CN114473857A - 一种抛光垫及半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抛光垫及半导体器件的制造方法，所述半导体器件的制造方法包括使用具有特定图案的抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序；所述抛光垫包括抛光层，所述抛光层包含有中心区域，环状沟槽区域以及外部区域，其中，中心区域未设置有沟槽，外部区域中包含有多条贯通沟槽，贯通沟槽用于环状沟槽区域与抛光垫外边缘的联通，进一步的相邻的两条贯通沟槽之间为抛光单元，抛光单元中包含有多条非贯通沟槽，本发明通过限定贯通沟槽的条数，抛光单元的个数，贯通沟槽的形状，非贯通沟槽的长度及条数，以及沟槽面积与抛光垫面积的比值等参数在合适的范围内，抛光垫具有优异的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体的化学机械抛光技术领域，具体地说，涉及一种抛光垫及半导体器件的制造方法。
背景技术
化学机械抛光(CMP)是目前用于工件表面抛光最常用的技术。CMP是将化学侵蚀和机械去除进行结合后得到的复合技术，也是对半导体晶片之类平面化最常用的技术。
目前，常规的CMP过程中，晶片被安装在研磨设备的支架组件上，通过调节相关参数来设置抛光过程中晶片与抛光垫接触的位置。在抛光过程中，晶片被施加了可控压力压向抛光垫，通过外驱力使抛光垫与晶片以相同或相反方向转动。在相对转动过程中，抛光液被持续性地滴入到抛光垫上，从而通过抛光垫表面的机械作用以及抛光液的化学作用，对晶片表面进行平坦化研磨，实现晶片的抛光。
抛光垫的表面沟槽形状及尺寸作为决定抛光垫性能的关键参数之一，对抛光的化学及机械过程产生重要影响：在化学氧化过程中，抛光垫的表面沟槽会影响抛光液的运送及均布，从而影响化学反应速度、产物及其浓度；在机械去除过程中，抛光垫的表面沟槽会改变抛光垫与晶片之间接触区域、摩擦力及薄膜厚度，从而影响机械去除速率及加工质量，对抛光液的平均驻留时间也会产生重要影响。
现有技术中公开了多种形态的沟槽结构，但是对于具体的沟槽结构域抛光性能的关系没有做细致的研究，而抛光性能的研究作为一个实验科学，影响抛光性能的因素众多，因此抛光垫的设计对抛光垫的抛光性能至关重要，也直接影响了半导体器件的制造工艺。
本发明在抛光垫上设置有扇叶状的抛光单元，通过对抛光单元上沟槽的长度进行设计，经过大量实验基础，优化出具有优异综合抛光性能的抛光垫，可用于磁性基材、光学基材以及半导体基材中至少一种的化学机械抛光。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，设计发明了一种抛光垫，该抛光垫表现出优异的抛光性能。
本发明第一方面提供一种抛光垫，包括抛光层，所述抛光层包括中心区域，环状沟槽区域以及外部区域，所述环状沟槽区域的内径为r，所述外部区域包含贯通沟槽，所述贯通沟槽用于环状沟槽区域与抛光垫外边缘的联通，所述贯通沟槽的宽度为w1，所述抛光垫的面积为S抛，在参考抛光垫同轴中心的直角坐标中，所述贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角为
所述
介于33～50°之间，以抛光垫圆心O到贯通沟槽与抛光垫外边缘交点P连线的方向为水平坐标轴方向，以Q点纵坐标为正值的方向为垂直坐标轴方向，所述贯通沟槽的沟槽轨道f(x)满足式(1)所示的等式：
f(x)＝A+B1x+B2x2+B3x3+B4x4+B5x5 (1)
所述式(1)中26.25≤A≤26.49，4.50×10-1≤B1≤4.62×10-1,-1.57×10-2≤B2≤-1.52×10-2，1.13×10-4≤B3≤1.19×10-4，-4.20×10-7≤B4≤-3.90×10-7，5.79×10-10≤B5≤6.31×10-10；
所述外部区域包含有多条贯通沟槽，所述多条贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在环状沟槽的圆周上以固定的第一截距角顺时针或逆时针旋转而成，所述贯通沟槽数量n为奇数或偶数。
进一步的，所述外部区域中相邻两条贯通沟槽之间的区域为抛光单元，所述抛光单元中包含有多条非贯通沟槽，所述非贯通沟槽的沟槽轨道f(x)满足式(1)所示的等式，所述多条非贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在抛光垫外边缘上以固定的第二截距角顺时针或逆时针旋转而成，所述非贯通沟槽数量n1为奇数或偶数。
进一步的，所述非贯通沟槽起始于抛光垫外边缘，终止于抛光单元内，且与环状沟槽区域不联通，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1介于0.1R～0.7R之间，其中R表示抛光垫半径。
进一步的，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包含有4～18个长度层级，优选的，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包含有5～11个长度层级。
进一步的，在r1＜0.5R的区域内，所述r1包含有2～8个长度层级；在r1≥0.5R的区域内，所述r1包含有2～5个长度层级，每个长度层级内的非贯通沟槽的数量相同或不同。
进一步的，所述环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1、抛光单元内非贯通沟槽的面积S2与抛光垫的面积S抛满足式(2)所示的等式：
k＝(S1+n*S2)/S抛 (2)
所述k表示所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值，所述k介于0.1～0.25之间，优选的，k介于0.15～0.23之间。
进一步的，所述环状沟槽区域的内径r介于12mm～20mm之间，优选的，r介于18mm～19mm之间，特别优选的，r介于18mm～18.5mm之间。
进一步的，所述环状沟槽区域的外径R1介于20mm～26mm之间，优选的，R1介于20mm～24mm之间，特别优选的，R1介于20.1mm～22.5mm之间。
进一步的，所述贯通沟槽的宽度w1介于0.5mm～1mm之间，优选的，贯通沟槽的宽度w1介于0.6mm～0.9mm之间，特别优选的，贯通沟槽的宽度w1介于0.6mm～0.8mm之间。
本发明第二方面提供一种半导体器件的制造方法，包括使用抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序，所述抛光垫上述的任意一项所述的抛光垫。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果，本发明通过设计从中心到边缘的平滑曲线型沟槽，给与了抛光液良好的流通轨道，与同心圆或放射线沟槽相比，本发明涉及的平滑曲线型沟槽具有更长的抛光液流通路径，可以更有效的节约抛光液的用量；本发明的优选实施例中加入了扇叶型的抛光单元，其中包括多条非贯通的平滑线型沟槽，可以有效的调节抛光面积，具有较低的研磨速率不均一性，同时可以保证抛光过程中产生的废屑以及废液顺利的排除，利用本发明所提供的抛光垫研磨的晶圆平整度高，半导体器件的制造效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所涉及的抛光垫中其中一条贯通沟槽示意图；
图1A为本发明所涉及的抛光垫中其中一条贯通沟槽放大示意图；
图2为本发明实施例所涉及的抛光垫100的示意图；
图2A为本发明实施例所涉及的抛光垫200的示意图；
图3为本发明中所涉及的包含有抛光单元结构的抛光垫中的一个抛光单元示意图；
图3A为本发明所涉及的包含有抛光单元结构的抛光垫中的一个抛光单元的放大示意图；
图4为本发明实施例所涉及的抛光垫300的示意图；
图4A为本发明实施例所涉及的抛光垫400的示意图；
图4B为本发明实施例所涉及的抛光垫500的示意图；
图5为本发明对比例1所涉及的抛光垫的示意图；
图6为本发明对比例2所涉及的抛光垫600的示意图。
具体实施方式
本发明提供抛光垫及半导体器件的制造方法，以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，本发明使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，只是用来区分不同的组成部分。下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
<抛光垫>
本发明所涉及的抛光垫包含抛光层，其中抛光层包含有中心区域，环状沟槽区域以及外部区域。
本发明所涉及的中心区域内未设置沟槽，其中，中心区域的半径与环状沟槽区域的内径r相等。
本发明中环状沟槽区域位于中心区域外围，其中环状沟槽区域与中心区域为同心圆设计，其中环状沟槽区域的内径为r，其中r介于12mm～20mm之间，优选的，r介于18mm～19mm之间，特别优选的，r介于18mm～18.5mm之间；环状沟槽区域的外径R1，其中R1介于20mm～26mm之间，优选的，R1介于20mm～24mm之间，特别优选的，R1介于20.1mm～22.5mm之间。
本发明中外部区域位于环状沟槽区域外围，其中，外部区域包含贯通沟槽，如图1所示贯通沟槽用于环状沟槽区域与抛光垫外边缘的联通，在参考抛光垫同轴中心的直角坐标中，如图1A所示，贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角为
介于33～50°之间；直角坐标系的建立方法及位置参照如下规则，以抛光垫圆心O到贯通沟槽与抛光垫外边缘交点P连线的方向为水平坐标轴方向，以Q点纵坐标为正值的方向为垂直坐标轴方向，则其中一条贯通沟槽的沟槽轨道f(x)满足式(1)所示的等式：
f(x)＝A+B1x+B2x2+B3x3+B4x4+B5x5 (1)
所述式(1)中26.25≤A≤26.49，4.50×10-1≤B1≤4.62×10-1,-1.57×10-2≤B2≤-1.52×10-2，1.13×10-4≤B3≤1.19×10-4，-4.20×10-7≤B4≤-3.90×10-7，5.79×10-10≤B5≤6.31×10-10；
特别优选的，其中A＝26.37，B1＝4.56×10-1，B2＝-1.55×10-2，B3＝1.16×10-4，B4＝-4.05×10-7，B5＝6.05×10-10，即，所得到的一条贯通沟槽的沟槽轨道f(x)＝26.37+(4.56×10-1)x-(1.55×10-2)x2+(1.16×10-4)x3-(4.20×10-7)x4+(6.05×10-10)x5。
本发明中外部区域中包含有多条贯通沟槽，多条贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在环状沟槽的圆周上以固定的第一截距角顺时针或逆时针旋转而成，本发明中也可以理解为，沟槽轨道f(x)与环状沟槽区域和抛光垫外边缘的交点Q和P分别在环状沟槽区域和抛光垫外边缘上围绕抛光垫圆心以固定的第一截距角顺时针或逆时针旋转而成，其中，第一截距角的角度介于12～72°之间；
本发明中，贯通沟槽数量n介于5～30之间，即沟槽数量n可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30中的一种，贯通沟槽数量n可以为奇数，也可以为偶数，本发明不做具体限定。
本发明中，贯通沟槽的宽度w1介于0.5mm～1mm之间，出于抛光过程中产生的废屑以及废液顺利的排除考虑，优选的，贯通沟槽的宽度w1介于0.6mm～0.9mm之间，特别优选的，贯通沟槽的宽度w1介于0.6mm～0.8mm之间。
本发明中，贯通沟槽与环状沟槽区域的沟槽深度相等或不相等，本发明优选的，贯通沟槽与环状沟槽区域的沟槽深度相等且介于0.2mm～0.6mm之间，出于抛光过程中抛光液的暂时存储以及废液废屑顺利排除考虑，优选的，贯通沟槽与环状沟槽区域的沟槽深度介于0.3～0.5mm之间，特别优选的，贯通沟槽与环状沟槽区域的沟槽深度为0.5mm。
本发明中，抛光垫的半径R介于250mm～300mm之间，优选的，抛光垫的半径R为254mm。
本发明中环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1可由本领域常规的计算方法计算而得到，或者可以近似由式(3)计算得到，其中，环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1介于1700mm2～8200mm2之间。
本发明中的一个实施例如图2所示，在抛光垫100中，环状沟槽区域的外径R1为20.15mm，环状沟槽区域的内径r为18.1mm；贯通沟槽的沟槽轨道f(x)＝26.37+(4.56×10-1)x-(1.55×10-2)x2+(1.16×10-4)x3-(4.20×10-7)x4+(6.05×10-10)x5，贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角
本实施例中第一截距角的角度为33°，贯通沟槽数量为11条，贯通沟槽的宽度w1为0.8mm环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1＝2870mm2。
本发明中的另一个实施例如图2A所示，在抛光垫200中，环状沟槽区域的外径R1为22.5mm，环状沟槽区域的内径r为12mm；贯通沟槽的沟槽轨道f(x)＝26.37+(4.56×10-1)x-(1.55×10-2)x2+(1.16×10-4)x3-(4.20×10-7)x4+(6.05×10-10)x5，贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角
本实施例中第一截距角的角度为12°，贯通沟槽数量为30条，贯通沟槽的宽度w1为0.8mm环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1＝8114mm2。
作为本发明的进一步方案，外部区域中包含有多条贯通沟槽，其中多条贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在环状沟槽的圆周上以固定的第一截距角顺时针或逆时针旋转而成，其中外部区域中相邻两条贯通沟槽之间的区域为抛光单元，如图3所示，抛光单元中包含有多条非贯通沟槽，所述非贯通沟槽的沟槽轨道f(x)满足式(1)所示的等式，多条非贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在抛光垫外边缘上以固定的第二截距角顺时针或逆时针旋转而成，非贯通沟槽数量n1为奇数条或偶数条中的一种；优选的，在本方案的实施例中贯通沟槽的数量n介于6～11之间，即抛光单元的个数介于6～11之间，即抛光单元的个数可选择6、7、8、9、10、11中的一种，非贯通沟槽数量n1为1～36条，即非贯通沟槽数量n1可选择1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36中的一种。
本发明中第二截距角的大小与第一截距角的大小有关，一般而言，本发明中第二截距角的大小小于第一截距角，且可由第一截距角与非贯通沟槽的数量n1的比值确定。
本发明中考虑到贯通沟槽数量与抛光液存储的关系，越靠近环状沟槽区域处贯通沟槽过于密集，不利于环状沟槽区域处存储抛光液的顺利排除，并且不利于抛光过程中抛光液的导流，因此本发明优选的，外部区域包含多条贯通沟槽的基础上，定义两条贯通沟槽之间的区域为一个抛光单元，其中，每一个抛光单元上包含有多条非贯通沟槽，降低靠近中心处的沟槽密集程度，可进一步的提高抛光效率，降低生产成本。
本发明中如图3A所示非贯通沟槽起始于抛光垫外边缘，终止于抛光单元内，且与环状沟槽区域不联通，非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1介于0.1R～0.7R之间，非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包括多种选择，当r1介于0.1R～0.7R之间时，抛光垫表现出优异的抛光效率。
本发明中非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包含有4～18个长度层级，优选的，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包含有5～11个长度层级，即非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1可选择5、6、7、8、9、10、11中的一种；即非贯通沟槽的长度包含有如上述r1所述长度层级。
本发明中如图3所示，每一条虚线圆形轨道其实际是由相同长度的非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点的连线组成，此处虚线仅为示意作用。
本发明中，考虑到抛光垫外边缘处沟槽与靠近环状沟槽区域的沟槽疏密，本发明在r1＜0.5R的区域内时，r1包含有2～8个长度层级，即r1可选择2、3、4、5、6、7、8个中的一种；本发明在r1≥0.5R的区域内时，r1包含有2～5个长度层级，即r1可选择2、3、4、5个中的一种，每个长度层级内的非贯通沟槽的数量相同或不同。
本发明中如图3A所示抛光单元内相邻两条非贯通沟槽在抛光垫外边缘处的弧长L1的长度与相邻的贯通沟通与非贯通沟槽在抛光垫外边缘处的弧长L2的长度相同或不同，当L1＝L2时，即非贯通沟槽是由固定的第二截距角旋转得到，第二截距角的大小等于第一截距角与非贯通沟槽的数量n1的比值确定。
本发明中如图3A所示非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点与抛光垫圆心的半径r1与水平坐标轴的夹角为
当
与
相等或
小于
时非贯通沟槽与环状沟槽区域联通，此时贯通沟槽与非贯通沟槽长度相等，考虑到靠近环状沟槽区域处沟槽的密集程度不能过高，因此非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点与抛光垫圆心的半径r1与水平坐标轴的夹角
本发明中抛光单元内非贯通沟槽的面积S2可以由本领域常规的计算方法计算而得到，也可以近似的由式(4)计算得到，式(4)表示在一个抛光单元内不同长度层级的非贯通沟槽的面积总和，其中，非贯通沟槽的沟槽宽度与贯通沟槽的沟槽宽度w1相同，式(4)中，当
时，式(4)中的积分下限为
当
时，式(4)中的积分下限为
本发明中环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1、抛光单元内非贯通沟槽的面积S2与抛光垫的面积为S抛满足式(2)所示的等式：
k＝(S1+n*S2)/S抛 (2)
本发明中k表示所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值，且k介于0.1～0.25之间，优选的，k介于0.15～0.23之间，沟槽面积与抛光垫的面积比值在上述区间内，可以保持较高的抛光效率。
本发明的一个实施例如图4所示在抛光垫300中，环状沟槽区域的外径R1为20.15mm，环状沟槽区域的内径r为18.1mm；贯通沟槽的沟槽轨道f(x)＝26.37+(4.56×10-1)x-(1.55×10-2)x2+(1.16×10-4)x3-(4.20×10-7)x4+(6.05×10-10)x5，贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角
本实施例中第一截距角的角度为33°，贯通沟槽数量为11条，贯通沟槽的宽度w1为0.8mm，由于贯通沟槽数量为11条，该实施例中存在有11个抛光单元，其中一个抛光单元中(图中仅示出一个抛光单元中的非贯通沟槽，其他10个抛光单元中非贯通沟槽与该抛光单元中的非贯通沟槽相同)非贯通沟槽的数量n1为31条，包含有11个长度层级，在r1＜0.5R的区域内，r1包含有8个长度层级；在r1≥0.5R的区域内，r1包含有3个长度层级，本实施例中该抛光单元的非贯通沟槽的面积S2＝3999mm2。
本发明所涉及的实施例抛光垫300中所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值k为0.23。
本发明的另一个实施例如图4A所示在抛光垫400中，环状沟槽区域的外径R1为20.15mm，环状沟槽区域的内径r为18.1mm；贯通沟槽的沟槽轨道由f(x)沿着水平坐标轴镜像后得到；贯通沟槽数量为11条，贯通沟槽的宽度w1为0.8mm，由于贯通沟槽数量为11条，该实施例中存在有11个抛光单元，其中一个抛光单元中(图中仅示出一个抛光单元中的非贯通沟槽，其他10个抛光单元中非贯通沟槽与该抛光单元中的非贯通沟槽相同)非贯通沟槽的数量n1为31条，包含有11个长度层级，在r1＜0.5R的区域内，r1包含有8个长度层级；在r1≥0.5R的区域内，r1包含有3个长度层级，本实施例中该抛光单元的非贯通沟槽的面积S2＝3999mm2。
本发明所涉及的实施例抛光垫400中所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值k为0.23。
本发明的一个实施例如图4B所示在抛光垫500中，环状沟槽区域的外径R1为20.15mm，环状沟槽区域的内径r为18.1mm；贯通沟槽的沟槽轨道f(x)＝26.37+(4.56×10-1)x-(1.55×10-2)x2+(1.16×10-4)x3-(4.20×10-7)x4+(6.05×10-10)x5，贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角
本实施例中第一截距角的角度为60°，贯通沟槽数量为6条，贯通沟槽的宽度w1为0.8mm，由于贯通沟槽数量为6条，该实施例中存在有6个抛光单元，其中一个抛光单元中(图中仅示出一个抛光单元中的非贯通沟槽，其他5个抛光单元中非贯通沟槽与该抛光单元中的非贯通沟槽相同)非贯通沟槽的数量n1为28条，包含有10个长度层级，在r1＜0.5R的区域内，r1包含有7个长度层级；在r1≥0.5R的区域内，r1包含有3个长度层级，本实施例中该抛光单元的非贯通沟槽的面积S2＝3807mm2。
本发明所涉及的实施例抛光垫500中所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值k为0.12。
<半导体器件的制造方法>
本发明半导体器件的制造方法，包括使用所述的抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序，对研磨装置没有特别限制，一般来说，研磨装置包括具备支撑抛光垫的研磨平台、支撑半导体晶片的支撑台、用于进行半导体晶片均一加压的衬板材料和供给抛光液的供给机构的研磨装置，研磨平台和支撑台按照使各自支撑的研磨垫和被研磨的半导体晶片相面对的方式配置，研磨方法是使所述研磨平台和支撑台旋转并将所述半导体晶片向抛光垫推压，在供给抛光液的同时，使用所述的抛光垫来研磨半导体晶片的表面。
<抛光垫的制备方法>
上述抛光垫包含有抛光层，通常抛光层的制作工艺为：将异氰酸酯封端的预聚物加热到一定的温度，使其具有一定的粘度，一般会加入中空微球聚合物调节产品密度，然后该混合物与固化剂混合，浇注形成聚氨酯浇注块，在一定条件下固化后形成聚氨酯材料块，然后切割具有一定厚度的薄片作为抛光层。
本发明中抛光层包括多种原料反应生成的反应产物。所述的多种原料包括以下将详述的异氰酸酯封端的预聚物，固化剂和可选的中空微球聚合物。优选的，中空微球聚合物被混合于异氰酸酯封端的预聚物中，并使该混合物与固化剂混合后，进行固化反应。
本发明中异氰酸酯封端的预聚物由多官能异氰酸酯和多元醇反应而得，优选的，异氰酸酯封端的预聚物具有两个-NCO基团封端；特别优选的，异氰酸酯封端的预聚物是基于聚醚的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。
本发明中多官能异氰酸酯包括但不限于芳香族异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯中的一种或两者组合；芳香族异氰酸酯包括但不限于甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯、间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种组合；脂肪族异氰酸酯包括但不限于亚乙基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、甲基亚环己基二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯中的一种或多种组合。
本发明中异氰酸酯封端的预聚物的制备原料中，多元醇包括但不限于聚四氢呋喃(PTMEG)、聚丙二醇(PPG)以及聚四氢呋喃-聚乙二醇、聚四氢呋喃-聚丙二醇、聚乙二醇-聚丙二醇中的任意一种，或两种以上的共聚物，或两种以上的混合物。
本发明中异氰酸酯封端的预聚物还可以使市售的基于聚醚多元醇与甲苯二异氰酸酯(TDI)和二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)反应所得预聚物；其中市售的异氰酸酯封端的预聚物包括但不限于科聚亚(Chemtura)公司生产的系列预聚物LF800A、LF900A、LF910A、LF930A、LF931A、LF939A、LF950A、LF952A、LF600D、LF601D、LF650D、LF667D、LF700D、LF750D、LF751D、LF752D、LF753D、L325、LFG963A、LFG964A、LFG740D中的任意一种或多种组合。
本发明中固化剂选择芳香族双官能固化剂中的一种或多种组合，本发明对芳香族双官能固化剂无特别限定，可为本领域中任何合适的芳香族双官能固化剂。本领域技术人员可以根据具体需要进行适当选择。
本发明中可以使用的芳香族双官能固化剂的实例有：二乙基甲苯二胺(DETDA)、N,N’-二烷基二氨基二苯甲烷、3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺及其异构体(例如,3,5-二乙基-2,6-甲苯二胺)、3,5-二甲硫基-2,4-甲苯二胺及其异构体、4,4’-亚甲基-双-(2-氯苯胺)(MOCA)、4,4’-双-(仲丁基氨基)-二苯甲烷、1,4-双-(仲丁基氨基)-苯、4,4’-亚甲基-双-(2-氯苯胺)、4,4’-亚甲基-双-(3-氯-2,6-二乙苯胺)(MCDEA)、聚氧化四亚甲基-二-对氨基苯甲酸酯；p,p’-亚甲基双苯胺(MDA)；间苯二胺(MPDA)；4,4’-亚甲基-二-(2,6-二乙基苯胺)(MDEA)、4,4’-亚甲基-二-(2,3-二氯苯胺)(MDCA)、4,4’-二氨基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯甲烷、2,2’,3,3’-四氯二氨基二苯甲烷、丙二醇-二-对氨基苯甲酸酯中的一种或多种组合，但不限于此。
本发明中的术语“中空微球聚合物”是指一种可膨胀的中空聚合物微球体，可在固化过程中借助反应放热导致的温度升高而适度膨胀。通过调整中空微球聚合物在抛光层中分布方式(如密度)并结合调节中空微球聚合物的粒度，可以进一步调节抛光层的抛光性能。优选的，中空微球聚合物分散在抛光层中可使抛光层最终具有的孔隙率为10～40％，特别优选的，孔隙率为15～35％。
优选的，中空微球聚合物包括但不限于具有聚丙烯腈和聚丙烯腈共聚物外壁的囊状结构，可以采购自阿克苏诺贝尔公司、松本油脂制药株式会社或积水化学工业株式会社任意一家公司的微球或微珠，特别优选的，本发明中选择阿克苏诺贝尔公司(Akzo Nobel)中空微球或松本微珠F系列。
抛光垫还包括缓冲层，本发明缓冲层可选择使用浸渍聚氨酯的无纺布或发泡树脂。
将抛光层和缓冲层贴合制备抛光垫的方法没有特别限定，可列举如下方法，即在缓冲层上层叠由聚酯类热熔粘接剂构成的粘接剂层，用加热器加热熔融粘接剂层，然后，在熔融的粘接剂层上层叠抛光层并压制的方法。
实施例
通过引用实施例详细描述本发明，但应当理解，本发明不限于此，在描述中，除非另有规定。
抛光垫的制备
1、将95质量份TDI和5质量份的HMDI和175质量份的PTMEG-650反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(含有未反应-NCO基团质量百分数为9％)升温至80℃，真空(～0.095MPa)下脱气2小时，以便将预聚物中的气体以及小分子化合物除去；取100质量份的上述预聚物，然后加入1.7质量份的标准粒径D50为40μm的中空微球聚合物(AkzoNobel制造，牌号为Expancel 551DE40D42的微球)，搅拌下使中空微球聚合物均匀地分散于预聚物中，真空(～0.095MPa)下再次脱气5min，待用。
2、将24.9质量份的MOCA升温至115℃，使其完全熔化成澄清透明液体。
3、采用固化剂对含有中空微球聚合物的预聚物进行固化。将预聚物与固化剂在高速剪切下混合，然后浇铸到圆柱形模具中，形成浇铸块，并且使之在70℃下凝胶15分钟，然后在30分钟内将浇铸体升温至80℃，固化16小时。固化完成后使其在烘箱内自动降温至室温，然后切割成厚度为80mil的薄片，最后在薄片上进行刻槽加工，得到具有沟槽图案的抛光层。本发明制得的抛光层的邵氏硬度为62D，密度为0.8g/cm3。
4、将上述抛光层缓冲层相贴合，即得到抛光垫，缓冲层选择浸渍聚氨酯的无纺布。
实施例1～4所制备出的抛光垫沟槽设置如上述抛光垫200、300、400、500所示的沟槽。
对比例1所制备出的抛光垫沟槽设置为同心圆沟槽，其中沟槽宽度为0.8mm，沟槽深度为0.5mm，槽间距为4mm。
对比例2所制备出的抛光垫沟槽设置如抛光垫600所示的沟槽，其中沟槽深度为0.5mm，R1为20.15mm，环状沟槽区域的内径r为18.1mm，贯通沟槽的沟槽轨道f(x)＝26.37+(4.56×10-1)x-(1.55×10-2)x2+(1.16×10-4)x3-(4.20×10-7)x4+(6.05×10-10)x5，贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角
本实施例中第一截距角的角度为33°，贯通沟槽数量为11条，贯通沟槽的宽度w1为0.8mm，由于贯通沟槽数量为11条，该实施例中存在有11个抛光单元，非贯通沟槽的数量n1为30条，包含有3个长度层级，在r1＜0.5R的区域内，r1包含有2个长度层级；在r1≥0.5R的区域内，r1包含有1个长度层级。
本发明所涉及的实施例抛光垫600中所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值k为0.32。
抛光垫的抛光性能评价
对于上述制备的实施例1～4和对比例1～2所涉及的抛光垫，通过上机测试，对其抛光性能进行评价，测试条件如下：
测试机台为AMAT Reflexion(Modify 5Zone)；
抛光液为ANJI 3060(1:9稀释,H2O2％＝1％)；
修整盘为Saesol Disk 6045C4，P/C downforce 5lbf，Head&Platen RPM:93/87；
所用的晶圆(wafer)为Patten wafer:Semitech 754,Cu Blanket waferPreThickness
评价结果见表1
表1
表1中×表示无划痕，○表示有少量细微划痕，○○表示有较多划痕。
*表示实施例3中测试机台的旋转方向与实施例1、2、4与对比例1、2的旋转方向相反，其他评价参数适应性变化。
需要说明的是，根据上述说明书的解释和阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求保护范围之内。此外尽管本说明书使用了一写特定的术语，但是这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种抛光垫，包括抛光层，其特征在于，所述抛光层包括中心区域，环状沟槽区域以及外部区域，所述环状沟槽区域的内径为r，所述外部区域包含贯通沟槽，所述贯通沟槽用于环状沟槽区域与抛光垫外边缘的联通，所述贯通沟槽的宽度为w1，所述抛光垫的面积为S抛，在参考抛光垫同轴中心的直角坐标中，所述贯通沟槽与环状沟槽区域交点Q处的环状沟槽区域的外径R1与水平坐标轴的夹角为
所述
介于33～50°之间，以抛光垫圆心O到贯通沟槽与抛光垫外边缘交点P连线的方向为水平坐标轴方向，以Q点纵坐标为正值的方向为垂直坐标轴方向，所述贯通沟槽的沟槽轨道f(x)满足式(1)所示的等式：
f(x)＝A+B1x+B2x2+B3x3+B4x4+B5x5 (1)
所述式(1)中26.25≤A≤26.49，4.50×10-1≤B1≤4.62×10-1,-1.57×10-2≤B2≤-1.52×10-2，1.13×10-4≤B3≤1.19×10-4，-4.20×10-7≤B4≤-3.90×10-7，5.79×10-10≤B5≤6.31×10-10；
所述外部区域包含有多条贯通沟槽，所述多条贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在环状沟槽的圆周上以固定的第一截距角顺时针或逆时针旋转而成，所述贯通沟槽数量n为奇数或偶数。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述外部区域中相邻两条贯通沟槽之间的区域为抛光单元，所述抛光单元中包含有多条非贯通沟槽，所述非贯通沟槽的沟槽轨道f(x)满足式(1)所示的等式，所述多条非贯通沟槽由沟槽轨道f(x)围绕抛光垫圆心在抛光垫外边缘上以固定的第二截距角顺时针或逆时针旋转而成，所述非贯通沟槽数量n1为奇数或偶数。
3.根据权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述非贯通沟槽起始于抛光垫外边缘，终止于抛光单元内，且与环状沟槽区域不联通，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1介于0.1R～0.7R之间，其中R表示抛光垫半径。
4.根据权利要求3所述的抛光垫，其特征在于，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包含有4～18个长度层级，优选的，所述非贯通沟槽在抛光单元内的终止端点到抛光垫圆心的长度r1包含有5～11个长度层级。
5.根据权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，在r1＜0.5R的区域内，所述r1包含有2～8个长度层级；在r1≥0.5R的区域内，所述r1包含有2～5个长度层级，每个长度层级内的非贯通沟槽的数量相同或不同。
6.根据权利要求2所述的抛光垫，其特征在于，所述环状沟槽区域与贯通沟槽的面积S1、抛光单元内非贯通沟槽的面积S2与抛光垫的面积S抛满足式(2)所示的等式：
k＝(S1+n*S2)/S抛 (2)
所述k表示所有沟槽面积与抛光垫的面积的比值，所述k介于0.1～0.25之间，优选的，k介于0.15～0.23之间。
7.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述环状沟槽区域的内径r介于12mm～20mm之间，优选的，r介于18mm～19mm之间，特别优选的，r介于18mm～18.5mm之间。
8.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述环状沟槽区域的外径R1介于20mm～26mm之间，优选的，R1介于20mm～24mm之间，特别优选的，R1介于20.1mm～22.5mm之间。
9.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述贯通沟槽的宽度w1介于0.5mm～1mm之间，优选的，贯通沟槽的宽度w1介于0.6mm～0.9mm之间，特别优选的，贯通沟槽的宽度w1介于0.6mm～0.8mm之间。
10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括使用抛光垫对半导体晶片表面进行研磨的工序，所述抛光垫为权利要求1～9中任意一项所述的抛光垫。
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