[发明专利]具有磨料在其中的打印的化学机械抛光垫

说明书

一种制造抛光垫的抛光层的方法包括以下步骤：确定将嵌入在所述抛光层的聚合物母体内的颗粒的期望的分布。利用3D打印机相继地沉积所述聚合物母体的多个层，所述聚合物母体的所述多个层中的每一个层通过从喷嘴喷出聚合物母体前体来沉积。根据所述期望的分布、利用所述3D打印机来相继地沉积所述颗粒的多个层。使聚合物母体前体凝固成具有以所述期望的分布嵌入的颗粒的聚合物母体。

技术领域

本发明关于用于化学机械抛光中的抛光垫。

背景技术

集成电路通常通过将导体层、半导体成或绝缘层相继地沉积在硅晶片上而形成在基板上。各种制造工艺需要对基板上的层的平坦化。例如，对于某些应用(例如，对金属层的抛光以在经图案化的层的沟槽中形成通孔、插塞与线)，上覆的层经平坦化直到经图案化的层的顶表面被暴露为止。在其他应用(例如，对电介质层的平坦化以进行光刻)中，上覆层经抛光直到期望的厚度保持在下置层上方为止。

化学机械抛光(CMP)是一种可接受的平坦化方法。此平坦化方法通常要求将基板装设在载具头上。基板的暴露的表面通常放置成抵靠旋转的抛光垫。载具头在基板上提供可控的负载以推挤基板抵靠抛光垫。抛光液(诸如，具有磨料颗粒的浆料)通常被供应至抛光垫的表面。

化学机械抛光工艺的一个目标是抛光均匀性。如果以不同的速率来抛光基板上的不同区域，则基板的一些区域使过多的材料被去除(“过度抛光(overpolishing)”)或过少的材料被去除(“抛光不足(underpolishing)”)是可能的。

常规的抛光垫包括“标准的”的垫与固定磨料的垫。标准的垫具有聚氨基甲酸酯(polyurethane)抛光层，并且也可包括可压缩的背托层，所述聚氨基甲酸酯抛光层具有耐久的粗糙化表面。相比之下，固定磨料的垫具有被固持在容纳介质中的磨料颗粒，并且可被支撑在总体上不可压缩的背托层上。然而，商业上可取得的固定磨料的垫通常限于特定的材料，例如，氧化铈。

通常通过模铸、浇铸或烧结聚氨基甲酸酯材料来制作抛光垫。在模铸的情况下，可(例如，通过注射模铸)一次制造一个抛光垫。在浇铸的情况下，将液体前体浇铸并固化(cure)成饼，所述饼后续被切割成单个的垫片。随后，可将这些垫片机械加工至最终的厚度。可通过机械加工使凹槽形成在抛光表面中，或者可作为注射模铸工艺的部分来形成凹槽。

除了平坦化之外，抛光垫还可用于擦光操作(finishing operations)，诸如，磨光(buffing)。

发明内容

化学机械抛光设备的最终用户通常从一个或更多个销售方获得耗材(诸如，抛光垫与抛光浆料)。抛光浆料通常含有在流体中的磨料颗粒的悬浊液。流体通常包括附加的化学品以确保磨料颗粒适当地悬置在流体中且不形成不期望的磨料颗粒的结块，所述结块会造成刮伤或其他缺陷且使抛光浆料不适于抛光。

为了降低最终用户的拥有成本(cost of ownership)，并且为了减少废弃物处理，可通过将磨料颗粒嵌入在垫本身中来将抛光垫与磨料颗粒组合成单个实体。然而，将颗粒嵌入到垫中引起各种问题。因此，嵌入在抛光垫中的磨料材料已经被限于诸如氧化铈之类的材料。尽管已经提议氧化铝磨料颗粒，但是具有氧化铝颗粒的抛光垫对于商业化是不实际的。在制造具有氧化铝磨料颗粒的抛光垫时的至少一个问题是使氧化铝磨料颗粒悬置在用于制造抛光垫的聚合物(例如，热固型聚合物)中的困难。例如，氧化铝磨料颗粒在聚合物溶液中的悬置不均匀地分布。此不均匀的分布导致氧化铝磨料颗粒的结块，并且此结块在抛光垫用于经抛光的基板时导致缺陷。

一种用于制造具有嵌入在其中的不同的磨料颗粒的抛光垫的技术是使用3D打印工艺。在3D打印工艺中，累进式地沉积且熔合或固化垫前体(例如，粉末或液体前体)的薄层以形成完整的三维的抛光垫。随后，在经打印的垫前体层内选择性地沉积磨料颗粒。