TWI485037B - Laminated polishing pad and manufacturing method thereof, and manufacturing method of semiconductor element - Google Patents

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Description

積層研磨墊與其製造方法、及半導體元件的製造方法 發明領域
本發明係有關於一種積層研磨墊，其能夠穩定且高研磨效率地進行透鏡、反射鏡等的光學材料、矽晶圓、硬碟用的玻璃基板、鋁基板、及通常的金屬研磨加工等被要求高度表面平坦性之材料的平坦化加工。本發明的積層研磨墊係特別是能夠適合使用於將矽晶圓以及在其上形成有氧化物層、金屬層等之元件，在該等進一步積層、形成氧化物層和金屬層之前進行平坦化之步驟。
 發明背景
在製造半導體裝置時，係在晶圓表面形成導電性膜，而且藉由進行光微影技術、蝕刻等來形成配線層之步驟；在配線層上形成層間絕緣膜之步驟等，藉由該等步驟而在晶圓表面生成由金屬等的導電體、絕緣體所構成之凹凸。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、多層配線化係進展中，但是伴隨著此情形，將晶圓表面凹凸平坦化之技術係逐漸變為重要。
作為將晶圓表面的凹凸平坦化之方法，一般而言，係採用化學機械拋光(以下，稱為CMP)。CMP係一種 在將晶圓的被研磨面壓住研磨墊的研磨面的狀態下，使用研磨粒經分散之漿料狀的研磨劑(以下，稱為漿料)進行研磨之技術。在CMP通常使用的研磨裝置係例如圖1所顯示，係具備：研磨轉盤2，其係支撐研磨墊1；支撐台(拋光頭)5，其係支撐被研磨材(半導體晶圓)4；背襯材，其係用以將晶圓進行均勻加壓；及研磨劑的供給機構。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係各自以被支撐的研磨墊1及被研磨材4為相對的方式被配置且各自具備旋轉軸6、7。又，在支撐台5側，係設置有用以將被研磨材4壓住研磨墊1之加壓機構。
專利文獻1係提案揭示一種半導體基板的研磨方法，其特徵在於：將半導體基板固定在研磨頭，而且在微視橡膠A硬度為70度以上的研磨層接觸前述半導體基板，其中該研磨層係透過體積彈性模數為600kg/cm2 以上且壓縮彈性模數為10kg/cm2 以上且140kg/cm2 以下的緩衝層而固定在研磨轉盤，而且在使前述緩衝層吸收該半導體基板本身的翹曲或凹凸的狀態下，使前述研磨頭或是研磨轉盤或是其雙方旋轉而研磨前述半導體基板。
近年來，由於半導體晶圓的大型化，研磨墊亦大型化，在研磨轉盤黏貼大的研磨墊之作業係逐漸變為困難。在研磨轉盤黏貼研磨墊之作業，係必須以盡可能平坦的方式黏貼研磨。但是，研磨墊變大時，在黏貼時，空氣容易進入研磨墊與研磨轉盤之間。因為空氣進入的部分係突出成為凸狀，有產生其部分致使半導體晶圓的研磨加工 不良(例如，研磨的均勻性變差、修整器引起研磨層破損等)之問題。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2000-117619號公報
 發明概要
本發明之目的係提供一種即便較大的情況亦能夠平坦地黏貼在研磨轉盤之積層研應墊。又，本發明之目的係提供一種使用該積層研磨墊之半導體元件的製造方法。
本發明者等為了解決前述課題而重複專心研討之結果，發現藉由如以下所表示的積層研磨墊，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積層研磨墊，其係透過接著構件而積層有研磨層及支撐層積層者，其特徵在於：前述研磨層含有0.5~5重量%的親水性物質，且前述支撐層係緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成者；前述積層研磨墊係以研磨層側為凹狀的方式翹曲，且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm。
圖2係顯示將先前未翹曲的研磨墊黏貼在研磨轉盤的步驟之概略圖。如圖2所顯示，先前係首先將研磨墊1 的一端黏貼在研磨轉盤2端部，然後從研磨墊1的一端朝向相對端將研磨墊1邊壓住研磨轉盤2邊貼合。但是此種先前的黏貼方法之情況，研磨墊變大時，墊周圍因自重而下垂，致使容易將空氣咬進。
另一方面，圖3係顯示將本發明之具有翹曲的積層研磨墊黏貼在研磨轉盤之步驟之概略圖。本發明的積層研磨墊，其研磨層9側係以凹狀的方式翹曲。如圖3所顯示，首先將積層研磨墊1的中心部分貼合在研磨轉盤2的中心部分，然後藉由從積層研磨墊1的中心部分朝向周端部邊將積層研磨墊1壓住研磨轉盤2邊貼合，不會將空氣咬進而能夠將積層研磨墊平坦地黏貼在研磨轉盤2。
但是，將研磨層側為以凹狀的方式翹曲之積層研磨墊黏貼在研磨轉盤時，因為墊周端部係以從研磨轉盤分離的方式產生內部應力，致使墊周端部係容易從研磨轉盤。但是，本發明的積層研磨墊之研磨層，因為含有0.5~5重量%的親水性物質，藉由濕式處理時的超純水、或研磨時的漿料，研磨層產生膨潤(膨脹)。藉此，在墊周端部之此種內部應力係被緩和，使得墊周端部從研磨轉盤剝離係變為困難。
親水性物質的含量為小於0.5重量%時，因為研磨層藉由超純水等而產生膨潤係變為困難，在墊周端部之此種內部應力係難以被緩和，致使墊周端部係容易從研磨轉盤剝離。另一方面，親水性物質的含量大於5質量%時，研磨層藉由超純水等而產生過度的膨潤，致使硬度低落而對 研磨特性造成不良影響。
作為支撐層，係使用由緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成者。藉由使用該支撐層，能夠將墊周端部的翹曲量調整為3~50mm。樹脂薄膜的熱尺寸變化率為小於1.3%時，無法使墊周端部的翹曲量為3mm以上。另一方面，樹脂薄膜的熱尺寸變化率為大於12.6%時，將緩衝層與樹脂薄膜一體成形時，由於熱收縮致使在樹脂薄膜產生皺紋而無法製造支撐層。
墊周端部的平均翹曲量小於3mm時，在將積層研磨墊從積層研磨墊的中心部分朝向周端部貼合在研磨轉盤時，墊周圍係下垂而容易將空氣咬進。另一方面，墊周端部的平均翹曲量大於50mm時，在研磨轉盤所黏貼的墊周端部，因為此種內部應力變為太大，即便研磨層藉由超純水等而產生膨潤，亦無法將在墊周端部之此種內部應力充分地緩和。因此，墊周端部係容易從研磨轉盤剝離。
又，本發明係有關於一種研磨層側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊的製造方法，其包含以下步驟：將含有0.5~5重量%的親水性物質之研磨層加熱至30~100℃之步驟；及，將經加熱的研磨層與支撐層透過接著構件而貼合之步驟，其中該支撐層係緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成者。
藉由在將研磨層加熱至30~100℃的狀態下，將研磨層與前述支撐層透過接著構件而貼合，能夠製造研磨層 側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊。認為墊的翹曲係研磨層因加熱而以延伸的狀態被貼合，隨後，由於冷卻致使研磨層收縮而產生。
又，本發明係有關於一種研磨層側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊的製造方法，其包含以下步驟：在緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成之支撐層的緩衝層上，積層熱熔接著劑薄片之步驟；將所積層的熱熔接著劑薄片加熱而使熱熔接著劑熔融或軟化之步驟；在熔融或軟化後的熱熔接著劑上積層含有0.5~5重量%的親水性物質之研磨層而製造積層薄片之步驟；使積層薄片通過經加熱至30~100℃之輥之間而壓接之步驟；及，使積層薄片之熔融或軟化後的熱熔接著劑硬化之步驟。
又，本發明係有關於一種研磨層側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊的製造方法，其包含以下步驟：在緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成之支撐層的緩衝層上，塗布熔融或軟化後的熱熔接著劑之步驟；在熔融或軟化後的熱熔接著劑上積層含有0.5~5重量%的親水性物質之研磨層而製造積層薄片之步驟；使積層薄片通過經加熱至30~100℃之輥之間而壓接之步驟；及，使積層薄片之熔融或軟化後的熱熔接著劑硬化之步驟。
藉由本發明的製造方法而積層研磨墊產生翹曲之理由係如上述。
熱熔接著劑的熔融溫度係以130~170℃為佳。
而且，本發明係有關於一種半導體元件的製造方法，其含有使用前述積層研磨墊來研磨半導體晶圓的表面之步驟。
本發明的積層研磨墊具有研磨層側為以凹狀的方式翹曲之構造。因此，積層研磨墊係即便較大的情況，在研磨轉盤不會咬進空氣而能夠平坦地黏貼。
1‧‧‧(積層)研磨墊
2‧‧‧研磨轉盤
3‧‧‧研磨劑(漿料)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支撐台(拋光頭)
6、7‧‧‧旋轉軸
8‧‧‧空氣
9‧‧‧研磨層
10‧‧‧支撐層
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係顯示將先前未翹曲的研磨墊黏貼在研磨轉盤的步驟之概略圖。
圖3係顯示將本發明之具有翹曲的積層研磨墊黏貼在研磨轉盤之步驟之概略圖。
 較佳實施例之詳細說明
在本發明所使用的研磨層，係含有0.5~5重量%的親水性物質即可，可以是發泡體亦可以是無發泡體，以具有微細氣泡之發泡體為佳。研磨層係以含有0.6~2重量%的親水性物質為佳。
在本發明，所謂親水性物質係指在10g的水溶解或混和10g以上之物質。例如可舉出乙二醇及二乙二醇等的多元醇；乙二醇一甲基醚、乙二醇一乙基醚、乙二醇一丁 基醚、二乙二醇一甲基醚、二乙二醇一乙基醚、及二乙二醇一丁基醚等的乙二醇單醚；乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丁基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、及二乙二醇二丁基醚等的乙二醇二醚；二(甲基)丙烯酸四伸乙酯；在二乙二醇使環氧乙烷加成聚合而成之聚乙二醇；在聚矽氧烷使環氧乙烷加成聚合而成之聚矽氧烷醚等。親水性物質係以不與構成研磨層之樹脂和其原料反應者為佳，以使用乙二醇二醚為特佳。
作為構成研磨層之樹脂，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、感光性樹脂等的1種或2種以上之混合物。因為聚胺甲酸酯樹脂係耐摩耗性優異，藉由將原料組成進行各種改變，能夠容易地得到具有所需要物性的聚合物，就研磨層的形成材料而言，乃是特佳材料。以下，以前述發泡體作為代表而說明聚胺甲酸酯樹脂發泡體。
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，係沒有特別限定而能夠使用在聚胺甲酸酯的領域之眾所周知的化合物。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等的芳香族二異氰酸酯；伸乙基二異氰酸酯、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的脂肪族二異氰酸酯；1,4-環己烷二異氰酸酯、4,4’-環己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、降莰烷二異氰酸酯等的脂環式二異氰酸酯。該等係可以使用1種，混合2種以上亦沒有妨礙。
作為高分子量多元醇，能夠舉出在聚胺甲酸酯的技術領域通常所使用者。例如可舉出以聚四亞甲基醚二醇、聚乙二醇等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、以如聚己內酯之聚酯二醇與碳酸伸烷酯的反應物等所例示之聚酯聚碳酸酯多元醇、使碳酸伸乙酯與多元醇反應且接著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、藉由多羥基化合物與碳酸芳酯的酯交換反應而得到之聚碳酸酯多元醇等。該等可以單獨使用，亦可以併用2種以上。
作為多元醇成分，係除了上述高分子量多元醇以外，亦能夠併用乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-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、三羥甲基丙烷、甘油、1,2,6-己三醇、新戊四醇、四羥甲基環己烷、甲基葡 萄糖苷、山梨糖醇、甘露糖醇、甜醇(dulcitol)、蔗糖、2,2,6,6-肆(羥甲基)環己醇、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、及三乙醇胺等的低分子量多元醇。又，亦能夠併用乙二胺、甲苯二胺、二苯基甲烷二胺、及二伸乙三胺等的低分子量多元胺。又，亦能夠併用一乙醇胺、2-(2-胺乙基胺基)乙醇、及一丙醇胺等的醇胺。該等低分子量多元醇、低分子量多元胺等係可以單獨使用1種，亦可以併用2種以上。低分子量多元醇、低分子量多元胺等的配合量係沒有特別限定，能夠依照在所製造的研磨層所被要求的特性而適當地決定。
在使用預聚合物法製造聚胺甲酸酯樹脂發泡體時，預聚合物的硬化係使用鏈延長劑。鏈延長劑係能夠例示具有至少2個以上的活性氫基之有機化合物，作為活性氫基，係能夠例示羥基、第1級或第2級胺基、硫醇基(SH)等。具體而言，係能夠舉出在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、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、4,4’-二胺基-3,3’,5,5’-四乙基二苯基甲烷、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’-四異丙基二苯基甲烷、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、3,3’-二乙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、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、或上述的低分子量多元醇、低分子量多元胺。該等係可以使用1種，混合2種以上而使用亦沒有妨礙。
在本發明之異氰酸酯成分，多元醇成分及鏈延長劑的比係能夠依照各自的分子量、積層研磨墊所需要的物性等而進行各種改變。為了得到具有所需要的研磨特性之積層研磨墊，相對於多元醇成分與鏈延長劑的合計活性氫基(羥基+胺基)數，異氰酸酯成分的異氰酸酯基數係以0.80~1.20為佳，更佳是0.99~1.15。異氰酸酯基數為前述範圍外時，產生硬化不良而無法得到被要求的比重及硬度且研磨特性有低落之傾向。
聚胺甲酸酯樹脂發泡體係能夠應用熔融法、溶液法等眾所周知的胺甲酸酯化技術而製造，但是考慮成本、作業環境等時，以使用熔融法來製造為佳。
聚胺甲酸酯樹脂發泡體的製造，係能夠是預聚合物法、單發(one-shot)法的任一者，預先從異氰酸酯成分與多元醇成分合成異氰酸酯末端預聚合物，而且使其與鏈延長劑反應之預聚合物法，因為所得到的聚胺甲酸酯樹脂的物理特性亦優異，乃是適合的。
作為聚胺甲酸酯樹脂發泡體的製造方法，可舉出使其添加中空珠粒之方法、機械發泡法、化學發泡法等。
特別是使用聚烷基矽氧烷與聚醚的共聚合物且不具有活性氫基之矽系界面活性劑之機械發泡沫為佳。
又，亦可以按照必要而添加抗氧化劑等的安定 劑、滑劑、顏料、填料、抗靜電劑、其他的添加劑。
聚胺甲酸酯樹脂發泡體係可以是獨立氣泡型亦可以是連續氣泡型。
聚胺甲酸酯樹脂發泡體的製造係可以計量各成分而投入容器且進行攪拌之分批方式，又，亦可以是將各成分及非反應性氣體連續供給至攪拌裝置且攪拌，而且將氣泡分散液送出而製造成形品之連續生產方式。
又，可以是將當作聚胺甲酸酯樹脂發泡體的原料之預聚合物加入至反應容器，隨後投入鏈延長劑，攪拌後，流進預定大小的注模來製造方塊，而且將該方塊使用鉋子狀、或帶鋸狀的切片器進行切片之方法，或是在前述的注模階段，製成薄片狀。又，亦可以將當作原料之樹脂溶解，而且從T型塑模擠出且成形而直接得到薄片狀的聚胺甲酸酯樹脂發泡體。
前述聚胺甲酸酯樹脂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。
前述聚胺甲酸酯樹脂發泡體的比重，係以0.5~1.3為佳。比重小於0.5時，有研磨層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，研磨層表面的氣泡數變少，雖然平坦性係良好，但是有研磨速度低落之傾向。
前述聚胺甲酸酯樹脂發泡體的硬度，係使用 ASKER-D硬度計以40~75度為佳。ASKER D硬度小於40度時，被研磨材的平坦性低落，又，大於75度時，雖然坦性良好，但是有被研磨材的Uniformity(均勻性)低落之傾向。
研磨層之與被研磨材接觸之研磨表面，為了保持、更新漿料，以具有凹凸構造為佳。由發泡體所構成之研磨層，雖然在研磨表面具有許多開口而具有保持、更新漿料之作用，但是藉由在研磨表面形成凹凸構造，能夠效率更良好地進行漿料的保持及更新，又，能夠防止因與被研磨材產生吸附引起被研磨材破壞。凹凸構造係只要是保持、更新漿料之形狀，就沒有特別限定，例如可舉出XY格子溝、同心圓狀溝、貫穿孔、未貫穿的孔穴、多角柱、圓柱、螺旋狀溝、偏心圓狀溝、放射狀溝、及組合該等溝組合而成者。又，該等凹凸構造係通常是具有規則性者，為了使漿料的保持、更新性為所希望的，亦能夠在每個某範圍使溝間距、溝寬、溝深度等變化。
研磨層的形狀係沒有特別限制，可以是圓形狀亦可以是長條狀。研磨層的大小係能夠按照所使用研磨裝置而適當地調整，圓形狀時係直徑為30~150cm左右，長條狀時係長度為5-15m左右，寬度為60~250cm左右。
研磨層的厚度係沒有特別限定，通常為0.8~4mm左右，以1.2~2.5mm為佳。
研磨層係亦可以設置用以在進行研磨的狀態下，進行光學終點偵測之透明構件。
在本發明所使用之支撐層，係緩衝層與熱尺寸變 化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成者。
在CMP，為了使對立關係之平坦性與均勻性的兩者並存，緩衝層係必要的。所謂平坦性係指將圖案形成時所產生之具有微小凹凸的被研磨材研磨後之圖案部的平坦性，所謂均勻性係指被研磨材整體的均勻性。藉由研磨層的特性而改善平坦性且藉由緩衝層的特性而改善均勻性。
作為緩衝層，例如可舉出聚酯不織布、．耐綸不織布、及丙烯酸酯不織布等的纖維不織布；如含浸聚胺甲酸酯而成之聚酯不織布之樹脂含浸不織布；聚胺甲酸酯發泡體及聚乙烯發泡體等的高分子樹脂發泡體；丁二烯橡膠及異戊二烯橡膠等的橡膠性樹脂；感光性樹脂等。
緩衝層的厚度係沒有特別限制，以300~1800μm為佳，較佳是700~1400μm。
因為緩衝層係缺乏剛性，在貼合時容易產生皺紋、或產生接著不良等的不良。為了防止此種不良，係在緩衝層的一面設置樹脂薄膜而賦予剛性。
作為樹脂薄膜，係使用於150℃加熱30分鐘後的熱尺寸變化率為1.3~12.6%者。較佳是熱尺寸變化率為1.4-3%之樹脂薄膜。例如可舉出聚對酞酸乙二酯薄膜等的聚酯薄膜；聚乙烯薄膜及聚丙烯薄膜等的聚烯烴薄膜；聚醯胺薄膜；丙烯酸樹脂薄膜；甲基丙烯酸樹脂薄膜；聚苯乙烯薄膜等。該等之中，以使用聚酯薄膜為佳，以使用聚對酞酸乙二酯薄膜為特佳。
樹脂薄膜的厚度係沒有特別限制，以10~150μm 為佳，較佳是20~100μm。
在本發明所使用之支撐層，係例如能夠藉由在緩衝層的一面使用接著劑貼合樹脂薄膜之方法；及將緩衝層形成材料塗布在樹脂薄膜上且使其硬而直接形成緩衝層之方法等來製造。
本發明的積層研磨墊係將前述研磨層與前述支撐層使用接著構件貼合而製造。例如能夠使用以下的方法來製造。
製造方法1
首先，將研磨層加熱至30~100℃之後。隨後，將經加熱至前述溫度之研磨層與前述支撐層的緩衝層側透過接著構件壓接而貼合。作為接著構件，係可以使用通常的感壓接著劑，亦可以使用在基材的兩面設置有感壓性接著劑層之雙面膠帶。作為壓接方法，例如可舉出使其通過輥之間之方法。貼合後，研磨層係由於冷卻而收縮，能夠得到研磨層側以凹狀的方式翹曲之積層研磨墊。將支撐層切斷成為研磨層大小時，係以在將研磨層冷卻之前、亦即研磨層收縮而成為凹狀之前切斷為佳。在研磨層收縮而成為凹狀之後切斷時，卻使支撐層與研磨層的大小一致而正確地切斷係困難的。
製造方法2
首先，在前述支撐層的緩衝層上積層熱熔接著劑薄片。
前述熱熔接著劑薄片係可以是使用熱熔接著劑所形成之接著劑層，或者亦可以是在基材的兩面設置有前 述接著劑層之雙面膠帶。
所使用的熱熔接著劑係沒有特別限制，以使用聚酯系熱熔接著劑為佳。
前述聚酯系熱熔接著劑係至少含有基質聚合物之聚酯樹脂及在交聯成分之1分子中具有環氧丙基2個以上之環氧樹脂。
作為前述聚酯樹脂，能夠使用藉由酸成分及多元醇成分的縮聚合等而得到之眾所周知的者，以使用結晶體聚酯樹脂為特佳。
作為酸成分，可舉出芳香族二羧酸、脂肪族二羧酸及脂環族二羧酸等。該等係可以只有使用1種，亦可以併用2種以上。
作為芳香族二羧酸的具體例，可舉出對酞酸、異酞酸、酞酸酐、α-萘二羧酸、β-萘二羧酸、及其酯形成體等。
作為脂肪族二羧酸的具體例，可舉出琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烯酸(undecylenic acid)、十二烷二酸、及其酯形成體等。
作為脂環族二羧酸的具體例，可舉出1,4-環己烷二羧酸、四氫酞酸酐、六氫酞酸酐等。
又，作為酸成分，亦可以併用順丁烯二酸、反丁烯二酸、二聚酸等的不飽和酸；及1,2,4-苯三甲酸、焦蜜石酸等的多元羧酸等。
作為多元醇成分，可舉出脂肪族二醇、脂環族二 醇等的二元醇及多元醇。該等係可以只有使用1種，亦可以併用2種以上。
作為脂肪族二醇的具體例，可舉出乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、新戊二醇、3-甲基戊二醇、2,2,3-三甲基戊二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇等。
作為脂環族二醇的具體例，可舉出1,4-環己烷二甲醇、氫化雙酚A等。
作為多元醇，可舉出甘油、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、新戊四醇等。
結晶體聚酯樹脂係能夠使用眾所周知的方法來合成。例如，有添加原料及觸媒且在生成物之熔點以上的溫度進行加熱之熔融聚合法；在生成物的熔點以下進行聚合之固相聚合法；及使用溶劑之溶液聚合法等，可以採用任一方法。
結晶性聚酯樹脂的熔點係以100~200℃為佳。熔點小於100℃時，由於研磨時的發熱，致使熱熔接著劑接著力低落，大於200℃時，因為使熱熔接著劑熔融時的溫度變高，在積層研磨墊產生翹曲而有對研磨特性造成不良影響之傾向。
又，結晶體聚酯樹脂的數量平均分子量係以5000~50000為佳。數量平均分子量小於5000小於時，因為熱熔接著劑的機械特性低落，而無法得到充分的接著性及 耐久性，大於50000時，在合成結晶體聚酯樹脂時，有產生凝膠化等製造上的不良、或作為熱熔接著劑的性能低落之傾向。
作為前述環氧樹脂，例如可舉出雙酚A型環氧樹脂、臭素化雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚AD型環氧樹脂、茋型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、雙酚A酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、二胺基二苯基甲烷型環氧樹脂、及肆(羥苯基)乙烷基質等的聚苯基基質環氧樹脂、含茀的環氧樹脂、異氰酸三環氧丙酯、含有雜芳香環(例如，三環等)的環氧樹脂等的芳香族環氧樹脂；脂肪族環氧丙基醚型環氧樹脂、脂肪族環氧丙酯型環氧樹脂、脂環族環氧丙基醚型環氧樹脂、脂環族環氧丙酯型環氧樹脂等的非芳香族環氧樹脂。該等係可以只有使用1種，亦可以併用2種以上。
該等之中，從在研磨時之與研磨層的接著性之觀點，以使用甲酚酚醛清漆型環氧樹脂為佳。
前述環氧樹脂係相對於基質聚合物之聚酯樹脂100重量份，必須添加2~10重量份，較佳是3~7重量份。
熱熔接著劑係可以含有烯烴系樹脂等的軟化劑、黏著賦予劑、充填劑、安定劑、及偶合劑等的眾所周知的添加劑。又，亦可以含有滑石粉等眾所周知的無機填料。
熱熔接著劑的熔融溫度(熔點)係以130~170℃為佳。
又，熱熔接著劑的比重係以1.1~1.3為佳。
而且，熱熔接著劑的熔體流動指數(M1)係在150℃、荷重2.16kg的條件下，以16~26g/10min為佳。
使用熱熔接著劑所形成之接著劑層的厚度係以10~200μm為佳，較佳是50-130μm。
亦可以使用在基材的兩面具有前述接著劑層之雙面膠帶來代替前述接著劑層。藉由基材，能夠防止漿料往支撐層側滲透且防止在支撐層與接著劑層之間產生剝離。
作為基材，例如可舉出聚對酞酸乙二酯薄膜及聚萘二甲酸乙二酯薄膜等的聚酯薄膜；聚乙烯薄膜及聚丙烯薄膜等的聚烯烴薄膜；耐綸薄膜；聚醯亞胺薄膜等。該等之中，以使用防止水透過的性質優異之聚酯薄膜為佳。
在基材的表面，係亦可以施行電暈處理、電漿處理等的易接著處理。
基材的厚度係沒有特別限制，從透明性、柔軟性、剛性、及加熱時的尺寸安定性等之觀點，以10~200μm為佳，較佳是15~55μm。
使用雙面膠帶時，前述接著劑層的厚度係以10~200μm為佳，較佳是50~130μm。
隨後，將所積層的熱熔接著劑薄片加熱而使熱熔接著劑熔融或軟化。使其軟化時，係以加熱至從熱熔接著劑的熔融溫度-10℃以內的溫度為佳，較佳是加熱至從熔融溫度-5℃以內的溫度。使熱熔接著劑薄片熔融或軟化之方 法係沒有特別限制，例如可舉出邊在輸送帶上搬運薄片邊使用紅外線加熱器加熱熱熔接著劑、薄片表面之方法。
然後，在熔融或軟化後的熱熔接著劑上進行積層研磨層而製造積層薄片，而且使該積層薄片通過經加熱至30~100℃之輥之間而壓接且貼合。又，亦可以在支撐層的緩衝層上塗布熔融或軟化後的熱熔接著劑來代替使用熱熔接著劑薄片。貼合後，藉由冷卻使熔融或軟化後的熱熔接著劑。此時，能夠得到研磨層為收縮且以研磨層側為凹狀的方式翹曲之積層研磨墊。將支撐層切斷成為研磨層的大小時，係以在研磨層收縮而成為凹狀之前切斷為佳。在研磨層收縮而成為凹狀之後切斷時，使支撐層與研磨層的大小一致而正確地切斷係困難的。
依照本發明的製造方法而得到的積層研磨墊，其研磨層側係以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量係3~50mm，較佳是5~15mm。
本發明的積層研磨墊係可以是圓形狀，亦可以是長條狀。積層研磨墊的大小係能夠按照所使用的研磨裝置而適當地調整，圓形狀時係直徑為30~150cm左右，長條狀時長度為5~15m左右，寬度為60~250cm左右。
本發明的積層研磨墊係可以在支撐層的樹脂薄膜側設置雙面膠帶。
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而製造。所謂半導體晶圓，係通常指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，能夠使用具備下列之研磨裝置等來進行：研磨轉盤2，其係支撐積層研磨墊1；支撐台(拋光頭)5，其係支撐半導體晶圓4；背襯材，其係用以對背晶圓進行均勻加壓；以及研磨劑3的供給機構。積層研磨墊1係例如藉由使用雙面膠帶黏貼而被安裝在研磨轉盤2。所謂研磨轉盤2及支撐台5，係以各自所支撐的積層研磨墊1及半導體晶圓4為相對的方式配置，且各自具備旋轉軸6、7。又，在支撐台5側係設置有用以將半導體晶圓4壓住積層研磨墊1之加壓機構。在研磨時，係使研磨轉盤2及支撐台5旋轉之同時，將半導體晶圓4壓住積層研磨墊1且邊供給漿料邊進行研磨。漿料的流量、研磨荷重、研磨轉盤轉數、及晶圓轉數係沒有特別限制，可適當地調整而進行。
藉此，半導體晶圓4之表面的突出部分係被除去且被研磨成為平坦狀。隨後，藉由切割(dicing)、接合、封裝等來製造半導體元件。半導體元件係能夠使用於運算處理裝置、記憶體等。
實施例
以下，舉出實施例而說明本發明，但是本發明係不被該等實施例限定。
[測定、評價方法]
(熔融溫度的測定)
聚酯系熱熔接著劑的熔融溫度(熔點)係使用TOLEDO DSC822(METTLER公司製)且使用升溫速度20℃/min進行 測定。
(比重的測定)
依據JIS Z8807-1976而進行。將由聚酯系熱熔接著劑所構成之接著劑層切取4cm×8.5cm的 薄長方形狀(厚度：任意)者作為比重測定用試料，且在溫度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。
(熔體流動指數(M1)的測定)
依據ASTM-D-1238而在150℃、2.16kg的條件下，測定聚酯系熱熔接著劑的熔體流動指數。
(熱尺寸變化率的測定)
樹脂薄膜之在150℃加熱30分鐘之後與加熱前之熱尺寸變化率，係依據JIS C 2318而測定。
(墊周端部之平均翹曲量的測定)
將所製造的積層研磨墊靜置在水平的試驗台上，且對從墊周端部之翹曲為最大的部分每90°合計4個位置，測定從試驗台的高度(浮起)。
(面向均勻性的評價)
使用ARW-8C1MS(MAT公司製)作為研磨裝置，將所製造的積層研磨墊黏貼在研磨裝置。使用鑽石修整器(diamond dresser)(MMC公司製、MECY#100型)而進行積層研磨墊的修整處理20分鐘。隨後，使用前述積層研磨墊而將在300mm的矽晶圓堆積有1μm熱氧化膜之晶圓，研磨1分鐘研磨(初期研磨)。作為研磨條件，係研磨中將二氧化矽漿 料SS12(Cabot公司製)以流量200ml/min供給，而且設為研磨荷重275hPa、研磨轉盤轉數60rpm、及晶圓轉數60rpm。然後，對晶圓直徑線上之3mm間隔的99點(從晶圓邊緣起3mm的位置係除外)，從研磨前後的膜厚測定值求取研磨速度最大值、研磨速度最小值、及研磨速度平均值，且藉由將其值代入下述式來算出面內均勻性(%)。膜厚測定係使用干渉式膜厚度測定裝置(Nanometrics公司製)。隨後，使用前述鑽石修整器而進行前述積層研磨墊的修整處理5小時。隨後，使用與前述同樣的方法進行研磨晶圓1分鐘(5小時後研磨)且算出面內均勻性(%)。面內均勻性的值越小係表示晶圓表面的均勻性越高。面內均勻性的值為15%以下時係評定為○，大於15%時係評定為×。
面內均勻性(%)={(研磨速度最大值-研磨速度最小值)/(研磨速度平均值×2)}×100
實施例1
(研磨層的製造)
將聚醚系預聚合物(UNIROYAL公司製、ADIPRENE L-325)100重量份、矽系界面活性劑(Goldschmidt公司製、B8465)3重量份、及二乙二醇二乙基醚0.8重量份添加至聚合容器內而混合且調整為80℃且進行減壓脫泡。隨後，使用攪拌葉且使用轉數900rpm以在反應系統內包含氣泡的方式激烈地進行攪拌約4分鐘。在此，添加預先溫度調整為120℃之MOCA(IHARA CHEMICAL公司製、Cuamine MT)26重量份。將該混合液攪拌約1分鐘之後，流進盤式的敞模(注 模容器)。在該混合液的流動性消失時點放入至烘箱內，於100℃進行後熟化16小時而得到聚胺甲酸酯樹脂發泡體方塊。
將經加熱至約80℃之前述聚胺甲酸酯樹脂發泡體方塊使用切片器(AMITEC公司製、VGW-125)進行切片而得到聚胺甲酸酯樹脂發泡體薄片(比重：0.85、ASKER D硬度：55度)。其次，使用磨光機(AMITEC公司製)而進行該薄片的表面磨光處理至厚度為1.27mm為止而製成經整修厚度精度之薄片。將該經該磨光處理之薄片以直徑78cm大小進行沖切且使用溝加工機(TECHNO公司製)在表面進行溝寬0.25mm、溝間距1.5mm、溝深度0.45mm之同心圓狀的溝加工而製成研磨層。
(支撐層的製造)
在厚度50μm的PET薄膜(帝人Dupont薄膜公司製、TETRON G2、熱尺寸變化率：1.7%)之上塗布發泡胺甲酸酯組成物且使其硬化，而製成形成有緩衝層(比重：0.5、ASKER C硬度：50度、厚度：0.8mm)之支撐層。
(積層研磨墊的製造)
在前述支撐層的緩衝層上，積層由聚酯系熱熔接著劑(熔點：142℃、比重：1.22、熔體流動指數：21g/10min)所構成之接著劑層(厚度100μm)，其中該接著劑層係含有：結晶體聚酯樹脂(東洋紡績(股)公司製、VYLON GM420)100重量份；及在1分子中具有2個以上的環氧丙基之鄰甲酚酚醛清漆型環氧樹脂(日本化藥(股)公司製、EOCN4400)5重量 份，使用紅外線加熱器將接著劑層表面加熱至150℃而使接著劑層熔融。隨後，使用貼合機在經熔融的接著劑層上積層所製造的研磨層而得到積層薄片，且使該積層薄片通過50℃的輥之間而使其壓接。隨後，將積層薄片裁斷成為研磨層的大小。而且，使用貼合機在支撐層的PET薄膜側貼合感壓式雙面膠帶(3M公司製、442」A)而製成積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
實施例2
除了將輥的溫度從50℃變更為31℃以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
實施例3
除了將輥的溫度從50℃變更為98℃以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
實施例4
除了在研磨層的製造，將二乙二醇二乙基醚的調配量從0.8重量份變更為6.4重量份以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
實施例5
除了在支撐層的製造，使用厚度100μm的PET薄膜(TORAY公司製、Lumirror H10、熱尺寸變化率：1.3%)代替TETRON G2以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層 研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
實施例6
除了在支撐層的製造，使用厚度100μm的PET薄膜(TORAY公司製、Lumirror HT50、熱尺寸變化率：12.6%)代替TETRON G2以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
比較例1
在研磨層的製造，除了不調配二乙二醇二乙基醚以外係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
比較例2
在研磨層的製造，除了將二乙二醇二乙基醚的調配量從0.8重量份變更為15重量份以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式翹曲。
比較例3
除將輥的溫度從50℃變更為23℃以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係大致平坦。
比較例4
除了將輥的溫度從50℃變更為130℃以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係研磨層側為以凹狀的方式非常翹曲。
比較例5
在支撐層的製造，除了使用厚度25m的PEN薄膜(帝人 Dupont薄膜公司製、Teonex Q51、熱尺寸變化率：1.0%)代替TETRON G2以外，係使用與實施例1同樣的方法製造積層研磨墊。積層研磨墊係大致平坦。
比較例6
在厚度25m的PET薄膜(TORAY公司製、Lumirror HT50、熱尺寸變化率：15%)之上，塗布發泡胺甲酸酯組成物而加熱時，PET薄膜收縮而無法製造支撐層。
因為實施例1~6的積層研磨墊係具有適當的翹曲，所以對研磨轉盤的黏貼作業性為良好。又，初期修整處理後、及長時間修整處理後的面向均勻性亦良好。另一方面，因為比較例1的積層研磨墊係具有適當的翹曲，所以對研磨轉盤的黏貼作業性為良好，但是因為在研磨層未調配親水性物質，初期修整處理後的面內均勻性差，而且長時間修整處理後，係在墊端部產生浮起及剝離。因為比較例2的積層研磨墊係具有適當的翹曲，對研磨轉盤的黏貼作業性為良好，但是因為在研磨層大量地含有親水性物質，研磨層產生膨潤而長時間修整處理後之面向均勻性變差。因為比較例3及5的積層研磨墊係不翹曲而大致平坦，黏貼在研磨轉盤時，將空氣咬進而無法平坦地黏貼。因此，修整器係過剩地接觸突出的部分，在長時間修整處理之後，在研磨層產生破損。因為比較例4的積層研磨墊係翹曲太大，而無法黏貼在研磨轉盤。
產業上的利用可能性
本發明的積層研磨墊係能夠穩定且高研磨效率地進行透鏡、反射鏡等的光學材料、矽晶圓、硬碟用的玻璃基板、鋁基板、及通常的金屬研磨加工等被要求高度表面平坦性之材料的平坦化加工。本發明的積層研磨墊係特別是能夠適合使用於將矽晶圓以及在其上形成有氧化物層、金屬層等之元件，在該等進一步積層、形成氧化物層和金屬層之前進行平坦化之步驟。
1‧‧‧積層研磨墊
2‧‧‧研磨轉盤
9‧‧‧研磨層
10‧‧‧支撐層

Claims (6)

  1. 一種積層研磨墊，係透過接著構件而積層有研磨層及支撐層者，其特徵在於：前述研磨層含有0.5~5重量%的親水性物質，且前述支撐層係緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成者；前述積層研磨墊係以研磨層側為凹狀的方式翹曲，且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm。
  2. 一種研磨層側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊的製造方法，包含以下步驟：將含有0.5~5重量%的親水性物質之研磨層加熱至30~100℃之步驟；及，將經加熱的研磨層與支撐層透過接著構件而貼合之步驟，其中該支撐層係緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成者。
  3. 一種研磨層側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊的製造方法，包含以下步驟：在緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成之支撐層的緩衝層上，積層熱熔接著劑薄片之步驟；將所積層的熱熔接著劑薄片加熱而使熱熔接著劑熔融或軟化之步驟；在熔融或軟化後的熱熔接著劑上積層含有0.5~5重量%的親水性物質之研磨層而製造積層薄片之步驟；使積層薄片通過經加熱至30~100℃ 之輥之間而壓接之步驟；及，使積層薄片之熔融或軟化後的熱熔接著劑硬化之步驟。
  4. 一種研磨層側以凹狀的方式翹曲且墊周端部的平均翹曲量為3~50mm之積層研磨墊的製造方法，包含以下步驟：在緩衝層與熱尺寸變化率為1.3~12.6%的樹脂薄膜經一體成形而成之支撐層的緩衝層上，塗布熔融或軟化後的熱熔接著劑之步驟；在熔融或軟化後的熱熔接著劑上積層含有0.5~5重量%的親水性物質之研磨層而製造積層薄片之步驟；使積層薄片通過經加熱至30~100℃之輥之間而壓接之步驟；及，使積層薄片之熔融或軟化後的熱熔接著劑硬化之步驟。
  5. 如申請專利範圍第4項之積層研磨墊的製造方法，其中熱熔接著劑的熔融溫度為130~170℃。
  6. 一種半導體元件的製造方法，含有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的表面之步驟。
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