TW200534357A

TW200534357A - Polishing pad and method for manufacture of semiconductor device using the same

Info

Publication number: TW200534357A
Application number: TW094105256A
Authority: TW
Inventors: Tetsuo Shimomura; Masahiko Nakamori; Takatoshi Yamada; Atsushi Kazuno; Kazuyuki Ogawa; Yoshiyuki Nakai
Original assignee: Toyo Tire & Rubber Co
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2005-10-16
Also published as: CN1950930A; JP3754436B2; KR20070019709A; WO2005081300A1; CN100461346C; US20070178812A1; US7470170B2; TWI358081B; KR101107842B1; JP2005236200A

Description

200534357 九、發明說明： t Pff Λ j 技術領域本發明係有關於一種研磨墊，其係用以穩定地且高均 5 一性地進行矽晶片、光學材料、用於硬碟之玻璃基板、資訊記錄用樹脂板或陶瓷板等需要高度表面平坦性材料之平坦性加工處理。本發明之研磨墊係使用於將特別是矽晶片及於其上形成氧化物層、金屬層等之半導體晶片平坦化之程序中之研磨墊，且有關於一種可提供藉被研磨物矽晶片 10等之CMP(化學機械磨光）所產生之優異平坦化特性與其均一性的研磨墊及使用該研磨墊之半導體裝置的製造方法。【Tltr ^ 背景技術需要咼度表面平坦性之材料之代表物係，可舉用於製 15造半導體積體電路(IC、LSI)且稱為矽晶片之單晶矽圓板為例。石夕晶片於1C、LSI等製造程序中，必須在各種薄膜的製造程序中將表面高精度地精加工成平坦的狀態，以形成使用於製成電路之各種薄膜的可靠半導體接合。一般來說，研磨塾係黏者於稱為平臺之可旋轉支持圓 20盤上，而半導體晶片則黏著於稱為可自公轉運動之研磨頭的圓盤上。藉由雙方的旋轉運動，且於研磨墊與晶片之間隙添加懸浮有微細粒子(磨料)之研磨漿液，可實施研磨、平坦化加工。此時’研磨塾於晶片表面上移動時，磨料於接觸點處按壓於晶片表面上。因此，藉由晶片表面與磨料間 5 200534357 之滑動摩擦作用以實行加工面之研磨。如此之研磨加工通常稱為CMP研磨加工。迄今，前述使用於南精度研磨之研磨墊的研磨層，一般係使用空孔率約3〇〜35%左右之聚胺甲酸酯發泡體片，雖 5 然聚胺甲酸酯發泡體片之局部平坦化能力優異，但其壓縮率小，約0·5〜1.0%左右’因此緩衝性不足而很難對晶片全面給予均一壓力。為此，通常會使用以其他方法於聚胺甲酸酯發泡體片背面設置柔軟的緩衝層之研磨墊，來進行研磨加工。 10 然而，迄今使用聚胺甲酸酯發泡體片之研磨墊的緩衝層具有以下問題。 (1) 雖廣泛使用具有連續氣泡且浸潰有樹脂之不織布作為緩衝層，但會有浸潰於不織布中之樹脂的浸潰量不均勻、不織布之厚度不均勻、及因滲入漿液而使得壓縮特性 15 變化等問題。 (2) 雖已開始使用具有獨立氣泡之發泡聚胺甲酸酯發泡體，但是於製造時其發泡狀態之穩定化很困難，又因具有軋泡且承受重量，會發生氣泡變形而需耗時回復。即，對應反覆負載會留有重大殘餘變形等問題，且對應研磨時由 20晶片給予之反覆負載，緩衝層會變形而在研磨特性上產生問題。因此’近來為了解決該等問題，於在CMP程序時使用之研磨墊方面，有各種積層研磨墊之提案，舉例來說： (1)於壓縮回復率在90%以上之(橡膠彈性保有材質之） 6 200534357 緩衝層上積層研磨層之研磨墊（專利文獻1); (2) 於體積彈性模數在60MPa以上且拉力模數為0.1至 20MPa之緩衝層上，積層有與水之接觸角為75度以下且撓曲模數在2 G P a以上及/或以硬度計測量之表面硬度在8 〇以 5 上之研磨層的研磨墊（專利文獻2);及 (3) 以軟質橡膠狀彈性體製成之片狀發泡體與研磨布積層之研磨構件（專利文獻3)等。專利文獻1係，藉由使用壓縮回復率在90%以上之(橡膠彈性保有材質之)緩衝層，以達到製作出對應研磨時之壓縮 10負載，殘留變形少且使得壓縮特性變化降低之研磨墊的目標，並揭示於研磨層使用聚胺甲酸酯樹脂(並沒有揭示選定如何的聚胺甲酸酯樹脂)材質之積層研磨墊例子。該文獻雖揭示了面内均一性及平坦化特性均優異之研磨塾，但研磨率卻極低。 15 專利文獻2係，於體積彈性模數在60MPa以上且拉力模數為0·1至20MPa之緩衝層上，積層有與水之接觸角在75度以下且撓曲模數在2GPa以上及/或以硬度計測量之表面硬度在80以上之研磨層的研磨墊，且係使用硬質樹脂（例如紙及/或布基材積層板，或於硬質基質樹脂中分散有親水性成 20分之組成物）作為研磨層，以得到平坦化特性且具有親水性而可抑制刮痕之研磨墊。但該研磨層之硬度及撓曲模數與本發明相比完全是不同的等級，且於緩衝層之例子中亦只有揭示一般於缓衝層使用之物，並舉無發泡彈性體作為其例。又，雖揭示面内均一性及平坦化特性均優異之研磨墊， 200534357 但研磨率卻極低。專利文獻3揭示以軟質橡膠狀彈性體製成之片狀發泡體與研磨布積層之研磨構件，且記載以由天然橡膠、合成橡膠或熱可塑性彈性體構成之獨立氣泡發泡體作為前述發 5 泡體，並記載以絲絨型之不織布等布帛作為前述研磨布，而這些與本發明之研磨層材質是完全不同的。【專利文獻1】特開2003-305635號公報【專利文獻2】特開2002-059357號公報【專利文獻3】特開平7-164307號公報 10 【發明内容】發明所欲解決的課題本發明之目的係解決前述習知研磨塾及使用該等研磨塾之研磨方法所無法解決之問題點，且提供不會出現到痕，且提高研磨速度，並可同時獲得半導體晶片等被研磨 15物之更高的平坦化特性及均一性之研磨墊及使用該研磨墊製造半導體裝置的方法。解決問題的方法本發明人有雲於前述現狀而反覆進行研究，結果發現可在由研磨層及緩衝層組成之研磨墊中，使用發泡聚胺甲 2〇酸能作為研磨唐’且使用獨立氣泡發泡體作為緩衝層而積層，並將研磨層之撓曲模數、緩衝層之厚度及應變常數規範於特定範圍内，並藉此達成前述課題，而完成本發明。即，本發明係有關於-種研磨餐，係包含有研磨層及緩衝層，且可研磨半導體晶片者，而該研磨層係由發泡聚 200534357 胺甲酸酯所形成，且具有250〜350MPa之撓曲模數，又上緩衝層係由獨立氣泡發泡體所形成，且具有〜1 度及0.01〜〇.〇8pm/(gf/cm2)之應變常數。

迄今’緩衝層係使用具有1〜2mm左右之厚声及〇.bm/(gf/cm2)之應變常數者。使用如此的緩衝層，雖可確保平坦化特性及均一性，但近年來要求更高的平垣化特性，而使用如此的緩衝層之研磨墊則已無法應付。為了確保均一性同時獲得高平坦化特性，需要研磨層巨觀音義上之挽曲特性，使研磨層可具高硬度並配合晶片整個表面的起伏。經本發明人全力地研討，結果發現如此的撓曲特性之最適範圍係撓曲模數為250〜350MPa。又，本發明人發現到為了在前述撓曲特性之範圍内獲得高平坦化特性及均一性，於緩衝層之應變常數及厚度亦須有最適範圍，於本發明中，與以往所用之範圍不同，厚 15 度為〇·5〜1.0mm且應變常數為〇·〇1〜〇.〇8pm/(gf/cm2)。再者，為了較佳地實施本發明，前述發泡聚胺甲酸酯宜具有1〜7〇μπι之平均氣泡徑；前述發泡聚胺甲酸酯宜具有〇·5〜l.〇g/cm3之比重；前述發泡聚胺甲酸酯宜具有45〜65度之硬度； 20 前述發泡聚胺甲酸酯宜具有〇·5〜5.0%之壓縮率；且前述緩衝層宜由選自於聚胺曱酸酯樹脂及聚乙烯樹脂所構成之群之一種以上樹脂所形成。本發明之其他態樣係半導體裝置的製造方法，且該方法含有至少使用申請專利範圍第1至6項中任一項之研磨墊 200534357 以研磨半導體晶片表面之製程。發明之效果依據本發明’可在由研磨層及緩衝層組成之研磨墊中，提供使用發泡聚胺甲酸酉旨作為研磨層，且使用獨立氣 5泡發泡體作為緩衝層而積層，並藉由將緩衝層厚度及應變常數規範於特定範圍内，以具有比習知製品更高的平坦化特性’同時不會出現刮痕，而且可提高研磨速度，且可同時獲得半導體晶片等被研磨物之更高的平坦化特性及均一性之研磨塾。再者，如此的研磨墊對半導體裝置之製造等 10 亦極為有用。【實方"式】實施發明之最佳型態以下更加詳細地說明本發明之研磨墊。如前所述，本發明之研磨墊係由研磨層及比研磨層更柔軟之緩衝層構 15成。於本發明之研磨墊中，研磨層係由發泡聚胺甲酸酯形成，且以具有250〜350MPa之撓曲模數為必要條件，而該撓曲模數以260〜340MPa為佳，且以270〜330MPa更佳。當前述研磨層之撓曲模數小於250MPa時雖然面内均一性良好’但無法得到充分的平坦化特性。而當前述研磨層之撓 20曲模數超過350MPa時雖然平坦化特性優異，但均一性會變得無法令人滿意。於本發明之研磨塾中，緩衝層係由獨立氣泡發泡體形成，且以具有〇·5〜1.0mm之厚度及0.01〜〇.〇8pm/(gf/cm2)之應變常數為必要條件。前述緩衝層之厚度係，以0.6〜〇.9mm為 200534357 佳，而以0.7〜0.85mm更佳。前述緩衝層之厚度，若小於 0.5mm雖然可得到高平坦化特性’但均一性會顯著地惡化；若大於l_0mm雖然均一性優良，且可獲得一般的（與習知製品同等的）平坦化特性，但仍無法達到本發明目標之高 5 平坦化特性。則述緩衝層之應變常數’以〇.〇2〜〇〇7jLim/(gf/cm2)為佳，且以0.03〜0.06pm/(gf/cm2)更佳。前述緩衝層之應變常數，若小於0.〇bm/(gf/cm2)則即使緩衝層之厚度在前述範圍内也無法獲得充分的均一性；若大於則即使 1〇緩衝層之厚度在前述範圍内也無法獲得高平坦化特性。本發明之研磨墊係藉由全部滿足如前述之必要條件，即，前述研磨層之特性與前述緩衝層之特性相輔相成後，才能獲得增加研磨速度(研磨率）且達到平坦化特性及均一性皆優異之研磨的本發明之效果，且即使該等層之其中一 5層具有如前述之特性，若另一層之特性脫離前述範圍，亦無法獲得本發明之效果。於本發明之研磨墊中，前述用於研磨層之發泡聚胺甲 5夂鴨具有1〜，且以5〜50μιη較佳之平均氣泡徑。前述平均氣泡徑，若小於Ιμηι則漿液保持效果會變小而降低研磨 2〇逢* 平；若大於70μιη雖然漿液保持效果會提高而使研磨率變大’但會無法充分獲得平坦化特性。於本發明之研磨墊中，前述用於研磨層之發泡聚胺曱酸醋具有0.5〜l.Og/cm3，且以0.7〜0.9g/cm3較佳之比重。當前述比重小於〇.5g/cm3時，會降低研磨層表面（研磨面）之強 11 200534357 度，而降低半導體等被研磨物之平坦化特性（平面性）；又，大於1.0g/cm3時，研磨層表面之微細氣泡數會變少，雖然平坦化特性良好，但研磨速度會有變小之傾向。於本發明之研磨墊中，前述用於研磨層之發泡聚胺甲 5 酸酯具有45〜65度，且以45〜60度較佳之硬度。當前述硬度小於45度時，會降低被研磨對象物之平坦化特性；大於65 度時，雖然平坦化特性良好，但被研磨對象物之面内均一性會有降低之傾向。於本發明之研磨墊中，前述用於研磨層之發泡聚胺甲 10酸酯具有0·5〜5.0%，且以0.5〜3.0較佳之壓縮率。前述壓縮率若在前述範圍内則可使平坦化特性與均一性充分地並存0 本發明之研磨墊亦可為具有用於研磨終點檢測的透光領域之研磨墊。當具有前述透光領域時，宜於前述透光領 15域研磨層側之表面上不具有保持、更新研磨液之凹凸構造。若於前述透光領域研磨層側之表面有巨觀表面凹凸，則會於凹部積存含有磨料等添加劑之漿液，而發生光的散射、吸收，且會有使檢測精度受到很大的影響之傾向。再者，前述透光領域另一側之表面亦不宜具有巨觀表面凹 20凸。同樣地，若有巨觀表面凹凸，則容易發生光之散射，而有可能會使檢測精度受到影響。於本發明之研磨墊中前述透光領域形成材料係，於全領域中波長600〜700nm之透光率為50%以上，且宜具有比研磨層之壓縮率更大的壓縮率。只要具有這樣的性能者即 12 200534357 可i並無特別限制。如此材料之例子，可舉例如聚胺甲醋樹脂、聚s旨樹脂、聚醯胺樹脂、丙醯樹㉟、聚碳酸酷樹脂、鹵素系樹脂（聚氣乙烯、聚四敗乙烯、聚偏二氟乙婦等）聚笨乙晞、埽座系樹脂（聚乙浠、聚丙烯等）、環氧樹於等該等材料係可單獨使用，亦可將兩種以上併用。於前g述材料之中’亦最好選用耐磨性高的聚胺甲酸酯樹脂以和研磨中之刮痕所造成之透光領域光散射。因

作為前述透光領域形成材料之聚胺甲酸酯樹腸係有有機異氰酸酯、聚醇、及增鏈劑。含 10 有機異虱酸酯可舉例如2,4-甲苯二異氰酸自旨、26 二異氰酸酯' 2,2，-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4，_二#笨烷二異氰酸酯、4,4，-二苯基甲烷二異氰酸酯、丨，5•笑一土〜異氛酸酯、對苯二異氰酸酯、間苯二異氰酸酯、對二甲笨一氰酸酯、間二甲苯二異氰酸酯、二異氰酸己二酯、異，4、壤己 15烷二異氰酸酯、4,4_二環己基甲烷二異氰酸酯 '異佛爾_ 異氰酸酯等。該等化合物係可單獨使用，亦可將兩種ρ 併用。以上又，有機異氰酸酯除前述二異氰酸酯化合物之外，可使用三官能以上之多官能異氰酸酯化合物。作為多官二 2〇異乱酸S旨化合物之Desm〇dur-N( A /工/1^社製）、澈名

Duranate(旭化成工業社）等一系列二異氰酸酯加成物已在市面上販售。該等三官能以上之多官能異氰酸酯化合物— 單獨使用，會於預聚合物合成時容易發生凝膠化，因此: 添加至二異氰酸酯化合物中來使用。 I 13 200534357 聚醇可舉例如以聚四亞甲基醚二醇為代表之聚醚聚醇，以聚己二酸亞丁醋為代表之聚酯聚醇；以聚己内酯聚醇、聚己内酯之類的聚酯二醇與碳酸亞烴酯之反應物等為例之聚自旨聚碳酸s旨聚醇；將石炭酸亞乙g旨與多價醇反應，接 5著將得到的反應混合物與有機二羧酸反應之聚酯聚碳酸酯聚醇；及藉由聚羥基化合物與碳酸芳香酯之酯交換反應所產生之聚碳酸酯聚醇等。該等化合物係可單獨使用，亦可將兩種以上併用。又，除前述聚醇之外，亦可併用乙二醇、1，2_丙二醇、 10丨，3_丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、ι，4-環己燒二甲醇、3-甲基_1，5_戊二醇、二亞乙二醇、三亞乙二醇、 14-雙(2-羥基乙氧)苯等低分子量聚醇。增鍵劑可舉例如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4_ 丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1,4-環己烧二甲醇、3-甲 15 基-1，5_戊二醇、二亞乙二醇、三亞乙二醇、1，4-雙（2-羥基乙氧）苯等低分子量聚醇類；或2,4-甲苯二胺、2,6_甲苯二胺、3,5·二乙基-2,4_甲苯二胺、4,4，-二-sec·丁基-二胺二笨甲燒、4,4，·二胺二苯甲烷、3,3，-二氯-4,4，_二胺二苯甲烷、 2,2’，3,3’-四氣-4,4，-二胺二苯曱烷、4,4，·二胺-3,3，-二乙基 20 _5,5’·二甲基二苯甲烷、3,3’-二乙基_4,4’_二胺二苯甲烷、 4,4、亞甲基-雙-鄰胺苯甲酸曱S旨、4,4’-亞甲基-雙-鄰胺苯甲酸、4,4、二胺二苯颯、n，N，-二-sec-丁基對苯二胺，4,4，-亞甲基-雙(3-氣_2,6_二乙基胺）、3,3，-二氯-4,4，-二胺_5,5,二乙基二笨甲烷、1，2-雙(2-胺苯硫）乙烷、丙二醇-對胺笨曱酸、 14 200534357 =雙（曱基Μ_2,4·曱苯：胺等聚_。該等化合物可使用色使而如上亦無妨。但是，因《_本身有顏成之樹脂也常帶色，故宜於無損物性及透光性之程度來摻合。於剷述聚胺曱酸酯樹脂中右甲有機異氰胺酯、聚醇、及增鏈劑之比例，可依據各自的分千里及由該等物質製造之透光領域所希望之物性等適當地田也炎更。前述透光領域形成材

10 料為了得到前料教之触，其相對於賴與增鏈劑之合計官能基(縣+絲)數之有機異氣_的㈣酸基數宜為0.95〜1.15，且以0.99〜1.10更佳。用熔煉法、溶液法等眾所但若考慮成本、作業環境前述聚胺甲酸酯樹脂雖可應皆知之胺曱酸酯化技術以製造，等時，宜以溶煉法製造。前述聚胺甲酸醋樹脂之聚合裎序係，雖可使用預聚合 15物法、-次發泡法任一者’但_般係使用於事前先由有機異氰酸醋與聚醇合成具異氰酸酿尾端之預聚合物，再將增鍵劑與其反應之預聚合物法。再者，由有機旦氮酸醋與聚醇製造之具異氰酸醋尾端之預聚合物雖已在市面上販售，但只要適合本發明，亦可使用該等物質，藉由預聚合物法 20聚合本發明使用之聚胺甲酸S旨。透光領域之製作方法係無特別限制，可使用幕所皆知的方法製作。例如，可使用藉由將前述方法製得之聚胺曱酸醋樹脂塊使用帶鑛式或削式之切片機作成預定厚度之方法；將樹脂流進具有預定厚度模穴之模具中並硬化之方 15 200534357

法；或利用塗層技術、簿H 士、r & /寻片成形技術等之方法。再者，當透光領域有氣泡時，會有辦士 |增大因光之散射造成反射光之衰減而降低研磨終點之檢測精度膜厚之檢測精度等的傾向因此且於刚述材料混合前減壓至⑽打以下藉此充分去除材料巾含有之聽叫除前錢泡。X，於混合後之攪拌程序中，在一般使用之授拌葉式混合機之情形下，宜以職pm以下之旋轉數授拌而使氣泡不摻人。X，授摔程序亦宜於減壓情況下進行。再者，自轉公轉式混合機，即使高速旋轉也不易摻人氣泡，因此使用該混合機進㈣ 1〇拌、除氣亦為較佳之方法。透光領域之形狀雖無特別限制，但宜製成與研磨層及緩衝層之開口部相同的形狀。透光領域之大小雖無特別限制，但宜製成與研磨層及緩衝層之開口部相同程度之大小。 15 於本發明之研磨墊中之研磨層，只要是由發泡聚胺甲酸醋所形成，且具有250〜35〇MPa之撓曲模數，就可無特別限制地使用此材料。在本發明中使用發泡聚胺甲酸酯作為研磨層係因為，可於表面氧泡部分保持漿液，且可加快研磨速度，又，聚胺甲酸酯樹脂之耐磨性優異，可藉由改變 20各種原料組成以輕易製得具有所希望的物性之聚合物。前述用於研磨層之聚胺甲酸酯樹脂係，與於前述透光領域使用之物質相同，含有有機異氰胺酯、聚醇、及增鏈劑而製成。於前述用於研磨層之聚胺甲酸酯樹脂中使用之有機異 200534357 亂胺醋並無㈣限制，可舉例如與用作前述透光領材料之聚胺甲酸輯脂使用的物質相同之有機異氰胺自^成於前述用於研磨層之聚胺甲酸酯樹脂中使用之聚^並無特別限制，可舉例如與用作前述透光領域形成材料之聚胺曱酸酯樹脂使用之物質相同之聚醇。再者，使用用於研磨層之聚胺甲酸酯樹脂時，該等聚醇之數量平均分子旦雖無特別限^，但域得之聚胺甲酸醇之彈性特性等之觀點看來宜為500〜2000。

又，聚醇除了如前述之高分子量聚醇之外，亦可併用 10 乙二醇、1，2·丙二醇、1，3-丙二醇、1，4_丁二醇、•己二醇、新戊二醇、1，4_環己烷二甲醇、3_甲基_丨，5_戊二醇、二亞乙二醇、三亞乙二醇、1，4-雙(2-羥基乙氧）苯等低分子量聚醇。又，聚醇中之高分子量成分與低分子量成分之比例，係取決於由該等物質製造之研磨層所要求之特性。 15 於前述用於研磨層之聚胺甲酸酯樹脂使用之增鏈劑可舉例如4,4’·亞甲基雙(〇-氯苯胺）、2,6-二氣_對苯二胺、4,4，_ 亞甲基雙(2,3-二氯苯胺）等之聚胺類；或前述低分子量聚醇。该等化合物係可使用1種，亦可將兩種以上併用。月’J述聚胺甲酸酯樹脂中之有機異氰胺酯、聚醇、及增 20鏈劑的比例，雖可依據各自的分子量、由該等物質製造之研磨層之物性等作各種改變，但必須要能製得具有 250〜350MPa撓曲模數之發泡體。為了能製得研磨特性優異之研磨層，相對於聚醇與增鏈劑之合計官能基(羥基+胺基) 數，有機異氰酸酯之異氰酸基數宜為〇.95〜M5，且以 17 200534357 0.99-1.10 為佳。帶 ^述用於研磨層之聚胺曱酸S旨樹脂係，可藉由與々乂用於透光領域形成材料之聚胺甲酸酯樹脂相同之方法製造。再者，亦可因應需要於聚胺甲酸酯樹脂中添加抗氧化劑等之穩定劑、界面活性劑、助滑劑、顏料、填充劑電防止劑、及其他添加劑。使前述聚胺甲酸酯樹脂微細發泡之方法無特別限制，可舉例如藉由添加中空珠之方法、機械發泡法、及化學發泡法等來發泡之方法等。再者，亦可併用各方法，而特別 10以使用聚烴基矽氧烷與聚醚之共聚合體，即，無活性羥基的矽氧系界面活性劑之機械發泡法為佳。前述矽氧系界面活性劑係可舉例如siM92(東b•夕、夕〕一二^夂·シリ口一>製）等合適之化合物。以下說明於本發明之研磨墊之研磨層中所用之獨立氣 15泡型發泡聚胺甲酸酯之製造方法。前述發泡聚胺甲酸酯之製造方法係，具有以下（a)〜(C)程序。 (a)製作具異氰酸酿尾端之預聚合物的氣泡分散液之搜拌程序於具異氰酸醋尾端之預聚合物中添加矽氧系界面活性刎且與非反應性氣體一起攪拌，並將非反應性氣體形成 2〇微細乳泡再分散之而作成氣泡分散液。當具異氣酸醋尾端之預聚合物在常溫下為固體時，可於適當的溫度預熱、融化後使用。 (b)硬化劑(增鏈劑）混合程序於前述氣泡分散液巾添力，且混合授拌。 18 200534357 (C)硬化程序並澆鑄混合增鏈劑後的具異氰酸酯尾端之預聚合物，使其加熱硬化。前述非反應性氣體係使用來形成微細氣泡，而宜為可燃性者，具體來說可舉例如氮氣、氧氣、二氧化二= 及氬等惰性氣體、或該等氣體之混合氣體。使用乾除水分之空氣就成本上而言最為適宜。 ” 將非反應性氣體形成微細氣泡再將其於含 ^ 10 15 20 面活性劑的具異氰酸酯尾端之預聚合物中:散置，可無特別限定地使用眾所皆知之攪拌見" 衣直’具體來％可舉例如均質機、溶解器、2軸周轉型混合機(行星混合播等。擾拌裝置之㈣葉形狀雖亦無特職定，但使用产型之授拌葉可得到微細氣泡因而較為適宜。見打再者，於游程序中製成氣泡分散液之授摔，與於混合程序中添加增鏈劑並混合之攪拌亦係使用不_掉裝= 之較佳態樣。制地，混合程序中之_可為不形成氣泡之授拌’亦可錢不會捲進大氣泡之祕裝置，如此的授拌裝置以_舰合機㈣合。此外，獅料及混合程序之授拌裝置使用同-麟裝置亦無妨，亦可因應需要來調整攪拌葉之旋轉速度等攪拌條件。於前述發泡聚胺甲酸酯之製造方法中，將氣泡分散液抓入模型且將反應成無法流動之發泡體進行加熱、後熱處理’具有提升發泡體物理特性的效果且極為適當。亦可將氣泡分散液流入模具後立刻放入加熱爐中處理成可進行後 19 200534357 熱處理之條件，因為於如此條件下亦不會馬上傳熱給反庫成分，故氣泡徑並不會變大。而硬化反應因於常壓下進行時’氣泡之形狀穩定，故較理想。於前述聚胺甲酸醋樹脂之製造中，亦可使用三級胺 5系、有機錫系等眾所皆知可促進聚胺甲酸§旨反應之催化劑。催化劑之種類、添加量係要考慮混合程序後流入預定形狀模型之流動時間來選擇。前述發泡聚胺甲酸醋之製造，可為於容器中計量並倒入各成分域拌之分批方式；又，亦可為於裝置將各 H)成分及非反應氣體連續供給並授拌，再送出氣泡分散液而製造成形品之連續生產方式。於本發明之研磨墊使用之研磨層係，將如以上程序製作之發泡聚胺甲酸酯，切斷成預定之大小而製造者。由本發明之發泡聚胺甲酸酯製成之研磨層，於與被研 15磨對象物接觸之研磨側之表面（研磨領域)上，宜設置用以保持、更新漿液之溝槽。前述研磨領域雖然因為以微細發泡體形成故於研磨表面具有很多開口，而有保持漿液之作用’但為了要使漿液保持性及漿液更新之效率更以進行研磨，又，也為了防止與被研磨對象物吸附因而破壞被研磨 20 對象物，而以於研磨側之表面具有溝槽為宜。溝槽只要是可保持、更新漿液之表面形狀則無特別限定，可舉例如XY 袼子溝槽、同心圓狀溝槽、貫通孔、未貫通之洞、多角柱、圓柱、螺旋狀溝槽、偏心圓狀溝槽、放射狀溝槽、及組合該等溝槽者。又，溝槽間距、溝槽寬度、溝槽深度等皆無 20 200534357 特別限制而可適當選擇來形成。再者，該等溝槽—般係有規則性者，但是為了能形成符合漿液保持、更新性者，而可於某個範圍内變化溝槽間距、溝槽寬度、溝槽深度等。前述溝槽之形成方法並無特別限定，而可舉例如：使 5用預定大小之刨刀般的治具進行機械切削之方法；於具有預定表面形狀之模具中將樹脂流入並硬化之方法；以具有預定表面形狀之壓板中將樹脂加壓形成之方法；使用光刻而形成之方法；使用印刷方法形成之方法；及藉由使用二氧化碳雷射等之雷射光形成之方法等。 1〇於本發明之研磨塾中’前述研磨層之厚度雖無特別限定’但宜為0.5〜4mm左右，且以〇·6〜3.5mm更佳。製作具有前述厚度之研磨層之方法係，可舉例如將前述發泡體塊使用帶鋸式或刨式之切片機作成預定厚度之方法；於具有預定厚度模穴之模具中將樹脂流入並硬化之方法；戍使用塗 15層技術、薄片成形技術之方法。又’研磨層厚度之不均勻以ΙΟΟμηχ#下為宜，特別以 5〇μιη以下為佳。當厚度之不均勻超過…叫如時，研磨層會變得具有大起伏，且相對於被研磨對象物之接觸狀態會形成不同部分，而會有對研磨特性造成不良影響之傾向。又， 2〇為了消除研磨層厚度之不均勻，雖然-般於研磨初期將研磨層表面用鑽石磨料進行電沉積或使用融著之修整器進行修整’但超過前述厚度科勻之上限麵修整時間會變長，而使生產效率降低。又，抑制厚度之不均勻的方法，亦有擦光製成預定厚度之研磨領域表面的方法。於擦光 21 200534357 時了粒度等相異之研磨片階段性地進行。、^有研磨層及（透光領域與）緩衝層之積層研磨墊之製 f方法係無特職制，雖可考慮各種方法，在此仍於以下 λ月具體例。以下雖以於具有透光領域時之方法為例，但 :…、透光項域時亦可不設置用於透光領域之開口來製成。百先第1個例子係將於預定位置開口成預定大小之研磨層與雙面膠帶互相貼合，並配合於其下之研磨層開口部貼a開口成預疋大小之緩衝層。接著，於緩衝層上貼合附 #離^1紙之雙面膠帶’再於研磨層之開口部嵌人透光領域 10 並互相貼合之方法。第2個具體例係將開口成預定大小之研磨層與雙面膠帶互相貼合，並於其下貼合緩衝層。其後，配合研磨層之 Ρ幵’口部’將雙面膠帶、及緩衝層開口成預定大小。接著，於緩衝層上貼合附有離型紙之雙面膠帶，再於研磨層之開 15 口部嵌入透光領域並互相貼合之方法。第3個具體例係將開口成預定大小之研磨層與雙面膠帶互相貼合，並於其下貼合緩衝層。接著，於緩衝層之相反面貼合附有離型紙之雙面膠帶，其後，配合研磨層之開口部’將研磨層與緩衝層間的雙面膠帶至離型紙處開口成 20 預定大小。再於研磨層之開口部嵌入透光領域並互相貼合之方法。又，此時因透光領域之相反侧成為開放狀態，而有聚集塵埃等之可能性，故宜將其裝配堵塞構件。第4個具體例係將貼有附離型紙之雙面膠帶之緩衝層開口成預定大小。接著將開口成預定大小之研磨層與雙面 22

200534357 5 10 膠帶互相貼合，再將合。然後於研磨層之n 研磨層配合著開口部互相貼法。再者此時^研Z部歲入透光領域並互相貼合之方集塵埃等之可紐，2之相反側成為職狀態’而有聚文且將其裝配堵塞構件。於月’j述研磨塾之剪之方法並鱗舰制，^料，將研磨層錢衝層開口而可舉例如加壓具有切削能力之治具以開口之方法；利卜 ⑺以二氧化碳雷射形成的雷射之方法；及以如㈣之治具切削之方法。再者研磨層之開口部之大小及形狀並無特別限制。於本發明之研磨塾中，緩衝層補足前述研磨層之特性

剔吏兩層之特性相輔相成而可達到本發明之目的，即，提南研磨速度、且同時達成平坦化特性及面内均一性。且如前述，緩衝層由獨立氣泡發泡體形成，並以具有〇·5〜1〇_ 之厚度及0·01〜0.08pm(gf/cm2)之應變常數作為必要條件 15等。前述緩衝層於CMP中，對於使有取捨關係的平坦化特性與面内均一性兩者皆成立是必要的。平坦化特性係指將在圖案形成時發生微小凹凸之某被研磨對象物研磨後的圖型部之平坦性；而面内均一性係指被研磨對象物全體之均一性0 20 於本發明之研磨墊中，前述緩衝層只要是由獨立氣泡發泡體形成，並具有0·5〜1.0mm之厚度及⑽丨^ 〇8 pm(gf/cm2)之應變常數者’則其形成材料並無特別限制，可舉例如聚胺甲酸_樹脂、聚乙烯樹脂等局分子樹脂之獨立氣泡發泡體。 23 200534357 聚胺甲酸酯樹脂可選定為由在前述透光領域製作内容中記載之聚胺甲酸酯樹脂製成的具備前述特性之樹脂，並用此選定之樹脂形成獨立氣泡發泡體。形成獨立氣泡發泡體之方法可從前述研磨層製成方法中選擇採用。 5 於本發明中，研磨層與緩衝層互相貼合之方法，可舉例如，將研磨層與緩衝層夾著雙面膠帶加壓之方法。雙面膠帶係於不織布或薄膜等基材之兩面上設有接著層且具有一般結構者，若考慮到要防止漿液對緩衝層之滲透，則且使用薄膜作為基材。又，接著層之組成係，可舉 10例如橡膠系接著劑或丙烯系接著劑等。若考慮到金屬離子之含里，則因丙浠系接著劑之金屬離子含量較少而較為適宜。又，因研磨層與緩衝層亦可有組成不同的情形，故亦可將雙面膠帶之各接著層作成不同組成，使各層之接著力適當化。 15 緩衝層與雙面膠帶互相貼合之方法係，可舉例如於緩衝層上將雙面膠帶加壓接著之方法。關於此雙面膠帶係’，可與前述貼合研磨層與緩衝層之雙面膠帶相同地，於不織布或薄膜等基材之兩面上設有接著層且具有一般結構者。若考慮到於研磨塾使用後要從平臺上將其剝除，因使用薄 20膜作為基材可解除膠帶殘留等問題故較為適宜。又，接著層之組成可使用與前述貼合研磨層與緩衝層之雙面膠帶相同者。半導體裝置係經由使用前述研磨塾研磨半導體晶片研磨製程而製造者，且半導體裝置係指一般於石夕晶片上^ 24 200534357 =屬及氧化膜者。半導體晶片之研磨方法、研磨裝般^拄特別限制’例如，可使用具有支持研磨整之研磨定莖半導體曰曰片之支持臺(磨光頭)與用於進行往晶片均 —。、肖襯材料、及装液供給機構之研磨裝置等來進 —磨塾係’例如，藉由以雙面膠帶貼著而裝設附著於 =Ί。研磨定盤與支持臺係，將各被支持著的研磨厂半導體晶片配置成相對狀，且各自具備旋轉轴。又，於支持臺側設有用於將半導體晶片往研磨塾按壓之加壓機構。於研磨時，一邊使研磨定盤及支持臺旋轉一邊將半導 10體曰曰片往研磨墊按壓，且一邊供給裝液一邊進行研磨。浆液之流量、研磨負載、研磨定盤旋轉數、及晶片旋轉數皆無特別限制，可適宜調整來進行研磨。藉由前述方法可去除半導體晶片表面之突出部分並研磨成平坦狀。其後，再藉由進行切割、結合、封裝等來製 I5造半導體裝置。半導體裝置係用於演算處理裝置或記憶體等。 " 實施例以下，說明具體顯示本發明之構造與效果的實施例。又，於實施例中之評定項目係如下所述地測量。 2〇 (應變常數）將緩衝層切成0.5吋之圓形大小作為用於測量應變常數之樣品，於溫度為23°C±2°C、溼度為60%±10%之環境下，使用萬能材料試驗機(Instron社製model 5848)，以〇分之壓縮速度測量壓縮量與負載。用獲得之壓縮負載_壓縮 25 200534357 變形量線圖從300gf/cm2之數據點至1000gf/cm2之數據點，用1次近似直線之斜率算出。 (壓縮率）將切成直徑7mm之圓（厚度：任意）之材料(研磨層）作為 5用於測量壓縮率之樣品，於溫度為23°C±2°C、溼度為50%士 5%之環境下靜置40小時。測量係使用熱分析測量器 TMA(SEIKO INSTRUMENTS製，SS6000)來測量壓縮率。又，壓縮率之計算式顯示如下。【數1】 10 壓縮率(％)= {(Τ 1-Τ2)/Τ 1} X100 [Τ1係於材料從無負荷狀態保持3〇KPa(300g/cm2)之應力負荷60秒時的材料厚度；T2係於材料從τΐ狀態保持 180KPa(1800g/cm2)之應力負荷60秒時的材料厚度。] (撓曲模數） 15 將研磨層切成厚2.0imn、寬l〇mm、長50mm作為用於測量撓曲模數之樣品，使用材料試驗機（東洋精機社製， TENSILON UTM-4LH)，以支點間距離32mm、試驗速度 2mm/分，以JIS K7171為依據測量3次，將其平均值作為撓曲模數。 20 (平均氣泡徑測量）將用切片銑刀平行切成厚度lmm之研磨層等材料作為用於測量平均氣泡徑之樣品。將樣品固定於載玻片上，使用晝像處理裝置（東洋紡社製，Image Analyzer vl〇)，測量任意0.2mmx〇.2mm範圍内之全氣泡徑，並算出平均氣泡經。 26 200534357 (比重測量）以JIS Z8807-1976為依據進行。將研磨層等材料切成 4cmx8.5cm之薄長方形(厚度：任意）作為用於比重測量之樣品，，於溫度為23°C± 2°C、溼度為50%± 5%之環境下靜置 16小時。測量時係使用比重計（if少卜y夕只社製）來測量比〇 (硬度測量） 10 以《TIS K6253-1997為依據進行。將研磨層切成 0.2mmx〇.2mm(厚度：任意）之大小作為用於硬度測量之樣品，於溫度為23°C± 2°C、渥度為50%± 5%之環境下靜置16 小時。於測量時’將樣品疊成厚度6mm以上。使用硬戶:吁（古分子計器社製，了只力一D型硬度計）測量硬度。 (研磨特性之評定）使用SPP600S(岡本工作機械社製），用製成之研磨墊進 15 行研磨特性之評定。研磨率研磨率之評定係’將於8奴⑦晶片上製膜出_之熱氧化膜者，研磨約〇.5μηι，且由此時之時間算出。於氧化膜之膜厚測量係，使用干涉式膜厚測量裝置（大塚電子社製）。 20研磨條件係，於研磨中將作為漿液之二氧化矽漿液(SS12， Μ、卜社製)以15〇毫来/分之流量添加。研磨負載係 35〇g/cm2，研磨定盤旋轉數係設為35啊，而晶片旋轉數則設為30rmp。面内均一性 27 200534357 面内均一性係，由研磨結束後之晶片的任意25點之膜厚測量值藉由以下算式算出。再者，面内均一性之值越小表示晶片表面之面内均一性越高。【數2】 5 面内均一性(％)= ’ {(膜厚最大值-膜厚最小值)/(膜厚最大值+膜厚最小值)}χ100 • 平坦化特性平坦化特性之評定係，於8吋矽晶片上堆積0·5μηι之熱 # 氧化膜後，進行預定之圖型製作，再以p-TEOS(四乙氧矽烷） 10 堆積Ιμη之氧化膜，而製成附有最初段差〇·5μιη的圖型之晶片。將此晶片以前述條件進行研磨，並於研磨後，測量各段差且評定平坦化特性。平坦化特性係測量2個段差。其中一個係局部段差，其係於寬270μιη之行以30μιη的間距排列之圖型上的段差。另一個係研削量，於寬270μηι之行以30μπι 15 的間距排列之圖型與寬30μηι之行以270μηι的間距排列之圖型上，測量前述2種圖型之行表面段差成為2000人以下時之 ® 270μπι的間距之研削量。顯示出若局部段差之數值變低，相對於依據晶片上圖型發生之氧化膜凹凸，於某時間内變平坦之速度會變大。又，顯示出若間距之研削量變少時則 20 削除不要的部份之削量會變少而平坦化特性會變高。 (實施例1) 將熱可塑性聚胺甲酸酯彈性體Ε568(日本S y夕少歹乂社製’之>_^2_2_硬度68)使用押出成型機押出成寬度 650mm、厚度i.5inm之薄片狀，再以650mm的長度切斷， 28 200534357 而獲得650mmx650mmxl.5mm之薄片。將此薄片放進壓力谷器内’於保持在溫度40C、15MPa之二氧化碳氣體環境下放置24小時，將二氧化碳充分浸透至前述薄片中。再將其從容器中取出，夾入至2片經80°C加溫之鐵氟龍(註冊商標 > 片 5中，且立刻放進145°C之油浴中進行40秒之浸潰處理並使其發泡。將獲得之薄片發泡體以擦光機擦光作成L3mm厚而得到研磨層片。此獲得之研磨層片的比重係〇.76g/cm3、平均氣泡徑係18μιη、硬度係47度、撓曲模數係255MPa、且壓縮率係1.3%。 10 將前述獲得之研膜層片之單面，藉由表面溝槽加工機 (東邦工^ ^二了 y ^夕社製），以形成溝槽深度〇.4mm、溝槽寬度〇.25mm，溝槽間距1.5mm之同心圓狀溝槽，並切斷外圓周成為具有直徑24吋(610mm)之圓形而製成研磨層。另一方面，準備由獨立氣泡發泡體之聚胺甲酸酯樹脂 15 形成之厚度0.8mm、應變常數0.07pm/(gf/cm2)且具有24吋 (610mm)直徑之圓形緩衝層，將其與前述研磨層以雙面膠帶 (積水化學社製，雙褶膠帶#5782)互相貼合，再於緩衝層之與研膜層相反側之面貼上平臺用雙面膠帶（積水化學社製，雙褶膠帶#5784)，而製成研磨墊。 20 (比較例1) 於經氟塗層之反應容器内，將已過濾之聚醚系預聚合物（二二口彳亇少社製，T^7°b>L-325、NCO濃度： 2.22meq/g)100重量份，及已過濾之矽氧系非離子界面活性劑（東b·夕、夕口一二シリ〕一レ社製SH192)3重量 29 200534357 份混合，且將溫度調整成80°C。使用經氟塗層之授拌葉，以旋轉數900rpm於反應系内進行約4分鐘之激烈授拌以授入氣泡。將其添加事先以120°C融化並過濾之4,4，-亞甲基雙 (〇氯苯胺)(彳八歹歹S力瓜社製，彳/、歹年二7 S ^MT)26 5重量份。其後，連續撥拌約一分鐘再將反應溶液流入經氟塗層之鍋型爐模具中。於此反應溶液失去流動性之時間點將其放進爐内，以110°C進行6小時之後熱處理而獲得聚胺甲酸酯樹脂發泡體塊。將此聚胺甲酸酯樹脂發泡體塊使用帶鋸型切片機（7工社製）切片，而得到聚胺甲酸酯樹 10脂發泡體薄片。接著將此薄片使用擦光機（了 sy夕社製），進行表面擦光成為預定厚度，作成修整過厚度精度之薄片（薄片厚度：1.27mm)。將此經擦光處理之薄片打孔出具有24吋(610mm)預定直徑之圓形，並使用溝槽加工機（東邦鋼機社製）於表面上進行溝槽寬度〇.25mm、溝槽間距 15 L50mm、溝槽深度〇.40mm之同心圓狀溝槽加工以製成研磨層。製成之研磨層之各物性係，平均氣泡徑45μιη、比重 0.87g/cm3、硬度53度、壓縮率1.0%、及撓曲模數26〇MPa。另一方面，準備由獨立氣泡發泡體之聚乙烯樹脂形成之厚度l.3mm、應變常數〇.l4pm/(gf/cm2)且具有24叶 20 (610mm)直徑之圓形緩衝層，將其與前述研磨層以雙面膠帶 (積水化學社製，雙褶膠帶#5782)互相貼合，再於緩衝層之與研膜層相反側之面貼上平臺用雙面膠帶（積水化學社製，雙褶膠帶#5784)，而製成研磨墊。 (比較例2) 30 200534357 準備由獨立氣泡發泡體之聚乙烯樹脂形成的厚度〇.4mm、應變常數0·13卿/(gf/cm2)且具有24吋⑹0mm)直徑之圓形片作為緩衝層，將其與實施例丨中使用之研磨層，以與比較例1相同的作法積層而製成研磨墊。 5 (比較例3) 將石夕氧系非離子界面活性劑變更成2〇重量份，除此之外，以與比較例1相同的作法製成研磨層。製得之研磨層之各物性係，平均氣泡徑25μηι、比重〇.7g/cm3、硬度40度、壓縮率2.〇%、及撓曲模數170MPa。 10 於此研磨層上，以與實施例1相同的作法積層實施例1 所用之緩衝層而製成研磨墊。進行實施例1及比較例1〜3之研磨墊的研磨特性評定，且顯示其測量結果於下表1。實施例1之研磨墊係，研磨率、面内均一性及平坦化特性皆能令人滿意。 15 相對於實施例1之研磨墊，比較例1之研磨墊於研磨率及面内均一性雖比實施例之研磨塾差但仍在能令人滿意之範圍内，不過於平坦化特性卻怎麼也無法令人滿意。比較例2之研磨墊於研磨率及平坦化特性雖比實施例之研磨墊差但仍在能令人滿意之範圍内，不過面内均一性卻顯著地 20 惡化。而比較例3之研磨墊雖然面内均一性非常良好，但研磨率及平坦化特性卻極度地惡化。 31 200534357 【表1】 |樣品研磨率 (人/分）面内均一性 (%) 平坦化特性 (nm) 實施例1 2200 5.6 20 比較例1 2100 3.5 95 比較例2 2100 15.0 22 比較例3 1600 3.3 150 【圖式簡單說明】無【主要元件符號說明】無

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Claims

200534357 十、申請專利範圍： 1. 一種研磨墊，係包含有研磨層及緩衝層，且可研磨半導體晶片者，而該研磨層係由發泡聚胺甲酸酯所形成，且具有250〜350MPa之撓曲模數，又，該緩衝層係由獨立 5 氣泡發泡體所形成，且具有0.5〜1.0mm之厚度及 0.01 〜0.08pm/(gf/cm2)之應變常數。 2. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中前述發泡聚胺甲酸酯具有1〜70μηι之平均氣泡徑。 3. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中前述發泡聚胺甲 10 酸酯具有0.5〜1.0g/cm3之比重。 4. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中前述發泡聚胺甲酸酯具有45〜65度之硬度。 5. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中前述發泡聚胺甲酸酯具有0.5〜5.0%之壓縮率。 15 6.如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中前述緩衝層係由選自於聚胺甲酸酯樹脂及聚乙烯樹脂所構成之群之一種以上樹脂所形成。 7. —種半導體裝置的製造方法，係含有至少使用申請專利範圍第1至6項中任一項之研磨墊以研磨半導體晶片表 20 面之製程者。 33 200534357 七、指定代表圖： (一）本案指定代表圖為：第（無）圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：

八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：