碱土金属氧化物-聚合物抛光垫制造技术

本发明专利技术提供一种抛光垫，所述抛光垫用于抛光半导体基片、磁性基片和光学基片中的至少一种。所述抛光垫包含聚合物基质，所述聚合物基质具有抛光表面。此外，聚合物微元件分布在所述聚合物基质中和所述聚合物基质的抛光表面上。所述聚合物微元件具有外表面并且被流体填充从而在抛光表面产生纹理。含碱土金属氧化物区域分布在各聚合物微元件中，被分隔开，以覆盖聚合物微元件小于50%的外表面。

【技术实现步骤摘要】
碱土金属氧化物-聚合物抛光垫
技术介绍
本专利技术涉及用于化学机械抛光(CMP)的抛光垫，具体涉及适用于对半导体基片、磁性基片或光学基片中的至少一种基片进行抛光的聚合物复合抛光垫。其上制作有集成电路的半导体晶片必须进行抛光，以提供极光滑和平坦的表面，该表面在特定平面内的变化必须在小于微米的范围内。此抛光通常在化学机械抛光(CMP)操作中完成。这些“CMP”操作使用化学活性浆液，通过抛光垫磨光晶片表面。化学活性浆液和抛光垫的组合结合起来抛光晶片表面或使晶片表面平面化。CMP操作产生的一个问题是晶片划痕。某些抛光垫会含有外来物质，使晶片产生沟槽或划痕。例如，外来物质可能导致硬材料如TEOS电介质中产生颤痕。对本说明书来说，TEOS表示由四乙氧基硅酸盐/酯分解形成的硬玻璃状电介质。对电介质的这种损坏会导致晶片缺陷和较低的晶片产率。外来物质导致的另一个划痕问题是破坏非铁金属的互连，例如铜互连。如果抛光垫划擦得太深，进入互连连接线，则连接线的电阻将增加到半导体不能正常运作的数值。在极端情况下，这些外来物质会产生大量划痕，这会导致划伤整个晶片。美国专利第5,572,362号(Reinhardt等)描述了一种抛光垫，该抛光垫用空心的聚合物微元件代替玻璃球，在聚合物基质中产生孔隙。此设计的优点包括均匀抛光、低缺陷度和增加的去除速率。Reinhardt等设计的IC1000TM抛光垫优于之前用于划擦的IC60抛光垫，IC1000TM抛光垫用聚合物壳代替玻璃壳。此外，Reinhardt等发现用较软的聚合物微球体代替硬玻璃球会令人意想不到地维持平面化效率。Reinhardt等的抛光垫被长期用作CMP抛光的工业标准，并在CMP的高级应用中继续起重要的作用。CMP操作的另一系列问题是垫和垫之间的差异，例如密度变化和垫内的变化。为了解决这些问题，抛光垫制造商依赖于控制固化循环的仔细浇铸技术。这些努力集中在抛光垫的宏观性质上，但未解决与抛光垫材料相关的微抛光方面的问题。存在对于抛光垫的下述工业需求，即该抛光垫能提供改进的平面化、去除速率和划痕的组合性质。此外，仍需要这样的一种抛光垫，该抛光垫能提供这些性质，并且该抛光垫中垫和垫之间差异较小。
技术实现思路
本专利技术的一个方面包括如下：用于对半导体基片、磁性基片以及光学基片中的至少一种进行抛光的抛光垫，所述抛光垫包含：聚合物基质，该聚合物基质具有抛光表面；分布在聚合物基质中和聚合物基质的抛光表面上的聚合物微元件；所述聚合物微元件具有外表面并且是流体填充的，用于在抛光表面产生纹理；以及分布在各聚合物微元件中的含碱土金属氧化物区域，所述含碱土金属氧化物被分隔开，以覆盖聚合物微元件小于50%的外表面；并且小于0.1重量%的聚合物微元件与以下组分相结合：i)粒度大于5μm的含碱土金属氧化物颗粒；ii)覆盖了聚合物微元件超过50%的外表面的含碱土金属氧化物区域；以及iii)聚合物微元件，所述聚合物微元件与含碱土金属氧化物颗粒团聚至平均簇尺寸大于120μm。本专利技术的另一个方面包括如下：用于对半导体基片、磁性基片以及光学基片中的至少一种进行抛光的抛光垫，所述抛光垫包含：聚合物基质，该聚合物基质具有抛光表面；分布在聚合物基质中和聚合物基质的抛光表面上的聚合物微元件；所述聚合物微元件具有外表面并且是流体填充的，用于在抛光表面产生纹理；以及分布在各聚合物微元件中的含碱土金属氧化物区域，所述碱土金属氧化物是氧化钙、氧化镁或者它们的混合物，所述含碱土金属氧化物区域被分隔开，以覆盖聚合物微元件1-40%的外表面；并且小于0.05重量%的聚合物微元件与以下组分相结合：i)粒度大于5μm的含碱土金属氧化物颗粒；ii)覆盖了聚合物微元件超过50%的外表面的含碱土金属氧化物区域；以及iii)聚合物微元件，所述聚合物微元件与含碱土金属氧化物颗粒团聚至平均簇尺寸大于120μm。附图简要说明图1A显示柯安达块空气分级器（classifier）的截面侧视示意图。图1B显示柯安达块空气分级器的截面前视示意图。图2是嵌有镁-钙氧化物颗粒的聚丙烯腈/甲基丙烯腈壳的1,500倍SEM图。图3是涂覆有镁-钙氧化物颗粒的精细聚丙烯腈/甲基丙烯腈壳的100倍SEM图。图4是嵌有镁-钙氧化物颗粒的聚丙烯腈/甲基丙烯腈壳在分离了细粒部分和粗粒部分之后的100倍SEM图。图5是聚丙烯腈/甲基丙烯腈壳团聚体与米粒状镁-钙氧化物颗粒的100倍SEM图。图6是含聚(偏二氯乙烯)/聚丙烯腈/二氧化硅和聚丙烯腈/甲基丙烯腈/镁-钙氧化物壳的抛光垫的垫密度与位置关系图。图7是在聚氨酯基质中含聚(偏二氯乙烯)/聚丙烯腈/二氧化硅壳的250倍SEM图。图8是在聚氨酯基质中聚丙烯腈/甲基丙烯腈/镁-钙氧化物壳的250倍SEM图。图9是在聚氨酯基质中聚(偏二氯乙烯)/聚丙烯腈/二氧化硅壳在切割之后的250倍SEM图。图10是在聚氨酯基质中聚丙烯腈/甲基丙烯腈/镁-钙氧化物壳在切割之后的250倍SEM图。图11是比较例B和C以及实施例10的剪切模量图。图12显示不含壳、含聚(偏二氯乙烯)/聚丙烯腈/二氧化硅壳以及含聚丙烯腈/甲基丙烯腈/镁-钙氧化物壳的抛光垫的韧性。图13是比较例C的断面形貌的250倍SEM图。图14是实施例10的断面形貌的250倍SEM图。专利技术详述本专利技术提供一种含碱土金属氧化物复合抛光垫，该含碱土金属氧化物复合抛光垫用于对半导体基片进行抛光。所述抛光垫包括聚合物基质、空心聚合物微元件和嵌埋在所述聚合物微元件中的含碱土金属氧化物颗粒。碱土元素优选是氧化钙、氧化镁或者它们的混合物。令人惊讶的是，这些含碱土金属氧化物颗粒分级为与聚合物微元件结合的特定结构时，不易在高级CMP应用中导致过度的划痕或沟槽。尽管聚合物基质具有含碱土金属氧化物颗粒，但在其抛光表面仅产生这种有限的沟槽和划痕。典型的聚合物抛光垫基质材料包括聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺、乙烯共聚物、聚醚、聚酯、聚醚-聚酯共聚物、丙烯酸类聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯共聚物、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧化物、硅酮、它们的共聚物和它们的混合物。优选地，所述聚合物材料是聚氨酯；可以是交联的或未交联的聚氨酯。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。优选地，所述聚合物材料是嵌段或链段（segmented）共聚物，能分离成富含一种或多种共聚物的嵌段或链段的相。最优选地，所述聚合物材料是聚氨酯。浇铸（cast）聚氨酯基质材料特别适用于对半导体基片、光学基片和磁性基片进行平面化。控制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”包括二醇、多元醇、多元醇-二醇、它们的共聚物和它们的混合物。优选地，所述预聚物多元醇选自下组：聚四亚甲基醚二醇[PTMEG]、聚亚丙基醚二醇[PPG]、酯基多元醇(例如己二酸乙二酯或己二酸丁二酯)、它们的共聚物和它们的混合物。多官能芳族异氰酸酯的例子包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛光垫，所述抛光垫用于抛光半导体基片、磁性基片和光学基片中的至少一种，所述抛光垫包含：聚合物基质，所述聚合物基质具有抛光表面；聚合物微元件，所述聚合物微元件分布在所述聚合物基质中和所述聚合物基质的抛光表面上；所述聚合物微元件具有外表面并且被流体填充从而在抛光表面产生纹理；以及分布在各聚合物微元件中的含碱土金属氧化物区域，所述含碱土金属氧化物区域被分隔开，以覆盖聚合物微元件小于50%的外表面；并且总量小于0.1重量%的聚合物微元件与以下组分相结合：i)粒度大于5μm的含碱土金属氧化物颗粒；ii)覆盖了聚合物微元件超过50%的外表面的含碱土金属氧化物区域；以及iii)聚合物微元件，所述聚合物微元件与含碱土金属氧化物颗粒团聚至平均簇尺寸大于120μm。

【技术特征摘要】
2012.05.11 US 13/469,5271.一种抛光垫，所述抛光垫用于抛光半导体基片、磁性基片和光学基片中的至少一种，所述抛光垫包含：聚合物基质，所述聚合物基质具有抛光表面；聚合物微元件，所述聚合物微元件分布在所述聚合物基质中和所述聚合物基质的抛光表面上；所述聚合物微元件具有外表面并且被流体填充从而在抛光表面产生纹理；以及分布在各聚合物微元件中的含碱土金属氧化物区域，所述含碱土金属氧化物区域被分隔开，以覆盖聚合物微元件小于50％的外表面；以及其中，在所述含碱土金属氧化物颗粒中，较差的含碱土金属氧化物颗粒占所述聚合物微元件总重小于0.1重量％，其中所述较差的含碱土金属氧化物颗粒包括：i)粒度大于5μm的含碱土金属氧化物颗粒；以及ii)含碱土金属氧化物颗粒团聚体，其与所述聚合物微元件团聚至平均簇尺寸大于120μm。2.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，与所述聚合物微元件结合的含碱土金属氧化物区域的平均尺寸为0.01-3μm。3.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述聚合物微元件的平均尺寸为5-200微米。4.如权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述含碱土金属氧化物区域覆盖所述聚合物微元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·B·詹姆斯，D·M·阿尔登，A·R·旺克，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：