專利名稱：丙烯酸酯聚氨酯化學(xué)機械拋光層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機械拋光墊及其制備和使用方法。更具體地，本發(fā)明涉及包含丙烯酸酯-聚氨酯拋光層的化學(xué)機械拋光墊，其中，所述拋光層的拉伸模量為65-500MPa;斷裂伸長率為50-250% ;儲能模量G’為25-200MPa ;肖氏D硬度為25-75 ;濕切割速率(wetcut rate)為1-10微米/分鐘。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子器件的制造中，需要在半導(dǎo)體晶片的表面上沉積多層的導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和介電材料，以及將這些材料層從半導(dǎo)體晶片的表面除去?？梢允褂迷S多種沉積技術(shù)沉積導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料和介電材料的薄層?，F(xiàn)代晶片加工中常規(guī)的沉積技術(shù)包括物理氣相沉積(PVD)(也稱為濺射)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子促進的化學(xué)氣相沉積(PECVD)和電化學(xué)鍍覆等。現(xiàn)代去除技術(shù)包括濕法和干法各向同性和各向異性蝕刻
坐寸ο當材料層被依次沉積和除去時，晶片的最上層表面變得不平。因為隨后的半導(dǎo)體加工(例如鍍覆金屬)需要晶片具有平坦的表面，所以所述晶片需要被平面化。平面化可用來除去不希望出現(xiàn)的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，團聚材料，晶格破壞，劃痕和污染的層或材料。化學(xué)機械平面化，或化學(xué)機械拋光(CMP)，是一種用來對工件(例如半導(dǎo)體晶片)進行平面化或拋光的常規(guī)技術(shù)。在常規(guī)的CMP中，將晶片支架或拋光頭安裝在支架組件上。所述拋光頭固定著所述晶片，將所述晶片置于與拋光墊的拋光層接觸的位置，所述拋光墊安裝在CMP設(shè)備中的臺子或臺面上。所述支架組件在晶片和拋光墊之間提供可以控制的壓力。同時，將拋光介質(zhì)(例如漿液)分散在拋光墊上，并引入晶片和拋光層之間的間隙內(nèi)。為了進行拋光，所述拋光墊和晶片通常相對彼此發(fā)生旋轉(zhuǎn)。當拋光墊在晶片下面旋轉(zhuǎn)的同時，所述晶片掃出一個通常為環(huán)形的拋光痕跡(polishing track),或拋光區(qū)域,其中所述晶片的表面直接面對所述拋光層。通過拋光層和拋光介質(zhì)在晶片表面上的化學(xué)和機械作用，晶片表面被拋光并且變得平坦。拋光墊表面的“修整”(“conditioning”)或“打磨”(“dressing”)對于保持固定的拋光表面以獲得穩(wěn)定的拋光性能來說是很重要的。隨著時間的流逝，拋光墊的拋光表面被磨損，磨平了拋光表面的微織構(gòu)(microtexture),這是被稱為“磨鈍(glazing) ”的現(xiàn)象。拋光墊修整(conditioning)通常是通過使用修整盤對拋光表面進行機械研磨而完成的。所述修整盤具有粗糙的修整表面，該粗糙修整表面通常由嵌入的金剛石顆粒點組成。在CMP工藝中，當拋光暫停時，在間歇的間斷時間段內(nèi)使修整盤與拋光表面接觸(“外部”)，或者在CMP工藝進行過程中使修整盤與拋光表面接觸(“原位”)。通常所述修整盤在相對于拋光墊旋轉(zhuǎn)軸固定的位置旋轉(zhuǎn)，隨著拋光墊的旋轉(zhuǎn)掃出一個環(huán)形的修整區(qū)域。所述的修整工藝在拋光墊表面內(nèi)切割出微型的溝道，對拋光墊的材料進行研磨和刨刮，重新恢復(fù)拋光墊的織構(gòu)結(jié)構(gòu)。
美國專利第7，169，030號中Kulp揭示了一類具有極佳的平面化和缺陷性能的聚氨酯拋光層。Kulp揭示了一種包含聚合物基質(zhì)的拋光墊，所述聚合物基質(zhì)具有頂部拋光表面，所述頂部拋光表面具有聚合物拋光凹凸結(jié)構(gòu)或用磨料在修整時形成聚合物拋光凹凸結(jié)構(gòu)，所述聚合物拋光凹凸結(jié)構(gòu)從聚合物基質(zhì)延伸并成為在拋光過程中可接觸基片的頂部拋光表面的一部分，所述拋光墊通過對頂部拋光表面進行磨損或修整，從而由聚合物材料形成另外的聚合物拋光凹凸結(jié)構(gòu)，來自聚合物材料的聚合物拋光凹凸結(jié)構(gòu)的整體極限拉伸強度至少為6，500psi (44.8MPa),整體撕裂強度至少為250磅/英寸(4.5 X 103g/mm)。在半導(dǎo)體晶片的拋光過程中實現(xiàn)低缺陷的常規(guī)拋光層材料相對柔軟，且具有高斷裂伸長值(>250%)。這種性質(zhì)的平衡通過金剛石修整來抑制織構(gòu)和凹凸結(jié)構(gòu)的形成。因此，人們不斷需要具有能與低缺陷制劑相關(guān)的物理性質(zhì)很好地相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)的拋光層制劑，并且其還可使所述拋光層具有增強的可修整性(0011(1;[1:;
優(yōu)選地，制備本發(fā)明化學(xué)機械拋光墊的拋光層中用作原料成分的多胺增鏈劑選自:4，4’-亞甲基-二-(2-氯代苯胺)、4，4’-亞甲基-二-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、4，4’-(仲丁基氨基)二苯基甲烷、3，3’_亞甲基-二(6氨基_，I,1- 二甲基酯)、1，3-丙二醇二 - (4-氨基苯甲酸酯)、4，4’-亞甲基-二 - (2，6- 二乙基苯胺)、4，4’-亞甲基-二 - (2，6- 二異丙基苯胺)、4，4’-亞甲基-二 - (2-異丙基-6-甲基苯胺)、2-[2_(2_氨基苯基)硫燒基乙基硫燒基]苯胺、4，4’ -亞甲基-二 -(2-氯代苯胺)、4，4_亞甲基二(N-仲丁基苯胺)、三亞乙基二胺、以及它們的混合物。更優(yōu)選地，所述多胺增鏈劑選自具有選自下列通式的多胺增鏈劑:
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機械拋光墊，用于對選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種的基片進行拋光，所述拋光墊包括拋光層，所述拋光層包括下列原料成分的反應(yīng)產(chǎn)物:(a)由(i)多官能異氰酸酯與(ii)預(yù)聚物多元醇反應(yīng)制備的異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物，其中所述異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物含有4-12重量％的未反應(yīng)的NCO基團；(b)多胺增鏈劑，(c)選自(烷基)丙烯酸羥烷基酯和(甲基)丙烯酸-2-氨基乙基酯的丙烯酸酯；和(d)自由基引發(fā)劑，其中，所述拋光層的拉伸模量為65-500MPa ;斷裂伸長率為50-250% ;儲能模量G’為25-200MPa ;肖氏D硬度為25-75 ;濕切割速率為1_10微米/分鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述多官能異氰酸酯選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯以及它們的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述預(yù)聚物多元醇選自聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇、它們的共聚物、以及它們的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述多胺增鏈劑選自:4，4’_亞 甲基-二 _(2_氯代苯胺)、4，4’ -亞甲基-二 -(3-氯-2，6- 二乙基苯胺)、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、4，4’-二(仲丁基氨基)二苯基甲烷、3，3’ -亞甲基-二(6-氨基-1，1- 二甲基酯)、1，3-丙二醇二 -(4-氨基苯甲酸酯)、4，4’ -亞甲基-二 -(2，6- 二乙基苯胺)、4，4’-亞甲基-二 - (2，6- 二異丙基苯胺)、4，4’-亞甲基-二 - (2-異丙基-6-甲基苯胺)、2-[2_(2_氨基苯基)硫燒基乙基硫燒基]苯胺、4，4’ -亞甲基-二 -(2-氯代苯胺)、4，4-亞甲基二(N-仲丁基苯胺)、三亞乙基二胺、以及它們的混合物。
5.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述丙烯酸酯是((V8烷基)丙稀酸輕基CV8燒基酷。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述原料成分還包括二醇增鏈齊U，所述二醇增鏈劑選自:乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丙二醇、1，1，1-三羥甲基丙烷、I, 2- 丁二醇、1，4- 丁二醇、1，3- 丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、新戊二醇、1，5-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、雙丙甘醇、羥乙基間苯二酚、氫醌二(羥乙基)醚、以及它們的混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述丙烯酸酯為(烷基)丙烯酸羥基烷基酯，并且所述丙烯酸酯中的羥基與所述異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物中未反應(yīng)的NCO基團的當量比(0H/NC0)為0.1-0.9，并且所述多胺增鏈劑中的胺基與異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物中未反應(yīng)的NCO基團的當量比(NH2/NC0)為0.9-0.1。
8.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊，其特征在于，所述丙烯酸酯為(甲基)丙烯酸2-氨基乙基酯，并且所述丙烯酸酯中的胺基與所述異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物中未反應(yīng)的NCO基團的當量比(NH2/NC0)為0.1-0.9，并且所述多胺增鏈劑中的胺基與異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物中未反應(yīng)的NCO基團的當量比(NH2/NC0)為0.9-0.1。
9.一種制備如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊的方法，其包括:(a)提供由多官能異氰酸酯和預(yù)聚物多元醇反應(yīng)制備的含有4-12重量％未反應(yīng)的NCO的異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物；(b)提供多胺增鏈劑；(C)提供選自(烷基)丙烯酸羥烷基酯和(甲基)丙烯酸2-氨基乙基酯的丙烯酸酯；(d)提供自由基引發(fā)劑；Ce)將所述異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚物和所述丙烯酸酯混合；Cf)向(e)的組合中加入所述多胺增鏈劑；(g)向(f)的組合中加入所述自由基引發(fā)劑；以及(h)引發(fā)(g)的組合的聚合，形成拋光層。
10.一種拋光基片的方法，其包括:提供選自磁性基片、光學(xué)基片和半導(dǎo)體基片中的至少一種的基片；提供如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光墊；在拋光層的拋光表面和所述基片之間建立動態(tài)接觸，以對所述基片的表面進行拋光；以及用研磨修整器對拋 光表面進行修整。
全文摘要
本發(fā)明涉及丙烯酸酯聚氨酯化學(xué)機械拋光層，具體包括一種化學(xué)機械拋光墊，其包括丙烯酸酯-聚氨酯拋光層，其中所述拋光層的拉伸模量為65-500MPa；斷裂伸長率為50-250％；儲能模量G'為25-200MPa；肖氏D硬度為25-75；濕切割速率為1-10微米/分鐘。
文檔編號B24D13/14GK103072099SQ20121037001
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者J·謝, D·B·詹姆斯, C·H·董 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司, 陶氏環(huán)球技術(shù)有限公司