TW201620030A - 具孔直徑多模態分佈之拋光墊 - Google Patents

具孔直徑多模態分佈之拋光墊 Download PDF

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Abstract

本發明描述一種具孔直徑多模態分佈之拋光墊。本發明亦描述一種製造具孔直徑多模態分佈之拋光墊之方法。在一個實例中，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甲酸酯材料及配置在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。

Description

具孔直徑多模態分佈之拋光墊
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日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。
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 of field)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。
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甲酸酯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。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酯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。
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
650‧‧‧流向
660‧‧‧拋光漿液分佈
701‧‧‧均質拋光體
702‧‧‧複數個閉合微胞孔
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‧‧‧拋光表面
916‧‧‧背面
918‧‧‧熱固性聚胺基甲酸酯材料
920‧‧‧閉合微胞孔
922‧‧‧複數種成孔劑
924‧‧‧氣體
1000‧‧‧拋光設備
1002‧‧‧頂部表面
1004‧‧‧壓盤
1008‧‧‧滑動擺動
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
圖1A說明習知拋光墊中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孔直徑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。
圖2B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窄分佈之群體之作圖。
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孔直徑寬分佈之群體之作圖。
圖3A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墊的截面圖。
圖3B說明根據本發明之一個實施例之圖3A之拋光墊中以孔直徑為函數對於孔直徑分佈之群體之作圖。
圖4A說明根據本發明之一個實施例之具有雙模態分佈之閉合微胞孔之拋光墊的橫截面圖，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說明根據本發明之一個實施例之圖4A之拋光墊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6A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6C之拋光墊的截面圖，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圖。
圖8A說明根據本發明之一個實施例之拋光墊的截面圖。
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墊之調節操作的截面圖。
圖9A-9G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軸側視圖。
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墊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墊之表面積，從而例如增加拋光墊留置漿液之能力。通常，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40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：(1)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，(3)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，否則可能會限制拋光性能。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徑的寬單模態分佈之群體之作圖100A。參考圖1A，單模態分佈可能相對較寬。在另一實例中，圖1B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100B。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40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2A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2A，用於拋光半導體基材之拋光墊200包括均質拋光體201。該均質拋光體201包括熱固性聚胺基甲酸酯材料，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2A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2A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201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」排除由例如浸漬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201在經調節及/或拋光後具有約在1-5微米均方根範圍內之拋光表面粗糙度。在一個實施例中，該均質拋光體201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201在25℃具有約30-120兆帕(MPa)之儲存模數。在另一個實施例中，該均質拋光體201在25℃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202係由遍及(例如，作為其他成份存在)均質拋光體201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係填充有戊烷。在一個實施例中，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「球形」之術語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、不等邊三角形、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。在一個實施例中，術語「不透明」係用於表示可使約10%或更少可見光通過的材料。在一個實施例中，該均質拋光體201大部份為不透明，或許這全因在遍及(例如，作為其他成份存在)均質拋光體201之均質熱固性、閉合微胞聚胺基甲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、氟化鈰、石墨、石墨氟化物、硫化鉬、硫化鈮、滑石、三硫化鉭、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0.075英吋至0.130英吋範圍內(例如約在1.9-3.3毫米範圍內)之厚度。在一個實施例中，該均質拋光體201具有約在20英吋至30.3英吋範圍內(例如約在50-77釐米範圍內)及可能約在10英吋至42英吋範圍內(例如約在25-107釐米範圍內)之直徑。在一個實施例中，該均質拋光體201具有約在6%-36%總孔隙體積範圍內及可能約在18%-30%總孔隙體積範圍內之孔隙(202)密度。在一個實施例中，該均質拋光體201因併入複數個孔隙202而具有如上所述之閉合微胞型的孔隙度。在一個實施例中，該均質拋光體201具有約2.5%的可壓縮率。在一個實施例中，該均質拋光體201具有約在0.70-1.05克/立方釐米範圍內之密度。
在一個實施例中，如圖2A所描繪，複數個閉合微胞孔202之孔直徑之雙模態分佈可為約1：1。為更好地闡明此概念，圖2B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作為函數對於孔直徑的窄分佈之群體之作圖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。
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206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之最大群體的直徑值約為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，孔直徑分佈較窄。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204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。在一個實例中，圖3A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墊的截面圖。圖3B說明根據本發明之一個實施例之圖3A之拋光墊中以孔直徑為函數對於孔直徑分佈之群體之作圖320。
參考圖3A，用於拋光半導體裝置之拋光墊300包括均質拋光體301。該均質拋光體301係由熱固性聚胺基甲酸酯材料組成，於該均質拋光體301中配置有複數個閉合微胞孔302。該複數個閉合微胞孔302具有直徑多模態分佈。在一個實施例中，如圖3A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3A及3B，小直徑模式304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304之最大群體的直徑值的兩倍。例如，在一個實施例中，如圖3B所描繪，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306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206之最大群體與小直徑模式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。
參考圖4A，用於拋光半導體裝置之拋光墊400包括均質拋光體401。該均質拋光體401係由熱固性聚胺基甲酸酯材料組成，在該均質拋光體401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406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，小直徑模式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墊500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502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徑模式504、大直徑模式506及中直徑模式508之直徑三模態分佈。
參考圖5B，在一個實施例中，大直徑模式506之最大群體的直徑 值約為80微米，中直徑模式508之最大群體的直徑值約為40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5B中所描繪，小直徑模式504之總群體約同於中直徑模式508之總群體，其各約為大直徑模式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墊500之所需特性加以選擇。亦應理解，本發明之實施例不限於雙模態及三模態，而可包括超出圖1A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甲酸酯材料組成，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600調節至露出閉合微胞孔602之雙模態分佈。例如，在一個實施例中，將拋光墊600之頂部表面604予以調節以提供粗糙化表面606，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600。在一個實施例中，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，將化學機械拋光漿液614添加至拋光墊600之經粗糙化或調節表面606。根據本發明之一個實施例，如圖6C所描繪，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650，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6D所描繪，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拋光漿液分佈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，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，若其自我吸納，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徑模式之閉合微胞孔之組合適於在拋光製程期間提供熱穩定性。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甲酸酯材料中實質上均勻地分佈。在本發明之另一態樣 中，孔隙尺寸之直徑多模態分佈在遍及熱固性聚胺基甲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緩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，直徑之緩緩變化多模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700中以孔直徑為函數對於孔直徑的第一部份(接近區域780)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790)分佈之群體之作圖700C。參考圖7B，該第一小直徑模式704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706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，拋光墊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800之頂部表面804經調節以提供粗糙化表面806，其中有些閉合微胞孔802開口於該表面806。在一個特定實施例中，表面804係利用金剛石尖調節以除去部份拋光墊800。在一個實施例中，如圖8B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810最終將開口。在一個實施例中，該緩緩變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日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所描繪，將預聚合物902及固化劑904混合以在成型模900中形成混合物906。在一個實施例中，混合預聚合物902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 化鈰、石墨、石墨氟化物、硫化鉬、硫化鈮、滑石、三硫化鉭、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拋光體。在一個實施例中，該拋光墊前驅物混合物906用於最終形成堅硬墊並僅使用單一類型的固化劑。在另一個實施例中，該拋光墊前驅物混合物906用於最終形成軟墊並使用主要固化劑及次要固化劑之組合。例如，在一個特定實施例中，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結物。一個特定實施例中，該聚胺基甲酸酯前驅物為異氰酸酯，該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。在一個實施例中，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份主要固化劑及15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合物、該主要固化劑及次要固化劑之特定性質而使用各種比率。
參考圖9D，成型模具900之蓋908下降到混合物906中。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900中形成之拋光墊的拋光表面中。應理解，文中描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，在一些實施例中，成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基模下降，同時，基模朝蓋上升。
參考圖9E，混合物906經固化以在成型模具900中提供模製均質拋光體912。該混合物906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908存在下將混合物906封閉在成型模900中，在約華氏200-260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中並加熱來進行。因此，在一個實施例中，混合物906之固化包括先在成型模具900中部份固化及隨後在烘箱中進一步固化。以任何方式，最終均提供拋光墊，其中拋光墊之模製均質拋光體912具有拋光表面914及背面916。模製均質拋光體912係由熱固性聚胺基甲酸酯材料918及配置在聚胺基甲酸酯材料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(H2O)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918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一起使用。例如，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儀的等軸側視圖。
參考圖10，拋光設備1000包括壓盤1004。壓盤1004之上表面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1008。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。樣本載體1010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拋光墊表面提供漿液。亦可包含有調節單元1090，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。
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甲酸酯材料。該均質拋光體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一小直徑模式及第二大直徑模式之直徑雙模態分佈。在一個實施例中，該均質拋光體為模製均質拋光體。
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

Claims (8)

  1. 一種製造用於拋光半導體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，其中該直徑多模態分佈中之至少一個模態中的每個閉合微胞孔包括物理殼，其中該模製均質拋光體進一步包括第一凹槽表面及與該第一表面相對之第二平坦表面，且其中固化該混合物包括從該第一凹槽表面至該第二平坦表面以梯度遍及該熱固性聚胺基甲酸酯材料使該直徑多模態分佈緩緩變化，且其中該直徑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面之大直徑模式之直徑雙模態分佈。
  2. 如請求項1之方法，其中該混合包括將複數種成孔劑添加至該預聚合物及該固化劑中，以提供該直徑多模態分佈中之該至少一種模態之該閉合微胞孔。
  3. 如請求項2之方法，其中該混合係進一步包括將氣體注入該預聚合物及該固化劑中，或注入由其等所形成之產物中，以提供該閉合微胞孔之該直徑多模態分佈中之另一種模態。
  4. 如請求項2之方法，其中該預聚合物為異氰酸酯，且該混合進一步包括將水加至該預聚合物及該固化劑中，以提供該閉合微胞孔之該直徑多模態分佈中之另一種模態。
  5. 如請求項1之方法，其中該混合包括將第二複數種成孔劑添加至該預聚合物及該固化劑中，以提供該閉合微胞孔之該直徑多模態分佈中之另一種模態之該閉合微胞孔。
  6. 如請求項1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。
  7. 如請求項1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。
  8. 如請求項1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。
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