CN1569398A - 抛光垫及抛光半导体晶片的方法 - Google Patents

抛光垫及抛光半导体晶片的方法 Download PDF

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Abstract

一种研磨垫，一种层合研磨垫以及半导体晶片抛光方法，它们都防止浆料从研磨基材和窗口元件之间的间隙中泄漏和因刮伤而造成的抛光效率降低，并能有效进行抛光终点光学检测。该研磨垫包含具有从前侧延伸向背侧的通孔的研磨基材以及安置于该通孔中的光透射元件，并且上述光透射元件的外壁和与该外壁相对的通孔的内壁用可光固化粘合剂(如聚氨酯(甲基)丙烯酸酯)粘合在一起，以在通孔中固定上述光透射元件。

Description

抛光垫及抛光半导体晶片的方法
发明领域
本发明涉及一种研磨垫及抛光半导体晶片的方法。更具体而言，其涉及一种抛光垫，该研磨垫包含用于光学终点检测的窗口元件，其防止浆料从抛光垫基材和窗口元件之间的间隙中泄漏，并且其使抛光终点的光学检测有效进行而不因为刮伤被抛光的表面而使抛光效率降低，还涉及一种用该研磨垫抛光半导体晶片的方法。
现有技术的描述
在抛光半导体晶片时，抛光的目标实现后，根据经验得出的时间确定抛光终点以终止抛光。然而，用以形成被抛光的表面的材料多种多样，因此抛光时间因各种材料而有所差异。可以相信在未来形成被抛光表面的材料会改变。而且，抛光所用浆料及抛光机也同样如此。因此，由此获得抛光时间是效率极差的。为解决此问题，如JP-A 9-7985和JP-A 2000-326220(术语“JP-A”这里用于表示“公开的未审查的日本专利申请”)所公开的，现正在进行有关光学终点检测装置和工艺的研究，该装置和工艺应用能直接观察所要抛光表面的状态的光学方法。
在上述光学终点检测装置和工艺中，在研磨垫中形成由硬且匀质的树脂(其能够透射光线以检测终点、不具有吸收和携带包含于浆料中的磨料颗粒的基本性能)制成的窗口，仅通过该窗口观测抛光表面(JP-A 11-512977)。
具有窗口的研磨垫通过把窗口元件推入在研磨基材中形成的孔中而制造。这种研磨垫存在的问题是由于在研磨过程中窗口元件变松弛，光学终点检测会因为在窗口元件和研磨垫基材间的缝隙中浆料泄漏而变得令人不满意。
为解决上述问题，USP6045439公开了一种用粘合剂把窗口元件粘合在研磨垫基材上的方法，并列举聚氨酯弹性体，橡胶胶粘剂和环氧基粘合剂为优选的粘合剂实例。聚氨酯弹性体粘合剂有强粘合力和优异的耐久性，并且通过在固化后膨胀填充窗口元件和研磨垫基材之间的缝隙，因此有助于防止浆料的泄漏。然而，其涉及以下问题：(1)粘合剂的固化耗时长，因此降低生产率，(2)在固化时粘合剂的膨胀造成窗口元件的变形，由此窗口元件的一部分会从研磨垫基材的表面凸出，从而不能得到具有平滑表面的研磨垫。同时，当使用橡胶胶粘剂或常用粘合剂(如环氧基粘合剂)时，一部分粘合剂在溢出进入研磨垫的抛光表面时可能会凝固，或者在抛光期间，凝固的一部分粘合剂会作为碎片掉落，由此刮伤所要抛光的表面。
发明概述
为了可解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种包含用于光学终点检测的窗口元件的研磨垫，其可防止浆料从窗口元件和研磨垫基材的间隙中泄漏，并且其使抛光终点光学检测有效进行而不因为刮伤抛光表面而导致降低抛光效率，以及一种层合研磨垫和一种抛光半导体晶片的方法。
下述内容使本发明的的其它目的和优点变得显而易见。
本发明的发明人对用于使用了光学终点检测装置的抛光的研磨垫，尤其是将窗口元件固定到研磨垫上的方法进行了深入研究，从而已经发现在研磨垫基材中采用可光固化粘合剂粘接、固定光透射元件作为窗口元件，使研磨基材和光透射元件之间无间隙以杜绝在抛光期间浆料从间隙泄漏以及刮伤这样的不良现象，由此可以通过光学终点检测方法进行高效率的抛光。本发明基于上述发现而完成。
换言之，根据本发明，首先，通过一种研磨垫实现本发明的上述目的和优点，该研磨垫包含具有从它的抛光表面延伸向相对一侧表面的通孔的研磨基材以及安置于该通孔中的光透射元件，并且上述光透射元件的外壁和与该外壁相对的通孔的内壁用光固化粘合剂层粘合在一起，以在通孔中固定上述光透射元件。
根据本发明，其次，通过一种层合研磨垫实现本发明的上述目的和优点，该层合研磨垫包含本发明的研磨垫和位于与研磨垫抛光面相对的表面上形成的基层(其具有光透射性能)。
根据本发明，再次，通过一种用研磨垫抛光半导体晶片的方法实现本发明的上述目的和优点，其中使用本发明的研磨垫或层合研磨垫，并由光学终点检测装置通过研磨垫或层合研磨垫的光透射元件检测半导体晶片的抛光终点。
附图简述
图1是本发明研磨垫的一个实例的剖面图；
图2是研磨基材中形成的通孔的一个实例的剖面图；
图3是研磨基材中形成的通孔的另一个实例的剖面图；
图4是研磨基材中形成的通孔的另外又一个实例的剖面图；
图5是研磨基材中形成的通孔的再一个实例的剖面图；
图6是研磨基材中形成的通孔的再次一个实例的剖面图；
图7是研磨基材中形成的通孔的再次一个实例的剖面图；
图8是本发明研磨垫的另一个实例的剖面图；
图9是本发明研磨垫的另外又一个实例的剖面图；
图10是本发明研磨垫的再一个实例的剖面图；
图11是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图12是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图13是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图14是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图15是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图16是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图17是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图18是图17所示研磨垫的局部图解；
图19是本发明研磨垫的再次一个实例的剖面图；
图20是研磨基材中形成的通孔中固定了光透射元件的研磨垫的一个实例的平面图；
图21是研磨基材中形成的通孔中固定了光透射元件的研磨垫的另一个实例的平面图；
图22是包含固定层的研磨垫的一个实例的剖面图；
图23是包含固定层的研磨垫的另一个实例的剖面图；
图24是包含固定层的研磨垫的另外又一个实例的剖面图；
图25是包含固定层的研磨垫的再一个实例的剖面图；
图26是本发明层合研磨垫的一个实例的剖面图；
图27是解释使用本发明研磨垫或层合研磨垫的抛光机的示意图。
优选实施方案的详细描述
以下详细公开本发明。
本发明的研磨垫包含具有从它的抛光表面延伸向相对表面的通孔的研磨基材，和在通孔中安装的光透射元件。
上述研磨基材自身具有抛光功能，优选在抛光表面保留住浆料并且能暂时保留抛光后的残余粉尘。更优选的是，即使当在通孔中安装了光透射元件，其也可以保持其形状。该研磨基材是否具有光透射性无关紧要。不特别限定研磨基材的平面形状，因而可以是圆形或多边形如四边形。研磨基材的大小也不特别限定。研磨基材的厚度根据应用目的而有所变化但要0.5mm或更厚，如优选1-3mm。厚度可以总体上恒定也可以局部不同。
优选上述研磨基材抛光表面具有一种结构，其在抛光期间至少形成细微小孔(以下称“微孔”)、沟槽、凹陷或起毛(fluff)以保留住浆料并且能暂时保留抛光后的残余粉尘。它们可以具有预定的形状如点图案或无规则形状。它们可以预先形成或在抛光过程中形成。起毛可以由表面更新(renewal)形成。
研磨基材选自(1)一种研磨基材，其包含水不溶性基质材料(A)和分散于水不溶性基体材料(A)中的水溶性物质(B)(颗粒或纤维的形式)，并且在抛光期间形成微孔或沟槽，(2)一种研磨基材(如发泡材料)，其包含水不溶性基体材料(A)和分散于水不溶性基体材料(A)中的微孔，以及(3)一种研磨基材，其仅由水不溶性基体材料(A)组成且能通过表面更新起毛。
各种材料可以用于上述水不溶性基体材料(A)。因为其易于成型而容易获得预定的形状或性能并能提供适当的弹性，优选使用有机材料。作为有机材料可以采用热塑性树脂、热固性树脂、弹性体或橡胶。其可以单独使用或两种或更多种结合使用。上述水不溶性基体材料(A)是否具有光透射性无关紧要。
上述热塑性树脂的实例包括聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯酸类树脂(如(甲基)丙烯酸酯树脂)，除聚丙烯酸类树脂外的乙烯基酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、氟树脂、聚碳酸酯树脂和聚缩醛树脂。它们可以单独使用或两种或更多种结合使用。
上述热固性树脂的实例包括酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚氨酯-脲树脂、脲树脂和硅树脂。它们可以单独使用或两种或更多种结合使用。
上述弹性体的实例包括苯乙烯弹性体(如苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物(SBS)以及其氢化嵌段共聚物(SEBS))，热塑性弹性体比如聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)、聚酰胺弹性体(TPAE)和二烯弹性体(如1，2-聚丁二烯)，硅树脂弹性体和氟树脂弹性体。它们可以单独使用或两种或更多种结合使用。
上述橡胶的实例包括丁二烯橡胶、苯乙烯·丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、异丁烯·异戊二烯橡胶、丙烯酸类橡胶、丙烯腈·丁二烯橡胶、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟橡胶。它们可以单独使用或两种或更多种结合使用。
这些材料可以由酸酐基团、羧基、羟基、环氧基或氨基改性。这些材料与水溶性物质(B)、用于抛光的浆料所包含的磨料颗粒和水性介质的亲水特性可以通过改性而调整。这些改性材料可以两种或更多种结合使用。
上述水不溶性基体材料(A)可以是交联聚合物或非交联聚合物。优选至少部分基体材料(A)是交联聚合物。例如，当水不溶性基体材料(A)是两种或更多种材料的混合物，至少一种材料的至少一部分是交联聚合物。
当上述水不溶性基体材料(A)至少部分具有交联结构时，研磨垫便具有了弹性回复力。因此，由于在抛光时由施加于研磨垫的剪切应力所产生的位移可以抑制，可以避免由水溶性物质(B)溶解或消失而形成的微孔由于水不溶性基体材料(A)在抛光和表面更新时被过度拉伸时的塑性形变而被填充。防止研磨垫表面过度起毛也是可能的。因此，抛光时浆料的存有率是高的，通过表面更新使浆料的存有率得以恢复，进而可防止待抛光材料表面被刮伤。
上述交联聚合物实例包括由交联树脂例如聚氨酯树脂、环氧树脂、聚丙烯酸类树脂、不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂(聚丙烯酸类树脂除外)、二烯基弹性体(1，2-聚丁二烯)、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丙烯酸类橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶和苯乙烯异戊二烯橡胶获得的聚合物、在上述热塑性树脂、热固性树脂、弹性体和橡胶中，以及在有交联剂的情况下或通过暴露于紫外线或电子束交联聚乙烯或聚偏氟乙烯获得的聚合物。也可以使用离聚物。
这些交联聚合物中，因为其可以提供充分高的光透射性，对包含在多种浆料中的强酸或强碱稳定而且几乎不吸水变软，特别优选交联的1，2-聚丁二烯。这些交联的1，2-聚丁二烯可以单独使用或与其它的橡胶例如丁二烯橡胶或异戊二烯橡胶混合使用。
上述不溶于水的基体材料(A)可以包含具有官能团的材料。此材料可以是亲水的或疏水的。为改善与浆料的相容性，它优选是亲水性的。亲水性材料的实例包括由选自至少一种极性基团(如酸酐基团、羧基、羟基、环氧基和氨基)改性的上述材料以及包括含官能团单体的(共)聚合物。
包括含官能团单体的(共)聚合物包括：含有(i)脂肪族共扼二烯单体(以下称为单体(a))作为聚合单元，(ii)具有至少一个可聚合不饱和基团和至少一个选自羧基、氨基、羟基、环氧基、磺酸基和磷酸基的官能团的单体(以下称为单体(b))作聚合单元的共聚物；以及包含(i)、(ii)和(iii)具有至少两个可聚合不饱和基团的单体(以下称为单体(c))作聚合单元的共聚物。
上述单体(a)的实例包括1，3-丁二烯、异戊二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯和氯丁二烯。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
上述单体(b)当中，具有羧基的单体包括不饱和的羧酸例如(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、tetraconic酸和肉桂酸；含自由羧基的酯如不可聚合多元羧酸例如邻苯二甲酸、丁二酸或己二酸与含羟基的不饱和化合物例如(甲基)烯丙醇或(甲基)丙烯酸2-羟乙酯的单酯，及其盐化合物。其中优选不饱和羧酸。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
具有氨基的单体优选具有叔氨基的单体。具有叔氨基单体的实例包括二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯比如二甲基氨基甲基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基甲基(甲基)丙烯酸酯、2-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-(二正丙基氨基)乙基(甲基)丙烯酸酯、2-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-(二正丙基氨基)丙基(甲基)丙烯酸酯、3-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、3-二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯以及3-二(正丙基氨基)丙基(甲基)丙烯酸酯；包含N-二烷基氨基烷基基团的不饱和酰胺比如N-二甲基氨基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-二乙基氨基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二乙基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二乙基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(3-二甲基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺以及N-(3-二乙基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺；以及包含叔氨基的乙烯基芳族化合物如N，N-二甲基-对-氨基苯乙烯、N，N-二乙基-对-氨基苯乙烯、二甲基(对-乙烯基苄基)胺、二乙基(对-乙烯基苄基)胺、二甲基(对-乙烯基苯乙基)胺、二乙基(对-乙烯基苯乙基)胺、二甲基(对-乙烯基苄氧基甲基)胺、二甲基[2-(对-乙烯基苄氧基)乙基]胺、二乙基(对-乙烯基苄氧基甲基)胺、二乙基[2-(对-乙烯基苄氧基)乙基]胺、二甲基(对-乙烯基苯乙氧基甲基)胺、二甲基[2-(对-乙烯基苯乙氧基)乙基]胺、二乙基(对-乙烯基苯乙氧基甲基)胺、二乙基[2-(对-乙烯基苯乙氧基)乙基]胺、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶以及4-乙烯基吡啶。这些当中，二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酸酯以及包含叔氨基的乙烯基芳族化合物是优选的。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
具有羟基的单体的实例包括(甲基)丙烯酸羟烷基酯如(甲基)丙烯酸2-羟乙基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙基酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙基酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁基酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丁基酯和(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯；聚亚烷基二醇(亚烷基二醇单元数目优选2-23)如聚乙二醇和聚丙二醇的单(甲基)丙烯酸酯；包含羟基的不饱和酰胺如N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-羟乙基)(甲基)丙烯酰胺和N，N-双(2-羟乙基)(甲基)丙烯酰胺；包含羟基的乙烯基芳族化合物如邻羟基苯乙烯、间羟基苯乙烯、对羟基苯乙烯、邻羟基α-甲基苯乙烯、间羟基α-甲基苯乙烯、对羟基α-甲基苯乙烯和对乙烯基苄基醇；和(甲基)烯丙基醇。这些当中，(甲基)丙烯酸羟基烷基酯和包含羟基的乙烯基芳族化合物是优选的。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
具有环氧基的单体的实例包括(甲基)烯丙基缩水甘油醚、(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯和3，4-氧化环己基(甲基)丙烯酸酯。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
具有磺酸基的单体的实例包括(甲基)丙烯酰胺单体如2-(甲基)丙烯酰氨基乙磺酸、2-(甲基)丙烯酰氨基丙磺酸、3-(甲基)丙烯酰氨基丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸和3-(甲基)丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸；(甲基)丙烯酸酯单体如(甲基)丙烯酸乙酯-2-磺酸酯、(甲基)丙烯酸丙基酯2-磺酸酯、(甲基)丙烯酸丙基酯3-磺酸酯和(甲基)丙烯酸乙基酯1，1-二甲基2-磺酸酯；乙烯基芳族化合物单体比如对-乙烯基苯磺酸和对-异丙烯基苯磺酸；及其盐化合物。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
具有磷酸基团的单体的实例包括亚乙基(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、1，3-丙二醇(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、1，4-丁二醇(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、亚丙基(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、双(亚乙基(甲基)丙烯酸酯)磷酸酯、双(1，3-亚丙基(甲基)丙烯酸酯)磷酸酯、双(1，4-亚丁基(甲基)丙烯酸酯)磷酸酯、二甘醇(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、三甘醇(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯磷酸酯、双(二甘醇(甲基)丙烯酸酯)磷酸酯、双(三甘醇(甲基)丙烯酸酯)磷酸酯、双(聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯)磷酸酯，及其盐化合物。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
上述单体(c)的实例包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基苯、二异丙烯基苯以及三乙烯基苯。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。
可通过作亲水性物质的上述单体(a)、(b)、(c)的自由基聚合、阴离子聚合或阳离子聚合制备上述包括含官能团单体的(共)聚合物。在共聚物的情况下，它可以是无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。
当具有官能团的材料包含于水不溶性基体材料(A)中时，基于100质量％的水不溶性基体材料(A)，该材料的含量优选90质量％或更低，更优选0.1-80质量％，特别优选0.2-50质量％。
当上述水不溶性基体材料(A)的试样在80℃按JIS K6251断裂时，上述水不溶性基体材料(A)断裂后的残余伸长率(以下简称为“残余断裂伸长率”)优选100％或更低。这表示断裂后试样上标线间总距离优选为断裂前标线间距离的2倍或更小。残余断裂伸长率优选30％或更低，更优选10％或更低，特别优选5％或更低。通常大于等于0％。当上述残余断裂伸长率大于100％时，微小的碎片会从研磨基材表面上剥落或在抛光或表面更新时发生拉伸而容易填充微孔。
“残余断裂伸长率”是根据JIS K 6251中规定的“硫化橡胶拉伸试验方法”，在拉伸试验中拉伸速率为500mm/min、试验温度为80℃下，使哑铃形No.3试样断裂，从断裂和分离的试样的断裂部位与每条标线之间的总距离中减去试验前标线间的距离而得到残余断裂伸长率。试验温度为80℃是因为在实际抛光时滑动接触所达到的温度约为80℃。
上述研磨基材(1)中水溶性物质(B)能形成微孔，该微孔能保留住浆料并在抛光后把残余粉末临时保留在水溶性物质(B)通过与抛光时从外部提供的浆料或类似物接触发生溶解或溶胀而从研磨基材的表面消失的位置处。各种材料可用于形成水溶性物质(B)。其可以是有机水溶性物质或无机水溶性物质。或者其是吸水性物质，只要它具有上述功能。
该有机水溶性物质的实例包括糊精、环糊精、甘露醇、糖类如乳糖、纤维素如羟基丙基纤维素和甲基纤维素、淀粉、蛋白质、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚环氧乙烷，水溶性感光树脂、磺化聚异戊二烯和磺化聚异戊二烯共聚物。
无机水溶性物质的实例包括硫酸钾、醋酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾和硝酸镁。
这些当中，环糊精和硫酸钾是优选的。它们可以单独使用或两个或更多结合使用。有机和无机水溶性物质可以结合使用。
水溶性物质(B)优选只在其暴露于研磨基材表面时才在水中溶解，并且当其不位于表面以及存在于研磨基材的内部时不吸湿或不发生凝胶。因此，在水溶性物质(B)的最外层部分的至少一部分上形成由环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、多肽或聚硅酸盐组成的用于抑制吸湿性的外壳。
水溶性物质(B)优选为固态但也可以为液态。液态水溶性物质(B)包括本身呈液态的水溶性物质和在常温下呈固态而非液态的水溶性物质，其溶解于主要是水的介质中而成为水溶液。液体水溶性物质(B)优选在抛光期间溶解进入浆料中而对抛光效率无负面影响。液态水溶性物质(B)的实例包括有机酸如富马酸、乙酸、酒石酸水溶液、丁二酸水溶液、丙二酸水溶液、氧化性水溶液如过氧化氢水溶液、过乙酸水溶液和硝酸。
固态水溶性物质(B)不局限于特定形状而可以是颗粒，例如球状、棱角状、异形(四足动物形、星形，等等)或纤维状。水溶性物质(B)优选近似球状，特别优选球形。当水溶性物质(B)为液态时，其无一定形状。
上述水溶性物质(B)的尺寸优选是均匀的。上述水溶性物质(B)的平均粒径优选0.1-500μm，更优选0.5-200μm，特别优选1-150μm。当上述平均粒径小于0.1μm，在抛光期间所形成的微孔比包含在浆料中的磨料颗粒小而使磨料颗粒不会存留在微孔中而带来不利影响。当平均粒径大于500μm时，所形成的微孔变得太大，由此所得研磨垫的机械强度和抛光速度会下降。
当上述研磨基材是上述研磨基材(1)时，基于总量为100vol％的水不溶性基体材料(A)和水溶性物质(B)，水溶性物质(B)的含量优选0.1-90vol％，更优选10-90vol％，更进一步优选12-60vol％，特别优选15-45vol％。当水溶性物质(B)的含量低于0.1vol％时，在抛光期间研磨基材的抛光表面上没有充分形成微孔并且抛光速度会下降。当水溶性物质(B)的含量高于90vol％时，完全防止分散于水不溶性基体材料(A)中的水溶性物质(B)在抛光过程中接连地凝胶化或溶解并由此使研磨基材的硬度和机械强度保持在一定适当的数值是很难的。
上述通孔从前延伸至背面，即，从研磨基材的抛光表面到相对一侧的表面，并且形成该通孔是为了固定光透射元件。上述通孔可以在任意位置形成，中心部位或研磨基材的边端部分。当通孔位于端部形成时，研磨基材的边端可以是切口部分。通孔可以在研磨基材中垂直或倾斜形成。
上述通孔的形状不特别限定并且其垂直抛光表面方向的平面形状可以是多边形如正方形、长方形或梯形、圆形、扇形或环形。这其中，考虑到用于固定光透射元件的可光固化粘合剂的渗透性和粘合而优选正方形、长方形和圆形。上述通孔的断面形状可以是如T-形、倒T-形、四边形或其他形状。图2-6显示了通孔的实例。上述研磨基材的对应于上述通孔开口的边端部分可以如图7所示带倒角。图2-7中，顶侧是抛光面一侧。图2-7中，参考标号11代表研磨基材而12代表通孔。
上述通孔的尺寸不特别限定。然而，当其开口是圆形时，开口直径优选20mm或更大(其通常是研磨垫半径的2/3或更小)，当其开口是环形时，其宽度优选20mm或更大(其通常是研磨垫半径的2/3或更小)，当其开口是四边形时，其长度优选30mm或更大(其通常是研磨垫半径的2/3或更小)，其宽度优选10mm或更大(其通常是研磨垫半径的2/3或更小)。当上述通孔比上述长度短时，通孔很难透过光如用于终点检测的光。通孔的数量不特别限定。
上述通孔可以通过切削形成，例如用冲孔刀(punching blade)、激光切割器、线锯或立铣刀。通孔可以在成型时使用模具形成。
上述光透射元件放置在上述通孔中并具有便于抛光终点检测的透光性能。这里所用术语“透光性能”表示光的透射能力。透光性能的程度不特别限定。当上述光透射元件的厚度是2mm时，对100-3000nm的光波长具有0.1％或更高的透射率或对100-3000nm的光波长具有0.1％或更高的积分透射率。该透光率或累积透光率优选1％或更高，更优选2％或更高。该透光率或累积透光率无需高于所要求的，可以是50％或更低，优选30％或更低，特别优选20％或更低。
优选对400-800nm的波长具有高透射率，其通常用于应用光学终点检测装置的抛光所使用的研磨垫的终点检测。当研磨垫厚度为2mm时，其对400-800nm的光波长透光率优选0.1％或更高，更优选1％或更高，还更优选2％或更高，特别优选3％或更高并且一般不大于50％，或者其对400-800nm的光波长累积透光率优选0.1％或更高，更优选1％或更高，还更优选2％或更高，特别优选3％或更高并且一般不大于90％。
该透光率或累积透光率无需高于要求，可以是20％或更低，优选10％或更低，特别优选5％或更低。
上述透光率是在每个波长下用UV吸光测定计测量的数值，其可以测定2mm厚的试样在规定波长下的吸光率。累积透光率通过积分在规定波长范围内类似测定的透光率得到。
本发明中光透射元件的材料不特别限定，只要其能提供上述光透过性。其可以由聚合物材料如单独由一种树脂构成或由具有光透过性的结晶性无机材料组成。在本发明中，上述光透射元件优选含有一种水不溶性基体材料(A)和分散于水不溶性基体材料(A)中的水溶性物质(B)。
作为上述水不溶性基体材料(A)，可以单独或结合使用两种或多种与描述用于形成上述研磨基材的水不溶性基体材料(A)时所列举的那些相同的材料，只要它们即使在水溶性物质(B)分散于其中时也具有光透过性。材料优选的性能和形状与上述的相同。水不溶性基体材料(A)可以与形成上述研磨基材的水不溶性基体材料(A)相同或不同。
至少部分上述水不溶性基体材料(A)优选为交联聚合物，更优选交联1，2-聚丁二烯。
作为上述水溶性物质(B)，可以单独或结合使用两种或多种与上述研磨基材(1)的水溶性物质(B)所列举的那些相同的材料。材料优选的性能和形状与上述的相同。水溶性物质(B)可以与形成上述研磨基材的水溶性物质(B)相同或不同。
上述水溶性物质(B)具有使光透视元件的压痕硬度与研磨基材的硬度相匹配的功能。研磨垫的整体邵氏D硬度优选35-100以便增加抛光时所施加的压力，改进抛光速率和获得高平坦度。然而，仅仅由上述水不溶性基体材料(A)得到所要求的邵氏硬度D是困难的。在此情况下，除了通过在抛光期间消除固体水溶性物质(B)形成微孔之外，将固体水溶性物质(B)分散于水不溶性基体材料(A)中还把邵氏硬度D 提高到与研磨基材的硬度相同的水平并且使整个研磨垫的压痕硬度提高到令人满意的水平。
在上述光透射元件中，基于总量为100vol％的水不溶性基体材料(A)和水溶性物质(B)，上述水溶性物质(B)含量优选0.1-90vol％，更优选0.5-30vol％，进一步更优选1-10vol％，特别优选15-45vol％。当水溶性物质(B)含量低于0.1vol％时，抛光期间形成的微孔的数量少而且所要求的抛光速度难以达到。当含量大于90vol％时，研磨垫会变得太脆。
提供透光性能的方法不特别限定。例如，可以通过控制结晶度实现。上述水不溶性基体材料(A)本身不必是透明的(包括半透明)，只要其能提供光透过性(是否能透过可见光无关紧要)。它优选具有较高的光透过性，更优选是透明的。
此光透射元件的形状不特别限定。光透射元件的平面形状通常取决于通孔的形状。因此，上述光透射元件的形状通常与通孔的形状一样，可以是多边形、圆形、扇形、或环形。上述光透射元件的尺寸可以完全和通孔的一样，或者考虑到在光透射元件和通孔内壁间的界面处形成的由可光固化粘合剂组成的粘合剂层的厚度，而比通孔更大或更小。
光透射元件的断面形状不特别限制。任何形状都可以接受，只要其至少一部分能安装在通孔中。例如，可以有如图1和图8-17所显示的断面形状。图1、图8、和图9显示研磨垫，其中光透射元件2安置、粘接并固定在通孔中，其具有与研磨基材11几乎相同的厚度和形状。图10-17显示研磨垫，其中厚度和形状不同于研磨基材11(也就是说做得薄)的光透射元件2被安置、粘接并固定在通孔中(图10-15)，或只将光透射元件与研磨基材的通孔的内壁相对的外壁的一部分用粘合剂固定(图16和图17)。图17所显示的研磨垫的局部图解用图18表示。
当光穿过光透射元件时，光强度减弱正比于光透射元件的厚度的平方。因此，使用做得薄的光透射元件，光透过性能可以大幅度提高从而易于检测到抛光终点。表述“做得薄”表示所制造光透射元件的厚度比研磨基材的垂直于研磨垫抛光表面方向最大厚度要小，它包含上述光透射元件的光透过部分做得如图14所示薄的情形。
上述光透射元件的厚度优选0.1mm或更大，优选0.3mm或更大并且通常不大于3mm。当厚度小于0.1mm时，很难确保光透射元件有足够高的机械强度。
使光透射元件做得薄而形成凹陷部分(图11)，此处是通孔内不存在光透射元件的部位，或者光透射元件的凹陷部分(图15)可以在研磨垫的前侧或背侧的任意一侧上形成。当其在研磨垫的背侧(非抛光表面)形成时，光透射元件可以做得薄而不会影响抛光效率。
不特别限定上述光透射元件的数量，该数量可以是相应于通孔个数的一个或多个。不特别限定光透射元件的位置。例如，当研磨垫具有一个光透射元件时，可以如图20安置。进而，当研磨垫具有两个或多个光透射元件时，可以如图21所示彼此同心安置。
本发明的研磨垫可以在一个通孔中或在各个通孔中具有多个光透射元件，其透光性不同。
所有包含于浆料中的添加剂如磨料颗粒、氧化剂、碱金属氢氧化物、酸、PH调节剂、表面活性剂和防刮伤剂，可以包含于上述形成本发明研磨垫的研磨基材中。
除上述添加剂之外，可以进一步包含添加剂如填料、软化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、抗静电剂、润滑剂和增塑剂。填料的例子包括改善劲度的材料如碳酸钙、碳酸镁、滑石和粘土，以及具有抛光效果的材料，如硅石、矾土、铈土、氧化锆、二氧化钛、二氧化锰、三氧化二锰和碳酸钡。它们可以单独使用或两种、多种结合使用。
上述光透射元件也可以在保持其透光性的限度内含有上述添加剂。
可以掺混相容剂以改善用于形成研磨垫基材和光透射元件的水不溶性基体材料(A)和水溶性物质(B)之间的相容性，以及包含于水不溶性基体材料(A)中的水溶性物质(B)的分散性。相容剂的实例包括由酸酐基团、羧基、羟基、环氧基、噁唑啉或氨基改性的均聚物、嵌段共聚物或无规共聚物、非离子表面活性剂、偶联剂及其残余物。它们可以单独使用或两种、多种结合使用。
不特别限定把水溶性物质(B)分散在水不溶性基体材料(A)中以形成上述研磨垫基材和光透射元件的方法。通常将水不溶性基体材料(A)，水溶性物质(B)以及其它添加剂捏合在一起。尽管在加热下捏合水不溶性基体材料(A)以使其易于加工，优选水溶性物质(B)在捏合温度下呈固态。如果水溶性物质(B)呈固态，其在保持上述优选的平均粒径的同时易于分散，不论它与上述不溶性基体材料(A)的相容性如何。因此，优选根据所使用水不溶性基体材料(A)的加工温度选择水溶性物质(B)的类型。
当上述组分一起捏合时，可以加入反应性添加剂如硫磺和过氧化物。由捏合所得到的组合物引入具有预定形状的金属模具中并加热以得到研磨基材或光透射元件。
本发明的研磨垫是这样的：至少上述光透射元件的外壁和与该外壁相对的上述通孔的内壁用光固化粘合剂层粘合在一起，以便上述光透射元件固定在上述通孔中。光透射元件的部分或全部外壁用上述光固化粘合剂层粘合。
尽管光透射元件只有一部分外壁如上所述粘接，但光透射元件必须固定在上述通孔中而使在垂直于研磨垫抛光表面的方向上在其间没有间隙。只要如上所述固定光透射元件，光固化粘合剂可以存在于任何位置(见图1，图8-17和图19。在这些图中的顶侧是抛光表面)。例如，图8、图9和图13-15显示研磨垫1中，其中在研磨基材11中形成的通孔的内壁和光透射元件2的外壁完全相互接触并且在所有接触部分形成光固化粘合剂层3。图10-12显示研磨垫1中，其中在研磨基材11中形成的通孔的内壁和光透射元件2的外壁之间的一个或两个接触部分用光固化粘合剂层3完全粘接。图16和17显示实施例中，尺寸小于通孔的光透射元件2被安置并且粘合剂层3形成在研磨垫的非抛光一侧。图1显示研磨垫1中在研磨垫非抛光一侧的光透射元件2的整个表面用与光固化粘合剂层相同的材料覆盖并且覆盖膜与粘合剂层形成一体。
如从图1、8-17和19显然的，从研磨垫的抛光面至非抛光面在作为窗口元件的光透射元件2的外壁和研磨基材11中的通孔内壁之间由于光固化粘合剂层3的原因，没有连通的间隙，由此使防止浆料在抛光期间向研磨垫的非抛光侧泄漏成为可能。为进一步增强此效果，优选增加粘合剂层3的面积。如图8、图9、图13-15和图19所示，更优选在光透射元件的外壁和与该外壁相对的通孔内壁之间的整个界面上形成粘合剂层。图1显示光透射元件2的非抛光侧表面也覆盖了与光固化粘合剂层相同的材料，其使有效防止浆料泄漏成为可能。进一步，如图19所示，形成光固化粘合剂层以覆盖在研磨垫非抛光一侧上的整个光透射元件2并与在光透射元件2的外壁和通孔内壁之间形成的粘合剂层形成连续相，这使以更大的可靠性防止浆料泄漏成为可能。在此情形下，该层可完美地覆盖光透射元件2并如图19所示形成于研磨垫的整个非抛光表面上。
上述层的厚度不特别限定，但优选具有足够高的强度。当光固化粘合剂层为透明时，优选具有能提供足够高的透光性的厚度。
形成上述光固化粘合剂层的光固化粘合剂不特别限定，只要其具有可光固化性和粘合性。优选在它光固化后对400-800nm的波长具有透光性。
术语“透光性”表示当厚度为2mm时，对于波长400-800nm的光的透过率优选为0.1％或更高，更优选1％或更高，还更优选2％或更高，特别优选3％或更高并且一般不大于50％，或者其对400-800nm波长的光的累积透光率优选为0.1％或更高，更优选1％或更高，还更优选2％或更高，特别优选3％或更高并且一般不大于90％。
透过率或累积透光率不必高于要求，通常为不大于20％，可以不大于10％，尤其不大于5％。
优选可光固化粘合剂含有树脂组分和烯属不饱和单体和任选的光聚合引发剂和其他添加剂。
树脂组分的例子包括聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸脂、环氧(甲基)丙烯酸酯、聚酰胺(甲基)丙烯酸酯、包含(甲基)丙烯酰氧基的硅氧烷聚合物、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、和由其它的可聚合单体的聚合物同(甲基)丙烯酸反应得到的反应性聚合物。这些当中，具有光透射性并且提供高强度固化产品的聚氨酯(甲基)丙烯酸酯是优选的。
上述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯由多元醇化合物，多异氰酸酯化合物和包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物反应生成。
具体地，它们是由多异氰酸酯化合物的异氰酸酯基同多元醇的羟基和包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物的羟基反应得到。例如，以下四个方法可用来制造聚氨酯(甲基)丙烯酸酯。方法1：多元醇化合物、多异氰酸酯化合物和包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物同时加料以相互反应。方法2：多元醇化合物和多异氰酸酯化合物首先彼此反应然后同包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物反应。方法3：多异氰酸酯化合物和包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物首先彼此反应然后同多元醇化合物反应。方法4：多异氰酸酯化合物和包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物首先彼此反应，然后同多元醇化合物反应最终又同包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物反应。
作为聚氨酯(甲基)丙烯酸酯原料的多元醇化合物的实例包括芳族聚醚多元醇、脂肪族聚醚多元醇，脂环族聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚己内酯多元醇。其中优选脂肪族聚醚多元醇。
多异氰酸酯化合物的例子包括2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、1，3-二甲苯二异氰酸酯、1，4-二甲苯二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对-苯二异氰酸酯、3，3’-二甲基-4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、3，3’-二甲基亚苯基二异氰酸酯、4，4’-联苯二异氰酸酯、1，6-己烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、亚甲基双(4-环己基异氰酸酯)、2，2，4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1，4-六亚甲基二异氰酸酯、双(2-异氰酸酯合乙基)富马酸酯、6-异丙基-1，3-苯基二异氰酸酯、4-二苯基丙烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和四甲基二甲苯二异氰酸酯。
包含羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物的实例包括2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基丁基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、2-羟烷基(甲基)丙烯酰磷酸酯、(甲基)丙烯酸4-羟基环己基酯、1，6-己二醇单(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇单(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基乙烷二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯和二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯。
作为本发明的水不溶性基体材料(A)，由此获得的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯化合物的数均分子量优选1,000-40,000、更优选1,000-20,000。
上述烯属不饱和单体的实例包括丙烯酰基吗啉、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、二异丙基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸异冰片酯、丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、二环戊烯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸环己酯、二环戊二烯基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯、双丙酮丙烯酰胺、异丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、丙烯酸3-羟基环己基酯和2-丙烯酰环己基琥珀酸。
可以非必要地加入到可用于本发明的可光固化粘合剂中的光聚合引发剂是，例如，紫外光敏感聚合引发剂。该光聚合引发剂的例子包括1-羟基环己基苯基酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、呫吨酮、芴酮、苯甲醛、芴、蒽醌、三苯胺、咔唑、3-甲基苯乙酮、4-氯二苯酮、4，4′-二甲氧基二苯酮、4，4′-二氨基二苯酮、Michler酮、苯偶姻丙醚、苯偶姻乙醚、苯甲基二甲基缩酮、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基-丙-1-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮、噻吨酮、二乙基噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-吗啉代-丙-1-酮和2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦。
除上述添加剂之外，本发明的光固化粘合剂可以包含敏化剂、表面活性剂等。
在25℃下上述可光固化粘合剂的粘度优选为1000-100000mPa·s，更优选2000-50000mPa·s，进而更优选3000-30000mPa·s。若该粘度低于1000mPa·s，在使用时由于高流动性，可光固化粘合剂会从光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙溢出流入研磨垫的抛光表面。若该粘度高于100000mPa·s，流动性降低从而工作效率下降。
优选上述可光固化粘合剂固化后在剪切下具有5-9MPa的粘合强度并且固化后杨氏模量为50-70MPa。
用上述光固化粘合剂在通孔中固定光透射元件的方法不特别限定，但可以使用以下方法。(1)在该可光固化粘合剂涂覆于光透射元件的外壁或通孔内壁的粘接部分之后，将光透射元件放置在通孔中，然后光固化粘合剂由曝光固化以把光透射元件固定在通孔中。(2)在光透射元件安装在通孔中之后，光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙填充可光固化粘合剂，然后由曝光固化以把光透射元件固定在通孔中。(3)在光透射元件放置在通孔中之后，可光固化粘合剂涂覆在光透射元件在非抛光一侧的表面上，同时其填充于光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙，然后由曝光固化以把光透射元件固定在通孔中。
在上述所有的方法中，优选光固化粘合剂不溢出流入到研磨垫的抛光表面。
光固化粘合剂通过曝光于可见光辐射、紫外光辐射、远紫外光辐射、电子束辐射、X线辐射等固化。其中，波长190-450nm的辐射是优选的。对上述辐照的曝光可以用水银灯等实施。
曝光的量优选10-10000J/m2。
在本发明的研磨垫的非抛光表面形成固定层以在抛光机，具体讲是抛光机的台板上固定该抛光垫。固定层不限于特定的材料和形状只要能固定研磨垫即可。
用于形成上述固定层的材料的透光性能无特别限制。若形成上述固定层的材料具有透光性，固定层可形成以覆盖研磨垫的整个非抛光表面(见图22和图23，数字4代表固定层)。若形成上述固定层的材料不具有透光性或具有低的透光性，在对应于光透射元件的位置处形成一个通孔(见图24)。此通孔可以与形成于研磨基材上的通孔的面积相同或不同。若其具有不同的面积，其可比该通孔更大或更小。
上述固定层可由单层或多层组成(见图22和图24，这些图中顶面是抛光侧)。固定层的实例包括由粘合性材料如两面胶胶带组成的层、由涂覆粘合剂形成的粘合剂层和防剪切层(利用与抛光机台板表面的高摩擦力)。若上述固定层为由粘合性材料组成的粘合剂层(如两面胶粘合剂层或由涂覆粘合剂形成的粘合剂层)，剥离层42按要求形成为最外层并与粘合剂层41组合以形成固定层4(见图25)。当存在此剥离层42时，粘合剂层41在使用前可以得到保护并且可以在使用时通过除去剥离层42使研磨垫容易地固定在抛光机上。
上述固定层中，因为其具有剥离层，优选由两面胶胶带组成的层。可用于上述固定层的粘合剂组分可为热塑性粘合剂如丙烯酸类或合成橡胶粘合剂，热固性或可光固化粘合剂。可商购的粘合剂产品包括Sumitomo 3M Limited的#442，以及Sekisui Chemical Co.，Ltd.的#5511和#5516。
若由两面胶胶带组成的层作为上述固定层，通孔优选形成于粘合性双面胶带的预定位置。形成通孔的方法无特别限定。通孔可以用激光切割机或冲孔刀形成。若使用激光切割机，可在由粘合性双面胶带形成固定层之后形成通孔。
本发明的层合研磨垫包含上述的研磨垫和形成于研磨垫非抛光表面(与抛光面相对的背面)上的基层并且在层合方向具有透光性(见图26，标记5代表层合研磨垫，6代表基层，顶侧是抛光侧)。
上述基层形成于与研磨垫抛光面相对的背面上。不特别限制形成基层的材料，各种材料都能用。因为易于成型为预定的形状、预定的性能并能提供适当的弹性，优选用有机材料。该有机材料可以用与上述光透射元件的水不溶性基体材料(A)相同的材料。形成基层的材料可以与光透射元件的水不溶性基体材料(A)、上述研磨垫基材的水不溶性基体材料(A)相同或不同。
基层是否有透光性无关紧要。例如，若所使用的基层的组成材料的透光性与上述光透射元件的相同或更高，可确保层合研磨垫的透光性。在此情形下，可以形成或不形成切除部分。进一步地，若所用基层无透光性，通过切除基层的部分用于透光以确保层合研磨垫的透光性。
上述基层的形状无特别限定而可以为圆形、多边形片状如四边形、格子状。通常其具有与研磨垫相同或更大的平面尺寸。当其具有切除部分以确保透光性时，这部分排除在外。上述基层的厚度无特别限定而通常为上述研磨垫基材厚度的0.1-2倍。其优选类似于薄片形。
上述基层可以由单层或多层组成。若其由两层或更多层组成，其可以由相同或不同的组分构成。
上述基层的硬度不特别限定，但优选比研磨垫基材来得低。由此，层合研磨垫具有足够高的柔韧性和对所抛光表面的不平整性在总体上具有适当的适形性。
可以在本发明的层合研磨垫上如以上研磨垫而形成固定层。通常形成在基层的背面。
本发明的研磨垫和层合研磨垫适用于抛光如半导体晶片或液晶基材等需要抛光的材料。
由于本发明的研磨垫通过其光透射元件透过光，若其安装在装备了光学终点检测装置的抛光机上，其能更好地用于半导体晶片等的抛光。由于在上述抛光垫的背面具有基层的层合抛光垫在以上基层中有透光部分(如切除部分)，其也能用于装备了光学终点检测装置的抛光机。该光学终点检测装置通过从研磨垫的背面向抛光面透射光，将其投射到待抛光表面上，并用从被抛光表面反射的光监测被抛光的表面的抛光条件，从而检测抛光终点。例如，当本发明的研磨垫和层合研磨垫为盘形时，多个光透射元件成一圈安置并同心于盘的中心以便能在不停地监测抛光终点的同时进行抛光。若使用光学终点检测装置，抛光可很确定地在最优化的抛光终点终止抛光而不会抛光过度，这是很有效率的。
本发明半导体晶片的抛光方法用本发明的研磨垫或层合研磨垫抛光半导体晶片，使用光学终点检测装置检测半导体晶片的抛光终点。
上述光学终点检测装置如上所述。在本发明半导体晶片的抛光方法中，使用如图27所示的抛光机。也就是说，该抛光机包含研磨垫，固定抛光垫的旋转工作台板，加压头(其可沿水平和垂直方向转动、移动)，浆料加料单元(用于在单位时间内以预定量滴加浆料在工作台板上)，以及安装在工作台板下的光学终点检测装置。
在该抛光机中，本发明的研磨垫或层合研磨垫固定在工作台板上，半导体晶片固定在加压头下端面上并以预定的压力压在研磨垫上与研磨垫形成接触。浆料从浆料加料单元在单位时间内以预定量滴加在工作台板上，并且工作台板和加压头转动以使半导体晶片与抛光用研磨垫形成滑动接触。
由光学终点检测装置产生具有预定波长或波长范围的终点检测辐射线R1，其从工作台板底部通过光透射元件施加在半导体晶片的待抛光表面上(工作台板本身具有透光性或工作台板被部分切除以透过终点检测射线)。由来自半导体晶片待抛光表面反射此终点检测辐射线R1而得到反射射线R2，其为光学终点检测装置所捕捉以便一边抛光一边由反射射线监视被抛光表面的状态。
上述浆料是指至少含有磨料颗粒的水分散体和可以是在抛光时由外部供应的浆料或仅为水性介质(不含磨料颗粒)。比如当供料仅为含水介质时，磨料颗粒由研磨垫内部释放出来并在抛光步骤中与水性介质一起混合以形成浆料。
根据本发明的抛光半导体晶片的方法，进行抛光的同时总在监视抛光情况并能确保在最优抛光终点结束。
实施例
提供以下实施例进一步说明本发明。
研磨垫的制造
(1)光透射元件的制造
97vol％1，2-聚丁二烯(JSR公司的JSR RB 830，其能后来交联而成为水不溶性基体材料(A))和3vol％具有16微米平均颗粒直径的β-环糊精(Bio ResearchCorporation of Yokohama的Dexy Pearl β-100，作为水溶性物质(B))由加热到120℃的捏合机一起捏合。之后，基于总量为100质量份的1，2-聚丁二烯和β-环糊精，加入0.8质量份的作为有机过氧化物的过氧化二枯基(NOF Corporation的Percumyl D)并进一步捏合。然后，在压模中于170℃进行交联反应20分钟以成型为盘状交联的模塑制品(其直径600mm，厚度2.2mm)。之后，用哑铃形切刀得到长度57mm、宽度20mm、厚度2.2mm的光透射元件
(2)研磨基材的制造
80vol％1，2-聚丁二烯(JSR公司的JSR RB 830，其能后来交联而成为水不溶性基体材料(A))和20vol％上述β-环糊精(Bio Research Corporation ofYokohama的Dexy Pearl β-100，作为水溶性物质(B))由加热到120℃的捏合机一起捏合。之后，基于总量为100质量份的1，2-聚丁二烯和β-环糊精，加入0.8质量份的作为有机过氧化物的过氧化二枯基(NOF Corporation的Percumyl D)并进一步捏合。然后，在压模中于170℃进行交联反应20分钟以成型为盘状交联的成型制品(其直径51mm，厚度2.8mm)。之后，用切割机(KatoMachinery Co.，Ltd.)在模塑制品的一个表面上形成0.5mm宽、间距2mm、深度1.4mm的同心凹槽。进而，用立铣刀(Kato Machinery Co.，Ltd.制)在距离盘体中心7.2cm的位置形成长58mm、宽21mm的长方形通孔以得到研磨基材。
(3)研磨垫制造
实施例1
将在上述(2)得到的研磨基材11放置于实验台上，使具有研磨基材11的凹槽13的表面(抛光面)面向下，然后将在上述(1)得到的光透射元件2插入通孔中。之后，1ml基本由聚氨酯丙烯酸酯和烯属不饱和单体组成的可光固化粘合剂(Desolite Z8007，25℃下粘度为8000mPa·s，由Japan Fine Coatings Co.，Ltd.制造)均匀涂覆在光透射元件2上，填充光透射元件2的外壁和通孔内壁之间的间隙以确保其不溢流到面向下的抛光表面，并且由卤灯产生的5000J/m2的光照射固化形成粘合剂层3，由此得到图1和图20所示研磨垫1(I)。
这里所用粘合剂固化后剪切下的粘合强度为7.2MPa、杨氏模量为60MPa。
对比实施例1
与实施例1同样的方式得到研磨垫(II)，区别在于用商购的氰基丙烯酸酯基粘合剂(Cyanobond RP-HX，25℃下粘度为1000mPa·s，由Taoka ChemicalCo.，Ltd.制造)在通孔中固定光透射元件并自行干燥。
光透射元件的透光率
当用UV吸光测定计(Hitachi，Ltd.的U-2010)测量在670nm波长下上述(1)所得光透射元件的透光率时，5次测量的累积透光率的平均值为40％。在存在有上述(3)中获得的研磨垫(I)和(II)的光透射元件的位置处，在相同条件下，其透光率分别是41％和37％。
抛光半导体晶片
实施例2
实施例1所得研磨垫(I)固定在配备光学终点检测装置的抛光机的台板上，以抛光铜膜晶片，同时在100ml/min的流量和50rpm的工作台板转速下提供含有磨料颗粒的浆料。结果，抛光速率是7200埃/分钟。浆料在抛光期间不会从光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙泄漏到研磨垫(I)的非抛光表面上。当用光学显微镜(Olympus Co.，Ltd.的MX 50)在X200放大率以暗场模式观察时，在铜膜晶片的抛光面上看不到刮痕。
对比实施例2
与实施例2相同的方式抛光铜膜晶片，区别在于采用的是在研磨基材的通孔中固定上述(1)中得到的光透射元件而得到的研磨垫，该研磨基材具有的通孔的尺寸与光透射元件的相同，无需用粘合剂。结果，抛光速率是7100埃/分钟。尽管在铜膜晶片的抛光面上看不到刮痕，但在抛光期间，大量浆料从光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙泄漏到研磨垫的非抛光表面上，因此污染了工作台板。
对比实施例3
与实施例2相同的方式抛光铜膜晶片，区别在于使用对比实施例1得到的研磨垫(II)。结果，抛光速率是7050埃/分钟。尽管在抛光期间没有浆料从光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙泄漏到研磨垫(II)的非抛光表面上，但在铜膜晶片的抛光面上观察到从间隙中弹出的粘合剂的凝固物和许多刮痕。
对比实施例4
与实施例1同样的方式得到研磨垫(III)，区别在于用KR-120乙烯基氨基甲酸酯基粘合剂(Koyo Sangyo Co.，Ltd.制)作为粘合剂并在室温下任其固化。
与实施例2相同的方式，用研磨垫(III)抛光铜膜晶片。
结果，抛光速率是7000埃/分钟。在铜膜晶片的抛光面上观察到许多刮痕。
本发明的效果
在对比实施例2中，尽管抛光速率令人满意地达到7100埃/分钟，但抛光期间大量浆料从光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙泄漏到研磨垫的非抛光表面上，这不仅使实现精准的光学终点检测困难，而且使抛光工序难以稳定进行。在对比实施例3中，从光透射元件的外壁和通孔内壁之间的间隙中弹出的粘合剂的凝固物刮伤了抛光表面。在实施例2中，抛光速率令人满意地达到7200埃/分钟，可光固化粘合剂在其固化产物形成的粘接部分的强度是优异的。因此在抛光期间没有固化产物的掉落，可以进行稳定的抛光。
如上所述，由于抛光期间浆料在本发明研磨垫中不会从光透射元件和研磨基材之间的间隙泄漏，因此可以有效实施光学终点检测并且进行抛光时不会发生诸如刮伤这样的糟糕现象。
形成的可光固化粘合剂膜在研磨垫的非抛光表面一侧至少覆盖上述光透射元件。当该膜与粘合剂层(其形成于光透射元件的外壁和与该外壁相对的通孔的内壁之间)形成连续相时，粘合剂层强至足以万无一失地防止浆料在抛光期间从间隙泄漏，由此使更高效地进行抛光成为可能。
上述光透射元件含有水不溶性基体材料(A)和分散于水不溶性基体材料(A)中的水溶性物质(B)，基于总量为100vol％的上述水不溶性基体材料(A)和上述水溶性物质(B)，上述水溶性物质(B)的含量为0.1-90vol％时，可得到具有高透光性的光透射元件并且能万无一失地实施光学终点检测。
若上述水不溶性基体材料(A)至少部分是交联聚合物，可以避免抛光和修饰时微孔被填充。防止研磨垫表面过度起毛也是可能的。因此，抛光时浆料的存有率是高的，通过修饰使浆料的存有率得以容易地恢复，进而可防止刮伤。
若上述交联聚合物是交联1，2-聚丁二烯，可充分获得由于含有聚合物而致的上述效果，还可获得足够高透光性。交联1，2-聚丁二烯对包含于多种浆料中的强酸或强碱是稳定的，并且由于其几乎不会因吸水而软化，因此耐久性优异。
若上述光透射元件的厚度是2mm，其对400-800nm的光波长具有0.1％或更高的透光率或对400-800nm的光波长具有0.1％或更高的累积透光率，则使用上述范围内的波长容易实施光学终点检测。
若上述可光固化粘合剂25℃下的粘度为1000-100000mPa·s，光透射元件在通孔的内壁中容易固定。其可在不溢出到研磨垫的抛光面情况下粘接光透射元件。
若上述可光固化粘合剂含有聚氨酯(甲基)丙烯酸酯，光透射元件对通孔的内壁的粘合力高并且所得膜的透光性高，由此在不影响光学终点检测的情形下进行稳定抛光。
当上述通孔的截面形状是正方形、长方形或圆形时，可有效实施光学终点检测。
本发明的层合研磨垫包含上述研磨垫和形成在层合研磨垫的非抛光面上的基层，并且沿层合方向具有透光性，该层合研磨垫在抛光期间从间隙中无浆料泄漏并且没有如刮伤这样的糟糕现象，由此实现有效的抛光是可能的。
本发明的半导体晶片的抛光方法使用上述研磨垫和用于检测半导体晶片抛光终点的光学终点检测装置，该方法不仅观测抛光终点而且光学方式观测所有的抛光状态，由此可以有效地抛光待抛光材料。

Claims (12)

1.一种研磨垫，包含具有从它的抛光表面延伸向相对侧表面的通孔的研磨基材以及安置于该通孔中的光透射元件，通过使上述光透射元件的外壁和与该外壁相对的通孔的内壁用光固化粘合剂层粘合，使在该通孔中固定上述光透射元件。
2.权利要求1所述的研磨垫，其中形成膜以覆盖光透射元件上与研磨垫的抛光表面相对的表面，该膜由与光固化粘合剂层相同的原料制成并与光固化粘合剂层合为一体。
3.权利要求1所述的研磨垫，其中光透射元件包含水不溶性基体材料(A)和分散于水不溶性基体材料(A)中的水溶性物质(B)，并且基于100vol％总量的水不溶性基体材料(A)和水溶性物质(B)，水溶性物质(B)的含量为0.1-90vol％。
4.权利要求1所述的研磨垫，其中至少一部分水不溶性基体材料(A)是交联聚合物。
5.权利要求4所述的研磨垫，其中交联聚合物是交联的1，2-聚丁二烯。
6.权利要求1所述的研磨垫，其中当厚度为2mm时，光透射元件对400-800nm的光波长具有0.1％或更高的透射率或对400-800nm的光波长具有0.1％或更高的积分透射率。
7.权利要求1所述的研磨垫，其中光固化粘合剂层包含光固化粘合剂层的光固化产物，该光固化粘合剂层在25℃的粘度为1000-100,000mPa·s。
8.权利要求1所述的研磨垫，其中光固化粘合剂包含聚氨酯(甲基)丙烯酸酯。
9.权利要求1所述的研磨垫，其中通孔的断面形状为正方形，长方形或圆形。
10.一种层合研磨垫，它包含权利要求1的研磨垫和基层，其具有透光性，该基层形成于与研磨垫抛光表面相对的表面上。
11.一种用研磨垫抛光半导体晶片的方法，其中使用权利要求1所述的研磨垫，并且半导体晶片的抛光终点用光学终点检测装置通过研磨垫或层合抛光垫的光透射元件检测。
12.一种用研磨垫抛光半导体晶片的方法，其中使用权利要求10所述的层合研磨垫，并且半导体晶片的抛光终点用光学终点检测装置通过抛光垫或层合研磨垫的光透射元件检测。
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