CN103561907B - 具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫 - Google Patents

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Abstract

描述了具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫。在一示例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有抛光面和背面的均质主体。均质主体由具有第一硬度的材料组成。在均质主体的抛光面设置有多个离散突起且所述离散突起与该抛光面共价结合。多个离散突起由具有与第一硬度不同的第二硬度的材料组成。还描述了制作具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫的方法。

Description

具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫
技术领域
本发明的实施例属于化学机械抛光（CMP）、特别是具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫的领域。
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。
该过程与直径典型地大于晶片的挡圈及抛光垫相结合地使用研磨和腐蚀性的化学浆体（通常称为胶质）。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移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均质主体的抛光垫，在该均质主体上包括离散的突起/突出部/突出体。
在一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有抛光面和背面的均质主体。均质主体由具有第一硬度的材料组成。在均质主体的抛光面上设置有多个离散突起且所述离散突起与所述抛光面共价结合。多个离散突起由具有与第一硬度不同的第二硬度的材料组成。
在另一实施例中，一种用于抛光衬底的抛光垫包括具有抛光面和背面的均质主体。均质主体由具有第一硬度的材料组成。抛光面包括具有图案的多个突起。在均质主体的抛光面上设置有多个离散突起且所述多个离散突起与所述抛光面的多个突起对齐。该多个离散突起由具有与第一硬度不同的第二硬度的材料组成。该多个离散突起具有所述图案。在均质主体的抛光面的多个突起周围，在均质主体上设置有填充层。该填充层由多个离散突起的材料组成。
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的基部中使第一组可聚合材料混合以形成第一混合物。使该第一混合物固化以形成具有抛光面和背面的模制均质主体。使第二组可聚合材料混合以在模制均质主体上形成第二混合物。将成型模的盖置于第二混合物中。该盖上设置有槽图案。在盖被置于第二混合物中的情况下，使第二混合物至少部分地固化以形成设置在模制均质主体的抛光面上的多个离散突起。多个离散突起具有与盖的槽图案对应的图案。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫的剖视图。
图2示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散突起的均质主体的另一抛光垫的剖视图。
图3示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散六边形拼块（tile）突起的均质主体的抛光垫的俯视图。
图4示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散弧形突起的均质主体的抛光垫的俯视图。
图5示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散线段突起的均质主体的抛光垫的俯视图。
图6示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散突起并且包括局部透明（LAT）区域和/或指示区域的均质主体的抛光垫的俯视图。
图7A-7G示出了根据本发明一实施例的用于制作具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫的操作的剖视图。
图8A-8D示出了根据本发明一实施例的用于制作具有其上包括离散突起的均质主体的另一抛光垫的操作的剖视图。
图9示出了根据本发明一实施例的与具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫兼容的抛光设备的等轴侧视图。
具体实施方式
本文中描述了具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫。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很明显的是，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例如在跨晶片抛光均匀度与处在模抛光均匀度之间的性能权衡/折衷。例如，硬的抛光垫可呈现良好的模级别平面化，但具有不良的跨晶片均匀度。另一方面，软的抛光垫可呈现不良的模级别平面化（例如，它们可在模内产生凹陷），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内抛光作用分离。
在一种尝试中，将软的下层垫（subpad）与硬的抛光层配对。然而，组成硬抛光层的结构例如拼块结构当在抛光操作期间被压缩到软的下层垫中时往往不利地过度倾斜。此外，硬的抛光层的特征从软下层垫的层离会显著缩短抛光垫的寿命。
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具有与软的均质主体共价结合的硬的离散突起的抛光垫。另一些抛光垫具有设置在软均质主体上的离散突起，所述软均质主体具有硬的侧面支承但不连续的特征/结构以抑制离散突起在压缩到下方的均质主体中期间崩塌。应该理解的是，本文中还设想相反的布置，例如设置在下方的硬均质主体上的软抛光突起。
这种多层抛光垫可用模制过程制作以确保突起与下方的均质主体之间的化学结合。例如，在一个实施例中，通过在部分地固化的第一垫前体并进一步使两个部分一起固化来就地制作多层CMP垫。第一层可被预压或者可以不被压。在任意情况下，整个垫作为一体的抛光垫被迫压并且后固化。利用这种就地/原位处理，各层之间的化学结合可以非常强，从而减少或消除任何层离可能性。在一实施例中，预压或迫压包括使模制设备的上部和下部一起移动。
在本发明的一方面中，提供了一种具有其上包括离散突起的基本平坦的均质主体的抛光垫。例如，图1示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫的截面图。
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的均质主体102。均质主体102由具有第一硬度的材料组成。抛光垫100还包括设置在均质主体102的抛光面104上的多个离散突起108。多个离散突起108由具有与第一硬度不同的第二硬度的材料组成。在一实施例中，均质主体102的抛光面104基本是平坦的并且在多个离散突起108之间露出，如图1所示。在一个这样的实施例中，多个离散突起108中的每一个突起在均质主体102的抛光面104的球形平面中具有大致在5-50毫米的范围内的最短尺寸。
根据本发明一实施例，均质主体102的材料的硬度（第一硬度）小于多个离散突起108的材料的硬度（第二硬度）。在一个这样的实施例中，第一硬度小于大约40肖氏硬度，而第二硬度大于大约30肖氏硬度。在一个这样的具体实施例中，第一硬度小于大约25肖氏硬度，而第二硬度大于大约40肖氏硬度。
根据本发明另一实施例，均质主体102的材料的硬度（第一硬度）大于多个离散突起108的材料的硬度（第二硬度）。在一个这样的实施例中，第二硬度小于大约40肖氏硬度，而第一硬度大于大约30肖氏硬度。在一个这样的具体实施例中，第二硬度小于大约25肖氏硬度，而第一硬度大于大约40肖氏硬度。
在本发明的另一方面中，提供了一种具有其上包括离散突起的、形貌图案化的均质主体的抛光垫。例如，图2示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散突起的均质主体的另一抛光垫的截面图。
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的均质主体202。均质主体202由具有第一硬度的材料组成。均质主体202的抛光面204包括具有图案的多个突起207。抛光垫200还包括设置在均质主体202的抛光面204的多个突起207上并与所述多个突起207对齐的多个离散突起208。多个离散突起208具有多个突起207的图案并由具有与第一硬度不同的第二硬度的材料组成。在均质主体202的抛光面204的多个突起207周围，抛光垫200还包括设置在均质主体202上的填充层210。该填充层由多个离散突起208的材料组成。在一个这样的实施例中，多个离散突起207中的每一个突起和多个离散突起208中的每一个突起在均质主体202的抛光面204的总体平面中具有大致在5-50毫米的范围内的最短尺寸。
在一实施例中，填充层210与多个离散突起208是不连续的。亦即，参照图2，该填充层在位置212未与多个离散突起208结合或连续。这种布置可使得在抛光过程期间能够将多个离散突起208中的每一个突起压缩到均质主体208中。不过，不连续的填充层210的存在可在多个离散突起208被压缩到均质主体208中时引导和压缩每一个离散突起的任意面。然而，在一替换实施例中，填充层210与多个离散突起208是连续的。
根据本发明一实施例，均质主体202的材料的硬度（第一硬度）小于多个离散突起208和填充层210的材料的硬度（第二硬度）。在一个这样的实施例中，第一硬度小于大约40肖氏硬度，而第二硬度大于大约30肖氏硬度。在一个这样的具体实施例中，第一硬度小于大约25肖氏硬度，而第二硬度大于大约40肖氏硬度。
根据本发明另一实施例，均质主体208的材料的硬度（第一硬度）大于多个离散突起208和填充层210的材料的硬度（第二硬度）。在一个这样的实施例中，第二硬度小于大约40肖氏硬度，而第一硬度大于大约30肖氏硬度。在一个这样的具体实施例中，第二硬度小于大约25肖氏硬度，而第一硬度大于大约40肖氏硬度。
抛光垫100和200内不同材料的部分可互相共价结合。例如，参照图1，在一实施例中，多个离散突起108设置在均质主体102的抛光面104上且与该抛光面共价结合。在另一示例中，参照图2，在一实施例中，填充层210和多个离散突起208两者都与均质主体202共价结合。具体地，填充层210共价结合在抛光面204的图案内，而多个离散突起208共价结合在抛光面204的图案的顶部上。
在一实施例中，术语“共价结合”是指来自第一材料（例如，均质主体102或202的材料）的原子与来自第二材料（例如，多个离散突起108或208的材料）的原子交联或与其共用电子以实现实际化学结合的布置结构。这种共价结合与静电交互的区别在于是否可导致抛光垫的一部分被切除并用不同材料的插入区域替换。共价结合还与诸如通过螺钉、钉子、胶水或其它粘合剂的结合之类的机械结合有区别。如下文详细描述的，与通过抛光主体和多个离散突起的单独形成相反，可通过使抛光主体与多个离散突起至少在一定程度上共固化来实现共价结合。
抛光垫100或200的材料可以被模制。例如，参照图1，在一实施例中，均质主体102是模制均质主体，并且多个离散突起108是多个模制突起。在另一示例中，参照图2，在一实施例中，均质主体208是模制均质主体，多个离散突起208是多个模制突起，并且填充层210是模制填充层。
术语“模制”可用来表示均质抛光主体和/或其上的离散突起在成型模中形成，如下文结合图7A-7G和8A-8D更详细地描述。在一实施例中，模制离散突起在修整和/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，模制离散突起在修整和/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，模制离散突起在25摄氏度下具有大致在30-500兆帕（MPa）的范围内的储能模量。在另一实施例中，模制离散突起在25摄氏度下具有大致小于30兆帕（MPa）的储能模量。在一实施例中，如结合图7A-7G和8A-8D所述，抛光垫由模制抛光主体和抛光主体上模制离散突起组成。
抛光垫100或200可包括由热固性聚氨酯材料组成的均质主体。在一实施例中，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。
在一个实施例中，参照图1，均质主体102的材料由第一热固性聚氨酯材料组成，而多个离散突起108的材料由第二、不同的热固性聚氨酯材料组成。在一个实施例中，参照图2，均质主体202的材料由第一热固性聚氨酯材料组成，而多个离散突起208和填充层210的材料由第二、不同的热固性聚氨酯材料组成。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫如抛光垫100或200包括其中具有多个封闭单元孔的抛光主体和/或其上的离散突起。在一个实施例中，多个封闭单元孔为多种致孔剂/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主体和/或离散突起（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。在一个实施例中，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主体或其上设置的多个均质离散突起的热固性聚氨酯材料基本均匀地分布。
在一实施例中，多个封闭单元的密度或浓度在均质主体（例如，102或202）与多个离散突起（例如，108或208）之间不同。在一个这样的实施例中，均质主体中的封闭单元的密度或浓度小于多个离散突起中。在一个这样的具体实施例中，均质主体中不存在封闭单元，而多个离散突起中存在封闭单元。在一替换实施例中，均质主体中的封闭单元的密度或浓度大于多个离散突起中的密度或浓度。在另一实施例中，封闭单元的类型在均质主体与多个离散突起之间不同。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫如抛光垫100或200包括不透明的抛光主体和/或离散突起。在一个实施例中，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，抛光主体和/或离散突起大部分是不透明的，或完全由于包括遍及抛光主体和/或离散突起的浊化（opacifying）颗粒填料如润滑剂（例如，作为其中的另一成分）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/特氟纶。
在一实施例中，颗粒填料的不透明度或浓度在均质主体（例如，102或202）与多个离散突起（例如，108或208）之间不同。在一个这样的实施例中，均质主体中的颗粒填料的浓度小于多个离散突起中。在一个这样的具体实施例中，均质主体中不包括颗粒填料，而多个离散突起中包括颗粒填料。在一替换实施例中，均质主体中的颗粒填料的浓度大于多个离散突起中的浓度。在另一实施例中，颗粒填料的类型在均质主体与多个离散突起之间不同。
在本发明的一方面中，多个离散突起108或208可具有适合于在CMP操作期间抛光的图案。在第一普通示例中，本发明的一些实施例包括具有拼块式/砖块式/瓦片式图案的多个离散突起。在一个这样的具体实施例中，图3示出了根据本发明一实施例的具有其上包括六边形拼块式突起302的均质主体的抛光垫300的俯视图。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。
在第二示例中，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。在一个这样的具体实施例中，图4示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散弧形突起402的均质主体的抛光垫400的俯视图。其它这样的具体实施例包括但不限于设置在抛光垫的大致圆形均质主体上的多个部分周向突起。
在第三示例中，本发明的一些实施例包括具有直线/线性特征图案的多个离散突起。在一个这样的具体实施例中，图5示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散线段突起502的均质主体的抛光垫500的俯视图。所示的离散线段突起基本上与抛光面的半径垂直。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。
在一实施例中，本文中描述的抛光垫例如抛光垫100、200、300、400或500适合于抛光衬底。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，该衬底可以是比如但不限于用于MEMS器件、分划板（reticle）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”的谈及意图涵盖这些和有关的可能性。
均质主体和设置在其上的离散突起的尺寸确定可根据应用而异。不过，可使用某些参数来制造与常规处理设备或甚至与常规化学机械处理操作兼容的包括这种具有设置在其上的离散突起的均质主体的抛光垫。例如，根据本发明的一实施例，均质主体和设置在其上的离散突起的组合具有大致在0.075英寸至0.130英寸的范围内例如大致在1.9-3.3毫米的范围内的厚度。在一个实施例中，均质主体具有大致在20英寸至30.3英寸的范围内例如大致在50-77厘米的范围内并且可能大致在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。在一个实施例中，均质主体和/或设置在其上的离散突起具有大致在6%-36%总空隙容积的范围内、可能大致在15%至35%总空隙容积的范围内的孔密度。在一个实施例中，均质主体和设置在其上的离散突起的组合具有大约2.5%的压缩率。在一个实施例中，均质主体具有大致在0.70-1.05克每立方厘米的范围内的密度。
在本发明的另一方面中，一种具有其上包括离散突起的均质主体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6示出了根据本发明一实施例的具有其上包括离散突起并且包括局部透明（LAT）区域和/或指示区域的均质主体的抛光垫600的俯视图。
参照图6，抛光垫600的抛光表面602包括指示设置在抛光垫600的背面中的检测区域的位置的指示区域604。在一个实施例中，指示区域604用第二突起图案608中断突起图案606，如图6所示。转让给NexPlanar Corporation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。
在另一方面中，具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫还包括设置在抛光垫中的局部透明（LAT）区域。例如，再参照图6，在抛光垫600的抛光主体中设置有LAT区域610。如图6所示，LAT区域604中断突起图案606。在一实施例中，LAT区域610设置在抛光垫600的均质主体中并与其共价结合。转让给NexPlanar Corporation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LAT区域的示例。
在本发明的另一方面中，具有其上包括多个离散突起的均质主体的抛光垫可在模制过程中制作。在第一个这样的示例中，图7A-7G示出了根据本发明一实施例的用于制作具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫的操作的剖视图。
参照图7A，提供了成型模700。参照图7B，使预聚物702和固化剂704混合以在成型模700中形成第一混合物706，如图7C所示。在一实施例中，使预聚物902和固化剂904混合包括分别使异氰酸酯（isocyanate）和芳香族二胺（aromatic diamine）化合物混合。在一个实施例中，该混合还包括向预聚物702和固化剂704添加浊化颗粒填料以最终能提供不透明的模制均质抛光垫主体。在一具体实施例中，浊化颗粒填料是诸如但不限于以下的材料：氮化硼、氟化铈、石墨、氟化石墨、硫化钼、硫化铌、云母、硫化钽、二硫化钨或特氟纶。
在一实施例中，第一混合物706用来最终形成由热固性、封闭单元聚氨酯材料组成的模制均质主体。在一个实施例中，第一混合物706用来最终形成硬均质主体并且仅使用单一类型的固化剂。在另一实施例中，第一混合物706用来最终形成软均质主体并且使用主、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均质主体提供不同的硬度值，或基于预聚物以及第一和第二固化剂的特定性质。
参照图7D，使混合物706至少部分地固化以形成具有抛光面710和背面712的模制均质主体708。部分固化可通过在存在或不存在成型模盖的情况下加热模700来进行。然后使第二预聚物和第二固化剂混合以在模制均质主体708上形成第二混合物714，如图7E所示。在一实施例中，第二混合物714用于形成硬材料，并且连同单一固化剂使用预聚物（2-罐工艺，2-tank process），而第一混合物706用于形成软材料，并且连同主固化剂和次固化剂使用预聚物（3-罐工艺，3-tank process）。在一替换实施例中，第一混合物706用于形成硬材料，并且连同单一固化剂使用预聚物（2槽步骤），而第二混合物714用于形成软材料，并且连同主固化剂和次固化剂使用预聚物（3槽步骤）。因此，在一实施例中，第二混合物714与第一混合物706不同。然而，在一替换实施例中，两种混合物相同。此外，在一实施例中，第二混合物被分配到部分或完全固化的第一混合物706上。然而，在一替换实施例中，倾倒或分配的第二混合物714可就地/原位倾倒到要对同一层施加但在不同区域内施加的第一混合物706中。在一个这样的具体实施例中，中心圈和外圈具有不同的配方/成分。在形成两个不同层的实施例中，为了增强各层之间的化学结合，不同层内的官能团的比率不同，例如，一层富含-NCO而另一层富含-NH2和/或-OH。在一实施例中，在不同层之间施加涂层。在一实施例中，各层之间发生渗透并且该渗透增强了化学结合，例如共价结合。
在一实施例中，第二预聚物与第二固化剂的混合还包括向第二预聚物和第二固化剂添加浊化颗粒填料以形成多个不透明的离散突起718。在一实施例中，使第一预聚物与第一固化剂混合以形成第一混合物706包括使第一混合物706脱气，并且使第二预聚物与第二固化剂混合以形成第二混合物704包括使第二混合物714脱气。
参照图7F，成型模700的盖716被置于第二混合物714中。在图7F中，盖716的俯视平面图在上方示出，而沿a-a’轴线的截面在下方示出。盖716上设置有槽图案，例如与结合图3所述的突起图案对应的槽图案，如图7F所示。然而，替换地，盖716上设置有与结合图4和5所述的突起图案对应的槽图案。
应理解的是，本文中所述的描述降下成型模700的盖716的实施例仅需实现成型模700的盖716和基部的合拢。也就是说，在一些实施例中，成型模700的基部朝成型模的盖716上升，而在另一些实施例中，成型模700的盖716在基部朝盖716上升的同时朝成型模700的基部降下。
在盖716被置于第二混合物714中的情况下，使第二混合物714至少部分地固化以形成设置在模制均质主体708的抛光面710上的多个离散突起718。盖716的槽图案用来在成型模700中由第二混合物714压印突起图案。第二混合物714可在压力下加热（例如，在盖716就位的情况下）以提供模制离散突起718。在一实施例中，成型模700中的加热包括在存在盖716的情况下至少部分地固化，盖700将第二混合物714在200-260华氏度的范围内的温度和在2-12磅每平方英寸的范围内的压力下封闭在成型模700中。
在一实施例中，第二混合物714与第一混合物706不同，并且在使第一混合物706和第二混合物714完全固化后，多个离散突起718的硬度与模制均质主体708的硬度不同。在一实施例中，使第二混合物714至少部分地固化包括使多个离散突起718与模制均质主体708共价结合。在一实施例中，形成模制均质主体708包括形成第一热固性聚氨酯材料，并且形成多个离散突起718包括形成第二、不同的热固性聚氨酯材料。
参照图7G，抛光垫720在模制均质主体708移除时设置有从成型模700设置在其上的多个离散突起718。多个离散突起718具有与盖的槽图案对应的图案。在图7G中，在下方示出了抛光垫720的自上至下的平面图，而在上方示出了沿着b-b’轴线截取的剖面。在一实施例中，模制均质主体708的抛光面710基本是平坦的并且在多个离散突起718之间露出，如图7G的剖视图所示。
应指出的是，通过加热的进一步固化可能是理想的并且可通过将抛光垫720置于炉内并加热来进行。因而，在一个实施例中，使第一混合物706和第二混合物714固化包括首先在成型模700部分地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720，其中抛光垫720的模制均质主体708具有其上设置有多个模制突起718的抛光面710。在一实施例中，模制均质主体708和多个模制突起718两者都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。
可使用与结合图7A-7G所述的方法相似的方法来制作具有其上包括离散突起的形貌图案化的均质主体的抛光垫。例如，图8A-8D示出了根据本发明一实施例的用于制作具有其上包括离散突起的均质主体的另一抛光垫的操作的剖视图。
再参照图7C，且现在参照图8A，代替使第一混合物706至少部分地固化以提供用于均质主体708的大致平坦表面，盖716（结合图7F描述）用于首先形成具有抛光面802的模制均质主体800，抛光面802具有图案与盖716的槽图案对应的多个突起804。例如，在使第一预聚物与第一固化剂混合以形成第一混合物706后但在使第二预聚物与第二固化剂混合以形成第二混合物714前，将成型模700的盖716置于第一混合物706中。在盖被置于第一混合物706中的情况下，第一混合物706至少部分地固化，如图8B所示。
参照图8C，然后使第二预聚物与第二固化剂混合以在模制均质主体800上形成第二混合物714。然后将成型模700的盖716置于第二混合物714中，如图8D所示。在盖716被置于第二混合物714中的情况下，使第二混合物714至少部分地固化以形成设置在模制均质主体800的抛光面802的多个突起804上并与所述多个突起804对齐的多个离散突起718。盖716的槽图案用来在成型模700中由第二混合物714压印突起图案。第二混合物714然后可在压力下加热（例如，在盖716就位的情况下）以提供模制离散突起718。在一实施例中，成型模700中的加热包括在存在盖716的情况下至少部分地固化，盖700将第二混合物714在200-260华氏度的范围内的温度和在2-12磅每平方英寸的范围内的压力下封闭在成型模700中。因此可形成诸如结合图2所述的抛光垫200之类的抛光垫。
再参照图8D，在一实施例中，在模制均质主体800上形成第二混合物714包括在模制均质主体800的抛光面802的多个突起804周围形成量足够大以形成设置在模制均质主体800上的填充层806的第二混合物714。在一个这样的实施例中，第二混合物714的量足够小以形成与由第二混合物714形成的多个离散突起718不连续的填充层806。上文结合图2的抛光垫200描述了这种不连续的示例。在一实施例中，旋转板用于控制分配在模制均质主体800的抛光面802上的第二混合物714的量和厚度。
在一实施例中，多个离散突起718形成在模制均质主体800的抛光面802的多个突起804上并与所述多个突起804对齐。该对齐可容忍一些轻微的不对准/偏差。例如，在将盖716分别单独导入第一混合物706和第二混合物714中之间，可接受大致在一英寸上最多1/1000th的范围内的滑移量。
在一实施例中，再参照图7B，该混合还包括向预聚物702和固化剂704添加大量致孔剂722以在最终形成的抛光垫主体中提供封闭单元孔。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7B，该混合还包括向预聚物702和固化剂704中或向由它们形成的产品中注入气体724，以在最终形成的抛光垫主体中提供封闭单元孔。因而，在一个实施例中，每一个封闭单元孔都不具有物理壳体。在一组合实施例中，该混合还包括向预聚物702和固化剂704提供大量致孔剂722，以提供第一部分的封闭单元孔，该第一部分封闭单元孔中的每一者都具有物理壳体，并且还向预聚物702和固化剂704中或向由它们形成的产品中注入气体724，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壳体。在又一实施例中，预聚物702是异氰酸酯且该混合还包括向预聚物702和固化剂704添加水（H2O）以提供其中每一者都不具有物理壳体的封闭单元孔。在一实施例中，参照图7E和8C，在多个模制离散突起718中可类似地包括大量致孔剂。
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，可使用压缩模制过程来形成具有其上设置有模制离散突起的模制均质主体的抛光垫。通过模制过程，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。
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9示出了根据本发明一实施例的与具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫兼容的抛光设备的等轴侧视图。
参照图9，抛光设备900包括压板904。压板904的顶面902可用来支承具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫。压板904可构造成提供主轴旋转906和滑块振动/振荡908。样品托架910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911保持在适当位置。样品托架910还由悬挂机构912支承。包括浆体给料914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。还可设置修整单元990，并且在一个实施例中，该修整单元990包括用于修整抛光垫的金刚石梢端。
因此，已公开具有其上包括离散突起的均质主体的抛光垫。根据本发明一实施例，用于抛光衬底的抛光垫包括具有抛光面和背面的均质主体。均质主体由具有第一硬度的材料组成。在均质主体的抛光面设置有多个离散突起且所述离散突起与该抛光面共价结合。多个离散突起由具有与第一硬度不同的第二硬度的材料组成。在一实施例中，均质主体的抛光面基本是平坦的并且在多个离散突起之间露出。在一个实施例中，在均质主体的抛光面的多个突起周围，在均质主体上设置有填充层，该填充层由多个离散突起的材料组成。在一个实施例中，均质主体是模制均质主体，并且多个离散突起是多个模制突起。

Claims (28)

1.一种用于抛光衬底的抛光垫，所述抛光垫包括：
具有抛光面和背面的均质主体，所述均质主体包括具有第一硬度的材料，所述抛光面包括具有图案的多个突起；
设置在所述均质主体的抛光面的多个突起上并与所述多个突起对齐的多个离散突起，所述多个离散突起包括具有与所述第一硬度不同的第二硬度的材料，并且所述多个离散突起具有所述图案；以及
围绕所述均质主体的抛光面的多个突起设置在所述均质主体上的填充层，所述填充层包括所述多个离散突起的材料。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述填充层与所述多个离散突起不连续。
3.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述填充层和所述多个离散突起两者都与所述均质主体共价结合。
4.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述均质主体是模制的均质主体，所述多个离散突起是多个模制的突起，所述填充层是模制的填充层。
5.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述均质主体的材料包括第一热固性聚氨酯材料，所述多个离散突起和所述填充层的材料包括第二热固性聚氨酯材料，所述第一热固性聚氨酯材料与所述第二热固性聚氨酯材料不同。
6.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述均质主体的材料的所述第一硬度小于所述多个离散突起和所述填充层的材料的所述第二硬度。
7.根据权利要求6所述的抛光垫，其中，所述第一硬度小于40肖氏硬度，所述第二硬度大于30肖氏硬度。
8.根据权利要求7所述的抛光垫，其中，所述第一硬度小于25肖氏硬度，所述第二硬度大于40肖氏硬度。
9.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述均质主体的材料的所述第一硬度大于所述多个离散突起和所述填充层的材料的所述第二硬度。
10.根据权利要求9所述的抛光垫，其中，所述第二硬度小于40肖氏硬度，所述第一硬度大于30肖氏硬度。
11.根据权利要求10所述的抛光垫，其中，所述第二硬度小于25肖氏硬度，所述第一硬度大于40肖氏硬度。
12.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述均质主体基本上呈圆形，所述多个离散突起中的一个或多个是部分周向突起或弧形突起。
13.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，所述多个离散突起包括多个拼块，所述拼块选自包括圆形拼块、椭圆形拼块、方形拼块、六边形拼块和矩形拼块的组。
14.根据权利要求1所述的抛光垫，其中，在所述均质主体的抛光面的总体平面中，所述多个离散突起中的每一个具有大致在5-50毫米的范围内的最短尺寸。
15.根据权利要求1所述的抛光垫，还包括：
设置在所述均质主体的背面中的检测区域。
16.根据权利要求1所述的抛光垫，还包括：
设置在所述均质主体中的局部透明(LAT)区域。
17.一种制作用于抛光衬底的抛光垫的方法，所述方法包括：
使第一组可聚合材料在成型模的基部中混合以形成第一混合物；
使所述第一混合物至少部分地固化以形成具有抛光面和背面的模制均质主体；
使第二组可聚合材料混合以在所述模制均质主体上形成第二混合物；
将所述成型模的盖置于所述第二混合物中，所述盖上设置有槽图案；以及，在所述盖置于所述第二混合物中的情况下，
使所述第二混合物至少部分地固化以形成设置在所述模制均质主体的所述抛光面上的多个离散突起，所述多个离散突起具有与所述盖的槽图案对应的图案，其中，所述多个离散突起与所述模制均质主体的抛光面至少部分地共固化，
其中，在使所述第一组可聚合材料混合以形成所述第一混合物之后但在使所述第二组可聚合材料混合以形成所述第二混合物之前，将所述成型模的盖置于所述第一混合物中，以及，在所述盖置于所述第一混合物中的情况下，执行使所述第一混合物至少部分地固化以形成具有抛光面的模制均质主体，其中所述抛光面包括多个突起，所述多个突起具有与所述盖的槽图案对应的图案，其中所述多个离散突起形成在所述模制均质主体的抛光面的多个突起上并与之对齐。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述模制均质主体上形成所述第二混合物包括形成量足够大的第二混合物以形成围绕所述模制均质主体的所述抛光面的所述多个突起设置在所述模制均质主体上的填充层，并且所述第二混合物的量足够小以使所述填充层形成为与由所述第二混合物形成的所述多个离散突起不连续。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一组可聚合材料包括第一预聚物和第一固化剂，所述第二组可聚合材料包括第二预聚物和第二固化剂。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述模制均质主体的所述抛光面基本是平坦的并且在所述多个离散突起之间露出。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二混合物与所述第一混合物不同，并且，在使第一和第二混合物完全固化后，所述多个离散突起的硬度与所述模制均质主体的硬度不同。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，使所述第二混合物至少部分地固化包括使所述多个离散突起与所述模制均质主体共价结合。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，所述模制均质主体的材料包括第一热固性聚氨酯材料，所述多个离散突起的材料包括第二热固性聚氨酯材料，所述第一热固性聚氨酯材料与所述第二热固性聚氨酯材料不同。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二组可聚合材料的混合还包括向所述第二组可聚合材料添加大量致孔剂以在所述多个离散突起中形成多个封闭单元孔，每个所述封闭单元孔具有物理壳体。
25.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二组可聚合材料的混合还包括将气体注入所述第二组可聚合物材料中或由该材料形成的产品中，以在所述多个离散突起中形成多个封闭单元孔，每个所述封闭单元孔都不具有物理壳体。
26.根据权利要求17所述的方法，其中，使所述第二组可聚合材料混合还包括向所述第二组可聚合材料添加浊化颗粒填料以形成多个不透明的离散突起。
27.根据权利要求17所述的方法，还包括：
使所述多个离散突起和所述模制均质主体在炉内进一步固化。
28.根据权利要求19所述的方法，其中，使所述第一预聚物和所述第一固化剂混合以形成所述第一混合物包括使所述第一混合物脱气，并且，使所述第二预聚物与所述第二固化剂混合以形成所述第二混合物包括使所述第二混合物脱气。
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