JP2010041056A - Chemical mechanical polishing pad - Google Patents

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JP2010041056A JP2009182027A JP2009182027A JP2010041056A JP 2010041056 A JP2010041056 A JP 2010041056A JP 2009182027 A JP2009182027 A JP 2009182027A JP 2009182027 A JP2009182027 A JP 2009182027A JP 2010041056 A JP2010041056 A JP 2010041056A
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T Todd Crkvenac
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    • B24GRINDING; POLISHING
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • B24D3/32Resins or natural or synthetic macromolecular compounds for porous or cellular structure

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing pad having a high removing speed and capable of polishing semiconductor materials such as copper, an insulator, a barrier, and a tungsten wafer. <P>SOLUTION: The polishing pad includes a polymeric matrix and hollow polymeric particles, wherein the polymeric matrix is a polyurethane reaction product of a curing agent and an isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol at an NH<SB>2</SB>to NCO stoichiometric ratio of 80 to 97%. The isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol has an unreacted NCO range of 8.75 to 9.05 wt.%. The hollow polymeric particles have an average diameter of 2 to 50 μm and a wt.%<SB>b</SB>and density<SB>b</SB>of constituents forming the polishing pad as the shown formula (1) wt.%<SB>a</SB>*density<SB>b</SB>/density<SB>a</SB>=wt.%<SB>b</SB>. In the formula (1), density<SB>a</SB>is equal to 60g/l, the density<SB>b</SB>is 5 to 500 g/l, and a wt.%<SB>a</SB>is 3.25 to 4.25 wt.%. The polishing pad has a porosity of 30 to 60 vol.%, and a cell structure in the polymeric matrix forms a continuous network surrounding the cell structure. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

背景
本明細書は、半導体基材を研磨又は平坦化するのに有用な研磨パッドに関する。半導体の製造は、一般に、いくつかのケミカルメカニカルポリッシング(CMP)工程を含む。各CMP工程において、研磨パッドが、研磨溶液、たとえば砥粒含有研磨スラリー又は無砥粒反応性液と組み合わさって、後続の層の受け入れに備えて平坦化する、又は平坦さを維持するようなやり方で余剰材料を除去する。これらの層の積み重ねが、集積回路を形成するようなやり方で組み合わさる。これらの半導体素子の製造は、作動速度を高め、漏れ電流を減らし、消費電力を減らす素子に対する要求のせいで、より複雑化し続けている。素子アーキテクチャの点では、これは、より微細な形状の幾何学配置及び増大した金属被覆層の数と言い換えることができる。これらのますます厳しくなる素子設計要求が、ますます小さなライン間隔及び対応するパターン密度の増大の採用をドライブさせている。素子のより小さなスケール及び増大した複雑さが、CMP消費材料、たとえば研磨パッド及び研磨溶液に対し、より大きな要求を招くに至った。加えて、集積回路の形体サイズが縮小するにつれ、CMP誘発欠陥、たとえばスクラッチがより大きな問題になる。さらに、集積回路の膜厚さの減少は、ウェーハ基材に対して許容しうるトポグラフィーを提供すると同時に欠陥率の改善を要求する。これらのトポグラフィー要求は、ますます厳格な平坦性、ラインディッシング及び小さな形状のアレイエロージョンとなる研磨仕様書を要求する。
BACKGROUND This specification relates to a polishing pad useful for polishing or planarizing a semiconductor substrate. Semiconductor manufacturing generally includes several chemical mechanical polishing (CMP) steps. In each CMP step, the polishing pad is combined with a polishing solution, such as an abrasive-containing polishing slurry or an abrasive-free reactive liquid, such that it is planarized or remains flat for subsequent layer acceptance. Remove excess material in a manner. These stacks of layers combine in such a way as to form an integrated circuit. The manufacture of these semiconductor devices continues to become more complex due to the demand for devices that increase operating speed, reduce leakage current, and reduce power consumption. In terms of device architecture, this can be paraphrased as a finer geometry and an increased number of metallization layers. These increasingly stringent device design requirements are driving the adoption of increasingly smaller line spacings and corresponding increases in pattern density. The smaller scale and increased complexity of the device has led to greater demands on CMP consuming materials such as polishing pads and polishing solutions. In addition, as integrated circuit feature sizes shrink, CMP-induced defects, such as scratches, become a greater problem. In addition, the reduction in integrated circuit film thickness requires an improved defect rate while providing an acceptable topography for the wafer substrate. These topography requirements require an increasingly strict flatness, line dishing and polishing specifications that result in small shapes of all yellow.

旧来、流込み成形ポリウレタン研磨パッドには、集積回路を製造するために使用される大部分の研磨処理のために機械的結着性及び耐薬品性が提供されてきた。たとえば、ポリウレタン研磨パッドは、引裂きに抵抗するのに十分な引張り強さ及び伸び、研磨中の摩耗問題を回避するための耐摩耗性ならびに強酸性及び強苛性アルカリ性の研磨溶液による腐食に抵抗するための安定性を有する。残念ながら、平坦化を改善する傾向を示す硬質の流込み成形ポリウレタン研磨パッドは、同時に、欠陥を増す傾向を示す。   Traditionally, cast polyurethane polishing pads have been provided with mechanical integrity and chemical resistance for most polishing processes used to manufacture integrated circuits. For example, polyurethane polishing pads have sufficient tensile strength and elongation to resist tearing, wear resistance to avoid wear problems during polishing, and resistance to corrosion by strongly acidic and strong caustic alkaline polishing solutions. Stability. Unfortunately, hard cast polyurethane polishing pads that tend to improve planarization, at the same time, tend to increase defects.

M. J. Kulpが、米国特許第7,169,030号で、高い引張り弾性率を有する一連のポリウレタン研磨パッドを開示している。これらの研磨パッドは、研磨パッドと研磨スラリーとのいくつかの組み合わせに関して優れた平坦化及び欠陥率を提供する。たとえば、これらの研磨パッドは、セリア含有研磨スラリーで、酸化ケイ素/窒化ケイ素を研磨する用途、たとえば直接的なシャロートレンチアイソレーション(STI)研磨用途の場合、優れた研磨性能を提供することができる。本明細書で、酸化ケイ素とは、半導体素子において絶縁体を形成するのに有用な酸化ケイ素、酸化ケイ素化合物及びドープされた酸化ケイ素配合物をいい、窒化ケイ素とは、半導体用途に有用な窒化ケイ素、窒化ケイ素化合物及びドープされた窒化ケイ素配合物をいう。残念ながら、これらのパッドは、今日及び将来の半導体ウェーハに含まれる多数の基材層に関してあらゆる研磨スラリーとで研磨性能を改善するだけの汎用性を有しない。さらには、半導体素子のコストが低下するにつれ、研磨性能におけるさらなる増強がなおも求められている。   M. J. Kulp, in US Pat. No. 7,169,030, discloses a series of polyurethane polishing pads having high tensile modulus. These polishing pads provide excellent planarization and defect rates for some combinations of polishing pads and polishing slurries. For example, these polishing pads can provide superior polishing performance for silicon oxide / silicon nitride polishing applications such as direct shallow trench isolation (STI) polishing applications with ceria-containing polishing slurries. . As used herein, silicon oxide refers to silicon oxides, silicon oxide compounds and doped silicon oxide blends useful for forming insulators in semiconductor devices, and silicon nitride refers to nitridation useful for semiconductor applications. Refers to silicon, silicon nitride compounds and doped silicon nitride blends. Unfortunately, these pads do not have the versatility to improve polishing performance with any polishing slurry with respect to the large number of substrate layers included in present and future semiconductor wafers. Furthermore, further enhancements in polishing performance are still required as the cost of semiconductor devices decreases.

研磨パッドの除去速度の増大は、スループットを増すことで、半導体製造プラントの設備設置面積及び出費を減らすことができる。性能増強に対するこの要求のせいで、増強された性能で基材層を除去するための研磨パッドがなおも要望されている。たとえば、酸化物絶縁体除去速度は、層間絶縁膜(「ILD」)又は配線間絶縁膜(「IMD」)研磨において絶縁体を除去するのに重要である。使用されている絶縁体酸化物の具体的なタイプは、BPSG、テトラエチルオルトシリケートの分解、HDP(「高密度プラズマ」)及びSACVD(「減圧化学蒸着」)から形成されるTEOSを含む。許容可能な欠陥率性能及びウェーハ均一さと増大した除去速度を併せ持つ研磨パッドが今も求められている。特に、許容可能な平坦化及び欠陥率研磨性能と加速された酸化物除去速度を併せ持つ、ILD研磨に適した研磨パッドが要望されている。   Increasing the removal rate of the polishing pad can reduce the equipment installation area and cost of the semiconductor manufacturing plant by increasing the throughput. Because of this demand for performance enhancement, there is still a need for a polishing pad for removing a substrate layer with enhanced performance. For example, the oxide insulator removal rate is important for removing an insulator in polishing an interlayer dielectric (“ILD”) or inter-wiring dielectric (“IMD”). Specific types of insulator oxides used include TEOS formed from BPSG, decomposition of tetraethylorthosilicate, HDP (“high density plasma”) and SACVD (“low pressure chemical vapor deposition”). There remains a need for polishing pads that combine acceptable defect rate performance and wafer uniformity with increased removal rates. In particular, there is a need for a polishing pad suitable for ILD polishing that combines acceptable planarization and defect rate polishing performance with an accelerated oxide removal rate.

発明の記述
本発明は、銅、絶縁体、バリヤ及びタングステンの少なくとも一つを含むパターン付けされた半導体基材を研磨するのに適した研磨パッドであって、その研磨パッドがポリマーマトリックス及びポリマーマトリックス内の中空ポリマー粒子を含み、ポリマーマトリックスが、硬化剤とイソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールにおいて、NCOに対するNH2の化学量論比が80〜97%であるポリウレタン反応生成物であり、イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールが8.75〜9.05重量%の未反応NCO範囲を有し、硬化剤が、イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールを硬化させてポリマーマトリックスを形成する硬化剤アミンを含み、中空ポリマー粒子が、2〜50μmの平均直径ならびに研磨パッドを形成する成分の重量%b及び密度bとして以下のように
DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a polishing pad suitable for polishing a patterned semiconductor substrate comprising at least one of copper, insulator, barrier, and tungsten, the polishing pad comprising a polymer matrix and a polymer matrix. And a polymer matrix is a polyurethane reaction product having a stoichiometric ratio of NH 2 to NCO of 80-97% in a curing agent and an isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol, The tetramethylene ether glycol has an unreacted NCO range of 8.75 to 9.05% by weight and the curing agent includes a curing agent amine that cures the isocyanate terminated polytetramethylene ether glycol to form a polymer matrix, and is hollow The polymer particles are 2 to As it follows as a weight% b and density b of the average diameter and component forming the polishing pad of 0μm

(式中、
密度aは、60g/lの平均密度に等しく、
密度bは、5g/l〜500g/lの平均密度であり、
重量%aは、3.25〜4.25重量%である)
を有し、研磨パッドが30〜60容量%の気孔率を有し、ポリマーマトリックス内の閉じたセル構造が、閉じたセル構造を包囲する連続ネットワークを形成している研磨パッドを提供する。
(Where
The density a is equal to the average density of 60 g / l,
Density b is an average density of 5 g / l to 500 g / l,
(% By weight a is 3.25 to 4.25% by weight)
The polishing pad has a porosity of 30-60% by volume, and the closed cell structure in the polymer matrix forms a continuous network surrounding the closed cell structure.

本発明のもう一つの実施態様は、銅、絶縁体、バリヤ及びタングステンの少なくとも一つを含むパターン付けされた半導体基材を研磨するのに適した研磨パッドであって、ポリマーマトリックス及びポリマーマトリックス内の中空ポリマー粒子を含み、ポリマーマトリックスが、硬化剤とイソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールにおいて、NCOに対するNH2の化学量論比が80〜90%であるポリウレタン反応生成物であり、イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールが8.75〜9.05重量%の未反応NCO範囲を有し、硬化剤が、イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールを硬化させてポリマーマトリックスを形成する硬化剤アミンを含み、中空ポリマー粒子が、2〜50μmの平均直径ならびに研磨パッドを形成する成分の重量%b及び密度bとして以下のように Another embodiment of the present invention is a polishing pad suitable for polishing a patterned semiconductor substrate comprising at least one of copper, an insulator, a barrier, and tungsten, the polymer matrix and within the polymer matrix And a polymer matrix is a polyurethane reaction product having a stoichiometric ratio of NH 2 to NCO of 80-90% in a curing agent and an isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol, and an isocyanate-terminated polytetra A hollow polymer in which the methylene ether glycol has an unreacted NCO range of 8.75 to 9.05% by weight and the curing agent comprises a curing agent amine that cures the isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol to form a polymer matrix. Particles are 2-50μm As it follows as a weight% b and density b of the average diameter and components forming the abrasive pad

(式中、
密度aは、60g/lの平均密度に等しく、
密度bは、10g/l〜300g/lの平均密度であり、
重量%aは、3.25〜3.6重量%である)
を有し、研磨パッドが35〜55容量%の気孔率を有し、ポリマーマトリックス内の閉じたセル構造が、閉じたセル構造を包囲する連続ネットワークを形成している研磨パッドを提供する。
(Where
The density a is equal to the average density of 60 g / l,
The density b is an average density of 10 g / l to 300 g / l,
(% By weight a is 3.25 to 3.6% by weight)
And the polishing pad has a porosity of 35-55% by volume, and the closed cell structure in the polymer matrix forms a continuous network surrounding the closed cell structure.

本発明のパッドの研磨面の250倍研磨後走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph after 250 times polishing of the polishing surface of the pad of the present invention. 本発明のパッドの研磨面の500倍研磨後走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph after 500 times polishing of the polishing surface of the pad of the present invention. シリカ含有研磨スラリーで研磨した後の高いケイ素濃度を示す、図1及び2の研磨パッドの、図2と同じ領域の500倍EDS画像である。FIG. 3 is a 500 × EDS image of the same area of FIG. 2 of the polishing pad of FIGS. 1 and 2 showing high silicon concentration after polishing with a silica-containing polishing slurry.

詳細な説明
本発明は、半導体、光学及び磁性基材の少なくとも一つを平坦化するのに適した、ポリマーマトリックスを含む研磨パッドを提供する。研磨パッドは、層間絶縁膜(ILD)用途におけるようにILD絶縁材料を研磨し、平坦化するのに特に適しているが、銅又はタングステンのような金属を研磨するために使用することもできる。パッドは、従来のパッドを上回る増大した除去速度を提供する(特に研磨の最初の30秒間に)。研磨の早期部分におけるパッドの加速された応答が、指定量の材料をウェーハ表面から除去するのに必要な研磨時間を短縮することにより、ウェーハスループットの増大を可能にする。
DETAILED DESCRIPTION The present invention provides a polishing pad comprising a polymer matrix suitable for planarizing at least one of semiconductor, optical and magnetic substrates. The polishing pad is particularly suitable for polishing and planarizing an ILD insulating material, as in interlayer dielectric (ILD) applications, but can also be used to polish metals such as copper or tungsten. The pad provides an increased removal rate over the conventional pad (especially during the first 30 seconds of polishing). The accelerated response of the pad in the early part of polishing allows for increased wafer throughput by reducing the polishing time required to remove a specified amount of material from the wafer surface.

ヒュームドシリカを用いるILD研磨の場合、除去速度は30秒で3750Å/分を超えることができる。さらには、本発明は、同じ研磨試験においてIC1010(商標)ポリウレタン研磨パッドによって30秒で得られる除去速度よりも少なくとも10%高い除去速度を提供することができる(IC1010は、Rohm and Haas社又はその系列会社の商標である)。有利には、シリカ含有砥粒を用いてTEOSシートウェーハを研磨する場合の本発明の研磨パッドの30秒での除去速度は、シリカ含有砥粒を用いてTEOSシートウェーハを研磨する場合のIC1000研磨パッドの30秒及び60秒での除去速度以上である。IC1000(商標)は、内容物から作られた部品に熱可塑性を付与する傾向にある脂肪族イソシアネートを含むため、TEOS除去速度を研磨時間に関して高めることができる(IC1000は、Rohm and Haas社又はその系列会社の商標である)。IC1000研磨パッドの熱可塑性は、除去速度における何らかの最大値が生じるまで除去速度の増大とともに研磨パッドとウェーハとの接触の増大を促進すると思われる。パッド/ウェーハ接触面積をさらに高いレベルまで増すことは、局所的アスペリティ/ウェーハ接触圧が低下するにつれ、除去速度を低下させると思われる。同様に、脂肪族イソシアネートを含まない配合物は、架橋度又は分子量が低下するにつれ、より高い熱可塑性を有し、ウェーハ研磨時間に関して除去速度のさらなる増大を示すことができる。しかし、本発明のパッドは、研磨加工の非常に早い時期でパッド/ウェーハ接触を最大化するのに十分なレベルの気孔率を有し、比較的高いレベルの架橋性が、研磨加工を促進するのに十分な局所的剛性をパッドに提供すると思われる。   For ILD polishing using fumed silica, the removal rate can exceed 3750 kg / min in 30 seconds. Furthermore, the present invention can provide a removal rate that is at least 10% higher than that obtained with an IC1010 ™ polyurethane polishing pad in 30 seconds in the same polishing test (IC1010 is Rohm and Haas or its Is a trademark of an affiliated company). Advantageously, the removal rate in 30 seconds of the polishing pad of the present invention when polishing a TEOS sheet wafer using silica-containing abrasive grains is such that IC1000 polishing when polishing a TEOS sheet wafer using silica-containing abrasive grains More than the removal speed of the pad at 30 and 60 seconds. IC1000 ™ includes aliphatic isocyanates that tend to impart thermoplasticity to parts made from the contents, so the TEOS removal rate can be increased with respect to polishing time (IC1000 is Rohm and Haas or its Is a trademark of an affiliated company). The thermoplasticity of the IC1000 polishing pad appears to promote increased contact between the polishing pad and the wafer with increasing removal rate until some maximum value in removal rate occurs. Increasing the pad / wafer contact area to a higher level would reduce the removal rate as the local asperity / wafer contact pressure decreases. Similarly, formulations that do not contain aliphatic isocyanates have higher thermoplasticity as the degree of crosslinking or molecular weight decreases, and can exhibit a further increase in removal rate with respect to wafer polishing time. However, the pads of the present invention have a sufficient level of porosity to maximize the pad / wafer contact very early in the polishing process, and a relatively high level of crosslinkability facilitates the polishing process. It seems to provide sufficient local stiffness to the pad.

除去速度は砥粒含量とともに増すことができるが、砥粒レベルから独立した、1C1010研磨パッドの除去速度を上回る改善は、研磨性能における重要な進歩を表す。たとえば、これは、低い欠陥率で除去速度を増大することを容易にし、スラリーコストを下げることができる。除去速度に加えて、ウェーハスケールの不均一さが重要な研磨性能考慮要素を表す。一般に、研磨されたウェーハの均一さが良好に研磨されたダイの最大数を得るために重要であるため、ウェーハスケールの不均一さは6%未満であるべきである。   Although the removal rate can increase with abrasive content, the improvement over the removal rate of the 1C1010 polishing pad, independent of the abrasive level, represents a significant advance in polishing performance. For example, this can facilitate increasing the removal rate with a low defect rate and reduce slurry cost. In addition to removal rate, wafer scale non-uniformity represents an important polishing performance consideration. In general, the wafer scale non-uniformity should be less than 6% because the uniformity of the polished wafer is important to obtain the maximum number of well polished dies.

本明細書に関して、「ポリウレタン」とは、二官能又は多官能イソシアネートから誘導される生成物、たとえばポリエーテルウレア、ポリイソシアヌレート、ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタンウレア、それらのコポリマー及びそれらの混合物である。流込み成形ポリウレタン研磨パッドが、半導体、光学及び磁性基材を平坦化するのに適している。パッドの具体的な研磨性は、一部には、プレポリマーポリオールと多官能イソシアネートとのプレポリマー反応生成物から生じる。研磨パッドを形成するためには、プレポリマー生成物を、硬化剤ポリアミン、硬化剤ポリオール、硬化剤アルコールアミン及びそれらの混合物を含む群から選択される硬化剤で硬化させる。プレポリマー反応生成物中の未反応NCOに対する硬化剤の比を制御すると、研磨中の多孔性パッドの欠陥率性能を改善することができることがわかった。   In the context of the present specification, “polyurethane” is a product derived from a difunctional or polyfunctional isocyanate, such as polyether urea, polyisocyanurate, polyurethane, polyurea, polyurethane urea, copolymers thereof and mixtures thereof. A cast polyurethane polishing pad is suitable for planarizing semiconductor, optical and magnetic substrates. The specific polishability of the pad results in part from the prepolymer reaction product of the prepolymer polyol and the polyfunctional isocyanate. To form the polishing pad, the prepolymer product is cured with a curing agent selected from the group comprising a curing agent polyamine, a curing agent polyol, a curing agent alcohol amine, and mixtures thereof. It has been found that controlling the ratio of curing agent to unreacted NCO in the prepolymer reaction product can improve the defect rate performance of the porous pad during polishing.

ウレタン製造は、多官能芳香族イソシアネート及びプレポリマーポリオールからのイソシアネート末端ウレタンプレポリマーの調製を含む。プレポリマーポリオールはポリテトラメチレンエーテルグリコール[PTMEG]である。例示的な多官能芳香族イソシアネートとしては、2,4−トルエンジイソシアネート、2,6−トルエンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート及びそれらの混合物がある。多官能芳香族イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、たとえば4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート及びシクロヘキサンジイソシアネートを20重量%未満しか含有しない。多官能芳香族イソシアネートは、脂肪族イソシアネートを、好ましくは15重量%未満、より好ましくは12重量%未満しか含有しない。   Urethane production involves the preparation of isocyanate-terminated urethane prepolymers from polyfunctional aromatic isocyanates and prepolymer polyols. The prepolymer polyol is polytetramethylene ether glycol [PTMEG]. Exemplary polyfunctional aromatic isocyanates include 2,4-toluene diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, naphthalene-1,5-diisocyanate, tolidine diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, xylylene. There are range isocyanates and mixtures thereof. Polyfunctional aromatic isocyanates contain less than 20% by weight of aliphatic isocyanates such as 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate and cyclohexane diisocyanate. The polyfunctional aromatic isocyanate preferably contains less than 15% by weight of aliphatic isocyanate, more preferably less than 12% by weight.

一般に、プレポリマー反応生成物を、硬化剤アミン、たとえばポリアミン又はポリアミン含有混合物とで反応又は硬化させる。たとえば、ポリアミンをアルコールアミン又はモノアミンと混合することが可能である。本明細書に関して、ポリアミンは、ジアミン及び他の多官能アミンを含む。例示的な硬化剤ポリアミンとしては、芳香族ジアミン又はポリアミン、たとえば4,4′−メチレン−ビス−o−クロロアニリン[MBCA]、4,4′−メチレン−ビス−(3−クロロ−2,6−ジエチルアニリン)[MCDEA]、ジメチルチオトルエンジアミン、トリメチレングリコールジ−p−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシドジ−p−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシドモノ−p−アミノベンゾエート、ポリプロピレンオキシドジ−p−アミノベンゾエート、ポリプロピレンオキシドモノ−p−アミノベンゾエート、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタン、4,4′−メチレン−ビス−アニリン、ジエチルトルエンジアミン、5−tert−ブチル−2,4−及び3−tert−ブチル−2,6−トルエンジアミン、5−tert−アミル−2,4−及び3−tert−アミル−2,6−トルエンジアミンならびにクロロトルエンジアミンがある。MBCA添加が好ましい硬化剤アミンを表す。場合によっては、プレポリマーの使用を回避させる単一混合工程で研磨パッド用のウレタンポリマーを製造することも可能である。   Generally, the prepolymer reaction product is reacted or cured with a curing agent amine, such as a polyamine or a polyamine-containing mixture. For example, polyamines can be mixed with alcohol amines or monoamines. For purposes of this specification, polyamines include diamines and other multifunctional amines. Exemplary curing agent polyamines include aromatic diamines or polyamines such as 4,4'-methylene-bis-o-chloroaniline [MBCA], 4,4'-methylene-bis- (3-chloro-2,6 -Diethylaniline) [MCDEA], dimethylthiotoluenediamine, trimethylene glycol di-p-aminobenzoate, polytetramethylene oxide di-p-aminobenzoate, polytetramethylene oxide mono-p-aminobenzoate, polypropylene oxide di-p -Aminobenzoate, polypropylene oxide mono-p-aminobenzoate, 1,2-bis (2-aminophenylthio) ethane, 4,4'-methylene-bis-aniline, diethyltoluenediamine, 5-tert-butyl-2, 4- and 3-tert-butyl-2,6- Ruenjiamin, there is 5-tert-amyl-2,4- and 3-tert-amyl-2,6-toluenediamine and chlorotoluene diamine. MBCA addition represents a preferred curing agent amine. In some cases, it is also possible to produce urethane polymers for polishing pads in a single mixing step that avoids the use of prepolymers.

研磨パッドを製造するために使用されるポリマーの成分は、好ましくは、得られるパッドモホロジーが安定性であり、容易に再現可能であるように選択される。たとえば、4,4′−メチレン−ビス−o−クロロアニリン[MBCA]をジイソシアネートと混合してポリウレタンポリマーを形成する場合、モノアミン、ジアミン及びトリアミンのレベルを制御することがしばしば有利である。モノ、ジ及びトリアミンの割合の制御は、化学比及び得られるポリマー分子量を一貫した範囲内に維持することに貢献する。加えて、一貫した製造のためには、酸化防止剤のような添加物及び水のような不純物を制御することがしばしば重要である。たとえば、水はイソシアネートと反応して気体二酸化炭素を形成するため、水の濃度を制御すると、ポリマーマトリックス中に気孔を形成する二酸化炭素気泡の濃度に影響を加えることができる。外来性の水とのイソシアネート反応はまた、連鎖延長剤との反応に利用可能なイソシアネートを減らし、したがって、化学量論比ならびに架橋のレベル(過剰なイソシアネート基がある場合)及び得られるポリマー分子量を変化させる。   The components of the polymer used to make the polishing pad are preferably selected so that the resulting pad morphology is stable and easily reproducible. For example, when 4,4'-methylene-bis-o-chloroaniline [MBCA] is mixed with a diisocyanate to form a polyurethane polymer, it is often advantageous to control the levels of monoamines, diamines and triamines. Controlling the proportions of mono, di and triamine contributes to maintaining the chemical ratio and resulting polymer molecular weight within a consistent range. In addition, for consistent manufacturing, it is often important to control additives such as antioxidants and impurities such as water. For example, water reacts with isocyanate to form gaseous carbon dioxide, so controlling the concentration of water can affect the concentration of carbon dioxide bubbles that form pores in the polymer matrix. The isocyanate reaction with exogenous water also reduces the isocyanate available for reaction with the chain extender, thus reducing the stoichiometric ratio as well as the level of crosslinking (if there are excess isocyanate groups) and the resulting polymer molecular weight. Change.

ポリウレタンポリマー材料は、好ましくは、トルエンジイソシアネートとポリテトラメチレンエーテルグリコール及び芳香族ジアミンとのプレポリマー反応生成物から形成される。もっとも好ましくは、芳香族ジアミンは、4,4′−メチレン−ビス−o−クロロアニリン又は4,4′−メチレン−ビス−(3−クロロ−2,6−ジエチルアニリン)である。好ましくは、未反応プレポリマー%NCOの範囲は8.75〜9.05である。この未反応NCO範囲の適当なプレポリマーの具体的な例は、Chemtura製のAdiprene(登録商標)プレポリマーLF750Dである。加えて、LF750Dは、遊離2,4及び2,6TDIモノマーをそれぞれ0.1重量%未満しか有さず、従来のプレポリマーよりも一貫したプレポリマー分子量分布を有する低遊離イソシアネートプレポリマーを代表する。この「低遊離」プレポリマーが、改善されたプレポリマー分子量一貫性及び低遊離イソシアネートモノマーとともに、より規則的なポリマー構造を促進し、改善された研磨パッド一貫性に貢献する。重量%未反応NCOを制御することに加えて、硬化剤及びプレポリマー反応生成物は、一般に、未反応NCOに対するOH又はNH2の化学量論比80〜97%、好ましくは80〜90%を有し、もっとも好ましくは、未反応NCOに対するOH又はNH2の化学量論比83〜87%を有する。この化学量論比は、原料の化学量論レベルを提供することによって直接的に達成することもできるし、意図的に又は外来性水分への暴露によってNCOの一部を水と反応させることによって間接的に達成することもできる。 The polyurethane polymer material is preferably formed from a prepolymer reaction product of toluene diisocyanate with polytetramethylene ether glycol and an aromatic diamine. Most preferably, the aromatic diamine is 4,4'-methylene-bis-o-chloroaniline or 4,4'-methylene-bis- (3-chloro-2,6-diethylaniline). Preferably, the range of unreacted prepolymer% NCO is 8.75 to 9.05. A specific example of a suitable prepolymer in this unreacted NCO range is Adiprene® prepolymer LF750D from Chemtura. In addition, LF750D represents a low free isocyanate prepolymer with less than 0.1% by weight of free 2,4 and 2,6 TDI monomers each and having a more consistent prepolymer molecular weight distribution than conventional prepolymers. . This “low free” prepolymer, along with improved prepolymer molecular weight consistency and low free isocyanate monomer, promotes a more regular polymer structure and contributes to improved polishing pad consistency. In addition to controlling the weight percent unreacted NCO, the curing agent and prepolymer reaction product generally provides a stoichiometric ratio of OH or NH 2 to unreacted NCO of 80-97%, preferably 80-90%. has most preferably has a stoichiometric ratio from 83 to 87% of the OH or NH 2 to unreacted NCO. This stoichiometric ratio can be achieved directly by providing a stoichiometric level of the feedstock, or by reacting a portion of the NCO with water intentionally or by exposure to exogenous moisture. It can also be achieved indirectly.

研磨パッドがポリウレタン材料であるならば、完成した研磨パッドは、好ましくは、0.4〜0.8g/cm3の密度を有する。もっとも好ましくは、完成したポリウレタン研磨パッドは0.5〜0.75g/cm3の密度を有する。トータルのパッド配合に基づいて3.25〜4.25重量%、好ましくは3.25〜3.6重量%の公称20μm気孔又は中空ポリマー粒子の添加密度(流込み成形前)が、所望の密度を優れた研磨結果とともに生じさせることができる。特に、中空ポリマー粒子は、ポリマーマトリックス中でランダムな気孔分布を提供する。特に、研磨パッドは閉じたセル構造を有し、ポリマーマトリックスが、その独立気泡構造を包囲する連続ネットワークを形成する。この高い気孔率にもかかわらず、研磨パッドは、一般に、44〜54のショアーD硬さを有する。本明細書に関して、ショアーD試験は、試験前にパッド試料を50%の相対湿度に25℃で5日間配置することによってコンディショニングし、ASTM D2240に概説される方法を使用して硬さ試験の繰返し精度を改善することを含む。 If the polishing pad is a polyurethane material, the finished polishing pad preferably has a density of 0.4 to 0.8 g / cm 3 . Most preferably, the finished polyurethane polishing pad has a density of 0.5 to 0.75 g / cm 3 . The nominal density of 20 μm pores or hollow polymer particles (before casting) of 3.25 to 4.25% by weight, preferably 3.25 to 3.6% by weight, based on the total pad formulation, is the desired density. Can be produced with excellent polishing results. In particular, the hollow polymer particles provide a random pore distribution in the polymer matrix. In particular, the polishing pad has a closed cell structure, and the polymer matrix forms a continuous network surrounding its closed cell structure. Despite this high porosity, polishing pads generally have a Shore D hardness of 44-54. For purposes of this specification, the Shore D test is conditioned by placing the pad sample in 50% relative humidity at 25 ° C. for 5 days prior to testing and repeating the hardness test using the method outlined in ASTM D2240. Including improving accuracy.

中空ポリマー粒子は、2〜50μmの重量平均直径を有する。本明細書に関して、重量平均直径は、流込み成形前の中空ポリマー粒子の直径を表し、粒子は、球形又は非球形であることができる。もっとも好ましくは、中空ポリマー粒子は球形である。好ましくは、中空ポリマー粒子は、2〜40μmの重量平均直径を有する。もっとも好ましくは、中空ポリマー粒子は、10〜30μmの重量平均直径を有する。これらの中空ポリマー粒子は、一般に、1リットルあたり60グラムの平均密度を有する。本明細書に関して、中空ポリマー粒子の平均密度は、1リットル容量内の中空粒子の最密非圧壊密度を表す。35〜50μmの平均直径を有する中空粒子は、気孔が少なめであり、壁材料が少なめであるため、一般に、1リットルあたり平均42グラムの低めの密度を有する。異なるサイズ及びタイプの中空粒子は、1サイズの中空ポリマー粒子の質量を得て、それらの密度で割って気孔の容積を決定することにより、等量の気孔容積で加えることができる。そして、この容積に他の気孔の密度を掛けてそのサイズ及びタイプの中空ポリマー粒子の質量を決定すると、等量の気孔容積を出すことができる。たとえば、20μm中空ポリマー粒子3重量%を1リットルあたり60グラムの密度で有する配合物は、以下の式によって示すように、42μm中空ポリマー粒子2.1重量%を1リットルあたり40グラムの密度で有する配合物に等しいであろう。   The hollow polymer particles have a weight average diameter of 2 to 50 μm. For the purposes of this specification, the weight average diameter represents the diameter of the hollow polymer particles prior to casting, and the particles can be spherical or non-spherical. Most preferably, the hollow polymer particles are spherical. Preferably, the hollow polymer particles have a weight average diameter of 2 to 40 μm. Most preferably, the hollow polymer particles have a weight average diameter of 10 to 30 μm. These hollow polymer particles generally have an average density of 60 grams per liter. For the purposes of this specification, the average density of hollow polymer particles represents the close-packed uncollapsed density of hollow particles within a 1 liter volume. Hollow particles having an average diameter of 35-50 μm generally have a lower density, on average 42 grams per liter, due to fewer pores and fewer wall materials. Different sizes and types of hollow particles can be added with equal pore volumes by taking the mass of one size of hollow polymer particles and dividing by their density to determine the pore volume. Then, by multiplying this volume by the density of other pores and determining the mass of the size and type of hollow polymer particles, an equal amount of pore volume can be obtained. For example, a formulation having 3% by weight of 20 μm hollow polymer particles at a density of 60 grams per liter has 2.1% by weight of 42 μm hollow polymer particles at a density of 40 grams per liter, as shown by the following formula: Would be equal to the formulation.

本発明の研磨パッドを形成する場合、密度aは、60g/lの平均密度に等しく、密度bは、5g/l〜500g/lの平均密度であり、重量%aは、3.25〜4.25重量%である。好ましくは、密度bは、10g/l〜150g/lの平均密度であり、重量%aは、3.25〜3.6重量%である。 When forming the polishing pad of the present invention, the density a is equal to the average density of 60 g / l, the density b is an average density of 5 g / l to 500 g / l, and the weight% a is 3.25-4. .25% by weight. Preferably, density b is an average density of 10 g / l to 150 g / l and weight% a is 3.25 to 3.6% by weight.

膨張した中空ポリマー粒子の重量平均直径の公称範囲は15〜90μmである。さらには、高い気孔率と小さな孔径との組み合わせが、欠陥率を下げる際に特別な利点を有することができる。しかし、気孔率レベルが高くなりすぎるならば、研磨パッドは機械的結着性及び強度を失う。たとえば、研磨層の30〜60容量%を構成する重量平均直径2〜50μmの中空ポリマー粒子を加えることは、欠陥率の低下を促進する。さらには、気孔率を35〜55容量%、具体的には35〜50容量%に維持すると、除去速度の増大を促進することができる。本明細書に関して、容量%気孔率は、1)気孔なしのポリマーの公称密度から配合物の計測密度を引いて、配合物1cm3から「失われた」ポリマーの質量を決定したのち、2)「失われた」ポリマーの質量を気孔なしのポリマーの公称密度で割って、配合物1cm3から失われたポリマーの体積を決定し、それに100を掛けて気孔容量%値に変換することによって決定される気孔の容量%を表す。あるいはまた、配合物中の気孔の容量%又は容量%気孔率は、1)配合物100g中の中空ポリマー粒子の質量を100gから引いて、配合物100g中のポリマーマトリックスの質量を決定し、2)ポリマーマトリックスの質量をポリマーの公称密度で割って、配合物100g中のポリマーの体積を決定し、3)配合物100g中の中空ポリマー粒子の質量を公称中空ポリマー粒子密度で割って、配合物1cm3中の中空ポリマー粒子の体積を決定し、4)配合物100g中のポリマーの体積を配合物100g中の中空粒子又は気孔の体積に足して、配合物100gの体積を決定したのち、5)配合物100g中の中空粒子又は気孔の体積を配合物100gの全体積で割り、それに100を掛けて配合物中の気孔の容量%又は気孔率を出すことによって決定することもできる。これら二つの方法は、容量%気孔率又は気孔に関して類似した値を出すが、第二の方法は、処理中のパラメータ、たとえば反応の発熱が中空ポリマー粒子又は微小球をその公称「膨張体積」を超えるまで膨張させるおそれがある第一の方法よりも低い容量%気孔又は気孔率の値を示す。ある特定の気孔又は気孔率レベルの場合、孔径の減少は研磨速度を高める傾向にあるため、流込み成形中の発熱を制御して、すでに膨張した中空ポリマー粒子又は微小球のさらなる膨張を防ぐことが重要である。たとえば、室温の型への流込み、ケーク高さの制限、プレポリマー温度の低下、硬化剤アミン温度の低下、NCOの減少及び遊離TDIモノマーの制限が、すべて、反応するイソシアネートによって生じる発熱を減らすことに貢献する。 The nominal range of the weight average diameter of the expanded hollow polymer particles is 15 to 90 μm. Furthermore, the combination of high porosity and small pore size can have special advantages in reducing the defect rate. However, if the porosity level becomes too high, the polishing pad loses mechanical integrity and strength. For example, adding hollow polymer particles having a weight average diameter of 2 to 50 μm constituting 30 to 60% by volume of the polishing layer promotes a reduction in the defect rate. Furthermore, if the porosity is maintained at 35 to 55% by volume, specifically 35 to 50% by volume, an increase in the removal rate can be promoted. For the purposes of this specification, volume% porosity is: 1) after determining the weight of the polymer lost from 1 cm 3 of the formulation by subtracting the measured density of the formulation from the nominal density of the polymer without porosity 2) Determined by dividing the mass of the “lost” polymer by the nominal density of the polymer without pores to determine the volume of polymer lost from 1 cm 3 of the formulation and multiplying by 100 to convert to a pore volume% value It represents the volume% of pores to be made. Alternatively, the volume% or volume% porosity of the pores in the formulation 1) subtract the mass of the hollow polymer particles in 100 g of the formulation from 100 g to determine the mass of the polymer matrix in 100 g of the formulation 2 ) Dividing the mass of the polymer matrix by the nominal density of the polymer to determine the volume of polymer in 100 g of the formulation, and 3) dividing the mass of hollow polymer particles in 100 g of the formulation by the nominal hollow polymer particle density, After determining the volume of hollow polymer particles in 1 cm 3 and 4) adding the volume of polymer in 100 g of formulation to the volume of hollow particles or pores in 100 g of formulation to determine the volume of 100 g of formulation, 5 ) Determined by dividing the volume of hollow particles or pores in 100 grams of formulation by the total volume of 100 grams of formulation and multiplying by 100 to yield the volume percent or porosity of the pores in the formulation. Rukoto can also. These two methods give similar values for volume% porosity or porosity, but the second method is that the parameters during processing, such as the exotherm of the reaction, give the hollow polymer particles or microspheres their nominal “expansion volume”. The volume% porosity or porosity value is lower than that of the first method, which may cause the expansion to exceed. For certain pores or porosity levels, pore size reduction tends to increase the polishing rate, thus controlling heat generation during casting to prevent further expansion of already expanded hollow polymer particles or microspheres. is important. For example, casting at room temperature, limiting cake height, reducing prepolymer temperature, reducing curing agent amine temperature, reducing NCO, and limiting free TDI monomer all reduce the exotherm caused by the reacting isocyanate. Contribute to that.

大部分の従来の多孔性研磨パッドと同様に、研磨パッドコンディショニング、たとえばダイアモンドディスクコンディショニングが、除去速度を高め、ウェーハスケール不均一差を改善するように作用する。コンディショニングは、周期的に、たとえば各ウェーハ加工ののち30秒間又は連続的に働くことができるが、連続的なコンディショニングが、除去速度制御の改善のための定常状態研磨条件を確立する利点を提供する。コンディショニングは一般に、研磨パッドの除去速度を高め、一般には研磨パッド表面の摩耗に伴う除去速度の低下を防ぐ。特に、砥粒コンディショニングは、研磨中にヒュームドシリカ粒子を閉じ込めることができる粗面を形成する。図1〜図3は、シリカ粒子が、粗面中、研磨パッドの気孔に隣接して蓄積することができることを示す。研磨パッド中へのシリカ粒子のこの蓄積が、高い除去速度に貢献することにより、研磨パッドの効率を高めると思われる。コンディショニングに加えて、溝及び穿孔が、スラリーの分散、研磨不均一さ、研磨くず掃去及び基材除去速度にさらなる恩恵を提供することができる。   As with most conventional porous polishing pads, polishing pad conditioning, such as diamond disk conditioning, acts to increase removal rate and improve wafer scale non-uniformity. Conditioning can work periodically, for example 30 seconds after each wafer processing, or continuously, but continuous conditioning provides the advantage of establishing steady state polishing conditions for improved removal rate control. . Conditioning generally increases the removal rate of the polishing pad and generally prevents a decrease in removal rate associated with polishing pad surface wear. In particular, abrasive conditioning forms a rough surface that can trap fumed silica particles during polishing. 1-3 show that silica particles can accumulate in the roughened surface adjacent to the pores of the polishing pad. This accumulation of silica particles in the polishing pad appears to increase the efficiency of the polishing pad by contributing to a high removal rate. In addition to conditioning, grooves and perforations can provide additional benefits to slurry dispersion, polishing non-uniformity, polishing litter removal and substrate removal rates.

ウレタンプレポリマーとしての様々な量のイソシアネートと、4,4′−メチレン−ビス−o−クロロアニリン[MBCA]とを、本発明の実施例の場合、プレポリマーについては49℃で、MBCAについては115℃で混合することにより、ポリマーパッド材料を調製した(比較例は、プレポリマーについては43〜63℃を含むものであった)。特に、ある種のトルエンジイソシアネート[TDI]が、ポリテトラメチレンエーテルグリコール[PTMEG]プレポリマーとで、様々な性質を研磨パッドに付与した。このウレタン/多官能アミン混合物を、プレポリマーを連鎖延長剤と混合する前又は後で、中空のポリマー微小球(AkzoNobel製のEXPANCEL(登録商標)551DE20d60又は551DE40d42)と混合した。中空のポリマー微小球を多官能アミンを加える前に60rpmでプレポリマーと混合したのち、混合物を4500rpmで混合したか、中空のポリマー微小球を混合ヘッド中3600rpmでウレタン/多官能アミン混合物に添加した。微小球は、5〜200μmの範囲で15〜50μmの重量平均直径を有するものであった。最終混合物を型に移し、約15分間ゲル化させた。   Various amounts of isocyanate as a urethane prepolymer and 4,4′-methylene-bis-o-chloroaniline [MBCA], in the examples of the present invention, at 49 ° C. for the prepolymer and for MBCA A polymer pad material was prepared by mixing at 115 ° C (comparative examples included 43-63 ° C for the prepolymer). In particular, certain types of toluene diisocyanate [TDI], with polytetramethylene ether glycol [PTMEG] prepolymer, imparted various properties to the polishing pad. This urethane / polyfunctional amine mixture was mixed with hollow polymer microspheres (EXPANCEL® 551DE20d60 or 551DE40d42 from AkzoNobel) before or after mixing the prepolymer with the chain extender. After mixing the hollow polymer microspheres with the prepolymer at 60 rpm before adding the polyfunctional amine, the mixture was mixed at 4500 rpm or the hollow polymer microspheres were added to the urethane / polyfunctional amine mixture at 3600 rpm in the mixing head. . The microspheres had a weight average diameter of 15-50 μm in the range of 5-200 μm. The final mixture was transferred to a mold and allowed to gel for about 15 minutes.

次いで、型を硬化オーブンに入れ、以下のサイクルで硬化させた。30分かけて周囲温度から104℃の設定温度まで逓増させ、104℃で15時間30分間保持し、設定温度を21℃に下げた状態で2時間。比較例F〜Kは、100℃で約8時間のより短い硬化サイクルを使用した。次いで、室温で成形品を薄いシートに「スカイビング」し、マクロチャネル又は溝を表面に機械加工した。より高温でのスカイビングが表面粗さ及びシート厚さ均一さを改善することができる。表に示すように、試料1〜2が本発明の研磨パッドを表し、試料A〜Zが比較例を表す。   The mold was then placed in a curing oven and cured with the following cycle. Increase from ambient temperature to the set temperature of 104 ° C over 30 minutes, hold at 104 ° C for 15 hours and 30 minutes, and reduce the set temperature to 21 ° C for 2 hours. Comparative Examples F-K used a shorter cure cycle of about 8 hours at 100 ° C. The molded article was then “skived” into a thin sheet at room temperature and the macrochannels or grooves were machined into the surface. Skiving at higher temperatures can improve surface roughness and sheet thickness uniformity. As shown in the table, samples 1 and 2 represent the polishing pad of the present invention, and samples A to Z represent comparative examples.


実施例研磨パッドは、Applied Materials社のMirra(登録商標)研磨機上、93rpmのプラテン回転速度、87rpmのウェーハキャリヤヘッド回転速度及び5psiのダウンフォースを使用して、TEOSシートウェーハを研磨することで試験された。研磨スラリーは、DI水との1:1混合物として使用されるILD3225であり、150ml/minの速度で研磨パッド表面に供給した。Diagrid(登録商標)AD3BG150855コンディショニングディスクを使用して、インサイチューコンディショニング加工によって研磨パッドをダイアモンドコンディショニングした。TEOSシートウェーハを30秒間又は60秒間研磨し、実施例パッドを用いた各試験はまた、ベースラインとしてIC1010パッドで研磨されたウェーハを含むものであった。IC1010に対する30秒研磨速度は、研磨時間を減らすことに対しては標準的研磨パッドを上回る最大の効果を及ぼすため、最大に重視した。研磨結果を以下、表2に示す。   An example polishing pad is obtained by polishing a TEOS sheet wafer on an Applied Materials Mirra® polisher using a platen rotation speed of 93 rpm, a wafer carrier head rotation speed of 87 rpm and a downforce of 5 psi. Tested. The polishing slurry was ILD3225 used as a 1: 1 mixture with DI water and was fed to the polishing pad surface at a rate of 150 ml / min. The polishing pad was diamond conditioned by in situ conditioning using a Diagrid® AD3BG150855 conditioning disk. A TEOS sheet wafer was polished for 30 or 60 seconds, and each test using the example pad also included a wafer polished with an IC1010 pad as a baseline. The 30 second polishing rate for IC1010 was focused on the maximum because it had the greatest effect over standard polishing pads on reducing polishing time. The polishing results are shown in Table 2 below.

これらのデータは、3.36重量%の中空ポリマー微小球の添加量が除去速度における予想外の増大を提供したということを示す。特に、試料1及び2は、30秒及び60秒で優れた除去速度を示した。試料1及び2の30秒での除去速度は、研磨パッドが、より高スループットの研磨を支援する短縮された研磨加工の比較的早い部分で高い除去速度を有することを示す。3.01(同じプレポリマーの場合には2.94)又は3.66重量%以上の比較例は、より低い30秒での除去速度及びより低い全体除去速度となった。加えて、図1〜3は、研磨パッド表面がヒュームドシリカを研磨に有利な場所に閉じ込めることが明らかであることを示す。ヒュームドシリカに対するこの親和性が研磨性能の増強に貢献することが明らかである。   These data indicate that the added amount of 3.36 wt% hollow polymer microspheres provided an unexpected increase in removal rate. In particular, Samples 1 and 2 showed excellent removal rates at 30 and 60 seconds. The removal rate of Samples 1 and 2 at 30 seconds indicates that the polishing pad has a high removal rate at a relatively early part of the shortened polishing process that supports higher throughput polishing. Comparative examples of 3.01 (2.94 for the same prepolymer) or 3.66 wt% or higher resulted in a lower 30 second removal rate and a lower overall removal rate. In addition, FIGS. 1-3 show that the polishing pad surface is apparent to confine fumed silica in a location that is advantageous for polishing. It is clear that this affinity for fumed silica contributes to enhanced polishing performance.

表3は、中空ポリマー微小球がパッド配合物1cm3あたり100万個を超える微小球添加レベルを達成するということを示す。 Table 3 shows that hollow polymer microspheres achieve a microsphere loading level of over 1 million per cm 3 of pad formulation.

以下、表4は、プレポリマー%NCOを示し、実施例配合物で使用されたプレポリマーから作られた、充填材又は気孔を有しないMBCA硬化エラストマーの機械的強度性を、ASTM D412の方法を使用する試験によって比較する。   Table 4 below shows the prepolymer% NCO and the mechanical strength properties of MBCA cured elastomers made from the prepolymer used in the example formulations and without fillers or pores according to ASTM D412 method. Compare with the test used.

示される引張り性はASTM D1566−08Aで定義されている。加えて、表4は、プレポリマー製造者によって報告されている、MBCAで硬化させたプレポリマーの公称密度を示す。   The tensile properties shown are defined in ASTM D1566-08A. In addition, Table 4 shows the nominal density of MBCA cured prepolymer as reported by the prepolymer manufacturer.

表4は、充填材濃度に加えて、研磨パッドの機械的性質が研磨性能に影響を及ぼすことが明らかであることを示す。具体的には、LF600Dを用いた比較例Rのポリマーは、ヒュームドシリカ研磨の場合の高い除去速度に関して、その100%モジュラヌによって明確に示されるように、剛性が不十分であることが明らかであり、Royalcast(登録商標)2505準プレポリマーを用いて作られた比較例F〜Kのポリマーは、ヒュームドシリカ研磨における高い除去速度に関して、剛性が過度に高いことが明らかである。Royalcast 2505から成形されたポリウレタン材料は非常に脆く、伸び率100%に達する前に破断した。   Table 4 shows that in addition to the filler concentration, it is clear that the mechanical properties of the polishing pad affect the polishing performance. Specifically, the polymer of Comparative Example R using LF600D is clearly insufficiently rigid, as clearly shown by its 100% modularity, for high removal rates in the case of fumed silica polishing. It is apparent that the polymers of Comparative Examples FK made using Royalcast® 2505 quasi-prepolymer are too stiff for high removal rates in fumed silica polishing. The polyurethane material molded from Royalcast 2505 was very brittle and broke before reaching 100% elongation.

要するに、研磨パッドは、銅、絶縁体、バリヤ及びタングステンウェーハを研磨するのに効果的である。特に、研磨パッドは、ILD研磨、特にヒュームドシリカを用いたILD研磨用途に有用である。研磨パッドは、30秒で高い除去速度を提供する効率的な研磨までの急激な逓増を有する。本発明の研磨パッドの30秒及び60秒での除去速度は、IC1000研磨パッドの30秒及び60秒での除去速度を超えることができる。本発明のパッドのこの急速な研磨応答は、従来の多孔性研磨パッドに比較して高いウェーハスループットを促進する。   In short, the polishing pad is effective for polishing copper, insulators, barriers and tungsten wafers. In particular, the polishing pad is useful for ILD polishing, particularly for ILD polishing applications using fumed silica. The polishing pad has a steep increase to efficient polishing that provides a high removal rate in 30 seconds. The removal rate at 30 seconds and 60 seconds of the polishing pad of the present invention can exceed the removal rate at 30 seconds and 60 seconds of the IC1000 polishing pad. This rapid polishing response of the pad of the present invention promotes high wafer throughput as compared to conventional porous polishing pads.

Claims (10)

銅、絶縁体、バリヤ及びタングステンの少なくとも一つを含むパターン付けされた半導体基材を研磨するのに適した研磨パッドであって、その研磨パッドがポリマーマトリックス及び前記ポリマーマトリックス内の中空ポリマー粒子を含み、前記ポリマーマトリックスが、硬化剤とイソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールにおいて、NCOに対するNH2の化学量論比が80〜97%であるポリウレタン反応生成物であり、前記イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールが8.75〜9.05重量%の未反応NCO範囲を有し、前記硬化剤が、前記イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールを硬化させて前記ポリマーマトリックスを形成する硬化剤アミンを含み、前記中空ポリマー粒子が、2〜50μmの平均直径ならびに前記研磨パッドを形成する成分の重量%b及び密度bとして以下のように

(式中、
密度aは、60g/lの平均密度に等しく、
密度bは、5g/l〜500g/lの平均密度であり、
重量%aは、3.25〜4.25重量%である)
を有し、前記研磨パッドが30〜60容量%の気孔率を有し、前記ポリマーマトリックス内の閉じたセル構造が、前記閉じたセル構造を包囲する連続ネットワークを形成している研磨パッド。
A polishing pad suitable for polishing a patterned semiconductor substrate comprising at least one of copper, insulator, barrier and tungsten, the polishing pad comprising a polymer matrix and hollow polymer particles in the polymer matrix. The polymer matrix is a polyurethane reaction product in which the stoichiometric ratio of NH 2 to NCO is 80-97% in the curing agent and isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol, and the isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol Having an unreacted NCO range of 8.75 to 9.05% by weight, the curing agent comprising a curing agent amine that cures the isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol to form the polymer matrix, and the hollow Polymer particles , As follows as a weight% b and density b of the average diameter and components forming the abrasive pad of 2~50μm

(Where
The density a is equal to the average density of 60 g / l,
Density b is an average density of 5 g / l to 500 g / l,
(% By weight a is 3.25 to 4.25% by weight)
Wherein the polishing pad has a porosity of 30-60% by volume, and the closed cell structure in the polymer matrix forms a continuous network surrounding the closed cell structure.
前記連続ネットワークが、砥粒でコンディショニングされる粗面を形成し、前記粗面が、研磨中にヒュームドシリカ粒子を閉じ込めることができる、請求項1記載の研磨パッド。   The polishing pad of claim 1, wherein the continuous network forms a roughened surface that is conditioned with abrasive grains, the roughened surface being able to trap fumed silica particles during polishing. 44〜54のショアーD硬さを有する、請求項1記載の研磨パッド。   The polishing pad of claim 1 having a Shore D hardness of 44-54. 35〜55容量%の気孔率を有する、請求項1記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 1, which has a porosity of 35 to 55% by volume. 前記中空ポリマー粒子が10〜30μmの平均直径を有する、請求項1記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 1, wherein the hollow polymer particles have an average diameter of 10 to 30 μm. 銅、絶縁体、バリヤ及びタングステンの少なくとも一つを含むパターン付けされた半導体基材を研磨するのに適した研磨パッドであって、ポリマーマトリックス及び前記ポリマーマトリックス内の中空ポリマー粒子を含み、前記ポリマーマトリックスが、硬化剤とイソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールにおいて、NCOに対するNH2の化学量論比が80〜90%であるポリウレタン反応生成物であり、前記イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグルリコールが8.75〜9.05重量%の未反応NCO範囲を有し、前記硬化剤が、前記イソシアネート末端ポリテトラメチレンエーテルグリコールを硬化させて前記ポリマーマトリックスを形成する硬化剤アミンを含み、前記中空ポリマー粒子が、2〜50μmの平均直径ならびに前記研磨パッドを形成する成分の重量%b及び密度bとして以下のように

(式中、
密度aは、60g/lの平均密度に等しく、
密度bは、10g/l〜300g/lの平均密度であり、
重量%aは、3.25〜3.6重量%である)
を有し、前記研磨パッドが35〜55容量%の気孔率を有し、前記ポリマーマトリックス内の閉じたセル構造が、前記閉じたセル構造を包囲する連続ネットワークを形成している研磨パッド。
A polishing pad suitable for polishing a patterned semiconductor substrate comprising at least one of copper, an insulator, a barrier and tungsten, comprising a polymer matrix and hollow polymer particles in the polymer matrix, the polymer The matrix is a polyurethane reaction product in which the stoichiometric ratio of NH 2 to NCO is 80-90% in the curing agent and isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol, and the isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol is 8. The hollow polymer particles having an unreacted NCO range of 75 to 9.05% by weight, the curing agent comprising a curing agent amine that cures the isocyanate-terminated polytetramethylene ether glycol to form the polymer matrix; 2-50 μm As it follows as a weight% b and density b of the average diameter and components forming the abrasive pad

(Where
The density a is equal to the average density of 60 g / l,
The density b is an average density of 10 g / l to 300 g / l,
(% By weight a is 3.25 to 3.6% by weight)
Wherein the polishing pad has a porosity of 35-55% by volume, and the closed cell structure in the polymer matrix forms a continuous network surrounding the closed cell structure.
前記連続ネットワークが、砥粒でコンディショニングされる粗面を形成し、前記粗面が、研磨中にヒュームドシリカ粒子を閉じ込めることができる、請求項6記載の研磨パッド。   The polishing pad of claim 6, wherein the continuous network forms a roughened surface that is conditioned with abrasive grains, and the roughened surface can confine fumed silica particles during polishing. 44〜54のショアーD硬さを有する、請求項6記載の研磨パッド。   The polishing pad of claim 6 having a Shore D hardness of 44 to 54. 35〜50容量%の気孔率を有する、請求項6記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 6, which has a porosity of 35 to 50% by volume. 前記中空ポリマー粒子が10〜30μmの平均直径を有する、請求項6記載の研磨パッド。   The polishing pad according to claim 6, wherein the hollow polymer particles have an average diameter of 10 to 30 μm.
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