CN102159361A - 具有浮动单元的抛光垫以及制造和使用该抛光垫的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有例如通过热粘结而固定到支撑层的浮动抛光单元的抛光垫，以及在抛光过程中制造和使用该抛光垫的方法。在一个示例性实施例中，抛光垫包括多个抛光单元，抛光单元中的至少一些是多孔的，各抛光单元固定到支撑层的主表面以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但仍在大体上正交于抛光单元的抛光表面的轴线上保持可移动的。在某些实施例中，抛光垫另外地包括固定到正对于抛光单元的支撑层的柔性层，以及可选择地抛光剂分布层。在一些实施例中，使用多孔抛光单元，小孔在大体上抛光单元的抛光表面处分布。

Description

具有浮动单元的抛光垫以及制造和使用该抛光垫的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年7月18日提交的、申请号为61/081,891的美国临时专利申请的权益，该申请的公开内容全文通过引用结合到本文中。
技术领域
本公开涉及具有浮动抛光单元的抛光垫，以及在抛光过程中，例如在化学机械抛光过程中制造和使用该抛光垫的方法。
背景技术
在半导体装置和集成电路的制造期间，通过一系列的沉积和蚀刻步骤对硅片进行反复地处理以形成叠加材料层和装置结构。众所周知的化学机械抛光(CMP)的抛光技巧可用来移除在沉积和蚀刻步骤后保留的表面不平整(比如凸起、不等高度的区域、槽以及沟)，目的是得到不具有划痕或沉陷(被称为凹陷)的平滑晶圆表面，并在整个晶圆表面具有高的均匀性。
在典型的CMP抛光过程中，当工作流体在水和/或蚀刻化学中通常以磨粒浆的形式存在时，比如是晶片的衬底抵靠在并相对地相对于抛光垫移动。用于磨粒浆的不同CMP抛光垫已被公开，例如美国专利号5,257,478、5,921,855、6,126,532、6,899,598 B2以及7,267,610。固定的磨粒抛光垫也是已知的，如美国专利号6,908,366 B2所例证表示，其中，磨粒通常以精确成型的自垫表面延伸的研磨合成物的形式大体上固定到垫的表面。近来，具有多个自可压缩底层延伸的抛光单元的抛光垫在WO/2006057714中公开。尽管各种各样的抛光垫是已知的并被使用，本领域人员继续寻找用于CMP的新的、改进的抛光垫，尤其是在使用更大模直径的CMP过程中，或者是需要更高级别的晶片表面光滑度和抛光均匀性的CMP过程中。
发明内容
在一个示例性实施例中，本公开描述了包括多个抛光单元的抛光垫，各个抛光单元固定到支撑层，以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但仍在正交于抛光单元的抛光表面的轴线上的可运动。在某些示例性实施例中，抛光单元被热固定到支撑层。在某些示例性实施例中，抛光单元的至少一部分包括多孔抛光单元，并且在附加的实施例中，各个多孔抛光单元的至少一个表面包括多个小孔。
在多孔抛光单元的某些特殊实施例中，小孔可分布在大体上整个多孔抛光单元上。在多孔抛光单元的其他特殊实施例中，小孔可大体上分布在单元的抛光表面上。在某些示例性实施例中，大体上分布在单元的抛光表面上的小孔包括多个槽，该槽具有选自下列形状组成的横截面外形：圆柱形、三角形、矩形、梯形、半球形以及它们的组合。
在另一个示例性实施例中，本公开描述了抛光垫，该抛光垫包括：支撑层，该支撑层具有第一主侧和与第一主侧对立的第二主侧；固定到支撑层的第一主侧的多个抛光单元，其中，抛光单元自支撑层的第一主侧沿大体上正交于第一主侧的第一方向上延伸；在某些示例性实施例中，抛光单元被热固定到支撑层。在一些示例性实施例中，抛光单元的至少一部分包括多个抛光单元，并且在附加实施例中，各多孔抛光单元的至少一个表面包括多个小孔。
在多孔抛光单元的某些特殊实施例中，小孔可分布在大体上整个多孔抛光单元上。在其他特殊实施例中，小孔可大体上分布在单元的抛光表面上。在一些示例性实施例中，大体上分布在单元的抛光表面上的小孔包括多个槽，该槽具有选自下列形状组成的横截面外形：圆柱形、三角形、矩形、梯形、半球形以及它们的组合。
在进一步的示例性实施例中，提供了制造抛光垫的方法，该方法包括：形成多个多孔抛光单元；以及将抛光单元粘结到支撑层上。在某些示例性实施例中，将抛光单元粘结到支撑层包括热粘结，光化学辐射粘结、粘附剂粘结以及它们的组合。
在一些示例性实施例中，方法进一步包括：在将抛光单元粘结到支撑层之前以一种模式布置多个抛光单元。在某些示例性实施例中，以一种模式布置多个抛光单元包括：将抛光单元布置在模板内；将抛光单元布置在支撑层上；以及它们的组合。在某些实施例中，抛光单元的至少一部分包括多孔抛光单元。在一些附加实施例中，抛光单元的至少一部分包括大体上非多孔的抛光单元。
在一些特定示例性实施例中，方法包括通过如下物质的喷射造型形成多孔抛光单元：饱和气聚合物溶体的喷射造型；使气体在反应时进化以形成聚合物的反应混合物的喷射造型；包括溶入超临界气体的聚合物的混合物的喷射造型；溶剂中的不相容聚合物的混合物的喷射造型；分散在热塑性聚合物内的多孔热固性微粒的喷射造型，以及上述物质的组合。
在附加示例性实施例中，本公开涉及在抛光过程中使用上述的抛光垫的方法，该方法包括：将衬底的表面与包括多个热粘结到支撑层的抛光单元的抛光垫的抛光表面接触；以及相对于衬底相对地移动抛光垫以磨损衬底的表面。在一些示例性实施例中，抛光单元的至少一部分包括多孔抛光单元，并且在某些实施例中，各多孔抛光单元的至少一个表面包括多个小孔。在其他示例性实施例中，工作流体可被提供到抛光垫表面和衬底表面之间的接触面。
根据本公开的具有多孔抛光单元的抛光垫的示例性实施例具有不同的使其用于多种抛光应用中的特征和特性。在一些当前优选的实施例中，本公开的抛光垫可尤其适合用于制造集成电路和半导体设备的晶片的化学-机械抛光(CMP)。在某些示例性实施例中，本公开所描述的抛光垫可提供下述优点的一些或全部。
例如，在一些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可用来更好地将用于CMP过程的工作流体保持在垫的抛光表面和被处理的衬底表面之间的接触面处，从而改善工作流体在增加抛光中的效率。在其他示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可在抛光期间减少或消除晶片表面的凹陷和/或边缘侵蚀。
在进一步的示例性实施例中，使用根据本公开的具有多孔单元的抛光垫可允许处理更大直径的晶片，同时维持所需的表面均匀度，以获得高芯片产量。需要在调节垫表面之前对更多晶片的处理以便维持晶片表面的抛光均匀性，或者减少过程时间和垫调节器上的磨损。在某些实施例中，具有多孔抛光单元的CMP垫也可提供具有诸如凹槽的表面结构的传统CMP的好处和优点，但可以更低的费用更加重复地制造。在附加实施例中，抛光垫到支撑层的粘结可消除使用导向板来将单元固定到支撑层的需要。
本公开的示例性实施例的不同方面和优点已经被概括出。上述的发明内容不是规定为描述各个图示的实施例或者本发明的当前某些示例性的各个实现。紧接着的附图和详细描述特别地例证了使用此处所公开原理的某些优选实施例。
附图说明
参考附加图形进一步描述了本公开的示例性实施例，其中：
图1是根据本公开的一个示例性实施例的具有粘结到支撑层的浮动抛光单元的抛光垫的侧视图；
图2是根据本公开的另一个示例性实施例的具有粘结到支撑层的浮动抛光单元的并具有导向板的抛光垫的侧视图；
图3A是根据本公开的一个示例性实施例的具有抛光单元的模板的透视图，该抛光单元在制造抛光垫中以有用模式布置；
图3B是根据本公开的一个示例性实施例的具有抛光单元的模板的透视图，该抛光单元在制造抛光垫中以有用模式布置；
图4是根据本公开的另一个示例性实施例的具有多孔抛光表面的多孔抛光单元的透视图；
图5是根据本公开示例性实施例的用于将多个抛光单元粘结到支撑层的方法所用的示例性粘结装置的侧视图；
图6是示出根据本公开的附加示例性实施例的模板的图像，该模板用于在将抛光单元粘结到支撑层之前将多个抛光单元布置到式样中，而生成的支撑层具有多个布置在式样中的抛光单元；
图7是根据图6的实施例的具有多个布置在式样中的粘结抛光单元的合成支撑层的图像。
图8是根据本公开的再一个示例性实施例的抛光垫的图像，该抛光垫包括多个粘结到根据图7的实施例的支撑层的浮动抛光单元，该支撑层被固定到适应的底层。
附图中相同的参考数字表示相同的单元。此处的附图不是按比例画出的，并且在附图中，抛光垫的部件按规定尺寸制作以强调所选特征。
具体实施方式
在典型的用于晶片抛光的CMP浆过程中，处理特征拓扑的晶片被放置成与抛光垫以及容纳磨料和抛光化学的抛光液接触。如果抛光垫适应的话，凹陷和侵蚀现象可因为软垫以相同速率抛光晶片上的较低区域和凸起区域而发生。如果抛光垫是刚性的，可大幅度减少凹陷和侵蚀。然而，尽管刚性的抛光垫可在模平面化均匀性内有利地产生，它们也在可在晶片均匀性内不利地产生，这是因为发生在晶片外围上的反弹效果。这种反弹效果导致差的边缘产量以及狭窄的CMP抛光过程窗口。另外，在刚性抛光垫上开发稳定的抛光工艺可能是困难的，因为这种垫对不同的晶片构形是灵敏的，并且完全依赖于垫调节器的使用，以产生最优的使抛光液和接触面与晶片保持接触的抛光结构。
本公开涉及具有多个粘结到支撑层的浮动抛光单元的改进抛光垫，该抛光垫在不同实施例中组合柔性和干性抛光垫的其中一些有利特征，同时消除或减少各自垫的其中一些不利特征。通过将抛光单元描述成粘结到支撑层的“浮动”抛光单元，申请人意味着各个抛光单元被粘结到支撑层，以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但在大体上正交于抛光单元的抛光表面的轴线上保持可移动的。
本公开的不同示例性实施例现在将尤其参考附图而进行描述。本公开的示例性实施例可在不脱离本公开的精神和范围的情况下，采用不同的改进和变化。因此，应当理解的是，本发明的实施例不是限于下面所描述的示例性实施例，但是由权利要求中所提出的限制及其等效方案所控制。
参考图1，示出了抛光垫2的示例性实施例，其包括多个抛光单元4-4’，各抛光单元4-4’粘结到支撑层10，以便限制抛光单元4-4’相对于一个或多个其他抛光单元4-4’的横向运动，但在正交于各抛光单元4-4’的抛光面14的轴线上保持可移动。在图1所示的特定实施例中，抛光单元4-4’示出为固定到支撑层10的第一主侧，例如，通过直接的热粘结到支撑层10，或通过使用粘结剂。
在图1所示的特殊示例性实施例中，支撑层10被固定到置于多个抛光单元4-4’的对立侧的柔性层16。此外，可选择的粘附层12示出为在柔性层16和支撑层10之间的接触面处。可选的，粘附层12可用来将支撑层10的第二主侧固定到柔性层16。另外地，可选择的压力灵敏粘附层18-固定到正对于多个抛光单元4-4’的柔性层16-可用来临时地(例如，可移除地)将抛光垫2紧固到CMP抛光装置(图1中未示出)的抛光式样(图1未示出)。
可选的抛光剂分布层8(也可用作用于抛光单元4-4’的导向板)在图1中另外地显示。在抛光过程期间，可选择的抛光剂分布层8助于工作流体和/或抛光浆分布到各个抛光单元4-4’。当用作导向板时，抛光剂分布层8(导向板)可置于支撑层10的第一主侧上，以促进多个抛光单元4-4’的布置，使得抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面远离支撑层10，并且抛光剂分布层8(导向板)的第二主表面对立于抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面。
抛光单元4-4’自抛光剂分布层8(导向板)的第一主表面沿大体上正交于支撑层10的第一主侧的第一方向上延伸。如果抛光剂分布层8也用作导向板，然后优选地，多个孔6设定为延伸通过抛光剂分布层8(导向板)。各抛光单元4的一部分延伸入相应的孔6。因而，多个孔6用来引导支撑层10上的抛光单元4的布置。
在图1所图示的一个示例性实施例中，抛光单元4-4’的至少一部分为多孔抛光单元4，并且一些抛光单元4-4’是实质上非多孔的抛光单元4’。将要理解的是，在图1未示出的其他示例性实施例中，所有的抛光单元4-4’可被选定为多孔抛光单元4，或者所有的抛光单元4-4’可被选定为实质上非多孔的抛光单元4’。
在图1所图示的特定实施例中，两个多孔抛光单元4示出为具有一个实质上非多孔的抛光单元4’。此外，多孔抛光单元4示出为包括多孔抛光表面14和在整个抛光单元4上大体上分布的小孔15。然而，将要理解的是，可使用任何数目的抛光单元4-4’，并且任意数目的抛光单元4-4’可选定为多孔抛光单元4或实质上非多孔的抛光单元4’。
另外，在图1未示出的一些示例性实施例中，多个抛光单元4-4’可布置在式样中，例如，在支撑层10的主表面上，或用来在粘结到支撑层之前布置抛光单元的模板或夹具。例如，图3A-3B图示了多个抛光单元4-4’(以大体上圆形的两维阵列式样32布置在模板30内)的一个示例性布置。在将多个抛光单元4-4’以式样32布置在模板30内之后，支撑层10的第一主侧可接触到并粘结到多个抛光单元4-4’，例如，通过到支撑层10的直接热粘结，或通过使用粘结剂或其他粘结材料。
此外，将要理解的是，抛光垫2无需仅仅包括大体上一致的抛光单元4。因而，例如，多孔抛光单元和非-多孔抛光单元的任意组合或布置可组成多个多孔抛光单元4。也将理解的是，多孔抛光单元4和大体上非-多孔抛光单元4’的任意多种组合或布置可在某些实施例中有利地使用，以形成具有粘结到支撑层10的浮动抛光单元4-4’的抛光垫。
在图1所图示的某些附加示例性实施例中，多孔抛光单元4的至少一个表面，在此实施例中至少抛光表面14，包括多个小孔(在图1中未示出，但在图4中示出)。在其他示例性实施例中，各个抛光单元4也示出为具有多个大体上分布在整个抛光单元4上的小孔15.在其他示例性实施例中(在图1中未示出，但在图4中示出)，小孔大体上分布在或仅分布在多孔抛光单元4的抛光表面14附近。然而，应当了解的是，具有包括大体上分布在整个抛光单元4上的小孔的抛光单元4、具有大体上分布在或仅分布在多孔抛光单元4的抛光表面14附近的小孔的抛光单元4、大体上不具有小孔的抛光单元4的组合或布置的抛光垫2可设定在本发明的范围内，并可有利地制造。
参考图2，抛光垫2’的另一个示例性实施例被显示，该抛光垫2’包括：具有第一主侧和对立于第一主侧的第二主侧的支撑层10；多个粘结到支撑层10的第一主侧的抛光单元4-4’；具有第一主表面和对立于第一主表面的第二主表面的可选导向板28，该导向板28设置成将多个抛光单元4-4’布置在支撑层10的第一主侧上，并使可选择导向板28的第一主表面远离支撑层10。在图1所示的特定实施例中，抛光单元4-4’示出为固定到支撑层10的第一主侧，例如，通过直接的热粘结到支撑层10，或通过使用粘附剂。
图2所图示的特定示例性实施例中，支撑层10被固定到置于支撑层10的第二主侧(正对于固定到支撑层10的第一主侧的多个抛光单元4-4’)上的柔性层16上。此外，可选择的粘附层12被示出为在柔性层16和支撑层10之间的接触面上。可选择的粘附层12可用来将支撑层10的第一主侧固定到柔性层16。另外地，可选择的压力灵敏粘附层18-固定到正对于多个抛光单元4-4’的柔性层-可用来临时地(例如可移除地)将抛光垫2’紧固到CMP抛光设备(在图2中未示出)的抛光压盘(在图2中未示出)。
可选择的导向板28也在图2的示例性实施例中示出。可选择的导向板，其也可充当将多个抛光单元4-4’布置在支撑层10的第一主侧上的调节模板，通常不需要以便产生本发明的抛光垫2’。在某些示例性实施例中，可选择的导向板28可从抛光垫上完全消除，如图1的抛光垫2所图示。此实施例可有利地比包括多个抛光单元的已知抛光垫更易于、更廉价地制造。
可选的抛光剂分布层8’由图2另外地图示，其也可充当用于抛光单元4-4’的导向板。在抛光过程期间，可选择的抛光剂分布层8’有助于工作流体和/或抛光浆分布到各个抛光单元4-4’上。当用作导向板时，抛光剂分布层8’可被置于支撑层10的第一主侧上以制造多个抛光单元4-4’的装置，使得抛光剂分布层8’的第一主表面远离支撑层10，并且抛光剂分布层8’的第二主表面正对于抛光剂分布层8’的第一主表面。多个孔6也可设定为延伸通过至少可选择的导向板28(如果存在的话)和/或可选择的抛光剂分布层8’(如果存在的话)，如图2所图示。
如图2所示，各抛光单元4-4’沿大体上正交于支撑层10的第一主侧的第一方向自可选择的导向板28的第一主表面延伸。在图2所示的一些实施例中，各抛光单元4-4’具有安装凸缘，并且各抛光单元4-4’通过相应凸缘25接合到支撑层10的第一主表面、或者可选择地接合到可选择的抛光剂分布层8’的第二主表面而粘结到支撑层10的第一主侧。因此，在抛光过程中，抛光单元4-4’免于在在大体上正交于支撑层10的第一主侧的方向上单独地经历偏移，同时仍然保持粘结到支撑层10，并且可选择地，通过可选择的抛光剂分布层8’固定到支撑层10。
在此实施例中，各抛光单元4-4’的至少一部分延伸入相应孔6，并且各抛光单元4-4’也穿过相应孔6，并自可选择的导向板28的第一主表面向外地延伸。因此，可选择的导向板28和/或可选择的抛光剂分布层8’的多个孔6可用作模板以引导抛光单元4-4’在支撑层10的第一主侧上的横向布置。换句话说，可选择的导向板28和/或可选择的抛光剂分布层8’可用作模板或导向板，以在抛光垫制造过程期间将多个抛光单元4-4’布置在支撑层10的第一主侧上。
在图2所示的特定实施例中，可选择的导向板28可包括置于支撑层10和抛光剂分布层8’之间的接触面处的粘附剂(未示出)。可选择的导向板28因而可用来将可选择的抛光剂分布层8’固定到支撑层10，从而将多个抛光单元4-4’牢固地固定到支撑层10的第一主侧。然而，可使用其它的粘结方法，包括抛光单元4-4’使用例如热和压力直接粘结到支撑层10。
在图2示出的相关示例性实施例中，多个孔可布置为孔的阵列，其中，孔6的至少一部分包括由可选择的抛光剂分布层8’形成的主孔、由可选择的导向板28形成的底割区域，并且底割区域形成与相应抛光单元凸缘接合的台肩，从而在抛光单元4-4’和支撑层10之间不需要直接粘结的情况下牢固地固定抛光单元4-4’。另外在图2未示出的一些示例性实施例中，多个抛光单元4-4’可以某种式样布置，例如，以单元的二维阵列形式布置在支撑层10的第一主侧上，或布置在模板或夹具(在粘结到支撑层之前布置抛光垫)中。
在图2所示的进一步的示例性实施例中，多孔抛光单元4的至少一个表面，在此处为至少抛光表面14，包括多个小孔(在图2中未示出，但在图4中图示)。在其他示例性实施例中，各多孔抛光单元4也被示出为具有大体上在整个抛光单元4上分布的多个小孔15。在其他示例性实施例中(在图2中未示出，但在图4中图示)，小孔大体上分布在或仅分布在多孔抛光单元4的抛光表面14附近。然而，应当理解的是，具有包括大体上分布在整个抛光单元4上的小孔的抛光单元4、具有大体上分布在或仅分布在多孔抛光单元4的抛光表面14附近的小孔的抛光单元4、大体上不具有小孔的抛光单元4的组合或布置的抛光垫2’可设定在本发明的范围内，并可有利地制造。
现在参考图4，具有包括多个小孔15的多孔抛光表面14的多孔抛光单元4可用于根据本公开的另一个示例性实施例的抛光垫中。图4的多孔抛光单元4也被示出为具有安装凸缘25，其可用来促进粘结到支撑层(在图4中未示出)，例如在图2中示出。图4中的多孔抛光单元包括大体上置于抛光表面14处的多个小孔15。然而，应当理解的是，在其他示例中，例如图1-2所示的实施例中，多个小孔15不仅可在整个多孔抛光单元4上分布并且可在抛光表面14处分布。将要进一步理解的是，在其他示例中，多个小孔可在整个多孔抛光单元4上分布，但不在抛光表面14上分布。
图4图示了多孔抛光单元4的一个特殊外形。应当理解的是，同样的形状可用来产生大体上非多孔的抛光垫14’。将要进一步理解的是，多孔抛光单元4-4’可以实质上任何外形形成，并且具有两个或更多个不同外形的多个抛光单元4-4’可在粘结到用来形成抛光垫(图4中未示出)的支撑层(在图4中未示出)之前有利地用在并且可选择地布置在式样中。
在一些示例性实施例中，抛光单元4-4’可以高度(H)和宽度(W)为特征，如图4所示。另外，抛光单元4-4’的横截面形状(在大体上平行于抛光表面14的方向上剖取抛光单元4-4’)可根据预期应用而广泛地变化。尽管图4示出了具有大体上圆形横截面的大体上圆柱形的抛光单元4，其他的横截面形状是可能的，并且可在某些实施例中是符合需要的。例如，环形的、椭圆形的、三角形的、方形的以及梯形的横截面形状可以是有用的。
对于具有图4所示的圆形横截面的通常圆柱形抛光单元4，抛光单元4在大体上平行于抛光表面14的方向上的横截面直径在一些实施例中可形成大约50微米，更优选地为至少大约1毫米，仍然优选地为至少大约5毫米。在某些实施例中，抛光单元4在大体上平行于抛光表面14的方向上的横截面直径是最多大约20毫米、更优选地为最多大约15毫米，仍然优选地是，为最多大约12毫米。在一些实施例中，抛光单元的直径，在抛光表面14上截取，并且相应于图4所示的宽度(W)，可形成为在大约50微米到大约20毫米之间，在某些性实施例中，在大约1毫米到大约15毫米之间，并且在其他实施例中，横截面直径在大约5毫米到大约12毫米之间。
对于具有非圆形横截面的非圆柱形抛光单元，特征尺寸可用来根据高度、宽度和/或长度来特征化抛光单元尺寸。在某些示例性实施例中，特征尺寸可选定成至少大约50微米，更优选地为至少大约1毫米，仍然优选地为至少大约5毫米。在某些实施例中，抛光单元4在大体上平行于抛光表面14的方向上的横截面直径是最多大约20毫米、更优选地为最多大约15毫米，仍然优选地是，为最多大约12毫米。
在其它示例性实施例中，各抛光单元4在大体上平行于抛光表面14的方向上的横截面面积可至少大约1mm2，在其他实施例中为至少大约10mm2，而在其他实施例中，至少大约或为20mm2。在其他示例性实施例中，各抛光单元4在大体上平行于抛光表面14的方向上的横截面面积可能最多为大约1000mm2，在其他实施例中为最多大约500mm2，而在其他实施例中为最多大约250mm2。
抛光单元(图1-2中的4-4’)可根据预期应用以多种样式分布在支撑层的主侧(图1-2中的10)，并且样式可以是规则的或非规则的。抛光单元可大体上驻留在支撑层的整个表面上，或者可能是包括非抛光单元的支撑层的区域。在一些实施例中，抛光单元具有支撑层的至少30％、至少40％或至少50％的平均表面覆盖率。在其他实施例中，抛光单元具有支撑层主表面的总面积的至多大约80％、至多大约70％或至多大约60％的支撑层的平均表面覆盖率。这由抛光单元的数目、各抛光单元的横截面面积以及抛光垫的横截面面积决定。
抛光垫在大体上平行于抛光垫的主表面的方向上的横截面面积在一些示例性实施例中可从大约100cm2到大约300000cm2之间变化，在其他实施例中，从大约1000cm2到大约100000cm2之间变化，在另外其它实施例中，从大约2000cm2到大约50000cm2之间变化。
在抛光操作中首次使用抛光垫(图1中的2，图2中的2’)之前，在一些示例性实施例中，各抛光单元(图1-2中的4-4’)沿大体上正交于支撑层(图1-2中的10)的第一主侧的第一方向上延伸。在某些示例性实施例中，抛光单元沿第一方向在包括可选择的抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)导向板和/或可选择的导向板(图2中的28)的平面之上至少大约0毫米、0.25毫米、至少大约0.3毫米或至少0.5毫米处延伸。
在其他的示例性实施例中，抛光单元的抛光表面可制造成与可选择的抛光剂分布层的暴露主表面对齐。在其他示例性实施例中，抛光单元的抛光表面可制造成在可选择的抛光剂分布层的暴露主表面之下凹陷，并从而制造成与可选择的抛光剂分布层的暴露主表面对齐或超过，例如，通过移除可选择的抛光剂分布层的一部分。此实施例可有利地用于抛光剂分布层，其可选择地用来在抛光过程期间磨损或侵蚀，或在与工件接触之前、期间或之后应用到抛光垫的可选择调节过程期间磨损或侵蚀。
在进一步的示例性实施例中，各抛光单元4-4’沿第一方向在包括支撑层(图1-2中的10)的平面之上延伸至少大约0.25毫米、至少大约0.3毫米或至少0.5毫米。在附加示例性实施例中，抛光表面(图1-2中的14)在抛光单元的基底或底部之上的高度，即图4中所示的抛光单元的高度(H)可以为0.25毫米、0.5毫米、1.0毫米、1.5毫米、2.0毫米、2.5毫米、3.0毫米、5.0毫米、10毫米或更大，这取决于所用的抛光剂以及为抛光单元所选的材料。
再次参考图1-2，整个可选择的抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)和/或可选择的导向板28的孔(图1-2中的6)的深度和间隙可根据具体CMP过程所需而变化。在一些实施例中，抛光单元(图1-2中的4-4’)被保持在相对于彼此、抛光剂分布层(图1中的8，图2中的28)和导向板31定向的平面内，并且在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)和可选择导向板28的上方突出。
在一些示例性实施例中，抛光单元4-4’在任意可选择导向板(图2中的28)和任意的可选择抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)之上的延伸部所产生的容积可提供抛光剂在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)的表面上分布所用的空间。抛光单元4-4’在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)至少凸出一定的量，这至少部分地依赖抛光单元的材料特性和抛光剂(工作流体和/或磨粒浆)在抛光剂分布层(图1中的8，图2中的8’)之上的期望流。
如图1-2所示，在一些示例性实施例中，抛光单元4-4’的至少一部分为多孔抛光单元，该多孔抛光单元在某些实施例中至少具有多孔的抛光表面(图1-2中的14)，其可与待抛光的衬底(图1中未示出)滑动或转动接触。在其他实施例中，多孔抛光单元可能不具有多孔抛光表面14，但可具有在大体上整个多孔抛光单元上分布的小孔15。这种多孔抛光单元可用作展示适应的抛光垫的一些有利特征的适应性抛光单元。适宜的抛光单元在2008年6月26日申请的、标题为“POLISHING PAD WITH POROUS ELEMENTS AND METHOD OF MAKING AND USING THE SAME”’的共同未决的第61/075970号美国临时专利申请中公开。
在一些特定的示例性实施例中，一个或多个抛光单元4可包括在大体上整个抛光单元4上以多孔泡沫的形式分布的多个小孔15。泡沫可以是闭合的单元泡沫，或者开放的单元泡沫。闭合的单元泡沫可优选地存在于一些实施例中。优选地，泡沫中的多个小孔15展示了孔尺寸例如小孔直径的单峰分布。在一些示例性实施例中，多个小孔展示了至少大约1纳米(nm)、至少大约100纳米、至少大约500纳米或至少大约1微米的平均孔尺寸。在其他示例性实施例中，多个小孔展示了至多大约100微米、至多大约50微米、至多大约10微米或至多大约1微米的平均孔尺寸。在某些当前优选的实施例中，多个小孔展示了自大约1微米到大约50微米的平均孔尺寸。
现在参考图1-2和图4，抛光单元4-4’的抛光表面14可以是大体上平的平面或者可以是有织纹的。在某些当前优选的实施例中，各多孔抛光单元的至少抛光表面被制成多孔，例如具有精微的表面开口或小孔15，其可采用孔、槽、通道等等的样式。这种抛光表面处的小孔15可用来便于将抛光剂(例如，未在图中示出的工作流体和/或磨粒抛光浆)分布和维持在衬底(未示出)和相应多孔抛光单元之间的接触面上。
在图4所图示的某些示例性实施中，抛光表面14包括大体上是圆柱形毛细管的小孔15。小孔15可自抛光表面14延伸入抛光单元4。在相关实施例中，抛光表面包括小孔15，该小孔15是大体上圆柱形的自抛光表面14延伸入多孔抛光单元4的毛细管。小孔不必是圆柱形的，并且其他小孔是可能的，例如圆锥形的、矩形的、锥体的等等。小孔的特征尺寸一般地可以具体化为深度、宽度(直径)和长度。基准的小孔尺寸在深度上可自大约25微米(um)到大约6500um之间变化、在宽度(直径)上自大约5um到大约1000um之间变化、在长度上自大约10um到大约1000um之间变化、在直径上自大约10um到大约2000um之间变化。
在其他示例性实施例(未示出)中，抛光表面23包括以多个槽形式的小孔，其中，各个槽延伸贯穿相应抛光单元的抛光表面的至少一部分，优选地在大体上平行于抛光表面的方向上。优选地，各槽在大体上平行于抛光表面的方向上延伸贯穿相应抛光单元的整个抛光表面。在其他示例性实施例(未示出)中，小孔可采用两维的阵列槽的形式，其中，各槽仅延伸贯穿抛光表面的一部分。
在进一步的示例性实施例(未示出)中，槽可实际上具有任何形状，例如，圆柱形、三角形、矩形、梯形、半圆球形以及它们的组合。在某些示例性实施例中，各槽在大体上正交于抛光单元的抛光表面的方向上的深度选地为在至少大约100微米到大约7500微米之间的范围内。在其他示例性实施例中，各槽在大体上平行于抛光单元的抛光表面的方向上的横截面面积设定在大约75平方微米(um2)到大约3×106um2的范围内。
在进一步的示例性实施例中，支撑层可以是实质上不能被压缩的，比如刚性框架或其他硬衬底，但是优选地是可压缩的以提供指向抛光面的正压力。在一些示例性实施例中，支撑层可包括柔性或适应材料，比如适应橡胶或聚合物。在其他示例性实施例中，支撑层优选地可由可压缩的聚合材料、待优选的泡沫化的聚合材料制成。在某些实施例中，闭合单元可以是优选的，尽管在其他实施例中，可使用敞开的闭合单元。在附加的示例性实施例中，抛光单元可形成有支撑层，并作为固定到支撑层的单片抛光单元，其可能是可压缩的或适应的支撑层。
支撑层是优选地流体不可渗透的，以防止工作流体穿入或浸入支撑层。然而，在一些实施例中，支撑层可包括液体可渗透的材料，其单独或与可选择的挡板一起用来防止或阻止流体穿过或渗透过支撑层。此外，在其他实施例中，多孔支撑层例如可有利地用来在抛光期间将工作流体(例如，抛光浆)维持在抛光垫和工件之间的接触面处。
在一些示例性实施例中，支撑层可包括聚合材料，该聚合材料选自：硅、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁(二烯)橡胶、聚亚安酯以及它们的组合物。支撑层可进一步包括各种附加材料，比如填充料、微粒、纤维、增强剂等等。
已然发现聚亚安酯是特别有用的支撑层材料，包括特别优选的热塑性聚亚安酯(TPU)。在一些当前优选的实施例中，支撑层为包括一个或多个TPU的膜。例如ESTANE TPU(可从OH的Cleveland的Lubrizol高级材料有限公司获得)、TEXIN或DESMOPAN TPU(可自PA的Pittsburgh的Bayer材料科学获得)、PELLETHANE TPU(可自MI的Midland的Dow化学公司获得)等等。
抛光材料可包括多种材料，其具有优选的聚合物材料。适宜的聚合物材料包括，例如，在商业标志DELRIN下可用的聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇聚酯、聚碳酸酯以及乙缩醛(可自德国Wilmington的E.I.DuPont de Nemours公司获得)。在一些示例性实施例中，抛光单元的至少一些包括：热塑性聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇或它们的组合。
抛光单元也可包括增强聚合物或其他复合材料，包括，例如金属颗粒、陶瓷颗粒、聚合颗粒、纤维以及它们的组合等等。在某些实施例中，抛光单元可通过包括填充在其内的填充料、比如碳、石墨、金属或它们的组合而制成电导的和/或热导的。在其他实施例中，可使用电导聚合物，比如，例如带有商业标志ORMECOM(可从德国Ammersbek的Ormecon Chemie获得)的苯胺(PANI)，具有或不具有上述的电导或热导填充料。
在一些示例性实施例中，抛光垫进一步包括固定到正对于抛光单元的支撑层的柔性层。柔性层可通过粘结表面固定到支撑层，但是优选地，置于柔性层和支撑层之间的接触面处的粘附层被用来将支撑层固定到正对于抛光单元的柔性层。
在某些实施例中，柔性层是优选地可压缩的以提供指向抛光面的正压力。在一些示例性实施例中，支撑层可包括柔性或适应材料，比如适应橡胶或聚合物。在其他示例性实施例中，支撑层优选地可由可压缩的聚合材料、待优选的泡沫化的聚合材料制成。在某些实施例中，闭合单元可以是优选的，尽管在其他实施例中，可使用敞开的闭合单元。
在一些特定实施例中，柔性层可包括聚合材料，该聚合材料选自：硅、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁(二烯)橡胶、聚亚安酯以及它们的组合物。柔性层可进一步包括各种附加材料，比如填充料、微粒、纤维、增强剂等等。柔性层是优选地流体不可渗透的(尽管克渗透材料可与可选择的挡板组合使用以防止或阻止液体穿透入柔性层)。
用于柔性层的优选聚合材料为聚亚安酯，TPU是特别优选的。适宜的聚亚安酯包括例如来自Rogers公司的贸易标志PORON的可用材料：Rogers，CT，以及来自MI的Midland的Dow Chemical、贸易标志为PELLETHANE的可用材料：尤其是PELLETHANE 2102-65D。其他适宜的材料包括聚乙烯对苯二酸酯(PET)，比如，例如在商业标志MYLAR下广泛可用的二轴定向PET，以及可自加拿大的Santa Ana的Rubberite Cypress Sponge橡胶产品公司获得的标有BONDTEX标志的键合橡胶。
在一些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫在用于CMP过程时具有某些优势，例如可导致晶片抛光均匀性改善、更平的抛光晶片表面、自晶片的边缘模产量的增加，以及改进的CMP过程操作范围和一致性。尽管不希望被任何特殊理论所限定，这些优点可导致抛光单元的抛光表面自支撑层下的柔性层分离，从而允许抛光单元在抛光过程期间在将抛光垫接触工件时在大体上正交于单元的抛光表面的方向上“浮动”。
在一些实施例中，抛光单元的抛光表面柔性下层的分离可通过将可选的导向板(包括多个从第一主表面到第二主表面延伸通过导向板的孔)引入到抛光物件而增强，其中，抛光单元的至少一部分延伸入相应孔，并且其中，各抛光单元自导向板的第二主表面向外地延伸。可选的导向板，优选地包括刚硬的或非柔性材料，可用来维持抛光表面的空间定位，以及维持单元在抛光垫上的横向运动。然而，在其他实施例中，不需要的可选择的导向板，因为抛光单元的空间方位被维持并且横向运动通过将单元粘结到支撑层而被阻止，优选地，通过将抛光单元直接热粘结到支撑层。
可选择的导向板可由多种材料制成，比如聚合物、共聚物、聚合混合物、聚合组合物或它们的组合。刚硬的、非柔性的、非传导的、流体非可渗透的聚合材料一般是优选地，并且聚碳酸酯已发现非常有用。
在进一步的实施例中，本公开的抛光垫可进一步包括覆盖支撑层的第一主侧的至少一部分的可选择的抛光剂分布层、以及可选择的导向板(如果存在的话)。可选择的抛光剂分布层也可由不同的聚合材料制成。在一些实施例中，抛光剂分布层包括至少一个亲水聚合物。优选的亲水聚合物包括聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇聚酯、聚甲醛以及它们的组合。在一些特殊实施例中，抛光剂分布层可包括水凝胶材料，比如，例如可吸水的亲水聚亚安酯或聚丙烯酸酯，优选地大约5％到大约60％的重量比范围内，以在抛光操作期间提供润滑表面。
在附加的示例性实施例中，可选择的抛光剂分布层包括柔性材料，例如多孔聚合物或泡沫，以提供在抛光操作期间在抛光剂分布层被压缩时指向衬底的正压力。在某些示例性实施例中，抛光剂分布层的适应性被选定成小于可选择的柔性层的适应性。在某些实施例中，具有开口或闭合单元的多孔或泡沫材料可以是用于可选择的抛光剂分布层的优选柔性材料。在一些特定实施例中，可选择的抛光剂分布层在大约10％到大约90％多孔隙度之间。
在某些示例性实施例中，抛光单元的抛光表面可制造成与可选择的抛光剂分布层的暴露主表面对齐或凹陷。此实施例可有利地用来将工作流体例如抛光浆维持在抛光单元的暴露抛光表面和工件之间的接触面处。在此实施例中，抛光剂分布层可有利地选定成包括在抛光过程期间、或在与工件接触之前、期间或之后应用到抛光垫的可选择调节过程期间磨损或侵蚀的材料。
在进一步的示例性实施例中，抛光剂分布层可大体上一致地在经历抛光的整个表面上分布抛光剂，这就可提供更均匀的抛光。抛光剂分布层可选择地包括比如隔板、槽(图中未示出)、小孔等等的流体阻力单元，以调节抛光期间抛光剂的流速。在进一步的示例性实施例中，抛光剂分布层可包括不同材料的不同层，以获得自抛光表面起的不同深度处的期望抛光剂流速。
在一些示例性实施例中，一个或多个抛光单元可包括限定在抛光单元内的敞开核心区域或腔，尽管这种布置不是所希望的那样。在一些实施例中，如WO/2006/055720中所描述的，抛光单元的核心可包括传感器以检测压力、导电性、电容、涡流等等。在另一个实施例中，抛光垫包括在正交于抛光表面的方向上延伸贯穿垫的窗口，或可使用透明层和/或透明抛光单元，以允许抛光过程的光学端点，如共同未决的2008年5月15日提交的标题为“POLISHING PAD WITH ENDPOINT WINDOW AND SYSTEMS AND METHOD OF USING THE SAME”的第61/053429US号临时专利申请所描述的那样。
如上所述的术语“透明层”旨在包括含有透明区域的层，其可由相同或不同于层的剩余部分的材料制成。在一些示例性实施例中，单元、层或区域可能是透明的，或者可以通过将热和/或压力施加到材料上变成透明的，或者透明材料可以铸造在适当位于层内的孔中的适当地方，以产生透明区域。在备选实施例中，整个支撑层可由是或变成是透明的材料制成，以在端点检测设备所使用的感兴趣的波长范围内供能。用于透明单元、层或区域的优选透明材料包括例如透明的聚亚安酯。
此外，如上所述，术语“透明的”规定为包括单元、层、和/或区域，其大体上是透明的，以在端点检测设备所使用的感兴趣的波长范围内供能。在某些示例性实施例中，端点检测装置使用一个或多个电磁能源，以便以紫外光、可见光、红外管、微波、无线波及其组合等等的形式放射辐射。在某些实施例中，术语“透明的”意味着：在冲击在透明单元、层或区域上的感兴趣的波长处至少大约25％(例如，至少大约35％，至少大约50％，至少大约60％，至少大约70％，至少大约80％，至少大约90％，至少大约95％)的能量传递通过透明单元、层或区域。
在一些示例性实施例中，支撑层是透明的。在某些示例性实施例中，至少一个抛光单元是透明的。在另外的示例性实施例中，至少一个抛光单元是透明的，并且粘附层和支撑层也是透明的。在进一步的示例性实施例中，支撑层、导向板、抛光剂分布层、至少一个抛光层或其组合是透明的。
本公开进一步涉及在抛光过程中使用上述抛光垫的方法，该方法包括：以包括多个抛光单元的抛光垫的抛光表面接触衬底的表面，至少其中一些抛光单元是多孔的；以及相对地相对于衬底移动抛光垫以磨损衬底的表面。在某些示例性实施例中，工作流体可提供到抛光垫表面和衬底表面之间的接触面上。适宜的工作流体在现有技术中是已知的，并且可在例如US专利号6238592B1、6491843B1和WO/200233736中发现。
此处所描述的抛光垫在某些实施例中可以是相对容易并且低廉地制造。一些用于制造根据本公开的抛光垫的方法的示例性方法的简要讨论在下文中描述，该讨论并未规定为详尽的或限制性的。因此，在进一步的示例性实施例中，提供了制造抛光垫的方法，该方法包括：形成多个多孔抛光单元；将抛光单元粘结到支撑层以形成垫。在某些实施例中，将抛光单元粘结到支撑层包括热粘结或使用粘结材料以影响粘附粘结、光化学辐射粘结或它们的组合。
在某些实施例中，抛光单元被热粘结到支撑层。热粘结例如可通过如下方式而形成：将支撑层的主表面与各抛光单元的表面接触以形成粘结接触面、加热抛光单元和支撑层到某一温度，抛光单元和支撑层在该温度变软、溶化或一起流动以在粘结接触面形成粘结。超声焊接也可用来影响抛光单元到支撑层的粘结。在一些当前优选的实施例中，在加热抛光单元和支撑层时将压力施加到粘结接触面。在另一个当前优选的实施例中，支撑层被加热到大于抛光单元被加热的温度。
在其他示例性实施例中，将抛光单元粘结到支撑层包括使用在抛光单元和支撑层的主表面之间的接触面处形成物理的和/或化学联合的粘结材料。这种物理的和/或化学的联合可在某些实施例中通过使用置于抛光单元和支撑层的主表面之间的粘结接触面的粘结剂而形成。在其他实施例中，粘结材料可能是通过硫化形成粘结的材料，例如通过热硫化、辐射硫化(例如，使用诸如紫外光、可见光、红外光、电子束或其他辐射源的光化学辐射)等等。
在某些实施例中，抛光单元的至少一些是大体上非多孔的抛光单元。在某些当前优选的实施例中，抛光单元的至少一部分可以是多孔抛光单元。因此，在某些示例性实施例中，方法包括通过如下的喷射造型形成多孔抛光单元：通过气饱和溶化聚合物的喷射造型；在反应时包括气体以形成聚合物的反应混合物的喷射造型；对包括溶化在临界气中的聚合物的混合物的喷射造型；对溶剂中的不相容聚合物的混合物的喷射造型；沉浸在热塑性聚合中的热固性颗粒的喷射造型；以及它们的组合。
在一些示例性实施例中，多孔抛光单元具有大体上在整个抛光单元上分布的小孔。在其他实施例中，小孔可大体上分布在多孔抛光单元的抛光表面上。在某些附加实施例中，给予抛光单元的抛光表面的孔隙度例如可以通过喷射造型、压扎、机械钻孔、激光钻孔、探针冲孔、气体弥散泡沫、化学处理以及其组合而被施加。
应当理解的是，抛光垫无需包括仅仅大体上一致的抛光单元。因而，例如多孔抛光单元和非多孔抛光单元的任意组合或布置可组成多个多孔抛光单元。也应理解的是，多孔抛光单元和大体上非多孔抛光单元的任何数目、组合或布置可在某些实施例中有利地使用，以形成具有粘结到支撑层的浮动抛光单元的抛光垫。
在进一步的示例性实施例中，抛光单元可布置成形成式样。任何式样可被有利地使用。例如，抛光单元可布置成形成两维阵列，例如，矩形、三角形或圆形抛光单元阵列。在附加的示例性实施例中，抛光单元可包括多孔抛光单元布置在支撑层上的式样中的大体上非多孔的抛光单元。在某些示例性实施例中，多孔抛光单元可被有利地相对任何非多孔抛光单元布置，以在支撑层的主表面上形成多孔抛光单元和非多孔抛光单元的布置。在此实施例中，抛光单元相对于大体上非多孔抛光单元的数目和布置可被有利地选择以获得期望的抛光性能。
例如，在一些示例性实施例中，多孔抛光单元可布置成大体上在抛光垫的主表面的中心附近，并且大体上非多孔抛光单元可布置在大体上抛光垫的主表面的外围边缘附近。此种示例性实施例可期望地更有效地将工作流体，例如耐磨抛光浆保持在抛光垫和晶片表面之间的接触区域，从而改善晶片表面的抛光均匀性(例如，晶片表面的凹陷减少)，以及减少CMP过程所产生的废奖量。此示例性实施例也可期望地用来在模的边缘处提供更积极的抛光，从而减少或消除边缘脊的行程，并改善产量和模的抛光均匀性。
在其他示例性实施例中，多孔抛光单元可布置成大体上在抛光垫的主表面的边缘附近，并且大体上非多孔抛光单元可布置在大体上抛光垫的主表面的中心附近。抛光单元的其他布置和/或式样被设定落在本公开的范围内。
在某些实施例中，抛光单元可通过布置在支撑层的主表面上而布置在式样中。在其他示例性实施例中，抛光单元可使用期望式样的模板布置在式样中，并且支撑层可在粘结之前布置在抛光单元和模板的上方或下方，并使支撑层的主表面在粘结接触面处与各抛光单元接触。
具有根据本公开的多孔抛光单元的抛光垫的示例性实施例可具有使其用于不同抛光应用中的不同特征和特性。在一些当前优选的实施例中，本公开的抛光垫可尤其适合用于制造集成电路和半导体装置的晶片的化学机械平面化(CMP)。在某些示例性实施例中，本公开所描述的抛光垫可提供比现有技术已知的抛光垫为优的诸多优点。
例如，在某些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可用来更好地将CMP过程中使用的工作流体保持在垫的抛光表面和待抛光的衬底表面之间的接触面上，从而改善工作流体在增强抛光中的有效性。在其他示例性实施例中，根据本公开的抛光垫可减少或消除在抛光期间的晶片表面的凹痕和/或边缘侵蚀。在一些示例性实施例中，根据本公开的抛光垫在CMP过程中的使用可导致晶片抛光均匀性改善、更平的抛光晶片表面、自晶片的边缘模产量的增加，以及改进的CMP过程操作范围和一致性。
在进一步的示例性实施例中，对根据本公开的具有多孔单元的抛光垫的使用可允许更大直径晶片的处理，同时维持所需的表面均匀性，以获得好的芯片产量、在需要调节垫表面之前处理更多的晶片以便保持晶片表面的抛光均匀性，或者减少处理时间和晶片调节器上的磨损。
根据本公开的示例性抛光垫将参考下面的非限制性示例进行说明。
示例
下面的非限制性实施例图示了用于制备多孔和非多孔抛光单元的不同方法，该多孔和非多孔单元可用来制备包括多个粘结到支撑层的抛光单元的抛光垫。
示例1
该示例图示了非多孔抛光单元(示例1A)和多孔抛光单元(示例1B)的制备，其中，小孔大体上分布在整个抛光单元上。多孔抛光单元通过包括溶解在超临界气体中的聚合物的混合物的喷射造型而制备。
具有在210℃和3800g力的溶解指数5的热塑性聚亚安酯(Estane ETE 60DT3 NAT 022P，Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH)被选择。热塑性聚亚安酯的切片在升高温度和压力下被送到80吨位的装备有30mm直径的单螺杆(L/D＝24∶1)的MT Arburg喷射造型压力机(Arburg GmbH，Lossburg，德国)，以产生聚合物熔体。
在示例1A中，聚合物熔体被喷射造型到32腔、冷浇铸模(9.2克的实心粒重量)以形成大体上非多孔的抛光单元，该非多孔抛光单元具有中空内圆柱形的腔和0.15克/单元的重量。
在示例1B中，氮气在升高温度和压力下通过使用装备有Mass Pulse Dosing传送系统(可自MA的Woburn的Trexel有限公司获得)的Trexel SII-TRlO被喷入到聚合物熔体，导致超临界氮气在聚合物熔体中的0.6w/w混合物的行程。超临界氮气和聚合物熔体混合物被喷入32-腔、冷浇铸模(9.2克的实心粒重量)以形成具有中空内圆柱形腔和0.135克重量的多孔抛光单元，并且其中，小孔大体上分布在整个抛光单元上。
用于各挤压机区域的温度、模参数、螺旋、喷射、包装压力、成型时间和嵌位吨位相对于示例1A和示例1B在表1中概括得出。
Figure BPA00001331017800251
示例2
该示例图示了多孔抛光单元的制备，其中，小孔大体上仅分布在单元的抛光表面上。
通过对具有在210℃和3800g力的溶解指数5的热塑性聚亚安酯(Estane ETE 60DT3 NAT 022P，Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH)的喷射造型而首先制备多孔抛光单元，以便形成大体上圆柱形的测量直径在15毫米左右的抛光单元，如在比较示例1A中所上述的那样。
然后使用AVIA 355纳米紫外线激光器(加拿大的Santa Clara的Coherent公司)对喷射成型抛光单元的抛光表面激光钻孔，以形成多孔抛光单元，该紫外线激光器的操作参数为：毫微秒脉冲速率、15kHz的重复速率，60-80％的功率设定(0.8-1.1瓦)，以及在100毫米/秒到300毫米/秒的扫描速率(29.8秒和13.2的总运行时间)。
示例3
该示例图示了非多孔抛光单元(示例3A)和多孔抛光单元(示例3B)的制备，其中，小孔大体上仅以多个形成在抛光表面上的形式分布在单元的抛光表面上。
多孔抛光单元通过具有在210℃和3800g力的溶解指数5的热塑性聚亚安酯(Estane ETE 60DT3 NAT 022P，Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH)的喷射造型而制备。热塑性聚亚安酯的切片在升高温度和压力下被送到装备有25mm直径的单螺杆(L/D＝24.6∶1)的Engel 100吨位的喷射造型压力机(Engel机器，York，PA)，以产生聚合物熔体。
热塑性聚亚安酯熔体被喷射造型到2-腔、冷浇铸模(34.01克的微粒重量)，该模装备有插在腔中的棱角模和插在另一个腔中的胚模。喷射造型条件在表2中概括得出。
Figure BPA00001331017800271
图5图示了一个用于将抛光单元热粘结到支撑层的方法所用的示例性实施例。多个非多孔抛光单元4’可以两维阵列式样布置在置于释放层34之上的模板30中(参见图3A)。支撑层10可放置在抛光单元4’的暴露表面之上。释放层34’可置于支撑层10的暴露表面之上，并且整个组件可置于加热压机的上压盘36和下压盘38之间。
应当了解的是，示例性装置中的单元的相对阶数和布置可在不本背离本公开的范围情况下改变。因而，例如，支撑层10可置于释放层34之上，并在将非多孔抛光单元4布置在模板中的二维阵列式样中之前覆盖模板30，并以释放层34覆盖布置的层。此外，多孔抛光单元4可以任何数目、布置或组合替换非多孔抛光单元4’。
示例4
示例4图示了将根据示例1制备的喷射造型热塑性聚亚安酯抛光单元热粘结到包括热塑性聚亚安酯的支撑层的方法。
抛光单元(15毫米直径)通过根据示例1的热塑性聚亚安酯(TPU)、ESTANE58144(可自Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH获得)的喷射造型获得。抛光单元被布置在使用图6所示的聚碳酸酯模板的大体上圆形的二维阵列式样中，并粘结到26微米厚的支撑层，该支撑层通过在182℃下将热塑性聚亚安酯(TPU)、ESTANE58144(可自Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH获得)挤压成薄膜泡沫而形成。
热粘结在大体上如图5所示的加热压盘压机(Pasadena液压压机公司，EI Monte，CA)中执行。上压盘被维持在大约143.3℃，而下压盘被维持在大约26.7℃。足够的压力被施加以在TPU抛光单元和TPU支撑层之间构成接触，该TPU支撑层布置在如图5所示的纸释放层之下。粘结在30秒后被大体上完成并均匀。在TPU支撑层热粘结到TPU抛光单元之后，纸衬里被移除以产生具有热粘结的TPU抛光单元的TPU支撑层的清晰完整片，如图7所示。
示例5
示例5图示了将根据示例1制备的喷射造型热塑性聚亚安酯抛光单元热粘结到包括不同热塑性聚亚安酯的支撑层薄膜的方法。
抛光单元(6毫米直径)通过根据示例1的TPU(ESTANE5812(可自Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH获得))的喷射造型获得。抛光单元被布置在使用聚碳酸酯模板(图6)的大体上圆形的二维阵列式样中，并热粘结到122微米厚的TPU薄膜支撑层(Stevens Urethane ST-1522CL，Easthampton，MA)。
热粘结在大体上如图5所示的加热压盘压机(HIX N-800单压盘压机，Pittsburgh，KS)中执行。上压盘被维持在大约149℃，而下压盘被维持在大约26.7℃。40psi(大约275790帕)的压力被施加到TPU抛光单元和TPU支撑层，其布置在如图5所示的纸释放衬里之间。粘结在15秒后被大体上完成并均匀。在TPU支撑层热粘结到TPU抛光单元之后，纸衬里被移除以产生具有热粘结的TPU抛光单元的TPU支撑层的清晰完整片。
示例6
示例6图示了将根据示例1制备的喷射造型热塑性聚亚安酯抛光单元热粘结到包括聚酯的支撑层薄膜的方法。
抛光单元(15毫米直径)通过根据示例1的TPU(ESTANE5812(可自Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH获得))的喷射造型获得。抛光单元被直接布置在支撑层-102微米厚的聚酯薄膜(3M Thermo-Bond 615 Film，3M公司，St.Paul，MN)的主表面上，并热粘结到支撑层。
热粘结在加热压盘压机(Pasadena液压压机公司，EI Monte，CA)中执行。上压盘被维持在大约121℃，而下压盘被维持在大约26.7℃。足够的压力被施加以在TPU抛光单元和TPU支撑层之间构成接触，其布置在纸释放层之间。粘结在20秒后被大体上完成并均匀。在将支撑层热粘结到TPU抛光单元之后，纸衬里被移除以产生具有热粘结的TPU抛光单元的支撑层的清晰完整片。
示例7
示例7图示了将根据示例1制备的喷射造型热塑性聚亚安酯抛光单元热粘结到包括不同聚酯薄膜的支撑层的方法。
抛光单元(15毫米直径)通过根据示例1的TPU(ESTANE58144，可自Lubrizol高级材料有限公司，Cleveland，OH获得))的喷射造型获得。抛光单元被直接布置在支撑层-102微米厚的聚酯薄膜(3M Thermo-Bond 668 Film，3M公司，St.Paul，MN)的主表面上，并热粘结到支撑层。
热粘结在加热压盘压机(HIX N-800单压盘压机，Pittsburgh，KS)中执行。上压盘被维持在大约149℃，而下压盘被维持在大约26.7℃。40psi(大约275790帕)的压力被施加到TPU抛光单元和TPU支撑层，其布置在纸释放衬里之间。粘结在15秒后被大体上完成并均匀。
示例8
示例8图示了将包括粘结到支撑层的抛光单元的整体膜粘结到柔性层以形成具有浮动单元的抛光垫的方法。
在将TPU支撑层热粘结到示例4所描述的TPU抛光单元后，正对于抛光单元的支撑层的主表面被固定到1.59毫米厚的聚亚安酯柔性层(Rogers PORON聚氨酯泡沫，部件号#4701-50-20062-04，自美国Flexible，Chaska，MN获得)，通过手动层压到127微米厚的粘附剂层(3M 9672 Transfer Adhesive，3M公司，St.Paul，MN)。抛光垫通过将压力灵敏粘附剂(3M 442 DL Transfer Tape，3M公司，St.Paul，MN)手工层压到正对于抛光单元的表面上的聚亚安酯泡沫柔性层而完成。
图8是包括粘结到支撑层的浮动抛光单元的抛光垫的照片，其中，支撑层被固定到具有粘结剂的柔性子层，并且其中，根据本公开的另一个示例性实施例，压力灵敏粘附剂被粘附到正对于抛光单元的主表面上的子层。
示例9
示例8的抛光垫通过使用柔性泡沫子层的底表面上的Transfer Tape压力灵敏粘附剂被安装到铝抛光压盘。具有抛光垫的抛光压盘然后被安装到CETR抛光器，放置为与钻石垫修整机接触(3M烧结耐磨调节器A3800)，并在脱离子水中在不同的条件下(见表1)加压5分钟。
在各测试条件之后，垫被检查以用于单元松解，并且未检测到任何。为了确定垫是否能抵抗连续的调节或磨损，垫被持续开动，直至顶端在8lbf(大约3632gf)、60rpm的工作台和压盘速度以及10毫米摆动荡(4圈/分)下被磨损掉为止。在整个测试中，垫被周期地检测以用于抛光单元松解，并且未发现任何。测试条件在表3中概括。
表3
Figure BPA00001331017800311
使用上文的详细描述以及示例中所提供的教导，单独的多孔和可选择地非多孔抛光单元可固定到支撑层以提供根据本发明的不同实施例的抛光垫。应当理解地是，根据本发明示例性实施例的抛光垫无需仅包括实质上一致的抛光单元。因而，例如，多孔抛光单元和非多孔抛光单元的任意组合或布置可构成多个抛光单元。也要理解地是，多孔抛光单元和实质上非多孔抛光单元的任意数目、组合或布置可在某些实施例中有利地是使用以形成具有粘结到支撑层的浮动抛光单元的抛光垫。
在一个图示单一抛光垫的尤其有利的实施例中，多-腔模可具有回填室，其中，各腔对应于抛光单元。多个抛光单元，其可包括此处所描述的多孔抛光单元和非多孔抛光单元，可通过适宜的聚合物熔体喷射成型到多-腔模、以及以相同聚合物熔体或另一种聚合物熔体回填到回填室而形成，以便形成支撑层。抛光单元在模冷却时保持固定到支撑层，从而将多个抛光单元形成为具有支撑层的单片式抛光单元。
在整个说明书中，所指的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”，是否在术语“实施例”前包括或不包括术语“示例性”，都意味着：接合实施例所描述的特定特征、结构、材料或特性被包含在本发明的某些示例性实施例中的至少一个实施例中。因而，诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”的短语在整个说明书不同地方的出现不是必然指本发明的某些示例性实施例的相同实施例。此外，特定特征、结构、材料或特性可以任何方式结合到一个或多个实施例中。
尽管说明书已经详细地描述了某些示例性实施例，应当理解的是，本领域的技术人员一旦获得前文的理解后，就可轻易地设想出这些实施例的改变、变化或等效方案。因此，应当理解的是，本公开并非不适当地限于上面所提出的演示性实施例。尤其是，如此处所使用的，端点表述的数字范围规定为包括包容在范围内的所有数字(例如1至5包括1，1.5，2，2.75，3，3.80，4和5)。另外，此处所用的所有数字假定为由术语“大约”改变。此外，此处所引用的所有出版物和专利通过整体引用在相同程度上被引入，仿佛各个单独的出版物或专利被详细地、单独地表示为通过参考引入。
不同的示例性实施例已经被描述。这些和其他实施例在下述权利要求的范围内。

Claims (58)

1.一种包括多个抛光单元的抛光垫，各个抛光单元粘结到支撑层的主侧，以便限制抛光单元相对于一个或多个其他抛光单元的横向运动，但是仍在大体上正交于抛光单元的抛光表面的轴线上是可运动的。
2.一种抛光垫，包括：具有第一主侧和对立于第一主侧的第二主侧的支撑层；
粘结到支撑层的第一主侧的多个抛光单元，其中，各抛光单元具有暴露的抛光表面；以及
其中，抛光单元自支撑层的第一主侧沿大体上正交于第一主侧的第一方向延伸。
3.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元在不使用粘附剂的情况下粘结到支撑层的第一主侧。
4.如权利要求3所述的抛光垫，进一步包括导向板，该导向板包括自第一主表面延伸穿过导向板到第二主表面的多个孔，其特征在于，各抛光单元的至少一部分延伸入相应的孔，并且其中，各抛光单元自导向板的第二主表面向外地延伸。
5.如权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元的一部分穿过相应孔。
6.如权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元具有凸缘，并且其中，各抛光单元通过相应凸缘与支撑层的接合固定到第一主侧。
7.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述导向板包括聚合物、共聚物、聚合混合物、聚合组合物或它们的组合。
8.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述导向板维持抛光单元沿第一方向的方位，同时允许抛光单元独立地沿第一方向相对于导向板移动。
9.如权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，进一步包括覆盖导向板的第一主表面的至少一部分的抛光剂分布层。
10.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，进一步包括覆盖支撑层的第一主侧的至少一部分的抛光剂分布层。
11.如权利要求9或10所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元沿第一方向在包括抛光剂分布层的平面之上延伸至少大约0.25毫米。
12.如权利要求9或10所述的抛光垫，其特征在于，至少一些抛光单元具有与抛光剂分布层的暴露表面对齐的抛光表面。
13.如权利要求9或10所述的抛光垫，其特征在于，至少一些抛光单元具有在抛光剂分布层的暴露表面之下凹陷的抛光表面。
14.如权利要求12或13所述的抛光垫，其特征在于，抛光剂分布层包括具有硬度小于抛光单元的磨损材料。
15.如权利要求9或10所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光剂分布层包括至少一个亲水聚合物。
16.如权利要求9或10所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光剂分布层包括泡沫。
17.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，进一步包括固定到正对于支撑层的主侧一侧的柔性层和抛光单元。
18.如权利要求17所述的抛光垫，其特征在于，所述柔性层通过柔性层和支撑层之间的接触面处的粘附剂层被固定到支撑层。
19.如权利要求17所述的抛光垫，其特征在于，所述柔性层包括选自下列材料的聚合材料：硅、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁(二烯)橡胶、聚亚安酯、聚乙烯以及它们的组合物。
20.如权利要求9或10所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光剂分布层的适应性小于柔性层的适应性。
21.如权利要求17所述的抛光垫，进一步包括压力灵敏粘附层，该粘附层被固定到正对于多个抛光单元的柔性层。
22.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元沿第一方向在包括支撑层的平面之上延伸至少大约0.25毫米。
23.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，至少其中一个抛光单元包括多孔抛光单元，并且其中，各抛光单元包括多个小孔。
24.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，大体上所有的抛光单元是多孔抛光单元。
25.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，包括各多孔抛光单元的小孔在大体上整个抛光单元上分布。
26.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元的至少一部分包括多个小孔。
27.如权利要求26所述的抛光垫，其特征在于，所述包括抛光表面的多个小孔包括多个具有横截面形状的槽，该横截面形状选自下列形状组成的组：圆柱形、三角形、矩形、梯形、半球形和它们的组合。
28.如权利要求27所述的抛光垫，其特征在于，各槽在第一方向上的深度在大约100微米到大约7500微米之间。
29.如权利要求27所述的抛光垫，其特征在于，各槽的横截面面积在大约75平方微米到大约3×106平方微米的范围。
30.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔包括闭合单元泡沫。
31.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔包括开口单元泡沫。
32.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔展示小孔尺寸的单峰分布。
33.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔展示的平均小孔尺寸从大约1微米到大约100微米之间。
34.如权利要求33所述的抛光垫，其特征在于，所述多个小孔展示的平均小孔尺寸从大约1微米到大约50微米之间.
35.如权利要求23所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光单元被布置在支撑层的主侧上的二维阵列式样内。
36.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，各抛光单元被热粘结到支撑层。
37.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，至少一些抛光单元被选定成在第一方向截取具有选自下列形状组成的横截面：圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形和梯形。
38.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述多个抛光单元形成为具有支撑层的单片式抛光单元。
39.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，抛光单元的至少一部分包括热塑性聚亚安酯、丙烯酸脂、聚乙烯醇聚酯或它们的组合。
40.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光单元具有至少一个从大约0.1毫米到大约30毫米的尺寸。
41.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层包括热塑性聚亚安酯。
42.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光单元的至少一部分包括磨损颗粒。
43.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光单元以二维阵列式样布置在支撑层的主侧上。
44.如权利要求1、2、9或10中任一项所述的抛光垫，其特征在于，至少一个抛光单元是透明的。
45.如权利要求44所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层是透明的。
46.如权利要求17所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层、导向板、抛光剂分布层、至少一个抛光单元或它们的组合是透明的。
47.如权利要求17所述的抛光垫，其特征在于，所述支撑层、导向板、抛光剂分布层、柔性层、粘附剂层、至少一个抛光单元或它们的组合是透明的。
48.一种使用抛光垫的方法，包括：
将衬底的表面与根据权利要求1-47中任一项所述的抛光垫的抛光表面接触；
相对地相对于衬底移动抛光垫，以磨光衬底的表面。
49.如权利要求48所述的方法，进一步包括：将抛光剂提供到抛光垫表面和衬底表面之间的接触面上。
50.一种制造抛光垫的方法，包括：
形成多个抛光单元；
将抛光单元粘结到支撑层，以形成根据权利要求1-47中任一项所述的抛光垫。
51.如权利要求50所述的方法，进一步包括在将抛光单元热粘结到支撑层之前将多个抛光单元布置在式样中。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，抛光单元的至少一部分包括多孔抛光单元。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，抛光单元的至少一些包括大体上非多孔的抛光单元。
54.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述多孔抛光单元可通过如下物质的喷射造型形成：饱和气聚合物溶体的喷射造型；使气体在反应时进化以形成聚合物的反应混合物的喷射造型；包括溶入超临界气体的聚合物的混合物的喷射造型；溶剂中的不相容聚合物的混合物的喷射造型；分散在热塑性聚合物内的多孔热固性微粒的喷射造型，以及上述物质的组合。
55.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述多孔聚合物单元包括形成在各多孔抛光单元的抛光表面处的小孔。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，所述小孔通过喷射造型、压扎、机械钻孔、激光钻孔、探针冲孔、气体弥散泡沫、化学处理以及其组合而形成。
57.如权利要求51所述的方法，其特征在于，将多个抛光单元布置在式样中包括：将抛光单元布置在模板中、将抛光单元布置在支撑层上，以及它们的组合。
58.如权利要求50所述的方法，其特征在于，将抛光单元粘结到支撑层包括：热粘结、光化学辐射粘结、粘附粘结以及它们的组合。
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