柔软且可修整的化学机械抛光垫层叠体制造技术

柔软且可修整的化学机械抛光垫层叠体。本发明专利技术提供了一种化学机械抛光垫层叠体，其包括：抛光层、刚性层、将所述抛光层与刚性层粘结的热熔粘合剂，其中所述抛光层包含以下组分的反应产物，所述组分包括：多官能异氰酸酯和固化剂包装，所述固化剂包装包含胺引发的多元醇固化剂和高分子量多元醇固化剂，其中，所述抛光层的密度大于0.6克/厘米3，肖氏D硬度为5-40，断裂伸长率为100-450％，切割速率为25-150微米/小时；以及其中所述抛光层具有适合用来对基材进行抛光的抛光表面。

【技术实现步骤摘要】
柔软且可修整的化学机械抛光垫层叠体
本专利技术涉及化学机械抛光垫及其制备和使用方法。更具体而言，本专利技术涉及包括抛光层、刚性层以及使抛光层与刚性层粘结的热熔粘合剂的化学机械抛光垫层叠体；其中所述抛光层包含以下组分的反应产物，所述组分包括：多官能异氰酸酯和固化剂包装(curativepackage)；其中所述固化剂包装包含胺引发的多元醇固化剂和高分子量多元醇固化剂；其中所述抛光层的密度大于0.6克/厘米3，肖氏D硬度为5-40，断裂伸长率为100-450％，切割速率为25-150微米/小时；以及其中所述抛光层具有适合用来对基材进行抛光的抛光表面。
技术介绍
在集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片的表面上沉积多层的导电材料、半导体材料和介电材料，以及将这些材料层从半导体晶片的表面除去。可以使用许多种沉积技术沉积导电材料、半导体材料和介电材料的薄层。现代晶片加工中常规的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)(也称为溅射)、化学气相沉积(CVD)、等离子促进的化学气相沉积(PECVD)和电化学镀覆等。现代去除技术包括湿法和干法各向同性和各向异性蚀刻等。当材料层被依次沉积和除去时，晶片的最上层表面变得不平。因为随后的半导体加工(例如金属化)需要晶片具有平坦的表面，所以所述晶片需要被平面化。平面化可用来除去不希望出现的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。化学机械平面化，或化学机械抛光(CMP)，是一种用来对工件(例如半导体晶片)进行平面化或抛光的常规技术。在常规的CMP中，将晶片支架或抛光头安装在支架组件上。所述抛光头固定着所述晶片，将所述晶片置于与抛光垫的抛光层接触的位置，所述抛光垫安装在CMP设备中的台子或台面上。所述支架组件在晶片和抛光垫之间提供可以控制的压力。同时，将抛光介质(例如浆液)分配在抛光垫上，并引入晶片和抛光层之间的间隙内。为了进行抛光，所述抛光垫和晶片通常相对彼此发生旋转。当抛光垫在晶片下面旋转的同时，所述晶片扫出一个通常为环形的抛光痕迹(polishingtrack)，或抛光区域，其中所述晶片的表面直接面对所述抛光层。通过抛光层和抛光介质在晶片表面上的化学和机械作用，晶片表面被抛光并且变得平坦。抛光垫表面的“修整(conditioning)”或“打磨(dressing)”对于获得稳定抛光性能所需的稳定抛光表面来说是很重要的。随着时间的流逝，抛光垫的抛光表面被磨损，磨平了抛光表面的微织构(microtexture)，这是被称为“磨钝(glazing)”的现象。抛光垫修整通常是通过使用修整盘对抛光表面进行机械研磨而完成的。所述修整盘具有粗糙的修整表面，该粗糙修整表面通常包括嵌入的金刚石颗粒点。在CMP工艺中，当抛光暂停时，在间歇的间断时间段内使修整盘与抛光表面接触(“外部”)，或者在CMP工艺进行过程中使修整盘与抛光表面接触(“原位”)。通常所述修整盘在相对于抛光垫旋转轴固定的位置旋转，随着抛光垫的旋转扫出一个环形的修整区域。所述的修整工艺在抛光垫表面内切割出微型的沟道，对抛光垫的材料进行研磨和刨刮，重新恢复抛光垫的织构结构。半导体器件正变得越来越复杂，具有较精细的特征以及较多的金属化层。这种趋势需要抛光耗材改善性能，以保持平整度并限制抛光缺陷。后者能够导致导线电路断路或短路，这将导致半导体器件不工作。众所周知，一种减少抛光缺陷(例如微-划痕或震痕)的方法是使用较软的抛光垫。James等人在美国专利第7,074,115号中公开了一类柔软的聚氨酯抛光层。James等人公开了一种包含异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物和芳族二胺或多胺固化剂的反应产物的抛光垫，其中，所述反应产物的孔隙率至少为0.1体积％，在40℃和1弧度/秒条件下的KEL能量损耗因子为385-750l/Pa，以及在40℃和1弧度/秒条件下的模量E’为100-400MPa。如上所述，为了获得最佳的抛光性能，需要对化学机械抛光垫的表面进行金刚石修整，从而形成有利的微织构。然而，在常规抛光层材料(例如James等人所述的材料)中难以形成这类织构，这是因为这些材料具有高的延展性，所述延展性是通过断裂拉伸伸长值来测定的。因此，当用金刚石修整盘对这些材料进行修整，而不是在该垫的表面切割沟道时，修整盘中的金刚石仅仅将垫材料推开，而没有进行切割。因此，用金刚石修整盘进行修整的结果是，在这些常规材料的表面上形成极少的织构。在用来在垫表面中形成宏观凹槽图案的机械加工过程中，产生了另一个与这类常规化学机械抛光垫材料相关的问题。常规的化学机械抛光垫通常具有切割至其抛光表面内的凹槽图案，从而促进浆液流动以及从垫-晶片界面去除抛光碎片。通常使用车床或通过CNC研磨机将这些凹槽切入抛光垫的抛光表面。然而，对于软垫材料来说，存在与金刚石修整相似的问题，从而导致在钻头通过后，垫材料仅仅回弹并且所形成的凹槽自我封闭。因此，凹槽质量较差，并且成功地用这类软材料制造出商业上可接受的垫较为困难。随着垫材料硬度降低，这种问题越来越严重。因此，本领域一直需要具有能与低缺陷制剂相关的物理性质很好地相关联的物理性质的化学机械抛光垫，并且其还可使所述抛光层具有增强的可修整性(conditionability)(即具有25-150微米/小时的切割速率)。
技术实现思路
本专利技术提供了一种化学机械抛光垫层叠体，其包括：抛光层，所述抛光层具有抛光表面、底表面和平均厚度TP-avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从所述抛光表面测量到所述底表面得到的；具有上表面和下表面的刚性层；介于所述抛光层的底表面和所述刚性层的上表面之间的热熔粘合剂；其中，所述热熔粘合剂将所述抛光层与所述刚性层粘结；任选地，压敏平台(platen)粘合剂；其中，所述压敏平台粘合剂设置在所述刚性层的下表面上；任选地，剥离衬垫；其中所述压敏平台粘合剂介于所述刚性层的下表面和任选的剥离衬垫之间；以及，任选地，结合到所述化学机械抛光垫层叠体中的终点检测窗口；其中所述抛光层包含以下组分的反应产物，所述组分包括：多官能异氰酸酯和固化剂包装，所述固化剂包装包含至少5重量％的胺引发的多元醇固化剂、25-95重量％的高分子量多元醇固化剂以及0-70重量％的双官能固化剂；其中所述胺引发的多元醇固化剂每个分子至少包含一个氮原子；其中所述胺引发的固化剂每个分子平均具有至少三个羟基；其中所述高分子量多元醇固化剂的数均分子量MN为2,500-100,000；其中所述高分子量多元醇固化剂每个分子平均具有3-10个羟基；其中，所述抛光层的密度大于0.6克/厘米3，肖氏D硬度为5-40，断裂伸长率为100-450％，切割速率为25-150微米/小时；以及其中所述抛光层具有适合用来对基材进行抛光的抛光表面。本专利技术提供了一种化学机械抛光垫层叠体，其包括：抛光层，所述抛光层具有抛光表面、底表面和平均厚度TP-avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从所述抛光表面测量到所述底表面得到的；具有上表面和下表面的刚性层；介于所述抛光层的底表面和所述刚性层的上表面之间的热熔粘合剂；其中，所述热熔粘合剂将所述抛光层与所述刚性层粘结；任选地，压敏平台粘合剂；其中，所述压敏平台粘合剂设置在所述刚性层的下表面上；任选地，剥离衬垫；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光垫层叠体，其包括:抛光层，所述抛光层具有抛光表面、底表面和平均厚度TP‑avg，该厚度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面测量到所述底表面得到的；具有上表面和下表面的刚性层；介于所述抛光层的底表面和所述刚性层的上表面之间的热熔粘合剂；其中，所述热熔粘合剂将所述抛光层与所述刚性层粘结；任选地，压敏平台粘合剂；其中，所述压敏平台粘合剂设置在所述刚性层的下表面上；任选地，剥离衬垫；其中所述压敏平台粘合剂介于所述刚性层的下表面和任选的剥离衬垫之间；以及任选地，结合到所述化学机械抛光垫层叠体中的终点检测窗口；其中所述抛光层包含以下组分的反应产物，所述组分包括：多官能异氰酸酯；和固化剂包装，所述固化剂包装包含：至少5重量％的胺引发的多元醇固化剂，其中所述胺引发的多元醇固化剂每个分子至少包含一个氮原子；其中所述胺引发的固化剂每个分子平均具有至少三个羟基；25‑95重量％的高分子量多元醇固化剂，其中所述高分子量多元醇固化剂的数均分子量MN为2,500‑100,000；以及其中所述高分子量多元醇固化剂每个分子平均具有3‑10个羟基；以及0‑70重量％的双官能固化剂；以及其中，所述抛光层的密度大于0.6克/厘米3，肖氏D硬度为5‑40，断裂伸长率为100‑450％，切割速率为25‑150微米/小时；以及其中所述抛光层具有适合用来对基材进行抛光的抛光表面。...

【技术特征摘要】
2013.05.31 US 13/906,7151.一种化学机械抛光垫层叠体，其包括:抛光层，所述抛光层具有抛光表面、底表面和平均厚度TP-avg，该厚度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面测量到所述底表面得到的；具有上表面和下表面的刚性层；介于所述抛光层的底表面和所述刚性层的上表面之间的热熔粘合剂；其中，所述热熔粘合剂将所述抛光层与所述刚性层粘结；任选地，压敏平台粘合剂；其中，所述压敏平台粘合剂设置在所述刚性层的下表面上；任选地，剥离衬垫；其中所述压敏平台粘合剂介于所述刚性层的下表面和任选的剥离衬垫之间；以及任选地，结合到所述化学机械抛光垫层叠体中的终点检测窗口；其中所述抛光层包含以下组分的反应产物，所述组分包括：多官能异氰酸酯；和固化剂包装，所述固化剂包装包含：至少5重量％的胺引发的多元醇固化剂，其中所述胺引发的多元醇固化剂每个分子至少包含一个氮原子；其中所述胺引发的固化剂每个分子平均具有至少三个羟基；25-95重量％的高分子量多元醇固化剂，其中所述高分子量多元醇固化剂的数均分子量MN为2,500-100,000；以及其中所述高分子量多元醇固化剂每个分子平均具有5-7个羟基；以及0-70重量％的双官能固化剂；以及其中，所述抛光层的密度大于0.6克/厘米3，肖氏D硬度为5-40，断裂伸长率为100-450％，切割速率为25-150微米/小时；以及其中所述抛光层具有适合用来对基材进行抛光的抛光表面。2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫层叠体，其特征在于，所述刚性层的上表面是无凹槽的；以及所述刚性层的下表面是无凹槽的。3.如权利要求1所述的化学机械抛光垫层叠体，其特征在于，所述刚性层的上表面和下表面的粗糙度Ra为1-500纳米。4.如权利要求1所述的化学机械抛光垫层叠体，其特征在于，所述刚性层的杨氏模量为2,500-7,500MPa。5.如权利要求1所述的化学机械抛光垫层叠体，其特征在于，所述刚性层由双轴取向的聚对苯二甲酸乙二酯制成；所述刚性层的平均厚度为6-10密耳；所述刚性层的杨氏模量为3,000-7,000Mpa。6.如权利要求1所述的化学机械抛光垫层叠体，其特征在于，所述多官能异氰酸酯是具有2-12重量％未反应的NCO基团的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物；以及所述固化剂包装由以下组分组成：5-20重量％的所述胺引发的多元醇固化剂，其中，所述胺引发的多元醇固化剂每个分子包含两个氮原子；其中所述胺引发的多元醇固化剂每个分子平均具有4个羟基；以及其中所述胺引发的多元醇固化剂的数均分子量MN为200-400；50-75重量％的所述高分子量多元醇固化剂，其中所述高分子量多元醇固化剂的数均分子量MN为10,000-12,000；其中所述高分子量多元醇固化剂每个分子平均具有6个羟基；10-30重量％的所述双官能固...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·穆奈恩，B·钱，J·G·诺兰，M·K·詹森，J·J·亨道恩，M·W·迪格鲁特，D·B·詹姆斯，叶逢蓟，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，陶氏环球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US