专利名称：丙烯酸酯聚氨酯化学机械抛光层的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光垫及其制备和使用方法。更具体地，本发明涉及包含丙烯酸酯-聚氨酯抛光层的化学机械抛光垫，其中，所述抛光层的拉伸模量为65-500MPa;断裂伸长率为50-250% ;储能模量G’为25-200MPa ;肖氏D硬度为25-75 ;湿切割速率(wetcut rate)为1-10微米/分钟。
背景技术：
在集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片的表面上沉积多层的导电材料、半导体材料和介电材料，以及将这些材料层从半导体晶片的表面除去。可以使用许多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和介电材料的薄层。现代晶片加工中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子促进的化学气相沉积(PECVD)和电化学镀覆等。现代去除技术包括湿法和干法各向同性和各向异性蚀刻
坐寸ο当材料层被依次沉积和除去时，晶片的最上层表面变得不平。因为随后的半导体加工(例如镀覆金属)需要晶片具有平坦的表面，所以所述晶片需要被平面化。平面化可用来除去不希望出现的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。化学机械平面化，或化学机械抛光(CMP)，是一种用来对工件(例如半导体晶片)进行平面化或抛光的常规技术。在常规的CMP中，将晶片支架或抛光头安装在支架组件上。所述抛光头固定着所述晶片，将所述晶片置于与抛光垫的抛光层接触的位置，所述抛光垫安装在CMP设备中的台子或台面上。所述支架组件在晶片和抛光垫之间提供可以控制的压力。同时，将抛光介质(例如浆液)分散在抛光垫上，并引入晶片和抛光层之间的间隙内。为了进行抛光，所述抛光垫和晶片通常相对彼此发生旋转。当抛光垫在晶片下面旋转的同时，所述晶片扫出一个通常为环形的抛光痕迹(polishing track),或抛光区域,其中所述晶片的表面直接面对所述抛光层。通过抛光层和抛光介质在晶片表面上的化学和机械作用，晶片表面被抛光并且变得平坦。抛光垫表面的“修整”(“conditioning”)或“打磨”(“dressing”)对于保持固定的抛光表面以获得稳定的抛光性能来说是很重要的。随着时间的流逝，抛光垫的抛光表面被磨损，磨平了抛光表面的微织构(microtexture),这是被称为“磨钝(glazing) ”的现象。抛光垫修整(conditioning)通常是通过使用修整盘对抛光表面进行机械研磨而完成的。所述修整盘具有粗糙的修整表面，该粗糙修整表面通常由嵌入的金刚石颗粒点组成。在CMP工艺中，当抛光暂停时，在间歇的间断时间段内使修整盘与抛光表面接触(“外部”)，或者在CMP工艺进行过程中使修整盘与抛光表面接触(“原位”)。通常所述修整盘在相对于抛光垫旋转轴固定的位置旋转，随着抛光垫的旋转扫出一个环形的修整区域。所述的修整工艺在抛光垫表面内切割出微型的沟道，对抛光垫的材料进行研磨和刨刮，重新恢复抛光垫的织构结构。
美国专利第7，169，030号中Kulp揭示了一类具有极佳的平面化和缺陷性能的聚氨酯抛光层。Kulp揭示了一种包含聚合物基质的抛光垫，所述聚合物基质具有顶部抛光表面，所述顶部抛光表面具有聚合物抛光凹凸结构或用磨料在修整时形成聚合物抛光凹凸结构，所述聚合物抛光凹凸结构从聚合物基质延伸并成为在抛光过程中可接触基片的顶部抛光表面的一部分，所述抛光垫通过对顶部抛光表面进行磨损或修整，从而由聚合物材料形成另外的聚合物抛光凹凸结构，来自聚合物材料的聚合物抛光凹凸结构的整体极限拉伸强度至少为6，500psi (44.8MPa),整体撕裂强度至少为250磅/英寸(4.5 X 103g/mm)。在半导体晶片的抛光过程中实现低缺陷的常规抛光层材料相对柔软，且具有高断裂伸长值(>250%)。这种性质的平衡通过金刚石修整来抑制织构和凹凸结构的形成。因此，人们不断需要具有能与低缺陷制剂相关的物理性质很好地相关联的物理性质的抛光层制剂，并且其还可使所述抛光层具有增强的可修整性(0011(1;[1:;
优选地，制备本发明化学机械抛光垫的抛光层中用作原料成分的多胺增链剂选自:4，4’-亚甲基-二-(2-氯代苯胺)、4，4’-亚甲基-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’_亚甲基-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’-亚甲基-二 - (2，6- 二乙基苯胺)、4，4’-亚甲基-二 - (2，6- 二异丙基苯胺)、4，4’-亚甲基-二 - (2-异丙基-6-甲基苯胺)、2-[2_(2_氨基苯基)硫烧基乙基硫烧基]苯胺、4，4’ -亚甲基-二 -(2-氯代苯胺)、4，4_亚甲基二(N-仲丁基苯胺)、三亚乙基二胺、以及它们的混合物。更优选地，所述多胺增链剂选自具有选自下列通式的多胺增链剂:
权利要求
1.一种化学机械抛光垫，用于对选自磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种的基片进行抛光，所述抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括下列原料成分的反应产物:(a)由(i)多官能异氰酸酯与(ii)预聚物多元醇反应制备的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有4-12重量％的未反应的NCO基团；(b)多胺增链剂，(c)选自(烷基)丙烯酸羟烷基酯和(甲基)丙烯酸-2-氨基乙基酯的丙烯酸酯；和(d)自由基引发剂，其中，所述抛光层的拉伸模量为65-500MPa ;断裂伸长率为50-250% ;储能模量G’为25-200MPa ;肖氏D硬度为25-75 ;湿切割速率为1_10微米/分钟。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述多官能异氰酸酯选自脂族多官能异氰酸酯、芳族多官能异氰酸酯以及它们的混合物。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述预聚物多元醇选自聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、它们的共聚物、以及它们的混合物。
4.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述多胺增链剂选自:4，4’_亚 甲基-二 _(2_氯代苯胺)、4，4’ -亚甲基-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’ -亚甲基-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’ -亚甲基-二 -(2，6- 二乙基苯胺)、4，4’-亚甲基-二 - (2，6- 二异丙基苯胺)、4，4’-亚甲基-二 - (2-异丙基-6-甲基苯胺)、2-[2_(2_氨基苯基)硫烧基乙基硫烧基]苯胺、4，4’ -亚甲基-二 -(2-氯代苯胺)、4，4-亚甲基二(N-仲丁基苯胺)、三亚乙基二胺、以及它们的混合物。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述丙烯酸酯是((V8烷基)丙稀酸轻基CV8烧基酷。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述原料成分还包括二醇增链齐U，所述二醇增链剂选自:乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丙二醇、1，1，1-三羟甲基丙烷、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、双丙甘醇、羟乙基间苯二酚、氢醌二(羟乙基)醚、以及它们的混合物。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述丙烯酸酯为(烷基)丙烯酸羟基烷基酯，并且所述丙烯酸酯中的羟基与所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物中未反应的NCO基团的当量比(0H/NC0)为0.1-0.9，并且所述多胺增链剂中的胺基与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物中未反应的NCO基团的当量比(NH2/NC0)为0.9-0.1。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述丙烯酸酯为(甲基)丙烯酸2-氨基乙基酯，并且所述丙烯酸酯中的胺基与所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物中未反应的NCO基团的当量比(NH2/NC0)为0.1-0.9，并且所述多胺增链剂中的胺基与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物中未反应的NCO基团的当量比(NH2/NC0)为0.9-0.1。
9.一种制备如权利要求1所述的化学机械抛光垫的方法，其包括:(a)提供由多官能异氰酸酯和预聚物多元醇反应制备的含有4-12重量％未反应的NCO的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物；(b)提供多胺增链剂；(C)提供选自(烷基)丙烯酸羟烷基酯和(甲基)丙烯酸2-氨基乙基酯的丙烯酸酯；(d)提供自由基引发剂；Ce)将所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物和所述丙烯酸酯混合；Cf)向(e)的组合中加入所述多胺增链剂；(g)向(f)的组合中加入所述自由基引发剂；以及(h)引发(g)的组合的聚合，形成抛光层。
10.一种抛光基片的方法，其包括:提供选自磁性基片、光学基片和半导体基片中的至少一种的基片；提供如权利要求1所述的化学机械抛光垫；在抛光层的抛光表面和所述基片之间建立动态接触，以对所述基片的表面进行抛光；以及用研磨修整器对抛 光表面进行修整。
全文摘要
本发明涉及丙烯酸酯聚氨酯化学机械抛光层，具体包括一种化学机械抛光垫，其包括丙烯酸酯-聚氨酯抛光层，其中所述抛光层的拉伸模量为65-500MPa；断裂伸长率为50-250％；储能模量G'为25-200MPa；肖氏D硬度为25-75；湿切割速率为1-10微米/分钟。
文档编号B24D13/14GK103072099SQ20121037001
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年9月29日
发明者J·谢, D·B·詹姆斯, C·H·董 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司, 陶氏环球技术有限公司