TW201544518A - 硏磨墊及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的，係提供一種研磨速度快且平坦化特性優異之研磨墊及其製造方法。本發明之研磨墊，係於具有由聚胺基甲酸酯樹脂發泡體所構成之研磨層的研磨墊中，作為前述聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之形成材料的聚胺基甲酸酯樹脂，係藉由異氰酸酯末端預聚物之胺酯基或尿素基與下述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯的異氰酸酯基之反應，於側鏈導入有烷氧矽基； □(式中，X係OR1或OH，R1係分別獨立之碳數1~4的烷基，R2係碳數1~6之伸烷基)。

Description

研磨墊及其製造方法 技術領域
本發明係有關於一種可穩定且以高之研磨效率進行透鏡、反光鏡等光學材料或矽晶片、硬碟用之玻璃基板、鋁基板、及一般之金屬研磨加工等要求高度表面平坦性之材料之平坦化加工的研磨墊。本發明之研磨墊適用於特別是平坦化矽晶片及於其上形成有氧化物層、金屬層等的裝置，甚至是積層．形成該等氧化物層或金屬層前的平坦化步驟。
背景技術
要求高度表面平坦性之材料，具代表性者可舉被稱作製造半導體積體電路(IC、LSI)之矽晶片的單晶矽之圓盤為例。於製造IC、LSI等步驟中，為形成可信賴用於電路形成之各種薄膜的半導體接合，於積層．形成氧化物層或金屬層之各步驟中，要求高精度地平坦化矽晶片表面。於如此之研磨完工步驟中，一般係將研磨墊固定連接於被稱作平台之可旋轉的支撐圓盤，半導體晶圓等加工物則固定連接於研磨頭。並且，藉由雙方之動作，使平台與研磨頭之 間產生相對速度，再藉由連續供應包含研磨粒之研磨漿體至研磨墊上，實際地進行研磨操作。
研磨墊之研磨特性方面，要求研磨對象物之平坦性(平整度)及面內均一性優異、研磨速度快。研磨對象物之平坦性、面內均一性可藉由高彈性率化研磨層來得到某種程度的改善。又，研磨速度可藉由將研磨層作為發泡體後增加漿體之維持量、或使研磨層為親水性後提高漿體之維持能力來提升。
例如，專利文獻1中提出了一種研磨墊用組成物，其特徵在於，為提升研磨墊對水的濕潤性，含有：(A)交聯彈性體、(B)具選自於由羧基、胺基、羥基、環氧基、磺酸基及磷酸基所構成群組中之至少1種官能基的物質、及水溶性物質，且前述(A)交聯彈性體係交聯有1,2-聚丁二烯之聚合物。
又，專利文獻2中，提出了一種研磨墊，為使漿體容易溶於研磨墊中，而由含有共聚合有具親水性基之化合物的胺甲酸乙酯樹脂，且含有親水劑的胺甲酸乙酯組成物所構成的研磨墊，該親水劑係選自於由2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇-二聚氧乙烯醚、及2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇所構成群組中之至少一種，具該親水性基之化合物係環氧乙烷單體。
又，專利文獻3中，為得到平坦性、面內均一性、研磨速度良好，且研磨速度之變化少、壽命特性優異之研磨墊，有人提出了使用親水性異氰酸酯末端預聚物(B)的方 法，前述預聚物(B)之原料成分含有：作為聚胺基甲酸酯樹脂發泡體原料成分之1的具環氧乙烷單位(-CH2CH2O-)25重量%以上之數量平均分子量500以上的親水性高分子量多元醇成分與異氰酸酯成分。
又，專利文獻4中提出了一種研磨層，為提升研磨層之親水性，含有可溶解於可溶解構成研磨層之樹脂的有機溶劑，且含有難溶或不溶於水之部分醯化多醣類成分。
然而，使研磨層為親水性時，雖可加快研磨速度，但有研磨對象物之平坦性變差的問題。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：專利第3826702號說明書
專利文獻2：專利第3851135號說明書
專利文獻3：專利第4189963號說明書
專利文獻4：專利第5189440號說明書
發明概要
本發明之目的，係提供一種研磨速度快且平坦化特性優異之研磨墊及其製造方法。
本發明人等為解決前述課題致力地反覆進行檢討，結果，發現利用下述研磨墊即可解決前述課題，而完成本發明。
本發明係有關於一種研磨墊，其特徵在於，於具有由聚胺基甲酸酯樹脂發泡體所構成之研磨層的研磨墊中，作為前述聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之形成材料的聚胺基甲酸酯樹脂，係藉由異氰酸酯末端預聚物之胺酯基或尿素基與下述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯的異氰酸酯基之反應，於側鏈導入有烷氧矽基。
(式中，X係OR1或OH，R1係分別獨立之碳數1~4的烷基，R2係碳數1~6之伸烷基。)
如前述，本發明之特徵在於，聚胺基甲酸酯樹脂之側鏈導入有烷氧矽基。存在於研磨層表面之烷氧矽基，會被研磨中之漿體中的水而水解，並於研磨層表面生成矽醇基。因該矽醇基係親水性故提升研磨層表面之親水性。結果，可提高漿體之維持能力，可加快研磨速度。
另一方面，因烷氧矽基被導入於聚胺基甲酸酯樹脂的側鏈，故聚胺基甲酸酯樹脂不易因漿體而膨脹。又，存在於研磨層內部之烷氧矽基，因不易與漿體中之水接觸，故不易水解。因此，可僅親水化研磨層表面，可抑制研磨層全體的硬度下降。結果，研磨墊之平坦化特性將變得不易下降。
前述含烷氧矽基之異氰酸酯係3-異氰酸酯丙基 三乙氧矽烷。
又，相對於異氰酸酯末端預聚物100重量份，前述含烷氧矽基之異氰酸酯的添加量以1~10重量份為佳。因於聚胺基甲酸酯樹脂之側鏈導入烷氧矽基，藉由導入少量之烷氧矽基，將顯現親水性。含烷氧矽基之異氰酸酯的添加量小於1重量份時，不易於研磨層表面產生親水化，大於10重量份時，有不易製作研磨特性優異之研磨層的傾向。
又，本發明係有關於一種研磨墊之製造方法，係包含混合含有異氰酸酯末端預聚物之第1成分與含有鏈延長劑之第2成分，使其硬化後製作聚胺基甲酸酯樹脂發泡體的步驟之研磨墊之製造方法；其特徵在於，前述步驟係於含有異氰酸酯末端預聚物之第1成分中添加矽系界面活性劑，並使前述矽系界面活性劑相對於第1成分及第2成分之合計重量為0.05~10重量%，進一步將前述第1成分與無反應性氣體攪拌，並調製出分散有以前述無反應性氣體作為氣泡的氣泡分散液後，將含有鏈延長劑之第2成分混合於前述氣泡分散液，硬化後製作聚胺基甲酸酯樹脂發泡體的步驟；前述第2成分係含有下述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯。
(式中，X係OR1或OH，R1係分別獨立之碳數1~4的 烷基，R2係碳數1~6之伸烷基。)
依據前述製造方法，藉由異氰酸酯末端預聚物之胺酯基或尿素基與含烷氧矽基之異氰酸酯的異氰酸酯基反應，形成脲基甲酸酯構造或縮二脲構造，可製得於側鏈導入有烷氧矽基的聚胺基甲酸酯樹脂。
前述含烷氧矽基之異氰酸酯以3-異氰酸酯丙基三乙氧矽烷為佳。
前述含烷氧矽基之異氰酸酯的添加量，相對於異氰酸酯末端預聚物100重量份，以1~10重量份為佳。
又，本發明係有關於一種半導體裝置之製造方法，包含使用前述研磨墊來研磨半導體晶圓表面之步驟。
本發明之研磨墊，係研磨速度快，且平坦化特性優異者。又，本發明之研磨墊，因研磨操作時透過漿體使研磨層表面改變為親水性，漿體中不易產生研磨粒之凝集，可有效抑制研磨對象物產生刮痕。
1‧‧‧研磨墊(研磨層)
2‧‧‧研磨平板
3‧‧‧研磨劑(漿體)
4‧‧‧研磨對象物(半導體晶圓)
5‧‧‧支撐台(研磨頭)
6,7‧‧‧旋轉軸
圖1係顯示CMP研磨中使用之研磨裝置之一例的 概略構成圖。
用以實施發明之形態
本發明之研磨墊可為僅由聚胺基甲酸酯樹脂發泡體所構成的研磨層，亦可為研磨層與其他層(例如，緩衝層等)之積層體。
前述聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之形成材料的聚胺基甲酸酯樹脂，藉由異氰酸酯末端預聚物之胺酯基或尿素基與下述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯的異氰酸酯基之反應，於側鏈導入有烷氧矽基。
(式中，X係OR1或OH，R1係分別獨立之碳數1~4的烷基，R2係碳數1~6之伸烷基。)
前述聚胺基甲酸酯樹脂以包含異氰酸酯末端預聚物、前述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯、及鏈延長劑的聚胺基甲酸酯原料組成物之反應硬化體為佳。
異氰酸酯末端預聚物係藉由使包含異氰酸酯成分、多元醇成分(高分子量多元醇、低分子量多元醇)等之預聚物原料組成物反應而得。
不需特別限定異氰酸酯成分，可使用聚胺基甲酸酯領域中眾所周知的化合物。異氰酸酯成分，可舉例如：2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、1,5-萘二異氰酸酯、對伸苯基二異氰酸酯、間伸苯基二異氰酸酯、對茬二異氰酸酯、間茬二異氰酸酯等芳香族二異氰酸酯；乙烯二異氰酸酯、2,2,4-三甲基己二異氰酸酯、1,6-六亞甲基二異氰酸酯等脂肪族二異氰酸 酯；1,4-環己烷二異氰酸酯、4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯、異佛酮二異氰酸酯、降冰片烯二異氰酸酯等脂環式二異氰酸酯等。該等可單獨使用，亦可併用2種以上。
異氰酸酯成分除了前述二異氰酸酯化合物以外，亦可使用3官能以上之多官能聚異氰酸酯化合物。多官能之異氰酸酯化合物市售有Desmodur-N(Bayer社製)或商品名Duranate(旭化成工業社製)等一連串之二異氰酸酯加成物化合物。
高分子量多元醇((polyol))可舉聚胺基甲酸酯之技術領域中通常使用者為例。可舉例如：聚四亞甲基醚二醇、聚乙二醇等具代表性之聚醚多元醇、聚丁二醇己二酸等具代表性之聚酯多元醇、聚己內酯多元醇、例如聚己內酯之聚酯二醇與伸烷基碳酸酯之反應物等的聚酯聚碳酸酯多元醇(polyol)、使碳酸伸乙酯與多元醇(polyalcohol)，再將所得之反應混合物與有機二羧酸反應的聚酯聚碳酸酯多元醇、聚羥化合物與芳香族碳酸酯之酯交換反應所得的聚碳酸酯多元醇等。該等可單獨使用亦可併用2種以上。
並未特別限定高分子量多元醇之重量平均分子量，但由所得之聚胺基甲酸酯樹脂的彈性特性等觀點來看，以500~3000為佳。重量平均分子量小於500時，使用其所得之聚胺基甲酸酯樹脂未具有充分之彈性特性，容易變成脆弱之聚合物，由該聚胺基甲酸酯樹脂所得之研磨墊將變得過硬，有成為研磨對象物表面產生刮痕的原因之情形。又，因變得容易磨損，由研磨墊之壽命的觀點來看並 不佳。另一方面，重量平均分子量大於3000時，由使用其所得之聚胺基甲酸酯樹脂所構成的研磨墊變軟，而不易得到可充分滿足之平整度。
除了上述高分子量多元醇以外，亦可併用乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,6-丁二醇、新戊二醇、1,4-環己烷二甲醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,4-雙(2-羥乙氧基)苯、三羥甲基丙烷、甘油、1,2,6-己三醇、新戊四醇、四羥甲基環己烷、甲基葡萄糖苷、山梨醇、甘露糖醇、半乳糖醇、蔗糖、2,2,6,6-四(羥甲基)環已醇、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、及三乙醇胺等低分子量多元醇。又，亦可併用乙烯二胺、甲苯二胺、二苯基甲烷二胺、及二乙烯三胺等低分子量聚胺。又，亦可併用單乙醇胺、2-(2-胺基乙基胺基)乙醇、及單丙醇胺等醇胺。該等低分子量多元醇、低分子量聚胺等可單獨使用，亦可併用2種以上。
異氰酸酯末端預聚物使用異氰酸酯成分及多元醇成分等，且異氰酸酯基(NCO)與活性氫(H*)之當量比(NCO/H*)通常係1.2~8，以於1.5~3之範圍內進行加熱反應地製造為佳。
異氰酸酯末端預聚物於分子內具有胺酯基，亦可更具有尿素基。
前述通式(1)中，X以OR1為佳。又，R1以甲基或乙基為佳。前述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯，以使用3-異氰酸酯丙基三乙氧矽烷為佳。
前述含烷氧矽基之異氰酸酯，相對於異氰酸酯末端預聚物100重量份，以添加1~10重量份為佳，較佳者為1~5重量份。
異氰酸酯末端預聚物之硬化係使用鏈延長劑。鏈延長劑係具有2個以上之活性氫基的有機化合物，活性氫基可舉羥基、第1級或第2級胺基、硫醇基(SH)等。具體來說可舉例如：4,4’-亞甲雙(鄰氯苯胺)(MOCA)、2,6-二氯-對伸苯基二胺、4,4’-亞甲雙(2,3-二氯苯胺)、3,5-雙(甲硫基)-2,4-甲苯二胺、3,5-雙(甲硫基)-2,6-甲苯二胺、3,5-二甲基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、三亞甲基二醇-二-對胺苯甲酸酯、1,2-雙(2-胺苯硫基)乙烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、N,N’-二-Sec-丁基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、3,3’-二乙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、間茬二胺、N,N’-二-Sec-丁基-對伸苯基二胺、間伸苯基二胺、及對茬二胺等例示之聚胺類，抑或上述低分子量多元醇或低分子量聚胺。該等可使用1種，亦可混合2種以上。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體可應用熔融法、溶液法等眾所周知的胺甲酸乙酯化技術來製造，但考量到成本、作業環境等時，以熔融法製造為佳。
相對於鏈延長劑之活性氫基(羥基、胺基)數的前述預聚物之異氰酸酯基數，以0.95~1.00為佳，如此可有效地使前述預聚物之胺酯基或尿素基與含烷氧矽基之異氰酸酯的異氰酸酯基反應，形成脲基甲酸酯構造或縮二脲構造。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之製造方法，可舉添加 中空顆粒之方法、機械性發泡法(包含機械發泡法)、化學性發泡法等為例。
特別以使用有聚烷基矽氧烷與聚醚之共聚物的矽系界面活性劑之機械性發泡法為佳。矽系界面活性劑可舉SH-192及L-5340(Dow Corning Toray Silicone社製)、B8443、B8465(GOLDSCHMIDT社製)等較佳之化合物為例。矽系界面活性劑以添加為聚胺基甲酸酯原料組成物中之0.05~10重量%為佳，較佳者為0.1~5重量%。
視需要，亦可於聚胺基甲酸酯原料組成物中添加抗氧化劑等穩定劑、潤滑劑、顏料、填充劑、抗靜電劑、其他添加劑。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體可為獨立氣泡型，亦可為連續氣泡型，但為防止侵入研磨層內部之漿體，並防止存在於研磨層內部的烷氧矽基之水解，以獨立氣泡型為佳。
以下說明製造構成研磨墊(研磨層)之微細氣泡型之聚胺基甲酸酯樹脂發泡體的方法之例。此種聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之製造方法具有以下步驟。
1)製作異氰酸酯末端預聚物之氣泡分散液的發泡步驟
於異氰酸酯末端預聚物(第1成分)添加矽系界面活性劑，於無反應性氣體之存在下攪拌，做成以無反應性氣體作為氣泡分散的氣泡分散液。前述預聚物於常溫下為固體時，預熱成適當之溫度、熔融後使用。
2)含烷氧矽基之異氰酸酯及鏈延長劑的混合步驟
於前述氣泡分散液中添加、混合並攪拌含烷氧矽基之 異氰酸酯及鏈延長劑(第2成分)，做成發泡反應液。
3)鑄模步驟
將前述發泡反應液注入模具。
4)硬化步驟
加熱流入模具之發泡反應液，使其反應硬化。
用以形成氣泡所使用之無反應性氣體，以非可燃性者為佳，具體而言，可舉氮、氧、二氧化碳、氦或氬等稀有氣體、或該等之混合氣體為例，以使用乾燥後去除有水分之空氣於成本上來看係最佳。
不需特別限定將無反應性氣體做成氣泡狀後分散於，包含有矽系界面活性劑之第1成分的攪拌裝置，可使用眾所周知的攪拌裝置，具體而言，可舉均質機、溶解器、2軸行星式混合器(planetary mixer)為例。亦並未特別限定攪拌裝置之攪拌葉片的形狀，但以使用打蛋器型之攪拌葉片所得的微細氣泡為佳。
另外，發泡步驟中，作成氣泡分散液之攪拌與混合步驟中添加含烷氧矽基之異氰酸酯及鏈延長劑的攪拌，亦以使用相異之攪拌裝置為較佳之態樣。特別是，混合步驟中之攪拌亦可非形成氣泡的攪拌，以使用不捲入大氣泡之攪拌裝置為佳。如此之攪拌裝置以使用行星式混合器為佳。發泡步驟與混合步驟之攪拌裝置亦可使用相同的攪拌裝置，視需要亦可進行調整攪拌葉片之旋轉速度等的攪拌條件之調整後使用。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之製造方法中，將發泡 反應液流入模具後反應至未流動的發泡體進行加熱、後熱處理，有提升發泡體之物理特性的效果，而極佳。亦可將發泡反應液流入模具後立刻放入加熱烘箱中，進行後熱處理，於如此之條件下因熱不會立刻傳達至反應成分，故氣泡直徑不會變大。以於常壓下進行硬化反應，因可穩定氣泡形狀而為佳。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體中，亦可使用3級胺系等眾所周知的促進聚胺基甲酸酯反應之觸媒。於考量混合步驟後、流入至預定形狀之模具的流動時間後選擇觸媒之種類、添加量。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之製造可為測量各成分後投入容器並攪拌的批次方式，亦可為連續供應各成分與無反應性氣體至攪拌裝置後攪拌，送出氣泡分散液後製造成形品的連續生產方式。
又，將作為聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之原料的預聚物放入反應容器，之後，投入含烷氧矽基之異氰酸酯及鏈延長劑並攪拌後，流入預定大小之鑄模製作塊體，可使用平面狀、或帶鋸狀之切片機將該塊體切片的方法、或於前述鑄模之階段中作成薄之片材狀。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之平均氣泡直徑以30~200μm為佳。於超出該範圍之情況，則有研磨後研磨對象物之平整度(平坦性)下降的傾向。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之硬度，以阿斯克D硬度計來看，以40~70度為佳。阿斯克D硬度小於40度時，研 磨對象物之平整度下降，另一方面，大於70度時，平整度雖良好，但有研磨對象物之均勻性(均一性)下降的傾向。
聚胺基甲酸酯樹脂發泡體的比重以0.5~1.3為佳。比重小於0.5時，研磨層之表面強度下降，有研磨對象物之平整度下降的傾向。又，大於1.3時，研磨層表面之氣泡數變少，平整度雖良好，但有研磨速度下降的傾向。
與本發明之研磨墊(研磨層)的研磨對象物接觸的研磨表面，以具有保持．更新漿體之表面形狀為佳。由發泡體所構成之研磨層於研磨表面具有許多開口，具有保持、更新漿體的作用，為了更有效地進行漿體之保持性與漿體之更新，又為防止因與研磨對象物之吸附而對研磨對象物造成破壞，以研磨表面具有凹凸構造為佳。凹凸構造並未特別限定，只要為可保持．更新漿體之形狀即可，可舉例如：XY格子溝、同心圓狀溝、貫通孔、未貫通之孔、多角柱、圓柱、螺旋狀溝、偏心圓狀溝、放射狀溝、及組合該等溝者。又，該等凹凸構造一般係具有規則性者，但為更加滿足漿體之保持．更新性，亦可於每某範圍內改變溝節距、溝寬、溝深度等。
並未特別限定前述凹凸構造之製作方法，可舉例如：使用預定尺寸之車削刀具的工模之機械切削的方法、藉將樹脂流入具預定表面形狀之模具，使其硬化地製作的方法、以具有預定表面形狀之壓板擠壓樹脂地製作的方法、使用光刻法製作之方法、使用印刷方法製作之方法、利用使用有二氧化碳雷射等之雷射光製作的方法等。
本發明之研磨墊亦可為貼合前述研磨層與緩衝片材者。
前述緩衝片材(緩衝層)係補強研磨層特性者。緩衝片材係於CMP中為兼具取捨相關之平整度與均勻性兩者所需者。平整度係指研磨圖案形成時產生之具微小凹凸的研磨對象物時之圖案部的平坦性，均勻性係指研磨對象物全體之均一性。藉由研磨層之特性改善平整度，並藉由緩衝片材之特性改善均勻性。本發明之研磨墊中，以使用較研磨層柔軟的緩衝片材為佳。
前述緩衝片材，可舉例如：聚酯不織布、尼龍不織布、丙烯酸不織布等纖維不織布或浸漬有如聚胺基甲酸酯之聚酯不織布的樹脂浸漬不織布、聚胺基甲酸酯發泡體、聚乙烯發泡體等高分子樹脂發泡體、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠等橡膠性樹脂、感光性樹脂等。
貼合研磨層與緩衝片材之方法，可舉於研磨層與緩衝片材之間夾住雙面膠帶並擠壓的方法為例。
前述雙面膠帶具有於不織布或薄膜等基材兩面設有接著層之一般構造。考量到防止漿體對緩衝片材之浸透等，以於基材使用薄膜為佳。又，接著層之組成可舉橡膠系接著劑或丙烯酸系接著劑等為例。考量到金屬離子之含量，丙烯酸系接著劑因金屬離子含量少，故為佳。又，因研磨層與緩衝片材之組成有可能相異，亦可以雙面膠帶之各接著層的組成相異為前提，適當化各層之接著力。
本發明之研磨墊亦可於與平台接著之面設置雙 面膠帶。與上述相同，該雙面膠帶可使用具有於基材兩面設有接著層之一般構造者。基材可舉不織布或薄膜等為例。考量到使用研磨墊後自平台的剝離，以於基材使用薄膜為佳。又，接著層之組成可舉橡膠系接著劑或丙烯酸系接著劑等為例。考量到金屬離子之含量，丙烯酸系接著劑因金屬離子含量少，故為佳。
半導體裝置經由使用前述研磨墊後研磨半導體晶圓表面之步驟來製造。半導體晶圓一般而言係於矽晶片上積層有配線金屬及氧化膜者。並未特別限制半導體晶圓之研磨方法，可使用例如，如圖1所示，具有支撐研磨墊(研磨層)1之研磨平板2、支撐半導體晶圓4之支撐台(研磨頭)5、用以對晶圓進行均一加壓之襯底材料、及研磨劑3之供給機構的研磨裝置等。研磨墊1係藉由例如，以雙面膠帶貼附而裝設於研磨平板2。研磨平板2與支撐台5配置成其等分別所支撐的研磨墊1與半導體晶圓4對向，並分別具有旋轉軸6、7。又，於支撐台5側設有用以將半導體晶圓4壓附至研磨墊1之加壓機構。於研磨時，使研磨平板2與支撐台5旋轉並將半導體晶圓4壓附至研磨墊1，一面供給漿體一面進行研磨。並未特別限制漿體之流量、研磨負載、研磨平板旋轉數、及晶圓旋轉數，可適當地調整進行。
藉此，將半導體晶圓4表面凸出之部分去除，研磨成平坦狀。之後，利用切割、接合、封裝等製造半導體裝置。半導體裝置可使用於演算處理裝置或記憶體。
[實施例]
以下，藉由實施例詳細地說明本發明，但本發明並未受該等實施例所限定。
[測定、評價方法]
(平均氣泡直徑之測定)
以微切片機將製作好之聚胺基甲酸酯樹脂發泡體盡量平行地切成厚度1mm以下的薄片，將切出者作為測定用試樣。利用掃描型電子顯微鏡(日立Science Systems社製，S-3500N)以100倍拍攝試樣表面。並且，使用影像解析軟體(MITANI CORPORATION社製，WIN-ROOF)，測定任意範圍之全氣泡的圓等效直徑，自該測定值算出平均氣泡直徑。
(比重之測定)
依據JIS Z8807-1976進行。將製作好之聚胺基甲酸酯樹脂發泡體切成4cm×8.5cm的短片狀(厚度：任意)者作為比重測定用試樣，於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%之環境下靜置16小時。測定係使用比重計(Sartorius社製)，測定比重。
(硬度之測定)
依據JIS K6253-1997進行。將製作好之聚胺基甲酸酯樹脂發泡體切出2cm×2cm(厚度：任意)之大小者作為硬度測定用試樣，於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%之環境下靜置16小時。測定時重疊試樣，作成厚度6mm以上。使用硬度計(高分子計器社製，阿斯克D型硬度計)測定硬度。又，將試樣浸漬於水中48小時，之後，取出試樣輕拭除表 面水分後，以同樣之方法測定硬度。
(研磨特性之評價)
研磨裝置係使用MAT-ARW-8C1A(MAT(股)製)，並使用製作好之研磨墊，進行研磨特性的評價。研磨速度係藉由將於8吋之矽晶片製膜有熱氧化膜1μm製膜者研磨60秒後，由此時之研磨量算出。氧化膜之膜厚測定係使用光干渉式膜厚測定裝置(Nanometrics社製，裝置名：Nanospec)。研磨條件方面，漿體係於研磨中以流量120ml/min添加二氧化矽漿體(SS12 Cabot社製)。研磨負載係4.5psi、研磨平板旋轉數為93rpm、晶圓旋轉數為90rpm。
藉由削除量來評價平坦化特性。於8吋矽晶片堆積0.5μm之熱氧化膜後，進行預定之圖案成形後，以p-TEOS堆積1μm之氧化膜，製作初期高低差0.5μm之附圖晶圓。以前述條件研磨該晶圓，研磨後測定各高低差，算出削除量。削除量係指寬270μm之線於30μm之空間並排的圖案，與寬30μm之線於270μm之空間並排的圖案中，前述2種圖案之線上部的高低差為2000Å以下時270μm空間之削除量。270μm空間之削除量少時，不欲削除之部分的削除量少，顯示高之平坦性。
刮痕之評價係藉由以前述條件研磨3片8吋之測試晶圓，之後，研磨堆積有厚度10000Å之熱氧化膜的8吋晶圓1分鐘，並且，使用KLA Tencor社製的缺陷評價裝置(Surfscan SP1)，測定研磨後之晶圓上有幾條0.19μm以上的條痕。
實施例1
於反應容器內添加並混合聚醚系預聚物(UNIROYAL社製，ADIPRENE L-325)100重量份、及矽系界面活性劑(GOLDSCHMIDT社製，B8465)3重量份，調整至70℃後真空除氣。之後，使用攪拌葉片以旋轉數900rpm劇烈地攪拌約4分鐘，使反應系統內之氣泡混合。之後，於反應容器內添加3-異氰酸酯丙基三乙氧矽烷(以下，稱作3-IPESi)1重量份、及預先熔融至120℃之4,4’-亞甲雙(鄰氯苯胺)(以下，稱作MOCA)28.9重量份(NCO Index：1.0)。攪拌該混合液約70秒鐘後，流入麵包型之敞模(鑄模容器)。於該混合液無流動性時，加入烘箱內，以100℃進行16小時之後熱處理，得到聚胺基甲酸酯樹脂發泡體塊體。
使用切片機(AMITEC社製，VGW-125)將加熱至約80℃之前述聚胺基甲酸酯樹脂發泡體塊體切片，得到聚胺基甲酸酯樹脂發泡體片材。接著，使用拋光機(AMITEC社製)將該片材表面拋光處理至厚度1.27mm，作成經調整厚度精度的片材。將經該拋光處理之片材衝孔成直徑61cm之大小，再使用溝加工機(Techno社製)於表面進行溝寬0.25mm、溝節距1.50mm、溝深度0.40mm之同心圓狀的溝加工，得到研磨層。於與該研磨層之溝加工面相反側的面使用貼合機貼附雙面膠帶(積水化學工業社製，Double tack tape)。此外，將經電暈處理之緩衝片材(TORAY社製，聚乙烯發泡體，TORAYPEF，厚度0.8mm)的表面拋光處理，並使用貼合機將其與前述雙面膠帶貼合。此外，使用貼合 機將緩衝片材之其他面與雙面膠帶貼合，製作研磨墊。
實施例2
除了將3-IPESi添加量自1重量份變更為5重量份以外，以與實施例1相同之方法製作研磨墊。
實施例3
於反應容器內放入聚乙二醇(PEG，第一工業製藥社製，數量平均分子量1000)40重量份、聚乙二醇(PEG，第一工業製藥社製，數量平均分子量600)12.8重量份、DEG6重量份，一面攪拌一面進行減壓脫水1~2小時。接著，於可拆式燒瓶內導入氮，經氮取代後添加TDI-80(41.2重量份)。一面保持反應系統內之溫度為70℃左右一面攪拌至反應結束。反應之結束係於NCO%為大致一定的時候(NCO%：9.96)。之後，進行約2小時之真空除氣，得到親水性異氰酸酯末端預聚物(以下，稱作親水性預聚物)。
於反應容器內加入聚醚系預聚物(UNIROYAL社製，ADIPRENE L-325)80重量份、親水性預聚物20重量份、及矽系界面活性劑(GOLDSCHMIDT社製，B8465)3重量份後混合，調整至70℃後真空除氣。之後，使用攪拌葉片以旋轉數900rpm劇烈地攪拌約4分鐘，使反應系統內之氣泡混合。之後，於反應容器內添加3-IPESi 1重量份、及預先熔融至120℃之MOCA29.4重量份(NCO Index：1.0)。攪拌該混合液約70秒鐘後，流入麵包型之敞模(鑄模容器)。於該混合液無流動性時，加入烘箱內，以100℃進行16小時之後熱處理，得到聚胺基甲酸酯樹脂發泡體塊體。之後，以 與實施例1相同之方法製作研磨墊。
實施例4
除了將3-IPESi之添加量自1重量份變更為5重量份以外，以與實施例3相同之方法製作研磨墊。
比較例1~3
除了使用表1記載之混合以外以與實施例1相同之方法製作研磨墊。
實施例1~4之研磨墊的研磨速度快，且平坦化特性優異。又，可有效地抑制於晶圓產生刮痕。另一方面，比較例1~3之研磨墊的研磨速度及平坦化特性不充分。又，比較例1及2之研磨墊未能抑制於晶圓產生刮痕。
產業上之可利用性
本發明之研磨墊可穩定且以高之研磨效率進行透鏡、反光鏡等光學材料或矽晶片、鋁基板、及一般之金屬研磨加工等要求高度表面平坦性之材料的平坦化加工。 本發明之研磨墊適用於特別是平坦化矽晶片及於其上形成有氧化物層、金屬層等的裝置，甚至是積層．形成該等氧化物層或金屬層前的平坦化步驟。
1‧‧‧研磨墊(研磨層)
2‧‧‧研磨平板
3‧‧‧研磨劑(漿體)
4‧‧‧研磨對象物(半導體晶圓)
5‧‧‧支撐台(研磨頭)
6,7‧‧‧旋轉頭

Claims (7)

  1. 一種研磨墊，其特徵在於，於具有由聚胺基甲酸酯樹脂發泡體所構成之研磨層的研磨墊中，作為前述聚胺基甲酸酯樹脂發泡體之形成材料的聚胺基甲酸酯樹脂，係藉由異氰酸酯末端預聚物之胺酯基或尿素基與下述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯的異氰酸酯基之反應，於側鏈導入有烷氧矽基； (式中，X係OR1或OH，R1係分別獨立之碳數1~4的烷基，R2係碳數1~6之伸烷基)。
  2. 如請求項1之研磨墊，其中前述含烷氧矽基之異氰酸酯係3-異氰酸酯丙基三乙氧矽烷。
  3. 如請求項1或2之研磨墊，其中前述含烷氧矽基之異氰酸酯的添加量，相對於異氰酸酯末端預聚物100重量份，係1~10重量份。
  4. 一種研磨墊之製造方法，係包含混合含有異氰酸酯末端預聚物之第1成分與含有鏈延長劑之第2成分，使其硬化後製作聚胺基甲酸酯樹脂發泡體的步驟之研磨墊之製造方法；其特徵在於，前述步驟係於含有異氰酸酯末端預聚物之第1成分中添加矽系界面活性劑，並使前述矽 系界面活性劑相對於第1成分及第2成分之合計重量為0.05~10重量%，進一步將前述第1成分與無反應性氣體攪拌，並調製出分散有以前述無反應性氣體作為氣泡的氣泡分散液後，將含有鏈延長劑之第2成分混合於前述氣泡分散液，硬化後製作聚胺基甲酸酯樹脂發泡體的步驟；前述第2成分係含有下述通式(1)所表示之含烷氧矽基之異氰酸酯； (式中，X係OR1或OH，R1係分別獨立之碳數1~4的烷基，R2係碳數1~6之伸烷基)。
  5. 如請求項4之研磨墊之製造方法，其中前述含烷氧矽基之異氰酸酯係3-異氰酸酯丙基三乙氧矽烷。
  6. 如請求項4或5之研磨墊之製造方法，其中前述含烷氧矽基之異氰酸酯的添加量，相對於異氰酸酯末端預聚物100重量份，係1~10重量份。
  7. 一種半導體裝置之製造方法，包含使用如請求項1至3中任一項之研磨墊來研磨半導體晶圓表面的步驟。
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