TWI480942B - Polishing pad - Google Patents

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TWI480942B
TWI480942B TW101131547A TW101131547A TWI480942B TW I480942 B TWI480942 B TW I480942B TW 101131547 A TW101131547 A TW 101131547A TW 101131547 A TW101131547 A TW 101131547A TW I480942 B TWI480942 B TW I480942B
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Tsuyoshi Kimura
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Description

研磨墊 發明領域
本發明係有關於一種藉由化學機械研磨(CMP；Chemical Mechanical Polishing)將半導體晶圓等被研磨物表面的凹凸平坦化時所使用之研磨墊，詳言之，係有關於一種具有用以藉由光學手段偵測研磨狀況等之窗戶(光透射區域)之研磨墊、及使用該研磨墊之半導體元件之製造方法。
 發明背景
在製造半導體裝置時，係進行在半導體晶圓(以下，亦稱為晶圓)表面形成導電性膜，藉由光微影術、蝕刻等來形成配線層之步驟、在配線層之上形成層間絶緣膜之步驟等，藉由該等步驟在晶圓表面產生由金屬等的導電體、絶緣體所構成之凹凸。近年來，以半導體積體電路的高密度化作為目的之配線的微細化和多層配線化係進展中，但是伴隨著此情形，將晶圓表面的凹凸平坦化之技術係變為重要。
作為將晶圓表面的凹凸平坦化之方法，通常係採用CMP法。CMP係在研磨墊的研磨面將晶圓的被研磨面壓住之狀態下，使用分散有砥粒之漿體狀的研磨劑(以下，稱為漿體)進行研磨之技術。
在CMP通常所使用之研磨裝置係例如圖1所表 示，具備：研磨轉盤2，其係支撐研磨墊1；支撐台(研磨頭)5，其係支撐被研磨物(晶圓等)4；背襯材，其係用以進行晶圓的均勻加壓；及研磨劑3的供給機構。研磨墊1係例如藉由使用雙面膠帶黏貼，而被安裝在研磨轉盤2。研磨轉盤2及支撐台5係以被各自支撐的研磨墊1及被研磨物4為相向的方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。又，支撐台5側係設置有用以在研磨墊1將被研磨物4壓住之加壓機構。
在進行此種CMP上，有晶圓表面平坦度的判定之問題。亦即，必須偵測到達希望的表面特性和平面狀態之時點。先前，關於氧化膜的膜厚、研磨速度等，係定期地處理測試晶圓且確認結果之後，將成為製品的晶圓進行研磨處理。
但是，該方法時，處理測試晶圓的時間和成本係浪費的，又，預先完全未被施行加工的測試晶圓與製品晶圓，由於CMP特有的負載效應(loading effect)，研磨結果係不同，未實際將製品晶圓進行加工看看，係難以正確地預測加工結果。
因此，最近為了消除上述的問題點，在CMP製程時，此時係期待能夠檢測可得到希望的表面特性和厚度的時點之方法。針對此種偵測，係使用各式各樣的方法，就測定精確度和在非接觸測定之空間分解能力而言，光學偵測手段正逐漸成為主流。
所謂光學偵測手段，具體上係使光射束通過窗戶(光透射區域)且越過研磨墊而照射晶圓，而且藉由監視其反 射所產生的干涉信號，來偵測研磨終點之方法。
此種方法係藉由監視晶圓之表面層的厚度變化，而得知表面凹凸的近似深度來決定終點。在此種厚度變化為凹凸深度相等之時點，使CMP製程結束。又，針對藉由此種光學手段之研磨的終點偵測法及被使用在其方法之研磨墊，有提案揭示各式各樣者。
另一方面，亦有揭示用以使漿體不會從研磨區域與光透射區域的境界(接縫)泄漏出之提案(專利文獻1、2)。
又，為了防止漿體泄漏，有揭示一種在上層墊與下層墊之間，配置在上下面塗布有接著劑之透明薄膜之方法(專利文獻3)。但是，在光透射區域與透明薄膜之間有接著層時，因為光透射率係低落，亦有光學偵測精確度低落之可能性。
又，為了防止漿體泄漏，有揭示一種研磨墊，其係將研磨層及多孔性子墊層積層，且在研磨層及多孔性子墊層的內部開口內設置有光透射性窗，並且使前述多孔性子墊層及光透射性窗的下面接著感壓接著劑層而成(專利文獻4)。但是，在光透射性窗的下面有感壓接著劑層時，會產生與前述同樣的問題。
而且，為了防止漿體泄漏且使光學偵測精確度提升，有揭示一種長條研磨墊，其係在光透射區域與透明支撐薄膜之間設置有空間部(專利文獻5)。但是，在光透射區域的下面有透明支撐薄膜時，會產生與前述同樣的問題。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2001-291686號公報
專利文獻2：日本專利特表2003-510826號公報
專利文獻3：日本專利特開2003-68686號公報
專利文獻4：日本專利特開2010-99828號公報
專利文獻5：日本專利特開2008-101089號公報
 發明概要
本發明之目的係提供一種能夠防止漿體泄漏且光學偵測精確度優良之研磨墊。
本發明者重複專心研討的結果，發現藉由以下所表示之研磨墊，能夠達成上述目的，而完成了本發明。
亦即本發明係有關於一種研磨墊，其係將研磨區域、緩衝層及支撐薄膜依照該順序積層而成，其特徵在於：在將研磨區域及緩衝層貫穿之開口部內且支撐薄膜上設置有光透射區域，前述光透射區域係在研磨轉盤側的表面具有周圍部及凹坑部，而且前述周圍部係積層有支撐薄膜，在前述凹坑部係未積層支撐薄膜而開口著。
以在前述凹坑部的側面設置被覆構件為佳。又，前述被覆構件係以藉由將在周圍部所積層之支撐薄膜的端部折彎來形成為佳。藉此，能夠確實地防止漿體泄漏。
又，本發明係有關於一種包含使用前述研磨墊而 研磨半導體晶圓表面之步驟之半導體元件的製造方法。
因為本發明的研磨墊係具有設置在光透射區域的研磨轉盤側表面之周圍部、及在緩衝層的研磨轉盤側表面積層支撐薄膜而成之結構，所以即便漿體從研磨區域與光透射區域的境界、及緩衝層與光透射區域的境界泄漏時，亦能夠藉由支撐薄膜來防止漿體泄漏。又，因為光透射區域的研磨轉盤側表面係設置有凹坑部，且該凹坑部係不積層接著劑層及薄膜等的構件而開口著，能夠防止光透射率的低落，而且能夠藉此使光學偵測精確度提升。而且，能夠使光學偵測裝置從研磨轉盤的表面突出而靠近光透射區域的凹坑部內。藉此，因為能夠使被研磨物(晶圓)與光學偵測裝置距離縮短，所以能夠使光學偵測精確度進一步提升。
圖式簡單說明
圖1係顯示在CMP研磨所使用之研磨裝置的一個例子之概略構成圖。
圖2係顯示本發明之研磨墊的構造的一個例子之概略剖面圖。
圖3係本發明之研磨墊的構造之另外的一個例子之概略剖面圖。
 用以實施發明之形態
圖2係顯示本發明之研磨墊的構造的一個例子之 概略剖面圖。如圖2所顯示，本發明的研磨墊1係將研磨區域8、緩衝層11、及支撐薄膜12依照該順序積層，並且在將研磨區域8及緩衝層11貫穿之開口部10內且支撐薄膜12上設置光透射區域9。光透射區域9係在研磨轉盤側的表面具有周圍部13及凹坑部14，且周圍部13係積層支撐薄膜12，在凹坑部14係不積層支撐薄膜12而開口著。
光透射區域9的形成材料係沒有特別限制，但是以使用在進行研磨的狀態下能夠進行高精確度的光學終點偵測，且光透射率在波長400~700nm的全範圍為20%以上之材料為佳。更佳是光透射率為50%以上的材料。作為此種材料，可舉出例如聚胺甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、環氧樹脂、及丙烯酸樹脂等的熱硬化性樹脂；聚胺甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、纖維素系樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、鹵素系樹脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)等)、聚苯乙烯、及烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)等的熱可塑性樹脂；丁二烯橡膠和異戊二烯橡膠等的橡膠；使用紫外線和電子射線等的光線進行硬化之光硬化性樹脂；及感光性樹脂等。該等的樹脂係可以單獨使用，亦可以併用2種以上。
在光透射區域9所使用的材料，較佳是磨削性係與在研磨區域8所使用的材料相同、或較大者。所謂磨削性，係指在研磨中因被研磨物或修整(dressing)而被削去之程度。如上述的情形，光透射區域9不可從研磨區域8的表 面突出，能夠防止對被研磨物擦傷或在研磨中的解夾盤(dechuck)錯誤。
又，以使用在形成研磨區域8所使用的材料、或與研磨區域8的物性類似之材料為佳。因為能夠抑制研磨中的修整(dressing)痕跡引起光透射區域9的光散射，以耐磨耗性高的聚胺甲酸酯樹脂為特佳。
前述聚胺甲酸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)、及鏈延長劑所構成者。
作為異氰酸酯成分，可舉出2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、1,5-萘二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、間苯二異氰酸酯、對苯二甲基二異氰酸酯、間苯二甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、1,4-環己烷二異氰酸酯、4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯等。該等係可以單獨使用，亦可以併用2種以上。
作為高分子量多元醇，可舉出以聚四亞甲基醚二醇為代表之聚醚多元醇；以聚己二酸丁二酯(polybutylene adipate)為代表之聚酯多元醇；聚己內酯多元醇；以如聚己內酯的聚酯二醇與碳酸伸烷酯的反應物等例示之聚酯聚碳酸酯多元醇；使碳酸乙烯酯與多二醇反應，其次使所得到的反應混合物與有機二羧酸反應而成之聚酯聚碳酸酯多元醇；以及藉由多羥基化合物與碳酸芳酯的酯交換反應而得 到的聚碳酸酯多元醇等。該等係可以單獨使用，亦可以併用2種以上。
又，作為多元醇，係除了上述的高分子量多元醇以外，亦可以併用乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丙二醇、1,6-丁二醇、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-羥基乙氧基)苯等的低分子量多元醇。
鏈延長劑，能夠舉出乙二醇、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-羥基乙氧基)苯等的低分子量多元醇類；或2,4-甲苯二胺、2,6-甲苯二胺、3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4’-二-第二丁基-胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基二苯基甲烷、3,3’-二氯-4,4’-二胺基二苯基甲烷、2,2’,3,3’-四氯-4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、3,3’-二乙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-亞甲基-雙-鄰胺苯甲酸甲酯、4,4’-亞甲基-雙-鄰胺苯甲酸、4,4’-二胺基二苯基碸、N,N’-二-第二丁基-對苯二胺、4,4’-亞甲基雙(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、4,4’-亞甲基雙(鄰氯苯胺)、3,3’-二氯-4,4’-二胺基-5,5’-二乙基二苯基甲烷、1,2-雙(2-胺基苯硫基)乙烷、三亞甲基二醇-二對胺基苯甲酸酯、3,5-雙(甲硫基)-2,4-甲苯二胺等所例示之多元胺類。該等係可以使用1種，且混合2種以上亦無妨。但是，針對多元胺類，因為多半其本身係著色、或是使用該等而成之樹脂係著色，以在不損害物性 和光透射性的程度進行配合為佳。又，使用具有芳香族碳化氫基之化合物時，因為在短波長側之光透射率有低落的傾向，以不使用此種化合物為特佳。又，鹵素基或硫基等的電子供給性基或電子吸引性基係鍵結在芳香環等之化合物，因為光透射率有低落的傾向，以不使用此種化合物為特佳。但是，亦可以在不損害短波長側被要求的光透射性之程度進行配合。
在前述聚胺甲酸酯樹脂之異氰酸酯成分、多元醇成分、及鏈延長劑之比，係能夠依照各自的分子量和由該等所製造之光透射區域所需要物性等而適當地變更。相對於多元醇與鏈延長劑的合計官能基(水酸基+胺基)數，有機異氰酸酯的異氰酸酯基數係以0.95~1.15為佳，更佳是0.99~1.10。前述聚胺甲酸酯樹脂係能夠應用熔融法、溶液法等眾所周知的胺甲酸酯化技術而製造，考慮成本、作業環境等的情況，係以使用熔融法來製造為佳。
作為前述聚胺甲酸酯樹脂的聚合程序，係預聚合物法、單發(one-shot)法的任一者均可以，從研磨時之聚胺甲酸酯樹脂的安定性及透明性之觀點，以事先由有機異氰酸酯及多元醇合成異氰酸酯末端預聚合物，並使它與鏈延長劑反應之預聚合物法為佳。又，前述預聚合物的NCO重量%係以2~8重量%左右為佳，更佳是3~7重量%左右。NCO重量%為小於2重量%時，在反應硬化需要太多時間致使生產性有低落之傾向，另一方面，NCO重量%為大於8重量%時，反應速度變為太快而產生空氣捲入等，致使聚胺甲酸 酯樹脂的透明性和光透射率等的物理特性變差異之傾向。又，光透射區域有氣泡的情況，光的散射引起反射光的衰減變大，致使研磨終點檢測精確度和膜厚測定精確度有低落之傾向。因此，為了將此種氣泡除去而使光透射區域成為無發泡體，以在混合前述材料之前，藉由減壓至10Torr以下，使在材料中所含有的氣體充分地除去為佳。又，在混合後的攪拌步驟，為了不使氣泡混入，通常所使用的攪拌葉式混合機時，以使用轉數100rpm以下進行攪拌為佳。又，在攪拌步驟亦是以在減壓下進行為佳。而且，因為自轉公轉式混合機係即便使用高旋轉，氣泡亦不容易混入，所以使用該該混合機來進行攪拌、脫泡亦是較佳方法。
光透射區域9的製造方法係沒有特別限制，能夠使用眾所周知的方法來製造。例如，能夠使用將藉由前述方法所製造之聚胺甲酸酯樹脂的塊狀物使用帶鋸方式或刮刨(shave)方式的切片機而製成預定厚度之方法；使樹脂流入具有預定厚度的模槽之模具且使其硬化之方法；以及使用射出成形法、塗布技術或薄片成形技術之方法等。
光透射區域9係在一面具有周圍部13及凹坑部14。凹坑部14的形成方法係沒有特別限制，例如可舉出將藉由前述方法所製造之光透射區域的表面進行切削而形成之方法；以及藉由射出成形法或澆鑄成形法而直接製造具有凹坑部之光透射區域之方法等。
光透射區域9的形狀、大小係沒有特別限制，以與研磨區域8及緩衝層11的開口部10同樣的形狀、大小為 佳。製造長條狀的研磨墊時，亦可以使用長條狀的光透射區域。
周圍部13及凹坑部14的形狀、大小係能夠考慮光透射區域9的形狀、大小而適當地調整，因為必須藉由周圍部13將光透射區域9固定在支撐薄膜12上，周圍部13的寬度係以1mm以上為佳。
光透射區域9的厚度係沒有特別限制，設置在開口部10內時，以調整成為研磨區域8的表面以下的厚度為佳。光透射區域9係從研磨區域8的表面突出時，在研磨中，突出部分有將晶圓損傷之可能性。另一方面，太薄時，在光透射區域9的上面產生較大的凹部而大量的漿體積存，光學終點偵測精確度有低落之可能性。因此，將光透射區域9設置在開口部10內時，研磨區域8的表面與光透射區域9的表面之高度的差異係以500μm以下為佳。
凹坑部14的深度係沒有特別限制，為了使光透射區域9的壽命與研磨區域8的壽命同等，以緩衝層11的厚度以下為佳。
為了抑制光的漫反射，凹坑部14的表面粗糙度Ra係以10μm以下為佳。
光透射區域9的ASKER-D硬度係以30~60度為佳。藉由該硬度的光透射區域，能夠抑制晶圓表面產生擦傷和光透射區域的變形。又，亦能夠抑制光透射區域表面產生傷痕，藉此，能夠安定地進行高精確度的光學終點偵測。光透射區域的ASKER-D硬度係以30~50度為佳。
亦可以對光透射區域9之研磨面側的表面、及凹坑部14的表面施行預先粗面化處理。藉此，能夠抑制在使用時之光透射區域的光透射率變化，藉由對應初期的光透射率(光反射率)之程式來進行終點偵測時，從研磨墊的使用初期至末期為止，能夠防止伴隨著光透射率的變化而發生終點檢測錯誤生。
作為粗面化之方法，例如可舉出，1)在樹脂薄片的一面進行噴砂處理、壓紋處理(壓花處理)、蝕刻處理、電暈放電處理、或雷射照射處理等之方法，2)使用經壓紋加工之模具而進行射出成形或塑模成形之方法，3)在將樹脂薄片擠出成形時，在一面形成圖案之方法，4)使用預定表面形狀的金屬輥、橡膠輥、或壓花輥而在樹脂薄片的一面形成圖案之方法，以及5)使用砂紙等的研磨材而進行研磨之方法等。
作為研磨區域8的形成材料，係例如可舉出聚胺甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、鹵素系樹脂(聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、聚苯乙烯、烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯等)、環氧樹脂、及感光性樹脂等。該等係可以單獨使用，亦可以併用2種以上。又，研磨區域的形成材料係可以是與光透射區域同組成，亦可以是不同的組成，以使用與在光透射區域所使用之形成材料同種的材料為佳。
因為聚胺甲酸酯樹脂係耐磨耗性優良，且能夠藉由將原料組成進行各種改變而容易地得具有所需要物性之 聚合物，就研磨區域的形成材料而言，乃是特佳的材料。
所使用之異氰酸酯成分，係沒有特別限制，例如，可舉出前述異氰酸酯成分。
所使用之高分子量多元醇係沒有特別限制，例如，可舉出前述高分子量多元醇。又，該等高分子量多元醇的數量平均分子量係沒有特別限定，從得到之聚胺甲酸酯的彈性特性等的觀點，以500~2000為佳。數量平均分子量小於500時，使用它之聚胺甲酸酯係不具有充分的彈性特性且成為較脆的聚合物。因此，由該聚胺甲酸酯所製造的研磨區域係變為太硬，而成為晶圓表面擦傷的原因。又，因為容易磨耗，從墊壽命的觀點亦是不佳。另一方面，數量平均分子量大於2000時，因為使用它之聚胺甲酸酯係變為太柔軟，由該聚胺甲酸酯所製造的研磨區域係平坦化特性有變差之傾向。
又，作為多元醇，係除了高分子量多元醇以外，亦能夠併用前述低分子量多元醇。
作為鏈延長劑，係能夠舉出4,4’-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(MOCA)、2,6-二氯-對苯二胺、4,4’-亞甲基雙(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、三亞甲基二醇-二-對胺基苯甲酸酯、聚氧化四亞甲基-二-對胺基苯甲酸酯、1,2-雙(2-胺基苯硫基乙烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、N,N’-二-第二丁基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基二苯基甲 烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二異丙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’,5,5’-四乙基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’,5,5’-四異丙基二苯基甲烷、間苯二甲基二胺、N,N’-二-第二丁基-對苯二胺、間苯二胺、及對苯二甲基二胺等所例示之多元胺類、或是上述之低分子量多元醇成分。該等係可以使用1種，且混合2種以上亦無妨。
在聚胺甲酸酯樹脂之異氰酸酯成分、多元醇成分、及鏈延長劑之比，係能夠依照各自的分子量、由該等所製造之研磨區域所需要物性等而進行各種改變。為了得到研磨特性優良的研磨區域，相對於多元醇成分與鏈延長劑的合計官能基(水酸基+胺基)數，異氰酸酯成分之異氰酸酯基數係以0.95~1.15為佳，更佳是0.99~1.10。
聚胺甲酸酯樹脂係能夠使用與前述方法同樣的方法來製造。又，亦能夠按照必要而在聚胺甲酸酯樹脂添加氧化防止劑等的安定劑、界面活性劑、滑劑、顏料、實心珠粒、水溶性粒子、乳膠粒子等的填料、抗靜電劑、研磨粒及其他的添加劑。
研磨區域係以微細發泡體為佳。藉由成為微細發泡體，能夠在表面微細孔保持漿體，而能夠使研磨速度增大。
使聚胺甲酸酯樹脂微細發泡之方法係沒有特別限制，例如可舉出添加中空珠粒之方法、使用機械發泡法及化學發泡法等使其發泡之方法等。又，亦可以併用各方 法，以使用聚烷基矽氧烷與聚醚的共聚合物之矽系界面活性劑之機械發泡法為特佳。作為該矽系界面活性劑，可例示SH-192、L-5340(TORAY-DOWCORNING製)等適合的化合物。
以下，說明製造微細氣泡型的聚胺甲酸酯發泡體的方法之例子。此種聚胺甲酸酯發泡體的製造方法係具有以下的步驟。
1)製造異氰酸酯末端預聚合物的氣泡分散液之發泡步驟
在異氰酸酯末端預聚合物(第1成分)添加矽系界面活性劑，且在非反應性氣體的存在下進行攪拌使非反應性氣體以微細氣泡的方式分散而成為氣泡分散液。前述預聚合物在常溫為固體的情況，係預熱至適當的溫度且熔融而使用。
2)硬化劑(鏈延長劑)混合步驟
在上述的氣泡分散液添加鏈延長劑(第2成分)且混合、攪拌而成為發泡反應液。
3)澆鑄步驟
將上述的發泡反應液流入至模具。
4)硬化步驟
將被流入至模具之發泡反應液進行加熱，使其反應硬化。
作為用以形成微細氣泡所使用之非反應性氣體，係以不是可燃性者為佳，具體上可以例示氮、氧、二氧化碳氣體、氦、氬等的稀有氣體、該等的混合氣體，就成本上而言，以使用乾燥而除去水分之空氣為最佳。
作為使非反應性氣體成為微細氣泡狀且使含有矽系界面活性劑的異氰酸酯末端預聚合物分散之攪拌裝置，係沒有特別限定而能夠使用眾所周知的攪拌裝置，具體上可例示均化器、溶解器(dissolver)、雙軸行星式混合機(行星齒輪混合機)等。攪拌裝置之攪拌葉的形狀亦沒有特別限定，因為能夠得到微細氣泡，以使用起泡器型的攪拌葉為佳。
又，在攪拌步驟之製造氣泡分散液之攪拌，與在混合步驟之添加鏈延長劑而進行混合之攪拌，係使用不同的攪拌裝置為較佳態樣。特別是在混合步驟之攪拌係亦可以是不形成氣泡之攪拌，以使用不捲入大氣泡之攪拌裝置為佳。作為此種攪拌裝置，係以行星式混合機為適合。將攪拌步驟與混合步驟的攪拌裝置使用相同的攪拌裝置亦無妨，且按照必要進行調整攪拌葉的旋轉速度等之攪拌條件的調整而使用亦是適合的。
在聚胺甲酸酯發泡體的製造方法，將使發泡反應液流入模且反應至不流動為止之反應後的發泡體進行加熱、後熟化，係具有使發泡體的物理特性提升之效果，乃是非常適合的。亦可以設為使發泡反應液流入模具，立刻放入加熱烘箱中而進行後熟化之條件，在此種條件下，因為熱未立刻被傳達至反應成分，所以氣泡直徑不會變大。硬化反應在常壓進行時，因為氣泡形狀安定，乃是較佳。
在製造聚胺甲酸酯樹脂，使用第3級胺系、有機錫系等的眾所周知之促進聚胺甲酸酯反應之觸媒亦無妨。 觸媒的種類、添加量係考慮混合步驟後，流入預定形狀的模具之流動時間而選擇。
聚胺甲酸酯發泡體的製造，係可以是將各成分計量而投入至容器且攪拌之分批方式，又，亦可以是將各成分及非反應性氣體連續地供給至攪拌裝置而攪拌，且將氣泡分散液送出而製造成形品之連續生產方式。
聚胺甲酸酯發泡體的平均氣泡直徑係以30~80μm為佳，較佳是30~60μm。從該範圍脫離時，有研磨速度低落、或研磨後之被研磨材(晶圓)的平坦性(planarity)低落之傾向。
聚胺甲酸酯發泡體的比重係以0.5~1.3為佳。比重小於0.5時，有研磨區域的表面強度低落且被研磨材的平坦性低落之傾向。又，大於1.3時，雖然研磨區域表面的氣泡數減少且平坦性良好，但是有研磨速度低落之傾向。
聚胺甲酸酯發泡體的硬度係使用ASKER-D硬度計以45~70度為佳。ASKER-D硬度小於45度時，被研磨材的平坦性低落，又，大於70度時，雖然平坦性良好，但是被研磨材的Uniformity(均勻性)有低落(降低)之傾向。
研磨區域8係將如以上進行而製成之聚胺甲酸酯發泡體，裁斷成為預定尺寸而製造。
研磨區域8係在與晶圓接觸之研磨側表面，以設置有用以將漿體保持‧更新之凹凸結構(槽或孔)為佳。研磨區域係由微細發泡體形成時，雖然在研磨表面具有許多開口且具有保持漿體的作用，但是為了進一步之漿體的保持 性及效率地進行漿體更新，而且，為了防止晶圓的吸附所引起之解夾盤錯誤的誘導、晶圓破壞、研磨效率低落，以在研磨側表面具有凹凸結構為佳。凹凸結構係只要是將漿體保持‧更新之表面形狀，沒有特別是限定，例如可舉出XY格子槽、同心圓狀槽、貫穿孔、未貫穿的孔穴、多角柱、圓柱、螺旋狀槽、偏心圓狀槽、放射狀槽、及將該等的槽組合而成者。又，槽間距、槽寬度、槽深度等係沒有特別限制，能夠適當地選擇而形成。而且，該等的凹凸結構係通常為具有規則性者，但是為了使漿體的保持‧更新性合乎需要，亦能夠使每一個某範圍改變槽間距、槽寬度、槽深度。
研磨區域8的厚度係沒有特別限定，通常為0.8~4mm左右，以1.5~2.5mm為佳。作為製造前述厚度的研磨區域之方法，可舉出使用帶鋸方式或刮刨方式的切片機將前述微細發泡體的塊狀物製成預定厚度之方法；使樹脂流入具有預定厚度的模槽且硬化之方法；以及使用塗布技術或薄片成形技術之方法等。
緩衝層11係補充研磨區域的特性者。緩衝層係在CMP，用以使其具有對立關係之平坦性與均勻性的兩者並存所必要者。所謂平坦性，係指研磨具有在形成圖案時所產生的微小凹凸之被研磨物時，圖案部的平坦性。所謂均勻性，係指被研磨物全體的均勻性。依照研磨區域的特性，進行改善平坦性，且依照緩衝層的特性進行改善均勻性。在本發明的研磨墊，緩衝層係以使用比研磨區域更柔軟者為佳。
緩衝層11的形成材料係沒有特別限制，例如可舉出聚酯不織布、耐綸不織布、丙烯酸不織布等的纖維不織布、如浸漬有聚胺甲酸酯之聚酯不織布的樹脂浸漬不織布、聚胺甲酸酯發泡體、聚乙烯發泡體等的高分子樹脂發泡體、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠等的橡膠性樹脂及感光性樹脂等。
支撐薄膜12係在樹脂薄膜的一面或雙面設置有接著層者。作為樹脂薄膜的材料，例如能夠舉聚對酞酸乙二酯等的聚酯；聚乙烯；聚丙烯；聚苯乙烯；聚醯亞胺；聚乙烯醇；聚氯乙烯；聚氟乙烯等的含氟樹脂；耐綸；纖維素；聚碳酸酯等的泛用工程塑膠；聚醚醯亞胺、聚醚醚酮、及聚醚碸等的特殊工程塑膠等。作為接著層的組成，例如可舉出橡膠系接著劑、丙烯酸系接著劑等。該接著層係用以在緩衝層11或研磨轉盤2貼合支撐薄膜12，以及用以在支撐薄膜12貼合光透射區域9的周圍部13而設置。
樹脂薄膜的厚度係沒有特別限制，從強度等的觀點，以20~200μm左右為佳。
本發明的研磨墊1之製造方法係沒有特別限制，能夠考慮各種方法，以下，說明具體例。
情況1
將研磨區域8與緩衝層11貼合，隨後，形成將研磨區域8及緩衝層11貫穿之開口部10。隨後，在緩衝層11的一面貼合支撐薄膜12。然後，在開口部10內嵌入光透射區域9，且在支撐薄膜12貼合光透射區域9周圍部13。而且，將對應光 透射區域9的凹坑部14之部分的支撐薄膜12切除且使凹坑部14開口。
情況2
將研磨區域8與緩衝層11貼合，隨後，形成將研磨區域8及緩衝層11貫穿之開口部10。隨後，在緩衝層11的一面貼合支撐薄膜12。然後，藉由在開口部10內且支撐薄膜12上注入光透射樹脂組成物且使用加熱、光照射或濕氣等使其硬化來形成透射區域9。而且，將對應光透射區域9的凹坑部14之部分的支撐薄膜12切除，且藉由切削等來形成凹坑部14。
如圖3所表示，亦可以在凹坑部14的側面設置被覆構件15。設置被覆構件15的方法係沒有特別限制，例如可舉出貼合樹脂薄片之方法；及在凹坑部的側面塗布樹脂組成物或接著劑且使其硬化之方法等，為了確實地防止漿體泄漏，以及從製造效率的觀點，以將在周圍部13所積層之支撐薄膜12的端部折彎且貼合在凹坑部14的側面之方法為佳。
作為使研磨區域與緩衝層貼合之手段，例如可舉出使用雙面膠帶將研磨區域與緩衝層夾住且加壓之方法。雙面膠帶係在不織布或薄膜等基材的雙面設置有接著層之具有通常的結構者。作為接著層的組成，例如可舉出橡膠系接著劑或丙烯酸系接著劑等。考慮金屬離子的含量時，因為丙烯酸系接著劑係金屬離子含量較少，乃是較佳。又，因為研磨區域與緩衝層係組成為不同者，所以將雙面膠帶 的各接著層之組成設為不同者，亦能夠使各層的接著力適合化。
形成研磨區域及緩衝層開口部之手段，係沒有特別限制，例如可舉出藉由使用切削工具進行加壓或磨削來開口之方法；及利用使用碳酸雷射(carbonic acid laser)等的雷射之方法等。又，開口部的大小和形狀係沒有特別限制。
半導體元件係經過使用前述研磨墊而研磨半導體晶圓的表面之步驟來製造。所謂半導體晶圓，通常係在矽晶圓上積層有配線金屬及氧化膜者。半導體晶圓的研磨方法、研磨裝置係沒有特別限制，例如，如圖1所顯示，使用具備下列之研磨裝置等來進行：研磨轉盤2，其係支撐研磨墊1；支撐台5(研磨頭)，其係支撐半導體晶圓4；背襯材，其係用以對晶圓進行均勻加壓；及研磨劑3的供給機構。研磨墊1係例如藉由使用雙面膠帶黏貼而被安裝在研磨轉盤2。研磨轉盤2及支撐台5係以被各自支撐之研磨墊1及半導體晶圓4為相向的方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。又，支撐台5側係設置有用以將半導體晶圓4往研磨墊1壓住之加壓機構。在研磨時，係邊使研磨轉盤2及支撐台5旋轉、邊將半導體晶圓4往研磨墊1壓住，且邊供給酸性漿體、邊進行研磨。酸性漿體的流量、研磨荷重、研磨轉盤轉數、及晶圓轉數係沒有特別限制，可以適當地進行調整。
藉此，將半導體晶圓4之表面的突出部分除去而研磨成為平坦狀。隨後、藉由切割(dicing)、接合(bonding)、封裝等來製造半導體元件。半導體元件係能夠用於演算處 理裝置和記憶體等。
實施例
以下，舉出實施例來說明本發明，但是本發明係不被該等實施例限定。
[測定、評價方法]
(平均氣泡直徑測定)
將所製造的聚胺甲酸酯發泡體，使用薄切片機盡可能較薄地平行地切取厚度1mm以下者，作為平均氣泡直徑測定用試料。將試料固定在載玻片上且使用SEM(S-3500N、日立SCIENCE SYSTEMS(股))以100倍進行觀察。將所得到的影像使用影像解析軟體(WinRoof、三谷商事(股))而測定任意範圍的總氣泡直徑且算出平均氣泡直徑。
(比重測定)
依據JIS Z8807-1976而進行。將製造的聚胺甲酸酯發泡體切取4cm×8.5cm的薄長方形狀(厚度：任意)者作為比重測定用試料，於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%的環境下靜置16小時。測定係使用比重計(SARTORIUS公司製)來測定比重。
硬度測定)
依據JIS K6253-199而進行。將所製造的聚胺甲酸酯發泡體或光透射區域切取2cm×2cm(厚度：任意)的大小者作為硬度測定用試料，於溫度23℃±2℃、濕度50%±5%的環境靜置16小時。測定時係將試料疊合且成為厚度6mm以上。使用硬度計(高分子計器公司製、ASKER-D型硬度計)來測定硬度。
實施例1
[光透射區域的製造]
使用熱可塑性聚胺甲酸酯A1098A(東洋紡績公司製)，藉由注射成型而製造聚胺甲酸酯薄片(縱59.5mm、横19.5mm、厚度2.0mm、D硬度48度)，然後將聚胺甲酸酯薄片進行切削加工且形成凹坑部(縱54mm、横14mm、深度0.8mm)而製造光透射區域。
[研磨區域的製造]
在反應容器內，將聚醚系預聚合物(UNIROYAL公司製、ADIPRENE L-325、NCO濃度：2.22meq/g)100重量份、及矽系界面活性劑(TORAY-DOWCORNING公司製、SH-192)3重量份混合且將溫度調整為80℃。使用攪拌葉且以轉數900rpm以在反應系內包含氣泡的方式激烈地進行攪拌約4分鐘。在此，添加預先於120℃熔融之4,4’-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(IHARA CHEMICAL公司製、IHARACUAMINE MT)26重量份。隨後，繼續攪拌約1分鐘而將反應溶液流入至盤式(pan type)的敞模。在該反應溶液的流動性消失之時點放入烘箱內，且於110℃進行熟化6小時，來得到聚胺甲酸酯發泡體塊狀物。使用帶鋸式切片機(FECKEN公司製)將該聚胺甲酸酯發泡體塊狀物切片，來得到聚胺甲酸酯發泡體薄片(平均氣泡直徑50μm、比重0.82、D硬度55度)。其次，使用磨光(buff)機(AMITEC公司製)將該薄片表面磨光成為預定厚度，來作為經整修厚度精確度之薄片(薄片厚度：2mm)。將該磨光處理後之薄片沖切成為直徑(61cm)，且使 用槽加工機(東邦鋼機公司製)在表面進行同心圓狀的槽加工。在與該薄片的槽加工面相反側的面使用積層機而貼合雙面膠帶(積水化學工業公司製、DOUBLETACKTAPE)而製成附有雙面膠帶的研磨區域。
[研磨墊的製造]
將由表面施行磨光且經電暈處理之聚乙烯發泡體(TORAY公司製、TORAYPEF、厚度：0.8mm)所構成之緩衝層，使用積層機貼合在所製成之附有雙面膠帶的研磨區域的接著面而製成研磨薄片。其次，在研磨薄片形成60mm×20mm大小的開口部。然後，將在一面具有接著劑層之支撐片(聚對酞酸乙二酯、厚度：50μm)貼合在研磨薄片的緩衝層而得到積層體。隨後，將光透射區域嵌入至該積層體的開口部內，且將光透射區域之背面側的周圍部貼合支撐片。隨後，在光透射區域的背面側的凹坑部所積層的支撐片切除，且將支撐薄膜的端部折彎而貼合在凹坑部的側面而製成圖3記載的結構之研磨墊。該研磨墊係即便將仿真晶圓(dummy wafer)研磨15片亦不產生漿體泄漏。
1‧‧‧研磨墊
2‧‧‧研磨轉盤
3‧‧‧研磨劑(漿體)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支撐台(研磨頭)
6、7‧‧‧旋轉軸
8‧‧‧研磨區域
9‧‧‧光透射區域
10‧‧‧開口部
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧支撐片
13‧‧‧周圍部
14‧‧‧凹坑部
15‧‧‧被覆構件
圖1係顯示在CMP研磨所使用之研磨裝置的一個例子之概略構成圖。
圖2係顯示本發明之研磨墊的構造的一個例子之概略剖面圖。
圖3係本發明之研磨墊的構造之另外的一個例子之概略剖面圖。
1‧‧‧研磨墊
8‧‧‧研磨區域
9‧‧‧光透射區域
10‧‧‧開口部
11‧‧‧緩衝層
12‧‧‧支撐片
13‧‧‧周圍部
14‧‧‧凹坑部

Claims (3)

  1. 一種研磨墊，係將研磨區域、緩衝層及支撐薄膜依照該順序積層而成者，其特徵在於：在將研磨區域及緩衝層貫穿之開口部內且支撐薄膜上設置有光透射區域，前述光透射區域係在研磨轉盤側的表面具有周圍部及凹坑部，而且前述周圍部係積層有支撐薄膜，在前述凹坑部係未積層支撐薄膜而開口著，且其係在凹坑部的側面設置有被覆構件。
  2. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中被覆構件係藉由將積層在周圍部之支撐薄膜的端部折彎來形成。
  3. 一種半導體元件的製造方法，其係包含使用如申請專利範圍第1或2項之研磨墊而研磨半導體晶圓表面之步驟。
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