TWI415178B - 研磨墊用緩衝材 - Google Patents

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Toshiaki Kimura
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Description

研磨墊用緩衝材
本發明係有關一種在半導體晶圓或電路形成過程中使晶圓平坦化時所使用的研磨墊用緩衝材，特別是有關一種使晶圓全體可以均勻且高精度平坦化的研磨之研磨墊用緩衝材。
半導體晶圓係於稱為化學機械研磨法(以下簡稱為CPM法)中，經化學機械研磨平坦化者。該CPM法之研磨裝置，係使用研磨墊。該研磨墊係以表層(上層)與下層所構成，表層係以硬質材料(以下稱為表層材)形成，下層係以緩衝材(軟質材料)形成。
以往，該研磨墊之緩衝材大多使用聚胺基甲酸酯發泡體，惟由於聚胺甲酸酯發泡體之緩衝材具有通氣性，使於研磨過程中研磨所使用的漿料水分吸收．膨脹，且部分或全體產生「坍塌狀」、且彈性產生變化。研磨墊為使表層材與緩衝材一體形成，於緩衝材進行膨脹變形時表層材會受到影響，且無法進行均勻且精度的研磨，形成研磨墊之替換頻率高的問題。
因此，以往為解決該課題時，提案有在表層材與緩衝材之間存在有防水性材料層之可動性的聚乙烯等之薄膜(例如參照專利文獻1)、以及藉由使用具有官能基之聚矽氧烷整泡材，使水蒸氣透過率低、且調整發泡密度、硬度之厚度不齊性小之聚胺基甲酸酯發泡體，在兩面上具有黏合劑層之緩衝材(例如參照專利文獻2)。
【專利文獻1】日本特開平11－156701號公報(申請專利範圍第1項、0016)【專利文獻2】日本特開2004－253764號公報(申請專利範圍第1項、0008)
然而，上述表層材與緩衝材之間存在有防水性材料層者，由於為貼合防水性材料(薄膜)時之工數增加，且防水材料為薄膜時於貼合薄膜時恐會有皺紋產生，會有阻害因薄膜之皺紋導致護墊厚度之均一性及成本提高等之課題。此外，即使在表層材與緩衝材之間設置防水性材料層時，仍為無法防止水自緩衝材之側面侵入之不完全者。
而且，在上述兩面上具有黏合劑層者，即使緩衝材之吸濕性低，於緩衝材重複壓縮．復原之常態下，對於防止水侵入之效果不完全。
本發明係有鑑於該點所提案者，其目的係提供一種即使為具有表面波紋之半導體晶圓或電路形成過程中產生局部段差之晶圓，沿著該表面波紋或段差可使晶圓全面均勻、使高低差緩和之研磨的聚胺基甲酸酯發泡體之緩衝材。
更具體而言，可提供一種緩衝材藉由使研磨漿料水之侵入控制為極低值，為不易因水產生膨脹變形之研磨墊用緩衝材。另外，緩衝材係為於初期壓縮狀態下回復彈性範圍廣泛、應力分散性優異的聚胺基甲酸酯發泡體，適合使半導體晶圓表面之表面波紋或凹凸均勻緩和的研磨之聚胺基甲酸酯發泡體，可提供使半導體晶圓表面之表面波紋或凹凸均勻緩和的研磨之聚胺基甲酸酯發泡體的緩衝材。換言之，係提供一種可改善習知之研磨墊用緩衝材的課題之吸水性、因水之膨脹性的防水性、高性能之研磨墊用緩衝材。
為解決上述課題時，本發明之研磨墊用緩衝材，係於藉由多元醇與聚異氰酸酯反應所得的聚胺基甲酸酯發泡體中，其特徵為與水之接觸角為90°以上，並形成自己表面層，且與PET薄膜一體形成，而在一面具有PET薄膜的聚胺基甲酸酯發泡體。
與水之接觸角為90°以上之聚胺基甲酸酯發泡體，防水性高、吸水率與水膨脹性低。而且，藉由多元醇與聚異氰酸酯反應所得的聚胺基甲酸酯發泡體，具有緩衝材初期壓縮時之應力分散性優異的回復特性，且使研磨時之半導體晶圓表面的表面波紋或凹凸平滑均勻緩和的作用。
而且，上述聚胺基甲酸酯發泡體，其特徵為，形成自己表面層。藉由形成自己表面層，平滑度增高、吸水率降低、且與膠帶等之密接性佳。
另外，上述聚胺基甲酸酯發泡體，其特徵為與PET薄膜一體形成，且在一面具有PET薄膜。
藉此，研磨墊用緩衝材之露出表面面積變小，且吸水性降低。而且，可防止不必要的聚胺基甲酸酯發泡體伸縮，且提高強度。
此外，本發明之研磨墊用緩衝材，其特徵為使用疏水性多元醇所得的聚胺基甲酸酯發泡體。疏水性多元醇係為二聚酸聚酯多醇。
藉此可使聚胺基甲酸酯發泡體具有防水性。
藉由本發明之研磨墊用緩衝材，可達成下述之效果。
由於為
(1)防水性高、吸水性及因水之膨脹性低、沒有長時間機械特性之經時變化、可以長時間高精度、安定的研磨加工。藉此可激減研磨墊(表層材與緩衝材之二層構造)之替換頻率。
(2)由於具有緩衝材初期壓縮時之應力分散性優異的回復特性之聚胺基甲酸酯，可使研磨時半導體晶圓表面之表面波紋或凹凸平滑且均勻地緩和進行研磨。
【為實施發明之最佳形態】
於下述中，詳細說明有關本發明。
本發明之研磨墊用緩衝材，係於以多元醇與聚異氰酸酯反應所得的聚胺基甲酸酯發泡體中，其特徵為與水之接觸角為90°以上之聚胺基甲酸酯發泡體所構成。多元醇與聚異氰酸酯反應所得的聚胺基甲酸酯發泡體，具有緩衝材初期壓縮時之應力分散性優異的回復特性，可使研磨時半導體晶圓表面之表面波紋或凹凸平滑且均勻地緩和。另外，與水之接觸角為90°以上之聚胺基甲酸酯發泡體，可控制防水性高、吸水性與膨脹性低，經過長時間研磨時機械特性之經時變化變小。多元醇使用疏水性多元醇時，可賦予聚胺基甲酸酯發泡體具防水性，故較佳。而且，聚胺基甲酸酯發泡體形成自己表面層時，由於平滑度高、吸水率降低，且與膠帶等之密接 性變佳，故為企求。此外，聚胺基甲酸酯發泡體可與PET薄膜一體成形，該部分之露出面積變少、吸水性減少，且可防止不必要的聚胺基甲酸酯發泡體伸縮、提高強度。
其中，聚胺基甲酸酯發泡體之硬化性組成物，除下述之疏水性多元醇與習知的多官能性聚異氰酸酯外，在不會損害本發明目的之範圍內可添加整泡材、硬化觸媒、發泡劑、交聯劑、著色劑、樹脂改質材、難燃劑、紫外線吸收劑、耐久性改良劑等之添加劑，沒有特別的限制。
疏水性多元醇，係為下述多元醇之相溶性試驗中合格者。具體而言，二聚酸系多元醇例如有二聚酸與乙二醇、二乙二醇、三羥甲基丙烷、丙三醇等之氫氧化物的酯化物、葵花油及葵花油改質物、聚丁二烯系多元醇及其加氫物、聚異戊烯系多元醇及其加氫物等、以及此等之混合物，惟不受此等所限制。此等之多元醇，例如使用預先與下述多官能性異氰酸酯反應的OH基末端預聚物或NCO基末端預聚物等，惟不受此等所限制。
多元醇之相溶性試驗方法，係在直徑約18mm、長度180mm之玻璃製試驗管中稱取2g試料，預先使異丙醇與蒸餾水以重量比75：25調製的溶液藉由滴定管滴入，然後使液體產生混濁，透過試驗官判斷，沒有0.5mm之線時之容易添加量為2g以下之試料為合格。而且，本試驗係在25°之液溫下進行者。
多官能性異氰酸酯，係為在分子中含有2個以上異氰酸酯基之芳香族聚異氰酸酯及脂肪族聚異氰酸酯或此等之改質物。具體例如甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、異冰片烷二異氰酸酯(IPDAI)、六亞甲基二異氰酸酯(HMDI)、四亞甲基二異氰酸酯(HDI)、四甲基二甲苯基二異氰酸酯(TMXDI)等、及此等之混合物等，惟不受此等所限制。
整泡劑例如有機聚矽氧烷整泡劑或界面活性劑及此等之混合物。前者視其用途所定以不使用較佳，使用時具有與多官能性異氰酸酯反應的羥基．胺基等之活性基的聚矽氧烷整泡劑時，以非移行性較佳。另外，後者例如二乙基胺基油酸酯、山梨糖醇酐單硬脂酸酯、丙三醇單油酸酯、乙烯基吡咯烷酮、氟系、有機化合物系等、以及此等混合物，惟不受此等所限制。
上述之化合物，由於研磨墊用緩衝材中企求非移行性，使用極少量之添加量，以不使用者較佳。
發泡劑例如在水、常壓下產生氣體之氮氣．碳酸氣體．空氣等惰性氣體、單氟化三氯甲烷或二氯甲烷等之鹵化鏈烷、丁烷或戊烷等低沸點鏈烷、分解氮氣等之偶氮雙異丁腈等及此等之混合物，惟不受此等所限制。
其他添加劑，可視其所需任意使用觸媒、交聯劑、著色劑、樹脂改質劑、難燃劑、紫外線吸收劑、耐久性改良劑等。
本發明之緩衝材的聚胺基甲酸酯發泡體，使用如上述之各種原料，藉由習知的一次發泡(one－shot)法、部分預聚法等之方法製造。所製造的聚胺基甲酸酯發泡體，以藉由模具成形、連續片板成形等形成片板狀時，適合使用於研磨墊用緩衝材，故較佳。另外，亦可作為模具成形、連續片板成形等形成有自己表面層之片板狀聚胺基甲酸酯發泡體。
研磨墊用緩衝材，由於通常使用在厚度0.5~2mm、密度300~700kg/m3 、25%壓縮殘留變形為10%以下、25%壓縮應力0.3~0.7MPa之範圍調整者，作為本發明之緩衝材的聚胺基甲酸酯發泡體，可在使用上述各種原料之範圍內任意調整。
其次，藉由實施例及比較例更具體地說明本發明。此處，份及%以重量為基準。以該實施例及比較例之聚胺基甲酸酯發泡體的硬化性組成物所得的發泡體之作成，係以使疏水性多元醇、聚異氰酸酯、觸媒、其他添加劑等所成的配合物混合攪拌所得的反應原料，使用塗覆棒均勻塗覆於實施剝離處理的PET薄膜等工程紙之剝離面上後，於上面有剝離處理面之工程紙上被覆後，以加熱烤箱(70℃×3分＋120℃×4分)發泡硬化，製得形成自己表面之片板狀聚胺基甲酸酯發泡體的方法製作。與PET薄膜一體的聚胺基甲酸酯發泡體之作成，係使用上述沒有在上面被覆的工程紙之PET薄膜沒有實施剝離者。下述之性能評估係以在常溫下蝕刻3日者作為試驗片進行測定。
【實施例1】
在使100份二聚酸與DEG反應的二聚酸聚酯多醇(平均分子量1400、羥基價80)、與0.1份水、0.2份胺觸媒(SA.102 San－Apro Limited製)良好地攪拌。在該混合物中以NCO/OH比為1.05添加羧基二醯亞胺變成MDI(以下簡稱為MDI、NCO29.5%)且快速攪拌，以厚度1.2mm均勻地塗覆經剝離處理的PET薄膜上，製得密度450kg/m3 之片板狀聚胺基甲酸酯發泡體。
【實施例2】
除添加0.05份發泡體之水外，與實施例1相同地製得片板狀聚胺基甲酸酯發泡體。
【比較例1】
除使用在丙三醇中加成有PO/EO的聚醚多醇(平均分子量3000、羥基價57)取代實施例1之二聚酸與DEG反應的二聚酸聚酯多醇外，與上述實施例1相同地製得片板狀聚胺基甲酸酯發泡體。
【比較例2】
除使用二醇胺基甲酸酯變成的MDI(NCO%)取代羧基二醯亞胺變成MDI外，與實施例1相同地製得片板狀聚胺基甲酸酯發泡體。
【比較例3】
除添加0.3份作為發泡劑之水與20份難燃劑之氫氧化鋁外，與上述實施例1相同地製得片板狀聚胺基甲酸酯。
其次，有關此等實施例及比較例所得的聚胺基甲酸酯發泡體，有關與水之接觸角、密度、壓縮硬度、回復彈性率，25%壓縮殘留變形、吸水率及水膨脹率、等之項目進行性能評估試驗。試驗方法如(1)所示，以及由該試驗結果所得的性能評估內容如(2)所示。
與水之接觸角：(1)使試驗片夾於鋁箔中，在溫度180~200℃．壓力40~50kg/cm2 下壓製，形成薄膜狀，在使鋁箔剝離者之表面上滴下水滴，使試驗片與水滴連接的接觸角以接觸角計測定之值。接觸角計係使用協和接觸角計(CA－A協和化學公司製)。
(2)藉由接觸角為90°以上，賦予防水性、使吸水率與水膨脹性變低。賦予防水性時使用疏水性多元醇。以反應性聚矽氧烷整泡劑所得的聚胺基甲酸酯發泡體，可提高防水性，且可抑制聚矽氧烷之擴散開來，可提高黏合劑之黏合力。為賦予疏水性時可添加石油樹脂或油等，惟為抑制半導體晶圓附著時必須保留於最低值。
密度：(1)以JIS K6400為基準，使試驗片穿孔成100mm×100mm後，測定9處之厚度(n＝2)。
(2)對聚胺基甲酸酯發泡體之特性有影響，惟可藉由發泡劑之水、有機發泡劑之量調整。密度與壓縮硬度有密切關係，密度高時壓縮硬度之值變高。
壓縮硬度：(1)在具有自動記錄裝置、且可使壓縮速度保持於一定值之萬能試驗機中央放置試驗片，各讀取使試驗片原有厚度之25%壓縮時的荷重。壓縮速度為50mm/min。
(2)受到密度之影響極大。亦受到多元醇與聚異氰酸酯之官能基數f的影響。f值愈大時壓縮硬度之值愈大。
通常，研磨墊用緩衝材係使用密度300~700kg/m3 、25%壓縮應力0.3~0.7MPa之範圍者。因此，上述密度及壓縮硬度以在該範圍者較佳。
回復彈性率：(1)求取如第1圖所示自壓縮硬度測定時之荷重－彎曲曲線可得直線性之彎曲率。該彎曲率(回復彈性率)愈大愈佳。
(2)由於初期壓縮時之回復彈性率愈大時，應力分散性愈佳，使半導體晶圓之表面波紋或凹凸、段差等緩和，故適合作為研磨墊用緩衝材。
25%壓縮殘留變形：(1)使用不會容易變形的2張平滑壓縮用金屬板，平行壓縮固定成試驗片厚度之75%，在溫度23±2℃之環境中保持24小時。24小時後，使試驗片自壓縮板取出，放置30分鐘後，測定厚度。
壓縮殘留變形＝(試驗前之厚度－試驗後之厚度)/試驗前之厚度×100
(2)壓縮殘留變形之值變大、產生蓬鬆狀時，長期之緩衝性不佳，故不為企求。
吸水率：(1)在水壓10cm、50℃之氣氛下測定24小時後之試驗片試料的重量，以增加的重量對原有重量之比例(wt%)表示。試驗片係以厚度×100mm×100mm在無壓縮下浸漬於水中後，在50℃之烤箱中試驗。
(2)防水性愈高時，吸水率愈小。具有獨立的氣泡時，吸水率為小值。
水膨脹率：(1)在水壓10cm、50℃之氣氛下測定24小時後之試驗片試料的厚度，以增加的厚度對原有厚度之比例(%)表示。試驗片係以厚度×100mm×100mm在無壓縮下浸漬於水中後，在50℃之烤箱中試驗。
(2)吸水率愈小，防水性愈高時，水膨脹率為小值。
其次，實施例及比較例之聚胺基甲酸酯發泡體的試驗結果如表1所示。
多元醇/MDI種類A：二聚酸聚酯多醇/MDI B：丙三醇中加成有PO/EO之聚醚多醇/MDI C：丙三醇中加成有PO/EO之聚醚多醇/胺基甲酸酯(二醇)變成的MDI D：含有丙三醇中加成有PO/EO之聚醚多醇＋氫氧化鋁/MDI
藉由上述試驗結果可知，實施例1之聚胺基甲酸酯發泡體，與水之接觸角為98°的發泡體之吸水率1%，藉由水之水膨脹率為0.2%之極低值，且回復彈性率為2.5%，初期壓縮時之應力分散性優異，適合作為研磨墊用緩衝材。
另外，實施例2之聚胺基甲酸酯發泡體，與水之接觸角為98°的發泡體之吸水率0.9%，藉由水之水膨脹率為0.1%之極低值，且回復彈性率為2.8%，初期壓縮時之應力分散性優異，適合作為研磨墊用緩衝材。
對此而言，比較例1之聚胺基甲酸酯發泡體，與水之接觸角為86°，吸水率10 wt %，及水膨脹率為0.6%之高值，且回復彈性率為1.8%，與實施例1及2相比時不佳。此外，比較例3之聚胺基甲酸酯發泡體，與水之接觸角為81°，吸水率及水膨脹率為52 wt %及0.9 %之高值，且回復彈性率為1.6%，與實施例1及2相比時不佳。比較例2之聚胺基甲酸酯發泡體，與水之接觸角為84°，吸水率及水膨脹率為39 wt %及0.7 %，與實施例1及2相比時雖不佳，惟回復彈性率為2.6%之高值，與實施例1及2相比時毫不遜色。雖為聚醚系發泡體，回復彈性率具有與實施例1相同的水準，考慮係因交聯密度低之故。
另外，與PET薄膜一體之聚胺基甲酸酯發泡體，具有吸水率更為提高的效果。
而且，上述實施例之形態及實施例，本發明不受此等所限制，本發明係在不脫離要旨之範圍容許各種的變化。
B．．．求得的彎曲率
【第1圖】係為說明回復彈性率之壓縮硬度測定時的荷重－彎曲曲線圖。

Claims (4)

  1. 一種研磨墊用緩衝材，該緩衝材包含發泡體與PET薄膜，該發泡體係於至少於一表面形成為具有自己表面之片狀，而該PET薄膜係一體地形成於另一面，而提供具有接觸硬質材料表層之上表面與相對之下表面的片板狀發泡體，該發泡體係由與水之接觸角為90°以上的聚胺基甲酸酯發泡體形成，而該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由使二聚酸聚酯多元醇與聚異氰酸酯彼此反應而獲得，其中，該聚胺基甲酸酯發泡體係於加熱烤箱發泡硬化而獲得之形成有自己表面的片板狀聚胺基甲酸酯發泡體，且該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由將沒有實施剝離之PET薄膜被覆於另一表面而與PET薄膜為一體，其中該上表面層與該下表面之間的距離係提供具有密度為300至700kg/m之0.5至2mm的厚度。
  2. 一種研磨墊，其係包含硬質材料表層與緩衝材，該緩衝材包含發泡體與PET薄膜，該發泡體係於至少於一表面形成為具有自己表面之片狀，而該PET薄膜係一體地形成於另一面，而提供具有接觸硬質材料表層之上表面與相對之下表面的片板狀發泡體，該發泡體係由與水之接觸角為90°以上的聚胺基甲酸酯發泡體形成，而該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由使二聚酸聚酯多元醇與聚異氰酸酯彼此反應而獲得，其中，該聚胺基甲酸酯發泡體係於加熱烤箱發泡硬化而獲得之形成有自己表面的片板狀聚胺基甲酸酯發泡體，且該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由將沒有實施剝離之 PET薄膜被覆於另一表面而與PET薄膜為一體，其中該上表面與該下表面之間的距離係提供具有密度為300至700kg/m之0.5至2mm的厚度。
  3. 一種研磨墊用緩衝材，該緩衝材包含發泡體與PET薄膜，該發泡體係於至少於一表面形成為具有自己表面之片狀，而該PET薄膜係一體地形成於另一面，而提供具有接觸硬質材料表層之上表面與相對之下表面的片板狀發泡體，該發泡體係由與水之接觸角為90°以上的聚胺基甲酸酯發泡體形成，而該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由使二聚酸聚酯多元醇與聚異氰酸酯彼此反應而獲得，其中，該聚胺基甲酸酯發泡體係於加熱烤箱發泡硬化而獲得之形成有自己表面的片板狀聚胺基甲酸酯發泡體，且該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由將沒有實施剝離之PET薄膜被覆於另一表面而與PET薄膜為一體，其中該上表面與該下表面之間的距離係提供具有密度為300至700kg/m之0.5至2mm的厚度，且該發泡體係具有10%以下之25%壓縮殘留變形與0.3至0.7MPa之25%壓縮應力。
  4. 一種研磨墊，其係包含硬質材料表層與緩衝材，該緩衝材包含發泡體與PET薄膜，該發泡體係於至少於一表面形成為具有自己表面之片狀，而該PET薄膜係一體地形成於另一面，而提供具有接觸硬質材料表層之上表面與相對之下表面的片板狀發泡體，該發泡體係由與水之接觸角為90°以上的聚胺基甲酸酯發泡體形成，而該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由使二聚酸聚酯多元醇與聚異氰酸酯彼此反應而 獲得，其中，該聚胺基甲酸酯發泡體係於加熱烤箱發泡硬化而獲得之形成有自己表面的片板狀聚胺基甲酸酯發泡體，且該聚胺基甲酸酯發泡體係藉由將沒有實施剝離之PET薄膜被覆於另一表面而與PET薄膜為一體，其中該上表面與該下表面之間的距離係提供具有密度為300至700kg/m之0.5至2mm的厚度，且該發泡體係具有10%以下之25%壓縮殘留變形與0.3至0.7MPa之25%壓縮應力。
TW95104680A 2005-02-14 2006-02-13 研磨墊用緩衝材 TWI415178B (zh)

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