專利名稱：制造減少條紋的化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)機(jī)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(fā)明涉及制造具有減少的條紋的拋光墊的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子器件的制造中，要在半導(dǎo)體晶片表面沉積或去除多層導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和電介質(zhì)材料。可以用很多種沉積技術(shù)沉積導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和電介質(zhì)材料薄層。在現(xiàn)代方法中常用的沉積技術(shù)包括也被稱作濺射的物理蒸氣沉積(PVD)，化學(xué)蒸氣沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)和電化學(xué)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。由于隨后的半導(dǎo)體加工(例如金屬化)要求晶片有平整的表面，需要對晶片進(jìn)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(tuán)聚材料、晶格損壞、劃痕和污染的層或材料。
化學(xué)機(jī)械平面化處理，即化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，是用來對半導(dǎo)體晶片之類的基材進(jìn)行平面化處理的常用技術(shù)。在常規(guī)的CMP中，晶片安裝在支架裝置上，并使晶片與CMP設(shè)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(qū)動力使拋光墊相對于晶片運動(例如旋轉(zhuǎn))。與此同時，在晶片和拋光墊之間提供一種化學(xué)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(xué)作用和機(jī)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(xiàn)有技術(shù)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(zhì)。所述微球體通常例如在質(zhì)量流量進(jìn)料輸送系統(tǒng)中，與液體聚合物材料混和，然后移入模子中固化。然后將模制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(zhì)中微球體的堆積密度差異造成的。換句話說，在聚合物基質(zhì)中，不同的區(qū)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(zhì)量流量進(jìn)料輸送系統(tǒng)中的自由流動和連續(xù)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(chǎn)生堆積密度的差異即條紋)。這些條紋是不希望有的，這是由于它們可能在一個到另一個拋光墊中，引起不可預(yù)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(chǎn)生負(fù)面影響。
通常是通過將重力、各種儲料斗結(jié)構(gòu)、機(jī)械力(例如振動)和手工操作、周期性樣品測量、調(diào)整過程條件和重新測量以確定堆積密度相結(jié)合，使這些產(chǎn)生的條紋最少。然而，現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備和方法不足以、也不能有效控制堆積密度，以滿足CMP工業(yè)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(shè)備和有效方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一個方面，提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的容器；裝有微球體的儲料斗；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(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器(premixprep tank)；處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度的循環(huán)回路；用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器；用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器；和用來模制混合物的模子。
在本發(fā)明的第二個方面，提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有第一聚合物材料的第一預(yù)聚物儲存容器；裝有微球體的儲料斗；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(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器；處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度；用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器；用來形成預(yù)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(yù)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(dá)到所需的堆積密度；和用來模制混合物的模子。
在本發(fā)明的第三個方面，提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的預(yù)聚物儲存容器；裝有微球體的儲料斗；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(yù)混合物的預(yù)混合物收集器/制備容器；處于所述預(yù)混合物收集器/制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度；用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器；和用來模制混合物的模子。


圖1說明具有減少的條紋的本發(fā)明拋光墊；圖2說明用來制造本發(fā)明拋光墊的設(shè)備；圖3說明用來制造本發(fā)明拋光墊的設(shè)備的另一個實施方式；圖4說明用來制造本發(fā)明拋光墊的設(shè)備的另一個實施方式；圖5說明用來制造本發(fā)明拋光墊的設(shè)備的另一個實施方式；圖6說明用來制造本發(fā)明拋光墊的設(shè)備的另一個實施方式；圖7說明使用本發(fā)明拋光墊的CMP系統(tǒng)。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種減少了條紋的拋光墊。另外，本發(fā)明提供一種形成減少條紋的拋光墊的新穎的澆鑄設(shè)備和方法。具體來說，本發(fā)明使用獨特的預(yù)混合設(shè)備來減少拋光墊中的條紋。所述預(yù)混合設(shè)備還包括用來對預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度的循環(huán)回路。堆積密度的減小使微球體能夠穩(wěn)定而連續(xù)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(shè)備在增加生產(chǎn)規(guī)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(shè)備能夠例如使用連續(xù)澆鑄和使用各種聚合物材料的幾乎無數(shù)的組合來制造本發(fā)明的拋光墊。
現(xiàn)在參照圖1，圖中顯示本發(fā)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制備，例如由德國Newark的羅門哈斯電子材料CMP有限公司(“RHEM”)制造的SUBA-IVTM墊。拋光墊4可包括RHEM制造的IC 1000TM墊之類的聚氨酯墊(例如填充了微球體的墊)。根據(jù)需要，可任選地對拋光墊4進(jìn)行紋理化?？梢杂脡好粽澈蟿?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(jìn)行終點檢測。
現(xiàn)在參照圖2，圖中顯示了用來形成本發(fā)明拋光墊4的預(yù)混合設(shè)備100。預(yù)混合設(shè)備100包括填料儲料斗1，填料儲料斗1的大小能夠容納足夠量的微球體或微型元件48。預(yù)混合設(shè)備100還包括預(yù)混合物制備容器10和預(yù)聚物儲存容器3，所述預(yù)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(yù)聚物”)。另外，預(yù)混合設(shè)備100還有益地包括用來控制預(yù)混合物制備容器10中預(yù)混合物51堆積密度的循環(huán)回路16。注意盡管這里的預(yù)混合設(shè)備100描述為“單容器”系統(tǒng)，但是本發(fā)明不限于此。例如，可根據(jù)需要在本發(fā)明中使用任意數(shù)量的儲料斗1、預(yù)聚物儲存容器3和預(yù)混合物制備容器10。
操作時，將預(yù)定量的聚合物材料52加入預(yù)混合物制備容器10?？墒褂醚b有累加器(未顯示)的質(zhì)量流計量裝置4，對加入預(yù)混合物制備容器10中的聚合物材料52的量進(jìn)行控制。也可使用裝在預(yù)混合物制備容器10上的測壓元件，對加入預(yù)混合物制備容器10中的聚合物材料52的量進(jìn)行控制。
在將聚合物材料52加入預(yù)混合物制備容器10內(nèi)之后，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，并產(chǎn)生材料52沿預(yù)混合物制備容器10內(nèi)壁的向下流動?；蛘呔酆衔锊牧?2也可根據(jù)需要沿相反的方向流動。較佳的是，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1-500轉(zhuǎn)/分鐘。更佳的是，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1-250轉(zhuǎn)/分鐘。最佳的是，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1-50轉(zhuǎn)/分鐘。
在用攪拌器活化的同時，可將填料儲料斗1中的微球體48加入預(yù)混合物制備容器10。在本發(fā)明的一個示例性的實施方式中，可使用“重量損失”干進(jìn)料計量系統(tǒng)2來控制加入預(yù)混合物制備容器10中的微球體48的量?！爸亓繐p失”干進(jìn)料計量系統(tǒng)2確定了填料儲料斗1的初始總重量，該總重量包括儲料斗1內(nèi)包含的微球體48。然后在干進(jìn)料計量系統(tǒng)2中設(shè)定將要加入預(yù)混合物制備容器10的微球體48的預(yù)定重量。然后干進(jìn)料計量系統(tǒng)2可向預(yù)混合物制備容器10中加入微球體48，直至儲料斗1的重量變化符合所需重量，即所需的預(yù)定微球體48的重量。
當(dāng)量出了合適量的微球體48之后，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(yù)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(dāng)中后，便在循環(huán)回路16中對預(yù)混合物51進(jìn)行循環(huán)，以確保該預(yù)混合物基本均勻。循環(huán)回路16幫助預(yù)混合物51更均勻地分布在預(yù)混合物制備容器10內(nèi)，減少了濃度分層的趨勢。換句話說，循環(huán)回路16是控制或穩(wěn)定預(yù)混合物51的堆積密度的有效方法。
較佳的是，循環(huán)泵21從預(yù)混合物制備容器10抽出預(yù)混合物51，使預(yù)混合物51通過取向閥22，取向閥22使預(yù)混合物51返回預(yù)混合物制備容器10。循環(huán)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?？蓪︻A(yù)混合物51定時人工取樣，用天平(未顯示)進(jìn)行測量，來檢測預(yù)混合物51的堆積密度(單位體積重量)。
也可任選地在循環(huán)回路內(nèi)安裝在線的密度計，來檢測預(yù)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(yù)混合物51的連續(xù)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(yù)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(yù)先確定的可接受范圍以外，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(yù)混合物51的堆積密度調(diào)節(jié)至所需范圍內(nèi)。
在操作時，在線的密度計17測量從取向閥22進(jìn)入的預(yù)混合物51的堆積密度。如果測得的堆積密度在可接受的預(yù)定偏差之內(nèi)，則通過取向閥22將預(yù)混合物51引入轉(zhuǎn)移管道20進(jìn)行進(jìn)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(yù)混合物51引入循環(huán)回路16，返回預(yù)混合物制備容器10內(nèi)，而不移入轉(zhuǎn)移管道20內(nèi)。更佳的是，對預(yù)混合物繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。根據(jù)需要，使用密度計17測得的預(yù)混合物51的密度測量值，提供另外的預(yù)聚物52或微球體48。注意可以使任意量的預(yù)混合物51返回所述預(yù)混合物制備容器10內(nèi)，只要不影響預(yù)混合物51從預(yù)混合物制備容器10底部的排出。較佳的是，預(yù)混合物51的返回方式能夠減少引入預(yù)混合物51的夾帶氣體的量，例如使預(yù)混合物51返回容器10中預(yù)混合物儲存的表面以下，或者使預(yù)混合物51沿容器10的內(nèi)壁返回。
可任選地在預(yù)混合物制備容器10中安裝真空源，從而除去當(dāng)微球48加入聚合物材料52中時夾帶的氣體，以便獲得更準(zhǔn)確的堆積密度測量值。較佳的是，將預(yù)混合物制備容器10脫氣至1-10托。更佳的是，將預(yù)混合物制備容器10脫氣至1-5托。最佳的是，將預(yù)混合物制備容器10脫氣至2托以下。另外，預(yù)混合設(shè)備還可包括惰性氣源60，從而當(dāng)預(yù)混合物制備容器10不是處于真空源19提供的真空時，為預(yù)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(jī)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、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylites)、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(例如瑞典Sundsvall的Akzo Nobel生產(chǎn)的ExpancelTM)?？赏ㄟ^化學(xué)改性，例如支化、嵌段和交聯(lián)，來改變微球體48的溶解度、溶脹性和其它性質(zhì)。較佳的是，所述微球體48的平均直徑小于150微米，更佳小于50微米，最佳小于15微米。要指出的是，微球體的平均直徑可以變化，可以根據(jù)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(yōu)選是丙烯腈和1，1-二氯乙烯的共聚物。
另外，在本發(fā)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(yù)聚物”)制成。該預(yù)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(yīng)產(chǎn)物。該多異氰酸酯可以是脂族或芳族的。然后用固化劑使該預(yù)聚物固化。優(yōu)選的多異氰酸酯包括，但不限于亞甲基雙4，4’-環(huán)己基異氰酸酯、環(huán)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(huán)丁烷-1，3-二異氰酸酯、環(huán)己烷-1，3-二異氰酸酯、環(huán)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(huán)己烷、甲基亞環(huán)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(huán)己基甲烷二異氰酸酯，以及它們的混合物。優(yōu)選脂族多異氰酸酯。優(yōu)選的脂族多異氰酸酯含有少于14％的未反應(yīng)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，但不限于聚醚型多元醇、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(nèi)酯二醇、聚碳酸酯型多元醇及其混合物。
在一個優(yōu)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，但不限于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(huán)基。較佳的是，本發(fā)明的多羥基化合物包括PTMEG。合適地聚酯型多元醇包括，但不限于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(huán)基。合適的聚己內(nèi)酯二醇包括，但不限于源自1，6-己二醇的聚己內(nèi)酯、源自二甘醇的聚己內(nèi)酯、源自三甲羥基丙烷的聚己內(nèi)酯、源自新戊二醇的聚己內(nèi)酯、源自1，4-丁二醇的聚己內(nèi)酯、源自PTMEG的聚己內(nèi)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(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(碳酸亞乙酯)多元醇。
在本發(fā)明一個優(yōu)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、硅氧烷、聚酰亞胺和聚砜形成，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，但不限于聚氯乙烯、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、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(yōu)選的聚合物材料52是聚氨酯。
現(xiàn)在來看圖3，圖中顯示了澆鑄設(shè)備103，該設(shè)備包括預(yù)混合設(shè)備100、預(yù)混合物收集器15和固化劑設(shè)備101。固化劑設(shè)備101還包括固化劑材料收集器12和固化劑儲存容器6。注意盡管本實施方式僅顯示了單個預(yù)混合物收集器15和單個固化劑設(shè)備101，但是可根據(jù)需要使用任意數(shù)量的預(yù)混合物收集器和固化劑設(shè)備。在操作中，一旦在預(yù)混合設(shè)備100中制得了具有可接受堆積密度的均勻混合物后，便可通過轉(zhuǎn)移管道20將預(yù)混合物51移入預(yù)混合物收集器15中。所述轉(zhuǎn)移管道20可包含任何防銹金屬、塑料或聚合物材料。在轉(zhuǎn)移時，用轉(zhuǎn)移泵21從預(yù)混合物制備容器10的底部抽出預(yù)混合物51，使預(yù)混合物51通過取向閥22，取向閥將這股預(yù)混合物轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)移管道20，將預(yù)混合物送入預(yù)混合物收集器15。較佳的是，一旦預(yù)混合物51從預(yù)混合物制備容器10移入預(yù)混合物收集器15，預(yù)混合物制備容器10便可用來制備新一批的預(yù)混合物51。另外，裝在預(yù)混合物收集器15內(nèi)的預(yù)混合物51可以用來進(jìn)行澆鑄。如上所述，通過本發(fā)明分離預(yù)混合物制備法，可以進(jìn)行連續(xù)的澆鑄過程。
在澆鑄過程中，將來自預(yù)混合物收集器15的預(yù)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混合并直接澆鑄在澆鑄模子14內(nèi)。然后使模制的制品固化并對其進(jìn)行切割，形成本發(fā)明的拋光墊4。所述預(yù)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(yù)混合物制備容器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(yù)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(yōu)選的多二胺包括，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3，5-二乙基甲苯-2，6-二胺之類的異構(gòu)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(fā)明的固化劑包括3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其異構(gòu)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(tuán)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(yōu)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(tuán)、不飽和基團(tuán)、芳基和環(huán)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鹵素基團(tuán)。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(fā)明提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的容器、裝有微球體的儲料斗和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設(shè)備還提供用來形成聚合物材料和微球體的預(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器，以及處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度。該設(shè)備還提供用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器、用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器和用來模制混合物的模子。
現(xiàn)在來看圖4，圖中顯示了澆鑄設(shè)備105，該設(shè)備包括預(yù)聚物設(shè)備104。預(yù)聚物設(shè)備104還包括預(yù)聚物材料收集器11和第二預(yù)聚物儲存容器5。在此實施方式中，該預(yù)聚物材料收集器11能夠另外靈活地控制澆鑄模子14中模制制品的堆積密度。例如可以在從預(yù)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(yù)聚物材料收集器11向混合器13加入未加填料的預(yù)聚物57，從而調(diào)節(jié)微球體48對預(yù)聚物57的最終堆積密度比例?？赏ㄟ^流量控制計8和計量泵9調(diào)節(jié)未加填料預(yù)聚物57向混合器13中的加入。預(yù)聚物材料收集器11也可裝有攪拌器18，該攪拌器18與預(yù)混合物制備容器10的攪拌器18相似。還可用液面控制器7，從第二預(yù)聚物儲存容器5向預(yù)聚物材料收集器11提供另外的聚合物材料57。注意盡管圖中顯示的是單個預(yù)聚物材料收集器11，本發(fā)明也可根據(jù)需要使用任意數(shù)量的預(yù)聚物材料收集器。另外，根據(jù)需要，預(yù)聚物57可與預(yù)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(yù)混合物收集器15的預(yù)混合物51、來自固化劑材料收集器12的固化劑53和來自預(yù)聚物材料收集器11的預(yù)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，然后直接澆鑄在澆鑄模子14內(nèi)。然后使模制的制品固化并對其進(jìn)行切割，形成本發(fā)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(yù)混合物收集器15、固化劑材料收集器12和預(yù)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(yù)聚物材料收集器11中提供真空裝置19，從而除去當(dāng)微球48加入聚合物材料52中時夾帶的氣體。另外，也可在預(yù)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(yù)聚物材料收集器11脫氣至1-10托。更佳的是，將預(yù)聚物材料收集器11脫氣至1-5托。最佳的是，將預(yù)聚物材料收集器11脫氣至2托以下。
因此，本發(fā)明提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有第一聚合物材料的第一預(yù)聚物儲存容器，裝有微球體的儲料斗和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設(shè)備還包括用來形成第一聚合物材料和微球體的預(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器，以及處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度。該設(shè)備還提供了用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器，用來形成預(yù)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(yù)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(dá)到所需的堆積密度。最后，該設(shè)備還包括用來模制混合物的模子。
現(xiàn)在來看圖5，圖中顯示了一種澆鑄設(shè)備107，該設(shè)備包括預(yù)混合物收集/制備設(shè)備106。預(yù)混合物收集/制備設(shè)備106還包括填料儲料斗1，填料儲料斗的大小足以容納足量的微球體或微型元件48。預(yù)混合物收集/制備設(shè)備106還包括預(yù)混合物收集/制備容器59和預(yù)聚物儲存容器3，所述預(yù)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(yù)混合物收集/制備設(shè)備106有益地包括循環(huán)回路16，該回路是用來控制預(yù)混合物收集/制備容器59中預(yù)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/制備容器內(nèi)提供預(yù)混合物制備容器容器和預(yù)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(yù)混合物制備容器和預(yù)混合物收集器之間使用“轉(zhuǎn)移步驟”。然而，注意盡管該實施方式能夠分批澆鑄本發(fā)明的拋光墊，但是它無法連續(xù)澆鑄。
在操作中，將預(yù)定量的聚合物材料52加入預(yù)混合物收集/制備容器59中?？梢杂觅|(zhì)量流量計量裝置4控制加入預(yù)混合物收集/制備容器59中的聚合物材料的量。也可使用安裝在預(yù)混合物收集/制備容器59上的測壓元件控制加入預(yù)混合物收集/制備容器59中的預(yù)聚物52的量。
將聚合物材料52加入預(yù)混合物收集/制備容器59以后，用攪拌器18攪拌聚合物材料52，使得聚合物材料52產(chǎn)生沿攪拌器18的軸作向上的軸向流動，并產(chǎn)生材料52沿預(yù)混合物收集/制備容器59內(nèi)壁的向下流動。較佳的是，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1-500轉(zhuǎn)/分鐘。更佳的是，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1-250轉(zhuǎn)/分鐘。最佳的是，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1-50轉(zhuǎn)/分鐘。
在用攪拌器活化的同時，可將填料儲料斗1中的微球體48加入預(yù)混合物收集/制備容器59。在本發(fā)明的一個示例性的實施方式中，可使用“重量損失”干進(jìn)料計量系統(tǒng)2來控制加入預(yù)混合物收集/制備容器59中的微球體48的量?！爸亓繐p失”干進(jìn)料計量系統(tǒng)2確定了填料儲料斗1的初始總重量，該總重量包括儲料斗1內(nèi)包含的微球體48。然后在干進(jìn)料計量系統(tǒng)2中設(shè)定將要加入預(yù)混合物收集/制備容器59的微球體48的預(yù)定重量。然后干進(jìn)料計量系統(tǒng)2可向預(yù)混合物收集/制備容器59中加入微球體48，直至儲料斗1的重量變化符合所需重量，即預(yù)定的微球體48的重量。
當(dāng)量出了合適量的微球體48之后，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(yù)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(dāng)中，便在循環(huán)回路16中對預(yù)混合物51進(jìn)行循環(huán)，以確保該預(yù)混合物基本均勻。循環(huán)回路16幫助預(yù)混合物51更均勻地分布在預(yù)混合物收集/制備容器59內(nèi)，減少了濃度分層的趨勢。換句話說，循環(huán)回路16是控制或穩(wěn)定預(yù)混合物51的堆積密度的有效方法?？蓪︻A(yù)混合物51定時人工取樣，用天平(未顯示)進(jìn)行測量，來檢測預(yù)混合物51的堆積密度(單位體積重量)。
較佳的是，循環(huán)泵21從預(yù)混合物收集/制備容器59抽出預(yù)混合物51，使預(yù)混合物51通過取向閥22，取向閥22使預(yù)混合物51返回材料收集/制備容器59。循環(huán)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?？扇芜x地在循環(huán)回路內(nèi)安裝在線的密度計17，來檢測預(yù)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(yù)混合物51的連續(xù)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(yù)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(yù)先確定的可接受范圍以外，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(yù)混合物51的堆積密度調(diào)節(jié)至所需范圍內(nèi)。
在操作時，在線的密度計17測量從取向閥22進(jìn)入的預(yù)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(yù)定偏差之內(nèi)，則通過取向閥22將預(yù)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(yù)混合物51引入循環(huán)回路16，返回預(yù)混合物收集/制備容器59內(nèi)，再次進(jìn)行攪拌。換句話說，如果堆積密度過高，要進(jìn)行額外的攪拌。注意可以使任意量的預(yù)混合物51返回所述預(yù)混合物收集/制備容器59內(nèi)，只要不影響預(yù)混合物51從預(yù)混合物收集/制備容器59底部的排出。
可任選地在預(yù)混合物收集/制備容器59中提供真空裝置19，從而除去當(dāng)微球48加入聚合物材料52中時夾帶的氣體，以便獲得更準(zhǔn)確的堆積密度測量值。較佳的是，將預(yù)混合物收集/制備容器59脫氣至1-10托。更佳的是，脫氣至1-5托。最佳的是，脫氣至2托以下。
再來看圖5，固化劑設(shè)備101還包括固化劑材料收集器12和固化物儲存容器6。注意盡管本實施方式僅顯示了單個固化劑設(shè)備101，但是可根據(jù)需要使用任意數(shù)量的固化劑設(shè)備。在澆鑄過程中，將來自預(yù)混合物收集/制備容器59的預(yù)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混合并直接澆鑄在澆鑄模子14內(nèi)。然后使模制的制品固化并對其進(jìn)行切割，形成本發(fā)明的拋光墊4。所述材料收集/制備容器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(yù)混合物制備容器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(yù)混合物收集/制備容器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(huán)泵21和與輸送管道55中流量計8相連的計量泵控制的。
現(xiàn)在來看圖6，圖中顯示了一種包括第二預(yù)聚物設(shè)備111的澆鑄設(shè)備109。預(yù)聚物設(shè)備111還包括第二預(yù)聚物材料收集器11和第二預(yù)聚物儲存容器5。在此實施方式中，該預(yù)聚物材料收集器11能夠另外靈活地控制澆鑄模子14中的模制制品。例如可以在從預(yù)混合物收集/制備容器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(yù)聚物材料收集器11向混合器13加入未加填料的預(yù)聚物57，從而調(diào)節(jié)微球體48與預(yù)聚物57的最終堆積密度比?？赏ㄟ^流量控制計8和計量泵9調(diào)節(jié)未加填料預(yù)聚物57向混合器13中的加入。預(yù)聚物材料收集器11也可裝有攪拌器18，該攪拌器18與預(yù)混合物制備容器10的攪拌器18相似。還可用液面控制器7，從第二預(yù)聚物儲存容器5向預(yù)聚物材料收集器11提供另外的聚合物材料57。注意盡管顯示的是單個預(yù)聚物材料收集器11，本發(fā)明也可使用根據(jù)需要使用任意數(shù)量的預(yù)聚物材料收集器。另外，根據(jù)需要，預(yù)聚物57可與預(yù)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(yù)混合物收集/制備容器59的預(yù)混合物51、來自固化劑材料收集器12的固化劑53和來自預(yù)聚物材料收集器11的未加填料預(yù)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混合并直接澆鑄在澆鑄模子14內(nèi)。然后使模制的制品固化并對其進(jìn)行切割，形成本發(fā)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(yù)混合物收集/制備容器59、固化劑材料收集器12和預(yù)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(fā)明提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的容器、裝有微球體的儲料斗和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設(shè)備還包括用來形成聚合物材料和微球體的預(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器，以及處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度。該設(shè)備還包括用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器和用來模制混合物的模子。
現(xiàn)在來看圖7，提供了一種使用本發(fā)明減少條紋的拋光墊的CMP設(shè)備73。設(shè)備73包括晶片支架81，該支架用來固定半導(dǎo)體晶片83，并將半導(dǎo)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(fā)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(xué)拋光漿液一起對晶片83進(jìn)行拋光的拋光墊4。注意盡管圖中未顯示，本設(shè)備可使用提供拋光液或拋光漿液的設(shè)備。臺板91一直繞其中軸79旋轉(zhuǎn)。另外，所述晶片支架81則一直繞其中軸75旋轉(zhuǎn)，并通過平移臂77在臺板91表面上平移。注意盡管圖7中只顯示一個晶片支架，在CMP設(shè)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(shè)有透明孔87，該透明孔87位于拋光墊1的窗口14下面。因此，在對晶片83進(jìn)行拋光時，可以通過透明孔87和窗口14，對晶片83的表面進(jìn)行準(zhǔn)確的終點檢測。即在所述臺板91下面安裝激光分光光度計89，在對晶片83進(jìn)行拋光時，分光光度計89會射出激光束85，通過透明孔87和窗口14，然后再原路返回，從而進(jìn)行準(zhǔn)確的終點檢測。
因此，本發(fā)明提供了一種用于制造化學(xué)機(jī)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，裝有微球體的儲料斗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(yù)混合物制備容器，形成聚合物材料和微球體的預(yù)混合物。該方法還包括在預(yù)混合物制備容器中提供循環(huán)回路，該回路用來對預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需的體積濃度。該方法還包括將預(yù)混合物輸送至預(yù)混合物收集器，形成預(yù)混合物與固化劑的混合物，將該混合物注入模子內(nèi)，并將將模制產(chǎn)品切割成拋光墊。
權(quán)利要求
1.一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的容器；裝有微球體的儲料斗；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(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器；處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度；用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器；用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器；以及用來模制所述混合物的模子。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用來攪拌所述預(yù)混合物制備容器中的預(yù)混合物的攪拌器。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用來對所述預(yù)混合物制備容器進(jìn)行脫氣的真空裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括位于循環(huán)回路之內(nèi)，用來測量所述預(yù)混合物堆積密度的在線的密度計。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，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所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚合物材料包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、硅氧烷、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。
7.一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有第一聚合物材料的第一預(yù)聚物儲存容器；裝有微球體的儲料斗；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(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器；處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度；用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器；用來形成預(yù)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(yù)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(dá)到所需的堆積密度；以及用來模制所述混合物的模子。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二聚合物材料是相同的。
9.一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的容器；裝有微球體的儲料斗；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(yù)混合物的預(yù)混合物收集/制備容器；處于所述預(yù)混合物收集/制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度；用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器；以及用來模制所述混合物的模子。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括另一個預(yù)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(fā)明提供一種制造化學(xué)機(jī)械拋光墊的設(shè)備，該設(shè)備包括裝有聚合物材料的容器、裝有微球體的儲料斗和裝有固化劑的固化劑儲存容器。該設(shè)備還提供用來形成聚合物材料和微球體的預(yù)混合物的預(yù)混合物制備容器，以及處于所述預(yù)混合物制備容器內(nèi)的循環(huán)回路，用來對所述預(yù)混合物進(jìn)行循環(huán)，直至達(dá)到所需堆積密度。該設(shè)備還提供用來儲存預(yù)混合物的預(yù)混合物收集器、用來形成預(yù)混合物與固化劑的混合物的混合器和用來模制混合物的模子。
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(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
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