專利名稱：具有低缺陷整體窗的化學機械拋光墊的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及化學機械拋光領域。具體地，本發明涉及具有低缺陷整體窗的化學機械拋光墊。本發明還涉及一種使用具有低缺陷整體窗的化學機械拋光墊對基片進行化學機械拋光的方法。
背景技術：
在集成電路和其它電子器件的制造中，需要在半導體晶片的表面上沉積多層的導電材料、半導體材料和介電材料，或者將這些材料層從半導體晶片的表面除去。可以使用許多種沉積技術沉積導電材料、半導體材料和介電材料的薄層。現代晶片加工中常規的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)(也稱為濺射)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)和電鍍法(ECP)等。當材料層被依次沉積和除去的時候，晶片最上面的表面變得不平。因為隨后的半導體加工(例如金屬化)需要晶片具有平坦的表面，所以晶片需要平面化。平面化可用來除去不希望出現的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，附聚材料，晶格破壞，劃痕和污染的層或材料。化學機械平面化，即化學機械拋光(CMP)是一種用來對半導體晶片之類的基片進行平面化的常規技術。在常規的CMP中，將晶片安裝在支架組件上，設置在與CMP設備中的拋光墊接觸的位置。所述支架組件為晶片提供可以控制的壓力，將其壓向拋光墊。通過外界驅動力使得拋光墊相對于晶片運動(例如轉動)。與此同時，在晶片和拋光墊之間提供化學組合物(“漿液”)或者其它的拋光溶液。因此，通過拋光墊表面以及漿液的化學作用和機械作用，對晶片的表面進行拋光使其平面化。化學機械拋光中存在的一個問題是，確定何時已經將基片拋光至所需的程度。人們已經開發出了原位確定拋光終點的方法。一種這樣的方法使用激光干涉儀，使用激光器產生的光來測定基片的尺寸。因此，人們已經開發出具有一些特征的化學機械拋光墊，這些特征便于通過光學法確定基片的尺寸特征。例如，美國專利第5，605，760號揭示了一種拋光墊，其中拋光墊的至少一部分對一定波長范圍的激光是透射的。在一個實施方式中，所述拋光墊包括設置在其它部分不透明的拋光墊內的透明窗片。所述窗片可以是設置在模塑拋光墊內的透明聚合物材料的小棒或者插入物。所述小棒或者插入物可以是模塑在所述拋光墊內的插入件(即整體窗)，或者可以在模塑操作之后，安裝入拋光墊內的切口中(即插入物就位窗)。包括插入物就位窗的常規化學機械拋光墊在插入物就位窗和化學機械拋光墊的剩余部分之間的界面處容易泄漏拋光介質。該泄漏的拋光介質會滲透入拋光層、中間層或子墊層中，造成例如拋光層的壓縮性的區域差異，導致拋光缺陷增加。泄漏的拋光介質還會滲透通過拋光墊，對拋光設備造成損壞。相對于插入物就位窗來說，包括整體窗的常規化學機械拋光墊容易增加拋光缺陷，這是因為隨著拋光墊的使用時間延長，該窗會從拋光墊向外凸出，造成拋光缺陷(例如對被拋光的基片造成劃痕)。因此，人們需要一種包括窗的改進的化學機械拋光墊，其能夠減少插入物就位窗通常帶來的泄漏問題，以及常規整體窗具有的拋光缺陷問題。

發明內容
在本發明的一個方面，提供一種化學機械拋光墊，其包括拋光層，該拋光層包括拋光表面和整體窗；所述整體窗結合在所述拋光層中；所述整體窗是固化劑與異氰酸酯封端的預聚物多元醇的聚氨酯反應產物；所述固化劑包含固化劑胺部分，該固化劑胺部分能夠與所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇中所含的未反應的NCO部分反應，形成整體窗；以胺部分與未反應的NCO部分的化學計量比為1 1至1 1.25提供所述固化劑和異氰酸酯封端的預聚物多元醇；所述整體窗的孔隙率< 0. 1體積％ ；所述整體窗的壓縮形變為 5-25% ；其中，所述拋光表面適合用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行拋光。在本發明的另一個方面，提供了一種用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行化學機械拋光的方法，所述方法包括提供化學機械拋光設備，該設備包括臺板；提供選自磁性基片、光學基片和半導體基片的至少一塊基片；選擇化學機械拋光墊， 所述拋光墊包括拋光層，所述拋光層包括形成于其中的整體窗，所述整體窗的壓縮形變為 5-25% ；將所述化學機械拋光墊安裝在所述臺板上；用所述拋光層的拋光表面對所述至少一塊種基片進行拋光。在本發明的另一個方面，提供了一種用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行化學機械拋光的方法，所述方法包括提供化學機械拋光設備，該設備包括臺板；提供選自磁性基片、光學基片和半導體基片的至少一塊基片；選擇權利要求1所述的化學機械拋光墊；將所述化學機械拋光墊安裝在所述臺板上；用所述拋光層的拋光表面對所述至少一塊基片進行拋光。
具體實施例方式本文和所附權利要求書中使用的術語“拋光介質”包括含顆粒的拋光液和不含顆粒的拋光溶液，諸如無磨料和反應性液體拋光液。在本文和所附權利要求書中使用的術語"聚(氨酯)"包括(a)通過⑴異氰酸酯與(ii)多元醇(包括二醇)反應形成的聚氨酯；以及(b)通過(i)異氰酸酯與(ii)多元醇(包括二醇)和(iii)水、胺(包括二胺和多胺)或者水與胺(包括二胺和多胺)的組合反應形成的聚(氨酯)。本發明的化學機械拋光墊包括拋光層，該拋光層包括拋光表面和整體窗；所述整體窗結合在所述拋光層中；所述整體窗是固化劑與異氰酸酯封端的預聚物多元醇的聚氨酯反應產物；所述固化劑包含固化劑胺部分，該固化劑胺部分能夠與所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇中所含的未反應的NCO部分反應，形成整體窗；以胺部分與未反應的NCO部分的化學計量比為1 1至1 1.25提供所述固化和異氰酸酯封端的預聚物多元醇；所述整體窗的孔隙率< 10. 0體積％，優選< 0. 1體積％，更優選0. 000001至< 0. 1體積％，更加優選0. 000001至< 0. 9體積％，最優選0. 000001-0. 05體積％，所述整體窗的壓縮形變為5-25%，優選為5-20%，更優選為5-15%，更加優選為5_10%，最優選為5_8%；其中，所述拋光表面適合用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行拋光。優選地，所述固化劑和異氰酸酯封端的預聚物多元醇以合適的比例提供，使得NH2 與未反應的NCO化學計量比為1 1至1 1.25，優選為1 1至1 1. 15，更優選為1 1 至1 1.10。所述化學計量關系可以通過提供原料的化學計量含量直接獲得，或者通過有意使NCO與水反應或使其接觸外來水分，反應掉一部分的NC0，從而間接地獲得。異氰酸酯封端的預聚物多元醇包括例如多元醇與多官能芳族異氰酸酯的反應產物。合適的多元醇包括例如聚醚多元醇；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己內酯多元醇； 乙二醇；1，2-丙二醇；1，3-丙二醇；1，2-丁二醇；1，3-丁二醇；2-甲基 _1，3_ 丙二醇；1， 4-丁二醇；新戊二醇；1，5_戊二醇；3-甲基-1，5-戊二醇；1，6-己二醇；二甘醇；二丙二醇；三丙二醇，以及它們的混合物。優選的多元醇包括聚四亞甲基醚二醇[PTMEG]；聚亞丙基醚二醇[PPG]；酯基多元醇(例如己二酸乙二酯或己二酸丁二酯)；它們的共聚物和混合物。合適的多官能芳族異氰酸酯的例子包括2，4-甲苯二異氰酸酯、2，6-甲苯二異氰酸酯、 4,4' -二苯基甲烷二異氰酸酯、萘-1，5-二異氰酸酯、聯甲苯胺二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯和它們的混合物。優選地，所述多官能芳族異氰酸酯包含小于20 重量％、優選小于15重量％、最優選小于12重量％的脂族異氰酸酯，例如4，4’ - 二環己基甲烷二異氰酸酯；異佛爾酮二異氰酸酯和環己烷二異氰酸酯。優選地，所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇包含8. 75-9. 40重量％、優選8. 90-9. 30重量％、更優選9. 00-9. 25重量％ 的未反應的NCO部分。優選地，所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇。更優選地，所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇；其中所述異氰酸酯封端的預聚物聚四亞甲基醚二醇包含8. 90-9. 30重量％ 的未反應的NCO部分。最優選地，所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇；其中所述異氰酸酯封端的預聚物聚四亞甲基醚二醇包含9. 00-9. 25重量％的未反應的NCO部分。固化劑包括例如4，4’-亞甲基-二鄰氯苯胺[MBCA]、4，4’_亞甲基-二-(3-氯-2，
6-二乙基苯胺)(MCDEA)；二甲硫基甲苯二胺；二對氨基苯甲酸-1，3-丙二醇酯；聚四氫呋喃二對氨基苯甲酸酯；聚四氫呋喃單對氨基苯甲酸酯；聚環氧丙烷二對氨基苯甲酸酯；聚環氧丙烷單對氨基苯甲酸酯；1，2- 二(2-氨基苯硫基)乙烷；4，4’-亞甲基-二苯胺；二乙基甲苯二胺；5-叔丁基-2，4-甲苯二胺和3-叔丁基-2，6-甲苯二胺；5-叔戊基-2，4-甲苯二胺和3-叔戊基-2，6-甲苯二胺和氯代甲苯二胺，以及它們的混合物。優選所述固化劑是 MBCA。當制備整體窗的時候，優選對原料和化學計量進行選擇，使得制得的整體窗材料的壓縮形變為5-25 %，更優選為5-20 %，更加優選為5-15 %，還更優選為5_10 %，再更優選為5%至小于10%，最優選為5-8%，以上壓縮形變是根據ASTM D395-03方法A，在70°C和 22小時條件下測得的。任選地，可以使用單獨的混合步驟制造基于氨基甲酸酯聚合物的整體窗，避免使用預聚物。所述整體窗對波長為670納米的光的透光率優選選自20-70 %，20-50 %和 30-50%的范圍。本發明的化學機械拋光墊任選地還包括與拋光層鄰接的基底層。可以任選地使用粘合劑將所述拋光層與基底層連接起來。所述粘合劑可以選自壓敏粘合劑、熱熔粘合劑、接觸粘合劑、以及它們的組合。在一些實施方式中，所述粘合劑是熱熔粘合劑。在一些實施方式中，所述粘合劑是接觸粘合劑。在一些實施方式中，所述粘合劑是壓敏粘合劑。本發明的化學機械拋光墊任選地還包括基底層，以及與所述拋光層和基底層鄰接并介于所述拋光層和基底層之間的至少一個另外的層。可以任選地使用粘合劑將各層連接在一起。所述粘合劑可以選自壓敏粘合劑、熱熔粘合劑、接觸粘合劑、以及它們的組合。在一些實施方式中，所述粘合劑是熱熔粘合劑。在一些實施方式中，所述粘合劑是接觸粘合劑。 在一些實施方式中，所述粘合劑是壓敏粘合劑。本發明的化學機械拋光墊優選適合與拋光機的臺板鄰接。任選適合使用壓敏粘合劑和真空中的至少一種，將本發明的化學機械拋光墊固定在所述臺板上。本發明的化學機械拋光墊的拋光層的拋光表面任選具有宏觀結構 (macrotexture)和微觀結構(microtexture)中的至少一種，以促進基片的拋光。優選地， 所述拋光表面具有宏觀結構，所述宏觀結構用來減輕以下情況的至少一種打滑、影響拋光介質流動、改變拋光層的剛性、減少邊緣效應和促進拋光碎屑轉移離開拋光表面和基片間的區域。本發明的化學機械拋光墊的拋光層的拋光表面任選具有選自穿孔和凹槽中的至少一種的宏觀結構。任選地，所述穿孔可從拋光表面部分或全部貫穿拋光層厚度。任選地， 將凹槽安排在拋光表面上，使得拋光過程中拋光墊轉動時至少有一條凹槽掠過基片。任選地，所述凹槽選自彎曲凹槽、直線凹槽、及其組合。任選地，所述凹槽的深度> 10密耳；優選為10-150密耳。任選地，所述凹槽形成凹槽圖案，所述凹槽圖案包括至少兩條具有以下特征組合的凹槽深度選自彡10密耳，彡15密耳以及15-150密耳；寬度選自彡10密耳以及 10-100密耳；槽距選自> 30密耳，> 50密耳，50-200密耳，70-200密耳，以及90-200密耳。本發明的用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行化學機械拋光的方法包括提供化學機械拋光設備，該設備包括臺板；提供選自磁性基片、光學基片和半導體基片的至少一塊基片；選擇化學機械拋光墊，所述拋光墊包括拋光層，所述拋光層包括形成于其中的整體窗，所述整體窗的壓縮形變為5-25 %，優選5-20 %，更優選5-15 %，更加優選5-10%，還更優選5-8% ；將所述化學機械拋光墊安裝在所述臺板上；用所述拋光層的拋光表面對所述至少一塊基片進行拋光。優選地，本發明的拋光墊在40°C的拋光溫度下對基片進行10小時的拋光之后，該化學機械拋光墊中的整體窗從拋光層的拋光表面向外凸出< 50微米，更優選0-50微米，最優選0-40微米。現在將在以下實施例中詳細描述本發明的一些實施方式。實施例窗塊料通過以下步驟制備了窗塊料，用來將其結合到化學機械拋光層中作為整體窗。將表1所示的各種量的固化劑(即MBCA)和異氰酸酯封端的預聚物多元醇(即購自凱姆圖拉公司(Chemtura)的L32Q混合起來，加入模具中。然后使得模具內的物料在烘箱內固化18 個小時。烘箱的溫度設定在93°C，加熱20分鐘；然后設定在104°C，加熱15小時40分鐘； 然后降溫至21°C，再處理最后2小時。然后將所述窗塊料切割成插入物，以便于通過常規方式將其結合入拋光墊餅塊中。
權利要求
1.一種化學機械拋光墊，其包括 拋光層，其包括拋光表面和整體窗；所述整體窗在所述拋光層中成為一體；所述整體窗是固化劑與異氰酸酯封端的預聚物多元醇的聚氨酯反應產物； 所述固化劑包含固化劑胺部分，該固化劑胺部分能夠與所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇中所含的未反應的NCO部分反應，形成所述整體窗；以胺部分與未反應的NCO部分的化學計量比為1 1至1 1.25的用量提供所述固化劑與所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇； 所述整體窗的孔隙率< 0. 1體積％ ； 所述整體窗的壓縮形變為5-25% ；其中，所述拋光表面適合用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行拋光。
2.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，其特征在于，所述整體窗在平行于所述拋光表面的平面內具有橢圓形截面。
3.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，其特征在于，所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇包括異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇。
4.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，其特征在于，所述異氰酸酯封端的預聚物多元醇包含8. 75-9. 40重量％的未反應的NCO部分。
5.如權利要求3所述的化學機械拋光墊，其特征在于，所述異氰酸酯封端的聚四亞甲基醚二醇包含9. 00-9. 25重量％的未反應的NCO部分。
6.如權利要求1所述的化學機械拋光墊，其特征在于，所述整體窗在670納米處的透光率為 20-50% ο
7.一種用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行化學機械拋光的方法，該方法包括提供化學機械拋光設備，該設備包括臺板；提供選自磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一塊基片；選擇如權利要求1所述的化學機械拋光墊；將所述化學機械拋光墊安裝在所述臺板上；用所述拋光層的拋光表面對所述至少一塊基片進行拋光。
8.一種用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行化學機械拋光的方法，該方法包括提供化學機械拋光設備，該設備包括臺板； 提供選自磁性基片、光學基片和半導體基片中的至少一塊基片； 選擇包括拋光層的化學機械拋光墊，所述拋光層包括形成于其中的整體窗，所述整體窗的壓縮形變為5-25% ；將所述化學機械拋光墊安裝在所述臺板上； 用所述拋光層的拋光表面對所述至少一塊基片進行拋光。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，在對基片進行10小時的拋光之后，整體窗從拋光層的拋光表面向外凸出< 50微米。
全文摘要
一種化學機械拋光墊，其包括拋光層，所述拋光層包括整體窗和拋光表面，所述拋光表面適合用來對選自磁性基片、光學基片和半導體基片的基片進行拋光，所述整體窗的配方在拋光過程中提供了改進的缺陷性能。還提供了一種使用所述化學機械拋光墊對基片進行拋光的方法。
文檔編號B24D13/14GK102310366SQ201010231569
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者M·J·庫爾普, S·H·威廉姆斯 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司