TWM465659U - 化學機械硏磨修整器 - Google Patents
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Description
本創作係有關於一種化學機械研磨修整器,尤指一種藉由具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)係為各種產業中常見之研磨製程。利用化學研磨製程可研磨各種物品的表面,包括積體電路(integrated circuit)、陶瓷、矽、玻璃、石英、或金屬的平面等。此外,隨著積體電路發展迅速,因化學機械研磨可達到大面積平坦化之目的,故為半導體製程中常見的晶圓平坦化技術之一。尤有甚者,隨著電晶體的體積縮小化,化學機械研磨的加工次數也隨之增加,例如,在28奈米線寬的製程中,化學機械研磨的加工次數即可能高達至三十次。
目前半導體工業每年花費超過十億美元製造必須具有非常平坦且光滑表面之矽晶圓。已有許多的技術用以製造光滑且具平坦表面之矽晶圓。其中最常見的製程稱為化學機械研磨(CMP),其包括一結合研磨液之研磨墊的使
用。在所有CMP製程中最重要的是於研磨晶圓的均勻度、IC線路的光滑性、產率之移除速率、CMP消耗品壽命等方面,使化學機械研磨可以實現最高性能的程度。
在半導體之化學機械研磨過程中,係利用研磨墊(Pad)對晶圓(或其它半導體元件)接觸,並視需要搭配使用研磨液,使研磨墊透過化學反應與物理機械利以移除晶圓表面之雜質或不平坦結構;當研磨墊使用一定時間後,由於研磨過程所產生的研磨屑積滯於研磨墊之表面而造成研磨效果及效率降低,因此,可利用修整器(conditioner)對研磨墊表面磨修,使研磨墊之表面再度粗糙化,並維持在最佳的研磨狀態。然而,在修整器之製作過程中,需要將研磨顆粒及結合層混合形成之研磨層設置於基板表面,並經由硬焊或燒結等硬化方式使研磨層固定結合於基板表面,惟在研磨層之硬化過程中,由於研磨層及基板間之熱膨脹係數差異,常會伴隨著基板表面發生變形的問題,因此破壞修整器表面之平坦度,進而影響修整器之研磨效率及使用壽命。
已知技術中,如創作人已申請的中華民國專利申請案第100133909號,係包括:一第一單層超研磨顆粒,係設置及耦合於一金屬支撐層之一側;以及一第二單層超研磨顆粒係設置及耦合於該金屬支撐層之該第一單層之相對一側。該第二單層超研磨顆粒係位在與該第一單層超研磨顆粒具有實質相同分佈之位置。因此,在此前案中可透過超研磨顆粒的排列,在該金屬支持層的兩側上分佈有相
等或實質上相等之變形作用力,依此作用力可有效地去除彼此在金屬支持層中產生之變形程度,因此可減少超研磨顆粒彼此之間相對高度的變動。
此外,如創作人已申請的中華民國專利申請案第101118288號,係包括:一基質層;以及一單層超研磨顆粒,係為複數個嵌入該基質層之超研磨顆粒,其中每個超研磨顆粒係突出於該基質層。該單層超研磨顆粒之最高突出尖端與次高突出尖端之突出距離差異小於或等於約20微米,且在單層超研磨顆粒之最高1%突出尖端間之突出距離差異係為約80微米或更小。在此前案中之化學機械研磨墊修整器包括在整個完成之化學機械研磨墊修整器工作表面上,具有實質上平坦化尖端之超研磨顆粒層。此具有實質上平坦化尖端配置之化學機械研磨墊修整器,其相較於傳統的修整器具有較均勻的突出分佈,故超研磨顆粒較不易被從基質從中拉出,其刮痕率也較低。此外,修整器之較均勻的突出分佈以提供在此方式對化學機械研磨墊修整以促進良好的拋光速率,並同時延長修整器之工作壽命。例如,於化學機械研磨墊上的均勻粗糙之間距及大小分佈將會影響這些優異性。
上述所提到之化學機械研磨修整器前案,創作人利用研磨顆粒之分佈位置,以消除在化學機械研磨修整器之製作過程中所產生之變形,或是進一步控制研磨顆粒之突出尖端之突出距離,使化學機械研磨修整器形成一平坦化表面,並減少被研磨工件在化學機械研磨過程中的刮
傷率,進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。
據此,發展一種具有一平坦化研磨表面之化學機械研磨修整器,其可以改善一般化學機械研磨修整器由於製作方式的限制,並避免研磨顆粒之突出尖端之突出距離不一致而破壞化學機械研磨修整器之表面平坦度。
本創作之主要目的係在提供一種化學機械研磨修整器,其可藉由化學機械研磨修整器之平坦化表面設計,以減少被研磨工件的刮傷率,進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。
為達成上述目的,本創作係提供一種化學機械研磨修整器,包括:一基板;一結合層,設置於該基板上;以及一研磨層,該研磨層具有一金屬薄片及一第一研磨顆粒層,該第一研磨顆粒層設置於該金屬薄片上方,且該研磨層藉由該結合層以耦合至該基板上;其中,該第一研磨顆粒層含有複數個研磨顆粒,該些研磨顆粒之突出尖端具有一平坦表面,使該些研磨顆粒不具有一個或複數個特別顯著之突出尖端,且該些研磨顆粒具有一圖案化排列,其中,該平坦化表面可為不連續之諸多研磨顆粒之突出尖端所構成,例如,最高1,000個研磨顆粒之突出尖端,並非由全部相鄰連續之研磨顆粒之突出尖端所構成,是此,將可
消除具有特別突出高度之突出尖端(即所謂的殺手鑽石(Killer diamond))對於拋光墊的刮痕及破壞。於前述本創作之化學機械研磨修整器中,更可以包括一第二研磨顆粒層,該第二研磨顆粒層設置於該金屬薄片下方,且該第二研磨顆粒層夾設於該金屬薄片及該結合層之間。因此,本創作將可藉由化學機械研磨修整器之平坦化表面設計,以減少被研磨工件的刮傷率,進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。此外,在前述本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之突出尖端具有一平坦表面係指在化學機械研磨修整器表面的該些研磨顆粒之突出尖端具有一相等的尖端高度,使該些研磨顆粒之突出尖端可形成一平坦化表面。
本創作可提供一種化學機械研磨墊修整器以及可利用於修整(例如:平坦化、拋光及修整)化學機械研磨墊之相關方法。本創作之研磨墊修整器可被有效地利用於,例如,修整一化學機械研磨墊,係用於拋光、加工或以其他方式修整半導體材料。具體來說,本創作之重點在於化學機械研磨墊修整器具有實質上平坦化尖端之研磨顆粒。習知化學機械研磨墊製造方法,即便有許多描述於固定前使研磨顆粒平坦化之技術,一般而言,整個修整器表面之尖端高度仍具有顯著變化。往往,將研磨顆粒貼附到該化學機械研磨墊之修整器支撐體(即,基板)的方法即破壞了已產生的平坦化。另一方面,利用高溫及/或高壓將研磨顆粒固定於化學機械研磨修整器表面之技術中,於該修整
器冷卻時,由於研磨層及底部基板間之熱膨脹係數差異,進而將導致該修整器支撐體引起翹曲。因此,除非避免此翹曲,否則研磨顆粒在修整器冷卻後將無法保持其平坦化狀態。這特別是使用硬焊技術的問題。
據此,金屬支撐層之翹曲最小化可維持完成的工件中的研磨顆粒尖端具有較佳的平坦化程度。當加熱和/或加壓用於製造研磨工件時,即便顆粒於加熱和/或加壓處理前已平坦化,金屬支撐層之翹曲仍會導致尖端高度有較大的變化。藉由研磨顆粒之排列以平均或實質上平均分散翹曲作用力於金屬支撐層之兩側,可有效地相互抵銷於金屬支撐層之翹曲程度所發生的作用力,因此也使研磨顆粒間之相對高度移動最小化。
於本創作之化學機械研磨修整器中,該第一研磨顆粒層之該些研磨顆粒可具有單層排列。此外,該第二研磨顆粒層與該第一研磨顆粒層可具有相同之研磨顆粒型態及分佈。因此,本創作將可藉由研磨顆粒之排列以平均或實質上平均分散翹曲作用力於金屬支撐層之兩側,可有效地相互抵銷於金屬支撐層之翹曲程度所發生的作用力,因此也使研磨顆粒間之相對高度移動最小化。此外,於前述本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒可以依據前述內容利用加熱或加壓的方式而直接設置於該金屬薄片上方,另一方面。該些研磨顆粒也可以藉由一磨料結合層以耦合至該金屬薄片,使研磨顆粒與金屬薄片間具有更佳的結合強度。
由於化學機械平坦化為平面的拋光,所以晶圓的高點和拋光墊的高點之間的接觸分佈,即決定化學機械平坦化的品質(如良率)及效率(如產能)。若拋光墊絨毛高點的分佈不均,晶圓不同部位的磨除率就快慢不同,晶圓表面就不平坦。更有甚者,有些地方可能拋光墊過度,造成同層凹陷(Dishing)或多層侵蝕(Erosion);抑或,造成有些地方拋光不足而造成殘留。若晶圓拋光後之厚度不均勻(Within Wafer Non-Uniformity或WIWUU),則會造成化學機械平坦化之效果不彰。有鑑於此,本創作基於許多的研究改良,尤其藉由控制研磨顆粒之排列態樣來調整工作研磨尖點的高度,以達到上述最高尖點的高度分佈,避免產生殺手鑽石,提高研磨單元上有效工作研磨尖點之比例。其中,前述之殺手鑽石係指在化學機械研磨修整器之表面上,相對於其它研磨顆粒之尖端高度,其具有較高突出距離之研磨顆粒(即,鑽石顆粒)。
是此,本創作可提供一種具有平坦研磨面之化學機械研磨修整器,其中使用研磨顆粒之銳利研磨尖點,但仍能保持尖點高度分佈,避免「殺手鑽石」的存在,進而提高研磨單元上有效工作研磨尖點之比例,增加晶圓移除率與修整器的使用壽命。於本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之突出尖端具有一平坦表面,其表示在化學機械研磨修整器表面的該些研磨顆粒之突出尖端具有一相等的尖端高度(或突出距離)。其中,研磨顆粒之平坦化表面的關鍵概念就是為了避免殺手鑽石對被研磨工件
(即,拋光墊)的破壞,也就是說,由於殺手鑽石之尖端高度相對高於其它研磨顆粒之尖端高度,並在化學機械研磨加工期間,殺手鑽石將對被研磨工件產生較過度的穿透或滲入,且造成被研磨工件的刮傷損壞。
為了進一步說明研磨顆粒之尖端平坦化,本創作可藉由各種方式以定義研磨顆粒之突出尖端為一平坦表面,包括:利用FRT(德國FRT(Fries Research & Technology GmbH)公司所生產光學檢測系統)測量化學機械研磨修整器之基板(即,背側基材)上全部研磨顆粒之突出尖端,例如,測量硬焊法所製作之化學機械研磨修整器,其修整器表面上具有超過3萬個研磨顆粒之突出尖端。經測量修整器總突出尖端的高度,亦即該些突出尖端突出該結合劑層表面之高度,所得的高度數據再利用最小平方法,推算出一由該些突出尖端尖角構成之假設平面,此假設平面即是上述之預定平面,並可以直接將此預定平面之突出距離定義為0,而該最高突出尖端指該些突出尖端中最突出該預定平面的突出尖端之高度,該第2個最高突出尖端指該些突出尖端中第二突出該預定平面的突出尖端之高度,其他突出尖端則同理類推。
然而,在一般化學機械研磨修整器的研磨使用,在50倍率的放大下,只能測量到約300個的研磨顆粒之突出尖端在研磨後產生磨損,這是由於大約30%的研磨顆粒在研磨過程中發生破損,使得這些研磨顆粒的突出尖端低於原有的尖端距離,並造成由全部突出尖端所推算之
假設平面無法呈現出有效性;因此,依據本案創作人的實際使用經驗,應該將全部研磨顆粒之前1,000個最高突出尖端定義平坦表面,如此將可以在50倍率的放大下由組合式化學機械研磨修整器中測量到約1,200個的研磨顆粒之突出尖端在研磨後產生磨損。
另一種更有邏輯的平坦表面測量方式,就是在拋光墊表面上利用修整器施加約3公斤的向下作用力,以進行刮痕測試,其中,在拋光墊上形成最大的穿透深度(約50微米)其所相對應的修整器上之突出尖端,即可被視為殺手鑽石,然而,由於研磨顆粒之突出距離或彼此間的排列間距十分微小,因此,在實際測量上仍存有困難性。
另一種平坦表面的測量方式,就是將分佈有研磨顆粒之修整器研磨面接觸於一設置於平坦表面(例如,花崗岩表面)上的碳紙,然後藉由碳粉標示出前3個最高突出尖端,並藉由此3點定義為一平坦表面,然而,此測量方式仍存有問題,就是當經測量出的前3個最高突出尖端均位在修整器的同一側邊時,則此3點將連結形成一傾斜面,而並非實際所需要的平坦表面。
在另一個情況下,如果殺手鑽石與其它較高的研磨顆粒之間的間距較遠時,則殺手鑽石將會容易發生損壞,另外,由於殺手鑽石缺乏鄰近較高的研磨顆粒一起支撐作為研磨面,將使拋光墊表面產生比平常更大的刮痕。
此外,於前述定義研磨顆粒之突出尖端為一平坦表面之各種方式都可以被認定為本創作之範疇內,且本
創作並未侷限於此。於本創作之一態樣中,可利用FRT測量修整器上全部研磨顆粒之突出尖端,再利用最小平方法推算出一由該些突出尖端尖角所構成之假設平面,並由研磨顆粒與假想平面之高度偏差作為突出尖端之平坦表面定義。因此,由此突出尖端之平坦表面定義下,經使用後的化學機械研磨修整器,於50倍率的放大下,其可具有300個或以上的該些研磨顆粒產生磨損。
本創作之化學機械研磨墊修整器包括在整個完成之化學機械研磨墊修整器工作表面上,具有實質上平坦化尖端之研磨顆粒層。各種技術皆可用於保持尖端之平坦化且任何這樣的技術被認為是涵蓋於本創作範疇內。於本創作之化學機械研磨修整器中,該平坦表面可藉由一假設平面作為基準面,使研磨顆粒之突出尖端相較於該假設平面以形成一平坦表面,且該平坦化表面可利用FRT測量推算不連續之諸多研磨顆粒之突出尖端所構成,並非由全部相鄰連續之研磨顆粒之突出尖端所構成,其中,該些研磨顆粒之突出尖端係為1,000個至3萬個以上,較佳為該些研磨顆粒之突出尖端係為1,000個。於本創作之一態樣中,該假設平面可利用FRT測量修整器上全部研磨顆粒(例如,超過3萬個研磨顆粒之突出尖端)之突出尖端,再利用最小平方法推算出一由全部研磨顆粒之突出尖端尖角所構成之假設平面,或者,於本創作之另一態樣中,該假設平面可利用FRT測量修整器上最高1,000個研磨顆粒之突出尖端,再利用最小平方法推算出一由最高1,000個研磨顆粒之突
出尖端尖角所構成之假設平面,並由研磨顆粒與假想平面之高度偏差作為突出尖端之平坦表面定義,其中,在前述推算假設平面的兩種方法中,相較於由全部研磨顆粒之突出尖端所推算之假設平面,其由最高1,000個研磨顆粒之突出尖端所推算之假設平面以定義之平坦表面將使突出尖端具有較佳的研磨性能;此外,可以將該些研磨顆粒之突出尖端與假想平面之高度進行比較及定義,其中,將相較於假想平面並具有最大距離差異之突出尖端定義為最高突出尖端,相較於假想平面並具有第2個最大距離差異之突出尖端定義為第2個最高突出尖端,相較於假想平面並具有第10個最大距離差異之突出尖端定義為第10個最高突出尖端,相較於假想平面並具有第100個最大距離差異之突出尖端定義為第100個最高突出尖端,相較於假想平面並具有最大距離差異之最高1%突出尖端定義為最高1%突出尖端;因此,最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異即為最高突出尖端及第2個最高突出尖端相對於假設平面的差異,最高突出尖端及第10個最高突出尖端之突出距離差異即為最高突出尖端及第10個最高突出尖端相對於假設平面的差異,最高突出尖端及第100個最高突出尖端之突出距離差異即為最高突出尖端及第100個最高突出尖端相對於假設平面的差異,最高突出尖端及最高1%突出尖端之突出距離差異即為最高突出尖端及最高1%突出尖端相對於假設平面的差異,其它突出尖端之突出距離差異均可以此原則類推之。
於本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之突出尖端可依據前述內容定義為具有一平坦表面,其中,於本創作之一態樣中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異可小於或等於20微米。於本創作之另一態樣中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異可小於或等於10微米。又於本創作之一態樣中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第10個最高突出尖端之突出距離差異可小於或等於20微米。於本創作之又另一態樣中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第100個最高突出尖端之突出距離差異可小於或等於40微米。又於本創作之另一態樣中,該第一研磨顆粒層之最高1%突出尖端間之突出距離差異可小於或等於80微米。
應注意的是,可參考前述內容對突出尖端之平坦表面的定義,所述之突出距離可以為研磨顆粒之突出尖端與經由FRT所推算之假設平面之間的距離差異,且可包括分佈於整個單層研磨顆粒之表面或單層研磨顆粒之分散區域。例如,最高1%突出尖端可位於單層研磨顆粒之周圍。在一實施例中,平坦化之研磨顆粒之分散區域可位於一較大面積之研磨顆粒中,該較大面積之研磨顆粒比低於平坦化部分具有更低之突出距離。該單層研磨顆粒也可包括如前述複數個平坦化研磨顆粒區域,係位於一較大區域之研磨顆粒中,該較大面積研磨顆粒具有較低的突出距離。
本創作之化學機械研磨修整器中,可利用各種
方法測量研磨顆粒之高度已決定尖端間之突出距離差異。因此,任何可用以決定之方法都可以被認定於本創作之範疇中。需注意的是,為本創作之目的,名詞「突出」意指為一顆粒相對於參考點之高度。此等測量之技術可包括直接測量該尖端相對於一參考點之高度,該參考點例如可為:最高研磨顆粒尖端、一底部基板、該結合層之底面等。因結合層之基質材料可能會因毛細現象吸附在該研磨顆粒周邊而呈現不規則狀態,由基質材料表面測量顆粒高度是有問題的。在基質層是均勻的例子中,此表面是可由顆粒高度而決定。此外,兩顆粒間之相對突出或高度距離差異會是在這些由通常的參考點測量之顆粒之高度差異。此外,在部分例子中,該研磨顆粒可能沿著一斜面、曲面或其他不平行於該底部基板之排列而設置。在這些例子中,該突出高度會對該斜面、曲面或其他不平行於該底部基板排列校準,從而可忽略該斜面、曲面等以測量顆粒間之相對突出高度差異。應注意的是,在某些例子中,該研磨顆粒尖端高度之平坦度可獨立於於整個修整器表面之該研磨顆粒之設置或圖案化。
一種直接測量技術之例子,其可包括一判斷研磨顆粒尖端位置之光學掃描方法。在此方法中,一光學掃描儀可掃描該粗糙成形修整器之表面以決定該相對於固定點之研磨顆粒尖端之高度。例如,該掃描儀可向下掃描朝向該修整器的空間直到定位出最高尖端。該最高尖端可設為該參考點,且該掃描儀於一朝向高修整器的方向上持續
掃描以測量從該參考點到整個修整器表面之每個研磨顆粒尖端之距離。據此,可直接測量整個修整器上所有的研磨顆粒間之突出距離差異。再者,測量的技術也可包括間接式測量,例如,將該單層研磨顆粒設置到一可變形之基材而使基材相對於該顆粒尖端之突出距離而變形。該單層可嵌入該可變形基材及/或移動整個可變形基材以於其上形成一刮痕圖案。尖端高度可從此間接測量推斷而得。
於本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之排列或方向性可依據研磨加工的條件及需求而任意變化,本創作並無特別的限制。於前述本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之圖案排列可以為陣列圖案、圓形環圖案、同心圓形環圖案、或螺旋環圖案。另一方面,該方向性為具有特定方向性之該些研磨顆粒,且該些研磨顆粒可為一尖端研磨面、一平面研磨面、一陵線研磨面、或其組合,且本創作並未局限於此。此外,前述之尖端研磨面係指磨料顆粒的尖端朝向被研磨工件(如,拋光墊),使化學機械修整器之表面為由研磨顆粒之尖端構成之尖端研磨面;平面研磨面係指磨料顆粒的尖端朝向與修整器平行之水平面,使化學機械修整器之表面為由研磨顆粒之平面構成之平面研磨面;陵線研磨面係指磨料顆粒的尖端與修整器形成一傾斜夾角,使化學機械修整器之表面為由研磨顆粒之斜面構成之平面研磨面。
於本創作之化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒可排列成一預定之圖案。此圖案可以是均勻分佈的圖
案或非均勻分佈的圖案。此外,促進研磨顆粒排列於預定圖案之各種技術均可以被認定為本創作之範疇內。應了解的是,預定意指於排列研磨顆粒之前已決定之非隨機圖案。於本創作之一態樣中,預定的圖案也可應用於預先決定顆粒之間距。在非限制本創作之實施例中,此技術包括:藉由模板排列、使用點膠排列、排列於第一基材上隨後接著將特定圖案從該第一基材移轉至底部基板(例如,金屬支撐層)上,類似的方式及其組合。可使用各種技術將任一單層的研磨顆粒暫時地固定於一預定的圖案中,包括:黏著、於金屬支撐基質上凹陷的位置、支撐之化合物(例如:蠟及其類似物,包括及其組合),且本創作並未限制於此。於本創作之另一態樣中,研磨顆粒可使用磨料結合層(例如,黏著劑)暫時地耦合至金屬支撐層,其中該黏著劑可於製造修整器的過程中揮發並消除。
於本創作之化學機械研磨修整器中,其可為具有實質上平坦化尖端配置之化學機械研磨墊修整器,其相較於傳統的修整器本創作可具有較均勻的突出分佈,本創作之研磨顆粒較不易被從結合層從中拉出,其刮痕率也較低。此外,修整器之較均勻的突出分佈以提供在此方式對化學機械研磨墊修整以促進良好的拋光速率,並同時延長修整器之工作壽命。此外,於化學機械研磨墊上的均勻粗糙之間距及大小分佈將會影響這些優異性。
於本創作之化學機械研磨修整器中,磨粒可藉由各種型式的研磨顆粒所組成;於本創作之一態樣中,該
磨粒可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石(PCD)、立方氮化硼(cubic boron nitride,CBN)、或多晶立方氮化硼(PCBN);於本創作之另一態樣中,該磨粒可為人造鑽石;又於本創作之另一態樣中,該磨粒可為多晶造鑽石,本創作並未侷限於此。此外,於本創作之化學機械研磨修整器中,磨粒粒徑可依據磨粒種類或磨粒晶型,或研磨加工所需的表面粗糙度而決定;於本創作之一態樣中,磨粒粒徑可為100微米至600微米;於本創作之另一態樣中,磨粒粒徑可為500微米,本創作並未侷限於此。此外,於本創作之化學機械研磨修整器中,該金屬薄片可選用使研磨層容易貼合於基板之任何軟性薄片,或該金屬薄片可為能夠固定研磨顆粒之任何軟性薄都可被認定為本創作之範疇內,例如,銅金屬片、塑膠薄片、或焊料合金薄片。
於本創作之化學機械研磨修整器中,該結合層或該磨料結合層之組成成分可依據研磨加工的條件或需求而任意變化,其中,該結合層或該磨料結合層可為一焊料層、一電鍍層、一燒結層、或一樹脂層。於本創作之一態樣中,該結合層或該磨料結合層係為一焊料層,其中,該焊料層可至少一選自由銅、鐵、錫、鎳、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、鈦、硼、磷、及其組合所組成之群組。於本創作之另一態樣中,該焊料層為鎳基金屬焊料或鎳鈷合金焊料。又於本創作之另一態樣中,該焊料層為銅錫鈦合金焊料。另外,於本創作之化學機械研磨修整器中,基板可為不繡鋼,本創作並未侷限於此。此外,於前述本創作之化
學機械研磨修整器中,更包括一保護層設置於該研磨層表面,該保護層可覆蓋於第一研磨顆粒層及金屬薄片上,或該保護層可覆蓋於第一研磨顆粒層及磨料層上,其中,該保護層可為一鎳金屬層、一鈀金屬層、一類鑽碳層、或一鑽石薄膜層、或其類似物,並藉由該保護層以提供化學機械研磨修整器具有更佳的抗腐蝕性及使用壽命。
是以,本創作之化學機械研磨修整器可藉由控制研磨顆粒之突出尖端之突出距離,使化學機械研磨修整器具有一平坦化表面,因此,減少被研磨工件的刮傷率,進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。
10,20,30,40,50,60,70,80‧‧‧基板
11,21,31,41,51,61,71,81‧‧‧結合層
12‧‧‧研磨顆粒
22,32,42,52,62,72,82‧‧‧研磨層
221a,321,421a,521,621a,721a,821a‧‧‧第一研磨顆粒層
221b,421b,621b,721b,821b‧‧‧第二研磨顆粒層
222,322,422,522,622,722,822‧‧‧金屬薄片
423,523‧‧‧磨料結合層
圖1A至1D係習知之化學機械研磨修整器之製作流程圖。
圖2A至2D係本創作實施例1之化學機械研磨修整器之製作流程圖。
圖3A至3D係本創作實施例2之化學機械研磨修整器之製作流程圖。
圖4A及4B係本創作實施例3之化學機械研磨修整器示意圖。
圖5A及5B係本創作實施例4之化學機械研磨修整器示意圖。
圖6係本創作實施例5之化學機械研磨修整器示意圖。
圖7係本創作實施例6之化學機械研磨修整器示意圖。
圖8係本創作實施例7之化學機械研磨修整器示意圖。
以下係藉由較佳的具體實施例說明本創作之實施方式,熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地暸解本創作之其他優點與功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用,本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用,在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
比較例1
請參考圖1A至圖1D,其係為一習知之化學機械研磨修整器之製作流程圖。首先,如圖1A及圖1B所示,於一基板10之工作面上形成一結合層11,其中,結合層11係為一般常用之鎳基金屬焊料,而基板10為不鏽鋼材質。接著,如圖1C所示,將研磨顆粒12設置於結合層11上,其中,研磨顆粒12可藉由一模板(圖未顯示)控制其間距及排列方式,同時也可以利用一剛硬平板(圖未顯示)對研磨顆粒12向下擠壓,使研磨顆粒12置於結合層表面。最後,如圖1D所示,藉由一加熱硬化過程,使研磨顆粒12藉由該研磨層11而固定於基板10,然而,由於結合層11(例如,金屬焊料之熱膨脹係數約為14~15 ppm/℃)及基板10(例如,不鏽鋼之熱膨脹係數約為16 ppm/℃)之熱膨脹係數間之差異,將會使化
學機械研磨修整器之在硬化後之冷卻過程中將會發生變形,並造成基板10表面之結合層11及研磨顆粒12也隨之變形,如圖1D中,在化學機械修整器中心處之結合層11及研磨顆粒12相較於外環區具有較高的高度,並形成一中央高於外側之變形表面,因此,破壞修整器表面之平坦度,進而造成被研磨工件容易的刮傷率增加,進而使化學機械研磨修整器的研磨效率及工作壽命變差。
實施例1
本創作之主要目的係藉由控制研磨顆粒之突出尖端之突出距離,使化學機械研磨修整器具有一平坦化表面,因此,減少被研磨工件的刮傷率,進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。圖2A至2D係本創作實施例1之化學機械研磨修整器之製作流程圖。請參考2A,首先,提供一研磨層22,該研磨層22具有第一研磨顆粒層221a、金屬薄片222及第二研磨顆粒層221b,其中,第一研磨顆粒層221a位於金屬薄片222上方,第二研磨顆粒221b位於金屬薄片222下方,使金屬薄片222夾設於第一研磨顆粒層221a及第二研磨顆粒層221b之間,研磨層22之第一研磨顆粒層221a含有複數個研磨顆粒,而該些研磨顆粒之突出尖端可視為一平坦表面,且該些研磨顆粒具有一陣列圖案之圖案化排列,以及該些研磨顆粒均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性,此外,該第一研磨顆粒層221a之該些研磨顆粒為單層排列之分佈,且該第
二研磨顆粒層221b與該第一研磨顆粒層221a具有相同之研磨顆粒型態及分佈,此外,於此實施例1中,第一研磨顆粒層221a及第二研磨顆粒層221b之研磨顆粒為粒徑500微米之人造鑽石,金屬薄片222為選用使研磨層22容易貼合於基板並能夠固定研磨顆粒之軟性薄片,例如,銅金屬片、塑膠薄片、或焊料合金薄片。
接著,如圖2B所示,將第一研磨顆粒層221a及第二研磨顆粒層221b之研磨顆粒藉由加熱及加壓的方式,使該些研磨顆粒埋設固定於該金屬薄片222之兩側。最後,如圖2C及圖2D,提供一不繡鋼材質之基板20及一銅錫鈦合金焊料之結合層21,且該結合層21位於該基板20上方,接著,再將該研磨層22設置於該結合層21上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層22可藉由該結合層21而結合固定於該基板20上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。此外,在前述化學機械研磨修整器中,更可以包括一鎳金屬層或一類鑽碳層之保護層(圖未顯示),該保護層可設置於研磨層22表面,並藉由該保護層以提供化學機械研磨修整器具有更佳的抗腐蝕性及使用壽命。
據此,本創作實施例1之化學機械研磨修整器中,包括:一基板20;一結合層21,設置於該基板20上;以及一研磨層22,該研磨層22係具有一金屬薄片222及一第一研磨顆粒層221a,該第一研磨顆粒層221a係設置於該金屬薄片222上方,且該研磨層22藉由該結合層21以耦合至該基板20上,其中,該第一研磨顆粒層221a含有複數個
研磨顆粒,該些研磨顆粒之突出尖端係具有一平坦表面,使該些研磨顆粒不具有一個或複數個特別顯著之突出尖端,且該些研磨顆粒具有一圖案化排列;此外,前述實施例1之化學機械研磨修整器,更包括一第二研磨顆粒層221b,該第二研磨顆粒層221b設置於該金屬薄片222下方,且該第二研磨顆粒層221b夾設於該金屬薄片222及該結合層21之間,此外,該第一研磨顆粒層221a之該些研磨顆粒具有單層排列,且該第二研磨顆粒層221b與該第一研磨顆粒層221a具有相同之研磨顆粒型態及分佈。
此外,在前述化學機械研磨修整器中,可利用FRT測量修整器上最高1,000個研磨顆粒之突出尖端,再利用最小平方法推算出一由該些突出尖端尖角所構成之假設平面,並由研磨顆粒與假想平面之高度偏差作為突出尖端之平坦表面定義。在此實施例1中,該些研磨顆粒之突出尖端係具有一平坦表面,其中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異小於20微米,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第10個最高突出尖端之突出距離差異小於20微米,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第100個最高突出尖端之突出距離差異小於40微米,該第一研磨顆粒層之最高1%突出尖端間之突出距離差異小於80微米。
於前述內容中,比較例1所揭露之化學機械研磨修整器係為目前習知之製作方式,其係將研磨顆粒及結合層先設置於基板上,並進行加熱,使研磨顆粒藉由結合
層之硬焊反應以固定於基板上,然而,由於結合層及基板之熱膨脹係數間之差異,將會使化學機械研磨修整器之在硬化後之冷卻過程中將會發生變形,並造成基板表面之結合層及研磨顆粒也隨之變形,故在化學機械修整器中心處之結合層及研磨顆粒相較於外環區具有較高的高度,並形成一中央高於外側之變形表面,因此,破壞修整器表面之平坦度,進而造成被研磨工件容易的刮傷率增加,進而使化學機械研磨修整器的研磨效率及工作壽命變差。不同於習知化學機械研磨整器之製作方式及組成結構,在本創作之實施例1中,由於研磨顆粒已預先結合固定於金屬薄片以形成一研磨層,再將該研磨層設置於基板及結合層上,並進行加熱,使研磨層藉由結合層之硬焊反應以固定於基板上,因此,本創作之化學機械研磨修整器將可以避免習知技術之研磨顆粒在硬化或硬化後之冷卻過程中容易造成之變形及位移問題,另一方面,本創作之化學機械研磨修整器更可藉由控制該些研磨顆粒之突出尖端之突出距離,使化學機械研磨修整器具有一平坦化表面,或者,本創作之化學機械研磨修整器亦同時可藉由將具有相同型態及分佈之研磨顆粒分別設置於金屬薄片之兩側,使該些研磨顆粒在金屬薄片兩側形成相同的變形作用力,進而可有效的抵銷研磨層在硬焊後之冷卻時所造成之變形程度。
實施例2
圖3A至3D係本創作實施例2之化學機械研磨修整器之製作流程圖,不同於前述實施例1之研磨層為兩側均具有研磨顆粒層,在實施例2之研磨層為單側具有研磨顆粒層。請參考3A,首先,提供一研磨層32,該研磨層32具有第一研磨顆粒層321及金屬薄片322,其中,第一研磨顆粒層321位於金屬薄片322上方,研磨層32之第一研磨顆粒層321含有複數個研磨顆粒,而該些研磨顆粒之突出尖端可視為一平坦表面,且該些研磨顆粒具有一陣列圖案之圖案化排列,以及該些研磨顆粒均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性,此外,該第一研磨顆粒層321之該些研磨顆粒為單層排列之分佈,該第一研磨顆粒層321之研磨顆粒為粒徑500微米之人造鑽石,金屬薄片322為選用容易使研磨層32貼合於基板及固定研磨顆粒之軟性薄片,例如,銅金屬片、塑膠薄片、或焊料合金薄片。
接著,如圖3B所示,將第一研磨顆粒層321之研磨顆粒藉由加熱及加壓的方式,使該些研磨顆粒埋設固定於該金屬薄片322之一側。最後,如圖3C及圖3D,提供一不繡鋼材質之基板30及一鎳基金屬焊料之結合層31,且該結合層31位於該基板30上方,接著,再將該研磨層32設置於該結合層31上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層32可藉由該結合層31而結合固定於該基板30上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
據此,本創作實施例2之化學機械研磨修整器中,包括:一基板30;一結合層31,設置於該基板30上;以
及一研磨層32,該研磨層32係具有一金屬薄片322及一第一研磨顆粒層321,該第一研磨顆粒層321係設置於該金屬薄片322上方,且該研磨層32藉由該結合層31以耦合至該基板30上,其中,該第一研磨顆粒層321含有複數個研磨顆粒,該些研磨顆粒之突出尖端係具有一平坦表面,使該些研磨顆粒不具有一個或複數個特別顯著之突出尖端,且該些研磨顆粒具有一圖案化排列,該第一研磨顆粒層321之該些研磨顆粒具有單層排列。
此外,在前述化學機械研磨修整器中,該些研磨顆粒之突出尖端係具有一平坦表面,其中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異小於20微米,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第10個最高突出尖端之突出距離差異小於20微米,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第100個最高突出尖端之突出距離差異小於40微米,該第一研磨顆粒層之最高1%突出尖端間之突出距離差異小於80微米。
不同於習知化學機械研磨整器之製作方式及組成結構,在本創作之實施例2中,由於研磨顆粒已預先結合固定於金屬薄片以形成一研磨層,再將該研磨層設置於基板及結合層上,並進行加熱,使研磨層藉由結合層之硬焊反應以固定於基板上,因此,本創作之化學機械研磨修整器將可以避免習知技術之研磨顆粒在硬化或硬化後之冷卻過程中容易造成之變形及位移問題,另一方面,本創作之化學機械研磨修整器更可藉由控制該些研磨顆粒之突出
尖端之突出距離,使化學機械研磨修整器具有一平坦化表面,因此,減少被研磨工件的刮傷率,進而使化學機械研磨修整器具有更優異的研磨效率及工作壽命。
實施例3
如圖4A及4B係本創作實施例3之化學機械研磨修整器示意圖。實施例3與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器大致相同,其不同之處在於,實施例1之研磨層係將研磨顆粒直接埋設固定於金屬薄片之兩側,而實施例3之研磨層係將研磨顆粒藉由磨料結合層以固定於金屬薄片之兩側。請參考圖4A,提供一研磨層42,該研磨層42具有第一研磨顆粒層421a、金屬薄片422、磨料結合層423及第二研磨顆粒層421b,其中,第一研磨顆粒層421a位於金屬薄片422上方,第二研磨顆粒421b位於金屬薄片422下方,金屬薄片422夾設於第一研磨顆粒層421a及第二研磨顆粒層421b之間,且第一研磨顆粒層421a及第二研磨顆粒層421b可藉由銅錫鈦合金焊料所組成之磨料結合層423以硬焊固定於金屬薄片422之兩側。接著,如圖4B所示,提供一不繡鋼材質之基板40及一銅錫鈦合金焊料之結合層41,且該結合層41位於該基板40上方,接著,再將該研磨層42設置於該結合層41上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層42可藉由該結合層41而結合固定於該基板40上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
實施例4
如圖5A及5B係本創作實施例4之化學機械研磨修整器示意圖。實施例4與前述實施例2所述之化學機械研磨修整器大致相同,其不同之處在於,實施例2之研磨層係將研磨顆粒直接埋設固定於金屬薄片之單側,而實施例4之研磨層係將研磨顆粒藉由磨料結合層以固定於金屬薄片之單側。請參考圖5A,提供一研磨層52,該研磨層52具有第一研磨顆粒層521、金屬薄片522及磨料結合層523,其中,第一研磨顆粒層521位於金屬薄片522上方,且第一研磨顆粒層521可藉由鎳基金屬焊料所組成之磨料結合層523以硬焊固定於金屬薄片522之一側。接著,如圖5B所示,提供一不繡鋼材質之基板50及一鎳基金屬焊料之結合層51,且該結合層51位於該基板50上方,接著,再將該研磨層52設置於該結合層51上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層52可藉由該結合層51而結合固定於該基板50上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
實施例5
如圖6係本創作實施例5之化學機械研磨修整器示意圖。實施例5與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器大致相同,其不同之處在於,實施例1之研磨層顆粒均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性,而實施例5之研磨層顆粒均為平面向上以形成一平面研磨面之方向性。請參考圖6,提供一研磨層62,該研磨層62具有第一
研磨顆粒層621a、金屬薄片622及第二研磨顆粒層621b,其中,第一研磨顆粒層621a位於金屬薄片622上方,第二研磨顆粒621b位於金屬薄片622下方,金屬薄片622夾設於第一研磨顆粒層621a及第二研磨顆粒層621b之間,將第一研磨顆粒層621a及第二研磨顆粒層621b之研磨顆粒藉由加熱及加壓的方式,使該些研磨顆粒埋設固定於該金屬薄片622之兩側,其中,該些研磨顆粒均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性。接著,提供一不繡鋼材質之基板60及一銅錫鈦合金焊料之結合層61,且該結合層61位於該基板60上方,最後,再將該研磨層62設置於該結合層61上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層62可藉由該結合層61而結合固定於該基板60上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
實施例6
如圖7係本創作實施例6之化學機械研磨修整器示意圖。實施例6與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器大致相同,其不同之處在於,實施例1之研磨層顆粒均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性,而實施例6之研磨層顆粒均為斜面向上以形成一陵線研磨面之方向性。請參考圖7,提供一研磨層72,該研磨層72具有第一研磨顆粒層721a、金屬薄片722及第二研磨顆粒層721b,其中,第一研磨顆粒層721a位於金屬薄片722上方,第二研磨顆粒721b位於金屬薄片722下方,金屬薄片722夾設
於第一研磨顆粒層721a及第二研磨顆粒層721b之間,將第一研磨顆粒層721a及第二研磨顆粒層721b之研磨顆粒藉由加熱及加壓的方式,使該些研磨顆粒埋設固定於該金屬薄片722之兩側,其中,該些研磨顆粒均為斜面向上以形成一陵線研磨面之方向性。接著,提供一不繡鋼材質之基板70及一銅錫鈦合金焊料之結合層71,且該結合層71位於該基板70上方,最後,再將該研磨層72設置於該結合層71上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層72可藉由該結合層71而結合固定於該基板70上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
實施例7
如圖8係本創作實施例7之化學機械研磨修整器示意圖。實施例7與前述實施例1所述之化學機械研磨修整器大致相同,其不同之處在於,實施例1之研磨層顆粒均為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性,而實施例7之研磨層顆粒為部分尖端向上及部分平面向上以形成同時具有尖端研磨面及平面研磨面之方向性。請參考圖8,提供一研磨層82,該研磨層82具有第一研磨顆粒層821a、金屬薄片822及第二研磨顆粒層821b,其中,第一研磨顆粒層821a位於金屬薄片822上方,第二研磨顆粒821b位於金屬薄片822下方,金屬薄片822夾設於第一研磨顆粒層821a及第二研磨顆粒層821b之間,將第一研磨顆粒層821a及第二研磨顆粒層821b之研磨顆粒藉由加熱及加壓的方式,使
該些研磨顆粒埋設固定於該金屬薄片822之兩側,其中,在中央處之該些研磨顆粒為尖端向上以形成一尖端研磨面之方向性,而在外圍處之該些研磨顆粒為平面向上以形成一平面研磨面之方向性。接著,提供一不繡鋼材質之基板80及一銅錫鈦合金焊料之結合層81,且該結合層81位於該基板80上方,最後,再將該研磨層82設置於該結合層81上方,並進行加熱硬焊,使該研磨層82可藉由該結合層81而結合固定於該基板80上,以形成具有平坦化表面之化學機械研磨修整器。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已,本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準,而非僅限於上述實施例。
20‧‧‧基板
21‧‧‧結合層
22‧‧‧研磨層
221a‧‧‧第一研磨顆粒層
221b‧‧‧第二研磨顆粒層
222‧‧‧金屬薄片
Claims (26)
- 一種化學機械研磨修整器,包括:一基板;一結合層,係設置於該基板上;以及一研磨層,該研磨層係具有一金屬薄片及一第一研磨顆粒層,該第一研磨顆粒層係設置於該金屬薄片上方,且該研磨層係藉由該結合層以耦合至該基板上;其中,該第一研磨顆粒層係含有複數個研磨顆粒,該些研磨顆粒之突出尖端係具有一平坦表面,使該些研磨顆粒不具有一個或複數個特別顯著之突出尖端,且該些研磨顆粒具有一圖案化排列。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,更包括一第二研磨顆粒層,該第二研磨顆粒層係設置於該金屬薄片下方,且該第二研磨顆粒層係夾設於該金屬薄片及該結合層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一研磨顆粒層之該些研磨顆粒係具有單層排列。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第二研磨顆粒層與該第一研磨顆粒層係具有相同之研磨顆粒型態及分佈。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒係藉由一磨料結合層以耦合至該金屬薄片。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異係小於或等於20微米。
- 如申請專利範圍第6項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第2個最高突出尖端之突出距離差異係小於或等於10微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第10個最高突出尖端之突出距離差異係小於或等於20微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一研磨顆粒層之最高突出尖端及第100個最高突出尖端之突出距離差異係小於或等於40微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該第一研磨顆粒層之最高1%突出尖端間之突出距離差異係小於或等於80微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該平坦表面係由一假設平面作為基準面,使該些研磨顆粒之突出尖端相較於該假設平面以形成一平坦表面。
- 如申請專利範圍第11項所述之化學機械研磨修整器,其中,該平坦化表面係利用FRT測量推算不連續之諸多研磨顆粒之突出尖端所構成。
- 如申請專利範圍第12項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒之突出尖端係為1,000個至3萬個以上。
- 如申請專利範圍第13項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒之突出尖端係為1,000個。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,經使用後的化學機械研磨修整器,於50倍率的放大下,其係具有300個或以上之該些研磨顆粒產生磨損。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該圖案排列係為陣列圖案、圓形環圖案、同心圓形環圖案、或螺旋環圖案。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒係為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、立方氮化硼、或多晶立方氮化硼。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該些研磨顆粒之粒徑係為100微米至600微米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該結合層係為一焊料層、一電鍍層、一燒結層、或一樹脂層。
- 如申請專利範圍第19項所述之化學機械研磨修整器,其中,該結合層係為一焊料層。
- 如申請專利範圍第5項所述之化學機械研磨修整器,其中,該磨料結合層係為一焊料層、一電鍍層、一燒結層、或一樹脂層。
- 如申請專利範圍第21項所述之化學機械研磨修整器,其中,該磨料結合層係為一焊料層。
- 如申請專利範圍第20或22項所述之化學機械研磨修整器,其中,該焊料層係至少一選自由銅、鐵、錫、鎳、鈷、鎳、鉻、錳、矽、鋁、鈦、硼、磷、及其組合所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,其中,該基板係為一不鏽鋼基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨修整器,更包括一保護層,該保護層係設置於該研磨層表面。
- 如申請專利範圍第25項所述之化學機械研磨修整器,其中,該保護層係為一鎳金屬層、一鈀金屬層、一類鑽碳層、或一鑽石薄膜層。
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