FR2901498A1 - Feutre de polissage mecano-chimique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un feutre de polissage approprié pour planariser au moins un substrat parmi les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques, qui comprend une matrice polymère (12), la matrice polymère ayant une surface de polissage supérieure (14), la surface de polissage supérieure ayant des aspérités de polissage polymères (16) ou formant des aspérités de polissage polymères par conditionnement avec un abrasif, les aspérités de polissage polymères s'étendant depuis la matrice polymère et faisant partie de la surface de polissage supérieure qui peut entrer en contact avec un substrat pendant le polissage, le feutre de polissage (10) formant des aspérités de polissage polymères supplémentaires à partir de la matrice polymère avec l'usure ou le conditionnement de la surface de polissage supérieure, et les aspérités de polissage polymères étant en un matériau polymère ayant une résistance à la traction ultime apparente d'au moins 44,8 MPa (6500 psi) et une résistance au déchirement apparente d'au moins 4,5 x 10<3> g/mm (250 lb/in.).
Description
2 plus, au fur et à mesure que la taille des éléments des circuits
intégrés diminue, la défectivité induite par la CMP, comme les éraflures, devient un problème plus important. De plus, l'épaisseur diminuée des couches minces des circuits intégrés nécessite des améliorations concernant la défectivité tout en conférant simultanément une topographie acceptable à un substrat de plaquette ; ces conditions concernant la topographie nécessitent des spécifications ou caractéristiques techniques de plus en plus strictes concernant la planarité, le retrait excessif des lignes et le polissage à érosion des rangées de petits éléments.
Historiquement, des feutres de polissage en polyuréthane coulé présentaient l'intégrité mécanique et la résistance chimique pour la plupart des opérations de polissage utilisées pour fabriquer des circuits intégrés. Par exemple, les feutres de polissage en polyuréthane ont une résistance à la traction suffisante pour résister au déchirement ; une résistance à l'abrasion suffisante pour éviter les problèmes d'usure pendant le polissage ; et une stabilité suffisante pour résister à une attaque par des solutions de polissage fortement acides et fortement caustiques. Malheureusement, les feutres de polissage en polyuréthane coulé durs, qui ont tendance à améliorer la planarisation, ont également tendance à augmenter les défauts. James et al., dans le brevet US publié n 2005/0079806, décrivent une famille de feutres de polissage en polyuréthane durs ayant une aptitude à la planarisation similaire aux feutres de polissage en polyuréthane IC100OTM, mais avec des performances de défectivité améliorées-IC1000 est une marque déposée de Rohm and Haas Company ou de ses sociétés affiliées. Malheureusement, les performances de polissage obtenues avec le feutre de polissage de James et al., varient avec le substrat de polissage et les conditions de polissage. Par exemple, ces feutres de polissage ont un avantage limité pour polir des applications d'oxyde de silicium/nitrure de silicium, comme les applications de polissage d'isolation à tranchées peu profondes (STI) directes. Pour les besoins de cette description, l'oxyde de silicium désigne l'oxyde de silicium, les composés de l'oxyde de silicium et les formulations d'oxyde de silicium dopées utiles pour former des diélectriques dans des dispositifs à semiconducteurs ; et le nitrure de silicium désigne les nitrures de silicium, les composés de nitrure de silicium et les formulations de nitrure de 3 silicium dopées utiles pour les applications de type semiconducteurs. Ces composés du silicium utiles pour créer des dispositifs à semiconducteurs continuent de se développer dans différentes directions. Les types spécifiques d'oxydes de silicium diélectriques utilisés incluent les suivants : TEOS formé par la décomposition de tétraéthylorthosilicates, HDP ("plasma à haute densité") et SACVD ("dépôt chimique en phase vapeur à pression sub-atmosphérique"). Il existe un besoin constant de feutres de polissage supplémentaires qui ont une aptitude à la planarisation supérieure en combinaison avec des performances de défectivité améliorées. En particulier, il existe un souhait de feutres de polissage appropriés pour polir les oxydes de silicium/SiN avec une combinaison améliorée de performances de polissage (planarisation améliorée et défectivité réduite).
EXPOSE DE L'INVENTION Un aspect de l'invention fournit un feutre de polissage approprié pour planariser au moins un substrat parmi les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques, le feutre de polissage comprenant une matrice polymère, la matrice polymère ayant une surface de polissage supérieure, la surface de polissage supérieure ayant des aspérités de polissage polymères ou formant des aspérités de polissage polymères par conditionnement avec un abrasif, les aspérités de polissage polymères s'étendant depuis la matrice polymère et faisant partie de la surface de polissage supérieure qui peut entrer en contact avec un substrat pendant le polissage, le feutre de polissage formant des aspérités de polissage polymères supplémentaires à partir de la matrice polymère avec l'usure ou le conditionnement de la surface de polissage supérieure, et les aspérités de polissage polymères étant en un matériau polymère ayant une résistance à la traction ultime brute ou apparente d'au moins 44,8 MPa (6500 psi) et une résistance au déchirement brute ou apparente d'au moins 4,5 x 103 g/mm (250 lb/in.). De préférence, la matrice polymère inclut un polymère dérivé d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels et ledit polymère, un polyuréthane polymère, inclut au moins un polymère choisi parmi les polyétherurées, les polyisocyanurates, les polyuréthanes, les polyurées, les polyuréthaneurées, leurs copolymères et leurs mélanges. 4 Un second aspect de l'invention fournit un feutre de polissage approprié pour planariser au moins un substrat parmi les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques, le feutre de polissage comprenant une matrice polymère, la matrice polymère ayant une surface de polissage supérieure, la surface de polissage supérieure ayant des aspérités de polissage polymères ou formant des aspérités de polissage polymères par conditionnement avec un abrasif, les aspérités de polissage polymères s'étendant depuis la matrice polymère et étant la partie de la surface de polissage supérieure qui peut entrer en contact avec un substrat pendant le polissage, la matrice polymère inclut un polymère dérivé d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels et ledit polymère, un polyuréthane polymère, inclut au moins un polymère choisi parmi les polyétherurées, les polyisocyanurates, les polyuréthanes, les polyurées, les polyuréthaneurées, leurs copolymères et leurs mélanges, la matrice polymère ayant une résistance à la traction ultime apparente de 44,8 à 96,5 MPa (6 500 à 14 000 psi) et une résistance au déchirement apparente de 4,5 x 103 à 13,4 x 103 g/mm (250 à 750 lb/in.).
DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 montre une coupe schématique illustrant des aspérités d'un fragment de feutre de polissage.
DESCRIPTION DETAILLEE L'invention fournit un feutre de polissage approprié pour planariser au moins un substrat parmi les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques, le feutre de polissage comprenant une matrice polymère. Les feutres de polissage sont particulièrement appropriés pour polir et planariser les applications STI, comme HDP/SiN, TEOS/SiN ou SACVD/SiN. Les propriétés du matériau brut du feutre de polissage peuvent avoir un avantage inattendu concernant les performances de planarisation et les performances de polissage de défectivité. Pour les besoins de cette description, la grande résistance au déchirement du matériau brut représente les propriétés du polymère sans addition délibérée de porosité, comme un polymère de type polyuréthane non poreux. La conception historique était que la souplesse d'un matériau réduisait les éraflures et facilitait le polissage à faible défectivité, et que la rigidité d'un matériau était critique pour obtenir un excellent comportement de planarisation. Dans cette invention, une augmentation de la résistance à la traction ultime apparente et de la résistance au déchirement d'un feutre de polissage agit d'une manière indépendante des 5 pertes des propriétés mécaniques associées à une porosité accrue, ce qui facilite d'excellentes performances de polissage. En particulier, l'invention permet un mélange de performances de planarisation et de défectivité pour obtenir une plage de performances de polissage. De plus, ces feutres maintiennent leur structure superficielle pour faciliter les applications de eCMP ("planarisation mécano-électrochimique"). Par exemple, des perforations dans le feutre, l'introduction de rainures revêtues de conducteur ou l'incorporation d'un conducteur, comme une fibre conductrice ou un fil métallique, peuvent transformer les feutres en feutres de polissage eCMP.
En se référant à la figure 1, le feutre de polissage polymère 10 inclut une matrice polymère 12 et une surface de polissage supérieure 14. La surface de polissage 14 inclut une pluralité d'aspérités de polissage polymères 16 ou forme des aspérités de polissage polymères 16 lors du conditionnement avec un abrasif pour réguler la vitesse de retrait d'un substrat de plaquette du feutre de polissage 10. Pour les besoins de cette description, les aspérités représentent des structures qui peuvent entrer en contact ou qui ont la capacité d'entrer en contact avec un substrat pendant le polissage. Typiquement, le conditionnement avec une surface dure, comme un disque de conditionnement diamanté, forme des aspérités pendant le polissage. Ces aspérités se forment souvent à proximité du bord d'un pore. Bien que le conditionnement puisse fonctionner d'une manière périodique, par exemple pendant 30 secondes après chaque plaquette ou d'une manière continue, le conditionnement continu procure l'avantage d'établir des conditions de polissage en régime permanent en vue d'une régulation améliorée de la vitesse de retrait. Typiquement, le conditionnement augmente la vitesse de retrait du feutre de polissage et empêche la diminution de la vitesse de retrait qui est associée typiquement avec l'usure d'un feutre de polissage. En plus du conditionnement, des rainures et des perforations peuvent procurer un avantage supplémentaire en ce qui concerne la distribution de la 6 suspension, l'uniformité du polissage, le retrait des débris et la vitesse de retrait des substrats. Les aspérités de polissage polymères 16 s'étendent depuis la matrice polymère 12 et représentent une partie de la surface de polissage supérieure 14 qui entre en contact avec un substrat. Les aspérités de polissage polymères 16 sont en un matériau polymère ayant une résistance à la traction ultime élevée et le feutre de polissage 10 forme des aspérités de polissage polymères 16 supplémentaires à partir du matériau polymère avec l'usure ou le conditionnement de la surface de polissage supérieure 14. La résistance à la traction ultime des matrices polymères facilite la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium, la durabilité et la planarisation nécessaires pour les applications de polissage exigeantes. En particulier, les matrices ayant une résistance à la traction élevée ont tendance à faciliter la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium. De préférence, la matrice a une résistance à la traction ultime apparente d'au moins 44,8 MPa (6500 psi). De préférence encore, la matrice polymère a une résistance à la traction ultime apparente de 44,8 à 96,5 MPa (6 500 à 14 000 psi). De manière particulièrement préférable, la matrice polymère a une résistance à la traction ultime apparente de 46,5 à 68,9 MPa (6 750 à 10 000 psi). De plus, les données de polissage indiquent qu'une résistance à la traction ultime apparente de 48,2 à 62 MPa (7 000 à 9 000 psi) est particulièrement utile pour polir des plaquettes. L'allongement à la rupture sans charge est typiquement d'au moins 200 Io et typiquement entre 200 et 500 Io. Le procédé de test présenté dans ASTM D412 (version D412-02) est particulièrement utile pour déterminer la résistance à la traction ultime et l'allongement à la rupture. En plus de la résistance à la traction ultime, les propriétés de résistance au déchirement apparente contribuent aussi à l'aptitude au polissage du feutre. Par exemple, les propriétés de résistance au déchirement apparente d'au moins 4,5 x 103 g/mm (250 lb/in) sont particulièrement utiles. De préférence, la matrice a des propriétés de résistance au déchirement apparente de 4,5 x 103 à 13,4 x 1o3 g/mm (250 à 750 lb/in). De manière particulièrement préférable, la matrice a des propriétés de résistance au déchirement apparente de 4,9 x 103 à 12,5 x 103 g/mm (275 à 700 lb/in). Le procédé de test présenté dans ASTM 7 D1938 (version D1938-02) utilisant les techniques d'analyse des données décrites dans ASTM D624-00el est particulièrement utile pour déterminer la résistance au déchirement apparente. Les matériaux pour feutre de polissage polymère typiques incluent les polycarbonates, les polysulfones, le Nylon, les copolymères d'éthylène, les polyéthers, les polyesters, les copolymères polyétherpolyester, les polymères acryliques, le polyméthacrylate de méthyle), le poly(chlorure de vinyle), les copolymères de polyéthylène, le polybutadiène, les polyéthylèneimines, les polyuréthanes, les polyéthersulfones, les polyétherimides, les polycétones, les époxydes, les silicones, leurs copolymères et leurs mélanges. De préférence, le matériau polymère est un polyuréthane ; et de manière particulièrement préférable, c'est un polyuréthane non réticulé. Pour les besoins de cette description, les "polyuréthanes" sont des produits dérivés d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels, par exemple polyétherurées, polyisocyanurates, polyuréthanes, polyurées, polyuréthaneurées, leurs copolymères et leurs mélanges. Les feutres de polissage en polyuréthane coulé sont appropriés pour planariser les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques.
Les propriétés de polissage particulières des feutres proviennent en partie d'un produit réactionnel prépolymère d'un polyol prépolymère et d'un isocyanate polyfonctionnel. Le produit prépolymère est durci avec un agent de durcissement choisi dans le groupe comprenant les polyamines de durcissement, les polyols de durcissement, les alcoolamines de durcissement et leurs mélanges pour former un feutre de polissage. Il a été découvert que la régulation du rapport de l'agent de durcissement au NCO qui n'a pas réagi dans le produit réactionnel prépolymère peut améliorer les performances de défectivité des feutres poreux pendant le polissage.
Le polymère est efficace pour former des feutres de polissage non poreux, poreux et chargés. Pour les besoins de cette description, les charges pour les feutres de polissage incluent les particules solides qui sont délogées ou dissoutes pendant le polissage, et les particules ou sphères remplies de liquide. Pour les besoins de cette description, la porosité inclut les particules remplies de gaz, les sphères remplies de gaz et les vides formés par d'autres moyens, comme le moussage mécanique 8 d'un gaz dans un système visqueux, l'injection d'un gaz dans la masse fondue de polyuréthane, l'introduction d'un gaz in situ au moyen d'une réaction chimique avec un produit gazeux, ou l'abaissement de la pression pour amener un gaz dissous à former des bulles. Les feutres de polissage contiennent une concentration de porosité ou de charge d'au moins 0,1 % en volume. Cette porosité ou charge contribue à l'aptitude du feutre de polissage à transférer les fluides de polissage pendant le polissage. De préférence, le feutre de polissage a une porosité ou une concentration de charge de 0,2 à 70 % en volume. De manière particulièrement préférable, le feutre de polissage a une porosité ou une concentration de charge de 0,3 à 65 % en volume. De préférence, les pores ou les particules de charge ont un diamètre moyen en masse de 1 à 100 pm. De manière particulièrement préférable, les pores ou les particules de charge ont un diamètre moyen en masse de 10 à 90 pm. La plage nominale des diamètres moyens en masse des microsphères polymères creuses expansées est de 15 à 90 pm. De plus, une combinaison de grande porosité et de petite taille des pores peut avoir des avantages particuliers pour réduire la défectivité. Par exemple, une taille de pore de 2 à 50 pm constituant 25 à 65 % en volume de la couche de polissage facilite une réduction de la défectivité. De plus, le maintien de la porosité entre 40 et 60 % peut avoir un avantage particulier concernant la défectivité. En outre, la sélectivité oxyde de silicium:SiN est fréquemment ajustable en ajustant le niveau de porosité, avec des niveaux de porosité plus élevés donnant une sélectivité à l'égard de l'oxyde plus basse.
De préférence, le matériau polymère est un copolymère séquencé ou segmenté capable de se séparer en phases riches en une ou plusieurs séquences ou un ou plusieurs segments du copolymère. De manière particulièrement préférable, le matériau polymère est un polyuréthane. Pour les besoins de cette description, les "polyuréthanes" sont des produits dérivés d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels, par exemple polyétherurées, polyesterurées, polyisocyanates, polyuréthanes, polyurées, polyuréthaneurées, leurs copolymères et leurs mélanges. Une approche pour réguler les propriétés de polissage d'un feutre consiste à modifier sa composition chimique. De plus, le choix des matières premières et du procédé de fabrication affecte la morphologie du polymère et les propriétés finales du matériau utilisé pour produire des feutres de polissage. De préférence, la production d'uréthane comprend la préparation d'un prépolymère d'uréthane à terminaisons isocyanate à partir d'un isocyanate aromatique polyfonctionnel et d'un polyol prépolymère. Pour les besoins de cette description, le terme polyol prépolymère inclut les diols, les polyols, les polyol-diols, leurs copolymères et leurs mélanges. De préférence, le polyol prépolymère est choisi dans le groupe comprenant le polytétraméthylèneétherglycol [PTMEG], le polypropylèneétherglycol [PPG], les polyols à base d'ester, comme les adipates d'éthylène ou de butylène, leurs copolymères et leurs mélanges. Les isocyanates aromatiques polyfonctionnels incluent par exemple le 2,4-diisocyanate de toluène, le 2,6-diisocyanate de toluène, le 4,4'-diisocyanate de diphénylméthane, le 1,5-diisocyanate de naphtalène, le diisocyanate de toluidine, le diisocyanate de paraphénylène, le diisocyanate de xylylène et leurs mélanges. L'isocyanate aromatique polyfonctionnel contient moins de 20 % en masse d'isocyanates aliphatiques, comme le 4,4'-diisocyanate de dicyclohexylméthane et le diisocyanate d'isophorone de et le diisocyanate de cyclohexane. De préférence, l'isocyanate aromatique polyfonctionnel contient moins de 15 % en masse d'isocyanates aliphatiques et de préférence encore moins de 12 % en masse d'isocyanates aliphatiques. Les exemples de polyols prépolymères incluent les polyétherpolyols comme le poly(oxytétraméthylène)glycol, le poly(oxypropylène)- glycol et leurs mélanges, les polycarbonatepolyols, les polyesterpolyols, les polycaprolactonepolyols et leurs mélanges. Les polyols peuvent être mélangés par exemple avec des polyols de faible masse moléculaire, incluant l'éthylèneglycol, le 1,2-propylèneglycol, le 1,3-propylèneglycol, le 1,2-butanediol, le 1,3-butanediol, le 2-méthyl-1,3-propanediol, le 1,4-butanediol, le néopentylglycol, le 1,5-pentanediol, le 3-méthyl-1,5-pentanediol, le 1,6-hexanediol, le diéthylèneglycol, le dipropylèneglycol, le tripropylèneglycol et leurs mélanges. De préférence, le polyol prépolymère est choisi dans le groupe comprenant le polytétraméthylèneétherglycol, les polyesterpolyols, les polypropylèneétherglycols, les polycaprolactonepolyols, leurs copolymères et leurs mélanges. Si le polyol prépolymère est le PTMEG, un copolymère 10 de celui-ci ou un mélange de celui-ci, le produit réactionnel à terminaisons isocyanate a de préférence une plage de NCO qui n'a pas réagi en % en masse de 8,0 à 15,0 % en masse. Pour les polyuréthanes formés avec le PTMEG ou le PTMEG mélangé avec le PPG, le NCO en % en masse préférable est une plage de 8,0 à 10,0. Des exemples particuliers des polyols de la famille du PTMEG sont les suivants : Terathane 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 et 250 de Invista ; Polymeg 2900, 2000, 1000, 650 de Lyondell ; PolyTHFc) 650, 1000, 2000 de BASF, et les espèces de plus faible masse moléculaire comme le 1,2-butanediol, le 1,3-butanediol et le 1,4-butanediol. Si le polyol prépolymère est un PPG, un copolymère de celui-ci ou un mélange de celui-ci, le produit réactionnel à terminaisons isocyanate a de manière particulièrement préférable une plage de NCO qui n'a pas réagi en % en masse de 7,9 à 15,0 % en masse. Des exemples particuliers de polyols de PPG sont les suivants : Arcol PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 et 4000 de Bayer ; Voranol 1010L, 2000L et P400 de Dow ; Desmophen 1110BD, Acclaim Polyol 12200, 8200, 6300, 4200, 2200, les uns et les autres de Bayer. Si le polyol prépolymère est un ester, un copolymère de celui-ci ou un mélange de celui-ci, le produit réactionnel à terminaisons isocyanate a de manière particulièrement préférable une plage de NCO qui n'a pas réagi en % en masse de 6,5 à 13,0. Des exemples particuliers d'esterpolyols sont les suivants : Millester 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 10, 16, 253 de Polyurethane Specialties Company, Inc. ; Desmophen 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K2, 2500, 2501, 2505, 2601, PE65B de Bayer; Rucoflex S-1021-70, S-1043-46, S-1043-55 de Bayer. Typiquement, le produit réactionnel prépolymère est mis à réagir ou durci avec un agent de durcissement polyol, polyamine, alcoolamine ou un mélange de ceux-ci. Pour les besoins de cette description, les polyamines incluent les diamines et d'autres amines multifonctionnelles. Des exemples de polyamines de durcissement incluent les diamines ou polyamines aromatiques, comme la 4,4'-méthylène-bis-ochloroaniline [MBCA], la 4,4'-méthylène-bis-(3-chloro-2,6-diéthylaniline) [MCDEA] ; la diméthylthiotoluènediamine ; le di-p-aminobenzoate de triméthylèneglycol ; le di-p-aminobenzoate de poly(oxyde de tétraméthylène) ; le mono-p-aminobenzoate de poly(oxyde de tétraméthylène) ; le di-p-aminobenzoate de poly(oxyde de propylène) ; le mono-p-aminobenzoate de poly(oxyde de propylène) le 1,2-bis(2-aminophénylthio)éthane ; la 4,4'-méthylène-bis-aniline ; la diéthyltoluènediamine ; la 5-tert-butyl-2,4- et 3-tert-butyl-2,6-toluènediamine ; la 5-tertamyl-2,4-et 3-tert-amyl-2,6-toluènediamine et la chlorotoluènediamine.
Eventuellement, il est possible de produire des polymères d'uréthane pour feutres de polissage avec une seule étape de mélange, ce qui évite l'utilisation de prépolymères. Les composants du polymère utilisé pour produire le feutre de polissage sont de préférence choisis de telle manière que la morphologie du feutre résultant est stable et aisément reproductible. Par exemple, quand la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline [MBCA] est mélangée avec un diisocyanate pour former des polymères de polyuréthane, il est souvent avantageux de réguler les niveaux de monoamine, de diamine et de triamine. La régulation de la proportion de mono-, di- et triamines contribue à maintenir le rapport chimique et la masse moléculaire du polymère résultant dans une plage uniforme. De plus, il est souvent important de réguler les additifs comme les agents antioxydants et les impuretés comme l'eau en vue d'une fabrication uniforme. Par exemple, comme l'eau réagit avec un isocyanate pour former du dioxyde de carbone gazeux, la régulation de la concentration en eau peut affecter la concentration des bulles de dioxyde de carbone qui forment des pores dans la matrice polymère. La réaction d'un isocyanate avec de l'eau accidentelle réduit aussi l'isocyanate disponible pour réagir avec l'agent d'extension de chaîne, ce qui modifie la stoechiométrie ainsi que le niveau de réticulation (s'il y a un excès de groupes isocyanate) et la masse moléculaire du polymère résultant. Le matériau polymère polyuréthane est de préférence formé à partir d'un produit réactionnel prépolymère du diisocyanate de toluène et du polytétraméthylèneétherglycol avec une diamine aromatique. De manière particulièrement préférable, la diamine aromatique est la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline ou la 4,4'-méthylène-bis-(3-chloro-2,6-diéthylaniline). De préférence, le produit réactionnel prépolymère a 6,5 à 15,0 % en masse de NCO qui n'a pas réagi. Les exemples de prépolymères appropriés dans cette plage de NCO qui n'a pas réagi incluent : les prépolymères Airthane PET-70D, PHP-70D, PET-75D, PHP-75D, PPT-75D, PHP-80D produits par Air Products and Chemicals, Inc. et 12 les prépolymères Adiprene , LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, LF753D, L325 produits par Chemtura. De plus, des mélanges d'autres prépolymères outre ceux énumérés ci-dessus peuvent être utilisés pour atteindre des niveaux de NCO qui n'a pas réagi en pourcentage appropriés comme résultat du mélange. Parmi les prépolymères énumérés ci-dessus, beaucoup, comme LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D et LF753D sont des prépolymères à faible teneur en isocyanate libre qui ont moins de 0,1 % en masse de monomère TDI (diisocyanate de toluène) libre et qui ont une distribution de masse moléculaire de prépolymère plus uniforme que les prépolymères conventionnels, et qui facilitent ainsi la formation de feutres de polissage ayant d'excellentes caractéristiques de polissage. Cette uniformité améliorée de la masse moléculaire du prépolymère et les monomères à faible teneur en isocyanate libre donnent une structure de polymère plus régulière et contribuent à améliorer l'uniformité des feutres de polissage. Pour la plupart des prépolymères, le monomère à faible teneur en isocyanate libre représente de préférence moins de 0,5 % en masse. De plus, les prépolymères "conventionnels" qui ont typiquement de plus hauts niveaux de réaction (c'est-à-dire plus d'un polyol coiffé par un diisocyanate à chaque extrémité) et de plus hauts niveaux de prépolymère de toluènediisocyanate libre devraient produire des résultats similaires. De plus, des additifs polyols de faible masse moléculaire, comme le diéthylèneglycol, le butanediol et le tripropylèneglycol, facilitent la régulation du pourcentage en masse de NCO qui n'a pas réagi du produit réactionnel prépolymère.
En plus de la régulation du pourcentage en masse de NCO qui n'a pas réagi, le produit réactionnel d'agent de durcissement et de prépolymère a typiquement un rapport stoechiométrique de OH ou de NH2 à NCO qui n'a pas réagi de 90 à 125 %, de préférence de 97 à 125 0/0 ; et de manière particulièrement préférable, il a un rapport stoechiométrique de OH ou NH2 à NCO qui n'a pas réagi de plus de 100 à 120 0/0. Par exemple, les polyuréthanes formés avec un NCO qui n'a pas réagi dans une plage de 101 à 115 % semble donner d'excellents résultats. Cette stoechiométrie peut être obtenue directement, en établissant les niveaux stoechiométriques des matières premières, ou indirectement en faisant réagir une certaine quantité de NCO avec l'eau, intentionnellement ou par exposition à l'humidité accidentelle. 13 Si le feutre de polissage est un matériau de type polyuréthane, le feutre de polissage a de préférence une masse volumique de 0,4 à 1,3 g/cm3. De manière particulièrement préférable, les feutres de polissage en polyuréthane ont une masse volumique de 0,5 à 1, 25 g/cm3.
Exemples Exemple 1 Les matériaux pour feutre polymère ont été préparés en mélangeant différentes quantités d'isocyanates sous forme de 10 prépolymères d'uréthane avec de la 4,4'-méthylène-bis-o-chloroaniline [MBCA] à 50 C pour le prépolymère et à 116 C pour MBCA. En particulier, différents prépolymères de diisocyanate de toluène [TDI] avec le polytétra-méthylèneétherglycol [PTMEG] donnaient des feutres de polissage ayant différentes propriétés. Le mélange uréthane/amine 15 polyfonctionnelle a été mélangé avec les microsphères polymères creuses (EXPANCEL 551DE20d60 ou 551DE40d42 produites par Akzo Nobel) avant ou après le mélange du prépolymère avec l'agent d'extension de chaîne. Les microsphères avaient un diamètre moyen en masse de 15 à 50 pm, avec une plage de 5 à 200 pm, et ont été mélangées à 20 approximativement 3 600tr/min au moyen d'un mélangeur à haut cisaillement pour distribuer uniformément les microsphères dans le mélange. Le mélange final a été transféré dans un moule et amené à gélifier pendant environ 15 min. Le moule a ensuite été placé dans un four de durcissement et 25 durci avec le cycle suivant : 30 min de montée de la température ambiante à une valeur de consigne de 104 C, 15,5 h à 104 C et 2 h avec une valeur de consigne réduite à 21 C. L'article moulé a ensuite été "fendu" en feuilles minces et des macrocanaux ou des rainures ont été formés dans la surface à la température ambiante, le fendage à des 30 températures plus élevées peut améliorer la rugosité superficielle. Comme le montrent les tableaux, les échantillons 1 à 3 représentent des feutres de polissage de l'invention et les échantillons A à J représentent des exemples comparatifs.
Tableau 1 Formu- % NCO du Rapport Niveau de pores, % en Allongement Gonflement dans lation prépo- agent de masse microsphères à la rupture, solvant (NMP) lymère durcissement: NCO Expancel 551DE20d60 % ASTM ASTM D412-02 F2214-02 1-1 8,75-9,05 105 3,21 90 1,92 1-2 8,75-9,05 105 2,14 145 2,12 1-3 8,75-9,05 105 1,07 210 2,32 A-1 8,75-9,05 95 3,21 100 1,61 A-2 8,75-9,05 95 2,14 130 1,61 A-3 8,75-9,05 95 1,07 180 1,64 B-1 8,75-9,05 85 3,21 75 1,56 B-2 8,75-9,05 85 2,14 95 1,55 B-3 8,75-9,05 85 1,07 130 1,59 Tous les échantillons contenaient un prépolymère d'uréthane AdipreneTM LF750D de Chemtura, la formulation contient un mélange de 5 TDI et de PTMEG. Le conditionnement des échantillons de feutre en les plaçant à 50 % d'humidité relative pendant 5 jours à 25 C avant les essais améliorait la répétabilité des essais de traction. NMP : N-méthylpyrrolidone. Le tableau 1 montre l'allongement à la rupture de 10 polyuréthanes coulés avec différents rapports stoechiométriques et différentes quantités de microsphères polymères. Les différents rapports stoechiométriques commandent la quantité de réticulation du polyuréthane. De plus, l'augmentation de la quantité de microsphères polymères abaisse généralement les propriétés physiques, mais améliore 15 les performances de défectivité de polissage. Les propriétés résultantes d'allongement à la rupture des matériaux chargés ne semblent pas représenter un indicateur clair des performances de polissage. Les valeurs de gonflement des échantillons dans la n-méthylpyrrolidone indiquaient que le degré de gonflement est un indicateur des performances de 20 polissage d'une formulation. Les formulations ayant des valeurs de gonflement supérieures ou égales à 1,67 (rapport du diamètre du matériau gonflé au diamètre initial) donnent des résultats de polissage améliorés (et le matériau peut en fait se dissoudre). Les échantillons ayant 15 un gonflement qui étaient trop bas représentaient un indicateur fort de médiocres performances de polissage. Les échantillons qui se dissolvaient dans la n-méthylpyrrolidone, cependant, donnaient des résultats de polissage acceptables et des résultats de polissage inacceptables, ce qui ne constitue pas un indicateur clair des résultats de polissage. Le tableau 2 ci-dessous présente une série de polyuréthanes coulés avec différentes quantités de NCO à des stoechiométries de 85, 95 et 105 /o.
Tableau 2 Echantillon Prépolymère % en masse de NCO Rapport agent de % en masse de du prépolymère durcissement:NCO microsphères 1 LF750D 8,75-9,05 105 0 2 LF751D 8,9-9,2 105 0 3 LF753D 8,45-8,75 105 0 A LF750D 8,75-9,05 95 0 B LF750D 8,75-9,05 85 0 A' LF750D 8,75-9,05 95 0 C L325 8,95-9,25 85 0 C L325 8,95-9,25 85 0 D LF600D 7,1-7,4 95 0 E .. LF950A 5, 9 6,2 95 0 F LF751D 8,9-9,2 95 0 G LF753D 8,45-8,75 95 0 H LF751D 8,9-9,2 85 0 I LF753D 8,45-8,75 85 0 J L325 8,95-9,25 95 0 Les échantillons contenaient un prépolymère d'uréthane (TDIPTMEG) AdipreneTM LF600D, LF750D, LF751D, LF753D, LF950A de Chemtura ou un prépolymère Adiprene L325 H12MDI/TDI-PTMEG de Chemtura. Les données de DMA (analyse mécanique dynamique) indiquaient que certains échantillons peuvent contenir de faibles quantités de PPG et de PTMEG. Le prépolymère a été chauffé sous une couverture de gaz azote pour abaisser la viscosité puis mélangé manuellement avec MBCA au rapport agent de durcissement:NCO souhaité et dégazé. Puis les échantillons ont été coulés manuellement sous forme de plaques épaisses de 1,6 mm (1/16 de pouce). Le matériau coulé a ensuite été maintenu dans un four pendant 16 h à 100 C pour réaliser le durcissement. Les échantillons de déchirement ont été coulés directement dans un moule au lieu d'être découpés avec un outillage de découpage, et étaient relativement plus épais que stipulé par ASTM D1938-02.
Tableau 3, Echantillon Rapport agent de Résistance à la Allongement à la Résistance au Résistance au durcissement:NCO traction à la rupture médian déchirement déchirement rupture, -polymère non moyenne, lb/in moyenne, lb/in psi/MPa ASTM chargé, % ASTM (g/mm x 103) ASTM (g/mm x 103) D412-02 D412-02 D1938-02 D624-00el ASTM D470 1 105 7120/49 313 297 (5,5) 2 105 7413/51 328 336 (6,0) 3 105 7187/50 303 312 (5,6) A 95 7100*/49* 230* 140* (2,5) B 85 7617/52 192 146 (2,6) A' 95 6930/48 217 C 85 8603/59 292 C' 85 9468/65 320 D 95 6700*/46* 290* 115* (2,0) E 95 5500*/38* 350* 125* (2,2) F 95 7500*/52* 230* 145* (2,6) G 95 7500*/52* 230* 130* (2,3) H 85 8111/56 235 189 (3,4) I 85 7252/50 210 159 (2,8) 3 95 8800*/61* 260* 112* (2,0) * les valeurs indiquées sont tirées de documents Chemtura 10 Le tableau 3 montre les propriétés de traction et de déchirement d'élastomères bruts non chargés produits à partir de différents prépolymères de polyuréthane Adiprene et de MBCA. Comme avec les matériaux chargés, l'allongement à la rupture n'est pas un 15 indicateur clair des performances de polissage. La résistance au déchirement, cependant, est corrélée à des performances de polissage à 17 faible défectivité, une résistance au déchirement élevée donnant une faible défectivité.
Exemple 2 Des feutres d'une épaisseur de 2,0 mm (80 x 10-3 pouces) et d'un diamètre de 57 cm (22,5 pouces) ont été découpés dans des gâteaux préparés avec le procédé de l'exemple 1. Les feutres incluaient un motif de rainures circulaires d'une largeur de 0,51 mm (20 x 10-3 pouces), d'une profondeur de 0,76 mm (30 x 10-3 pouces) et d'un pas de 1,8 mm (70 x 10-3 pouces) avec un sous-tampon en polyuréthane SP2150. Le polissage avec un outil SpeedFam-IPEC 472 sur le plateau 1 à 34,5 kPa (5 psi), une vitesse du plateau de 75 tr/min et une vitesse du support de 50 tr/min a donné des données de polissage comparatives pour les différents feutres. Le polissage était basé également sur un conditionneur diamanté Kinik CG181060. Les plaquettes tests incluent des plaquettes à feuille de TEOS, des plaquettes à feuilles de nitrure de silicium et une plaquette à motif HDP MIT pour mesurer la planarisation d'une suspension contenant de l'oxyde de cérium CelexisTM CX2000A de Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies.
Tableau 4 Désignation de Stoechiométrie Taille des Niveau de Niveau de pores, vol. Masse Dureté la formulation pores pores, g/100 g ajouté, cm3/100 g de vol., Shore D* de formulation formulation g/cm3 B-1 85 petite 3,21 54 0,697 50,4 B-3 85 petite 1,07 18 0,952 61,8 B-3 85 moyenne 0,75 18 0,967 60,3 B-1 85 moyenne 2,25 54 0,689 49,2 A-2 95 moyenne 1,5 36 0,829 55,7 A-2 95 petite 2,14 36 0,642 43,5 A-1 95 petite 3,21 54 0,764 52,9 A3 95 moyenne 0,75 18 0,977 60,5 A-3 95 petite 1,07 18 0,983 61,9 A-1 95 moyenne 2,25 54 0,676 48,0 B-2 85 petite 2,14 36 0,828 57,1 B-2 85 moyenne 1,5 36 0,827 54,9 1-1 105 petite 3,21 54 0,580 45,0 1-2 105 petite 2,14 36 0,780 49,0 1-3 105 petite 1,07 18 0,960 60,0 1-1 105 moyenne 2,25 54 0, 610 42,0 1-2 105 moyenne 1,5 36 0,810 54,0 1-3 105 moyenne 0,75 18 0,960 59,0 IC1000 A2 87 moyenne 1,6 38 0,800 55,0 Le conditionnement des échantillons de feutre en les plaçant dans une humidité relative de 50 % pendant 5 jours à 25 C avant les tests et en empilant six échantillons de 1,3 mm (50 x 10-3 pouces) améliorait la répétabilité des tests de dureté Shore D avec ASTM D2240-05 et de la masse volumique par ASTM 1622-03. Le tableau 4 montre les formulations avec leurs rapports stoechiométriques d'agent d'allongement de chaîne à isocyanate, la taille des pores et le niveau des pores, et les masses volumiques résultantes et la dureté Shore D résultante. Les pores de petite taille et de taille moyenne ont été ajoutés à différents niveaux en masse pour obtenir le même chargement volumique que celui montré par les volumes de pores calculés et les masses volumiques de formulation mesurées. Le tableau 5 inclut les données de métrologie Opti-Probe 2600 pour les vitesses de retrait de TEOS et de SiN produites après le polissage 19 des plaquettes avec les formulations de feutre expérimentales et CelexisTM CX2000 sur le plateau 1 suivi par une étape de polissage sur le plateau 2 avec un feutre de polissage poromique en polyuréthane PolitexTM de Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. Les stries et les éraflures ont été quantifiées en utilisant le CompassTM 300 avec SEMVisionTM G2 après attaque HF des plaquettes pour retirer approximativement 500 x Io' m (500 Â) de SiN de la surface des plaquettes, ce qui retire la contamination des particules d'oxyde de cérium et "décore" les défauts pour les rendre plus évidents.
Tableau 5 Désignation de vitesse moyenne vitesse moyenne stries, éraflures Sélectivité la formulation de retrait de de retrait de SiN TEOS/SiN TEOS B-1 5883 376 35,8 15,7 B-3 5421 442 59,9 12,3 B-3 5140 522 53,0 9,8 B-1 5689 361 48,0 15,8 A-2 6008 613 53,0 9,8 A-2 6189 529 54,8 11,7 A-1 6402 675 61,0 9,5 A-3 5823 957 151,8 A-3 5346 230 11 23,2 A-1 6043 428 135,7 14,1 B-2 5904 430 373,0 13,7 B-2 5543 369 73,5 15,0 1-1 7309 1496 33,0 4,9 1-2 6903 610 19,0 11,3 1-3 6082 284 0,7 21,4 1-1 6819 683 126,0 10,0 1-2 6676 576 86,0 11,6 1-3 6225 266 2,0 23,4 IC1000 A2 6005 296 100,0 20,3 Ces données indiquent que des niveaux de défectivité bien plus 15 bas sont possibles avec les feutres de polissage à haute résistance au déchirement de l'invention. Ce résultat est particulièrement prononcé avec les formulations utilisant les petits pores. De plus, une large plage de sélectivités TEOS/SiN peut être obtenue avec les feutres de cette invention.
Claims (10)
1. Feutre de polissage approprié pour planariser au moins un substrat parmi les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice polymère (12), la matrice polymère ayant une surface de polissage supérieure (14), la surface de polissage supérieure ayant des aspérités de polissage polymères (16) ou formant des aspérités de polissage polymères par conditionnement avec un abrasif, les aspérités de polissage polymères s'étendant depuis la matrice polymère et faisant partie de la surface de polissage supérieure qui peut entrer en contact avec un substrat pendant le polissage, le feutre de polissage (10) formant des aspérités de polissage polymères supplémentaires à partir de la matrice polymère avec l'usure ou le conditionnement de la surface de polissage supérieure, et les aspérités de polissage polymères étant en un matériau polymère ayant une résistance à la traction ultime apparente d'au moins 44,8 MPa (6500 psi) et une résistance au déchirement apparente d'au moins 4,5 x 103 g/mm (250 lb/in.).
2. Feutre de polissage selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que la résistance au déchirement apparente est 4,5 x 103 à 13,4 x 103 g/mm (250 à 750 lb/in.).
3. Feutre de polissage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matrice polymère inclut un polymère dérivé d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels et ledit 25 polymère, un polyuréthane polymère, inclut au moins un polymère choisi parmi les polyétherurées, les polyisocyanurates, les polyuréthanes, les polyurées, les polyuréthaneurées, leurs copolymères et leurs mélanges.
4. Feutre de polissage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matrice polymère est issue du produit réactionnel d'un agent de 30 durcissement et d'un polymère à terminaisons isocyanate, l'agent de durcissement contient des amines de durcissement qui durcissent le produit réactionnel à terminaisons isocyanate et le produit réactionnel à terminaisons isocyanate a un rapport stoechiométrique de NH2 à NCO qui n'a pas réagi de 90 à 125 %. 35
5. Feutre de polissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance à latraction apparente est 44,8 à 96,5 MPa (6500 à 14000 psi) et la matrice polymère a un allongement à la rupture apparent d'au moins 200 k.
6. Feutre de polissage approprié pour planariser au moins un substrat parmi les substrats semiconducteurs, optiques et magnétiques, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice polymère, la matrice polymère ayant une surface de polissage supérieure, la surface de polissage supérieure ayant des aspérités de polissage polymères ou formant des aspérités de polissage polymères par conditionnement avec un abrasif, les aspérités de polissage polymères s'étendant depuis la matrice polymère et étant la partie de la surface de polissage supérieure qui peut entrer en contact avec un substrat pendant le polissage, la matrice polymère inclut un polymère dérivé d'isocyanates difonctionnels ou polyfonctionnels et ledit polymère, un polyuréthane polymère, inclut au moins un polymère choisi parmi les polyétherurées, les polyisocyanurates, les polyuréthanes, les polyurées, les polyuréthaneurées, leurs copolymères et leurs mélanges, la matrice polymère ayant une résistance à la traction ultime apparente de 44,8 à 96,5 MPa (6 500 à 14 000 psi) et une résistance au déchirement apparente de 4,5 x 103 à 13,4 x 103 g/mm (250 à 750 lb/in.).
7. Feutre de polissage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la résistance au déchirement apparente est 4,9 x 103 à 12,5 x 103 g/mm (275 à 700 lb/in.).
8. Feutre de polissage selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la matrice polymère est issue du produit réactionnel d'un agent de durcissement et d'un polymère à terminaisons isocyanate, l'agent de durcissement contient des amines de durcissement qui durcissent le produit réactionnel à terminaisons isocyanate et le produit réactionnel à terminaisons isocyanate a un rapport stoechiométrique NH2 à NCO qui n'a pas réagi de plus de 100 à 120 %.
9. Feutre de polissage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la résistance à la traction apparente est 46,5 à 68,9 MPa (6750 à 10000 psi) et la matrice polymère a un allongement à la rupture apparent d'au moins 200 0/0.
10. Feutre de polissage selon l'une quelconque des 35 revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il inclut une porosité de 25 à65 !o en volume dans la matrice polymère et un diamètre de pores moyen de 2 à 50 pm.
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