CN113276017B

CN113276017B - 一种防静电抛光层、抛光垫及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN113276017B
Application number: CN202110642340.4A
Authority: CN
Inventors: 孙斐; 崔成强; 杨冠南; 赖海其; 张昱
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2041-06-09
Also published as: CN113276017A

Abstract

本发明公开了一种防静电抛光层、抛光垫及其制备方法和应用，所述防静电抛光层包括如下按质量百分比计的原料：聚氨酯预聚物1％～30％；磨粒40％～96％；抗静电的导电物质1％～10％；交联剂1％～10％；多孔氧化锆1％～10％。所述抛光垫包括：基体层，所述基体层包括弹性衬底层和制备在弹性衬底层上的刚性层；上述防静电抛光层，所述抛光层制备在所述刚性层上；所述抛光层和刚性层以及弹性衬底层和刚性层均通过粘结剂粘结。本发明提供了一种防静电抛光层，所述防静电抛光层中含有抗静电的导电物质，使用该抛光层制备得到的抛光垫可防止CMP工作系统的故障，同时保证晶圆的表面加工质量，具有良好的应用前景。

Description

一种防静电抛光层、抛光垫及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及化学机械抛光领域，更具体地，涉及一种防静电抛光层、抛光垫及其制备方法和应用。

背景技术

化学机械抛光(CMP)，目前已成为公认的纳米级全局平坦化精密超精密加工技术。CMP技术将磨粒的机械研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来，可实现超精密无损伤表面加工，满足集成电路特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化要求。

目前最为常用的抛光垫有聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫和复合型抛光垫三种类型，可根据不同代加工材料性能来进行选择。中国发明专利CN105773400A公开了一种由聚氨酯制备得到的具有基层和抛光表面层的抛光垫，但该抛光垫在与晶圆的高速摩擦下，产生大量的静电。这些静电通过摩擦或由于电荷相互吸引引起电荷的重新分布。晶圆抛光时，静电会使空气、水气、灰尘等微粒物体表面带电,使得微粒吸附在物体表面，会严重干扰CMP抛光机设备的高精度抛光，降低抛光后晶圆的表面质量，从而降低产品的优良率。在抛光过程中产生的大量静电还会引起抛光机等设备的故障或误动作，造成电磁干扰以影响抛光系统的正常工作。此外，由于大量的静电吸引晶圆上，使得晶圆表面更容易吸附空气中的微粒，从而增大晶圆表面的粗糙度，也会影响后续晶圆的光刻以及封装测试，故亟需提供一种防静电的抛光垫，以便可以防止CMP工作系统的故障，同时保证晶圆的表面加工质量。

发明内容

本发明的首要目的是克服晶圆在抛光过程中由于抛光垫与晶圆之间的摩擦产生静电的问题，提供一种防静电抛光层。

本发明的另一目的是提供上述防静电抛光层的制备方法。

本发明的进一步目的是提供一种抛光垫。

本发明的再一目的是提供上述抛光垫的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种防静电抛光层，由如下按质量百分比计的原料制备得到：

优选地，所述抗静电的导电物质选自石墨粉、石墨烯、金属颗粒、易电解盐类颗粒中的一种或多种。所述金属颗粒可选自铜、银、金、锡、铁、铝等金属及其合金的颗粒。

所述抗静电的导电物质添加的方式可以是在制备抛光层原材料中混入，或者在制备抛光层后，在表面直接铺洒，或者将添加物颗粒以高速度直接打入抛光层表面一定深度。所述抗静电的导电物质的形状可以是颗粒状、片状或丝状。

优选地，所述石墨粉为纳米级石墨粉，所述纳米级石墨粉的平均粒径为100nm～800nm。

所述纳米级石墨粉可以是市售纳米级石墨粉，或采用气相沉积法、表面沉积法制备的纳米级石墨粉。

本发明所述易电解盐类颗粒为可以在抛光液中电解的强电解质。所述强电解质为碱金属或碱土金属的碳酸盐、碱金属或碱土金属的硫酸盐、碱金属或碱土金属的卤素盐中的一种或多种。如碳酸钠、碳酸镁、硫酸钾和氯化钠等。

优选地，所述抛光层的表面硬度为肖氏硬度50D～70D。

优选地，所述抛光层工作表面含有有助于抛光的凸台以及凸台形成的沟槽。所述凸台的几何形状为矩形或圆形；所述凸台形成的沟槽可以是网格型、圆环型、放射线型、渐开线型、正负螺旋对数型中的任意一种；所述沟槽深度为100nm～1000μm。

本发明所述磨粒为金刚石、二氧化硅、碳化硼、白刚玉中的一种或多种。

本发明所述交联剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷或二甲硫基甲苯二胺。

本发明所述聚氨酯预聚物选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中的一种或多种。

本发明所述粘结剂可选自临时键合胶、丙烯酸盐聚合物、树脂、橡胶类及天然高分子化合物。

本发明还提供上述防静电抛光层的制备方法，包括如下步骤：

S1.分别制备包含聚氨酯预聚物的第一原料组合物、包含固化剂的第二原料组合物、包含抗静电的导电物质的第三原料组合物以及包含磨粒的第四原料组合物；所述第一原料组合物的制备方法为将聚氨酯预聚物在真空状态下预热，然后将聚氨酯预聚物、多孔氧化锆、交联剂搅拌混合；

S2.将所述第一原料组合物、第二原料组合物、第三原料组合物、第四原料组合物混合以制备原料混合物；

S3.将所述原料混合物注入模具中固化，再经硫化、切片后得到抛光层。

优选地，步骤S1中，所述搅拌转速为700r/min～1400r/min。

一种抛光垫，包括：基体层，所述基体层包括弹性衬底层和制备在弹性衬底层上的刚性层；上述防静电抛光层，所述抛光层制备在所述刚性层上；所述抛光层和刚性层以及弹性衬底层和刚性层均通过粘结剂粘结。

本发明所述模具可采用304不锈钢制成的模具，所述模具上具有可以使抛光层工作面产生几何形状阵列的纹理图案的凹坑，所述凹坑可以使抛光层产生一定形状的凸台以及沟槽，且该模具上喷镀有高性能脱模剂。

本发明还保护上述抛光垫在晶圆抛光中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种防静电抛光层，所述抛光层中含有抗静电的导电物质，使用该抛光层制备得到的CPM抛光垫可防止CMP工作系统的故障，同时保证晶圆的表面加工质量，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所述抛光垫的剖视图。图中1为抛光层，2为刚性层，3为弹性衬底层，4为粘结剂。

具体实施方式

为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。

实施例1

一种抛光垫，其剖视图如图1所示，包括：基体层，所述基体层包括弹性衬底层3和制备在弹性衬底层上的刚性层2；防静电抛光层1，所述防静电抛光层1制备在所述刚性层2上；所述防静电抛光层1和刚性层2以及弹性衬底层3和刚性层2均通过粘结剂4粘结；所述防静电抛光层1由聚醚丙烯酸酯1％、金刚石96％、颗粒尺寸为100nm左右的石墨粉1％、二甲硫基甲苯二胺1％、多孔氧化锆1％为原料固化而成。

上述抛光垫的制备方法，包括如下步骤：

S1.分别制备包含聚醚丙烯酸酯的第一原料组合物、包含固化剂的第二原料组合物、包含颗粒尺寸为100nm左右的石墨粉的第三组合物、包含金刚石的第四原料组合物；所述第一原料组合物的制备方法为将聚醚丙烯酸酯在真空状态下预热，然后将聚醚丙烯酸酯、多孔氧化锆、二甲硫基甲苯二胺搅拌混合，搅拌转速为700r/min；

S2.将所述第一原料组合物、第二原料组合物、第三原料组合物、第四原料组合物依次高速混合以制备原料混合物；

S3.将所述原料混合物注入模具中,并放入烘箱进行固化120min，固化完成后，将模具中的抛光层取出，在200℃的温度条件下硫化24h，降至室温后，进行切片，使用树脂将抛光层固定在基体层上得到所述抛光垫。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中所述防静电抛光层由聚醚丙烯酸酯30％、金刚石40％、颗粒尺寸为100nm左右的石墨粉10％、二甲硫基甲苯二胺10％、多孔氧化锆10％为原料固化而成。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例中石墨粉颗粒尺寸为500nm左右，并采用白刚玉代替金刚石，采用3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷代替二甲硫基甲苯二胺。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例4

与实施例1不同的是，本实施例中石墨粉颗粒尺寸为800nm左右，并采用二氧化硅代替金刚石。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例5

与实施例1不同的是，本实施例采用碳化硼代替金刚石。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例6

与实施例1不同的是，本实施例采用环氧丙烯酸酯代替聚醚丙烯酸酯。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例7

与实施例1不同的是，本实施例采用聚氨酯丙烯酸酯代替聚醚丙烯酸酯。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例8

与实施例1不同的是，本实施例采用聚酯丙烯酸酯代替聚醚丙烯酸酯。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例9

与实施例1不同的是，本实施例采用石墨烯代替石墨粉。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

实施例10

与实施例1不同的是，本实施例采用铜颗粒代替石墨粉。本实施例所述抛光垫的制备方法与实施例1基本一致。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种防静电抛光层，其特征在于，由如下按质量百分比计的原料制备得到：

聚氨酯预聚物1%~30%；

磨粒40%~96%；

抗静电的导电物质1%~10%；

交联剂1%~10%；

多孔氧化锆1%~10%；

所述抗静电的导电物质为易电解盐类颗粒；

所述易电解盐类颗粒为可以在抛光液中电解的强电解质，所述强电解质为碱金属或碱土金属的碳酸盐、碱金属或碱土金属的硫酸盐、碱金属或碱土金属的卤素盐中的一种或多种；

所述抛光层工作表面含有凸台以及凸台形成的沟槽，所述凸台形成的沟槽为放射线型。

2.如权利要求1所述防静电抛光层，其特征在于，所述抛光层的表面硬度为肖氏硬度50D~70D。

3.如权利要求1所述防静电抛光层，其特征在于，所述磨粒为金刚石、二氧化硅、碳化硼、白刚玉中的一种或多种。

4.如权利要求1所述防静电抛光层，其特征在于，所述交联剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷或二甲硫基甲苯二胺。

5.如权利要求1所述防静电抛光层，其特征在于，所述聚氨酯预聚物选自环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中的一种或多种。

6.权利要求1~5任一项所述防静电抛光层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1. 分别制备包含聚氨酯预聚物的第一原料组合物、包含固化剂的第二原料组合物、包含抗静电的导电物质的第三原料组合物以及包含磨粒的第四原料组合物；所述第一原料组合物的制备方法为将聚氨酯预聚物在真空状态下预热，然后将聚氨酯预聚物、多孔氧化锆、交联剂搅拌混合；

S2. 将所述第一原料组合物、第二原料组合物、第三原料组合物、第四原料组合物混合以制备原料混合物；

S3. 将所述原料混合物注入模具中固化，再经硫化和切片得到抛光层。

7.一种抛光垫，其特征在于，包括：基体层，所述基体层包括弹性衬底层和制备在弹性衬底层上的刚性层；权利要求1~5任一所述防静电抛光层，所述抛光层制备在所述刚性层上；所述抛光层和刚性层以及弹性衬底层和刚性层均通过粘结剂粘结。

8.权利要求7所述抛光垫在晶圆抛光中的应用。