專利名稱：具有光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗的化學(xué)機(jī)械拋光墊及相應(yīng)的拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明要提供具有光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗(polymeric endpoint detection window)的化學(xué)機(jī)械拋光墊。本發(fā)明還要提供使用具有光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗的化學(xué)機(jī)械拋光墊對(duì)基板進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路和其它電子器件的制造中，需要在半導(dǎo)體晶片的表面沉積或從其上除去多個(gè)導(dǎo)電，半導(dǎo)電和電介質(zhì)材料層?？梢酝ㄟ^許多沉積技術(shù)來沉積導(dǎo)電，半導(dǎo)電，和電介質(zhì)材料的薄層。在現(xiàn)代加工中常見的沉積技術(shù)包括物理氣相沉積(PVD)，也稱為濺射，化學(xué)氣相沉積(CVD)，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)，和電化學(xué)電鍍(ECP)。當(dāng)依次沉積或去除材料層時(shí)，晶片最上面的表層會(huì)變得不平坦。由于隨后的半導(dǎo)體加工(如鍍覆金屬)要求該晶片具有平坦的表面，因此需要對(duì)晶片進(jìn)行平坦化處理。平坦化適用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，團(tuán)聚的材料，晶格損傷，劃痕， 以及被污染的層或材料?；瘜W(xué)機(jī)械平坦化，或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是用于對(duì)基底如半導(dǎo)體晶片進(jìn)行平坦化的常見技術(shù)。在傳統(tǒng)的CMP中，將晶片安置在托架組件上并置于與CMP儀器中的拋光墊接觸的位置。該托架組件可以向晶片提供可控的壓力，從而將其壓在拋光墊上?？梢酝ㄟ^外部驅(qū)動(dòng)力使該墊相對(duì)于晶片移動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn))。與此同時(shí)，在晶片和拋光墊之間提供拋光介質(zhì)(例如，“漿料”)。由此，通過墊片表面和拋光介質(zhì)的化學(xué)和機(jī)械作用將晶片表面拋光并使其平坦。化學(xué)機(jī)械拋光晶片中的一個(gè)難點(diǎn)在于測(cè)定何時(shí)基板拋光到預(yù)想的程度。因此，開發(fā)了拋光終點(diǎn)原位檢測(cè)法。該原位光學(xué)拋光終點(diǎn)檢測(cè)法可分為兩個(gè)基本類型1)監(jiān)測(cè)以單一波長(zhǎng)反射的光信號(hào)，或2)監(jiān)測(cè)從多個(gè)波長(zhǎng)反射的光信號(hào)。典型地，用作光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)的波長(zhǎng)包括可見光譜(例如400-700納米)、紫外光譜(例如315-400納米)和紅外光譜(例如700-1000納米)。在美國(guó)專利M33651中，Lustig等人公開了一種使用單一波長(zhǎng)的聚合物終點(diǎn)檢測(cè)方法，其中來自激光光源的光發(fā)射到晶片表面并監(jiān)測(cè)反射信號(hào)。當(dāng)晶片表面成分從一種金屬變成另一種時(shí)，反射度也隨之變化。該反射度的變化用作確定拋光終點(diǎn)。在美國(guó)專利6106662中，Bibby等人公開了在光譜的可見光范圍內(nèi)使用光譜儀獲得反射光的強(qiáng)度譜圖。在金屬CMP應(yīng)用中，Bibby教導(dǎo)了使用全光譜測(cè)定拋光終點(diǎn)的方法。為了與這些的光學(xué)終點(diǎn)化技術(shù)相匹配，已經(jīng)開發(fā)了帶窗的化學(xué)機(jī)械拋光墊。例如， 在美國(guó)專利第5605760中，Roberts公開了一種拋光墊，其中墊片的至少一部分對(duì)于一定范圍波長(zhǎng)的激光是透明的。在其中一些公開的實(shí)施方式中，Roberts教導(dǎo)了包括透明窗體嵌入不透明墊片中的拋光墊。該窗體可以是在模塑拋光片中透明聚合物的棒或栓。該棒或栓可以嵌入模塑到拋光墊中(即，整體窗)，也可以在模塑后裝載入拋光墊的切口中(即，插入窗)O如美國(guó)專利第6984163公開的，脂肪族異氰酸酯基聚氨酯材料提供了在寬光譜范圍改進(jìn)的透光性。遺憾的是，脂肪族聚氨酯窗缺乏拋光應(yīng)用所需的耐久性。傳統(tǒng)的聚合物基終點(diǎn)檢測(cè)窗暴露在波長(zhǎng)為330-425納米之間的光中通常會(huì)具有不期望的降解。對(duì)于衍生自芳香族多胺的聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗尤其如此，多胺其暴露于紫外光下容易分解或黃化。以前，有時(shí)會(huì)在暴露于終點(diǎn)檢測(cè)窗之前在用于終點(diǎn)檢測(cè)的光路上使用濾光片以減弱這些波長(zhǎng)的光。然而近來，為了制造更薄的材料層和更小型號(hào)的設(shè)備，在半導(dǎo)體拋光應(yīng)用中迫切需要使用波長(zhǎng)更短的光來確定終點(diǎn)。相應(yīng)地，就需要能夠使用具有波長(zhǎng)小于400納米的光的光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗以實(shí)現(xiàn)基板拋光終點(diǎn)檢測(cè)的目的，其中該光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗在暴露于光時(shí)是抗降解的，不會(huì)有不期望的窗變形性且具有拋光應(yīng)用需要的耐久性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，包括具有拋光表面的拋光層；和，光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗，該檢測(cè)窗包括含有胺部分(amine moiety)的芳香多胺(polyamine)與異氰酸酯封端、含有未反應(yīng)-NCO部分的預(yù)聚多元醇的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物；以及，含有至少一種 UV吸收劑和受阻胺光穩(wěn)定劑的光穩(wěn)定劑成分；其中以< 95%的氨基部分與未反應(yīng)-NCO部分的化學(xué)計(jì)量比來提供芳香聚胺和異氰酸酯封端的預(yù)聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗在恒定軸向拉伸載荷為lkPa、60°C恒溫100分鐘時(shí)測(cè)定具有< 0. 02%的依時(shí)應(yīng)變 (time dependent strain)并且在380納米的波長(zhǎng)對(duì)于1. 3mm的窗厚度具有彡15%的雙光通量(optical double pass transmission)；并且，其中拋光表面適用于拋光選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材的基板。本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法，包括提供一個(gè)具有平臺(tái)、光源和感光器的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，提供至少一種選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材的基板；提供根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊；在平臺(tái)上裝配化學(xué)機(jī)械拋光墊；任選地在拋光表面和基板之間的界面提供拋光介質(zhì)；在拋光表面和基板之間建立動(dòng)態(tài)接觸，其中至少一些物質(zhì)會(huì)從基板上除去；以及，通過從光源發(fā)射穿過光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗的光以及分析從基板表面反射回穿過光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗射入感光器的光來確定拋光終點(diǎn)。


圖1是非交聯(lián)粘彈性聚合物材料典型的依時(shí)應(yīng)變的示意圖。圖2是所制備的抗蠕變聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗材料的依時(shí)應(yīng)變的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊對(duì)拋光選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材的基板是有用的。特別是，本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊對(duì)拋光半導(dǎo)體晶片是有用的，尤其適用于使用終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)應(yīng)用，例如銅-阻擋層或淺槽隔離(STI)的應(yīng)用。本說明書和所附權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“拋光介質(zhì)”涵蓋了含顆粒的拋光液和不含顆粒的拋光液，例如不含研磨劑和反應(yīng)性液體拋光液。本說明書和所附的權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)“聚(氨酯)”涵蓋了(a)由⑴異氰酸酯和(ii)多元醇(包括二醇)的反應(yīng)得到的聚氨酯；以及，(b)由⑴異氰酸酯與(ii)多元醇(包括二醇)和(iii)水、胺(包括二胺和多胺)或水和胺(包括二胺和多胺)的組合物反應(yīng)得到的聚氨酯。本說明書和所附的權(quán)利要求中關(guān)于光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗的術(shù)語(yǔ)“雙通量”或 “DPT”由以下公式定義
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，所述拋光墊包括 具有拋光表面的拋光層；和，光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗，該檢測(cè)窗包括含有胺部分的芳香多胺與異氰酸酯封端、含有未反應(yīng)-NCO部分的預(yù)聚多元醇的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物；以及，含有至少一種UV吸收劑和受阻胺光穩(wěn)定劑的光穩(wěn)定劑成分； 其中以<95%的胺部分與未反應(yīng)-NCO部分的化學(xué)計(jì)量比來提供芳香多胺和異氰酸酯封端的預(yù)聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗在恒定軸向拉伸載荷為lkPa、60°C恒溫 100分鐘時(shí)測(cè)定具有< 0. 02%的依時(shí)應(yīng)變并且在380納米的波長(zhǎng)對(duì)于1. 3mm的窗厚度具有 ^ 15%的雙光通量；并且，其中拋光表面適用于拋光選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材的基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗包含0.l-5wt% 的光穩(wěn)定劑成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗暴露于光線時(shí)在 380納米測(cè)量具有> 0. 65的加速光學(xué)穩(wěn)定性，該光線由100W水銀蒸汽短弧燈通過5mm直徑光纖棒產(chǎn)生，所述光纖棒經(jīng)校準(zhǔn)以提供500mW/cm2的輸出強(qiáng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗對(duì)于380納米的光具有> 15%的初始雙光通量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗是亞穩(wěn)態(tài)的，具有負(fù)的依時(shí)應(yīng)變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中異氰酸酯封端的預(yù)聚多元醇每個(gè)分子包括平均大于2個(gè)的-NCO部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗包括芳香多胺、 異氰酸酯封端的預(yù)聚多元醇和鏈增長(zhǎng)劑的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物；其中該鏈增長(zhǎng)劑每個(gè)分子具有至少三個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)；而且其中鏈增長(zhǎng)劑選自交聯(lián)多元醇、交聯(lián)多胺及其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中以<95%的胺部分與未反應(yīng)-NCO部分的化學(xué)計(jì)量比來提供芳香多胺和異氰酸酯封端的預(yù)聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗在恒定軸向拉伸載荷為lkPa、60°C恒溫100分鐘時(shí)具有負(fù)的依時(shí)應(yīng)變，50-80的邵式D硬度以及在380納米的波長(zhǎng)對(duì)于1. 3mm的窗厚度具有彡15%的雙光通量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的化學(xué)機(jī)械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗是整體窗。
10.一種化學(xué)機(jī)械拋光基板的方法，所述方法包括 提供一個(gè)具有平臺(tái)、光源和感光器的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備； 提供至少一種選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材的基板； 提供如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊；在平臺(tái)上裝配化學(xué)機(jī)械拋光墊； 任選地在拋光表面和基板之間的界面提供拋光介質(zhì)；在拋光表面和基板之間建立動(dòng)態(tài)接觸，其中至少一些物質(zhì)會(huì)從基板上除去；以及， 通過使來自光源的光發(fā)射穿過光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗并且分析從基板表面反射回穿過光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗射入感光器的光來確定拋光終點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光墊，包括具有拋光表面的拋光層；和光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗，該檢測(cè)窗包括含有氨基部分的芳香聚胺與異氰酸酯封端、含有未反應(yīng)-NCO部分的預(yù)聚多元醇進(jìn)行聚氨酯反應(yīng)的產(chǎn)物，以及包括至少一種UV吸收劑和受阻胺光穩(wěn)定劑的光穩(wěn)定劑成分；其中以＜95％的氨基部分與未反應(yīng)-NCO部分的化學(xué)計(jì)量比來提供芳香聚胺和異氰酸酯封端的預(yù)聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點(diǎn)檢測(cè)窗在持續(xù)等軸拉伸載荷為1kPa、60?！婧銣?00分鐘時(shí)測(cè)定具有≤0.02％的依時(shí)應(yīng)變并且在380納米的波長(zhǎng)下對(duì)于1.3mm的窗厚度具有≥15％的雙光通量；并且，其中拋光表面適用于拋光選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材的基板。此外，本發(fā)明還提供了使用本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光墊拋光基材(優(yōu)選半導(dǎo)體晶片)的方法。
文檔編號(hào)B24B37/20GK102554765SQ201110393259
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者A·洛亞克, A·納卡塔尼, D·G·凱利, M·J·庫(kù)爾普 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司