聚氨酯抛光垫制造技术

本发明专利技术提供一种适用于平面化半导体基材、光学基材和磁性基材的聚氨酯抛光垫。所述抛光垫包括浇铸的聚氨酯聚合物材料，所述聚氨酯聚合物材料通过聚丙二醇和形成异氰酸酯封端的反应产物的甲苯二异氰酸酯的预聚物反应来制备。所述甲苯二异氰酸酯具有少于5重量％脂族异氰酸酯；所述异氰酸酯封端的反应产物具有5.55-5.85重量％未反应的NCO。所述异氰酸酯封端的反应产物由4,4'-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)固化剂固化。无孔固化的产物的正切Δ为0.04-0.10，杨氏模量为140-240MPa，肖氏D硬度为44-56。

【技术实现步骤摘要】
聚氨酯抛光垫背景本专利技术涉及用于抛光和平面化基材的抛光垫，特别涉及产生低缺陷率的平面化抛光垫。聚氨酯抛光垫是用于各种精确要求的抛光应用的主要抛光垫类型。这些聚氨酯抛光垫能有效地用于抛光硅晶片、图案化的晶片、平板显示器和磁盘存储器。具体地，聚氨酯抛光垫为用于制造集成电路的大多数抛光操作提供了机械整体性和耐化学性。例如，聚氨酯抛光垫具有用以抵抗撕裂的高强度；避免在抛光过程中发生磨损问题的耐磨性；耐受强酸和强苛性抛光液侵蚀的稳定性。半导体生产通常涉及一些化学机械平面化(CMP)工艺。在各CMP工艺中，通过抛光垫与抛光液(例如包含磨料的抛光浆液或者不含磨料的活性液体)的组合，以平面化或保持平坦度，以便接纳下一层的方式除去多余的材料。这些层以形成集成电路的方式组合成堆叠。由于人们需要具有更高的运行速度、更低的漏电流和降低功率消耗的器件，所以这些半导体器件的制造一直在变得越来越复杂。对于器件的结构，这意味着要求更精细的特征几何结构，以及更高的金属化层次。这些越来越严格的器件设计要求促使人们采用与具有较低的介电常数的新介电材料联用的铜金属化工艺。减少的物理性质，频繁地与低k和超低k材料结合以及器件增加的复杂性使得人们对CMP消耗品(例如抛光垫和抛光液)的需求更大。具体地，与常规介电材料相比，低k和超低k介电材料往往具有较低的机械强度和较差的粘合性，表现出更难的平面化。另外，随着集成电路特征尺寸的减小，由CMP产生的缺陷，例如划痕，变成了更大的问题。另外，集成电路减小的膜厚度要求在改进缺陷度的同时为晶片基材提供可接受的形貌；这些形貌方面的要求需要基材具有更加严格的平面度、凹陷和腐蚀规格。已证实将聚氨酯浇铸成饼状体并将该饼状体切割成几块薄的抛光垫是对于制备具有一致的可重现的抛光性质的抛光垫的有效方法。M.J.Kulp在美国专利第7,414,080号中公开了用基于低-无甲苯二异氰酸酯抛光垫以改善产品的均匀性。不幸的是，由这些配方制备的聚氨酯抛光垫缺少最高要求的低缺陷抛光应用所必需的平面化和铜凹陷性质。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供一种适用于平面化半导体基材、光学基材和磁性基材中至少一种基材的抛光垫，所述抛光垫含有浇铸的聚氨酯聚合物材料，所述聚氨酯聚合物材料通过聚丙二醇和形成异氰酸酯封端的反应产物的甲苯二异氰酸酯的预聚物反应来制备，所述甲苯二异氰酸酯具有少于5重量％脂族异氰酸酯且所述异氰酸酯封端的反应产物具有5.55-5.85重量％未反应的NCO，所述异氰酸酯封端的反应产物由4,4'-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)固化剂固化，该固化的聚合物以无孔状态测量得到：用扭力固定装置(torsionfixture)从20℃至100℃测得的正切Δ为0.04-0.10(ASTM5279)，室温下的杨氏模量为140-240MPa(ASTM-D412)，室温下的肖氏D硬度为44-56(ASTM-D2240)。本专利技术的另一方面提供一种适用于平面化半导体基材、光学基材和磁性基材中至少一种基材的抛光垫，所述抛光垫含有浇铸的聚氨酯聚合物材料，所述聚氨酯聚合物材料通过聚丙二醇和形成异氰酸酯封端的反应产物的甲苯二异氰酸酯的预聚物反应来制备，所述甲苯二异氰酸酯具有少于5重量％脂族异氰酸酯且所述异氰酸酯封端的反应产物具有5.55-5.85重量％未反应的NCO，所述异氰酸酯封端的反应产物由4,4'-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)固化剂固化，该固化的聚合物以无孔状态测量得到：用扭力固定装置从20℃至100℃测得的正切Δ为0.04-0.10(ASTM5279)，室温下的杨氏模量为180-240MPa(ASTM-D412)，室温下的肖氏D硬度为46-54(ASTM-D2240)。附图说明图1表示杨氏模量与由不同固化剂固化的抛光垫材料硬度的曲线图。图2是由不同固化剂制备的抛光垫聚合物在0-100℃下的正切Δ的比较。专利技术详述所述抛光垫适用于来对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行抛光。最优选地，该抛光垫用于抛光半导体基材。所述抛光垫包括浇铸的聚氨酯聚合物材料，所述聚氨酯聚合物材料通过聚丙二醇和形成异氰酸酯封端的反应产物的甲苯二异氰酸酯的预聚物反应来制备。所述甲苯二异氰酸酯由4,4'-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)固化剂固化。对于一致的抛光行为直至高温时，所述无孔固化的产物在20-100℃之间测量的正切Δ为0.04-0.10。此外，该无孔固化的产物的杨氏模量为140-240MPa。该模量提供优异的平面化、TEOS腐蚀和铜凹陷性能的组合。优选地，该无孔固化的产物的杨氏模量为180-240MPa。对于低缺陷性，该无孔固化的产物的肖氏D硬度为44-56。最优选地，该无孔固化的产物的肖氏D硬度为46-54。该聚合物能有效地用于形成无孔抛光垫和有孔抛光垫或填充的抛光垫。在本说明书中，用于抛光垫的填料包括在抛光过程中逐出或溶解的固体颗粒以及液态填充的颗粒或球体。在本说明书中，孔隙率包括气体填充的颗粒、气体填充的球体和由其它方法形成的孔，所述方法例如将气体机械起泡进入黏稠体系、将气体注射入聚氨酯熔融体、用与气态产物的化学反应原位引入气体、或降低压力以引起溶解的气体形成气泡。所述有孔抛光垫的孔隙率或填料浓度至少为0.1体积％。该孔隙率或填料为抛光垫提供了在抛光过程中转移抛光流体的能力。优选地，该抛光垫的孔隙率或填料浓度为0.2-70体积％。最优选地，该抛光垫的孔隙率或填料浓度为0.25-60体积％。任选地，所述孔的平均直径小于200微米。优选地，所述孔或填料颗粒的重均直径为10-100微米。最优选地，所述孔或填料颗粒的重均直径为15-90微米。膨胀的空心聚合物微球的重均直径的标称范围是15-50微米。任选地，所述抛光垫是无孔的。无孔抛光垫特别适用于需要优异抛光垫寿命和平面化的应用。具体地，具有大凹槽和由金刚石修正器形成的粗糙表面的无孔抛光垫能有效地用于铜和钨的应用。通常，宏观构造或微观构造的增加增加了无孔抛光垫的去除速率。控制未反应NCO的浓度对于控制由填料气体直接或间接形成的孔的孔均匀性特别有效。这是因为气体往往在大得多的速率下进行热膨胀且比固体和液体的膨胀程度大。例如，该方法对于通过以下方法形成的孔隙率特别有效，所述方法为：浇铸原位预膨胀或膨胀的空心微球；采用化学发泡剂；在气体中机械气泡；使用溶解的气体，如氩气、二氧化碳、氦气、氮气和空气，或使用超临界液体如超临界二氧化碳，或使用作为反应产物的原位形成的气体。所述聚合物材料是由聚亚丙基醚二醇[PPG]和4,4'-亚甲基-双-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)[MCDEA]形成的聚氨酯。在本说明书中，“聚氨酯”是衍生自二官能或多官能异氰酸酯的产物，例如聚醚脲、聚酯脲、聚异氰脲酸酯、聚氨酯、聚脲、聚氨酯脲、它们的共聚物和它们的混合物。控制抛光垫的抛光性质的一个方法是改变其化学组成。此外，原材料和制造方法的选择影响用于制造抛光垫的材料的聚合物形态和最终性质。优选地，氨基甲酸酯的生产涉及由多官能芳族异氰酸酯和预聚物多元醇制备异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。对本说明书来说，术语预聚物多元醇是聚亚丙基醚二醇[PPG]、它们的共聚物和它们的混合物。较佳的是，所述多官能芳族异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯)包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于平面化半导体基材、光学基材和磁性基材中至少一种基材的抛光垫，所述抛光垫含有浇铸的聚氨酯聚合物材料，所述聚氨酯聚合物材料通过聚丙二醇和形成异氰酸酯封端的反应产物的甲苯二异氰酸酯的预聚物反应来制备，所述甲苯二异氰酸酯具有少于5重量％脂族异氰酸酯且所述异氰酸酯封端的反应产物具有5.55‑5.85重量％未反应的NCO，所述异氰酸酯封端的反应产物由4,4'‑亚甲基‑双(3‑氯‑2,6‑二乙基苯胺)固化剂固化，该固化的聚合物以无孔状态测量得到：用扭力固定装置从20℃至100℃测得的正切Δ为0.04‑0.10(ASTM 5279)，室温下的杨氏模量为140‑240MPa(ASTM‑D412)，室温下的肖氏D硬度为44‑56(ASTM‑D2240)。

【技术特征摘要】
2013.09.04 US 14/017,9981.一种适用于平面化半导体基材、光学基材和磁性基材中至少一种基材的抛光垫，所述抛光垫含有浇铸的聚氨酯聚合物材料，所述聚氨酯聚合物材料通过聚丙二醇和形成异氰酸酯封端的反应产物的甲苯二异氰酸酯的预聚物反应来制备，所述甲苯二异氰酸酯具有少于5重量％脂族异氰酸酯且所述异氰酸酯封端的反应产物具有5.55-5.85重量％未反应的NCO，所述异氰酸酯封端的反应产物由4,4'-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)固化剂固化，所述异氰酸酯封端的反应产物和4,4'-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)具有的NH2与NCO化学计量比为100-112％，该固化的聚合物以无孔状态测量得到：用扭力固定装置从20℃至100℃测得的正切Δ为0.04-0.10(ASTM5279)，室温下的杨氏模量为140-240MPa(ASTM-D412)，室温下的肖氏D硬度为44-56(ASTM-D2240)。2.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光垫是无孔的。3.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述抛光垫包括平均直径小于200微米的孔。4.如权利要求3所述的抛光垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶逢蓟，M·迪格鲁特，J·穆奈恩，D·B·詹姆斯，M·J·库尔普，
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