TW201225169A - Polishing pad with multi-modal distribution of pore diameters - Google Patents

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201225169 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例係關於化學機械拋光（CMP)領域及特定 言之具孔直徑多模態分佈之拋光墊。 本申請案主張2010年10月15曰申請之美國臨時申請案號 61/393,746之權益’其全文係以引用方式併入本文。 【先前技術】 通常簡稱為CMP之化學機械平坦化或化學機械拋光為用 於半導體製造中使半導體晶圓或其他基材平坦化之技術。 該製程使用研磨性及腐蝕性化學漿液（通常為膠體），並 結合拋光墊及一般比晶圓直徑更大之扣環。藉由動力拋光 壓頭將拋光墊及晶圓壓製在一起並藉由塑料扣環使其保持 定位。該動力拋光壓頭在拋光期間旋轉。該方法有助於移 除物質並容易使任何不規則外形齊平，使晶圓平坦。必須 依序設定晶圓供形成其他電路元件。例如，必須依序將整 個表面置於微影系統之視野深度（the depth 〇f Held)中或基 於其位置選擇性地移除物質。一般視野深度要求對於最小 次50奈米技術節點係降至埃程度。 物質移除製程並非如以砂紙研磨木材般簡單地研磨刮 削。漿液中之化學物質亦與待移除之物質反應及/或削弱 該物質。研磨劑加速該削弱過程且拋光墊有助於從表面刮 除反應物質。除漿液技術之進展以外，拋光墊在日漸複雜 之CMP操作中扮演重要角色。 然而’在CMP墊技術之演變中需要作出其他改良。 159441.doc 201225169 【發明内容】 本發明之實施例包括具孔直徑多模態分佈之拋光墊。 在一個實施例中，用於拋光半導體基材之拋光墊包括均 質拋光體。該均質拋光體包括熱固性聚胺基曱酸酯材料及 配置在該聚胺基曱酸酯材料中之複數個閉合微胞孔。該複 數個閉合微胞孔具有直徑多模態分佈。 在另一個實施例中，一種製造用於拋光半導體基材之拋 光墊之方法包括混合預聚合物與固化劑以在成型模具中形 成混合物。固化該混合物，從而提供包括熱固性聚胺基甲 酸s旨材料及配置在該聚胺基甲酸酯材料中之複數個閉合微 胞孔之模製均質拋光體。該複數個閉合微胞孔具有直徑多 模態分佈。 【實施方式】 文中敘述具孔直徑多模態分佈之拋光墊。在下列敘述 中’闡明諸多具體細節，諸如具體拋光墊組成及設計，從 而提供對本發明實施例之徹底了解。熟知該項技術者將明 瞭在無該類具體細節下可以實施本發明之實施例。在其他 情形下’未詳細敘述已悉知的處理技術諸如有關漿液與拋 光塾組合來進行半導體基材之CMP之細節，以不會不必要 地使本發明之實施例難以理解。而且，應理解圖中所示之 各種實施例為說明性表示且未必按比例繪製。 本發明之實施例係關於拋光墊中之孔隙度，及特定言之 孔隙的尺寸及數量密度。可在拋光墊中設有孔隙以增加拋 光塾之表面積’從而例如增加拋光墊留置漿液之能力。通 159441.doc 201225169 常，對於閉合微胞拋光墊而言’孔隙一般形容為具有一種 尺寸，例如40微米直徑孔。事實上，孔隙係具有約4〇微米 之平均或中值孔隙尺寸之孔直徑分佈，且該分佈近似於典 型的鐘形曲線之單模態分佈，如後文關於圖1A及1B所 述。 相反地，本發明之實施例包括具有孔隙尺寸之雙模態、 三模態等分佈之拋光墊。實例包括但不限於20微米及40微 米孔隙、20微米及80微米孔隙、40微米及80微米孔隙及三 模態20微米、40微米及80微米孔隙之組合。在拋光墊中包 括該類孔直徑分佈之優勢包括下列一或多者：（丨）因可以更 有效地涵蓋某一範圍的空隙大小，故有增加單位面積孔隙 總數之能力，（2)增加總的孔隙面積之能力，由於在表 面孔隙數量密度更大，故改良漿液在整個拋光墊表面之分 佈，（4)由於較大孔隙敞口於表面，並與為均一性所設之較 小孔隙尺寸結合’可以增加可用來與晶圓相互作用之漿液 Q 的體積’或（5)使整體機械性質最佳化之能力。尤其在高度 化學驅動之CMP製程中及在大晶圓（例如300毫米或450毫 米直徑）的情形下，重要的是，在整個拋光製程中，漿液 • 應隨時存在於晶圓與拋光墊之間。此可避免缺乏漿液，否 • 則可旎會限制拋光性能。為解決此，本發明之實施例使得 在晶圓及拋光墊之間可獲取更大體積之漿液。 如上所述’拋光墊中之孔直徑分佈通常具有鐘形曲線或 單模態分佈。例如’圖1A說明習知拋光墊中以孔直徑為函 數對於孔直彳里的寬單模態分佈之群體之作圖100A。參考圖 159441.doc 201225169 ΙΑ，單模態分佈可能相對較寬。在另一實例中，圖⑺說 明習知拋光墊中以孔直徑為函數對孔直徑的窄單模態分佈 之群體之作圖100Β。在窄模態分佈或寬模態分佈中，在拋 光墊中提供僅一個最大直徑群體，諸如在4〇微米之最大群 體。 在本發明之一態樣中’拋光墊可代而製造成孔直徑之雙 模態分佈。在一個實例中，圖2Α說明根據本發明之一個實 施例之具有約1:1雙模態分佈之閉合微胞孔之拋光墊的截 面圖。 參考圖2Α’用於拋光半導體基材之拋光墊2〇〇包括均質 拋光體201。該均質拋光體201包括熱固性聚胺基曱酸酯材 料，其中複數個閉合微胞孔202配置在該均質拋光體201 中。該複數個閉合微胞孔202具有直徑多模態分佈。在一 個實施例中’如圖2Α所述，該直徑多模態分佈為包括小直 徑模式204及大直徑模式206之直徑雙模態分佈。 在一個實施例中，用於拋光半導體基材之拋光墊200適 於拋光用於半導體製造業之基材，諸如其上配置有裝置或 其他層之矽基材。然而，用於拋光半導體基材之拋光墊 200可用於涉及其他相關基材之化學機械拋光製程，諸如 但不限於用於MEMS裝置或主光罩之基材。因此，文中引 用之「用於拋光半導體基材之拋光墊」欲包含所有該種可 能性。 在一個實施例中，如圖2Α所示，複數個閉合微胞孔202 包括彼此分離之孔隙。這與通過管道彼此相連之開放微胞 159441.doc 201225169 孔（如在普通海綿中之孔隙的情形下）相反。在一個實施例 中，各閉合微胞孔包括以下將詳細敘述之物理殼，諸如成 孔劑殼。然而，在另一實施例中，各閉合微胞孔不包括物 理殼。在一個實施例中，如圖2A所示，複數個閉合微胞孔 202且因此直徑多模態分佈係在遍及均質拋光體2〇1之熱固 性聚胺基甲酸酯材料中實質上均勻且均一地分佈。 如上所提及，均質拋光體201可由熱固性、閉合微胞聚 〇 胺基甲酸酯材料組成。在一個實施例中，術語「均質」用 於顯示熱固性、閉合微胞聚胺基甲酸酯材料之組成在遍及 整個拋光體之組成中為一致。例如，在一個實施例中，術 語「均質」排除由例如浸潰氈製品或多層不同材料之組合 物（複合物）組成之拋光墊。在一個實施例中，術語「熱固 性」用於表示不可逆固化之聚合物材料，例如，材料之前 驅物藉由固化不可逆地變成不熔、不可溶聚合物網。例 如，在一個實施例中，術語「熱固性」排除由例如「熱塑 〇 性」材料或「熱塑塑膠」（彼等材料係由加熱時變成液體 並在充分冷卻時凝固成極玻璃態之聚合物組成）組成之拋 光墊。應注意，由熱固性材料製成之拋光墊一般由較低分 - 子量前驅物在化學反應中反應生成聚合物而製造，而由熱 . 塑性材料製成之墊一般由加熱預先存在之聚合物並引起相 變化而製造，因此，拋光墊係以物理方法而形成。在一個 實施例中，該均質拋光體201為壓縮模製均質拋光體。術 語「模製」用於表示均質拋光體係在成型模具中形成，如 下將更詳細地加以敘述。在一個實施例中，均質拋光體 159441.doc 201225169 201在經調節及/或拋光後具有約在ι_5微米均方根範圍内之 拋光表面粗糙度。在一個實施例中，該均質拋光體2〇1在 經調節及/或拋光後具有約2.35微米均方根之拋光表面粗糙 度。在一個實施例中’該均質拋光體2〇1在25。〇具有約3〇_ 120兆帕（MPa)之儲存模數。在另一個實施例中，該均質拋 光體201在25 C具有約小於30兆帕（MPa)之儲存模數。 在一個實施例中，如上所簡要提及，複數個閉合微胞孔 202係由成孔劑組成。在一個實施例中，術語「成孔劑」 係用於表示具有」中空」中心之微米或奈米級的球形顆 粒。該中空中心未填充固體材料，但可包括氣態或液態 核。在一個實施例中，複數個閉合微胞孔2〇2係由遍及（例 如，作為其他成份存在）均質拋光體2〇1分佈之預先膨脹及 氣體填充之EXPANCEltm所組成。在一個特定實施例中， EXPANCELTM係填充有戊烧。在—個實施例中，複數個閉 合微胞孔202各具有約10-100微米範圍之直徑。應理解， 使用球瓜」之術s吾未必限制在完全球體。例如，可考慮 其他大致圓形體，諸如但不限於，杏仁形、蛋形、不等邊 一角形橢圓形、足球形或長方形體可考慮用於孔隙形狀 或成孔劑形狀。在該類情形下’標明直徑為該物體的最大 直徑。 在一個實施例中，該均質拋光體201為不透明的。在一 實&例中術语「不透明」係用於表示可使約1 〇〇/。或更 少可見光通過的材料。在一個實施例中，該均質抛光體 201大部份為不透明，或許這全因在遍及（例如，作為其他 159441.doc 201225169 成份存在）均質拋光體201之均質熱固性、閉合微胞聚胺基 曱酸酯材料中併入不透明潤滑劑所致。在一個特定實施例 中’該不透明潤滑劑為一種諸如但不限於氮化硼、氣化 鈽、石墨、石墨氟化物、硫化鉬、硫化鈮、滑石、三硫化 钮、二硫化鎢或鐵氟龍之材料。

該均質拋光體201之尺寸可依據用途而改變。然而，某 些參數可用於製造包括該與習知處理設備或甚至與習知化 學機械處理操作相容之均質拋光體的拋光墊。例如，根據 本發明之一個實施例，該均質拋光體201具有約在〇.075英 11寸至〇·130英吋範圍内（例如約在1.9-3.3毫米範圍内）之厚 度。在一個實施例中，該均質拋光體201具有約在2〇英吋 至30.3英吋範圍内（例如約在5〇_77釐米範圍内）及可能約在 1〇英吋至42英吋範圍内（例如約在25-107釐米範圍内）之直 徑。在一個實施例中，該均質拋光體201具有約在6%_36% 總孔隙體積範圍内及可能約在18%_3〇%總孔隙體積範圍内 之孔隙（2G2)密度。在—個實施例中，該均質拋光體因 併複數個孔隙2〇2而具有如上所述之閉合微胞型的孔隙 度ϋ實施例中，該均質拋光體2()1具有約25%的可 壓縮率。在—個實施例中，該均質拋光體2CH具有約在 0.70-1.G5克/立方爱米範圍内之密度。 在個實施例中，如圖2A所描綠，複數個閉合微胞孔 202之孔直控之雙模態分佈可為約卜卜為更好地闡明此概 念’圖2B說明根據本發明之—個實施例之圖2A之拋光墊 中以孔直㈣^㈣於孔直徑料分佈之群體之作圖 159441.doc 201225169 220。圖2C說明根據本發明之一個實施例之圖2a之拋光墊 中以孔直徑為函數對於孔直徑的寬分佈之群體之作圖 230 〇 參考圖2A-2C，大直徑模式206之最大群體的直徑值約為 小直徑模式204之最大群體的直徑值的兩倍。例如，在一 個實施例中，如圖2B及2C所描繪，大直徑模式2〇6之最大 群體的直徑值約為40微米及小直徑模式204之最大群體的 直徑約為20微米。在另一個實例中，大直徑模式206之最 大群體的直控值約為80微米及小直徑模式204之最大群體 的直徑約為40微米。 參考圖2B之作圖220，在一個實施例中，孔直徑分佈較 乍。在一個特定實施例中，大直徑模式206之群體實質上 與小直徑模式204之群體不重疊。然而，參考圖2c之作圖 230，在另一個實施例中，該孔直徑分佈較寬。在一個特 定實施例中，該大直徑模式206之群體與該小直徑模式2〇4 之群體重疊。 在本發明之另一個態樣中，孔直徑之雙模態分佈不必為 如以上與圖2A-2C有關所述之1 ·· 1。亦即，在一個實施例 中’大直徑模式之總群體不等於小直徑模式之總群體。在 個實例中’圖3 A說明根據本發明之一個實施例之具有約 2.1雙模態分佈之閉合微胞孔之拋光塾的截面圖。圖說 明根據本發明之一個實施例之圖3 A之拋光墊中以孔直捏為 函數對於孔直徑分佈之群體之作圖32〇。 參考圖3A，用於拋光半導體装置之拋光墊3〇〇包括均質 159441.doc -10· 201225169 拋光體301。該均質拋光體3〇1係由熱固性聚胺基甲酸酯材 料組成，於該均質拋光體3〇1中配置有複數個閉合微胞孔 3〇2。該複數個閉合微胞孔3〇2具有直徑多模態分佈。在一 個實施例中，如圖3 A所描繪，直徑多模態分佈為包括小直 徑模式304及大直徑模式306之直徑雙模態分佈。 參考圖3 A及3B，小直徑模式3〇4之總群體約為大直徑模 式306之總群體的兩倍。亦即，小的閉合微胞孔之數量約 0 為大的閉合微胞孔的兩倍。在一個實施例中，大直徑模式 306之最大群體的直徑值約為小直徑模式3〇4之最大群體的 直徑值的兩倍。例如，在一個實施例中，如圖3B*描繪， 大直徑模式之最大群體的該直徑值約為40微米及小直徑模 式之最大群體的該直徑值約為20微米。應理解小直徑模式 304之總群體與大直徑模式3〇6之總群體的任何比可基於拋 光墊300之所需特性加以選擇。 參考圖2A-2C，應理解大直徑模式2〇6之最大群體與小直 〇 徑模式204之最大群體的任何直徑值可基於拋光墊200之所 需特性加以選擇。因此，大直徑模式之最大群體的直徑值 不限制為小直徑模式之最大群體的直徑值的兩倍，如以上 與圖2A_2C有關所述。在一個實例中，圖4A說明根據本發 -明之一個實施例之具有雙模態分佈之閉合微胞孔之拋光墊 的截面圖，其中大直徑模式之最大群體的直徑值約為小直 徑模式之最大群體的直徑值的四倍。圖4B說明根據本發明 之一個實施例之圖4A之拋光墊中以孔直徑為函數對孔直徑 的分佈之群體之作圖420。 159441.doc 201225169 參考圖4A’用於拋光半導體裝置之拋光墊400包括均質 抛光體401。該均質拋光體4〇1係由熱固性聚胺基甲酸酯材 料組成’在該均質拋光體4〇1中配置有複數個閉合微胞孔 402。該複數個閉合微胞孔402具有直徑多模態分佈。在一 個實施例中’如圖4A所描繪，該直徑多模態分佈為包括小 直徑模式404及大直徑模式406之直徑雙模態分佈。 參考圖4A及4B，大直徑模式406之最大群體的直徑值約 為小直徑模式404之最大群體的直徑值的四倍。例如，在 一個實施例中，如圖4B所描繪’大直徑模式4〇6之最大群 體的直徑值約為80微米及小直徑模式404之最大群體的直 徑值約為20微米。在一個實施例中，亦如圖4B所描繪，小 直极模式404之總群體約為大直徑模式406之總群體的八 倍。 在本發明之另一個態樣中，孔直徑之多模態分佈不必為 雙模態，如以上與圖2-4有關所述。例如，圖5八說明根據 本發明之一個實施例之具有三模態分佈之閉合微胞孔之拋 光墊的截面圖。圖5B說明根據本發明之一個實施例之圖 5A之拋光墊中以孔直徑為函數對孔直徑分佈之群體之作圖 520。 參考圖5A，用於拋光半導體裝置之拋光塾5〇〇包括均質 拋光體501。該均質拋光體501係由熱固性聚胺基甲酸酯材 料組成，在該均質拋光體501中配置有複數個閉合微胞孔 502。該複數個閉合微胞孔5〇2具有直徑多模態分佈。在一 個實施例中，如圖5A所描繪，直徑多模態分佈為包括小直 159441.doc •12- 201225169 厶模式504、大直徑模式5〇6及中直徑模式5〇8之直徑三模 態分佈。 多考圖5B在一個實施例中，大直徑模式506之最大群 ^的直徑值約為80微米，中直徑模式508之最大群體的直 • #值約為4〇微米，及小直徑模式504之最大群體的直徑約 為20微米。在一個實施例中，如亦在圖化中所描繪，小直 控模式504之總群體約同於中直徑模式細之總群體，其各 0 約為大直徑模式506之總群體的兩倍。應理解小、中及大 直徑模式之最大群體的任何直徑值以及小、中及大直徑模 式之總群體的任何比可基於拋光塾5〇〇之所需特性加以選 擇。亦應理帛’本發明之實施例不限於雙模態及三模態， 而可包括超出圖1八及1B有關所述之單模態分佈的任何多 模態分佈。 在本發明之一個態樣中，可選擇不同孔隙尺寸以提供所 需功能性之拋光墊。例如，圖6A_6D說明根據本發明之一 〇 個實施例之不同階段之漿液與拋光墊相互作用的截面圖。 參考圖6A，拋光墊600包括均質拋光體，其係由熱固性 聚胺基曱酸酯材料組成，在均質拋光體中配置有複數個閉 - 合微胞孔。該複數個閉合微胞孔具有直徑多模態分佈。 . 參考圖6B，將拋光墊6〇〇調節至露出閉合微胞孔6〇2之雙 模態分佈。例如，在一個實施例中，將拋光墊6〇〇之頂部 表面604予以調郎以提供粗糙化表面6〇6，其中有些閉合微 胞孔602開口於該表面606。在一個特定實施例中，該表面 604係藉由利用金剛石尖予以調節移除一部份拋光墊6〇〇。 159441.doc •13· 201225169 在個實施例中，如圖6B所描繪，該調節同時露出孔直徑 之雙模態分佈之大直徑孔610及小直徑孔612。 參考圖6C’將化學機械抛光漿液614添加至抛光墊600之 經粗糙化或調節表面6〇6。根據本發明之一個實施例，如 圖6C所描綠，在拋光製程中，化學機械拋光漿液614實質 上或全部填充該開口小直徑孔612及至少部份填充該開口 大直徑孔610。然而，在一個實施例中，在整個拋光製程 中’在開口小直徑孔612中之化學機械拋光漿液614消耗 後’再補充漿液至工具水平。 代之’參考圖6D，該大直徑模式610之孔隙的最大群體 直徑適於提供儲存於小直徑模式612之孔使用之拋光漿液 614之儲槽。因此’提供化學機械拋光漿液614從開口大孔 610至開口小直徑孔612之流道65〇，從而在拋光表面局部 補充漿液614。而且，在一個實施例中，如圖所描繪， 小直徑模式012之閉合微胞孔之最大群體之直徑適於提供 具有高度均一拋光漿液分佈660之拋光墊的拋光表面。 在另一選擇不同孔隙尺寸以提供所需功能性之拋光墊的 實例中，在一個實施例中，包含入大孔隙尺寸以協助拋光 墊之金剛石尖調節。在一個實施例中，再次參考圖6b ,大 直徑模式610之閉合微胞孔之最大群體之直徑適於在拋光 墊600之調節期間提供用以容納金剛石尖之位置。同時， 如以上與圖6C與6D相關所述，小直徑模式612之閉合微胞 孔之最大群體之直徑適於提供具有高度均一抛光漿液分佈 之抛光塾的抛光表面。 159441.doc • 14- 201225169 在另一選擇不同孔隙尺寸以提供所需功能性之抛光塾的 實例中，在一個實施例中，小直徑模式之閉合微胞孔之最 大群體之直徑在拋光製程期間提供不足散熱。亦即，若其 自我及納則小直徑孔太小而無法在拋光製程期間容納熱 散逸。然而，在本發明之雙模態實施例中，大直徑模式之 閉合微胞孔之最大群體之直徑適於在拋光製程期間提供過 度散熱且反而在拋光基材表面過度加熱漿液之溫度。亦 ◎ 即，若其自我吸納，則大直徑孔將在拋光製程期間容納遠 遠過多熱散逸且反而過度冷卻拋光基材表面之漿液的溫 度。代之，在一個實施例中，小直徑模式之閉合微胞孔及 大直控模式之閉合微胞孔之組合適於在拋光製程期間提供 熱穩疋性。亦即混合孔隙尺寸之總體散熱能力提供拋光基 材表面之漿液的適宜溫度。 在上述說明之實施例中，孔隙尺寸之直徑多模態分佈在 遍及熱固性聚胺基曱酸酯材料中實質上均勻地分佈。在本 Q 發明之另一態樣中，孔隙尺寸之直徑多模態分佈在遍及熱 固性聚胺基曱酸酯材料中實質上未均勻地分佈。例如，圖 7A說明根據本發明之一個實施例之具有緩缓變化之雙模態 - 分佈之閉合微胞孔之拋光墊的截面圖。 參考圖7A，用於拋光半導體裝置之拋光墊700包括均質 拋光體701。該均質拋光體係由熱固性聚胺基甲酸酯材料 組成’在均質拋光體701中配置有複數個閉合微胞孔702。 該複數個閉合微胞孔702具有直徑之緩緩變化多模態分 佈。在一個實施例中，如圖7A所示，直徑之緩缓變化多模 159441.doc 201225169 態分佈為包括小直徑模式704及大直徑模式706之直徑緩緩 變化雙模態分佈。均質拋光體701進一步包括第一凹槽表 面770及與第一凹槽表面770相對之第二平坦表面775。該 直徑多模態分佈係從第一凹槽表面770至第二平坦表面775 以梯度（780 + 790)遍及熱固性聚胺基甲酸酯材料而緩緩變 化。 根據本發明之一個實施例，圖7B說明拋光墊7〇〇中以孔 直徑為函數對於孔直徑的第一部份（接近區域78〇)分佈之群 體之作圖700B，而圖7C說明拋光墊700中以孔直徑為函數 對孔直徑的第二部份（接近區域79〇)分佈之群體之作圖 700C。參考圖7B，該第一小直徑模式7〇4在靠近第一凹槽 表面770處佔優勢。參考圖7C，第二大直徑模式7〇6在靠近 第二平坦表面775處佔優勢。 與圖7A-7C有關所述之孔的緩緩變化結構可用於促進調 節過程，於該處一部份墊700需要在用於拋光製程之前被 移除或粗糙化。例如，圖8A_8B說明根據本發明之一個實 施例之具有閉合微胞孔尺寸之緩緩變化雙模態分佈之拋光 墊調節中之各種操作的截面圖。 參考圖8A’抛光塾800包括均質拋光體，其係由熱固性 聚胺基甲酸酯材料組成，在該均質拋光體中配置有複數個 閉合微胞孔。該複數個閉合微胞孔具有緩緩變化之直徑多 模態分佈。 參考圖8B，拋光墊800經調節以露出緩緩變化之雙模態 分佈之閉合微胞孔802。例如，在一個實施例中，拋光墊 159441.doc • 16 · 201225169 800之頂部表面804經調節以提供粗糙化表面8〇6，其中有 些閉合微胞孔802開口於該表面806 β在―個特定實施例 中，表面804係利用金剛石尖調節以除去部份拋光墊8〇〇。 在一個實施例中，如圖8Β所描繪，該調節實質上僅露出孔 直徑之緩緩變化雙模態分佈之小直徑孔812。之後，在拋 光墊800之使用壽命期間，孔直徑之緩緩變化雙模態分佈 之大直徑孔81〇最終將開口。在一個實施例中，該緩緩變 〇 化結構提供更容易開始打通操作或調節操作以製造用於拋 光基材之拋光墊800之表面。在打通操作或調節操作後， 更深入拋光墊800，大孔隙在拋光製程期間提供容納更多 漿液之機會。增加之漿液留置性可在晶圓拋光製程期間於 拋光墊上使用降低之漿液流速。 在本發明之另一個實施例中，具孔直徑多模態分佈之拋 光墊進一步包括配置於且與拋光墊之均質拋光體共價結合 之局部面積透明（LAT)區。在又另一實施例中，具孔直徑 〇 多模態分佈之拋光墊進一步包括與例如渦電流檢測系統一 同使用之檢測區。適宜LAT區及渦電流檢測區之實例敘述 於讓渡與NexPlanar Corporation之在2010年9月30曰申請之 - 美國專利申請案號12/895,465中。 - 在本發明之另一態樣中，具孔直徑多模態分佈之拋光墊 可以模製法製造。例如，圖9A-9G說明根據本發明之一個 實施例之製造拋光墊之操作的截面圖。 參考圖9A’提供成型模具900。參考圖9B，如圖9C所描 緣’將預聚合物902及固化劑904混合以在成型模9〇〇中形 159441.doc -17- 201225169 成混合物906。在一個實施例中，混合預聚合物9〇2及固化 劑904係包括分別混合異氰酸酯及芳香族二胺化合物。在 一個實施例中，該混合進一步包括將不透明潤滑劑加入預 聚合物902及固化劑904中以最終提供不透明模製均質拋光 體°在一個特定實施例中’不透明潤滑劑為諸如但不限於 氮化硼、氟化鈽、石墨、石墨氟化物、硫化鉬、硫化鈮、 滑石、三硫化鈕、二硫化鎢或鐵氟龍之物質。 在一個實施例中’該拋光墊前驅物混合物906用於最終 形成由熱固性閉合微胞聚胺基甲酸酯材料組成之模製均質 抛光艘。在一個實施例中，該拋光墊前驅物混合物9〇6用 於最終形成堅硬墊並僅使用單一類型的固化劑。在另一個 實加1例中，該拋光墊前驅物混合物906用於最終形成軟塾 並使用主要固化劑及次要固化劑之組合。例如，在一個特 疋實施例中，該預聚合物包含聚胺基甲酸酯前驅物，該主 要固化劑包含芳香族二胺化合物，且該次要固化劑包含醚 連、物。一個特定實施例中，該聚胺基甲酸酯前驅物為異 氰酸S曰，*亥主要固化劑為芳香族二胺，且該次要固化劑為 諸如但不限於聚四亞甲基二醇、胺基官能化乙二醇或胺基 官能化聚氧化丙烯之固化劑。在-個實施例中，預聚合 物、主要固化劑及次要固化劑具有約100份預聚合物、85 要口化劑及1 5份次要固化劑之莫耳比。應理解可以使 用各種比率來提供具有改變硬度值之拋光墊或可基於該預 聚口物、该主要固化劑及次要固化劑之特定性質而使用各 種比率。 159441.doc -18- 201225169 參考圖9D，成型模具9〇〇之蓋9〇8下降到混合物9Q6卜 在一個實施例中，在蓋908中形成複數個凹槽910。該複數 個凹槽係用於將凹槽圖案印入成型模具_中形成之 ㈣減表面中。應理解，文中插述使成型模具之蓋下降 的實施例僅需達成將蓋與成型模具基模結合在一起。亦 即，在一些實施·(列中，$型模具之基模朝成型模具之蓋上 升，而在其他實施例中，成型模具之蓋朝成型模具之美 下降’同時，基模朝蓋上升。 土 Ο 參考圖9E，混合物906經固化以在成型模具9〇〇中提供模 製均質拋光體912。該混合物9〇6在減壓下加熱（例如，蓋 908保持定位）來提供模製均質拋光體912。在一個實施例 中’在成型模具900中之加熱包括在蓋9〇8存在下將混合物 906封閉在成型模900中，在約華氏2〇〇_26〇度範圍之溫度 下及在約2-12磅/平方英吋範圍之壓力下至少部份固化。 參考圖9F-9G，拋光墊（或拋光墊前驅物，若需要進一步 ζ) 固化）從蓋908分離並從成型模具900中移除以提供分離之 模製均質拋光體912 ^應注意，可能需要透過加熱進一步 固化並可藉由將拋光墊置於烘箱令並加熱來進行。因此， - 在一個實施例中，混合物906之固化包括先在成型模具9〇〇

中部份固化及隨後在烘箱中進一步固化。以任何方式，最 終均k供抛光塾’其中抛光塾之模製均質抛光體912具有 拋光表面914及背面916»模製均質拋光體912係由熱固性 聚胺基曱酸酯材料918及配置在聚胺基曱酸酯材料918中之 複數個閉合微胞孔920組成。如上述與圖2A、3A、4A、5A 159441.doc -19- 201225169 及7A有關所述，複數個閉合微胞孔920具有直徑多模態分 佈。 在一個實施例中，再次參考圖9B，該混合係進一步包括 將複數種成孔劑922添加至預聚合物902及固化劑904中以 提供閉合微胞孔920。因此，在一個實施例中，各閉合微 胞孔具有物理殼。在另一個實施例中，再次參考圖9B，該 混合係進一步包括將氣體924注入預聚合物902及固化劑 904中或注入由其等所形成之產物中以提供閉合微胞孔 920。因此，在一個實施例中，各閉合微胞孔不具有物理 殼。在一個組合實施例中，該混合係進一步包括將複數種 成孔劑922添加至預聚合物902及固化劑904中以提供各具 有物理殼之閉合微胞孔920之第一部份，並進一步將氣體 924注入預聚合物902及固化劑904中或注入由其等所形成 之產物中以提供各不具有物理殼之閉合微胞孔920之第二 部份。在另一個實施例中，該預聚合物902為異氰酸酯且 該混合進一步包括將水（H20)加至預聚合物902及固化劑 904中以提供各不具有物.理殼之閉合微胞孔920。 在一個實施例中，使混合物906固化係包括將直徑多模 態分佈之閉合微胞孔920實質上均勻地分佈在熱固性聚胺 基甲酸酯材料91 8中。然而，在一個替代性實施例中，該 模製均質拋光體918進一步包括第一凹槽表面及與第一表 面相對之第二平坦表面，且使混合物906固化係包括從第 一凹槽表面至第二平坦表面以梯度遍及熱固性聚胺基甲酸 酯材料緩緩變化直徑多模態分佈之閉合微胞孔920。在一 159441.doc •20- 201225169 個該實施例中，直徑之緩緩變化多模態分佈為包括鄰近第 一凹槽表面之小直徑模式及鄰近第二平坦表面之大直徑模 式之直徑雙模態分佈。 文中所述之拋光墊適用於與各種化學機械拋光設備—起 使用。例如，圖1 〇說明根據本發明之一個實施例之與具孔 直徑多模態分佈之拋光墊相容之拋光儀的等軸側視圖。 參考圖10’抛光設備1000包括壓盤1004。壓盤1〇 之上 0 表面1002用於支撐具孔直徑多模態分佈之拋光墊。壓盤 1004可經架構以提供主軸旋轉1006及滑動擺動1〇〇8。使用 樣本載體1010將例如半導體晶圓1011在利用拋光墊拋光半 導體晶圓期間保持定位。樣本載醴1 0 1 0進一步係由懸浮機 制1012支撐。包含有漿液進料器1014以在拋光半導體晶圓 之前或期間向抛光墊表面提供漿液。亦可包含有調節單元 1〇9〇，及在一個實施例中，其包括用於調節拋光墊之金剛 石尖’如與圖6B及8B有關所述。 〇 因此，已經揭示具孔直徑多模態分佈之拋光墊。根據本 發明之一個實施例，用於拋光半導體基材之拋光墊包括均 質拋光體。該均質拋光體包括熱固性聚胺基曱酸酯材料。 - 5亥均質拋光鳢亦包括配置在聚胺基甲酸酯材料中並具有直 徑多模態分佈之複數個閉合微胞孔。在一個實施例中，各 閉合微胞孔係由物理殼組成。在一個實施例中，直徑多模 態分佈為包括第-小直徑模式及第二大直徑模式之直徑雙 模態分佈。在-個實施例中，該均質拋光體為模製均質抛 光體。 159441.doc •21· 201225169 【圖式簡單說明】 /1A說明習知㈣财以孔直徑為函數對孔直徑寬單模 態分佈之群體之作圖。 圖1B說明習知拋光墊中以1直#為函數對孔直徑窄單模 態分佈之群體之作圖。 圖2A說明根據本發明之—個實施例之具有約丨：丨雙模態 分佈之閉合微胞孔之拋光墊的截面圖。 圖2B說明根據本發明之-個實施例之圖2a之拋光塾中 以孔直徑為函數對於孔直徑窄分佈之群體之作圖。 圖2 C說明根據本發明之—個實施例之圖2 a之拋光塾中 以孔直徑為函數對孔直徑寬分佈之群體之作圖。 圖3 A說明根據本^發明eJm ^L·. y , 佩不赞月之個實施例之具有約2:1雙模態 分佈之閉合微胞孔之拋光墊的截面圖。 圖3B說明根據本發明之—個實施例之圖3a之抛光塾中 以孔直徑為函數對於孔直徑分佈之群體之作圖。 圖4A說明根據本發明之—個實施例之具有雙模態分佈之 閉合微胞孔之拋光塾的橫截面圖，其中大直徑模式之最大 群體的直徑值約為小直徑模式之最大群體的直徑值的四 倍。 圖4B說明根據本發明之—個實施例之圖4a之拋光塾中 以孔直徑為函數對於孔直徑分佈之群體之作圖。 圖5A說明根據本發明之一個實施例之具有三模態分佈之 閉合微胞孔之抛光墊的截面圖。 圖5 B說明根據本發明之一個 實施例之圖5A之拋光墊中 159441.doc -22- 201225169 以孔直徑為函數對於孔直徑分佈之群體之作圖。 圖6A說明根據本發明之一個實施例之拋光墊的截面圖。 圖6B說明根據本發明之一個實施例之調節至露出雙模態 分佈之閉合微胞孔之圖6人之拋光墊的截面圖。 圖6C說明根據本發明之一個實施例之將化學機械拋光漿 液添加至圖6B之拋光墊表面時的拋光墊截面圖。 圖6D說明根據本發明之一個實施例之圖6(：之拋光墊的 〇 截面圖，其描繪化學機械拋光漿液的流道。 圖7A說明根據本發明之一個實施例之具有緩緩變化雙模 態分佈之閉合微胞孔之拋光墊的截面圖。 圖7B說明根據本發明之一個實施例之圖7A之拋光墊中 以孔直徑為函數對於孔直徑分佈的第一部份之群體之作 圖。 圖7C說明根據本發明之一個實施例之圖7A之拋光墊中 以孔直徑為函數對於孔直徑分佈的第二部份之群體之作 〇 圖。 圖8A說明根據本發明之一個實施例之抛光墊的截面圖。 圖8B說明根據本發明之一個實施例之具有閉合微胞孔尺 寸緩緩變化雙模態分佈之拋光塾之調節操作的截面圖。 圖9A-9<3說明根據本發明之一個實施例之用於製造拋光 墊之操作的截面圖。 圖10說明根據本發明之一個實施例之與具孔直徑多模態 分佈之拋光墊相容之拋光設備的等轴側視圖。 【主要元件符號說明】 159441.doc -23- 201225169 200 拋光墊 201 均質拋光體 202 複數個閉合微胞孔 204 小直徑模式 206 大直徑模式 301 均質拋光體 302 複數個閉合微胞孔 304 小直徑模式 306 大直徑模式 401 均質拋光體 402 複數個閉合微胞孔 404 小直徑模式 406 大直徑模式 501 均質拋光體 502 複數個閉合微胞孔 504 小直徑模式 506 大直徑模式 508 中直徑模式 602 閉合微胞孔 604 頂部表面 606 表面 610 大直徑孔 612 小直徑孔 614 化學機械拋光漿液 159441.doc -24- 201225169 Ο 650 流向 660 拋光漿液分佈 701 均質拋光體 702 複數個閉合微胞 704 第一小直徑模式 706 第二大直徑模式 770 第一凹槽表面 775 第二平坦表面 780 區域 790 區域 802 閉合微胞孔 804 表面 806 表面 810 大直徑孔 812 小直徑孔 900 成型模具 902 預聚合物 904 固化劑 908 蓋 910 複數個凹槽 912 模製均質拋光體 914 抛光表面 916 背面 918 熱固性聚胺基曱 159441.doc -25- 201225169 920 閉合微胞孔 922 複數種成孔劑 924 氣體 1000 抛光設備 1002 頂部表面 1004 壓盤 1008 清钿擺動 1010 樣本載體 1011 半導體晶圓 1012 懸浮機制 1014 漿液進料器 1090 調節裝置 159441.doc -26-

Claims (1)

1. 201225169 七、申請專利範圍： 1. 一種用於拋光半導體基材之拋光墊，該拋光墊包括： 均質拋光體，其包括： 熱固性聚胺基曱酸酯材料；及 配置在該熱固性聚胺基甲酸酯材料中之複數個閉合 微胞孔’該複數個閉合微胞孔具有直徑多模態分佈。 2. 如請求項1之拋光墊，其中該等閉合微胞孔各包括物理 殼。 〇 3.如請求項1之拋光墊，其中該直徑多模態分佈為包括小 直徑模式及大直徑模式之直徑雙模態分佈。 4_如請求項3之拋光墊，其中該大直徑模式之最大群體的 直徑值約為該小直徑模式之最大群體的直徑值的兩倍。 5·如請求項4之拋光墊，其中該大直徑模式之最大群體的 直徑值約為40微米，及該小直徑模式之最大群體的直徑 值約為20微米。 〇 6·如請求項4之拋光墊，其中該大直徑模式之最大群體的 直徑值約為80微米，及該小直徑模式之最大群體的直徑 值約為40微米。 -7·如請求項3之拋光塾，其中該大直徑模式之最大群體的 直徑值約為該小直徑模式之最大群體的直徑值的四倍。 8.如請求項7之拋光塾，其中該大直徑模式之最大群體的 直徑值約為80微米，及該小直徑模式之最大群體的直徑 值約為20微米。 9_如請求項3之拋錢，其巾該小直_式之閉合微胞孔 159441.doc 201225169 之最大群體之該直徑適於提供具有高度均一拋光漿液分 佈之拋光墊的拋光表面，及該大直徑模式之閉合微胞孔 之最大群體之該直徑適於提供用以儲存供該小直徑模式 之閉合微胞孔使用之拋光漿液之儲槽。 10. 如請求項3之拋光墊，其中該小直徑模式之閉合微胞孔 之最大群體之該直徑適於提供具有高度均一拋光漿液分 佈之拋光墊的拋光表面，及該大直徑模式之閉合微胞孔 之最大群體之該直徑適於在拋光墊之調節期間提供容納 金剛石尖之位置。 11. 如請求項3之拋光墊，其中該小直徑模式之閉合微胞孔 之最大群體之該直徑在拋光過程期間提供不足散熱，該 大直徑模式之閉合微胞孔之最大群體之該直徑適於在拋 光過程期間提供過度散熱，且該小直徑模式之閉合微胞 孔與該大直徑模式之閉合微胞孔之組合適於在拋光過程 期間提供熱穩定性。 12. 如請求項3之拋光墊，其中該大直徑模式之該群體與該 小直徑模式之群體重疊。 13. 如請求項3之拋光墊，其中該大直徑模式之群體實質上 未與該小直徑模式之群體重疊。 14·如請求項3之拋光墊，其中該大直徑模式之總群體不等 於該小直徑模式之總群體。 15.如請求項3之拋光墊，其中該大直徑模式之總群體約等 於該小直徑模式之總群體。 16·如凊求項1之拋光墊，其中該直徑多模態分佈為包括小 159441.doc 201225169 直徑模式、中直徑模式及大直徑模式之直徑三模態分 佈。 17. 如請求項16之拋光墊，其中該大直徑模式之最大群體的 直授值約為80微米，該中直徑模式之最大群體的直徑值 約為40微米，及該小直徑模式之最大群體的直徑值約為 ’ 20微米。 18. 如請求項丨之拋光墊，其中該直徑之多模態分佈實質上 & 在遍及熱固性聚胺基甲酸酯材料中均勻地分佈。 I9·如請求項1之拋光墊，其中該均質拋光體進一步包括： 第一凹槽表面；及 與该第一表面相對之第二平坦表面，其中該直徑之多 模態分佈係從該第一凹槽表面至該第二平坦表面以梯度 遍及熱固性聚胺基甲酸酯材料緩緩變化。 20·如請求項19之拋光墊，其中該直徑之多模態分佈為包括 鄰近該第一凹槽表面之小直徑模式及鄰近該第二平坦表 〇 面之大直徑模式之直徑雙模態分佈。 21.如請求項1之拋光墊，其中該均質拋光體為模製均質拋 光體。 -22.如請求項1之拋光墊，其中該均質拋光體進一步包括： 在遍及忒均質拋光體大約均勻地分佈之不透明潤滑 劑。 23·如請求項1之拋光墊，其進一步包括： 配置於該均質拋光體且與其共價結合之局部面積透明 (LAT)區。 159441.doc 201225169 24. —種製造用於拋光半導禮基材之拋光墊之方法’該方法 包括： 在成型模具中將預聚合物及固化劑混合以形成混合 物；及 固化該混合物以提供包括熱固性聚胺基甲酸酯材料及 配置於該熱固性聚胺基甲酸酯材料中之複數個閉合微胞 孔之模製均質拋光體，該複數個閉合微胞孔具有直徑多 模態分佈。 25. 如請求項24之方法’其中該混合進一步包括將複數種成 孔劑添加至該預聚合物及該固化劑中，以提供各具有物 理殼之閉合微胞孔。 26. 如請求項24之方法，其中該混合進一步包括將氣體注入 該預聚合物及該固化劑中，或注入由其等形成之產物 中’以提供各不具有物理殼之閉合微胞孔。 27. 如請求項24之方法，其中該混合進一步包括將複數種成 孔劑添加至該預聚合物及該固化劑中，以提供各具有物 理殼之閉合微胞孔之第一部份，且其中該混合進一步包 括將氣體注入該預聚合物及該固化劑中，或注入由其等 形成之產物中，以提供各不具有物理殼之閉合微胞孔之 第二部份。 28·如=求項24之方法，其中該預聚合物為異氰酸醋，及該 1 口進#包括將水添加至該預聚合物及該固化劑中以 提供各不具有物理殼之閉合微胞孔。 29.如請求項24之t、土 ^ m 去’其中固化該混合物包括使直徑多模 159441.doc 201225169 態分佈實質上均勻地分佈在熱 ，其中該模製均質拋光體進一步包括

   其中固化該混合物包括從該第— 中。 3 0.如請求項24之方法， 固性聚胺基甲酸酯材料 對之苐二平坦表面，且 凹槽表面至該第二平坦 表面以梯度遍及該#固性聚絲甲酸s旨材料使直徑多模 其中該直控之多模態分佈為包括鄰 態分佈緩緩變化。 31.如請求項30之方法， 近該第一凹槽表面之小直徑模式及鄰近該第二平坦表面 之大直徑模式之直徑雙模態分佈。 32.如請求項24之方法，其中混合該預聚合物及該固化劑包 括分別混合異氰酸酯及芳香族二胺化合物。 3 3.如請求項24之方法’其中該混合進一步包括將不透明潤 滑劑加入該預聚合物及該固化劑中以提供不透明模製均 質拋光體。 Q 34.如請求項24之方法，其中固化該混合物包括先在成型模 具中部份固化及隨後在烘箱中進一步固化。 159441.doc