CN112059899B - 薄膜氟聚合物复合cmp抛光垫 - Google Patents

薄膜氟聚合物复合cmp抛光垫 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚合物‑聚合物复合抛光垫，其包括抛光层，所述抛光层具有用于抛光或平坦化基底的抛光表面。聚合物基质形成所述抛光层。氟聚合物颗粒嵌入所述聚合物基质中。其中金刚石磨料材料切割所述氟聚合物颗粒并且在图案化的硅晶片上摩擦所述切割的氟聚合物形成覆盖所述抛光层的至少一部分的薄膜并且所述薄膜的ζ电位在pH为7时比所述聚合物基质更负。由与晶片摩擦形成的抛光表面在1至10nm的穿透深度处的氟浓度比在1至10μm的穿透深度处的本体氟浓度高至少十的原子百分比。

Description

薄膜氟聚合物复合CMP抛光垫
背景技术
化学机械平坦化(CMP)是抛光工艺的一种变体，其广泛用于平面化或平坦化集成电路的构造层，以精确地构建多层三维电路。待抛光的层典型地是已置于在下面的基底上的薄膜(小于10,000埃)。CMP的目的是去除晶片表面上的多余材料，以产生厚度均匀的极其平的层，所述均匀性遍及整个晶片。控制去除速率和去除均匀性是至关重要的。
CMP使用一种液体(通常称为浆料)，所述液体包含纳米尺寸的颗粒。将其进料到安装在旋转压板上的旋转多层聚合物片或垫的表面上。晶片被安装到具有单独的旋转装置的单独的夹具或托架中，并在受控的负载下压在垫的表面上。这导致晶片与抛光垫之间的高相对运动速率(即，在基底与抛光垫表面处都具有高剪切速率)。捕获在垫/晶片接合处的浆料颗粒会研磨晶片表面，从而导致去除。为了控制速率，防止水滑并有效地将浆料输送到晶片下方，将各种类型的纹理结合到抛光垫的上表面中。通过用细小的金刚石阵列研磨垫来产生精细的纹理。这样做是为了控制和提高去除速率，并且通常称为修整。还结合了各种图案和尺寸的较大比例的凹槽(例如，XY、圆形、径向)用于浆料输送调节。
广泛观察到CMP期间的去除速率遵循普雷斯顿方程，速率＝Kp*P*V，其中P是压力，V是速度，并且Kp是所谓的普雷斯顿系数。普雷斯顿系数是作为所使用的消耗品组的特征的总和常数。导致Kp的几个最重要的影响如下：
(a)垫接触面积(主要来自垫的纹理和表面机械特性)；
(b)可用于工作的接触区域表面上的浆料颗粒浓度；和
(c)表面颗粒与待抛光层的表面之间的反应速率。
影响(a)很大程度上取决于垫的特性和修整过程。影响(b)由垫和浆料决定，而影响(c)在很大程度上由浆料特性决定。
高容量多层存储设备(例如3D NAND闪存)的出现导致需要进一步提高去除速率。3D NAND制造过程的关键部分包括以金字塔形楼梯的方式交替地堆积SiO2和Si3N4膜的多层堆叠体。一旦完成，将所述堆叠体以厚SiO2覆盖层覆盖，其必须在完成器件结构之前进行平坦化。这种厚膜通常称为前金属电介质(PMD)。器件容量与分层堆叠体中的层数成正比。当前的商用器件使用32层和64层，并且行业正在迅速发展到128层。在堆叠体中每个氧化物/氮化物对的厚度为约125nm。因此，堆叠体的厚度随层数而直接增加(32＝4,000nm，64＝8,000nm，128＝16,000nm)。对于PMD步骤，假设PMD共形沉积，待去除的覆盖电介质的总量大约等于堆叠体厚度的约1.5倍。
常规电介质CMP浆料的去除速率为约250nm/min。这对于PMD步骤会产生不希望的漫长的CMP处理时间，这现在是3D NAND制造过程中的主要瓶颈。因此，在开发更快的CMP工艺方面已有许多工作。大多数改进都集中在工艺条件(较高的P和V)，改变垫修整工艺以及改进浆料设计，特别是基于二氧化铈的浆料。如果可以开发一种可以与现有工艺和二氧化铈浆料配对的改进的垫，以实现更高的去除速率而又不带来任何负面影响，那么它将构成CMP技术的重大改进。
Hattori等人(Proc.ISET07,p.953-4(2007))公开了用于各种镧系元素颗粒分散体(包括二氧化铈)的ζ电位对pH的对比图。零电荷的pH(通常称为等电点pH)测量为约6.6。低于此pH值，则所述颗粒具有正电势；高于此pH值，则所述颗粒具有负电势。对于无机颗粒，例如二氧化硅和二氧化铈，等电点pH和在等电点pH上下的pH值的表面电荷由表面羟基的酸/碱平衡确定。
对于用市售二氧化铈浆料的抛光电介质和常规垫的情况，颗粒和垫之间的静电吸引导致特征速率取决于浆料中的颗粒浓度。如Li等人(Proceedings of 2015Intl.Conf.onPlanarization,Chandler,AZ,p.273-27(2015)[亚利桑那州钱德勒2015年国际平面会议论文集]，第273-27(2015)页)所讨论的，在低于浆料等电点pH的pH下，胶体二氧化铈颗粒对电介质抛光速率的浓度依赖性在非常低的颗粒浓度(约1％)下显示出饱和行为。高于该浓度，添加更多的颗粒对抛光速率没有影响。对于颗粒/垫相互作用是排斥的***，看不到这种饱和行为。尽管其价格相对较高，但用于电介质抛光的低颗粒浓度二氧化铈浆料的经济利益一直是其商业用途的主要驱动力。
对于使用基于二氧化硅浆料的电介质CMP，所用的大多数浆料都是碱性的，典型地在pH 10或更高的条件下。由于二氧化硅颗粒的等电点pH值为约2.2；结果是它们在浆料pH值下具有高的负电荷。
现有技术的垫设计在很大程度上忽略了垫聚合物的改性，作为实现增加速率的手段。在CMP垫中用于实现提高速率的主要方法如下：
a)在不改变顶垫层组成的情况下优化凹槽设计；
b)在不改变顶垫层组成的情况下改变修整过程；
c)通过改变顶垫层的修整响应，为垫提供更理想的修整响应；和
d)提供具有较高硬度或改进的弹性特性的顶垫层的垫。
尽管有所有这些解决方案，仍然需要开发出平坦化的抛光垫，所述抛光垫能够提高去除速率，而不会显著增加用于阴离子和阳离子颗粒浆料抛光的抛光缺陷。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种聚合物-聚合物复合抛光垫，可用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性基底中至少一个的基底，所述聚合物-聚合物复合抛光垫包括以下项：抛光层，所述抛光层具有用于对所述基底进行抛光或平坦化的抛光表面；形成所述抛光层的聚合物基质，所述聚合物基质具有拉伸强度；以及嵌入所述聚合物基质中的氟聚合物颗粒，所述氟聚合物颗粒的拉伸强度低于所述聚合物基质的拉伸强度，其中金刚石磨料材料切割所述氟聚合物颗粒并且在图案化的硅晶片上摩擦所述切割的氟聚合物形成覆盖所述抛光层的至少一部分的薄膜并且所述薄膜的ζ电位在pH为7时比所述聚合物基质更负，并且其中由与所述晶片摩擦形成的所述抛光表面的通过X射线光电子能谱测量的在1至10nm的穿透深度处以原子百分比的氟浓度比通过X射线光电子能谱测量的在1至10μm的穿透深度处的本体氟浓度高至少十百分比。
本发明的另一个方面提供了一种聚合物-聚合物复合抛光垫，可用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性基底中至少一个的基底，所述聚合物-聚合物复合抛光垫包括以下项：抛光层，所述抛光层具有用于对所述基底进行抛光或平坦化的抛光表面；形成所述抛光层的聚合物基质，所述聚合物基质具有拉伸强度；以及嵌入所述聚合物基质中的氟聚合物颗粒，所述氟聚合物颗粒的拉伸强度低于所述聚合物基质的拉伸强度，其中金刚石磨料材料切割所述氟聚合物颗粒并且在图案化的硅晶片上摩擦所述切割的氟聚合物形成覆盖所述抛光层的至少一部分的薄膜并且所述薄膜的ζ电位在pH为7时比所述聚合物基质更负，并且其中由与所述晶片摩擦形成的所述抛光表面的通过X射线光电子能谱测量的在1至10nm的穿透深度处以原子百分比的氟浓度比通过X射线光电子能谱测量的在1至10μm的穿透深度处的本体氟浓度高至少二十百分比，并且在抛光过程中所述薄膜不覆盖整个抛光表面。
附图说明
图1是聚氨酯抛光垫的接触角对PTFE添加百分比的图。
图2是由高强度聚氨酯抛光垫对含PTFE的形式(version)的摩擦系数数据的测量，所述形式是由胶态二氧化硅浆料和胶态二氧化铈浆料产生的。
图3是高强度聚氨酯抛光垫的修整器碎屑尺寸对具有PFA和PTFE添加所得的图。
图4是QCM图，示出了PFA和PTFE颗粒与二氧化铈晶体之间的相互作用。
图5A是无PTFE颗粒添加的软聚氨酯抛光垫的TEOS去除速率(以
Figure BDA0002532725000000041
/min)的图。
图5B是具有PTFE颗粒添加的软聚氨酯抛光垫的TEOS去除速率(以
Figure BDA0002532725000000042
min)的图。
图6是有或无PTFE颗粒添加的软聚氨酯抛光垫的表面粗糙度的图。
具体实施方式
本发明提供了一种聚合物-聚合物复合抛光垫，可用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性基底中至少一个的基底。本发明对于用包含阳离子磨料颗粒的浆料使图案化的硅晶片平坦化具有特别的价值。本发明的关键要素是通过将氟聚合物颗粒掺入抛光垫的基质中改进顶垫表面特性，以促进浆料颗粒在上表面上的增强吸附。在本发明的垫中出乎意料的并且新颖的效果是以总聚合物浓度约1至20wt％的相对低的浓度)添加低拉伸强度的氟聚合物颗粒可产生改善的去除速率以及期望的具有高的负或正表面ζ电位。除非另有特别说明，否则本说明书中提供的所有浓度均为重量百分比。典型地，氟聚合物的ζ电位比基质的更负，如在pH为7的蒸馏水中测量的。负性的这种增加可以促进带正电的颗粒在抛光期间优先吸引位于抛光垫的抛光表面处的抛光粗糙物(asperities)。为了本说明书的目的，带正电的颗粒包括阳离子颗粒，例如二氧化铈、二氧化钛、氮掺杂的二氧化硅、氨基硅烷涂覆的二氧化硅和用阳离子表面活性剂改性的颗粒。特别地，氟聚合物改性的垫对于用含二氧化铈的浆料抛光非常有效。所述抛光表面是亲水性的，如在蒸馏水中浸泡5分钟后用pH为7的蒸馏水在10μm rms的表面粗糙度下测量的。例如，在pH值7下，聚氨酯通常具有在-5mV至-15mV范围内的ζ电位。聚氨酯的ζ电位在低pH值下典型地为正而随着pH值增加变为负。然而，大多数氟聚合物颗粒是疏水的并且在pH 7下的ζ电位为-20mV至-50mV。氟聚合物的ζ电位随pH值的变化比聚氨酯具有较小的变化。
在抛光过程中，修整器(例如金刚石修整盘)会切割抛光垫，以使新鲜的氟聚合物暴露于表面。这种氟聚合物的一部分向上延伸以在抛光垫上形成凸起的表面区域。然后，晶片在氟聚合物上摩擦，从而在抛光垫表面上形成薄膜。该膜倾向于相当薄，例如十个或更少的原子层厚。所述薄膜非常薄，以至于它们通常使用标准扫描电子显微镜看不到。然而，这种膜的氟浓度通过X射线光电子能谱仪可见。该仪器可测量穿透深度为1至10nm的氟和碳浓度。至关重要的是该膜只能覆盖抛光表面的一部分。如果氟聚合物薄膜覆盖整个表面，则抛光垫在抛光过程中仍保持疏水性。不幸的是，这些疏水垫倾向于提供无效的抛光去除速率。此外，至关重要的是聚合物基质必须保持足够的机械完整性，以便可以促进氟聚合物在聚合物基质上的涂抹。例如并且最有利地，在所述抛光表面下方并与所述抛光层平行地切割所述抛光垫使所述氟聚合物颗粒的一端锚固在所述聚合物基质中，而另一端则可塑性变形至少100％的伸长率。
抛光表面必须在抛光表面处包含足够的基质聚合物，以在抛光过程中润湿所述垫。抛光垫与浆料之间的这种亲水相互作用对于维持有效的浆料分布和抛光是重要的。为了本说明书的目的，亲水性抛光表面是指在蒸馏水(pH 7)中浸泡5分钟后表面粗糙度为10μm rms的抛光垫。金刚石修整产生表面纹理。在某些情况下，可以用砂布(例如砂纸)模拟金刚石的修整。典型地，氟聚合物膜覆盖抛光垫表面的20％至80％。用X射线光电子能谱法与穿透深度为1至10μm的更深穿透能量分散X射线能谱法测得的氟浓度之间的比较提供了所述膜的确凿证据。与在1至10μm的穿透深度处测得的本体基质相比，所述垫在1至10nm的穿透深度处产生的氟浓度高出至少十原子百分比。优选地，与在1至10μm的穿透深度处测得的本体基质相比，这些垫在1至10nm的穿透深度处产生的氟浓度高出至少二十原子百分比。
此外，以总聚合物浓度的约1至20wt％的相对低的浓度添加低拉伸强度氟聚合物的另一出乎意料的效果是，它导致垫修整碎屑的尺寸显著减小。然而，当氟聚合物颗粒占聚合物-聚合物复合垫的2至30体积％时，它们可以有效地起作用。认为这是观察到的缺陷率降低的因素。本发明垫中的出意料的并且新颖的效果是可以通过改变添加到母体聚合物中的特定氟聚合物来改变垫的表面ζ电位。这允许垫对多种类型的浆料产生提高的抛光速率，同时保持期望的垫修整碎屑的小尺寸，从而改善缺陷水平，并保持母垫相对于平坦化的期望特性。另外，负ζ电位可以帮助稳定浆料以限制有害的颗粒沉淀，这可能导致有害的晶片刮擦。因此，这种颗粒沉淀的限制通常可以导致较低的抛光缺陷。
将氟聚合物颗粒添加到诸如聚氨酯嵌段共聚物的母体聚合物中形成了多元聚合物复合物。优选地，基质是包含硬链段和软链段的聚氨酯嵌段共聚物。与许多其他材料不同，氟聚合物不会与聚氨酯基质形成键或键连，而是作为单独的聚合物或相存在。该基质可以是多孔的或无孔的。优选的是，氟聚合物比周围的基质显著更软并且更具延展性。已经发现，这种低拉伸强度允许氟聚合物涂抹并形成覆盖基质的薄膜。低拉伸强度结合涂抹对于获得出色的抛光效果至关重要。此外，氟聚合物的添加削弱了抛光垫，但是减少了在抛光期间形成的1至10μm的碎屑颗粒的量。当少量添加(1-20重量％)时，所得材料仍然具有适合用作抛光垫的机械特性。但是对垫修整过程的响应却大不相同。实际上，当氟聚合物的一端被捕获在抛光基质中时，其能够100％伸长。这些氟聚合物倾向于填充表面粗糙物之间的间隙并降低表面粗糙度。
氟化聚合物颗粒(PTFE，PFA)在商用垫配方中用作粉末时表现出在用阳离子磨料抛光半导体基底时改善的缺陷和抛光去除速率。可接受的氟化添加剂的化学结构如下：
(a)PTFE(聚四氟乙烯)
Figure BDA0002532725000000071
(b)PFA(四氟乙烯(TFE)和全氟烷基乙烯基醚(PFAVE)的共聚物)
Figure BDA0002532725000000072
(c)FEP(四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物)
Figure BDA0002532725000000073
(d)PVF(聚氟乙烯)
Figure BDA0002532725000000074
氟聚合物的其他可接受的例子是ETFE(乙烯四氟乙烯)，PVDF(聚偏二氟乙烯)和ECTFE(乙烯氯三氟乙烯)。优选地，该氟聚合物选自PTFE、PFA、FEP、PVF、ETFE、ECTFE及其组合。
许多疏水性烃聚合物(例如，氟封端的聚四氟乙烯(PTFE))在水中的负ζ电位很高，通常小于-20mV，并且具有很大的疏水性，其中静态水接触角高于100度。但是，接触角滞后极低。在水中典型的前进、静止和后退接触角分别为110°、110°和95°，即，材料表面保持高度疏水性。PTFE高度ζ负电位的解释很简单，这是由于水偶极子在聚合物表面处的高取向度以及低表面极性。其他疏水性氟聚合物，例如聚氟乙烯(PVF)，具有类似的静态水接触角，但在水中的正ζ电位较高，典型地大于+30mV。PVF与PTFE的不同之处在于其极性更大。ζ的正电位是由于存在含氮聚合引发剂，这些引发剂会分解并封端氟聚合物。例如，偶氮引发剂可以形成用于多种氟聚合物的阳离子氟聚合物颗粒，包括PTFE、PFA、FEP、PVF、ETFE、ECTFE及其组合。最优选地，阳离子氟聚合物是PVF。
在修整过程中，嵌入金属或陶瓷基质中的金刚石晶体充当切削工具，切入垫中并去除材料以形成最终的表面纹理。存在两种金刚石修整相互作用基本模式，塑性变形和断裂。虽然每单位面积的金刚石颗粒的类型、大小和数量会产生影响，但抛光垫结构对材料去除的方式影响更大。在一个极端情况下，预计固体高韧性聚合物会在很大程度上导致修整磨损的塑性模式，产生沟纹，但不一定会去除团块。在另一种极端情况下，脆性玻璃状聚合物将有利于通过断裂的垫去除，从而导致大块垫表面被释放到浆料中。对于聚合物复合材料或聚合物泡沫，空隙或添加剂的体积分数趋于使修整模式向断裂移动，因为需要破坏的垫聚合物结合较少，以释放出大致等于所述空隙或第二相之间的空隙空间的体积。对于当前在CMP垫中使用的闭孔聚氨酯泡沫，这些断裂碎片的尺寸相当大，典型地尺寸为数十微米。由于这些垫是相对坚硬的聚合物，因此，如果在CMP过程中在压力下将所述尺寸范围内的颗粒捕获在浆料膜中，则已显示出其对待抛光的晶片造成刮擦损伤。对于本发明的垫而言，氟聚合物颗粒的添加，特别是对于小直径的氟聚合物颗粒的加入，显著减小了修整碎屑的尺寸，因为它们的作用是进一步削弱在泡孔空隙之间的间隙空间中的材料的拉伸强度。这有助于减少抛光过程中的刮擦密度。
当本发明的垫中的氟聚合物颗粒在抛光过程中暴露在垫表面处时，由垫和晶片的相对运动引起的高剪切速率以及氟聚合物颗粒的低剪切强度导致氟聚合物塑性流动到垫表面的相邻部分上。随着时间的流逝，这会在晶片表面上形成不连续的氟聚合物膜。在低水平的颗粒添加下，这将导致由富含氨基甲酸酯和富氟聚合物的区域组成的异质表面。具有此类异质表面的抛光垫可具有显著的用于带相反电荷颗粒的抛光速率提高。该异质表面的有效ζ电位由所用的氟聚合物和相对的覆盖面积控制。例如，使用具有负ζ电位的PTFE颗粒产生的垫表面相对于母体聚合物具有增强的负ζ电位。
以类似的方式，当使用本发明的垫时产生的修整碎屑也将吸引浆料颗粒。由于这些碎屑颗粒很小，因此预期浆料颗粒的吸附会导致形成浆料颗粒/垫颗粒聚集体。形成这些聚集体的抛光操作明显比常规的抛光垫有害，这有两个原因。首先，由于母体碎屑要小得多，因此生成的聚集体也将相应地更小。第二，由于聚集体的表面具有异质性，因此预期它们具有低结合强度。最后，氟聚合物可以稳定浆料并减缓颗粒沉降。对于含二氧化铈和其他阳离子的浆料，这可能很重要。例如，氟聚合物颗粒在含有阳离子颗粒的浆料中具有如下沉降敏感性：a)确定浆料的沉降斜率(％/小时)；b)确定浆料加0.1wt％氟聚合物颗粒的沉降斜率(％/小时)；并且c)斜率a)-斜率b)≥5％/小时。因为浆料仅在抛光垫上花费有限的时间，所以斜率的小变化可以显著减少抛光缺陷。
通过选择要掺入的氟聚合物添加剂并使之与浆料颗粒和pH相匹配的新颖方法，本发明的垫可用于多种浆料，以实现提高的抛光速率并降低缺陷率。
根据本发明的CMP抛光垫可以通过以下方法制造：提供异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物；单独提供可固化组分；将异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物与可固化剂组分组合形成组合；使组合反应从而形成产物；由产物形成抛光层，例如通过刮削产物以形成所需厚度的抛光层并例如通过对其机械加工来对抛光层进行开槽；形成具有抛光层的化学机械抛光垫。
在本发明的化学机械抛光垫的抛光层的形成中使用的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物优选包括：成分的反应产物，包括：多官能异氰酸酯和含有两种或多种组分(其中之一是氟聚合物粉末)的预聚物多元醇混合物。氟聚合物粉末不与异氰酸酯反应。而是，将其添加到预聚物中以在最终聚合步骤之前产生均匀的分散体。
在本发明的化学机械抛光垫的抛光层的形成中使用的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物优选包括：成分的反应产物，包括：多官能异氰酸酯和含有两种或多种组分(其中之一是氟聚合物粉末)的预聚物多元醇混合物。氟聚合物粉末不与异氰酸酯反应。而是，将其添加到预聚物中以在最终聚合步骤之前产生均匀的分散体。
本发明适用于多种聚合物基质，例如聚氨酯、聚丁二烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯聚砜和聚碳酸酯。优选地，基质是聚氨酯。为了本说明书的目的，“聚氨酯”是衍生自双官能或多官能异氰酸酯的产物，例如聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨酯、聚脲、聚氨酯脲、其共聚物及其混合物。根据的CMP抛光垫可以通过以下方法制造：提供异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物；单独提供可固化组分；并且将异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物和固化剂组分混合形成组合，然后使所述组合反应形成产物。可以通过将浇铸的聚氨酯滤饼切成所需的厚度并在抛光层上开槽或打孔来形成抛光层。任选地，在浇铸多孔聚氨酯基质时，用IR辐射，感应电流或直流电对饼模进行预热可以降低产品的可变性。任选地，可以使用热塑性或热固性聚合物。最优选地，该聚合物是交联的热固性聚合物。
优选地，用于形成本发明化学机械抛光垫的抛光层的多官能异氰酸酯选自脂族多官能异氰酸酯，芳族多官能异氰酸酯及其混合物。更优选地，用于形成本发明的化学机械抛光垫的抛光层的多官能异氰酸酯是选自由以下组成的组的二异氰酸酯：2,4-甲苯二异氰酸酯；2,6-甲苯二异氰酸酯；4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯；萘-1,5-二异氰酸酯；甲苯胺二异氰酸酯；对亚苯基二异氰酸酯；苯二甲基二异氰酸酯；异佛尔酮二异氰酸酯；六亚甲基二异氰酸酯；4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯；环己烷二异氰酸酯；及其混合物。还更优选地，用于形成本发明的化学机械抛光垫的抛光层的多官能异氰酸酯是通过二异氰酸酯与预聚物多元醇反应形成的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。
优选地，用于形成本发明的化学机械抛光垫的抛光层的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物具有2至12wt％的未反应的异氰酸酯(NCO)基团。更优选地，用于形成本发明的化学机械抛光垫的抛光层的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物具有2至10wt％(还更优选4至8wt％；最优选5至7wt％)的未反应的异氰酸酯(NCO)基团。
优选地，用于形成多官能异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物的预聚物多元醇选自由以下组成的组：二醇、多元醇、多元醇二醇、它们的共聚物及其混合物。更优选地，预聚物多元醇选自由以下组成的组：聚醚多元醇(例如，聚(氧四亚甲基)二醇，聚(氧亚丙基)二醇及其混合物)；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己内酯多元醇；它们的混合物；以及它们与一种或多种选自由以下组成的组的低分子量多元醇的混合物：乙二醇；1,2-丙二醇；1,3-丙二醇；1,2-丁二醇；1,3-丁二醇；2-甲基-1,3-丙二醇；1,4-丁二醇；新戊二醇；1,5-戊二醇；3-甲基-1,5-戊二醇；1,6-己二醇；二乙二醇；二丙二醇和三丙二醇。还更优选地，预聚物多元醇选自由以下组成的组：聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)；基于酯的多元醇(例如己二酸乙二酯、己二酸丁二酯)；聚丙烯醚二醇(PPG)；聚己内酯多元醇；其共聚物；及其混合物。更优选地，预聚物多元醇选自由以下组成的组：PTMEG和PPG。
优选地，当预聚物多元醇为PTMEG时，异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物的未反应异氰酸酯(NCO)浓度为2至10wt％(更优选为4至8wt％；最优选为6至7wt％)。可商购的基于PTMEG的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物的实例包括
Figure BDA0002532725000000101
预聚物(从美国科意公司(COIM USA,Inc.)可得，例如PET-80A，PET-85A，PET-90A，PET-93A，PET-95A，PET-60D，PET-70D，PET-75D)；
Figure BDA0002532725000000117
预聚物(从科聚亚公司(Chemtura)可得，例如LF 800A，LF900A，LF 910A，LF 930A，LF 931A，LF 939A，LF 950A，LF 952A，LF 600D，LF 601D，LF 650D，LF 667，LF 700D，LF750D，LF751D，LF752D，LF753D和L325)；
Figure BDA0002532725000000118
预聚物(从安德森开发公司(Anderson Development Company)可得，例如70APLF，80APLF，85APLF，90APLF，95APLF，60DPLF，70APLF，75APLF)。
优选地，当预聚物多元醇为PPG时，异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物的未反应异氰酸酯(NCO)浓度为3至9wt％(更优选为4至8wt％；最优选为5至6wt％)。可商购的基于PPG的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物的实例包括
Figure BDA0002532725000000111
预聚物(从美国科意公司可得，例如PPT-80A，PPT-90A，PPT-95A，PPT-65D，PPT-75D)；
Figure BDA0002532725000000112
预聚物(从科聚亚公司可得，例如LFG 963A，LFG 964A，LFG 740D)；和
Figure BDA0002532725000000113
预聚物(从安德森开发公司可得，例如8000APLF，9500APLF，6500DPLF，7501DPLF)。
优选地，用于形成本发明的化学机械抛光垫的抛光层的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物是具有少于0.1wt％的游离甲苯二异氰酸酯(TDI)单体含量的低游离异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。
也可以使用基于非TDI的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。例如，异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物包括通过4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与多元醇如聚四亚甲基二醇(PTMEG)与任选的二醇如1,4-丁二醇(BDO)反应形成的那些。当使用这样的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物时，未反应的异氰酸酯(NCO)的浓度优选为4至10wt％(更优选为4至10wt％，最优选5至10wt％)。该类别中可商购的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物的实例包括
Figure BDA0002532725000000115
预聚物(从美国科意公司可得，例如27-85A，27-90A，27-95A)；
Figure BDA0002532725000000114
预聚物(从安德森开发公司可得，例如IE75AP，IE80AP，IE 85AP，IE90AP，IE95AP，IE98AP)；以及
Figure BDA0002532725000000116
预聚物(从科聚亚公司可得，例如B625，B635，B821)。
本发明的化学机械抛光垫的抛光层可以进一步包含多个微元件。优选地，多个微元件均匀分散在整个抛光层中。优选地，多个微元件选自截留的气泡、中空心聚合物材料、液体填充的中空心聚合物材料、水溶性材料以及不溶性相材料(例如，矿物油)。更优选地，多个微元件选自遍及抛光层均匀分布的截留的气泡以及中空心聚合物材料。优选地，多个微元件具有小于150μm(更优选地小于50μm；最优选地10至50μm)的重均直径。优选地，多个微元件包括具有聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物的壳壁的聚合物微球(例如来自阿克苏诺贝尔公司(Akzo Nobel)的
Figure BDA0002532725000000121
微球)。优选地，多个微元件以0至50vol.％的孔隙率(优选地10至35vol.％的孔隙率)掺入抛光层中。所述vol.％的孔隙率是通过将未填充的抛光层的比重与含微元件的抛光层的比重之差除以未填充的抛光层的比重而确定的。优选地，氟聚合物颗粒的平均粒径小于聚合物微元件的平均间距，以改善颗粒分布，降低粘度并促进浇铸。
本发明的CMP抛光垫的抛光层可以以多孔和无孔(即，未填充)构造提供。优选地，本发明的化学机械抛光垫的抛光层表现出0.4至1.15g/cm3的密度(更优选0.70至1.0；根据ASTM D1622(2014)测量的)。
优选地，本发明的化学机械抛光垫的抛光层显示出如根据ASTM D2240(2015)测量的28至75的肖氏D硬度。
优选地，抛光层的平均厚度为20至150密耳(510至3,800μm)。更优选地，抛光层的平均厚度为30至125密耳(760至3200μm)。更优选地，40至120密耳(1,000至3,000μm)；并且最优选50至100密耳(1300至2500μm)。
优选地，本发明的CMP抛光垫被适配成与抛光机的压板连接。优选地，CMP抛光垫被适配成固定在抛光机的压板上。优选地，可以使用压敏粘合剂和真空中的至少一种将CMP抛光垫固定到压板上。
优选地，本发明的CMP抛光垫任选地进一步包括至少一个与抛光层连接的附加的层。优选地，CMP抛光垫任选地进一步包括粘附至抛光层的可压缩基层。所述可压缩基层优选地改进抛光层与被抛光的基底的表面的一致性。
最终形式的本发明的CMP抛光垫还包括在其上表面上结合一个或多个维度的纹理。这些可以根据它们的尺寸分为宏观纹理或微观纹理。用于CMP控制流体动力学响应和/或浆料传输的常规类型的宏观纹理，并且包括但不限于具有许多构造和设计的凹槽，例如环形、径向和阴影线。这些可以通过机械加工工艺形成为均匀的薄片，或者可以通过网状成型工艺直接在垫表面上形成。常见类型的微纹理类型是更细尺度的特征，这些特征会产生大量表面粗糙物，这些粗糙物是与发生抛光的基底晶片的接触点。常见类型的微纹理包括但不限于在使用前、使用中或使用后，通过与诸如金刚石的硬颗粒阵列的研磨形成的纹理(通常称为垫修整)，以及在垫制造过程中形成的微纹理。
基底抛光操作中的重要步骤是确定工艺的终点。用于终点检测的一种通用的原位方法涉及提供具有窗口的抛光垫，所述窗口对于选定波长的光是透明的。在抛光期间，将光束通过窗口引导至基底表面，在所述晶片表面上，所述光束反射并且穿过所述窗口回到检测器(例如，分光光度计)。基于返回的信号，可以确定基底表面的特性(例如，其上的膜厚度)，用以终点检测目的。为了有助于此类基于光的终点方法，本发明的化学机械抛光垫任选地进一步包括终点检测窗口。优选地，所述终点检测窗口选自并入抛光层中的集成窗口；以及并入化学机械抛光垫中的***式终点检测窗口块。对于具有足够透射率的本发明的未填充的垫，上垫层本身可以用作窗口孔。如果本发明的垫的聚合物相表现出相分离，则还可以通过在制造过程中局部增加冷却速率以局部抑制相分离来产生顶垫材料的透明区域，从而产生适合用作终结点窗口的更透明材料的区域。
如本发明的背景技术中所述，CMP抛光垫与抛光浆料一起使用。通过选择要掺入的氟聚合物添加剂并使之与浆料颗粒和pH相匹配的新颖方法，本发明的垫可用于多种浆料，以实现提高的抛光速率并降低缺陷率。
本发明的CMP抛光垫设计用于pH值高于或低于所用颗粒的等电点pH值的浆料。可以基于简单的标准通过选择氟聚合物来选择最大速率。例如，CeO2具有约6.5的等电点pH。低于此pH值，颗粒表面具有净正电荷。高于此pH值，该颗粒具有净负电荷。如果浆料pH值低于浆料颗粒的等电点pH，则选择含有在该pH值时具有负ζ电位的氟聚合物颗粒添加的垫将产生最大去除速率改进，例如PTFE或PFA。以类似的方式，对于使用具有高pH值(例如10)的胶体或气相二氧化硅颗粒的浆料，通过选择含有添加在该pH值下具有正ζ电位的氟聚合物颗粒(即PVF)的垫，可以实现最大抛光速率。这是一种非常吸引人的功能，因为它可以提高几乎所有浆料的速率。
当与二氧化硅浆料一起使用时，本发明的垫的显著的新优点是，如本发明的背景技术中所述，本发明的垫与二氧化硅颗粒之间的静电吸引的额外作用是实现显著降低用于产生现有技术达到的抛光速率的颗粒的量的能力。这为使用者提供了明显的成本优势。
本发明的CMP垫可以通过与热固性聚氨酯相容的多种方法来制造。这些方法包括将上述成分混合并且浇铸到模具中、退火、并且然后切成所需厚度的片。作为替代方案，它们可以制成更精确的网状形式。根据本发明的优选方法包括：1.热固性注射成型(通常称为“反应注射成型”或“RIM”)；2.热塑性或热固性注射吹塑成型；3.压缩成型；或4.放置可流动材料并固化，从而产生垫的宏观纹理或微观纹理的至少一部分的任何类似类型的方法。在本发明的优选模制实施例中：1.迫使可流动的材料进入结构或基底之中或之上；2.在结构或基底固化时赋予材料表面纹理，并且3.然后将结构或基底与固化的材料分离。
现在将在以下实例中详细地描述本发明的一些实施例。
实例：样品制备
抛光垫样品：高强度聚氨酯(样品A)，孔径为40μm的中等孔隙率聚氨酯(样品B)和孔径为20μm的低孔隙率聚氨酯(样品C)，在上垫材料中使用四种不同的商业氟聚合物粉末：PTFE-1(Chemours ZonylTM MP-1000颗粒)，PTFE-2(Chemours ZonylTM MP-1200颗粒)，PFA(四氟乙烯(TFE)和全氟烷基乙烯基醚(PFAVE)共聚物Solvay P-7010颗粒)以及PVF(氮封端的聚氟乙烯颗粒)生产。根据制造商的数据，表面加权平均粒径为MP-1000 1.6μm，MP-1200-1.7μm对比8.9μm，对于PFA样品。将氟聚合物粉末添加到聚氨酯配方的预聚物组分中，然后再与垫中存在的固化剂组分和气体或液体填充的聚合物微元件组分混合，以确保在最终固化的聚氨酯中均匀分布。制备后，制备并且测试有和无氟聚合物颗粒的等效垫。
实例1
进行了一组样品A的物理特性，该组样品A在有和无10重量百分比的PTFE-1和PFA添加的情况下进行。如下表所示，值得注意的变化是拉伸强度，硬度和绝大多数机械特性的降低。特别令人关注的是添加量对剪切储能模量(G')的影响(这是弹性行为的特征)与对剪切损耗模量(G”)的影响之间的差异，后者表示样品中耗散的能量。相对于对照，在40℃时的剪切储能模量G'显著降低(对于PFA为-31％并且对于PTFE为-45％)。剪切损耗模量G”显示出类似的趋势(对于PFA为-26％并且对于PTFE为-37％)。虽然所有样品主要是弹性聚合物，但PFA和PTFE添加的tanδ(G”与G'的比率)分别增加了6％和14％。这是氟聚合物添加引起的能量耗散增加的直接量度。观察到拉伸强度的类似趋势，对于PFA添加降低了6％，而对于PTFE添加降低了14％。
表1.有或无氟聚合物颗粒添加的高强度抛光垫的物理特性对比
Figure BDA0002532725000000151
数据表明，氟聚合物掺杂的材料相对于母体材料具有降低的物理特性。物理特性的这种降低表明氟聚合物的拉伸强度小于样品A的基质的拉伸强度。拉伸强度根据ASTMD412测量。
氟聚合物掺杂垫的显微镜分析显示通过EDS分析证实存在离散的氟聚合物颗粒，这些颗粒随机分布在聚合物基质中。碳氟化合物颗粒未显示出对也存在的柔性聚合物微元件的吸引或相互作用的证据。
实例2
去离子水的接触角是在样品B的一组中孔聚氨酯垫上测量的，所述垫在制造过程中添加了不同量的PTFE-2。如图1所示，接触角随PTFE含量的增加而直接增加，达到稳态值约140度(PTFE含量为7.5％)。显然，所有同时具有PTFE和PFA添加的垫都比母体垫具有更大的疏水性。尽管如此，所述抛光表面是亲水性的，如在蒸馏水中浸泡5分钟后用pH为7的蒸馏水在10μm rms的表面粗糙度下测量的。
实例3
为了证明本发明的有益效果，在有或无PTFE和PFA添加的一组高强度样品A垫上进行了抛光测试。每种添加的氟聚合物的浓度为8.1％。在应用材料Mirra CMP抛光工具上的每次测试中，使用60 200mm TEOS监控晶片在每个垫组上测试了三种浆料。所使用的浆料是两种二氧化铈浆料(Asahi CES333F2.5和DA Nano STI2100F)和气相二氧化硅浆料(CabotSS25)。使用的条件是3psi(20.7kPa)下压力，93rpm压板速度，87rpm托架速度和150ml/min的浆料流量。修整器因浆料类型而异。对于二氧化铈浆料，使用了Saesol LPX-C4金刚石修整器盘。对于二氧化硅浆料，使用Saesol AK45修整器盘。所有修整器均与7磅力(3.2千克力)的抛光条件同时使用。对于每次运行，都要在7磅力(3.2千克力)的作用下进行20分钟的垫磨合修整步骤，以确保均匀的初始垫纹理。抛光去除速率和缺陷率总结如下表2和2A所示。实例3中的抛光对于Asahi和DaNano浆料在低于二氧化铈的等电点的pH下发生并且对于二氧化硅与SS25浆料在高于等电点的pH下发生。
表2
Figure BDA0002532725000000161
表2A
Figure BDA0002532725000000162
当将本发明的含氟聚合物颗粒的垫与含阳离子二氧化铈的浆料一起使用时，抛光速率显著提高并且缺陷水平(特别是划痕和颤痕)显著降低。当使用含阴离子二氧化硅的浆料时，没有得到这样的改善。二氧化铈增加速率和降低缺陷的这种电荷特异性响应是出乎意料的。
为了对观察到的改进有更多的了解，进行了一些测试。对具有PFA添加剂的样品A的抛光后抛光垫粗糙度比较表明了相对于对照而言，粗糙度降低了(通过纳米聚焦激光轮廓仪测量的粗糙度以rms降低了18％)。另外，在抛光过程中，使用含二氧化铈的浆料(CES333F2.5)和基于二氧化硅的浆料(Klebosol 1730)，对于有或无8.1wt％的PTFE添加的高强度垫，进行了摩擦系数(COF)的测量。抛光条件与表2和2A中所述的测试条件相同。如图2所示，对于二氧化硅浆料，在测试的下压力范围内，对照样品与PTFE样品之间的COF值无显著差异。对于二氧化铈浆料，对照样品和PTFE样品均观察到较高的COF。在较高的下压力下，未观察到COF的显著差异，表明PTFE垫添加剂未充当润滑剂。尽管PTFE样品在整个下压力测试范围内具有近乎恒定的COF，但在下压力低于2psi(13.8kPa)时，对照垫显示出COF升高。差异归因于观察到的含PTFE垫片的较低粗糙度。
进行了另一项测试，以了解氟聚合物添加对修整过程的影响。在此测试中，将Buehler台式抛光机用于模拟修整过程的效果。安装垫样品并用Saesol AK45修整器盘进行修整，该盘以10磅力(4.5kgf)与去离子水一起使用，以模拟垫磨合。在磨合周期的开始和结束时采集流出物样品，并使用Accusizer颗粒分析工具测量粒度分布。如图3所示，相对于对照垫，对含PTFE和PFA两者的垫均观察到垫碎屑尺寸分布的显著减小。对于1-10微米范围内的颗粒，发生最大的尺寸减小。这与将两种氟聚合物添加到母垫上时划痕缺陷的减少是一致的。
尽管上面概述的测试可以解释本发明的缺陷率改进的一个方面，但是它并未阐明观察到的抛光速率的提高。因此，进行了另外的测试。
使用石英晶体微量天平(QCM)测量来探测二氧化铈(铈氧化物)与垫样品中使用的氟聚合物添加剂之间的相互作用。在QCM测量期间，将在去离子水(pH 6)中的PTFE和PFA颗粒的稀释分散体穿过包含二氧化铈晶体的流动池。通过灵敏的微量天平测量的质量增加证明了颗粒在二氧化铈晶体上的吸附。如图4所示，观察到二氧化铈晶体与几种不同尺寸的PTFE/PFA颗粒之间具有吸引作用。由于二氧化铈晶体在测试pH下的ζ电位为正，结果表明氟聚合物颗粒具有负的ζ电位。这表明极高的负ζ电位，这是由疏水表面及其对水偶极子取向的影响所驱动的。这种作用与聚氨酯的(负)ζ电位非常不同，后者是由聚合物链中存在的结构羟基驱动的。
该测试和其他提供的数据得出的结论是，垫表面处的氟聚合物颗粒的存在有助于通过增加二氧化铈颗粒对垫表面的总吸引力来提高抛光速率，并且从而提高了抛光期间每单位时间颗粒/晶片相互作用的总数。当在浆料中使用带负电的二氧化硅颗粒时，不会发生这种作用，因为静电排斥可防止出现理想的高表面颗粒浓度。
此外，使用Lumisizer分散分析仪沉降研究评估了浆料的稳定性。分散分析仪根据ISO/TR 1309、ISO/TR 18811、ISO18747-1和ISO13318-2进行操作。将有和无氟聚合物添加剂的浆料样品离心，其中通过测量的样品的光透射率来确定浆料颗粒沉降的速度。这是浆料稳定性以及因此聚集度的量度。表3示出了有或无0.1wt％添加剂的情况下的测量斜率。如果氟聚合物颗粒不润湿，则必须根据需要润湿颗粒，以使表面活性剂的用量最少，例如得自斯泰潘公司(Stepan Company)的MerpolTM A醇磷酸酯非离子表面活性剂以使颗粒水溶。
表3
Figure BDA0002532725000000181
具有添加剂的样品的斜率始终低于无添加剂的样品的斜率，这表明它们的沉降速度较慢并且因此更稳定。这表明缺陷的减少也可能源于防止含二氧化铈颗粒的浆料(例如DANano和Asahi)的氧化铈颗粒聚集。二氧化硅浆料(例如SS25)的相对稳定性可以解释使用氟聚合物添加剂看到的有限缺率性改善，因为二氧化铈更易于聚集。
实例4
为了进一步说明氟聚合物的添加在抛光过程中对垫表面特性的影响，使用低孔隙率聚氨酯样品C作为基材并添加不同的PTFE-2颗粒制备了一系列垫。使用实例3中所述的方法和浆料对每个样品进行抛光。进行抛光测试后，通过X射线光电子能谱(XPS)和能量色散X射线能谱(EDS)分析每个垫的抛光样品，以获得有关抛光效果的组成信息。XPS的表面穿透深度为约1-10nm，使其成为确定表面区域组成的极为灵敏的方法，而EDS的穿透深度为约1-10um，其给出关于本体浓度的信息。
表4.
Figure BDA0002532725000000191
如表4所示，所用的含氟聚合物垫的表面示出在外表面处相对于本体大量的氟富集。这有力地证明了抛光过程中垫表面上存在碳氟化合物膜。
实例5
为了获得有关本发明的垫的抛光垫表面层的特征的更多信息，在对照垫和本发明的包含10wt％PTFE的垫上进行抛光测试。使用实例4的抛光垫，在实例3中描述整个过程和浆料。对于此测试，使用了三种不同的修整器来评估它们对抛光速率和纹理的影响。修整器AB45是为与二氧化铈浆料一起使用而开发的修整器，其产生低粗糙度的抛光垫表面。修整器AK45是一种更具侵蚀性的修整器，具有更高的密度的更大金刚石。修整器LPX-V1是非常有侵蚀性的修整器，采用了大和小金刚石的组合。抛光后，使用NanoFocus非接触式激光轮廓仪检查所用垫的表面纹理。
图5A示出了在三种不同的抛光压力(2、3和4psi，13.8、20.7和27.6kPa)下测试的三个修整器各自对现有技术对照垫的TEOS去除速率。低粗糙度修整器产生最高去除速率，而其他两种修整器的去除速率效果差异很小。对于本发明的垫(图5B)，所有三种修整器的抛光速率均显著高于相对于对照的所有三种修整器。
使用纳米聚焦共聚焦3D表面度量工具在抛光区域的中点处进行轮廓测量。每个垫和修整器根据ISO 25178测量的均方根(rms)粗糙度的比较如图6所示。对于现有技术的对照垫，RMS粗糙度随修整器的侵蚀性而直接增加。相反，对于所有修整器，本发明垫的RMS粗糙度明显较低。
实例6
为了进一步说明对氟聚合物添加ζ电位对速率的临界性，使用与实例3中使用的相同的基于二氧化硅和二氧化铈基商业浆料，评估了用PVF颗粒添加制备的垫的ζ电位和抛光性能。如下表5所示，对于实例3的垫中使用的添加剂和氮封端的PVF的ζ电位完全不同。
表5.氟聚合物粉末的ζ电位
样品 ζ电位(mV)
PTFE，在水中 -36.3
PFA，在水中 -47.3
PVF，在水中 33.6
PTFE和PFA的ζ电位为高负，而使用的PVF的ζ电位为强正。将阳离子PVF添加到本发明的垫中产生了包含正和负表面电荷区域的异质表面。尽管整个垫表面是负电的，但所提供的垫表面仍吸引具有负电荷的浆料颗粒(例如胶体二氧化硅)，同时抛光速率相应提高。同样，在pH值低于颗粒的等电点pH值的浆料中，对带有正电荷的浆料颗粒(如二氧化铈)的排斥力会产生去除速率降低，这是因为垫表面上的吸引面积减小了并且垫接触面上的活性浆料中的颗粒相应地减少了。
因此，使用低孔隙率聚氨酯抛光垫样品的样品C，在样品制造过程中有或无10wt％的PVF添加进行对比抛光测试。这些垫使用与在实例3中相同的条件用来抛光TEOS晶片。
表6.
Figure BDA0002532725000000211
如表6所示，抛光速率结果显示出与实例4相反的趋势，即，本发明的带有阳离子添加剂的垫提高了带负电的二氧化硅浆料的速率，而与带正电的颗粒的浆料一起使用时速率降低了。
本发明的聚合物-聚合物复合抛光垫提供了抛光去除速率的出乎意料的大增加，同时抛光缺陷大大减少。相对少量的氟聚合物颗粒覆盖小于整个表面，以提高抛光效率，同时又不折损有效浆料分配所需的抛光垫的亲水性表面。

Claims (10)

1.一种聚合物-聚合物复合抛光垫，用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性基底中至少一个的基底，所述聚合物-聚合物复合抛光垫包括以下项：
抛光层，所述抛光层具有用于对所述基底进行抛光或平坦化的抛光表面；
形成所述抛光层的聚合物基质，所述聚合物基质具有拉伸强度；和
嵌入所述聚合物基质中的氟聚合物颗粒，所述氟聚合物颗粒的拉伸强度低于所述聚合物基质的拉伸强度，其中金刚石磨料材料切割所述氟聚合物颗粒并且在图案化的硅晶片上摩擦所述切割的氟聚合物形成覆盖所述抛光层的至少一部分的薄膜并且所述薄膜的ζ电位在pH为7时比所述聚合物基质更负，并且其中由与所述硅晶片摩擦形成的所述抛光表面的通过X射线光电子能谱测量的在1至10nm的穿透深度处以原子百分比的氟浓度比通过X射线光电子能谱测量的在1至10μm的穿透深度处的本体氟浓度高至少十百分比。
2.如权利要求1所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中由嵌入聚合物基质中的氟聚合物形成的薄膜覆盖小于整个抛光表面并且所述抛光表面是亲水性的，所述亲水性是在蒸馏水中浸泡5分钟后用pH为7的蒸馏水在10μm rms的表面粗糙度下测量的。
3.如权利要求1所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中所述氟聚合物颗粒具有比所述聚合物基质更负的ζ电位，所述更负的ζ电位是在蒸馏水中在pH 7下优先吸引带正电的磨料颗粒所测量的。
4.如权利要求1所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中当使用阳离子带电磨料颗粒时，所述薄膜从阳离子颗粒浆料中吸引带正电的颗粒，以提高抛光去除速率。
5.如权利要求1所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中在所述抛光表面下方并与所述抛光层平行地切割所述抛光垫使所述氟聚合物颗粒的一端锚固在所述聚合物基质中，而另一端则能够塑性变形至少100％的伸长率。
6.一种聚合物-聚合物复合抛光垫，用于抛光或平坦化半导体、光学和磁性基底中至少一个的基底，所述聚合物-聚合物复合抛光垫包括以下项：
抛光层，所述抛光层具有用于对所述基底进行抛光或平坦化的抛光表面；
形成所述抛光层的聚合物基质，所述聚合物基质具有拉伸强度；和
嵌入所述聚合物基质中的氟聚合物颗粒，所述氟聚合物颗粒的拉伸强度低于所述聚合物基质的拉伸强度，其中金刚石磨料材料切割所述氟聚合物颗粒并且在图案化的硅晶片上摩擦所述切割的氟聚合物形成覆盖所述抛光层的至少一部分的薄膜并且所述薄膜的ζ电位在pH为7时比所述聚合物基质更负，并且其中由与所述硅晶片摩擦形成的所述抛光表面的通过X射线光电子能谱测量的在1至10nm的穿透深度处以原子百分比的氟浓度比通过X射线光电子能谱测量的在1至10μm的穿透深度处的本体氟浓度高至少二十百分比，并且在抛光过程中所述薄膜不覆盖整个抛光表面。
7.如权利要求6所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中所述抛光表面是亲水性的，所述亲水性是在蒸馏水中浸泡5分钟后用pH为7的蒸馏水在10μm rms的表面粗糙度下测量的。
8.如权利要求6所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中所述氟聚合物颗粒具有比所述聚合物基质更负的ζ电位，更负的ζ电位是在蒸馏水中在pH7下优先吸引带正电的磨料颗粒所测量的。
9.如权利要求6所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中当使用阳离子带电磨料颗粒时，所述薄膜从阳离子颗粒浆料中吸引带正电的颗粒，以提高抛光去除速率。
10.如权利要求6所述的聚合物-聚合物抛光垫，其中在所述抛光层下方并与所述抛光层平行地切割所述抛光垫使所述氟聚合物颗粒的一端锚固在所述聚合物基质中，而另一端则能够塑性变形至少100％的伸长率。
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