專利名稱：化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明以環(huán)氧樹脂固化物作為用于化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域的新型固著磨料拋光墊的聚合物基體材料。本發(fā)明是在100份的環(huán)氧樹脂中加入80～300份固化劑，100～200份環(huán)氧活性稀釋劑，200～300份磨料(顆粒直徑10～1000nm)，均勻混合、真空脫泡后，置于特定的模具，并按照一定的工藝條件固化從而制得的。本發(fā)明制得的用于化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域的新型固著磨料拋光墊具有耐磨性好、形變小、材料去除率高、彈性模量和剪切模量高的特點，它彌補了國內(nèi)外使用環(huán)氧樹脂固化物作為聚合物基體材料來制備用于化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域的新型固著磨料拋光墊的空白，可用于化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)對半導(dǎo)體晶片表面的粗拋和細拋，并用于集成電路制造過程的各階段表面平整化，將推動集成電路的飛速發(fā)展。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上的拋光按作用方式可分為兩類化學(xué)拋光和機械拋光，主要用于集成電路(integrated circuit，簡稱 IC)制造用基材硅的粗拋和精拋以及金屬、玻璃等材料的表面加工?；瘜W(xué)拋光是1965年Walsh和Herzo提出的使用SiO2溶膠和凝膠來拋光的方法，指通過拋光料中的化學(xué)成分與被拋光材料發(fā)生腐蝕等化學(xué)反應(yīng)而將材料表面粗糙度降低的過程；而機械拋光是指通過拋光料中的研磨介質(zhì)與材料表面粗糙部分進行充分接觸，從而降低材料表面粗糙度的過程，60年代中期以前，半導(dǎo)體基片拋光還大都沿用機械拋光，例如采用氧化鎂、氧化鎬、純氧化鉻等方法。兩種拋光方法各有優(yōu)缺點化學(xué)拋光的精度較高，拋光產(chǎn)生的破壞深度較淺.但拋光速度很慢，容易導(dǎo)致拋光霧斑；機械拋光產(chǎn)生的破壞深度較深，但拋光精度較低，鏡面表面損傷是極其嚴(yán)重，拋光速度也較慢。
近年來，隨著存儲器硬盤容量及存儲密度的快速上升，磁頭被迫去讀更小、更弱的信號，因而磁頭與磁盤磁介質(zhì)之間的距離需要進一步減小以提高輸出信號的強度。目前，計算機磁頭的飛行高度已降低到10nm左右，并有進一步下降的趨勢。如果硬盤表面波度較大或存在數(shù)微米的微凸起，磁頭就會與磁盤基片表面碰撞，發(fā)生“磁頭壓碎”，損壞磁頭或存儲器硬盤表面上的磁介質(zhì)。因而硬盤表面要求超光滑，并且還必須完全除去微凸起或細小凹坑以及其它表面缺陷。因此，器件對圓片的平整度要求越來越高，硅片局部和整體平坦化的要求已變得愈來愈迫切，單一的化學(xué)或機械拋光已很難滿足工藝要求。為克服化學(xué)拋光和機械拋光的缺點，吸收它們的優(yōu)點，八十年代人們大量研究和商業(yè)化開發(fā)了一種將化學(xué)作用和機械作用結(jié)合起來，從加工性能和速度上同時滿足了圓片圖形加工的要求的拋光方法，稱為化學(xué)機械拋光(Chemical MechanicalPolishing，簡稱CMP)。近十年來化學(xué)機械拋光技術(shù)(CMP)發(fā)展迅速，其基本操作為，在一定壓力及拋光液(如SiO2研漿)存在下，被拋光工件相對于拋光墊作相對運動，它是化學(xué)作用、機械作用、流體力學(xué)綜合作用的過程，借助于納米粒子的研磨作用、氧化劑的化學(xué)腐蝕作用之間的有機結(jié)合，在被研磨的工件表面形成光潔表面，得到用其他任何平面化加工不能得到的低的表面形貌變化。
化學(xué)機械拋光(CMP)是圓片整個淀積和蝕刻工藝的組成部分，它借助微粒研磨材料或漿料，用專用拋光盤在已制作圖形的晶片上形成整體型平面；它包含去除ILD層，以獲得高度的平坦化，這無疑是個非局部平坦化的工藝，并且產(chǎn)生的平坦化區(qū)域超出了步進光刻機像場的面積；氧化層被用一種溶在堿性溶劑中的磨料通過化學(xué)和機械的組合作用而去除；而且具有加工方法簡單、加工成本低的優(yōu)點。該技術(shù)最早應(yīng)用于IC制造用基材硅的粗拋和精拋，大大提高了硅片的拋光精度和拋光速度，從而極大地提高了硅片拋光的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，已成為現(xiàn)今已知的唯一能使平坦化后具有低斜率的整體形貌平坦化技術(shù)；并且CMP有助于減輕多層結(jié)構(gòu)造成的嚴(yán)重不平的表面形態(tài)，對滿足光刻焦深要求起到明顯作用。1992年6月，在美國召開的9th International IEEEVISI Mutilevel Interconnection Conference(VMIC)會議上，CMP技術(shù)作為半導(dǎo)體多層膜的平坦化技術(shù)，由IBM公司和Microtechnology公司聯(lián)合發(fā)售。此后，在具有三層或更多層金屬的0.5μm器件制造工藝過程中，CMP更成為一道不可缺少的工序。
化學(xué)機械拋光(CMP)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，最早開始于美國。美國是CMP最大的市場，它偏重多層器件。歐洲正在把CMP引入生產(chǎn)線。而日本和亞太地區(qū)將顯著增長，絕大多數(shù)的半導(dǎo)體廠家采用了金屬CMP，而且有能力發(fā)展第二代金屬CMP工藝。據(jù)報道，1996年日本最大十家IC制造廠家中有7家在生產(chǎn)0 35μm器件時，使用了CMP平坦化工藝。韓國和臺灣也已開發(fā)包括CMP在內(nèi)的亞微米技術(shù)。
按照磨料所在位置拋光方法可分為散粒磨料拋光和固著磨料拋光。散粒磨料拋光是指將磨料放在拋光液里，拋光設(shè)備簡單，工藝條件易于保證，但存在缺點首先是拋光效率低，難于精確控制其次只能加工平面或球面，對于具有廣泛應(yīng)用的拋物面，高次曲面等非球面光學(xué)表面無能為力；此外存在″工件邊緣鈍化效應(yīng)″，面形精度不高，表面有破壞層和變質(zhì)層。固著磨料拋光是指磨料加在拋光墊里，磨料不能自由運動，而是緊跟拋光墊運動，大顆粒磨料引起的高出部分將會被磨平，直到拋光墊上的磨料高度一致。這樣參與拋光的磨料增多，所以固著磨料拋光方式比散粒拋光磨料方式的劃痕少，不穩(wěn)定因素少，拋光零件便于清洗，拋光墊面形穩(wěn)定性好，表面質(zhì)量好，且效率高；但制造費用高，周期長。采用固著磨料拋光方式時，3.5pm的磨料能達到2.83nm的粗糙度。因此目前大多采用固著磨料拋光方式。
拋光墊是化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)中的關(guān)鍵部件之一，對拋光效率和加工質(zhì)量有著重要影響。它的主要功能有(1)能貯存拋光液，并把它運送到工件的整個加工區(qū)域，使拋光均勻；(2)從工件拋光表面除去拋光過程產(chǎn)生的殘留物質(zhì)(如拋光碎屑、拋光墊碎片等)；(3)傳遞材料去除所需的機械載荷；(4)維持拋光過程所需的機械和化學(xué)環(huán)境。拋光墊性能主要由拋光墊的材料種類、材料性能、表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等決定。拋光墊的合理選擇對于控制和優(yōu)化化學(xué)機械拋光(CMP)過程有著重要意義。但目前缺乏對拋光墊在化學(xué)機械拋光(CMP)過程作用較完全的認識，在大多數(shù)應(yīng)用場合，拋光墊結(jié)構(gòu)、材料都是根據(jù)經(jīng)驗選擇。
拋光墊通?？煞譃橛操|(zhì)和軟質(zhì)(彈性、粘彈性)兩種。硬質(zhì)拋光墊可較好地保證工件表面的平面度；軟質(zhì)拋光墊可獲得加工變質(zhì)層和表面粗糙度都很小的拋光表面。用于化學(xué)機械拋光(CMP)過程的硬質(zhì)拋光墊有各種粗布墊、纖維織物墊、聚乙烯墊等，軟質(zhì)拋光墊主要有聚氨酯墊、細毛氈墊、各種絨毛布墊等。現(xiàn)今的拋光墊多選用兩層的疊加，如一種由聚氨脂IC1000和聚氨脂SUBAIV疊加組成的拋光墊，上層選用較硬的聚氨脂IC1000拋光墊，承受化學(xué)機械拋光(CMP)過程的機械、化學(xué)作用，從而可提高材料去除率且獲得較好平面度；底層選用較軟有彈性的聚氨脂SUBAIV拋光墊，能改善整個拋光墊的可壓縮性，使拋光墊表面與工件均勻接觸，保證晶片表面材料有效均勻去除。
環(huán)氧樹脂(EP)是一種重要的熱固性高分子合成材料。自1947年環(huán)氧樹脂在美國工業(yè)化之后，50多年來隨著國內(nèi)外石油化工和合成樹脂的飛快發(fā)展，環(huán)氧樹脂的合成技術(shù)、新品種開發(fā)及其應(yīng)用也發(fā)生了巨大變化，引起了業(yè)內(nèi)外人士普遍關(guān)注。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的粘接性能、耐磨性能、機械性能、電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、耐高低溫性能以及收縮率低、易加工成型和成本低廉等優(yōu)點，在膠粘劑、電子儀表、輕工、建筑、機械、航天航空、涂料、電子電氣絕緣材料以及先進復(fù)合材料等領(lǐng)域中起到重要的作用，已成為各工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的基礎(chǔ)材料。
本發(fā)明利用環(huán)氧樹脂的耐磨性，化學(xué)穩(wěn)定性以及使用不同的固化劑可以得到性能各異材料(如硬度、彈性模量、剪切模量)的特點，將環(huán)氧樹脂用于化學(xué)機械拋光技術(shù)中拋光墊的制備具有首創(chuàng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)領(lǐng)域的新型固著磨料拋光墊的制備方法。本發(fā)明以環(huán)氧樹脂固化物作為用于化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域的新型固著磨料拋光墊的聚合物基體材料，并加入了環(huán)氧活性稀釋劑，能夠在保證環(huán)氧固化物的耐磨性的同時，增加其柔韌性，提高拋光件的表面平整度，使其固化物具有優(yōu)良的綜合性能，彌補了國內(nèi)外使用環(huán)氧樹脂來制備化學(xué)機械拋光技術(shù)用拋光墊的空白；同時采用固著磨料拋光技術(shù)，與目前先進的拋光技術(shù)進行結(jié)合更具有劃時代的意義。因此，本發(fā)明所制得的拋光墊適用于化學(xué)機械拋光固著磨料拋光技術(shù)領(lǐng)域，可用于半導(dǎo)體晶片表面的粗拋和細拋，并可用于集成電路制造過程的各階段表面平整化，對推動集成電路的飛速發(fā)展具有深遠的現(xiàn)實意義。
本發(fā)明技術(shù)的具體實施方案是，化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法首先將環(huán)氧樹脂和環(huán)氧活性稀釋劑混合，然后加入磨料和固化劑攪拌均勻，在溫度為70℃-110℃，時間為2-5小時的條件下成型固化片，所得到的環(huán)氧固化物即為化學(xué)機械拋光用拋光墊，環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑和磨料的質(zhì)量比為100∶100～200∶80～300∶200～300，按質(zhì)量百分比，脫模劑加入量為環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量總和的1～2％，磨料顆粒直徑為10～1000nm。
環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、多元酸縮水甘油酯、氨基多官能環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂或它們?nèi)我獗鹊幕旌衔铩?br> 環(huán)氧活性稀釋劑為丁基二縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、對異丁基苯基縮水甘油醚、甲基丙烯酸縮水甘油醚或它們?nèi)我獗鹊幕旌衔铩?br> 固化劑為聚酰胺多元胺、脂肪族多元胺、芳香族多元胺、酸酐、咪唑化合物或三氟化硼絡(luò)合物。
磨料為碳酸鈣、石英粉、氧化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂或硅酸鈣。
脫模劑為內(nèi)脫模劑或外脫模劑。
本發(fā)明所體現(xiàn)的有益成果是，它使用了環(huán)氧樹脂固化物作為用于化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域的新型固著磨料拋光墊的聚合物基體材料，彌補了國內(nèi)外使用環(huán)氧樹脂來制備化學(xué)機械拋光技術(shù)用拋光墊的空白。本發(fā)明所制得的拋光墊能夠滿足現(xiàn)代半導(dǎo)體晶片和集成電路制造過程中的表面高平整度的要求，并采用了先進的固著磨料拋光技術(shù)，與現(xiàn)代先進技術(shù)緊密結(jié)合，可望在半導(dǎo)體晶片表面加工和集成電路制造過程的各階段表面平整化過程中得到充分的利用，將為現(xiàn)代精密儀器的發(fā)展做出卓越的貢獻。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例一將環(huán)氧樹脂E-44與環(huán)氧活性稀釋劑669混合均勻，再加入無水CaCo3粉末攪拌。待膠液呈均一狀態(tài)后加入環(huán)氧固化劑聚酰胺，并加入少量脫模劑，攪拌均勻并真空脫泡后將膠液澆鑄在特定形狀的模具中，在溫度為為70℃，時間為2小時的條件下成型固化片。其中環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑和磨料的質(zhì)量比為100∶150∶200∶250。按質(zhì)量百分比，脫模劑加入量為環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量總和的1％。
實施例二將環(huán)氧樹脂E-44與環(huán)氧活性稀釋劑669混合均勻，再加入無水CaCo3粉末攪拌。待膠液呈均一狀態(tài)后加入環(huán)氧固化劑聚酰胺，并加入HBT-6型脫模劑，攪拌均勻真空脫泡后將膠液澆鑄在特定的模具中，在溫度為為80℃，時間為2.5小時的條件下成型固化片。其中環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑和磨料的質(zhì)量比為100∶150∶250∶250，按質(zhì)量百分比，脫模劑加入量為環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量總和的1.5％。
實施例三將環(huán)氧樹脂E-51與環(huán)氧活性稀釋劑669混合均勻，再加入無水CaCo3粉末攪拌。待膠液呈均一狀態(tài)后加入環(huán)氧固化劑聚酰胺，并加入HBT-6型脫模劑，攪拌均勻真空脫泡后將膠液澆鑄在特定的模具中，在溫度為為85℃，時間為2.5小時的條件下成型固化片。其中環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑和磨料的質(zhì)量比為100∶150∶200∶250，按質(zhì)量百分比，脫模劑加入量為環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量總和的1.8％。
實施例四將環(huán)氧樹脂E-51與環(huán)氧活性稀釋劑669混合均勻，再加入無水CaCo3粉末攪拌。待膠液呈均一狀態(tài)后加入環(huán)氧固化劑聚酰胺，并加入HBT-6型脫模劑，攪拌均勻真空脫泡后將膠液澆鑄在特定的模具中，在溫度為為90℃，時間為3小時的條件下成型固化片。其中環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑和磨料的質(zhì)量比為100∶150∶250∶250，按質(zhì)量百分比，脫模劑加入量為環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量總和的2％。
權(quán)利要求
1.化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法，其特征在于，將環(huán)氧樹脂和環(huán)氧活性稀釋劑混合，然后加入磨料和固化劑攪拌均勻，在溫度為70℃-110℃，時間為2-5小時的條件下，成型固化片，所得到的環(huán)氧固化物即為化學(xué)機械拋光用拋光墊，環(huán)氧樹脂、環(huán)氧活性稀釋劑、固化劑和磨料的質(zhì)量比為100∶100～200∶80～300∶200～300，按質(zhì)量百分比，脫模劑加入量為環(huán)氧樹脂和固化劑質(zhì)量總和的1～2％，磨料顆粒直徑為10～1000nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法，其特征在于，所述的環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、多元酸縮水甘油酯、氨基多官能環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂或它們?nèi)我獗鹊幕旌衔铩?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法，其特征在于，所述的環(huán)氧活性稀釋劑為丁基二縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、苯基縮水甘油醚、對異丁基苯基縮水甘油醚、甲基丙烯酸縮水甘油醚或它們?nèi)我獗鹊幕旌衔铩?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法，其特征在于，所述的固化劑為聚酰胺多元胺、脂肪族多元胺、芳香族多元胺、酸酐、咪唑化合物或三氟化硼絡(luò)合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法，其特征在于，所述的磨料為碳酸鈣、石英粉、氧化鎂、氫氧化鎂、碳酸鎂或硅酸鈣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法，其特征在于，所述的脫模劑為內(nèi)脫模劑或外脫模劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于于化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域，涉及化學(xué)機械拋光用拋光墊的制備方法。由環(huán)氧活性稀釋劑、磨料和固化劑的環(huán)氧樹脂在一定溫度下固化而制得的；當(dāng)環(huán)氧樹脂為100份時，環(huán)氧活性稀釋劑為100～200份，磨料為200～300份，固化劑為80～300份。按照不同的組分比例，可以分別制得硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種化學(xué)機械拋光用拋光墊。制得的的固著磨料拋光墊具有耐磨性好、形變小、材料去除率高、彈性模量和剪切模量高的特點，彌補了國內(nèi)外使用環(huán)氧樹脂來制備化學(xué)機械拋光技術(shù)用拋光墊的空白，可用于化學(xué)機械拋光(CMP)技術(shù)對半導(dǎo)體晶片表面的粗拋和細拋和集成電路制造過程的各階段表面平整化，將推動集成電路的飛速發(fā)展。
文檔編號B24D18/00GK1739915SQ200510047178
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者陳平, 李俊燕, 康仁科 申請人:大連理工大學(xué)