TW202248305A - 拋光墊及使用其之用於製備半導體裝置的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於半導體之一化學機械平坦化(CMP)程序的拋光墊、一種用於製備該拋光墊的方法、及一種使用該拋光墊來製備一半導體裝置的方法。根據一實施態樣之拋光墊可藉由包含使用特定成分之一固化劑所形成的一拋光層來達成低硬度。有可能藉由將該拋光墊之表面粗糙度降低率及恢復彈性指數控制至特定範圍，來提高該拋光墊之機械性質以及改良出現於一半導體基體之表面上的表面缺陷。亦有可能進一步提高拋光速率。

Description

拋光墊及使用其之用於製備半導體裝置的方法
本發明係關於一種拋光墊及一種使用該拋光墊來製備半導體裝置之方法。
化學機械平坦化(CMP)或化學機械拋光(CMP)程序可在各種技術領域中為了各種目的而進行。CMP程序在一待拋光物件的一特定側面上進行。出於待拋光側面的平坦化、聚集材料的移除、對晶格之損害的解決以及刮痕及污染源移除之目的，其可被進行。
一拋光墊係一必要構件，其在此一CMP程序中扮演一重要角色。通常而言，一拋光墊係由一以聚胺基甲酸酯系樹脂構成，且在其表面上具有用於一漿液之大量流動的溝槽以及用以支持其細微流動的孔洞。上述拋光墊中之孔洞可藉由使用具有空隙之固相發泡劑、一氣相發泡劑或一液相發泡劑，或者藉由一化學反應產生一氣體來形成。
由於拋光層在CMP程序期間係直接與一半導體基體之表面相互作用，因此其影響該半導體基體之表面的加工品質。詳言之，CMP程序之熱穩定性及拋光穩定性可受到拋光層之組成物及物理性質以及孔洞之形狀的影響。
各種研究已被進行以解決此問題。舉例而言，一種藉由使用4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺) (MOCA)作為一固化劑來提高拋光速率及拋光穩定性的方法已被研究。
然而，若MOCA係用作一固化劑，則拋光墊之硬度係增加，此造成其嚴重硬化及表面粗糙度降低率之增加，導致拋光墊光滑化及不良的拋光表現。亦存在半導體基體之表面上出現諸如殘質、刮痕及跳痕(chatter mark)之表面缺陷係增加的一問題。 [先前技術文獻] [專利文獻] (專利文獻1)韓國公開專利公開案第2008-0037719號
本發明旨在解決先前技術之上述問題。
本發明之一目的係提供一種拋光墊，其能夠藉由包含使用特定成分之一固化劑所形成的一拋光層來達成低硬度，能夠藉由將拋光墊之表面粗糙度降低率及恢復彈性指數控制至特定範圍，來改良出現於一半導體基體之表面上之諸如殘質、刮痕及跳痕的表面缺陷，以及能夠進一步提高拋光速率；以及提供一種製備該拋光墊的方法。
本發明之另一目的係提供一種用於使用拋光墊在待拋光的一薄膜物質(半導體基體)上製備一有用的半導體裝置的方法。 問題之解決方案
本發明提供一種拋光墊，其包含一拋光層，其中該拋光層包含一組成物的一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑，該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如以下方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之一如以下方程式2所表示的恢復彈性抵抗指數(RERI)： [方程式1] RSk (%) =
Figure 02_image001
× 100
在方程式1中，Sk 1為在拋光之前拋光墊之核心粗糙深度，且Sk 2為在以下條件下拋光墊對一半導體基體之氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液。
Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的拋光墊及拋光之後的拋光墊量測的數據所計算的一值。 [方程式2] 恢復彈性抵抗指數(RERI) =
Figure 02_image003
× H 25
在方程式2中，RSk (%)係如上述方程式1所定義的， H 25為在25℃下量測之拋光墊的蕭氏D硬度，且恢復彈性抵抗指數(RERI)為不包括單位的數值之間的一比率。
另外，本發明提供一種用於製備一拋光墊之方法，其包含混合一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑來製備用以製備一拋光層的一組成物；以及將用以製備一拋光層的該組成物注入至一模具中，且使其固化以獲得包含一拋光層的一拋光墊，其中該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如上述方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如上述方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)。
另外，本發明提供一種用於製備一半導體裝置之方法，該方法包含提供包含一拋光層的一拋光墊；以及使該拋光層的拋光表面與一待拋光物件的表面相對地旋轉，同時其等係彼此接觸以拋光該待拋光物件，其中該拋光墊包含一拋光層，該拋光層包含一組成物的一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑，該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如上述方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如上述方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)。 本發明之有益效果
根據本發明之實施態樣的拋光墊可藉由包含使用特定組分之一固化劑所形成的一拋光層來達成低硬度。有可能藉由將拋光墊之表面粗糙度降低率及恢復彈性抵抗指數控制至特定範圍，來提高拋光墊之機械性質以及改良出現於一半導體基體之表面上的表面缺陷。亦有可能進一步提高拋光速率。
在下文中將詳細地說明本發明。
參照以下實施態樣，本發明之優點及特徵以及達成其之方法將變得顯易可見。然而，本發明不限於下文所揭露之實施態樣，且其將以各種不同形式來實行。這些實施態樣係允許本發明之揭露內容為完整的，且充分告知本發明所屬領域的普通技術人員本發明的範疇。本發明僅由申請專利範圍之範疇界定。
為了清楚地表達圖式中之各種層及區，厚度係被放大。出於解釋之方便，一些層及區之厚度係在圖式中被誇大的。在本篇說明書中，相同參考數字係指相同元件。 [ 拋光墊 ]
在本發明之一實施態樣中，提供一種拋光墊，其包含一拋光層，其中該拋光層包含一組成物的一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑，該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如以下方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如以下方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)： [方程式1] RSk (%) =
Figure 02_image001
× 100
在方程式1中，Sk 1為在拋光之前拋光墊之核心粗糙深度，且Sk 2為在以下條件下拋光墊對一半導體基體之氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液。
Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的拋光墊及拋光之後的拋光墊量測的數據所計算的一值。 [方程式2] 恢復彈性抵抗指數(RERI) =
Figure 02_image003
× H 25
在方程式2中，RSk (%)係如上述方程式1所定義的， H 25為在25℃下量測之拋光墊的蕭氏D硬度，且恢復彈性抵抗指數(RERI)為不包括單位的數值之間的一比率。
在用以製造半導體之方法中的拋光程序係以其中一拋光墊、一拋光漿液及一待拋光薄膜物質係緊密相關聯的一方式進行。通常而言，在一拋光漿液被供應至該拋光墊與該待拋光薄膜物質之間的接觸介面時，同時進行該拋光程序。
由於拋光墊包含一含有孔洞的拋光層，且該拋光層在CMP程序期間係直接與一半導體基體之表面相互作用，因此其影響該半導體基體之表面的加工品質。詳言之，諸如硬度、拉伸強度及伸長率之機械性質係取決於拋光層之成分、特別是拋光層之主要原料之預聚物及固化劑之組成物而變化。詳言之，硬度在這些物理性質中不僅對拋光墊之重要表現之拋光速率具有顯著影響，且亦對該待拋光薄膜物質上的表面缺陷具有顯著影響。另外，硬度亦對拋光移除速率之均一性具有影響。
據此，適當地設計拋光層之組成且將其物理性質控制在一所欲範圍內係極為重要的。
具體而言，在拋光期間，將一拋光漿液供應至在該拋光墊與半導體基體之間的拋光墊上，且該拋光漿液中之化學成分係與該半導體基體之表面反應，以形成一反應層。當拋光頭及該拋光墊係繞著其個別驅動軸桿來彼此旋轉時，該反應層係物理地移除；因此，附接至該拋光頭之半導體基體的拋光表面與該拋光墊係彼此緊密接觸地摩擦。
此處，在半導體基體上之反應物、漿液粒子、外來物質及類似者係藉由高壓及高溫而玻璃化，且接著黏附至拋光墊之表面，藉此造成所謂的光滑化現象。因此，由於拋光墊與半導體基體之間的相對運動距離之差異，可能發生非均一的表面變形。在此一情況下，拋光速率及表面粗糙度可能劣化，導致出現於待拋光薄膜物質(半導體基體)上之諸如殘質、刮痕及跳痕之表面缺陷係增加的一問題。
詳言之，若大量發生光滑化現象，則與半導體基體之經拋光表面接觸的區域會增加，且一漿液之拋光粒子係插入在已發生光滑化之區與半導體基體之經拋光表面之間，藉此造成更多缺陷。
據此，本發明之一實施態樣的技術特性在於：拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)係被控制至一特定範圍或更小，因此拋光墊在拋光之後的光滑化現象及表面變形的產生率係被降低的，藉此最小化拋光表現中之表面缺陷及劣化。
在本說明書中，表面粗糙度降低率(RSk (%))為在拋光之前及之後拋光墊之表面粗糙度的差異與在拋光之前拋光墊之表面粗糙度的比率，其呈一百分比(%)。其由以下方程式1表示。 [方程式1] RSk (%) =
Figure 02_image001
× 100
在方程式1中，Sk 1為在拋光之前拋光墊之核心粗糙深度，且Sk 2為在以下條件下拋光墊對一半導體基體之氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液。
Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的拋光墊及拋光之後的拋光墊量測的數據所計算的一值。
在本說明書中，表面粗糙度係指一拋光墊的一表面粗糙度，其中該拋光墊之表面係藉由加工或拋光所形成。本發明中所使用之光學表面粗糙度測量儀係為由Bruker製造的一Contour GT模型。用於量測一拋光墊之表面粗糙度之詳細條件，見本說明書之實例。
若拋光墊之表面粗糙度在拋光之前、期間及之後維持恆定，則光滑化現象係減少的，藉此拋光速率維持恆定，且出現於半導體基體之表面上的表面缺陷可減少。
作為一實例，參看圖1，拋光墊係在一CMP程序中使用，其中拋光墊之表面形狀係藉由透過附接至頭部(110)之半導體基體(或晶圓) (120)在直向方向上施加的壓力、及藉由在程序期間藉由平台(130)之旋轉在水平方向上施加的剪切應力而變形。
拋光墊的表面上有供一漿液(140)大量流動的多個溝槽以及用以支持其細微流動的多個孔洞。在拋光墊中，不僅在表面上之溝槽的形狀，還有孔洞(150)的形狀，係藉由外部應力而變形，其可能造成拋光墊之表面粗糙度的一改變。
特定而言，在拋光時造成拋光墊之表面粗糙度改變之孔洞形狀及孔洞聚結程度的改變，可在一CMP程序之顯著表現中對拋光速率、半導體基體之平坦化及半導體基體表面上之殘質、刮痕及跳痕造成影響。因此，它們的控制係特別重要的。
在拋光時由這些特性調整之拋光墊的表面粗糙度可取決於一胺基甲酸酯系預聚物、一發泡劑或一固化劑之類型而變化。此外，表面粗糙度可取決於在個別成分混合時之混合頭的旋轉速度、開槽程度、預處理條件及類似者而變化。另外，表面粗糙度可由各種變數來控制。
根據本發明之一實施態樣之拋光墊的表面粗糙度降低率(RSk (%))係為在拋光之前(Sk 1)及之後(Sk 2)拋光墊之核心粗糙深度的差異(Sk 1– Sk 2)與在拋光之前拋光墊的核心粗糙深度的比率，其呈一百分比(%)。表面粗糙度降低率RSk (%)可為例如小於50%，例如48%或更小，例如47%或更小，例如45%或更小，例如43%或更小，例如42%或更小，例如41%或更小，例如38%或更小，或例如35%或更小。特定言之，表面粗糙度降低率RSk (%)可為例如5%至小於50%，例如10%至48%，例如15%至48%，例如20%至48%，例如25%至48%，例如30%至48%，例如32%至48%，例如34%至47%，例如34%至45%，例如34%至42%，例如34%至40%，或例如34%至38%。
當根據本發明之一實施態樣之拋光墊的表面粗糙度降低率RSk (%)被調整至小於50%時，光滑化現象係減少的，藉此可改良拋光速率及出現於半導體基體之表面上的表面缺陷特性。若表面粗糙度降低率(RSk (%))為50%或更多，則由於光滑化現象所造成之拋光墊不規則的表面變形係增加的。因此，拋光速率、晶圓內不均勻度、表面粗糙度及類似者係可能劣化，且在待拋光薄膜物質上的缺陷可能增加。
由方程式1所表示之表面粗糙度降低率(RSk (%))可藉由分別量測拋光墊在拋光之前及之後的核心粗糙深度，且將該等數值放入方程式1中來計算。
拋光墊之表面粗糙度，例如拋光墊之核心粗糙深度，可從用一光學表面粗糙度測量儀所量測之一面積材料比曲線獲得。面積材料比曲線係稱為一承載面積曲線(BAC)或一Abbott-Firestone曲線。它是一圖形，其中根據用一表面粗糙度測量裝置針對一單位面積所量測之高度的累積資料係被繪製。
參看圖2，衍生自表面粗糙度之面積材料比曲線的參數係為S參數，其係轉換為深度(高度)的參數，詳言之，Spk、Svk、及Sk。
Spk為一減少波峰高度，其提供在CMP程序期間在拋光墊係與半導體基體之表面接觸時的一初始接觸區域；因此，其係指由提供高接觸應力面積(力/面積)之高波峰構成的一表面。Spk可指在操作期間可被移除之一材料的標稱高度。
Sk為一核心粗糙深度，其係指表面磨損後能夠分布負載於其上之表面的核心粗糙度。
Svk為一減少波谷深度，其為藉由量測在表面之核心粗糙度下波谷的深度而獲得的一值，且係關於漿液攜帶能力或拋光墊碎屑之捕獲能力。
同時，在圖2中，SMr1為一波峰材料部分，其係指構成與Spk相關之波峰結構之材料的一比率。
另外，SMr2為一波谷材料部分，其係指構成與Svk相關之更深波谷結構的量測面積之百分比(100% – SMr2)。
詳言之，根據本發明之一實施態樣的拋光墊之特性在於，使用S參數中之拋光墊之核心粗糙深度(Sk)的表面粗糙度降低率(RSk (%))係被控制。亦即，在拋光墊中，表面在拋光時磨損後能夠分布負載於其上之該表面的核心粗糙度的減少率，相較於在拋光之前者係被控制至小於50%；因此，有可能提高拋光表現及最小化半導體基體之表面缺陷。
Sk 1為拋光之前拋光墊的核心粗糙深度(µm)。其可為10至40、10至35、10至30、15至30、18至30、或20至30。若Sk 1滿足上述範圍，則拋光表現可更優秀。
Sk 2為拋光之後拋光墊的核心粗糙深度(µm)。其可為3至30、5至25、9至25、9至20、10至18、或12至17。若Sk 2滿足上述範圍，則更有利於藉由降低拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))，來達成優良拋光表現及低表面缺陷特性。此處，可進行拋光，以使得一半導體基體之一氧化矽層在以下條件下被拋光經歷60秒：4.0 psi之一載體壓力、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴撒一煅燒氧化鈰漿液。Sk 2為拋光墊在上述條件下拋光之後所量測的核心粗糙深度。
Sk 1與Sk 2的差(Sk 1– Sk 2) (μm)可為15或更小、13或更小、12或更小、11或更小、10或更小、或9或更小。具體而言，Sk 1與Sk 2的差(Sk 1– Sk 2) (μm)可為5至15、7至13、7至12、或8至12。若Sk 1與Sk 2的差(Sk 1– Sk 2)係滿足上述範圍，則有可能藉由降低拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))來達成優良拋光表現及低表面缺陷特性。
同時，恢復彈性抵抗指數(RERI)係量化了在拋光之後受彈性阻礙之恢復至原始狀態之性質的程度。其可取決於拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及硬度而變化。 恢復彈性抵抗指數(RERI)可由下列方程式2表示，且該恢復彈性抵抗指數(RERI)係為40或更小： [方程式2] 恢復彈性抵抗指數(RERI) =
Figure 02_image003
× H 25
在方程式2中，RSk (%)係如上述方程式1所定義的， H 25為在25℃下量測之拋光墊的蕭氏D硬度，且恢復彈性抵抗指數(RERI)為不包括單位的數值之間的一比率。
特定言之，根據本發明之一實施態樣，當達成低表面粗糙度降低率(RSk (%))及低硬度時，恢復彈性抵抗指數(RERI)可被控制至40或更小。亦即，當拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及硬度較低時，則恢復彈性抵抗指數(RERI)係較低的。當拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及硬度較高時，則其係較高的。舉例而言，若拋光墊之表面粗糙度降低率(RSK (%))係為低的，且拋光墊在拋光之後的表面粗糙度與拋光墊在拋光之前的表面粗糙度之間的差係為小的，則恢復彈性抵抗指數(RERI)可被降低。在此一情況下，即使表面粗糙之突起部藉由拋光程序而傾斜，該等突起部亦可歸因於拋光墊之低硬度的彈性而返回至其初始站立狀態。因此，其可能致使在半導體基體之表面上出現較少諸如殘質、刮痕及跳痕的表面缺陷。據此，當恢復彈性抵抗指數(RERI)越低，則出現於半導體基體之表面上的表面缺陷越少。
恢復彈性抵抗指數(RERI)可具體地為，例如38或更小，例如35或更小，例如32或更小，例如30或更小，例如25或更小，例如23或更小，或例如20或更小。當恢復彈性抵抗指數(RERI)滿足上述範圍，則出現於半導體基體之表面上的缺陷可被減少。
同時，根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有低硬度。具體而言，拋光墊在25℃下可具有40蕭氏D至60蕭氏D、40蕭氏D至55蕭氏D、40蕭氏D至52蕭氏D、40蕭氏D至50蕭氏D、或42蕭氏D至48蕭氏D之一表面硬度。若拋光墊具有在25℃下滿足上述範圍之一表面硬度，則可更有利於將恢復彈性抵抗指數(RERI)控制至40或更小，如本發明之一實施態樣中所欲者，藉此有可能最小化出現於半導體基體之表面上的缺陷。
根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有10 N/mm 2至100 N/mm 2、15 N/mm 2至70 N/mm 2、15 N/mm 2至50 N/mm 2、或15 N/mm 2至40 N/mm 2的一拉伸強度。此外，根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有低拉伸強度。舉例而言，拋光墊可具有10 N/mm 2至25 N/mm 2、15 N/mm 2至25 N/mm 2或16 N/mm 2至25 N/mm 2之一拉伸強度。
根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有30%至320%或50%至320%之一伸長率。此外，根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有高伸長率。舉例而言，拋光墊可具有80%至320%、90%至320%、100%至320%、150%至320%、200%至320%或220%至320%之一伸長率。
根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有0.6 g/cm 3至0.9 g/cm 3之一比重。更特定言之，拋光墊可具有0.7 g/cm 3至0.85 g/cm 3之一比重，但不限於此。
根據本發明之一實施態樣的拋光墊在25℃下可具有40 蕭氏D至60蕭氏D之一表面硬度、10 N/mm 2至25 N/mm 2之一拉伸強度及80%至320%之一伸長率。
同時，拋光墊包含複數個孔洞。
在根據本發明之一實施態樣的拋光墊中，該等複數個孔洞之平均直徑可為5 µm至200 µm。另外，該等複數個孔洞之平均直徑可為7 µm至100 µm、10 µm至60 µm、10 µm至50 µm、10 µm至32 µm、或20 µm至32 µm。該等複數個孔洞之平均直徑係經計算為該等孔洞直徑之一數平均值。舉例而言，用一掃描電子顯微鏡(SEM)以200倍之一放大率觀測拋光墊。每一孔洞之直徑係使用一影像分析軟體獲得之影像來量測，從中計算平均直徑(D a)。平均直徑係定義為藉由複數個孔之直徑的總和除以1 mm 2拋光表面中的孔洞數所獲得的一平均值。
該等孔洞包括位於拋光墊內部的封閉孔洞，以及位於拋光墊之拋光表面上的開放孔洞。
具體而言，在開放孔洞中，孔洞入口係暴露於拋光表面上。
此處，一開放孔洞之入口的直徑可指具有相同於開放孔洞之入口的平面面積之一圓形的一直徑。另外，開放孔洞之入口的平均直徑可藉由對拋光表面上存在的複數個開放孔洞之入口的直徑進行數平均來計算。
每單位面積(mm 2)之拋光墊的孔洞總數可為700或更多。更特定言之，每單位面積(mm 2)之拋光墊的孔洞總數可為750或更多。甚至更具體而言，每單位面積(mm 2)之拋光墊的孔洞總數可為800或更多。甚至更具體而言，每單位面積(mm 2)之拋光墊的孔洞總數可為900或更多。但不限於此。另外，每單位面積(mm 2)之拋光墊的孔洞總數可為2,500或更小、特別是2,200或更小、1,500或更小、或1,200或更小，但其不限於此。因此，每單位面積(mm 2)之拋光墊的孔洞總數可為700至2,500，例如750至2,200、800至1,500、或800至1,200，但其不限於此。
特定言之，拋光墊可具有60 kgf/cm 2或更多的一彈性模數。更特定言之，拋光墊可具有100 kgf/cm 2或更多的一彈性模數，但其不限於此。拋光墊之彈性模數之上限可為150 kgf/cm 2，但其不限於此。
根據本發明之一實施態樣的拋光墊可具有1 mm至10 mm之一厚度。特定言之，拋光墊可具有1 mm至9 mm、1 mm至8.5 mm、1.5 mm至10 mm、1.5 mm至9 mm、1.5 mm至8.5 mm、1.8 mm至10 mm、1.8 mm至9 mm、或1.8 mm至8.5 mm之一厚度。
另外，拋光墊可具有1 mm至5 mm之一厚度。特定言之，拋光墊可具有1 mm至3 mm、1 mm至2.5 mm、1.5 mm至5 mm、1.5 mm至3 mm、1.5 mm至2.5 mm、1.8 mm至5 mm、1.8 mm至3 mm、或1.8 mm至2.5 mm之一厚度。若拋光墊之厚度係在上述範圍內，則可充分展現拋光墊之基本物理性質。
如上文所述，在根據一實施態樣之拋光墊中，由於表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)係控制至特定範圍或較低，因此有可能提高拋光速率且減少出現於半導體基體之表面上的表面缺陷。
同時，當使用煅燒氧化鈰漿液來拋光包含一氧化矽層之一半導體基體時，拋光墊可具有1,600 Å/分鐘至3,300 Å/分鐘、1,600 Å/分鐘至3,000 Å/分鐘、1,600 Å/分鐘至2,500 Å/分鐘、或1,600 Å/分鐘至2,200 Å/分鐘之氧化層拋光速率。若氧化層之拋光速率在上述範圍內，則有利於抑制拋光墊光滑化現象，藉此在後續反覆進行的拋光程序中維持優良拋光速率之適當水準。
此外，已經在上述條件下拋光氧化矽層之後，使用一缺陷檢測裝置(AIT XP+，KLA Tencor)所量測之出現於半導體基體(晶圓)之表面上的表面缺陷的數目可為20或更小。此處，表面缺陷之數目可指出現於半導體基體之表面上的殘質、刮痕及跳痕之總數。
殘質係指黏附至一半導體基體之表面的一實質上非晶形外來物。舉例而言，其係指如圖6所示形狀之一缺陷。
刮痕係指一實質上連續的線性刮痕。舉例而言，其係指如圖7所示形狀之一缺陷。
同時，跳痕係指一實質上不連續的線性刮痕。舉例而言，其係指如圖8所示形狀之一缺陷。
出現於半導體基體之表面上之表面缺陷的數目可為15或更小、10或更小、8或更小、7或更小、5或更小、或3或更小。
同時，拋光墊在其表面上可具有用於機械拋光之多個溝槽。該等溝槽可具有機械拋光所需之一深度、一寬度及一間隔，其等不特別受限制。
根據一實施態樣之拋光墊可同時具有如上文所述之拋光墊的物理性質。
同時，根據本發明之一實施態樣的拋光墊係包含一拋光層，且該拋光層包含一組成物的一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑。
根據本發明之一實施態樣，拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)可取決於形成一經固化產物的組成物而變化。特定言之，拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)可取決於胺基甲酸酯系預聚物、固化劑及發泡劑而變化。此外，拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)可取決於每個成分之原料的純化、在個別成分混合時之混合頭的旋轉速度、開槽程度、預處理條件及類似者而變化。此外，上述特性可由各種變數來控制。
將在下文詳細說明組成物中所含之每個成分。
根據本發明之一實施態樣，用以形成一拋光層之組成物中所運用的固化劑係包含一含有一醚鍵之三級胺系多元醇。
當一含有一醚鍵之三級胺系多元醇被用作本發明之一實施態樣中的一固化劑時，其可與胺基甲酸酯系預聚物起化學反應，以在拋光層中形成一最終固化結構，且有可能達成本發明中所欲之拋光墊的特性。
具體而言，當特定成分之三級胺系多元醇被用於組成物中以形成一拋光層時，有可能獲得具有低硬度的拋光墊，且將拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)控制至本發明所欲之範圍。
固化劑可包含例如由以下化學式表示的一化合物。 [化學式]
Figure 02_image005
在上述化學式中，n為1至10之一整數。n可為例如1至9、例如1至8、例如1至7、或例如1至6。
固化劑可包含例如含甲基環氧乙烷之1,2-乙二胺聚合物化合物，例如商品名LA-480。
三級胺系多元醇可具有400至3,000 g/mole之一重量平均分子量(Mw)。特定言之，三級胺系多元醇之重量平均分子量可為例如400至2,700 g/mole、例如400至2,500 g/mole、例如400至2,490 g/mole、例如400至2,450 g/mole、例如400至2,400 g/mole、例如400至2,000 g/mole、例如400至1,800 g/mole、例如400至1,500 g/mole、例如400至1,300 g/mole、或例如400至1,000 g/mole。若三級胺系多元醇具有滿足上述範圍之重量平均分子量，則可在固化時確保一適當膠化時間、可獲得具有低硬度之一拋光墊、以及可更有利於將表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)控制至如本發明所欲之特定範圍。
若三級胺系多元醇之重量平均分子量過小，則膠化時間可縮短。此處，用以形成一拋光層之組成物係花費一特定時間來藉由固化而膠化，其稱作膠化時間。組成物之膠化時間可為至少50秒、至少70秒、至少80秒、或至少100秒。另外，組成物之膠化時間可為至少50秒、至少70秒、至少80秒、或至少100秒。舉例而言，組成物之膠化時間可為50秒至200秒、50秒至150秒、50秒至100秒、100秒至200秒、或150秒至200秒。作為一特定實例，組成物可具有80秒至120秒之一膠化時間。膠化時間可為例如在70℃下所量測之一值。
根據本發明之一實施態樣，固化劑可進一步包含一芳香族胺化合物。亦即，固化劑可包含三級胺系多元醇與芳香族胺化合物之一混合物。
芳香族胺化合物可包含選自以下所構成之群組中之至少一者：二乙基甲苯二胺；3,5-二甲基硫-2,4-甲苯二胺；3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺；N,N'-雙-(二級-丁胺基)-二苯基甲烷；4,4'-亞甲基-雙-(3-氯基-2,6-二乙苯胺)；聚四亞甲基氧化物-二-p-胺苯甲酸酯；N,N'-二烷基二胺基二苯基甲烷；p,p'-亞甲基二苯胺；m-伸苯基二胺；4,4'-亞甲基-雙-(2,6-二乙苯胺)；4,4′-亞甲基-雙-(2,3-二氯苯胺)；4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯基甲烷；2,2',3,3'-四氯基二胺基二苯基甲烷；三亞甲基二醇二-p-胺苯甲酸酯；3,5-二胺基-4-氯基苯甲酸-2-甲基丙基酯；雙(4-胺基-2-氯基-3,5-二乙基苯基)甲烷；丙二醇雙-p-胺苯甲酸酯；丁基二胺基氯基苯甲酸酯；亞甲基雙-鄰胺苯甲酸甲酯；氯基二乙基甲苯二胺；亞甲基雙-鄰-乙苯胺；及其異構體。
特定言之，芳香族胺化合物可包含選自以下所構成之群組中之至少一者：N,N'-雙-(二級-丁胺基)-二苯基甲烷；3,5-二胺基-4-氯基苯甲酸-2-甲基丙基酯；雙(4-胺基-2-氯基-3,5-二乙基苯基)甲烷；丙二醇雙-p-胺苯甲酸酯；丁基二胺基氯基苯甲酸酯；亞甲基雙-鄰胺苯甲酸甲酯；氯基二乙基甲苯二胺；亞甲基雙-鄰-乙苯胺；及其異構體。
芳香族胺化合物可包含二級胺化合物。
芳香族胺化合物可具有450至600 g/mole、例如450至580 g/mole或450至550 g/mole的一重量平均分子量(Mw)。
若三級胺系多元醇及芳香族胺化合物一起使用，則可獲得具有低硬度之一拋光墊，且可能有利於將表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)控制至如本發明所欲之特定範圍。
然而，三級胺系多元醇與芳香族胺化合物之混合重量比，在控制一拋光墊之機械性質及拋光表現以及控制一半導體基體之表面缺陷特性上，可為一極重要因素。
特定言之，三級胺系多元醇之含量以重量計可相同於或大於芳香族胺化合物之含量。
舉例而言，三級胺系多元醇之含量以重量計可大於芳香族胺化合物之含量。若三級胺系多元醇之含量係相同於或大於芳香族胺化合物之含量，則有可能防止在拋光之後所量測之拋光墊的核心粗糙深度(Sk 2)降低，其更有利於達成效果。亦即，隨著三級胺系多元醇之含量增加，拋光墊之形狀即使在拋光之後亦可良好地維持，且可容易地控制拋光墊之表面粗糙度降低率(RSk (%))。
此外，若三級胺系多元醇與芳香族胺化合物之一混合物根據本發明之一實施態樣係用作固化劑，則在胺基甲酸酯系預聚物之端部處之一異氰酸酯(NCO)基團係與三級胺系多元醇之羥基(OH)基團反應以形成一胺基甲酸酯鍵，且在胺基甲酸酯系預聚物之端部處之一異氰酸酯(NCO)基團可與芳香族胺化合物之胺(NH)基團反應以形成脲鍵。在此一情況下，胺基甲酸酯鍵之反應速率可比脲鍵之反應速率更快。亦即，由於三級胺系多元醇可充當一觸媒，因此反應速率可較快。詳言之，由於三級胺系多元醇中之未共用電子對係強烈地拉動電子，因此其可加速反應。
此外，隨著三級胺系多元醇之含量增加，胺基甲酸酯鍵係更活躍地形成，其可在調整時提高拋光特性。若芳香族胺化合物之含量進一步增加，則在藉由固化用於製備一拋光層之組成物來製備一拋光層的程序中，固化沒有很好地進行，藉此造成一問題。
根據本發明之一實施態樣，三級胺系多元醇與芳香族胺化合物之混合重量比可為例如5:5至9:1、例如5:5至8:2、例如6:4至9:1、例如6:4至8:2、或例如7:3至8:2。
同時，固化劑之含量基於100重量份之胺基甲酸酯系預聚物，可為約18重量份至約27重量份、例如約19重量份至約26重量份、例如約20重量份至約26重量份。若固化劑之含量滿足上述範圍，則可更有利於達成拋光墊之所欲表面特性，特定言之，表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)。
在一實施態樣中，固化劑可不包含4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺) (MOCA)。若固化劑包含4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺)，則硬度增加，使得可能難以達成本發明中之所欲效果。
根據本發明之一實施態樣，用以形成一拋光層之組成物係包含一胺基甲酸酯系預聚物。
一預聚物通常係指具有相對低分子量的一聚合物，其中聚合作用之程度係被調整至一中間水準，以便於在生產一經固化產物之程序中便利地模製一模製品。一預聚物可單獨或者在與另一可聚合化合物起反應之後模製成一最終經固化產物。
在一實施態樣中，胺基甲酸酯系預聚物可藉由使異氰酸酯化合物與多元醇起反應來製備。
用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的異氰酸酯化合物可選自以下所構成之群組中之一者：一芳香族二異氰酸酯、一脂族二異氰酸酯、一脂環族二異氰酸酯或其組合。
異氰酸酯化合物例如可包含選自以下所構成之群組中之一者：2,4-甲苯二異氰酸酯(2,4-TDI)、2,6-甲苯二異氰酸酯(2,6-TDI)、萘-1,5-二異氰酸酯、p-伸苯基二異氰酸酯、聯甲苯胺二異氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯、異佛酮二異氰酸酯及其組合。
多元醇為每分子含有至少兩個或更多個羥基(-OH)之一化合物。舉例而言，其可包含選自以下所構成之群組中之一者：聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、丙烯酸多元醇及其組合。
多元醇例如可包含選自以下所構成之群組中之一者：聚四亞甲基醚二醇、聚丙烯醚二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三丙二醇及其組合。
多元醇可具有約100 g/mole至約3,000 g/mole之一重量平均分子量(Mw)。多元醇例如可具有約100 g/mole至約3,000 g/mole、例如約100 g/mole至約2,000 g/mole、例如約100 g/mole至約1,800 g/mole的一重量平均分子量(Mw)。
在一實施態樣中，多元醇可包含具有約100 g/mole至小於約300 g/mole之一重量平均分子量(Mw)的一低分子量多元醇，以及具有約300 g/mole至約1,800 g/mole之一重量平均分子量(Mw)的一高分子量多元醇。
胺基甲酸酯系預聚物可具有約500 g/mole至約3,000 g/mole之一重量平均分子量(Mw)。胺基甲酸酯系預聚物可具有例如約1,000 g/mole至約2,000 g/mole、例如約1,000 g/mole至約1,500 g/mole之一重量平均分子量(Mw)。
在一實施態樣中，用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的異氰酸酯化合物可包含芳香族二異氰酸酯化合物，且芳香族二異氰酸酯化合物，例如可包含2,4-甲苯二異氰酸酯(2,4-TDI)及2,6-甲苯二異氰酸酯(2,6-TDI)。用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的多元醇化合物可包含聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)及二乙二醇(DEG)。
在另一實施態樣中，用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的異氰酸酯化合物可包含一芳香族二異氰酸酯化合物及一脂環族二異氰酸酯化合物。舉例而言，芳香族二異氰酸酯化合物可包含2,4-甲苯二異氰酸酯(2,4-TDI)及2,6-甲苯二異氰酸酯(2,6-TDI)，且脂環族二異氰酸酯化合物可包含二環己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)。用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的多元醇化合物可包含聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)及二乙二醇(DEG)。
胺基甲酸酯系預聚物可具有按重量計約9%至約12%、例如約9%至約11%、例如約9%至約10%、例如約10%至約12%、或例如約10%至約11%之異氰酸酯端基含量(NCO%)。
胺基甲酸酯系預聚物之異氰酸酯端基含量(NCO%)可藉由綜合地調整下列項目來設計：用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的異氰酸酯化合物及多元醇化合物的類型及含量；程序條件，諸如在用以製備胺基甲酸酯系預聚物之程序中的溫度、壓力及時間；以及用於胺基甲酸酯系預聚物之製備的添加劑的類型及含量。
若胺基甲酸酯系預聚物之異氰酸酯端基含量(NCO%)滿足上述範圍，則在胺基甲酸酯系預聚物與一固化劑之間的後續反應中的反應速率、反應時間及最終固化結構係能以有利於拋光表現的方式根據最終拋光墊之使用及目的之觀點來進行調整。
根據本發明之一實施態樣，用以形成一拋光層之組成物係包含一發泡劑。
發泡劑係為形成拋光層中之一孔洞結構的成分，且其可包含一固相發泡劑。
根據本發明之一實施態樣，有可能取決於固相發泡劑之類型、形狀或物理性質，來控制微孔之形狀及孔洞聚結現象。因此，可調整拋光墊在拋光之前及之後的表面粗糙度。
固相發泡劑可包含可膨脹粒子。可膨脹粒子為具有可藉由熱或壓力來膨脹之特性的粒子。在最終拋光層中之大小可由在製備拋光層之程序中所施加的熱或壓力來判定。可膨脹粒子可包含經熱膨脹之粒子、未經膨脹之粒子、或其等之一組合。
經熱膨脹之粒子為先前藉由熱而膨脹之粒子。它們係指藉由在製備拋光層之程序期間所施加之熱或壓力而在大小上具有極少或沒有變化的粒子。
未經膨脹之粒子為先前尚未藉由熱而膨脹之粒子。它們係指藉由在製備拋光層之程序期間所施加之熱或壓力而膨脹時、判定其最終大小之粒子。根據本發明之一實施態樣，從達成拋光墊之更均勻孔洞大小分布的觀點而言，固相發泡劑可較佳地包含未經膨脹之粒子。
包含未經膨脹之粒子的固相發泡劑可為用一聚合物殼來囊封烴氣體的微球體。
可膨脹粒子可包含一樹脂之一殼；且一膨脹誘導成分係囊封於該殼內。
舉例而言，該殼可包含一熱塑性樹脂。熱塑性樹脂可為選自以下所構成之群組中之至少一者：氯亞乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物、甲基丙烯腈系共聚物及丙烯酸系共聚物。
該膨脹誘導成分可包含選自以下所構成之群組中之一者：烴化合物、氯氟化合物、四烷基矽烷化合物及其組合。
特定言之，烴可包含選自以下所構成之群組中之一者：乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、正丁烷、異丁烷、正丁烯、異丁烯、正戊烷、異戊烷、新戊烷、正己烷、庚烷、石油醚及其組合。
氯氟化合物可包含選自以下所構成之群組中之一者：三氯氟甲烷(CCl 3F)、二氯二氟甲烷(CCl 2F 2)、氯三氟甲烷(chlorotrifluoromethane，CClF 3)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene，CClF 2-CClF 2)及其等之組合。
四烷基矽烷化合物可包含選自以下所構成之群組中之一者：四甲基矽烷、三甲基乙矽烷、三甲基異丙基矽烷、三甲基-正-丙基矽烷及其組合。
固相發泡劑可選地包含經一無機成分處理的粒子。舉例而言，固相發泡劑可包含經一無機成分處理的可膨脹粒子。在一實施態樣中，固相發泡劑可包含用二氧化矽(SiO 2)粒子處理之可膨脹粒子。用一無機成分處理固相發泡劑的處理係可防止複數個粒子之間的聚集。在發泡劑之表面的化學、電氣及/或物理性質之方面上，用一無機成分處理之固相發泡劑可不同於沒有用一無機成分處理之固相發泡劑。
固相發泡劑之含量基於100重量份之胺基甲酸酯系預聚物，可為約0.5重量份至約10.0重量份、例如約1.0重量份至約6.0重量份、例如約1.5重量份至約5.5重量份、例如約2.0重量份至約5.0重量份。
根據本發明之一實施態樣，由於使用固相發泡劑，可在不使用一液相發泡劑、一氣相發泡劑或兩者之情況下，達成優良拋光特性及機械性質。
固相發泡劑之類型及含量可根據拋光層之所欲孔洞結構及物理性質來設計。
用於製備一拋光層之組成物可進一步包含其他添加劑，諸如一界面活性劑及一反應速率控制劑。諸如「界面活性劑」及「反應速率控制劑」之名稱係為基於物質之主要作用的任意名稱。個別物質未必僅執行限於名稱界定之作用的一功能。
界面活性劑不受特定限制，只要其作用來防止孔洞聚結及彼此重疊。舉例而言，界面活性劑可包含一矽酮系界面活性劑。
界面活性劑基於100重量份之胺基甲酸酯系預聚物，能以約0.2重量份至約2重量份之一量來使用。特定言之，界面活性劑基於100重量份之胺基甲酸酯系預聚物，能以約0.2重量份至約1.9重量份例如、例如約0.2重量份至約1.8重量份、例如約0.2重量份至約1.7重量份、例如約0.2重量份至約1.6重量份、例如約0.2重量份至約1.5重量份、例如0.5重量份至1.5重量份的一量來使用。若界面活性劑之量係在上述範圍內，則孔洞可穩定地形成且維持在模具中。
反應速率控制劑係用以促進或阻滯反應。一反應促進劑、一反應阻滯劑或兩者可取決於目的來使用。反應速率控制劑可包含一反應促進劑。舉例而言，反應速率控制劑可為選自以下所構成之群組中之至少一反應促進劑：三級胺系化合物及有機金屬化合物。
特定言之，反應速率控制劑可包含選自以下所構成之群組中之至少一者：三伸乙二胺、二甲基乙醇胺、四甲基丁烷二胺、2-甲基-三伸乙二胺、二甲基環己基胺、三乙胺、三異丙醇胺、1,4-二氮雜雙環(2,2,2)辛烷、雙(2-甲胺乙基)醚、三甲胺基乙基乙醇胺、N,N,N,N,N''-五甲基二乙烯三胺、二甲胺基乙胺、二甲胺基丙胺、苄基二甲基胺、N-乙基
Figure 111115625-001
啉、N, N-二甲基胺基乙基
Figure 111115625-001
啉、N, N-二甲基環己基胺、2-甲基-2-氮雜降𦯉烷、二月桂酸二丁錫、辛酸亞錫、二乙酸二丁錫、二乙酸二辛基錫、順丁烯二酸二丁錫、二-2-乙基己酸二丁錫及二丁錫二硫醇鹽。特定言之，反應速率控制劑可包含選自以下所構成之群組中之至少一者：苄基二甲基胺、N,N-二甲基環己基胺及三乙胺。
反應速率控制劑基於100重量份之胺基甲酸酯系預聚物，能以約0.05重量份至約2重量份之一量來使用。特定言之，反應速率控制劑基於100重量份之胺基甲酸酯系預聚物，能以約0.05重量份至約1.8重量份、例如約0.05重量份至約1.7重量份、例如約0.05重量份至約1.6重量份、例如約0.1重量份至約1.5重量份、例如約0.1重量份至約0.3重量份、例如約0.2重量份至約1.8重量份、例如約0.2重量份至約1.7重量份、例如約0.2重量份至約1.6重量份、例如約0.2重量份至約1.5重量份、例如約0.5重量份至約1重量份之一量來使用。若反應速率控制劑係以上述含量範圍來使用，則預聚物組成物之固化反應速率可被適當地控制，以形成具有所欲大小之孔洞及硬度的一拋光層。
在一實施態樣中，拋光層中之一無機物質的含量可為約5 ppm至約500 ppm。
無機物質例如可包含選自以下所構成之群組中之至少一元素：一矽(Si)元素、一磷(P)元素及一鈣(Ca)元素。
無機物質可衍生自各種來源。舉例而言，無機物質可衍生自各種添加劑，諸如用於拋光層之製備的一發泡劑。此處，充當無機物質之來源的添加劑，例如可包括選自以下所構成之群組中之一者：一發泡劑、一界面活性劑、一反應速率控制劑及其等之一組合。
拋光層中無機物質之含量可藉由使用一發泡劑及一額外添加劑中之僅一者及調整其類型及含量而被設計在一適當範圍內，或者可藉由使用一發泡劑及一額外添加劑兩者及調整其類型及含量而被設計在一適當範圍內。
拋光層中無機物質之含量可為約5 ppm至約500 ppm、例如約5 ppm至約400 ppm、例如約8 ppm至約300 ppm、例如約220 ppm至約400 ppm、例如約5 ppm至約180 ppm。在此等情況下，拋光層中無機物質之含量可藉由感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP)分析來量測。
在下文中，將詳細說明用於製備一拋光墊之方法。 [ 用於製備一拋光墊之方法 ]
在本發明之另一實施態樣中，可提供一種用於製備一拋光墊之方法，該方法包含混合一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑以製備用於製備一拋光層的一組成物；以及將用以製備一拋光層的該組成物注入至一模具中，且使其固化以獲得包含一拋光層的一拋光墊，其中該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如上述方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如上述方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)。
參看圖3，用於製備包含一拋光層之一拋光墊的方法(S100)係包含製備用於製備一拋光層之一組成物的步驟(S110)。
用於製備一拋光層之組成物可藉由混合一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑來獲得。
胺基甲酸酯系預聚物可藉由使二異氰酸酯化合物與多元醇化合物起反應來製備。關於二異氰酸酯化合物及多元醇化合物之細節係如上文關於拋光墊所說明。
預聚物組成物可具有以重量計約9%至約12%、例如約9%至約11%、例如約9%至約10%、例如約10%至約12%、或例如約10%至約11%之異氰酸酯基團(NCO基團)含量。
胺基甲酸酯系預聚物組成物中異氰酸酯基團的含量可衍生自胺基甲酸酯系預聚物之異氰酸酯端基、二異氰酸酯化合物中未反應之異氰酸酯基團及類似者。
胺基甲酸酯系預聚物組成物之一黏度在80℃下可為約100 cps至約1,000 cps，例如約200 cps至約800 cps、例如約200 cps至約600 cps、例如約200 cps至約550 cps、例如約300 cps至約500 cps。
發泡劑及固化劑之詳細組成物係如上文所述。
胺基甲酸酯系預聚物及固化劑在其等混合時彼此反應，以形成一固體聚胺基甲酸酯，其接著形成為一薄片或類似者。具體而言，胺基甲酸酯系預聚物中之異氰酸酯(NCO)端基可與固化劑中之胺基、醇基及類似者起反應。具體而言，在胺基甲酸酯系預聚物之端部處的異氰酸酯(NCO)基團係與三級胺系多元醇之羥基(OH)基團起反應以形成胺基甲酸酯鍵。此外，在胺基甲酸酯系預聚物之端部處的異氰酸酯(NCO)基團係與芳香族胺化合物之胺(NH)基團起反應以形成脲鍵。
若三級胺系多元醇與芳香族胺化合物之一混合物係被用作為固化劑，則胺基甲酸酯系預聚物之端部處的異氰酸酯(NCO)基團與三級胺系多元醇之羥基(OH)基團之間的用以形成胺基甲酸酯鍵的反應速率，係比胺基甲酸酯系預聚物之端部處的異氰酸酯(NCO)基團與芳香族胺化合物之胺(NH)基團之間的用以形成脲鍵的反應速率更快。亦即，由於三級胺系多元醇可充當一觸媒，因此反應速率可較快。詳言之，由於三級胺系多元醇中之未共用電子對係強烈地拉動電子，因此其可加速反應。
在此一情況下，諸如一固相發泡劑之一發泡劑係均勻地分散於原料中，以在不參與胺基甲酸酯系預聚物與固化劑之間的反應的情況下形成孔洞。
根據本發明之一實施態樣，胺基甲酸酯系預聚物、固化劑及發泡劑可實質同時地經受該混合程序。另外，若一界面活性劑、一惰性氣體及類似者係另外添加，則它們亦可實質同時地經受該混合程序。
作為另一實例，胺基甲酸酯系預聚物、發泡劑及界面活性劑可事先混合，且隨後可引入固化劑。
在混合程序中，胺基甲酸酯系預聚物與固化劑之反應係藉由混合它們來引發，且發泡劑係均勻地分散於原料中。在此一情況下，一反應速率控制劑可在反應開始時介入胺基甲酸酯系預聚物與該等固化劑的混合物之間的反應中，以藉此控制反應速率。具體地，混合能以1,000至10,000 rpm或4,000至7,000 rpm之一速率進行。在上述速度範圍內，發泡劑可更有利地分散於原料中。
用於製備一拋光墊之方法(S100)係包含將用以製備一拋光層的組成物注入一模具中，及使其固化(步驟S120)，以獲得包含一拋光層之一拋光墊。
在一實施態樣中，獲得包含一拋光層之一拋光墊的步驟係包含：製備預加熱至一第一溫度的一模具；以及將用於製備一拋光層之作為一原料混合物的組成物注入至該預加熱之模具中，且固化該混合物。
在一實施態樣中，當用於製備一拋光層之組成物被注入至預加熱之模具中時，一惰性氣體，特別是氮氣(N 2)氣體，可不被注入。一般而言，當用於製備一拋光層之組成物被注入時，例如氮氣(N 2)可被注入。在本發明中，若注入一惰性氣體，則密度可能由於使用特定成分之三級胺系多元醇而變得不穩定。詳言之，若三級胺系多元醇係用作固化劑，則固化速率係快速的，使得可能難以注入一惰性氣體。
在一實施態樣中，第一溫度可為約60℃至約120℃、例如約65℃至約110℃、例如約70℃至約110℃。
在第一溫度下固化用於製備一拋光層之組成物的步驟係可進行約5分鐘至約60分鐘，例如約5分鐘至約40分鐘、例如約5分鐘至約30分鐘、例如約5分鐘至約25分鐘。
在模具中完成胺基甲酸酯系預聚物與固化劑之間的反應，以藉此產生符合該模具形狀之呈一固化餅狀形式的一模製本體。
此後，因此所獲得之該模製本體可適當地切片或切割成用於拋光墊之製造的一薄片。作為一實例，一模製本體係在具有一最終製造之拋光墊厚度的5至50倍之高度的一模具中製備，且接著被切片成相同厚度以一次地製造出用於拋光墊之複數個薄片。在此一情況下，一反應阻滯劑可用作一反應速率控制劑，以便於維持足夠的固化時間。因此，模具之高度可為最終製造之拋光墊之厚度的約5至約50倍，以製備用於其之薄片。然而，經切片的薄片可取決於模具內之模製位置而具有不同直徑之孔洞。亦即，在模具下部位置處所模製之一薄片可具有一微小直徑之孔洞，而在模具上部位置處所模製之一薄片可具有比在下部位置處所形成之薄片更大之直徑的孔洞。
因此，較佳係使用能夠藉由一次模製來製造一薄片的一模具，以便於使每一薄片具有均勻直徑之孔洞。為此，模具之高度可能沒有顯著地不同於最終要製造之拋光墊的厚度。舉例而言，模製可使用具有最終要製造之拋光墊之厚度的1至3倍之高度的一模具進行。更特定言之，模具可具有最終要製造之拋光墊之厚度的1.1至4.0倍或1.2至3.0倍之高度。在此一情況下，一反應促進劑可用作為反應速率控制劑，以形成具有更均勻直徑之孔洞。由一單個薄片製備之拋光墊可具有1 mm至10 mm之厚度。特定言之，拋光墊可具有1 mm至9 mm、1 mm至8.5 mm、1.5 mm至10 mm、1.5 mm至9 mm、1.5 mm至8.5 mm、1.8 mm至10 mm、1.8 mm至9 mm、或1.8 mm至8.5 mm之一厚度。
其後，由模具獲得之模製本體的頂端及底端可個別地切割開。舉例而言，模製本體之頂端及底端中之每一者能以模製本體之總厚度的1/3或更小、1/22至3/10、或1/12至1/4切割開。
作為一特定實例，可使用具有最終要製造之拋光墊之厚度的1.2至2倍之高度的一模具來進行模製，且可接著進行一進一步步驟：在模製時由模具獲得之模製本體的頂端及底端中之每一者係以模製本體之總厚度的1/12至1/4切割開。
在上述切割步驟之後，上述製備程序可進一步包含以下步驟：在模製本體之表面上機械加工溝槽、與下部部分接合、檢測、封裝及類似者。這些步驟能以習知之用於製備一拋光墊的方式進行。
此外，藉由如上文所述之製備方法製備的拋光墊可具有根據如上文所述之實施態樣之拋光墊的所有特性。
同時，根據一實施態樣，該方法可進一步包含機械加工該拋光層。
機械加工該拋光層之至少一側的步驟可包含(1)在該拋光層之至少一側上形成溝槽；(2)線車削(line turning)該拋光層之至少一側；及(3)粗糙化該拋光層之至少一側。
在步驟(1)中，溝槽可包含下列至少一者：與拋光層之中心以一特定間距間隔開的同心圓形溝槽；及從拋光層之中心連續地連接至拋光層之邊緣的徑向溝槽。
在步驟(2)中，線車削可藉由使用一切割工具以一特定厚度切割開拋光層來進行。
在步驟(3)中，可藉由用一磨砂輥來機械加工拋光層之表面來進行粗糙化。
用於製備拋光墊之方法可進一步包含將一緩衝層層壓在拋光層之相對於拋光表面的側面上。
該拋光層及該緩衝層可使用一熱密封黏著劑來層壓。
熱密封黏著劑係施加於拋光層相對於拋光表面的側面上，熱密封黏著劑係施加於緩衝層待與拋光層接觸的表面上，拋光層及緩衝層係經層壓，以使得熱密封黏著劑已施加至其的該等側面接觸，且兩層可使用一壓力輥融合。
緩衝層係用以支撐拋光層，且吸收及分散施加至該拋光層之一衝擊。因此，有可能在使用拋光墊之拋光程序期間最小化待拋光之物件的損害及缺陷。
緩衝層可包含一不織布或一麂皮，但其不限於此。
在一實施態樣中，緩衝層可為一樹脂浸漬之不織布。不織布可為一纖維的不織布，其包含選自以下所構成之群組中之一者：一聚酯纖維、一聚醯胺纖維、一聚丙烯纖維、一聚乙烯纖維及其組合。
不織布中所浸漬之樹脂可包含：一聚胺基甲酸酯樹脂、一聚丁二烯樹脂、一苯乙烯-丁二烯共聚物樹脂、一苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂、一丙烯腈-丁二烯共聚物樹脂、一苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂、一矽酮橡膠樹脂、一聚酯系彈性體樹脂、一聚醯胺系彈性體樹脂及其組合。 [ 用於製備一半導體裝置之方法 ]
根據本發明之又另一實施態樣，提供一種用於製備一半導體裝置之方法，該方法包含：提供包含一拋光層之一拋光墊；以及使該拋光層的拋光表面與一待拋光物件的表面在它們彼此接觸時相對地旋轉，以拋光該待拋光之物件，其中該拋光墊包含一拋光層，該拋光層包含一組成物的一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑，該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如上述方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如上述方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)。
參看圖4，用於製備一半導體裝置之方法(S200)係包含提供包含一拋光層之一拋光墊(步驟S210)。
提供包含一拋光層之一拋光墊的步驟(S210)係如上文所說明。
用於製備一半導體裝置之方法(S200)係包含拋光一待拋光物件(步驟S220)。
具體而言，一旦根據一實施態樣之拋光墊係安裝於一平台上，則一半導體基體係安置於該拋光墊上。在此一情況下，該半導體基體可為一半導體基體，且該半導體基體之表面係與該拋光墊之拋光表面直接接觸。一拋光漿液可透過一噴嘴噴灑在該拋光墊上，以供拋光。透過噴嘴所供應之拋光漿液的流量率可根據目的而在約10 cm 3/分鐘至約1,000  cm 3/分鐘的範圍內被選擇。舉例而言，其可為約50 cm 3/分鐘至約500 cm 3/分鐘，但其不限於此。
此後，該半導體基體及該拋光墊係相對於彼此旋轉，使得該半導體基體之表面係被拋光。在此一情況下，該半導體基體之旋轉方向與該拋光墊之旋轉方向係可為相同的方向或相反的方向。該半導體基體及該拋光墊之旋轉速度係可根據目的而在約10 rpm至約500 rpm範圍內被選擇。舉例而言，其可為約30 rpm至約200 rpm，但其不限於此。
安裝於拋光頭上之半導體基體以一預定的負載壓向拋光墊之拋光表面、與之接觸，接著該表面可被拋光。由該拋光頭所施加以使該半導體基體之表面與該拋光墊之拋光表面接觸的負載係可根據目的，而在約1 gf/cm 2至約1,000 gf/cm 2之範圍內被選擇。舉例而言，其可為約10 gf/cm 2至約800 gf/cm 2，但其不限於此。
根據本發明之一實施態樣，該拋光墊可藉由包含使用特定成分之一固化劑所形成的一拋光層來達成低硬度。有可能藉由將該拋光墊之表面粗糙度降低率及恢復彈性指數控制至特定範圍，來提高該拋光墊之機械性質以及改良出現於一半導體基體之表面上的表面缺陷。亦有可能進一步提高拋光速率。因此，有可能使用該拋光墊來有效地製造優良品質的一半導體裝置。 用於進行本發明之實施態樣
在下文中，將藉由以下實例來詳細地解釋本發明。然而，闡述這些實例以例示本發明，且本發明之範疇不限於此。 實施例 實施例1：一拋光墊之製備 (1)一胺基甲酸酯系預聚物的製備
四頸燒瓶係充裝有甲苯二異氰酸酯(TDI；BASF)、二環己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)、聚四亞甲基醚二醇(Korea PTG)及二乙二醇，接著其在80℃下反應3小時，藉此製備一胺基甲酸酯系預聚物。此處，NCO%係調整至10%。 (2)一拋光墊之製備
提供一鑄造機，其係配備有槽及用於諸如一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑之原料的饋給線。使用上文所製備之胺基甲酸酯系預聚物，一混合的固化劑係被製備作為一固化劑，其中作為三級胺系多元醇之含有甲基環氧乙烷之1,2-乙二胺聚合物(LA-480，CAS第25214-63-5號)及作為一芳香族胺化合物之N,N'-雙(二級-丁胺基)二苯基甲烷係以50:50之一重量比混合。製備含有未經膨脹之粒子的一固相發泡劑(551DU40，Akzonobel)。另外，製備一矽酮系界面活性劑(Evonik)。
在配備有用於一胺基甲酸酯系預聚物、一混合的固化劑、一固相發泡劑及一界面活性劑的饋給線的一鑄造機中，經製備具有10%之一NCO%的胺基甲酸酯系預聚物係被充裝至預聚物槽中，該混合的固化劑係充裝至固化劑槽中。雖然一固相發泡劑係同時饋給，但它係以5,000 rpm之混合頭之一旋轉速度攪拌。此處，每一成分之含量係顯示於表1中，且胺基甲酸酯系預聚物與混合的固化劑的當量比係調整至1:1。混合物係以每分鐘10 kg之排放率排放、注入至預加熱至100℃且分別具有1,000 mm之長度及寬度及3 mm之高度的一開口之一形狀的一模具中、以及透過一熱固化反應而固化以獲得一模製本體。
其後，將該模製本體之固化材料切片且處理成一薄片形式。經處理之薄片係經受一開槽程序，以獲得具有2 mm之厚度的一薄片(或拋光層)。製成之薄片係使用一黏著劑用一子拋光墊層壓來最終地獲得一拋光墊。 實施例2至3
與實施例1相同之程序係被進行以獲得一拋光墊，除了三級胺系多元醇與芳香族胺化合物之重量比係被改變之外，如下表1中所示的。 實施例4
與實施例1相同之程序係被進行以獲得一拋光墊，除了作為三級胺系多元醇之含有甲基環氧乙烷之1,2-乙二胺聚合物(LA-480，CAS第25214-63-5號)被單獨使用作為一固化劑之外，如下表1中所示的。 比較實施例1
與實施例1相同之程序係被進行以獲得一拋光墊，除了4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺)(MOCA)係被單獨使用作為一固化劑之外，如下表1中所示的。 比較實施例2
與實施例1相同之程序係被進行以獲得一拋光墊，除了作為三級胺系多元醇之含有甲基環氧乙烷之1,2-乙二胺聚合物(LA-480，CAS第25214-63-5號)與4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺) (MOCA)之一混合的固化劑係被使用之外，如下表1中所示的。
下表1概述CMP程序之詳細條件。 [表1]
  實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 比較 實施例1 比較 實施例2
預聚物之 NCO含量(%) 10% 10% 10% 10% 10% 10%
三級胺系多元醇:芳香族胺化合物 (重量比) 50:50 70:30 80:20 100:0 MOCA 100 50:50
鑄造模具 單層 單層 單層 單層 單層 單層
薄片機械加工(鑄造、切割及開槽) 依序 依序 依序 依序 依序 依序
預聚物 (重量份) 100 100 100 100 100 100
界面活性劑 (重量份) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
固相發泡劑 (重量份) 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0
MOCA：4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺)
測試實施例 測試實施例1：物理性質
在實施例及比較實施例中所獲得之拋光墊係針對以下項目被測試。結果顯示於表3中。 (1)硬度
實施例及比較實施例中所製備之拋光墊的蕭氏D硬度係被量測。將實施例及比較實施例中所製備之拋光墊各自切割成2 cm × 2 cm (厚度：2 mm)之一大小，且接著允許其在25℃之一溫度下靜置16小時。此後，拋光墊之硬度係使用一硬度計(D型硬度計)來量測。 (2) 比重
將實施例及比較實施例中所製備之拋光墊各自切割成4 cm × 8.5 cm (厚度：2 mm)之一矩形，且接著允許其在23 ± 2℃之溫度及50 ± 5%之濕度的一環境中靜置16小時。使用一重力計來量測拋光墊之比重。 (3)拉伸強度
將實施例及比較實施例中所製備之拋光墊各自切割成4 cm × 1 cm (厚度：2 mm)。立即地量測在斷裂之前的極限強度，同時使用萬能試驗機(UTM)以50 mm/分鐘之速率測試拋光墊。 (4) 伸長率
將實施例及比較實施例中所製備之拋光墊各自切割成4 cm × 1 cm (厚度：2 mm)。立即地量測在斷裂之前的最大變形，同時使用萬能試驗機(UTM)以50 mm/分鐘之速率測試拋光墊。最大變形對初始長度之比率係以百分比(%)表示。 測試實施例2：表面粗糙度
根據實施例及比較實施例所製備之拋光墊各自在表2之條件下，在拋光之前及之後使用一粗糙度量測裝置(製造商：Bruker，模型名稱：contour-gt)量測Sk值。根據以下方程式1計算表面粗糙度降低率(RSk (%))。 [方程式1] RSk (%) =
Figure 02_image001
× 100
在方程式1中，Sk 1為在拋光之前拋光墊之核心粗糙深度，且Sk 2為在以下條件下拋光墊對一半導體基體之氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液。
Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的拋光墊及拋光之後的拋光墊量測的數據所計算的一值。 [表2]
  細節 量測條件
量測 量測模式 VSI/VXI
目鏡 5倍之放大率
接物鏡 1.5倍之放大率
量測面積 X軸 1,182.6 µm
Y軸 893.8 µm
掃描選項 速度 ×1
退後掃描 10 µm
長度 80 µm
臨界值 5%
測試實施例3：掃描電子顯微鏡(SEM)
在實施例及比較實施例中所製備之拋光墊的截面係藉由掃描電子顯微鏡(SEM)觀測，且顯示於圖5中。圖5(a)顯示在實施例1至3及比較實施例1中所製備之拋光墊的截面在100倍放大率下觀測的SEM影像。圖5(b)顯示在實施例1至3及比較實施例1中所製備之拋光墊的截面在300倍放大率下觀測的SEM影像。
如圖5所示，與比較實施例1相比，實施例1至3之拋光墊的孔洞係很好地且均勻地分布在一大面積上。 測試實施例4：拋光速率(移除速率)
在拋光墊已製備之後立即的初始拋光速率係如下地量測。
藉由一化學氣相沉積(CVD)程序，用氧化矽沉積具有300 mm之一直徑的一矽晶圓。將拋光墊安裝在一CMP機器上，且將該矽晶圓之氧化矽層朝向拋光墊之拋光表面設置。此後，在4.0 psi之一拋光負載、同時平台以100 rpm之一速度下旋轉60秒且一煅燒二氧化矽漿液係以250 ml/min之速率供應至拋光墊上的情況下，拋光該氧化矽層。在拋光完成後，該矽晶圓係自載體分離、安裝於一旋轉乾燥器中、用去離子水(DIW)洗滌、以及接著用氮氣(N 2)乾燥15秒。經乾燥之矽晶圓之薄膜厚度在拋光之前及之後，係使用一光譜反射測量儀類型之厚度量測儀器(製造商：Keyence，模型：SI-F80R)量測。使用以下方程式3來計算拋光速率。 [關係式3] 拋光速率(Å/min) = 一矽晶圓之經拋光的厚度(Å) / 拋光時間(分鐘) 測試實施例5：表面缺陷之量測
在使用實施例及比較實施例之拋光墊中之每一者來進行拋光程序之後，在拋光時出現於晶圓表面上的殘質、刮痕及跳痕係使用一晶圓檢測裝置(AIT XP+，KLA Tencor) (臨界值：150，晶粒過濾器臨界值：280)來量測。
具體而言，在拋光之後，將矽晶圓轉移至一清潔器中，且各使用1% HF、純化水(DIW)、1% H 2NO 3及純化水(DIW)清洗10秒。其後，將其轉移至一旋轉乾燥器中，用純化水(DIW)洗滌，且接著用氮氣乾燥15秒。使用晶圓檢測裝置來量測經乾燥之矽晶圓在拋光之前及之後在缺陷上的變化。
殘質係指黏附至晶圓表面之一實質上非晶形外來物。舉例而言，其係指如圖6所示形狀之一缺陷。
刮痕係指一實質上連續的線性刮痕。舉例而言，其係指如圖7所示形狀之一缺陷。
同時，跳痕係指一實質上不連續的線性刮痕。舉例而言，其係指如圖8所示形狀之一缺陷。
殘質、刮痕及跳痕之缺陷的總數係顯示於下表4中。 [表3]
評估項目 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 比較 實施例1 比較 實施例2
三級胺系多元醇:芳香族胺化合物(重量比) 50:50 70:30 80:20 100:0 MOCA 50:50
物理 性質 上部 拋光墊 厚度(mm) 2 2 2 2 2 2
硬度(H 25) (蕭氏D) 47.3 47.1 46.7 45.6 65.7 52.1
比重(g/cc) 0.80 0.81 0.81 0.8 0.80 0.8
拉伸強度 (N/mm 2) 19.2 18.5 17.7 16.5 25.3 20.2
伸長率(%) 232 268 289 302 72 130
子拋光墊 類型 不織布 不織布 不織布 不織布 不織布 不織布
厚度(mm) 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
硬度(C) 70 70 70 70 70 70
層壓之拋光墊 厚度(mm) 3.32 3.32 3.32 3.32 3.32 3.32
壓縮率(%) 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05
粗糙度 Sk 1(µm) 24.8 24.0 24.8 25.4 23.8 23.9
Sk 2(µm) 13.2 14.0 16.2 16.5 8.0 8.5
Sk 1– Sk 2(µm) 11.6 10.0 8.6 8.9 15.8 15.4
[方程式1] RSk (%) 46.8 41.7 34.7 35.0 66.4 64.4
[方程式2]恢復彈性抵抗指數(RERI)。 22.14 19.64 16.20 15.98 43.62 33.57
MOCA：4,4'-亞甲基雙(2-氯苯胺) Sk 1：拋光墊在拋光之前的核心粗糙深度 Sk 2：拋光墊在拋光之後的核心粗糙深度 [方程式1] RSk (%) =
Figure 02_image008
 × 100 [方程式2]恢復彈性抵抗指數(RERI) =
Figure 02_image010
  × H 25
[表4]
實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 比較 實施例1 比較 實施例2
拋光速率(Å/min) 1,715 1,695 1,703 1,702 3,765 3,200
表面缺陷 8 7 3 4 25 22
如從表3可見，實施例1至4之拋光墊，其中一含有一醚鍵之三級胺系多元醇係用作一固化劑、且表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)係被調整至特定範圍，係在諸如硬度、拉伸強度及伸長率之機械性質上為整體優良的。
具體而言，實施例1至4之拋光墊係具有45.6至47.3蕭氏D之一硬度，藉此達成低硬度。對比而言，比較實施例1之拋光墊係具有65.7蕭氏D之一硬度，且比較實施例2之拋光墊係具有52.1蕭氏D之一硬度。由於它們具有比實施例1至4之拋光墊者更高的一硬度，所以它們係相對地更硬。
另外，實施例1至4之拋光墊係具有16.5 N/mm 2至19.2 N/mm 2之一拉伸強度及232%至302%之一伸長率。對比而言，比較實施例1及2之拋光墊係分別具有25.3 N/mm 2及20.2 N/mm 2之一極高拉伸強度及72%及130%之一極低伸長率。
特別地，當含有一醚鍵之三級胺系多元醇的含量在實施例1至4之拋光墊中係增加時，硬度及拉伸強度係減小且伸長率係增加，使得可達成本發明中所欲之機械性質。
此等機械性質可提高拋光墊之拋光表現及降低出現於一半導體基體之表面上之表面缺陷的效果。
具體而言，如從表4可見，實施例1至4之拋光墊係具有優良的拋光速率。出現於晶圓表面上之諸如殘質、表面刮痕及跳痕之表面缺陷的數目係顯著低於那些使用比較實施例1及2之拋光墊者。
具體而言，實施例1至4中之1,695 Å/分鐘至1,715 Å/分鐘的拋光速率係整體優良的。對比而言，比較實施例1及2中之拋光墊的拋光速率係為3,765 Å/分鐘及3,200 Å/分鐘，其中初始拋光速率係過高的，這是由於摩擦面積對能夠攜載漿液之孔洞的比率的一增加。因此，由於拋光墊光滑化現象，比較實施例1及2之拋光墊在拋光速率上係被預期進一步增加的。
此外，就出現於晶圓表面上之表面缺陷而言，在使用實施例1至4之拋光墊的情況下，表面缺陷之數目係3至8，而在使用比較實施例1及2之拋光墊的情況下，表面缺陷之數目係超過20，其相較於使用實施例1至4之拋光墊的情況係顯著地增加3至8倍或更多。應理解，由於比較實施例1之拋光墊的光滑化現象，出現於晶圓表面上之表面缺陷係增加的。
同時，當比較其中使用相同含量之混合的固化劑的實施例1及比較實施例2時，使用作為三級胺系多元醇之LA-480與作為芳香族胺化合物之N,N'-雙(二級-丁胺基)二苯基甲烷的一混合的固化劑的實施例1之拋光墊，相較於使用LA-480及MOCA之比較實施例1的拋光墊，係滿足本發明中所欲之特定範圍的表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)兩者。因此，證實相較於比較實施例2之拋光墊，實施例1之拋光墊係提高了機械性質以及拋光速率以及改良出現於晶圓表面上之表面缺陷。
據此，當使用特定成分的一固化劑以及當表面粗糙度降低率(RSk (%))及恢復彈性抵抗指數(RERI)被調整至特定範圍時，機械性質在低硬度、低拉伸強度及高伸長率的方面上可提高。特定言之，由於拋光墊具有一低表面粗糙度降低率(RSk (%))，因此有可能最小化拋光墊光滑化現象。因此，有一較大優點在於拋光速率及一晶圓表面上之表面缺陷可被減少。
110:頭部 120:半導體基體(或晶圓) 130:平台 140:漿液 150:孔洞 S100,S200:方法 S110,S120,S210,S220:步驟
圖1示意地例示用以製備根據一實施態樣之一半導體裝置的一方法。 圖2係例示當用一光學表面粗糙度測量儀量測一拋光墊時，衍生自基於ISO 25178-2標準之一區域材料比率曲線的表面粗糙度的一圖。 圖3例示用以製備根據本發明之一實施態樣之一拋光墊的一方法。 圖4例示用以製備根據本發明之一實施態樣之一半導體裝置的一方法。 圖5(a)及5(b)分別為以100及300倍放大率分析在實施例1至3及比較實施例1中所製備的拋光墊之截面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。 圖6為顯示根據一實施態樣之一晶圓上的一殘質之形狀的一照片。 圖7為顯示根據一實施態樣之一晶圓上的一刮痕之形狀的一照片。 圖8為顯示根據一實施態樣之一晶圓上的一跳痕之形狀的一照片。

Claims (10)

  1. 一種拋光墊，其包含一拋光層，其中該拋光層包含一組成物的一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑，該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如以下方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如以下方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)： [方程式1] RSk (%) =
    Figure 03_image001
    × 100 在方程式1中，Sk 1為在拋光之前該拋光墊之核心粗糙深度，Sk 2為在以下條件下該拋光墊對一半導體基體之氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液，並且Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的該拋光墊及拋光之後的該拋光墊量測的數據所計算的一值， [方程式2] 恢復彈性抵抗指數(RERI) =
    Figure 03_image003
    × H 25在方程式2中，RSk (%)係如上述方程式1所定義的， H 25為在25℃下量測之該拋光墊的蕭氏D硬度，且該恢復彈性抵抗指數(RERI)為不包括單位的數值之間的一比率。
  2. 如請求項1之拋光墊，其中Sk 1與Sk 2之間的差(Sk 1– Sk 2)為15 µm或更小。
  3. 如請求項1之拋光墊，其中該三級胺系多元醇係由以下化學式表示： [化學式]
    Figure 03_image005
    在上述化學式中，n為1至10之一整數。
  4. 如請求項1之拋光墊，其中該固化劑進一步包含一芳香族胺化合物。
  5. 如請求項4之拋光墊，其中該三級胺系多元醇之含量以重量計係相同於或大於該芳香族胺化合物之含量。
  6. 如請求項4之拋光墊，其中該三級胺系多元醇具有400至3,000 g/mole之一重量平均分子量，且該芳香族胺化合物具有450至600 g/mole之一重量平均分子量。
  7. 如請求項4之拋光墊，其中該芳香族胺化合物包含選自以下所構成之群組中之至少一者：二乙基甲苯二胺；3,5-二甲基硫-2,4-甲苯二胺；3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺；N,N'-雙-(二級-丁胺基)-二苯基甲烷；4,4'-亞甲基-雙-(3-氯基-2,6-二乙苯胺)；聚四亞甲基氧化物-二-p-胺苯甲酸酯；N,N'-二烷基二胺基二苯基甲烷；p,p'-亞甲基二苯胺；m-伸苯基二胺；4,4'-亞甲基-雙-(2,6-二乙苯胺)；4,4'-亞甲基-雙-(2,3-二氯苯胺)；4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯基甲烷；2,2',3,3'-四氯基二胺基二苯基甲烷；三亞甲基二醇二-p-胺苯甲酸酯；3,5-二胺基-4-氯基苯甲酸-2-甲基丙基酯；雙(4-胺基-2-氯基-3,5-二乙基苯基)甲烷；丙二醇雙-p-胺苯甲酸酯；丁基二胺基氯基苯甲酸酯；亞甲基雙-鄰胺苯甲酸甲酯；氯基二乙基甲苯二胺；亞甲基雙-鄰-乙苯胺；及其異構體。
  8. 如請求項1之拋光墊，其滿足選自以下特性中之至少一者：在25℃下之一表面硬度為40蕭氏D至60蕭氏D；10 N/mm 2至25 N/mm 2之一拉伸強度；80%至320%之一伸長率；及1,600 Å/分鐘至3,300 Å/分鐘之對氧化層的一拋光速率。
  9. 一種用於製備拋光墊之方法，其包含： 混合一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑以製備用於製備一拋光層的一組成物；以及 將用於製備一拋光層的該組成物注入至一模具中，且使其固化以獲得包含一拋光層之一拋光墊， 其中該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如以下方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如以下方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)： [方程式1] RSk (%) =
    Figure 03_image001
    × 100 在方程式1中，Sk 1為在拋光之前該拋光墊之核心粗糙深度，Sk 2為在以下條件下該拋光墊對一半導體基體之一氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液，並且Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的該拋光墊及拋光之後的該拋光墊量測的數據所計算的一值， [方程式2] 恢復彈性抵抗指數(RERI) =
    Figure 03_image003
    × H 25在方程式2中，RSk (%)係如上述方程式1所定義的， H 25為在25℃下量測之該拋光墊的蕭氏D硬度，且該恢復彈性抵抗指數(RERI)為不包括單位的數值之間的一比率。
  10. 一種用於製備半導體裝置之方法，其包含： 提供包含一拋光層之一拋光墊；以及 使該拋光層的拋光表面與一待拋光物件的表面相對地旋轉，同時其等係彼此接觸以拋光該待拋光物件， 其中該拋光墊包含一拋光層，其包括一組成物之一經固化產物，該組成物包含一胺基甲酸酯系預聚物、一固化劑及一發泡劑，該固化劑包含一含有一醚鍵的三級胺系多元醇，且該拋光墊具有小於50%之如以下方程式1所表示的一表面粗糙度降低率(RSk (%))；以及40或更小之如以下方程式2所表示的一恢復彈性抵抗指數(RERI)： [方程式1] RSk (%) =
    Figure 03_image001
    × 100 在方程式1中，Sk 1為在拋光之前該拋光墊之核心粗糙深度，Sk 2為在以下條件下該拋光墊對一半導體基體之氧化矽層進行拋光經歷60秒之後所量測之該拋光墊的核心粗糙深度：4.0 psi之一載體加壓、87 rpm之一載體旋轉速度及93 rpm之一平台旋轉速度，同時以250 ml/分鐘之速率噴灑一煅燒氧化鈰漿液，並且Sk 1及Sk 2各是根據ISO 25178-2標準，由一光學表面粗糙度測量儀對拋光之前的該拋光墊及拋光之後的該拋光墊量測的數據所計算的一值， [方程式2] 恢復彈性抵抗指數(RERI) =
    Figure 03_image013
    × H 25在方程式2中，RSk (%)係如上述方程式1所定義的， H 25為在25℃下量測之該拋光墊的蕭氏D硬度，且該恢復彈性抵抗指數(RERI)為不包括單位的數值之間的一比率。
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