製造減少條紋的化學機械拋光墊的設備的製作方法
2023-05-28 03:31:31 3
專利名稱：製造減少條紋的化學機械拋光墊的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於化學機械平面化處理的拋光墊，具體地涉及具有減少的條紋的拋光墊。另外，本發明涉及製造具有減少的條紋的拋光墊的設備和方法。
背景技術：
在集成電路和其它電子器件的製造中，要在半導體晶片表面沉積或去除多層導電材料、半導體材料和電介質材料。可以用很多種沉積技術沉積導電材料、半導體材料和電介質材料薄層。在現代方法中常用的沉積技術包括也被稱作濺射的物理蒸氣沉積(PVD)，化學蒸氣沉積(CVD)、等離子體增強的化學蒸氣沉積(PECVD)和電化學鍍(ECP)。
隨著各種材料層的順次沉積和去除，晶片的最上表面變得不平整。由於隨後的半導體加工(例如金屬化)要求晶片有平整的表面，需要對晶片進行平面化處理。平面化處理可有效地除去不希望存在的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、團聚材料、晶格損壞、劃痕和汙染的層或材料。
化學機械平面化處理，即化學機械拋光(CMP)，是用來對半導體晶片之類的基材進行平面化處理的常用技術。在常規的CMP中，晶片安裝在支架裝置上，並使晶片與CMP設備中的拋光墊接觸。所述支架裝置對晶片提供可控的壓力，將晶片壓在拋光墊上。外加驅動力使拋光墊相對於晶片運動(例如旋轉)。與此同時，在晶片和拋光墊之間提供一種化學組合物(「漿液」)或其它拋光溶液。由此，通過拋光墊表面和漿液的化學作用和機械作用，使晶片的表面拋光變平。
Reinhardt等人在美國專利第5,578,362號中揭示了現有技術已知的一種示例性拋光墊。Reinhardt的拋光墊包含在其中各處分散有許多微球體的聚合物基質。所述微球體通常例如在質量流量進料輸送系統中，與液體聚合物材料混和，然後移入模子中固化。然後將模製成的物件切割成拋光墊。不幸的是，用這種方法形成的拋光墊可能具有不希望有的條紋。
條紋是聚合物基質中微球體的堆積密度差異造成的。換句話說，在聚合物基質中，不同的區域具有較高或較低的微球體濃度。例如，在Reinhardt的拋光墊中，微球體的真密度低，抑制了微球體在質量流量進料輸送系統中的自由流動和連續流動。因此，在輸送過程的不同的點，微球體容易以不同的程度「群集」在一起(即產生堆積密度的差異即條紋)。這些條紋是不希望有的，這是由於它們可能在一個到另一個拋光墊中，引起不可預知的、也許是有害的拋光性能。另外，這些條紋也可能對拋光墊本身的拋光性能產生負面影響。
通常是通過將重力、各種儲料鬥結構、機械力(例如振動)和手工操作、周期性樣品測量、調整過程條件和重新測量以確定堆積密度相結合，使這些產生的條紋最少。然而，現有技術的設備和方法不足以、也不能有效控制堆積密度，以滿足CMP工業日益增長的需求。
因此，需要具有減少的條紋的拋光墊。另外，需要能夠形成具有減少的條紋的拋光墊的設備和有效方法。
發明內容
在本發明的第一個方面，提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的容器；裝有微球體的儲料鬥；裝有固化劑的固化劑儲存容器；用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器(premixprep tank)；處於所述預混合物製備容器內，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度的循環迴路；用來儲存預混合物的預混合物收集器；用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器；和用來模製混合物的模子。
在本發明的第二個方面，提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有第一聚合物材料的第一預聚物儲存容器；裝有微球體的儲料鬥；裝有固化劑的固化劑儲存容器；用來形成第一聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器；處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度；用來儲存預混合物的預混合物收集器；用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器；至少一個裝有第二聚合物材料的第二預聚物儲存容器，該容器用來向混合物提供第二聚合物材料，直至達到所需的堆積密度；和用來模製混合物的模子。
在本發明的第三個方面，提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的預聚物儲存容器；裝有微球體的儲料鬥；裝有固化劑的固化劑儲存容器；用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物收集器/製備容器；處於所述預混合物收集器/製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度；用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器；和用來模製混合物的模子。
圖1說明具有減少的條紋的本發明拋光墊；圖2說明用來製造本發明拋光墊的設備；圖3說明用來製造本發明拋光墊的設備的另一個實施方式；圖4說明用來製造本發明拋光墊的設備的另一個實施方式；圖5說明用來製造本發明拋光墊的設備的另一個實施方式；圖6說明用來製造本發明拋光墊的設備的另一個實施方式；圖7說明使用本發明拋光墊的CMP系統。
具體實施例方式
本發明提供一種減少了條紋的拋光墊。另外，本發明提供一種形成減少條紋的拋光墊的新穎的澆鑄設備和方法。具體來說，本發明使用獨特的預混合設備來減少拋光墊中的條紋。所述預混合設備還包括用來對預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度的循環迴路。堆積密度的減小使微球體能夠穩定而連續地流動，從而減少所述新穎拋光墊中的條紋。另外，所述新穎的澆鑄設備在增加生產規模和拋光墊類型變化方面提供了極大的靈活性。換句話說，這種新穎的澆鑄設備能夠例如使用連續澆鑄和使用各種聚合物材料的幾乎無數的組合來製造本發明的拋光墊。
現在參照圖1，圖中顯示本發明的拋光墊1。拋光墊1包括拋光層即拋光墊4，和任選的底層即底墊2。底層2可以由氈合的聚氨酯製備，例如由德國Newark的羅門哈斯電子材料CMP有限公司(「RHEM」)製造的SUBA-IVTM墊。拋光墊4可包括RHEM製造的IC 1000TM墊之類的聚氨酯墊(例如填充了微球體的墊)。根據需要，可任選地對拋光墊4進行紋理化。可以用壓敏粘合劑6的薄層將拋光墊4和底層2固定在一起。所述粘合劑6可以從MN，St，Paul的3M InnovativeProperties公司購得。可在拋光層4上安裝透明窗口14，以便進行終點檢測。
現在參照圖2，圖中顯示了用來形成本發明拋光墊4的預混合設備100。預混合設備100包括填料儲料鬥1，填料儲料鬥1的大小能夠容納足夠量的微球體或微型元件48。預混合設備100還包括預混合物製備容器10和預聚物儲存容器3，所述預聚物儲存容器3的大小能夠容納足夠量的聚合物材料52(「預聚物」)。另外，預混合設備100還有益地包括用來控制預混合物製備容器10中預混合物51堆積密度的循環迴路16。注意儘管這裡的預混合設備100描述為「單容器」系統，但是本發明不限於此。例如，可根據需要在本發明中使用任意數量的儲料鬥1、預聚物儲存容器3和預混合物製備容器10。
操作時，將預定量的聚合物材料52加入預混合物製備容器10。可使用裝有累加器(未顯示)的質量流計量裝置4，對加入預混合物製備容器10中的聚合物材料52的量進行控制。也可使用裝在預混合物製備容器10上的測壓元件，對加入預混合物製備容器10中的聚合物材料52的量進行控制。
在將聚合物材料52加入預混合物製備容器10內之後，用攪拌器18攪拌聚合物材料52，使得聚合物材料52沿攪拌器18的軸作向上的軸向流動，並產生材料52沿預混合物製備容器10內壁的向下流動。或者聚合物材料52也可根據需要沿相反的方向流動。較佳的是，攪拌器的轉速為1-500轉/分鐘。更佳的是，攪拌器的轉速為1-250轉/分鐘。最佳的是，攪拌器的轉速為1-50轉/分鐘。
在用攪拌器活化的同時，可將填料儲料鬥1中的微球體48加入預混合物製備容器10。在本發明的一個示例性的實施方式中，可使用「重量損失」幹進料計量系統2來控制加入預混合物製備容器10中的微球體48的量。「重量損失」幹進料計量系統2確定了填料儲料鬥1的初始總重量，該總重量包括儲料鬥1內包含的微球體48。然後在幹進料計量系統2中設定將要加入預混合物製備容器10的微球體48的預定重量。然後幹進料計量系統2可向預混合物製備容器10中加入微球體48，直至儲料鬥1的重量變化符合所需重量，即所需的預定微球體48的重量。
當量出了合適量的微球體48之後，將微球體48加入聚合物材料52中，在攪拌器18的攪拌情況下混合起來形成預混合物51。較佳的是，微球體48與聚合物材料52之比為0-50體積％。更佳的是，微球體48與聚合物材料52之比為0-40體積％。最佳的是，微球體48與聚合物材料52之比為0.1-30體積％。
較佳的是，一旦將微球體48混合在聚合物材料52當中後，便在循環迴路16中對預混合物51進行循環，以確保該預混合物基本均勻。循環迴路16幫助預混合物51更均勻地分布在預混合物製備容器10內，減少了濃度分層的趨勢。換句話說，循環迴路16是控制或穩定預混合物51的堆積密度的有效方法。
較佳的是，循環泵21從預混合物製備容器10抽出預混合物51，使預混合物51通過取向閥22，取向閥22使預混合物51返回預混合物製備容器10。循環泵21可以是不需要接觸潤滑的隔膜泵、蠕動泵、正弦泵、凸輪泵或齒輪泵。可對預混合物51定時人工取樣，用天平(未顯示)進行測量，來檢測預混合物51的堆積密度(單位體積重量)。
也可任選地在循環迴路內安裝在線的密度計，來檢測預混合物51的均勻性(即密度)。較佳的是，該在線的密度計17能夠自動地測量和顯示預混合物51的連續堆積密度。該在線的密度計17可測量和顯示密度測量值。所述在線的密度計17可從例如奧地利的Anton Paar of Graz購得。該在線的密度計17測量預混合物51的堆積密度(微球體48與聚合物材料52之比)。如果堆積密度在預先確定的可接受範圍以外，可以用在線的密度計17來控制微球體48或聚合物材料52的加入，從而將預混合物51的堆積密度調節至所需範圍內。
在操作時，在線的密度計17測量從取向閥22進入的預混合物51的堆積密度。如果測得的堆積密度在可接受的預定偏差之內，則通過取向閥22將預混合物51引入轉移管道20進行進一步處理。如果測得的堆積密度過高或過低，則通過取向閥22將預混合物51引入循環迴路16，返回預混合物製備容器10內，而不移入轉移管道20內。更佳的是，對預混合物繼續進行循環。根據需要，使用密度計17測得的預混合物51的密度測量值，提供另外的預聚物52或微球體48。注意可以使任意量的預混合物51返回所述預混合物製備容器10內，只要不影響預混合物51從預混合物製備容器10底部的排出。較佳的是，預混合物51的返回方式能夠減少引入預混合物51的夾帶氣體的量，例如使預混合物51返回容器10中預混合物儲存的表面以下，或者使預混合物51沿容器10的內壁返回。
可任選地在預混合物製備容器10中安裝真空源，從而除去當微球48加入聚合物材料52中時夾帶的氣體，以便獲得更準確的堆積密度測量值。較佳的是，將預混合物製備容器10脫氣至1-10託。更佳的是，將預混合物製備容器10脫氣至1-5託。最佳的是，將預混合物製備容器10脫氣至2託以下。另外，預混合設備還可包括惰性氣源60，從而當預混合物製備容器10不是處於真空源19提供的真空時，為預混合物51提供惰性氣體「覆蓋」。
較佳的是，至少部分的聚合微球體48通常是柔韌性的。合適的聚合微球體48包括無機鹽、糖和水溶性顆粒。這些聚合微球體48(或微型元件)的實例包括聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、氫化丙基甲基纖維素、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(polyhydroxyetheracrylites)、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(例如瑞典Sundsvall的Akzo Nobel生產的ExpancelTM)。可通過化學改性，例如支化、嵌段和交聯，來改變微球體48的溶解度、溶脹性和其它性質。較佳的是，所述微球體48的平均直徑小於150微米，更佳小於50微米，最佳小於15微米。要指出的是，微球體的平均直徑可以變化，可以根據需要將不同大小的微球體48或不同種類的微球體48的混合物注入聚合物材料52。用作微球體的材料優選是丙烯腈和1，1-二氯乙烯的共聚物。
另外，在本發明的一個示例性的實施方式中，拋光墊4的聚合物材料52由包含多異氰酸酯的材料(「預聚物」)製成。該預聚物是多異氰酸酯(例如二異氰酸酯)與含羥基的材料的反應產物。該多異氰酸酯可以是脂族或芳族的。然後用固化劑使該預聚物固化。優選的多異氰酸酯包括，但不限於亞甲基雙4，4』-環己基異氰酸酯、環己基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、己二異氰酸酯、亞丙基-1，2-二異氰酸酯、1，4-二異氰酸酯四亞甲酯、1，6-己二異氰酸酯、十二烷-1，12-二異氰酸酯、環丁烷-1，3-二異氰酸酯、環己烷-1，3-二異氰酸酯、環己烷-1，4-二異氰酸酯、1-異氰酸根合-3，3，5-三甲基-5-異氰酸根甲基環己烷、甲基亞環己基二異氰酸酯、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、己二異氰酸酯的脲二酮(uretdione)、亞丙基二異氰酸酯、2，2，4-三甲基己二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯，以及它們的混合物。優選脂族多異氰酸酯。優選的脂族多異氰酸酯含有少於14％的未反應異氰酸基。
有益的是，所述含羥基的材料是多羥基化合物。示例性的多羥基化合物包括，但不限於聚醚型多元醇、羥基端接的聚丁二烯(包括部分或全部氫化的衍生物)，聚酯型多元醇、聚己內酯二醇、聚碳酸酯型多元醇及其混合物。
在一個優選的實施方式中，多羥基化合物包括聚醚型多元醇。實例包括，但不限於聚四亞甲基醚乙二醇(「PTMEG」)、聚乙烯丙二醇(polyethylenepropylene glycol)、聚氧化丙二醇及其混合物。烴鏈可以包含飽和鍵或不飽和鍵以及取代的或未取代的芳基和環基。較佳的是，本發明的多羥基化合物包括PTMEG。合適地聚酯型多元醇包括，但不限於聚己二酸亞乙基酯多元醇、聚己二酸亞丁酯多元醇、聚己二酸乙烯壓丙酯多元醇、鄰苯二甲酸酯-1，6-己二醇、聚(己二酸亞己酯)多元醇及其混合物。所述烴鏈可包含飽和鍵或不飽和鍵以及取代的或未取代的芳基和環基。合適的聚己內酯二醇包括，但不限於源自1，6-己二醇的聚己內酯、源自二甘醇的聚己內酯、源自三甲羥基丙烷的聚己內酯、源自新戊二醇的聚己內酯、源自1，4-丁二醇的聚己內酯、源自PTMEG的聚己內酯及其混合物。所述烴鏈可包含飽和鍵或不飽和鍵和取代的或未取代的芳基和環基。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(碳酸亞乙酯)多元醇。
在本發明一個優選的實施方式中，聚合物材料52可以由例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、矽氧烷、聚醯亞胺和聚碸形成，其中聚氨酯可以是熱固性的也可以是熱塑性的。聚合物材料52的其它實例材料包括，但不限於聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏1，1-二氟乙烯、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、聚全氟乙烯丙烯和全氟烷氧基聚合物，以及它們的混合物。優選的聚合物材料52是聚氨酯。
現在來看圖3，圖中顯示了澆鑄設備103，該設備包括預混合設備100、預混合物收集器15和固化劑設備101。固化劑設備101還包括固化劑材料收集器12和固化劑儲存容器6。注意儘管本實施方式僅顯示了單個預混合物收集器15和單個固化劑設備101，但是可根據需要使用任意數量的預混合物收集器和固化劑設備。在操作中，一旦在預混合設備100中製得了具有可接受堆積密度的均勻混合物後，便可通過轉移管道20將預混合物51移入預混合物收集器15中。所述轉移管道20可包含任何防鏽金屬、塑料或聚合物材料。在轉移時，用轉移泵21從預混合物製備容器10的底部抽出預混合物51，使預混合物51通過取向閥22，取向閥將這股預混合物轉入轉移管道20，將預混合物送入預混合物收集器15。較佳的是，一旦預混合物51從預混合物製備容器10移入預混合物收集器15，預混合物製備容器10便可用來製備新一批的預混合物51。另外，裝在預混合物收集器15內的預混合物51可以用來進行澆鑄。如上所述，通過本發明分離預混合物製備法，可以進行連續的澆鑄過程。
在澆鑄過程中，將來自預混合物收集器15的預混合物51和來自固化劑材料收集器12的固化劑53量入混合器13中，在混合器中將單獨的組分51、53混合併直接澆鑄在澆鑄模子14內。然後使模製的製品固化並對其進行切割，形成本發明的拋光墊4。所述預混合物收集器15和固化劑材料收集器12也都裝有攪拌器18，這些攪拌器18與預混合物製備容器10的攪拌器18相似。使用液面控制器7，從固化劑儲存容器6提供另外的固化劑53。
較佳的是，通過兩種單獨組分51、53的混合物的比例直接控制拋光墊4的堆積密度。來自預混合物收集器15和固化劑材料收集器12的組分51、53的混合物的比例，是通過與輸送管道55中流量計8相連的單獨計量泵9控制的。
有益的是，所述固化劑是多二胺。優選的多二胺包括，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3，5-二乙基甲苯-2，6-二胺之類的異構體、4，4』-雙-(仲丁基氨基)-二苯甲烷、1，4』-雙-(仲丁基氨基)-苯、4，4』-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)、4，4』-亞甲基-雙-(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』-二苯氨基甲烷(「MDA」)、間苯二胺(「MPDA」)、亞甲基-雙2-氯苯胺(「MBOCA」)、4，4』-亞甲基雙-(2-氯苯胺)(「MOCA」)、4，4』-亞甲基-雙-(2，6-二乙基苯胺)(「MDEA」)、4，4』-亞甲基雙-(2，3-二氯苯胺)(「MDCA」)、4，4』-二氨基-3，3』-二乙基-5，5』-二甲基二苯甲烷、2，2』，3，3』-四氯二氨基二苯甲烷、亞丙基二醇二對氨基苯甲酸酯，以及它們的混合物。較佳的是，本發明的固化劑包括3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其異構體。合適的多胺固化劑既包括伯胺，也包括仲胺。
另外，也可向前述聚氨酯組合物中加入其它固化劑，例如二醇、三醇、四醇或羥基端接的固化劑。合適的二醇、三醇和四醇基團包括乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇、較低分子量的聚四亞甲基醚乙二醇、1，3-雙(2-羥乙氧基)苯、1，3-雙-[2-(2-羥乙氧基)乙氧基]苯、1，3-雙-{2-[2-(2-羥乙氧基)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，以及它們的混合物。優選的羥基端接的固化劑包括1，3-雙(2-羥乙氧基)苯、1，3-雙-[2-(2-羥乙氧基)乙氧基]苯、1，3-雙-{2-[2-(2-羥乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯、1，4-丁二醇及其混合物。所述羥基端接的固化劑和胺固化劑都可以包含一種或多種飽和基團、不飽和基團、芳基和環基。另外，所述羥基端接的固化劑和胺固化劑可包含一種或多種滷素基團。可以用固化劑的混合物來形成所述聚氨酯組合物。然而，如果需要的話，所述聚氨酯組合物可由一種固化劑形成。
因此，本發明提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的容器、裝有微球體的儲料鬥和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設備還提供用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器，以及處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度。該設備還提供用來儲存預混合物的預混合物收集器、用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器和用來模製混合物的模子。
現在來看圖4，圖中顯示了澆鑄設備105，該設備包括預聚物設備104。預聚物設備104還包括預聚物材料收集器11和第二預聚物儲存容器5。在此實施方式中，該預聚物材料收集器11能夠另外靈活地控制澆鑄模子14中模製製品的堆積密度。例如可以在從預混合物收集器15和固化劑材料收集器12向混合器13加入組分的同時，也從預聚物材料收集器11向混合器13加入未加填料的預聚物57，從而調節微球體48對預聚物57的最終堆積密度比例。可通過流量控制計8和計量泵9調節未加填料預聚物57向混合器13中的加入。預聚物材料收集器11也可裝有攪拌器18，該攪拌器18與預混合物製備容器10的攪拌器18相似。還可用液面控制器7，從第二預聚物儲存容器5向預聚物材料收集器11提供另外的聚合物材料57。注意儘管圖中顯示的是單個預聚物材料收集器11，本發明也可根據需要使用任意數量的預聚物材料收集器。另外，根據需要，預聚物57可與預聚物52相同，或者為任意的其它聚合物材料。
在澆鑄過程中，將來自預混合物收集器15的預混合物51、來自固化劑材料收集器12的固化劑53和來自預聚物材料收集器11的預聚物57量入混合器13中，在混合器中將單獨的組分51、53和57混合，然後直接澆鑄在澆鑄模子14內。然後使模製的製品固化並對其進行切割，形成本發明的拋光墊4。較佳的是，通過這三種單獨組分51、53和57的混合物的比例，直接控制所述拋光墊4的堆積密度。來自預混合物收集器15、固化劑材料收集器12和預聚物材料收集器11的組分51、53和57的混合物的比例，是通過與輸送管道55中流量計8相連的單獨計量泵9控制的。
可任選地在預聚物材料收集器11中提供真空裝置19，從而除去當微球48加入聚合物材料52中時夾帶的氣體。另外，也可在預混合物收集器15和固化劑材料收集器12中提供真空裝置19。較佳的是，將預聚物材料收集器11脫氣至1-10託。更佳的是，將預聚物材料收集器11脫氣至1-5託。最佳的是，將預聚物材料收集器11脫氣至2託以下。
因此，本發明提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有第一聚合物材料的第一預聚物儲存容器，裝有微球體的儲料鬥和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設備還包括用來形成第一聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器，以及處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度。該設備還提供了用來儲存預混合物的預混合物收集器，用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器，至少一個裝有第二聚合物材料的第二預聚物儲存容器，該容器用來向混合物提供第二聚合物材料，直至達到所需的堆積密度。最後，該設備還包括用來模製混合物的模子。
現在來看圖5，圖中顯示了一種澆鑄設備107，該設備包括預混合物收集/製備設備106。預混合物收集/製備設備106還包括填料儲料鬥1，填料儲料鬥的大小足以容納足量的微球體或微型元件48。預混合物收集/製備設備106還包括預混合物收集/製備容器59和預聚物儲存容器3，所述預聚物儲存容器3的大小足以容納足量的聚合物材料52。另外，預混合物收集/製備設備106有益地包括循環迴路16，該迴路是用來控制預混合物收集/製備容器59中預混合物51的堆積密度的。注意與圖2、3和4的實施方式形成對照的是，圖5(和下圖6)的實施方式在單個材料收集/製備容器內提供預混合物製備容器容器和預混合物收集器。換句話說，圖5(和下圖6)的實施方式不需要在預混合物製備容器和預混合物收集器之間使用「轉移步驟」。然而，注意儘管該實施方式能夠分批澆鑄本發明的拋光墊，但是它無法連續澆鑄。
在操作中，將預定量的聚合物材料52加入預混合物收集/製備容器59中。可以用質量流量計量裝置4控制加入預混合物收集/製備容器59中的聚合物材料的量。也可使用安裝在預混合物收集/製備容器59上的測壓元件控制加入預混合物收集/製備容器59中的預聚物52的量。
將聚合物材料52加入預混合物收集/製備容器59以後，用攪拌器18攪拌聚合物材料52，使得聚合物材料52產生沿攪拌器18的軸作向上的軸向流動，並產生材料52沿預混合物收集/製備容器59內壁的向下流動。較佳的是，攪拌器的轉速為1-500轉/分鐘。更佳的是，攪拌器的轉速為1-250轉/分鐘。最佳的是，攪拌器的轉速為1-50轉/分鐘。
在用攪拌器活化的同時，可將填料儲料鬥1中的微球體48加入預混合物收集/製備容器59。在本發明的一個示例性的實施方式中，可使用「重量損失」幹進料計量系統2來控制加入預混合物收集/製備容器59中的微球體48的量。「重量損失」幹進料計量系統2確定了填料儲料鬥1的初始總重量，該總重量包括儲料鬥1內包含的微球體48。然後在幹進料計量系統2中設定將要加入預混合物收集/製備容器59的微球體48的預定重量。然後幹進料計量系統2可向預混合物收集/製備容器59中加入微球體48，直至儲料鬥1的重量變化符合所需重量，即預定的微球體48的重量。
當量出了合適量的微球體48之後，將微球體48加入聚合物材料52中，在攪拌器18的攪拌下混合起來形成預混合物51。較佳的是，微球體48與聚合物材料52之比為0-50體積％。更佳的是，微球體48與聚合物材料52之比為0-40體積％。最佳的是，微球體48與聚合物材料52之比為0.1-30體積％。
較佳的是，一旦將微球體48混合在聚合物材料52當中，便在循環迴路16中對預混合物51進行循環，以確保該預混合物基本均勻。循環迴路16幫助預混合物51更均勻地分布在預混合物收集/製備容器59內，減少了濃度分層的趨勢。換句話說，循環迴路16是控制或穩定預混合物51的堆積密度的有效方法。可對預混合物51定時人工取樣，用天平(未顯示)進行測量，來檢測預混合物51的堆積密度(單位體積重量)。
較佳的是，循環泵21從預混合物收集/製備容器59抽出預混合物51，使預混合物51通過取向閥22，取向閥22使預混合物51返回材料收集/製備容器59。循環泵21可以是不需要接觸潤滑的隔膜泵、蠕動泵、正弦泵、凸輪泵或齒輪泵。可任選地在循環迴路內安裝在線的密度計17，來檢測預混合物51的均勻性。較佳的是，該在線的密度計17能夠自動地測量和顯示預混合物51的連續堆積密度。該在線的密度計17可測量和顯示密度測量值。該在線的密度計17能測量預混合物51的堆積密度(微球體48與聚合物材料52之比)。如果堆積密度在預先確定的可接受範圍以外，可以用在線的密度計17來控制微球體48或聚合物材料52的加入，從而將預混合物51的堆積密度調節至所需範圍內。
在操作時，在線的密度計17測量從取向閥22進入的預混合物51的堆積密度。如果計算所得的堆積密度在可接受的預定偏差之內，則通過取向閥22將預混合物51引入輸送管道55。如果計算得到的堆積密度過高或過低，則通過取向閥22將預混合物51引入循環迴路16，返回預混合物收集/製備容器59內，再次進行攪拌。換句話說，如果堆積密度過高，要進行額外的攪拌。注意可以使任意量的預混合物51返回所述預混合物收集/製備容器59內，只要不影響預混合物51從預混合物收集/製備容器59底部的排出。
可任選地在預混合物收集/製備容器59中提供真空裝置19，從而除去當微球48加入聚合物材料52中時夾帶的氣體，以便獲得更準確的堆積密度測量值。較佳的是，將預混合物收集/製備容器59脫氣至1-10託。更佳的是，脫氣至1-5託。最佳的是，脫氣至2託以下。
再來看圖5，固化劑設備101還包括固化劑材料收集器12和固化物儲存容器6。注意儘管本實施方式僅顯示了單個固化劑設備101，但是可根據需要使用任意數量的固化劑設備。在澆鑄過程中，將來自預混合物收集/製備容器59的預混合物51和來自固化劑材料收集器12的固化劑53量入混合器13中，在混合器中將單獨的組分51、53混合併直接澆鑄在澆鑄模子14內。然後使模製的製品固化並對其進行切割，形成本發明的拋光墊4。所述材料收集/製備容器59和固化劑材料收集器12也都裝有攪拌器18，這些攪拌器18與預混合物製備容器10的攪拌器18相似。使用液面控制器7，從固化劑儲存容器6提供另外的固化劑53。較佳的是，通過兩種單獨組分51、53的混合物的比例直接控制拋光墊4的堆積密度。來自預混合物收集/製備容器59和固化劑材料收集器12的組分51、53的混合物的比例，是通過循環泵21和與輸送管道55中流量計8相連的計量泵控制的。
現在來看圖6，圖中顯示了一種包括第二預聚物設備111的澆鑄設備109。預聚物設備111還包括第二預聚物材料收集器11和第二預聚物儲存容器5。在此實施方式中，該預聚物材料收集器11能夠另外靈活地控制澆鑄模子14中的模製製品。例如可以在從預混合物收集/製備容器59和固化劑材料收集器12向混合器13加入各自組分的同時，也從預聚物材料收集器11向混合器13加入未加填料的預聚物57，從而調節微球體48與預聚物57的最終堆積密度比。可通過流量控制計8和計量泵9調節未加填料預聚物57向混合器13中的加入。預聚物材料收集器11也可裝有攪拌器18，該攪拌器18與預混合物製備容器10的攪拌器18相似。還可用液面控制器7，從第二預聚物儲存容器5向預聚物材料收集器11提供另外的聚合物材料57。注意儘管顯示的是單個預聚物材料收集器11，本發明也可使用根據需要使用任意數量的預聚物材料收集器。另外，根據需要，預聚物57可與預聚物52相同，或者為任意的其它聚合物材料。
在澆鑄過程中，將來自預混合物收集/製備容器59的預混合物51、來自固化劑材料收集器12的固化劑53和來自預聚物材料收集器11的未加填料預聚物57量入混合器13中，在混合器中將單獨的組分51、53和57混合併直接澆鑄在澆鑄模子14內。然後使模製的製品固化並對其進行切割，形成本發明的拋光墊4。較佳的是，通過這三種單獨組分51、53和57的混合物的比例直接控制所述拋光墊4的堆積密度。來自預混合物收集/製備容器59、固化劑材料收集器12和預聚物材料收集器11的組分51、53和57的混合物的比例，是通過與輸送管道55中流量計8相連的單獨計量泵9控制的。
因此，本發明提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的容器、裝有微球體的儲料鬥和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設備還包括用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器，以及處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度。該設備還包括用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器和用來模製混合物的模子。
現在來看圖7，提供了一種使用本發明減少條紋的拋光墊的CMP設備73。設備73包括晶片支架81，該支架用來固定半導體晶片83，並將半導體晶片83壓到拋光臺板91上。所述拋光臺板91上裝有疊置的本發明的拋光墊1，該拋光墊1中包括減少了條紋的拋光墊4。如上討論的，拋光墊1具有與臺板91表面接觸的底層2，還具有用來與化學拋光漿液一起對晶片83進行拋光的拋光墊4。注意儘管圖中未顯示，本設備可使用提供拋光液或拋光漿液的設備。臺板91一直繞其中軸79旋轉。另外，所述晶片支架81則一直繞其中軸75旋轉，並通過平移臂77在臺板91表面上平移。注意儘管圖7中只顯示一個晶片支架，在CMP設備中，在拋光臺板的周邊上可以有一個以上相互間隔的支架。另外，在臺板91上設有透明孔87，該透明孔87位於拋光墊1的窗口14下面。因此，在對晶片83進行拋光時，可以通過透明孔87和窗口14，對晶片83的表面進行準確的終點檢測。即在所述臺板91下面安裝雷射分光光度計89，在對晶片83進行拋光時，分光光度計89會射出雷射束85，通過透明孔87和窗口14，然後再原路返回，從而進行準確的終點檢測。
因此，本發明提供了一種用於製造化學機械拋光墊的方法，該方法包括提供一種裝有聚合物材料的容器；提供裝有聚合物材料的容器，裝有微球體的儲料鬥和裝有固化劑的固化劑儲存容器。另外，本方法包括將聚合物材料和微球體輸送到預混合物製備容器，形成聚合物材料和微球體的預混合物。該方法還包括在預混合物製備容器中提供循環迴路，該迴路用來對預混合物進行循環，直至達到所需的體積濃度。該方法還包括將預混合物輸送至預混合物收集器，形成預混合物與固化劑的混合物，將該混合物注入模子內，並將將模製產品切割成拋光墊。
權利要求
1.一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的容器；裝有微球體的儲料鬥；裝有固化劑的固化劑儲存容器；用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器；處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度；用來儲存預混合物的預混合物收集器；用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器；以及用來模製所述混合物的模子。
2.如權利要求1所述的設備，還包括用來攪拌所述預混合物製備容器中的預混合物的攪拌器。
3.如權利要求1所述的設備，還包括用來對所述預混合物製備容器進行脫氣的真空裝置。
4.如權利要求1所述的設備，還包括位於循環迴路之內，用來測量所述預混合物堆積密度的在線的密度計。
5.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述微球體包括聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯烷酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、氫化丙基甲基纖維素、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所述的設備，其特徵在於，所述聚合物材料包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、矽氧烷、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。
7.一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有第一聚合物材料的第一預聚物儲存容器；裝有微球體的儲料鬥；裝有固化劑的固化劑儲存容器；用來形成所述第一聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器；處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度；用來儲存預混合物的預混合物收集器；用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器；至少一個裝有第二聚合物材料的第二預聚物儲存容器，該容器用來向混合物提供第二聚合物材料，直至達到所需的堆積密度；以及用來模製所述混合物的模子。
8.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述第一和第二聚合物材料是相同的。
9.一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的容器；裝有微球體的儲料鬥；裝有固化劑的固化劑儲存容器；用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物收集/製備容器；處於所述預混合物收集/製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度；用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器；以及用來模製所述混合物的模子。
10.如權利要求9所述的設備，還包括另一個預聚物儲存容器，該容器用來向混合物提供另外的聚合物材料。
全文摘要
本發明提供一種製造化學機械拋光墊的設備，該設備包括裝有聚合物材料的容器、裝有微球體的儲料鬥和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設備還提供用來形成聚合物材料和微球體的預混合物的預混合物製備容器，以及處於所述預混合物製備容器內的循環迴路，用來對所述預混合物進行循環，直至達到所需堆積密度。該設備還提供用來儲存預混合物的預混合物收集器、用來形成預混合物與固化劑的混合物的混合器和用來模製混合物的模子。
文檔編號B24D3/20GK1781668SQ20051012868
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