具有清晰端点检测窗的化学机械抛光垫的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有端点检测窗的化学机械抛光垫。本发明还涉及一种使用具有 端点检测窗的化学机械抛光垫来化学机械抛光衬底的方法。
【背景技术】
[0002] 在集成电路和其它电子装置的制造中，多个导电、半导电和介电材料层沉积在半 导体晶片的表面上或由其去除。薄的导电、半导电和介电材料层可以通过多种沉积技术 沉积。现代加工中的常见沉积技术包括也称为溅射的物理气相沉积（PVD)、化学气相沉积 (CVD)、等离子体增强的化学气相沉积（PECVD)和电化学电镀（ECP)。
[0003] 因为材料层依序沉积和去除，所以晶片的最上表面变得非平面的。因为后续半导 体加工（例如，金属化）需要晶片具有平坦表面，所以晶片需要平面化。平面化适用于去除 非所要表面形状和表面缺陷，例如粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮痕和被污染的层或材 料。
[0004] 化学机械平面化或化学机械抛光（CMP)是一种用以平面化衬底（例如半导体晶 片）的常见技术。在常规CMP中，将晶片安装在载具组件上并且与CMP设备中的抛光垫接 触安置。载具组件向晶片提供可控压力，将其抵着抛光垫按压。使垫通过外部驱动力相对 于晶片移动（例如，旋转）。与其同时，在晶片与抛光垫之间提供抛光介质（例如，浆料）。 因此，通过对垫表面和抛光介质进行化学和机械作用对晶片表面抛光并且使其成平面。
[0005] 化学机械抛光情况下呈现的一种挑战是确定何时衬底已经抛光到所要程度。已经 开发了确定抛光端点的就地方法。就地光学端点指向技术可以分成两种基本类别：（1)监 测单一波长下的反射的光学信号，或（2)监测多个波长的反射的光学信号。用于光学端点 指向的典型波长包括可见光谱（例如，400到700nm)、紫外光谱（315到400nm)和红外光 谱（例如，700到1000 nm)中的波长。在美国专利第5, 433, 651号中，卢斯蒂格（Lustig) 等人公开一种使用单一波长的聚合端点检测方法，其中使来自激光源的光透射在晶片表面 上并且监测反射的信号。因为晶片表面处的组成从一种金属到另一种金属变化，所以反射 率变化。然后将这种反射率变化用以检测抛光端点。在美国专利第6, 106, 662号中，毕比 (Bibby)等人公开使用分光计来获得光谱的可见范围中的反射光的强度光谱。在金属CMP 应用中，毕比等人教示使用整个光谱来检测抛光端点。
[0006] 为了适应这些光学端点指向技术，已经开发了具有窗的化学机械抛光垫。举例来 说，在美国专利第5, 605, 760号中，罗伯茨（Roberts)公开一种抛光垫，其中垫的至少一部 分对于一系列波长内的激光是透明的。在一些所公开实施例中，罗伯茨教示一种抛光垫，其 在否则不透明的垫中包括透明窗零件。窗零件可以是模制的抛光垫中的透明聚合物的杆或 塞。杆或塞可以插入模制在抛光垫内（即，"整体窗"），或可以在模制操作之后安装到抛光 垫中的切口中（即，"塞就位窗"）。
[0007] 基于脂肪族异氰酸酯的聚氨基甲酸酯材料，例如美国专利第6, 984, 163号中描述 的材料提供了广泛光谱内的改进的光透射。不幸地，这些脂肪族聚氨基甲酸酯窗尤其倾向 于缺乏苛刻抛光应用所需的必需耐久性。
[0008] 常规基于聚合物的端点检测窗在暴露于波长是330到425nm的光后通常展现非所 要降解。然而，对于出于端点检测目的在半导体抛光应用中利用具有更短波长的光以促进 更薄材料层和更小装置尺寸，日益存在压力。
[0009] 另外，半导体装置变得日益复杂，具有更精细特征和更多金属化层。这种趋势需要 抛光消费品有改进的性能以便维持平面度并且限制抛光缺陷。后者可能会引起导电线的电 断路或短路，这将致使半导体装置非功能性。通常已知一种减少抛光缺陷（例如微刮痕或 颤振痕迹）的方法将使用更软的抛光层材料。因此，使用更软抛光层材料以促进改进的缺 陷度性能是一种趋势。尽管如此，常规窗调配物与此类更软抛光层材料并不充分配对，倾向 于导致抛光缺陷度增加。
[0010] 因此，持续需要用于化学机械抛光垫的改进的聚合端点检测窗调配物。具体来说， 持续需要如下聚合端点检测窗调配物，其展现<65肖氏D(Shore D)的硬度，结合〈300%的 断裂伸长率和25到100%的400nm下双通透射率DPT_;其中窗调配物并不展现非所要窗 变形并且具有苛刻抛光应用所需的耐久性。
【发明内容】
[0011] 本发明提供一种化学机械抛光垫，其包含：具有抛光表面的抛光层；和端点检测 窗；其中所述端点检测窗包含包括以下的成分的反应产物：（i)具有5. 5到9. 5重量％的未 反应的NCO基团的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的氨基甲酸 酯预聚物是包含以下的成分的反应产物：(a)脂肪族多官能异氰酸酯；和（b)预聚物多元 醇；和（ii)固化剂系统，其包含：0到99重量％的双官能固化剂；和1到100重量％的胺起 始的多元醇固化剂，其每分子具有至少一个氮原子并且每分子具有平均至少三个羟基。
[0012] 本发明提供一种化学机械抛光垫，其包含：具有抛光表面的抛光层；和端点检测 窗；其中所述端点检测窗包含包括以下的成分的反应产物：（i)具有5. 5到9. 5重量％的未 反应的NCO基团的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的氨基甲酸 酯预聚物是包含以下的成分的反应产物：(a)脂肪族多官能异氰酸酯；和（b)预聚物多元 醇；和（ii)固化剂系统，其包含：0到99重量％的双官能固化剂；和1到100重量％的胺起 始的多元醇固化剂，其每分子具有至少一个氮原子并且每分子具有平均至少三个羟基；其 中所述抛光表面适于抛光选自由以下中的至少一者组成的群组的衬底：磁性衬底、光学衬 底和半导体衬底。
[0013] 本发明提供一种化学机械抛光垫，其包含：具有抛光表面的抛光层；和端点检测 窗；其中所述端点检测窗包含包括以下的成分的反应产物：（i)具有5. 5到9. 5重量％的未 反应的NCO基团的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的氨基甲酸 酯预聚物是包含以下的成分的反应产物：(a)脂肪族多官能异氰酸酯；和（b)预聚物多元 醇；和（ii)固化剂系统，其包含：0到99重量％的双官能固化剂；和1到100重量％的胺起 始的多元醇固化剂，其每分子具有至少一个氮原子并且每分子具有平均至少三个羟基；其 中所述固化剂系统具有多个反应性氢基团并且所述异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物具 有多个未反应的NCO基团；并且其中所述反应性氢基团与所述未反应的NCO基团的化学计 量比是0. 7到1. 2。
[0014] 本发明提供一种化学机械抛光垫，其包含：具有抛光表面的抛光层；和端点检测 窗；其中所述端点检测窗包含包括以下的成分的反应产物：（i)具有5. 5到9. 5重量％的未 反应的NCO基团的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的氨基甲酸 酯预聚物是包含以下的成分的反应产物：(a)脂肪族多官能异氰酸酯；和（b)预聚物多元 醇；和（ii)固化剂系统，其包含：0到99重量％的双官能固化剂；和1到100重量％的胺起 始的多元醇固化剂，其每分子具有至少一个氮原子并且每分子具有平均至少三个羟基；其 中所述端点检测窗展现多lg/cm 3的密度；小于0. 1体积％的孔隙率；35到65的肖氏D硬 度；〈300%的断裂伸长率；和25到100%的400nm下双通透射率DPT4。。。
[0015] 本发明提供一种化学机械抛光垫，其包含：具有抛光表面的抛光层；和端点检测 窗；其中所述端点检测窗包含包括以下的成分的反应产物：（i)具有5. 5到9. 5重量％的未 反应的NCO基团的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的氨基甲酸 酯预聚物是包含以下的成分的反应产物：(a)脂肪族多官能异氰酸酯；和（b)预聚物多元 醇；和（ii)固化剂系统，其包含：0到99重量％的双官能固化剂；和1到100重量％的胺起 始的多元醇固化剂，其每分子具有至少一个氮原子并且每分子具有平均至少三个羟基；其 中所述端点检测窗展现多lg/cm 3的密度；小于0. 1体积％的孔隙率；35到65的肖氏D硬 度；〈300%的断裂伸长率；25到100%的40011111下双通透射率0?1' 4。。;40到100%的80011111 下双通透射率DPTS。。;并且其中所述端点检测窗还展现〈30%的800nm与400nm之间双通透 射率差量ADPT stw 400o
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