TW201515770A - 軟且可修整化學機械窗硏磨墊 - Google Patents

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Abstract

所提供之化學機械研磨墊係含有：研磨層；插拔到位終點檢測窗塊體；剛性層；以及，將該研磨層結合至該剛性層之熱熔性黏著劑；其中，該研磨層係包含下列成分之反應產物，該成分包括：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0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D(Shore D)硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/hr之切割速率；以及，其中，該研磨層係具有適用於研磨基板之研磨表面。 亦提供製造及使用該化學機械研磨墊之方法。

Description

軟且可修整化學機械窗研磨墊
本發明係關於化學機械研磨墊及其製造及使用方法。更特別地，本發明係關於化學機械研磨墊，其係包含：研磨層；插拔到位終點檢測窗塊體；剛性層；以及，將該研磨層結合至剛性層之熱熔性黏著劑(hot melt adhesive)；其中，該研磨層係包含包括下列者之成分之反應產物：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0.6公克(g)/立方公分(cm3)之密度；5至40之肖氏(Shore)D硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時(hr)之切割速率；以及，其中，該研磨層係具有適用於研磨基板之研磨表面。
於積體電路及其他電子裝置之製造中，多層之導電材料、半導體材料及介電材料係沉積於半導體晶圓表面上並自其上移除。可使用多種沉積技術來沉積導電材料、半導體材料及介電材料之薄層。現代晶圓加工中之常規沉積技術係包括物理氣相沉積(PVD)，亦稱為濺射；化 學氣相沉積(CVD)；電漿增強化學氣相沉積(PECVD)；以及電化學鍍覆等。常規移除技術中值得一提的係包括濕式及乾式各向同性及各向異性蝕刻等。
隨著材料之層被依次沉積並移除，該晶圓之 最上表面變得不平。因為後續之半導體加工(如，金屬化)需要該晶圓具有平整之表面，該晶圓需要進行平面化。平面化係有用於移除非所欲之表面形貌及表面缺陷，如粗糙表面、黏聚之材料、晶格損傷、刮擦及受污染之層或材料。
化學機械平面化，或化學機械研磨(CMP)，係 用以平面化或研磨工件如半導體晶圓之常規技術。於傳統CMP中，晶圓載體或研磨頭係安裝於載體組裝件(assembly)上。該研磨頭係拿持該晶圓，並令該晶圓處於與安裝於CMP設備之臺面或平台上之研磨墊之研磨層接觸的位置。該載體組裝件係於該晶圓與研磨墊之間提供可控之壓力。同時，將研磨介質(如，漿料)分注至該研磨墊上，並將其引入該晶圓與研磨層之間的縫隙中。該研磨墊與晶圓典型係相對於彼此旋轉，以進行有效之研磨。隨著該研磨墊於該晶圓下方旋轉，該晶圓掃出典型環形之研磨軌跡或研磨區域，其中，該晶圓之表面係直接面對該研磨層。藉由該研磨層及研磨介質於該晶圓表面上之化學及機械作動，該晶圓表面被研磨並作成平面。
對於維持一致性研磨表面以獲得安定之研磨 效能，墊表面「修整(conditioning)」或「修飾(dressing)」係關鍵。隨著時間流逝，該研磨墊之研磨表面向下磨損， 該研磨表面之微紋理平滑化，此現象稱為「鈍化(glazing)」。研磨墊修整典型係藉由使用修整盤機械地打磨該研磨表面而達成。該修整盤係具有典型由經包埋之金剛石點組成的粗糙修整表面。或於CMP製程中之間歇中斷期間當研磨中止時，將該修整盤與該研磨表面接觸(「異位」)；或於CMP製程正在進行之同時，將該修整盤與該研磨表面接觸(「原位」)。典型地，該修整盤係於相對於該研磨墊之旋轉軸固定之位置旋轉，並隨著該研磨墊之旋轉而清掃掉環形修整區域。所揭示之修整製程於該墊表面中切出微觀之犁溝，打磨並犁開該墊材料，並更新該研磨紋理。
半導體裝置正變得越來越複雜，具有更精細特徵及更多金屬化層。此趨勢需要來自研磨消費品的改善效能，以維持平面性並限制研磨缺陷。後者可造成導線之電性斷裂或短路，將使得該半導體裝置無功能性。通常已知，一種降低研磨缺陷如微刮擦或顫動擦痕的途徑係使用更軟研磨墊。
一類軟聚氨酯研磨層係由詹姆斯(James)等人於第7,074,115號美國專利中揭露。James等人揭露了包含異氰酸酯末端之脲烷預聚物(isocyanate-terminated urethane prepolymer)與芳族二胺或多胺固化劑之反應產物的研磨墊，其中，該反應產物係顯現至少0.1體積百分比(vol%)的孔隙度，於40℃及1弧度(rad)/秒(sec)之KEL能量損失因子為385至750l/帕(Pa)，且於40℃及1 rad/sec之模數E'為100至400兆帕(MPa)。
如上所述，必需以金剛石修整化學機械研磨 墊之表面，以創製所欲之用於最優研磨效能的微紋理。惟，難以於傳統研磨層材料如James等人揭示之彼等中創製此紋理，蓋因彼等材料係顯現藉由斷裂拉伸伸長率值量測之高延展性。結果，當使用金剛石修整盤修整彼等材料時，該修整盤中之金剛石並未在該墊之表面中切出犁溝，而是僅將該墊材料推開而並未切割。故，作為使用金剛石修整盤修整之結果，於彼等傳統材料之表面中創製非常少的紋理。
另一種與彼等傳統化學機械研磨墊材料相關 之問題係在機械加工以於該墊表面中形成大溝槽之機械加工製程期間出現。傳統化學機械研磨墊典型係提供有切入其研磨表面之溝槽圖案，以促進漿料流動並自該墊-晶圓界面移除研磨碎屑。此等溝槽往往係使用車床或藉由CNC銑床於該研磨墊之研磨表面中切出。惟，使用軟墊材料，出現與金剛石修整類似之問題，因此，於鑽頭(cutting bit)經過之後，該墊材料簡單地再次結合，且所形成之溝槽本身自動閉合。是以溝槽品質極差，且更難以成功地使用彼等軟材料製造商用可接受之墊。隨著該墊材料之硬度下降，該問題進一步惡化。
因此，對於下述化學機械研磨墊存在持續需 求，其係提供與低缺陷製劑相關者良好相關的物理性質概況(profile)，且其亦賦予研磨層以增強之可修整性(亦即，顯現25至150微米(μm)/小時(hr)之切割速率)。
本發明係提供一種化學機械研磨墊，係包含：研磨層，該研磨層係具有研磨表面及基底表面、埋頭孔開口(counterbore opening)、通孔開口及於垂直於該研磨表面之方向自該研磨表面至該基底表面量測之平均厚度TP-avg；插拔到位(plug in place)終點檢測窗塊體，該窗塊體係具有沿著垂直於該研磨表面之平面的軸的平均厚度TW-avg；剛性層，該剛性層係具有上表面及下表面；熱熔性黏著劑，該熱熔性黏著劑係夾置於該研磨層之基底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；視需要之壓敏平台黏著劑；其中，該壓敏平台黏著劑係置於該剛性層之下表面上；視需要之離型襯裏；其中，該壓敏平台黏著劑係夾置於該剛性層之下表面與該視需要之離型襯裏之間；以及，其中，該研磨層係包含下列成分之反應產物，該成分包括：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3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2,500至100,000之數目平均分子量MN；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；0至70wt%之雙官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D硬度；100 至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時之切割速率；其中，該通孔開口自該研磨表面延伸通過該研磨層而至該基底表面；其中，該埋頭孔開口係開口於該研磨表面上，將該通孔開口擴大並形成凸緣(ledge)；其中，該埋頭孔開口係具有於垂直於該研磨表面之平面的方向自該研磨表面之平面至該凸緣量測的平均深度DO-avg；其中，該平均深度DO-avg係小於該平均厚度TP-avg；其中，該插拔到位終點檢測窗塊體係置於該埋頭孔開口內；以及，其中，該插拔到位終點檢測窗塊體係結合至該研磨層。
本發明係提供一種化學機械研磨墊，係包 含：研磨層，該研磨層係具有研磨表面及基底表面、埋頭孔開口、通孔開口及於垂直於該研磨表面之方向自該研磨表面至該基底表面量測之平均厚度TP-avg；插拔到位終點檢測窗塊體，該窗塊體係具有沿著垂直於該研磨表面之平面的軸的平均厚度TW-avg；剛性層，該剛性層係具有上表面及下表面；熱熔性黏著劑，該熱熔性黏著劑係夾置於該研磨層之基底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；視需要之壓敏平台黏著劑；其中，該壓敏平台黏著劑係置於該剛性層之下表面上；視需要之離型襯裏；其中，該壓敏平台黏著劑係夾置於該剛性層之下表面與該視需要之離型襯裏之間；以及，其中，該研磨層係包含下列成分之反應產物，該成分包括：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3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2,500至100,000之數目平均分子量MN；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；0至70wt%之雙官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時之切割速率；其中，該通孔開口自該研磨表面延伸通過該研磨層而至該基底表面；其中，該埋頭孔開口係開口於該研磨表面上，將該通孔開口擴大並形成凸緣(ledge)；其中，該埋頭孔開口係具有於垂直於該研磨表面之平面的方向自該研磨表面之平面至該凸緣量測的平均深度DO-avg；其中，該平均深度DO-avg係小於該平均厚度TP-avg；其中，該插拔到位終點檢測窗塊體係置於該埋頭孔開口內；其中，該插拔到位終點檢測窗塊體係結合至該研磨層；以及，其中，該剛性層之上表面及下表面具有1至500nm之粗糙度Ra。
本發明係提供一種製造化學機械研磨墊之方 法，係包含：提供研磨層，該研磨層係具有研磨表面、基底表面、以及於垂直於該研磨表面之方向自該研磨表面至該基底表面量測之平均厚度TP-avg；提供插拔到位終點檢測窗塊體，該窗塊體係具有沿著垂直於該研磨表面之平面的軸的平均厚度TW-avg；提供剛性層，該剛性層係具有上表面 及下表面；提供未固化狀態之熱熔性黏著劑；提供通孔開口，該通孔開口係自該研磨表面延伸通過該研磨層而至該基底表面；提供埋頭孔開口，該埋頭孔開口係開口於該研磨表面上，將該通孔開口擴大並形成凸緣；其中，該埋頭孔開口係具有於垂直於該研磨表面的方向自該研磨表面至該凸緣量測的平均深度DO-avg；其中，該平均深度DO-avg係小於該平均厚度TP-avg；將該未固化狀態之熱熔性黏著劑夾置於該研磨層之基底表面與該剛性層之上表面之間；固化該熱熔性黏著劑，令該研磨層與該剛性層結合在一起；以及，將該插拔到位終點檢測窗塊體置於該埋頭孔開口內，並將該插拔到位終點檢測窗塊體結合至該研磨層；其中，該研磨層係包含下列成分之反應產物，該成分包括：多官能異氰酸酯；以及，固化劑包，該固化劑包包含：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3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2,500至100,000之數目平均分子量MN；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；以及，0至70wt%之雙官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時之切割速率。
10‧‧‧化學機械研磨墊
12‧‧‧中心軸
14‧‧‧研磨表面
15‧‧‧外緣
17‧‧‧基底表面
20‧‧‧研磨層
23‧‧‧熱熔性黏著劑
25‧‧‧剛性層
26‧‧‧上表面
27‧‧‧下表面
28‧‧‧平面
30‧‧‧插拔到位終點檢測窗塊體
35‧‧‧通孔開口/通孔通道
40‧‧‧埋頭孔開口
45‧‧‧凸緣
70‧‧‧壓敏平台黏著劑層
75‧‧‧離型襯裏
A、B‧‧‧軸
r‧‧‧半徑
TP-avg‧‧‧研磨層之平均厚度/平均厚度
TP‧‧‧研磨層之整體厚度/整體厚度/厚度
TR‧‧‧剛性層之整體厚度/整體厚度
TT-avg‧‧‧化學機械研磨墊之平均總厚度/平均總厚度
TT‧‧‧化學機械研磨墊之平均厚度/平均厚度
TW-avg‧‧‧窗塊體平均厚度/平均厚度
TW‧‧‧窗塊體厚度
γ‧‧‧角度
Do-avg‧‧‧平均深度
Do‧‧‧深度
第1圖係本發明之化學機械研磨墊之立體圖的說明。
第2圖係本發明之化學機械研磨墊之橫切剖視圖的說明。
第3圖係本發明之化學機械研磨墊的俯視圖。
第4圖係本發明之研磨層的側面立體圖。
第5圖係本發明之化學機械研磨墊之橫截面的側面視圖。
第6圖係本發明之插拔到位終點檢測窗塊體的側面視圖。
第7圖係本發明之化學機械研磨墊之橫切剖視圖的說明。
本文及後附申請專利範圍中，關於具有研磨表面(14)之化學機械研磨墊(10)所提到的術語「平均總厚度TT-avg」係意指，於垂直於該研磨表面(14)方向量測之該化學機械研磨墊的平均厚度TT。(參見，第1圖、第2圖、第5圖及第7圖)。
本文及後附申請專利範圍中，關於化學機械研磨墊(10)所提到的術語「實質上圓形橫截面」係意指，自該研磨層(20)之研磨表面(14)之中心軸(12)至外緣(15)的橫截面最長半徑r係比自該研磨表面(14)之中心軸(12)至外緣(15)的最短半徑r長20%。(參見，第1圖)。
本發明之化學機械研磨墊(10)較佳係適用於繞中心軸(12)旋轉。(參見，第1圖)。研磨層(20)之研磨表面(14)較佳係處於垂直於該中心軸(12)之平面(28)。該多層化學機械研磨墊(10)係視需要適用於在與該中心軸(12)成85至95°角度γ，較佳與該中心軸(12)成90°角度之平面(28)旋轉。該研磨層(20)較佳係具有研磨表面(14)，該研磨表面係具有垂直於該中心軸(12)之實質上圓形橫截面。較佳地，垂直於該中心軸(12)之研磨表面(14)橫截面的半徑r於橫截面內之變化係20%，更佳於橫截面內之變化係10%。
本發明化學機械研磨墊(10)係特別設計為促進基板之研磨，該基板係選自磁性基板、光學基板及半導體基板之至少一者。
該化學機械研磨墊(10)係具有研磨層(20)，該研磨層係顯現下列性質之獨特組合：用以提供低缺陷研磨效能之低硬度(亦即，Shore D40)，以及提供用以促進在研磨層中形成溝槽之可加工性及用以促進使用金剛石修整盤形成微紋理之可修整性兩者的低拉伸伸長率(亦即，斷裂伸長率450%)。此外，藉由本發明之研磨層而成為可能之性質平衡係提供下述能力，舉例而言，研磨半導體晶圓但不會創製將會危害該半導體裝置之電學整體性的微刮擦缺陷而損傷該晶圓表面。
本發明之化學機械研磨墊(10)係包含(較佳係由下列所組成)：研磨層(20)，其具有研磨表面(14)、基底 表面(17)、埋頭孔開口(40)、通孔開口(35)、於垂直於研磨表面(14)之方向自研磨表面(14)至基底表面(17)量測的平均厚度TP-avg；插拔到位終點檢測窗塊體(30)，該窗塊體係具有沿著垂直於該研磨表面之平面的軸(A)的平均厚度TW-avg；剛性層；剛性層(25)，具有上表面(26)及下表面(27)；熱熔性黏著劑(23)，夾置於研磨層(20)之基底表面(17)與剛性層(25)之上表面(26)之間；其中，熱熔性黏著劑(23)係將研磨層(20)結合至剛性層(25)；視需要之壓敏平台黏著劑(70)；其中，壓敏平台黏著劑(70)係置於剛性層(25)之下表面(27)上(較佳地，其中，該視需要之壓敏平台黏著劑係促進將該化學機械研磨墊安裝於研磨機上)；視需要之離型襯裏(75)；其中，壓敏平台黏著劑(70)係夾置於剛性層(25)之下表面(27)與該視需要之離型襯裏(75)之間；其中，研磨層(20)係包含包括下述者之成分之反應成分：多官能異氰酸酯；固化劑包，該固化劑包係包含：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%)之雙官能固化劑；其中，該研磨層係顯現密度為0.6g/cm3(較佳0.6至1.2g/cm3；更佳0.7至1.1g/cm3；最佳0.75至1.0g/cm3)；Shore D硬度為5至40(較佳5至30；更佳5至20；最佳5至15)；斷裂伸長率為100至450%(較佳125至425%；更佳150至300%；最佳150至200%)；以及，切割速率為25至150μm/hr(較佳30至125μm/hr；更佳30至100μm/hr；最佳30至60μm/hr)。其中，通孔開口(35)係自研磨表面(14)延伸透過研磨層(20)至基底表面(17)(較佳地，其中，通孔開口(35)係自研磨層(20)之研磨表面(14)延伸透過化學機械研磨墊至剛性層(25)之下表面(27)；更佳地，其中，通孔開口(35)係延伸透過化學機械研磨墊(10)之總厚度TT)；其中，埋頭孔開口(40)係開口於研磨表面(14)上，擴大通孔開口(35)並形成凸緣(45)；其中，埋頭孔開口(40)係具有於垂直於研磨表面之平面(28)的方向自研磨表 面之平面(28)至凸緣(45)量測的平均深度DO-avg；其中，平均深度DO-avg係小於平均厚度TP-avg；其中，插拔到位終點檢測窗塊體(30)係置於埋頭孔開口(40)內；以及，其中，插拔到位終點檢測窗塊體(30)係結合至研磨層(20)。(參見，第1至7圖)。
較佳地，於研磨層(20)之形成中所使用的多官能異氰酸酯係含有兩個反應性異氰酸基(亦即，NCO)。
較佳地，於研磨層(20)之形成中所使用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，於研磨層(20)之形成中所使用的多官能異氰酸酯係選自下列所組成群組之二異氰酸酯：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，於研磨層(20)之形成中所使用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所形成的異氰酸酯末端之脲烷預聚物。
較佳地，於研磨層(20)之形成中所使用的異氰酸酯末端之脲烷預聚係具有2至12wt%之未反應的異氰酸酯(NCO)基。更佳地，於研磨層(20)之形成中所使用的異氰酸酯末端之脲烷預聚係具有2至10wt%(再更佳4至8wt%；最佳5至7wt%)之未反應的異氰酸酯(NCO)基。
較佳地，用以形成該多官能異氰酸酯末端之脲烷預聚物的預聚物多元醇係選自二醇、多元醇、多元醇二醇(polyol diols)、其共聚物、及其混合物所組成的群組。 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(如，聚(氧四亞甲基)二醇、聚(氧丙烯)二醇及其混合物)；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己內酯多元醇；其混合物；及其與一種或多種選自下列所組成群組之低分子量多元醇的混合物：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、新戊基二醇、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(如，己二酸乙二酯、己二酸丁二酯)；聚伸丙基醚二醇(PPG)；聚己內酯多元醇；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，該異氰酸酯末端之脲烷預聚物具有之未反應之異氰酸酯(NCO)濃度為2至10wt%(更佳4至8wt%；最佳6至7wt%)。 可商購之PTMEG系異氰酸酯末端之脲烷預聚物的實例係包括Imuthane ®預聚物(可自COIM USA,Inc.購得，如，PET-80A、PET-85A、PET-90A、PET-93A、PET-95A、PET-60D、PET-70D、PET-75D)；Adiprene ®預聚物(可自Chemtura購得，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(可自安德森開發公司(Anderson Development Company)購得，如，70APLF、80APLF、85APLF、90APLF、95APLF、60DPLF、70APLF、75APLF)。
較佳地，當該預聚物多元醇為PPG時，該異氰酸酯末端之脲烷預聚物具有之未反應之異氰酸酯(NCO)濃度為3至9wt%(更佳4至8wt%，最佳5至6wt%)。可商購之PPG系異氰酸酯末端之脲烷預聚物的實例係包括Imuthane ®預聚物(可自COIM USA,Inc.購得，如，PPT-80A、PPT-90A、PPT-95A、PPT-65D、PPT-75D)；Adiprene ®預聚物(可自Chemtura購得，如，LFG 963A、LFG 964A、LFG 740D)；以及，Andur ®預聚物(可自Anderson Development Company購得，如8000APLF、9500APLF、6500DPLF、7501DPLF)。
較佳地，於研磨層(20)之形成中所使用的異氰酸酯末端之脲烷預聚物為具有低於0.1wt%游離之甲苯二異氰酸酯(TDI)單體含量的低游離異氰酸酯末端之脲烷預聚物。
亦可使用非TDI系異氰酸酯末端之脲烷預聚物。舉例而言，異氰酸酯末端之脲烷預聚物係包括彼等藉由使下列者反應所形成者：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)，及視需要之二醇如1,4-丁二醇(BDO)係可接受者。當使用此等異氰酸酯 末端之脲烷預聚物時，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%)。可商購之此類異氰酸酯末端之脲烷預聚物的實例係包括Imuthane ®預聚物(可自COIM USA,Inc.購得，如，27-85A、27-90A、27-95A)；Andur ®預聚物(可自Anderson Development Company購得，如，IE75AP、IE80AP、IE 85AP、IE90AP、IE95AP、IE98AP)；以及，Vibrathane ®預聚物(可自Chemtura購得，如，B625、B635、B821)。
較佳地，於該研磨層(20)之形成中所使用的固化劑包係含有：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；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；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%)之雙官能固化劑。
較佳地，於該研磨層(20)之形成中所使用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，所使用的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，於該研磨層(20)之形成中所使用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，所使用的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，於該研磨層(20)之形成中所使用的 胺起始之多元醇固化劑係具有700之數目平均分子量MN。更佳地，所使用的胺起始之多元醇固化劑係具有150至650(再更佳200至500；最佳250至300)之數目平均分子量MN。
較佳地，於該研磨層(20)之形成中所使用的胺起始之多元醇固化劑係具有350至1,200mg KOH/g之羥基數(藉由ASTM測試方法D4274-11測得)。更佳地，所使用的胺起始之多元醇固化劑係具有400至1,000mg KOH/g(最佳600至850mg KOH/g)之羥基數。
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(可自陶氏化學公司(The Dow Chemical Company)購得)；Quadrol ®特種多元醇(N,N,N',N'-肆(2-羥基丙基伸乙基二胺))(可自BASF購得)；Pluracol ®胺系多元醇(可自BASF購得)；Multranol ®胺系多元醇(可自拜耳材料科學公司(Bayer MaterialScience LLC)購得)；三異丙醇胺(TIPA)(可自陶氏化學公司購得)；以及，三乙醇胺(TEA)(可自Mallinckrodt Baker Inc.購得)。多種較佳之胺起始之多元醇固化劑係列述於表1中。
不欲受縛於理論，除了促進使用該胺起始之多元醇固化劑製造之研磨層(20)中物理性質的所欲之平衡外，咸信，固化劑包中所用該固化劑的濃度亦作用在自動催化其以及該固化劑包中任何雙官能固化劑與該多官能性二異氰酸酯中存在之未反應之異氰酸酯(NCO)基的反應。
較佳地，於研磨層(20)之形成中所使用的高分子量多元醇固化劑係具有2,500至100,000之數目平均分子量MN。更佳地，所使用的高分子量多元醇固化劑係具有5,000至50,000(再更佳7,500至25,000；最佳10,000至12,000)之數目平均分子量MN。
較佳地，於研磨層(20)之形成中所使用的高分子量多元醇固化劑係每分子具有平均2個至10個羥基。更佳地，所使用的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，於研磨層(20)之形成中所使用的高分子量多元醇固化劑係具有比該固化劑包中使用之胺起始之多元醇固化劑更高的分子量；以及，具有比該固化劑包中使用之胺起始之固化劑更低的羥基數目。
可商購之高分子量多元醇固化劑的實例係包括Specflex ®多元醇、Voranol ®多元醇及Voralux ®多元醇(可自陶氏化學公司購得)；Multranol ®特種多元醇及Ultracel ®撓性多元醇(可自拜耳材料科學公司購得)；以及Pluracol ®多元醇(可自BASF購得)。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，於研磨層(20)之形成中所使用的雙官能固化劑係選自二醇及二胺。更佳地，所使用的雙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。 再更佳地，所使用的雙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)；二-對胺基苯甲酸1,4-丁二醇酯 (polytetramethyleneoxide-di-p-aminobenzoate)；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；二-對胺基苯甲酸1,3-丙二醇酯；及其混合物。最佳地，所使用的二胺固化劑係選自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。
較佳地，該固化劑包組分中之反應性氫基(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之異氰酸酯(NCO)基的化學計量比為0.85至1.15(更佳0.90至1.10；最佳0.95至1.05)。
研磨層(20)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地分散於整個研磨層(20)中。較佳地，該複數個微元件係選自入陷之氣泡、空芯聚合物材料、填充有液體之空芯聚合物材料、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地分散於整個研磨層(20)中的入陷之氣泡及空芯聚合物材料。較佳地，該複數個微元件係具有重量平均直徑小於150μm(更佳小於50μm；最佳10至50μm)。較佳地，該複數個微元件係包含聚合物微氣球，其殼壁或為聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物(如，來自Akzo Nobel之Expancel ®)。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)併入研磨層(20)中。
研磨層(20)可提供為多孔及非孔(亦即，未填充)兩種形態。較佳地，研磨層(20)係顯現0.6g/cm3之密度，其係根據至ASTM D1622量測。更佳地，研磨層(20)係顯現0.6至1.2g/cm3(再更佳0.7至1.1g/cm3；最佳0.75至1.0g/cm3)之密度，其係根據ASTM D1622量測。
較佳地，研磨層(20)係顯現5至40之Shore D硬度，其係根據ASTM D2240量測。更佳地，研磨層(20)係顯現5至30(再更佳5至20；最佳5至15)之Shore D硬度，其係根據ASTM D2240量測。
顯現小於40之Shore D硬度的研磨層典型係具有非常高的斷裂伸長率值(亦即，>600%)。當對顯現如此高之斷裂伸長率值的材料進行機械操作時，其可逆地變形，從而導致不可接受之極差的溝槽形成以及在金剛石修整過程中創製不足之紋理。於本發明化學機械研磨墊(10)之研磨層(20)形成中使用的獨特固化劑包係提供低硬度以及100至450%的斷裂伸長率，其係根據ASTM D412量測。較佳地，研磨層(20)係顯現125至425%(再更佳150至300%；最佳150至200%)之斷裂伸長率，其係根據ASTM D412量測。
較佳地，研磨層(20)係顯現25至150μm/hr之切割速率，其係使用本文之實施例中揭示的方法量測。更佳地，研磨層(20)係顯現30至125μm/hr(再更佳30至 100μm/hr；最佳30至60μm/hr)之切割速率，其係使用本文之實施例中揭示的方法量測。
技術領域中具通常知識者將能理解，如何選擇具有適用於進行給定研磨操作之化學機械研磨墊(10)之研磨層(20)所具有的厚度TP。較佳地，研磨層(20)係顯現沿著垂直於研磨表面(25)之平面(28)之軸(A)的平均厚度TP-avg。更佳地，該平均厚度TP-avg係20至150密耳(mil)(更佳30至125mil；最佳40至120mil)。(參見，第2圖、第5圖及第7圖)。
較佳地，研磨層(20)之研磨表面(14)係適用於研磨選自磁性基板、光學基板及半導體基板之至少一者的基板(更佳地，半導體基板；最佳地，半導體晶圓)。研磨層(20)之研磨表面(14)係顯現大紋理及微紋理之至少一者，以促進研磨該基板。較佳地，研磨表面(14)係顯現大紋理，其中，該大紋理係設計為進行下列之至少一者：(i)減輕至少一種滑水；(ii)影響研磨介質流動；(iii)修飾研磨層之剛性；(iv)降低邊緣效應；以及，(v)促進研磨碎屑自研磨表面(14)與被研磨之基板之間的區域移除。
研磨表面(14)較佳係顯現選自穿孔及溝槽之至少一者的大紋理。較佳地，該穿孔可自研磨表面(14)延伸透過研磨層(20)厚度之部分或全程。較佳地，該等溝槽係排列於研磨表面(14)上，故當墊(10)於研磨過程中旋轉時，至少一條溝槽掃過該基板。較佳地，該等溝槽係選自曲線溝槽、直線溝槽及其組合。該等溝槽係顯現10mil(較 佳地，10至150mil)之深度。較佳地，該等溝槽係形成溝槽圖案，該圖案係包含至少兩條溝槽，該溝槽具有下列深度，寬度及節距之組合：選自10mil、15mil及15至150mil之深度；選自10mil及10至100mil之寬度；及選自30mil、50mil、50至200mil、70至200mil、及90至200mil之節距。
較佳地，研磨層(20)係含有併入其內的<1ppm之研磨劑粒子。
插拔到位終點檢測窗塊體(30)係具有沿著垂直於研磨表面(14)之平面(28)的厚度TW。較佳地，插拔到位終點檢測窗塊體(30)係具有沿著垂直於研磨表面(25)平面(28)之軸(B)的平均厚度TW-avg。(參見，第6圖)。更佳地，該平均厚度TW-avg係5至75mil(再更佳10至60mil；又更佳15至50mil；最佳20至40mil)。
技術領域具有通常知識者應知悉，如何選擇具有適於促進欲進行之研磨操作之終點檢測之組成的插拔到位終點檢測窗塊體(30)。
研磨層(20)係具有埋頭孔開口(40)，其擴大延伸通過研磨層(20)之厚度TP的通孔開口(35)，其中，埋頭孔開口(40)係開口於該研磨表面上並於埋頭孔開口(40)與通孔通道(35)之間的界面處形成凸緣(45)，其係在沿著平行於軸A且垂直於研磨表面(25)平面(28)之軸B深度Do處。(參見，第2圖、第4圖、第5圖及第7圖)。較佳地，凸緣(45)係平行於研磨表面(25)。較佳地，凸緣(45)係平行於 研磨表面(25)。較佳地，該埋頭孔開口係定義具有平行於軸(A)之軸的筒狀容積。較佳地，該埋頭孔開口係定義非筒狀容積。較佳地，插拔到位終點檢測窗塊體(30)係置於埋頭孔開口(40)中。較佳地，插拔到位終點檢測窗塊體(30)係置於埋頭孔開口(40)中並黏著至研磨層(20)。較佳地，插拔到位終點檢測窗塊體(30)係使用超音波焊接及黏著劑之至少一者而黏著至研磨層(20)。較佳地，該埋頭孔開口之沿著平行於軸A且垂直於研磨表面(25)平面(28)之軸B的平均深度DO-avg為5至75mil(較佳10至60mil；更佳15至50mil；最佳地，20至40mil)。較佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係小於等於()插拔到位終點檢測窗塊體(30)之平均厚度TW-avg。(參見，第6圖)。更佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係滿足下式：0.90*TW-avg DO-avg TW-avg。
更佳地，該埋頭孔開口之平均深度DO-avg係滿足下式：0.95*TW-avg DO-avg<TW-avg。
較佳地，剛性層(25)係由選自聚合物、金屬、強化聚合物及其組合所組成之群組的材料製造。更佳地，剛性層(25)係由聚合物製造。最佳地，剛性層(25)係由選自聚酯、尼龍、環氧樹脂、玻璃纖維強化環氧樹脂、及聚碳酸酯(更佳地，聚酯；再更佳地，聚鄰苯二甲酸乙二酯聚酯；最佳地，雙軸定向之聚鄰苯二甲酸乙二酯聚酯)所組成之群組的聚合物製造。
較佳地，剛性層(25)係具有>5至60mil(更 佳6至30mil；再更佳6至15mil；最佳6至10mil)之平均厚度。
較佳地，剛性層(25)之上表面(26)及下表面(27)兩者皆未開槽。更佳地，上表面(26)及下表面(27)兩者皆為平滑。最佳地，上表面(26)及下表面(27)係具有1至500nm(較佳1至100nm；更佳10至50nm；最佳20至40nm)之粗糙度Ra，其係使用光學側面儀測定。
較佳地，剛性層(25)係顯現100MPa(更佳1,000至10,000MPa；再更佳2,500至7,500MPa；最佳3,000至7,000MPa)之楊氏模數(Young's Modulus)，其係根據ASTM D882-12量測。
較佳地，剛性層(25)係顯現<0.1vol%(更佳<0.01vol%)之空隙比(void fraction)。
較佳地，剛性層(25)係由雙軸定向聚鄰苯二甲酸乙二酯製造，其具有>5至60mil(較佳6至30mil；更佳6至15mil；最佳6至10mil)之平均厚度；以及，100MPa(較佳1,000至10,000MPa；更佳2,500至7,500MPa；最佳3,000至7,000MPa)之楊氏模數，其係根據ASTM D882-12量測。
技術領域中具通常知識者將知悉，如何選擇用於化學機械研磨墊(10)中的適宜熱熔性黏著劑(23)。較佳地，熱熔性黏著劑(23)係經固化之反應性熱熔性黏著劑。更佳地，熱熔性黏著劑(23)係經固化之反應性熱熔性黏著劑，其係顯現於未固化狀態之熔點為50至150℃，較佳 115至135℃，且係顯現熔化後之適用期(pot life)90分鐘。最佳地，未固化狀態之熱熔性黏著劑(23)係包含聚氨酯樹脂(如，購自羅門哈斯(Rohm and Haas)之Mor-MeltTM R5003)。
較佳係令化學機械研磨墊(10)適用於與研磨機之平台接口。較佳係令化學機械研磨墊(10)適於固定至研磨機之平台。化學機械研磨墊(10)可使用壓敏黏著劑及真空之至少一者而被固定至該平台。
較佳地，化學機械研磨墊(10)係包括施用至剛性層(25)之下表面(27)的壓敏平台黏著劑(70)。技術領域中具通常知識者將知悉，如何選擇用作壓敏平台黏著劑(70)之適宜的壓敏黏著劑。較佳地，化學機械研磨墊(10)亦將包括施用於壓敏平台黏著劑(70)上的離型襯裏(75)，其中，壓敏平台黏著劑(70)係夾置於剛性層(25)之下表面(27)與離型襯裏(75)之間。(參見，第2圖及第7圖)。
較佳地，本發明之製造化學機械研磨墊(10)之方法，係包含：提供研磨層(20)，該研磨層(20)係具有研磨表面(14)、基底表面(17)、以及於垂直於該研磨表面(14)之方向自該研磨表面(14)至該基底表面(17)量測之平均厚度TP-avg；提供插拔到位終點檢測窗塊體(30)，其係具有沿著垂直於該研磨表面(14)之平面(28)的軸的平均厚度TW-avg；提供剛性層(25)，該剛性層(25)係具有上表面(26)及下表面(27)；提供未固化狀態之熱熔性黏著劑(23)；提供通孔開口(35)，該通孔開口(35)係自該研磨表面(14)延伸通過 該研磨層(20)而至該基底表面(17)；(較佳地，其中，通孔開口(35)自研磨表面(14)延伸通過化學機械研磨墊(10)而至剛性層(25)之下表面(27)；更佳地，其中，通孔開口(35)延伸透過化學機械研磨墊(10)之總厚度TT)；提供埋頭孔開口(40)，該埋頭孔開口(40)係開口於該研磨表面(14)上，將該通孔開口(35)擴大並形成凸緣(45)；其中，該埋頭孔開口(40)係具有於垂直於該研磨表面(14)的方向自該研磨表面(14)至該凸緣(45)量測的平均深度DO-avg；其中，該平均深度DO-avg係小於該平均厚度TP-avg；將該未固化狀態之熱熔性黏著劑(23)夾置於該研磨層(20)之基底表面(17)與該剛性層(25)之上表面(27)之間；固化該熱熔性黏著劑(23)，令該研磨層(20)與該剛性層(25)結合在一起；以及，將該插拔到位終點檢測窗塊體(30)置於該埋頭孔開口(40)內，並將該插拔到位終點檢測窗塊體(30)結合至該研磨層(20)；其中，該研磨層(20)係包含下列成分之反應產物，該成分包括：多官能異氰酸酯；以及，固化劑包，該固化劑包包含：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3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2,500至100,000之數目平均分子量MN；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；以及，0至70wt%之雙官能固化劑；其中，該研磨層(20)係顯現大於0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D 硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時之切割速率。
較佳地，製造本發明之化學機械研磨墊(10)的方法復包含：提供壓敏平台黏著劑(70)；提供離型襯裏(75)；將壓敏平台黏著劑(70)施用至剛性層(25)之下表面(27)；以及，將離型襯裏(75)施用於壓敏平台黏著劑(70)上，其中，壓敏平台黏著劑(70)係夾置於剛性層(25)之下表面(27)與離型襯裏(75)之間。
較佳地，製造本發明之化學機械研磨墊(10)的方法係包含：提供具有埋頭孔開口(40)之研磨層(20)，該埋頭孔開口(40)係開口於研磨表面(14)上，將通孔開口(35)擴大並形成凸緣(45)(較佳地，其中，凸緣(45)係平行於研磨表面(14))；其中，埋頭孔開口係具有於平行於中心軸(12)的方向上自研磨表面(20)之平面(28)至凸緣(45)量測的平均深度DO-avg；其中，平均深度DO-avg係小於研磨層之平均厚度TP-avg；將插拔到位終點檢測窗塊體(30)置於埋頭孔開口(40)內，並將插拔到位終點檢測窗塊體(30)結合至研磨層(20)。
較佳地，化學機械研磨墊(10)中之通孔開口(35)係使用雷射、機械切割工具(如，鑽孔器、磨銑鑽頭、沖裁模)及電漿之至少一者形成之。更佳地，通孔開口(35)係使用沖裁模形成。最佳地，通孔開口(35)係藉由下述者形成：將定義平行於研磨表面(14)之通孔開口(35)橫截面的罩放置於研磨層(20)上，且使用電漿以形成通孔開口(35)。
較佳地，埋頭孔開口(40)係使用雷射、機械切割工具(如，鑽孔器、磨銑鑽頭)之至少一者形成。更佳地，埋頭孔開口(40)係使用雷射形成。最佳地，埋頭孔開口(40)係藉由下述者形成：將定義平行於研磨表面之埋頭孔開口橫截面的罩放置於研磨墊上，且使用電漿以形成埋頭孔開口。
埋頭孔開口(40)較佳係於形成通孔開口(35)之前、之後或與同時形成。較佳地，埋頭孔開口(40)與通孔開口(35)係同時形成。更佳地，埋頭孔開口(40)係先形成，之後形成通孔開口(35)。
壓敏平台黏著劑(70)可於形成通孔開口(35)之前或之後施用至剛性層(25)之下表面(27)。
較佳地，於製造本發明之化學機械研磨墊的方法中，提供研磨層(20)，其係包含：提供多官能異氰酸酯；提供固化劑包，該固化劑包係包含：(i)提供至少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，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700之數目平均分子量；更佳150至650；再更佳200至500；最佳250至300)；(ii)提供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)之數目平均分子量MN；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個羥基；最佳6個羥基)；以及，(iii)提供0至70wt%(較佳5至60wt%；更佳10至50wt%；再更佳10至30wt%；最佳10至20wt%)之雙官能固化劑；將多官能異氰酸酯與固化劑包混合，以形成組合；以及，令該組合反應以形成研磨層(20)。
較佳地，於製造本發明之化學機械研磨墊的方法中，提供研磨層(20)，視需要復包含：提供模具；將該組合傾入該模具中；以及，令該組合於該模具中反應以形成固化餅；其中，研磨層(20)係源自該固化餅。較佳地，切削該固化餅，以自單一塊固化餅產生多層研磨層(20)。視需要，該方法復包含加熱該固化餅以促進該切削操作。較佳係於將該固化餅切削成複數層研磨層(20)的切削操作其添，使用紅外加熱燈加熱該固化餅。
較佳地，本發明之研磨基板的方法係包含：提供選自磁性基板、光學基板及半導體基板之至少一者的基板(較佳地，半導體基板；更佳地，半導體基板，其中， 該半導體基板係半導體晶圓)；提供本發明之化學機械研磨墊(10)；提供位於研磨表面(14)與基板間之界面處的研磨介質；提供光源；提供光檢測器；提供控制系統；以及，創製於研磨表面(14)與基板間之界面處的動態接觸；其中，該光源將光導向通過插拔到位終點檢測窗塊體(30)而入射於該基板上；其中，該光檢測器係檢測自該基板反射之光；其中，該控制系統接收來自該光檢測器之輸入並決定何時達到研磨終點。
本發明之研磨基板的方法視需要復包含：使用研磨劑修整器週期性地修整研磨表面(14)。
本發明之某些態樣係於下述實施例中詳細揭示。
比較例A與B及實施例1至19
根據表3中提供之製劑細節製備研磨層。詳而言之，藉由將異氰酸酯末端之脲烷預聚物(亦即，用於比較例A及實施例1至9之商購Adiprene ® LF667；以及用於比較例B及實施例10至19之商購Adiprene ® LFG963A；兩者皆可自Chemtura Corporation購得)與該固化劑包之組分於51℃受控地混合而製備聚氨酯餅。將胺起始之多元醇固化劑(亦即，購自陶氏化學公司(The Dow Chemical Company)之Voranol ® 800)與高分子量多元醇固化劑(亦即，購自陶氏化學公司之Voralux ® HF505)預混合，再摻合入其他原材料中。全部原材料，除MBOCA外，係維持於51℃之預混合溫度。MBOCA係維持於116℃之預混合溫度。該異氰酸 酯末端之脲烷預聚物與該固化劑包之比係設定為使得藉由該固化劑中之活性氫基(亦即，-OH基與-NH2基之總和)與該異氰酸酯末端之脲烷預聚物中之未反應之異氰酸酯基(NCO)的比而定義的化學計量學係如標註於表3中者。
在與固化劑包組合之前，藉由將Expancel ®微球加入該異氰酸酯末端之脲烷預聚物中而將孔隙度引入研磨層中，以達成所欲之孔隙度及墊密度。
使用高剪切攪拌頭將具有任何併入之Expancel ®微球的異氰酸酯末端之脲烷預聚物與該固化劑包混合在一起。離開該攪拌頭之後，將該組合以5分鐘之時間段分注至直徑為86.4cm(34吋(inch))之圓形模具中，以給出約10cm(4吋)之總傾倒厚度。令所分注之組合膠化15分鐘，再將該模具置於固化烘箱中。隨後，使用下述循環將該模具於該固化烘箱中固化：30分鐘內自室溫勻速升溫至104℃之設定點，隨後於104℃保持15.5小時，再於2小時內自104℃勻速降溫至21℃。
隨後，將經固化之聚胺酯餅自該模具移除，並於30至80℃切削(使用移動刀片切割)為約40片分開之厚度為2.0毫米(mm)(80mil)的片。自每一餅之頂部開始切削。丟棄任何不完全之片。
注意，於實施例中使用之Adiprene ® LF667係包含50/50重量%之Adiprene ® LF950A與Adiprene ® LF600D摻合物的PTMEG系異氰酸酯末端之脲烷預聚物，購自Chemtura。又，注意，Adiprene ® LFG963A係購自 Chemtura之PPG系異氰酸酯末端之脲烷預聚物。
分析來自比較A及B以及實施例1至19之每一者的未開槽之研磨層材料，以測定其物理性質，報告如表4。注意，所報告之密度數據係根據ASTM D1622測定；所報告之Shore D硬度數據係根據ASTM D2240測得；所報告之Shore A硬度數據係根據ASTM D2240測定；以及，所報告之斷裂伸長率係根據ASTM D412測得。
表4中所報告之切割速率數據係使用來自應用材料公司(Applied Materials)之200mm Mirra ®研磨工具量測者。該研磨工具係設計為容納公稱直徑為51cm(20吋)的圓形化學機械研磨墊。如本文之實施例中所揭示者製備具有圓形橫截面的研磨層。隨後，對此等研磨層進行機械開槽以於該研磨表面中提供溝槽圖案，包括複數個同心環狀溝槽，其係具有下述維度：節距為120mil(3.05mm)，寬度為20mil(0.51mm)，以及深度為30mil(0.76mm)。隨後，將該等研磨層層壓至泡沫次墊層(SP2310，購自羅門哈斯電子材料CMP控股公司(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.))。
使用金剛石修整盤(基尼卡公司(Kinik Company)製造之DiaGrid ® AD3CL-150840-3墊修整器)以下述製程條件研磨經開槽之研磨層的研磨表面：令該研磨層之研磨表面進行2小時來自該金剛石修整盤之連續研磨，平台速度為100轉/分(rpm)，去離子水流速為150cm3/分鐘(min)，且修整盤下壓力為48.3kPa(7psi)。藉由量測平均溝槽深度隨時間之改變而測得切割速率。使用安裝於Zaber Technologies之電動滑板上的MTI儀器公司之Microtrack II雷射三角感測器量測溝槽深度(以微米(μm)/小時(hr)為單位)，以描繪每一研磨層之自其中心至外緣之研磨表面的概況。該滑板上之感測器的掃速為0.732mm/s，且該感測器之取樣速率(每mm掃描之量測數目)係6.34點/mm。表4中所報告之切割速率係溝槽深度隨時間的算術平均下降，以在該研磨層之研磨表面上取>2,000點所收集之厚度量測值為基準計。
10‧‧‧化學機械研磨墊
12‧‧‧中心軸
14‧‧‧研磨表面
17‧‧‧基底表面
20‧‧‧研磨層
23‧‧‧熱熔性黏著劑
25‧‧‧剛性層
26‧‧‧上表面
27‧‧‧下表面
28‧‧‧平面
30‧‧‧插拔到位終點檢測窗塊體
35‧‧‧通孔開口/通孔通道
40‧‧‧埋頭孔開口
45‧‧‧凸緣
A、B‧‧‧軸
TP-avg‧‧‧研磨層之平均厚度/平均厚度
TP‧‧‧研磨層之整體厚度/整體厚度/厚度
TR‧‧‧剛性層之整體厚度/整體厚度
TT-avg‧‧‧化學機械研磨墊之平均總厚度/平均總厚度
TT‧‧‧化學機械研磨墊之總厚度/平均厚度
Do-avg‧‧‧平均深度
Do‧‧‧深度

Claims (10)

  1. 一種化學機械研磨墊，係包含：研磨層，其係具有研磨表面及基底表面、埋頭孔開口、通孔開口及於垂直於該研磨表面之方向自該研磨表面至該基底表面量測之平均厚度TP-avg；插拔到位終點檢測窗塊體，其係具有沿著垂直於該研磨表面之平面的軸的平均厚度TW-avg；剛性層，其係具有上表面及下表面；熱熔性黏著劑，其係夾置於該研磨層之基底表面與該剛性層之上表面之間；其中，該熱熔性黏著劑係將該研磨層結合至該剛性層；視需要之壓敏平台黏著劑；其中，該壓敏平台黏著劑係置於該剛性層之下表面上；視需要之離型襯裏；其中，該壓敏平台黏著劑係夾置於該剛性層之下表面與該視需要之離型襯裏之間；以及，其中，該研磨層係包含下列成分之反應產物，該成分包括：多官能異氰酸酯；以及，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3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2,500至100,000之數目平均分子量MN；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；0至70wt%之雙官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時之切割速率；其中，該通孔開口自該研磨表面延伸通過該研磨層而至該基底表面；其中，該埋頭孔開口係開口於該研磨表面上，將該通孔開口擴大並形成凸緣；其中，該埋頭孔開口係具有於垂直於該研磨表面之平面的方向自該研磨表面之平面至該凸緣量測的平均深度DO-avg；其中，該平均深度DO-avg係小於該平均厚度TP-avg；其中，該插拔到位終點檢測窗塊體係置於該埋頭孔開口內；以及，其中，該插拔到位終點檢測窗塊體係結合至該研磨層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該剛性層之上表面係未開槽；以及，該剛性層之下表面係未開槽。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該剛性層之上表面及下表面係具有1至500nm之粗糙度Ra。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該剛性層係由雙軸定向之對鄰苯二甲酸乙二酯製造；其中，該剛性層係具有6至10密耳之平均厚度；以及，其中，該剛性層係顯現3,000至7,000MPa之楊氏模數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該多官能異氰酸酯係具有2至12wt%之未反應NCO基的異氰酸酯末端之脲烷預聚物；以及，其中，該固化劑包係由下列所組成：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200至400之數目平均分子量MN；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10,000至12,000之數目平均分子量MN；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%之該雙官能固化劑；其中，該雙官能固化劑係選自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固化劑；其中，該固化劑包中反應性氫基與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸基的化學計量比為0.95至1.05；其中，該研磨層係顯現0.75至1.0g/cm3之密度；5至20之肖氏D硬度；150至300%之斷裂伸長率；以及，30至60μm/小時之切割速率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之化學機械研磨墊，其中，該異氰酸酯末端之脲烷預聚物係具有5至7wt%之未反應NCO基；以及，其中，該異氰酸酯末端之脲烷預聚物係顯現400至2,500之數目平均分子量MN。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨墊，其中，該化學機械研磨墊係由下列所組成：該研磨層；該插拔到位終點檢測窗塊體；該剛性層；該熱熔性黏著劑層，該熱熔性黏著劑層係夾置於該研磨層與該剛性層之間；該壓敏平台黏著劑，該壓敏平台黏著劑係置於該剛性層之下表面上；以及該離型襯裏；其中，該多官能異氰酸酯係具有2至12wt%之未反應NCO基的異氰酸酯末端之脲烷預聚物；以及，其中，該固化劑包係由下列所組成：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200至400之數目平均分子量MN；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10,000至12,000之數目平均分子量MN；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%之該雙官能固化劑；其中，該雙官能固化劑係選自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固化劑；其中，該固化劑包中反應性氫基與該多官能異氰酸酯中未反應異氰酸基的化學計量比為0.95至1.05；其中，該研磨層係顯現0.75至1.0g/cm3之密度；5至20之肖氏D硬度；150至300%之斷裂伸長率；以及，30至60μm/小時之切割速率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之化學機械研磨墊，其中，該異氰酸酯末端之脲烷預聚物係具有5至7wt%之未反應NCO基；以及，其中，該異氰酸酯末端之脲烷預聚物係顯現400至2,500之數目平均分子量MN。
  9. 一種製造化學機械研磨墊之方法，係包含：提供研磨層，其係具有研磨表面、基底表面、以及於垂直於該研磨表面之方向自該研磨表面至該基底表面量測之平均厚度TP-avg； 提供插拔到位終點檢測窗塊體，其係具有沿著垂直於該研磨表面之平面的軸的平均厚度TW-avg；提供剛性層，其係具有上表面及下表面；提供未固化狀態之熱熔性黏著劑；提供通孔開口，其係自該研磨表面延伸通過該研磨層而直至該基底表面；提供埋頭孔開口，其係開口於該研磨表面上，將該通孔開口擴大並形成凸緣；其中，該埋頭孔開口係具有於垂直於該研磨表面的方向自該研磨表面至該凸緣量測的平均深度DO-avg；其中，該平均深度DO-avg係小於該平均厚度TP-avg；將該未固化狀態之熱熔性黏著劑夾置於該研磨層之基底表面與該剛性層之上表面之間；固化該熱熔性黏著劑，令該研磨層與該剛性層結合在一起；以及，將該插拔到位終點檢測窗塊體置於該埋頭孔開口內，並將該插拔到位終點檢測窗塊體結合至該研磨層；其中，該研磨層係包含下列成分之反應產物，該成分包括：多官能異氰酸酯；以及，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3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2,500至100,000之數目平均分子量MN；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；以及，0至70wt%之雙官能固化劑；其中，該研磨層係顯現大於0.6g/cm3之密度；5至40之肖氏D硬度；100至450%之斷裂伸長率；以及，25至150μm/小時之切割速率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，復包含：提供壓敏平台黏著劑；提供離型襯裏；將該壓敏平台黏著劑施用至該剛性層之下表面；以及，將該離型襯裏施用至該壓敏平台黏著劑上，其中，該壓敏平台黏著劑係夾置於該剛性層之下表面與該離型襯裏之間。
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