[发明专利]由积层制造工艺所生产的研磨垫

说明书

本公开的实施例是关于具有可调谐化学特性、材料特性及结构特性的高级研磨垫，及制造所述研磨垫的新方法。根据本公开的一或多个实施例，已发现具有改善特性的研磨垫可由诸如三维(3D)打印工艺的积层制造工艺来产生。因此，本公开的实施例可提供具有离散特征及几何形状、由至少两种不同材料形成的高级研磨垫，所述不同材料包括官能性聚合物、官能性寡聚物、反应性稀释剂及固化剂。举例而言，该高级研磨垫可通过自动化依序沉积至少一种树脂前体组成物，随后以至少一个固化步骤而由多个聚合物层形成，其中各层可表示至少一种聚合物组成物和/或不同组成物的区域。

本申请是申请日为2015年10月16日、申请号为201580069573.2、名称为“由积层制造工艺所生产的研磨垫”的中国专利申请(PCT国际申请号为PCT/US2015/056077)的分案申请。

技术领域

本文中公开的实施例一般涉及研磨物件及制造用于研磨工艺的研磨物件的方法。更具体而言，本文中公开的实施例涉及通过产生改善的研磨垫特性及性能(包括可调谐性能)的工艺产生的研磨垫。

背景技术

化学机械研磨(Chemical mechanical polishing；CMP)是许多不同行业中用于平坦化基板表面的传统工艺。在半导体行业中，研磨与平坦化的均匀性随着器件特征结构尺寸持续缩小而变得日益重要。在CMP工艺期间，诸如硅晶片的基板安装于承载头上，其中器件表面抵靠着旋转研磨垫置放。承载头在基板上提供可控制的负载以推动器件表面抵靠研磨垫。通常向移动研磨垫的表面及研磨头供应诸如具有磨料粒子的浆料的研磨液体。研磨垫及研磨头向基板施加机械能，同时垫还帮助控制在研磨工艺期间与基板相互作用的浆料的运送。由于研磨垫通常由黏弹性聚合材料制成，因此研磨垫的机械特性(例如弹性、回弹、硬度及刚度)及CMP处理条件在IC裸片等级(微观/纳米观)与晶片或全局等级(宏观)方面对CMP研磨性能具有重要影响。举例而言，CMP工艺力及条件(诸如垫压缩、垫回弹、摩擦及处理期间的温度变化)及磨料水性浆料化学物质将影响研磨垫特性并因此影响CMP性能。

在研磨系统中执行的化学机械研磨工艺将通常包括执行整个研磨工艺的不同部分的多个研磨垫。研磨系统通常包括安置于第一平台上的第一研磨垫，该第一研磨垫在基板表面上产生第一材料移除速率及第一表面亮度与第一平坦度。第一研磨步骤通常称为粗糙研磨步骤，且通常以较高研磨速率执行。系统还将通常包括安置于至少一额外平台上的至少一个额外研磨垫，该至少一个额外研磨垫在基板表面上产生第二材料移除速率及第二表面亮度与平坦度。第二研磨步骤通常称为精细研磨步骤，其一般在比粗糙研磨步骤低的速率下执行。在一些配置中，系统还包括安置于第三平台上的第三研磨垫，该第三研磨垫在基板表面上产生第三材料移除速率及第三表面亮度与平坦度。第三研磨步骤通常称为材料清洁或抛光步骤。多垫研磨工艺可用于多步工艺中，在多步工艺中各垫具有不同研磨性质且基板经受渐进性更精细研磨或调节研磨性质以补偿研磨期间遇到的不同层，例如氧化物表面下的金属线。

在每个CMP处理步骤期间，使研磨垫暴露于压缩与回弹循环、加热与冷却循环及磨料浆料化学物质。最终，研磨垫在研磨一定数目基板之后变得磨损或“上光”，且随后需要更换或修整。

传统研磨垫通常通过模塑、铸造或烧结包括聚氨酯材料的聚合材料制成。在模塑的情况下，研磨垫可例如通过注射模塑每次一个地制成。在铸造的情况下，将液体前体铸造并固化成饼状物，随后将饼状物切成独立垫片。可随后将这些垫片加工成最终厚度。包括有助于浆料运送的凹槽的垫表面特征结构可加工入研磨表面中，或作为注射模塑工艺的部分形成。这些制造研磨垫的方法是昂贵及耗时的，且经常因生产及控制垫表面特征结构尺寸的困难而产生不均匀研磨结果。不均匀性因IC裸片及特征结构的尺寸持续缩减而变得日益重要。