DE102015016427A1 - Gießverfahren für ein CMP-Kissen mit eingestellter Expansion - Google Patents

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David Shidner
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Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc
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Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens bereit, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist. Bei dem Verfahren wird ein flüssiges Polyurethanmaterial erhalten, das aus einem Molekül mit Isocyanat-Endgruppen und einem Härtungsmittel ausgebildet ist. Das flüssige Polyurethanmaterial weist eine TGel-Temperatur auf und enthält fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen. Die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen sind ein Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen. Die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen weisen jeweils eine TStart-Temperatur, wobei der Durchmesser der vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen zunimmt, und eine TMax-Temperatur auf, bei der Gas entweicht, so dass der Durchmesser der expandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen abnimmt. Die ausgehärtete Polyurethanmatrix enthält vorexpandierte und expandierte fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Diese Beschreibung betrifft die Herstellung von Polierkissen, die zum Polieren und Planarisieren von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet sind.
  • Polyurethan-Polierkissen sind der primäre Kissentyp für verschiedene anspruchsvolle Präzisionspolieranwendungen. Diese Polyurethan-Polierkissen sind zum Polieren von Siliziumwafern, strukturierten Wafern, Flachbildschirmen und magnetischen Speicherplatten effektiv. Insbesondere stellen Polyurethan-Polierkissen die mechanische Integrität und chemische Beständigkeit für die meisten Poliervorgänge bereit, die zur Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden. Beispielsweise weisen Polyurethan-Polierkissen eine hohe Festigkeit, so dass sie einem Zerreißen widerstehen, eine Abriebbeständigkeit zum Vermeiden von Verschleißproblemen während des Polierens und eine Stabilität auf, so dass sie einem Angriff durch stark saure und stark ätzende Polierlösungen widerstehen.
  • Die Herstellung von Halbleitern umfasst typischerweise mehrere chemisch-mechanische Planarisierungsvorgänge (CMP-Vorgänge). Bei jedem CMP-Vorgang entfernt ein Polierkissen kombiniert mit einer Polierlösung, wie z. B. einer Schleifmittel-enthaltenden Polieraufschlämmung oder einer Schleifmittel-freien reaktiven Flüssigkeit, überschüssiges Material in einer Weise, so dass zur Aufnahme einer nachfolgenden Schicht eine Planarisierung erreicht wird oder die Ebenheit aufrechterhalten wird. Das Stapeln dieser Schichten führt zu einer Kombination, die eine integrierte Schaltung bildet. Die Herstellung dieser Halbleitervorrichtungen wird aufgrund von Anforderungen für Vorrichtungen mit höheren Betriebsgeschwindigkeiten, geringeren Leck- bzw. Kriechströmen und vermindertem Energieverbrauch immer komplexer. Bezüglich der Vorrichtungsarchitektur führt dies zu feineren Merkmalsgeometrien und erhöhten Metallisierungsniveaus. Diese immer strengeren Anforderungen bezüglich der Vorrichtungsgestaltung treiben bei manchen Anwendungen die Verwendung einer größeren Anzahl von Wolframverbindungspfropfen oder -durchgangslöchern zusammen mit neuen dielektrischen Materialien mit niedrigeren Dielektrizitätskonstanten voran. Die verschlechterten physikalischen Eigenschaften, die häufig mit Low-k- und Ultra-low-k-Materialien einhergehen, haben zusammen mit der erhöhten Komplexität der Vorrichtungen zu höheren Anforderungen bei den CMP-Verbrauchsmaterialien, wie z. B. Polierkissen und Polierlösungen, geführt.
  • Zum Aufrechterhalten eines gleichmäßigen Waferdurchsatzes haben Halbleiterhersteller jahrelang eine in situ-Konditionierung mit Diamantscheiben durchgeführt. Eine in situ-Konditionierung trägt die oberste Fläche der Polierkissen während des Polierens ab. Bei einem Hundert-Prozent-in situ-Konditionierungsvorgang wird eine Diamantkonditionierung während des gesamten Poliervorgangs durchgeführt. Bei einem Fünfzig-Prozent-in situ-Konditionierungsvorgang wird eine Konditionierung während einer Hälfte des Poliervorgangs durchgeführt. Dieser Konditionierungsvorgang ist zum Aufrauhen der Polieroberfläche zum Aufrechterhalten der Entfernungsgeschwindigkeit durch Verhindern eines Zusetzens des Polierkissens essentiell. Darüber hinaus müssen diese Kissen ein Polieren mit gleichmäßigen Geschwindigkeiten für Hunderte von Wafern durchführen.
  • Das Gießen von Polyurethan zu Massen und das Schneiden der Massen in mehrere dünne Polierkissen hat sich als effektives Verfahren zur Herstellung von Polierkissen mit gleichmäßigen reproduzierbaren Poliereigenschaften erwiesen. Reinhardt et al. offenbaren im US-Patent Nr. 5,578,362 die Verwendung von polymeren Mikrokügelchen zur Verbesserung der Planarisierung, während eine geringe Defektanzahl aufrechterhalten wird. Leider weisen handelsübliche Polyurethan-Polierkissen, die mit dieser Struktur hergestellt worden sind, häufig Geschwindigkeiten auf, die in Bezug auf die Diamantkonditionierungseinrichtung und den Konditionierungsvorgang sensibel sind. Insbesondere wenn die Diamanten auf der Konditionierungseinrichtung einem Verschleiß unterliegen, bringen sie weniger tiefe Kanäle in das Polierkissen ein und diese weniger tiefen Kanäle können zu niedrigeren Polierentfernungsgeschwindigkeiten führen.
  • Beim Zwischenschichtdielektrikum(ILD)-Polieren mit einer Aufschlämmung von pyrogenem Siliziumdioxid ist die Entfernungsgeschwindigkeit (RR) eines Polierkissens bezüglich eines Diamantkonditionierens sehr sensibel. Ohne ein in situ-Konditionieren nimmt die RR innerhalb des Polierens von wenigen Wafern rasch ab, vgl. die 1. Obwohl bei einem ILD-Polieren mit einer Aufschlämmung von pyrogenem Siliziumdioxid typischerweise ein Hundert-Prozent-in situ-Konditionieren durchgeführt wird, kann eine hohe RR-Sensibilität bezüglich einer Konditionierung immer noch zu einer Variation des Leistungsvermögens als Ergebnis eines Verschleißes der Konditionierungsscheibe während der Lebensdauer des Kissens führen. Daher besteht ein Bedarf für ein Polierkissen mit einer verminderten Sensibilität in Bezug auf ein Konditionieren, ohne dass dessen Poliereffizienz vermindert wird. Ferner besteht ein Bedarf zur Entwicklung eines effektiven Verfahrens zur Herstellung dieser und anderer CMP-Polierkissen.
  • ANGABE DER ERFINDUNG
  • Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens bereit, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Erhalten eines flüssigen Polyurethanmaterials, das aus einem Molekül mit Isocyanat-Endgruppen und einem Härtungsmittel ausgebildet ist, wobei das flüssige Polyurethanmaterial eine TGel-Temperatur aufweist und fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen enthält, wobei die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen ein Gemisch aus vorexpandierten bzw. vorgeblähten und nicht-expandierten bzw. ungeblähten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen sind, wobei die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen jeweils eine TStart-Temperatur, wobei der Durchmesser der vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen bei Temperaturen gleich oder über der TStart-Temperatur zunimmt, und eine TMax-Temperatur aufweisen, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, so dass der Durchmesser der expandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen abnimmt, wobei die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials, Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials, welches das Gemisch von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, zum Umsetzen des Moleküls mit Isocyanat-Endgruppen und des Härtungsmittels, Erwärmen des Gemischs von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial auf eine Temperatur von mindestens TStart der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen zum Vergrößern des Durchmessers der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen, wobei das Erwärmen auf eine Temperatur stattfindet, die niedriger ist als die TMax-Temperatur, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, wobei das Erwärmen dazu dient, ein Gemisch aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zu bilden, Aushärten des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zum Verfestigen des flüssigen Polyurethanmaterials zu einer Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, und Fertigstellen des Polierkissens aus der ausgehärteten Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, wobei der Enddurchmesser der vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen kleiner ist als derjenige, der von der TMax-Temperatur in Luft erreicht wird, und der Großteil des Fluids, das in den vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthalten ist, in den vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen verbleibt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens bereit, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Erhalten eines flüssigen Polyurethanmaterials, das aus einem Molekül mit Isocyanat-Endgruppen und einem Härtungsmittel ausgebildet ist, wobei das flüssige Polyurethanmaterial eine TGel-Temperatur aufweist und fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen enthält, wobei die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen ein Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen sind, die mit Isobutan, Isopentan oder einem Gemisch aus Isobutan und Isopentan gemischt sind, wobei die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen jeweils eine TStart-Temperatur, wobei der Durchmesser der vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen bei Temperaturen gleich oder über der TStart-Temperatur zunimmt, und eine TMax-Temperatur aufweisen, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, so dass der Durchmesser der expandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen abnimmt, wobei die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials, Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials, welches das Gemisch von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, zum Umsetzen des Moleküls mit Isocyanat-Endgruppen und des Härtungsmittels, Erwärmen des Gemischs von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial auf eine Temperatur von mindestens TStart der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen zum Vergrößern des Durchmessers der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen, wobei das Erwärmen auf eine Temperatur stattfindet, die niedriger ist als die TMax-Temperatur, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, wobei das Erwärmen dazu dient, ein Gemisch aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zu bilden, Aushärten des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zum Verfestigen des flüssigen Polyurethanmaterials zu einer Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, und Fertigstellen des Polierkissens aus der ausgehärteten Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, wobei der Enddurchmesser der vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen kleiner ist als derjenige, der von der TMax-Temperatur in Luft erreicht wird, und der Großteil des Fluids, das in den vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthalten ist, in den vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen verbleibt.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Auftragung der Entfernungsgeschwindigkeit in Å/min gegen die Waferanzahl nach dem Stoppen des in situ-Konditionierens für eine Aufschlämmung von pyrogenem Siliziumdioxid Semi-SperseTM 25E (SS25). (Semi-Sperse ist eine Marke von Cabot Microelectronics Corporation.)
  • 2 ist eine Auftragung der durchschnittlichen Entfernungsgeschwindigkeit in Å/min und der Uneinheitlichkeit innerhalb eines Wafers (WIW-NU) (%) für ein ILD-Polieren.
  • 3 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (SEM) von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten Mikrokügelchen bei einer Konzentration von 8 Gew.-%.
  • 4 ist eine SEM von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten Mikrokügelchen bei einer Konzentration von 5,25 Gew.-%, die mit einem MbOCA-Härtungsmittel gebildet worden sind.
  • 4A ist eine Größenverteilungsauftragung des in Mikrometer gemessenen Durchmessers für das Polierkissen von 4.
  • 5 ist eine SEM von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten Mikrokügelchen bei einer Konzentration von 5,25 Gew.-%, die mit einem MbOCA-Härtungsmittel gebildet worden sind, das mit einem multifunktionellen Polyol gemischt worden ist.
  • 5A ist eine Größenverteilungsauftragung des in Mikrometer gemessenen Durchmessers für das Polierkissen von 5.
  • 6 ist eine Auftragung der relativen Viskosität gegen den Volumenanteil von Feststoffen gemäß einer modifizierten Einstein-Guth-Gold-Gleichung.
  • 7 ist eine Auftragung der relativen Viskosität gegen Gewichtsprozent von polymeren Mikrokügelchen für vorexpandierte, nicht-expandierte und Gemische von vorexpandierten und nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung stellt ein Polierkissen bereit, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist. Das Polierkissen weist eine oberste Polieroberfläche auf, die ein Reaktionsprodukt eines Vorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen und eines Härtungsmittelsystems umfasst. Die oberste Polierschicht umfasst ferner polymere Mikrokügelchen in einer Konzentration zwischen mehr als 4 und weniger als 8 Gewichtsprozent des Vorpolymers. Diese Polierkissen weisen eine höhere Entfernungsgeschwindigkeit, eine bessere Einheitlichkeit innerhalb eines Wafers und eine verminderte Sensibilität in Bezug auf den Konditionierungsvorgang auf.
  • Das Polierkissen enthält 4,2 bis 7,5 Gewichtsprozent fluidgefüllte Mikrokügelchen auf der Basis des Vorpolymers. Vorzugsweise enthält das Polierkissen 4,5 bis 7,5 Gewichtsprozent fluidgefüllte Mikrokügelchen auf der Basis des Vorpolymers. Insbesondere enthält das Polierkissen 5 bis 7,5 Gewichtsprozent fluidgefüllte Mikrokügelchen auf der Basis des Vorpolymers. Dies führt zu einem Polierkissen mit einer niedrigen Dichte oder einer hohen Porosität mit einer eingestellten Porengröße. Beispielsweise kann die Enddichte 0,5 bis 0,75 g/cm3 betragen. Vorzugsweise beträgt die Enddichte 0,5 bis 0,65 g/cm3.
  • Das Fluid, das die Mikrokügelchen füllt, kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder eine Kombination aus einem Gas und einer Flüssigkeit sein. Wenn das Fluid eine Flüssigkeit ist, dann ist das bevorzugte Fluid Wasser, wie z. B. destilliertes Wasser, das nur zufällige Verunreinigungen enthält. Für die Zwecke dieser Anmeldung umfasst der Begriff Mikrokügelchen Hüllen mit weniger als einer perfekten Kugelform; z. B. können diese Hüllen eine halbkugelförmige Form aufweisen, wenn sie aufgeschnitten und mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet werden. Wenn das Fluid ein Gas ist, dann ist Luft, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder eine Kombination davon bevorzugt. Für einige Mikrokügelchen kann das Gas ein organisches Gas sein, wie z. B. Isobutan. Vorzugsweise ist das Fluid Isobutan, Isopentan oder eine Kombination aus Isobutan und Isopentan. Isobutan, das in dem polymeren Mikrokügelchen eingeschlossen ist, ist bei Raumtemperatur (25°C) und darüber ein Gas, und zwar abhängig von dem Innendruck in der polymeren Hülle. Isopentan, das in dem polymeren Mikrokügelchen eingeschlossen ist, ist bei Raumtemperatur eine Kombination aus einer Flüssigkeit und einem Gas. Bei Temperaturen von etwa 30°C und darüber wird das Isopentan zu einem Gas – und zwar abhängig von dem Innendruck in der polymeren Hülle. Eine polymere Hülle enthält das Fluid und typischerweise enthält die polymere Hülle ein Gas unter Druck. Spezifische Beispiele für die Polymerhülle umfassen Polyacrylnitril/Methacrylnitril-Hüllen und Poly(vinylidendichlorid)/Polyacrylnitril-Hüllen. Ferner können diese Hüllen anorganische Teilchen enthalten, wie z. B. Silikate, Calcium-enthaltende oder Magnesium-enthaltende Teilchen. Diese Teilchen erleichtern die Trennung der polymeren Mikrokügelchen. Diese fluidgefüllten Mikrokügelchen weisen typischerweise einen durchschnittlichen Enddurchmesser von 10 bis 80 μm und vorzugsweise von 20 bis 60 μm nach der Expansion auf. Vorexpandierte polymere Mikrokügelchen wachsen typischerweise um 10 bis 60 Prozent bis zu einem durchschnittlichen Enddurchmesser von 20 bis 150 μm. Nicht-expandierte polymere Mikrokügelchen wachsen jedoch typischerweise um 1000 bis 10000 Prozent bis zu einem Enddurchmesser von 20 bis 150 μm. Das resultierende Gemisch von polymeren Mikrokügelchen in der verfestigten polymeren Matrix weist einen durchschnittlichen Enddurchmesser von 10 bis 80 μm und vorzugsweise von 20 bis 60 μm nach der Expansion auf.
  • Das Polierkissen enthält gegebenenfalls Siliziumdioxid-enthaltende oder Erdalkali(Gruppe IIA des Periodensystems)-Metalloxid-enthaltende Bereiche, die innerhalb von jedem der polymeren Mikrokügelchen verteilt sind. Diese Siliziumdioxid-enthaltenden oder Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Bereiche können Teilchen sein oder eine längliche, Erdalkalimetalloxid-enthaltende Struktur aufweisen. Typischerweise repräsentieren die Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Bereiche Teilchen, die in die polymeren Mikrokügelchen eingebettet sind oder daran anhaften. Die durchschnittliche Teilchengröße der Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Teilchen beträgt typischerweise 0,01 bis 3 μm. Vorzugsweise beträgt die durchschnittliche Teilchengröße der Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Teilchen 0,01 bis 2 μm. Diese Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Teilchen sind so beabstandet, dass sie weniger als 50 Prozent der Außenoberfläche der polymeren Mikrokügelchen bedecken. Vorzugsweise bedecken die Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Bereiche 1 bis 40 Prozent der Oberfläche der polymeren Mikrokügelchen. Insbesondere bedecken die Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Bereiche 2 bis 30 Prozent der Oberfläche der polymeren Mikrokügelchen. Die Siliziumdioxid-enthaltenden oder Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Mikrokügelchen weisen eine Dichte von 5 g/Liter bis 1000 g/Liter auf. Typischerweise haben die Erdalkalimetalloxid-enthaltenden Mikrokügelchen eine Dichte von 10 g/Liter bis 1000 g/Liter.
  • Typische polymere Polierkissenmatrixmaterialien umfassen Polycarbonat, Polysulfon, Polyamide, Ethylen-Copolymere, Polyether, Polyester, Polyether-Polyester-Copolymere, Acrylpolymere, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyethylen-Copolymere, Polybutadien, Polyethylenimin, Polyurethane, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyketone, Epoxymaterialien, Silikone, Copolymere davon und Gemische davon. Vorzugsweise ist das polymere Material ein Polyurethan und es kann sich entweder um ein vernetztes oder ein unvernetztes Polyurethan handeln. Für die Zwecke dieser Beschreibung sind „Polyurethane” Produkte, die von difunktionellen oder polyfunktionellen Isocyanaten abgeleitet sind, wie z. B. Polyetherharnstoffe, Polyisocyanurate, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyurethanharnstoffe, Copolymere davon und Gemische davon.
  • Vorzugsweise ist das polymere Material ein Blockcopolymer oder segmentiertes Copolymer, das sich in Phasen trennen kann, die reich an einem oder mehreren Block oder Blöcken oder Segment(en) des Copolymers sind. Insbesondere ist das polymere Material ein Polyurethan. Gegossene Polyurethanmatrixmaterialien sind zum Planarisieren von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten besonders gut geeignet. Ein Ansatz zum Einstellen der Poliereigenschaften eines Kissens besteht darin, dessen chemische Zusammensetzung zu verändern. Darüber hinaus beeinflusst die Auswahl von Ausgangsmaterialien und des Herstellungsverfahrens die Polymermorphologie und die Endeigenschaften des Materials, das zur Herstellung der Polierkissen verwendet wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Urethanherstellung die Herstellung eines Urethan-Vorpolymers mit Isocyanat-Endgruppen aus einem polyfunktionellen aromatischen Isocyanat und einem Vorpolymer-Polyol. Für die Zwecke dieser Beschreibung umfasst der Betriff Vorpolymer-Polyol Diole, Polyole, Polyol-Diole, Copolymere davon und Gemische davon. Vorzugsweise ist das Vorpolymer-Polyol aus der Gruppe, umfassend Polytetramethylenetherglykol [PTMEG], Polypropylenetherglykol [PPG], Polyolen auf Esterbasis, wie z. B. Ethylen- oder Butylenadipaten, Copolymeren davon und Gemischen davon, ausgewählt. Beispiele für polyfunktionelle aromatische Isocyanate umfassen 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat, Tolidindiisocyanat, para-Phenylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat und Gemische davon. Das polyfunktionelle aromatische Isocyanat enthält weniger als 20 Gewichtsprozent aliphatische Isocyanate, wie z. B. 4,4'-Dicyciohexylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat und Cyclohexandiisocyanat. Vorzugsweise enthält das polyfunktionelle aromatische Isocyanat weniger als 15 Gewichtsprozent aliphatische Isocyanate und mehr bevorzugt weniger als 12 Gewichtsprozent aliphatisches Isocyanat.
  • Beispiele für Vorpolymer-Polyole umfassen Polyetherpolyole, wie z. B. Poly(oxytetramethylen)glykol, Poly(oxypropylen)glykol und Gemische davon, Polycarbonatpolyole, Polyesterpolyole, Polycaprolactonpolyole und Gemische davon. Beispielhafte Polyole können mit Polyolen mit niedrigem Molekulargewicht gemischt werden, die Ethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2-Methyl-l,3-propandiol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol, 1,5-Pentandiol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,6-Hexandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und Gemische davon umfassen.
  • Vorzugsweise ist das Vorpolymer-Polyol aus der Gruppe, umfassend Polytetramethylenetherglykol, Polyesterpolyole, Polypropylenetherglykole, Polycaprolaktonpolyole, Copolymere davon und Gemische davon, ausgewählt. Wenn das Vorpolymer-Polyol PTMEG, ein Copolymer davon oder ein Gemisch davon ist, dann weist das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen vorzugsweise einen Gewichtsprozentanteil von nicht umgesetztem NCO im Bereich von 8,0 bis 20,0 Gewichtsprozent auf. Für Polyurethane, die mit PTMEG oder PTMEG, das mit PPG gemischt worden ist, gebildet werden, ist der bevorzugte Gewichtsprozentanteil von NCO ein Bereich von 8,75 bis 12,0 und er beträgt insbesondere 8,75 bis 10,0. Spezielle Beispiele für Polyole der PTMEG-Familie sind wie folgt: Terathane® 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 und 250 von Invista, Polymeg® 2900, 2000, 1000, 650 von Lyondell, PolyTHF® 650, 1000, 2000 von BASF, und Spezies mit niedrigerem Molekulargewicht, wie z. B. 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol und 1,4-Butandiol. Wenn das Vorpolymerpolyol ein PPG, ein Copolymer davon oder ein Gemisch davon ist, dann weist das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen insbesondere einen Gewichtsprozentanteil von nicht umgesetztem NCO im Bereich von 7,9 bis 15,0 Gew.-% auf. Spezielle Beispiele für PPG-Polyole sind wie folgt: Arcol® PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 und 4000 von Bayer, Voranol® 1010L, 2000L und P400 von Dow, Desmophen® 1110BD, Acclaim® Polyol 12200, 8200, 6300, 4200, 2200, die beide Produktlinien von Bayer sind. Wenn das Vorpolymer-Polyol ein Ester, ein Copolymer davon oder ein Gemisch davon ist, dann weist das Reaktionsprodukt mit Isocyanat-Endgruppen insbesondere einen Gewichtsprozentanteil von nicht umgesetztem NCO im Bereich von 6,5 bis 13,0 auf. Spezielle Beispiele für Esterpolyole sind wie folgt: Millester 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 10, 16, 253 von Polyurethane Specialties Company, Inc., Desmophen® 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K2, 2500, 2501, 2505, 2601, PE65B von Bayer, Rucoflex S-1021-70, S-1043-46, S-1043-55 von Bayer.
  • Typischerweise wird das Vorpolymer-Reaktionsprodukt mit einem Härtungsmittel-Polyol, -Polyamin, -Alkoholamin oder einem Gemisch davon umgesetzt oder ausgehärtet. Für die Zwecke dieser Beschreibung umfassen Polyamine Diamine und andere multifunktionelle Amine. Beispiele für Härtungsmittel-Polyamine umfassen aromatische Diamine oder Polyamine, wie z. B. 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin [MbOCA], 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) [MCDEA], Dimethylthiotoluoldiamin, Trimethylenglykoldi-p-aminobenzoat, Polytetramethylenoxiddi-p-aminobenzoat, Polytetramethylenoxidmono-p-aminobenzoat, Polypropylenoxiddi-p-aminobenzoat, Polypropylenoxidmono-p-aminobenzoat, 1,2-Bis(2-aminophenylthio)ethan, 4,4'-Methylen-bis-anilin, Diethyltoluoldiamin, 5-tert-Butyl-2,4- und 3-tert-Butyl-2,6-toluoldiamin, 5-tert-Amyl-2,4- und 3-tert-Amyl-2,6-toluoldiamin und Chlortoluoldiamin. Gegebenenfalls ist es möglich, Urethanpolymere für Polierkissen mit einem einzigen Mischschritt herzustellen, was die Verwendung von Vorpolymeren vermeidet.
  • Die Komponenten des Polymers, das zur Herstellung des Polierkissens verwendet wird, werden vorzugsweise so ausgewählt, dass die resultierende Kissenmorphologie stabil und einfach reproduzierbar ist. Wenn beispielsweise 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin [MbOCA] mit Diisocyanat zur Bildung von Polyurethanpolymeren gemischt wird, ist es häufig vorteilhaft, die Konzentrationen von Monoamin, Diamin und Triamin einzustellen. Das Einstellen des Anteils von Mono-, Di- und Triaminen trägt zum Aufrechterhalten des chemischen Verhältnisses und des resultierenden Molekulargewichts des Polymers innerhalb eines einheitlichen Bereichs bei. Darüber hinaus ist es häufig wichtig, Additive, wie z. B. Antioxidationsmittel, und Verunreinigungen, wie z. B. Wasser, für eine einheitliche Herstellung einzustellen. Da beispielsweise Wasser mit Isocyanat unter Bildung von gasförmigem Kohlendioxid reagiert, kann die Einstellung der Wasserkonzentration die Konzentration von Kohlendioxidblasen beeinflussen, die Poren in der polymeren Matrix bilden. Die Reaktion von Isocyanat mit zufällig vorliegendem Wasser vermindert auch das für die Umsetzung mit einem Kettenverlängerungsmittel verfügbare Isocyanat, so dass die Stöchiometrie einhergehend mit dem Vernetzungsniveau (wenn ein Überschuss von Isocyanatgruppen vorliegt) und das resultierende Molekulargewicht des Polymers verändert werden.
  • Das polymere Polyurethanmaterial wird vorzugsweise aus einem Vorpolymer-Reaktionsprodukt von Toluoldiisocyanat und Polytetramethylenetherglykol mit einem aromatischen Diamin gebildet. Insbesondere ist das aromatische Diamin 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin oder 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin). Vorzugsweise weist das Vorpolymer-Reaktionsprodukt 6,5 bis 15,0 Gewichtsprozent nicht umgesetztes NCO auf. Beispiele für geeignete Vorpolymere innerhalb dieses Bereichs von nicht umgesetztem NCO umfassen: Imuthane®-Vorpolymere PET-70D, PHP-70D, PET-75D, PHP-75D, PPT-75D, PHP-80D, die von COIM USA, Inc. hergestellt werden, und Adiprene®-Vorpolymere LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, LF753D, L325, die von Chemtura hergestellt werden. Darüber hinaus könnten Gemische von anderen Vorpolymeren neben denjenigen, die vorstehend angegeben worden sind, zum Erreichen der geeigneten Niveaus des Prozentanteils von nicht umgesetztem NCO als Ergebnis des Mischens verwendet werden. Viele der vorstehend angegebenen Vorpolymere, wie z. B. LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D und LF753D, sind Isocyanat-Vorpolymere mit wenig freiem Isocyanat, die weniger als 0,1 Gewichtsprozent freies TDI-Monomer aufweisen und die eine einheitlichere Vorpolymer-Molekulargewichtsverteilung aufweisen als herkömmliche Vorpolymere, und so die Bildung von Polierkissen mit hervorragenden Poliereigenschaften erleichtern. Diese verbesserte Einheitlichkeit des Molekulargewichts des Vorpolymers und der geringe Anteil an freiem Isocyanatmonomer ergeben eine regelmäßigere Polymerstruktur und tragen zu einer verbesserten Einheitlichkeit des Polierkissens bei. Für die meisten Vorpolymere beträgt der niedrige Anteil an freiem Isocyanatmonomer vorzugsweise unter 0,5 Gewichtsprozent. Ferner sollten „herkömmliche” Vorpolymere, die typischerweise höhere Reaktionsniveaus (d. h., mehr als ein Polyol, das mit einem Diisocyanat reagiert hat, an jedem Ende) und höhere Konzentrationen des freien Toluoldiisocyanat-Vorpolymers aufweisen, entsprechende Ergebnisse erbringen. Darüber hinaus erleichtern Polyol-Additive mit niedrigem Molekulargewicht, wie z. B. Diethylenglykol, Butandiol und Tripropylenglykol, die Einstellung des Gewichtsprozentanteils von nicht umgesetztem NCO des Vorpolymer-Reaktionsprodukts.
  • Entsprechend kann das polymere Polyurethanmaterial aus einem Vorpolymer-Reaktionsprodukt von 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und Polytetramethylenglykol mit einem Diol gebildet werden. Insbesondere ist das Diol 1,4-Butandiol (BDO). Vorzugsweise weist das Vorpolymer-Reaktionsprodukt 6 bis 13 Gew.-% nicht umgesetztes NCO auf. Beispiele für geeignete Polymere mit diesem Bereich von nicht umgesetztem NCO umfassen die Folgenden: Imuthane 27-85A, 27-90A, 27-95A, 27-52D, 27-58D von COIM USA und Andur® IE-75AP-, IE80AP-, IE90AP-, IE98AP-, IE110AP-Vorpolymere von Anderson Development Company.
  • Zusätzlich zur Einstellung des Gewichtsprozentanteils von nicht umgesetztem NCO weisen das Härtungsmittel und das Vorpolymer-Reaktionsprodukt typischerweise ein stöchiometrisches Verhältnis von OH oder NH2 zu nicht umgesetztem NCO von 85 bis 115 Prozent, vorzugsweise 90 bis 100 Prozent auf. Diese Stöchiometrie könnte entweder direkt durch Bereitstellen der stöchiometrischen Konzentrationen der Ausgangsmaterialien oder indirekt durch Umsetzen eines Teils des NCO mit Wasser entweder absichtlich oder durch Aussetzen gegenüber zufällig vorhandener Feuchtigkeit erreicht werden.
  • Das Polierkissen weist eine geringere Sensibilität gegenüber einem Verschleiß der Konditionierungseinrichtung auf als die meisten Polierkissen. Dies ist besonders zur Vermeidung des negativen Einflusses eines Diamantverschleißes geeignet. Kissen der Erfindung können eine Konditionierungseinrichtungssensibilität (CS) von 0 bis 2,6 aufweisen. Vorzugsweise beträgt CS 0 bis 2. Für die Zwecke dieser Anmeldung ist CS wie folgt definiert:
    Figure DE102015016427A1_0002
    worin CS als unstrukturiertes TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit bei 75% in situ-Konditionierung (RR75% in situ-Konditionierung) und unstrukturiertes TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit bei 50% in situ-Konditionierung (RR50% in situ-Konditionierung), wobei die Differenz zwischen der 75% in situ-Konditionierung und der 50% in situ-Konditionierung durch die unstrukturiertes TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit bei partieller 50% in situ-Konditionierung dividiert wird, unter Verwendung einer Aufschlämmung von pyrogenem Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 μm bei einer Konzentration von 12,5 Gew.-% mit einem pH-Wert von 10,5 (nach dem Verdünnen mit destilliertem Wasser in einem 1:1-Verhältnis) und einer Diamantkonditionierungseinrichtung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 150 μm, einem Abstand von 400 μm und einer Vorwölbung von 100 μm bei einer Andruckkraft der Konditionierungseinrichtung von 4,08 kg (oder 9 Pfund) definiert ist. Die CS-Entfernungsgeschwindigkeitswerte repräsentieren die Entfernungsgeschwindigkeit, die erreicht wird, nachdem ein Polieren im stationären Zustand erreicht worden ist, oder die typischerweise nach mindestens etwa zehn Wafern erreicht wird.
  • Bei der Herstellung von CMP-Polierkissen mit vorexpandierten polymeren Mikrokügelchen bei einer Konzentration von mehr als 4 Gewichtsprozent in einem Vorpolymer gibt es aufgrund der exponentiellen Zunahme der Materialviskosität mit zunehmender Beladung mit vorexpandierten polymeren Mikrokügelchen signifikante Probleme. Das Einbringen von nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen, die aufgrund der Reaktionsexothermie des Vorpolymers und des Härtungsmittelsystems expandieren können, verminderte nicht nur die Materialviskosität für eine einfache Verarbeitung, sondern führte auch zu einer besseren Produkteinheitlichkeit und einer höheren Herstellungsausbeute.
  • Während der Herstellung weist ein flüssiges Polyurethanmaterial eine TGel-Temperatur auf und enthält fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen. Die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen sind ein Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen. Die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen weisen jeweils eine TStart-Temperatur auf, wobei der Durchmesser der vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen bei Temperaturen gleich oder über der TStart-Temperatur zunimmt. Darüber hinaus weisen sie eine TMax-Temperatur auf, bei der Gas durch die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, so dass der Durchmesser der polymeren Mikrokügelchen abnimmt. Da dadurch große Gasblasen in der Polymermatrix gebildet werden können und große Blasen zu Polierdefekten führen können, ist ein Gießen bei oder oberhalb der TMax-Temperatur keine erwünschte Situation. Zum Wachsenlassen der nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen ist es wichtig, dass die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials. In vorteilhafter Weise ist die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen mindestens 5°C niedriger als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials. In vorteilhafter Weise ist die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen mindestens 10°C niedriger als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials. Da die vorexpandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen bereits einen effektiven durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, besteht kein Erfordernis für ein weiteres Wachstum und es ist optional, dass die TStart-Temperatur der vorexpandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials.
  • Dann werden beim Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials, welches das Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, das Molekül mit Isocyanat-Endgruppen und das Härtungsmittel umgesetzt. Die exotherme Wärme von der Reaktion heizt das Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial auf eine Temperatur von mindestens TStart der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen auf, so dass der Durchmesser der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen vergrößert wird. Vorzugsweise ist diese exotherme Wärme die primäre Wärmequelle zum Vorantreiben der Expansion der polymeren Mikrokügelchen. Das Erwärmen findet bis zu einer Temperatur statt, die niedriger ist als die TMax-Temperatur, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht. Dieses Erwärmen bildet ein Gemisch aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial. Gegebenenfalls verbessert das Mischen des Gemischs aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial vor dem Gießen die Einheitlichkeit der Verteilung der polymeren Mikrokügelchen.
  • Das Aushärten des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial verfestigt das flüssige Polyurethanmaterial zu einer Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält. Dann erzeugt das Fertigbearbeiten der ausgehärteten Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, zu einem Polierkissen durch Schneiden, Planbearbeiten, ein Ausbilden von Rillen, Perforieren und Hinzufügen eines Unterkissens ein fertiggestelltes Produkt. Beispielsweise ist es bei einem Gießen in ein Formwerkzeug möglich, das Polierkissen in eine Mehrzahl von Polyurethanlagen zu schneiden und dann die Polierkissen aus den Polyurethanlagen zu bilden. Der Enddurchmesser der vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem Polierkissen ist kleiner als derjenige, der durch die TMax-Temperatur in Luft erreicht wird, und ein Großteil des Fluids, das in den vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthalten ist, verbleibt in den vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen.
  • Darüber hinaus ist es wichtig, dass das flüssige Polyurethanmaterial eine niedrige Viskosität aufweist, so dass das Gießen zu einheitlichen Produktkonfigurationen erleichtert wird. Das Bilden eines Gemischs aus vorexpandierten und nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen vermindert die Viskosität, so dass das Gießen erleichtert wird. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn um Gegenstände, wie z. B. transparente Blöcke gegossen wird, die zur Bildung von transparenten Fenstern in den Polierkissen verwendet werden. Ein lediglich vorexpandiertes Gemisch kann gegebenenfalls nicht die Viskosität aufweisen, die für ein Gießen zu einfachen Formen erforderlich ist. Ein lediglich nicht-expandiertes Gemisch kann aufgrund einer starken Expansion von nicht-expandierten Mikrokügelchen eine signifikante Spannung in einer Masse erzeugen. Diese Spannungen können zu einer Polymermatrix mit Rissen oder zu einer zerbrochenen Polymermatrix führen. Ferner ist es vorteilhaft, dass der Großteil der Wärme, die erforderlich ist, um die nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen zu expandieren, von der exothermen Reaktion stammt, die zur Erzeugung der polymeren Matrix verwendet wird. Ein Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen mit einer relativen Viskosität von 1,1 bis 7 kann jedoch eine ausreichende Viskosität zum Gießen in einer Kombination mit einer ausreichenden exothermen Wärme zum Erzeugen einer angemessenen Porosität aufweisen. Vorzugsweise stellt eine relative Viskosität von 3 bis 7 eine ausgewogene Kombination von Gießfähigkeit und Porengröße bereit. Ferner vermindert eine Erhöhung des Anteils von nicht-expandierten bezogen auf vorexpandierte polymere Mikrokügelchen die Viskosität, so dass die Gießfähigkeit verbessert wird, erhöht jedoch die Restspannung in der Masse, was zu einem Platzen der Masse und anderen Defekten führen kann. Entsprechend kann eine Erhöhung des Anteils von vorexpandierten bezogen auf nicht-expandierte polymere Mikrokügelchen die Viskosität erhöhen, so dass das Gießen schwieriger wird.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Die Tabelle 1 gibt Zusammensetzungen der Polierschicht von zwei Vergleichsbeispielen Nr. C1 und Nr. C2 und von zwei Beispielen der vorliegenden Erfindung Nr. 1 und Nr. 2 an. Das verwendete Vorpolymer mit Isocyanat-Endgruppen war Adiprene® 1325, das von Chemtura Corporation erhältlich ist und typischerweise 9,1 Gew.-% nicht umgesetztes Isocyanat (NCO) aufweist. Das Härtungsmittelsystem war entweder 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin) (MbOCA) oder eine Kombination aus MbOCA und Voralux® HF 505, wobei es sich um ein multifunktionelles Polyol-Härtungsmittel mit hohem Molekulargewicht (MW) mit sechs Hydroxylfunktionalitäten und einem MW von etwa 11000 handelt. Die Reaktionsstöchiometrie, die durch das Molverhältnis von gesamtem aktiven Wasserstoff (als funktionelle Amin- und Hydroxylgruppen in dem Härtungsmittelsystem) zu funktionellen Isocyanatgruppen in dem Vorpolymer berechnet worden ist, betrug für alle Beispiele 0,87. Fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen, und zwar sowohl vorexpandierte (DE) als auch trockene nicht-expandierte (DU), wurden mit dem Vorpolymer gemischt, so dass ein Vorgemisch gebildet wurde. Expancel® 551DE40d42, Expancel® 461DE20d70, beides DE-Qualitäten, und Expancel® 031DU40, eine DU-Qualität, sind von AkzoNobel erhältlich. Die Menge der gesamten polymeren Mikrokügelchen variierte von 2,2 bis 5,25 Gewichtsprozent in dem Vorgemisch (dem Gemisch aus dem Vorpolymer und den polymeren Mikrokügelchen). Tabelle 1:
    Beispiel MbOCA-Härtungsmittel (Gew.-%) Multifunktionel-les Härtungsmittel (Gew.-%) Durchmesser der vorexpandierten Mikrokügelchen (μm) Vorexpandierte Mikrokugelchen (Gew.-%) Durchmesser der nicht-expandierten Mikrokugelchen (μm nach der Expansion) Nicht-expandierte Mikrokügelchen (Gew.-%) Gesamtmenge der Mikrokügelchen (Gew.-%)
    C1 100 40* 2,2 2,2
    C2 75 25 20** 3,75 3,75
    1 100 20** 3,75 40*** 1,5 5,25
    2 75 25 20** 3,75 40*** 1,5 5,25
    Adiprene® ist ein Urethan-Vorpolymerprodukt von Chemtura Corporation.
    Adiprene L325 ist ein Urethanvorpolymer aus H12MDI/TDI mit Polytetramethylenetherglykol (PTMEG) mit 8,95 bis 9,25 Gew.-% nicht umgesetztem NCO.
    * 551DE40d42, ** 461DE20d70 und *** 031DE40
    551DE40d42, 461DE20d70 und 031DE40 sind fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen, die von AkzoNobel unter dem Handelsnamen Expancel® hergestellt werden.
  • Die Polierschicht für alle Kissenbeispiele wurde mit kreisförmig (1010) und radial (R32) überlagerten Rillen (1010 + R32) fertigbearbeitet. Ein 1,02 mm (40 mil) dickes SubaTM IV-Unterkissen wurde auf der Polierschicht gestapelt. Die kreisförmigen 1010-Rillen wiesen eine Breite von 0,51 mm (20 mil), eine Tiefe von 0,76 mm (30 mil) und einen Abstand von 3,05 mm (120 mil) auf. Bei den radialen R-32-Rillen handelte es sich um 32 gleichmäßig beabstandete radiale Rillen mit einer Breite von 0,76 mm (30 mil) und einer Tiefe von 0,81 mm (32 mil).
  • Die verwendete Aufschlämmung war eine ILD3225-Aufschlämmung auf der Basis von pyrogenem Siliziumdioxid, die von Nitta Haas Incorporated erhältlich ist, und die eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,1 um aufwies und zum Polieren am Ort der Verwendung (POU) mit entionisiertem Wasser in einem Verhältnis von 1:1 auf 12,5 Gew.-% Schleifmittel verdünnt wurde. Das Polieren wurde mit einem 300 mm CMP-Poliersystem Reflexion® von Applied Materials durchgeführt. Die Polierbedingungen sind nachstehend zusammengefasst.
  • Polierbedingungen:
    • • Aufschlämmung: ILD3225 (1:1-Verdünnung mit entionisiertem Wasser auf einen Schleifmittelgehalt von 12,5%, pH 10,5)
    • • POU-Filter: Pall 1,5 μm
    • • Aufschlämmungsflussrate: 250 ml/min
    • • Konditionierungseinrichtung: PDA33A-3 von Kinik Company, 150 μm Diamantgröße, 400 μm Diamantabstand, 100 ± 15 μm Diamantvorwölbung
    • • Kisseneinlaufen: 90/108 U/min (Platte/Konditionierungsscheibe), 5,4 kg (12 Pfund) für 20 Minuten, gefolgt von 4,1 kg (9 Pfund) Andruckkraft für 10 Minuten, hoher Druckanstieg (HPR)
    • • Während des Polierens: Vollständiges in situ-Konditionieren bei 4,1 kg (9 Pfund) Konditionierungsandruckkraft
    • • Polieren: 93/87 U/min (Platte/Wafer) bei 31 kPa (4,5 psi) Andruckkraft für 60 Sekunden
  • Ein Oxidpolieren wurde auf TEOS-Oxidwafern durchgeführt, die durch chemische Gasphasenabscheidung gebildet worden sind (TEOS stellt das Zersetzungsprodukt von Tetraethylorthosilikat dar). Entfernungsgeschwindigkeiten und die Uneinheitlichkeit innerhalb eines Wafers (WIW-NU) sind in der 2 gezeigt und auch in der Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2
    Polierschicht von Gesamtmenge von polymeren Mikrokügelchen TEOSRR Uneinheitlichkeit innerhalb eines Wafers Normalisierte RR
    Bsp. Nr. Gew.-% (Å/min) %
    C1 2,2 4546 3,5 100%
    C2 3,75 4685 2,8 103%
    1 5,25 5002 2,6 110%
    2 5,25 5066 2,5 111%
  • Die 2 und die Tabelle 2 zeigen eine verbesserte Entfernungsgeschwindigkeit und WIW-NU für das Polierkissen der Erfindung.
  • Polierkissen der vorliegenden Erfindung (Bsp. Nr. 1 und Nr. 2), die in dem Vorgemisch eine Gesamtmenge von mehr als 4 Gew.-% polymere Mikrokügelchen enthielten, zeigten eine höhere TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit und eine bessere Einheitlichkeit innerhalb eines Wafers als die Vergleichsbeispiele (Bsp. Nr. C1 und C2), die in dem Vorgemisch eine Gesamtmenge von weniger als 4 Gew.-% polymere Mikrokügelchen enthielten. Überraschenderweise wiesen Polierkissen der vorliegenden Erfindung eine geringere Sensibilität für den Konditionierungsvorgang in einer Kombination mit einer hohen Poliereffizienz auf. Die Konditionierungssensibilität (CS) ist als RR-Differenz bei 75% und 50% partieller in situ-Konditionierung dividiert durch die RR bei einer 50% partiellen in situ-Konditionierung definiert.
  • Figure DE102015016427A1_0003
  • Wie es in der Tabelle 3 gezeigt ist, wiesen Polierkissen der vorliegenden Erfindung eine CS von weniger als 1% auf, während das Vergleichsbeispiel Nr. C1 eine CS von mehr als 3% aufwies. Die verminderte CS ist für ein stabiles Polierleistungsvermögen kritisch, da Konditionierungsscheiben während der Kissenlebensdauer einem Verschleiß unterliegen. Tabelle 3
    Polierschicht von Gesamtmenge von polymeren Mikrokügelchen TEOS-RR (Å/min) Konditionierungssensibilität (CS)
    Gew.-% 75% partiell in situ 50% partiell in situ
    Bsp. Nr. C1 2,2 3890 3754 3,6%
    Bsp. Nr. 1 5,25 4864 4821 0,9%
    Bsp. Nr. 2 5,25 4961 4970 0,2%
  • Zu viele fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen in dem Vorgemisch könnten zu aufgeplatzten Löchern in der Polierschicht führen, was zu einem uneinheitlichen Produkt und gegebenenfalls einem uneinheitlichen Polierleistungsvermögen führt. Die 3 zeigt aufgeplatzte Löcher, die bei 8 Gew.-% fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen vorliegen. Die Probe in der 3 wies die gleiche chemische Zusammensetzung (Vorpolymer und Härtungsmittel) wie das Vergleichsbsp. Nr. C1 und das Bsp. Nr. 1 auf, wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, jedoch eine höhere Beladung mit fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen Expancel 031DU40 von 8 Gew.-%.
  • Durch einen Vergleich ergibt sich, dass beide Beispiele Bsp. Nr. 1 und Nr. 2 der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Porenstruktur in der Polierschicht mit einer normalen Porengrößenverteilung aufwiesen, wie es jeweils in den 4 und 5 gezeigt ist.
  • Beispiel 2
  • Es gab signifikante Probleme beim Gießen von polymeren, mit Mikrokügelchen gefüllten Polyurethan-Polierkissen mit hoher Porosität (niedriger SG) in Masseformwerkzeuge. Die Probleme wurden verstärkt, wenn versucht wurde, ein integriertes Fenster bereitzustellen. Dies war vorwiegend auf eine schlechte Fließfähigkeit eines sehr viskosen Vorgemischs und der flüssigen Polyurethan-Vorstufe zurückzuführen.
  • Die Viskosität eines gefüllten Systems nimmt mit der Zunahme des Volumenanteils eines Füllstoffs sehr stark zu, vgl. die 6 (Journal of Colloid Science, Band 20, 267–277, 1965). David G. Thomas hat die relative Viskosität eines gefüllten Systems mit einem Füllstoffvolumenanteil Φ aufgetragen und die folgende Gleichung zur Vorhersage der Viskosität eines gefüllten Systems gefunden. Die 6 zeigt eine Auftragung einer modifizierten Einstein-Guth-Gold-Gleichung, welche die Viskosität einer Suspension beschreibt, die mit kugelförmigen Teilchen gefüllt ist.
    Figure DE102015016427A1_0004
    worin μ die Viskosität des gefüllten Systems ist, μ0 die Viskosität des ungefüllten Materials ist,
    Figure DE102015016427A1_0005
    die relative Viskosität ist und Φ der Volumenanteil des Füllstoffs ist.
  • Die typische spezifische Dichte (SG) eines Vorpolymers beträgt etwa 1,05 g/cm3. Mit gegebener SG von fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen kann die Viskositätszunahme eines Vorgemischs bei verschiedenen Beladungsniveaus mit fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen unter Verwendung der Gleichung (3) vorhergesagt werden. Die Viskosität des Vorgemischs wird mit zunehmender Beladung mit vorexpandierten polymeren Mikrokügelchen signifikant zunehmen. Die Ergebnisse in der Tabelle 4 gelten für vorexpandierte polymere Mikrokügelchen. Expancel 551DE40d42, Expancel 551DE20d60 und Expancel 461 DE20d70 erreichen alle Werte größer als
    Figure DE102015016427A1_0006
    bei mehr als 8 Gew.-% fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen. Tabelle 4
    Gew.-% polymere Mikrokügelchen Relative Viskosität eines Systems, das gefüllt ist mit
    551DE40d42 551DE20d60 461DE20d70
    0 1,0 1,0 1,0
    1 2,0 1,6 1,5
    2 3,7 2,6 2,3
    3 7,8 4,0 3,3
    4 18 6,8 5,1
    5 40 12 8,2
    6 80 23 14
    7 146 40 23
    8 244 67 39
  • Bei einer typischen Vorpolymer-Verarbeitungstemperatur von 50 bis 70°C weisen die meisten handelsüblichen Vorpolymere ohne jedweden Füllstoff eine Viskosität im Bereich von 1000 bis 5000 cps auf, wie es in der Tabelle 5 gezeigt ist. Es gibt zahlreiche Probleme bei der Handhabung eines Vorgemischs bei einem Gießvorgang mit einer Viskosität, die signifikant höher ist als 10000 cps, einschließlich Defekte wie z. B. Fließmarkierungen. Eine Erhöhung der Temperatur des Vorgemischs zur Verminderung der Viskosität ist nicht durchführbar, da die Gelzeit zum Gießen einer Masse zu kurz werden kann. Als Ergebnis beträgt die maximale Füllstoffbeladung in einem Vorgemisch normalerweise nicht mehr als 4 Gew.-% für polymere Mikrokügelchen Expancel 461DE20d70 oder 2,5 Gew.-% für polymere Mikrokügelchen Expancel 551DE40d42. Bei solchen Füllstoffbeladungsniveaus beträgt die relative Viskosität des Vorgemischs zu dem ungefüllten Vorpolymer etwa 5. Mit anderen Worten, die Viskosität des Vorgemischs beträgt etwa das 5-fache des ungefüllten Vorpolymers. Aufgrund dieser Beschränkung beträgt die maximale Volumenporosität typischerweise weniger als 40% für ein Polierkissen mit einer Porosität, die durch Einbeziehen von herkömmlichen vorexpandierten polymeren Mikrokügelchen erzeugt worden ist. Dies führt zu signifikanten Problemen bei der Herstellung von CMP-Polierkissen mit einer SG von weniger als 0,70 unter Verwendung von vorexpandierten polymeren Mikrokügelchen. Tabelle 5: Typische Viskosität von handelsüblichen Vorpolymeren ohne jedweden Füllstoff bei verschiedenen Temperaturen
    Vorpolymer % NCO-Bereich Temperatur (°C) Typische Viskosität (cps)
    Adiprene L325 8,95 bis 9,25 30 20000
    50 5000
    70 1000
    Adiprene 750D 8,75 bis 9,05 30 10500
    60 1250
    Adiprene 600D 7,1 bis 7,4 30 6000
    60 900
    Adiprene LFG963A 5,55 bis 5,85 30 15000
    50 3200
    70 1000
  • Zum Beseitigen der Viskositätsbeschränkungen eines Vorpolymers, das mehr als 4 bis weniger als 8 Gew.-% polymere Mikrokügelchen enthält, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens mit einer besonders hohen Porosität mit Werten der spezifischen Dichte von weniger als 0,70 g/cm3 ohne signifikante Erhöhung der Viskosität des Vorgemischs bereit.
  • Nicht-expandierte polymere Mikrokügelchen nehmen aufgrund ihrer hohen ursprünglichen Werte der spezifischen Dichte (nahe an denjenigen eines Vorpolymers) ein viel kleineres Volumen ein. Als Ergebnis tragen sie nicht viel zu der Zunahme der Viskosität eines Vorgemischs bei. Diese nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen können aufgrund eines Erwärmens expandieren, einschließlich einer Reaktionsexothermie eines Polyurethan-Vorpolymers, das mit einem Härtungsmittelsystem reagiert. Als Ergebnis kann ein Polierkissen mit einer besonders hohen Porosität mit Werten der spezifischen Dichte von weniger als 0,70 g/cm3 ohne die Beschränkung einer hohen Viskosität des Vorgemischs einheitlich hergestellt werden.
  • Die Bsp. Nr. 1 und Nr. 2 wiesen eine sehr einheitliche Porenstruktur auf, wie sie in den 4, 4A, 5 und 5A gezeigt ist. Die durchschnittliche Porengröße und die Standardabweichung von Bsp. Nr. 1, Nr. 2 und des Vergleichsbsp. Nr. C1 sind in der Tabelle 6 zusammengefasst. Tabelle 6
    Polierschicht von Durchschnittliche Porengröße (μm) Standardabweichung (μm)
    Bsp. Nr. C1 41 13
    Bsp. Nr. 1 25 10
    Bsp. Nr. 2 24 10
  • Die 7 zeigt einen Vergleich der relativen Viskosität eines Vorgemischs, das verschiedene Arten von fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält. Es gibt zwei realisierbare Ansätze zum Halten der Viskosität des Vorgemischs in einem vernünftigen Bereich mit einer Beladung mit fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen von mehr als 4 bis weniger als 8 Gew.-%. Der erste Ansatz besteht darin, nur nicht-expandierte polymere Mikrokügelchen zu verwenden, wie z. B. polymere Mikrokügelchen Expancel 031DU40. Die Viskositätszunahme wird bei einem Beladungsniveau bis zu 8 Gew.-% weniger als 50% sein. Eine Alternative besteht darin, eine Kombination aus vorexpandierten und nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen zu verwenden. Die Menge der vorexpandierten polymeren Mikrokügelchen, wie z. B. polymere Mikrokügelchen Expancel 461DE20d70, kann unter 4 Gew.-% gehalten werden, so dass eine vernünftige Viskosität des Vorgemischs aufrechterhalten wird. Mit Werten der spezifischen Dichte nahe bei 1,0 g/cm3 tragen nicht-expandierte polymere Mikrokügelchen, wie z. B. polymere Mikrokügelchen Expancel 031DU40, nicht stark zu der Viskosität des Vorgemischs bei. Bei einer Beladung mit fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen von insgesamt 8 Gew.-% kann eine Verminderung der Viskosität des Vorgemischs von über einer Größenordnung durch Einbringen von nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen wie z. B. Expancel 031DU40 erreicht werden.
  • Beispiel 3
  • Fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen, die entweder vorexpandiert oder nicht-expandiert sind, können mit steigender Temperatur expandieren. Der Grad der Expansion hängt von der Temperatur, der Polymerzusammensetzung der polymeren Hülle, dem Siedepunkt der eingekapselten Flüssigkeit und damit zusammen, ob die polymeren Mikrokügelchen vorexpandiert oder nicht-expandiert sind. Eine thermomechanische Analyse (TMA) stellt ein hervorragendes Werkzeug zur Messung der Expansion verschiedener fluidgefüllter polymerer Mikrokügelchen bereit. Das TMA-Verfahren wurde mit einem von TA Instruments hergestellten Thermal Mechanical Analyzer Q400 durchgeführt. Ein Keramikbecher mit einem Innendurchmesser von 7,54 mm wurde auf der Probenplattform eines TMA Q400 angeordnet. Ein Aluminiumdeckel mit einem Außendurchmesser von 6,6 mm wurde innerhalb des Bechers auf der Plattform angeordnet. Eine Quarzexpansionssonde mit einem Durchmesser von 6,1 mm wurde mit einer Vorbelastung einer Andruckkraft von 0,06 N in den Becher abgesenkt, der den Deckel enthielt. Die ursprüngliche Probendicke wurde mit dem Gerät gemessen und die resultierende Dicke wurde durch das Gerät genullt. Der Probenbecher und der Deckel wurden dann von der Plattform entfernt und der Deckel wurde von dem Becher entfernt. Eine kleine Menge von fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen wurde in dem Becher angeordnet und dann wurde der Deckel in den Becher eingesetzt. Der Becher und der Deckel wurden wieder auf der TMA-Plattform angeordnet und die Quarzsonde wurde in den Becher, der die Probe und den Deckel enthielt, abgesenkt. Die Dicke wurde erneut gemessen und durch das Gerät aufgezeichnet. Das TMA wurde dann für einen Temperaturanstieg von 30°C auf 250°C mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von 3°C/min und einer Vorbelastung von 0,06 N programmiert.
  • Die Temperatur des Beginns der Expansion (TStart), die maximale Expansion und die Temperatur bei der maximalen Expansion (TMax) sind in der Tabelle 7 für einige ausgewählte fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen zusammengefasst. Alle polymeren Mikrokügelchen expandierten beim Erwärmen auf über ihre TStart-Temperatur, einschließlich die vorexpandierten Qualitäten.
  • Die freigesetzte Reaktionsexothermie beim Gießen von flüssigem Polyurethan kann die Temperatur des Reaktionsgemischs leicht auf weit über 100°C bringen, bevor sich das Material verfestigt/bevor das Material geliert, was eine signifikante Expansion der polymeren Mikrokügelchen mit geeigneten thermomechanischen Eigenschaften verursacht. Tabelle 7
    Polymere Mikrokügelchen TStart (°C) Maximale Expansion TMax (°C)
    Expancel 551DE40d42 109 60% 131
    Expancel 551DE20d60 103 40% 126
    Expancel 461DE20d70 104 62% 128
    Expancel 920DE40d30 122 14% 155
    Expancel 920DE80d30 128 27% 169
    Matsumoto F-65DE 106 24% 158
    Matsumoto FN-80SDE 106 12% 135
    Matsumoto FN-100SSDE 109 17% 156
    Matsumoto F-190DE 155 29% 189
    Matsumoto FN-100SSD 137 940% 159
    Matsumoto F-30D 85 5445% 122
    Matsumoto F-36D 100 8300% 138
    Matsumoto F-48D 102 5297% 137
    Expancel 031DU40 91 5235% 117
    Expancel 461DU20 99 1966% 129
    Expancel 930DU120 122 4989% 174
    1/8-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 91 96% 128
    1/4-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 90 145% 116
    1/2-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 90 282% 116
    1/1-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 90 308% 120
  • Die Temperatur der flüssigen Polymervorstufe bei dem Gelpunkt, TGel, muss höher sein als TStart für das Auftreten einer Expansion von fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen. Die Tabelle 8 gibt die prozentuale Expansion bei verschiedenen Temperaturen von verschiedenen polymeren Mikrokügelchen an. Es gibt verschiedene Ansätze zum Einstellen von TGel, wie z. B. eine Änderung der Verarbeitungstemperatur oder eine Variation der Reaktionsexothermie durch die Verwendung eines Vorpolymers mit einem anderen % NCO-Wert. Verglichen mit 8,9% NCO für Adiprene LF750D und 9,1% NCO für Adiprene L325 weist Adiprene LFG963A einen niedrigeren % NCO-Wert von 5,7% auf. Wenn Adiprene LFG963A mit MbOCA unter den gleichen Bedingungen ausgehärtet wurde, betrug die TGel 105°C, was viel niedriger ist als die TMax von Expancel 031DU40, jedoch höher als dessen TStart von 91°C. Als Ergebnis wurden einheitliche Porenstrukturen erhalten, ohne dass große Blasen von mehr als 100 μm vorlagen. Bei 105°C kann Expancel 031DU40 auf das 24-fache von dessen ursprünglichem Volumen expandieren, wie es in der Tabelle 8 gezeigt ist. Tabelle 8
    Polymere Mikrokügelchen % Expansionbei der Temperatur (°C)
    100 105 110 115 120
    Matsumoto F-190DE 0% 0% 0% 0% 0%
    Matsumoto FN-100SSD 0% 0% 0% 0% 0%
    Expancel 920DE40d30 0% 0% 0% 0% 0%
    Expancel 920DE80d30 0% 0% 0% 1% 1%
    Matsumoto F-65DE 0% 0% 0% 1% 2%
    Matsumoto FN-80SDE 0% 0% 0% 2% 4%
    Matsumoto FN-100SSDE 0% 0% 1% 2% 3%
    Expancel 551DE40d42 0% 1% 3% 8% 16%
    Expancel 551DE20d60 1% 3% 7% 14% 27%
    Expancel 461DE20d70 0% 1% 9% 22% 38%
    Expancel 930DU120 0% 0% 0% 0% 57%
    Matsumoto F-30D 2670% 3450% 4230% 4990% 5360%
    Matsumoto F-36D 200% 1700% 3820% 4490% 5010%
    Matsumoto F-48D 0% 1060% 2500% 2900% 3230%
    1/8-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 31% 36% 46% 75% 84%
    1/4-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 67% 78% 97% 140% 136%
    1/2-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 113% 127% 154% 276% 239%
    1/1-Gewichtsverhältnis von Expancel 031DU40/Expancel 461DE20d70 155% 178% 205% 274% 307%
    Expancel 461DU20 108% 393% 901% 1323% 1666%
    Expancel 031DU40 2130% 2421% 2771% 4359% 4693%
  • Wenn TGel der flüssigen Polymervorstufe höher war als TMax der fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen, diffundierte Gas, das innerhalb der polymeren Mikrokügelchen eingeschlossen ist, aus der Hülle der polymeren Mikrokügelchen in die Polyurethanmatrix, was eine uneinheitliche und große Porengröße in dem Polierkissen verursachte, was das Polierleistungsvermögen negativ beeinflusst.
  • Die Erfindung stellt Polierkissen mit einer hervorragenden Konditionierungseinrichtungsstabilität bereit. Diese Konditionierungseinrichtungsstabilität kann die Kissenlebensdauer verbessern. Darüber hinaus ermöglicht das Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen ein Gießen von Polierkissen mit niedriger Dichte, was durch herkömmliche Gießtechniken nicht möglich ist. Schließlich kann die Verwendung eines Gemischs aus vorexpandierten und nicht-expandierten polymeren Mikrokügelchen eine ideale Kombination aus einer Viskosität für ein Gießvermögen und einer exothermen Wärme zum Erreichen von effektiven Porendurchmessern für ein verbessertes Polieren bereitstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5578362 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Erhalten eines flüssigen Polyurethanmaterials, das aus einem Molekül mit Isocyanat-Endgruppen und einem Härtungsmittel ausgebildet ist, wobei das flüssige Polyurethanmaterial eine TGel-Temperatur aufweist und fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen enthält, wobei die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen ein Gemisch aus vorexpandierten und nich-texpandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen sind, wobei die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen jeweils eine TStart-Temperatur, wobei der Durchmesser der vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen bei Temperaturen gleich oder über der TStart-Temperatur zunimmt, und eine TMax-Temperatur aufweisen, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, so dass der Durchmesser der expandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen abnimmt, wobei die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials, Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials, welches das Gemisch von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, zum Umsetzen des Moleküls mit Isocyanat-Endgruppen und des Härtungsmittels, Erwärmen des Gemischs von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial auf eine Temperatur von mindestens TStart der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen zum Vergrößern des Durchmessers der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen, wobei das Erwärmen auf eine Temperatur stattfindet, die niedriger ist als die TMax-Temperatur, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, wobei das Erwärmen dazu dient, ein Gemisch aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zu bilden, Aushärten des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zum Verfestigen des flüssigen Polyurethanmaterials zu einer Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, und Fertigstellen des Polierkissens aus der ausgehärteten Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, wobei der Enddurchmesser der vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen kleiner ist als derjenige, der von der TMax-Temperatur in Luft erreicht wird, und der Großteil des Fluids, das in den vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthalten ist, in den vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen verbleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das den zusätzlichen Schritt des Mischens des Gemischs aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial vor dem Gießen umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen um mindestens 5°C niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gießen in ein Masseformwerkzeug zur Bildung einer Polyurethanmassestruktur durchgeführt wird und das die zusätzlichen Schritte des Entfernens der Polyurethanmassestruktur aus dem Formwerkzeug und des Schneidens der Massestruktur in eine Mehrzahl von Polyurethanlagen umfasst und die Polierkissen aus den Polyurethanlagen gebildet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gießen das Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials und des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen um einen transparenten Block umfasst und bei der Bildung des Polierkissens ein transparentes Fenster in das Polierkissen einbezogen wird.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Polierkissens, das zum Planarisieren von mindestens einem von Halbleitersubstraten, optischen Substraten und magnetischen Substraten geeignet ist, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Erhalten eines flüssigen Polyurethanmaterials, das aus einem Molekül mit Isocyanat-Endgruppen und einem Härtungsmittel ausgebildet ist, wobei das flüssige Polyurethanmaterial eine TGel-Temperatur aufweist und fluidgefüllte polymere Mikrokügelchen enthält, wobei die fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen ein Gemisch aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen sind, die mit Isobutan, Isopentan oder einem Gemisch aus Isobutan und Isopentan gemischt sind, wobei die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen jeweils eine TStart-Temperatur, wobei der Durchmesser der vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen bei Temperaturen gleich oder über der TStart-Temperatur zunimmt, und eine TMax-Temperatur aufweisen, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, so dass der Durchmesser der expandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen abnimmt, wobei die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials, Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials, welches das Gemisch von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, zum Umsetzen des Moleküls mit Isocyanat-Endgruppen und des Härtungsmittels, Erwärmen des Gemischs von vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial auf eine Temperatur von mindestens TStart der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen zum Vergrößern des Durchmessers der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen, wobei das Erwärmen auf eine Temperatur stattfindet, die niedriger ist als die TMax-Temperatur, bei der Gas durch die vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen entweicht, wobei das Erwärmen dazu dient, ein Gemisch aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zu bilden, Aushärten des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial zum Verfestigen des flüssigen Polyurethanmaterials zu einer Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, und Fertigstellen des Polierkissens aus der ausgehärteten Polyurethanmatrix, welche die vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthält, wobei der Enddurchmesser der vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen kleiner ist als derjenige, der von der TMax-Temperatur in Luft erreicht wird, und der Großteil des Fluids, das in den vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen enthalten ist, in den vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen verbleibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das den zusätzlichen Schritt des Mischens des Gemischs aus vorexpandierten und nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen in dem flüssigen Polyurethanmaterial vor dem Gießen umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die TStart-Temperatur der nicht-expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen um mindestens 5°C niedriger ist als die TGel-Temperatur des flüssigen Polyurethanmaterials.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Gießen in ein Masseformwerkzeug zur Bildung einer Polyurethanmassestruktur durchgeführt wird und das die zusätzlichen Schritte des Entfernens der Polyurethanmassestruktur aus dem Formwerkzeug und des Schneidens der Massestruktur in eine Mehrzahl von Polyurethanlagen umfasst und die Polierkissen aus den Polyurethanlagen gebildet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Gießen das Gießen des flüssigen Polyurethanmaterials und des Gemischs aus vorexpandierten und expandierten fluidgefüllten polymeren Mikrokügelchen um einen transparenten Block umfasst und bei der Bildung des Polierkissens ein transparentes Fenster in das Polierkissen einbezogen wird.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106243321B (zh) * 2016-08-02 2019-03-19 四川航科新材料科技有限公司 一种功能性聚氨酯弹性体材料及其制备方法
KR101853021B1 (ko) * 2017-01-12 2018-04-30 에스케이씨 주식회사 다공성 폴리우레탄 연마패드 및 이의 제조방법
KR102054309B1 (ko) * 2018-04-17 2019-12-10 에스케이씨 주식회사 다공성 연마 패드 및 이의 제조방법
US11697183B2 (en) * 2018-07-26 2023-07-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Fabrication of a polishing pad for chemical mechanical polishing
KR102293765B1 (ko) * 2019-11-21 2021-08-26 에스케이씨솔믹스 주식회사 연마패드, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR102502516B1 (ko) * 2021-03-12 2023-02-23 에스케이엔펄스 주식회사 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
US20230390970A1 (en) 2022-06-02 2023-12-07 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of making low specific gravity polishing pads
US20230390889A1 (en) 2022-06-02 2023-12-07 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Cmp pad having polishing layer of low specific gravity
US20230390888A1 (en) 2022-06-02 2023-12-07 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Cmp pad having ultra expanded polymer microspheres
CN114920981B (zh) * 2022-07-20 2022-12-13 山东一诺威聚氨酯股份有限公司 使用膨胀微球发泡的聚氨酯轮胎填充料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578362A (en) 1992-08-19 1996-11-26 Rodel, Inc. Polymeric polishing pad containing hollow polymeric microelements

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5114982A (en) * 1989-11-20 1992-05-19 Westinghouse Electric Corp. Acoustic scattering and high reflection loss compositions
US6069080A (en) * 1992-08-19 2000-05-30 Rodel Holdings, Inc. Fixed abrasive polishing system for the manufacture of semiconductor devices, memory disks and the like
TWI228522B (en) * 1999-06-04 2005-03-01 Fuji Spinning Co Ltd Urethane molded products for polishing pad and method for making same
JP2000344902A (ja) * 1999-06-04 2000-12-12 Fuji Spinning Co Ltd 研磨パッド用ウレタン成形物の製造法及び研磨パッド用ウレタン成形物
US6913517B2 (en) * 2002-05-23 2005-07-05 Cabot Microelectronics Corporation Microporous polishing pads
US7074115B2 (en) 2003-10-09 2006-07-11 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Polishing pad
US6984163B2 (en) * 2003-11-25 2006-01-10 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Polishing pad with high optical transmission window
JP4475404B2 (ja) * 2004-10-14 2010-06-09 Ｊｓｒ株式会社 研磨パッド
US7435364B2 (en) 2005-04-11 2008-10-14 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for forming a porous polishing pad
US9156124B2 (en) * 2010-07-08 2015-10-13 Nexplanar Corporation Soft polishing pad for polishing a semiconductor substrate
JP5945874B2 (ja) * 2011-10-18 2016-07-05 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及びその製造方法
JP5959390B2 (ja) * 2012-09-26 2016-08-02 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド用シート、研磨パッド及びその製造方法、並びに研磨方法
US9144880B2 (en) * 2012-11-01 2015-09-29 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Soft and conditionable chemical mechanical polishing pad
US20150038066A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Nexplanar Corporation Low density polishing pad

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578362A (en) 1992-08-19 1996-11-26 Rodel, Inc. Polymeric polishing pad containing hollow polymeric microelements

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