FR3065734A1 - Procede de fabrication de couches de polissage mecano+chimique ayant une uniformite amelioree - Google Patents

Procede de fabrication de couches de polissage mecano+chimique ayant une uniformite amelioree Download PDF

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George C. Jacob
Andrew Wank
David Shidner
Kancharla-Arun K Reddy
Donna Marie Alden
Marty W Degroot
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Dow Global Technologies LLC
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Abstract

La présente invention fournit des procédés de fabrication d'une couche de polissage mécano-chimique (polissage CMP) pour polir des substrats, tels que des galettes semi-conductrices comprenant la fourniture d'une composition de plusieurs micro-éléments chargés de liquide ayant une enveloppe polymère ; le tri de la composition via un tri centrifuge à l'air pour éliminer des fines et des particules grossières et pour produire des micro-éléments remplis de liquide ayant une densité de 800 à 1 500 g/litre ; et, la formation de la couche de polissage CMP par (i) conversion des micro-éléments chargés de liquide triés en micro-éléments remplis de gaz en les chauffant, mélange subséquent de ceux-ci avec un matériau formant une matrice polymère liquide et coulée ou moulage du mélange résultant pour former une matrice de tampon polymère, ou (ii) combinaison des micro-éléments remplis de liquide triés directement avec le matériau formant une matrice polymère liquide, et coulée ou moulage.

Description

Titulaire(s) : ROHM AND HAAS ELECTRONIC MATERIALS CMP HOLDINGS,INC, DOW GLOBAL TECHNOLOGIES LLC.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.
FR 3 065 734 - A1 (54/ PROCEDE DE FABRICATION DE COUCHES DE POLISSAGE MECANO+CHIMIQUE AYANT UNE UNIFORMITE AMELIOREE.
©) La présente invention fournit des procédés de fabrication d'une couche de polissage mécano-chimique (polissage CMP) pour polir des substrats, tels que des galettes semi-conductrices comprenant la fourniture d'une composition de plusieurs micro-éléments chargés de liquide ayant une enveloppe polymère; le tri de la composition via un tri centrifuge à l'air pour éliminer des fines et des particules grossières et pour produire des micro-éléments remplis de liquide ayant une densité de 800 à 1 500 g/litre ; et, la formation de la couche de polissage CMP par (i) conversion des micro-éléments chargés de liquide triés en micro-éléments remplis de gaz en les chauffant, mélange subséquent de ceux-ci avec un matériau formant une matrice polymère liquide et coulée ou moulage du mélange résultant pour former une matrice de tampon polymère, ou (ii) combinaison des micro-éléments remplis de liquide triés directement avec le matériau formant une matrice polymère liquide, et coulée ou moulage.
Figure FR3065734A1_D0001
PROCEDES DE FABRICATION DE COUCHES DE POLISSAGE
MECANO-CHIMIQUE AYANT UNE UNIFORMITE AMELIOREE
La présente invention concerne des procédés de fabrication de tampons de polissage mécano-chimique (polissage CMP) ayant plusieurs micro-éléments, de préférence, des microsphères, avec une enveloppe polymère dispersés dans une matrice polymère, les procédés comprenant le tri d'une composition des plusieurs micro-éléments remplis de liquide via un tri centrifuge à l'air pour éliminer des fines et des particules grossières et produire des microsphères remplies de liquide ayant une densité de 800 à 1 500 g/litre ou, de préférence, de 950 à 1 300 g/litre, et la formation subséquente de tampons de polissage (CMP) par l'un quelconque de (i) ou (ii) :
(i) la conversion des micro-éléments remplis de liquide triés en des micro-éléments remplis de gaz ayant une densité de 10 à 100 g/litre en les chauffant à de 70 à 270°C sur une période de 1 à 30 minutes ; et la combinaison des micro-éléments remplis de gaz avec un matériau formant une matrice polymère liquide pour former un mélange formant un tampon, et la coulée ou le moulage du mélange formant un tampon pour former une matrice de tampon polymère ; ou, (ii) la combinaison des micro-éléments remplis de liquide triés avec un matériau formant une matrice polymère liquide ayant un temps de gel de 1 à 30 minutes à une température de coulée ou de moulage de 25 à 125°C pour former un mélange formant un tampon et la coulée ou le moulage du mélange formant un tampon pour former une matrice de tampon polymère à la température de coulée ou de moulage, et laisser la réaction exothermique convertir les micro-éléments remplis de liquide en micro-éléments remplis de gaz.
Des galettes de semi-conducteurs présentant des circuits intégrés fabriqués sur leur dessus doivent être polies pour fournir une surface plane et ultra-lisse qui doit varier dans un plan donné de moins d'une fraction d'un micron. Ce polissage est habituellement réalisé dans un polissage mécano-chimique (polissage CMP). Dans un polissage CMP, un support de galette, ou tête de polissage, est monté sur un assemblage de support. La tête de polissage supporte la galette de semi-conducteur et positionne la galette en contact avec une couche de polissage d'un tampon de polissage qui est monté sur une table ou une platine dans un appareil CMP. L'assemblage de support fournit une pression réglable entre la galette et le tampon de polissage alors qu'un milieu de polissage (par exemple suspension) est distribué sur le tampon de polissage et est tiré dans l'espace entre la galette et la couche de polissage. Pour réaliser le polissage, le tampon de polissage et la galette tournent typiquement l'un par rapport à l'autre. Lorsque le tampon de polissage tourne sous la galette, la galette balaie une piste de polissage ou région de polissage typiquement annulaire, où la surface de galette est polie et rendue plane par l'action chimique et mécanique des couche de polissage et milieu de polissage sur la surface.
Un problème associé au polissage CMP est l'éraflure de galette occasionnée par des impuretés et des inconsistances de polissage dans des tampons de polissage CMP. Les couches de polissage dans des tampons de polissage CMP comprennent habituellement des microsphères qui comprennent des impuretés et présentent une distribution de taille de microsphère de matière première inconsistante dans celles-ci. L'expansion et le tri des microsphères peuvent aider à améliorer la consistance de la couche de polissage. Un dispositif de tri centrifuge à l'air a été utilisé pour trier des microsphères expansées. Le tri de microsphères expansées utilisant un dispositif de tri centrifuge à l'air est cependant principalement réalisé sur la base de l'inertie ; s'il existe une région dense ou une impureté dans les microsphères, le tri est moins efficace. Dans la fabrication des microsphères, des particules inorganiques, telles que de silice colloïdale et d'hydroxyde de magnésium, sont utilisées comme un agent stabilisant pendant la polymérisation. Ces particules inorganiques sont la source principale de régions denses et d'impuretés dans les microsphères. Les microsphères dilatées polymères disponibles dans le commerce sont de plus fabriquées pour répondre à une spécification de densité qui ne tient pas compte des impuretés. Il en résulte que plusieurs telles impuretés entament ou éraflent la galette et il peut en résulter des marques de rayures dans des films métalliques, tels que de cuivre et de tungstène et dans des matériaux diélectriques, tels que des diélectriques de tétraéthyloxysilicate (TEOS). Une telle détérioration des films métalliques et diélectriques peut résulter en des défauts de galette et un rendement de galette inférieur. De plus, le tri de microsphères expansées n'évite pas une expansion secondaire pendant le durcissement ou la coulée de matériaux polymères utilisés pour fabriquer les tampons de polissage CMP.
Le brevet U.S. 8 894 732 B2 au nom de Wank et al. décrit des tampons de polissage CMP présentant une couche de polissage comprenant des micro-éléments polymères remplis de gaz incorporés avec des oxydes de métaux alcalino-terreux. Les micro-éléments polymères sont triés à l'air comme des micro-éléments remplis de gaz. Les microéléments polymères résultants présentent un diamètre de 5 à 200 pm, présentent incorporé dans ceux-ci moins de 0,1 % en masse d'oxydes de métaux alcalino-terreux ayant une taille de particule supérieure à 5 pm, et sont exempts d'agglomérats ayant une taille moyenne de particule supérieure à 120 pm.
Les présents inventeurs ont cherché à résoudre le problème de fourniture de procédés pour fabriquer de manière plus cohérente des tampons de polissage CMP ayant une couche de polissage qui présente une uniformité améliorée d'un bout à l'autre de son volume.
ENONCE DE L'INVENTION
1. Selon la présente invention, les procédés de fabrication d'une couche de polissage mécano-chimique (polissage CMP), pour polir un substrat choisi parmi au moins un d'un substrat magnétique, d'un substrat optique et d'un substrat semi-conducteur, comprennent : la fourniture d'une composition de plusieurs micro-éléments remplis de liquide, de préférence de microsphères, ayant une enveloppe polymère ; le tri de la composition via un tri centrifuge à i'air pour éliminer des fines et des particules grossières et pour produire une composition résultante de micro-éléments remplis de liquide ayant une densité de 800 à 1 500 g/litre ou, de préférence de 950 à 1 300 g/litre ; et la formation de la couche de polissage CMP par l'un quelconque de (i) la conversion des micro-éléments remplis de liquide triés en micro-éléments remplis de gaz ayant une densité de 10 à 100 g/litre en les chauffant à de 70 à 270°C ou, de préférence, de 100 à 200°C, pendant une période de 1 à 30 minutes ; et la combinaison des micro-éléments remplis de gaz avec un matériau formant une matrice polymère liquide pour former un mélange formant un tampon et la coulée ou le moulage du mélange formant un tampon pour former une matrice de tampon polymère ; ou (ii) la combinaison des micro-éléments remplis de liquide triés avec un matériau formant une matrice polymère liquide qui peuvent présenter par exemple, un temps de gel de 1 à 30 minutes ou, de préférence de 2 à 10 minutes, à une température de coulée ou de moulage de 25 à 125°C ou, de préférence, de 45 à 85°C pour former un mélange formant un tampon et la coulée ou le moulage du mélange formant un tampon pour former une matrice de tampon polymère à la température de coulée ou de moulage, et laisser la réaction exothermique convertir les micro-éléments remplis de liquide en micro-éléments remplis de gaz.
2. Selon une caractéristique particulière des procédés de la présente invention définis dans l'article 1, ci-dessus, le tri comprend le passage de la composition des plusieurs micro-éléments remplis de liquide à travers un bloc Coanda, selon lequel le tri centrifuge à l'air fonctionne via une combinaison d'inertie, de résistance à l'écoulement de gaz ou d'air et de l'effet Coanda.
3. Selon une caractéristique particulière des procédés de la présente invention définis dans l'un quelconque des articles 1 ou 2, cidessus, le tri élimine de 2 à 20 % en masse ou, de préférence, de 2 à 12 % en masse de la composition à partir de la composition des plusieurs micro-éléments remplis de liquide, comprenant de 1 à 10 % en masse ou, de préférence, de 1 à 6 % en masse de la composition comme fines et de 1 à 10 % en masse ou, de préférence, de 1 à 6 % en masse de la composition comme particules grossières. Comme utilisé ici, le terme fines indique des particules ou des micro-éléments remplis de liquide ayant une taille moyenne de particule au moins 50 % inférieure à la taille moyenne de particule des micro-éléments remplis de liquide avant le tri à l'air et la purification et particules grossières indique des particules et/ou des agrégats ayant une taille moyenne de particule au moins 50 % supérieure à la taille moyenne de particule des micro-éléments remplis de liquide avant le tri à l'air et la purification.
4. Selon une caractéristique particulière des procédés de la présente invention définis dans l'un quelconque des articles 1, 2 ou 3, cidessus, la composition résultante de micro-éléments remplis de liquide est pratiquement exempte de silice, d'oxyde de magnésium et d'autres oxydes de métaux alcalins.
5. Selon une caractéristique particulière des procédés de la présente invention définis dans l'un quelconque des articles 1, 2, 3 ou 4, ci-dessus, l'enveloppe polymère des micro-éléments remplis de liquide comprend des polymères choisis parmi le poly(méth)acrylonitrile, poly(chlorure de vinylidène), poly(méthacrylate de méthyle), poly(acrylate d'isorbonyle), polystyrène, copolymère de ceux-ci l'un avec l'autre, copolymères de ceux-ci avec des monomères d'halogénure de vinyle, tels que le chlorure de vinyle, copolymères de ceux-ci avec des (méth)acrylates d'alkyle en Ci à C4, tels que ceux choisis parmi l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de butyle ou le méthacrylate de butyle, copolymères de ceux-ci avec des (méth)acrylates d'hydroxyalkyle en C2 à C4, tels que méthacrylate d'hydroxyéthyle, ou copolymères d'acrylonitrileméthacrylonitrile.
Sauf indication contraire, les conditions de température et de pression sont la température ambiante et la pression atmosphérique. Tous les intervalles cités sont inclusifs et combinables.
Sauf indication contraire, tout terme contenant des parenthèses fait sinon référence au terme entier comme si aucune parenthèse n'était présente et au terme sans celle-ci, et aux combinaisons de chaque alternative. Le terme (poly)isocyanate fait ainsi référence à isocyanate, polyisocyanate, ou mélanges de ceux-ci.
Tous les intervalles sont inclusifs et combinables. Le terme un intervalle de 50 à 3 000 cPs, ou 100 cPs ou plus inclurait par exemple chacun de 50 à 100 cPs, 50 à 3 000 cPs et 100 à 3 000 cPs.
Comme utilisé ici, sauf indication contraire, le terme taille moyenne de particule ou diamètre moyen de particule indique une taille moyenne de particule en masse comme déterminée par une méthode de diffusion de la lumière utilisant Mastersizer 2000 de chez Malvem Instruments (Malvern, Royaume-Uni).
Comme utilisé ici, le terme ASTM fait référence à des publications de ASTM International, West Conshohocken, PA.
Comme utilisé ici, le terme temps de gel indique le résultat obtenu en mélangeant un mélange réactionnel donné à une température de traitement souhaitée, par exemple dans un mélangeur de laboratoire à vortex VM-2500 (StateMix Ltd., Winnipeg, Canada) réglé à 1 000 tr/min pendant 30 s, en réglant un chronomètre à zéro et en mettant le chronomètre en marche, en versant le mélange dans un bol en aluminium, en plaçant le bol dans un pot chaud d'un dispositif de mesure de temps de gel (dispositif de mesure de temps de gel Gardco Hot Pot™, Paul N. Gardner Company, Inc., Pompano Beach, FL) réglé à 65°C, en agitant le mélange réactionnel avec un agitateur à fil à 20 tr/min et en enregistrant le temps de gel lorsque l'agitateur à fil arrête de se déplacer dans l'échantillon.
Comme utilisé ici, le terme polyisocyanate indique tout groupe isocyanate contenant une molécule ayant trois groupes isocyanate ou plus, incluant des groupes isocyanate bloqués.
Comme utilisé ici, le terme prépolymère de polyisocyanate indique tout groupe isocyanate contenant une molécule qui est le produit de réaction d'un excès d'un diisocyanate ou polyisocyanate avec un composé contenant de l'hydrogène actif contenant deux groupes hydrogène actif ou plus, tels que des diamines, diols, triols, et polyols.
Comme utilisé ici, le terme solides indique tout matériau différent de l'eau ou de l'ammoniac qui ne se volatilise pas dans les conditions d'utilisation, quel que soit son état physique. Les réactifs liquides qui ne se volatilisent pas dans les conditions d'utilisation sont ainsi considérés comme solides.
Comme utilisé ici, le terme sensiblement exempt de silice, oxyde de magnésium et autres oxydes de métaux alcalino-terreux indique qu'une composition donnée de micro-éléments comprend moins de 1 000 ppm ou, de préférence, moins de 500 ppm de tous ces matériaux dans une forme libre présente dans les microsphères, sur la base de la masse totale de solides de la composition.
Comme utilisé ici, sauf indication contraire, le terme viscosité fait référence à la viscosité d'un matériau donné dans une forme non diluée (100 %) à une température donnée comme mesurée en utilisant un rhéomètre, réglé à un balayage de vitesse de cisaillement oscillatoire de 0,1-100 rad/s dans une géométrie de plaque parallèle de 50 mm avec un espace de 100 pm.
Comme utilisé ici, sauf indication contraire, le terme % en masse de NCO fait référence à la quantité comme citée sur une fiche technique ou MSDS pour un produit contenant un groupe NCO ou un groupe NCO bloqué donné.
Comme utilisé ici, le terme % en masse représente un pourcentage en masse.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 représente une section transversale en vue latérale schématique d'un dispositif de tri à l'air à bloc Coanda.
La figure 2 représente une section transversale en vue latérale schématique d'un dispositif de tri à l'air à bloc Coanda.
Selon la présente invention, les tampons de polissage mécanochimique (CMP) de la présente invention comprennent une couche de polissage qui comprend une dispersion homogène de micro-éléments dans une matrice de tampon polymère, tel que de polyuréthane. L'homogénéité est importante pour la réalisation d'une performance de tampon de polissage consistant. L'homogénéité est particulièrement importante lorsqu'une coulée unique est utilisée pour fabriquer de multiples tampons de polissage, tels que par une coulée pour former un gâteau d'une dispersion de matrice polymère de micro-éléments suivie par le tranchage du gâteau à une épaisseur souhaitée pour former le tampon de polissage CMP. Les présents inventeurs ont trouvé que les procédés de tri d'une composition de micro-éléments chargés de liquide selon la présente invention améliorent leur tri, par exemple, sur la base de l'inertie puisque les micro-éléments remplis de liquide présentent plus d'inertie lors de la séparation que ne le font les micro-éléments remplis de gaz.
La matrice de tampon polymère de la présente invention contient une couche de polissage ayant des micro-éléments polymères distribués dans la matrice de tampon de polissage et à la surface de polissage de la matrice de tampon de polissage. Le fluide remplissant les micro-éléments remplis de liquide est, de préférence de l'eau, de l'isobutylène, de l'isobutène, de l'isobutane, de l'isopentane, du propanol ou du di(méthyl)éther, tel que de l'eau distillée qui contient uniquement des impuretés incidentes. Après le tri des micro-éléments remplis de liquide, les micro-éléments résultants sont convertis en micro-éléments remplis de gaz avant ou pendant la formation de la couche de polissage. Les micro-éléments dans le tampon de polissage CMP sont polymères et présentent une surface polymère externe, leur permettant de créer une texture à la surface de polissage CMP.
Les micro-éléments polymères remplis de liquide triés et purifiés résultants de la présente invention présentent une taille moyenne de particule de 1 à 100 pm. Les micro-éléments polymères remplis de liquide résultants présentent de préférence typiquement une taille moyenne de particule de 2 à 60 pm. Les micro-éléments polymères remplis de liquide résultants présentent encore mieux typiquement une taille moyenne de particule de 3 à 30 pm. Bien que ce ne soit pas nécessaire, les micro-éléments polymères présentent de préférence une forme sphérique ou représentent des microsphères. Lorsque la composition des micro-éléments polymères remplis de liquide comprend des micro-éléments remplis de liquide sphériques, les plages de taille moyenne représentent ainsi également des plages de diamètre. Par exemple, un diamètre moyen de particule résultant est de 1 à 100 pm, ou, de préférence de 2 à 60 pm, ou, encore mieux de 3 à 30 pm.
Les plusieurs micro-éléments comprennent de préférence des microsphères polymères avec des parois d'enveloppe soit de polyacrylonitrile, soit d'un copolymère de polyacrylonitrile (par exemple billes Expancel™ de chez Akzo Nobel, Amsterdam, Pays-Bas).
Le tri à l'air d'une composition de micro-éléments remplis de liquide améliore le tri de tels micro-éléments en termes de taille de particule variable. Le tri de la présente invention sépare des microéléments polymères avec différentes épaisseur de paroi, taille de particule et densité. Ce tri pose de multiples problèmes ; et de multiples essais quant au tri centrifuge à l'air et au tamisage de particule ont échoué. Ces procédés sont utiles au mieux pour éliminer un ingrédient désavantageux de l'alimentation, telles que les fines. Par exemple, puisque trop de microsphères polymères présentent une plage de taille de particule chevauchant celle des impuretés non souhaitées, il est difficile de séparer celles-ci en utilisant des procédés de tamisage. On a cependant découvert que des séparateurs comprenant un bloc Coanda fonctionnent avec une combinaison d'inertie, de résistance à l'écoulement de gaz ou d'air, et que l'effet Coanda fournit des résultats efficaces. En raison de l'effet Coanda, si une paroi est placée sur un côté d'un jet, ce jet aura alors tendance à s'écouler le long de la paroi. Spécifiquement, le passage de microéléments remplis de liquide dans un jet de gaz adjacent à une paroi courbée d'un bloc Coanda sépare les micro-éléments polymères. Les micro-éléments polymères grossiers se séparent de la paroi courbée du bloc Coanda pour nettoyer les micro-éléments polymères dans une séparation à deux voies. Lorsque l'alimentation comprend des fines, le procédé de la présente invention peut comprendre l'étape supplémentaire de séparation des micro-éléments polymères des fines en utilisant la paroi du bloc Coanda avec les fines suivant le bloc Coanda. Dans une séparation à trois voies, les particules grossières se séparent à la distance la plus longue du bloc Coanda, et la coupe moyenne ou nettoyée se sépare à une distance intermédiaire et les fines suivent le bloc Coanda.
Les dispositifs de tri appropriés pour une utilisation dans les procédés de la présente invention comprennent des dispositifs de tri à jet d'air coudé vendus par The Matsubo Corporation (Tokyo, Japon). En plus du jet d'alimentation, les séparateurs Matsubo fournissent une étape supplémentaire dirigeant deux courants de gaz supplémentaires dans les micro-éléments polymères pour faciliter la séparation des micro-éléments polymères des particules grossières associées aux micro-éléments polymères.
Le tri des fines de particules et des particules grossières et leur séparation de micro-éléments polymères ayant une distribution de taille souhaitée se fait avantageusement dans une seule étape. Bien qu'un seul passage soit efficace pour éliminer à la fois les matières grossières et les fines, il est possible de répéter la séparation par différentes séquences, telles qu'un premier passage grossier, un second passage grossier, et ensuite un premier passage fin et un second passage fin. Les compositions de micro-éléments polymères les plus propres résultent typiquement de séparations à deux ou trois voies. Les désavantages des étapes de séparation supplémentaires sont le rendement et le coût.
Après le tri de la composition de micro-éléments polymères, la couche de polissage CMP est formée par combinaison des micro-éléments polymères avec un matériau formant une matrice polymère liquide pour former un mélange formant un tampon et par coulée ou moulage du mélange formant un tampon. Les procédés typiques de combinaison des micro-éléments polymères et du matériau formant une matrice polymère liquide comprennent un mélange statique, et le mélange dans un dispositif comprenant une pale ou un dispositif de cisaillement, tel qu'une extrudeuse ou un mélangeur de fluide. Le mélange améliore la distribution des micro-éléments polymères dans une matrice polymère liquide. Après le mélange, le séchage ou le durcissement de la matrice polymère forme le tampon de polissage approprié pour des opérations de formation de rainures, de perforation ou de finition de tampon de polissage.
En se référant aux figures 1 et 2, le dispositif de tri à l'air à bloc Coanda ou jet coudé dans la figure 1 présente une largeur (W) entre deux parois latérales. Comme représenté dans la figure 2, dans un dispositif de tri à l'air à bloc Coanda, de l'air ou un autre gaz approprié, tel que du dioxyde de carbone, de l'azote ou de l'argon s'écoule à travers les ouvertures (10), (20) et (30) pour créer un écoulement de jet autour d'un bloc Coanda (40). L'injection d'une composition de micro-éléments polymères avec un dispositif d'alimentation (50), tel qu'une pompe ou un dispositif d'alimentation vibrant, place les micro-éléments polymères dans un courant de jet qui initie le procédé de tri. Dans le courant de jet les forces d'inertie, de drainage (ou résistance à l'écoulement de gaz) et l'effet Coanda se combinent pour trier les particules en trois groupes de tailles : fines, particules de taille moyenne et grossières. Les fines (60) suivent le bloc Coanda. Les particules polymères de taille moyenne présentent une inertie suffisante pour surmonter l'effet Coanda pour un recueil comme produit nettoyé (70). Finalement, les particules grossières (80) parcourent la distance la plus longue pour une séparation des particules moyennes. Les particules grossières contiennent une combinaison de i) particules plus denses dues à la présence des ingrédients inorganiques et/ou microsphères polymères solides sans remplissage de liquide et ayant une taille moyenne de particule similaire à celle du produit trié (souhaité) ; et ii) micro-éléments polymères agglomérés jusqu'à une taille moyenne d'amas de 50 % supérieure à la taille moyenne de particule du produit trié. Ces particules grossières ont tendance à présenter des effets négatifs sur le polissage de galette et particulièrement le polissage de galette à motif pour des nœuds avancés. En opération, l'espacement ou la largeur des espaces définissant des canaux d'écoulement d'air à travers lesquels les particules s'écoulent détermine la fraction séparée dans chaque tri. Le canal d'écoulement d'air proche du bloc Coanda présente une largeur (100) correspondant à FAR ou à l'espace entre une cale, la cale F (110) et le bloc Coanda rond (40). Les particules moyennes s'écoulent dans le canal d'écoulement d'air ie plus proche suivant qui se trouve entre la cale (F) 110 et la cale M (120) et présente une largeur (90), correspondant à MAR ou à l'espace entre la cale M (120) et le bloc Coanda rond. Il y a un point de référence sur le bloc Coanda rond pour une mesure facile des deux espaces. D'une autre manière, on peut rétrécir la largeur (100) pour annuler le collecteur de fines pour séparer les micro-éléments polymères en deux fractions, une fraction grossière et une fraction nettoyée.
On peut élargir selon la présente invention la largeur (90) du canal d'écoulement d'air à travers lequel les micro-éléments remplis de liquide moyens s'écoulent pour éliminer moins de micro-éléments de la composition de micro-éléments remplis de liquide via leur tri.
Selon la présente invention, les micro-éléments remplis de liquide triés, par exemple des microsphères polymères remplies de liquide, peuvent être convertis en micro-éléments remplis de gaz en chauffant leur enveloppe polymère au-dessus de son point de ramollissement, tel que de 70 à 270°C, selon le type et la densité de réticulation du polymère d'enveloppe. Lors du chauffage, le liquide à l'intérieur de l'enveloppe polymère se gazéifie, réalise l'expansion des microsphères polymères, et réduit la densité de 800 à 1 500 g/litre à de 10 à 100 g/litre. La chaleur nécessaire pour convertir des micro-éléments polymères remplis de liquide en micro-éléments polymères remplis de gaz peut être fournie en utilisant des lampes de chauffage IR dans une étape séparée ou, de manière plus pratique, par la réaction exothermique dans la formation de la couche de polissage CMP par moulage ou coulée.
Les micro-éléments sont incorporés selon la présente invention dans la couche de polissage CMP à une porosité de 0 à 50 % en volume, ou, de préférence une porosité de 5 à 35 % en volume. Afin d'assurer une homogénéité et de bons résultats de moulage et remplir le moule complètement, le mélange réactionnel de la présente invention doit être bien dispersé.
Les matériaux formant une matrice polymère liquide appropriés comprennent les polycarbonate, polysulfone, polyamides, copolymères d'éthylène, polyéthers, polyesters, copolymères de polyéther-polyester, polymères acryliques, poly(méthacrylate de méthyle), poly(chlorure de vinyle), polycarbonate, copolymères de polyéthylène, polybutadiène, polyéthylène imine, polyuréthanes, polyéther sulfone, polyéther imide, polycétones, époxy, silicones, copolymères de ceux-ci et mélanges de ceux-ci. Le polymère peut être dans la forme d'une solution ou dispersion comme un polymère brut. Le matériau polymère est de préférence du polyuréthane dans une forme brute ; et peut être un polyuréthane soit réticulé, soit non réticulé. Pour les fins de cette description, polyuréthanes sont des produits dérivés d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels, par exemple des polyétherurées, polyisocyanurates, polyuréthanes, polyurées, polyuréthane urées, copolymères de ceux-ci et mélanges de ceux-ci.
Le matériau formant une matrice polymère liquide est de préférence un copolymère séquencé ou segmenté capable de se séparer en des phases riches dans une ou plusieurs séquences ou segments du copolymère. Le matériau formant une matrice polymère liquide est encore mieux un polyuréthane. Les matériaux de matrice de polyuréthane coulés sont particulièrement appropriés pour la planarisation de substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques. Une approche pour régler des propriétés de polissage CMP d'un tampon est de modifier sa composition chimique. De plus, le choix des matières premières et du procédé de fabrication affecte la morphologie du polymère et les propriétés finales du matériau utilisé pour fabriquer des tampons de polissage.
Le matériau formant une matrice polymère liquide peut comprendre (i) un ou plusieurs diisocyanates, polyisocyanates ou prépolymères de polyisocyanates, où le prépolymère présente une teneur en NCO de 6 à 15 % en masse, de préférence, un diisocyanate, polyisocyanate ou prépolymère de polyisocyanate aromatique, tel que le diisocyanate de toluène, et (ii) un ou plusieurs durcissants, de préférence, un durcissant de diamine aromatique, tel que la 4,4'-méthylènebis(3chloro-2,6-diéthylaniline) (MCDEA).
La production d'uréthane implique de préférence la préparation d'un prépolymère d'uréthane à terminaison isocyanate fabriqué à partir d'un isocyanate aromatique polyfonctionnel et d'un polyol prépolymère. Pour les fins de cette description, le terme polyol prépolymère comprend des diols, polyols, polyol-diols, copolymères de ceux-ci, et mélanges de ceux-ci.
Des exemples de diisocyanates ou polyisocyanates aromatiques appropriés comprennent des diisocyanates aromatiques, tels que le diisocyanate de 2,4-toluène, diisocyanate de 2,6-toluène, diisocyanate de 4,4'-diphénylméthane, naphtalène-l,5-diisocyanate, diisocyanate de toluidine, diisocyanate de para-phénylène, diisocyanate de xylylène et mélanges de ceux-ci. Un isocyanate aromatique polyfonctionnel contient en général moins de 20 % en masse d'isocyanates aliphatiques, tels que le diisocyanate de 4,4'-dicyclohexylméthane, le diisocyanate d'isophorone et le diisocyanate de cyclohexane, rapporté à la masse totale du (i) total.
Le diisocyanate ou polyisocyanate aromatique contient de préférence moins de 15 % en masse d'isocyanates aliphatiques et encore mieux moins de 12 % en masse d'isocyanate aliphatique.
Des exemples de polyols prépolymères appropriés comprennent des polyétherpolyols, tels que poly(oxytétraméthylène)glycol, poly(oxypropylène)glycol et mélanges de ceux-ci, polycarbonate polyols, polyester polyols, polycaprolactone polyols et mélanges de ceux-ci. Les polyols donnés en exemple peuvent être mélangés avec des polyols de faible masse moléculaire, incluant l'éthylèneglycol, 1,2-propylèneglycol, 1,3-propylèneglycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2-méthyl-l,3propanediol, 1,4-butanediol, néopentylglycol, 1,5-pentanediol, 3-méthyl1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, diéthylèneglycol, dipropylèneglycol, tripropylèneglycol et mélanges de ceux-ci.
Des exemples disponibles de polyols de la famille PTMEG sont les suivants : Terathane™ 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 et 250 de chez Invista, Wichita, KS ; Polymeg™ 2900, 2000, 1000, 650 de chez Lyondell Chemicals, Limerick, PA ; PolyTHF™ 650, 1000, 2000 de chez BASF Corporation, Florhame Park, NJ, et des espèces de masse moléculaire plus faible, telles que 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, et 1,4butanediol. Des exemples disponibles de polyols PPG sont les suivants : Arcol™ PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 et 4000 de chez Covestro, Pittsburgh, PA ; Voranol™ 1010L, 2000L, et P400 de chez Dow, Midland, MI ; Desmophen™ 1110BD ou Acclaim™ Polyol 12200, 8200, 6300, 4200, 2200, chacun chez Covestro. Des exemples disponibles d'ester polyols sont les suivants : Mïllester™ 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 10, 16, 253, de chez Polyuréthane Specialties Company, Inc. Lyndhurst, NJ ; Desmophen™ 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K2, 2500, 2501, 2505, 2601, PEG65B de chez Covestro ; Rucoflex™
S-1021-70, S-1043-46, S-1043-55 de chez Covestro.
Le polyol prépolymère est de préférence choisi dans le groupe comprenant les polytétraméthylène éther glycols, polyester polyols, polypropylène éther glycols, polycaprolactone polyols, copolymères de ceux-ci et mélanges de ceux-ci. Si le polyol prépolymère est PTMEG, un copolymère de celui-ci ou un mélange de celui-ci, le produit de réaction à terminaison isocyanate présente alors de préférence un intervalle de NCO n'ayant pas réagi en pourcentage en masse de 6,0 à 20,0 pourcent en masse. Pour des polyuréthanes formés avec PTMEG ou PTMEG mélangé avec PPG, le pourcentage en masse préféré de NCO se trouve dans un intervalle de 6 à 13,0 ; et il est encore mieux de 8,75 à 12,0.
Un matériau polymère de polyuréthane approprié peut être formé à partir d'un produit de réaction de prépolymère de diisocyanate de 4,4'-diphénylméthane (MDI) et de polytétraméthylène glycol avec un diol. Le diol est encore mieux le 1,4-butanediol (DBO). Le produit de réaction de prépolymère présente de préférence de 6 à 13 % en masse de NCO n'ayant pas réagi.
Un produit de réaction de prépolymère réagit ou est durci typiquement avec un durcisseur de polyol, une polyamine, une alcoolamine ou un mélange de ceux-ci. Pour les fins de cette description, les polyamines comprennent des diamines ou d'autres amines multifonctionnelles. Les polyamines durcissantes données en exemple comprennent des diamines ou polyamines aromatiques, telles que la 4,4méthylène-bis-o-chloroaniline [MBCA], la 4,4'-méthylène-bis(3-chloro-2,6diéthylaniline) [MCDEA] ; la diméthylthiotoluènediamine ; le di-paminobenzoate de triméthylèneglycol ; le di-p-aminobenzoate de poly(oxyde de tétraméthylène) ; le mono-p-aminobenzoate de poly(oxyde de tétraméthylène), le di-p-aminobenzoate de poly(oxyde de propylène), le mono-p-aminobenzoate de poly(oxyde de propylène), le l,2-bis(2aminophénylthio)éthane ; la 4,4'-méthylène-bis-aniline ; la diéthylènetoluènediamine ; la 5-tert-butyl-2,4- et 3-tert-butyl-2,6-toluènediamine ; la 5-tert-amyl-2,4- et 3-tert-amyl-2,6-toluènediamine et la chlorotoluènediamine.
Afin d'augmenter la réactivité d'un polyol avec un diisocyanate ou polyisocyanate pour fabriquer un prépolymère de polyisocyanate, on peut utiliser un catalyseur. Les catalyseurs appropriés comprennent par exemple des catalyseurs d'acide oléique, d'acide azélaïque, de dilaurate de dibutylétain, de l,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ène (DBU), d'amines tertiaires, tels que Dabco TMR, et un mélange de ceux ci-dessus.
Les constituants du polymère utilisé pour fabriquer le tampon de polissage sont de préférence choisis de telle sorte que la morphologie de tampon résultant est stable et facilement reproductible. Par exemple, lors du mélange de 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline (MBCA) avec un diisocyanate pour former des polymères de polyuréthane, il est souvent avantageux de régler les teneurs en monoamine, diamine et triamine. Le réglage de la proportion de mono-, di- et triamine contribue à maintenir le rapport chimique et la masse moléculaire de polymère résultant dans un intervalle consistant. De plus, il est souvent important de régler des additifs, tels que des agents antioxydants, et des impuretés, tels que l'eau, pour une fabrication consistante. Par exemple, comme l'eau réagit avec l'isocyanate pour former du dioxyde de carbone gazeux, le réglage de la concentration en eau peut affecter la concentration en bulles de dioxyde de carbone qui forment des pores dans la matrice polymère. La réaction d'isocyanate avec de l'eau accidentelle réduit également l'isocyanate disponible pour la réaction avec l'agent d'allongement de chaîne, modifie ainsi la stœchiométrie avec le niveau de réticulation (s'il y a un excès de groupes isocyanate) et de la masse moléculaire du polymère résultant.
Plusieurs prépolymères appropriés, tels que les prépolymères Adiprene™ LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, et LF753D (Chemtura Corporation, Philadelphia, Pennsylvania) sont des prépolymères à faibles teneurs en isocyanates libres qui présentent moins de 0,1 pourcent en masse de monomères de TDI libre et présentent une distribution de masse moléculaire de prépolymère plus consistante que des prépolymères classiques, et facilitent ainsi la formation de tampons de polissage avec d'excellentes caractéristiques de polissage. Cette consistance de masse moléculaire de prépolymère améliorée et le monomère de faible teneur en isocyanate libre fournissent une structure de polymère plus régulière et contribuent à une consistance de tampon de polissage améliorée. Pour la plupart des prépolymères, le monomère de faible teneur en isocyanate libre est de préférence inférieur à 0,5 % en masse. De plus, des prépolymères classiques qui présentent typiquement des niveaux de réaction plus élevés (c'est-à-dire plus d'un polyol coiffé par un diisocyanate sur chaque extrémité) et des teneurs plus élevées en prépolymère de diisocyanate de toluène libre produiraient des résultats similaires. De plus, des additifs de polyols de faible masse moléculaire, tels que le diéthylèneglycol, le butanediol et le tripropylèneglycol, facilitent le contrôle du pourcentage en masse de NCO n'ayant pas réagi du produit de réaction de prépolymère.
Un rapport stoechiométrique approprié de la somme des groupes amine (NH2) et des groupes hydroxyle (OH) dans le durcisseur plus tout groupe hydroxyle libre du matériau formant une matrice de polyuréthane liquide par rapport aux groupes isocyanate n'ayant pas réagi dans le matériau formant une matrice de polyuréthane liquide est de 0,80:1 à 1,20:1, ou de préférence de 0,85:1 à 1,1:1.
La couche de polissage CMP du tampon de polissage CMP de la présente invention présente une densité > 0,5 g/cm3 comme mesurée selon ASTM D1622-0,8 (2008). La couche de polissage du tampon de polissage mécano-chimique de la présente invention présente ainsi une densité de 0,6 à 1,2 g/cm3, ou, de préférence de 0,7 à 1,1 g/cm3, ou encore mieux de 0,75 à 1,0 g/cm3, comme mesurée selon ASTM D1622-08 (2008).
Le tampon de polissage CMP de la présente invention présente une dureté Shore D (2s) de 30 à 90 comme mesurée selon ASTM D224015 (2015), ou, de préférence, de 35 à 80, ou, encore mieux de 40 à 70.
La couche de polissage utilisée dans le tampon de polissage mécano-chimique de la présente invention présente de préférence une épaisseur moyenne de 500 à 3 750 microns (20 à 150 mils), ou, encore mieux de 750 à 3 150 microns (30 à 125 mils), ou bien mieux encore de 1 000 à 3 000 microns (40 à 120 mils), ou particulièrement de préférence de 1 250 à 2 500 microns (50 à 100 mils).
La couche de polissage du tampon de polissage mécanochimique de la présente invention présente une surface de polissage adaptée pour polir le substrat. La surface de polissage présente de préférence une macrotexture choisie parmi au moins une de perforations et rainures. Les perforations peuvent s'étendre à partir de la partie de surface de polissage en partie ou sur la totalité à travers l'épaisseur de la couche de polissage.
Des rainures sont de préférence disposées sur la surface de polissage de telle sorte que lors d'une rotation du tampon de polissage mécano-chimique pendant le polissage, au moins une rainure balaie la surface du substrat qui est polie.
La surface de polissage présente de préférence une macrotexture incluant au moins une rainure choisie dans le groupe constitué de rainures courbées, rainures linéaires, perforations et combinaisons de celles-ci.
La couche de polissage du tampon de polissage mécanochimique de la présente invention présente de préférence une surface de polissage adaptée pour polir le substrat, où la surface de polissage présente une macrotexture comprenant un motif de rainure formé dans celle-ci. Le motif de rainure comprend de préférence plusieurs rainures. Le motif de rainure est encore mieux choisi parmi une configuration de rainure, telle qu'une choisie dans le groupe constitué de rainures concentriques (lesquelles peuvent être circulaires ou en spirales), rainures courbées, rainures hachurées (par exemple disposées comme une grille X-Y à travers la surface de tampon), d'autres configurations régulières (par exemple hexagones, triangles), de motifs de type bande de roulement de pneu, de configurations irrégulières (par exemple motifs de fractales), et de combinaisons de celles-ci. La configuration de rainure est encore mieux choisie dans le groupe constitué de rainures arbitraires, de rainures concentriques, de rainures en spirales, de rainures hachurées, de rainures à grille X-Y, de rainures hexagonales, de rainures triangulaires, de rainures de fractales et de combinaisons de celles-ci. La surface de polissage présente bien mieux encore un motif de rainures en spirales formé dans celle-ci. Le profil de rainure est de préférence choisi parmi un profil rectangulaire avec des parois latérales linéaires ou la section transversale de rainures peut être en forme de V, en forme de U, en dents de scie, et des combinaisons de celles-ci.
Le tampon de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend éventuellement de plus au moins une couche supplémentaire en interface avec la couche de polissage. Le tampon de polissage mécano-chimique comprend de plus éventuellement de préférence un sous-tampon compressible ou une couche de base collée à la couche de polissage. La couche de base compressible améliore de préférence la conformité de la couche de polissage à la surface du substrat qui est polie.
Selon un autre aspect de la présente invention, les tampons de polissage CMP peuvent être formés par moulage ou coulée du matériau formant une matrice polymère liquide contenant des micro-éléments pour former une matrice de tampon polymère. La formation du tampon de polissage CMP peut de plus comprendre l'empilement d'une couche de sous-tampon, tel qu'un non-tisssé imprégné de polymère, ou une feuille de polymère, sur le côté de fond d'une couche de polissage de sorte que la couche de polissage forme le haut du tampon de polissage.
Les procédés de fabrication d'un tampon de polissage mécanochimique de la présente invention peuvent comprendre la fourniture d'un moule ; le versement d'un mélange formant un tampon de la présente invention dans le moule ; et, le laisser la combinaison réagir dans le moule pour former un gâteau durci ; où la couche de polissage CMP est dérivée du gâteau durci. Le gâteau durci est de préférence tranché pour dériver de multiples couches de polissage d'un seul gâteau durci. Eventuellement, le procédé comprend de plus le chauffage du gâteau durci pour faciliter l'opération de tranchage. Le gâteau durci est de préférence chauffé en utilisant des lampes chauffantes par infrarouge pendant l'opération de tranchage dans laquelle le gâteau durci est tranché en plusieurs couches de polissage.
Selon un aspect encore différent, la présente invention fournit des procédés de polissage d'un substrat, comprenant : la fourniture d'un substrat choisi parmi au moins un d'un substrat magnétique, d'un substrat optique et d’un substrat semi-conducteur ; la fourniture d'un tampon de polissage mécano-chimique (CMP) selon la présente invention, tels que ceux cités dans l'un quelconque des procédés de formation de tampons de polissage CMP dans les articles 1 à 5, ci-dessus ; la création d'un contact dynamique entre une surface de polissage de la couche de polissage du tampon de polissage CMP et le substrat pour polir une surface du substrat ; et, le conditionnement de la surface de polissage du tampon de polissage avec un agent de conditionnement abrasif.
Selon une caractéristique particulière des procédés de fabrication de tampons de polissage selon la présente invention, les tampons de polissage CMP peuvent être munis d'un motif de rainure découpé dans leur surface de polissage pour promouvoir l'écoulement de suspension et éliminer des débris de polissage de l'interface tampongalette. De telles rainures peuvent être découpées dans la surface du polissage du tampon de polissage soit en utilisant un tour, soit par une machine de broyage CNC.
Selon une caractéristique particulière des procédés d'utilisation des tampons de polissage de la présente invention, la surface de polissage des tampons de polissage CMP peut être conditionnée. Le conditionnement ou la préparation de surface de polissage est critique pour conserver une surface de polissage consistante pour une performance de polissage stable. La surface de polissage du tampon de polissage s'use au cours du temps, lissant la micro- texture de la surface de polissage - un phénomène appelé vitrage. Le conditionnement de tampon de polissage est typiquement réalisé par abrasion de la surface de polissage de manière mécanique avec un disque de conditionnement. Le disque de conditionnement présente une surface de conditionnement rugueuse typiquement constituée de points de diamant incorporés. Le procédé de conditionnement découpe des sillons microscopiques dans la surface de tampon, à la fois abrasant et labourant le matériau de tampon et renouvelant la texture de polissage.
Le conditionnement du tampon de polissage comprend la mise en contact d'un disque de conditionnement avec la surface de polissage soit pendant des interruptions intermittentes dans le procédé CMP lorsque le polissage est en pause (ex situ), soit pendant que le procédé CMP est en cours (in situ). Le disque de conditionnement tourne typiquement dans une position qui est fixe par rapport à l'axe de rotation du tampon de polissage, et balaie une région de conditionnement annulaire lorsque le tampon de polissage tourne.
Le tampon de polissage mécano-chimique de la présente invention peut être utilisé pour polir un substrat choisi parmi au moins d'un substrat magnétique, d'un substrat optique et d'un substrat semiconducteur.
Le procédé de polissage d'un substrat de la présente invention comprend de préférence : la fourniture d'un substrat choisi parmi au moins un d'un substrat magnétique, d'un substrat optique et d'un substrat semi-conducteur (de préférence un substrat semi-conducteur, tel qu'une galette de semi-conducteur) ; la fourniture d'un tampon de polissage mécano-chimique selon la présente invention ; la création d'un contact dynamique entre une surface de polissage du tampon de polissage et le substrat pour polir une surface du substrat ; et, le conditionnement de la surface de polissage avec un agent de conditionnement abrasif.
Certains modes de réalisation de la présente invention seront maintenant décrits en détail dans les exemples suivants :
On a utilisé un dispositif de tri à air à jet coudé modèle EJ-15-3S avec un système d'alimentation constant (Matsubo Corporation, Tokyo, Japon) pour trier un échantillon de microsphères remplies d'isobutane liquide Expancel™ 551 DU 40 (AkzoNobel, Arnhem, NL). Les microsphères remplies de liquide présentaient une enveloppe polymère de copolymère d'acrylonitrile et chlorure de vinylidène et une densité mesurée de 1 127 ± 3 g/litre. Les microsphères polymères remplies de liquide ont été introduites par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation vibrant dans le jet de gaz avec les réglages choisis résumés dans le tableau 1, ci-dessous. Les réglages incluaient deux positions de cales A et B. Bien qu'un seul passage (1er passage) soit efficace pour éliminer à la fois les ingrédients désavantageux de fines (F) et de particules grossières (G), des passages multiples (2eme et 3eme passages) peuvent être utilisés pour répéter le procédé de séparation en faisant passer le matériau trié (M) à travers le dispositif de tri à air à jet coudé plusieurs fois.
Tableau 1 : Réglages utilisés dans le tri centrifuge à l'air de microsphères polymères remplies de liquide
Exemple Débit d' alimentation Pression d'air d'éjecteur Position de cale Rendement Remarques
FAR MAR Fines (F) Produit trié (M) Particules grossières (G)
(kg/h) (MPa) (mm) (mm) (%) (%) (%)
1 33,0 0,20 15,0 33,0 3,9 % 92,8 % 3,2 % Position de cale A : 1er passage
2 33,0 0,20 15,0 33,0 2,2 % 97,1 % 0,8 % Position de cale A : 2ème passage
3 33,0 0,20 15,0 33,0 1,3 % 98,2 % 0,4 % Position de cale A : 3eme passage
4 33,0 0,20 16,0 32,0 5,7 % 89,9 % 4,4 % Position de cale B : 1er passage
5 33,0 0,20 16,0 32,0 2,3 % 96,3 % 1,3 % Position de cale B : 2ème passage
Le microscope électronique à balayage (images SEM) des micro-éléments remplis de liquide de l'exemple 4 (position de cale B : 1er passage) de coupe F, coupe M, coupe G, et de la matière première utilisée dans le test a montré que le tri centrifuge à l'air est très efficace pour éliminer les particules à la fois grandes (coupe G) et petites (coupe F).
On a préparé une couche de polissage CMP de polyuréthane en mélangeant un prépolymère d'uréthane à terminaison isocyanate (Adiprene™ LF750D, 8,9 % de NCO, de Chemtura Corporation, Philadelphie, PA) avec de la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline (MbOCA) comme le durcisseur pour former un matériau formant une matrice polymère liquide. On a préchauffé le prépolymère et le durcissant à des températures respectivement de 54°C et 116°C. On a réglé le rapport de prépolymère à durcisseur de telle sorte que la stœchiométrie, comme définie par le rapport molaire en pourcent de groupes NH2 dans le durcisseur par rapport aux groupes NCO dans le prépolymère était de
105 %. On a introduit une porosité dans les formulations en ajoutant 2,8 % en masse de microsphères polymères remplies de liquide, sur la base de la masse totale du matériau formant une matrice polymère liquide. On a utilisé la réaction exothermique pour convertir les microsphères polymères remplies de liquide en microsphères polymères remplies de gaz.
Le prépolymère, le durcisseur et les micro-éléments ont été simultanément mélangés ensemble en utilisant un mélangeur à vortex. Après le mélange, les ingrédients ont été distribués dans de petits gâteaux de diamètre 10 cm avec une épaisseur d'approximativement 3 cm. On a durci les gâteaux à 104°C pendant 16 heures. On a tranché l'échantillon durci en minces feuilles avec une épaisseur d'approximativement 0,2 cm. On a mesuré la densité d'échantillon par sa masse sur son volume dimensionnel ainsi que par un pycnomètre. Le pycnomètre présente deux chambres, une chambre de cellule et une chambre d'expansion, avec des volumes connus. Lorsque le matériau d'échantillon pré-pesé a été placé dans la chambre de cellule, la vanne vers la chambre d'expansion a été fermée et la pression dans la chambre de cellule a été réglée par de l'air à environ 34,5 kPa (5 psi).
Lorsque la pression dans la chambre de cellule était équilibrée, la vanne vers la chambre d'expansion est ouverte et une nouvelle pression d'équilibre est atteinte à la fois dans la chambre de cellule et la chambre d'expansion. Le volume de l'échantillon au pycnomètre peut être ensuite calculé en utilisant la loi des gaz dans deux états différents.
On a calculé la teneur de cellules ouvertes par la différence de densité d'un échantillon ayant moussé mesurée à partir du volume dimensionnel et du volume de pycnomètre.
Teneur de cellules ouvertes = (1 - volume de vycnometre ) x ^qq o/o volume dimensionnel _ densité dimensionnelle Τθθ °/ densité de pycnomère 1
Le tableau 2 ci-dessous résume les densités d'échantillons de matériaux triés de la position de cale B, 1er passage ainsi que de la matière brute. Comme présenté dans les calculs de teneur de cellules ouvertes, la coupe F présentait l'expansion moindre (avec la densité dimensionnelle la plus élevée) et la coupe M fournissait la couche de polissage la plus consistante. La coupe G présentait l'expansion la plus importante (avec la densité dimensionnelle la plus faible) et une quantité importante de teneur de cellules ouvertes. Ainsi, le tampon de polissage CMP fabriqué à partir des micro-éléments remplis de liquide triés dans l'exemple 4 fournissait une homogénéité améliorée. Ceci est confirmé dans le tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2 : Densités d'échantillons de matériaux triés à partir de la position de cale B, 1er passage (Exemple 4)
Fraction Densité dimensionnelle, g/cm3 Densité de pycnomètre, g/cm3 Teneur de cellules ouvertes
Coupe B-F 0,81 0,89 10 %
Coupe B-G* 0,46 1,04 56 %
Coupe B-M 0,72 0,77 6 %
Matière brute 0,65 0,73 11 %
* Des pores sont interconnectés
Lorsque l'on a étudié la porosité de couche de tampon de polissage en utilisant une microscopie électronique à balayage (SEM), on a observé un bénéfice non attendu par tri à l'air des micro-éléments remplis de liquide : ils n'ont pas été expansés de manière non contrôlée dans leur tri. Les images SEM de la composition de micro-éléments polymères remplis de liquide de l'exemple 4 présentaient des coupes différentes (position de cale B, 1er passage) ainsi que la matière brute. La matière brute, sans tri à l'air des microsphères polymères remplies de liquide, présentait une certaine expansion anormale avec de gros trous soufflés occasionnels d'environ 100 pm. La coupe M, la matière triée, ne présentait aucune expansion anormale et présentait une consistance plus élevée. La coupe G, la matière grossière, présente l'expansion la plus anormale.
L'élimination de l'ingrédient désavantageux de coupe G en utilisant un tri à l'air peut ainsi contribuer à des défauts réduits dans une couche de polissage de tampon CMP fabriquée avec celui-ci et à une consistance et une uniformité améliorées dans la couche de polissage.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'une couche de polissage mécanochimique (polissage CMP) pour polir un substrat choisi parmi au moins un d'un substrat magnétique, d'un substrat optique et d'un substrat semiconducteur, comprenant :
    la fourniture d'une composition de plusieurs microéléments remplis de liquide ayant une enveloppe polymère ;
    le tri de la composition via un tri centrifuge à l'air pour éliminer des fines et des particules grossières et pour produire des micro-éléments remplis de liquide ayant une densité de 800 à 1 500 g/litre ; et, la formation de la couche de polissage CMP par l'un quelconque de (i) ou (ii) :
    (i) la conversion des micro-éléments remplis de liquide triés en micro-éléments remplis de gaz ayant une densité de 10 à 100 g/litre en les chauffant à de 70 à 270°C pendant une période de 1 à 30 minutes ; et la combinaison des micro-éléments remplis de gaz avec un matériau formant une matrice polymère liquide pour former un mélange formant un tampon, et la coulée ou le moulage du mélange formant un tampon pour former une matrice de tampon polymère ; ou, (ii) la combinaison des micro-éléments remplis de liquide triés avec un matériau formant une matrice polymère liquide ayant un temps de gel de 1 à 30 minutes à une température de coulée ou de moulage de 25 à 125°C pour former un mélange formant un tampon et la coulée ou le moulage du mélange formant un tampon pour former une matrice de tampon polymère à la température de coulée ou de moulage, et laisser la réaction exothermique convertir les micro-éléments remplis de liquide en micro-éléments remplis de gaz.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tri élimine des fines et des particules grossières et produit des microéléments remplis de liquide ayant une densité de 950 à 1 300 g/litre.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tri comprend le passage de la composition des plusieurs micro-éléments remplis de liquide à travers un bloc Coanda, le tri centrifuge à l'air fonctionnant via une combinaison d'inertie, de résistance à l'écoulement de gaz ou d'air et de l'effet Coanda.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tri élimine de 2 à 20 % en masse de la composition à partir de la composition des plusieurs micro-éléments remplis de liquide, comprenant de 1 à 10 % en masse de la composition comme fines et de 1 à 10 % en masse de la composition comme particules grossières.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tri élimine de 2 à 12 % en masse de la composition à partir de la composition des plusieurs micro-éléments remplis de liquide, comprenant de 1 à 6 % en masse de la composition comme fines et de 1 à 6 % en masse de la composition comme particules grossières.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la composition résultante de micro-éléments remplis de liquide est pratiquement exempte de silice, d’oxyde de magnésium et d'autres oxydes de métaux alcalino-terreux.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la composition résultante de plusieurs microéléments remplis de liquide présente une taille moyenne de particule de 1 à 100 pm.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition résultante de micro-éléments polymères remplis de liquide présente une taille moyenne de particule de 2 à 60 pm.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enveloppe polymère des micro-éléments remplis de liquide comprend des polymères choisis parmi le poly(méth)acrylonitrile, poly(chlorure de vinylidène), poly(méthacrylate de méthyle), poly(acrylate d'isobornyle), polystyrène, copolymères de ceux-ci l'un avec l'autre, copolymères de ceux-ci avec des monomères d'halogénure de vinyle, copolymères de ceux-ci avec des (méth)acrylates d'alkyle en Ci à C4,
    5 copolymères de ceux-ci avec des (méth)acrylates d'hydroxyalkyle en C2 à C4, ou copolymères d'acrylonitrile-méthacrylonitrile.
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la composition de plusieurs micro-éléments remplis de liquide comprend des microsphères remplies de liquide.
    1/2
    2/2
    10 20
    80 120 70 90 110 .2
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110270940B (zh) * 2019-07-25 2020-09-25 湖北鼎汇微电子材料有限公司 抛光垫的连续浇注制造方法
KR102502516B1 (ko) * 2021-03-12 2023-02-23 에스케이엔펄스 주식회사 연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3615972A (en) 1967-04-28 1971-10-26 Dow Chemical Co Expansible thermoplastic polymer particles containing volatile fluid foaming agent and method of foaming the same
MY114512A (en) 1992-08-19 2002-11-30 Rodel Inc Polymeric substrate with polymeric microelements
JP4419105B2 (ja) * 1997-10-14 2010-02-24 九重電気株式会社 研磨パッド
TWI228522B (en) * 1999-06-04 2005-03-01 Fuji Spinning Co Ltd Urethane molded products for polishing pad and method for making same
JP2001244223A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Hitachi Chem Co Ltd 研磨パッド
US7709053B2 (en) * 2004-07-29 2010-05-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of manufacturing of polymer-coated particles for chemical mechanical polishing
US7182798B2 (en) * 2004-07-29 2007-02-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Polymer-coated particles for chemical mechanical polishing
TWI372108B (en) * 2005-04-06 2012-09-11 Rohm & Haas Elect Mat Method for forming a porous reaction injection molded chemical mechanical polishing pad
US20080063856A1 (en) 2006-09-11 2008-03-13 Duong Chau H Water-based polishing pads having improved contact area
KR101186531B1 (ko) * 2009-03-24 2012-10-08 차윤종 폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드
JP5728026B2 (ja) * 2009-12-22 2015-06-03 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 研磨パッド及びこれの製造方法
US8357446B2 (en) * 2010-11-12 2013-01-22 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Hollow polymeric-silicate composite
US8202334B2 (en) 2010-11-12 2012-06-19 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of forming silicate polishing pad
US8257152B2 (en) * 2010-11-12 2012-09-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Silicate composite polishing pad
JP5710353B2 (ja) * 2011-04-15 2015-04-30 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
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
US9073172B2 (en) * 2012-05-11 2015-07-07 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Alkaline-earth metal oxide-polymeric polishing pad
US8888877B2 (en) * 2012-05-11 2014-11-18 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Forming alkaline-earth metal oxide polishing pad
US8894732B2 (en) * 2012-05-11 2014-11-25 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Hollow polymeric-alkaline earth metal oxide composite
US9463550B2 (en) * 2014-02-19 2016-10-11 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method of manufacturing chemical mechanical polishing layers
US9452507B2 (en) 2014-12-19 2016-09-27 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Controlled-viscosity CMP casting method
JP2017064887A (ja) * 2015-10-02 2017-04-06 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド

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