專利名稱：具有光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗的化學機械拋光墊及相應的拋光方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及化學機械拋光領域。特別是，本發(fā)明要提供具有光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗(polymeric endpoint detection window)的化學機械拋光墊。本發(fā)明還要提供使用具有光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗的化學機械拋光墊對基板進行化學機械拋光的方法。
背景技術：
在集成電路和其它電子器件的制造中，需要在半導體晶片的表面沉積或從其上除去多個導電，半導電和電介質材料層?？梢酝ㄟ^許多沉積技術來沉積導電，半導電，和電介質材料的薄層。在現(xiàn)代加工中常見的沉積技術包括物理氣相沉積(PVD)，也稱為濺射，化學氣相沉積(CVD)，等離子增強化學氣相沉積(PECVD)，和電化學電鍍(ECP)。當依次沉積或去除材料層時，晶片最上面的表層會變得不平坦。由于隨后的半導體加工(如鍍覆金屬)要求該晶片具有平坦的表面，因此需要對晶片進行平坦化處理。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)是用于對基底如半導體晶片進行平坦化的常見技術。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^外部驅動力使該墊相對于晶片移動(例如旋轉)。與此同時，在晶片和拋光墊之間提供拋光介質(例如，“漿料”)。由此，通過墊片表面和拋光介質的化學和機械作用將晶片表面拋光并使其平坦。化學機械拋光晶片中的一個難點在于測定何時基板拋光到預想的程度。因此，開發(fā)了拋光終點原位檢測法。該原位光學拋光終點檢測法可分為兩個基本類型1)監(jiān)測以單一波長反射的光信號，或2)監(jiān)測從多個波長反射的光信號。典型地，用作光學終點檢測的波長包括可見光譜(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)。在美國專利M33651中，Lustig等人公開了一種使用單一波長的聚合物終點檢測方法，其中來自激光光源的光發(fā)射到晶片表面并監(jiān)測反射信號。當晶片表面成分從一種金屬變成另一種時，反射度也隨之變化。該反射度的變化用作確定拋光終點。在美國專利6106662中，Bibby等人公開了在光譜的可見光范圍內使用光譜儀獲得反射光的強度譜圖。在金屬CMP應用中，Bibby教導了使用全光譜測定拋光終點的方法。為了與這些的光學終點化技術相匹配，已經(jīng)開發(fā)了帶窗的化學機械拋光墊。例如， 在美國專利第5605760中，Roberts公開了一種拋光墊，其中墊片的至少一部分對于一定范圍波長的激光是透明的。在其中一些公開的實施方式中，Roberts教導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的透光性。遺憾的是，脂肪族聚氨酯窗缺乏拋光應用所需的耐久性。傳統(tǒng)的聚合物基終點檢測窗暴露在波長為330-425納米之間的光中通常會具有不期望的降解。對于衍生自芳香族多胺的聚合物終點檢測窗尤其如此，多胺其暴露于紫外光下容易分解或黃化。以前，有時會在暴露于終點檢測窗之前在用于終點檢測的光路上使用濾光片以減弱這些波長的光。然而近來，為了制造更薄的材料層和更小型號的設備，在半導體拋光應用中迫切需要使用波長更短的光來確定終點。相應地，就需要能夠使用具有波長小于400納米的光的光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗以實現(xiàn)基板拋光終點檢測的目的，其中該光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗在暴露于光時是抗降解的，不會有不期望的窗變形性且具有拋光應用需要的耐久性。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種化學機械拋光墊，包括具有拋光表面的拋光層；和，光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗，該檢測窗包括含有胺部分(amine moiety)的芳香多胺(polyamine)與異氰酸酯封端、含有未反應-NCO部分的預聚多元醇的聚氨酯反應產(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-NCO部分的化學計量比來提供芳香聚胺和異氰酸酯封端的預聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗在恒定軸向拉伸載荷為lkPa、60°C恒溫100分鐘時測定具有< 0. 02%的依時應變 (time dependent strain)并且在380納米的波長對于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、光學基材和半導體基材的基板。本發(fā)明提供一種化學機械拋光基板的方法，包括提供一個具有平臺、光源和感光器的化學機械拋光設備，提供至少一種選自磁性基材、光學基材和半導體基材的基板；提供根據(jù)本發(fā)明的化學機械拋光墊；在平臺上裝配化學機械拋光墊；任選地在拋光表面和基板之間的界面提供拋光介質；在拋光表面和基板之間建立動態(tài)接觸，其中至少一些物質會從基板上除去；以及，通過從光源發(fā)射穿過光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗的光以及分析從基板表面反射回穿過光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗射入感光器的光來確定拋光終點。
圖1是非交聯(lián)粘彈性聚合物材料典型的依時應變的示意圖。圖2是所制備的抗蠕變聚合物終點檢測窗材料的依時應變的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的化學機械拋光墊對拋光選自磁性基材、光學基材和半導體基材的基板是有用的。特別是，本發(fā)明的化學機械拋光墊對拋光半導體晶片是有用的，尤其適用于使用終點檢測技術的改進應用，例如銅-阻擋層或淺槽隔離(STI)的應用。本說明書和所附權利要求中使用的術語“拋光介質”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性液體拋光液。本說明書和所附的權利要求中使用的術語“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)的組合物反應得到的聚氨酯。本說明書和所附的權利要求中關于光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗的術語“雙通量”或 “DPT”由以下公式定義
權利要求
1.一種化學機械拋光墊，所述拋光墊包括 具有拋光表面的拋光層；和，光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗，該檢測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-NCO部分的預聚多元醇的聚氨酯反應產(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-NCO部分的化學計量比來提供芳香多胺和異氰酸酯封端的預聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗在恒定軸向拉伸載荷為lkPa、60°C恒溫 100分鐘時測定具有< 0. 02%的依時應變并且在380納米的波長對于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、光學基材和半導體基材的基板。
2.根據(jù)權利要求1的化學機械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗包含0.l-5wt% 的光穩(wěn)定劑成分。
3.根據(jù)權利要求2的化學機械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗暴露于光線時在 380納米測量具有> 0. 65的加速光學穩(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)校準以提供500mW/cm2的輸出強度。
4.根據(jù)權利要求2的化學機械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗對于380納米的光具有> 15%的初始雙光通量。
5.根據(jù)權利要求3的化學機械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗是亞穩(wěn)態(tài)的，具有負的依時應變。
6.根據(jù)權利要求1的化學機械拋光墊，其中異氰酸酯封端的預聚多元醇每個分子包括平均大于2個的-NCO部分。
7.根據(jù)權利要求1的化學機械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗包括芳香多胺、 異氰酸酯封端的預聚多元醇和鏈增長劑的聚氨酯反應產(chǎn)物；其中該鏈增長劑每個分子具有至少三個反應性基團；而且其中鏈增長劑選自交聯(lián)多元醇、交聯(lián)多胺及其組合。
8.根據(jù)權利要求1的化學機械拋光墊，其中以<95%的胺部分與未反應-NCO部分的化學計量比來提供芳香多胺和異氰酸酯封端的預聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗在恒定軸向拉伸載荷為lkPa、60°C恒溫100分鐘時具有負的依時應變，50-80的邵式D硬度以及在380納米的波長對于1. 3mm的窗厚度具有彡15%的雙光通量。
9.根據(jù)權利要求1的化學機械拋光墊，其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗是整體窗。
10.一種化學機械拋光基板的方法，所述方法包括 提供一個具有平臺、光源和感光器的化學機械拋光設備； 提供至少一種選自磁性基材、光學基材和半導體基材的基板； 提供如權利要求1-9中任一項所述的化學機械拋光墊；在平臺上裝配化學機械拋光墊； 任選地在拋光表面和基板之間的界面提供拋光介質；在拋光表面和基板之間建立動態(tài)接觸，其中至少一些物質會從基板上除去；以及， 通過使來自光源的光發(fā)射穿過光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗并且分析從基板表面反射回穿過光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗射入感光器的光來確定拋光終點。
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學機械拋光墊，包括具有拋光表面的拋光層；和光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗，該檢測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-NCO部分的預聚多元醇進行聚氨酯反應的產(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-NCO部分的化學計量比來提供芳香聚胺和異氰酸酯封端的預聚多元醇；其中光穩(wěn)性聚合物終點檢測窗在持續(xù)等軸拉伸載荷為1kPa、60?！婧銣?00分鐘時測定具有≤0.02％的依時應變并且在380納米的波長下對于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、光學基材和半導體基材的基板。此外，本發(fā)明還提供了使用本發(fā)明的化學機械拋光墊拋光基材(優(yōu)選半導體晶片)的方法。
文檔編號B24B37/20GK102554765SQ201110393259
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日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·庫爾普 申請人:羅門哈斯電子材料Cmp控股股份有限公司