TWI519385B - 雙孔隙結構研磨墊 - Google Patents

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Description

雙孔隙結構研磨墊
本發明係關於多孔聚胺甲酸乙酯研磨墊，其係有用於研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者。舉例而言，該等研磨墊特別有用於半導體晶圓材料之化學機械研磨(CMP)，更特別地，該等研磨墊有用於研磨半導體基板之低缺陷方法。
半導體之生產典型係涵蓋若干化學機械研磨(CMP)製程。於每個CMP製程中，研磨墊與研磨溶液(如含有研磨劑之研磨漿料或不含研磨劑之反應液體)之組合係以平面化或維持平坦度以接收後續層的方式移除過量材料。這些層之堆疊以形成積體電路的方式組合。由於對於具有更高操作速度、更低漏電流及降低功率消耗之裝置的需求，這些半導體裝置之加工變得越來越複雜。於裝置構建之觀點看來，這就轉換為更精細之特徵幾何結構及金屬化層數的增加。這些越來越嚴密之裝置設計需求正在驅使人們採納具有相應增加之圖案密度之越來越小的線條間隔。裝置之更小規格及增加之複雜度已導致對於CMP耗材如研磨墊及研磨溶液的更高要求。此外，隨著積體電路特徵尺寸的減小，CMP誘發之缺陷如擦痕變為更大之問題。再者，積體電路之減小的膜厚度需要於改善缺陷性的同時提供可接受之晶圓基板的幾何構型；這些幾何構型需求要求越來越精密之平面性、線條沉陷(line dishing)及小特徵陣列侵蝕研磨之規格。再者，需要更高之研磨移除速率以提升晶圓通量，且由於同時研磨金屬及介電材料兩者，金屬與介電材料之相對移除速率係重要者。為了滿足未來晶圓積體所需，需要更高之介電材料(如TEOS)相對於金屬(如銅)之移除速率選擇性比例。
以往，澆鑄聚胺甲酸乙酯研磨墊已對多數用以加工積體電路之研磨操作提供機械整體性及化學抗性。舉例而言，聚胺甲酸乙酯研磨墊具有足以對抗撕裂之拉伸強度及延伸性；用以於研磨過程中避免磨損問題的耐磨性；以及用以對抗強酸性及強鹼性研磨溶液侵害之安定性。藉由陶氏電子材料公司(Dow Electronic Materials)提供之IC1000TM研磨墊(IC1000係陶氏電子材料公司或其子企之商標)代表了適用於研磨多種基板，如鋁、阻障材料、介電材料、銅、硬光罩、低k介電材料、鎢及超低k介電材料之工業標準聚胺甲酸乙酯研磨墊。
於過去若干年中，半導體製造商業經越來越轉至多孔性研磨墊，如用於潤飾(finishing)或最終研磨操作之PolitexTM聚胺甲酸乙酯墊，其中，低缺陷性係更重要之需求(Politex係陶氏電子材料公司或其子企之商標)。為了本說明之目的，術語多孔性係表示由水性或非水性溶液生產之多孔聚胺甲酸乙酯研磨墊。此等研磨墊之優點係他們提供具有低缺陷性之有效移除。這一缺陷性之降低可造成晶圓產率大幅提升。
特別重要之研磨應用係銅阻障研磨，其中，需要組合低缺陷性以及同時移除銅及TEOS介電材料兩者以使TEOS移除速率高於銅移除速率之能力，以滿足進階晶圓積體設計。商用墊如Politex研磨墊既不對未來設計提供足夠低之缺陷性，又沒有足夠高之TEOS:Cu選擇性比例。其他商用墊係含有表面活性劑，該表面活性劑於研磨過程中浸濾而產生打斷研磨之過量泡沫。再者，該表面活性劑可含有鹼金屬，該鹼金屬會毒化該介電材料並降低該半導體之官能效能。
儘管低TEOS移除速率與多孔性研磨墊有關，某些進階研磨應用因為使用多孔墊相對於其他類型墊如IC1000研磨墊具有達成更低缺陷性的潛力，而轉向全多孔性墊CMP研磨。雖然這些操作提供低缺陷，進一步降低墊誘發之缺陷以及增加研磨速率仍是挑戰。
本發明之一種態樣提供有用於研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者的研磨墊，其係包含多孔研磨層，該多孔研磨層具有於聚胺甲酸乙酯基質內的雙孔隙結構，該雙孔隙結構具有第一套孔(primary set of pores)，該第一套孔具有孔壁(文中有稱為孔室壁之情形)，該孔壁具有15至55微米(μm)之厚度、於25℃量得之10至60兆帕(MPa)的儲存模數，以及含有位於該孔壁內的第二套孔，該第二套孔具有5至30μm之平均孔尺寸，其中，該多孔研磨層係固定至聚合物膜或片材基板或形成於織造或非織造結構內，以形成該研磨墊。
本發明之另一態樣提供有用於研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者的研磨墊，係包含多孔研磨層，該多孔研磨層具有於聚胺甲酸乙酯基質內的雙孔隙結構，該雙孔隙結構具有第一套孔，該第一套孔具有孔壁及至少40μm的平均直徑，該孔壁具有20至50μm之厚度、於25℃量得之10至50 MPa的儲存模數，以及含有位於該孔壁內之第二套孔，該第二套孔具有5至25μm之平均孔尺寸，其中，該多孔研磨層係固定至聚合物膜或片材基板或形成於織造或非織造結構內，以形成該研磨墊。
本發明之研磨墊係有用於研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者。特別地，該聚胺甲酸乙酯墊係有用於研磨半導體晶圓；以及，特別地，該墊係有用於研磨進階應用如銅-阻障應用，其中，非常低之缺陷性比平面化能力更重要，且其中同時移除多種材料，如銅、阻障金屬及介電材料(包括，但不限於TEOS、低k及超低k介電材料)係必要者。為了本說明之目的，“聚胺甲酸乙酯”係衍生自二官能或多官能異氰酸酯之產物，如聚醚脲(polyetherurea)、聚異氰尿酸酯(polyisocyanurate)、聚胺甲酸乙酯、聚脲、聚胺甲酸乙酯脲、其共聚物及其混合物。為了避免發泡問題及該介電材料之潛在毒化，這些配方較佳係不含表面活性劑之配方。該研磨墊係包括具有位於聚胺甲酸乙酯基質(係塗覆於支撐底基板上)內的雙孔隙結構的多孔研磨層。該雙孔隙結構係具有第一套較大之孔，以及位於該較大孔孔室壁內且介於該較大孔孔室壁之間的第二套較小之孔。此雙孔隙結構用以降低缺陷並同時增加某些研磨系統之移除速率。
該多孔研磨層係固定於聚合物膜基板或形成於織造或非織造結構中以形成該研磨墊。當將該多孔研磨層沉積於聚合物基板如非多孔聚(對苯二甲酸乙二醇酯)膜或片材上時，往往較佳係使用黏合劑如專屬(proprietary)胺甲酸乙酯或丙烯酸系黏合劑，以增加該膜或片材之黏合性。雖然這些膜或片材可含有孔隙，這些膜或片材較佳為非多孔的。非多孔膜或片材之優點為他們促進該研磨墊之均勻厚度或平坦度，增加整體硬度並降低研磨墊整體壓縮性，以及消除漿料於研磨過程中的毛細管效應(wicking effect)。
於另一具體實施態樣中，織造或非織造結構係作為該多孔研磨層之基底。雖然使用非多孔膜作為底基板具有上述之益處，使用膜仍具有缺點。最有名的是，當使用非多孔膜作為底基板時，可能將氣泡捕捉於該研磨墊與研磨工具之平臺之間。這導致的主要問題為研磨非均勻性、更高之缺陷性、高墊磨損及縮短之墊壽命。當使用氈作為底基板時，由於空氣可穿透該氈且不將氣泡捕捉，因此消除了這些問題。其次，當將該研磨層施加於膜上時，該研磨層與該膜之黏合性係取決於黏合結合的強度。於某些侵蝕性研磨條件下，此結合可能失敗並造成研磨之災難性失敗。當使用氈時，該研磨層實際上滲入該氈內之一定深度並形成堅固的機械性聯結介面(strong mechanically interlocked interface)。雖然織造結構係可接受者，非織造造結構可提供額外之用於強結合至該多孔聚合物基板之表面積。適當之非織造結構的優異實例係使用聚胺甲酸乙酯浸透的聚胺甲酸乙酯氈，以將纖維結合在一起。典型之聚酯氈應具有500至1500μm的厚度。
該第一套孔(本文中亦指代為大孔)係向研磨表面敞開，且典型係具有至少35μm之平均直徑。為了本說明之目的，該第一套孔之平均直徑係表示，在與研磨墊之研磨表面平行之方向之橫截面中測量的孔的平均最大寬度。較佳地，該等第一套孔或大孔係具有至少40μm之平均直徑。這些大孔促使漿料輸送及研磨碎屑之移除。這些大孔大孔係具有垂直於該研磨表面之延伸結構並於該研磨墊之整個壽命期間提供一致之研磨表面積，該等第一套孔可具有錐形之側壁，或較佳係具有豎直側壁之柱狀結構。
此外，該第一套孔係含有孔壁。該等孔壁係具有15至55μm之厚度。此壁厚度有助於該墊之硬度及研磨能力。若孔室壁太薄，將缺少一致性研磨所需之剛性，墊體磨損將會很高且墊壽命縮短。同樣，若該孔室壁太厚，將缺少用於有效研磨的適宜結構。較佳地，該孔室壁係具有20至50μm之厚度。除了厚度之外，也很重要的是：該孔室壁具有必要之硬度或模數以將適用研磨力轉移至目標基板，如晶圓；並同時具有足夠低之模數以達成低缺陷性研磨。為了本說明之目的，該模數係表示如下測得之材料拉伸儲存模數(E’)：將該聚合物溶解於二甲基甲醯胺之後， 將該溶液塗覆於玻璃板上，於升高之溫度移除該溶劑，隨後自該玻璃板移除經乾燥之塗層，留下自支式非多孔膜，將該膜置於25℃及50%濕度的條件下5天，隨後根據ASTM D5026-06“塑膠標準測試方法：動態機械性質：張力下(Standard Test Method for Plastics：Dynamic Mechanical Properties：In Tension)”在10/rad/sec之頻率及25℃之溫度之下，使用薄膜固定裝置進行測量。通過此測試方法，10至60MPa之儲存模數提供具有低缺陷性的優異研磨結構。較佳地，該等壁係具有10至50MPa之儲存模數。最佳地，該等壁係具有10至40MPa之儲存模數。儲存模數低於10MPa時，該孔壁所具有之剛性不足以在凝聚製造製程之機械張力下倖存。儲存模數超過60MPa時，缺陷值增加至所需研磨製程無法接受之程度。據此，該孔壁中聚合物之模數與研磨過程中產生之缺陷之程度間存在有關聯性。
除了第一套孔(大孔)之外，位於該大孔壁內之第二套孔(本文中亦指代為微孔)對該研磨墊提供額外之研磨益處。該第二套孔係具有5至30μm之平均孔尺寸，且傾向於具有比該第一套孔更接近球形之形狀。為了本說明之目的，該第二套孔尺寸係表示以對分該第二套孔方式橫切研磨表面時於該大孔之孔室壁內之該小孔的平均直徑。較佳地，該第二套孔係具有5至25μm之平均孔尺寸。
除了該微孔尺寸之外，該等孔室壁較佳係具有至少10體積%但不超過55體積%之孔隙度。為了本說明之目的，該 孔隙度係表示以對分該第二套孔方式橫切研磨表面時於500×放大率孔室壁之使用掃描電子顯微鏡可觀察到之孔室壁中的孔隙分率(pore fraction)。較佳地，該等孔室壁較佳係具有至少20體積%但不超過50體積%之孔隙度。該等孔室壁最佳係具有約20體積%至40體積%之孔隙度。再者，該孔壁視需要具有等於該微孔平均尺寸之2至10倍的厚度，或較佳具有該微孔平均孔尺寸之4至10倍的厚度。
藉由溶劑/非溶劑凝聚技術創製多孔聚合物結構業經使用多年，以作成人造皮革(舉例而言，參見《聚合物科學百科全書(Encyclopedia of Polymer Science)》之“類皮革材料(LeatherLike Materials)”)或合成膜(舉例而言，參見《聚合物科學百科全書》之“膜技術(Membrane Technology)”)。於該凝聚製程中，將溶於溶劑中之聚合物溶液加入對於該聚合物為非溶劑之溶液中。於該溶液中分離出聚合物相，以形成富聚合物相(polymer-rich phase)及貧聚合物相(polymer-poor phase)。該富聚合物相構建該孔壁，而該貧聚合物相形成該等孔本身。藉由控制該聚合物化學性質及凝聚條件，可創製用於不同應用之各種孔結構。除了使用溶劑系聚合物溶液創製多孔結構之外，可藉由溶劑/非溶劑交換之外的製程來凝聚水性可分散聚合物塗層。用以使得該水性聚合物分散液不安定之可能途徑係包括改變pH、改變離子強度或改變溫度。
除了溶劑/非溶劑凝聚(有時稱為浸漬沉澱)之外，可藉由其他技術創製類似之多孔結構。這些包括製程如燒結、拉伸、徑跡蝕刻、模板浸濾及相轉換。後者係包括藉由溶劑蒸發而沉澱、自氣相沉澱出、藉由受控蒸發之沉澱及熱沉澱。作成互聯孔之其他方法係藉由使用超臨界流體或低密度泡沫技術。
[實施例]
表1總結了下述實施例中揭示之墊的性質。所包括者係整體墊性質、大孔之度量學數據、研磨數據以及定義多孔性研磨墊之若干特徵的數值。實施例1至實施例3係表示商用聚胺甲酸乙酯多孔性研磨墊之比較例。實施例4至實施例7係表示證明比商用研磨墊具提升之研磨效能的研磨墊。
表1之說明如下：
DMA測量：藉由澆鑄膜之動態機械分析來測定形成該多孔性塗層之孔壁之聚合物的拉伸儲存模數。這些係藉由下述準備之：將溶解於二甲基甲醯胺中之聚合物塗覆於玻璃板上，於升高之溫度移除該溶劑並隨後自該玻璃板上移除經乾燥之塗層，以留下自支式膜，無氣泡及其他缺陷，大約300微米厚。將該膜置於25℃及50%相對濕度之條件5天後，使用Rheometric ScientificTM固體分析儀RSA III測量拉伸儲存模數。根據“塑膠標準測試方法：動態機械性質：張力下”，在10/rad/sec之頻率及25℃之溫度之下，使用薄膜固定裝置進行張力下測量。該等樣本係具有20mm長×6.5mm寬之維度。
孔度量學測量：存在於該多孔性研磨層表面中之第一套孔(大孔)之特徵藉由使用Nikon SMZ800TM顯微鏡之光學顯微鏡法以及組合使用Media Cybernetics®研發之Image-Pro®軟體描述之。有數個孔參數藉由該軟體測定。這些參數包括：存在於測量面積(A)中之孔(P)的數目；每個孔的平均面積(MPA)；孔之直徑；以及孔之分率。自這些參數，每個孔壁之平均厚度(w)係使用下式計算之：w=(A/π P)½-(MPA/π)½
研磨條件：使用20吋(51公分(cm))直徑之墊於Applied Mirra® 200mm研磨器上研磨而產生全部的研磨數據。該等墊係壓印(embossed)有具100mil(2.5mm)節距、30mil(0.8mm)寬度及15mil(0.4mm)深度之維度之交叉線設計，或機械加工有具180mil(4.6mm)節距、30mil(0.8mm)寬度及15mil(0.4mm)深度之維度之交叉線溝槽圖案。所使用之漿料係陶氏電子材料公司製造之LK393c4，漿料流速為200毫升(mL)/分鐘(min)。平臺及載子頭的速度分別為93轉每分鐘(rpm)及87rpm，且下壓力為1.5磅/平方吋(psi)。
分別使用毛氈Cu之晶圓及TEOS晶圓測量銅及介電材料移除速率數據。使用KLA SP1毛氈晶圓評測工具以0.08微米之檢出限值自毛氈Cu晶圓測定缺陷度量學數據，之後使用Vistec INS3300 Leica缺陷檢測顯微鏡將缺陷分類。
實施例1：比較墊A(POLITEXTM CMP研磨墊)
比較墊A係多年來用以研磨半導體晶圓之聚胺甲酸乙酯多孔性墊。
該墊係藉由下述作成：將溶解於二甲基甲醯胺(DMF)中之聚胺甲酸乙酯溶液塗覆於經胺甲酸乙酯浸漬之非織造聚酯氈基板上，隨後將其浸漬於非溶劑/溶劑凝聚浴中，以於該基板上形成多孔塗層。將經塗覆基板沖洗及乾燥之後，以研磨劑紙打磨該經塗覆之基板以移除表皮層並曝露該孔結構。隨後，壓印該墊以在該研磨層中創製交叉線溝槽圖案。所壓印之溝槽圖案促使漿料於研磨過程中橫跨該墊分佈。
比較墊A之孔結構係包括大的豎直孔，其維度係提供於表1中。該孔之直徑典型為70微米，而長度典型為數百微米(於橫截面中且平行於該研磨表面測量之)。多數孔係錐形，且越接近該研磨表面，孔越窄。此錐形結構導致隨著墊磨損改變之孔密度；且改變之孔密度提供隨著該墊表面於墊之壽命過程中的損耗而不一致研磨效能。
該等孔室壁係具有低孔隙度，且不含落於5至40微米之所欲範圍內的微孔。所存在之任何孔之直徑係明顯低於5微米，且往往低於1微米。自該大孔度量學數據，可使用早前揭示之等式計算該孔壁之厚度。對於比較墊A，計算所得之孔壁厚度為20微米。由於此數值低，其係造成對晶圓表面之過量接觸力，該過量接觸力導致較高缺陷性。
藉由上揭之DMA方法測量，形成該孔壁之聚合物的模數具有71 MPa之值。此值係高於所欲者且也導致研磨過程中較高之缺陷。
參考表1之研磨數據及條件，此墊之研磨效能係不適用於要求低缺陷之研磨應用。舉例而言，缺陷性數值係過高且TEOS移除速率過低，以致於無法滿足商用晶圓積體結構之通量需求。特別地，對於進階之低缺陷或未來研磨需要，該TEOS:Cu移除速率之選擇性比例太低。
實施例2：比較墊B(H7000HN-PET,Fujibo)
比較墊B係Fujibo公司販售之H7000HN-PET設計之用以研磨半導體晶圓的聚胺甲酸乙酯多孔性墊。該墊似乎藉由實施例1之類似製程予以製成，除了下述不同：該研磨層係塗覆於聚酯膜基板上，且包括加入該配方中以控制孔結構的表面活性劑如磺琥珀酸鈉二辛酯(dioctyl sodium sulfosuccinate)。比較墊B之孔結構係與比較墊A之孔結構不同。比較墊B具有由大孔及位於該大孔之孔壁內之較小微孔兩者構成的孔結構。
雖然此孔結構之某些方面對於要求低缺陷之研磨應用係所欲者，但比較墊B係藉由向該聚胺甲酸乙酯配方中加入表面活性劑而達成該雙孔隙結構。這些表面活性劑中有些含有金屬離子如鈉，其可抵損被研磨之裝置的電效能，同時，其他表面活性劑可能導致於研磨過程中生成無法接受之泡沫。
其次，該大孔壁中微孔之密度極高，而弱化了該孔室壁，此可造成高度之墊磨損及縮短之墊壽命。最後，自表1可見，計算所得之孔壁厚度係63微米。因此，該孔結構係由藉由具有與該等孔本身之直徑相當的維度之壁分隔之孔所構成。此孔結構對漿料輸送及墊與晶圓間之接觸力產生負面效果，且對於對低缺陷要求更高之研磨應用無效率。
實施例3：比較墊C(SPM3100TM)
比較墊C係用以研磨矽晶圓之多孔性墊。該墊係陶氏電子材料公司製造之SPM3100設計者。除了將該研磨層塗覆至聚酯膜基板上之外，該墊係藉由實施例1中使用之類似製程作成。雖然比較墊C具有所欲之孔形貌，具有大孔及小孔兩者及所欲之壁厚度，該孔壁中之聚合物的模數對於低缺陷性研磨來說仍過高。此實施例證明，需要將該孔壁中之聚合物的模數控制在低於臨界值，以達成要求低缺陷之研磨應用所需的非常低的缺陷程度。又，對於進階之低缺陷或未來研磨需要，其TEOS:Cu移除速率之選擇性比例係無法接受的低。
實施例4：(膜底基板)
藉由下述於DMF中合成聚胺甲酸乙酯：使得聚乙二醇丙二醇己二酸酯多元醇(polyethylenepropyleneglycol adipate polyol)(0.0102莫耳)及丁二醇(0.0354莫耳)之混合物與二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)(0.0454莫耳)反應，以形成重量平均分子量為50,000且多分散度為1.6之聚胺甲酸乙酯。所得聚胺甲酸乙酯溶液於25wt%固體係具有約3000厘泊(cP)之室溫黏度。該配方中不存在表面活性劑。
於17℃將上述聚胺甲酸乙酯溶液之75mil(1.9mm)濕厚度層塗覆於7.5mil(0.2mm)厚的聚酯膜基板上。將經塗覆之膜浸漬於保持為17℃之含有145% DMF及85.5%水的浴中，以凝聚該聚合物塗層並形成含有大孔及小孔兩者之多孔微結構。
將經塗覆之膜沖洗並乾燥之後，用研磨劑紙打磨該膜以移除表皮層並曝露該孔結構。於該研磨層中機械加工溝槽，以創製具有180mil(4.6mm)節距、15mil(0.4mm)深及30mil(0.8mm)寬之公稱維度的交叉線溝槽圖案。這些溝槽促使漿料於研磨過程中橫跨該墊分佈。
聚胺甲酸乙酯配方與凝聚條件的組合導致由具有30微米之平均壁厚度之大孔及於該大孔壁中之微孔所構成的所欲之孔形貌。該微孔大致為球形，直徑約為10微米，其濃度係使得該等微孔之間存在連續之大孔壁。因此，不同於比較墊B中存在之高濃度之重疊微孔，本實施例中，該等微孔不抵損該大孔壁的強度或硬度。
該聚胺甲酸乙酯多孔性雙孔隙結構具有若干益處。首先，其係將TEOS移除速率增加至研磨進階節所需之更高移除速率值的原因，且更重要的，其將TEOS：Cu移除速率之選擇性比例顯著增加至較佳值。自表1可見，實施例4之TEOS移除速率及TEOS：Cu選擇比例顯著高於實施例1之比較墊A的相應值。比較墊A缺少位於該第一套孔壁中之第二微孔，也不具備將漿料於墊-晶圓縫隙中保持並輸送之相同能力。雖然實施例2之比較墊B確實具有微孔隙及大孔隙兩者，但微孔之濃度及大孔壁之厚度兩者皆過高，而難以維持晶圓與墊表面之間的最佳接觸及漿料輸送。因此，對於要求低缺陷之研磨應用來說，藉由比較墊B達成之TEOS移除速率不適當。
實施例4之該較佳之雙孔隙結構的第二個益處為，其降低該墊隨著磨損發生之研磨效能的變化。對於僅具有大孔結構之墊，如實施例1之比較墊A，於研磨過程中移除速率之改變係隨著墊向下磨損而出現。此係具有錐狀橫截面之大孔的結果，因此隨著墊向下磨損，孔橫截面改變。具有本發明之較佳之雙孔隙結構之墊的研磨數據確立：隨著該墊之磨損，移除速率係於整個墊壽命期間保持為接近一致或穩定，且缺陷性也不改變，此係比商業墊A、B及C優之顯著益處。
實施例4之該雙孔隙結構之第三個益處為該微孔之存在降低藉由金剛石修整(diamond conditioning)來於該墊表面中創製紋理的需要。對於習知研磨墊來說，於研磨之前及研磨過程中使用研磨劑金剛石盤修整該墊之表面為一種慣例。此步驟耗時且使得購買昂貴之金剛石修整盤之需要變得必要。研磨工作已顯示，具有實施例4之結構的墊需要於研磨之前或研磨過程中進行最少之金剛石修整(若有任何金剛石修整的話)，且已顯示使用簡單、不昂貴之尼龍刷修整該墊之表面已足以於墊之整個壽命過程中維持安定之移除速率及低缺陷性。金剛石修整之免除或至少最少化導致更低之墊磨損及增加之墊壽命。
實施例4之雙孔結構的第四個益處為，研磨效能變得更少依賴于壓印至或機械加工入該墊表面的大溝槽設計。需要大溝槽以防止研磨過程中該墊與晶圓之間的黏滯力，並使得於該墊-晶圓縫隙中之漿料輸送係可能。然而，與習知研磨墊不同，實施例4之墊之大溝槽設計的變化對於研磨效能僅具有極小效果。
該孔壁中之聚合物的儲存模數為39 MPa。此數值提供低缺陷性研磨並提供有效之TEOS移除速率，以及高達3.5的TEOS:Cu移除速率之選擇性值。實施例4之墊具有非常低之缺陷數目，該值為6，顯著低於比較墊實施例A、B及C的缺陷程度。
實施例5：(氈底基板)
使用於實施例4中於17℃製備聚胺甲酸乙酯溶液之75 mil濕厚度層，但將其塗覆於浸漬有聚胺甲酸乙酯之非織造聚酯氈基板上。由陶氏電子材料公司製造之該基板係具有0.340g/cm3之密度、14%之可壓縮率、49mil(1.2mm)之厚度以及49 Shore DO之硬度。
將經塗覆之氈浸入保持在17℃之含有14.5體積%(vol%) DMF及85.5 vol%水的浴中，以凝聚該聚合物塗層並形成含有大孔及小孔兩者的多孔微結構。將該經塗覆之基板沖洗並乾燥之後，使用研磨劑紙打磨以移除該表皮層並曝露該孔結構。隨後，壓印該研磨層以創製公稱維度為100mil(2.5mm)節距、15mil(0.4mm)深及30mil(0.8mm)寬之交叉線溝槽圖案。壓印之溝槽圖案促進漿料於研磨過程中橫跨該墊表面分佈。
與膜相比，氈基板具有之益處為，該研磨墊與研磨工具之平臺之間不捕捉導致極差之研磨效能的氣泡，蓋因該氣泡可通過該可滲透之氈層消散。其次，當將該研磨層施加於膜上時，該研磨層與膜之黏合性係取決於該黏合結合之強度。於某些侵蝕性研磨條件下，此結合可能失敗並造成研磨之災難性失敗。當使用氈時，該研磨層實際上滲入該氈內之一定深度並形成堅固的機械性聯結介面。與實施例4相反，於實施例5中，係將相同之研磨層塗覆於聚酯氈而非膜基板上。與該聚酯膜相比，該聚酯氈更易壓縮且具有更低之剛性。由於該研磨層係以相同之聚合物配方作成且該凝聚條件係與實施例4相同，於實施例5中達成類似之雙孔隙結構、壁厚度及孔壁聚合物模數之數值。僅不同在底基板。自表1可見，實施例5之非織造墊達成了低缺陷值、高TEOS移除速率及高TEOS:Cu移除速率之選擇性比例。
此實施例證明，使用非織造氈底基板也可達成良好之研磨效能，且與膜相比，消除了空氣捕捉及結合失敗的問題。
實施例6：(氈底基板)
使用於實施例4中於17℃製備聚胺甲酸乙酯溶液之75mil濕潤厚度層，並塗覆於浸漬有聚胺甲酸乙酯之非織造聚酯氈基板上。藉由陶氏電子材料公司製造之該基板係具有0.318g/cm3之密度、17%之可壓縮率、44mil(1.1mm)之厚度以及39 Shore DO之硬度。
使用與實施例5中揭示者相同之製程步驟及條件將該經塗覆之氈轉換為研磨墊。
實施例6進一步證明，非織造氈基板產生優異之研磨效能。
實施例7：(膜底基板)
藉由下述於DMF中合成聚胺甲酸乙酯，使得聚乙二醇丙二醇己二酸酯(0.0117莫耳)與丁二醇(0.0259莫耳)之混合物與二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)(0.0373莫耳)反應，以形成具有重量平均分子量為40,000及多分散度為1.6的聚胺甲酸乙酯。將該聚胺甲酸乙酯溶液塗覆於膜上，並使用與實施例4中揭示者相同之製程步驟及條件將之轉換為研磨墊。
實施例7與實施例4之不同之處在於，係將該聚胺甲酸乙酯配方修改以降低該孔壁中之聚合物的模數。於該研磨墊之其他方面，包括該雙孔隙結構及孔壁厚度，係維持與實施例4之研磨墊類似。
該孔壁中之聚合物的模數與研磨過程中生產之缺陷的程度之間存在明顯關聯性。因此，比較實施例7與實施例4，該孔壁中之聚合物之模數的數值分別為17與39Mpa，缺陷程度分別為2與6，清楚地證明，降低孔壁之模數減少了缺陷性。
本發明之研磨墊係提供習知多孔性研磨墊無法達成之若干優點。舉例而言，該雙孔隙研磨墊促進了高TEOS移除速率及高TEOS:Cu移除速率之選擇性以及低缺陷性。此外，該雙孔隙研磨墊需要縮短之試運轉(break-in)，並提供安定之移除速率；以及於減少之修整下達成此等安定之速率。該墊係提供1,000晶圓之優異壽命以及有限的磨損。再者，織造及非織造基板係提供傑出之層間黏合並消除了氣體捕捉。最後，該研磨墊係不含表面活性劑，且於研磨過程中不發泡，也不貢獻可擴散進入介電材料及低k介電材料以干擾研磨的鹼金屬。

Claims (8)

  1. 一種研磨墊，係有用於研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者，該研磨墊包含多孔研磨層，該多孔研磨層具有於聚胺甲酸乙酯基質中的雙孔隙結構，該雙孔隙結構具有第一套孔，該第一套孔具有孔壁，該孔壁具有15至55μm之厚度，於25℃量得之10至60MPa的儲存模數，以及含有位於該孔壁內之第二套孔，該第二套孔具有5至30μm的平均孔尺寸，且其中，該多孔研磨層係固定至聚合物膜或片材基板或形成於織造或非織造結構中以形成研磨墊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中，該第一套孔具有至少35μm的平均直徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中，該孔壁之橫截面具有10%至55%的孔隙度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨墊，其中，該聚胺甲酸乙酯基質係不含表面活性劑之凝聚結構。
  5. 一種研磨墊，係有用於研磨磁性、光學及半導體基板之至少一者，該研磨墊包含多孔研磨層，該多孔研磨層係具有於聚胺甲酸乙酯基質中的雙孔隙結構，該雙孔隙結構具有第一套孔，該第一套孔具有孔壁及至少40μm之平均直徑，該孔壁之具有20至50μm之厚度，於25℃量得之10至50MPa的儲存模數，以及含有位於該孔壁內之第二套孔，該第二套孔具有5至25μm的平均孔尺寸，其中，該多孔研磨層係固定至聚合物膜或片材基板 或形成於織造或非織造結構中以形成研磨墊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之研磨墊，其中，於25℃量得之該孔壁的儲存模數為10至40MPa。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之研磨墊，其中，該孔壁之橫截面具有20%至50%的孔隙度。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之研磨墊，其中，該聚胺甲酸乙酯基質係不含表面活性劑之凝聚結構。
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