[发明专利]高移除率化学机械抛光垫和制造方法

说明书

本发明涉及化学机械抛光垫以及制造和使用其的方法。更具体地说，本发明涉及化学机械抛光垫，其包含有包含以下各者的反应混合物的聚氨基甲酸酯反应产物的抛光层：(i)一种或多种二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物，其中预聚物具有8-16重量％NCO内含物，(ii)一种或多种经阻断的二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物，以反应混合物中所有二异氰酸酯、多异氰酸酯和聚异氰酸酯预聚物的总重量计，其含有40到85重量％的具有80℃或更高(或最多160℃)的去阻断温度的阻断剂，如吡唑，例如二甲基吡唑(DMP)，优选是芳香族经阻断的二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物，和(iii)一种或多种二胺固化剂，优选是芳香族二胺固化剂，如4,4'-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)，其中当在80℃和101kPa压力下以总异氰酸酯基:总氨基是化学计算量1:1比率混合时，反应混合物的胶凝时间是2到15分钟，并且聚氨基甲酸酯反应产物具有2重量％或更低的残余阻断剂含量。

化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是一种用于平面化或抛光工件(如半导体晶片)的常见技术。在常规CMP中，晶片载具或抛光头安装在载具组件上。抛光头固持晶片并且安置晶片与安装在CMP设备内的工作台或平台上的抛光垫的抛光层接触。载具组件在晶片与抛光垫之间提供可控压力。同时，将抛光介质(例如浆料)分配到抛光垫上并且抽取到晶片与抛光层之间的间隙中。为了实现抛光，抛光垫和晶片典型地相对于彼此旋转。随着抛光垫在晶片下面旋转，晶片扫过典型地环形的抛光轨迹或抛光区域，其中晶片的表面直接面对抛光层。晶片表面是通过抛光层和抛光介质对表面的化学和机械作用而抛光并且制成平面。

已知的CMP板由相对较大的预聚物制成，所述预聚物在无溶剂浇注过程中与芳香族胺相对缓慢地反应。浇注过程所需的最小胶凝时间是约2分钟，从而排除了使用更快的反应性胺作为CMP垫配制物中的扩链剂，尤其对于高硬度垫来说。

颁予Ono等人的美国专利案第7,762,870 B2号披露具有含有离子性基团的聚酯作为抛光层的抛光垫，如可部分由经阻断的(聚)异氰酸酯制得的单组分聚酯氨基甲酸酯。使用含有离子性基团的聚酯的水性分散液以将研磨颗粒均匀地分散到水性分散液中，所述水性分散液是用于形成抛光垫的抛光层。然而，氨基甲酸乙酯的水性分散液处理通常需要在形成抛光层之前使聚氨基甲酸酯形成水性分散液，并且接着通过凝聚或其它流体相变化功能在无其它反应的情况下处理。

本发明人寻求在不存在阻断剂变形、裂解或表面沉积物的情况下解决提供一种有效化学机械抛光垫的问题，所述化学机械抛光垫具有抛光层，所述抛光层包含来自至少部分经阻断的聚异氰酸酯的反应产物的聚氨基甲酸酯。

发明内容

1.根据本发明，用于抛光选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一个的衬底的化学机械(CMP)抛光垫包含适用于抛光作为反应混合物的聚氨基甲酸酯反应产物的衬底的抛光层，所述反应混合物包含(i)一种或多种二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物，其中以反应混合物中所有二异氰酸酯、多异氰酸酯和聚异氰酸酯预聚物(优选芳香族二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物，如甲苯二异氰酸酯)的总重量计，预聚物具有8-16重量％NCO内含物，含量是15到60重量％或优选20到50重量％，(ii)一种或多种经阻断的二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物，其含有阻断剂并且具有80到160℃或优选90到120℃的去阻断温度，如吡唑，例如二甲基吡唑(DMP)或二羰基化合物，例如丙二酸二乙酯，以反应混合物中所有二异氰酸酯、多异氰酸酯和聚异氰酸酯预聚物(优选芳香族经阻断的二异氰酸酯、聚异氰酸酯或聚异氰酸酯预聚物)的总重量计，其含量是40到85重量％或优选50到80重量％，以及(iii)一种或多种二胺固化剂，优选芳香族二胺固化剂，如4,4'-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)，其中反应混合物在80℃和101kPa压力下的胶凝时间是2到15分钟，或优选是3到10分钟，或更优选是4到8分钟，并且此外其中，聚氨基甲酸酯反应产物具有2重量％或更低，或优选1重量％或更低的残余阻断剂含量，并且其中，抛光层呈现0.6到1.2g/cm³的密度。