TW201522406A - 化學機械硏磨墊 - Google Patents

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馬堤斯 理查德 凡哈尼漢
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Abstract

提供一種化學機械研磨墊，其係包含：研磨層；剛性層；以及，熱熔性黏著劑，其係將該研磨層結合至該剛性層；其中，該研磨層係顯現比重大於0.6；肖氏(Shore)D硬度為60至90；斷裂伸長率為100至300%；以及初始之水解安定性與長期之水解不安定性的獨特組合。

Description

化學機械研磨墊
本發明係關於化學機械研磨墊及製作及使用該研磨墊之方法。更特別地，本發明係關於化學機械研磨墊，其係包含：研磨層；剛性層；以及，熱熔性黏著劑，其係將該研磨層結合至該剛性層；其中，該研磨層係顯現比重大於0.6；肖氏(Shore)D硬度為60至90；斷裂伸長率為100至300%；以及初始之水解安定性與長期(sustained)之水解不安定性的獨特組合；以及，其中，該研磨層係具有適用於研磨基材之研磨表面。
半導體之製造典型係涵蓋若干化學機械平面化(CMP)製程。於每一CMP製程中，研磨液如含研磨劑之研磨漿料或無研磨劑之反應液與研磨墊之組合，係以平面化或維持用於接收隨後之層之平坦性的方式移除過量之材料。此等層之堆疊係以形成積體電路之方式組合。由於此等半導體裝置對於較高操作速度、較低之漏電流及降低之功率消耗的要求，該等裝置之製造變得愈來愈複雜。於裝置架構之立場，這轉化為更精細之特徵形貌及增加之金屬化水準。此等日益嚴苛之裝置設計需求正在驅使採用與 具有較低介電常數之新介電材料合用的銅金屬化。往往與低k及超低k材料相關的減弱之物理性質，組合上該裝置增加之複雜性，已導致對於CMP耗材如研磨墊及研磨液之更大需求。
特別地，與傳統介電質相比，低k及超低k介電質傾向於具有較低之機械強度及較差之黏著性，令平面化更為困難。此外，隨著積體電路之特徵尺寸降低，CMP誘發之缺陷性如刮擦變為更大之課題。再者，積體電路之持續降低的膜厚度係需要改善缺陷性，同時對晶圓基材提供可接受之形貌，此等形貌係需要日益嚴苛之平面性、碟化及侵蝕規格。
聚氨脂研磨墊係用於多種需要精確研磨之應用的主要墊化學質。聚氨脂研磨墊係有效於研磨矽晶圓、經圖案化之晶圓、平板顯示器及磁性儲存碟。特別地，聚氨脂研磨墊係提供對於大多數用以製造積體電路之研磨操作的機械完整性及化學耐性。舉例而言，聚氨脂研磨墊係具有用於抵抗撕裂之高強度；用於避免研磨過程中之磨損問題的研磨抗性；以及用於抵抗強酸性及強鹼性研磨液之攻擊的安定性。
Kulp於美國專利第8,288,448號中揭露了一種聚氨脂研磨層。Kulp揭露了一種包括澆鑄聚氨脂聚合性材料之研磨墊，該材料係以自預聚物多元醇及多官能異氰酸酯之預聚物反應形成之異氰酸酯末端之反應產物所形成。該異氰酸酯末端之反應產物係具有4.5至8.7重量百分 比之未反應NCO；以及，該異氰酸酯末端之反應產物係經選自包含固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物之群組的固化劑固化。
儘管如此，對於顯現提供一定程度之平面化同時最小化缺陷形成之性質之平衡的化學機械研磨墊存在長期之需求。
本發明係提供一種化學機械研磨墊，其係包含：研磨層，其係具有研磨表面、底表面、及於垂直於該研磨表面之方向量測之自該研磨表面至該底表面的平均厚度TP-avg；其中，該研磨層係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，視需要地，(c)複數個微元件；其中，該研磨層係顯現比重為大於0.6；肖氏(Shore)D硬度為60至90；以及斷裂拉伸率為100至300%；其中，該研磨層係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%；其7中，該研磨層係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變1.75%；剛性層，其係具有 上表面及下表面；熱熔性黏著劑，其係夾置於該研磨層之底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；壓敏平台黏著劑層，其係具有堆疊側及平台側；其中，該壓敏平台黏著劑層之堆疊側係與該剛性層之下表面相鄰；視需要地，離形內襯；其中，該視需要之離形內襯係置於該壓敏平台黏著劑層之平台側上。
本發明係提供一種化學機械研磨墊，其係包含：研磨層，其係具有研磨表面、底表面、及於垂直於該研磨表面之方向量測之自該研磨表面至該底表面的平均厚度TP-avg；其中，該研磨層係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，視需要，(c)複數個微元件；其中，該固化劑及該異氰酸酯末端之預聚物係具有OH或NH2與未反應NCO的化學計量比為80%至<95%；其中，該研磨層係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90；以及斷裂拉伸率為100至300%；其中，該研磨層係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%；其中，該研磨層係顯現長期之水解不安定性，其中，將該 研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變1.75至3.5%；剛性層，其係具有上表面及下表面；熱熔性黏著劑，其係夾置於該研磨層之底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；壓敏平台黏著劑層，其係具有堆疊側及平台側；其中，該壓敏平台黏著劑層之堆疊側係與該剛性層之下表面相鄰；視需要地，離形內襯；其中，該視需要之離形內襯係置於該壓敏平台黏著劑層之平台側上。
本發明係提供一種化學機械研磨墊，其係包含：研磨層，其係具有研磨表面、底表面、及於垂直於該研磨表面之方向量測之自該研磨表面至該底表面的平均厚度TP-avg；其中，該研磨層係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，視需要地，(c)複數個微元件；其中，該研磨層係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90；以及斷裂拉伸率為100至300%；其中，該研磨層係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%；其中，該研磨層係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之 後，其線性維度改變1.75至3.5%；剛性層，其係具有上表面及下表面；其中，該剛性層係由雙軸對準之聚對苯二甲酸乙二酯作成；其中，該剛性層係具有6至15密耳(mil)之平均厚度，其中，該剛性層係具有3,000至7,000MPa之楊氏模量；熱熔性黏著劑，其係夾置於該研磨層之底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；壓敏平台黏著劑層，其係具有堆疊側及平台側；其中，該壓敏平台黏著劑層之堆疊側係與該剛性層之下表面相鄰；視需要地，離形內襯；其中，該視需要之離形內襯係置於該壓敏平台黏著劑層之平台側上。
本發明係提供一種化學機械研磨墊，其係包含：研磨層，其係具有研磨表面、底表面、及於垂直於該研磨表面之方向量測之自該研磨表面至該底表面的平均厚度TP-avg；其中，該研磨層係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比之未反應NCO；其中，該異氰酸酯封端之預聚物係具有>8.7至9重量百分比之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，視需要地，(c)複數個微元件；其中，該研磨層係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90；以及斷裂拉伸 率為100至300%；其中，該研磨層係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%；其中，該研磨層係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變1.75至3.5%；剛性層，其係具有上表面及下表面；熱熔性黏著劑，其係夾置於該研磨層之底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；壓敏平台黏著劑層，其係具有堆疊側及平台側；其中，該壓敏平台黏著劑層之堆疊側係與該剛性層之下表面相鄰；視需要地，離形內襯；其中，該視需要之離形內襯係置於該壓敏平台黏著劑層之平台側上；以及，終點檢測窗。
本發明係提供一種研磨基材之方法，係包含：提供基材，其係選自磁性基材、光學基材、及半導體基材之至少一者；提供根據本發明之化學機械研磨墊；於該研磨層之研磨表面與該基材之間創製動態接觸，以研磨該基材之表面；以及，以研磨調整劑調整該研磨表面。
10‧‧‧化學機械研磨墊
12‧‧‧中心軸
14‧‧‧研磨表面
15‧‧‧外緣
17‧‧‧底表面
20‧‧‧研磨層
23‧‧‧熱熔性黏著劑
25‧‧‧剛性層
26‧‧‧上表面
27‧‧‧下表面
28‧‧‧平面
30‧‧‧終點檢測窗
32‧‧‧插拔到位窗塊
34‧‧‧一體成型窗
35‧‧‧通道/通孔
37‧‧‧研磨層開口
40‧‧‧埋頭孔開口
45‧‧‧凸緣
55‧‧‧架
70‧‧‧壓敏平台黏著劑層
75‧‧‧離形內襯
A、B‧‧‧軸
DO‧‧‧深度
DO-avg‧‧‧平均深度
R、r‧‧‧半徑
TP-avg‧‧‧研磨層之平均厚度
TT-avg‧‧‧化學機械研磨墊之平均總厚度
TT‧‧‧化學機械研磨墊之平均厚度
TR-avg‧‧‧剛性層之平均厚度
TW‧‧‧窗厚度
TW-avg‧‧‧平均窗厚度
γ‧‧‧夾角
第1圖係本發明之化學機械研磨墊之透視說明圖。
第2圖係本發明之化學機械研磨墊之橫切剖視說明圖。
第3圖係本發明之化學機械研磨墊的俯視圖。
第4圖係本發明之研磨層的側面透視圖。
第5圖係本發明之化學機械研磨墊之橫切剖視說明圖。
第6圖係本發明之插拔到位檢測窗的剖視圖。
第7圖係本發明之具有插拔到位檢測窗之化學機械研磨墊之橫切剖視說明圖。
第8圖係本發明之具有插拔到位檢測窗之化學機械研磨墊之橫切剖視說明圖。
第9圖係本發明之具有插拔到位檢測窗之化學機械研磨墊之橫切剖視說明圖。
第10圖係本發明之具有一體成型窗之化學機械研磨墊之橫切剖視說明圖。
業經使用顯現水解安定性以及延長之水解安定性兩者的聚氨脂材料設計傳統之聚氨脂研磨層。傳統之智慧係，聚氨脂材料需要在長期浸潤於用於化學機械研磨層之水中時維持維度上安定。申請人業經驚奇地發現，本發明之化學機械研磨墊係具有研磨層，其係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90；以及斷裂拉伸率為100至300%；以及，初始之水解安定性與長期之水解不安定性的獨特組合；提供改善之平面化效能，同時最小化缺陷，特別是可導致較低之裝置良率的刮擦缺陷。藉由本發明之研磨層提供之研磨層所顯現的獨特之性質平衡係令，舉例而言，具有曝露之銅特徵之半導體晶圓的具有最小缺陷形成之有效平面化成為可能。
本文及後附申請專利範圍中，關於具有研磨表面(14)之化學機械研磨墊(10)使用的術語「平均總厚度TT-avg」係意指，於垂直於該研磨表面(14)方向量測之自該研磨表面(14)至該剛性層(25)之下表面(27)的平均厚度TT。(參見，第1圖、第2圖、第5圖及第7至10圖)。
本文及後附申請專利範圍中，關於研磨層使用的術語「初始水解安定性」係意指，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%，如根據實施例中詳述之步驟量測者。
本文及後附申請專利範圍中，關於研磨層使用的術語「延長之水解安定性」係意指，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變<1.75%，如根據實施例中詳述之步驟量測者。
本文及後附申請專利範圍中，關於研磨層使用的術語「長期之水解不安定性」係意指，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變1.75%，如根據實施例中詳述之步驟量測者。
本文及後附申請專利範圍中，關於化學機械研磨墊(10)使用的術語「實質上圓形橫截面」係意指，自該研磨層(20)之研磨表面(14)之中心軸(12)至外緣(15)的橫截面最大半徑r係比自該研磨表面(14)之中心軸(12)至外緣(15)的最短半徑長20%。(參見，第1圖)。
本發明之化學機械研磨墊(10)較佳係適用於繞中心軸(12)旋轉(參見，第1圖)。較佳地，該研磨層(20) 之研磨表面(14)係處於垂直於該中心軸(12)之平面(28)中。化學機械研磨墊(10)較佳係適用於在平面(28)旋轉，該平面與中心軸(12)之夾角γ為85至95°，較佳為90°。該研磨層(20)較佳係具有研磨表面(14)，其係具有垂直於該中心軸(12)之實質上圓形橫截面。較佳地，橫截面之垂直於該中心軸(12)之研磨表面(14)橫截面的半徑r係於20%，更佳於10%變化。
本發明之化學機械研磨墊(10)係經特別設計，以促進對於選自磁性基材、光學基材及半導體基材之至少一者之基材的研磨。本發明之化學機械研磨墊(10)較佳係經設計以促進半導體基材之研磨。本發明之化學機械研磨墊(10)更佳係經設計以促進半導體晶圓基材表面上之曝露之銅特徵的研磨。
本發明之化學機械研磨墊(10)係包含：研磨層(20)，其係具有研磨表面(14)、底表面(17)、及於垂直於該研磨表面(14)之方向量測之自該研磨表面(14)至該底表面(17)的平均厚度TP-avg；剛性層(25)，其係具有上表面(26)及下表面(27)；熱熔性黏著劑(23)，其係夾置於該研磨層(20)之底表面(17)與該剛性層(25)之上表面(26)之間；其中，該熱熔性黏著劑(23)係將該研磨層(20)結合至該剛性層(25)；視需要地，壓敏平台黏著劑層(70)；其中，該壓敏平台黏著劑層(70)係置於該剛性層(25)之下表面(27)上(較佳地，該視需要之壓敏平台黏著劑層係促進將該化學機械研磨墊安裝於研磨機上)；視需要地，離形內襯(75)；其中，該壓敏 平台黏著劑層(70)係夾置於該剛性層(25)之下表面(27)與該視需要之離形內襯(75)之間；以及，視需要地，終點檢測窗(30)(較佳地，其中，該終點檢測窗係促進原位研磨終點檢測)；其中，該研磨層(20)係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比(較佳8.65至9.05wt%；更佳>8.7至9wt%)之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，(c)視需要地，複數個微元件；其中，該研磨層(20)係顯現比重為大於0.6；肖氏(Shore)D硬度為60至90(較佳>60至75；更佳61至75；最佳>65至70)；以及斷裂拉伸率為100至300%(較佳100至200%；更佳125至175%；最佳150至160%)；其中，該研磨層(20)係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%(如根據實施例中詳述之步驟量測者)；其中，該研磨層(20)係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變1.75%(較佳1.75至5%；更佳1.75至3.5%；最佳2至3%)(如根據實施例中詳述之步驟量測者)。(參見，第1至10圖)。
較佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用之多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族 多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組。較佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的多官能異氰酸酯係含有兩個反應性異氰酸酯基(亦即，NCO)。更佳地，於該研磨層(20)之配製中使用的多官能異氰酸酯係選自下列所組成群組之二異氰酸酯：2,4-甲苯二異氰酸酯；2,6-甲苯二異氰酸酯；4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯；萘-1,5-二異氰酸酯；聯甲苯胺二異氰酸酯；對伸苯基二異氰酸酯；伸二甲苯二異氰酸酯；異佛酮二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯；4,4’-二環己基二異氰酸酯；環己烷二異氰酸酯；及其混合物。最佳地，於該研磨層(20)之配製中使用的多官能異氰酸酯係甲苯二異氰酸酯(較佳係選自2,4-甲苯二異氰酸酯；2,6-甲苯二異氰酸酯；及其混合物所組成之群組的甲苯二異氰酸酯)。
較佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5wt%之未反應異氰酸酯(NCO)基。更佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的異氰酸酯末端之預聚物係具有8.65至9.05wt%(最佳>8.7至9wt%)之未反應異氰酸酯(NCO)基。
較佳地，該聚醚系多元醇係聚丙二醇系多元醇，且係具有未反應異氰酸酯(NCO)濃度為8至9.5wt%(更佳8.65至9.05wt%；最佳>8.7至9wt%)。可商購之聚丙二醇系異氰酸酯末端之脲烷預聚物的實例係包括Imuthane®預聚物(可自科意美國公司(COIM USA,Inc.)獲得，如PPT-80A、PPT-90A、PPT-95A、PPT-65D、PPT-75D)； Adiprene®預聚物(可自科聚亞公司(Chemtura)獲得，如LFG 963A、LFG 964A、LFG 740D)；以及Andur®預聚物(可自安德森發展公司(Anderson Development Company)獲得，如8000APLF、9500APLF、6500DPLF、7501DPLF)。
較佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的異氰酸酯末端之預聚物係低游離異氰酸酯末端之脲烷預聚物，其係具有低於0.1wt%之游離甲苯二異氰酸酯(TDI)單體含量。
較佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的固化劑係選自多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類、及其混合物所組成之群組。更佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的固化劑係選自多元醇類及聚胺類。再更佳地，於本發明之化學機械研磨層(20)中使用的固化劑係選自初級胺類及二級胺類所組成之群組的二官能固化劑。更佳地，該二官能固化劑係選自下列所組成之群組：二乙基甲苯二胺(DETDA)；3,5-二甲硫基-2,4-甲苯二胺及其異構物；3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺及其異構物(如，3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺)；4,4'-雙-(第二丁基胺基)-二苯基甲烷；1,4-雙-(第二丁基胺基)-苯；4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)；4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)；聚氧化四亞甲基-雙-對胺基苯甲酸酯；N,N'-二烷基二胺基二苯基甲烷；p,p'-亞甲基二苯胺(MDA)；間苯二胺(MPDA)；4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)；4,4'-亞甲基-雙-(2,6-二乙基苯胺)(MDEA)；4,4'-亞甲基-雙-(2,3-二氯苯胺)(MDCA)； 4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯基甲烷；2,2',3,3'-四氯二胺基二苯基甲烷；三亞甲基二醇雙對胺基苯甲酸酯；其異構物；及其混合物。最佳地，該固化劑係4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)。
較佳地，該固化劑中之反應性氫基(亦即，胺基(NH2)與羥基(OH)之總和)與該異氰酸酯末端預聚物中未反應異氰酸酯基(NCO)的化學計量比係80至<95%(更佳85至<95%；再更佳87至94%；最佳89至92%)。
該研磨層(20)視需要復包含複數個微元件。較佳地，該複數個微元件係均勻分佈於該研磨層(20)整體中。較佳地，該複數個微元件係選自入陷之氣泡、中空芯聚合性材料、填充液體之中空芯聚合性材料、水溶性材料、不溶相材料(如，礦物油)、及其組合。更佳地，該複數個微元件係選自均勻分佈於該研磨層(20)整體中的入陷之氣泡及中空芯聚合物性材料。較佳地，該複數個微元件係具有重量平均直徑低於150微米(μm)(更佳係低於50μm；最佳10至50μm)。較佳地，該複數個微元件係包含聚合性微球，其殼壁或為聚丙烯腈或為聚丙烯腈共聚物(如，來自諾貝爾公司(Akzo Nobel)之Expancel®)。較佳地，該複數個微元件係以0至35體積%(vol%)孔隙度(更佳10至25vol%)孔隙度併入該研磨層(20)中。
該研磨層(20)可呈有孔性及無孔性(亦即，未填充)構形而提供。較佳地，該研磨層(20)係顯現比重大於0.6，如根據ASTM D1622量測者。更佳地，該研磨層(20) 係顯現比重為0.6至1.5(再更佳0.7至1.2；最佳0.95至1.2)，如根據ASTM D1622量測者。
較佳地，該研磨層(20)係顯現Shore D硬度為60至90，如根據ASTM D2240量測者。更佳地，該研磨層(20)係顯現Shore D硬度為>60至75(更佳61至75；最佳>65至70)，如根據ASTM D2240量測者。
較佳地，該研磨層(20)係顯現斷裂伸長率為100至300%，根據ASTM D412量測者。較佳地，該研磨層(20)係顯現斷裂伸長率為100至200%(再更佳125至175%；最佳150至160%)，如根據ASTM D412量測者。
技術領域中具有通常知識者應了解選擇具有厚度TP之用於在給定研磨操作之化學機械研磨墊(10)的研磨層(20)。較佳地，沿著垂直於研磨表面(14)之平面(28)的軸(A)，該研磨層(20)係顯現平均厚度TP-avg。更佳地，該平均厚度TP-avg係20至150mil(更佳30至130mil；最佳70至90mil)。(參見第2圖、第5圖及第7至10圖)。
較佳地，該研磨層(20)之研磨表面(14)係適用於研磨選自磁性基材、光學基材及半導體基材之至少一者的基材(更佳係半導體基材；再更佳係半導體晶圓；最佳係具有經曝露之銅特徵的半導體晶圓)。該研磨層(20)之研磨表面(14)係顯現宏觀紋理及微觀紋理之至少一者，以促進研磨該基材。較佳地，該研磨表面(14)係顯現宏觀紋理，其中，該宏觀紋理係設計為進行下列之至少一者：(i)緩解滑水之至少一者；(ii)影響研磨介質流動；(iii)改變研磨 層之剛度；(iv)降低邊緣效應；以及，(v)促進將研磨碎片自該研磨表面(14)與被研磨基材之間的區域移除。
該研磨表面(14)較佳係顯現選自穿孔及溝槽之至少一者的宏觀紋理。較佳地，該等穿孔可自該研磨表面(14)延伸通過該研磨層(20)的部分或全部厚度。較佳地，該等溝槽係排列於該研磨表面(14)上，故當在研磨過程中旋轉該墊(10)時，至少一條溝槽掃過基材。較佳地，該等溝槽係選自彎曲之溝槽、直線性溝槽、及其組合。該等溝槽係顯現10mil(較佳10至120mil)之深度。較佳地，該等溝槽形成溝槽圖案，該圖案係包含至少兩條具有下列深度寬度與節距之組合之溝槽：選自10mil、15mil、及15至120mil之深度；選自10mil、及10至100mil之寬度；以及選自30mil、50mil、50至200mil、70至200mil、及90至200mil之節距。
較佳地，該研磨層(20)係含有併入其中的<1ppm之研磨劑粒子。
較佳地，該剛性層(25)係由選自聚合物、金屬、加強聚合物、及其組合所組成之群組的材料作成。更佳地，該剛性層(25)係由聚合物作成。最佳地，該剛性層(25)係由選自聚酯、尼龍、環氧化物、玻璃纖維加強之環氧化物、以及聚碳酸酯所組成之群組的聚合物(更佳係聚酯；再更佳係聚對苯二甲酸乙二酯聚酯；最佳係雙軸定向之聚對苯二甲酸乙二酯聚酯)作成。
較佳地，該剛性層(25)係具有平均厚度TR-avg 為>5至60mil(更佳6至15mil；最佳6至8mil)。
較佳地，該剛性層(25)之上表面(26)及下表面(27)兩者皆未開槽。更佳地，該上表面(26)及下表面(27)兩者皆平滑。最佳地，該上表面(26)及下表面(27)兩者皆具有粗糙度Ra為1至500nm(較佳1至100nm；更佳10至50nm；最佳20至40nm)，如使用光學輪廓儀測得者。
較佳地，該剛性層(25)之上表面(26)係經黏著性促進劑處理，以改善剛性層(25)與反應性熱熔性黏著劑(23)之間的黏著性。考慮到該剛性層(25)及熱熔性黏著劑(23)之組成物的構建材料，技術領域中具有通常知識者應知曉如何選擇適宜之黏著性促進劑。
較佳地，該剛性層(25)係顯現，根據ASTM D882-12量測之楊氏模量為100MPa(更佳1,000至10,000MPa；再更佳2,500至7,500MPa；最佳3,000至7,000MPa)。
較佳地，該剛性層(25)係顯現空隙分率<0.1體積%(更佳<0.01vol%)。
較佳地，該剛性層(25)係由雙軸定向之聚對苯二甲酸乙二酯作成，其係具有平均厚度為6至15mil；以及，根據ASTM D882-12量測之楊氏模量為2,500至7,500MPa(最佳3,000至7,000MPa)。
技術領域中具有通常知識者應知曉，如何選擇用於該化學機械研磨墊(10)中的適宜之熱熔性黏著劑(23)。較佳地，該熱熔性黏著劑(23)係經固化之反應性熱熔性黏著劑。更佳地，該熱熔性黏著劑(23)係經固化之反應 性熱熔性黏著劑，其係顯現未固化狀態之熔融溫度為50至150℃，較佳115之135℃；並顯現在熔融後之使用期限為90分鐘。最佳地，未固化狀態之熱熔性黏著劑(23)係包含聚氨脂樹脂(如，可自羅門哈斯公司(Rohm and Haas)獲得之Mor-MeltTM R5003)。
該化學機械研磨墊(10)較佳係適用於與研磨機之平台交界。較佳地，該化學機械研磨墊(10)係適用於固定至研磨機之平台。可使用壓敏黏著劑及真空之至少一者將該化學機械研磨墊(10)固定至該平台。
較佳地，該化學機械研磨墊(10)係包括施用至剛性層(25)之下表面(27)的壓敏平台黏著劑層(70)。技術領域中具有通常知識者應知曉，如何選擇適宜之壓敏黏著劑以用作該壓敏平台黏著劑層(70)。較佳地，該化學機械研磨墊(10)亦將包括施用於該壓敏平台黏著劑層(70)上方的離形內襯(75)，其中，該壓敏平台黏著劑層(70)係夾置於該剛性層(25)之下表面(27)與該離形內襯(75)之間。(參見第2圖及第7至10圖)。
基材研磨操作中之一個重要步驟係測定該製程之終點。一種常見之原位終點檢測方法係包括提供具有窗之研磨墊，該窗對於所選擇光之波長為透明。於研磨過程中，光束被導向通過該窗直而到達晶圓表面，光束於該處反射並返回通過該窗而到達偵檢器(如，分光光度計)。基於返回之訊號，可檢測基材表面之性質(如，其上之膜的厚度)以進行終點檢測。本發明之化學機械研磨墊(10)係視 需要復包含終點檢測窗(30)，以促進此等基於光之終點方法。較佳地，該終點檢測窗係選自併入研磨層(20)之一體成型窗(34)；以及，併入化學機械研磨墊(10)之插拔到位窗塊(32)。(參見第1至10圖)。技術領域中具有通常知識者應知曉，如何選擇構建該終點檢測窗之適宜材料以用於所欲之研磨製程。
較佳地，於本發明之化學機械研磨墊(10)中使用的終點檢測窗係併入研磨層(20)之一體成型窗(34)。較佳地，該含有一體成型窗(34)之化學機械研磨墊(10)係包含：研磨層(20)，其係具有研磨表面(14)、底表面(17)、及於垂直於該研磨表面(14)方向量測之自研磨表面(14)至底表面(17)的平均厚度TP-avg；剛性層(25)，其係具有上表面(26)及下表面(27)；熱熔性黏著劑(23)，其係夾置於該研磨層(20)之底表面(17)與該剛性層(25)之上表面(26)之間；其中，該熱熔性黏著劑(23)係將研磨層(20)結合至剛性層(25)；壓敏平台黏著劑層(70)；離形內襯(75)；其中，該壓敏平台黏著劑層(70)係夾置於該剛性層(25)之下表面(27)與離形內襯(75)之間；以及，一體成型窗(34)，其係併入研磨層(20)；其中，該研磨層(20)係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比(更佳8.65至9.05wt%；最佳>8.7至9wt%)之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化 多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，(c)視需要地，複數個微元件；其中，該研磨層(20)係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90(較佳>60至75；更佳61至75；最佳>65至70)；以及，斷裂伸長率為100至300%(較佳100至200%；更佳125至175%；最佳150至160%)；其中，該研磨層(20)係顯現初始水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時後，其線性維度之改變係<1%(如根據實施例中揭示之方法量測者)；其中，該研磨層(20)係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天後，其線性維度之改變係1.75%(較佳1.75至5%；更佳1.75至3.5%；最佳2至3%)(如根據實施例中揭示之方法量測者)；其中，該研磨層(20)係具有適用於研磨基材的研磨表面(14)。該一體成型窗(34)較佳係具有厚度TW，其係沿著垂直於研磨表面(14)之平面(28)的軸B量測。(參見，第10圖)。較佳地，該一體成型窗(34)係具有平均厚度TW-avg，其係沿著垂直於該研磨表面(25)之平面(28)的軸(B)量測，其中，該平均窗厚度TW-avg係等於該研磨層(20)之平均厚度TP-avg。(參見第10圖)。
較佳地，於本發明之化學機械研磨墊(10)中使用的終點檢測窗係插拔到位窗塊(32)。較佳地，該含有插拔到位窗塊(32)的化學機械研磨墊(10)係包含：研磨層(20)，其係具有研磨表面(14)、底表面(17)、及於垂直於該研磨表面(14)方向量測之自研磨表面(14)至底表面(17)的平 均厚度TP-avg；剛性層(25)，其係具有上表面(26)及下表面(27)；熱熔性黏著劑(23)，其係夾置於研磨層(20)之底表面(17)與剛性層(25)之上表面(26)之間；其中，該熱熔性黏著劑(23)係將研磨層(20)結合至剛性層(25)；壓敏平台黏著劑層(70)；離形內襯(75)；其中，該壓敏平台黏著劑層(70)係夾置於該剛性層(25)之下表面(27)與離形內襯(75)之間；以及，插拔到位窗塊(32)，其係併入化學機械研磨墊(10)中；其中，該研磨層(20)係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比(更佳8.65至9.05wt%；最佳>8.7至9.00wt%)之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，(c)視需要地，複數個微元件；其中，該研磨層(20)係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90(較佳>60至75；更佳61至75；最佳>65至70)；以及，斷裂伸長率為100至300%(較佳100至200%；更佳125至175%；最佳150至160%)；其中，該研磨層(20)係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時後，其線性維度之改變係<1%(如根據實施例中揭示之方法量測者)；其中，該研磨層(20)係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天後，其線性維度之改變係1.75%(較佳 1.75至5%；更佳1.75至3.5%；最佳2至3%)(如根據實施例中揭示之方法量測者)；其中，該研磨層(20)係具有適用於研磨基材的研磨表面(14)；其中，該化學機械研磨墊(10)係具有通孔(35)，其係自該研磨層(20)之研磨表面(14)至該剛性層(25)之下表面(27)通過該化學機械研磨墊(10)；其中，該插拔到位窗塊(30)係置於該通孔(35)內；以及，其中，該插拔到位窗塊(30)係被固定於該壓敏平台黏著劑層(70)。該插拔到位窗塊(30)係具有厚度TW，其係沿著垂直於該研磨表面(14)之平面(28)的軸B量測。(參見，第5至7圖)。較佳地，該插拔到位窗塊(30)係具有平均窗厚度TW-avg，其係沿著垂直於該研磨表面(25)之平面(28)的軸(B)量測，其中，該平均窗厚度TW-avg係5mil至該化學機械研磨墊(10)之平均總厚度TT-avg。(參見，第7圖)。更佳地，其中，該插拔到位窗塊(30)係具有平均窗厚度TW-avg為5mil至<TT-avg。再更佳地，其中，該插拔到位窗塊(30)係具有平均窗厚度TW-avg為5mil至75mil(又再更佳15至50mil；最佳20至40mil)。(參見，第5至7圖)。
較佳地，於本發明之化學機械研磨墊(10)中使用的終點檢測窗係插拔到位窗塊(32)。較佳地，該含有插拔到位窗塊(32)之化學機械研磨墊(10)係包含：研磨層(20)，其係具有研磨表面(14)、底表面(17)、於垂直於該研磨表面(14)方向量測之自研磨表面(14)至底表面(17)的平均厚度TP-avg、及擴大該延伸通過該研磨層(20)之厚度TP之通道(35)的埋頭孔開口(40)，其中，該埋頭孔開口(40)係開口 於該研磨表面(14)上，且於該埋頭孔開口(40)與該通道(35)間之界面處，沿著平行於軸A且垂直於該研磨表面(14)之平面(28)的軸B以深度DO形成凸緣(45)。(參見，第1圖、第4圖、第6圖及第8圖)。較佳地，該凸緣(45)係平行於該研磨表面(14)。較佳地，該埋頭孔開口係定義其軸平行於軸(A)之筒狀體積。較佳地，該埋頭孔開口係定義非筒狀之體積。較佳地，插拔到位窗塊(32)係置於該埋頭孔開口(40)內。較佳地，該插拔到位窗塊(32)係置於該埋頭孔開口(40)內並黏著至該研磨層(20)。較佳地，該插拔到位窗塊(32)係使用超音波焊接及黏著劑之至少一者黏著至該研磨層(20)。較佳地，該埋頭孔開口之沿著軸B(軸B平行於軸A且垂直於研磨表面(14)之平面(28))的平均深度DO-avg係5至75mil(較佳10至60mil；更佳15至50mil；最佳20至40mil)。較佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係小於或等於該插拔到位窗塊(32)的平均厚度TW-avg。(參見第6圖及第8圖)。更佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係滿足下式：
更佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係滿足下式：
較佳地，於本發明之化學機械研磨墊(10)中使用的終點檢測窗係插拔到位窗塊(32)。較佳地，該含有插拔到位窗塊(32)的化學機械研磨墊(10)係包含：研磨層 (20)，其係具有研磨表面(14)、底表面(17)、於垂直於該研磨表面(14)方向量測之自研磨表面(14)至底表面(17)的平均厚度TP-avg、以及擴大該延伸通過化學機械研磨墊(10)總厚度TT之通道(35)的研磨層開口(37)，其中，該研磨層開口(37)係開口於研磨表面(14)上，且於剛性層(25)之上表面(26)上，於該研磨層開口(37)與該通道(35)間之界面處，沿著平行於軸A且垂直於該研磨表面(14)之平面(28)的軸B以深度DO形成架(55)。(參見，第1圖、第4圖、第6圖及第9圖)。較佳地，該架(55)係平行於研磨表面(14)。較佳地，該研磨層開口(37)係定義其軸平行於軸(A)之筒狀體積。較佳地，該研磨層開口(37)係定義非筒狀之體積。較佳地，該插拔到位窗塊(32)係置於該研磨層開口(37)內。較佳地，該插拔到位窗塊(32)係置於該研磨層開口(37)內並黏著至剛性層(25)之上表面(26)。較佳地，該插拔到位窗塊(32)係使用超音波焊接及黏著劑之至少一者黏著至剛性層(25)之上表面(26)。較佳地，該埋頭孔開口之沿著軸B(軸B係平行於軸A且垂直於研磨表面(14)之平面(28))的平均深度DO-avg係5至75mil(較佳10至60mil；更佳15至50mil；最佳20至40mil)。較佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係小於或等於該插拔到位窗塊(32)的平均厚度TW-avg。(參見，第6圖及第9圖)。更佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係滿足下式：
更佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係 滿足下式：
本發明之某些態樣係於下述實施例中詳細揭示。
[實施例]
實施例1：研磨層之製備
藉由(a)藉由多官能異氰酸酯(如，甲苯二異氰酸酯)與聚醚系多元醇(如，可自科聚亞公司商購之Adiprene® LFG740D)之反應而於51℃獲得之異氰酸酯末端之預聚物；(b)於116℃之固化劑(如，4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺))；以及(c)0.3wt%之複數個微元件(如，可自Akzo Nobel商購之551DE40d42 Expancel®微球)之受控混合而製備澆鑄聚氨脂塊。該異氰酸酯末端之預聚物與該固化劑的比例係設定為，藉由該固化劑中之活性氫基(亦即，-OH基與-NH2基之總和)與該異氰酸酯末端之預聚物中未反應異氰酸酯基(NCO)的比例所定義之化學計量學係91%。於加入該固化劑之前，將該複數個微元件混入該異氰酸酯末端之預聚物中。隨後，使用高剪切混合頭將併入有複數個微元件之異氰酸酯末端之預聚物與固化劑混合。離開混合頭之後，以5分鐘時間，將該組合物分注至86.4cm(34英吋)直徑之圓形模具內，以給出約8cm(3英吋)之總傾倒厚度。令經分注之組合物膠凝化15分鐘，再將該模具置於固化爐中。隨後，使用下述循環將該模具於固化爐中固化：將爐設置點溫度自環境溫度以30分鐘勻速升高至104℃，隨後 將爐設置點溫度於104℃保持15.5小時，以及，隨後將爐設置點溫度自104℃以2小時勻速下降至21℃。
隨後，將經固化之聚氨脂塊自該模具移除，並於30至80℃溫度下切削(使用移動刀片切割)為多個平均厚度TP-avg為2.0mm(80mil)的研磨層。切削係自每一塊之頂部開始。
研磨層性質之分析
分析根據實施例1製備之未開槽的研磨層材料，以測定其物理性質，如表1中記錄者。注意，所記錄之比重係根據ASTM D1622相對於純水而測得；所記錄之Shore D硬度係根據ASTM D2240測得。
根據ASTM D412，使用可自MTS系統公司(MTS Systems Corporation)購得之Alliance RT/5機械測試儀於十字頭速度50.8cm/min下，量測研磨層之拉伸性質(亦即，中位拉伸強度、中位斷裂伸長率、中位模量、粗糙度)。全部測試係於設定為23℃及50%相對濕度的控溫控濕實驗室內施行。於實施測試之前，全部之測試樣本係於所標註之實驗室條件下調質5天。所記錄之研磨層材料的中位拉伸強度(MPa)及中位斷裂伸長率(%)係自五個重複樣本之應力應變曲線測得。
研磨層材料之存儲模量G'及損失模量G"係根據ASTM D5279-08使用具有扭力夾具之TA儀器公司ARES流變儀量測之。與該儀器連結之液態氮係用於低於環境溫度控制。該等樣本之線性黏彈性回應係以10弧度/ 秒(rad/sec)(1.59Hz)之測試頻率及以3℃/min之速率自-100℃勻速升溫至200℃而量測之。該等測試樣本係使用47.5mm x 7mm模具於Indusco液壓搖臂切割機上自研磨層沖壓出，隨後用剪刀切為約35mm長度。
水解安定性分析
隨後，分析根據實施例1製備之未開槽研磨層材料，以測定其是否顯現初始之水解安定劑及長期之水解不安定性。亦分析三種可商購之研磨層材料(亦即，IC1000TM研磨層材料；VisionPadTM 3100研磨層材料；及VisionPadTM研磨層材料，其全部可自羅門哈斯電子材料公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)購得)。商用研磨層材料之商用墊規格係提供於表2中。詳而言，對於每一個2mm 厚之1.5"x1.5"研磨層材料樣本，初始係使用卡尺沿著兩個1.5"維度(亦即，x及y維度)量測。隨後，將樣本浸潤於25℃去離子水中。於浸潤24小時及浸潤7天後，再次沿著x及y維度量測該等樣本。此等量測之結果係提供於表3中。
□「SG」係意指比重
「LSL」係意指規格下限
￡「USL」係意指規格上限
14‧‧‧研磨表面
20‧‧‧研磨層
28‧‧‧平面
30‧‧‧終點檢測窗
A‧‧‧中心軸

Claims (10)

  1. 一種化學機械研磨墊，係包含：研磨層，其係具有研磨表面、底表面、及於垂直於該研磨表面之方向量測之自該研磨表面至該底表面的平均厚度TP-avg；其中，該研磨層係澆鑄聚氨脂，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及，(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯末端之預聚物係具有8至9.5重量百分比之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係選自固化多胺類、固化多元醇類、固化醇胺類及其混合物所組成之群組；以及，視需要地，(c)複數個微元件；其中，該研磨層係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為60至90；以及斷裂拉伸率為100至300%；其中，該研磨層係顯現初始之水解安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤24小時之後，其線性維度改變<1%；其中，該研磨層係顯現長期之水解不安定性，其中，將該研磨層之樣本於去離子水中於25℃浸潤7天之後，其線性維度改變1.75%； 剛性層，其係具有上表面及下表面；熱熔性黏著劑，其係夾置於該研磨層之底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；壓敏平台黏著劑層，其係具有堆疊側及平台側；其中，該壓敏平台黏著劑層之堆疊側係與該剛性層之下表面相鄰；視需要地，離形內襯；其中，該視需要之離形內襯係置於該壓敏平台黏著劑層之平台側上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該固化劑及該異氰酸酯末端之預聚物係具有OH或NH2與未反應NCO的化學計量比為80%至<95%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該剛性層之上表面及下表面係未開槽。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該剛性層係具有楊氏模量為2,500至7,500MPa。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之化學機械研磨墊，其中，該剛性層係由雙軸定向之聚對苯二甲酸乙二酯作成；其中，該剛性層係具有6至15密耳之平均厚度，其中，該剛性層係具有3,000至7,000MPa之楊氏模量。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之化學機械研磨墊，其中，該澆鑄聚氨脂為包含下列之成分的反應產物：(a)藉由下列之反應獲得的異氰酸酯末端之預聚物：(i)多官能異氰酸酯；以及(ii)聚醚系多元醇；其中，該異氰酸酯 末端之預聚物係具有>8.7至9重量百分比之未反應NCO；(b)固化劑，其中，該固化劑係固化多胺類；以及，(c)複數個微元件；其中，該研磨層係顯現比重為大於0.6；Shore D硬度為61至75；以及斷裂拉伸率為100至200%。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之化學機械研磨墊，復包含：終點檢測窗。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之化學機械研磨墊，其中，該終點檢測窗係一體成型窗。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之化學機械研磨墊，其中，該終點檢測窗係插拔到位窗。
  10. 一種研磨基材之方法，係包含：提供基材，其係選自磁性基材、光學基材、及半導體基材之至少一者；提供如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊；於該研磨層之研磨表面與該基材之間創製動態接觸，以研磨該基材之表面；以及，以研磨劑調質劑調質該研磨表面。
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