減少了條紋的化學機械拋光墊的製備方法
2023-09-20 09:17:30 2
專利名稱：減少了條紋的化學機械拋光墊的製備方法
技術領域：
本發明涉及用於化學機械平坦化的拋光墊，特別涉及減少了條紋的拋光墊。此外，本發明涉及形成減少了條紋的拋光墊的設備和方法。
背景技術：
在集成電路和其他電子器件的製造中，常常要將多層導體、半導體和介電材料沉積到半導體晶片的表面上，或者將它們從半導體晶片表面除去。導體、半導體和介電材料薄層可用許多沉積技術沉積。現代工藝中常見的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)(亦稱濺射)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)和電化學鍍(ECP)。
在依次沉積或除去各材料層時，晶片最上面的表面變得不平坦。因為後面的半導體加工(例如金屬化)要求晶片具有平的表面，因而需要對晶片進行平坦化處理。平坦化可用於清除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、聚結物質、晶格破壞、刮痕和受汙染的層或材料。
化學機械平面化，或者說化學機械拋光(CMP)是對基材，如半導體晶片進行平面化的常用方法。在常規CMP中，將晶片安裝在CMP設備中的承載組件上，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。用外部驅動力使拋光墊相對於晶片運動(例如旋轉)，同時在晶片與拋光墊之間提供化學組合物(「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和機械作用下進行拋光，變得平坦。
Reinhardt等的美國專利5578362介紹了一種本領域已知的示例性拋光墊。Reinhardt的拋光墊包含聚合物基體，整個基體中分散有微球。一般地，微球在(例如)質流輸料系統中與液體聚合物材料摻混並混合，然後轉移到模具中固化。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。
出現條紋是因為聚合物基體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流輸料系統中的自由或連續流動，結果造成微球在輸料過程中的不同位點發生不同程度的「簇集」(即引起體積密度差異或產生條紋)。這些條紋是不利的，因為它們可能使不同的拋光墊表現出不可預期的、也許是有害的拋光性能。更有甚者，這些條紋可能對拋光墊本身的拋光性能造成負面影響。
一般地，通過綜合利用重力、各種儲料倉設計、機械力(例如振動)和手工周期性取樣，調整工藝條件，重新測定來確定體積密度，可以減少這些條紋。但是，現有技術的設備和方法不足以有效控制體積密度，難以滿足CMP工業日益提高的要求。
因此，需要一種減少了條紋的拋光墊。更具體地說，需要一種設備和方法，形成減少了條紋的拋光墊。
發明內容
本發明第一方面提供了形成化學機械拋光墊的方法，包括在一罐中提供聚合物材料；在儲料倉中提供微球；在固化劑儲料罐中提供固化劑；將聚合物材料和微球送到預混物配製罐；形成聚合物材料和微球的預混物；再循環預混物，直至達到所需體積密度；將該預混物送到預混物收集罐；形成預混物和固化劑的混合物；將混合物倒進模具；將模具切成拋光墊。
本發明第二方面提供了形成化學機械拋光墊的方法，包括在第一預聚物儲料罐提供聚合物材料；在儲料倉中提供微球；在固化劑儲料罐中提供固化劑；在至少一個第二預聚物儲料罐中提供聚合物材料；將第一預聚物儲料罐中的聚合物材料和微球送到預混物配製罐；形成聚合物材料和微球的預混物；再循環預混物，直至達到所需體積密度；將該預混物送到預混物收集罐；形成預混物和固化劑的混合物；由至少一個第二預聚物儲料罐向混合物提供聚合物材料，直至達到所需體積密度；將混合物倒進模具；將模具切成拋光墊。
本發明第三方面提供了形成化學機械拋光墊的方法，包括在預聚物儲料罐中提供聚合物材料；在儲料倉中提供微球；在固化劑儲料罐中提供固化劑；將聚合物材料和微球送到預混收集/配製罐；形成聚合物材料和微球的預混物；再循環預混物，直至達到所需體積密度；形成預混物和固化劑的混合物；將混合物倒進模具；將模具切成拋光墊。
圖1所示為具有較少條紋的本發明拋光墊。
圖2所示為形成本發明拋光墊的設備。
圖3所示為形成本發明拋光墊設備的另一種實施方式。
圖4所示為形成本發明拋光墊設備的另一種實施方式。
圖5所示為形成本發明拋光墊設備的另一種實施方式。
圖6所示為形成本發明拋光墊設備的另一種實施方式。
圖7所示為採用本發明拋光墊的CMP系統。
具體實施例方式
本發明提供了具有較少條紋的拋光墊。另外，本發明提供了形成條紋較少的拋光墊的新型澆鑄設備和方法。特別地，本發明利用獨特的預混設備減少了拋光墊的條紋。預混設備包含一種新型預混物配製罐，用來預混合微球和預聚物，形成均質預混物。預混設備還包含一個循環迴路，用來再循環預混物，直至達到所需體積密度。體積密度的降低使得微球能夠一致不間斷地流動，從而減少了新型拋光墊中的條紋。此外，新型澆鑄設備在提高生產規模和拋光墊類型的多樣性方面提供了相當大的靈活性。換句話說，新型澆鑄設備在製造本發明的拋光墊時允許(例如)連續澆鑄，可以無窮無盡地組合不同的聚合物材料。
現在參照圖1，所示為本發明的拋光墊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可由成氈聚氨酯製成，如Rohm Haas ElectronicMaterials CMP Inc.(「RHEM」)(Newark，DE)製造的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製造的IC 1000TM墊。拋光墊4可根據需要任選形成紋理。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中包含一個透明窗14，以便進行端點檢測。
現在參見圖2，所示為形成本發明拋光墊4的預混設備100。預混設備100包括填充料儲料倉1，其大小可存放足夠量的微球或微型元件48。預混設備100還包括預混物配製罐10和預聚物儲料罐3，後者的大小可存放足夠量的聚合物材料52(「預聚物」)。此外，預混設備100有利地包含一個循環迴路16，用以控制預混物配製罐10中預混物51的體積密度。注意，雖然圖中的預混設備100是一個「單罐」系統，但本發明不限於此。例如，本發明可根據需要採用任何數量的儲料倉1、預聚物儲料罐3和預混物配製罐10。
在操作中，將預定量的聚合物材料52加入預混物配製罐10。在預混物配製罐10中加入的聚合物材料52的量可用帶有總量計算器(未示出)的質流計量裝置4控制。在預混物配製罐10中加入的預聚物52的量也可用安裝在預混物配製罐10上的承載單元(load cell)控制。
聚合物材料52加入預混物配製罐10之後，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，從而使聚合物材料52隨之沿著預混物配製罐10的內壁向下流動。或者，聚合物材料52可根據需要沿相反的方向流動。攪拌器的轉速宜為1-500RPM。攪拌器的轉速更宜為1-250RPM。攪拌器的轉速最好為1-50RPM。
攪拌器18啟動後，可將填充料儲料倉1中的微球48加入預混物配製罐10中。在本發明的一個示例性實施方式中，微球48加入預混物配製罐10中的量可通過「重量損失」乾料計量系統2控制。乾料計量系統2確定了填充料儲料倉1的起始總重，包括裝在儲料倉1中的微球48的重量。然後，在乾料計量系統2中設定要加到預混物配製罐10中的微球48的預定重量。乾料計量系統2隨後將微球48加入預混物配製罐10，直到填充料儲料倉1的重量變化等於微球48的所需預定重量。
測出微球48的合適量後，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，預混物51宜在循環迴路16中循環，以確保預混物51基本上保持均勻。循環迴路16有助於預混物51更均勻地分布在預混物配製罐10中，降低密度分層的可能性。換句話說，循環迴路16為控制或穩定預混物51的體積密度提供了有效方法。
循環泵21宜將預混物51從預混物配製罐10抽出，並使預混物51通過定向閥22，閥22使預混物51返回到預混物配製罐10。循環泵21可以是隔膜泵、蠕動泵、正弦泵、凸輪泵或齒輪型泵，不需要接觸潤滑。通過手動周期性地對預混物51取樣，藉助天平(未示出)，可以監控預混物51的體積密度(重量/體積)。
在循環迴路16中任選提供管線內(in-line)密度計17，以監控預混物51的均勻度(即密度)。管線內密度計17有利地提供了自動測定和顯示預混物51的連續體積密度的方法。管線內密度計17可測定和顯示密度。舉例來說，管線內密度計17可購自Anton Paar，Graz，Austria。管線內密度計17測定預混物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定可接受的範圍，管線內密度計17可用來監控微球48或聚合物材料52的加入，以便將預混物51的體積密度調整到所需範圍。
在操作中，管線內密度計17測定來自定向閥22的預混物51的體積密度。如果測定的體積密度在可接受的預定允許範圍內，則定向閥22將預混物51導向輸送線路20，以進一步加工。如果測定的體積密度太高或太低，則定向閥22將預混物51導向循環迴路16，返回到預混物配製罐10，而不是轉向輸送線路20。此時預混物51繼續循環。根據密度計17得到的預混物51的體積密度，可根據需要增加預聚物52或微球48。注意，預混物51可以在任何水平上回到預混物配製罐10，只要不影響預混物51從預混物配製罐10底部出料。預混物51宜以這種方式返回，即儘可能減少夾帶到預混物51中的氣體量，例如將預混物51在罐10中存放的預混物51的表面以下位置返回，或者使預混物51沿罐10的內壁返回。
預混物配製罐10上任選安裝一個真空裝置19，抽去因加入微球48而帶入聚合物材料52的氣體，以便更加準確地進行體積密度測定。預混物配製罐10宜在1-10乇壓力下脫氣。預混物配製罐10更宜在1-5乇壓力下脫氣。預混物配製罐10最好在低於2乇的壓力下脫氣。此外，預混設備100還可包括惰性氣源60，當真空裝置19沒有對預混物配製罐10抽真空時，可以用它為預混物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、聚丙烯醯胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylite)、澱粉、馬來酸共聚物、聚環氧乙烷、聚氨酯、環糊精和它們的組合(例如購自Akzo Nobel，Sundsvall，Sweden的ExpancelTM)。可對微球48進行化學改性，通過側鏈化、嵌段化和交聯等改變其溶解性、膨脹性和其他性質。較好的，微球48的平均直徑小於150μm，更好小於50μm。微球48的平均直徑最好小於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的混合物可根據需要加入聚合物材料52中。製備微球的優選材料是丙烯腈與偏二氯乙烯的共聚物。
此外，在本發明的一個示例性實施方式中，拋光墊4的聚合物材料52可由含多異氰酸酯的材料(「預聚物」)製備。預聚物是多異氰酸酯(例如二異氰酸酯)與含羥基物質的反應產物。多異氰酸酯可以是脂族或芳族多異氰酸酯。然後，用固化劑固化該預聚物。優選的多異氰酸酯包括但不限於亞甲基二4，4』-環己基異氰酸酯、二異氰酸環己酯、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-環亞丁基二異氰酸酯、1，3-環亞己基二異氰酸酯、1，4-環亞己基二異氰酸酯、1-異氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-異氰酸甲酯基環己烷、甲基環亞己基二異氰酸酯、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、二環己基甲烷二異氰酸酯和它們的混合物。優選的多異氰酸酯是脂族多異氰酸酯。優選的脂族多異氰酸酯含有小於14％的未反應異氰酸酯基團。
含羥基物質宜為多元醇。多元醇的例子包括但不限於聚醚多元醇、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、聚己內酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和它們的混合物。
一個優選實施方式中，多元醇包括聚醚多元醇。多元醇的例子包括但不限於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基。本發明的多元醇較好的包括PTMEG。合適的聚酯多元醇包括但不限於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基。合適的聚己內酯多元醇包括但不限於1，6-己二醇衍生的聚己內酯、二甘醇衍生的聚己內酯、三羥甲基丙烷衍生的聚己內酯、新戊二醇衍生的聚己內酯、1，4-丁二醇衍生的聚己內酯、PTMEG衍生的聚己內酯和它們的混合物。烴鏈可以含有飽和或不飽和鍵，或取代或未取代芳基和環基。合適的聚碳酸酯包括但不限於聚鄰苯二甲酸酯碳酸酯和聚(亞己基碳酸酯)二醇。
在本發明的優選實施方式中，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、矽酮、聚醯亞胺和聚碸形成。聚合物材料52的其他例子包括但不限於聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚醯亞胺、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。一種優選的聚合物材料52是聚氨酯。
現在參見圖3，所示為澆鑄設備103，它包括預混設備100和預混物收集罐15，以及固化設備101。固化設備101還包括固化劑收集罐12和固化劑儲料罐6。注意，雖然此實施方式在圖中只有一個預混物收集罐15和一個固化設備101，但可根據需要採用任何數量的預混物收集罐和固化罐。在操作中，一旦在預混設備100中製備了合格體積密度的均勻混合物，可將預混物51經由輸送管線20轉移到預混物收集罐15中。輸送管線20可包含任何不生鏽的金屬、塑料或聚合物材料。這種轉移可以這樣完成，用輸送泵21將預混物51從預混物配製罐10的底部抽出，使預混物51通過定向閥22，定向閥將物流導向輸送管線20，從而將預混物送入預混物收集罐15。有利的是，一旦預混物51從預混物配製罐10轉移到預混物收集罐15，預混物配製罐10即可用來製備另一批預混物51。另外，預混物收集罐15中的預混物51現在也可用來進行澆鑄。可以看出，本發明通過另行安排一個預混物製備過程，就可以不間斷地進行澆鑄。
在澆鑄過程中，將來自預混物收集罐15的預混物51和來自固化劑收集罐12的固化劑53計量到混合器13中，在混合器13，組分51和53進行混合，然後直接澆鑄到澆鑄模具14上。然後，固化模具，並切成本發明的拋光墊4。預混物收集罐15和固化劑收集罐12中也配有攪拌器18，類似於預混物配製罐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8相連的計量泵9控制。
固化劑宜為聚二胺。優選的聚二胺包括但不限於二乙基甲苯二胺(「DETDA」)；3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其異構體；3，5-二乙基甲苯-2，4-二胺及其異構體，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；二對氨基苯甲酸丙二酯；以及它們的混合物。本發明的固化劑宜包括3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其異構體。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或多個飽和基、不飽和基、芳基和環基。此外，含羥端基的固化劑和胺固化劑可包含一個或多個滷素基團。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，本發明提供了形成化學機械拋光墊的方法，它包括如下步驟提供一罐聚合物材料，並在儲料倉中提供微球。該方法還提供如下步驟在固化劑儲料罐中提供固化劑，將聚合物材料和微球送入預混物配製罐。該方法還提供如下步驟形成聚合物材料和微球的預混物，使預混物循環，直至達到所需體積密度，然後將預混物送入預混物收集罐。此外，該方法還提供如下步驟形成預混物和固化劑的混合物，將混合物倒入模具，並將模具切成拋光墊。
現在參見圖4，所示為澆鑄設備105，它包括預聚物設備104。預聚物設備104還包括預聚物收集罐11和第二預聚物儲料罐5。在此實施方式中，預聚物收集罐11可進一步靈活控制澆鑄模14中模具的體積密度。例如，從預混物收集罐15和固化劑接收罐12加入組分的同時，從預聚物收集罐11向混合器13中加入非填充預聚物57，可調節微球48與預聚物57的最終體積密度的比例。向混合器13中加入非填充預聚物57的過程由流量控制計8和計量泵9調控。預聚物收集罐11也可配備攪拌器18，類似於預混物配製罐10中的攪拌器18。向預聚物收集罐11加入的聚合物材料57是從次級預聚物存儲罐5通過液面控制器7提供的。注意，雖然圖中只示出了一個預聚物收集罐11，但本發明可根據需要採用任何數量的附加預聚物收集罐。另外根據需要，預聚物57可以是與預聚物52相同的聚合物材料，也可以是任何其他預聚物材料。
在澆鑄過程中，來自預混物收集罐15的預混物51、來自固化劑收集罐12的固化劑53和來自預聚物收集罐11的預聚物57計量加到混合器13，各組分51、53和57在該混合器中混合，然後直接澆鑄到澆鑄模14中。接著固化模具，切成本發明的拋光墊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。分別來自預混物收集罐15、固化劑收集罐12和預聚物收集罐11的組分51、53和57的混和比通過送料管線55中與流量計8相連的各計量泵9控制。
預聚物收集罐11上任選安裝一個真空裝置19，以抽去機械夾帶的氣體。此外，預混物收集罐15和固化劑收集罐12也可配備真空裝置19。預混物配製罐10宜在1-10乇壓力下脫氣。預混物配製罐10更宜在1-5乇壓力下脫氣。預混物配製罐10最好在低於2乇的壓力下脫氣。
因此，本發明提供了形成化學機械拋光墊的方法，它包括如下步驟在第一預聚物儲料罐中提供第一聚合物材料，在儲料倉中提供微球，在固化劑儲料罐中提供固化劑，在至少一個第二預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聚物儲料罐中的聚合物材料和微球送入預混物配製罐，形成第一聚合物材料和微球的預混物，使預混物循環，直至達到所需體積密度，然後將預混物送入預混物收集罐。該方法還提供如下步驟形成預混物和固化劑的混合物，從所述至少第二預聚物收集罐向混合物中加入第二聚合物材料，直至達到所需體積密度，然後將混合物倒入模具，將模具切成拋光墊。
現在參見圖5，所示為澆鑄設備107，它包括預混物收集/配製設備106和固化設備101。預混物收集/配製設備106還包含填充料儲料倉1，其大小可盛裝足量的微球或微型元件48。預混物收集/配製設備106還包含預混物收集/配製罐59和預聚物儲料罐3，後者的大小可盛裝足量的聚合物材料52。此外，預混物收集/配製設備106宜包含循環迴路16，以控制預混物收集/配製罐59中的預混物51的體積密度。注意，與圖2、3和4所示實施方式不同，圖5(以及下面的圖6)所示實施方式在一個收集/配製罐中同時提供了預混物配製罐和預混物收集罐。換句話說，圖5所示實施例(以及圖6)省去了預混物配製罐與預混物收集罐之間的「轉移步驟」。但要注意，雖然此實施方式允許批量澆鑄本發明的拋光墊，但它無法連續澆鑄。
在操作中，向預混物收集/配製罐59中加入預定量的聚合物材料52。加入在預混物收集/配製罐59中的聚合物材料52的量可通過質流計量裝置4控制。加入預混物接收/配製罐59的預聚物52的量也可用安裝在預混物接收/配製罐59上的稱重傳感器控制。
聚合物材料52加入預混物接收/配製罐59之後，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，從而使材料52隨之沿著預混物接收/配製罐59的內壁向下流動。攪拌器的轉速宜為1-500RPM。攪拌器的轉速更宜為1-250RPM。攪拌器的轉速最好為1-50RPM。
攪拌器18啟動後，可將填充料儲料倉1中的微球48加入預混物接收/配製罐59中。在本發明的一個示例性實施方式中，微球48加入預混物接收/配製罐59中的量可通過「重量損失」乾料計量系統2控制。乾料計量系統2確定了填充料儲料倉1的起始總重，包括裝在儲料倉1中的微球48的重量。然後，在乾料計量系統2中設定要加到預混物接收/配製罐59中的微球48的預定重量。乾料計量系統2隨後將微球48加入預混物接收/配製罐59，直到填充料儲料倉1的重量變化等於微球48的所需預定重量。
測出微球48的合適量後，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，預混物51宜在循環迴路16中再循環，以確保預混物51基本上保持均勻。循環迴路16有助於預混物51更均勻地分布在預混物收集/配製罐59中，降低密度分層的可能性。換句話說，循環迴路16為控制預混物51的體積密度提供了有效方法。藉助天平(未示出)，通過手動周期性地對預混物51取樣，可以監控預混物51的體積密度。
循環泵21宜將預混物51從預混物收集/配製罐59抽出，並使預混物51通過定向閥22，閥22使預混物51返回到預混物收集/配製罐59。循環泵21可以是隔膜泵、蠕動泵、正弦泵或凸輪泵，不需要接觸潤滑。在循環迴路16中任選提供管線內密度計17，以監控預混物51的均勻性。管線內密度計17有利地提供了自動測定預混物51的連續體積密度的方法。管線內密度計17可測定和顯示密度值。管線內密度計17測定預混物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定可接受的範圍，管線內密度計17可用來監控微球48或聚合物材料52的加入，以便將預混物51的體積密度調整到所需範圍。
在操作中，管線內密度計17測定來自定向閥22的預混物51的體積密度。如果計算出的體積密度在可接受的預定公差範圍內，則定向閥22將預混物51導向輸送管線55。如果計算出的體積密度太高或太低，則定向閥22將測定後的預混物51導向循環迴路16，回到收集/配製罐59再次攪拌。換句話說，如果體積密度太高，則增加攪拌。注意，預混物51可以在任何水平上回到預混物收集/配製罐59，只要不影響預混物51從預混物收集/配製罐59底部出料。
預混物收集/配製罐59上任選安裝一個真空裝置19，抽去因在聚合物材料52加入微球48而夾帶的氣體，以便更加準確地進行體積密度測定。較好地，預混物收集/配製罐59在1-10乇壓力下脫氣，更好地在1-5乇壓力下脫氣，最好在低於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和固化劑儲料罐6。注意，雖然此實施方式在圖中只有一個固化裝置101，但可根據需要採用任何數量的固化裝置。在澆鑄過程中，將來自預混物收集/配製罐59的預混物51和來自固化劑收集罐12的固化劑53計量到混合器13，組分51和53在該混合器中混合，然後直接澆鑄到澆鑄模14上。接下來固化模具，切成本發明的拋光墊4。預混物收集/配製罐59和固化劑收集罐12中也配有攪拌器18，類似於預混物配製罐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。分別來自預混物收集/配製罐59和固化劑收集罐12的組分51、53的混合比分別由循環泵21和輸送管線55中與流量計8相連的計量泵9控制。
現在參見圖6，所示為澆鑄設備109，它包括第二預聚物設備111。預聚物設備111還包括第二預聚物收集罐11和次級預聚物儲料罐5。在此實施方式中，預聚物收集罐11可進一步靈活控制澆鑄模14中的模具。例如，在混合器13中加入自預混物收集/配製罐59和固化劑收集罐12的組分，同時加入自預聚物收集罐11的非填充的預聚物57，來調節微球48與預聚物57的最終體積密度之比。向混合器13中加入非填充預聚物57的過程由流量控制計8和計量泵9調控。預聚物收集罐11也可配備攪拌器18，類似於預混物配製罐10中的攪拌器18。附加的聚合物材料57是從第二預聚物存儲罐5通過液面控制計7加入到預聚物收集罐11。注意，雖然圖中只示出了一個預聚物收集罐11，但本發明可根據需要採用任何數量的附加預聚物收集罐。另外，根據需要，預聚物57可以是與預聚物52相同的聚合物材料，也可以是任何其他預聚物材料。
在澆鑄過程中，將來自預混物收集/配製罐59的預混物51、來自固化劑收集罐12的固化劑53和來自預聚物收集罐11的未填充預聚物57計量到混合器13，混合各組分51、53和57，然後直接澆鑄到澆鑄模14中。接著，固化模具，並切成本發明的拋光墊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。分別來自預混物收集/配製罐59、固化劑收集罐12和預聚物收集罐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8相連的各計量泵9控制。
因此，本發明提供了形成化學機械拋光墊的方法，它包括以下步驟在預聚物儲料罐中提供聚合物材料，在儲料倉中提供微球，在固化劑儲料罐中提供固化劑。該方法還提供以下步驟將聚合物材料和微球輸送到預混物收集/配製罐，形成聚合物材料和微球的預混物。該方法還提供以下步驟使預混物循環，直至達到所需體積密度，形成預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。
現在參見圖7，所示為採用本發明條紋較少的拋光墊的CMP設備73。設備73包括晶片承載裝置81，用來夾持半導體晶片83或將其壓向拋光碟91。拋光碟91上裝有堆疊的拋光墊1，包括本發明減少了條紋的拋光墊4。如上面所討論的，拋光墊1有一個與拋光碟91的表面交界的底層2，以及與化學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，但在本發明設備中可採用任何手段來提供拋光液體或漿液。拋光碟91通常繞其中心軸79旋轉。此外，晶片承載裝置81通常繞中心軸75轉動，同時通過平移臂77越過拋光碟91表面平移。注意，雖然圖7中僅示出了一個晶片承載裝置，但CMP設備可包括一個以上的晶片承載裝置，它們以一定間隔分布在拋光碟周圍。此外，拋光碟91上有一個透明孔87，正對著拋光墊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，以進行精確端點檢測。即，在拋光碟91的下方提供雷射分光光度計89，反射雷射束85，通過透明孔87和窗口14射入，然後再經由它們返回，以對拋光晶片83的過程進行精確的端點檢測。
因此，本發明提供了形成化學機械拋光墊的方法，它包括以下步驟提供一罐聚合物材料，在儲料倉中提供微球，在固化劑儲料罐中提供固化劑。該方法還提供以下步驟將聚合物材料和微球輸送到預混物配製罐，形成聚合物材料和微球的預混物。該方法還提供以下步驟使預混物循環，直至達到所需體積密度。該方法還提供以下步驟將預混物送入預混物收集罐，形成預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。
權利要求
1.一種形成化學機械拋光墊的方法，它包括在一罐中提供聚合物材料；在一儲料倉中提供微球；在一固化劑儲料罐中提供固化劑；將所述聚合物材料和微球輸送到預混物配製罐；形成所述聚合物材料和微球的預混物；再循環該預混物，直至達到所需的體積密度；將所述預混物輸送到預混物收集罐；形成所述預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.如權利要求1所述的方法，它還包括在有攪拌器的預混物配製罐中，攪拌預混物。
3.如權利要求1所述的方法，它還包括對預混物配製罐進行脫氣。
4.如權利要求1所述的方法，它還包括在循環迴路中提供管線內密度計，用以測定預混物的體積密度。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，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、聚丙烯醯胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯、澱粉、馬來酸共聚物、聚環氧乙烷、聚氨酯、環糊精、丙烯腈與偏二氯乙烯的共聚物，以及它們的組合。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，聚合物材料包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、矽酮、聚醯亞胺、聚碸、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚醯亞胺、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。
7.一種形成化學機械拋光墊的方法，它包括在第一預聚物儲料罐中提供第一聚合物材料；在一儲料倉中提供微球；在一固化劑儲料罐中提供固化劑；在至少一個第二預聚物儲料罐中提供第二聚合物材料；將所述第一預聚物儲料罐中的第一聚合物材料和微球輸送到預混物配製罐中；形成所述第一聚合物材料和微球的預混物；再循環所述預混物，直至達到所需的體積密度；將所述預混物輸送到預混物收集罐中；形成所述預混物和固化劑的混合物；由至少第二預聚物儲料罐向所述混合物提供第二聚合物材料，直至達到所需的體積密度；將所述混合物倒入模具中；將所述模具切成拋光墊。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，第一和第二聚合物材料相同。
9.一種形成化學機械拋光墊的方法，它包括在一預聚物儲料罐中提供聚合物材料；在一儲料倉中提供微球；在一固化劑儲料罐中提供固化劑；將所述聚合物材料和微球輸送到預混物收集/配製罐中；形成所述聚合物材料和微球的預混物；再循環預混物，直至達到所需的體積密度；形成所述預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.如權利要求9所述的方法，它包括從另一個預聚物儲料罐向混合物中加入聚合物材料。
全文摘要
本發明提供了形成化學機械拋光墊的方法，它包括如下步驟在一罐中提供聚合物材料，並在儲料倉中提供微球。該方法還包括以下步驟在固化劑儲料罐中提供固化劑。該方法還包括以下步驟將聚合物材料和微球送入預混物配製罐，形成聚合物材料和微球的預混物。該方法還包括以下步驟使預混物循環，直至達到所需體積密度。該方法還包括以下步驟將預混物送入預混物接收罐，形成預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B24D3/20GK1781669SQ20051012868
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月23日 優先權日2004年11月23日
發明者A·H·賽金 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司