CN110815037B - 抛光垫及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抛光垫及其制备方法、应用。所述抛光垫具有抛光层，所述抛光层具有中心抛光区、环绕所述中心抛光区依次设置的一个或一个以上的中间抛光区以及环绕所述中间抛光区设置的外缘抛光区，且所述中心抛光区为圆形，所述中间抛光区为环形，所述外缘抛光区为环形；所述抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.5‑5D。该抛光垫的硬度沿直径方向逐步减小，在机械抛光过程中，其磨损率基本维持一致，故能够使得所要抛光的晶片表面变得平坦，且平坦化效率较高。

Description

抛光垫及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及一种抛光垫及其制备方法、应用。

背景技术

随着半导体内存(Memory)与逻辑元件(Logic device)的发展，为了提高电子元件密度与降低生产成本，在元件制作工艺上有提升深宽比(Aspect ratio)及增加导线层数的趋势。在半导体集成电路的制造过程中，随着隔离结构、晶体管、金属层与介电层一层层堆栈上去之后，晶片的表面也跟着越来越不平坦。而化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)成为硅片加工和多层布线层间平坦化的最有效工艺方法，也是能够实现局部和全局部平坦化的实用技术。化学机械抛光垫是一种直径为50-100cm的圆形片状复合材料，它是CMP系统的重要组成部分，也是CMP的主要消耗品。化学机械抛光垫的表面结构和组织直接影响抛光垫的性能，进而影响CMP过程及加工效果，其制备材料包括聚合物浸渍的织物、多微孔膜、多孔聚合物泡沫等。

由于化学机械抛光的首要目标为能让晶片均匀地全面平坦化，而且还要能让同一批次晶片的平坦化结果具有重复性。而抛光垫的硬度(rigidity或stiffness)以及孔隙率(poriness或void ratio)与晶片抛光后的平坦度有相当大的关系。在典型CMP法中，晶片倒转安装在CMP工具的托架(carrier)上，力量推动托架和晶片向下朝向抛光垫。托架与晶片在CMP工具抛光台上的旋转抛光垫上方旋转，晶片与抛光垫可以相同方向或相反方向旋转。因此在旋转过程中，抛光垫表面任一个点角速度相同，但不同直径位置线速度却不同，即直径越大，其线速度越大。问题在于，在抛光垫物理性质(如：硬度、密度、孔隙率或可压缩性等)相同的条件下，其线速度越大，其抛光磨损率越高。由此可见，同一抛光垫物理性质相同，其磨损率会随直径变化，不同的磨损率极易使得抛光材料平坦化效率降低，随着材料层一层层堆栈和蚀刻，晶片的表面将变得不平坦。

正如我们所知，硬度高的抛光垫可以增加晶片抛光的平坦度，而孔隙率大的抛光垫可压缩性高则可以增加晶片研磨的均匀度。因此为了兼顾上述的硬度与孔隙率的要求，现有技术中多以至少一层硬垫与至少一层软垫叠合在一起来组成所需的抛光垫，例如US5212910与US 5257478所揭露的研磨垫。然而这类由于软硬垫对于压力的传播方式不同，有时反而会让研磨的均匀度变得更差。若抛光垫所使用的叠合层数越多，则抛光垫物理性能的变量也就越多，造成越难控制晶片研磨的平坦度与均匀度。而且这类抛光垫并没有直接解决同一抛光垫磨损率不同的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的抛光垫沿直径方向的磨损率逐步增大进而使得所要抛光的晶片表面变得不平坦的缺陷，而提供一种新型的抛光垫及其制备方法、应用。该抛光垫的硬度沿直径方向逐步减小，在机械抛光过程中，其磨损率基本维持一致，故能够使得所要抛光的晶片表面变得平坦，且平坦化效率较高。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供一种抛光垫，所述抛光垫具有抛光层，所述抛光层具有中心抛光区、环绕所述中心抛光区依次设置的一个或一个以上的中间抛光区以及环绕所述中间抛光区设置的外缘抛光区，且所述中心抛光区为圆形，所述中间抛光区为环形，所述外缘抛光区为环形；所述抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.5-5D。

上述抛光垫的抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，且肖氏硬度的减小能够补偿抛光垫的线性速度的差异，不会造成基板有差异的抛光。

本发明中，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度较佳地为0.6-3D，更佳地为1-3D，进一步更佳地为0.6-1.6D，例如可为0.7D、0.8D、0.9D、1D、1.1D、1.2D、1.3D、1.4D或1.5D。具有上述范围的相邻两个抛光区的肖氏硬度梯度的抛光垫，具有更好的机械性能，能够更好的补偿抛光垫的线性速度的差异，进而获得更好的抛光效果，从而使得晶圆表面更加光滑平坦。

本发明中，所述抛光垫用于抛光晶圆。

本发明中，各抛光区的肖氏硬度可为本领域常规的肖氏硬度，较佳地，各抛光区的肖氏硬度为40-70D。更佳地，各抛光区的肖氏硬度为58-65D。

本发明中，较佳地，所述中心抛光区的肖氏硬度为60-70D，例如可为65D。

本发明中，较佳地，所述外缘抛光区的肖氏硬度为40-60D，例如可为57.8-58.6D。

本发明中，较佳地，所述中心抛光区的肖氏硬度为60-70D，所述外缘抛光区的肖氏硬度为57.8-58.6D，相邻两个抛光区的肖氏硬度梯度为0.6-1.6D。

本发明中，较佳地，所述中间抛光区的数量为4-13个。更佳地，所述中间抛光区的数量为4-8个或6-8个。具有上述数量的中间抛光区的抛光垫，能够补偿抛光垫不同直径抛光速度差异，能够显著提高抛光平坦化效率。若抛光区的数量大于13个，虽然能够提高抛光平坦化效率，但会使得抛光垫的制备工艺变得繁琐、成本较高，不具现实意义。

本发明中，所述抛光垫的直径可为本领域常规，例如可为50-90cm或60-100cm，较佳地为70-85cm。

本发明中，所述中心抛光区的直径较佳地为10-20cm。

本发明中，除所述中心抛光区之外的各抛光区的宽度较佳地为2-15cm，更佳地为3-15cm，进一步更佳地为3-10cm，再进一步更佳地为5-7.5cm，且所述宽度对于所述中间抛光区以及所述外缘抛光区而言为外圆半径与内圆半径之差。

本发明中，所述抛光层的材质可为本领域常规使用的材质，例如可为聚氨酯，所述聚氨酯是指衍生自二官能或多官能异氰酸酯的产物，所述聚氨酯例如可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的一种或多种，所述聚氨酯也可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的两种以上的物质形成的共聚物。采用上述种类的聚氨酯能够获得更好的抛光效果。较佳地，所述聚氨酯由异氰酸酯和多元醇反应所得异氰酸酯封端的预聚物再与固化剂和中空微球体的混合物反应制得。一般来说，可通过改变异氰酸酯、多元醇、固化剂的种类以及中空微球体的含量来制备不同硬度的抛光区；较佳地，通过改变中空微球体含量来制备不同硬度的抛光区。由于改变中空微球体含量的工艺容易控制，且中空微球体不参与化学反应，故不同抛光区中的主要材质不会产生较大的变化，其他物理参数也不会发生较大的改变，并且提高微球含量可以降低抛光区的硬度，进而使得抛光垫整体保持相同材质同时具有所需的硬度。

其中，所述异氰酸酯，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为芳香族异氰酸酯和/或脂肪族异氰酸酯。所述异氰酸酯例如可为芳香族二异氰酸酯类化合物、脂肪族二异氰酸酯类化合物和脂环式二异氰酸酯类化合物中的一种或多种。所述芳香族二异氰酸酯类化合物较佳地为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯和间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂肪族二异氰酸酯类化合物较佳地为亚乙基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯和1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂环式二异氰酸酯类化合物较佳地为1,4-环己烷二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和降冰片烷二异氰酸酯中的一种或多种。

其中，所述多元醇，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为聚醚型多元醇和/或聚酯型多元醇。较佳地，所述多元醇为聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、己二酸乙二酯和己二酸丁二酯中的一种或多种，或者，所述多元醇为上述六种物质中的两种以上的物质形成的共聚物。

其中，所述预聚物的型号较佳地为

L325、

LF750和

LF700D中的一种或多种。

其中，所述固化剂，如无特别限定，可以使用聚氨酯领域中公知的化合物，例如可为多元醇、多胺和醇胺中的一种或多种，其中，所述多胺为二胺和其它的多官能胺。较佳地，所述固化剂为4,4’-亚甲基-双邻氯苯胺、4,4’-亚甲基二(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、二甲硫基甲苯二胺、二对氨基苯甲酸-1,3-丙二酯、二乙基甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-和3-叔戊基-2,6-甲苯二胺和氯代甲苯二胺中的一种或多种。更佳地，所述固化剂较佳地为MOCA和/或MCDEA，所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷，所述MCDEA为4,4-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)。

其中，当所述抛光层中含有中空微球体时，所述中空微球体均匀地分散在抛光层中，较佳地，所述中空微球体的直径小于120微米；更佳地，所述中空微球体的直径小于60微米；进一步更佳地，所述中空微球体的直径为10-50微米。

其中，较佳地，所述中空微球体具有聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物外壁的囊状结构。更佳地，所述中空微球体的型号为Expancel系列中空微球或松本微珠F系列。进一步更佳地，所述中空微球体的型号为

551DE20d42。控制中空微球体以wt％含量均匀地分布于所述不同区域的抛光层中。

本发明中，较佳地，所述抛光层的原料包括如下质量份数的各组分：100份的异氰酸酯封端的预聚物、20-25份的固化剂和1.7-2.6份的中空微球体；其中，所述异氰酸酯封端的预聚物由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得；所述固化剂为MOCA和/或MCDEA，且所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷，所述MCDEA为4,4-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)；所述中空微球体的型号为

551DE20d42。

本发明中，所述抛光层上可按本领域常规设有沟槽，所述沟槽用于在抛光过程中接收抛光流体，所述沟槽可在所述抛光垫成型之后经加工获得，所述沟槽的设置能够确保抛光过程中所用的抛光流体的平稳排放和流动。较佳地，所述沟槽为同心沟槽(例如可以是环状或螺旋状的沟槽)、曲线沟槽、网格线沟槽、正多边形沟槽(例如，六边形、三角形)、和轮胎面型图案中的一种或多种。更佳地，所述沟槽为环状沟槽、螺旋沟槽、X-Y网格沟槽、六边形沟槽、三角形沟槽和分形沟槽中的一种或多种。更佳地，所述沟槽的横截面为直侧壁矩形、“V”形、“U”形和锯齿形中的一种或多种。进一步更佳地，所述沟槽为环状沟槽和/或网格线沟槽。

其中，较佳地，所述沟槽的宽度为0.1-0.6cm，更佳地，所述沟槽的宽度为0.2-0.4cm。

本发明中，较佳地，所述抛光层的背面还设有缓冲垫，所述缓冲垫能够减轻抛光过程中向所述抛光垫施加的冲击。

本发明还提供一种前述的抛光垫的制备方法，所述抛光垫的制备方法可为本领域常规使用的浇注固化工艺。

本发明中，较佳地，所述制备方法使用的模具具有与所述抛光垫的结构尺寸对应的圆环侧壁，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将能够制得对应硬度的抛光区的浇注组合物浇注至模具的最内圈圆环侧壁围成的内腔中，固化，脱模，表面打磨，得圆柱块体；

(2)将步骤(1)所得的圆柱块体置于与所述最内圈圆环侧壁相邻的圆环侧壁内，并与所述相邻的圆环侧壁形成环状内腔，再向所述环状内腔内浇注能够制得对应硬度的抛光区的浇注组合物，固化，脱模，表面打磨，得圆柱块体；

(3)以此类推，依次浇注直至最外圈圆环侧壁与前次固化所得的圆柱块体之间形成的环状内腔内的浇注组合物完成固化，脱模，表面打磨，即得固化块体；

(4)将所述固化块体进行切片，即得一体成型抛光垫。

本发明中，步骤(1)中，所述固化较佳地包括如下过程：凝胶、升温、固化和降温。其中，所述凝胶的温度较佳地为65-75℃，例如可为70℃；所述凝胶的时间较佳地为10-20分钟，例如可为15min；所述升温较佳地将温度升至90-110℃，例如可为100℃；所述升温的时间较佳地为20-40min，例如可为30min；所述固化的时间较佳地为15-17小时，例如可为16h；所述降温较佳地降至15-30℃，例如可为25℃。

本发明中，步骤(2)中，所述固化较佳地包括如下过程：凝胶、升温、固化和降温。其中，所述凝胶的温度较佳地为65-75℃，例如可为70℃；所述凝胶的时间较佳地为10-20分钟，例如可为15min；所述升温较佳地将温度升至90-110℃，例如可为100℃；所述升温的时间较佳地为20-40min，例如可为30min；所述固化的时间较佳地为15-17小时，例如可为16h；所述降温较佳地降至15-30℃，例如可为25℃。

本发明中，步骤(3)中，所述固化较佳地包括如下过程：凝胶、升温、固化和降温。其中，所述凝胶的温度较佳地为65-75℃，例如可为70℃；所述凝胶的时间较佳地为10-20分钟，例如可为15min；所述升温较佳地将温度升至90-110℃，例如可为100℃；所述升温的时间较佳地为20-40min，例如可为30min；所述固化的时间较佳地为15-17小时，例如可为16h；所述降温较佳地降至15-30℃，例如可为25℃。

在本发明一较佳实施方式中，步骤(1)-(3)中，所述固化较佳地包括如下过程：凝胶、升温、固化和降温，其中，所述凝胶的温度为70℃；所述凝胶的时间为15min；所述升温为将温度升至100℃；所述升温的时间为30min；所述固化的时间为16h；所述降温为降至25℃。

本发明中，制备前述的抛光垫所用的模具具有底座和不同直径的同心圆环，所述同心圆环固定于所述底座上，并与所述底座形成内腔，所述内腔分为中心内腔、环状中间内腔及环状外缘内腔；所述同心圆环的直径为50-90cm；所述同心圆环的侧壁厚度为0.1-0.6cm；相邻两个所述同心圆环的侧壁之间的距离相等，且为0.4-10cm。

发明人在研发过程中发现，上述厚度范围的同心圆环的侧壁厚度能够将浇注组合物的凝胶温度及固化温度控制在适宜的范围内，进而能够制得各区域硬度分布均一的抛光垫。

其中，所述底座与所述同心圆环的固定方式可为本领域常规，例如：所述同心圆环的下端与所述底座凹模镶嵌固定，镶嵌结构上可设置防止嵌入件松动或旋转的结构，如防转销钉、防脱吊紧螺钉等。

其中，较佳地，所述同心圆环的直径为70-85cm。

其中，较佳地，所述同心圆环的侧壁厚度为0.2-0.4cm。

其中，较佳地，相邻两个所述同心圆环的侧壁之间的距离为1-2cm。

其中，所述同心圆环的材质选用加工温度在100-130℃仍具有一定刚性的材料。较佳地，所述同心圆环的材质为聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)、耐热合金材料T₇或耐热合金材料T₈。更佳地，所述同心圆环的两面侧壁均涂有润滑材料，如含氟材料，涂油润滑材料的模具可起到易脱模及便于清理的作用。进一步更佳地，所述同心圆环的两面侧壁均镀有硬铬，镀有硬铬的同心圆环可起到模具不易变形、易脱模及便于清理的作用。

其中，所述底座按本领域常规为平面矩形，所述底座的长度为100-150cm，宽度为100-150cm。根据操作台的尺寸，较佳地，所述底座的长度为100cm，宽度为120cm。

其中，所述底座的厚度例如可为2-5cm，较佳地为3-4cm。

其中，进行浇注前，一般先将T型螺栓穿入冲床操作台上的T型槽内，再将T型螺栓上穿入压板并用螺母旋紧，压板就把所述底座紧固在操作台上，随后即可进行浇注工作。

其中，所述内腔内按本领域常规可设有内腔衬套，且所述内腔衬套的尺寸与所述内腔的尺寸相一致，所述内腔衬套的上表面设有凹槽，所述凹槽可为平行结构、网格结构或放射型结构所述凹槽的深度为0.1-1cm，相邻两个所述凹槽的槽间距与所述凹槽的宽度相等，且为0.5-8cm。较佳地，所述凹槽的深度为0.4-0.8cm，相邻两个所述凹槽的槽间距为3.4-5cm。上述结构的凹槽，既易脱模，又不会使得切割过程中注塑材料从内腔衬套上剥离。

其中，所述底座的材质例如可为乳胶、环氧树脂、聚酯(如聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚氨酯PU)、聚硫橡胶或硅橡胶，较佳地为聚氨酯。采用聚氨酯的底座与聚氨酯的浇注材料，两者能够形成较强的粘合力以防止切片过程中固化的块体不从底座剥离。此外，聚氨酯材质的模具具有轻巧、易脱模、高强度、高耐磨、长寿命、低成本、环保等优点，且适合流水线大批量生产。

本发明还提供一种前述的抛光垫在抛光晶圆中的应用。

本发明中，所说的“抛光区”指的是所述中心抛光区、所述中间抛光区以及所述外缘抛光区。

在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

(1)本发明的抛光垫随直径变化具有不同硬度分布，从中心到边缘硬度依次降低，所述硬度分布能够补偿抛光垫的线性速度的差异，并使得抛光平坦化效率和均匀度得以提高。

(2)本发明的一体成型抛光垫随直径变化具有不同硬度分布，从中心到边缘硬度依次降低，所述硬度能够补偿抛光垫的线性速度的差异。

(3)一体成型抛光垫所采用的制备方法，能够解决固化温度过高，中空微微球体在异氰酸酯预聚物中分布不均一的问题，从而制得硬度分布均一的抛光垫；一体成型抛光垫的制备方法易于操作，易于控制沟槽的尺寸范围，同时一体成型抛光垫在抛光过程中不同区域的抛光垫不易脱落。

附图说明

图1为实施例1-3的一体成型抛光垫的结构示意图。

图2为实施例4-6的一体成型抛光垫的结构示意图。

图3为实施例1-6的一体成型抛光垫所使用的模具的俯视图。

图4为实施例1-6的一体成型抛光垫所使用的模具的立体图。

附图标记说明：

区域 1

区域 2

区域 3

区域 4

区域 5

网格线沟槽 11

底座 12

圆环侧壁 13

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例及对比例中的中空微球体为阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)的Expancel系列中空微球，具体型号为

551DE20d42。

下述实施例及对比例中，MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷，MCDEA为4,4-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)。

下述实施例中，各抛光区的硬度的测定方法如下：

根据ASTM D2240-97标准，将制得的不同抛光区聚氨酯材料切成2cm×2cm大小，以作为硬度测定用试样。将试样放置在温度23℃±2℃、湿度50％±5％的环境中16h后再进行测定。测定时，将试样重叠以形成厚度为6mm以上的测试样品，用ASKER-D型硬度计测定硬度。

实施例1-6

步骤(1)：异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理；具体操作如下：将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数为8.75-9.05％，各实施例的上述具体数值见表1及表2)升温至80℃，真空(-0.095MPa)下脱气2小时；然后，加入不同质量分数(中空微球体的含量见表4)的平均直径为20微米的中空微球体，搅拌下使中空微球体均匀地分散于预聚物中，得到不同微球含量的组合物；分别将所得不同微球含量的组合物在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后降温至50℃，得到不同微球含量的预聚物。

步骤(2)：将能够制得对应硬度的抛光区的浇注组合物浇注至模具的最内圈圆环侧壁围成的内腔中，固化，脱模，表面打磨，得圆柱块体；模具具有底座12和圆环侧壁13，结构见图3及图4；

其中，浇注组合物为步骤(1)结束时所得的预聚物及表1或表2所示的物质种类及质量份的固化剂组合物(固化剂组合物为芳香族双官能组合物)；

步骤(3)：将步骤(2)所得的圆柱块体置于与所述最内圈圆环侧壁相邻的圆环侧壁内，并与所述相邻的圆环侧壁形成环状内腔，再向所述环状内腔内浇注能够制得对应硬度的抛光区的浇注组合物，固化，脱模，表面打磨，得圆柱块体；

步骤(4)：以此类推，依次浇注直至最外圈圆环侧壁与前次固化所得的圆柱块体之间形成的环状内腔内的浇注组合物完成固化，脱模，表面打磨，即得厚度为12厘米的固化块体；

步骤(5)：将所得固化块体与模具分离，切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，从上至下依次编号为1-60，取出编号为29的薄片，即为对应实施例的一体成型抛光垫。

其中：步骤(2)-(4)中的固化的操作如下：混合均匀的浇注组合物先在70℃下凝胶15分钟，然后在30分钟内将其升温至100℃，固化16小时，固化完成后使其在烘箱内自动降温至室温，随后再进行脱模及表面打磨。

其中，实施例1-3的一体成型抛光垫在成型之后，按本领域常规设有同心圆沟槽，且每一沟槽的宽度为0.1-0.3cm(具体数值见表1)，相邻两个沟槽的间距(指的是中心线之间的距离，也即表1中的节距)为0.5-3cm，最内侧的沟槽的内径为4-5cm，且沟槽的深度见表1，得图1所示的一体成型抛光垫(其中，图1未标识所有的区域，未标出的区域按其序号依次向外)；

其中，实施例4-6的一体成型抛光垫在成型之后，按本领域常规设有网格线沟槽11，且每一沟槽的宽度为0.1-0.6cm(具体数值见表2)，相邻两个沟槽的间距(指的是中心线之间的距离，也即表2中的节距)为0.1-1cm，且沟槽的深度见表2；得图2所示的一体成型抛光垫(其中，图2未标识所有的区域，未标出的区域按其序号依次向外)；

其中，实施例1-6的一体成型抛光垫的结构尺寸见表3。

对比例1-2

步骤(1)：异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理；具体操作如下：将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数为8.75-9.05％，具体数值见表1及表2)升温至80℃，真空(-0.095MPa)下脱气2小时；然后，加入不同质量分数(中空微球体的含量见表4)的平均直径为20微米的中空微球体，搅拌下使中空微球体均匀地分散于预聚物中，得到不同微球含量的组合物；分别将所得不同微球含量的组合物在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时，然后降温至50℃，得到不同微球含量的预聚物。

步骤(2)：采用表1及表2所示的物质种类及质量份的固化剂组合物(固化剂组合物为芳香族双官能组合物)对不同微球含量的预聚物进行固化；具体操作如下：将不同微球含量的预聚物分别与固化剂在高速剪切下混合，然后分别浇铸至模具中，形成厚度为12厘米的浇铸块，并且使之在70℃下凝胶15分钟，然后在30分钟内将其升温至100℃，固化16小时，固化完成后使其在烘箱内自动降温至室温，得固化块体。

步骤(3)：固化块体脱模、切片、固定，制备一般抛光垫；具体操作如下：将所得固化块体与模具分离，切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片)，从上至下依次编号为1-60，取出编号为29的薄片，即为对应的对比例的一般抛光垫；

其中，对比例1-2的一般抛光垫的结构尺寸见表3。

表1实施例1-3和对比例1的抛光层的制备参数

表2实施例4-6及对比例2的抛光层的制备参数

表3实施例1-6和对比例1-2结构尺寸

表4实施例1-6和对比例1-2各区域的微球含量和硬度参数

效果实施例1

该效果实施例主要对抛光层的抛光均匀性和平坦化效率进行了评价。

上述制备方法所得的实施例1-3和对比例1的抛光垫，通过上机测试，对其抛光性能做了综合评价，测试条件如下：

抛光条件：测试机台为AMAT Refelxion(Modify 5Zone)；抛光液为ANJI3060(1:9Dilution,H₂O₂％＝1％)，流速200mL/min；修整盘为Saesol Disk 6045C4，P/C downforce5lbf，Head&Platen RPM:93/87；所用的晶圆(wafer)为Patten wafer:Semitech 754,CuBlanket wafer Pre Thickness 10KA；抛光负荷为350g/cm²，抛光平台转速为35rpm，晶片转速为30rpm。

将实施例1-3和对比例1所得抛光层，制备成抛光垫。在研磨中，记录其寿命周期内2-10h的抛光均匀性和平坦化效率，结果总结于表5和表6中。

表5采用实施例1-6和对比例1-2的抛光垫抛光后的晶圆的均匀度

表6实施例1-6和对比例1-2的抛光垫的平面化时间

表6中，平面化时间指的是晶圆完成平坦化所需的时间。

从表4可以看出，实施例1-6的抛光垫的抛光层的硬度从中心到边缘依次降低。

从表5可以看出，在相同的测试条件下，在抛光时间为2h时，采用实施例与对比例的抛光垫对晶圆的抛光均匀性的影响不大，但在抛光时间为4h以上时，采用实施例的抛光垫的抛光均匀性优于对比例1-2。

从表5还可以看出，在使用10h后，实施例的抛光垫的抛光均匀性甚至还能达到85％以上，远高于对比例1的80％以及对比例2的74％。

从表6还可以看出，实施例的抛光垫的平坦化时间短于对比例的抛光垫；也即，实施例的抛光垫的平坦化效率优于对比例的抛光垫。

基于表4-表6的数据可知：具有从中心到边缘硬度依次降低的抛光垫，能够很好地补偿抛光垫的线性速度的差异，进而会使得抛光垫的磨损率趋于一致，进而使得抛光的平坦化效率和均匀度得到提高。

Claims (29)

1.一种抛光垫的制备方法，其特征在于，所述抛光垫具有抛光层，所述抛光层具有中心抛光区、环绕所述中心抛光区依次设置的一个或一个以上的中间抛光区以及环绕所述中间抛光区设置的外缘抛光区，且所述中心抛光区为圆形，所述中间抛光区为环形，所述外缘抛光区为环形；所述抛光层的肖氏硬度沿所述中心抛光区至所述外缘抛光区的方向依次减小，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.5-5D；

所述抛光层的原料包括如下质量份数的各组分：100份的异氰酸酯封端的预聚物、20-25份的固化剂和1.7-2.6份的中空微球体；

所述制备方法使用的模具具有与所述抛光垫的结构尺寸对应的圆环侧壁，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将能够制得对应硬度的抛光区的浇注组合物浇注至模具的最内圈圆环侧壁围成的内腔中，固化，脱模，表面打磨，得圆柱块体；

(2)将步骤(1)所得的圆柱块体置于与所述最内圈圆环侧壁相邻的圆环侧壁内，并与所述相邻的圆环侧壁形成环状内腔，再向所述环状内腔内浇注能够制得对应硬度的抛光区的浇注组合物，固化，脱模，表面打磨，得圆柱块体；

(3)以此类推，依次浇注直至最外圈圆环侧壁与前次固化所得的圆柱块体之间形成的环状内腔内的浇注组合物完成固化，脱模，表面打磨，即得固化块体；

(4)将所述固化块体进行切片，即得一体成型抛光垫。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0 .6-3D。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为1-3D。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.6-1.6D。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相邻两个抛光区肖氏硬度梯度为0.7D、0.8D、0.9D、1D、1.1D、1.2D、1.3D、1.4D或1.5D。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，各抛光区的肖氏硬度为40-70D；

和/或，所述中心抛光区的肖氏硬度为60-70D；

和/或，所述外缘抛光区的肖氏硬度为40-60D。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，各抛光区的肖氏硬度为58-65D。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述外缘抛光区的肖氏硬度为57.8-58.6D。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中心抛光区的肖氏硬度为60-70D，所述外缘抛光区的肖氏硬度为57.8-58.6D，相邻两个抛光区的肖氏硬度梯度为0.6-1.6D。

10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述中间抛光区的数量为4-13个。

11.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述中间抛光区的数量为4-8个。

12.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述中间抛光区的数量为6-8个。

13.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抛光垫的直径为50-90cm。

14.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抛光垫的直径为60-100cm。

15.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抛光垫的直径为70-85cm。

16.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述中心抛光区的直径为10-20cm；

和/或，除所述中心抛光区之外的各抛光区的宽度为2-15cm。

17.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，除所述中心抛光区之外的各抛光区的宽度为3-15cm。

18.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，除所述中心抛光区之外的各抛光区的宽度为3-10cm。

19.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，除所述中心抛光区之外的各抛光区的宽度为5-7.5cm。

20.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述抛光层上还设有沟槽，所述沟槽用于在抛光过程中接收抛光流体；

其中，所述沟槽为环状沟槽和/或网格线沟槽；

其中，所述沟槽的宽度为0.1-0.6cm；和/或，所述抛光层的背面还设有缓冲垫。

21.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述沟槽的宽度为0.2-0.4cm。

22.一种如权利要求1所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，其中，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述固化包括如下过程：凝胶、升温、固化和降温；其中，所述凝胶的温度为65-75℃；所述凝胶的时间为10-20分钟；所述升温将温度升至90-110℃；所述升温的时间为20-40min；所述固化的时间为15-17小时；所述降温降至15-30℃。

23.一种如权利要求22所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述凝胶的温度为70℃。

24.一种如权利要求22所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述凝胶的时间为15min。

25.一种如权利要求22所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述升温将温度升至100℃。

26.一种如权利要求22所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述升温的时间为30min。

27.一种如权利要求22所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述固化的时间为16h。

28.一种如权利要求22所述的抛光垫的制备方法，其特征在于，步骤(1)和/或步骤(2)和/或步骤(3)中，所述降温降至25℃。

29.一种如权利要求1-19任一项所述制备方法制备的抛光垫在抛光晶圆中的应用。

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