專利名稱：一體型研磨墊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研磨墊及其制造方法，特別是涉及彈性支持層和研磨層被一體化的研磨墊及其制造方法。
背景技術(shù)：
伴隨著半導(dǎo)體的高集成化、微細(xì)化和配線結(jié)構(gòu)的多層化，在為了半導(dǎo)體元件的整體平坦化而導(dǎo)入的化學(xué)機(jī)械研磨工序中，研磨速度和平坦化速度倍顯重要，而這些取決于研磨裝備的工程條件、研磨液的種類、墊的種類等。特別在研磨工序中與晶片直接進(jìn)行接觸且作為消耗性部件的研磨墊，作為決定研磨工序性能的重要因素而起作用。
在美國專利第5,257,478號(hào)，公開了在研磨工序中對(duì)于晶片向下的壓力研磨墊進(jìn)行彈性壓縮和膨脹，以此將滯后損失最小化，提高晶片的平坦化效率的研磨墊。為了具有以上的作用，研磨墊構(gòu)成為，將產(chǎn)生體積壓縮的彈性底層和比彈性底層體積壓縮小的上部平坦層用沒有彈性的粘接劑連接。如果粘接劑的涂布不均勻，則因彈性底層不能完全發(fā)揮其作用，所以平坦化的效率差，而且，若要完成研磨墊則需要涂布粘接劑來粘接彈性底層和上部平坦層，所以存在制造工序變復(fù)雜的問題。
另外，在上述的研磨工序中，重要的是，正確而迅速地測(cè)定晶片到底被研磨到何種程度的平坦度(flatness)。為此，在美國專利第5,605,760號(hào)和美國專利第6,171,181號(hào)中提出了適合于在現(xiàn)場(chǎng)(in situ)用光學(xué)方法檢測(cè)出平坦度的研磨墊。但是，美國專利第5,605,760號(hào)的研磨墊為了形成能夠透過光束的透明窗，而需要有將墊沖孔之后再將透明窗安裝在墊內(nèi)的工序，從而制造工序復(fù)雜。并且，在研磨工序中由于透明窗和墊之間連接部位的空隙而防礙研磨料漿的移動(dòng)和輸送，與此同時(shí)沉積在空隙中的料漿成塊，有可能在晶片的表面上產(chǎn)生劃痕等。另外，由于透明窗和墊殘余部的物質(zhì)不同，所以有可能在研磨工序中以透明窗為中心產(chǎn)生劃痕。在美國專利第6,171,181號(hào)中，公開了通過使鑄模內(nèi)的一定部分比其他部分更迅速地冷卻而在墊中形成透明的部分的研磨墊，但若要制造這樣的研磨墊，則因需要能夠調(diào)節(jié)不同溫度的特殊的鑄模，所以成本會(huì)增加。并且，對(duì)于在美國專利第5,605,760號(hào)和美國專利6,171,181號(hào)中所公開的墊而言，由于不能夠最小化滯后損失，所以還需要彈性支持層，為此在彈性支持層上也需要形成透明窗或透明的部分，從而研磨墊的制造工序變復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種，提高了晶片的平坦化效率的研磨墊。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種，可在現(xiàn)場(chǎng)(in-situ)用光學(xué)方法檢查平坦度，且容易制造的研磨墊。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種，適合于制造研磨墊的制造方法。
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，根據(jù)為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的本發(fā)明的研磨墊，具備彈性支持層和形成在彈性支持層的上方且硬度比所述彈性支持層的硬度更高的研磨層，所述彈性支持層和所述研磨層是由相互之間具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成，以使在所述彈性支持層和所述研磨層之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。
根據(jù)為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的的本發(fā)明的研磨墊，具備其至少一部分是對(duì)所述被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源透明的彈性支持層，和具有與所述彈性支持層的透明部分重疊且對(duì)所述光源透明的透明區(qū)域和硬度比所述彈性支持層的硬度更高的所述透明區(qū)域以外的區(qū)域的研磨層；并且所述彈性支持層、所述透明區(qū)域和所述透明區(qū)域以外的區(qū)域是由化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成；在所述彈性支持層、所述透明區(qū)域和所述透明區(qū)域以外的區(qū)域相互之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。
根據(jù)為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的又一目的的本發(fā)明的研磨墊的制造方法，首先提供彈性支持層之后再向所述彈性支持層的上部提供與所述彈性支持層的材料具有化學(xué)相溶性且比所述彈性層的硬度高的研磨層材料，接著根據(jù)凝膠化和固化，形成與所述彈性支持層成為一體化的所述研磨層。
關(guān)于其他實(shí)施例的其他詳細(xì)事項(xiàng)，記載于以下的說明和附圖之中。
本發(fā)明的研磨墊，平坦化效率得到提高，研磨墊的物性均勻，可在被研磨對(duì)象的研磨工序中穩(wěn)定地使用。另外，可以防止研磨料漿的積存和由此而引起的晶片的損傷，且研磨料漿的移動(dòng)和輸送容易。并且，由于是一體型的，所以不需要用于連接各結(jié)構(gòu)部件的粘接劑或連接工序，從而制造工序簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的一體型研磨墊的截面圖。
圖2是安裝有本發(fā)明實(shí)施例1的一體型研磨墊的研磨裝置的示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的一體型研磨墊的截面圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的一體型研磨墊的截面圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的變形例的一體型研磨墊的截面圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例2的一體型研磨墊的制造工序的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例2的變形例的一體型研磨墊的制造工序的流程圖。
圖中100、200-研磨墊，110、210-彈性支持層，120、220-研磨層，125、225-流動(dòng)通道、222-透明區(qū)域，224-透明區(qū)域以外的區(qū)域具體實(shí)施方式
下面參照

有關(guān)本發(fā)明的研磨墊及其制造方法的實(shí)施例。但是本發(fā)明并不限于本說明書中公開的實(shí)施例，可以進(jìn)行各種變更。本實(shí)施例是為了充分公開本發(fā)明和有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而提供的，而本發(fā)明的的真正思想是取決于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。另外，圖中，為了說明的方便，對(duì)于支持層和研磨層的厚度、流動(dòng)通道的大小和深度、液態(tài)微量成分的大小和形狀等進(jìn)行了放大或簡(jiǎn)略化。在整個(gè)說明書中相同的部件帶有相同的參考符號(hào)。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的研磨墊100的截面圖。圖2是安裝有本發(fā)明實(shí)施例1的研磨墊100的研磨裝置1的示意圖。在圖2中，表示了適合于旋轉(zhuǎn)形研磨裝置1的圓形的研磨墊100?？梢愿鶕?jù)研磨裝置的形態(tài)可以變?yōu)殚L(zhǎng)方形、正方形等各種形態(tài)。
如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例1的研磨墊100具有一體型的彈性支持層110和研磨層120。所謂的一體型是指，彈性支持層110和研磨層120由相互之間具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成，以使在彈性支持層110和研磨層120之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。因此，在圖1中，用鏈狀線表示了彈性支持層110和研磨層120之間的邊界。因?yàn)橄笊鲜瞿菢?，彈性支持?10和研磨層120構(gòu)成一體，所以不需要用于連接該2個(gè)層的粘接劑等其他材料或者粘接工序。
在研磨工序中，通過研磨墊對(duì)于晶片向下壓的力進(jìn)行彈性壓縮和膨脹，研磨均勻度得到提高。因此，為了最小化滯后損失，彈性支持層110優(yōu)選具有以硬度計(jì)A型計(jì)為40～80的硬度。并且，為了提高平坦化效率，研磨層120優(yōu)選具有比彈性支持層110高的以硬度計(jì)D型計(jì)為40～80的硬度。
如圖2所示，彈性支持層110是用于安裝在臺(tái)板3上的。當(dāng)彈性支持層110具有象上述的硬度時(shí)，由于它對(duì)向被載置于與臺(tái)板3相對(duì)的頭部5上的作為被研磨對(duì)象的硅晶片7進(jìn)行加壓的向下的力具有復(fù)原性，所以能夠?qū)?yīng)于硅晶片7以均勻的彈性支持與作為研磨對(duì)象的晶片7直接接觸的研磨層120。即，通過體積壓縮大的彈性支持層110和體積壓縮小的研磨層120之間的相互作用，研磨平坦化的效率提高。
由于彈性支持層110和研磨層120要構(gòu)成一體，所以由具有化學(xué)相溶性的物質(zhì)形成。并且，優(yōu)選由能夠鑄造和擠壓成形的物質(zhì)形成。另外，作為用于平坦化的化學(xué)溶液的研磨料漿，優(yōu)選由不溶性的物質(zhì)形成。即，如圖2所示，由通過研磨裝備1的噴嘴11而供給的研磨料漿13所不能滲透的物質(zhì)形成。作為彈性支持層110和研磨層120的材料，如可以例舉選自由聚氨酯、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、聚乙烯亞胺、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚酮、蜜胺、尼龍和氟代烴構(gòu)成的一組中的任意一種或者是它們的混合物等。其中，最好的是聚氨酯。聚氨酯是從由異氰酸酯預(yù)聚物和固化劑構(gòu)成的雙組分的低粘度液態(tài)氨基甲酸乙酯得到。預(yù)聚物作為對(duì)最終聚合物的前驅(qū)體包括齊聚物或單體。異氰酸酯預(yù)聚物平均具有2個(gè)以上的異氰酸酯官能團(tuán)，且反應(yīng)性異氰酸酯的含量為4～16重量％，該異氰酸酯預(yù)聚物是由聚醚、聚酯、聚丁二醇等多元醇和甲苯二異氰酸酯或二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯的反應(yīng)而得到。異氰酸酯預(yù)聚物與具有異氰酸酯反應(yīng)性基團(tuán)的固化劑進(jìn)行反應(yīng)最終形成聚氨酯。作為固化劑，可以使用亞甲基雙(2-氯苯胺)(以下，簡(jiǎn)稱為MOCA)等胺或者聚醚系和聚酯系的各種多元醇。對(duì)于聚氨酯，可以通過構(gòu)成成分的各種組合，調(diào)節(jié)其物性。
研磨層120優(yōu)選在其表面上形成有具有用于使研磨料漿的移動(dòng)和輸送容易進(jìn)行的流動(dòng)管道的組織或者圖案125。作為流動(dòng)管道的一例，可以例舉以一定間隔或者是以不均勻的間隔進(jìn)行排列的槽等。
另外，為了更容易地進(jìn)行研磨料漿的捕集和供給以提高研磨均勻度，研磨層120優(yōu)選由埋入有許多微量成分的聚合物基質(zhì)構(gòu)成。關(guān)于由具備被埋入的微量成分的聚合物基質(zhì)來構(gòu)成研磨層的內(nèi)容，記載于由本申請(qǐng)人以“含有被埋入的液態(tài)微量成分的研磨墊及其制造方法”的發(fā)明名稱同日申請(qǐng)的說明書中，上述申請(qǐng)的內(nèi)容也屬于本說明書。
具體地，如局部放大圖A所示，研磨層120是由聚合物基質(zhì)130和均勻地分布、埋入在聚合物基質(zhì)130內(nèi)的液態(tài)微量成分140構(gòu)成，優(yōu)選的是，在與晶片7直接進(jìn)行接觸的研磨層表面160上，均勻地排列有由所埋入的液態(tài)微量成分140確定、開孔的微細(xì)結(jié)構(gòu)的多個(gè)氣孔140′。這時(shí)，研磨層120，由于在聚合物基質(zhì)130內(nèi)僅埋入有液態(tài)微量成分140，所以對(duì)于能夠用光學(xué)方法檢測(cè)出作為被研磨對(duì)象的硅晶片7的表面狀態(tài)即平坦度的光源300是透明或半透明的。因此，在彈性支持層110由非多孔性的固體均相聚合物彈性體材料構(gòu)成，所以至少一部分是透明的情況下，當(dāng)使用這樣的研磨墊100進(jìn)行研磨工序時(shí)，在研磨工序中可在現(xiàn)場(chǎng)用光學(xué)方法容易地檢測(cè)出被研磨對(duì)象表面的平坦度。
另外，雖未圖示，由于一體型研磨墊100的彈性支持層110由非多孔性的固體均相彈性體材料構(gòu)成、至少一部分為透明，且研磨層120也與彈性支持層110同樣由非多孔性的固體均相聚合物彈性體材料構(gòu)成、至少一部分為透明，所以能夠用光學(xué)的方法檢測(cè)出被研磨表面對(duì)象表面的平坦度。
作為其他的例，如部分放大圖B所示，可以在聚合物基質(zhì)130內(nèi)均勻地埋入有液態(tài)微量成分140和中空聚合物微量成分150，且在研磨層的表面160上排列有由液態(tài)微量成分140和由中空聚合物微量成分150所確定并開孔的氣孔140′和150′。雖未圖示，可以僅埋入有中空聚合物微量成分150。
如圖2所示，排列在研磨表面160上的多個(gè)氣孔140′和/或150′發(fā)揮以下作用，即在研磨墊100被安裝在研磨裝備1上并與晶片7的表面進(jìn)行接觸的狀態(tài)下，通過噴嘴11向這些接觸部位供給研磨料漿13時(shí)，捕集研磨料漿13，將其向晶片7的表面均勻地供給的作用。接著，晶片7和研磨墊100邊相對(duì)移動(dòng)邊繼續(xù)進(jìn)行晶片7的表面平坦化工序，使研磨墊表面160的一部分被磨耗或者磨削，被埋入的液態(tài)微量成分140和/或中空聚合物微量成分150露到表層，再次生成可捕集和供給研磨料漿的氣孔140′和/或150′。因此，研磨層表面160的氣孔140′、150′、被埋入的液態(tài)微量成分140、和中空聚合物微量成分150優(yōu)選均勻地分布在聚合物基質(zhì)130內(nèi)。
作為被埋入的液態(tài)微量成分140，可以由與聚合物基質(zhì)130沒有相溶性的液態(tài)物質(zhì)形成。例如從由脂肪族礦物油、芳香族礦物油、分子末端上沒有羥基的硅油、大豆油、椰子油、棕櫚油、棉籽油、山茶油和硬化油所組成的一組中選擇的任意一種或它們的混合物等可作為液態(tài)微量成分140的形成物質(zhì)而使用。液態(tài)物質(zhì)的分子量以200～5000為優(yōu)選，更優(yōu)選的是200～1000。若分子量在200以下，則在固化過程中液態(tài)物質(zhì)流出而降低在聚合物基質(zhì)130內(nèi)生成的被埋入的液態(tài)微量成分140的密度。若分子量在5000以上，則粘度高，所以與聚合物基質(zhì)130形成用物質(zhì)之間的混合困難，難以形成均勻地被埋入的液態(tài)微量成分140。
被埋入的液態(tài)微量成分140，優(yōu)選以微球分散在聚合物基質(zhì)130內(nèi)形成。微球的直徑優(yōu)選為5～60μm，更優(yōu)選為10～30μm。若微球的直徑在上述范圍之內(nèi)，則對(duì)研磨料漿的捕集和供給最適合。但是，根據(jù)所使用的研磨料漿的種類，微球直徑可以變化，且所被埋入的液態(tài)微量成分140的大小也可以相應(yīng)地變化。
被埋入的液態(tài)微量成分140的大小，即微球直徑可以根據(jù)相對(duì)于聚合物基質(zhì)130形成用物質(zhì)的被埋入的液態(tài)微量成分140形成用液態(tài)物質(zhì)的重量比而容易地調(diào)節(jié)為各種不同的值。以聚合物基質(zhì)130形成用物質(zhì)例如以聚氨酯基材的總重量為基準(zhǔn)，優(yōu)選以20～50％，更優(yōu)選以30～40重量％混合液態(tài)物質(zhì)，可達(dá)到所希望的大小。若液態(tài)物質(zhì)的量在20重量％以下，則被埋入的液態(tài)微量成分140的尺寸增加，其結(jié)果，在墊表面160所形成的氣孔140′的尺寸變大。這時(shí)，研磨料漿顆粒的捕集量變多而顯示出相對(duì)較快的研磨速度，但因此無法進(jìn)行精密研磨，研磨料漿不均勻，且當(dāng)含有大顆粒時(shí)研磨料漿中的大顆粒被捕集，有時(shí)會(huì)發(fā)生晶片的刮痕。液態(tài)物質(zhì)的量在50重量％以上時(shí)，過量的液態(tài)物質(zhì)將在加工過程中流出，存在成形物的處理困難，得到的研磨墊的研磨速度低的缺點(diǎn)。
并且，被埋入的液態(tài)微量成分140的大小，可以根據(jù)分散劑的使用量而容易地調(diào)節(jié)成各種不同值。聚合物基質(zhì)130形成用物質(zhì)，例如以聚氨酯基材的總重量為基準(zhǔn)，以1～5重量％混合分散劑是理想的。若分散劑的量在1重量％以下，則液態(tài)物質(zhì)的分散能力降低，無法進(jìn)行均勻的分散。若分散劑的量在5重量％以上，則存在由于反應(yīng)體系的表面張力降低，所以在反應(yīng)體系內(nèi)存在的微量氣體由反應(yīng)熱膨脹形成針孔的問題。作為分散劑，最好的是表面活性劑。
即，被埋入的液態(tài)微量成分140及由這些所確定的氣孔140′的尺寸大小，能夠通過液態(tài)物質(zhì)的量和/或分散劑的量而調(diào)節(jié)為各種不同的值，所以具有可以根據(jù)被研磨對(duì)象的種類和/或研磨料漿的種類，制造具有各種不同研磨性能的研磨墊的優(yōu)點(diǎn)。
中空聚合物微量成分150，可以由無機(jī)鹽、糖、水溶性樹膠、樹脂等形成。聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯、淀粉、馬來酸共聚物、聚氨酯及它們的混合物等可作為中空聚合物微量成分150形成用中空聚合物而使用。這些物質(zhì)和其等同物可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法制得。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的研磨墊的俯視圖。圖4是圖3的IV-IV′向截面圖。
實(shí)施例2的研磨墊200另具有對(duì)可用光學(xué)的方法檢測(cè)出被研磨對(duì)象的表面狀態(tài)即晶片表面的平坦度的光源300透明的透明區(qū)域222。在研磨墊200的表面上形成有具有使研磨料漿的移動(dòng)和輸送容易進(jìn)行的流動(dòng)管道的組織或圖案225。如圖4所示，實(shí)施例2的研磨墊200中，彈性支持層210、構(gòu)成研磨層220的透明區(qū)域222和另一區(qū)域224成為一體型。所謂的一體型，如在實(shí)施例1進(jìn)行的說明，是指彈性支持層210、研磨層220的透明區(qū)域222和另一區(qū)域224由相互具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成，使得在彈性支持層210和研磨層220的區(qū)域222、224之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。因此，在圖4中，對(duì)彈性支持層210、透明區(qū)域222和研磨層220的另一區(qū)域224全部用鏈狀線表示。
彈性支持層210的至少一部分對(duì)于被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源300是透明的。研磨層220的除了透明區(qū)域222的其他區(qū)域224是，在彈性支持層210上形成，且具有比彈性支持層210的硬度更高的硬度。研磨層的透明區(qū)域222被排列為與彈性支持層210的透明部位重疊，被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源300能夠貫穿被研磨對(duì)象而檢測(cè)出如晶片的表面狀態(tài)即平坦度。
彈性支持層210與實(shí)施例1同樣具有以硬度計(jì)A型計(jì)為40～80的硬度，且在研磨工序中對(duì)于晶片向下的壓力研磨墊反復(fù)進(jìn)行彈性壓縮和膨脹，以此將滯后損失最小化，提高研磨均勻度，研磨層220的除了透明區(qū)域222的其他區(qū)域224是具有以硬度計(jì)D型計(jì)為40～80的硬度，能夠提高平坦化效率。
彈性支持層210和研磨層220的其他區(qū)域224的功能與形成材料，與實(shí)施例1的彈性支持層110和研磨層120相同，所以對(duì)該部分省略說明。
其中，彈性支持層210的一部分或全部需要對(duì)被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源300具有透明性，所以優(yōu)選由非多孔性的固體均相聚合物來形成。
研磨層220的除透明區(qū)域222以外的其他區(qū)域224，與實(shí)施例1的研磨層120同樣，可由埋入有許多微量成分且在表面上排列有許多使研磨料漿的捕集和供給容易進(jìn)行的氣孔的聚合物基質(zhì)構(gòu)成。即，如部分放大圖A所示，在聚合物基質(zhì)130內(nèi)含有埋入的液態(tài)微量成分140，且如部分放大圖B所示，在聚合物基質(zhì)130內(nèi)含有埋入的液態(tài)微量成分140和中空的聚合物微量成分150，且雖未圖示可以僅含有被埋入的中空的聚合物微量成分150。聚合物基質(zhì)130的材料和被埋入的液態(tài)微量成分140以及中空的聚合物微量成分150的材料與實(shí)施例1相同，所以省略對(duì)其的說明。
研磨層220的透明區(qū)域222，與彈性支持層210以及研磨層220的其他區(qū)域244具有化學(xué)相溶性，是由對(duì)平坦度終點(diǎn)檢查用光源300透明的有機(jī)聚合物或者是被涂有該有機(jī)聚合物的無機(jī)材料構(gòu)成。作為有機(jī)聚合物，可以例舉從由聚氨酯、聚酯、尼龍、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏1，1-二氟乙烯和聚醚砜構(gòu)成的一組中選擇的任意一種或它們的混合物。其中，最理想的是聚氨酯。作為無機(jī)材料，可以例舉玻璃。在使用無機(jī)材料時(shí)，涂敷有機(jī)聚合物以防止對(duì)晶片的損傷，使透明區(qū)域222與其他的區(qū)域210、224形成一體。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的變形例的一體型研磨墊的截面圖。與圖4的實(shí)施例2不同，研磨層220的透明區(qū)域222構(gòu)成從彈性支持層210伸出突出的形態(tài)以形成透明區(qū)域222被插入到研磨層220的其他區(qū)域224內(nèi)的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，彈性支持層210和透明區(qū)域222是由相同的材料形成的結(jié)構(gòu)物。
下面，參照?qǐng)D6流程圖說明本發(fā)明實(shí)施例2的研磨墊的制造方法。
首先，制造支持層(S600)。將支持層形成材料混合為所形成的支持層的物性符合所述研磨墊的特性，然后利用鑄造、擠壓成形等聚合物薄片制造領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的方法形成支持層。
接著，將所制造的支持層安裝在鑄模內(nèi)，向支持層的一部分區(qū)域上提供透明部件。透明部件的提供，是指把由透明區(qū)域形成用材料分別單獨(dú)制造的透明窗提供給支持層上方(S610)，或者是向限定安裝有支持層的鑄模內(nèi)的透明區(qū)域的型腔內(nèi)注入透明區(qū)域形成用材料(S610B)。
接著，向鑄模的其余空區(qū)域，即向彈性支持層的其余區(qū)域注入研磨層的其余區(qū)域形成用材料(S620)。對(duì)于研磨層的其余區(qū)域形成用物質(zhì)的種類和它們的含量比，已在前敘述過，所以省略具體的說明。另外，在聚合物基質(zhì)形成用物質(zhì)中按照在前敘述的含量比混合液態(tài)物質(zhì)和/或中空的聚合物。優(yōu)選的混合方式是，使用分散劑將液態(tài)物質(zhì)均勻地分散在聚合物基質(zhì)形成用物質(zhì)中。對(duì)于分散混合來講，優(yōu)選的是以攪拌的方式進(jìn)行。
然后，進(jìn)行一體化(S630)。一體化是通過凝膠化和固化反應(yīng)進(jìn)行。對(duì)于經(jīng)上述步驟的結(jié)果物，在80～90℃進(jìn)行凝膠化5～30分鐘，然后在80～120℃進(jìn)行20～24小時(shí)固化。可將具體的工序溫度和時(shí)間改變?yōu)楦鞣N不同的值。研磨層和支持層具有化學(xué)相溶性，在制造過程中進(jìn)行一體化的過程是指，因各層物質(zhì)在化學(xué)上具有相同的結(jié)構(gòu)所以在界面通過熔融或溶解而變成均勻的混合物，或者因?yàn)樵诨瘜W(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)含有可形成物理鍵的官能基團(tuán)，所以在層的界面上通過熔融或溶解而變成均勻的混合物，或者是即使是化學(xué)上互不相同的物質(zhì)，但如果存在相溶化劑，則在界面上通過熔融或溶解而變成均勻的混合物，且這些混合物經(jīng)過凝膠化過程和固化過程成為單相。由于支持層形成用材料、透明區(qū)域形成用材料和其余區(qū)域形成用材料是相互之間具有化學(xué)相溶性的材料，所以凝膠化和固化工序結(jié)束之后，如圖4所示，支持層、研磨層的透明區(qū)域和其余區(qū)域成為一體，在它們之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。
最后，加工硬化成為給定形狀的結(jié)果物(S640)。加工包括脫模、裁斷、表面加工處理、洗滌等過程。首先，將被固化的反應(yīng)物從鑄型中取出來將其切斷為具有給定厚度和形狀的物體。然后，在研磨層的整個(gè)表面上形成具有用于使研磨料漿均勻移動(dòng)的各種形態(tài)流動(dòng)通道的組織或圖案。然后，經(jīng)洗滌工序完成研磨層。洗滌工序時(shí)，如果在研磨層的透明區(qū)域以外的區(qū)域中存在液態(tài)微量成分，則表面的液態(tài)微量成分析出，從而開有孔的氣孔被分布在研磨層表面上。這時(shí)，優(yōu)選使用不使析出的液態(tài)微量成分殘留于研磨層表面的洗滌液。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例2的變形例的研磨墊的制造方法的流程圖。
首先，制造研磨層的透明區(qū)域以外的區(qū)域(S700)。將材料混合為形成的研磨層的透明區(qū)域以外的區(qū)域的物性滿足所述特性，然后利用鑄造、擠壓成形等聚合物薄片制造領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的方法形成研磨層的透明區(qū)域以外的區(qū)域。這時(shí)，優(yōu)選將形成為研磨層的透明區(qū)域的區(qū)域制造成空的空間。這是通過在研磨層形成用鑄模內(nèi)另區(qū)分透明區(qū)域形成的區(qū)域而容易進(jìn)行。作為其他的方法，制造單一薄板之后，僅對(duì)透明區(qū)域形成的部分沖孔。
接著，向安裝有研磨層的透明區(qū)域以外的區(qū)域的鑄模內(nèi)注入支持層形成用材料(S710)。注入時(shí)，通過支持層形成用材料填充鑄模內(nèi)的空的空間，與支持層一同形成透明區(qū)域。
在注入支持層材料之前，可以向研磨層的透明區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)的空的空間提供透明部件而形成圖4所示的實(shí)施例2的研磨墊。透明部件的提供是通過，注入透明區(qū)域形成用材料(S705B)、或者是提供由透明區(qū)域形成用材料分別制造的透明窗的方法(S705A)進(jìn)行。
然后，進(jìn)行為了實(shí)現(xiàn)一體化(S720)的凝膠化和固化，然后用在圖6的制造方法中說明的方法相同的方法進(jìn)行最后加工(S730)。對(duì)上述制造方法可以進(jìn)行各種變更，以使之適合大批量的生產(chǎn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員由對(duì)上述實(shí)施例2和其變形例的研磨墊的制造方法的說明，可以充分地推出、適用實(shí)施例1的研磨墊的制造方法，所以省略對(duì)其的說明。
下面，例舉實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。對(duì)于在這里沒有公開的內(nèi)容本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以進(jìn)行技術(shù)類推，所以省略說明。當(dāng)然，本發(fā)明的范圍并不局限于以下的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)在常溫下混合聚醚系異氰酸酯預(yù)聚物(NCO含量16％)100g和聚丙二醇100g，并開始進(jìn)行反應(yīng)。在維持低粘度的狀態(tài)下，將反應(yīng)液以1.5mm厚度進(jìn)行鑄件加工，并使之凝膠化30分鐘之后，在100℃的烘箱中固化20小時(shí)。而且，將得到的固化物切斷成一定的大小，制造了支持層。用與支持層的制造方法相同的方法制作厚度為1mm的薄片，并將其切斷成20mm×50mm大小形成了透明窗。
將預(yù)先制造的支持層安裝在一定大小的鑄模內(nèi)，并在支持層的表面上載置透明窗，且為了制造研磨層而將鑄模的溫度調(diào)整為50℃。
混合聚醚系異氰酸酯預(yù)聚物(NCO含量11％)100g、礦物油(以下，稱為KF-70)(Seojin化學(xué)社制)23.3g、壬基苯酚乙氧基化物(NP-2)(韓國Polyol株式會(huì)社制)5g，并在其中加入內(nèi)部氣孔大小為30～130μm的中空聚合物粉末EXPANCEL 091 DE 1.2g，然后利用均質(zhì)混合機(jī)以2000rpm的速度攪拌2小時(shí)，使之均勻地分散。接著在常溫下向上述的混合物混合MOCA33g，并立刻注入到在上述準(zhǔn)備的鑄模內(nèi)，凝膠化30分鐘之后，在100℃烘箱固化20小時(shí)。然后從鑄模中取出得到的固化物進(jìn)行加工，完成了研磨墊。
(實(shí)施例2)除了沒有使用EXPANCEL而使用了KF-70 46g以外，與實(shí)施例1相同。其他工序與實(shí)施例1相同地完成了研磨墊。
(實(shí)施例3)與實(shí)施例1相同的方法制造了研磨層。對(duì)于得到的研磨層，將其一定的部分沖孔為20mm×50mm大小而形成空的空間之后，安裝在一定大小的鑄模內(nèi)，并將鑄模溫度調(diào)整為50℃。
將按照實(shí)施例1的透明窗的形成方法制造的氨基甲酸乙酯注入到位于上述鑄模內(nèi)的研磨層的空的空間內(nèi)。然后，將形成實(shí)施例1的支持層的氨基甲酸乙酯反應(yīng)物注入到研磨層的上方進(jìn)行了鑄件加工。進(jìn)行了30分鐘的凝膠化之后，在100℃烘箱中固化20小時(shí)，然后從鑄模脫模，進(jìn)行加工，完成了研磨墊。
根據(jù)本發(fā)明的研磨墊，由于彈性支持層和研磨層成為一體型，所以被研磨對(duì)象的平坦化效率得到提高，而且由于整體形成一個(gè)薄的薄板，且研磨墊的物性均勻，所以可穩(wěn)定地在研磨工序中使用。另外，由于墊和透明區(qū)域成為一體而不會(huì)在研磨層和透明區(qū)域的連接部位上存在空隙，所以研磨料漿的積存和由此而引起的晶片的損傷明顯減少。且在透明區(qū)域的表面上可以進(jìn)行使料漿的移動(dòng)和輸送容易的槽加工，所以在墊的表面上料漿能夠進(jìn)行均勻的流動(dòng)。另外，在使用本發(fā)明的墊的研磨工序中，在現(xiàn)場(chǎng)用光學(xué)方法容易地檢測(cè)出被研磨對(duì)象的平坦化度。
另外，由于彈性支持層、研磨層的透明區(qū)域及研磨層的除該透明區(qū)域以外的區(qū)域均被一體化，所以不需要用于粘接各層和用于形成透明區(qū)域的墊的沖孔和粘接等工序。因此，能夠用簡(jiǎn)單的工序制造。
權(quán)利要求
1.一種一體型研磨墊，是用于在與被研磨對(duì)象的表面接觸的狀態(tài)下邊移動(dòng)邊進(jìn)行研磨工序的研磨墊，其特征在于，具備彈性支持層和形成在所述彈性支持層的上方且硬度比所述彈性支持層的硬度更高的研磨層，且所述彈性支持層和所述研磨層是由相互之間具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成，以使在所述彈性支持層和所述研磨層之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述彈性支持層具有以硬度計(jì)A型計(jì)為40～80的硬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述研磨層具有以硬度計(jì)D型計(jì)為40～80的硬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體型研磨墊，其特征在于，構(gòu)成所述彈性支持層和所述研磨層的材料是選自由聚氨酯、聚醚、聚酯、聚砜、聚丙烯、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、聚乙烯亞胺、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚酮、蜜胺、尼龍和氟代烴構(gòu)成的一組中的任意一種或者是它們的混合物等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任意一項(xiàng)所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述彈性支持層的至少一部分對(duì)所述被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源是透明的，且所述研磨層的至少一部分對(duì)所述被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源是透明或者半透明的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述彈性支持層是由非多孔性固體均相聚合物構(gòu)成，且所述研磨層具備由所述具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成的聚合物基質(zhì)和包埋在所述聚合物基質(zhì)內(nèi)的液態(tài)微量成分，且在所述研磨層的表面上分布有由所述液態(tài)微量成分確定并開孔的氣孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述研磨層的表面一旦經(jīng)研磨工序被磨耗或者磨削，所述被埋入的液態(tài)微量成分就會(huì)暴露到表面上，連續(xù)地形成所述開放的氣孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述液態(tài)微量成分的材料是，與所述聚合物基質(zhì)沒有化學(xué)相溶性的液態(tài)物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述液態(tài)物質(zhì)是從由脂肪族礦物油、芳香族礦物油、分子末端上沒有羥基的硅油、大豆油、椰子油、棕櫚油、棉籽油、山茶油和硬化油所組成的一組中選擇的任意一種或它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一體型研磨墊，其特征在于，相對(duì)于所述聚合物基質(zhì)形成用物質(zhì)的全體總量，含有所述液態(tài)物質(zhì)20～50重量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任意一項(xiàng)所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述研磨層具有由所述具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成的聚合物基質(zhì)、包埋在所述聚合物基質(zhì)內(nèi)的液態(tài)微量成分、和中空的聚合物成分，且在所述研磨層的表面上分布有由所述液態(tài)微量成分和所述中空的聚合物微量成分所確定并開孔的氣孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體型研磨墊，其特征在于，在所述研磨層的表面上還形成有包含使研磨料漿移動(dòng)和輸送容易進(jìn)行的流動(dòng)通道的組織或圖案。
13.一種一體型研磨墊，是用于在與被研磨對(duì)象的表面接觸的狀態(tài)下邊移動(dòng)邊進(jìn)行研磨工序的研磨墊，在與被研磨對(duì)象的表面接觸的狀態(tài)下邊移動(dòng)邊進(jìn)行研磨工序的研磨墊，其特征在于，具備其至少一部分是對(duì)所述被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源透明的彈性支持層，和具有與所述彈性支持層的透明部分重疊且對(duì)所述光源透明的透明區(qū)域和硬度比所述彈性支持層的硬度更高的所述透明區(qū)域以外的區(qū)域的研磨層；并且所述彈性支持層、所述透明區(qū)域和所述透明區(qū)域以外的區(qū)域是由化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成；在所述彈性支持層、所述透明區(qū)域和所述透明區(qū)域以外的區(qū)域相互之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述彈性支持層具有以硬度計(jì)A型計(jì)為40～80的硬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述研磨層具有以硬度計(jì)D型計(jì)為40～80的硬度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一體型研磨墊，其特征在于，構(gòu)成所述彈性支持層和所述透明區(qū)域以外的區(qū)域的材料是從由聚氨酯、聚醚、聚酯、聚砜、聚丙烯、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、聚乙烯亞胺、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚酮、蜜胺、尼龍和氟代烴所構(gòu)成的一組中選擇的任意一種或者是它們的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求13～16的任意一項(xiàng)所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述透明區(qū)域的材料是，有機(jī)聚合物或者是被涂有所述有機(jī)聚合物的無機(jī)材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述有機(jī)聚合物是從由聚氨酯、聚酯、尼龍、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏1，1-二氟乙烯和聚醚砜構(gòu)成的一組中選擇的任意一種或它們的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述彈性支持層是由非多孔性固體均相聚合物彈性體材料構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求13～16的任意一項(xiàng)所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述透明區(qū)域以外的區(qū)域具備由具有化學(xué)相溶性的材料所構(gòu)成的聚合物基質(zhì)和被包埋在所述聚合物基質(zhì)內(nèi)的液態(tài)微量成分和/或中空的聚合物微量成分，且在所述研磨層的表面上分布有由所述液態(tài)微量成分和/或所述中空的聚合物微量成分所確定并開孔的氣孔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述研磨層的表面一旦經(jīng)研磨工序被磨耗或者磨削，所述被埋入的液態(tài)微量成分和/或聚合物微量成分就會(huì)暴露到表面上，連續(xù)地形成所述開放的氣孔。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述液態(tài)微量成分的材料是，與所述聚合物基質(zhì)沒有化學(xué)相溶性的液態(tài)物質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的一體型研磨墊，其特征在于，所述液態(tài)物質(zhì)是從由脂肪族礦物油、芳香族礦物油、分子末端上沒有羥基的硅油、大豆油、椰子油、棕櫚油、棉籽油、山茶油和硬化油所組成的一組中選擇的任意一種或它們的混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的一體型研磨墊，其特征在于，相對(duì)于所述聚合物基質(zhì)形成用物質(zhì)的全體總量，含有所述液態(tài)物質(zhì)20～50重量％。
25.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一體型研磨墊，其特征在于，在所述研磨層的表面上還形成有包含用于使研磨料漿移動(dòng)容易進(jìn)行的流動(dòng)通道的組織或圖案。
26.一種研磨墊的制造方法，包括提供彈性支持層的步驟；向所述彈性支持層的上部提供與所述彈性支持層的材料具有化學(xué)相溶性且比所述彈性支持層的硬度高的研磨層材料的步驟；通過凝膠化和固化，形成與所述彈性支持層成為一體化的所述研磨層的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的研磨墊的制造方法，其特征在于，在所述提供研磨層材料的步驟之前，還包括向所述彈性支持層的一部分區(qū)域提供對(duì)于被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源透明的透明部件的步驟，而所述提供研磨層材料的步驟是在所述彈性支持層的其他區(qū)域上提供所述研磨層的材料的步驟，且所述一體化的步驟是通過凝膠化和固化形成與所述彈性支持層成為一體化的所述透明部件和所述研磨層的步驟，所述彈性支持層的材料、所述透明部件和所述研磨層的材料相互之間具有化學(xué)相溶性。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的研磨墊的制造方法，其特征在于，所述彈性支持層的至少一部分對(duì)所述光源是透明的，且將所述透明部件提供給對(duì)所述光源透明的所述至少一部分的區(qū)域上。
29.一種研磨墊的制造方法，包括提供其一部分區(qū)域?yàn)榭盏目臻g的研磨層的步驟；向所述研磨層的上方提供與所述研磨層的材料具有化學(xué)相溶性，且硬度比所述研磨層低，且對(duì)被研磨對(duì)象表面的狀態(tài)檢測(cè)用光源透明的彈性支持層材料的步驟；通過凝膠化和固化，形成與所述研磨層成為一體化的所述彈性支持層的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的研磨墊的制造方法，其特征在于，在所述提供彈性支持層的材料的步驟之前還包括向所述研磨層的空的空間提供對(duì)所述光源透明的透明部件的步驟，且所述一體化的步驟是，通過凝膠化和固化，形成與所述研磨層成為一體化的所述透明部件和所述彈性支持層的步驟，且所述研磨層的材料、所述透明部件和所述彈性支持層的材料相互之間具有化學(xué)相溶性。
全文摘要
一種一體型研磨墊，包括彈性支持層和形成在所述彈性支持層的上方且硬度比所述彈性支持層的硬度更高的研磨層，且所述彈性支持層和所述研磨層是由相互之間具有化學(xué)相溶性的材料構(gòu)成，在所述彈性支持層和所述研磨層之間不存在結(jié)構(gòu)性邊界部。另外，本發(fā)明的研磨墊具備對(duì)被研磨對(duì)象的表面狀態(tài)檢測(cè)用光源透明且與其他的研磨墊的結(jié)構(gòu)部件成為一體型的透明區(qū)域。由于本發(fā)明的研磨墊的平坦化效率高、研磨墊的物性均勻，所以在研磨工序中可穩(wěn)定地使用。另外，不會(huì)發(fā)生研磨料漿的沉積，移動(dòng)和輸送容易，并成為一體型，所以不需要用于連接各結(jié)構(gòu)部件的粘接劑或連接工序，從而制造工序變簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B24B37/24GK1494986SQ0315860
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月17日
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