化学机械抛光(“CMP”)制程用于微电子装置的制造，以在半导体晶 片、场发射显示器和许多其它微电子衬底上形成平坦表面。例如，半导体装 置的制造通常涉及形成各种处理层、选择性去除或图案化部分所述层且在一 半导体衬底的表面上沉积其它处理层以形成半导体晶片。例如，所述处理层 可包括绝缘层、闸氧化层、导电层和金属或玻璃层等。在晶片制程的某些步 骤中，通常希望处理层的最上表面为平面(即，平坦的)，以用于随后各层 的沉积。CMP用于平面化处理层，其中抛光一沉积的材料(诸如，导电或绝 缘材料)来平面化所述晶片，以用于随后的制程步骤。
在一典型CMP制程中，将一晶片上面朝下安装到CMP工具中的载具上。一 个力推动所述载具和所述晶片向下移向一抛光垫。所述载具和所述晶片均在 CMP工具的抛光台上的旋转抛光垫上方旋转。在抛光制程期间，通常将抛光 组合物(也称为抛光浆料)引入旋转晶片与旋转抛光垫之间。所述抛光组合 物通常含有一化学物质(其与部分晶片最顶层相互作用或将其溶解)和一研 磨剂材料(其以物理方式去除部分所述层)。根据所实施的特定抛光制程的 需要，所述晶片和所述抛光垫可在相同方向或相反方向上旋转。所述载具还 可在抛光台上的整个抛光垫上振荡。CMP抛光垫通常包含两个或两个以上的 层，例如，一抛光层和一底(例如，副垫)层，通过使用粘合剂(诸如，热 熔融粘合剂或压敏粘合剂)将所述层结合在一起。此多层抛光垫揭示于(例 如)美国专利第5,257,478号中。
在抛光一工件的表面时，在原位监视所述抛光制程通常较有利。一种在 原位监视所述抛光制程的方法涉及使用一具有一“窗”的抛光垫，所述窗提 供一光可通过的入口以允许在抛光制程期间检查工件表面。所述具有窗的抛 光垫已为所知，且已用于抛光工件，诸如，半导体装置。例如，美国专利第 5,893,796号揭示如下内容：去除抛光垫的一部分以提供一孔径，并将一透 明聚氨酯或石英栓塞置于所述孔径中以提供一透明窗。类似地，美国专利第 5,605,760号提供一具有透明窗的抛光垫，所述窗由浇铸为一棒或栓塞的固 态均一聚合物材料形成。所述透明栓塞或窗通常在抛光垫形成期间(例如， 在垫模制期间)整体粘结到抛光垫或通过使用粘合剂附装在抛光垫的孔径 中。
现有技术的抛光垫依靠粘合剂将抛光垫各层结合在一起或将窗附装在 抛光垫内，其具有许多缺点。例如，粘合剂通常具有令人难以忍受的烟雾且 固化时间通常超过24小时或更多。此外，粘合剂可易受抛光组合物组份的化 学侵蚀的影响，且因而应基于将使用的抛光系统类型来选择用于结合各垫层 或将窗附着到垫的粘合剂类型。而且，抛光垫各层间的粘结或窗到抛光垫的 粘结往往随时间流逝出现缺陷或劣化。这可导致垫层剥层或翘曲和/或垫与 窗之间的抛光组合物泄漏。在某些情况下，随时间流逝窗可从抛光垫移位。 用于形成整体模制抛光垫窗的方法可成功地避免至少某些所述问题，但所述 方法通常较昂贵且在可使用的垫材料类型和可制造的垫构造类型方面受限。
因此，仍需要有效的多层抛光垫和包含半透明区域(例如，窗)的抛光 垫，其可使用有效且廉价的方法来制造而无需依赖使用粘合剂。本发明提供 所述抛光垫和其使用方法。从本文所提供的本发明的描述可明了本发明的这 些和其它优点及另外的发明性特征。

本发明提供一种用于化学机械抛光的多层抛光垫。所述抛光垫包含一抛 光层和一底层，其中所述抛光层和底层大体上共延伸且未使用粘合剂而结合 在一起。本发明还提供一种包含多层光学透射区域的抛光垫，其包含两个层 或两个以上的层，所述层大体上共延伸且未使用粘合剂而结合在一起。
本发明进一步提供一种化学机械抛光设备和抛光一工件的方法。所述 CMP设备包含：(a)一旋转压板；(b)本发明的一抛光垫；和(c)一载具， 所述载具用以固持待通过接触所述旋转抛光垫来抛光的工件。所述抛光方法 包含以下步骤：(i)提供本发明的一抛光垫；(ii)用所述抛光垫接触一工 件；和(iii)相对于所述工件移动所述抛光垫以研磨所述工件，且借此抛 光所述工件。
本发明进一步提供制造本发明的抛光垫的方法。第一方法包含：(i)在 超临界气体存在的情况下，将一聚合物板置于高压下保持一预定时段；(ii) 允许聚合物板部分地解吸附所述超临界气体；和(iii)通过使所述板经受 一比聚合物板的玻璃化转变温度高的温度，使所述部分解吸附的聚合物板发 泡。第二方法包含：(i)在超临界气体存在的情况下，将具有第一表面和第 二表面的聚合物板置于高压下保持一预定时段；(ii)使聚合物板的第一表 面经受一比聚合物板的玻璃化转变温度高的第一温度；(iii)使聚合物板的 第二表面经受一比第一温度低的第二温度；和(iv)使聚合物板发泡。
附图说明
图1描绘现有技术的多层抛光垫的截面侧视图，所述多层抛光垫包含使 用一粘合剂结合在一起的一抛光层和一底层。
图2描绘本发明的一多层抛光垫的截面侧视图，所述多层抛光垫包含未 使用粘合剂而结合在一起的一抛光层和一底层。
图3描绘本发明的一多层抛光垫的截面侧视图，所述多层抛光垫包含一 抛光层和一底层，其中所述底层为光学透射的且已去除部分抛光层以露出一 光学检测口。
图4描绘本发明的一多层抛光垫的截面侧视图，所述多层抛光垫包含未 使用粘合剂而结合在一起的一抛光层、一中间层和一底层。
图5描绘本发明的一多层抛光垫的截面侧视图，所述多层抛光垫包含一 抛光层、一中间层和一底层，其中所述中间层为光学透射的且已去除部分抛 光层和底层以露出一光学检测口。
图6描绘一包含多层光学透射窗部分的抛光垫的截面侧视图，其中窗部 分的所述层未使用粘合剂而结合在一起，且窗部分焊接到抛光垫中。
图7为一用于固态聚氨酯板的CO2饱和的CO2浓度(毫克/克)与时间(小时) 的曲线图。
图8为一用于固态聚氨酯板的CO2解吸附的CO2浓度(毫克/克)与时间(小 时)的曲线图。
图9为一通过在93℃下CO2解吸附20分钟后发泡所制造的多层抛光垫(样 品A))的SEM图像。
图10为一通过在93℃下CO2解吸附120分钟后发泡所制造的多层抛光垫 (样品B)的SEM图像。

本发明针对一种包含多层抛光垫材料的抛光垫，其中所述抛光垫材料包 含两个或两个以上的层，所述层未使用粘合剂而结合在一起。视需要，所述 抛光垫材料包含三个或三个以上(例如，四个或四个以上、六个或六个以 上的层，或甚至八个或八个以上)的层，所述层未使用粘合剂而结合在一起。 在第一实施例中，所述多层抛光垫材料用作多层抛光垫。在第二实施例中， 所述多层抛光垫材料用作抛光垫内的光学透射区域。
抛光垫材料层的层间不含有任何粘合剂。粘合剂是指所属领域中已知的 任何常用粘合剂材料，例如，热熔粘合剂、压敏粘合剂、胶粘剂等。更确切 地，所述抛光垫的各层通过每一层间的聚合物树脂的物理重叠、交替和/或 缠结结合在一起。希望所述层大体共延伸。
所述多层抛光垫材料的优点在于每一层可具有不同的物理或化学性质。 例如，在某些应用中，可能希望每一层具有相同的聚合物组合物但具有不同 的物理性质，诸如，硬度、密度、孔隙度、可压缩度、刚性、拉伸模量、松 密度模量、流变、蠕变、玻璃化转变温度、熔融温度、粘度或透明度。在其 它应用中，可能希望抛光垫的各层具有相似的物理性质但具有不同的化学性 质(例如，不同的化学组成)。当然，抛光垫层可既具有不同的化学性质还 具有不同的物理性质。优选地，抛光垫材料层具有至少一种不同的化学或物 理性质。
希望每一层抛光垫材料均包含一种聚合物树脂，所述聚合物树脂可为任 何适当的聚合物树脂。通常，所述聚合物树脂选自由以下各物组成的群：热 塑性弹性体、热固性聚合物、聚氨酯(例如，热塑性聚氨酯)、聚烯烃(例 如，热塑性聚烯烃)、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、弹性体聚 乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚伸芳 基、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物和其混合物。优 选地，所述聚合物树脂为热塑性聚氨酯。
所述层可包含相同的聚合物树脂，或可包含不同的聚合物树脂。例如， 一层可包含一热塑性聚氨酯，而一第二层可包含选自由以下各物组成的群的 聚合物树脂：聚碳酸酯、尼龙、聚烯烃、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯和其混合物。 一优选的抛光垫材料包含一与包含聚合物树脂的层结合的热塑性聚氨酯层， 其中所述聚合物树脂选自交联聚丙烯酰胺或聚乙烯醇(例如，交联或未交 联)。另一优选抛光垫材料包含一与包含聚合物树脂的层结合的聚碳酸酯层， 其中所述聚合物树脂选自交联丙烯酰胺或丙烯酸。
所述抛光垫材料的各层可为亲水的、疏水的或所述两者的组合。抛光垫 层的亲水性/疏水性在很大程度上取决于用于制造所述层的聚合物树脂的类 型。通常认为临界表面张力为34毫牛顿/米(mN/m)或更大的聚合物树脂为 亲水的，而通常认为临界表面张力为33nM/m或更小的的聚合物树脂为疏水 的。某些常用聚合物树脂的临界表面张力如下(括号中所示的数值)：聚四 氟乙烯(19)、聚二甲基硅氧烷(24)、硅酮橡胶(24)、聚丁二烯(31)、 聚乙烯(31)、聚苯乙烯(33)、聚丙烯(34)、聚酯(39-42)、聚丙烯 酰胺(35-40)、聚乙烯醇(37)、聚甲基丙烯酸甲酯(39)、聚氯乙烯(39)、 聚砜(41)、尼龙6(42)、聚氨酯(45)和聚碳酸酯(45)。通常，至少 一抛光垫材料层为亲水的。优选两个或两个以上的层为亲水的。
所述抛光垫材料的各层可具有任何适当的硬度(例如，30-50萧氏A或 25-80萧氏D)。类似地，所述层可具有任何适当的密度和/或孔隙度。例如， 所述层可为无孔的(例如，实心)、近似实心的(例如，具有小于10％的空 隙体积)或多孔的，且可具有0.3克/立方厘米或更高(例如，0.5克/立方厘 米或更高或0.7克/立方厘米或更高)或甚至0.9克/立方厘米(例如，1.1克/ 立方厘米或高达所述材料的理论密度的99％)的密度。就某些应用而言，可 能希望抛光垫材料的其中一层(例如，抛光层)为硬质的、致密的和/或具 有较低的孔隙度，而其它层为软质的、高度多孔的和/或具有较低的密度。
所述抛光垫材料的各层可具有任何适当的透明度(即，对光的透射率)。 例如，其中一层可大体透明，而其它层大体上不透明。或者，抛光垫材料的 所有层均可光学透射。当存在三个或三个以上的层时，中间层可大体上透明， 而外层大体不透明。当所述抛光垫与光学终点检测系统结合使用时，需要光 学透明。抛光垫各层的透明度至少部分地取决于(a)所选定的聚合物树脂 的类型；(b)孔的密集度和大小；和(c)任何嵌入的颗粒的密集度和大小。 优选地，在至少一200纳米与10,000纳米之间(例如，200纳米与1000纳米之 间)的光波长下，光学透射率(即，透射穿过垫材料的光的总量)至少为10％ (例如，20％或30％)。
当所述多层抛光垫材料为光学透射时，所述材料视需要可进一步包含一 染料，其使所述抛光垫材料能够选择性地透射特定波长的光。所述染料滤除 非所要的波长的光(例如，背景光)，因而改进检测的信噪比。所述透明窗 可包含任何适当染料，或可包含若干种染料的组合。适当染料包括聚次甲基 染料、二芳基和三芳基次甲基染料、二芳基次甲基染料的氮杂类似物、氮杂 (18)轮烯染料、天然染料、硝基染料、亚硝基染料、偶氮染料、蒽醌染料、 硫化染料等。希望所述染料的透射光谱与用于在原位终点检测的光波长相匹 配或重叠。例如，当用于终点检测(EPD)系统的光源为HeNe激光器时，其 产生波长为633纳米的可见光，所述染料优选为红色染料，其能够透射波长 为633纳米的光。
所述抛光垫材料各层可具有任何适当的厚度。优选地，每一层的厚度为 多层抛光垫材料的总厚度的至少10％或以上(例如，20％或20％以上，或30％ 或30％以上)。每一层的厚度部分地取决于抛光垫材料层的总数。此外，每 一抛光垫材料层可具有相同的厚度，或各层的厚度各不相同。
在第一实施例中，所述多层抛光垫材料用作多层抛光垫。图1中描绘了 一典型的现有技术的多层抛光垫(10)，其中抛光层(12)通过其中间的粘 合剂(16)粘附到底层(14)。对比地，所述第一实施例的多层抛光垫包含 未使用粘合剂而结合在一起的第一层(例如，抛光层)和第二层(例如，底 层)，如(例如)图2-6中所描绘。具体而言，图2描绘一包含一抛光层(12) 和一底层(14)的抛光垫(10)。所述抛光层和底层可包含相同的聚合物树 脂(例如，聚氨酯)或不同的聚合物树脂(例如，聚氨酯和聚碳酸酯)。希 望所述抛光层的压缩模量比底层高。例如，所述抛光层可为实心的或可具有 极低的孔隙度，而底层为高度多孔的(例如，一发泡聚合物)。
当第一实施例的多层抛光垫与一原位终点检测系统结合使用时，可希望 所述多层抛光垫的至少一层在介于200纳米与10,000纳米(例如，200纳米至 1,000纳米或200纳米至800纳米)之间的至少一波长下具有10％或10％以上(例 如，20％或20％以上，或30％或30％以上)的光透射率。在某些情况下，抛光层 和底层两者均可光学透射使得整个抛光垫至少部分光学透射。在其它情况 下，仅抛光层和底层中的一层可大体上不透明而另一层可光学透射。例如， 抛光层可大体上不透明而底层可光学透射。为使此抛光垫配合在原位终点检 测系统而使用，可去除部分抛光层以在抛光层(12)中产生一孔径(20)， 其露出大体光学透射的底层(14)的一区域(22)，如图3中所描绘。因此 通过抛光层中的孔径露出的底层(14)光学透射区域(22)从抛光表面(13) 凹入，以保护所述“窗”在抛光制程期间免遭抛光组合物划伤。在一光学透 射抛光层和一大体上不透明底层的情况下，去除部分底层以在底层中形成一 孔径，其露出大体光学透射抛光层的一区域。
本发明的多层抛光垫还可为一上述抛光垫，其进一步包含一个或一个以 上的安置于抛光层与底层之间的中间层。图4中描绘此抛光垫(10)，其包 含一抛光层(12)、底层(14)和一中间层(18)。所述抛光垫的各层可具 有上述任何适当的化学和物理性质(各层之间可相同或不同)。就某些应用 而言，可能希望每一层具有至少一种不同的化学或物理性质。例如，一抛光 垫可包含：一包含微多孔聚氨酯的抛光层，一包含固态聚氨酯的中间层，和 一包含软多孔聚氨酯的底层。或者，所述抛光层可包含一亲水聚合物，而中 间层和底层分别包含一疏水聚合物和一亲水聚合物。
在其它应用中，可能希望抛光层和底层具有相同的化学和物理性质，而 中间层具有至少一种不同的性质。例如，中间层可具有低可压缩度而抛光层 与底层则具有较高的可压缩度。或者，中间层可大体透明而抛光层和底层则 大体上不透明。通过去除一部分抛光层(12)和一部分底层(14)以在抛光 层(12)中产生一孔径(20)和在底层中产生一孔径(24)，此抛光垫(10) 可与原位终点检测系统配合使用。当孔径(20)与孔径(24)对准(即，安 置于彼此的顶部)时，露出大体光学透射的中间层(18)的一区域(26)， 如图5所描绘。在此抛光垫中，通过抛光层和底层中的孔径露出的中间层(18) 的光学透射区域(26)从抛光表面(13)凹入，以在抛光过程期间保护所 述“窗”免受抛光组合物划伤。
第一实施例的多层抛光垫可具有任何适当的尺寸。通常，所述多层抛光 垫将具有500微米或500微米以上(例如，750微米或750微米以上，或1000 微米或1000微米以上)的厚度。多层抛光垫的形状最好为圆形(当用于旋转 式抛光工具时)或制成环状线性带(当用于线性抛光工具时)。所述多层抛 光垫的抛光层视需要可进一步包含凹槽、穿孔、通道或其它此类图案，所述 图案可促进抛光组合物在整个抛光垫表面上的流动。所述凹槽、通道等可为 同心圆、螺旋状、XY交叉图案或任何其它适当图案的形状。
视需要，第一实施例的多层抛光垫进一步包含一个或一个以上的光学透 射窗，其插入一在所述抛光垫中(例如，位于抛光层、中间层和底层中的至 少一层中)切割的孔径中。最好是，所述窗(若存在)通过除使用粘合剂以 外的方式粘结到所述抛光垫。例如，所述窗可通过焊接技术(例如，超声波 焊接)附着到所述抛光垫。
视需要，第一实施例的多层抛光垫进一步包含任何适当的嵌入颗粒，例 如，研磨剂颗粒、水溶性颗粒、吸水性颗粒(例如，遇水可膨胀的颗粒)等。 所述研磨剂颗粒可为无机颗粒或有机颗粒，包括金属氧化物颗粒、聚合物颗 粒、金刚石颗粒、碳化硅颗粒等。所述水溶性颗粒可为任何适当的化学机械 抛光剂，诸如氧化剂、络合剂、酸、碱、分散剂、表面活性剂等。所述吸水 颗粒可为适当的吸水聚合物颗粒。
在第二实施例中，所述多层抛光垫材料对光通路来说至少部分透明且用 作一另外不透明的抛光垫中的光学透射区域(例如，一抛光垫的“窗”)。 图6中描绘了此抛光垫，其中光学透射区域(32)包含第一光学透射层(34) 和第二光学透射层(36)，且所述光学透射区域(32)附装于抛光垫(30) 中。当所述光学透射抛光垫材料结合终点检测系统使用时，希望所述抛光垫 材料在200纳米与10,000纳米(例如，200纳米与1,000纳米，或200纳米与800 纳米)之间的至少一波长下的光(例如，激光)透射率为10％或10％以上(例 如，20％或20％以上，或30％或30％以上)。优选地，光学透射抛光垫材料在200 纳米到35,000纳米(例如，200纳米到10,000纳米，或200纳米到1,000纳米， 或甚至200纳米到800纳米)的至少一波长下的光透射率为40％或40％以上(例 如，50％或50％以上，或甚至60％或60％以上)。
尽管所述光学透射抛光垫材料的每一层必须具有某种程度的光透射率， 但每一层所透射的光量可不同。例如，所述抛光垫材料的第一透射层(例如， 抛光层)可为微孔或含有嵌入颗粒，且因而对光通路来说较不透射，而第二 透射层(例如，底层)为一对光通路来说高度透射的的无孔实心板。或者， 第一和第二透射层两者均可大体透射但具有不同的聚合物组合物。因此，通 过适当选择所述多层抛光垫材料每一层的化学和物理性质，可“调谐”透射 穿过多层抛光垫材料的光的波长。光透射率部分地取决于所用的聚合物树脂 的类型。例如，在一包含第一透射层(例如，抛光层)和第二透射层(例如， 底层)的抛光垫材料中，所述第一层可包含对某些波长范围的光具有透射的 第一聚合物树脂，且第二层可包含对一不同但重叠的波长范围的光具有透射 的第二聚合物树脂。因此，抛光垫材料的整体透射可调谐到一狭窄的波长范 围。
第二实施例的光学透射抛光垫材料的各层可具有任何适当的尺寸(即， 长度、宽度和厚度)和任何适当的形状(例如，可为圆形、椭圆形、正方形、 矩形、三角形等)。通常，所述层具有大体相同的长度和宽度(例如，直径) 使得它们彼此完全共延伸。所述光学透射抛光垫材料可位于抛光垫内，以与 抛光垫的抛光表面齐平(即，共平面)或从抛光垫的抛光表面凹入。当光学 透射抛光垫材料与抛光垫的抛光表面齐平时，第一光学透射层将构成抛光垫 的抛光表面的一部分。
第二实施例的光学透射多层抛光垫材料可具有任何适当的厚度，且所述 厚度将至少部分地根据以下因素而改变：所述抛光垫材料置于其中的抛光垫 的厚度和抛光垫材料的上表面与抛光垫的抛光表面之间所要的凹入量。通 常，当位于一厚度为1000微米或1000微米以上(例如，2000微米或2000微米 以上、或甚至3000微米或3000微米以上)的抛光垫(例如，堆叠抛光垫)内 时，所述光学透射多层抛光垫材料的总厚度(即，从第一透射层的上表面到 第二透射层的下表面)至少为10微米或10微米以上(例如，50微米或50微米 以上、100微米或100微米以上、200微米或200微米以上、或甚至500微米或 500微米以上)。优选地，对于厚度为1250微米或1250微米以上(例如，1600 微米或1600微米以上)的抛光垫来说，所述光学透射多层抛光垫材料的厚度 为350微米或350微米以上(例如，500微米或500微米以上)。所述光学透射 多层抛光垫材料的各层的厚度可相同或不同。通常，所述光学透射多层抛光 垫材料的第一层的厚度至少为所述光学透射多层抛光垫材料总厚度的10％或 10％以上(例如，20％或20％以上、或30％或30％以上)。类似地，所述光学透 射多层抛光垫材料的第二层的厚度通常至少为所述光学透射多层抛光垫材 料总厚度的10％或10％以上(例如，20％或20％以上、或30％或30％以上)。
第二实施例的光学透射多层抛光垫材料置于其中的抛光垫可包含任何 适当的聚合物树脂。例如，所述抛光垫通常包含选自由以下各物组成的群的 聚合物树脂：热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、热塑性聚烯烃、聚碳酸酯、聚 乙烯醇、尼龙、弹性体橡胶、弹性体聚乙烯、其共聚物和其混合物。所述抛 光垫可通过任何适当的方法制造，所述方法包括烧结、注入成型、吹塑、挤 压等。所述抛光垫可为实心的且无孔，可含有微孔封闭胞(closed cell)， 可含有打开胞(open cell)，或可含有上面模制有聚合物的纤维网。所述 抛光垫通常为不透明的或仅部分半透明的。
包含第二实施例的光学透射多层抛光垫材料的抛光垫具有一抛光表面， 其视需要进一步包含可促进抛光组合物在整个抛光垫表面上的横向输送的 凹槽、通道和/或穿孔。所述凹槽、通道或穿孔可为任何适当的图案且可具 有任何适当的深度和宽度。所述抛光垫可具有两种或两种以上不同的凹槽图 案，例如如美国专利第5,489,233号中所描述的大凹槽与小凹槽的组合。所 述凹槽可为斜凹槽、同心凹槽、螺旋状或圆形凹槽、XY交叉图案的形式，且 在连续性上可为连续或不连续。优选地，所述抛光垫至少包含通过标准垫整 饰方法形成的小凹槽。
包含第二实施例的光学透射多层抛光垫材料的抛光垫除包含光学透射 多层抛光垫材料之外，还可包含一种或一种以上的其它特征或组成部分。例 如，所述抛光垫视需要可包含不同密度、硬度、孔隙度和化学成份的区域。 所述抛光垫视需要可包含固体颗粒，所述固体颗粒包括研磨剂颗粒(例如， 金属氧化物颗粒)、聚合物颗粒、水溶性颗粒、吸水性颗粒、中空颗粒等。
本发明的抛光垫尤其适于与化学机械抛光(CMP)设备结合使用。通常， 所述设备包含：一压板，其使用时处于运动状态且具有一由轨道、线性或环 形运动而产生的速率；一本发明的抛光垫，其与压板接触且当压板运动时随 其运动；和一载具，其固持待通过接触和相对于抛光垫表面运动而研磨的工 件。工件的抛光通过以下步骤实施：放置工件使其与抛光垫接触，然后使所 述抛光垫相对于工件运动(其中间通常有抛光组合物)，以研磨所述工件的 至少一部分而抛光所述工件。所述抛光组合物通常包含液态载剂(例如，水 性载剂)、pH调节剂和视需要而定的研磨剂。取决于正抛光工件的类型，抛 光组合物视需要可进一步包含氧化剂、有机酸、络合剂、pH缓冲剂、表面活 性剂、腐蚀抑制剂、抗发泡剂等。CMP设备可为任何适当的CMP设备，其多数 在所属领域中已知。本发明的抛光垫还可结合线性抛光工具来使用。
希望CMP设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其多数在所属领域已 熟知。在所属领域中已知通过分析从工件表面反射的光或其它辐射来检查和 监视抛光制程的技术。所述方法在以下专利中描述：(例如)美国专利第 5,196,353号、美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专 利第5,643,046号、美国专利第5,658,183号、美国专利第5,730,642号、美 国专利第5,838,447号、美国专利第5,872,633号、美国专利第5,893,796号、 美国专利第5,949,927号和美国专利第5,964,643号。希望关于正抛光工件的 抛光制程的进度所实施的检查或监视能够决定抛光终点，即，决定何时终止 关于一特定工件的抛光制程。
包含本发明的多层抛光垫材料的抛光垫适用于抛光许多类型的工件(例 如，衬底或晶片)和工件材料。例如，所述抛光垫可用于抛光包括存储器存 储装置、半导体衬底和玻璃衬底在内的工件。适于用所述抛光垫进行抛光的 工件包括存储器或硬磁盘、磁头、MEMS装置、半导体晶片、场发射显示器和 其它微电子衬底，尤其是包含绝缘层(例如，二氧化硅、氮化硅或低介电材 料)和/或含金属的层(例如，铜、钽、钨、铝、镍、钛、铂、钌、铑、铱 或其它贵金属)的微电子衬底。
可通过任何适当的方法来制造本发明的多层抛光垫材料。其中一适当方 法涉及当所述层的至少一层至少部分熔融时，通过接触所述层的共延伸表面 将抛光垫材料的各层结合在一起。例如，抛光垫各层之间的粘结可通过焊接 (例如，超声波焊接)、热粘结、辐射活化粘结、层压或共挤压来形成。一 优选的方法为共挤压。挤压涉及通常在高温和/或高压下，通过迫使聚合物 颗粒通过一成形模来形成聚合物板或薄膜。在共挤压过程中，通过使用两个 或两个以上的挤出模来使两个或两个以上的聚合物树脂层形成共延伸多层 聚合物板。视所要的应用而定，通过共挤压形成的多层聚合物板可具有任何 适当的层数。
另一适当方法涉及使单层聚合物板(例如，单层抛光垫)的一个或两个 表面经受一改变所述单层聚合物板的一个或两个表面的物理性质的制程。例 如，可选择性地使一实心聚合物板发泡，使得将孔隙引入所述聚合物板的一 表面中，从而获得一具有多孔层的两层聚合物板(例如，两层抛光垫)，所 述多孔层未使用粘合剂而附着到实心层。还可选择性地在实心聚合物板的两 个表面上发泡，以产生一具有实心中间层和多孔顶层和底层的三层聚合物板 (例如，三层抛光垫)。
形成多层抛光垫材料的一适当方法包含以下步骤：(i)在一超临界气 体存在的条件下，将一聚合物板置于高压下保持一预定时段；和(ii)通过 使所述板经受比所述聚合物板的玻璃化转变温度(Tg)高的温度而使所述聚 合物板发泡。所述聚合物板可为实心聚合物板或多孔聚合物板。步骤(i) 中的压力可为任何适当的压力且应视聚合物板的类型和超临界气体的种类 而定。例如，当所述聚合物板包含热塑性聚氨酯时，所述压力应在1.5MPa 与10MPa之间(例如，在2MPa与8MPa之间)。所述超临界气体可为聚合物 中具有足够溶解度的任何适当气体(例如，N2或CO2)且优选为CO2。希望所 述超临界气体的溶解度至少为0.1毫克/克(例如，1毫克/克或10毫克/克)。 所述预定时间量应由气体吸收到聚合物板内的比率和所要的吸收程度而定。 通常，所述时间量为1小时或1小时以上(例如，2小时或2小时以上，或甚至 5小时或5小时以上)。发泡温度可为任何适当的温度。发泡温度应至少部分 地视聚合物板的Tg而定。尽管还可使用高于所述聚合物板的Tm的发泡温度， 但是发泡温度通常在聚合物板的Tg与熔融温度(Tm)之间。
在一优选实施例中，应防止聚合物板均匀吸收超临界气体。例如，可通 过限制吸收时间来使超临界气体仅部分地吸收到聚合物板中，使得仅聚合物 板的外层部分吸收超临界气体。此方法可进一步包含如下一步骤：在吸收超 临界气体前冷却聚合物板，以阻滞超临界气体扩散到聚合物板中。或者，可 通过施加一如下超临界气体阻障材料将超临界气体的吸收限制或阻止于聚 合物板一侧，所述超临界气体阻障材料诸如，薄膜、箔、厚衬底或可阻止或 限制超临界气体被吸收到聚合物板中的其它适当材料。在某些实施例中，所 述阻障材料为一聚合物板。聚合物板吸收较多超临界气体的部分与吸收较少 或没有吸收超临界气体的其余部分相比具有较高的孔隙度。
形成本发明的多层抛光垫材料的更优选的方法涉及以下步骤：(i)在 一超临界气体存在的条件下，将聚合物板置于高压下保持一预定时段；(ii) 允许聚合物板部分地解吸附超临界气体；和(iii)通过使所述板经受一比 聚合物板的Tg高的温度而使部分解吸附的聚合物板发泡。步骤(i)和(iii) 可在上述条件下实施。所述解吸附的超临界气体的聚合物板部分与其余保留 超临界气体的部分相比具有较低的孔隙度。在某些实施例中，希望在步骤(i) 期间使临界气体充斥于聚合物板。通常，聚合物板通常在60小时或60小时以 下(例如，40小时或40小时以下，或30小时或30小时以下)时间内达到完全 饱和。解吸附步骤可在任何适当温度和任何适当压力下实施。通常，可在室 温和大气压下实施解吸附步骤。可通过升高温度(以增加解吸附率)或降低 温度(以降低解吸附率)来控制气体从聚合物板的解吸附率。解吸附步骤所 需的时间量将取决于聚合物种类和解吸附条件(例如，温度和压力)，且通 常为5分钟或5分钟以上(例如，10分钟或10分钟以上)。
在另一优选方法中，通过控制施加到聚合物板的不同表面的温度来选择 性地使聚合物发泡。因为聚合物板中的发泡程度部分地与温度相关，所以对 实心聚合物板的任一表面施加不同的温度可在所述聚合物板内产生两种不 同的发泡程度(例如，不同的孔隙度和/或不同的孔大小)。因此，所述方 法包含如下步骤：(i)在一超临界气体存在的条件下，将具有第一表面和 第二表面的聚合物板置于高压下保持一预定时段；(ii)将聚合物板的第一 表面置于高于聚合物板的Tg的第一温度下，(ii)将聚合物板的第二表面置 于低于第一温度的第二温度下；和(iii)使所述聚合物板发泡。第二温度 可低于聚合物板的Tg，借此大体上防止聚合物的所述表面的发泡；或者，第 二温度可高于聚合物板的Tg但低于聚合物板第一表面的温度，使得所述第二 表面经受比第一表面较少的发泡。所述方法视需要可进一步包含上述解吸附 步骤。在所述方法的一实施例中，实心聚合物板的第一表面经受快速热退火 而发泡，而聚合物板的第二表面大体上保持于室温下，且不发泡且保持无孔 状态。
在相关技术中，由包含具有不同物理性质(例如，不同的Tg)的不同聚 合物树脂层构成的多层聚合物板可经受相同的发泡制程。具体而言，所述方 法包含以下步骤：(i)在一超临界气体存在的条件下，将所述多层聚合物 板置于高压下保持一预定时段；(ii)使所述多层聚合物板经受一高于聚合 物板中至少一层的Tg的温度；和(iii)使聚合物板发泡。当抛光垫的各层 具有不同的热属性时，每一层的发泡程度将不同。因此，尽管使用相同的发 泡条件来发泡，但抛光垫各层可达到不同孔隙度。发泡制程和条件可为上述 那些制程和条件中的任一种。类似地，可对一单层多孔抛光垫进行处理，以 消除或减少抛光垫的一个或两个表面的孔隙度，借此形成包含实心层和多孔 层的抛光垫。
上述方法通常涉及选择性地将实心聚合物板转化为多孔聚合物板。形成 本发明的多层抛光垫材料的替代方法涉及选择性地将多孔聚合物板转化为 无孔聚合物板。具体而言，所述方法涉及使单层多孔聚合物板的一个或两个 表面经受高于聚合物的Tg的温度，使得所述聚合物开始流动并充满空隙空 间。因此，可减少聚合物板的一个或两个表面上孔的数量，以形成一具有较 低孔隙度或甚至不具有孔隙度的聚合物层。例如，可在聚合物板的一个表面 上对一多孔径聚合物板进行选择性退火；可使一多孔聚合物板穿过一烧结 带，所述烧结带加热所述聚合物板的一个或两个表面；或可在一模具中加热 一多孔径聚合物板，所述模具选择性地冷却聚合物板的一个或一个以上的 层。利用所述技术，可不需要粘合剂层而形成各种多层抛光垫。具体而言， 可形成包含一实心层和一多孔层的两层抛光垫和具有实心中间层和多孔上 层及下层(或相反地，具有多孔中间层和实心上层及下层)的三层抛光垫。
当形成本发明的多层抛光垫材料时，希望最小化各层之间的构造边界。 在共挤压多层抛光垫中，第一层与第二层之间存在由各层之间聚合物重叠的 区域所界定的构造边界。然而，利用一选择性修饰一或两个表面以具有不同 物理性质的单层聚合物板的其它技术(例如上述发泡技术)不会产生此界定 构造边界。不存在构造边界会使得抗剥层性能提高且抛光一致性更好。
以下实例将进一步说明本发明，但，当然不应解释为以任何方式限制本 发明的范畴。
                          实例
所述实例说明一种形成本发明的多层抛光垫的方法，所述抛光垫包含未 使用粘合剂而粘结到无孔层的一多孔层。
在室温和5MPa压力下，使CO2(约50毫克/克热塑性聚氨酯样品)充斥 于平均厚度为1500微米的实心热塑性聚氨酯板(样品A与B)。图7展示CO2摄 取与时间的函数关系曲线。然后，在室温下和大气压下将经CO2饱和的样品A 与B分别保持20分钟和120分钟，在此期间出现CO2从聚合物板部分解吸附的 情况。图8展示CO2损耗与时间的函数关系曲线。从所述样品的CO2损耗量分别 为4.5毫克/克(9％)和13.5毫克/克(27％)热塑性聚氨酯样品。部分解吸附 后，在93℃下使样品发泡。图9与图10分别展示发泡样品A和B的SEM图像。样 品A的总平均厚度为1500微米且包含一50微米的实心抛光垫层和一1450微米 的多孔抛光垫层。样品B的总平均厚度为1500微米且包含一200微米的实心抛 光垫层和一1300微米的多孔抛光垫层。
此实例展示了一种不需要使用粘合剂层来制备本发明的多层抛光垫的 方法。