專利名稱：丙烯酸酯聚氨酯化學機械拋光層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學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：
在集成電路和其它電子器件的制造中，需要在半導體晶片的表面上沉積多層的導電材料、半導體材料和介電材料，以及將這些材料層從半導體晶片的表面除去?？梢允褂迷S多種沉積技術沉積導電材料、半導體材料和介電材料的薄層?，F(xiàn)代晶片加工中常規(guī)的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)(也稱為濺射)、化學氣相沉積(CVD)、等離子促進的化學氣相沉積(PECVD)和電化學鍍覆等?，F(xiàn)代去除技術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。化學機械平面化，或化學機械拋光(CMP)，是一種用來對工件(例如半導體晶片)進行平面化或拋光的常規(guī)技術。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(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。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。當拋光墊在晶片下面旋轉的同時，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在晶片表面上的化學和機械作用，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(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軸固定的位置旋轉，隨著拋光墊的旋轉掃出一個環(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，重新恢復拋光墊的織構結構。
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的拋光墊，所述聚合物基質具有頂部拋光表面，所述頂部拋光表面具有聚合物拋光凹凸結構或用磨料在修整時形成聚合物拋光凹凸結構，所述聚合物拋光凹凸結構從聚合物基質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構，來自聚合物材料的聚合物拋光凹凸結構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%)。這種性質的平衡通過金剛石修整來抑制織構和凹凸結構的形成。因此，人們不斷需要具有能與低缺陷制劑相關的物理性質很好地相關聯(lián)的物理性質的拋光層制劑，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:
權利要求
1.一種化學機械拋光墊，用于對選自磁性基片、光學基片和半導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產(chǎn)物:(a)由(i)多官能異氰酸酯與(ii)預聚物多元醇反應制備的異氰酸酯封端的聚氨酯預聚物，其中所述異氰酸酯封端的聚氨酯預聚物含有4-12重量％的未反應的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.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，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.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，其特征在于，所述預聚物多元醇選自聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚己內酯多元醇、它們的共聚物、以及它們的混合物。
4.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，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.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，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.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，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.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，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聚物中未反應的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聚物中未反應的NCO基團的當量比(NH2/NC0)為0.9-0.1。
8.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，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聚物中未反應的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聚物中未反應的NCO基團的當量比(NH2/NC0)為0.9-0.1。
9.一種制備如權利要求1所述的化學機械拋光墊的方法，其包括:(a)提供由多官能異氰酸酯和預聚物多元醇反應制備的含有4-12重量％未反應的NCO的異氰酸酯封端的聚氨酯預聚物；(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、光學基片和半導體基片中的至少一種的基片；提供如權利要求1所述的化學機械拋光墊；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機械拋光層，具體包括一種化學機械拋光墊，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)球技術有限公司