TW201501865A - 低表面粗糙度之拋光墊 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種拋光墊，其係包含一包含拋光表面的拋光墊體，其中該拋光墊體包含孔隙，且其中該拋光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。

Description

低表面粗糙度之拋光墊
本發明係關於一種拋光墊及一種拋光基材的方法；特定而言，本發明係關於一種拋光墊，其係包含一包含拋光表面的拋光墊體，其中該拋光墊體包含孔隙，且其中該拋光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
化學機械拋光(CMP)操作係用於微電子裝置的製造中，以於半導體晶圓、場發射顯示器、及許多其他微電子基材上形成平坦表面。舉例而言，半導體裝置的製造通常涉及形成多種操作層、該等層的選擇性移除或部分圖樣化、以及於半導體基材的表面上沉積額外的操作層以形成一半導體晶圓。該等操作層可包含，例如，絕緣層、閘氧化物層、傳導層、以及金屬或玻璃層等等。一般而言，為了後續層的沉積，在晶圓操作的某些步驟中較佳使操作層的最上層表面為平面(即，平坦的)。為了後續的操作步驟，CMP係用於平坦化操作層，其中沉積的材料(例如傳導或絕緣材料)被拋光以平坦化該晶圓。
在典型的CMP操作中，晶圓係上下顛倒地安裝於一 CMP工具的載具上。一力將載具與晶圓往下推向一拋光墊。載具與晶圓係在CMP工具的拋光桌上的旋轉拋光墊上方旋轉。一拋光組合物(亦稱為拋光漿料)通常在拋光操作中被引入旋轉的晶圓與旋轉的拋光墊之間。拋光組合物典型地含有一與晶圓最上層反應或溶解其一部分的化學物質，以及一物理性移除部分該等層的研磨材料。晶圓及拋光墊可以沿相同方向或相反方向旋轉，端視所進行的特定拋光操作所欲者而定。載具也可在拋光桌上越過該拋光墊而振盪。
拋光墊典型具有大於15微米的初始表面粗糙度。在使用同樣墊拋光多個基材的過程中，墊表面的正常磨損會導致墊表面粗糙度的改變。當墊的表面粗糙度改變，墊表面與待拋光的基材之間的接觸亦改變，因此會改變拋光速率。結果，拋光基材以達成所欲表面性質(例如平坦度)的所需時間在一個生產運行中有所變異。結果，基材之間的均一性會因此產生變異。
因此，本領域中需要改進的拋光墊。
本發明提供一種拋光墊，其係包含一包含拋光表面的拋光墊體，其中該拋光墊體包含孔隙，且其中該拋光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
本發明亦提供一種拋光基材的方法，該方法包含：(i)提供一待拋光的基材；(ii)將該基材與前述之拋光墊及一拋光組合物接觸；以及(iii)將該基材相對於該拋光墊移動，且該拋光 組合物介於其間以研磨該基材的至少一部分，以此拋光該基材。
第1圖係根據本發明一實施態樣的拋光墊表面之掃描電子顯微鏡影像。
第2圖係根據本發明一實施態樣的拋光墊表面之掃描電子顯微鏡影像。
第3圖係習知拋光墊表面之掃描電子顯微鏡影像。
第4圖係比較使用根據本發明一實施態樣的拋光墊與習知拋光墊進行拋光時，氧化矽移除速率對拋光晶圓數量之圖表。
本發明提供一種拋光墊，其係包含一包含拋光表面的拋光墊體，其中該拋光墊體包含孔隙，且其中該拋光表面具有0.1微米至10微米的表面粗糙度。
該拋光墊體可為任何適合的形狀。一般而言，拋光墊體係環形(如旋轉拋光工具中所使用)或是製成迴圈線形帶狀(如線型拋光工具中所使用)。較佳地，該拋光墊體係環形。
該拋光墊體可包含任何適合的材料、實質上由任何適合的材料組成、或由任何適合的材料組成。較佳地，該拋光墊體包含聚合物樹脂、實質上由聚合物樹脂組成、或由聚合物樹脂組成。該聚合物樹脂可為任何適合的聚合物樹脂。一般而言，該 聚合物樹脂係選自以下群組，該群組包含：熱塑性彈性體、熱固性聚合物、聚胺基甲酸乙酯(例如，熱塑性聚胺基甲酸乙酯)、聚烯烴(例如，熱塑性聚烯烴)、聚碳酸酯、聚烯醇、耐綸、彈性橡膠、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯亞胺、聚芳醯胺、聚芳基烯(polyarylenes)、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、及其混合物。較佳地，該聚合物樹脂係聚胺基甲酸乙酯，更佳係熱塑性聚胺基甲酸乙酯。
該拋光墊體包含孔隙。該等孔隙的平均孔徑可為2微米或以上、3微米或以上、4微米或以上、5微米或以上、6微米或以上、7微米或以上、8微米或以上、9微米或以上、10微米或以上、15微米或以上、20微米或以上、25微米或以上、30微米或以上、35微米或以上、40微米或以上、45微米或以上、或是50微米或以上。或者或除此之外，該等孔隙的平均孔徑可為150微米或以下、125微米或以下、100微米或以下、90微米或以下、80微米或以下、70微米或以下、60微米或以下、50微米或以下、45微米或以下、40微米或以下、35微米或以下、30微米或以下、25微米或以下、20微米或以下、15微米或以下、或是10微米或以下。因此，該等孔隙的平均孔徑可由前述平均孔徑的任兩個端點所限制。舉例而言，該等孔隙的平均孔徑可為2微米至150微米、3微米至125微米、4微米至100微米、5微米至90微米、5微米至80微米、5微米至70微米、5微米至60微米、5微米至50微米、5微米至45微米、5微米至40微米、5微米至35微米、5微米至30微米、5微米至25微米、5微米至20微米、5微米至15微米、5微米至10微米、10微米至50微米、10微米至45微 米、10微米至40微米、10微米至35微米、10微米至30微米、10微米至25微米、或是10微米至20微米。
該拋光表面的表面粗糙度可為0.1微米或以上、0.2微米或以上、0.3微米或以上、0.4微米或以上、0.5微米或以上、0.6微米或以上、0.7微米或以上、0.8微米或以上、0.9微米或以上、或是1微米或以上。或者或除此之外，該拋光表面的表面粗糙度可為4微米或以下、3.8微米或以下、3.6微米或以下、3.5微米或以下、3.4微米或以下、3.2微米或以下、3微米或以下、2.8微米或以下、2.6微米或以下、2.5微米或以下、2.4微米或以下、2.2微米或以下、2微米或以下、1.8微米或以下、或是1.6微米或以下。因此，該拋光表面的表面粗糙度可由前述表面粗糙度的任兩個端點所限制。舉例而言，該拋光表面的表面粗糙度可為0.1微米至4微米、0.1微米至3.8微米、0.1微米至3.6微米、0.1微米至3.4微米、0.1微米至3.2微米、0.1微米至3微米、0.1微米至2.8微米、0.1微米至2.6微米、0.1微米至2.4微米、0.1微米至2.2微米、0.1微米至2微米、0.1微米至1.8微米、0.1微米至1.6微米、0.5微米至4微米、0.5微米至3.5微米、0.5微米至3微米、0.5微米至2.5微米、0.5微米至2微米、1微米至4微米、1微米至3.6微米、1微米至3微米、1微米至2.5微米、或是1微米至2微米。
表面粗糙度可表示為在拋光表面上數個區域所測定的平均粗糙度。測定拋光表面或其中一區域的表面粗糙度之適合方法的非限制性實例如ISO 13565。
拋光墊體可使用任何適合的技術製造，其中有許多係本領域之技藝人士所知。舉例而言，拋光墊體可由例如鑄造及擠製的方法形成。聚合物樹脂可為熱塑性材料，其被加熱至可流動的溫度，並以鑄造或擠製成形為所欲的形狀。聚合物樹脂可由其自然的組態而提供孔隙結構。在其他實施態樣中，孔隙結構可由多種本領域之技藝人士所知的製造技術引入(例如發泡、起泡、或類似者)。提供包含封閉胞的孔隙(closed-cell pores)之孔隙結構的代表性製造技術包括發泡處理，例如微發泡處理(mucell process)、相轉變處理、離相或雙模分解處理(spinodal or bimodal decomposition process)、或是加壓氣體噴射處理，其皆由本領域所周知。提供包含開放胞的孔隙(open-cell pores)之孔隙結構的代表性製造技術包括燒結熱塑性聚合物(如聚胺基甲酸乙酯)的顆粒，以提供開放胞的孔隙結構。
拋光表面可使用任何適合的方法製造。在一實施態樣中，拋光表面係由切削該拋光墊體而製造。
該拋光墊體在30℃下的儲存彈性模數(storage modulus of elasticity)可為5MPa(百萬帕)或以上、10MPa或以上、20MPa或以上、30MPa或以上、40MPa或以上、50MPa或以上、60MPa或以上、70MPa或以上、80MPa或以上、90MPa或以上、100MPa或以上、200MPa或以上、300MPa或以上、400MPa或以上、或是500MPa或以上。或者或除此之外，該拋光墊體在30℃下的儲存彈性模數可為600MPa或以下、550MPa或以下、500MPa或以下、450MPa或以下、400MPa或以下、350MPa 或以下、或是300MPa或以下。因此，該拋光墊體在30℃下的儲存彈性模數可由前述在30℃下的儲存彈性模數的任兩個端點所限制。舉例而言，該拋光墊體在30℃下的儲存彈性模數可為5MPa至600MPa、20MPa至600MPa、30MPa至600MPa、40MPa至550MPa、50MPa至500MPa、60MPa至450MPa、70MPa至400MPa、80MPa至350MPa、90MPa至300MPa、5MPa至500MPa、10MPa至500MPa、20MPa至400MPa、或是20MPa至300MPa。
根據本發明的拋光墊可單獨使用，或選擇性的用於多層層疊的拋光墊中的一層。舉例而言，本發明拋光墊可與一次級墊(subpad)合併使用。該次級墊可為任何適合的次級墊。適合的次級墊包括聚胺基甲酸乙酯泡沫次級墊、浸漬氈次級墊(impregnated felt subpad)、微孔隙聚胺基甲酸乙酯次級墊、或燒結胺基甲酸乙酯次級墊。該次級墊通常較本發明拋光墊軟，因此較拋光墊更為可壓縮的。在一些實施態樣中，該次級墊較拋光墊硬且較不可壓縮。該次級墊可選擇性包含溝、通道、空的部分、及相似者。當本發明拋光墊與次級墊合併使用時，通常會有一中間襯層(例如聚對苯二甲酸乙二酯膜)共同存在於該拋光墊與次級墊之間。
在一實施態樣中，拋光墊係藉由將拋光墊體重疊在兩層襯材之間而製備。所得到的重疊拋光墊體之後可被切削以製造兩個拋光墊。在一些實施態樣中，所重疊的拋光墊體可藉由將預聚合物(例如熱塑性聚胺基甲酸乙酯)在兩層襯層之間固化而 製造。該襯材可為任何適合的襯材，且可包含聚合物片。在一些實施態樣中，襯材可包含本文所描述的次級墊。該等實施態樣中，重疊的拋光墊可製備成延長片的形式，之後於連續處理中將其切削並分割成片段以形成拋光墊。
如第1及2圖中所示，本發明拋光墊的表面包含開放孔隙，其係因切削拋光墊體形成拋光表面所致。拋光表面的表面粗糙度係指排除該孔隙的拋光表面的表面粗糙度。為了比較，第3圖顯示習知拋光墊的表面。
表面粗糙度可由光學型表面粗糙度測試儀器測量，例如三維表面輪廓儀、雷射掃瞄顯微鏡、電子束表面輪廓儀、接觸型表面粗糙度測試儀(例如具有接觸探針的表面粗糙度測試儀)、及相似者。較佳地，表面粗糙度係根據ISO 13565測定。
本發明更提供一種拋光基材的方法，該方法包含：(i)提供一待拋光的基材；(ii)將該基材與本文所述之本發明拋光墊及一拋光組合物接觸；以及(iii)將該基材相對於該拋光墊移動，且該拋光組合物介於其間以研磨該基材的至少一部分，以此拋光該基材。
該拋光組合物可為任何適合的拋光組合物。拋光組合物通常包含水性載體、pH調整劑、以及選擇性的磨料。基於待拋光基材(工件)的種類，拋光組合物可選擇性地更包括一或多種氧化劑、有機酸、螯合劑、pH緩衝劑、界面活性劑、抗蝕劑、消泡劑、除生物劑、及相似者。
實施例
本實施例係例示以基材數量的函數計，使用本發明拋光墊所表現之氧化矽移除速率。
使用根據本發明一實施態樣之拋光墊以及使用習知拋光墊，並且使用拋光組合物，拋光類似的基材，其包含一由四乙基正矽酸鹽衍生之氧化矽覆層(blanket layer)。本發明拋光墊係以熱塑性聚胺基甲酸乙酯樹脂製備(87A熱塑性聚胺基甲酸乙酯樹脂，購自Lubrizol，Wickcliffe，OH)，其蕭氏D硬度(Shore D hardness)為42D，平均孔徑為25至45微米，由共軛焦顯微鏡所測量的平均表面粗糙度為1.4微米，且儲存彈性模數(E’)細如下表所示。
比較拋光墊係市售熱塑性聚胺基甲酸乙酯店，其具有經研磨表面，且由共軛焦顯微鏡所測量的平均表面粗糙度為5.6微米。
在拋光基材後，測定每個基材的移除速率，其結果如第4圖所示意。
由第4圖資料可顯見，本發明拋光墊在拋光約40個基材後，展現的氧化矽移除速率約穩定530埃/分鐘。比較拋光墊所展現的氧化矽移除速率在連續拋光基材時上升，且在拋光超過 200個基材後到達約370埃/分鐘。
列於此處之所有的參考文獻，包括出版物、專利申請、及專利，參照相同內容而併於此，如同每一參考文獻單獨且特別地指出係併於此處以供參考且係全文併於此處。
用於描述本發明的用語「一」、「一個」、「該」、及「至少一者」以及相似的詞(尤其在後附申請專利範圍中)，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾，應理解為涵蓋單數及複數形式。用語「至少一者」與一系列的一或多個項目連用時(例如「A與B知至少一者」)，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾，應理解為意指選自該系列中的一個項目(A或B)或是併含該系列中的二或多個項目(A及B)。用語「包含」、「具有」、「包括」、及「含有」除非有其他指示，應理解為開放式用詞(即代表「包括但不限於」)。數值的範圍於此處僅用於簡單的個別表示該範圍中每個分別的數值，除非有其他指示，且每個分別的數值係合併於說明書中，如同分別列於此處。此處所描述的所有方法可以任何適合的順序進行，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾。任何及所有的實施例或是例示性的用詞(如「例如」)旨在更好的表示本發明，且並不對本發明的範圍造成限制，除非另有請求。說明書中的用語皆不應被視為意指任何未請求的元件為本發明實施所必需。
此處已描述本發明較佳的實施態樣，包括發明人所知實施本發明的最佳例。在閱讀前揭描述後，較佳實施態樣的變化對本領域具通常知識者而言是明顯的。發明人預期本領域技藝人士適當時可使用該等改變，且發明人意謂本發明可以此處具體 描述之方法以外的方式實施。因此，依所適用法律之許可，本發明係包括記載於後附申請專利範圍之標的之所有修改及等效者。此外，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾，否則前述元件在所有可能的改變中的任何組合係涵蓋於本發明中。

Claims (9)

  1. 一種拋光墊，其係包含一包含拋光表面的拋光墊體，其中該拋光墊體包含孔隙，且其中該拋光表面具有0.1微米至4微米的表面粗糙度。
  2. 如請求項1所述之拋光墊，其中該拋光表面具有0.5微米至2微米的表面粗糙度。
  3. 如請求項1所述之拋光墊，其中該孔隙具有2微米至150微米的平均孔徑。
  4. 如請求項1所述之拋光墊，其中該拋光墊在30℃下具有5MPa(百萬帕)至600MPa的儲存彈性模數(storage modulus of elasticity)。
  5. 如請求項1所述之拋光墊，其中該拋光墊體包含熱塑性聚胺基甲酸乙酯。
  6. 如請求項1所述之拋光墊，其中該拋光墊更包含一墊基材。
  7. 如請求項6所述之拋光墊，其中該拋光墊體具有一相反於該拋光表面的非拋光表面，且其中該墊基材係與該非拋光表面結合。
  8. 如請求項1所述之拋光墊，其中該拋光墊更包含一透光區域，其係由該拋光表面延伸至一相反於該拋光表面的表面。
  9. 一種拋光基材的方法，該方法包含：(i)提供一待拋光的基材； (ii)將該基材與如請求項1所述之拋光墊及一拋光組合物接觸；以及(iii)將該基材相對於該拋光墊移動，且該拋光組合物介於其間以研磨該基材的至少一部分，以此拋光該基材。
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