CN100467215C - 具有坚固密封边缘的子垫 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于各种不同用途的经包封的带和经包封的垫，这些用途包括化学-机械抛光和平整化半导体晶片和其它的工件。经包封的带和垫以在垫或带的抛光层和垫或带的子垫层的边缘之间的坚固的密封为特征。坚固的密封通过直接浇注聚合物到子垫层上而实现。子垫层的边缘可以具有一种或多种功能特性，当子垫层用浇注聚合物覆盖时，该特性促进防水的和耐抛光液的包封的形成。本发明也提供了一种通过用聚合物材料包封子垫层而在抛光层和子垫的边缘区域之间制备坚固的密封的方法。

Description

具有坚固密封边缘的子垫
发明领域
本发明涉及经改善的用于各种用途的子垫边缘的密封，所述用途包括半导体抛光。
发明背景
硅晶片被制备作为母体，由其而制备微电子半导体元件。晶片是从圆柱形的硅晶体、平行于硅晶体的主要表面而切割成的，结果制成薄的圆片，虽然更大的或更小的晶片是可能的，但是典型的直径为20-30cm。所得到的晶片必须抛光以给出平的和平整的表面，通过标准平版印刷和蚀刻技术在该表面上沉积电子元件，从而制成集成芯片半导体器件。典型地一片20-cm直径的晶片将制成约100片或更多的微机芯片。
这样的集成芯片的设计尺寸大小在不断的减小，而所覆盖的层数(例如通过平版印刷术印刷到硅表面的层数)不断的增加以制成更小的和更复杂的微电路。现在的半导体典型地含有8层或更多层金属层，预期将来的设计将含有甚至更多的层。电路尺寸的减小和和覆盖的层数的增加正在导致在整个芯片制备过程中对硅和半导体晶片的平整度和平滑状态有更严格的要求，因为不平的表面最终导致缺陷和缺陷导致意外的电阻，在此导体受到限制，导致电容/不导电的间隙，在此在所覆盖的导体层中产生断路，和导致意外的短路，在此绝缘的阻挡层被冲破，这妨碍了或损害了电路的正常的工作运转。
在半导体芯片制备过程中，众所周知需要抛光半导体晶片。抛光典型地通过化学机械过程(CMP)来完成的。标准的CMP晶体抛光技术是用机器人臂从如一叠或如25张一盒的晶片中取出一张晶片，且并将该晶片放入转动着的平的垫上，该垫安置在大的转台上。高架的晶片载具保持晶片在原来的位置同时被转动着的垫子和涂于垫子表面的化学-机械抛光剂抛光。抛光剂通常由具有金属的或非金属的颗粒(如铝或二氧化硅研磨剂)的水溶液构成，其对抛光过程增加磨擦。垫通常由聚氨酯制成。这相当于用于抛光透镜、镜子和其他的光学元件的光学抛光技术。一旦完成抛光，机器人臂就将晶片拿下和将其转到用于平版印刷沉积和刻蚀步骤的工作位置上。
一种重要的不同的技术方法是所谓的线性平整化技术(LPT)，在此用移动着的带来抛光晶片，用其来代替转动着的平的转动台形式的抛光工具。在EP-A-0696495中描述了用在这种方法中的带，其包含片钢或其它的高强度材料的带，其具有用粘合剂固定在其上的传统的平的聚氨酯抛光垫。当具有转动垫时，用于LPT CMP抛光的垫上加入化学-机械抛光剂，该化学-机械抛光剂分布在带的表面上。
上述的垫常常叠合在可压缩的子垫子上，以增加在抛光过程中垫与晶片表面相适合的性能。与垫或带的抛光层不同，典型的子垫是液体吸收剂。并且当液体(如CMP抛光剂)渗透入子垫中时，子垫的物理性能发生变化，其反过来又改变或损害叠合在子垫上的抛光层的抛光性能。
液体(如CMP抛光剂)能接触、从而渗透入子垫的常见的方式是通过子垫的边缘而接触和渗透。这些边缘包括围绕着子垫的外周边的边缘以及在子垫(如用于终点检测的子垫)的内孔的边缘。
在WO 01/15864(Freeman等)中进行了阻止液体渗透入子垫的边缘的试验，在此子垫的边缘被热封、模压或用防水的物质如硅胶涂覆。在US专利No.6,123,609(Satou)中，子垫表面和边缘完全用抛光片所覆盖，其直接与具有防水带的转动着的转动台相连。
这些措施虽然是有用的，但不是没有不足之处和缺点的。一个显著的缺点是用在这些措施中的密封和/或粘合剂要受到CMP抛光剂的侵蚀，CMP抛光剂能分解密封剂和/或剥离抛光层。另一个缺点是带或垫的使用者必须在使用现场进行密封操作，而不是由带制备者对子垫的预密封。最后，现有技术的边缘密封是不适合用于连续的抛光带，其使得当带被沿着转动的滚轴拉动时边缘密封受到显著的张力和弯曲力。过大的弯曲和扩张连同带的高的应力和转动速度常常导致在边缘密封的破裂和分裂，通过这些裂口CMP抛光剂可以进入子垫中。
本发明的目的
本发明的目的是提供一种具有经处理的边缘的带或垫，其阻止抛光液或液体进入带或垫的子垫的边缘。
本发明的目的是提供一种在子垫的边缘和抛光层之间具有经改善的密封的带和垫，以阻止抛光液或液体与子垫的边缘接触。本发明的另一个目的是提供在子垫的边缘和抛光层之间的经改善的密封，所述抛光层能在极端的温度、压力和应力下保持它的完整性。
本发明的目的是提供具有坚固密封的子垫边缘的抛光带或垫，以阻止抛光液渗透入所述的子垫中。
本发明的目的是提供带或垫，其阻止抛光液或液体与带或垫的子垫的边缘接触，从而免除了与现有技术的抛光带或垫相关的最终用户的费用成本和负担。
本发明的目的是提供具有经包封的子垫、无缝抛光表面和较少(如果有的话)暴露的密封材料或粘合剂的带和垫，其中，该带和垫可以用来抛光硅和半导体晶片，并且基本克服了抛光液渗透入子垫的问题。
发明概述
本发明涉及一种带或垫，其克服了抛光液通过子垫的边缘而渗透入带或垫的子垫层中，没有现有技术中带和垫的缺点。总的说来，本发明提供了在子垫的边缘和垫的抛光层之间的有弹性的、坚固的边缘密封，以阻止抛光液或液体接触和渗入子垫的边缘。应该明白的是，本发明可以许多方式实施，包括作为一种装置、一种工艺过程或方法、一个系统或一种设备。以下描述本发明的几个发明实施方案。
在这点上应注意，在此所用的术语“垫”指的是圆片、带和其他的任意的几何形状。因此这个术语“垫”可以与术语“带”或“圆片”互相替换使用。此外，术语“圆片”通常指的是任意的抛光垫，其用在转动的、移动的或静止的平板上，而不管垫的形状。换句话说，即使大部分用在转动板上的垫实际上是圆片形状的，但是在此所用的术语“圆片”也不局限于这种形状。
在一个实施方案中，抛光垫具有用于抛光晶片或其他的工件的抛光表面或层。抛光表面是包括聚合物材料。抛光垫的抛光表面包封可压缩的子垫，以增加在抛光过程中垫与晶片表面相适应的能力。抛光层是直接浇注在子垫上，包括子垫的边缘上，从而充满子垫的边缘而有效地密封了子垫的边缘。
在另一个实施方案中，抛光垫具有用于抛光晶片或其他工件的抛光表面。抛光表面是包含聚合物材料。抛光垫的抛光表面包封一可压缩的子垫，其增加在抛光过程中垫与晶片表面相适应的能力。在将抛光层浇注到子垫上之前修整子垫的边缘，以致于减少子垫的边缘处的厚度，从而使得抛光层完全进入和注满子垫的边缘。
在又一个实施方案中，抛光垫具有用于抛光晶片或其他工件的抛光表面。抛光表面由聚合物材料构成。抛光垫的抛光表面包封可压缩的子垫，其增加在抛光过程中垫与晶片表面相适应的能力。在将抛光层浇注到子垫上之前子垫的边缘用密封剂或粘合剂涂覆，以致于密封剂或粘合剂渗透入子垫的边缘内部较大的范围中。含有密封剂或粘合剂的子垫边缘与抛光层形成牢固的连接，从而提供了在子垫边缘和抛光层之间的经改善的密封，该抛光层可耐受与CMP抛光相关的极端的温度、压力和应力。
在另一个实施方案中，抛光垫具有用于抛光晶片或其他工件的抛光表面。抛光表面是由聚合物材料构成的。抛光垫的抛光表面包封可压缩的子垫，其增加在抛光过程中垫与晶片表面相适应的能力。在将抛光层直接浇注到子垫上之前子垫边缘是热密封的，以提供阻止抛光液或其他的外部组分进入的经改善的密封。
在另一个实施方案中，抛光垫具有用于抛光晶片或其他工件的抛光表面。抛光表面是由聚合物材料构成的。抛光垫的抛光表面包封可压缩的子垫，其增加在抛光过程中垫与晶片表面相适应的能力。在离子垫边缘的一定距离处挖槽以在子垫边缘处构成多重阻挡层。抛光层浇注在子垫和槽的上面以构成具有多重阻挡层的有效密封而阻止化学抛光液通过子垫的边缘进入子垫中。在另一个替代实施方案中，分隔条物质放置于离子垫一定距离处以构成多重阻挡层。
本发明有许多优点。最值得注意的是，通过在子垫边缘和抛光层之间构成更坚固的密封，不管它是在浇注抛光层之前通过修整子垫的厚度、应用密封剂或粘合剂、热密封或构成多重阻挡层，或是上述所有方式的组，总之阻止了抛光液的接触和通过子垫边缘而渗透入子垫中。密封是坚固的，所以其将在垫的使用期限内一直起作用，同时在垫的整个使用期限内提供稳定的性能，甚至当垫受到极度的弯曲或拉伸时也有效地起作用。反过来，在垫的使用期限内，由于免除了重新密封子垫边缘的需要或完全更换子垫的需要，所以这导致了时间的节约和垫的成本的降低。此外，在制备的过程中，以一致的和坚固的方式密封子垫消除了最终使用者的负担，最终使用者常常缺少工具或设备以有效的方式去有效地密封该垫子。
从下面根据附图的详细的描述、通过实施方案的方式图解说明本发明的原理而使得本发明的其它方面和优点变得清楚明白。
附图的简要描述
通过下面根据附图的详细描述而将很快地理解本发明。为了便于描述，相同的参照数字命名相同的结构元件。
图1是本发明的一个实施方案的横截面图，在此抛光层直接浇注在子垫的边缘上。
图2是本发明的另一个实施方案的横截面图，在此子垫的边缘是被修整了的，以致于在抛光层直接浇注到子垫的边缘上之前子垫在边缘处的厚度减小了。在图2中，抛光层完全地渗透入和注满经减小的子垫的边缘区域。
图3是本发明的另一个实施方案的横截面图，在此在抛光层直接浇注到子垫的边缘之前以一定的角度切割子垫的边缘。
图4是本发明的另一个实施方案的横截面图，在此子垫边缘含有密封剂或粘合剂以与抛光层形成牢固的连接，该抛光层直接浇注在子垫的边缘上。
图5是本发明的另一个实施方案的横截面图，在此在抛光层直接浇注在子垫的边缘上之前子垫的边缘已经被热密封。
图6A是本发明的另一个实施方案的横截面图，该构件含有靠近子垫的边缘区域的槽，在此子垫的材料完全从槽中挖去以形成二个子垫区域，其防护子垫免受化学机械抛光剂的侵蚀。图6B是本发明的另一个实施方案的横截面图，在此子垫材料只从槽中部分地挖去。
图7是本发明的另一个实施方案的横截面图，该实施方案含有子垫边缘区域，其已经涂覆有阻挡层试剂以便于抛光层的均匀分布和阻止空气泡被封在子垫表面和抛光层之间。
图8是本发明的另一个实施方案的横截面图，在此抛光层3密封子垫2的所有的边缘，基本密封子垫层以阻止化学机械抛光剂的渗入。
实施方案的描述
根据本发明的垫可以用于任意的各个抛光步骤中抛光任意种类的材料或层，如在半导体制备中。典型的被抛光的材料包括硅、二氧化硅、铜、钨和铝，但不局限于这些材料。抛光垫可以设计成选择性地抛光一些材料和不抛光其他的材料，可以以类似的速率抛光不同的材料或可用一些特定的抛光液和溶液进行特定的工作。虽然本发明的垫特别地适合于化学-机械抛光电子工件，如硅和半导体晶片、硬圆片等，但是本发明的垫和带也可以用来抛光其他的材料，如用来抛光和平整化光学平面和镜子。此外，本发明的垫还可用在其他的工业中，如医药、化学和食品工业中。
图1是本发明的垫子的横截面图。该垫具有用作为支撑材料的基材1，其在本实施方案的情况下是不锈钢带或由具有合适的机械强度或性能的其他材料(如塑料、弹性体等)制成的带。该垫也具有子垫层2，其优选是可压缩的和通过任意的粘合剂层4而与基材1相连接。任意的合适的粘合剂可以用来连接子垫层2到任意的基材1上，如压力敏感的粘合剂。例如由Avery Dennison公司(Pasadena，CA)出售的UHA 8791可以用来粘合子垫2到基材1上。作为例子，许多商业上可得到的子垫具有合适的粘合剂背衬，如Thomas West公司(Sunnyvale，CA)的817子垫材料。最后，本实施方案的垫具有抛光层3，其直接浇注在子垫层2上的聚合物制成。
现在说明基材1，因为基材1在工作中接触驱动带的机械滚轴，所以基材1优选包含坚固的材料，如不锈钢或其他的合适的材料，特别优选的是不锈钢。例如基材1可以包含编织的金属网或有孔的金属板，并且带的空隙也可以由聚合物材料的铆钉或填充物充填以改善抛光层3和基材1之间的连接强度。基材1由聚合物充分地包封以避免在抛光过程中晶片的可能受到的污染或损坏。这应特别提到，即基材1本身可以包含多层。
典型地基材1的长度为1.5-4米(常常为1.5-3米)，以带孔的内周边测量得到，宽度为0.1-1.0米(常常为0.2-0.6米)和厚度为0.005-0.100英寸(最优选为0.010-0.030英寸)。附加的保护材料层(如聚乙烯衬护材料的附加层)可以固定在基材1的内表面以保护基材1和抛光装置的金属构件。
子垫层2可以包含任意合适的材料。优选地其包含可压缩的材料，该材料在抛光过程中增加了垫与晶片表面相适应的能力。用于子垫2的合适的材料在技术上已经众所周知，包括聚合物泡沫材料和由任意种类的纤维制成的具有或没有填充物和注入物的无纺材料。子垫材料典型地是可压缩的或具有较低的硬度范围(其处于肖氏A硬度范围内)。优选地子垫层2包含无纺材料，如无纺的合成和天然纤维，包括聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烃、含氟聚合物、棉花、羊毛和上述物质的组合。作为例子，Rodel公司(Newark，DE)以商用名SUBA IVTM销售适合用作为子垫层2的材料。具有纹理的、而不是光滑的表面外形的子垫可以用来使得机械闭锁的相互作用最大化。例如子垫的外层(包括子垫边缘)可以具有暴露的纤维，其增加子垫和抛光层之间的机械连接，该抛光层浇注在子垫上。另外或附加地，子垫的表面可以被改进(例如通过抛光、模压、压花、切削、刻划等)以增加纹理，其使得增加连接变得容易。
根据与带的其它的元件相关对照，子垫层2的典型的尺寸以示于图1中，子垫层2可以是连续的一块或是不连续的块的组合。子垫层2的宽度典型地是小于基材1的宽度。换句话说，在典型的设置中，即当子垫层2是在基材1的上面时，基材1的一部分伸出在子垫层2的周边边界外面。因为图1的垫在纵向是连续的环，所以子垫层2的长度(以它的内周边测量)基本上是等于基材1的长度(以它的外周边测量)。也如图1所示，子垫层2的纵向边缘对于子垫的水平表面典型地是相互垂直的。虽然这种形状不是必需的，也不是特别优选的，但是这样的子垫是商业上可得到的和对于使用是简便的。
抛光层3包含一种或多种聚合物的混合物，其浇注在子垫层2上面聚合物混合物优选含有聚氨酯。抛光层可以是实心的或含有孔隙。孔隙可以通过适当的方法而制成，如通过使用空心的微型元件、通过各种发泡方法或通过烧结颗粒而形成抛光层。顶层可以具有任意所期望的硬度。不同的硬度用来得到不同的抛光性能和用在不同的抛光用途中。通常所用的顶层具有肖氏D范围的硬度。最常用的在45-85D的范围。更常用的在50-75D的范围。然而可以用任意的可热固化的聚合物材料，包括聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚碳酸酯，但不局限于这些聚合物。此外这是可理解的，即所有的聚合的材料，包括热塑塑料、环氧化物、硅树脂和橡胶也是可以用的。
浇注是用抛光层3覆盖子垫2的优选的方法，结果构成无缝的抛光层，其是防脱层的和抗CMP抛光液渗透的。浇注涉及将可硬化的液体注入模具中。可硬化的液体含有一种或多种反应分子(如预聚物、单体、树脂、低聚物等)和选择性的一种或多种反应引发剂(如聚合引发剂、固化剂、催化剂、硬化剂等)。另外反应可以由光和/或热引发。反应分子和反应引发剂可以选择性地溶解在适当的溶剂中。含有一种或多种反应分子的可硬化的液体将常常在反应开始时具有所期望的流动性和涂覆性，以及当完全反应时所期望的坚固性、耐久性和无缝性。可硬化的液体可以有选择地含有一种或多种非反应分子。例如一种聚合物可以悬浮或溶解在合适的溶剂中。浇注过程导致无缝的抛光层3，其可以被改善以提供最佳的抛光性能。例如抛光层3可以含有至少一层部分熔融的聚合物颗粒层，或含有二种或多种不同熔点的热塑塑料聚合物。研磨的颗粒或纤维可以加入到抛光层3中。此外，抛光表面可以具有微观或宏观的结构组织、沟纹或不连续点。其可以具有硬的和软的聚合物区域，可以具有透明的和不透明的材料的区域或可以具有提高了的或降低了特性的区域。其可以形成沟纹(例如在带的转动方向或通过带的宽度而延伸)以分配和移去湿的抛光液以及在抛光过程中生成的磨损了的颗粒，减少由于在抛光层和晶片之间的更连续一致的接触而出现的水滑现象。假如所期望的抛光液通过用任意合适的方法从沟纹中移去，这些方法包括使用一种或多种高压水管、旋转的精细的刷子或硬的非金属的(如陶瓷的)针，但并不局限于这些方法。
可硬化的材料典型地从开口的顶部或通过模具有底部的和/或侧面的注入点而注入模具中，其含有子垫2和基材1。理想地，在此所用的浇注方法中可硬化的液体被均匀地用于子垫2和基材1的所有区域。此外，可硬化液体的性能(如组成、温度等)可以修改以保证它的粘度在其被用于子垫期间基本没有上升。对于氨基甲酸乙酯，可硬化的材料典型地在约1-20分钟内在热的模具中变成固体。浇注物从模具中移走并且常常放在在一个炉子的支持环上(以保持它的形状)然后在规定的时间内(对于氨基甲酸乙酯典型地为16-24小时)完全硬化，这是在其被移送到第二机械加工步骤如翻转、研磨、开槽、终点检测冲压和其它的修整和层压步骤之前进行。
应注意的是，本发明的浇注带是明显不同于现有技术中的带，在现有技术的带中聚合物层是通过粘合、层压等而涂覆到基材上的。与这些非浇注的方法不同，浇注使得抛光层3与基材1和子垫2连在一起以构成抛光垫的连续的外表面，构成对水的渗透完全包封并且基本上是密封的子垫3。此外，通过直接浇注到基材1和子垫2上，抛光层在这样的程度上抗层脱离，即如果不破坏整个带，那么不可能将抛光层3从子垫2剥离。
图1是抛光垫的横截面图，在此聚氨酯材料直接浇注到子垫2上。结果浇注在子垫2上的聚氨酯抛光材料3包封子垫的边缘区域5，从而提供了有效的、坚固的耐抛光液的密封，其保护子垫2免受CMP抛光液的侵蚀。此外，通过直接浇注到子垫的边缘区域5而形成的坚固的密封能够经受与CMP抛光(特别是LPT CMP抛光)相关的弯曲和拉伸。
图2示出了包含基材1、可压缩的子垫2、抛光层3和选择性的粘合层4的抛光带，该粘合层4连接子垫2到基材1上。图2的子垫的边缘已经被修整，以致于减小了子垫周围边缘的厚度。子垫层2的边缘区域5可以例如通过切割或移去它的组成材料而修整，在浇注或预修整之前子垫层2可从其它的来源获得，然后用聚合物浇注在其上。从基本上无到基本上全部的任意量的材料可以被移去。作为例子，在极端的情况下，子垫2的边缘区域5和/或基材1的接触部分(也就是抛光层接触基材的地方)可以简单地被切割、刻划和/或穿孔。在另一个极端的情况下，基本上所有的组成材料可从边缘区域5移去，在选择性的粘合层4上基本上没有留下组成材料。组成材料可以实际是随机的方式移去，例如通过用dremel而提供边缘区域5的非均匀一致的形状，或材料可以被有系统地移去，例如通过用计算机数控的刳刨工具而提供子垫2连续的、均匀一致的形状。在一个实施方案中，从子垫的边缘向外伸出0.100-0.5英寸(优选为0.25英寸)的边缘区域的厚度在粘合层上减小到0-0.020英寸的厚度(优选为0.005英寸)选择性地，粘合层4和或子垫边缘区域5可以含有部分嵌入和部分暴露的纤维11以机械地闭锁所述的抛光层3。
虽然图2描述的边缘区域5具有基本上是平的、垂直的表面，但不是必须得到特殊的边缘区域5的几何形状以改善密封带的密封性能。实际上因为构成边缘区域5的方法典型地涉及子垫层的切割、刮削和剥离，所以精确的几何形状可能是难于获得的。此外，通过边缘区域5的不平的表面组织结构可以有助于达到聚合物的所期望的粘合和渗入子垫层2的边缘区域3。
子垫边缘厚度的减小便于聚氨酯部分地或完全地渗透入子垫中。子垫的边缘用抛光层部分地或完全地注满导致子垫边缘被聚氨酯完全地包封，该聚氨基甲的酯基本上密封子垫层2防止水和抛光液的渗透。子垫边缘是不暴露于CMP抛光液的，所以其不能被CMP抛光液腐蚀或侵蚀。
图3示出了本发明的带的另一个横截面实施方案。在这图中，基材1、子垫层2、抛光层3和选择性的粘合层4是与如前所述一样的，不同的是当聚合物浇注到子垫层2上时，子垫层2具有附加的功能特性以促进形成防潮的或防水的密封。特别地子垫层2的边缘区域5具有斜坡结构，以致于边缘区域5的厚度渐渐地从内部区域7向外周边边缘减小。与平直边缘的子垫相比，在图3中在子垫层2的斜坡边缘表面区域的增加，提供了更广阔的在浇注过程中抛光层可以与之相连的子垫边缘区域。结果在抛光层和子垫边缘形成了更强的和更坚固的密封，这提供了对CMP抛光液的更大的防护。虽然图3示出了具有斜坡结构的子垫边缘，但是其它形状的边缘区域5也可用来增加子垫边缘表面区域和改善子垫的边缘和抛光层之间的密封。
如上述的实施方案一样，抛光层3与子垫层2联合以形成经包封的带的连续外表面，其完全地包封了和基本上密封了辅助垫子垫边缘区域5防止了水的渗透，阻止了CMP抛光剂与子垫的接触。本发明的坚固的密封阻止了子垫边缘区域5受到水和抛光液的渗透，即使在假如抛光层3不是特别好地与基材1相连情况下。因此子垫不能被CMP抛光液所腐蚀或侵蚀。
在图4中以横截面图的形式示出了经包封的带的另一个实施方案。在这个实施方案中，基材1、子垫层2、抛光层3和选择性的粘合层4是与如前所述一样的，不同之处在于当聚合物混合物浇注在子垫层2上时，子垫层2具有附加的功能特性以促进防水的密封形成。特别地在聚合物混合物浇注到子垫层2上之前子垫层2的边缘区域5涂覆上粘合剂12或密封剂。任意合适的粘合剂都可以使用，包括但不局限于聚氨酯基粘合剂、丙烯酯基粘合剂、甲基丙烯酸基粘合剂、氨基甲酸乙酯基粘合剂、氰基丙烯酸酯基粘合剂、乙烯基粘合剂、环氧化物基粘合剂、苯乙烯基粘合剂和橡胶基粘合剂，其中聚氨酯基粘合剂和丙烯酯基粘合剂是优选的。作为例子，合适的聚氨酯粘合剂包括可从DELA公司(Ward Hill，MA)得到的D2596H粘合剂和D2597交联剂。从Lord
Figure C03819100D0015083440QIETU
公司(Cary，NC)可得到的Chemlok
Figure C03819100D0015083440QIETU
213是一个合适的丙烯酸粘合剂的例子。除了上述的粘合剂外或代替上述的粘合剂，子垫层2还可涂覆一种或多种热熔的、接触粘合剂、厌氧的化合物、UV固化剂、乳状液(如白胶)、密封剂(如硅氧烷、丙烯酸类塑料、氨基甲酸乙酯、丁基和聚硫化物)、经改进的酚醛化合物、增塑溶胶(如经改进的PVC分散剂)、聚乙酸乙烯酯和特殊的粘合剂(如压敏的、粘合的自密封的、热密封的、泡沫和纤维密封剂)。可以适当的方式，例如通过涂刷、浸涂或喷涂而涂覆粘合剂或粘合化合物。优选粘合剂渗透进入子垫层。虽然图4示出一种具有与子垫层2的水平表面垂直的边缘垂直面的子垫，但是也可使用任意合适的边缘区域5的几何形状(如上述的与图2和3相关的描述的形状)。
如同上述的实施方案一样，抛光层3与子垫层2联合而构成带的连续的外表面，其完全地包封和基本上密封了辅助垫子垫边缘防止了水的渗透，阻止了CMP抛光液与子垫的接触和引起侵蚀。本发明的坚固的密封防止了子垫边缘区域5受到水和抛光液的渗透，即使在假如抛光层3不是特别好地与基材1相连的情况下。因此子垫不能被CMP抛光液所腐蚀或侵蚀。
上述的方法可用来制备图4示出的带。例如子垫层2的边缘区域5可以通过例如切割和移去组成材料，然后在浇注前用粘合剂12涂覆而修整。另外可以从其它的来源获得预修整的子垫层2，然后在浇注前用粘合剂12涂覆子垫层。
图5示出了本发明的另一个实施方案的横截面图。在这个实施方案中，基材1、子垫层2、抛光层3和选择性的粘合层4是与如前所述一样的，不同之处在于当抛光层3浇注在子垫层2上时，子垫层2具有附加的功能特性以促进防水密封的形成。特别地当聚合物混合物浇注到子垫层2上时，子垫层的各个边缘区域5热密封或压力模压以促进防水密封的形成。在浇注之前子垫层2的边缘区域5可以被热密封，或者从其它的来源可获得预修整的(也就是已经热密封的)子垫层2，然后用聚合物浇注在其上面。如图5所示，密封可以在直接的子垫层2的周边边缘上的边缘区域5中形成。另外，通过将特制的热密封剂或旋转式的热密封剂以与边缘区域合适的距离涂覆到子垫，从而在从子垫层2的周边边缘向里的边缘区域5中形成密封。作为例子，具有约0.05-0.5英寸(优选为0.25英寸)宽度的密封在距子垫层2的周边边缘向里约0.1-1英寸处形成。
如同上述的实施方案一样，抛光层3与子垫层2联合而构成经包封的带的连续的外表面，其完全地包封和基本上密封了子垫边缘防止了水的渗透，阻止了CMP抛光液与子垫的接触和侵蚀带。本发明的坚固的密封防止了子垫边缘区域5受到水和抛光液的渗透，即使在假如抛光层3不是特别好地与基材1相连的情况下。因此子垫不能被CMP抛光液所腐蚀或侵蚀。
在图6A中以横截面图的方式示出了带的另一个实施方案。如上述的实施方案一样，基材1、子垫层2、抛光层3和选择性的粘合层4是与如前所述一样的，不同之处在于当聚合物混合物3浇注在子垫层2上时，子垫层2具有附加的功能特性以促进防水密封的形成。特别地，沿着邻近于子垫层2的周边边缘，子垫层2的各个边缘区域5都有槽10，在此子垫材料完全地从槽10中挖出而形成二个子垫区域。外边的子垫区域8以一定的距离邻接里边的子垫区域9。外边区域8形成了里边子垫区域的屏障并且保护里边的子垫区域9以及整个子垫层2免受CMP抛光液，该抛光液可渗透入浇注在子垫2上的外边的抛光层3。例如由抛光层3包封的子垫区域8用作为对抛光液的第一阻挡。即由于在包封外边的子垫区域8的抛光层中的缺陷而使一些抛光液能够渗透入外边的子垫区域8中，抛光液还是不可能渗透入里边的子垫区域9中，即使环绕着子垫区域9的抛光层含有缺陷，因为包封里边的子垫区域9的抛光层中缺陷不可能与包封外边的子垫区域8的抛光层中的缺陷平行。此外，假如抛光液真的通过了外边的子垫区域8，那么当抛光液到达里边的子垫区域9时其渗透力将低许多。
槽可以具有任意的合适的尺寸，如宽度和深度，并且可以是任意的合适的形状。例如虽然在图6A中槽的横截面是矩形的(也就是具有平整的矩形的表面)，但是可以用任意的横截面形状，如圆形的、锥形的(竖式的或倒置的)、“L”形状的、倒置“T”形的等等。
在另一个实施方案6B中，子垫层2的各个边缘区域5都具有环绕邻接于子垫层2的槽10，在此子垫材料只部分地从槽10挖取以形成二个子垫区域，其呈现出如里边的子垫区域9和外边的子垫区域8。槽10的子垫材料是比里边的子垫区域9和外边的子垫区域8薄。如同上述的对图6A的讨论，图6B的槽可以具有任意合适的尺寸(如宽度和深度)、可以是任意的合适的形状和可以从里边的子垫区域2的周边边缘延伸任意的合适的距离。在又一个实施方案中，邻接于子垫放置一隔离条材料(即不是子垫材料的材料或不同的子垫材料)以构成第二阻挡层。
优选每条槽都有这样的尺寸，即该尺寸对抛光液渗入子垫层2构成有效的阻挡层，而不在经包封的带的抛光区域干扰子垫层2的软垫性能。作为例子，已经发现位于子垫层2的周边边缘的里边约0.1-1英寸(优选为0.25英寸)的槽能提供优选的性能，该槽具有约0.05-0.5英寸的宽度(优选为0.25英寸)和深度基本达到基材1(也就是基本上所有的子垫的组成材料和粘合剂层4都从槽中挖取移走)。然而槽不是必须需要挖到基本上基材处才是有效的。这是可能的，即通过只仅仅挖取一部分基材、或挖取所有的子垫材料但不挖取粘合剂、或还可能通过挖取所有的子垫材料和一部分粘合剂而构成有效的槽。
可以任意合适的方式构成槽。例如二个切割口可以制成距子垫层2的周边边缘的里边约0.1-1英寸(优选为0.25英寸)的边缘区域5，其具有约0.05-0.5英寸的宽度(优选为0.25英寸)和基本上或部分地达到基材1的深度。此外，槽在浇注之前可以切割成子垫层2的每个边缘区域5，或预修整的子垫层2(也就是已经在每个边缘区域5含有槽)可从其它来源获得，然后在其上浇注聚合物混合物。
如同上述的实施方案一样，抛光层3与子垫层2联合而构成经包封的带的连续的外表面，其完全地包封和基本上密封了水或抛光液向子垫边缘的渗透，阻止了CMP抛光液与子垫的接触和侵蚀带。如前所述，当抛光层3浇注到子垫层2上时，子垫层2可以具有上述的附加的功能特性以促进形成防水的包封。
已经发现，如前所述当聚合物直接浇注到子垫层2上时，可能产生二个问题。第一，浇注的聚合物混合物可能以不同的程度渗透入子垫层2的不同的地方。这种不均匀一致的渗透可引起抛光层3具有不均匀一致的硬度特性。第二，空气泡可以吸收在子垫表面和浇注聚合物混合物之间或在聚合物层本身中，这导致抛光层3的不均匀一致的性能。
这些问题可通过在子垫层2的表面和边缘含有阻挡层试剂10而克服。图7示出了这种实施方案。在图7中，基材1、子垫层2、抛光层3和选择性的粘合剂层4如前述一样。然而图7的带还具有组成部分10(阻挡层试剂)，该试剂暴露于子垫层2以及子垫的边缘的外表面，其促进当在子垫上浇注时抛光层3的均匀一致的分布。阻挡层试剂10典型地含有一种材料，它的粘度在它被用于子垫2后增加了。然而当用于子垫2时具有下列性质的任意材料都可用作为阻挡层试剂10：(a)阻挡层试剂应牢固地粘合子垫2和抛光层3；(b)它应基本上阻止了抛光层3渗透通过它而进入子垫；和(c)它应基本上不改变子垫的可压缩性。
虽然其它的粘合模式也是可能的，但是这是优选的，即阻挡层试剂10通过化学粘合力和/或机械闭锁相互作用而能够粘合子垫2和抛光层3，以促进抛光垫的组成部分之间牢固的粘合。阻挡层试剂的化学粘合力将根据子垫2的抛光层3的组成成分而变化。能够牢固粘合子垫2和抛光层3的各种不同组成成分的材料对于本专业的专业人员是熟知的，它们可包括聚氨酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、氨基甲酸乙酯、氰基丙烯酸酯、乙烯、环氧化物或苯乙烯基粘合剂。也合适的是热熔体、接触粘合剂、厌氧的化合物(丙烯酸类塑料)、UV固化剂、乳状液(白胶)、密封剂(如硅氧烷、丙烯酸类塑料、氨基甲酸乙酯、丁基和聚硫化物等)、经改进的酚醛化合物、增塑溶胶(经改进的PVC分散剂)、橡胶粘合剂(溶液、胶乳)、聚乙酸乙烯酯(乳状液)、特殊的粘合剂(压敏的、粘合的自密封的、热密封的、泡沫和纤维的等)和有商标的粘合剂(树脂粘合剂、胶乳粘合剂等)。聚氨酯和丙烯酸粘合剂是优选的。
在一个优选的实施方案中，阻挡层试剂10含有一种材料，当被使用时，该材料是足够流动的从而足以注入子垫2的最低的组织结构部分，然而又是足够粘稠的从而足以接受子垫2的组织结构。这些特性的结合可以在这些材料中发现，如可硬化的液体，其可以以较低的粘度使用，但在被使用了以后其粘度快速增加。在使用后增加粘度的粘合剂，如使用挥发性溶剂的粘合剂适合用作为阻挡层试剂10。例子包括聚氨酯粘合剂和丙烯酸粘合剂，如可从DELA公司(Ward Hill，MA)得到的D2596H粘合剂和D2597交联剂，可从
Figure C03819100D00191
公司(Cary，NC)得到的
Figure C03819100D00192
213。另外或附加地，阻挡层试剂10的表面可以修整以增加组织结构。
另一种使化学粘合最大化的方式是用阻挡层试剂10，其可化学地与抛光层3粘结。例如，假如阻挡层试剂10和将构成抛光层3的可硬化的液体最初都含有反应分子，并且在阻挡层试剂已经完全反应之前将可硬化的液体涂覆到阻挡层试剂10上，那么在组成成分之间的交叉反应将是可能。
阻挡层试剂10可采用任意的合适的方法涂覆到子垫层2的边缘上，如刷涂、喷吹、浸渍、喷涂、切深和转移涂覆。可以用任意合适量的阻挡层试剂。此外一旦阻挡层试剂涂覆到子垫上，那么子垫就可以立即进行第二个处理工艺过程，如砂纸打磨、压纹、机械加工以在子垫上得到所期望的组织结构、沟纹或花纹。
上述的方法可用来制备在图7中所示出的经包封的带。例如在浇注前可以用阻挡层试剂10涂覆子垫层2。子垫层2可以含有一种或多种附加的功能特性以促进抛光层3的防水包封的形成。例如，如前所述，子垫层2的边缘区域5和/或基材的接触部分可以修整(如通过切割、刻划、冲孔、在子垫层的边缘区域挖槽)，这可在用阻挡层试剂10涂覆子垫层2之前或者之后进行。另外还可以获得含有阻挡层试剂10的预修整了的子垫层2并在其上浇注。
图8以横截面图示出了经包封的带和经包封的垫的另一个实施方案。在这个实施方案中，基材组成部分(在前面的图中的组成部分1)不是与抛光层3联合而构成经包封的带的连续的外表面，该密封带基本上密封了子垫层2防止了水的渗透。而是抛光层3单独密封子垫层2，其基本上密封了子垫2防止了水的渗透。如同上述的实施方案一样，通过密封子垫以及子垫的边缘，子垫是不暴露于CMP抛光液的，从而也不会被CMP抛光液所腐蚀或侵蚀。
上述的方法可以用来制备在图8中所示出的经包封的带。所不同之处在于，在聚合物混合物浇注在子垫上之前子垫层2不是放置在基材1上的。然而，可用如下二种方法之一。在一种方法中，第一聚合物混合物可浇注在模具中而形成第一层。然后，优选在第一层固化之前将子垫层2放置在第一层上。最后，优选在第一层固化之前将第二聚合物混合物(其可以是与第一聚合物混合物相同的)浇注到子垫层2上，要小心仔细地完全覆盖所有的子垫层2的暴露的表面。第一和第二聚合物混合物联合以完全包封和基本上密封了水向子垫层2的渗透。作为另一种方法，聚合物混合物可以浇注覆盖子垫层2的所有表面而完全密封和基本上密封了水向子垫层2的渗透。然后经密封的子垫层2可以选择性地与基材1相连接，例如采用粘合层4。
除了上述的实施方案外，本发明还涉及在子垫层中的一个或多个内孔边缘的密封。例如带可以含有具有用于终点检测的邻接重叠的孔的抛光层、子垫层和基材层。换句话说，孔从抛光层伸展通过子垫和通过抛光表面的反面上的基材，从而使得光线从位于基材下面的镜子通过而到达位于抛光表面上方的晶片。因此，在子垫中的孔的周边边缘暴露于用在垫的表面的化学抛光剂或水中。化学抛光剂可以通过孔的周边边缘而进入子垫中并且侵蚀带，正如它已经进入子垫的外边缘区域那样。本发明以如上对于外子垫边缘所讨论的相同的方式克服了这问题-也就是通过切割、刻划、冲孔、挖槽、热密封、使用粘合剂和在子垫孔的周边边缘上浇注。
虽然以上所示出的和描述的本发明的优选实施方案已经证明在提供用于子垫边缘坚固的、有效的密封是有用，但在此公开的本发明的其它的改进将被本专业的专业人员想到，这都属于本发明，并且所有这样的改进被视为在由所申请的权利要求所确定的本发明的范围和精神之内

Claims (22)

1.一种用来抛光或平整化工件的带或垫，其含有基材(1)、无缝的抛光层(3)和至少一层放置在所述的基材和所述的抛光层之间的子垫层(2)，其中所述抛光层(3)浇注在所述子垫层(2)和基材(1)上，结果包封了子垫层和阻止了水分渗透进入到子垫层(2)中，其中所述子垫层(2)含有内部区域(7)和至少一个设置在所述的子垫层(2)的周边边缘的边缘区域(5)，其中，至少所述的子垫层(2)的所述的边缘区域(5)用阻挡层试剂(11)涂覆以便于所述的抛光层(3)均匀一致的渗透。
2.根据权利要求1的带或垫，其中所述子垫层(2)包含可压缩的无纺材料。
3.根据权利要求1的带或垫，其中所述基材(1)包含不锈钢、塑料或弹性体。
4.一种用来抛光或平整化工件的带或垫，其含有无缝的抛光层(3)和至少一层子垫层(2)，该子垫层(2)具有内部区域(7)和至少一个设置在所述的子垫层(2)的周边边缘的边缘区域(5)，所述的抛光层(3)浇注在所述的子垫层(2)上以包封所述的子垫层(2)，其中，所述的子垫层(2)的所述边缘区域(5)具有一种或多种功能特性，其在抛光层(3)浇注在所述的子垫层(2)上时促进防水密封的形成。
5.根据权利要求4的带或垫，其中所述子垫层(2)包含可压缩的无纺材料。
6.根据权利要求5的带或垫，其中所述抛光层(3)包含可聚合材料。
7.根据权利要求6的带或垫，其中所述可聚合材料包括至少一种以下材料:聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、环氧化物、硅酮树脂、天然橡胶或合成橡胶。
8.根据权利要求6的带或垫，其中所述子垫层(2)的所述的边缘区域(5)用粘合剂(4)涂覆。
9.根据权利要求8的带或垫，其中所述粘合剂(4)含有聚氨酯基粘合剂，该粘合剂渗透入所述的子垫层(2)中。
10.根据权利要求6的带或垫，其含有邻接于上述的子垫层(2)的上述的周边边缘(5)的槽(10)。
11.根据权利要求6的带或垫，其中至少所述的子垫层(2)的所述的边缘区域(5)用阻挡层试剂(11)涂覆以便于所述的抛光层(3)均匀一致的渗透。
12.一种用于化学机械抛光电子工件的带或垫，其含有在抛光层(3)和至少一个可压缩的子垫层边缘区域(5)之间的坚固的密封，所述边缘区域(5)设置在可压缩的子垫层(2)的周边边缘，其中所述抛光层(3)浇注到所述的子垫层(2)上以包封所述的子垫层(2)和密封所述的子垫层边缘区域(5)以阻止化学机械抛光液的渗透。
13.根据权利要求12的带或垫，其中所述抛光层(3)包含可聚合材料。
14.根据权利要求13的带或垫，其中所述子垫层(2)包含可压缩的无纺材料。
15.根据权利要求13的带或垫，其中所述边缘区域(5)是用粘合剂涂覆的。
16.根据权利要求13的带或垫，其含有环绕邻接于所述子垫层(2)的所述周边边缘的槽(10)。
17.根据权利要求13的带或垫，其含有基材(1)，其中所述抛光层(3)是浇注在所述的子垫层(2)上，以联合所述的基材以包封和密封所述的子垫层(2)。
18.一种制备用于抛光或平整化工件的经包封的带或垫的方法，其包括下列步骤，即提供含有接触部分的基材(1)、将子垫层(2)放在所述的基材(1)上，所述的子垫层(2)含有内部区域(7)和至少一个沿着所述的子垫层(2)的边缘设置的边缘区域(5)，并且将聚合物浇注到子垫层(2)上，其中所述聚合物在基材(1)的接触部分上接触基材(1)以在浇注时包封所述的子垫层(2)。
19.根据权利要求18的方法，其还包括如下步骤，即在所述的聚合物浇注在子垫层上之前修整至少一个所述子垫层(2)的所述边缘区域(5)，从而当聚合物浇注在所述子垫层上时促进防水的和耐抛光剂的密封的形成。
20.根据权利要求19的方法，其中，修整步骤包括将粘合剂(4)涂覆到所述的子垫层(2)的所述边缘区域(5)上。
21.根据权利要求19的方法，其中，修整步骤包括通过从所述的边缘区域除去一定量的所述子垫层材料而在子垫层(2)的所述边缘区域(5)形成槽(10)。
22.根据权利要求19的方法，其中，修整步骤包括将阻挡层试剂(11)涂覆到所述的子垫层(2)的所述边缘区域(5)上。
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