JP2006291202A - 多孔性反応射出成形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得る。
【解決手段】装置は、ポリマー材料を有するタンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、及び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を含む。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、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及びタンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空を含む。
【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、反応射出成形法（ＲＩＭ）によって形成される研磨パッドに関する。さらに、本発明は、ＲＩＭ法によって多孔性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素子の製造においては、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。

Hishikiの米国特許第６，８３７，７８１号は、ＲＩＭ法によって製造される当該技術で公知の研磨パッドを開示している。Hishikiの研磨パッドは、不活性ガスをポリウレタンの混合物中に溶解させて気孔を形成することによって形成される。残念ながら、Hishikiの研磨パッドは、気孔率における大きなばらつきを有し、ある研磨パッドと次の研磨パッドとで予測不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。たとえば、表２における例１及び２（１１〜１２列目を参照）は、それぞれ１５μm及び３μmの平均セル直径を有する研磨パッドを提供している。さらには、表２における例３及び４は、それぞれ３０μm及び１５０μmの平均セル直径を有する研磨パッドを提供している。換言するならば、これらの研磨パッドは、研磨性能に悪影響を及ぼすおそれのある、約８０％までの気孔率のばらつきを有している。そのうえ、この気孔率のばらつきは、パッドそのもの中で研磨性能にマイナスの影響を及ぼすかもしれない。

したがって、要望されているものは、改善された研磨性能を有する、反応射出成形法によって製造された研磨パッドである。そのうえ、要望されているものは、改善された研磨性能を有する多孔性のＲＩＭ研磨パッドを形成するための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、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、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、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンク、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及びタンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空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ポリオール貯蔵タンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、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、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンク、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、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第二のポリオール貯蔵タンク、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及び第一及び第二のポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空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ポリオール貯蔵タンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、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、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及びポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空を含む装置が提供される。

本発明は、反応射出成形研磨パッドを提供する。さらに、本発明は、多孔性の反応射出成形研磨パッドを形成するための新規なＲＩＭ装置及び方法を提供する。特に、本発明は、独特のプレミックス装置を使用して多孔性の反応射出成形研磨パッドを製造する。プレミックス装置は、微小球とポリマー材料（たとえばポリオール）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、機械的連行ガス又は溶存ガスを除去又は脱気するための真空を含む。加えて、新規な反応射出成形装置は、製造スケールの増大及びパッドタイプのバリエーションにおいて驚くべき融通性を提供する。換言するならば、新規な反応射出成形装置は、たとえば、本発明の研磨パッドを製造するための、連続的な反応射出成形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及び随意選択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）パッドでできていることができる。研磨パッド４は、ポリウレタンパッド、たとえばＲＨＥＭ製のOXP4150（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。プレミックス装置１００はさらに、プレミックス準備タンク１０及び十分な量のポリマー材料５２（たとえばポリオール）を保持するサイズの貯蔵タンク３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注意されたい。たとえば、所望により、いかなる数の貯蔵サイロ１、ポリオール貯蔵タンク３及びプレミックス準備タンク１０を本発明で使用してもよい。

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供給装置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に加えられるポリオール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提供して、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」乾燥原料計量供給システム２によって実行することができる。乾燥原料計量供給システム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の所定量が乾燥原料計量供給システム２にセットされる。すると、乾燥原料計量供給システム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が本質的に均質なままであることを確実にする。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可能にしている。

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を方向制御弁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、ピストン型、スクリュー型、プログレッシブキャビティ型、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、重量計（図示せず）を併用しながら予備混合物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、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、方向制御弁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、方向制御弁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、方向制御弁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、さらなるポリオール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の排出を妨げないいかなる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注意されたい。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に導入される連行ガスの量を減らすようなやり方で戻される。

有利には、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に真空供給源１９を設けて、ポリマー材料５２への微小球４８の添加からの連行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は、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は、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は、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が真空供給源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供給源６０を含むことができる。不活性ガスは、気孔を形成するために使用されるものではなく、むしろ、真空供給源１９がオフであるとき気孔を減らすために使用されるということに注意されたい。

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、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン及びアクリロニトリルと塩化ビニリデンとのコポリマーならびにこれらの組み合わせを含む。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改変して溶解度、膨潤度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、様々なサイズの微小球又は様々な微小球４８の混合物をポリマー材料５２に含浸してもよいことに注意されたい。微小球に好ましい材料は、ポリアクリロニトリルとポリ塩化ビニリデンとのコポリマー（たとえば、スウェーデンSundsvallのAkzo NobelのExpancel（商標））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、ポリヒドロキシル含有材料から製造される。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、ヒドロキシ終端化ポリブタジエン（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あるが、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。例は、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式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がある。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あるが、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式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あるが、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式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）グリコールがあるが、これらに限定されない。

さらには、ポリマー材料５２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あるが、これらに限定されない。好ましくは、本発明のポリマー材料としては、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ある。適当なポリアミンとしては、第一級及び第二級アミンの両方がある。また、上記ポリオールとポリジアミンとのブレンドを使用してもよい。

場合によっては、他のポリマー材料、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終端化イソシアネート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類は、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、レソルシノール−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イソシアネートとしては、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ある。ヒドロキシ終端化及びアミンイソシアネートは、いずれも、１個以上の飽和、不飽和、芳香族及び環式基を含むことができる。さらには、ヒドロキシ終端化及びアミンイソシアネートは、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、イソシアネート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種のイソシアネートで形成することもできる。

次いで、以下さらに論じるように、ポリマー材料（たとえばヒドロキシル含有材料）をポリイソシアネート（たとえばジイソシアネート）と反応させる。ポリイソシアネートは、脂肪族又は芳香族であることができる。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、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ＴＤＩプレポリマー、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗ＭＤＩ、ポリマーＭＤＩ、ウレトジオン変性ＭＤＩ、カルボジイミド変性ＭＤＩ及びこれらの混合物があるが、これらに限定されない。好ましいポリイソシアネートは芳香族である。好ましい芳香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。

場合によっては、触媒を使用して重合反応時間、特にゲル化時間及び離型時間を減らすこともできる。しかし、反応が速すぎるならば、型が完全に充填される前に材料が固化又はゲル化するおそれがある。ゲル化時間は、好ましくは０．５秒〜１時間、より好ましくは約１秒〜５分、さらに好ましくは１０秒〜５分、なおさらに好ましくは３０秒〜５分の範囲である。もっとも好ましい触媒は、第三級アミン、たとえばジアゾ−ビシクロオクタンを含む。他の有用な触媒としては、選択される具体的な化学反応に依存して、有機酸、有機金属化合物、第一級アミン及び第二級アミンがある。触媒は、二官能性、三官能性などであることができる。

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及びイソシアネート装置１０１を含む反応射出成形装置１０３が示されている。イソシアネート装置１０１はさらに、イソシアネート実行タンク１２及びイソシアネート貯蔵タンク６を含む。この実施態様は、１個のプレミックス実行タンク１５及び１個のイソシアネート装置１０１がある状態で示すが、所望により、いかなる数のプレミック実行タンク及びイソシアネートタンクを使用してもよいことに注意されたい。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に流れを切り替える方向制御弁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を今や反応射出成形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、途切れのない反応射出成形法が可能である。

反応射出成形の際、プレミックス実行タンク１５からの予備混合物５１及びイソシアネート実行タンク１２からのイソシアネート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、密閉された型１４で直接成形する。そして、成形品を硬化させて本発明の研磨パッド４を形成する。有利には、型１４には、機械的連行ガスを除去又は脱気するために真空１９を加える。プレミックス実行タンク１５及びイソシアネート実行タンク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。さらなるイソシアネート５３が液面調節器７によってイソシアネート貯蔵タンク６から供給される。残留する成分５１、５３は、さらなる処理のために、方向制御弁２２によって再循環ループ１６を介してそれぞれのタンク１５、１２に戻すことができることに注意されたい。

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及びイソシアネート実行タンク１２からの成分５１、５３の混合比は、送り出しライン５５の中に収容された流量計８と連係する個々の計量供給ポンプ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タンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、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、及び予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンクを含む装置を提供する。本発明はさらに、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及びタンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空を提供する。

次に図４を参照すると、ポリオール装置１０４を含む反応射出成形装置１０５が示されている。ポリオール装置１０４はさらに、ポリオール実行タンク１１及び二次ポリオール貯蔵タンク５を含む。この実施態様では、ポリオール実行タンク１１は、反応射出成形型１４中の成形品のかさ密度のさらなる融通性のある制御を可能にしている。たとえば、微小球４８とポリオール５７との最終かさ密度比は、ポリオール実行タンク１１からミキサ１３への非充填ポリオール５７の添加ならびにプレミックス実行タンク１５及びイソシアネート実行タンク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への非充填ポリオール５７の添加は、流量計８及び計量供給ポンプ９によって調整される。ポリオール実行タンク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。ポリオール実行タンク１１へのさらなるポリマー材料５７が液面調節器７によって二次ポリオール貯蔵タンク５から供給される。１個のポリオール実行タンク１１しか示されていないが、所望により、本発明は、いかなる数のさらなるポリオール実行タンクを用いて実施してもよいことに注意されたい。加えて、所望により、ポリオール５７は、ポリオール５２又は他のポリマー材料と同じであってもよい。残留する成分５１、５７、５３は、さらなる処理のために、方向制御弁２２によって再循環ループ１６を介してそれぞれのタンク１５、１１、１２に戻すことができることに注意されたい。

反応射出成形の際、プレミックス実行タンク１５からの予備混合物５１、イソシアネート実行タンク１２からのイソシアネート５３及びポリオール実行タンク１１からのポリオール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、型１４に射出する。そして、成形品を硬化させ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、イソシアネート実行タンク１２及びポリオール実行タンク１１からの成分５１、５３及び５７の混合比は、送り出しライン５５の中に収容された流量計８と連係する個々の計量供給ポンプ９によって制御される。

有利には、ポリオール実行タンク１１及び型１４には、機械的連行ガスを除去又は脱気するために真空１９を加える。さらには、プレミックス実行タンク１５及びイソシアネート実行タンク１２にも真空１９を加えてもよい。好ましくは、プレミックス準備タンク１０は、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は、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は、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ポリオール貯蔵タンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、及び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を含む装置を提供する。本発明はさらに、予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンク、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、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第二のポリオール貯蔵タンク、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及び第一及び第二のポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空を提供する。

次に図５を参照すると、プレミックス実行／準備装置１０６及びイソシアネート装置１０１を含む反応射出成形装置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ポリオール貯蔵タンク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注意されたい。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反応射出成形を可能にしたものであるが、連続反応射出成形を可能にしたものではないことに注意されたい。

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、マスフロー計量供給装置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に加えられるポリオール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提供して、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」乾燥原料計量供給システム２によって実行することができる。乾燥原料計量供給システム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の所定量が乾燥原料計量供給システム２にセットされる。すると、乾燥原料計量供給システム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が本質的に均質なままであることを確実にする。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可能にしている。予備混合物５１のかさ密度は、重量計（図示せず）を併用しながら予備混合物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を方向制御弁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、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、方向制御弁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、方向制御弁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、方向制御弁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の排出を妨げないいかなる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注意されたい。

有利には、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１９を加えて、ポリマー材料５２への微小球４８の添加からの連行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は、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は、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は、２torr未満の圧力で脱気する。

なおも図５を参照すると、イソシアネート装置１０１はさらに、イソシアネート実行タンク１２及びイソシアネート貯蔵タンク６を含む。この実施態様は、１個のイソシアネート装置１０１がある状態で示すが、所望により、いかなる数のイソシアネート装置を使用してもよいことに注意されたい。反応射出成形の際、プレミックス実行／準備タンク５９からの予備混合物５１及びイソシアネート実行タンク１２からのイソシアネート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、型１４に直接成形する。そして、成形品を硬化させて本発明の研磨パッド４を形成する。有利には、型１４には、機械的連行ガスを除去又は脱気するために真空１９を加える。残留する成分５１、５３は、さらなる処理のために、方向制御弁２２によって再循環ループ１６を介してそれぞれのタンク５９、１２に戻すことができることに注意されたい。プレミックス実行／準備タンク５９及びイソシアネート実行タンク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。さらなるイソシアネート５３が液面調節器７によってイソシアネート貯蔵タンク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及びイソシアネート実行タンク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の中に収容された流量計８と連係する計量供給ポンプによって制御される。

次に図６を参照すると、二次ポリオール装置１１１を含む反応射出成形装置１０９が示されている。ポリオール装置１１１はさらに、二次ポリオール実行タンク１１及び二次ポリオール貯蔵タンク５を含む。この実施態様では、ポリオール実行タンク１１は、反応射出成形型１４中の成形品のさらなる融通性のある制御を可能にしている。たとえば、微小球４８とポリオール５２との最終かさ密度比は、ポリオール実行タンク１１からミキサ１３への非充填ポリオール５７の添加ならびにプレミックス実行／準備タンク５９及びイソシアネート実行タンク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への非充填ポリオール５７の添加は、流量計８及び計量供給ポンプ９によって調整される。ポリオール実行タンク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。ポリオール実行タンク１１へのさらなるポリマー材料５７の供給は二次ポリオール貯蔵タンク５から液面調節器７によって行われる。１個のポリオール実行タンク１１しか示されていないが、本発明は、所望により、いかなる数のさらなるポリオール実行タンクを用いて実施してもよいことに注意されたい。加えて、所望により、ポリオール５７は、ポリオール５２又は他のポリマー材料と同じであってもよい。

反応射出成形の際、プレミックス実行／準備タンク５９からの予備混合物５１、イソシアネート実行タンク１２からのイソシアネート５３及びポリオール実行タンク１１からの非充填ポリオール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、型１４中に直接成形する。そして、成形品を硬化させ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、イソシアネート実行タンク１２及びポリオール実行タンク１１からの成分５１、５３及び５７の混合比は、送り出しライン５５の中に収容された流量計８と連係する個々の計量供給ポンプ９によって制御される。

有利には、ポリオール実行タンク１１及び型１４には、機械的連行ガスを除去又は脱気するために真空１９を加える。さらには、プレミックス実行／準備タンク５９及びイソシアネート実行タンク１２にも真空１９を加える。好ましくは、プレミックス準備タンク１０は、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は、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は、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、ポリマー材料を有するポリオール貯蔵タンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、及び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／準備タンクを含む装置を提供する。加えて、装置はさらに、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及びポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空を含む。

次に図７を参照すると、本発明の反応射出成形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、本発明の反応射出成形研磨パッド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注意されたい。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、移動アーム７７によってプラテン９１の表面を移動する。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注意されたい。加えて、透明な穴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、透明な穴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を投射して透明な穴８７及び窓１４に通過させ、それらを通って跳ね返らせる。

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ための装置であって、ポリマー材料を有するポリオール貯蔵タンク、微小球を有する貯蔵サイロ、イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、及び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／準備タンクを含む装置を提供する。本発明はさらに、予備混合物とイソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、混合物を反応射出成形するための密閉された型、及びポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空を提供する。

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、
   微小球を有する貯蔵サイロ、
   イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、
   前記ポリマー材料と前記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、
   前記予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンク、
   前記予備混合物と前記イソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、
   前記混合物を反応射出成形するための密閉された型、及び
   前記タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空
   を含む装置。
2. 所望のかさ密度に達するまで前記予備混合物を再循環させるための、前記プレミックス準備タンク中の再循環ループをさらに含む、請求項１記載の装置。
3. 前記予備混合物の密度をモニタするための、前記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２記載の装置。
4. 前記プレミックス準備タンクの中で前記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。
5. 前記予備混合物を再循環させるための、前記プレミックス実行タンク中の再循環ループをさらに含む、請求項１記載の装置。
6. 前記イソシアネートを再循環させるための、前記イソシアネート貯蔵タンク中の再循環ループをさらに含む、請求項１記載の装置。
7. 前記タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つが１〜１０torrの圧力で脱気される、請求項１記載の装置。
8. 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ポリオール貯蔵タンク、
   微小球を有する貯蔵サイロ、
   イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、
   前記第一のポリマー材料と前記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、
   前記予備混合物を貯蔵するためのプレミックス実行タンク、
   前記予備混合物と前記イソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、
   所望のかさ密度に達するまで第二のポリマー材料を前記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第二のポリオール貯蔵タンク、
   前記混合物を反応射出成形するための密閉された型、及び
   前記第一及び第二のポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空
   を含む装置。
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ポリオール貯蔵タンク、
   微小球を有する貯蔵サイロ、
   イソシアネートを有するイソシアネート貯蔵タンク、
   前記ポリマー材料と前記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、
   前記予備混合物と前記イソシアネートとの混合物を形成するためのミキサ、
   前記混合物を反応射出成形するための密閉された型、及び
   前記ポリオール貯蔵タンク、イソシアネート貯蔵タンク又は型の少なくとも一つを脱気するための真空
   を含む装置。
10. さらなるポリマー材料を前記混合物に供給するためのもう一つのポリオール貯蔵タンクをさらに含む、請求項９記載の装置。
    

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