聚氨酯拋光墊的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】聚氨醋拋光墊
【背景技術(shù)】
[0001] 本說(shuō)明書(shū)設(shè)及適用于拋光和平面化襯底的拋光墊并且尤其設(shè)及具有加速金屬去 除速率W及低缺陷水平的平面化拋光墊。
[0002] 聚氨醋拋光墊是用于多種高要求的精密拋光應(yīng)用的主要墊類(lèi)型。運(yùn)些聚氨醋拋光 墊有效用于拋光娃晶片、圖案化晶片、平板顯示器W及磁存儲(chǔ)盤(pán)。確切地說(shuō)，聚氨醋拋光墊 為用于制造集成電路的大部分拋光操作提供機(jī)械完整性和耐化學(xué)性。舉例來(lái)說(shuō)，聚氨醋拋 光墊具有較高的抗撕裂強(qiáng)度；避免拋光期間磨損問(wèn)題的抗磨損性；W及抗強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性 拋光溶液侵蝕的穩(wěn)定性。
[0003] 半導(dǎo)體的生產(chǎn)典型地設(shè)及若干化學(xué)機(jī)械平面化（CM巧工藝。在每一CMP工藝中， 拋光墊W及拋光溶液（如含研磨劑的拋光漿料或不含研磨劑的反應(yīng)性液體）W平面化或維 持平坦度W用于接收后續(xù)層的方式去除過(guò)量物質(zhì)。運(yùn)些層的堆疊W形成集成電路的方式 組合。運(yùn)些半導(dǎo)體裝置的制造由于對(duì)操作速度更高、泄漏電流更低W及功率消耗降低的裝 置的需求而越來(lái)越復(fù)雜。在裝置架構(gòu)方面，運(yùn)相當(dāng)于更精細(xì)的特征幾何結(jié)構(gòu)和增加的金屬 化水平。在一些應(yīng)用中，運(yùn)些越來(lái)越嚴(yán)格的裝置設(shè)計(jì)需求驅(qū)使與介電常數(shù)更低的新介電材 料結(jié)合采用增加數(shù)量的鶴互連插頭或通孔。減少的物理特性（經(jīng)常與低k和超低k材料相 關(guān)）W及裝置增加的復(fù)雜度已經(jīng)產(chǎn)生對(duì)CMP消耗品（如拋光墊和拋光溶液）的更大需求。
[0004] 確切地說(shuō)，低k和超低k介電質(zhì)與常規(guī)介電質(zhì)相比傾向于具有較低機(jī)械強(qiáng)度和較 差粘著力，其使得平面化更困難。另外，由于集成電路的特征大小減小，所WCMP誘發(fā)的缺 陷（如刮痕）變成更大的問(wèn)題。此外，集成電路日益減小的膜厚度需要改進(jìn)缺陷，同時(shí)為晶 片襯底提供可接受的表面形態(tài)，運(yùn)些表面形態(tài)需求需要越來(lái)越嚴(yán)格的平面度、凹陷W及侵 蝕規(guī)格。 陽(yáng)0化]將聚氨醋鑄造成餅狀物并且將所述餅狀物切割成若干薄拋光墊已經(jīng)證實(shí)為用于 制造具有一致可重現(xiàn)拋光特性的拋光墊的有效方法。在美國(guó)專(zhuān)利第7, 169, 030號(hào)中，庫(kù)爾 普（Kulp)等人公開(kāi)使用高抗張強(qiáng)度拋光墊W改進(jìn)平面化同時(shí)維持低缺陷度。不幸的是，由 運(yùn)些配制品產(chǎn)生的聚氨醋墊缺乏大部分高要求的低缺陷拋光應(yīng)用所必需的金屬去除速率 和低缺陷度拋光特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個(gè)方面包括一種適用于平面化半導(dǎo)體、光學(xué)W及磁性襯底中的至少一 者的拋光墊，所述拋光墊包含由HizMDI/TDI與聚四亞甲基酸乙二醇的預(yù)聚物反應(yīng)W形成異 氯酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物而形成的鑄造聚氨醋聚合材料，所述異氯酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物具有8. 95 重量％到9. 25重量％未反應(yīng)的NC0,NHz與NC0化學(xué)計(jì)量比為102%到109%，所述異氯酸 醋封端反應(yīng)產(chǎn)物用4,4'-亞甲基雙（2-氯苯胺）固化劑固化，如在無(wú)孔狀態(tài)下所測(cè)量， 所述鑄造聚氨醋聚合材料在30°C和40°C下用扭轉(zhuǎn)夾具測(cè)量的剪切儲(chǔ)能模量G'為250MPa 到350MPa，并且在40°C下（ASTMD5279)用扭轉(zhuǎn)夾具測(cè)量的剪切損耗模量G"為25M化到 30MPa，并且所述拋光墊具有20體積％到50體積％的孔隙率和0. 60g/cm3到0. 95g/cm3的 醬度。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種適用于平面化半導(dǎo)體、光學(xué)W及磁性襯底中的至少 一者的拋光墊，所述拋光墊包含由HizMDI/TDI與聚四亞甲基酸乙二醇的預(yù)聚物反應(yīng)W形 成異氯酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物而形成的鑄造聚氨醋聚合材料，所述異氯酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物具有 8. 95重量％到9. 25重量％未反應(yīng)的NC0,NHz與NC0化學(xué)計(jì)量比為103 %到107 %，所述異氯 酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物用4,4'-亞甲基雙（2-氯苯胺）固化劑固化，如在無(wú)孔狀態(tài)下所測(cè)量， 所述鑄造聚氨醋聚合材料在30°C和40°C下用扭轉(zhuǎn)夾具測(cè)量的剪切儲(chǔ)能模量G'為250MPa 到350MPa，并且在40°C下（ASTMD5279)用扭轉(zhuǎn)夾具測(cè)量的剪切損耗模量G"為25M化到 30MPa，其中40°C下的剪切儲(chǔ)能模量G'與40°C下的剪切損耗模量G"的比率是8到15,并 且所述拋光墊具有20體積％到50體積％的孔隙率和0. 60g/cm3到0. 95g/cm3的密度。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是說(shuō)明用本發(fā)明的拋光墊實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)TE0S電介質(zhì)去除速率的條形圖。
[0009]圖2是說(shuō)明在一系列漿液流動(dòng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)TE0S和熱氧化物電介質(zhì)去除速率的 曲線(xiàn)圖。
[0010] 圖3是說(shuō)明在化學(xué)機(jī)械平面化之前的圖案化晶片的截面的示意圖。
[0011] 圖4說(shuō)明需要W500μm/500μm的線(xiàn)/空間化/巧減小梯段高度的晶片材料去除。 陽(yáng)01引圖5說(shuō)明需要W25μπι/25μπι的線(xiàn)/空間化/S)減小梯段高度的晶片材料去除。
[0013] 圖6是對(duì)在拋光圖案化TE0S晶片時(shí)實(shí)現(xiàn)平面化所需的時(shí)間的測(cè)量。
[0014]圖7繪制相對(duì)于W kPa為單位的載體下壓力的鶴去除速率。
[0015] 圖8是說(shuō)明本發(fā)明的改進(jìn)鶴去除速率的條形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 拋光墊適用于平面化半導(dǎo)體、光學(xué)W及磁性襯底中的至少一者。最優(yōu)選地，所述墊 適用于拋光半導(dǎo)體襯底。其中所述墊尤其具有有效性的實(shí)例晶片襯底包括鶴拋光和TE0S W及用含二氧化姉粒子漿液的淺溝槽隔離或STI拋光。所述拋光墊包括由H12MDI/TDI與 聚四亞甲基酸乙二醇的預(yù)聚物反應(yīng)W形成異氯酸醋-封端反應(yīng)產(chǎn)物而形成的鑄造聚氨醋 聚合材料。所述異氯酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物具有8. 95重量％到9. 25重量％未反應(yīng)的NC0,并且 N肥與NC0化學(xué)計(jì)量比為102%到109%。優(yōu)選地，運(yùn)一化學(xué)計(jì)量比是103%到107%。所述 異氯酸醋封端反應(yīng)產(chǎn)物用4,4'-亞甲基雙（2-氯苯胺）固化劑固化。
[0017] 如在無(wú)孔狀態(tài)下所測(cè)量，所述鑄造聚氨醋聚合材料在30°C和40°C下用扭轉(zhuǎn)夾具 測(cè)量的剪切儲(chǔ)能模量G'為250M化到350MPa，并且在40°C下（ASTMD5279)在lOrad/s頻 率和：TC/min溫度斜坡下用扭轉(zhuǎn)夾具測(cè)量的剪切損耗模量G"為25MPa到30MPa。優(yōu)選地， 如在4(TC下用扭轉(zhuǎn)夾具所測(cè)量，所述墊的剪切儲(chǔ)能模量G'與剪切損耗模量G"的比率為8 到15。最優(yōu)選地，如在40°C下所測(cè)量，所述墊的剪切儲(chǔ)能模量G'與剪切損耗模量G"的比 率為8到12。剪切儲(chǔ)能模量與剪切損耗模量的運(yùn)一平衡提供高去除速率與低缺陷度的極佳 組合。
[0018] 聚合物有效形成多孔或經(jīng)填充的拋光墊。出于本說(shuō)明書(shū)的目的，用于拋光墊的填 充物包括在拋光期間移位或溶解的固體粒子，W及經(jīng)液體填充的粒子或球體。出于本說(shuō)明 書(shū)的目的，孔隙率包括經(jīng)氣體填充的粒子、經(jīng)氣體填充的球體w及由其它方式形成的空隙， 如W機(jī)械方式將氣體起泡到粘性系統(tǒng)中、將氣體注入到聚氨醋烙融物中、使用與氣態(tài)產(chǎn)品 的化學(xué)反應(yīng)將氣體原位引入或減小壓力W使得溶解氣體形成氣泡。多孔拋光墊含有至少 0. 1體積％的孔隙率或填充物濃度。運(yùn)一孔隙率或填充物有助于拋光墊在拋光期間轉(zhuǎn)移拋 光流體的能力。優(yōu)選地，拋光墊具有20體積％到50體積％的孔隙率或填充物濃度。關(guān)于 密度，0. 60g/cm3到0. 95g/cm3的水平是有效的。優(yōu)選地，密度水平0. 7g/cm3到0. 9g/cm3 是有效的。
[0019] 在較低孔隙率下，拋光墊不具有增加的拋光去除速率。在較高孔隙率下，拋光墊不 具有高要求的平面化應(yīng)用所必需的硬度。任選地，孔隙具有小于100μπι的平均直徑。優(yōu)選 地，孔隙或填充物粒子具有10μm到60μm的重量平均直徑。最優(yōu)選地，孔隙或填充物粒子 具有15μm到50μm的重量平均直徑。
[0020] 控制未反應(yīng)的NC0濃度尤其有效控制用填充物氣體直接或間接形成的孔隙的孔 隙均勻性。運(yùn)是因?yàn)闅怏w與固體和液體相比傾向于W大得多的速率和在更大程度上經(jīng)歷熱 膨脹。舉例來(lái)說(shuō)，所述方法對(duì)于通過(guò)鑄造空屯、微球體（預(yù)膨脹或原位膨脹）；通過(guò)使用化學(xué) 發(fā)泡劑；通過(guò)在氣體中機(jī)械起泡；W及通過(guò)使用溶解氣體（如氣氣、二氧化碳、氮?dú)?、氮?dú)釽 及空氣），或超臨界流體（如超臨界二氧化碳或作為反應(yīng)產(chǎn)物原位形成的氣體）形成的孔隙 率尤其有效。 實(shí)例
[0022] 鑄造聚氨醋餅狀物是通過(guò)控制混合（a)在5rC(或基于各種配制品的所需溫 度）下的通過(guò)多官能異氯酸醋（即，二異氯酸甲苯醋，TDI)與基于聚酸的多元醇（例如， A姐prene液LF750D和其它在可購(gòu)自科聚亞公司（ChemturaCorporation)的表中所列的多 元醇）的反應(yīng)而獲得的異氯酸醋封端預(yù)聚物；化）在116°C下的固化劑W及任選地，（C)中 空核屯、填充物（即，hxpancc陳551DE40d42、461DE20d60或461DE20d70,購(gòu)自阿克蘇諾貝爾 (AkzoNobel))來(lái)制備。異氯酸醋封端的預(yù)聚物與固化劑的比率經(jīng)設(shè)定W使得如由固化劑 中的活性氨基團(tuán)（即，-0H基團(tuán)與-畑2基團(tuán)的總和）與異氯酸醋封端的預(yù)聚物中的未反應(yīng) 異氯酸醋（NC0)基團(tuán)的比率所定義的化學(xué)計(jì)量是根據(jù)表中所列的每一配制品來(lái)設(shè)定。中空 核屯、填充物在添加4,4'-亞甲基雙（2-氯苯胺）固化劑之前被混合到異氯酸醋封端的預(yù) 聚物中。接著使用高剪切混合頭使異氯酸醋封端的預(yù)聚物與并入的中空核屯、填充物混合在 一起。在離開(kāi)混合頭之后，在3分鐘的時(shí)間段內(nèi)將所述組合分配到86. 4cm(34英寸）直徑 的環(huán)形模具中W得到約8cm(3英寸）的總誘灌厚度。使經(jīng)分配的組合膠凝15分鐘，隨后將 模具放置在固化烘箱中。模具接著使用W下循環(huán)在固化烘箱中固化：烘箱設(shè)定點(diǎn)溫度從環(huán) 境溫度經(jīng)30分鐘斜變到104°C，接著在104°C的烘箱設(shè)定點(diǎn)溫度下保持15. 5小時(shí)，并且接 著烘箱設(shè)定點(diǎn)溫度從l〇4°C經(jīng)2小時(shí)斜變降到21°C。
[0023] 表1包括根據(jù)W上方法制造的具有各種預(yù)聚物、化學(xué)計(jì)量、孔徑、孔隙體積W及凹 槽圖案的拋光墊配制品。經(jīng)固化的聚氨醋餅狀物接著從模具去除并且在3(TC到8(TC的溫 度下被切削（使用可動(dòng)葉片切割）成平均厚度為1. 27mm(50密耳）或2. 0mm(80密耳）的 多個(gè)拋光層。切削從每一餅狀物的頂部起始。
[0024] 表1列出用于本研究的拋光層的主要特性。拋光層墊實(shí)例1和實(shí)例2分別用穿孔 (巧和穿孔加AC24覆蓋（P+AC24)表面處理W實(shí)現(xiàn)更好的漿液傳輸。穿孔具有1. 6mm的直 徑W及5. 4mm的MD間距和4. 9mm的XD間距，所述間距W錯(cuò)開(kāi)圖案布置。覆蓋AC24是X-Y 或方塊型凹槽圖案，其具有0. 6mm深、2. 0mm寬的尺寸并且間距為40mm。將1. 02mm(40密 耳）厚的Suba?400子墊堆疊到拋光層上。墊實(shí)例3和墊實(shí)例4的拋光層分別用1010環(huán) 形凹槽和K-7環(huán)形凹槽表面處理。1010凹槽寬度為0. 51mm(20密耳）、深度為0. 76mm(30密 耳）并且間距為3. 05mm(120密耳）。K-7凹槽寬度為0.51mm(20密耳），深度為0.76mm(30 密耳）并且間距為1. 78mm(70密耳）。 W對(duì)表1[0026]
[0027] A郵科聚亞公司的氨基甲酸醋預(yù)聚物產(chǎn)品。
[0028]AdipreneL325是HizMDI/TDI與聚四亞甲基酸乙二醇（PTMEG)的氨基甲酸醋預(yù)聚 物，其具有8. 95wt%到9. 25wt%的未反應(yīng)NC0。
[0029]AdipreneLFG740D是TDI與環(huán)氧乙燒封端的聚丙二醇（PPG)的氨基甲酸醋預(yù)聚 物，其具有8. 65wt%到9. 05wt%的未反應(yīng)NC0。
[0030] Adiprene LF750D是氨基甲酸醋TDI-PTMEG預(yù)聚物的氨基甲酸醋預(yù)聚物，其具有 8. 75wt%到9. 05wt%的未反應(yīng)NC0。
[0031] 氧化物毯覆式晶片拋光
[0032] 所用的漿液是基于二氧化姉的漿液，其平均粒徑為0.1μπι，在用于拋光時(shí)W1 : 9