TWI721300B - 用於研磨墊的表面經處理之窗及包含其之研磨墊 - Google Patents

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實施例係有關於用於研磨墊的表面經處理之窗及包含該窗之研磨墊，該表面經處理之窗可防止由於一CMP製程中之一窗的磨損而發生偵測終點之一錯誤。

Description

用於研磨墊的表面經處理之窗及包含其之研磨墊
實施例係有關於用於研磨墊的表面經處理之窗及包含該窗之研磨墊，該表面經處理之窗可防止由於一CMP製程中之一窗的磨損而發生偵測終點之一錯誤。
用於一化學機械平坦化(CMP)製程之一研磨墊係在用於製造半導體之CMP製程中扮演一重要角色的一主要元件。它在實現該CMP製程之效能方面扮演一重要角色。用於一CMP製程之一研磨墊係用於在該CMP製程中透過均一研磨操作來移除在一晶圓上之不必要部份且使該晶圓之表面平滑。
近年來，已提出各種方法來測量一晶圓之厚度及偵測該CMP製程之終點。例如，為了在現場決定一晶圓之平坦度，已提出將一窗安裝在一研磨墊中，且透過藉由干涉通過該窗之一雷射產生的反射光束來測量該晶圓之厚度的一方法。在該現場方法中，該窗必須保持入射光之強度為固定，且研磨前與後之光透射率的偏差必須小，以減少偵測終點之一錯誤。
韓國專利第10-1109156號揭露一研磨墊作為一替代方案，該研磨墊包含用於減少在該窗之下側產生光散射的一抗散射層。
因此，實施例之一目的係提供用於研磨墊的表面經處理之窗及包含該窗之研磨墊，該表面經處理之窗可防止由於一CMP製程中之一窗的磨損而發生偵測終點之一錯誤。
為達成上述目的，一實施例提供一種用於研磨墊的表面經處理之窗，其在研磨前具有用於400 nm之光的0.1至1.5%之一透射率及用於670 nm之光的4.5至7.5%之一透射率。
另一實施例提供一種研磨墊，其包含該用於研磨墊的表面經處理之窗。
又一實施例提供一種用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法，其包含以下步驟：(1)藉由混合一以胺甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑及一反應速度控制劑來製備用於研磨墊之一窗；及 (2)表面處理該窗之一側， 其中該窗在研磨前具有用於400 nm之光的0.1至1.5%之一透射率及用於670 nm之光的4.5至7.5%之一透射率。
依據該等實施例之窗具有一表面處理側，使得它產生防止由於一CMP製程中之一窗的磨損而發生偵測終點之一錯誤的一效果。
一實施例提供一種用於研磨墊的表面經處理之窗，其在研磨前具有用於400nm之光的0.1至1.5%之一透射率及用於670nm之光的4.5至7.5%之一透射率。
該窗可在研磨前具有用於800nm之光的5.5至9.5%之一透射率。詳而言之，該窗可在研磨前具有用於400nm之光的0.5至1.0%之一透射率、用於670nm之光的4.5至6.5%之一透射率及用於800nm之光的6.5至8.5%之一透射率。
對400nm之光而言，該窗具有在±10%內之一透射率變化。該透射率變化可由以下方程式1計算。
[方程式1]透射率變化=(研磨前之透射率-研磨後之透射率)×100/(研磨後之透射率)
在上述方程式1中，研磨後之透射率係以150rpm之一速度研磨氧化矽20小時後測得。
詳而言之，對400nm之光而言，該窗可具有5至10%之一透射率變化。
此外，對670nm之光而言，該窗可具有在±5%內之一透射率變化。詳而言之，對670nm之光而言，該窗可具有0.1至5%之一透射率變化。
另外，對800nm之光而言，該窗可具有在±10%內之一透射率變化。詳而言之，對800nm之光而言，該窗可具有-10至-1%之一透射率變化。
具有20mm之一寬度、60mm之一長度及2.3mm之一厚度的該窗可具有85至98%之一霧度。詳而言之，具有20mm之一寬度、60mm之一長度及2.3mm之一厚度的該窗可具有90至98%之一霧度。
該窗在研磨前可具有1.0至5.0μm、2.0至4.0μm或2.0至3.5μm之一表面粗度(Ra)。
該窗可由一窗組成物形成，該窗組成物包含一以胺甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑及一反應速度控制劑。它可包含一未反應之異氰酸酯基(NCO)。
一預聚合物通常表示具有一比較低分子量之一聚合物，其中聚合度調整為一中間程度以便方便地模塑在其製備方法中最後欲製造的一模製物件。一預聚合物可獨自地或在與另一可聚合化合物反應後模製。詳而言之，該以胺甲酸酯為主之預聚合物可藉由使一異氰酸酯化合物與一多元醇反應來製備且可包含一未反應之異氰酸酯基(NCO)。
該固化劑可為一胺化合物及一醇化合物中之至少一化合物。詳而言之，該固化劑可包含選自於由一芳族胺、一脂族胺、一芳族醇及一脂族醇構成之群組的至少一化合物。
該反應速度控制劑可為選自於由一以四級 胺為主之化合物及一以有機金屬為主之化合物構成之群組的至少一化合物者。此外，該反應速度控制劑可為一反應促進劑或一反應抑制劑。
該窗可為一非發泡體。因為該窗中沒有微氣泡，所以可減少研磨液體滲入該研磨墊之可能性，因此增加光學地偵測終點之準確性且防止破壞光透射區域。
研磨墊
另一實施例提供一種研磨墊，其包含如上所述之用於研磨墊的表面經處理之窗。
該研磨墊可包含：一研磨層，其中形成有一穿透孔；及一表面經處理之窗，其插入該穿透孔中。
請參閱圖1，依據一實施例之研磨墊包含：一研磨層(101)，其中形成有一第一穿透孔(201)；一支持層(102)，其具有一第二穿透孔(203)，該第二穿透孔形成在形成該第一穿透孔之區域中；一黏著層(103)，其設置在該研磨層與該支持層之間且具有一第三穿透孔(203)，該第三穿透孔形成在形成該第一穿透孔之區域中；及一窗(104)，其插入該第一穿透孔中且黏在該黏著層上。
該研磨層可由一研磨層組合物形成，該研磨層組成物包含一以胺基甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑、一反應速度控制劑及一發泡劑。該以胺基甲酸酯為主之預聚合物可藉由使一異氰酸酯化合物與一多元醇反應來製備且可包含一未反應之異氰酸酯基(NCO)。
該固化劑及該反應速度控制劑係如以上關 於該窗所述者。
該發泡劑沒有特別限制，只要它通常用於在一研磨墊中形成多數空孔即可。例如，該發泡劑可為選自於由具有一空孔之一固體發泡劑、填充一揮發液體之一液體發泡劑及一惰性氣體構成之群組的至少一者。
該研磨層之厚度沒有特別限制。例如，它可為0.8至5.0mm、1.0至4.0mm或1.0至3.0mm。
該窗可具有與在該研磨層中之穿透孔尺寸相同之尺寸。此外，該窗可具有等於或小於該研磨層之厚度的一厚度。詳而言之，該窗可具有比該研磨層之厚度小的一厚度。
該窗可具有等於或稍高於該研磨層之磨損速度的一磨損速度。在此情形中，可避免在實施該研磨一段時間後只有該窗部份突出並因此在欲研磨之晶圓上產生刮傷的問題。
該窗可較佳地具有類似於該研磨墊之研磨層硬度的一硬度。在此情形中，可避免在一CMP製程中產生一突出部份並因此破壞一晶圓之表面的問題。
用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法
又一實施例提供一種用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法，其包含以下步驟：(1)藉由混合一以胺甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑及一反應速度控制劑來製備用於研磨墊之一窗；及(2)表面處理該窗之一側， 其中該窗在研磨前具有用於400nm之光的0.1至1.5%之一透射率及用於670nm之光的4.5至7.5%之一透射率。
步驟(1)
在這步驟中，用於研磨墊之一窗係藉由混合一以胺甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑及一反應速度控制劑來製備。
該以胺甲酸酯為主之預聚合物、該固化劑及該反應速度控制劑係如以上關於該窗所述者。
步驟(2)
在這步驟中，該窗之一側被表面處理。
該表面處理可包括在一窗之一側實施噴砂處理、起皺處理(或壓凸處理)、蝕刻處理、電暈放電處理、或雷射照射處理等之一方法；使用具有一預定表面形狀之一金屬輥、一橡膠輥或一壓花輥在一窗之一側形成一圖案的一方法；及藉由如砂紙之一研磨材拋光的一方法。詳而言之，該表面處理可藉由一研磨材來實施。更詳而言之，該表面處理可為藉由一研磨材以100至1,000rpm之一轉速及0.1至3.0psi之一壓力處理一窗之一側10至60秒。
該表面處理可實施成使得該窗之表面粗度係1.0至5.0μm。詳而言之，該表面處理可實施成使得該窗之表面粗度係2.0至4.0μm。
該表面經處理之窗可在研磨前具有用於800nm之光的5.5至9.5%之一透射率。
詳而言之，該表面經處理之窗可在研磨前具有用於400nm之光的0.5至1.0%之一透射率、用於670nm之光的4.5至6.5%之一透射率及用於800nm之光的6.5至8.5%之一透射率。
對400nm之光而言，該表面經處理之窗可具有在±10%內之一透射率變化。該透射率變化可由以下方程式1計算。
[方程式1]透射率變化=(研磨前之透射率-研磨後之透射率)×100/(研磨後之透射率)
在上述方程式1中，研磨後之透射率係在以150rpm之一速度研磨氧化矽20小時後測得。
詳而言之，對400nm之光而言，該表面經處理之窗可具有5至10%之一透射率變化。
此外，對670nm之光而言，該表面經處理之窗可具有在±5%內之一透射率變化。詳而言之，對670nm之光而言，該窗可具有0.1至5%之一透射率變化。
另外，對800nm之光而言，該表面經處理之窗可具有在±10%內之一透射率變化。詳而言之，對800nm之光而言，該窗可具有-10至-1%之一透射率變化。
用於實施發明之實施例
以下，藉由以下例子詳細地解釋本發明。但是，這些例子係為說明本發明而提出，且本發明之範圍不限於此。
例1：製備一研磨墊 1-1：製備一研磨層
在具有用於一以胺基甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑、一惰性氣體及一反應速度控制劑之進料管線的一鑄造機中，將具有含量為8.0重量%之一未反應NCO的PUGL-450D(SKC)注入預聚合物槽，且將雙(4-胺基-3-氯苯基)甲烷(Ishihara)注入固化劑槽。準備A1(一以四級胺為主之化合物，Air Product)作為反應速度控制劑及氬(Ar)作為一惰性氣體。
攪拌該以胺基甲酸酯為主之預聚合物、該固化劑、該反應速度控制劑及該惰性氣體，同時以固定速度透過各進料管線將它們送入混合頭。在此情形中，將在該以胺基甲酸酯為主之預聚合物中之NCO基對該固化劑中之反應基的莫耳當量比調整成1：1，且總進料量維持在10kg/分之速度。此外，用以100重量份之以胺基甲酸酯為主之預聚合物為基礎佔0.5重量份的量供給該反應速度控制劑。用以胺基甲酸酯為主之預聚合物的總體積為基礎佔20%之體積供給氬氣。將該等混合原料注入一模(具有1,000 mm之一寬度、1,000 mm之一長度及3 mm之一高度)且硬化獲得呈一片狀之一研磨層。
然後，研磨該研磨層之表面以調整平均厚度至2 mm。 1-2：製備一窗
以與以上步驟1-1相同之方式製得呈一餅狀之一窗，但使用具有含量為8.5重量%之一未反應NCO的PUGL-500D(SKC)作為一以胺基甲酸酯為主之預聚合物，在該等原料之混合步驟中未供給一惰性氣體，且將該等混合原料注入一模(具有1,000 mm之一寬度、具有1,000 mm之一長度及50 mm之一高度)。
接著，切割且研磨該餅以產生呈片狀之具有1.9 mm之一平均厚度的二十個窗。衝壓該呈片狀之窗以獲得具有20 mm之一寬度、60 mm之一長度及1.9 mm之一厚度的一窗。
接著，將該窗及1,000粒度砂紙安裝在具有一緩衝層的一研磨機上。藉由該砂紙以300 rpm之一轉速及3.0 psi之一壓力表面處理該窗之一側30秒。 1-3：製備一支持層
將一支持層(製造商：PTS，產品名稱：ND-5400H，厚度：1.1 mm)切割成1,000 mm之一寬度及1,000 mm之一長度。 1-4：製備一研磨墊
用20 mm之一寬度及60 mm之一長度衝壓上述例1-1之研磨層以形成一第一穿透孔。用16 mm之一寬度及56 mm之一長度衝壓上述例1-3之支持層以形成一第二穿透孔。接著，積層該支持層及該研磨層且在120℃用1.5 mm之一間隙藉由一熱熔薄膜(製造商：SKC，產品名稱：TF-00，平均厚度：40mm)將其熔化黏合。將一雙面膠帶(製造商：3M，產品名稱：442JS)黏在該支持層之另一側上。切割並移除對應於該第二穿透孔之該雙面膠帶。接著，將上述例1-2之表面經處理之窗插入該第一穿透孔且其一側暴露於該研磨層。在130℃及0.5MPa熱熔黏合它3分鐘以製備一研磨墊(請參見圖1)。 比較例1
以與例1中相同之方式製備一研磨墊，但該窗之一側未被表面處理。 測試例：物理性質之測量
藉由以下方法對在例1與2及比較例1中製備之各窗測量光透射率、表面粗度及霧度。結果顯示於以下表1中。 (1)光透射率
將該窗切割成10 mm´50 mm(厚度：2.3至2.4 mm)之一尺寸且作為用於測量該光透射率之一樣本。將該樣本放在填裝超純水之一玻璃槽(光徑長度10 mm´光徑寬度10 mm´高度45 mm)中且使用一光譜儀(由Shimadzu公司製造之UV-1600PC)用400 nm、670 nm、800 nm及全光之一波長測量光透射率。
接著將藉由一CVD製程形成之具有300 mm之一直徑且具有一氧化矽層的一矽晶圓固定在一CMP研磨機中。將該矽晶圓固定在安裝在平台上之研磨墊上，同時該矽晶圓之氧化矽層面向下(即，非研磨側)。然後，在4.0 psi之一研磨負載下研磨該氧化矽層，同時用150 rpm之一速度旋轉該平台20小時且用250ml/分之一速度供給一煅燒矽石漿液至該研磨墊上。接著，以與上述相同之方式測量該表面經處理之窗之光透射率。此外，藉由以下方程式1計算研磨前與後之透射率變化。 [方程式1] 透射率變化=(研磨前之透射率-研磨後之透射率)´100/(研磨後之透射率) (2)表面粗度
將該窗切割成20 mm´60 mm(厚度：2.3至2.4 mm)之一尺寸且依據ISO-1997標準使用一粗度計(製造商：Mitutoyo，型號名稱：SJ-400)測量平均表面粗度(Ra)。 (3)霧度
將該窗切割成20 mm´60 mm(厚度：2.3至2.4 mm)之一尺寸且使用具有65D之一光源的一霧度計(製造商：Nippon Denshoku，型號名稱：NDH 5000W)。 [表1]
Figure 107127456-A0304-0001
由表1可確認例1之表面經處理之窗在研磨前與後具有一小透射率變化，這表示該窗可有效地防止由於一CMP製程中之一窗的磨損而發生偵測終點之一錯誤。相反地，比較例1之窗在研磨前與後具有一大透射率變化，這表示該窗很可能由於一CMP製程中之一窗的磨損而發生偵測終點之一錯誤。
101‧‧‧研磨層102‧‧‧支持層103‧‧‧黏著層104‧‧‧窗201‧‧‧第一穿透孔202‧‧‧第二穿透孔203‧‧‧第三穿透孔
圖1係一實施例之一研磨墊的橫截面圖。
101‧‧‧研磨層
102‧‧‧支持層
103‧‧‧黏著層
104‧‧‧窗
201‧‧‧第一穿透孔
202‧‧‧第二穿透孔
203‧‧‧第三穿透孔

Claims (8)

  1. 一種用於研磨墊的表面經處理之窗，其在研磨前具有用於400nm之光的0.1至1.5%之透射率、用於670nm之光的4.5至7.5%之透射率及用於800nm之光的5.5至9.5%之透射率，其中，對400nm之光而言，該窗具有在5至10%內之透射率變化，對670nm之光而言，該窗具有在0.1至5%內之透射率變化，且對800nm之光而言，該窗具有在-10至-1%內之透射率變化，其中在研磨前與後之該透射率變化係藉由以下方程式1計算：[方程式1]透射率變化=(研磨前之透射率-研磨後之透射率)×100/(研磨後之透射率)在上述方程式1中，該研磨後之透射率係以150rpm之速度研磨氧化矽20小時後測得。
  2. 如請求項1之表面經處理之窗，其中具有20mm之寬度、60mm之長度及2.3mm之厚度的該窗之霧度係85至98%。
  3. 如請求項1之表面經處理之窗，其中該窗在研磨前具有1.0至5.0μm之表面粗度(Ra)。
  4. 一種研磨墊，其包含如請求項1至3中任一 項之用於研磨墊的表面經處理之窗。
  5. 一種用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法，其包含以下步驟：(1)藉由混合一以胺甲酸酯為主之預聚合物、一固化劑及一反應速度控制劑來製備用於研磨墊之一窗；及(2)表面處理該窗之一側，其中該窗在研磨前具有用於400nm之光的0.1至1.5%之透射率、用於670nm之光的4.5至7.5%之透射率及用於800nm之光的5.5至9.5%之透射率，其中，對400nm之光而言，該窗具有在5至10%內之透射率變化，對670nm之光而言，該窗具有在0.1至5%內之透射率變化，且對800nm之光而言，該窗具有在-10至-1%內之透射率變化，其中在研磨前與後之該透射率變化係藉由以下方程式1計算：[方程式1]透射率變化=(研磨前之透射率-研磨後之透射率)×100/(研磨後之透射率)在上述方程式1中，該研磨後之透射率係以150rpm之速度研磨氧化矽20小時後測得。
  6. 如請求項5之用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法，其中在上述步驟(2)中之該表面處理 係藉由一研磨材實施。
  7. 如請求項6之用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法，其中該表面處理係藉由一研磨材以100至1,000rpm之轉速及0.1至3.0psi之壓力來處理10至60秒。
  8. 如請求項5之用於製備用於研磨墊的表面經處理之窗的方法，其中該表面處理係實施成使得該窗之表面粗度為1.0至5.0μm。
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