TW202102337A - 具有紋理化之平板黏著劑之化學機械研磨墊 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種包含含紋理化表面之可移除式平板黏著劑之化學機械研磨墊。一種使用該研磨墊來消除或減少在該研磨墊之表面上出現的禿點之方法。

Description

具有紋理化之平板黏著劑之化學機械研磨墊

本發明係關於一種化學機械研磨墊及一種將該化學機械研磨墊貼附至平板表面之方法。

積體電路通常藉由將導電層、半導體層或絕緣層依序沈積於矽晶圓上而形成於基板上。多種製造過程需要對基板上之層進行平坦化。例如，對於某些應用，例如研磨金屬層以在圖案化層之溝槽中形成通孔、插塞及線，對覆蓋層進行平坦化直至圖案化層之頂部表面暴露。在其他應用中，例如平坦化用於光微影之介電層，研磨覆蓋層直至在底層上方保持所需厚度。化學機械研磨(CMP)為一種可接受之平坦化方法。此平坦化方法通常需要將基板安裝於載具頭(carrier head)上。通常將基板之暴露表面抵靠旋轉研磨墊置放。載具頭在基板上提供可控制負載以將其推向研磨墊。通常將研磨液體，諸如具有研磨粒子之漿料供應至研磨墊之表面。

研磨墊通常藉由擠壓、模製、澆鑄或燒結聚胺基甲酸酯材料製成。在模製之情況下，例如藉由射出模製可一次製得一個研磨墊。在澆鑄之情況下，澆鑄液體前驅體且將其固化成餅狀物，隨後將其切成獨立墊片。此等墊片接著可機械加工至最終厚度。凹槽可機械加工於研磨表面中或可形成為射出模製製程之部分。

研磨墊可為多層或堆疊墊。多層墊可具有黏著至剛性層或直接黏著至下墊層或基層之研磨墊層。使用黏著劑，通常諸如熱熔黏著劑之永久性黏著劑將研磨層與剛性層或下墊層黏著在一起。剛性層或下墊層具有與黏著至研磨層或堆疊之表面相對之表面，且此表面通常具有用於將墊黏著至研磨工具之平板之黏著劑。此平板黏著劑相對於平板之表面及下墊層之表面通常為臨時或可移除式黏著劑。臨時黏著劑之組成為重要的考慮因素，因為黏著劑必須在研磨漿料中之化學物質及所產生之熱可能使黏著劑降解之研磨製程期間保持研磨墊固定於平板。臨時黏著劑亦必須允許在一定數目之研磨步驟之後仍容易移除磨損墊。

在研磨製程期間調節研磨墊之研磨表面。調節或修整對維持恆定研磨表面之均一研磨效能至關重要。在研磨製程期間，研磨層之研磨表面磨損，形成釉面或缺乏微紋理之非所需光滑表面。調節步驟通常藉由以下操作來達成：用下壓力在整個墊之研磨表面上拖動調節盤，從而以機械方式研磨墊表面，藉此移除碎屑且形成微紋理。調節盤通常具有由內嵌金剛石粒子構成之表面，該等粒子切割墊表面以產生微突點且更新研磨紋理。此調節過程係必需的，但會因自表面移除墊材料而縮短墊壽命。由於調節過程自研磨表面研磨材料，且墊材料研磨與下壓力成比例，所以墊相對於平板表面之高度差異將在整個研磨層之表面產生不均勻研磨。因此，需要高度或平坦度之均一性以達成整個墊表面之均一磨損。

多層研磨墊之剛性層可為堆疊墊中之中間層或最底層。替代地，下墊層可為最底層。在任一情況下，研磨墊設計將有所變化且將經設計以解決研磨製程需求。例如，剛性層或下墊層可視研磨需求而在可壓縮性及硬度方面變化。具有黏著至硬剛性層或下墊層之較軟研磨層之研磨墊為此項技術中所熟知。另外，具有較軟、較易壓縮之下墊層之研磨墊亦為已知的且對於某些研磨程序具有優勢。本發明人已觀測到，較軟、較易壓縮之下墊層可能在墊黏著至平板表面時難以使其完全平坦。因此，需要發現一種具有較軟、較難壓縮之背襯層之改良研磨墊，其將容易地黏著至平板表面且為平坦的。

本發明提供一種包含可移除式平板黏著劑之研磨墊，其中該黏著劑具有紋理化表面。本發明亦提供一種包含具有研磨表面及與研磨表面相對之背面之研磨墊主體的化學機械研磨墊，其中可移除式平板黏著劑固定至背面，該平板黏著劑具有紋理化表面。

本發明進一步提供一種包含附著至背襯層之研磨層的研磨墊，該研磨層具有研磨表面，該背襯層具有與研磨表面相對之表面，平板黏著劑固定至與研磨表面相對之背襯層表面，其中平板黏著劑具有紋理化表面。

本發明進一步提供具有剛性較低之主體的化學機械研磨墊，其包含固定至研磨墊表面之紋理化平板黏著劑。

本發明進一步提供一種將化學機械研磨墊貼附至平板表面之方法，其包含：(a)將具有紋理化表面之平板黏著劑固定至研磨墊，(b)藉由將平板黏著劑之紋理化表面按壓至平板表面來將研磨墊附著至平板表面，其中平板黏著劑之紋理化表面允許空氣逸出而不被截留於平板表面與研磨墊之間。

本發明進一步提供一種將具有剛性較低之主體的化學機械研磨墊貼附至平板表面之方法，其包含：(a)將具有紋理化表面之平板黏著劑固定至研磨墊，(b)藉由將平板黏著劑之紋理化表面按壓至平板表面來將研磨墊附接至平板表面，其中平板黏著劑之紋理化表面允許空氣逸出而不被截留於平板表面與研磨墊之間。

本發明提供一種具有紋理化、可移除式平板黏著劑之研磨墊。紋理化平板黏著劑可包含防止出現禿點及過早墊磨損之凹槽或微通道。本發明亦提供一種藉由使用包含可移除式紋理化平板黏著劑之研磨墊防止在研磨墊中出現禿點及過早墊磨損之方法。

本發明之研磨墊可為整體墊或多層墊。當研磨墊為多層墊時，墊可由2個或更多個與黏著劑結合在一起之層組成。具有多層之墊亦可具有整體構造，其中多層經由一體式界面彼此共價結合。在一些實施例中，如本文中所揭示，墊為整體且因此具有一體式界面，層經由該一體式界面彼此共價結合。

本發明之多層研磨墊可包含黏著至剛性背襯層及/或至下墊層之研磨層。在一些實施例中，本發明之研磨墊將包含黏著至剛性背襯(亦稱作基底)層之研磨層(亦稱作頂部片層)，該背襯層黏著至下墊層。在其他實施例中，研磨層黏著至下墊層。在又其他實施例中，研磨層在無下墊層之情況下黏著至剛性背襯層。

在其他實施例中，如本文所揭示之整體研磨墊定義為具有單層均一材料或均質組合物之研磨墊。在一實施例中，均質主體由熱固性封閉氣室式聚胺基甲酸酯材料構成。在本發明之情形下，術語「均質」用於指示熱固性封閉氣室式聚胺基甲酸酯材料之組成在整個主體之組成中為不變的。例如，在一實施例中，術語「均質」不包括由例如浸漬毛氈或多層不同材料之組合物(複合物)構成之研磨墊主體。

不管研磨墊為整體單層墊或多層墊，研磨墊將由研磨表面及與研磨表面相對之背面組成。與研磨表面相對之背面將為將含有本發明之紋理化平板黏著劑，由此將研磨墊固定(例如，黏著)至研磨工具之平板之表面。

在一實施例中，術語「熱固性」用於指示不可逆固化之聚合物材料，例如藉由固化將材料前驅體不可逆變化成難熔、不溶性聚合物網狀物。例如，在一實施例中，術語「熱固性」不包括由例如「熱塑性塑料」材料或「熱塑性物」構成之研磨墊，其為由在加熱時變成液態且在充分冷卻時返回至極玻璃態之聚合物構成之彼等材料。應注意，由熱固性材料製成之研磨墊通常自低分子量前驅體反應以在化學反應中形成聚合物而製造，而由熱塑性材料製成之墊通常藉由加熱預先存在之聚合物以引起相變而製造，從而使得在物理製程中形成研磨墊。可基於其穩定熱及機械特性、對化學環境之抗性及抗磨性傾向來選擇用於製造本文中所描述之研磨墊之聚胺基甲酸酯熱固性聚合物。

本發明可包括作為研磨墊之部分的下墊。可使用任何適合之下墊，例如下墊可包括聚胺基甲酸酯發泡體下墊、浸漬毛氈下墊、微孔聚胺基甲酸酯下墊及燒結胺基甲酸酯下墊。下墊視情況包含凹槽、通道、中空部分、窗、孔及類似物。下墊可藉由任何適合之手段貼附至研磨層。例如，研磨層及下墊可經由黏著劑貼附或可經由焊合或類似技術附著。

研磨墊之剛度可影響由在墊安裝期間由截留空氣造成墊形成氣泡之傾向。較厚墊往往剛性較高，但亦有其他因素，諸如所用材料或背襯層之使用。與剛性較低之墊相比，剛性墊往往截留較少氣泡，且因此不易出現禿點。然而，所有研磨墊均能夠在安裝期間形成截留氣泡。剛性較低之墊往往容易地形成截留氣泡，且因此極易於出現禿點。如本文所用，研磨墊之剛度為整個墊之剛度，無論其為多層墊或均一墊。墊中之剛度可藉由任何適合之方法量測。例如，可使用應力應變通用測試儀。應力應變通用測試儀量測使較長且較大之墊樣品(例如12吋×5吋樣品)偏轉所需之力。測試墊樣品可包含頂墊、下墊、黏著劑層以及離型襯墊。偏轉通常為大約2至3吋。使用此等大尺寸以便接近模擬墊安裝製程。

如本文所用，剛性較低之墊定義為使墊樣品偏轉所需之力與對照墊樣品相比較低的墊。

本發明之研磨墊包含可移除式或臨時黏著劑，例如壓敏平板黏著劑。可移除式壓敏平板黏著劑層促進整體或多層化學機械研磨墊或墊堆疊於研磨機器上之安裝。本發明之平板黏著劑可為任何適合之材料。平板黏著劑較佳對通常用於化學機械研磨製程中之熱及化學物質具有抗性。例如，黏著劑應維持黏著特性且不使研磨墊在化學機械研磨製程期間自平板表面脫離。

本發明亦提供各種轉移膠帶(亦稱為雙側黏著膠帶)，其包括平板黏著劑及墊黏著劑。轉移膠帶包含載體膜上之一或多個黏著劑之層及用於各黏著劑面之襯墊，諸如離型襯墊。在某些實施例中，轉移膠帶在膠帶之一側上具有永久型黏著劑且在相對側上具有含槽平板黏著劑。此實施例描繪於圖2及圖3中。在其他實施例中，轉移膠帶在兩側上均可具有相同黏著劑，但僅平板側將具有含槽或紋理化表面。

轉移膠帶之載體膜可為任何適合之材料。例如，載體膜可為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。另外，載體膜可具有任何適合之厚度。例如，載體膜之厚度可為約0.5 mil至約2.0 mil。

離型襯墊可為任何適合之材料及厚度。例如，離型襯墊可為聚酯材料且可具有約2 mil至約5 mil之厚度。在本發明之一實施例中，離型襯墊經紋理化或具有溝槽以使得離型襯墊上之圖案壓印於黏著劑上，且黏著劑在移除離型襯墊後至少暫時保持藉由離型襯墊壓印之凹槽或紋理之形狀。在此實施例中，恰好在研磨墊安裝於平板上之前，將該墊之離型襯墊移除。

本發明之微通道可採用各種形狀或圖案。微通道一般由黏著劑中產生微結構化表面之結構形成。結構可圍繞黏著劑表面隨機置放或置放於規則紋理化圖案中。

離型襯墊上之紋理化圖案可為防止空氣在安裝期間被截留在研磨墊下方之任何適合圖案。例如，離型襯墊中之圖案可為由XY圖案組成之微通道圖案。替代地，圖案可為由一系列連接之蜂巢、金剛石形狀或其他幾何設計產生之微通道。微通道之尺寸可為任何適合之尺寸，其限制條件為微通道允許空氣在研磨墊之安裝期間逸出。例如，通道深度可在約5 μm至約250 μm之範圍內。例如，通道深度可為約5 μm或更大、約10 μm或更大、約15 μm或更大、約20 μm或更大、約25 μm或更大、約30 μm或更大、約40 μm或更大。例如，通道深度可為約250 μm或更小，例如約200 μm或更小、約150 μm或更小、約100 μm或更小、約50 μm或更小。較佳地，通道深度在約20 μm至約50 μm範圍內。微通道可具有任何適合之間距。通道之間距與將不會被截留之氣泡之最大尺寸相關。通道間距可為約0.1 mm或更大，例如0.2 mm或更大、0.5 mm或更大、1.0 mm或更大、5 mm或更大。通道間距可為約10 mm或更小，例如8 mm或更小、7 mm或更小、6 mm或更小。在一個實施例中，通道間距在1 mm至5 mm範圍內。

平板黏著劑可為允許研磨墊在磨損時容易移除但在研磨操作期間將研磨墊牢固地固持在適當位置的任何適合之可移除式黏著劑材料。例如，平板黏著劑可為丙烯酸系樹脂黏著劑、基於橡膠之黏著劑、胺基甲酸酯樹脂黏著劑或矽樹脂黏著劑。此等黏著劑一般為低黏性、可移除式黏著劑。

通常，黏著劑在併入於轉移膠帶中時呈厚度為約0.5 mil至約20 mil，且更特定言之約1.0 mil至約10 mil之單一均勻及連續層之形式。本發明標的物亦包括經圖案化黏著劑及多層黏著劑在轉移膠帶中之用途。

可使用雙塗佈膠帶在層壓步驟中將平板黏著劑施用至研磨墊。適合之雙塗佈膠帶包括3M 456CR、3M 442F及Avery 8603。將雙塗佈膠帶層壓至墊表面之方法為熟知的。可藉由使用任何適合之層壓機器，例如AGL層壓機(Advanced Greig Laminators公司, DeForest, Wisconsin)且根據供應商所建議之方法將雙塗佈膠帶層壓至研磨墊。

紋理化表面(例如，微通道)可藉由用結構直接壓印壓敏黏著劑層而形成。替代地，可首先壓印襯墊或背襯，且隨後用壓敏黏著劑塗佈以將結構賦予至黏著劑。膜可層壓或結合至與紋理化表面特徵相對之黏著層之一側。

本發明之一個優勢為提供具有紋理化表面之平板黏著劑背襯研磨墊，從而使得適用於空氣釋放之路徑形成於平板黏著劑中。紋理或微通道將路徑界定至研磨之周邊，其准許空氣在平板黏著劑層與平板之表面之間流動。在一個實施例中，微通道路徑極接近但不在周邊處終止。在此實施例中，仍准許空氣逸出且無空氣被截留於研磨墊與平板之間。

在最終將研磨墊施用至平板後，本發明之微通道至少部分消失，以便提供所需黏著。微通道至少部分消失之能力視微通道之形狀及黏著劑之流變性而定。

在離型襯墊已移除之後微通道平板黏著劑維持微通道之能力稱為通道壽命。例如，具有長通道壽命之黏著劑將在移除離型襯墊之後及可能甚至在已將研磨墊施用至平板表面之後維持微通道結構長達數分鐘。本發明之研磨墊較佳具有足以維持通道結構直至在安裝期間將研磨墊按壓向平板表面上的長通道壽命。在此等條件下，空氣將在安置墊期間逸出，但安裝後，在墊末端處將不存在可能允許研磨漿料或水進入墊下部之開放通道。

本發明提供一種避免由禿點造成之過早磨損之化學機械研磨墊。本發明之研磨墊包含用以將墊黏著至平板之可移除式黏著劑，且該黏著劑具有紋理表面從而使得可安裝研磨墊而不截留空氣。在安裝過程期間發生在平板表面與研磨墊之間的經截留空氣在研磨表面中導致凸起。黏著劑之紋理化表面引起較少空氣被截留或無空氣被截留。

以下實施例進一步說明本發明，但理所當然不應解釋為以任何方式限制其範疇。 實例1

此實例展現不同厚度及組成之研磨墊之剛度差異。

使用墊偏轉測試來測試各種研磨墊材料之剛度。測試使用測試墊之部分切成尺寸長度為12.5吋且寬度為5.5吋之矩形形狀。將測試墊部分安裝於在應力應變模式下操作之通用測試儀(Test Resources, Shakopee, MN)上，其能夠量測使測試墊樣品彎曲3吋所需的力。測試各測試條帶5次且將結果一起平均化。

偏轉測試之結果展示於表1中。結果指示較厚墊及具有剛性下墊或背襯層之墊具有偏轉三吋所需之較高力，且因此被視為剛性較高。下墊之厚度加頂墊之厚度之差值減去總厚度為在下墊與頂墊之間的黏著劑層之厚度。 表1.各種墊之比較性剛度量測.

墊樣品	下墊	平板黏著劑	頂墊厚度 (mil)	總墊厚度(mil)	平均最大力 (lbf)
1	30 mil	平坦，可移除式	65	110	0.40
2	30 mil	微通道	65	110	0.45
3	30 mil	平坦，低黏性	65	110	0.35
4	30 mil，緻密型	平坦，可移除式	65	110	0.40
5	15 mil	平坦，可移除式	65	105	0.22
6	15 mil	平坦，可移除式	65	105	0.22
7	15 mil	平坦，可移除式	65	105	0.26
8	30 mil	平坦，可移除式	100	145	1.02
9	無	平坦，極低黏性	130	135	0.67
10	Suba4，剛性，(IC1010)	平坦，可移除式	80	140	0.80

實例2

此實例表明在侵襲性研磨條件下，微通道黏著劑對墊磨損之影響。

使用不同平板黏著劑比較相同研磨墊。E6088研磨墊(Cabot Microelectronics, Aurora IL)經微通道黏著劑(2B)或經平坦黏著劑(2A及2C)層壓。經不同組態之E6088墊之剛度表明於實例1中。作為比較例，使用市售研磨墊IC1010(Rohm and Haas Electronic Materials)。IC1010之剛度展示於實例1中。IC1010為所測試之墊材料中剛性最高的。

使用市售基於二氧化矽之研磨漿料D9228(Cabot Microelectronics)及TEOS毯覆式晶圓在以下條件下測試研磨墊。研磨測試使用CTS研磨機模型AP 300(Creative Technology Solutions)，其使用120 rpm之平板速度，4 psi之研磨下壓力，其中漿料進料速率為250毫升/分鐘。在12lbf之壓力下用市售CMP金剛石調節劑調節墊。各墊用於研磨4至5小時，接著進行磨損分析。視覺上檢查墊之研磨表面上之磨損。過度磨損區域(例如，無凹槽結構可見之區域)計數為禿點(禿點計數)，且記錄墊禿點之數目。圖1展示被視為禿點計數之可見墊磨損的實例。

以下表2展示測試墊之墊禿點計數。如表中顯而易見，具有微通道黏著劑之E6088墊不具有禿點，而具有平坦黏著劑之相同墊具有顯著增加之彼數目，伴隨有6個禿點。另外，具有剛性下墊之E6088墊亦展示無禿點。 表2.各種研磨墊之禿點計數.

研磨墊	描述	禿點計數
IC1010，市售墊	剛性墊，平坦黏著劑	0
2A	剛性較低之墊，30 mil下墊，平坦黏著劑	6
2B	剛性較低之墊，30 mil下墊，微通道黏著劑	0
2C	剛性墊，緻密型30 mil下墊，平坦黏著劑	0

如自此實例中所呈現之資料顯而易見，剛性較低且具有平坦黏著劑之研磨墊(2A)具有禿點之問題。使用具有微通道之黏著劑防止剛性較低之研磨墊(2B)中出現禿點缺陷。 實例3

此實例闡述在模擬加速磨損條件下微通道黏著劑對墊禿點之影響。

根據偏轉測試測定為剛性較低之研磨墊經非紋理化之可移除式平板黏著劑或微通道平板黏著劑層壓。另外，剛性研磨墊經非紋理化之可移除式平板黏著劑及微通道平板黏著劑層壓。剛性研磨墊安裝於平板上，該平板與通常使用相比較少關注。進行此操作以增加在安裝期間截留氣泡之可能性。切割機器為移除墊頂部層之約0.020''均勻深度之電腦數值控制切割機器(諸如Multicam CNC切割機器)。此測試提供加速磨損測試以鑑別由於截留空氣在研磨墊與平板之間鼓泡所致之禿點區域。

加速測試之結果與研磨測試之結果相同。微通道平板黏著劑消除剛性較低之墊中之禿點問題或在較少關注下安裝之較高剛性墊之問題。

本文中所引用之所有參考文獻，包括公開案、專利申請案及專利均特此以引用之方式併入本文中，該引用程度就如同個別及特定地指示各參考文獻以引用之方式併入且全文闡述於本文中一般。

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101:研磨層/頂墊 102:黏著劑層 103:下墊 104:永久性下墊黏著劑 105:黏著劑背襯層 106:可移除式平板黏著劑 107:離型襯墊 108:具有紋理化表面之離型襯墊

圖1說明凹槽研磨表面上之禿點(spot balding)的實例。

圖2描繪本發明之研磨墊之組態的一個實施例。

圖3描繪平板黏著劑層之分解圖。

104:永久性下墊黏著劑

105:黏著劑背襯層

106:可移除式平板黏著劑

108:具有紋理化表面之離型襯墊

Claims (14)

1. 一種化學機械研磨墊，其包含：包含研磨表面之研磨墊、與該研磨表面相對之背面、附著至該背面之平板黏著劑，其中該平板黏著劑具有紋理化表面，且包含可移除式黏著劑。
2. 如請求項1之研磨墊，其中該平板黏著劑之紋理化表面包含微通道紋理。
3. 如請求項2之研磨墊，其中該微通道紋理包含XY圖案。
4. 如請求項2之研磨墊，其中該微通道紋理係由幾何形狀形成。
5. 如請求項1至4中任一項之研磨墊，其中該研磨墊具有整體結構。
6. 如請求項1至4中任一項之研磨墊，其中該研磨墊為多層研磨墊。
7. 如請求項6之研磨墊，其中該多層研磨墊包含研磨層及以下中之至少一者：背襯層及下墊層。
8. 如請求項1之研磨墊，其中該研磨墊為剛性較低之墊，定義為使用12''長×5''寬之樣品條帶在3吋偏轉下具有約0.4 lbf或更小之負載。
9. 如請求項2之研磨墊，其中該等微通道之通道深度為約5 μm至約250 μm。
10. 如請求項9之研磨墊，其中該通道深度為約20 μm至約50 μm。
11. 如請求項2之研磨墊，其中該通道間距為約0.1 mm至約10 mm。
12. 如請求項11之研磨墊，其中該通道間距為約1 mm至5 mm。
13. 一種將化學機械研磨墊貼附至平板表面之方法，其包含：(a)將具有紋理化表面之平板黏著劑層固定至該研磨墊，(b)藉由將該平板黏著劑之紋理化表面按壓至該平板表面來將該研磨墊附著至該平板表面，其中該平板黏著劑之紋理化表面允許空氣逸出且不被截留於該平板表面與該研磨墊之間。
14. 如請求項13之方法，其中該研磨墊為來自請求項1至12中任一項之墊。

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