CN107000170B - 可uv硬化的cmp研磨垫及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造化学机械研磨垫的方法，包括以下步骤：将含有丙烯酸酯官能团的聚合物前体引入模具中；在该聚合物前体中提供磨料颗粒和光引发剂以形成混合物；以及在该混合物被容纳于该模具的底板和顶盖之间时，通过该模具的透明区段使该混合物暴露于紫外线辐射，以使该聚合物前体形成自由基，通过使自由基彼此交联而从该聚合物前体形成聚合物基质。研磨层包括该聚合物基质，该聚合物基质具有分散在其中的磨料颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及在化学机械研磨中使用的研磨垫。
背景技术
集成电路通常通过在硅晶片上依序沉积导体、半导体、或绝缘体层而被形成在基板上。种种制造工艺需要平坦化基板上的层。例如，对于某些应用(例如研磨金属层以在图案化层的沟槽中形成通孔、栓塞、及线的应用)来说，将上覆层平坦化直到暴露出图案化层的顶表面。在其他应用(例如用于光刻的介电层平坦化的应用)中，研磨上覆层直到所需的厚度留在下层上。
化学机械研磨(CMP)是一种公认的平坦化方法。此平坦化方法通常需要将基板固定在承载头上。通常对着旋转的研磨垫放置基板的暴露表面。承载头在基板上提供可控的负载，以将基板推向研磨垫。通常将研磨液(例如具有磨料颗粒的浆料)供应到研磨垫的表面，以在垫与基板之间的界面处提供研磨化学溶液。浆料还可以含有化学活性剂，例如KOH。
化学机械研磨工艺的一个目标是研磨均匀性。假使以不同的速率研磨基板上的不同区域，则基板的某些区域可能被去除过多材料(“过度研磨”)或过少材料(“研磨不足”)。除了高研磨速率之外，还希望化学机械研磨工艺提供没有小规模粗糙度、含有最少缺陷而且平坦(即没有大规模形貌)的经研磨基板表面。
研磨垫通常通过模制、浇铸或烧结聚合(例如聚氨酯)材料制成。反应注射成型或浇铸氨酯可涉及在液态下以适当的比例混合两种或更多种反应化学物质。例如，可以使含有第一反应官能性化学端基(例如异氰酸酯)的第一预聚合物与含有低分子量材料的相应第二预聚合物反应，该低分子量材料具有另一种反应官能性化学端基(例如多元醇)。该第一反应官能性化学端基与另一种反应官能性化学端基之间的这种化学反应会导致化学物质“分相”或固体产物形成。
在模制的情况下，研磨垫可以被一次制成一个，例如通过注射成型。在浇铸的情况下，将液体前体浇铸和硬化成块状物，随后将该块状物切成各个垫片。然后，可以将这些垫片加工成最终厚度。可以将沟槽加工到研磨表面中或是作为注射成型模制工艺的一部分形成。
除了平坦化之外，可以将研磨垫用于修整操作，例如抛光。
发明内容
本文描述的方法和系统允许在用以生产研磨垫的工艺中有更高的可调性。例如，可以将诸如无机颗粒(例如纳米颗粒)的部分添加到用以形成CMP研磨垫的反应混合物中。CMP研磨垫通常具有足够的机械完整性、耐化学性(即能够承受CMP研磨中使用的化学品而不会降解、脱层、起泡或翘曲)、及足够的亲水性，使得含水基磨料的浆料可以润湿垫的表面。
机械上来说，取决于被研磨的材料，CMP研磨垫应具有足够的强度以抵抗研磨过程中的撕裂、具有可接受水平的硬度和平面性模量、良好的耐磨损性以防止研磨过程中过度的垫磨损、而且在湿的时候能够保持机械性质。
在一个方面中，一种制造化学机械研磨垫的方法包括以下步骤：将含有丙烯酸酯官能团的聚合物前体引入模具中；在该聚合物前体中提供磨料颗粒和光引发剂以形成混合物。在该混合物被容纳于该模具的底板和顶盖之间时，通过该模具的透明区段使该混合物暴露于紫外线辐射，以使该聚合物前体形成自由基。该方法包括通过使自由基彼此交联而从该聚合物前体形成聚合物基质。研磨层包括该聚合物基质，该聚合物基质具有分散在其中的磨料颗粒。
实施方式可以包括以下特征中的一个或更多个。在气体存在的情况下混合该聚合物前体、该磨料颗粒、及该光引发剂，该混合被足够迅速地执行，以在该混合物中产生气泡。立即使该混合物暴露于紫外线辐射，以在该研磨层中捕获(trap)气泡。在混合该聚合物前体、该磨料纳米颗粒、该光引发剂之前，将气泡引入该聚合物前体中，以及在混合该聚合物前体之后，立即使该混合物暴露于辐射。在使该混合物暴露于紫外线辐射之前，将成孔剂引入该混合物中，以在该研磨层中提供孔。该紫外线辐射从该聚合物前体产生自由基，而且该聚合物前体通过自由基的交联而硬化。含有丙烯酸酯官能团的该聚合物前体包括丙烯酸酯寡聚物或反应丙烯酸酯单体，其中交联发生于该丙烯酸酯寡聚物或反应丙烯酸酯单体中的不饱和碳-碳键之间。该聚合物前体包括54-98.5wt％的聚氨酯丙烯酸酯寡聚物和0-30％的丙烯酸酯单体，该磨料颗粒包括1-10％的氧化铈纳米颗粒，该引发剂包含0.5-5％的光引发剂。使该混合物暴露于紫外线辐射包括：首先使该混合物暴露于在第一波长带中的紫外线辐射，然后使该混合物暴露于在第二波长带中的紫外线辐射，该第二波长带的波长比该第一波长带的波长短。使热引发剂和该混合物遭受足以激活该热引发剂的温度。该磨料颗粒具有5纳米-50微米之间的尺寸，并包括SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、或CaCO3中的一者或更多者。使该混合物暴露于红外线(IR)辐射，并使用热引发剂来激活该聚合物前体的硬化，该热引发剂被配置成在该混合物中产生气泡，并捕获气泡以在该研磨层中产生孔隙度。该颗粒包括被安置在其表面上的表面活性剂。该表面活性剂减少该颗粒在该混合物中的沉降。
在另一个方面中，一种系统包括：具有宽度的输送带；被配置成在该模具的底板和顶盖之间容纳聚合物前体的模具，该模具被配置成由该输送带支撑和传送，该模具具有的宽度小于该输送带的宽度。用以将混合物分配到该模具中的分配器，该混合物包括该聚合物前体、磨料颗粒及引发剂；被横跨该输送带的宽度而安装的辐射源阵列，该模具上方的该顶盖具有紫外线透明区段，来自该辐射源阵列的辐射可以通过该紫外线透明区段而硬化该模具中的该混合物，以形成研磨层的整个厚度。该顶盖被配置成在该混合物的直接面对该辐射源阵列的表面上形成平整轮廓。被配置成从该底板和该顶盖分离该研磨层的装置。
实施方式可以包括以下特征中的一个或更多个。该辐射源阵列包括紫外线(UV)辐射源，而且该辐射源阵列沿着该输送带的行进方向在掺杂铁的(D)灯泡阵列前方包括掺杂镓的(V)灯泡阵列。该辐射源阵列包含红外线(IR)源。
在另一个方面中，一种制造化学机械研磨垫的方法包括以下步骤：将聚合物前体引入模具中；在该聚合物前体中提供磨料颗粒和光引发剂以形成混合物。在该混合物被容纳于该模具的底板和顶盖之间时，通过该模具的透明区段使该混合物暴露于紫外线辐射，以硬化该聚合物前体而形成研磨层的整个厚度。该研磨层包括聚合物基质，该聚合物基质具有分散在其中的磨料颗粒。该方法包括从该底板和该顶盖分离该研磨层。
实施方式可以包括以下特征中的一个或更多个。提供该磨料颗粒包括：当该聚合物前体在该模具中时将磨料颗粒引入该聚合物前体中。提供该磨料颗粒包括：引入无机前体，该无机前体在该混合物中反应以形成磨料颗粒。该聚合物前体包括聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯。交联发生在该丙烯酸酯寡聚物或反应丙烯酸酯单体中的不饱和碳-碳键之间。使用该顶盖来在该混合物的最靠近该紫外线辐射的表面上形成平整轮廓。在附图和以下描述中提出本发明的一个或更多个实施例的细节。从描述和附图以及从权利要求书，本发明的其他特征、目的、及优点将是显而易见的。
附图说明
图1A为示例研磨垫的示意性剖面侧视图。
图1B为另一个示例研磨垫的示意性剖面侧视图。
图1C为又另一个示例研磨垫的示意性剖面侧视图。
图1D为化学机械研磨站的示意性局部剖面侧视图。
图2A为模具的俯视图。
图2B为模具的侧视图。
图2C为用于制造研磨垫的系统的示意性剖面侧视图。
在各个附图中相似的组件符号表示相似的要素。
具体实施方式
参照图1A-1C，研磨垫18包括研磨层22。如图1A所示，研磨垫可以是由研磨层22形成的单层垫，或如图1C所示，研磨垫可以是包括研磨层22和至少一个背衬层20的多层垫。研磨层22可以是在研磨工艺中惰性的材料。研磨层22的材料可以是聚合材料，例如聚氨酯丙烯酸酯，聚环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，聚醚丙烯酸酯，或聚碳酸酯、尼龙、聚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)共聚物、聚醚酰亚胺、或聚酰胺的丙烯酸酯。一般来说，研磨层22的材料可以包括丙烯酸部分或一些可以经由UV辐射而交联的其他物种。在一些实施方式中，研磨层22是相对耐用且硬质的材料。
研磨层22可以是均质组成物的层(如图1A所示)，或者研磨层22可以包括被保持在塑性材料基质29中的磨料颗粒28，塑性材料基质29例如聚氨酯丙烯酸酯，聚环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，聚醚丙烯酸酯，或聚碳酸酯、尼龙、聚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)共聚物、聚醚酰亚胺、或聚酰胺的丙烯酸酯(如图1B所示)。
磨料颗粒28比基质29的材料更硬。磨料颗粒28可以是研磨层的0.05wt％至75wt％。磨料颗粒的材料可以是金属氧化物，例如氧化铈、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、CaCO3、或上述材料的组合物、聚合物、金属间化合物或陶瓷。磨料颗粒可以作为预成形颗粒(例如纳米颗粒)被直接加到聚合物前体溶液，或者磨料颗粒可以作为产出所需颗粒的无机溶胶-凝胶反应的无机前体被引入。例如，可以使诸如氯化钛和乙氧基钛之类的无机前体反应以形成TiO2颗粒。使用无机前体比使用预成形颗粒(例如纳米颗粒)更便宜，而且可有助于减少研磨层的制造成本。
研磨垫18可以具有80密耳或更小的厚度D1，例如50密耳或更小，例如25密耳或更小。因为调节工艺倾向于磨损掉研磨层，所以可以选择研磨层的厚度以提供具有有用寿命的研磨垫18，例如3000个研磨和调节周期。
如图1D所示，可以在CMP设备的研磨站10研磨一个或更多个基板14。适当研磨设备的描述可以在美国专利第5,738,574号中找到。研磨站10可以包括可转动平台16，可转动平台16上放置研磨垫18。在研磨步骤期间，可以通过浆料供应口或组合的浆料/冲洗臂32将研磨液30(例如磨料浆料)供应到研磨垫18的表面。研磨液30可含有磨料颗粒、pH调整剂、或化学活性成分。
基板14被承载头34保持压在研磨垫18上。承载头34由支撑结构(例如旋转料架)悬挂，并通过承载驱动轴36连接到承载头旋转电机，使得承载头可围绕轴线38旋转。在研磨液30存在的情况下，研磨垫18与基板14的相对运动导致基板14被研磨。
图2A示出适于制造CMP研磨层的模具100的俯视图。垫可以被一次制成一个或被制造成块状物。
对于被制造成块状物的研磨垫来说，将从块状物切出的各个垫加工到最终的厚度，而且可以进一步将沟槽加工到垫中。对于通过模制制成的研磨垫来说，可以作为模制工艺的一部分通过在模具中提供互补结构、或通过在垫形成之后进行加工来形成沟槽。
例如，被形成在至少一部分研磨表面24中的沟槽26(在图1A-1C中)可以携带浆料。沟槽26可以具有几乎任何的图案，例如同心圆、直线、交叉阴影线、螺旋线及类似图案。当沟槽存在时，研磨表面24(即沟槽26之间的平台)可以是研磨层22的总水平表面积的约25-90％。因此，沟槽26可以占据研磨垫18的总水平表面积的10％-75％。沟槽26之间的平台可以具有约0.1至2.5毫米的横向宽度。
在微观尺度上，研磨层22的研磨表面24可以具有粗糙的表面纹理，例如2-4微米有效值。例如，研磨层22可以遭受研磨或调节工艺以产生粗糙的表面纹理。
虽然在微观尺度上研磨表面24可以是粗糙的，但在研磨垫本身的宏观尺度上研磨层22可以具有良好的厚度均匀度(此均匀度是指研磨表面24相对于研磨层底表面的高度的整体变化，而且不考虑故意形成在研磨层中的任何宏观沟槽或穿孔)。例如，厚度不均匀度可以小于1密耳。假使垫材料的厚度在5密耳的公差范围内，则硬化的CMP垫材料可以用来作为CMP研磨垫。否则，硬化的垫可被加工到此厚度。具有正确厚度的垫本身可被用作CMP研磨垫或被黏附于较软的副垫或背衬层。
背衬层可以是开孔或闭孔泡材，例如带有空隙的聚氨酯或聚硅氧烷，使得在压力下孔崩塌并且背衬层压缩。用于背衬层的合适材料是来自美国康乃迪克州罗杰斯的罗杰斯公司(Rogers Corporation,in Rogers,Connecticut)的PORON 4701-30或来自罗门哈斯公司(Rohm&Haas)的SUBA-IV。背衬层的硬度可以通过选择层的材料和孔隙度来调整。背衬层还可以由天然橡胶、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、腈、或聚氯丁二烯(polychloroprene)(氯丁橡胶(neoprene))形成。或者，背衬层20(图示于图C)由与研磨层相同的前体形成，并具有与研磨层相同的孔隙度，但具有不同的硬化度，以便具有不同的硬度。
研磨层还可以包含范围广泛的微结构、纹理、及填充剂。图2B图示模具100的侧视图，研磨层可以由模具100制造。在图示的实施方式中，研磨层是一次被制成一个。模具100具有基座102(或底盖)和突出部104，基座102和突出部104允许具有预成形沟槽的研磨层形成。模具100以周壁108为界，在使用辐射硬化液相聚合物前体混合物之前，周壁108允许模具100保留该混合物。聚合物前体混合物可以填充模具100中由突出部104分隔的间隙106。
在一些实施例中，模具100可以具有直径116，直径116大于750毫米(例如大于770毫米、大于774毫米)。每个突出部104的宽度110可以是约450微米，而且每个突出部的高度112可以是740微米。突出部被以3毫米的间距径向隔开，成为一系列不同直径的同心圆，如图2A所示。周壁108具有的高度可足以产生高度为0.125英寸的垫(即高度大于0.125英寸)。然后可以将垫加工到0.1英寸。一般来说，垫(并因此周壁108)的高度是由当前的工具设计所决定的，该工具设计可被设计用于固定的高度。理论上，可以将周壁108的高度制得更高，以产生具有增长寿命的更厚的垫。然后调整工具的厚度，以容纳增厚的垫。在一些实施例中，周壁108可以是0.25英寸厚。一般来说，周壁的高度是由聚合配方可以被多有效地硬化所决定的。周壁108可以高达2-3英寸。一般来说，可以通过使用模具的适当逆设计来形成任何的垫/研磨层设计。
在一些实施方式中，研磨层包括孔，例如小的空隙。孔可以是50-100微米宽。研磨层中的孔可以有助于在研磨层内局部保留浆料。
可以通过在气体(例如空气或氮气)存在的情况下足够迅速地混合含有聚合物前体、引发剂及颗粒(“配方”)的黏性混合物以产生气泡而在最终的硬化材料中实现孔隙度。之后紧接着进行UV硬化以在原位捕获气泡。例如，“足够迅速”可以指UV硬化在气泡可以脱离之前(取决于配方的黏度)进行。在一些实施例中，在引入气体之后不超过一分钟或尽快(即没有延迟)地进行UV硬化。
或者，可以将惰性气体(例如氮气)的小气泡引入配方中、混合并立即硬化。孔也可以通过添加成孔剂来实现，成孔剂例如聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、中空颗粒/微球(大小为5纳米–50微米)，例如明胶、几丁聚醣、Si3N4、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；介孔纳米颗粒、羧甲基纤维素(CMC)、大孔水凝胶和乳液微球。可以通过添加一些聚合物然后烧掉聚合物而将大多数的氧化物纳米颗粒(例如二氧化硅)制成介孔，因为二氧化硅在工艺中不会分解而留下孔。介孔可以指尺寸介于2-50纳米之间的孔，大孔可以指尺寸通常>100纳米的孔。微孔可以指尺寸小于2纳米的孔。当使用成孔剂(例如PEG)时，孔的尺寸可以通过改变成孔剂的分子量(例如PEG的分子量)来控制。成孔剂也不需要被均匀地分布在聚合物基质中。换句话说，孔的均匀分布是没有必要的。
纳米颗粒在配方中的存在可以在配方被硬化之后产生多功能的CMP研磨垫。“多功能”可以指具有各种功能性或将其他个别成分的功能性直接整合于研磨垫，从而使其他(个别)成分为消耗性的。例如，假使将氧化铈纳米颗粒并入CMP研磨垫内，并选择性暴露这些纳米颗粒，则可以消除用于在CMP浆料中作为磨料的氧化铈纳米颗粒。例如，配方可以包括能够在CMP处理期间进行化学反应的颗粒，以在正被研磨的基板的层上产生期望的变化。
在研磨垫的CMP处理中使用的化学反应的示例包括在10-14的碱性pH范围内发生的、涉及氢氧化钾、氢氧化铵中中的一者或更多者的化学工艺、及其他由浆料制造商使用的专利化学工艺。也可以在CMP处理中使用在2-5的酸性pH范围内发生的、涉及有机酸的化学工艺，该有机酸例如乙酸、柠檬酸。涉及过氧化氢的氧化反应也是在CMP处理中使用的化学反应的示例。磨料颗粒可以只被用于提供机械研磨功能。颗粒可具有高达50微米的大小，例如小于10微米，例如小于1微米，而且颗粒可以具有不同的形态，例如颗粒可以是圆形的、细长的或有刻面的。
图2C示出如何使用模具100来制造研磨垫。本文描述的方法和系统的优点是包括聚合物前体、引发剂、任何成孔剂、及颗粒的配方在模具中被混合在一起(“一锅合成”)的能力，从而允许更大的制造便利性和容易度。模具100被放在输送带130上并由输送带130支撑，用于高产量的制造，输送带130具有至少与模具100的直径116一样大的宽度(进入附图的平面中的维度)。可以在输送带130上依序处理多个模具100。
含有聚合物前体、颗粒、及引发剂的配方128填满模具100。聚合物前体可以包括可UV硬化的丙烯酸酯，例如聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及聚醚丙烯酸酯。基于可UV硬化丙烯酸酯的配方可以同时包括丙烯酸酯寡聚物及反应丙烯酸酯单体。单体可以具有比寡聚物更低的黏度并作为光引发剂。例如，单体可以是冲淡剂或稀释剂(即具有较低黏度的另一个丙烯酸酯部分，使得当混合在一起时单体降低黏度较高的寡聚物的黏度。
与依赖反应官能团之间(例如异氰酸酯与多元醇之间)的化学反应的配方相比，可UV硬化的丙烯酸酯类不发生化学反应来形成酰胺键。相反地，这些可UV硬化的丙烯酸酯类在遭受UV辐射时形成自由基，而且丙烯酸酯自由基之间的反应影响交联工艺。丙烯酸酯成分通过不饱和碳-碳双键形成基团。丙烯酸酯类的交联通过这些碳-碳双键的交联发生。一般来说，异氰酸酯与多元醇在没有UV硬化的情况下发生化学反应。UV交联反应允许无机颗粒被嵌入配方中，但化学反应的异氰酸酯-多元醇则不、或给予非最佳的性能，因为异氰酸酯与通常覆盖无机颗粒的表面活性剂反应；从而阻碍氨基甲酸酯反应，而且还干扰工艺中的无机颗粒。在一些实施例中，将配方连续搅拌以防止颗粒凝聚，类似于用以均匀化喷墨打印机中使用的墨水颜料的设备。此外，连续搅拌混合物可确保磨料颗粒相当均匀地分布在前体中。此可导致颗粒更均匀地分布在研磨层中，此举可导致改良的研磨均匀度。在一些实施例中，仔细调整配方的黏度，以确保颗粒有最少的沉降且颗粒均匀地分布。此外，可以将表面活性剂掺在颗粒上，以稳定配方中的颗粒。表面活性剂的示例包括烷烃硫醇和聚亚烷基二醇。
可被引入配方128的颗粒包括SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、CaCO3。这些颗粒可以是纳米颗粒或可以更一般地横跨5纳米–50微米的尺寸范围。
还可以微调研磨层的机械性质。例如，可以通过控制异氰酸酯与多元醇的比例来调整垫的柔软度和硬度。较高比例的异氰酸酯可增加硬度，而较高比例的多元醇可提高柔软度。类似地，也可以组合地定制诸如模量、张力强度、撕裂强度、断裂伸长率等机械性质及诸如玻璃转化温度(Tg)之类的性质。例如，在制造聚氨酯丙烯酸酯中，首先使异氰酸酯与多元醇以所需的量反应，以在将丙烯酸酯基团引入聚氨酯寡聚物而形成聚氨酯丙烯酸酯之前得到具有选择的硬度的寡聚物，然后将聚氨酯丙烯酸酯UV硬化而交联以形成固体垫/研磨材料。还可以通过混合超过一种聚氨酯丙烯酸酯寡聚物与反应丙烯酸酯单体(或稀释剂/冲淡剂)来定制各种机械性质，这进一步增加了交联密度，从而提高例如Tg并改变相应的机械性质。
在将可UV硬化配方128放在模具100中之前，可以例如通过喷涂模具而将脱模剂(例如聚乙烯蜡、硅油)加到模具，以使从模具100取出硬化产物变得简易。使用可UV硬化配方128填充模具100时，可以在模具100内将配方整平，以产生平坦的上表面134，上表面134面向辐射源120。可以使用由薄的UV透明材料制成的顶盖126来整平配方并覆盖模具100的顶部。顶盖126可以尽可能地薄，例如2-10密耳。顶盖126可以由具有氟化乙烯丙烯(FEP)涂层(例如铁氟龙涂层)的石英制成。此顶盖126提供覆盖材料并有助于整平程序。顶盖126还可以有助于在配方128硬化时防止对配方128的干扰(例如来自气流/排气扇的干扰)。
辐射源120可以包括UV灯泡。可以将UV灯泡布置成阵列，该阵列具有足够宽的宽度(以进入附图的平面中的维度)，以覆盖输送带130的宽度或至少模具110的直径116。辐射源120可以包含多个接续使用的UV灯122和124。例如，在图2C中，当模具100沿着箭头132指示的方向行进时，模具100中的配方将先与从UV灯122发出的辐射相互作用，之后再与从UV灯124发出的辐射相互作用。在一些实施例中，UV灯122和124各自被布置在垂直于输送带130的行进方向而放置的UV灯泡阵列中。
例如，假使使用无电极灯泡(例如掺杂镓的(V)灯泡和掺杂铁的(D)灯泡)，则UV灯122可以是在这种V-UV灯泡的阵列中的V-UV灯泡，而UV灯124可以是在这种D-UV灯泡的阵列中的D-UV灯泡。UV灯泡的阵列可覆盖输送带的宽度(在进入附图的平面中的维度上)。V-UV灯泡相较D-UV灯泡发出具有更长波长的辐射，而且波长较长的辐射有助于使靠近模具底盖的配方硬化，而波长较短的辐射则硬化配方的较接近顶盖的部分。或者，UV灯122可以是在这种D-UV灯泡的阵列中的D-UV灯泡，而UV灯124可以是在这种V-UV灯泡的阵列中的V UV灯泡。当先使用波长较短的辐射将配方硬化时，可以将热引发剂另外放在靠近模具底盖的配方中。
在某些情况下，无机颗粒/成孔剂可以阻挡紫外线传输。换句话说，UV辐射会更难到达颗粒下方的配方部分。然后可以使用热引发剂来取代光引发剂或与光引发剂一起使用，以使较厚的材料能够被硬化。示例性的光引发剂包括：α-羟基酮类和共混物，例如来自密歇根州怀恩多特(Wyandotte,Michigan)的BASF的Irgacure 184、darocur 1173、irgacure 2959、irgacure 500；α-氨基酮类，例如来自密歇根州怀恩多特的BASF的Irgacure 907、irgacure 369、irgacure 1300；二苯乙二酮二甲基缩酮，例如来自密歇根州怀恩多特的BASF的Irgacure 651；苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰)膦氧化物(BAPO)和共混物，例如来自密歇根州怀恩多特的BASF的Irgacure 819、darocur 4265、irgacure 819XF、irgacure 2020、irgacure 1700、irgacure 1800、irgacure 1850；及茂金属，例如来自密歇根州怀恩多特的BASF的Irgacure 784。示例性的热引发剂包括：叔戊基过氧苯甲酸酯、4,4-偶氮双(4-氰基戊酸)、1,1'-偶氮双(环己烷腈)、2,2'-偶氮双异丁腈(AIBN)、过氧化苯甲酰、94 2,2-双(叔丁基过氧)丁烷、1,1-双(叔丁基过氧)环己烷、2,5-双(叔丁基过氧)-2,5-二甲基己烷、2,5-双(叔丁基过氧)-2,5-二甲基-3-己炔、双(1-(叔丁基过氧)-1-甲基乙基)苯、1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、叔丁基氢过氧化物、叔丁基过乙酸酯、叔丁基过氧化物、过氧苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧异丙基碳酸酯、氢过氧化异丙苯、环己酮过氧化物、双异苯丙基过氧化物、月桂酰基过氧化物、2,4-戊二酮过氧化物、过乙酸及过硫酸钾。
当使用热引发剂时，可能需要在范围从30℃至150℃的温度下加热模具100和配方128。可以使用传导和对流源(例如IR灯)两种热源。或者，不是主动提供外部热源，而是从放热的UV交联反应产生的热可足以引起热引发剂进行反应，使得不需要外部热源。此外，一些热引发剂在反应时放出气体。放出的气体可以被捕获为气泡，从而有助于在研磨层中产生孔隙度。
此外，本文描述的方法和系统允许制造UV透明的CMP研磨垫。或者，研磨垫可以具有UV透明的(相对于整个垫)区域(例如一个区段)。可以设计聚氨酯丙烯酸酯的分子结构，使得寡聚物和单体不含任何紫外线吸收物种(例如，芐基会吸收紫外线，而长的脂族主链不会吸收紫外线。以这种方式，可以生产出紫外线透明的最终硬化固体材料。研磨垫的紫外线透明区域(例如“窗口”)应理想地传送波长低至<300纳米的辐射。这种研磨层将消除对检测窗口的需求，并允许在研磨过程中在整个垫各处进行监控。
吸收UV光以产生自由基的是光引发剂。这些自由基攻击寡聚物或单体中的丙烯酸酯官能团，以产生更多的自由基。然后这些丙烯酸酯自由基与来自其他聚合物链的其他丙烯酸酯自由基交联，以形成交联网络。
以下在表1-3中显示十个示例性实施例。氧化铈纳米颗粒的尺寸通常<100纳米，并且百分比范围是重量百分比。
表1
表2
表3
研磨层可以具有各种尺寸的孔，例如介于1-50微米之间。表3列出的Si3N4聚空心微球可以具有介于1-50微米之间的尺寸。
已经描述了若干实施方式。然而，将理解的是，可以做出各种修改。例如，可以移动研磨垫、或承载头、或研磨垫与承载头两者，以在研磨表面与基板之间提供相对运动。研磨垫可以是圆形或一些其他的形状。可以将黏着层施加到研磨垫的底表面，以将垫固定于平台，而且可以在将研磨垫放在平台上之前通过可移除衬垫来覆盖黏着层。此外，虽然使用垂直定位的术语，但应当理解的是，可以在垂直的方向或一些其他的方向上将研磨表面和基板保持倒置。
因此，其他的实施方式在权利要求书的范围之内。
Claims (15)
1.一种制造化学机械研磨垫的方法，包含以下步骤：
将含有丙烯酸酯官能团的聚合物前体引入模具中；
在所述聚合物前体中提供磨料颗粒和光引发剂以形成混合物，其中气泡或成孔剂被引入以在要形成的研磨层中提供孔；
在所述混合物被容纳于所述模具的底板和顶盖之间时，通过所述模具的紫外线透明区段使所述混合物暴露于紫外线辐射，以使所述聚合物前体形成自由基，以及
通过使所述自由基彼此交联而从所述聚合物前体形成聚合物基质，所述研磨层包含所述聚合物基质，所述聚合物基质具有分散在其中的磨料颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：
在气体存在的情况下混合所述聚合物前体、所述磨料颗粒、及所述光引发剂，所述混合被足够迅速地执行，以在所述混合物中产生气泡，以及
立即使所述混合物暴露于紫外线辐射，以在所述研磨层中捕获所述气泡。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：
在混合所述聚合物前体、所述磨料颗粒、所述光引发剂之前，将气泡引入所述聚合物前体中，以及
在混合所述聚合物前体之后，立即使所述混合物暴露于紫外线辐射。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：在使所述混合物暴露于紫外线辐射之前，将成孔剂引入所述混合物中，以在所述研磨层中提供孔。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：使所述混合物暴露于红外线辐射，并使用热引发剂来激活所述聚合物前体的硬化，所述热引发剂被配置成在所述混合物中产生气泡，并捕获所述气泡以在所述研磨层中产生孔隙度。
6.如权利要求1所述的方法，其中使所述混合物暴露于紫外线辐射的步骤包含以下步骤：首先使所述混合物暴露于在第一波长带中的紫外线辐射，然后使所述混合物暴露于在第二波长带中的紫外线辐射，所述第二波长带的波长比所述第一波长带的波长短。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述磨料颗粒具有5纳米-50微米之间的尺寸，并包含SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、或CaCO3中的一者或更多者。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述磨料颗粒进一步包含被安置在其表面上的表面活性剂，其中所述表面活性剂减少所述磨料颗粒在所述混合物中的沉降。
9.一种用于制造化学机械研磨垫的系统，包含：
输送带，所述输送带具有宽度；
模具，所述模具被配置成在所述模具的底板和顶盖之间容纳聚合物前体，所述模具被配置成由所述输送带支撑和传送，所述模具具有的宽度小于所述输送带的宽度；
分配器，所述分配器用以将混合物分配到所述模具中，所述混合物包含所述聚合物前体、磨料颗粒及引发剂；
用于将气泡引入所述混合物中的装置；
辐射源阵列，所述辐射源阵列被横跨所述输送带的宽度而安装，所述模具上方的所述顶盖具有紫外线透明区段，来自所述辐射源阵列的辐射能够通过所述紫外线透明区段而硬化所述模具中的所述混合物，以形成研磨层的整个厚度，所述研磨层包含孔，所述顶盖被配置成在所述混合物的直接面对所述辐射源阵列的表面上形成平整轮廓，以及
装置，所述装置被配置成从所述底板和所述顶盖分离所述研磨层。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述辐射源阵列包含紫外线辐射源，而且所述辐射源阵列沿着所述输送带的行进方向在掺杂铁的D灯泡阵列前方包含掺杂镓的V灯泡阵列。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述辐射源阵列包含红外线源。
12.一种制造化学机械研磨垫的方法，包含以下步骤：
将聚合物前体引入模具中；
在所述聚合物前体中提供磨料颗粒和光引发剂以形成混合物，其中气泡或成孔剂被引入以在要形成的研磨层中提供孔；
在所述混合物被容纳于所述模具的底板和顶盖之间时，通过所述模具的紫外线透明区段使所述混合物暴露于紫外线辐射，以硬化所述聚合物前体而形成所述研磨层的整个厚度，所述研磨层包含聚合物基质，所述聚合物基质具有分散在其中的磨料颗粒；以及
从所述底板和所述顶盖分离所述研磨层。
13.如权利要求12所述的方法，其中提供所述磨料颗粒的步骤包含以下步骤：当所述聚合物前体在所述模具中时将磨料颗粒引入所述聚合物前体中。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包含以下步骤：使用所述顶盖来在所述混合物的最靠近所述紫外线辐射的表面上形成平整轮廓。
15.一种制造化学机械研磨垫的方法，包含以下步骤：
将聚合物前体引入模具中；
在所述聚合物前体中提供磨料颗粒和光引发剂以形成混合物；
在所述混合物被包含在所述模具的底板和顶盖之间时，通过所述模具的紫外线透明区段使所述混合物暴露于紫外线辐射，以硬化所述聚合物前体而形成研磨层的整个厚度，所述研磨层包含聚合物基质，所述聚合物基质具有分散在其中的磨料颗粒；以及
从所述底板和所述顶盖分离所述研磨层，
其中提供所述磨料颗粒的步骤包含以下步骤：引入无机前体，所述无机前体在所述混合物中反应以形成磨料颗粒。
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