CN1494987A - 含有被埋入的液态微量成分的研磨垫及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种研磨垫，包含具备聚合物基质和埋入在上述聚合物基质内的液态微量成分的研磨层，且在上述研磨层的表面上分布有由上述液态微量成分确定、开孔的气孔。本发明的研磨垫可以通过表面开孔的均匀微细气孔，以高精度进行研磨工序，在研磨工序中取得一定的研磨性能，可稳定地使用，不会发生晶片的刮痕。另外，本发明还提供了适合制造本发明的研磨垫的制造方法。由于制造时所使用的成分均为液态，所以垫的制造工序容易。

Description

含有被埋入的液态微量成分的研磨垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及研磨垫及其制造方法，特别是涉及具有被埋入的液态微量成分的研磨垫及其制造方法。
背景技术
化学-机械平坦化/研磨(Chemical Mechanical Planarization/ChemicalMechanical Polishing；以下，简称为CMP)工序是为了半导体元件的整体平坦化而导入的工序，伴随着晶片的大口径化、高集成化、线宽的微细化和配线结构的多层化，它被作为一个更加重要的工序而备受关注。
在CMP工序中，向所要加工的晶片施加一定的向下的压力，并在使晶片的表面和研磨垫相接触的状态下，边向这些接触部位供给研磨料浆边使晶片和研磨垫作相对移动，由此，通过研磨料浆内的研磨粒子和研磨垫的表面突起，发生物理除去作用且同时通过研磨料浆内的化学成分，发生化学除去作用。这样的CMP工序的性能是根据研磨速度和晶片的平坦化度进行评价，而这些又取决于CMP装备的工序条件、研磨料浆的性能、研磨垫的性能等。
特别是，与晶片直接接触的研磨垫的表面需要维持研磨料浆饱和的状态而使研磨料浆的流动圆滑。为此，在美国特许公开5,578,362号、韩国特许公开第2001-2696号、韩国特许公开第2001-55971号等公开了将可捕集·供给研磨料浆的中空的聚合物微量成分(hollow polymericmicroelements)和/或细胞组织结构的微细中空聚合物包含在聚合物基质(polymeric matrix)内的研磨垫。
但是，美国特许第5,578,362号中所记载的研磨垫，在其表面存在硬度不同的2种成分即聚合物基质和中空聚合物微量成分(polymermicroelement)。由于它们的硬度差，在研磨作业时对于摩擦压力分别具有互不相同的支持力，而且这将使在垫表面上产生磨耗程度的差异。由此，会发生研磨料浆的不均匀的供给和分布，且晶片的研磨有可能成为不均匀。另外，由于在研磨垫的表面所存在的聚合物微量成分的硬度高，所以在研磨时存在在晶片的表面上发生刮痕的可能性。另外，聚合物微量成分是使用低比重的粉末状材质形成。因此，在为了制造研磨垫而将其与聚合物基质形成物质搅拌混合时，因要处理粉末状的材质，所以操作性不好。另外，当粉末没有均匀分散时，所得垫表面的气孔分布不均匀。因此，由于研磨料浆的不均匀的移送而可发生晶片表面研磨均匀性的下降。另外，被分散的粉末块有时会损伤晶片的上面。韩国特许公开第2001-55971号中的同时含有微细中空的聚合物粒子和中空的聚合物微量成分的研磨垫中也存在相同的问题。
另外，在韩国特许公开第2001-2696号中所记载的研磨垫，由于仅含有平均粒径为0.4～2μm左右的微细中空聚合物，所以研磨料浆的捕集量少，由此所需的研磨料浆的量也变少，所以发生研磨速度下降的问题。以微细中空的聚合物为主要成分的韩国特许公开第2001-55971号的研磨垫中也同样存在着相同的问题。
另外，在研磨工序中，重要的是在工序中正确且迅速地测定晶片的平坦度(flatness)。因此，在美国特许第5,893,796号和美国特许第6,171,181号中提出了适合于在原地(in situ)用光学方法检测出平坦度的研磨垫。但是，美国特许第5,893,796号的研磨垫为了形成能够透过光束的透明窗，而要在垫内插入透明插件(plug)，为此需要追加在垫中开孔的工序及用于安装透明插件的粘接工序等其他制造工序。在美国特许第6,171,181号中，通过使铸模内的一定部分比其他部分更迅速地冷却而在垫中形成透明的部分，但如果这样做，则因需要可分别调节温度的特殊的铸模，所以成本会增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种，能够均匀地捕集和供给研磨料浆，以达到研磨均匀性，并且不必设置其他透明窗也可在原地检查平坦度，而且在被研磨对象的表面上不产生刮痕的研磨垫。
本发明的另一目的在于提供一种，能够均匀地捕集和供给研磨料浆，以达到研磨均匀性，并且不必设置其他透明窗也可在原地检查平坦度，而且在被研磨对象的表面上不产生刮痕的研磨垫的制造方法。
根据用于达到上述目的的本发明的研磨垫，具备具有聚合物基质和埋入在上述聚合物基质内的液态微量成分的研磨层，且在上述研磨层的表面上分布有由上述液态微量成分确定、开孔的气孔。
根据用于达到上述另一目的的本发明的研磨垫的制造方法，首先在聚合物基质形成用物质中混合液态物质。接着，将所述混合物凝胶化和固化，而制造具备聚合物基质和埋入在所述聚合物基质内的液态微量成分，且在其表面上分布有由上述液态微量成分确定、开孔的气孔的研磨层。最后，将所述得到的研磨层进行加工制得研磨垫。
关于其他实施例的详细内容，记载于以下的详细说明和附图之中。
本发明的研磨垫，通过微细结构的开放气孔，可均匀地进行研磨料浆的捕集和供给，能够以高精度地进行研磨工序。并且，因为在研磨工序中连续地提供开放气孔，所以研磨性能可维持一定，且从垫的组成上考虑，因垫均匀地被磨耗，所以被研磨对象的研磨也可均匀地进行。还有，由于在研磨垫的表面上不存在高硬度的聚合物，所以不会因这种高硬度的聚合物而导致晶片的刮痕。另外，得到的垫是半透明的，所以不必在垫内形成其他用于透过光的部分，也可以在研磨工序中在原地用光学方法测定平坦度。另外，由于在制造时所使用的所有成分均为液态，所以制造工序容易。
附图说明
图1是本发明实施例1的含有被埋入的液态微量成分的研磨垫的截面图。
图2是安装有研磨垫的研磨装置的示意图。
图3是表示本发明实施例2的使用亲水性聚合物基质且含有埋入的液态微量成分的研磨垫的截面图。
图4是表示本发明实施例3的含有被埋入的液态微量成分和中空聚合物微量成分的研磨垫的截面图。
图5是表示本发明的含有被埋入的液态微量成分的研磨垫的制造工序的流程图。
图6是液态物质的含量相对于聚合物基质形成用物质的总重量为35重量％的研磨垫表面的SEM照片。
图7是以往的含有中空的聚合物微量成分的研磨垫表面的SEM照片。
图8是液态物质的含量相对于聚合物基质形成用物质的总重量为30重量％的研磨垫表面的SEM照片。
图9是液态物质的含量相对于聚合物基质形成用物质的总重量为40重量％的研磨垫表面的SEM照片。
图10是液态物质/中空聚合物的重量比为46的研磨垫表面的SEM照片。
图11是液态物质/中空聚合物的重量比为8的研磨垫表面的SEM照片。
图12是使用亲水性聚合物基质的研磨垫表面的SEM照片。
图13是液态物质的含量相对于亲水性聚合物基质形成用物质的总重量为40重量％的研磨垫表面的SEM照片。
图14是液态物质的含量相对于亲水性聚合物基质形成用物质的总重量为45重量％的研磨垫表面的SEM照片。
图15是相对于聚合物基质形成用物质组合物中的异氰酸酯预聚物的全体重量，以10重量％加入亲水性化合物而制造的研磨垫表面的SEM照片。
图中：1-研磨装置，3-台板，7-硅晶片，13-研磨料浆，100-研磨垫，110-支持层，120-研磨层，130-聚合物基质，140-微量成分，140-气孔，150-中空的聚合物微量成分，160-研磨层表面，170-光束
具体实施方式
下面参照附图说明有关本发明的研磨垫及其制造方法的实施例。但是本发明并不限于本说明书中公开的实施例，可以进行各种变更。本实施例是为了充分公开本发明和有助于本领域技术人员的理解而提供的，而本发明的的真正思想取决于本发明所要求保护的范围。另外，图中，为了说明的方便，对于支持层和研磨层的厚度、液态微量成分的大小和样子等进行了放大或简略化。在整个说明书中相同的部件带有相同的参考符号。
图1是本发明实施例1的研磨垫100的截面图。图2是安装有本发明实施例1的研磨垫100的研磨装置1的示意图。在图2中，虽表示了圆形的研磨垫100以适合旋转形研磨装置1，但是，根据研磨装置的形态可以变为长方形、正方形等各种形态。
本发明的实施例1的研磨垫100是，由支持层110和研磨层120构成。如图2所示，支持层110是为了将研磨垫安装在台板3上而设置的。支持层110，是由对于向被载置于与台板3相对的头部5上的作为被研磨对象的硅晶片7施加的压力具有复原性的物质构成，并且它发挥着将在该支持层110之上所形成的研磨层120，对应于硅晶片7以均匀的弹性支持的功能。因此，主要是由非多孔性的固体均匀弹性体材料构成，比在之上所形成的研磨层120的硬度低。另外，支持层110的至少一部分为透明或半透明，可透过用于检测出被研磨对象表面的平坦度而使用的光束170。在图2中，以形成有金属、绝缘层等被研磨膜的晶片7为被研磨对象例示，但也可以将形成有TET-LCD的基板、玻璃基板、陶瓷基板、聚合物塑料等各种基板作为被研磨对象而使用。并且根据情况，也可以不设置支持层110而构成研磨垫100。
如图2所示，研磨层120是与作为被研磨对象的晶片7直接接触的部分。研磨层120是由聚合物基质130和均匀地分布、埋入在聚合物基质130内的液态微量成分140构成。与晶片7直接接触的研磨层表面160中，均匀地排列有由所埋入的液态微量成分140确定、开孔的微细结构的多个气孔140′。这时，研磨层120形成由聚合物基质130和液态微量成分140组成的非均相体系，但是该体系对于可用光学方法检测出作为被研磨对象的硅晶片7的表面状态即平坦度的光源170是半透明的。因此，整个研磨垫100是由至少一部分为透明或半透明的支持层110和全部为半透明的研磨层120构成，当使用这样的研磨垫110时，在研磨工序中可在原地用光学方法容易地检测出被研磨对象表面的平坦度。
聚合物基质130优选在作为用于平坦化的化学溶液的研磨料浆中形成不溶性物质。如图2所示，例如由通过研磨装备1的喷嘴11而供给的研磨料浆13不能渗透的物质形成。另外，聚合物基质130优选是由能够铸造和挤压成形的物质形成。因此，作为聚合物基质130的材料，可以例举选自由聚氨酯、聚醚、聚酯、聚砜、聚丙烯(polyacryl)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯亚胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酮、蜜胺、尼龙和氟代烃构成的一组中的任意一种或者是它们的混合物等。其中，优选用聚氨酯制造。聚氨酯是从由异氰酸酯预聚物和固化剂构成的双组分的低粘度液态氨基甲酸乙酯得到。预聚物作为对最终聚合物的前驱体包括齐聚物或单体。异氰酸酯预聚物平均具有2个以上的异氰酸酯官能团，且反应性异氰酸酯的含量为4～16重量％，该异氰酸酯预聚物是由聚醚、聚酯、聚丁二醇等多元醇和甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯的反应而得到。异氰酸酯预聚物与具有异氰酸酯反应性基团的固化剂进行反应最终形成聚氨酯。作为固化剂，可以使用亚甲基双(2-氯苯胺)(以下，简称为MOCA)等胺或者聚醚系和聚酯系的各种多元醇。聚氨酯可以通过构成成分的各种组合，调节其物性。
排列在研磨层表面160的多个气孔140′和被埋入的液态微量成分140，是用于捕集研磨料浆、使供给顺利以提高研磨均匀度的。具体地，如图2所示，排列在研磨表面160上的多个气孔140′发挥以下作用，即在研磨垫100被安装在研磨装备1并与晶片7表面接触的状态下，通过喷嘴11向这些接触部位供给研磨料浆13时，捕集研磨料浆13，向晶片7的表面均匀地供给的作用。接着，晶片7和研磨垫100边相对移动边继续进行晶片7的表面平坦化工序，则可使研磨垫表面160的一部分被磨耗或者磨削，被埋入的液态微量成分140露到表层，再次生成可捕集和供给研磨料浆的气孔140′。因此，研磨层表面160的气孔140′和被埋入的液态微量成分140优选均匀地分布在聚合物基质130内。
作为被埋入的液态微量成分140，可以由与聚合物基质130没有相溶性的液态物质形成。例如从由脂肪族矿物油、芳香族矿物油、分子末端上没有羟基的硅油、大豆油、椰子油、棕榈油、棉籽油、山茶油和硬化油所组成的一组中选择的任意一种或它们的混合物等。液态物质的分子量以200～5000为理想，更理想的是200～1000。若分子量在200以下，则在固化过程中液态物质流出而降低在聚合物基质130内生成的被埋入的液态微量成分140的密度。若分子量在5000以上，则粘度高，所以与聚合物基质130形成用物质之间的混合困难，难以形成均匀的被埋入的液态微量成分140。
被埋入的液态微量成分140，优选以微球分散在聚合物基质130内形成。微球的直径优选为5～60μm，更优选为10～30μm。若微球的直径在上述范围之内，则最适合进行研磨料浆的捕集和供给。但是，根据所使用的研磨料浆的种类，合适的微球直径可以变化，且所被埋入的液态微量成分140的大小也可以相应地变化。
被埋入的液态微量成分140的大小，即微球直径可以根据相对于聚合物基质130形成用物质的被埋入的液态微量成分140形成用液态物质的重量比而容易地调节为各种不同的值。以聚合物基质130形成用物质例如以聚氨酯基材的总重量为基准，优选以20～50％，更优选以30～40重量％混合液态物质，可达到所希望的大小。若液态物质的量在20重量％以下，则被埋入的液态微量成分140的尺寸会增加，其结果，在垫表面160所形成的气孔140′的尺寸变大。这时，研磨料浆粒子的捕集量变多而显示出相对较快的研磨速度，但因此无法进行精密研磨，研磨料浆不均匀，且当含有大粒子时研磨料浆中的大颗粒被捕集，有时会发生晶片的刮痕。液态物质的量在50重量％以上时，被埋入的液态微量成分140的尺寸变小，其结果，在垫表面160所形成的气孔140′的尺寸变小。若气孔140′的尺寸变小，则因研磨料浆粒子的捕集量少，所以能够进行高精度的研磨，且具有不捕集在研磨料浆中含有的大的颗粒而将其过滤的作用，可减少晶片的刮痕的发生。但是，过量的液态物质将在加工过程中流出，存在成形物的处理困难、得到的研磨垫的研磨速度低的缺点。
另外，被埋入的液态微量成分140的大小，可以根据分撒剂的使用量而容易地调节成各种不同值。聚合物基质130形成用物质，例如以聚氨酯基材的总重量为基准，以1～5重量％混合分散剂是理想的。若分散剂的量在1重量％以下，则液态物质的分散能力下降，无法进行均匀的分散。若分散剂的量在5重量％以上，则存在由于反应体系的表面张力下降，所以在反应体系内存在的微量气体由反应热膨胀形成针孔的问题。作为分散剂，最好的是表面活性剂，而作为表面活性剂可以例举高级醇硫酸酯盐、高级烷基醚硫酸酯盐、烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯盐等阴离子型表面活性剂，高级烷基胺类、季胺盐类等阳离子型表面活性剂，氨基酸类、甜菜碱类等两性表面活性剂，硅氧烷-氧化烯共聚物，聚氧乙烯聚合物，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，甘油脂肪酸酯，糖脂肪酸酯，山梨糖醇脂肪酸酯以及它们的混合物。
即，被埋入的液态微量成分140及由这些所确定的气孔140′的尺寸大小，能够通过液态物质的量和/或分散剂的量而调节为各种不同的值，所以具有可以根据被研磨对象的种类和/或研磨料浆的种类，制造具有各种不同研磨性能的研磨垫的优点。
优选的是，在研磨层160上还形成有包括使研磨料浆的移动和输送容易的流动通道的组织或图案。
如上所述，在本发明的实施例1的研磨垫100中，为了调整气孔的大小而增加液态物质的浓度或者使用表面活性剂，但是随着液态物质浓度的增加，表面活性剂的分散力下降，聚合物基质和液态物质之间的混合不均匀，有时在固化后发生液态物质的流出现象。另外，在制造研磨垫100时，为了分散液态物质而使用的表面活性剂与异氰酸酯预聚物进行反应使垫的物性下降，且因使用表面活性剂而使垫的组成成分增加，所以存在制造机械的附带装置增加的问题。因此，下面说明能够在不使用表面活性剂的条件下制造的本发明实施例2的研磨垫。
图3是本发明的实施例2的研磨垫200的截面图。在图3中，虽表示了适合于圆形的研磨垫200的旋转形研磨装置1，但是，根据研磨装置的形态可以改变为长方形、正方形等各种形态。
本发明的实施例2的研磨垫200是由支持层110和研磨层180构成，它们是由在化学上具有相溶性的物质形成而制造成为不存在各层间的结构性边界部的一体型垫(图3中，用点线表示了假想的边界部)。由于研磨层和支持层具有化学相溶性，所以在制造过程中形成一体化的过程是指，因各层物质在化学上具有相同的结构所以在界面通过熔融或溶解而变成均匀的混合物，或者因为在化学结构内含有可形成物理键的官能基团，所以在层的界面上通过熔融或溶解而变成均匀的混合物，或者是即使是化学上互不相同的物质，但如果存在相溶化剂，则在层的界面上通过熔融或溶解而变成均匀的混合物，且这些混合物经过凝胶化过程和固化过程成为单相。因此，不需要用于连接2个层的粘接剂等其他材料或粘接工序。
支持层110是研磨垫200的为了安装在图2的台板3上的部分。支持层110是，由对于向被载置于与台板3相对的头部5上的作为被研磨对象的硅晶片7施加的压力具有复原性的物质构成，并且发挥着将在该支持层110之上所形成的研磨层180对应于硅晶片7以均匀的弹性支持的功能。因此，主要是由非多孔性的固体均匀弹性体材料构成，比在之上所形成的研磨层180的硬度低。另外，支持层110的至少一部分为透明或半透明，可透过用于检测出被研磨对象表面的平坦度而使用的光束170。在图2中，支持层110是将形成有金属、绝缘层等被研磨膜的晶片7作为被研磨对象例子的，但也可以将形成有TET-LCD的基板、玻璃基板、陶瓷基板、聚合物-塑料基板等各种基板作为被研磨对象而使用。并且根据情况，也可以不设置支持层110而构成研磨垫100。
如图2所示，研磨层180是与作为被研磨对象的晶片7直接接触的部分，且为了提高平坦化效率，优选其硬度比支持层110高。研磨层180是由含亲水性化合物的聚合物基质190(以下，称为亲水性聚合物基质)和均匀地分布、埋入在所述亲水性聚合物基质190内的液态微量成分140构成。与晶片7直接接触的研磨层表面160中，均匀地排列有由所埋入的液态微量成分140所确定、开孔的微细结构的多个气孔140′。这时，研磨层180形成由亲水性聚合物基质190和液态微量成分140所组成的非均相体系，但是该体系对于可用光学方法检测出作为被研磨对象的硅晶片7的表面状态即平坦度的光源170是半透明的。因此，整个研磨垫200是由至少一部分为透明或半透明的支持层110和全体为半透明的研磨层180构成，当使用这样的研磨垫200时，在研磨工序中可在原地、用光学方法容易地检测出被研磨对象表面的平坦度。另外，在研磨工序中随着研磨垫的磨耗，被埋入的液态微量成分140将连续地被暴露到研磨层表面160上，并且它被研磨料浆所取代。因此，在研磨表面160上仅存在聚合物基质，所以能够在不产生研磨垫200的不均匀磨耗的前提下均匀地研磨作为被研磨对象的硅晶片7。
亲水性聚合物基质190优选由在作为用于平坦化的化学溶液的研磨料浆中呈不溶性的物质构成。如图2所示，例如由通过研磨装备1的喷嘴11而供给的研磨料浆13所不能渗透的物质形成。另外，亲水性聚合物基质190优选是由能够铸造和挤压成形的物质形成。因此，作为聚合物基质190，可以例举在从由聚氨酯、聚醚、聚酯、聚砜、聚丙烯(polyacryl)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯亚胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酮、蜜胺、尼龙和氟代烃构成的一组中所选择的任意一种或者是它们的混合物上，以化学或者物理方法结合了亲水性化合物的物质。这时，作为亲水性化合物，可以例举从由聚乙二醇、聚乙二丙二醇、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺醚、甘油脂肪酸酯、糖脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯所构成的一组中选择的任意1种或它们的混合物，其中，优选使用聚乙二醇。
亲水性聚合物基质190，优选由含亲水性化合物的聚氨酯制造。聚氨酯是通过异氰酸酯预聚物和具有异氰酸酯反应性基团的固化剂的反应而形成，作为固化剂，可以使用亚甲基双(2-氯苯胺)(以下，简称为MOCA)等胺或者聚醚系和聚酯系的各种多元醇。异氰酸酯预聚物平均具有2个以上的异氰酸酯官能团，且反应性异氰酸酯的含量为4～16重量％，该异氰酸酯预聚物是由聚醚、聚酯、聚丁二醇等多元醇和甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯的反应而得到。亲水性聚合物基质190是通过将作为亲水性化合物的聚乙二醇导入到异氰酸酯预聚物内，或者与其他成分混合使用而制得。
排列在研磨层表面160上的多个气孔140′和被埋入的液态微量成分140，是为了捕集研磨料浆、顺利进行供给以提高研磨均匀度而设置的。因此，在研磨层表面160上的多个气孔140′和被埋入的液态微量成分140，优选均匀地分布在亲水性聚合物基质190内。被埋入的液态微量成分140是由与亲水性聚合物基质190没有相溶性的液态物质构成，例如可以使用从由脂肪族矿物油、芳香族矿物油、分子末端上没有羟基的硅油、大豆油、椰子油、棕榈油、棉籽油、山茶油和硬化油所组成的一组中选择的任意一种或它们的混合物。
被埋入的液态微量成分140，优选以微球分散在亲水性聚合物基质190内形成。微球的直径优选为1～30μm，更优选为2～10μm。若微球直径在上述范围之内，则最适合地进行研磨料浆的捕集和供给。但是，根据所使用的研磨料浆的种类，合适的微球直径可以变化，且被埋入的液态微量成分140的大小也可以相应地变化。
被埋入的液态微量成分140的形态，即微球的平均直径或浓度等，可以根据亲水性聚合物基质190的亲水程度的变化而容易调整为多样。即，以异氰酸酯预聚物的总重量作为基准，使用聚乙二醇1～20重量％，更优选为5～10重量％，可达到所希望的液态微量成分140的形态。若聚乙二醇的量在10重量％以下，则聚合物基质的亲水性没有变化，因此被埋入的液态微量成分140的形态也没有变化。随着聚乙二醇的量的增加，聚合物基质的亲水性增加，因此被埋入的液态微量成分140的尺寸变小，浓度增加。但是，当聚乙二醇的量在20重量％以上时，亲水性不再增加，由此被埋入的液态微量成分140的形态也没有变化。聚乙二醇的分子量优选在200～10000，更优选在400～1000。当分子量在200以下时，因表面张力的下降而不能将液态物质均匀地分散在聚合物基质形成用物质内。如果分子量在1000以上，则变成固体所以有时处理困难。如果聚乙二醇的量和分子量在上述范围之内，则被埋入的液态微量成分140的形态调节最容易进行。但是，聚乙二醇的量可以根据所使用的异氰酸酯预聚物的组成、液态物质的种类等而变化，且所被埋入的液态微量成分140的形态也可以相应地变化。
另外，被埋入的液态微量成分140的形态，可以根据液态微量物质的重量比而容易地调节为各种不同的值。以聚合物基质形成用物质例如以聚氨酯基材的总重量为基准，优选以20～50％，更优选以30～40重量％混合液态物质，可达到所希望形态的微量成分。若液态物质的量在20重量％以下，则被埋入的液态微量成分140的尺寸增加，其结果，在垫表面160所形成的气孔140′的尺寸变大。这时，虽然研磨料浆粒子的捕集量变多而显示出相对较快的研磨速度，但因此无法进行精密研磨，并且在研磨料浆不均匀地含有大粒子的情况下如果因为这个原因研磨料浆中的大颗粒被捕集，有时会在晶片上产生刮痕。液态物质的量在50重量％以上时，被埋入的液态微量成分140的浓度增加，因此具有通过微量成分之间的合并形成尺寸大的气孔140′的缺点。
即，被埋入的液态微量成分140及由它所确定的气孔140′的大小和浓度，能够根据聚合物基质的亲水程度和/或液态物质的量而调节为各种不同的值，所以具有可以根据被研磨对象的种类和/或研磨料浆的种类，制造具有各种不同研磨性能的研磨垫的优点。
优选的是，在研磨层表面160上还形成有包含使研磨料浆的移动和输送容易进行的流动通道的组织或图案。
图4是本发明实施例3的研磨垫300的截面图。实施例3的研磨层210是在同时含有液态微量成分140和中空聚合物微量成分150，这一点上与实施例1的研磨研磨垫120和实施例2的研磨层180不同。通过象所述那样进一步含有中空聚合物微量成分150，在垫表面160上形成的气孔将通过由液态微量成分140所确定的气孔140′和由中空聚合物微量成分150所确定的气孔150′，多样地改变气孔的大小和种类，使研磨性能多样化。
中空聚合物微量成分150可以由无机盐、糖、水溶性树胶(gum)、树脂等形成。聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羟基醚丙烯酸酯、淀粉、马来酸共聚物、聚氨酯及它们的混合物等可以作为中空聚合物微量成分150形成用中空聚合物而使用。这些物质和其等同物可以用本领域技术人员所公知的方法制得。
作为微量成分形成用物质的液态物质和中空聚合物的总量，相对于聚合物基质130或亲水性聚合物基质190形成用物质的总重量，优选在10～30重量％。并且，作为微量成分形成用物质的液态物质/中空聚合物的重量比，优选在8以上。如果重量比在8以下，则有可能由中空聚合物而产生晶片刮痕等。
下面，参照图5的流程图说明本发明研磨垫的研磨层的制造方法。由于对构成研磨层的物质的种类和其含量已在前面叙述过，所以省略具体的说明。
首先，混合研磨层形成用物质(S500)。具体地讲，在聚合物基质或者亲水性聚合物基质形成用物质中，以所述的含量比混合液态物质。最理想的混合方式是，使用分散剂将液态物质均匀地分散在聚合物基质形成用物质中，或者将液态物质均匀地分散在亲水性聚合物基质形成用物质中。对于分散混合来讲，最理想的是以搅拌的方式进行。根据需要也可以将液态物质与中空聚合物同时混合后使用。
接着，进行凝胶化和固化反应(S510)，将混合物注入到给定形状的铸模内并通过凝胶化和固化进行固体化。凝胶化反应是在80～90℃进行5～30分钟，固化反应是在80～120℃进行20～24小时。其中，为了寻找最佳条件，可以将具体的工序温度和时间改变为各种不同的值。
最后，加工固化成为给定形状的结果物(S520)。加工包括脱模、裁断、表面加工处理、洗净过程等。首先，将被固化的反应物从铸模中取出来将其切断为具有给定厚度和形状的物体。为了提高生产率，可以用铸造和挤压成形等的对于聚合物薄板制造领域的普通技术人员来讲是公知技术的任意方法，将研磨层形成为薄板状。并且，优选的是，在研磨层的表面上形成有可将研磨料浆均匀地供给研磨层的作业表面上的各种形态的槽。然后，经洗净工序完成研磨层。洗净工序时，研磨层表面的液态微量成分析出，从而所开孔的气孔被分布在研磨层表面上。这时，优选使用不使析出的液态微量成分残留于研磨层表面的洗涤液。
可以仅用研磨层制作研磨垫，但根据需要，也可以使用在研磨垫制造工序领域中所公知的方法制造支持层110，然后将支持层110和研磨层120、180、210结合，制作研磨垫100、200、300。
下面，例举实施例更详细地说明本发明。对于在这里没有公开的内容本领域技术人员完全可以进行技术类推，所以省略说明。当然，本发明的范围并不局限于以下的实施例。
(实施例1)
在常温下混合聚醚系异氰酸酯预聚物(NCO含量11％)100g、矿物油(以下，称为KF-70)(Seojin化学社制)46g、壬基苯酚乙氧基化物(以下，称为NP-2)(韩国Polyol株式会社制)5g和MOCA33g，立刻注入到四方铸模内，凝胶化30分钟之后，在100℃烘箱固化20小时。然后从铸模取出得到的固化物，切断表面，制造了研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图6中。如图6所示，确认了在得到的研磨层表面上存在平均直径为10～30μm左右的开放气孔。
作为比较例，根据美国特许5,578,362号中公开的研磨层的制造方法，使用聚醚系异氰酸酯预聚物(NCO含量11％)100g、作为中空聚合物微量成分的EXPANCEL2.4g、和MOCA33g，制造了研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图7中。由图7可知，与本发明的研磨层相比，用以往的方法得到的研磨层中存在平均直径为30～50μm左右的大直径的聚合物微量成分。由此可知，与本发明相比，微量成分的表面粗糙、不均匀。
(实施例2)
除了使KF-70的加入量改为40g以外，与实施例1同样地制造了研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图8中。由图8可知，在得到的研磨层的表面上存在平均直径为30～40μm左右的开放气孔。
(实施例3)
除了使KF-70的加入量为53g以外，与实施例1同样地制造了研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图9中。由图9可知，在得到的研磨层的表面上存在平均直径为5～15μm左右的开放气孔。
(实施例4)
混合聚醚系异氰酸酯预聚物(NCO含量11％)100g、KF-70 33g、NP-26g，并在其中作为聚合物性微量成分加入内部气孔的大小为30～130μm的粉末状的EXPANCEL 091 DE 0.7g，然后，利用均质混合机以2000rpm的速度搅拌2小时，使之均匀地分散。在常温下向上述的混合物混合MOCA33g，立刻注入到四方形铸模内，凝胶化30分钟之后，在100℃烘箱固化20小时。然后从铸模取出得到的固化物，切断表面，制造了研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图10中。由图10可知，可以确认在得到的研磨层表面上存在平均直径为30～50μm左右的开放气孔。如果将图10和图6中的使用液态的矿物油制得的研磨层的SEM照片以及图7中的使用作为中空聚合物的EXPANCEL制得的研磨层的SEM照片进行比较的话，可以确认在研磨层的表面上同时存在由于EXPANCEL而出现的大的气孔与由于矿物油而出现的小的气孔。
(实施例5)
除了将EXPANCEL的加入量为1.7g，将KF-70的加入量为14g以外，与实施例4同样地制造研磨垫的研磨层。所得的研磨层的SEM照片表示在图11中。由图11可知，与实施例4相比，在得到的研磨层的表面上大量存在由EXPANCEL确定的大的气孔的分布。
(实施例6)
在2L四口烧瓶内加入聚丁二醇(分子量1000)100g和甲苯二异氰酸酯52g，在70～80℃的温度下反应4～5小时，使得到的最后产品的NCO含量为11.0％。得到的异氰酸酯预聚物的粘度为8,000cPs(25℃)。
(实施例7)
在2L四口烧瓶内加入聚丁二醇(分子量1000)95g、聚乙二醇(分子量400)5g和甲苯二异氰酸酯53.7g，在70～80℃的温度下反应4～5小时，使得到的最后产品的NCO含量为11.0％。得到的异氰酸酯预聚物的粘度为7,000cPs(25℃)。
(实施例8)
在2L四口烧瓶内加入聚丁二醇(分子量1000)90g、聚乙二醇(分子量1000)5g和甲苯二异氰酸酯52g，在70～80℃的温度下反应4～5小时，使得到的最后产品的NCO含量为11.0％。得到的异氰酸酯预聚物的粘度为6,200cPs(25℃)。
(实施例9)
在2L四口烧瓶内加入聚丁二醇(分子量1000)85g、聚乙二醇(分子量1500)15g和甲苯二异氰酸酯50.9g，在70～80℃的温度下反应4～5小时，使得到的最后产品的NCO含量为11.O％。得到的异氰酸酯预聚物的粘度为5,600cPs(25℃)。
(实施例10)
使用机械式搅拌机均匀地混合实施例8的异氰酸酯预聚物100g、矿物油(以下，称为KF-70)(Seojin化学社制)46g，然后在80℃、10torr的真空烘箱中放置10分钟以除去混合物内的气泡，并将混合物的最终温度调整为80℃。接着，将预先称量好的、温度被调整在80℃的MOCA 33g注入到上述混合物中，并使用机械搅拌机在3000rpm下混合30秒，然后立刻注入到四方铸模内。将注入的反应液凝胶化30分钟之后，在100℃烘箱固化20小时。然后从铸模取出得到的固化物，切断表面，制造了研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图12中。得到的垫的研磨层显示70°的接触角，且在表面上存在平均直径为4～6μm左右的开放气孔。这些气孔的浓度显示了50～60个/0.01mm2左右。
作为比较例，在图6中表示了使用实施例1的异氰酸酯预聚物(NCO含量11％)100g、KF-70 46g和MOCA 33g得到的研磨层的SEM照片，其中垫的研磨层显示着78°的接触角。由该结果可知，使用实施例8的含聚乙二醇的异氰酸酯预聚物时，可以提高研磨垫的亲水性程度。并且，由图6可知，与用实施例10的方法得到的研磨层相比，用实施例1的方法得到的研磨层上形成有平均直径为20～30μm左右的大直径的气孔，且其浓度为10～20个/0.01mm2左右，较低。
(实施例11)
除了将KF-70的加入量为53g以外，与实施例10同样地制造研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示在图13中。由图13可知，在得到的研磨层的表面上存在平均直径为2～4μm左右的开放气孔。这些气孔的浓度显示为90～100个/0.01mm2左右。
(实施例12)
除了将KF-70的加入量为60g以外，与实施例10同样地制造研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示在图14中。由图14可知，在得到的研磨层的表面上存在平均直径为5～6μm左右的开放气孔。这些气孔的浓度显示为55～65个/0.01mm2左右。
(实施例13)
使用机械式搅拌机均匀地混合实施例6的异氰酸酯预聚物90g、KF-70 46g，然后在80℃、10torr的真空烘箱中放置10分钟以除去混合物内的气泡，并将混合物的最终温度调整为80℃。接着，在预先称量好的、温度被调整在80℃的MOCA 30g中加入聚乙二醇(分子量1000)10g制作混合溶液，并将该混合溶液注入到上述混合物中，并使用机械搅拌机在3000rpm混合30秒，然后立刻注入到四方铸模内。将注入的反应液凝胶化30分钟之后，在100℃烘箱固化20小时。然后从铸模中取出得到的固化物，切断表面，制造了研磨垫的研磨层。得到的研磨层的SEM照片表示于图15中。得到的垫的研磨层显示70°的接触角，且在表面上存在平均直径为4～6μm左右的开放气孔。这些气孔的浓度显示了50～60个/0.01mm2左右。
(实施例14)
比较了作为微量成分形成用物质使用液态物质并根据实施例10制造的研磨层(液态物质研磨层)的透光率和作为微量成分形成用物质使用中空的聚合物并根据美国特许第5,587,362号公开的制造方法制造的研磨层(中空的聚合物研磨层)的透光率。使液态物质研磨层和中空的聚合物研磨层样品的厚度分别为2mm，使测定波长为400～700nm，分别测定透过率的结果，在使用中空的聚合物研磨层时显示了17％的透过率，但在使用液态物质研磨层时显示了52％的透过率，因此，可知本发明的研磨层无需另外形成透明窗，也可在原地用光学方法测定平坦度。
根据本发明的研磨垫，包含被埋入在聚合物基质内的液态微量成分，并在其表面上均匀地分布有微细结构的开放孔。因此，可均匀地捕集和供给研磨料浆，能够均匀地研磨被研磨对象，可以高精度地进行研磨工序。另外，若研磨垫的表面经研磨工序被磨耗或磨削，则被埋入的液态微量成分露出到表面上而连续地提供开放的气孔，从而在使用研磨垫的CMP工序中显示一定的研磨性能。并且，由于含有液态微量成分的研磨垫的表面，是在没有高硬度的成分的前提下由构成聚合物基质的1个成分构成，所以垫表面的磨耗可均匀地进行，并可稳定地使用。另外，由于在高硬度的聚合物材料不存在的前提下用液态物质形成表面气孔，所以不会发生在以往的垫中存在的、由聚合物材料的微量成分引起的晶片的刮痕。另外，仅含液态微量成分的研磨垫，相对被研磨对象的表面状态检测用光源呈半透明，所以在研磨工序中可在原地容易地检测出被研磨对象表面的平坦度。
另外，因在制造研磨垫时使用了液态的物质，所以与以往的使用粉末状的聚合物物质的情况相比，操作性优异。并且，液态物质可以与聚合物基质形成用物质均匀地混合。因此消除了粉末状聚合物不能完全分散而以粉末团的形式存在于研磨垫内，作为晶片的刮痕发生源起作用的以往的问题。另外，在研磨垫表面上所存在的气孔的大小和分布可以通过所使用的液态物质的含量比、使用的分散剂的种类和含量比、使用的聚合物基质的亲水性程度、与中空的聚合物微量成分之间的混用等方法调节成各种各样。从而可容易地制造出适合于各种研磨料浆的捕集和供给且适合加工具有各种性质的被研磨对象的研磨垫。

Claims (31)

1、一种研磨垫，用于在与被研磨对象的表面接触的状态下边移动边进行研磨工序的研磨垫，其特征在于，所述研磨垫具备具有聚合物基质和埋入在上述聚合物基质内的液态微量成分的研磨层，且在上述研磨层的表面上分布有由上述液态微量成分确定、开孔的气孔。
2、根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述聚合物基质是亲水性聚合物基质。
3、根据权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，所述亲水性聚合物基质是通过化学键或混合，在聚合物基质形成用物质中引入亲水性化合物而成。
4、根据权利要求3所述的研磨垫，其特征在于，所述亲水性聚合物基质中，相对于异氰酸酯预聚物的全体重量含有亲水性化合物1～20重量％。
5、根据权利要求2～4中的任意一项所述的研磨垫，其特征在于，所述亲水性化合物是，从由聚乙二醇、聚乙二丙二醇、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺醚、甘油脂肪酸酯、糖脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯所构成的一组中选择的任意1种或它们的混合物。
6、根据权利要求5所述的研磨垫，其特征在于，所述亲水性化合物是分子量为200～10000的聚乙二醇。
7、根据权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，在所述研磨层具有连续的边界面，含有对于被研磨对象表面状态检测用光源呈透明或半透明的支持层。
8、根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，还具备埋入于所述聚合物基质内的中空的聚合物微量成分，且在所述研磨层表面上分布有由所述中空的聚合物微量成分所确定、开放的气孔。
9、根据权利要求1、2、8中的任意一项所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨层的表面经研磨工序被磨耗或磨削后，所述被埋入的液态微量成分露出到表面上，连续形成所述开放的气孔。
10、根据权利要求1、2、8中的任意一项所述的研磨垫，其特征在于，所述被埋入的液态微量成分是均匀地分散在所述聚合物基质内的球状微量成分。
11、根据权利要求10所述的研磨垫，其特征在于，所述液态微量成分和所述气孔的平均直径是1～60μm。
12、根据权利要求1、2、8中的任意一项所述的研磨垫，其特征在于，所述液态微量成分的材料是与所述聚合物基质没有化学相溶性的液态物质。
13、根据权利要求12所述的研磨垫，其特征在于，所述液态物质是从由脂肪族矿物油、芳香族矿物油、分子末端上没有羟基的硅油、大豆油、椰子油、棕榈油、棉籽油、山茶油和硬化油所组成的一组中选择的任意一种或它们的混合物等。
14、根据权利要求12所述的研磨垫，其特征在于，相对于所述聚合物基质形成用物质的全体重量，含有所述液态物质20～50重量％。
15、根据权利要求1、2、8中的任意一项所述的研磨垫，其特征在于，在所述研磨层的表面上还形成有包括使研磨料浆的移动和输送容易的流动通道的组织或图案。
16、根据权利要求1、2、8中的任意一项所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨层对于被研磨对象表面状态检测用光源是半透明的。
17、一种研磨垫的制造方法，包括：在聚合物基质形成用物质中混合液态物质的步骤；将所述混合物凝胶化和固化而形成研磨层的步骤，所述研磨层具有聚合物基质和被埋入在所述聚合物基质内的液态微量成分，并且在其表面上形成有由所述液态微量成分确定的气孔；加工所述形成的研磨层而制作研磨垫的步骤。
18、根据权利要求17所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述混合步骤是将所述液态物质和分散剂一同混合的步骤。
19、根据权利要求18所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述分散剂是相对于所述聚合物基质形成用物质的全体重量，混合1～5重量％。
20、根据权利要求18所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述分散剂是从由高级醇硫酸酯盐、高级烷基醚硫酸酯盐、烷基苯磺酸钠、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯盐等阴离子型表面活性剂，高级烷基胺类、季胺盐类等阳离子型表面活性剂，氨基酸类、甜菜碱类等两性表面活性剂，硅氧烷-氧化烯共聚物，聚氧乙烯聚合物，聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物，甘油脂肪酸酯，糖脂肪酸酯，山梨糖醇脂肪酸酯构成的一组中所选择的任意一种表面活性剂或它们的混合物。
21、根据权利要求17所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述聚合物基质是亲水性聚合物基质。
22、根据权利要求21所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述亲水性聚合物基质是通过化学键或混合，在聚合物基质形成用物质中引入亲水性化合物而成。
23、根据权利要求22所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述亲水性聚合物基质中，相对于异氰酸酯预聚物的全体重量含有亲水性化合物1～20重量％。
24、根据权利要求21～23中的任意一项所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述亲水性化合物是，从由聚乙二醇、聚乙二丙二醇、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺醚、甘油脂肪酸酯、糖脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯所构成的一组中选择的任意1种或它们的混合物。
25、根据权利要求24所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述亲水性化合物是分子量为200～10000的聚乙二醇。
26、根据权利要求17所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，在所述混合步骤中还混合中空的聚合物。
27、根据权利要求26所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述液态物质/中空的聚合物的重量比在8以上。
28、根据权利要求17、21、26中的任意一项所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述液态物质是与所述聚合载体形成用物质没有化学相溶性的物质。
29、根据权利要求28所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述液态物质是从由脂肪族矿物油、芳香族矿物油、分子末端上没有羟基的硅油、大豆油、椰子油、棕榈油、棉籽油、山茶油和硬化油所组成的一组中选择的任意一种或它们的组合物等。
30、根据权利要求29所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，所述液态物质的分子量是200～5000。
31、根据权利要求17、21、26中的任意一项所述的研磨垫的制造方法，其特征在于，相对于所述聚合物基质形成用物质的全体重量，含有所述液态物质20～50重量％。
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