TW201622887A - 硏磨墊 - Google Patents

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Shinji Shimizu
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Toyo Tire & Rubber Co
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Abstract

本發明之研磨墊係具備具有研磨區域及光透過區域之研磨層，前述光透過區域於前述研磨區域之表面側具有凸狀曲面，且前述光透過區域之曲面最頂部位於與前述研磨區域之表面同一平面上或較前述研磨區域之表面更上方。根據本發明之研磨墊，可提供於使用中不易剝落，且自使用初期至最後可抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤的研磨墊。

Description

研磨墊
本發明係關於一種利用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)使晶圓表面之凹凸平坦化時所使用的研磨墊，詳細而言係關於一種具有用於利用光學手段偵測研磨狀況等之窗(光透過區域)的研磨墊、及使用該研磨墊之半導體元件(device)之製造方法。
於製造半導體裝置時，要進行於半導體晶圓(以下稱為晶圓)表面形成導電性膜並利用光刻、蝕刻等形成配線層之步驟、及於配線層上形成層間絕緣膜之步驟等，因該等步驟會使晶圓表面產生由金屬等導電體或絕緣體所構成之凹凸。近年來，為了使半導體積體電路高密度化而進行配線之微細化及多層配線化，隨之使晶圓表面之凹凸平坦化之技術變得重要。
使晶圓表面之凹凸平坦化之方法通常採用CMP法。CMP為如下技術：在將晶圓之被研磨面壓抵於研磨墊之研磨面之狀態下，使用分散有研磨粒之漿料狀研磨劑(以下稱為漿料)進行研磨。
CMP中通常使用之研磨裝置係例如圖1所示般具備：支撐研磨墊1之研磨壓盤2、支撐被研磨體(晶圓等)4之支撐台(研磨頭)5、用於進行晶圓之均勻加壓之墊材、及研磨劑3之供給機構。研磨墊1例如藉由利用雙面膠帶進行貼附而安裝於研磨壓盤2。研磨壓盤2與支撐台5係以各自所支撐之研磨墊1與被研磨體4相對向之方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。而且，於支撐台5側設有用於將被研磨體4壓抵於研磨墊1之加壓機構。
進行此種CMP時，有判定晶圓表面平坦度之問題。即，必須偵測到達所求表面特性或平面狀態之時間點。以往，關於氧化膜之膜厚及研磨速度等係定期地處理測試晶圓，確認結果後對成為製品之晶圓進行研磨處理。
然而，該方法中會浪費處理測試晶圓之時間與成本，而且，預先完全未實施加工之測試晶圓與製品晶圓會因CMP特有之負載效應而使研磨結果不同，若不實際加工製品晶圓，則難以準確預測加工結果。
因此，最近為了消除上述問題點，期望有於CMP製程時可現場檢測獲得所求表面特性及厚度之時間點的方法。此種偵測係採用有各種方法，就測定精度或非接觸測定之空間解析力而言，光學偵測手段係成為主流。
光學偵測手段為如下方法：具體而言，讓光束通過窗(光透過區域)穿過研磨墊而照射至晶圓，監測因其反射而產生之干涉信號，藉此偵測研磨之終點。
此種方法中，藉由監測晶圓之表面層之厚度變化，且瞭解表面凹凸之近似深度而決定終點。於此種厚度變化等於凹凸深度之時間點結束CMP製程。而且，係提出有各種關於此種利用光學手段之研磨終點偵測法及該方法中所使用之研磨墊(專利文獻1~4)。
專利文獻1：日本專利特開2014-104521號公報
專利文獻2：日本專利特表2007-506280號公報
專利文獻3：日本專利特開2008-221441號公報
專利文獻4：日本專利特開2003-285259號公報
前述專利文獻1、2所記載之研磨墊之光透過區域之表面較研磨區域低，因此自使用初期至使用末期光透過區域都不與被研磨對象物相接。因此，雖無光透過區域剝離之虞，但研磨中漿料會積存於較研磨區域低之光透過區域，而使光透過率逐漸下降。因此，若利用對應初期光透過率(光反射率)之程式進行終點偵測，則有自研磨墊之 使用中期至最後光透過率下降，產生終點檢測錯誤之問題。
前述專利文獻3係利用噴砂等對光透過區域進行粗面化處理，因此製造步驟變得繁雜且成本變高。而且有因該噴砂等而混入異物之虞。
前述專利文獻4所記載之研磨墊之研磨面側之硬度低，因此修整處理時之整理器易陷入，而使該研磨墊易磨耗。因此，前述專利文獻4所記載之研磨墊於使用初期為凸部，但隨使用而窗部變為凹部，產生漿料積存而有對光透過性造成不良影響之問題。而且，前述專利文獻4所記載之研磨墊於軟質透光層與硬質透光層之積層部分易產生光散射，因此有光透過性差之問題。
本發明係為了解決上述問題而完成，其目的在於提供一種研磨墊，於使用中不易剝落，且自使用初期至最後可抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤。
本發明係一種研磨墊，係具備具有研磨區域及光透過區域之研磨層，前述光透過區域於前述研磨區域之表面側具有凸狀曲面，且前述光透過區域之曲面最頂部位於與前 述研磨區域之表面同一平面上或較前述研磨區域之表面更上方。
根據本發明可提供一種研磨墊，係於使用中不易剝落，且自使用初期至最後可抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤。
1‧‧‧研磨墊
2‧‧‧研磨壓盤
3‧‧‧研磨劑(漿料)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支撐台(研磨頭)
6、7‧‧‧旋轉軸
8‧‧‧研磨區域
9‧‧‧緩衝層
10‧‧‧開口部
11‧‧‧光透過區域
12‧‧‧貫通孔
13‧‧‧曲面最頂部
14‧‧‧研磨區域之表面
15‧‧‧曲面最底部
圖1係表示CMP研磨中所使用之研磨裝置之一例之概略構成圖。
圖2係表示本發明之研磨墊之結構之一例之概略剖面圖。
圖3係表示本發明之研磨墊之結構之一例之概略剖面圖。
本實施形態之研磨墊係具備具有研磨區域及光透過區域之研磨層，前述光透過區域於前述研磨區域之表面側具有凸狀曲面，且前述光透過區域之曲面最頂部位於與前述研磨區域之表面同一平面上或較前述研磨區域之表面更上方。根據本實施形態之研磨墊，於使用中不易剝落，且自使用初期至最後可抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤。認為發揮此種效果之原因如下。
如前所述，光學偵測手段為如下方法：具體而言係讓光束通過窗(光透過區域)穿過研磨墊而照射至晶圓，監測因其反射而產生之干涉信號，藉此偵測研磨之終點。本實施形態之研磨墊中，前述光透過區域於前述研磨區域之表面側具有凸狀曲面，且前述光透過區域之最頂部位於與前述研磨區域之表面同一平面上或較前述研磨區域之表面更上方，因此於研磨區域之磨合(利用墊整理器進行修整)時該最頂部亦被修整而附有傷痕。藉此，即便利用對應初期光透過率(光反射率)之程式進行終點偵測時，亦可自研磨墊之使用初期至最後抑制光透過率之變化，因此可抑制因光透過率之變化所引起之終點檢測錯誤。而且，本實施形態之研磨墊於使用中研磨區域之表面與光透過區域之表面實質上位於同一平面上，因此光透過區域於使用中不易剝落。
本實施形態之研磨墊可僅為前述研磨層，亦可為前述研磨區域與其他層(例如緩衝層、接著劑層、及支撐膜等)之積層體。
圖2係表示本實施形態之研磨墊之結構之一例之概略剖面圖。如圖2所示，本實施形態之研磨墊1積層有研磨區域8及緩衝層9，且於研磨區域8之開口部10內設有光透過區域11。開口部10係以與設於緩衝層9之貫通孔 12重疊之方式設置。前述光透過區域11於前述研磨區域8之表面14側(研磨面側)具有凸狀曲面，且前述光透過區域11之曲面最頂部13位於較前述研磨區域8之表面14更上方。
圖3係表示本實施形態之研磨墊之結構之一例之概略剖面圖。如圖3所示，本實施形態之研磨墊1積層有研磨區域8及緩衝層9，且於研磨區域8之開口部10內設有光透過區域11。開口部10係以與設於緩衝層9之貫通孔12重疊之方式設置。前述光透過區域11於前述研磨區域8之表面14側(研磨面側)具有凸狀曲面，且前述光透過區域11之曲面最頂部13位於與前述研磨區域8之表面14同一平面上。
<光透過區域>
就以磨合對光透過區域11附上傷痕，且自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤的觀點而言，前述光透過區域11之曲面最頂部13與該曲面最底部15之高低差較佳為10μm~200μm，更佳為10μm~150μm。
就以磨合對光透過區域11附上傷痕，且自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤、及抑制研磨時產生刮痕之觀點而言，前述光透過區域11之曲面 最底部15較佳為位於較前述研磨區域8之表面14更下方。就同樣觀點而言，前述光透過區域11之曲面最底部15與前述研磨區域之表面14之高低差較佳為10μm~200μm，更佳為30μm~200μm。
光透過區域11之形成材料並無特別限制，就於進行研磨之狀態下可高精度地進行光學終點偵測之觀點而言，較佳為使用波長660nm之光透過率為10%以上之材料，更佳為使用波長660nm之光透過率為50%以上之材料。此種材料例如可列舉：聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、環氧樹脂、及丙烯酸系樹脂等熱硬化性樹脂；聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、纖維素系樹脂、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、鹵素系樹脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、聚苯乙烯、及烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)等熱塑性樹脂；丁二烯橡膠或異戊二烯橡膠等橡膠；藉由紫外線或電子束等光會硬化之光硬化性樹脂及感光性樹脂等。該等樹脂可單獨使用，亦可併用2種以上。又，本說明書中，光透過率藉由實施例記載之方法進行測定。
光透過區域11之形成材料較佳為使用與研磨區域8之形成材料相同者或與研磨區域8之物性類似之材料。尤佳為使用聚胺基甲酸酯樹脂。
前述聚胺基甲酸酯樹脂包含異氰酸酯成分、多元醇成分(高分子量多元醇、低分子量多元醇等)、及鏈延長劑。
異氰酸酯成分可列舉2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、2,2'-二苯甲烷二異氰酸酯、2,4'-二苯甲烷二異氰酸酯、4,4'-二苯甲烷二異氰酸酯、1,5-萘二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、間苯二異氰酸酯、對二甲苯二異氰酸酯、間二甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、1,4-環己烷二異氰酸酯、4,4'-二環己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯等。該等可單獨使用，亦可併用2種以上。
高分子量多元醇可列舉聚四亞甲基醚二醇為代表之聚醚多元醇、聚己二酸丁二酯為代表之聚酯多元醇、聚己內酯多元醇、聚己內酯之類的聚酯二醇與碳酸伸烷酯之反應物等所例示之聚酯聚碳酸酯多元醇、使碳酸伸乙酯與多元醇反應後將所得反應混合物與有機二羧酸反應而成的聚酯聚碳酸酯多元醇、及藉由多價羥基化合物與碳酸芳酯之酯交換反應而獲得之聚碳酸酯多元醇等。該等可單獨使用，亦可併用2種以上。
另外，多元醇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、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、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-羥基乙氧基)苯等低分子量多元醇。
鏈延長劑可列舉：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-羥基乙氧基)苯等低分子量多元醇類；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-第二丁基-二胺基二苯甲烷、4,4'-二胺基二苯甲烷、3,3'-二氯-4,4'-二胺基二苯甲烷、2,2',3,3'-四氯-4,4'-二胺基二苯甲烷、4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯甲烷、3,3'-二乙基-4,4'-二胺基二苯甲烷、4,4'-亞甲基-雙-鄰胺苯甲酸甲酯、4,4'-亞甲基-雙-鄰胺苯甲酸、4,4'-二胺基二苯基碸、N,N'-二-第二丁基-對苯二胺、4,4'-亞甲基-雙(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、4,4'-亞甲基雙(鄰氯苯胺)、3,3'-二氯-4,4'-二胺基-5,5'-二乙基二苯甲烷、1,2-雙(2-胺基苯硫基)乙烷、三亞甲基二醇-二-對胺基苯甲酸酯、3,5-雙(甲硫基)-2,4-甲苯二胺等所例示之聚胺類。該等可使用1種，亦可混合2種以上。但，聚胺類由自身會著色或使用該等聚胺類而成之樹脂會著色之情況較多，故較佳為調配成無損物性或光透過性之程度。另外，若使用具有芳香族烴基之化合物，則有於短波長側之光透過率下降之傾向，因此尤佳為不使用此種化合物。另外，鹵基或硫基等供電子性基或吸電子性基鍵結於芳香環等之化合物有光透過率下降之 傾向，因此尤佳為不使用此種化合物。但，亦可調配成無損短波長側所要求之光透過性之程度。
前述聚胺基甲酸酯樹脂中之異氰酸酯成分、多元醇成分、及鏈延長劑之比，可根據各自之分子量或由該等製造之光透過區域之所需物性等而適當變更。有機異氰酸酯之異氰酸酯基數相對於多元醇與鏈延長劑之合計官能基(羥基+胺基)數較佳為0.95~1.15，更佳為0.99~1.10。前述聚胺基甲酸酯樹脂可應用熔融法、溶液法等公知胺基甲酸酯化技術而製造，但於考慮成本、作業環境等時，較佳為利用熔融法進行製造。
作為前述聚胺基甲酸酯樹脂之聚合順序，可為預聚物法、單次法(one shot)之任一種，就研磨時之聚胺基甲酸酯樹脂之穩定性及透明性之觀點而言，較佳為先由有機異氰酸酯與多元醇合成異氰酸酯基末端預聚物，再使其與鏈延長劑反應之預聚物法。而且，前述預聚物之NCO重量%較佳為2重量%~8重量%左右，更佳為3重量%~7重量%左右。於NCO重量%未達2重量%時，有反應硬化過度費時而生產性下降之傾向，另一方面，於NCO重量%超過8重量%時有如下傾向：反應速度變得過快而產生空氣之捲入等，使聚胺基甲酸酯樹脂之透明性或光透過率等物理特性變差。又，於光透過區域存在氣泡時，有因光之散射而使反射光之衰減變大，而使研磨終點檢測精度或 膜厚測定精度下降之傾向。因此，為了去除此種氣泡而使光透過區域成為無發泡體，較佳為於混合前述材料之前減壓至10Torr以下，藉此將材料中所含之氣體充分去除。而且，為了使混合後之攪拌步驟中不混入氣泡，於通常所使用之攪拌翼式混合機時，較佳為以轉速100rpm以下進行攪拌。另外，較佳為攪拌步驟亦在減壓下進行。又，自轉公轉式混合機於高旋轉下亦不易混入氣泡，因此使用該混合機進行攪拌、脫泡亦為較佳方法。
就以磨合對光透過區域11附上傷痕，且自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤的觀點而言，光透過區域11之ASKER-D硬度較佳為48度~75度，更佳為52度~75度。
就自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤之觀點而言，使用前(未磨合之狀態)之研磨墊1中的前述光透過區域11之波長660nm之光透過率較佳為10%~80%，更佳為45%~80%。
就自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤之觀點而言，磨合後且未用於研磨步驟之研磨墊1中的前述光透過區域11之波長660nm之光透過率較佳為10%~45%，更佳為15%~30%。
就自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤之觀點而言，用於研磨步驟過程中之研磨墊1中的前述光透過區域11之波長660nm之光透過率較佳為10%~45%，更佳為15%~30%。
就自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤之觀點而言，研磨墊之自使用初期至最後之光透過率之變化率較佳為50%以下，更佳為30%以下。又，研磨墊之自使用初期至最後之光透過率之變化率係利用下述式(1)而求出。
光透過率之變化率(%)=〔(A-B)/A〕×100 (1)
(A表示磨合後之研磨墊中的光透過區域之波長660nm之光透過率，B表示使用中及/或使用後之研磨墊中的光透過區域之波長660nm之光透過率)
光透過區域11之製作方法並無特別限制，可利用公知方法而製作。該方法例如可列舉：使用帶鋸方式或刨方式之切片機將樹脂塊成型為特定形狀之方法；將樹脂流入特定形狀之模具中並使其硬化之方法；或將利用離心成形法進行成形而獲得之樹脂片沖裁成特定形狀之方法等。該等中，較佳為將利用離心成形法進行成形而獲得之樹脂片沖裁成特定形狀之方法。該離心成形法所使用之離心成形機及模具可使用先前公知者。作為先前公知之離心成形法 之例，可列舉將構成光透過區域之組成物流入以高速旋轉之經加熱之圓筒形狀之模具中，並使其加熱、硬化。於該離心成形時，由於旋轉軸側之樹脂之表面(內側)為氣體環境，樹脂不接觸模具等，故所得圓筒形狀之樹脂之內側之表面成為鏡面(表面粗糙度Ra為0.5μm以下)。將所得圓筒形狀之樹脂沿軸方向裁切而獲得片，且將該片沖裁成特定形狀而獲得光透過區域，若將該光透過區域以離心成形時為內側之面(鏡面(表面粗糙度Ra為0.5μm以下))成為研磨面之相反側之方式設置，則可抑制光之分散，且可進一步自使用初期至最後抑制光透過率下降所造成之終點檢測錯誤，故較佳。而且，利用離心成形法成形而獲得之樹脂片由於在離心成形時為外側者具有凸狀曲面，故只要將該片沖裁成特定形狀便獲得前述光透過區域11。因此，就製造成本之方面而言亦較佳。
光透過區域11之形狀除前述以外並無特別限制，較佳為設為與研磨區域8之開口部10同樣之形狀、大小。
<研磨區域>
研磨區域8之形成材料例如可列舉：聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、鹵素系樹脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、聚苯乙烯、烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)、環氧樹脂、及感光性樹脂等。該等可單獨使用，亦可併用2 種以上。又，研磨區域8之形成材料可為與光透過區域11相同之組成，亦可為不同之組成，但就減小研磨區域8與光透過區域11之磨耗性差並使研磨層之耐久性提高之觀點而言，較佳為使用與光透過區域11所使用之形成材料同種之材料。
聚胺基甲酸酯樹脂由於耐磨耗性優異且可藉由對原料組成進行各種改變而容易獲得具有所需物性之聚合物，故係研磨區域8之形成材料之尤佳材料。
前述聚胺基甲酸酯樹脂包含異氰酸酯成分、多元醇成分(高分子量多元醇、低分子量多元醇等)、及鏈延長劑。
所使用之異氰酸酯成分並無特別限制，例如可列舉前述光透過區域可使用之異氰酸酯成分。
所使用之高分子量多元醇並無特別限制，例如可列舉前述光透過區域可使用之高分子量多元醇。又，該等高分子量多元醇之數量平均分子量並無特別限定，就所得之聚胺基甲酸酯之彈性特性等觀點而言，較佳為500~2000。若數量平均分子量未達500，則使用其之聚胺基甲酸酯不具有充分之彈性特性，而成為較脆之聚合物。因此，由該聚胺基甲酸酯製造之研磨區域8變得過硬，成為晶圓表面之刮痕之原因。而且，由於變得易磨耗，故就墊壽命之觀 點而言亦不佳。另一方面，若數量平均分子量超過2000，則使用其之聚胺基甲酸酯變得過軟，因此由該聚胺基甲酸酯製造之研磨區域8有平坦化特性差之傾向。
另外，多元醇除了高分子量多元醇以外，亦可併用前述光透過區域可使用之低分子量多元醇。
鏈延長劑可列舉：4,4'-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(MOCA)、2,6-二氯-對苯二胺、4,4'-亞甲基雙(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、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、三亞甲基二醇-二-對胺基苯甲酸酯、聚氧化四亞甲基-二-對胺基苯甲酸酯、1,2-雙(2-胺基苯硫基)乙烷、4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯甲烷、N,N'-二-第二丁基-4,4'-二胺基二苯甲烷、4,4'-二胺基-3,3'-二乙基二苯甲烷、4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯甲烷、4,4'-二胺基-3,3'-二異丙基-5,5'-二甲基二苯甲烷、4,4'-二胺基-3,3',5,5'-四乙基二苯甲烷、4,4'-二胺基-3,3',5,5'-四異丙基二苯甲烷、間二甲苯二胺、N,N'-二-第二丁基-對苯二胺、間苯二胺、及對二甲苯二胺等所例示之聚胺類或上述低分子量多元醇成分。該等可使用1種，亦可混合2種以上。
前述聚胺基甲酸酯樹脂中之異氰酸酯成分、多元醇成分、及鏈延長劑之比可根據各自之分子量或由該等製造之研磨區域8之所需物性等而進行各種改變。為了獲得研磨特性優異之研磨區域8，異氰酸酯成分之異氰酸酯基數相對於多元醇成分與鏈延長劑之合計官能基(羥基+胺基)數較佳為0.95~1.15，更佳為0.99~1.10。
聚胺基甲酸酯樹脂可利用與前述方法同樣之方法而製造。又，亦可視需要於聚胺基甲酸酯樹脂添加抗氧化劑等穩定劑、界面活性劑、潤滑劑、顏料、實心珠或水溶性粒子或乳膠粒子等填充劑、抗靜電劑、研磨砥粒、其他添加劑。
研磨區域8較佳為微細發泡體。藉由設為微細發泡體可於表面之微細孔保持漿料，而可使研磨速度變大。
使聚胺基甲酸酯樹脂進行微細發泡之方法並無特別限制，例如可列舉添加中空珠之方法、利用機械發泡法及化學發泡法等進行發泡之方法等。又，亦可併用各方法，但尤佳為使用聚烷基矽氧烷與聚醚之共聚物之聚矽氧系界面活性劑的機械發泡法。作為該聚矽氧系界面活性劑，可例示SH-192、L-5340(Toray Dow Corning公司製造)等作為適宜之化合物。
以下說明製造微細氣泡型之聚胺基甲酸酯發泡體之方法之例。該聚胺基甲酸酯發泡體之製造方法具有以下之步驟。
1)製作異氰酸酯基末端預聚物之氣泡分散液之發泡步驟
於異氰酸酯基末端預聚物(第1成分)添加聚矽氧系界面活性劑，於非反應性氣體之存在下進行攪拌，使非反應性氣體作為微細氣泡分散而製成氣泡分散液。於前述預聚物在常溫下為固體時，預熱至適當溫度進行熔融而使用。
2)硬化劑(鏈延長劑)混合步驟
於上述氣泡分散液中添加鏈延長劑(第2成分)並進行混合、攪拌，而製成發泡反應液。
3)澆鑄成型步驟
將上述發泡反應液流入模具中。
4)硬化步驟
將流入模具中之發泡反應液加熱，而使其反應硬化。
作為用於形成微細氣泡之非反應性氣體，較佳為非可燃性，具體而言可例示氮氣、氧氣、二氧化碳氣體、氦氣或氬氣等稀有氣體或該等之混合氣體，於成本方面最佳為使用乾燥去除水分後之空氣。
作為使非反應性氣體成為微細氣泡狀而分散於包含聚矽氧系界面活性劑之異氰酸酯基末端預聚物中之攪拌裝置，可無特別限定地使用公知攪拌裝置，具體而言可例示均質機、分散攪拌機、雙軸行星型混合機(行星式混合機)等。攪拌裝置之攪拌翼之形狀亦無特別限定，若使用攪打器型之攪拌翼則可獲得微細氣泡，故較佳。
又，攪拌步驟中製作氣泡分散液之攪拌與混合步驟中添加鏈延長劑混合之攪拌係使用不同之攪拌裝置的情況亦為較佳態樣。尤其是混合步驟中之攪拌亦可不為形成氣泡之攪拌，較佳為使用不會捲入大氣泡之攪拌裝置。作為此種攪拌裝置適宜為行星型混合機。亦可將攪拌步驟與混合步驟之攪拌裝置使用同一攪拌裝置，亦適宜視需要進行調整攪拌翼之旋轉速度等攪拌條件調整而使用。
聚胺基甲酸酯發泡體之製造方法中，對將發泡反應液流入模具且反應至不會流動而成之發泡體進行加熱、後硬化(post cure)時，有使發泡體之物理特性提高之效果，故極佳。亦可設為將發泡反應液流入模具後立即放入加熱烘箱中進行後硬化之條件，即便於此種條件下熱亦不會立即傳遞至反應成分，因此氣泡直徑不會變大。硬化反應若於常壓下進行則氣泡形狀穩定，故較佳。
聚胺基甲酸酯樹脂之製造中亦可使用三級胺系、有機錫系等公知促進聚胺基甲酸酯反應之觸媒。觸媒之種類、添加量係考慮混合步驟後流入特定形狀之模具之流動時間而選擇。
聚胺基甲酸酯發泡體之製造可為計量各成分投入至容器並進行攪拌之分批方式，另外亦可為於攪拌裝置連續供給各成分與非反應性氣體並進行攪拌，且送出氣泡分散液而製造成形品之連續生產方式。
聚胺基甲酸酯發泡體之平均氣泡直徑較佳為30μm~80μm，更佳為30μm~60μm。於脫離該範圍時，有研磨速度下降，或研磨後之研磨對象物(晶圓)之平面性(平坦性)下降的傾向。
聚胺基甲酸酯發泡體之比重較佳為0.5~1.3。於比重未達0.5時，有研磨區域8之表面強度下降，研磨對象物之平面性下降之傾向。另外，於大於1.3時，研磨區域8表面之氣泡數變少，雖平面性良好但有研磨速度下降之傾向。
聚胺基甲酸酯發泡體之硬度以ASKER-D硬度計較佳為45度~70度。於ASKER-D硬度未達45度時，有研磨對象物之平面性下降之傾向，另外，於大於70度時，雖 平面性良好但有研磨對象物之均勻性(均一性)下降之傾向。
研磨區域8係將如以上般製作之聚胺基甲酸酯發泡體裁切成特定尺寸而製造。
<緩衝層>
緩衝層9係補充研磨區域8之特性。緩衝層9係於CMP中為了兼具折中關係之平面性與均勻性兩者所必需。所謂平面性係指研磨有圖案形成時產生之微小凹凸之研磨對象物時之圖案部平坦性，所謂均勻性係指研磨對象物整體之均一性。利用研磨區域8之特性來改善平面性，利用緩衝層9之特性來改善均勻性。本實施形態之研磨墊1中，緩衝層9較佳為使用較研磨區域8柔軟者。
緩衝層9之形成材料並無特別限制，例如可列舉：聚酯不織布、尼龍不織布、丙烯酸系不織布等纖維不織布；含浸聚胺基甲酸酯之聚酯不織布之類的含浸樹脂之不織布；聚胺基甲酸酯泡沫、聚乙烯泡沫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；及感光性樹脂等。
<研磨墊之製造方法>
前述研磨墊1之製造方法並無特別限制。作為一例可藉由如下方式製造：將設有開口部10之研磨區域8與設有貫通孔12之緩衝層9以開口部10與貫通孔12重疊之方式分別貼合於雙面接著片之接著劑層，之後於開口部10內之雙面接著片之接著劑層貼合光透過區域11。另外，亦可於緩衝層9之與研磨壓盤(平臺)接著之面設置雙面膠帶。
作為將研磨區域8與緩衝層9貼合之手段，例如可列舉利用雙面接著片(圖中省略)夾著研磨區域8及緩衝層9並加壓之方法。雙面接著片具有於不織布或膜等基材之兩面設有接著劑層之一般構成，通常稱為雙面膠帶。作為接著劑層之組成，例如可列舉橡膠系接著劑或丙烯酸系接著劑等。若考慮金屬離子之含量，則丙烯酸系接著劑由於金屬離子含量少，故較佳。另外，研磨區域8與緩衝層9亦有組成不同之情況，因此亦可將雙面接著片之各接著劑層之組成設為不同，使各層之接著力恰當化。
形成開口部10及貫通孔12之手段並無特別限制，例如可列舉：利用切削工具進行加壓或研削之方法、利用二氧化碳雷射等雷射之方法、將原料流入具備貫通孔之形狀之模具且使其硬化而形成之方法等。又，開口部10及貫通孔12之大小或形狀並無特別限制。
<半導體元件之製造方法>
半導體元件係經過使用前述研磨墊1對半導體晶圓之表面進行研磨之步驟而製造。半導體晶圓通常係於矽晶圓上積層配線金屬及氧化膜。半導體晶圓之研磨方法、研磨裝置並無特別限制，例如使用如下研磨裝置等而進行，該研磨裝置如圖1所示般具備：研磨壓盤2，係支撐研磨墊1；支撐台(研磨頭)5，係支撐半導體晶圓4；墊材，係用於對晶圓進行均勻加壓；及研磨劑3之供給機構。研磨墊1例如藉由利用雙面膠帶進行貼附而安裝於研磨壓盤2。研磨壓盤2與支撐台5係以各自所支撐之研磨墊1與半導體晶圓4相對向之方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。而且，於支撐台5側設有用於將半導體晶圓4壓抵於研磨墊1之加壓機構。研磨時，一面使研磨壓盤2與支撐台5旋轉一面將半導體晶圓4壓抵於研磨墊1，且一面供給漿料一面進行研磨。漿料之流量、研磨負荷、研磨壓盤轉速、及晶圓轉速並無特別限制，可適當調整而進行。
藉此將半導體晶圓4之表面之突出部分去除而研磨成平坦狀。之後，藉由進行切割、接合、封裝等而製造半導體元件。半導體元件被用於運算處理裝置或記憶體等。
[實施例]
以下列舉實施例說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例。
<評價方法> 〔光透過區域之曲面最底部與研磨區域之表面之高低差〕
利用雷射位移計(Keyence公司製造之LJ-7020K)測定任意之6點並由其平均而求出。
〔光透過區域之曲面最頂部與該曲面最底部之高低差〕
藉由利用接觸式數位感測位移計(Keyence公司製造之GT2-H12KLF)進行三維分析，而求出光透過區域之曲面最頂部與該曲面最底部之高低差。
〔使用前之光透過區域之光透過率〕
使用穿透式雷射判別感測器(Keyence公司製造之IB-01)，於測定波長域660nm測定所製作之研磨墊之光透過區域之光透過率。
〔磨合後之光透過區域之光透過率〕
將研磨墊安裝於研磨裝置並進行磨合(修整器：Asahi Diamond公司製造之M#100修整條件：於DIW(超純水)中進行20分鐘)之後，自研磨裝置卸除研磨墊，利用與「使用前之光透過區域之光透過率」同樣之方法測定光透過率。
〔光透過率之變化率〕
將磨合後之光透過區域之波長660nm之光透過率設為A，對晶圓(於8吋之矽晶圓形成有1μm熱氧化膜者)逐片進行1分鐘研磨，重複進行該步驟，將研磨500片後之光透過區域之波長660nm之光透過率設為B，利用下式算出變化率。變化率較佳為30%以下。又，光透過率利用與前述同樣之方法而測定。另外，研磨裝置使用SPP600S(岡本工作機械公司製造)。研磨條件係於研磨中以流量150ml/min添加二氧化矽漿料(Cabot公司製造之SS12)作為漿料。研磨負荷設為350g/cm2，研磨壓盤轉速設為35rpm，晶圓轉速設為30rpm。
光透過率之變化率(%)=〔(A-B)/A〕×100
〔硬度〕
依照JIS K6253-1997而進行。將所製作之聚胺基甲酸酯片切成2cm×2cm(厚度：任意)之大小，將所得者設為硬度測定用試樣，於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%之環境下靜置16小時。測定時，將試樣重疊而使厚度為6mm以上。使用硬度計(高分子計器公司製造，ASKER-D型硬度計)測定硬度。
〔缺陷數之評價〕
刮痕之評價藉由如下方式進行：於前述條件下研磨3片8吋模擬晶圓，之後將堆積有厚度10000Å之熱氧化膜之8吋晶圓研磨1分鐘，然後，使用KLA-Tencor公司製造之缺陷評價裝置(Surfscan SP1)，測定研磨後之晶圓上存在多少0.19μm以上之條痕。
<製造例> 〔光透過區域A之製作〕
於反應容器內添加聚醚系預聚物(Chemtura公司製造：Adiprene L-325：NCO為9.15重量%)100重量分及預先於120℃熔融之4,4'-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(Ihara Chemical公司製造：Iharacuamine MT)。利用KURABO公司製造之行星式混合機將該反應容器攪拌1分鐘之後，將所得組成物流入以400rpm旋轉之溫度150℃之離心成形機之模具。之後，一面使該模具以1200rpm旋轉一面進行10分鐘硬化而成形並脫模。然後，於80℃進行後硬化10小時，而獲得聚胺基甲酸酯彈性體片。將後硬化後之聚胺基甲酸酯片沖裁成57mm×20mm，而製成光透過區域A。
〔光透過區域B~D之製作〕
光透過區域B~D除厚度不同以外，以與光透過區域A同樣方式製作。各光透過區域之厚度係藉由調整離心成 形所得之片之厚度而進行，該片之厚度之調整係以流入離心成形機之模具之組成物之量而調整。
［光透過區域E之製作〕
於反應容器內添加聚醚系預聚物(Chemtura公司製造：Adiprene L-325：NCO為9.15重量%)100重量分及預先於120℃熔融之4,4'-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(Ihara Chemical公司製造：Iharacuamine MT)。利用KURABO公司製造之行星式混合機將該反應容器攪拌1分鐘之後，將所得組成物流入縱200mm×橫150mm×厚度2.05mm之書本型模具中。然後，進行10分鐘硬化並脫模。之後，於80℃進行後硬化10小時，而獲得聚胺基甲酸酯彈性體片。將後硬化後之聚胺基甲酸酯片沖裁成57mm×20mm，而製成光透過區域E。
〔光透過區域F之製作〕
光透過區域F除書本型模具為縱200mm×橫150mm×厚度1.93mm以外，以與光透過區域E同樣方式製作。
〔研磨區域之製作〕
於反應容器內混合聚醚系預聚物(Chemtura公司製造：Adiprene L-325：NCO為9.15重量%)100重量分及聚矽氧系界面活性劑(Toray Dow Corning公司製造：SH-192)3重量分，且將溫度調整為80℃。使用攪拌翼， 於900rpm之轉速下以於反應體系內摻入氣泡之方式進行約4分鐘激烈攪拌。於其中添加預先於120℃熔融之4,4'-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(Ihara Chemical公司製造：Iharacuamine MT)26重量分。之後繼續攪拌約1分鐘，將反應溶液流入平鍋型之敞模。於該反應溶液之流動性消失之時間點放入烘箱內，於110℃進行6小時後硬化，而獲得聚胺基甲酸酯發泡體塊。使用帶鋸型之切片機將該聚胺基甲酸酯發泡體塊切片，而獲得聚胺基甲酸酯發泡體片。接著使用拋光機(Amitec公司製造)，將該片表面拋光成特定厚度，而製成調整過厚度精度之片(厚度：2.0mm)。將該拋光處理過之片沖裁成直徑61cm，且使用槽加工機(東邦鋼機公司製造)對表面進行槽寬度0.40mm、槽間距3.1mm、槽深度0.76mm之同心圓狀之槽加工。之後，於槽加工過之片之特定位置沖裁出用於供光透過區域嵌入之開口部(57mm×20mm)。然後，於研磨區域之與槽加工面為相反側之面，使用層壓機貼合雙面膠帶(積水化學工業公司製造：雙面膠帶，厚度：0.10mm)，而製作附有雙面膠帶之研磨區域。
<實施例1> 〔研磨墊之製作〕
使用層壓機，將用於貼合至研磨壓盤之雙面膠帶貼合於表面經拋光及電暈處理之聚乙烯泡沫(Toray公司製造，Toraypef，厚度：0.8mm)所構成之緩衝層之單面(研 磨壓盤側之面)，並沖裁成直徑61cm之大小，而製作附有雙面膠帶之緩衝層。於附有雙面膠帶之緩衝層之距中心為約12cm之位置形成貫通孔(50mm×14mm)。將附有雙面膠帶之研磨區域與附有雙面膠帶之緩衝層，以開口部與貫通孔重疊之方式貼合，進一步於研磨區域之開口部內之雙面膠帶之接著劑層貼附光透過區域A，而製作研磨墊。
<實施例2~4及比較例1、2>
除了將實施例1之光透過區域A變更為光透過區域B~F以外，以與實施例1同樣方式進行。又，比較例1中，光透過區域之表面位於較研磨區域之表面更上方，比較例2中，光透過區域之表面位於較研磨區域之表面更下方。
將前述評價結果示於表1。
實施例1~4中，光透過區域於研磨區域之表面側具有凸狀曲面，且光透過區域之曲面最頂部位於與研磨區域之表面同一平面上或較研磨區域之表面更上方，因此於磨合時對光透過區域附上傷痕，而於使用初期與使用末期之光透過率之變化率小。
比較例1中，由於光透過區域之表面位於較研磨區域之表面更上方，故於研磨中在該表面卡住而發生光透過區域之剝離。比較例2中，於研磨中漿料積存於較研磨區域低之光透過區域，而使光透過率逐漸下降。
[產業上之可利用性]
本發明之研磨墊可用於對透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、硬碟用玻璃基板、鋁基板、及一般金屬研磨加工等要求高度表面平坦性之材料進行平坦化加工的研磨墊。
1‧‧‧研磨墊
8‧‧‧研磨區域
9‧‧‧緩衝層
10‧‧‧開口部
11‧‧‧光透過區域
12‧‧‧貫通孔
13‧‧‧曲面最頂部
14‧‧‧研磨區域之表面
15‧‧‧曲面最底部

Claims (6)

  1. 一種研磨墊，係具備具有研磨區域及光透過區域之研磨層；前述光透過區域於前述研磨區域之表面側具有凸狀曲面；前述光透過區域之曲面最頂部位於與前述研磨區域之表面同一平面上或較前述研磨區域之表面更上方。
  2. 如請求項1所記載之研磨墊，其中前述光透過區域之曲面最頂部與該曲面最底部之高低差為10μm~200μm。
  3. 如請求項1所記載之研磨墊，其中前述光透過區域之使用前之波長660nm之光透過率為10%~80%。
  4. 如請求項1所記載之研磨墊，其中前述光透過區域之D硬度為48度~75度。
  5. 如請求項1所記載之研磨墊，其中前述光透過區域係將利用離心成形法而成形之片沖裁而製造。
  6. 一種半導體元件之製造方法，係包括使用如請求項1至5中任一項所記載之研磨墊對半導體晶圓之表面進行研磨的步驟。
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