CN1781668B - 制造减少条纹的化学机械抛光垫的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有聚合物材料的容器、装有微球体的储料斗和装有固化剂的固化剂储存容器。该设备还提供用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器，以及处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度。该设备还提供用来储存预混合物的预混合物收集器、用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器和用来模制混合物的模子。

Description

制造减少条纹的化学机械抛光垫的设备
技术领域
本发明涉及用于化学机械平面化处理的抛光垫，具体地涉及具有减少的条纹的抛光垫。另外，本发明涉及制造具有减少的条纹的抛光垫的设备和方法。
背景技术
在集成电路和其它电子器件的制造中，要在半导体晶片表面沉积或去除多层导电材料、半导体材料和电介质材料。可以用很多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和电介质材料薄层。在现代方法中常用的沉积技术包括也被称作溅射的物理蒸气沉积(PVD)，化学蒸气沉积(CVD)、等离子体增强的化学蒸气沉积(PECVD)和电化学镀(ECP)。
随着各种材料层的顺次沉积和去除，晶片的最上表面变得不平整。由于随后的半导体加工(例如金属化)要求晶片有平整的表面，需要对晶片进行平面化处理。平面化处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、团聚材料、晶格损坏、划痕和污染的层或材料。
化学机械平面化处理，即化学机械抛光(CMP)，是用来对半导体晶片之类的基材进行平面化处理的常用技术。在常规的CMP中，晶片安装在支架装置上，并使晶片与CMP设备中的抛光垫接触。所述支架装置对晶片提供可控的压力，将晶片压在抛光垫上。外加驱动力使抛光垫相对于晶片运动(例如旋转)。与此同时，在晶片和抛光垫之间提供一种化学组合物(“浆液”)或其它抛光溶液。由此，通过抛光垫表面和浆液的化学作用和机械作用，使晶片的表面抛光变平。
Reinhardt等人在美国专利第5,578,362号中揭示了现有技术已知的一种示例性抛光垫。Reinhardt的抛光垫包含在其中各处分散有许多微球体的聚合物基质。所述微球体通常例如在质量流量进料输送系统中，与液体聚合物材料混和，然后移入模子中固化。然后将模制成的物件切割成抛光垫。不幸的是，用这种方法形成的抛光垫可能具有不希望有的条纹。
条纹是聚合物基质中微球体的堆积密度差异造成的。换句话说，在聚合物基质中，不同的区域具有较高或较低的微球体浓度。例如，在Reinhardt的抛光垫中，微球体的真密度低，抑制了微球体在质量流量进料输送系统中的自由流动和连续流动。因此，在输送过程的不同的点，微球体容易以不同的程度“群集”在一起(即产生堆积密度的差异即条纹)。这些条纹是不希望有的，这是由于它们可能在一个到另一个抛光垫中，引起不可预知的、也许是有害的抛光性能。另外，这些条纹也可能对抛光垫本身的抛光性能产生负面影响。
通常是通过将重力、各种储料斗结构、机械力(例如振动)和手工操作、周期性样品测量、调整过程条件和重新测量以确定堆积密度相结合，使这些产生的条纹最少。然而，现有技术的设备和方法不足以、也不能有效控制堆积密度，以满足CMP工业日益增长的需求。
因此，需要具有减少的条纹的抛光垫。另外，需要能够形成具有减少的条纹的抛光垫的设备和有效方法。
发明内容
在本发明的第一个方面，提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有聚合物材料的容器；装有微球体的储料斗；装有固化剂的固化剂储存容器；用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器(premixprep tank)；处于所述预混合物制备容器内，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度的循环回路；用来储存预混合物的预混合物收集器；用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器；和用来模制混合物的模子。
在本发明的第二个方面，提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有第一聚合物材料的第一预聚物储存容器；装有微球体的储料斗；装有固化剂的固化剂储存容器；用来形成第一聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器；处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度；用来储存预混合物的预混合物收集器；用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器；至少一个装有第二聚合物材料的第二预聚物储存容器，该容器用来向混合物提供第二聚合物材料，直至达到所需的堆积密度；和用来模制混合物的模子。
在本发明的第三个方面，提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有聚合物材料的预聚物储存容器；装有微球体的储料斗；装有固化剂的固化剂储存容器；用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物收集器/制备容器；处于所述预混合物收集器/制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度；用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器；和用来模制混合物的模子。
附图说明
图1说明具有减少的条纹的本发明抛光垫；
图2说明用来制造本发明抛光垫的设备；
图3说明用来制造本发明抛光垫的设备的另一个实施方式；
图4说明用来制造本发明抛光垫的设备的另一个实施方式；
图5说明用来制造本发明抛光垫的设备的另一个实施方式；
图6说明用来制造本发明抛光垫的设备的另一个实施方式；
图7说明使用本发明抛光垫的CMP系统。
具体实施方式
本发明提供一种减少了条纹的抛光垫。另外，本发明提供一种形成减少条纹的抛光垫的新颖的浇铸设备和方法。具体来说，本发明使用独特的预混合设备来减少抛光垫中的条纹。所述预混合设备还包括用来对预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度的循环回路。堆积密度的减小使微球体能够稳定而连续地流动，从而减少所述新颖抛光垫中的条纹。另外，所述新颖的浇铸设备在增加生产规模和抛光垫类型变化方面提供了极大的灵活性。换句话说，这种新颖的浇铸设备能够例如使用连续浇铸和使用各种聚合物材料的几乎无数的组合来制造本发明的抛光垫。
现在参照图1，图中显示本发明的抛光垫1。抛光垫1包括抛光层即抛光垫4，和任选的底层即底垫2。底层2可以由毡合的聚氨酯制备，例如由德国Newark的罗门哈斯电子材料CMP有限公司(“RHEM”)制造的SUBA-IVTM垫。抛光垫4可包括RHEM制造的IC 1000TM垫之类的聚氨酯垫(例如填充了微球体的垫)。根据需要，可任选地对抛光垫4进行纹理化。可以用压敏粘合剂6的薄层将抛光垫4和底层2固定在一起。所述粘合剂6可以从MN，St，Paul的3M InnovativeProperties公司购得。可在抛光层4上安装透明窗口14，以便进行终点检测。
现在参照图2，图中显示了用来形成本发明抛光垫4的预混合设备100。预混合设备100包括填料储料斗1，填料储料斗1的大小能够容纳足够量的微球体或微型元件48。预混合设备100还包括预混合物制备容器10和预聚物储存容器3，所述预聚物储存容器3的大小能够容纳足够量的聚合物材料52(“预聚物”)。另外，预混合设备100还有益地包括用来控制预混合物制备容器10中预混合物51堆积密度的循环回路16。注意尽管这里的预混合设备100描述为“单容器”系统，但是本发明不限于此。例如，可根据需要在本发明中使用任意数量的储料斗1、预聚物储存容器3和预混合物制备容器10。
操作时，将预定量的聚合物材料52加入预混合物制备容器10。可使用装有累加器(未显示)的质量流计量装置4，对加入预混合物制备容器10中的聚合物材料52的量进行控制。也可使用装在预混合物制备容器10上的测压元件，对加入预混合物制备容器10中的聚合物材料52的量进行控制。
在将聚合物材料52加入预混合物制备容器10内之后，用搅拌器18搅拌聚合物材料52，使得聚合物材料52沿搅拌器18的轴作向上的轴向流动，并产生材料52沿预混合物制备容器10内壁的向下流动。或者聚合物材料52也可根据需要沿相反的方向流动。较佳的是，搅拌器的转速为1-500转/分钟。更佳的是，搅拌器的转速为1-250转/分钟。最佳的是，搅拌器的转速为1-50转/分钟。
在用搅拌器活化的同时，可将填料储料斗1中的微球体48加入预混合物制备容器10。在本发明的一个示例性的实施方式中，可使用“重量损失”干进料计量系统2来控制加入预混合物制备容器10中的微球体48的量。“重量损失”干进料计量系统2确定了填料储料斗1的初始总重量，该总重量包括储料斗1内包含的微球体48。然后在干进料计量系统2中设定将要加入预混合物制备容器10的微球体48的预定重量。然后干进料计量系统2可向预混合物制备容器10中加入微球体48，直至储料斗1的重量变化符合所需重量，即所需的预定微球体48的重量。
当量出了合适量的微球体48之后，将微球体48加入聚合物材料52中，在搅拌器18的搅拌情况下混合起来形成预混合物51。较佳的是，微球体48与聚合物材料52之比为0-50体积％。更佳的是，微球体48与聚合物材料52之比为0-40体积％。最佳的是，微球体48与聚合物材料52之比为0.1-30体积％。
较佳的是，一旦将微球体48混合在聚合物材料52当中后，便在循环回路16中对预混合物51进行循环，以确保该预混合物基本均匀。循环回路16帮助预混合物51更均匀地分布在预混合物制备容器10内，减少了浓度分层的趋势。换句话说，循环回路16是控制或稳定预混合物51的堆积密度的有效方法。
较佳的是，循环泵21从预混合物制备容器10抽出预混合物51，使预混合物51通过取向阀22，取向阀22使预混合物51返回预混合物制备容器10。循环泵21可以是不需要接触润滑的隔膜泵、蠕动泵、正弦泵、凸轮泵或齿轮泵。可对预混合物51定时人工取样，用天平(未显示)进行测量，来检测预混合物51的堆积密度(单位体积重量)。
也可任选地在循环回路内安装在线的密度计，来检测预混合物51的均匀性(即密度)。较佳的是，该在线的密度计17能够自动地测量和显示预混合物51的连续堆积密度。该在线的密度计17可测量和显示密度测量值。所述在线的密度计17可从例如奥地利的Anton Paar of Graz购得。该在线的密度计17测量预混合物51的堆积密度(微球体48与聚合物材料52之比)。如果堆积密度在预先确定的可接受范围以外，可以用在线的密度计17来控制微球体48或聚合物材料52的加入，从而将预混合物51的堆积密度调节至所需范围内。
在操作时，在线的密度计17测量从取向阀22进入的预混合物51的堆积密度。如果测得的堆积密度在可接受的预定偏差之内，则通过取向阀22将预混合物51引入转移管道20进行进一步处理。如果测得的堆积密度过高或过低，则通过取向阀22将预混合物51引入循环回路16，返回预混合物制备容器10内，而不移入转移管道20内。更佳的是，对预混合物继续进行循环。根据需要，使用密度计17测得的预混合物51的密度测量值，提供另外的预聚物52或微球体48。注意可以使任意量的预混合物51返回所述预混合物制备容器10内，只要不影响预混合物51从预混合物制备容器10底部的排出。较佳的是，预混合物51的返回方式能够减少引入预混合物51的夹带气体的量，例如使预混合物51返回容器10中预混合物储存的表面以下，或者使预混合物51沿容器10的内壁返回。
可任选地在预混合物制备容器10中安装真空源，从而除去当微球48加入聚合物材料52中时夹带的气体，以便获得更准确的堆积密度测量值。较佳的是，将预混合物制备容器10脱气至1-10托。更佳的是，将预混合物制备容器10脱气至1-5托。最佳的是，将预混合物制备容器10脱气至2托以下。另外，预混合设备还可包括惰性气源60，从而当预混合物制备容器10不是处于真空源19提供的真空时，为预混合物51提供惰性气体“覆盖”。
较佳的是，至少部分的聚合微球体48通常是柔韧性的。合适的聚合微球体48包括无机盐、糖和水溶性颗粒。这些聚合微球体48(或微型元件)的实例包括聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、氢化丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羟基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylites)、淀粉、马来酸共聚物、聚环氧乙烷、聚氨酯、环糊精和它们的组合(例如瑞典Sundsvall的Akzo Nobel生产的ExpancelTM)。可通过化学改性，例如支化、嵌段和交联，来改变微球体48的溶解度、溶胀性和其它性质。较佳的是，所述微球体48的平均直径小于150微米，更佳小于50微米，最佳小于15微米。要指出的是，微球体的平均直径可以变化，可以根据需要将不同大小的微球体48或不同种类的微球体48的混合物注入聚合物材料52。用作微球体的材料优选是丙烯腈和1，1-二氯乙烯的共聚物。
另外，在本发明的一个示例性的实施方式中，抛光垫4的聚合物材料52由包含多异氰酸酯的材料(“预聚物”)制成。该预聚物是多异氰酸酯(例如二异氰酸酯)与含羟基的材料的反应产物。该多异氰酸酯可以是脂族或芳族的。然后用固化剂使该预聚物固化。优选的多异氰酸酯包括，但不限于亚甲基双4，4’-环己基异氰酸酯、环己基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、己二异氰酸酯、亚丙基-1，2-二异氰酸酯、1，4-二异氰酸酯四亚甲酯、1，6-己二异氰酸酯、十二烷-1，12-二异氰酸酯、环丁烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，4-二异氰酸酯、1-异氰酸根合-3，3，5-三甲基-5-异氰酸根甲基环己烷、甲基亚环己基二异氰酸酯、己二异氰酸酯的三异氰酸酯、2，4，4-三甲基-1，6-己烷二异氰酸酯的三异氰酸酯、己二异氰酸酯的脲二酮(uretdione)、亚丙基二异氰酸酯、2，2，4-三甲基己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯，以及它们的混合物。优选脂族多异氰酸酯。优选的脂族多异氰酸酯含有少于14％的未反应异氰酸基。
有益的是，所述含羟基的材料是多羟基化合物。示例性的多羟基化合物包括，但不限于聚醚型多元醇、羟基端接的聚丁二烯(包括部分或全部氢化的衍生物)，聚酯型多元醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯型多元醇及其混合物。
在一个优选的实施方式中，多羟基化合物包括聚醚型多元醇。实例包括，但不限于聚四亚甲基醚乙二醇(“PTMEG”)、聚乙烯丙二醇(polyethylenepropylene glycol)、聚氧化丙二醇及其混合物。烃链可以包含饱和键或不饱和键以及取代的或未取代的芳基和环基。较佳的是，本发明的多羟基化合物包括PTMEG。合适地聚酯型多元醇包括，但不限于聚己二酸亚乙基酯多元醇、聚己二酸亚丁酯多元醇、聚己二酸乙烯压丙酯多元醇、邻苯二甲酸酯-1，6-己二醇、聚(己二酸亚己酯)多元醇及其混合物。所述烃链可包含饱和键或不饱和键以及取代的或未取代的芳基和环基。合适的聚己内酯二醇包括，但不限于源自1，6-己二醇的聚己内酯、源自二甘醇的聚己内酯、源自三甲羟基丙烷的聚己内酯、源自新戊二醇的聚己内酯、源自1，4-丁二醇的聚己内酯、源自PTMEG的聚己内酯及其混合物。所述烃链可包含饱和键或不饱和键和取代的或未取代的芳基和环基。合适的聚碳酸酯包括，但不限于聚邻苯二甲酸酯碳酸酯和聚(碳酸亚乙酯)多元醇。
在本发明一个优选的实施方式中，聚合物材料52可以由例如聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、硅氧烷、聚酰亚胺和聚砜形成，其中聚氨酯可以是热固性的也可以是热望性的。聚合物材料52的其它实例材料包括，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、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亚胺、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，以及它们的混合物。优选的聚合物材料52是聚氨酯。
现在来看图3，图中显示了浇铸设备103，该设备包括预混合设备100、预混合物收集器15和固化剂设备101。固化剂设备101还包括固化剂材料收集器12和固化剂储存容器6。注意尽管本实施方式仅显示了单个预混合物收集器15和单个固化剂设备101，但是可根据需要使用任意数量的预混合物收集器和固化剂设备。在操作中，一旦在预混合设备100中制得了具有可接受堆积密度的均匀混合物后，便可通过转移管道20将预混合物51移入预混合物收集器15中。所述转移管道20可包含任何防锈金属、塑料或聚合物材料。在转移时，用转移泵21从预混合物制备容器10的底部抽出预混合物51，使预混合物51通过取向阀22，取向阀将这股预混合物转入转移管道20，将预混合物送入预混合物收集器15。较佳的是，一旦预混合物51从预混合物制备容器10移入预混合物收集器15，预混合物制备容器10便可用来制备新一批的预混合物51。另外，装在预混合物收集器15内的预混合物51可以用来进行浇铸。如上所述，通过本发明分离预混合物制备法，可以进行连续的浇铸过程。
在浇铸过程中，将来自预混合物收集器15的预混合物51和来自固化剂材料收集器12的固化剂53量入混合器13中，在混合器中将单独的组分51、53混合并直接浇铸在浇铸模子14内。然后使模制的制品固化并对其进行切割，形成本发明的抛光垫4。所述预混合物收集器15和固化剂材料收集器12也都装有搅拌器18，这些搅拌器18与预混合物制备容器10的搅拌器18相似。使用液面控制器7，从固化剂储存容器6提供另外的固化剂53。
较佳的是，通过两种单独组分51、53的混合物的比例直接控制抛光垫4的堆积密度。来自预混合物收集器15和固化剂材料收集器12的组分51、53的混合物的比例，是通过与输送管道55中流量计8相连的单独计量泵9控制的。
有益的是，所述固化剂是多二胺。优选的多二胺包括，但不限于二乙基甲苯二胺(“DETDA”)、3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其异构体、3，5-二乙基甲苯-2，4-二胺及其3，5-二乙基甲苯-2，6-二胺之类的异构体、4，4’-双-(仲丁基氨基)-二苯甲烷、1，4’-双-(仲丁基氨基)-苯、4，4’-亚甲基-双-(2-氯苯胺)、4，4’-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)(“MCDEA”)、聚四氢呋喃-二-对氨基苯甲酸酯、N，N’-二烷基二氨基二苯基甲烷、p，p’-二苯氨基甲烷(“MDA”)、间苯二胺(“MPDA”)、亚甲基-双2-氯苯胺(“MBOCA”)、4，4’-亚甲基双-(2-氯苯胺)(“MOCA”)、4，4’-亚甲基-双-(2，6-二乙基苯胺)(“MDEA”)、4，4’-亚甲基双-(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、亚丙基二醇二对氨基苯甲酸酯，以及它们的混合物。较佳的是，本发明的固化剂包括3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其异构体。合适的多胺固化剂既包括伯胺，也包括仲胺。
另外，也可向前述聚氨酯组合物中加入其它固化剂，例如二醇、三醇、四醇或羟基端接的固化剂。合适的二醇、三醇和四醇基团包括乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇、较低分子量的聚四亚甲基醚乙二醇、1，3-双(2-羟乙氧基)苯、1，3-双-[2-(2-羟乙氧基)乙氧基]苯、1，3-双-{2-[2-(2-羟乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、间苯二酚-二-(β-羟乙基)醚、氢醌-二-(β-羟乙基)醚，以及它们的混合物。优选的羟基端接的固化剂包括1，3-双(2-羟乙氧基)苯、1，3-双-[2-(2-羟乙氧基)乙氧基]苯、1，3-双-{2-[2-(2-羟乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯、1，4-丁二醇及其混合物。所述羟基端接的固化剂和胺固化剂都可以包含一种或多种饱和基团、不饱和基团、芳基和环基。另外，所述羟基端接的固化剂和胺固化剂可包含一种或多种卤素基团。可以用固化剂的混合物来形成所述聚氨酯组合物。然而，如果需要的话，所述聚氨酯组合物可由一种固化剂形成。
因此，本发明提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有聚合物材料的容器、装有微球体的储料斗和装有固化剂的固化剂储存容器。该设备还提供用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器，以及处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度。该设备还提供用来储存预混合物的预混合物收集器、用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器和用来模制混合物的模子。
现在来看图4，图中显示了浇铸设备105，该设备包括预聚物设备104。预聚物设备104还包括预聚物材料收集器11和第二预聚物储存容器5。在此实施方式中，该预聚物材料收集器11能够另外灵活地控制浇铸模子14中模制制品的堆积密度。例如可以在从预混合物收集器15和固化剂材料收集器12向混合器13加入组分的同时，也从预聚物材料收集器11向混合器13加入未加填料的预聚物57，从而调节微球体48对预聚物57的最终堆积密度比例。可通过流量控制计8和计量泵9调节未加填料预聚物57向混合器13中的加入。预聚物材料收集器11也可装有搅拌器18，该搅拌器18与预混合物制备容器10的搅拌器18相似。还可用液面控制器7，从第二预聚物储存容器5向预聚物材料收集器11提供另外的聚合物材料57。注意尽管图中显示的是单个预聚物材料收集器11，本发明也可根据需要使用任意数量的预聚物材料收集器。另外，根据需要，预聚物57可与预聚物52相同，或者为任意的其它聚合物材料。
在浇铸过程中，将来自预混合物收集器15的预混合物51、来自固化剂材料收集器12的固化剂53和来自预聚物材料收集器11的预聚物57量入混合器13中，在混合器中将单独的组分51、53和57混合，然后直接浇铸在浇铸模子14内。然后使模制的制品固化并对其进行切割，形成本发明的抛光垫4。较佳的是，通过这三种单独组分51、53和57的混合物的比例，直接控制所述抛光垫4的堆积密度。来自预混合物收集器15、固化剂材料收集器12和预聚物材料收集器11的组分51、53和57的混合物的比例，是通过与输送管道55中流量计8相连的单独计量泵9控制的。
可任选地在预聚物材料收集器11中提供真空装置19，从而除去当微球48加入聚合物材料52中时夹带的气体。另外，也可在预混合物收集器15和固化剂材料收集器12中提供真空装置19。较佳的是，将预聚物材料收集器11脱气至1-10托。更佳的是，将预聚物材料收集器11脱气至1-5托。最佳的是，将预聚物材料收集器11脱气至2托以下。
因此，本发明提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有第一聚合物材料的第一预聚物储存容器，装有微球体的储料斗和装有固化剂的固化剂储存容器。该设备还包括用来形成第一聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器，以及处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度。该设备还提供了用来储存预混合物的预混合物收集器，用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器，至少一个装有第二聚合物材料的第二预聚物储存容器，该容器用来向混合物提供第二聚合物材料，直至达到所需的堆积密度。最后，该设备还包括用来模制混合物的模子。
现在来看图5，图中显示了一种浇铸设备107，该设备包括预混合物收集/制备设备106。预混合物收集/制备设备106还包括填料储料斗1，填料储料斗的大小足以容纳足量的微球体或微型元件48。预混合物收集/制备设备106还包括预混合物收集/制备容器59和预聚物储存容器3，所述预聚物储存容器3的大小足以容纳足量的聚合物材料52。另外，预混合物收集/制备设备106有益地包括循环回路16，该回路是用来控制预混合物收集/制备容器59中预混合物51的堆积密度的。注意与图2、3和4的实施方式形成对照的是，图5(和下图6)的实施方式在单个材料收集/制备容器内提供预混合物制备容器容器和预混合物收集器。换句话说，图5(和下图6)的实施方式不需要在预混合物制备容器和预混合物收集器之间使用“转移步骤”。然而，注意尽管该实施方式能够分批浇铸本发明的抛光垫，但是它无法连续浇铸。
在操作中，将预定量的聚合物材料52加入预混合物收集/制备容器59中。可以用质量流量计量装置4控制加入预混合物收集/制备容器59中的聚合物材料的量。也可使用安装在预混合物收集/制备容器59上的测压元件控制加入预混合物收集/制备容器59中的预聚物52的量。
将聚合物材料52加入预混合物收集/制备容器59以后，用搅拌器18搅拌聚合物材料52，使得聚合物材料52产生沿搅拌器18的轴作向上的轴向流动，并产生材料52沿预混合物收集/制备容器59内壁的向下流动。较佳的是，搅拌器的转速为1-500转/分钟。更佳的是，搅拌器的转速为1-250转/分钟。最佳的是，搅拌器的转速为1-50转/分钟。
在用搅拌器活化的同时，可将填料储料斗1中的微球体48加入预混合物收集/制备容器59。在本发明的一个示例性的实施方式中，可使用“重量损失”干进料计量系统2来控制加入预混合物收集/制备容器59中的微球体48的量。“重量损失”干进料计量系统2确定了填料储料斗1的初始总重量，该总重量包括储料斗1内包含的微球体48。然后在干进料计量系统2中设定将要加入预混合物收集/制备容器59的微球体48的预定重量。然后干进料计量系统2可向预混合物收集/制备容器59中加入微球体48，直至储料斗1的重量变化符合所需重量，即预定的微球体48的重量。
当量出了合适量的微球体48之后，将微球体48加入聚合物材料52中，在搅拌器18的搅拌下混合起来形成预混合物51。较佳的是，微球体48与聚合物材料52之比为0-50体积％。更佳的是，微球体48与聚合物材料52之比为0-40体积％。最佳的是，微球体48与聚合物材料52之比为0.1-30体积％。
较佳的是，一旦将微球体48混合在聚合物材料52当中，便在循环回路16中对预混合物51进行循环，以确保该预混合物基本均匀。循环回路16帮助预混合物51更均匀地分布在预混合物收集/制备容器59内，减少了浓度分层的趋势。换句话说，循环回路16是控制或稳定预混合物51的堆积密度的有效方法。可对预混合物51定时人工取样，用天平(未显示)进行测量，来检测预混合物51的堆积密度(单位体积重量)。
较佳的是，循环泵21从预混合物收集/制备容器59抽出预混合物51，使预混合物51通过取向阀22，取向阀22使预混合物51返回材料收集/制备容器59。循环泵21可以是不需要接触润滑的隔膜泵、蠕动泵、正弦泵、凸轮泵或齿轮泵。可任选地在循环回路内安装在线的密度计17，来检测预混合物51的均匀性。较佳的是，该在线的密度计17能够自动地测量和显示预混合物51的连续堆积密度。该在线的密度计17可测量和显示密度测量值。该在线的密度计17能测量预混合物51的堆积密度(微球体48与聚合物材料52之比)。如果堆积密度在预先确定的可接受范围以外，可以用在线的密度计17来控制微球体48或聚合物材料52的加入，从而将预混合物51的堆积密度调节至所需范围内。
在操作时，在线的密度计17测量从取向阀22进入的预混合物51的堆积密度。如果计算所得的堆积密度在可接受的预定偏差之内，则通过取向阀22将预混合物51引入输送管道55。如果计算得到的堆积密度过高或过低，则通过取向阀22将预混合物51引入循环回路16，返回预混合物收集/制备容器59内，再次进行搅拌。换句话说，如果堆积密度过高，要进行额外的搅拌。注意可以使任意量的预混合物51返回所述预混合物收集/制备容器59内，只要不影响预混合物51从预混合物收集/制备容器59底部的排出。
可任选地在预混合物收集/制备容器59中提供真空装置19，从而除去当微球48加入聚合物材料52中时夹带的气体，以便获得更准确的堆积密度测量值。较佳的是，将预混合物收集/制备容器59脱气至1-10托。更佳的是，脱气至1-5托。最佳的是，脱气至2托以下。
再来看图5，固化剂设备101还包括固化剂材料收集器12和固化物储存容器6。注意尽管本实施方式仅显示了单个固化剂设备101，但是可根据需要使用任意数量的固化剂设备。在浇铸过程中，将来自预混合物收集/制备容器59的预混合物51和来自固化剂材料收集器12的固化剂53量入混合器13中，在混合器中将单独的组分51、53混合并直接浇铸在浇铸模子14内。然后使模制的制品固化并对其进行切割，形成本发明的抛光垫4。所述材料收集/制备容器59和固化剂材料收集器12也都装有搅拌器18，这些搅拌器18与预混合物制备容器10的搅拌器18相似。使用液面控制器7，从固化剂储存容器6提供另外的固化剂53。较佳的是，通过两种单独组分51、53的混合物的比例直接控制抛光垫4的堆积密度。来自预混合物收集/制备容器59和固化剂材料收集器12的组分51、53的混合物的比例，是通过循环泵21和与输送管道55中流量计8相连的计量泵控制的。
现在来看图6，图中显示了一种包括第二预聚物设备111的浇铸设备109。预聚物设备111还包括第二预聚物材料收集器11和第二预聚物储存容器5。在此实施方式中，该预聚物材料收集器11能够另外灵活地控制浇铸模子14中的模制制品。例如可以在从预混合物收集/制备容器59和固化剂材料收集器12向混合器13加入各自组分的同时，也从预聚物材料收集器11向混合器13加入未加填料的预聚物57，从而调节微球体48与预聚物57的最终堆积密度比。可通过流量控制计8和计量泵9调节未加填料预聚物57向混合器13中的加入。预聚物材料收集器11也可装有搅拌器18，该搅拌器18与预混合物制备容器10的搅拌器18相似。还可用液面控制器7，从第二预聚物储存容器5向预聚物材料收集器11提供另外的聚合物材料57。注意尽管显示的是单个预聚物材料收集器11，本发明也可使用根据需要使用任意数量的预聚物材料收集器。另外，根据需要，预聚物57可与预聚物52相同，或者为任意的其它聚合物材料。
在浇铸过程中，将来自预混合物收集/制备容器59的预混合物51、来自固化剂材料收集器12的固化剂53和来自预聚物材料收集器11的未加填料预聚物57量入混合器13中，在混合器中将单独的组分51、53和57混合并直接浇铸在浇铸模子14内。然后使模制的制品固化并对其进行切割，形成本发明的抛光垫4。较佳的是，通过这三种单独组分51、53和57的混合物的比例直接控制所述抛光垫4的堆积密度。来自预混合物收集/制备容器59、固化剂材料收集器12和预聚物材料收集器11的组分51、53和57的混合物的比例，是通过与输送管道55中流量计8相连的单独计量泵9控制的。
因此，本发明提供一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：装有聚合物材料的容器、装有微球体的储料斗和装有固化剂的固化剂储存容器。该设备还包括用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器，以及处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度。该设备还包括用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器和用来模制混合物的模子。
现在来看图7，提供了一种使用本发明减少条纹的抛光垫的CMP设备73。设备73包括晶片支架81，该支架用来固定半导体晶片83，并将半导体晶片83压到抛光台板91上。所述抛光台板91上装有叠置的本发明的抛光垫1，该抛光垫1中包括减少了条纹的抛光垫4。如上讨论的，抛光垫1具有与台板91表面接触的底层2，还具有用来与化学抛光浆液一起对晶片83进行抛光的抛光垫4。注意尽管图中未显示，本设备可使用提供抛光液或抛光浆液的设备。台板91一直绕其中轴79旋转。另外，所述晶片支架81则一直绕其中轴75旋转，并通过平移臂77在台板91表面上平移。注意尽管图7中只显示一个晶片支架，在CMP设备中，在抛光台板的周边上可以有一个以上相互间隔的支架。另外，在台板91上设有透明孔87，该透明孔87位于抛光垫1的窗口14下面。因此，在对晶片83进行抛光时，可以通过透明孔87和窗口14，对晶片83的表面进行准确的终点检测。即在所述台板91下面安装激光分光光度计89，在对晶片83进行抛光时，分光光度计89会射出激光束85，通过透明孔87和窗口14，然后再原路返回，从而进行准确的终点检测。
因此，本发明提供了一种用于制造化学机械抛光垫的方法，该方法包括提供一种装有聚合物材料的容器；提供装有聚合物材料的容器，装有微球体的储料斗和装有固化剂的固化剂储存容器。另外，本方法包括将聚合物材料和微球体输送到预混合物制备容器，形成聚合物材料和微球体的预混合物。该方法还包括在预混合物制备容器中提供循环回路，该回路用来对预混合物进行循环，直至达到所需的体积浓度。该方法还包括将预混合物输送至预混合物收集器，形成预混合物与固化剂的混合物，将该混合物注入模子内，并将将模制产品切割成抛光垫。

Claims (10)

1.一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：
装有聚合物材料的容器；
装有微球体的储料斗；
装有固化剂的固化剂储存容器；
用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器；
处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度；
用来储存预混合物的预混合物收集器；
用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器；以及
用来模制所述混合物的模子。
2.如权利要求1所述的设备，还包括用来搅拌所述预混合物制备容器中的预混合物的搅拌器。
3.如权利要求1所述的设备，还包括用来对所述预混合物制备容器进行脱气的真空装置。
4.如权利要求1所述的设备，还包括位于循环回路之内，用来测量所述预混合物堆积密度的在线的密度计。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微球体包括聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、氢化丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羟基醚丙烯酸酯、淀粉、马来酸共聚物、聚环氧乙烷、聚氨酯、环糊精、丙烯腈与偏二氯乙烯的共聚物或它们的组合。
6.如权利要求1所述的设备，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、聚酰亚胺、聚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酰亚胺、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或它们的组合。
7.一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：
装有第一聚合物材料的第一预聚物储存容器；
装有微球体的储料斗；
装有固化剂的固化剂储存容器；
用来形成所述第一聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物制备容器；
处于所述预混合物制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度；
用来储存预混合物的预混合物收集器；
用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器；
至少一个装有第二聚合物材料的第二预聚物储存容器，该容器用来向混合物提供第二聚合物材料，直至达到所需的堆积密度；以及
用来模制所述混合物的模子。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一和第二聚合物材料是相同的。
9.一种制造化学机械抛光垫的设备，该设备包括：
装有聚合物材料的容器；
装有微球体的储料斗；
装有固化剂的固化剂储存容器；
用来形成聚合物材料和微球体的预混合物的预混合物收集/制备容器；
处于所述预混合物收集/制备容器内的循环回路，用来对所述预混合物进行循环，直至达到所需堆积密度；
用来形成预混合物与固化剂的混合物的混合器；以及
用来模制所述混合物的模子。
10.如权利要求9所述的设备，还包括另一个预聚物储存容器，该容器用来向混合物提供另外的聚合物材料。
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