CN1781669A - 减少了条纹的化学机械抛光垫的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了形成化学机械抛光垫的方法，它包括如下步骤：在一罐中提供聚合物材料，并在储料仓中提供微球。该方法还包括以下步骤：在固化剂储料罐中提供固化剂。该方法还包括以下步骤：将聚合物材料和微球送入预混物配制罐，形成聚合物材料和微球的预混物。该方法还包括以下步骤：使预混物循环，直至达到所需体积密度。该方法还包括以下步骤：将预混物送入预混物接收罐，形成预混物和固化剂的混合物，将混合物倒入模具，将模具切成抛光垫。

Description

减少了条纹的化学机械抛光垫的制备方法
技术领域
本发明涉及用于化学机械平坦化的抛光垫，特别涉及减少了条纹的抛光垫。此外，本发明涉及形成减少了条纹的抛光垫的设备和方法。
背景技术
在集成电路和其他电子器件的制造中，常常要将多层导体、半导体和介电材料沉积到半导体晶片的表面上，或者将它们从半导体晶片表面除去。导体、半导体和介电材料薄层可用许多沉积技术沉积。现代工艺中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(亦称溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀(ECP)。
在依次沉积或除去各材料层时，晶片最上面的表面变得不平坦。因为后面的半导体加工(例如金属化)要求晶片具有平的表面，因而需要对晶片进行平坦化处理。平坦化可用于清除不需要的表面形貌和表面缺陷，如粗糙表面、聚结物质、晶格破坏、刮痕和受污染的层或材料。
化学机械平面化，或者说化学机械抛光(CMP)是对基材，如半导体晶片进行平面化的常用方法。在常规CMP中，将晶片安装在CMP设备中的承载组件上，使之与抛光垫接触。承载组件向晶片提供可控压力，将晶片压向抛光垫。用外部驱动力使抛光垫相对于晶片运动(例如旋转)，同时在晶片与抛光垫之间提供化学组合物(“浆液”)或其他抛光溶液。这样，晶片表面就在抛光垫表面和浆液的化学和机械作用下进行抛光，变得平坦。
Reinhardt等的美国专利5578362介绍了一种本领域已知的示例性抛光垫。Reinhardt的抛光垫包含聚合物基体，整个基体中分散有微球。一般地，微球在(例如)质流输料系统中与液体聚合物材料掺混并混合，然后转移到模具中固化。接着切割模具，形成抛光垫。遗憾的是，这种方式形成的抛光垫含有不希望的条纹。
出现条纹是因为聚合物基体中微球的体积密度有差异。换句话说，聚合物基体中存在微球浓度有高有低的不同区域。例如，在Reinhardt的抛光垫中，微球较低的真密度抑制了微球在质流输料系统中的自由或连续流动，结果造成微球在输料过程中的不同位点发生不同程度的“簇集”(即引起体积密度差异或产生条纹)。这些条纹是不利的，因为它们可能使不同的抛光垫表现出不可预期的、也许是有害的抛光性能。更有甚者，这些条纹可能对抛光垫本身的抛光性能造成负面影响。
一般地，通过综合利用重力、各种储料仓设计、机械力(例如振动)和手工周期性取样，调整工艺条件，重新测定来确定体积密度，可以减少这些条纹。但是，现有技术的设备和方法不足以有效控制体积密度，难以满足CMP工业日益提高的要求。
因此，需要一种减少了条纹的抛光垫。更具体地说，需要一种设备和方法，形成减少了条纹的抛光垫。
发明内容
本发明第一方面提供了形成化学机械抛光垫的方法，包括：在一罐中提供聚合物材料；在储料仓中提供微球；在固化剂储料罐中提供固化剂；将聚合物材料和微球送到预混物配制罐；形成聚合物材料和微球的预混物；再循环预混物，直至达到所需体积密度；将该预混物送到预混物收集罐；形成预混物和固化剂的混合物；将混合物倒进模具；将模具切成抛光垫。
本发明第二方面提供了形成化学机械抛光垫的方法，包括：在第一预聚物储料罐提供聚合物材料；在储料仓中提供微球；在固化剂储料罐中提供固化剂；在至少一个第二预聚物储料罐中提供聚合物材料；将第一预聚物储料罐中的聚合物材料和微球送到预混物配制罐；形成聚合物材料和微球的预混物；再循环预混物，直至达到所需体积密度；将该预混物送到预混物收集罐；形成预混物和固化剂的混合物；由至少一个第二预聚物储料罐向混合物提供聚合物材料，直至达到所需体积密度；将混合物倒进模具；将模具切成抛光垫。
本发明第三方面提供了形成化学机械抛光垫的方法，包括：在预聚物储料罐中提供聚合物材料；在储料仓中提供微球；在固化剂储料罐中提供固化剂；将聚合物材料和微球送到预混收集/配制罐；形成聚合物材料和微球的预混物；再循环预混物，直至达到所需体积密度；形成预混物和固化剂的混合物；将混合物倒进模具；将模具切成抛光垫。
附图说明
图1所示为具有较少条纹的本发明抛光垫。
图2所示为形成本发明抛光垫的设备。
图3所示为形成本发明抛光垫设备的另一种实施方式。
图4所示为形成本发明抛光垫设备的另一种实施方式。
图5所示为形成本发明抛光垫设备的另一种实施方式。
图6所示为形成本发明抛光垫设备的另一种实施方式。
图7所示为采用本发明抛光垫的CMP系统。
具体实施方式
本发明提供了具有较少条纹的抛光垫。另外，本发明提供了形成条纹较少的抛光垫的新型浇铸设备和方法。特别地，本发明利用独特的预混设备减少了抛光垫的条纹。预混设备包含一种新型预混物配制罐，用来预混合微球和预聚物，形成均质预混物。预混设备还包含一个循环回路，用来再循环预混物，直至达到所需体积密度。体积密度的降低使得微球能够一致不间断地流动，从而减少了新型抛光垫中的条纹。此外，新型浇铸设备在提高生产规模和抛光垫类型的多样性方面提供了相当大的灵活性。换句话说，新型浇铸设备在制造本发明的抛光垫时允许(例如)连续浇铸，可以无穷无尽地组合不同的聚合物材料。
现在参照图1，所示为本发明的抛光垫1。抛光垫1包含抛光层或垫4，以及任选的底层或垫2。底层2可由成毡聚氨酯制成，如Rohm & Haas ElectronicMaterials CMP Inc.(“RHEM”)(Newark，DE)制造的SUBA-IVTM垫。抛光垫4可包含聚氨酯垫(例如填充有微球的垫)，如RHEM制造的IC 1000TM垫。抛光垫4可根据需要任选形成纹理。压敏粘合剂薄层6可将抛光垫4和底层2粘合在一起。粘合剂6可购自3M Innovative Properties Company(St.Paul，MN)。此外，抛光垫4中包含一个透明窗14，以便进行端点检测。
现在参见图2，所示为形成本发明抛光垫4的预混设备100。预混设备100包括填充料储料仓1，其大小可存放足够量的微球或微型元件48。预混设备100还包括预混物配制罐10和预聚物储料罐3，后者的大小可存放足够量的聚合物材料52(“预聚物”)。此外，预混设备100有利地包含一个循环回路16，用以控制预混物配制罐10中预混物51的体积密度。注意，虽然图中的预混设备100是一个“单罐”系统，但本发明不限于此。例如，本发明可根据需要采用任何数量的储料仓1、预聚物储料罐3和预混物配制罐10。
在操作中，将预定量的聚合物材料52加入预混物配制罐10。在预混物配制罐10中加入的聚合物材料52的量可用带有总量计算器(未示出)的质流计量装置4控制。在预混物配制罐10中加入的预聚物52的量也可用安装在预混物配制罐10上的承载单元(load cell)控制。
聚合物材料52加入预混物配制罐10之后，用搅拌器18搅拌聚合物材料52，使聚合物材料52沿着搅拌器18的轴做向上的轴向流动，从而使聚合物材料52随之沿着预混物配制罐10的内壁向下流动。或者，聚合物材料52可根据需要沿相反的方向流动。搅拌器的转速宜为1-500RPM。搅拌器的转速更宜为1-250RPM。搅拌器的转速最好为1-50RPM。
搅拌器18启动后，可将填充料储料仓1中的微球48加入预混物配制罐10中。在本发明的一个示例性实施方式中，微球48加入预混物配制罐10中的量可通过“重量损失”干料计量系统2控制。干料计量系统2确定了填充料储料仓1的起始总重，包括装在储料仓1中的微球48的重量。然后，在干料计量系统2中设定要加到预混物配制罐10中的微球48的预定重量。干料计量系统2随后将微球48加入预混物配制罐10，直到填充料储料仓1的重量变化等于微球48的所需预定重量。
测出微球48的合适量后，将微球48加入聚合物材料52中，通过搅拌器18的搅拌，混合在一起形成预混物51。微球48的量与聚合物材料52的量之比宜为0-50体积％。微球48的量与聚合物材料52的量之比更宜为0-40体积％。微球48的量与聚合物材料52的量之比最好为0.1-30体积％。
微球48与聚合物材料52一旦混合，预混物51宜在循环回路16中循环，以确保预混物51基本上保持均匀。循环回路16有助于预混物51更均匀地分布在预混物配制罐10中，降低密度分层的可能性。换句话说，循环回路16为控制或稳定预混物51的体积密度提供了有效方法。
循环泵21宜将预混物51从预混物配制罐10抽出，并使预混物51通过定向阀22，阀22使预混物51返回到预混物配制罐10。循环泵21可以是隔膜泵、蠕动泵、正弦泵、凸轮泵或齿轮型泵，不需要接触润滑。通过手动周期性地对预混物51取样，借助天平(未示出)，可以监控预混物51的体积密度(重量/体积)。
在循环回路16中任选提供管线内(in-line)密度计17，以监控预混物51的均匀度(即密度)。管线内密度计17有利地提供了自动测定和显示预混物51的连续体积密度的方法。管线内密度计17可测定和显示密度。举例来说，管线内密度计17可购自Anton Paar，Graz，Austria。管线内密度计17测定预混物51的体积密度(微球48与聚合物材料52的比例)。如果体积密度超出预定可接受的范围，管线内密度计17可用来监控微球48或聚合物材料52的加入，以便将预混物51的体积密度调整到所需范围。
在操作中，管线内密度计17测定来自定向阀22的预混物51的体积密度。如果测定的体积密度在可接受的预定允许范围内，则定向阀22将预混物51导向输送线路20，以进一步加工。如果测定的体积密度太高或太低，则定向阀22将预混物51导向循环回路16，返回到预混物配制罐10，而不是转向输送线路20。此时预混物51继续循环。根据密度计17得到的预混物51的体积密度，可根据需要增加预聚物52或微球48。注意，预混物51可以在任何水平上回到预混物配制罐10，只要不影响预混物51从预混物配制罐10底部出料。预混物51宜以这种方式返回，即尽可能减少夹带到预混物51中的气体量，例如将预混物51在罐10中存放的预混物51的表面以下位置返回，或者使预混物51沿罐10的内壁返回。
预混物配制罐10上任选安装一个真空装置19，抽去因加入微球48而带入聚合物材料52的气体，以便更加准确地进行体积密度测定。预混物配制罐10宜在1-10乇压力下脱气。预混物配制罐10更宜在1-5乇压力下脱气。预混物配制罐10最好在低于2乇的压力下脱气。此外，预混设备100还可包括惰性气源60，当真空装置19没有对预混物配制罐10抽真空时，可以用它为预混物51提供“掩蔽”惰性气体。
较好地，至少部分聚合物微球48具有弹性。合适的聚合物微球48包括无机盐、糖和水溶性微粒。这种聚合物微球48(或微型元件)的例子包括聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羟基醚丙烯酸酯(polyhydroxyetheracrylite)、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(例如购自Akzo Nobel，Sundsvall，Sweden的ExpancelTM)。可对微球48进行化学改性，通过侧链化、嵌段化和交联等改变其溶解性、膨胀性和其他性质。较好的，微球48的平均直径小于150μm，更好小于50μm。微球48的平均直径最好小于15μm。注意，微球的平均直径可以变化，不同尺寸的微球48或不同微球48的混合物可根据需要加入聚合物材料52中。制备微球的优选材料是丙烯腈与偏二氯乙烯的共聚物。
此外，在本发明的一个示例性实施方式中，抛光垫4的聚合物材料52可由含多异氰酸酯的材料(“预聚物”)制备。预聚物是多异氰酸酯(例如二异氰酸酯)与含羟基物质的反应产物。多异氰酸酯可以是脂族或芳族多异氰酸酯。然后，用固化剂固化该预聚物。优选的多异氰酸酯包括但不限于：亚甲基二4，4’-环己基异氰酸酯、二异氰酸环己酯、异佛尔酮二异氰酸酯、己二异氰酸酯、1，2-二异氰酸亚丙酯、1，4-二异氰酸四亚甲酯、1，6-己二异氰酸酯、1，12-十二亚烷基二异氰酸酯、1，3-环亚丁基二异氰酸酯、1，3-环亚己基二异氰酸酯、1，4-环亚己基二异氰酸酯、1-异氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-异氰酸甲酯基环己烷、甲基环亚己基二异氰酸酯、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、己二异氰酸酯的缩脲二酮、二异氰酸亚乙酯、2，2，4-三甲基己二异氰酸酯、2，4，4-三甲基己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和它们的混合物。优选的多异氰酸酯是脂族多异氰酸酯。优选的脂族多异氰酸酯含有小于14％的未反应异氰酸酯基团。
含羟基物质宜为多元醇。多元醇的例子包括但不限于：聚醚多元醇、羟基终端的聚丁二烯(包括部分/完全氢化的衍生物)、聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和它们的混合物。
一个优选实施方式中，多元醇包括聚醚多元醇。多元醇的例子包括但不限于：聚四亚甲基醚乙二醇(“PTMEG”)、聚亚乙基丙二醇、聚氧丙烯二醇和它们的混合物。烃链可以含有饱和或不饱和键、取代或未取代芳基和环基。本发明的多元醇较好的包括PTMEG。合适的聚酯多元醇包括但不限于聚己二酸亚乙酯二醇、聚己二酸亚丁酯二醇、聚己二酸亚乙基亚丙基酯二醇、邻苯二甲酸酯-1，6-己二醇、聚(己二酸亚己酯)二醇和它们的混合物。烃链可以含有饱和或不饱和键，或取代或未取代芳基和环基。合适的聚己内酯多元醇包括但不限于1，6-己二醇衍生的聚己内酯、二甘醇衍生的聚己内酯、三羟甲基丙烷衍生的聚己内酯、新戊二醇衍生的聚己内酯、1，4-丁二醇衍生的聚己内酯、PTMEG衍生的聚己内酯和它们的混合物。烃链可以含有饱和或不饱和键，或取代或未取代芳基和环基。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(亚己基碳酸酯)二醇。
在本发明的优选实施方式中，聚合物材料52可由(例如)热固性和热塑性的聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、硅酮、聚酰亚胺和聚砜形成。聚合物材料52的其他例子包括但不限于聚氯乙烯、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以及它们的组合。一种优选的聚合物材料52是聚氨酯。
现在参见图3，所示为浇铸设备103，它包括预混设备100和预混物收集罐15，以及固化设备101。固化设备101还包括固化剂收集罐12和固化剂储料罐6。注意，虽然此实施方式在图中只有一个预混物收集罐15和一个固化设备101，但可根据需要采用任何数量的预混物收集罐和固化罐。在操作中，一旦在预混设备100中制备了合格体积密度的均匀混合物，可将预混物51经由输送管线20转移到预混物收集罐15中。输送管线20可包含任何不生锈的金属、塑料或聚合物材料。这种转移可以这样完成，用输送泵21将预混物51从预混物配制罐10的底部抽出，使预混物51通过定向阀22，定向阀将物流导向输送管线20，从而将预混物送入预混物收集罐15。有利的是，一旦预混物51从预混物配制罐10转移到预混物收集罐15，预混物配制罐10即可用来制备另一批预混物51。另外，预混物收集罐15中的预混物51现在也可用来进行浇铸。可以看出，本发明通过另行安排一个预混物制备过程，就可以不间断地进行浇铸。
在浇铸过程中，将来自预混物收集罐15的预混物51和来自固化剂收集罐12的固化剂53计量到混合器13中，在混合器13，组分51和53进行混合，然后直接浇铸到浇铸模具14上。然后，固化模具，并切成本发明的抛光垫4。预混物收集罐15和固化剂收集罐12中也配有搅拌器18，类似于预混物配制罐10中的搅拌器18。固化剂53在液面控制器(level controllor)7的控制下由固化剂储料罐6加入。
有利的是，抛光垫4的体积密度直接受两种组分51和53的混合比例控制。分别来自预混物收集罐15和固化剂收集罐12的组分51、53的混合比例由送料管线55中与流量计8相连的计量泵9控制。
固化剂宜为聚二胺。优选的聚二胺包括但不限于：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-2，4-二胺及其异构体，如3，5-二乙基甲苯-2，6-二胺；4，4’-二(仲丁基氨基)-二苯基甲烷；1，4-二(仲丁基氨基)苯；4，4’-亚甲基-二(2-氯苯胺)；4，4’-亚甲基-二(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’-亚甲基二苯胺(“MDA”)；间苯二胺(“MPDA”)；亚甲基二(2-氯苯胺)(“MBOCA”)；4，4’-亚甲基二(2-氯苯胺)(“MOCA”)；4，4’-亚甲基二(2，6-二乙基苯胺)(“MDEA”)；4，4’-亚甲基二(2，3-二氯苯胺)(“MDCA”)；4，4’-二氨基-3，3’-二乙基-5，5’-二甲基二苯基甲烷；2，2’，3，3’-四氯二氨基二苯基甲烷；二对氨基苯甲酸丙二酯；以及它们的混合物。本发明的固化剂宜包括3，5-二甲硫基-2，4-甲苯二胺及其异构体。合适的聚胺固化剂包括伯胺和仲胺。
此外，可在前述聚氨酯组合物中加入其他固化剂，如二醇、三醇、四醇或含羟端基的固化剂。合适的二醇、三醇和四醇：包括乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇、低分子量聚四亚甲基醚二醇、1，3-二(2-羟基乙氧基)苯、1，3-二[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]苯、1，3-二{2-[2-(2-羟基乙氧基)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)醚和它们的混合物。优选的含羟端基的固化剂包括1，3-二(2-羟基乙氧基)苯、1，3-二[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]苯、1，3-二{2-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯、1，4-丁二醇和它们的混合物。含羟端基的固化剂和胺固化剂都可包含一个或多个饱和基、不饱和基、芳基和环基。此外，含羟端基的固化剂和胺固化剂可包含一个或多个卤素基团。聚氨酯组合物可由固化剂的混合物形成。但若需要，聚氨酯组合物可由单一固化剂组成。
因此，本发明提供了形成化学机械抛光垫的方法，它包括如下步骤：提供一罐聚合物材料，并在储料仓中提供微球。该方法还提供如下步骤：在固化剂储料罐中提供固化剂，将聚合物材料和微球送入预混物配制罐。该方法还提供如下步骤：形成聚合物材料和微球的预混物，使预混物循环，直至达到所需体积密度，然后将预混物送入预混物收集罐。此外，该方法还提供如下步骤：形成预混物和固化剂的混合物，将混合物倒入模具，并将模具切成抛光垫。
现在参见图4，所示为浇铸设备105，它包括预聚物设备104。预聚物设备104还包括预聚物收集罐11和第二预聚物储料罐5。在此实施方式中，预聚物收集罐11可进一步灵活控制浇铸模14中模具的体积密度。例如，从预混物收集罐15和固化剂接收罐12加入组分的同时，从预聚物收集罐11向混合器13中加入非填充预聚物57，可调节微球48与预聚物57的最终体积密度的比例。向混合器13中加入非填充预聚物57的过程由流量控制计8和计量泵9调控。预聚物收集罐11也可配备搅拌器18，类似于预混物配制罐10中的搅拌器18。向预聚物收集罐11加入的聚合物材料57是从次级预聚物存储罐5通过液面控制器7提供的。注意，虽然图中只示出了一个预聚物收集罐11，但本发明可根据需要采用任何数量的附加预聚物收集罐。另外根据需要，预聚物57可以是与预聚物52相同的聚合物材料，也可以是任何其他预聚物材料。
在浇铸过程中，来自预混物收集罐15的预混物51、来自固化剂收集罐12的固化剂53和来自预聚物收集罐11的预聚物57计量加到混合器13，各组分51、53和57在该混合器中混合，然后直接浇铸到浇铸模14中。接着固化模具，切成本发明的抛光垫4。有利的是，抛光垫4的体积密度直接受三种组分51、53和57的混合比控制。分别来自预混物收集罐15、固化剂收集罐12和预聚物收集罐11的组分51、53和57的混和比通过送料管线55中与流量计8相连的各计量泵9控制。
预聚物收集罐11上任选安装一个真空装置19，以抽去机械夹带的气体。此外，预混物收集罐15和固化剂收集罐12也可配备真空装置19。预混物配制罐10宜在1-10乇压力下脱气。预混物配制罐10更宜在1-5乇压力下脱气。预混物配制罐10最好在低于2乇的压力下脱气。
因此，本发明提供了形成化学机械抛光垫的方法，它包括如下步骤：在第一预聚物储料罐中提供第一聚合物材料，在储料仓中提供微球，在固化剂储料罐中提供固化剂，在至少一个第二预聚物收集罐中提供第二聚合物材料。此外，该方法包括如下步骤：将第一预聚物储料罐中的聚合物材料和微球送入预混物配制罐，形成第一聚合物材料和微球的预混物，使预混物循环，直至达到所需体积密度，然后将预混物送入预混物收集罐。该方法还提供如下步骤：形成预混物和固化剂的混合物，从所述至少第二预聚物收集罐向混合物中加入第二聚合物材料，直至达到所需体积密度，然后将混合物倒入模具，将模具切成抛光垫。
现在参见图5，所示为浇铸设备107，它包括预混物收集/配制设备106和固化设备101。预混物收集/配制设备106还包含填充料储料仓1，其大小可盛装足量的微球或微型元件48。预混物收集/配制设备106还包含预混物收集/配制罐59和预聚物储料罐3，后者的大小可盛装足量的聚合物材料52。此外，预混物收集/配制设备106宜包含循环回路16，以控制预混物收集/配制罐59中的预混物51的体积密度。注意，与图2、3和4所示实施方式不同，图5(以及下面的图6)所示实施方式在一个收集/配制罐中同时提供了预混物配制罐和预混物收集罐。换句话说，图5所示实施例(以及图6)省去了预混物配制罐与预混物收集罐之间的“转移步骤”。但要注意，虽然此实施方式允许批量浇铸本发明的抛光垫，但它无法连续浇铸。
在操作中，向预混物收集/配制罐59中加入预定量的聚合物材料52。加入在预混物收集/配制罐59中的聚合物材料52的量可通过质流计量装置4控制。加入预混物接收/配制罐59的预聚物52的量也可用安装在预混物接收/配制罐59上的称重传感器控制。
聚合物材料52加入预混物接收/配制罐59之后，用搅拌器18搅拌聚合物材料52，使聚合物材料52沿着搅拌器18的轴做向上的轴向流动，从而使材料52随之沿着预混物接收/配制罐59的内壁向下流动。搅拌器的转速宜为1-500RPM。搅拌器的转速更宜为1-250RPM。搅拌器的转速最好为1-50RPM。
搅拌器18启动后，可将填充料储料仓1中的微球48加入预混物接收/配制罐59中。在本发明的一个示例性实施方式中，微球48加入预混物接收/配制罐59中的量可通过“重量损失”干料计量系统2控制。干料计量系统2确定了填充料储料仓1的起始总重，包括装在储料仓1中的微球48的重量。然后，在干料计量系统2中设定要加到预混物接收/配制罐59中的微球48的预定重量。干料计量系统2随后将微球48加入预混物接收/配制罐59，直到填充料储料仓1的重量变化等于微球48的所需预定重量。
测出微球48的合适量后，将微球48加入聚合物材料52中，通过搅拌器18的搅拌，混合在一起形成预混物51。微球48的量与聚合物材料52的量之比宜为0-50体积％。微球48的量与聚合物材料52的量之比更宜为0-40体积％。微球48的量与聚合物材料52的量之比最好为0.1-30体积％。
微球48与聚合物材料52一旦混合，预混物51宜在循环回路16中再循环，以确保预混物51基本上保持均匀。循环回路16有助于预混物51更均匀地分布在预混物收集/配制罐59中，降低密度分层的可能性。换句话说，循环回路16为控制预混物51的体积密度提供了有效方法。借助天平(未示出)，通过手动周期性地对预混物51取样，可以监控预混物51的体积密度。
循环泵21宜将预混物51从预混物收集/配制罐59抽出，并使预混物51通过定向阀22，阀22使预混物51返回到预混物收集/配制罐59。循环泵21可以是隔膜泵、蠕动泵、正弦泵或凸轮泵，不需要接触润滑。在循环回路16中任选提供管线内密度计17，以监控预混物51的均匀性。管线内密度计17有利地提供了自动测定预混物51的连续体积密度的方法。管线内密度计17可测定和显示密度值。管线内密度计17测定预混物51的体积密度(微球48与聚合物材料52的比例)。如果体积密度超出预定可接受的范围，管线内密度计17可用来监控微球48或聚合物材料52的加入，以便将预混物51的体积密度调整到所需范围。
在操作中，管线内密度计17测定来自定向阀22的预混物51的体积密度。如果计算出的体积密度在可接受的预定公差范围内，则定向阀22将预混物51导向输送管线55。如果计算出的体积密度太高或太低，则定向阀22将测定后的预混物51导向循环回路16，回到收集/配制罐59再次搅拌。换句话说，如果体积密度太高，则增加搅拌。注意，预混物51可以在任何水平上回到预混物收集/配制罐59，只要不影响预混物51从预混物收集/配制罐59底部出料。
预混物收集/配制罐59上任选安装一个真空装置19，抽去因在聚合物材料52加入微球48而夹带的气体，以便更加准确地进行体积密度测定。较好地，预混物收集/配制罐59在1-10乇压力下脱气，更好地在1-5乇压力下脱气，最好在低于2乇的压力下脱气。
仍参见图5，固化装置101还包括固化剂收集罐12和固化剂储料罐6。注意，虽然此实施方式在图中只有一个固化装置101，但可根据需要采用任何数量的固化装置。在浇铸过程中，将来自预混物收集/配制罐59的预混物51和来自固化剂收集罐12的固化剂53计量到混合器13，组分51和53在该混合器中混合，然后直接浇铸到浇铸模14上。接下来固化模具，切成本发明的抛光垫4。预混物收集/配制罐59和固化剂收集罐12中也配有搅拌器18，类似于预混物配制罐10中的搅拌器18。附加的固化剂53在液面控制器7的控制下由固化剂储料罐6加入。有利的是，抛光垫4的体积密度直接受两种组分51和53的混合比例控制。分别来自预混物收集/配制罐59和固化剂收集罐12的组分51、53的混合比分别由循环泵21和输送管线55中与流量计8相连的计量泵9控制。
现在参见图6，所示为浇铸设备109，它包括第二预聚物设备111。预聚物设备111还包括第二预聚物收集罐11和次级预聚物储料罐5。在此实施方式中，预聚物收集罐11可进一步灵活控制浇铸模14中的模具。例如，在混合器13中加入自预混物收集/配制罐59和固化剂收集罐12的组分，同时加入自预聚物收集罐11的非填充的预聚物57，来调节微球48与预聚物57的最终体积密度之比。向混合器13中加入非填充预聚物57的过程由流量控制计8和计量泵9调控。预聚物收集罐11也可配备搅拌器18，类似于预混物配制罐10中的搅拌器18。附加的聚合物材料57是从第二预聚物存储罐5通过液面控制计7加入到预聚物收集罐11。注意，虽然图中只示出了一个预聚物收集罐11，但本发明可根据需要采用任何数量的附加预聚物收集罐。另外，根据需要，预聚物57可以是与预聚物52相同的聚合物材料，也可以是任何其他预聚物材料。
在浇铸过程中，将来自预混物收集/配制罐59的预混物51、来自固化剂收集罐12的固化剂53和来自预聚物收集罐11的未填充预聚物57计量到混合器13，混合各组分51、53和57，然后直接浇铸到浇铸模14中。接着，固化模具，并切成本发明的抛光垫4。有利的是，抛光垫4的体积密度直接由三种组分51、53和57的混合比控制。分别来自预混物收集/配制罐59、固化剂收集罐12和预聚物收集罐11的组分51、53和57的混和物的比例由输送管线55中与流量计8相连的各计量泵9控制。
因此，本发明提供了形成化学机械抛光垫的方法，它包括以下步骤：在预聚物储料罐中提供聚合物材料，在储料仓中提供微球，在固化剂储料罐中提供固化剂。该方法还提供以下步骤：将聚合物材料和微球输送到预混物收集/配制罐，形成聚合物材料和微球的预混物。该方法还提供以下步骤：使预混物循环，直至达到所需体积密度，形成预混物和固化剂的混合物，将该混合物倒入模具，将模具切成抛光垫。
现在参见图7，所示为采用本发明条纹较少的抛光垫的CMP设备73。设备73包括晶片承载装置81，用来夹持半导体晶片83或将其压向抛光盘91。抛光盘91上装有堆叠的抛光垫1，包括本发明减少了条纹的抛光垫4。如上面所讨论的，抛光垫1有一个与抛光盘91的表面交界的底层2，以及与化学抛光浆液一起用来抛光晶片83的抛光垫4。注意，虽然图中没有示出，但在本发明设备中可采用任何手段来提供抛光液体或浆液。抛光盘91通常绕其中心轴79旋转。此外，晶片承载装置81通常绕中心轴75转动，同时通过平移臂77越过抛光盘91表面平移。注意，虽然图7中仅示出了一个晶片承载装置，但CMP设备可包括一个以上的晶片承载装置，它们以一定间隔分布在抛光盘周围。此外，抛光盘91上有一个透明孔87，正对着抛光垫1的窗口14。因此，在抛光晶片83的过程中，通过窗口14来接近晶片83的表面，以进行精确端点检测。即，在抛光盘91的下方提供激光分光光度计89，反射激光束85，通过透明孔87和窗口14射入，然后再经由它们返回，以对抛光晶片83的过程进行精确的端点检测。
因此，本发明提供了形成化学机械抛光垫的方法，它包括以下步骤：提供一罐聚合物材料，在储料仓中提供微球，在固化剂储料罐中提供固化剂。该方法还提供以下步骤：将聚合物材料和微球输送到预混物配制罐，形成聚合物材料和微球的预混物。该方法还提供以下步骤：使预混物循环，直至达到所需体积密度。该方法还提供以下步骤：将预混物送入预混物收集罐，形成预混物和固化剂的混合物，将该混合物倒入模具，将模具切成抛光垫。

Claims (10)

1.一种形成化学机械抛光垫的方法，它包括：
在一罐中提供聚合物材料；
在一储料仓中提供微球；
在一固化剂储料罐中提供固化剂；
将所述聚合物材料和微球输送到预混物配制罐；
形成所述聚合物材料和微球的预混物；
再循环该预混物，直至达到所需的体积密度；
将所述预混物输送到预混物收集罐；
形成所述预混物和固化剂的混合物；
将所述混合物倒入模具中；
将所述模具切成抛光垫。
2.如权利要求1所述的方法，它还包括在有搅拌器的预混物配制罐中，搅拌预混物。
3.如权利要求1所述的方法，它还包括对预混物配制罐进行脱气。
4.如权利要求1所述的方法，它还包括在循环回路中提供管线内密度计，用以测定预混物的体积密度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，微球包括聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、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，以及它们的组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，聚合物材料包括聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、硅酮、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，以及它们的组合。
7.一种形成化学机械抛光垫的方法，它包括：
在第一预聚物储料罐中提供第一聚合物材料；
在一储料仓中提供微球；
在一固化剂储料罐中提供固化剂；
在至少一个第二预聚物储料罐中提供第二聚合物材料；
将所述第一预聚物储料罐中的第一聚合物材料和微球输送到预混物配制罐中；
形成所述第一聚合物材料和微球的预混物；
再循环所述预混物，直至达到所需的体积密度；
将所述预混物输送到预混物收集罐中；
形成所述预混物和固化剂的混合物；
由至少第二预聚物储料罐向所述混合物提供第二聚合物材料，直至达到所需的体积密度；
将所述混合物倒入模具中；
将所述模具切成抛光垫。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第一和第二聚合物材料相同。
9.一种形成化学机械抛光垫的方法，它包括：
在一预聚物储料罐中提供聚合物材料；
在一储料仓中提供微球；
在一固化剂储料罐中提供固化剂；
将所述聚合物材料和微球输送到预混物收集/配制罐中；
形成所述聚合物材料和微球的预混物；
再循环预混物，直至达到所需的体积密度；
形成所述预混物和固化剂的混合物；
将所述混合物倒入模具中；
将所述模具切成抛光垫。
10.如权利要求9所述的方法，它包括从另一个预聚物储料罐向混合物中加入聚合物材料。
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