CN102083586B - 抛光垫片组合物与制造和使用方法 - Google Patents
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Abstract
在化学机械平坦化(CMP)中使用的抛光垫片或者此类垫片的抛光组件/表面是由例如聚氨酯和聚烯烃的不可互溶聚合物的组合制成。基于界面相互作用、熔融指数和在聚合物相-基体相与分散相之间的熔融指数比来选择聚合物。通过选择聚合物体系使得所述两种聚合物彼此不可互溶并且优选形成单独的畴；当修整或抛光处理暴露所述分散相时，可将其移除。个别聚合物的熔融指数和所述熔融指数的比率决定进入所述基体的较小相的可分散性，从而决定相尺寸。
Description
相关申请
本申请涉及以下申请并且是以下申请的非临时申请：2008年4月29日提交的美国临时专利申请61/048,818、2008年11月4日提交的美国临时专利申请61/111,290和2008年11月5日提交的美国临时专利申请61/111,337，这些申请转让给本发明的受让人并且其全文通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及化学机械平坦化(CMP)领域，并且具体地说涉及在CMP中使用且由不可互溶聚合物制成的抛光垫片。
背景技术
在现代集成电路(IC)制造中，将材料层施加于先前在半导体晶片上形成的嵌入式结构。化学机械平坦化(CMP)是用于移除这些层(或其部分)并且抛光所得表面以实现所要结构的研磨方法。CMP可以在氧化物和金属上执行，并且通常涉及使用结合相对于晶片运动的抛光垫片来施加的化学浆液(例如，该垫片相对于该晶片旋转，而该浆液分散于其间)。所得光滑平坦表面对维持用于随后晶片处理步骤的聚焦的光刻深度和对确保金属互连不在轮廓步骤期间变形是必要的。镶嵌处理需要使用CMP从电介质的顶面上移除诸如钨或铜的金属以限定互连结构。
传统的抛光垫片是由聚合物(通常为尿烷)制成，铸造成形且用微孔元件填充，或者由聚氨酯涂布的无基毛布制作。在抛光操作期间，使抛光垫片旋转，同时接触也在旋转的晶片，从而进行抛光。许多垫片具有在这些抛光处理期间在晶片下提供分布浆液的结构。此类浆液分布结构包括空隙或微孔，所述空隙或微孔是通过添加美国专利5,578,362中描述的中空微元件或者通过引入在铸造处理期间形成的气泡来包括在内。美国专利6,896,593描述超临界CO2在成型处理期间形成孔的用途。
在抛光期间，该抛光垫片材料遭受导致垫片的抛光性能劣化的塑性变形。例如，在抛光处理期间此类变形导致该处理变得不均匀，因此，抛光操作仅可以十分低的移除速率来完成。
为了恢复抛光性能并且实现一致的抛光性能，周期性地用覆盖有细粒度金刚石粒子的圆盘来磨削(或修整)抛光垫片表面。此类修整的目的是移除垫片的磨损顶层并且恢复顶面的结构以便进行一致的抛光。此类修整处理由采用硬垫片的抛光处理良好地接受。然而，在软垫片的情况下，修整处理并未良好地接受，因而易于导致此类垫片的使用寿命减少。
发明内容
本文提供在化学机械平坦化(CMP)中使用的抛光垫片的组合物以及其制造和使用方法。在本发明的一个实施例中，抛光垫片或垫片的抛光元件/表面是由聚氨酯和聚烯烃的组合制成，其中聚氨酯是本体相并且聚烯烃是分散相。本体相材料(聚氨酯)可以具有尺寸小于100nm的粒子，而分散相的粒子尺寸可以大于1000nm。该分散相聚合物(例如，聚烯烃或两种不同聚乙烯材料的掺合物)优选在该本体相聚合物(聚氨酯)内不可互溶，并且可在抛光期间从该抛光垫片上释放，从而导致在该抛光垫片的暴露表面上形成微孔性区域。该聚烯烃材料可以包括聚乙烯材料和/或聚丙烯材料。
在一些情况下，选择用于聚氨酯-聚烯烃抛光垫片的材料可以使得聚烯烃的黏度与聚氨酯的黏度之比小于3。聚氨酯材料的抗拉强度可以大于1000磅每平方英寸(psi)，同时聚氨酯材料的弯曲模数可以大于2000psi，并且聚氨酯材料的Shore D硬度可以大于25。在此类垫片中，分散聚烯烃材料的畴尺寸可以为200微米或更小。在一些实施例中，聚烯烃材料在该抛光垫片中可以占1-35体积％。此类抛光垫片的暴露表面可以包括表面特征。
在与本发明一致的又一实施例中，抛光垫片可以包括聚烯烃粒子，所述聚烯烃粒子在聚氨酯形成反应之前分散于异氰酸酯或多元醇中。该聚烯烃粒子的尺寸可以为10-200微米。该聚氨酯可以具有以下特性：抗拉强度大于1000psi，弯曲模数大于2000psi，并且Shore D硬度大于25。
在与本发明一致的另一实施例中，抛光垫片可以包括聚烯烃材料和聚氨酯材料的聚合物掺合物。聚烯烃材料的熔融指数可以小于或等于3，并且聚氨酯 材料的熔融指数可以大于或等于15。从而，聚烯烃材料与聚氨酯材料的熔融指数比可以小于0.2。聚烯烃材料与聚氨酯材料之间的硬度差可以小于15Shore D。
在本发明的其他实施例中，抛光垫片可以包括由在聚氨酯基体中的两种聚烯烃材料的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件。第一聚烯烃材料的熔融指数可以小于或等于3，而第二聚烯烃材料的熔融指数可以大于或等于25并且聚氨酯材料的熔融指数大于或等于15。更具体地说，第一种该聚烯烃材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以小于0.2，而第二种该聚烯烃材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以大于1。聚烯烃材料与聚氨酯材料之间的硬度差可以小于15Shore D。
在本发明的另一实施例中，抛光垫片可以包括：熔融指数大于15并且玻璃化转变温度(Tg)低于室温的聚氨酯材料、熔融指数为25或更大并且Tg低于室温的第一聚乙烯材料以及熔融指数小于3并且Tg低于室温的第二聚乙烯材料。聚乙烯材料与聚氨酯材料之间的硬度差可以小于15Shore D。
在本发明的又一实施例中，抛光垫片可以包括：熔融指数小于或等于3的第一聚乙烯材料、熔融指数大于或等于25的第二聚乙烯材料以及熔融指数大于或等于15的聚氨酯材料。该第一聚乙烯材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以小于0.2，并且该第二聚乙烯材料与该聚氨酯材料的熔融指数比可以大于1。该聚氨酯材料的硬度可以为70Shore D或更小，而该第一聚乙烯材料的硬度可以为60Shore D或更小，并且该第二聚乙烯材料的硬度可以为60Shore D或更小。该聚氨酯材料与该第一聚乙烯材料和/或该第二聚乙烯材料之间的硬度差可以为15Shore D或更小。
在本发明的另一实施例中，抛光垫片可以包括弯曲模数大于60MPa的聚氨酯材料和各自弯曲模数都大于200MPa的第一聚乙烯材料和第二聚乙烯材料。该聚氨酯材料与该第一聚乙烯材料和/或该第二聚乙烯材料之间的硬度差可以为15Shore D或更小。
然后，与本发明的实施例一致，在CMP中使用的抛光垫片可以由彼此不可互溶的两种聚合物来制造。第一聚合物(例如，聚氨酯材料)可以为基体相，并且第二聚合物(例如，聚烯烃材料)可以为分散相。该分散相可以由(例如)低密度聚乙烯、低密度聚乙烯-丁烯和/或极低密度聚乙烯-丁烯形成，并且在通 过修整处理和/或抛光处理进行暴露时可以将其移除。该第一聚合物的畴尺寸可以不同于该第二聚合物的畴尺寸。在一些实例中，该分散相可以由两种或两种以上聚烯烃材料组成，并且在两种聚烯烃材料的混合物的情况下，第一聚乙烯材料的熔融指数可以为30，第二聚乙烯材料的熔融指数可以为0.75。另外或替代地，第一聚烯烃材料的畴尺寸可以大于10nm，并且第二聚烯烃材料的畴尺寸可以小于10nm。
在垫片制造期间，该两种聚合物可以混合到一起，并且将所得混合物注入模腔以形成垫片或抛光元件。通过(例如)改变混合物中包括的第一聚合物和第二聚合物的各自量，可以调节抛光垫片中包括的第一聚合物和第二聚合物的相对畴尺寸。
例如，由于在抛光处理期间受到磨损，所以可以在与本发明一致的抛光垫片的顶部抛光表面中引入多孔性。另外或替代地，可以在抛光垫片的制造期间，在该抛光垫片中产生孔位；并且可以在所述制造期间调整此类孔位的尺寸。
下文中更加详细地描述本发明的这些和其他实施例。
附图说明
在附图中通过举例而非限定来图示本发明，其中：
图1(a)和图1(b)示出可以根据本发明的实施例制造和使用(尽管其有差异)的不同类别抛光垫片的横截面；
图2(a)示出根据本发明的实施例的由聚氨酯-聚烯烃掺合物制成的抛光垫片或抛光元件/表面的放大图；
图2(b)示出与本发明的实施例一致的在抛光垫片或元件的基体中的单个分散相粒子的近视图；和
图3-图5示出针对与本发明的实施例一致制成且接着横截并用扫描电子显微镜(SEM)检测得到的抛光垫片/元件的一部分的检测结果。
具体实施方式
本文公开一种抛光垫片，其具有由不可互溶聚合物(例如聚氨酯和聚烯烃)制成的抛光表面/抛光元件的抛光垫片。在此类垫片的一种实例中，该抛光表面/元件的本体相是由聚氨酯制成，而分散相(其可以在抛光处理期间释放) 是由聚烯烃制成。当在抛光处理期间释放分散相材料时，在该垫片的抛光表面/元件上形成多微孔性区域。
图1(a)为一类抛光垫片(Rohm and Haas的IC 1000垫片)的剖视图，其可以通过根据本发明制造和使用来进行更新。抛光垫片100包含嵌入聚合基体104中的微元件102，其可以为聚氨酯。垫片表面包含用于在抛光处理期间进行浆液传输的凹槽106。各种抛光垫片提供多种表面改性以进行横跨垫片表面的浆液分布。
图1(b)示出由SemiQuest,Inc.制作的抛光垫片108的横截面。该抛光垫片108为设计结构，并且描述在2007年4月6日提交的美国专利申请11/697,622中，该专利申请转让给本发明的受让人并且以引用方式并入本文。垫片108由抛光元件110组成，其搁置在可压缩下层泡沫114上，并且在垂直方向上由导板112支承。抛光动作由抛光元件提供，所述抛光元件由固态聚合物材料制成，而浆液分布由抛光元件之间的开放空间进行。该开放空间用开孔泡沫填充。
根据本发明的实施例，这两种不同抛光垫片的抛光表面104和110可以有利地使用本文所述的材料来制作。
图2(a)示出由聚氨酯-聚烯烃掺合物制成的抛光垫片或抛光元件/表面200的放大图。在此情况下，可为聚烯烃的分散相201分布于可为聚氨酯的基体或本体相203中。在充分混合的体系中，组成分散相的粒子的尺寸为约10-20微米，并且相边界202清晰。图2(b)示出基体中单个分散相粒子的近视图。由于极性和界面张力差异大，该界面光滑并且两种表面显示无附着力。聚烯烃粒子从聚氨酯界面中往后拉动。
然后，在本发明的实施例中，抛光垫片(其可以为任何上述配置)包括由聚烯烃和聚氨酯的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件或表面，其中
(1)该聚烯烃的黏度与该聚氨酯的黏度之比小于3，
(2)该聚氨酯的抗拉强度大于1000磅每平方英寸(psi)，
(3)该聚氨酯的弯曲模数大于2000psi；
(4)该聚氨酯的Shore D硬度大于25；和/或
(5)该分散聚烯烃相的畴尺寸为200微米或更小。
在一些情况下，该抛光垫片的聚烯烃含量可以为1-35体积％。同时，在 一些实例中，该聚烯烃可以为聚乙烯或聚丙烯。例如，通过加工该垫片顶面，可以在该垫片顶面上形成各种类型的表面特征(例如，在垫片形成期间或在垫片形成之后)。
本发明的另一实施例提供具有通过在尿烷形成反应之前在异氰酸酯或多元醇中分散聚烯烃粒子来制作的一或多个抛光元件或表面的抛光垫片。在此类垫片中，该聚烯烃粒子的尺寸可以为10-200微米，该聚氨酯的抗拉强度可以大于1000psi，该聚氨酯的弯曲模数可以大于2000psi；和/或该聚氨酯的Shore D硬度可以大于25。在此类垫片中，该聚烯烃可以为聚乙烯或聚丙烯。
本发明的另一实施例提供使用注射成型、挤出、反应注射成型或烧结来制造诸如上文论述的抛光垫片的方法。在这些各种实例中，可以在尿烷形成反应之前将聚烯烃粒子分散于尿烷前体混合物中，可以熔融混合聚烯烃和热塑性聚氨酯并随后注入模具中以形成垫片；和/或可以在用于形成垫片的注射成型机中顺序混合聚烯烃和热塑性尿烷。
本发明的另一实施例提供具有由聚烯烃和聚氨酯的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件或表面的抛光垫片，其中聚烯烃与聚氨酯的熔融指数比小于0.2，该聚烯烃的熔融指数小于或等于3，并且该聚氨酯的熔融指数大于或等于15。在此类实例中，该聚烯烃可以为聚乙烯或聚丙烯，并且该聚烯烃和该聚氨酯材料的硬度可以相差小于15Shore D。
本发明的又一实施例提供具有由两种聚烯烃和聚氨酯的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件或表面的抛光垫片，其中第一种聚烯烃材料与聚氨酯的熔融指数比小于0.2，并且第二种聚烯烃材料与聚氨酯的熔融指数比大于1，其中该第一聚烯烃材料的熔融指数小于或等于3，该第二聚烯烃材料的熔融指数大于或等于25，并且该聚氨酯的熔融指数大于或等于15。所述聚烯烃材料中的任一种或两种可以为聚乙烯或聚丙烯。例如，在一些情况下，所述聚烯烃材料中的至少一种为聚丙烯。所有聚烯烃和聚氨酯材料的硬度可以相差小于15Shore D。
本发明的另一实施例提供一种制造包含两种截然不同相尺寸(一种小于100nm并且另一种大于1000nm)的固体抛光垫片的方法，该方法为将熔融指数大于15的聚氨酯与熔融指数为25或更大的第一聚乙烯材料和熔融指数小于3的第二聚乙烯材料混合，并且在注入模腔以前使该混合物在注射成型机或挤 出机中熔融混合。在一些情况下，该聚氨酯可以具有低于室温的玻璃化转变温度(Tg)。同样地，该聚乙烯可以具有低于室温的Tg。在一些情况下，聚氨酯和聚乙烯的硬度可以相差小于15Shore D。
本发明的另一实施例提供具有由两种聚乙烯和聚氨酯的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件或表面的抛光垫片，其中第一聚乙烯材料与聚氨酯的熔融指数比小于0.2，并且第二聚乙烯材料与聚氨酯的熔融指数比大于1，其中该第一聚乙烯材料的熔融指数小于或等于3，该第二聚乙烯材料的熔融指数大于或等于25，并且该聚氨酯的熔融指数大于或等于15。该聚氨酯的硬度可以为75Shore D或更小。该第一聚乙烯材料的硬度可以为60Shore D或更小。该第二聚乙烯材料的硬度可以为60Shore D或更小。所有三种材料的硬度范围(即，各自材料的各种硬度之间的差异)可以为15Shore D或更小。
本发明的另一实施例提供具有由两种聚乙烯和聚氨酯的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件或表面的抛光垫片，其中第一聚乙烯材料与聚氨酯的熔融指数比小于0.2并且第二聚乙烯材料与聚氨酯的熔融指数比大于1，其中第一聚乙烯材料的熔融指数小于或等于3，第二聚乙烯材料的熔融指数大于或等于25，并且聚氨酯的熔融指数大于或等于15。该聚氨酯的弯曲模数可以大于60MPa。该第一聚乙烯材料的弯曲模数可以大于200MPa。该第二聚乙烯材料的弯曲模数可以大于200MPa。所有三种材料的硬度范围(即，各自材料的各种硬度之间的差异)可以为15Shore D或更小。
在各种实施例中，本发明提供在抛光垫片中引入原位多孔性的方法；用于调整在制造期间产生的孔位尺寸的手段；和抛光垫片微结构。还提供产生具有较少或没有修整要求的此类微结构的方法。
其他文献已描述了用于修改抛光垫片的机械特性的混合聚合物。例如，美国专利7,438,636公开在较高模数聚合物基体中混合较低模数聚合物以改善抛光垫片的韧性。美国专利7,371,160描述在基体中分散弹性相以改善抛光性能。在这些修改中，对于分散相来说重要的是保持掺合入该基体中，并且所添加的弹性体聚合物优选包含一些化学官能度，该化学官能度将允许其与诸如聚氨酯基体的聚合物基体形成键合。
美国专利7,077,879、美国专利6,992,123和美国专利6,899,611描述将水溶性聚合物添加到基体中。当在抛光处理期间将垫片的顶面暴露于水性环境 时，水溶性聚合物得以溶解并且带走，留下腔体，从而“原位”产生孔。类似地，美国专利6,890,244公开添加可溶性纤维以产生槽形多孔性。美国专利6,685,540描述分布于基体中的聚合物粒子，其中该分布相自身具有复合核-壳形态。美国专利6,648,733公开明确包含共聚物的抛光垫片以引入在抛光期间可用的硬畴和软畴。美国专利5,489,233、美国专利5,578,362、美国专利6,095,902、美国专利6,217,434和美国专利6,896,593描述各种抛光垫片和其使用方法。
根据这些参考文献，可以想出将替代聚合物掺合入垫片基体中的两种方法，在一种方法中，添加不可溶聚合物以修改垫片的机械特性并且参与抛光，同时可溶聚合物溶解于抛光介质中并且产生多孔性，在另一方法中，用于分散相的不可溶聚合物具有谨慎选择的特性，诸如硬度、模数和Tg等，这些特性明显不同于基体聚合物的那些特性，从而实现改善的机械特性。
然而，本文公开了基于界面相互作用、熔融指数和在两种聚合物相-基体与分散相之间的熔融指数比来选择聚合物的方法。通过选择聚合物体系以使得两种聚合物彼此不可互溶并且优选形成单独的畴；当修整处理或抛光处理暴露分散相时，可将其移除。个别聚合物的熔融指数和熔融指数比决定较小相进入基体的可分散性，因此决定相尺寸。两种聚合物的混合可以刚好在将熔体注入模腔之前在注射成型机中进行，或者两种聚合物可以例如在双螺杆挤出机中分别混合以实现完全混合。
聚合物掺合物是一类通过混合聚合物来制作以实现新特性的材料。由此产生的聚合物掺合物可以互溶，可部分互溶或者不可互溶。本发明的实施例使用不可互溶的聚合物，其中恰当的畴尺寸是通过选择具有恰当熔融指数和熔融指数比的不可互溶聚合物来实现。
在尿烷-聚烯烃混合物的熔融处理期间，可以预料聚乙烯相的不连续小滴分布于尿烷熔体内。小滴的尺寸是挤出机所施加的剪切力、实际熔体黏度以及两相的熔体黏度相对比的函数。
对于聚合物来说，决定分散相尺寸的重要参数为毛细管数量(Ca)和黏度比(p(＝nd/nm))，其中nd为分散相的黏度并且nm为基体相的黏度。普遍使用熔融指数(MI)而不是黏度，因为其更接近地反映处理条件。ASTM国际D1238测试程序将熔融指数的测量标准化为当在驱动活塞上放置标准重量 (2160克)时，在恒温(190℃)下10分钟内通过指定直径(0.0825in-2.2mm)的管状模具的挤出聚合物的重量。
毛细管数量Ca表示黏滞力对横跨界面作用的表面张力的相对影响，通过下式给定：
Ca＝Rnm Y ’ /a
其中R为特征小滴尺寸，nm为基体黏度，Y'为基体的变形率并且a为界面张力。当Ca超过临界值时，小滴破裂。对于给定体系来说，剪切力越高，则基体的变形率越高；因而，小滴破裂成越小的尺寸。体系具体参数诸如界面张力、成分的绝对熔融指数和成分的熔融指数比结合混合装置(诸如注射成型机或挤出机)的剪切速率影响分散相的尺寸分布。
多孔性为抛光垫片结构的重要方面。缺乏多孔性的话，抛光速率十分低。例如，当以5psi向下的力和50rpm的垫片速度向垫片挤压时，用于抛光具有二氧化硅薄膜的晶片的无孔垫片可以表现出小于的移除速率。当在相同条件下使用多孔垫片时，薄膜移除速率可以大于
当经受金刚石盘修整时，无孔垫片类似于多孔垫片能实现高的薄膜移除速率。该修整盘产生微小凹凸，其使抛光能够高速发生。多孔垫片还随着时间推移而遭受移除性能的退化(并且晶片通常抛光很长时间)。据信这是由于垫片材料的塑性流动导致，该塑性流动使得抛光凹凸变得迟钝并且孔变得不清晰，从而降低其包含和传输浆液的能力。用细金刚石盘修整垫片表面，移除垫片顶面上的损坏层，暴露新表面并且再产生凹凸。因此，金刚石修整为稳定抛光处理的重要部分。
除了提供稳定抛光处理的有益性之外，金刚石修整还在盘间变化以及在修整盘的寿命上的金刚石有效性改变导致需要频繁处理监测和校正动作的处理偏移时，在该处理中引入可变性。还存在金刚石损耗的风险，可以看见嵌入垫片中的金刚石粉尘，这导致由于刮伤引起的严重晶片损耗。因此，需要尽可能减少(或可以去除)作为处理需求的修整。
本发明提供需要最小(如果有)修整的抛光垫片微结构。如上文所示，本发明垫片由至少两种截然不同的分散畴尺寸组成，所述尺寸通过混合聚氨酯和具有不同熔融指数的两种聚烯烃来产生。所述畴中的一种的粒子为1微米或更小，并且优选小于100nm，而另一畴的粒子为5-20微米，并且优选为约10 微米。纳米畴(例如，小于100nm尺寸的畴)的作用为提供本发明垫片均匀磨损的能力，同时在该表面退化时暴露新的纳米结构。另一方面，大尺寸畴(例如，约10微米尺寸的畴)提供用于较大多孔性的位点，这些孔作为用于抛光的浆液储存器。对于一致的抛光结果而言，畴的相对尺寸是重要的，因为纳米畴优选较小，并且至少与垫片磨损速率为同一量级。例如，在每分钟抛光0.5微米的垫片磨损下，较小畴的尺寸应不大于0.5微米，并且优选在100nm-200nm的范围中。另一方面，浆液储存器畴必须大1-2个量级以在抛光期间提供稳定的浆液流动。
如上文所论述，当使用诸如聚氨酯和聚乙烯的不可互溶聚合物的混合物时，分散相的尺寸是由两种聚合物的熔融指数和其各自熔融指数的比来决定。例如，当使用熔融指数为20的聚氨酯和熔融指数为30的聚乙烯时，得到100nm-2微米的聚乙烯畴，而当使用熔融指数为0.75的聚乙烯时，得到5-15微米的聚乙烯畴。期望的是，通过使用各自具有30和0.75的熔融指数的两种聚乙烯的混合物与熔融指数为20的聚氨酯，可产生小尺寸畴和较大尺寸畴。通过改变两种聚乙烯的相对量，可调节小尺寸畴和较大尺寸畴的比率。
在本发明的一个实施例中，该基体聚合物可为Lubrizol Estane 58142聚氨酯(具有约25的熔融指数)，并且该分散相(占垫片的约10重量％)可为16MA400，该16MA400为可购自Reliance Polymers India的低密度聚乙烯(具有约30的熔融指数)。在注射成型机中混合这些聚合物，以在60腔体模具中制作在下侧包含圆柱腔体的具有0.32"法兰座的直径0.24"×高0.140"的抛光元件。在225℃下进行注射成型，并且产生完全混合的不透光部分。对这些部分作横截面处理，并且这些部分的扫描电子显微镜(SEM)检测示出约100纳米到1微米的圆形分散相粒子。大多数腔体示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未附着于基体。图3示出这些结果。
在本发明的另一实施例中，该基体聚合物是Luhrizol Estane 58144聚氨酯(具有约20的熔融指数)，并且该分散相(占约10重量％)是Dow DNDA 8335NT 7，该Dow DNDA 8335NT 7为低密度聚乙烯-丁烯(具有约30的熔融指数)。在注射成型机中混合这两种材料，以在16腔体模具中制作在下侧包含圆柱腔体的具有0.32"法兰座的直径0.24"×高0.140"的抛光元件。在215℃下进行注射成型，并且产生完全混合的不透光部分。对这些部分横截，并且这些部分 的SEM检测示出约100纳米到2微米的圆形分散相粒子。还观察到较小尺寸的畴。大多数腔体示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未附着于基体。
在本发明的另一实施例中，该基体聚合物是Luhrizol Estane 58144聚氨酯(具有约20的熔融指数)，并且该分散相(占约10重量％)是Dow Fiexomer DFDB1085NT，该Dow Fiexomer DFDB1085NT为极低密度聚乙烯-丁烯(具有约0.75的熔融指数)。在注射成型机中混合这两种材料，以在16腔体模具中制作在下侧包含圆柱腔体的具有0.32"法兰座的直径0.24"×高0.140"的抛光元件。在215℃下进行注射成型，并且产生完全混合的不透光部分。对这些部分作横截面处理，并且这些部分的SEM检测示出约5-15微米的圆形分散相粒子。还观察到较小尺寸的畴。大多数腔体示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未附着于基体。所述畴的浓度较小。图4和图5示出这些结果。
在本发明的另一实施例中，该基体聚合物是Luhrizol Estane 58144聚氨酯(具有约20的熔融指数)，并且该分散相(占约20重量％)是Dupont 2020，该Dupont 2020为聚乙烯(具有约1.1的熔融指数)。在注射成型机中混合这两种材料，以在32腔体模具中制作在下侧包含圆柱腔体的具有0.32"法兰座的直径0.24"×高0.140"的抛光元件。在215℃下进行注射成型，并且产生完全混合的不透光部分。对这些部分作横截面处理，并且这些部分的SEM检测示出约5-15微米范围的圆形分散相粒子。大多数腔体示出光滑的壁，表明聚乙烯粒子未附着于基体。
因此，已描述了在CMP中使用并且由聚氨酯和聚烯烃的组合制成的抛光垫片，其中聚氨酯为本体相并且聚烯烃为分散相。虽然结合各种实例进行了论述，但本发明并不旨在受所论述内容的限制，并且应该仅根据以下的权利要求书来衡量。
Claims (25)
1.一种在化学机械平坦化(CMP)中使用的抛光垫片，包含：
第一聚合物，其中所述第一聚合物是本体相，和
第二聚合物，其中所述第二聚合物是分散相，其在所述第一聚合物内不可互溶并且在抛光期间可从所述抛光垫片上释放，从而导致在所述抛光垫片的暴露表面上形成微孔性区域，
其中所述二种聚合物具有不同的界面相互作用、熔融指数和在二种聚合物相之间的熔融指数比，并且
其中所述第一聚合物是聚氨酯材料并且所述第二聚合物是聚烯烃材料。
2.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中所述聚烯烃材料是聚乙烯材料和聚丙烯材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中所述聚烯烃材料是由第一聚乙烯材料和第二聚乙烯材料的掺合物制成，并且所述两种聚乙烯材料彼此不同。
4.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中：
所述聚烯烃的黏度与所述聚氨酯的黏度之比小于33；
所述聚氨酯材料的抗拉强度大于1000磅每平方英寸(psi)；
所述聚氨酯材料的弯曲模数大于2000psi；
所述聚氨酯材料的Shore D硬度大于25；和
所述分散聚烯烃相的畴尺寸为200微米或更小。
5.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中所述抛光垫片包括1-35体积％的聚烯烃材料。
6.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中所述抛光垫片的所述暴露表面包括表面特征。
7.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中所述聚烯烃材料的粒子在聚氨酯形成反应之前分散于异氰酸酯或多元醇中。
8.根据权利要求7所述的的抛光垫片，其中所述聚烯烃粒子的尺寸为10-200微米，所述聚氨酯抗拉强度大于1000磅每平方英寸(psi)，所述聚氨酯弯曲模数大于2000psi，并且所述聚氨酯Shore D硬度大于25。
9.根据权利要求1所述的的抛光垫片，其中所述抛光垫片包括所述聚烯烃材料和所述聚氨酯材料的聚合物掺合物，其中：
所述聚烯烃材料的熔融指数小于或等于3；
所述聚氨酯材料的熔融指数大于或等于15；
所述聚烯烃材料/聚氨酯材料的熔融指数比小于0.2；和
所述聚烯烃材料与所述聚氨酯材料之间的硬度差小于15Shore D。
10.根据权利要求3所述的抛光垫片，其中所述抛光垫片包括由所述第一聚乙烯材料和第二聚乙烯材料的聚合物掺合物制成的一或多个抛光元件，其中：
所述第一聚乙烯材料的熔融指数小于或等于3；
所述第二聚乙烯材料的熔融指数大于或等于25；
所述聚氨酯材料的熔融指数大于或等于15；
所述第一聚乙烯材料/聚氨酯材料的熔融指数比小于0.2；
所述第二聚乙烯材料/聚氨酯材料的熔融指数比大于1；和
所述第一和第二聚乙烯材料与所述聚氨酯材料之间的硬度差范围小于15Shore D。
11.根据权利要求1所述的抛光垫片，其中所述分散相包含第一分散相和第二分散相，所述第一分散相的畴尺寸大于10nm并且所述第二分散相的畴尺寸小于10nm。
12.根据权利要求3所述的抛光垫片，其中：
所述聚氨酯材料具有大于15的熔融指数和低于室温的玻璃化转变温度(Tg)；
所述第一聚乙烯材料具有小于3的熔融指数，并具有低于室温的Tg；
所述第二聚乙烯材料具有25或更大的熔融指数，并具有低于室温的Tg；并且
所述第一和第二聚乙烯材料与所述聚氨酯材料之间的硬度差范围小于15Shore D。
13.根据权利要求3所述的抛光垫片，其中：
所述第一聚乙烯材料的熔融指数小于或等于3；
所述第二聚乙烯材料的熔融指数大于或等于25；
所述聚氨酯材料的熔融指数大于或等于15；
所述第一聚乙烯材料/聚氨酯材料的熔融指数比小于0.2；
所述第二聚乙烯材料/聚氨酯材料的熔融指数比大于1；
所述聚氨酯材料的硬度为70Shore D或更小；
所述第一聚乙烯材料的硬度为60Shore D或更小；
所述第二聚乙烯材料的硬度为60Shore D或更小；并且
所述聚氨酯材料、所述第一聚乙烯材料以及所述第二聚乙烯材料的硬度差范围为15Shore D或更小。
14.根据权利要求3所述的抛光垫片，其中：
所述聚氨酯材料的弯曲模数大于60MPa；
所述第一聚乙烯材料和所述第二聚乙烯材料的弯曲模数大于200MPa；并且
所述聚氨酯材料、所述第一聚乙烯材料以及所述第二聚乙烯材料的硬度差范围为15Shore D或更小。
15.一种制造在化学机械平坦化(CMP)中使用的抛光垫片的方法，所述方法包含以下步骤：
选择不可互溶的两种聚合物，其中第一聚合物为基体相并且第二聚合物为分散相，并且当通过修整处理和抛光处理中的至少一种来暴露所述第二聚合物时，所述第二聚合物是可移除的，
其中所述两种聚合物是基于界面相互作用、熔融指数和在所述两种聚合物相之间的熔融指数比来选择；
其中所述第一聚合物是聚氨酯材料并且所述第二聚合物是聚烯烃材料；
将所述两种聚合物混合到一起，其中所述第一聚合物的畴尺寸不同于所述第二聚合物的畴尺寸；和
将所述混合物注入模腔中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二聚合物为聚烯烃材料与两种或两种以上聚烯烃材料的混合物中的至少一种。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二聚合物包括熔融指数为30的第一聚乙烯材料和熔融指数为0.75的第二聚乙烯材料。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包含以下步骤：
通过改变在所述两种聚合物的混合物中包括的所述第一聚合物和所述第二聚合物各自的量，调节在所述抛光垫片中包括的所述第一聚合物和所述第二聚合物的相对畴尺寸。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述分散相具有100nm到1微米的直径并且为圆形。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述分散相是低密度聚乙烯、低密度聚乙烯-丁烯和极低密度聚乙烯-丁烯中的至少一种。
21.根据权利要求15所述的方法，进一步包含以下步骤：
在抛光处理期间在所述抛光垫片的顶部抛光表面中引入多孔性。
22.根据权利要求15所述的方法，进一步包含以下步骤：
在所述抛光垫片的制造期间在所述抛光垫片中产生孔位；和
在所述制造期间调整所述孔位的尺寸。
23.一种调整抛光垫片的抛光表面的孔径的方法，所述方法包含以下步骤：选择将用于制造所述抛光表面的第一聚合物和第二聚合物，所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此不可互溶，所述选择是基于界面相互作用、熔融指数和熔融指数比来进行，其中所述第一聚合物是聚氨酯材料并且其中所述第二聚合物是聚烯烃材料或者所述第二聚合物是包括多种聚烯烃材料的分散相；
混合所述第一聚合物和所述第二聚合物以产生所述第一聚合物和所述第二聚合物的混合物；和
由所述混合物形成所述抛光垫片的所述抛光表面。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物的所述混合是在注射成型机中执行。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物的所述混合是与所述抛光垫片的所述抛光表面的形成分开执行。
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