具有超膨胀聚合物微球的CMP垫制造技术

公开了一种用于化学机械抛光的抛光垫，其包含抛光层，所述抛光层包含聚合物基质，所述聚合物基质是异氰酸酯封端的低聚物或聚合物与包含两种或更多种多胺固化剂的固化剂共混物的反应产物，其中在所述聚合物基质中存在孔隙，此类孔隙是由预膨胀的流体填充的聚合物微球膨胀形成的，此种膨胀在所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物与所述两种或更多种固化剂反应的期间发生，其中所述抛光层由以下中的一个或多个表征：104℃下的剪切损耗模量(G”)与150℃下的剪切损耗模量(G”)的比率为至少5:1；和所述抛光层的比重小于或等于所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物、所述固化剂共混物和所述预膨胀的流体填充的聚合物微球的计算比重的95％。95％。95％。

【技术实现步骤摘要】
具有超膨胀聚合物微球的CMP垫


[0001]本申请涉及可用于抛光和平坦化衬底如半导体衬底或磁盘的抛光垫。

技术介绍

[0002]化学机械平坦化(CMP)是一种抛光工艺，其用于平面化或平坦化集成电路的构造层，以精确地构建多层三维电路。待抛光的层通常是已经沉积在下面的衬底上的薄膜(例如，小于10,000埃)。CMP的目的是去除晶片表面上的多余材料，以产生厚度均匀的极其平的层，所述均匀性遍及整个晶片区域。控制去除速率和去除均匀性是至关重要的。
[0003]CMP使用抛光垫和抛光流体(例如浆料)来抛光衬底(例如晶片)。流体或浆料典型地含有纳米尺寸的颗粒。抛光垫可以安装在旋转压板上。衬底(例如晶片)可以安装到可具有单独的旋转装置的单独的夹具或托架中。抛光垫和衬底在受控负载下以高相对运动速率(即高剪切速率)相互挤压。浆料提供在抛光垫与衬底之间。该剪切与捕获在垫/晶片接合部处的任何浆料颗粒磨损衬底表面，导致材料从衬底上去除。
[0004]抛光垫可以包含多个层：(a)与晶片接触以提供抛光动作的上层(即抛光层)，(b)一个或多个结合以调节垫
‑
晶片顺应性的具有较大可压缩性的子层，以及任选地(c)用于连接(a)和(b)以及用于将整个垫贴附在旋转压板上的粘合剂层。该上抛光层对于CMP工艺的成功至关重要。
[0005]许多CMP垫中的抛光层包含闭孔聚氨酯，其通过以下形成：使多元醇与异氰酸酯反应以形成异氰酸酯封端的预聚物，随后与固化剂和聚合物微元成分混合，该混合导致反应以形成抛光层。参见例如美国专利号5,578,362和10,391,606。美国专利号9,586,304公开了一种预膨胀和未膨胀的流体填充的聚合物微球的混合物，该混合物改善了聚合物微球分布的均匀性并且可以提供具有相对低的比重和密度的垫。然而，预膨胀和未膨胀的流体填充的聚合物微球的使用可能导致最终垫中的孔隙的双峰分布(例如，其中未膨胀的流体填充的聚合物微球膨胀为与预膨胀的流体填充的聚合物微球不同的尺寸)。
[0006]希望能够持续且高效地生产具有低特性(包括孔隙尺寸分布和比重中的一个或多个)可变性程度的抛光层。还希望得到具有低比重和单峰孔隙尺寸分布的抛光层的抛光垫。

技术实现思路

[0007]本文公开了一种用于化学机械抛光的抛光垫，其包含：抛光层，所述抛光层包含聚合物基质，所述聚合物基质是异氰酸酯封端的低聚物或聚合物与包含两种或更多种多胺固化剂的固化剂共混物的反应产物，其中在所述聚合物基质中存在孔隙，此类孔隙是由预膨胀的流体填充的聚合物微球膨胀形成的，此种膨胀在所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物与所述两种或更多种固化剂反应的期间发生，其中所述抛光层由以下中的一个或多个表征：(a)104℃下的剪切损耗模量(G”)与150℃下的剪切损耗模量(G”)的比率为至少5:1；和(b)所述抛光层的比重小于或等于所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物、所述固化剂共混物和所述预膨胀的流体填充的聚合物微球的计算比重的95％。
附图说明
[0008]图1a和图1b是示出了从各种配制品的固化的浇铸块切割的一系列抛光层中的抛光层比重的图。
[0009]图2a和图2b分别是现有技术的抛光层和如本文所公开的示例性抛光层的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
[0010]本专利技术的诸位专利技术人发现了一种方法，该方法使得能够高效制造包含具有一致性特性(如比重和孔隙尺寸分布中的一个或多个)的抛光层的抛光垫。此外，该方法使得能够形成具有相对低的比重和/或单峰孔隙尺寸分布的抛光层。该方法涉及使特定的固化剂共混物与预聚物在预膨胀的聚合物微球的存在下反应。该预聚物和固化剂反应以形成聚合物基质。该固化剂共混物有助于聚合物微球进一步超膨胀以得到出人意料的低比重。该方法包括将预聚物、预膨胀的聚合物微球和固化剂共混物的混合物浇铸到模具中，使模具中的组合物固化以形成多孔聚合物块，以及将多孔聚合物块切割为一系列的抛光层。该一系列的抛光层可特征在于：该一系列的抛光层从块的中心部分切割的部分具有比从块的边缘切割的抛光层的比重小超过5％的比重。另外或可替代地，该一系列的抛光层可特征在于：该一系列的一部分具有变化小于0.03、小于0.02或小于0.01g/cm3的比重。可替代地或另外，该一系列的抛光层可特征在于：该一系列的一部分具有变化小于3％的比重。
[0011]如本文所使用的，比重是样品的重量与体积的比率。
[0012]本文公开的抛光垫具有通过使异氰酸酯封端的预聚物与固化剂共混物在预膨胀的聚合物微球的存在下反应而形成的抛光层。固化剂共混物包含一种或多种单芳香族多胺和一种或多种具有两个或更多个芳香族环的多胺。该抛光垫可由以下中的一个或多个表征：单峰尺寸分布以及其中抛光层具有小于0.70g/cm3的比重；104℃下的剪切损耗模量(G”)与150℃下的剪切损耗模量(G”)的比率为至少5；所述抛光层的比重小于或等于所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物、所述固化剂共混物和所述预膨胀的流体填充的聚合物微球的计算比重的95％。
[0013]不希望受理论束缚，据信通过固化剂体系与异氰酸酯封端的预聚物反应所产生的放热可以有助于聚合物微球的进一步膨胀，而如在较高温度下剪切损耗模量降低较多所指示的，固化剂共混物的存在可以延缓聚合物的凝固，在仍基本上变硬的同时该凝固将有效防止聚合物微球进一步膨胀，从而避免通过聚合物微球进一步膨胀所形成的孔隙塌陷或破坏。在该方法中，可以在配制品中不包含未膨胀的聚合物微球的情况下获得希望的低比重、单峰孔隙尺寸分布或两者。
[0014]本专利技术的诸位专利技术人发现，固化温度(例如104℃)或略高于固化温度下的剪切损耗模量(G”)(通过动态力学分析(例如根据ASTM D5279
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08(2008))测量的)与150℃下的剪切损耗模量G”的比率大于5:1、大于5.5:1、大于7:1、大于9:1、大于10:1、大于12:1、或大于15:1的抛光层可以具有如通过最终垫中较低比重所指示的超膨胀的聚合物微球。固化温度(例如104℃)或略高于固化温度下的剪切损耗模量(G”)(如通过动态力学分析(例如根据ASTM D5279
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08(2008))测量的)与150℃下的剪切损耗模量G”的比率还可以例如小于30:1、或小于25:1。除了弹性特性外，这些抛光层还具有允许微球在浇铸期间更大膨胀并在抛光
期间使抛光垫润湿的粘性特性。
[0015]本文公开的垫可以具有比抛光层的计算平均比重小97％、小96％、小95％、小94％、小93％、小92％、小91％、或小90％的抛光层实际比重。同时，抛光层的实际比重还可以是抛光层的计算比重的例如至少50％、至少60％、至少70％、或至少75％。实际比重可以通过称重和确定样品的体积并用样品的重量除以体积来确定。计算比重为(预聚物加上一种或多种固化剂加上预膨胀的聚合物微球的总重量)除以(预聚物重量
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预聚物比重)加上(聚合物微球的重量
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预膨胀聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于化学机械抛光的抛光垫，其包含：抛光层，所述抛光层包含聚合物基质，所述聚合物基质是异氰酸酯封端的低聚物或聚合物与包含两种或更多种多胺固化剂的固化剂共混物的反应产物，其中在所述聚合物基质中存在孔隙，此类孔隙是由预膨胀的流体填充的聚合物微球膨胀形成的，此种膨胀在所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物与所述两种或更多种固化剂反应的期间发生，其中所述抛光层由以下中的一个或多个表征：104℃下的剪切损耗模量(G”)与150℃下的剪切损耗模量(G”)的比率为至少5:1；所述抛光层的比重小于或等于所述异氰酸酯封端的低聚物或聚合物、所述固化剂共混物和所述预膨胀的流体填充的聚合物微球的计算比重的95％。2.如权利要求1所述的抛光垫，其中，软链段域是聚氨酯软链段并且硬链段域是聚脲
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聚氨酯硬链段。3.如权利要求1所述的抛光垫，其中，所述固化剂共混物包含单芳香族多胺固化剂和具有两个或更多个芳香族环的多胺固化剂。4.如权利要求3所述的抛光垫，其中，所述单芳香族多胺固化剂包括二甲硫基甲苯二胺、单甲硫基甲苯二胺或两者，并且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱南荣，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：