CN100417493C - 平面化用的具有窗口的抛光垫片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

描述了具有开口的抛光垫片。抛光垫片包括第一层和第二层。具有开口的第一层能够用作该垫片的工作面或抛光层。第二层的至少一部分包括至少部分透明的窗口。

Description

平面化用的具有窗口的抛光垫片及制备方法
技术领域
本发明涉及抛光垫片。尤其，本发明的抛光垫片能够包括窗口。本发明的抛光垫片能够用于抛光制品，尤其能够用于微电子设备如半导体晶片的化学机械抛光或平面化。抛光垫片的窗口是至少部分透明的，因此能够特别为装有透过压板的晶片计量(through-the-platen wafermetrology)的一些抛光或平面化工具所使用。
背景技术
一般说来，将微电子设备的非平面表面的抛光或平面化成基本上平面的表面的过程包括由抛光垫片的工作面使用受控的和重复运动来摩擦该非平面表面。抛光淤浆能够置于在需要抛光的制品的粗糙表面与抛光垫片的工作面之间。
微电子设备如半导体晶片的制造一般包括多个集成电路在包括例如硅或砷化镓的晶片上的形成。该集成电路能够通过一系列工艺步骤来形成，其中材料如导电性材料，绝缘材料和半导电性材料的有图案的层在该基片上形成。为了最大程度提高每晶片的集成电路的密度，希望在整个半导体晶片生产过程的各个阶段具有基本上平面的抛光基片。因此，半导体晶片生产能够包括至少一个，典型地多个抛光步骤，它们能够使用一个或多个抛光垫片。
化学机械抛光(CMP)能够包括将微电子基片放置与抛光垫片相接触；在对微电子设备的背面施加作用力的同时旋转该垫片；和在抛光过程中将通常称作“淤浆”的含有磨料的化学反应活性溶液施加于该垫片上。CMP抛光淤浆能够含有磨料，如硅石，氧化铝，二氧化铈或它们的混合物。在淤浆提供到该设备/垫片界面时该垫片相对于该基片的旋转运动能够促进抛光处理。一般说来，抛光能够以这一方式进行，直至除去了所需的膜厚度为止。
取决于抛光垫片和磨料和其它添加剂的选择，该CMP工艺能够在所需的抛光速率下提供有效的抛光，同时减少或最大程度减少表面缺损，缺陷，腐蚀，和磨蚀。
抛光或平面化特性能够从垫片到垫片而变化，并在给定的垫片的使用期限中发生变化。在垫片的磨光特性上的变化能够导致不适当地抛光或平面化的基片，它们是没有用的。因此，在现有技术中希望开发一种抛光垫片，在抛光或平面化特性上显示出了减少的因垫片而异的变化。进一步希望开发一种抛光垫片，它在垫片的使用寿命当中显示出在抛光或平面化特性上的减少变化。
在晶片保持在工具中和与垫片接触的同时能够测量该平面化处理的进程的平面化工具是现有技术领域中已知的。在平面化处理过程中测量微电子设备的平面化的进程在现有技术领域中称作“原位计量(in-situ metrology)”。美国专利5,964,643和6,159,073；和欧洲专利1,108,501描述了抛光或平面化工具和原位计量系统。一般说来，原位计量能够包括引导一束光穿过位于该工具的压板中的至少部分透明的窗口；该光束能够从晶片的表面上反射，反向穿过该压板窗口，和进入检测器中。抛光垫片能够包括窗口，后者对用于计量系统中的波长是至少部分透明的，和基本上与压板窗口对齐排列。
因此，希望开发包括可用于原位计量的窗口区域的抛光垫片。进一步希望该窗口在该垫片的整个使用寿命中提供合适的透明度。
对于具有与抛光表面共平面的窗口的已知垫片的一个缺点可能包括该窗口部分以比垫片表面更缓慢的速率下磨损。具有共平面的窗口的已知垫片的另外缺点包括由于在抛光或平面化处理过程中与该淤浆中磨料颗粒的接触而导致的该窗口的划痕。划痕的窗口一般会降低窗口的透明度并可能引起计量信号的衰减。
发明内容
本发明包括具有窗口的抛光垫片。在非限制性实施方案中，抛光垫片能够包括第一层和第二层。第一层能够用作该垫片的工作面或抛光层。第二层的至少一部分能够包括窗口，后者对于由抛光工具的计量仪表所使用的波长是至少部分透明的。此外，第一层能够吸收至少2wt％的抛光淤浆，以第一层的总重量为基础计。
本发明的抛光垫片能够包括第一层和第二层。第一层能够用作该垫片的抛光或工作表面，以使得第一层能够与需要抛光的基片和抛光淤浆至少部分地相互作用。在非限制性实施方案中，第一层能够是多孔的和对抛光淤浆是可渗透的。在非限制性实施方案中，第二种层能够是基本上地无孔隙的和对抛光淤浆基本上不渗透的。
在这里和权利要求中所使用的术语“基本上无孔隙的”是指一般不发生液体、气体和细菌穿过。在宏观规模上，基本上无孔隙的材料显示出很少(即使有的话)的孔隙。在这里和权利要求中所使用的术语“多孔”是指具有孔隙，术语“孔隙”是指物质能够穿过的微小开口。
应当指出，正如在本说明书中所使用，单数形式“a”，“an”和“the”包括复数的所指对象，除非特意地和明确地限于一个的所指对象。
对于本说明书的目的，除非另有说明，用于本说明书和权利要求中的表达成分的量，反应条件等的所有数值能够理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在下面的说明书和所附权利要求中给出的数值参数是近似值，后者可以根据由本发明获得的所需性能来变化。至少，但不作为将等同原则的应用限制到权利要求的范围的一种企图，各数值参数应该至少按照报道的有效数字的数值并应用普通舍入技术来分析。
尽管描述本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在特定的实施例中给出的数值尽可能精确地报道。然而任何数值固有地含有一定误差，必然从在它们各自试验测量中发现的标准偏差所产生。
第一层能够包括在现有技术中已知的各种材料。构成第一层的合适材料的非限制性例子包括但不限于如在美国专利6,477,926B1中所述的颗粒状聚合物和交联聚合物粘结剂；如在美国专利申请序列号10/317,982中所述的颗粒状聚合物和有机聚合物粘结剂；如在美国专利6,062,968；6,117,000；和6,126,532中所述的热塑性树脂的烧结颗粒；如在美国专利6,231,434B1；6,325,703B2；6,106,754；和6,017,265中所述的热塑性聚合物的压力烧结粉末压缩物。构成第一层的合适材料的其它非限制性例子能够包括浸渍了许多聚合物微型单元的聚合物基体，其中各聚合物微型单元能够具有在其中的空隙空间，如在美国专利5,900,164和5,578,362中所述。
第一层的厚度能够变化。在另一个非限制性实施方案中，第一层能够具有至少0.020英寸，或至少0.040英寸；或0.150英寸或更少，或0.080英寸或更少的厚度。
在另一个非限制性实施方案中，第一层能够包括孔隙，使得抛光淤浆能够至少部分地被第一层吸收。孔隙的数目能够变化。在另一个非限制性实施方案，第一层能够具有，以孔隙体积百分数表达，至少2体积百分数(基于第一层的总体积计)，或50体积百分数或更低体积百分数(基于第一层的总体积计)，或2-50体积百分数(基于第一层的总体积计)的孔隙度。
抛光垫片层的孔隙体积百分数能够通过使用现有技术中已知的各种技术来测定。在非限制性实施方案中，下列表达式可用于计算孔隙体积百分数：
100×(垫片层的密度)×(垫片层的孔隙体积)。
该密度能够以克/每立方厘米的单位表达，并能够由现有技术中已知的各种普通方法来测定。在非限制性实施方案中，该密度能够根据ASTM D1622-88来测定。孔隙体积能够以立方厘米/克的单位表达，并且能够通过使用在现有技术中已知的普通方法和设备来测定。在非限制性实施方案中，孔隙容积能够根据在ASTM D 4284-88中的渗汞孔隙率测定法，通过使用从Micromeritics获得的Autopore III水银孔隙仪来测量。在其它非限制性实施方案中，孔隙体积测量是按照下列条件来进行：140°的接触角；480达因/cm的汞表面张力；和在50微米汞柱的真空下抛光垫片层样品的脱气。
在非限制性实施方案中，第一层能够具有至少部分地开孔结构，使得它能够吸收淤浆。在另一个非限制性实施方案中，第一层能够吸收至少2wt％的抛光淤浆(以第一层的总重量为基础计)，或不超过50wt％，或从2wt％到50wt％。
在本发明的另一个非限制性实施方案中，抛光垫片的第一层能够具有大于第二层的可压缩性。在这里使用的该术语“可压缩性”是指百分体积可压缩性测量。在另外的非限制性实施方案中，当施加20psi的负荷时，第一层的百分体积可压缩性能够是至少0.3％；或3％或更少；或0.3-3％。
垫片层的百分体积可压缩性能够通过使用现有技术中已知的各种方法来测定。在非限制性实施方案中，垫片层的百分体积可压缩性能够使用下面表达式来测定。
Figure C0382295600081
在非限制性实施方案中，当在表面上有负荷时垫片层的面积不改变；因此，体积可压缩性的前面方程式能够由下列表达式按照垫片层厚度来表达。
该垫片层厚度能够通过使用各种已知方法来测定。在非限制性实施方案中，该垫片层厚度能够通过在垫片样品上放置负荷(例如但不限于已校准的砝码)和测量由于负荷所引起的在垫片层的厚度上的变化来测定。在另外的非限制性实施方案中，能够使用Mitutoyo ElectronicIndicator，型号ID-C 112EB。该指示器具有芯轴或螺纹杆，它们在一端具有平的接触面，该垫片层放置在该接触面上。该芯轴能够在另一端装于一种设备，该设备给接触面施加规定的负荷，例如但不限于接受已校准的砝码的天平盘。该指示器显示了由于施加负荷所引起的垫片层的位移。指示器显示典型地以英寸或毫米表示。该电子指示器能够装配在台架，如Mitutoyo Precision Granite Stand上，以便在进行测量时提供稳定性。垫片层的侧向尺寸足以允许距任何边缘至少0.5”的测量。垫片层的表面在足够的面积上是平的和平行的，以便允许在试验垫片层和该平的接触面之间的均匀接触。需要试验的垫片层能够放置在该平的接触面之下。在施加负荷之前，测量垫片层的厚度。已校准的天平砝码能够添加到天平盘上以达到规定的负荷。垫片层然后能够在规定的负荷下被压缩。该指示器能够显示在规定的负荷下垫片层的厚度/高度。在施加负荷之前的垫片层的厚度减去在规定的负荷之下的垫片层的厚度能够用于测定垫片层的位移。在非限制性实施方案中，20psi的负荷能够施加于垫片层。测量能够在标准化温度如室温下进行。在非限制性实施方案中，测量能够在22℃+/-2℃的温度下进行。
在另一个非限制性实施方案中，测量垫片层厚度的上述方法能够适用于堆叠的垫片组装件或包括堆叠的垫片组装件的层。
在非限制性实施方案中，测量百分体积可压缩性的程序能够包括将接触面放置于花岗岩底座上和将指示器调节到读数零。该接触面然后升高且样品被放置在接触面之前的花岗岩台面上，要求该接触面的边缘与样品的任何边缘相距至少0.5”。该接触面可以降低到样品上和在5+/-1秒之后进行样品厚度测量。在没有移动该样品或该接触面的情况下，将足够的砝码添加到天平盘上以便引起20psi的力由该接触面施加于该样品上。在负荷下样品厚度测量的读数可以在15+/-1秒之后进行。该测量程序能够反复进行，通过使用20psi的压缩力，以至少0.25″的间距在该样品上不同位置作五次测量。
在非限制性实施方案中，测定第一层的软度。在这里和权利要求中所使用的术语“软度”指材料的肖氏A硬度。一般说来，该材料越软，肖氏A硬度值越低。在另一非限制性实施方案中，第一层能够具有至少85；或99或99以下，或从85到99的肖氏A硬度。该肖氏A硬度值能够通过使用现有技术中已知的各种方法和设备来测定。在非限制性实施方案中，肖氏A硬度能够根据在ASTM D 2240中说明的程序，通过使用具有最大指示器的Shore“Type A”硬度计(可以从PCT Instruments，Los Angeles，CA商购)来测定。在非限制性实施方案中，肖氏A硬度的试验方法能够包括在规定的条件下特定类型的硬度计压头基本上被强迫进入试验材料中的穿透。在这一实施方案中，该肖氏A硬度能够与穿透深度逆相关并取决于试验材料的弹性模量和粘弹性。
在非限制性实施方案中，第一层能够包括在工作或抛光表面上的凹槽或图案。凹槽和/或图案的类型能够变化并能够包括在现有技术领域中已知的各种类型的凹槽和/或图案。形成该凹槽和图案的方法也可以变化并能够包括在现有技术领域中已知的各种普通方法。
本发明的抛光垫片进一步包括第二层。在非限制性实施方案中，第二层能够连接到第一层的至少一部分上。在另外的非限制性实施方案中，第一层能够连接到第二层的至少一部分上，和第二层能够连接到任选的第三层的至少一部分上。
第二层能够包括在现有技术中已知的各种材料。第二层能够选自基本上不可压缩体积的聚合物和金属薄膜和箔。在这里和权利要求中所使用的“基本上不可压缩体积的”意指当施加20psi的负荷时体积减少低于1％。在非限制性实施方案中，能够使用在这里前面所述的施加负荷和测量体积减小的方法。
基本上不可压缩体积的聚合物的非限制性例子能够包括聚烯烃类，比如但不限于低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，超高分子量聚乙烯和聚丙烯；聚氯乙烯；纤维素型聚合物，比如但不限于乙酸纤维素和丁酸纤维素；丙烯酸树脂；聚酯和共聚酯，比如但不限于PET和PETG；聚碳酸酯；聚酰胺，比如但不限于尼龙6/6和尼龙6/12；和高性能塑料，比如但不限于聚醚醚酮，聚苯醚，聚砜，聚酰亚胺，和聚醚酰亚胺；和它们的混合物。
金属薄膜的非限制性例子能够包括但不限于铝，铜，黄铜，镍，不锈钢，和它们的结合物。
第二层的厚度能够变化。在另一个非限制性实施方案中，第二层能够具有至少0.0005英寸，或至少0.0010英寸；或0.0650英寸或更少，或0.0030英寸或更少的厚度。
在非限制性实施方案中，第二层能够是柔韧性的以增强或提高在抛光垫片与需要抛光的基片的表面之间接触的均匀性。对第二层的材料的选择的考虑能够是该材料为抛光垫片的工作面提供顺从性载体以使第一层基本上符合所要抛光的设备的该宏观轮廓或长程(long-term)表面的一种能力。具有该能力的材料希望用作在本发明中的第二层。
第二层的柔韧性能够变化。该柔韧性能够通过使用现有技术中已知的各种普通技术来测定。在这里和权利要求中使用的术语“柔韧性”(F)指第二层厚度立方(t3)和第二层材料的挠曲模量(E)的反比关系，即F＝1/t3E。在另一非限制性实施方案中，第二层的柔韧性能够是至少0.5in-11b-1；或至少100in-11b-1；或从lin-11b-1到100in-11b-1。
在非限制性实施方案中，第二层能够具有一种可压缩性，它允许抛光垫片基本上符合需要抛光的制品的表面。微电子基片如半导体晶片的表面因为制造工艺而具有“波”形轮廓。一般认为，如果抛光垫片不能充分地符合该基片表面的“波”形轮廓，抛光特性的均匀性会降低。例如，如果该垫片基本上符合该“波”的末端，但不能基本上符合和接触该“波”的中间部分，则仅仅该“波”的末端能够被抛光或平面化而该中间部分基本上保持未抛光或未平面化。
第二层的可压缩性能够变化。如前面所描述的术语“可压缩性”是指百分体积可压缩性测量。在另一个非限制性实施方案中，第二层的百分体积可压缩性能够是至少百分之一；或百分之三或更低；或从百分之一到百分之三。该百分体积可压缩性能够通过使用现有技术中已知的各种普通方法来测定。在非限制性实施方案中，该百分体积可压缩性是按照在前面所述的方法来测定的。
在另一个非限制性实施方案中，第二层能够将第一层所承受的压缩力分配在任选的第三层的更大面积上。在非限制性实施方案中，第二层是基本上不可压缩体积的。
在另一个非限制性实施方案中，第二层能够用作在第一层与任选的至少部分地连接到第二层的第三层之间流体输送的实质性阻隔层。因此，对构成第二层的材料的选择的考虑能够是该材料基本上减少、最大程度减少或基本上防止抛光淤浆从第一层输送到任选的第三层的能力。在非限制性实施方案中，第二层对于抛光淤浆是基本上不渗透的，使得任选的第三层不会被抛光淤浆所饱和。
在另一个非限制性实施方案中，第二层能够穿孔以使得抛光淤浆能够穿透第一层和第二层以润湿任选的第三层。在另一非限制性实施方案中，任选的第三层能够用抛光淤浆基本上饱和。在第二层中的穿孔能够由本领域中技术人员已知的各种技术来形成，比如但不限于冲孔，模切，激光切割或喷水切割。该穿孔的孔大小，数量和构型能够变化。在非限制性实施方案中，穿孔直径能够是至少1/16英寸，每平方英寸有至少26个孔，按交错排列穿孔模式。
在非限制性实施方案中，第一层能够连接到第二层的至少一部分上以生产堆叠的垫片组装件。在这里和权利要求中使用的术语“连接到”是指连在一起或直接地连接，或经由一个或多个中介材料间接地连接。在非限制性实施方案中，第一和第二层是至少部分地连接，以使第一层的开孔能够至少部分地与第二层的至少部分透明的窗户对齐排列。
在非限制性实施方案中，抛光垫片的第一层能够使用粘合剂连接到第二层的至少一部分上。用于本发明的合适的粘合剂能够提供足够的剥离阻力，使得垫片层在使用过程中基本上保持位置。此外，该粘合剂被选择要求充分地经受住在抛光或平面化过程中存在的剪切应力和另外能够充分地抵抗在使用过程中的化学和水分降解。该粘合剂能够通过使用本领域中技术人员已知的普通技术来施用。在非限制性实施方案中，该粘合剂能够被施涂于第一层的下表面和/或第二层的上表面，它们彼此平行面对。
该粘合剂能够选自在现有技术中已知的各种粘合剂材料，比如但不限于接触粘合剂，压敏粘合剂，结构粘合剂，热熔粘合剂，热塑性粘合剂，可固化粘合剂，如热固性粘合剂。结构粘合剂的非限制性例子能够选自聚氨酯粘合剂，和环氧树脂粘合剂；如以双酚A的二缩水甘油醚为基础的那些粘合剂。压敏粘合剂的非限制性例子能够包括弹性聚合物和增粘树脂。
该弹性聚合物能够选自天然橡胶，丁基橡胶，氯化橡胶，聚异丁烯，聚(乙烯基烷基醚)，醇酸树脂粘合剂，丙烯酸类树脂如以丙烯酸2-乙基己基酯和丙烯酸的共聚物为基础的那些，嵌段共聚物如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，和它们的混合物。在非限制性实施方案中，压敏粘合剂能够使用有机溶剂如甲苯或己烷被施涂于基片上，或从水基乳液或从熔体施涂。在这里使用的“热熔粘合剂”是指由能够加热熔化，然后作为液体施涂于基片上的非挥发性热塑性材料组成的粘合剂。热熔粘合剂的非限制性例子能够选自乙烯-醋酸乙烯共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，聚酯，聚酰胺如从二胺和二聚酸的反应形成的那些，和聚氨酯。
在本发明的非限制性实施方案中，第一层能够包括开孔。在另外的非限制性实施方案中，第二层的至少一部分能够包括窗口，该窗口对于由平面化设备的计量仪表配置所使用的波长是至少部分透明的。在第一层中的开孔和/或在第二层中的窗口的尺寸、形状和位置能够取决于被用于抛光和/或平面化该垫片的计量仪表配置和抛光装置。该开口能够由现有技术中已知的各种普通方法来产生。在另一非限制性实施方案中，该开口是通过冲孔，模切，激光切割或喷水切割来产生。在其它非限制性实施方案中，该开口能够通过模塑加工第一层来形成。在另外的非限制性实施方案中，该开口能够通过使用装有合适尺寸和形状的口模的NAEF Model B压模被模切到第一层中，该压模可以从MS InstrumentsCompany，Stony Brook，NY商购。
在非限制性实施方案中，在第一层中的开口能够在将第一层与第二层堆叠在一起和/或至少部分地将第一层与第二层相连之前来产生。
第二层的至少一部分能够包括至少部分透明的窗口。在非限制性实施方案中，第二层能够包括至少部分透明的材料。在另一个非限制性实施方案中，第二层能够包括基本上不透明的材料；开口能够裁切到第二层中以除去第二层的一部分；至少部分透明的材料能够被插入到第二层内的开口中。该开口能够通过使用在本文前面描述的各种方法来产生。在非限制性实例中，第二层能够包括金属箔；开口能够裁切到金属箔以除去金属箔的一部分；将一片聚酯切成基本上与该开口对应的尺寸和形状；该聚酯能够装进在金属箔内的开口中以形成至少部分透明的窗户。
在非限制性实施方案中，第二层能够包括粘合剂组合体。该粘合组合体能够包括在上粘合剂层和下粘合剂层之间插入第二层。在非限制性实施方案中，粘合剂组合体的上粘合剂层能够至少部分地连接到第一层的下表面。粘合剂组合体的下粘合剂层能够至少部分地连接到任选的第三层的上表面。粘合剂组合体的第二层能够选自用于抛光垫片的第二层中的上述合适材料。粘合剂组合体的上下粘合剂层能够选自在本文前面描述的粘合剂的非限制性例子。在非限制性实施方案中，该上下粘合剂层各自能够是接触粘合剂。该粘合剂组合体在现有技术中称作两面或双面涂布的胶带。市场上可买到的粘合剂组合体的非限制性例子包括从3M，Industrial Tape and Specialies Division商购的那些。
在另外的非限制性实施方案中，粘合剂层的至少一部分能够从粘合剂组合体的第二层上除去而暴露该粘合剂组合体的至少部分透明的中间层的至少一部分，因此在第二层中形成了至少部分透明的窗口。在另一非限制性实施方案中，粘合剂的除去能够在堆叠这些层之前或在这些层被堆叠之后进行。该除去工艺能够包括为本领域中技术人员已知的各种方法，包括但不限于粘合剂溶于溶剂或洗涤剂水溶液，或以物理方式从第二层上剥落粘合剂。在非限制性实施方案中，以物理方法剥落该粘合剂能够包括让粘合剂与一种材料(粘合剂充分地粘附它)接触，然后从第二层上撕下该材料，由此用该材料除去粘合剂。
在其它非限制性实施方案中，第二层的窗口能够以等于垫片第一层的厚度的一种距离被凹陷到该垫片的抛光表面之下。
在另一个非限制性实施方案中，该垫片组合体能够包括在第二层的窗口的顶部和/或底部的至少一部分上的涂层。该涂层能够用粘合剂现场或在粘合剂的除去之后至少部分地施涂。该涂层能够在堆叠各层之前或在各层已经堆叠之后至少部分地施涂。该涂层能够提供下列性能的任何一种，例如：窗口区域的改进透明度，改进的耐磨性，改进的抗穿刺性。在非限制性实施方案中，该涂层能够包括树脂膜，或现场浇铸的树脂涂层。
用于本发明的合适树脂膜的非限制性例子能够包括以上对于第二层所述的材料。在另一非限制性实施方案中，为涂层所选择的树脂膜能够是与构成第二垫片层的材料相同的材料或不同的材料。树脂膜能够利用本领域技术人员已知的任何方式至少部分地粘附于第二层的窗口区域，如以上对于垫片堆叠粘合剂所列出的粘合剂方法和材料。在非限制性实施方案中，该涂层能够是一层树脂膜，它能够与用于第二层的材料相同。该涂层能够在垫片堆叠体的组装之后至少部分地施涂。该涂料能够至少部分地施涂于第二层的窗口区域的顶和底表面上，且粘合剂能够使用作为堆叠粘合剂的接触粘合剂来至少部分地粘附。
在非限制性实施方案中，该涂层能够是现场浇铸树脂涂层，它能够作为液体，作为溶剂溶液，分散体，或含水胶乳；作为熔体，或作为能够反应形成涂层的树脂前体的共混物来施涂。液体的施涂能够通过各种已知的方法，包括喷涂，浸轧，和倾倒来实施。涂层的合适材料的非限制性例子包括热塑性丙烯酸树脂，热固性丙烯酸树脂，如用尿素-甲醛或蜜胺-甲醛树脂交联的羟基官能化丙烯酸胶乳，用环氧树脂交联的羟基官能化丙烯酸树脂，或用碳二亚胺或聚亚胺或环氧树脂交联的羧基官能化丙烯酸胶乳，脲烷体系，如用多异氰酸酯交联的羟基官能化丙烯酸酯树脂，湿固化异氰酸酯封端的树脂；用蜜胺-甲醛树脂交联的氨基甲酸酯官能化丙烯酸树脂；环氧树脂，如用双酚A环氧树脂交联的聚酰胺树脂，用双酚A环氧树脂交联的酚醛树脂；聚酯树脂，如用蜜胺-甲醛树脂或用多异氰酸酯或用环氧树脂交联剂交联的羟基封端聚酯。
在非限制性实施方案中，该涂料能够是水性丙烯酸胶乳，它能够在垫片组合体的叠加之后施涂。该涂料能够至少部分地施涂于第二层的窗口区域的上下表面。涂料的施涂能够在从窗口区域除去粘合剂之后进行。
本发明的窗口垫片能够为现有技术中已知的各种抛光设备所使用。在非限制性实施方案中，能够使用由Applied Materials Inc，SantaClara CA制造的Mirra磨光器，其中开口的形状是具有尺寸0.5”×2”的矩形，其位置是长轴沿径向取向和其中心与垫片中心相距4”。Mirra磨光器的压板具有20”直径。这一磨光器所使用的垫片能够包括具有位于所述区域中的窗口的20英寸直径的圆形。
在另一非限制性实施方案中，能够使用从Lam ResearchCorporation，Fremont，CA商购的Teres磨光器。这一磨光器使用连续的带代替圆形压板。这一磨光器的垫片能够是具有12”宽度和93.25”周长的连续带，它具有窗口区域，后者具有合适的尺寸和位置以便与Teres磨光器的计量窗口对齐排列，使得它能够至少部分地与在第二层中的至少部分透明窗口对齐排列。
如在前面所确定，本发明的抛光垫片能够包括附加的任选的层。该附加层能够含有开口，后者与在第一层中的开口和在第二层中的至少部分透明的窗口基本上对齐排列。
在非限制性实施方案中，本发明的抛光垫片能够包括第三层。该第三层能够用作该垫片的底层，后者能够贴附于抛光装置的压板上。
在非限制性实施方案中，该第三层能够包括比第一层更软的材料。在这里中使用的术语“软度”指材料的肖氏A硬度。一般说来，该材料越软，肖氏A硬度值越低。因此，在本发明中，第三层肖氏A硬度值能够低于第一层的肖氏A硬度值。在非限制性实施方案中，该第三层能够具有至少15的肖氏A硬度。在另一非限制性实施方案中，第三层的肖氏A硬度能够是至少45，或75或75以下，或从45到75。该肖氏A硬度能够通过使用现有技术中已知的各种普通方法来测定。在非限制性实施方案中，该肖氏A硬度能够是按照在前面所述的方法来测定的。
在非限制性实施方案中，该第三层可用于增加在抛光垫片与经历抛光的基片的表面之间的接触均匀性。
在本发明的非限制性实施方案中，构成抛光垫片的第三层的材料能够具有比构成第一层的材料更大的可压缩性。如前面所描述的术语“可压缩性”是指百分体积可压缩性测量。因此，第三层的百分体积可压缩性大于第一层的百分体积可压缩性。在非限制性实施方案中，当施加20psi的负荷时，第三层的百分体积可压缩性能够低于20％。在另一非限制性实施方案中，第三层的百分体积可压缩性能够在施加20psi负荷时低于10％，或在施加20psi负荷时低于5％。如前面所确定，百分体积可压缩性能够通过在现有技术中已知的普通方法来测定。在非限制性实施方案中，该百分体积可压缩性能够按照在前面所述的方法来测定的。
第三层的厚度能够变化。一般说来，该第三层厚度应该使得该垫片不致于太厚。太厚的垫片难以放置在平面化设备上和从该平面化设备上取出。因此，在另一非限制性实施方案中，第一层的厚度能够至少0.040英寸，或至少0.045英寸；或0.100英寸或更低，或0.080英寸或更低，或0.065英寸或更低。
该下层能够包括在现有技术中已知的各种材料。合适的材料能够包括天然橡胶，合成橡胶，热塑性弹性体，泡沫片和它们的结合物。下层的材料能够发泡产生多孔结构。该多孔结构能够开孔，闭孔，或它们的结合。合成橡胶的非限制性例子能够包括氯丁橡胶，硅酮橡胶，氯丁橡胶，乙烯-丙烯橡胶，丁基橡胶，聚丁二烯橡胶，聚异戊二烯橡胶，EPDM聚合物，苯乙烯-丁二烯共聚物，乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，氯丁二烯/乙烯基腈橡胶，氯丁二烯/EPDM/SBR橡胶，和它们的结合物。热塑性弹性体的非限制性例子能够包括聚烯烃，聚酯，聚酰胺，聚氨酯如以聚醚和聚酯为基础的那些，和它们的共聚物。泡沫片的非限制性例子能够包括乙烯-乙酸乙烯共聚物片和聚乙烯泡沫片，比如但不限于从Sentinel Products，Hyannis，NJ商购的那些，聚氨酯泡沫体片，比如但不限于从Illbruck，Inc.，Minneapolis，MN商购的那些；和聚氨酯泡沫片，和聚烯烃类泡沫片，比如但不限于从Rogers Corporation，Woodstock，CT商购的那些。
在其它非限制性实施方案中，该下层能够包括无纺织物或机织纤维层，和它们的结合物；比如但不限于聚烯烃，聚酯，聚酰胺，或丙烯酸系纤维，它们已经用树脂浸渍。该纤维能够是短纤维或在该纤维层中是基本上连续的。非限制性例子能够包括但不限于如在美国专利4,728,552中所述的用聚氨酯浸渍的无纺织物，如聚氨酯浸渍毡。商购的无纺织物下层垫片(subpad)的非限制性例子能够是从Rodel，Inc.Newark DE商购的SubaTM IV。
在本发明中，该任选的第三层能够包括开口。在另一非限制性实施方案中，该开口能够通过现有技术中已知的任何合适方法来产生，如前面相对于在第一层中的开口所确定的那些。此外，如前面所确定，开口的尺寸、形状和位置能够取决于所使用的计量仪表配置和抛光装置。
在非限制性实施方案中，该第三层能够至少部分地连接到第二层和能够与平面化机器的基底相接触。该第三层能够含有开口，后者至少部分地与第一层的开口和第二层的至少部分透明的窗户区域对齐排列。
在另一非限制性实施方案中，通过使用粘合剂，抛光垫片的第一层能够连接到第二层的至少一部分上和第二层能够连接到第三层的至少一部分上。合适的粘合剂能够包括前面所列举的那些。
在另一非限制性实施方案中，本发明的抛光垫片能够包括第一层，第二层，和第三层。第一和第三层各包括开口。第一层和第三层的开口能够至少部分地彼此对齐。第二层的至少一部分能够包括至少部分透明的窗口。该窗口能够至少部分地在两面上用接触粘合剂涂敷，和各层能够压在一起形成堆叠的垫片组合件。该粘合剂然后能够通过使用一种材料(粘合剂充分地粘附于它)以物理方式从第二层的窗口区域的上下表面上剥离。粘合剂充分地粘附于其上的材料的非限制性例子是Teslin
Figure C0382295600181
SP-100 0，从PPG Industries，Inc，Pittsburgh PA商购的合成片材。
本发明的抛光垫片能够与抛光淤浆如现有技术中已知的抛光淤浆联用。为本发明的垫片所使用的合适淤浆的非限制性例子包括但不限于，在具有序列号09/882,548和09/882,549的美国专利申请中公开的淤浆，两者都于2001年6月14日提出且待审。在非限制性实施方案中，该抛光淤浆能够插入在该垫片的第一层与需要抛光的基片之间。该抛光或平面化处理能够包括让抛光垫片相对于需要抛光的基片作运动。各种抛光淤浆或淤浆在现有技术中是已知的。用于本发明的合适淤浆的非限制性例子包括包含磨料颗粒的淤浆。能够用于淤浆中的磨料包括颗粒状二氧化铈，颗粒状氧化铝，颗粒状硅石等等。用于半导体基片的抛光中的商购淤浆的例子包括但不限于从Rodel，Inc.Newark DE商购的ILD1200和ILD1300和从Cabot Microelectronics MaterialsDivision，Aurora，IL商购的Semi-SperseAM100和Semi-Sperse 12。
在非限制性实施方案中，本发明的抛光垫片能够为用于将具有非平面的表面的制品加以平面化的一种装置所使用。该平面化装置能够包括：用于握持该制品的保持装置；和让垫片和该保持装置相对于彼此运动的动力装置，使得垫片和保持装置的运动引起该淤浆和该垫片的平面化表面相接触并使该制品的非平面的表面发生平面化。在另一非限制性实施方案中，该平面化装置能够包括将该垫片的抛光或平面化表面翻新的设备。合适的翻新设备的非限制性例子包括装有砂轮的机械臂，它研磨该垫片的工作面。
在另一非限制性实施方案中，该平面化装置能够包括用于进行需要抛光或平面化的制品的原位计量分析的装置。商品的抛光或平面化装置可从设备制造商如Applied Materials，LAM Research，SpeedFam-IPEC和Ebara Corp商购。
在非限制性实施方案中，本发明的垫片能够放置于圆柱形金属底座上；且能够用粘合剂层连接到该底座的至少一部分上。合适的粘合剂能够包括各种已知的粘合剂。在其它非限制性实例中，该垫片能够放置于抛光或平面化装置的圆柱形金属底座或压板上，该装置包括进行所要抛光的制品的原位计量分析的设备。该垫片能够在放置之后使得它的窗口能够与该压板的计量窗口对齐。
具体实施方式
实施例1
具有窗口的抛光垫片制备如下：
1.根据如下所述的配方A制备第一层。
2.1/2”×2”矩形孔通过使用直边的解剖型刀被切入到第一层中。
3.第二层通过使用从3M Industrial Tape and SpecialtiesDivision商购的高性能双面涂布胶带9500PC来形成。该胶带的粘合剂层粘附于第一层的底面，使得在第一层中的矩形开口基本上被胶带覆盖。
4.第三层通过使用从Rogers Corporation商购的具有商品名PORON 4701-50的0.060”厚度聚氨酯泡沫片来形成。1/2”×2”矩形孔通过使用直边的解剖型刀被切入到第三层中。
5.通过从第二层上剥离防粘纸和让第三层贴合于所暴露的粘合剂膜上，将第三层粘附于第二层上。第三层的位置应使得在第一层和第三层中的矩形开口基本上对齐。
6.该三层垫片组合体然后压制在一起并通过压延辊组。
7.通过从第二层的上下两面上除去一部分的粘合剂来形成窗口。该粘合剂通过让其与从PPG Industries，Incorporated商购的TeslinSP-1000的1/2”×2”矩形片接触，用手对该片加压以确保在粘合剂与Teslin SP-1000之间的良好接触，然后将Teslin SP-1000剥离掉而除去。该粘合剂有选择地粘附于Teslin SP-1000，留下无粘合剂的窗口的基本上透明的膜。
所形成的垫片堆叠体具有1/2”×2”尺寸的矩形窗口。
垫片第一层的配方A
步骤1
使用在表A中所列出的成分制备颗粒状交联的聚氨酯。
Figure C0382295600201
(a)从Air Products and Chemicals，Inc获得的LONZACURE MCDEA二胺固化剂，描述为亚甲基双(氯二乙基苯胺)。
(b)PLURONIC F108表面活性剂，从BASF Corporation获得。
(c)从Air Products and Chemicals，Inc获得的ARI THANE PHP-75D预聚物，被描述为甲苯二异氰酸酯和聚(四亚甲基二醇)的异氰酸酯官能化的反应产物。
投料1被添加到开口容器中并在加热板上搅拌升温，直至容器的内容物达到35℃的温度为止。搅拌在这一温度下继续进行，直至各成分形成基本上均匀的溶液为止。将容器从加热板上移走。投料2使用水浴升温至55℃温度，然后添加到投料1中。该内容物用电机驱动的转子叶片混合三(3)分钟的时间，直到均匀为止。容器的内容物在40℃的温度下被快速地倾倒在10千克去离子水中，同时剧烈搅拌该去离子水。在容器的内容物的添加完成之后，去离子水的剧烈混合继续进行另外60分钟。湿的颗粒状交联聚氨酯使用两个筛子的堆叠体来分选。上筛具有50目(300微米筛眼)的筛目尺寸，和下筛具有140目(105微米筛眼)的筛目尺寸。从140目筛子筛选出的颗粒状交联聚氨酯在烘箱中于80℃的温度下干燥一夜。
步骤2：
包括颗粒状交联的聚氨酯和交联的聚氨酯粘结剂的抛光垫片通过使用在下面表B中列出的各成分来制备。
Figure C0382295600211
(d)从Bayer Corporation，Coatings and Colorants Division获得的DESMODUR N 3300脂族多异氰酸酯，描述为以六亚甲基二异氰酸酯为基础的多官能团的脂族异氰酸酯树脂。
(e)从Lubrizol Corporation获得的Lanco PP1362D微粉化改性聚丙烯蜡。
投料2使用电机驱动的不锈钢转子叶片混合至基本上均匀为止。投料2的基本上均匀的混合物然后与投料1在合适的容器中合并并利用电机驱动的混合器被混合在一起。将1040克份的投料1和2的掺混物引入到26”×26”平模具上。该模具在环境温度下被输送通过一对辊而形成0.100”厚度的片。该片在25℃的温度和80％相对湿度下固化18小时，随后在130℃的温度下固化1小时。从该片上裁切具有22.5”直径的圆形垫片，然后该垫片的上下表面使用铣床加工来变成平行。
所形成的垫片用作在实施例1中的第一层。

Claims (22)

1. 抛光垫片，包括：
a.具有开口的第一层；和
b.第二层，其中该第二层的至少一部分包括至少部分透明的窗口，
和其中该第一层至少部分地连接到该第二层，和其中该第一层吸收至少2wt％的抛光淤浆，基于第一层的总重量计。
2. 权利要求1的抛光垫片，其中该第一层吸收2wt％-50wt％的抛光淤浆，基于第一层的总重量计。
3. 权利要求1的抛光垫片，其中第一层选自颗粒状聚合物或交联聚合物粘结剂；颗粒状聚合物或有机聚合物粘结剂；热塑性树脂的烧结颗粒；热塑性聚合物的压力烧结粉末压缩物；浸渍了许多聚合物微单元的聚合物基体，其中各聚合物微单元能够在其中有空隙空间；或它们的结合物。
4. 权利要求1的抛光垫片，其中第一层具有至少0.020英寸的厚度。
5. 权利要求4的抛光垫片，其中第一层具有0.020英寸至0.150英寸的厚度。
6. 权利要求1的抛光垫片，其中该第二层选自基本上不可压缩体积的聚合物或金属薄膜或箔。
7. 权利要求1的抛光垫片，其中第二层选自聚烯烃类；纤维素型聚合物；丙烯酸类树脂；聚酯或共聚酯；聚碳酸酯；聚酰胺；高性能塑料；或它们的混合物。
8. 权利要求1的抛光垫片，其中第二层选自低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，超高分子量聚乙烯或聚丙烯；乙酸纤维素或丁酸纤维素；PET或PETG；尼龙6/6或尼龙6/12；聚醚醚酮，聚苯醚，聚砜，聚酰亚胺，或聚醚酰亚胺；或它们的混合物。
9. 权利要求1的抛光垫片，其中第二层具有至少0.0005英寸的厚度。
10. 权利要求9的抛光垫片，其中第二层具有0.0005英寸至0.0650英寸的厚度。
11. 权利要求1的抛光垫片，其中该第一层和第二层至少部分地由粘合剂材料所连接。
12. 权利要求11的抛光垫片，其中该粘合剂材料选自接触粘合剂，压敏粘合剂，结构粘合剂，热熔粘合剂，热塑性粘合剂，可固化粘合剂，热固性粘合剂；或它们的结合物。
13. 权利要求1的抛光垫片，其中第一层中的开口至少部分地与第二层中的窗口对齐。
14. 权利要求1的抛光垫片，进一步包括至少部分地连接到第二层上的第三层，该第三层具有开口。
15. 权利要求14的抛光垫片，其中该第三层选自天然橡胶，合成橡胶，热塑性弹性体，泡沫片，或它们的结合物。
16. 权利要求14的抛光垫片，其中第三层具有至少0.04英寸的厚度。
17. 权利要求16的抛光垫片，其中第三层具有0.04英寸至0.100英寸的厚度。
18. 权利要求14的抛光垫片，其中该第一、第二和第三层至少部分地由粘合剂材料所连接。
19. 权利要求14的抛光垫片，其中第一层中的开口，第二层中的窗口和第三层中的开口至少部分地对齐。
20. 制备抛光垫片的方法，包括将具有开口的第一层至少部分地连接到第二层，其中该第二层的至少一部分包括至少部分透明的窗口，和其中该第一层吸收至少2wt％的抛光淤浆，以该第一层的总重量为基础计。
21. 权利要求20的方法，进一步包括将具有开口的第三层至少部分地连接到第二层上。
22. 权利要求20的方法，其中该第一层和第二层至少部分地由粘合剂材料所连接。
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