CN115431175B - 一种自修整抛光垫及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自修整抛光垫及其制备方法和应用，所述自修整抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括不连续相聚合物材料和连续相聚合物材料，所述不连续相聚合物材料均匀分散在所述连续相聚合物材料中，所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和/或水解性聚合物材料；所述连续相聚合物材料的溶解/解离速度为0.5‑63um/h。本发明提供的自修整抛光垫具有良好的自修整功能，使用本发明的自修整抛光垫对半导体器件进行抛光，不使用修整盘；在使用10h、20h甚至30h后，仍能保持稳定的研磨去除速率和低的晶圆缺陷。

Description

一种自修整抛光垫及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及半导体的化学机械抛光(CMP)领域，具体地，涉及一种自修整抛光垫及其制备方法和应用。
背景技术
半导体芯片主要由隔离结构、晶体管、金属层与介电层堆叠而成。在芯片制造过程中，在新结构堆叠之前，需要对原有结构进行平坦化处理，得到全局平坦化的平面，这个平坦化处理工艺被称为化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)。
在典型CMP法中，晶片倒转安装在CMP工具的托架(carrier)上，力量推动托架和晶片向下朝向抛光垫。托架与晶片在CMP工具抛光台上的旋转抛光垫上方旋转，晶片与抛光垫以相同方向或相反方向旋转，研磨去除需要去除的各层物质。然而在晶片被研磨的过程中，抛光垫表面会被磨平，并且，研磨物及抛光液中研磨粒子会沉积到抛光垫表面，无法维持抛光垫表面稳定的粗糙状态。
现有技术中，主要通过修整盘修整抛光垫、清理沉积物让抛光垫表面维持稳定的粗糙状态。然而，这类方法会引入修整盘，在使用过程中修整盘上钻石的脱落，会造成晶片划伤甚至破损，此外，抛光液对修整盘的腐蚀作用会形成金属颗粒及金属离子，造成晶圆划伤和金属离子污染。
公开号为CN101428404A的中国发明专利公开了一种固结磨料研磨抛光垫及其制备方法，其在聚合物基体中加入微小的粒子作为磨料，最后制备成抛光垫或抛光垫的抛光层。微小粒子的加入，不仅增加了抛光垫的硬度，提高了抛光效率，而且赋予了抛光垫的自修复功能。然而，其抛光垫中加入的粒子为无机粒子，如金刚石、二氧化硅、氧化锆等，这些粒子硬度过大，且在抛光垫中不易固定，容易在抛光过程中对被抛光物表面造成划痕。
因此，提供一种具有自修整功能且晶片不易划伤的抛光垫显得很有必要。
发明内容
现有的抛光技术中，抛光垫在研磨过程中抛光垫表面会被磨平，研磨物及抛光液中研磨粒子会沉积到Pad表面，无法维持抛光垫表面稳定的粗糙状态，且自修整抛光垫中引入无机材料造成在抛光过程中对抛光垫表面易造成划痕。
为克服现有技术的不足，在本发明的第一方面，本发明提供一种自修整抛光垫，所述自修整抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括不连续相聚合物材料和连续相聚合物材料，所述不连续相聚合物材料均匀分散在所述连续相聚合物材料中，所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和/或水解性聚合物材料；所述连续相聚合物材料的溶解/解离速度为0.5-63um/h。
发明人在研究过程中发现，抛光垫引入两相结构，即不连续相聚合物材料和连续相聚合物材料，不连续相聚合物材料均匀分散在所述连续相聚合物材料中，当连续相聚合物材料的溶解/解离速度为0.5-50um/h时，抛光垫具有良好的自修整功能，不需要使用修整盘，在不使用研磨盘的条件下，抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)明显优于现有技术中抛光垫。
本发明提供的抛光垫的抛光机理可能为：在抛光垫的使用过程中，在抛光液的作用下，连续相聚合物材料不断溶解在抛光垫表面形成微孔，容纳抛光液加速抛光过程；不连续相聚合物材料与晶圆接触研磨，随着研磨过程持续进行，连续相聚合物材料不断溶解，当溶解到一定程度，连续相发生层状崩解，不连续相聚合物材料随连续相聚合物材料崩解失去固定基质，作为磨屑排出。在此过程中，与晶圆接触的不连续相聚合物材料及连续相聚合物材料不断更新，有效地避免了不连续相聚合物材料出现磨平及杂质沉积到抛光垫表面的问题。此外，由于连续相聚合物材料及不连续相聚合物材料都为高分子材料，可以有效避免金属异物及高硬度异物的引入，降低破片及划伤风险。
优选地，所述连续相聚合物材料的溶解/解离速度1-63um/h，1-49um/h，更优选为12-38um/h。
在本发明的一个或多个实施例中，所述不连续相聚合物材料包括热塑性材料或热固性材料。
具体地，所述不连续相聚合物材料选自聚氨酯、聚酯、尼龙、亚克力、环氧树脂、硅酮、聚碳酸酯中的至少一种。
更具体地，所述不连续相聚合物材料为聚氨酯。
在本发明的一个或多个实施例中，所述水溶性聚合物材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的至少一种；所述水解性聚合物材料选自PBAT和聚乳酸中的至少一种。PBAT中文名称为聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯。
具体地，所述连续相聚合物材料选自聚乙烯醇和聚乳酸中的至少一种。
进一步地，发明人还发现，对连续相聚合物材料种类、连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比、连续相聚合物材料的硬度、不连续相聚合物材料的硬度、热固性不连续相聚合物材料的平均当量球径等因素进行优化，抛光垫的自修整能力变得更好，在不使用修整盘的条件下，相对于现有技术中抛光垫使用修整盘时抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)相当甚至更好，尤其是30h内的缺陷数量明显降低。
在本发明的一个或多个实施例中，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-4):1；
具体地，当所述不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-3):1；当所述不连续相聚合物材料为热塑性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(1-3):1。
在本发明的一个或多个实施例中，所述连续相聚合物材料的硬度低于所述不连续相聚合物材料的硬度。
具体地，所述不连续相聚合物材料的硬度与所述连续相聚合物材料的硬度的差为20-40D。
更具体地，所述连续相聚合物材料的硬度为10-70D，优选为15-30D，所述不连续相聚合物材料的硬度为10-90D，优选为30-70D。
在本发明的一个或多个实施例中，当所述不连续相聚合物材料为热固性材料时，所述热固性聚合物材料的尺寸如下：平均当量球径为3-300um，优选为10-300um，更优选为10-150um。
更进一步地，发明人还发现，对连续相聚合物材料的组成及配比进行调整优化，抛光垫的自修整能力变得更好，在不使用修整盘的条件下，抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)均进一步得到提升，30h内的缺陷数量进一步降低。
在本发明的一个或多个实施例中，所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料，优选地，水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料的质量比为(1-9):3。
具体地，所述水溶性聚合物材料为聚乙烯醇，所述水解性聚合物材料为聚乳酸。
在本发明的第二方面，本发明提供一种上述自修整抛光垫的制备方法，将所述不连续相聚合物材料与所述连续相聚合物材料混合均匀，在200-300℃下熔融，然后浇注成膜、固化、切片，得到抛光层，将所述抛光层与缓冲层贴合，即得到所述自修整抛光垫。具体地，所述缓冲层为聚氨酯浸渍无纺布。
在本发明的第三方面，本发明还提供一种上述的自修整抛光垫在制备半导体器件中的应用。
在本发明的第四方面，本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括使用上述的自修整抛光垫对半导体器件表面进行抛光处理，所述抛光处理不使用修整盘。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供一种自修整抛光垫，该自修整抛光垫具有良好的自修整功能，使用本发明的自修整抛光垫对半导体器件进行抛光，不使用修整盘；
2、本发明提供一种自修整抛光垫，其通过与晶圆接触的不连续相及连续相不断更新来保持抛光垫的持续粗糙度，长久保持抛光垫的抛光性能，本发明提供的自修整抛光垫在不使用修整盘的条件下，在使用10h、20h甚至30h后，仍能保持稳定的研磨去除速率和低的晶圆缺陷。
3、本发明提供一种自修整抛光垫，抛光过程中连续相发生层状崩解，不连续相随连续相崩解失去固定基质，作为磨屑排出，几乎不沉积到抛光垫表面，避免金属异物及高硬度异物的引入，有效降低了晶片破片及划伤的风险。
4、本发明提供一种半导体器件的制造方法，其使用本发明提供的自修整抛光垫对半导体晶片表面进行抛光处理，所述抛光处理不使用修整盘。
5、本发明还提供上述自修整抛光垫在制备半导体器件中的应用。
具体实施方式
整个说明书中，除非有特别说明，本文使用的属于应该理解为本领域中通常所使用的含义，因此除非有特殊定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所述技术人员的一般理解相同的含义，若有矛盾，以本说明书优先。
1、聚合物材料
(1)连续相聚合物材料
所述连续相聚合物为水溶性聚合物材料和/或水解性聚合物材料。所述水溶性聚合物材料，为在抛光液的作用下，随着研磨的进行能够缓慢溶解。所述水解性聚合物材料，为在抛光液的作用下，随着研磨的进行能够缓慢解离。
优选地，所述水溶性聚合物材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的至少一种；所述水解性聚合物材料选自PBAT和聚乳酸中的至少一种；
更优选地，所述连续相聚合物材料选自聚乙烯醇和聚丙烯酸中的至少一种。
(2)不连续相聚合物材料
所述不连续相聚合物树脂选自聚氨酯、聚酯、尼龙、亚克力、环氧树脂、硅酮、聚碳酸酯及其混合物，优选自聚氨酯。
所述聚氨酯选自热固性聚氨酯或热塑性聚氨酯。
所述聚氨酯是指衍生自二官能或多官能异氰酸酯的产物，所述聚氨酯例如可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的一种或多种，所述聚氨酯也可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的两种以上的物质形成的共聚物。
其中，所述异氰酸酯，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为芳香族异氰酸酯和/或脂肪族异氰酸酯。所述异氰酸酯例如可为芳香族二异氰酸酯类化合物、脂肪族二异氰酸酯类化合物和脂环式二异氰酸酯类化合物中的一种或多种。所述芳香族二异氰酸酯类化合物较佳地为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-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和间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂肪族二异氰酸酯类化合物较佳地为亚乙基二异氰酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯和1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂环式二异氰酸酯类化合物较佳地为1,4-环己烷二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和降冰片烷二异氰酸酯中的一种或多种。
其中，所述多元醇，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为聚醚型多元醇和/或聚酯型多元醇。较佳地，所述多元醇为聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、己二酸乙二酯和己二酸丁二酯中的一种或多种，或者，所述多元醇为上述六种物质中的两种以上的物质形成的共聚物。
其中，所述热固性聚氨酯固化剂，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为多元醇、多胺和醇胺中的一种或多种，其中，所述多胺为二胺和其它的多官能胺。较佳地，所述固化剂为4,4’-亚甲基-双邻氯苯胺、4,4’-亚甲基二(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、二甲硫基甲苯二胺、二对氨基苯甲酸-1,3-丙二酯、二乙基甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-和3-叔戊基-2,6-甲苯二胺和氯代甲苯二胺中的一种或多种。更佳地，所述固化剂较佳地为MOCA和/或MCDEA，所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷，所述MCDEA为4,4-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)。
其中，所述热塑性聚氨酯固化剂，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为二元醇中的一种或多种，其中，较佳地，所述固化剂为1,4-丁二醇，丙二醇，聚丙二元醇，聚四氢呋喃中的一种或多种。
本发明中，所述热固性聚氨酯，较佳地，热固性聚氨酯包括如下质量份数的各组分：100份的异氰酸酯封端的预聚物、20份的固化剂，所述异氰酸酯封端的预聚物由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得；所述固化剂为MOCA，且所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷；所述热固性聚氨酯颗粒制备，为固化后聚氨酯材料采用低温粉碎技术，在零下-80℃得到不同尺寸大小的聚氨酯颗粒。
本发明中，当所述不连续相聚合物材料为热固性材料时，所述热固性聚合物材料的尺寸如下：平均当量球径为3-300um，优选地，平均当量球径为10-300um。所述热固性聚合物材料优选为热固性聚氨酯。
本发明中，当所述不连续相聚合物材料为热塑性材料时，所述热塑性聚氨酯，较佳地，热塑性聚氨酯包括如下质量份数的各组分：100质量份的异氰酸酯封端的预聚物、9.5质量份的固化剂，所述异氰酸酯封端的预聚物由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得；所述固化剂为1,4-丁二醇。
2、抛光垫
本发明的抛光垫也可以为上文所述的抛光层；也可以进一步包含底层；或底层及布置在该抛光层与该底层之间的一层或多层中间层。对半导体基质进行化学机械抛光的为抛光层，底层或中间层不对本发明构成限定。
本发明所用缓冲层为聚氨酯浸渍无纺布。
本发明中，连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-4):1。具体地，当所述不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-3):1；当所述不连续相聚合物材料为热塑性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(1-3):1。
3、测试方法
1)溶解速率测定方法：
将测试样制备为厚度2mm，直径为200mm的圆柱形固体样品；将样品贴合在沈阳科晶UM-P02-802自动抛光机上，液体(PH为5.0的酸性溶液)流量为120ml/min；载板旋转速度为200rpm/min，持续测试10h，后将样品取下后烘干，在样品任意选取4条半径，边缘到中心选取每间隔20mm取点测量样品厚度。通过如下式1计算得到溶解速率。
溶解速率＝(初始厚度-测试后厚度)/测试时间 (式1)
2)解离速率测定：
将测试样制备为厚度2mm，直径为200mm的圆柱形固体样品；将样品贴合在沈阳科晶UM-P02-802自动抛光机上，液体(PH为5.0的酸性溶液)流量为120ml/min；载板旋转速度为200rpm/min，持续测试10h，后将样品取下后烘干，在样品任意选取4条半径，边缘到中心选取每间隔20mm取点测量样品厚度。通过下式2计算得到解离速率。
解离速率＝(初始厚度-测试后厚度)/测试时间 (式2)
3)硬度的检测方法
根据ASTM D2240-97标准，将制得的聚氨酯材料及聚乙烯醇切成2cm×2cm大小，以作为硬度测定用试样。将试样放置在温度23℃±2℃、湿度50％±5％的环境中16h后再进行测定。测定时，将试样重叠以形成厚度为6mm以上的测试样品，用ASKER-D型硬度计测定硬度。
本发明提供一种自修整抛光垫及其制备方法和应用，以及一种半导体器件的制造方法。
自修整抛光垫
本发明提供一种自修整抛光垫，所述自修整抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括不连续相聚合物材料和连续相聚合物材料，所述不连续相聚合物材料均匀分散在所述连续相聚合物材料中，所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和/或水解性聚合物材料；所述连续相聚合物材料的溶解/解离速度为0.5-63um/h，优选为1-49um/h，更优选为12-38um/h。
在本发明的一个或多个实施例中，所述不连续相聚合物材料包括热塑性材料或热固性材料。
具体地，所述不连续相聚合物材料选自聚氨酯、聚酯、尼龙、亚克力、环氧树脂、硅酮、聚碳酸酯中的至少一种。
更具体地，所述不连续相聚合物材料为聚氨酯。
在本发明的一个或多个实施例中，所述水溶性聚合物材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的至少一种；所述水解性聚合物材料选自PBAT和聚乳酸中的至少一种；
具体地，所述连续相聚合物材料选自聚乙烯醇和聚丙烯酸中的至少一种。
在本发明的一个或多个实施例中，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-4):1。
具体地，当所述不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-3):1；当所述不连续相聚合物材料为热塑性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(1-3):1。
在本发明的一个或多个实施例中，所述连续相聚合物材料的硬度低于所述不连续相聚合物材料的硬度。
具体地，所述不连续相聚合物材料的硬度与所述连续相聚合物材料的硬度的差为20-40D。
更具体地，所述连续相聚合物材料的硬度为10-70D，更优选为15-30D，所述不连续相聚合物材料的硬度10-90D，优选为30-70D。
在本发明的一个或多个实施例中，当所述不连续相聚合物材料为热固性材料时，所述热固性聚合物材料的尺寸如下：平均当量球径为3-300um，优选为10-300um，更优选为10-150um。
在本发明的一个或多个实施例中，所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料，优选地，水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料的质量比为(1-9):3。
自修整抛光垫的制备方法
在本发明的第二方面，本发明提供一种上述自修整抛光垫的制备方法，将所述不连续相聚合物材料与所述连续相聚合物材料混合均匀，在200-300℃下熔融，然后浇注成膜、固化、切片，得到抛光层，将所述抛光层与缓冲层贴合，即得到所述自修整抛光垫。具体地，所述缓冲层为聚氨酯浸渍无纺布。
自修整抛光垫在制备半导体器件中的应用
在本发明的第三方面，本发明还提供一种上述的自修整抛光垫在制备半导体器件中的应用。
一种半导体器件的制造方法
在本发明的第四方面，本发明还提供一种半导体器件的制造方法，包括使用上述的自修整抛光垫对半导体器件表面进行抛光处理，所述抛光处理不使用修整盘。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明而不应该视为限制发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下述实施例及对比例中，MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷。
实施例1
热固性聚氨酯的制备
步骤(1)：异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理；具体操作如下：将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数分别为1.40％、3.80％、5.50％、7.25％)升温至80℃，真空(-0.095MPa)下脱气2小时，然后降温至50℃，得到脱气完的预聚物。
步骤(2)：加入20质量份MOCA分别对步骤(1)脱气完的预聚物进行固化；具体操作如下：将步骤(1)脱气完的预聚物与MOCA在高速剪切下混合，然后分别浇注形成厚度为12厘米的浇注块，并且使之在70℃下凝胶15分钟，然后在30分钟内将其升温至100℃，固化16小时，固化完成后使其在烘箱内自动降温至15-35℃，得固化块体，硬度分别为10D、40D、50D、60D。
步骤(3)：将步骤(2)得到的固化块体，采用低温粉碎技术，控制磨粉机的转速分别为2500rpm/min、2000rpm/min、1800rpm/min、1200rpm/min、1000rpm/min，在零下-80℃得到当量球径分别为3um、10um、40um、150um、300um的热固性聚氨酯颗粒。
实施例2
热塑性聚氨酯的制备
步骤(1)：异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理；具体操作如下：将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数为8.75-9.05％)升温至80℃，真空(-0.095MPa)下脱气2小时，然后降温至50℃，得到脱气完的预聚物。
步骤(2)：加入9.5质量1,4-丁二醇对步骤(1)脱气完的预聚物进行固化；具体操作如下：将步骤(1)脱气完的预聚物与1,4-丁二醇在高速剪切下混合，然后分别浇注形成厚度为12厘米的浇注块，并且使之在70℃下凝胶15分钟，然后在30分钟内将其升温至100℃，固化16小时，固化完成后使其在烘箱内自动降温至15-35℃，得固化块体，即为热塑性聚氨酯。
实施例3-6
步骤(1)：聚乙烯醇与热固型聚氨酯颗粒混合浇注；具体操作如下：将100质量份数的聚乙烯醇颗粒(水溶/解离速率为49um/h、硬度为20D)中分别加入一定质量份数(400质量份、200质量份、33质量份、25质量份)实施例1制备得到的平均直径40微米的热固型聚氨酯颗粒(硬度为60D)，二者在15-35℃下搅拌均匀，然后，在真空环境下加热至230℃使聚乙烯醇熔融，持续搅拌下使热固型聚氨酯颗粒均匀地分散于聚乙烯醇中，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。待其在自动降温至15-35℃后，得含聚氨酯颗粒的固化块体。
步骤(2)：将步骤(1)制备得到的固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例7-10
步骤(1)：聚乙烯醇与热固型聚氨酯颗粒混合浇注；具体操作如下：将100质量份数的聚乙烯醇颗粒(水溶/解离速率为49um/h、硬度为20D)中加入400质量份数的实施例1制备得到不同平均直径(3um、10um、150um、300um)的热固型聚氨酯颗粒(硬度为60D)，二者在15-35℃下搅拌均匀，然后，在真空环境下加热至230℃使聚乙烯醇熔融，持续搅拌下使热固型聚氨酯颗粒均匀地分散于聚乙烯醇中，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。待其在自动降温至15-35℃后，得含聚氨酯颗粒的固化块体。
步骤(2)：将步骤(1)制备得到的固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例11-13
步骤(1)：聚乙烯醇与热塑性聚氨酯混合浇注：将100质量份数的聚乙烯醇颗粒(水溶/解离速率为49um/h、硬度为20D)中加入一定质量份数(25质量份、33质量份、100质量份)实施例2制备得到的热塑性聚氨酯，在真空环境下加热至230℃使聚乙烯醇熔融，使熔融状态的二者持续混合搅拌，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。采用降温设备，快速将温度降至二者熔融温度以下后，缓慢降温至15-35℃，得具有海岛结构的固化块。
步骤(2)：将固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备含窗口抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例14-16
步骤(1)：聚乙烯醇与不同硬度的热固型聚氨酯颗粒(10D、40D、50D)混合浇注；具体操作如下：将100质量份数的聚乙烯醇颗粒(水溶/解离速率为49um/h、硬度为20D)中分别加入400质量份数的平均直径40微米的热固型聚氨酯颗粒(硬度分别为10D、40D、50D)，二者在15-35℃下搅拌均匀，然后，在真空环境下加热至230℃使聚乙烯醇熔融，持续搅拌下使热固型聚氨酯颗粒均匀地分散于聚乙烯醇中，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。待其在自动降温至15-35℃后，得含聚氨酯颗粒的固化块体。
步骤(2)：将固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例17
步骤(1)：聚乙烯醇与硬度为10D的热塑性聚氨酯混合浇注：将100质量份数的聚乙烯醇颗粒(水溶/解离速率为49um/h、硬度为20D)中加入100质量份数热塑性聚氨酯(硬度为10D)，在真空环境下加热至230℃使聚乙烯醇熔融，使熔融状态的二者持续混合搅拌，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。采用降温设备，快速将温度降至二者熔融温度以下后，缓慢降温至15-35℃，得具有海岛结构的固化块。
步骤(2)：将固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例18
步骤(1)：聚乳酸与热固型聚氨酯颗粒混合浇注；具体操作如下：将100质量份数的聚乳酸(水溶/解离速率为1um/h、硬度为20D)中加入400质量份数实施例1制备得到的硬度为60D、平均直径40um的热固型聚氨酯颗粒，二者在15-35℃下搅拌均匀，然后，在真空环境下加热至230℃使聚乳酸熔融，持续搅拌下使热固型聚氨酯颗粒均匀地分散于聚乳酸中，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。待其在自动降温至15-35℃后，得含聚氨酯颗粒的固化块体。
步骤(2)：将步骤(1)制备得到的固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例19-21
步骤(1)：聚乳酸、水溶性聚乙烯醇与热固型聚氨酯颗粒混合浇注；具体操作如下：将100质量份数的聚乳酸和水溶性聚乙烯醇的混合物(聚乳酸和水溶性聚乙烯醇的混合物中，水溶性聚乙烯醇和聚乳酸的质量比分别为1:3、1:1、3:1，对应地，水溶/解离速率分别为38um/h、20um/h、12um/h)中加入400质量份数实施例1制备得到的硬度为60D、平均直径40um的热固型聚氨酯颗粒，在15-35℃下搅拌均匀，然后，在真空环境下加热至230℃使聚乳酸、水溶性聚乙烯醇熔融，持续搅拌下使热固型聚氨酯颗粒均匀地分散于聚乳酸、水溶性聚乙烯醇中，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。待其在自动降温至15-35℃后，得含聚氨酯颗粒的固化块体。
步骤(2)：将步骤(1)制备得到的固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
实施例22
步骤(1)：聚丙烯酰胺与热固型聚氨酯颗粒混合浇注；具体操作如下：将100质量份数的聚丙烯酰胺(水溶/解离速率为63um/h、硬度为20D)中加入400质量份数实施例1制备得到的硬度为60D、平均直径40um的热固型聚氨酯颗粒，二者在15-35℃下搅拌均匀，然后，在真空环境下加热至230℃使聚丙烯酰胺熔融，持续搅拌下使热固型聚氨酯颗粒均匀地分散于聚丙烯酰胺中，将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后浇注到氮气保护的模具中，确定浇注高度为12cm。待其在自动降温至15-35℃后，得含聚氨酯颗粒的固化块体。
步骤(2)：将步骤(1)制备得到的固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
对比实施例1
步骤(1)：异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理；具体操作如下：将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数为7.25％)升温至80℃，真空(-0.095MPa)下脱气2小时；然后，加入1.8质量份的平均直径为40微米的聚合物微球(聚合物微球为购买的阿克苏诺贝尔(AkzoNobel)的Expancel系列中空微球，具体型号为551DE40D42)，搅拌下使聚合物微球均匀地分散于预聚物中，然后分别将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后降温至50℃，得到含微球的预聚物。
步骤(2)：加入20质量份固化剂对含微球预聚物进行固化，并浇注在模具中；具体操作如下：将预聚物与MOCA在高速剪切下混合，然后浇注模具中，确定浇注高度为12cm。并且使之在70℃下凝胶15分钟，然后在30分钟内将其升温至100℃，固化16小时，固化完成后使其在烘箱内自动降温至15-35℃，固化块体。
步骤(3)：固化块体脱模、切片、开槽、固定，制备抛光层；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，将薄片从上至下依次编号为1-60，开槽，即为对应实施例的含窗口抛光层，将抛光层与缓冲层进行贴合，即可得抛光垫。
对比实施例2
对比实施例2的抛光垫的制备方法如对比例1。
本发明实施例及对比例中抛光层同心圆沟槽统一参数为：深度1mm节距3mm宽度0.5mm。
实施例3-22抛光垫组成数据如下表1所示，实施例3-22和对比例1、2抛光性质效果数据如下表2所示。
表1实施例3-22抛光垫组成数据
/>
实施例中，水溶性聚乙烯醇购自日本可乐丽Mowiflex LP TC 161，水解性聚乳酸购自美国NatureWorks 6252D，水溶性聚丙烯酰胺购自美国TACO塔克WT210416。
本发明实施例中抛光层同心圆沟槽统一参数为：深度1mm间距3mm宽度0.5mm。
抛光性能的评价：
研磨速率是通过测量一定抛光时间内，晶片不同位置的研磨去除量来计算，测量工具为Nano SpecII。
研磨速率不均一性(Nu)也是由Nano SpecII计算得出。
缺陷度(Defect)是测量晶片上的缺陷的计数，使用的仪器是KLA-Tencor SP2分析器。
不同时间点测量方法如下：采用如下抛光条件不停研磨晶圆并计时，并分别取10h、20h、30h的研磨晶圆并测试相关数据；并记录。
将表1中的实施例3-22，对比例1进行测试通过上机测试，对其抛光性能做了综合评价，测试条件如下：
实施例3-22的抛光条件：抛光晶片为Oxide 10K wafer，抛光液为氧化硅磨料的抛光液D2000E，流速为120ml/min，抛光头压力为4.5psi，台板速度为102rpm，载具速度为108rpm，每片晶片的抛光时间为60s。
对比实施例1的抛光条件：抛光晶片为Oxide 10K wafer，抛光液为氧化硅磨料的抛光液D2000E，流速为120ml/min，修整器为Saesol的C4的钻石盘，压力为5lbf，抛光头压力为4.5psi，台板速度为102rpm，载具速度为108rpm，每片晶片的抛光时间为60s。
对比实施例2的抛光条件：抛光晶片为Oxide 10K wafer，抛光液为氧化硅磨料的抛光液D2000E，流速为120ml/min，抛光头压力为4.5psi，台板速度为102rpm，载具速度为108rpm。
表2实施例3-22和对比例1、2抛光性质效果数据
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从表1、2中，实施例1-22与对比例2对比可知，本发明提供的自修整抛光垫在不使用修整垫的情况下的抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)明显优于现有技术中抛光垫。
实施例1、18、22中30h内抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)对比可知，不使用修整盘的条件下，当连续相聚合物材料的溶解/解离速度为1-49um/h时，抛光性能更好。
实施例3-6、实施例11-13中30h内抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)对比可知，不使用修整盘的条件下，当所述不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-3):1；当所述不连续相聚合物材料为热塑性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(1-3):1，抛光性能更好。
实施例7-10中30h内抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)对比可知，不使用修整盘的条件下，当不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，平均当量球径为10-150um时，抛光性能更好。
实施例14-17中30h内抛光性能(研磨速率、研磨速率不均一性(Nu)、缺陷度)对比可知，不使用修整盘的条件下，所述不连续相聚合物材料的硬度与所述连续相聚合物材料的硬度的差为20-40D时，抛光性能更好。
综上所述，通过对连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比(实施例3-6、实施例11-13)、热固性不连续相聚合物材料的平均当量球径(实施例7-10)、连续相聚合物材料、不连续相聚合物材料的硬度(实施例14-17)、连续相聚合物材料的种类(实施例18、22)等因素进行优化，发现，不使用修整盘的条件下，当所述不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-3):1；当所述不连续相聚合物材料为热塑性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(1-3):1，所述不连续相聚合物材料的硬度与所述连续相聚合物材料的硬度的差为20-40D，平均当量球径为10-150um，连续相聚合物材料的溶解/解离速度为1-49um/h时，抛光垫的自修整能力变得更好。
将以上优选的实施例与对比实施例1对比可知，以上优选的实施例相对于现有技术中抛光垫使用修整盘时效果相当甚至更好，尤其是在适宜的研磨去除速率的情况下，30h内的缺陷数量明显低于对比实施例1，即上述实施例的抛光垫的平坦化效果明显优于对比实施例1的抛光垫。
进一步地，实施例19-21采用水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料复配使用，连续相聚合物材料，其连续相聚合物材料的溶解/解离速度为12-38um/h，优选地，水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料的质量比为(1-9):3，这时，在保证适宜的研磨去除速率的情况下，30h内的缺陷数量进一步减少。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种自修整抛光垫，其特征在于，所述自修整抛光垫包括抛光层，所述抛光层包括不连续相聚合物材料和连续相聚合物材料，所述不连续相聚合物材料均匀分散在所述连续相聚合物材料中，
所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和/或水解性聚合物材料；所述水溶性聚合物材料选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的至少一种，所述水解性聚合物材料选自PBAT和聚乳酸中的至少一种；
所述不连续相聚合物材料为聚氨酯；
所述连续相聚合物材料的溶解/解离速度为1-49um/h；
所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-4):1；
所述连续相聚合物材料的硬度低于所述不连续相聚合物材料的硬度，所述不连续相聚合物材料的硬度与所述连续相聚合物材料的硬度的差为20-40D。
2.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述连续相聚合物材料选自聚乙烯醇和聚乳酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述不连续相聚合物材料为热固性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(0.25-3):1；所述不连续相聚合物材料为热塑性聚合物材料时，所述连续相聚合物材料与不连续相聚合物材料质量比为(1-3):1。
4.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述连续相聚合物材料的硬度为10-70D。
5.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述连续相聚合物材料的硬度为15-30D。
6.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述不连续相聚合物材料的硬度为10-90D。
7.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述不连续相聚合物材料的硬度为30-70D。
8.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，当所述不连续相聚合物材料为热固性材料时，所述热固性材料的尺寸如下：平均当量球径为3-300um。
9.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，当所述不连续相聚合物材料为热固性材料时，所述热固性材料的尺寸如下：平均当量球径为10-300um。
10.根据权利要求1所述的自修整抛光垫，其特征在于，所述连续相聚合物材料包括水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料，所述水溶性聚合物材料和水解性聚合物材料的质量比为(1-9):3。
11.一种权利要求1-10任一项所述的自修整抛光垫的制备方法，其特征在于，将所述不连续相聚合物材料与所述连续相聚合物材料混合均匀，在200-300℃下熔融，然后浇注成膜、固化、切片，得到抛光层，将所述抛光层与缓冲层贴合，即得到所述自修整抛光垫。
12.一种权利要求1-10任一项所述的自修整抛光垫在制备半导体器件中的应用。
13.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括使用权利要求1-10任一项所述的自修整抛光垫对半导体器件表面进行抛光处理，所述抛光处理不使用修整盘。
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