TWI410299B

TWI410299B - 研磨墊與其應用及其製造方法

Info

Publication number: TWI410299B
Application number: TW98128398A
Authority: TW
Inventors: Chung Chih Feng; I Peng Yao; Yung Chang Hung; Lyang Gung Wang; Wen Chieh Wu
Original assignee: Bestac Advanced Material Co Ltd
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2013-10-01
Also published as: US8491359B2; TW201107076A; US20110045744A1

Description

研磨墊與其應用及其製造方法

本發明係關於一種用於化學機械研磨之研磨墊與其應用及其製造方法。

化學機械研磨(CMP)係為使用一研磨墊以平坦化基板表面之程序。CMP一般應用於研磨透鏡、鏡子、液晶顯示器之基板、矽晶圓及矽晶圓上之氧化層及/或金屬層。

以矽晶圓作為實例，首先將單晶矽之結晶塊切片。通常磨光該等晶圓使其變平以供隨後進行化學蝕刻。在蝕刻過程之後需要一研磨製程。在研磨製程期間，研磨墊連同漿液一起與晶圓表面上之矽原子進行化學反應，以使得經反應之表面比底下的矽柔軟。此外，持續抹除經反應之表面，可使新鮮矽暴露於漿液及研磨墊。

中華民國專利公告第567114號揭示一種研磨墊，其中該研磨墊包含一研磨層，該研磨層之裏面設有一含有具橡膠彈性之化合物之緩衝層者，而該緩衝層之儲藏彈性率較研磨層之儲藏彈性率低，然而由於該緩衝層係形成於研磨層裏，其加工較為複雜，且因需同時考慮研磨層之性質，而限制了緩衝層之選擇。

美國專利第6,358,130號亦揭示一種與研磨液一起使用之習知研磨墊。該習知研磨墊具有一研磨層及穿過該研磨層之開口中的窗口。該研磨層及窗口之下表面由其下之液體不可滲透層覆蓋。該習知研磨墊進一步包含處於該液體不可滲透層上之黏合層，該黏合層在研磨層及窗口與一下墊層之間形成各自的接合密封。在該習知研磨墊中，黏合層及液體不可滲透層可防止黏合層與研磨層、窗口及液體不可滲透層中每一者之間的界面變濕。此研磨墊雖然改善了中華民國專利公告第567144號之缺點，而可依所需選擇研磨層及下墊層，彼此間互不干擾，再者，連續性的液體不可滲透層可避免因在日常處理期間彎曲、使用該研磨墊期間所施加之研磨壓力或黏合層中之小孔隙或間隙所產生之洩漏路徑，亦因接合密封，故可減小黏合層與研磨層、窗口及液體不可滲透層中各界面間由研磨液引起之濕潤現象。

然而，因為習知研磨墊之下墊層通常包含纖維，或因下墊層之內含物未均勻分布，且因習知研磨墊之研磨層通常包含彈性體，所以研磨層之內含物亦未均勻分布，而可容易觀測到下墊層及研磨墊之厚度變化。此外，下墊層及研磨墊之表面係不平坦的，且通常粗糙並起伏。此類特徵使得下墊層或研磨墊難以緊密且完全附著至該液體不可滲透層。在下墊層及研磨層與液體不可滲透層之間的界面中容易觀測到氣泡及空白空間，因此研磨液容易經由該等氣泡及空白空間而滲透至下墊層及研磨層與液體不可滲透層之間的界面中，使研磨層與下墊層之牢度變差，因而縮短習知研磨墊之使用壽命，同時亦因上述原因使研磨墊之整體平坦性不佳，而降低化學機械研磨之效果及效率。

本發明之一目的在於提供一種研磨墊，其包含一研磨層、一緩衝層及黏合層。該研磨層包含一研磨表面，可用於研磨一基板；該緩衝層包含複數個連通性孔洞，且該緩衝層之壓縮率高於該研磨層之壓縮率；該黏合層係由具流動性之高分子聚合而成，用於將該緩衝層黏合至該研磨層。

本發明之另一目的在於提供一種研磨基板之方法，該方法包含使用上述研磨墊來研磨一基板表面。

本發明之又一目的在於提供一種用於製造上述研磨墊之方法，該方法包含以下步驟：

(a)提供緩衝層及研磨層；

(b)在該緩衝層或該研磨層之一表面上施加該黏合層；及

(c)將該緩衝層黏合至該研磨層。

根據本發明之研磨墊大幅地增強緩衝層與研磨層之黏合強度，亦提升研磨墊之平坦度及硬度之穩定性。此外，根據本發明之研磨墊可於研磨時不會被研磨液滲透，研磨墊之使用壽命得以延長，並由此改進了化學機械研磨之效果及效率。

本發明提供一種研磨墊，其包含一研磨層、一緩衝層及黏合層。該研磨層包含一研磨表面，可用於研磨一基板；該緩衝層包含複數個連通性孔洞，且該緩衝層之壓縮率高於該研磨層之壓縮率；該黏合層係由具流動性之高分子聚合而成，用於將該緩衝層黏合至該研磨層。

於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層包含纖維。該纖維可提供用於研磨之突起，亦可作為支架，例如該支架允許研磨層之高分子彈性體沈積在由該支架界定之空間中。本發明所屬技術領域中具通常知識者可根據本說明書之揭示內容來選擇適合種類之纖維。本文中使用之「纖維」乙詞指單纖維或複合纖維，較佳地指複合纖維。可根據待研磨之基板來選擇該纖維，較佳地，該纖維由選自由以下各物組成之群的至少一種材料製成：聚醯胺、對苯二胺、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯腈及其混合物。較佳地，該等纖維係形成不織布，且更佳地，該研磨層包含成捲之不織布，其可以連續捲方式使用該等成捲之不織布，可改進批次均勻性。

本文中使用「不織布」乙詞指具方向性或隨機定向纖維之製造片、網或氈，其由摩擦力及/或內聚力及/或黏合力接合，並不包括紙及併入有接結紗或絲之經編織、針織、簇生、縫編或由濕式碾磨進行黏結(無論是否經額外針縫)之產品。該等纖維可為天然或人造。其可為定長或連續的絲或可原位形成。取決於形成網之方法，不織布通常包含合成不織布、針刺不織布、熔噴不織布、紡黏不織布、乾式成網不織布、濕式成網不織布、縫編不織布或水刺不織布。與織布相比，不織布具有較好的材料特性。

於本發明之一較佳具體實施例中，該研磨層包含連通多孔性之高分子彈性體，如搭配使用纖維，則該高分子彈性體與纖維共同形成連通多孔洞。該等連通多孔洞有利於研磨液之流動、研磨顆粒之分布及研磨殘留物之移除。在本發明之較佳實施例中，該等連通多孔洞具有自0.1μm至500μm之孔尺寸。本文中使用之「高分子彈性體」乙詞指展現類似橡膠品質之一聚合物種類。當研磨時，該高分子彈性體可充當良好的緩衝器以避免刮傷待研磨之基板表面。在本發明之一個較佳實施例中，該高分子彈性體包含發泡樹脂。本文中使用之「發泡樹脂」乙詞指含有熱塑樹脂及熱分解發泡劑之材料。該高分子彈性體較佳係選自由聚胺酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、耐綸、彈性橡膠、聚苯乙烯、聚芳烴分子、含氟聚合物、聚醯亞胺、交聯聚氨酯、交聯聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(對苯二甲酸亞乙酯)、聚芳烴醯胺、聚芳烴、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其摻合物所組成之群；更佳地，該高分子彈性體包含聚胺酯。

根據本發明之緩衝層，包含複數個連通性孔洞，且其壓縮率高於該研磨層之壓縮率者皆適於應用於本發明之緩衝層，因緩衝層之壓縮率高於研磨層，因此根據本發明之研磨墊具有較佳之緩衝效果，當進行研磨作用時，可減少對待研磨基板之刮傷，較佳地，該緩衝層之壓縮率約自20%至約40%，另一方面，該緩衝層之空孔率較佳亦高於該研磨層之空孔率，其中該緩衝層之空孔率較佳為約自30%至約45%，此較高之空孔率亦可使根據本發明之研磨墊具有較佳之緩衝效果。另一方面，其中該緩衝層之密度較佳為約0.1至約1.0g/cm³ 。

於本發明之一較佳具體實施例中，該緩衝層包含一彈性體，該彈性體較佳即具有複數個連通性孔洞，且其壓縮率高於該研磨層之壓縮率之性質，可單獨或搭配其他材料作為緩衝層。較佳地，該彈性體係選自由聚胺酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚醯胺、聚醚、聚丙烯、乙二醇二乙酸酯/醋酸乙烯酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其摻合物所組成之群。

於本發明之一較佳具體實施例中，該緩衝層另包含一載體，以使複數個連通性孔洞之結構形成於其上，例如使前述之彈性體形成於其上。較佳地，該載體係選自由薄膜、織布及玻璃纖維所組成之群，且該薄膜之材料較佳係選自由聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、壓克力及聚烯烴所組成之群。

本發明之研磨墊包含由具流動性之高分子聚合而成之黏合層，用於將該緩衝層黏合至該研磨層。由於該高分子於聚合前具有流動性，故於黏合緩衝層及研磨層時，可較佳地嵌入至緩衝層及/或研磨層之孔洞中。另因為根據本發明之黏合層較佳地係嵌入至緩衝層及/或研磨層之孔洞中，故可修改緩衝層及/或研磨層之表面，且能夠填充緩衝層及/或研磨層之粗糙及起伏點。因而該兩片材可彼此黏合良好，與習知技術使用液體不可滲透層之黏劑相比，大幅地增強緩衝層與研磨層之黏合強度，亦提升研磨墊之平坦度及硬度之穩定性。此外，根據本發明之研磨墊可於研磨時不會被研磨液滲透，研磨墊之使用壽命得以延長，並由此改進了化學機械研磨之效果及效率。

此外，由於根據本發明之研磨墊中研磨層與緩衝層彼此之間獨立，故可視需要調整研磨層與緩衝層之硬度或壓縮率等性質，更可增加應用之範圍。

於本發明之一較佳具體實施例中，該流動性之高分子於聚合前具有自約14000cps至約18000cps之黏度。

另一方面，該黏合層較佳係選自由感壓膠、一液型糊劑、二液型糊劑、壓克力樹脂及環氧樹脂所組成之群。感壓膠通常包含載體膜，該載體膜包括(例如)聚酯，且在載體膜之上側及下側上具有具流動性之黏合層。一液型糊劑係指包含高分子量彈性體充當黏接劑之糊劑，較佳係包含聚胺酯，一液型糊劑包含油改質型塗料及濕氣硬化型塗料，其中油改質型塗料採用天然油脂與二甘油脂等改質多醇類(polyol)與甲苯二對氰酸(toluene diisocyanate，TDI)反應而成；濕氣硬化型糊劑含有氫氧基的聚酯類(polyester)與聚醚類(polyether)，藉由過量的NCO基(NCO/OH>1)與甲苯二對氰酸、二苯基甲烷二異氰酸酯(diphenylmethane diisocyanate，MDI)、己二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate，HMDI)等之氫氧基反應，形成末端含有異氰酸酯(isocyanate)基的預聚合體，此官能基可與空氣中的濕氣產生胺類(amine)形成尿素結合，和雙縮尿素(biuret)成為硬化塗膜。二液型糊劑指包含彼此相互作用或交聯以實現黏合作用之兩種成分的糊劑，較佳係包含一彈性體及聚異氰酸酯，包含有觸媒硬化型，其主要是由聚乙二醇(polyethylene glycol)、聚丙二醇(polypropylene glycol)或多元醇(polyol)的酯化交換的單二酸甘油脂(mono diglyceride)的混合體與三級胺及金屬鹽類等觸媒反應使其硬化；多元醇硬化型PU塗料是由異氰酸酯預聚合物(isocyanate prepolymer)、聚醇類(polyol-ester)或聚醚類(polyether)，以及含有OH^- 之壓克力樹脂等多元醇之OH^- 反應形成。壓克力樹脂包含常溫硬化型及加熱硬化乾燥型；其中常溫硬化型主要為壓克力樹脂單體，加熱硬化乾燥型則是以壓克力樹脂聚合物為基本構造，於其中導入活性反應基，當加熱時該樹脂單獨或與含有反應基之樹脂以及交聯劑反應形成三次元之網狀結構。環氧樹脂可藉由加入交聯劑，形成三次元結構。本發明亦提供一種研磨基板之方法，該方法包含使用上述之研磨墊來研磨基板表面。

本發明亦提供一種用於製造上述研磨墊之方法，該方法包含以下步驟：

(a)提供緩衝層及研磨層；

(b)在該緩衝層或該研磨層之一表面上施加該黏合層；及

(c)將該緩衝層黏合至該研磨層。

將緩衝層黏合至研磨層之方式根據黏合層之形式而變化。用於將緩衝層黏合至研磨層之黏合層較佳係藉由塗覆、轉寫、印刷或刮擦在該緩衝層或該研磨層之一表面上，較佳係將該黏合層塗覆在該緩衝層或該研磨層之一表面上。

在施加黏合層之後，緩衝層與研磨層黏合在一起。緩衝層及研磨層較佳在75℃至80℃之溫度下彼此黏合。

如必要，在根據本發明之步驟(c)之後，該方法進一步包含一固化步驟。在某些情況下，黏合層需要該固化步驟來凝固並形成接合。該固化步驟之條件及方式根據所使用之黏合層而變化。

茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯其並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。

實例：

研磨層：將聚胺酯樹脂填充於不織布中，並經固化所得。

緩衝層：以2.50至3.00丹尼之PET織布作為塗佈基材，並將重量百分比19.9%之塗佈用聚胺酯樹脂、重量百分比6.6%之色料、重量百分比2.5%之界面劑及重量百分比71%之二甲基甲醯胺溶劑混合為一塗佈用料，並將該塗佈用料塗佈於塗佈基材上，並形成一樹脂層，再將其置於重量百分比10%之二甲基甲醯胺溶液中進行交換凝固，經70℃水洗及110℃烘乾後形成聚連通多孔性之緩衝層。

黏合層：將聚胺酯樹脂以印刷輪方式形成或是以塗佈刀塗佈成膜於該緩衝層上，再將其貼合至該研磨層。本發明之研磨墊請參考圖2。

比較例：習知RODEL^® IC1000研磨墊(圖1)

表1中展示習知研磨墊(墊1)及根據本發明之研磨墊(墊2)之特性。

由表1之結果可知根據本發明之研磨墊之不均勻度較習知之研磨墊有顯著之改善，提升研磨墊之平坦度及硬度之穩定性。此外，根據本發明之研磨墊可於研磨時不會被研磨液滲透，研磨墊之使用壽命得以延長，並由此改進了化學機械研磨之效果及效率。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。習於此技術之人士對上述實施例所做之修改及變化仍不違背本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

圖1說明習知研磨墊在穿透式電子顯微鏡下之視圖。

圖2說明根據本發明之研磨墊在穿透式電子顯微鏡下之視圖。

圖3說明習知研磨墊線掃描(line scan)所偵測得之位置與移除率之關係圖。

圖4說明根據本發明之研磨墊線掃描(line scan)所偵測得之位置與移除率之關係圖。

(無元件符號說明)

Claims

一種研磨墊，其包含：一研磨層，包含一研磨表面，該研磨表面用於研磨一基板；一緩衝層，其包含複數個連通性孔洞，其中該緩衝層之壓縮率高於該研磨層之壓縮率，其中該緩衝層之空孔率約自30%至約45%；及黏合層，其係由具流動性之高分子聚合而成，用於將該緩衝層黏合至該研磨層。
如請求項1之研磨墊，其中該研磨層包含纖維。
如請求項2之研磨墊，其中該研磨層包含不織布。
如請求項1之研磨墊，其中該研磨層包含連通多孔性之高分子彈性體。
如請求項4之研磨墊，其中該高分子彈性體包含發泡樹脂。
如請求項4之研磨墊，其中該高分子彈性體係選自由聚胺酯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚乙烯醇、耐綸、彈性橡膠、聚苯乙烯、聚芳烴分子、含氟聚合物、聚醯亞胺、交聯聚氨酯、交聯聚烯烴、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、彈性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(對苯二甲酸亞乙酯)、聚芳烴醯胺、聚芳烴、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其摻合物所組成之群。
如請求項1之研磨墊，其中該緩衝層之壓縮率約自20%至約40%。
如請求項1之研磨墊，其中該緩衝層之空孔率高於該研磨層之空孔率。
如請求項1之研磨墊，其中該緩衝層之密度為約0.1至約1.0g/cm³ 。
如請求項1之研磨墊，其中該緩衝層包含一彈性體。
如請求項10之研磨墊，其中該彈性體係選自由聚胺酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚醯胺、聚醚、聚丙烯、乙二醇二乙酸酯/醋酸乙烯酯、其共聚物、其嵌段共聚物、其混合物及其摻合物所組成之群。
如請求項1之研磨墊，其中該緩衝層包含一載體。
如請求項12之研磨墊，其中該載體係選自由薄膜、織布及玻璃纖維所組成之群。
如請求項13之研磨墊，其中該薄膜之材料係選自由聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、壓克力及聚烯烴所組成之群。
如請求項1之研磨墊，其中該流動性之高分子於聚合前具有自約14000 cps至約18000 cps之黏度。
如請求項1之研磨墊，其中該黏合層係選自由感壓膠、一液型糊劑、二液型糊劑、壓克力樹脂及環氧樹脂所組成之群。
如請求項16之研磨墊，其中該一液型糊劑包含聚胺酯。
如請求項16之研磨墊，其中該二液型糊劑包含一彈性體及聚異氰酸酯。
一種研磨基板之方法，其包含使用如請求項1至18任何一項之研磨墊來研磨該基板之一表面。
一種用於製造研磨墊之方法，其包含以下步驟：(a)提供一緩衝層及一研磨層；該研磨層包含一研磨表面，該研磨表面用於研磨一基板；該緩衝層包含複數個連通性孔洞，其中該緩衝層之壓縮率高於該研磨層之壓縮率，其中該緩衝層之空孔率約自30%至約45%；(b)在該緩衝層或該研磨層之一表面上施加一黏合層，該黏合層係由具流動性之高分子聚合而成；及(c)將該緩衝層黏合至該研磨層。
如請求項20之方法，其中步驟(b)包含將該黏合層塗覆、轉寫、印刷或刮擦在該緩衝層或該研磨層之一表面上。
如請求項21之方法，其在步驟(b)係將該黏合層塗覆在該緩衝層或該研磨層之一表面上。
如請求項20之方法，其在步驟(c)之後，該方法進一步包含一固化步驟，使黏合層固化並形成接合。