TWI440526B - 化學機械研磨墊 - Google Patents

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TWI440526B
TWI440526B TW098104288A TW98104288A TWI440526B TW I440526 B TWI440526 B TW I440526B TW 098104288 A TW098104288 A TW 098104288A TW 98104288 A TW98104288 A TW 98104288A TW I440526 B TWI440526 B TW I440526B
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Tomikazu Ueno
Masahiro Yamamoto
Yuugo Tai
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Description

化學機械研磨墊
本發明係關於化學機械研磨墊。
近年，諸如半導體裝置的形成等，就針對矽基板或在其上面已形成佈線或電極等的矽基板(以下稱「半導體晶圓」)，能形成具有優越平坦性表面的研磨方法，眾所矚目的係化學機械研磨方法(Chemical Mechanical Polishing，一般簡稱「CMP」)。化學機械研磨方法係有如一邊使化學機械研磨墊與被研磨面進行滑動，一邊使化學機械研磨用水系分散體(已分散著磨粒的水系分散體；研磨漿)流下於墊表面上，並施行研磨的技術。已知該化學機械研磨方法將依照化學機械研磨墊的性狀與特性等因素，而大幅左右研磨結果，自習知起便有各種化學機械研磨墊的提案。
自以前起已知有如將含有細微氣泡的聚胺基甲酸酯發泡體使用為化學機械研磨墊，並使該墊表面上所開設的孔洞(以下稱「孔隙」)中，保持著化學機械研磨用水系分散體，俾供施行研磨的化學機械研磨墊。(例如參照日本專利特開平11-70463號公報、特開平8-216029號公報、特開平8-39423號公報)。
使用此種墊的習知CMP，因為在使半導體晶圓壓接於研磨墊表面的狀態下，對研磨墊上供應研磨漿並施行研磨，因而在研磨處理後較難於不會造成負荷的情況下，從研磨墊表面上將半導體晶圓拉離開。此外，因從研磨墊表面上的半導體晶圓拉離開之原因，研磨墊與載置著研磨墊的研磨平台間之密接力會變弱，研磨墊與修整器或半導體晶圓間會發生摩擦，結果便會發生研磨墊周端部從研磨平台上剝落、或構成研磨墊的研磨層與緩衝層間會發生剝落的問題。結果，會發生半導體晶圓脫落、研磨墊破裂、研磨墊表面異常磨損，導致造成研磨墊耐久性與研磨特性惡化的問題出現。
為能解決此種問題，在日本專利特開2006-196836號公報中有記載：藉由所使用的研磨墊係在周端設有高度較低於研磨表面部的低位外周部，便可改善剝落情形的技術。
然而，即使藉由該技術，剝落情形有獲改善，但就減少被研磨物的半導體晶圓表面缺陷(刮傷)上仍嫌不足，仍必需獲改善。
本發明係提供能減少研磨時所發生的被研磨面刮傷，且耐久性良好的化學機械研磨墊。
本發明一態樣的化學機械研磨墊，係化學機械研磨所使用的化學機械研磨墊，包括有：研磨面；非研磨面，其係位於上述研磨面的背後側；側面，其係將上述研磨面外緣與上述非研磨面外緣相連接；以及複數溝槽，其係設於上述研磨面側；其中，上述側面係具有連接於上述研磨面的傾斜面；上述溝槽的深度係上述傾斜面的高度以下。
上述化學機械研磨墊中，上述化學機械研磨墊的內部中，上述研磨面與上述傾斜面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)係可大於90°、小於180°的角度θ。
上述化學機械研磨墊中，上述研磨面係圓形狀；該化學機械研磨墊係在上述研磨面側更進一步含有複數環狀溝槽；上述研磨面與上述複數環狀溝槽係同心圓狀；最靠近上述外緣的上述溝槽與上述外緣間之距離e，相對於相鄰溝槽間隔d的比率e/d，係在0.3~2範圍內。
上述化學機械研磨墊中，上述傾斜面係由與上述研磨面的夾角角度不同之第1傾斜面與第2傾斜面構成；上述第1傾斜面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，大於90°、小於180°之角度θ1 連接於上述研磨面及上述第2傾斜面；上述第2傾斜面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，大於90°、小於180°的角度θ2 連接於上述第1傾斜面。
上述化學機械研磨墊中，上述側面係從上述外緣側起依序設有：第1面、第2面、第3面及第4面；上述第1面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，大於90°、小於180°的角度θ3 連接於上述研磨面及上述第2面；上述第2面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，較小於上述第1面的角度θ4 連接於上述第1面及上述第3面；上述第3面係依平行於上述研磨面的角度連接於上述第2面及上述第4面；上述第4面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，較小於上述第1面的角度θ5 連接於上述第3面及上述非研磨面。
上述化學機械研磨墊中，上述傾斜面係依包圍上述研磨面外緣整體的方式設計。
上述化學機械研磨墊係包括有：研磨面、位於上述研磨面背後側的非研磨面、將研磨面外緣與非研磨面外緣相連接的側面、以及設置於研磨面側的複數溝槽。而，上述側面係具有連接研磨面的傾斜面，且溝槽深度係在傾斜面的高度以下。
化學機械研磨墊係藉由在研磨面側設有溝槽，便可效率佳地施行基板等的研磨。而，藉由研磨步驟的進行，截至研磨面摩耗且溝槽消失為止均可維持著研磨性能。此外，化學機械研磨墊係藉由研磨面側設有傾斜面，便可減少在基板等被研磨面上所發生的刮傷。傾斜面係如同溝槽，亦將隨研磨面的摩耗而被研削，導致會有該項效果亦消失的情形。
然而，根據上述化學機械研磨墊，藉由將傾斜面高度設定在溝槽深度以上，即便在研磨面摩耗進行中的情況下，溝槽存在的期間便成為傾斜面存在，便可持續維持著上述刮傷減少效果。
 1.化學機械研磨墊
圖1所示係本實施形態的化學機械研磨墊剖面圖(圖1中省略在研磨面上所設置的後述溝槽)。本實施形態的化學機械研磨墊10係包括有：研磨層11、以及在研磨層11與研磨裝置平台13間所設置的支撐層12。
以下，針對研磨層11與支撐層12的詳細內容分別進行說明。
1.1.研磨層的形狀
圖2所示係圖1中的區域11之放大圖，研磨層的詳細形狀圖。圖7所示係研磨層11上面的圖。研磨層11係包括有：與被研磨面相接觸並供施行化學機械研磨用的研磨面20、位於研磨面背後側的非研磨面22、將研磨面20外緣26與非研磨面22外緣相連接的側面24、以及設置於研磨面20側的複數溝槽16。圖1中，化學機械研磨墊10的上面係研磨面20，下面係非研磨面22。
研磨面20係呈平坦面。研磨層11的平面形狀並無特別的限制，可例如圓形狀。研磨層11的大小並無特別的限制，可例如直徑150mm~1200mm，較佳500mm~800mm。研磨層11的厚度係可例如0.5mm~5.0mm，較佳1.0mm~3.0mm、更佳1.5mm~3.0mm。
化學機械研磨墊10的研磨層11係可在研磨面上設置複數溝槽16。該溝槽係具有保持著在施行化學機械研磨時所供應化學機械用水系分散體，並將其利用研磨面進行均勻分配，且形成使研磨屑或使用畢水系分散體等廢棄物暫時滯留，並成為排放出於外部的路徑之機能。
再者，針對溝槽16的形狀亦無特別的限制，可如圖7所示，從研磨面20中心朝外緣26方向直徑逐漸擴大的複數環狀。該複數環狀溝槽16係可為相互不會交叉的圓形、橢圓形、或多角形等。該等環狀形狀係如圖7所示，較佳為與研磨面20形狀呈同心。環狀溝槽16係可為例如20~400條。
本實施形態中，溝槽16係為能對中央部施加均勻壓力，較佳係具有以研磨層11中央部為中心的點對稱形狀。所以，溝槽16的形狀係除上述環狀之外，尚可為漩渦狀或輻射狀等、或者該等的組合。
再者，研磨層11的非研磨面22側較佳為齊平形成。藉此，便可維持高機械強度。此外，藉由使非研磨面22側齊平形成，研磨層11便可保持上述研磨面20側的溝槽16形成區域自由度。
溝槽16的剖面形狀並無特別的限制，可例如圖2所示，設為長方形等多角形狀、U字形狀等等。另外，溝槽16係具有深度a。具體上，深度a係可設為0.1mm以上、較佳0.1mm~2.5mm、更佳0.2mm~2.0mm。此外，溝槽16的溝寬g係可設為0.1mm以上、較佳0.1mm~5.0mm、更佳0.2mm~3.0mm。複數溝槽16中，相鄰溝槽16的間隔d係可互同。間隔d係可設定為例如0.05mm以上、較佳0.05mm~100mm、更佳0.1mm~10mm。藉由設定為該等範圍大小的溝槽16，便可輕易地製得被研磨面的刮傷減少效果優越、壽命長的化學機械研磨墊。
另外，溝槽16的間隔d與溝寬g的合計間距係可設為例如0.15mm以上、較佳0.15mm~105mm、更佳0.5mm~13mm、特佳0.5mm~5.0mm、最佳1.0mm~2.2mm。
側面24係上端具有傾斜面15。傾斜面15係依包圍研磨面20的整體外緣26之方式，連續設置傾斜面15，且在化學機械研磨墊10的內部，依與研磨面20的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)角度θ為大於90°、小於180°的角度(即鈍角)，連接於研磨面20。角度θ較佳係100°以上、170°以下、更佳110°以上、150°以下。依此藉由將研磨面20與側面24的夾角θ設為鈍角，便可減少因研磨面20的端部接觸到被研磨面，導致對被研磨面造成的刮傷。
再者，傾斜面15係可如圖2所示，在研磨面20的垂直剖面中呈直線狀。此外，溝槽16的深度a係在傾斜面15的高度b以下。依化學機械研磨步驟的進行，隨研磨面遭摩耗，傾斜面15的高度b與溝槽16的深度a均將隨之減少。但是，如本實施形態的化學機械研磨墊10，藉由設為a≦b，即使因摩耗而導致溝槽深度有變化的情況，仍可將研磨面20與傾斜面15的夾角維持於角度θ的狀態。所以，即使研磨面遭摩耗情形進行中的情況下，仍可抑制刮傷的發生。
具體而言，高度b係可設定為0.1mm以上、較佳0.1mm~2.5mm、更佳0.2mm~2.0mm。
特別係藉由將傾斜面15的高度b與溝槽16的深度a設為相同，便可將側面24的下端區域厚度c就研磨層11整面形成均勻狀態，因而可提高化學機械研磨墊10的強度，俾可抑制遭破損。
最靠近外緣26的溝槽16、與外緣26間的距離e，相對於間隔d的比率e/d，較佳為0.3~2、更佳0.35~1.9。當比率e/d未滿0.3時，因為較最外周溝槽16更靠外側的區域便會變薄，因而無法承受研磨時所承受的重壓，無法將化學機械研磨墊10的外緣26附近研磨面20維持平坦狀態，造成被研磨面遭刮傷的肇因。若比率e/d大於2時，無溝槽的部分(其係供保持研磨漿液用)便會成為廣範圍，造成在研磨漿不足狀態下施行研磨，因而導致刮傷變多，故最好避免。此外，若隨研磨造成進行研磨面20遭摩耗，便會促進無溝槽部分的擴大，因而有刮傷變更多的情況發生。
再者，溝槽16及傾斜面15的表面粗糙度(Ra)係可設定為例如20μm以下、較佳0.05μm~15μm、更佳0.05μm~10μm。藉由設為此種表面粗糙度，當施行化學機械研磨步驟之際，便可有效地防止被研磨面發生刮傷情形。另外，表面粗糙度(Ra)係下式(1)定義：
Ra=Σ∣Z-Zav ∣/N‧‧‧(1)
但，式(1)中，N係測定點數；Z係粗糙度曲面的高度；Zav 係粗糙度曲面的平均高度。
再者，化學機械研磨墊10係除供施行研磨的研磨部以外，尚可具備具有其他機能的部分。具有其他機能的部分係有如使用光學式終點檢測裝置，施行終點檢測的窗部等。窗部係使用例如就厚度2mm時，波長100nm~300nm間任一波長光的穿透率達0.1%以上(較佳2%以上)、或在波長100nm~3000nm間任一波長區域的積分穿透率達0.1%以上(較佳2%以上)之材料。窗部材料係在滿足上述光學特性的前提下，其餘並無特別的限制，例如可使用與研磨層11相同的下述組成。
構成化學機械研磨墊10的研磨層11之製造方法並無特別的限制，且研磨層11亦可任意設置的溝槽與凹部之形成方法亦無特別的限制。例如預先準備將成為化學機械研磨墊10之研磨層11的化學機械研磨墊用組成物，將該組成物成形為所需形狀的初步形狀後，再利用切削加工便可形成溝槽等。亦可使用有形成將成為溝槽等的圖案之模具，並將化學機械研磨墊用組成物施行鑄模成形，便可在形成研磨層11的初步形狀之同時，亦形成溝槽等。
接著，針對研磨層11的形狀變化例進行說明。首先，使用圖3~圖6，針對研磨層外緣附近具有特徵的變化例進行說明。
圖3所示係第1變化例的研磨層111外緣附近剖面，屬於對應於圖2的圖。上述本實施形態的研磨層11側面24，係利用含有傾斜面15的2個面構成，但取而代之，第1變化例的側面124係相互利用4個面構成。具體而言，側面124係從外緣26側起依序設有：第1面115、第2面116、第3面117及第4面118。
第1面115係在化學機械研磨墊10內部，依與研磨面20間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，大於90°、小於180°的角度θ3 連接於研磨面20及第2面116。此外，角度θ3 較佳係100°以上、170°以下。
第2面116係在化學機械研磨墊10內部，依與研磨面20間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，較小於上述角度θ3 的角度θ4 連接於第1面115及第3面117。另外，角度θ4 係例如可為直角。
第3面117係依平行於研磨面20的角度連接於第2面116及第4面118。此外，第3面117係與溝槽16的底面119同高度。藉此，可在整面研磨層111中將側面124的下端區域厚度形成均勻狀態，因而可提高化學機械研磨墊10的強度，俾抑制遭破損情形。
第4面118係在化學機械研磨墊10內部，依與第3面間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，較小於上述角度θ3 的角度θ5 連接於第3面117及非研磨面22。角度θ5 係例如可為直角。
相關第1變化例的研磨層111形狀係如上述，而相關其他構造均如同使用圖1及圖2所說明的研磨層11構造，因而在此便不再贅述。
圖4所示係第2變化例的研磨層211外緣附近剖面，屬於對應於圖2的圖。上述本實施形態的研磨層11中，研磨面20的外緣26與溝槽16間的距離e係較小於相鄰溝槽16的間隔d，但取而代之，第2變化例的研磨層211中，研磨面20的外緣26與溝槽16間的距離e，係較大於相鄰溝槽16的間隔d。藉此，因為傾斜面15與溝槽16的距離變大，因而可防止因傾斜面15與溝槽16過於相靠近，導致外緣26附近形成略銳角形狀，造成在研磨時對被研磨面造成損傷的情況發生。
相關第2變化例的研磨層211之形狀係如上述，而相關其他構造均如同使用圖1及圖2所說明的研磨層11構造，因而在此便不再贅述。
圖5所示係第3變化例的研磨層311外緣附近剖面，屬於對應於圖2的圖。第3變化例的研磨層311之側面324，係就傾斜面315由2個傾斜面構成之處，不同於上述本實施形態的研磨層11之側面24。具體而言，傾斜面315係由與研磨面20間的夾角角度屬不同之第1傾斜面316與第2傾斜面317構成。
第1傾斜面316係在化學機械研磨墊10內部，依與研磨面20間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，為大於90°、小於180°的角度θ1 連接於研磨面20及第2傾斜面317。
第2傾斜面317係在化學機械研磨墊10內部，依與研磨面20間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)，大於90°、小於180°的角度θ2 連接於第1傾斜面316。此外，角度θ2 最好滿足θ2 ＜θ1 。藉此，可在不致增加傾斜面315寬度的情況下增加θ1 ，因而可擴大研磨面20的區域，俾可提升研磨性能。
相關第3變化例的研磨層311形狀係如上述，而相關其他構造均如同使用圖1及圖2所說明的研磨層11構造，因而在此便不再贅述。
圖6所示係第4變化例的研磨層411外緣附近剖面，屬於對應於圖2的圖。第4變化例的研磨層411之側面424，就傾斜面415剖面係由曲線構成之處，不同於上述本實施形態研磨層11的側面24。
如圖6所示，藉由傾斜面415的剖面係由曲線構成，便可抑制研磨層11的邊緣遭受破損，俾可達長壽命化。另外，如圖6所示，當傾斜面415的剖面係由曲線構成時，若將研磨面20外緣26、與傾斜面415的溝槽16深度之1/2位置416相連結的直線設為直線L時，便將直線L與研磨面20的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)角度視為「θ」。
相關第4變化例的研磨層411形狀係如上述，而相關其他構造均如同使用圖1及圖2所說明的研磨層11構造，因而在此便不再贅述。
其次，使用圖8及圖9，針對研磨層的溝槽形狀具有特徵之變化例進行說明。
圖8所示係第5變化例的研磨層511上面之圖，屬於對應於圖7的圖。第5變化例的研磨層511係除環狀溝槽16之外，就更進一步含有從研磨面20中心部朝外緣方向呈輻射狀延伸的複數溝槽517及溝槽518之處，係不同於上述研磨層11。此處所謂「中心部」係指以研磨層511的重心為中心，由半徑50mm的圓所包圍區域。溝槽517及溝槽518係只要從該「中心部」中的任意位置朝外緣方向延伸的話便可，且形狀係可為例如直線狀或圓弧狀、或組合該等的形狀。
溝槽517及溝槽518係例如整體可為4條~65條、較佳8條~48條。溝槽517及溝槽518的剖面形狀及表面粗糙度，係可為如同上述溝槽16。
具體而言，如圖8所示，溝槽517係直線狀設置4條，從研磨層511中心呈輻射狀延伸，並到達研磨層511的側面。溝槽518係呈直線狀，且在溝槽517間分別各設置7條合計設置28條，且從離中心略靠側面側退縮的位置(中心部區域內)呈輻射狀延伸，並到達研磨層511側面。
相關第5變化例的研磨層511形狀係如上述，而相關其他構造均如同使用圖1及圖2所說明的研磨層11構造，因而在此便不再贅述。
圖9所示係第6變化例的研磨層611上面之圖，屬於對應於圖7的圖。第6變化例的研磨層611係除環狀溝槽16之外，就更進一步含有從研磨面20中心朝外緣方向呈輻射狀延伸的複數溝槽617之處，係不同於上述研磨層11。
具體而言，如圖9所示，溝槽617係直線狀設置8條，且從研磨層611中心呈輻射狀延伸，並到達最外周的溝槽16。溝槽617並未到達研磨層611的側面。溝槽617的剖面形狀及表面粗糙度係可如同上述溝槽16。
相關第6變化例的研磨層611形狀係如上述，而相關其他構造均如同使用圖1及圖2所說明的研磨層11構造，因而在此便不再贅述。
另外，研磨層中所設置的溝槽形狀，並不僅侷限於上述。例如除環狀、輻射狀溝槽之外，尚可為螺旋狀、多角形狀等，相關溝槽的剖面形狀亦是不僅侷限於上述，亦可為例如V字形狀等。
1.2.研磨層材質
研磨層11係在具備有上述要件之前提下，且能發揮化學機械研磨墊10的機能之前提下，可為任何素材構成。化學機械研磨墊10的機能中，特別係最好截至研磨時均有形成具有在化學機械研磨時能保持著化學機械研磨用水系分散體，並使研磨屑暫時滯留等機能的孔隙(細微空孔)。因而，最好具備有：(I)由非水溶性構件與分散於該非水溶性構件中的水溶性粒子所構成素材、或(II)由非水溶性構件與分散於該非水溶性構件中的空孔所構成素材。
其中，上述素材(I)係在施行化學機械研磨步驟之際，藉由使水溶性粒子與化學機械研磨用水系分散體相接觸，經溶解或膨潤而脫離，便在非水溶性構件中形成孔隙，俾可在該孔隙中能保持著化學機械研磨用水系分散體等；另一方面，素材(II)係預先形成空孔的部分，具有化學機械研磨用水系分散體等的保持能力。
以下，針對該等的素材進行詳述。
(I)由非水溶性構件與分散於該非水溶性構件中的水溶性粒子所構成素材
(A)非水溶性構件
構成上述(A)非水溶性構件的材料並無特別的限制，就從可輕易成形為既定形狀及性狀，且能賦予適度硬度、適度彈性等觀點，最好使用有機材料。有機材料係可舉例如：熱可塑性樹脂、彈性體或生橡膠、硬化樹脂等。
上述熱可塑性樹脂係可舉例如：烯烴系樹脂(例如聚乙烯、聚丙烯等)、苯乙烯系樹脂(例如聚苯乙烯等)、丙烯酸系樹脂(例如(甲基)丙烯酸酯系樹脂等)、乙烯酯樹脂(但，屬於(甲基)丙烯酸酯系樹脂者除外)、聚酯樹脂(但，屬於乙烯酯樹脂者除外)、聚醯胺樹脂、氟樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚縮醛樹脂等。
上述彈性體或生橡膠係可舉例如：二烯系彈性體(例如1,2-聚丁二烯等)、烯烴系彈性體(例如由乙烯-丙烯橡膠與聚丙烯樹脂進行動態交聯物等)、胺基甲酸酯系彈性體、胺基甲酸酯系橡膠(例如胺基甲酸酯橡膠等)、苯乙烯系彈性體(例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚合體(以下稱「SBS」)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚合體的氫化物(以下稱「SEBS」)等)、共軛二烯系橡膠(例如高順丁二烯橡膠、低順丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、苯乙烯-異戊二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、氯丁二烯橡膠等)、乙烯-α-烯烴橡膠(例如乙烯-丙烯橡膠、乙烯-丙烯-非共軛二烯橡膠等)、丁基橡膠、其他的橡膠(例如聚矽氧橡膠、氟橡膠、丁腈橡膠、氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠、多硫化橡膠等)等。
上述硬化樹脂係可舉例如：熱硬化樹脂、光硬化樹脂等，該等的具體例係可舉例如：胺基甲酸酯樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚胺基甲酸酯-脲樹脂、脲樹脂、矽樹脂、酚樹脂等。
該等有機材料係可僅使用一種，亦可併用2種以上。
再者，該等有機材料亦可依具有適當官能基的方式進行改質。此處的適當官能基係有如：具有酸酐構造的基、羧基基、羥基、環氧基、胺基等。
該等有機材料最好係其中一部分或全部進行交聯者。藉由含有非水溶性構件經交聯的有機材料，便可對非水溶性構件賦予適度的彈性回復力，在施行化學機械研磨時，便可抑制因對化學機械研磨墊10施加偏移應力而造成位移的情況。此外，當施行化學機械研磨步驟及磨削(與化學機械研磨交互或同時進行的化學機械研磨墊10「明顯」處理)之際，可有效地抑制非水溶性構件被過度拉伸而發生塑性變形並將孔隙埋藏情形，更可有效抑制化學機械研磨墊10表面遭過度磨裡(fluffing)等情形發生。所以，可獲得在磨削時亦能效率佳地形成孔隙，並可防止研磨時的化學機械研磨用水系分散體保持性降低，且磨裡情形較少，長期間能保持研磨平坦性的化學機械研磨墊10。
上述經交聯的有機材料較佳係含有從經交聯熱可塑性樹脂及經交聯彈性體或經交聯橡膠(此處所謂「經交聯橡膠」係指上述「生橡膠」的交聯物)中選擇至少一種，更佳係含有從經交聯二烯系彈性體、經交聯苯乙烯系彈性體及經交聯胺基甲酸酯系彈性體及經交聯共軛二烯系橡膠中選擇至少一種，特佳係含有從經交聯1，2-聚丁二烯、經交聯SBS、經交聯SEBS、經交聯聚胺基甲酸酯、經交聯苯乙烯丁二烯橡膠、經交聯苯乙烯-異戊二烯橡膠、及經交聯丙烯腈-丁二烯橡膠中選擇至少一種，最佳係含有從經交聯1,2-聚丁二烯、經交聯SBS、經交聯SEBS、及經交聯聚胺基甲酸酯中選擇至少一種。
當屬於有機材料其中一部分係經交聯，而其餘部分則為非交聯的情況，該非交聯有機材料較佳為含有從非交聯熱可塑性樹脂及非交聯彈性體或生橡膠中選擇至少一種，更佳為含有從非交聯烯烴系樹脂、非交聯苯乙烯系樹脂、非交聯二烯系彈性體、非交聯苯乙烯系彈性體、非交聯胺基甲酸酯系彈性體、非交聯共軛二烯系橡膠、及非交聯丁基橡膠中選擇至少一種，特佳為含有從非交聯聚苯乙烯、非交聯1,2-聚丁二烯、非交聯SBS、非交聯SEBS、非交聯聚胺基甲酸酯、非交聯苯乙烯-丁二烯橡膠、非交聯苯乙烯-異戊二烯橡膠、及非交聯丙烯腈-丁二烯橡膠中選擇至少一種，最佳為含有從非交聯聚苯乙烯、非交聯1,2-聚丁二烯、非交聯SBS、非交聯聚胺基甲酸酯、及非交聯SEBS中選擇至少一種。
當有機材料其中一部分係經交聯，而其餘部分則為非交聯的情況，非水溶性構件中所佔的經交聯有機材料比例，較佳30質量%以上、更佳50質量%以上、特佳70質量%以上。
當有機材料係其中一部分或全部屬於經交聯時，交聯的方法並無特別的限制，可利用例如化學交聯法、放射線交聯法、光交聯法等方法實施。上述化學交聯法中，交聯劑係可使用例如有機過氧化物、硫、硫化合物等實施。上述放射線交聯法係可利用例如電子束照射等方法實施。上述光交聯法係可利用例如紫外線照射等方法實施。
該等之中，較佳為利用化學交聯法實施，就從處置性佳、及化學機械研磨步驟中對被研磨物無污染性的觀點，更佳為使用有機過氧化物。有機過氧化物係可舉例如：過氧化二異丙苯基、過氧化二乙基、過氧化二第三丁基、過氧化二乙醯、過氧化雙乙醯基(diacyl peroxide)等。
交聯係依化學交聯法實施的情況，交聯劑的使用量係相對於供應給交聯反應的非水溶性構件總量100質量份，較佳0.01~3質量份。藉由設定為該範圍內的使用量，便可獲得經抑制在化學機械研磨步驟中發生刮傷情形的化學機械研磨墊10。
另外，交聯係可針對構成非水溶性構件的材料全部進行統括性實施，亦可針對非水溶性構件的材料其中一部份施行交聯後，再與其餘進行混合。此外，亦可將分別施行交聯過的數種交聯物進行混合。
再者，當交聯係利用化學交聯法實施的情況，藉由調整交聯劑使用量與交聯條件，或者當交聯係利用放射線交聯法實施的情況，則藉由調整放射線的照射量，便可利用一次的交聯操作，便能輕易地獲得其中一部分交聯而其餘部分則非交聯的有機材料混合物。
(A)非水溶性構件係為能對與後述(B)水溶性粒子間的親和性、及在非水溶性構件中的(B)水溶性粒子分散性進行控制，可含有適當的相溶化劑。其中，相溶化劑係可舉例如：非離子系界面活性劑、偶合劑等。
(B)水溶性粒子
(B)水溶性粒子係除在化學機械研磨墊10中，藉由與化學機械水系分散體相接觸，而脫離於非水溶性構件，便在非水溶性構件中形成孔隙之外，尚具有增加化學機械研磨墊10的研磨基體擠入硬度之效果，俾實現相關上述研磨基體的蕭氏D硬度。
上述脫離係利用與化學機械研磨用水系分散體中所含有的水、或水系混合介質進行接觸，而溶解、膨潤等方式發生。
(B)水溶性粒子係為確保上述化學機械研磨墊10的研磨層11擠入硬度，較佳為實心體。所以，該水溶性粒子特佳為在化學機械研磨墊10中能確保充分擠入硬度的實心體。
(B)構成水溶性粒子的材料並無特別的限制，可舉例如有機水溶性粒子及無機水溶性粒子。上述有機水溶性粒子係可舉例如：醣類(多醣類(例如澱粉、糊精、環糊精等)、乳糖、甘露醇等)、纖維素類(羥丙基纖維素、甲基纖維素等)、蛋白質、聚乙烯醇、聚乙烯基。比咯啶酮、聚丙烯酸、聚環氧乙烷、水溶性感光性樹脂、磺化聚異戊二烯、磺化聚異戊二烯共聚合體等。上述無機水溶性粒子係可舉例如：醋酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氯化鉀、溴化鉀、磷酸鉀、硝酸鎂等。該等之中，較佳為有機水溶性粒子、更佳為多醣類、特佳為環糊精、最佳為β-環糊精。
該等水溶性粒子係就上述各素材可單獨使用或組合使用2種以上。此外，亦可為由既定材料構成的1種水溶性粒子，亦可為由不同材料構成的2種以上水溶性粒子。
(B)水溶性粒子的平均粒徑較佳0.1~500μm、更佳0.5~100μm。藉由設定為該範圍內粒徑的(B)水溶性粒子，便可將因(B)水溶性粒子的脫離所發生的孔隙大小控制於適當範圍內，藉此便可獲得施行化學機械研磨步驟時的化學機械研磨用水系分散體保持能力及研磨速度均優越，且機械強度優越的化學機械研磨墊10。
(B)水溶性粒子的含有量，係相對於(A)非水溶性構件與(B)水溶性粒子的合計，較佳10~90體積%、更佳15~60體積%、特佳20~40體積%。藉由將(B)水溶性粒子含有量設定在該範圍內，便可獲得機械強度與研磨速度呈均衡的優越化學機械研磨墊10。
上述(B)水溶性粒子最好係在化學機械研磨墊10內，僅當與化學機械研磨用水系分散體相接觸的表層露出時，才會溶解於水或膨潤並脫離，而研磨層11內部則不會吸濕。所以，(B)水溶性粒子亦可在最外部至少其中一部分具有抑制吸濕的外殼。該外殼係可物理性吸附於水溶性粒子，亦可與水溶性粒子形成化學性結合，更可利用該二種方式附著於水溶性粒子上。形成此種外殼的材料係可舉例如：環氧樹脂、聚醯亞胺、聚醯胺、聚矽酸酯等。
(II)由非水溶性構件、與分散於該非水溶性構件中的空孔所構成素材
當研磨層11係由非水溶性構件、與分散於該非水溶性構件中的空孔所構成時，便可舉例如：聚胺基甲酸酯、三聚氰胺樹脂、聚酯、聚碸、聚醋酸乙烯酯等發泡體。
如上述分散於非水溶性構件中的空孔平均口徑，較佳0.1μm~500μm、更佳0.5~100μm。
研磨層11的形狀並無特別的限制，可例如圓盤狀、多角柱狀等，可配合安裝化學機械研磨墊10使用的研磨裝置而適當選擇。
獲得化學機械研磨墊用組成物的方法並無特別的限制。例如將既定有機材料等必要材料利用混練機等進行混練便可獲得。混練機係可使用從習知便屬公知物。例如：滾筒機、捏合機、班布瑞混合機、擠出機(單螺桿、多螺桿)等混練機。
供獲得含有水溶性粒子之研磨墊10用的含有水溶性粒子之研磨墊用組成物，係例如將非水溶性基質、水溶性粒子、及其他添加劑等進行混練便可獲得。但，通常為能在混練時能輕易地施行加工，故施行加熱再進行混練，最好在此時的溫度下，水溶性粒子呈固體。藉由屬於固體，便可無關與非水溶性基質間的相溶性大小，均可使水溶性粒子依上述較佳平均粒徑進行分散。所以，最好依照所使用非水溶性基質的加工溫度，而選擇水溶性粒子種類。
1.3.支撐層
支撐層12係在化學機械研磨墊10中，為將研磨層11支撐於研磨裝置平台13上而使用。支撐層12係可由接著層構成，亦可為上下面具有接著層的緩衝層。
接著層係可例如由黏合片構成。黏合片的厚度較佳為50μm~250μm。藉由具有50μm以上的厚度，便可充分緩和來自研磨層11研磨面側的壓力，且藉由具有250μm以下的厚度，便可提供凹凸不會對研磨性能造成影響之程度的均勻厚度化學機械研磨墊10。
黏合片的材質係在能將研磨層11固定於研磨機平台上的前提下，其餘並無特別的限制，較佳為彈性模數較低於研磨層11的丙烯酸系、橡膠系，更具體係較佳為丙烯酸系。
黏合片的接著強度係在能將化學機械研磨用墊固定於研磨機平台上的前提下，其餘並無特別的限制，當根據JIS Z0237規格測定黏合片的接著強度時，接著強度係3N/25mm以上、較佳4N/CM以上、更佳10N/25mm以上。
緩衝層係在由硬度較低於研磨層11的材質構成之前提下，就材質並無特別的限制，可為多孔質體(發泡體)，亦可為非多孔質體，可為由例如發泡聚胺基甲酸酯等構成。緩衝層的厚度較佳係例如0.1mm~5.0mm、更佳0.5mm~2.0mm。
2.實施例及比較例
製造本實施形態實施例的化學機械研磨墊及比較例之化學機械研磨墊，並實施化學機械研磨。經研磨後，測定化學機械研磨墊的刮傷數。
2.1.化學機械研磨墊之製造(實施例1~14、比較例4,5)
將1,2-聚丁二烯(JSR(股)製、商品名「JSR RB830」)72.8質量份、及β-環糊精(橫濱國際生化研究所(股)製、商品名「Dexy Pearl β-100」、平均粒徑20μm)27.2質量份，利用經調溫為160℃的擠壓機(ruder)施行2分鐘混練。接著，添加「D40」(商品名、日本油脂(股)製。含有二異丙苯基過氧化物40質量%)0.55質量份(經換算為1,2-聚丁二烯每100質量份的二異丙苯基過氧化物量，相當於0.30質量份)，更在120℃下依60pm施行2分鐘混練，獲得化學機械研磨墊用組成物的顆粒。將該顆粒1500克利用具有2.5mm間隙的模具，施行170℃、18分鐘加熱而進行成形，獲得直徑762mm、厚度2.5mm的圓形平板。將其使用市售溝槽加工機，形成圖7或圖8所示形狀溝槽、及圖2~6中任一圖所示形狀的傾斜面，便獲得實施例1~14及比較例4、5的研磨層。
相關各研磨層的溝寬g、溝槽深度a、間距(d+g)、溝槽與傾斜面的距離e、以及傾斜面的角度θ，如表1所示。另外，任一實施例的環狀溝槽之溝槽數均為147條，且最小圓形直徑係設為10mm。輻射狀溝槽數係如圖8所示，合計設為32條。
再者，在無設溝槽之一側，貼附著與研磨層外形相同形狀(圓形)的接著層[積水化學工業公司製雙面膠帶、商品名#5673JX(接著強度：10N/25mm)]。
2. 2. 化學機械研磨墊之製造(實施例15)
在空氣環境下，於具有攪拌機的2L四口分離式燒瓶中，投入：聚丁二醇(Mn=1000、保土谷化學工業(股)製、商品名「PTMG-1000SN」)50.2重量份、及末端經羥基化的聚丁二烯(Mn=1500、日本曹達(股)製、商品名「NISSO PB G-1000」)15.6重量，並調溫為60℃且進行攪拌。
接著，在上述燒瓶中，添加經依80℃油浴溶解的4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(NIPPON POLYURETHANE工業(股)製、商品名「MILLIONATE MT」)28.8重量份，並施行10分鐘攪拌、混合後，再添加1,4-丁二醇(三菱化學(股)製、商品名「14BG」)5.5重量份，並施行攪拌、混合。
其次，將所獲得混合物擴展於經表面加工過的SUS製大桶中，經依110℃施行1小時、更依80℃施行16小時退火，獲得聚胺基甲酸酯。
接著，將該聚胺基甲酸酯72.8質量份、及β-環糊精(橫濱國際生化研究所(股)製、商品名「Dexy Pearl β-100」、平均粒徑20μm)27.2質量份，利用經調溫為160℃的擠壓機施行2分鐘混練。接著，添加「D40」(商品名、日本油脂(股)製。含有二異丙苯基過氧化物40質量%)2.8質量份(經換算為聚胺基甲酸酯每100質量份的二異丙苯基過氧化物量，相當於1.5質量份。)，更在120℃下依60pm施行2分鐘混練，獲得化學機械研磨墊用組成物的顆粒。使用該顆粒，依照如同「2.1.化學機械研磨墊之製造(實施例1~14、比較例4、5)」所記載的製造方法，獲得化學機械研磨墊。
2.3.化學機械研磨墊之製造(比較例1、2)
除未形成傾斜面之外，其餘均依照如同「2.1.化學機械研磨墊之製造(實施例1~14、比較例4、5)」所記載的製造方法，獲得化學機械研磨墊。
2.4.化學機械研磨墊之製造(比較例3)
除未形成傾斜面之外，其餘均依照如同「2.2.化學機械研磨墊之製造(實施例15)」所記載的製造方法，獲得化學機械研磨墊。
2.5.化學機械研磨步驟
將在2.1.至2.4.中任一者所製得化學機械研摩墊，安裝於化學機械研磨裝置「Reflexion-LK」(Applied Materials公司製)的平台上，並對P-TEOS整面晶圓施行化學機械研磨。此外，化學機械研磨係持續至墊周端部從研磨平台上剝落為止，並測定從開始使用起至發生剝落為止的時間。化學機械研磨的條件係如下：
化學機械研磨用水系分散體：JSR股份有限公司製二氧化矽磨粒含有研磨漿、CMS-1101。
水系分散體供應量：300mL/分
平台旋轉數：63rpm
研磨頭旋轉數：60rpm
研磨頭按押壓
晶圓研磨定位環壓：8psi
薄膜壓：4.0psi
研磨時間：60秒
研磨片數：72片/177片
2.6.評估
利用化學機械研磨墊對72片及177片晶圓施行研磨後，測定被研磨面的刮傷數。測定結果係如表1所示。
表1中，實施例9的角度θ係對應於角度θ1 ，角度θ2 係設為115°。此外，實施例10的角度θ係未滿180°。
如表1所示，利用實施例1~15的化學機械研磨墊對72片晶圓施行研磨後，被研磨面的刮傷數約200~約450，而利用未形成傾斜面的比較例1~3之化學機械研磨墊，施行研磨的被研磨面刮傷數係達500以上。相關對177片晶圓施行研磨後的刮傷數，亦是依照傾斜面的有無而使刮傷數出現最大約430的差異。此外，利用雖設有傾斜面，但卻具有溝槽深度a較大於傾斜面高度b之形狀的化學機械研磨墊，而施行研磨之比較例4、5，雖可抑制72片晶圓研磨後的刮傷數，但177片晶圓研磨後，刮傷數卻明顯多於實施例1~15。
再者，當角度θ在125°以下時，比率e/d在0.3~2範圍內的實施例1~8、12、15之刮傷數，明顯較少於比率e/d逾越0.3~2範圍外的實施例11、13、14之刮傷數。
所以，由上述實施例及比較例中確認到，藉由化學機械研磨墊係具有上述傾斜面，且溝槽深度a係設定在傾斜面高度b以下，便可大幅減少刮傷發生，並可長期間維持此項效果。
特別係確認到藉由比率e/d在0.3~2範圍內，且角度θ為125°以下、並僅具有環狀溝槽(參照圖7)的化學機械研磨墊，施行研磨過的被研磨面刮傷數，可更有效地被抑制。
本發明實施形態的說明係如上述。本發明係涵蓋與依實施形態所說明構成具實質相同的構成(例如機能、方法及結果屬相同的構成、或者目的及結果相同的構成)。此外，本發明係涵蓋經取代實施形態所說明構成中非本質部分的構成。另外，本發明係涵蓋能達與實施形態所說明構成具相同作用效果的構成、或達同一目的之構成。此外，本發明係涵蓋在實施形態所說明的構成中，附加公知技術的構成。
10．．．化學機械研磨墊
11、111、211、311、411、511、611．．．研磨層
12．．．支撐層
13．．．研磨裝置平台
15、315、415．．．傾斜面
16、517、518、617．．．溝槽
20．．．研磨面
22．．．非研磨面
24、124、324、424．．．側面
26．．．外緣
115．．．第1面
116．．．第2面
117．．．第3面
118．．．第4面
119．．．底面
316．．．第1傾斜面
317．．．第2傾斜面
416．．．溝槽深度1/2位置
圖1為本實施形態的化學機械研磨墊剖面圖。
圖2為圖1中的區域II放大圖，研磨層的詳細形狀剖面圖。
圖3為第1變化例的研磨層詳細形狀剖面圖。
圖4為第2變化例的研磨層詳細形狀剖面圖。
圖5為第3變化例的研磨層詳細形狀剖面圖。
圖6為第4變化例的研磨層詳細形狀剖面圖。
圖7為本實施形態的研磨層11上面的圖。
圖8為第5變化例的研磨層11上面的圖。
圖9為第6變化例的研磨層11上面的圖。
10．．．化學機械研磨墊
11．．．研磨層
12．．．支撐層
13．．．研磨裝置平台
15．．．傾斜面
20．．．研磨面
22．．．非研磨面

Claims (5)

  1. 一種化學機械研磨墊，係化學機械研磨所使用的化學機械研磨墊，包括有：研磨面；非研磨面，其係位於上述研磨面的背後側；側面，其係將上述研磨面外緣與上述非研磨面外緣相連接；以及複數溝槽，其係設於上述研磨面側；其中，上述側面係具有連接於上述研磨面的傾斜面；上述溝槽的深度係上述傾斜面的高度以下；上述研磨面係圓形狀；該化學機械研磨墊係在上述研磨面側更進一步含有複數環狀溝槽；上述研磨面與上述複數環狀溝槽係同心圓狀；最靠近上述外緣的上述溝槽與上述外緣間之距離e，相對於相鄰溝槽間隔d的比率e/d係在0.3~2之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨墊，其中，上述化學機械研磨墊的內部中，上述研磨面與上述傾斜面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)係大於90°、小於180°的角度θ。
  3. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨墊，其中，上述 傾斜面係由與上述研磨面的夾角角度不同之第1傾斜面與第2傾斜面構成；上述第1傾斜面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)大於90°、小於180°之角度θ1 ，連接於上述研磨面及上述第2傾斜面；上述第2傾斜面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述第1傾斜面間的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)大於90°、小於180°的角度θ2 ，連接於上述第1傾斜面。
  4. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨墊，其中，上述側面係從上述外緣側起依序設有第1面、第2面、第3面及第4面；上述第1面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)大於90°、小於180°的角度θ3 ，連接於上述研磨面及上述第2面；上述第2面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述研磨面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)小於上述角度θ3 的角度θ4 ，連接於上述第1面及上述第3面；上述第3面係依平行於上述研磨面的角度，連接於上述第2面及上述第4面；上述第4面係在該化學機械研磨墊內部，依與上述第3面的夾角(該角係上述非研磨面的對向角)小於上述角度θ3 的角度θ5 ，連接於上述第3面及上述非研磨面。
  5. 如申請專利範圍第1項之化學機械研磨墊，其中，上述傾斜面係依包圍上述研磨面外緣整體的方式而設計。
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