TW440495B - Polishing pads useful in chemical mechanical polishing of substrates in the presence of a slurry containing abrasive particles - Google Patents

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4^0495 A7 -----B7__ 五、發明說明（1 ) 相關申請案的交又參考 ----------^----裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本案遵照35 U.S.C.§ 112(e)獲得美國臨時申請案第 60/129,048號，申請日1999年4月13日之權益，該案全部 揭示併述於此以供參考。 有關聯邦贊助研究或開發的陳述 •不適用_ 發明背景 半導體裝置係由半導體材料如矽之又平又薄的晶圓形 成。晶圓經拋光而形成未含或極少含瑕疵之充分平坦表面 。採用多種化學、電化學及化學機械拋光技術而拋光晶圓 ;泉· 化學機械拋光（「CMP」）中，胺基甲酸酯材料製成的 拋光墊結合料漿用來拋光晶圓。料漿包含磨蝕粒子例如氧 化鋁、氧化飾或氧化咬粒子分散於水性介質。磨蝕粒子之 大小通常係於100至200毫微米之範圍。其它作用劑例如表 面作用劑、氧化劑或pH調節劑典型也存在於料楽。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 胺基甲酸酯墊加紋理例如加通道或穿孔來辅助料漿分 布跨拋光墊及晶圓以及由墊及晶圓去除料漿及研磨劑。一 型拋先塾中’中空球形微粒分布於胺基甲酸醋材料^隨著 拋光墊表面因使用而被磨耗’微粒子提供連續更新的表面 紋理。 發明概述 本發明係關於一種於包含磨凝粒子之料樂及分散劑存 在下用以拋光基材之抛光墊。抛光墊使用一種成分較佳為 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44〇495 A7 '-----B7____ 五、發明說明（2 ) 纖維成分於聚合物母質成分内。纖維成分可溶於料漿，故 存在於鲁拋光面的纖維接觸料漿時溶解形成空隙結構於拋 光面上。空隙結構提供孔隙，經由提高磨银粒子於料漿的 活動性同時減少拋光面的刮擦而提升拋光速率及均勻度。 孔隙作為磨蝕粒子之暫時儲存區，如此減少磨蝕粒子與拋 光面間的高度摩擦接觸。 特別拋光墊包含第一層具有拋光面及背面。第一層係 由纖維成分於聚合物母質成分形成。纖維成分包含纖維， 充分可溶於料漿而提供空隙結構於拋光面。溶劑可為磨蝕 粒子之分散相或於拋光期間添加至料漿之另一種材料。拋 光墊也包含一背襯結構包含黏著層固定於第一層的背面， 因此拋光墊可固定於工具。 拋光墊之拋光面上的空隙結構性質係由下列參數決定 ，例如纖維溶解於溶劑之速率，纖維對母質比，纖維形狀 及大小’纖維之方向性’纖維之面積及容積密度，以及任 何不可溶纖維之存在及數量。適當半導體晶面拋光用之纖 維其可溶於水性料漿者包括聚乙烯醇及馬來酸及其衍生物 或共聚物。 可進一步提升抛光及/或輔助去除拋光期間產生之殘 餘物之添加劑可攙混於纖維成分或施用作為表面塗層至纖 維成分。添加劑於拋光期間以控制速率釋放。 拋光墊應用於多種用途，包括半導體晶圓拋光稱作化 學機械拋光（CMP)及其它金屬、陶瓷、玻璃、晶圓、硬碟 等使用液體介質來攜帶及分散磨蝕粒子的拋光用途。 各紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公髮） I-----------^---I-----^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局錢工消費合作社印製 〇4 〇 ^ A7 -------B7___ 五、發明說明（3 ) 圖式之簡單說明 參照後文詳細說明連同附圖一起考慮將更完整瞭解本 發明，附圖中： 第1圖為根據本發明之拋光墊之部分剖面圖； 第2圖為第1圖之拋光墊於使用中之部分頂視圖； 第3圖為第2圖之拋光墊沿線B-B所取之部分剖面圖； 以及 第4圖為根據本發明之拋光墊之又一具體實施例之部 分剖面圖。 發明之詳細說明 本發明係關於一種拋光墊10其結合拋光料漿使用，拋 光料漿包含一種液體介質其攜帶及分散磨蝕粒子介於拋光 墊與拋光面間。參照第1圖，拋光墊之較佳具體實施例結 合一層複合拋光材料層12包含纖維成分14包囊或嵌置於聚 合物母質成分16。纖維成分可溶於水或其它存在於拋光料 漿之溶劑而其溶解速率足夠於墊之拋光面留下空隙。溶劑 可為磨蝕劑之分散相或可為另一種添加於料漿之材料。用 於半導體晶圓拋光時，料漿典型為水性介質，故溶劑為水 。母質成分有用的聚合物料包括最常見的結構性聚合物例 如聚胺基甲酸酯類，聚丙烯酸酯類，聚笨乙烯類，聚醯亞 胺類，聚酿胺類，聚碳酸酯類及環氧樹脂類。其它具有足 夠支撐纖維成分之剛性的聚合物也可使用。黏著性背襯結 構18附著於複合拋光材料層12之下面或背面19，故拋光堅 可固定至工具。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 6 -1----------- -裝--------訂-------—--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 44 〇4 9 b A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 使用前，拋光材料表面20為光滑，如第1圖舉例說明 。雖然纖維暴露於表面，但未發生溶解來粗化表面^ 一旦 >谷劑接觸表面纖維成分，纖維成分開始溶解，形成空隙結 構孔隙22於表面，如第2及3圖之示意說明。拋光物質表面 孔隙藉由提高磨蝕劑活動性同時減少抛光面刮擦而提升拋 光速率及均勻度。孔隙作為磨钮粒子的暫時儲存區，如此 減少磨蝕粒子與拋光面間的高度摩擦接觸。 纖維成分可由任何適當纖維材料製成，例如聚乙烯醇 (PVAc)，馬來酸’聚丙烯酸，各種多醣類及樹膠或此等材 料之衍生物。也可使用此等聚合物之共聚物。特殊纖維材 料係根據欲使用特殊溶劑及預期拋光用途選擇。用於半導 體晶圓拋光時，料漿典型使用水性介質作為磨蝕粒子的分 散相°如此水典型為此等用途的較佳溶劑，；PVAc，PVAc 共聚物，馬來酸及此等材料之衍生物適合作為纖維成分。 但依據用途而定也可使用其它溶劑及纖維材料。 用於半導體晶圓拋光’纖維材料較佳選擇使纖維成分 於溶解介質的溶解速率儘可能快速。較佳纖維成分一旦接 觸溶解介質即溶解，因此拋光開始前無需延遲。例如聚乙 烯醇及馬來酸及其衍生物快速溶解於水。溶解速率可藉選 用特殊材料控制。例如化合物之鹽可使化合物或多或少可 由水性介質水解。聚合也可用來控制溶解速率。例如提高 分子量可減慢溶解速率。 纖維狀材料可藉任一種適當方法製備，例如非織技術 ，例如化學、機械或熱黏著纖維或鋪設疏鬆纖維或長纖維 -------I-----裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 04 9 5 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 塾’以及藉梭織或針織技術製備，如業界眾所周知。通常 以非織材料為佳，原因在於可獲得孔隙結構之較為無規方 向性0纖維相對於抛光面的方向性可經控制而影響拋光面 上孔隙大小。若纖維主要係平行表面取向，則所得空隙結 構將具有較為通道形或細長形孔隙。若纖維主要係正交於 表面取向’則所得空隙結構將具有較多直徑較小的孔隙。 抛光面上孔隙密度較大可以纖維之正交取向達成。可使用 連續纖維或短切纖維’具有纖維長度0,5毫米至15毫米， 短切纖維提供較多纖維末端結果獲得較多孔的空隙結構。 纖維直徑係選擇為溶解後的孔隙大小可互補料漿之磨 蝕粒子大小，典型於100至200毫微米之範圍。若孔隙過大 ，則料漿粒子可能淤滯於孔隙内，結果導致喪失其拋光效 果。又無法充分控制粒子所在位置，結果導致拋光不均勻 。若孔隙過小，則粒子變成卡在孔隙内，結果導致刮擦欲 拋光的基材。發現纖維直徑於20至200微米且較佳30至1〇〇 微米範圍可獲得CMP料漿典型使用之磨蝕粒子大小範圍 的適當孔隙大小範圍β 纖維成分對母質成分比由90%纖維/10%母質至I 〇%纖 維/90%母質容積比間改變。纖維成分愈高則獲得愈柔軟 且較為可壓縮的拋光材料，其更適合拋光存在於基材上的 較柔軟結構特徵例如鋁、鎢、或銅線》纖維含量高達90% 的拋光材料具有極為纖維狀結構，纖維不完全塗有母質材 料。母質成分較高結果獲得較硬的拋光材料，其較適合拋 光較硬的基材例如氧化矽層ι纖維含量低抵10%之拋光材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -1 I---IIII ^ 11-----111---I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 44 0495 A7 ---------- 五、發明說明（6 ) 料極為實心較不能壓縮。 '複。材料層也具有層狀結構，例如上層具有較高纖維 對母質比及下層#有較低纖維對母質比。i層提供料浆粒 子於表面之活動性，下層提供較大剛性來提升平坦程度。 -種變化例中，下層可不含纖維。另一具體實施例中，纖 維對母質比之分級或其它性質可由拋光面提供背面。 纖維成为也包括某些不可溶的纖維材料。不可溶纖維 作為掃帚，隔離母質成分的硬面不會刮擦欲拋光的基材。 不可溶纖維含量可高達90%質量比。 另一具體實施例中，可溶材料具有顆粒性質例如粉末 。此種情況下，粉末接觸溶劑時於表面溶解而形成空隙結 構於表面。於墊内部，粉末提供實心結構。 複合拋光材料層12厚度為〇·〇〇5吋至0.150吋。該層厚 度決疋塾壽命。厚度也決定塾的物理性質。例如較厚層較 馐硬且對彎折較有抗性。選用的實際厚度依據特定用途決 定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 背襯結構18提供拋光墊附著於工具的媒介且增加壓縮 此力來補償複合材料層的剛性。複合材料層之剛性提供小 規模平坦度’換5之於欲抛光基材的小面積上提供平垣度 。背襯結構之壓縮能力提供全基材表面上的壓力均句，例 如8叶或12吋直徑的半導體晶圓。如此確保基材為凹面或 凸面彎曲或其它不規則形狀時仍可獲得拋光均勻度 —具體實施例中，背襯結構1 8包括兩層黏著劑層24， 26夾置一層可壓縮結構層28於其間。背襯結構厚度係於 9 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） A7 440495 五、發明說明（7 ) 0.005至0.070吋之範圍。第一黏著劑層黏合至複合拋光材 料且選擇可提供強力黏合至複合材料層。第二黏著劑層允 許整個墊固定於工具，且選擇提供良好附聚性，故墊可由 工具移開不會留下殘渣於工具上。任何適當黏著材料皆可 使用，例如丙烯系或丁基橡膠，含丙烯酸之熱熔黏著劑’ 聚乙烯，聚乙烯系，聚酯或尼龍或其混合物。第二黏著劑 層係藉離型襯30保護，離型襯於固定拋光墊於工具前被撕 離。 結構層28係由聚合物料製成例如聚酯膜或聚乙烯、聚 苯乙稀之發泡體或其衍生物或共聚物。其它材料例如擠塑 聚乙烯或聚笨乙烯薄片或非織聚合物層也可使用。結構層 厚度標稱0.005至o.loo时。 第4圖舉例說明之又一具體實施例中，背概結構係由 單一黏著劑層32固定於拋光材料層底側製成。例如若複合 材料層具有高纖維含量，則單一黏著劑層即可對堅提供: 夠壓縮性。單一黏著劑層係由離型襯34覆蓋。 抛光半導體晶圓期間，母質成分之聚合物材料切變或 流動且形成薄膜於墊表面上’阻塞孔隙且消除势的拋光效 果。如此於拋光晶圓後，塾表面藉鑽石抛光調理或修整。 翁成分之溶解速率較佳高於藉此修整步驟引起的母質成 分磨耗速率。當母質成分被耗盡或磨耗時，抛光面經被再 生或更新，原因在於新的纖維成分區域暴露及溶解，如此 形成新孔隙來提升拋光作用。 其它添加劑例如界面活性劑及去除劑來提高殘餘粒子 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐^___________ -10 - --------------裝--------訂---------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44 04 9 5 五、發明說明（8 之穩定性以及防止再度沉積於基材的拋光面上可含括於複 合材料層。此等添加劑可例如於纖維擠塑前攙雜纖維的聚 合物材料結合於纖維成分，或可施用為纖維的表面塗層。 藉此方式，拋光過程中添加劑以控制速率釋放。典型的添 加劑例如含有矽酮油或氟化碳類離型劑或其它已知之拋光 料裝添加劍。 本發明之拋光墊特別適合用於化學機械拋光半導體晶 圓’但拋光塾可用於抛光其它基材例如金屬、陶堯、玻璃 、晶圓或硬碟，用於使用液體介質來攜帶及分散磨蝕粒子 介於拋光墊與欲拋光基材間的拋光用途。已經說明本發明 之較佳具體實施例’現在業界人士顯然易知可使用結合本 發明構想之其它具體實施例。如此本發明不受所述具體實 施例所限而僅受隨附之申請專利範圍之精髓及範圍所限。 元件標號對照 . 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10.. .拋光墊 14.. .纖維成分 18.. .黏著劑背襯結構 20.. .拋光材料面 24-6...黏著劑層 30.. .離型襯 34.. .離型襯 i 2...複合抛光材料層 16.. .聚合物母質成分 19._·背面 22…孔隙 28.. .可壓縮結構層 3 2...黏著劑層 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮）

Claims (1)

1. 440495 A8 B8 C8 D8 ^__ 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印*!取 申凊專利範圍 ^ ~種拋光墊，用於於包含磨蝕粒子及分散劑之料漿存 在下拋光一基材，該拋光墊包含： 一第一層，具有一拋光面及一背面，第一層係由 —種纖維成分於一種聚合物母質成分形成，纖維成分 包含纖維可充分溶解於料漿而提供空隙結構於拋光面 ;以及 一背概結構，包含一黏著劑層固定於第一層之背 面。 2 如申β青專利範圍第1項之抛光塾’其中可溶纖維可溶解 於料漿之分散劑。 3··如申請專利範圍第1項之拋光墊’其中料漿為水性料毁 及可溶纖維可溶於水。 4. 如申請專利範圍第1項之拋光墊，其中可溶纖維具有允 許磨蝕粒子於空隙結構内部活動的直徑。 5. 如申請專利範圍第〗項之拋光墊，其中可溶纖維具有直 徑於20至200微米之範圍D 6. 如申請專利範園第丨項之拋光墊，其中可溶纖維係由聚 乙烯醇，聚丙烯酸，多醣類，樹膠類，馬來酸或聚乙 烯醇、聚丙烯酸、多醣類、樹膠類及馬來酸之衍生物 或共聚物製成。 7·如申請專利範圍第i項之抛光墊，其中纖維結構為非織 材料，梭織材料或針織材料。 8.如申請專利範圍第i項之拋光塾，其中纖維係以複數纖 維平行拋光面定向。 本紙張尺度遶用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ----------------裳·-------訂---------線--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 在4 〇Ά 3 4^4 04 9 5 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 9. 如申請專利範圍第1項之拋光墊 維正交於拋光面定向。 10. 如申請專利範圍第1項之拋光墊 纖維。 11. 如申請專利範圍第1項之拋光墊 纖維。 I2·如申請專利範圍第1項之拋光墊 母質成分磨耗速率更高的速率溶解 13_如申請專利範圍第丨項之拋光墊，其中聚合物母質成分 係由具有足夠剛性來支持纖維成分之聚合物製成。 1.4.如申請專利範圍第1項之拋光墊，其中聚合物母質成分 係由聚胺基甲酸酯’聚丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚醢亞 胺’聚醯胺，聚碳酸酯或環氧樹脂製成。 15. 如申請專利範圍第1項之拋光墊，其中第一層具有纖維 成分對母質成分之比為10%/90%至90%/10%容積比。 16. 如申請專利範圍第丨項之拋光墊，其中第一層具有厚度 為 0.00511寸至 0.1500寸。 17. 如申請專利範圍第1項之拋光墊，其中第一層進一步包 括界面活性劑或去除添加劑。 18. 如申請專利範圍第丨7項之拋光墊，其中添加劑係攙混 於纖維成分之纖維内部或表面塗布於纖維成分之殲維 上。 19. 如申請專利範圍第1項之拋光墊，其中纖維成分進一步 包括不溶於料漿的纖維。 其中纖維係以複數纖 其中可溶纖維為短切 其中可溶纖維為連 續 其中可溶纖維係以比 -------:--------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度遶用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13

   44〇495 六、申請專利範圍 20_如申請專利範圍第19項之拋光墊，其中不溶纖維占可 溶成分高達90%質量比。 21. 如申請專利範圍第1項之拋光墊，其中背櫬結構進一步 包含兩層黏著劑有一可壓縮結構層夾置於其間。 22. —種使用如申請專利範圍第1項之拋光墊拋光一基材之 方法’該方法包含： 提供一欲拋光之基材；以及 使用如申請專利範圍第丨項之拋光墊拋光基材。 23. 如申請專利範圍22項之方法，其中基材包含一半導體 晶圓。 2.4.如申請專利範圍第22項之方法，其中基材包含金屬、 陶瓷、玻璃或硬碟。 25. —種拋光墊，用於於包含磨蝕粒子及分散劑之料漿存 在下拋光一基材，該拋光墊包含： 一第一層，具有一拋光面及一背襯面，第一層係 由一種可溶成分於一種聚合物母質成分形成，可溶成 分包含一種材料充分可溶於料漿而於拋光面上形成空 隙結構’該可溶成分於第一層内部提供實心結構；以 及 一背襯結構，包含一黏著劑層固定於第一層之背 面。 26. 如申請專利範圍第25項之拋光墊，其中可溶成分包含 一種纖維材料。 27. 如申請專利範圍第25項之拋光墊，其中可溶 包含 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4現格（210 X 297公髮） -------；---------裝--------訂·-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 A8 B8 440495_§_ 六、申請專利範圍 一種粉狀材料。 28.如申請專利範圍第25項之拋光墊，其中料漿為水性料 漿及可溶成分係可溶於水。 --------；--------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印ΐ衣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）