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TWI675869B - 可ｕｖ硬化之ｃｍｐ研磨墊及其製造方法 - Google Patents

可ｕｖ硬化之ｃｍｐ研磨墊及其製造方法 Download PDF

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TWI675869B
TWI675869B TW104140525A TW104140525A TWI675869B TW I675869 B TWI675869 B TW I675869B TW 104140525 A TW104140525 A TW 104140525A TW 104140525 A TW104140525 A TW 104140525A TW I675869 B TWI675869 B TW I675869B
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abrasive
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奧利拉馬韓卓克里斯多夫
Mahendra Christopher Orilall
巴札拉吉菲
Rajeev Bajaj
瑞德可佛瑞德Ｃ
Fred C. Redeker
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
Applied Materials, Inc.
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Abstract

一種製造化學機械研磨墊的方法，包括以下步驟：將含有丙烯酸酯官能基的聚合物前驅物引入模具中；在該聚合物前驅物中提供磨料顆粒和光起始劑以形成混合物；以及在該混合物被容納於該模具的底板和頂蓋之間時，使該混合物通過該模具的透明區段暴露於紫外線輻射，以使該聚合物前驅物形成基團，藉由使該等基團彼此交聯而從該聚合物前驅物形成聚合物基質。研磨層包括該聚合物基質，該聚合物基質具有分散在其中的磨料顆粒。

Description

可UV硬化之CMP研磨墊及其製造方法
本發明係關於用於化學機械研磨的研磨墊。
積體電路通常藉由在矽晶圓上依序沉積導體、半導體、或絕緣體層而被形成在基板上。有多種製造製程需要平坦化基板上的層。例如，對於某些應用來說，例如研磨金屬層以在圖案化層的溝槽中形成通孔、栓塞、及線的應用，將上覆層平坦化直到暴露出圖案化層的頂表面。在其他應用中，例如光微影術中平坦化介電層的應用，研磨上覆層直到所需的厚度留在下層上。
化學機械研磨(CMP)是一種公認的平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板固定在承載頭上。 通常對著旋轉的研磨墊放置基板的暴露表面。承載頭在基板上提供可控的負載，以將基板推向研磨墊。通常將研磨液(例如具有磨料顆粒的漿料)供應到研磨墊的表面，以在墊與基板之間的界面提供研磨化學溶液。漿料還可以含有化學活性劑，例如KOH。
化學機械研磨製程的一個目標是研磨均勻性。假使以不同的速率研磨基板上的不同區域，則基板的某些區域可能被去除過多材料(「過度研磨」)或過 少材料(「研磨不足」)。除了高研磨速率之外，還希望化學機械研磨製程提供沒有小規模粗糙度、含有最少缺陷而且平整(即沒有大規模形貌)的經研磨基板表面。
研磨墊通常藉由模製、澆鑄或燒結聚合(例如聚胺酯)材料製成。反應注射成型或澆鑄胺酯可涉及在液態下以適當的比例混合兩種或更多種反應化學物質。例如，可以使含有第一反應官能性化學端基(例如異氰酸酯)的第一預聚合物與含有低分子量材料的相應第二預聚合物反應，該低分子量材料具有另一種反應官能性化學端基(例如多元醇)。此第一反應官能性化學端基與另一種反應官能性化學端基之間的化學反應會導致化學物質「分相」或固體產物形成。
在模製的情況下，研磨墊可以被一次製成一體，例如藉由注射成型。在澆鑄的情況下，將液體前驅物澆鑄和硬化成塊，隨後將該塊切成各個墊片。然後，可以將這些墊片加工成最終厚度。可以將溝槽加工到研磨表面中或是作為注射模製製程的一部分形成。
除了平坦化之外，可以將研磨墊用於修整操作，例如擦光。
本文描述的方法和系統允許在用以生產研磨墊的製程中有更高的可調性。例如，可以將諸如無機顆粒(例如奈米顆粒)的部分添加到用以形成CMP研磨墊的反應混合物中。CMP研磨墊通常具有足夠的機械完整 性、耐化學性(即能夠承受CMP研磨中使用的化學品而不會降解、脫層、起泡或翹曲)、及足夠的親水性，使得含水基磨料的漿料可以潤濕墊的表面。
機械上來說，取決於被研磨的材料，CMP研磨墊應具有足夠的強度以抵抗研磨過程中的撕裂、具有可接受水平的硬度和平坦性模數、良好的耐磨損性以防止研磨過程中過度的墊磨損、而且在濕的時候能夠保持機械性質。
在一個態樣中，一種製造化學機械研磨墊的方法包括以下步驟：將含有丙烯酸酯官能基的聚合物前驅物引入模具中；在該聚合物前驅物中提供磨料顆粒和光起始劑以形成混合物。在該混合物被容納於該模具的底板和頂蓋之間時，使該混合物通過該模具的透明區段暴露於紫外線輻射，以使該聚合物前驅物形成基團。該方法包括藉由使該等基團彼此交聯而從該聚合物前驅物形成聚合物基質。研磨層包括該聚合物基質，該聚合物基質具有分散在其中的磨料顆粒。
實施方式可以包括一個或更多個以下的特徵。在氣體存在下混合該聚合物前驅物、該磨料顆粒、及該光起始劑，混合足夠迅速地進行，以在該混合物中產生氣泡。立即使該混合物暴露於紫外線輻射，以在該研磨層中捕獲該等氣泡。在混合該聚合物前驅物、該磨料奈米顆粒、該光起始劑之前將氣泡引入該聚合物前驅物中，並在混合該聚合物前驅物之後立即使該混合物暴 露於輻射。在使該混合物暴露於紫外線輻射之前將成孔劑引入該混合物中，以在該研磨層中提供孔。該紫外線輻射從該聚合物前驅物產生基團，而且該聚合物前驅物藉由該等基團的交聯而硬化。含有丙烯酸酯官能基的該聚合物前驅物包括丙烯酸酯寡聚物或反應丙烯酸酯單體，其中交聯發生於該丙烯酸酯寡聚物或反應丙烯酸酯單體中的不飽和碳-碳鍵之間。該聚合物前驅物包括54-98.5wt%的聚胺酯丙烯酸酯寡聚物和0-30%的丙烯酸酯單體，該磨料顆粒包括1-10%的氧化鈰奈米顆粒，該起始劑包含0.5-5%的光起始劑。使該混合物暴露於紫外線輻射包括先使該混合物暴露於在第一波長帶的紫外線輻射，然後使該混合物暴露於在第二波長帶的紫外線輻射，該第二波長帶的波長比該第一波長帶的波長短。使熱起始劑和該混合物處於足以活化該熱起始劑的溫度。該磨料顆粒具有5nm-50微米之間的尺寸，並包括SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、或CaCO3中之一者或更多者。使該混合物暴露於紅外線(IR)輻射，並使用熱起始劑活化該聚合物前驅物的硬化，該熱起始劑設以在該混合物中產生氣泡，並捕獲該等氣泡以在該研磨層中產生孔隙。該顆粒包括被配置在其表面上的界面活性劑。該界面活性劑減少該顆粒在該混合物中的沉降。
在另一個態樣中，一種系統包括具有寬度的輸送帶；設以在該模具的底板和頂蓋之間容納聚合物前驅物的模具，該模具設以被該輸送帶支撐和傳送，該模具具有的寬度小於該輸送帶的寬度。用以將混合物分配到該模具中的分配器，該混合物包括該聚合物前驅物、磨料顆粒及起始劑；被橫跨該輸送帶的寬度安裝的輻射源陣列，該模具上方的該頂蓋具有紫外線透明區段，來自該輻射源陣列的輻射可以通過該紫外線透明區段而硬化該模具中的該混合物，以形成整體厚度的研磨層。該頂蓋設以在該混合物直接面對該輻射源陣列的表面上形成水平輪廓。設以從該底板和該頂蓋分離該研磨層的裝置。
實施方式可以包括一個或更多個以下的特徵。該輻射源陣列包括紫外線(UV)輻射源，而且該輻射源陣列沿著該輸送帶的行進方向在摻雜鐵的(D)燈泡陣列前方包括摻雜鎵的(V)燈泡陣列。該輻射源陣列包含紅外線(IR)源。
在另一個態樣中，一種製造化學機械研磨墊的方法包括以下步驟：將聚合物前驅物引入模具中；在該聚合物前驅物中提供磨料顆粒和光起始劑以形成混合物。在該混合物被容納於該模具的底板和頂蓋之間時，使該混合物通過該模具的透明區段暴露於紫外線輻射，以硬化該聚合物前驅物而形成整體厚度的研磨層。該研 磨層包括聚合物基質，該聚合物基質具有分散在其中的磨料顆粒。該方法包括從該底板和該頂蓋分離該研磨層。
實施方式可以包括一個或更多個以下的特徵。提供該磨料顆粒包括當該聚合物前驅物在該模具中時將磨料顆粒引入該聚合物前驅物中。提供該研磨顆粒包括引入無機前驅物，該無機前驅物在該混合物中反應以形成磨料顆粒。該聚合物前驅物包括聚胺酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯。交聯發生在該丙烯酸酯寡聚物或反應丙烯酸酯單體中的不飽和碳-碳鍵之間。使用該頂蓋以在該混合物最靠近該紫外線輻射的表面上形成水平輪廓。在附圖和以下描述中提出本發明的一個或更多個實施例之細節。從描述和圖式以及從申請專利範圍，本發明的其他特徵、目的、及優點將是顯而易見的。
10‧‧‧研磨站
14‧‧‧基板
16‧‧‧可轉動平臺
18‧‧‧研磨墊
20‧‧‧背托層
22‧‧‧研磨層
24‧‧‧研磨表面
26‧‧‧溝槽
28‧‧‧磨料顆粒
29‧‧‧基質
30‧‧‧研磨液
32‧‧‧漿料/沖洗臂
34‧‧‧承載頭
36‧‧‧承載驅動軸
38‧‧‧軸
100‧‧‧模具
102‧‧‧基座
104‧‧‧突出物
106‧‧‧間隙
108‧‧‧周壁
110‧‧‧寬度
112‧‧‧高度
116‧‧‧直徑
120‧‧‧輻射源
122‧‧‧UV燈
124‧‧‧UV燈
126‧‧‧頂蓋
128‧‧‧配方
130‧‧‧輸送帶
132‧‧‧箭頭
134‧‧‧上表面
D1‧‧‧厚度
第1A圖為例示研磨墊的示意性剖面側視圖。
第1B圖為另一個例示研磨墊的示意性剖面側視圖。
第1C圖為又另一個例示研磨墊的示意性剖面側視圖。
第1D圖為化學機械研磨站的示意性局部剖面側視圖。
第2A圖為模具的俯視圖。
第2B圖為模具的側視圖。
第2C圖為用於製造研磨墊的系統之示意性剖面側視圖。
在各個圖式中相似的元件符號表示相似的元件。
參照第1A-1C圖，研磨墊18包括研磨層22。如第1A圖所示，研磨墊可以是由研磨層22形成的單層墊，或如第1C圖所示，研磨墊可以是包括研磨層22和至少一個背托層20的多層墊。研磨層22可以是在研磨製程中惰性的材料。研磨層22的材料可以是聚合材料，例如聚胺酯丙烯酸酯、聚環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、或聚碳酸酯的丙烯酸酯、尼龍、聚碸、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)共聚物、聚醚醯亞胺、或聚醯胺。一般來說，研磨層22的材料可以包括丙烯酸部分或一些可以經由UV輻射交聯的其他物種。在一些實施方式中，研磨層22是相對耐用的硬質材料。
研磨層22可以是均勻組成物的層(如第1A圖所示)，或者研磨層22可以包括被保持在塑膠材料基質29中的磨料顆粒28，塑膠材料基質29例如聚胺酯丙烯酸酯、聚環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、或聚碳酸酯的丙烯酸酯、尼龍、聚碸、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)共聚物、聚醚醯亞胺、或聚醯胺(如第1B圖所示)。
磨料顆粒28比基質29的材料更硬。磨料顆粒28可以是研磨層的0.05wt%至75wt%。磨料顆粒的材料可以是金屬氧化物，例如氧化鈰、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化矽、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、CaCO3、或上述材料之組合、聚合物、介金屬或陶瓷。磨料顆粒可以被直接加到聚合物前驅物溶液作為預成形顆粒(例如奈米顆粒)，或者磨料顆粒可以被引入作為產出所需顆粒的無機溶膠-凝膠反應的無機前驅物。例如，可以使諸如氯化鈦和乙氧基鈦的無機前驅物反應以形成TiO2顆粒。使用無機前驅物比使用預成形顆粒(例如奈米顆粒)更便宜，而且可有助於減少研磨層的製造成本。
研磨墊18可以具有80密耳或更小的厚度D1，例如50密耳或更小，例如25密耳或更小。因為調理製程傾向於磨損掉研磨層，所以可以選擇研磨層的厚度以提供研磨墊18有用的壽命，例如3000個研磨和調理週期。
如第1D圖所示，可以在CMP設備的研磨站10研磨一個或更多個基板14。適當研磨設備的描述可以在美國專利第5,738,574號中找到，將該專利的全部揭示內容以引用方式併入本文中。研磨站10可以包括可轉動平臺16，可轉動平臺16上放置研磨墊18。在研磨步驟期間，可以藉由漿料供應口或結合的漿料/沖洗臂32將研磨液30(例如磨料漿料)供應到研磨墊18的表面。 研磨液30可含有磨料顆粒、pH調整劑、或化學活性成分。
基板14被承載頭34保持壓在研磨墊18上。承載頭34由支撐結構(例如旋轉料架)懸掛，並被承載驅動軸36連接到承載頭旋轉馬達，使得承載頭可圍繞軸38旋轉。在研磨液30存在下研磨墊18與基板14的相對運動導致基板14被研磨。
第2A圖圖示適用於製造CMP研磨層的模具100之俯視圖。墊可以被一次製成一體或被製造成塊。
對於被製造成塊的研磨墊來說，將從塊切出的各個墊加工到最終的厚度，而且可以將溝槽進一步加工到墊中。對於藉由模製製成的研磨墊來說，溝槽的形成可以藉由在模具中提供互補結構、或藉由在墊形成之後的加工而作為模製製程的一部分。
例如，被形成在至少一部分研磨表面24中的溝槽26(在第1A-1C圖中)可以攜帶漿料。溝槽26可以具有幾乎任何的圖案，例如同心圓、直線、交叉陰影線、螺旋線及類似圖案。當溝槽存在時，研磨表面24(即溝槽26之間的平臺)可以是研磨層22的總水平表面積的約25-90%。因此，溝槽26可以佔據研磨墊18的10%-75%總水平表面積。溝槽26之間的平臺可以具有約0.1至2.5mm的橫向寬度。
在微觀尺度上，研磨層22的研磨表面24可以具有粗糙的表面紋理，例如2-4微米有效值。例如，研 磨層22可以接受研磨或調理製程以產生粗糙的表面紋理。
雖然在微觀尺度上研磨表面24可以是粗糙的，但在研磨墊本身的宏觀尺度上研磨層22可以具有良好的厚度均勻度(此均勻度是指研磨表面24相對於研磨層底表面的高度之整體變化，而不考慮故意形成在研磨層中的任何宏觀溝槽或穿孔)。例如，厚度不均勻度可以小於1密耳。假使墊材料的厚度在5密耳的公差範圍內，則硬化的CMP墊材料可以用來作為CMP研磨墊。否則，硬化的墊可被加工到此厚度。具有正確厚度的墊本身可被用作CMP研磨墊或被黏附於較軟的副墊或背托層。
背托層可以是開孔或閉孔泡材，例如帶有空隙的聚胺酯或聚矽氧烷，使得在壓力下孔崩塌並且背托層壓縮。適用於背托層的材料是來自美國康乃迪克州羅傑斯的羅傑斯公司(Rogers Corporation,in Rogers,Connecticut)的PORON 4701-30或來自羅門哈斯公司(Rohm & Haas)的SUBA-IV。背托層的硬度可以藉由選擇層的材料和孔隙度來調整。背托層還可以由天然橡膠、乙烯丙烯二烯單體(EPDM)橡膠、腈、或聚氯平(新平橡膠)形成。或者，背托層20(圖示於第C圖)由相同的前驅物形成，並具有與研磨層相同的孔隙度，但具有不同的硬化度，以便具有不同的硬度。
研磨層還可以包含範圍廣泛的微結構、紋理、及填充劑。第2B圖圖示模具100的側視圖，研磨層可以由模具100製造。在圖示的實施方式中，研磨層是一次被製成一體。模具100具有基座102(或底蓋)和突出物104，基座102和突出物104允許具有預成形溝槽的研磨層形成。模具100以周壁108為界，在使用輻射硬化液相聚合物前驅物混合物之前，周壁108允許模具100保留該混合物。聚合物前驅物混合物可以填充模具100中由突出物104分隔的間隙106。
在一些實施例中，模具100可以具有直徑116，直徑116大於750mm(例如大於770mm、大於774mm)。每個突出物104的寬度110可以是約450μm，而且每個突出物的高度112可以是740μm。突出物被以3mm的間距徑向隔開成為一系列不同直徑的同心圓，如第2A圖所示。周壁108具有的高度可足以產生高度0.125英吋(即高度大於0.125英吋)的墊。然後可以將墊加工到0.1英吋。一般來說，墊(並因此周壁108)的高度是由現有的工具設計決定，該工具設計可被設計用於固定的高度。理論上，可以將周壁108的高度製得更高，以產生具有增長壽命的更厚的墊。然後調整工具的厚度，以容納增厚的墊。在一些實施例中，周壁108可以是0.25英吋厚。一般來說，周壁的高度是由聚合配方可以被多有效地硬化所決定。周壁108可以高 達2-3英吋。一般來說，可以藉由使用適當逆設計的模具來形成任何的墊/研磨層設計。
在一些實施方式中，研磨層包括孔，例如小的空隙。該等孔可以是50-100微米寬。研磨層中的孔可以有助於在研磨層內局部保留漿料。
孔隙度可以藉由在氣體(例如空氣或氮氣)存在下足夠迅速地混合含有聚合物前驅物、起始劑、及顆粒(「配方」)的黏性混合物以產生氣泡而在最終的硬化材料中實現。之後緊接著進行UV硬化以在原位捕獲氣泡。例如，「足夠迅速」可以指UV硬化在氣泡可以脫離(取決於配方的黏度)之前進行。在一些實施例中，在引入氣體之後不超過一分鐘或盡快(即沒有延遲)地進行UV硬化。
或者，可以將惰性氣體(例如氮氣)的小氣泡引入配方中、混合並立即硬化。孔也可以藉由添加成孔劑來實現，成孔劑例如聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、中空顆粒/微球(大小為5nm-50μm)，例如明膠、幾丁聚醣、Si3N4、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；中孔奈米顆粒、羧甲基纖維素(CMC)、大孔水凝膠和乳液微球。可以藉由添加一些聚合物然後燒掉聚合物而將大多數的氧化物奈米顆粒(例如二氧化矽)製成中孔，因為二氧化矽在製程中不會分解而留下孔。中孔可以指尺寸介於2-50nm之間的孔，大孔可以指尺寸通常>100nm的孔。微孔可以指尺寸小於2nm 的孔。當使用成孔劑(例如PEG)時，孔的尺寸可以藉由改變成孔劑的分子量(例如PEG的分子量)來控制。成孔劑也不需要被均勻地分佈在聚合物基質中。換句話說，均勻分佈的孔是沒有必要的。
奈米顆粒存在於配方中可以在配方被硬化之後產生多功能的CMP研磨墊。「多功能」可以指具有各種功能性或將其他個別成分的功能性直接整合於研磨墊，從而使其他(個別)成分為消耗性的。例如，假使將氧化鈰奈米顆粒併入CMP研磨墊內，並選擇性曝露出這些奈米顆粒，則可以免除被設計用於在CMP漿料中作為磨料的氧化鈰奈米顆粒。例如，配方可以包括能夠在CMP處理期間進行化學反應的顆粒，以在被研磨的基板之層上產生所需的變化。
在研磨墊的CMP處理中使用的化學反應之實例包括在10-14的鹼性pH範圍內發生的、涉及氫氧化鉀、氫氧化銨中之一者或更多者的化學製程、及其他由漿料製造商使用的專利化學製程。也可以在CMP處理中使用在2-5的酸性pH範圍內發生的、涉及有機酸的化學製程，該有機酸例如乙酸、檸檬酸。涉及過氧化氫的氧化反應也是在CMP處理中使用的化學反應之實例。磨料顆粒可以只被用於提供機械研磨功能。顆粒可具有多達50μm的尺寸，例如小於10μm，例如小於1μm，而且顆粒可以具有不同的形態，例如顆粒可以是圓形的、細長的或有刻面的。
第2C圖圖示如何使用模具100來製造研磨墊。本文描述的方法和系統之優點是包括聚合物前驅物、起始劑、任何成孔劑、及顆粒的配方在模具中被混合在一起(「一鍋合成」)的能力，從而允許更大的便利性和易於製造。模具100被放在輸送帶130上並由輸送帶130支撐，用於高產量的製造，輸送帶130具有至少與模具100的直徑116一樣大的寬度(進入圖式平面的尺寸)。可以在輸送帶130上依序處理多個模具100。
含有聚合物前驅物、顆粒、及起始劑的配方128填滿模具100。聚合物前驅物可以包括可UV硬化的丙烯酸酯，例如聚胺酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及聚醚丙烯酸酯。基於可UV硬化丙烯酸酯的配方可以同時包括丙烯酸酯寡聚物及反應丙烯酸酯單體。單體可以具有比寡聚物更低的黏度並作為光起始劑。例如，單體可以是減黏劑或稀釋劑(即具有較低黏度的另一個丙烯酸酯部分，使得當混合在一起時單體降低黏度較高的寡聚物的黏度。
與依賴反應官能基之間(例如異氰酸酯與多元醇之間)的化學反應的配方相反，可UV硬化的丙烯酸酯不發生化學反應來形成醯胺鍵。相反地，這些可UV硬化的丙烯酸酯在接受UV輻射時形成基團，而且丙烯酸酯基團之間的反應會影響交聯製程。丙烯酸酯成分通過不飽和碳-碳雙鍵形成基團。丙烯酸酯的交聯通過這些碳-碳雙鍵的交聯發生。一般來說，異氰酸酯與多元醇在沒 有UV硬化下發生化學反應。UV交聯反應允許無機顆粒被嵌入配方中，但化學反應的異氰酸酯-多元醇則不、或給予非最佳的性能，因為異氰酸酯與通常覆蓋無機顆粒的界面活性劑反應；從而阻礙胺酯反應，而且還干擾製程中的無機顆粒。在一些實施例中，將配方連續攪拌以防止顆粒凝聚，類似於用以均勻化噴墨印表機中使用的墨水顏料的設備。此外，連續攪拌混合物可確保磨料顆粒相當均勻地分佈在前驅物中。此可導致顆粒更均勻地分佈通過研磨層，此舉可導致改良的研磨均勻度。在一些實施例中，仔細調整配方的黏度，以確保顆粒有最少的沉降且顆粒均勻地分佈。此外，可以將界面活性劑摻在顆粒上，以穩定配方中的顆粒。界面活性劑的實例包括烷烴硫醇和聚亞烷基二醇。
可被引入配方128的顆粒包括SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、CaCO3。這些顆粒可以是奈米顆粒或可以更一般地橫跨5nm-50μm的尺寸範圍。
還可以微調研磨層的機械性質。例如，可以藉由控制異氰酸酯與多元醇的比率來調整墊的柔軟度和硬度。較高比率的異氰酸酯可增加硬度，而較高比率的多元醇可提高柔軟度。類似地，也可以組合地訂製諸如彈性模數、張力強度、撕裂強度、斷裂伸長率等機械性質及諸如玻璃轉化溫度(Tg)的性質。例如，在製造聚 胺酯丙烯酸酯中，先使異氰酸酯與多元醇以所需的量反應，以在將丙烯酸酯基團引入聚胺酯寡聚物而形成聚胺酯丙烯酸酯之前得到具有選擇硬度的寡聚物，然後將聚胺酯丙烯酸酯UV硬化而交聯形成固體墊/研磨材料。還可以藉由混合超過一種聚胺酯丙烯酸酯寡聚物與反應丙烯酸酯單體(或稀釋劑/減黏劑)來訂製各種機械性質，這進一步增加了交聯密度，從而提高例如Tg並改變相應的機械性質。
在將可UV硬化配方128放在模具100中之前，可以將脫模劑(例如聚乙烯蠟、矽油)加到模具，例如藉由噴塗模具來使從模具100取出硬化產物變得簡易。使用可UV硬化配方128填充模具100時，可以在模具100內將配方整平，以產生平坦的上表面134，上表面134面向輻射源120。可以使用由薄的UV透明材料製成的頂蓋126來整平配方並覆蓋模具100的頂部。頂蓋126可以盡可能地薄，例如2-10密耳。頂蓋126可以由具有氟化乙烯丙烯(FEP)塗層(例如鐵氟隆塗層)的石英製成。此頂蓋126提供覆蓋材料並有助於整平程序。頂蓋126還可以有助於在配方128硬化時防止干擾(例如來自氣流/排氣扇)配方128。
輻射源120可以包括UV燈。可以將UV燈配置在陣列中，該陣列具有足夠寬的寬度(進入圖式平面的尺寸)，以覆蓋輸送帶130的寬度或至少模具110的直徑116。輻射源120可以包含多個接續使用的UV燈 122和124。例如，在第2C圖中，當模具100沿著箭頭132指示的方向行進時，模具100中的配方將先與從UV燈122發出的輻射相互作用，之後再與從UV燈124發出的輻射相互作用。在一些實施例中，UV燈122和124每個都被配置在垂直於輸送帶130的行進方向放置的UV燈之陣列中。
例如，假使使用無電極燈泡(例如摻雜鎵的(V)燈泡和摻雜鐵的(D)燈泡)，則UV燈122可以是在這種V-UV燈泡的陣列中的V-UV燈泡，而UV燈124可以是在這種D-UV燈泡的陣列中的D-UV燈泡。UV燈的陣列可覆蓋輸送帶的寬度(在進入圖式的平面的維度上)。V-UV燈泡發出波長比D-UV燈泡更長的輻射，而且波長較長的輻射有助於使靠近模具底蓋的配方硬化，而波長較短的輻射硬化配方較接近頂蓋的部分。或者，UV燈122可以是在這種D-UV燈泡的陣列中的D-UV燈泡，而UV燈124可以是在這種V-UV燈泡的陣列中的V UV燈泡。當先使用波長較短的輻射將配方硬化時，可以將熱起始劑另外放在靠近模具底蓋的配方中。
在某些情況下，無機顆粒/成孔劑可以阻擋紫外線傳輸。換句話說，UV輻射會更難到達顆粒下方的配方部分。然後可以使用熱起始劑來取代光起始劑或與光起始劑一起使用，以使較厚的材料能夠被硬化。例示性的光起始劑包括：α-羥基酮和共混物，例如來自密歇根州懷恩多特(Wyandotte,Michigan)的BASF的 Irgacure 184、darocur 1173、irgacure 2959、irgacure 500；α-胺基酮，例如來自密歇根州懷恩多特的BASF的Irgacure 907、irgacure 369、irgacure 1300；二苯乙二酮二甲基縮酮，例如來自密歇根州懷恩多特的BASF的Irgacure 651；苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲醯)膦氧化物(BAPO)和共混物，例如來自密歇根州懷恩多特的BASF的Irgacure 819、darocur 4265、irgacure 819XF、irgacure 2020、irgacure 1700、irgacure 1800、irgacure 1850；及茂金屬，例如來自密歇根州懷恩多特的BASF的Irgacure 784。例示性的熱起始劑包括：叔戊基過氧苯甲酸酯、4,4-偶氮雙(4-氰基戊酸)、1,1'-偶氮雙(環己烷腈)、2,2'-偶氮雙異丁腈(AIBN)、過氧化苯甲醯、94 2,2-雙(叔丁基過氧)丁烷、1,1-雙(叔丁基過氧)環己烷、2,5-雙(叔丁基過氧)-2,5-二甲基己烷、2,5-雙(叔丁基過氧)-2,5-二甲基-3-己炔、雙(1-(叔丁基過氧)-1-甲基乙基)苯、1,1-雙(叔丁基過氧)-3,3,5-三甲基環己烷、叔丁基氫過氧化物、叔丁基過乙酸酯、叔丁基過氧化物、過氧苯甲酸叔丁酯、叔丁基過氧異丙基碳酸酯、氫過氧化異丙苯、環己酮過氧化物、雙異苯丙基過氧化物、月桂醯基過氧化物、2,4-戊二酮過氧化物、過乙酸及過硫酸鉀。
當使用熱起始劑時，可能需要在範圍從30℃至150℃的溫度下加熱模具100和配方128。可以使用 傳導和對流源(例如IR燈)兩種熱源。或者，不是主動提供外部熱源，而是從放熱的UV交聯反應產生的熱可足以引發熱起始劑進行反應，使得不需要外部熱源。此外，一些熱起始劑在反應時放出氣體。放出的氣體可以被截留作為氣泡，從而有助於在研磨層中形成孔隙。
此外，本文描述的方法和系統允許製造UV透明的CMP研磨墊。或者，研磨墊可以具有UV透明的(相對於整個墊)區域(例如一個區段)。可以設計聚胺酯丙烯酸酯的分子結構，使得寡聚物和單體不含任何紫外線吸收物種(例如，芐基會吸收紫外線，而長的脂族主鏈不會吸收紫外線。以這種方式，可以生產出紫外線透明的最終硬化固體材料。研磨墊的紫外線透明區域(例如「窗口」)應理想地傳送波長低至<300nm的輻射。這種研磨層將免除檢測窗口的需求，並允許在研磨過程中在整個墊各處進行監控。
吸收UV光以產生基團的是光起始劑。這些基團攻擊寡聚物或單體中的丙烯酸酯官能基，以產生更多的基團。然後這些丙烯酸酯基團與來自其他聚合物鏈的其他丙烯酸酯基團交聯，以形成交聯網絡。
在以下表1-3中顯示十個例示性實施例。氧化鈰奈米顆粒的尺寸通常<100nm，並且百分比範圍是重量百分比。
研磨層可以具有各種尺寸的孔，例如介於1-50微米之間。表3列出的Si3N4聚空心微球可以具有介於1-50微米之間的尺寸。
描述了若干實施方式。然而，將理解的是，可以做出各種修改。例如，可以移動研磨墊、或承載頭、或研磨墊與承載頭兩者，以在研磨表面與基板之間提供相對運動。研磨墊可以是圓形或一些其他的形狀。可以將黏著層施加到研磨墊的底表面，以將墊固定於平臺，而且可以在將研磨墊放在平臺上之前藉由可移除襯墊覆蓋黏著層。此外，雖然使用垂直定位的術語，但應當理解的是，可以在垂直的方向或一些其他的方向上將研磨表面和基板保持倒置。
因此，其他的實施方式在以下申請專利範圍的範圍之內。

Claims (21)

  1. 一種製造一化學機械研磨墊的方法，包含以下步驟：將含有丙烯酸酯官能基的聚合物前驅物引入一模具中；在該聚合物前驅物中提供磨料顆粒和一光起始劑以形成一混合物，並將氣泡或成孔劑引入該混合物以在隨後形成之一研磨層中產生孔洞；在該混合物被容納於該模具的一底板和一頂蓋之間時，使該混合物通過該模具的一透明區段暴露於紫外線輻射，以使該聚合物前驅物形成基團，以及藉由使該等基團彼此交聯而從該聚合物前驅物形成一聚合物基質，藉此形成該研磨層，該研磨層包含該聚合物基質，該聚合物基質具有分散在其中的磨料顆粒。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在一氣體存在下混合該聚合物前驅物、該磨料顆粒、及該光起始劑，混合足夠迅速地進行，以在該混合物中產生氣泡，以及立即使該混合物暴露於紫外線輻射，以在該研磨層中捕獲該等氣泡。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在混合該聚合物前驅物、該磨料奈米顆粒、該光起始劑之前將氣泡引入該聚合物前驅物中，以及在混合該聚合物前驅物之後，立即使該混合物暴露於輻射。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在使該混合物暴露於紫外線輻射之前將成孔劑引入該混合物中，以在該研磨層中提供孔。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該紫外線輻射從該聚合物前驅物產生基團，而且該聚合物前驅物藉由該等基團的交聯而硬化。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該含有丙烯酸酯官能基的聚合物前驅物包含一丙烯酸酯寡聚物及/或一反應丙烯酸酯單體，其中交聯發生於該丙烯酸酯寡聚物及/或反應丙烯酸酯單體中的不飽和碳-碳鍵之間。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該聚合物前驅物包含54-98.5wt%的聚胺酯丙烯酸酯寡聚物和0-30%的丙烯酸酯單體，該磨料顆粒包含1-10%的氧化鈰奈米顆粒，該起始劑包含0.5-5%的一光起始劑。
  8. 如請求項1所述之方法，其中使該混合物暴露於紫外線輻射之步驟包含以下步驟：先使該混合物暴露於在一第一波長帶的紫外線輻射，然後使該混合物暴露於在一第二波長帶的紫外線輻射，該第二波長帶的波長比該第一波長帶的波長短。
  9. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：將一熱起始劑引到該混合物中，並使該混合物處於一足以活化該熱起始劑的溫度。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該磨料顆粒具有5nm-50微米之間的尺寸，並包含SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、或CaCO3中之一者或更多者。
  11. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：使該混合物暴露於紅外線(IR)輻射，並使用一熱起始劑活化該聚合物前驅物的硬化，該熱起始劑設以在該混合物中產生氣泡，並捕獲該等氣泡以在該研磨層中產生孔隙。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該等顆粒進一步包含被配置在其表面上的界面活性劑，其中該等界面活性劑減少該等顆粒在該混合物中的沉降。
  13. 一種系統，包含：一輸送帶，具有一寬度；一模具，設以在該模具的一底板和一頂蓋之間容納一聚合物前驅物，該模具設以由該輸送帶支撐和傳送，該模具具有的寬度小於該輸送帶的寬度；一分配器，用以將一混合物分配到該模具中，該混合物包含該聚合物前驅物、磨料顆粒及一起始劑；用於將氣泡引入該混合物之構件；一輻射源陣列，被橫跨該輸送帶的寬度安裝，該模具上方的該頂蓋具有一紫外線透明區段，來自該輻射源陣列的輻射可以通過該紫外線透明區段而硬化該模具中的該混合物，以形成一整體厚度的一研磨層，該研磨層中含有孔洞，該頂蓋設以在該混合物直接面對該輻射源陣列的一表面上形成一水平輪廓，以及一裝置，設以從該底板和該頂蓋分離該研磨層。
  14. 如請求項13所述之系統，其中該輻射源陣列包含紫外線(UV)輻射源，而且該輻射源陣列沿著該輸送帶的行進方向在一摻雜鐵的(D)燈泡陣列前方包含一摻雜鎵的(V)燈泡陣列。
  15. 如請求項13所述之系統，其中該輻射源陣列包含紅外線(IR)源。
  16. 一種製造一化學機械研磨墊的方法，包含以下步驟：將一聚合物前驅物引入一模具中；在該聚合物前驅物中提供磨料顆粒和一光起始劑以形成一混合物，並將氣泡或成孔劑引入該混合物以在隨後形成之一研磨層中產生孔洞；在該混合物被容納於該模具的一底板和一頂蓋之間時，使該混合物通過該模具的一透明區段暴露於紫外線輻射，以硬化該聚合物前驅物而形成一整體厚度的該研磨層，該研磨層包含一聚合物基質，該聚合物基質具有分散在其中的磨料顆粒；以及從該底板和該頂蓋分離該研磨層。
  17. 如請求項16所述之方法，其中提供磨料顆粒之步驟包含以下步驟：當該聚合物前驅物在該模具中時將磨料顆粒引入該聚合物前驅物中。
  18. 如請求項16所述之方法，其中提供研磨顆粒之步驟包含以下步驟：引入無機前驅物，該無機前驅物在該混合物中反應以形成磨料顆粒。
  19. 如請求項16所述之方法，其中該聚合物前驅物包含聚胺酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯及/或聚醚丙烯酸酯。
  20. 如請求項16所述之方法，其中該聚合物前驅物藉由該聚合物前驅物中的丙烯酸酯寡聚物或反應丙烯酸酯單體中的不飽和碳-碳鍵之間的交聯而硬化。
  21. 如請求項16所述之方法，進一步包含以下步驟：使用該頂蓋以在該混合物最靠近該紫外線輻射的一表面上形成一水平輪廓。
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