專利名稱：微孔拋光墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于化學(xué)-機(jī)械拋光的包括具有均勻孔徑分布的多孔發(fā)泡體拋光墊。
背景技術(shù)：
化學(xué)-機(jī)械拋光(“CMP”)過程用于制造微電子裝置，從而在半導(dǎo)體晶圓、場(chǎng)發(fā)射顯示器及許多其它微電子基材上形成平坦表面。例如，制造該半導(dǎo)體裝置一般包含形成各種加工層，選擇性移除或制圖部分該等層，及在半導(dǎo)體基材表面上沉積又另一加工層形成半導(dǎo)體晶圓。該加工層可包含例如絕緣層、閘極氧化物層、導(dǎo)電層及金屬或玻璃層等。在晶圓加工的某些步驟中一般需要使加工層的最外層表面為平面，亦即平坦而供沉積后續(xù)層。CMP用于使加工層平坦化，其中沉積材料如導(dǎo)電或絕緣材料經(jīng)拋光而使晶圓平坦化，以用于后續(xù)加工步驟。
典型CMP過程中，晶圓導(dǎo)置架設(shè)在CMP工具中的載體上。對(duì)該載體及晶圓施加力而向下壓向該拋光墊。該載體及晶圓在CMP工具拋光臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)拋光墊旋轉(zhuǎn)。拋光組合物(亦稱為拋光漿液)一般于拋光期間在旋轉(zhuǎn)晶圓及旋轉(zhuǎn)拋光墊之間引入。該拋光組合物一般含有可與最外部晶圓層部分相互作用或溶解的化學(xué)品及可物理地移除部分該層的拋光材料。該晶圓及拋光墊可以相同方向或相反方向旋轉(zhuǎn)，看對(duì)欲進(jìn)行的特定拋光過程需要何種方向。該載體亦可在拋光臺(tái)上的拋光墊橫向振蕩。
化學(xué)-機(jī)械拋光過程中所用的拋光墊是使用軟質(zhì)及硬質(zhì)墊材料制造，其包含聚合物-浸潤的織物、微孔膜、胞狀聚合物發(fā)泡體、非孔狀聚合片及燒結(jié)的熱塑性顆粒。含浸潤至聚酯不織布織物的聚氨基甲酸酯樹脂的墊為聚合物浸潤的織物拋光墊的說明例。微孔拋光墊包含涂布在基礎(chǔ)材料(其經(jīng)常為浸潤的織物墊)上的微孔氨基甲酸酯膜。這些拋光墊為封閉微胞多孔膜。胞狀聚合發(fā)泡體拋光墊包含封閉微胞結(jié)構(gòu)，其以全三維方向(all three dimension)隨機(jī)且均勻地分布。非多孔聚合物片拋光墊包含由固體聚合物片所制得的拋光表面，其不具有傳遞漿液顆粒的固有能力(例如參見US專利5,489,233)。這些固體拋光墊以大和/或小凹溝予以外部改性，該凹溝切入該墊表面旨在提供化學(xué)-機(jī)械拋光期間漿液通過的溝道。此非多孔聚合物拋光墊公開于US專利6,203,407，其中該拋光墊的拋光表面包括以用于改良化學(xué)-機(jī)械拋光的選擇性的凹溝。又以類似方式，US專利6,022,268、6,217,434及6,287,185公開不具有吸收或傳遞漿液顆粒的固有能力的親水性拋光墊。該拋光表面主要具有隨機(jī)表面地形，包含具有10微米或以下的尺寸，并且形成通過固化拋光表面和切割形成的25微米或以上尺寸的巨缺陷(或巨紋理)。包括多孔開孔結(jié)構(gòu)的燒結(jié)拋光墊可由熱塑性聚合物樹脂制備。例如，US專利6,062,968及6,126,532公開了具有開孔微孔基材的拋光墊，是由熱塑性樹脂燒結(jié)所制得。所得拋光墊有利地具有25-50％的微孔體積和0.7-0.9克/cm3的密度。類似地，US專利6,017,265、6,106,754及6,231,434公開了具有均勻、連續(xù)相連的孔結(jié)構(gòu)的拋光墊，是使熱塑性樹脂在超過689.5kPa(100psi)的高壓下，于具有所需最終墊尺寸的模具中燒結(jié)而制得。
除了凹溝圖形以外，拋光墊可具有其它表面特征以對(duì)拋光墊表面提供紋理。例如US專利5,609,517公開了包括均具有不同硬度的支持層、結(jié)點(diǎn)及上層的復(fù)合拋光墊。US專利5,944,583公開了具有交替可壓縮性的圓周環(huán)的復(fù)合拋光墊。US專利6,168,508公開了具有第一物理性質(zhì)值(如硬度、比重、可壓縮性、磨損性、高度等)的第一拋光區(qū)域及含有第二物理性質(zhì)值的第二拋光區(qū)域的拋光墊。US專利6,287,185公開了具有由熱塑性過程制造的表面地形的拋光墊。在導(dǎo)致形成表面特征的壓力或應(yīng)力下加熱該拋光墊的表面。
具有微孔結(jié)構(gòu)的拋光墊為本領(lǐng)域已知的。例如US專利4,138,228公開了一種微孔且親水性的拋光制品。US專利4,239,567公開了用于拋光晶圓的平坦微孔聚氨基甲酸酯拋光墊。US專利6,120,353公開了使用具有可壓縮性小于9％及150孔隙/cm2或以上的高孔隙密度的似-小牛皮發(fā)泡體聚氨基甲酸酯拋光墊的拋光方法。EP 1 108 500 A1公開了具有平均直徑小于1000微米且密度為0.4至1.1克/毫升的封閉微胞的微橡膠A-型硬度至少80的拋光墊。
雖然數(shù)種上述拋光墊適用于其所要用的目的，但仍需要一種改良的拋光墊，其可由化學(xué)-機(jī)械拋光提供有效的平坦化，尤其是于基材拋光中。此外，仍需要一種具有改善的拋光效率、改善的流經(jīng)并流入該拋光墊的流動(dòng)、改善的抗腐蝕蝕刻劑性能和/或改善的拋光均勻度的拋光墊。最后，仍需要可使用相當(dāng)?shù)统杀痉椒笆褂们靶枰獦O少或不需調(diào)節(jié)的拋光墊。
本發(fā)明提供此種拋光墊。本發(fā)明這些及其它優(yōu)點(diǎn)以及額外特征將由本發(fā)明下列描述而變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了用于化學(xué)-機(jī)械拋光的包括多孔發(fā)泡體的拋光墊。第一個(gè)具體實(shí)施方式
中，該多孔發(fā)泡體的平均孔徑50微米或以下，其中75％或以上的孔隙具有在平均孔徑的20微米或以下的孔徑。第二個(gè)具體實(shí)施方式
中，該拋光墊包括具有平均孔徑1微米至20微米的多孔發(fā)泡體。第三個(gè)具體實(shí)施方式
中，該拋光墊包括具有平均孔徑50微米或以下的熱塑性聚氨基甲酸酯發(fā)泡體，其中該熱塑性聚氨基甲酸酯的熔體流動(dòng)指數(shù)20或以下，分子量50,000克/摩爾至300,000克/摩爾，及多分散度指數(shù)1.1至6。第四個(gè)具體實(shí)施方式
中，該拋光墊為包括不具有向外產(chǎn)生的表面紋理的拋光表面的聚氨基甲酸酯拋光墊，其可以至少600埃/分鐘的速度以載體下壓壓力0.028MPa(4psi)、漿液流動(dòng)速率100毫升/分鐘、平面旋轉(zhuǎn)速度60rpm及載體旋轉(zhuǎn)速度55rpm至60rpm下拋光二氧化硅晶圓。第五個(gè)具體實(shí)施方式
中，該拋光墊包括具有多-模態(tài)孔徑分布的多孔發(fā)泡體，其中該多-模態(tài)分布具有20或以下的最大孔徑。
本發(fā)明還提供了制造拋光墊的方法，包括(a)使聚合物樹脂與超臨界氣體混合產(chǎn)生單相溶液，其中該超臨界氣體是使氣體經(jīng)歷高溫及高壓所產(chǎn)生的，及(b)從該單相溶液形成拋光墊。

圖1為以CO2濃度1.26％及熔融溫度212℃(414°F)所產(chǎn)生的擠出多孔發(fā)泡桿的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(100x放大)。
圖2為二氧化碳濃度對(duì)密度的作圖，其說明聚合物樹脂中單相溶液中CO2濃度與由其所制得的多孔發(fā)泡體密度間的關(guān)系。
圖3為具有平均孔徑8微米、密度0.989克/cm3及胞密度大于106胞/cm3的擠出多孔發(fā)泡體片的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(80x放大)。
圖4為具有平均孔徑15微米、密度0.989克/cm3、胞密度大于106胞/cm3及無表面巨紋理的擠出多孔發(fā)泡體片的截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(50x放大)。
圖5為二氧化硅移除速率對(duì)使用本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊拋光的二氧化硅晶圓數(shù)的作圖。
圖6為二氧化硅移除速率對(duì)比較本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊及固體非多孔拋光墊拋光的二氧化硅晶圓數(shù)的作圖，其中該拋光墊具有凹溝并經(jīng)打磨。
圖7a為拋光20個(gè)二氧化硅晶圓后具有上膠并經(jīng)拋光屑阻塞的凹溝巨紋理的固體非多孔聚合物片的上表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(20X放大)。
圖7b為具有平均孔徑15微米、密度0.989克/cm3、胞密度大于106胞/cm3以及使20個(gè)二氧化硅晶圓(經(jīng)打磨并調(diào)節(jié))拋光后具有無拋光屑的凹溝巨紋理的擠出多孔發(fā)泡片上表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(20X放大)。
圖7c為具有平均孔徑15微米、密度0.989克/cm3、胞密度大于106胞/cm3以及拋光20個(gè)二氧化硅晶圓(經(jīng)打磨但未調(diào)節(jié))后具有無拋光屑的凹溝巨紋理的擠出多孔發(fā)泡片上表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片(20X放大)。
圖8a、8b及8c為固體拋光墊(圖8a)、本發(fā)明的微孔發(fā)泡拋光墊(圖8b)及傳統(tǒng)封閉微胞拋光墊(圖8c)顯示二氧化硅拋光料在對(duì)20個(gè)二氧化硅外包晶圓拋光后，滲透入拋光墊厚度的程度的能量分散X-光(EDX)二氧化硅映射圖。
圖9為對(duì)比較使用固體非多孔拋光墊、本發(fā)明的微孔發(fā)泡拋光墊及傳統(tǒng)微孔封閉微胞拋光墊的經(jīng)制圖的二氧化硅晶圓的40％密實(shí)特征的時(shí)間(秒)相對(duì)剩余梯級(jí)(step)高度(埃)的作圖。
圖10為對(duì)比較使用固體非多孔拋光墊、本發(fā)明的微孔發(fā)泡拋光墊及傳統(tǒng)微孔封閉微胞拋光墊的經(jīng)制圖的二氧化硅晶圓的70％密實(shí)特征的時(shí)間(秒)相對(duì)剩余梯級(jí)(step)高度(埃)的作圖。
圖11為固體熱塑性聚氨基甲酸酯片放大350X的SEM圖片圖12為已由加壓氣體注射處理以產(chǎn)生具有平均胞徑0.1微米的發(fā)泡體的固體熱塑性聚氨基甲酸酯片放大7500X的SEM圖片。
圖13為已由加壓氣體注射處理以產(chǎn)生具有平均胞徑0.1微米的發(fā)泡體的固體熱塑性聚氨基甲酸酯片放大20000X的SEM圖片。
圖14為已由加壓氣體注射處理以產(chǎn)生具有平均胞徑4微米的發(fā)泡體的固體熱塑性聚氨基甲酸酯片放大350X的SEM圖片。
圖15為已由加壓氣體注射處理以產(chǎn)生具有平均胞徑4微米的發(fā)泡體的固體熱塑性聚氨基甲酸酯片放大1000X的SEM圖片。
具體實(shí)施方式
第一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明涉及用于化學(xué)-機(jī)械拋光的拋光墊，其包括具有平均孔徑50微米或以下的多孔發(fā)泡體。優(yōu)選，該多孔發(fā)泡體的平均孔徑為40微米或以下，或甚至30微米或以下(如20微米或以下)。通常該多孔發(fā)泡體的平均孔徑為1微米或以上(如3微米或以上，或5微米或以上)。
第二個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，該多孔發(fā)泡體的平均孔徑為1微米至20微米。優(yōu)選，該多孔發(fā)泡體的平均孔徑1微米至15微米(如1微米至10微米)。
本文所述的拋光墊的多孔發(fā)泡體具有高度均勻的孔徑分布(亦即胞徑)。通常，該多孔發(fā)泡體中75％或以上(如80％或以上，或85％或以上)的孔隙的平均孔徑分布為±20微米或以下(如±10微米或以下，±5微米或以下，或±2微米或以下)。換言之，該多孔發(fā)泡體中75％或以上(如80％或以上，或85％或以上)的孔徑為平均孔徑在20微米或以下(如±10微米或以下，±5微米或以下，或±2微米或以下)。優(yōu)選，該多孔發(fā)泡體中90％或以上(如93％或以上，95％或以上，或97％或以上)的孔隙的平均孔徑分布為±20微米或以下(如±10微米或以下，±5微米或以下，或±2微米或以下)。
通常，該多孔發(fā)泡體主要包括封閉微胞(亦即孔隙)；但該多孔發(fā)泡體也可包括開孔。優(yōu)選該多孔發(fā)泡體包括至少5％或以上(如至少10％或以上)的封閉微胞。更優(yōu)選，該多孔發(fā)泡體包括至少20％或以上(如至少40％或以上，或至少60％或以上)的封閉微胞。
該多孔發(fā)泡體一般密度為0.5克/cm3或以上(如0.7克/cm3或以上，或甚至0.9克/cm3或以上)及空隙體積為25％或以下(如15％或以下，或甚至5％或以下)。通常，該多孔發(fā)泡體的胞密度為105胞/cm3或以上(如106胞/cm3或以上)。該胞密度可由影像分析軟件如Optimas影像軟件及ImagePro影像軟件(均為Media Cybernetics公司)或Clemex Vision影像軟件(Clemex技術(shù)公司)分析多孔發(fā)泡體材料的截面影像(如SEM圖片)而測(cè)定。
該多孔發(fā)泡體包括任何合適的材料，一般為聚合物樹脂。該多孔發(fā)泡體優(yōu)選包括聚合物樹脂，選自熱塑性彈性體、熱塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍(nylon)、彈性橡膠、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨基甲酸酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。優(yōu)選該聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯。
該聚合物樹脂一般為預(yù)形成的聚合物樹脂；但該聚合物樹脂也可就地依據(jù)任何適當(dāng)方法形成，其許多方法為本領(lǐng)域已知的(例如參見Szycher’s聚氨基甲酸酯手冊(cè)，CRC出版社紐約，1999，第3章)。例如可就地由氨基甲酸酯預(yù)聚物如異氰酸酯、二-異氰酸酯及三-異氰酸酯預(yù)聚物與含異氰酸酯反應(yīng)基的預(yù)聚物反應(yīng)形成熱塑性聚氨基甲酸酯。合適的異氰酸酯反應(yīng)部分包含胺及多元醇。
聚合物樹脂的選擇將部分取決于聚合物樹脂的流變學(xué)。流變學(xué)為熔融聚合物的流動(dòng)行為。對(duì)牛頓流體而言，粘度為由剪切應(yīng)力(也即正切應(yīng)力σ)與剪切速率(也即速度梯度dγ/dt)間的比例所定義的常數(shù)。然而，對(duì)非牛頓流體而言，可能發(fā)生剪切速率增厚(膨脹)或剪切速率變薄(偽-塑性)。在剪切速率變薄的情況下，粘度隨剪切速率增加而降低。此性質(zhì)可使聚合物樹脂以熔融制造(如擠出、注射模制)過程使用。為了鑒定剪切速率變薄的臨界區(qū)域，必須測(cè)定聚合物樹脂的流變學(xué)。該流變學(xué)可由毛細(xì)管技術(shù)測(cè)定，其中熔融聚合物樹脂在固定壓力下施力通過特定長(zhǎng)度的毛細(xì)管。由在不同溫度的粘度對(duì)外觀剪切速率作圖，可測(cè)定粘度與溫度間的相關(guān)性。該流變學(xué)加工指數(shù)(RPI)為鑒定聚合物樹脂臨界范圍的參數(shù)。該RPI為對(duì)固定剪切速率下，參考溫度時(shí)的粘度與溫度變化等于20℃后的粘度的比例。當(dāng)聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯時(shí)，在150升/秒的剪切速率及205℃的溫度測(cè)量的該RPI優(yōu)選2至10(如3至8)。
另一種聚合物粘度測(cè)量為熔體流動(dòng)指數(shù)(MFI)，其記錄在既定溫度及壓力下固定時(shí)間內(nèi)自毛細(xì)管擠出的熔融聚合物量(克數(shù))。例如，當(dāng)聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯共聚物(如聚碳酸酯硅氧為主的共聚物、聚氨基甲酸酯氟-為主的共聚物、或聚氨基甲酸酯硅氧烷-片段的共聚物)時(shí)，在210℃的溫度及2160克負(fù)載下10分鐘的MFI優(yōu)選20或以下(如15或以下)。當(dāng)聚合物為彈性體聚合物或聚烯烴共聚物(如包括乙烯α-烯烴的共聚物如彈性體或一般乙烯-丙烯、乙烯-己烯、乙烯-辛烯等，由芳環(huán)金屬衍生物為主的催化劑所制得的彈性體乙烯共聚物、或聚丙烯-苯乙烯共聚物)時(shí)，在210℃的溫度及2160克負(fù)載下10分鐘的MFI優(yōu)選5或以下(如4或以下)。當(dāng)聚合物樹脂為尼龍或聚碳酸酯時(shí)，在210℃的溫度及2160克負(fù)載下10分鐘的MFI優(yōu)選8或以下(如5或以下)。
聚合物樹脂的流變學(xué)與聚合物樹脂的分子量、聚分散指數(shù)(PDI)、長(zhǎng)鏈分支或交聯(lián)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)及熔融溫度(Tm)有關(guān)。當(dāng)聚合物為熱塑性聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯共聚物(如上述共聚物)時(shí)，其重均分子量(Mw)一般為50,000克/摩爾至300,000克/摩爾，優(yōu)選70,000克/摩爾至150,000克/摩爾，而PDI為1.1至6，優(yōu)選2至4。通常，彈性體聚氨基甲酸酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為20℃至110℃，熔融轉(zhuǎn)變溫度為120℃至250℃。當(dāng)聚合物樹脂為彈性體聚烯烴或聚烯烴共聚物(如上述共聚物)時(shí)，其重均分子量(Mw)一般為50,000克/摩爾至400,000克/摩爾，優(yōu)選70,000克/摩爾至300,000克/摩爾，而PDI1.1至12，優(yōu)選2至10。當(dāng)聚合物樹脂為尼龍或聚碳酸酯時(shí)，其重均分子量(Mw)一般為50,000克/摩爾至150,000克/摩爾，優(yōu)選70,000克/摩爾至100,000克/摩爾，而PDI1.1至5，優(yōu)選2至4。
選擇用于該多孔發(fā)泡體的該聚合物樹脂具有某種機(jī)械性質(zhì)。例如，當(dāng)聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯時(shí)，撓性模量(ASTM D790)優(yōu)選為350MPa(約50,000psi)至1000MPa(約150,000psi)，平均壓縮度％為7或以下，平均反彈率％為35或以上，及肖氏D硬度(ASTM D2240-95)為40至90(如50至80)。
第三個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，該拋光墊包括含熱塑性聚氨基甲酸酯的多孔發(fā)泡體，其中該多孔發(fā)泡體的平均孔徑為50微米或以下(如40微米或以下，或25微米或以下)且其中該熱塑性聚氨基甲酸酯的熔體流動(dòng)指數(shù)(MFI)為20或以下，RPI為2至10(如3至8)，及分子量(Mw)50,000克/摩爾至300,000克/摩爾，PDI1.1至6(如2至4)。優(yōu)選，該熱塑性聚氨基甲酸酯的撓性模量為350MPa(約50,000psi)至1000MPa(約150,000psi)，平均壓縮度％為7或以下，平均反彈率％為35或以上，及肖氏D硬度為40至90(如50至80)。此拋光墊可具有一或多種本文其它具體實(shí)施方式
所述的物理特征(如孔徑和聚合物性質(zhì))。
第四個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，該拋光墊為包括拋光表面的聚氨基甲酸酯拋光墊，其不存在有任何外部產(chǎn)生的表面紋理，可以至少600埃/分鐘的拋光速度、以0.028MPa(4psi)的載體向下壓力、60rpm的壓盤旋轉(zhuǎn)速度及55rpm至60rpm的載體旋轉(zhuǎn)速度拋光二氧化硅晶圓。第四個(gè)具體實(shí)施方式
不含有懸浮在發(fā)泡體中的拋光顆粒且是與含金屬氧化物顆粒的拋光組合物(也即漿液)尤其是由Cabot微電子公司銷售的Semi-SperseD7300拋光組合物一起使用。通常，該拋光墊可使用上述拋光參數(shù)以至少800埃/分鐘或甚至至少1000埃/分鐘的拋光速率拋光二氧化硅晶圓。該拋光墊具有空隙體積25％或以下并包括具有平均孔徑50微米或以下(如40微米或以下)的孔隙。該拋光墊也可拋光二氧化硅外包的晶圓使得該二氧化硅外包晶圓具有僅2％至4％的低非均勻值。此拋光墊可具有一或多種本發(fā)明其它具體實(shí)施方式
中所述的物理特定(如孔徑及聚合物性質(zhì))。
第五個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，該拋光墊括具有多-模態(tài)孔徑分布的多孔發(fā)泡體的拋光墊?！岸嗄B(tài)”一詞意指具有包括至少2或以上(如3或以上、5或以上、或甚至10或以上)最大孔徑的孔徑分布。通常，最大孔徑數(shù)為20或以下(如15或以下)。最大孔徑定義為孔徑分布中其面積包括孔隙總數(shù)的5％或以上數(shù)量的峰。優(yōu)選，該孔徑分布為雙模(也即具有兩個(gè)最大孔徑)。
該多-模態(tài)孔徑分布在任何合適孔徑值可具有最大孔徑。例如，該多-模態(tài)孔徑分布可具有50微米或以下(如40微米或以下、30微米或以下、或20微米或以下)的第一最大孔徑及50微米或以上(如70微米或以上、90微米或以上、或甚至120微米或以上)的第二最大孔徑。該多-模態(tài)孔徑分布或者可具有20微米或以下(如10微米或以下、或5微米或以下)的第一最大孔徑及20微米或以上(如35微米或以上、50微米或以上、或甚至75微米或以上)的第二最大孔徑。
第五個(gè)
具體實(shí)施例方式
的多孔發(fā)泡體可包括任何合適的聚合物樹脂，例如該多孔發(fā)泡體可包括本文所述的任何聚合物樹脂。優(yōu)選，該多孔發(fā)泡體包括熱塑性聚氨基甲酸酯。該聚合物樹脂可具有本文有關(guān)其它具體實(shí)施方式
中所述的任何物理、機(jī)械或化學(xué)性質(zhì)。
本文所述的拋光墊的多孔發(fā)泡體任選進(jìn)一步包括吸水性聚合物。該吸水性聚合物優(yōu)選選自非晶型、結(jié)晶、或交聯(lián)聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、其鹽及其組合物。優(yōu)選，該吸水性聚合物是選自交聯(lián)聚丙烯酰胺、交聯(lián)聚丙烯酸、交聯(lián)聚乙烯醇及其混合物。此交聯(lián)聚合物宜為吸水性但不融解或溶解于一般有機(jī)溶劑。優(yōu)選，該吸水性聚合物與水(如拋光組合物的液體載體)接觸后膨脹。
本文有關(guān)第一個(gè)、第二個(gè)、第三個(gè)及第五個(gè)具體實(shí)施方式
中所述的拋光墊的多孔發(fā)泡體任選含有并入墊塊體中的顆粒。優(yōu)選，該顆粒分散于整個(gè)多孔發(fā)泡體中。該顆?？蔀閽伖忸w粒、聚合物顆粒、復(fù)合顆粒(如包囊顆粒)、有機(jī)顆粒、無機(jī)顆粒、透明顆粒及其混合物。
該拋光顆?？蔀槿魏魏线m材料，例如該拋光顆粒可包括金屬氧化物，如選自氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、氧化鉻、氧化鐵及其組合、或碳化硅、氮化硼、鉆石、石榴石或陶瓷拋光材料。該拋光顆?？蔀榻饘傺趸锖吞沾傻幕旌衔锘驘o機(jī)和有機(jī)材料的混合物。該顆粒也可為聚合物顆粒，其許多述于US專利5,314,512中，如聚苯乙烯顆粒、聚甲基丙烯酸甲酯顆粒、液晶聚合物(LCP，如Ciba Geigy銷售的Vectra聚合物)、聚醚醚酮(PEEK’s)、顆粒熱塑性聚合物(如顆粒熱塑性聚氨基甲酸酯)、顆粒交聯(lián)聚合物(如顆粒交聯(lián)聚氨基甲酸酯或聚環(huán)氧化物)或其組合。若該多孔發(fā)泡體包括聚合物樹脂，則該聚合物顆粒優(yōu)選具有大于多孔發(fā)泡體的聚合物樹脂的熔點(diǎn)。該復(fù)合顆粒可為含有核心及外涂層的任何合適顆粒。例如，該復(fù)合顆粒含有固體核心(如金屬氧化物、金屬、陶瓷或聚合物)及聚合殼(如聚氨基甲酸酯、尼龍或聚乙烯)。該透明顆粒可為頁硅酸鹽(如云母如氟化云母及粘土如滑石、高嶺土、蒙脫土、鋰蒙脫石)、玻璃纖維、玻璃珠、鉆石顆粒、碳纖維等。
本文所述的拋光墊的多孔發(fā)泡體任選含有并入墊塊體中的可溶顆粒。優(yōu)選，該可溶顆粒分散于整個(gè)多孔發(fā)泡體中。此可溶顆粒在化學(xué)-機(jī)械拋光期間部分或完全溶于拋光組合物的液體載體中。通常，該可溶顆粒為水溶顆粒。例如該可溶顆粒可為任何合適的水溶顆粒如選自葡萄糖、環(huán)糊精、甘露糖醇、乳糖、羥丙基纖維素、甲基纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、非晶型非交聯(lián)聚乙烯醇、非晶型非交聯(lián)聚乙烯吡咯酮、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、水溶光敏樹脂、磺酸化聚異戊二烯及磺酸化聚異戊二烯共聚物的材料的顆粒。該可溶顆粒也可為選自乙酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氯化鉀、溴化鉀、磷酸鉀、硝酸鎂、碳酸鈣、及苯甲酸鈉的材料的無機(jī)水溶顆粒。當(dāng)可溶顆粒溶解時(shí)，該拋光墊可留有對(duì)應(yīng)于可溶顆粒尺寸的開孔。
該顆粒優(yōu)選在形成發(fā)泡拋光基材之前與聚合物樹脂共混。并入該拋光墊的顆?？蔀槿魏纬叽?如直徑、長(zhǎng)度或?qū)挾?或形狀(如球型、卵型)且可以任何適當(dāng)量并入拋光墊中。例如，該顆粒可具有顆粒尺寸(如直徑、長(zhǎng)度或?qū)挾?1納米或以上和/或2毫米或以下(如0.5微米至2毫米直徑)。優(yōu)選，該顆粒的尺寸10納米或以上和/或500微米或以下(如100納米至10微米直徑)。該顆粒也可共價(jià)結(jié)合至多孔發(fā)泡體的聚合物樹脂上。
本文所述的拋光墊的多孔發(fā)泡體任選含有并入墊塊體中的固體催化劑。優(yōu)選，該固體催化劑分散于整個(gè)多孔發(fā)泡體中。該催化劑可為金屬、非金屬、或其組合。優(yōu)選該催化劑是選自具有多氧化態(tài)的金屬化合物，如(但不限于)包括Ag、Co、Ce、Cr、Cu、Fe、Mo、Mn、Nb、Ni、Os、Pd、Ru、Sn、Ti及V的金屬化合物。
本文所述的拋光墊的多孔發(fā)泡體任選含有并入墊塊體中的螯合劑或氧化劑。優(yōu)選，該螯合劑及氧化劑分散于整個(gè)多孔發(fā)泡體中。該螯合劑可為任何合適螯合劑。例如該螯合劑可為羧酸、二羧酸、膦酸、聚合物螯合劑、其鹽等。該氧化劑可為氧化鹽或氧化金屬絡(luò)合物，其包含鐵鹽、鋁鹽、過氧化物、氯酸鹽、高氯酸鹽、過錳酸鹽、過硫酸鹽等。
本文所述的拋光墊具有任選進(jìn)一步包括凹溝、溝道和/或穿孔的拋光表面，其可促進(jìn)拋光組合物側(cè)向通過該拋光墊表面。此凹溝、溝道或穿孔可為任何適當(dāng)圖形且可具有任何適當(dāng)深度及寬度。該拋光墊可具有兩種或多種不同凹溝圖形，例如大凹溝與小凹溝的組合，如US專利5,489,233所述。該凹溝可為傾斜凹溝、同心凹溝、螺旋或環(huán)狀凹溝、XY網(wǎng)目陰影圖形，且連接性可為連續(xù)或非連續(xù)。優(yōu)選，該拋光墊至少包括由標(biāo)準(zhǔn)墊調(diào)節(jié)方法所制得的小凹溝。
本文所述的拋光墊具有任選又包括不同密度、孔隙度、硬度、模量和/或可壓縮性的區(qū)域的拋光表面。該不同區(qū)域可具有任何合適形狀或尺寸。通常，對(duì)比密度、孔隙度、硬度和/或可壓縮性的區(qū)域可由就地過程(也即在拋光墊形成后)形成在拋光墊上。
本文所述的拋光墊進(jìn)一步任選包括一或多個(gè)開孔、透明區(qū)域或半透明區(qū)域(如US專利5,893,796所述的窗)。當(dāng)拋光墊欲就地與CMP過程追蹤技術(shù)聯(lián)合使用時(shí)，優(yōu)選包含該開孔或半透明區(qū)域。該開孔可具有任何合適形狀且可與排放溝道聯(lián)合使用，使拋光表面上的過量拋光組合物減到最小或消除。該半透明區(qū)域或窗可為任何適當(dāng)窗，其許多為本領(lǐng)域已知。例如，該半透明區(qū)域可包括插入拋光墊開孔中的玻璃或聚合物為主的栓柱或可包括與用于其余拋光墊中所用的相同聚合物材料。
本發(fā)明的拋光墊可使用任何合適技術(shù)制造，其許多為本領(lǐng)域已知的。例如，該拋光墊可由下列制得(a)超臨界流體微發(fā)泡成型過程、(b)相逆轉(zhuǎn)過程、(c)拐點(diǎn)或雙結(jié)點(diǎn)分解過程、或(d)加壓氣體注射法。優(yōu)選，該拋光墊是使用超臨界流體微發(fā)泡成型過程或加壓氣體注射法所制得。
該超臨界流體微發(fā)泡成型過程包含(a)使聚合物樹脂與超臨界氣體混合形成單-相溶液，及(b)由該單相溶液制得本發(fā)明的拋光基材。該聚合物樹脂可為任何上述聚合物樹脂。超臨界氣體是由氣體經(jīng)歷足以產(chǎn)生超臨界狀態(tài)的升高溫度合壓力而產(chǎn)生，其中該氣體行為類似流體(也即超臨界流體，SCF)。該氣體可為烴、氯氟碳、氫氯氟碳(如氟利昂)、氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳或其組合。優(yōu)選，該氣體為不可燃?xì)怏w例如不含C-H鍵的氣體。更優(yōu)選，該氣體為氮?dú)?、二氧化碳、或其組合。最優(yōu)選，該氣體包括或?yàn)槎趸?。該氣體可在與聚合物樹脂組合之前或之后轉(zhuǎn)化成超臨界氣體。優(yōu)選，該氣體在與聚合物樹脂組合之前轉(zhuǎn)化成超臨界氣體。通常，該氣體經(jīng)歷100℃至300℃的溫度及5MPa(約800psi)至40MPa(約6000psi)的壓力。當(dāng)氣體為二氧化碳時(shí)，溫度為150℃至250℃及壓力為7MPa(約1000psi)至35MPa(約5000psi)(如19MPa(約2800psi)至26MPa(約3800psi))。
聚合物樹脂與超臨界氣體的單相溶液可以任何合適方式制備。例如該超臨界氣體可于機(jī)械桶中與熔融聚合物樹脂共混形成單相溶液。該單相溶液接著可注射入模具中，該處氣體膨脹形成在熔融聚合物樹脂內(nèi)具有高均勻度孔徑的孔隙結(jié)構(gòu)。單相溶液中的超臨界氣體濃度通常為單相溶液總體積的0.01％至5％(如0.1％至3％)。該超臨界氣體的濃度將決定多孔發(fā)泡體的密度及孔徑。超臨界氣體濃度增加時(shí)，所得多孔發(fā)泡體密度增加而平均孔徑降低。超臨界氣體的濃度可影響所得多孔發(fā)泡體中開孔對(duì)封閉微胞的比例。這些及其它過程特征進(jìn)一步詳述于US專利6,284,810中。
該拋光墊是在單相溶液中以足以在溶液中制得每cm3大于105核化位置而產(chǎn)生熱動(dòng)力學(xué)不安定性所形成。該熱動(dòng)力學(xué)不安定性可源自例如溫度快速變化、壓力快速下降、或其組合。通常，該熱動(dòng)力學(xué)不安定性是在含有單相溶液的模具或模嘴出口處誘生。核化位置為超臨界氣體的溶解分子形成團(tuán)塊的位置，由該位置于多孔發(fā)泡體中生長(zhǎng)微胞。核化位置數(shù)目是由假定核化位置數(shù)等于聚合物發(fā)泡體中所形成的微胞數(shù)測(cè)定。該拋光墊可自單相溶液由任何適當(dāng)技術(shù)形成。例如，該拋光墊可使用選自下列所成組的技術(shù)形成擠出成聚合物片、多層片的共擠出、注射模制、壓縮模制、吹塑模制、吹塑薄膜、多層吹塑薄膜、流延薄膜、熱形成及層壓。優(yōu)選，該拋光墊是由擠出成聚合物片或由注射模制所形成。
該相逆轉(zhuǎn)過程包含已加熱至高于聚合物的Tm或Tg的極微細(xì)顆粒于高度攪動(dòng)的非溶劑中的分散液(如獲得本文的實(shí)例)。聚合物樹脂可為上述任何聚合物樹脂。當(dāng)添加至非溶劑中的細(xì)聚合物樹脂顆粒數(shù)增加時(shí)，該細(xì)聚合物樹脂顆粒連結(jié)最初形成卷須狀及最后形成三維聚合物網(wǎng)絡(luò)。該非溶劑混合物接著冷卻于三維聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成非溶劑形成不連續(xù)滴液。所得材料為具有次微米孔徑的聚合物發(fā)泡體。
拐點(diǎn)或雙結(jié)點(diǎn)分解過程包含控制聚合物-聚合物混合物或聚合物-溶劑混合物的溫度和/或體積分率，因而使混合物自單相區(qū)域移向兩相區(qū)域。兩相區(qū)域內(nèi)，可能發(fā)生聚合物混合物的拐點(diǎn)分解或雙結(jié)點(diǎn)分解。分解代表其中聚合物混合物自非平衡相變化至平衡相的過程。在拐點(diǎn)區(qū)域中，混合曲線的游離能量為負(fù)值因此聚合物產(chǎn)生相分離(也即形成兩相物質(zhì))或聚合物與溶劑的相分離，其自發(fā)地反應(yīng)于體積分率的小變動(dòng)。在雙結(jié)點(diǎn)區(qū)域中，聚合物混合物相對(duì)于體積分率的小變動(dòng)穩(wěn)定，且因此需要核化并生長(zhǎng)以達(dá)到相-分離材料。聚合物混合物在兩相區(qū)域(也即雙結(jié)點(diǎn)或拐點(diǎn)區(qū)域)內(nèi)的溫度及體積分率下沉淀導(dǎo)致形成具有兩相的聚合物材料。若聚合物混合物裝滿溶劑或氣體，該雙相聚合物材料將在相-分離界面上含有次微米孔隙。聚合物優(yōu)選包括上述聚合物樹脂該加壓氣體注射法包含使用高溫及高壓以驅(qū)使超臨界氣體流入包括非晶型聚合物樹脂的固體聚合物片中。該聚合物固體可為上述任何聚合物樹脂。固體擠出片放置在室溫下的加壓容器中。超臨界氣體(如N2或CO2)添加至該容器中，且容器加壓至足以驅(qū)動(dòng)適當(dāng)量氣體進(jìn)入聚合物片的自由容積內(nèi)的程度。溶于聚合物的氣體量依據(jù)亨利定律與施加的壓力成正比。增加聚合物片溫度可增加氣體擴(kuò)散入聚合物的速率，但也會(huì)降低可溶于聚合物片的氣體量。一旦氣體使聚合物充分飽和，自該加壓容器移開該片。若需要，聚合物片可快速加熱至軟化或熔融狀態(tài)，以促進(jìn)微胞核化及生長(zhǎng)。US專利5,182,307及5,684,055描述該加壓氣體注射法的這些及其它特征。
本發(fā)明的拋光墊特別適合與化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)裝置聯(lián)合使用。通常，該裝置包括平盤，其在使用時(shí)會(huì)運(yùn)動(dòng)且具有源自軌道、直線或圓形運(yùn)動(dòng)的速度，當(dāng)移動(dòng)時(shí)本發(fā)明的拋光墊與平盤接觸并與該平盤一起運(yùn)動(dòng)，且載體保持欲拋光的基材表面接觸并相對(duì)于與欲拋光的基材接觸的拋光墊表面移動(dòng)。通過將基材放置成與拋光墊接觸，然后使拋光墊相對(duì)于基材移動(dòng)而發(fā)生基材拋光，通常與其間的拋光組合物拋光，因而磨耗至少部分該基材而使基材拋光。該CMP裝置可為任何合適CMP裝置，其許多為本領(lǐng)域已知的。本發(fā)明的拋光墊也可以直線拋光工具使用。
本文所述的拋光墊可單獨(dú)使用或任選可以多層堆疊拋光墊的一層使用。例如，該拋光墊可與襯墊(subpad)組合使用。該襯墊可為任何合適的襯墊。合適的襯墊包含聚氨基甲酸酯發(fā)泡體襯墊(如購自Rogers公司的Poron發(fā)泡體襯墊)、飽浸的毛毯襯墊、微孔聚氨基甲酸酯襯墊或燒結(jié)氨基甲酸酯襯墊。該襯墊通常比本發(fā)明的拋光墊軟且因此具有比本發(fā)明拋光墊更可壓縮且具有較低肖氏硬度值。例如該襯墊可具有35至50的肖氏A硬度。有些具體實(shí)施方式
中，該襯墊比拋光墊更硬、較不具壓縮性及具有較高肖氏硬度。該襯墊任選包括凹溝、溝道、中空段、窗、開孔等。當(dāng)本發(fā)明的拋光墊是與襯墊組合使用，通常有一中間背襯層如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其與拋光墊及襯墊共同擠出并夾于其間。或者，本發(fā)明的多孔發(fā)泡體也可使用作為襯墊與傳統(tǒng)拋光墊組合使用。
本文所述的拋光墊適用于使許多類型的基材及基材材料拋光。例如該拋光墊可用以使各種基材拋光，包含記憶儲(chǔ)存裝置、半導(dǎo)體基材、及玻璃基材。以該拋光墊拋光的合適基材包含記憶光盤、硬質(zhì)光盤、磁頭、MEMS裝置、半導(dǎo)體晶圓、場(chǎng)發(fā)射顯示器及其它微電子裝置，尤其是包括絕緣層(如二氧化硅、氮化硅或低介電材料)和/或含金屬的層(如銅、鉭、鎢、鋁、鎳、鈦、鉑、釕、銠、銥或其它貴金屬)的基材。
下列實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但當(dāng)然不應(yīng)以任何方式限制其范圍。
實(shí)施例1本實(shí)施例說明制造具有均勻孔徑的微孔發(fā)泡桿的方法。
熱塑性聚氨基甲酸酯(TPU)發(fā)泡桿(1A及1B)是由擠出法制備。使用重均分子量為90,000克/摩爾至110,000克/摩爾、PDI為2.2至3.3的TPU(TT 1072 Tecothane聚氨基甲酸酯，Thermedics聚合物產(chǎn)品)制備各TPU發(fā)泡桿。各情況下，將TPU置于擠出機(jī)(Labex II初級(jí)，6.35厘米(2.5英寸)直徑，32/1 L/D單螺旋擠出機(jī))中，在高溫及高壓下形成聚合物熔融物。在高溫及高壓下將二氧化碳注入聚合物熔融物(使用配置有P7密封面(trim)及4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)注射器的Trexel TR30-5000G輸送系統(tǒng))中，形成與聚合物熔融物共混的超臨界流體CO2，而形成單相溶液。CO2/聚合物溶液經(jīng)匯合模嘴(0.15厘米(0.060英寸)直徑，12.1°角)擠出，形成多孔性發(fā)泡桿。桿1A及1B的CO2濃度分別為1.51％及1.26％。
擠出機(jī)各區(qū)的溫度、閘口、模具及熔融溫度、模具壓力、螺旋速度及CO2濃度均列于表1。桿樣品1B的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像示于圖1。
表1

該實(shí)施例說明可使用超臨界流體微胞技術(shù)制備具有均勻微胞尺寸的微孔發(fā)泡體材料。
實(shí)施例2此實(shí)施例說明制備本發(fā)明拋光墊的方法。
以擠出法制備熱塑性聚氨基甲酸酯(TPU)發(fā)泡片(2A、2B、2C及2D)。使用重均分子量90,000克/摩爾至110,000克/摩爾且PDI為2.2至3.3的TPU(TT 1072 Tecothane聚氨基甲酸酯，Thermedics聚合物產(chǎn)品)制備各TPU片。各情況下，將TPU置于擠出機(jī)(Labex II初級(jí)，6.35厘米(2.5英寸)直徑，32/1L/D單螺旋)中，在高溫及高壓下形成聚合物熔融物。在高溫及高壓下將二氧化碳注入聚合物熔融物中，形成與聚合物熔融物共混的超臨界流體CO2，以形成單相溶液。CO2/聚合物溶液經(jīng)扁平模具(30.5厘米(12英寸)寬度，0.005-0.0036厘米(0.002-0.0014英寸)平板間隙，6°匯合)擠出，形成多孔性發(fā)泡片材。片材2A、2B、2C及2D的CO2濃度分別為0.50％、0.80％、1.70％、及1.95％。
擠出機(jī)各區(qū)的溫度、閘口、模具及熔融溫度、模具壓力、螺旋速度、CO2濃度及片材尺寸均列于表2。
表2

使用表2中所列各系列擠出參數(shù)制備具有良好微包尺寸(±25微米)均勻度的多孔TPU發(fā)泡片材。樣品2A及2B具有大的平均微胞尺寸(＞100微米)。片材2C及2D具有小的平均微胞尺寸(＜100微米)。
該樣品證明可由超臨界流體法制備具有小微胞尺寸的多孔發(fā)泡體片材。
實(shí)施例3此實(shí)施例說明制備本發(fā)明拋光墊的方法。
以擠出法制備一系列熱塑性聚氨基甲酸酯(TPU)發(fā)泡片材(3A、3B、3C及3D)。使用重均分子量90,000克/摩爾至110,000克/摩爾且PDI為2.2至3.3的TPU(TT 1072 Tecothane聚氨基甲酸酯，Thermedics聚合物產(chǎn)物)制備各TPU片。各情況下，將TPU置于擠出機(jī)(Labex II初級(jí)，6.35厘米(2.5英寸)直徑，32/1 L/D單螺旋擠出機(jī))中，在高溫及高壓下形成聚合物熔融物。在高溫及高壓下將二氧化碳?xì)怏w注入聚合物熔融物中，形成與聚合物熔融物共混的超臨界流體CO2，形成單相溶液。CO2/聚合物溶液經(jīng)扁平模具(30.5厘米(12英寸)寬度，0.005-0.0036厘米(0.002-0.0014英寸)平板間隙，6°匯合)擠出，形成多孔性發(fā)泡片材。片材3A、3B、3C及3D的CO2濃度分別為1.38％、1.50％、1.66％、及2.05％。
擠出機(jī)各區(qū)的溫度、閘口、模具及熔融溫度、模具壓力、螺旋速度及CO2的濃度列于表3。多孔TPU發(fā)泡片材中產(chǎn)生的平均微胞尺寸隨CO2氣體濃度而變化。單相溶液中的CO2濃度對(duì)所得片材的密度作圖顯示于于圖2。
表3


使用表3中所示各系列擠出參數(shù)制備具有良好微胞尺寸均勻度的多孔TPU發(fā)泡片材。樣品3D的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像示于圖3(截面圖)及圖4(上表面圖)。測(cè)定樣品3D的物理性質(zhì)，且數(shù)據(jù)列于表4。
依據(jù)ASTM D795試驗(yàn)法測(cè)定拋光墊密度。拋光墊的肖氏A硬度是依據(jù)ASTM 2240試驗(yàn)法測(cè)定。拋光墊的最高應(yīng)力是依據(jù)ASTM D638試驗(yàn)法測(cè)定。％壓縮度是使用Ames計(jì)，在0.031MPa(4.5psi)壓力下測(cè)定。Ames測(cè)試儀的探針先歸零(沒有樣品)，接著測(cè)量樣品厚度(D1)。將5磅砝碼(0.031MPa)置于探針上，且在1分鐘后測(cè)量樣品厚度(D2)。壓縮度為厚度差異(D1-D2)對(duì)最初樣品厚度(D1)的比。％壓縮度也使用Instron技術(shù)，在壓力0.5MPa(72psi)下測(cè)量。％反彈是使用肖氏反彈計(jì)(Shore Instrument& MFG)測(cè)定。％反彈是測(cè)量金屬球在0.031MPa(4.5psi)下預(yù)成型的樣品回彈(rebound off)時(shí)所行進(jìn)的高度。％反彈以5次測(cè)量的平均記錄。撓性模量是依據(jù)ASTM D790試驗(yàn)法測(cè)量。空氣滲透性是使用Genuine Gurley 4340自動(dòng)密度計(jì)測(cè)定。
Tg是由由動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)或由由熱機(jī)械分析(TMA)測(cè)定。就DMA而言，使用TA 2980型儀器，操作溫度為-25℃至130℃，頻率為3Hz，且加熱速率為2.5℃/分鐘。以儲(chǔ)存模量對(duì)溫度作圖的中點(diǎn)計(jì)算Tg。就TMA而言，該試驗(yàn)是依據(jù)ASTM E831試驗(yàn)方法測(cè)定。由差示掃描比色計(jì)(DSC)測(cè)定Tm。使用TA 2920型號(hào)儀器，操作溫度為-50至230℃及加熱速率10℃/分鐘。以放熱波的最高熔點(diǎn)計(jì)算Tm值。儲(chǔ)存模量是由DMA在25℃測(cè)定。Taber磨耗為于1000次拋光循環(huán)中移除的多孔發(fā)泡片材的數(shù)量。該多孔發(fā)泡體片材的平均孔徑及孔隙密度是使用SEM顯微圖片在50X及100X放大下測(cè)定。
計(jì)算既定單位面積內(nèi)的封閉微胞孔隙數(shù)，然后使用影像軟件(得自Clemex技術(shù)公司的Clemex版本軟件)平均該孔隙直徑而測(cè)得平均孔徑及孔徑分布?？紫兜某叽缂鞍俜直纫韵鄬?duì)于反映樣品中非球型孔隙的寬度及長(zhǎng)度兩者予以報(bào)導(dǎo)。由下式測(cè)定孔隙密度胞數(shù)/cm3＝(ρ固體÷ρ墊材料-1)×(6÷(π×d3))其中ρ固體為固體熱塑性聚氨基甲酸酯墊(無SCF氣體)的密度，等于1.2克/cm3，ρ墊材料為微孔熱塑性聚氨基甲酸酯墊(含SCF氣體)的密度，及d為微胞直徑(單位為厘米，假定為球形)。
表4

在樣品以二氧化硅塊調(diào)節(jié)5小時(shí)后，也測(cè)定樣品3D的多孔發(fā)泡體的平均孔徑及孔徑分布。平均孔徑值及具有尺寸平均在±20微米內(nèi)的孔隙百分比(分別為7.7±9.3×13.2±15.5(w×l)及98％/91％(w/l))實(shí)質(zhì)上相同于調(diào)節(jié)及磨耗前所得的值。這些結(jié)果顯示該孔徑及孔徑分布在該多孔發(fā)泡片材的整個(gè)截面積為一致。
此實(shí)施例證明可使用本發(fā)明方法制得具有均勻孔徑的微孔拋光墊。
實(shí)施例4此實(shí)施例說明本發(fā)明的微孔發(fā)泡墊具有良好拋光性質(zhì)。
依據(jù)實(shí)施例3樣品3D所述方法制得的微孔發(fā)泡體聚氨基甲酸酯拋光墊(密度0.989克/毫升及厚度0.107厘米(0.0423英寸))用于化學(xué)-機(jī)械拋光外包(blanket)的二氧化硅晶圓。該拋光墊未經(jīng)任何調(diào)節(jié)(也即形成微凹溝或微結(jié)構(gòu))、打磨、或外部巨凹溝(也即巨紋理)而使用。測(cè)定拋光墊的移除速率及晶圓內(nèi)的非均勻度作為拋光的二氧化硅晶圓數(shù)量的函數(shù)。移除速率是對(duì)拋光四個(gè)“仿造”二氧化硅晶圓后(就此未記錄移除速率)測(cè)定4個(gè)成列晶圓得到的。移除速率對(duì)拋光的二氧化硅數(shù)量作圖顯示于圖5。拋光參數(shù)為載體下壓力0.028MPa(4psi)、漿液流速100毫升/分鐘、平盤速度60rpm、載體速度55-60rpm。
圖5所示數(shù)據(jù)顯示包括具有均勻胞徑分布的微孔發(fā)泡體的拋光墊產(chǎn)生二氧化硅外包晶圓的實(shí)質(zhì)拋光移除速率，甚至無任何調(diào)節(jié)、打磨或凹溝巨紋理。再者，拋光墊產(chǎn)生極低的晶圓內(nèi)不均勻度。
實(shí)施例5此實(shí)施例明本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊具有良好拋光性質(zhì)。
使用不同拋光墊在相同拋光組合物存在下(也即由Cabot微電子公司銷售的Semi-SperseD7300拋光組合物)拋光二氧化硅外包晶圓。拋光墊5A(對(duì)照組)為具有微凹溝及巨凹溝的固體非多孔聚氨基甲酸酯拋光墊。拋光墊5B(本發(fā)明)為具有均勻孔徑為20±10微米或以下的微孔發(fā)泡體聚氨基甲酸酯拋光墊，其是依據(jù)實(shí)施例3樣品3D所述的方法制得，且具有密度0.989克/毫升及厚度0.107厘米(0.0423英寸)，其經(jīng)打磨、調(diào)節(jié)(形成微凹溝)及刻凹溝(巨凹溝)者。對(duì)各拋光墊測(cè)定移除速率及不均勻度作為拋光的二氧化硅晶圓數(shù)量的函數(shù)。對(duì)各拋光墊5A及5B的移除速率對(duì)拋光的二氧化硅數(shù)量作圖顯示于圖6。拋光參數(shù)為載體下壓力0.028MPa(4psi)、漿液流速100毫升/分鐘、平盤速度60rpm、載體速度55-60rpm。固體拋光墊及本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊的上凹溝表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像分別示于圖7a及圖7b-7c。
圖6所示的作圖顯示，與固體非多孔拋光墊相比，具有均勻胞徑分布的微孔發(fā)泡體拋光墊對(duì)二氧化硅外包晶圓具有優(yōu)異移除速率。再者，本發(fā)明的拋光墊在拋光20個(gè)或以上晶圓期間，具有非常一致的移除速率及低不均勻度，表示該拋光墊不隨時(shí)間變光滑。圖7a-c的SEM圖像說明本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊(圖7b及7c)在拋光期間較不易變光滑，而變光滑為在傳統(tǒng)拋光墊可看到的(圖7a)。
實(shí)施例6此實(shí)施例說明本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊在拋光期間可滲透并傳遞拋光組合物。
使用pH11的水性發(fā)煙的氧化硅拋光料于化學(xué)-機(jī)械拋光實(shí)驗(yàn)中使用固體聚氨基甲酸酯拋光墊(墊6A，比較例)、微孔發(fā)泡體聚氨基甲酸酯拋光墊(墊6B，本發(fā)明)及傳統(tǒng)封閉微胞聚氨基甲酸酯拋光墊(墊6C，比較例)。拋光20個(gè)二氧化硅晶圓后，各拋光墊由SEM X-光繪圖技術(shù)、能量分配的X-光(EDX)分光計(jì)進(jìn)行研究，以測(cè)定氧化硅為主的拋光組合物的滲透程度。對(duì)墊6A、6B及6C的EDX圖像分別示于圖8a、8b及8c。
氧化硅拋光料的滲透程度對(duì)固體拋光墊(墊6A)僅達(dá)墊厚度的10或15％，如圖8a所示。對(duì)微孔發(fā)泡體拋光墊(墊6B)而言，氧化硅拋光料滲透至墊厚度的至少40％。對(duì)傳統(tǒng)封閉微胞拋光墊(墊6C)而言，該氧化硅拋光料僅滲透該墊厚度的20％至25％。
此實(shí)施例證明本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊可將拋光組合物拋光顆粒充分地傳遞至拋光墊塊體中，而傳統(tǒng)固體及封閉微胞拋光墊無法將拋光組合物傳遞至該拋光墊塊體中。
實(shí)施例7此實(shí)施例顯示與傳統(tǒng)封閉微胞微孔拋光墊相比，本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊具有優(yōu)異拋光速率。
使用pH11的水性發(fā)煙的氧化硅拋光料于化學(xué)-機(jī)械拋光實(shí)驗(yàn)中使用不同拋光墊(拋光墊7A、7B及7C)。拋光墊7A(比較例)為固體非多孔聚氨基甲酸酯拋光墊。拋光墊7B(本發(fā)明)為本發(fā)明的微孔發(fā)泡體聚氨基甲酸酯拋光墊。拋光墊7C(比較例)為傳統(tǒng)微孔封閉微胞聚氨基甲酸酯拋光墊。各拋光墊經(jīng)打磨、調(diào)整及予以凹溝化。對(duì)具有梯級(jí)高度8000埃的40％密度區(qū)域及具有梯級(jí)高度8000埃的70％密度區(qū)域的平坦化速率由各拋光墊拋光，且特征的其余梯級(jí)高度在30、60、90、120及150秒后予以測(cè)定。對(duì)40％密實(shí)特征及70％密實(shí)特征的結(jié)果分別作圖顯示于圖9及10。
圖9及10所示結(jié)果顯示對(duì)40％密度而言，所有拋光墊(拋光墊7A-7C)在60秒后具有小于1000埃的剩余梯級(jí)高度。然而，對(duì)70％密度而言，僅拋光墊7A及7B在90秒后具有小于1000埃的剩余梯級(jí)高度。因此，本發(fā)明的微孔發(fā)泡體拋光墊，相比于傳統(tǒng)微孔發(fā)泡體封閉微胞拋光墊，具有優(yōu)異的拋光速率實(shí)施例8此實(shí)施例說明使用加壓氣體射出過程制備本發(fā)明拋光墊的方法。
固體擠出的TPU片材的兩個(gè)樣品置入以5MPa CO2氣體在室溫加壓的容器中30小時(shí)。該固體TPU片材各吸收5wt％CO2。該TPU樣品(樣品8A及8B)然后分別加熱至50℃及97.6℃且飽和壓力為5MPa，產(chǎn)生平均胞徑分別為0.1微米及4微米的片材(計(jì)算有99微胞，最小2微米，最大8微米，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.5)。該平均胞徑使用影像分析軟件測(cè)定。未經(jīng)處理的固體TPU片材的SEM圖像示于圖11。發(fā)泡的TPU片材(樣品8A及8B，本發(fā)明)的SEM圖像示于圖12-15。圖12及13分別放大7500X及20000X。圖14及15分別放大350X及1000X。
此實(shí)施例證明加壓的氣體射出過程可用以制得具有平均孔徑小于20微米且高度均勻孔徑分布的多孔發(fā)泡體拋光墊。
權(quán)利要求
1.一種供化學(xué)-機(jī)械拋光的拋光墊，包括具有平均孔徑為50微米或以下的多孔發(fā)泡體，其中75％或以上的孔隙具有20微米或以下的平均孔徑。
2.權(quán)利要求1的拋光墊，其中該平均孔徑為40微米或以下
3.權(quán)利要求1的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體具有0.5克/cm3或以上的密度。
4.權(quán)利要求1的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體具有25％或以下的空隙體積。
5.權(quán)利要求1的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體包括封閉微胞。
6.權(quán)利要求1的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體的微胞密度為105微胞/cm3或以上。
7.權(quán)利要求1的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體包括聚合物樹脂，選自熱塑性彈性體、熱塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性橡膠、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨基甲酸酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。
8.權(quán)利要求7的拋光墊，其中聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯。
9.權(quán)利要求8的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的熔體流動(dòng)指數(shù)為20或以下，重均分子量(MW)為50,000克/摩爾至300,000克/摩爾，及多分散度指數(shù)(PDI)為1.1至6。
10.權(quán)利要求8的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的流變加工指數(shù)(RPI)在150升/秒的剪切速率(γ)及205℃的溫度下為2至8。
11.權(quán)利要求8的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的撓性模量為350MPa至1000MPa。
12.權(quán)利要求8的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為20℃至110℃，熔融轉(zhuǎn)變溫度為120℃至250℃。
13.權(quán)利要求7的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括吸水性聚合物。
14.權(quán)利要求13的拋光墊，其中吸水性聚合物選自交聯(lián)聚丙烯酰胺、交聯(lián)聚丙烯酸、交聯(lián)聚乙烯醇及其組合。
15.權(quán)利要求7的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括選自拋光顆粒、聚合物顆粒、復(fù)合顆粒、液體載體可溶顆粒及其組合的顆粒。
16.權(quán)利要求15的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括選自氧化硅、氧化鋁、氧化鈰及其組合的拋光顆粒。
17.一種供化學(xué)-機(jī)械拋光的拋光墊，包括平均孔徑為1微米至20微米的多孔發(fā)泡體。
18.權(quán)利要求17的拋光墊，其中90％或以上的孔隙具有20微米或以下的平均孔徑。
19.權(quán)利要求17的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體具有0.5克/cm3或以上的密度。
20.權(quán)利要求17的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體具有25％或以下的空隙體積。
21.權(quán)利要求17的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體包括封閉微胞。
22.權(quán)利要求17的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體的微胞密度為105微胞/cm3或以上。
23.權(quán)利要求17的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體包括聚合物樹脂，選自熱塑性彈性體、熱塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性橡膠、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨基甲酸酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。
24.權(quán)利要求23的拋光墊，其中聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯。
25.權(quán)利要求24的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的熔體流動(dòng)指數(shù)為20或以下，重均分子量(MW)為50,000克/摩爾至300,000克/摩爾，及多分散度指數(shù)(PDI)為1.1至6。
26.權(quán)利要求24的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的流變加工指數(shù)(RPI)在150升/秒的剪切速率(γ)及205℃的溫度下為2至8。
27.權(quán)利要求24的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的撓性模量為350MPa至1000MPa。
28.權(quán)利要求24的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為20℃至110℃，熔融轉(zhuǎn)變溫度為120℃至250℃。
29.權(quán)利要求23的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括吸水性聚合物。
30.權(quán)利要求29的拋光墊，其中吸水性聚合物選自交聯(lián)聚丙烯酰胺、交聯(lián)聚丙烯酸、交聯(lián)聚乙烯醇及其組合。
31.權(quán)利要求23的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括選自拋光顆粒、聚合物顆粒、復(fù)合顆粒、液體載體可溶顆粒及其組合的顆粒。
32.權(quán)利要求31的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括選自氧化硅、氧化鋁、氧化鈰及其組合的拋光顆粒。
33.一種供化學(xué)-機(jī)械拋光的拋光墊，包括具有多-模態(tài)孔徑分布的多孔發(fā)泡體，其中多模態(tài)分布具有20或更小的最大孔徑。
34.權(quán)利要求33的拋光墊，其中多-模態(tài)孔徑分布為雙模態(tài)孔徑分布。
35.權(quán)利要求34的拋光墊，其中雙模態(tài)分布具有50微米或以下的第一最大孔徑及50微米或以上的第二最大孔徑。
36.權(quán)利要求34的拋光墊，其中雙模態(tài)分布具有20微米或以下的第一最大孔徑及20微米或以上的第二最大孔徑。
37.權(quán)利要求33的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體包括聚合物樹脂，選自熱塑性彈性體、熱塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性橡膠、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨基甲酸酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。
38.權(quán)利要求37的拋光墊，其中聚合物樹脂為熱塑性聚氨基甲酸酯。
39.權(quán)利要求33的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括吸水性聚合物。
40.權(quán)利要求33的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體進(jìn)一步包括選自拋光顆粒、聚合物顆粒、復(fù)合顆粒、液體載體可溶顆粒及其組合的顆粒。
41.一種供化學(xué)-機(jī)械拋光的拋光墊，包括具有平均孔徑為50微米或以下的熱塑性聚氨基甲酸酯發(fā)泡體，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的熔體流動(dòng)指數(shù)(MFI)為20或以下，分子量為50,000克/摩爾至300,000克/摩爾，及多分散度指數(shù)為1.1至6。
42.權(quán)利要求41的拋光墊，其中聚氨基甲酸酯發(fā)泡體的撓性模量為350MPa至1000MPa。
43.權(quán)利要求41的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯的流變加工指數(shù)在150升/秒的剪切速率及205℃的溫度下為2至10。
44.權(quán)利要求41的拋光墊，其中熱塑性聚氨基甲酸酯發(fā)泡體具有7或以下的平均％可壓縮度、35或以上的平均％反彈、及40至90的肖氏D硬度。
45.一種供化學(xué)-機(jī)械拋光的聚氨基甲酸酯拋光墊，其可在至少600埃/分鐘的速率以載體向下壓力0.028MPa、漿液流速100毫升/分鐘、平盤旋轉(zhuǎn)速度60rpm下，及載體旋轉(zhuǎn)速度55rpm至60rpm下，拋光二氧化硅晶圓，其中拋光墊不含有拋光顆粒且不包括外部產(chǎn)生的表面紋理。
46.權(quán)利要求45的拋光墊，其中多孔發(fā)泡體具有5％或以下的空隙體積。
47.權(quán)利要求45的拋光墊，其中拋光墊包括具有在平均孔徑為50微米或以下的孔隙。
48.一種制造拋光墊基材的方法，包括(a)使聚合物樹脂與超臨界氣體結(jié)合產(chǎn)生單相溶液，其中使氣體經(jīng)歷高溫及高壓產(chǎn)生該超臨界氣體，和(b)從該單相溶液形成拋光墊。
49.權(quán)利要求48的方法，其中氣體不含C-H鍵。
50.權(quán)利要求49的方法，其中氣體包括氮?dú)?、二氧化碳、或其組合。
51.權(quán)利要求48的方法，其中聚合物樹脂選自熱塑性彈性體、熱塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龍、彈性橡膠、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亞胺、交聯(lián)聚氨基甲酸酯、交聯(lián)聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。
52.權(quán)利要求48的方法，其中在足以產(chǎn)生每cm3溶液大于105個(gè)核化位置下于單相溶液中產(chǎn)生熱動(dòng)力學(xué)不安定，以形成該拋光墊。
53.權(quán)利要求48的方法，其中超臨界氣體的量為單相溶液的總體積的0.01％至5％。
54.權(quán)利要求48的方法，其中氣體在與聚合物樹脂組合之前轉(zhuǎn)化成超臨界氣體。
55.權(quán)利要求48的方法，其中氣體在與聚合物樹脂組合之后轉(zhuǎn)化成超臨界氣體。
56.權(quán)利要求50的方法，其中氣體為二氧化碳，溫度為150℃至250℃，及壓力為7MPa至35MPa。
57.權(quán)利要求48的方法，其中使用選自下列所成組的技術(shù)自單相溶液形成拋光墊擠出成聚合物片、多層片的共擠出、注射模制、壓縮模制、吹塑模制、吹塑薄膜、多層吹塑薄膜、流延薄膜、熱形成及層壓。
全文摘要
本發(fā)明提供用于化學(xué)－機(jī)械拋光的包括多孔發(fā)泡體的拋光墊及其制造方法。一個(gè)具體實(shí)施方式
中，該多孔發(fā)泡體平均孔徑為50微米或以下，其中75％或以上的孔隙具有平均孔徑20微米或以下的孔徑。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，多孔發(fā)泡體的平均孔徑20微米或以下。又另一個(gè)具體實(shí)施方式
中，該多孔發(fā)泡體具有多－模態(tài)孔徑分布。該制造方法包括(a)使聚合物樹脂與超臨界氣體結(jié)合產(chǎn)生單相溶液，及(b)從該單相溶液形成拋光墊，其中通過使氣體經(jīng)歷高溫及高壓產(chǎn)生超臨界氣體。
文檔編號(hào)C08J5/14GK1671509SQ03817583
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月23日
發(fā)明者阿巴尼什瓦·普拉薩德 申請(qǐng)人:卡伯特微電子公司