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TW202328247A - 化學機械拋光墊及其製備 - Google Patents

化學機械拋光墊及其製備 Download PDF

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TW202328247A
TW202328247A TW111138390A TW111138390A TW202328247A TW 202328247 A TW202328247 A TW 202328247A TW 111138390 A TW111138390 A TW 111138390A TW 111138390 A TW111138390 A TW 111138390A TW 202328247 A TW202328247 A TW 202328247A
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百年 錢
羅伯特Ｍ 布隆奎斯特
萊拉Ｍ 艾爾賽德
麥克E 米爾斯
坎查爾拉 阿倫 雷迪
布萊德雷Ｋ 泰勒
石井 夏
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美商杜邦電子股份有限公司
美商羅門哈斯電子材料Ｃｍｐ控股公司
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Abstract

本發明關於一種具有拋光層的化學機械拋光墊。該拋光層含有擠出片材。該擠出片材係含有嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的可光聚合組成物。

Description

化學機械拋光墊及其製備
本發明總體上關於先進半導體裝置的化學機械拋光（CMP）領域。更具體地，本發明關於一種CMP墊，以及製備該CMP墊之方法。
在積體電路以及其他電子裝置的製造中，將多層導電材料、半導電材料以及介電材料沈積在半導體晶圓的表面上或從半導體晶圓的表面上去除。可以藉由多種沈積技術來沈積導電材料、半導電材料以及介電材料的薄層。在現代加工中常見的沈積技術包括物理氣相沈積（PVD）（也稱為濺射）、化學氣相沈積（CVD）、電漿增強的化學氣相沈積（PECVD）、以及電化學電鍍（ECP）。
隨著材料層被依次地沈積和去除，晶圓的最上表面變成非平面的。因為後續的半導體加工（例如，金屬化）要求晶圓具有平坦的表面，所以需要對晶圓進行平坦化。平坦化可用於去除不希望的表面形貌和表面缺陷，諸如粗糙表面、附聚的材料、晶格損傷、劃痕、以及被污染的層或材料。
化學機械平坦化、或化學機械拋光（CMP）係用於將襯底（諸如半導體晶圓）平坦化的常見技術。在常規的CMP中，將晶圓安裝在托架組件上並且定位成與CMP設備中的拋光墊接觸。托架組件向晶圓提供可控的壓力，從而將晶圓壓靠在拋光墊上。該墊藉由外部驅動力相對於晶圓移動（例如，旋轉）。與此同時，在晶圓與拋光墊之間提供化學組成物（「漿料」）或其他拋光液。因此，藉由墊表面和漿料的化學和機械作用將晶圓表面拋光並且使其成為平面。
在拋光墊的製備中已經採用了各種各樣的組成物和方法。
美國專利案號6,036,579和6,210,254揭露了具有一種或多種光刻誘導的表面圖案的聚合物拋光墊。光刻使得能夠產生用常規機加工技術不可能實現的有用表面圖案，並且使得能夠使用其他太軟而無法藉由常規機加工技術進行圖案化的墊材料。
美國專利案號7,329,170揭露了具有藉由光刻法產生的拋光層的拋光墊的生產方法。該方法包括由至少含有引發劑和待用能量射線固化的能量射線反應性化合物的固化組成物形成片材模製品；將片材模製品暴露於能量射線以誘導其改性，從而改變片材模製品在溶劑中的溶解度；以及將用能量射線照射之後的片材模製品顯影，以用溶劑部分去除固化組成物，從而在表面上形成凹凸圖案。
美國專利申請公開案號20050107007揭露了一種拋光墊，其包含非織造織物作為基礎基質和填充非織造織物之間的空隙的無孔光固化樹脂。光固化樹脂組成物含有至少一個選自由以下組成之群組的成員：親水性光聚合聚合物或低聚物，和/或親水性光聚合單體。
美國專利案號9,067,299、10,029,405、9,457,520和9,744,724揭露了製造拋光墊的拋光層之方法，該等方法包括用3D印表機連續沈積多個層，多個拋光層的每個層係藉由從噴嘴噴出墊材料先質並使墊材料先質凝固以形成固化的墊材料來沈積的。
美國專利案號5,965,460揭露了由聚胺酯光聚合物構成的拋光墊。該聚胺酯光聚合物係藉由使聚胺酯預聚物與丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯反應而形成的。聚胺酯預聚物係選自由聚酯、聚醚、聚丁二烯及其混合物組成之群組的反應物與二異氰酸酯的反應產物。
美國專利案號8,512,427揭露了一種包括丙烯酸酯聚胺酯拋光層的化學機械拋光墊，其中該拋光層展現出65至500 MPa的拉伸模量；50%至250%的斷裂伸長率；25至200 MPa的儲能模量；25至75的蕭氏D硬度；以及1至10 μm/min的濕切率。
存在對於具有較高的CMP平坦化性能以及生產率的改進的化學機械拋光墊的需要。本發明藉由提供具有拋光層的CMP墊來滿足這種需求，該拋光層含有藉由擠出並且隨後UV固化可光聚合組成物而形成的擠出片材以改進拋光性能，該可光聚合組成物包含嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯、光引發劑、以及視需要油和/或染料。
一個實施方式提供了一種化學機械（CMP）拋光墊，該拋光墊適用於拋光半導體襯底、光學襯底和磁性襯底中的至少一種，該拋光墊具有拋光層和視需要的子墊，該拋光層包括擠出片材，該擠出片材包含含有嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的可光聚合組成物，其中所述嵌段共聚物以基於該擠出片材的總重量大於50 wt%的量存在，並且其中在藉由光化輻射進行固化後，該擠出片材具有在40至70範圍內的蕭氏D硬度。
另一個實施方式提供了可光聚合組成物進一步包含油。
另一個實施方式提供了嵌段共聚物係三嵌段共聚物。
另一個實施方式提供了三嵌段共聚物係苯乙烯嵌段共聚物或聚胺酯嵌段共聚物。
另一個實施方式提供了苯乙烯嵌段共聚物係一個或多個選自由以下組成之群組的成員：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯（SEPS）嵌段共聚物、及其混合物。
另一個實施方式提供了嵌段共聚物以大於65%的量存在。
另一個實施方式提供了丙烯酸酯係一個或多個選自由以下組成之群組的成員：1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、及其混合物。
另一個實施方式提供了擠出片材具有在45至65範圍內的蕭氏D硬度。
另一個實施方式提供了擠出片材具有在45至55範圍內的蕭氏D硬度。
另一個實施方式提供了可光聚合組成物不含任何有機溶劑。
另一個實施方式提供了可光聚合組成物進一步包含增塑劑。
另一個實施方式提供了一種用於製造擠出片材之方法，該擠出片材待用作適用於拋光半導體襯底、光學襯底和磁性襯底中的至少一種的化學機械拋光墊中的拋光層，該方法包括： (a) 在擠出機中混配包含嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的可光聚合組成物； (b) 將步驟 (a) 的混配混合物經片材模具擠出到支撐體上； (c) 使步驟 (b) 的產物通過多個壓延輥；以及 (d) 將步驟 (c) 的產物暴露於光化輻射； 其中所述嵌段共聚物以基於擠出片材的總重量大於50 wt%的量存在，並且其中在步驟 (d) 中UV固化之後，拋光層具有在40至70範圍內的蕭氏D硬度。
另一個實施方式提供了該方法進一步包括在步驟 (c) 與步驟 (d) 之間的壓花步驟，以在步驟 (c) 的產物上形成圖案。
又另一個實施方式提供了擠出機係雙螺桿擠出機。
熟悉該項技術者藉由閱讀以下具體實施方式將更容易地理解本發明之實施方式的該等和其他特徵和優點。為清楚起見，作為單獨實施方式在上文和下文描述的所揭露的實施方式的某些特徵也可以在單個實施方式中以組合的方式提供。相反，在單個實施方式的背景下描述的所揭露的實施方式的不同特徵也可單獨提供或以任何子組合的方式提供。
除非另外說明或定義，否則本文使用的所有技術和科學術語均具有本揭露所屬領域普通技術人員通常所理解的含義。
除非另外說明，否則所有的百分比、份數、比率等皆為按重量計。
當量、濃度、或者其他值或參數以範圍、較佳的範圍、或一系列上限較佳值和下限較佳值給出時，這應當被理解為具體揭露了由任何範圍上限或較佳值與任何範圍下限或較佳值的任一配對所形成的所有範圍，而不論範圍是否被單獨揭露。當本文列舉數值範圍時，除非另外說明，否則該範圍旨在包括其端點，以及該範圍內的所有整數和分數。
除非另外指明，否則溫度和壓力條件係環境溫度和標準壓力。所有列舉的範圍係包括端值的和可組合的。
除非另外指明，否則任何含有括弧的術語可替代地是指如同不存在括弧一樣的整個術語以及沒有括弧的術語、以及每一可選擇項的組合。
如本文所使用的，術語「ASTM」係指賓夕法尼亞州西康舍霍肯的ASTM國際組織（ASTM International, West Conshohocken, PA）的出版物。
如本文使用的，除非另外指明，否則術語「分子量」或「平均分子量」意指給定材料的如由其製造商所報告的化學式量。平均分子量係指標對給定材料中的分子分佈所報告的分子量，例如聚合物分佈。
如本文使用的，術語「半導體晶圓」旨在涵蓋半導體襯底（如未圖案化的半導體或具有圖案的半導體）、半導體裝置、用於各種互連水平的各種封裝物（包括單晶片晶圓或多晶片晶圓）、用於發光二極體（LED）的襯底、或其他需要焊接連接的組件。
如本文使用的，術語「半導體襯底」被定義為意指任何包含半導體材料的構造。半導體襯底包括半導體裝置和具有一個或多個半導體層或結構的任何襯底，該等半導體層或結構包括半導體裝置的有源或可操作部分。
如文本使用的，術語「半導體裝置」係指半導體襯底，在其上已經製造或正在製造至少一種微電子裝置。
如本文使用的，術語「蕭氏D硬度」和「蕭氏A硬度」係如根據ASTM D2240-15（2015）「Standard Test Method for Rubber Property - Durometer Hardness[橡膠特性的標準測試方法—硬度計硬度]」在給定時間段後測量的給定材料的硬度值。在分別配備有D或A探針的雷克斯混合硬度測試儀（Rex Hybrid hardness tester）（雷克斯儀錶公司，伊利諾州布法羅格羅夫（Rex Gauge Company, Inc., Buffalo Grove, IL））上測量硬度。對於每次硬度測量，將四個樣品堆疊並打亂；並且在測試並使用ASTM D2240-15（2015）中概述之方法改進硬度測試的可重複性之前，藉由將所測試的每個樣品在23°C下在50%相對濕度中放置五天來對其進行調節。
如本文使用的，術語「輻射」、「照射」或「光化輻射」意指典型地在光引發劑的存在下引起具有烯鍵式不飽和雙鍵（如丙烯酸或甲基丙烯酸雙鍵）的單體和/或低聚物聚合的輻射。光化輻射可以包括紫外線輻射、可見光和e-beam輻射。光化輻射源可以是自然太陽光或人工輻射源。紫外線輻射作為光化輻射的實例包括但不限於：UV-A輻射，其落入從320奈米（nm）至400 nm的波長範圍內；UV-B輻射，其係具有的波長落入從280 nm至320 nm範圍內的輻射；UV-C輻射，其係具有的波長落入從100 nm至280 nm範圍內的輻射；以及UV-V輻射，其係具有的波長落入從400 nm至800 nm範圍內的輻射。
術語「光引發劑」係暴露於輻射時促進聚合反應並且分解成自由基的化合物。光引發劑涵蓋一種或多種化合物，其單獨地或一起促進聚合反應。
除非另外指明，否則上述化學品從奧德里奇公司，威斯康辛州密爾沃基（Aldrich, Milwaukee, WI）或其他類似實驗室化學品供應商處獲得。
此外，除非上下文具體地另外說明，否則對單數的提及也可包括複數（例如，「一個/種」可指一個/種，或一個/種或多個/種）。
本發明提供的化學機械拋光墊中的拋光層包括擠出片材。擠出片材包含含有嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的組成物。嵌段共聚物以基於擠出片材的總重量大於50 wt%、更較佳的是60 wt%、並且最較佳的是65 wt%的量存在。UV固化後，擠出片材具有如根據ASTM D2240測量的在40至70、更較佳的是45至65、並且最較佳的是45至55範圍內的蕭氏D硬度。
較佳的是，嵌段共聚物係苯乙烯嵌段共聚物或聚胺酯嵌段共聚物。較佳的是，苯乙烯嵌段共聚物係一個或多個選自由以下組成之群組的成員：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯（SEPS）嵌段共聚物、及其混合物。更較佳的是，苯乙烯嵌段共聚物係苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物或苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物。最較佳的是，苯乙烯嵌段共聚物係苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物。
較佳的是，可UV固化丙烯酸酯係一個或多個選自由以下組成之群組的成員：1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、及其混合物。合適的可UV固化丙烯酸酯包括但不限於1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、烷氧基化環己烷二甲醇二丙烯酸酯、烷氧基化己二醇二丙烯酸酯、烷氧基化丙烯酸月桂酯、烷氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、烷氧基化苯酚丙烯酸酯、烷氧基化丙烯酸四氫呋喃酯、芳香族二甲基丙烯酸酯單體、己內酯丙烯酸酯、環己烷二甲醇二丙烯酸酯、環己烷二甲醇二甲基丙烯酸酯、己二酸二丁氧基乙氧基乙酯、丙烯酸二丁氧基乙氧基乙酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、二新戊四醇五丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯、乙氧基化甲基丙烯酸羥乙酯、乙氧基化壬基酚丙烯酸酯、乙氧基化壬基酚甲基丙烯酸酯、乙氧基化壬基酚甲基丙烯酸酯、乙氧基化新戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異癸酯、甲基丙烯酸異癸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲氧基聚乙二醇單丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、新戊四醇四丙烯酸酯、新戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇單甲基丙烯酸酯、丙氧基化甲基丙烯酸烯丙酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸硬脂酯、四乙二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸四氫呋喃酯、甲基丙烯酸四氫呋喃酯、三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯、丙烯酸十三烷基酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
較佳的是，使用至少一種光引發劑，並且其以基於擠出片材的總重量從約0.1 wt%至約15 wt%的量存在。一種或多種光引發劑可以在以下值任意兩個之間並且視需要包括以下值中的任意兩個：基於擠出片材的總重量0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1、3、5、7、9、11、13和15 wt%。更較佳的是，一種或多種光引發劑以基於擠出片材的總重量從約1至約5 wt%的量存在。在大多數實施方式中，光引發劑對可見光或紫外線輻射敏感。
如熟悉該項技術者已知的，許多光引發劑可以適用於本文所述之本發明中。光引發劑包括但不限於：醌；菲醌；多核醌；二苯甲酮；苯偶姻醚，例如像苯偶姻甲醚、苯偶姻正丁醚、苯偶姻異丁醚；酮，例如像芳基酮、氧基磺醯基酮、磺醯基酮、胺基酮；苯丙酮；苯乙酮，如羥基烷基苯基苯乙酮、二烷氧基苯乙酮、和2,2-二乙氧基苯乙酮；α鹵素苯乙酮；1-羥基環己基苯基甲酮；噻吩基𠰌啉代酮；硫𠮿口星酮；苯基乙醛酸甲酯；乙基苯基聚氧基化物；醯基氧化膦；烷氧基苯基取代的氧化膦，例如像雙(2,4,6,-三甲基苯甲醯基)-苯基氧化膦、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲醯基)-氧化膦；過氧化物；二咪唑；苯甲醯肟酯；硼酸鹽；以及米蚩酮。
取決於擠出片材的所希望的最終特性，可光聚合組成物可含有其他添加劑。擠出片材組成物的附加添加劑包括光敏劑、增塑劑、流變改性劑、熱聚合抑制劑、著色劑、加工助劑、抗氧化劑、抗臭氧劑、染料和填料。
取決於所希望的拋光墊的類型，擠出片材的厚度可以在寬範圍內變化。較佳的是，擠出片材具有的平均厚度為20至150密耳；更較佳的是30至125密耳；最較佳的是40至120密耳。 方法
製備待用作化學機械拋光墊中的拋光層的擠出片材之方法包括以下步驟： (a) 在擠出機中混配包含嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的可光聚合組成物； (b) 將步驟 (a) 的混配混合物經片材模具擠出到支撐體上； (c) 使步驟 (b) 的產物通過多個壓延輥；以及 (d) 將步驟 (c) 的產物暴露於光化輻射； 其中所述嵌段共聚物以基於拋光層的總重量大於50 wt%的量存在，並且其中在步驟 (d) 中UV固化之後，擠出片材具有在40至70範圍內的蕭氏D硬度。
在步驟 (a) 中，包含嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的可光聚合組成物在擠出機中混配。較佳的是，擠出機係雙螺桿擠出機、單螺桿混煉機、或行星輥式擠出機。較佳的是，組成物在不存在任何有機溶劑的情況下混配。
在步驟 (b) 中，將步驟 (a) 的混配混合物經片材模具擠出到支撐體上。典型地，支撐體係聚合物膜，如聚酯（PET）膜。更典型地，支撐體係熱塑性片材。
在步驟 (c) 中，使步驟 (b) 的產物通過多個壓延輥，以在支撐體上形成平坦的可光固化層。視需要，對該層進行壓花以在表面形成圖案。
典型地，當需要在可光固化層的表面上形成圖案時，使用熱壓花。熱壓花係常見的圖形藝術技術，用於在襯底上賦予凸起的表面。其通常用於對紙、箔和塑膠膜進行壓花。它能夠達到亞微米解析度，並且通常用於複製表面全息圖。
熱壓花首先使用母版圖像，該母版圖像具有與最終產品中的所希望的圖案相匹配的凸起圖案。此母版可以是扁平的或球形的，後者用於高速卷對卷應用。該等母版可以是具有凸起表面的任何對象。一種常見的製作母版之方法涉及機械或雷射蝕刻法。該等母版還可以藉由光刻製程製作，就像通常在全息圖中所做的那樣。
在步驟 (d) 中，將步驟 (c) 的產物暴露於光化輻射以固化可光固化層中的可光聚合組成物。
在一些實施方式中，固化係藉由將可光固化層暴露於光化輻射來實現的，在大多數實施方式中，光化輻射係紫外線輻射。光化輻射的實例包括但不限於：UV-A輻射，其落入從320奈米（nm）至400 nm的波長範圍內；UV-B輻射，其係具有的波長落入從280 nm至320 nm範圍內的輻射；UV-C輻射，其係具有的波長落入從100 nm至280 nm範圍內的輻射；以及UV-V輻射，其係具有的波長落入從400 nm至800 nm範圍內的輻射。輻射的其他實例可以包括電子束，也稱為e-beam。許多人工輻射源發射含有波長短於320 nm的UV輻射的輻射光譜。波長短於320 nm的光化輻射會發出高能量並且可能對皮膚和眼睛造成損害。具有較長波長的輻射（如UV-A或UV-V）發出較低的能量並且被認為比具有較短波長的輻射（如UV-C或UV-B）更安全。在一些實施方式中，光化輻射係在300與400 nm之間的紫外線輻射。在一些其他實施方式中，光化輻射係在200與450 nm之間的紫外線輻射。
光化輻射暴露時間可以從幾秒至幾十分鐘不等，這取決於輻射的強度和光譜能量分佈、其與可光固化層的距離以及可光固化組成物的性質和量（例如層的厚度）。在一個實施方式中，可固化組成物的層被暴露於光化輻射從約0.5至約20分鐘，並且在另一個實施方式中暴露了從約0.5至10分鐘。暴露溫度較佳的是環境溫度或稍微較高的溫度，即約20°至約35°C。暴露足夠的持續時間和能量，以使層的暴露區域向下交聯至支撐襯底上。在一些實施方式中，將層完全固化所需的總輻射暴露能（有時也稱為通量或能量密度）為從約1000至約30000毫焦耳/平方釐米，並且在其他實施方式中，為從約1500至約20000毫焦耳/平方釐米。
合適的可見光源和UV源的實例包括碳弧、汞蒸氣弧、螢光燈、電子閃光單元、電子束單元、雷射器、LED和照相泛光燈。在一個實施方式中，合適的UV輻射源係一個或多個汞蒸氣燈。在一些實施方式中，汞蒸氣燈可以在離可固化組成物的層約1.5至約60英吋（約3.8至約153 cm）的距離處使用，並且在其他實施方式中，在離可固化組成物的層約1.5至約15英吋（約3.8至約38.1 cm）的距離處使用。
較佳的是，拋光層的拋光表面被適配成藉由賦予拋光表面宏觀紋理來拋光襯底。更較佳的是，拋光表面被適配成藉由賦予拋光表面宏觀紋理來拋光襯底，其中該宏觀紋理選自孔眼和凹槽中的至少一種。孔眼可以從拋光表面部分延伸或一直延伸穿過拋光層的厚度。較佳的是，凹槽被佈置在拋光表面上，使得在拋光期間當化學機械拋光墊旋轉時，至少一個凹槽在被拋光的襯底的表面上掃過。較佳的是，拋光表面具有包括至少一種選自由以下組成之群組的凹槽的宏觀紋理：彎曲凹槽、線性凹槽、及其組合。
較佳的是，拋光表面被適配成藉由賦予拋光表面宏觀紋理來拋光襯底，其中該宏觀紋理包括在拋光層中形成的拋光表面處的凹槽圖案。較佳的是，凹槽圖案包括多個凹槽。更較佳的是，凹槽圖案選自凹槽設計。較佳的是，凹槽設計選自由以下組成之群組：同心凹槽（其可以是圓形或螺旋形），彎曲凹槽，網狀凹槽（例如，佈置為在墊表面上的X-Y網格），其他規則的設計（例如，六邊形、三角形），輪胎胎面類型圖案，不規則的設計（例如，分形圖案），及其組合。更較佳的是，凹槽設計選自由以下組成之群組：隨機凹槽、同心凹槽、螺旋凹槽、網狀凹槽、X-Y網格凹槽、六邊形凹槽、三角形凹槽、分形凹槽、及其組合。最較佳的是，拋光表面具有在其中形成的螺旋凹槽圖案。凹槽輪廓較佳的是選自具有直側壁的矩形，或凹槽截面可以是「V」型、「U」型、鋸齒形、以及其組合。
較佳的是，本發明之化學機械拋光墊的拋光層具有的平均厚度為20至150密耳；更較佳的是30至125密耳；最較佳的是40至120密耳。
較佳的是，本發明之化學機械拋光墊的拋光層可以以多孔和無孔（即，未填充）構造提供。較佳的是，拋光層具有如根據ASTM D1622測量的 ≥ 0.6 g/cm 3的密度。更較佳的是，拋光層具有如根據ASTM D1622測量的0.7至1.2 g/cm 3（更較佳的是0.8至1.1，最較佳的是0.95至1.05）的密度。
較佳的是，拋光層具有如根據ASTM D412測量的100%至500%（更較佳的是150%至450%；最較佳的是200%至400%）的斷裂伸長率。
較佳的是，拋光層具有如根據ASTM D1708-10測量的10至50 MPa（更較佳的是15至40 MPa；最較佳的是20至30 MPa）的韌性。
較佳的是，拋光層具有如根據ASTM D1708-10測量的5至35 MPa（更較佳的是7.5至20 MPa；最較佳的是10至15 MPa）的拉伸強度。
較佳的是，本發明提供的化學機械拋光墊被適配成與拋光機的壓板連接。更較佳的是，本發明提供的化學機械拋光墊被適配成固定在拋光機的壓板上。最較佳的是，本發明提供的化學機械拋光墊被設計成使用壓敏黏合劑和真空中的至少一種固定到壓板上。較佳的是，本發明提供的化學機械拋光墊進一步包含壓板黏合劑，其中該壓板黏合劑設置在化學機械拋光墊的與拋光表面相反的一側。
較佳的是，本發明提供的化學機械拋光墊進一步包括至少一個與拋光層連接的附加層。較佳的是，本發明提供的化學機械拋光墊進一步包括黏附至拋光層的可壓縮基層。可壓縮基層較佳的是改進拋光層與被拋光的襯底的表面的適形性。較佳的是，將可壓縮基層藉由插在可壓縮基層與拋光層之間的疊層黏合劑黏附到拋光層上。較佳的是，疊層黏合劑選自由以下組成之群組：壓敏黏合劑、熱熔性黏合劑、觸壓黏合劑、及其組合。更較佳的是，疊層黏合劑選自由以下組成之群組：壓敏黏合劑和熱熔性黏合劑。最較佳的是，疊層黏合劑係反應性熱熔性黏合劑。
襯底拋光操作中的重要步驟係確定製程的終點。用於終點檢測的一種通用的 原位方法涉及提供具有窗口的拋光墊，該窗口對於選定波長的光係透明的。在拋光期間，將光束通過窗口引導至晶圓表面，在該晶圓表面上，該光束反射並且穿過該窗口回到檢測器（例如，分光光度計）。基於返回的信號，可以確定襯底表面的特性（例如，其上的膜厚度），用以終點檢測目的。為了有助於此類基於光的終點方法，本發明之方法中提供的化學機械拋光墊視需要進一步包括終點檢測窗口。較佳的是，終點檢測窗口選自併入拋光層中的集成窗口；以及併入所提供的化學機械拋光墊中的插入式終點檢測窗口塊。
以下實例說明本發明，但本發明不限於此。 實例
使用Werner Pfleiderer的40 mm、12個機筒的雙螺桿擠出機製造本發明之實例。將所有材料成分計量加入到雙螺桿擠出機中，混合，脫氣並泵送至片材模具中，並且然後從兩個壓延輥之間穿過，在此處它們與兩片PET膜配合。將該等PET膜中的一片用矽酮脫模劑處理，使得蓋片可以在使用前去除。兩個實例的材料組成在下表1中示出。 [表1]
實例 嵌段共聚物（wt%） 可 UV 固化丙烯酸酯（wt%） 光引發劑（wt%） 穩定劑（wt%） 聚丁二烯油（wt%）
PP-1 87 9.4 2.4 1.2 0
PP-2 77 9.4 2.4 1.2 10
嵌段共聚物的實例包括來自科騰公司（Kraton Corporation）的Kraton D1162和來自英力士苯領美國有限責任公司（INEOS Styrolution America LLC）的Styrolux 684D。將來自沙多瑪公司（Sartomer）的己二醇二丙烯酸酯用作可UV固化丙烯酸酯。將來自巴斯夫公司（BASF）的苯偶醯二甲基縮酮（BDK）用作光引發劑。
雙螺桿擠出機以300 rpm旋轉。將雙螺桿擠出機的第一機筒設置在50°C以避免嵌段共聚物的過早熔融。將其他11個機筒按降冪設置為從180°C至約100°C。將片材模具設置在130°C至140°C之間，並且將壓延輥設置為約90°C。
擠出後，將片材樣品放置在Cyrel® 2001E暴露單元中，並將每個面暴露於UV光360秒。擠出片材的厚度為80密耳，切割成35.5” × 35.5”的正方形進行精加工用作CMP拋光墊的頂層。
如下表2所示，UV固化的擠出片材具有接近1.0的密度和接近50的硬度（在2秒下測量的蕭氏D）。 [表2]
UV 固化的片材 密度（g/cm 3） 蕭氏 D（2秒） 蕭氏 D（15秒） 拉伸強度（MPa） 斷裂伸長率
PP-1 0.98 47 45 12.7 278%
PP-2 1.01 51 48 12.0 231%
拋光評估
使用UV固化的PP-1和PP-2片材的拋光層來構造CMP拋光墊，用於拋光晶圓襯底上的鎢膜。對該等拋光層進行機加工凹槽化，以在拋光表面中提供凹槽圖案，該凹槽圖案包括多個具有以下尺寸的同心圓凹槽：0.76 mm（30密耳）深、0.51 mm（20密耳）寬、且間距為1.78 mm（70密耳）的K7凹槽，以及額外的32個0.76 mm（30密耳）深且0.76 mm（30密耳）寬的徑向凹槽。
然後使用反應性熱熔體將拋光層層壓到從羅門哈斯電子材料CMP公司（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.）可獲得的SUBA IV子墊層上。使用雙面壓敏黏合劑膜將所得墊安裝到拋光壓板上。成品墊具有的直徑為775 mm（30.5”）。將VP6000，來自羅門哈斯公司的商業拋光墊也精加工成具有相同的凹槽圖案和子墊構造，以用作對照墊。
使用CMP拋光機（來自應用材料公司，加利福尼亞州聖克拉拉市（Applied Materials, Santa Clara, CA）的Reflexion® LK）拋光300 mm的鎢晶圓。拋光條件包括3.1 psi的下壓力、80 rpm的壓板速度、81 rpm的托架速度、以及100和200 ml/min的兩種拋光介質流速。
使用鎢散裝漿料（NOVAPLANE™ 3510）進行拋光評估。該鎢散裝漿料包含2.0 wt%的直徑約為60 nm的超高純度膠體二氧化矽顆粒、2 wt%的H 2O 2，其中pH大約為2.5。
在拋光前，使用修整盤LPX-W（Saesol Diamond有限公司，韓國京畿道（Saesol Diamond Ind. Co., Ltd, Gyeonggi-do, Korea））進行CMP拋光墊磨合和修整。將每個新墊在9 lbf（40 N）的下壓力下磨合30 min。在拋光過程中，在晶圓拋光之間使用7.5 lbf（33 N）的24 s非原位修整。拋光十個假晶圓之後拋光三個晶圓，對其確定拋光去除速率。
去除速率（RR）係藉由使用ASET F5X計量工具（科磊公司，加利福尼亞州米爾皮塔斯市（KLA-Tencor,Milpitas, CA））運行65點螺旋掃描在3 mm邊緣去除下（針對TEOS膜），以及使用RS200計量工具（科磊公司，加利福尼亞州米爾皮塔斯市）運行65點直徑掃描在5 mm邊緣去除下（針對W膜）測量拋光之前和之後的膜厚度來確定的。
對W和四乙氧基矽烷（TEOS）氧化物拋光在100 ml/min和200 ml/min漿料流速下的RR結果分別匯總在下表3和4中。本發明之兩種墊都示出良好的W RR的可調性和W/TEOS RR選擇性。 [表3]
墊 100 ml/min 的漿料流速
平均 W RR（A/min） 平均 TEOSRR（A/min） W/TEOS RR 選擇性
對照VP6000 2046 479 4.3
PP1 1061 294 3.6
PP2 2095 311 6.7
[表4]
墊 200 ml/min 的漿料流速
平均 W RR（A/min） 平均 TEOS RR（A/min） W/TEOS RR 選擇性
對照VP6000 2360 542 4.4
PP1 1238 345 3.6
PP2 2024 348 5.8
無
無
無

Claims (10)

  1. 一種化學機械拋光墊，該化學機械拋光墊適用於拋光半導體襯底、光學襯底和磁性襯底中的至少一種，該拋光墊具有拋光層，該拋光層包括擠出片材，該擠出片材包含含有嵌段共聚物、可UV固化丙烯酸酯和光引發劑的可光聚合組成物，其中該嵌段共聚物以基於該擠出片材的總重量大於50 wt%的量存在，並且其中在UV固化後，該擠出片材具有在40至70範圍內的蕭氏D硬度。
  2. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該可光聚合組成物進一步包含油。
  3. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該嵌段共聚物係三嵌段共聚物。
  4. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該三嵌段共聚物係苯乙烯嵌段共聚物。
  5. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該苯乙烯嵌段共聚物係一個或多個選自由以下組成之群組的成員：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯（SEPS）嵌段共聚物、及其混合物。
  6. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該嵌段共聚物以大於65%的量存在。
  7. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該丙烯酸酯係一個或多個選自由以下組成之群組的成員：1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、及其混合物。
  8. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該UV固化後的擠出片材具有在45至55範圍內的蕭氏D硬度。
  9. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該可光聚合組成物不含任何有機溶劑。
  10. 如請求項1所述之化學機械拋光墊，其中，該可光聚合組成物進一步包含增塑劑。
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