TWI621166B - 化學機械硏磨矽晶圓之方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓；提供具有研磨層之研磨墊，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯以及固化劑包，其中，該固化劑包係含有胺起始之多元醇固化劑及高分子量多元醇固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.4g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨表面與該矽晶圓之間產生動態接觸。

Description

化學機械研磨矽晶圓之方法
本發明係關於矽晶圓之研磨。更特別地，本發明係關於使用包含研磨層之化學機械研磨墊研磨矽晶圓的方法，其中，該研磨層係顯現大於0.4公克(g)/立方公分(cm3)之密度；肖氏(Shore)D硬度為5至40；斷裂伸長率為100至450%；以及，切割速率為25至150微米(μm)/小時(hr)；以及，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨矽晶圓之研磨表面。
半導體工業中使用之矽晶圓於其可用於裝置加工之前，典型係需要非常高度之表面完美性。該等矽晶圓表面典型係使用化學機械研磨墊與研磨漿料之組合來化學機械研磨矽晶圓表面而產生。通常，正在被研磨之矽晶圓表面係浸沒於研磨漿料中或以研磨漿料沖洗，同時，研磨墊之研磨表面壓抵該矽晶圓表面並旋轉，使得該研磨表面與該研磨漿料之組合作動係對該矽晶圓表面進行研磨操作。理想地，本製程係導致凸出表面特徵之選擇性移除，故，當該製程結束時，產生細節降至最細微水準之完美的 平坦表面。
矽晶圓典型係藉由包括三個研磨步驟之製程製備。第一步，於鋸切、打磨並蝕刻來自圓柱狀單晶矽錠之粗糙矽晶圓之後，施行雙側「切削」(stock removal)研磨步驟；其中，該單晶內之打磨損傷被移除，並形成兩個平坦之平行表面。典型地，於該切削研磨步驟中，自該矽晶圓之每一側移除約10至20μm之材料。第二步，施行「最終研磨」之研磨步驟，其中，研磨該矽晶圓之正側以移除來自切削研磨步驟之擦傷及處理痕跡。典型地，於此最終研磨之研磨步驟中，自該矽晶圓之正側移除約100奈米(nm)至5μm之材料。第三步，施行「無霧」(haze free)研磨步驟，其中，該矽晶圓之正側被研磨為如微電子晶片製造所需之埃水準的光滑度。典型地，於此無霧研磨步驟中，於該矽晶圓之正側移除僅10至100nm之材料。
於研磨之後，該矽晶圓表面上殘留之任何表面不完美性之數目及容許尺寸係持續減少。矽晶圓之某些最重要材料規格為：表面金屬含量、正面微粗糙度及每單位面積總粒子。
用於研磨矽晶圓之傳統研磨墊典型係包含由浸潤有聚氰酯之聚酯非織織物或多孔軟胺基甲酸乙酯發泡體所組成之天鵝絨型墊。
Iwase等人於第7,897,250號美國專利中揭露多孔軟胺基甲酸乙酯發泡類型研磨墊之家族。Iwase等人揭露了一種包含軟胺基甲酸乙酯發泡片之研磨墊，該發 泡片係具有形成於該發泡片表面上之開口的發泡元，該開口係藉由擦光或切片製程於該發泡元上開口而形成，其中，開口直徑落入介於約30μm至50μm間之範圍的開口百分比係至少50%，所述表面上每1平方毫米(mm2)內開口的數目係落入介於約50至100之間的範圍，且至少一部分所述發泡元係於其厚度方向具有之長度為該軟胺基甲酸乙酯片之長度的至少約70%，以及，其中，其上形成有開口之表面上該等發泡元之開口直徑與距其上形成有開口之表面至少約200μm深度位置之開口直徑的比的平均值係落入介於約0.65至0.95的範圍。
傳統之研磨用多孔軟胺基甲酸乙酯發泡研磨墊係顯現類似淚滴之孔結構，其中，隨著該研磨層於研磨過程中被磨損，平行於該研磨層之研磨表面的該孔之橫截面增加，這可導致該研磨墊使用過程中研磨安定性之欠缺。
據此，對於用於研磨矽晶圓之改善研磨墊存在持續需求。
本發明係提供用於研磨矽晶圓之方法，係包含：提供矽晶圓，其係具有表面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯以及固化劑包，該固化劑包係包含：至少5重量(wt)%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子 含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.4g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之表面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之表面被研磨。
本發明係提供用於無霧研磨矽晶圓之方法，係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯以及固化劑包，該固化劑包係包含：至少5wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.4g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長 率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，以及，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明提供用於無霧研磨矽晶圓之方法，係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯以及固化劑包，該固化劑包係包含：至少5wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑；其中，該固化劑包中反應性氫基團與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯基團的化學計量比為0.85至1.15；其中，該研磨層係顯現大於0.4g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%；以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正 面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明係提供無霧研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組；以及，固化劑包，其係包含：至少5wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.4g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明係提供無霧研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係 包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組；以及，固化劑包，其係包含：至少5wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明係提供無霧研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組，其中，該 多官能異氰酸酯係具有2至12wt%之未反應NCO基團的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物；以及，固化劑包，其係包含：至少5wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明係提供無霧研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組，其中，該多官能異氰酸酯係具有2至12wt%之未反應NCO基團的 異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物；以及，固化劑包，其係包含：5至20wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少兩個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均4個羥基，其中，該胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為200至400；50至75wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為10,000至12,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均6個羥基；10至30wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)、4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)、及其異構物所組成之群組的二胺類固化劑；以及，0至70wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組；其中，該固化劑包中反應性氫基團與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯基團的化學計量比為0.95至1.05；其中，該研磨層係顯現密度為0.65至0.85g/cm3，Shore D硬度為10至40，斷裂伸長率為150至350%，以及，切割速率為30至60μm/hr，以及，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明係提供無霧研磨矽晶圓之方法，其 係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組，其中，該多官能異氰酸酯係具有5至7wt%之未反應NCO基團的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物，其中，該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係顯現數目平均分子量MN為400至2,500；以及，固化劑包，其係包含：5至20wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少兩個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均4個羥基，其中，該胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為200至400；50至75wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑具有數目平均分子量MN為10,000至12,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均6個羥基；10至30wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)、4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)、及其異構物所組成之群組的二胺類固化劑；以及，0至70wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組；其中，該固化劑包中反應性氫基團與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯基團的化學計量比為0.95至1.05；其中，該研磨層係顯現密度為0.65至0.85g/cm3， Shore D硬度為10至40，斷裂伸長率為150至350%，以及，切割速率為30至60μm/hr，以及，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
本發明係提供無霧研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓，其係具有正面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組，其中，該多官能異氰酸酯係具有5至7wt%之未反應NCO基團的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物，其中，該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係顯現數目平均分子量MN為400至2,500；以及，固化劑包，其係包含：5至20wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少兩個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均4個羥基，其中，該胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為200至400；50至75wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為10,000至12,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均6個羥基；10至30wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑 係選自4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)、4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)、及其異構物所組成之群組的二胺類固化劑；以及，0至70wt%之二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組；其中，該固化劑包中反應性氫基團與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯基團的化學計量比為0.95至1.05；其中，該研磨層係顯現密度為0.65至0.85g/cm3，Shore D硬度為10至40，斷裂伸長率為150至350%，以及，切割速率為30至60μm/hr，以及，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面，其中，該研磨層係具有形成於其中的螺旋形溝槽圖案；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之正面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
210‧‧‧研磨層
212‧‧‧中心軸
214‧‧‧研磨表面
300‧‧‧研磨層
302‧‧‧研磨表面
305‧‧‧彎曲溝槽
310‧‧‧研磨層
312‧‧‧研磨表面
315‧‧‧同心圓形溝槽
320‧‧‧研磨層
322‧‧‧研磨表面
325‧‧‧直線溝槽
330‧‧‧研磨層
332‧‧‧研磨表面
335‧‧‧同心圓形溝槽
338‧‧‧穿孔
400‧‧‧研磨層
402‧‧‧研磨表面
404‧‧‧溝槽
406‧‧‧外緣
410‧‧‧一小段微分段
A‧‧‧中心軸
CR‧‧‧以直徑R劃出之具有圓周2 π R的圓
L‧‧‧徑向線
O‧‧‧原點
r‧‧‧研磨表面之橫截面的半徑
R‧‧‧研磨層半徑
RB‧‧‧基礎半徑
RO‧‧‧外半徑
T‧‧‧研磨層厚度
W‧‧‧寬度
γ‧‧‧研磨層與中心軸之夾角
θ‧‧‧溝槽角度
第1圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的側面透視圖。
第2圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，描繪該研磨層之研磨表面中的螺旋形溝槽圖案。
第3圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，描繪該研磨層之研磨表面中的同心圓形溝槽圖案。
第4圖係本發明之方法中所使用之化學機 械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，描繪該研磨層之研磨表面中的X-Y網格溝槽圖案。
第5圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，描繪與該研磨層之研磨表面中的同心圓形溝槽圖案組合之穿孔。
第6圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，描繪該研磨層之研磨表面中溝槽圖案之一部分。
第7圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，其係具有該研磨表面內之包含8條彎曲溝槽的溝槽圖案。
第8圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，其係具有該研磨表面內之包含8條彎曲溝槽的溝槽圖案。
第9圖係本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之一個較佳研磨層的俯視圖，其係具有該研磨表面內之包含8條彎曲溝槽的溝槽圖案。
第10圖係第6圖之溝槽404的分解圖。
本文及後附申請專利範圍中，所用術語「圓周開槽分率」或「CF」係藉由下式定義： 注意，若作為給定研磨層之研磨表面半徑之函數之CF係恆為常數，則該研磨表面於給定半徑之開槽(未開槽)部分的分率作為半徑之函數將亦恆為常數。
本文及後附申請專利範圍中，術語「主要距離」或「MD」係意指沿著自研磨表面之外半徑RO至該研磨表面中心之原點O所劃線之距離的90%。亦即，該主要距離係藉由下式定義：MD=0.9 * RO。
較佳地，本發明之用於研磨矽晶圓(較佳地，用於無霧(haze free)研磨矽晶圓)的方法係包含：提供矽晶圓，其係具有表面(較佳係具有正面)；提供化學機械研磨墊，其中該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯；以及，固化劑包，固化劑包係包含：至少5wt%(較佳5至30wt%；更佳5至25wt%；最佳5至20wt%)之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子(較佳地，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有1個至4個氮原子；更佳地，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有2個至4個氮原子；最佳地，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有2個氮原子)，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少3個羥基(較佳3個至6個羥基；更佳3個至5個羥基；最佳4個羥基；較佳地，其中，該胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量為700；更佳150至 650；再更佳200至500；最佳250至300；25至95wt%(較佳35至90wt%；更佳50至75wt%；最佳60至75wt%)之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000(較佳5,000至50,000；更佳7,500至25,000；最佳10,000至12,000)，以及，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基(較佳4個至8個羥基；更佳5個至7個；最佳6個)；以及，0至70wt%(較佳5至60wt%；更佳10至50wt%；再更佳10至30wt%；最佳10至20wt%)之二官能固化劑；其中，該研磨層係顯現密度為0.4g/cm3(較佳0.6；更佳0.6至1.2g/cm3；再更佳0.65至1.1g/cm3；最佳0.65至0.85g/cm3)，肖氏D(Shore D)硬度(文中亦有譯為肖氏硬度D之情形)為5至40(較佳10至40；更佳10至30；最佳20至30)，斷裂伸長率為100至450%(較佳125至425%；更佳150至350%；最佳150至200%)，以及，切割速率為25至150微米/小時(μm/hr)(較佳30至125μm/hr；更佳30至100μm/hr；最佳30至60μm/hr)，以及，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之表面(較佳地，該矽晶圓之正面)之間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之表面被研磨(較佳地，該矽晶圓之正面被無霧研磨；更佳地，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm(較佳<0.075ppm；更佳<0.072ppm；最佳<0.07ppm)。
較佳地，於本發明之方法中研磨的矽晶圓 係單晶矽晶圓。較佳地，該矽晶圓係具有正面；其中，該正面係使用本發明之方法而無霧研磨。
本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現下列之獨特組合：低硬度(亦即，Shore D40)以提供低缺陷研磨效能，以及低拉伸伸長率(亦即，斷裂伸長率450%)，該組合係提供可機械加工性以促進於該研磨層中形成溝槽，並提供可修整性以促進在研磨過程中更新研磨表面。此外，藉由本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層而成為可能的特性之平衡，係提供諸如研磨矽晶圓以降低霧度而不損失晶圓表面的能力。
較佳地，於本發明之方法中使用的研磨層係具有中心軸212，且該研磨層係經調適以繞著該中心軸旋轉(參見第1圖)。較佳地，該研磨層210之研磨表面214係處於實質上垂直於該中心軸212的平面。較佳地，該研磨層210係經調適以在與該中心軸212成80至100°夾角γ之平面旋轉。更佳地，該研磨層210係經調適以在與該中心軸212成85至95°夾角γ之平面旋轉。最佳地，該研磨層210係經調適以再與該中心軸212成89至91°夾角γ之平面旋轉。較佳地，該研磨層210係具有研磨表面214，該研磨表面係具有垂直於該中心軸212之實質上圓形之橫截面。較佳地，對該橫截面而言，該研磨表面214之垂直於該中心軸212之橫截面的半徑r的變化係小於等於20%。更佳地，對該橫截面而言，該研磨表面214之垂直於該中心軸212之橫截面的半徑r的變化係小於等於10%。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的多官能異氰酸酯係含有2個反應性異氰酸酯基團(亦即，NCO)。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組。更佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的多官能異氰酸酯係選自下列所組成之群組的二異氰酸酯：2,4-甲苯二異氰酸酯；2,6-甲苯二異氰酸酯；4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯；萘-1,5-二異氰酸酯；聯甲苯胺二異氰酸酯；對苯二異氰酸酯；二甲苯二異氰酸酯；異佛酮二異氰酸酯；六亞甲基二異氰酸酯；4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯；環己烷二異氰酸酯；及其混合物。再更佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的多官能異氰酸酯係藉由二異氰酸酯與預聚物多元醇之反應而形成的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係具有2至12wt%之未反應異氰酸酯(NCO)基團。更佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係具有2至10wt%(再更佳4至8wt%；最佳5至7wt%)之未反應異氰酸酯(NCO)基團。
較佳地，用以形成該多官能異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物的預聚物多元醇係選自二醇類、多元醇類、多元二醇類、其共聚物、及其混合物所組成之群組。更佳地，該預聚物多元醇係選自下列所組成之群組：聚醚多元醇類(如，聚(氧基四亞甲基)二醇、聚(氧基伸丙基)二醇、及其混合物)；聚碳酸酯多元醇類；聚酯多元醇類；聚己內酯多元醇類；其混合物；以及，其與選自下列所組成群組之一種或多種低分子量多元醇類的混合物：乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、及三丙二醇。再更佳地，該預聚物多元醇係選自下列所組成之群組：聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)；酯系多元醇類(如，己二酸乙二醇酯、己二酸丁二醇酯)；聚伸丙基醚二醇類(PPG)；聚己內酯多元醇類；其共聚物；及其混合物。最佳地，該預聚物多元醇係選自PTMEG與PPG所組成之群組。
較佳地，當該預聚物多元醇為PTMEG時，該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係具有未反應異氰酸酯(NCO)濃度為2至10wt%(更佳4至8wt%；最佳6至7wt%)。可商購之PTMEG系異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物的實例係包括Imuthane®預聚物(可自科意美國公司(COIM USA,Inc.)獲得，如，PET-80A、PET-85A、PET-90A、PET-93A、PET-95A、PET-60D、PET-70D、PET-75D)；Adiprene®預聚物(可自科聚亞公司(Chemtura)獲得，如，LF 800A、LF 900A、LF 910A、LF 930A、LF 931A、LF 939A、LF 950A、LF 952A、LF 600D、LF 601D、LF 650D、LF 667、LF 700D、LF750D、LF751D、LF752D、LF753D及L325)；Andur®預聚物(可自安德森發展公司(Anderson Development Company)獲得，如，70APLF、80APLF、85APLF、90APLF、95APLF、60DPLF、70APLF、75APLF)。
較佳地，當該預聚物多元醇為PPG時，該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係具有未反應異氰酸酯(NCO)濃度為3至9wt%(更佳4至8wt%，最佳5至6wt%)。可商購之PPG系異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物的實例係包括Imuthane®預聚物(可自科意美國公司獲得，如，PPT-80A、PPT-90A、PPT-95A、PPT-65D、PPT-75D)；Adiprene®預聚物(可自科聚亞公司獲得，如，LFG 963A、LFG 964A、LFG 740D)；以及Andur®預聚物(可自安德森發展公司獲得，如，8000APLF、9500APLF、6500DPLF、7501DPLF)。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係低游離異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物，其係具有低於0.1wt%之游離甲苯二異氰酸酯(TDI)單體含量。
亦可使用非TDI系異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物。舉例而言，異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係包括彼等藉由4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI) 與多元醇如聚四亞甲基二醇(PTMEG)以及視需要之二醇如1,4-丁二醇(BDO)之反應而形成者。當使用此等異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物時，該未反應異氰酸酯(NCO)濃度較佳係4至10wt%(更佳4至8wt%，最佳5至7wt%)。於此類別中，可商購之異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係包括Imuthane®預聚物(可自科意美國公司獲得，如，27-85A、27-90A、27-95A)；Andur®預聚物(可自安德森發展公司獲得，如，IE75AP、IE80AP、IE 85AP、IE90AP、IE95AP、IE98AP)；以及Vibrathane®預聚物(可自科聚亞公司獲得，如，B625、B635、B821)。
用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的固化劑包較佳係含有：至少5wt%(較佳5至30wt%；更佳5至25wt%；最佳5至20wt%)的胺起始之多元醇固化劑；25至95wt%(較佳35至90wt%；更佳50至75wt%；最佳60至75wt%)的高分子量多元醇固化劑；以及，0至70wt%(較佳5至60wt%；更佳10至15wt%；再更佳10至30wt%；最佳10至20wt%)的二官能固化劑。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子。更佳地，所使用之胺起始之多元醇固化劑係每分子含有1個至4個(再更佳2個至4個；最佳2個)氮原子。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用 之化學機械研磨墊之研磨層的胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少3個羥基。更佳地，所使用之胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均3個至6個(再更佳3個至5個；最佳4個)羥基。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為700。更佳地，所使用之胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為150至650(再更佳200至500；最佳250至300)。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的胺起始之多元醇固化劑係具有羥基數(藉由ASTM測試方法D4274-11測得)為350至1,200毫克(mg)KOH/g。更佳地，所使用之胺起始之多元醇固化劑係具有羥基數為400至1,000mg KOH/g(最佳600至850mg KOH/g)。
可商購之胺起始之多元醇固化劑的實例係包括Voranol®家族之胺起始之多元醇類(可自陶氏化學公司(The Dow Chemical Company))獲得；Quadrol®特製多元醇類(N,N,N',N'-肆(2-羥基丙基伸乙基二胺))(可自BASF獲得)；Pluracol®胺系多元醇類(可自BASF獲得)；Multranol®胺系多元醇類(可自拜耳材料科學有限公司(Bayer MaterialScience LLC))獲得；三異丙醇胺(TIPA)(可自陶氏化學公司獲得)；以及，三乙醇胺(TEA)(可自馬林科羅特貝克公司(Mallinckrodt Baker Inc.))獲得。多種較佳之胺起始 之多元醇固化劑係列述於表1中。
非欲受縛於理論，咸信，於固化劑包中使用之胺起始之多元醇固化劑的濃度除了促進以其製造之研磨層之物理特性的所欲之平衡外，亦用以自動催化其反應以及該固化劑包中任何二官能固化劑與該多官能性二異氰酸酯中存在之未反應異氰酸酯(NCO)基團的反應。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為2,500至100,000。更佳地，所使用之高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為5,000至50,000(再更佳7,500至25,000；最佳10,000至12,000)。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基。更佳地，所使用之高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均4個至8個(再更佳5個至7個；最佳6個)羥基。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的高分子量多元醇固化劑係具有分子量為高於該固化劑包中使用之胺起始之多元醇固化劑的分子量；且係具有低於該固化劑包中使用之胺起始之固化劑的羥基數。
可商購之高分子量多元醇固化劑的實例係包括Specflex®多元醇類、Voranol®多元醇類、及Voralux®多元醇類(可自陶氏化學公司獲得)；Multranol®特製多元醇類及Ultracel®可撓性多元醇類(可自拜耳材料科學有限公司獲得)；以及Pluracol®多元醇類(可自BASF獲得)。多種較佳之高分子量多元醇固化劑係列述於表2中。
較佳地，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的二官能固化劑係選自二醇類及二胺類。更佳地，所使用之二官能固化劑係選自初級胺類及二級胺類所組成之群組的二胺類。再更佳地，所使用之二官能固化劑係選自下列所組成之群組：二乙基甲苯二胺(DETDA)；3,5-二甲硫基-2,4-甲苯二胺及其異構物；3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺及其異構物(如，3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺)；4,4'-雙-(第二丁基胺基)-二苯基甲烷；1,4-雙-(第二丁基胺基)-苯；4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)；4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)；聚氧化四亞甲基-二-對胺 基苯甲酸酯；N,N'-二烷基二胺基二苯基甲烷；p,p'-亞甲基二苯胺(MDA)；間苯二胺(MPDA)；4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)；4,4'-亞甲基-雙-(2,6-二乙基苯胺)(MDEA)；4,4'-亞甲基-雙-(2,3-二氯苯胺)(MDCA)；4,4'-二胺基-3,3'-二乙基-5,5'-二甲基二苯基甲烷；2,2',3,3'-四氯二胺基二苯基甲烷；三亞甲基二醇二-對胺基苯甲酸酯；及其混合物。最佳地，所使用之二胺類固化劑係選自下列所組成之群組：4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)；4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)；及其異構物。
較佳地，該固化劑包之成分中反應性氫基團(亦即，胺基(NH2)與羥基(OH)之總和)與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯(NCO)基團的化學計量比係0.85至1.15(更佳0.90至1.10；最佳0.95至1.05)。
本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層視需要復包含複數個微元件。較佳地，該複數個微元件係均勻分散於整個研磨層中。較佳地，該複數個微元件係選自入陷之氣泡、空心芯聚合性材料、填充有液體之空心芯聚合性材料、水溶性材料、及不溶相材料(如，礦物油)。更佳地，該複數個微元件係選自均勻分佈於整個研磨層中的入陷之氣泡及空心芯聚合性材料。較佳地，該複數個微元件係具有重量平均直徑為150μm(較佳5至100μm；更佳20至75μm；最佳30至50μm)。較佳地，該等複數個微元件係包括聚合性微球，其係具有或由聚丙烯腈作成或由聚丙烯腈共聚物作成之殼壁的聚合性空心微球 (如，來自諾貝爾公司(Akzo Nobel)之Expancel®聚合性空心微球)。較佳地，該複數個微元件係以0至35體積%(vol%)孔隙度(更佳10至25vol%孔隙度)併入該研磨層中。
本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層可以多孔構型及非多孔(亦即，未填充)構型提供之。較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現0.4g/cm3之密度，其係根據ASTM D1622量測。更佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現0.6(更佳0.6至1.2g/cm3；再更佳0.65至1.1g/cm3；最佳0.65至0.85g/cm3)之密度，其係根據ASTM D1622量測。
較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現Shore D硬度為5至40，其係根據ASTM D2240量測。更佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現Shore D硬度為10至40(再更佳10至30；最佳20至30)，其係根據ASTM D2240量測。
顯現低於40之Shore D硬度的傳統研磨層製劑典型係具有非常高的斷裂伸長率值(亦即，600%)。當對顯現此等高斷裂伸長率值之材料進行機械操作時，該材料反而變形，這導致不可接受之不良溝槽形成並導致金剛石修整過程中的紋理產生不足。惟，用於形成本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊之研磨層的獨特固化劑包，係提供低硬度以及100至450%之斷裂伸長率，其係根 據ASTM D412量測。較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現斷裂伸長率為125至425%(再更佳150至350%；最佳150至200%)，其係根據ASTM D412量測。
較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現切割速率為25至150μm/hr，其係使用本文之實施例中揭示的方法量測。更佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係顯現切割速率為30至125μm/hr(再更佳30至100μm/hr；最佳30至60μm/hr)，其係使用本文之實施例中揭示的方法量測。
本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係具有經調適用於研磨基板之研磨表面。較佳地，該研磨表面係具有選自穿孔及溝槽之至少一者的大紋理。穿孔可自研磨表面延伸透過該研磨層之部分厚度或全部厚度。較佳地，溝槽係排列於研磨表面上，而使得當該化學機械研磨墊於研磨過程中旋轉時，至少一條溝槽掃過被研磨之矽晶圓的表面。較佳地，該研磨表面係具有包括選自彎曲溝槽、直線溝槽及其組合所組成群組之至少一者的大紋理。
較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係具有經調適用於研磨基板之研磨表面，其中，該研磨表面係具有包含形成與其中的溝槽圖案。較佳地，該溝槽圖案係包含複數條溝槽。更佳地，該溝槽圖案係選自溝槽設計。較佳地，該溝槽設計係選自下列所 組成之群組：同心溝槽(其可係圓形或螺旋形)、彎曲溝槽、十字形溝槽(如，作為橫跨該墊表面之X-Y網格排列者)、其他規則性設計(如，六邊形、三角形)、胎面型圖案、不規則性設計(如，碎片形圖案)、及其組合。更佳地，該溝槽設計係選自下列所組成之群組：隨機溝槽、同心溝槽、螺旋形溝槽、十字形溝槽、X-Y網格溝槽、六邊形溝槽、三角形溝槽、碎片形溝槽、及其組合。最佳地，該研磨表面係具有形成於其中之螺旋形溝槽圖案。該溝槽之輪廓較佳係選自具有直側壁之矩形，或該溝槽橫切面可係「V」形、「U」形、鋸齒形、及其組合。
於第2圖中，係提供用於本發明之方法之較佳研磨層的俯視圖。特別地，第2圖係說明具有研磨表面302之研磨層300，其係具有複數條彎曲溝槽305之溝槽圖案。
於第3圖中，係提供用於本發明之方法之較佳研磨層的俯視圖。特別地，第3圖係說明具有研磨表面312之研磨層310，其係具有複數條同心圓形溝槽315之溝槽圖案。
於第4圖中，係提供用於本發明之方法之較佳研磨層的俯視圖。特別地，第4圖係說明具有研磨表面322之研磨層320，其係具有複數條X-Y網格圖案形式之直線溝槽325之溝槽圖案。
於第5圖中，係提供用於本發明之方法之較佳研磨層的俯視圖。特別地，第5圖係說明具有研磨表面 332之研磨層330，其係具有複數個穿孔338與複數條同心圓形溝槽335之組合。
於第6圖中，係提供用於本發明之方法之較佳研磨層的俯視圖。特別地，第6圖係說明研磨層400，其中，該研磨層400係具有外半徑RO及研磨表面402；其中，該研磨表面402係具有包含溝槽圖案之大紋理，該溝槽圖案係包含至少一條溝槽404。雖然第6圖中僅標示一條溝槽404，該溝槽圖案可包含兩條或更多條溝槽404(參見如第7至9圖)。該研磨層半徑R係自該研磨表面402之中心處的原點O量測。以直徑R劃出之具有圓周2 π R的圓CR(虛線)係顯示於第6圖中。研磨層400之外半徑為RO。該至少一條溝槽404較佳係自基礎半徑RB延伸至外半徑RO，該外半徑定義該研磨表面402之外緣406。視需要，該至少一條溝槽404係自界於該原點O與該基礎半徑RB之間的點延伸至外緣406。視需要，該至少一條溝槽404係自該原點O延伸至外緣406。第10圖係說明第9圖中溝槽404之溝槽片段的分解圖，其係顯示溝槽404之一小段微分段410。於給定之半徑R，該溝槽404係具有給定之寬度W，以及相對於連接該原點O與給定半徑R之徑向線L成角θ(「溝槽角度」)的中心軸A。
較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係具有具溝槽圖案之研磨表面，該溝槽圖案係包含至少一條溝槽，其中，作為半徑R之函數的CF係保持在與自該研磨表面之外半徑RO延伸主要距離至該 研磨表面之中心處之原點O之區域內CF之平均值相差25%內(較佳相差10%內；更佳相差5%內)。較佳地，作為半徑R之函數的CF係保持在與自基礎半徑RB延伸至外半徑RO之區域內CF平均值相差25%內(較佳相差10%內；更佳相差5%內)(參見，第6至9圖)。
較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊的研磨層係具有平均厚度T為20至150密耳(mil)。更佳地，所使用之研磨層係具有平均厚度為30至125mil(再更佳40至120mil；最佳50至100mil)(參見，第1圖)。
本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊視需要復包含至少一層與該研磨層交界之額外層。較佳地，本發明之方法中所使用之化學機械研磨墊視需要復包含黏著至該研磨層之可壓縮基底層。該可壓縮基底層較佳係改善該研磨層與正在被研磨之矽基板表面的順應性。
現在，本發明之某些態樣經於下式實施例中詳細揭示。
[實施例] 實施例1至22
根據表3中提供之製劑細節製備研磨層。詳而言，藉由將51℃之異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物(亦即，對於實施例1至9及實施例20至22為Adiprene® LF667；而對於實施例10至19為Adiprene® LFG963A；皆可自科聚亞公司獲得)與固化劑包之成分受控混合而製備 聚胺基甲酸乙酯塊。將胺起始之多元醇固化劑(亦即，Voranol® 800，可自陶氏化學公司獲得)與高分子量多元醇固化劑(亦即，Voralux® HF505，可自陶氏化學公司獲得)預混合，之後再與其他原材料摻合。除MBOCA外之所有原材料係維持於51℃之預混合溫度。MBOCA係維持116℃之預混合溫度。設定異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物與固化劑包之比，而令藉由固化劑中活性氫基團(亦即，-OH基團與-NH2基團之總和)與該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物中未反應異氰酸酯(NCO)基團之比而定義的化學計量為表3中標註者。
於將異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物與固化劑包組合之前，藉由將成孔劑加入前者中而將孔隙度引入研磨層中而達成所欲之孔隙度及墊密度。
使用高剪切混合頭將具有併入之任何成孔劑的異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物與固化劑包混合在一起。離開該混合頭之後，以5分鐘時間期，將該組合分注入86.4cm(34英吋)直徑之圓形模具，以給出約10cm(4英吋)之總傾倒厚度。令所分注之組合膠凝化15分鐘，之後，將該模具置於固化烘箱中。隨後使用下述循環於該固化烘箱中固化該模具：30分鐘之勻速升溫，自環境溫度升至104℃之設定點；隨後，於104℃保持15.5小時；隨後，2小時之勻速降溫，自104℃降至21℃。
隨後，自該模具移除經固化之聚胺基甲酸乙酯塊，並於30至80℃切削(使用移動刀片切割)為約40 片獨立之2.0mm(80mil)厚的片材。自每一塊之頂部開始切削。丟棄任何不完整之片材。
注意，於該等實施例中使用之Adiprene® LF667係PTMEG系異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物，其係包含可自科聚亞公司獲得之Adiprene® LF950A與Adiprene® LF600D之50/50重量百分比摻合物。又，注意，Adiprene® LFG963A係可自科聚亞公司獲得之PPG系異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物。
分析來自實施例1至22之每一者的未開槽之研磨層材料，以測得其物理特性，報導於表4中。注意，所報導之密度數據係根據ASTM D1622測得；所報導之Shore D硬度數據係根據STM D2240測得；所報導之Shore A硬度數據係根據ASTM D2240測得；以及，所報導之斷裂伸長率數據係根據ASTM D412測得。
表4中報導之切割速率數據係使用來自應用材料公司(Applied Materials)之200mm Mirra®研磨工具量測之。該研磨工具係設計為容納具有公稱直徑為51cm(20英吋)的圓形化學機械研磨墊。如本文之實施例中揭露者製備具有圓形橫截面之研磨層。隨後，將此等研磨層機械開槽以提供位於該研磨表面中的溝槽圖案，該圖案係包含複數條同心圓形溝槽，其維度為120mil(3.05mm)節距、20mil(0.51mm)寬度及30mil(0.76mm)深度。隨後，將該研磨層層壓至發泡次墊層(SP2310，可自羅門哈斯電子材料有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)獲得)。
使用下述製程條件以金剛石修整盤(DiaGrid® AD3CL-150840-3墊修整器，由基尼克公司(Kinik Company)製造)打磨經開槽之研磨層的研磨表面：令該研磨層之研磨表面經受2小時(h)時間期之來自該金剛石修整盤的連續打磨，平台速度為100轉/分鐘(rpm)，去離子水流速為150cm3/分鐘(min)，以及，修整盤下壓力為48.3千帕(kPa)(7磅/平方英吋(psi))。藉由量測平均溝槽深度隨著時間之 改變而測得切割速率。使用安裝於Zaber Technologies公司之電動導軌上的MTI儀器公司之Microtrack II雷射三角測量感測器量測溝槽深度(以μm/h為單位)，以勾勒每一研磨層之研磨表面自其中心至其外緣的輪廓。該導軌上該感測器之掃速為0.732mm/秒(s)，且該感測器之採樣速率(每掃1毫米之量測次數)係6.34點/毫米(mn)。表4中報導之切割速率係溝槽深度隨時間之算數平均減少，以所收集之橫跨該研磨層之研磨表面取>2,000個點的厚度為基準計。
研磨實施例P1至P3
此等研磨實驗係分別使用於0.5wt%氫氟酸溶液中預蝕刻90秒的200mm Si(100)晶圓，使用20"平台研磨器(Strasbaugh)及根據實施例20至22製備的研磨層施行之，其中，所製備之研磨層的研磨表面係顯現具有0.6mm深度、2.5mm寬度及15.75mm節距的XY型溝槽圖案；研磨條件為：下壓力為9.8kPa，化學機械研磨組成物流速為300ml/min，桌台旋轉速度為115rpm，且載體旋轉速度為100rpm。所使用之化學機械研磨組成物係NP8030(1：30稀釋比)(可自霓塔哈斯株式會社(Nitta Haas Inc.)商購之)。於研磨實施例P1至P3之每一例中，該矽晶圓之正面係於所標註之條件下研磨五(5)分鐘。隨後，使用可自日立高新技術公司(Hitachi High Technologies Corporation)獲得之LS6600未圖案化晶圓檢測系統分析每一矽晶圓經研磨之正面的霧度。結果係提供於表5中。
比較性研磨實施例PA1及PA2，以及研磨實施例P4至P9
SPP800S(岡本株式會社(Okamoto))研磨器--800mm平台尺寸；300mm晶圓尺寸。
此等研磨實驗係使用於0.5wt%氫氟酸溶液中預蝕刻90秒的300mm Si(100)晶圓，使用800mm平台研磨器(SPP800S Okamoto)及表6中指明的研磨層施行之，研磨條件為：下壓力為9.8kPa，化學機械研磨組成物流速為1公升(L)/min，桌台旋轉速度為40rpm，且載體旋轉速度為39rpm。所使用之化學機械研磨組成物係NP8030(1：30稀釋比)(可自霓塔哈斯株式會社商購之)。於比較性研磨實施例PA1至PA2及研磨實施例P4至P9之每一例中，該矽晶圓之正面係於所標註之條件下研磨五(5)分鐘。隨後，使用可自日立高新技術公司獲得之LS6600未圖案化晶圓檢測系統分析每一矽晶圓經研磨之正面的霧度。結果係提供與表7中。

Claims (10)

  1. 一種研磨矽晶圓之方法，其係包含：提供矽晶圓，其係具有表面；提供化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係包含研磨層，該研磨層係包含下述者之原材料組分的反應產物：多官能異氰酸酯；以及，固化劑包，其係包含：至少5wt%之胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有至少一個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均至少三個羥基；25至95wt%之高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為7,500至25,000，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均3個至10個羥基；以及，0至70wt%之二官能固化劑；其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組；其中，該研磨層係顯現大於0.4g/cm3之密度，Shore D硬度為5至40，斷裂伸長率為100至450%，以及，切割速率為25至150μm/hr，其中，該研磨層係具有經調適用於研磨該矽晶圓之研磨表面；以及，於該研磨層之研磨表面與該矽晶圓之表面間產生動態接觸，其中，該矽晶圓之表面被研磨。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該矽晶圓之表面係正面；以及，其中，該矽晶圓之正面被無霧研磨至霧度<0.075ppm。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該固化劑包中反應性氫基團與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯基團的化學計量比為0.85至1.15。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該多官能異氰酸酯係選自脂族多官能異氰酸酯、芳族多官能異氰酸酯、及其混合物所組成之群組。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該二官能固化劑係選自二醇類固化劑及二胺類固化劑所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該多官能異氰酸酯係異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物，其係具有2至12wt%之未反應NCO基團。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該固化劑包係包含：5至20wt%之該胺起始之多元醇固化劑，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子含有兩個氮原子，其中，該胺起始之多元醇固化劑係每分子具有平均4個羥基，以及，其中，該胺起始之多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為200至400；50至75wt%之該高分子量多元醇固化劑，其中，該高分子量多元醇固化劑係具有數目平均分子量MN為10,000至12,000，以及，其中，該高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均6個羥基；10至30wt%之該二官能固化劑，其中，該二官能固化劑係選自4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)(MBOCA)、4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)、及其異構物所組成之群組的二胺類固化劑；其中，該固化劑包中反應性氫基團與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸酯基團的化學計量比為0.95至1.05；其中，該研磨層係顯現密度為0.65至0.85g/cm3，Shore D硬度為10至40，斷裂伸長率為150至350%，以及，切割速率為30至60μm/hr。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係具有5至7wt%之未反應NCO基團，以及，其中，該異氰酸酯末端之胺基甲酸乙酯預聚物係顯現數目平均分子量MN為400至2,500。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，該研磨層係具有形成於其中的螺旋形溝槽圖案。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，作為該研磨層之半徑的函數之圓周開槽分率係保持在與自該研磨表面之外緣延伸主要距離至該研磨表面中心之區域內圓周開槽分率之平均值相差10%內。
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