抛光制品的制作方法
背景
本公开的实施例总体关于用于对基板或晶片的化学机械抛光的装置与方法，更具体地关于抛光制品制造系统以及用于制造化学机械抛光的或抛光垫或抛光制品的方法。
背景技术：
在基板上的集成电路以及其他电子器件的制造中，导电材料、半导电材料和电介质材料的多个层被沉积在基板上或从基板的特征侧被去除。连续地将这些材料沉积在基板上并从基板去除这些材料可能使特征侧成为非平面而需要平坦化工艺(一般称为抛光)，其中从基板的特征侧去除先前沉积的材料以形成总体上均匀、平坦或水平的表面。此工艺对移除不期望的表面形貌与表面缺陷(诸如，粗糙的表面、结块的材料、晶格损坏和划伤)是有用的。抛光工艺对于通过去除用于填平特征的过量的所沉积的材料而在基板上形成特征也是有用的，并且旨在提供用于后续沉积与处理的均匀或水平表面。
一种抛光工艺被称为化学机械抛光(cmp)，其中基板被放置在基板载件组件中，并且可控地压靠装配置移动式压盘组件的抛光介质。抛光介质通常是抛光制品或抛光垫。载件组件提供相对于移动式压盘的旋转运动，并且材料去除通过基板的特征侧与抛光介质之间的化学活动、机械研磨或化学活动与机械研磨的组合来完成。
然而，抛光处理导致抛光介质的抛光表面会被“打光”或平滑化，这将降低膜去除速率。随后，抛光介质的表面经“粗糙化”或经调节以恢复抛光表面，这强化了局部流体输送并改善去除速率。典型地，利用涂覆有磨料(诸如，微米尺寸的工业金刚石)的调节盘，在抛光两个晶片过程之间或与抛光晶片并行地调节盘执行调节。调节盘被旋转并被压靠介质表面，并且机械地切割抛光介质的表面。然而，当施加于调节盘的旋转和/或向下力受控时，所述切割动作相对没有章法，并且磨料可能未均匀地切割到抛光表面中，这会跨抛光介质的抛光表面产生表面粗糙度的差异。当调节盘的切割动作未适当地受控时，介质寿命可能缩短。此外，调节盘的切割动作有时会在抛光表面产生大的凹凸以及垫碎片。虽然这些凹凸在抛光工艺中是有益的，但是凹凸在抛光期间会挣脱，从而产生碎片，所述碎片与来自切割动作的垫碎片一起导致基板中的缺陷。
已执行作用于抛光制品的抛光表面的众多其他的方法与系统以试图提供对抛光表面的均匀的调节。然而，对期间和系统的控制(例如，切割动作、向下力或其他度量)仍不尽如人意，并且可能因抛光介质本身的性质而受挫。例如，诸如垫介质的硬度和/或密度等性质可能是非均匀的，这导致对抛光表面的一些部分相对于其他部分的更激进的调节。
因此，需要具有促进均匀的抛光和调节的性质的抛光制品。
技术实现要素：
本公开的实施例总体上关于用于基板或晶片的化学机械抛光的设备和方法，更具体地关于抛光制品、抛光制品制造系统以及制造用于化学机械抛光的抛光制品的方法。
在一个实施例中，抛光制品制造系统包括：进料段和卷取段，所述卷取段包括供应辊，所述供应辊具有抛光制品，所述抛光制品设置在所述供应辊上并用于化学机械抛光工艺；打印段；所述打印段包括设置在所述进料段与所述卷取段之间的多个打印头；以及固化段，所述固化段设置在所述进料段与所述卷取段之间，所述固化段包括热固化装置和电磁固化装置中的一者或两者。
在另一实施例中，提供抛光制品，并且所述抛光制品包括复合垫主体。所述复合垫主体包含：多个抛光特征，所述多个抛光特征形成抛光表面，其中所述多个抛光特征由第一材料形成；以及一个或更多个基底特征，所述一个或更多个基底特征由第二材料形成，其中所述一个或更多个基底特征包围所述多个抛光特征以形成单一主体，并且所述第一材料具大于所述第二材料的硬度的硬度。
在又一实施例中，提供一种用于化学机械抛光工艺的替换供应辊，并且所述供应辊包括：杆件，所述杆件具有缠绕在所述杆件上的抛光制品。所述抛光制品包含：复合垫主体，所述复合垫主体包含：多个抛光特征，所述多个抛光特征形成抛光表面，其中所述多个抛光特征由第一材料形成；以及一个或更多个基底特征，所述一个或更多个基底特征由第二材料形成，其中所述一个或更多个基底特征包围所述多个抛光特征以形成单一主体，并且所述第一材料具有大于所述第二材料的硬度的硬度。
附图说明
描绘图示因此，为了可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参照实施例进行对上文简要概述的本公开的更特定的描述。但是，应注意到，所附附图仅图示本公开的典型实施例，且因此不视为限制本公开的范围，因为本公开可容许其他等效实施例。
图1是示例性化学机械抛光模块的平面视图。
图2是图1的模块的示例性处理站的剖面视图。
图3a是卷对卷垫制造系统的一个实施例的示意性等距视图。
图3b是卷对卷垫制造系统的其他的实施例的示意性侧视图。
图4a是可在图3a的垫制造系统或图3b的垫制造系统中使用的3d打印站的一个实施例的示意性剖面视图。
图4b是可在图3a的垫制造系统或图3b的垫制造系统中使用的3d打印站的一个实施例的示意性剖面视图。
图5a是抛光制品组件的一个实施例的俯视图。
图5b是图5a中所示的抛光制品组件的一部分的放大等距视图。
图6a是抛光制品组件的另一实施例的俯视图。
图6b是图6a中所示的抛光制品组件的一部分的放大等距视图。
图7a是抛光制品组件的另一实施例的俯视图。
图7b是图6a中所示的抛光制品组件的一部分的放大等距视图。
图8是根据本公开的另一实施例的抛光制品的示意性透视剖面视图。
图9是具有观察窗的抛光制品的另一实施例的示意性透视剖面视图。
图10是包含背衬层的抛光制品的另一实施例的示意性剖面视图。
图11是具有多个区域的抛光制品的另一实施例的示意性剖面视图。
图12是图11的抛光制品的局部放大剖面视图。
为了促进理解，已经在任何可能的地方使用相同的词语来表示各附图共用的相同元件。构想了可有益地将在一个实施例中公开的元件用于其他实施例中，而无需专门陈述。
具体实施方式
图1描绘抛光模块106的平面视图，抛光模块106是位于美国加州圣克拉拉市的应用材料公司制造的化学机械抛光机
抛光模块106一般包含装载机器人104、控制器108、转移站136、多个处理或抛光站(诸如，支撑多个抛光或承载头152(在图1中仅示出一个)的压盘组件132、基座140和旋转料架134。一般而言，装载机器人104设置成邻近抛光模块106和工厂接口102(未示出)以促进基板122在所述抛光模块106与所述工厂接口102之间的转移。
转移站136一般包含转移机器人146、输入缓冲器142、输出缓冲器144以及装载杯组件148。输入缓冲器站142从装载机器人104接收基板122。转移机器人146将基板122从输入缓冲器站142移动且移动至装载杯组件148，在装载杯组件148中基板122被转移至承载头152。
为了促进对如上文所述的抛光模块106的控制，控制器108包含中央处理单元(cpu)110、支持电路146和存储器112。cpu110可以是可在工业设定中用于控制各种抛光器、驱动器、机器人和子处理器的任何形式的计算机处理器中的一者。存储器112耦接至cpu110。存储器112(或计算机可读介质)可以是容易取得的存储器(诸如，随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘、硬盘，或任何其他形式的(本地的或远程的)数字存储设备)中的一者或更多者。支持电路114耦接至cpu110以用于以常规方式支持处理器。这些电路包含高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。
一般而言，旋转料架134具有多个手臂150，所述多个手臂150中的每一者支撑承载头152中的一者。图1中描绘的手臂150中的两个以虚线示出，使得设置在多个压盘组件132中的一个上的转移站与平坦化或抛光制品123可被看见。旋转料架134是可转位的(indexable)，使得可在压盘组件132与转移站136之间移动承载头152。
典型地，通过将相对于受支撑在压盘组件132上的抛光制品123移动保留在承载头152中的基板122，在每一个压盘组件132处执行化学机械抛光工艺。抛光制品123可具有平缓表面、织纹表面、含磨料的表面或上述各项的组合。此外，抛光制品123可跨抛光表面进展或可释放地固定至抛光表面。典型地，抛光制品123通过真空、机械夹具或通过其他固持方法而被可释放地固定至压盘组件132。
抛光制品123的实施例可包含根据本文中所述的实施例的由三维(3d)打印工艺产生的聚合物材料。抛光制品123可包含纳米尺寸的特征(例如，具有约10纳米至约200纳米尺寸的聚合物基质内的颗粒和/或离散的区域或域)。抛光工艺可利用包含磨料颗粒且被流体喷嘴154递送至垫表面的浆料来辅助抛光基板122。流体喷嘴154可在所示的方向上旋转而如所示旋转至不与压盘组件132接触的位置，或旋转至压盘组件132中的每一者上方的位置。
如本文中所述的3d打印包含但不限于喷射(polyjet)沉积、喷墨打印、熔融沉积建模、粘结剂喷射、粉末床融合、选择性激光烧结、立体光刻、光聚合固化技术数字光处理、片材层叠、定向能量沉积，以及上述外其他3d沉积或打印工艺。
图2描绘压盘组件132与示例性供应组件206与卷取(takeup)组件208的侧视图，从而图示跨压盘230的抛光制品123的位置。一般地，供应组件206包含设置在压盘组件132的侧壁218之间的供应辊254、上引导构件204与下引导构件205。抛光制品123可绕杆件255缠绕，所述杆件255可以是管状构件或销钉。一般地，卷取组件208包含全都设置在多个侧壁218之间的卷取辊252、上引导构件214以及下引导构件216。卷取辊252一般包含抛光制品123的经使用的部分，并且经配置使得一旦卷取辊252由经使用的抛光制品123填充就可容易地以空的卷取辊来替换。上引导构件214经定位以将抛光制品123从压盘230引导至下引导构件216。下引导构件216将抛光制品123引导至卷取辊252上。压盘组件132也可包含光学感测装置220(诸如，激光)，所述光学感测装置220适于传送并接收光学信号以检测在基板上执行的平坦化或抛光工艺检测的终点。
供应辊254一般包含抛光制品123的未使用部分，并且经配置使得一旦设置在供应辊254上的抛光制品123已由抛光或平坦化工艺消耗，供应辊254就可容易地以包含新抛光制品123的另一供应辊254替换。在一些实施例中，能量源212可经定位以向设置在供应辊254与卷取辊252之间的抛光制品123的上表面221施加电磁能量215。电磁能量215可以是能量束或能量流形式的，并且可用于选择性地与抛光制品123的上表面221的离散区域相互作用(即，消融和/或加热)。电磁能量215可以是一个或更多个电子束、一个或更多个激光光束，以及上述各项的组合。电磁能量215可用于在抛光工艺之前、器件或之后调节抛光制品123的上表面221。在一些实施例中，电磁能量215用于在抛光期间调节抛光制品123的上表面221以调谐抛光抛光工艺。
抛光制品123的上表面221一般配置成可控地使抛光制品123在x方向上跨背衬垫组件226进展。一般通过平衡电机222与电机224之间的力，相对于压盘230来移动抛光制品123，所述电机222耦接至供应组件206，且所述电机224耦接至卷取组件208。棘轮机构和/或制动系统(未示出)可耦接至供应组件206与卷取组件208的中的一者或两者，以相对于背衬垫组件226来固定抛光制品123。压盘230可以可操作地耦接至旋转致动器228，所述旋转致动器228使压盘组件132绕一旋转轴旋转，所述旋转轴总体上直于x和/或y方向。真空系统232可耦接在致动器228与背衬垫组件226之间。真空系统232可用于将抛光制品123的位置固定至压盘230上。真空系统232可包含形成在盘件236中的通道234，所述盘件236设置在背衬垫组件226下方。背衬垫组件226可包含子垫238和子板件240，所述子垫和子板件240中的每一者都具有开口242，所述开口242穿过所述子垫238和子板件240而形成，并且与通道234与真空源244流体地相通。子垫238一般为塑料(诸如，聚碳酸酯或发泡聚氨酯)。一般而言，可选择子垫238的硬度或硬度计以产生特定的抛光结果。子垫238一般将抛光制品123的上表面221维持在与基板平面(未示出)平行的平面中，以提升基板的全区域平坦化程度。基板240定位在子垫238与压盘230的底部之间，使得子垫238的上表面维持为总体上平行于压盘230的顶表面260。
图3a是用于准备可在图2的压盘组件132上使用的抛光制品123的垫制造系统300a的一个实施例的示意性等距视图。在一个实施例中，垫制造系统300a一般包含进料段302、打印段304、固化段306以及垫卷绕段308。垫制造系统300a也包含输送带310，所述输送带310包含设置在至少两个辊件314之间的网件(web)312。辊件314中的一者或两者可耦接至驱动电机315，所述驱动电机315使辊件314和/或网件312在由指示为a的箭头所描绘的方向熵旋转。进料段302、打印段304、固化段306和垫卷绕段308可以可操作地耦接至控制器311。输送带310可以可操作地由控制器311连续地移动或间歇性地移动。
进料段302可包含供应辊316，所述供应辊316可操作地耦接至输送带310。供应辊316可以是背衬材料317(诸如，聚合物材料，例如，双轴取向的聚对苯二甲酸乙酯(bopet)材料)。供应辊316可设置在进料辊318上，所述进料辊318由运动控制装置320驱动或控制。运动控制装置320可以是电机和/或可包含制动系统，所述制动系统在供应辊316上提供预定的张力，使得供应辊316的退绕速度由驱动电机315和/或网件312驱动。进料段302也可包含预处理装置322。当在打印段304处进行打印之前，预处理元件322可配置成将涂层喷洒至背衬材料317上或以其他方式将涂层提供至背衬材料317上。在一些实施例中，当在打印段304处进行打印之前，可利用预处理装置322来加热背衬材料317。
打印段304包含设置在进料段302下游的3d打印站324。打印段304利用一个或更多个打印头327以将图案化的表面328提供至背衬材料317上。打印段304可包含耦接至运动控制装置332的可移动平台330，所述运动控制装置332可用于相对于背衬材料317与网件312来移动打印头327。
打印头327可耦接至具有打印材料的材料源325，所述打印材料可用于形成图案化的表面328。打印材料可包含聚合物材料，诸如，聚氨酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、ptfe(聚四氟乙烯)、ptfa、聚苯硫醚(pps)，或上述各项的组合。示例还包括聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙甲纤维素(hydropropylmethylcellulose)、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羟基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylites)、淀粉、马来酸共聚物、聚环氧乙烷、聚氨酯以及上述各项的组合。
在一个实施例中，聚合材料可作为基材被沉积在背衬材料317上。所形成的聚合材料可包含一个开孔隙或闭孔隙的聚氨酯材料，并且可以包括散布于其中的纳米尺度的颗粒。所述颗粒可包含有机纳米颗粒。在一个实施例中，纳米颗粒可包含分子或元素环和/或纳米结构。示例包含碳(c)同素异形体，诸如，碳纳米管和其他结构，具有五个键(五边形)、六个键(六边形)或多于六个键的分子碳环。其他示例包括类富勒烯超分子。在另一实施例中，纳米尺度的颗粒可以是陶瓷材料、氧化铝、玻璃(例如，二氧化硅(sio2))，以及上升的组合或衍生物。在另一实施例中，纳米尺度的颗粒可以包括金属氧化物(诸如，钛(iv)氧化物或二氧化钛(tio2)、锆(iv)氧化物或二氧化锆(zro2)，上述各项的组合及它们的衍生物，以及其他氧化物)。
由打印头327形成的图案化的表面328可包含复合基材(诸如，聚合物基质)，所述复合基材可以由以下各项形成：氨基甲酸乙酯、蜜胺、聚酯、聚砜、聚醋酸乙烯酯、氟代烃，和类似物，以及上述各项的混合物、共聚物和移植物。在一个实施例中，聚合物基质包含聚氨酯聚合物，所述聚氨酯聚合物可由聚醚基液体聚氨酯形成。液体聚氨酯可以是可与以下各项反应的：多官能胺、二胺、三胺或多官能羟基化合物或混合的官能化合物(诸如，在固化时形成脲链和交联的聚合物网络的氨基甲酸酯/脲交联的组合物中的羟基/胺。
固化段306包含可设置在外壳334中或设置在外壳334上的固化装置333。外壳334设置在网件312上方，使得在背衬材料317上的网件312与图案化的表面328可在外壳334下方通过。固化装置333可以是热烤箱、紫外(uv)光发射器，或上述各项的组合。在一个实施例中，固化装置333可包含激光源336与电子束发射器338中的一者或两者，所述激光源336与电子束发射器338可用于固化由打印头327沉积的材料，从而形成图案化的表面328。在一些实施例中，当使用电子束发射器时，垫制造系统300a可定位在外壳中，在所述外壳中压力可被控制。可单独地或与热能或uv能结合地使用激光源336和电子束发射器338。在一些实施例中，激光源336与电子束发射器338可用在斑点(spot)固化工艺中，在所述斑点固化工艺中，图案化的表面328的特定部分被瞄准。通过激光源336或电子束发射器338进行的变电瞄准可加热图案化的表面328的离散区域，从而产生可能比周围部分更硬或更不具压缩性的离散区域的表面。激光源336也可用于烧蚀图案化的表面328的部分以在所述部分上产生精细的纹理。
垫卷绕段308包含卷取辊340，在所述卷取辊340中抛光制品123可被缠绕。卷取辊340可从垫制造系统300a移除以用作图2的压盘组件132中的供应辊254。在制造期间，卷取辊340可耦接至运动控制装置342。运动控制装置342可以是电机和/或可包含控制卷取辊340的缠绕速度的制动系统。
图3b使垫制造系统300b的另一实施例的示意性侧视图。垫制造系统300b包含输送带310，所述输送带具有进料段302、打印段304、固化段306和垫卷绕段308，所述垫制造系统300b可类似于图3a的垫制造系统300a。然而，垫制造系统300b包含供应辊316，所述供应辊316可控地展开网件312，所述网件312在输送带310上方移动至卷取辊340。网件312可以是类似于图3a中所述的背衬材料317的背衬材料。网件312、输送带310和卷取辊340可由类似于图3a中所述的垫制造系统300a的运动控制装置和控制器控制，并且出于简洁的目的，在图3b中省略相关描述。
垫制造系统300b包含定位在进料段302与打印段304之间的任选的预处理段344。预处理段344可用于将粘着层或释放层形成到网件312上。可替换地，可使用3d打印站324在打印段304处形成粘着层或释放层。当使用预处理段344时，插槽/管芯涂覆机346可用于将一层或多层沉积到网件312上。附加地，利用uv光或加热元件的固化站348可用于固化由插槽/管芯涂覆机346沉积的材料。
在这个实施例中，3d打印站324包含打印头327的阵列。打印头327可用于任选地在网件312上形成粘着层或释放层，并且用于在网件312上形成图案化的表面328。在一个示例中，多行或多列的打印头327可横跨输送带310的宽度以及输送带310长度的的一部分。在一些实施例中，一个或更多个打印头327相对于输送带310可以是可移动的。打印头327将耦接至如图3a中所述的材料源325。
固化段306可包含任选的电磁能量源350和热固化装置352中的一者或两者。电磁能量源350可以是如图3a中所述的激光源或电子束发射器的中一者或它们的组合。热固化装置352可以是烤箱或uv光阵列。
垫卷绕段308包含卷取辊340，在所述卷取辊340处，抛光制品123可被缠绕。卷取辊340可从垫制造系统300a中移除以用作图2的压盘组件132中的供应辊254。
图4a是可在图3a的垫制造系统300a或图3b的垫制造系统300b中使用的3d打印站324的一个实施例的示意性剖面视图。图4a示出使用3d打印工艺而制造的抛光制品123的一个实施例的一部分。3d打印提供用于产生抛光制品的方便且高度可控的工艺，所述抛光制品具有嵌入在抛光层内的特定位置中的磨料。可在支撑座400上打印抛光制品123，所述支撑座400可以是图3a的背衬材料317或图3b的网件312。
参考图4a，至少抛光制品123的抛光层405是使用3d打印工艺来制造的。在制造工艺中，当沿由a指示的箭头(在x方向上)移动支撑座时，在支撑座400上逐步地沉积并融合材料的薄层。例如，(来自图3a的材料源325的)垫前体材料的滴液410可从滴液喷射打印器415的喷嘴326喷射出以形成多个层420a、420b和422。这些层可形成固化的材料425，所述固化的材料425包含垫前体材料，所述垫前体材料能将其他层连续沉积在所述垫前体材料上。滴液喷射打印器415可类似于喷墨打印器，但滴液喷射打印器415使用垫前体材料而非墨水。在制造期间，当支撑座400连续地或间歇地在x方向上移动时，可在x或y方向中的一个或两个方向上平移喷嘴326。
在一个示例中，可通过将滴液410喷射至支撑座400上来沉积第一层420a。在固化之后，后续层(诸如，层420b与422(出于简洁的目的，在它们之间的其他层未被指出))可沉积在第一层420a上。在每一层经固化后，随后，新层被沉积在先前沉积的层上，直到制造出完整的三维抛光层405为止。可通过聚合作用来完成固化作用。例如，垫前体材料的层可以是单体(monomer)，并且所述单体可通过uv固化或通过加热原位(in-situ)地聚合。沉积后可立即有效地固化垫前体材料，或者可沉积垫前体材料的整个层，随后可同时固化所述层。
每一个层可由喷嘴326以存储在3d绘图计算机程序中的图案来施加，所述3d绘图计算机程序在控制器311上提供。每一个层420a、420b和422厚度可小于抛光层405的总厚度的50％或小于抛光层405的总厚度。在一个实施例中，每一个层420a、420b和422的厚度可小于抛光层405的总厚度的10％，例如，小于5％，诸如，约小于抛光层405的总厚度的1％。在一个实施例中，每一个层的厚度可包含约30微米至约60微米或更小的厚度，诸如，纳米量级(例如，1至100纳米)以及甚至到微微级(picoscale)尺度(例如，微微级(10-12)米)。
支撑座400可以是刚性基座或柔性膜(诸如，聚四氟乙烯(ptfe)层)。如果支撑座400是膜，则支撑座400可形成抛光制品123的一部分。例如，支撑座400可以是背衬材料317或可以是背衬材料317与抛光层405之间的层。可替换地，可从支撑座400去除抛光层405，并且层420a与420b可形成背衬层材料。
在一些实施例中，磨料颗粒可分散在垫前体材料的滴液410中。在多个层中的每一层的形成期间，磨料颗粒可局部地分散到抛光层405中。磨料颗粒的局部分散可辅助使结块最小化。在一些实施例中，磨料颗粒可与液体热固性聚合物前体预先混合。热固性聚合物前体和磨料颗粒的混合物的连续搅拌可防止颗粒的结块，这与用于使在喷墨打印机中使用的墨水颜料均匀化的设备类似。此外，混合物的连续搅拌确保了前体材料中的磨料颗粒的相当均匀的分布。这样可导致通过抛光层的颗粒的更均匀的分布，如此可产生改善的抛光均匀性，并且也可帮助避免结块。
预先混合的混合物可从单个喷嘴(例如，喷嘴326)根据特定的图案而分散。例如，预先混合混合物可均匀地分散以产生均质的抛光层405，所述均质的抛光层405具有贯穿抛光层405的厚度的嵌入式磨料颗粒的的均匀分布。
图4b是可在图3a的垫制造系统300a或图3b的垫制造系统300b中使用的三维打印站324的一个实施例的示意性剖面视图。在图4b中图示使用3d打印工艺而制造的抛光制品123的另一实施例的一部分的剖面视图。基于来自cad程序的指令，抛光制品123由滴液喷射打印器415形成以包含由沟槽455分开的多个结构450。结构450与沟槽455可形成抛光层405。子层430也可随抛光制品123而由滴液喷射打印器415形成。子层430可以是背衬材料317(在图3a中示出)。例如，可由滴液喷射打印器415在不中断的操作中制造子层430和抛光层405。通过使用不同的前体和/或不同量的固化作用(例如，不同强度或持续时间的uv辐射)可向子层430提供相比抛光层405不同的硬度。在其他实施例中，子层430通过常规工艺制造，且随后被固定至抛光层405。例如，可通过薄粘着层(诸如，压敏粘着剂)将抛光层405固定至子层430。
在图4b中，具有喷嘴435的打印头430a可用于分散纯液体热固性聚合物前体，而具有喷嘴435的打印头430b可用于分散其中具有磨料颗粒445的液体热固性聚合物前体或熔融热塑性塑料。磨料颗粒445可以仅分散在抛光制品123上所选择的位置处。这些所选择的位置共同形成所需的磨料颗粒的打印图案，并且可以被存储为cad兼容的文件，所述cad兼容的文件随后由控制液滴喷射打印机415的电子控制器(例如，控制器311)读取。随后，电子控制信号发送至滴液喷射打印机415，以便在仅当喷嘴435被平移至由cad兼容文件所指定的位置时才分散预先混合的混合物。颗粒445的示例可以包括成孔剂，诸如，聚乙二醇(peg)、聚环氧乙烷(peo)、空心粒子/微球((尺寸约5纳米至约50微米的尺寸)，例如，明胶、脱乙酰壳多醣、si3n4(氮化硅)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))；中孔纳米颗粒、羧甲基纤维素(cmc)、大孔水凝胶和乳液微球。可替换地，榨取(leeching)技术可以由作为共致孔剂的盐微粒(nacl)和peg的组合使用。
可替换地，磨料颗粒445可以与熔融的热塑性塑料预混合而非使用液体热固性聚合物的前体。在本实施例中，具有磨料颗粒445的混合物在被分散之前也连续地被搅动。当根据所需的打印图案从液滴喷射打印机415分散混合物之后，所述混合物的熔融部分冷却并凝固，并且磨料颗粒445被锁定在适当位置。混合物的连续搅动确保了前体材料中的磨料颗粒445的相当均匀的分布。这可导致穿过抛光层的颗粒445的更均匀的分布，这可产生改善的抛光均匀性，并且也可以使结块最小化。
与当使用液体热固性聚合物前体时的情况类似，热塑性混合物可以被均匀地分散，以便跨整个抛光层405产生磨料颗粒445的均匀分布。可替换地，含有磨料颗粒的热塑性混合物可以根据所需的磨料颗粒445的打印图案而仅分散在抛光层405的所选择的位置处，所述打印图案存储为cad兼容的文件，并且由用于驱动液滴喷射打印机415的电子计算机读取。
磨料颗粒可直接以粉末形式从打印头430b的喷嘴435分散而不是以悬浮形式从耦接至打印头430b的喷嘴435分散磨料颗粒，而打印头430a的喷嘴435用于分散垫聚合物前体。在一个实施例中，在磨料颗粒445被分散到所沉积的聚合物材料中之前，聚合物前体被分散，随后混合物被固化。
虽然3d打印对于使用当存在于以常规方式构建的制品中时将易于结块的磨料颗粒445(例如，氧化铝、二氧化铈等)来构建抛光制品123是特别有用的，但是3d打印也可以用于分散其他抛光颗粒以及将其他抛光颗粒与抛光制品123合并。因此，并入到抛光制品123中的磨料颗粒可以包括二氧化硅、陶瓷氧化物、金属和硬聚合物。
液滴喷射打印器415可以沉积颗粒445，所述颗粒445是实心的或具有中空芯的颗粒445。液滴喷射打印机415也可以分散不同类型的颗粒，这些颗粒中的一些可以在cmp处理期间就历经化学反应以在抛光制品123的一层或多层上产生所需的变化并与正被抛光的基板产生化学反应。在cmp处理中使用的化学反应的示例包含在ph值为10～14的碱性ph范围内发生的化学过程，所述化学过程涉及由浆料制造所使用的氢氧化钾、氢氧化铵和其他专有化学过程中的一者或更多者。在ph值为2～5的酸性ph范围内发生的涉及有机酸(诸如，乙酸、柠檬酸)的化学过程也可用于cmp处理。涉及过氧化氢的氧化反应也是在cmp处理中使用的化学反应的示例。磨料颗粒445也可用于以机械方式提供研磨功能。颗粒445可具有1毫米或更小(诸如，10微米或更小，例如，1微米或更小)的尺寸。颗粒445可具有不同的形貌，例如，颗粒445可以是圆形的、细长的或有刻面的。
3d打印方法允许以抛光层405的图案实现严格的容差，并且允许因逐层打印方法而嵌入在抛光层405中的磨料颗粒445的分布的高容差。
抛光制品
图5a和图5b描绘了可在图2的压盘组件132上使用的抛光制品500的一个实施例。抛光制品500的抛光表面505包括形成图3a和图3b中的图案化的表面328的条带或砖片532。砖片532由形成在抛光材料570中或穿过抛光材料570而形成的沟槽530分开。抛光材料570可粘着至载体膜(诸如，背衬材料522)。在一个实施例中，至少抛光表面505可由图3a-4b中所述的3d打印工艺制造。抛光表面505可通过合适的粘着剂319被结合至背衬材料522，所述粘着剂319被选择为耐cmp工艺中使用的化学和物理成分。在一些实施例中，背衬材料522和粘着剂319中的一者或两者可通过如图3a-4b中所描述的3d打印工艺来制造。
通过在抛光材料570中将沟槽形成至小于抛光材料570的厚度的深度，多个砖片532中的每一者可连接至另一砖片532。沟槽530的深度可经选择以在维持抛光材料570的完整性的同时允许抛光材料570的柔性。在图5a和图5b中所描绘的实施例中，沟槽530和砖片532基本上平行于横跨机器的方向，即横向于供给和卷取辊方向。沟槽530形成通道，所述通道可加强浆料保持并强化浆料递送至基板表面。沟槽530也用于破坏抛光材料570的表面张力，这可增加抛光材料570的柔韧性以促进将抛光制品500卷离供应辊而卷到卷取辊上。
在图5a中所示的实施例中，砖片532基本上是矩形的，并且基本上为背衬材料522的横跨机器宽度的方向的长度。构想了其他实施例，诸如，以基本上为背衬材料522的横跨机器的宽度的一半的长度而形成的两个基本上矩形的砖片532。在一个实施例中，砖片532可形成为使得抛光物500被制造而具有对光或电磁辐射透明的部分536。可沿抛光制品500(在机长度(在机器方向上)形成透明部分536。背衬材料522(其也对由光学感测装置220(在图2中示出)发射的光或电磁辐射呈透明)可用于促进终点检测。砖片532的宽度(即，基本上垂直于长度的维度)可以被形成至任何尺度。作为一个示例，砖片532可具有约1英寸或更小的宽度。
在一些实施例中，抛光材料570包括复合材料，诸如，设置在第二材料520内的第一材料515。在一个实施例中，第二材料520可以是聚合物基质，并且第一材料515可以是混合在第一材料515中的微元素。微元素可以是聚合物材料、金属材料、陶瓷材料或上述各项的组合。微元素的至少一部分的平均直径为可以是约10纳米，但是可使用大于或小于10纳米的直径。微元素的平均直径可以基本相同或可以改变(具有不同尺寸或不同尺寸的混合物)，并且可以根据需求而浸渍在聚合物基质中。微元素中的每一者能以约0.1微米至约100微米的平均距离间隔开。微元素贯穿聚合物基体材料可以基本上均匀地分布。
当与第二材料520相比时，第一材料515可具有不同的对电磁能量(诸如，来自能量源212的一个或多个能量束(在图2中示出))的反应性。不同的反应性可用于在抛光表面505上形成微纹理。第一材料515与第二材料520之间的不同的反应性可提供：第一材料515将以比第二材料520更大的速率来烧蚀，或反之亦然。聚合物微元素可以是微米尺寸或纳米尺寸的材料，所述材料在抛光制品500的抛光表面505内形成微米尺寸或纳米尺寸的域。微元素中的每一者可包含小于约150微米至10微米或更小的平均直径。
图6a和图6b描绘了可在图2的压盘组件132上使用的抛光制品600的另一实施例。抛光制品600具有抛光表面605，所述抛光表面605形成图3a和图3b中的图案化的表面328。抛光表面605包括多个条带或砖片632，所述多个条带或砖片632由相邻的横向沟槽630分离，所述沟槽630形成在抛光材料中或穿过抛光材料670而形成，并且粘着至背衬材料522。在本实施例中，抛光材料570包含在抛光材料570中互相混合的多个颗粒445，如图4b中所述。通过在抛光材料670中将沟槽630中的每一者形成至小于抛光材料670的厚度的深度，所述多个条带或砖片632中的每一者可连接至彼此。沟槽630的深度可经选择以允许在维持抛光材料670的完整性的同时允许抛光材料670的柔性。可替代地，抛光材料670可以表现出弹性模量或其他机械属性以促进卷形式的运动，所述卷绕形式的运动避免了对背衬材料522的需求。在这个实施例中，多个砖片432可由多个沟槽形成，并且在无粘着剂319和背衬材料522的情况下以卷形式来使用。作为另一替代方案，可形成抛光材料570使得沟槽630形成分开的或离散的砖片632，并且抛光材料570通过合适的粘着剂519而结合至背衬材料522。在所描绘的实施例中，抛光制品600具有相应的横向沟槽635，增加沟槽635以辅助浆料的保持以及辅助浆料递送至基板，并增强抛光制品600的柔性。
砖片632可以是用于促进高效抛光的任何形状和尺度。在一个实施例中，可形成砖片632使得抛光制品600经制造而具有对光或电磁辐射透明的部分636。可沿抛光制品600的长度(在机器方向上)形成透明部分636。背衬材料522(其也对由光学感测元件220(在图2中示出)发射的光或电磁辐射呈透明)可用于促进终点检测。
图7a和图7b描绘了可在图2的压盘组件132上使用的抛光制品700的另一实施例。抛光制品700具有抛光表面705，所述抛光表面705形成图3a和图3b中的图案化的表面328。抛光表面705包括形成在抛光材料570中的多个孔隙732。抛光材料570可通过合适的粘着剂519而结合到背衬材料522，所述粘着剂519是被选择为耐cmp工艺中使用的化学和物理成分。抛光制品123中的孔隙732是大致圆形或椭圆形的形状，但可以包括其他环形几何形状诸如，圆锥或中空截锥体(即，在基本上平行的平面之间的圆锥体)。正如在其他实施例中，侧部736可以是透明的以允许通过光学感测装置220(图2)监测基板。
在一个实施例中，孔隙732可以是中空体(即，空的空间)，所述中空体经尺寸设定和/或间隔以增强抛光制品700的浆料保留并辅助抛光制品700的卷绕。在其他实施例中，可以至少部分地以第一材料710来填充孔隙732，所述第一材料710不同于抛光材料570(第二材料712)。相比第二材料712，第一材料710可以是具有不同的对固化方法的反应性的聚合物材料。例如，第二材料712可以是利用uv能量可固化的，而第一材料710并不显著地受uv能量的影响。然而，在一个实施例中，第一材料710可以被热固化。在一个实施例中，可以使用第一材料710和第二材料712以差异化方式来固化抛光制品700。在差异化固化的一个示例中，能以不固化第一材料710的uv能量来固化抛光制品700的第一材料710和第二材料712。这可使第二材料712比第一材料710更硬，这可以将可压缩性和/或柔性添加至抛光制品700，因为第一材料710比第二材料712更黏稠。
在一个实施例中，第一材料710经热固化以使在其中具有第一材料710的孔隙732更硬，但比第二材料712更软且更具可压缩性。在另一实施例中，通过在基板抛光工艺期间的摩擦所产生的热来热固化孔隙732中的第一材料710。在这个实施例中，第一材料710可固化成比所述第二材料712更硬，因此在抛光表面705上形成比周围的第二材料712更硬的域。
在其他实施例中，当与第二材料712相比时，第一材料710可以具有不同的对电磁能量(诸如，来自能量源212的一个或多个能量束(在图2中示出))的反应性。不同的反应性可用于在抛光表面705上形成微纹理。第一材料710与第二材料712之间的不同的反应性可提供：第一材料710将以比第二材料712更大的速率来烧蚀，或反之亦然。孔隙732可以是微米尺寸或纳米尺寸的材料，所述材料在抛光制品700的抛光表面705内形成微米尺寸或纳米尺寸的域。在一个实施例中，孔隙732可包含小于约150微米至10微米或更小的平均直径。
在抛光制品123、500、600或700的上述实施例中，背衬材料317或522是塑料材料(诸如，聚酯膜)，例如，双轴取向的聚对苯二甲酸乙酯或聚对苯二甲酸乙酯物料，其可由3d打印工艺形成或可形成为3d打印工艺中的基体材料。能以以下厚度来提供背衬材料317或522：约0.002英寸(50.8微米)至约0.012英寸(304.8微米)，例如，约0.004英寸(101.6微米)。图案化的表面328和抛光材料570、670或770可以是硬度在约20～80(肖氏d标度)的硬度范围内的聚合物材料。在一个实施例中，抛光制品123的厚度在约0.019英寸(482.6微米)至约0.060英寸(1524微米)之间。
图8是可用作图2的压盘组件132上的抛光制品123的抛光制品800的示意性透视剖面视图。抛光制品800包含复合垫主体802，所述复合垫主体802可以是由与硬质特征804相互混合的软材料形成的基材层。复合垫主体802可由3d打印来形成。多个凸起的特征806可以包括至少部分地围绕硬质特征804的一个或更多个软材料805的层。在一个实施例中，硬质特征804可具有约40(肖氏d标度)至约90(肖氏d标度)的硬度。软材料805以及复合垫主体802的其余部分可具有约26(肖氏a尺度)至约95(肖氏a尺度)之间的硬度值。
复合垫主体802包含多个层，每一层都包含可以由3d打印机沉积的用于软材料805的第一材料的区域和用于硬质特征804的第二材料的区域。随后，可例如通过uv光，通过热源或电磁能量固化所述多个层以便凝固并达到期望的硬度。在沉积和固化之后，硬质特征804和软材料805被接合在一起以形成整体的复合垫主体802。
软材料805可由具有较低硬度值和较低杨氏模量值的第一材料形成，而硬质特征804可由具有较高硬度值和较高杨氏模量值的第二材料形成。
硬质特征804可以由以下各项形成：聚合物材料，例如，聚氨酯、丙烯酸酯、环氧、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚醚酰亚胺、聚酰胺、三聚氰胺、聚酯、聚砜、聚醋酸乙烯酯、氟代烃等，以及上述各项的混合物、共聚物和移植物。在一个实施例中，硬质特征可由模拟塑料3d打印材料形成，诸如，聚醚酮(peek)、聚苯砜(pps)、聚甲醛(pom)等。硬质特征也可以由前体材料提供，和/聚氨酯可工程化为所述硬质特征。在一个实施例中，磨料颗粒可以嵌入在硬质特征604中以增强抛光。磨料颗粒可以是金属氧化物，诸如，氧化铈、氧化铝、二氧化硅，或它们的组合、聚合物、金属间化合物(inter-metallic)或陶瓷。
软材料805可以由弹性体材料(例如，弹性体聚氨酯)形成。在一个实施例中，软材料805可以由类橡胶3d打印材料(诸如，聚丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯、epdm等)形成。弹性特征也可以由前体材料提供，和/或聚氨酯可工程化为橡胶状以提供弹性特性。
在一个实施例中，凸起的特征806可呈线性图案、为同心环的矩形图案，或线图案。沟槽818形成在凸起的特征806之间。在抛光期间，凸起的特征806的上表面808形成接触基板的图案化的表面251，而沟槽818保留抛光流体。
在一个实施例中，凸起的特征806的宽度可以是约250微米至约2毫米。凸起的特征806之间的间距可以是约0.5毫米到约5毫米。每一个凸起的特征806可具有约250微米至约2毫米的宽度，并且可包括相同的间距，或者宽度和/或间距可以跨抛光制品800的半径而变化以提供不同硬度的多个区域。
与其他抛光制品相比，本公开的复合抛光制品800具有若干优势。传统的抛光制品一般而言包括含具有纹理的抛光表面和/或研磨材料的抛光层以获得所需的硬度或杨氏模量来用于抛光基板，所述研磨材料通过由软材料(诸如，泡沫)形成的子垫来支撑。通过选择各种杨氏模量的材料，调整特征的尺度，或使用3d打印来改变不同特征的布置可在复合垫主体802中实现所期望的硬度或杨氏模量而无需使用子垫。因此，抛光制品800通过消除子垫来减少持有成本。此外，抛光制品800的硬度和磨损可通过混合具有不同硬度和耐磨性的特征来调谐，因而改善抛光性能。
根据本公开的复合抛光制品可通过图案变化和/或特征尺寸变化而具有跨表面特征(诸如，硬质特征604)和基底材料(诸如，软材料805))的可变杨氏模量。跨抛光垫的杨氏模量可以是对称的或是非对称的、均匀的或不均匀的以实现所需的特性。根据要实现所期望的特性，凸起的特征806的图案化可以是径向的、同心的、矩形的或任意的。
凸起的特征806的外表面808由比硬质特性804更软或更具弹性的聚合物材料形成。在一个实施例中，凸起的特征806的外表面808可以由与基材层802相同的材料形成。在一些实施例中，凸起的特征806包括嵌入在此凸起的特征806中的硬质特征804。所嵌入的硬质特征804提供抛光所需的硬度和刚性。外表面808的软聚合物层可以减少正被抛光的基板上的缺陷并改善正被抛光的基板上的平坦化。或者，可在本公开的其他抛光垫的表面上打印软聚合物材料以提供相同的益处。
图9是具有类似于图5a中描述的电磁辐射透明部分536的观察窗910的抛光垫900的示意性透视剖面视图。抛光垫900可用作图2的压盘组件132上的抛光制品1223以及用作本文中所述的抛光垫的其他实施例。复合垫主体902包含一个或多个硬质特征904以及一个或多个弹性特征906。硬质特征604和弹性特征606是在边界处连接在一起的离散特征以形成复合垫主体602，并且可包含上文中针对软材料805和硬质特征804所述的材料。
抛光垫900可以包括一个或多个弹性特征906以及从所述弹性特征906延伸的多个硬质特征904。在一个实施例中，硬质特征904可具有约40肖氏d标度至约90肖氏d标度的硬度。弹性功能906可具有在大约26肖氏a标度与约95肖氏a之间的硬度值。能以根据本公开的任何合适的图案来布置硬质特征904。
观察窗910可以由透明材料形成以提供对正在被抛光的基板的监测。观察窗910可穿过弹性部件906或硬质特征904来形成。在一个实施例中，观察窗910可以由透明3d打印光聚合物形成。在一个实施例中，观察窗910可以由uv可透的聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)形成。
图10是包含背衬层1006的抛光制品600的示意性剖面视图。抛光垫1000可用作图2的压盘组件132上的抛光制品1223以及被用作本文中所述的其他实施例的抛光垫。抛光垫1000包含基材层以及从基所述基材层1004突出的多个表面特征1002。抛光垫1000可以类似于上文所述的抛光制品500、600、700、800或900，例外在于，具有附连至基材层1004的背衬层1006。背衬层1006可以提供对抛光制品1000的可压缩性。在一个实施例中，背衬层1006可具有小于80肖氏a标度的硬度值。
在一个实施例中，背衬层1006可以由开孔泡沫或闭孔泡沫(诸如，具有孔隙的聚氨酯或聚硅酮)形成，使得在压力下，孔泡坍塌，并且背衬层1006压缩。在另一实施例中，背衬层1006可以由天然橡胶、乙烯丙烯二烯单体(epdm)橡胶、腈，或聚氯丁二烯(氯丁橡胶)形成。
图11是具有多个区域的抛光制品1100的示意性剖面视图。在抛光期间，抛光制品1100可被设计为在接触基板121的中心区域的区域中具有相比接触基板121的外周部分的区域不同的属。图11示意性地图示承载头相对于抛光制品1100来定位基板121。在一个实施例中，抛光制品1100可以包括设置在背衬层1104上的复合垫主体1102。复合垫主体1102可由3d打印工艺来制造。如图11中所示，抛光垫1100可以被划分成沿抛光垫1100的半径的外缘区1106、内缘区1108以及中央区域1110。在抛光期间，外缘区1106和内缘区1108接触基板114的边缘区域，而在抛光期间，中央区域1110接触基板114的中央区域。
抛光垫1100在边缘区域1106、1108上具有相比中心区域1110不同的模量以改善边缘抛光质量。在一个实施例中，边缘区域1106、1108可以具有比中央区域1110更低的杨氏模量。
图12是图11的抛光制品1100的部分放大剖面视图，图12示出针对边缘区域1106和内缘区1108的示例性设计。边缘区域1106包含基材层1206和多个表面特征1202。表面特征1204可由比基材层1206更硬的材料形成。内缘区1108包含基材层1208和多个表面特征1204。表面特征1202可以由比基材层1208更硬的材料形成。在一个实施例中，中心区域1108可以包括基材层1208下方的锁定层1210。锁定层1210可由硬质材料形成。可在锁定层1210上打印多个表面特征1204以改善稳定性。如图12中所示，内缘区1108中的表面特征1202在尺寸上大于外缘区1106中的表面特征1204。在一个实施例中，边缘区域1106中的表面特征1204的间距可以小于内缘区1108中的表面特征1202的间距。
虽然前述内容关于本公开的实施例，但是可设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。
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