CN101306517B

CN101306517B - 化学机械抛光垫

Info

Publication number: CN101306517B
Application number: CN2008100050062A
Authority: CN
Inventors: T·T·克韦纳克; A·S·拉文; C·A·福西特; K·A·普莱贡; M·J·库尔普
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2028-01-28
Also published as: US20080182492A1; JP2008188757A; JP5270182B2; CN101306517A; KR101526010B1; US7569268B2; TWI396732B; KR20080071089A; TW200914588A

Abstract

适于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫。所述抛光垫的整体极限抗张强度至少为4,000psi(27.6MPa)，所述聚合物基质具有封闭的单元孔。所述封闭的单元孔的平均直径为1-50微米，占抛光垫的1-40体积％。所述抛光垫构造的指数衰减常数τ为1-10微米，这是由于聚合物基质的本征孔隙率以及用磨料进行周期性或连续修整的结果。所述表面构造的特征半高半宽度W_1/2小于或等于τ的数值。

Description

化学机械抛光垫

技术领域

本发明涉及可用来对基材、例如半导体基材或磁盘进行抛光和平面化的抛光垫。

背景技术

聚氨酯、聚酰胺、聚丁二烯和聚烯烃抛光垫之类的聚合物抛光垫代表了在快速发展的电子工业中用于基材平面化的市售材料。需要进行平面化的电子工业基材包括硅晶片、图案化的(patterned)晶片、平板显示器和存储磁盘。除了平面化以外，抛光垫不会引入过多的缺陷(例如划痕或其它晶片不均匀结构)是很重要的。另外，电子工业的持续发展对抛光垫的平面化和缺陷度能力提出了更高的要求。

例如，半导体生产通常包括一些化学机械平面化(CMP)工艺。在每种CMP工艺中，抛光垫与抛光液(例如包含磨料的抛光浆液或者不含磨料的反应性液体)结合起来，以一定的方式除去多余的材料，从而完成平面化或保持平坦度，以便接纳下一个层。这些层以一定的方式堆叠结合起来，形成集成电路。由于人们需要具有更高的运行速度、更低的漏电流和减少的能耗的装置，所以这些半导体装置的制造一直在变得越来越复杂。对于装置的结构，这意味着要求更精细的特征几何结构，以及更多数量的金属化层次。这些越来越严格的装置设计要求使得人们采用越来越小的线路间距，对应于图案密度的增大。装置的更小的规模以及增大的复杂性使得对CMP消耗品(例如抛光垫和抛光液)的要求更高。另外，随着集成电路特征尺寸的减小，由CMP产生的缺陷(例如划痕)变成了更大的问题。另外，集成电路减小的膜厚度要求在改进缺陷度的同时为晶片基材提供可接受的形貌；这些形貌方面的要求需要基材具有更加严格的平坦度、线路凹陷和小特征阵列腐蚀抛光规格。

历史上，浇注聚氨酯抛光垫为用于制造集成电路的大多数抛光操作提供了机械完整性和耐化学腐蚀性。常规的抛光垫依赖于孔隙率、大凹槽或穿孔以及金刚石修整来产生能够改进晶片均一性和材料去除速率的表面构造。金刚石修整可以周期性的“外部”的方式或连续的“现场”的方式进行，以保持稳定态的抛光性能一如果不采用修整操作，将会导致抛光垫被磨光并失去其抛光能力。随着近年来抛光标准日趋严格，大部分生产依赖于现场修整以保持可接受的去除速率。另外，生产倾向于更剧烈的金刚石修整以提高稳定性和增大去除速率。

Lawing在美国专利第6,899,612号中揭示了一种通过受控的金刚石修整使得抛光垫的平面化性能最优化的表面形貌。除了针对抛光性能使修整最优化以外，下一代抛光垫包含特殊的聚合物基质，该基质能够达到优良的平面化和低晶片缺陷度的组合。不幸的是，一些这样的高性能抛光垫缺乏可接受的抛光性能，例如对于要求最高的抛光应用的去除速率。人们需要改进这些高性能抛光垫的抛光性能。

发明内容

本发明的一个方面提供了适于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫，所述抛光垫的整体极限抗张强度至少为4,000psi(27.6MPa)，所述抛光垫包括抛光表面和聚合物基质，所述聚合物基质具有封闭的单元孔(cell pore)，所述抛光表面具有开放的孔，所述封闭的单元孔的平均直径为1-50微米，在抛光表面以下的区域内占抛光垫的1-40体积％，其特征是，指数衰减常数τ为1-10微米，具有用磨料周期性或连续性修整产生的构造，所述磨料的特征半高半宽度W_1/2小于或等于τ的数值。

在本发明的一个优选实例中，所述封闭的单元孔占所述抛光表面之下区域的聚合物基质的2-30体积％。

在本发明的一个优选实例中，所述聚合物基质包括源自二官能或多官能异氰酸酯的聚合物，所述聚合聚氨酯包括选自以下的至少一种：聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨基甲酸酯脲、它们的共聚物以及混合物。

在本发明的一个优选实例中，所述聚合物基质源自固化剂和异氰酸酯封端的聚合物的反应产物，所述固化剂包括使异氰酸酯封端的反应产物固化的固化胺，所述异氰酸酯封端的反应产物的NH₂∶NCO化学计量比为90-125％。

在本发明的一个优选实例中，所述封闭的单元孔的平均直径为10-45μm。

本发明的另一个方面提供了适于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫，所述抛光垫的整体极限抗张强度至少为4,000psi(27.6MPa)，所述抛光垫包括抛光表面和聚合物基质，所述聚合物基质具有封闭的单元孔(cell pore)，所述抛光表面具有开放的孔，所述封闭的单元孔的平均直径为1-50微米，在抛光表面以下的区域内占抛光垫的2-30体积％，其特征是，指数衰减常数τ为1-5微米，具有用磨料周期性或连续性修整产生的构造，所述磨料的特征半高半宽度W_1/2小于或等于τ的数值。

在本发明的一个优选实例中，所述封闭的单元孔占所述抛光表面之下区域的聚合物基质的2-25体积％。

在本发明的一个优选实例中，所述封闭的单元孔的平均直径为10-45微米。

附图说明

图1提供了高抗张强度抛光垫的本征孔隙率分布。

图2是对于使用44微米和180微米金刚石修整盘的低抗张强度聚氨酯抛光垫，抛光垫表面高度概率-抛光垫表面高度的曲线图。

图3是对于使用44微米和180微米金刚石修整盘的高抗张强度聚氨酯抛光垫，抛光垫表面高度概率-抛光垫表面高度的曲线图。

图4是显示封闭的单元孔和通道的、具有断开部分的抛光垫的透视示意图。

图5表示常规修整盘和超细修整盘的去除速率-化学计量的曲线图。

图6显示常规修整盘和超细修整盘的凹陷-特征间隔的曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种适合用来对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫。已经发现通过超细修整操作能够提高具有高极限抗张强度和较小封闭单元孔或微孔密度的抛光垫的去除速率。出于本说明书的目的，所述疏松材料的抗张强度表示具有孔隙的聚合物的性质，例如包含由气泡或聚合物微球体形成的孔隙的基质的多孔聚氨酯聚合物。所述通道具有平均宽度和深度，连接至少一部分的开放的封闭的单元。用磨料进行的周期性修整或连续修整在聚合物基质中形成了另外的通道，将抛光速率和去除速率保持在较为稳定的抛光状态。这些抛光垫特别适合用于对STI进行抛光和平面化应用，例如用于HDP/SiN，TEOS/SiN或SACVD/SiN。

可以将抛光垫的天然孔隙想像为通过完美地切入多孔材料得到的构造。所述抛光垫的本征孔隙率可以近似看作截顶指数分布。抛光垫的本征孔隙率分布可以由抛光垫表面高度数据估计，所述表面高度数据可以使用例如维科NT3300垂直扫描干涉计(Veeco NT3300 Vertical Scanning Interferometer)获得。参见图1，描述低孔隙率抛光垫1(见实施例)的近似本征孔隙率的公式如下：

P＝P_max·e^(x/τ)

P＝抛光垫表面高度概率

X＝抛光垫表面高度

P_max定标常数

τ＝衰减常数

其中P_max是定标常数，单位为长度^-1，表示对于归一化到总面积＝1的分布在x＝0处的抛光垫表面高度概率。对于实施例的抛光垫1，P_max＝0.316μm^-1且指数衰减常数τ＝3.2μm。已经发现当衰减常数τ＝1-10μm的时候能够提供极佳的抛光结果。较佳的是，衰减常数τ为1-5μm。

抛光垫修整器的切削特征可以近似用具有特征半高宽(half height width)、或更方便地用具有半高半宽度(half height half width)W_1/2的正态分布表示。

修整过的抛光垫的构造通过结合本征孔隙率(natural porosity)和修整器切削特征而决定。如果修整器的特征半高半宽度小于抛光垫材料的特征指数衰减常数，则可以确定修整器切削特征与抛光垫本征孔隙率相适应。

表1列出了高抗张强度抛光垫和低抗张强度抛光垫、44微米和180微米修整器的特征常数的常规数值，以及通过在各抛光垫上使用相应的修整器得到的糙度。

表1

抛光垫/修整器	Ra(μm)	τ(μm)	W_1/2(μm)
				低抗张强度/44μm*	6.60	10.3	2.75
低抗张强度/180μm**	6.82	10.3	7.5
				高抗张强度/44μm*	2.41	3.2	2.75
高抗张强度/180μm**	4.57	3.2	7.5

高抗张强度表示比较抛光垫1，低抗张强度表示得自实施例的抛光垫A。44μm*＝得自奇尼克有限公司(Kinik Co.)的SPD01；金刚石尺寸：325目(44μm)；金刚石间隔：150μm(密度＝约44/mm²)；形状：细小。180μm**＝得自奇尼克有限公司的AD3CG-181060；金刚石尺寸：标称为180μm；金刚石间隔：150μm(密度＝约2.8/mm²)；形状：立方体-八面体。

参见图1，注意低抗张强度抛光垫能够与44微米和180微米的修整器相适应，这是因为两个W_1/2值都小于低抗张强度抛光垫的τ值。另外，注意仅有44μm的修整器能够与高抗张强度抛光垫相适应，这是因为180微米的修整器的W_1/2值大于高抗张强度抛光垫的τ值。还应注意无论使用何种修整器，低抗张强度抛光垫的糙度值都是类似的，而当使用不相适应的180微米修整器的时候，高抗张强度抛光垫的糙度值显著增大。

参见图2，图中显示了使用维科NT3300垂直扫描干涉计获得的抛光垫表面数据，注意对低抗张强度抛光垫使用何种修整器均不会使得抛光垫表面高度分布的负拖尾发生显著变化。还要注意由于较高的特征W_1/2值，180微米的修整器使得抛光垫表面高度分布的正的前端(front)发生相当程度的变宽。

参见图3，图中显示了使用维科NT3300垂直扫描干涉计得到的抛光垫表面数据，注意当将相适应的44微米修整器用于高抗张强度抛光垫的时候，由于该配对具有类似的W_1/2值和τ值，会得到近似对称的抛光垫表面高度分布。相反，不相适应的180微米的修整器的配对会由于较大的W_1/2值造成正的前端和负的拖尾都发生相当程度的变宽。这种由于相对较大的W_1/2造成的对抛光垫构造的更根本性的改变是使得修整器与本征孔隙率不相适应的因素。

注意到由于抛光垫和修整器的各种组合造成的构造差异对平面化性能具有显著的影响，这也是很重要的。对于低抗张强度抛光垫构造，通过使用具有较低特征W_1/2值的44微米修整器，相对于低抗张强度抛光垫和180微米修整器的配对获得优良的平面化。高抗张强度抛光垫与44微米修整器的配对(较低的W_1/2和τ值的组合)得到了该实施例中所有组合的最佳平面化性能。

参见图4，聚合物抛光垫10包括聚合物基质12和顶部抛光表面14。抛光表面14包括位于所述聚合物基质12内的开放的单元孔16，以及连接所述开放的单元16的通道18。通道18可以为平行结构，或者为随机交叠结构，例如用旋转砂轮形成的结构。例如，单个通道18可以与几条其它的通道18相交。封闭的单元孔20占抛光垫10在抛光表面14下方的位置的1-40体积％。随着抛光垫10的抛光表面14被磨耗，封闭的单元20变成开放的单元16，发挥抛光作用。

通常，在抛光的过程中用坚硬的表面(例如金刚石修整盘)进行修整，形成通道18。例如，用磨料进行周期性的“外部”修整或连续的“现场”修整，在聚合物基质12中形成另外的通道18。尽管修整可以以外部的形式进行(例如处理每块晶片之后外部修整30秒)，或者以现场形式进行，但是现场修整的益处在于能够建立稳定态的抛光条件，用于提高对去除速率的控制。修整通常会增大抛光垫去除速率，防止通常伴随抛光垫磨耗而出现的去除速率衰减的现象。注意以下一点是很重要的，由于通道具有非连续性的结构，在经过修整的天然多孔材料上，通道可能并不总是可见的，但是对通道产生的描述可用来使修整后的抛光垫上表面构造的形成方式可视化。还要注意，对于特定的修整器或修整方法，理论的通道的几何结构与特征半高半宽度W_1/2相关。除了修整以外，凹槽和穿孔还可进一步有利于浆液的分布、抛光均匀性、碎屑去除和基材去除速率。

还可用多种坚硬的磨料物质(例如金刚石、硼化物、氮化物和碳化物，其中优选的磨料是金刚石)修整或切削抛光垫。另外，在选择合适的修整时要考虑一些因素以达到所需的糙度分布曲线(rougness profile)。例如，金刚石形状、金刚石尺寸、金刚石密度、工具设置和修整器向下作用力都会影响表面糙度和糙度分布曲线。对于高抗张强度抛光垫，可使用10-300微米的金刚石尺寸获得可接受的抛光表面。在此范围内，对于高抗张强度抛光垫，20-100微米和190-250 微米的金刚石尺寸是优选的。对于高抗张强度抛光垫，为了在高速率下获得稳定的去除，20-100微米的金刚石尺寸是最有效的。

聚合物能够有效地用来形成多孔抛光垫。出于本说明书的目的，多孔抛光垫包括气体填充的颗粒、气体填充的球体以及通过其它方式形成的空隙，例如通过机械法在粘性体系中产生气泡，将气体注入聚氨酯熔体，通过产生气态产物的化学反应原位引入气体，或通过减压使溶解的气体形成气泡。所述孔的平均直径为1-50微米。较佳的是，所述孔的平均直径为10-45微米，最优选为10-30微米。另外，所述孔的体积为1-40体积％；优选为2-30体积％。最优选孔在基质中所占比例为2-25体积％。

所述通道的平均宽度和深度通常小于或等于封闭的单元孔的平均直径。例如，通道的平均宽度可为1.5微米，深度可为2微米。最佳的是，通道的宽度和深度保持在0.5-5微米。通常，扫描电子显微镜(SEM)是测量通道宽度和深度的最佳方式。

聚合物抛光垫的极限抗张强度促进了高要求的抛光应用所需的耐久性和平面化。具体来说，具有高抗张强度的抛光垫倾向于促进氧化硅去除速率。抛光垫的整体极限抗张强度至少为3,000psi(20.7MPa)，或更优选至少为4,000psi(27.6MPa)。较佳的是，所述聚合物抛光垫的整体极限抗张强度为4,000-14,000psi(27.6-96.5MPa)。最佳的是，整体极限抗张强度为4,000-9,000psi(27.6-62MPa)的聚合物抛光垫对于抛光晶片是特别有效的。所述聚合物抛光垫的致断伸长任选至少为100％，通常为100-300％。ASTM D412(D412-02版本)所述的测试方法可以特别有效地用来测定极限抗张强度和致断伸长。

通常的聚合物抛光垫材料包括聚碳酸酯、聚砜、尼龙、乙烯共聚物、聚醚、聚酯、聚醚-聚酯共聚物、丙烯酸类聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯共聚物、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧树脂、聚硅氧烷、它们的共聚物和混合物。较佳的是，所述聚合物材料是聚氨酯，它包含或不含交联的结构。出于本说明书的目的，“聚氨酯”表示源自双官能或多官能异氰酸酯的产物，例如源自聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨基甲酸酯脲、它们的共聚物以及混合物。

浇注的聚氨酯抛光垫适于对半导体基材、光学基材和磁性基材进行平面化。所述抛光垫的具体抛光性质部分是源自预聚物多元醇和多官能异氰酸酯的预聚物反应产物。所述预聚物产物用固化剂固化形成抛光垫，所述固化剂选自固化多胺(curative polyamine)、固化多元醇、固化醇胺及其混合物。已经发现通过控制所述预聚物反应产物中固化剂与未反应的NCO的比值，可以改进多孔抛光垫在抛光过程中的缺陷度性能。

最优选所述聚合物材料是聚氨酯。出于本说明书的目的，“聚氨酯”是源自双官能或多官能异氰酸酯的产物，例如源自聚醚脲、聚酯脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨基甲酸酯脲、它们的共聚物以及混合物。一种控制抛光垫的抛光性质的方法是改变其化学组成。另外，对原料和制造方法的选择会影响用来制备抛光垫的材料的聚合物形貌和最终性质。

较佳的是，氨基甲酸酯制备包括由多官能芳族异氰酸酯和预聚物多元醇制备异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。出于本发明的目的，术语预聚物多元醇包括二醇、多元醇、多元醇-二醇、它们的共聚物和混合物。较佳的是，所述预聚物多元醇选自：聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)，聚亚丙基醚二醇(PPG)，基于酯的多元醇例如己二酸乙二酯或己二酸丁二酯，它们的共聚物和混合物。多官能芳族异氰酸酯的例子包括2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、萘-1，5-二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯以及它们的混合物。所述多官能芳族异氰酸酯包含小于20重量％的脂族异氰酸酯，例如4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和环己烷二异氰酸酯。较佳的是，所述多官能芳族异氰酸酯包含小于15重量％的脂族异氰酸酯，更优选包含小于12重量％的脂族异氰酸酯。

预聚物多元醇的例子包括聚醚型多元醇，例如聚(氧基四亚甲基)二醇、聚(氧基亚丙基)二醇以及它们的混合物；聚碳酸酯多元醇；聚酯型多元醇；聚己内酯多元醇以及它们的混合物。示例性的多元醇可以与低分子量的多元醇混合，其包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-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、二丙二醇、三丙二醇以及它们的混合物。

优选的预聚物多元醇选自：聚四亚甲基醚二醇、聚酯型多元醇、聚亚丙基醚二醇、聚己内酯多元醇、它们的共聚物以及混合物。如果预聚物多元醇是PTMEG、其共聚物或其混合物，则所述异氰酸酯封端的反应产物中未反应的NCO的重量％优选为8.0-15.0重量％。对于由PTMEG或与PPG混合的PTMEG形成的聚氨酯，最优选的NCO的重量％为8.0-10.0重量％。下面是PTMEG类多元醇的具体例子：购自因维斯塔(Invista)的泰查森(Terathane)

2900、2000、1800、 1400、1000、650和250；购自里昂戴尔(Lyondell)的泊利麦格(Polymeg)2900、2000、1000、650；购自BASF的聚THF(PolyTHF)

650、1000、2000，以及1，2-丁二醇、1，3-丁二醇和1，4-丁二醇之类的低分子量物质。如果所述预聚物多元醇是PPG、其共聚物或其混合物，则所述异氰酸酯封端的反应产物中未反应的NCO的重量％最优选为7.9-15.0重量％。下面是PPG多元醇的具体例子：购自拜尔(Bayer)的安珂罗(Arcol)

PPG-425、725、1000、1025、2000、2025、3025和4000；购自陶氏(Dow)的沃罗诺(Voranol)1010L、2000L和P400；购自拜尔(Bayer)的德斯莫芬(Desmophen)

11 10BD、艾克雷姆

多元醇(Acclaim

Polyol)12200、8200、6300、4200、2200产品系列。如果所述预聚物多元醇是酯、其共聚物或其混合物，则所述异氰酸酯封端的反应产物中未反应的NCO的重量％最优选为6.5-13.0重量％。酯类多元醇的具体例子如下：购自聚氨酯特殊有限公司(PolyurethaneSpecialties Company，Inc.)的密耳酯(Millester)1、11、2、23、132、231、272、4、5、510、51、7、8、9、10、16、253；购自拜尔(Bayer)的德斯莫芬(Desmophen)1700、1800、2000、2001KS、2001K²、2500、2501、2505、2601、PE65B；卢克弗莱克斯(Rucoflex)S-1021-70、S-1043-46、S-1043-55。

通常所述预聚物反应产物与以下物质反应，或使用以下的物质固化：固化多元醇、多胺、醇胺或其混合物。出于本说明书的目的，多胺包括二胺和其它的多官能胺。示例性的固化多胺包括芳族二胺或多胺，例如4，4’-亚甲基-双邻氯苯胺(MBCA)、4，4’-亚甲基二(3-氯-2，6-二乙基苯胺)(MCDEA)；二甲硫基甲苯二胺；二对氨基苯甲酸-1，3-丙二酯；聚环氧丁烷二对氨基苯甲酸酯；聚环氧丁烷单对氨基苯甲酸酯；聚环氧丙烷二对氨基苯甲酸酯；聚环氧丙烷单对氨基苯甲酸酯；1，2-二(2-氨基苯硫基)乙烷；4，4’-亚甲基-二苯胺；二乙基甲苯二胺；5-叔丁基-2，4-和3-叔丁基2，6-甲苯二胺；5-叔戊基-2，4-和3-叔戊基-2，6-甲苯二胺和氯代甲苯二胺。可以任选地以单独的混合步骤制造用于抛光垫的氨基甲酸酯聚合物，避免使用预聚物。

优选对用来制备所述抛光垫的聚合物的组分进行选择，使得制得的抛光垫具有稳定的形貌，而且可以很容易地重现。例如，当将4，4’-亚甲基-二-邻氯代苯胺(MBCA)与二异氰酸酯混合起来形成聚氨酯聚合物的时候，控制单胺、二胺和三胺的含量经常是有利的。对单胺、二胺和三胺的比例的控制有利于将化学比和所得的聚合物分子量保持在稳定的范围内。另外，控制抗氧化剂之类的添加剂以及水之类的杂质经常是很重要的，以使生产稳定进行。例如，由于水与异氰酸酯反应生成气态二氧化碳，所以通过控制水的浓度可以影响在聚合物基质中形成孔隙的二氧化碳气泡的浓度。与外来的水的异氰酸酯化反应也会减少可以与增链剂反应的异氰酸酯，因此改变化学计量比，交联(如果存在过量的异氰酸酯基)的程度、以及所得的聚合物分子量。

所述聚氨酯聚合物材料优选由甲苯二异氰酸酯和聚四亚甲基醚二醇的预聚物反应产物与芳族二胺形成。最优选的芳族二胺是4，4’-亚甲基二邻氯代苯胺或4，4’-亚甲基-二(3-氯-2，6-二乙基苯胺)。较佳的是，所述预聚物反应产物包含6.5-15.0重量％的未反应的NCO。该未反应NCO范围内的合适的预聚物的例子包括：空气产品和化学品有限公司(Air Products and Chemicals，Inc.)制造的艾尔森(Airthane)

预聚物PET-70D、PHP-70D、PET-75D、PHP-75D、PPT-75D、PHP-80D和凯姆图拉(Chemtura)制造的艾迪普里恩(Adiprene)

预聚物LFG740D、LF700D、LF750D、LF751D、LF753D、L325。另外可以使用除了上述以外的其它预聚物的混合物，使得混合后近似达到适宜的未反应NCO％含量。以上的许多预聚物，例如LFG740D、LF700D、LF750D、LF751D和LF753D是低游离异氰酸酯的预聚物，其中包含小于0.1重量％的游离TDI单体，其预聚物分子量分布比常规的预聚物更加一致，因此有助于形成具有极佳的抛光性能的抛光垫。这种改进的预聚物分子量一致性和低游离异氰酸酯单体的性质得到了更规则的聚合物结构，有利于改进抛光垫的一致性。对于大多数预聚物，低游离异氰酸酯单体表示含量优选低于0.5重量％。另外，“常规”预聚物通常具有更高的反应程度(即一种以上的多元醇在各端部被二异氰酸酯封端)，较高的游离甲苯二异氰酸酯预聚物含量会得到类似的结果。另外，二甘醇、丁二醇和三丙二醇之类的低分子量多元醇添加剂有助于控制预聚物反应产物中未反应NCO的重量％。

除了控制未反应的NCO的重量％以外，所述固化剂和预聚物反应产物中的OH或NH₂与未反应的NCO的化学计量比通常为85-120％，优选为87-115％；最佳的是，其中OH或NH₂与未反应的NCO的化学计量比大于90-110％。所述化学计量关系可以通过提供原料的化学计量含量直接获得，或者通过使NCO有意地与水反应、或者使其接触外部水分，反应掉一部分的NCO，从而间接地获得。

如果抛光垫是聚氨酯材料，则抛光垫的密度优选为0.4-1.3克/厘米³。最佳的是，所述聚氨酯抛光垫的密度为0.5-1.25克/厘米³。

实施例

实施例1

所述聚合物抛光垫材料是通过将各种量的异氰酸酯作为氨基甲酸酯预聚物与4，4’-亚甲基-二-邻氯代苯胺(MBCA)相混合制备的，预聚物的温度为50℃，MBCA的温度为116℃。具体来说，各种甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)预聚物提供了具有不同的性质的抛光垫。在所述预聚物与增链剂混合之前或之后，将氨基甲酸酯/多官能胺混合物与空心聚合物微球体(安珂左诺贝尔(AkzoNobel)制造的艾科斯潘瑟尔(EXPANCEL)

551DE20d60或551DE40d42)混合。所述微球体的重均直径为15-50微米，5-200微米，使用高剪切混合器以大约3600rpm的转速进行混合，将微球体均匀地分散在混合物中。将最终的混合物转移到模具中，使其胶凝约15分钟。

然后将该模具置于固化烘箱中，依照以下条件固化一个周期：在30分钟内从环境温度升温至设定的104℃，在104℃保持15.5小时，然后在2小时内降至21℃。在室温下将模塑的制品“削”成薄片，在表面上机械加工出大的通道或沟槽，在较高温度下进行切削会改进抛光垫上的表面糙度和厚度变化。如表所示，样品1-6表示本发明的抛光垫，样品A-E表示比较例。

表2

抛光垫	预聚物	化学计量(％)	标称孔径，(μm)	计算的孔体积(％)	致断抗张强度， ASTM D412-02 (psi/MPa)	致断伸长， ASTM D412-02 (％)
							1	LF750D	105	20	19	4500/31	210
2	LF750D	105	40	19	4200/29	180
							3	LF750D	85	20	18	4900/34	130
4	LF750D	105	20	35	3300/23	145
							5	LF750D	95	20	17	5300/36	180
6	LF750D	105	20	11	5500/38	250
							A	L325	87	40	32	2700/19	125
B	LF750D	85	40	41	2600/18	110
							C	LF750D	85	20	41	2600/18	75
D	LF750D	105	20	50	2200/15	90
							E	LF750D	120	20	19	2900/20	125

所有的样品都包含得自凯姆图拉的包含8.75-9.05重量％NCO的艾迪普里恩^TM LF750D氨基甲酸酯预聚物一该制剂包含TDI和PTMEG的混合物。比较例A对应于罗门哈斯电子材料CMP技术公司(Rohm and Haas Electronic MaterialsCMP Technologies)生产的IC1010^TM抛光垫，其包含得自凯姆图拉的包含 8.95-9.25重量％的NCO的艾迪普里恩^TML325氨基甲酸酯预聚物一该制剂包含H₁₂MDI/TDI-PTMEG共混物。在测试前将抛光垫样品置于相对湿度50％、25℃的环境下调节5天，提高了张力测试的可重复性。

表2显示了具有不同的化学计量比和各种聚合物微球体含量的聚氨酯浇注物的致断伸长。这些不同的化学计量比控制了聚氨酯的交联程度和聚合物的分子量。另外，聚合物微球体的量的增加通常会降低物理性质，但是会改进抛光缺陷度性能。

所有的抛光垫都在应用材料米拉抛光机(Applied Materials Mirra polisher)上，结合市售的CMPT浆料(其被称为克勒克希斯(Celexis)^TM94S)进行抛光。所有的抛光垫都使用以下条件进行抛光：台板转速为123rpm，支架转速为44rpm，压力为2.7psi，浆液流速为85ml/min。所有的抛光垫都使用表3中所列的奇尼克 ^TM修整盘预先修整。作为该申请中的标准操作步骤，还在对各抛光垫进行的抛光操作的过程中用特殊的修整盘进行现场修整。表3包括通过用试验抛光垫制品抛光晶片得到的TEOS去除速率的KLA-坦科光谱(Tencor Spectra)FX200计量数据，单位为

/min。

表3

	化学计量	44μm^* 修整器 ( /min)	180μm ^**修整器 ( /min)	致断抗张强度， ASTM D412-02 (psi/MPa)	致断伸长， ASTM D412-02 (％)
						1	105	2371	2313	4500/31	210
3	85	1983		4900/34	130
						5	95	2392	2136	5300/36	180
E	120	2274	2624	2900/20	125

44μm^*＝得自奇尼克有限公司(Kinik Co.)的SPD01；金刚石尺寸：325目(44μm)；金刚石间隔：150μm(密度＝约44/mm²)；形状：细小。

180μm^**＝得自奇尼克有限公司的AD3CG-181060；金刚石尺寸：标称为180μm；金刚石间隔：150μm(密度＝约2.8/mm²)；形状：立方体-八面体。

图5与表3相结合，说明了对于抗张强度超过2,900psi(20MPa)、致断伸长大于125％的抛光垫，44μm修整器增大了去除速率。进行精细修整的抛光垫会增大去除速率(与进行更剧烈修整的抛光垫相比)是与直觉相反的。另外，测试说明对于大量的晶片，去除速率是稳定的。

实施例2

表4中的数据显示了对于孔体积百分数在一定范围内的试验抛光垫制品，在一定氧化物隔离沟槽宽度范围内的凹陷性能。对于所有的抛光垫种类，用来产生数据的图案化的晶片使用MIT864掩模图案。这种图案包括具有各种倾斜度和密度的HDP氧化物沟槽特征。对MIT864晶片进行抛光的试验抛光垫所使用的设备、方法、工艺和步骤与关于上表3中的数据所述的是相同的。所述凹陷通过测量表4中具体显示的沟槽内剩余氧化物厚度来计算。这些测量在KLA-坦科(Tencor)FX200薄膜计量设备上进行。

表4

制品	孔体积，％	44μm^*金刚石 50μm线路 ( )	180μm^** 金刚石50 μm ( )	44μm^* 金刚石 100μm线路 ( )	180μm^** 金刚石 100 μm ( )	44μm^* 金刚石500 μm线路 ( )	180μm^** 金刚石500 μm ( )
								1	19	194	336	316	570	402	897
4	35	224	371	404	595	547	883
								6	11	237	109	360	268	535	355
A	32	251	214	498	496	792	930
								D	50	361	321	561	668	737	924

图6说明小金刚石修整器提供了优于大特征间隔范围的优良凹陷。

表4说明孔体积小于50％的抛光垫提供了优于孔体积大于50％的抛光垫的凹陷性能的改进。

实施例3

表5A和5B中包括的数据显示通过改变化学计量比、孔径和孔体积这些制造因素并结合44μm修整器能够显著改进凹陷性能(优于用更剧烈的180微米金刚石结构修整的类似的抛光垫)。用来产生以下数据的抛光条件、设备和步骤以及浆液和晶片种类都与上面关于表3和表4中的数据所述相同。

表5A

制品	化学计量	孔径 (μm)	孔体积 (％)	50μm线路凹陷^* ()	100μm线路凹陷^* ( )	500μm线路凹陷^* ( )
							1	105	20	19	142	254	495
2	105	40	19	-5	31	18
							B	85	40	41	77	138	528
C	85	20	41	0	38	193

^*凹陷表示从180微米凹陷值减去44微米凹陷值所得的结果。

表5B

制品	50μm线路凹陷^* ()	100μm线路凹陷^* ( )	500μm线路凹陷^* ( )	50μm线路凹陷^** ( )	100μm线路凹陷^** ( )	500μm线路凹陷^** ( )
							1	194	316	402	336	570	897
2	318	485	651	313	516	669
							B	244	511	581	321	649	1109
C	259	532	695	259	50	888

^*凹陷表示使用44μm金刚石修整器的结果

^**凹陷表示使用180μm金刚石修整器的结果

表5A显示了一个大体趋势：减小低体积抛光垫的孔径会改进凹陷性能。具体来说，具有19体积％的20微米平均孔径的抛光垫1使得凹陷的减少程度最大。表5B显示了以低孔含量和小的孔径获得最佳效果。

Claims

1.一种适于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫，所述抛光垫的整体极限抗张强度至少为27.6MPa，所述抛光垫包括抛光表面和聚合物基质，所述聚合物基质具有封闭的单元孔，所述抛光表面具有开放的孔，所述封闭的单元孔的平均直径为1-50微米，在抛光表面以下的区域内占抛光垫的1-40体积％，其特征是，指数衰减常数τ为1-10微米，具有用磨料周期性或连续性修整产生的构造，所述磨料的特征半高半宽度W_1/2小于或等于τ的数值。

2.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述封闭的单元孔占所述抛光表面之下区域的聚合物基质的2-30体积％。

3.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述聚合物基质包括源自二官能或多官能异氰酸酯的聚合物，所述源自二官能或多官能异氰酸酯的聚合物包括选自以下的至少一种：聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨基甲酸酯脲、它们的共聚物以及混合物。

4.如权利要求3所述的抛光垫，其特征在于，所述聚合物基质源自固化剂和异氰酸酯封端的聚合物的反应产物，所述固化剂包括使异氰酸酯封端的反应产物固化的固化胺，所述异氰酸酯封端的反应产物的NH₂∶NCO化学计量比为90-125％。

5.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述封闭的单元孔的平均直径为10-45μm。

6.一种适于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫，所述抛光垫的整体极限抗张强度至少为27.6MPa，所述抛光垫包括抛光表面和聚合物基质，所述聚合物基质具有封闭的单元孔，所述抛光表面具有开放的孔，所述封闭的单元孔的平均直径为1-50微米，在抛光表面以下的区域内占抛光垫的2-30体积％，其特征是，指数衰减常数τ为1-5微米，具有用磨料周期性或连续性修整产生的构造，所述磨料的特征半高半宽度W_1/2小于或等于τ的数值。

7.如权利要求6所述的抛光垫，其特征在于，所述封闭的单元孔占所述抛光表面之下区域的聚合物基质的2-25体积％。

8.如权利要求6所述的抛光垫，其特征在于，所述聚合物基质包括源自二官能或多官能异氰酸酯的聚合物，所述源自二官能或多官能异氰酸酯的聚合物包括选自以下的至少一种：聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨基甲酸酯脲、它们的共聚物以及混合物。

9.如权利要求8所述的抛光垫，其特征在于，所述聚合物基质源自固化剂和异氰酸酯封端的聚合物的反应产物，所述固化剂包括使异氰酸酯封端的反应产物固化的固化胺，所述异氰酸酯封端的反应产物的NH₂∶NCO化学计量比为90-125％。

10.如权利要求6所述的抛光垫，其特征在于，所述封闭的单元孔的平均直径为10-45微米。