TWI439349B - Laminated mats - Google Patents

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Description

積層研磨墊 發明領域
本發明係有關於一種可對透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、硬碟用玻璃基板、鋁基板、及一般金屬研磨加工等要求高度表面平坦性之材料進行穩定且高研磨效率之平坦化加工之積層研磨墊。本發明之積層研磨墊，特別適於在對矽晶圓及其上形成有氧化物層、金屬層等之裝置，進一步於積層．形成該等氧化物層或金屬層前進行平坦化之步驟中使用。
 發明背景
製造半導體裝置時，於晶圓表面形成導電性膜，並進行以微影成像術、蝕刻等形成佈線層之步驟、或於佈線層上形成層間絕緣膜之步驟等，且因該等步驟於晶圓表面產生金屬等導電體或絕緣體所形成之凹凸。近年，為達到半導體積體電路之高密度化不斷發展佈線之微細化或多層佈線化，但使晶圓表面之凹凸平坦化之技術亦隨之益形重要。
使晶圓表面之凹凸平坦化之方法，一般採用化學機械研磨(以下稱CMP)。CMP係一將晶圓之被研磨面壓在研磨墊之研磨面上，並在此狀態下利用散佈有研磨粒之研磨液進行研磨之技術。CMP一般使用之研磨裝置，舉例言之係如第1圖所示，具有用以支持研磨墊1之研磨平台2、用以支持被研磨材(半導體晶圓)4之支持台(拋光頭)5與用以對晶 圓均勻加壓之背襯材、研磨劑3之供給機構。舉例言之，研磨墊1係藉由雙面膠帶之黏貼裝設於研磨平台2上。研磨平台2與支持台5係配置成使各自所支持之研磨墊1與被研磨材4相對向之狀態，並分別具有旋轉軸6、7。又，支持台5側設有用以將被研磨材4緊壓於研磨墊1上之加壓機構。
過去高精度研磨所使用之研磨墊，一般係使用聚胺酯發泡體片體。然而聚胺酯發泡體片體雖局部平坦化能力佳，但緩衝性不足故難以在晶圓全面平均施加壓力。因此，通常於聚胺酯發泡體片體之背面另設有柔軟之緩衝層，作為積層研磨墊以用於研磨加工。
但習知之積層研磨墊係以接著劑或黏著劑黏合各層，故有研磨時各層之間容易產生剝離或位移之問題。
舉例言之，為於延直徑方向往復移動之切片機等起應力作用時，上層之中央區域不致自中間層剝離，乃提出一種CMP墊，係具有一由研磨性材料形成均勻之一層之上層、一於上面以接著劑接合前述上層以阻隔前述研磨液浸透之中間層、與一於上面以接著劑接合前述中間層並具有緩衝性之下層，且前述中間層與前述下層於外周區域固定但中央區域不固定者(專利文獻1)。
又，為防止因剪力作用於膠帶與研磨層間而產生橫移，且研磨層中心部分因無處可橫移而形成縐褶以致產生凹凸，乃提出一種研磨墊，係於研磨層具有直徑為研磨墊直徑之3~30%，且呈與研磨墊成同心圓之圓形之刻痕及/或孔洞者(專利文獻2)。
又，為防止研磨層與基底層剝離，乃提出一種研磨墊，係具有研磨層、用以支持該研磨層之基底層、與用以黏著前述研磨層與前述基底層之黏著層，且前述研磨層於中央部形成貫通孔，前述黏著層配置於前述研磨層外周所環繞之區域全面者(專利文獻3)。
又，為防止研磨層與基底層剝離，乃提出一種研磨墊，係具有研磨層、用以支持該研磨層之基底層、與用以黏著前述研磨層與前述基底層之黏著層，且前述研磨層於中央部形成第1貫通孔，前述基底層於中央部形成第2貫通孔，前述黏著層配置於前述研磨層外周所環繞之區域全面者(專利文獻4)。
又，為防止研磨液作用於接著層以致研磨層自支持板剝離，乃提出一種研磨墊，係具有由表面至裏面形成有複數貫通孔之圓盤狀研磨層、僅施於前述研磨層裏面未形成有前述貫通孔之位置之接著層、與表面由平面組成且藉由前述接著層接合前述研磨層裏面之圓盤狀支持板者(專利文獻5)。
又，為防止研磨液與黏著層之化學反應所產生之氣體造成研磨層自基底層剝離，使研磨層之終點檢測用視窗周圍鼓起，乃提出一種研磨墊，係具有可黏著於平台之基底層、與黏合於該基底層上面之研磨層之二層構造者，且前述基底層設有一部分連通外部之排氣道(專利文獻6)。
又，為解決研磨液滯留光學偵測用貫通孔以致光難以完全通過之問題，或研磨屑滯留造成刮痕缺陷之問題，乃 提出一種研磨墊，係具有研磨層，並設有連通研磨面與裏面之貫通孔者，且具有連通前述貫通孔與研磨墊側面之通道(專利文獻7)。
又，為於研磨完畢後，便於除下半導體晶圓，同時控制研磨劑之必要量，且降低時間相依劣化，乃提出一種研磨墊，係具有多數用以保持研磨劑之孔，且於與研磨被研磨物之面相反一面具有凹槽者(專利文獻8)。
又，提出一種研磨墊，係於墊體裏面形成凹槽，研磨時因墊體磨削露出凹槽可知墊體更換時機者(專利文獻9)。
又，為穩定研磨率並維持均一性、平坦性，乃提出一種研磨墊，係於用以研磨被研磨物之面及其相反面均施以凹槽加工者(專利文獻10)。
又，為可抑制被研磨物之被研磨面產生刮痕缺陷，提供表面平坦性佳之被研磨面，乃提供一種研磨墊，係由一用以研磨被研磨物之面、一該面之相反面之非研磨面及與該等兩面接續之側面構成，且非研磨面上具有於該面上開口但側面未開口之凹部圖案者(專利文獻11)。
但研磨時，不具貫通孔之研磨層與緩衝層容易剝離之問題仍未完全解決。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利公開公報特開第2008-53376號
專利文獻2：日本專利公開公報特開第2008-229807號
專利文獻3：日本專利公開公報特開第2007-319979號
專利文獻4：日本專利公開公報特開第2007-319980號
專利文獻5：日本專利公開公報特開第2007-266052號
專利文獻6：日本專利公開公報特開第2009-269103號
專利文獻7：日本專利公開公報特開第2007-105836號
專利文獻8：日本專利公開公報特開平第9-117855號
專利文獻9：日本專利公開公報特開平第10-100062號
專利文獻10：日本專利公開公報特開第2002-192455號
專利文獻11：日本專利公開公報特開第2005-159340號
發明概要
本發明之目的在於提供一種研磨層與緩衝層難以剝離之積層研磨墊。
本發明人等為解決前述課題再三鑽研後，發現藉由以下所示之積層研磨墊可達成上述目的，並完成本發明。
即，本發明係有關於一種積層研磨墊，係由不具貫通區域之研磨層與緩衝層夾著接著構件層積而成者，其特徵在於：於前述研磨層之裏面側，設有至少1個由研磨層之中心區域連續至外周端之非接著區域X，及/或於前述接著構件中，設有至少1個由接著構件之中心區域連續至外周端之非接著區域Y。
研磨時，於研磨層表面供給研磨液，但研磨液應會浸透研磨層到達下層之接著劑層。因研磨時研磨層與晶圓摩 擦，研磨墊之溫度上升至50~70℃左右，不僅接著劑層因受熱而使接著力下降，且研磨液與接著劑層起化學反應導致研磨墊內部產生氣體。或者，接著劑層所含之溶劑因熱而氣化。研磨墊內部產生之氣體因無排至外部之通道，故積聚於研磨層與接著劑層間，易造成研磨層與接著劑層間剝離或起泡。
本發明人等發現，如上述般在研磨層之裏面側，設有至少1個由研磨層之中心區域連續至外周端之非接著區域X，及/或於前述接著構件中，設有至少1個由接著構件之中心區域連續至外周端之非接著區域Y，藉此可將研磨墊內部產生之氣體經由非接著區域排至外部，而可有效防止研磨層與接著構件間發生剝離或起泡。
前述接著構件可為在接著劑層設有非接著區域Y者，或於基材薄膜兩面具有接著劑層，並於研磨層側之接著劑層設有非接著區域Y者，但為防止研磨液往緩衝層側浸透，並防止緩衝層與接著劑層間產生剝離，則以使用後者為佳。
前述非接著區域X或Y，宜設成放射狀或格子狀。藉由設成放射狀或格子狀可有效率地將研磨墊內部產生之氣體排至外部，故可防止墊體全面剝離或起泡。
前述非接著區域X或Y之總表面積宜為研磨層表面積之0.1~30%。前述總表面積未達0.1%者，難以將研磨墊內部廣大範圍產生之氣體有效率地排至外部，因此研磨層與接著構件間局部容易有氣體積存。如此一來，研磨層與接著構件間局部產生剝離或起泡，使研磨層之平坦性受損以 致平坦化特性等研磨特性趨於下降。反之，若前述總表面積超過30%，則研磨層與接著構件之接觸面積過小，而有研磨層與接著構件間容易產生剝離之傾向。
此外本發明並有關於一種半導體裝置之製造方法，係包含一使用前述研磨墊研磨半導體晶圓表面之步驟。
本發明之積層研磨墊係於研磨層之裏面側，設有至少1個由研磨層之中心區域連續至外周端之非接著區域X，及/或於接著構件中，設有至少1個由接著構件之中心區域連續至外周端之非接著區域Y。因此，可將研磨墊內部產生之氣體藉由非接著區域有效率地排至外部，並可有效防止研磨層與接著構件間產生剝離或起泡。
圖式簡單說明
第1圖係顯示CMP研磨所使用之研磨裝置一例之概略圖。
第2圖係顯示本發明之積層研磨墊構造之概略截面圖。
第3圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造一例之概略圖。
第4圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第5圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第6圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第7圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另 一例之概略圖。
第8圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第9圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第10圖係顯示本發明之積層研磨墊另一構造之概略截面圖。
第11圖係顯示本發明之積層研磨墊另一構造之概略截面圖。
 用以實施發明之型態
本發明之研磨層係不具貫通區域、具有微細氣泡之發泡體，除此條件外無其他特殊限制。舉例言之，如：聚胺酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂之類之鹵素類樹脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、聚苯乙烯、烯烴類樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)、環氧樹脂、感光性樹脂等1種或2種以上之混合物。聚胺酯樹脂因耐磨性佳，且藉由原料組成之各種變化可易於製出具有所需物性之聚合物，故特別適於作為研磨層之形成材料。以下就聚胺酯樹脂作為前述發泡體之代表予以說明。
前述聚胺酯樹脂係由異氰酸酯成分、多元醇成分(高分子量多元醇、低分子量多元醇等)、及鏈伸長劑組成者。
異氰酸酯成分可不限使用聚胺酯領域中公知之化合物。異氰酸酯成分可舉2,4-二異氰酸甲苯酯、2,6-二異氰酸 甲苯酯、2,2’-二苯甲烷二異氰酸酯、2,4’-二苯甲烷二異氰酸酯、4,4’-二苯甲烷二異氰酸酯、1,5-萘二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、間苯二異氰酸酯、對伸茬二異氰酸酯、間伸茬二異氰酸酯等芳香族二異氰酸酯、乙烯二異氰酸酯、2,2,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯、1,6-六亞甲基二異氰酸酯等脂肪族二異氰酸酯、1,4-環己烷二異氰酸酯、4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯、二異氰酸異佛爾酮、降冰片烷二異氰酸酯等脂環族二異氰酸酯。可由以上諸等中選1種使用，或取2種以上混合亦可。
異氰酸酯成分除上述二異氰酸酯化合物外，亦可使用3官能以上之多官能聚異氰酸酯化合物。多官能之異氰酸酯化合物，市面上售有Desmodur-N(拜耳(Bayer)公司製)或商品名Duranate(旭化成工業公司製)之一系列二異氰酸酯加成化合物。
高分子量多元醇可舉例如：以聚四亞甲基醚二醇為代表之聚醚多元醇、以聚丁烯己二酸酯為代表之聚酯多元醇、聚己內酯多元醇、以聚己內酯之類聚酯二醇與碳酸伸烷酯之反應物等為例之聚酯聚碳酸酯多元醇、使碳酸伸乙酯與多元醇反應後所產生之反應混合物與有機二羧酸反應形成之聚酯聚碳酸酯多元醇、及聚羥基化合物與碳酸烯丙酯經轉酯作用而得之聚碳酸酯多元醇等。上述諸等可單獨使用，亦可合併2種以上使用。
高分子量多元醇之數目平均分子量並無特殊限定，但以所得之聚胺酯樹脂之彈性特性等觀點言之，宜為500~ 2000。若數目平均分子量未達500，則使用此種高分子多元醇之聚胺酯樹脂不具充足之彈性特性，從而形成脆的聚合物。因此由此種聚胺酯樹脂製成之研磨墊過硬，並造成晶圓表面產生刮痕缺陷。另，因容易磨損，就研磨墊壽命之觀點而言亦為不佳。反之，若數量平均分子量超過2000，則使用此種高分子多元醇之聚胺酯樹脂變得過軟，以致由此種聚胺酯樹脂製成之研磨墊之平坦化特性愈差。
多元醇成分除上述高分子量多元醇外，宜與乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,4-環己烷二甲醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,4-雙(2-羥乙氧)苯等低分子量多元醇並用。亦可與伸乙二胺、甲苯二胺、及二伸乙三胺等低分子量多胺並用。
多元醇成分中高分子量多元醇、低分子量多元醇、低分子量多胺之比，係依由其等製成之研磨層所要求之特性而定。
以預聚合物法製造聚胺酯發泡體時，將鏈伸長劑用於預聚合物之固化上。鏈伸長劑係具有至少2個以上活性氫基之有機化合物，活性氫基可以羥基、1級或2級胺基、硫醇基(SH)等為例。具體言之，可舉例如：以4,4’-亞甲雙(鄰氯苯胺)(MOCA)、2,6-二氯對苯二胺、4,4’-亞甲雙(2,3-二氯苯胺)、3,5-雙(甲硫基)-2,4-甲苯二胺、3,5-雙(甲硫基)-2,6-甲苯二胺、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、1,3-丙二醇-二對胺苯甲酸酯、1,2-雙(2-胺基苯硫基)乙烷、4,4’-二胺-3,3’-二乙-5,5’-二甲二苯甲烷、N-N’-二(二 級丁基)-4,4’-二胺二苯甲烷、3,3’-二乙-4,4’-二胺二苯甲烷、間伸茬二胺、N,N’-二(二級丁基)對苯二胺、間苯二胺、及對伸茬二胺等為例之多胺類，抑或上述低分子量多元醇或低分子量多胺。上述諸等可僅用1種，亦可取2種以上混合使用。
本發明中異氰酸酯成分、多元醇成分及鏈伸長劑之比，得依各自之分子量或研磨墊所需之物性等做各種變化。為製得具有所需之研磨特性之研磨墊，相對於多元醇成分與鏈伸長劑之總活性氫基(羥基+胺基)數，異氰酸酯成分之異氰酸酯基數宜為0.80~1.20，若為0.99~1.15更佳。若異氰酸酯基數在前述範圍外，將導致固化不良而無法獲得所需之比重及硬度，研磨特性益發降低。
聚胺酯發泡體可運用熔融法、溶液法等公知之聚胺酯化技術製造，但考慮到成本、作業環境等因素，則宜以熔融法進行製造。
聚胺酯發泡體可由預聚合物法、直接聚合法中採任一方法製造，但事先由異氰酸酯成分與多元醇成分合成端基為異氰酸酯之預聚合物，再加入鏈伸長劑與該預聚合物反應之預聚合物法因製得之聚胺酯樹脂之物理性特性佳，故優於前述兩方法。
另，端基為異氰酸酯之預聚合物以分子量800~5000左右者之加工性、物理性特性等佳，尤為適用。
前述聚胺酯發泡體之製造，係將含有含異氰酸酯基化合物之第1成分、及含有含活性氫基化合物之第2成分混合 後經固化而成。預聚合物法中，係端基為異氰酸酯之預聚合物作為含異氰酸酯基化合物，鏈伸長劑作為含活性氫基化合物。直接聚合法中，係異氰酸酯成分作為含異氰酸酯基化合物，鏈伸長劑及多元醇成分作為含活性氫基化合物。
聚胺酯發泡體之製造方法，可舉添加中空微球之方法、機械性發泡法、化學性發泡法等為例。
其中又以使用了矽型界面活性劑之機械性發泡法尤佳，該矽型界面活性劑乃聚烷基矽氧與聚醚之共聚物，且不具活性氫基。以SH-192、SH-193(Dow Corning Toray．silicone公司製)、L5340(日本UNICA公司製)等為例，均為適合作為該矽型界面活性劑之化合物。
另，視必要亦可加入抗氧化劑等穩定劑、潤滑劑、顏料、填充劑、抗靜電劑及其他添加劑。
研磨層構成材料之聚胺酯發泡體可為獨立氣泡式，亦可為連續氣泡式。製造獨立氣泡式之聚胺酯發泡體之方法舉例說明如下。藉由形成獨立氣泡式，可抑制研磨液浸透。該聚胺酯發泡體之製造方法係具有下列步驟。
1)製作端基為異氰酸酯之預聚合物之氣泡分散液之發泡步驟
於端基為異氰酸酯之預聚合物(第1成分)中添加矽型界面活性劑，並於非反應性氣體存在下進行攪拌，使非反應性氣體分散成微細氣泡形成氣泡分散液。前述預聚合物於常溫下若為固體，則預熱至適當溫度使其熔融後再使用。
2)固化劑(鏈伸長劑)混合步驟
於上述氣泡分散液中添加鏈伸長劑(第2成分)，經混 合、攪拌後形成發泡反應液。
3)造模步驟
將上述發泡反應液注入鑄模。
4)固化步驟
將注入鑄模中之發泡反應液加熱使其反應固化。
為形成前述微細氣泡而使用之非反應性氣體，宜為不可燃性者，具體言之可以氮、氧、碳酸氣體、氦或氬等稀有氣體或其等之混合氣體為例，以成本面而言則以使用經乾燥去除水分之空氣最佳。
用以將非反應性氣體形成微細氣泡狀並分散成含矽型界面活性劑之第1成分之攪拌裝置，公知之攪拌裝置均可使用並無特別限制，具體言之可以均質機、溶解器、雙軸行星式攪拌機(planetary mixer)等為例。攪拌裝置之攪拌葉片形狀亦無特別限定，但宜使用攪打器型攪拌葉片形成微細氣泡。
另，發泡步驟中做成氣泡分散液之攪拌、混合步驟中添加鏈伸長劑再混合之攪拌，宜使用不同攪拌裝置。特別是混合步驟之攪拌可不需形成氣泡，宜使用不會捲進大氣泡之攪拌裝置。此類攪拌裝置係以行星式攪拌機為佳。即使發泡步驟與混合步驟之攪拌裝置使用同一攪拌裝置亦無妨，必要時可進行攪拌條件之調整例如調整攪拌葉片之旋轉速度等再使用。
聚胺酯發泡體之製造方法中，將發泡反應液注入鑄模中並對反應至不流動之發泡體進行加熱、後硬化，具有使 發泡體之物理性特性提升之效果，且效果極佳。亦可設定條件為將發泡反應液注入鑄模後直接置入加熱爐中進行後硬化，在上述條件下熱亦無法立即傳達至反應成分，因此氣泡直徑不會變大。固化反應若於常壓下進行則氣泡形狀穩定，較為理想。
聚胺酯發泡體中，使用3級胺類等公知之用以促進聚胺酯反應之觸媒亦無妨。觸媒之種類、添加量則於混合步驟後考慮於預定形狀之鑄模中進行注入之流動時間再行選擇。
聚胺酯發泡體之製造可採秤量各成份後投入容器並攪拌之批式製造方式，亦可採用於攪拌裝置連續供給各成分與非反應性氣體後攪拌，並送出氣泡分散液製作成形品之連續生產方式。
又，亦可將聚胺酯發泡體之原料之預聚合物放入反應容器，再投入鏈伸長劑並攪拌後，注入預定大小之鑄模中製作塊體，並將該塊體藉由利用刨狀或帶鋸狀之切片機進行切片之方法，或於前述造模之階段形成薄片狀。此外，亦可將作為原料之樹脂溶解，並由T字模擠製成形直接製得片狀聚胺酯發泡體。
前述聚胺酯發泡體之平均氣泡直徑宜為30~80μm，若為30~60μm更佳。若脫離此範圍，則有研磨速度下降，或研磨後之被研磨材(晶圓)之平坦性降低之趨向。
前述聚胺酯發泡體之比重宜為0.5~1.3。比重未達0.5者，研磨層之表面強度趨於下降，且被研磨材之平面性降低。又，若大於1.3，則研磨層表面之氣泡數減少，平面性 雖良好，但研磨速度趨於下降。
前述聚胺酯發泡體之硬度，宜經ASKER D型硬度計測為45~70度。ASKER D型硬度計測得之硬度未達45度者，被研磨材之平面性降低，反之，若大於70度，平面性雖良好，但被研磨材之均勻度(均一性)將趨於下降。
研磨層之與被研磨材接觸之研磨表面亦可具有用以保持.更換研磨液之凹凸構造(惟貫通構造除外)。發泡體組成之研磨層於研磨表面具有許多開口，並具有保持．更換研磨液之作用，但藉由在研磨表面形成凹凸構造，可使研磨液之保持與更換更有效率，並可防止與被研磨材吸附以致破壞被研磨材。凹凸構造並無特別限制，凡非貫通構造，且可保持．更換研磨液之形狀即可，舉例言之，如XY細長凹槽、同心圓狀凹槽、多角柱、圓柱、螺旋狀凹槽、偏心圓形凹槽、放射狀凹槽及該等凹槽之組合。又，該等凹凸構造一般具有規則性，但為使研磨液之保持．更換性佳，亦可每某一範圍改變凹槽節距、凹槽寬度、凹槽深度等。
前述凹凸構造之製作方法並無特別限定，但舉例言之，有使用如特定尺寸鑽頭之類之夾具進行機械切割之方法、於具有特定表面形狀之鑄模中注入樹脂並予以固化之製作方法、以具有特定表面形狀之壓板對樹脂加壓之製造方法、使用微影成像術製作之方法、用印刷手法製作之方法、藉由用有碳酸氣體雷射等之雷射光進行之製作方法等。
研磨層之形狀並無特殊限制，可為圓形，亦可為狹長形。研磨層之大小可依使用之研磨裝置適當調整，圓形者 直徑約為30~150cm，狹長形者則長度約為5~15m，寬度約60~250cm。
研磨層之厚度可考慮與緩衝層之關係或研磨特性後再適當調整，但以0.3~2mm為佳。製作前述厚度之研磨層之方法，有利用帶鋸式或刨式之切片機將前述微細發泡體之塊體做成預定厚度之方法、於具預定厚度之模穴之鑄模注入樹脂使其固化之方法、及運用塗膜技術或板片成形技術之方法等。
研磨層中亦可設有用以於施行研磨之狀態下進行光學端點檢測之透光區域。
另一方面，本發明中之緩衝層係用以補足研磨層之特性者。緩衝層係CMP中，為使抵換關係中平面性與均勻度兩者並立之所必須。所謂平面性係指對圖案形成時產生有微小凹凸之被研磨材已進行研磨時圖案部之平坦性，均勻度係指被研磨材全體之均一性。藉由研磨層之特性，改善平面性，並藉由緩衝層之特性改善均勻度。本發明之積層研磨墊中，緩衝層係使用較研磨層柔軟者。
緩衝層之形成材料並無特別限定，凡較研磨層柔軟者即可。舉例言之，有聚酯不織布、尼龍不織布、丙烯不織布等纖維不織布或浸漬聚胺酯之聚酯不織布之類之浸樹脂不織布、聚胺酯泡棉、聚乙烯泡棉等高分子樹脂發泡體、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠等橡膠性樹脂、感光性樹脂等。
緩衝層之厚度可考慮與研磨層之關係或研磨特性後再適當調整，但宜為0.5~2mm，若為0.8~1.5mm更佳。
於研磨層設透光區域時，宜預先設置用以使光透過緩衝層之貫通孔。
第2圖係顯示本發明之積層研磨墊構造之概略截面圖。本發明之積層研磨墊1係具有藉由接著劑層9a層積有不具貫通區域之研磨層8及緩衝層10之構造。研磨層8之裏面側設有至少1個由研磨層8之中心區域12連續至外周端之非接著區域X(11)。
第3圖~第9圖係顯示研磨層裏面側非接著區域X之構造之概略圖。非接著區域X(11)至少由研磨層8之中心區域12連續形成至外周端，除前述條件外其形狀並無特殊限制，可呈直線形狀、曲線形狀或其等之組合形狀。舉例言之，可如第3圖及第9圖所示，非接著區域X(11)於中心區域12未予連結，亦可如第4圖~第8圖所示，非接著區域X(11)於中心區域12連結。又，宜如第6圖所示，非接著區域X(11)形成放射狀，亦可如第7圖所示，呈由放射狀與同心圓形組合而成之形狀。又，亦可如第8圖及第9圖所示呈格子狀。格子狀者，凹槽節距宜為30~150mm，若為45~100mm更佳。凹槽節距未達30mm者，研磨層與接著劑層之接著總面積減少因此研磨層與接著劑層間容易產生剝離，反之若超過150mm，則研磨層與接著劑層間容易局部發生剝離或起泡。
非接著區域X(11)必須為非於研磨層表面側貫通之凹槽，凹槽寬度可考慮研磨層大小再適當調整，但通常為0.1~10mm左右，理想者為0.5~3mm。凹槽深度可考慮研磨層厚度再適當調整，但通常為0.05~0.5mm左右，理想者為 0.1~0.3mm。宜每某一範圍即改變凹槽節距、凹槽寬度及凹槽深度。
所謂中心區域12，若為圓形研磨層乃由中心算起半徑3cm之區域，若為狹長狀研磨層則係由寬度方向中心算起左右3cm之區域。
非接著區域X(11)之形成方法並無特別限定，但舉例言之，有使用如特定尺寸鑽頭之類之夾具進行機械切割之方法、將樹脂注入具有特定表面形狀之鑄模中經固化而形成之方法、以具有特定表面形狀之壓板對樹脂加壓之形成方法、使用微影成像術形成之方法、用印刷手法形成之方法、藉由碳酸氣體雷射等雷射光分解去除之形成方法等。
非接著區域X(11)之總表面積宜為研磨層表面積之0.1~30%，若為0.5~10%更佳。
接著劑層9a之形成材料之接著劑並無特殊限制，舉例言之有橡膠系接著劑、丙烯酸系接著劑及熱熔接著劑等。
接著劑層9a之厚度並無特殊限制，但考慮到接著力及剪應力，則以10~200μm為宜，若為40~150μm更佳。
使研磨層與緩衝層黏合之方法並無特殊限制，舉例言之，有一將形成於脫模片上之接著劑層轉印於緩衝層上後，將研磨層層積於接著層上再加壓之方法。
接著劑層9a亦可改用於基材薄膜兩面具有接著劑層之雙面膠帶。藉由基材薄膜可防止研磨液滲往緩衝層側，並可防止緩衝層與接著劑層間剝離或起泡。
基材薄膜可舉例如：聚對苯二甲酸乙二酯薄膜及聚萘 二甲酸乙二酯薄膜等聚酯薄膜、聚乙烯薄膜及聚丙烯薄膜等聚烯烴薄膜、尼龍薄膜等。其等之中，宜使用防透水性質佳之聚酯薄膜。
基材薄膜之厚度並無特殊限制，但就柔軟性及剛性之觀點言之，宜為5~200μm，若為15~50μm更佳。
此外，第10圖係顯示本發明之積層研磨墊另一構造之概略截面圖。本發明之積層研磨墊1係具有藉由接著劑層9a層積有不具貫通區域之研磨層8及緩衝層10之構造。接著劑層9a設有至少1個由接著劑層9a之中心區域連續至外周端之非接著區域Y(13)。即，將於研磨層8設非接著區域X(11)改為在接著劑層9a設有非接著區域Y(13)之型態。另，亦可為在研磨層8設非接著區域X(11)，同時在接著劑層9a設有非接著區域Y(13)之型態。此時，非接著區域X(11)與非接著區域Y(13)可在厚度方向重疊，亦可不重疊。
非接著區域Y(13)至少由接著劑層9a之中心區域連續形成至外周端，除前述條件外其形狀並無特殊限制，可採用與上述非接著區域X(11)相同之形狀。所謂中心區域，若為圓形接著劑層9a乃由中心算起半徑3cm之區域，若為狹長狀接著劑層9a則係由寬度方向中心算起左右3cm之區域。
非接著區域Y(13)為貫通接著劑層9a之凹槽或非貫通之凹槽均可。凹槽寬度可考慮接著劑層9a大小再適當調整，但通常為0.1~10mm左右，理想者為0.5~3mm。若為非貫通之凹槽，凹槽深度可考慮接著劑層9a厚度再適當調整，但通常為10~100μm左右，理想者為20~70μm。
非接著區域Y(13)之形成方法並無特別限定，但舉例言之，有層積複數枚接著劑層，並以刀具切下預定部分之接著劑層之一部分或全部之方法、以具有預定表面形狀之壓板加壓之方法、利用碳酸氣體雷射等雷射光分解去除之形成方法等。
非接著區域Y(13)之總表面積宜為接著劑層9a表面積之0.1~30%，若為0.5~10%更佳。
接著劑層9a之形成材料、厚度同於前述。又，黏合研磨層與緩衝層之方法亦與前述相同。
此外，第11圖係顯示本發明之積層研磨墊另一構造之概略截面圖。本發明之積層研磨墊1係具有藉由接著構件9層積有不具貫通區域之研磨層8及緩衝層10之構造。接著構件9係於基材薄膜9b兩面具有接著劑層9a者，通常稱為雙面膠帶。基材薄膜9b靠研磨層側之接著劑層9a，設有至少1個由接著劑層9a之中心區域連續至外周端之非接著區域Y(13)。亦即，將上述第10圖於接著劑層9a設非接著區域Y(13)改為在雙面膠帶靠研磨層側之接著劑層9a設有非接著區域Y(13)之型態。另，亦可為在研磨層8設非接著區域X(11)，同時在雙面膠帶靠研磨層側之接著劑層9a設有非接著區域Y(13)之型態。詳細之型態、形成材料及形成方法同於上述。
黏合研磨層與緩衝層之方法並無特殊限制，舉例言之，可將研磨層與緩衝層夾雙面膠帶並加壓。
本發明之積層研磨墊亦可於緩衝層另一面設有用以與 旋轉台接著之接著劑層或雙面膠帶。該雙面膠帶可使用具有同上述於基材薄膜兩面設有接著劑層之一般構造者。
半導體裝置係利用前述積層研磨墊經研磨半導體晶圓表面之步驟製造而成。所謂半導體晶圓一般而言係於矽晶圓上層積有佈線金屬及氧化膜者。半導體晶圓之研磨方法、研磨裝置並無特殊限制，舉例言之，係使用第1圖所示具有用以支持積層研磨墊1之研磨平台2、用以支持半導體晶圓4之支持台(拋光頭)5與用以對晶圓均勻加壓之背襯材、研磨劑3之供給機構之研磨裝置等進行。舉例言之，積層研磨墊1係藉由雙面膠帶之黏貼裝設於研磨平台2上。研磨平台2與支持台5係配置成使各自所支持之積層研磨墊1與半導體晶圓4相對向之狀態，並分別具有旋轉軸6、7。又，支持台5側設有用以將半導體晶圓4緊壓於積層研磨墊1上之加壓機構。研磨時，使研磨平台2與支持台5旋轉同時將半導體晶圓4壓在研磨墊1上，且一面供給研磨液一面進行研磨。研磨液之流量、研磨負載、研磨平台旋轉數及晶圓旋轉數並無特殊限制，適當調整即可進行。
藉此即可去除半導體晶圓4表面突出之部分，研磨成平坦狀。繼之，藉由切割、接合、封裝等製造半導體裝置。半導體裝置係用於運算處理裝置或記憶體等。
實施例
以下，舉實施例說明本發明，但本發明並非以該等實施例為限。
[測量、評價方法] (數目平均分子量)
數目平均分子量係以GPC(凝膠滲透層析法)測量，並按標準聚苯乙烯換算。
GPC裝置：島津製作所製，LC-10A層析管柱：Polymer Laboratories公司製，並連結(PLgel、5μm、500Å)、(PLgel、5μm、100Å)、及(PLgel、5μm、50Å)三支層析管柱使用流量：1.0ml/min濃度：1.0g/l注入量：40μl層析管柱溫度：40℃析出液：四氫呋喃(平均氣泡直徑)
將製成之聚胺酯發泡體以切片刀平行切出厚度1mm以下之薄片，做為測量平均氣泡直徑用試樣。將試樣固定於載玻片上，利用SEM(S-3500N，日立Science Systems公司製)以100倍進行觀察。對觀得之影像以影像分析軟體(WinRoof，三谷商事(股))測量任意範圍內全部氣泡直徑，算出平均氣泡直徑。
(比重)
依據JIS Z8807-1976進行。將製成之聚胺酯發泡體切出4cm×8.5cm之長條狀(厚度：任意)，做成測量比重用試樣，並於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%之環境下靜置16小時。測量時使用比重計(sartorius公司製)測量比重。
(硬度)
依據JIS K6253-1997進行。將製成之聚胺酯發泡體切成2cm×2cm之(厚度：任意)大小，做成測量硬度用試樣，並於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%之環境下靜置16小時。測量時重疊試樣，使厚度達6mm以上。使用硬度計(高分子計器公司製，ASKER D型硬度計)測量硬度。
(起泡或內部剝離之評價)
用製成之積層研磨墊，將膜厚10000Å之鎢晶圓按下列研磨條件研磨30小時後，目視觀察積層研磨墊，確認層間是否起泡或產生內部剝離。研磨裝置使用SPP600S(岡本工作機械公司製)。關於研磨條件，研磨液係使用將W2000(Cabot公司製)以超純水稀釋成2倍之稀釋液並添加2重量%之過氧化氫水所製成之水溶液，研磨中以150ml/min之流量添加該水溶液。研磨負載為5psi，研磨平台旋轉數為120rpm，晶圓旋轉數為120rpm。又，使用修整器(ASAHI DIAMOND公司製，M100型)，依修整負載50g/cm2 、修整器旋轉數15rpm、旋轉台旋轉數30rpm之條件，按預定間隔對研磨層表面進行修整處理20秒鐘。
(剝離強度、剝離強度保持率)
由製成之積層研磨墊切出3片寬25mm、長40mm之樣本(不含非接著區域)，利用拉伸試驗儀(島津製作所公司製，Autograph AG-X)按剝離角度180°、剝離速度50mm/min之條件分別測量3片樣本之剝離強度(N/25mm)，並求其平均值。又，由經上述方法進行研磨步驟後之積層研磨墊切出3片寬 25mm、長40mm之樣本(不含非接著區域)，並以同樣方法求取剝離強度之平均值。業經研磨步驟之積層研磨墊之剝離強度宜為10N/25mm以上。另，由研磨步驟前後之剝離強度平均值算出剝離強度保持率。
剝離強度保持率=(研磨步驟後之剝離強度平均值/研磨步驟前之剝離強度平均值)×100製造例1(研磨層之製作)
於聚合容器內加入100重量份之端基為異氰酸酯之預聚合物(Chemtura公司製，Adiprene L-325)及3重量份之矽型界面活性劑(Dow Corning Toray．silicone公司製，SH-192)加以混合，並調整為80℃後予以真空除氣。繼之，利用攪拌葉片，以旋轉數900rpm激烈攪拌4分鐘，將氣泡帶入反應系內。再添加26重量份之預先以120℃熔融之4,4’-亞甲雙(鄰氯苯胺)(IHARA CHEMICAL公司製，日文商品名： MT)。將該混合液攪拌約1分鐘後，注入盤式敞模(造模容器)中。於該混合液喪失流動性時放入烘箱內，進行100℃且16小時之後硬化，製得聚胺酯發泡體塊體。
將加熱達80℃之前述聚胺酯發泡體塊體使用切片機(Amitec公司製，VGW-125)切片，製得聚胺酯發泡體片體(平均氣泡直徑：50μm，比重：0.86，硬度：52度)。其次，使用擦光機(Amitec公司製)對該片體進行表面擦光處理直至厚度為1.27mm，形成厚度精度業經調整之片體。另，擦光處理時，首先使用附著有120網目之研磨粒之帶式砂磨機(理研Riken Corundum公司製)，繼之使用附著有240網目之 研磨粒之帶式砂磨機(理研Riken Corundum公司製)，最後使用附著有400網目之研磨粒之帶式砂磨機(理研Riken Corundum公司製)進行研磨加工。於業經該擦光處理之片體進行直徑60cm大小之衝壓，並使用凹槽加工機(Techno公司製)於研磨表面進行凹槽寬度0.25mm、凹槽節距1.5mm、凹槽深度0.6mm之同心圓形凹槽加工，製成研磨層。
實施例1
利用凹槽加工機(Techno公司製)於製造例1所製作之研磨層裏面，由中心至外周端以45°角呈放射狀形成寬1.0mm、深0.1mm之凹槽，設為非接著區域X。繼之，於研磨層裏面以淋膜加工機黏上直徑60cm之雙面膠帶(基材薄膜：厚度25μm之PET薄膜，接著劑層：厚度50μm之丙烯酸系接著劑層)。繼而，於該雙面膠帶之另一面黏上直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，製成積層研磨墊。
實施例2
利用凹槽加工機(Techno公司製)於製造例1所製作之研磨層裏面，由中心至外周端以45°角呈放射狀形成寬1.0mm、深0.1mm之凹槽，再由中心至半徑方向100mm之位置呈同心圓形形成寬0.25mm、深0.1mm之凹槽，設為非接著區域X。非接著區域X之總表面積係研磨層表面積之0.91%。繼之，以同於實施例1之方法製成積層研磨墊。
實施例3
從直徑60cm之雙面膠帶(基材薄膜：厚度25μm之PET薄膜，接著劑層：厚度50μm之丙烯酸系接著劑層)之黏貼研 磨層側之接著劑層，由中心至外周端以45°角呈放射狀去除寬1.0mm之接著劑層，設為非接著區域Y。非接著區域Y之總表面積係接著劑層表面積之0.84%。繼之，利用淋膜加工機，將前述雙面膠帶之具有非接著區域Y之接著劑層黏合於製造例1所製作之研磨層之裏面。繼而，於該雙面膠帶之另一面黏上直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，製成積層研磨墊。
實施例4
利用凹槽加工機(Techno公司製)於製造例1所製作之研磨層裏面，如第8圖所示呈格子狀形成寬2.0mm、深0.13mm、節距45mm之凹槽，設為非接著區域X。非接著區域X之總表面積係研磨層表面積之8.3%。繼之，於研磨層裏面以淋膜加工機黏上直徑60cm之接著劑層(厚度130μm之丙烯酸系接著劑層)。繼而，於該接著劑層之另一面黏上直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，製成積層研磨墊。
實施例5
利用凹槽加工機(Techno公司製)於製造例1所製作之研磨層裏面，如第8圖所示呈格子狀形成寬2.0mm、深0.13mm、節距45mm之凹槽，設為非接著區域X。非接著區域X之總表面積係研磨層表面積之8.3%。又，從直徑60cm之雙面膠帶(基材薄膜：厚度25μm之PET薄膜，接著劑層：厚度50μm之丙烯酸系接著劑層)之黏貼研磨層側之接著劑層，通過中心由一端至另一端去除2.0mm之接著劑層，設 為非接著區域Y。繼之，利用淋膜加工機使前述雙面膠帶以非接著區域X與非接著區域Y重疊之狀態黏合於研磨層裏面。繼而，於該雙面膠帶之另一面黏上直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，製成積層研磨墊。
實施例6
利用凹槽加工機(Techno公司製)於製造例1所製作之研磨層裏面，由中心至外周端以45°角呈放射狀形成寬1.0mm、深0.1mm之凹槽，設為非接著區域X。非接著區域X之總表面積係研磨層表面積之0.84%。利用淋膜加工機，於研磨層裏面層積直徑60cm之聚胺酯類熱熔接著劑片(日本Matai公司製，UH-203，厚度75μm)及直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，並加熱熔融聚胺酯系熱熔接著劑片使研磨層與緩衝層黏合，製成積層研磨墊。
實施例7
利用凹槽加工機(Techno公司製)於製造例1所製作之研磨層裏面，由中心至外周端以45°角呈放射狀形成寬1.0mm、深0.1mm之凹槽，設為非接著區域X。非接著區域X之總表面積係研磨層表面積之0.84%。利用淋膜加工機，於研磨層裏面層積直徑60cm之聚胺酯類熱熔接著劑片(日本Matai公司製，UH-203，厚度75μm)及直徑60cm之業經電暈處理之PET薄膜(厚度50μm)，並加熱熔融聚胺酯系熱熔接著劑片使研磨層與PET薄膜黏合，製成積層片。繼之，利用淋膜加工機，於積層片之PET薄膜側層積直徑60cm之聚胺酯類熱熔接著劑片(日本Matai公司製，UH-203，厚度 75μm)及直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，並加熱熔融聚胺酯系熱熔接著劑片使積層片與緩衝層黏合，製成積層研磨墊。
比較例1
利用淋膜加工機於製造例1所製作之研磨層裏面，黏上直徑60cm之雙面膠帶(基材薄膜：厚度25μm之PET薄膜，接著劑層：厚度50μm之丙烯酸系接著劑層)。繼而，於該雙面膠帶之另一面黏上直徑60cm之緩衝層(聚胺酯泡棉，厚度0.8mm)，製成積層研磨墊。
由表1可知，實施例1~7之積層研磨墊因具有非接著區域X及/或Y，故即使用於長時間研磨，層間亦不起泡或產生內部剝離。反之，比較例1之積層研磨墊因不具非接著區域X或Y，故於長時間研磨之下層間將起泡或產生內部剝離。
產業上之可利用性
本發明之積層研磨墊係可對透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、硬碟用玻璃基板、鋁基板、及一般金屬研磨加 工等要求高度表面平坦性之材料進行穩定且高研磨效率之平坦化加工。本發明之積層研磨墊，特別適於在對矽晶圓及其上形成有氧化物層、金屬層等之裝置，進一步於積層．形成該等氧化物層或金屬層前進行平坦化之步驟中使用。
1‧‧‧積層研磨墊
2‧‧‧研磨平台
3‧‧‧研磨劑(研磨液)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支持台(拋光頭)
6、7‧‧‧旋轉軸
8‧‧‧研磨層
9‧‧‧接著構件(接著劑層、雙面膠帶)
9a‧‧‧接著劑層
9b‧‧‧基材薄膜
10‧‧‧緩衝層
11‧‧‧非接著區域X
12‧‧‧中心區域
13‧‧‧非接著區域Y
第1圖係顯示CMP研磨所使用之研磨裝置一例之概略圖。
第2圖係顯示本發明之積層研磨墊構造之概略截面圖。
第3圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造一例之概略圖。
第4圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第5圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第6圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第7圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第8圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第9圖係顯示設於研磨層裏面之非接著區域X之構造另一例之概略圖。
第10圖係顯示本發明之積層研磨墊另一構造之概略截面圖。
第11圖係顯示本發明之積層研磨墊另一構造之概略截 面圖。
1‧‧‧積層研磨墊
8‧‧‧研磨層
9a‧‧‧接著劑層
10‧‧‧緩衝層
11‧‧‧非接著區域X

Claims (5)

  1. 一種積層研磨墊，係由不具貫通區域之研磨層與緩衝層夾著接著構件層積而成者，其特徵在於：於前述接著構件中，設有至少1個由接著構件之中心區域連續至外周端之非接著區域Y。
  2. 如申請專利範圍第1項之積層研磨墊，其中該接著構件係於基材薄膜之兩面具有接著劑層，並於研磨層側之接著劑層中設有非接著區域Y。
  3. 如申請專利範圍第1項之積層研磨墊，其中該非接著區域Y係設成放射狀或格子狀。
  4. 如申請專利範圍第1項之積層研磨墊，其中該非接著區域Y之總表面積係佔研磨層表面積之0.1~30%。
  5. 一種半導體裝置之製造方法，包含：使用如申請專利範圍第1項之積層研磨墊來研磨半導體晶圓表面的步驟。
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