用于CMP垫的聚氨酯组合物及其制造方法技术

基于某些聚醚和聚酯预聚物反应混合物的聚氨酯组合物，其中该组合物用于制造化学机械抛光/平面化(CMP)垫。该CMP垫具有低回弹并可消散不规则能量以及使抛光稳定以实现衬底的改进的均匀性和较低碟形现象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于新型组合物的化学机械抛光/平面化垫及其制造方法。具体而言，该CMP垫是衍生自聚醚/聚酯预聚物反应混合物的聚氨酯垫，其中所得垫表现出在高孔隙率下的适中硬度、高抗撕裂性和高阻尼性能。
技术介绍
化学机械平面化，也称作化学机械抛光或CMP，是用于在后续步骤的准备中将加工中的半导体晶片或其它衬底，如光学、磁性类型的衬底的顶面平面化或用于选择性除去材料的技术。该技术与抛光垫一起使用具有腐蚀性和磨蚀性的浆料。半导体技术中的快速进展已导致极大规模集成(VLSI)和超大规模集成(ULSI)电路的出现，从而在半导体衬底中的区域中的较小区域中填装更多器件。较大器件密度要求大的抛光程度和平面度才能实现形成更大量具有当前设计中包含的较小特征的器件所需的更高分辨率平版印刷法。此外，由于其低电阻，越来越多地使用铜作为互连线。通常，使用蚀刻技术将导电(金属)和绝缘体表面平面化。但是，在用作互连线时因其有利性质而合意的某些金属(Au、Ag、Cu)不容易蚀刻，因此需要CMP法。通常，CMP是涉及抛光垫和工件两者的循环运动的动态过程。CMP将除去的表面层的化学转化与转化产物的机械清除相结合。理想地，转化产物软，促进高抛光速率。软抛光垫的一个优点是抛光晶片的低缺陷密度和良好的晶片内均勻性。但是，软CMP垫具有短垫寿命，要求在大约50个晶片后更换。此外，在抛光周期的过程中，将能量传送至垫。这种能量的一部分以热形式在该垫内消散，其余部分存储在该垫中并随后在抛光周期的过程中以弹性能形式释放。后者被认为造成金属构件的碟形现象和氧化侵蚀现象。尽管公知的是碟形现象的预防需要较硬的垫，但这种类型的垫提高表面划伤和缺陷的数量和密度。因此，仍然需要提供良好清除率、良好的晶片内(WIW)和模头内(WID)均勻性、低碟形现象和/或侵蚀、降低的划伤、较低调节要求和延长的垫寿命的CMP垫。专利技术概述本专利技术部分涉及具有特殊性质，特别是高阻尼性能的CMP垫化学制剂。业已发现， 原材料和特定材料组合的选择以及方法(如气体发泡)影响聚合材料的形态，从而产生具有独特性质并在CMP垫中特别有利的最终产品。已经发现，具有低回弹的CMP垫倾向于在循环形变过程中吸收相对大量的能量， 造成抛光过程中较低的碟形现象和产生更好的WID均勻性。刚度对WID均勻性和延长的垫寿命而言也是重要考虑因素。定量描述阻尼效应的一种尝试已使用名为能量损失系数 (KEL)的参数。KEL被定义为在各形变周期中损失的每单位体积的能量。通常，垫的KEL值越高，弹性回跳越低且观察到的碟形现象越少。为了提高KEL值，可以将该垫造得更软。但是，这种方法往往也降低该垫的刚度。 降低的刚度由于该垫在器件角周围的构造而造成降低的平面化效率和增多碟形现象。提高该垫的KEL值的另一方法是以提高KEL而不降低刚度的方式改变其物理组成。为了达到恰当平衡，已经发现，特定重量百分比的共固化聚醚和聚酯预聚物的制剂提供具有高阻尼性质、低回弹和碟形现象的聚氨酯化学抛光垫。具体而言，在本专利技术的一个优选实施方案中，该聚氨酯材料是大约60-80重量％ (wt%)的量的聚醚预聚物与20-40重量％ 的量的聚酯预聚物的反应混合物。自然地，该微孔垫制剂包括表面活性剂、起泡剂、固化剂和任选其它添加剂，如填料。因此，具有该优选组成的聚氨酯微孔CMP垫表现出高阻尼性能，同时保持在高孔隙率和高抗撕裂性下的适中硬度。本专利技术针对对传统和先进的电子、光学或磁性部件的制造中所用的CMP垫的要求，并具有许多优点。本专利技术的高阻尼聚合材料具有高能量消散并可以吸收抛光界面处的不规则回弹和振动能以产生更好均勻性。由这种材料制成的CMP垫提供良好的WIW和WID 均勻性、光滑抛光性能、低碟形现象和/或侵蚀。该垫通常具有高度稳定的硬度或刚度，从而提供良好平面化性能和长的垫寿命。在本专利技术的一个方面中，提供衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物的聚氨酯化学机械抛光垫。该垫包括占预聚物混合物总重量的大约60-80重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚四亚甲基醚二醇基预聚物；大约20-40重量％的量的甲苯二异氰酸酯 (TDI)-封端的己二酸乙二醇酯(ethylene adipate)聚酯预聚物，其中该重量百分比基于预聚物混合物总重量；分别有效量的表面活性剂和固化剂，和引入该反应混合物中以形成抛光垫的发泡剂，其中所得抛光垫具有大约0. 6至大约0. 95g/cc范围的密度。在本专利技术的另一方面中，提供制造衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物的聚氨酯CMP垫的方法。该方法包括在有效量的表面活性剂存在下，将大约60-80重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚醚预聚物与大约20-40重量％的量的甲苯二异氰酸酯 (TDI)-封端的聚酯预聚物混合，其中该重量百分比基于预聚物总重量；通过将发泡剂引入反应混合物中来使该反应混合物发泡；和在有效量的固化剂存在下使该发泡的反应混合物聚合以形成具有大约0. 6至大约0. 95g/cc范围的密度的抛光垫。有利地，可以使用市售预聚物制备CMP垫，由此实现和简化整个制造工艺。可以使用标准技术或设备进行气体发泡和浇铸的方面。在该垫的某些化学制剂中，可以降低发泡时间而不牺牲发泡特性和品质。附图简述由其优选实施方案的下列详述并联系附图将更好地理解本专利技术的目的和优点，其中附图说明图1所示为制备和测试的固体聚醚和聚酯预聚物的硬度-回弹相关性；图2描绘酯剂量对基于聚醚和聚酯预聚物的反应混合物形成的杂化共聚物CMP共聚物固体的影响；图3所示为在具有各种酯剂量的垫的清除速率方面CMP垫的铜抛光性能；和图4所示为本专利技术的CMP垫和市售垫之间的性能比较。专利技术详述现在参照附图更特别描述和在权利要求书中指出本专利技术的上述和其它特征，包括构造和部件组合的各种细节和其它优点。要理解的是，具体体现本专利技术的特定聚氨酯化学机械抛光垫和制造方法通过示例方式显示，而非作为本专利技术的限制。可以在不背离本专利技术范围的情况下在各种和许多实施方案中使用本专利技术的原理和特征。一方面，本专利技术涉及特别适用于制造CMP垫的阻尼聚合材料。本文所用的术语“阻尼”是指一材料吸收机械能的能力。优选通过Bashore回弹法测量阻尼所述回弹法是用于测试材料回弹的简单技术。该Bashore回弹试验是本领域中已知的并例如描述在American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard D4632 中。也可以如本领域中已知的那样使用其它测量回弹的方法。该聚合材料是聚氨酯，即含有重复氨基甲酸乙酯单元的聚合物。该聚氨酯衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物，其中该混合物与固化剂交联。该聚合材料可包括其它成分，例如表面活性剂、填料、催化剂、加工助剂、添加剂、抗氧化剂、稳定剂、润滑剂等。氨基甲酸乙酯预聚物是通过使多元醇(例如聚醚和/或聚酯多元醇)和双官能或多官能异氰酸酯反应而形成的产物。本文所用的术语“多元醇”包括二醇、多元醇、多元醇-二醇、它们的共聚物和混合物。聚醚多元醇可以通过环氧烷聚合制造并往往是高分子量聚合物，从而提供宽范围的粘度和其它性质。醚基多元醇的常见实例包括聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚亚丙基醚二醇(PPG)等。聚酯多元醇的实例包括聚己二酸酯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·张，D·黄，L·孙，
申请(专利权)人：普莱克斯ST技术有限公司，
类型：发明
国别省市：