FR2967367A1 - Tampon a polir composite contenant du silicate - Google Patents

Abstract

L'invention décrit un tampon à polir utile pour polir au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, magnétiques ou optiques. Il comprend une matrice polymère présentant une surface de polissage. Des microéléments polymères sont distribués à l'intérieur de la matrice polymère et au niveau de la surface de polissage de la matrice polymère. Les régions contenant du silicate distribuées à l'intérieur de chacun des microéléments polymères couvrent moins de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères. Moins de 0,1 pour cent en poids du total des microéléments polymères sont associés à i) des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 µm ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm.

Description

TAMPON A POLIR COMPOSITE CONTENANT DU SILICATE

Contexte de l'invention La présente invention concerne les tampons à polir pour polissage chimico-mécanique (PCM), et elle concerne en particulier les tampons à polir en composite polymère adaptés au polissage d'au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, magnétiques ou optiques. Les tranches de semi-conducteurs sur lesquelles sont fabriqués les circuits intégrés doivent être polies pour offrir une surface plane et ultra-lisse ne variant que d'une fraction de micron dans un plan donné. Ce polissage est généralement réalisé à l'aide d'une opération de polissage chimico-mécanique (PCM). Ces opérations de « PCM » utilisent une pâte à action chimique qui est brossée contre la surface de la tranche à l'aide d'un tampon à polir. La combinaison de la pâte à action chimique et du tampon à polir permet de polir ou d'aplanir la surface d'une tranche. Un problème associé à l'opération de PCM est le rayage des tranches. Certains tampons à polir peuvent contenir des corps étrangers qui provoquent des goujures ou des rayures sur la tranche. Par exemple, le corps étranger peut entraîner des marques de broutage dans les matériaux durs tels que les matériaux diélectriques de type TEOS. Aux fins de cette description, le TEOS représente le matériau diélectrique de type verre dur formé par décomposition des tétraéthyloxysilicates. Cet endommagement du matériau diélectrique peut créer des défauts sur les tranches et réduire le rendement des tranches. Un autre problème lié au rayage associé aux corps étrangers est l'endommagement des interconnexions non ferreuses, telles que les interconnexions à base de cuivre. Si le tampon crée des rayures trop profondes dans la ligne d'interconnexion, la résistance de la ligne augmente jusqu'à un point où le semi-conducteur ne fonctionne plus correctement. Dans les cas extrêmes, ces corps étrangers créent des méga-rayures qui peuvent entraîner a mise au rebut de l'intégralité de la tranche. Reinhardt et al., dans le brevet U.S. N0 5 578 362, décrivent un tampon à polir qui remplace les sphères de verre par des microéléments polymères creux pour créer une porosité à l'intérieur d'une matrice polymère. Les avantages de ce modèle comprennent un polissage uniforme, une faible défectuosité et une vitesse d'élimination accrue. Le 2967367 modèle de tampon à polir IC100OTm de Reinhardt et al. a surpassé le

tampon à polir 1060 antérieur en termes de rayage grâce au remplacement de la phase verre céramique par une enveloppe polymère. De plus, Reinhardt et al. ont découvert une augmentation inattendue de la

5 vitesse de polissage associée au remplacement des sphères de verre dures par des microsphères polymères plus souples. Les tampons à polir de Reinhardt et al. constituent depuis longtemps la norme industrielle pour le polissage PCM et continuent de jouer un rôle important dans les applications PCM avancées.

0 Un autre ensemble de problèmes associés à l'opération de PCM concerne la variabilité de tampon à tampon, telle que la variation de densité et la variation intra-tampon. Pour résoudre ces problèmes, l'industrie des tampons à polir s'est appuyée sur des techniques minutieuses de coulée avec des cycles de durcissement bien définis. Ces

15 travaux se sont concentrés sur les macro-propriétés du tampon, mais n'ont pas abordé les aspects micro-polissage associés aux matériaux des tampons à polir. L'industrie est en quête de tampons à polir pouvant offrir une combinaison supérieure de planarisation, vitesse d'élimination et rayage.

20 De plus, un tampon à polir qui offre ces propriétés sous la forme d'un tampon à polir présentant une variabilité inter-tampon inférieure demeure un besoin. Enoncé de l'invention _ Un aspect de l'invention comprend un tampon à polir utile pour

polir au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, magnétiques ou optiques comprenant : une matrice polymère, la matrice polymère présentant une surface de polissage des microéléments polymères distribués à l'intérieur de la matrice polymère et au niveau de la

0 surface de polissage de la matrice polymère les microéléments polymères présentant une surface externe et étant remplis de fluide pour créer une texture au niveau de la surface de polissage; et des régions contenant du silicate distribuées à l'intérieur de chacun des microéléments polymères, les régions contenant du silicate étant espacées de manière à couvrir moins de 50 pour cent de la surface externe des microéléments

polymères e moins de 0,1 pour cent en poids du total des microéléments polymères étant associé à i) des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 pm ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm. Un autre aspect de l'invention comprend un tampon à polir utile pour polir au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, magnétiques ou optiques comprenant : une matrice polymère, la matrice 10 polymère présentant une surface de polissage ; des microéléments polymères distribués à l'intérieur de la matrice polymère et au niveau de la surface de polissage de la matrice polymère les microéléments polymères présentant une surface externe et étant remplis de fluide pour créer une texture au niveau de la surface de polissage ; et des régions 15 contenant du silicate distribuées à l'intérieur de chacun des microéléments polymères, les régions contenant du silicate étant espacées de manière à couvrir de 1 à 40 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et moins de 0,05 pour cent en poids du total des microéléments polymères étant associé à i) des particules de silicate ayant 20 une granulométrie supérieure à 5 pm ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm. 25 Brève description des dessins La Figure 1A représente une fraction transversale latérale schématique d'un séparateur à air à bloc Coanda. La Figure 1B représente une fraction transversale schématique de 30 devant d'un séparateur à air à bloc Coanda. La Figure 2 représente une micrographie MEB de particules fines contenant du silicate séparées à l'aide d'un séparateur à air à bloc Coanda. La Figure 3 représente une micrographie MEB de particules 35 grossières contenant du silicate, séparées à l'aide d'un séparateur à air à bloc Coanda. [0001] La Figure 4 représente une micrographie MEB de microéléments polymères creux nettoyés intégrant des particules de silicate et séparés à l'aide d'un séparateur à air à bloc Coanda. [0002] La Figure 5 représente une micrographie MEB d'un résidu séparé dans l'eau à partir de particules fines contenant du silicate, séparées à l'aide d'un séparateur à air à bloc Coanda. [0003] La Figure 6 représente une micrographie MEB d'un résidu séparé dans l'eau à partir de particules grossières contenant du silicate, séparées à l'aide d'un séparateur à air à bloc Coanda. 0 [0004] La Figure 7 représente une micrographie MEB d'un résidu séparé dans l'eau à partir de microéléments polymères creux nettoyés intégrant des particules de silicate et séparés à l'aide d'un séparateur à air à bloc Coanda.

15 Description détaillée de l'invention L'invention décrit un tampon à polir à base de silicate composite utile pour polir des substrats semi-conducteurs. Le tampon à polir comprend une matrice polymère, des microéléments polymères creux et des particules de silicate incorporées dans les microéléments polymères. 20 De façon surprenante, ces particules de silicate n'ont pas tendance à créer de rayures ou de goujures en quantité excessive dans les applications PCM avancées lorsqu'elles sont classées en fonction d'une structure spécifique associée aux microéléments polymères. Cette présence de goujures et de rayures est limitée malgré le fait que la matrice polymère comporte des 25 particules de silicate au niveau de sa surface de polissage. Les matériaux types des matrices de tampon à polir polymère comprennent le polycarbonate, la polysulfone, le nylon, les copolymères d'éthylène, les polyéthers, les polyesters, les copolymères de polyétherpolyester, les polymères acryliques, le méthacrylate de polyméthyle, le 30 chlorure de polyvinyle, le polycarbonate, les copolymères de polyéthylène, le polybutadiène, la polyéthylène-imine, les polyuréthanes, la polyéthersulfone, la polyéther-imide, les polycétones, les époxys, les silicones, les copolymères de ceux-ci et les mélanges de ceux-ci. De préférence, le matériau polymère est un polyuréthane ; et ce peut être un polyuréthane 35 soit réticulé soit non réticulé. Aux fins de cette description, le terme « polyuréthanes » désigne des produits dérivés d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels, par exemple des polyétherurées, des polyisocyanurates, des polyuréthanes, des polyurées, des polyuréthaneurées, des copolymères de ceux-ci et des mélanges de ceux-ci.

De préférence, le matériau polymère est un copolymère séquencé ou segmenté capable de se séparer en phases riches en un ou plusieurs segments ou séquences du copolymère. De manière préférée entre toutes, le matériau polymère est un polyuréthane. Les matériaux de matrice en polyuréthane coulé sont particulièrement adaptés à la planarisation des substrats semi-conducteurs, optiques et magnétiques. Une approche utilisée pour maîtriser les propriétés de polissage d'un tampon consiste à modifier sa composition chimique. De plus, le choix des matières premières et du procédé de fabrication affecte la morphologie des polymères et les propriétés finales du matériau utilisé pour fabriquer les tampons à polir. De préférence, la production d'uréthane fait appel à la préparation d'un prépolymère d'uréthane à terminaison isocyanate à partir d'un isocyanate aromatique polyfonctionnel et d'un prépolymère de polyol. Aux fins de cette description, le terme prépolymère de polyol comprend les diols, les polyols, les polyol-diols, les copolymères de ceux-ci et les mélanges de ceux-ci. De préférence, le prépolymère de polyol est choisi dans le groupe comprenant le polytétraméthylène éther glycol [PTMEG], le polypropylène éther glycol [PPG], les polyols à base d'ester, tels que les adipates d'éthylène ou de butylène, les copolymères de ceux-ci et les mélanges de ceux-ci. Les exemples d'isocyanates aromatiques polyfonctionnels comprennent le diisocyanate de 2,4-toluène, le diisocyanate de 2,6-toluène, le diisocyanate de 4,4'-diphénylméthane, le naphtalène-1,5-diisocyanate, le diisocyanate de tolidine, le diisocyanate de para-phénylène, le diisocyanate de xylylène et les mélanges de ceux-d. 0 L'isocyanate aromatique polyfonctionnel contient moins de 20 pour cent en poids d'isocyanates aliphatiques, tels que le diisocyanate de 4,4'- dicyclohexylméthane, le diisocyanate d'isophorone et le cyclohexanediisocyanate. De préférence, l'isocyanate aromatique polyfonctionnel contient moins de 15 pour cent en poids d'isocyanates 35 aliphatiques et plus préférablement, moins de 12 pour cent en poids d'isocyana e aliphatique.

Les exemples de prépolymères de polyol comprennent les polyéther polyols tels que le poly(oxytétraméthylène)glycol, le poly(oxypropylène)glycol et les mélanges de ceux-ci, les polycarbonate polyols, les polyester polyols, les polycaprolactone polyols et les mélanges de ceux-ci. Les polyols illustratifs peuvent être mélangés avec des polyols de faible poids moléculaire, notamment l'éthylène glycol, le 1,2-propylène glycol, le 1,3-propylène glycol, le 1,2-butanediol, le 1,3-butanediol, le 2-méthyl-1,3-propanediol, le 1,4-butanediol, le néopentylglycol, le 1,5-pentanediol, le 3-méthyl-1,5-pentanediol, le 1,6-hexanediol, le diéthylène glycol, le dipropylène glycol, le tripropylène glycol et les mélanges de ceux-ci. De préférence, le prépolymère de polyol est choisi dans le groupe comprenant le polytétraméthylène éther glycol, les polyester polyols, les polypropylène éther glycols, les polycaprolactone polyols, les copolymères de ceux-ci et les mélanges de ceux-ci. Si le prépolymère de polyol est du PTMEG, un copolymère de celui-ci ou un mélange de ceux-ci, alors le produit réactionnel à terminaison isocyanate présente de préférence une quantité de NCO inaltéré dans la plage de 8,0 à 20,0 pour cent en poids. Pour les polyuréthanes fabriqués à partir de PTMEG ou de PTMEG mélangé avec du PPG, la quantité préférable de NCO est dans la plage de 8,75 à 12,0 pour cent en poids ; et de manière préférée entre toutes elle est de 8,75 à 10,0. Les exemples particuliers de polyols de la famille du PTMEG sont comme suit : Terathane® 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 et 250 d'Invista ; Polymege 2900, 2000, 1000 et 650 de Lyondell ; PoIyTHF® 650, 1000 et 2000 de BASF, et espèces de poids moléculaire inférieur telles que le 1,2-butanediol, le 1,3-butanediol et le 1,4-butanediol. Si le prépolymère de polyol est un PPG, un copolymère de celui-ci ou un mélange de ceux-ci, alors le produit réactionnel à terminaison isocyanate présente de manière préférée entre toutes une quantité de NCO inaltéré dans la plage de 7,9 à 15,0 % en poids. Les exemples particuliers de polyols de type PPG sont comme suit : Arcol8 PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 et 4000 de Bayer ; Voranole 1010L, 2000L et P400 de Dow ; Desmophene 1110BD, Acclaim® Polyol 12200, 8200, 6300, 4200 et 2200, deux gammes de produits de Bayer. Si le prépolymère de polyol est un ester, un copolymère de celui-ci ou un mélange de ceux-ci, alors le produit réactionnel à terminaison isocyanate présente de manière préférée entre toutes, une quantité de NCO inaltéré dans la plage de 6,5 à 13,0. Les exemples particuliers d'ester polyols sont comme suit : Millester 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 0, 16, 253 de Polyurethane Specialties Company, Inc. ; Desmophen® 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K2, 2500, 2501, 2505, 2601 et PE65B de Bayer ; Rucoflex S-1021-70, S-1043-46 ET S-1043-55 de Bayer. Typiquement, le produit réactionnel prépolymère est mis à réagir ou durci avec un polyol, une polyamine ou une amine alcoolique de durcissement ou un mélange de ceux-ci. Aux fins de cette description, les 0 polyamines comprennent les diamines et autres amines multifonctionnelles. Les exemples de polyamines de durcissement comprennent les diamines ou les polyamines aromatiques telles que la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline [MBCA], la 4,4'-méthylène-bis-(3-chloro-2,6-diéthylaniline) [MCDEA] ; la diméthylthiotoluènediamine ; le di- 15 p-aminobenzoate de triméthylèneglycol ; le di-p-aminobenzoate d'oxyde de polytétraméthylène ; le mono-p-aminobenzoate d'oxyde de polytétraméthylène ; le di-p-aminobenzoate d'oxyde de polypropylène ; le mono-p-aminobenzoate d'oxyde de polypropylène ; le 1,2-bis(2- aminophénylthio)éthane ; la 4,4'-méthylène-bis-aniline ; la 20 diéthyltoluènediamine ; la 5-tert-butyl-2,4- et la 3-tert-butyl-2,6-toluènediamine ; la 5-tert-amyl-2,4- et la 3-tert-amyl-2,6-toluènediamine et la chlorotoluènediamine. Optionnellement, il est possible de fabriquer des polymères d'uréthane pour tampons à polir en réalisant une seule étape de mélange qui évite l'utilisation de prépolymères. 25 Les composants du polymère utilisés pour préparer le tampon à polir sont de préférence choisis de manière à ce que la morphologie du tampon résultant soit stable et facilement reproductible. Par exemple, lorsque l'on mélange de la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline [MBCA] avec du diisocyanate pour fabriquer des polymères de polyuréthane, est 30 souvent utile de maîtriser les quantités de monoamine, de diamine et de triamine. Maîtriser la proportion des mono-, di- et triamines contribue à maintenir le rapport chimique et le poids moléculaire du polymère résultant dans une plage régulière. De plus, il est souvent important de limiter les additifs tels que les agents anti-oxydants, et les impuretés telles 35 que l'eau pour obtenir des produits homogènes. Par exemple, puisque l'eau réagit avec l'isocyanate pour former du dioxyde de carbone gazeux, contrôler la concentration de l'eau peut affecter la concentration des bulles de dioxyde de carbone qui forment des pores dans la matrice polymère. La réaction de l'isocyanate avec l'eau adventive réduit également Visocyanate disponible pour la réaction avec l'allongeur de chaîne, et modifie donc la stoechiométrie ainsi que le degré de réticulation (en cas d'excès de groupes isocyanate) et le poids moléculaire du polymère résultant. Le matériau polymère constitué d'un polyuréthane est de préférence préparé à partir d'un prépolymère qui est le produit réactionnel IO d'un diisocyanate de toluène et d'un polytétraméthylène éther glycol avec une diamine aromatique. De manière préférée entre toutes, la diamine aromatique est de la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline ou de la 4,4'-méthylène-bis-(3-chloro-2,6-diéthylanffine). De préférence, le produit réactionnel prépolymère présente une quantité de NCO inaltéré de 6,5 à 5 15,0 pour cent en poids. Les exemples de prépolymères adéquats à l'intérieur de cette plage de NCO inaltéré comprennent : les prépolymères Airthane@ PET-70D, PHP-70D, PET-75D, PHP-75D, PPT-75D et PHP-80D fabriqués par Air Products and Chemicals, Inc. et les prépolymères Adiprene@ LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, LF753D et L325 fabriqués 20 par Chemtura. De plus, des mélanges d'autres prépolymères que ceux énumérés ci-dessus peuvent être utilisés pour obtenir des pourcentages appropriés de NCO inaltéré après le mélange. Nombre des prépolymères énumérés ci-dessus, tels que les prépolymères LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D et LF753D, sont des prépolymères à faible teneur en 25 isocyanate libre dont la teneur en monomère de TDI libre est inférieure à 0,1 pour cent en poids et qui présentent une distribution de poids moléculaire du prépolymère plus homogène que les prépolymères classiques, et qui facilitent donc la fabrication de tampons à polir offrant d'excellentes caractéristiques de polissage. Cette homogénéité supérieure 30 du poids moléculaire du prépolymère et la faible teneur en isocyanate libre du monomère permettent d'obtenir une structure plus régulière du polymère, et contribuent à améliorer l'homogénéité des tampons à polir. Pour la plupart des prépolymères, le monomère à faible teneur en isocyanate libre a de préférence une teneur inférieure à 0,5 pour cent en 35 poids. De plus, les prépolymères « classiques » qui présentent typiquement des niveaux supérieurs de réaction (à savoir plus d'un polyol coiffé par un diisocyanate sur chaque extrémité) et des niveaux supérieurs de prépolymère à base de diisocyanate de toluène libre devraient produire des résultats similaires. De plus, les additifs à base de polyol à faible poids moléculaire, tels que le diéthylène glycol, le butanediol et le tripropylène glycol, facilitent la maîtrise du pourcentage en poids de NCO inaltéré du produit réactionnel prépolymère. En plus de maîtriser le pourcentage en poids de NCO inaltéré, le produit réactionnel de l'agent de durcissement et du prépolymère présente typiquement un rapport stoechiométrique de l'OH ou du NH2 au NCO 10 inaltéré de 85 à 115 pour cent, de préférence de 90 à 110 pour cent ; et de manière préférée entre toutes, il présente un rapport de l'OH ou du NH2 au NCO inaltéré supérieur à 95 à 109 pour cent. Par exemple, les polyuréthanes préparés à partir d'un NCO inaltéré dans la plage de 101 à 108 pour cent fournissent d'excellents résultats. Cette stoechiométrie peut 15 être obtenue soit directement, en apportant les quantités stoechiométriques des matières premières, soit indirectement en faisant réagir une certaine quantité du NCO avec de l'eau soit intentionnellement soit par exposition à des traces d'humidité. La matrice polymère contient des microéléments polymères 20 distribués à l'intérieur de la matrice polymère et au niveau de la surface de polissage de la matrice polymère. Les microéléments polymères présentent une surface externe et sont remplis de fluide pour créer une texture au niveau de la surface de polissage. Le fluide remplissant la matrice peut être un liquide ou un gaz. Si le fluide est un liquide, alors le 25 fluide préféré est de l'eau, telle que de l'eau distillée qui ne contient que des impuretés en trace. Si le fluide est un gaz, alors il est préférable d'utiliser de l'air, de l'azote, de l'argon, du dioxyde de carbone ou une combinaison de ceux-ci. Pour certains microéléments, le gaz peut être un gaz organique tel que de l'isobutane. Les microéléments polymères 30 remplis de gaz ont typiquement une taille moyenne de 5 à 200 microns. De préférence, les microéléments polymères remplis de gaz ont typiquement une taille moyenne de 10 à loo microns. De manière préférée entre toutes, les microéléments polymères remplis de gaz ont typiquement une taille moyenne de 10 à 80 microns. Bien que cela ne soit 35 pas nécessaire, les microéléments polymères ont de préférence une forme sphérique ou représentent des microsphères. Ainsi, lorsque les microéléments sont sphériques, les plages de taille moyenne représentent également les plages de diamètre. Par exemple, le diamètre moyen varie de 5 à 200 microns, de préférence de 10 à loo microns et de manière préférée entre toutes de 10 à 80 microns.

Le tampon à polir contient des régions contenant du silicate, distribuées à l'intérieur de chacun des microéléments polymères. Ces régions contenant du silicate peuvent être des particules ou avoir une structure de type silicates allongés. Typiquement, les régions contenant du silicate représentent des particules incorporées dans les microéléments 10 polymères ou fixées à ceux-ci. La granulométrie moyenne des silicates est typiquement de 0,01 à 3 pm. De préférence, la granulométrie moyenne des silicates est de 0,01 à 2 pm. Ces régions contenant du silicate sont espacées de manière à couvrir moins de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères. De préférence, les régions 15 contenant du silicate couvrent de 1 à 40 pour cent de la surface des microéléments polymères. De manière préférée entre toutes, les régions contenant du silicate couvrent de 2 à 30 pour cent de la surface des microéléments polymères. Les microéléments contenant du silicate ont une densité de 5 g/litre à 200 g/litre. Typiquement, les microéléments 20 contenant du silicate ont une densité de 10 g/litre à loo g/litre. Afin d'éviter une augmentation du nombre de rayures et de goujures, il est important d'éviter la présence de particules de silicate présentant une structure ou une morphologie désavantageuses. Ces silicates désavantageux doivent représenter au total moins de 0,1 pour 25 cent en poids du total des microéléments polymères. De préférence, ces silicates désavantageux doivent représenter au total moins de 0,05 pour cent en poids du total des microéléments polymères. Le premier type de silicate désavantageux est représenté par les particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 pm. Ces particules de silicate sont 30 connues pour créer des défauts de broutage dans le TEOS, et des défauts de type rayure et goujure dans le cuivre. Le second type de silicate désavantageux est représenté par les régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères. Ces microéléments contenant une grande surface de silicate 35 peuvent également rayer les tranches ou être délogés avec les microéléments pour créer des défauts de broutage dans le TEOS, et des défauts de type rayure et goujure dans le cuivre. Le troisième type de silicate désavantageux est représenté par les agglomérats. Spécifiquement, les microéléments polymères peuvent s'agglomérer avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm. La taille d'agglomération de 120 pm est typique des microéléments ayant un diamètre moyen d'environ 40 pm. Les microéléments de taille supérieure forment des agglomérats de taille supérieure. Les silicates ayant cette morphologie peuvent entraîner des défauts visuels et des défauts de type rayure suite lors des opérations de 10 polissage sensibles. La classification par l'air peut être utile pour produire des microéléments polymères contenant du silicate composite ayant un nombre minimal d'espèces silicatées désavantageuses. Malheureusement, les microéléments polymères contenant du silicate présentent souvent une 15 densité variable, une épaisseur de paroi variable et une granulométrie variable. De plus, les microéléments polymères présentent des régions contenant du silicate variables distribuées au niveau de leur surface externe. Par conséquent, la séparation des microéléments polymères ayant une épaisseur de paroi, une granulométrie et une densité variables 20 pose de nombreux problèmes et les différentes tentatives de classification centrifuge par l'air et de tamisage des particules ont échoué. Ces procédés sont utiles au mieux pour éliminer un ingrédient désavantageux de la charge, par exemple les particules fines. Par exemple, puisque bien des microsphères contenant du silicate ont la même taille que le composite de 25 silicate souhaité, il est difficile de les séparer en utilisant des méthodes de tamisage. On a découvert, cependant, que des séparateurs fonctionnant en combinant résistance à l'inertie, aux gaz ou à l'écoulement de l'air et effet Coanda peuvent donner des résultats concluants. L'effet Coanda désigne le phénomène selon lequel si une paroi est située d'un côté d'un 30 jet, alors le jet aura tendance à couler le long de la paroi. Spécifiquement, le fait de faire passer des microéléments remplis de gaz dans un je gazeux adjacent à une paroi incurvée d'un bloc Coanda permet de séparer les microéléments polymères. Les microéléments polymères grossiers se séparent de la paroi incurvée du bloc Coanda pour nettoyer les 35 microéléments polymères dans une séparation bidirectionnelle. Lorsque la charge comprend des particules fines de silicate, le procédé peut comprendre l'étape supplémentaire de séparation des microéléments polymères de la paroi du bloc Coanda avec les particules fines suivant le bloc Coanda. Dans une séparation tridirectionnelle, les particules grossières se séparent à la distance la plus élevée du bloc Coanda, la fraction moyenne ou nettoyée se sépare à une distance intermédiaire et les particules fines suivent le bloc Coanda. La firme Matsubo Corporation fabrique des séparateurs à air à jet coudé qui tirent avantage de ces éléments pour séparer efficacement les particules. Outre le jet de la charge, les séparateurs Matsubo permettent de réaliser une étape 10 supplémentaire consistant à introduire deux courants gazeux supplémentaires dans les microéléments polymères pour faciliter la séparation des microéléments polymères des microéléments polymères grossiers. La séparation des particules fines de silicate et des microéléments 15 polymères grossiers est de préférence réalisée en une seule étape. Bien qu'un seul passage soit efficace pour extraire aussi bien les particules grossières que les matières fines, il est possible de répéter la séparation en réalisant différentes séquences, telles qu'un premier passage destiné aux particules grossières, un second passage destiné aux particules 20 grossières puis un premier passage destiné aux particules fines et un second passage destiné aux particules fines. Typiquement, cependant, les résultats les plus nets sont obtenus grâce aux séparations bi- ou tri- directionnelles. L'inconvénient des séparations tridirectionnelles supplémentaires est le rendement et le coût. La charge contient 25 typiquement plus de 0,1 pour cent en poids de microéléments silicatés désavantageux. De plus, elle est effective avec plus de 0,2 pour cent en poids et plus de 1 pour cent en poids de charges silicatées désavantageuses. Après avoir séparé ou nettoyé les microéléments polymères, le fait 30 d'insérer les microéléments polymères dans une matrice polymère liquide permet de fabriquer le tampon à polir. Les moyens d'insertion types des microéléments polymères dans le tampon comprennent la coulée, l'extrusion, la substitution dans un solvant aqueux et les polymères aqueux. Le mélange permet d'améliorer la distribution des microéléments 35 polymères dans une matrice polymère liquide. Après mélange, séchage ou durcissement, la matrice polymère orme le tampon à polir adéquat pour les opérations d'entaillage, de perforation ou autres opérations de finissage des tampons à polir. En référence aux Figures 1A et 1B, le séparateur à air à jet coudé a une largeur « w » entre deux parois. L'air ou un autre gaz adéquat, tel que le dioxyde de carbone, l'azote ou l'argon, passe par les ouvertures 10, 20 et 30 pour créer un écoulement en jet autour du bloc Coanda 40. L'injection des microéléments polymères à l'aide d'une conduite de distribution 50, telle qu'une conduite de distribution à pompe ou vibrante, place les microéléments polymères dans un écoulement en jet et déclenche le procédé de classification. Dans l'écoulement en jet, les forces d'inertie, de traînée (ou de résistance à l'écoulement gazeux) et l'effet Coanda se combinent pour séparer les particules en trois classes. Les particules fines 60 suivent le bloc Coanda. Les particules de taille moyenne contenant du silicate ont une inertie suffisante pour résister à l'effet Coanda et être récupérées sous la forme d'un produit nettoyé 70. Enfin, les particules grossières 80 parcourent la distance la plus élevée pour se séparer des particules de taille moyenne. Les particules grossières contiennent une combinaison i) de particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 dam ; ii) de régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et id) de microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 dam. Ces particules grossières tendent à avoir des effets négatifs sur le polissage des tranches et en particulier le polissage des tranches à motif pour les noeuds avancés. L'espacement ou la largeur du séparateur détermine la fraction séparée dans chaque classe. En variante, il est possible de fermer le collecteur de particules fines pour séparer les microéléments polymères en deux fractions, une fraction grossière et une fraction nettoyée.

Exemples Exemple 1

Un séparateur à air de laboratoire à jet coudé (Elbow-jet Model Labo) de Matsubo Corporation a permis de réaliser la séparation d'un .4 échantillon de copolymère rempli d'isobutane de polyacrylnitrile e de dichlorure de polyvinylidine ayant un diamètre moyen de 40 microns et une densité de 42 g/litre. Ces microsphères creuses contenaient des particules de silicate d'aluminium et de magnésium incorporées dans le copolymère. Les silicates couvraient environ 10 à 20 pour cent de la surface externe des microsphères. De plus, l'échantillon contenait des microsphères de copolymère associées à des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 dam ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments 0 polymères ; et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm. Le séparateur à air de laboratoire à jet coudé contenait un bloc Coanda et présentait la structure des Figures 1A et IB. L'alimentation des microsphères polymères par une conduite de 15 distribution vibrante dans le jet de gaz a produit es résultats du Tableau 1. Tableau 1 Temps Réglage Vitesse Grossier : d Débit Moyen : M Ejecteur d'alimen- d'alimen- G Rende- l'al men- Position de d'air : Rendement ation ation ment Analyse tation bordure N° Pression FAR MAR [livres/h] g) (g) de l'air [m3/ ( [ Pa] [min.] _ [kg/h] (%) (%) min minl VF 1,3 Fermé 25,0 2 560 e 0,30 270 6,25 0,6 0,05 0 85 0,56 94,0 % 0,3 % VF 2,0 Fermé 2 0 6 0,30 210 6,25 0,9 0,05 0,85 0,56 97'4 % 0,2 VF 2,0 Fermé 25,0 3 212 6 i 0,30 215 6,25 0,9 0,05 0,85 0,56 98,4 % 0,2 % contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm. Le séparateur à air à jet coudé de modèle 15-3S (Elbow-Jet Model 15-3S) a permis de réaliser la séparation d'un lot supplémentaire du copolymère de silicate de l'Exemple 1. Pour cette série de tests, le collecteur de particules fines était complètement fermé. L'alimentation des microsphères polymères par une conduite de distribution à pompe dans le IO *et de gaz a produit les résultats du Tableau 2.

Tableau 2 Ejecteur Vitesse Position de 1 Rendement d'alimen- Type de bordure Analyse N° tation bordure Pression de l'air FAR MAR F rq] M fg] G fg] 1-MPa] k h mm mm f 0/01 f%] (0/01 LE 50G 0,3 15,12 0 25 0 3 005 8 0,0 0/0 99,4 % 0,6 0/o LE 50G 0,3 14,89 2 0,0 Wo 2 957 20 0,0 0/0 99,3 0/0 0,7 % Ce lot de matériaux a permis d'obtenir la séparation de 0,6 et 15 0,7 0/0 en poids de matériau grossier. Comme ci-dessus, le matériau grossier contenait des microsphères de copolymère associées à des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 dam ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 dam. Le séparateur à air à jet coudé de modèle 15-3S Elbow-Jet Model 15-3S) a permis de réaliser la séparation d'un copolymère de silicate supplémentaire de l'Exemple 1, Pour cette série de tests, le collecteur de particules fines était ouvert pour éliminer les particules fines (Analyses 6 à 8) ou fermé pour retenir les particules fines (Analyses 9 à 11).

L'alimentation des microsphères polymères par une pompe dans le jet de gaz a produit les résultats du Tableau 3. Tableau 3 N° Vitesse Ejecteur Position de la Rendement d'alimentation Pres. de l'air bordure FAR MAR F - M - G - Total - M Pa % % % - 1 1 - 1 / - :-/ 1 -i 1 1 1 1 -- . i i '. -- 1 '. - '. 111'- 1 1 / 1 - i l 1 '- -. ; :-:'- 111'- 9 0,30 0,00 25,0 0,0 3 310 17,9 3 327,9 00% 995% 05% 1000% 10 0,30 0,00 25,0 0,0 3 070 21,5 3 091,5 00% 993% 07% 1000% 11 12,4 0,30 0,00 25,0 0,0 3 000 37,3 3 037,3 0,0 % 98,8 % 1,2 % 100,0 Ces données indiquent que le séparateur à air peut facilement alterner d'une classification de deux à une classification de trois segments. En référence aux Figures 2 à 4, la Figure 2 illustre les particules fines [F], 10 la Figure 3 illustre les particules grossières [G] et la Figure 4 illustre les microsphères polymères contenant du silicate nettoyées [M]. Il apparaît que les particules fines ont une distribution de taille qui ne contient qu'une fraction mineure de microéléments polymères de taille moyenne, La fraction grossière contient des agglomérats de microéléments visibles et 15 des microéléments polymères qui comportent des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de leur surface externe. [Les particules de silicate ayant une taille dépassant 5 {gym sont visibles aux forts grossissements et sur la Figure 6.] La fraction moyenne semble dépourvue de la plupart des microéléments polymères fins et grossiers.5 Ces micrographies MEB illustrent la différence considérable obtenue avec la classification en trois segments.

Exemple Le test suivant a permis de mesurer le résidu après a combustion.

Des échantillons de fractions grossières, moyennes e fines ont été placés dans des creusets en céramique Vicor pesés. Les creusets ont alors 10 été chauffés à 150 0C pour démarrer la décomposition des compositions polymères contenant du silicate. A 130 0C, les microsphères polymères tendent à s'effondrer sur elles-mêmes et à libérer l'agent gonflant qu'elles contiennent. Les fractions moyennes et fines se sont comportées comme prévu, leur volume après 30 minutes étant sensiblement réduit. Par 15 contraste, cependant, la fraction grossière représentait plus de six fois son volume initial et montrait peu de signes de décomposition. Ces observations indiquent deux différences. Tout d'abord, le degré d'expansion secondaire de la fraction grossière indique que le pourcentage pondéral relatif de l'agent gonflant doit avoir été bien plus élevé dans la 20 fraction grossière que dans les deux autres fractions. Deuxièmement, il se peut que la composition de polymère riche en silicate ait été sensiblement différente, car elle ne s'est pas décomposée à la même température. Les données brutes indiquées dans le Tableau 4 montrent que la fraction grossière a la teneur la plus faible en résidu. Ce résultat a été 25 décalé en raison de la grande différence de teneur en agent gonflant ou d'isobutène remplissant les particules. L'ajustement de la teneur en isobutane par rapport au degré d'expansion secondaire a entraîné un pourcentage supérieur du résidu présent dans la fraction grossière.5 Tableau 4 Poids de Poids Volume post- Poids Poids du Résidu Résidu à l'échantillon gaz (g) expansion à échantillon- résidu (%) l'exclusion (q) 150 °C gaz (q) du gaz (%) Fraction 0,97 0,12125 1,4X Théorique 0,84875 0,0354 3,65 4,17 moyenne Fraction 1,35 0,16875 1,4X Théorique 1,18125 0,091 6,74 7,70 fine Fraction 1,147 0,143375 1,4X Théorique 1,003625 0,0323 2,82 3,22 grossière Fraction 1,147 0,716875 6,0X *Observé 0,430125 0,0323 2,82 7,51 grossière corrigée * Signifie 5X à 6X plus élevé que le poids initial du gaz L'élimination de la fraction grossière avec sa tendance à se dilater facilite la coulée de tampons à polir ayant une densité maîtrisée et une variation inter-tampon inférieure.

Exemple 3 Après classification avec le dispositif à jet coudé, trois fractions de 0,25 g des microéléments polymères traités contenant du silicate ont été immergées dans 40 ml d'eau ultra-pure. Les échantillons ont été bien mélangés et laissés à reposer pendant trois jours. La fraction grossière présentait un sédiment visible après quelques minutes, la fraction fine présentait un sédiment visible après quelques heures, et la fraction moyenne présentait un sédiment après 24 heures. Les microéléments polymères qui flottaient et l'eau ont été éliminés pour laisser le sédiment décanté et une petite quantité d'eau. Les échantillons ont été laissés à sécher pendant une nuit. Après séchage, les récipients et le sédiment ont été pesés, le sédiment a été éliminé, et les récipients ont été lavés, séchés et de nouveau pesés pour déterminer le poids du sédiment. Les Figures 5 à 7 illustrent la différence considérable de taille et de morphologie u silicate obtenue par la technique de classification. La Figure 5 illustre une 8 récupération des particules fines de polymère et de silicate qui se sont décantées lors du procédé de sédimentation. La Figure 6 illustre les grosses particules de silicate (supérieures à 5 pm) et les microéléments polymères ayant plus de cinquante pour cent de leur surface externe couverte de particules de silicate. La Figure 7, à un grossissement environ dix fois supérieur aux autres photomicrographies, illustre les particules fines de silicate et un microélément polymère fracturé. Le microélément polymère fracturé ayant une forme de sac qui a coulé lors du procédé de sédimentation. Les poids finaux étaient comme suit :

Particules grossières : 0,018 g Particules nettoyées (moyennes) : 0,001 g Particules fines : 0,014 g

Cet exemple a montré une efficacité de séparation supérieure à 30 sur 1 pour le séparateur à air à bloc Coanda. En particulier, la fraction grossière comprenait un certain pourcentage de grosses particules de 20 silicate, telles que des particules ayant une forme sphérique, semisphérique et à facettes. La fraction moyenne ou nettoyée contenait la quantité la plus faible de silicates, aussi bien gros (taille moyenne supérieure à 3 pm) que petits (taille moyenne inférieure à 1 pm). Les particules fines contenaient la quantité la plus importante de particules de 25 silicate, mais ces particules avaient une taille moyenne inférieure à 1 pm.

Exemple 4

Une série de trois tampons à polir coulés a été préparée en vue 30 d'une comparaison du polissage avec le cuivre. Le Tableau 5 présente un résumé des trois tampons à polir coulés à base de polyuréthane. 0 Tableau 5, Description Densité (g cm ) Microéléments Dureté polymères (Shore D) (% en poids) Nominal 0,782 55 Nettoyé 0,787 1,9 55 Enrichi (grossier) 0,788 2,1 54 Comme dans l'Exemple 1, le tampon à polir nominal contenait un copolymère rempli d'isobutane de polyacrylnîtrile et de dichlorure de polyvinylidine ayant un diamètre moyen de 40 microns et une densité de 42 g/litre. Ces microsphères creuses contenaient des particules de silicate d'aluminium et de magnésium incorporées dans le copolymère. Les silicates couvraient environ 10 à 20 pour cent de la surface externe des 10 microsphères. De plus, l'échantillon contenait des microsphères de copolymère associées à des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 pm ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate 15 pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 dam. Le tampon nettoyé contenait moins de 0,1 % en poids des éléments i) à iii) décrits ci-dessus après classification par l'air avec le séparateur à air à jet coudé de modèle 15-3S. Enfin, le tampon enrichi contenait 1,5 % en poids du matériau grossier des éléments i) à iii) décrits ci-dessus, le reste étant représenté par le matériau nominal. Le polissage des tampons sur des tranches de cuivre vierges avec une solution de polissage sans abrasif RL 3200 de Dow Electronic Materials a fourni des données de polissage comparatives en termes de goujures et de défauts. Les conditions de polissage étaient des tranches 25 de 200 mm sur un outil Applied Mirra avec une vitesse du plateau de 61 tr/min et une vitesse du support de 59 tr/min. Le Tableau 6 ci-dessous présente les données de polissage comparatives. 20 Tableau 6, Tampon à Nombre de Gougures Rayures Total polir tranches (% de défauts) (% de défauts) (% de défauts) Nominal 84 16 49 65 Nominal 110 19 ND ND Nettoyé 84 6 11 Nettoyé 110 9 1 10 Enrichi 84 10 2 12 Enrichi 110 19 13 32 ND = Non disponible Les données du Tableau 6 illustrent une amélioration du polissage en termes de pourcentage de défauts de goujure pour le polymère contenant du silicate uniforme. De plus, ces données peuvent également indiquer une amélioration du rayage du cuivre, mais davantage de polissage est nécessaire.

Les tampons à polir de l'invention comprennent des silicates distribués au sein d'une structure homogène et uniforme pour réduire les défauts de polissage. En particulier, la structure du silicate de l'invention revendiquée peut réduire les défauts de type goujure et rayure lors du polissage du cuivre avec des tampons à polir coulés à base de polyuréthane. De plus, la classification par l'air peut permettre d'obtenir un produit plus homogène présentant une variation de densité et intratampon inférieure. 21

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Tampon à polir utile pour polir au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, magnétiques ou optiques comprenant : une matrice polymère, la matrice polymère présentant une surface de polissage ; des microéléments polymères distribués à l'intérieur de la matrice polymère et au niveau de la surface de polissage de la matrice polymère ; les microéléments polymères présentant une surface externe et étant IO remplis de fluide pour créer une texture au niveau de la surface de polissage ; et des régions contenant du silicate distribuées à l'intérieur de chacun des microéléments polymères, les régions contenant du silicate étant espacées de manière à couvrir moins de 50 pour cent de la surface externe des 15 microéléments polymères ; et moins de 0,1 pour cent en poids du total des microéléments polymères étant associé à i) des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 dam ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et iii) des microéléments polymères 20 agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm.
2. 2. Tampon à polir selon la revendication 1, dans lequel les régions contenant du silicate associées aux microéléments polymères ont une 25 taille moyenne de 0,01 à 3 dam.
3. 3. Tampon à polir selon la revendication dans lequel les microéléments polymères on une taille moyenne de 5 à 200 microns. 30
4. 4. Tampon à polir selon la revendication 1, dans lequel les régions contenant du silicate couvrent de 1 à 40 pour cent de la surface externe des microéléments polymères.
5. 5. Tampon à polir utile pour polir au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, magnétiques ou optiques comprenant :une matrice polymère, la matrice polymère présentant une surface de polissage ; des microéléments polymères distribués à l'intérieur de la matrice polymère et au niveau de la surface de polissage de la matrice polymère ; les microéléments polymères présentant une surface externe et étant remplis de fluide pour créer une texture au niveau de la surface de polissage ; et des régions contenant du silicate distribuées à l'intérieur de chacun des microéléments polymères, les régions contenant du silicate étant IO espacées de manière à couvrir de 1 à 40 pour cent de la surface externe des microéléments polymères ; et moins de 0,05 pour cent en poids du total des microéléments polymères étant associé à i) des particules de silicate ayant une granulométrie supérieure à 5 pm ; ii) des régions contenant du silicate couvrant plus de 50 pour cent de la surface externe 15 des microéléments polymères ; et iii) des microéléments polymères agglomérés avec les particules de silicate pour donner une taille moyenne des agrégats supérieure à 120 pm.
6. 6. Tampon à polir selon la revendication 5, dans lequel les régions 20 contenant du silicate distribuées sur les microéléments polymères ont une granulométrie moyenne de 0,01 à 2 microns.
7. 7. Tampon à polir selon la revendication 5, dans lequel les microéléments polymères ont une taille moyenne de 10 à 100 microns.
8. 8. Tampon à polir selon la revendication 5, dans lequel les régions contenant du silicate couvrent de 2 à 30 pour cent de la surface externe des microéléments polymères. 25