專利名稱：減少了條紋的化學(xué)機(jī)械拋光墊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)機(jī)械平坦化的拋光墊，特別涉及減少了條紋的拋光墊。此外，本發(fā)明涉及形成減少了條紋的拋光墊的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在集成電路和其他電子器件的制造中，常常要將多層導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介電材料沉積到半導(dǎo)體晶片的表面上，或者將它們從半導(dǎo)體晶片表面除去。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介電材料薄層可用許多沉積技術(shù)沉積?，F(xiàn)代工藝中常見的沉積技術(shù)包括物理氣相沉積(PVD)(亦稱濺射)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和電化學(xué)鍍(ECP)。
在依次沉積或除去各材料層時(shí)，晶片最上面的表面變得不平坦。因?yàn)楹竺娴陌雽?dǎo)體加工(例如金屬化)要求晶片具有平的表面，因而需要對(duì)晶片進(jìn)行平坦化處理。平坦化可用于清除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、聚結(jié)物質(zhì)、晶格破壞、刮痕和受污染的層或材料。
化學(xué)機(jī)械平面化，或者說化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是對(duì)基材，如半導(dǎo)體晶片進(jìn)行平面化的常用方法。在常規(guī)CMP中，將晶片安裝在CMP設(shè)備中的承載組件上，使之與拋光墊接觸。承載組件向晶片提供可控壓力，將晶片壓向拋光墊。用外部驅(qū)動(dòng)力使拋光墊相對(duì)于晶片運(yùn)動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn))，同時(shí)在晶片與拋光墊之間提供化學(xué)組合物(“漿液”)或其他拋光溶液。這樣，晶片表面就在拋光墊表面和漿液的化學(xué)和機(jī)械作用下進(jìn)行拋光，變得平坦。
Reinhardt等的美國(guó)專利5578362介紹了一種本領(lǐng)域已知的示例性拋光墊。Reinhardt的拋光墊包含聚合物基體，整個(gè)基體中分散有微球。一般地，微球在(例如)質(zhì)流輸料系統(tǒng)中與液體聚合物材料摻混并混合，然后轉(zhuǎn)移到模具中固化。接著切割模具，形成拋光墊。遺憾的是，這種方式形成的拋光墊含有不希望的條紋。
出現(xiàn)條紋是因?yàn)榫酆衔锘w中微球的體積密度有差異。換句話說，聚合物基體中存在微球濃度有高有低的不同區(qū)域。例如，在Reinhardt的拋光墊中，微球較低的真密度抑制了微球在質(zhì)流輸料系統(tǒng)中的自由或連續(xù)流動(dòng)，結(jié)果造成微球在輸料過程中的不同位點(diǎn)發(fā)生不同程度的“簇集”(即引起體積密度差異或產(chǎn)生條紋)。這些條紋是不利的，因?yàn)樗鼈兛赡苁共煌膾伖鈮|表現(xiàn)出不可預(yù)期的、也許是有害的拋光性能。更有甚者，這些條紋可能對(duì)拋光墊本身的拋光性能造成負(fù)面影響。
一般地，通過綜合利用重力、各種儲(chǔ)料倉設(shè)計(jì)、機(jī)械力(例如振動(dòng))和手工周期性取樣，調(diào)整工藝條件，重新測(cè)定來確定體積密度，可以減少這些條紋。但是，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備和方法不足以有效控制體積密度，難以滿足CMP工業(yè)日益提高的要求。
因此，需要一種減少了條紋的拋光墊。更具體地說，需要一種設(shè)備和方法，形成減少了條紋的拋光墊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，包括在一罐中提供聚合物材料；在儲(chǔ)料倉中提供微球；在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑；將聚合物材料和微球送到預(yù)混物配制罐；形成聚合物材料和微球的預(yù)混物；再循環(huán)預(yù)混物，直至達(dá)到所需體積密度；將該預(yù)混物送到預(yù)混物收集罐；形成預(yù)混物和固化劑的混合物；將混合物倒進(jìn)模具；將模具切成拋光墊。
本發(fā)明第二方面提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，包括在第一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐提供聚合物材料；在儲(chǔ)料倉中提供微球；在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑；在至少一個(gè)第二預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供聚合物材料；將第一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中的聚合物材料和微球送到預(yù)混物配制罐；形成聚合物材料和微球的預(yù)混物；再循環(huán)預(yù)混物，直至達(dá)到所需體積密度；將該預(yù)混物送到預(yù)混物收集罐；形成預(yù)混物和固化劑的混合物；由至少一個(gè)第二預(yù)聚物儲(chǔ)料罐向混合物提供聚合物材料，直至達(dá)到所需體積密度；將混合物倒進(jìn)模具；將模具切成拋光墊。
本發(fā)明第三方面提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，包括在預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供聚合物材料；在儲(chǔ)料倉中提供微球；在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑；將聚合物材料和微球送到預(yù)混收集/配制罐；形成聚合物材料和微球的預(yù)混物；再循環(huán)預(yù)混物，直至達(dá)到所需體積密度；形成預(yù)混物和固化劑的混合物；將混合物倒進(jìn)模具；將模具切成拋光墊。


圖1所示為具有較少條紋的本發(fā)明拋光墊。
圖2所示為形成本發(fā)明拋光墊的設(shè)備。
圖3所示為形成本發(fā)明拋光墊設(shè)備的另一種實(shí)施方式。
圖4所示為形成本發(fā)明拋光墊設(shè)備的另一種實(shí)施方式。
圖5所示為形成本發(fā)明拋光墊設(shè)備的另一種實(shí)施方式。
圖6所示為形成本發(fā)明拋光墊設(shè)備的另一種實(shí)施方式。
圖7所示為采用本發(fā)明拋光墊的CMP系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了具有較少條紋的拋光墊。另外，本發(fā)明提供了形成條紋較少的拋光墊的新型澆鑄設(shè)備和方法。特別地，本發(fā)明利用獨(dú)特的預(yù)混設(shè)備減少了拋光墊的條紋。預(yù)混設(shè)備包含一種新型預(yù)混物配制罐，用來預(yù)混合微球和預(yù)聚物，形成均質(zhì)預(yù)混物。預(yù)混設(shè)備還包含一個(gè)循環(huán)回路，用來再循環(huán)預(yù)混物，直至達(dá)到所需體積密度。體積密度的降低使得微球能夠一致不間斷地流動(dòng)，從而減少了新型拋光墊中的條紋。此外，新型澆鑄設(shè)備在提高生產(chǎn)規(guī)模和拋光墊類型的多樣性方面提供了相當(dāng)大的靈活性。換句話說，新型澆鑄設(shè)備在制造本發(fā)明的拋光墊時(shí)允許(例如)連續(xù)澆鑄，可以無窮無盡地組合不同的聚合物材料。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，所示為本發(fā)明的拋光墊1。拋光墊1包含拋光層或墊4，以及任選的底層或墊2。底層2可由成氈聚氨酯制成，如Rohm & Haas ElectronicMaterials CMP Inc.(“RHEM”)(Newark，DE)制造的SUBA-IVTM墊。拋光墊4可包含聚氨酯墊(例如填充有微球的墊)，如RHEM制造的IC 1000TM墊。拋光墊4可根據(jù)需要任選形成紋理。壓敏粘合劑薄層6可將拋光墊4和底層2粘合在一起。粘合劑6可購自3M Innovative Properties Company(St.Paul，MN)。此外，拋光墊4中包含一個(gè)透明窗14，以便進(jìn)行端點(diǎn)檢測(cè)。
現(xiàn)在參見圖2，所示為形成本發(fā)明拋光墊4的預(yù)混設(shè)備100。預(yù)混設(shè)備100包括填充料儲(chǔ)料倉1，其大小可存放足夠量的微球或微型元件48。預(yù)混設(shè)備100還包括預(yù)混物配制罐10和預(yù)聚物儲(chǔ)料罐3，后者的大小可存放足夠量的聚合物材料52(“預(yù)聚物”)。此外，預(yù)混設(shè)備100有利地包含一個(gè)循環(huán)回路16，用以控制預(yù)混物配制罐10中預(yù)混物51的體積密度。注意，雖然圖中的預(yù)混設(shè)備100是一個(gè)“單罐”系統(tǒng)，但本發(fā)明不限于此。例如，本發(fā)明可根據(jù)需要采用任何數(shù)量的儲(chǔ)料倉1、預(yù)聚物儲(chǔ)料罐3和預(yù)混物配制罐10。
在操作中，將預(yù)定量的聚合物材料52加入預(yù)混物配制罐10。在預(yù)混物配制罐10中加入的聚合物材料52的量可用帶有總量計(jì)算器(未示出)的質(zhì)流計(jì)量裝置4控制。在預(yù)混物配制罐10中加入的預(yù)聚物52的量也可用安裝在預(yù)混物配制罐10上的承載單元(load cell)控制。
聚合物材料52加入預(yù)混物配制罐10之后，用攪拌器18攪拌聚合物材料52，使聚合物材料52沿著攪拌器18的軸做向上的軸向流動(dòng)，從而使聚合物材料52隨之沿著預(yù)混物配制罐10的內(nèi)壁向下流動(dòng)。或者，聚合物材料52可根據(jù)需要沿相反的方向流動(dòng)。攪拌器的轉(zhuǎn)速宜為1-500RPM。攪拌器的轉(zhuǎn)速更宜為1-250RPM。攪拌器的轉(zhuǎn)速最好為1-50RPM。
攪拌器18啟動(dòng)后，可將填充料儲(chǔ)料倉1中的微球48加入預(yù)混物配制罐10中。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，微球48加入預(yù)混物配制罐10中的量可通過“重量損失”干料計(jì)量系統(tǒng)2控制。干料計(jì)量系統(tǒng)2確定了填充料儲(chǔ)料倉1的起始總重，包括裝在儲(chǔ)料倉1中的微球48的重量。然后，在干料計(jì)量系統(tǒng)2中設(shè)定要加到預(yù)混物配制罐10中的微球48的預(yù)定重量。干料計(jì)量系統(tǒng)2隨后將微球48加入預(yù)混物配制罐10，直到填充料儲(chǔ)料倉1的重量變化等于微球48的所需預(yù)定重量。
測(cè)出微球48的合適量后，將微球48加入聚合物材料52中，通過攪拌器18的攪拌，混合在一起形成預(yù)混物51。微球48的量與聚合物材料52的量之比宜為0-50體積％。微球48的量與聚合物材料52的量之比更宜為0-40體積％。微球48的量與聚合物材料52的量之比最好為0.1-30體積％。
微球48與聚合物材料52一旦混合，預(yù)混物51宜在循環(huán)回路16中循環(huán)，以確保預(yù)混物51基本上保持均勻。循環(huán)回路16有助于預(yù)混物51更均勻地分布在預(yù)混物配制罐10中，降低密度分層的可能性。換句話說，循環(huán)回路16為控制或穩(wěn)定預(yù)混物51的體積密度提供了有效方法。
循環(huán)泵21宜將預(yù)混物51從預(yù)混物配制罐10抽出，并使預(yù)混物51通過定向閥22，閥22使預(yù)混物51返回到預(yù)混物配制罐10。循環(huán)泵21可以是隔膜泵、蠕動(dòng)泵、正弦泵、凸輪泵或齒輪型泵，不需要接觸潤(rùn)滑。通過手動(dòng)周期性地對(duì)預(yù)混物51取樣，借助天平(未示出)，可以監(jiān)控預(yù)混物51的體積密度(重量/體積)。
在循環(huán)回路16中任選提供管線內(nèi)(in-line)密度計(jì)17，以監(jiān)控預(yù)混物51的均勻度(即密度)。管線內(nèi)密度計(jì)17有利地提供了自動(dòng)測(cè)定和顯示預(yù)混物51的連續(xù)體積密度的方法。管線內(nèi)密度計(jì)17可測(cè)定和顯示密度。舉例來說，管線內(nèi)密度計(jì)17可購自Anton Paar，Graz，Austria。管線內(nèi)密度計(jì)17測(cè)定預(yù)混物51的體積密度(微球48與聚合物材料52的比例)。如果體積密度超出預(yù)定可接受的范圍，管線內(nèi)密度計(jì)17可用來監(jiān)控微球48或聚合物材料52的加入，以便將預(yù)混物51的體積密度調(diào)整到所需范圍。
在操作中，管線內(nèi)密度計(jì)17測(cè)定來自定向閥22的預(yù)混物51的體積密度。如果測(cè)定的體積密度在可接受的預(yù)定允許范圍內(nèi)，則定向閥22將預(yù)混物51導(dǎo)向輸送線路20，以進(jìn)一步加工。如果測(cè)定的體積密度太高或太低，則定向閥22將預(yù)混物51導(dǎo)向循環(huán)回路16，返回到預(yù)混物配制罐10，而不是轉(zhuǎn)向輸送線路20。此時(shí)預(yù)混物51繼續(xù)循環(huán)。根據(jù)密度計(jì)17得到的預(yù)混物51的體積密度，可根據(jù)需要增加預(yù)聚物52或微球48。注意，預(yù)混物51可以在任何水平上回到預(yù)混物配制罐10，只要不影響預(yù)混物51從預(yù)混物配制罐10底部出料。預(yù)混物51宜以這種方式返回，即盡可能減少夾帶到預(yù)混物51中的氣體量，例如將預(yù)混物51在罐10中存放的預(yù)混物51的表面以下位置返回，或者使預(yù)混物51沿罐10的內(nèi)壁返回。
預(yù)混物配制罐10上任選安裝一個(gè)真空裝置19，抽去因加入微球48而帶入聚合物材料52的氣體，以便更加準(zhǔn)確地進(jìn)行體積密度測(cè)定。預(yù)混物配制罐10宜在1-10乇壓力下脫氣。預(yù)混物配制罐10更宜在1-5乇壓力下脫氣。預(yù)混物配制罐10最好在低于2乇的壓力下脫氣。此外，預(yù)混設(shè)備100還可包括惰性氣源60，當(dāng)真空裝置19沒有對(duì)預(yù)混物配制罐10抽真空時(shí)，可以用它為預(yù)混物51提供“掩蔽”惰性氣體。
較好地，至少部分聚合物微球48具有彈性。合適的聚合物微球48包括無機(jī)鹽、糖和水溶性微粒。這種聚合物微球48(或微型元件)的例子包括聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚丙烯酸類、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylite)、淀粉、馬來酸共聚物、聚環(huán)氧乙烷、聚氨酯、環(huán)糊精和它們的組合(例如購自Akzo Nobel，Sundsvall，Sweden的ExpancelTM)?？蓪?duì)微球48進(jìn)行化學(xué)改性，通過側(cè)鏈化、嵌段化和交聯(lián)等改變其溶解性、膨脹性和其他性質(zhì)。較好的，微球48的平均直徑小于150μm，更好小于50μm。微球48的平均直徑最好小于15μm。注意，微球的平均直徑可以變化，不同尺寸的微球48或不同微球48的混合物可根據(jù)需要加入聚合物材料52中。制備微球的優(yōu)選材料是丙烯腈與偏二氯乙烯的共聚物。
此外，在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，拋光墊4的聚合物材料52可由含多異氰酸酯的材料(“預(yù)聚物”)制備。預(yù)聚物是多異氰酸酯(例如二異氰酸酯)與含羥基物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物。多異氰酸酯可以是脂族或芳族多異氰酸酯。然后，用固化劑固化該預(yù)聚物。優(yōu)選的多異氰酸酯包括但不限于亞甲基二4，4’-環(huán)己基異氰酸酯、二異氰酸環(huán)己酯、異佛爾酮二異氰酸酯、己二異氰酸酯、1，2-二異氰酸亞丙酯、1，4-二異氰酸四亞甲酯、1，6-己二異氰酸酯、1，12-十二亞烷基二異氰酸酯、1，3-環(huán)亞丁基二異氰酸酯、1，3-環(huán)亞己基二異氰酸酯、1，4-環(huán)亞己基二異氰酸酯、1-異氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-異氰酸甲酯基環(huán)己烷、甲基環(huán)亞己基二異氰酸酯、己二異氰酸酯的三異氰酸酯、2，4，4-三甲基-1，6-己烷二異氰酸酯的三異氰酸酯、己二異氰酸酯的縮脲二酮、二異氰酸亞乙酯、2，2，4-三甲基己二異氰酸酯、2，4，4-三甲基己二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯和它們的混合物。優(yōu)選的多異氰酸酯是脂族多異氰酸酯。優(yōu)選的脂族多異氰酸酯含有小于14％的未反應(yīng)異氰酸酯基團(tuán)。
含羥基物質(zhì)宜為多元醇。多元醇的例子包括但不限于聚醚多元醇、羥基終端的聚丁二烯(包括部分/完全氫化的衍生物)、聚酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和它們的混合物。
一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，多元醇包括聚醚多元醇。多元醇的例子包括但不限于聚四亞甲基醚乙二醇(“PTMEG”)、聚亞乙基丙二醇、聚氧丙烯二醇和它們的混合物。烴鏈可以含有飽和或不飽和鍵、取代或未取代芳基和環(huán)基。本發(fā)明的多元醇較好的包括PTMEG。合適的聚酯多元醇包括但不限于聚己二酸亞乙酯二醇、聚己二酸亞丁酯二醇、聚己二酸亞乙基亞丙基酯二醇、鄰苯二甲酸酯-1，6-己二醇、聚(己二酸亞己酯)二醇和它們的混合物。烴鏈可以含有飽和或不飽和鍵，或取代或未取代芳基和環(huán)基。合適的聚己內(nèi)酯多元醇包括但不限于1，6-己二醇衍生的聚己內(nèi)酯、二甘醇衍生的聚己內(nèi)酯、三羥甲基丙烷衍生的聚己內(nèi)酯、新戊二醇衍生的聚己內(nèi)酯、1，4-丁二醇衍生的聚己內(nèi)酯、PTMEG衍生的聚己內(nèi)酯和它們的混合物。烴鏈可以含有飽和或不飽和鍵，或取代或未取代芳基和環(huán)基。合適的聚碳酸酯包括但不限于聚鄰苯二甲酸酯碳酸酯和聚(亞己基碳酸酯)二醇。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，聚合物材料52可由(例如)熱固性和熱塑性的聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、硅酮、聚酰亞胺和聚砜形成。聚合物材料52的其他例子包括但不限于聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亞胺、乙酸乙基乙烯酯、聚丁酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、氟化乙烯丙烯和全氟烷氧基聚合物以及它們的組合。一種優(yōu)選的聚合物材料52是聚氨酯。
現(xiàn)在參見圖3，所示為澆鑄設(shè)備103，它包括預(yù)混設(shè)備100和預(yù)混物收集罐15，以及固化設(shè)備101。固化設(shè)備101還包括固化劑收集罐12和固化劑儲(chǔ)料罐6。注意，雖然此實(shí)施方式在圖中只有一個(gè)預(yù)混物收集罐15和一個(gè)固化設(shè)備101，但可根據(jù)需要采用任何數(shù)量的預(yù)混物收集罐和固化罐。在操作中，一旦在預(yù)混設(shè)備100中制備了合格體積密度的均勻混合物，可將預(yù)混物51經(jīng)由輸送管線20轉(zhuǎn)移到預(yù)混物收集罐15中。輸送管線20可包含任何不生銹的金屬、塑料或聚合物材料。這種轉(zhuǎn)移可以這樣完成，用輸送泵21將預(yù)混物51從預(yù)混物配制罐10的底部抽出，使預(yù)混物51通過定向閥22，定向閥將物流導(dǎo)向輸送管線20，從而將預(yù)混物送入預(yù)混物收集罐15。有利的是，一旦預(yù)混物51從預(yù)混物配制罐10轉(zhuǎn)移到預(yù)混物收集罐15，預(yù)混物配制罐10即可用來制備另一批預(yù)混物51。另外，預(yù)混物收集罐15中的預(yù)混物51現(xiàn)在也可用來進(jìn)行澆鑄。可以看出，本發(fā)明通過另行安排一個(gè)預(yù)混物制備過程，就可以不間斷地進(jìn)行澆鑄。
在澆鑄過程中，將來自預(yù)混物收集罐15的預(yù)混物51和來自固化劑收集罐12的固化劑53計(jì)量到混合器13中，在混合器13，組分51和53進(jìn)行混合，然后直接澆鑄到澆鑄模具14上。然后，固化模具，并切成本發(fā)明的拋光墊4。預(yù)混物收集罐15和固化劑收集罐12中也配有攪拌器18，類似于預(yù)混物配制罐10中的攪拌器18。固化劑53在液面控制器(level controllor)7的控制下由固化劑儲(chǔ)料罐6加入。
有利的是，拋光墊4的體積密度直接受兩種組分51和53的混合比例控制。分別來自預(yù)混物收集罐15和固化劑收集罐12的組分51、53的混合比例由送料管線55中與流量計(jì)8相連的計(jì)量泵9控制。
固化劑宜為聚二胺。優(yōu)選的聚二胺包括但不限于二乙基甲苯二胺(“DETDA”)；3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其異構(gòu)體；3，5-二乙基甲苯-2，4-二胺及其異構(gòu)體，如3，5-二乙基甲苯-2，6-二胺；4，4’-二(仲丁基氨基)-二苯基甲烷；1，4-二(仲丁基氨基)苯；4，4’-亞甲基-二(2-氯苯胺)；4，4’-亞甲基-二(3-氯-2，6-二乙基苯胺)(“MCDEA”)；聚四氫呋喃-二-對(duì)氨基苯甲酸酯；N，N’-二烷基二氨基二苯基甲烷；p，p’-亞甲基二苯胺(“MDA”)；間苯二胺(“MPDA”)；亞甲基二(2-氯苯胺)(“MBOCA”)；4，4’-亞甲基二(2-氯苯胺)(“MOCA”)；4，4’-亞甲基二(2，6-二乙基苯胺)(“MDEA”)；4，4’-亞甲基二(2，3-二氯苯胺)(“MDCA”)；4，4’-二氨基-3，3’-二乙基-5，5’-二甲基二苯基甲烷；2，2’，3，3’-四氯二氨基二苯基甲烷；二對(duì)氨基苯甲酸丙二酯；以及它們的混合物。本發(fā)明的固化劑宜包括3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其異構(gòu)體。合適的聚胺固化劑包括伯胺和仲胺。
此外，可在前述聚氨酯組合物中加入其他固化劑，如二醇、三醇、四醇或含羥端基的固化劑。合適的二醇、三醇和四醇包括乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇、低分子量聚四亞甲基醚二醇、1，3-二(2-羥基乙氧基)苯、1，3-二[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]苯、1，3-二{2-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、間苯二酚-二(β-羥乙基)醚、氫醌-二(β-羥乙基)醚和它們的混合物。優(yōu)選的含羥端基的固化劑包括1，3-二(2-羥基乙氧基)苯、1，3-二[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]苯、1，3-二{2-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯、1，4-丁二醇和它們的混合物。含羥端基的固化劑和胺固化劑都可包含一個(gè)或多個(gè)飽和基、不飽和基、芳基和環(huán)基。此外，含羥端基的固化劑和胺固化劑可包含一個(gè)或多個(gè)鹵素基團(tuán)。聚氨酯組合物可由固化劑的混合物形成。但若需要，聚氨酯組合物可由單一固化劑組成。
因此，本發(fā)明提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括如下步驟提供一罐聚合物材料，并在儲(chǔ)料倉中提供微球。該方法還提供如下步驟在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑，將聚合物材料和微球送入預(yù)混物配制罐。該方法還提供如下步驟形成聚合物材料和微球的預(yù)混物，使預(yù)混物循環(huán)，直至達(dá)到所需體積密度，然后將預(yù)混物送入預(yù)混物收集罐。此外，該方法還提供如下步驟形成預(yù)混物和固化劑的混合物，將混合物倒入模具，并將模具切成拋光墊。
現(xiàn)在參見圖4，所示為澆鑄設(shè)備105，它包括預(yù)聚物設(shè)備104。預(yù)聚物設(shè)備104還包括預(yù)聚物收集罐11和第二預(yù)聚物儲(chǔ)料罐5。在此實(shí)施方式中，預(yù)聚物收集罐11可進(jìn)一步靈活控制澆鑄模14中模具的體積密度。例如，從預(yù)混物收集罐15和固化劑接收罐12加入組分的同時(shí)，從預(yù)聚物收集罐11向混合器13中加入非填充預(yù)聚物57，可調(diào)節(jié)微球48與預(yù)聚物57的最終體積密度的比例。向混合器13中加入非填充預(yù)聚物57的過程由流量控制計(jì)8和計(jì)量泵9調(diào)控。預(yù)聚物收集罐11也可配備攪拌器18，類似于預(yù)混物配制罐10中的攪拌器18。向預(yù)聚物收集罐11加入的聚合物材料57是從次級(jí)預(yù)聚物存儲(chǔ)罐5通過液面控制器7提供的。注意，雖然圖中只示出了一個(gè)預(yù)聚物收集罐11，但本發(fā)明可根據(jù)需要采用任何數(shù)量的附加預(yù)聚物收集罐。另外根據(jù)需要，預(yù)聚物57可以是與預(yù)聚物52相同的聚合物材料，也可以是任何其他預(yù)聚物材料。
在澆鑄過程中，來自預(yù)混物收集罐15的預(yù)混物51、來自固化劑收集罐12的固化劑53和來自預(yù)聚物收集罐11的預(yù)聚物57計(jì)量加到混合器13，各組分51、53和57在該混合器中混合，然后直接澆鑄到澆鑄模14中。接著固化模具，切成本發(fā)明的拋光墊4。有利的是，拋光墊4的體積密度直接受三種組分51、53和57的混合比控制。分別來自預(yù)混物收集罐15、固化劑收集罐12和預(yù)聚物收集罐11的組分51、53和57的混和比通過送料管線55中與流量計(jì)8相連的各計(jì)量泵9控制。
預(yù)聚物收集罐11上任選安裝一個(gè)真空裝置19，以抽去機(jī)械夾帶的氣體。此外，預(yù)混物收集罐15和固化劑收集罐12也可配備真空裝置19。預(yù)混物配制罐10宜在1-10乇壓力下脫氣。預(yù)混物配制罐10更宜在1-5乇壓力下脫氣。預(yù)混物配制罐10最好在低于2乇的壓力下脫氣。
因此，本發(fā)明提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括如下步驟在第一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供第一聚合物材料，在儲(chǔ)料倉中提供微球，在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑，在至少一個(gè)第二預(yù)聚物收集罐中提供第二聚合物材料。此外，該方法包括如下步驟將第一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中的聚合物材料和微球送入預(yù)混物配制罐，形成第一聚合物材料和微球的預(yù)混物，使預(yù)混物循環(huán)，直至達(dá)到所需體積密度，然后將預(yù)混物送入預(yù)混物收集罐。該方法還提供如下步驟形成預(yù)混物和固化劑的混合物，從所述至少第二預(yù)聚物收集罐向混合物中加入第二聚合物材料，直至達(dá)到所需體積密度，然后將混合物倒入模具，將模具切成拋光墊。
現(xiàn)在參見圖5，所示為澆鑄設(shè)備107，它包括預(yù)混物收集/配制設(shè)備106和固化設(shè)備101。預(yù)混物收集/配制設(shè)備106還包含填充料儲(chǔ)料倉1，其大小可盛裝足量的微球或微型元件48。預(yù)混物收集/配制設(shè)備106還包含預(yù)混物收集/配制罐59和預(yù)聚物儲(chǔ)料罐3，后者的大小可盛裝足量的聚合物材料52。此外，預(yù)混物收集/配制設(shè)備106宜包含循環(huán)回路16，以控制預(yù)混物收集/配制罐59中的預(yù)混物51的體積密度。注意，與圖2、3和4所示實(shí)施方式不同，圖5(以及下面的圖6)所示實(shí)施方式在一個(gè)收集/配制罐中同時(shí)提供了預(yù)混物配制罐和預(yù)混物收集罐。換句話說，圖5所示實(shí)施例(以及圖6)省去了預(yù)混物配制罐與預(yù)混物收集罐之間的“轉(zhuǎn)移步驟”。但要注意，雖然此實(shí)施方式允許批量澆鑄本發(fā)明的拋光墊，但它無法連續(xù)澆鑄。
在操作中，向預(yù)混物收集/配制罐59中加入預(yù)定量的聚合物材料52。加入在預(yù)混物收集/配制罐59中的聚合物材料52的量可通過質(zhì)流計(jì)量裝置4控制。加入預(yù)混物接收/配制罐59的預(yù)聚物52的量也可用安裝在預(yù)混物接收/配制罐59上的稱重傳感器控制。
聚合物材料52加入預(yù)混物接收/配制罐59之后，用攪拌器18攪拌聚合物材料52，使聚合物材料52沿著攪拌器18的軸做向上的軸向流動(dòng)，從而使材料52隨之沿著預(yù)混物接收/配制罐59的內(nèi)壁向下流動(dòng)。攪拌器的轉(zhuǎn)速宜為1-500RPM。攪拌器的轉(zhuǎn)速更宜為1-250RPM。攪拌器的轉(zhuǎn)速最好為1-50RPM。
攪拌器18啟動(dòng)后，可將填充料儲(chǔ)料倉1中的微球48加入預(yù)混物接收/配制罐59中。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，微球48加入預(yù)混物接收/配制罐59中的量可通過“重量損失”干料計(jì)量系統(tǒng)2控制。干料計(jì)量系統(tǒng)2確定了填充料儲(chǔ)料倉1的起始總重，包括裝在儲(chǔ)料倉1中的微球48的重量。然后，在干料計(jì)量系統(tǒng)2中設(shè)定要加到預(yù)混物接收/配制罐59中的微球48的預(yù)定重量。干料計(jì)量系統(tǒng)2隨后將微球48加入預(yù)混物接收/配制罐59，直到填充料儲(chǔ)料倉1的重量變化等于微球48的所需預(yù)定重量。
測(cè)出微球48的合適量后，將微球48加入聚合物材料52中，通過攪拌器18的攪拌，混合在一起形成預(yù)混物51。微球48的量與聚合物材料52的量之比宜為0-50體積％。微球48的量與聚合物材料52的量之比更宜為0-40體積％。微球48的量與聚合物材料52的量之比最好為0.1-30體積％。
微球48與聚合物材料52一旦混合，預(yù)混物51宜在循環(huán)回路16中再循環(huán)，以確保預(yù)混物51基本上保持均勻。循環(huán)回路16有助于預(yù)混物51更均勻地分布在預(yù)混物收集/配制罐59中，降低密度分層的可能性。換句話說，循環(huán)回路16為控制預(yù)混物51的體積密度提供了有效方法。借助天平(未示出)，通過手動(dòng)周期性地對(duì)預(yù)混物51取樣，可以監(jiān)控預(yù)混物51的體積密度。
循環(huán)泵21宜將預(yù)混物51從預(yù)混物收集/配制罐59抽出，并使預(yù)混物51通過定向閥22，閥22使預(yù)混物51返回到預(yù)混物收集/配制罐59。循環(huán)泵21可以是隔膜泵、蠕動(dòng)泵、正弦泵或凸輪泵，不需要接觸潤(rùn)滑。在循環(huán)回路16中任選提供管線內(nèi)密度計(jì)17，以監(jiān)控預(yù)混物51的均勻性。管線內(nèi)密度計(jì)17有利地提供了自動(dòng)測(cè)定預(yù)混物51的連續(xù)體積密度的方法。管線內(nèi)密度計(jì)17可測(cè)定和顯示密度值。管線內(nèi)密度計(jì)17測(cè)定預(yù)混物51的體積密度(微球48與聚合物材料52的比例)。如果體積密度超出預(yù)定可接受的范圍，管線內(nèi)密度計(jì)17可用來監(jiān)控微球48或聚合物材料52的加入，以便將預(yù)混物51的體積密度調(diào)整到所需范圍。
在操作中，管線內(nèi)密度計(jì)17測(cè)定來自定向閥22的預(yù)混物51的體積密度。如果計(jì)算出的體積密度在可接受的預(yù)定公差范圍內(nèi)，則定向閥22將預(yù)混物51導(dǎo)向輸送管線55。如果計(jì)算出的體積密度太高或太低，則定向閥22將測(cè)定后的預(yù)混物51導(dǎo)向循環(huán)回路16，回到收集/配制罐59再次攪拌。換句話說，如果體積密度太高，則增加攪拌。注意，預(yù)混物51可以在任何水平上回到預(yù)混物收集/配制罐59，只要不影響預(yù)混物51從預(yù)混物收集/配制罐59底部出料。
預(yù)混物收集/配制罐59上任選安裝一個(gè)真空裝置19，抽去因在聚合物材料52加入微球48而夾帶的氣體，以便更加準(zhǔn)確地進(jìn)行體積密度測(cè)定。較好地，預(yù)混物收集/配制罐59在1-10乇壓力下脫氣，更好地在1-5乇壓力下脫氣，最好在低于2乇的壓力下脫氣。
仍參見圖5，固化裝置101還包括固化劑收集罐12和固化劑儲(chǔ)料罐6。注意，雖然此實(shí)施方式在圖中只有一個(gè)固化裝置101，但可根據(jù)需要采用任何數(shù)量的固化裝置。在澆鑄過程中，將來自預(yù)混物收集/配制罐59的預(yù)混物51和來自固化劑收集罐12的固化劑53計(jì)量到混合器13，組分51和53在該混合器中混合，然后直接澆鑄到澆鑄模14上。接下來固化模具，切成本發(fā)明的拋光墊4。預(yù)混物收集/配制罐59和固化劑收集罐12中也配有攪拌器18，類似于預(yù)混物配制罐10中的攪拌器18。附加的固化劑53在液面控制器7的控制下由固化劑儲(chǔ)料罐6加入。有利的是，拋光墊4的體積密度直接受兩種組分51和53的混合比例控制。分別來自預(yù)混物收集/配制罐59和固化劑收集罐12的組分51、53的混合比分別由循環(huán)泵21和輸送管線55中與流量計(jì)8相連的計(jì)量泵9控制。
現(xiàn)在參見圖6，所示為澆鑄設(shè)備109，它包括第二預(yù)聚物設(shè)備111。預(yù)聚物設(shè)備111還包括第二預(yù)聚物收集罐11和次級(jí)預(yù)聚物儲(chǔ)料罐5。在此實(shí)施方式中，預(yù)聚物收集罐11可進(jìn)一步靈活控制澆鑄模14中的模具。例如，在混合器13中加入自預(yù)混物收集/配制罐59和固化劑收集罐12的組分，同時(shí)加入自預(yù)聚物收集罐11的非填充的預(yù)聚物57，來調(diào)節(jié)微球48與預(yù)聚物57的最終體積密度之比。向混合器13中加入非填充預(yù)聚物57的過程由流量控制計(jì)8和計(jì)量泵9調(diào)控。預(yù)聚物收集罐11也可配備攪拌器18，類似于預(yù)混物配制罐10中的攪拌器18。附加的聚合物材料57是從第二預(yù)聚物存儲(chǔ)罐5通過液面控制計(jì)7加入到預(yù)聚物收集罐11。注意，雖然圖中只示出了一個(gè)預(yù)聚物收集罐11，但本發(fā)明可根據(jù)需要采用任何數(shù)量的附加預(yù)聚物收集罐。另外，根據(jù)需要，預(yù)聚物57可以是與預(yù)聚物52相同的聚合物材料，也可以是任何其他預(yù)聚物材料。
在澆鑄過程中，將來自預(yù)混物收集/配制罐59的預(yù)混物51、來自固化劑收集罐12的固化劑53和來自預(yù)聚物收集罐11的未填充預(yù)聚物57計(jì)量到混合器13，混合各組分51、53和57，然后直接澆鑄到澆鑄模14中。接著，固化模具，并切成本發(fā)明的拋光墊4。有利的是，拋光墊4的體積密度直接由三種組分51、53和57的混合比控制。分別來自預(yù)混物收集/配制罐59、固化劑收集罐12和預(yù)聚物收集罐11的組分51、53和57的混和物的比例由輸送管線55中與流量計(jì)8相連的各計(jì)量泵9控制。
因此，本發(fā)明提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括以下步驟在預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供聚合物材料，在儲(chǔ)料倉中提供微球，在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑。該方法還提供以下步驟將聚合物材料和微球輸送到預(yù)混物收集/配制罐，形成聚合物材料和微球的預(yù)混物。該方法還提供以下步驟使預(yù)混物循環(huán)，直至達(dá)到所需體積密度，形成預(yù)混物和固化劑的混合物，將該混合物倒入模具，將模具切成拋光墊。
現(xiàn)在參見圖7，所示為采用本發(fā)明條紋較少的拋光墊的CMP設(shè)備73。設(shè)備73包括晶片承載裝置81，用來夾持半導(dǎo)體晶片83或?qū)⑵鋲合驋伖獗P91。拋光盤91上裝有堆疊的拋光墊1，包括本發(fā)明減少了條紋的拋光墊4。如上面所討論的，拋光墊1有一個(gè)與拋光盤91的表面交界的底層2，以及與化學(xué)拋光漿液一起用來拋光晶片83的拋光墊4。注意，雖然圖中沒有示出，但在本發(fā)明設(shè)備中可采用任何手段來提供拋光液體或漿液。拋光盤91通常繞其中心軸79旋轉(zhuǎn)。此外，晶片承載裝置81通常繞中心軸75轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過平移臂77越過拋光盤91表面平移。注意，雖然圖7中僅示出了一個(gè)晶片承載裝置，但CMP設(shè)備可包括一個(gè)以上的晶片承載裝置，它們以一定間隔分布在拋光盤周圍。此外，拋光盤91上有一個(gè)透明孔87，正對(duì)著拋光墊1的窗口14。因此，在拋光晶片83的過程中，通過窗口14來接近晶片83的表面，以進(jìn)行精確端點(diǎn)檢測(cè)。即，在拋光盤91的下方提供激光分光光度計(jì)89，反射激光束85，通過透明孔87和窗口14射入，然后再經(jīng)由它們返回，以對(duì)拋光晶片83的過程進(jìn)行精確的端點(diǎn)檢測(cè)。
因此，本發(fā)明提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括以下步驟提供一罐聚合物材料，在儲(chǔ)料倉中提供微球，在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑。該方法還提供以下步驟將聚合物材料和微球輸送到預(yù)混物配制罐，形成聚合物材料和微球的預(yù)混物。該方法還提供以下步驟使預(yù)混物循環(huán)，直至達(dá)到所需體積密度。該方法還提供以下步驟將預(yù)混物送入預(yù)混物收集罐，形成預(yù)混物和固化劑的混合物，將該混合物倒入模具，將模具切成拋光墊。
權(quán)利要求
1.一種形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括在一罐中提供聚合物材料；在一儲(chǔ)料倉中提供微球；在一固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑；將所述聚合物材料和微球輸送到預(yù)混物配制罐；形成所述聚合物材料和微球的預(yù)混物；再循環(huán)該預(yù)混物，直至達(dá)到所需的體積密度；將所述預(yù)混物輸送到預(yù)混物收集罐；形成所述預(yù)混物和固化劑的混合物；將所述混合物倒入模具中；將所述模具切成拋光墊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括在有攪拌器的預(yù)混物配制罐中，攪拌預(yù)混物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括對(duì)預(yù)混物配制罐進(jìn)行脫氣。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括在循環(huán)回路中提供管線內(nèi)密度計(jì)，用以測(cè)定預(yù)混物的體積密度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，微球包括聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯、淀粉、馬來酸共聚物、聚環(huán)氧乙烷、聚氨酯、環(huán)糊精、丙烯腈與偏二氯乙烯的共聚物，以及它們的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，聚合物材料包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、硅酮、聚酰亞胺、聚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亞胺、乙酸乙基乙烯酯、聚丁酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、氟化乙烯丙烯和全氟烷氧基聚合物，以及它們的組合。
7.一種形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括在第一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供第一聚合物材料；在一儲(chǔ)料倉中提供微球；在一固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑；在至少一個(gè)第二預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供第二聚合物材料；將所述第一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中的第一聚合物材料和微球輸送到預(yù)混物配制罐中；形成所述第一聚合物材料和微球的預(yù)混物；再循環(huán)所述預(yù)混物，直至達(dá)到所需的體積密度；將所述預(yù)混物輸送到預(yù)混物收集罐中；形成所述預(yù)混物和固化劑的混合物；由至少第二預(yù)聚物儲(chǔ)料罐向所述混合物提供第二聚合物材料，直至達(dá)到所需的體積密度；將所述混合物倒入模具中；將所述模具切成拋光墊。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，第一和第二聚合物材料相同。
9.一種形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括在一預(yù)聚物儲(chǔ)料罐中提供聚合物材料；在一儲(chǔ)料倉中提供微球；在一固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑；將所述聚合物材料和微球輸送到預(yù)混物收集/配制罐中；形成所述聚合物材料和微球的預(yù)混物；再循環(huán)預(yù)混物，直至達(dá)到所需的體積密度；形成所述預(yù)混物和固化劑的混合物；將所述混合物倒入模具中；將所述模具切成拋光墊。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，它包括從另一個(gè)預(yù)聚物儲(chǔ)料罐向混合物中加入聚合物材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了形成化學(xué)機(jī)械拋光墊的方法，它包括如下步驟在一罐中提供聚合物材料，并在儲(chǔ)料倉中提供微球。該方法還包括以下步驟在固化劑儲(chǔ)料罐中提供固化劑。該方法還包括以下步驟將聚合物材料和微球送入預(yù)混物配制罐，形成聚合物材料和微球的預(yù)混物。該方法還包括以下步驟使預(yù)混物循環(huán)，直至達(dá)到所需體積密度。該方法還包括以下步驟將預(yù)混物送入預(yù)混物接收罐，形成預(yù)混物和固化劑的混合物，將混合物倒入模具，將模具切成拋光墊。
文檔編號(hào)B24D3/20GK1781669SQ20051012868
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者A·H·賽金 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司