受控膨胀cmp垫浇注方法
【技术领域】
[0001] 本说明书涉及制造适用于对半导体、光学和磁性衬底进行抛光和平面化的抛光 垫。
【背景技术】
[0002] 聚氨基甲酸酯抛光垫是用于多种要求高的精密抛光应用的主要垫类型。这些聚氨 基甲酸酯抛光垫有效用于抛光硅晶片、图案化晶片、平板显示器以及磁存储盘。具体来说， 聚氨基甲酸酯抛光垫为用以制造集成电路的大部分抛光操作提供机械完整性和耐化学性。 举例来说，聚氨基甲酸酯抛光垫具有较高的抗撕裂强度;避免抛光期间磨损问题的抗磨损 性；以及抗强酸性和强碱性抛光溶液侵蚀的稳定性。
[0003] 半导体的生产典型地涉及若干化学机械平面化(CMP)工艺。在每一CMP工艺中，抛 光垫以及抛光溶液(如含研磨剂的抛光浆料或不含研磨剂的反应性液体）以平面化或维持 平坦度以用于接收后续层的方式去除过量物质。这些层的堆叠以形成集成电路的方式组 合。这些半导体装置的制造由于对操作速度更高、泄漏电流更低以及功率消耗降低的装置 的需求而不断变得更复杂。在装置架构方面，这相当于更精细的特征几何结构和增加的金 属化水平。在一些应用中，这些越来越严格的装置设计需求驱使与介电常数更低的新介电 材料结合采用增加数量的钨互连插头或通孔。减少的物理特性(时常与低k和超低k材料相 关）以及装置增加的复杂性已经产生对CMP消耗品（如抛光垫和抛光溶液)的更大需求。
[0004] 为了维持恒定的晶片产出量，半导体制造商已经多年实践使用金刚石盘进行原位 修整。原位修整在抛光期间切割抛光垫顶表面。百分之百原位修整工艺在整个抛光工艺期 间进行金刚石修整。百分之五十原位修整工艺在二分之一抛光工艺内进行修整。这种修整 工艺在使抛光表面粗糙化以通过防止抛光垫起釉(glazing)来维持去除速率方面是必需 的。另外，这些垫必须在数百个晶片上以恒定速率抛光。
[0005] 已经证实，将聚氨基甲酸酯浇铸成饼并且将所述饼切割成若干薄抛光垫是用于制 造具有恒定可再现抛光特性的抛光垫的有效方法。莱因哈特(Re inhardt)等人在美国专利 第5,578,362号中公开聚合微球体在维持低缺陷度的同时改良平面化的用途。不幸的是，所 产生的具有这种结构的商业聚氨基甲酸酯垫通常具有对金刚石修整器和修整工艺灵敏的 速率。具体来说，随着金刚石在修整器上磨损，其在抛光垫中切割出较浅槽道，并且这些较 浅槽道可能导致较低的抛光去除速率。
[0006] 在使用烟雾状二氧化娃衆料的层间介电质（interlayer dielectric，ILD)抛光 中，抛光垫的去除速率(removal rate，RR)对金刚石修整极灵敏。在不进行原位修整的情况 下，RR在抛光几个晶片内迅速地恶化，参见图1。尽管百分之百原位修整典型地使用烟雾状 二氧化硅浆料来用于ILD抛光中，但对修整的高RR灵敏度仍可能在垫寿命内导致由于修整 圆盘磨损的性能变化。因此，需要在不牺牲其抛光效率的情况下对修整的灵敏度降低的抛 光垫。此外，需要开发一种用于制造这些和其它CMP抛光垫的有效方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的一方面提供一种制造适用于对半导体、光学和磁性衬底中的至少一者进 行平面化的抛光垫的方法，所述方法包含以下：获得由异氰酸酯封端的分子和固化剂形成 的液体聚氨基甲酸酯材料，所述液体聚氨基甲酸酯材料具有T脑疑温度并且含有流体填充聚 合微球体，所述流体填充聚合微球体是预膨胀与未膨胀流体填充聚合微球体的掺合物，所 述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球体各自具有温度，其中所述预膨胀和未膨胀流体 填充聚合微球体的直径在等于或高于所述温度的温度下增加;和Tgi：温度，其中气体穿 过所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球体离开以减小所述膨胀和未膨胀流体填充聚合 微球体的直径，所述未膨胀流体填充聚合微球体的所述温度小于所述液体聚氨基甲酸 酯材料的所述Τ|?温度;浇注含有所述预膨胀与未膨胀流体填充聚合微球体掺合物的所述 液体聚氨基甲酸酯材料以使所述异氰酸酯封端的分子与所述固化剂反应;将所述液体聚氨 基甲酸酯材料中的所述预膨胀与未膨胀流体填充聚合微球体掺合物加热到至少为所述未 膨胀流体填充聚合微球体的温度，以增加所述未膨胀流体填充聚合微球体的直径，所述 加热达到小于所述Τ影:温度的温度，其中气体穿过所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球 体离开，所述加热在所述液体聚氨基甲酸酯材料中形成预膨胀与膨胀流体填充聚合微球体 的掺合物;使所述液体聚氨基甲酸酯材料中的所述预膨胀与膨胀流体填充聚合微球体掺合 物固化，以使所述液体聚氨基甲酸酯材料固体化成含有所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微 球体的聚氨基甲酸酯基质;和由所述固化的含有所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微球体的 聚氨基甲酸酯基质精整所述抛光垫，其中所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微球体的最终直 径小于在空气中由所述Τ影:温度实现的直径，并且所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球 体中所含有的大部分流体保持在所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微球体中。
[0008] 本发明的另一方面提供一种制造适用于对半导体、光学和磁性衬底中的至少一者 进行平面化的抛光垫的方法，所述方法包含以下：获得由异氰酸酯封端的分子和固化剂形 成的液体聚氨基甲酸酯材料，所述液体聚氨基甲酸酯材料具有Τ脑疑温度并且含有流体填充 聚合微球体，所述流体填充聚合微球体是填充有异丁烷、异戊烷或异丁烷与异戊烷混合物 的预膨胀与未膨胀流体填充聚合微球体的掺合物，所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球 体各自具有温度，其中所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球体的直径在等于或高于 所述温度的温度下增加;和Tgi：温度，其中气体穿过所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合 微球体离开以减小所述膨胀和未膨胀流体填充聚合微球体的直径，所述未膨胀流体填充聚 合微球体的所述温度小于所述液体聚氨基甲酸酯材料的所述T胶li温度;浇注含有所述预 膨胀与未膨胀流体填充聚合微球体掺合物的所述液体聚氨基甲酸酯材料以使所述异氰酸 酯封端的分子与所述固化剂反应;将所述液体聚氨基甲酸酯材料中的所述预膨胀与未膨胀 流体填充聚合微球体掺合物加热到至少为所述未膨胀流体填充聚合微球体的温度，以 增加所述未膨胀流体填充聚合微球体的直径，所述加热达到小于所述Tg*：温度的温度，其中 气体穿过所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球体离开，所述加热在所述液体聚氨基甲酸 酯材料中形成预膨胀与膨胀流体填充聚合微球体的掺合物;使所述液体聚氨基甲酸酯材料 中的所述预膨胀与膨胀流体填充聚合微球体掺合物固化，以使所述液体聚氨基甲酸酯材料 固体化成含有所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微球体的聚氨基甲酸酯基质;和由所述固化 的含有所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微球体的聚氨基甲酸酯基质精整所述抛光垫，其中 所述预膨胀和膨胀流体填充聚合微球体的最终直径小于在空气中由所述Tgi：温度实现的直 径，并且所述预膨胀和未膨胀流体填充聚合微球体中所含有的大部分流体保持在所述预膨 胀和膨胀流体填充聚合微球体中。
【附图说明】
[0009] 图1是在停止Semi-Sperse? 25E(SS25)烟雾状二氧化硅浆料原位修整之后，以 A./mhi为单位的去除速率对比晶片数目的曲线图。（Semi Sperse是卡巴特微电子公司 (Cabot Microelectronics Corporation)的商标。)
[0010] 图2是ILD抛光中以A/min为单位的平均去除速率与晶片内非均匀性(￥^1^11-wafer non-uniformity，WIW_NU) ( % )的曲线图。
[0011] 图3是浓度为8wt%的预膨胀和未膨胀流体填充微球体的SEM。
[0012]图4是用MbOCA固化剂形成的浓度为5.25wt%的预膨胀和未膨胀流体填充微球体 的 SEM〇
[0013]图4A是对图4抛光垫以微米为单位测量的直径的大小分布图。
[0014]图5是用MbOCA固化剂与多官能性多元醇掺合形成的浓度为5.25wt%的预膨胀和 未膨胀流体填充微球体的SEM。
[0015] 图5A是对图5抛光垫以微米为单位测量的直径的大小分布图。
[0016] 图6是根据经修改的爱因斯坦-古斯-戈尔德方程式（Einstein-Guth-Gold equat i on)的相对粘度对比固体体积分数的曲线图。
[0017] 图7是相对粘度对比预膨胀、未膨胀、和预膨胀与未膨胀聚合微球体掺合物的聚合 微球体重量百分比的曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明提供一种适用于对半导体、光学和磁性衬底中的至少一者进行平面化的抛 光垫。抛光垫具有顶部抛光表面，包含异氰酸酯封端的预聚物和固化剂系统的反应产物。顶 部抛光层进一步以介于预聚物的高于4重量％与小于8重量％之间的含量包含聚合微球体。 这些抛光垫具有较高去除速率，较好晶片内均匀性，以及降低的对修整工艺的灵敏度。
[0019] 抛光垫在预聚物中含有4.2到7.5重量％流体填充微球体。优选地，抛光垫在预聚 物中含有4.5到7.5重量％流体填充微球体。最优选地，抛光垫在预聚物中含有5到7.5重 量％流体填充微球体。这产生具有受控孔隙大小的低密度或高孔隙率抛光垫。举例来说，最 终密度可以是0.5到0.75g/cm 3。