[发明专利]用于化学机械抛光垫的改进组合物以及由其制备的CMP垫

说明书

提供一种用于制造供抛光半导体衬底的化学机械抛光垫的双组分组合物，所述组合物包含：未反应的异氰酸酯(NCO)浓度为按所述芳族异氰酸酯组分总固体重量计15到40重量％的液体芳族异氰酸酯组分，例如亚甲基二(异氰酸苯酯)(MDI)、具有聚醚主链并且每分子具有5到7个羟基的多元醇的液体多元醇组分和一种或多种多元胺或二胺固化剂，其中所述反应混合物包含按所述反应混合物的总重量计50到65重量％硬链段材料。所述组合物在混合时固化形成聚氨基甲酸酯反应产物。还提供由所述聚氨基甲酸酯反应产物通过将所述组合物喷涂到模具中来制备的CMP抛光垫。

本发明涉及用于制造化学机械平坦化(CMP)抛光垫的组合物以及由其制备的垫。更具体地说，本发明涉及用于制备CMP抛光垫的组合物，所述组合物包含液体芳族异氰酸酯组分和液体多元醇组分，所述液体多元醇组分包含按组合物的总固体重量计32到50重量％，或优选地40到50重量％的一种或多种包含聚醚主链并且具有5到7个羟基(或优选地6个羟基)的多官能多元醇，并且所述CMP抛光垫由其制备。

在CMP工艺中，抛光垫与抛光溶液(如含研磨剂的抛光浆料和/或不含研磨剂的反应性液体)组合以使半导体、光学或磁性衬底平坦化或维持半导体衬底的平度的方式去除过量材料。持续需要具有增加的去除速率以及可接受的缺陷度和层均匀性或平坦化性能的CMP抛光垫。然而，在工业中仍存在平坦化效率(PE)与缺陷率之间的性能折衷，其中更大PE导致更多缺陷。

改进拉伸模数是对于改进PE的关键驱动因素。改良拉伸模数的一种方式为用异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物制备的聚氨基甲酸酯(PU)垫基质。然而，采用预聚物制备CMP垫的传统方法涉及浇铸或快速注射模制；在这类方法中，必须限制形成反应物的PU的反应性使得可在粘度增加过高之前填充模具，同时保持足够高以形成具有充足硬度的垫。因此，形成反应物的PU的异氰酸酯含量受到限制，留有极小的空间来调配提供可接受的拉伸模数的可流动预聚物。此外，拉伸模数必须满足同时保持可接受的断裂伸长率，在形成较高拉伸模量的组合物中断裂伸长率通常减少。

Hirose等人的美国专利公开案第US20100317263A1号公开了经由机械发泡或起泡制备具有相互连接单元的耐用泡沫CMP抛光垫的方法。用于CMP抛光垫的调配物包含异氰酸酯组分(90重量％或超过90重量％二苯基甲烷二异氰酸酯，也称为亚甲基二(苯基异氰酸酯)(MDI))和活性氢组分(其中15到40重量％为具有三个与异氰酸酯反应的官能基以及60重量％聚己酸内酯多元醇)的双组分混合物。在Hirose的混合物中，如果低于所需量的活性氢组分是聚己酸内酯多元醇或具有三个与异氰酸酯基反应的官能基的化合物，那么由其制备的垫的湿可压缩性过低并且进行polisgng。此外，具有三个与异氰酸酯反应的官能基的化合物必须具有三个这类官能基以减少湿润条件下的膨胀并且避免在抛光期间产生刮痕。参见[0052]。

本发明人试图解决提供用于制备化学机械抛光垫的更灵活的调配物范围的问题，所述抛光垫具有改进本体拉伸模数同时保持所希望的伸长率和可接受的缺陷度性能。

发明内容

A.根据本发明，不含溶剂和大体上不含水的双组分调配物包含未反应的异氰酸酯(NCO)浓度为按所述芳族异氰酸酯组分的总固体重量计15到40重量％，或优选地17.5到35重量％的液体芳族异氰酸酯组分，例如芳族二异氰酸酯、芳族异氰尿酸酯、硬链段重量分率为84到100重量％或优选地90到100重量％的直链异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物或其混合物；具有聚醚主链而且具有每分子5到7个或优选地6个羟基的多元醇的液体多元醇组分；和一种或多种多元胺或二胺，优选地芳族二胺的固化剂，其中所述反应混合物包含按反应混合物的总重量计50到65重量％，或优选地50到62.5重量％硬链段材料，并且其中另外，所述其中反应混合物中胺(NH₂)基团总摩尔数和羟基(OH)基团总摩尔数的总和与反应混合物中未反应的异氰酸酯(NCO)基团总摩尔数的化学计量比在0.8:1.0到1.1:1.0，或优选地0.85:1.0到1.1:1.0，或优选地0.90:1.0到1.0:1.0范围内。