改进的抛光垫及其相关的方法技术

提供具有由一种亲水性材料所形成抛光表面的抛光垫。抛光表面有用热成形方法制备的结构外形。该外形由大和小的结构特征所组成以有利于抛光液的流动以及有利于平滑和平整。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求1997年8月6日提交的美国临申请号60/054.906r的权益。本专利技术一般涉及用于半导体装置等的抛光垫。更特别的是，本专利技术抛光垫包括一种适宜的亲水性材料，它具有一种新型的表面结构外形，这通常将改善预测性和抛光性能。一般集成电路制造需要抛光一种或多种基材，如硅，二氧化硅，钨或铝。这种抛光一般是使用抛光垫结合抛光液来实现。半导体工业对精密抛光需要高精度，但是，在抛光性能方面不希望有的垫与垫之间差异是相同普遍的。因此在半导体工业中在高精密抛光操作中对有更高可预测性能抛光垫的需求是存在的。本专利技术涉及热成型(或压纹)抛光垫，它们具有由新型亲水性材料所制成的新型抛光表面。本专利技术抛光垫包括一种亲水性材料，它具有i.大于0.5g/cm3的密度；ii.大于或等于34mN/m的临界表面张力；iii0.02～5GP的拉伸模量；iv.30℃时拉伸模量与60℃时的拉伸模量比例为1.0～2.5；v.25～80肖氏D硬度；vi.300～6000psi屈服应力(2.1～41.4MP)vii.1000～15,000psi的拉伸强度(7～105MP)；viii.达500％断裂伸长率。在一个优选的实施方案中，抛光层另外包含许多软区和硬区。本专利技术的抛光材料并不包括毡类抛光垫，毡类抛光垫是通过将一种聚合物粘合到纤维基材上而做成的。如同budinger等人在美国专利号4.927,432中描述的。抛光面具有用一种热成型方法制备的结构外形。该结构外形由有利于抛光液流动和有利于平滑和平整的大和小结构所组成。本专利技术涉及由新型亲水性抛光材料所组成并且具有新型抛光面的抛光垫。更具体地说，本专利技术涉及一种改进的用于抛光基材，特别是用于制备半导体装置等的基材，的抛光垫。本专利技术的组合物和方法也可用于其它行业并可施用于许多工件材料，包括硅，二氧化硅，金属，绝缘材料，陶瓷和玻璃，但不局限于这些。应当指出本申请所用的“抛光”(以及它的任何形式)这术语意指包括“平整”(以及任何相应的形式)。本专利技术是新颖的，因为它1)重视在现有抛光垫中形成表面特征所产生的损坏对精密抛光不利影响；2)重视在抛光垫制造中损坏是如何产生的；3)公开如何制造低损坏度的抛光垫；4)公开如何制造可高度重复的表面特征并由此相对于常用的用切割或切削制备的抛光垫有更高可预测性的垫性能的抛光垫；以及5)公开制造过程中抛光垫中形成表面特征的新方法。至今本专利技术的这些因素还无一在此领域中受到重视并真正地对精密抛光领域起很大的贡献。本专利技术抛光垫包括一种可高度重复和适宜的表面结构，它具有最少的表面损坏如在抛光垫制造中经常产生的凹痕和突起。抛光垫制造，包括切割或切削，易于产生垫与垫之间不同的损坏。现有的抛光垫制造可包括切割聚合物块的部分以形成抛光垫。当刀片切割块物时，通常会留下方向性的表面损坏，包括抛光垫表面的凹痕和突起。这些损坏一般当刀口钝时垫与垫之间是有变化的。抛光垫制造中的另一步是抛光面上产生流道或其它结构特征以有利于抛光液的流动。现有的抛光垫一般是在抛光垫中切割或机械加工出这些结构特征的。这也通常易于在抛光垫表面上和切割部分内造成损坏。其它因素，如温度，湿度和线速度的变化，会导致抛光垫表面特征的波动。这些波动引起垫与垫之间性能的差异，使得难以描述最佳的抛光参数。本专利技术的抛光垫很少或没有切割、机械加工或类似抛光面的破坏。通常消除了如切削产生的不希望有的方向性花纹。在抛光垫上(或其中)形成表面结构特征或其部分，并且也没有破坏抛光面。这消除了与现有技术相关的缺陷。根据本专利技术，在形成抛光垫后加入的表面结构特征至少部分是用热成形法产生的。热成形法是任一种方法，其中加热抛光垫的表面并用一些方法如加压或加力使之永久变形。相对于常用抛光垫，热成形法减少损坏的程度。热变形法也提供比切割或机加工有更高重复性的结构特征，因为热成形模具的表面是一致的。因此，本专利技术的抛光垫有更高可预测性的性能并且允许最佳抛光参数进行描述。在一个实施方案中，通过加热抛光面直至它软化，然后使用一模具和加压成型，在抛光垫的表面中形成表面结构特征。这些结构特征优选包括一或多道凹痕，其平均深度和/或宽度大于约0.05mm，优选大于约0.1mm。这些结构特征有利于抛光液的流动，由此增强抛光性能。在另一个实施方案中，抛光垫挤出成片材。可以通过接合片材的两端将该材料形成抛光带，或者在另一个实施方案中，片材可以切割成任何形状和尺寸的抛光垫。在本专利技术的另一个实施方案中，采用了加压模制，其中将一种柔性高分子放入模具中。然后聚合物进行加压，这使得聚合物覆盖整个模具，接着固化并从模具中脱离。在另一个实施方案中，将抛光垫材料挤出到另一种固体或半固体材料上，由此使得挤出的材料在其固化之后下与第二种材料结合。第二种材料可以增强抛光垫，因此固化的挤出材料不一定是自支撑性的，此外，第二种材料可给抛光垫提供结构的整体性，由此改进性能，寿命以及/或者制造中更大的柔性。在本专利技术一个优选的实施方案中，用一冷却辊压纹出表面结构特征，采用冷却辊是确保消除或者明显地降低紧接着压纹后的塑性流动。这形成可重复性很高的压纹出的凹痕，一般这减少了通常在用许多常用方法制备抛光垫中发现的抛光垫与抛光垫之间的差异。这种可重复性也是压纹模具表面通常对每块用它来生产的抛光垫保持相同的结果。这转化成可预测性更高的抛光垫性能。性能的可预测性是精密抛光垫一个重要的因素。抛光垫的一致性为更加精确的标准操作过程以及更有生产力的抛光操作创造条件。而且用辊形成表面结构特征使得抛光垫以连续的片材进行制备。除了传统上在抛光垫中切割或机械加工出表面特征外，为得到最佳的抛光性能，更小的结构特征(小于50μm)是必要的。这些小尺度的结构特征经常在抛光垫第一次使用之前产生的并且在抛光垫使用过程中阶段性加入。这称为“修整”。当修整在使用前进行时称为“预修整”，在使用中则为“重新修整”。在抛光垫使用中小尺度的结构特征可能进行不希望有的塑性流动并且可能被碎片所污染。通过修整，小尺度结构特征重生。令人惊奇的是，已经发现本专利技术的抛光垫相对于常用的抛光垫一般需要更少的重新修整。这是本专利技术抛光垫一般要优于常用抛光垫的另一个证据。本专利技术的抛光垫可以用磨料进行修整。小尺度的结构特征可以通过对着磨料表面移动抛光面而产生。在一个实施方案中，磨料是一个有许多硬颗粒嵌(和优选地是永久固定)在表面上的旋转结构(磨料可以是圆的，方的，长方形的，椭圆形的或任何几何结构)。对着抛光面硬颗粒的移动使抛光面进行塑性流动，断裂或两种情况(在与颗粒接触点)。磨料面并不一定要对着抛光面转动；磨料面可对着抛光垫以任何一种方式进行运动，包括振动，线性运动，无规转动，滚动等等。由此引起的塑性流动，断裂或两者(由于磨料面)在抛光垫外表面形成小尺度结构特征。小尺度结构特征可包括凹痕和与至少一侧相邻的突起。在一实施方案中，突起占抛光垫抛光表面的表面积的至少0.1％，而凹痕平均深度小于50μm，更优选小于10μm，突起的平均高度小于50μm，更优选小于10μm。优选用磨料面的这种表面改性将导致抛光面最少量的磨失，而是仅仅在抛光垫中犁出沟纹，没有使大量(如果有)的抛光垫材料从抛光表面中分离出去。但是，虽然不是优选，但是磨失抛光垫材料是可取的，只要产生小尺度的结构特征。优选进行修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光垫，它包括一种有以下性质的亲水材料： ｉ．密度大于０．５ｇ／ｃｍ↑［３］ ｉｉ．临界表面张力大于或等于３４ｍＮ／ｍ； ｉｉｉ．拉伸模量为０．０２～５ＧＰ； ｉｖ．３０℃拉伸模量与６０℃拉伸模量的比例为１．０～２．５； ｖ．硬度为２５～８０肖氏Ｄ； ｖｉ．屈服应力为３００～６０００ｐｓｉ； ｖｉｉ．拉伸强度为１０００～１５，０００ｐｓｉ；以及 ｖｉｉｉ．断袭伸长率小于或等于５００％， 该种亲水性材料至少包括一种选自以下基团的结构部分：１．氨酯；２．碳酸酯；３．酰胺；４．酯；５．醚；６．丙烯酸酯；７．甲基丙烯酸；８．丙烯酸；９．甲基丙烯酸；１０．砜；１１．丙烯酰胺；１２．卤素；以及１３．氢氧化物，该种亲水性材料有一抛光面，该表面有许多用热成形法形成的结构特征，该结构特征至少有大于０．１毫米的尺寸，以有利于抛光液的流动，并且有利于半导体装置或半导体装置前体的化学－机械抛光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JVH罗伯斯，CW詹金斯，DB詹姆斯，
申请(专利权)人：罗德尔控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]