TWI515240B - Polishing pad - Google Patents

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Description

研磨墊 發明領域
本發明係有關於研磨墊，該研磨墊可對透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、硬碟用玻璃基板、鋁基板及一般要求金屬研磨加工等需要高度表面平坦性之材料穩定且高研磨効率地進行平坦化加工。尤其於矽晶圓及其上形成有氧化物層、金屬層等的元件上欲進一步積層、形成該等氧化物層或金屬層之前所進行之平坦化步驟時，適合使用本發明研磨墊。
發明背景
作為要求高度表面平坦性材料的代表物，可舉製造半導體積體電路(IC、LSI)並稱為矽晶圓的單晶矽圓盤。在IC、LSI等之製造步驟中，為使用以形成電路之各種薄膜形成可靠的半導體接合，乃要求在積層、形成氧化物層或金屬層之各步驟時，高精度精修矽晶圓表面使其平坦。在如此的研磨精修步驟中，一般來說研磨墊被固定在稱為平台之可旋轉的支持圓盤，而半導體晶圓等加工物被固定在研磨頭。然後藉由雙方的運動，使平台與研磨頭之間產生相對速度，進一步藉由連續供給含有研磨粒的研磨漿料於 研磨墊上，實行研磨操作。
在研磨墊的研磨特性方面，要求被研磨材的平坦 性(planarity)及面內均一性要優異，且研磨速度要大。被研磨材的平坦性及面內均一性，可藉由使研磨層高彈性率化而達到某一程度的改善。又，研磨速度則可藉由做成含有氣泡之發泡體使漿料的保持量增加來提升。
例如，在專利文獻1揭示一種研磨布，係用以將 具有高低差之被平坦化材加以平坦化者，其特徵在於研磨面具有局部表面硬度相異的部分，且該局部表面硬度相異的部分是藉由構成表面部之樹脂的相分離而形成。
又，在專利文獻2揭示一種對平坦化很有用的研 磨墊，其特徵在於包含聚合物基質，該聚合物基質內有彈性體性聚合物分散其中，且具有超過室溫之玻璃轉化溫度，前述彈性物性聚合物至少在一個方向上具有至少0.1μm的平均長度，並構成研磨墊的1~45容量%，且具有小於室溫的玻璃轉化溫度。
一旦考慮到次世代構件的發展，便需要可使平坦 性更加提升的高硬度研磨墊。為了使平坦性提升，亦可使用非發泡系的硬研磨墊。然而，在使用此般硬墊時，會有所謂在被研磨材的被研磨面容易產生刮痕(傷痕)的問題。
在專利文獻3揭示一種Cu膜研磨用研磨墊，其係 以抑制刮痕的產生為目的，而具有由聚胺甲酸酯樹脂發泡體所構成之研磨層，該Cu膜研磨用研磨墊之特徵在於前述聚胺甲酸酯樹脂發泡體是異氰酸酯末端預聚物與鏈延長劑 的反應硬化物，前述異氰酸酯末端預聚物含有異氰酸酯成分與高分子量多元醇成分作為原料成分，且前述高分子量多元醇成分含有聚酯多元醇30重量%以上。
在專利文獻4揭示一種具有研磨層的研磨墊，其 特徵在於前述研磨層由含有下述成分之聚胺甲酸酯原料組成物的反應硬化體形成：異氰酸酯末端預聚物(A)，係將含有異氰酸酯成分及聚酯系多元醇之預聚物原料組成物(a)反應而獲得者；異氰酸酯末端預聚物(B)，係將含有異氰酸酯成分及聚醚系多元醇之預聚物原料組成物(b)反應而獲得者；及鏈延長劑；且，前述反應硬化體具有相分離結構。 此外並記載該研磨墊研磨速度大、平坦化特性優異，且可抑制刮痕的產生。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開平8-11050號公報
專利文獻2：日本特開2008-173760號公報
專利文獻3：日本特開2007-42923號公報
專利文獻4：日本特開2011-194563號公報
發明概要
本發明以提供一種研磨墊為目的，該研磨墊具有具3相分離結構的研磨層，且研磨速度大、平坦化特性優異，並可抑制刮痕的產生。又，本發明之目的並在於提供 一種使用有該研磨墊之半導體元件的製造方法。
本案發明人等為解決前述課題一再精心研究，結果發現利用以下所示的研磨墊可達成上述目的，進而完成本發明。
亦即，本發明有關於一種研磨墊，其具有研磨層，該研磨墊之特徵在於前述研磨層由含有下述成分之聚胺甲酸酯原料組成物的反應硬化體形成：異氰酸酯末端預聚物(A)，係將含有異氰酸酯成分及聚酯系多元醇之預聚物原料組成物(a)反應而獲得者；異氰酸酯末端預聚物(B)，係將含有異氰酸酯成分及聚醚系多元醇之預聚物原料組成物(b)反應而獲得者；及鏈延長劑；且前述聚醚系多元醇含有數量平均分子量1000以下的聚醚系多元醇(C)及數量平均分子量1900以上的聚醚系多元醇(D)，前述反應硬化體具有3相分離結構。
本案發明人等著眼在聚酯系多元醇與聚醚系多元醇互不相溶的性質，發現到，藉由使用分別合成的前述異氰酸酯末端預聚物(A)與前述異氰酸酯末端預聚物(B)作為原料，並使該等與鏈延長劑等反應來硬化，可獲得具有巨觀之3相分離結構的反應硬化體。然後發現到，藉由使用該反應硬化體來形成研磨層，相較於在專利文獻4記載之具有2相分離結構的研磨墊，可獲得研磨速度較大、平坦化特 性較優異，且更可抑制刮痕產生的研磨墊。詳細來說，前述研磨層經過使用有調節器的修整處理(切削處理)後會使表面非常銳利，研磨性能因而提升，故研磨速度非常大。又，前述研磨層整體上硬度非常高，因此平坦化特性優異，然後因局部上相分離而具有低硬度區域，故可有效抑制刮痕的產生。
一旦聚醚系多元醇(C)的數量平均分子量超過1000，將無法形成3相分離結構，則表面銳利性降低而無法增大研磨速度。又，當聚醚系多元醇(D)的數量平均分子量小於1900時，亦無法形成3相分離結構，則表面銳利性降低而無法增大研磨速度。
前述3相分離結構具有第1島部、第2島部與海部，第1島部的平均最大長度宜為0.05~100μm、且第2島部的平均最大長度宜為0.05~100μm。當3相分離結構為具有第1島部、第2島部與海部之海島結構時，更加提升上述効果。第1島部是軟質相、第2島部是結晶相，而海部為硬質相。推測第1島部係由以異氰酸酯末端預聚物(A)為主成分的反應硬化體形成，第2島部係由以異氰酸酯末端預聚物(B)為主成分之反應硬化體中之聚醚系多元醇(D)成分形成，海部係由以異氰酸酯末端預聚物(B)為主成分之反應硬化體中聚醚系多元醇(D)成分以外之硬化部分形成。結晶相之第2島部非常脆而容易脫離。因此，推測藉由修整處理可使表面非常銳利，且研磨速度會變大。又，與海部相比，第1島部較為軟質，故推測可有效抑制刮痕的產生。
當第1島部的平均最大長度小於0.05μm時，刮痕 的抑制效果會有變得不充分的傾向。另一方面，在超過100μm時，平坦化特性會有惡化的傾向。
當第2島部的平均最大長度小於0.05μm時，經修 整之表面銳利性會變得不充分，因此研磨速度會有難以變大的傾向。另一方面，在超過100μm時，耐磨耗性降低，因此墊壽命會有變短的傾向。
相對於前述預聚物原料組成物(a)及(b)所含之高 分子量多元醇總重量，聚醚系多元醇(D)的含量宜為4~50重量%。當聚醚系多元醇(D)的含量小於4重量%時，會有難以形成具有3相分離結構之反應硬化體的傾向。另一方面，在超過50重量%時，結晶相的比例會變多，則耐磨耗性降低，因此墊壽命會有變短的傾向。
相對於聚醚系多元醇(D)100重量份，聚醚系多元 醇(C)的含量宜為100~1000重量份。當聚醚系多元醇(C)的含量小於100重量份時，結晶相的比例會變多，則耐磨耗性降低，因此墊壽命會有變短的傾向；在超過1000重量份時，則會有難以形成具有3相分離結構之反應硬化體的傾向。
相對於異氰酸酯末端預聚物(A)100重量份，聚胺 甲酸酯原料組成物宜含有異氰酸酯末端預聚物(B)50~500重量份。當異氰酸酯末端預聚物(B)小於50重量份時，會變得難以形成具有3相分離結構的反應硬化體；在超過500重量份時，軟質相的比例變多，則平坦化特性會有惡化的傾向。
聚酯系多元醇宜為選自於由聚己二酸乙二醇酯 二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇，及聚己二酸六亞甲二醇酯二醇所構成群組中之至少1種。又，聚醚系多元醇(C)及(D)宜為聚四亞甲基醚二醇。
進一步，本發明並有關於一種半導體元件的製造 方法，其包含一使用前述研磨墊來研磨半導體晶圓表面的步驟。
1‧‧‧研磨墊(研磨層)
2‧‧‧研磨平台
3‧‧‧研磨劑(漿料)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支持台(拋光頭)
6、7‧‧‧旋轉軸
圖1係顯示一使用在CMP研磨之研磨裝置之例的概略構成圖。
圖2係以掃描型探針顯微鏡測定實施例1製作之研磨層的表面所得的圖像(30μm×30μm及5μm×5μm)。
圖3係以掃描型探針顯微鏡測定實施例2製作之研磨層的表面所得的圖像(30μm×30μm及5μm×5μm)。
用以實施發明之型態
本發明研磨墊具有含有聚胺甲酸酯樹脂的研磨層。本發明研磨墊可僅為前述研磨層，亦可為研磨層與其他層(例如緩衝層等)的積層體。
聚胺甲酸酯樹脂耐摩耗性優異，且藉由改變各種原料組成可容易獲得具有所欲物性的聚合物，是特別適宜作為研磨層之形成材料的材料。
前述研磨層是由含有下述成分之聚胺甲酸酯原料組成物的反應硬化體形成：異氰酸酯末端預聚物(A)，係 將含有異氰酸酯成分及聚酯系多元醇之預聚物原料組成物(a)反應而獲得者；異氰酸酯末端預聚物(B)，係將含有異氰酸酯成分及聚醚系多元醇之預聚物原料組成物(b)反應而獲得者；及鏈延長劑；且前述反應硬化體具有3相分離結構。
在異氰酸酯成分方面，可使用聚胺甲酸酯領域中 周知之化合物而無特別限定。可舉例如：2,4-二異氰酸甲苯酯、2,6-二異氰酸甲苯酯、2,2’-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、1,5-萘二異氰酸酯、對伸苯基二異氰酸酯、間伸苯基二異氰酸酯、對伸苯二甲基二異氰酸酯、間伸苯二甲基二異氰酸酯等的芳香族二異氰酸酯；伸乙基二異氰酸酯、2,2,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯、1,6-六亞甲基二異氰酸酯等的脂肪族二異氰酸酯；1,4-環己烷二異氰酸酯、4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯、異佛酮二異氰酸酯、降烷二異氰酸酯等的脂環族二異氰酸酯等。該等以1種來使用或混合2種以上使用皆無妨。
除上述二異氰酸酯之外，亦可使用3官能以上的 多官能異氰酸酯。
在聚酯系多元醇方面，可舉例如聚己二酸乙二醇 酯二醇、聚己二酸丙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸六亞甲二醇酯二醇及聚己內酯多元醇等的聚酯多元醇；聚己內酯多元醇等聚酯二醇與伸烷基碳酸酯的反應生成物；以及使碳酸伸乙酯與多元醇反應，接著使獲得之反應混合物與有機二羧酸反應而成之生成物等的聚酯聚碳 酸酯多元醇等。該等可以1種來使用，亦可將2種以上併用。該等之中，宜使用選自於由聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇及聚己二酸六亞甲二醇酯二醇所構成群組中之至少1種聚酯多元醇。
聚酯系多元醇的數量平均分子量並無特別限定，但從獲得之聚胺甲酸酯樹脂的3相分離結構及黏彈性特性的觀點來看，宜為200~5000，且以500~2000為佳。一旦數量平均分子量小於200，會有難以形成3相分離結構的傾向。另一方面，一旦數量平均分子量超過5000，獲得之聚胺甲酸酯樹脂會變軟，平坦化特性會有惡化的傾向。
預聚物原料組成物(a)中，在高分子量多元醇方面宜僅添加前述聚酯系多元醇，然在不損及本發明目的之範圍內，亦可添加其他習知的高分子量多元醇(數量平均分子量在200~5000左右者)。
聚醚系多元醇含有數量平均分子量1000以下的聚醚系多元醇(C)及數量平均分子量1900以上的聚醚系多元醇(D)。
在聚醚系多元醇方面，可舉例如聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚四亞甲基醚二醇(PTMG)及聚六亞甲基醚二醇(PHMG)等的聚醚多元醇；1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、聚丙二醇及/或聚四亞甲二醇等的二醇與光氣或二烯丙基碳酸酯(例如碳酸二苯酯)或者與環式碳酸酯(例如碳酸伸丙酯)之反應生成物等的聚醚聚碳酸酯多元醇等。該等可以1種來使用，亦可將2種以上併用。該 等之中，宜使用聚四亞甲基醚二醇。
聚醚系多元醇(C)的數量平均分子量宜為850以下。聚醚系多元醇(D)的數量平均分子量宜為2000以上。
相對於聚醚系多元醇(D)100重量份，預聚物原料組成物(b)中聚醚系多元醇(C)的含量宜為100~1000重量份。
又，相對於預聚物原料組成物(a)及(b)所含之高分子量多元醇總重量，聚醚系多元醇(D)的含量宜為4~50重量%，且以5~30重量%為佳。
在預聚物原料組成物(b)中，作為高分子量多元醇宜僅添加前述聚醚系多元醇(C)及(D)，然在不損及本發明目的之範圍內，亦可添加其他習知的高分子量多元醇(數量平均分子量在200~5000左右者)。
在預聚物原料組成物(a)及(b)中，亦可添加低分子量多元醇、低分子量多胺及醇胺等的低分子量成分(分子量200以下)。
在低分子量多元醇方面，可舉例如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,4-環己烷二甲醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,4-雙(2-羥基乙氧基)苯、三羥甲基丙烷、甘油、1,2,6-己烷三醇、新戊四醇、四羥甲基環己烷、甲基葡萄糖苷、山梨糖醇、甘露糖醇、半乳糖醇、蔗糖、2,2,6,6-肆(羥甲基)環己醇、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺及三乙醇胺等。該等可以單獨使用，亦可將2種以上併用。
在低分子量多胺方面，可舉例如乙二胺、甲苯二 胺、二苯基甲烷二胺、及二伸乙三胺等。該等可單獨使用，亦可將2種以上併用。
在醇胺方面，可舉例如單乙醇胺、2-(2-胺基乙基 胺基)乙醇及單丙醇胺等。該等可單獨使用，亦可將2種以上併用。
預聚物原料組成物(b)中低分子量成分的摻合量 並無特別限定，係依研磨墊(研磨層)要求的特性來適宜決定。
以預聚物法製造聚胺甲酸酯樹脂時，在預聚物之 硬化上使用鏈延長劑。鏈延長劑是具有2個以上之活性氫基的有機化合物，在活性氫基方面，可例示羥基、1級或2級胺基、硫醇基(SH)等。具體上可列舉例如4,4’-亞甲基雙(鄰氯苯胺)(MOCA)、2,6-二氯-對伸苯基二胺、4,4’-亞甲基雙(2,3-二氯苯胺)、3,5-雙(甲硫基)-2,4-甲苯二胺、3,5-雙(甲硫基)-2,6-甲苯二胺、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、三亞甲二醇-二-對胺基苯甲酸酯、聚氧化四亞甲-二-對胺基苯甲酸酯、4,4’-二胺基-3,3’,5,5’-四乙基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二異丙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’,5,5’-四異丙基二苯基甲烷、1,2-雙(2-胺基苯硫基)乙烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基-5,5’-二甲基二苯基甲烷、N,N’-二-二級丁基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、3,3’-二乙基-4,4’-二胺基二苯基甲烷、間伸苯二甲基二胺、N,N’-二-二級丁基-對伸苯基二胺、間伸苯基二胺及對伸苯二甲基 二胺等之多胺類，或者，上述之低分子量多元醇或低分子量多胺等。該等以1種來使用或混合2種以上使用皆無妨。
異氰酸酯末端預聚物(A)、異氰酸酯末端預聚物 (B)及鏈延長劑的比，依各自的分子量或研磨墊的所需物性等可作各種改變。異氰酸酯末端預聚物(B)的添加量，相對於100重量份之異氰酸酯末端預聚物(A)，宜為50~500重量份，且以100~300重量份為佳。又，為了獲得具有所欲研磨特性之研磨墊，相對於鏈延長劑之活性氫基(羥基、胺基)數，前述預聚物的異氰酸酯基數(NCO Index)宜為0.8~1.2，且以0.99~1.15為佳。異氰酸酯基數在前述範圍外時，則會產生硬化不良而無法獲得要求之比重及硬度，會有研磨特性降低的傾向。
聚胺甲酸酯樹脂(反應硬化體)，可以熔融法、溶 液法等周知的胺基甲酸酯化技術來製造，但考慮到成本、作業環境等，則以熔融法來製造為宜。
本發明聚胺甲酸酯樹脂是利用預聚物法來製 造。以預聚物法獲得之聚胺甲酸酯樹脂因物理上的特性優異而適宜。
又，異氰酸酯末端預聚物(A)及(B)為分子量在300~5000左右者，其加工性、物理上的特性等優異而適宜。
本發明聚胺甲酸酯樹脂係使含有異氰酸酯末端預聚物(A)、異氰酸酯末端預聚物(B)及鏈延長劑之聚胺甲酸酯原料組成物反應硬化來製造。
聚胺甲酸酯樹脂可為發泡體，亦可為非發泡體。 聚胺甲酸酯樹脂的製造可為計量各成分後投入容器攪拌的分批方式，又亦可為連續供給各成分於攪拌裝置中攪拌並送出混合液來製造成形品的連續生產方式。
又，可將異氰酸酯末端預聚物(A)及(B)置入反應 容器，之後投入鏈延長劑加以攪拌，再流入預定大小的注模來製做聚胺甲酸酯樹脂塊材，並使用切片機將該塊材切片來製造研磨層，或亦可於前述之注模階段，加工為薄片狀來製造研磨層。又，亦可將成為原料的聚胺甲酸酯樹脂溶解並從T型模具擠出成形，直接獲得片狀的研磨層。
在聚胺甲酸酯發泡體的製造方法方面，可舉添加 中空珠的方法、機械發泡法(包含機械處理法)、化學發泡法等。此外，各方法亦可併用，但特別以使用聚烷基矽氧烷與聚醚之共聚物之聚矽氧系界面活性劑的機械發泡法為宜。在聚矽氧系界面活性劑方面，適宜的化合物可例示SH-192及L-5340(Dow Corning Toray Silicones公司製)、B8443、B8465(Goldschmidt公司製)等。在聚胺甲酸酯原料組成物中宜添加聚矽氧系界面活性劑0.05~10重量%，且以0.1~5重量%為佳。
此外，依需要亦可添加抗氧化劑等穩定劑、潤滑 劑、顏料、填充劑、抗靜電劑及其他添加劑。
關於構成研磨墊(研磨層)之細微氣泡型聚胺甲酸酯發泡體之製造方法例說明如下。該聚胺甲酸酯發泡體的製造方法具有以下步驟：
1)製作氣泡分散液之發泡步驟
於含有異氰酸酯末端預聚物(A)及(B)之第1成分添加聚矽氧系界面活性劑使其在聚胺甲酸酯發泡體中達0.05~10重量%，在非反應性氣體的存在下攪拌，使非反應性氣體分散成細微氣泡而形成氣泡分散液。前述預聚物在常溫下為固體時，則預熱至適宜的溫度加以熔融來使用。
2)硬化劑(鏈延長劑)摻混步驟
於上述氣泡分散液添加、摻混含有鏈延長劑之第2成分並加以攪拌做成發泡反應液。
3)注模步驟
將上述發泡反應液流入模具。
4)硬化步驟
將流入模具之發泡反應液流加熱並使之反應硬化。
在用以形成前述細微氣泡之非反應性氣體方面，以非可燃性者為宜，具體可例示氮、氧、二氧化碳氣體、氦或氬等的稀有氣體或該等的混合氣體，在成本上以使用經乾燥除去水分之空氣為最佳。
作為使非反應性氣體成細微氣泡狀分散於含有聚矽氧系界面活性劑之第1成分中的攪拌裝置，並無特別限定，可使用周知的攪拌裝置，具體上可例示均質機、溶解機、雙軸行星型攪拌機(planetary mixer)等。攪拌裝置的攪拌翼形狀亦無特別限定，但宜使用攪打器型(whipper type)攪拌翼，其可獲得細微氣泡。為了獲得目標之聚胺甲酸酯發泡體，攪拌翼的旋轉數宜為500~2000rpm，且以800~1500rpm為佳。又，攪拌時間可依目標密度而適宜調整。
此外，在發泡步驟中做成氣泡分散液的攪拌，與 在混合步驟中添加並混合鏈延長劑的攪拌，使用不同的攪拌裝置亦為一種較佳態樣。特別是在混合步驟中的攪拌亦可為非形成氣泡之攪拌，且宜使用不捲入大氣泡之攪拌裝置。作為如此的攪拌裝置，以行星型攪拌機為適宜。即便發泡步驟與混合步驟的攪拌裝置使用同樣的攪拌裝置亦無妨，依照需要調整攪拌翼的旋轉速度之類對攪拌條件進行調整，亦為一合適之作法。
聚胺甲酸酯發泡體的製造方法中，將發泡反應液 流入模具並將反應至變得不流動之發泡體加熱、後硬化一事，具有提升發泡體之物理特性的效果而極度適宜。亦可設定將發泡反應液流入模具並直接置入加熱爐中進行後硬化之條件，即便在如此條件下熱也不會馬上傳達於反應成分，因此氣泡直徑不會變大。硬化反應在常壓下進行會穩定氣泡形狀因而為宜。
此外，使用3級胺系等周知的促進聚胺甲酸酯反 應之催化劑亦無妨。催化劑的種類、添加量，是考慮摻混步驟後，流入預定形狀模具的流動時間來做選擇。
聚胺甲酸酯發泡體的平均氣泡直徑宜為20~70μm，且以30~60μm為佳。
就聚胺甲酸酯發泡體而言，ASKER D硬度宜為35~65度，且以40~65度為佳。
就聚胺甲酸酯非發泡體而言，ASKER D硬度宜為45~75度，且以45~65度為佳。
聚胺甲酸酯發泡體的比重宜為0.4~1.0。
由上述聚胺甲酸酯樹脂所構成的研磨層具有3相 分離結構。特別是，3相分離結構具有第1島部、第2島部與海部，且第1島部的平均最大長度宜為0.05~100μm、第2島部的平均最大長度宜為0.05~100μm。
本發明研磨墊(研磨層)之與被研磨材接觸的研 磨表面，以具有用以保持、更新漿料的凹凸構造為宜。由發泡體所構成的研磨層，於研磨表面具有許多開口，具有保持、更新漿料的作用，然藉由於研磨表面形成凹凸構造，可更有效率進行漿料的保持與更新，又可防止因與被研磨材吸附而造成研磨對象物的破壊。凹凸構造只要為保持、更新漿料之形狀即無特別限定，可舉例如XY格子槽、同心圓狀槽、貫通孔、無貫通的洞、多角柱、圓柱、螺旋狀槽、偏心圓狀槽、放射狀槽及組合該等槽者。又，該等凹凸構造一般為具有規則性者，然為使漿料的保持、更新性符合所需，亦可於每一範圍就改變槽間距、槽寬、槽深等。
前述凹凸構造的製作方法並無特別限定，但可舉 例如：使用如預定尺寸之鉗口之夾具進行機械切削的方法；將樹脂流入具有預定表面形狀之模具並使之硬化來製作的方法；將樹脂以具有預定表面形狀之壓板來加壓的加壓製作方法；使用光刻法來製作的方法；使用印刷手法來製作的方法；藉由使用有二氧化碳雷射等雷射光之製作方法等。
研磨層的厚度並無特別限定，通常為0.8~4mm左 右，且以1.5~2.5mm為宜。作為製作前述厚度之研磨層的方法，可列舉如下：將前述細微發泡體的塊材使用帶鋸式或鉋式的切片機做成預定厚度的方法；將樹脂流入具有預定厚度之模穴的模具並使之硬化的方法；及使用有塗布技術或片成形技術之方法等。
本發明研磨墊，亦可為貼合前述研磨層與緩衝片 而成者。
前述緩衝片(緩衝層)為補充研磨層之特性者。緩 衝片於CMP中係用以使具有折衷關係之平坦性與均一性此二者兼備之所必須。所謂平坦性，是說具有圖案形成時所產生之微小凹凸之研磨對象物經研磨時圖案部的平坦性(planarity)；所謂均一性，是說研磨對象物全體的均一性(uniformity)。利用研磨層的特性改善平坦性，並利用緩衝片的特性改善均一性。於本發明研磨墊中，緩衝片以使用較研磨層柔軟者為宜。
在緩衝片方面，可舉例如聚酯不織布、尼龍不織 布、丙烯酸不織布等的纖維不織布；或如浸潤有聚胺甲酸酯之聚酯不織布的樹脂浸潤不織布；聚胺甲酸酯發泡物、聚乙烯發泡物等的高分子樹脂發泡體；丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠等的橡膠性樹脂；感光性樹脂等。
在貼合研磨層與緩衝片之手段方面，可舉例如將研磨層與緩衝片以雙面膠帶夾住且加壓的方法。
雙面膠帶是具有在不織布或薄膜等基材雙面設置有接著層之一般構成者。考慮到防止漿料浸滲緩衝片 等，基材宜使用薄膜。
本發明研磨墊，亦可在與平台接著之面設置雙面 膠帶。在該雙面膠帶方面，可使用與上述同樣的具有在基材雙面設置有接著層之一般構成者。在基材方面，可舉例如不織布或薄膜等。若考慮到研磨墊使用後要從平台剝離，則基材宜使用薄膜。
半導體元件經由使用前述研磨墊研磨半導體晶 圓表面的步驟來製造。所謂半導體晶圓，一般是於矽晶圓上積層配線金屬及氧化膜者。半導體晶圓的研磨方法、研磨裝置並無特別限制，例如，可使用如圖1所示之研磨裝置等來進行，該研磨裝置具備支持研磨墊(研磨層)1之研磨平台2、支持半導體晶圓4的支持台(拋光頭)5、用以對進行晶圓均一加壓的襯底材、與研磨劑3之供給機構。研磨墊1，可藉由譬如以雙面膠帶貼附來安裝於研磨平台2。研磨平台2與支持台5係配置成會使各自所支持的研磨墊1與半導體晶圓4相對向之狀態，且各自具備旋轉軸6、7。又，於支持台5側，設置有用以將半導體晶圓4壓抵於研磨墊1的加壓機構。在研磨時，邊使研磨平台2與支持台5旋轉，邊將半導體晶圓4壓抵於研磨墊1，且邊供給漿料邊進行研磨。漿料之流量、研磨負載、研磨平台旋轉數及晶圓旋轉數並無特別限制，係適宜調整來進行。
藉此，除去半導體晶圓4表面之突出部分而研磨 成平坦狀。之後，藉由切割、黏合、封裝等製造半導體元件。半導體元件是用於演算處理裝置或記憶體等。
實施例
以下，將舉實施例以說明本發明，但本發明並非侷限於此等實施例者。
[測定、評價方法]
(數量平均分子量的測定)
數量平均分子量以GPC(凝膠滲透層析法)測定並利用標準聚苯乙烯來換算。
GPC裝置：島津製作所製、LC-10A
管柱：Polymer Laboratories公司製，連結(PLgel、5μm、500Å)、(PLgel、5μm、100Å)及(PLgel、5μm、50Å)此3管柱來使用。
流量：1.0ml/min
濃度：1.0g/l
注入量：40μl
管柱溫度：40℃
展開液：四氫呋喃
(第1島部及第2島部之平均最大長度的測定)
將製作之聚胺甲酸酯發泡體切割(任意大小)，並在-80℃的環境下，使用超薄切片機(萊卡公司製、LEICA EM UC6)，並以鑽石刀切出平滑面。之後，使用掃描型探針顯微鏡(島津製作所製、SPM-9500)及懸臂(OLYMPUS公司製、OMCL-AC200TS-R3、彈簧常數：9N/m、共振頻率：150Hz)，並在懸臂的掃描速度1Hz、測定溫度23℃的條件下，以黏彈性測定系統的相位檢測模式測定該平滑面(測定 範囲：30μm×30μm及5μm×5μm)。在獲得圖像之濃淡範圍設為2V時，將可由濃淡明確判斷島部的圖像使用圖像解析軟體(WinRoof、三谷商事(股))來表示，分別測定在測定範圍30μm×30μm及5μm×5μm中10個第1島部及10個第2島部的最大長度，並從該等數值算出平均最大長度。
(平均氣泡直徑的測定)
將製作之聚胺甲酸酯發泡體以薄片切片機平行切成厚度盡可能薄至1mm以下者，做為平均氣泡直徑測定用試料。將試料固定於載玻片上，使用SEM(S-3500N、日立ScienceSystems(股))以100倍觀察。對獲得之影像使用影像解析軟體(WinRoof、三谷商事(股))，測定任意範圍的全氣泡直徑，算出平均氣泡直徑(μm)。
(硬度的測定)
遵照JIS K6253-1997進行。將製作之聚胺甲酸酯發泡體切成2cm×2cm(厚度：任意)的大小者做為硬度測定用試料，並在溫度23℃±2℃、濕度50%±5%的環境下靜置16小時。於測定時使試料重疊，做成厚度6mm以上。使用硬度計(高分子計器公司製、ASKER D型硬度計)來測定硬度，並在任意的10處中測定硬度，求出其平均值。
(比重的測定)
遵照JIS Z8807-1976進行。將製作之聚胺甲酸酯發泡體切成4cm×8.5cm的條狀(厚度：任意)者做為比重測定用試料，並在溫度23℃±2℃、濕度50%±5%的環境下靜置16小時。在測定時使用比重計(Sartorius公司製)來測定比重。
(研磨特性的測定)
作為研磨装置使用SPP600S(岡本工作機械公司製)，並使用製作之研磨墊來進行研磨特性的評價。研磨速度係就已於8吋矽晶圓上製有1μm熱氧化膜者研磨60秒，並以此時的研磨量來算出。在氧化膜的膜厚測定，使用光干涉式膜厚測定裝置(Nanometrics公司製、裝置名：Nanospec)。研磨條件方面，於研磨中以流量150ml/min添加二氧化矽漿料(SS12、CABOT公司製)作為漿料。在研磨負載方面為350g/cm2、研磨平台旋轉數設為35rpm、晶圓旋轉數設為30rpm。
平坦化特性是以磨削量來評價。於8吋矽晶圓使 熱氧化膜堆積0.5μm後，並在進行預定之圖案成形後，在p-TEOS使氧化膜堆積1μm，製作附有初期高低差0.5μm之圖案的晶圓。將此晶圓以前述條件進行研磨，並在研磨後測定各高低差來算出磨削量。所謂磨削量是，在寬270μm的線以30μm間隔並排之圖案、與寬30μm的線以270μm的間隔並排的圖案中，前述2種圖案之線的上部高低差成為2000Å以下時之270μm之間隔的磨削量。270μm之間隔的磨削量少時，則不欲削之部分的磨削量少，表示平坦性高。
刮痕的評價是藉由下述步驟來進行：以前述條件 研磨3枚8吋的測試晶圓，之後，研磨堆積有厚度10000Å熱氧化膜的8吋晶圓1分鐘，然後使用KLA Tencor公司製的瑕疵評價裝置(Surfscan SP1)，測定研磨後晶圓上有多少0.19μm以上的條痕。
實施例1
於容器置入二異氰酸甲苯酯(2,4-式/2,6-式=80/20的混合物)259重量份及數量平均分子量1000的聚己二酸乙二醇酯二醇741重量份，並在70℃下使之反應4小時，獲得異氰酸酯末端預聚物(A)。
於容器置入二異氰酸甲苯酯(2,4-式/2,6-式=80/20的混合物)392重量份、異佛酮二異氰酸酯88重量份、數量平均分子量2000的聚四亞甲基醚二醇53重量份、數量平均分子量1000的聚四亞甲基醚二醇106重量份、數量平均分子量650的聚四亞甲基醚二醇103重量份及數量平均分子量250的聚四亞甲基醚二醇258重量份，並在70℃下使之反應4小時，獲得異氰酸酯末端預聚物(B)。
將前述預聚物(A)33重量份、前述預聚物(B)67重量份、及聚矽氧系界面活性劑(Goldschmidt公司製、B8465)3重量份添加於聚合容器內並混合，調整至70℃並減壓去泡。之後，使用攪拌翼，於反應系統內以旋轉數900rpm激烈進行約4分鐘的攪拌使氣泡混入。在這裡添加預先以120℃熔融之4,4’-亞甲基雙(鄰氯苯胺)27.2重量份(NCO Index：1.1)。將該混合液攪拌約70秒鐘後，流入盆形的敞鑄模(注模容器)。並在該混合液的流動性消失之時點放入烘箱內，以100℃進行16小時的後熱處理，而獲得聚胺甲酸酯發泡體塊材。
將加熱至約80℃之前述聚胺甲酸酯發泡體塊材使用切片機(Amitec公司製、VGW-125)切片，獲得聚胺甲酸酯發泡體片。接著，使用磨光機(Amitec公司製)，將該片的表面行 磨光處理直到厚度成為1.27mm，作為經整修厚度精度之薄片。將此經磨光處理之片按直徑61cm的大小來沖切，並使用槽加工機(TECHNO公司製)於表面進行槽寬0.25mm、槽間距1.50mm、槽深度0.40mm之同心圓狀的槽加工來獲得研磨層。研磨層表面是具有第1島部、第2島部與海部的海島結構，且第1島部與第2島部的形狀是圓形(參照圖2)。在與該研磨層的槽加工面為相反側的面使用貼合機來貼附雙面膠帶(積水化學工業公司製、double tack tape)。進一步，將經電暈處理之緩衝片(TORAY公司製、聚乙烯發泡物、TORAYPEF、厚度0.8mm)的表面行磨光處理，並使用貼合機將其貼合於前述雙面膠帶。更進一步，使用貼合機將雙面膠帶貼合於緩衝片的另一面來製作研磨墊。
實施例2及3、比較例1
除採用表1的調配之外，以與實施例1同樣的方法製作研磨墊。實施例2及3的研磨層為具有第1島部、第2島部與海部的3相分離結構。圖3係以掃描型探針顯微鏡測定實施例2製作之研磨層的表面所得的圖像(30μm×30μm及5μm×5μm)。比較例1的研磨層為具有島部與海部的2相分離結構。
產業上之可利用性
本發明研磨墊可對透鏡、反射鏡等光學材料或矽晶圓、鋁基板及一般要求金屬研磨加工等需要高度表面平坦性的材料穩定且高研磨効率地進行平坦化加工。尤其於矽晶圓及其上形成有氧化物層、金屬層等的元件上欲進一步積層、形成該等氧化物層或金屬層之前所進行之平坦化步驟時，適合使用本發明之研磨墊。
1‧‧‧研磨墊(研磨層)
2‧‧‧研磨平台
3‧‧‧研磨劑(漿料)
4‧‧‧被研磨材(半導體晶圓)
5‧‧‧支持台(拋光頭)
6、7‧‧‧旋轉軸

Claims (8)

  1. 一種研磨墊，其具有研磨層，該研磨墊之特徵在於前述研磨層由含有下述成分之聚胺甲酸酯原料組成物的反應硬化體形成：異氰酸酯末端預聚物(A)，係將含有異氰酸酯成分及聚酯系多元醇之預聚物原料組成物(a)反應而獲得者；異氰酸酯末端預聚物(B)，係將含有異氰酸酯成分及聚醚系多元醇之預聚物原料組成物(b)反應而獲得者；及鏈延長劑；且前述聚醚系多元醇含有數量平均分子量1000以下的聚醚系多元醇(C)及數量平均分子量1900以上的聚醚系多元醇(D)，前述反應硬化體具有3相分離結構。
  2. 如請求項1之研磨墊，其中3相分離結構具有第1島部、第2島部與海部，第1島部的平均最大長度為0.05~100μm，而第2島部的平均最大長度為0.05~100μm。
  3. 如請求項1之研磨墊，其中相對於預聚物原料組成物(a)及(b)所含之高分子量多元醇總重量，聚醚系多元醇(D)的含量為4~50重量%。
  4. 如請求項1之研磨墊，其中相對於聚醚系多元醇(D)100重量份，聚醚系多元醇(C)的含量為100~1000重量份。
  5. 如請求項1之研磨墊，其中聚胺甲酸酯原料組成物係相 對於異氰酸酯末端預聚物(A)100重量份，含有異氰酸酯末端預聚物(B)50~500重量份。
  6. 如請求項1之研磨墊，其中聚酯系多元醇為選自於由聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇，及聚己二酸六亞甲二醇酯二醇所構成群組中之至少1種。
  7. 如請求項1至6中任1項之研磨墊，其中聚醚系多元醇(C)及(D)為聚四亞甲基醚二醇。
  8. 一種半導體元件的製造方法，包含一使用如請求項1至7中任1項之研磨墊來研磨半導體晶圓表面的步驟。
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