用于抛光半导体基材的软性抛光垫的制作方法

专利名称：用于抛光半导体基材的软性抛光垫的制作方法
技术领域：
本发明实施方案属于化学机械抛光(CMP)领域且尤其为用于抛光半导体基材的软性抛光垫。
背景技术：
通常简写为CMP的化学机械平坦化或化学机械抛光为一种用于使半导体晶片或其它基材平坦化的半导体制造技术。本发明方法使用耐磨且耐腐蚀的化学浆料(通常为胶体)以及抛光垫和通常具有比晶片大的直径的扣环。将抛光垫和晶片通过动力抛光头压在一起并通过塑料扣环保持在原位。动力抛光头围绕不同旋转轴旋转(即非同心的)。这样除去了材料且往往是任何不规则的形状平坦化，使晶片平面或平坦化。为了设置用于形成额外电路元件的晶片，可能必须如此。例如，为使整个表面位于光刻体系的景深内或为选择性除去基于其位置的材料，可能必须如此。景深要求通常低于用于最新的45nm技术节点的埃级。去除材料的方法不仅为磨料刮擦，这类似砂纸在木材上打磨。浆料中的化学物质也与待除去的材料反应和/或弱化该材料。磨料加速了该弱化过程且该抛光垫有助于从表面上擦掉已反应的材料。已将该方法比作孩子吃口香糖的过程。如果口香糖位于舌头上且没被擦掉，则糖果变得被凝胶涂料覆盖，但大部分糖果不受影响。仅仅在激烈刮擦下，糖果才溶解掉。另一类比为刷牙的作用。牙刷为机械作用，牙膏为化学作用。单独使用牙刷或牙膏将使某人牙齿稍微清洁，但将牙刷和牙膏一起使用获得优异的过程。因此，除了在浆料技术方面的进步，抛光垫也在日益复杂的CMP操作中起到重要作用。然而，在CMP垫技术的发展中也需要额外改进。
发明概要在实施方案中，软性抛光垫包含模塑均匀抛光体，其包含硬度约为20绍尔D(Shore D)至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在另一实施方案中，软性抛光垫包含位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接的局部区域透明(LAT)部，其中该抛光体包含硬度约为20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在另一实施方案中，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括在成型模具中，使预聚物、主固化剂和与主固化剂不同的第二固化剂混合，以形成混合物。方法还包括使混合物固化，以提供模塑均匀抛光体，其中该抛光体包含硬度约为20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在另一实施方案中，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括:在将预聚物、主固化剂和第二固化剂在成型模具中混合之前，使芳族氨基甲酸酯预聚物与固化剂在第二单独的成型模具中混合以形成第二混合物。方法还包括在第二成型模具中，使第二混合物部分固化以形成模塑凝胶。方法还包括将模塑凝胶定位在成型模具的指定区域中。然后，将预聚物、主固化剂和第二固化剂混合以形成混合物包括形成至少部分围绕模塑凝胶的混合物。使混合物固化以提供模塑均匀抛光体进一步包括使模塑凝胶固化，以提供位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接的局部区域透明(LAT)部。附图的简要说明

图1图示了根据本发明实施方案，与用于抛光半导体基材的软性抛光垫相容的抛光设备的等轴侧视图。图2图示了根据本发明实施方案，用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。图3图示了根据本发明实施方案，用于抛光半导体基材的软性抛光垫的俯视图。图4为根据本发明实施方案，表示在制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法中的操作的流程图。图5A图示了相应于图4流程图的操作402，根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。图5B图示了相应于图4流程图的操作404，根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。图5C图不了又相应于图4流程图的操作404,根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。图6A图示了相应于图4流程图的操作402，根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。图6B图不了相应于图4流程图的操作404,根据本发明实施方案,制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。 图6C图不了又相应于图4流程图的操作404,根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。图7图示了根据本发明实施方案，用于抛光半导体基材的软性抛光垫，包含局部区域透明(LAT)部的软性抛光垫的横截面图。图8图示了根据本发明实施方案，一部分其中嵌入局部区域透明(LAT)部的软性抛光垫的解剖图。

发明内容
本文描述了用于抛光半导体基材的软性抛光垫。在以下说明书中，提出很多特定细节，如特定的软性抛光垫和局部区域透明(LAT)部配制混合物，以提供对本发明实施方案的详细了解。对本领域熟练技术人员显而易见的是，本发明实施方案可在这些特定细节不存在下实施。在其它实例中，未详细描述已知的加工技术，如将浆料与抛光垫组合以进行半导体基材的CMP，以必定使本发明实施方案模糊化。此外，应理解的是，附图中显示的各实施方案为说明性例证且未必按比例描绘。本文公开了用于抛光半导体基材的软性抛光垫。在一个实施方案中，软性抛光垫包含模塑均匀抛光体，其中该抛光体包含硬度约为20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在一个实施方案中，软性抛光垫包含位于模塑均匀抛光体内并与其共价键接的局部区域透明(LAT)部。在一个实施方案中，软性抛光垫包含模塑均匀抛光体，其中该抛光体包含硬度约为60绍尔A至95绍尔A的热固性闭孔聚氨酯材料。本文还公开了制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法。在一个实施方案中，方法包括在成型模具中，使预聚物、主固化剂和与主固化剂不同的第二固化剂混合以形成混合物。使混合物固化以提供模塑均匀抛光体，其中该抛光体包含硬度约为20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在一个实施方案中，方法包括:在使预聚物、主固化剂和第二固化剂混合之前，使芳族氨基甲酸酯预聚物与固化剂在第二单独的成型模具中混合以形成第二混合物。在第二成型模具中，使第二混合物部分固化以形成模塑凝胶。将模塑凝胶定位在成型模具的指定区域中。在该实施方案中，将预聚物、主固化剂和第二固化剂混合以形成混合物包括形成至少部分围绕模塑凝胶的混合物，且使混合物固化以提供模塑均匀抛光体进一步包括使模塑凝胶固化，以提供位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接的局部区域透明部。本文所述软性抛光垫可适用于化学机械抛光设备。图1图示了根据本发明实施方案，与用于抛光半导体基材的软性抛光垫相容的抛光设备的等轴侧视图。参考图1，抛光设备100包含压板104。压板104的顶表面102可用于支撑软性抛光垫。可设置压板104,以提供主旋转轴106和滑块振荡(slider oscillation) 108。样品载台110例如用于在用软性抛光垫抛光半导体晶片过程中将半导体晶片保持在原位。样品载台进一步通过悬挂装置112支撑。所包含的浆料进料装置114用于在抛光半导体晶片之前或期间提供浆料至软性抛光垫的表面。根据本发明实施方案，提供与抛光设备如抛光设备100 —起使用的“软性”垫(绍尔D值与常规垫相比较软)。软性抛光垫可用于半导体基材的化学机械抛光(CMP)。在实施方案中，软性抛光垫为直径约20英寸(如约50-52厘米)或约30英寸(如约75-78厘米)的圆柱状的闭孔、热固性的聚氨酯垫。软性抛光垫可各自具有不透明部分，该不透明部分任选具有局部区域透明部。根据本发明的另一实施方案，软性抛光垫为直径为约42-48英寸的圆柱状的闭孔、热固性的聚氨酯垫且适用于450mm晶片加工。在实施方案中，各聚氨酯垫的上部为具有沟槽设计的，例如用于在用抛光设备如抛光设备100抛光过程中接触半导体基材的抛光表面。在实施方案中，聚氨酯垫的平坦的底表面被厚度为约0.5-3密尔且理想地为0.5密尔厚(如约10-15微米厚)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)底膜完全覆盖。PET底膜可为半透明至透光的。PET底膜可经由完全覆盖了 PET底膜的一侧的第一压敏粘合剂与底垫表面粘合。在一个实施方案中，第二压敏粘合剂层完全覆盖了 PET底膜的另一侧。约2.5密尔厚(如约60-65微米)的PET离型衬可经由该第二压敏粘合剂粘附在PET底膜上。在一个实施方案中，第一压敏粘合剂为橡胶类，而第二压敏粘合剂为丙烯酸类。在另一实施方案中，省去PET底膜和一种压敏粘合剂，以使PET离型衬通过单层压敏粘合剂直接粘附至聚氨酯垫的底表面。在本发明的一方面中，提供了用于半导体基材的化学机械抛光中的软性抛光垫。图2图示了根据本发明实施方案，用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。参考图2，软性抛光垫200包含由硬度为约20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料组成的模塑均匀抛光体202。在一个实施方案中，术语“均匀”用于表明该热固性闭孔聚氨酯材料的组成在抛光体的整个组成中是一致的。例如，在一个实施方案中，术语“均匀”排除了例如由浸溃的毡或多层不同材料的组合物(复合物)组成的抛光垫。在一个实施方案中，术语“热固性”用于表明不可逆地固化的聚合物材料，如材料前体通过固化不可逆地变为不熔不溶的聚合物网络。例如，在一个实施方案中，术语“热固性”排除了例如由“热塑性”材料或“热塑性塑料当加热时转变为液体并当冷却充分时凝固为非常玻璃化状态的聚合物组成的那些材料组成的抛光垫。在一个实施方案中，术语“模塑”用于表明模塑均匀抛光体202在成型模具中形成，这更详细地描述在下文中。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202包含第一沟槽表面204和与第一表面204相对的第二平坦表面206。作为用于第一沟槽表面204的图案的实例，图3图示了根据本发明实施方案，用于抛光半导体基材的软性抛光垫的俯视图。参考图3，模塑均匀抛光体300包含例如具有多个同心圆302以及多个辐射线304的沟槽表面。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202是不透明的。在一个实施方案中，术语“不透明”用于表明允许约10%或更少的可见光通过的材料。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202绝大部分是不透明的，或完全归因于乳浊化润滑剂(例如作为额外组分)在模塑均匀抛光体202的均匀的热固性闭孔聚氨酯材料中的掺入。根据本发明实施方案，乳浊化润滑剂例如但不限于以下材料:石墨、氮化硼、二硫化钨、特氟龙、氟化铈、硫化钥、氟化石墨、硫化银、二硫化组或滑石。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202包含致孔剂。在一个实施方案中，术语“致孔剂”用于表明具有“中空”中心的微米或纳米级球状颗粒。空心未填充固体材料，但可包含气体或液体核。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202在模塑均匀抛光体202的均匀的热固性闭孔聚氨酯材料中包含预膨胀的和气体填充的EXPANCEL作为致孔剂(例如作为额外组分)。在特定实施方案中，EXPANCEL充满戊烷。又参考图2，软性抛光垫200进一步包含位于模塑均匀抛光体202上的底膜208。在一个实施方案中，底膜208由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。在一个实施方案中，底膜208的厚度约为0.5密尔，如约10-15微米。在一个实施方案中，底膜208为半透明至透光的。又参考图2，软性抛光垫200进一步包含位于底膜208和模塑均匀抛光体202之间的第一压敏粘合剂层210。在一个实施方案中,第一压敏粘合剂层210由橡胶类材料组成。又参考图2，软性抛光垫200进一步包含位于底膜208之上的第二压敏粘合剂层212。在一个实施方案中，第二压敏粘合剂层212由丙烯酸类材料组成。又参考图2，软性抛光垫200进一步包含位于第二压敏粘合剂层212之上的离型衬214。在一个实施方案中，离型衬214由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。在另一实施方案(未显示)中，软性抛光垫200进一步包含直接位于模塑均匀抛光体202之上且不涉及底膜或第一和第二压敏粘合剂层的离型衬。应理解的是，模塑均匀抛光体的尺寸可根据应用而改变。然而，某些参数可用于使软性抛光垫包含这种可与常规加工设备或甚至与常规的化学机械加工操作相容的模塑均匀抛光体202。例如，根据本发明实施方案，模塑均匀抛光体202的厚度为约0.075-0.130英寸，如约1.9-3.3毫米。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的直径为约20-30.3英寸，如约50-77厘米，且可能为约10-42英寸，如约25-107厘米。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的硬度为约35绍尔D。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的孔密度为约18-30%总空隙体积，且可能为约15-35%总空隙体积。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的孔隙率为闭孔类型。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的孔径为约40微米直径，但可以更小，如约20微米直径。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的压缩率为约2.5%。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的密度为约0.80-0.90克/cm3，或约
0.95-1.05 克 /cm3。应理解的是,使用包含模塑均匀抛光体202的软性抛光垫的各种膜的去除速度可取决于抛光工具、浆料、调理或所用抛光方法而改变。然而，在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202显示了约30-900纳米/分钟的铜去除速度。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202显示了约30-900纳米/分钟的氧化物去除速度。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的弹性储能模量E’在25°C下为约30MPa。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的弹性储能模量E’在40°C下为约25MPa。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的弹性储能模量E’在70°C下为约20MPa。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的弹性储能模量E’在90°C下为约18MPa。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的tan delta随温度变化，从在T=-75°C下约0.04变至在T=-15°C下约0.23，且其值在25°C下约为0.19。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体202的动能损耗因子KEL(Ι/Pa)在25°C下为约10，500，在40°C下约13，500，或在701:下约15,500。根据本发明实施方案，软性抛光垫的KEL在45°C下为约 2000-45，000。在本发明的一个方面，软性抛光垫包含由形成单类聚氨酯聚合物的未聚合的氨基甲酸酯前体制得的模塑均匀抛光体，如模塑均匀抛光体202。例如，根据本发明实施方案，模塑均匀抛光体通过如下制备:使(a)芳族氨基甲酸酯预聚物，如AIRTHANE60:聚四亚甲基二醇-甲苯二异氰酸酯，(b)致孔剂，如EXPANCEL40:具有异丁烯或戊烷填料的丙烯腈偏二氯乙烯，(C)润滑剂和增白剂填料(d)多元醇,如Terathane T-2000:聚氧丁二醇,和(e)催化剂，如DABC01027与(f)固化剂，如CURENE107:硫醚芳族二胺，(g)热稳定剂，如PUR68和(g)UV吸收剂，如Tinuvin213反应，以形成具有基本一致的微孔、闭孔结构的接近不透明的浅黄色的热固性聚氨酯。该接近不透明的模塑均匀抛光体不可由多种聚合物材料制备，且聚合物材料的混合物不可由上述反应形成。实际上，在一个实施方案中，该不透明的垫状模塑均匀抛光体由形成单类聚氨酯聚合物的未聚合的氨基甲酸酯前体制备。在一个实施方案中，所制造的软性抛光垫的模塑均匀抛光体部分也不包含分散在不溶于水的聚合物基质不透明材料中的任何水溶性颗粒。在一个实施方案中，不透明区域均为疏水性的。在特定实施方案中，通过调节，部分变得较亲水，以便可润湿。在一个实施方案中，上述EXPANCEL材料不具有基本上全是水的液体核。实际上，EXPANCEL的核为气体且各EXPANSEL单元的平均孔径为约20-40微米。如上所述，软性抛光垫可由形成单类聚氨酯聚合物的未聚合类的氨基甲酸酯前体制备。图4为根据本发明的另一实施方案，表示在制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法中的操作的流程图400。图5A-5C图示了相应于流程图400的操作，根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。参考图5A和流程图400的相应操作402，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括:在成型模具504中，将预聚物、主固化剂和与主固化剂不同的第二固化剂(组合502)混合以形成混合物506。根据本发明实施方案，预聚物包含聚氨酯前体，主固化剂包含芳族二胺化合物，以及第二固化剂包含醚键。在一个实施方案中，聚氨酯前体为异氰酸酯，主固化剂为芳族二胺，以及第二固化剂例如但不限于聚四亚甲基二醇、氨基官能化二醇或氨基官能化的聚氧化丙烯。在一个实施方案中，预聚物、主固化剂和第二固化剂(组合502)的摩尔比例为约100份预聚物、85份主固化剂和15份第二固化剂。应理解的是，比例的变化可用于提供具有变化的绍尔D值或基于预聚物与第一和第二固化剂的特定性质的软性抛光垫。在一个实施方案中，混合进一步包括将乳浊化润滑剂与预聚物、主固化剂和第二固化剂混合。参考图5B和流程图400的相应操作404,制备用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法还包括使混合物506固化，以提供模塑均匀抛光体508.
根据本发明实施方案，使混合物506固化包括在成型模具504中部分固化以提供聚氨酯材料。在该实施方案中，使混合物506固化包括在炉中进一步固化以提供模塑均匀抛光体508。在一个实施方案中，成型模具504包含其上形成或其中形成沟槽图案507的盖子505，这如图5B所描绘。在一个实施方案中，在炉固化之前的部分固化可在将混合物506封闭在成型模具504中的盖子505存在下，在约200-260° F的温度和约2_12磅/平方英寸的压力下进行。参考图5C并且再参考流程图400的相应操作404，模塑均匀抛光体508由硬度为约20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料组成。在一个实施方案中，由于成型模具504的盖子505的沟槽图案507，模塑均匀抛光体508包含第一沟槽表面510和与第一表面510相对的平坦表面512，这如图5C所描绘。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体508是不透明的。在一个实施方案中，由于乳浊化润滑剂的掺入，模塑均匀抛光体508是不透明的。在本发明的另一方面，所制备的软性抛光垫可包含模塑工艺操作过程中所形成的沟槽，但该沟槽图案不必一定由包含在成型模具盖子中的沟槽图案形成。图4为根据本发明实施方案，表示在制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法中的操作的流程图400。图6A-6C图示了相应于流程图400的操作，根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的横截面图。参考图6A和流程图400的相应操作402，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括:在成型模具604中，使预聚物、主固化剂和与主固化剂不同的第二固化剂(组合602)混合以形成混合物606。根据本发明实施方案，预聚物包含聚氨酯前体，主固化剂包含芳族二胺化合物，以及第二固化剂包含醚键。在一个实施方案中，聚氨酯前体为异氰酸酯，主固化剂为芳族二胺，以及第二固化剂例如但不限于聚四亚甲基二醇、氨基官能化的二醇或氨基官能化的聚氧化丙烯。在一个实施方案中，预聚物、主固化剂和第二固化剂(组合502)的摩尔比例为约100份预聚物、85份主固化剂和15份第二固化剂。应理解的是，比例的变化可用于提供具有变化的绍尔D值的软性抛光垫。在一个实施方案中，混合进一步包括将乳浊化润滑剂与预聚物、主固化剂和第二固化剂混合。参考图6B和流程图400的相应操作404，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法还包括使混合物606固化，以提供模塑均匀抛光体608.
根据本发明实施方案，使混合物606固化包括在成型模具604中部分固化以提供聚氨酯材料。在该实施方案中，使混合物606固化包括在炉中进一步固化以提供模塑均匀抛光体608。在一个实施方案中,成型模具604包含盖子605。然而,与上述盖子505不同，盖子605具有与混合物606接触的平坦表面。实际上，如图6A和6B所描绘的，沟槽图案607包含在成型模具604的底表面上。在一个实施方案中，在炉固化之前的部分固化可在将混合物606封闭在成型模具604中的盖子605存在下，在约200-260° F的温度和约2_12磅/平方英寸的压力下进行。参考图6C并且再参考流程图400的相应操作404，模塑均匀抛光体608由硬度为约20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料组成。在一个实施方案中，由于在成型模具604底部的沟槽图案607，模塑均匀抛光体608包含第一沟槽表面610和与第一表面610相对的平坦表面612,这如图6C所描绘。在一个实施方案中，模塑均勻抛光体608是不透明的。在一个实施方案中，由于乳浊化润滑剂的掺入，模塑均匀抛光体608是不透明的。用于上述软性抛光垫成型的实施方案可易于施加更复杂的化学配制剂。例如，根据本发明的另一实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括:在成型模具中，使芳族氨基甲酸酯预聚物、致孔剂、润滑剂和增白剂填料、多元醇和催化剂与固化剂、热稳定剂以及UV吸收剂反应以形成混合物。在一个实施方案中，芳族氨基甲酸酯预聚物由聚四亚甲基二醇-甲苯二异氰酸酯组成，致孔剂由具有异丁烯或戊烷填料的丙烯腈偏二氯乙烯组成，润滑剂和增白剂填料由乳浊化润滑剂组成，多元醇由聚氧丁二醇组成，催化剂由DABC01027组成，固化剂由硫醚芳族二胺组成，热稳定剂由TOR68组成，UV吸收剂由Tinuvin213组成。制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法也可包括使上述复合混合物固化，以提供软性抛光垫的模塑均匀抛光体。根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法进一步包括在模塑均匀抛光体表面上形成底膜。在一个实施方案中，底膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。在一个实施方案中，底膜厚度为约0.5密尔，如约10-15微米。在一个实施方案中，底膜414为半透明至透光的。在特定实施方案中，底膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成，厚度为约0.5密尔，如约10-15微米且为半透明至透光的。在一个实施方案中，底膜
为MYLAR 聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。在特定实施方案中，MYIAR 膜完全不能渗
透水且其中不形成孔穴。根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法进一步包括在模塑均勻抛光体表面和底膜之间形成第一压敏粘合剂层。在一个实施方案中，第一压敏粘合剂层直接形成在模塑均勻抛光体表面和底膜之间。在一个实施方案中，形成第一压敏粘合剂层包括形成橡胶类材料。在一个实施方案中，第一压敏粘合剂层为永久键类型的粘合剂。根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法进一步包括在底膜上形成第二压敏粘合剂层。在一个实施方案中，第二压敏粘合剂层直接在底膜上形成。在一个实施方案中，形成第二压敏粘合剂层包括形成丙烯酸类材料。在一个实施方案中，第二压敏粘合剂层为可释放键类型的粘合剂。根据本发明实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法进一步包括在第二压敏粘合剂层上形成离型衬。在一个实施方案中，离型衬直接在第二压敏粘合剂层上形成。在一个实施方案中，离型衬由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。在一个实施方
案中，离型衬为厚度为约2.5密尔，如约60-65微米的MYLARw聚对苯二甲酸乙二醇酯
层。然而，在另一实施方案中，离型衬由例如但不限于纸或聚丙烯的材料组成。或者，软性抛光垫可仅包含模塑均匀抛光体和离型衬。因此，根据本发明的另一实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括在模塑均匀抛光体的平坦表面上直接形成离型衬。在一个实施方案中，离型衬由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。在本发明的另一方面中，局部区域透明部可包含在软性抛光垫中。例如，在一个实施方案中，将在CMP操作过程中需要可见到基材顶表面的技术用于检测操作的终点。然而，如上所述，软性抛光垫可以是不透明的并因此限制了各种用于这种终点检测的可能技术。图7图示了根据本发明实施方案，用于抛光半导体基材的软性抛光垫，包含局部区域透明部的软性抛光垫的横截面图。参考图7，软性抛光垫，如与图2结合描述的软性抛光垫200的模塑均匀抛光体702进一步包含位于模塑均匀抛光体702之中且与其共价键接的局部区域透明(LAT)部704。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体702是不透明的，而LAT部704则是透明的。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体702是不透明的，这至少部分是由于无机物质在用于制造软性抛光垫的模塑均匀抛光体部分的材料中的掺入。在该实施方案中，局部区域透明部仅由无机物质制造且基本上但不是全部例如对于可见光、紫外光、红外光或其组合是透明的。在特定实施方案中，包含在模塑均匀抛光体702中的无机物质为乳浊化润滑剂，而局部区域透明部不含任何无机材料，包含乳浊化润滑剂。因此，在一个实施方案中，模塑均匀抛光体702是不透明的且包含氮化硼，而LAT部704基本上不含乳浊化润滑剂。在一个实施方案中，LAT部704明显是透明的(理想上全部透明)，以使光能透过例如用于终点检测的软性抛光垫。然而，情况是不能或不需将LAR部704制造为完全透明的，但仍对用于终点检测的光的透过有效。例如，在一个实施方案中，LAT部704仅仅透过80%700-710纳米范围内的入射光，但仍适合用作软性抛光垫的窗口。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体702和LAT部具有不同硬度。例如，在一个实施方案中，模塑均匀抛光体702具有比LAR部704的绍尔D小的绍尔D。在特定实施方案中，模塑均匀抛光体702的绍尔D为约20-45，而LAT部704的绍尔D为约60。尽管硬度可能不同，LAT部704和模塑均匀抛光体702之间的交联(例如经由共价键接)仍可为大范围的。例如，根据本发明实施方案，模塑均匀抛光体702和LAT部704的绍尔D之差为10或更大，而模塑均匀抛光体702和LAR部704之间的交联程度明显。应理解的是，软性抛光垫和位于其中的LAT部的尺寸可根据所需应用变化。例如，在一个实施方案中，模塑均匀抛光体702为具有约75-78厘米直径的圆形，且LAT部704沿模塑均匀抛光体702的径向轴具有约4-6厘米的长度，约1-2厘米的宽度，且定位于离模塑均匀抛光体702的中心约16-20厘米处。就垂直定位而言，可选择LAT部在模塑均匀抛光体上的位置用于特定应用，且所述位置也可是成型方法的结果。例如，通过经由模塑工艺将LAT部包含在模塑均匀抛光体中，定位和可达到的精确度例如可比其中在成型之后切割抛光垫并在抛光垫成型之后加入视窗的方法明显更合适。在一个实施方案中，通过使用如下文所述的模塑工艺，将LAT部包含在模塑均匀抛光体中，其与模塑均匀抛光体的沟槽表面的槽底部成平面。在特定实施方案中，通过使LAT部与模塑均匀抛光体的沟槽表面的槽底部成平面，在由模塑均匀抛光体和LAT部制造的软性抛光垫的整个寿命期间，LAT部不涉及CMP加工操作。
在另一实施方案中，通过使用如下文所述的模塑工艺，将LAT部包含在模塑均匀抛光体中，其与模塑均匀抛光体的相对平坦表面成平面。该平面性可通过研磨模塑均匀抛光体的背面直至LAT部暴露或可在模塑时变平为止而实现。在每种情况下，根据本发明实施方案，不存在LAT部在模塑均匀抛光体的背面内的凹口。因此，当将软性抛光垫与CMP工具一起用于CMP方法操作时，在CMP工具的压板和软性抛光垫的LAT部之间令人不希望地收集空气或水分的可能性很小至没有。在一个实施方案中，包含LAT部的软性抛光垫可在不加入插入层下通过粘性的膜或残留物界面粘附至CMP压板。例如，在一个实施方案中，具有LAT部的软性抛光垫的模塑均匀抛光体部分的背面(与沟槽表面相对的平面侧)具有位于其上的转移胶带层。例如在CMP工具上使用软性抛光垫时，一旦除去转移胶带，则粘性界面产生，这使模塑均匀抛光体和LAT部直接施加至CMP工具的压板。在一个实施方案中，将LAT部放在具有压板的发光终点检测体系上。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体和压板之间以及因此LAT部和压板之间的粘性界面完全或绝大部分是透明的且不干涉光从终点检测体系透过LAT部。在特定实施方案中，粘性界面为丙烯酸酯类(acrolate)界面。在一个实施方案中，因为额外的抛光垫层未保留在模塑均匀抛光体和压板之间，不需要另外在LAT部中切割窗口和使这类层与其排列所涉及的费用和时间。因此，在一个实施方案中，将局部区域透明部嵌入软性抛光垫。在一个实施方案中，在抛光垫的实际模塑和成型期间包含局部区域透明部，以使用于形成抛光垫的反应物前体围绕位于成型模具中的预制造的局部区域透明部放置。然后使软性抛光垫材料在局部区域透明部存在下固化，因此将局部区域透明部嵌入该软性抛光垫本身。例如，图8图示了根据本发明实施方案，一部分其中嵌入局部区域透明部的软性抛光垫的解剖图。参考图8，软性抛光垫802包含其中嵌入的局部区域透明(LAT)部。在一个实施方案中，如图8所描绘的，局部区域透明部804凹进软性抛光垫802的沟槽表面的沟槽806下。局部区域透明部可具有一定尺寸并位于与各终点检测技术相容且适于包含在通过模塑工艺制造的软性抛光垫中的位置。例如，根据本发明实施方案，局部区域透明部的长度为约2英寸，如约4-6厘米，宽度为约0.5英寸，如约1-2厘米。在一个实施方案中，局部区域透明部位于离软性抛光垫中心约7英寸，如约16-20厘米处，例如但不限于具有30英寸直径，如约75-78厘米直径的软性抛光垫。局部区域透明部可由与各终点检测技术相容且适于包含在通过模塑工艺制造的软性抛光垫中的材料组成。例如，根据本发明实施方案，如上所述，在流程图400的操作402和404过程中，形成的局部区域透明部位于模塑均匀抛光体中。例如，根据本发明实施方案，如流程图400所述，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法进一步包括:在将预聚物、主固化剂和第二固化剂混合之前，将芳族氨基甲酸酯预聚物与固化剂在第二单独的成型模具中混合以形成第二混合物。然后将第二混合物在第二种成型模具中部分固化以形成模塑凝胶。然后将模塑凝胶定位在成型模具的指定区域中。根据本发明实施方案，将预聚物、主固化剂和第二固化剂混合以形成软性抛光垫混合物包括形成至少部分围绕模塑凝胶的软性抛光垫混合物。在一个实施方案中，使软性抛光垫混合物固化以提供模塑均匀抛光体进一步包括使模塑凝胶固化，以提供位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接的局部区域透明(LAT)部。在一个实施方案中，使软性抛光垫混合物和模塑凝胶固化包括:在软性抛光垫成型模具中部分固化，以提供聚氨酯材料(抛光体前体)并提供LAT部前体。在该实施方案中，使软性抛光垫混合物和模塑凝胶固化包括:在炉中进一步固化以提供由热固性闭孔聚氨酯材料组成的模塑均匀抛光体并提供LAT部。根据本发明实施方案，在形成LAT部中，芳族氨基甲酸酯预聚物包含聚四亚甲基二醇-甲苯二异氰酸酯，固化剂包含硫醚芳族二胺。在一个实施方案中，第二种(LAT部前体)混合物的部分固化仅在热能下进行。在一个实施方案中，芳族氨基甲酸酯预聚物由高分子量的多兀醇组成。在一个实施方案中，制造用于软性抛光垫的局部区域透明部的方法包括:在成型模具中，使芳族氨基甲酸酯预聚物与固化剂反应以形成混合物。在一个实施方案中，芳族氨基甲酸酯预聚物由聚四亚甲基二醇-甲苯二异氰酸酯(AIRTHANE60)组成，且固化剂由硫醚芳族二胺(⑶RENE107)组成。因此，在一个实施方案中，局部区域透明部未由多种聚合物材料制备，且聚合物材料的混合物不通过上述反应制备。实际上，局部区域透明部由形成单类聚氨酯聚合物的未聚合的氨基甲酸酯前体制备。而且，所得的形成局部区域透明部的聚合物为非琥珀色的氨基甲酸酯弹性体。此外，在一个实施方案中，不存在分散在用于形成局部区域透明部的不溶于水的聚合物基质中的水溶性颗粒。在一个实施方案中，局部区域透明部不由透气材料、玻璃或结晶材料制备。任选局部区域透明部可通过首先在配有机械搅拌器和氮气顶空的混合釜中使上述局部区域透明部前体成分(除了固化剂之外)混合在一起而制备。根据本发明实施方案，在彻底共混之后，将混合物经由混料头转移至成型模具，在所述混料头中将固化剂加入用于形成软性抛光垫的模塑均匀抛光体部分的混合物中。在一个实施方案中，制造用于软性抛光垫的局部区域透明部的方法还包括:在成型模具中将上述混合物部分固化以形成将最终转变以提供LAT的模塑凝胶。在一个实施方案中，将混合物在LAT成型模具中部分固化，以制备具有所需局部区域透明部形状的透明凝胶状制品。在一个实施方案中，仅通过热能，而不是通过光固化或其它技术将混合物部分固化。在一个实施方案中，制造用于软性抛光垫的局部区域透明(LAT)部的方法还包括在模塑凝胶的顶表面处形成支持膜。根据本发明实施方案，支持膜由聚酰亚胺(如可市售的KAPTON聚酰亚胺膜)组成。在一个实施方案中，支持膜定位在模塑凝胶的顶部，以在转移至较大的垫成型模具过程中支持窗户前体。在一个实施方案中，制造用于软性抛光垫的局部区域透明部的方法还包括将模塑凝胶定位在软性抛光垫成型模具的盖子的指定区域中。在一个实施方案中，在该点将支持膜除去。根据本发明实施方案，设计指定区域，以接受和定位模塑凝胶。在一个实施方案中，聚合物套管不用于在软性抛光垫成型模具的盖子上或其中容纳模塑凝胶。在一个实施方案中，将模塑凝胶定位在软性抛光垫成型模具中，以使由其形成的局部区域透明部的顶部位于软性抛光垫成型模具的盖子部分的水平之下，其中所述模具用于在所形成的围绕局部区域透明部的软性抛光垫中产生抛光表面(或沟槽区)。在一个实施方案中，制造用于软性抛光垫的局部区域透明部的方法还包括:在软性抛光垫成型模具中，一旦将软性垫成型模具的盖子放在软性抛光垫前体混合物上，则使软性抛光垫前体反应，以在指定区域中形成围绕模塑凝胶的混合物。根据本发明实施方案，软性抛光垫混合物由材料组成并以与流程图400的操作402结合所述的混合物506相似或相同的方式形成。在一个实施方案中，制造用于软性抛光垫的局部区域透明部的方法还包括使软性抛光垫混合物和模塑凝胶完全固化，以提供其中放置局部区域透明部的模塑均匀抛光体。根据本发明实施方案，模塑均匀抛光体由材料组成并以与流程图400的操作404结合所述的模塑均匀抛光体508相似或相同的方式形成。在制造其中放置局部区域透明部的模塑均匀抛光体时，可任选进行额外操作(如加入衬里层，减薄抛光垫等)，以进一步完善软性抛光垫的制造。因此，可制造包含局部区域透明部的，例如用于终点检测的软性抛光垫。终点检测可包括光透过软性抛光垫的LAT。在下文中提供可用于形成这种具有局部区域透明部的软性抛光垫的其它细节。根据本发明实施方案，为形成软性抛光垫，将液体的不透明垫前体加入三或四个独立的各自配有机械搅拌器和氮气顶空的混合釜中。第一混合釜含有预聚物、乳浊化润滑剂和增白剂填料以及致孔剂。第二混合釜含有固化剂、UV稳定剂和热稳定剂。第三个混合釜含有多元醇和催化剂。或者，催化剂可包含在第四个混合釜中。在彻底混合之后，将混合釜中的混合物经由真空转移至独立的常用釜中。当准备使用时，将各混合物经由其中成分反应的混料头转移至CMP软性抛光垫模具。将不透明的前体混合物加入模具中以充满模具的剩余部分，且其通常围绕局部区域透明部。在一个实施方案中，用于该操作的混合设备为Baule混合体系。在一个实施方案中，在加入任选的凝胶状嵌入物(LAT前体)和不透明部分之前，将模具预热至约250° F或约121°C。在将嵌入物定位在模具中并使不透明部分填充模具剩余部分之后，将模具闭合并加热约8分钟以使不透明材料部分固化并使凝胶嵌入物(透明材料)进一步固化。因为模具顶部和底部的热质量不可能使模具温度在生产软性抛光垫期间循环，当进行生产时，模具内侧持续保持在大约加工温度下。在一个实施方案中，将固体状的部分固化的材料“脱模”并从模具中取出。在一个实施方案中，接着将固体状的部分固化的抛光垫移至固化炉并在约200° F或约93°C下加热约12小时。加热可使抛光垫完全固化。接着将固化的垫从炉中取出并将垫的背面和局部区域透明部机械加工(前面或沟槽面根本未处理)，以使垫的不透明部分的底表面与局部区域透明部的底表面齐平。此外，机械加工可获得所需垫厚度。在一个实施方案中，接着将透明的MYIAR 层放置在固化并机械加工过的垫的底表面上。将一卷在膜的一侧具有第一压敏粘合剂以及在另一侧具有第二压敏粘合剂和脱模纸的MYLAR 膜打开并通过层合机使其与底垫表面接触。将MYLAR 卷定位并切割，以使MYLAR 底膜覆盖垫的整个底表面。因此，产生了垫/粘合剂层/ MYLAR 月莫/半拾媚/ MYLAR ,月兑觀白勺始棘，.“辦半占俯，傭
上述成卷的MYLAR j膜使用。该“转移粘合剂”可为打开的粘合剂/脱模纸且粘合剂层粘附至软性抛光垫的底部。在该实施方案中，使脱模垫与粘合剂层接触。在一个实施方案中，接着将上述层复合物作为软性抛光垫清洗、检查并打包装船。在一个实施方案中，当需要使用抛光垫时，从复合物上取出脱模层，暴露第二粘合剂层。接着将复合物对着CMP机械压板定位，其中暴露的粘合剂层粘附至压板。脱模层可在取出之后处理。或者，如果软性抛光垫不具有底膜，则可取出离型衬，并使单个粘合剂层对着压板放置。在一个实施方案中，接着准备将安装的软/性抛光垫用于CMP抛光操作。应理解的是，对特定应用而言，可基于上述公开方法获得的软性抛光垫的性能可略微不同地改变(例如在硬度上)。例如，根据本发明的另一实施方案，提供适于抛光半导体基材的软性抛光垫。软性抛光垫包含硬度为约20绍尔D至约40绍尔D，密度为约0.85g/cm3至约1.00g/cm3，KEL为约1050至约1400 (在40。。下I/Pa)，孔隙率为约10体积%至约30体积％的铸型用聚氨酯聚合物材料。在一个实施方案中，软性抛光垫的硬度为约20绍尔D至约35绍尔D。在一个实施方案中，软性抛光垫的密度为约0.88g/cm3至约0.95g/cm3。在一个实施方案中，软性抛光垫的KEL为约1100至约1350(在40°C下Ι/Pa)。在一个实施方案中，软性抛光垫的孔隙率为约15体积％至约25体积％.
应理解的是，即使完全固化，固化反应产物仍可在最终软性抛光垫中剩余一些残留反应物或副产物。例如，根据本发明的另一实施方案，提供适于抛光半导体基材的软性抛光垫。软性抛光垫包含由聚合物微球形成的铸型用聚氨酯聚合物材料，其中所述聚合物微球构成约10体积％至约40体积％软性抛光垫。软性抛光垫还包含具有约6重量％至约8重量％未反应NCO的异氰酸酯封端的反应产物。在一个实施方案中，异氰酸酯封端的反应产物用包含至少一种多胺化合物固化剂和至少一种羟基官能团化合物固化剂的混合物的固化剂固化。在一个实施方案中，多胺化合物与羟基官能团化合物固化剂的摩尔比例为约1:1至约20:1。在一个实施方案中，软性抛光垫的孔隙率为至少0.1体积％，硬度为约绍尔D20至约绍尔D40，如约绍尔A60至约绍尔A90。因此，已公开了用于抛光半导体基材的软性抛光垫。根据本发明实施方案，软性抛光垫包含模塑均匀抛光体，该抛光体包含硬度为约20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在一个实施方案中，模塑均匀抛光体包含第一沟槽表面和与第一表面相对的第二平坦表面。在一个实施方案中，局部区域透明(LAT)部位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接。根据本发明的另一实施方案，制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法包括:在成型模具中使预聚物、主固化剂和与主固化剂不同的第二固化剂混合以形成混合物。使混合物固化以提供模塑均匀抛光体，该抛光体包含硬度为约20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。在一个实施方案中，预聚物包含聚氨酯前体，主固化剂包含芳族二胺化合物，以及第二固化剂包含醚键。
权利要求
1.一种用于抛光半导体基材的软性抛光垫，其中所述软性抛光垫包含模塑均匀抛光体，其包含硬度约为20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。
2.根据权利要求1的软性抛光垫，其中所述模塑均匀抛光体包含第一沟槽表面和与第一表面相对的第二平坦表面。
3.根据权利要求1的软性抛光垫，其中所述模塑均匀抛光体为不透明的。
4.根据权利要求3的软性抛光垫，其中所述模塑均匀抛光体进一步包含乳浊化润滑剂。
5.根据权利要求1的软性抛光垫，其进一步包含位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接的局部区域透明(LAT)部。
6.根据权利要求5的软性抛光垫，其中所述LAT部和模塑均匀抛光体显著交联。
7.根据权利要求5的软性抛光垫，其中所述模塑均匀抛光体为不透明的，且其中所述LAT部基本不含乳浊化润滑剂。
8.根据权利要求5的软性抛光垫，其中所述模塑均匀抛光体具有比LAT部的绍尔D小的绍尔D。
9.根据权利要求5的软 性抛光垫，其中所述模塑均匀抛光体为具有约75-78厘米直径的圆形，LAT部具有约4-6厘米的长度，约1-2厘米的宽度，且定位于离模塑均匀抛光体的中心约16-20厘米处。
10.根据权利要求1的软性抛光垫，其进一步包含位于模塑均匀抛光体之上的底膜，其中所述底膜包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
11.根据权利要求10的软性抛光垫，其进一步包含位于底膜和模塑均匀抛光体之间的第一压敏粘合剂层，其中第一压敏粘合剂层包含橡胶类材料。
12.根据权利要求11的软性抛光垫，其进一步包含位于底膜之上的第二压敏粘合剂层，其中第二压敏粘合剂层包含丙烯酸类材料。
13.根据权利要求12的软性抛光垫，其进一步包含位于第二压敏粘合剂层之上的离型衬，其中所述离型衬包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
14.根据权利要求1的软性抛光垫,其进一步包含直接位于模塑均匀抛光体上的离型衬。
15.一种制造用于抛光半导体基材的软性抛光垫的方法，所述方法包括: 在成型模具中，使预聚物、主固化剂和与主固化剂不同的第二固化剂混合以形成混合物；以及 使混合物固化以提供模塑均匀抛光体，其中所述抛光体包含硬度约为20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。
16.根据权利要求15的方法，其中所述预聚物包含聚氨酯前体，主固化剂包含芳族二胺化合物，第二固化剂包含醚键。
17.根据权利要求16的方法，其中所述聚氨酯前体为异氰酸酯，主固化剂为芳族二胺，且第二固化剂选自聚四亚甲基二醇、氨基官能化的二醇和氨基官能化的聚氧化丙烯。
18.根据权利要求15的方法，其中使混合物固化包括:在成型模具中部分固化以提供聚氨酯材料，以及在炉中进一步固化以提供包含热固性闭孔聚氨酯材料的模塑均匀抛光体。
19.根据权利要求15的方法，其中所述模塑均匀抛光体包含第一沟槽表面和与第一表面相对的第二平坦表面。
20.根据权利要求15的方法，其中所述混合进一步包括使乳浊化润滑剂与预聚物、主固化剂和第二固化剂混合，且其中所述模塑均匀抛光体为不透明的。
21.根据权利要求15的方法，其进一步包括: 在使预聚物、主固化剂和第二固化剂混合之前，使芳族氨基甲酸酯预聚物与固化剂在第二单独的成型模具中混合以形成第二混合物； 在第二成型模具中，使第二混合物部分固化以形成模塑凝胶；以及 将模塑凝胶定位在成型模具的指定区域，其中使预聚物、主固化剂和第二固化剂混合以形成混合物包括形成至少部分围绕模塑凝胶的混合物，且其中使混合物固化以提供模塑均匀抛光体进一步包括使模 塑凝胶固化，以提供位于模塑均匀抛光体中且与其共价键接的局部区域透明(LAT)部。
22.根据权利要求21的方法，其中使混合物固化包括:在成型模具中部分固化以提供聚氨酯材料并提供LAT部前体，以及在炉中进一步固化以提供包含热固性闭孔聚氨酯材料的模塑均匀抛光体并提供LAT部。
23.根据权利要求21的方法，其中所述芳族氨基甲酸酯预聚物包含聚四亚甲基二醇-甲苯二异氰酸酯，固化剂包含硫醚芳族二胺。
24.根据权利要求21的方法，其中第二混合物的部分固化仅在热能下进行。
全文摘要
本发明描述了用于抛光半导体基材的软性抛光垫。该软性抛光垫包含模塑均匀抛光体，该抛光体具有硬度为约20绍尔D至45绍尔D的热固性闭孔聚氨酯材料。
文档编号B24D7/12GK103097080SQ201180043031
公开日2013年5月8日 申请日期2011年1月11日 优先权日2010年7月8日
发明者W·阿利森, D·斯科特, R·科普里希, P·黄, R·弗伦泽尔 申请人:内克斯普拉纳公司