TWI567119B - 硏磨墊及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明關於含有由預聚物和親水性高分子物質的反應而生成的二氧化碳氣體所產生的氣孔的多孔研磨墊及其製造方法。
半導體裝置使用矽等半導體材料形成扁平且薄的晶圓。晶圓需要研磨成沒有缺陷或具有最小限度的缺陷的充分扁平的表面。為了研磨晶圓，會使用各種化學、電學和化學機械的研磨技術。多少年來，光學鏡片和半導體晶圓透過化學-機械手段而研磨。尤其，半導體技術領域的急速發展迎來了超大規模積體(VLSI)和特大規模積體(ULSI)電路，由此，能夠在半導體基板內更小的區域中裝載更多的元件。元件密度越高，需要越高的平坦度。
“化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)”中，聚氨酯材料製造的研磨墊為了研磨晶圓，與研磨液一起使用。研磨液包含在水性媒介物中分散的鋁氧化物、鈰氧化物或二氧化矽粒子等研磨粒子。研磨粒子具有100至200nm的尺寸。研磨液中還存在表面作用劑、氧化劑或pH調節劑等其他作用劑。聚氨酯墊織造為
具有通道或穿孔，以有助於研磨墊及晶圓整個面上的研磨液的分佈和研磨液及其破碎物的去除。在一種實施形態的研磨墊中，空洞的球形微小部件分佈於聚氨酯材料的整個部分。當研磨墊表面因為使用而磨損時，微小部件繼續提供可再生的表面組織。
此外，銅因為具有低電阻而越來越多地用作粘連物質。通常，使導電性(金屬)及絕緣表面進行平坦化時，使用蝕刻技術。與此相關，CMP工藝在研磨低介電常數(low-k)物質和銅配線時引發諸多缺陷。為銅鑲嵌工藝而使用低介電常數的物質並施行CMP工藝的情況下，低介電常數物質在高機械壓力下變形或破損，使得基板表面形成局部缺陷而變形，在銅配線研磨時引發由基板表面過度研磨(overpolishing)導致的如銅配線的凹陷(dishing)和介電層的磨蝕(erosion)等局部缺陷。此外，還可能引發屏障(barrier)層等其他層的不均勻的去除。
韓國授權專利第10-1109367號中提供了含有開孔的化學-機械研磨墊。
本發明的一目的是提供多孔研磨墊的製造方法，其包括：將親水性高分子物質添加至預聚物(prepolymer)的步驟；及透過所述預聚物和所述親水性高分子物質的反應而生成二氧化碳，從而形成所述預聚物內的氣孔的步驟。
本發明的另一目的在於，提供包含二氧化碳氣孔的多孔研磨墊。
但是，本發明想要解決的技術問題並不限於上述提及的問題，本領域技術人員透過以下的記載能夠明確理解沒有提及的其他問題。
本發明的一方面提供多孔研磨墊的製造方法，其包括：將親水性高分子物質添加至預聚物(prepolymer)的步驟；及透過所述預聚物和所述親水性高分子物質的反應而生成二氧化碳，從而形成所述預聚物內的氣孔的步驟。
本發明的另一方面提供透過本發明上述第一方面的方法製造，且包含二氧化碳氣孔的多孔研磨墊。
根據本發明的一實施方式，在多孔研磨墊的製造工序中使用預聚物和親水性高分子物質生成二氧化碳，從而在研磨墊內部形成氣孔。
尤其是，以往在多孔研磨墊的製造工序中，為了在研磨墊內部形成氣孔，使用了物理發泡劑或化學發泡劑，特別是使用物理發泡劑製造的多孔研磨墊用於化學機械研磨工序時，上述物理發泡劑殘留於研磨墊上從而損傷晶圓的情況頻發。
但是，根據本發明一實施方式的製造方法製造多孔研磨墊時，不使用物理發泡劑而使用親水性高分子物質形成氣孔，從而具有使得研磨速度均勻並提高研磨物件表面品質的效果。尤其，本發明製造方法中為了形成氣孔
而使用的親水性高分子物質在化學-機械研磨工序中溶於研磨液或蒸餾水，不殘留於研磨墊上，因此不對研磨物件產生損傷。
此外，根據本發明一實施方式透過預聚物和親水性高分子物質的反應而生成二氧化碳時，透過調節所述反應的溫度、攪拌速度、攪拌時間等，控制預聚物和親水性高分子物質反應的程度，從而能夠調節二氧化碳的生成量，能夠容易控制多孔研磨墊的氣孔尺寸和氣孔率。
下面，詳細說明本發明的實施方式和實施例，以使本領域技術人員能夠容易實施。
但是本發明能夠透過多種不同形態實現，不限於在此說明的實施方式和實施例。
本發明說明書全文中，記載某一部分與另一部分“連接”時，不僅包括“直接連接”的情況，還包括在其中間隔著其他元件“電連接”的情況。
本發明說明書全文中，記載某一部件位於其他部件“之上”時，不僅包括該部件與其他部件相接的情況，還包括這兩個部件之間存在另一個其他部件的情況。
本發明說明書全文中，記載某一部分“包含”某一構成要素時，如沒有特別的相反說明的情況下，意味著還可以包含其他構成要素，而不是排除其他構成要素。
本說明書中使用的表示程度的“約”、“實質上”等用語，在其所涉及的含義所固有的製造及物質允許誤差被提出時，解釋為該數值或接近該數值的值，用於防止某些不道德的侵權人不當使用為了幫助理解本發明而公開的準確或絕對的數值所涉及的公開內容。此外，本發明說明書全文中“~的步驟”不表示“用於~的步驟”。
本發明說明書全文中，馬庫西形式的表達中包含的術語“它們的組合”表示在馬庫西形式表達記載的構成要素組成的組中選擇的一個以上混合或組合，表示包含從上述構成要素組成的組中選擇的一個以上。
本發明說明書全文中，“A和/或B”的記載表示“A、B或A和B”。
下面，參照實施方式和實施例具體說明本發明的研磨墊的製造方法。但是，本發明並不限於這些實施方式和實施例。
本發明的一方面提供多孔研磨墊的製造方法，其包括：將親水性高分子物質添加至預聚物(prepolymer)的步驟；及透過所述預聚物和所述親水性高分子物質的反應而生成二氧化碳，從而形成所述預聚物內的氣孔的步驟。
根據本發明一實施方式，所述預聚物包括聚異
氰酸酯，用於製造構成研磨墊基質的聚氨酯泡沫。例如，聚氨酯的製備可以是透過異氰酸酯和預聚體多元醇進行的端異氰酸酯基聚氨酯預聚體的反應而製備。所述多元醇可以是聚丙烯醚二醇、它的共聚體及它的混合物，但不限於此。具體地，上述反應可以透過將如異氰酸酯、二異氰酸酯和三異氰酸酯預聚體的聚氨酯預聚體與含有異氰酸酯反應性殘基的預聚體進行反應而形成。適合的異氰酸酯反應性殘基包括胺和多元醇，但不限於此。
聚異氰酸酯的成分只要是1個分子中含有2個以上異氰酸酯基的有機化合物就不受特別限制。例如，可以舉例脂肪族類、脂環族類和芳香族類聚異氰酸酯或它們的改性物。具體地，脂肪族類和脂環族類聚異氰酸酯可舉例為六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯等，但不限於此。芳香族類聚異氰酸酯可以舉例為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯和多苯基多亞甲基聚異氰酸酯，或可以包含它們的碳化二亞胺改性物或預聚物等改性物，但不限於此。
根據本發明的一實施方式，本發明的研磨墊製造過程可以使用上述聚合物樹脂製造，在這製造過程中可以使用本領域廣而告之的合成方法，不受特別限定。例如，所述研磨墊本體由聚氨酯類化合物製造時，可以使用預聚物法(pre-polymer method)或一步發泡法(one shot method)等。使用所述預聚物法時，將多元醇成分和異氰酸酯成分反應形成聚氨酯預聚物後，將上述聚氨酯預聚物、二胺或
二醇、發泡劑和催化劑等混合而固化，從而可以形成聚氨酯類樹脂。此外，使用所述一步發泡法時，將多元醇成分、異氰酸酯成分、二胺或二醇、發泡劑和催化劑等成分混合而固化，從而可以形成聚氨酯類樹脂。
根據本發明一實施方式，所述親水性高分子物質可以是聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚丙烯酸、聚氧化乙烯或磺化異戊二烯。
根據本發明的一實施方式，所述親水性高分子物質是包含親水性基團的高分子物質，所述親水性基團可以包含醇基，但不限於此。含有所述親水性基團的親水性高分子物質可吸收和含有水分，從而添加到預聚物時，能夠起到向所述預聚物提供水分的作用。
根據本發明一實施方式，所述親水性高分子可以是粉末狀態，但不限於此。作為親水性高分子物質，將聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚丙烯酸、聚氧化乙烯或磺化異戊二烯添加至所述預聚物時，可以進行攪拌以提高分散性，透過將親水性高分子均勻分散，從而使研磨墊內的氣孔分佈均勻。所述聚乙烯醇粉末粒子可具有約1μm至約150μm的尺寸，但不限於此。
根據本發明一實施方式，具體地，所述親水性粉末粒子可具有約1μm至約150μm的尺寸，但不限於此。
本發明的親水性高分子用於在所述預聚物內形成氣孔，可以與預聚物混合，透過親水性高分子含有的水分和預聚物內的官能團的反應而產生二氧化碳，從而在
研磨墊內形成氣孔，但不限於此。
此外，除了上述聚合物樹脂和親水性高分子之外，根據用途還可將添加劑、輔助劑與所述聚合物樹脂(例如聚異氰酸酯成分)混合使用。上述以外的添加劑、輔助劑不受特別的限制，只要是對於通常的樹脂而言以提高物性或操作性等目的而使用，且對聚氨酯化反應不產生明顯的壞影響的就可以使用任何一種。
根據本發明一實施方式，所述親水性高分子可以是含有水分的。所述含有水分的親水性高分子可以是將含有約0.01%至約10%的水分的親水性高分子粉，在具有約1%至約50%的濕度的氛圍下，保管約1至48小時，從而使得含水率為約0.05%至約10%而形成的，但不限於此。
根據本發明的一實施方式，所述親水性高分子的含水率可以為約0.05%至約10%；約0.1%至約10%；約0.2%至約10%；約0.4%至約10%；約0.6%至約10%；約0.05%至約8%；約0.05%至6%；或約0.05%至約4%，但不限於此。
上述水分與預聚物的異氰酸酯反應，如下述反應式1中所述，生成二氧化碳。此時生成的二氧化碳在預聚物內部形成氣泡，在所述氣泡破裂之前將預聚物固化時，封閉的氣孔可存在於預聚物內。根據本發明的一實施方式的多孔研磨墊的製造方法，添加所述親水性高分子以在研磨墊內部形成氣孔時，所述親水性高分子物質透過研磨液或蒸餾水而被去除，因此製造的研磨墊表面粗糙度減少，從而能夠提供刮痕更少的半導體基板。
具體地，如上反應式1所示，異氰酸酯基(-NCO)與聚乙烯醇中包含的水(HOH)反應形成不穩定的羧基，其又立即分解為NH2和CO2。此時產生的二氧化碳在所述預聚物內部形成氣泡，在此狀態下預聚物固化時，成為研磨墊的孔隙。
根據本發明的一實施方式，所述預聚物與所述親水性高分子反應時，可以包括添加固化劑，但不限於此。
根據本發明的一實施方式，所述固化劑為用於固化或硬質化聚氨酯預聚體的化合物或化合物的混合物。固化劑與異氰酸酯基反應，一同連接預聚體的鏈，形成聚氨酯。典型使用的普通固化劑可以包括簡稱為MBCA，通常稱為商標名莫卡(MOCA，注冊商標)的4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)；簡稱為MCDEA的4,4'-亞甲基-雙-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)；二甲硫基甲苯二胺；二對氨基苯甲酸丙二醇酯；聚環氧丁烷二對氨基苯甲酸酯；聚環氧丁烷單對氨基苯甲酸酯；聚環氧丙烷二對氨基苯甲酸酯；聚環氧丙烷單對氨基苯甲酸酯；1,2-雙(2-氨基苯硫基)乙烷；4,4'-亞甲基二苯胺；二乙基甲苯二胺；5-叔丁基-2,4-甲苯二胺；3-叔丁基-2,6-甲苯二胺；5-叔戊基-2,4-甲苯二胺；3-叔戊基
-2,6-甲苯二胺或氯甲苯二胺等，但不限於此。
本發明的第二方面提供由本發明第一方面製造，且包含二氧化碳氣孔的多孔研磨墊。
在本發明的第二方面的說明中，省略能夠與本發明第一方面相同適用的說明，從而避免重復，可以借鑒本發明第一方面的敍述內容。
根據本發明一實施方式，透過將根據本發明第一方面的預聚物和親水性高分子物質的反應而生成二氧化碳時，透過調節所述反應的溫度、攪拌速度、攪拌時間等，控制預聚物和親水性高分子物質反應的程度，從而能夠調節二氧化碳的生成量，能夠容易控制多孔研磨墊的氣孔尺寸和氣孔率。尤其，根據以往的用於在研磨墊內形成孔隙的製造方法，難以精細調節氣孔的尺寸和孔隙率，很難製作約50μm以下的均勻的氣孔。
因此，本發明第二方面的研磨墊包含二氧化碳氣孔，所述氣孔優選具有約1μm至約200μm的尺寸，但不限於此。此外，根據本發明第一方面製造的本發明第二方面的研磨墊包含二氧化碳氣孔，所述孔隙率優選可以是約1%至約60%，但不限於此。
此外，以往的研磨墊使用物理發泡劑形成氣孔，在所述發泡劑在研磨墊完成後殘留於研磨墊上，因此存在研磨工序中對研磨物件帶來缺陷的問題，但根據第二方面的研磨墊與此不同，不生成發泡劑導致的異物，因此防止缺陷發生。在本發明的製造方法中，為了形成二氧化
碳氣孔而使用的親水性高分子物質，在化學-機械研磨工序中溶於研磨液或蒸餾水而被去除，從而對研磨物件不產生影響。
下面，透過實施例進一步詳細說明本發明，但下列實施例僅用於說明本發明，本發明範圍並不由此限定。
實施例1。
準備預聚物加熱至50℃至80℃，然後混合了粒子尺寸為10μm至100μm的粉末狀聚乙烯醇。所述聚乙烯醇的作用是吸收水分，透過將含有約0.01%至約10%的水分的聚乙烯醇粉，在具有約1%至約50%的濕度的氛圍下，保管約1至48小時，從而使得含水率為約0.05%至約10%而形成。將所述預聚物和聚乙烯醇的混合物放入125℃的烤箱中加熱，作為固化劑注入熔融的4,4'-亞甲基-雙-(2-氯苯胺)，攪拌30秒。在上述攪拌工序中，聚乙烯醇含有的水分與預聚物的異氰酸酯基反應，在所述預聚物內生成二氧化碳，從而在聚氨酯樹脂內部形成氣孔。將攪拌結束的樹脂塗布于幾乎沒有段差的板或一定的模具上。此時，板或模具使用了在100℃的烤箱中加熱1小時以上的，在上述板或模具上塗布上述樹脂後，放入100℃的烤箱中固化24小時以上。固化結束後，從模具上分離聚氨酯，切斷為1mm至3mm厚度。
為了比較實施例1製造的研磨墊和以往的研磨墊的研磨性能，以往的研磨墊使用填充球形氣孔的聚氨酯基質形成的研磨墊，用來研磨市售的矽晶圓。作為研磨物
件的所述矽晶圓的表層組成物為二氧化矽。所述晶圓在市售的晶圓研磨機(AP-300)上進行研磨，該研磨機使用作為市售的二氧化矽研磨液和研磨機的部件而供給的結合的金剛石片修正器。研磨墊分別在研磨晶圓前調整(conditioning)15分鐘。
所述調整的作用是在研磨墊表面上形成一系列不規則排列的微小皸裂或槽，透過上述調整在研磨墊上形成了間距為0.085英寸、深度為0.040英寸的一系列的槽。此外，使用的研磨條件為：壓力9psi、加壓板速度95rpm(每分鐘轉數)、夾具速度90rpm和研磨時間為1分鐘。在本實驗例和其他所有實驗例中維持上述條件，從而使得透過本發明的製造方法的研磨墊與以往的研磨墊的性能能夠直接對照。以往的研磨墊根據上述研磨條件實施研磨的情況下，觀察到對試驗晶圓達到了2000Å/min(埃每分鐘)以下的材料去除率。相反，使用根據實施例的製造方法的研磨墊時，觀察到3000Å/min以下的高而均勻的研磨率，此外對整個晶圓來看，材料去除率的不均勻度非常低。
前述的對本發明的說明僅是本發明的示例性說明，本領域技術人員可以理解的是，在不改變本發明的技術思想或必需特徵的情況下，可以容易變形為其他形態。因此，應當理解上面記載的實施例從所有方面來講僅是示例性的，並不具有限定作用。例如，以單一形態說明的各構成要素可以分散實施，相同，分散說明的構成要素可以以結合形態實施。
本發明的保護範圍在隨附的權利要求書中體現而非上述詳細說明，由權利要求書的含義和範圍及其等同概念導出的所有變更或變形形態均應解釋為包含在本發明的範圍內。
Claims (4)
- 一種多孔研磨墊的製造方法，其包括：將粉末狀態的親水性高分子物質添加至預聚物的步驟；以及透過所述預聚物和所述親水性高分子物質的反應而生成二氧化碳，從而形成所述預聚物內的氣孔的步驟，其中，所述粉末狀態的親水性高分子物質的含水率為0.05%至10%。
- 根據請求項1所述的多孔研磨墊的製造方法，其中，所述親水性高分子物質包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚丙烯酸、聚氧化乙烯或磺化異戊二烯。
- 根據請求項1所述的多孔研磨墊的製造方法，其中，所述預聚物和所述親水性高分子反應時添加固化劑。
- 根據請求項3所述的多孔研磨墊的製造方法，其中，所述固化劑包括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)、二甲硫基甲苯二胺、二對氨基苯甲酸丙二醇酯、聚環氧丁烷二對氨基苯甲酸酯、聚環氧丁烷單對氨基苯甲酸酯、聚環氧丙烷二對氨基苯甲酸酯、聚環氧丙烷單對氨基苯甲酸酯、1,2-雙(2-氨基苯硫基)乙烷、4,4'-亞甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、5-叔丁基-2,4-甲苯二胺、3-叔丁基-2,6-甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-甲苯二胺、3-叔戊基 -2,6-甲苯二胺或氯甲苯二胺。
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