JP2006161040A - 条痕が減少したケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置を提供する。
【解決手段】ポリマー材料を有するタンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクとを含む装置である。装置はさらに、ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループとを提供する。装置はさらに、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、混合物を成形するための型とを含む装置である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ケミカルメカニカルプラナリゼーションのための研磨パッドに関し、特に、条痕が減少した研磨パッドに関する。さらに、本発明は、条痕が減少した研磨パッドを形成するための装置及び方法に関する。

集積回路及び他の電子デバイスの製造においては、導体、半導体及び絶縁材料の多数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり同表面から除去したりする。導体、半導体及び絶縁材料の薄い層は、多数の付着技術によって付着させることができる。最新の加工で一般的な付着技術としては、スパッタリングとしても知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学的めっき法（ＥＣＰ）がある。

材料層が順次付着され、除去されるにつれ、ウェーハの一番上の表面が非平坦になる。後続の半導体加工（たとえばメタライゼーション）はウェーハが平坦面を有することを要するため、ウェーハは平坦化されなければならない。望ましくない表面トポグラフィーならびに表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料を除去する際には、プラナリゼーションが有用である。

ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基材を平坦化するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハがキャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置中で研磨パッドと接する状態に配置される。キャリヤアセンブリが制御可能な圧力をウェーハに供給して、ウェーハを研磨パッドに押し当てる。パッドは外部駆動力によってウェーハに対して動かされる（たとえば回転させられる）。それと同時に、化学組成物（「スラリー」）又は他の研磨溶液がウェーハと研磨パッドとの間に供給される。このようにして、ウェーハ表面は、パッド表面及びスラリーの化学的かつ機械的作用によって研磨され、平坦化される。

Reinhardtらの米国特許第５，５７８，３６２号は、当該技術で公知の典型的な研磨パッドを開示している。Reinhardtの研磨パッドは、全体にわたって分散した微小球を有するポリマーマトリックスを含む。一般に、微小球は、たとえばマスフロー原料送り出しシステムの中で液体ポリマー材料とブレンドされ、混合され、硬化のために型に移される。そして、成型品が切り出されて研磨パッドを形成する。残念ながら、この方法で形成された研磨パッドは、望まれない条痕を有することがある。

条痕は、ポリマーマトリックス中の微小球のかさ密度の変化の結果である。換言するならば、微小球の濃度が高め及び低めである異なる区域がポリマーマトリックス中に存在する。たとえば、Reinhardtの研磨パッドでは、微小球の低い真密度がマスフロー原料送り出しシステム中の微小球の自由な又は途切れのない流れを阻害する。その結果、微小球は、送り出し工程の異なるポイントで、異なる程度に「凝集」する傾向にある（すなわち、かさ密度の変化又は条痕を生じさせる）。これらの条痕は、一つの研磨パッドから次の研磨パッドまで予測不可能かつおそらくは有害な研磨性能を生じさせるおそれがあるため、望ましくない。そのうえ、これらの条痕は、パッドそのものの中で研磨性能にマイナスの影響を及ぼすことがある。

通常、これらの条痕は、重力、種々の貯蔵サイロ設計、機械的力（たとえば振動）及び手作業の定期的なサンプリング、加工条件の調節及び再計測を組み合わせて使用してかさ密度を測定することによって減らされてきた。しかし、従来技術の装置及び方法は、かさ密度を制御することにおいて、ＣＭＰ産業の増大し続ける要求を満たすのには不十分かつ非効率的である。

したがって、要望されているものは、条痕が減少した研磨パッドである。そのうえ、要望されているものは、条痕が減少した研磨パッドを形成する装置及び効率的な方法である。

本発明の第一の態様で、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、ポリマー材料を有するタンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクと、ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループと、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、混合物を成形するための型とを含む装置が提供される。

本発明の第二の態様で、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、第一のポリマー材料を有する第一のプレポリマー貯蔵タンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクと、第一のポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループと、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、所望のかさ密度に達するまで第二のポリマー材料を混合物に供給するための、第二のポリマー材料を有する少なくとも１個の第二のプレポリマー貯蔵タンクと、混合物を成形するための型とを含む装置が提供される。

本発明の第三の態様で、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、ポリマー材料を有するプレポリマー貯蔵タンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクと、ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス実行／準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス実行／準備タンクの再循環ループと、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、混合物を成形するための型とを含む装置が提供される。

本発明は、条痕が減少した研磨パッドを提供する。さらに、本発明は、条痕が減少した研磨パッドを形成するための新規なキャスティング装置及び方法を提供する。特に、本発明は、独自のプレミックス装置を使用して、研磨パッドにおける条痕を減らす。プレミックス装置は、微小球とプレポリマーとをプレミックスして均質な予備混合物を形成するための新規なプレミックス準備タンクを含む。プレミックス装置はさらに、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための再循環ループを含む。かさ密度におけるこの低下が、一貫した途切れのない微小球の流れを可能にし、新規な研磨パッドにおける条痕の減少を結果的にもたらす。加えて、新規なキャスティング装置は、製造スケールの増大及びパッドタイプの変更において驚くべき融通性を提供する。換言するならば、新規なキャスティング装置は、たとえば、本発明の研磨パッドを製造するための、連続的なキャスティング及び種々のポリマー材料のほぼ際限のない組み合わせの使用を可能にする。

まず図１を参照すると、本発明の研磨パッド１が示されている。研磨パッド１は、研磨層又はパッド４及び省略可能な下層又はパッド２を含む。下層２は、フェルト地のポリウレタン、たとえば米デラウェア州NewarkのRohm and Haas Electronic Materials CMP社（「ＲＨＥＭ」）製のSUBA-IV（商標）パッドでできていてもよい。研磨パッド４は、ポリウレタンパッド（たとえば微小球を充填したパッド）、たとえばＲＨＥＭ製のIC1000（商標）パッドを含むことができる。場合によっては、研磨パッド４は、所望により、テキスチャーを施されていてもよい。感圧接着剤層６の薄い層が研磨パッド４と下層２とを合わせて保持することができる。接着剤６は、米ミネソタ州St, Paulの3M Innovative Properties社から市販されているものであってもよい。加えて、研磨パッド４は、終点検出を容易にするためにその中に設けられた透明な窓１４を有してもよい。

次に図２を参照すると、本発明の研磨パッド４を形成するためのプレミックス装置１００が示されている。プレミックス装置１００は、十分な量の微小球又は微小要素４８を保持するサイズの充填材貯蔵サイロ１を含む。プレミック装置１００はさらに、プレミックス準備タンク１０と、十分な量のポリマー材料５２（「プレポリマー」）を保持するサイズのプレポリマー貯蔵タンク３とを含む。加えて、プレミックス装置１００は、有利には、プレミックス準備タンク１０中の予備混合物５１のかさ密度を制御するための再循環ループ１６を含む。このプレミックス装置１００は「１タンク」システムを参照して説明されるが、本発明がそのように限定されないことに留意されたい。たとえば、所望により、任意の数の貯蔵サイロ１、プレポリマー貯蔵タンク３及びプレミックス準備タンク１０を本発明で使用することができる。

稼働中、所定の量のポリマー材料５２がプレミックス準備タンク１０に加えられる。プレミックス準備タンク１０に加えられるポリマー材料５２の量は、トータライザ（図示せず）を備えたマスフロー計量装置４によって制御することができる。プレミックス準備タンク１０に加えられるプレポリマー５２の量はまた、プレミックス準備タンク１０に取り付けられたロードセルを使用することによって制御してもよい。

ポリマー材料５２がプレミックス準備タンク１０に加えられたのち、攪拌機１８がポリマー材料５２を攪拌して、ポリマー材料５２の、攪拌機１８の軸に沿う上向きの軸方向流を与え、その結果、材料５２をプレミックス準備タンク１０の内壁に沿って下向きに流れさせる。あるいはまた、所望により、ポリマー材料５２を反対方向に流れさせてもよい。好ましくは、攪拌機は、１〜５００rpmの速度で回転させる。より好ましくは、攪拌機は、１〜２５０rpmの速度で回転させる。もっとも好ましくは、攪拌機は、１〜５０rpmの速度で回転させる。

攪拌機１８が起動すると、充填材貯蔵サイロ１中の微小球４８をプレミックス準備タンク１０に加えることができる。本発明の典型的な実施態様では、プレミックス準備タンク１０に加えられる微小球４８の量は、「減量」乾燥原料計量システム２によって実行することができる。乾燥原料計量システム２は、充填材貯蔵サイロ１の中に含まれた微小球４８を含めた、貯蔵サイロ１の初期総重量を設定する。その後、プレミックス準備タンク１０に加えられる微小球４８の所定重量が乾燥原料計量システム２の中でセットされる。すると、乾燥原料計量システム２は、充填材貯蔵サイロ１の重量変化が微小球４８の所望の所定重量に一致するまで、微小球４８をプレミックス準備タンク１０に加えることができる。

適切な量の微小球４８が量り分けられたのち、微小球４８は、ポリマー材料５２に加えられ、ブレンドされて、攪拌機１８の攪拌によって支援されながら予備混合物５１を形成する。有利には、ポリマー材料５２の量に対する微小球４８の量の比率は０〜５０容量％である。より有利には、ポリマー材料５２の量に対する微小球４８の量の比率は０〜４０容量％である。もっとも有利には、ポリマー材料５２の量に対する微小球４８の量の比率は０．１〜３０容量％である。

有利には、ひとたび微小球４８がポリマー材料５２にブレンドされると、予備混合物５１を再循環ループ１６で再循環させて、予備混合物５１が本質的に均質であることを保証する。再循環ループ１６は、予備混合物５１をプレミックス準備タンク１０中でより均一に分散させるのに役立ち、密度の層別化の危険性を減らす。換言するならば、再循環ループ１６は、予備混合物５１のかさ密度を制御又は安定化する効率的な方法を考慮している。

有利には、再循環ポンプ２１がプレミックス準備タンク１０から予備混合物５１を抜き取り、その予備混合物５１を切換弁２２に通すと、この弁２２が予備混合物５１をプレミックス準備タンク１０に戻す。再循環ポンプ２１は、接触潤滑を要しないダイアフラム型、ぜん動型、サイン型、ローブ型又はギヤ型ポンプであることができる。予備混合物５１のかさ密度は、スケール（図示せず）を併用して予備混合物５１（容量比重量）を手作業で周期的にサンプリングすることによってモニタすることができる。

場合によっては、インライン濃度計１７を再循環ループ１６中に設けて、予備混合物５１の均質性（すなわち密度）をモニタしてもよい。有利には、インライン濃度計１７は、予備混合物５１の連続的なかさ密度を計測し、表示するための自動化方法を提供する。インライン濃度計１７は、密度を計測し、密度計測値を表示することができる。インライン濃度計１７は、たとえば、オーストリアGrazのAnton Paarから購入することができる。インライン濃度計１７は、予備混合物５１のかさ密度（ポリマー材料５２に対する微小球４８の比率）を計測する。かさ密度が所定の許容可能範囲外であるならば、インライン濃度計１７を使用して、微小球４８又はポリマー材料５２の添加をモニタして、予備混合物５１のかさ密度を所望の範囲内に調節することができる。

稼働中、インライン濃度計１７は、切換弁２２からの予備混合物５１の進入かさ密度を計測する。計測されたかさ密度が許容可能な所定の公差内であるならば、予備混合物５１は、切換弁２２によって移送ライン２０に送られて、さらなる処理に回される。計測されたかさ密度が高すぎるか低すぎるならば、予備混合物５１は、切換弁２２によって再循環ループ１６に送られてプレミックス準備タンク１０に戻され、移送ライン２０には回されない。正確にいうなら、予備混合物５１は再循環し続ける。所望により、濃度計１７から得られる予備混合物５１の密度計測値を使用して、さらなるプレポリマー５２又は微小球４８を供給する。予備混合物５１は、プレミックス準備タンク１０の底からの予備混合物５１の排出を妨げない任意のレベルでプレミックス準備タンク１０に戻してもよいことに留意されたい。好ましくは、予備混合物５１は、たとえば、予備混合物５１をタンク１０中の予備混合物５１の貯蔵分の表面下に戻すことにより、又は予備混合物５１をタンク１０の内壁に沿って戻すことにより、予備混合物５１に投入される同伴ガスの量を減らすような方法で戻す。

場合によっては、より正確なかさ密度計測値を得るため、プレミックス準備タンク１０に真空源１９を設けて、ポリマー材料５２への微小球４８の添加からの同伴ガスを除去又は脱気してもよい。好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、１〜１０Torrの圧力で脱気する。より好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、１〜５Torrの圧力で脱気する。もっとも好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、２Torr未満の圧力で脱気する。加えて、プレミックス装置１００はさらに、プレミックス準備タンク１０が真空源１９からの真空下にない場合、「ブランケット」不活性ガスを予備混合物５１に供給するための不活性ガス源６０を含むことができる。

好ましくは、ポリマー微小球４８の少なくとも一部は一般に可撓性である。適当なポリマー微小球４８としては、無機塩、糖及び水溶性粒子がある。このようなポリマー微小球４８（又は微小要素）の例は、ポリビニルアルコール、ペクチン、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエーテルアクリライト、デンプン、マレイン酸コポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、シクロデキストリン及びこれらの組み合わせ（たとえば、スウェーデンSundsvallのAkzo NobelのExpancel（商標））を含む。微小球４８を、たとえば分枝化、ブロッキング及び架橋によって化学的に変性して溶解性、膨潤性及び他の性質を変化させてもよい。好ましくは、微小球４８は、１５０μm未満の平均直径を有し、より好ましくは、５０μm未満の平均直径を有する。もっとも好ましくは、微小球４８は、１５μm未満の平均直径を有する。微小球の平均直径は異なってもよく、所望により、異なるサイズの微小球又は種々の微小球４８の混合物をポリマー材料５２に含浸してもよいことに留意されたい。微小球に好ましい材料は、アクリロニトリルと塩化ビニリデンとのコポリマーである。

さらには、本発明の典型的な実施態様では、研磨パッド４のポリマー材料５２は、ポリイソシアネート含有材料（「プレポリマー」）から製造される。プレポリマーは、ポリイソシアネート（たとえばジイソシアネート）とヒドロキシル含有材料との反応生成物である。ポリイソシアネートは、脂肪族又は芳香族であってもよい。そして、プレポリマーを硬化剤で硬化させる。好ましいポリイソシアネートとしては、メチレンビス４，４′−シクロヘキシルイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン−１，２−ジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレン−ジイソシアネート、ドデカン−１，１２−ジイソシアネート、シクロブタン−１，３−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３−ジイソシアネート、シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、１−イソシアナト−３，３，５−トリメチル−５−イソシアナトメチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのトリイソシアネート、２，４，４−トリメチル−１，６−ヘキサンジイソシアネートのトリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのウレトジオン、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。好ましいポリイソシアネートは脂肪族である。好ましい脂肪族ポリイソシアネートは、１４％未満の未反応のイソシアネート基を有する。

有利には、ヒドロキシル含有材料はポリオールである。典型的なポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ヒドロキシ末端ポリブタジエン（部分的／完全に水素化された誘導体を含む）、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。

一つの好ましい実施態様では、ポリオールはポリエーテルポリオールを含む。例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（「ＰＴＭＥＧ」）、ポリエチレンプロピレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール及びこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。炭化水素鎖は、飽和又は不飽和結合を有することもできるし、置換又は非置換の芳香族及び環状基を有することもできる。好ましくは、本発明のポリオールとしてはＰＴＭＥＧが挙げられる。適当なポリエステルポリオールとしては、ポリエチレンアジペートグリコール、ポリブチレンアジペートグリコール、ポリエチレンプロピレンアジペートグリコール、ｏ−フタレート−１，６−ヘキサンジオール、ポリ（ヘキサメチレンアジペート）グリコール及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。炭化水素鎖は、飽和又は不飽和結合を有することもできるし、置換又は非置換の芳香族及び環状基を有することもできる。適当なポリカプロラクトンポリオールとしては、１，６−ヘキサンジオール誘導ポリカプロラクトン、ジエチレングリコール誘導ポリカプロラクトン、トリメチロールプロパン誘導ポリカプロラクトン、ネオペンチルグリコール誘導ポリカプロラクトン、１，４−ブタンジオール誘導ポリカプロラクトン、ＰＴＭＥＧ誘導ポリカプロラクトン及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。炭化水素鎖は、飽和又は不飽和結合を有することもできるし、置換又は非置換の芳香族及び環状基を有することもできる。適当なポリカーボネートとしては、ポリフタレートカーボネート及びポリ（ヘキサメチレンカーボネート）グリコールが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の好ましい実施態様では、ポリマー材料５２は、たとえば、熱硬化性及び熱可塑性のポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエステル、シリコーン、ポリイミド及びポリスルホンで形成することができる。ポリマー材料５２のための他の典型的な材料としては、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、エチルビニルアセテート、ポリ酪酸ビニル、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フッ化エチレンプロピレン及びペルフルオロアルコキシポリマーならびにこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいポリマー材料５２はポリウレタンである。

次に図３を参照すると、プレミックス装置１００、プレミックス実行タンク１５及び硬化剤装置１０１を含むキャスティング装置１０３が示されている。硬化剤装置１０１はさらに、硬化剤実行タンク１２及び硬化剤貯蔵タンク６を含む。この実施態様では、１個のプレミックス実行タンク１５及び１個の硬化剤装置１０１が示されているが、所望により、任意の数のプレミック実行タンク及び硬化剤タンクを使用してもよいことに留意されたい。稼働中、ひとたび許容可能なかさ密度を有する均質なブレンドがプレミックス装置１００中で調製されたならば、予備混合物５１を移送ライン２０を介してプレミックス実行タンク１５に移すことができる。移送ライン２０は、防錆金属、プラスチック又はポリマー材料を含むことができる。この移送は、移送ポンプ２１を使用してプレミックス準備タンク１０の底から予備混合物５１を抜き取り、その予備混合物５１を、移送ライン２０に流れを切り換える切換弁２２に通し、予備混合物をプレミックス実行タンク１５に送ることによって達成される。有利には、ひとたび予備混合物５１がプレミックス準備タンク１０からプレミックス実行タンク１５に移されたならば、プレミックス準備タンク１０を新たなバッチの予備混合物５１の調製に利用することができる。加えて、プレミックス実行タンク１５に収容された予備混合物５１を今すぐキャスティングに利用することができる。図示するように、本発明の別個のプレミックス調製工程を有することにより、途切れのないキャスティング工程を可能とする。

キャスティングの際、プレミックス実行タンク１５からの予備混合物５１及び硬化剤実行タンク１２からの硬化剤５３をミキサ１３に計量供給し、その中で、個々の成分５１、５３をブレンドし、流し込み型１４に直接流し込む。そして、成形品を硬化させ、切り出して本発明の研磨パッド４を形成する。プレミックス実行タンク１５及び硬化剤実行タンク１２はまた、プレミックス準備タンク１０の攪拌機１８に類似した攪拌機１８を具備している。さらなる硬化剤５３が液面コントローラ７によって硬化剤貯蔵タンク６から供給される。

有利には、研磨パッド４のかさ密度は、２種の個別成分５１、５３の混合比によって直接制御される。プレミックス実行タンク１５及び硬化剤実行タンク１２からの成分５１、５３の混合比は、送り出しライン５５に内設された流量計８と連動する個々の計量ポンプ９によって制御される。

有利には、硬化剤はポリジアミンである。好ましいポリジアミンとしては、ジエチルトルエンジアミン（「ＤＥＴＤＡ」）、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン及びその異性体、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン及びその異性体、たとえば３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、４，４′−ビス−（sec−ブチルアミノ）−ジフェニルメタン、１，４−ビス−（sec−ブチルアミノ）−ベンゼン、４，４′−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）、４，４′−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）（「ＭＣＤＥＡ」）、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、Ｎ，Ｎ′−ジアルキルジアミノジフェニルメタン、ｐ，ｐ′−メチレンジアニリン（「ＭＤＡ」）、ｍ−フェニレンジアミン（「ＭＰＤＡ」）、メチレン−ビス２−クロロアニリン（「ＭＢＯＣＡ」）、４，４′−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）（「ＭＯＣＡ」）、４，４′−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）（「ＭＤＥＡ」）、４，４′−メチレン−ビス−（２，３−ジクロロアニリン）（「ＭＤＣＡ」）、４，４′−ジアミノ−３，３′−ジエチル−５，５′−ジメチルジフェニルメタン、２，２′，３，３′−テトラクロロジアミノジフェニルメタン、トリメチレングリコールジ−ｐ−アミノベンゾエート及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、本発明の硬化剤としては、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン及びその異性体が挙げられる。適当なポリアミン硬化剤としては、第一級及び第二級アミン類が挙げられる。

加えて、他の硬化剤、たとえばジオール、トリオール、テトラオール又はヒドロキシ末端硬化剤を前述のポリウレタン組成物に加えてもよい。適当なジオール、トリオール及びテトラオールの群は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、低分子量ポリテトラメチレンエーテルグリコール、１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、１，３−ビス−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］ベンゼン、１，３−ビス−｛２−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］エトキシ｝ベンゼン、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、レゾルシノール−ジ−（β−ヒドロキシエチル）エーテル、ヒドロキノン−ジ−（β−ヒドロキシエチル）エーテル及びこれらの混合物を含む。好ましいヒドロキシ終端化硬化剤としては、１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、１，３−ビス−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］ベンゼン、１，３−ビス−｛２−［２−（２−ヒドロキシエトキシ）エトキシ］エトキシ｝ベンゼン、１，４−ブタンジオール及びこれらの混合物が挙げられる。ヒドロキシ末端硬化剤及びアミン硬化剤は、いずれも、１個以上の飽和、不飽和、芳香族及び環状基を含むことができる。さらには、ヒドロキシ末端硬化剤及びアミン硬化剤は、１個以上のハロゲン基を含むことができる。ポリウレタン組成物は、硬化剤のブレンド又は混合物で形成することができる。しかし、望むならば、ポリウレタン組成物は、１種の硬化剤で形成することもできる。

したがって、本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、ポリマー材料を有するタンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクとを含む装置を提供する。装置はさらに、ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループとを提供する。装置はさらに、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、混合物を成形するための型とを提供する。

次に図４を参照すると、プレポリマー装置１０４を含むキャスティング装置１０５が示されている。プレポリマー装置１０４はさらに、プレポリマー実行タンク１１及び二次プレポリマー貯蔵タンク５を含む。この実施態様では、プレポリマー実行タンク１１は、流し込み型１４中の成形品のかさ密度のさらなる柔軟な制御を考慮している。たとえば、微小球４８とプレポリマー５７との最終かさ密度比は、プレポリマー実行タンク１１からミキサ１３への非充填プレポリマー５７の添加ならびにプレミックス実行タンク１５及び硬化剤実行タンク１２からの成分添加によって調節することができる。ミキサ１３への非充填プレポリマー５７の添加は、流量計８及び計量ポンプ９によって調整される。プレポリマー実行タンク１１はまた、プレミックス準備タンク１０の攪拌機１８に類似した攪拌機１８を具備している。プレポリマー実行タンク１１へのさらなるポリマー材料５７が液面コントローラ７によって二次プレポリマー貯蔵タンク５から供給される。１個のプレポリマー実行タンク１１しか示されていないが、所望により、本発明は、任意の数のさらなるプレポリマー実行タンクを用いて実施してもよいことに留意されたい。加えて、所望により、プレポリマー５７は、プレポリマー５２又は他のポリマー材料と同じであってもよい。

キャスティングの際、プレミックス実行タンク１５からの予備混合物５１、硬化剤実行タンク１２からの硬化剤５３及びプレポリマー実行タンク１１からのプレポリマー５７をミキサ１３に計量供給し、その中で、個々の成分５１、５３及び５７をブレンドし、流し込み型１４に直接流し込む。そして、成形品を硬化させ、切り出して本発明の研磨パッド４を形成する。有利には、研磨パッド４のかさ密度は、３種の個別成分５１、５３及び５７の混合比によって直接制御される。プレミックス実行タンク１５、硬化剤実行タンク１２及びプレポリマー実行タンク１１からの成分５１、５３及び５７の混合比は、送り出しライン５５の中に内設された流量計８と連動する個々の計量ポンプ９によって制御される。

場合によっては、プレポリマー実行タンク１１に真空源１９を設けて、機械的に同伴されたガスを除去又は脱気してもよい。さらには、プレミックス実行タンク１５及び硬化剤実行タンク１２にも真空源１９を設けてもよい。好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、１〜１０Torrの圧力で脱気する。より好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、１〜５Torrの圧力で脱気する。もっとも好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、２Torr未満の圧力で脱気する。

したがって、本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、第一のポリマー材料を有する第一のプレポリマー貯蔵タンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクとを含む装置を提供する。装置はさらに、第一のポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループとを含む。装置はさらに、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、所望のかさ密度に達するまで第二のポリマー材料を混合物に供給するための、第二のポリマー材料を有する少なくとも１個の第二のプレポリマー貯蔵タンクとを提供する。最後に、装置はさらに、混合物を成形するための型を含む。

次に図５を参照すると、プレミックス実行／準備装置１０６及び硬化剤装置１０１を含むキャスティング装置１０７が示されている。プレミックス実行／準備装置１０６はさらに、十分な量の微小球又は微小要素４８を保持するサイズの充填材貯蔵サイロ１を含む。プレミックス実行／準備装置１０６はさらに、プレミックス実行／準備タンク５９及び十分な量のポリマー材料５２を保持するサイズのプレポリマー貯蔵タンク３を含む。加えて、プレミックス実行／準備装置１０６は、有利には、プレミックス実行／準備タンク５９中の予備混合物５１のかさ密度を制御するための再循環ループ１６を含む。図２、３及び４の実施態様とは対照的に、図５（及び以下の図６）の実施態様は、プレミックス準備タンク及びプレミックス実行タンクを１個の実行／準備タンクとして提供することに留意されたい。換言するならば、図５（及び以下の図６）の実施態様は、プレミックス準備タンクとプレミックス実行タンクとの間の「移送工程」の必要性を除く。しかし、この実施態様は本発明の研磨パッドのバッチ式のキャスティングを考慮したものであるが、連続式のキャスティングを考慮したものではないことに留意されたい。

稼働中、所定の量のポリマー材料５２がプレミックス実行／準備タンク５９に加えられる。プレミックス実行／準備タンク５９に加えられるポリマー材料５２の量は、マスフロー計量装置４によって制御することができる。プレミックス実行／準備タンク５９に加えられるプレポリマー５２の量はまた、プレミックス実行／準備タンク５９に取り付けられたロードセルを使用することによって制御してもよい。

ポリマー材料５２がプレミックス実行／準備タンク５９に加えられたのち、攪拌機１８がポリマー材料５２を攪拌して、ポリマー材料５２の、攪拌機１８の軸に沿う上向きの軸方向流を与え、その結果、ポリマー材料５２をプレミックス実行／準備タンク５９の内壁に沿って下向きに流れさせる。好ましくは、攪拌機は、１〜５００rpmの速度で回転させる。より好ましくは、攪拌機は、１〜２５０rpmの速度で回転させる。もっとも好ましくは、攪拌機は、１〜５０rpmの速度で回転させる。

攪拌機１８が起動すると、充填材貯蔵サイロ１中の微小球４８をプレミックス実行／準備タンク５９に加えることができる。本発明の典型的な実施態様では、プレミックス実行／準備タンク５９に加えられる微小球４８の量は、「減量」乾燥原料計量システム２によって実行することができる。乾燥原料計量システム２は、貯蔵サイロ１の中に含まれた微小球４８を含めた、充填材貯蔵サイロ１の初期総重量を設定する。その後、プレミックス準備タンク１０に加えられる微小球４８の所定重量が乾燥原料計量システム２の中でセットされる。すると、乾燥原料計量システム２は、充填材貯蔵サイロ１の重量変化が微小球４８の所望の所定重量に一致するまで、微小球４８をプレミックス準備タンク１０に加えることができる。

適切な量の微小球４８が量り分けられたのち、微小球４８は、ポリマー材料５２に加えられ、ブレンドされて、攪拌機１８の攪拌によって支援されながら予備混合物５１を形成する。有利には、ポリマー材料５２の量に対する微小球４８の量の比率は０〜５０容量％である。より有利には、ポリマー材料５２の量に対する微小球４８の量の比率は０〜４０容量％である。もっとも有利には、ポリマー材料５２の量に対する微小球４８の量の比率は０．１〜３０容量％である。

有利には、ひとたび微小球４８がポリマー材料５２にブレンドされると、予備混合物５１を再循環ループ１６で再循環させて、予備混合物５１が本質的に均質であることを保証する。再循環ループ１６は、予備混合物５１をプレミックス実行／準備タンク５９中でより均一に分散させるのに役立ち、密度の層別化の危険性を減らす。換言するならば、再循環ループ１６は、予備混合物５１のかさ密度を制御する効率的な方法を考慮している。予備混合物５１のかさ密度は、スケール（図示せず）を併用して予備混合物５１を手作業で周期的にサンプリングすることによってモニタすることができる。

有利には、再循環ポンプ２１がプレミックス実行／準備タンク５９から予備混合物５１を抜き取り、その予備混合物５１を切換弁２２に通すと、この弁２２が予備混合物５１をプレミックス実行／準備タンク５９に戻す。再循環ポンプ２１は、接触潤滑を要しないダイアフラム型、ぜん動型、サイン型又はローブ型ポンプであることができる。場合によっては、インライン濃度計１７を再循環ループ１６中に設けて、予備混合物５１の均質性をモニタしてもよい。有利には、インライン濃度計１７は、予備混合物５１の連続的なかさ密度を計測するための自動化方法を提供する。インライン濃度計１７は、密度を計測し、密度計測値を表示することができる。インライン濃度計１７は、予備混合物５１のかさ密度（ポリマー材料５２に対する微小球４８の比率）を計測する。かさ密度が所定の許容可能範囲外であるならば、インライン濃度計１７を使用して、微小球４８又はポリマー材料５２の添加をモニタして、予備混合物５１のかさ密度を所望の範囲内に調節することができる。

稼働中、インライン濃度計１７は、切換弁２２からの予備混合物５１の進入かさ密度を計測する。計算されたかさ密度が許容可能な所定の公差内であるならば、計測された予備混合物５１は、切換弁２２によって送り出しライン５５に送られる。計算されたかさ密度が高すぎるか低すぎるならば、計測された予備混合物５１は、切換弁２２によって再循環ループ１６に送られてプレミックス実行／準備タンク５９に戻されて再び攪拌される。換言するならば、かさ密度が高すぎるならば、さらなる攪拌が実施される。予備混合物５１は、プレミックス実行／準備タンク５９の底からの予備混合物５１の排出を妨げない任意のレベルでプレミックス実行／準備タンク５９に戻してもよいことに留意されたい。

場合によっては、より正確なかさ密度計測値を得るため、プレミックス実行／準備タンク５９に真空源１９を設けて、ポリマー材料５２への微小球４８の添加からの同伴ガスを除去又は脱気してもよい。好ましくは、プレミックス実行／準備タンク５９を、１〜１０Torrの圧力で脱気する。より好ましくは、プレミックス実行／準備タンク１０を、１〜５Torrの圧力で脱気する。もっとも好ましくは、プレミックス準備タンク１０を、２Torr未満の圧力で脱気する。

なおも図５を参照すると、硬化剤装置１０１はさらに、硬化剤実行タンク１２及び硬化剤貯蔵タンク６を含む。この実施態様は、１個の硬化剤装置１０１がある状態で示すが、所望により、任意の数の硬化剤装置を使用してもよいことに留意されたい。キャスティングの際、プレミックス実行／準備タンク５９からの予備混合物５１及び硬化剤実行タンク１２からの硬化剤５３をミキサ１３に計量供給し、その中で、個々の成分５１、５３をブレンドし、流し込み型１４に直接流し込む。そして、成形品を硬化させ、切り出して本発明の研磨パッド４を形成する。プレミックス実行／準備タンク５９及び硬化剤実行タンク１２はまた、プレミックス準備タンク１０の攪拌機１８に類似した攪拌機１８を具備している。さらなる硬化剤５３が液面コントローラ７によって硬化剤貯蔵タンク６から供給される。有利には、研磨パッド４のかさ密度は、２種の個別成分５１、５３の混合比によって直接制御される。プレミックス実行／準備タンク５９及び硬化剤実行タンク１２からの成分５１、５３の混合比は、再循環ポンプ２１及び送り出しライン５５に内設された流量計８と連動する計量ポンプによって制御される。

次に図６を参照すると、二次プレポリマー装置１１１を含むキャスティング装置１０９が示されている。プレポリマー装置１１１はさらに、二次プレポリマー実行タンク１１及び二次プレポリマー貯蔵タンク５を含む。この実施態様では、プレポリマー実行タンク１１は、流し込み型１４中の成形品のさらなる柔軟な制御を考慮している。たとえば、微小球４８とプレポリマー５２との最終かさ密度比は、プレポリマー実行タンク１１からミキサ１３への非充填プレポリマー５７の添加ならびにプレミックス実行／準備タンク５９及び硬化剤実行タンク１２からの成分添加によって調節することができる。ミキサ１３への非充填プレポリマー５７の添加は、流量調整計８及び計量ポンプ９によって調整される。プレポリマー実行タンク１１はまた、プレミックス準備タンク１０の攪拌機１８に類似した攪拌機１８を具備している。プレポリマー実行タンク１１へのさらなるポリマー材料５７が液面コントローラ７によって二次プレポリマー貯蔵タンク５から供給される。１個のプレポリマー実行タンク１１しか示されていないが、本発明は、所望により、任意の数のさらなるプレポリマー実行タンクを用いて実施してもよいことに留意されたい。加えて、所望により、プレポリマー５７は、プレポリマー５２又は他のポリマー材料と同じであってもよい。

キャスティングの際、プレミックス実行／準備タンク５９からの予備混合物５１、硬化剤実行タンク１２からの硬化剤５３及びプレポリマー実行タンク１１からの非充填プレポリマー５７をミキサ１３に計量供給し、その中で、個々の成分５１、５３及び５７をブレンドし、流し込み型１４に直接流し込む。そして、成形品を硬化させ、切り出して本発明の研磨パッド４を形成する。有利には、研磨パッド４のかさ密度は、３種の個別成分５１、５３及び５７の混合比によって直接制御される。プレミックス実行／準備タンク５９、硬化剤実行タンク１２及びプレポリマー実行タンク１１からの成分５１、５３及び５７の混合比は、送り出しライン５５に内設された流量計８と連動する個々の計量ポンプ９によって制御される。

したがって、本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、ポリマー材料を有するプレポリマー貯蔵タンクと、微小球を有する貯蔵サイロと、硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクとを含む装置を提供する。装置はさらに、ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス実行／準備タンクと、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス実行／準備タンクの再循環ループとを含む。装置はさらに、予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、混合物を成形するための型とを含む。

次に図７を参照すると、本発明の条痕減少研磨パッドを使用するＣＭＰ装置７３が示されている。装置７３は、半導体ウェーハ８３を研磨プラテン９１に対して保持する又は押し当てるためのウェーハキャリヤ８１を含む。研磨プラテン９１は、本発明の条痕減少研磨パッド４を含む積層研磨パッド１を具備している。先に論じたように、パッド１は、プラテン９１の表面と対面する下層２と、ウェーハ８３を研磨するために化学研磨スラリーとともに使用される研磨パッド４とを有する。図示しないが、研磨流体又はスラリーを供給するためのいかなる手段をもこの装置とともに使用することができることに留意されたい。プラテン９１は通常、その中心軸７９を中心に回転する。加えて、ウェーハキャリヤ８１は通常、その中心軸７５を中心に回転し、平行移動アーム７７によってプラテン９１の表面を平行移動する。図７には１個のウェーハキャリヤしか示されていないが、ＣＭＰ装置は、研磨プラテンの周囲に円周方向に離間した２個以上のウェーハキャリヤを有してもよいことに留意されたい。加えて、透過性の穴８７がプラテン９１に設けられ、パッド１の窓１４に重なっている。したがって、透過性の穴８７は、ウェーハ８３の研磨中に、正確な終点検出のために窓１４を介してウェーハ８３の表面へのアクセスを提供する。すなわち、レーザ分光光度計８９がプラテン９１の下方に設けられ、このレーザ分光光度計が、ウェーハ８３の研磨中に、正確な終点検出のためにレーザビーム８５を投射して透過性の穴８７及び窓１４を通じて通過及び反射させる。

したがって、本発明は、ケミカルメカニカル研磨パッドを形成する方法であって、ポリマー材料をタンクに供給する工程、微小球を貯蔵サイロに供給する工程、及び硬化剤を硬化剤貯蔵タンクに供給する工程を含む方法を提供する。さらに、方法は、ポリマー材料及び微小球をプレミックス準備タンクに送り込む工程、及びポリマー材料と微小球との予備混合物を形成する工程を含む。方法はさらに、所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるため、プレミックス準備タンクに再循環ループを提供する工程を含む。方法はさらに、予備混合物をプレミックス実行タンクに送り込む工程と、予備混合物と硬化剤との混合物を形成する工程と、混合物を型に注加する工程と、型を研磨パッドに切り出す工程とを提供する。

条痕が減少した本発明の研磨パッドを示す。 本発明の研磨パッドを形成するための装置を示す。 本発明の研磨パッドを形成するための装置のもう一つの実施態様を示す。 本発明の研磨パッドを形成するための装置のもう一つの実施態様を示す。 本発明の研磨パッドを形成するための装置のもう一つの実施態様を示す。 本発明の研磨パッドを形成するための装置のもう一つの実施態様を示す。 本発明の研磨パッドを使用するＣＭＰシステムを示す。

Claims (10)

1. ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、
   ポリマー材料を有するタンクと、
   微小球を有する貯蔵サイロと、
   硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクと、
   ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、
   所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループと、
   予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、
   予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、
   混合物を成形するための型と
   を含む装置。
2. プレミックス準備タンクの中で予備混合物を攪拌するための攪拌機をさらに含む、請求項１記載の装置。
3. プレミックス準備タンクを脱気するための真空源をさらに含む、請求項１記載の装置。
4. 予備混合物のかさ密度を計測するための、再循環ループ中のインライン濃度計をさらに含む、請求項１記載の装置。
5. 微小球が、ポリビニルアルコール、ペクチン、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエーテルアクリライト、デンプン、マレイン酸コポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、シクロデキストリン、アクリロニトリルと塩化ビニリデンとのコポリマー及びこれらの組み合わせを含む、請求項１記載の装置。
6. ポリマー材料が、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリエステル、シリコーン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、エチルビニルアセテート、ポリ酪酸ビニル、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、フッ化エチレンプロピレン及びペルフルオロアルコキシポリマーならびにこれらの組み合わせを含む、請求項１記載の装置。
7. ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、
   第一のポリマー材料を有する第一のプレポリマー貯蔵タンクと、
   微小球を有する貯蔵サイロと、
   硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクと、
   第一のポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス準備タンクと、
   所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス準備タンクの再循環ループと、
   予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクと、
   予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、
   所望のかさ密度に達するまで第二のポリマー材料を混合物に供給するための、第二のポリマー材料を有する少なくとも１個の第二のプレポリマー貯蔵タンクと、
   混合物を成形するための型と
   を含む装置。
8. 第一のポリマー材料と第二のポリマー材料とが同じである、請求項７記載の装置。
9. ケミカルメカニカル研磨パッドを形成するための装置であって、
   ポリマー材料を有するプレポリマー貯蔵タンクと、
   微小球を有する貯蔵サイロと、
   硬化剤を有する硬化剤貯蔵タンクと、
   ポリマー材料と微小球との予備混合物を形成するためのプレミックス実行／準備タンクと、
   所望のかさ密度に達するまで予備混合物を再循環させるための、プレミックス実行／準備タンクの再循環ループと、
   予備混合物と硬化剤との混合物を形成するためのミキサと、
   混合物を成形するための型と
   を含む装置。
10. さらなるポリマー材料を混合物に供給するための別のプレポリマー貯蔵タンクをさらに含む、請求項９記載の装置。

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