[发明专利]化学机械抛光垫

说明书

技术领域

本发明涉及可用来对基材、例如半导体基材或磁盘进行抛光和平面化的抛光垫。 

背景技术

聚氨酯、聚酰胺、聚丁二烯和聚烯烃抛光垫之类的聚合物抛光垫代表了在快速发展的电子工业中用于基材平面化的市售材料。需要进行平面化的电子工业基材包括硅晶片、图案化的(patterned)晶片、平板显示器和存储磁盘。除了平面化以外，抛光垫不会引入过多的缺陷(例如划痕或其它晶片不均匀结构)是很重要的。另外，电子工业的持续发展对抛光垫的平面化和缺陷度能力提出了更高的要求。 

例如，半导体生产通常包括一些化学机械平面化(CMP)工艺。在每种CMP工艺中，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反应性液体)结合起来，以一定的方式除去多余的材料，从而完成平面化或保持平坦度，以便接纳下一个层。这些层以一定的方式堆叠结合起来，形成集成电路。由于人们需要具有更高的运行速度、更低的漏电流和减少的能耗的装置，所以这些半导体装置的制造一直在变得越来越复杂。对于装置的结构，这意味着要求更精细的特征几何结构，以及更多数量的金属化层次。这些越来越严格的装置设计要求使得人们采用越来越小的线路间距，对应于图案密度的增大。装置的更小的规模以及增大的复杂性使得对CMP消耗品(例如抛光垫和抛光液)的要求更高。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坦度、线路凹陷和小特征阵列腐蚀抛光规格。 

历史上，浇注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完整性和耐化学腐蚀性。常规的抛光垫依赖于孔隙率、大凹槽或穿孔以及 金刚石修整来产生能够改进晶片均一性和材料去除速率的表面构造。金刚石修整可以周期性的“外部”的方式或连续的“现场”的方式进行，以保持稳定态的抛光性能一如果不采用修整操作，将会导致抛光垫被磨光并失去其抛光能力。随着近年来抛光标准日趋严格，大部分生产依赖于现场修整以保持可接受的去除速率。另外，生产倾向于更剧烈的金刚石修整以提高稳定性和增大去除速率。 

Lawing在美国专利第6,899,612号中揭示了一种通过受控的金刚石修整使得抛光垫的平面化性能最优化的表面形貌。除了针对抛光性能使修整最优化以外，下一代抛光垫包含特殊的聚合物基质，该基质能够达到优良的平面化和低晶片缺陷度的组合。不幸的是，一些这样的高性能抛光垫缺乏可接受的抛光性能，例如对于要求最高的抛光应用的去除速率。人们需要改进这些高性能抛光垫的抛光性能。 

发明内容

本发明的一个方面提供了适于对半导体基材、光学基材和磁性基材中的至少一种进行平面化的抛光垫，所述抛光垫的整体极限抗张强度至少为4,000psi(27.6MPa)，所述抛光垫包括抛光表面和聚合物基质，所述聚合物基质具有封闭的单元孔(cell pore)，所述抛光表面具有开放的孔，所述封闭的单元孔的平均直径为1-50微米，在抛光表面以下的区域内占抛光垫的1-40体积％，其特征是，指数衰减常数τ为1-10微米，具有用磨料周期性或连续性修整产生的构造，所述磨料的特征半高半宽度W_1/2小于或等于τ的数值。 

在本发明的一个优选实例中，所述封闭的单元孔占所述抛光表面之下区域的聚合物基质的2-30体积％。 

在本发明的一个优选实例中，所述聚合物基质包括源自二官能或多官能异氰酸酯的聚合物，所述聚合聚氨酯包括选自以下的至少一种：聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨基甲酸酯脲、它们的共聚物以及混合物。 

在本发明的一个优选实例中，所述聚合物基质源自固化剂和异氰酸酯封端的聚合物的反应产物，所述固化剂包括使异氰酸酯封端的反应产物固化的固化胺，所述异氰酸酯封端的反应产物的NH₂∶NCO化学计量比为90-125％。 

在本发明的一个优选实例中，所述封闭的单元孔的平均直径为10-45μm。