拋光墊的基墊和包括該基墊的多層墊的製作方法
2023-08-05 09:36:01 2
專利名稱：拋光墊的基墊和包括該基墊的多層墊的製作方法
技術領域：
本發明涉及拋光墊的基墊以及使用該基墊的多層墊。更具體來說，本發明涉及用於拋光過程中對半導體處理的所有步驟中各種基材進行平面化的拋光墊的基墊，還涉及使用該基墊製造的多層墊。
背景技術：
在半導體處理的所有步驟中，使用化學機械拋光(以下稱為″CMP″)或平面化過程對各種基材進行平面化，所述基材是在其上面沉積了矽、氧化矽、金屬(鎢、銅或鈦)、金屬氧化物、電介質或陶瓷的基材。該拋光過程是精密/平滑表面研磨處理過程的一種，在此過程中在拋光墊和晶片之間提供拋光漿液對晶片的表面進行化學腐蝕，並對腐蝕的表面進行機械拋光。
通常，拋光墊包括具有用來在直接拋光過程中對目標進行摩擦的拋光層的拋光墊，以及用來支承拋光墊的基墊。
在以下專利中描述了製備拋光墊的方法，例如題為「method of producing achemical mechanical polishing pad using a laser」的韓國專利申請第2001-46795號，題為「a method of producing a polishing pad using a laser beam and a mask」的第2002-45832號，和題為「a composition for producing a polyurethane elastic body havinghigh hardness and excellent wear resistance」的第2002-06309號。通常通過物理方法和化學方法在拋光墊中形成微孔(micro-cell)、或形成通孔或凹槽，以長時間保持漿液。關於這一點，上述的韓國專利申請第2001-46795號和第2002-45832號描述了使用雷射和掩模在拋光墊上形成微孔、凹槽和/或通孔的圖案的方法，使用該方法代替通過插入中空體或化學形成泡沫來產生孔的常規方法，或者代替使用機械方法形成凹槽和通孔的另一種常規方法。另外，上述韓國專利申請第2002-06309號提出了一種用來製備聚氨酯彈性體的組合物，該組合物能夠提高拋光墊的硬度和耐磨性。
另外還將通過對聚氨酯材料發泡形成的片材或氈材與聚合物結合製成了基墊。更具體來說，通過包括一個步驟的一次性方法，通過通常的發泡法製備聚氨酯墊，在此方法中攪拌所有的原料和泡沫體(化學泡沫和機械泡沫)，同時使它們互相反應，在墊中形成小孔。在此通過結合氨基甲酸乙酯製備墊的方法中，將氈材之類的纖維材料浸入預先製備的液態聚氨酯中(用聚氨酯潤溼)，使聚氨酯填入氈材之間的空隙，從而形成小孔。
在拋光過程中使用的拋光漿液和去離子水可能滲透進入基墊中的小孔內，這些向小孔內的滲透會對晶片的拋光均勻性產生負面影響，而拋光均勻性是CMP過程的一個性能指標。另外，這種滲透會縮短拋光墊的使用時間，即壽命。另外，常規基墊的物理性質會因CMP處理過程中臺板和晶片之間的旋轉力以及垂直應力而發生改變。
發明內容
技術問題因此，本發明人廣泛地研究了在現有技術中所出現問題的解決方法，結果開發出了拋光墊的基墊以及使用該基墊的多層墊。在此基墊中，在化學機械拋光即平面化(CMP)過程中確保了極好的拋光均勻性，而不會發生拋光漿液和水的滲透，從而延長了拋光墊的壽命。本發明一個目標是提供不含有內部小孔的均勻基墊，通過一定的方式進行控制，使得基墊中不含小孔，以避免在CMP過程中拋光漿液和水的滲透，以免由於在拋光過程中作用在拋光墊上的力的作用改變基墊的物理性質。本發明另一個目標是提供包括上述基墊的多層墊。
技術解決方案為達到上述目標，在本發明中，製備了不含孔、但是具有均勻物理性質的基墊，而不是通過發泡或結合氈材製備常規基墊。
附圖簡述
圖1顯示根據本發明的拋光墊的基墊，以及使用該基墊的多層墊；圖2是比較地顯示當本發明的基墊和用氈材製備的常規基墊置於水和拋光漿液的混合溶液(水∶拋光漿液＝1∶1)中時，它們的非吸收性的圖；
圖3是比較地顯示當使用本發明的基墊和常規的泡沫性基墊對基材進行CMP處理時，基材的平面化程度的圖。
本發明最佳實施方式在通過發泡製備的常規聚合物基墊中，或者在通過將氈材結合入聚合物中製備的常規基墊中，由於製備過程的特徵會存在不均勻的孔隙。這使得拋光漿液或去離子水被吸收在基墊上，在實際的CMP過程中，吸收在基墊上的拋光漿液或去離子水會造成墊表面不均勻。因此在CMP過程中會對晶片產生不均勻的拋光，這是CMP過程中所不希望有的。
然而，本發明的基墊，也即是說，其中不含孔隙的基墊，由於在其中沒有形成會造成基墊不均勻的小孔，可確保其具有均勻的物理性質。
由於通過發泡或將氈材結合入聚合物中而製得的常規基墊具有小孔，在CMP過程中的垂直應力以及臺板和晶片之間的旋轉力會改變基墊的物理性質，會降低拋光過程中的均勻性。
另外，如果在CMP過程中，拋光漿液和去離子水滲入基墊的孔隙內，拋光過程中晶片的拋光均勻性會降低。在拋光過程中滲入基墊的拋光漿液和去離子水會縮短拋光墊的壽命。
因此，在本發明中，為了防止基墊變形(這種變形在拋光過程中會降低物理性質)，開發出了不含小孔的基墊。
在本發明中，基墊不含孔隙，因此在高精度和高集成化的CMP處理過程中，墊的厚度保持恆定，從而避免了使用機械法高精密控制常規基墊厚度的問題。
根據本發明的基墊由選自以下的至少一種材料製成聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、馬來酸共聚物、甲基纖維素、和羧甲基纖維素。
一種製備本發明基墊的方法採用兩步驟混合法，以免像使用發泡或氈材結合的常規基墊製備那樣，在基墊中形成小孔。
所述兩步驟混合法被稱為預聚物法，以及製備不含小孔的基墊的方法。換句話說，為了製備具有所需物理性質的基墊，將選自以下的至少一種材料加入第一反應器中進行反應，先製備預聚物聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、馬來酸共聚物、甲基纖維素、和羧甲基纖維素。在第二步驟中，使預聚物與包含多元醇反應基團或氨反應基團的物質以3∶1至2∶1的重量比進行反應，以完全硬化。
包含多元醇反應基團的物質的例子，包括聚酯型多元醇，例如聚己二酸乙二酯、聚己二酸丁二酯和聚己二酸丙二酯；聚烷撐醚多元醇，例如聚四甲基醚二醇(tetramethyl ether glycol)、聚(氧丙烯)三醇，聚(氧丙烯)聚(氧乙烯)三醇，聚(氧丙烯)聚(氧乙烯)三醇和聚(氧丙烯)聚(氧乙烯)聚(氧丙烯)三醇；聚酯型多醇、聚丁二烯多醇和聚合物多元醇。另外，多元醇可單獨使用或混合使用。
含有氨基反應基團的物質的例子，包括3，3′-二氯聯苯胺4，4′-二氨基-3，3′-二氯苯基醚，4，4′-二氨基-3，3′-二氯二苯硫醚，4，4′-二氨基-3-氯-3-溴二苯基甲烷，4，4′-亞甲基雙(2-三氟甲基苯胺)，4，4′-亞甲基雙(2-氯苯胺)(商品名MOCA，Dupon，Inc.生產)，4，4′-亞甲基雙(2-甲氧基羰基苯胺)和4，4′-亞甲基雙(2，5-二氯苯胺)。包含氨基反應基團的物質的例子還包括對或間苯二胺基化合物，例如2，6-二氯間苯二胺，2-氯-5-異丁氧基羰基間苯二胺和2-氯-5-異丙氧基羰基間苯二胺；氨基苯甲酸酯(aminobenzoate)化合物，例如三亞甲基雙(對氨基苯甲酸酯)和二甘醇雙(對氨基苯甲酸酯)；以及氨基苯基硫醚基化合物，例如1，2-雙(對氨基苯硫基)乙烷和1，2-雙(鄰氨基苯硫基)乙烷。另外，包含氨基反應基團的物質的例子還包括4-氯-3，5-二氨基-異丙基苯基乙酸酯，4-乙氧基-3，5-二氨基三氟甲基苯和雙-{2-(鄰氨基苯硫基)乙基}對苯二甲酸酯。聚胺可單獨使用或混合使用。
所述基墊不含小孔，其肖氏硬度D為10-100，壓縮性為1-10％。
常規的多層或雙層拋光墊包括具有硬拋光層的拋光墊和在其下部的軟基墊，因此在拋光過程中的拋光速度不是很高。然而，如果使用上述不含孔的基墊製備如圖1所示的雙層或多層拋光墊，可以提高晶片的拋光速度。
在本發明中，如圖1所示，使用壓敏膠粘劑(PSA)4將基墊2粘合在具有拋光層的拋光墊1上，製得雙層拋光墊。可以用壓敏膠粘劑4在此雙層拋光墊上粘合另一個基墊2以製得多層拋光墊。另外，可使用另一種壓敏膠粘劑4′將多層拋光墊粘合在拋光過程中所用的臺板3上，用來進行拋光。壓敏膠粘劑的例子可以是本領域通常知道的包含聚丙烯組分、環氧化物組分或橡膠組分的膠粘劑。可使用一種雙面壓敏膠粘帶，在此膠粘帶中，將粘性的膠粘劑物質塗敷在基材(PET膜或氈材)的兩面上。另外，可根據本領域已知的常規方法層壓生成多層墊，例如可使用傳輸機法進行層壓，在此方法中，使多層墊從以預定間距隔開的上部輥和下部輥之間經過。
所述多層拋光墊包括厚度為500-2500微米的基墊，該拋光墊的厚度為2000-4000微米。
另外，使用本發明的不含小孔的基墊的拋光墊進行CMP處理時，可提高拋光速度，同時避免了在拋光過程中由於滲透造成的基墊變形和拋光均勻性的降低。因此，包括不含小孔的基墊的拋光墊的壽命可獲得延長。
圖2是顯示由氈材製得的常規基墊樣品和根據本發明製備的基墊樣品的重量隨浸泡時間的變化圖。在將常規基墊和本發明的基墊浸入拋光漿液和去離子水(1∶1)的混合溶液中之前，測量它們的重量(使用Toledo AX-204實驗室電子天平)，然後將這些樣品浸泡10-172800秒。在不同的浸泡時間從溶液中取出樣品，空氣乾燥30分鐘，然後稱重。可以看到，與通過將氈材浸入聚氨酯製得的常規墊相比，本發明的基墊的重量對浸泡時間較為恆定，因此本發明的基墊是非吸收性的。
使用常規的泡沫類基墊和本發明的基墊在市售的CMP處理設備IPEC 472上進行了CMP處理，處理條件為拋光漿液流速150毫升，臺板RPM目標物頭RPM之比為46∶28，頭壓∶背壓之比為7∶2.5。使用光學探針自動測量基材的平面化，所述光學探針是Therma-wave，Inc.生產的厚度測量儀器。從而得到圖3所示的去除速率(拋光速度(埃/分鐘))。從圖3可以看出，在使用根據本發明的不含小孔的基墊的CMP處理中單位時間的晶片拋光量大於使用泡沫型基墊的CMP處理中的拋光量。具體來說，以晶片邊緣的形狀變化衡量，本發明的基墊優於常規的基墊。
當本發明的基墊，即包括通過兩步驟預聚物過程製備的墊中不含小孔的多層拋光墊，用於拋光過程時，可獲得以下優點。
1.可以提高拋光處理過程中的晶片拋光速度，2.由於可以防止在拋光處理過程中CMP設備和過程變量發生變化產生的垂直應力和旋轉力造成的基墊變形，不會降低晶片的拋光均勻性，3.由於拋光漿液或去離子水不會滲透進入基墊中，可以保持晶片的拋光均勻性，4.可以避免由於基墊變形和滲透造成的拋光墊壽命縮短，5.可以確保基墊有均勻的物理性質，在處理墊時能精密地控制厚度，進行高精度的表面處理，因此可用於高精度和集成化的CMP處理，6.在進行金屬CMP處理的過程中，本發明的基墊具有均勻的表面性質和物理性質，從而可以避免由於氧化矽和金屬線路拋光速度的差別造成的凹陷或磨蝕。
工業實用性使用包括本發明的不含小孔的基墊的拋光墊進行CMP處理時，可以提高拋光速度，並且避免由於拋光處理過程中發生的基墊變形和滲透造成的拋光均勻性降低。因此，可增加包括不含小孔的基墊的拋光墊的壽命。
權利要求
1.一種化學機械拋光墊的基墊，該基墊不含小孔，其肖氏硬度D為10-100，壓縮性為1-10％。
2.如權利要求1所述的基墊，其特徵在於，所述基墊的厚度為500-2500微米。
3.如權利要求1所述的基墊，其特徵在於，所述基墊由選自以下的至少一種材料製成聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、馬來酸共聚物、甲基纖維素和羧甲基纖維素。
4.如權利要求1所述的基墊，其特徵在於，首先使選自以下的至少一種材料在第一反應器中反應製得預聚物聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、馬來酸共聚物、甲基纖維素和羧甲基纖維素，然後在第二步驟中，使該預聚物與包含多元醇反應基團或氨反應基團的物質以3∶1至2∶1的重量比反應，以完全硬化，從而製得基墊。
5.一種多層拋光墊，該多層拋光墊使用不含小孔的基墊製成，所述基墊的肖氏硬度D為10-100，壓縮性為1-10％。
6.如權利要求5所述的多層拋光墊，該多層拋光墊包括具有用來研磨的拋光層的拋光墊，以及用來支承該拋光墊的基墊。
7.如權利要求5所述的多層拋光墊，其特徵在於，所述多層拋光墊的厚度為2000-4000微米，其中基墊的厚度為500-2500微米。
8.如權利要求5所述的多層拋光墊，其特徵在於，所述基墊由選自以下的至少一種材料製成聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、馬來酸共聚物、甲基纖維素和羧甲基纖維素。
9.如權利要求5所述的多層拋光墊，其特徵在於，所述基墊按以下方法製得首先使選自以下的至少一種材料在第一反應器中反應製得預聚物聚氨酯、PVC、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚環氧乙烷、馬來酸共聚物、甲基纖維素、和羧甲基纖維素，在第二步驟中，使該預聚物與包含多元醇反應基團或氨反應基團的物質以3∶1至2∶1的重量比反應，以完全硬化。
全文摘要
本發明揭示了一種在化學機械拋光即平面化處理過程中與拋光漿液結合使用的拋光墊的基墊，還揭示了使用該基墊的多層墊。由於根據本發明的基墊不含小孔，可以防止拋光漿液和水的滲透，以避免物理性質的不均勻，從而可以延長拋光墊的壽命。
文檔編號B24D11/00GK1905993SQ200580001483
公開日2007年1月31日 申請日期2005年2月16日 優先權日2004年2月17日
發明者宋侑真, 李宙悅, 金成民, 金載皙, 李炫雨 申請人:株式會社Skc