TWI280175B - Base pad of polishing pad and multi-layer pad comprising the same - Google Patents

Description

1280175 九、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域】 發明領域 本發明係關於一種拋光墊之基底墊以及使用該基底墊之 5多層墊。特別本發明係關於一種拋光墊之基底墊，其係用於 半導體製程之全部各階段用來平坦化各種基材之拋光製 程，以及一種使用該基底墊製造之多層墊。 發明背景 ίο 化學機械拋光(後文稱之為「CMP」）或平坦化製程係用 來於半導體製程之全部各階段平坦化各種基材，亦即於其 上沈積矽、二氧化矽、金屬（鎢、銅、或鈦）、金屬氧化物 、介電材料、或陶瓷之基材。此拋光製程屬於精密/光澤 表面研磨處理之一，其中拋光料漿係供應於拋光墊與晶圓 間，來化學腐钱晶圓表面，以及以機械方式拋光經腐#之 表面。 典型地，拋光墊包含一拋光墊，其具有一拋光層用來於 直接拋光處理期間摩擦一物件，以及包含一支承該拋光墊 用之基底塾。 20 一種製造拋光墊之方法例如揭示於韓國專利申請案第 2001- 46795號，名稱「使用雷射製造化學機械拋光墊之方法 」；韓國專利申請案第2002-45832號，名稱「使用雷射束及 光罩製造拋光墊之方法」；以及韓國專利申請案第 2002- 06309號，名稱「具有高硬度及絕佳耐磨性之聚胺基 1280175 曱酸酯彈性體之製造用組成物」。通常，形成為泡胞，或經 由物理方法及化學方法形成貫穿孔或溝槽於抛光塾，俾長時 間保留拋光料漿。有關此一方面，前述韓國專利申請案第 2001- 46795及2002-45832號揭示一種使用雷射及光栅而於 5拋光墊形成微孔、凹槽及/或貫穿孔圖案之方法，該方法用 來替代習知經由***中空本體或化學生成泡沫而形成泡胞 之方法，或该方法用來替代使用機械手段形成凹槽及貫穿 孔之另一種習知方法。此外，前述韓國專利申請案第 2002- 06309號提示一種製造聚胺基曱酸酯彈性體之組成物 10 ，該組成物可改良拋光墊之硬度及耐磨性。 此外，基底墊係經由將發泡聚胺基曱酸酯材料所製成之 薄片或氈摻混於聚合物物質而製造。詳言之，使用典型發泡 製造聚胺基甲酸酯墊係經由一種一次射出方法達成，該方 法包含一階段’其中全部原料及泡沫體(化學及機械泡床體 15 )經攪動且同時彼此反應，藉此於聚胺基曱酸酯墊形成小孔 。於經由摻混胺基曱酸酯而製造襯墊之方法中，纖維(例如 纖維氈）浸沒於先前製造之液體聚胺基甲酸酯而被液體聚 胺基曱酸醋所濕潤，如此聚胺基曱酸酉旨填補蜜毛間之間隙， 結果導致形成小孔。 20 拋光製程期間使用之拋光料漿及去離子水可渗透入存 在於基底墊之小孔内部，滲透入小孔對晶圓之拋光均勻度造 成負面影響，晶圓之拋光均勻度乃CMP製程之效能指標。 此外’渗透可縮短抛光墊之使用時間，亦即抛光墊之壽命。 此外，習知拋光墊之物理性質可藉CMP處理期間平台與晶 1280175 圓間之旋轉力及垂直應力而改變。 C發明内容3 發明概要 因此發明人徹底研究先前技術所發生之問題之解決之 道，結果開發一種拋光墊之基底墊以及使用該基底墊之多層 塾。於該基底墊可確保絕佳拋光均勻度，於化學機械拋光或 平坦化CMP製程期間不會出現拋光料漿及水之滲透，如此 可延長拋光墊之使用壽命。 本發明之一目的係提供一種不含内部小孔之均勻基底墊 ’控制讓小孔不存在於基底墊内部，因而防止CMP製程期 間之拋光料漿及水之滲透，以及防止CMP製程期間由於作 用力作用於拋光墊所導致之物理性質變化。 本發明之另一目的係提供一種包括前述基底塾之多層 塾。 技術解決之道 為了達成前述目的，本發明製造一種不具有孔隙但有均 勻物理性質之基底墊，而非經由發泡或摻混氈來製造習知基 底塾。 圖式簡單說明 第1圖顯示根據本發明之拋光墊之基底墊以及使用該基底 墊之多層墊； 第2圖為線圖以比較方式顯示當本發明之基底墊及習知 氈製成之基底墊暴露於水與拋光料漿之混合溶液(水：拋光 料漿=1 : 1)時之非吸收性；以及 7 1280175 第3圖為線圖，以比較方式顯示基材接受使用本發明之 基底墊及習知發泡型基底墊進行CMP處理時，基材之平坦化程 度。 I：實施方式3 5較佳實施例之詳細說明 於藉發泡製造之習知聚合物基底墊，或於經由摻混魅入 聚合物物質製造之習知基底墊，由於製造方法之特色之故存 在有不均勻之孔隙。如此造成拋光料漿或去離子水被吸收 至基底墊上，吸收至基底墊上之拋光料漿或去離子水造成實 10卩示CMP製程期間襯墊表面之不均勻。如此，於cmp製程期 間晶圓之抛光變不均勻，此乃CMP製程所不期望的結果。 但本發明之基底墊，亦即不含孔隙之基底墊，由於可能 造成不均勻基底墊之小孔並未於基底墊生成，故本發明之基 底墊可確保獲得均勻物理性質。 15 由於經由發泡製造或經由摻混氈入聚合物物質製造之 習知基底墊有小孔，故於CMP製程期間由於垂直應力以及 平台與晶圓間之旋轉力造成基底墊物理性質的改變，如此降 低拋光處理期間之均勻度。 此外，若於CMP處理期間，拋光料漿及去離子水滲透 20入基底墊之孔隙内部，則於拋光期間晶圓之拋光均勻度降低 。拋光期間拋光料漿及去離子水滲透入基底墊，可縮短拋光 塾之使用壽命。. 如此於本發明，發展出不含小孔之基底墊，目的係防止 可月b於椒光處理期間造成物理性質劣化之基底墊的變形。 8 1280175 本發明中，基底墊不含孔隙，故可確保於高度精準且高 度整合之CMP製程期間，拋光墊之厚度維持一致，如此可避免 使用機械方式來南度精準控制習知基底墊之厚度之問題。 根據本發明之基底墊係由選自下列組成之組群中之至少一 5者製造··聚胺基甲酸酉旨、聚氯乙烯、聚乙稀醇、聚丙稀酸、聚丙 烯醯胺、料氧乙烧、順丁烯二酸絲物、甲基_素及緩甲基 纖維素。 根據本發明之基底墊之製法採用二階段式摻合法，故不似習 知使用發錢使用歸混製造習知基底墊，不會於基底墊形成小 10 孔。 一 1%4又式摻合法稱作為預聚物法，以及製造不含小孔之基底 墊之方法。換言之，為了製造具有所需物理性質之基底墊，饋入 4自由聚胺基甲酸醋、聚氯乙稀、聚乙烯醇、聚丙稀酸、聚丙稀 醯胺、聚環氧乙烧、順丁烯二酸絲物、f基纖維素及魏甲基纖 I5維素組成之組群中之至少一者，以及於第一反應器反應 ，首先製 造預聚物。於第二階段，騎物與具有多元醇反應性基團或胺反 應性基團之物質以3 : 1 ·2 : 1之重量比反應來達成完全硬化。 具有多兀醇反應性基團之物質例如包括聚醋二醇如聚己二 酸伸乙醋、聚己二酸伸丁_、及聚己二酸伸丙g旨；聚伸烧基喊多 元知名如四曱基醚―醇、聚(氧伸丙基)三醇、聚(氧伸丙基)聚(氧 伸乙基)二％、聚(氧伸丙基)聚(氧伸乙基)三醇、及聚(氧伸丙基) 聚(氧伸乙基)聚(氧伸丙基)三醇；聚酯多元醇、聚丁二烯多元醇、 及聚合物多元醇。此外，多元醇可單獨使用或混合使用。 具有胺基反應性基團之物f包括3,3，·二氣聯苯胺、4,4，_二胺 9 1280175 基-3,3’-二氯苯基醚、4,4，-二胺基-3,3，-二氯二苯基硫化物、4,4，-二胺基-3-氯-3-溴二苯基曱烷、4,4，_亞甲基貳(2_三氟甲基苯胺）、 4,4 -亞甲基貳(2-氣苯胺）（商品名-MOCA，杜邦公司製造）、4,4，-亞甲基貳(2-曱氧基羰基苯胺)及4,4，-亞曱基貳〇二氯苯胺）。此 5外，具有胺基反應性基團之物質例如為基於對伸苯基二胺或基於 間-伸本基一胺之化合物諸如2,6_二氯-間伸苯基二胺、氣·5_異丁 氧基幾基-間-伸苯基二胺、及2_氯·5_異丙氧基羰基-間·伸苯基二胺 ;胺基苯曱酸S旨化合物如三亞曱基貳(對·胺基苯甲酸酯）、及二乙 二醇貳(對-胺基苯曱酸酯）；以及以胺基苯基硫化物為主之化合物 10 ，諸如丨，2**貳(對-胺基苯基硫基)乙烷、及1，2-貳(鄰-胺基苯基硫基) 乙院。此外具有胺基反應性基圑之物質例如為4-氯-3,5_二胺基； 丙基苯基乙酸酯、4-乙氧基-3,5-二胺基三氟曱基苯、及貳_{2-(鄰_ 胺基笨硫基)乙基}對苯二曱酸酯。多胺可單獨使用或混合使用。 基底墊不含小孔，具有硬度為ΚΜ〇〇蕭爾D (Shore D)以及具 15 有壓縮性為1-10%。 習知多層拋光墊或雙層拋光墊包含一具有硬質拋光層之拋 光墊，以及於其底部之軟質基底墊，因而拋光處理期間之拋光速 度不夠快。但若使用如前文說明之新穎基底墊亦即不含孔隙之基 底墊來製造雙層拋光墊或多層拋光墊，如第1圖所示，則可提高 20 晶圓拋光速度。 本發明中，如第1圖所示，基底墊2使用感壓黏著劑(psa) 4 而連結至具有抛光層之抛光墊1，藉此製造雙層抛光塾。另一基 底墊2可使用感壓黏著劑4連結至該雙層拋光墊來製造多層拋光 塾。此外，多層拋光墊可使用另一種感壓黏著劑4’用來連結至拋 10 1280175 、 絲程之平台3，馳光個來進行拋光處理。感縣著劑例如 為典型技藝界已知之包括聚丙稀系成分、環氧成分或橡膠成分之 ^ 黏著劑。可採用沾黏物質及黏著物質施用至底材(PET薄膜或氈) 兩側之雙面感壓黏著帶。此外，可根據技藝界已知之典型方法實 5作多層墊之層合，舉例言之，層合可經由輸送帶方法進行，於該 方法多層墊通過彼此間間隔預定間隔距離之上輥輪與下輕輪間。 包括厚500-2500微米之基底塾之多層抛光塾，其厚产為 H 2000-4000微米。 此外，使用根據本發明之包含無小孔之基底墊之拋光墊進行 10 CMP製程，因而提高拋光速度，以及防止拋光墊之變形，且減少 抛光處理期間因渗透造成之抛光不均勻。如此，可延長該包含無 小孔基底墊之拋光墊之使用壽命。 第2圖為線圖’顯示習知由說製成之基底墊試樣以及根據本 發明之基底塾試樣之重量隨浸沒時間之函數變化。於習知基底塾 15及本發明之基底墊浸沒於拋光料漿與去離子水之(1 : 1)混合溶液 _ 前，使用美特勒(Mettler)托雷多(Toledo) AX-204作為實驗室電子 天平稱重基底塾重量’試樣浸泡於混合溶液中10-172800秒。於不 同浸泡時間後，由溶液中取出試樣，風乾30分鐘及稱重。可知比 較S毛浸沒於聚胺基曱酸酯之習知基底墊，本發明之基底塾隨浸沒 20 時間之經過，重量相當恆定，因而不具吸收性。 使用習知發泡型基底墊及本發明之基底墊於IPEC 472 (亦即 市售CMP製成裝置)進行CMP處理，CMP處理條件為拋光料漿流 速為150毫升，平台RPM :物件頭RPM之比為46 : 28，以及頭壓 :反壓之比為7 : 2.5。基材之平坦化係使用光學探針(optii3r〇be) 11 1280175 自動測定’该光學楝針為熱波公司(Therma_wave,㈣製造之厚度 . 量測設備。因而測定去除速率(拋光速度(埃/分鐘)），顯示於第3圖 、 °由第3圖可知’比較使歸泡型基終之CMP製程，使用根據 f發明之不含小孔之基底塾之CMp製程，每單位時間之晶醜光 5里較大。特別，就晶圓邊緣之形狀而言，本發明之基底塾係優於 習知基底墊。 根據本發日月之基底塾，換言之，包括經由二階段式預聚物法 • 製造之襯墊因而襯墊中不存在有小孔之該多層拋光塾應用於拋 光製程時，可獲得下列優點。 10 L可提供拋光製程期間之晶圓拋光速度， 2.由於可避免於拋光過程因CMp裝置變化以及製程變 數造成垂直應力及_力導致基紐變形，故晶圓之抛光均 勻度不會下降， 3·因拋光料浆或去離子水不會參透人基底墊内部，故可 15 維持晶圓之拋光均勻度， • 4·可避免因基底墊變形及滲透所導致之拋光塾使用壽命 縮短， 5. 可確保基之物理性f均勻，高度精準控制厚度以 及可於墊處理過程進行高精度之表面處理，如此可用於高 20 度精密且高度整合之CMP製程，以及 6. 於進π金屬CMP製程巾，本發明之基餘具有均勻表 面性質及物理性質，如此可防止因二氧化石夕與金屬電路之 抛光速度間之差異所造成之凹陷或溶钱。 產業應用性 12 1280175 使用包括根據本發明之不含小孔之基底墊之拋光墊進行 CMP製程’如此可提高拋光速度，以及防止於拋光處理期間 由於基底墊變形及滲透所導致之拋光均勻度降低。因此可延 長該包括不含小孔之基底墊之拋光墊之使用壽命。 5 【圓式簡單說^明】 第1圖顯示根據本發明之拋光墊之基底墊以及使用該基底 墊之多層墊； 第2圖為線圖以比較方式顯示當本發明之基底墊及習知 亶毛製成之基底墊暴露於水與拋光料漿之混合溶液(水：拋光 10料襞=1 ·· 1)時之非吸收性；以及 第3圖為線圖，以比較方式顯示基材接受使用本發明之 基底墊及習知發泡型基底墊進行CMP處理時，基材之平坦化程 度。 【主要元件符號說明】 1…抛光墊 4···感壓黏著劑(PSA) 2…基底墊 4,…另一感壓黏著劑 3…平台 13

Claims (1)

1280175 十、申請專利範圍： i 一種化學機械拋光墊之基底墊，其不含小孔，及其具有 硬度為10-100蕭爾D (Shore D)以及壓縮性為Μ〇〇/。。 2·如申請專利範圍第1項之基底墊，其中該基底墊之厚度為 500-2500微米。

3·如申請專利範圍第1項之基底墊，其中該基底墊係由選自聚胺 基甲酸酯、聚氯乙稀、聚乙稀醇、聚丙稀酸、聚丙稀酿胺、 聚環氧乙烷、順丁烯二酸共聚物、曱基纖維素及羧曱基纖維 素組成之組群中之至少一者製成。 4. 如申請專利範圍第1項之基底墊，其中選自聚胺基甲酸酯、聚 氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、 順丁烯二酸共聚物、曱基纖維素及羧甲基纖維素組成之組群 中之至少一者係於第一反應器反應，首先製造預聚物；以及 於第二步驟，該預聚物與具有多元醇反應性基團或胺基反應 性基團之物質以3 : 1 - 2: 1重量比反應，因而達成完全硬化 ’如此製造基底塾。 5. —種多層拋光墊，其係使用不含小孔且具有硬度為1(Μ〇〇蕭 爾D及壓縮性為ΐ-ΐ〇〇/0之基底墊製造。 6. 如申請專利範圍第5項之多層拋光墊，包含一具有拋光用拋光 層之拋光墊以及支承該拋光墊用之基底墊。 7·如申請專利範圍第5項之多層拋光墊，其中該多層拋光墊之厚 度為2000-4000微米，其中該基底墊之厚度為500-2500微米。 8·如申請專利範圍第5項之多層拋光墊，其中該基底墊係由選自 聚胺基甲酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯 14 1280175 胺、聚環氧乙烷、順T、陡一 A 、丁烯二酸共聚物、曱基纖維素及羧曱基 纖維素組成之組群中之至少一者製成。 9.如申請專利範圍第5項之多層拋光塾，其中該基底墊之製造方 式為選自聚胺基甲_旨、聚氯乙稀、聚乙_、聚_酸、 聚丙烯醢胺、聚環氧乙烧、順丁烯二酸共聚物、甲基纖維素

及魏甲基_素_之_巾之至少_麵於[反應器反 應’首先製造預聚物；以及於第二步驟，該預聚物與具有多 元醇反應性基團或胺基反應性基團之物質以3 :丨_ 2 : 1重量 比反應，因而達成完全硬化。

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