TW201823320A - 用於製造化學機械平面化（cmp）拋光墊之無氣霧化方法 - Google Patents

用於製造化學機械平面化（cmp）拋光墊之無氣霧化方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種製造化學機械平面化（chemical mechanical planarization，CMP）拋光墊之方法，包括分別經由側面液體進料口將40℃至90℃之溫度T1下之包括胺固化劑之液體多元醇組分流及40℃至90℃之溫度T2下之液體異氰酸酯組分流引入至具有下游開口端之內部腔室中，該兩種組分各處於13,000 kPa至24,000 kPa之設定點壓力下，使得該兩束流以90度朝向彼此向下游流動，進而使該兩種組分碰撞混合以形成反應混合物，在壓力下經由狹窄，較佳圓形的小孔使該反應混合物流自該內部腔室之該開口端排放且排放至具有胺基甲酸酯釋放表面之敞口模具基板上，且固化該反應混合物以形成多孔聚胺基甲酸酯反應產物。

Description

用於製造化學機械平面化（CMP）拋光墊之無氣霧化方法
本發明係關於用於製造多孔聚胺基甲酸酯（PU）彈性體物品及化學機械平面化（chemical mechanical planarization，CMP）拋光墊之方法，包括在不向反應混合物中注射或添加任何空氣或氣體之情況下使兩組分反應混合物碰撞混合以形成多孔聚胺基甲酸酯。
用於製造多孔CMP拋光墊之已知方法包含添加多孔聚合填充劑例如至模製之聚合基質中，從而將固化以捕獲氣泡之氣體/聚胺基甲酸酯（PU）混合物機械起泡；添加發泡劑或使用水自物理或化學產生之氣體中產生孔隙；且使用超臨界（SC）流體（例如SC-CO2 ）飽和之聚合物快速減壓。然而，在任何此類方法中，將大量體積之氣體引入至墊形成混合物中導致需要氣體含入之前對其進行調節，且在處理期間及處理之後增加通風及流出物處理需求。產生或引入氣體以在墊形成混合物中產生孔隙之已知方法可能不會產生均勻孔隙分佈或均一填充模具以製造CMP拋光墊。另外，將空氣或氣體引入至此類用於製造CMP拋光墊之反應混合物中或在此類用於製造CMP拋光墊之反應混合物中產生氣體可自噴射裝置中產生兩相流動，此情況缺乏均質性，在噴射尖端或噴嘴處在液體流與氣體流之間交替，從而造成非均質材料排放且在所得產物中產生條紋。
Swisher等人之美國專利申請公開案第2009/0094900 A1號揭示用於製造CMP拋光墊之方法，該方法包括使第一反應物，超過60℃下之異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物，與第二反應物，超過100℃下之二胺以3:1至6:1之第一反應物與第二反應物之比值碰撞混合，澆鑄第一反應物與第二反應物之混合物且使所得聚脲聚胺基甲酸酯彈性體形成至化學機械平面化（CMP）拋光墊中。Swisher在[0030]中揭示將氣體注射至反應混合物中。
本發明人尋求解決提供用於製造均一性改善之化學機械拋光墊之塗覆或噴射方法的問題。
1. 根據本發明，製造化學機械平面化（chemical mechanical planarization，CMP）拋光墊之方法包括：分別經由側面液體進料口將40℃至90℃之溫度T1下之液體多元醇組分流及40℃至90℃之溫度T2下之液體異氰酸酯組分流引入至具有下游開口端之內部腔室，較佳圓柱形腔室中，兩種組分各在13,000 kPa至24,000 kPa（2000 psi至3400 psi）、或較佳20,000 kPa至24,000 kPa之設定點壓力下，使得兩束流以90度朝向彼此向下游流動，進而使兩種組分碰撞混合以形成反應混合物，該液體多元醇組分包括一或多種多元醇及胺固化劑，較佳，芳族二胺，諸如二甲基硫代甲苯二胺；且該液體異氰酸酯組分包括一或多種聚異氰酸酯或異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物，較佳地，芳族聚異氰酸酯或芳族異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物；至少一種組分，較佳地，液體多元醇組分含有以反應混合物之總固體重量計高達2.0 wt.%或較佳0.1 wt.%至1wt.%之足夠量之非離子界面活性劑，較佳地有機聚矽氧烷-共-聚醚界面活性劑以有助於在方法中形成之孔隙之穩定，在壓力，諸如氣槍（例如，無氣或空氣輔助噴槍）下諸如使用無氣噴槍將反應混合物流自內部腔室之開口端經由狹窄小孔，較佳直徑為0.4 mm至2.0 mm、較佳0.6 mm至1.7 mm或更佳0.9 mm至1.4 mm之圓形小孔排放，且排放在具有胺基甲酸酯釋放表面，諸如聚四氟乙烯之敞口模具基板上，較佳地，模具具有當所施加之反應混合物填充模具時形成CMP拋光墊之所期望的凹槽圖案之凹形構形；且在環境溫度至130℃、或較佳環境溫度至100℃下固化反應混合物，以形成密度在0.6 gm/cc至1 gm/cc或較佳0.75 gm/cc至0.95 gm/cc範圍內之多孔聚胺基甲酸酯反應產物。
2. 根據如上述條目1中所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中該內部腔室係末端封閉之圓柱，其具有下游開口端、對稱軸、至少兩個通向內部圓柱形腔室之液體進料口、至少一個通向內部腔室之液體異氰酸酯組分進料口及至少一個通向內部腔室之液體多元醇組分進料口，其中該封閉端及該開口端垂直於該對稱軸；且，其中該至少一個液體多元醇組分進料口及該至少一個液體異氰酸酯組分進料口沿著接近封閉端之內部圓柱形腔室之圓周配置。
3. 根據如上述條目1或2中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中該反應混合物不含額外發泡劑，包含不含額外化學或物理發泡劑。
4. 根據如上述條目1、2或3中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中該反應混合物不含額外加壓氣體，諸如加壓空氣。
5. 根據如上述條目1、2、3或4中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中該反應混合物在固化溫度下之凝膠時間為2秒至300秒、或較佳5秒至60秒、或較佳5秒至45秒。
5. 根據如上述條目1、2、3、4或5中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中在將該溫度T1下之液體多元醇組分及該溫度T2下之液體異氰酸酯組分各引入至該內部腔室時，各自黏度為10 cPs至1000 cPs或較佳100 cPs至500 cPs。
6. 根據如上述條目5中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，進一步其中，在將該液體多元醇組分及該液體異氰酸酯組分各引入至該內部腔室中之前，將其分別單獨預加熱至45℃至80℃之溫度T1及溫度T2。
7. 根據如上述條目1、2、3、4、5或6中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中該液體多元醇組分進一步包括高達3000 ppm或較佳高達1500 ppm之水以提高墊孔隙率。
8. 根據如條目1、2、3、4、5、6或7中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中所得CMP拋光墊之平均孔徑為20 µm至80 µm、或較佳30 µm至65 µm。
9. 根據如條目1、2、3、4、5、6、7或8中任一項所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中該反應混合物及該液體異氰酸酯組分及該液體多元醇組分各不含溶劑且基本上不含水。
10. 根據如上述任何先前條目1至9中所闡述之用於製造CMP拋光墊之本發明方法，其中固化該反應混合物包括首先在環境溫度至130℃下固化1分鐘至30分鐘、或較佳30秒至5分鐘之時段；將聚胺基甲酸酯反應產物自該模具中移除；且隨後最後在60℃至130℃之溫度下固化1分鐘至16小時、或較佳30 min至4小時之時段以形成多孔物品。
11. 根據如上述條目10中之本發明方法，其中形成該拋光墊進一步包括在該多孔物品之底側上堆疊子墊層，諸如聚合物浸漬之無紡或多孔或無孔聚合物薄片，使得該多孔物品之模製表面形成CMP拋光墊之頂表面。
12. 根據如上述條目1至11中任一項之本發明方法，其中將該反應混合物之流排放至模具上包括過度噴塗該模具，隨後固化因此塗覆之反應混合物以形成聚胺基甲酸酯反應產物，將該聚胺基甲酸酯反應產物自該模具中移除且隨後將該聚胺基甲酸酯反應產物之周邊衝壓或切割至CMP拋光墊之期望直徑。
13. 根據如上述條目1至12中任一項之本發明方法，其中該排放藉助於由能夠實現在平行於敞口模具表面之平面上移動之機械致動器原地固持之無氣噴槍，該機械致動器例如具有能夠實現程式化移動之機械連桿之可程式化電子致動器，較佳地，具有能夠XY軸向移動之四軸臂或能夠XYZ軸向移動及旋轉移動之六軸臂之機器人。
出於本說明書之目的，除非另外特定指出，否則調配物均以wt.%表示。
除非另外指示，否則溫度及壓力之條件為環境溫度及標準壓力。
除非另外指示，否則含有圓括號之任何術語均可替代地指全部術語，如同圓括號不存在及術語沒有圓括號一般，以及各替代術語之組合。因此，術語「(聚)異氰酸酯」係指異氰酸酯、聚異氰酸酯或其混合物。
所有範圍均具有包含性及可組合性。舉例而言，術語「50 cp至3000 cp或100 cp或更高之範圍」將包含50 cp至100 cp、50 cp至3000 cp及100 cp至3000 cp中之各者。
除非另外指示，否則如本文所用，術語聚合物之「平均分子量」係指藉由凝膠滲透色譜法對指定或若非指定則對已知合適標準品（諸如多元醇之聚(乙二醇)）所測定之結果。
如本文所用，術語「凝膠時間」意謂藉由以下獲得之結果：在約80℃下例如在設定在1000 rpm下之VM-2500渦流實驗室混合器（State Mix Ltd., Winnipeg, Canada）中混合既定反應混合物30s；將計時器設定為0且打開計時器；將混合物倒入鋁杯中；將杯置放至設定在65℃下之具有凝膠計時器（Gardco Hot PotTM 凝膠計時器, PaulN. Gardner Company, Inc., Pompano Beach, FL）之電熱鍋中；用20RPM下之線網攪拌器攪拌反應混合物且在線網攪拌器停止在樣品中移動時記錄凝膠時間。
如本文所使用，術語「ASTM」係指賓夕法尼亞州西康舍霍肯ASTM國際性組織（ASTM International, West Conshohocken, PA）之出版物。
如本文所用，術語「聚異氰酸酯」意謂任何含有異氰酸酯基之分子，該分子含有兩個或更多個異氰酸酯基。
如本文所用，術語「聚胺基甲酸酯」係指雙官能或多官能異氰酸酯之聚合產物，例如聚醚脲、聚異氰脲酸酯、聚胺基甲酸酯、聚脲、聚胺甲酸酯脲、其共聚物及其混合物。
如本文所用，術語「反應混合物」包含任何非反應性添加劑，諸如界面活性劑及如根據ASTM D2240-15 (2015)所量測降低CMP拋光墊中之聚胺基甲酸酯反應產物之硬度之添加劑。
如本文所使用，術語反應混合物之「化學計量」係指在反應混合物中（游離OH基團+游離NH2 基團）之莫耳當量與游離NCO基團之莫耳當量之比值。
如本文所用，術語「SG」或「比重」係指根據本發明製成之拋光墊或層之密度與相同溫度下水密度之比值。
如本文所用，術語「固體」係指殘留在本發明之聚胺基甲酸酯反應產物中之任何材料；因此，固體包含在固化時未揮發之反應性且非揮發性添加劑。固體不包含水及揮發性溶劑。
如本文所用，術語「基本上不含發泡劑」意謂既定組合物不含額外化學或物理發泡劑。發泡劑不包含水。不認為穿過鼓風蓋之空氣流係既定組合物之部分。
如本文所用，除非另外指示，否則術語「基本上不含水」意謂既定組合物具有低於2,000 ppm之額外水，或較佳無額外水且進入組合物中之材料具有低於2000 ppm之額外水或較佳無額外水。「基本上不含水」之反應混合物可包括50 ppm至2000 ppm或較佳地50 ppm至1000 ppm範圍內之原材料（例如作為成孔隙劑）中存在之水，或可包括在縮合反應中形成之反應水或來自其中反應混合物正在使用中之環境水分之蒸汽。
如本文所用，除非另外指示，否則術語「黏度」係指如在具有100 µm間距之50 mm平行板幾何結構中使用設定在1弧度/秒之穩定剪力之流變儀所量測之在既定溫度下呈純淨形式（100%）之既定材料之黏度。
如本文所用，術語「wt.%」表示重量百分比。
本發明實現用於在無額外發泡劑情況下自兩組分反應混合物製造多孔聚胺基甲酸酯CMP拋光墊之簡單噴射塗覆方法。本發明之方法在不需要將氣體注射至塗覆裝置中之情況下產生氣溶膠。不添加空氣或氣體。混合藉助於內部腔室內之高壓碰撞混合來實現，但霧化藉由仍在高壓下經由狹窄小孔排放反應混合物產生；離開無氣噴射裝置之流體反應混合物之高速度自環境空氣產生孔隙，流體小滴穿過該環境空氣自裝置之噴射尖端行進至基板。本發明之方法中所用之唯一氣體係環境空氣，反應混合物之排放流穿過該環境空氣流動。反應混合物之霧化藉由在高壓下使該反應混合物噴射穿過狹窄小孔產生。可改變小孔尺寸以在期望之流動速率下保持充足的排放壓力從而確保反應混合物之霧化及有效塗覆。本發明人發現本發明之方法在無空氣或氣體注射或添加化學或物理發泡劑之情況下產生氣泡或孔隙；另外，預期用於霧化反應混合物之本發明之方法將提高過程穩定性且減少墊與墊之製造差異。
本發明之方法實現製造適合於對半導體、光學及磁基板中之至少一種進行平面化之CMP拋光墊。
本發明之方法亦實現堆疊之CMP拋光墊之形成，其中反應混合物自內部圓柱形腔室之開口端排放且排放至已經形成之化學機械拋光層之基底表面上，且使反應混合物固化在化學機械拋光層之基底表面上以形成子襯墊；其中子襯墊與化學機械拋光層一體且子襯墊具有不同於化學機械拋光層之子襯墊孔隙率；且，其中化學機械拋光層之孔隙率為≥10體積%及適於拋光基板之拋光表面。
在製造根據本發明之堆疊墊之方法中，CMP拋光層之基底表面可藉由以下形成：相同地在本發明之壓力下使兩種組分：液體多元醇組分及液體異氰酸酯組分在內部腔室中碰撞混合以形成拋光層反應混合物，隨後將反應混合物排放至敞口模具之表面上。
在本發明之內部腔室中，各流注射處之壓力（例如，17,000 kPa至24,000 kPa（2500 psi至3400 psi））足夠高從而確保均質混合。壓力上限由裝置極限決定。
本發明之方法中所用之裝置可包括無氣噴槍，其具有帶有期望尺寸之小孔之噴射嘴且裝備有經由泵（活塞泵）之兩條引線，一條用於液體異氰酸酯組分且另一條用於液體多元醇組分。合適裝置之實例係Graco ProblerTM P2兩組分噴槍（Graco, Minneapolis, MN），其藉由高壓計量泵進料；或裝備有具有期望直徑之小孔之噴射頭且與泵或計量裝置連接之其他Graco無氣噴槍，其可在用於製造本發明之CMP拋光墊之期望壓力及比率下將兩組分反應混合物傳遞至噴槍。
進入本發明之裝置中之噴槍的兩條引線可包括計量或傳遞系統，如一對氣動驅動正排量活塞泵或精密齒輪泵，各自用於在高壓力下分配液體多元醇組分或液體異氰酸酯組分穿過一系列配件及套管達至碰撞混合器。合適計量裝置之實例係GusmerTM HV-20\35計量分配單元（Graco, Min neapolis, MN）。
如圖1中所示，內部腔室（16 ）具有兩條流體入口引線（12 及14 ），各一條分別用於液體異氰酸酯組分及液體多元醇組分。在其開口（下游）端，內部腔室（16 ）具有裝備有噴射尖端之噴嘴（18 ）。
本發明之反應混合物不包括溶劑且不包括額外水，但其中改為可將將高達2000 ppm之水添加至液體多元醇組分中以有助於孔形成。
本發明之模具由不黏材料（聚四氟乙烯）製成或內襯有不黏材料。較佳地，模具經加工以形成凹形構形，使得所得模製之聚胺基甲酸酯反應產物具有期望之凹槽配置。
較佳地，本發明之方法中之基板係模具，其中所製造之CMP拋光墊將使凹槽圖案直接併入該模具。舉例而言，模具可具有在所塗覆之反應混合物填充模具時形成墊之凹槽圖案之凹形構形。
本發明之液體異氰酸酯組分可包括二異氰酸酯、三異氰酸酯、異氰脲酸酯異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物或其混合物中之任一者。較佳地，液體異氰酸酯組分包括芳族聚異氰酸酯，諸如選自以下之芳族二異氰酸酯：亞甲基二苯基二異氰酸酯（MDI）；二異氰酸甲苯酯（TDI）；萘二異氰酸酯（NDI）；對苯二異氰酸酯（PPDI）；鄰甲苯胺二異氰酸酯（TODI）；改質之二苯基甲烷二異氰酸酯，諸如碳化二亞胺改質之二苯基甲烷二異氰酸酯、脲基甲酸酯改質之二苯基甲烷二異氰酸酯、縮二脲改質之二苯基甲烷二異氰酸酯；芳族異氰脲酸酯，諸如MDI之異氰脲酸酯；線形異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物，例如MDI之線形異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物或具有一或多種異氰酸酯增量劑之MDI二聚體。
合適之異氰酸酯增量劑係乙二醇；1,2-丙二醇；1,3-丙二醇；1,2-丁二醇；1,3-丁二醇；2-甲基-1,3-丙二醇；1,4-丁二醇；新戊二醇；1,5-戊二醇；3-甲基-1,5-戊二醇；1,6-己二醇；二乙二醇；二丙二醇；三丙二醇及其混合物。
本發明之液體異氰酸酯組分可具有以芳族異氰酸酯組分之總固體重量計，10wt.%至40wt.%、或較佳地15wt.%至35wt.%之極高未反應之異氰酸酯（NCO）濃度。
合適之異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物係具有低於0.1wt%游離二異氰酸甲苯酯（TDI）單體含量之低游離異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物。
本發明之液體多元醇組分可為任一種或更多種具有末端羥基之二醇或聚醚多元醇，諸如二醇、多元醇、多元醇二醇、其共聚物及其混合物。較佳地，一或多種多元醇選自聚醚多元醇（例如，聚(氧基四亞甲基)二醇、聚(氧丙烯)二醇及其混合物）；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己內酯多元醇；其混合物；及其具有選自由以下組成之群組的一或多種低分子量多元醇之混合物：乙二醇；1,2-丙二醇；1,3-丙二醇；1,2-丁二醇；1,3-丁二醇；2-甲基-1,3-丙二醇；1,4-丁二醇；新戊二醇；1,5-戊二醇；3-甲基-1,5-戊二醇；1,6-己二醇；二乙二醇；二丙二醇；及三丙二醇。
更佳地，本發明之液體多元醇組分之一或多種多元醇選自聚四亞甲基醚乙二醇（PTMEG）；含酯多元醇（諸如己二酸已二醇酯、己二酸丁二醇酯）；聚丙烯醚二元醇（PPG）；聚己內酯多元醇；其共聚物；及其混合物。
合適多元醇可包含數目平均分子量MN 為500至10,000之高分子量多元醇。較佳地，所用高分子量多元醇之數目平均分子量MN 為500至6,000，或更佳地，500至4,000；最佳地1,000至2,000)。此類高分子量多元醇較佳地每分子具有平均3至10個羥基。更佳地，所用之高分子量多元醇每分子具有平均4至8個、或更佳地5至7個、或最佳地6個羥基。含有6個羥基之高分子量多元醇之實例係具有乙氧基羥基之聚丙氧基-共-乙氧基糖醇，諸如山梨糖醇。
本發明之胺固化劑係具有一或多個或較佳地兩個或更多個胺基之胺或多元胺，或較佳地芳族多元胺，諸如具有3個胺基之芳族二胺及芳族多元胺。更佳地，胺固化劑係一或多種選自由以下組成之群組的芳族二胺：二甲基硫代甲苯二胺；丙二醇二-對胺基苯甲酸酯；聚四氫呋喃二-對胺基苯甲酸酯；聚四氫呋喃單-對胺基苯甲酸酯；聚環氧丙烷二-對胺基苯甲酸酯；聚環氧丙烷單-對胺基苯甲酸酯；1,2-雙(2-胺基苯硫基)乙烷；甲苯二胺，如二乙基甲苯二胺、5-第三丁基-2,4-甲苯二胺、3-第三丁基-2,6-甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-甲苯二胺、3-叔戊基-2,6-甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-氯甲苯二胺，及3-叔戊基-2,6-氯甲苯二胺；亞甲基二苯胺，如4,4'-亞甲基-雙-苯胺；異佛爾酮二胺；1,2-二胺基環己烷；雙(4-胺基環己基)甲烷、4,4'-二胺基二苯基碸；間苯二胺；二甲苯二胺；1,3-雙(胺基甲基環己烷)；及其混合物，較佳地二甲基硫代甲苯二胺。
一般而言，反應混合物中胺（NH2 ）基團之總莫耳數及羥基（OH）基團之總莫耳數之總和與反應混合物中未反應之異氰酸酯（NCO）基團之總莫耳數之化學計量比在0.8:1.0至1.1:1.0、或較佳地0.95至1.05範圍內。
藉由本發明之方法製成之化學機械拋光墊可僅包括聚胺基甲酸酯反應產物之拋光層或堆疊在子襯墊或子層上之拋光層。拋光墊或在堆疊墊之情況下，本發明之拋光墊之拋光層可用於多孔配置及無孔或未填充之配置兩者中。
較佳地，在本發明之化學機械拋光墊中所用之拋光層之平均厚度為500微米至3750微米（20密耳至150密耳）、或更佳地750微米至3150微米（30密耳至125密耳）、或更佳地1000微米至3000微米（40密耳至120密耳）、或最佳地1250微米至2500微米（50密耳至100密耳）。
本發明之化學機械拋光墊視情況進一步包括至少一個與拋光層接合之額外層。較佳地，化學機械拋光墊視情況進一步包括黏附於拋光層之可壓縮子墊或基層。可壓縮基層較佳地提高拋光層與被拋光之基板之表面之順應性。
本發明之化學機械拋光墊之拋光層具有適於拋光基板之拋光表面。較佳地，拋光表面具有選自穿孔及凹槽中之至少一者的巨紋理。穿孔可自拋光表面延伸部分地或全部穿過拋光層之厚度。
較佳地，凹槽配置在拋光表面上，使得在拋光期間旋轉化學機械拋光墊時，至少一個凹槽向經拋光之基板之表面擴展。
較佳地，本發明之化學機械拋光墊之拋光層具有適於拋光基板之拋光表面，其中該拋光表面具有巨紋理，其包括形成於其中且選自彎曲凹槽、直線凹槽、穿孔及其組合之凹槽圖案。較佳地，凹槽圖案包括多個凹槽。更佳地，凹槽圖案選自凹槽設計，諸如選自由以下組成之群組的一者：同心凹槽（可為環狀或螺旋形）、彎曲凹槽、交叉影線凹槽（例如，配置為遍及墊表面之X-Y網格）、其他規則設計（例如，六角形、三角形）、輪胎面型圖案、不規則設計（例如，分形圖案）及其組合。更佳地，凹槽設計選自由以下組成之群組：隨機凹槽、同心凹槽、螺旋形凹槽、交叉影線凹槽、X-Y網格凹槽、六角形凹槽、三角形凹槽、分形凹槽及其組合。最佳地，拋光表面具有形成於其中之螺旋形凹槽圖案。凹槽輪廓較佳地選自具有豎直側壁之矩形或凹槽截面可為「V」形、「U」形、鋸齒及其組合。
根據製造根據本發明之拋光墊之方法，化學機械拋光墊可在其拋光表面中用巨紋理或凹槽圖案模製以提高漿液流量且自墊-晶圓界面移除拋光碎屑。此類凹槽可由模具表面之形狀在拋光墊之拋光表面中形成，亦即其中模具具有巨紋理之凹形構形形式。
本發明之化學機械拋光墊可用於拋光選自磁性基板、光學基板及半導體基板中之至少一者的基板。
本發明之CMP拋光墊對於層間介電（inter layer dielectric，ILD）及無機氧化物拋光有效。
較佳地，拋光本發明之基板之方法包括：提供選自磁性基板、光學基板及半導體基板中之至少一者的基板（較佳半導體基板，諸如半導體晶圓）；提供根據本發明之化學機械拋光墊；建立拋光層之拋光表面與基板之間之動態接觸以拋光基板表面；以及使用研磨調節器調節拋光表面。
調節拋光墊包括當暫停拋光時在CMP製程中之間歇性中斷期間（「非原位」）或在CMP製程在進行之同時（「原位」），使調節圓盤與拋光表面接觸。調節圓盤具有通常由將微觀槽溝切入墊表面之嵌入之金剛石頭組成的粗糙調節表面，從而研磨且犁耕墊材料且更新拋光紋理。典型地，調節圓盤在相對於拋光墊之旋轉軸固定之位置旋轉，且隨著拋光墊旋轉而掃出環形調節區域。 實例：
使用藉由高壓計量泵進料之ProblerTM P2兩組分噴槍（Graco, Minneapolis, MN）混合指定之60℃下之液體多元醇組分及60℃下之液體異氰酸酯組分，如以下表1中所示。液體多元醇組分及液體異氰酸酯組分在以下表2中指定之壓力下計量入噴槍中。所得反應混合物噴射至具有由聚四氟乙烯製成之不黏表面之敞口模具基板上。量以重量份固體為單位。 表1：組合物 1.邁圖高新材料公司，紐約州沃特福德市（Momentive Performance Materials, Waterford, NY）；2. 陶氏化學公司，密歇根州米德蘭市（The Dow Chemical Co., Midland, MI）。
研究各種空氣噴射嘴設定，包含對應於不同混合腔室尺寸及噴嘴小孔直徑之商業噴嘴尖端（尖端標識00、01、04；小孔直徑分別為0.9 mm（0.042密耳）、1.07 mm、1.7 mm）、操作壓力設定點（13.8 MPa、20.0 MPa、23.5 MPa）及模具上方之噴射高度（約38 cm、約76 cm）。以下表2提供由實例模製之物品之孔直徑及密度。 測試方法：按以下測試所得模製物品，如下表2中所示：
圖像分析：所得模製品之掃描電子顯微照片（Scanning electron micrographs，SEM）提供對孔隙尺寸平均值之瞭解。影像分析中所用之圖像（未圖示）係自頂至底指定之模製品之截面（圖像1=頂，影像3=底）。資料分析顯示平均孔徑自模製品之頂至底係恆定的，對於自頂至底之各影像而言，平均孔徑之差值在6 µm至8 µm範圍內。
密度藉由阿基米德方法（Archimedes method）比較既定模製品之重量相對於其浸沒在水中之重量來量測。
平均孔徑藉由所選擇孔隙數目（約150個孔隙）之手動圖像分析以確定各自之直徑且隨後取平均值來量測。 表2：模製物品
如上表2中所示，本發明之方法能夠使人藉由截留環境空氣來噴射反應混合物以產生孔隙。使用00及01噴射尖端及高壓介質實現最佳條件。總體而言，資料證明對孔隙率之極佳控制及孔隙率之可預測性。實例1至實例14之物品在無聚合微球之情況下具有相似密度及僅來自截留空氣之孔隙，從而證明本發明之方法之可撓性。
12‧‧‧流體入口引線
14‧‧‧流體入口引線
16‧‧‧內部腔室
18‧‧‧噴嘴
圖1描述本發明之方法中所用之內部腔室及噴射裝置之小孔之透視圖，包含該兩種組分各自之進氣口。

Claims (10)

  1. 一種製造化學機械平面化（chemical mechanical planarization，CMP）拋光墊之方法，包括分別經由側面液體進料口將40℃至90℃之溫度T1下之液體多元醇組分流及40℃至90℃之溫度T2下之液體異氰酸酯組分流引入至具有下游開口端之內部腔室中，該兩種組分各處於13,000 kPa至24,000 kPa（2000 psi至3400 psi）之設定點壓力下，使得該兩束流以90度朝向彼此向下游流動，進而使該兩種組分碰撞混合以形成反應混合物，該液體多元醇組分包括一或多種多元醇及胺固化劑；且該液體異氰酸酯組分包括一或多種聚異氰酸酯或異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物；至少一種組分含有以該反應混合物之總固體重量計高達2.0 wt.%之足夠量之非離子界面活性劑以有助於孔隙之穩定，在壓力下經由狹窄小孔將該反應混合物流自該內部腔室之該開口端排放且排放至具有胺基甲酸酯釋放表面之敞口模具基板上；且在環境溫度至130℃下固化該反應混合物以形成密度在0.6 gm/cc至1 gm/cc範圍內之多孔聚胺基甲酸酯反應產物。
  2. 如請求項1之方法，其中該液體多元醇組分包括芳族二胺作為胺固化劑。
  3. 如請求項1之方法，其中該液體異氰酸酯組分包括芳族聚異氰酸酯或芳族異氰酸酯封端之胺基甲酸酯預聚物。
  4. 如請求項1之方法，其中該反應混合物不含額外發泡劑且不含額外加壓氣體。
  5. 如請求項1之方法，其中該反應混合物在固化溫度下之凝膠時間係2秒至300秒。
  6. 如請求項1之方法，其中該內部腔室係末端封閉之圓柱，其具有下游開口端、對稱軸、至少兩個通向該內部圓柱形腔室之液體進料口、至少一個通向該內部腔室之液體異氰酸酯組分進料口及至少一個通向該內部腔室之液體多元醇組分進料口，其中該封閉端及該開口端垂直於該對稱軸；且，其中該至少一個液體多元醇組分進料口及該至少一個液體異氰酸酯組分進料口沿著接近該封閉端之該內部圓柱形腔室之圓周配置。
  7. 如請求項1之方法，其中該基板係敞口模具，該敞口模具具有當所施加之反應混合物填充該模具時形成CMP拋光墊之期望之凹槽圖案的凹形構形。
  8. 如請求項1之方法，其中在將該溫度T1下之液體多元醇組分及該溫度T2下之液體異氰酸酯組分各引入該內部腔室時，各自具有10 cP至1000 cP之黏度。
  9. 如請求項1之方法，其中該所得CMP拋光墊之平均孔徑係20 µm至80 µm。
  10. 如請求項1之方法，其中該反應混合物以及各該液體異氰酸酯組分及該液體多元醇組分不含溶劑且基本上不含水。
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