CN115816291A - 一种具有改善边缘效应的化学机械抛光垫、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有改善抛光晶圆抛光后“边缘效应”缺陷的化学机械抛光垫的制备方法，通过在抛光层抛光轨迹区域下表面开设孔洞区，并对孔洞内部填充聚氨酯材料，固化后形成抛光层从而制得所述化学机械抛光垫。本发明还涉及制得的化学机械抛光垫及其在化学机械抛光中的应用。本发明的方法使抛光垫抛光轨迹区域物性发生改变，通过提高抛光轨迹中心区域抛光层的硬度来提高晶圆中心区域的研磨速率，以缓解“边缘效应”的产生。

Description

一种具有改善边缘效应的化学机械抛光垫、制备方法及其 应用

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体涉及一种可以消除或降低抛光过程后晶圆出现“边缘效应”的化学机械抛光垫、制备方法及其应用。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)属于化学作用和机械作用相结合的技术，其过程相当复杂，影响因素很多。首先工件表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层，然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除软质层，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应，这样在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光。

但是，化学机械抛光常常伴随着“边缘效应”的问题。边缘效应是指在抛光元件边缘的研磨率和中心的研磨率不均匀的一种现象，相对于中心部分，边缘效应通常会导致移除过多的抛光元件外围的材料，即所谓的过度研磨，因此抛光元件上会产生不平坦的边缘研磨轮廓，严重的会影响抛光元件的产率及良率。

专利CN107813219B中提出一种抛光垫的配方，抛光层包含其包含固化剂和多异氰酸酯预聚物的反应混合物的聚氨酯反应产物，所述多异氰酸酯预聚物的未反应的异氰酸酯(NCO)浓度为8.3wt％到9.8wt％并且由聚丙二醇(PPG)和聚四亚甲基醚乙二醇(PTMEG)以及含有聚乙二醇或氧化乙烯重复单元的亲水性部分的多元醇掺合物、甲苯二异氰酸酯以及一种或多种异氰酸酯增量剂形成。由该配方制得的抛光垫，提供改善(降低)的缺陷率而平坦化效率不相应下降。

专利CN112338820A公开了一种抛光垫，抛光垫具有不同压缩比和回弹率的组合片共同形成的缓冲层及叠合在缓冲层上的抛光层；不同组合片形成中心圆心缓冲区、环绕中心缓冲区依次设置的一个或一个以上的中间环形缓冲区以及环绕中间缓冲区设置的外缘环形缓冲区。缓冲层的组合片沿抛光垫中心至外缘的方向压缩比和回弹率的不同设置，在机械抛光过程中，其磨损率基本维持一致，故能够使得所要抛光的晶片表面变得平坦，且平坦化效率较高。

在抛光制程中消除或降低“边缘效应”，对于晶圆生产的效率及能耗是十分必要的，并以简便且低成本的方式来实现是业内所期望的效果。

发明内容

为解决现有技术存在的抛光后晶圆表面出现的“边缘效应”问题，本发明并不是集中于降低边缘处的研磨速率，而是创造性地从抛光垫本身结构出发，提高晶圆中心部研磨速率而开发出一种新型抛光垫，从而完成了本发明。

本发明的一个目的在于提供一种具有改善“边缘效应”的化学机械抛光垫的制备方法。

本发明的另一目的在于提供这种具有改善“边缘效应”的化学机械抛光垫。

本发明的再一目的在于提供这种化学机械抛光垫用于晶片抛光的应用。

为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

一种具有改善边缘效应的化学机械抛光垫的制备方法，包括将抛光层、粘结层、缓冲层和离型层依次粘结、压合的步骤，其中，所述抛光层由以下步骤制备得到：

1)将含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体A、膨胀微球和固化剂混合均匀，经浇注机浇注至模具中得到聚氨酯“蛋糕”，加热固化后脱模；

2)经定厚操作后得到抛光层片材，通过刻槽机在抛光层上表面进行沟槽雕刻；

3)在抛光层的下表面，躲避上表面的沟槽位置雕刻孔洞结构；

4)将含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体B和固化剂混合后均匀倒入孔洞结构中、并抹平，经加热固化后得到所述抛光层。

在一个具体的实施方案中，所述步骤1)由含有未反应的异氰酸酯基团5～10wt％的预聚体A、膨胀微球和含有活泼氢基团的固化剂反应得到；优选地，所述预聚体A中未反应的异氰酸酯基团与固化剂中活泼氢的化学计量比为0.8～1.2。

在一个具体的实施方案中，所述步骤4)预聚体B中未反应的异氰酸酯基团的质量分数比步骤1)预聚体A中未反应的异氰酸酯基团组分高1～2wt％(绝对值)；优选地，所述预聚体B中未反应的异氰酸酯基团与固化剂中活泼氢的化学计量比为0.8～1.2。

在一个具体的实施方案中，所述抛光层包括圆形中间区、环形抛光轨迹区和外缘区域，所述抛光层半径为R，抛光层圆心至圆形中间区半径为R₀，抛光层圆心至环形抛光轨迹区外缘的半径为R₁，三者满足以下关系式：0<R₀≤1/4*R，R₀<R₁<R。

在一个具体的实施方案中，所述步骤3)中位于抛光层下表面雕刻的孔洞结构分布于环形抛光轨迹区域内。在单个环形区域内，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔距离大于等于1.5倍孔径，小于等于3倍孔径。

在一个具体的实施方案中，所述步骤3)中位于抛光层下表面雕刻的孔洞结构为不贯穿抛光层上表面的孔洞。

在一个具体的实施方案中，所述位于抛光层下表面的孔洞结构为圆形形状；优选地，圆形形状孔洞的孔径小于抛光层上表面圆周向沟槽的沟槽间距。

在一个具体的实施方案中，所述缓冲层选自聚氨酯浸渍的毡材；所述粘结层选自压敏型粘着剂和/或反应型热熔胶。

另一方面，前述的制备方法制得的具有改善边缘效应的化学机械抛光垫。

再一方面，前述的制备方法制得的或前述的具有改善边缘效应的化学机械抛光垫在化学机械抛光中的应用

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

对于“边缘效应”现象，目前大多数解决方法为通过调整抛光垫配方、结构，或通过调整抛光过程中设备参数来降低边缘处研磨速率较高的问题。本发明突破常规思路，通过提高抛光轨迹中心区域抛光层的硬度来提高晶圆中心区域的研磨速率，以缓解“边缘效应”的产生。

本发明的方法通过在抛光层下表面增加孔洞结构，并加以二次填充，并且填充物的组成成分之一的预聚体B含有未反应的异氰酸酯基团质量分数高于抛光层组成成分的预聚体A的异氰酸酯质量分数1～2wt％，从而达到提高抛光轨迹中心区域抛光层的硬度，改善晶圆中心区域的研磨速率，以缓解“边缘效应”的产生。若低于1％，得到的聚氨酯填充物硬度相差不大，起不到明显的改善研磨平坦度的效果，若高于2％，得到的聚氨酯填充物硬度过大，可能会引起中心研磨速率过大的“反边缘效应”，甚至对晶圆造成不可逆的伤害。

同时本发明优选限定在单个环形区域内，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向的间隔距离。若下表面孔洞间隔距离较小，造成孔洞占比面积过大，则同样会造成抛光过程中，抛光轨迹区硬度过大，产生“反边缘效应”。

附图说明

图1是本发明下表面雕刻有孔洞结构的抛光层俯视示意图。

其中，1为抛光层、2抛光层圆心、3圆形中间区、4环形抛光轨迹区、5外缘区域、6沟槽、7孔洞结构、8孔洞排列轨迹。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。

本发明一方面提供了一种化学机械抛光垫，一种化学机械抛光垫，该抛光垫至少包括抛光层、缓冲层、粘结层和离型层。其中，抛光层具有面向晶圆的上表面和经粘结层与缓冲层进行粘结的下表面。如图1所示，抛光层1从抛光层圆心2处从内到外共分为圆形中间区3、环形抛光轨迹区4和外缘区域5。抛光层上表面可任意的刻有圆周向沟槽6和/或径向沟槽(未示出)。于抛光层下表面位于抛光轨迹区域内，且避开抛光层上表面沟槽区域有不贯穿的孔洞结构7，孔洞圆心在单个环形区域沿圆周方向呈环形排列轨迹8；同时该孔洞结构内被聚氨酯材料填充。其中填充孔洞结构的聚氨酯材料与形成抛光层的聚氨酯材料的原料相同，均为预聚体与固化剂的反应产物。

具体地，该抛光层半径为R，抛光层圆心至圆形中间区半径为R₀，抛光层圆心至环形抛光轨迹区外缘的半径为R₁，三者的尺寸满足以下关系：0<R₀≤1/4*R，R₀<R₁<R。

其中，所述抛光层由含有未反应的异氰酸酯基团7～10wt％的预聚体A、膨胀微球和含有活泼氢基团的固化剂反应得到。该预聚体A中未反应的异氰酸酯基团含量优选为5.5～9.5％。例如，包括但不限于5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％。所述预聚体A中未反应的异氰酸酯基团与固化剂中活泼氢的化学计量比为0.8～1.2，优选为0.85～1.15，包括但不限于0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15。其中未反应的异氰酸酯基团选自异氰酸酯与多元醇反应得到的预聚体，异氰酸酯例如选自亚甲基二苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、萘二异氰酸德酯、对苯二异氰酸酯、邻甲苯胺二异氰酸酯、碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯、脲基甲酸酯改性的二苯基甲烷二异氰酸酯、缩二脲改性的二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯以及它们的混合物，但不限于此。多元醇例如选自聚四亚甲基醚乙二醇、聚丙烯醚二醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、己二酸乙二酯或己二酸丁二酯类的酯基多元醇中的至少任一种，例如还可以是它们的共聚物或混合物，但不限于此。

其中，制备所述抛光层的含有活泼氢基团的固化剂为多元醇或多元胺类固化剂。例如，选自乙二醇、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、二乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、4,4’-亚甲基-双-邻氯苯胺、4,4’-亚甲基-双-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、二甲基硫基甲苯二胺、丙二醇二对氨基苯甲酸酯、2-双(2-氨基苯硫基)乙烷、4,4’-亚甲基-双-苯胺、二乙基甲苯二胺、5-叔丁基-2,4-甲苯二胺、3-叔丁基-2,6-甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-甲苯二胺、3-叔戊基-2,6-甲苯二胺或氯甲苯二胺中的至少任一种，但不限于此。优选地，固化剂选自1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、4,4’-亚甲基-双-邻氯苯胺、4,4’-亚甲基-双-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)中的至少一种。

所述的空心微球例如选自具有聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物的壳壁的聚合物微球，例如购自阿克苏诺贝尔公司的

但不限于此。

本发明中，所述位于抛光层下表面填充孔洞结构的聚氨酯，其是由含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体B和含有活泼氢基团的固化剂反应得到。其中未反应的异氰酸酯基团的质量分数比形成抛光层中的预聚体A的异氰酸酯基团组分高1～2wt％，包括但不限于高1％、1.5％、2％；即含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体B中未反应的异氰酸酯基团的质量分数例如为8～12％。

同样，预聚体B中未反应的异氰酸酯基团与固化剂中活泼氢的化学计量比为0.8～1.2，优选为0.85～1.15，包括但不限于0.85、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15。

其中孔洞结构位于抛光层下表面，分布于抛光轨迹区域内，单个环形区域内(例如图1中的孔洞排列轨迹8)，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔距离大于等于1.5倍孔径，小于等于3倍孔径。每两个孔洞间距离不做特别限定，可以是每个孔洞距离相同，也可以是不相同。孔洞结形状优选为圆形形状，孔径小于抛光层上表面圆周向沟槽的沟槽间距，同时，孔洞结构不贯穿抛光层的上表面。孔洞的孔径(直径)小于相邻两个沟槽之间的间距，例如孔径为0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm。

抛光层表面具有多个凹槽，优选的，凹槽设计选自以下组成的群组：同心凹槽(其可以是圆形或螺旋形的)、曲面凹槽、交叉影线凹槽(例如布置成垫表面上的X-Y网格)、其他规则设计(例如六角形、三角形)、轮胎面型图案、不规则设计(例如分形图案)以及其组合。更优选的，凹槽设计选自以下组成的群组：同心凹槽(螺旋形凹槽)、交叉影线凹槽(X-Y网格凹槽)、其他规则设计(六角形凹槽、三角形凹槽)。

缓冲层材料包含纺织材料和无纺材料，例如毡制材料、纺粘材料和针刺材料。本发明中缓冲层的材料可包括例如经聚合物浸渍的毡材(例如经聚氨酯浸渍的毛毡材料)及纺织材料(例如厚法兰绒材料)。

本发明中的抛光垫还包括粘结层，所述粘结层选自压敏型粘着剂、反应型热熔胶或两者的混合物。其中热熔型粘着剂选自聚烯烃、乙烯醋酸乙烯酯、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚氯乙烯或环氧树脂中的至少一种。压敏型粘着剂选自丙烯基粘接剂(PSAV)或橡胶基粘接剂(PSA8)中的至少一种。粘结层的主要作用在于将抛光层与缓冲层紧密的粘结在一起。

本发明还提供一种前述具有改善边缘效应的化学机械抛光垫的制备方法，包括如下步骤：

首先将含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体A、膨胀微球和固化剂混合均匀，经浇注机浇注至模具中得到聚氨酯“蛋糕”，加热固化后脱模。经定厚操作后得到抛光层片材，通过刻槽机在抛光层上表面进行沟槽雕刻，同时对应找到抛光层抛光轨迹区，并在抛光层下表面抛光轨迹区，躲避上表面的沟槽进行孔洞结构的雕刻。将预聚体B和固化剂混合后均匀倒入孔洞结构，并可通过抹平步骤以确保孔洞外无预聚体B与固化剂的混合液，经加热固化后得到抛光层。

将得到的抛光层经粘结层、缓冲层、离型层等结构依次结合，得到化学机械抛光垫。

再一方面，前述的化学机械抛光垫在化学机械抛光中的应用，例如抛光方法包括以下步骤：

对抛光元件施加一压力以压置于抛光垫上；

对抛光元件及抛光垫提供相对运动。

所述抛光方法主要应用本发明结构的化学机械抛光垫，具体抛光设备、抛光工艺以及抛光液的应用均可参考现有技术。

下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何限制。

本发明实施例和对比例用到的主要原料如下：

抛光实验使用300mm晶片在Applied Reflexion抛光机(应用材料公司)上进行，其中载体下压力为0.024MPa，浆料流速为300mL/min。(Mirra抛光机为200mL/min)，工作台旋转速度为93rpm，并且载体旋转速度为87rpm。

测试方法：每次抛光实验前后，用四点探针(Four Dimensions，Inc，

)测试仪测量片上相同位置的81个测试点厚度，并通过厚度差值计算移除速率。移除速率计算公式如下：

其中，

为抛光前81个测试点厚度平均值，

为抛光后81个测试点厚度平均值，ΔT_avg为抛光前后81个点每个点抛光前后厚度差值的平均值。移除速率的标准差计算得到非均匀比率(％NUR)。非均匀比率越小，即移除速率的标准差越小，说明整个抛光面上抛光速率越接近、抛光效果越均匀。

将抛光后的晶圆使用光学显微镜进行观察表面划伤，划伤长度大于10微米即进行计数，计得的总数量即为划伤数量。

实施例1

将25.5kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF600D，NCO含量7.12％)加热至60℃进行预热，将5.2kg固化剂(MOCA，济南鲁南化工)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.32kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入100℃烘箱加热12小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心100～200mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径1.5mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔3mm。非贯穿孔由10.8kg预聚体B(预聚体LF700D，NCO含量8.13％)与3.1kg固化剂MOCA混合后，依次浇注入非贯穿孔，放入100℃烘箱固化8h后得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBA IV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

实施例2

将36.7kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF600D，NCO含量7.12％)加热至60℃进行预热，将2.4kg固化剂(二丙二醇，阿拉丁)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.4kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶13分钟后将其放入100℃烘箱加热10小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距2.5mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心150～210mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径2mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔4.2mm。非贯穿孔由8.7kg预聚体B(预聚体L325，NCO含量9.11％)与0.7kg固化剂二丙二醇混合后，依次浇注入非贯穿孔，放入100℃烘箱固化8h后得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBA IV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

实施例3

将35.2kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF1950A，NCO含量5.3％)加热至60℃进行预热，将3.8kg固化剂(二乙基甲苯二胺，山东津盛泰化工)加热至100℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.39kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入105℃烘箱加热11小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心80～120mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径1.5mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔3.5mm。非贯穿孔由9.3kg预聚体B(预聚体LF950D，NCO含量5.99％)与1.2kg固化剂二乙基甲苯二胺混合后，依次浇注入非贯穿孔，放入100℃烘箱固化8h后得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBA IV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

比较例1

将25.5kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF600D，NCO含量7.12％)加热至60℃进行预热，将5.2kg固化剂(MOCA，济南鲁南化工)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.32kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入100℃烘箱加热12小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBAIV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

比较例2

将25.5kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF600D，NCO含量7.12％)加热至60℃进行预热，将5.2kg固化剂(MOCA，济南鲁南化工)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.32kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入100℃烘箱加热12小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心100～200mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径1.5mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔3mm。

抛光层与陶氏SUBA IV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

比较例3

将47.6kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物L325，NCO含量9.11％)加热至50℃进行预热，将9.4kg固化剂(三丙二醇，阿拉丁)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.57kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入100℃烘箱加热12小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心100～200mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径1.5mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔3mm。非贯穿孔由1.9kg预聚体B(预聚体LF751D，NCO含量9.02％)与3.1kg固化剂三丙二醇混合后，依次浇注入非贯穿孔，放入100℃烘箱固化8h后得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBAIV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

比较例4

将33.9kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF1950A，NCO含量5.3％)加热至50℃进行预热，将3.4kg固化剂(二乙基甲苯二胺，山东津盛泰化工)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.37kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入100℃烘箱加热12小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心100～200mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径1.5mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔3mm。非贯穿孔由6.7kg预聚体B(预聚体LF700D，NCO含量8.13％)与1.3kg固化剂二乙基甲苯二胺混合后，依次浇注入非贯穿孔，放入100℃烘箱固化8h后得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBAIV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

比较例5

将25.5kg含异氰酸酯封端预聚体A(Chemtura生产的

预聚物LF600D，NCO含量7.12％)加热至60℃进行预热，将5.2kg固化剂(MOCA，济南鲁南化工)加热至110℃熔化，在室温下将预聚体与固化剂及0.32kg膨胀微球(阿克苏诺贝尔)进行混合搅拌，并在室温下进行凝胶，凝胶15分钟后将其放入100℃烘箱加热12小时后得到抛光垫块体。从烘箱中取出抛光垫块体将其切削得到直径508mm的聚氨酯薄片，在其上表面雕刻有同心圆沟槽，沟槽间距1.8mm，在下表面抛光轨迹区(距离圆心100～200mm范围内的环形区域为抛光轨迹区)，绕开同心圆沟槽位置，雕刻有孔径1.5mm的非贯穿孔，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔1.8mm。非贯穿孔由10.8kg预聚体B(预聚体LF700D，NCO含量8.13％)与3.1kg固化剂MOCA混合后，依次浇注入非贯穿孔，放入100℃烘箱固化8h后得到最终抛光层。

抛光层与陶氏SUBAIV缓冲层通过丙烯基粘接剂(PSAV)贴合在一起，经贴合机贴合成型后，得到抛光垫。将得到的抛光垫进行抛光性能测试。

分别将得到的抛光垫利用如下方法进行抛光实验：

抛光实验使用300mm晶片在Applied Reflexion抛光机(应用材料公司)上进行，其中载体下压力为0.024MPa，浆料流速为300mL/min。(Mirra抛光机为200mL/min)，工作台旋转速度为93rpm，并且载体旋转速度为87rpm。

借由四探针测试仪进行测试，计算得到非均匀比率值。

表1为实施例及比较例通过测试得到的非均匀比率测试数据表。

表1非均匀比率测试结果数据表

从表中可以看出，在常规抛光方法测试条件下，按照实施例1至3中的方法得到的抛光垫，抛光后晶圆表现出较好的抛光性能。比较例1为常规抛光垫，其非均匀比率、抛光速率即划伤均略差于本发明的抛光垫。比较例2中，抛光层下表面非贯穿孔部分无聚氨酯的填充，导致抛光层整体硬度过低，压缩率过低，造成抛光速率严重下降的趋势。比较例3中预聚体A、B未反应异氰酸酯含量相差不大，无明显有益效果。比较例4中预聚体A、B未反应异氰酸酯含量相差较大，造成填充的聚氨酯硬度过大，对缓解边缘效应起到了反作用，同时因增大的硬度也增加了划伤的数量和过高的抛光速率。比较例5中抛光层下表面非贯穿孔间距较窄，导致非贯穿孔所占面积较大，同样产生了反边缘效应。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种具有改善边缘效应的化学机械抛光垫的制备方法，包括将抛光层、粘结层、缓冲层和离型层依次粘结、压合的步骤，其特征在于，所述抛光层由以下步骤制备得到：

1)将含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体A、膨胀微球和固化剂混合均匀，经浇注机浇注至模具中得到聚氨酯“蛋糕”，加热固化后脱模；

2)经定厚操作后得到抛光层片材，通过刻槽机在抛光层上表面进行沟槽雕刻；

3)在抛光层的下表面，躲避上表面的沟槽位置雕刻孔洞结构；

4)将含有未反应的异氰酸酯基团的预聚体B和固化剂混合后均匀倒入孔洞结构中、并抹平，经加热固化后得到所述抛光层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)由含有未反应的异氰酸酯基团5～10wt％的预聚体A、膨胀微球和含有活泼氢基团的固化剂反应得到；优选地，所述预聚体A中未反应的异氰酸酯基团与固化剂中活泼氢的化学计量比为0.8～1.2。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)预聚体B中未反应的异氰酸酯基团的质量分数比步骤1)预聚体A中未反应的异氰酸酯基团组分高1～2wt％；优选地，所述预聚体B中未反应的异氰酸酯基团与固化剂中活泼氢的化学计量比为0.8～1.2。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抛光层包括圆形中间区、环形抛光轨迹区和外缘区域，所述抛光层半径为R，抛光层圆心至圆形中间区半径为R₀，抛光层圆心至环形抛光轨迹区外缘的半径为R₁，三者满足以下关系式：0<R₀≤1/4*R，R₀<R₁<R。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中位于抛光层下表面雕刻的孔洞结构分布于环形抛光轨迹区域内；优选地，单个环形区域内，每两个非贯穿孔圆心之间沿圆周方向间隔距离大于等于1.5倍孔径，小于等于3倍孔径。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中位于抛光层下表面雕刻的孔洞结构为不贯穿抛光层上表面的孔洞。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述位于抛光层下表面的孔洞结构为圆形形状；优选地，圆形形状孔洞的孔径小于抛光层上表面圆周向沟槽的沟槽间距。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层选自聚氨酯浸渍的毡材；所述粘结层选自压敏型粘着剂和/或反应型热熔胶。

9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的具有改善边缘效应的化学机械抛光垫。

10.权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的或权利要求9所述的具有改善边缘效应的化学机械抛光垫在化学机械抛光中的应用。

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