CN102554767B - 用于化学机械抛光的互穿网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学机械抛光垫，其中该化学机械抛光垫具有抛光层，该抛光层含有包括连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相的互穿网络。本发明还提供了制造该化学机械抛光垫的方法和使用该化学机械抛光垫抛光基材的方法。

Description

用于化学机械抛光的互穿网络

本申请是申请人于2008年8月14日提交的申请号为200810210493.6、发明名称为“用于化学机械抛光的互穿网络”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及用于化学机械抛光的抛光垫领域。具体地，本发明涉及具有抛光结构的化学机械抛光垫，该抛光结构可用于化学机械抛光磁性基材、光学基材和半导体基材。

背景技术

在集成电路和其它电子设备的制造中，需将多层导电材料、半导体材料和介电材料沉积在半导体晶片的表面上以及将多层导电材料、半导体材料和介电材料从半导体晶片的表面上除去。可以使用数种沉积技术使导电材料、半导体材料和介电材料的薄层沉积。现代晶片加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为喷溅涂覆法)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学电镀法以及其它技术。常见的除去技术包括湿的和干的各向同性蚀刻法和各向异性蚀刻法以及其它技术。

当依次沉积和除去材料层时，晶片的最上端的表面成为非平面的。因为随后的半导体加工(比如金属喷镀)需要晶片具有平坦的表面，所以需要使晶片平面化。平面化用于除去不希望存在的表面形貌和表面缺陷，诸如粗糙的表面、聚集的材料、晶格破坏、刮擦和污染层或污染材料。

化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是用于使工件(诸如半导体晶片)平面化或对工件抛光的常见技术。在常规的CMP中，晶片支架或抛光头安装在支架组件上。抛光头固定住晶片并使晶片位于与抛光垫的抛光层接触的位置，抛光垫安装在CMP仪器内的平台或台板上。所述支架组件在晶片和抛光垫之间提供可控制的压力。同时，将一种浆料或其它抛光介质分配在抛光垫上并将其引入晶片和抛光层之间的缝隙中。为了引起抛光，通常抛光垫和晶片相对旋转。当抛光垫在晶片下方旋转时，晶片上扫出一道通常为环形的抛光痕迹或抛光区，其中晶片的表面直接对着抛光层。抛光层和晶片表面上的抛光介质的化学和机械作用使晶片表面抛光并使晶片表面变得平坦。

近十年来，为了优化抛光垫设计，CMP过程中抛光层、抛光介质和晶片表面的相互作用成为越来越多的研究、分析和高级数字模拟的主题。自从CMP开始作为半导体生产方法，大多数抛光垫的开发本质上是经验性的，包括试验多种不同的多孔的和非多孔的聚合物材料。许多抛光表面或抛光层的设计将重点放在用不同的微观结构(或空隙面积和实体面积的图案)和宏观结构(或表面穿孔或沟槽的安排)提供这些抛光层，要求这些设计增加抛光速率、改善抛光均一性或减少抛光缺陷(刮擦、凹坑、分层区域和其它表面或表面下损坏)。几年来，人们已经提出不少微观结构和宏观结构来提高CMP的性能。

对于常规的抛光垫，垫表面“修整(conditioning)”或“打磨”对于为了获得稳定的抛光性能而保持恒定的抛光表面是很关键的。经过一段时间，抛光垫的抛光表面磨损，使得抛光表面的微观织构(microtexture)磨平－该现象称为“磨光(glazing)”。磨光的成因是由抛光垫和工件的接触点处的摩擦热和剪切造成的聚合物材料的塑性流动。而且，来自CMP过程的碎屑能阻塞表面的空隙和微观通道，通过这些微观通道浆料流过抛光表面。发生这种情况时，CMP法的抛光速率降低，这会导致晶片之间和单个晶片内抛光的不均匀。修整在抛光表面上产生新的织构(texture)，用于在CMP过程中保持需要的抛光速率和均匀性。

常规的抛光垫修整是通过用修整盘研磨抛光表面来实现的。修整盘具有粗糙的修整表面，该修整表面通常由嵌入的金刚石点组成。在CMP过程中的间歇中断期间(此时抛光暂停)(“非现场”)或在CMP过程进行时(“现场”)使修整盘和抛光表面接触。通常根据抛光垫的旋转轴固定修整盘旋转的位置，当抛光垫旋转时修整盘上刮出一个环状的修整区。所述修整法在抛光垫的表面切出微观的沟槽，磨擦抛光垫材料并对抛光垫材料刨槽，更新抛光织构。

虽然抛光垫设计者通过抛光垫材料制备和表面修整已经生产了各种微观结构和表面织构的构形，已有的CMP抛光垫抛光织构在两个重要的方面不是最佳的。首先，在CMP中实施的施加压力下，常规的CMP垫和一般的工件之间的接触面积很小－－通常只有全部面对面积的百分之几。这是常规的表面修整不准确的直接后果，那等于无归则地将结构的实体区域撕成碎片，留下一群各种形状和高度的特征或凹凸结构(asperity)，实际上只有其中最高的特征或凹凸结构才接触到工件。第二，对于从工件上除去碎片和热量来说，浆料在抛光垫表面以薄层方式流动不是最优的。抛光垫和工件之间的浆料流动必须经过高度不规则的的表面，绕过任何桥连抛光垫至工件的全部竖直距离的凹凸结构。这导致工件重新接触之前已被除去的废化学物和材料的可能性很高。因此常规的抛光垫微观结构不是最佳的，因为表面织构中的接触机离和流动机理结合在一起：凹凸结构的高度分布既不利于良好的接触也不利于有效的流体流动和传输。

CMP中缺陷形成的原因在于常规抛光垫微观结构的两个缺点。比如Reinhardt等人在美国专利第5578362号中公开，使用聚合物球将织构引入聚氨酯抛光垫中。虽然人们不完全理解确切的缺陷形成机理，但是减少缺陷形成需要最大程度减少工件上的端点应力这一点通常是清楚的。在给定的施加负荷或抛光压力下，实际的点接触压强与真实的接触面积成反比。在3磅/平方英寸(20.7千帕)的抛光压强下运行的、并在全部凹凸结构尖端具有2％实际接触面积的CMP法使工件承受平均为150磅/平方英寸(1兆帕)的垂直应力。这种程度的应力足以造成表面和表面下的损坏。由于其钝性和形状不规则，常规CMP垫上的凹凸结构也会导致不利的流动模式：流体冲击凹凸结构的局部压力明显，停滞流动或分开流动的区域会造成抛光碎片和热量的积聚或为颗粒的聚集创造环境。

除了提供潜在的缺陷形成源以外，常规的抛光垫微观织构不是最佳的，因为抛光垫表面修整通常是不可准确地重复的。随着使用修整盘上的金刚石变钝，使得修整器必须在一段时间后更换；因此在修整器的寿命期内，其有效性是不断变化的。修整也对CMP垫的磨损速度有很大影响。通常约95％的抛光垫磨损来自于金刚石修整器的研磨，仅约5％的磨损来自与工件的接触。因此，除了减少缺陷以外，改善的抛光垫微观织构能消除对修整的需要，并使抛光垫的寿命更长。

消除抛光垫修整的关键是设计能自我更新的(即当抛光垫磨损时能保持相同的基本几何形状和构形)抛光表面。因此，为了自我更新，抛光表面必须使得磨损不会使实体区严重变形。这继而需要实体区不会受到足以造成大量程度塑性流动的连续剪切和加热，或实体区的设计使得它们响应剪切或热量的方式是将剪切和加热分配到其它实体区。

除了低缺陷率以外，CMP垫抛光结构必须实现优良的平面化效率。常规抛光垫材料需要权衡这两种性能指标，因为更低的缺陷率是通过使材料更软和更顺从来实现的，而所述性质变化与平面化效率折衷。最终，平面化需要坚硬的平坦材料；而低缺陷率需要较软的保形材料。所以很难用单种材料克服这些指标之间的基本平衡。常规垫结构以各种方法处理这个问题，包括使用具有相互粘合的硬性层和软性层的复合材料。尽管复合材料相比单层结构有所改进，目前还没有开发出能同时实现理想的平面化效率和零缺陷形成的材料。

结果，尽管存在用于现有CMP应用的抛光垫微观结构和修整装置，但是仍然需要CMP垫设计，这些设计能实现更高的抛光垫与工件的接触面积和能更有效地除去抛光碎片的浆料流动模式，并减少或消除对重新织构化的需要。而且，还需要将(实现优良平面化效率所需的)刚性的坚硬结构和(实现低缺陷率所需的)较软的保形结构结合起来的CMP垫结构。还需要的CMP垫结构能在紧邻抛光表面的抛光层中提供高空隙体积以促进浆料很好地到达抛光垫与工件的单个接触点，但是在远离抛光表面的抛光层中不呈现大空隙体积(这中空隙体积可能支持停滞浆料和抛光废物的积聚)。

发明内容

本发明的一个方面，提供一种化学机械抛光垫，该抛光垫用于抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材的至少一种基材；该化学机械抛光垫包括：包含互穿网络的抛光层，其中所述互穿网络含有连续的耐久性相(non-fugitivephase)和基本上共-连续(co-continuous)的不稳定性相(fugitivephase)；其中所述抛光层具有适合用于抛光基材的抛光表面。

本发明的另一方面提供一种化学机械抛光垫，该抛光垫用于抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材；该化学机械抛光垫包括：包含互穿网络的抛光层，其中所述互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相；其中所述所述耐久性相形成含有多个彼此相连的抛光元件的三维网络，这些彼此相连的抛光元件限定了网络状的孔隙区域；其中基本上共-连续的不稳定性相被设置在所述网络状的孔隙区域内；其中所述抛光表面适合用于抛光基材。

本发明的另一方面，提供一种用于抛光基材的方法，该方法包含：提供选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的基材；提供包括含有互穿网络的抛光层的化学机械抛光垫，其中所述互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相，其中所述抛光层具有适合用于抛光基材的抛光表面；在抛光表面与基材的界面处提供抛光介质；在化学机械抛光垫与基材的界面处产生动态接触。

附图说明

图1是适合使用本发明的化学机械抛光垫的双轴抛光器的一部分的透视图。

图2是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的高度放大的、部分的、示意的正视剖视图。

图3是图2的抛光垫的高度放大的、部分的、示意的俯视图。

图4是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的高度放大的、部分的、示意的正视剖视图。

图5是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的高度放大的、部分的、示意的正视剖视图。

图6是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的侧视透视图。

图7是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图，其描绘了抛光表面上的沟槽的图案。

图8是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图，其描绘了抛光表面上的沟槽的图案。

图9是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图，其描绘了抛光表面上的沟槽的图案。

图10是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图，其描绘了抛光表面上的穿孔和沟槽图案的组合。

图11是本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图，其描绘了抛光表面上的大量穿孔。

具体实施方式

本文和所附权利要求中使用的术语“化学键”指原子之间的吸引力，包括共价键、离子键、金属键、氢键和范德华力。

本文和所附权利要求中使用的术语“纤丝状形态”指相的形态，其中相区域具有一维比其它两维大得多的三维形状。

本文和所附权利要求中使用的术语“不稳定性相”指一旦接触抛光介质和热量中的至少一种因素就熔化、溶解或***的相。

本文和所附权利要求中使用的术语“流体动力层”指紧邻抛光表面的抛光层区域，该区域基本上不含共-连续的不稳定性相。

本文和所附权利要求中使用的术语“互穿网络”指含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相的网络，其中所述不稳定性相(a)与耐久性相非共价连接，并且(b)不能与耐久性相分离，除非打断至少一个相中的化学键。

本文和所附权利要求中使用的术语“互穿聚合物网络”指含有连续的耐久性聚合物相和基本上共-连续的不稳定性聚合物相的网络，其中所述不稳定性聚合物相(a)与耐久性相非共价连接，并且(b)不能与耐久性相分离，除非打断至少一个相中的化学键。

本文和所附权利要求中使用的有关抛光表面的术语“宏观织构”指被施加了较大尺寸织构的人工制品，其纹理可以是通过抛光表面的压花、刮削、穿孔和/或机械加工而施加的。

本文和所附权利要求中使用的术语“非水溶性”包括在25℃的水中的溶解度≤0.1毫摩尔/升，并且在水中浸没48小时之后不会发生崩解的材料。

本文和所附权利要求中使用的术语“抛光介质”包括含颗粒的抛光液和不含颗粒的溶液，诸如无磨料和液体反应性抛光液。

本文和所附权利要求中使用的术语“基本上无”指小于5体积％。

本文和所附权利要求中使用的有关抛光元件的术语“基本上圆形的”指剖面上剖面的半径，r，变化≤20％。

本文和所附权利要求中使用的有关抛光表面的术语“基本上圆形的剖面”指剖面上从抛光表面的中心轴至外周的剖面的半径，r，变化≤20％。(见图6)。

本文和所附权利要求中使用的术语“基本上共-连续的”指互穿网络，其中不稳定性相至少80重量％是连续的。

本文和所附权利要求中使用的术语“水溶性”包括一旦接触水就溶解、解离或分解的材料。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫包括：含有互穿网络的抛光层，其中互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相；其中所述抛光层具有适合用于抛光基材的抛光表面。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相不含磨粒(比如氧化铈、氧化镁、二氧化硅、氧化铝、氧化锆)。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相不含药物活性。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相不含农药活性(比如肥料、杀虫剂、除草剂)。在这些实施方式的一些方面，互穿网络是互穿聚合物网络。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫包括：含有互穿网络的抛光层，其中所述互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相；其中所述抛光层的抛光表面适合用于抛光基材。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相的连续程度由溶剂萃取法确定。比如，将抛光层样品浸没在足够大体积的水中以便100％溶解不稳定性相材料，使不稳定性相在水中的饱和度小于80％。使该样品浸没在水中14天。然后从水中取出样品并干燥。比较浸没后样品的重量和浸没前样品的重量。作为14天浸没的结果，90％的连续相会失去其90重量％的不稳定性相。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相是至少80重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相是90至100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相是95至100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相是99至100重量％连续的。

用于连续的耐久性相中的材料的选择受限于这些材料对用于给定的由特定物质或物质的组合制成的基材的抛光操作的适合性。

在本发明的一些实施方式中，连续的耐久性相含有聚合物材料和非聚合物材料中的至少一种。在这些实施方式的一些方面，连续的耐久性相含有聚合物材料和非聚合物材料的复合材料。

在本发明的一些实施方式中，连续的耐久性相含有聚合物材料。在这些实施方式的一些方面，聚合物材料包含选自下组的聚合物：聚碳酸酯、聚砜、尼龙、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚醚砜、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧树脂、聚硅氧烷和它们的组合。

在本发明的一些实施方式中，连续的耐久性相含有非聚合物材料。在这些实施方式的一些方面，非聚合的材料包含选自下组的物质，陶瓷、玻璃、金属、石头、木材或简单材料的固相(比如冰)。

在本发明的一些实施方式中，选择不稳定性相的配方，使得靠近抛光表面的不稳定性相在接触抛光介质和特定抛光条件(比如提高至不稳定性相的至少一部分的熔点以上的温度)中的至少一种时会熔化、溶解或分解。在这些实施方式的一些方面，靠近抛光表面的不稳定性相接触抛光介质和/或特定抛光条件后以一定速率熔化、溶解或分解，该速率与耐久性相在抛光过程中磨损的速率相当。在这些实施方式的一些方面，选择不稳定性相的配方，使得在抛光过程中在靠近抛光表面的抛光垫区域产生的热量和动力足以促进靠近抛光表面的不稳定性相熔化、溶解或分解。在这些实施方式的一些方面，选择不稳定性相的配方，使得与抛光介质(比如浆料)的接触造成不稳定性相在一定时间内以均一的(延时释放)速率溶解或分解。本领域普通的技术人员将知道如何选择不稳定性相的配方来为给定的抛光操作提供所需的熔化、溶解或分解速率。

在一些实施方式中，不稳定性相在受到抛光过程中出现的提高的温度作用时熔化。

在一些实施方式中，不稳定性相在接触抛光介质(比如水性浆料)时溶解或分解。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相的溶解或分解依赖于抛光介质的pH。即，仅仅当接触pH≤6或≥8(即非中性pH)的抛光介质时，不稳定性相才溶解或分解。

在本发明的一些实施方式中，不稳定性相含有可水解的材料。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相含有一种在抛光条件下可以0.01至10.0毫克/分钟的速率溶解于水性介质的材料，所述抛光条件中化学机械抛光垫和基材在<1至5磅/平方英寸的标称下压力下以1.0米/秒的速率相对运动。

在本发明的一些实施方式中，不稳定性相在靠近化学机械抛光垫的表面含有至少一种下述材料：水溶性的材料、可水分解的材料和在抛光过程中出现的温度下会熔化的材料。在这些实施方式的一些方面，不稳定性相含有至少一种下述材料：由选自下组的至少一种单体的聚合所获得的聚合物材料，这些单体是丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸、马来酸、丙烯酸羟基烷酯、甲基丙烯酸羟基烷酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、甲基乙烯基醚、N-乙烯基甲酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺；多糖(比如α-,β-和γ-环糊精)；纤维素材料(比如羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素)；蛋白质；聚乙烯醇；聚环氧乙烷；支链淀粉；磺化聚异戊二烯；硫酸钙；硅酸钠；聚乙二醇固体；石蜡；和淀粉琼脂。

在本发明的一些实施方式中，不稳定性相任选地包括一种或多种添加剂以帮助控制不稳定性相溶解或分解的速率。在本发明的一些实施方式中，不稳定性相任选地包括一种或多种表面活性剂或其它材料以促进不稳定性相溶解在抛光介质中。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫在紧邻抛光表面处含有流体动力区，其中流体动力区基本上不含不稳定性相。在这些实施方式的一些方面，流体动力区含有≤5体积％的不稳定性相材料。在这些实施方式的一些方面，流体动力区含有≤3体积％的不稳定性相材料。在这些实施方式的一些方面，流体动力区含有小于≤2体积％的不稳定性相材料。在这些实施方式的一些方面，流体动力区含有小于≤1体积％的不稳定性相材料。

在本发明的一些实施方式中，抛光层具有包含抛光表面的流体动力区，其中该流体动力区基本上不含不稳定性相。在这些实施方式的一些方面，流体动力区在一侧被抛光表面限止(bound)，其在抛光垫上的平均厚度是1至100微米。在这些实施方式的一些方面，流体动力区在一侧被抛光表面限止，其在抛光垫上的平均厚度是1至50微米。在这些实施方式的一些方面，流体动力区在一侧被抛光表面限止，其在抛光垫上的平均厚度是1至25微米。在这些实施方式的一些方面，流体动力区的平均厚度在抛光垫的使用过程中保持稳定。在这些实施方式的一些方面，经过多次抛光操作(比如在对10个晶片进行抛光后)，流体动力区的平均厚度变化小于20％。在这些实施方式的一些方面，经过多次抛光操作，流体动力区的平均厚度变化小于10％。在这些实施方式的一些方面，经过多次抛光操作，流体动力区的平均厚度变化小于5％。

如果经过一段时间抛光后流体动力区的平均厚度变化明显(比如≥20％)，那么保持在抛光垫中的抛光介质的体积可能改变，流体动力区中的微观流动模式也可能改变。比如，如果流体动力层的平均厚度收缩，那么保持在抛光垫中的抛光介质的体积可能减小，并且随着时间变化，各次抛光操作中抛光介质在流体动力区中的微观流动模式可能不同。或者，如果在一定时间内流体动力区的平均厚度变大，那么保持在化学机械抛光垫中的抛光介质的体积可能增大，浆料在流体动力层中的微观流动模式可能改变，随着时间变化，各次抛光操作中保持在化学机械抛光垫中的基本上停滞的抛光介质的体积将增加。保持在化学机械抛光垫中的停滞的抛光介质可以导致不希望发生的固体材料碎片的积聚，这种固体材料可以包括来自抛光介质的磨料和来自抛光过程的各种废产物。这些固体材料碎片在化学机械抛光垫中的积聚可能会阻碍浆料在抛光层的间隙孔中自由地流动。考虑到本申请提供的这些教导，本领域普通的技术人员将认识到，如果不稳定性相的配方熔化、溶解或分解的速度相对耐久性相磨损的速度太快或太慢，那么本发明的化学机械抛光垫在其寿命期内对各次抛光操作(比如抛光晶片)可能表现出不统一的性能。因此，考虑到本申请提供的这些教导，本领域普通的技术人员将认识到，如果不稳定性相的配方熔化、溶解或分解的速度相对耐久性相磨损的速度太快或太慢，那么本发明的化学机械抛光垫在其寿命期内对各次抛光操作(比如抛光晶片)将不是最佳的。

在本发明的一些实施方式中，共-连续的不稳定性相是水溶性的。

在本发明的一些实施方式中，连续的耐久性相是非水溶性的，共-连续的不稳定性相是水溶性的。

在本发明的一些实施方式中，共-连续的不稳定性相在受到抛光过程中产生的热量作用时熔化。

在本发明的一些实施方式中，连续的耐久性相形成网络状。在这些实施方式的一些方面，由连续的耐久性相形成的网络内的至少一部分间隙空位体积被共-连续的不稳定性相占据。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相占据至少50体积％所述网络内的间隙空位体积。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相占据至少75体积％所述网络内的间隙空位体积。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相占据至少90体积％所述网络内的间隙空位体积。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相占据50至100体积％所述网络内的间隙空位体积。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相占据50至99体积％所述网络内的间隙空位体积。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相占据至少75至99体积％所述网络内的间隙空位体积。在这些实施方式的一些方面，连续的耐久性相具有纤丝状的形态。在这些实施方式的一些方面，连续的耐久性相具有双螺旋状的形态。在这些实施方式的一些方面，连续的耐久性相形成结构组件的互穿网络。

在本发明的一些实施方式中，连续的耐久性相具有纤丝状的形态，该纤丝状形态是由多个抛光元件组成，其中每一个抛光元件沿其长维度的横截面积在该长维度上的变化≤30％。在这些实施方式的一些方面，沿该长维的横截面积变化≤25％、较优地≤20％、最优地≤10％。在这些实施方式的一些方面，每一个抛光元件沿其长维度的横截面积基本上是圆形的。在这些实施方式的一些方面，使每一个抛光元件沿其长维度的横截面积在该横截面的平面内关于流体流动流线型化。

在本发明的一些实施方式中，抛光层含有0.5至80体积％的连续的耐久性相材料。在这些实施方式的一些方面，抛光层含有≥1体积％至≤50体积％的连续的耐久性相材料。

在本发明的一些实施方式中，抛光层的平均厚度是20至150密耳。在这些实施方式的一些方面，抛光层的平均厚度是30至125密耳。在这些实施方式的一些方面，抛光层的平均厚度是40至120密耳。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫的抛光表面面积在经过多次抛光操作后(比如抛光10个晶片后)变化≤10％，该抛光表面面积是在与抛光表面平行的平面中测定的。在这些实施方式的一些方面，抛光面积的变化≤5％、更优地≤2％、更优地≤1％。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫含有与基底层接合的抛光层。在这些实施方式的一些方面，抛光层通过胶粘剂附着于基底层。在这些实施方式的一些方面，胶粘剂选自压敏胶粘剂、热熔胶粘剂、接触胶粘剂和它们的组合。在这些实施方式的一些方面，胶粘剂是热熔胶粘剂。在这些实施方式的一些方面，胶粘剂是接触胶粘剂。在这些实施方式的一些方面，胶粘剂是压敏胶粘剂。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫含有抛光层、基底层和至少一层附加层，附加层***基底层和抛光层之间。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫具有抛光表面，该抛光表面任选地呈现宏观织构以有利于对基材进行抛光。在这些实施方式的一些方面，设计宏观织构以减轻以下情况的至少一种：打滑、影响抛光介质流动、改变抛光层的坚硬性、减少边缘效应和促进转移抛光碎片离开抛光表面和基材间的区域。在这些实施方式的一些方面，抛光表面呈现的宏观纹理选自穿孔和沟槽中的至少一种。在这些实施方式的一些方面，穿孔从抛光表面沿抛光层厚度方向延伸，部分穿过或全部穿透抛光层。在这些实施方式的一些方面，将沟槽安排在抛光表面上，使得抛光过程中抛光垫一旦转动后至少有一条沟槽掠过基材。在这些实施方式的一些方面，沟槽选自曲线型沟槽、直线型沟槽和它们的组合。

在本发明的一些实施方式中，抛光层任选地呈现包含沟槽图案的宏观织构。在这些实施方式的一些方面，所述沟槽图案含有至少一条沟槽。在这些实施方式的一些方面，所述沟槽图案含有多条沟槽。在这些实施方式的一些方面，至少一条沟槽选自曲线型沟槽、直线型沟槽和它们的组合。在这些实施方式的一些方面，所述沟槽图案选自包括比如同心圆沟槽、曲线型沟槽、网状线沟槽(比如在抛光垫表面安排成X-Y栅格)的沟槽图案；其它的规则形图案(比如六角形、三角形)；轮胎面型图案；不规则图案(比如分形图案)和它们的组合。在这些实施方式的一些方面，沟槽图案选自不规则形、同心圆形、螺旋形、网格线形、X-Y栅格形、六角形、三角形、分形和它们的组合。在这些实施方式的一些方面，沟槽侧面形状选自侧壁平直的矩形或者沟槽剖面可以是“V”形的、“U”形的、三角的、菱形的、锯齿形的和它们的组合。在这些实施方式的一些方面，沟槽图案的形式沿抛光表面发生改变。在这些实施方式的一些方面，沟槽图案是为特定的应用所设计的。在这些实施方式的一些方面，特定图案中的沟槽尺寸沿抛光垫表面有所变化以产生沟槽密度不同的区域。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫适合与抛光器的台板接合。在这些实施方式的一些方面，化学机械抛光垫适合附着在台板上。在这些实施方式的一些方面，适合使用压敏胶粘剂和真空中的至少一种方法使化学机械抛光垫附着在台板上。

在本发明的一些实施方式中，抛光基材的方法包含以下过程：提供基材，该基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种；提供化学机械抛光垫，该化学机械抛光垫包括含有互穿网络的抛光层，其中所述互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相，其中抛光层具有适合抛光基材的抛光表面；在抛光表面和基材之间的界面处提供抛光介质；在化学机械抛光垫和基材之间的界面处产生动态接触(dynamiccontact)。在这些实施方式的一些方面，该方法还包括使抛光垫与抛光器的台板接合。在这些实施方式的一些方面，该方法还包含修整抛光表面。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相是100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相是80至100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相是90至100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相是95至100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，共-连续的不稳定性相是99至100重量％连续的。在这些实施方式的一些方面，基材包含一系列图案化半导体晶片。

参考附图，图1从总体上举例说明适合与本发明的抛光垫104一起使用的双轴化学机械抛光(CMP)抛光器100的主要特征。抛光垫104通常包括抛光层108，抛光层108具有用于面对制品的抛光表面110，这些制品是诸如半导体晶片112(加工过的或未加工过的)或其它工件，比如玻璃、平板显示器或信息储存磁盘等，以便在抛光介质120存在下完成工件的被抛光表面116的抛光。抛光介质120流经具有深度128的任选的螺旋形沟槽124。

本发明主要包括提供具有抛光织构200(图2)的抛光层108，该抛光层的流体动力区203中，开放体积:实体体积的空隙分数或空隙百分比很高，抛光层108是由连续的耐久性相材料207形成，连续的耐久性相材料207由一系列相似或相同的宏观或微观细长元件组成，每一个元件的一个或多个端点受到约束，使得由这些元件占据的总的空间小于总的存在的空间，单个元件之间的间距小于晶片的尺寸，这些元件在三维方向相互连接以便(关于剪切和弯曲)使得由此形成的网络的刚度提高。优选这些元件具有微观尺寸以产生微观织构。我们将显示，这些特征能在抛光垫和晶片之间提供更高的实际接触面积，并在抛光垫与晶片之间的流体动力区203(该流体动力区203未被共-连续的不稳定性相材料205占据)中提供比使用常规抛光垫所实现的更有利的浆料流动模式，并且提供自我更新结构，它能减少或消除对抛光垫修整的需要。而且，我们将显示，这些特征的作用方式能在长度规模上使抛光垫坚硬，这是优良的平面化效率所需的，同时又在更短的长度规模下使抛光垫柔顺，这是低缺陷率所需的。

抛光器100可以包括安装在台板130上的抛光垫104。台板130可由台板驱动器(未显示)驱动绕旋转轴134旋转。可以由晶片支架138支承晶片112，晶片支架138可绕旋转轴142旋转，旋转轴142与台板130的旋转轴134平行并间隔一定距离。晶片支架138可以以万向接头连接(未显示)为特征，其允许晶片112采取与抛光层108略微不平行的方向，在这种情况下，旋转轴134和142可以略微不齐。晶片112包括面向抛光层108的被抛光表面116，晶片112在抛光过程中平面化。晶片支架138可以由适合旋转晶片112的支架支承组件(未显示)支承，其提供向下压力F以便将被抛光表面116压在抛光层108上，使得在抛光过程中在被抛光表面和抛光层之间出现所需的压力。抛光器100也可以包括抛光介质分布器146以便向抛光层108提供抛光介质120。

如本领域普通的技术人员将认识的，抛光器100可以包括其它部件(未显示)，诸如***控制器、抛光介质储存和分布***、加热***、淋洗***和用于控制抛光过程各个方面的控制***，诸如下列各项：(1)用于控制晶片112和/或抛光垫104的旋转速率中的一种或两种的速度控制器和选择器；(2)用于改变向抛光垫递送抛光介质120的速率和位置的控制器和选择器；(3)用于控制施加在晶片和抛光垫之间的压力F的控制器和选择器；(4)用于控制晶片的旋转轴142相对抛光垫的旋转轴134的位置的控制器、促动器和选择器等。本领域的技术人员会理解如何构建和运行这些部件，这样无需对本领域的技术人员详细解释这些方面，他们也能理解和实施本发明。

在抛光过程中，抛光垫104和晶片112绕着他们各自的旋转轴134和142旋转，抛光介质120从抛光介质分配器146中分配到旋转的抛光垫上。抛光介质120铺展在抛光层108(包括晶片112下方的间隙和抛光垫104)上。抛光垫104和晶片112通常(但不是必须)以0.1rpm至150rpm的选择速度旋转。晶片112和抛光垫104之间的压力F通常(但不是必须)选自0.1磅/平方英寸至15磅/平方英寸(6.9至103千帕)。如本领域的技术人员所认识的，抛光垫可能被配置成网状模式或被配置成直径小于被抛光基材的直径的抛光垫。

现在参考图2和图3，我们将特别地关于表面抛光织构200更具体地描述图1的抛光垫104的实施方式。与常规的CMP垫相反，在常规CMP垫中表面织构或凹凸结构是材料除去过程或整形过程(即修整)的剩余，而本发明中抛光织构200被制成一系列相同或相似的抛光元件204和208，它们具有精确的几何结构。为了说明的目的，图中显示抛光织构200由基本上竖直的抛光元件208和基本上水平的抛光元件204组成，但并非必须如此。抛光织构200相当于大量所述抛光元件204和208，每一个元件具有平均宽度为210和平均横截面积222，元件之间以平均间距218间隔。如此处和全文中使用的，术语“平均”指征用该元件或结构的全部体积的算术平均数。而且，抛光元件204和208的相互连接网络具有平均高度214和平均半高215。抛光织构200实际上是一组六面体单元室(unitcell)，即立体单元，其中六个面中的每一面都是正方形或长方形，实体的部分仅沿着立体单元的边延伸，每个面和每个立体单元是完全空心的。

抛光元件208的平均高度214与平均宽度210之比至少是0.5。平均高度214与平均宽度210之比较优地至少为0.75、最优地至少为1。任选地，平均高度214与平均宽度210之比可以至少是5或至少是10。随着平均高度的增加，在抛光过程中使得抛光元件208的网络坚硬化所需的互连抛光元件204的数量也增加。一般来说，只有伸出互连抛光元件204的最上端的抛光元件208的不受约束的端部才能在抛光过程的剪切力下自由地挠曲。基底层240和互连抛光元件204的最上部之间的抛光元件208的高度受到严格的约束，施加在任何抛光元件208上的力被相邻的元件204和208有效地传输，类似于桥梁桁架(bridgetruss)或外部扶墙(externalbuttressing)。通过这种方式，抛光织构200在长度规模上是刚性的，这是优良的平面化过程所需要的，但是鉴于抛光元件208的无支持的端部的可变形性和挠性，抛光织构200在更短的长度规模上是局部柔顺的。

互连抛光元件204和抛光元件208结合起来形成单元室225，单元室具有平均宽度227和平均长度229。这些单元室具有网络状的或开放单元结构，结合起来形成三维网络。在本发明的一些实施方式中，相互连接的单元室的高度至少为三个单元室、优选为至少10个单元室。通常，增加抛光垫的高度就增加抛光垫的寿命及其总体坚固度，后者对改善平面化有帮助。任选地，单元室的平均宽度227不等于其长度229。比如，对于一些抛光应用，平均宽度与平均长度之比可以为至少2或至少4，以进一步改善抛光性能。比如，延长单元室的水平长度倾向于提供更坚硬的抛光组件以改善平面化；延长单元室的竖直长度倾向于提供弹性更好的抛光组件以改善缺陷度性能。

抛光元件208的平均高度与平均宽度之比较高的一个优点是横截面222的总抛光表面积在较长的时期内保持恒定。如图2中所示，在抛光层202寿命中的任何时间，尽管抛光织构200的大多数接触面积由竖直抛光元件208的横截面222组成，但是某些互连抛光元件204也部分或全部在渐渐磨损，所有这些部分被特别称为接触元件206。较优地，互连抛光元件204的竖直位置交错排列，使得平行于基底层240发生的磨损在给定的时间点仅冲击小部分互连抛光元件204，这些接触元件206构成全部接触面积的一小部分。这能允许用相似的抛光特性抛光几种基材，并减少或消除定期打磨或修整抛光垫的需要。减少修整能延长抛光垫的寿命并降低其操作成本。而且，对抛光垫穿孔、引入导电材料衬里的沟槽或结合导体(诸如导电纤维、导电网络、金属栅格或金属丝)能将抛光垫转换成eCMP(“电子化学机械平面化”)抛光垫。这些抛光垫的三维网络结构可以促进抛光介质在流体动力区203的流动，并为需要eCMP的应用保持恒定的表面结构。相信增加流体动力区203中抛光介质的流动可以改善去除来自eCMP过程的废电介质，这可以改善eCMP过程的均一性。

较优地，在抛光织构200的流体动力区203中基本上不存在共-连续的不稳定性相。即，流体动力区203中仅有的实体材料是连续的耐久性相材料207，其由抛光元件204和208组成。任选地，可能将研磨料颗粒或纤维固定在抛光元件204和208上。因此，任何单个的抛光元件204或208中不存在空隙体积；抛光织构200中全部空隙体积优选存在于抛光元件204和208之间或明显在抛光元件204和208的外面。但是，任选地，抛光元件204和208可以具有中空的或多孔的结构。抛光元件208的一端刚性地附着在基底层240上，基底层保持间距218并朝基本上直立的方向维持抛光元件208。在接点209(其连接相邻的抛光元件204和208)处，互连抛光元件204进一步保持抛光元件208的方向。接点209可以包括胶粘剂或化学键以固定抛光元件204和209。较优地接点209代表相同材料的互连，更优地代表相同材料的无缝互连。

优选接点209之间一端至另一端的所有抛光元件208(或抛光元件208的亚组中的抛光元件208)的宽度210和间距218一致，或几乎如此。比如，较优地，抛光元件208的宽度210和间距218分别保持在抛光层202中接触组件206和半高215之间的抛光元件的平均宽度和平均间距的50％以内。更优地，抛光元件208的宽度210和间距218分别保持在抛光层202中接触组件206和半高215之间的抛光元件的平均宽度和平均间距的20％以内。最优地，抛光元件208的宽度210和间距218分别保持在抛光层202中接触组件206和半高215之间的抛光元件的平均宽度和平均间距的10％以内。特别地，使相邻接点209之间的抛光元件204和208的横截面积变化保持在30％以内有助于实现恒定的抛光性能。较优地，相邻接点209之间抛光垫保持横截面面积变化在20％以内、更优地在20％以内。而且，抛光元件204和208优选具有直线型形状以进一步有利于恒定抛光。这些特征的直接结果是在竖直方向抛光元件208的横截面积222不会有相当大的变化。因此，当抛光元件208在抛光过程中磨损而高度214降低时，面对晶片的面积222几乎没有改变。表面面积222的这种一致性提供均一的抛光织构200，并允许重复抛光操作的恒定抛光。比如，均一的结构允许多个图案化晶片的抛光而无需调节工具设定。为了说明的目的，抛光表面或抛光织构200代表在平行于抛光表面的平面中测量的抛光元件204和208的表面区域。较优地，竖直列初始抛光表面或接触元件206与单元室225的竖直列的半高215之间的抛光元件208的总横截面积222的变化保持在25％之内。更优地，竖直列初始抛光表面或接触元件206与在单元室225的竖直列半高215之间的抛光元件208的总横截面积222的变化保持在10％之内。如之前所述，更优地，互连抛光元件204的竖直位置交错安排以便这些元件磨损时最大程度地减小总横截面积的变化。

任选地，可能将抛光元件208安排在间隔的几个抛光元件208的分组中－－比如，抛光元件可以包含圆形的分组，这些分组周围围绕着不含抛光元件的区域。在每个分组内，优选存在互连抛光元件204以保持抛光元件208的分组的间距和有效的坚硬度。而且，可能调节不同区域中抛光元件204和208的密度以精细调节除去速率和抛光或晶片的均一性。而且，可能以一种在流体动力区形成开放通道的方式安排抛光元件，这些开放通道是诸如圆形通道、X-Y通道、径向通道、曲线形通道或螺旋形通道。引入这些任选的通道可以帮助除去大的碎片并可以改善抛光或晶片的均一性。

优选所有抛光元件208的高度214是统一的。优选抛光织构200中高度214变化保持在平均高度的20％之内、更优地保持在平均高度的10％之内、更优地保持在平均高度的1％之内。任选地，切割设备(诸如刀、高速旋转的刀片或激光)可以定期地将抛光元件切割成统一的高度。而且，切割刀片的直径和速度可以任选地按一定角度切割抛光元件以改变抛光表面。比如，按一定角度切割具有圆形横截面的抛光元件会产生与基材相互作用的抛光尖端的织构。高度的均一性保证所有抛光织构200的抛光元件208以及磨损面中的所有相互连接的接触元件206具有接触工件的可能性。实际上，因为工业CMP工具会在晶片的不同位置施加不同的抛光压力，并且在晶片下产生的流体压力足以造成晶片脱离精确水平的并平行于抛光垫的平均平面的位置，所以可能一些抛光元件208不接触晶片。然而，在任何发生接触的抛光垫14的区域中，人们希望尽可能多的抛光元件208具有足够的高度以提供接触。而且，根据抛光动力接触机理，由于抛光元件208的无支持端通常弯曲，所以初始抛光表面区域通常会磨损以顺应弯曲角。比如，初始圆形上表面会磨损以形成倾斜的上表面，并且抛光过程中经历的方向变化会产生多种磨损图案。

选择抛光元件204和208的尺寸和间距以便为抛光垫和晶片提供高接触面积222和提供足够的开放面积226，使得流体动力区203中的浆料除去抛光碎片。通常，连续的耐久性相207(即抛光元件204和208)所占(基底层240以上的)抛光垫体积的比例小于80％。较优地，抛光元件204和208所占(基底层240以上部分)抛光垫体积的比例小于75％。比如，通常抛光元件204和208占(基底层240以上部分)抛光垫体积的比例为5至75％。为高接触面积设计的抛光垫通常占(基底层240以上部分)抛光垫体积的比例为40至80％。以下目标之间存在内在折衷：在抛光织构200的可用空间中加入更多的抛光元件204和208能增加总接触面积222，但是减少开放面积226，从而对流体动力区203中浆料流动230和抛光碎片除去产生更多障碍。本发明的一个主要特征是抛光元件204和208足够细长、间距宽，允许流体动力区203中接触面积和开放面积的有利平衡。具有长方形或正方形横截面的抛光元件208有利于增加接触面积。根据这种平衡，抛光元件208的间距218与其宽度210的比率可以任选地至少为2。满足这些限制的情况下，抛光元件204和208可以占据(基底层240以上部分)抛光垫体积的至多50％，抛光织构200的接触面积222可以达到可用面积的25％(即1减去宽/间距之比的平方)或更多，开放面积226是可用面积的50％(即1减去宽/间距之比)或更多。而且，有可能抛光元件208的高214与宽210的比率可以任选地至少为4，使流体动力区203中的开放区域226(即未被共-连续的不稳定性相205或连续的耐久性相207占据的区域)达到最大，并允许在抛光元件204和208之间水平输送抛光碎片，同时仍提供该被输送碎片和晶片之间的垂直距离。

通过以下方法可进一步优化抛光织构200：选择抛光元件204和208的横截面形状为关于浆料流动230流线型化，浆料流动230在流体动力区203中主要出现相对抛光表面的水平方向流动。为达到最小流体动力阻力(fluiddrag)而对物体流线型化是公认的工程原则，这已形成通常被应用于设计飞机、船舶、汽车、发射物和其它相对气体或液体运动的物体的科学的一部分。支配这些现今的人类尺度(latterhumanscale)物体的流体流动方程可等同地应用于CMP垫宏观结构或微观结构的尺度。本质上，流线型化坚持选择无剧烈转变的逐渐弯曲的剖面，使得外部流体流动可以围绕剖面通过而不会从表面分离和形成消耗流体能量的环流的漩涡。根据这种考虑，对于抛光元件204和208，圆形的剖面222优于正方形或长方形的剖面。而且，抛光元件208形状的流线型化需要了解流体动力区203中浆料流动230的局部方向。因为抛光垫和晶片都是旋转的，所以流体动力区203中浆料流动230可能从各个角度接近抛光元件204和208，对每一个接近角度的流线型化对于其它接近角度来说是次优的。流线型化后对所有流体接近方向作用等同的唯一形状是圆形剖面，因此一般情况下优选圆形。如果可以确定主要的流动方向，如在CMP过程的情况中台板速度与支架速度之比非常高，那么优选根据该方向把抛光元件204和208的剖面设计成流线型。

如图2中所示，抛光垫104包括抛光层202，而且可以包括子垫(subpad)250。注意，子垫不是必需的，可以通过基底层240直接将抛光层固定于抛光器的台板(比如图1的台板130)。抛光层202可以以任何合适的方式通过基底层240固定到子垫250上，诸如胶粘剂粘合(比如使用压敏胶粘剂层245或热熔胶粘剂)、热结合、化学结合、超声结合等。基底层240或子垫250可以用作连接抛光元件208的抛光基底。较优地，抛光元件208的底层部分延伸入基底层240中。

各种生产方法都可能用于抛光织构200。对于大尺寸网络，这些方法包括微机械加工、激光或流体喷射蚀刻、和其它从初始固体物质除去材料的方法；聚焦激光聚合、细丝挤出、纤丝挤出、选择性光学固化、生物生长、和其它在初始空体积内构造材料的方法。对于较小尺寸的网络，可以采用结晶、晶种聚合、光刻或其它选择性材料沉积技术，以及电泳、相成核、或其它为随后的材料自组装建立模板的方法。

连续的耐久性相207(即抛光元件204和208)和微观结构200的基底层240可以由任何合适的材料制成，诸如聚碳酸酯、聚砜、尼龙、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚醚砜、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧树脂、聚硅氧烷、它们的共聚物(诸如聚醚-聚酯共聚物)和它们的混合物。抛光元件204和208和基底层240也可以由非聚物材料制成，诸如陶瓷、玻璃、金属、石头、木材或单种材料的固体相(诸如冰)。抛光元件204和208和基底层240也可以由聚合物与一种或多种非聚合物材料的复合材料制成。

总之，为连续的耐久性相207、共-连续的不稳定性相205和基底层240选择材料时受限于该材料对抛光由特定材料按需要的方式制成的制品的适应性。类似地，子垫250可以由任何合适的材料制成，诸如上述用于连续的耐久性相207和基底层240的材料。抛光垫140可以任选地包括用于将抛光垫固定于抛光器的台板(比如图1的台板130)的接合件。所述接合件可以是比如胶粘剂层(诸如压敏胶粘剂层245、热熔胶粘剂)、机械接合件(诸如钩环结构的钩或环部分)。实施一种或多种光纤端点设备270或类似的传导设备(它们占据抛光织构200的一处或多处空隙空间)也属于本发明的范围。

图4的抛光织构300举例说明，本发明包含形成开放的互连网络的连续的耐久性相，该互连网络含有以从完全水平到完全垂直的各种角度定位的元件。由此引申，本发明包含形成细长元件的完全无规的阵列的连续耐久性相，其中在未被连续的耐久性相占据的抛光织构中，空隙空间没有明显重复的尺寸和形状，或其中许多元件是高度弯曲的、分枝化的或缠绕的。我们熟悉的类似连续耐久性相微观结构的落在本发明范围内的图像是桥梁桁架、大分子的条形造型(stickmodel)和相互连接的人体神经细胞。每一种情况中，该结构必需具有同样的关键特征，即在三维中呈现足够的相互连接以使得整个网络变得坚硬，上表面水平平面中网络的磨损造成一些细长元件的端点局部无支持，这在短长度规模内提供对工件的顺应，没有被连续的耐久性相占据的空间和元件的长度与宽度之比符合前面给定的几何学的限制。而且，图4举例说明本发明包含共-连续的不稳定性相，不稳定性相基本上填充抛光织构300的没有被连续的耐久性相占据的区域并且不在流体动力区内。

参考图4，关于作为替代的表面抛光织构300描述与本发明一致的图1的抛光垫104的第二个实施方式，即图4的侧剖视图在抛光层302内具有相似的互连网络状单元室的不均匀图案。类似于图2的抛光垫，胶粘剂层345将基底层340固定在任选的子垫350上；胶粘剂层345任选地包括端点设备370。抛光织构300含有连续的耐久性相307和共-连续的不稳定性相305。连续的耐久性相307包括元件304和308。抛光织构300在三个方面与图2的抛光织构200不同。首先，抛光织构300的元件308不是严格竖直的而是与基底层340和水平平面成各种角度定位，所述角度在45度至90度之间，一些元件308是曲线型的而不是直的。而且，互连元件304不是全部水平的，一些与基底层340和水平平面成各种角度定位，所述角度在0度至45度之间。这样，抛光织构300由单元室组成，但是这些单元室的形状和面的数量不同。尽管具有这些特征，但是，在抛光层或抛光元件306与抛光织构300的半高315之间的抛光织构300中，元件308的高度314基本上没有变化。第二，元件304和308中宽度310、间距318和横截面积322的变化大于抛光元件208的相应属性。第三，流体动力区303中浆料通过元件304和308或在元件304和308之间的流动比在流体动力区203中浆料通过抛光元件208的流动遵循更不规则的路径。然而，抛光织构300包含本发明的基本性质，其中元件306形成抛光表面。具体地，元件304和308在接点309处相互连接以形成在三维方向相互连接的网络，其连接程度足以使抛光织构整体变得坚硬，而元件308的无支持端提供局部弹性以顺应工件。而且，元件304和308仍然足够细长、间距足够宽以允许接触面积和流动面积的有利的平衡；元件308的平均间距与其平均宽度310之比至少是2，并且元件308的高度314与其平均宽度310之比至少是4。这样，抛光织构300的接触面积322可以达到25％或更大，开放面积326尽管比抛光织构200的流动面积226更不规则，但是其足够大以便允许抛光碎片在流体动力区303中的元件304和308之间水平地输运，所述流体动力区303没有被共-连续的不稳定性相305占据，同时仍然在该被输运的碎片和晶片之间提供竖直距离。

图5中显示本发明的另一个实施方式，该实施方式由具有连续的耐久性相407的抛光层402组成，连续的耐久性相407包括元件404和408的规则间隔的相互连接的四面体栅格。图中显示，所有元件404和408的长度和宽度相等，它们在接点409处连接，但是不是必需如此。在显示的实施方式中，单元室是规则的四面体，其中(四个面中的)每一个面是等边三角形，其边就是网络的节距418，具有宽度410的实体组件仅沿着立体单元的四条边延伸，每一个三角形的面和立体单元的中心整体都是空的。因为四面体栅格的对称性，图5的侧剖视图和俯视图形成相同的网络状图案。该抛光织构提供可能的最高坚硬度，因为三角形分面多面体是不可变形的。当该结构磨损时，在元件408上形成自由端，这提供局部的可变形性和对工件的顺应。在图5所示的实施方式中，四面体的网络构建在略微楔形的基底层440上，使得网络中没有平面定位得确切平行于与晶片接触的平面。在一个给定的时间点，仅有组件406的子集沿着它们的最长的尺寸磨损，而大多数的接触面积由沿较短的尺寸磨损的元件的较小的横截面422提供。这提供的特征是，在高度414范围内接触面积基本上不变，该高度414在抛光层或抛光元件406与抛光织构400的半高415之间。沿着楔形基底层440，在没有被共-连续的不稳定性相405占据的流体动力区403中用于浆料流动的平均面积426可能轻微变化。虽然图中没有描绘，在本发明的一些实施方式中，共-连续的不稳定性相材料可能具有与抛光界面重合的上表面(比如，当共-连续的相材料受到抛光过程中产生的热量作用而熔化时)。为了最大程度地减小这种变化，实际上使基底层440步进，使得楔形部分的重复系列支承网络。图5中显示的结构是大约一个重复单元。与图2的抛光垫相似，胶粘剂层445将基底层440固定在任选的子垫450上；胶粘剂层445任选地包括终点设备470。

本发明提供将接触机理与流动机理分离的优点。具体地，本发明允许浆料在抛光垫的流体动力区中有效地流动以便容易地除去抛光碎片。而且，本发明允许调节抛光元件的坚硬度、高度和节距以控制接触基材的机理。而且，抛光元件的形状允许减少或消除修整，可增加抛光垫的寿命。最后，均一的横截面允许以类似的抛光特性抛光多个基材，诸如图案化的晶片。

在本发明的一些实施方式中，化学机械抛光垫具有中心轴，适合绕该中心轴旋转。(见图6)。在这些实施方式的一些方面，化学机械抛光垫的抛光层510处在基本上垂直于中心轴512的平面中。在这些实施方式的一些方面，抛光层510适合在与中心轴512成θ角的平面中旋转，θ为80至100度。在这些实施方式的一些方面，抛光层510适合在与中心轴512成θ角的平面中旋转，θ为85至95度。在这些实施方式的一些方面，抛光层510适合在与中心轴512成θ角的平面中旋转，θ为89至91度。在这些实施方式的一些方面，抛光层510具有抛光表面514，抛光表面514具有垂直于中心轴512的基本上圆形的剖面。在这些实施方式的一些方面，垂直于中心轴512的抛光表面514的剖面的半径r，在该剖面上的变化≤20％。在这些实施方式的一些方面，垂直于中心轴512的抛光表面514的剖面的半径r，在该剖面上的变化≤10％。

在图6中提供本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的侧透视图。具体地，图6描绘单层化学机械抛光垫510。化学机械抛光垫510具有抛光表面514和中心轴512。在与中心轴512成θ角的平面中，抛光表面514具有基本上圆形的剖面，其半径从中心轴512至抛光表面的外缘515。

在图7中提供本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图。具体地，图7描绘具有抛光表面602的化学机械抛光垫600，其沟槽图案为多条曲线型的沟槽605。

在图8中提供本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图。具体地，图8描绘具有抛光表面612的化学机械抛光垫610，其沟槽图案为多条同心圆形沟槽615。

在图9中提供本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图。具体地，图9描绘具有抛光表面622的化学机械抛光垫620，其沟槽图案为多条呈X-Y栅格模式的直线型沟槽615。

在图10中提供本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图。具体地，图10描绘具有抛光表面632的化学机械抛光垫630，其沟槽图案为多个穿孔638和多条同心圆形沟槽635的组合。

在图11中提供本发明的一个实施方式的化学机械抛光垫的俯视图。具体地，图11描绘具有抛光表面642的化学机械抛光垫640，其沟槽图案为多个穿孔648。

Claims (6)

1.一种用于抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的基材的化学机械抛光垫，所述抛光垫包括：

具有抛光织构且包括互穿网络的抛光层，

其中所述互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相，其中所述基本上共-连续的不稳定性相是至少80重量％连续的；

其中所述连续的耐久性相与所述基本上共-连续的不稳定性相非共价连接，

其中所述连续的耐久性相形成一个三维网络，该三维网络含有多个相互连接的抛光元件，这些抛光元件限定网络状的孔隙区域；

其中所述抛光织构实际上是一组六面体单元室，其中六个面的各个面是正方形的或长方形的；

其中所述基本上共-连续的不稳定性相被安排在所述网络状的孔隙区域中；

其中所述抛光表面适合抛光所述基材。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述化学机械抛光垫包括紧邻抛光表面的流体动力区，其中所述流体动力区基本上不含不稳定性相。

3.如权利要求2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述流体动力区从抛光表面延伸入化学机械抛光垫的深度为1至100微米。

4.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述抛光层含有0.5至80体积％的连续的耐久性相。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述连续的耐久性相是非水溶性的，并且所述基本上共-连续的不稳定性相是水溶性的。

6.一种抛光基材的方法，该方法包括：

提供选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的基材；

提供化学机械抛光垫，该抛光垫包括具有抛光织构且含有互穿网络的抛光层，其中所述互穿网络含有连续的耐久性相和基本上共-连续的不稳定性相；其中所述连续的耐久性相与所述基本上共-连续的不稳定性相非共价连接，其中所述抛光织构实际上是一组六面体单元室，其中六个面的各个面是正方形的或长方形的；其中所述抛光层具有适合抛光所述基材的抛光表面；

在所述抛光表面和基材的界面处提供抛光介质；

使化学机械抛光垫和基材在界面处发生动态接触。