TWI612084B - 研磨墊的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種研磨墊的製造方法，所述方法包括：將多種聚合物混合以產生黏度為20,000厘泊（25℃）至40,000厘泊（25℃）的胺基甲酸酯預聚物；將惰性氣體及沸點為60℃至150℃的低沸點發泡劑與所述胺基甲酸酯預聚物混合；以及於預定鑄件中對所產生的混合物執行膠凝及硬化，以製造包含孔隙的研磨層。

Description

研磨墊的製造方法

本發明是有關於一種研磨墊的製造方法，且更具體而言，是有關於一種藉此可收集具有預定尺寸的研磨漿的研磨墊製造方法。

化學機械平坦化/研磨(chcmical mcchanical planarization/polishing，CMP)製程已用於半導體元件的全局平坦化，且隨著晶圓直徑增大、高整合密度、微線寬及多層式佈線結構的趨勢，其已變得重要。

在CMP製程中，研磨速度及晶圓的平整度是重要的，且此種CMP製程的效能取決於CMP設備的狀況及作為可消耗構件的研磨漿及研磨墊的效能。具體而言，研磨墊容許在其中研磨墊接觸晶圓的表面的狀態下供應的研磨漿均勻地散佈於晶圓上，以使得由研磨漿中所含有的磨料顆粒及研磨墊的突出部引起物理磨損。

在此種情形中，需要使直接接觸晶圓的研磨墊的表面中的研磨漿飽和，以使得研磨漿流動順暢。為此，在美國專利第 5,578,362號、韓國專利公開申請案第2001-2696號、韓國專利公開申請案第2001-55971號等中揭露了用於在研磨墊的表面中形成微小孔(micro hole)(例如，孔隙(pore))的技術。

如此一來，維持研磨墊的表面中的研磨漿飽和以增加CMP製程中的研磨墊的作用及效能是極為重要的。因此，在研磨墊中形成各種形狀的凹槽以形成大的漿流，且如上所述藉由使多微孔(microporous)材料開放而在研磨墊的表面中形成微小孔。

在所述多種技術中，已對用於形成凹槽的技術進行開發以嘗試各種圖案；然而，與用於形成微小孔的多個孔隙相關的技術僅限於限制性地使用形成預定孔隙的方法。

亦即，形成多個孔隙的傳統方法存在優點及缺點。實際上，藉由考量所述優點及缺點進行調整而使用所述CMP製程。

然而，因需要使半導體製程更為微細(minute)且更為精密，故CMP製程亦需要用於形成多個孔隙的經改良技術以滿足需求。

具體而言，在傳統技術中，在研磨墊中未將孔隙形成為具有微型及某一範圍內的尺寸，因此在需要精密性及微細性的技術領域中未精確執行CMP製程。

舉例而言，在傳統技術中，提議僅使用惰性氣體來形成孔隙的技術。近來，為執行精密CMP製程，研磨墊中包含的孔隙的平均尺寸應等於或小於至少31微米，且應使其寬度變化最小化。然而，由上述僅使用惰性氣體來形成孔隙的傳統技術所產生 的孔隙的平均尺寸不滿足該些條件。

此外，在使用化學發泡劑產生孔隙的傳統方法中，同時產生尺寸介於數十微米至數千微米範圍內的多個孔隙。因此，傳統方法距產生具有均勻尺寸的孔隙的方法仍有很長的距離。

本發明提供一種研磨墊的製造方法，所述研磨墊的製造方法可藉由在執行化學機械平坦化/研磨(CMP)製程時收集具有均勻及微細尺寸的研磨漿而使研磨效能及平坦化效能最大化。

根據本發明的態樣，提供一種研磨墊的製造方法，所述方法包括：將多種聚合物混合以產生黏度為20,000厘泊(cPs)(25℃)至40,000厘泊(25℃)的胺基甲酸酯預聚物；將惰性氣體及沸點為60℃至150℃的低沸點發泡劑與所述胺基甲酸酯預聚物混合；以及於預定鑄件中對所產生的混合物執行膠凝及硬化，以製造包含孔隙的研磨層。

基於所產生的混合物的總體積計，可將體積比為5%至30%的惰性氣體及體積比為0.1%至10%的低沸點發泡劑與所述胺基甲酸酯預聚物混合。

所述方法可更包括將具有四價或更高價羥基的聚合物混合以產生胺基甲酸酯預聚物、以及藉由將產生的所述胺基甲酸酯預聚物與硬化劑混合而形成具有三維(3D)組合結構的聚胺基甲酸酯。

所述方法可更包括將藉由對所述研磨層進行加工而在所述研磨層的表面上使所述孔隙開放而界定的微孔進行分散。

1‧‧‧研磨裝置

3‧‧‧壓盤

5‧‧‧頭部

7‧‧‧矽晶圓

11‧‧‧噴嘴

13‧‧‧研磨漿

100‧‧‧研磨墊

110‧‧‧支撐層

120‧‧‧研磨層

130‧‧‧聚合物基質

141、141’‧‧‧孔隙

160‧‧‧表面

圖1是根據本發明實施例的研磨墊的剖視圖。

圖2是採用圖1所示研磨墊的研磨裝置的示意圖。

圖3說明由根據本發明的方法所產生的聚胺基甲酸酯結構與由傳統方法所產生的聚胺基甲酸酯結構的對比。

圖4A、圖4B、圖4C及圖4D說明由根據本發明的方法所產生的、在執行化學機械平坦化/研磨(CMP)製程之前及之後的研磨墊的表面的狀態與由傳統方法所產生的、在執行CMP製程之前及之後的研磨墊的表面的狀態的對比。

圖5說明在根據本發明的方法中孔隙的尺寸與胺基甲酸酯預聚物的黏度的關係，圖6說明孔隙的尺寸與發泡劑的沸點的關係，且圖7說明孔隙的尺寸與惰性氣體的含量的關係。

圖8A及圖8B說明由根據本發明的方法所產生的研磨墊中的孔隙的尺寸及狀態與由傳統方法所產生的研磨墊中的孔隙的尺寸及狀態的對比。

圖9A、圖9B、圖10A及圖10B說明由根據本發明的方法所產生的研磨墊的研磨效能及壽命效能與由傳統方法所產生的研磨墊的研磨效能及壽命效能的對比。

圖11說明根據本發明的實施例所產生的孔隙的狀態。

圖12A至圖12C說明關於由根據本發明的方法所產生的研磨墊的層形成(layer-forming)製程中的表面粗糙度及刮痕的所得值、與關於由傳統方法所產生的研磨墊的層形成製程中的表面粗糙度及刮痕的所得值的對比。

現在將參照其中示出本發明的示例性實施例的附圖來更充分地闡述本發明。

以下，本發明的實施例中的每一者僅為用於幫助理解本發明的一個實例，且本發明並非僅限於此。具體而言，本發明可由每一實施例中所包括的個別功能或個別操作的至少一或多個組合來構成。

圖1是由根據本發明實施例的製造方法製造而成的研磨墊100的剖視圖，且圖2說明使用研磨墊100來研磨矽晶圓7的旋轉型研磨裝置1。如圖1所示，研磨墊100包含支撐層110和研磨層120。研磨層120包含聚合物基質130、孔隙141/141’和表面160。

如圖2所示，支撐層110用以將研磨墊100固定至研磨裝置1的壓盤(platen)3。支撐層110是由具有穩定性的材料製成，以對應於按壓矽晶圓7(即，待研磨的物體)的力，矽晶圓7裝載於頭部5處且面對壓盤3以使得支撐層110以相對於矽晶圓7 的均勻的彈性來支撐形成於支撐層110上的研磨層120。

因此，較佳地，支撐層110主要是由無孔、固體及均勻彈性材料製成，且具有較形成於支撐層110上的研磨層120低的硬度。

此外，支撐層110的至少一部分是透明或半透明的，以使得用於偵測待研磨物體的表面的平整度的光束可透射穿過支撐層110。

在圖2中，待研磨的物體是具有金屬或絕緣層作為待研磨層的矽晶圓7。然而，各種類型的基板(例如，上面將形成薄膜電晶體-液晶顯示器(thin film transistor-liquid crystal display，TFT-LCD)的基板、玻璃基板、陶瓷基板及聚合物塑膠基板)可為待研磨的物體。此外，可無需包括支撐層110而製造研磨墊100。

此外，儘管研磨墊100如圖2所示具有圓形形狀以適用於旋轉型研磨裝置1，但研磨墊100可根據研磨裝置1的形狀而被修改成各種形狀，例如矩形形狀、方形形狀等。

如圖2所示，研磨層120直接接觸作為待研磨物體的矽晶圓7。可藉由將用於形成研磨層120的預定材料混合或化學組合而形成研磨層120。亦即，構成研磨層120的聚合物基質130是由各種眾所習知的組分構成，且對各種眾所習知的材料及形成材料不再予以贅述，而將闡述對應於本發明的特徵的部分。

聚合物基質130較佳是由不溶於作為用於平坦化的化學溶液的研磨漿13中的材料形成。舉例而言，如圖2所示，聚合物 基質130可由不可滲透研磨漿13的材料形成，所述研磨漿13經由研磨裝置1的噴嘴11供應。

聚合物基質130可由用於形成聚合物基質130的材料的化學組合或物理混合形成。

此處，用於形成聚合物基質130的材料可包括選自由以下組成的群組中的一者：聚丙二醇、聚胺基甲酸酯、聚醚、聚酯、聚碸、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯亞胺、聚醚碸、聚醚醯亞胺、聚酮、三聚氰胺、耐綸及氟化烴或其組合物。

具體而言，作為用於形成聚合物基質130的材料的實例的聚烷二醇化合物可為選自由以下組成的群組中的一者：藉由將環氧烷烴(alkyleneoxide)添加至包含水或活性氫的化合物而獲得的化合物、或其組合物。

在本發明中，具體而言，藉由將具有四價或更高價官能基(即，四價或更高價羥基(-OH))的聚合物(例如，聚丙二醇)混合而產生聚合物基質130。

在此種情形中，相較於其中僅使具有二價或三價官能基的聚合物混合的傳統情形，可帶來研磨墊100相對於成本的傑出效能的改良。

舉例而言，當研磨層120是由聚胺基甲酸酯形成時，由傳統方法所產生的聚胺基甲酸酯的結構具有~C-O分子結構的諸多重複二維組合，如圖3的(c’)中所示，且因此顯示出相對靈活 的特性。

然而，當聚胺基甲酸酯是如在本發明中藉由混合具有四價或更高價官能基的聚丙二醇(參見圖3的(a))而形成時，聚胺基甲酸酯結構具有高度交聯的三維(3D)結構(如圖3的(c)中所示)且具有網路結構，且因此示出相較於傳統技術更為剛性的特性。

在此種情形中，較佳地，基於所產生的胺基甲酸酯預聚物的質量計，具有四價或更高價羥基的聚合物的含量為1%至30%。

舉例而言，當胺基甲酸酯預聚物是藉由將具有2個羥基的聚合物、具有3個羥基的聚合物、及具有四價或更高價羥基的聚合物混合而產生時，以使得具有四價或更高價羥基的聚合物的重量比介於胺基甲酸酯預聚物的1%至30%的範圍內的方式執行此混合操作。

當具有四價或更高價羥基的聚合物的重量比小於全體胺基甲酸酯預聚物的1%時，由具有四價或更高價羥基的聚合物引起3D組合的可能性迅速降低，且因此，此不會極大地影響交聯程度的改良。此外，當具有四價或更高價羥基的聚合物的重量比大於全體胺基甲酸酯預聚物的30%時，4-撓性研磨體(4-flexible polishing body)的材料性質大大降低，使得在產生研磨層的過程期間非常難以在物理上控制對應的胺基甲酸酯預聚物。

因此，較佳地，以基於所產生的胺基甲酸酯預聚物的總重量計，以1%至30%的含量來混合具有四價或更高價羥基的聚合 物。

在執行CMP製程時，在研磨墊100的表面160上孔隙141’的區域中發生釉化(glazing)現象(孔隙的周邊因高壓力及摩擦而磨損並被胺基甲酸酯封堵且孔隙被壓壞的現象)。在聚胺基甲酸酯如在本發明中具有網路結構的情形中，在執行CMP製程的研磨墊100的壽命期間可持續不變地維持孔隙的形狀。

圖4A、圖4B、圖4C及圖4D說明傳統技術的效果與本發明的效果的對比。

圖4A示出在執行CMP製程之前、由傳統方法所產生的研磨墊100的表面160的放大圖，且圖4B示出在執行CMP製程之後、由傳統方法所產生的研磨墊100的表面160的放大圖。

此外，圖4C示出在執行CMP製程之前、由根據本發明的方法所產生的研磨墊100的表面160的放大圖，且圖4D示出在執行CMP製程之後、由根據本發明的方法所產生的研磨墊100的表面160的放大圖。

對比圖4B與圖4D，當聚胺基甲酸酯是藉由根據本發明將具有四價或更高價官能基的聚合物(例如，聚丙二醇)混合而形成時，相較於傳統技術，即使在執行CMP製程之後，仍可維持研磨墊100的表面160上的孔隙141’的形狀，且在孔隙141’中不發生釉化。

亦即，在研磨墊100用於CMP製程的壽命期間需要持續不變地維持研磨效能。若研磨墊100上的孔隙被封堵且在所述 孔隙中發生釉化，則研磨效能逐漸降低使得研磨墊100的使用壽命受限。若孔隙的形狀如在本發明中得以持續維持，則研磨墊100的研磨效能不會降低並被持續不變地維持。因此，研磨墊100的壽命可得到提高，且因此可降低更換研磨墊100的成本。

此外，在產生聚合物基質130的過程期間產生聚合物預聚物。聚合物預聚物的黏度較佳為20,000厘泊(25℃)至40,000厘泊(25℃)。

如稍後將闡述，聚合物預聚物的黏度與用於在研磨層120中產生孔隙的惰性氣體及低沸點發泡劑一起用以確定所產生的多個孔隙的尺寸。稍後將提供對其詳細說明。

研磨層120可包含孔隙。如稍後將闡述，孔隙是藉由將惰性氣體與低沸點發泡劑混合而產生的，且當其他條件相同時，可藉由惰性氣體與低沸點發泡劑的混合比率來控制孔隙的尺寸。

如此一來，研磨層120中可包含孔隙。多個微小孔隙141’排列於研磨層120的直接接觸矽晶圓7的表面160中，其中所述多個微小孔隙141’是藉由使所述孔隙141開放而界定。

此處，藉由使孔隙141開放而界定微小孔隙141’意指隨著研磨層120中所包含的由惰性氣體及低沸點發泡劑引起的孔隙向外洩漏，其中包含由惰性氣體及低沸點發泡劑引起的孔隙的區域自微小孔隙141’保留，使得來自外界的預定材料可收集於所述區域中。

在研磨墊100在研磨過程期間磨損時，內嵌的多個孔隙 141持續暴露至研磨層表面160並形成微小孔隙141’，且微小孔隙141’由研磨漿13替代。因此，由於僅聚合物基質130存在於研磨層表面160中，故不會發生研磨墊100的不均勻磨損，但作為待研磨物體的矽晶圓7可被均勻地研磨。

在本發明中，如上所述，研磨墊100中包含的孔隙是由惰性氣體及低沸點發泡劑產生。

此處，惰性氣體可為價數為0且在化學上穩定的氣體。惰性氣體包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)或氡(Rn)。此外，惰性氣體可為除元素週期表中的8族元素以外的不與聚合物基質130反應(即，不參與胺基甲酸酯反應)的任何氣體，例如N₂。

與預定材料混合並因熱而蒸發或反應產生大量氣泡的發泡劑可被主要分類為化學發泡劑及物理發泡劑。

在化學發泡劑中，在藉由使用異氰酸酯基的活性(vitality)與水發生反應而產生的二氧化碳中發生發泡，且因此水用於發泡劑。在物理發泡劑中，氣泡是藉由注入氣體或使用可分解或蒸發性發泡劑來產生反應熱而形成的，且因此物理發泡劑不參與聚合物反應。該些發泡劑的類型及特徵是已眾所習知的且因此將不再對其予以贅述。

本發明的另一特徵在於使用了沸點為60℃至150℃的低沸點發泡劑。稍後將提供對其補充說明。

然而，研磨墊100中的孔隙較佳被產生為具有均勻尺 寸。此外，近來，較佳產生微小單位(micro unit)的微小孔隙(具體而言，其尺寸等於或小於31微米)以用於半導體領域中的微細製程。

亦即，眾所習知的技術或一般方法不滿足所述所有要求。在本發明中，所述所有要求藉由上述配置得到滿足。

以下將闡述根據本發明的研磨墊100的製造方法的實例及其效果。

首先，藉由將多種聚合物混合而產生黏度為20,000厘泊(25℃)至40,000厘泊(25℃)的胺基甲酸酯預聚物。

產生胺基甲酸酯預聚物本身為一般技術。然而，當前實施例的特徵是所產生的胺基甲酸酯預聚物的黏度為20,000厘泊(25℃)至40,000厘泊(25℃)。

具體而言，藉由將具有四價或更高價官能基的聚合物(例如，聚丙二醇)混合而產生胺基甲酸酯預聚物，以使得藉由將所產生的胺基甲酸酯預聚物與硬化劑混合而形成具有3D組合結構的聚胺基甲酸酯。由3D組合結構引起的效果相同於以上說明。

隨後，將惰性氣體及沸點為60℃至150℃的低沸點發泡劑與胺基甲酸酯預聚物混合。

在此種情形中，在惰性氣體與低沸點發泡劑的混合比率中，基於所產生的混合物的總體積計，惰性氣體的含量為5%至30%，且低沸點發泡劑的含量為0.1%至10%。

隨後，執行膠凝及硬化。亦即，將混合物注入具有預定形狀的鑄件中，然後藉由膠凝及硬化而使所述混合物凝固。在80℃至90℃下執行膠凝5至30分鐘，且在80℃至120℃下執行硬化20至24小時。然而，可對詳細處理溫度及時間作出各種變化以提供最佳條件。

最後，對具有預定形狀的、硬化步驟的所得結構進行處理。藉由去除鑄件、切割、表面處理及清潔而對所得結構進行處理。首先，將經硬化的所得結構自鑄件中取出並切割成具有預定厚度及形狀。顯然，可使用任何方法(例如，聚合物片材製造領域中已知的澆鑄或擠出)而將研磨層120形成為片材形狀，以提高生產率。可在研磨層120的表面160中形成各種形狀的凹槽，以使得研磨漿13可遍及研磨層120的工作表面160而被均勻地供應。

在執行清潔過程之後，完成研磨層120。

研磨墊100可僅由研磨層120構成。然而，在必要時，可使用在研磨墊100的製造領域中廣為人知的方法來製成支撐層110，並將支撐層110與研磨層120組合以製成研磨墊100。

因此，可在所產生的研磨層120中產生不可同傳統技術作比較的具有微細及均勻尺寸的孔隙。

圖5說明當包含5%的惰性氣體、包含10%的發泡劑、且發泡劑的沸點為60℃時，孔隙(在研磨層120中產生的孔隙)的尺寸與胺基甲酸酯預聚物的黏度的關係；圖6說明當胺基甲酸 酯預聚物的黏度為20,000厘泊(25℃)、包含5%的惰性氣體且包含10%的發泡劑時，孔隙的尺寸與發泡劑的沸點的關係；且圖7說明孔隙的尺寸與惰性氣體的含量的關係。

參照圖5，當胺基甲酸酯預聚物的黏度為4,000厘泊時所產生的孔隙的平均尺寸為180微米，當胺基甲酸酯預聚物的黏度為10,000厘泊時孔隙的平均尺寸為80微米，當胺基甲酸酯預聚物的黏度為15,000厘泊時孔隙的平均尺寸為45微米，當胺基甲酸酯預聚物的黏度為20,000厘泊時孔隙的平均尺寸為31微米，當胺基甲酸酯預聚物的黏度為30,000厘泊時孔隙的平均尺寸為26微米，當胺基甲酸酯預聚物的黏度為40,000厘泊時孔隙的平均尺寸為26微米，且當胺基甲酸酯預聚物的黏度為52,000厘泊時孔隙的平均尺寸為25微米。

亦即，當胺基甲酸酯預聚物的黏度高於20,000厘泊(25℃)時，產生平均尺寸等於或小於31微米的孔隙。

此外，當胺基甲酸酯預聚物的黏度等於或大於40,000厘泊(25℃)時，因高黏度而實質上不易於控制胺基甲酸酯預聚物。為了控制具有高黏度的胺基甲酸酯預聚物，會顯著增加設施成本。因此，胺基甲酸酯預聚物的黏度較佳等於或小於40,000厘泊(25℃)。

參照圖6，當發泡劑的沸點為40℃時所產生的孔隙的平均尺寸為60微米，當發泡劑的沸點為60℃時孔隙的平均尺寸為31微米，當發泡劑的沸點為80℃時孔隙的平均尺寸為28微米， 當發泡劑的沸點為100℃時孔隙的平均尺寸為26微米，當發泡劑的沸點為120℃時孔隙的平均尺寸為24微米，且當發泡劑的沸點為150℃時孔隙的平均尺寸為21微米。

亦即，當發泡劑的沸點等於或大於60℃時，可產生平均尺寸等於或小於31微米的孔隙。當發泡劑的沸點等於或大於150℃時，反應時間因降低的發泡速度而顯著增加，且藉由發泡而產生的孔隙的數目降低，使得研磨墊的收集研磨漿的效率降低。

因此，較佳使用沸點等於或小於150℃的發泡劑。

參照圖7，隨著惰性氣體與低沸點發泡劑的比率變化，孔隙的尺寸變化。僅在惰性氣體的含量為5%或高於5%且低沸點發泡劑的含量為10%或小於10%時，方可產生平均尺寸等於或小於31微米的孔隙。此處，當惰性氣體的體積比超過30%時，研磨墊的重要性降低而使得研磨墊的固有功能(即，研磨功能中的研磨效率)降低。因此，惰性氣體的體積比必須不超過30%。

此外，低沸點發泡劑必須以至少0.1%或高於0.1%的體積比混合。若低沸點發泡劑的混合體積比小於0.1%，則不產生均勻且微細的孔隙，如其中僅存在惰性氣體的情形一般。

亦即，在此種情形中，主要產生平均尺寸超過31微米的孔隙。因此，低沸點發泡劑的混合體積比必須為至少0.1%或高於0.1%。

以下，將藉由對比來闡述根據本發明的具體實驗實例，且熟習此項技術者可充分地在技術上推斷出未予以闡述的內容， 因此對其不再予以贅述。顯然，本發明的範圍並非僅限於以下實驗實例。

<實驗實例1>

將70公斤聚四亞甲基二醇(分子量為1000)、30公斤聚丙二醇(分子量為1000)、以及60公斤甲苯二異氰酸酯置於200公斤的反應器中，並在70℃至80℃下彼此反應4至5小時，以製造NCO含量為最終產物的9.0%的異氰酸酯預聚物。所製造的異氰酸酯預聚物的黏度為35,000厘泊(25℃)。

<實驗實例2>

將80公斤聚四亞甲基二醇(分子量為1000/800=8/2)、20公斤聚丙二醇(分子量為1000/2000=5/5，f(官能度(functionality))=4)以及67公斤甲苯二異氰酸酯置於200公斤的反應器中，並在70℃至80℃下彼此反應4至5小時，以製造NCO含量為最終產物的9.0%的異氰酸酯預聚物。所製造的異氰酸酯預聚物的黏度為30,000厘泊(25℃)。

<實驗實例3>

在使100公斤於實驗實例1中製造的異氰酸酯預聚物、29公斤MOCA(4,4'-Methylenebis(2-chloroaniline)，4,4-亞甲雙(2-氯苯胺))以及惰性氣體經受5000轉/分鐘(rpm)的混合頭的混合之後，使用澆鑄機器進行噴射。在此種情形中，將惰性氣體(即，氮氣)以30%的體積比置於混合頭中。

此後，將混合物立即注入矩形鑄件中。使所注入的具有 一分鐘的消黏時間(Tack Free Time，TFT)的反應溶液膠凝30分鐘，並隨後在烘箱中在100℃下硬化20小時。

自鑄件中取出經硬化的混合物，並切割所述經硬化的混合物的表面以形成研磨墊100的研磨層120。

研磨層120的表面160中的孔隙的平均尺寸約為40微米或大於40微米，且所述孔隙的影像如圖8A所示。此由傳統方法產生，且以此種方式製造的研磨墊100的研磨效能及壽命示出於圖9A、圖9B、圖10A及圖10B中。

圖9A、圖9B、圖10A及圖10B中提出了根據傳統方法製造的包括固態膠囊孔隙及液態孔隙的研磨墊100的效能資料以及根據當前實驗實例3製造的研磨墊100的效能資料以供參考。

<實驗實例4>

在使100公斤於實驗實例2中製造的異氰酸酯預聚物、29公斤MOCA、惰性氣體以及低沸點發泡劑經受5000轉/分鐘的混合頭的混合之後，使用澆鑄機器進行噴射。在此種情形中，將惰性氣體(即，氮氣)以10%的體積比置於混合頭中，且將低沸點發泡劑以8%的體積比置於混合頭中。

此後，將混合物立即注入矩形鑄件中。使所注入的具有一分鐘的消黏時間(TFT)的反應溶液膠凝30分鐘，並隨後在烘箱中在100℃下硬化20小時。自鑄件中取出經硬化的混合物，並切割所述經硬化的混合物的表面160以形成研磨墊100的研磨層120。

研磨層120的表面160中的孔隙的平均尺寸為29微米或大於29微米，且所述孔隙的影像如圖8B及圖11所示。對比圖8B與圖8A，在圖8B中孔隙的平均尺寸較小，且在圖8B中孔隙的尺寸的變化相當均勻。亦即，即使在如圖8A使用傳統方法時可產生在多個個別孔隙中平均尺寸為31微米或小於31微米的任何孔隙，但孔隙的尺寸不均勻，且產生相當大的孔隙使得孔隙的平均尺寸亦增大。

亦即，僅在滿足根據本發明的某些條件時方可產生等於或小於31微米的盡可能均勻的孔隙的平均尺寸。

<實驗實例5>

在使100公斤於實驗實例2中製造的異氰酸酯預聚物、29公斤MOCA、惰性氣體以及低沸點發泡劑經受5000轉/分鐘的混合頭的混合之後，使用澆鑄機器進行噴射。在此種情形中，將惰性氣體(即，氮氣)以15%的體積比置於混合頭中，且將低沸點發泡劑以6%的體積比置於混合頭中。

此後，將混合物立即注入矩形鑄件中。使所注入的具有一分鐘的消黏時間(TFT)的反應溶液膠凝30分鐘，並隨後在烘箱中在100℃下硬化20小時。自鑄件中取出經硬化的混合物，並切割所述經硬化的混合物的表面160以形成研磨墊100的研磨層120。

研磨層120的表面160中的孔隙的平均尺寸為27微米，且所述孔隙的影像如圖11所示。研磨墊100的研磨效能及壽命示 出於圖9A、圖9B、圖10A及圖10B中。

<實驗實例6>

在使100公斤於實驗實例2中製造的異氰酸酯預聚物、29公斤MOCA、惰性氣體以及低沸點發泡劑經受5000轉/分鐘的混合頭的混合之後，使用澆鑄機器進行噴射。在此種情形中，將惰性氣體(即，氮氣)以18%的體積比置於混合頭中，且將低沸點發泡劑以4%的體積比置於混合頭中。

此後，將混合物立即注入矩形鑄件中。使所注入的具有一分鐘的消黏時間(TFT)的反應溶液膠凝30分鐘，並隨後在烘箱中在100℃下硬化20小時。自鑄件中取出經硬化的混合物，並切割所述經硬化的混合物的表面160以形成研磨墊100的研磨層120。

研磨層120的表面160中的孔隙的平均尺寸為24微米，且所述孔隙的影像如圖11所示。

<實驗實例7>

在使100公斤於實驗實例2中製造的異氰酸酯預聚物、29公斤MOCA、惰性氣體以及低沸點發泡劑經受5000轉/分鐘的混合頭的混合之後，使用澆鑄機器進行噴射。在此種情形中，將惰性氣體(即，氮氣)以20%的體積比置於混合頭中，且將低沸點發泡劑以2.0%的體積比置於混合頭中。

此後，將混合物立即注入矩形鑄件中。使所注入的具有一分鐘的消黏時間(TFT)的反應溶液膠凝30分鐘，並隨後在烘 箱中在100℃下硬化20小時。自鑄件中取出經硬化的混合物，並切割所述經硬化的混合物的表面160以形成研磨墊100的研磨層120。

研磨層120的表面160中的孔隙的平均尺寸為21微米或大於21微米，且所述孔隙的影像如圖11所示。

在對圖9A、圖9B、圖10A及圖10B中所示的氧化鈰(Ceria)漿及鎢(W)漿製程中的研磨效能及壽命的評估結果中，根據本發明藉由將低沸點發泡劑與惰性氣體混合而製造的研磨墊100相較於由傳統方法製造的墊顯示出優異的研磨特性及優異特性(甚至在整個壽命中持續不變地維持效能)。

此外，使用根據本發明的方法，研磨墊中的孔隙可被產生為具有小且均勻的尺寸，使得孔隙之間的距離可減小。如圖12A中所示，當根據本發明同時使用惰性氣體及發泡劑時，相較於在傳統技術中僅使用惰性氣體的情形，表面粗糙度參數上的值Rsm減小，使得可預期研磨墊的CMP製程的效能改良。

以此種方式減小的值Rsm用於如圖12B所示減小在CMP製程期間發生的墊磨損碎屑尺寸(pad wear debris size)，且用於如圖12C所示因缺陷及刮痕減少而提高半導體生產良率。圖12B及圖12C中的「混合孔隙」意指其中根據本發明同時使用惰性氣體及發泡劑的情形。

在上述實驗實例中，其中惰性氣體與低沸點發泡劑混合的狀態的溫度可被選擇為處於60℃至150℃的範圍內。

儘管已具體示出本發明並參照其示例性實施例闡述了本發明，但此項技術中具有通常知識者應理解，在不背離如由以下申請專利範圍所界定的本發明的精神及範圍的條件下可作出各種形式及細節上的變化。

工業實用性

如上所述，根據本發明，在研磨墊中產生的孔隙的尺寸可等於或小於31微米，使得可執行符合10奈米級的小型化半導體製程的CMP製程。

此外，孔隙的尺寸的變化被最小化，即孔隙具有相當均勻的尺寸使得可確保研磨墊的效能的可靠性。

1‧‧‧研磨裝置

3‧‧‧壓盤

5‧‧‧頭部

7‧‧‧矽晶圓

11‧‧‧噴嘴

13‧‧‧研磨漿

100‧‧‧研磨墊

Claims (5)

1. 一種研磨墊的製造方法，所述研磨墊的製造方法包括：(a)將多種聚合物混合以產生黏度為20,000厘泊(25℃)至40,000厘泊(25℃)的胺基甲酸酯預聚物；(b)將惰性氣體及沸點為60℃至15℃的低沸點發泡劑與在(a)中產生的所述胺基甲酸酯預聚物混合；以及(c)於預定鑄件中對在(b)中產生的混合物執行膠凝及硬化，以製造包含孔隙的研磨層，其中在(b)中，基於在(b)中產生的所述混合物的總體積計，藉由將體積比為5%至30%的所述惰性氣體及體積比為0.1%至10%的所述低沸點發泡劑與(a)中的所述胺基甲酸酯預聚物混合而產生的孔隙的平均尺寸等於或小於31微米。
2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊的製造方法，更包括：在(a)中，將具有四價或更高價羥基的聚合物混合以產生胺基甲酸酯預聚物、以及藉由將產生的所述胺基甲酸酯預聚物與硬化劑混合而形成具有三維(3D)組合結構的聚胺基甲酸酯，從而產生用於抑制釉化現象發生的研磨層。
3. 如申請專利範圍第2項所述的研磨墊的製造方法，其中被混合以產生所述胺基甲酸酯預聚物的所述聚合物包括選自由以下組成的群組中的一者：聚丙二醇、聚胺基甲酸酯、聚醚、聚酯、聚碸、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯亞胺、聚醚碸、聚醚醯亞胺、 聚酮、三聚氰胺、耐綸及氟化烴或其組合物。
4. 如申請專利範圍第2項所述的研磨墊的製造方法，其中基於產生的所述胺基甲酸酯預聚物的質量計，所述具有四價或更高價羥基的聚合物的含量為1%至30%。
5. 如申請專利範圍第1項所述的研磨墊的製造方法，更包括將藉由對所述研磨層進行加工而在所述研磨層的表面上開放所述孔隙而界定的微孔進行分散。