CN1437520A - 抛光板 - Google Patents

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小向拓治
今原靖隆
大崎孝一
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Abstract

一种抛光板(100)，包括抛光板主体(10)和与抛光板主体(10)一体形成的透明窗体部件(2)，其中，窗体部件(2)的材料在研磨性能方面比抛光板主体(10)的材料高，许多凹槽形成在不包括窗体部件(2)的表面的抛光板主体(10)的表面上，且窗体部件(2)的表面从抛光板主体(10)的表面凹进，藉此，通过抑制浆料堆积在窗体部件上可提高抛光速率探测精度，并且在抛光时的表面抛光过程中，通过防止仅窗体部件自主体部分突出可消除对抛光特性的副作用。

Description

抛光板
技术领域
本发明涉及一种用于抛光半导体器件或其它电子元件的抛光板(polishing pad)。具体地，本发明涉及一种采用CMP(化学机械抛光)技术的抛光设备中使用的抛光板，该抛光板具有透过激光或可见光的透明窗体，以允许晶片的抛光速率(即，晶片通过抛光去除的量)在抛光晶片的同时得以测量。
背景技术
半导体多层IC优选地在其制造过程中在半导体晶片阶段得以平滑。
半导体晶片通常通过采用CMP技术的CMP抛光设备来平滑。CMP抛光设备包括具有其上安装有抛光板的圆形可旋转板的底板、用于将半导体晶片挤压在抛光板上的顶板、以及用于向抛光板提供浆料的部件。
使用这种CMP抛光设备，晶片的抛光速率可在抛光晶片的同时测量。由于抛光速率的测量通过以激光从抛光板的后表面照射待抛光的晶片的表面来进行，所以抛光板需要有一透明窗口以允许激光透过该抛光板。抛光板的后表面面对底板。
传统的抛光板包括抛光板主体和层叠在该抛光板主体上的泡沫材料层，其间间插有一压敏粘接剂层。抛光板主体在其预定位置上具有一开口，且透明树脂形成的窗体安装在该开口中。
传统地，该窗体由以下方法制备。
(1)抛光板主体被冲孔以形成一个孔，一透明板安装在该孔中作为窗体。
然而，此方法具有以下问题。
(i)在抛光板主体和窗体之间形成一间隙，浆料流到间隙中污染窗体，这阻止了激光清晰地穿透。这对抛光速率的测量是致命的。
(ii)该窗体变形，例如弯曲，这会导致故障。
(iii)窗体的厚度相对于抛光板主体的厚度设定。由于窗体的厚度带有一公差，所以窗体的厚度可能等于抛光板主体的厚度。这样，窗体根据设置窗体的方式可能从抛光板主体中突出。
(iv)窗体用双面胶带粘接在泡沫材料层上，该胶带沿窗体周边设置在仅3.0至4.0mm长的部分上，该窗体易于剥离。
为了解决这些问题，提出了形成窗体的以下方法。
(2)在形成抛光板主体前，将要变成窗体的透明树脂板固定在一模具的预定位置。然后，用于形成抛光板主体的树脂注入到模具内，于是形成树脂块。通过切割树脂块，制成了一体地包括抛光板主体和窗体的抛光板。抛光板主体和窗体间没有间隙。
此制造方法解决了上述的问题(i)、(ii)和(iv)。
然而，通过此方法制备的抛光板具有以下问题。
(i)总体上，在抛光板主体的整个表面上形成精细的凹槽，以令人满意地分散浆料。方法(2)不可避免地在窗体和抛光板主体中形成凹槽。这导致浆料处于窗体中的凹槽内，于是在待探测目标(例如，晶片)由某些材料形成时，降低透射光的强度。
(ii)在刚形成时，抛光板主体和窗体在同一平面上。由于窗体材料通常具有更高的密度，且因而比抛光板主体材料更不易受磨损，所以随着抛光板越来越多地用于抛光晶片，窗体逐渐从抛光板主体突出。结果，抛光过程中表面的磨光可能不合需要地擦刮窗体(这导致光传输噪声)，即，污染窗体并减弱透射光的强度。
本发明的目的是提供一种防止浆料沉淀在窗体的槽中，并因此提高抛光速率的探测精度的抛光板。
本发明的另一个目的是提供一种防止窗体作为抛光过程中磨光的结果而自抛光板主体中逐渐突出，并因此提高抛光特性的抛光板。
发明内容
根据本发明的一个方面，抛光板包括一抛光板主体、以及一整体地形成在抛光板主体中的透明窗体。该窗体由一种比抛光板主体材料更易磨损的材料制成。
根据本发明的另一个方面，抛光板包括一抛光板主体、以及一整体地形成在抛光板主体内的透明窗体。该抛光板主体具有形成在其表面上的多条凹槽，且窗体在其表面上不具有凹槽。
根据本发明的再一个方面，抛光板包括一抛光板主体、以及一整体地形成在抛光板主体内的透明窗体。窗体的表面相对于抛光板主体的表面凹陷。
在本发明的一个实施例中，抛光板主体具有形成在其表面上的多个凹槽，且该窗体在其表面上不具有凹槽。
在本发明的一个实施例中，将窗体和形成该窗体的树脂块二者中的一个放置在一模具中，然后将形成抛光板主体的树脂注入到该模具中，结果，抛光板主体和该窗体一体地形成。
在本发明的一个实施例中，窗体和树脂块均由包括聚氨酯树脂的透明树脂形成。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的抛光板的横截面视图；
图2是图1所示抛光板的平面视图；
图3是图1所示抛光板的窗体的放大平面图；
图4A是其上可安装本发明的抛光板的板的横截面视图；
图4B是图4A所示板的平面图；
图5A是其上可安装本发明的抛光板的板的横截面视图；
图5B是图5A所示板的平面图；
图6A是图4A、4B、5A和5B所示板的放大平面图，显示了与抛光板的窗体相应的部分；
图6B是板的图6A所示部分的放大横截面视图；
图7示出了板的图6A和6B所示部分的凹陷；
图8示出了可用于本发明的抛光板的夹具；
图9显示了图8所示夹具的开口；
图10是示出本发明抛光板的易磨性的曲线图；
图11是示出传统抛光板的易磨性的曲线图；
图12是本发明第二实施例的抛光板的横截面视图；以及
图13是本发明第三实施例的抛光板的横截面视图。
具体实施方式
以下将参照附图借助说明性实施例描述本发明。
(实施例1)
将描述本发明第一实施例的抛光板100。
如图1和2所示，抛光板100包括抛光板主体10和形成在抛光板主体10中的窗体2。抛光板主体10通常由具有细小气孔的树脂层形成。
抛光板100还包括：设置在抛光板主体10的底表面上的压敏粘接剂层12、由泡沫材料形成的且设置在压敏粘接剂层12上的基层13、设置在基层13上的压敏粘接剂层14、以及设置在压敏粘接剂层14上的释放片(releasesheet)(未示出)。为了使用抛光板100，释放片被剥离，且压敏粘接剂层14粘接在抛光设备(未示出)的底板上。
图2中，附图标记8表示用于将抛光板100从底板上剥离的V形切口。
抛光板主体10可以由例如聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚酰胺和聚酯形成。这些材料可独立使用，或者可以使用这些材料中的两种或更多种的混合。抛光板主体10可由例如热塑性树脂通过喷射模塑法或挤压模塑法形成。可选地，抛光板主体10可由热固性树脂通过加热和固化方法形成。
切割模塑的树脂体以形成抛光板片。更具体地，用于形成窗体2的透明材料块放置在模具内，且用于形成抛光板主体10的非透明材料被注入到模具内，从而形成模塑的树脂体。通过切割模塑的树脂体，形成抛光板片。在该抛光板片上，顺序地设置压敏粘接剂层12、基层13、压敏粘接剂层14和释放片，从而制成抛光板100。基层13在相应于窗体2的位置的位置上具有开口11。
取而代之的是可将窗体2放置在该模具内，而不是用于形成窗体2的透明材料块。
以此方法形成的抛光板100具有一体的抛光板主体10和窗体2，且没有抛光板主体10和窗体2之间的间隙的问题、或窗体2从抛光板主体10突出的问题。
抛光板主体10在其表面上具有多个细小凹槽。凹槽的形状、尺寸和图案可根据抛光板100的使用目的而改变。该凹槽例如可以是同心的。
窗体2例如是透明树脂，例如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚醚砜(polyethersulfone)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、或可用于抛光板主体10的以上所列材料中的任一种。用于形成窗体2的材料块通过喷射模塑或挤压模塑这些材料中的一种，并切割模塑的树脂成为所需尺寸和厚度来制成。图3示出了窗体2的一个例子。图3中，L1为约57mm，L2为约50mm、L3为约12mm，且L4为约14mm。
窗体2的材料比抛光板主体10的材料更易于磨损，使得窗体2总是相对于抛光板主体10凹陷。于是，窗体2随着抛光板越来越多地使用而逐渐从抛光板主体10中突出的问题得以解决，从而防止了不利地影响抛光特性。
例如通过在由尿烷预聚物聚合窗体2的材料块(例如尿烷)时改变主组分和固化剂的混合比，窗体2的材料可以做得比抛光板10的材料更易于磨损。例如，相对于包括尿烷预聚物的主组分的常规量该混合比可以为110％，且相对于固化剂的常规量为100％。此时，材料可在100℃或更高的高温下固化。
(实施例2)
将说明本发明第二实施例的抛光板200。与前面针对图1讨论的元件相同的元件具有相同的附图标记，且其详细说明将略去。
如图12所示，抛光板200包括抛光板主体10和整体形成在抛光板主体10中的窗体2。
抛光板主体10在其表面上具有多个细小凹槽4。凹槽的形状、尺寸和图案可根据抛光板200的使用目的而改变。每个凹槽4例如可以是环形的，多个细小凹槽4可以是例如同心的。窗体2在其表面上没有凹槽。
如第一实施例中那样，抛光板200还包括：设置在抛光板主体10的底表面上的压敏粘接剂层12、由泡沫材料形成的且设置在压敏粘接剂层12上的基层13、设置在基层13上的压敏粘接剂层14、以及设置在压敏粘接剂层14上的释放片(未示出)。为了使用抛光板200，释放片被剥离，且压敏粘接剂层14粘接在抛光设备(未示出)的底板上。
抛光板主体10和窗体2由与第一实施例中的相同的材料形成。防止凹槽形成在窗体2表面上解决了浆料积淀在凹槽中导致光传输噪声的问题，即，污染窗体并减弱透射光的强度。
抛光板200如下制造。
图4B和5B是弯曲凹槽成形机的板17的平面图。图4A是沿图4B的线X-X截取的板17的横截面视图，图5A是自图5B中的线Y-Y截取的板17的横截面视图。
抛光板片通过吸力固定在板17上。凹槽4通过在旋转板17的同时将切割刀19压在(图8)抛光板片的表面上而形成。
用于旋转板17的旋转轴20具有形成在其中的抽气孔21，该孔连接至抽气设备(未示出)上。板17具有形成在其中的抽气路径22和形成在板17表面上的多个抽气开口23。抽气开口23通过抽气路径22连接至抽气孔21。图4B和5B中，附图标记16代表形成在板17表面上的环形凹槽。
板17在相应于窗体2位置的位置上具有凹陷24。如图6A、6B和7所示，凹陷24具有略微自板17的其余部分的表面凹陷的平坦部分25和自该平坦部分25到板17的其余部分的表面倾斜的倾斜部分26。上述的多个开口23也形成在该平坦部分25上。
平坦部分25优选具有的宽度和长度分别等于或大于窗体2的宽度和长度。参见图7，L5(平坦部分25的宽度)优选地例如比窗体2的宽度(图3中的L4)约大5至10mm，更优选地比之约大4mm。倾斜部分26的宽度(L6)优选地为约1.0至2.0mm，且该倾斜部分26的深度(L7)优选地约为500μm或以上，更优选地为约500至600μm。抛光板片被吸向板17的表面时，抽气孔21的内压最大时优选地为0至250Torr(乇)。
当抛光板片通过吸力固定在板17上时，窗体2沿板17的表面的拓补结构凹陷。因此，切割刀19抵达板17上的抛光板主体10，以形成凹槽，但不抵达窗体2。于是，凹槽不形成在窗体2内。
图8示出了防止凹槽在窗体2内形成的夹具27。夹具27可用于代替形成上述的凹陷24。
夹具27由金属板或树脂板形成，该板具有约0.5mm的厚度，并在相应于窗体2位置的位置处具有开口29。开口29优选具有的宽度(图9中的L11)和长度(L10)分别等于或大于窗体2的宽度和长度，或分别比之大例如约6至8mm。夹具27具有多个通孔30。
夹具27放置在板17上，且放置在夹具27上的抛光板片的窗体2因吸力而凹陷。于是，切割刀9不抵达窗体2，且防止凹槽形成在窗体2上。
(实施例3)
将说明本发明第三实施例的抛光板300。与前面相对于图1讨论的元件相同的元件用相同的附图标记表示，且其详细说明略去。
如图13所示，抛光板300包括抛光板主体10和整体地形成在抛光板主体10上的窗体2。
窗体2相对于抛光板主体10凹陷(由凹陷部分6表示)，且抛光板主体10在其表面上具有多个细小凹槽4。凹槽的形状、尺寸和图案可以根据抛光板300的使用目的改变。例如，每个凹槽4可以是环形的，且多个细小凹槽4例如可以是同心的。窗体2在其表面上不具有凹槽。
如第一实施例中那样，抛光板300还包括：设置在抛光板主体10的底表面上的压敏粘接剂层12、由泡沫材料形成的且设置在压敏粘接剂层12上的基层13、设置在基层13上的压敏粘接剂层14、以及设置在压敏粘接剂层14上的释放片(未示出)。为了使用抛光板200，释放片被剥离，且压敏粘接剂层14粘接在抛光设备(未示出)的底板上。
传统抛光板在同一平面上具有抛光板主体和窗体。因此，随着抛光板越来越多地用于抛光晶片，窗体逐渐从抛光板主体中突出。结果，抛光过程中的磨光会不希望地擦刮窗体，这导致光传输噪声，即，污染窗体并减弱透射光的强度。抛光板300有效防止这种擦刮。
由于窗体2相对于抛光板主体10凹陷，所以即使抛光板主体10在其表面上具有凹槽4，窗体2在其表面上也没有凹槽。因此，可以防止积淀在凹槽4中的浆料导致的光传输噪声。
由于窗体2相对于抛光板主体10凹陷，所以窗体2不必由足以易磨损的材料制成。因此，窗体2可以由各种材料形成。例如，窗体2的材料可以自透明的观点出发来选择。
由于窗体2相对于抛光板主体10凹陷，所以窗体2和晶片之间形成间隙。于是，促进了抛光操作同时浆料的平滑分散。这也防止了晶片表面的擦刮。
抛光板300如下形成。
在形成包括抛光板主体10和窗体2的抛光板片之后，抠挖窗体2以形成凹陷部分6。凹陷部分6优选地具有约400至500μm的深度。凹陷部分6优选具有的宽度和长度分别比窗体2的宽度和长度大大约5至10mm。
在以上列举的可用于本发明的抛光板的物质中，聚氨酯合成物是优选的。形成抛光板的优选方法是预聚物法或一次反应法(one shot method)。
根据预聚物法，首先，多元醇成分和异氰酸盐成分彼此反应以形成尿烷预聚物。然后，混合所得的尿烷预聚物、二胺或二醇、发泡剂和催化剂，以形成尿烷合成物(urethane composition)。固化尿烷合成物。
根据一次反应法，混合多元醇成分、异氰酸盐成分、二胺或二醇、发泡剂和催化剂，以形成尿烷合成物。固化尿烷合成物。
可用的尿烷预聚物的例子包括聚醚基尿烷预聚物、聚酯基尿烷预聚物和聚醚酯(polyesterether)基尿烷预聚物。
(例子)
以下将说明本发明的具体例子。
通过混合3297g聚醚基尿烷预聚物(可从Uniroyal Chemical公司获得的Uniroyal Adiprene L-325)和824g固化剂(MOCA；3，3′-二氯-4，4′-二氨基联苯甲烷)制备窗体2的合成物。
合成物注入模具中，并升温至约150°F维持15分钟。于是，制成了窗体2的合成物块。
通过混合3297g聚醚基尿烷预聚物(可从Uniroyal Chemical公司获得的Uniroyal Adiprene L-325)和749g固化剂(MOCA；3，3′-二氯-4，4′-二氨基联苯甲烷)制备抛光板主体10的合成物。
窗体2的合成物块放置到模具中，且抛光板主体10的合成物注入到模具中。该块与抛光板主体10的合成物升温到约150°F维持15分钟。获得的模塑体被切割成预定厚度，从而制成抛光板片。
通过抛光机(Strasbaugh·6CA；板直径：20英寸)测量该制成的抛光板片的易磨损性。抛光在0.1kgf/cm2的时效压力(seasoning pressure)下进行，底板的旋转速度为89rpm，安装在顶板上用于固定晶片的托盘的转速为60rpm，且纯水的供给流速为3,000cm3/min。作为时效工具，使用R#80(Kabushiki Kaisha Fujimori Gijutsu Kenkyuusho)。
结果示于图10。图10示出了抛光板的最终去除量与时效时间之间的关系。在图10中，“入口”表示自窗体2向V形切口8延伸的假想线左方的抛光板100的区域(图2)。“出口”表示自窗体2向V形切口8延伸的假想线右方的抛光板100的区域(图2)。随着底板旋转，抛光板通过时效工具(seasoning tool)总是以从入口到窗体2，再到出口的顺序抛光。“外周”表示抛光板100的外周边缘，“中心”表示抛光板100的中心区域。
(对比例)
除了窗体2由用于形成抛光板主体10的合成物形成之外，抛光板以与例子相同的方式制成。
以与例子相同的方式测量所得抛光板片的易磨损性。结果示于图11。
对于例子中获得的抛光板片的情形(图10)，随着抛光进行，窗体2的去除量相对于抛光板主体10的去除量增加。对于对比例中获得的抛光板片的情形(图11)，窗体2的去除量和抛光板主体10的去除量随着抛光进行而大致相同。
利用例子中获得的抛光板片制成的抛光板和利用对比例中获得的抛光板片制成的抛光板用于在以传统抛光板抛光硅晶片所用的条件下抛光晶片。
在利用对比例中获得的抛光板片制成的抛光板的情形中，窗体2中形成的凹槽产生了噪声；但在利用例子中获得的抛光板片制成的抛光板的情形中，却没有产生噪声。
工业应用性
本发明提供了一种抛光板，其用以防止浆料积淀在窗体的凹槽中，并因此提高了抛光速率的探测精度，并且其用以防止窗体在抛光过程中作为磨光的结果而逐渐从抛光板主体中突出，并因此改善了抛光特性。

Claims (10)

1.一种抛光板，包括：
一抛光板主体；以及
一整体地形成在抛光板主体中的透明窗体，
其中，该窗体由一种比抛光板主体的材料更易磨损的材料制成。
2.一种抛光板，包括：
一抛光板主体；以及
一整体地形成在抛光板主体内的透明窗体，
其中，该抛光板主体具有形成在其表面上的多条凹槽，且窗体在其表面上不具有凹槽。
3.一种抛光板，包括：
一抛光板主体；以及
一整体地形成在抛光板主体内的透明窗体，
其中，窗体的表面相对于抛光板主体的表面凹陷。
4.如权利要求3所述的抛光板，其中，抛光板主体具有形成在其表面上的多个凹槽，且该窗体在其表面上不具有凹槽。
5.如权利要求1所述的抛光板，其中，将窗体和形成该窗体的树脂块二者中的一个放置在一模具中，然后将形成抛光板主体的树脂注入到该模具中，结果，抛光板主体和该窗体一体地形成。
6.如权利要求5所述的抛光板，其中，该窗体和该树脂块均由包括聚氨酯树脂的透明树脂形成。
7.如权利要求2所述的抛光板，其中，将窗体和形成该窗体的树脂块二者中的一个放置在一模具中，然后将形成抛光板主体的树脂注入到该模具中，结果，抛光板主体和该窗体一体地形成。
8.如权利要求7所述的抛光板，其中，该窗体和该树脂块均由包括聚氨酯树脂的透明树脂形成。
9.如权利要求3所述的抛光板，其中，将窗体和形成该窗体的树脂块二者中的一个放置在一模具中，然后将形成抛光板主体的树脂注入到该模具中，结果，抛光板主体和该窗体一体地形成。
10.如权利要求9所述的抛光板，其中，该窗体和该树脂块均由包括聚氨酯树脂的透明树脂形成。
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