具有终点窗口的抛光垫以及使用其的系统和方法

专利名称：具有终点窗口的抛光垫以及使用其的系统和方法
技术领域：
本公开内容涉及抛光垫，其具有突出的抛光元件以及穿过垫厚度的通道，其使得 能够传递监视信号，用于现场确定抛光处理的终点。背景在制造半导体集成电路期间，硅片反复经过一系列沉积和蚀刻周期，形成重叠的 材料层和结构。可以使用称为化学机械平面化(CMP)的抛光技术，以移除在沉积和蚀刻步 骤之后残存的表面不规则性，诸如凸起、非平等隆起区域、沟或槽。在化学机械平面化处理 中，在存在具有研磨剂和/或蚀刻化学物质、通常是膏剂的抛光合成物的情况下，将基底压 靠至抛光垫并且关于该抛光垫旋转。在平面化处理期间，需要检测何时已经实现所需的表面平面度或层厚和/或何时 已经暴露下层以确定何时停止抛光。例如，可以从基底上移除已沉积的材料至预定水平，并 且随后经由终点检测、定时处理或一些其他物理或化学技术而停止抛光处理。在一个终点 检测技术，可以使用光学监视系统，用于现场测量基底上的层的均勻性。光学监视系统可以 包括在抛光期间将能量束引导朝向基底的辐射源，测量从基底反射的辐射的检测器，以及 分析来自检测器的信号以及计算是否已经到达终点的计算机。在一些化学机械抛光系统，通过抛光垫的抛光表面中的开孔，或者通过设置在抛 光表面的孔中的透明窗部件，将光束引导朝向基底，概述总体来说，本公开的内容是关于抛光垫，其包括穿过其中的通道，以传输信号，用 于现场监视抛光操作中的终点。在一些实施例中，通道对抛光垫的抛光区域(与基底接触或者负责研磨基底的抛 光垫的表面)具有最小影响。抛光区域没有大孔、透明窗或可能引起不协调的抛光、抛光合 成物的积聚或者与抛光合成物缠绕的其他区域。传输对抛光区域具有最小影响的监视信 号，可以提供对信号的连续精确传输，而基本上不影响抛光性能。在一些实施例中，由于通道不需要从抛光区域移除材料，与常规设计相比，通道的 功能更有效地与垫的抛光功能分离。该分离可以提供改进的抛光和信号监视性能。在一些实施例中，在该公开内容中描述的抛光垫提供了一些或所有下列优点。例 如，在一些实施例中，在垫的支撑层中提供孔穴和/或透明部件，远离抛光区域。将孔穴/ 透明部件设置为远离抛光区域，可以防止抛光合成物进入孔穴，其减少了孔穴污垢和透明 部件的磨损。将孔穴/透明部件设置远离抛光区域，保持抛光合成物远离抛光垫下侧，并且 远离可以用于将透明部件固定在合适位置的粘合剂，其可以延长垫和粘合剂的使用寿命。由于透明部件未接触抛光合成物，可以选择制造透明部件的材料以更有效地传输 监视信号，而基本上不用考虑该材料对反复暴露而受到抛光合成物磨损的抵抗力。由于透 明部件不会过早地因反复暴露而受抛光合成物的影响，在抛光垫的使用寿命期间，透明部 件可以维持更稳定一致的信号传输属性。在一个实施例中，本公开内容涉及一种抛光垫，包括位于导向板第一侧上的抛光合成物分布层和位于导向板相对的第二侧上的支撑层。导向板维持多个抛光元件，其沿着 基本上垂直于包括抛光垫的平面的第一方向延伸，并且穿过抛光合成物分布层。该抛光垫 包括光路，其沿着第一方向，并且穿过垫的厚度，用于传输信号，以用于现场监视抛光操作 的终点。在另一实施例中，本公开内容涉及抛光垫，包括位于透明导向板的第一主要表面 上的抛光合成物分布层。导向板维持多个抛光元件，其沿着基本上垂直于包括抛光垫的平 面的第一方向延伸，并且穿过抛光合成物分布层。抛光合成物分布层中的第一区域不具有 抛光元件。支撑层位于导向板的第二主要表面上，支撑层包括位于第一区域下的透明区域。在另一实施例中，本公开内容涉及抛光垫，其包括具有多个抛光元件的抛光合成 物分布层。抛光元件向上延伸穿过抛光合成物分布层。抛光合成物分布层包括具有至少一 个透明抛光元件的第一区域。具有透明区域的支撑层位于第一区域下。在另一实施例中，本公开内容涉及化学机械抛光系统，包括压板和压板上的抛光 垫。抛光垫包括位于导向板第一主要表面上的抛光合成物分布层，其中导向板维持多个抛 光元件，其延伸穿过抛光合成物分布层，以及位于导向板的第二主要表面上的支撑层。该系 统还包括用于将监视信号传输通过抛光垫的装置；以及监视抛光操作的监视系统，其中监 视系统发射监视信号通过用于传输至检测器的装置。在又一实施例中，本公开内容涉及一种方法，包括提供具有监视系统的化学机械 抛光装置。监视系统发射监视信号用于监视抛光操作，并且包括检测器，用于检测监视信 号。该方法还包括提供抛光垫，该抛光垫包括具有多个抛光元件的抛光合成物分布层，该多 个抛光元件延伸通过抛光合成物分布层，并且还包括位于抛光合成物分布层下的支撑层。 该方法还包括从源将监视信号通过抛光垫中的通道传输至检测器，其中通道包括支撑层中 的透明区域以及位于抛光合成物分布层中至少与透明区域局部对齐的第一区域。第一区域 包括没有抛光元件的一个区域，或者具有至少一个抛光元件的区域。在随附附图和下面的说明书中示出了本发明一个或多个实施例的细节。根据说明 书、附图以及权利要求，本发明的其他特征、目的和优点将是显然。附图简述

图1是利用本文所述的抛光垫的化学机械抛光(CMP)装置的示意性横截面视图。图2是包括抛光元件的抛光垫的示意性横截面视图。图3是具有包括光路的区域的抛光垫的示意性顶视图。图4是具有光路的抛光垫的实施例的横截面视图，包括位于抛光合成物分布层中 的第一孔穴，其至少局部与支撑层中的第二孔穴重叠。图5是图4的抛光垫的横截面视图，其中光路包括位于第二孔穴中的透明塞。图6是图4的抛光垫的横截面视图，其中支撑层中的孔穴至少局部使用粘合剂层 密封。图7是具有光路的抛光垫的实施例的横截面视图，包括位于抛光合成物分布层中 的第一孔穴，其至少局部与支撑层中的透明区域重叠。图8是具有光路的抛光垫的实施例的横截面视图，包括至少局部与支撑层中的透 明区域重叠的透明抛光元件。在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。本文中的附图并非按比例绘制，而且在附图中，抛光垫的部件的尺寸适于强调所选的特征。详述如图1中所示，一种化学机械抛光装置10，包括设置在压板11上的抛光垫15。压 板11包括终点监视系统12。终点监视系统12可以根据目的应用而广泛改变，并且可以包 括利用各种监视信号的系统。其实例包括单一或多波长监视信号、系统利用反射计或干涉 度量学。例如，监视系统12可以包括光学传感器、涡流传感器、电容传感器等。在图1中所示的实施例中，终点监视系统12是光学系统，其包括光源22(例如激 光器，诸如红色激光器、蓝色激光器或红外激光器，或者发光二极管，诸如红光发光二极管、 蓝光发光二极管或红外光发光二极管)以及光检测器M(例如，光电检测器)。在该实施例 中，光学监视系统12收纳在压板11中的凹进处沈中，但是这种设置并非必需。装置10还包括抛光头13，其固定基底14(例如，半导体片，任选地覆盖有一层或多 层电介质、导电或半导电层)。终点监视系统12经由光路19监视对基底14的抛光，所述光 路19贯穿抛光垫15的厚度-即，沿着基本上垂直于包括垫的平面的方向A。垫15包括位 于导向板32第一侧31上的抛光合成物分布层30。导向板32维持细长抛光元件35的设 置，其向上突出穿过抛光合成物分布层30。抛光元件35可以具有多种形状，但是一般地，元 件35是细长体，其纵轴基本上沿着方向a。抛光垫15还包括位于导向板32第二侧33上的 支撑层40。下文将更详细地描述图1中示意性所示的光路19，并且其可以包括一个或多个孔 穴、材料层和/或抛光元件35，对于终点监视系统12所利用的感兴趣的波长范围内的能力 或场，它们均为基本上透明的。在该应用中，术语透明指的是进入光路19的感兴趣波长的 能量的至少约25% (例如，至少约35%、至少约50%、至少约60%、至少约70%、至少约 80%、至少约90%、至少约95% )，沿着光路19传输通过抛光垫15。一般地，在CMP处理中使用装置10期间，将化学抛光合成物(例如，包含一种或多 种化学制剂以及任选地研磨颗粒的膏剂)施加至抛光合成物分布层30的表面16。随着压 板11、抛光垫15和终点监视系统22围绕轴52旋转，将化学抛光合成物施加至抛光垫15。 抛光垫头13降低，从而基底14的表面42接触抛光元件35的尖端37。在抛光合成物分布 层30将抛光合成物分布在基底和抛光元件35上的同时，抛光头13和基底14围绕轴50旋 转，并且使得抛光尖端37横向平移穿过抛光垫15，并且从基底14上移除材料。光源22引 导光束23在表面42上，而光检测器M测量从基底42 (例如，从表面42或从基底42中的 一层或多层基础层的表面)反射的光束25。在图1所示的实施例中，波束23和/或25中的光波长可以根据正被检测的属性 而改变。作为实例，感兴趣的波长可以跨越可见光谱(例如，从约400nm至约SOOnm)。作为 另一实例，感兴趣的波长可以位于可见光谱的特定部分中(例如，从约400nm至约450nm，从 约650nm至约SOOnm)。作为附加实例，感兴趣的波长可以位于光谱的可见光部分之外(例 如，紫外光(诸如从约300nm至约400nm)，红外光(诸如从约800nm至约1550nm))。处理由检测器M收集的信息以确定是否已经达到抛光终点。例如，计算机(图 1中未示出)可以从检测器M接收测得的光强度，并且评估合成的信号，以确定抛光终点 (例如，通过检测指示新层暴露量的基底42的反射率的突然改变，通过使用干涉原理计算 从基底42的外层(诸如透明氧化层)移除的厚度，和/或通过监视用于预定终点标准的信号)。图2示出了抛光垫115中独立细长抛光元件135的横截面视图。在图2所示的实 施例中，抛光元件135由导向板132保持，并且向上突出穿过抛光合成物分布层130。抛光 元件135包括抛光尖端137，其可以与将抛光的基底形成滑动或滚动接触。例如，抛光尖端 137可以是基本上平坦的表面或滚动尖端。在抛光操作中第一次使用抛光垫之前，抛光尖端 135的尖端的高度h至少比抛光合成物分布层130的上表面160高约0. 25mm至约3. Omm, 并且在一些实施例中，根据所使用的抛光合成物以及抛光元件135所选的材料，h可以是 0. 5mm、l. 5mm、2. 0mm、2. 5mm、3. Omm 或更多。抛光元件135包括细长主体170，其纵轴基本上沿着方向A。细长主体170位于主 孔172内，其延伸通过抛光合成物分布层130和导向板132。抛光元件135还包括从主体 170向外延伸的至少一个凸缘174，其啮合由导向板132中的主孔172中的底切区域178所 形成的肩部176。在图2中所示的实施例中，抛光元件135包括核心区域180，但是这种设
置并非必需。在一些实施例中，抛光元件135位于支撑层140的第一主表面133上，并且可以任 选地通过诸如双面胶或环氧树脂的一层优选透明粘合剂(图2中未示出)而连接至表面 144。因而，抛光元件133可以自由地沿着它们的纵轴A在垂直方向上独立移动，通过导向 板132中的主孔172以及抛光合成物分布层130。抛光元件135的细长主体170的横截面形状可以根据目的应用而进行各种改变。 例如，已经发现圆形、三角形、体型横截面是有用的。例如，图3中的抛光垫215包括具有圆 形横截面形状的抛光元件235，其提供了具有基本上圆形主体的抛光元件。在该实施例中， 抛光尖端237也基本上是圆形的，并且其直径D至少约50 μ m。在一些实施例中，抛光尖端 237的直径D从约50 μ m至20mm,在一些实施例中，直径D为约5mm至约15mm，而在其他实 施例中，直径D为约12mm至约15mm。抛光元件235可以根据目的应用以各种图案设置在抛光合成物分布层230的表面 260上，并且图案可以是规则或不规则的。抛光元件235可以基本上覆盖整个表面，或者可 以存在不包括抛光元件235的表面沈0的区域四2。在一些实施例中，正如由每个抛光元 件235的直径D和抛光垫215的直径d所确定的，抛光元件的平均密度在总表面面积的约 30%至约80%之间。再次参考图2，根据特定CMP处理的需要，在导向板132上孔172的深度和间隔可 以改变。抛光元件135各自相对于彼此和相对于导向板132均维持在平面方向上，并且突 出超过抛光合成物分布层130的表面。抛光元件135超过导向板132和抛光合成物分布层 130所形成的体积提供了空间，用于将抛光合成物分布在抛光合成物分布层130的表面160 上。抛光元件135突出超过抛光合成物层130的量，至少部分取决于抛光元件135的材料 特性以及表面160上抛光合成物(优选为膏剂)的所需流量。抛光元件135可以由各种材料支撑，包括例如金属、陶瓷、聚合材料及其组合。 合适的聚合材料包括聚亚安酯、聚酯、聚碳酸酯以及乙缩醛，其可从德国Wilmington的 Ε. I. DuPont de Nemours公司的商标Delrin下获得。任何这些材料可以制成对终点监视 系统12(图1)中感兴趣的波长而言呈透明。在其他实施例中，无论透明与否，可以通过在 其中包括诸如碳、石墨、金属及其组合物的填充物，而将任何这些材料制成导电和/或导热。在其他实施例中，可以使用诸如举例而言从德国的Ormecon Chemie.Ammersbek的商标 0RMEC0M可获得的聚苯胺(PANI)的导电聚合物，具有上述的导电或导热填充物。虽然抛光元件135的细长主体170、抛光尖端137和核心180可以由相同的材料制 成，但是这样的设置并非必需，并且根据特定应用的需求，抛光元件135的这些部分可以由 相同或不同的材料制成。例如，在一些实施例中，核心180和/或主体170可以由导电材料 制成，并且由绝缘材料分隔。在一些实施例中，如W0/2006/055720中所述，所述文献在此引 入作为参考，抛光元件135的核心180可以包括传感器，以检测压力、导电性、电容、涡电流 等。在又一实施例中，抛光元件135的主体170由第一材料制成，可以包围在第二不同的材 料中，以例如允许信号传输通过光元件135。在该设置中，第二材料不参与抛光操作。再次参考图2，在一些实施例中，导向板132可以向抛光元件135提供侧向支撑， 并且允许元件135沿着方向A独立移动。导向板132在第一侧上包括抛光合成物分布层 130，优选位于其第一主表面131上，并且在其第二侧上具有支撑层140，优选在其第二主表 面133上。导向板还可以在其第二主表面133上包括任选液体不可透过的膜层145，以控制 液体抛光合成物的泄漏。导向板132可以由各种材料制成，但是优选是非导电和液体不可透过的聚合材 料，并且已经发现聚碳酸酯尤其有用。聚合材料优选对于终点监视系统12 (图1)中所感兴 趣的波长是透明的。抛光合成物分布层130还可以由各种聚合材料制成，并且聚亚安酯、聚乙烯及其 组合尤其有用。聚亚安酯和聚乙烯优选呈泡沫以在压迫层130时在抛光操作期间提供引导 朝向基底的正压力。具有开放小室的发泡材料是优选的。在一些实施例中，层130具有约 10%和约90%之间的孔积率，并且任选地可以通过一层优选透明的粘合剂或双面胶(图2 中未示出)而紧固至导向板132。在备选实施例中，抛光合成物层130由水凝胶材料制成， 诸如举例而言，亲水性氨甲酸乙酯，其可以吸收重量约5%至约60%范围内的水，以在抛光 操作期间提供光滑表面。抛光合成物分布层130将抛光合成物基本上均勻地分布在基底表面上，这提供了 更均勻的抛光操作。该抛光合成物分布层130可以任选地包括流阻元件，诸如折流板、凹槽 (图2中未示出)或气孔，以在抛光操作期间调节抛光合成物的流速。在一些实施例中，层 130可以包括各层不同的材料，以在距离表面160不同的深度处实现所需的抛光合成物流 速。例如，抛光表面160上的表面层可能具有更大的孔，以增加表面160上膏剂流的流量和 速度，而临近导向板的较低层具有较小的孔，以在表面层160附近保持更多的膏剂，并且更 精确地调节膏剂流。支撑层140可以由各种材料制成，并且优选流体不可透过(但是可以使用可透性 材料与任选膜层145组合)。支撑层140可以是不可压缩的，诸如刚性框架或外壳，但是优 选的是可压缩，以提供指向抛光表面160的正压力。支撑层140优选由聚合物材料制成，优 选发泡聚合物，并且具有闭合小室的发泡材料特别优选。已经发现聚亚安酯特别有用。合适 的聚亚安酯包括例如在Rogers，CT的Rogers公司的商标Poron下可获得的，以及从MI的 Midland 的 Dow Chemical 的商标 PELLETHANE 下可获得的，尤其是 PELLETHANE 2102-65Do 其他合适的材料包括聚乙烯对苯二酸盐(PET)，诸如商标MYLAR下可获得的双轴定向的 PET, URhKCk ^ Santa Ana 的 Rubberite Cypress Sponge Rubber Products 公司的商标B0NDTEX下可获得的粘合橡胶片。支撑层140可以任选地经由粘合层、优选透明粘合剂或双 面胶而固定至导向板。再参考图3，抛光垫215包括区域四2，其提供了通过垫215厚度的通路290 (例如， 基本上垂直于抛光垫的表面沈0)。如下文详细讨论的，区域292没有抛光元件235，或者可 以包括透明抛光元件235。在图4中所示的实施例中，抛光垫315包括抛光合成物分布层330、导向板332和 支撑层340。抛光合成物分布层330和导向板332对于终点监视系统12 (图1)所利用的感 兴趣波长范围中的能量或场均是基本上透明的。在一些实施例中，抛光合成物分布层330 和/或导向板332可以由透明聚合物材料制成。导向板332包括多个孔372，各自维持一个抛光元件335。每个抛光元件335包括 细长主体370、维持凸缘374以及抛光尖端337。在该实施例中，抛光垫315的区域392不具有抛光元件335。在区域392中，通过 抛光垫315厚度的通道390 (基本上垂直于抛光垫315的主要表面的平面并且沿着方向A) 包括支撑层340中的孔穴391。在本申请中所述的任意实施例中，抛光合成物分布层330可以任选地包括孔穴 (例如，参见图4中的孔穴392)，其位于支撑层340中的孔穴(例如图4中的391)之上和 /或基本上与其对齐。在图5所示的实施例中，抛光垫415包括抛光合成物分布层430、导向板432和支 撑层440。抛光合成物分布层430和导向板432对于终点监视系统12 (图1)中感兴趣的波 长范围内的能力和场而言均基本上透明。在一些实施例中，抛光合成物分布层430和/或 导向板432可以由透明聚合物材料制成。导向板432包括多个孔穴472，每一个保持一个抛光元件435。每个抛光元件435 包括细长主体470、维持凸缘474和抛光尖端437。在该实施例中，抛光垫415的区域492没有抛光元件435。在区域492中，通过抛 光垫415的厚度的光路490 (基本上垂直于抛光垫415的主表面的平面，并且沿着方向A)包 括位于支撑层440中的孔穴491。在该实施例中，孔穴491包括透明部件(例如塞子)487。 透明部件487可以使用任何合适的透明粘合剂或粘性后衬胶带而粘附至导向板432的第二 侧，优选是导向板432的第二主表面。在一些实施例中，可以使用现场固化的透明粘合剂。例如，透明部件487可以由一种或多种聚合物材料制成，诸如聚亚安酯或卤代聚 合物(例如聚三氟氯乙烯(PCTFE)、过氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)或聚四氟乙烯 (PTFE))。透明部件487对于终点检测装置12(图1)所利用的感兴趣波长范围内的能量基 本上透明。在一些实施例中，以感兴趣波长撞击在透明部件487上的能量的至少约25% (例 如，至少约35 %、至少约50 %、至少约60 %、至少约70 %、至少约80 %、至少约90 %、至少约 95%)传输通过其中。例如，透明部件487可以由折射率约1.48或更少(例如，约1.45或更少，约1.4 或更少，约1. 35或更少，约等于水的折射率)的材料制成，这可以减少在沿着光路490的分 界面处的反射，并且提高终点检测装置的信噪比。在一些实施例中，透明部件487可以由高 度光学各向同性聚合物制成，这可以帮助维持来自终点检测装置的询问能力的极化。
在一些实施方式中，透明部件487的表面还可以任选地粗糙化，以提高与导向板 432的附着力，或者改变行进透过其的光束的干涉性。在一些实施例中，抛光合成物分布层430可以包括孔穴(图4中未示出)，其覆盖 支撑层440中的孔穴491。在图6中所示的实施例中，抛光垫515包括抛光合成物分布层530、导向板532和 支撑层M0。抛光合成物分布层530和导向板532对于终点检测装置12(图1)所利用的 感兴趣波长范围内的能量或场均基本上透明。在一些实施例中，抛光合成物分布层530和 /或导向板532可以由透明聚合物材料制成。导向板532包括多个孔穴572，每一个维持一个抛光元件535。每个抛光元件535 包括细长主体570、维持凸缘574和抛光尖端537。在该实施例中，抛光垫515的区域592没有抛光元件535。在区域592中，通过抛 光垫515的厚度的光路590 (基本上垂直于抛光垫515的主表面的平面，并且沿着方向A) 包括位于支撑层540中的孔穴591。尤其在支撑层540由发泡或其他多孔材料制成时，其可 能有助于使用粘合剂588至少局部地将泡沫密封在孔穴591的壁中。粘合剂588优选密封 在导向板532和支撑层540在孔穴591中的接触面处，以及沿着支撑层540在孔穴591中 的暴露壁。粘合剂588的基本上连续的珠可以基本上消除了液体抛光合成物的移动，而该 移动可能干扰终点装置的操作。可以使用任何合适的粘合剂588，并且优选是可快速固化的 防潮粘合剂，并且尤其优选这些类型的透明粘合剂。在一些实施例中，抛光合成物分布层530可以包括孔穴(图5中未示出)，其覆盖 支撑层讨0中的孔穴591。在图7中所示的又一实施例中，抛光垫615包括抛光合成物分布层630、导向板 632和支撑层640。抛光合成物分布层630和导向板632对于终点检测装置12 (图1)所利 用的感兴趣波长范围内的能量或场均基本上透明。在一些实施例中，抛光合成物分布层630 和/或导向板632可以由透明聚合物材料制成。导向板632包括多个孔穴672，每一个维持一个抛光元件635。每个抛光元件635 包括细长主体670、维持凸缘674和抛光尖端637。在该实施例中，抛光垫615的区域692没有抛光元件635。区域692覆盖支撑层 640的区域695，并且至少与其局部对齐。可以由与支撑层640的其他部分相同或不同的 材料制成的区域695，基本上对于终点检测装置12(图1)利用的感兴趣波长范围内的能量 基本上透明。在一些实施例中，以感兴趣波长撞击在透明部件687上的能量的至少约25% (例如，至少约35%、至少约50%、至少约60%、至少约70%、至少约80%、至少约90%、至 少约95% )传输通过其中。例如，区域695可以是透明的，或者可以通过向材料施加热和/或压力而制成透明 的，或者透明材料可以浇铸在适当定位在支撑层640中(即，位于区域692之下)的孔穴中 的合适位置。在备选实施例中，制成整个支撑层640的材料是或者可以制成对于终点检测 装置利用的感兴趣波长范围中的能量是透明的。用于层640和区域695的优选透明材料包 括例如聚亚安酯。在一些实施例中，抛光合成物分布层630可以包括孔穴(图6中未示出)，其覆盖 支撑层640中的区域695。
在图8所示的又一实施例中，抛光垫715包括抛光合成物分布层730和导向板 732，每一个任选可以由透明材料制成，还包括支撑层740。在抛光垫715的第一区域799 中，导向板732包括多个孔穴772，每一个维持一个抛光元件735。每个抛光元件735包括 细长主体770、维持凸缘774和抛光尖端737。抛光垫715的第二区域792与第一区域799不同，该第二区域包括至少一个透明 抛光元件735A。在区域792中，通过抛光垫715厚度的光路790 (基本上垂直于抛光垫715 的主表面的平面，并且沿着方向A)贯穿至少一个透明抛光元件735A，该透明抛光元件735A 覆盖支撑层740的区域795，并且至少与其局部对齐。区域795可以由与支撑层740的其他 部分相同或不同的材料制成，基本上对于终点检测装置12(图1)利用的感兴趣波长范围内 的能量基本上透明。在一些实施例中，以感兴趣波长撞击在透明部件695上的能量的至少 约25% (例如，至少约35%、至少约50%、至少约60%、至少约70%、至少约80%、至少约 90%、至少约95% )传输通过其中。例如，区域795可以是透明的，或者可以通过向材料施加热和/或压力而制成透明 的，或者透明材料可以浇铸在适当定位在支撑层740中的孔穴中的合适位置。在备选实施 例中，制成整个支撑层740的材料是或者可以制成对于终点检测装置利用的感兴趣波长范 围中的能量是透明的。用于层740和区域795的优选透明材料包括例如聚亚安酯。在图8所示的实施例中，包括透明抛光元件735A的区域792的尺寸可以根据预期 应用而进行广泛改变。抛光垫715可以包括单一透明抛光元件735A、相对少量的透明抛光 元件735A或者仅透明抛光元件735A。具有仅透明抛光元件的抛光垫715通常制造便宜，并 且至少出于该原因，对于包括透明和不透明抛光元件的混合物的垫而言，更为优选。再参考图2，本文所述的抛光垫115制造相对便宜。合适的制造处理描述在美国专 利申请号No. 60/926, 244中，所述文献在此全文引入作为参考。本文描述了对典型制造处 理的简化讨论，这并不意味着进行限制。例如，可以通过将粘合剂碾压在合适的相对刚性聚 合物材料片、例如聚碳酸酯的两侧，而制成导向板132。可以使用粘合层粘结合适的抛光合 成物分布层130，随后在片中形成(例如，通过钻孔)孔穴阵列，以形成孔170和底切区域 174。抛光元件135优选通过注模形成，并且随后施加至已钻孔的片。由于抛光元件135 包括凸缘174，重力将元件135拖入导向板132中的孔170中的合适位置。支撑层140随后可以碾压成合成的结构，以形成完成的抛光垫。本公开内容还涉及一种方法，其中由化学机械抛光装置中的监视系统发射的监视 信号发射通过抛光垫的厚度至检测器，以监视抛光操作中的终点。如上在图2-8中所述的 抛光垫包括支撑层中的透明区域以及至少局部对齐该透明区域的抛光合成物分布层中的 第一区域。抛光合成物分布层中的第一区域包括下列之一没有抛光元件的区域，或者具有 至少一个透明抛光元件的区域。监视信号可以经由抛光合成物分布层中的第一区域和支撑 层中的透明区域而发射通过抛光垫的厚度。现在将参考下列非限制性实例描述本公开内容中所述的抛光垫。实例使用本文所述的抛光垫执行光学终点信号测试，并且将该结果与CA的Santa Clara的Applied Materials的商标Mirra下商业可获得的抛光垫相比。
200mm的硅片沉积有5000 A二氧化硅，随后沉积有250 A的氮化钽，随后沉积有
15000 A电镀铜膜的薄铜层。在处理期间，向晶片施加每平方英寸(Psi)2磅的抛光压力(约13800N/m2)， 并且以IOOrpm旋转垫平台。以150ml/min的速度提供从台湾省台北市的Paulmark International公司通过商业渠道可获得的铜移除膏剂。初始信号强度较高，是因为铜表面的高反射率，但是随着移除铜表面而暴露屏障 材料，在该情况下，为TaN，表面反射率下降，并且可观察到信号强度的下降。使用反射率的 该降低而确定铜抛光处理的终点。测试抛光垫的信号完整性和信号幅度，并且在位置1处的工具上观察得的信号强 度改变对于常规垫而言约为10-12单位。本文图4和8中所述的抛光垫在工具上位置1处 各自记录了约8-12单位水平的信号强度改变。这些结果说明，本文所述的抛光垫中的光路 的信号传输特性，与商业可获得的抛光垫的传输特性类似。已经描述了本发明的各个实施例。这些和其他实施例落入随附权利要求的范围 内。
权利要求
1.一种抛光垫，包括位于导向板的第一侧上的抛光合成物分布层以及位于导向板的相 对第二侧上的支撑层，其中导向板保持多个抛光元件，该多个抛光元件沿着基本上垂直于 包括抛光垫的平面的第一方向延伸，并且穿过抛光合成物分布层，其中抛光垫包括光路，其 沿着该第一方向并且穿过垫的厚度，用于传输信号而现场监视抛光操作中的终点。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其中光路包括位于抛光合成物分布层中的不具有抛 光元件的第一区域，以及位于支撑层中的透明区域，其中透明区域基本上沿着第一方向与 第一区域对齐。
3.根据权利要求2所述的抛光垫，其中透明区域包括支撑层中的孔穴。
4.根据权利要求3所述的抛光垫，其中抛光合成物分布层包括位于支撑层的孔穴上的 孔穴。
5.根据权利要求3所述的抛光垫，还包括位于支撑层中的孔穴中的透明部件，其中透 明部件与导向板的第二侧相邻。
6.根据权利要求5所述的抛光垫，还包括位于透明部件和导向板的主表面之间的粘合剂层。
7.根据权利要求3所述的抛光垫，还包括位于支撑层的孔穴的已暴露壁的至少一部分 上的粘合剂。
8.根据权利要求3所述的抛光垫，还包括位于支撑层和导向板之间的接触面上的粘合剂。
9.根据权利要求1所述的抛光垫，其中导向板是透明的。
10.根据权利要求2所述的抛光垫，其中支撑层中的透明区域包括透明聚合物。
11.根据权利要求2所述的抛光垫，其中整个支撑层包括透明聚合物。
12.根据权利要求1所述的抛光垫，其中导向板包括透明聚合物。
13.根据权利要求1所述的抛光垫，其中抛光元件包括细长圆柱体，并且其中圆柱体的 纵轴沿着第一方向。
14.根据权利要求13所述的抛光垫，其中抛光元件包括凸缘，并且其中凸缘啮合导向板。
15.根据权利要求1所述的抛光垫，其中抛光元件具有中空体。
16.根据权利要求1所述的抛光垫，其中导向板包括孔穴阵列，并且其中至少一部分孔 穴包括主孔和底切区域，并且其中底切区域形成肩部，该肩部将凸缘维持在抛光元件上。
17.一种抛光垫，包括抛光合成物分布层，其包括多个抛光元件，其中抛光元件向上延伸通过抛光合成物分 布层，并且其中抛光合成物分布层包括第一区域，其包括至少一个透明抛光元件；以及 支撑层，包括位于第一区域之下的透明区域。
18.根据权利要求17所述的抛光垫，其中导向板是透明的。
19.根据权利要求17所述的抛光垫，其中支撑层中的透明区域包括透明聚合物。
20.根据权利要求17所述的抛光垫，其中整个支撑层包括透明聚合物。
21.一种化学机械抛光系统，包括 压板；位于压板上的根据权利要求17所述的抛光垫；以及监视系统，用于监视抛光操作，其中监视系统通过第一区域和透明区域向检测器发射 监视信号。
22. 一种包括使用权利要求1或权利要求17所述的抛光垫抛光工件的方法。
全文摘要
本发明涉及一种抛光垫，其包括穿过其中的通路，用于发射信号而现场监视抛光操作中的终点。在一个实施例中，抛光垫包括位于导向板第一侧上的抛光合成物分布层以及位于导向板相对第二侧上的支撑层。导向板保持多个抛光元件，该多个抛光元件沿着基本上垂直于包括抛光垫的平面的第一方向延伸，并且穿过抛光合成物分布层。抛光垫包括沿着第一方向和通过垫的厚度的光路。
文档编号B24B37/04GK102089122SQ200980127263
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者威廉·D·约瑟夫, 拉杰夫·巴贾, 斯特芬·M·费希尔 申请人:3M创新有限公司, 塞米奎斯特股份有限公司