TWI593510B - 製造化學機械研磨層之方法 - Google Patents

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喬治Ｈ 麥克蘭
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克里斯多佛Ａ 楊
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    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials

Description

製造化學機械研磨層之方法
本發明通常有關製造研磨層之領域。特別地，本發明係有關製造化學機械研磨墊用之研磨層之方法。
在積體電路和其他電子裝置之製造中，複數層導電、半導體以及介電材料層係沉積於半導體晶圓之表面上或從半導體晶圓之表面移除。導電、半導體以及介電材料之薄層可藉由多種沉積技術而沉積。數據機加工中之一般沉積技術包含物理氣相沉積(PVD)(亦已知為濺鍍)、化學氣相沉積(CVD)、電漿加強化學氣相沉積(PECVD)以及電化學鍍覆(ECP)。
當材料層係依序沉積和移除時，晶圓之頂表面變成非平坦。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，故該晶圓需要平坦化。平坦化係有用於移除不欲的表面形貌和表面缺陷，諸如，粗糙表面、經凝聚的材料、晶格損害、刮傷以及經污染的層或材料。
化學機械平坦化或化學機械研磨(CMP)是用以平坦化基板(諸如，半導體晶圓)之一般技術。於傳統的CMP中，將晶圓安裝在載體組合件上，並且將其定位成與CMP儀器中之研磨墊接觸。載體組合件提供晶圓可控制的壓力，將其壓向研磨墊。藉由外部驅動力，使墊相對於晶圓而移動(例如，旋轉)。與此同時，在晶圓和研磨墊之間提供化學組成物("漿料")或其他研磨溶液。因此，藉由墊表面和漿 料之化學和機械作用，研磨晶圓表面且使其平坦。
Reinhardt等人的美國專利第5,578,362號揭露本領域中已知的例示性研磨墊。Reinhardt之研磨墊包括具有遍布其中之微球的聚合基質。通常，微球係與液體聚合材料摻合和混合，並且轉移至模(mold)以固化。本領域中的傳統的智慧是在轉移程序期間，使對模穴之內容物產生的干擾最小化。為了達成這結果，通過噴嘴開口之位置將可固化的材料添加至模穴係傳統上相對於模穴之橫截面維持集中，而且當模穴中收集可固化的材料時，相對於該可固化的材料之頂表面盡可能是固定的。據此，噴嘴開口之位置傳統上僅於單維度移動，以在整個轉移程序期間將於模穴中之可固化的材料之頂表面上維持設定高度(set elevation)。接著，將模製品切割，以形成研磨層。不幸地，以這方式形成之研磨層可能展現不要的缺陷(例如，密度缺陷)。
密度缺陷係表現為研磨層材料之容積密度(bulk density)之變化。換言之，具有較低的填料濃度的區域(例如，Reinhardt之研磨層中的微球)。密度缺陷係不欲的，因為咸信於其有用的壽命內，它們可能在一個研磨層至下一個和單一的研磨層內造成不可預測，且也許是有害的研磨效能變化。
不論上述者，對於製造化學機械研磨墊用之研磨層之改善之方法有持續的需求，其中不欲的密度缺陷之形成係進一步最小化或移除。
本發明提供一種形成化學機械研磨墊之研磨層之方法，包括：提供具有模底和環繞的壁之模，其中該模底和該環繞的壁界定模穴，其中該模底係沿著x-y平面定向，其中該模穴具有與x-y平面正交之中心軸，Caxis，以及其中該模穴具有甜甜圈孔區域和甜甜圈區域；提供液態預聚合物材料；提供複數個微元件；提供具有噴嘴開口之噴嘴；將該液態預聚合物材料與複數個微元件組合，以形成可固化的混合物；在加料期CP期間中，通過該噴嘴開口將該可固化的混合物加入該模穴，其中該加料期CP細分為視為最初階段、過渡階段以及剩餘階段的三個個別的階段；其中該噴嘴開口具有位置，以及其中，在該加料期CP期間，該噴嘴開口之該位置係沿著該模穴的中心軸Caxis而相對於該模底移動，以在該模穴中收集該可固化的混合物時，維持該噴嘴開口之位置在該模穴中之可固化的混合物之頂表面上；其中在整個最初階段期間，該噴嘴開口之該位置停留在甜甜圈孔區域內；其中在過渡階段期間，該噴嘴開口之該位置從停留於甜甜圈孔區域內過渡成停留於甜甜圈區域內；其中在剩餘階段期間，該噴嘴開口之該位置停留在甜甜圈區域內；允許該模穴中之可固化的混合物固化成塊狀物；以及從該塊狀物得到研磨層。
本發明亦提供一種形成化學機械研磨墊之研磨層之方法，包括：提供具有模底和環繞的壁之模，其中該模底和該環繞的壁界定模穴，其中該模底係沿著x-y平面定向，其中該模穴具有與x-y平面正交之中心軸，Caxis，其 中該模穴具有甜甜圈孔區域和甜甜圈區域；提供液態預聚合物材料；提供複數個微元件；提供具有噴嘴開口之噴嘴；將該液態預聚合物材料與複數個微元件組合，以形成可固化的混合物；在加料期CP期間，通過該噴嘴開口將該可固化的混合物加入該模穴，其中該加料期CP細分為視為最初階段、過渡階段以及剩餘階段之三個個別的階段；其中該噴嘴開口具有位置，以及其中，在該加料期CP期間，該噴嘴開口之該位置係沿著該模穴的中心軸Caxis而相對於該模底移動，以在該模穴中收集該可固化的混合物時，維持該噴嘴開口之位置在該模穴中之可固化的混合物之頂表面上；其中在整個最初階段期間，該噴嘴開口之該位置停留在甜甜圈孔區域內；其中在過渡階段期間，該噴嘴開口之該位置從停留於甜甜圈孔區域內過渡成停留於甜甜圈區域內；其中在剩餘階段期間，該噴嘴開口之該位置停留在甜甜圈區域內；允許該模穴中之可固化的混合物固化成塊狀物；以及從該塊狀物得到研磨層；其中該模穴近似具有實質上圓形的橫截面Cx-sect之直立圓筒狀區域；其中該模穴具有與該模穴的中心軸Caxis一致(coincide)之對稱軸線Cx-sym；其中該直立圓筒狀區域具有橫截面面積Cx-area，其係定義如下：Cx-area=π rC 2，其中rC為投射至x-y平面上之該模穴的橫截面面積Cx-area之平均半徑；其中該甜甜圈孔區域為模穴內之直立圓筒狀區域在，其在x-y平面上投射圓形橫截面DHx-sect且具有對 稱軸線DHaxis；其中該甜甜圈孔具有橫截面面積DHx-area，其係定義如下：DHx-area=π rDH 2，其中rDH為甜甜圈孔區域之圓形橫截面DHx-sect之半徑；其中該甜甜圈區域為模穴內之超環面狀區域，其在x-y平面上投射環狀橫截面Dx-sect且具有甜甜圈區域對稱軸線Daxis；其中該環狀橫截面Dx-sect具有橫截面面積Dx-area，其係定義如下：Dx-area=π RD 2-π rD 2其中RD為甜甜圈區域之環狀橫截面Dx-sect之較大的半徑；其中rD為甜甜圈區域之環狀橫截面Dx-sect之較小的半徑；其中rD rDH；其中RD>rD；其中RD<rC.；其中各Cx-sym、DHaxis以及Daxis係與x-y平面正交；其中在該加料期CP期間，以基本上恆定的速率和0.015至2公斤/秒之平均加料速率CRavg，將該可固化的混合物加入該模穴；其中rD=rDH；其中rD為5至25 mm；其中RD為20至100 mm；其中rC為20至100 cm；以及其中相較於使用相同的程序但在整個加料期(CP)期間，該噴嘴開口之該位置僅以一維度沿著該模穴的中心軸Caxis單維度移動所產生之另一個塊狀物，使用本發明之方法產生之該塊狀物含有較少的密度缺陷。
令人驚訝地，業經發現在化學機械研磨墊之研磨層之製造中，於將可固化的混合物加入模穴之同時，通過移動噴嘴開口之位置而將可固化的混合物以三維度沿著且繞著 模穴之中心軸Caxis加入模穴，會相對於彼等由相同的程序但其中該噴嘴開口之位置僅沿著模穴的中心軸Caxis單維度移動而產生者，顯著地減少所產生之研磨層中之密度缺陷之發生。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"加料期或CP"意指可固化的材料加入模穴之期間(以秒計)，其係從第一個可固化的材料導入模穴的時刻開始，直到當最後之可固化的材料導入模穴之時刻。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"加料速率或CR"意指在加料期CP期間(以秒計)，可固化的材料加入模穴之質量流動速率(以公斤/秒計)。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"最初階段起始點或SP IP "意指噴嘴開口於加料期之最初階段開始時的位置，其與加料期之開始一致。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"最初階段結束點或EP IP "意指噴嘴開口於加料期之最初階段結束時之位置，其立即進行加料期之過渡階段之開始。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"最初階段路徑"意指在從最初階段起始點SPIP至最初階段結束點EPIP之加料期之最初階段期間，噴嘴開口之位置的路徑移動(若有任何)。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"過渡階段起始點或SP TP "意指噴嘴開口在加料期之過渡階段開始時之位置。過渡階段起始點SPTP和最初階段結束點EPIP係在相同 的位置。
本文和附加的申請專利範圍中使用的一或多個"過渡階段過渡點或TP TP "意指噴嘴開口在加料期之過渡階段期間之位置，在這(些)點噴嘴開口的位置的移動方向係相對於模穴的中心軸Caxis改變(亦即，移動方向為x和y維度)。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"過渡階段結束點或EP TP "意指模穴之甜甜圈區域內之噴嘴開口的第一位置，在這點噴嘴開口之位置的移動方向係相對於模穴的中心軸Caxis改變。過渡階段結束點EPTP亦為噴嘴開口在加料期之過渡階段結束時的位置，其立即進行加料期之剩餘階段。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"過渡階段路徑"意指噴嘴開口在加料期之過渡階段期間之位置所採取的從過渡階段起始點SPTP至過渡階段結束點EPTP之路徑。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"剩餘階段起始點或SP RP "意指噴嘴開口在加料期的剩餘階段開始時的位置。剩餘階段起始點SPRP和過渡階段結束點EPTP在相同的位置。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"多個剩餘階段過渡點或T PRP "意指噴嘴開口在加料期的剩餘階段期間之位置，在這些點噴嘴開口的位置的移動方向係相對於模穴的中心軸Caxis改變。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"剩餘階段結束點或EP RP "意指噴嘴開口在加料期之剩餘階段結束時之位 置，其與加料期之結束一致。
本文和附加的申請專利範圍中使用的"剩餘階段路徑"意指噴嘴開口在加料期的剩餘階段期間之位置所採取的從剩餘階段起始點SPRP至剩餘階段結束點EPRP的路徑。
本文和附加的申請專利範圍中使用的術語"聚(胺基甲酸酯)"涵蓋(a)從(i)異氰酸酯和(ii)多元醇(包含二醇)之反應形成之聚胺基甲酸酯；以及(b)從(i)異氰酸酯和(ii)多元醇(包含二醇)與(iii)水、胺或水和胺之組合之反應形成之聚(胺基甲酸酯)。
本文和附加的申請專利範圍中提及加料期期間的可固化的混合物之加料速率時所使用的術語"基本上恆定"表示同時滿足以下表述： 其中CRmax為在加料期期間將可固化的材料加入模穴之最高質量流動速率(以公斤/秒計)；其中CRmin為加料期期間將可固化的材料加入模穴的最低質量流動速率(以公斤/秒計)；以及其中CRavg為在整個加料期加入模穴之可固化的材料的總質量(以公斤計)除以加料期之長度(以秒計)。
本文和附加的申請專利範圍中在提及可固化時所使用的混合物的術語"膠化時間"表示使用根據ASTM D3795-00a之標準測試法(重新核定2006)(Standard Test Method for Thermal Flow, Cure, and Behavior Properties of Pourable Thermosetting Materials by Torque Rheometer) 測定之該混合物之總固化時間。
本文和附加的申請專利範圍中在提及模穴(20)時所使用的術語"實質上圓形的橫截面"表示從模穴的中心軸Caxis(22)至環繞的壁(15)的垂直的內界面(18)之投射至x-y平面(30)上之模穴(20)之最長的半徑r C 較從模穴的中心軸Caxis(22)至垂直的內界面(18)之投射至x-y平面(30)上之模穴(20)之最短的半徑r C 長20%。(參見，第1圖)。
本文和附加的申請專利範圍中使用的術語"模穴"意指模底(12)的水平的內界面(14)和環繞的壁(15)的垂直的內界面(18)界定之體積。(參見，第1至2圖)。
本文和附加的申請專利範圍中在提及相對於第二個特徵(例如，軸、x-y平面)之第一個特徵(例如，水平的內邊界；垂直的內邊界)時所使用的術語"實質上正交"表示第一個特徵與第二個特徵具有80至100°的角度。
本文和附加的申請專利範圍中在提及相對於第二個特徵(例如，軸、x-y平面)之第一個特徵(例如，水平的內界面；垂直的內界面)時所使用的術語"基本上正交"表示第一個特徵與第二個特徵具有85至95°的角度。
本文和附加的申請專利範圍中使用的術語"密度缺陷"意指研磨層中之一區域，其相對於該研磨層之其餘部分，具有顯著地減少的填料濃度。將研磨層置於光桌上時，可以無輔助的人類肉眼視覺檢測到密度缺陷，其中當將具有明顯更高的透光率之區域與研磨層之其餘部分比較時，該密度缺陷會出現。
本文和附加的申請專利範圍中在提及噴嘴開口時所使用的術語"噴嘴開口半徑或r NO "表示可完全地閉合噴嘴開口之最小的圓SC的半徑rSC，亦即，rNO=rSC。為了闡釋性目的，參見第7a圖和第7b圖。第7a圖為由具有半徑rSC(64a)之最小的圓SC(63a)完全地閉合之噴嘴開口(62a)之平面描繪圖；其中該噴嘴開口為圓形。第7b圖為由具有半徑rSC(64b)之最小的圓SC(63b)完全地閉合之噴嘴開口(62b)之平面描繪圖；其中該噴嘴開口為非圓形。較佳地，rNO為5至13 mm。更佳地，rNO為8至10 mm。
本發明之方法中使用的模(10)之模底(12)界定模穴(20)之水平的內界面(14)。(參見，例如，第1至2圖)。較佳地，模穴(20)之水平的內界面(14)是平坦的。更佳地，模穴(20)之水平的內界面(14)是平坦的且與模穴的中心軸Caxis實質上正交。最佳地，模穴(20)之水平的內界面(14)是平坦的且與模穴的中心軸Caxis基本上正交。
本發明之方法中使用的模(10)之環繞的壁(15)界定模穴(20)之垂直的內界面(18)。(參見，例如，第1至2圖)。較佳地，環繞的壁界定與x-y平面(30)實質上正交之模穴(20)之垂直的內界面(18)。更佳地，環繞的壁界定與x-y平面(30)基本上正交之模穴(20)的垂直的內界面(18)。
模穴(20)具有與z軸一致且在中心點(21)交截模底(12)之水平的內界面(14)的中心軸Caxis(22)。較佳地，中心點(21)位於投射至x-y平面上(30)之模穴(20)的橫截面 Cx-sect(24)的幾何中心。(參見，例如，第1至3圖)。
投射至x-y平面上之模穴的橫截面Cx-sect可為任何規則的或不規則的二維度形狀。較佳地，模穴的橫截面Cx-sect係選自多邊形和橢圓形。更佳地，模穴的橫截面Cx-sect為具有平均半徑rC之實質上圓形的橫截面(較佳地，其中rC為20至100 cm；更佳地，其中rC為25至65 cm；最佳地，其中rC為40至60 cm)。最佳地，模穴近似具有實質上圓形的橫截面Cx-sect之直立圓筒狀區域；其中該模穴具有與模穴的中心軸Caxis一致的對稱軸線Cx-sym；其中該直立圓筒狀區域具有橫截面面積Cx-area，其係定義如下：Cx-area=π rC 2，其中rC為投射至x-y平面上之模穴的橫截面面積Cx-area的平均半徑；以及其中rC為20至100 cm(更佳為25至65 cm；最佳為40至60 cm)。
模穴(20)具有甜甜圈孔區域(40)和甜甜圈區域(50)。(參見，例如，第2至3圖)。
較佳地，模穴(20)之甜甜圈孔區域(40)為模穴(20)內之直立圓筒狀區域，其在x-y平面(30)上投射圓形橫截面DHx-sect(44)且具有甜甜圈孔區域對稱軸線DHaxis(42)；其中DHaxis與模穴的中心軸Caxis和z軸一致。(參見，例如，第2至3圖)。甜甜圈孔區域(40)之圓形橫截面DHx-sect(44)具有橫截面面積DHx-area，其係定義如下：DH x-area =π r DH 2 ，其中rDH為甜甜圈孔區域之圓形橫截面DHx-sect(44)的半徑 (46)。較佳地，其中rDH rNO(更佳地，其中rDH為5至25 mm；最佳地，其中rDH為8至15 mm)。
較佳地，模穴(20)之甜甜圈區域(50)為模穴(20)內之超環面狀區域，其在x-y平面(30)上投射環狀橫截面Dx-sect(54)且具有甜甜圈區域對稱軸線Daxis(52)；其中Daxis與模穴的中心軸Caxis和z軸一致。(參見，例如，第2至3圖)。甜甜圈區域(50)之環狀橫截面Dx-sect(54)具有橫截面面積Dx-area，其係定義如下：D x-area =π R D 2 -π r D 2 ，其中RD為甜甜圈區域之環狀橫截面Dx-sect之較大的半徑(56)；其中rD為甜甜圈區域之環狀橫截面Dx-sect之較小的半徑(58)；其中rD rDH；其中RD>rD；以及其中RD<rC。較佳地，其中rD rDH，以及其中rD為5至25 mm。更佳地，其中rD rDH，以及其中rD為8至15 mm。較佳地，其中rD rDH；其中RD>rD；以及其中RD (K*rC)，其中K為0.01至0.2(更佳地，其中K為0.014至0.1；最佳地，其中K為0.04至0.086)。更佳地，其中rD>rDH；其中RD>rD；以及其中RD為20至100 mm(更佳地，其中RD為20至80 mm；最佳地，其中RD為25至50 mm)。
以秒計之加料期CP之長度可顯著地改變。例如，加料期CP之長度將取決於模穴之尺寸、平均加料速率CRavg、以及可固化的混合物之性質(例如，膠化時間)。較佳地，加料期CP為60至900秒(更佳地，60至600秒，最佳為120至360秒)。典型地，加料期CP將受到可固化的混合 物所展現之膠化時間約束。較佳地，加料期CP將少於或等於加入模穴中之可固化的混合物所展現之膠化時間。更佳地，加料期CP將少於可固化的混合物所展現之膠化時間。
加料速率CR(以公斤/秒計)可在整個加料期CP之期間改變。例如，加料速率CR可為間歇性。亦即，在整個加料期之期間，加料速率CR可一次或多次瞬間下降至零。較佳地，在整個加料期，以基本上恆定的速率，將可固化的混合物加入模穴。更佳地，在整個加料期CP，以基本上恆定的速率和0.015至2公斤/秒之平均加料速率CRavg(更佳為0.015至1公斤/秒；最佳為0.08至0.4公斤/秒)，將可固化的混合物加入模穴。
加料期CP細分為視為最初階段、過渡階段以及剩餘階段之三個個別的階段。最初階段之開始對應於加料期CP之開始。最初階段之結束立即進行過渡階段之開始。過渡階段之結束立即進行剩餘階段之開始。剩餘階段之結束對應於加料期CP之結束。
在加料期CP期間，將噴嘴移動或轉換(例如，望遠鏡)，致使噴嘴開口之位置在三維度都移動。在加料期CP期間，將噴嘴(60)移動或轉換(例如，望遠鏡)，致使噴嘴開口(62)之位置沿著模穴的中心軸Caxis(122)相對於模底(112)移動，以當模穴(120)中收集可固化的混合物(70)時，維持噴嘴開口(62)的位置在可固化的混合物(70)之頂表面(72)上。(參見，第4a和4b圖)。較佳地，在加料期CP期間，噴嘴開口(62)之位置沿著模穴的中心軸Caxis(122)相對於模 底(112)移動，以當模穴(120)中收集可固化的混合物(70)時，維持噴嘴開口(62)的位置在可固化的混合物(70)之頂表面(72)上的高度(elevation)(65)上；其中該高度為>0至30 mm(更佳地，>0至20 mm；最佳地，5至10 mm)。(參見，第4b圖)。在加料期中，噴嘴開口的位置可瞬間暫停其沿著模穴的中心軸Caxis(亦即，其在z維度的運動)的運動。較佳地，在各過渡階段過渡點TPTP(若有任何)和在各剩餘階段過渡點TPRP，噴嘴開口的位置瞬間暫停其相對於模穴的中心軸Caxis之運動(亦即，噴嘴開口之位置瞬間停止在z維度之移動)。
在加料期之整個最初階段中，噴嘴開口之位置停留在模穴之甜甜圈孔區域內(亦即，為了最初階段之持續)。噴嘴開口之位置可在整個最初階段中維持固定的，其中該最初階段起始點SPIP和最初階段結束點EPIP為相同的位置(亦即，SPIP=EPIP)。較佳地，當SPIP=EPIP時，最初階段為>0至90秒長(更佳為>0至60秒長；最佳為5至30秒長)。最佳地，噴嘴開口之位置從加料期之最初階段之開始維持固定的，直到模穴中之可固化的混合物之頂表面開始上升(在這時刻過渡階段開始)；其中該最初階段起始點SPIP(80)和最初階段結束點EPIP(81a)(這點與過渡階段起始點SPTP(82a)一致)在沿著模穴的中心軸Caxis(222)之模穴(220)之甜甜圈孔區域(140)內的相同的位置。較佳地，其中甜甜圈孔區域(140)為正圓形圓柱體；以及其中甜甜圈孔的對稱軸線DHaxis(142)與模穴的中心軸Caxis(222)和z軸 一致。(參見，第5a至5c圖)。噴嘴開口之位置可在最初階段中移動，其中該最初階段起始點SPIP不同於最初階段結束點EPIP(亦即，SPIP≠EPIP)。較佳地，當SPIP≠EPIP時；最初階段為>0至(CP-10.02)秒長；其中CP為以秒計之加料期。更佳地，當SPIP≠EPIP時；最初階段為>0至(CP-30)秒長；其中CP為以秒計之加料期。最佳地，當模穴(220)中之可固化的材料之頂表面於加料期之最初階段期間上升時，從最初階段起始點SPIP(80)至最初階段結束點EPIP(81b)(其點與過渡階段起始點SPTP(82b)一致)，噴嘴開口之位置較佳為沿著模穴的中心軸Caxis(222)而在模穴(220)之甜甜圈孔區域(140)內移動，以當模穴(220)於加料期之整個最初階段期間收集可固化的材料時，將噴嘴開口之位置維持在頂表面上之高度。(參見，第5a至5c圖)。
在加料期之過渡階段中，噴嘴開口之位置從模穴之甜甜圈孔區域內之點移動至甜甜圈區域內之點。較佳地，過渡階段為0.02至30秒長(更佳地，0.2至5秒長；最佳地，0.6至2秒長)。較佳地，在過渡階段中，噴嘴開口之位置以10至70毫米/秒之平均速度(更佳為15至35毫米/秒，最佳為20至30毫米/秒)，相對於模穴的中心軸Caxis移動。較佳地，其中在各過渡階段過渡點TPTP(若有任何)和在過渡階段結束點EPTP，噴嘴開口之位置的移動瞬間暫停其相對於模穴的中心軸Caxis的運動(亦即，瞬間停止x和y維度的移動)。較佳地，在過渡階段期間，噴嘴開口之位置以 相對於模穴的中心軸Caxis的恆定速度，從過渡階段起始點SPTP移動通過任何過渡階段過渡點TPTP至過渡階段結束點EPTP。較佳地，在過渡階段期間，噴嘴開口之位置從過渡階段起始點SPTP移動通過複數個過渡階段過渡點TPTP至過渡階段結束點EPTP；其中投射至x-y平面上之過渡階段路徑近似曲線(更佳地，其中過渡階段路徑近似螺旋緩和)。最佳地，在過渡階段期間，噴嘴開口之位置直接從過渡階段起始點SPTP移動至過渡階段結束點EPTP；其中投射至x-y平面上之該過渡階段路徑為直線。
第5a至5c圖描繪模穴(220)中之三個不同過渡階段路徑，模穴(220)具有中心軸Caxis(222)；具有對稱軸線DHaxis(142)之直立圓筒狀甜甜圈孔區域(140)；以及具有對稱軸線Daxis(152)之超環面狀甜甜圈區域(150)；其中該模穴的中心軸Caxis(222)、甜甜圈孔的對稱軸線DHaxis(142)以及環形的對稱軸線Daxis(152)各與z軸一致。第5a至5c圖中描繪之第一過渡階段路徑在模穴(220)之甜甜圈孔區域(140)內的過渡階段起始點SPTP(82a)開始，並且直接前進至模穴(220)之甜甜圈區域(150)內的過渡階段結束點EPTP(89)；其中過渡階段路徑83a在x-y平面(130)上投射為單一直線(84)。第5a至5c圖中描繪之第二過渡階段路徑在模穴(220)之甜甜圈孔區域(140)內之過渡階段起始點SPTP(82b)開始，並且直接前進至模穴(220)之甜甜圈區域(150)內之過渡階段結束點EPTP(89)，其中該過渡階段路徑83b在x-y平面(130)上投射為單一直線(84)。第5a至5c圖中描繪 之第三過渡階段路徑在甜甜圈孔區域(140)內之過渡階段起始點SPTP(82a)開始；過渡通過甜甜圈孔區域(140)內之過渡階段過渡點TPTP(88)；以及接著前進至甜甜圈區域(150)內之過渡階段結束點EPTP(89)；其中該過渡階段路徑(85)在x-y平面(130)上投射連接線對(87)。注意過渡階段結束點EPTP(89)對應於剩餘階段起始點SPRP(90)(亦即，其等在相同的位置)。
在加料期之剩餘階段期間，噴嘴開口的位置停留在甜甜圈區域內(亦即，在加料期之剩餘階段的某些部分，噴嘴開口之位置可穿越或停留在甜甜圈孔區域中)。較佳地，在整個加料期的剩餘階段中，噴嘴開口之位置停留在甜甜圈區域內(亦即，為了剩餘階段的持續)。較佳地，其中該剩餘階段為10秒長。更佳地，該剩餘階段為10至<(CP-0.2)秒長；其中CP為以秒計之加料期。又更佳地，該剩餘階段為30至<(CP-0.2)秒長；其中CP為以秒計之加料期。最佳地，該剩餘階段為0.66*CP至<(CP-0.2)秒長；其中CP為以秒計之加料期。較佳地，在剩餘階段期間，噴嘴開口的位置以10至70毫米/秒之平均速度(更佳為15至35毫米/秒，最佳為20至30毫米/秒)而相對於模穴的中心軸Caxis移動。較佳地，在各剩餘階段過渡點TPRP，噴嘴開口之位置可瞬間暫停其相對於模穴的中心軸Caxis之運動(亦即，噴嘴開口之位置可瞬間停止在x和y維度移動)。較佳地，在剩餘階段期間，噴嘴開口之位置以相對於模穴的中心軸Caxis的恆定速度，從剩餘階段起始點SPRP移動通過各 剩餘階段過渡點TPRP。較佳地，在剩餘階段期間，噴嘴開口之位置從剩餘階段起始點SPRP移動通過複數個剩餘階段過渡點TPRP；其中該剩餘階段路徑在x-y平面上投射一系列的連接線。較佳地，剩餘階段過渡點TPRP均位於模穴之甜甜圈區域內。較佳地，剩餘階段路徑投射至x-y平面上之該一系列的連接線近似於圓或具有與模穴的中心軸Caxis為不同的距離之二維度螺旋。較佳地，剩餘階段路徑投射至x-y平面上之一系列的連接線近似二維度螺旋，其中連續之剩餘階段過渡點TPRP係以與模穴的中心軸Caxis為增加的或減少的距離投射至x-y平面上。更佳地，剩餘階段路徑投射至x-y平面上之一系列的連接線近似圓，其中連續之剩餘階段過渡點TPRP係以與模穴的中心軸Caxis相等的距離投射至x-y平面上，以及其中剩餘階段路徑投射至x-y平面上之一系列的連接線係正多邊形(亦即，等邊的和等角的)。較佳地，其中該正多邊形具有5邊(更佳為8邊；最佳為10邊；較佳為100邊；更佳為50邊；最佳為20邊)。最佳地，其中該剩餘階段路徑近似螺旋。亦即，在剩餘階段期間，噴嘴開口之位置沿著模穴的中心軸Caxis連續移動，以在噴嘴開口之位置追蹤投射至x-y平面上為正多邊形(較佳地，其中該正多邊形具有5至100邊；更佳為5至50邊；又更佳為8至25邊；最佳為8至15邊)之路徑的同時，維持模穴中收集的可固化的混合物之頂表面上之期望的高度。
第6a至6c圖描繪近似模穴(220)內之螺旋的較佳的 剩餘階段路徑(95)的一部分，模穴(220)具有中心軸Caxis(222)；具有對稱軸線DHaxis(142)之直立圓筒狀甜甜圈孔區域(140)；以及具有對稱軸線Daxis(152)之超環面狀甜甜圈區域(150)；其中模穴的中心軸Caxis(222)、甜甜圈孔的對稱軸線DHaxis(142)以及環形的對稱軸線Daxis(152)各與z軸一致。剩餘階段路徑(95)在模穴(220)之甜甜圈區域(150)內之剩餘階段起始點SPRP(90)開始，前進通過模穴(220)之甜甜圈區域(150)內之複數個剩餘階段過渡點TPRP(92)；其中該所有剩餘階段過渡點TPRP與模穴的中心軸Caxis(222)為相等的距離；以及其中該剩餘階段路徑95呈十個等長的線條(97)投射至x-y平面(130)上，以形成正十面體(100)。注意剩餘的過渡起始點SPRP(90)對應於過渡階段結束點EPTP(89)(亦即，其等在相同的位置)。
可固化的混合物較佳包括液態預聚合物材料和複數個微元件，其中該複數個微元件均勻地分散於該液態預聚合物材料中。
液態預聚合物材料較佳係聚合(亦即，固化)以形成選自下列各者之材料：聚(胺基甲酸酯)、聚碸、聚醚碸、尼龍、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯系聚合物、聚脲、聚醯胺、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亞胺、聚丙烯睛、聚乙烯氧化物、聚烯烴、聚(烷基)丙烯酸酯、聚(烷基)甲基丙烯酸酯、聚醯胺、聚醚醯亞胺、聚酮、環氧化物、矽酮、由乙烯丙烯二烯單體形成之聚合物、蛋白質、多醣、聚乙酸酯以及至少兩種前述者之組合。 較佳地，液態預聚合物材料聚合以形成包括聚(胺基甲酸酯)之材料。更佳地，液態預聚合物材料聚合以形成包括聚胺基甲酸酯之材料。最佳地，液態預聚合物材料聚合(固化)以形成聚胺基甲酸酯。
較佳地，液態預聚合物材料包括含聚異氰酸酯之材料。更佳地，液態預聚合物材料包括聚異氰酸酯(例如，二異氰酸酯)和含羥基之材料之反應產物。
較佳地，聚異氰酸酯係選自雙4,4’-環己基-異氰酸亞甲基酯；二異氰酸環己酯；二異氰酸異佛酮酯；二異氰酸六亞甲酯；丙烯-1,2-二異氰酸酯；四亞甲基-1,4-二異氰酸酯；1,6-六亞甲基-二異氰酸酯；十二烷-1,12-二異氰酸酯；環丁烷-1,3-二異氰酸酯；環己烷-1,3-二異氰酸酯；環己烷-1,4-二異氰酸酯；1-異氰酸基-3,3,5-三甲基-5-異氰酸基甲基環己烷；二異氰酸甲基伸環己酯；二異氰酸六亞甲酯之三異氰酸酯；2,4,4-三甲基-1,6-己烷二異氰酸酯之三異氰酸酯；二異氰酸六亞甲酯之異氰酸酯二聚體；二異氰酸伸乙酯；二異氰酸2,2,4-三甲基六亞甲酯；二異氰酸2,4,4-三甲基六亞甲酯；二環己基甲烷二異氰酸酯；及其組合。最佳地，聚異氰酸酯為脂族，而且具有少於14百分率之未反應的異氰酸酯基。
較佳地，本發明使用之含羥基之材料為多元醇。例示性多元醇包含，例如，聚醚多元醇、以羥基封端基之聚丁二烯(包含部分和完全氫化之衍生物)、聚酯多元醇、聚己內酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、及其混合物。
較佳的多元醇包含聚醚多元醇。聚醚多元醇之實例包含聚四亞甲基醚二醇("PTMEG")、聚乙烯丙二醇、聚氧基丙二醇、及其混合物。烴鏈可具有飽和鍵或不飽和鍵和經取代或未經取代之芳香族基和環狀基。較佳地，本發明之多元醇包含PTMEG。適合的聚酯多元醇包含，但不限於，聚己二酸乙二酸酯；聚己二酸丁二醇酯；聚己二酸乙二醇丙二醇酯；鄰苯二甲酸酯-1,6-己二醇；聚(六亞甲基己二酸酯)二醇；及其混合物。烴鏈可具有飽和鍵或不飽和鍵，或經取代或未經取代之芳香族基和環狀基。適合的聚己內酯多元醇包含，但不限於，以1,6-己二醇起始之聚己內酯；二乙二醇起始之聚己內酯；三羥甲基丙烷起始之聚己內酯；新戊二醇起始之聚己內酯；1,4-丁二醇起始之聚己內酯；PTMEG起始之聚己內酯；及其混合物。烴鏈可具有飽和鍵或不飽和鍵，或經取代或未經取代之芳香族基和環狀基。適合的聚碳酸酯包含，但不限於，聚苯二甲酸酯碳酸酯和聚(碳酸六亞甲酯)二醇(poly(hexamethylene carbonate)glycol)。
較佳地，複數個微元件係選自捕捉的氣泡、空心核聚合材料(亦即，微球)、液體填入之空心聚合性材料、水溶性材料(例如，環糊精)以及不溶相材料(例如，礦油)。較佳地，複數個微元件為微球，諸如，聚乙烯醇、果膠、聚乙烯吡咯啶酮、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚乙二醇、聚羥基醚丙烯酸酯、澱粉、順丁烯二 酸共聚物、聚乙烯氧化物、聚胺甲酸酯、環糊精及其組合(例如，來自Akzo Nobel of Sundsvall,Sweden之ExpancelTM)。微球可藉由例如分支、封阻以及交聯化而化學修飾，以改變溶解度、膨潤性以及其他性質。較佳地，微球具有少於150μm之平均直徑，以及更佳地，少於50μm之平均直徑。最佳地，微球48具有少於15μm之平均直徑。注意到微球之平均直徑可改變，而且可使用不同尺寸之不同微球48或不同微球48之混合物。微球之最佳的材料為丙烯腈和二氯亞乙烯之共聚物(例如，可從Akzo Nobel獲得之Expancel®)。
液態預聚合物材料視需要地進一步包括固化劑。較佳的固化劑包含二胺。適合的聚二胺包含初級和二級胺兩者。較佳的聚二胺包含，但不限於，二乙基甲苯二胺("DETDA")；3,5-二甲硫基-2,4-甲苯二胺以及其異構物；3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺以及其異構物(例如，3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺)；4,4’-雙-(第二丁基胺基)-第二苯基甲烷；1,4-雙-(第二丁基胺基)-苯；4,4’-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)；4,4’-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)("MCDEA")；聚四亞甲基氧化物-二-對胺苯甲酸酯；N,N’-二烷基二胺基二苯基甲烷；p,p’-亞甲基二苯胺("MDA")；間伸苯基二胺("MPDA")；亞甲基-雙2-氯苯胺("MBOCA")；4,4’-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)("MOCA")；4,4’-亞甲基-雙-(2,6-二乙基苯胺)("MDEA")；4,4’-亞甲基-雙-(2,3-二氯苯胺)("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 氯二胺基第二苯基甲烷；三亞甲基二醇二對胺苯甲酸酯；及其混合物。較佳地，二胺固化劑係選自3,5-二甲硫基-2,4-甲苯二胺以及其異構物。
固化劑可亦包含二元醇、三元醇、四元醇以及羥基封端之固化劑。適合的二醇基、三元醇基以及四元醇基包含乙二醇；二乙二醇；聚乙二醇；丙二醇；聚丙二醇；較低分子量之聚四亞甲基醚二醇；1,3-雙(2-羥基乙氧基)苯；1,3-雙-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]苯；1,3-雙-{2-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1,4-丁二醇；1,5-戊二醇；1,6-己二醇；苯二酚-二-(β-羥基乙基)醚；對苯二酚-二-(β-羥基乙基)醚；及其混合物。較佳的羥基封端之固化劑包含1,3-雙(2-羥基乙氧基)苯；1,3-雙-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]苯；1,3-雙-{2-[2-(2-羥基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1,4-丁二醇；及其混合物。羥基封端之二胺固化劑可包含一種或多種飽和、不飽和、芳香族、以及環狀之基團。另外地，羥基封端之二胺固化劑可包含一種或多種鹵素基。
較佳地，將塊狀物切片或相同地切開成複數個具有期望的厚度之研磨層。
較佳地，本發明之形成化學機械研磨墊之研磨層之方法進一步包括：提供視窗塊並使該視窗塊位於模穴中。在可固化的混合物轉移至模穴之前或之後，可使視窗塊位於模穴中。較佳地，在可固化的混合物轉移至模穴之前，使視窗塊位於模穴中。較佳地，本發明之方法進一步包括： 將視窗塊固定至模底(較佳為固定至模底之水平的內界面)。較佳地，本發明之方法進一步包括：提供視窗塊黏著劑，並將該視窗塊固定至模底(較佳為固定至模底之水平的內界面)。咸信當將塊狀物切開(例如，切片)成複數個研磨層時，將視窗塊固定至模底緩解視窗扭曲之形成(例如，從研磨層向外凸出之視窗)。
適合用於化學機械研磨墊之視窗塊調配物為本領域所周知。
較佳地，相較於使用相同的程序但在整個加料期CP中，噴嘴開口之位置僅沿著模穴的中心軸Caxis單維度移動(亦即，當在模穴中收集可固化的材料時，將噴嘴開口之位置維持在可固化的材料之頂表面上的設定高度)所產生之塊狀物，使用本發明之方法產生之塊狀物含有較少的密度缺陷。更佳地，其中使用本發明之方法產生之塊狀物對於每個塊狀物提供至少50%更多(更佳為至少75%更多；最佳為至少100%更多)之不含密度缺陷之研磨層。又更佳地，其中模穴具有實質上圓形之橫截面；該橫截面具有平均半徑rC，其中rC為40至60 cm；以及其中相較於使用相同的程序但在整個加料期CP中，噴嘴開口之位置僅沿著模穴的中心軸Caxis單維度移動所產生之塊狀物提供之不含密度缺陷之研磨層之數目，使用本發明之方法產生之塊狀物提供2倍增加(更佳地，3倍增加)之不含密度缺陷之研磨層之數目。
10‧‧‧模
12、112‧‧‧模底
14‧‧‧水平的內界面
15‧‧‧環繞的壁
18‧‧‧垂直的內界面
20、120、140、220‧‧‧模穴
21‧‧‧中心點
22、122、222‧‧‧中心軸
24‧‧‧橫截面
30、130‧‧‧x-y平面
40、140‧‧‧甜甜圈孔區域
42、52、142、152‧‧‧對稱軸線
44‧‧‧圓形橫截面
46、64a、64b‧‧‧半徑
50、150‧‧‧甜甜圈區域
54‧‧‧環狀橫截面
56‧‧‧較大的半徑
58‧‧‧較小的半徑
60‧‧‧噴嘴
62、62a、62b‧‧‧噴嘴開口
63a‧‧‧具有半徑64a之最小的圓
63b‧‧‧具有半徑64b之最小的圓
65‧‧‧高度
70‧‧‧可固化的混合物
72‧‧‧頂表面
80‧‧‧最初階段
81a、81b‧‧‧最初階段結束點
82a、82b‧‧‧過渡階段起始點
84‧‧‧直線
83a、83b、85‧‧‧過渡階段路徑
87‧‧‧連結線對
88‧‧‧過渡階段過渡點
89‧‧‧過渡階段結束點
90‧‧‧剩餘階段起始點
92‧‧‧剩餘階段過渡點
95‧‧‧剩餘階段路徑
97‧‧‧等長線
100‧‧‧十面體
第1圖為具有實質上圓形的橫截面之模穴之模的頂部 /側面透視描繪圖。
第2圖為具有含有實質上圓形的橫截面之模穴之模的頂部/側面透視描繪圖，該橫截面描繪模穴內之甜甜圈孔區域和甜甜圈區域。
第3圖為第2圖中描繪之甜甜圈孔和甜甜圈區域之頂部平面描繪圖。
第4a圖為具有含有實質上圓形的橫截面之模穴和設置在該模穴內之噴嘴的頂部/側面透視描繪圖，其中可固化的混合物係部分填入該模穴。
第4b圖為第4a圖中描繪之模穴之側視描繪圖。
第5a圖為具有含有甜甜圈孔區域和甜甜圈區域之實質上圓形的橫截面之模穴的頂部/側面透視描繪圖，且描繪許多例示性最初階段和過渡階段路徑。
第5b圖為第5a圖中描繪之模穴的側視描繪圖。
第5c圖為第5a圖中描繪之模穴的頂部平面描繪圖，其顯示第5a圖中描繪之最初階段和過渡階段路徑投射至x-y平面上之投影。
第6a圖為具有含有甜甜圈孔區域和甜甜圈區域之實質上圓形的橫截面之模穴的頂部/側面透視描繪圖，且描繪例示性剩餘階段路徑。
第6b圖為第6a圖中描繪之模穴的側視描繪圖。
第6c圖為第6a圖中描繪之模穴的頂部平面描繪圖，其顯示第6a圖中描繪之剩餘階段路徑投射至x-y平面上之投影。
第7a圖為噴嘴開口的平面描繪圖，其中該噴嘴開口係圓形。
第7b圖為噴嘴開口的平面描繪圖，其中該噴嘴開口係非圓形。
10‧‧‧模
12‧‧‧模底
14‧‧‧水平的內界面
15‧‧‧環繞的壁
18‧‧‧垂直的內界面
20‧‧‧模穴
21‧‧‧中心點
40‧‧‧甜甜圈孔區域
42、52‧‧‧對稱軸線
44‧‧‧圓形橫截面
50‧‧‧甜甜圈區域
54‧‧‧環狀橫截面

Claims (10)

  1. 一種形成化學機械研磨墊之研磨層之方法，包括：提供具有模底和環繞的壁之模，其中該模底和該環繞的壁界定模穴，其中該模底係沿著x-y平面定向，其中該模穴具有與該x-y平面正交之中心軸Caxis，以及其中該模穴具有甜甜圈孔區域和甜甜圈區域；提供液態預聚合物材料；提供複數個微元件；提供具有噴嘴開口之噴嘴；將該液態預聚合物材料與該複數個微元件組合，以形成可固化的混合物；在加料期CP期間，通過該噴嘴開口將該可固化的混合物加入該模穴，其中該加料期CP細分為視為最初階段、過渡階段以及剩餘階段之三個個別的階段；其中該噴嘴開口具有位置，以及其中，在該加料期CP期間，該噴嘴開口之該位置係沿著該模穴的中心軸Caxis而相對於該模底移動，以當該模穴中收集該可固化的混合物時，維持該噴嘴開口之該位置在該模穴中之該可固化的混合物的頂表面上；其中在整個該最初階段期間，該噴嘴開口之該位置停留在該甜甜圈孔區域內；其中在該過渡階段期間，該噴嘴開口之該位置從停留在該甜甜圈孔區域內過渡成停留在該甜甜圈區域內；其中在該剩餘階段期間，該噴嘴開口之該位置停留 在該甜甜圈區域內；其中，該模穴以該模穴的中心軸Caxis為對稱的；其中，該模穴近似具有實質上圓形的橫截面Cx-sect之直立圓筒狀區域；其中，該模穴具有與該模穴的中心軸Caxis一致的對稱軸線Cx-sym；其中，該直立圓筒狀區域具有橫截面面積Cx-area，其係定義如下：Cx-area=π rC 2,其中，rC為投射至x-y平面上之該模穴的橫截面面積Cx-area之平均半徑；其中，該甜甜圈孔區域為該模穴內之直立圓筒狀區域，其在該x-y平面上投射圓形橫截面DHx-sect且具有對稱軸線DHaxis；其中，該甜甜圈孔具有橫截面面積DHx-area，其係定義如下：DHx-area=π rDH 2,其中，rDH為該甜甜圈孔區域之圓形橫截面DHx-sect之半徑；其中，該甜甜圈區域為該模穴內之超環面狀區域，其在該x-y平面上投射環狀橫截面Dx-sect且具有甜甜圈區域對稱軸線Daxis；其中，該環狀橫截面Dx-sect具有橫截面面積Dx-area，其係定義如下：Dx-area=π RD 2-π rD 2其中，RD為該甜甜圈區域之環狀橫截面Dx-sect之較大的半徑；其中rD為該甜甜圈區域之環狀橫截面Dx-sect之較小的半徑；其中rD rDH；其中RD>rD；其中RD<rC；其中各該Cx-sym、該DHaxis以及該Daxis與該x-y平面正交；允許該模穴中之該可固化的混合物固化成塊狀物； 以及從該塊狀物獲得該研磨層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該模底界定該模穴之水平的內界面；以及其中，該水平的內界面係平坦的。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該剩餘階段期間，該噴嘴開口之該位置之移動瞬間暫停其相對於該模穴的中心軸Caxis之運動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，RD (K * rC)，其中，K為0.01至0.2。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，rD=rDH；其中，rD為5至25mm；其中，RD為20至100mm；其中，rC為20至100cm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，從該塊狀物獲得該研磨層包括：將該塊狀物切片成複數個研磨層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該加料期CP期間，以基本上恆定的速率和0.08至0.4公斤/秒之平均加料速率CRavg，將該可固化的混合物加入該模穴。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該過渡階段期間，該噴嘴開口的該位置以10至70毫米/秒之平均速度相對於該模穴的中心軸Caxis移動；以及其中在該剩餘階段期間，該噴嘴開口的該位置以 10至70毫米/秒之平均速度相對於該模穴的中心軸Caxis移動。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該剩餘階段期間，該噴嘴開口之該位置係從剩餘階段起始點SPRP移動通過複數個剩餘階段過渡點TPRP；其中在該剩餘階段期間，該剩餘階段路徑在x-y平面上投射一系列的連接線；其中複數個該剩餘階段過渡點TPRP均位於該模穴之該甜甜圈區域內；以及該一系列的連接線近似於圓或具有與該模穴的中心軸Caxis為不同的距離之二維度螺旋。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該過渡階段為0.2至5秒長；其中該剩餘階段為30至<(CP-0.2)秒長；其中在該過渡階段期間，該噴嘴開口的該位置以20至30毫米/秒之平均速度相對於該模穴的中心軸Caxis移動；以及其中在該剩餘階段期間，該噴嘴開口的該位置以20至30毫米/秒之平均速度相對於該模穴的中心軸Caxis移動。
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