠磨光垫。抛光垫通过外部驱动力相对于基材运动。CMP设备在基材表面和抛光垫之间进行抛光或磨擦运动的同时分散抛光组合物以实现化学活性和/或机械活性和材料从基材表面的最终去除。
电化学机械抛光(ECMP)技术通过电化学溶解从基材表面除去导电材料的同时抛光基材，与常规CMP工艺相比具有减少的机械磨蚀。通过在阴极和连接到阳极的基材表面之间施加偏压以从基材表面除去导电材料到周围的电解质中而进行电化学溶解。
在ECMP系统的一个实施方案中，由与基材配套器件，如基材夹持器夹头中基材表面电连通的导电接头环施加偏压。然而，已经观察到接触环显示在基材表面上电流的非均匀分布，它导致非均匀的溶解。通过使基材与常规抛光垫接触并在基材和抛光垫之间提供相对运动而进行机械磨蚀。然而，常规的抛光垫通常限制电解质流向基材表面。另外，抛光垫可由绝缘材料组成，它可干扰偏压对基材表面的应用并导致材料从基材表面的非均匀或可变的溶解。
结果是，需要改进的抛光制品以用于基材表面上的导电材料的除去。
发明内容
一般来说，本发明的几个方面是使用电化学沉积技术、电化学溶解技术、抛光技术和/或其结合，提供用于平面化基材上的一层的制造制品和设备。
在一个方面，用于抛光基材的抛光制品包括一个具有适合抛光基材表面的主体和至少一个至少部分嵌入主体中的导电元件。导电元件可包括可配置在粘合剂材料中的由导电材料涂敷的纤维、导电填料、或其结合物。导电元件可包括由至少部分地嵌入主体的导电材料涂敷的交织纤维的织物，采用导电材料涂敷的纤维、导电填料或其结合物和粘合剂的复合材料，或其结合物。导电元件可具有一接触表面，该接触表面延伸出由抛光表面确定的平面并且可包括线圈，一个或多个回路，一个或多个导线束，材料的交织织物，或其结合。可以在抛光制品中形成多个穿孔和多个凹槽以促进材料流通并流过抛光制品。
在另一方面，提供用于加工基材表面，如沉积在基材表面上的导电层的抛光制品。抛光制品包括一个主体，该主体包括至少一部分导电填料，由导电材料涂敷的纤维，或其结合，并适于抛光基材。可以在抛光制品中形成多个穿孔和多个凹槽以促进材料流通并流过抛光制品。
在另一方面，提供了一种用于加工基材的抛光制品，其包括一个具有适于抛光基材的表面的主体；以及一个位于所述主体内的导电元件，所述导电元件包括由导电材料涂敷的交织纤维的织物。
附图简述
为使得达到并可以详细理解其中本发明以上引用方面的方式，以上简要汇总的本发明的更特定描述，可以参考在附图中说明的其实施方案。
然而，要注意的是附图仅说明本发明的典型实施方案，因此，不认为限制它的范围，对于本发明可允许其它同样有效的实施方案。
图1是抛光制品一个实施方案的部分横截面图；
图2是带槽的抛光制品一个实施方案的俯视图；
图3是带槽的抛光制品另一个实施方案的俯视图；
图4是带槽的抛光制品另一个实施方案的俯视图；
图5A是本文描述的导电布或织物的俯视图；
图5B和5C是具有包括导电布或织物的抛光表面的抛光制品的部分横截面图；
图5D是包括金属箔的抛光制品一个实施方案的部分横截面图；
图6A-6D是具有连接到电源的伸长部的抛光制品的实施方案的俯视和侧视简图；和
为促进理解，只要可能，使用相同的参考数字，以指定对于图通用的相同元件。
优选实施方案的详细描述
除非另外进一步定义，本文使用的词汇和词语应当由本领域技术人员给出它们在本领域普通和通常的意义。化学机械抛光应该广泛地解释和包括，但不局限于，由化学活性、机械活性，或化学和机械活性两者的结合磨蚀基材表面。电抛光应该广泛地解释和包括，但不局限于，通过电化学活性的应用，如通过阳极溶解而平面化基材。
电化学机械抛光(ECMP)应该广泛地解释并包括，但不局限于，通过电化学活性、化学活性、机械活性、或电化学、化学、和机械活性的结合以从基材表面除去材料而平面化基材。
电化学机械镀覆工艺(ECMPP)应该广泛地解释并包括，但不局限于，在基材上电化学沉积材料并一般通过电化学活性、化学活性、机械活性、或电化学、化学、和机械活性的结合而平面化沉积的材料。
阳极溶解应该广泛地解释并包括，但不局限于，直接地或间接地对基材施加阳极偏压，它导致导电材料从基材表面的去除并进入周围的电解质溶液。抛光表面广泛地定义为在加工过程中至少部分接触基材表面或直接通过接触或间接通过导电介质使制造制品和基材表面电连接的制造制品部分。
抛光制品材料
本文所述的抛光制品可以由导电材料形成，导电材料可包括导电抛光材料或可包括设置在介电或导电抛光材料中的导电元件。在一个实施方案中，导电抛光材料可包括导电纤维或交织导电纤维的织物。导电纤维或织物设置在聚合物材料中。
导电纤维可包括导电或介电材料，如至少部分地由导电材料涂敷或覆盖的介电或导电聚合物或碳基材料，该导电材料包括金属、碳基材料、导电陶瓷材料、导电合金、或其结合物。导电纤维的形式可以为纤维或长丝、导电织物或布、导电纤维的一个或多个纱圈、线圈、或环。多层导电材料，例如，多层导电布或织物，可用于形成导电抛光材料。
导电纤维包括采用导电材料涂敷的介电或导电纤维材料。介电聚合物材料可用作纤维材料。合适的介电纤维材料的例子包括聚合物材料，如聚酰胺、聚酰亚胺、尼龙聚合物、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、含二烯烃的聚合物、如AES(聚丙烯腈乙烯苯乙烯)、丙烯酸类聚合物、或其结合物。
导电纤维材料可包括固有地导电的聚合物材料，该固有地导电的聚合物材料包括聚乙炔、聚乙烯二氧噻吩(PEDT)，它以商品名BaytronTM购得、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、碳基纤维、或其结合物。导电聚合物的另一个例子是聚合物-贵金属混合材料。聚合物-贵金属混合材料一般地与周围电解质为化学惰性的，如含有抗氧化的贵金属的那些。聚合物-贵金属混合材料的例子是铂-聚合物混合材料。导电抛光材料，包括导电纤维的例子，更完全地叙述于2001提12月27日提交的，题目为“用于电化学机械抛光的导电抛光制品”的在先未决U.S.专利申请系列No.10/033,732，在与此处的要求方面和描述一致的程度上引入该文献作为参考。本发明也设想可以使作为本文所述的纤维的有机或无机材料。
纤维材料本质上可能是实心或中空的。纤维长度为约1μm-约1000mm，直径为约0.1μm-约1mm。在一个方面，对于导电聚合物复合材料和泡沫体，如配置于聚氨酯中的导电纤维，纤维的直径可以为约5μm-约200μm及长度对直径的纵横比为约5或更大，如约10或更大。纤维的横截面可以是圆形、椭圆、星形图案的、“雪片状”、或制造的介电或导电纤维的任何其它形状。长度为约5mm-约1000mm和直径为约5μm-约1000μm的高纵横比纤维可用于形成导电纤维的网、线圈、织物或布。纤维的弹性模量也可以为约104psi-约108psi。然而，本发明设想在本文所述的抛光制品和工艺中必须提供柔顺，弹性纤维的任何弹性模量。
设置于导电或介电纤维材料上的导电材料一般包括导电无机化合物，如金属、碳基材料、导电陶瓷材料、金属无机化合物、或其结合。可用于导电材料涂料的金属的例子在本申请中包括贵金属、铜、镍、钴、及其结合。贵金属包括金、铂、钯、铱、铼、铑、铼、钌、锇、及其结合物，其中优选的是金和铂。本发明也设想使用没有在本文描述的那些用于导电材料的其它金属。碳基材料包括炭黑、石墨、和能够固定到纤维表面上的碳粒子。导电碳基材料的例子包括碳粉、碳纤维、碳纳米管、碳纳米泡沫、碳气凝胶、石墨、及其结合物。陶瓷材料的例子包括碳化铌(NbC)、碳化锆(ZrC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、及其结合物。本发明也设想使用没有在本文描述的那些用于导电材料涂料的的其它金属、其它碳基材料、及其他陶瓷材料。
金属无机化合物包括，例如，配置于聚合物纤维，如丙烯酸类或尼龙纤维上的硫化铜或五硫化九铜，Cu9S5。五硫化九铜涂敷的纤维以商品名Thunderon购自日本的Nihon Sanmo Dyeing Co.，Ltd。Thunderon纤维典型地涂有约0.03μm-约0.1μm的五硫化九铜，Cu9S5的涂层并已经观察到具有约40Ω/cm的电导率。
导电涂层可以通过导电材料的镀敷、涂敷、物理气相沉积、化学沉积、结合、或粘合而直接配置于纤维上。另外，导电材料层，例如，铜、钴或镍的成核现象，或晶种可用于改进在导电材料和纤维材料之间的粘合。导电材料可配置于具有可变长度的单个介电或导电纤维以及由介电或导电纤维材料制备的成形的线圈、泡沫体、和布或织物上。
合适的导电纤维的例子是采用金涂敷的聚乙烯纤维。导电纤维的另外例子包括采用金镀敷的丙烯酸系纤维和采用铑涂敷的尼龙纤维。使用成核材料的导电纤维的例子是采用铜晶种层和配置于铜层上的金层涂敷的尼龙纤维。
导电填料可包括碳基材料或导电粒子和纤维。导电碳基材料的例子包括碳粉、碳纤维、碳纳米管、碳纳米泡沫、碳气凝胶、石墨、及其结合物。导电粒子或纤维的例子包括固有地导电的聚合物、采用导电材料涂敷的介电或导电粒子、在导电材料中涂敷的介电填料材料、导电无机粒子、导电陶瓷粒子、及其结合物。导电填料可部分地或完全地由本文所述的金属，如贵金属、碳基材料、导电陶瓷材料、金属无机化合物、或其结合物涂敷。填料材料的例子是采用铜或镍涂敷的碳纤维或石墨。导电填料可以是球形、椭圆、具有某些纵横比如2或更大的纵向条、或制造的填料的任何其它形状。填料材料在本文中广泛地定义为可配置于第二材料中以改变第二材料物理，化学，或电性能的材料。同样地，填料材料也可包括部分地或完全地在本文所述的导电金属或导电聚合物中涂敷的介电或导电纤维材料。部分地或完全地在导电金属或导电聚合物中涂敷的介电或导电纤维材料的填料也可以是完全的纤维或纤维片。
导电材料可用于涂敷介电和导电纤维和填料两者以提供用于形成导电抛光材料的所需电导率水平。一般地，将导电材料的涂料沉积在纤维和/或填料材料上达到约0.01μm-约50μm，如约0.02μm-约10μm的厚度。涂层典型地导致电阻率小于约100Ω-cm，如约0.001Ω-cm-约32Ω-cm的纤维或填料。本发明设想的是电阻率依赖于纤维或填料和使用的涂料两者的材料，并且可显示导电材料涂层，例如，铂的电阻率，铂在0℃下的电阻率为9.81μΩ-cm。合适导电纤维的例子包括采用约0.1μm铜、镍、或钴，和配置于铜、镍、或钴层上的约2μm金涂敷的尼龙纤维，及纤维的总直径为约30μm-约90μm。
导电抛光材料可包括如下物质的结合物：至少部分地由另外的导电材料涂敷或覆盖的导电或介电纤维材料和用于达到所需电导率或其它抛光制品性能的导电填料。结合的例子是使用石墨和金涂敷的尼龙纤维作为包括至少一部分导电抛光材料的导电材料。
导电纤维材料、导电填料材料、或其结合物可分散在粘合剂材料中或形成复合导电抛光材料。一种形式的粘合剂材料是常规抛光材料。常规抛光材料一般是介电材料如介电聚合物材料。介电聚合物抛光材料的例子包括聚氨酯和与填料混合的聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚(PPS)、TeflonTM聚合物、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯烃-亚甲基(EPDM)、或其结合物，和用于抛光基材表面的其它抛光材料。常规抛光材料也可包括在尿烷中浸渍的缩绒纤维或处于发泡状态。本发明设想的是任何常规的抛光材料可与本文所述的导电纤维和填料一起用作粘合剂材料。
添加剂可以加入到粘合剂材料中以协助导电纤维、导电填料或其结合物在聚合物材料中的分散。添加剂可用于改进由纤维和/或填料和粘合剂材料形成的抛光材料的机械性能，热性能，和电性能。添加剂包括用于改进聚合物交联的交联剂和用于更均匀地在粘合剂材料中分散导电纤维或导电填料的分散剂。交联剂的例子包括氨基化合物、硅烷交联剂、多异氰酸酯化合物、及其结合物。分散剂的例子包括N-取代的长链烯基琥珀酰亚胺、高分子量有机酸的胺盐、包含极性基团如胺、酰胺、亚胺、酰亚胺、羟基、醚的甲基丙酸烯或丙烯酸衍生物的共聚物、含极性基团如胺、酰胺、亚胺、酰亚胺、羟基、醚的乙烯-丙烯共聚物。另外含硫化合物，如巯基乙酸和相关的酯已经观察到作为金涂敷纤维和填料在粘合剂材料中的有效分散剂。本发明设想的是添加剂的数量和类型会对于纤维或填料材料以及使用的粘合剂材料而变化，并且以上例子是说明性的和不应当视为或解释为限制本发明的范围。
此外，可以通过提供足够数量的导电纤维和/或导电填料材料以在粘合剂材料中形成物理连续或电连续介质或相，而在粘合剂材料中形成导电纤维和/或填料材料的格网。
导电格网可包括设置于导电粘合剂中或采用导电粘合剂的涂敷的导电纤维、导电填料。导电粘合剂可包括非金属导电聚合物或配置于聚合物中的导电材料。导电填料，如石墨粉、石墨片、石墨纤维、碳纤维、碳粉、炭黑、或在导电材料中涂敷的纤维，和聚合物材料，如聚氨酯或硅氧烷的混合物可用于形成导电粘合剂。采用此处所述导电材料涂敷的纤维可用作用于导电粘合剂的导电填料。例如，碳纤维或金涂敷的尼龙纤维可用于形成导电粘合剂。
导电粘合剂如需要也可包括添加剂以协助导电填料和/或纤维的分散，改进在聚合物和填料和/或纤维之间的粘合，并改进在导电箔和导电粘合剂之间的粘合，以及改进导电粘合剂的机械，热和电性能。用于改进粘合的添加剂的例子包括环氧树脂类、硅氧烷、聚氨酯、聚酰亚胺、或其用于改进粘合的结合物。
导电粘合剂的厚度可以为约1微米-10毫米，如约10微米-约毫米厚。多层导电粘合剂可施加到导电网孔上。导电粘合剂可以在导电格网上以多层涂敷。在一个方面，在已经将格网(mesh)穿孔以保护格网部分不曝露于穿孔工艺之后，将导电粘合剂涂敷到导电格网上。
另外，导电底漆可以在导电粘合剂的涂敷之前配置于导电格网上以改进导电粘合剂对导电格网的粘合。导电底漆可以由导电粘合剂纤维的相似材料组成，改进组成以生产具有比导电粘合剂更大材料间粘合的性能。合适的导电底漆材料的电阻率可以小于约100Ω-cm，如0.001Ω-cm-约32Ω-cm。
当与聚合物粘合剂材料相结合时，导电纤维和/或导电填料一般地包括约2wt.％-约85wt.％，如约5wt.％-约60wt.％抛光材料。
采用导电材料涂敷的纤维材料的交织织物或布，和任选地，导电填料可配置于粘合剂中。可以交织采用导电材料涂敷的纤维材料以形成纱。可以借助于粘合剂或涂料将纱压制在一起以制备导电格网。纱可布置为抛光垫材料中的导电元件或可以织成布或织物。
或者，导电纤维和/或填料可以与粘合剂结合以形成复合导电抛光材料。合适的粘合剂的例子包括环氧树脂类、硅氧烷、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酰胺、氟聚合物、其氟化衍生物、或其结合物。另外的导电材料，如导电聚合物，另外的导电填料、或其结合物可以与粘合剂一起使用用于达到所需的电导率或其它抛光制品性能。导电纤维和/或填料可包括约2wt.％-约85wt.％，如约5wt.％-约60wt.％复合导电抛光材料。
导电纤维和/或填料材料可用于形成体电阻率或表面电阻率为约50Ω-cm或更小，如电阻率为约3Ω-cm或更小的导电抛光材料或制品。在抛光制品的一个方面，抛光制品或抛光制品的抛光表面的电阻率为约1Ω-cm或更小。一般地，提供导电抛光材料或导电抛光材料和常规抛光材料的复合材料以生产体电阻率或本体表面电阻率为约50Ω-cm或更小的导电抛光制品。导电抛光材料和常规抛光材料的复合材料的例子包括以足够数量配置在聚氨酯常规抛光材料中的金或碳涂敷的纤维，它显示1Ω-cm或更小的电阻率，以提供体电阻率为约10Ω-cm或更小的抛光制品。
由本文所述的导电纤维和/或填料形成的导电抛光材料一般具有并不在持续电场下退化和耐在酸性或碱性电解质中降解的机械性能。结合导电材料和使用的任何粘合剂材料以具有，如合适的，用于常规抛光制品的常规抛光材料的相等机械性能。例如，导电抛光材料，单独或与粘合剂材料结合，在用于聚合材料的Shore D硬度计上具有约100或更小的硬度，如由总部在费城，宾夕法尼亚的美国测试和材料学会(ASTM)描述和测量的那样。在一个方面，导电材料在用于聚合材料的Shore D硬度计上的硬度为约80或更小，如对于常规硬抛光垫ShoreD硬度约为50-约80。例如，导电抛光垫的Shore D硬度可为约50-约70。导电抛光部110一般包括约500微米或更小的表面粗糙度。抛光垫的性能一般设计成在机械抛光过程中和向基材表面施加偏压时，降低或最小化基材表面的刮痕。
抛光制品结构
在一个方面，抛光制品由设置在支撑件上的本文所述的导电抛光材料的单层组成。在另一方面，抛光制品可包括多个材料层，该材料层包括在基材表面上的至少一种导电材料或提供接触基材的导电表面和至少一种制品支撑部或副垫。
图1是抛光制品105一个实施方案的部分横截面图。图1所示的抛光制品105包括复合抛光制品，该复合抛光制品具有用于抛光基材表面的导电抛光部110和制品支撑，或副垫部分120。
导电抛光部110可包括导电抛光材料，该导电抛光材料包括本文所述的导电纤维和/或导电填料。例如，导电抛光部110可包括导电材料，该导电材料包括分散在聚合材料中的导电纤维和/或导电填料。此外，导电抛光部可包括导电纤维的一个或多个线圈(loop)，纱圈(coil)，或环(ring)，或交织导电纤维以形成的导电织物或布。导电抛光部110也可由多层导电材料，例如，多层导电布或织物组成。
导电抛光部110的一个例子包括石墨粒子和配置在聚氨酯中的金涂敷的尼龙纤维。另一个例子包括配置在聚氨酯或硅氧烷中的石墨粒子、碳纳米管、碳纤维、及其结合物。
制品支撑部120一般具有导电抛光部110相同或更小的直径或宽度。然而，本发明设想制品支撑部120具有比导电抛光部110更大的宽度或直径。尽管在此图说明了圆形的导电抛光部110和制品支撑部120，本发明设想导电抛光部110，制品支撑部120，或两者具有不同的形状如矩形表面或椭圆表面。本发明进一步设想导电抛光部110，制品支撑部120，或两者可形成材料的线性网或带。
制品支撑部120可包括抛光工艺中的惰性物质和在ECMP期间耐消耗或损坏。例如，制品支撑部可能由如下物质组成：常规抛光材料，包括聚合物材料，例如聚氨酯和与填料混合的聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚(PPS)、乙烯-丙烯-二烯烃-亚甲基(EPDM)、TeflonTM聚合物、或其结合物，和用于抛光基材表面的其它抛光材料。制品支撑部120可以是常规的软材料，如由尿烷浸渍的压缩缩绒纤维，用于在工艺期间吸收在抛光制品105和夹持器夹头130之间施加的一些压力。软材料的Shore A硬度可为约20-约90。
或者，制品支撑部120可以由与周围电解质相容的不会有害地影响抛光的包括导电贵金属或导电聚合物的导电材料制成，以提供经过抛光制品的导电。贵金属的例子包括金、铂、钯、铱、铼、铑、铼、钌、锇、及其结合物，其中优选的是金和铂。如果这样的材料通过惰性材料，如常规抛光材料或贵金属与周围电解质绝缘，可以使用与周围电解质反应的材料，如铜。
当制品支撑部120导电时，制品支撑部120可比导电抛光部110具有更大的电导率，即，更低的电阻率。例如，与包括铂的制品支撑部120相比，它在0℃下的电阻率为9.81μΩ-cm，导电抛光部110的电阻率为约1.0Ω-cm。导电制品支撑部120可提供均匀的偏压或电流以最小化抛光期间沿制品表面，例如，制品半径的导电阻力，在基材的整个表面均匀阳极溶解。导电制品支撑部120可连接到电源上用于传递能量到导电抛光部110。
一般地，导电抛光部110通过适于与抛光材料一起使用的常规粘合剂并在抛光过程中粘合到制品支撑部120上。依赖于工艺要求或制造商所需，粘合剂可以是导电的或介电的。制品支撑部120可以由粘合剂或机械夹固定到一支撑件上，如圆盘206上。或者，抛光制品105仅包括导电抛光部110，导电抛光部可由粘合剂或机械夹固定到支撑件上，如圆盘206上。
抛光制品105的导电抛光部110和制品支撑部120一般能渗透电解质。可以分别在导电抛光部110和制品支撑部120中形成多个穿孔以促进通过其间的流体流动。多个穿孔允许电解质流过并在加工过程中与表面接触。穿孔可以在制造期间固有地形成，如在导电织物或布的编织之间，或可以由机械装置形成并通过材料组成图案。穿孔可能部分或完全地通过抛光制品105的各层而形成。可以对准导电抛光部110的穿孔和制品支撑部120的穿孔以促进通过其间的流体流动。
在抛光制品105中形成的穿孔150的例子可包括在抛光制品中直径为约0.02英寸(0.5毫米)-约0.4英寸(10毫米)的小孔。抛光制品105的厚度可以为约0.1mm-约5mm。例如，穿孔可以彼此间隔约0.1英寸-约1英寸。
抛光制品105的孔密度可以为抛光制品的约20％-约80％以提供电解质经过抛光制品表面的足够质量流量。然而，本发明设想小于或大于本文所述的孔密度的孔密度可用于控制通过其的流体流动。在一个例子中，已经观察到约50％的孔密度提供足够的电解质流动以促进从基材表面的均匀的阳极溶解。孔密度在本文广泛地叙述为孔包括的抛光制品的体积。当在抛光制品105中形成孔时，孔密度包括抛光制品表面或主体的穿孔的总数和直径或尺寸。
选择穿孔尺寸和密度以提供电解质通过抛光制品105到基材表面的均匀分布。一般地，配置导电抛光部110和制品支撑部120两者的穿孔尺寸，孔密度，和结构并彼此对准以提供足够质量流量的电解质通过导电抛光部110和制品支撑部120到基材表面。
凹槽可设置于抛光制品105上以促进电解质流过抛光制品105以提供有效或均匀的电解质流动，用于阳极溶解或电镀工艺的基材表面。凹槽可以在单一层中或通过多层部分地形成。本发明设想凹槽在上层或接触基材表面的抛光表面中形成。为向抛光制品表面提供增加或受控的电解质流动，一部分多个孔可以与凹槽互连。或者，全部穿孔或没有穿孔可以与设置于抛光制品105中的凹槽互连。
用于促进电解质流动的凹槽的例子包括线性凹槽、弓形凹槽、环形闭槽、径向沟槽、和螺旋槽及这些槽的组合。在制品105中形成的凹槽的横截面可以是正方形、圆形、半圆形、或可促进抛光制品表面流体流动的任何其它形状。凹槽可彼此相交。凹槽可能设置图案，如设置于抛光表面上的相交X-Y图案或在抛光表面上形成的相交的三角形图案，或其结合，以改进电解质在基材表面上的流动。
凹槽可以彼此间隔约30密耳-约300密耳。一般地，在抛光制品中形成的凹槽的宽度为约5密耳-约30密耳，但尺寸可按用于抛光的需要而变化。凹槽图案的例子包括约10密耳宽彼此间隔约60密耳的凹槽。任何合适的凹槽构型，大小，直径，横截面形状，或间隔可用于提供所需的电解质流动。另外的横截面和凹槽构型被更完全地叙述于2001年10月11日提交的，题目为“用于抛光基材的方法和设备”的在先未决美国专利临时申请No.60/328,434中，该文献在此引入作为参考到与本申请的权利要求和公开内容一致的程度。
向基材表面的电解质输送可以由如下方式增强：相交一些穿孔与凹槽以允许电解质通过一组穿孔进入，由用于加工基材的凹槽围绕基材表面均匀分布，和然后由流过穿孔的另外的电解质更新加工电解质。垫穿孔和开槽的例子更完全地叙述于2001年12月20日提交的，美国专利申请No.10/026,854中，该文献引入作为参考到与本文的各方面和权利要求一致的程度。
具有穿孔和凹槽的抛光制品的例子如下。图2是带槽的抛光制品一个实施方案的俯视图；显示抛光制品105的圆垫240，该垫具有多个具有足够尺寸和构造的穿孔246以允许电解质向基材表面的流动。穿孔246可以彼此间隔约0.1英寸-约1英寸。穿孔可以是直径为约0.02英寸(0.5毫米)-约0.4英寸(10mm)的圆形穿孔。此外穿孔的数目和形状可依赖于设备，工艺参数，和使用的ECMP组合物而变化。
在抛光制品105的抛光表面248中形成凹槽242以协助新鲜电解质从来自盆202的本体溶液向在基材和抛光制品之间的间隙的输送。凹槽242可具有各种图案，包括如图2所示的在抛光表面248上基本圆形闭槽的凹槽图案，如图3所示的X-Y图案和如图4所示的三角形图案。可以形成没有穿孔和凹槽的任选的外部244以向垫240提供支撑或在抛光系统中抛光垫240的装卸期间提供接触面。
图3是具有以X-Y图案设置在抛光垫340抛光部分348上的凹槽342的抛光垫另一个实施方案的俯视图。穿孔346可以设置在纵向和横向设置凹槽的交叉连接处，和也可以设置在纵凹槽、横凹槽上，或设置于凹槽342以外的抛光制品348中。穿孔346和凹槽342设置在抛光制品的内径344中而抛光垫340的外径350可以没有穿孔和凹槽和穿孔。
图4是组成图案的抛光制品440的另一个实施方案。在此实施方案中，凹槽可以采用X-Y图案与相交X-Y有图案的凹槽442的对角排列凹槽445而设置。对角线凹槽445可以与任何X-Y凹槽442成角度，例如，从任何X-Y凹槽442成约30°-约60°设置。穿孔446可以设置在X-Y凹槽442的交叉连接处，X-Y凹槽442和对角线凹槽445的交叉连接处，沿任何凹槽442和445，或设置在凹槽442和445以外的抛光制品448中。穿孔446和凹槽442设置在抛光制品的内径444中而抛光垫440的外径450可以没有穿孔和凹槽。
凹槽图案，如螺旋式凹槽、蛇纹石凹槽、和涡轮凹槽的另外例子更完全地叙述于2001年10月11日提交的在先未决美国专利临时申请No.60/328,434，该文献在此引入到与本申请权利要求和公开内容一致的程度。
导电抛光表面
图5A是可用于形成抛光制品105的导电抛光部110的导电布或织物500一个实施方案的俯视图。导电布或织物由本文所述导电材料涂敷的交织纤维510组成。涂有导电材料的交织纤维织物包括交织多种涂有导电材料的纤维以形成织物。该织物还可以包括多种交织纤维以形成织物，该织物然后涂有一种导电材料。该织物还可以由用于形成涂有导电材料的交织纤维织物的两种工艺的组合形成。
在一个实施方案中，交织纤维510在垂直520和水平530的编织或席纹组织图案见图5A。本发明设想其它形式的织物，如纱，或不同交织物、网或网孔图案以形成导电布或织物500。在一个方面，交织纤维510以在织物500中提供通道540。通道540允许电解质或液体，包括离子和电解质组分通过织物500流动。导电织物500可以设置在聚合物粘合剂，如聚氨酯中。导电填料也可以设置在这样的聚合物粘合剂中。
图5B是配置于制品105的制品支撑部120上的导电布或织物500的部分横截面图。导电布或织物500可以在包括在制品支撑部120中形成的任何穿孔150的制品支撑部120上设置为一个或多个连续层。布或织物500可以由粘合剂固定到制品支撑部120上。当浸入电解质溶液时，织物500适于允许电解质流过纤维，编织物，或在布或织物500中形成的通道。
或者，如果确定通道540不足够允许电解质通过织物500的有效流量，即，金属离子不能通过其扩散，也可以将织物500穿孔以增加通过其的电解质流量。织物500典型地适应或穿孔以允许电解质溶液的流量至多为约每分钟20加仑。
图5C是布或织物500的部分的横截面图，布或织物可以由穿孔550形成图案以匹配制品支撑部120中穿孔150的图案。或者，导电布或织物500的一些或所有穿孔550可不与制品支撑部120的孔150对准。穿孔的对准或非对准允许操作员或制造者控制电解质通过抛光制品以接触基材表面的容积或流量。
织物500的例子是具有包括由金涂敷的尼龙纤维的纤维的约8-约10个纤维宽的交织席纹纺织物。纤维的例子是尼龙纤维，配置于尼龙纤维上的约0.1μm钴、铜、或镍材料，和配置于钴、铜、或镍材料上的约2μm的金。
或者，导电格网可用于代替导电布或织物500。导电格网可包括导电纤维，导电填料，或至少一部分配置于导电粘合剂中或采用导电粘合剂涂敷的导电布500。导电粘合剂可包括非金属导电聚合物或配置于聚合物中的导电材料的复合材料。导电填料，如石墨粉、石墨片、石墨纤维、碳纤维、碳粉、炭黑、或在导电材料中涂敷的纤维，和聚合物材料，如聚氨酯的混合物可用于形成导电粘合剂。采用本文所述导电材料涂敷的纤维可用作用于导电粘合剂的导电填料。例如，碳纤维或金涂敷的尼龙纤维可用于形成导电粘合剂。
导电粘合剂如需要也可包括添加剂以协助导电填料和/或纤维的分散，改进在聚合物和填料和/或纤维之间的粘合，并改进在导电箔和导电粘合剂之间的粘合，以及改进导电粘合剂的机械，热和电性能。用于改进粘合的添加剂的例子包括环氧树脂类、硅氧烷、聚氨酯、聚酰亚胺、或其用于改进粘合的结合物。
导电填料和/或纤维和聚合物材料的组合物可适于提供特定的性能，如电导率，磨损性能，耐久性系数。例如包括约2wt.％-约85wt.％导电填料的导电粘合剂可与本文描述的制品和方法一起使用。可用作导电填料和导电粘合剂的材料的例子更完全地描述于2001年12月27日提交的U.S.专利申请系列No.10/033,732，该文献在此入作为参考到不与此处公开内容或要求的文献不一致的程度。
导电粘合剂的厚度可以为约1微米-10毫米，如约10微米-约1毫米厚。多层导电粘合剂可施加到导电格网上。导电格网可以与导电布或织物500相同的方式使用，如图5B和5C所示。导电粘合剂可以在导电格网上涂敷多层。在一个方面，在格网已经穿孔以防止格网部分曝露于穿孔工艺之后，将导电粘合剂涂敷到导电格网上。
另外，导电底漆可以在导电粘合剂的涂敷之前配置于导电格网上以改进导电粘合剂对导电格网的粘合。导电底漆可以由与导电粘合剂纤维的相似材料组成，改进组成以生产具有比导电粘合剂更大材料间粘合的性能。合适的导电底漆材料的电阻率可以小于约100Ω-cm，如0.001Ω-cm-约32Ω-cm。
或者，可以使用任选地被涂敷的导电箔代替导电布或织物500，如图5D所示。导电箔一般包括设置于支撑层120上导电粘合剂590中或由该导电粘合剂涂敷的金属箔580。形成金属箔的材料的例子包括金属涂敷的织物、导电金属如铜、镍、和钴，和贵金属如金、铂、钯、铱、铼、铑、铼、钌、锇、及其结合物，其中优选金、铜和铂。导电箔也可包括非金属导电箔片，如铜片、碳纤维织造片箔材。
导电箔也可包括金属涂敷的介电或导电材料的布，如铜、镍、或金涂敷的尼龙纤维布。导电箔也可包括由本文所述导电粘合剂涂敷的导电或介电材料。导电箔也可包括互连导电金属线或条，如铜丝的线框、筛网或格网，它可以由本文所述的导电粘合剂材料涂敷。本发明设想在形成本文所述的金属箔中使用其它材料。
本文所述的导电粘合剂590可封囊金属箔580，它允许金属箔580为导电金属，观察到它与周围的电解质，如铜反应。导电箔580可以由本文所述的多个穿孔550穿孔。尽管未显示，导电箔580可结合到电源的导线上以偏压抛光表面。尽管未显示，金属箔580也可以是穿孔的或开槽的。
导电粘合剂590可以如对于导电格网或织物500所述的并可以在金属箔580上以多层涂敷。在一个方面，在已经将金属箔580穿孔以防止金属箔580部分曝露于穿孔工艺之后，将导电粘合剂590涂敷到金属箔580上。
可以通过将液体状态粘合剂或粘结剂流延到织物500、箔580或格网上，将本文所述的导电粘结剂设置到导电织物500、箔580、或格网上。然后在干燥和固化之后，粘合剂在织物，箔或格网上固化。包括注塑、压缩塑模、层压、高压釜、挤出、或其结合的其它合适的加工方法可用于封囊导电织物、格网或箔。热塑性和热固性粘合剂两者可用于此应用。
在导电粘合剂和导电箔金属箔组分之间的粘合可以采用直径或宽度为约0.1μm-约1mm的多个穿孔穿孔金属箔或通过在金属箔和导电粘合剂之间施加导电底漆而增强。导电底漆可以具有与本文对于格网所述导电底漆相同的材料。
能量施加
可以通过使用本文所述的连接件或能量转移设备将能量耦合到上述抛光制品105上。能量转移设备更完全地描述于2001年12月27日提交的美国临时专利申请10/033,732，该文献引入作为参考到与本文各方面和权利要求一致的程度。
图6A-6D是具有连接到电源(未显示)的伸长部的抛光制品的实施方案的俯视和侧视简图。电源向基材表面提供载流能力，即阳极偏压用于在ECMP加工过程中的阳极溶解。电源可以由设置于抛光制品的导电抛光部和/或制品支撑部周围的一个或多个导电接头连接抛光制品。一个或多个电源可以由一个或多个接头连接抛光制品以允许产生经过基材表面部分的可变偏压或电流。或者，可以在导电抛光部和/或支撑部中形成一个或多个连接电源的引线。
图6A是由导电连接件连接电源的导电抛光垫一个实施方案的俯视图。导电抛光部具有在导电抛光部610中形成的宽度或直径比制品支撑部620更大的伸长部，例如，台肩或单个栓塞。伸长部由连接件625连接电源以向抛光制品105提供电流。在图6B中，可以形成伸长部615以从导电抛光部610的平面平行或横向扩展并延伸过抛光支撑部620的直径。穿孔和开槽的图案如图4所示。
图6B是通过导电通道632，如导线连接电源(未显示)的连接件625一个实施方案的横截面简图。连接件包括一电连接件634，其连接导电通道632并由导电紧固件630，如螺杆电连接伸长部615的导电抛光部610。螺栓638可连接在其间固定导电抛光部610的导电紧固件630。隔片636，如垫圈，可设置于导电抛光部610和紧固件630和螺栓638之间。隔片636可包括导电材料。紧固件630，电连接件634，隔片636，和螺栓638可以由导电材料，例如，金、铂、钛、铝、或铜组成。如果使用可与电解质反应的材料，如铜，材料可以采用对与电解质的反应为惰性的材料，如铂覆盖。尽管未显示，导电紧固件的另外实施方案可包括导电夹子、导电粘合带、或导电粘合剂。
图6C是通过支撑件660，如图2所示的压盘或圆盘206的上表面连接电源(未显示)的连接件625一个实施方案的横截面简图。连接件625包括紧固件640，如具有足够长度的螺钉或螺栓以穿过伸长部615的导电抛光部610以与支撑件660连接。隔片642可设置于导电抛光部610和紧固件640之间。
支撑件一般适于容纳紧固件640。可以在支撑件660的表面中形成小孔1246以容纳如图6C所示的紧固件。或者，电连接件可设置于紧固件640和导电抛光部610之间，电抛光部分610带有与支撑件660连接的紧固件。支撑件660可以由导电通道632，如导线连接电源，连接到在抛光压盘或腔室以外的电源或整合到抛光压盘或腔室中的电源以提供与导电抛光部610的电连接。导电通路632可以与支撑件660整合或从如图6B所示的支撑件660延伸。
在进一步的实施方案中，紧固件640可以是通过导电抛光部615延伸的整合的支撑件660的伸长部并由如图6D所示的螺栓648固定。
尽管以上内容涉及本发明的各种实施方案，可以设计本发明的其它和进一步实施方案而不背离其基本范围，并且其范围由以下的权利要求确定。
Claims (31)
1.一种用于加工基材的抛光制品，其特征在于所述抛光制品包括：
一个具有适于抛光基材的表面的主体；以及
一个位于所述主体内的导电元件，所述导电元件包括由导电材料涂敷的交织纤维的织物。
2.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述纤维包括选自如下的聚合物材料：聚酰胺、尼龙聚合物、聚氨酯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、含二烯烃的聚合物、聚苯乙烯、聚丙烯腈乙烯苯乙烯、丙烯酸类聚合物、及其结合物，并且所述导电材料包括金属、碳基材料、导电陶瓷材料、金属无机材料、或其结合物。
3.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于成核材料或粘合剂材料设置于纤维和导电材料之间。
4.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于用导电材料涂敷的交织纤维的织物包括交织多个用导电材料涂敷的纤维以形成织物。
5.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于用导电材料涂敷的交织纤维的织物包括多个交织纤维以形成用导电材料涂敷的织物。
6.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述导电元件包括具有设置于其上的金的交织聚酰胺纤维的织物。
7.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括聚合物材料、采用尿烷浸渍的缩绒纤维、及其结合物。
8.根据权利要求7所述的抛光制品，其特征在于所述聚合物材料是选自如下的介电聚合物材料：聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、及其结合物。
9.根据权利要求7所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括选自如下的导电填料：碳粉、碳纤维、碳纳米管、碳纳米泡沫体、碳气凝胶、石墨、导电聚合物、导电纤维、采用导电材料涂敷的介电或导电粒子、在导电材料中涂敷的介电填料材料、导电无机粒子、导电陶瓷粒子、及其结合物。
10.根据权利要求5所述的抛光制品，其特征在于所述交织纤维的织物包括约2wt.％-约85wt.％的所述主体。
11.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括至少部分在其中形成的多个凹槽。
12.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述主体包括一层或多层采用导电材料涂敷的交织纤维的织物、导电填料或其结合。
13.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于编织所述交织纤维的织物以形成用于流体电解质通过其间流动的通道。
14.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于将所述交织纤维的织物穿孔。
15.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述主体包括设置于支撑部上的导电抛光部，其中所述导电元件包括导电抛光部。
16.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括用于连接制品与电源的连接件。
17.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述连接件包括一个或多个平行导线、互连导线的格网，或从所述垫外周放射状延伸的所述垫伸长部。
18.根据权利要求15所述的抛光制品，其特征在于用于连接所述制品和电源的连接件设置于抛光部和支撑部之间并且电连接至少一个导电元件。
19.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述导电表面的电阻率为约50Ω-cm或更小。
20.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述抛光制品在Shore D硬度计上的硬度为约100或更小。
21.根据权利要求20所述的抛光制品，其特征在于所述抛光制品在Shore D硬度计上的硬度为约50-约80。
22.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括设置于导电元件上的金属箔，该金属箔包括贵金属、铜、镍、导电织物、碳纤维编织片、金属涂敷的织物、导线筛、或其结合。
23.根据权利要求22所述的抛光制品，其特征在于采用导电粘合剂涂敷所述金属箔。
24.根据权利要求22所述的抛光制品，其特征在于所述金属箔包括多个穿孔，多个凹槽，或其结合。
25.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述抛光制品包括一主体，该主体具有适于抛光基材的表面，其中所述主体包括用导电材料涂敷的交织纤维的织物并将交织纤维的织物穿孔或编织形成通道以允许流体电解质通过其间流动。
26.根据权利要求25所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括聚合物材料，导电填料，与电源连接并适于电连接织物与电源的连接件，或其结合。
27.根据权利要求26所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括支撑部，其中所述交织纤维的织物设置于所述支撑部上并且所述连接件设置于所述抛光部和所述支撑部之间或设置于抛光部附近。
28.根据权利要求1所述的抛光制品，其特征在于所述抛光制品包括一主体，该主体具有抛光部，该抛光部包括用导电材料涂敷的交织纤维的织物，设置于所述织物上的金属箔，并且将织物穿孔或编织以形成通道且将金属箔穿孔以允许流体电解质通过其间流动。
29.根据权利要求28所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括聚合物材料，导电填料，导电粘合剂，与电源连接并适于电连接所述织物或金属箔与电源的连接件，或其结合。
30.根据权利要求29所述的抛光制品，其特征在于所述主体进一步包括支撑部，其中所述织物设置于所述支撑部上。
31.根据权利要求30所述的抛光制品，其特征在于所述连接件连接所述织物或金属箔上并设置于抛光部和支撑部之间或设置于抛光部附近。
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