TW201006854A - Chemical mechanical polishing pad - Google Patents

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TW201006854A
TW201006854A TW098123685A TW98123685A TW201006854A TW 201006854 A TW201006854 A TW 201006854A TW 098123685 A TW098123685 A TW 098123685A TW 98123685 A TW98123685 A TW 98123685A TW 201006854 A TW201006854 A TW 201006854A
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T Todd Crkvenac
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Rohm & Haas Elect Mat
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
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    • B24D3/32—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds for porous or cellular structure

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Description

201006854 六、發明說明： ： 【發明所屬之技術領域】 本說明書係關於適用於研磨或平面化半導體基板之 研磨墊。 【先前技術】 半導體之製備典型係涵蓋若干化學機械研磨（CMP)製 程。於各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性液體）之組合會以平面化 或保持用於接收後續層之平整度的方式移除過量材料。此 〇 等層之積疊係以形成積體電路之方式組合。由於對具有更 高操作速度、更低漏電流及降低能耗有要求，此等半導體 裝置之製造持續變得更複雜。於裝置構造方面，可說是為 d 對更精細之特徵幾何學及增加金屬化表面有要求。此等愈 加嚴格之裝置設計要求造成越來越小之線間距及相應增加 之圖案密度。裝置之小型化及增加之複雜度已經導致對於 CMP消耗品（如研磨墊及研磨溶液）有更大需求。此外，隨 著積體電路之特徵的尺寸下降，由CMp引致之缺陷（如擦 傷變成更大問題。再者，降低積體電路之膜厚度係要求 改善缺陷並同時為晶片基板提供可接受之形貌；此等形貌 之要求係需要愈加嚴格之平面性、線凹陷dishing) 以及小特徵陣列侵蝕研磨規格。 歷史上，澆鑄之聚胺酯研磨墊已經對用以製造積體電 路之大部份研磨操作提供機械完整性及化學抗性。舉例而 。，聚胺酯研磨墊具有足以抵抗撕裂之拉伸強度及延長 94719 201006854 以及用於 性，用於避免研磨過程中磨損問題之抗研磨性 抵k由強酸性及強鹼性研磨溶液造成之腐蝕的安定性。不 幸的是，有助於改善平面化的澆鑄硬聚胺酯研磨墊也助 缺陷的增加。 長 M. J. Kulp於美國專利案第7，169 〇3〇號中揭露具有 尚拉伸模數之聚胺酯研磨墊家族。此等研磨墊係向若干研磨 墊及研磨漿料之組合提供傑出的平面化及缺陷。舉例而+ ❹此等研磨墊可為研磨氧化矽/氮化矽（如用於直接淺溝槽隔 離（shallow trench isolation, STI)研磨）之應用的含有氣 化鈽之研磨漿料提供傑出研磨效能（perf0rmance)。為了本 說明書之目的，氧化矽係指適用於形成半導體裝置之介電 材料之氧化矽（silica)、氧化矽化合物以及經摻雜氧化矽 配方；而氮化矽係指適用於半導體應用之氮化矽、氮化矽 化合物及經摻雜氮化矽配方。不幸的是，此等墊對於以用 於現今及未來半導體晶片中所含有之多層基板層之所有研 9磨漿料改善研磨效能並不具有普遍適用性。再者，隨著半 導體裝置之成本下降’仍需要不斷進一步增加研磨效能。 增加研磨墊之移除速度可增加產量，而降低半導體製 造廉之設備檯面面積及財政支出。因為這種用於增加效能 之需求，仍對具有增加之效能之用以移除基板層之研磨墊 有需求。舉例而言，氧化物介電材料之移除速度對於層間 介電材料（inter-layer dielectric，ILD)或金屬間介電材 料（inter-metallic dielectric, imd)之研磨過程中移除 介電材料係重要者。所使用之介電氧化物之具體類型包括 94719 5 201006854 下列者：BPSG、自四乙氧基矽酸酯之分解形成之TEOS、高 密度電漿（high-density plasma, HDP)以及低壓化學氣相 沈積物（sub-atm〇spheric chemical vapor deposition, SACVD)°目前存在對於具有增加之移除速度以及可接受之 缺陷效能與晶片一致性之研磨墊的需要。更具體地，對具 有加快之氧化物移除速度以及可接受之平面化與缺陷研磨 效能之適用於ILD研磨之研磨墊有需求。 【發明内容】 本發明係提供一種適用於研磨含有至少下列之一者 之圖形化半導體基板的研磨墊：銅、介電材料、阻擋物以 ^鶴’其中該研磨墊係包括聚合物基質及位於該聚合物基 貝内之中空聚合物顆粒，該聚合物基質係固化劑與異氛酸 酯封端之聚四伸曱基醚二醇之聚胺酯反應產物，該聚胺酯 反物之贿2對NC〇之化學計量比率為8〇%至97%，該異 氰黾酯封端之聚四伸甲基醚二醇具有8.75重量％至9.05 =量％範圍之未反應NC〇，該固化劑含有將該異氰酸酯封端 伸曱基鍵一醇固化以形成該聚合物基質之固化胺； 、及該中空聚合物顆粒具有2至50 _之平均直徑，及如 \所示之形成該研磨墊之成份的wt%b及密度b ·· =Wt%b wf%a *密度& 密度fl ~ 其中’『密度a』等於60 g/L之平均密度， 费度b』係5 g/L至500g/L之平均密度， wt%a』係3. 25重量％至4. 25重量％， ’ 94719 6 201006854 該研磨墊具有30體積％至60體積％之孔隙率，以及位 於該聚合物基質内之閉合單元結構，該閉合單元結構形成 環繞該閉合單元結構之連續網。 本發明之另一具體實施例係提供一種適用於研磨含 有至少下列之一者之圖形化半導體基板的研磨墊：銅、介 電材料、阻擋物以及鎢，其中該研磨墊係包括聚合物基質 及位於該聚合物基質内之中空聚合物顆粒，該聚合物基質 係固化劑與異氰酸酯封端之聚四伸曱基醚二醇之聚胺酯反 m 應產物，該聚胺酯反應產物之NH2與NCO之化學計量比率 為80%至90%，該異氰酸酯封端之聚四伸曱基醚二醇具有 8. 75重量％至9. 05重量％範圍之未反應NCO,該固化劑含有 將該異氰酸酯封端之聚四伸甲基醚二醇固化以形成該聚合 物基質之固化胺；以及該中空聚合物顆粒具有2至50 μιη * 之平均直徑，及如下式所示之形成該研磨墊之成份的wt°/〇b 及密度b
w%a *密度 =wt%b 其中，『密度a』等於60 g/L之平均密度， 『密度b』係10 g/L至300g/L之平均密度 『wt%a』係3. 25重量％至3. 6重量％， 該研磨墊具有35體積％至55體積％之孔隙率，以及位 於該聚合物基質内之閉合單元結構，該閉合單元結構形成 環繞該閉合單元結構之連續網。、 【言施方式】. 7 94719 201006854 本發明係提供適用於平面化半導體、光學及磁性基板 之至少一者的研磨墊，該研磨墊係包含聚合物基質。該研 磨墊尤其適用於研磨及平面化層間介電材料（ILD)應用中 之ILD介電材料，但也可用於研磨金屬如銅或鎢。該墊係 提供較目則所用之墊增加的移除逮度，尤其於研磨之最初 3 0秒。於研磨之早期過程中該墊之加速回應使得藉由縮短 自晶片表面移除特定量之材料所需時間來增加晶片產量成 為可能。 燻矽（fumed silica)之ILD研磨之3〇秒移除速度可 超過3,750埃（入）/分。再者，本發明可提供較似〇肥 聚胺醋研.於相同研相試中所給出之3()秒移除速度 高出至少10%之移除速度（Icl〇1〇係羅門哈斯公司或其附 屬公司之商標）。有利的是’使用本發明之研磨塾並以含氧 化石夕之研磨劑研磨TEGS片狀晶片3{)秒之移除速度係等於 或高於使用IC1_研磨塾並以含氧切 、 〇 麵片狀晶片30秒之移除速度及6〇秒之移除^产研磨 ICHHKP可隨著研磨時間而增加_移除速= 包含可賦予自該成份製作之零件熱黯特 ^里， 酸醋（1_絲門哈斯公司或其附屬公亂 旧刚研磨墊之熱塑性特點似可促進該研^ 間之接觸隨著移除速度之增加而增加，:曰曰片 速度出現為止。將㈣晶片之接觸祕梅】某—最大移除 乎使得料Μ純，^ 如至更高程度似 力的降低。同樣，由於交n 度成刀子量之降低，不包含脂 94719 8 201006854 肪族異氰酸醋之配方將更具熱塑性特點；且其可顯示隨著 研磨時間而增加更多之移除速度。然而，本發明之該塾具 有足夠之孔隙度程度，以於該研磨製程非常早之時期最大 •化塾與晶片之接觸；且相對高度之交聯似可向該塾提供足 夠之局部剛性’以促進該研磨製程。 • 儘管移除速度可隨研磨劑含量而增加，與研磨劑無關 之IC1010研磨塾移除速度的改善係表示研磨效能之重要 進展。舉例而言，此促進以低缺陷增加務除速度並可降低 漿料成本。除了移除速度外，晶片規格之不一致性亦為重 要研磨效能之考量。典型地，因為經研磨晶片之一致性對 於獲付最大數目之良好研磨的晶粒.(die)係重要者，故該晶 片規格之不一致性應低於6%。 為了本說明書之目的，『聚胺酯』係自雙官能異氰酸 酯或多官能異氰酸酯所衍生之產物’如聚醚服 (polyetherureas)、聚異氰酸酯、聚胺酯、聚脲、聚胺酯 _ 脲、其共聚物及混合物。澆鑄聚胺酯研磨墊係適用於平面 化半導體、光學及磁性基板。該墊之特殊研磨性能係部份 源於預聚物二醇與多官能異氰酸酯之預聚物反應產物。該 預聚物產物係以選自包含固化多胺、固化多元醇、固化醇 胺及其混合物之群組之固化劑固化’以形成研磨塾。已經 發現’控制該固化劑與該預聚物反應產物中未反應NC〇之 比例可改善研磨過程中多孔墊之缺陷效能。 胺曱酸酯之製備係涵蓋自多官能芳香異氰酸g旨及預 聚物多元醇製備異氰酸酯封端之胺甲酸酯預聚物。該預聚 9 94719 201006854 物多元醇係聚四伸曱基醚二醇（PTMEG)。該多官能芳香異氰 酸酯之實例係包括2, 4-曱苯二異氰酸酯、2, 6-甲苯二異氰 酸酯、4, 4’-二苯曱烷二異氰酸酯、萘-1,5-二異氰酸酯、 二異氰酸聯甲苯胺、對伸苯基二異氰酸酯、伸二曱苯基二 異氰酸酯及其混合物。該多官能芳香異氰酸酯係含有少於 20重量％之脂肪族異氰酸酯如4, 4’-二環己基甲烷二異氰 酸酯、異佛酮二異氰酸酯及環己烷二異氰酸酯。較佳者， 該多官能芳香異氰酸酯係含有少於15重量％之脂肪族異氰 酸酯，更佳者，含有少於12重量％之脂肪族異氰酸酯。 ® 典型地，該預聚物反應產物係以固化胺（如多胺或含 有多胺之混合物）反應或固化。舉例而言，可將該多胺與 醇胺或單胺混合。為了本說明書之目的，多胺係包括二胺 及其他多官能胺。固化多胺之實例係包括芳香二胺或多胺 (如4,4’-亞曱基-雙-鄰-氣苯胺[肘30六]、4,4’-亞甲基-雙 -(3-氣-2, 6-二乙基苯胺）[MCDEA];二曱基硫基曱苯二胺； 三伸甲基二醇二-對-胺基苯曱酸酯；聚四伸曱基氧化物二-❹ 對-胺基苯甲酸酯；聚四伸曱基氧化物單-對-胺基苯甲酸 酯；聚伸丙基氧化物二-對-胺基苯曱酸酯；聚伸丙基氧化 物單-對-胺基苯曱酸酯；1，2-雙（2-胺基苯基硫基）乙烷； 4, 4’ -亞曱基-雙-苯胺；二乙基曱苯二胺；5_第三丁基-2, 4-甲苯二胺及3 -第三丁基-2，6 -曱苯二胺；5 -第三戍基-2，4-甲苯二胺及3-第三戊基-2, 6-曱苯二胺；以及氯甲苯二 胺。此外，MBCA添加係表示較佳固化胺。視需要而定，可 以避免使用預聚物而以單一混合步驟來製造用於研磨墊之 10 94719 201006854 胺甲酸醋。 較佳係對用以作成該研磨墊之聚合物組成份作選 擇’故所得塾之形態係安定且可輕易複製者。舉例而古， 备此δ 4,4、亞甲基-雙-鄰-氯苯胺[MBCA]輿二異氰酸酯 以形成聚胺g旨聚合物時，控制單胺、二胺與三胺之量一般 係有利者。控制單胺、二胺及三胺之比例可將該化學比例 及所得聚合D子量保持於 一致的範圍。此外，—般來說 鬱控制添加劑（如抗氧化劑）及雜質（如水）對於一致的製造是 重要的。舉例而言，因為水與異氰酸酯反應形成氣態二氧 化碳’控制水濃度可影響於該聚合物基質内形成孔之二氧 化碳氣泡的濃度。異氰酸酯與偶發的水反應還減少用於與 鏈伸長劑反應之可用異氰酸酯，故除了交聯程度（如果存在 過量異氰酸酯基）及所得聚合物之分子量之外，其改化學 量學。 .、子6 該聚胺酯聚合物材料較佳係自甲苯二異氰駿醋與聚 % 四伸曱基醚二醇之預聚物及芳香二胺形成。該芳香二胺最 佳係4,4’-亞甲基-雙-鄰-氣苯胺或4, 4’-亞甲基—雙_(3_ 氣-2,6-二乙基苯胺）。未反應預聚物％NC0之較佳範圍係 8. 75至9. 05。具有此未反應NC0範圍之適宜預聚物之具體 實例係Cheintura製造之AdiPrene®預聚物LF750D。此外， ' LF750D係表示低遊離（low-free)異氰酸酯預聚物，該預聚 物中，遊離2, 4 TDI及2, 6 TDI單體各自係少.於〇. 1重量％， 且該預聚物係具有比傳統預聚物更一致之預聚抑分子量分 布。具有改善之預聚物分子量一致性及低遊離異氰酸酯單 11 94719 201006854 ， 體之此『低遊離』預聚物促進更規則之聚合物結構且可改 善研磨墊之一致性。除了控制未反應NC0之重量百分率 外，該固化及預聚物反應產物中，0H或NH2與未反應NC0 的化學計量比典型係80%至97% ’較佳係80%至90% ;更佳 者，0H或NIL·與未反應NC0的化學計量比係83%至87%。此 化學計量學可藉由直接提供該化學計量程度之原料達成， 亦或是故意或是曝露於偶發濕氣而間接藉由使某些NCO與· 水反應而達成。 若該研磨塾係聚胺酯材料，則該完成之研磨墊之密度 ® 較佳係0. 4至0. 8公克（g)/平方公分（cm3)。更佳者，完成 之聚胺酯研磨墊之密度係0.5至0. 75g/cm3。以墊的總配 ‘ 方為基準計，中空聚合物顆粒負載密度（澆鑄前）為3.25 ' 重量％至4. 25重量％、較佳3. 25重量％至3. 6重量％之公稱 20/zm孔或中空聚合物顆粒，可以產生具傑出研磨結果之 該所欲密度。特別地，該中空聚合物顆粒於整個聚合物基 質中提供隨機之孔分佈。特別地，該研磨墊具有閉合單元 ❹ 結構’且該聚合物基質形成環繞該閉合單元結構之連續 網。儘管具有如此高之孔障度，該研磨墊之蕭氏（Shore) D 硬度典型係44至54。為了本說明書之目的，該蕭氏D硬 度之測試係包括於測試前將墊樣本置於相對濕度50%之 25°C環境中5天進行條件處理，並使用ASTMD2240略述之 方法，以改善該硬度測試之再現性。 中空聚合物顆粒之重量平均直徑係2至50微米 (Am)。為了本說明書之目的，重量平均直徑係表示該中空 32 947] 9 201006854 聚合物顆粒於_前之平均直徑；且_粒可具有球狀或 非球狀之形狀。該中空聚合物顆粒最佳係具有球狀形狀。 .該中空聚合物顆粒之重量平均直徑較佳係2至4〇_。該 -中空聚合物顆粒之重量平均直徑最佳係1〇至3〇_;此等 中空聚合物顆粒典型係具有60g/公升（L)之平均密度。為 了本說明f之目的，針找合物雖之平均密度係表示 於1公升體積内’該中空顆粒之緊密封裝未破碎密度 ❹（close-Packed-n〇n-crushed density)。平均直徑為 ％ 至50口之中空顆粒典型係具有平均為你几之較低 度，蓋因其存在更多孔及更少壁材。不同尺寸及類型 空顆粒可藉由下述方式而以等量孔體積加入：取一種尺、 之中空聚合物顆粒之質量除以其密度來確定孔之寸 體積可隨後乘以其他種孔之密度，以確定該其他尺= 型j中空聚合物顆粒之質量，從而給出等量孔體積' = 而言，如下述等式所顯示般 列 肇 wt%. y〇/〇a * 密度* ==度為6°g/L之2°…空聚合物顆粒的s ::與2.:重:%且密度為離之42_中空聚合物㊉ 里於形成本發明之研磨墊過程中，『密度8』等於 ，平。均密度，『密度b』係5g/LH⑽g/L之平均密度= wt%a』係3.25重量％至4 25.重量％。較佳者，p卜又2 係响/1至15〇机之平均密度以及『wt%a』係 = 至3· 6重量％ 〇. 重量 94719 33 201006854 ’ 膨脹之中空聚合物顆粒之重量平均直徑的公稱範圍 係15至90 # m。再者，高孔隙度與小孔尺寸之組合可具有 減少缺陷之特殊益處。不過，如果該孔隙度程度變得過高， 該研磨墊失去機械完整性及強度。舉例而言，加入構築研 磨層30體積％至60體積％之重量平均直徑為2至50//in的 中空聚合物顆粒，促進缺陷之減少。再者，將孔隙度保持 於35體積％與55體積％之間，或更具體而言35體積％與50 體積％之間，可促進移除速度之增加。為了本說明書之目 的，體積％孔隙度係表示如下述方式決定之孔的體積百分 ® 率：1)自無孔隙度之聚合物公稱密度中減去所測量之該配 方密度以確定自立方公分配方中『消失』之聚合物的質量； 以及2)將『消失』之聚合物的質量除以無孔隙度之聚合物 的公稱密度，以確定自cm3配方中消失之聚合物的體積， 再乘以100將其轉化為體積％孔隙度。或者，配方中孔體積 百分率或體積％孔隙度可藉由下述方法決定之：1)自100g 減去100g配方中該中空聚合物顆粒之質量以確定100g配 ❹ 方中聚合物基質之質量；2)將聚合物基質之質量除以該聚 合物之公稱密度以確定100g配方中該聚合物之體積；3)將 10 0g配方中該中空聚合物顆粒之質量除以該中空聚合物 顆粒之公稱密度以確定100g配方中該中空聚合物顆粒之 體積；4)將100g配方中該聚合物之體積加上100g配方中 該中空聚合物顆粒或孔之體積，以確定100g配方之體積； 以及5)將100g配方中該中空聚合物顆粒或孔之體積除以 100g配方之總體積，再乘以100，給出該配方中孔之體積 14 94719 201006854 · 百分率或孔隙度。對於孔隙度或孔之體積％，兩種方法將得 到相似值，儘管第二種方法將顯示較第一種方法低之孔隙 度或2之體積％’於第—種方法中，製程過程之參數如反映 放熱篁可造成中空聚合物顆粒或微球膨脹至超出其公稱 二膨脹體積』。因為對於特定之孔或孔隙度程度而言，孔尺 以增加研磨速度，故控制澆鑄過程之放熱量 ❹ 重要者。舉例而今，物顆粒或微球的進一步膨脹係 預聚物溫度、降低固2入室溫模具、限制塊高度、降低 單體全部可減少由異2溫度、減少NC〇及限制遊離顶 如同大多數傳^之反應產生的放熱量。 鑽石盤修整）用於增知&研磨墊—樣’研磨塾之修整（如 性。儘管修整可以“：f速度並改善晶片規格之非-致 用）或以連續方式予以 各晶片修整30秒後）予以作 條件的優點，以改美 連續仏整係長^供建立穩態研磨 ο 磨塾之移除速度並: = 修整典型係增加該研 移除速度的衰減。特f/、研磨墊之表面磨損相關聯之 過程中捕獲燒石夕顆教之該研磨劑修整係形成可於研磨 矽顆粒可於與該研磨墊_ 第1圖至第3圖係氧化 解。此氧化矽顆粒積 目之該粗糙表面内積累之圖 速度而增加該研磨勢研磨替内似可藉由導致高移除 於漿料之分布、研磨〜致率。除了修整外’槽及穿孔可對 度捩供進—步之益處。致性碎屑之移除及基板之移除速 實施教 94719 15 201006854 * 對於本發明之實施例’該聚合物墊材料係藉由將作為 ' 胺甲酸酯預聚物之各種量之異氰酸酯（49°C，比較例包括 43°C至63°C預聚物）與4,4’-亞甲基-雙-鄰-氣苯胺[仙(：幻 (115°C)混合而製備之。特別地’特定曱苯二異氰酸酯[TDI] 與聚四伸甲基醚二醇[PTMEG]預聚物提供具有不同性能之 研磨墊。該胺曱酸酯/多官能胺混合物係與中空聚合物微球 (AkzoNobel 製造之 EXPANCEL® 551DE20d60 或 551DE40d42) 於將該預聚物與鏈伸長劑混合之前或之後混合。該中空聚 合物微球可於加入該多官能胺之前與該預聚物於6〇rpni混 ❹ 合，隨後將該混合物於4500rpm混合；或該中空聚合物微 球可加入至位於3600rpm之混合頭内的該胺甲酸酯/多官 能胺混合物中。該微球之重量平均直徑為15至50 μπι，其 範圍為5至200 //m。將最終混合物轉移至模具並准許其凝 膠化約15分鐘。 隨後將該模具置於固化爐中，且以如下之循環固化： 於別为鐘内自環境溫度均勻升溫至設定溫度104。(：，於❹ lO^C保持15·5小時，再於2小時内自該設定溫度降溫至 C比較例F至比較例κ使用更短之固化循環，於100°c ，持力:8小時。隨後將該模製件『切削』成薄片，且於室 可下2該表面上機械加工出大通道或槽；於較高溫度切削 表面粗糙度及片厚度—致性。如表中所示，樣本1 一 2係表示本發明之研磨墊，而樣本A至樣本 Z係表 不比較例。 16 94719 201006854 表1 配方 配方 NCOCwt%) 預聚物 化學計量 學⑻ 中空聚合 物球 (wt%) 公稱球直 徑（卵） 1 MJK1859C 8.75-9.05 LF750D 85 3. 36 20 2 MJK1859C 8. 75-9. 05 LF750D 85 3.36 20 A S58 8. 75-9. 05 LF750D 85 2. 25 40 B T58 8. 75-9. 05 LF750D 85 3.21 20 C S52 8. 75-9. 05 LF750D 105 0.75 40 D S53 8. 75-9. 05 LF750D 85 0.75 40 E T53 8. 75-9. 05 LF750D 85 1.07 20 F MJK3101A 11.4-11.8 Royalcast 2505 85 3.01 20 G MJK3101C 11.4-11.8 Royalcast 2505 85 3.01 20 H MJK3101B 11.4-11.8 Royalcast 2505 95 2.93 20 I MJK3101D 11.4-11.8 Royalcast 2505 95 2. 93 20 J MJK1864A 11.4-11.8 Royalcast 2505 105 - 2. 86 20 K MJK1864J 11.4-11.8 Royalcast 2505 105 2. 86 20 L MJI3122B 8. 75-9. 05 LF750D 85.00 3.87 20 M MJK3122F 8. 75-9. 05 LF750D 90.00 3.83 20 N MJK3122E 8. 75-9. 05 LF750D 95.00 3. 79 20 0 M.IK3122D 8. 75-9. 05 LF750D . 100.00 3. 74 20 P MJI3122A 8.45-8. 75 LF750D 105.00 3. 70 20 Q MJI3122C 8.45-8. 75 LF750D 110.00 3. 66 20 R VP3000 7.1-7.4 LF600D 85 1.8 40 S MJK1803C 8. 75-9. 05 LF750D 90.00 2. 94 20 T MJK1803E 8. 75-9. 05 LF750D 90.00 2.94 20 ϋ MJK1803A 8. 75-9. 05 LF750D 115.00 2. 94 20 V MJK1803F 8. 75-9. 05 LF750D 115.00 2. 94 20 17 94719 201006854 W MJK1803D 8. 75-9. 05 LF750D 90.00 2. 20 20 X MJK1803H 8. 75-9. 05 LF750D 90.00 2. 20 20 Υ MJK1803B 8. 75-9. 05 LF750D 115.00 • 2.20 20 Ζ MJK1803G 8. 75-9. 05 115. 〇〇 2. 20 20
Adiprene LF600D、LF750D 及 Royalcast 2505 係對應 於甲苯二異氰酸酯與由Chemtura製造之PTMEG產品的混 合物。LF600D及LF750D係低遊離異氰酸酯預聚物，而 Royalcast 2505係具有高度之遊離異氰酸酯單體。 於來自應用材料公司（Applied Materials，Inc.)之 Mirra ®研磨機上使用93rpm之檯板轉動速度、87rpm之晶 片載體頭轉動速度以及5磅/平方英吋（psi)之下壓力研磨 TE0S片狀晶片，從而測試各實施例之研磨墊。該研磨浆料 係ILD3225與DI水之1:1混合物’並以150毫升（mi)/分 鐘（miη)之速度提供至該研磨塾之表面上。使用原位修整製 程而使用Diagrid ® AD3BG150855修整盤對該研磨墊進行 鑽石修整。研磨TE0S片狀晶片30秒或60秒，使用實施例 墊之各測試還包括使用IC1010墊之晶片作為基線。最重要 者係相對於IC1010之30秒研磨速度，蓋因其將對降低該 標準研磨墊之研磨時間具有最大效果。該研磨绪果係顯示 於下表2。 201006854 表·2 配方 配方 中空聚 合物球 (wt%) 公稱球 直徑 ("m) 30秒之 RR(A /min) RR,30 秒標準 60秒之 RR(A /min) RR, 60 秒標準 NU,% 目標 >3750 1.10 4100 1.08 < 6.0 1 MJK1859C 3. 36 20 3778 1.18 4183 1.15 2.5 2 MJK1859C 3. 36 20 3949 1.10 4235 1.08 5.7 A S58 2. 25 40 3802 1.08 4263 1.10 3.0 B T58 3.21 20 4043 1.15 4414 1.17 2.8 C S52 0. 75 40 3786 1.07 4070 1. 04 5.5 D S53 0. 75 40 3582 1.02 4043 1.01 3.4 E T53 1.07 20 3736 1.06 4175 1.05 3.1 F MJK3101A 3.01 20 3303 0.94 3755 0.95 4.2 G MJK3101C 3.01 20 3123 0. 89 3600 0.91 4.6 Η MJK3101B 2.93 20 3162 0.90 3652 0. 92 4.6 I MJK3101D 2. 93 20 3087 0.88 3587 0. 91 4.5 J MJK1864A 2.86 20 3180 0.91 3611 0.91 4.3 κ MJK1864J 2.86 20 3114 0. 89 3583 0.91 5.4 L MJK3122B 3. 87 20 3886 1.09 4219 1.07 6.0 Μ MJK3122F 3. 83 20 3788 1.06 4050 1.03 6.0 N MJK3122E 3.79 20 3747 1.05 4079 1.04 11.4 0 MJK3122D 3. 74 20 3715 1.04 4015 1.02 7.8 P MJK3122A 3. 70 20 3683 1.03 3915 1.00 7.1 Q MJK3122C 3. 66 20 3450 0.97 3647 0.93 8.4 R VP3000 1.8 40 3330 0.80 2. 3 S MJK1803C 2. 94 20 3893 1.06 4219 1.03 3.2 T MJK1803E 2. 94 20 4025 1.11 4251 1.05 7. 6 U MJK1803A 2. 94 20 3803 1.03 4025 0.98 4.8 V MJK1803F 2. 94 20 3673 1.01 3856 0.95 8.2 W MJK1803D 2. 20 20 3688 1.00 4029 0.98 3.8 X MJK1803H 2. 20 20 3692 1.01 3976 0.98 5.5 Y MJK1803B 2. 20 20 3783 1.03 4053 0.99 4.6 z MJK1803G 2.20 20 3654 1.00 3859 0.95 7. 6. 此等數據說明，負載有3. 36重量％之中空聚合物微球 係提供未預期之移除速度的增加。特別地，樣本1及樣本 2具有傑出之30秒移除速度及60秒移除速度。該樣本1 及樣本2之30秒移除速度說明，該研磨墊於支援更高產量 的_短研磨製程的早期具有高移除速度。負載有3. 01重量 19 94719 201006854 %(相同預聚物為2· 94重量％)或3. 66重量％或更多之中空 聚合物微球的比較例得到較低之3〇秒移除速度及較低之 整體移除速度。此外，第1圖至第3圖說明，該研磨墊之 表面似可於研磨優勢位置處捕獲燻矽。此對於燻矽之親和 性似乎導致研磨效能增加。 表3 配方 配方 ,中空聚 合物球 (wt%) 球之公 稱直徑 (jam) 以配方為基 準所計算之 於cm3配方内 的球# 以墊密度為 基準所之於 cm3配方内的 球# 所計算之 球#的差異 較佳者 >3.1 20 >9. 25E+07 1 MJK1859C 3.36 20 9. 79E+07 9. 50E+07 2.89E+06 2 MJK1859C 3. 36 20 9. 79E+07 9. 34E+07 4.42E+06 A S58 2.25 40 1.18E+07 1.27E+07 -8. 73E+05 B T58 3.21 20 9. 52E+07 1.05E+08 -9. 55E+06 C S52 0.75 40 5.30E+06 5.95E+06 -6. 53E+05 D S53 0.75 40 5.30E+06 5.80E+06 -4. 99E+05 E T53 1.07 20 4.25E+07 4.33E+07 -8. 60E+05 F ·*- MJK3101A 3.01 20 9. 21E+07 1.10E+08 -1.80E+07 一 G MJK3101C 3.01 20 9. 21E+07 9.56E+07 -3.46E+06 MJK3101B 2. 93 20 9. 04E+07 1.10E+08 -2. O0E+07 __ I MJK3I01D 2.93 20 9. 04E+07 9.55E+07 -5.01E+06 —J MJK1864A 2.86 20 8. 90E+07 9.56E+07 -6. 53E+06 K MJK1864J 2. 86 20 8. 90E+07 9.98E+07 -1.07E+07 _ L MJK3122B 3. 87 20 1. 07E+08 1.14E+08 -7. 20E+06 Μ MJK3122F 3. 83 20 1.06E+08 1.30E+08 -2.40E+07 Ν MJK3122E 3. 79 20 1.05E+08 1.18E+08 -1.32E+07 0 MJK3122D 3. 74 20 1.04E+08 1.17E+08 -1.26E+07 Ρ MJK3122A 3.70 20 1.04E+08 1.20E+08· -1.63E+07 MJK3122C 3. 66 20 1. 03E+08 1.22E+08 -1. 92E+07 R ——— VP3000 1.8 40 1.00E+07 2. 98E+07— -1.98E+07 S 一 MJK1803C 2.94 20 9. 01E+07 9. 21E+07 卜-2· 02E+06 —τ MJK1803E 2. 94 20 9. 01E+07 1.06E+08 -1. 60E+07 U —— MJK1803A 2.94 20 9. 01E+07 Γ 1.07E+08 -1. 68E+07 V 5 MJK1803F 2.94 20 9. 01E+07 1.17E+08 -2. 70E+07 5. 91E+06 f ——-— MJK1803D 2.20 20 7. 41E+07 6.82E+07 X 一 »— MJK1803H 2. 20 20 7.41E+07 9. 73E+07 -2.32E+07 Y —丨丨― MJK1803B 2.20 20 7.41E+07 8. 71E+07 -1.31E+07 —1 MJK1803G 2.20 20 7. 41E+07 9.45E+07 -2.04E+07 20 94719 201006854 ’ 表3係說明該中空聚合物微球達成超過每立方公分之 墊配方中一百萬個微球的負載程度° 、 下表4係顯示預聚物％NC0，並比較多個無填料或孔隙 . 度之經MBCA-固化之彈性體的機械強度性能’該彈性體係 自以ASTM D412方法測試之該實施例配方中所使用之預聚 物作成者。所顯示之彈性性能係ASTMD1566-08A中定義。 此外，表4係顯示如該預聚物製造商所報告之以MBCA固化 之該預聚物的公稱密度。 m 零表4 預聚物 預聚物NCO (Ft%) 未填充之以 MBCA固化的 拉伸強度， psi(MPa) 於100%延長 之拉伸張 力，psi(MPa) 於200%延長 之拉伸張力， psi(MPa) — Ί 公稱聚合 物密度 (g/cm3) Adiprene LF600D 7.1-7.4 6700 (46.2) 3600 (24.8) 4800 (33.1) ----- 1. 16 Adiprene LF750D 8. 75-9. 05 7100 (48.9) 5300 (36.5) 5900 (40.7) 1.20 Royal cast 2505 11.4-11.8 9200 (63) — - 1.21 表4係說明’除了填料濃度外，該研磨墊之機械性能 似乎亦可影響研磨效能。具體而言，使用LF6〇〇D之比較例 R之該聚合物之剛性（藉由其1〇〇%模數作為最佳指示者)似 乎不足以支援用於燻矽研磨之高移除速度 ;而使用
Royalcast ® 2505準預聚物作成之比較例ρ至比較例j(之 剛性似乎超過支援燒發研磨之高移除速度所需者。自 Royalcast 2505洗鑄之聚胺酯材料係如此之脆，以至於其 於達到100%延長之前即已破碎。 21 94719 201006854 總之，該研磨墊係有效用於研磨銅、介電材料、阻擋 物及鎢晶片。特別地，該研磨墊係適用於ILD研磨，尤其 適用於燻矽之ILD研磨應用。該研磨墊係具有用以有效研 磨之快速斜面（ramp)，該斜面於30秒提供高移除速度。本 、 發明之研磨墊之30秒移除速度及60秒移除速度兩者均可 超出IC1000研磨墊之30秒移除速度及60秒移除速度。本 發明之墊之此種快速研磨回應促進高於傳統多孔研磨墊之 晶片產量。 【圖式簡單說明】 ® 第1圖係本發明之墊之研磨表面的250X放大之研磨 後掃描電子顯微照片（post-polishing scanning electron photomicrograph) ° 第2圖係本發明之墊之研磨表面的500X放大之研磨 後掃描電子顯微照片。 第3圖係第1圖及第2圖中該研磨墊於第2圖相同區 域之500XEDS圖像，係說明以含氧化矽之研磨漿料研磨後 0 之尚濃度砍。 【-主要元件符號說明】 無 22 94719

Claims (1)

  1. 201006854 七、申請專利範圍： 1. 一種適用於研磨含有銅、介電材料、阻擋物以及鎢之至 少一者之圖形化半導體基板的研磨墊，該研磨墊係包括 ，聚合物基質及位於該聚合物基質内之中空聚合物顆 粒，該聚合物基質係固化劑與異氰酸酯封端之聚四伸甲 基醚二醇之聚胺酯反應產物，該聚胺酯反應產物之nh2 • 對NC0之化學計量比率為80%至97%，該異氰酸酯封端 之聚四伸曱基醚二醇具有8. 75重量％至9. 05重量％範圍 ❿ 之未反應NCO,該固化劑含有將該異氰酸酯封端之聚四 伸甲基醚二醇固化以形成該聚合物基質之固化胺；以及 該中空聚合物顆粒具有2至&0 μπι之平均直徑，及如下 式所示之形成該研磨墊之成份的wt%b及密度b : =wt%b 其中，密度a等於60g/L之平均密度， 密度b係5g/L至500g/L之平均密度， wt°/Da係3. 25重量％至4. 25重量％，. 該研磨墊具有30體積％至60體稂%之孔隙率，以及 位於該聚合物基質内之閉合單元結構，該閉合單元結構 形成環繞該閉合單元結構之連續網。 2. 如申請專利範圍第.1項之研磨墊，其中，以研磨劑修整 時，該連續網係形成粗糙化表面；以及該粗糙化表面能 於研磨過程中捕獲燻矽顆粒。 3. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該研磨墊係具 23 94719 201006854 有44至54之蕭氏D硬度。 4. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該研磨墊係具 有35體積％至55體積％之孔隙率。 5. 如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該中空聚合物 顆粒係具有10至30/zm之平均直徑。
    6. —種適用於研磨含有銅、介電材料、阻擋物以及鎢之至 少一者之圖形化半導體基板的研磨墊，該研磨墊係包括 聚合物基質及位於該聚合物基質内之中空聚合物顆 粒，該聚合物基質係固化劑與異氰酸酯封端之聚四伸甲 基醚二醇之聚胺酯反應產物，該聚胺酯反應產物之NH2 對NC0之化學計量比率為80%至90%，該異氰酸酯封端 之聚四伸曱基醚二醇具有8. 75重量％至9. 05重量％範圍 之未反應NCO,該固化劑含有將該異氰酸酯封端之聚四 伸甲基醚二醇固化以形成該聚合物基質之固化胺；以及 該中空聚合物顆粒具有2至50/zm之平均直徑，及如下 式所示之形成該研磨墊之成份的Wt%b及密度b : wt%t 其中，密度a等於60g/L之平均密度， 密度b係10g/L至300g/L之平均密度， wt%a係3. 25重量％至3. 6重量％， .該研磨墊具有35體積％至55體積％之孔隙率，以及 位於該聚合物基質内之閉合單元結構，該閉合單元結構 形成環繞該閉合單元結構之連續網。 24 94719 201006854 7.如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中，以研磨劑修整 時，該連續網係形成粗糙化表面；以及該粗糙化表面能 r 於研磨過程中捕獲燻矽顆粒。 ， 8.如申請專利範圍第1項之研磨墊，其中，該研磨墊係具 有44至54之蕭氏D硬度。 9. 如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中，該研磨墊係具 有35體積％至50體積％之孔隙率。 10. 如申請專利範圍第6項之研磨墊，其中，該中空聚合物 顆粒係具有10至30 μ m之平均直徑。
    25 947] 9
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