CN105773400A - 具有基层和抛光表面层的抛光垫 - Google Patents

具有基层和抛光表面层的抛光垫 Download PDF

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Abstract

描述了具有基层和抛光表面层的抛光垫。在实施例中，用于抛光衬底的抛光垫包括基层。抛光表面层与基层结合。还描述了用于制作具有与基层结合的抛光表面层的抛光垫的方法。

Description

具有基层和抛光表面层的抛光垫
本申请是申请日为2012年5月16日、申请号为201280058372.9、发明名称为“具有基层和抛光表面层的抛光垫”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施例属于化学机械抛光(CMP)且特别是具有基层和抛光表面层的抛光垫的领域。
背景技术
化学-机械平面化或化学-机械抛光(通常简写为CMP)是一种在半导体制作中用于使半导体晶片或其它衬底平面化的技术。
该过程使用研磨和腐蚀性的化学浆体(通常称为胶质)，并且还结合地使用直径典型地大于晶片的挡圈及抛光垫。抛光垫和晶片由动态抛光头迫压在一起并由塑料挡圈保持在适当位置。在抛光期间动态抛光头旋转。该方法有助于材料的去除并趋于使任何不规则的形貌平坦，从而使晶片平直或平坦。该方法对于设置晶片以形成另外的电路元件可能是必要的。例如，可能需要该方法来使整个表面位于光刻系统的景深内，或基于其位置选择性地去除材料。对于最近的低于50纳米技术节点，典型的景深要求低至埃级。
材料去除的过程并非仅仅是像砂纸在木材上那样的研磨刮擦过程。浆体中的化学制品也与待去除的材料反应和/或弱化待去除的材料。磨料加速了该弱化过程并且抛光垫有助于从表面擦除反应后的材料。除在浆体技术中的进步外，抛光垫还对日益复杂的CMP操作起到重要作用。
然而，在CMP垫技术的进化中需要另外的改进。
发明内容
本发明的实施例包括具有基层和抛光表面层的抛光垫。
在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有第一硬度的基层。抛光表面层与基层直接结合。抛光表面层具有小于第一硬度的第二硬度。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有第一硬度的基层。抛光表面层与基层直接结合。抛光表面层具有等于或大于第一硬度的第二硬度。
优选地，所述抛光表面层与所述基层共价结合。
优选地，所述基层和所述抛光表面层具有足以耐受在所述抛光垫的使用寿命期间施加的剪切力的抗剥离能力。
优选地，所述抛光表面层包括具有自其突出的多个抛光特征的连续层部分，所述连续层部分与所述基层直接结合。
优选地，所述抛光表面层包括与所述基层直接结合的多个离散抛光突起。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有在40℃时小于大约100KEL(1/Pa)的能量损失系数的基层。抛光表面层附接到基层上。抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL的能量损失系数。基层和抛光表面层共同具有在40℃时小于大约100KEL的能量损失系数。
优选地，所述抛光表面层包括具有自其突出的多个抛光特征的连续层部分，所述连续层部分附接到所述基层上。
优选地，所述抛光表面层包括附接到所述基层上的多个离散抛光突起。
优选地，所述抛光表面层包括热固性聚氨酯材料。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有第一硬度的基层。抛光表面层附接到基层上。抛光表面层具有小于第一硬度的第二硬度并由热固性材料组成。
优选地，所述抛光表面层是均质抛光表面层。
优选地，所述热固性材料是聚氨酯。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述抛光表面层具有大致在50-60肖氏D硬度的范围内的硬度。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述抛光表面层具有大致在20-50肖氏D硬度的范围内的硬度。
优选地，所述抛光表面层包括具有自其突出的多个抛光特征的连续层部分，所述连续层部分附接到所述基层上。
优选地，所述抛光表面层包括附接到所述基层上的多个离散抛光突起。
优选地，所述抛光表面层具有大致在6％-50％总空隙容积的范围内的封闭单元孔的孔密度。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括非多孔基层。抛光表面层与基层直接结合。抛光表面层具有封闭单元孔的孔密度。
优选地，所述封闭单元孔的孔密度大致在6％-50％总空隙容积的范围内。
优选地，所述抛光表面层包括具有自其突出的多个抛光特征的连续层部分，所述连续层部分与所述基层直接结合。
优选地，所述抛光表面层包括与所述基层直接结合的多个离散抛光突起。
在另一实施例中，一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法包括在成型模中提供基层和通过使一组可聚合的材料混合而形成的混合物。成型模的突起图案/突起形式与该混合物联接。在突起图案与混合物联接的情况下，混合物至少部分地固化而在基层上形成直接模塑均质抛光表面层。该模塑均质抛光表面层包括与成型模的突起图案对应的槽图案。
优选地，提供所述基层包括将所述基层置于所述成型模的基部中，提供所述混合物包括在所述基层上提供所述成型模的基部中的所述混合物，联接所述成型模的所述突起图案包括将所述成型模的盖与所述混合物联接，所述盖上设置有所述突起图案，并且使所述混合物至少部分地固化包括加热所述成型模的基部。
优选地，该方法还包括：当固化程度足以维持所述模塑均质抛光表面的几何形状但不足以使模塑均质抛光表面层耐受机械应力时，从所述成型模的基部去除具有形成在其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层。
优选地，所述基层延伸超出所述模塑均质抛光表面层，并且从所述成型模的基部去除具有形成在其上的模塑均质抛光表面层的所述基层包括保持住所述基层而不是所述模塑均质抛光表面层。
优选地，使所述混合物至少部分地固化包括加热所述混合物和所述基层两者。
优选地，该方法还包括：从所述基层去除所述模塑均质抛光表面层；和在所述基层上形成第二均质抛光表面层。
优选地，在所述成型模中提供所述基层包括首先从所述基层去除事先形成的抛光表面层。
优选地，在所述成型模中提供所述基层包括首先对所述基层的表面进行粗糙化处理。
优选地，形成所述模塑均质抛光表面层包括形成热固性聚氨酯材料。
优选地，使所述一组可聚合的材料混合还包括向所述一组可聚合的材料添加大量致孔剂以在所述模塑均质抛光表面层中形成大量封闭单元孔，每个所述封闭单元孔都具有物理外壳。
优选地，使所述一组可聚合的材料混合还包括将气体注入所述一组可聚合的材料或由其形成的产品中，以在所述模塑均质抛光表面层中形成大量封闭单元孔，每个所述封闭单元孔都不具有物理外壳。
优选地，使所述一组可聚合的材料混合包括使异氰酸酯和芳香族二胺化合物混合。
优选地，使所述一组可聚合的材料混合还包括向所述一组可聚合物的材料添加浊化颗粒填料以形成不透明的模塑均质抛光表面层。
优选地，该方法还包括：通过在炉内加热具有形成在其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层来使所述模塑均质抛光表面层进一步固化。
优选地，包括具有形成在其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层的抛光垫适于在不进行所述基层的背面切割的情况下进行抛光处理。
优选地，使所述混合物至少部分地固化形成与所述基层共价结合的所述模塑均质抛光表面层。
在另一实施例中，一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法包括在成型模中提供基层和通过使一组可聚合的材料混合而形成的混合物。成型模的突起图案/突起形式与该混合物联接。在突起图案与混合物联接的情况下，混合物至少部分地固化而形成附接到基层上的模塑均质抛光表面层。该模塑均质抛光表面层包括与成型模的突起图案对应的槽图案。当固化程度足以维持模塑均质抛光表面的几何形状但不足以使模塑均质抛光表面层耐受机械应力时，从成型模的基部去除具有附接到其上的模塑均质抛光表面层的基层。
优选地，在将所述成型模的所述突起图案与所述混合物联接之后4分钟内，从所述成型模的基部去除具有附接到其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层。
优选地，在所述模塑均质抛光表面层的材料胶凝之后立即进行从所述成型模去除具有附接到其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层。
优选地，所述基层延伸超出所述模塑均质抛光表面层，并且从所述成型模的基部去除具有附接到其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层包括保持住所述基层而不是所述模塑均质抛光表面层。
优选地，使所述混合物至少部分地固化包括加热所述混合物和所述基层两者。
优选地，该方法还包括：从所述基层去除所述模塑均质抛光表面层；和形成附接到所述基层上的第二均质抛光表面层。
优选地，在所述成型模中提供所述基层包括首先从所述基层去除事先形成的抛光表面层。
优选地，在所述成型模中提供所述基层包括首先对所述基层的表面进行粗糙化处理。
优选地，该方法还包括：通过在炉内加热具有附接到其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层来使所述模塑均质抛光表面层进一步固化。
优选地，包括具有附接到其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层的抛光垫适于在不进行所述基层的背面切割的情况下进行抛光处理。
在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括基层，该基层具有设置在其中的槽图案。连续的抛光表面层附接到基层的槽图案上。
优选地，所述连续的抛光表面层与所述基层直接结合。
优选地，所述连续的抛光表面层与所述基层共价结合。
优选地，所述基层具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数。
优选地，所述基层具有在5PSI的中心压力下小于约1％的压缩率。
优选地，所述基层具有大于约75肖氏D硬度的硬度。
优选地，所述基层包括从由聚氨酯材料和聚碳酸酯材料组成的群组选择的聚合材料。
优选地，所述基层包括从由环氧树脂板材和金属板组成的群组选择的材料。
优选地，所述连续的抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数。
优选地，所述连续的抛光表面层具有在5PSI的中心压力下大于约0.1％的压缩率。
优选地，所述连续的抛光表面层具有小于约70肖氏D硬度的硬度。
优选地，所述连续的抛光表面层是均质抛光表面层。
优选地，所述均质抛光表面层包括热固性聚氨酯材料。
优选地，所述连续的抛光表面层具有大致在6％-50％总空隙容积的范围内的封闭单元孔的孔密度。
优选地，所述基层具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数，所述连续的抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数，并且所述基层和所述连续的抛光表面层共同具有在40℃时小于约100KEL的能量损失系数。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述连续的抛光表面层具有大致在50-60肖氏D硬度的范围内的硬度。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述连续的抛光表面层具有大致在20-50肖氏D硬度的范围内的硬度。
优选地中，所述连续的抛光表面层具有第一弹性模量，并且所述基层具有比所述第一弹性模量大约10倍的第二弹性模量。
优选地，所述连续的抛光表面层具有第一弹性模量，并且所述基层具有比所述第一弹性模量大约100倍的第二弹性模量。
优选地，所述连续的抛光表面层具有大致在2-50密尔的范围内的厚度，并且所述基层具有大于约20密尔的厚度。
优选地，所述基层相对于所述连续的抛光表面层的厚度和硬度具有足以赋予所述抛光垫的主抛光特征的厚度和硬度。
优选地，所述基层对于所述抛光垫而言足够厚以提供模具级别的抛光平面度，但对于所述抛光垫而言足够薄以提供晶片级别的抛光均匀度。
优选地，该抛光垫还包括：设置在所述基层中的检测区域。
优选地，该抛光垫还包括：穿过所述连续的抛光表面层和所述基层设置在所述抛光垫中的孔洞；和设置在所述基层的背面上而不是所述孔洞中的粘附板，所述粘附板在所述基层的背面处提供用于所述孔洞的不透水密封。
优选地，该抛光垫还包括：子垫，其中所述基层紧邻所述子垫设置。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，所述连续的抛光表面层具有大致在20-60肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述子垫具有小于约90肖氏D硬度的硬度。
优选地，所述抛光垫提供模具级别的抛光平面度和晶片级别的抛光均匀度。
优选地，所述基层包括一叠子层。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有表面的基层，所述表面具有设置在其上的突起图案。每个突起都具有顶面和侧壁。不连续的抛光表面层附接到基层上并且包括离散部分。每个离散部分都附接到基层的对应一个突起的顶面上。
优选地，每个所述离散部分还附接到所述基层的对应一个所述突起的所述侧壁的一部分上。
优选地，所述不连续的抛光表面层与所述基层直接结合。
优选地，所述不连续的抛光表面层与所述基层共价结合。
优选地，所述基层具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数。
优选地，所述基层具有在5PSI的中心压力下小于约1％的压缩率。
优选地，所述基层具有大于约75肖氏D硬度的硬度。
优选地，所述基层包括聚碳酸酯材料。
优选地，所述基层包括从由环氧树脂板材和金属板组成的群组选择的材料。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有在5PSI的中心压力下大于约0.1％的压缩率。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有小于约70肖氏D硬度的硬度。
优选地，所述不连续的抛光表面层是均质抛光表面层。
优选地，所述均质抛光表面层包括热固性聚氨酯材料。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有大致在6％-50％总空隙容积的范围内的封闭单元孔的孔密度。
优选地，所述基层具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数，所述不连续的抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数，并且所述基层和所述不连续的抛光表面层共同具有在40℃时小于约100KEL的能量损失系数。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述不连续的抛光表面层具有大致在50-60肖氏D硬度的范围内的硬度。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述不连续的抛光表面层具有大致在20-50肖氏D硬度的范围内的硬度。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有第一弹性模量，并且所述基层具有比所述第一弹性模量大约10倍的第二弹性模量。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有第一弹性模量，并且所述基层具有比所述第一弹性模量大约100倍的第二弹性模量。
优选地，所述不连续的抛光表面层具有大致在2-50密尔的范围内的厚度，并且所述基层具有大于约20密尔的厚度。
优选地，所述基层相对于所述不连续的抛光表面层的厚度和硬度具有足以赋予所述抛光垫的主抛光特征的厚度和硬度。
优选地，所述基层对于所述抛光垫而言足够厚以提供模具级别的抛光平面度，但对于所述抛光垫而言足够薄以提供晶片级别的抛光均匀度。
优选地，该抛光垫还包括：设置在所述基层中的检测区域。
优选地，该抛光垫还包括：穿过所述不连续的抛光表面层和所述基层设置在所述抛光垫中的孔洞；和设置在所述基层的背面上而不是所述孔洞中的粘附板，所述粘附板在所述基层的背面处提供用于所述孔洞的不透水密封。
优选地，该抛光垫还包括：子垫，其中所述基层紧邻所述子垫设置。
优选地，所述基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，所述不连续的抛光表面层具有大致在20-60肖氏D硬度的范围内的硬度，并且所述子垫具有小于约90肖氏D硬度的硬度。
优选地，所述抛光垫提供模具级别的抛光平面度和晶片级别的抛光均匀度。
优选地，所述基层包括一叠子层。
在另一实施例中，一种制造用于抛光衬底的抛光垫的方法包括提供具有表面的基层，所述表面具有形成在其上的突起图案。每个突起都具有顶面和侧壁。在基层的上方形成有抛光表面层。
优选地，形成所述抛光表面层包括形成附接到所述基层上的、与所述突起图案适贴的连续的抛光表面层。
优选地，形成所述抛光表面层包括形成附接到所述基层上并且包括离散部分的不连续的抛光表面层，每个所述离散部分都附接到所述基层的对应一个突起的顶面上。
优选地，形成所述抛光表面层包括在所述基层上直接形成所述抛光表面层。
优选地，形成所述抛光表面层包括使用从由在所述抛光表面层上滚轧、在所述抛光表面层上喷涂、将所述抛光表面层与所述基层双面模塑、印刷所述抛光表面层或在所述抛光表面层上压印之类的技术组成的群组选择的技术。
优选地，该方法还包括：从所述基层去除所述抛光表面层；以及在所述基层的上方形成第二抛光表面层。
优选地，提供所述基层包括首先从所述基层去除事先形成的抛光表面层。
附图说明
图1示出根据本发明一实施例的具有基层和抛光表面层的抛光垫的剖视图。
图2示出根据本发明一实施例的具有基层和抛光表面层的另一抛光垫的剖视图。
图3示出根据本发明一实施例的具有包括离散线段突起的抛光表面层的抛光垫的自上至下的视图。
图4示出根据本发明一实施例的具有抛光表面层的抛光垫的自上至下的平面图，所述抛光表面层具有孔洞和/或指示区域。
图5A-5F示出根据本发明一实施例的用于制作具有基层和抛光表面层的抛光垫的操作的剖视图。
图6示出根据本发明一实施例的具有开槽基层和抛光表面层的抛光垫的剖视图。
图7示出根据本发明一实施例的具有开槽基层和抛光表面层的另一抛光垫的剖视图。
图8示出根据本发明一实施例的与具有基层和抛光表面层的抛光垫兼容的抛光设备的等轴侧视图。
具体实施方式
本文中描述了具有基层和抛光表面层的抛光垫。在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如具体的抛光垫组合物和设计，以便提供对本发明的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员来说将显而易见的是，本发明的实施例可在没有这些具体细节的情况下实施。在另一些情形中，未详细描述公知的加工技术，诸如与浆体和抛光垫组合以执行半导体衬底的CMP有关的细节，以便不会不必要地使本发明的实施例难以理解。此外，应理解的是，图中所示的各种实施例是说明性的表示且不一定按比例绘制。
用于CMP操作的抛光垫可具有性能权衡/折衷，例如在跨晶片抛光均匀度与处在模具抛光均匀度之间的性能权衡。例如，硬的抛光垫可呈现良好的模具级别平面化，但具有不良的跨晶片均匀度。它们还可能划伤正被抛光的衬底。另一方面，软的抛光垫可呈现不良的模具级别平面化(例如，它们可在模具内产生凹陷)，但具有良好的跨晶片均匀度。一种减轻上述性能折衷的方法可以是使晶片内和模具内抛光作用分离。
用于制作和使用软垫的常规方法可能具有局限性。例如，铸造的软垫可提供低缺陷的特征但降低的平面化性能。可能需要在抛光操作期间既提供低缺陷的特征又提供高平面化性能的抛光垫。类似地，用于制作和使用硬垫的常规方法可具有局限性。例如，更硬的氨基甲酸酯组分(formulation)中可能固有的更快的胶凝速度可迫使影响垫均匀且限制组分选择的工艺折衷。可能需要一种适于制造和实现避免此类折衷的硬垫的方法。另外，如上所述，可能希望使垫的抛光表面的特性与其主要特性脱离联系，以使得可分开优化各特性。
根据本发明一实施例，本文中描述了具有与抛光表面的材料不同的主材或基材的抛光垫。此类抛光垫可采用适合克服上述对常规垫作出的折衷的方法制作和实现。在一个实施例中，一种复合抛光垫包括由稳定的、基本上不可压缩的惰性材料制成的基层或主层，在所述惰性材料上设置有抛光表面层。较硬的基层可提供用于垫完整性的支承和强度，而较软的抛光表面层可减少划痕，从而实现抛光层的材料特性与抛光垫的其它特性脱离联系。
在以下更详细地阐述的一个具体实施例中，通过在诸如聚碳酸酯板的硬衬材料或基层上产生软的抛光表面层来实现软垫的平面化特征。例如，在一特定实施例中，将厚20密尔(数千分之一英寸)的聚碳酸酯被置于制垫模型的铸造基部上并且将垫组分直接分配到该板上。然后通过成型、脱模和固化操作来处理抛光垫。结果是氨基甲酸酯抛光层与聚碳酸酯支承板之间的粘附良好的均匀垫。
根据本发明的实施例，用于减轻上述性能取舍的方法包括形成由与硬的基层结合的离散突起组成的软连续抛光表面层或软抛光表面层的抛光垫。尽管上述方法可能是优选的，但应该理解的是，本文中还设想和描述相反的布置，例如设置在下方的软基层上的硬抛光表面层。
在第一方面，一种抛光垫设置有连续的抛光表面层。例如，图1示出根据本发明一实施例的具有基层和抛光表面层的抛光垫的剖视图。
参照图1，提供了一种用于抛光衬底的抛光垫100。抛光垫100包括具有抛光面/抛光侧104和背面/背侧106的基层102。基层102由具有第一硬度的材料组成。抛光垫100还包括与基层102结合的抛光表面层108。抛光表面层108由具有第二硬度的材料组成。在一实施例中，抛光表面层108包括连续层部分108A，该连续层部分具有自其突出的多个抛光特征108B，如图1所述连续层部分108A与基层102结合。在一优选但非限制性的实施例中，第二硬度(抛光表面层108的硬度)小于第一硬度(基层102的硬度)。
在第二方面，一种抛光垫设置有不连续的抛光表面层。例如，图2示出根据本发明另一实施例的具有基层和抛光表面层的另一抛光垫的剖视图。
参照图2，提供了一种用于抛光衬底的抛光垫200。抛光垫200包括具有抛光面204和背面206的基层202。基层202由具有第一硬度的材料组成。抛光垫200还包括与基层202结合的抛光表面层208。抛光表面层208由具有第二硬度的材料组成。在一实施例中，抛光表面层208仅包括多个自其突出的离散突起或抛光特征，如图2所示。离散抛光突起与基层202结合。在一优选但非限制性的实施例中，第二硬度(离散抛光突起的抛光表面层208的硬度)小于第一硬度(基层202的硬度)。
应该指出的是，抛光表面层108或208分别被形容为与基层202或202“结合”。在第一这样的实施例中，抛光表面层108或208分别与基层102或202直接结合。亦即，抛光表面层108或208分别与基层102或202直接接触，如图1和2所示。在一个实施例中，于是，“与…直接结合”形容不与介于中间的层(例如压敏粘合剂层)或其它胶状或粘附膜直接接触。可能优选的是，抛光表面层108或208分别与基层102或202直接结合，使得仅抛光表面层和对应的基层赋予(dictate)由它们组成的垫的抛光性能。
在一个具体的这种实施例中，抛光表面层108或208与对应的基层102或202共价结合。在一实施例中，术语“共价结合”是指来自第一材料(例如，抛光表面层的材料)的原子与来自第二材料(例如，基层的材料)的原子交联或共享电子以实现实际的化学结合的布置。共价结合与诸如通过螺钉、钉子、胶水或其它粘合剂的结合之类的机械结合有区别。在另一具体实施例中，抛光表面层108或208不与对应的基层102或202共价结合，而是仅静电结合。此类静电结合可包括基层与抛光表面层之间的范德华式交互。
在第二这样的实施例中，其它直接结合可能是优选的，抛光表面层108或208分别附接到基层102或202上。亦即，抛光表面层108或208和对应的基层102或202分别可包括介于中间的层(例如压敏粘合剂层)或其它胶状或粘附膜。因此，“附接到…上”形容二者直接接触而没有介于中间的层(例如压敏粘合剂层)或其它胶状或粘附膜，并且也形容其中在基层与对应的抛光表面层之间使用此类介于中间的层的状况。
在上述情况中的任一情况下，抗剥离能力可提供对抛光表面层与基层结合的强度和程度的指示。在一实施例中，基层102或202和对应的抛光表面层108或208具有足以耐受在抛光垫的使用寿命中施加的剪切力的抗剥离能力。
在一实施例中，在抛光表面层和基层的界面处使用一定表面粗糙度，以提高抛光垫的这两个部分的结合强度。在一个这样的实施例中，在对应的抛光表面层108或208与基层直接结合(例如，在界面104或204处)的情况下，基层102或202具有大于约1微米Ra(均方根)的表面粗糙度。在一个具体的这种实施例中，该表面粗糙度大致处在5-10微米Ra(均方根)的范围内。
然而，在另一实施例中，不包括实质性的表面粗糙度并且抛光表面层和基层的界面特别光滑。这种光滑界面的强度可独立于表面粗糙度或者可以不需要通过包括这种表面粗糙度来进一步加强。在一个这样的实施例中，在对应的抛光表面层108或208与基层直接结合(例如，在界面104或204处)的情况下，基层102或202具有表面粗糙度小于约1微米Ra(均方根)的光滑表面。决定或需要在基层和抛光表面层的界面处包括或不包括粗糙度可取决于界面的原始性质(例如，不包括诸如油膜的杂质)或界面处的材料的性质。例如，在一特定的这种实施例中，光滑界面处的抛光表面层108或208由使用聚氨酯形成的材料组成。
抛光表面层108或208和对应的基层102或202的材料或者作为单独的构件或者对于抛光垫整体而言共同地均可具有适合提供期望的抛光特征的规定参数。例如，在一个这样的实施例中，抛光表面层108或208和对应的基层102或202的能量损失系数或KEL不同。KEL是用于预测抛光性能的参数。ASTMD4092-90(“与塑料的动态机械测量有关的标准术语”)将该参数定义为每个变形周期中损失的单位体积能量。换言之，它是应力-应变滞后回线内的面积的度量。能量损失系数(KEL)是tanδ和弹性储能模量(E’)两者的函数并且可由下式定义：KEL＝tanδ*1012/其中E’的单位是帕斯卡。弹性应力与应变的比率为储能(或弹性)模量，而粘性应力与应变的比率为损失(或粘性)模量。当进行拉力、挠曲或压缩的试验时，E’和E”分别表示储能模量和损失模量。损失模量与储能模量的比率是tanδ，δ是应力与应变之间的移相角。因此还，E’/E”＝tanδ并且是材料的减振能力的度量。在一实施例中，基层102或202具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)(例如，大约7)的能量损失系数。在一实施例中，抛光表面层108或208具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)(例如，大约8000)的能量损失系数。在一实施例中，基层102或202具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数，抛光表面层108或208具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数，并且基层102或202和对应的抛光表面层108或208在40℃时共同具有小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数。
在另一示例中，抛光表面层108或208和对应的基层102或202的材料或者作为单独的构件或者对于抛光垫整体而言共同地均可具有适合提供期望的抛光特征的规定弹性压缩率。在一实施例中，基层102或202具有在5PSI的中心压力下小于约1％的压缩率。在一实施例中，抛光表面层108或208具有在5PSI的中心压力下大于约0.1％的压缩率。在一实施例中，抛光表面层108或208具有第一弹性模量，并且对应的基层102或202具有比第一弹性模量大约10倍的第二弹性模量(例如对于硬基层上的相对较硬的抛光表面而言)。然而，在另一实施例中，抛光表面层108或208具有第一弹性模量，并且对应的基层102或202具有比第一弹性模量大约100倍的第二弹性模量(例如对于硬基层上的相对较软的抛光表面而言)。
在另一示例中，抛光表面层108或208和对应的基层102或202的材料或者作为单独的构件或者对于抛光垫整体而言共同地均可具有适合提供期望的抛光特征的规定硬度。在一实施例中，对于聚碳酸酯基层而言，基层102或202具有大于约75肖氏D硬度(例如，大约84-85肖氏D硬度)的硬度。在一实施例中，抛光表面层108或208具有小于约70肖氏D硬度且优选地小于约60肖氏D硬度的硬度。在一实施例中，基层102或202具有在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且例如对于硬的聚氨酯抛光表面层而言，对应的抛光表面层108或208具有大致在50-60肖氏D硬度的范围内的硬度。在另一实施例中，基层102或202具有在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，并且例如对于软的聚氨酯抛光表面层而言，对应的抛光表面层108或208具有大致在20-50肖氏D硬度的范围内的硬度。
在另一示例中，抛光表面层108或208和对应的基层102或202的材料或者作为单独的构件或者对于抛光垫整体而言共同地均可具有适合提供期望的抛光特征的规定成分。在一实施例中，基层102或202由聚碳酸酯材料组成。在一个这样的实施例中，聚碳酸酯材料由一叠若干离散的聚碳酸酯层(子层)组成或由单个连续的聚碳酸酯层组成。在另一实施例中，基层102或202由诸如但不限于环氧树脂板材或金属板之类的材料组成。
在一实施例中，抛光表面层108或208是均质抛光表面层。在一个这样的实施例中，均质抛光表面层由热固性聚氨酯材料组成。例如，在一具体实施例中，均质主体由热固性封闭单元聚氨酯材料组成。在一实施例中，术语“均质/均质的”用来指出热固性封闭单元聚氨酯材料的组分遍及主体的整个组分是一致的。例如，在一实施例中，术语“均质”不包括由例如浸渍毡或多层不同材料的组合物(复合材料)组成的抛光垫主体。在一实施例中，术语“热固性材料”用来指不可逆地固化的聚合材料，例如材料前体通过固化不可逆地变成难熔、不溶解的聚合物网络。例如，在一实施例中，术语“热固性材料”不包括由例如“热塑塑料”材料或“热塑性塑料”——这些材料由当加热时变成液体而当充分冷却时冻结为高玻璃态的聚合物组成——组成的抛光垫。应指出的是，由热固性材料制成的抛光垫典型地由在化学反应中反应而形成聚合物的较低分子量前体制成，而由热塑性材料制成的垫典型地通过加热预先存在的聚合物而导致相变以使得抛光垫在物理过程中形成而制成。聚氨酯热固性聚合物可以基于它们稳定的热和机械性质、耐化学环境性能和耐磨趋势而被选择用于制作本文中描述的抛光垫。在一实施例中，尽管抛光表面层108或208由热固性材料组成，但对应的基层102或202由诸如聚碳酸酯之类的热塑性材料组成。
抛光表面层108或208的材料可以是模塑的。术语“模塑”可用来表示抛光表面层在成型模中形成，如下文结合图5A-5F更详细地描述。在一实施例中，模塑抛光表面层108在修正和/或抛光时具有大致在1-5微米均方根的范围内的抛光表面粗糙度。在一个实施例中，模塑抛光表面层108或208在修正和/或抛光时具有约为2.35微米均方根的抛光表面粗糙度。在一实施例中，模塑抛光表面层108或208具有大致在30-500兆帕(MPa)的范围内的在25摄氏度下的储能模量。在另一实施例中，模塑抛光表面层108或208具有大致小于30兆帕(MPa)的在25摄氏度下的储能模量。
抛光表面层108或208的材料可包括孔形成特征。在一实施例中，抛光表面层108或208具有大致在6％-50％总空隙容积的范围内的封闭单元孔的孔密度。在一个实施例中，多个封闭单元孔为多种致孔剂/多个致孔物(porogen)。例如，术语“致孔剂”可以用来指具有“中空”中心的微米级或纳米级球形或在一定程度上呈球形的颗粒。中空中心未充填固体材料，而是可包括气态或液态芯部。在一个实施例中，多个封闭单元孔由遍及抛光垫的抛光表面层(例如，作为其中的另一成分)分布的预膨胀和充气的EXPANCELTM组成。在一具体实施例中，EXPANCELTM充填有戊烷。在一实施例中，多个封闭单元孔中的每一个具有大致在10-100微米范围内的直径。在一实施例中，多个封闭单元孔包括彼此离散的孔。这与可通过孔道互相连接的开放单元孔(诸如对于同一块海绵中的孔而言的情形)相反。在一个实施例中，各封闭单元孔包括物理壳体/物质壳体，诸如如上所述的致孔剂的壳体。然而，在另一实施例中，封闭单元孔的其中每一个都不包括物理壳体。在一实施例中，多个封闭单元孔遍及均质抛光表面层的热固性聚氨酯材料基本均匀地分布。在一实施例中，尽管抛光表面层108或208包括孔形成特征，但对应的基层102或202不包括孔形成特征且不是多孔的。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫——例如抛光垫100或200——包括不透明的抛光表面层108或208。在一实施例中，术语“不透明”用来指允许约10％或以下的可见光通过的材料。在一个实施例中，抛光表面层108或208大部分是不透明的，或完全由于包括遍及抛光表面层108或208的浊化(opacifying)润滑剂(例如，作为附加成分位于其中)而完全不透明。在一具体实施例中，浊化颗粒填料是诸如但不限于以下材料之类的材料：氮化硼、氟化铈、石墨、氟化石墨、硫化钼、硫化铌、云母、硫化钽、二硫化钨或聚四氟乙烯/特氟隆。
在另一示例中，抛光表面层108或208和对应的基层102或202的材料或者作为单独的构件或者对于抛光垫整体而言共同地均可具有适合提供期望的抛光特征的规定尺寸。在一实施例中，抛光表面层108或208具有大致在2-50密尔的范围内的厚度(图1或2中分别为a或a’)，而对应的基层102或202具有大于约20密尔的厚度(图1或2中分别为b或b’)。在一实施例中，基层102或202的厚度(b或b’)大于抛光表面层108或208的厚度(a或a’)。在一实施例中，基层102或202相对于对应的抛光表面层108或208的厚度(a或a’)和硬度具有足以赋予对应的抛光垫100或200的主抛光特征的厚度(b或b’)和硬度。在一实施例中，基层102或202对于对应的抛光垫100或200而言足够厚以提供模具级别的抛光平面度，但对于该抛光垫而言足够薄以提供晶片级别的抛光均匀度。
在一实施例中，抛光垫100或200还包括子垫，例如在CMP领域中众所周知的常规子垫。基层102或202设置在子垫附近。在一个这样的实施例中，子垫具有比对应的基层102或202的硬度小的硬度。在一个这样的实施例中，子垫由诸如但不限于泡沫、橡胶、纤维、毡或高多孔材料之类的材料组成。在一实施例中，基层102或202具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，对应的表面层108或208具有大致在20-60肖氏D硬度的范围内的硬度，且对应的子垫具有小于约90肖氏A硬度的硬度。在一实施例中，包括抛光表面层108或208、对应的基层102或202和对应的子垫的抛光垫提供用于CMP操作的模具级别的抛光平面度和晶片级别的抛光均匀度。
尽管以上实施例主要集中在具有比对应的、位于下方的基层软的抛光表面层的抛光垫，但设想处在本发明的精神和范围内的其它布置。例如，在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有第一硬度的基层。抛光表面层与基层结合。抛光表面层具有等于或大于第一硬度的第二硬度。在一个实施例中，抛光表面层与基层直接结合并且共价结合。在一个实施例中，基层和抛光表面层具有足以耐受在抛光垫的使用寿命中施加的剪切力的抗剥离能力。在一个实施例中，抛光表面层由具有多个自其突出的抛光特征的连续层部分组成，该连续层部分与基层直接结合。在一个实施例中，抛光表面层由与基层直接结合的多个离散抛光突起组成。
在另一示例中，在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数的基层。抛光表面层与基层结合。抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数。基层和抛光表面层共同具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数。在一个实施例中，抛光表面层由具有多个自其突出的抛光特征的连续层部分组成，该连续层部分附接到基层上。在一个实施例中，抛光表面层由附接到基层上的多个离散抛光突起组成。在一个实施例中，抛光表面层由热固性聚氨酯材料组成。
在另一示例中，在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有第一硬度的基层。抛光表面层与基层结合。抛光表面层具有比第一硬度小的第二硬度并由热固性材料组成。在一个实施例中，抛光表面层是均质抛光表面层。在一个实施例中，热固性材料是聚氨酯。在一个实施例中，基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，而抛光表面层具有大致在50-60肖氏D硬度的范围内的硬度。在一个实施例中，基层具有大致在70-90肖氏D硬度的范围内的硬度，而抛光表面层具有大致在20-50肖氏D硬度的范围内的硬度。在一个实施例中，抛光表面层由具有多个自其突出的抛光特征的连续层部分组成，该连续层部分附接到基层上。在一个实施例中，抛光表面层由附接到基层上的多个离散抛光突起组成。在一个实施例中，抛光表面层具有大致在6％-50％总空隙容积的范围内的封闭单元孔的孔密度。
在另一示例中，在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括非多孔基层。抛光表面层与基层结合。抛光表面层具有一定封闭单元孔的孔密度。在一个实施例中，封闭单元孔的孔密度大致在6％-50％总空隙容积的范围内。在一个实施例中，抛光表面层由具有多个自其突出的抛光特征的连续层部分组成，该连续层部分与基层直接结合。在一个实施例中，抛光表面层由与基层直接结合的多个离散抛光突起组成。
在另一方面，抛光表面层108或208可具有适于CMP操作期间的抛光的图案。在第一普通示例中，本发明的一些实施例包括具有直线特征图案的多个突起。在一具体的这种示例中，图3示出根据本发明一实施例的具有包括离散线段突起302的抛光表面层的抛光垫300的自上至下的视图。所示的离散线段突起基本上与抛光表面的半径垂直。然而，应理解，本发明的实施例还可以包括未精确地与抛光表面的半径垂直的离散线段。在这样的实施例中，离散线段可形成同心或大致同心的多边形布置结构的一部分但不是全部。与对应的半径的相对关联并非精确地是90度，而是或许与90度相差零点几度到数度。不过，认为这样的接近垂直或大致垂直的离散线段处在本发明的精神和范围内。
在第二普通示例中，本发明的一些实施例包括具有弯曲特征图案的多个离散突起。在一具体的这种示例中，包括离散弧形突起。其它具体这样的实施例包括但不限于设置在大致圆形抛光垫上的多个部分周向突起。
在第三普通示例中，本发明的一些实施例包括具有离散拼块式/砖块式/瓦片式图案的多个突起。在一个这样的具体实施例中，包括离散六边形拼块式突起。其它这样的具体实施例包括但不限于多个圆形拼块、椭圆形拼块、方形拼块、矩形拼块或它们的组合。
尽管以上三个普通示例是在突起方面规定的(例如，形成图案的抛光表面层的最高点)，但抛光表面层还可替换地在槽方面规定(例如，形成图案的抛光表面层的最低点)。各个槽在每个槽上的任意给定点可深约4至约100密尔。在一些实施例中，槽在每个槽上的任意给定点深约10至约50密尔。槽可以具有均匀深度、不同深度或其任意结合。在一些实施例中，槽全部具有均匀深度。例如，槽图案的槽可以全部具有相同深度。在一些实施例中，槽图案的一部分槽可以具有一定均匀深度，而同一图案的其它槽可以具有不同均匀深度。例如，槽深度可以随着距抛光垫中心的距离增加而增加。然而，在一些实施例中，槽深度随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀深度的槽与不同深度的槽交替。
各个槽在每个槽上的任意给定点可以宽约2至约100密尔。在一些实施例中，槽在每个槽上的任意给定点处宽约15至约50密尔。槽可以具有均匀宽度、可变宽度或其任意结合。在一些实施例中，槽图案的槽全部具有均匀宽度。然而，在一些实施例中，槽图案的一部分槽具有一定均匀宽度，而同一图案的其它槽具有不同均匀宽度。在一些实施例中，槽宽度随着距抛光垫的中心的距离增加而增加。在一些实施例中，槽宽度随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀宽度的槽与可变宽度的槽交替。
根据前述深度和宽度尺寸，各个槽可具有均匀体积、可变体积或其任意结合。在一些实施例中，槽全部具有均匀体积。然而，在一些实施例中，槽体积随着距抛光垫的中心的距离增加而增加。在另一些实施例中，槽体积随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀体积的槽与可变体积的槽交替。
本文中描述的同心多边形槽图案的槽可以具有从约30至约1000密尔的节距。在一些实施例中，槽具有约125密尔的节距。对于圆形抛光垫，槽节距是沿着圆形抛光垫的半径测量的。在CMP带中，槽节距是从CMP带的中心到CMP带的边缘测量的。槽可以具有均匀节距、不同节距或其任意结合。在一些实施例中，槽全部具有均匀节距。然而，在一些实施例中，槽节距随着距抛光垫的中心的距离增加而增加。在另一些实施例中，槽节距随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，一个扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而变化，而相邻扇段中的槽的节距保持均匀。在一些实施例中，一个扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而增加，而相邻扇段中的槽的节距以不同比率增加。在一些实施例中，一个扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而增加，而相邻扇段中的槽的节距随着距抛光垫的中心的距离增加而减小。在一些实施例中，均匀节距的槽与不同节距的槽交替。在一些实施例中，均匀节距的槽的扇段与不同节距的槽的扇段交替。
在另一方面，具有抛光表面层和对应的基层的抛光垫还包括供例如涡电流检测系统使用的检测区域。例如，图4示出根据本发明一实施例的具有抛光表面层的抛光垫的自上至下的平面图，所述抛光表面层具有孔洞和/或指示区域。
参照图4，抛光垫400的抛光表面层402包括指示区域404，该指示区域指示设置在抛光垫400的背面中(例如，对应的基层的背面中)的检测区域的位置。在一个实施例中，指示区域404以第二突起图案408中断突起图案406，如图4所示。转让给NexPlanarCorporation的、2010年9月30日提交的美国专利申请12/895,465中描述了合适的检测区域如涡电流检测区域的示例。
在另一方面，具有抛光表面层和对应的基层的抛光垫还包括设置在抛光垫中的孔洞。例如，再参照图4，在抛光垫400的抛光表面层402中设置有孔洞410。如图4所示，孔洞410中断突起图案406。在一实施例中，孔洞410设置在抛光垫400中，穿过抛光表面层402和对应的基层。在基层的背面上而不是孔洞中设置有粘附板。该粘附板在基层的背面处提供用于孔洞410的不透水密封。转让给NexPlanarCorporation的、2011年7月15日提交的美国专利申请13/184,395中描述孔洞的示例。
在另一方面，具有基层和对应的抛光表面层的抛光垫可在模塑过程中制作。例如，诸如上述那些的多层(例如，表面抛光层加位于下方的基层)抛光垫可使用模塑过程制作，以有利于表面抛光层与位于下方的基层之间的直接结合。图5A-5F示出根据本发明一实施例的用于制作具有基层和抛光表面层的抛光垫的操作的剖视图。
参照图5A，提供成型模500。随后在成型模500中提供基层502。基层502可由与上文对基层102和202所述的材料相似或相同的材料组成，或者具有与上文对基层102和202所述的特性相似或相同的特性。在一实施例中，基层502的材料在设置在成型模502中时呈完成的形式，例如，完全固化。例如，在一实施例中，基层502从一块更大的相同材料切割并针对成型模500确定尺寸。在一个实施例中，基层502被置于成型模500的基部中，如图5B所示。在一实施例中，在成型模500中设置基层502包括首先对基层502的表面进行粗糙化处理，例如，对抛光表面层最终将形成在其上的表面进行粗糙化处理。在一个这样的实施例中，通过诸如但不限于等离子体处理、机械处理或化学处理之类的技术来进行粗糙化处理。
通过使一组可聚合的材料混合而形成混合物。例如，参照图5C和5D两者，使预聚物504和固化剂505在成型模500中混合而形成混合物506。在一实施例中，形成混合物506包括在基层502上提供成型模500的基部中的混合物506，如图5D所示。在一实施例中，使预聚物504和固化剂505混合包括分别使异氰酸酯(isocyanate)和芳香族二胺(aromaticdiamine)化合物混合。在一个实施例中，该混合还包括向预聚物504和固化剂505添加浊化颗粒填料以最终提供抛光垫的不透明的模塑抛光表面层。在一具体实施例中，浊化颗粒填料是诸如但不限于以下材料之类的材料：氮化硼、氟化铈、石墨、氟化石墨、硫化钼、硫化铌、云母、硫化钽、二硫化钨或聚四氟乙烯/特氟隆。
在一实施例中，混合物506用于最终形成由热固性、封闭单元聚氨酯材料组成的模塑抛光表面层。在一个实施例中，混合物506用于最终形成硬抛光表面层并且仅使用单一类型的固化剂。在另一实施例中，混合物506用来最终形成软抛光表面层并且使用主、次固化剂的组合。例如，在一具体实施例中，预聚物包括聚氨酯前体，主固化剂包括芳族二胺化合物，且次固化剂包括具有醚键的化合物。在一特定实施例中，聚氨酯前体是异氰酸酯，主固化剂是芳香族二胺，且次固化剂是诸如但不限于聚丁二醇、氨基-官能化乙二醇或氨基-官能化聚氧丙烯的固化剂。在一实施例中，预聚物、主固化剂和次固化剂具有100份预聚物、85份主固化剂和15份次固化剂的近似摩尔比率。应理解的是，该比率的变化可用来为模塑抛光表面层提供不同的硬度值，或基于预聚物以及第一和第二固化剂的特定性质。在一实施例中，使预聚物和任何固化剂混合形成混合物506包括使混合物506脱气。
参照图5E，成型模500的盖510被置于混合物506中。图5E中，在上方示出盖510的自上至下的平面图，而在下方示出沿a-a’轴的剖面。盖510上设置有突起图案，例如与结合图3所述的槽或突起图案对应的突起图案，如图5E所示。
应理解的是，本文中所述的包括降下成型模500的盖510的实施例仅需实现成型模500的盖510和基部的合拢。也就是说，在一些实施例中，成型模500的基部朝成型模的盖510上升，而在另一些实施例中，成型模500的盖510在基部朝盖510上升的同时朝成型模500的基部降下。
在盖510被置于混合物506中的情况下，混合物506至少部分地固化以形成设置在基层502上的抛光表面层508。盖510的突起图案用来从成型模500中的混合物506压印槽图案。混合物506可在压力下加热(例如，在盖510就位的情况下)，以提供模塑抛光表面层508。在一实施例中，成型模500中的加热包括在存在盖510的情况下至少部分地固化，盖510将混合物506在大致在200-260华氏度的范围内的温度和大致在每平方英寸2-12磅的范围内的压力下封闭在成型模500中。
在一实施例中，使混合物506至少部分地固化包括加热成型模500的基部。在一实施例中，使混合物506至少部分地固化包括加热混合物506和基层502两者。该方法可减轻如果不加热基层502的话在模塑抛光表面层冷却时否则可能引起的压应力。在一实施例中，使混合物506至少部分地固化形成与基层502共价结合的模塑均质抛光表面层508。
参照图5F，在从成型模500去除相联接的基层502和模塑抛光表面层508时提供了抛光垫550。抛光表面层508具有与盖510的突起图案对应的槽图案。图5F中，在下方示出抛光垫550的自上至下的平面图，而在上方示出了沿b-b’轴截取的剖面。在一实施例中，如图5F所示，抛光表面层508由离散突起形成(以形成槽图案)，与结合图2所述的抛光表面层208相似或相同。然而，在另一实施例中，抛光表面层508是具有自其形成的突起的连续层，与结合图1所述的抛光表面层108相似或相同。在任意情况下，抛光表面层508可由与上文对抛光表面层108和208所述的材料相似或相同的材料组成，或者具有与上文对抛光表面层108和208所述的特性相似或相同的特性。
通过在模塑过程中包括基层，模塑过程在使制作好的垫从成型模脱模的时点方面的效率提高。例如，在一实施例中，当固化程度足以维持模塑均质抛光表面层508的几何形状但不足以使模塑均质抛光表面层508耐受机械应力时，进行从成型模500去除相联接的基层502和模塑抛光表面层508(例如，去除抛光垫550)。亦即，在单独模塑均质抛光表面层的去除否则可在不存在基层的情况下进行之前进行去除。在一个这样的实施例中，在将盖510的成型模的槽图案与混合物506联接之后约4分钟内从成型模500的基部去除具有附接到其上的模塑均质抛光表面层508的基层502。这种时点可反映模塑过程减时约3成，从而在给定的单独模中实现更大的生产量。在一实施例中，在模塑均质抛光表面层508的材料胶凝之后立即进行从成型模500去除相联接的基层502和模塑抛光表面层508。
除增加背面支承外，基层的尺寸还可确定为大于抛光表面层508的尺寸以进一步实现更早的脱模时间。例如，在一个实施例中，基层502延伸超出模塑均质抛光表面层508，并且从成型模500的基部去除具有形成在其上的模塑均质抛光表面层508的基层502包括保持住基层502而不是模塑均质抛光表面层508。
应注意，通过加热使抛光表面层508进一步固化可能是理想的并且可通过将抛光垫550置于炉内并加热来进行。因此，在一个实施例中，使混合物506固化包括首先在成型模500中固化且接着在炉内进一步固化。无论哪种方式，最终都提供了抛光垫550，其中在基层502上形成有模塑抛光表面层508。在一实施例中，模塑抛光表面层508由热固性聚氨酯材料和设置在热固性聚氨酯材料中的多个封闭单元孔组成。
通过在模塑过程中包括基层，可减少或消除由其制作的垫的进一步加工。例如，常规模塑可能需要抛光垫的主体的随后背面切割。然而，在一实施例中，包括具有形成在其上的模塑均质抛光表面层508的基层502的抛光垫(例如，抛光垫550)适于在不进行基层502的或一般而言抛光垫550的背面切割的情况下进行抛光处理。
通过在模塑过程中包括基层，可实现材料的回收或重复利用。例如，在一实施例中，从基层502去除模塑均质抛光表面层508，并且在基层上形成有第二均质抛光表面层。基层502的这种重复利用过程可在于CMP设施中确定抛光表面层的寿命和因此抛光垫的寿命已终结之后进行。在另一这样的实施例中，在成型模500中提供基层502包括首先从基层502去除事先形成的抛光表面层。
在一实施例中，再参照图5C，该混合还包括向预聚物504和固化剂505添加大量致孔剂520以在最终形成的抛光垫550的抛光表面层508中提供封闭单元孔。因此，在一个实施例中，每一个封闭单元孔都具有物理外壳。在另一实施例中，再参照图5C，该混合还包括向预聚物504和固化剂505中或向由它们形成的产品中注入气体522，以在最终形成的抛光垫550的抛光表面层508中提供封闭单元孔。因此，在一个实施例中，每一个封闭单元孔都不具有物理外壳。在一组合实施例中，该混合还包括向预聚物504和固化剂505提供大量致孔剂520，以提供第一部分的封闭单元孔，该第一部分的封闭单元孔中的每一者都具有物理外壳，并且还向预聚物504和固化剂505中或向由它们形成的产品中注入气体522，以提供第二部分的封闭单元孔，该第二部分封闭单元孔中的每一者都不具有物理外壳。在又一实施例中，预聚物504是异氰酸酯且该混合还包括向预聚物504和固化剂505添加水(H2O)以提供其中每一者都不具有物理外壳的封闭单元孔。
因此，本发明的实施例中设想的突起图案可就地形成。例如，如上所述，可使用压缩模塑过程来形成具有基层的抛光垫，所述基层具有其上设置有突起的模塑抛光层。利用模塑过程，可以实现垫内非常均匀的突起尺寸。此外，可以产生极易复制的突起尺寸以及非常光滑、清洁的突起表面。其它优点可包括减少的缺陷和微划痕以及更大的可用突起深度。
此外，由于抛光表面层的制作好的突起在模塑期间形成，故可以在从模型去除垫之后确定得到的垫在该垫在模型中成型期间的定位。亦即，这样的抛光表面层可被设计(例如，使用时针标记)成提供对模塑过程的回溯性。因此，在一个实施例中，抛光垫的抛光表面层是模塑抛光表面层，并且其中包括的特征指示模中用于形成得到的抛光垫的模的区域的位置。
在另一方面，一种抛光垫设置有与对应的抛光表面层结合的形貌图案化的基层。例如，图6示出根据本发明一实施例的具有开槽基层和抛光表面层的抛光垫的剖视图。
参照图6，提供了一种用于抛光衬底的抛光垫600。抛光垫600包括具有抛光面606和背面606的开槽基层602。开槽基层602的抛光面604具有设置在其中的槽图案614(和对应的突起)。连续的抛光表面层608附接到开槽基层602上，与槽图案614适贴。在一优选但非限制性的实施例中，抛光表面层608的硬度小于开槽基层602的硬度。在一实施例中，开槽基层602通过在基层的制作期间在基层中模塑槽图案或在形貌平坦的起始层中蚀刻槽图案而形成。
在另一示例中，图7示出根据本发明一实施例的具有开槽基层和抛光表面层的另一抛光垫的剖视图。
参照图7，提供了一种用于抛光衬底的抛光垫700。抛光垫700包括具有抛光面704和背面706的开槽基层702。开槽基层702的抛光面704具有设置在其上的突起图案714(和对应的槽)。每个突起714都具有顶面714A和侧壁714B。不连续的抛光表面层708附接到开槽基层702上。不连续的抛光表面层708由离散部分组成，每个离散部分都附接到开槽基层702的对应一个突起714的顶面714A上。在一优选但非限制性的实施例中，不连续的抛光表面层708的硬度小于开槽基层702的硬度。
应理解，虽然保持离散，但不连续的抛光表面层708的材料可以完全不限于突起714的顶面714A。取决于用来施加不连续的抛光表面层708的方法，各突起714的其它区域可被非故意地或刻意地覆盖有不连续的抛光表面层708。例如，在一实施例(未示出)中，不连续的抛光表面层708的每个离散部分还附接到基层702的对应突起714的侧壁714B的一部分上。
应理解，抛光表面层608或708可由与上文对抛光表面层108和208所述的材料相似或相同的材料组成，或者具有与上文对抛光表面层108和208所述的特性相似或相同的特性。同样，基层602或702可由与上文对基层102和202所述的材料相似或相同的材料组成，或者具有与上文对基层102和202所述的特性相似或相同的特性。这样的材料和/或特性可包括但不限于基层602或702与对应的抛光表面层608或708之间的结合类型、能量损失系数(KEL)、压缩率、硬度、组合、检测区域的包括、孔洞的包括或子垫的包括。
可基于抛光性能特征选择用于抛光垫600或700的尺寸。在一实施例中，连续的抛光表面层608具有大致在2-50密尔的范围内的厚度，并且基层602具有大于约20密尔的厚度。在一实施例中，不连续的抛光表面层708具有大致在2-50密尔的范围内的厚度，并且基层702具有大于约20密尔的厚度。在一实施例中，基层602或702分别相对于连续的抛光表面层608或不连续的抛光表面层708的厚度和硬度具有足以赋予对应的抛光垫600或700的主抛光特征的厚度和硬度。在一实施例中，基层602或702对于对应的抛光垫600或700而言足够厚以提供模具级别的抛光平面度，但对于该抛光垫600或700而言足够薄以提供晶片级别的抛光均匀度。在一实施例中，对于非常薄的抛光表面层而言，厚度测量与主层或基层硬度测量对应。
在一实施例中，可使用多于一个具有最上部的连续的抛光表面层(例如连续的抛光表面层608)的多于一个连续的表面层。在另一实施例中，可使用多于一个具有最上部的不连续的抛光表面层(例如不连续的抛光表面层808)的多于一个不连续的表面层。在另一实施例中，可使用多个连续的和不连续的表面层的组合。这样的组合可以是均质的或不均质的材料的组合。
作为示例参照抛光垫600和700，在一实施例中，一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法包括为基层提供具有形成在其上的突起图案的表面。每个突起都具有顶面和侧壁。随后在基层的上方形成抛光表面层。在一个这样的实施例中，形成抛光表面层包括形成附接到基层上的、与例如图6所示的突起图案适贴的连续的抛光表面层。在另一这样的实施例中，形成抛光表面层包括形成附接到基层上并且具有离散部分的不连续的抛光表面层。每个离散部分都附接到例如图7所示的基层的对应一个突起的顶面上。在一实施例中，形成抛光表面层(连续的或不连续的)包括在基层上直接形成抛光表面层。
在一实施例中，形成抛光表面层包括使用诸如但不限于在抛光表面层上滚轧、在抛光表面层上喷涂、将抛光表面层与基层双面模塑、印刷抛光表面层或在抛光表面层上压印之类的技术。以这种方式形成的抛光垫可耐受重复利用。例如，在一个实施例中，在抛光垫的寿命终结时，从基层去除抛光表面层。随后在基层的上方形成第二抛光表面层。在一实施例中，提供基层包括首先从基层去除事先形成的抛光表面层。
在一实施例中，本文中所述的抛光垫，例如抛光垫100、200、300、400、600或700，适于抛光衬底。该衬底可以是用于半导体制造行业中的衬底，例如具有设置在其上的器件或其它层的有机硅衬底。然而，该衬底可以是诸如但不限于用于MEMS器件、分划板或太阳能模块的衬底。因此，对如本文中所用的“用于抛光衬底的抛光垫”的提及意图涵盖这些和有关的可能性。在一实施例中，抛光垫具有大致在20英寸至30.3英寸的范围内例如大致在50-77厘米的范围内的直径，并且可能具有大致在10英寸至42英寸的范围内例如大致在25-107厘米的范围内的直径。
本文中描述的抛光垫可适合于供各种化学机械抛光设备使用。作为示例，图8示出根据本发明一实施例的与具有基层和抛光表面层的抛光垫兼容的抛光设备的等轴侧视图。
参照图8，抛光设备800包括压板804。压板804的顶面802可用来支承具有基层和抛光表面层的抛光垫。压板804可构造成提供主轴旋转806和滑块振动/振荡808。样品托架810用来在使用抛光垫对半导体晶片进行抛光的过程中将例如半导体晶片811保持在适当位置。样品托架810还由悬挂机构812支承。包括浆体给料814以用于在半导体晶片的抛光前和抛光过程中向抛光垫的表面提供浆体。还可设置修正单元890，并且在一个实施例中，该修正单元890包括用于修正抛光垫的金刚石梢端。
因此，已公开具有基层和抛光表面层的抛光垫。根据本发明一实施例，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有第一硬度的基层。抛光表面层与基层直接结合。抛光表面层具有小于第一硬度的第二硬度。在一个实施例中，抛光表面层包括具有自其突出的多个抛光特征的连续层部分，该连续层部分与基层直接结合。在一个实施例中，该抛光表面层包括与基层直接结合的多个离散抛光突起。

Claims (9)

1.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有第一硬度的基层；和
与所述基层直接结合的抛光表面层，所述抛光表面层具有等于或大于所述第一硬度的第二硬度。
2.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
基层，所述基层具有在40℃时小于约100KEL(1/Pa)的能量损失系数；和
附接到所述基层上的抛光表面层，所述抛光表面层具有在40℃时大于约1000KEL(1/Pa)的能量损失系数，其中所述基层和所述抛光表面层共同具有在40℃时小于约100KEL的能量损失系数。
3.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有第一硬度的基层；和
附接到所述基层上的抛光表面层，所述抛光表面层具有小于所述第一硬度的第二硬度并且包括热固性材料。
4.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
非多孔的基层；和
与所述基层直接结合的抛光表面层，所述抛光表面层具有封闭单元孔的孔密度。
5.一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法，所述方法包括：
在成型模中提供基层和通过使一组可聚合的材料混合而形成的混合物；
将所述成型模的突起图案与所述混合物联接；并且，在所述突起图案与所述混合物联接的情况下，
使所述混合物至少部分地固化以在所述基层上直接形成模塑均质抛光表面层，所述模塑均质抛光表面层包括与所述成型模的突起图案对应的槽图案。
6.一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法，所述方法包括：
在成型模中提供基层和通过混合一组可聚合的材料而形成的混合物；
将所述成型模的突起图案与所述混合物联接；并且，在所述突起图案与所述混合物联接的情况下，
使所述混合物至少部分地固化以形成附接到所述基层上的模塑均质抛光表面层，所述模塑均质抛光表面层包括与所述成型模的突起图案对应的槽图案；以及
当固化程度足以维持所述模塑均质抛光表面的几何形状但不足以使模塑均质抛光表面层耐受机械应力时，从所述成型模的基部去除具有附接在其上的所述模塑均质抛光表面层的所述基层。
7.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
基层，所述基层具有设置在其中的槽图案；和
附接到所述基层的所述槽图案上的连续的抛光表面层。
8.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有表面的基层，所述表面具有设置在其上的突起的图案，每个所述突起都具有顶面和侧壁；和
附接到所述基层上并且包括离散部分的不连续的抛光表面层，每个离散部分都附接到所述基层的对应一个所述突起的顶面上。
9.一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法，所述方法包括：
提供带有表面的基层，所述表面具有形成在其上的突起的图案，每个所述突起都具有顶面和侧壁；以及
在所述基层的上方形成抛光表面层。
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