CN114619363A - 一种化学机械抛光垫的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于半导体芯片制造过程中表面化学机械抛光加工所需要的抛光垫，具体涉及到一种化学机械抛光垫的制备方法。本发明提供一种抛光垫的制备方法，通过用表面活性物质的溶液处理浸润后的炭黑，再加入到树脂溶液中，涂布于透明薄膜卷材上，最终后处理制备成抛光垫。通过炭黑表面活性基团与表面活性剂的活性基团结合，使炭黑维持在初级聚集体状态，同时该表面活性剂可以在与水接触时溶胀，在聚氨酯凝结成膜凝固时可以对形成的孔洞进行支撑和填充，从而达到均匀泡沫形成，提高抛光垫表面平整度，与抛光过程中缓慢释放的表面活性剂共同作用，可减少半导体硅晶圆表面缺陷。

Description

一种化学机械抛光垫的制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制造过程中表面化学机械抛光加工所需要的抛 光垫，具体涉及到一种化学机械抛光垫的制备方法。
背景技术
化学机械抛光(CMP)是半导体芯片生产过程中非常重要的一道工序，半导体 芯片是通过在硅晶圆片上集成多层微观电路结构制成的，微观集成电路制造中多 种不同材料，通过不同的沉积技术和工艺，分步层沉积到半导体晶片的表面上， 再通过化学蚀刻作用去除多余不需要的部分，即形成一层微观集成电路，按照芯 片设计图重复上述工艺在晶片表面叠加不同图形的电路，可以得到多层微观电 路，即通常所说的半导体芯片。沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉 积(CVD)等。但由于依序沉积和去除材料层，将导致晶片形成微观上非常不平坦 的表面。
随着芯片集成度的不断提升，芯片中的电路层数也越来越多，多层微观电路 的制造是从下往上逐层成型的，若底下一层的表面不够平坦，将直接影响到上层 微观电路的成型，因此每一层微观电路的加工工艺都要求硅晶圆片具有平坦化的 表面，所以每完成一层的加工工艺需要对硅晶圆片进行化学机械抛光(CMP)处 理使其表面平坦化程度满足其上层加工的需要。CMP可以去除表面多余的材料和 杂质，减少例如表面粗糙、划痕等缺陷，每一层硅晶圆的抛光质量即表面平坦化 程度直接决定了半导体芯片的质量。
在CMP工艺中，抛光头吸附硅晶圆片使其与抛光垫的抛光面接触，抛光头提 供压力将晶圆片压在抛光面上。同时将抛光液供给到晶圆片与抛光面之间。抛光 垫和晶圆片相对旋转实现硅晶圆片表面的抛光。通过化学蚀刻和机械研磨的共同 作用，对晶片表面抛光使其平坦化。
CMP工艺通常在需要通过两段抛光，晶圆片才可以得到高平坦度的表面。第 一步骤粗抛，用较硬的抛光垫(例如IC1000)平面化晶片并且去除大量多余材料； 第二步骤精抛，去除在粗抛期间引入的划痕等缺陷。用于精抛的抛光垫必须柔软 并且对非平坦的硅晶圆表面有更好的追随性，使用凝结成膜法制备的抛光垫能很 好的满足精抛的需要。
出于本说明书的目的，术语凝结成膜制备方法是指通过将聚氨酯树脂溶解在 与水混溶的有机溶剂(如DMF)中，将所得树脂溶液施加到成膜基材上，然后在 凝结液中发生溶剂脱出，使树脂凝结成为多孔膜，来制备该软质抛光垫的方法。 传统的一段凝结成膜法只在一个凝固液中进行一次凝结再生。随着凝结和再生， 在软质抛光垫的表面上致密地形成有微孔，该微孔形成厚度为几μm的表层，并 且在该表层内部连续形成了形成泡沫层的大量泡沫。这些泡沫的孔径具有朝向表 面层减小的圆锥形形状类似手指形状，以下简称为指形孔。往下由于水与有机溶 剂的交换更加困难，继续形成尺寸约几百微米不规则圆形的海绵孔洞结构，以下 简称为海绵形孔。指形孔可以储存和供给抛光液，海绵型孔影响抛光垫对半导体 硅晶圆表面微观形貌的追随性，进而影响半导体硅晶圆片的表面平坦度。这种抛光垫可以有效降低晶圆片表面的缺陷率，使晶圆片成品率显著增加。
通常，通过凝结成膜法形成的聚氨酯材料中，其内部形成孔洞的尺寸并不均 匀，因此无法提升待抛光表面平坦性。而通过在树脂溶液中共混添加剂，如炭黑 等，可以起到稳定孔洞尺寸的作用。由于炭黑表面上具有大量活性基团而容易地 相互聚集形成炭黑颗粒的聚集体，因此形成其中融合有数十至数十个炭黑颗粒的 初级聚集体，这些聚集体可以稳定泡沫的形状，提升待抛光表面的平坦度。但是 初级聚集体还可以进一步形成大颗粒的次级聚集体，当在泡沫片材中大量包含这 种次级聚集体时，会影响泡沫的均匀形成，而且在抛光过程中泡沫片磨损时，炭 黑的次级聚集体暴露在抛光表面上，更容易在被研磨物的表面产生划痕等缺陷， 难以实现高精度的平坦化。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征 在于，包括以下组成成分和制备步骤：
步骤一：将一种炭黑加入到一种有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将表面活性物质加入到一种有机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
作为一种优选的技术方案，步骤一所述的炭黑包括槽法黑、炉法黑和乙炔黑 中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，步骤一所述炭黑用表面活性剂分散后的聚集体粒 径小于2.5微米。
作为一种优选的技术方案，所述炭黑的DBP吸收量不高于100ml/100g；优 选的，其DBP吸收量不高于70ml/100g。
作为一种优选的技术方案，所述的高取代羟丙基纤维素2％水溶液的粘度不 高于1000mpa.s；优选的，其2％水溶液粘度不高于400mpa.s。
作为一种优选的技术方案，步骤一所述的有机溶剂A包括N,N-二甲基甲酰 胺(DMF)、酮类、醇类、醚类、酯类、氯仿和芳香烃类中的一种或两种以上的 混合物。
作为一种优选的技术方案，步骤一所述有机溶剂A为DMF。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述表面活性物质包括阳离子型表面活性 物质、阴离子型表面活性物质和非离子型表面活性物质中的一种。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的阳离子型表面活性物质包括脂肪胺 盐、乙醇胺盐、聚乙烯多胺盐中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的阴离子型表面活性物质包括硫酸 盐、磷酸盐、羧酸盐、苯磺酸盐中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的非离子型表面活性物质包括聚氧乙 烯类、聚乙烯醇类、失水山梨醇酯类、蔗糖酯类、烷基醇酰胺类、改性纤维素类、 改性淀粉类中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的改善纤维素类为高取代羟丙基纤维 素。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的高取代羟丙基纤维素的羟丙基含量 ＞60％。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的有机溶剂B包括N,N-二甲基甲酰 胺(DMF)、酮类、醇类、醚类、酯类、氯仿和芳香烃类中的一种或两种以上的 混合物。
作为一种优选的技术方案，步骤二所述的有机溶剂B为丙酮。
作为一种优选的技术方案，步骤三所述的物理方法包括机械和超声中的至少 一种。
作为一种优选的技术方案，步骤四所述的树脂溶液为聚氨酯的DMF溶液。
本发明第二个方面提供化学机械抛光垫的制备方法制备得到的抛光垫，在半 导体芯片制造的化学机械抛光工艺中的应用。
有益效果：本发明中炭黑表面活性基团与表面活性剂的活性基团结合，减少 炭黑粒子之间相互作用产生的附聚，使炭黑维持在初级聚集体状态，减小了次级 聚集体粒径，有效减少缺陷；而且由于表面活性物质与炭黑结合在成膜物质中， 凝固和水洗不能将其完全除去，在抛光过程中会缓慢释放，并与水结合溶胀，减 小了研磨颗粒与待抛光表面的摩擦，减少缺陷产生；此外，表面活性物质减少了 炭黑与成膜树脂聚氨酯中氨基甲酸酯键的相互作用，减小了聚氨酯的内聚力，减 缓了树脂凝固速度，更容易形成尺寸均一稳定的孔洞；同时该物质可以在与水接 触时溶胀，在聚氨酯凝结成膜凝固时可以对形成的孔洞进行支撑和填充，并减缓 水与DMF的置换速度，使孔洞尺寸更均匀细致；在上述众多技术特征的共同作 用提高了软质聚氨酯膜的表面平整性。
附图说明
图1为所述抛光垫制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、 完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括 技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同 的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与 现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想 化或过于正式的含义来解释。
本发明中的词语“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情 况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况 下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并 不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之 外。
本发明提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制备方法包括：
步骤一：将一种炭黑加入到一种有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将表面活性物质加入到一种有机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
优选的，所述化学机械抛光垫的制备方法采用的原料，以重量份计，为炭黑 1-3份、有机溶剂A15-17份、表面活性剂2-6份、有机溶剂B12-16份、聚氨 酯DMF溶液(固含量25～35％)64份。
本发明中所述炭黑是使用最普遍的黑色颜料，其含有自由基和氢、羟基、羧 基、内酯基、醌基等活性基团，主要存在于炭黑的表面，容易相互作用聚集形成 大尺寸的次级聚集体颗粒，因此必须添加适合的表面活性剂帮助炭黑初级颗粒的 分散和稳定。另外，炭黑粒子越小，比表面积就越大，活性点也越多，这就能更 好地发挥炭黑对树脂的化学结合和物理吸附作用，从而提高补强作用。
本发明中所述的炭黑主要是根据其制造方法来分类和命名包括槽法黑、炉法 黑和乙炔黑中的至少一种，。
优选的，所述炭黑为炉法黑，本发明中炭黑来源不作特殊限定，可以采用本 领域技术人员所熟知的方法提取得到，也可以从市面上购买得到。
优选的，所述炉法黑的一次聚集体粒径为20-30nm。
本发明发现当炭黑粒径过小时，由于比表面积过大，需要消耗更多的表面活 性剂才能分散均匀，若表面活性剂不足，则炭黑次级聚集体无法均匀分散成更细 的初级聚集体，在抛光过程中，炭黑的次级聚集体暴露在抛光表面上，更容易在 被研磨物的表面产生缺陷。当炭黑粒径过大时，会由于比表面积过小，活性点较 少，分散不均匀，无法起到预期的降低树脂固化速度，使泡沫均匀化的作用。本 发明进一步发现当炭黑的粒径在20-30nm范围内时，可以最大程度缓解上述问 题的发生。
进一步优选的，所述炭黑的DBP吸收量不高于100ml/100g；优选的，其DBP 吸收量不高于70ml/100g。
本发明发现当炭黑的一次粒径均为20-30nm时，DBP吸收量较大的炭黑，更 易形成二次聚集体的大颗粒，用刮板细度剂可以直观的观察到炭黑颗粒的分散状 态，DBP吸收量更小的炭黑分散状态优于DBP吸收量较大的炭黑。
本发明中所述的有机溶剂A包括N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、酮类、醇类、 醚类、酯类、氯仿和芳香烃类中的一种或两种以上的混合物。本发明中有机溶剂 A来源不作特殊限定，可以采用本领域技术人员所熟知的方法提取得到，也可以 从市面上购买得到。
优选的，所述醇类例如可以是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二 醇等；所述酮类例如可以是丙酮、甲基乙基酮、环己酮、N-甲基-2-吡咯烷酮等； 所述芳香烃类例如可以是甲苯、二甲苯等；醚类例如可以是丙二醇单甲基醚、丙 二醇单乙基醚、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇单乙基醚等；酯类进一步地可以是 乙酸酯类，例如乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇单甲基醚乙酸酯、丙二醇单乙基醚 乙酸酯等。
更优选的，本发明中有机溶剂A是DMF。
本发明中所述的表面活性物质包括阳离子型表面活性物质、阴离子型表面活 性物质和非离子型表面活性物质中的一种。表面活性物质指具有固定的亲水亲油 基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂 均含有大量的活性基团；本发明发现，将润湿后的炭黑加入到表面活性物质的溶 液中，使炭黑表面活性基团如酚基、醌基、羧基、羟基等先与表面活性物质的活 性基团结合，以减少炭黑粒子之间相互作用产生的附聚，使炭黑维持在几十至几 百纳米的初级聚集体状态，可以有效减少缺陷。本发明进一步发现，由于表面活 性物质与炭黑结合在成膜物质中，凝固和水洗不能将其完全除去，在抛光过程中 会缓慢释放，并与水结合溶胀，减小了研磨颗粒与待抛光表面的摩擦，减少缺陷 产生。
优选的，所述的阳离子型表面活性物质包括脂肪胺盐、乙醇胺盐、聚乙烯多 胺盐中的一种或多种。
优选的，所述的阴离子型表面活性物质包括硫酸盐、磷酸盐、羧酸盐、苯磺 酸盐中的一种或多种。
优选的，所述的非离子型表面活性物质包括聚氧乙烯类、聚乙烯醇类、失水 山梨醇酯类、蔗糖酯类、烷基醇酰胺类、改性纤维素类、改性淀粉类中的一种或 多种。
更优选的，本发明中的表面活性物质为改性纤维素类。
更优选的，本发明中的表面活性物质为高取代羟丙基纤维素。纤维素是自然 界中产量最大、分布最广且具有可降解性的可再生资源之一。高取代羟丙基纤 维素是一种具有热塑性的非离子型纤维素醚，可溶于水和许多有机溶剂。溶液具 有表面活性，产生增稠和稳定作用。
更优选的，本发明中所述的高取代羟丙基纤维素为羟丙基含量高于60％的羟 丙基纤维素；优选的，所述高取代羟丙基纤维素是羟丙基含量为60％-70％的羟丙 基纤维素。
优选的，所述的高取代羟丙基纤维素的粘度不高于1000mpa.s；进一步优选 的，其粘度不高于400mpa.s；更进一步优选的，所述的高取代羟丙基纤维素的 粘度不高于10mpa.s。
本发明中所述的高取代羟丙基纤维素的粘度是指其2％浓度的水溶液的粘 度，可以根据本领域技术人员所熟知的方法进行测试得到。本发明中满足上述条 件的高取代羟丙基纤维素可以在市面上购买获得。
本发明中所述的有机溶剂B包括N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、酮类、醇类、 醚类、酯类、氯仿和芳香烃类中的一种或两种以上的混合物。本发明中有机溶剂 B来源不作特殊限定，可以采用本领域技术人员所熟知的方法提取得到，也可以 从市面上购买得到。
优选的，本发明中所述的有机溶剂B为丙酮。
本发明中所述的物理方法包括机械和超声中的至少一种。
优选的，本发明中所述的物理方法为机械和超声两种，温度为25℃。本发 明对温度不作特殊要求，可根据实际情况选择是否加热。
本发明中所述的树脂溶液是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用 下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。可分 为环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚酯树脂、酚醛树脂和氨基树脂。
优选的，本发明中的树脂溶液为聚氨酯的DMF溶液。
本发明发现，所述表面活性物质减少了炭黑与聚氨酯中氨基甲酸酯键的相互 作用，减小了聚氨酯的内聚力；同时表面活性物质可以在与水接触时溶胀，在聚 氨酯凝结成膜凝固时可以对形成的孔洞进行支撑和填充，并减缓水与DMF的置 换速度，使孔洞尺寸更均匀细致；两者共同作用提高了成膜软塑料片的表面平整 性。
本发明中所述的透明薄膜卷材的材料包括PET、PP、PE中的一种，不作特殊 要求。
优选的，本发明中所述的透明薄膜卷材的材料为PP材料。
本发明中所述的后处理工序为常见的抛光垫制作后处理工序，不作特殊要 求。
优选的，本发明中所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
本发明第二个方面提供化学机械抛光垫的制备方法制备得到的抛光垫，在半 导体芯片制造的化学机械抛光工艺中的应用。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例 只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的 专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本 发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将3份炉法炭黑加入到15份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将6份表面活性物质加入到有12份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约64ml/100g(粒径为 20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活性物 质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为6～10mpa.s 来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理，温度为25℃； 所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明薄膜卷材的材 料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例2：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将3份炉法炭黑加入到15份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将6份表面活性物质加入到有12份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约64ml/100g(粒径为 20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活性物 质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 150～400mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理， 温度为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明 薄膜卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例3：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将1份炉法炭黑加入到17份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将2份表面活性物质加入到有16份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约64ml/100g(粒径为 20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活性物 质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 1000～3500mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理， 温度为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明 薄膜卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例4：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将1份炉法炭黑加入到17份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将2份表面活性物质加入到有16份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约64ml/100g(粒径为 20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活性物 质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 4000～6500mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理， 温度为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明 薄膜卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例5：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将3份炉法炭黑加入到15份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将6份表面活性物质加入到有12份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约131ml/100g(粒径 为20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活 性物质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 6～10mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理，温度 为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明薄膜 卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例6：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将3份炉法炭黑加入到15份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将6份表面活性物质加入到有12份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约131ml/100g(粒径 为20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活 性物质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 150～400mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理， 温度为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明 薄膜卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例7：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将1份炉法炭黑加入到17份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将2份表面活性物质加入到有16份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约131ml/100g(粒径 为20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活 性物质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 1000～3500mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理， 温度为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明 薄膜卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例8：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将1份炉法炭黑加入到17份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将2份表面活性物质加入到有16份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约131ml/100g(粒径 为20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活 性物质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 4000～6500mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理， 温度为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明 薄膜卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例9：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将3份炉法炭黑加入到15份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将6份表面活性物质加入到有12份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约65ml/100g(粒径为 15-20nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活性物 质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为6～10mpa.s 来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理，温度为25℃； 所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明薄膜卷材的材 料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
实施例10：如图1所示，提供了一种化学机械抛光垫的制备方法，所述的制 备方法包括：
步骤一：将3份炉法炭黑加入到15份有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将6份表面活性物质加入到有12份机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均 匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到64份树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛 光垫。
所述的炭黑为炉法黑，所述的炉法炭黑的DBP吸收量约100ml/100g(粒径 为20-30nm)；所述的有机溶剂A为DMF，有机溶剂B为丙酮；所述的表面活 性物质为高取代羟丙基纤维素，羟丙基含量为60～70％，2％水溶液粘度为 6～10mpa.s来自济南金辉化工的H-HPC产品；所述的物理方法为超声处理，温度 为25℃；所述的树脂溶液为固含量为30％聚氨酯的DMF溶液；所述的透明薄膜 卷材的材料为PP材料；所述的后处理工序为凝固、水洗、干燥工序。
性能测试
对实施例提供的抛光垫进行以下性能测试，其中抛光垫制备过程中参数见表 1。
表1
Figure BDA0003038015850000141
1、分散状态：用刮板细度计观察炭黑颗粒分散状态，结果见表2。
2、抛光性能测试：在杭州众硅电子科技公司(Hangzhou SIZONE ElectronicTechnology Inc.)单模组集成式CMP抛光机上，使用Anji D2000E二氧化硅研磨 液浆料来进行抛光研究。使用TEOS毯覆式硅晶圆作为测试晶片(Moniter wafer) 确定去除速率(RR)。除非另外指明，否则在所有抛光实验中使用的抛光条件包括： 93rpm的抛光平台转速；87rpm的抛光头转速；使用170mL/min的抛光液流速。
抛光时间90s/片
通过使用FILMETRICS膜厚测量工具(美商菲乐股份有限公司(Filmetrics,lnc))扫 描硅晶圆上49个的点位置测量抛光之前膜厚度PRE
Figure RE-GDA0003134658010000153
和之后的膜厚度POST
Figure RE-GDA0003134658010000154
来 计算49个点位平均去除量MEAN
Figure RE-GDA0003134658010000158
MEAN＝AVERAGE(PRE-POST)；并用公式
Figure RE-GDA0003134658010000155
计算去除量的标准偏差；通过计算公式RR＝MEAN/1.5，得到该片 测试晶片的平均去除速率RR
Figure RE-GDA0003134658010000156
通过计算公式Nu＝(STDEV/MEAN)*100，得到 该片测试晶片去除量的非均匀性Nu(％)，该值反映了抛光后的晶片表面平坦化程度；
记录测试晶片(moniter wafer)在第26、52、78、104、130个晶片计数下 抛光数据，统计该5片测试晶片各自的RR和Nu，并计算其平均值作为记录数 据，结果见表2。
表2
Figure BDA0003038015850000151
从上述测试结果可知，本发明提供的抛光垫通过炭黑表面活性基团与表面活 性剂的活性基团结合，可以对形成的孔洞进行支撑和填充，从而达到均匀泡沫形 成，提高抛光垫表面平整度，可减少半导体硅晶圆表面缺陷。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权 利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所 有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的 权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数 值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释 为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，包括以下组成成分和制备步骤：
步骤一：将一种炭黑加入到一种有机溶剂A中润湿炭黑；
步骤二：将表面活性物质加入到一种有机溶剂B中制成混合液C；
步骤三：将润湿后的炭黑加入到混合液C中，通过物理方法混合分散制成均匀混合液D；
步骤四：将所述混合液D加入到一种树脂溶液中，配置成凝结成膜浆料；
步骤五：将所述凝结成膜浆料涂布于透明薄膜卷材上，通过后处理制备成抛光垫。
所述有机溶剂A和有机溶剂B独立的选自N,N-二甲基甲酰胺、酮类、醇类、醚类、酯类、氯仿和芳香烃类中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述炭黑包括槽法黑、炉法黑和乙炔黑中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述炭黑用表面活性剂分散后的聚集体粒径小于2.5微米。
4.根据权利要求2所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述炭黑的DBP吸收量不高于100ml/100g；优选的，其DBP吸收量不高于70ml/100g。
5.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述表面活性物质至少选自阳离子型、阴离子型和非离子型中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述的非离子型选自聚氧乙烯类、聚乙烯醇类、失水山梨醇酯类、蔗糖酯类、烷基醇酰胺类、改性纤维素类、改性淀粉类中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述的改性纤维素类为高取代羟丙基纤维素。
8.根据权利要求7所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述的高取代羟丙基纤维素2％水溶液的粘度不高于1000mpa.s。
9.根据权利要求8所述的一种化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述的高取代羟丙基纤维素2％水溶液的粘度不高于400mpa.s。
10.一种根据权利要求1～9任意一项所述的化学机械抛光垫的制备方法制备得到的抛光垫，在半导体芯片制造的化学机械抛光工艺中的应用。
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