TWI359718B - Apparatus for forming a striation reduced chemical - Google Patents

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Description

1359718 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 •本發明係有關用於化學機械平坦化用之研磨墊，尤其 係有關具有減少條痕的研磨墊。再者，本發明係有關形成 具有減少條痕的化學機械研磨墊之裝置和方法。 【先前技術】 在積體電路及其他電子裝置的製造中，將多層的導 體，半導電性及介電材料沉積在半導體晶圓的表面上或從 半導體晶圓表面移除。導電性，.半導電性及介.電性材料薄 層可能由多種沉積技術來沉積'現今處理尹普遍的沉積技 術包括物理氣相沉積法（PVD)(亦即所謂的濺鍍 (sputtering))，化學氣相沉積法（CVD)，電漿增強型化學氣 相沉積（PECVD)，及電化學電鍍（ECp)。 隨著數層的材料依序地沉積及移除，晶圓的最上層表 面會變得不平坦。因為後續的半導體加工(例如，金屬化） 要求晶圓具有平坦的表面’所以晶圓需要平坦化處理。平 坦化技術可用來移除*想要的表面形g (_。啊h力及表 面缺陷，例如粗縫表面，黏聚材料，晶格破壞，刮痕，以 及污染的層或材料。 • · · . · .. , 、化學機械平坦化，或化學機械研磨（CMP)，是一種普 遍使用於基板，例如半導體晶圓的平坦化之技術。在習用 的CMP中’係將晶圓鑲安置在托架機組上且位在盘CMP 裝備中的研㈣接觸之位置。該㈣機組提供可控制的屋 力至該晶圓’使其抵靠著該研磨塾。而該墊由—個外加的 93277修正本 明9718 驅動力促使與晶圓相對移動（例如，轉動。與此同時，該晶 圓與研磨墊之.間提供化學組成物（“研磨液，，）或其他研磨溶 液。如此，藉由研磨墊表面及研磨液間的化學及機械作用 研磨晶片表面且使之平坦化。 ' Reinhardt等人的美國專利第5,578,362號揭露一種於 技藝中已知的範例研磨墊。該Reinhardtw磨墊包括全體 =分散有微球之聚合物基質。通常，微球係在例如.，一質 鲁流進料輸送系統内與液體聚合物材料摻合及混合.，.再轉移 至模具進行，固化。接著裁切模製物以形成研磨墊。不幸地夕， 以此種方示形成的研磨墊具有不期望的條痕。 條痕是在聚合物基質中微球體密度變異的結果。換言 . ,’、於聚合物基質内存在的較高及較低濃度的微球之不同 區域。例如，在Reinhardt研磨墊中，微球的低真實密度 :抑制微球在質量流進料輸送系統内的自由或不受干擾之 机動。因而，微球易於在輸送過程中的不 •.本在一起(亦即’導致體密度的變異或條痕）。這些條 ，=σ人所期望，因為其於由一研磨墊換成下一研磨塾時 :錢致不可預測的，且可能不利的研磨效能。再者，此 專條痕I能對研磨塾本身内的研磨效能有負面影響。 ^通常，此等條痕可經由利用重力，各種儲存倉筒設 :械力(例如’振動），及人力之組合，週期性進行試 化二夏、’調整程序條件及再測量體密度而使這些條痕最小 、不過前技藝裝置及方法在控制體密度以符合CMP 工業中逐漸增加的需求上已不足且無效率者。 93277修正本 6 因此，需要具有經減少條痕的研磨墊。再者，需要一 種具有減少條痕的研磨塾之裝置及有效率的方法。 【發明内容】 於本發日月態樣中’提供_種用於製造化學機械研磨 墊的裝置，其包括：備有聚合物.材料的儲槽；備有微球的 儲存倉筒；備有固化劑的固化劑儲槽;用於形成聚合物材 科及微球的預混合物之預混料製備槽；於該預混料製備槽 T用以將預混合物再循環直至達.到所欲體密度為止的再循 壤迴路；用於儲存該預混合物的預混料運轉槽；.用於形成 2預混合物和固化劑之混合物的混合器；及用於模製該混 合物的模具。 孤*」本發月的第樣中’提供—種用於製造化學機械 儲;^的裝置’其包括：備有第—聚合物材料的預聚合物 有微球的儲存倉筒；備有固化劑的固化劑健槽； 制成該第聚合物材料及該微球的預混合物的預混料 : 用以在預混料製備槽内將該預混合物再循環直至 和珍=欲體③度為止的再循環迴路；用於形成該預混合物 二劑混合器… 混人物吉以提供該第二聚合物材料到該 模:。到所欲體密度為止;及用於模製該混合物的 研磨2的第三態樣中’提供一種用於製造化學機械 V您墊的裝置，i白甘' ' 傷有微球的儲存有聚合物材料的預聚合物儲槽； 同’備有固化劑的固化劑儲槽.；用於形 .1 . 93277修正本 1359718 成該聚合物材料及該微球的預混合物的預混料運轉/製備 槽；在該預混料運轉/製備槽内用以將該預混合物再循環直 至達到所欲體密度為止的再猶環迴路；用於形成該預混合 .物和該固化劑的混合物的混合器；及用於模製該混合 模具。 【實施方式】 本發明提供一種減少條痕的研磨墊。進一步者，本發 籲明的提供一種新穎的鑄塑裝置（casting apparatus)以及用於x 形成減少條痕的研磨墊之方法。特別者，本發明利用一種 獨特的預混合裝置以減少研磨塾中的條痕。該預混合裝置 包括，新穎的預混料製備槽，用於預混合該微球及預聚合 物以形成一均質的預混合物4該預混合裝置進一步包括再 循環迴路，用於將預混合物再循環直至達到所欲的體密度 為止。此體密度的減滴可促成微球的一致不中斷流動而導 致新穎研磨墊中條痕的減少。此外，該新穎鑄塑裝置還提 鲁供在增加製造業規模及塾類形變異上的巨大彈性。換言 之，該新穎鑄塑裝置可促成，例如，不同聚合物材料的連 續鑄塑和不同聚合物材料之幾乎無盡的組合之使用以製造 - . · · - · . 本發明研磨墊。 現在參照第1圖，其顯示本發明研磨墊1。研磨塾] • · · 包括研磨層或墊4及視需要可存在之底層或底墊2。讀底 層2可由絨聚胺甲酸g旨（fehed p〇iyurethane)，如德國 Newark之羅門哈斯電子材料CMP公司（"RHEM”）所製造 的SUB A-IVTM襯墊。該研磨層4可包括聚胺基曱酸酯襯墊 8 93277修正本 1359718 _ S 第94139375號專利申請案 100年12月9日修正替換頁 41 (例如，填充著微球的襯墊），例如RHEM的IC 1000TM。研 磨層4可視需要隨意地紋路化（texturized)。感壓性接著劑 ' 6之薄層可將研磨層4及底層2固著在一起。該黏著劑6 可購自聖保羅 3M Innovative Properties Company 者。可在 研磨層4裝設透明窗14以利終點偵測。 現在參照第2圖，其中該圖顯示用於形成本發明研磨 墊4的預混合裝置100。該預混合裝置100包括經調定尺 寸的填充料儲存倉筒1，以容納足夠量的微球或微件48。 該預混合裝置100進一步包括預混料製備槽10及經調定尺 寸以容納足夠量的聚合物材料52(“預聚合物”）的預聚合物 儲槽3。此外，該預聚合裝置100復宜包括用於控制在預 混料製備槽10内之預混合物51之體密度的再循環迴路 • 16。要注意的是，雖然該預混合裝置100係參照“單槽’’系 統予以描述，不過本發明並不受其所限。例如，於本發明 中可視需要使用任何數目的儲存倉筒1，預聚合物儲槽3 及預混料製備槽10。 於操作上，係將預定量的聚合物材料52加至預混料製 備槽10内。加到預混料製備槽10内的聚合物材料52之量 可由備有總量計算器（未圖示）的質量流量計量裝置4所控 制。加到預混料製備槽10内的聚合物材料52之量也可經 由使用安裝在預混料製備槽10上的裝載單元所控制。 在聚合物材料52添加至該預混料製備槽10中之後， 攪動器18將聚合物材料52攪拌，以提供聚合物材料52 沿著攪動器18的軸向上軸向地流動而導致聚合物材料52 9 93277修正版 1359718
沿著預混料製備槽10的内牆向下流動。或者，聚合物材料 52可視需要以相反方向流動。較佳地，該搜動器係以1至 500 RPM的速率轉動。更佳地，該攪動器係以1至25〇 RpM 的速率轉動。最佳地’該.授動器係以1至5〇 rPm的速率 轉動。.
一旦啟動時攪動器18 ’可將在填充料儲存倉筒〗中的 微球48加到預混料製備槽1〇中。於本發明例示之具體實 例中，添加至預·混料製備槽1〇内的微球48之量可由“減量 里乾式進料计置系統2來完成。該乾式進料計量系統2 设^ 一填充料儲存倉筒1的初始總童量，其包含裝在儲存 倉筒1内的微球48。其後，將要添加至預混料製備槽 内的預疋重1的_微5求48置於乾式進料計量系統2之内。該 乾式進料心系統2可接著將該微球48加到該預混料製備 槽丄0之中’直到填充料儲存倉筒1内的重量變化匹配所欲 預定微球48重量為止。 | 於測量出徼球48的適卷吾夕您^ ^ 聚合物材㈣並摻^㈣48^ 以形成預Ί物51 V 助攪動器18的攪# 52t預㈣物51。較佳地，微球則量對聚合_ 52的置之比例為〇至5 聚合物材稱、體積更佳地’微球48的量: 岑口物材科52的夏之比例為〇 _ 球料的量對聚合物材料52的量='。最佳地，德 M . ,, π里之比例為〇. 1至30體積〇/0 車乂佳地，一旦微球48 預—】再循環於再猶環迴 時1 保持其基本均自性。_ L確保預混合物5. 再循裱迴路16係繁助該預混合物 10 93277修正本 1359718 更-致地分布於該預.混料製備槽w内並減少密度分層 (density s加tification)的潛在可能。換句話說，再循環迴^ 16可促成一種控制或穩定化預混合物51的體密度之有效 率方法。 較佳地，.再循環幫浦21將預混合物51從預混料製備_ 槽ίο抽出且將預混合物51導引通過導向閥（directi_
Valve)22 ’該閥22將預混合物51導引回至該預混料製備 癱槽！ 〇。該再循環幫浦2!可為隔膜型（diaphragm)，增動型 (㈣她⑷，正弦型，葉片型或齒輪型等不需要接觸潤滑 的幫浦。預混合物51的體密度可經由手動地，週期地搭配 碎祥(未圖示）來抽測預混合物51(重量/體積）而予以監測。 較佳地，可在再循環迴路16内裝設一個線上密度計 17以監測預混合物51的均句度（亦即，密度）。較佳地，該 .，上密度計17提供用於測量及顯示預混合物Η的連續體 密度的自動方法。該線上密度計17可測量及顯示密度測量 #結果。該線上密度計17可在商業上得自，例如Μ⑽^ 矸Graz，Austria.。該線上密度計i7測量預混合物$】的體 密度（微球48對聚合物材料52的比值）。若體密度在預定. ^可接受範圍之外’則可以使用該線上密度計17來監測微 K 48或聚合物材料52任一者的添加，以調整預混合物η 的體密度至所欲的蚝圍内。 操作上，該線上密度計17測量從導向閥22的預混合 物^之進人體密度。若所測量的體密度係在可接受，預定 的容限值之内，則預混合物51可由導向閥22導引至傳輸 11 細修正本 1359718 第94139375號專利申請案 100年12月9日修正替換頁 昝砼 | ιυυ千u月9日修正朁类 :用於進一步加工。若所測量的體密度太高或太低， 貝將預咸合物51由導向閥22導引至再循環迴路Μ，送回 =預混料製備槽1〇’而不經轉向至傳輸管線2〇。取而代之 =將該預混合物51持續循環。從密度計17所得該預混 :51的③、度測量結果’將可視需要提供額外的聚合物材 52或微球48。要注意的是，預混合物η可在不干擾到 從預混料製備槽1()底部排出的預混合物51的任何情況下 =回至預混料製備槽10。較佳地，預混合物51係以減少 導引至預混合物51内的輸送氣體量(entrainedgas)之方式 =回’例如’經由將該預混合物51送回到槽ig内預混合 物5!的儲存液面下或沿著槽1()的内壁送回預混合物I 視需要地，為了獲得更精確的體密度測量結果， 預混料製備槽10加上一個真空裝置19以移除或去除從添 加微球48至聚合物材料52時的任何輸送氣體。較佳地， 該預混料製備槽10係於i至1〇托(t〇rr)的壓力進行除氣。 更佳地’該舰料製備槽1〇係於i至5托的壓力進行除 氣。最佳地，該預混料製備槽1〇係於低於2托的壓力進行 除氣。此外’預混合裝置刚可進一步包括惰性氣體來源 〇’以在預混料製備们〇不處於來自真空褒置19的真空 之下時，對該預混合物51提供惰性氣體環境。 較佳聚合物微球48之至少—部份可以繞曲。適 聚合物微球48包括無機鹽，糖及水溶性顆粒。此等聚入 微球（或微件）48的例子包括聚乙稀醇，果膠，聚乙婦二各 炫酮’經基乙基纖維素，f基纖維素，經基丙基f基纖維 93277修正版 12 1359718
A 素，羧甲基纖維素，羥基丙基纖維素，聚丙烯酸，聚兩歸 醯胺’聚乙二醇’聚經基_丙烯酸醋系聚合物 (polyhydroxyetheracrylites) ’澱粉，馬來酸共聚物，聚環 乳乙烧’聚胺曱酸g旨環糊精（CyCl〇dextrin)及其組合（例如 传自 Akzo Nobel of Sundsvall，Sweden 的 ExpancelTM)。微 球4 8可化學地改質.，以例如，藉由分支（branching)，封段 (blocking) ’及交聯’改變溶解性，膨脹性及其他性質。較 佳地微球48較佳具有小於150微米的平均直徑，且更佳 鲁者小於50微米之平均直.徑。最隹地，該微球48具有小於 15微米的平均直徑、要注意的是，微球體的平均直徑可以 變異且可視需要將不同不同尺寸的微球48或所欲之不同 的微球48混合物浸潰在聚合物封料52内。微球的較佳材 料為丙烯腈及偏二氯乙烯的共聚物。 此外，於本發明例示之具體實例中.，研磨墊4的聚合 物材料52係由含多元異氰酸酯材料（“預聚合物，，)所製造。 _該預聚合物為多元異氰酸酯（例如，二異氰酸酯).及含幾基 物質的反應產物。多元異氰酸酯可為脂肪族或芳香族者。 接著以固化劑固化預聚合:物。較佳的多元異氰酸酯包括， 但不限於’伸甲基雙（4,4’_環己基異氰酸醋），環己基二異 氰酸酯，異佛爾酮二異氰酸酯，六伸甲基二異氰酸酯，伸 丙基-1，2-二異氰酸酯，四伸甲基·M_二異氰酸酯，u-己 基-二異氰酸酯，十二烧-1，12-二異氰酸酯，環丁垸^，^二 異氰酸酯’環己烷二異氰酸酯，環己烷異氰酸 酉曰，1-異氰酸酯基-3-3-5-三甲基_5_異氰酸基甲基環己烷， 93277修正本 13 1359718 曱基伸環己基二異氰酸酯，六伸甲基-二異氰酸酯的三異氰 酸醋、，2,4,4-三曱基-1，6-己烷二異氰酸酯的三異氰酸酯， 六伸曱基二異氰酸S旨的縮脲二酮（uretdiorie) ’伸乙基二異 氰酸·酯’ 2,2,4-三甲基_1，6-己二異氰酸酯 (2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate)，2,4,4-三甲基 -1，6-·己二異氰酸酯，二環己基甲烷二異氰酸酯，.及彼等的 混合物。較佳的多元異氰酸酯為脂肪族者。較佳的脂肪族 多元異氰酸酯具有少於約14%未反應的異氰酸酯基。 參 . 含經基物質宜為多元醇（poly 〇1)者。例示之多.元醇包 括，但不限於’聚鞞多元醇類，經基末端聚丁二烯（包栝部 份/全面氫化之衍生物）’聚酯多元醇類，聚己内酯多元醇 類’聚碳酸酯多元醇類，及彼等的混合物。 於一較佳具體實例中’該多元醇包括聚醚類。範例包 括，但不限於’聚四伸甲基醚二醇（“PTMEG”），聚乙二醇 ..丙一醇’聚（氧伸丙基）二醇（polyoxy+propylene glycol)，.及 φ彼等的混令物。烴鏈可具有飽和或不飽和.的鍵及經取代專 未經取代的务香族基和壞狀基。本發明多元醇較佳包括. PTMEG。適合的聚酯.多元醇包含，但不限於，聚（己二酸 伸乙酯）二醇聚（.己二酸伸丁廟）二醇，聚（己二酸.丄^伸己 酯）二醇’鄰-駄酸-1，6-己二醇縮合物，聚（己二酸ι，0_伸己 酯）二醇，及彼等的混合物。烴鏈可具有飽和或不飽和的 鍵，或經取代或未經取代的芳香族基及環狀基。適合的聚 己内酯多元醇包括’但不限於，i，6_e上醇_起始的聚己内 酯，以二乙二醇起始的聚己内酯，以三羥甲基丙烷起始的 932了7修正本 14 !359718 、 第94139375號專利申請案 ' | 100年12月9日修正替換頁 來己内S曰，以新戊二醇起始的聚己内酯，以丨，4•丁二醇起 始之聚己内酯，以PTME起始的聚己内酯及彼等的混合 物。烴鏈可具有飽和或不飽和鍵，或經取代或未經取代的 务香知基或環狀基。適合的聚碳酸酯包括，但不限於聚 敗酸醋碳酸酿及聚（碳酸伸己g旨）二醇。 於本發明之較佳具體實例中，聚合物材料52可由， 例如聚胺甲酸g旨（熱固性或熱塑性兩者），聚碳酸g旨，聚醋， 聚矽氧烷，聚醯亞胺類及聚颯所形成。其他用於聚合物材 料52的示範材料包括’但不限於’聚氯乙烯，聚丙烯腈， 聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏二氟乙烯，聚對苯二曱酸伸乙酯， 聚醚醚酮’聚醚酮’聚醚醯亞胺’聚乙酸乙基乙烯酯，聚 丁酸乙婦S旨’聚乙酸乙稀酯’丙稀腈_ 丁二稀·苯乙稀共聚 物鼠化之乙稀丙烤及全氣烧乳基聚合物’及彼等的組合。 較佳的聚合物材料52為聚胺曱酸酯。 至此可參照第3圖，其中圖解說明鑄造裝置1〇3，其 包括預混合裝置100及預混料運轉槽15以及固化裝置 101。固化裝置101進一步包括固化劑運轉槽12及固化劑 儲槽6。要注意的是’雖然此具體實例系圖解說明單一個 預混料運轉槽15及單一個固化裝置1〇1，不過可視需要使 用任何數目的預混料運轉槽及固化槽。操作上，於預混合 裝置100内製備一旦具有可接受體密度之均質摻合物後， 可接著將預混合物51通過輸送管線20輸送至預混料運轉 槽15。該輸送管線20可包括任何不生鐵的金屬，塑膠或聚 合物材料。此傳輸係經由使用再循環幫浦21從預混料製備 15 93277修正版 1359718 槽10底部將預混合物51抽出，將預混合物通過導向閥 22 ’該導向閥22將該流轉至輸送管線2〇，及將預混合物 51送進預混料運轉槽15而完成。較佳地，一旦預混合物 51從預混料製備.槽1〇傳輪至預混料運轉槽15之後，預混 料製備槽ίο可以用來預備新一批的預混合物51。此外.， 預混料運轉槽15内所含的預混合物51至此就可用來鑄 造。如所不者，經由具有分開預混料製備方法的本發明.， 可實行一種不中斷的鑄造製程， 春於鑄ie過程中’從預混料運轉槽丨5計量出預混合物 51及從固化預混料運轉槽12計量出固化劑53至混合器 13，於該處將個別成分51，53摻合且直接注入鑄造模具 ' 14中。然後將模製好的物件固化且裁切形成本發明研磨墊 4。該預混料運轉槽15及固化劑運轉槽12也襞設有一個攪 動器18，其類似於預混料製備槽丨〇的攪動器丨8。添加的 固化劑53係從固化劑儲槽6由液面控制器7所提供。 籲 研磨墊4的體密度宜直接由兩個別成分51，53的比 例所控制。來自預混料運囀槽15及固化劑運轉槽12的成 分51，53之混合比例係由結.合有裝配於輸送管線55内之 流量控制計8的個別計量幫浦9所控制。. 固化劑宜為多元胺。較佳的多元胺包括’但不限於， 二乙基甲苯二胺（“DETDA，，），3,5_二甲硫基_2,4_甲苯二胺 及其異構物，3,5-二乙基甲苯_2,4_二胺及其異構物，例如 3,5-二乙基曱苯_2,6·二胺，4,4，_雙_(第二丁胺基二苯基曱 烷’ 1，4-雙-(第二丁胺基）_苯，4,4，_伸甲基_雙_(2·氣苯胺）， 16 93277修正本 1359718 4,4，-伸甲基-雙-(3-氣·2,6-二乙基苯胺）（“MCDEA”），聚（1，4 環氧丁院）-二-對-胺基苯曱酸酯，N，N’-二烷基二胺基二苯 基曱烷，；P，P’-二伸甲基二.苯胺（“MDA”).，間-苯二胺 ·. · * (“MPDA”），伸甲基-雙2-氯苯胺（“mb〇CA“），4,4，-伸曱基-雙-(2-氯苯胺)(“MOCA”）’ 申甲基雙_(2,6_二乙基苯胺) (“MDEA”），4,4，-伸甲基-雙-(2,3·二氣苯胺）(“MDCA，，）， 4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷， 2,2’，3,3’-四氯二胺基二苯基曱烧，1，3丙二醇-二·對·胺基’ 苯曱酸酯及彼等的混合物。’本發明固化劑較佳包括3,5-二 曱硫基-2,4-曱苯二胺及其異構物。適合的多元胺固化劑包 括一級胺及二級胺兩者。 此外’其他固化劑例如，二醇，三醇，四醇，或經基 終端固化劑也可添加至前述的聚胺曱酸酯組成物中。適合 的二醇，三醇，及四傳群體包括乙二醇，二乙二醇，聚乙 二醇’丙二醇，聚丙二醇，較低分子量的聚四伸甲基_二 哼，1，3-雙（2-羥基乙氧基）苯，羥基乙氧基）乙 氧棊]苯’ I，3·雙{2_[2_(2·羥基乙氧基）.乙氧基]乙氧基}苯， ϊ,4 T 一醇’ ι，5_戊二醇，Μ•己二醇，間苯二酚-二·(石_ 經基？基敗，氫醒·二心，經基乙基)醚’及彼等的混合: 物—較佳之以技基為終端之固化劑包括Μ·雙（2_羥基乙氧 ，）苯1，.3，_雙[2-(2-經基乙氧基）乙氧基]苯， 乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯，M•丁二醇，及彼等的混 二物，基為終端及胺固化劑兩著都可包括—或多個飽和 卜不飽和的，芳香族基，及環狀基。此外，以經基為終 93277修正本 1359718 第94139375號專利申請案 100年12月9日修正替換f 端及胺固化劑可包括-或多個齒素基。聚 可以使用固化劑摻合物或固化劑混合物形成。不過，若需 要時，可以使用單固化劑來形成聚胺基甲酸酯組成物。 因此，本發明提供一種製造化學機械研磨墊的裝置， 其包括：備有聚合物材料的儲槽，備有微球的儲存倉筒及 備有固化劑的固化劑儲槽。該裝置進一步裝有預混料之製 備槽用於形成聚合物材料及微球的預混合物及於預混料製 備槽内用於將預混合物再循環至到達到所 循環迴路。該裝置進一步裝有用於儲存㈣合物 運轉槽，將混合物及固化劑的形成混合物之混合器及用於 將混合物模製的模具。 至此可參照第4圖，其中圖解說明—鑄造裝置1〇5， 其包括一預聚合物裝置104。預聚合物裝置1〇4進一步包 括預聚合物運轉槽11及第二預聚合物儲槽5。於此具體實 例中，該預聚合物運轉槽11可促成在鑄造模具14内對模 製物件所具體密度之額外彈性的控制。例如，微球48對預 聚合物57的最終體密度比例可藉由與從預混料運轉槽15 及固化劑運轉槽12之成分添加一起並將來自預聚合物運 轉槽11的未加填充料之預聚合物57添加至混合器13來調 整。該添加到混合器13之未加填充料的預聚合物57之步 驟係由流量控制計8及計量幫浦9來調節。預聚合物運轉 槽11也裝有攪動器18，其類似於預混料製備槽1〇的攪動 器18。對預聚合物運轉槽u提供額外預聚合物57係從第 一預聚合物儲槽5由液面控制器7所提供。要注意的是， 93277修正版 18 1359718 第94139375號專利申請案 • 100年12月9日修正替換頁 雖然顯示的為單一個預聚合物運轉槽U，不過本發明可以 視需要使用任何數目的額外預聚合運轉槽來操作。此外， 預聚合物57還可以視需要為與聚合物材料52相同者或為 任何其他的聚合物材料。 於禱造過程中’係將自預混料運轉槽15的預混合物 51，自固化劑運轉槽12的固化劑兄及自預聚合物運轉槽 11的預聚合物57計量至混合器13，於該處將個別成分 51，53及57摻合並直接地注入鑄造模具14中，經模製的 物件接著經固化並裁切以形成本發明研磨墊4 ^研磨墊4 的體费度宜直接由三種個別成分5〗，53及57的混合物比 例所控制。而分別來自預混料運轉槽15,固化劑運轉槽12 及預聚合物運轉槽11之成分51，53及57的混合物比例係 由裝在輸送管線55的流量控制計8並配合個別計量幫浦9 所控制。 視而要地’預聚合物運轉槽11可裝設真空裝置19以 移除或去除任何機械輸送氣體。此外，預混料運轉槽15 及固化劑運轉槽12也可以裝設真空裝置19。較佳地，預 混料製備槽10係於1至1〇托的壓力進行除氣。更佳地， 預混料製備槽10係於1至5托的壓力進行除氣。最佳地， 預混料製備槽10係於低於2托的壓力進行除氣。 因此，本發明提供一種用於製造化學機械研磨墊的裝 置，其包括備有第一預聚合物材料的第一預聚合物儲槽， 備有微球的儲存倉筒及備有固化劑的固化劑儲槽。該裝置 進一步包括用於形成該第一預聚合物材料及該微球之預混 93277修正版 19 1359718 合物的預混料製備槽’及在該預混料之製備槽之内用於將 預混合物再循環直至達到所欲的體密度為止之再循環迴 路。該裝置進一步裝設用於餘存預混合物的預混料.運轉 槽’用於將預混合物和固化劑形成混合物的混合器及至少 一個備有第二聚合物材料之第二預聚合物儲槽，以提供第 二聚合物材料至混合物直至達到所欲體密度為止。.最後， 該裝置進一步:裝有广個用於模製混合物的模具。 至此可參照第5圖，.其諸圖解說明一鑄造裝置1〇7， 其包括預混料運轉/製備裝置106及固化裝篁ιοί。該預混 料運轉/製備裝.置.106進一步包括經調定尺寸的填充料儲 存倉筒1 ’以容納足夠量的微球或微件48。該預混料運轉 /製備裝置106進一步包括預混料運轉/製備槽59及經調定 尺寸的預聚合物儲槽3，以容納足夠量的聚合物材料52。 此外’該預聚合運轉/製備裝置1〇6宜包.括在預混料運轉/ 製備槽.59内用於控制預混合物5Γ的體密度之再循環迴路 ^ 6。要注意的是，其與第2、3圖及4圖的:具體實例不相同 者，第5圖.(及下面的第6圖）具體實例係將預混料製備槽 申专1 /製備槽内。換言之，第 5圖（及第6圖）的具體實例消除了對於在預混料製備槽與 預混料運轉槽之間裝設“傳輸步輝，，的震要。不過，要注意 的是，雖然此具體實例可用來批次鑄造本發明研磨塾，ς·. 其卻不能用於連續鑄造。 操作上，係將預定量的聚合物材料52添加至預混料 運轉/製備槽59。添加至預混料運轉/製備槽％之聚合物材 93277修正本 20 1359718 料52的量可以經由使用物質流量計量裝置4來控制。添加 至預混料運轉/製備檜.59之聚合·物材料52的量也可以^由 使用裝配於預混料運轉/製備槽59的負載單元來控制^ 將聚合.物材料52添加至預混料運轉/製備槽％之 用授動_器18擾捧聚合物材料52以提供聚合物材料u沿 攪動器18之軸向上軸向地流動而導致聚合物材料w沪 預混料運轉/製備槽59㈣向下流動。較佳地，授動突。 以1至500 RPM的速率轉動。更佳地，授動器係以「至'、 250 RPM的速率轉動。最佳地，授動器係以！至只μ 的速率轉動。. ./ Μ 緊接著授（器U的啟動，可將在填充料儲存舍 中的微球48力口到預混料運轉/製備槽％中。於本 不具體實射.，添加至預闕運轉,#槽5 ^ ^ 之量可由“減量型”乾式進料計量系統2來實施 料計量系統2係設定填充料儲存倉们的初始進 包括裝在儲存倉筒】㈣微球48H 進料- 將添加至預混料製備槽-的以:】: 罝k乾式進科計量系統2可接著將微球 料製備槽1^内，直到填充料儲存倉筒1的重量變化達^混： 預定的微球48之重量為止。. 、良化達到所 物材:T 48後’將該微球48添加至聚合: :〜跡予以幫助。.微球训物::由 的置之比例宜介於。至划積％之間。更佳地，tr 93277 修正;^ 21 ^59718 〇.至40體積％之 52的量之比例為 的量對聚合物材料52的量之比例為介於 間。最佳地，微球48的量對聚合物材料 介於0.1.至30體積％之間。 較佳地’一旦微球48 #合於聚合物材料Μ中之險， 合：m51減環於再循環迴路16中，以確保㈣ 為均質。該再循'環迴路16可幫助預混合物51 =句句地分布於預混合預運轉/製備槽59内並減低密度分 曰的可能性。換句話說，藉由再循環迴路16可提供一 制預混合物51之體密度的有效率方法。預混合物5Γ的體 逸、度可經由人工遁期性地抽樣預混合物5!並搭配磅秤(沒 有顯示出）而進行監測.0 、曰該再循環幫浦21宜從預混料運轉/製備槽59抽出該預 混合物51且將該預混合物51導引通過一導向閥22，該閥 ' 22將預混合物51送回至預混料運轉/製備槽59。該再循環 幫浦21可為隔膜型，螺動型，正弦型，葉片型或齒輪型等 •不需要接觸潤滑的幫浦/視需要地，可以在該再循環迴路 16内裝設線上密度計17，以監測預混合物51的均勻度。 .該線上密度計17宜提供用於測量預混合物51的連續體密 .度之自動方法。該線上密度計1 7可測量及顯示密度測量結 果。該線上密度計.17測量預混合物51的體密度(微球48 對聚合物材料52的比值）/(若體密度在預定，可接受的範 圍之外’則該線上密度計17可用於監測微球48或聚合物 材料52任一者的添加，以調整預混合物51之體密度至所 欲的範圍之内.。 22 93277修正本 丄 % 人’、上該線上密度計17測量來自導向閥22的預混 1物51之進人體密度。若所計算出的體密度係在可接受， =容限值之内’則將測量過的.預混合物”由導向閥 至配Μ線55。若計算出的體密度太高或太低，則 將測量過的預混合物51由導向閱22導引至再循環迴路 达回到預混料運轉/製備槽59.’再次撥拌。換言之， 若體密度太高，則進行額外的攪拌。要注意的是，預混合 物51可以任何不致干擾從預混料運轉/製備槽59底部排出 '預混合物51之量送回至預混料運轉/製備槽59。 為了獲得更精確的體密度測.量結果，視需要可以在預 現料運轉/製傷槽59裝設一個真空裂置19，以移除添加微 球48至聚合物材料52時任何混入的氣體。較佳地，該預 〉昆料運轉/製備槽59係於1至1〇托的壓力進行除氣。.更佳 ，，該預混料運轉/製備槽59係於丨至5托的壓力進行除 氣。最佳地’該預混料運轉/製備槽59係於低至2托的展 •力進行除氣。. 再參照第5圖’固化裝置,1 〇丨進一步包括固化劑運轉 槽12及固.彳匕劑儲槽6 ^.要注意的是，雖然此具體實例係圖 解說明出單一.個固化裝置1〇1，不過'視需要可以使用任 何數目的固化.襄置。於鑄造過程中，從預混料運轉/製備槽 59之預混合物51及從固化劑運轉槽12之囱化劑53計量 至混合器13 ’於該處將姐別成分51，53摻合且直接注入 鑄造模具14中。接著將經模製的物件固化且裁切形成本發 明研磨塾4。該預混料運轉/波備槽.59及固化劑運轉槽12 23 93277修正本 1359718 第94139375號專利申請案 100年12月9日修正替換頁 也裝有授動器18,其類似於預混料製備槽^ 添加的固化劑53係從固化劑儲槽6由液面控制器7所提 供。研磨墊4的體密度宜.直接由兩個別成分5卜53的混人 比例所控制。該來自預混料運轉/製備槽59及固化劑運轉1 槽12的成分51，53 &混合比例係由再循環幫冑η和社人 有裝配於輸送管線55的流量控制計8之計量㈣所控^ 至此參照第6圖，其中圖解說明包括第二預聚合物裝 置111的鑄造裝置109。該預聚合物裝置U1進一步7包括'^ 第二預聚合物運轉槽U及第二預聚合物儲槽5。於/此具體 實例中’藉由該預聚合物運轉槽u可提供模製物件在禱造 模具14内之額外彈性控制。例如，微球48對聚合物 52的最終體密度比例可經由將來自預聚合物運轉槽心 未加填充料之預聚合物57與來自預混合運轉/製備槽”及 固化劑運轉槽12之成分-起添加至混合器13來調整。該 添加到混合器13之未加填充料的預聚合斗勿57之步驟係由 流量控制言"及計量幫浦9來調節。預聚合物運轉槽u 也裝有攪動器18,其類似於預混料製備槽1〇的攪動器18。 對預聚合物運轉槽n提供額外預聚合物57係從第二°預聚 合物儲槽5以液面控制器7來提供。要注意的是，雖缺顯 示的預聚合物運轉槽U為單―，不過本發明視需要可以利 用任何數目的額外預聚合預混料運轉槽來操作。此外預 聚合物57還可以視需要為與聚合物材料52相同或為任何 其他的聚合物材料。 於鑄造過程中，係將來自預聚合運轉/製備槽59的預 93277修正版 24 1359718 混合物51 ’自固化劑運轉槽ι2的固化劑53及自預聚合物 運轉槽11的未加填充料之預聚·合物57計量及輸送至混合 器13，於該處將個別的成分51，53及57摻合並直接地注 入鑄造模具14中。接著將經模製物件固化並裁切形成本發 明研磨墊4。有利地，研磨墊4的體密度宜直接由三種個. 別成分51 ’ 53及57的混合物比例所控制。而分別來自預 聚合運轉/製備槽59，·固化劑運轉槽12及預聚合物運轉槽 鲁11之成分51，53及57的混合物比例係由計量幫浦9和搭 配裝在輸送管線55内的流量控制計8所控制。 因此’本發明提供一種製造化學機械研磨墊的裝置， 其包括備有聚合物材料的預聚合物儲槽，備有微球的儲存 倉筒及備有固化劑的固化劑儲槽。該裝置進一步包括用於 形成談聚合物材料及微球之預混合物的預混料運轉/製備 槽及在預渴料運轉/製備槽之内用於將預混合物再循環直 •至達到所欲的體密度為止之再循環迴路。該裝置進一步包 鲁括用於將預混合物和固化劑形成混合物的混合器及用於模 製混合物.的模具·。 、.. 至此參照第7圖，係提供使用本發明條痕減少的研磨 墊之CMP裝置73。該裝置73包括用來固著或按壓該半導 體晶圓83之抵靠該研磨合9〗之晶元.托架8丨。該研磨台9ι . 係裝設有經堆疊的研磨塾i(其中包括本發明減少條痕°的研 磨墊.4)。如前面所討論者，研磨墊工具有與研磨台Μ的 表面成為界面的底層2，以及與化學研磨液一起研磨晶圓 83之研磨墊4。要注意的是，耗沒有以圖顯示出，不過 93277修正本 25 1359718 任何用於提供研磨液體或研磨液之手段都可使用於本發明 裝置之中。研磨台91通常係繞其中心轴79轉動。此外， 晶圓托架81通常繞其中心轴75旋轉，且透過平移臂77 在研磨台91的表面平移。要注.意的是，雖然第7圖中只有 顯示出單一晶圓托架，不過CMP裝置可能具有在研磨台 周圍間隔地配置的一個以上之托架。此外，透明孔洞87 設在研磨台91中且位车對應於研磨墊丨的視窗14之位 置。如此，在晶圓83研磨過程中，透明孔洞87可提供， 通過窗14’看到晶圓83表面之入口以用於精相終點偵 測。也就是，可將一個雷射分光光度計89裝設於研磨台 91下’其投射出一雷射光束85來回穿過透明孔洞87及窗 Η供在晶圓83研磨過程中進行精確的終點測量。 據此，本發明提供一種製造化學機械研磨墊的方法， 該方法包括下列諸步驟.，提供備有聚合物材料的儲槽，備 f微球的儲存倉筒及備有固化劑的固化劑儲槽.。進.-步 :該方法包括輪送聚合物#料及微球至預混料製備槽且 ^該聚合物柄及微球的職合物。財法進 括 送該預混二至===步=該方法進-步提供輸 混合物，將該混合物注：形成預混合物和固化劑的 磨墊之步驟。 *㈣域㈣模製物成為研. 【圖式簡單說明】 第1圖係說明本發明 /、有經減少條痕的研磨墊； 93277修正本 26 1359718 第2圖係說明用於形成本發明研磨墊的裝置； 第3圖係說明用於形成本發明研磨墊的裝置之另 體實例； 第4圖係說明用於形成本發明研磨墊的裝置之另 •體實例； 弟5圖係說明用於形成本發明研磨墊的裝置之另 體實例；. . · · . 第6圖係說明用於形成本發明研磨塾的裝置之另 體實例； CMP系統。 第7圖係說明利用本發明研磨墊的 【主要元件符號說明】 研磨墊（第1及7圖） 填充料儲存倉筒（第2至6圖） 底層或底墊（第1及7圖）
具 具. 具 具 乾式進科計量系統（第2至6圖） 預聚合物儲槽 研磨層（第1至7圖）或研磨墊（第2至6圖） 質量流量計裝置（第2至6圖）. 第一預聚合物儲槽 感壓性接著劑（第1及7圖）. 固化劑儲槽（第2至6圖） 液面控制器 流量控制計 計量幫浦 27 93277修正本 1359718 10 預混料製備槽 11. 預聚合物運轉槽或第二預聚合物運轉槽 12 固化劑運轉槽 13 混合器 14 透明窗（第1及7圖） 14 鑄造模具（第3至6圖） 15 預混料運轉槽 16 再循環迴路 • 17線上密度計： 18 攪動器 19 真空裝置 2 0 輸送管線 '21 再循環幫浦 22· 導向閥 48 微球或微件. • 51 預混合物 52 聚合物材料 53 固化劑 55 輸送管線 57 預聚合物 59 預混'料運轉/製備槽 60 .惰性氣體來源 73 CMP裝置 75 晶圓拖架中心轴 28 93277修正本 1359718 77 平移手臂 79 研磨臺中心轴 81 晶圓.拖架 83 晶圓· 85 雷射束 87 透明孔洞 89 雷射分光光度計 91 研磨臺. . • 100 預混合裝置 101 固化裝置 103 鑄造裝置 104 預聚合物裝置 105 鑄造裝置 106 預混料運轉/製備裝置 • · . ·- 10.7 鑄造裝置 • 109 -鑄造裝置. 111 第二預聚合物裝置 29 93277修正本

Claims (1)

  1. 丄咖718 、申攀專利範圍： 種襄造化學機械研磨墊的裝置，其包括： 備有聚合物材料的儲槽；. 備有微球的儲存倉筒； 備有固化劑的固化劑儲槽； 混料成該聚合物材料及該微球之預混合物的$
    、在該預混料製備槽内用於將該預混合物再循環直 至達到所欲體密度為止之再循環迴路； 用於儲存該預混合物之預混料運轉槽； 用於形成該預混合物和該固化劑之混合物的混合 用於模製該混合物的模具。 2.却申請專利範圍第.丨項的裝置，其進一步包括用於攪 摔在該預混料製備槽内之該預混合物的授動器。 鲁3.如申請專利範圍第1項的裝置，其進一步包括用於去 除該預渴•料製備槽内氣體之真空裝置。 4.如申請專利範圍第1項的裝置，.其進一步包括在該再 循環迴路内用於測量該預混合物之體密度之線上密度 . . . * 計0、 . 5.如申請專利範圍第1項的裝置，其中，該微球包括聚 乙烯醇、.果膠、聚乙烯吡咯烷酮.、羥基乙基纖維素、 甲基纖維素、羥基丙基曱基纖維素、羧曱基纖維素、 羥基丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚乙二醇、 30 93277修正本 1359718 聚經 i 驗丙烯酸酯（poiyhydrox'yetheracry 1 i tes)、殿 .粉、馬來酸共聚物、聚環氧乙烷、聚胺甲酸酯、環糊 精（〇7(：1〇(16\计丨11)、.丙烯腈和偏二氣乙烯的共聚物及 彼專的組合。 6.如申請專利範圍第1項的裝置，其中，聚合物材料包 括聚胺甲駿酯、聚碳酸酯、聚酯、聚矽氧烷.、聚醯亞 胺類、聚硬、聚氣乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲 酉曰、聚偏二氟乙烯、聚對苯二曱酸伸乙酯，、聚醚醚酮、 聚醚酮、聚醚醯亞胺.、聚乙酸乙基乙烯酯、聚丁酸乙 烯酯、聚乙酸乙烯酯、丙稀腈—丁二烯-苯乙烯共聚物、 氟化之乙烯丙烯及全氟烷氧基聚合物及彼等的組合。 種製造化學機械研磨墊的裝置，其包括： 備有第一聚合物材料的第一預聚合物儲槽； 備'有微球的儲存倉筒； 備有固化劑的固化劑儲槽； 用於將該第-聚合物材料及該微球形成預混合物 的預混料製備槽；. 、在該預混料製備槽内於將該預混合物再循環直 至達到所欲體密度為止之再循環迴路； 用於儲存該預混合物的預混料運轉槽； 用於將該預,昆合物和該固化劑形成混合物之混合 态； 槽 93277修正本 31 8. 所欲的體密度為止；及 其中該第一及第二聚 用於模製該混合物的模具。 如申請專利範圍第7項的裝置， 合物材料為相同者。 9. -種製造化學機械研磨塾的裝置，其包括： 備有聚合物材料的預聚合杨儲*; 備有微球的儲存倉筒；. 備有固化劑的固化劑儲槽；. θ用於將該聚合物材料及該微球形成預混合物的預 料運轉/製備槽； 古在該預/ttj料運轉/製備槽内用於將該預⑥合物再循 衣直至達到所歌體密度為止之再循環迴路； 、用於將該預混合物和該固化劑形成混合物之 混合 态；及 . . ... · 用於模製該混合物的模具。 10 · ^申請專利範圍第9項的裝置，其進—步包括另一個 、聚合參儲槽，以提供額外的聚合物材料至該混合物。 93277修正本 32
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