[发明专利]化学机械抛光垫

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光垫及其制备和使用方法。更具体而言，本发明涉及化学机械抛光垫，其包括抛光层、刚性层以及将所述抛光层与所述刚性层粘结的热熔粘合剂；其中所述抛光层的比重大于0.6，肖氏D硬度为60-90，断裂伸长率为100-300％，且具有初始水解稳定性和持续水解不稳定性的独特组合特征；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。

背景技术

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，以及更多的金属化层次。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。

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化学物质。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。

一类聚氨酯抛光层在Kulp的美国专利第8,288,448号中公开。Kulp公开了一种抛光垫，其包含与异氰酸酯封端的反应产物一起形成的浇铸聚氨酯聚合物材料，所述异氰酸酯封端的反应产物由预聚物多元醇和多官能异氰酸酯的预聚物反应形成。所述异氰酸酯封端的反应产物具有4.5-8.7重量％未反应的NCO；且异氰酸酯封端的反应产物与固化剂一起固化，所述固化剂选自固化多胺、固化多元醇、固化醇胺和它们的混合物。

然而，人们仍需要具有合适平衡性质的化学机械抛光垫，所述平衡性质提供了平面化程度同时最小化了缺陷形成。

发明内容

本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括：抛光层，刚性层，热熔粘合剂，压敏台板粘合剂层，以及任选的剥离衬垫；所述抛光层具有抛光表面、底表面和平均厚度T_P-平均，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；其中所述抛光层是浇铸聚氨酯，所述浇铸聚氨酯是以下成分(a)、(b)和(c)的反应产物，所述成分包括：(a)通过以下物质(i)和(ii)反应得到的异氰酸酯封端的预聚物：(i)多官能异氰酸酯；和(ii)基于聚醚的多元醇；其中所述异氰酸酯封端的预聚物含有8-9.5重量％未反应的NCO；(b)固化剂，其中所述固化剂选自固化多胺、固化多元醇、固化醇胺和它们的混合物；以及任选的(c)多个微型元件；其中所述抛光层的比重大于0.6，肖氏D硬度为60-90并且断裂伸长率为100-300％；其中所述抛光层具有初始水解稳定性，当在25℃下将抛光层样品浸没在去离子水中24小时后，其线性尺寸变化<1％；其中所述抛光层具有持续的水解不稳定性，当在25℃下将抛光层样品浸没在去离子水中7天后，其线性尺寸变化≥1.75％；所述刚性层具有上表面和下表面；所述热熔粘合剂介于所述抛光层的底表面和所述刚性层的上表面之间，所述热熔粘合剂将所述抛光层与所述刚性层粘结；所述压敏台板粘合剂层具有层叠体(stack)侧和台板(platen)侧；其中所述压敏台板粘合剂层的层叠体侧与所述刚性层的下表面相邻；所述任选的剥离衬垫设置在所述压敏台板粘合剂层的台板侧上。