专利名称：具有光稳性聚合物终点检测窗的化学机械抛光垫及相应的抛光方法
技术领域：
本发明主要涉及化学机械抛光领域。特别是，本发明要提供具有光稳性聚合物终点检测窗(polymeric endpoint detection window)的化学机械抛光垫。本发明还要提供使用具有光稳性聚合物终点检测窗的化学机械抛光垫对基板进行化学机械抛光的方法。
背景技术：
在集成电路和其它电子器件的制造中，需要在半导体晶片的表面沉积或从其上除去多个导电，半导电和电介质材料层。可以通过许多沉积技术来沉积导电，半导电，和电介质材料的薄层。在现代加工中常见的沉积技术包括物理气相沉积(PVD)，也称为溅射，化学气相沉积(CVD)，等离子增强化学气相沉积(PECVD)，和电化学电镀(ECP)。当依次沉积或去除材料层时，晶片最上面的表层会变得不平坦。由于随后的半导体加工(如镀覆金属)要求该晶片具有平坦的表面，因此需要对晶片进行平坦化处理。平坦化适用于去除不需要的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚的材料，晶格损伤，划痕， 以及被污染的层或材料。化学机械平坦化，或化学机械抛光(CMP)是用于对基底如半导体晶片进行平坦化的常见技术。在传统的CMP中，将晶片安置在托架组件上并置于与CMP仪器中的抛光垫接触的位置。该托架组件可以向晶片提供可控的压力，从而将其压在抛光垫上。可以通过外部驱动力使该垫相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片和抛光垫之间提供抛光介质(例如，“浆料”)。由此，通过垫片表面和抛光介质的化学和机械作用将晶片表面抛光并使其平坦。化学机械抛光晶片中的一个难点在于测定何时基板抛光到预想的程度。因此，开发了抛光终点原位检测法。该原位光学抛光终点检测法可分为两个基本类型1)监测以单一波长反射的光信号，或2)监测从多个波长反射的光信号。典型地，用作光学终点检测的波长包括可见光谱(例如400-700纳米)、紫外光谱(例如315-400纳米)和红外光谱(例如700-1000纳米)。在美国专利M33651中，Lustig等人公开了一种使用单一波长的聚合物终点检测方法，其中来自激光光源的光发射到晶片表面并监测反射信号。当晶片表面成分从一种金属变成另一种时，反射度也随之变化。该反射度的变化用作确定抛光终点。在美国专利6106662中，Bibby等人公开了在光谱的可见光范围内使用光谱仪获得反射光的强度谱图。在金属CMP应用中，Bibby教导了使用全光谱测定抛光终点的方法。为了与这些的光学终点化技术相匹配，已经开发了带窗的化学机械抛光垫。例如， 在美国专利第5605760中，Roberts公开了一种抛光垫，其中垫片的至少一部分对于一定范围波长的激光是透明的。在其中一些公开的实施方式中，Roberts教导了包括透明窗体嵌入不透明垫片中的抛光垫。该窗体可以是在模塑抛光片中透明聚合物的棒或栓。该棒或栓可以嵌入模塑到抛光垫中(即，整体窗)，也可以在模塑后装载入抛光垫的切口中(即，插入窗)O如美国专利第6984163公开的，脂肪族异氰酸酯基聚氨酯材料提供了在宽光谱范围改进的透光性。遗憾的是，脂肪族聚氨酯窗缺乏抛光应用所需的耐久性。传统的聚合物基终点检测窗暴露在波长为330-425纳米之间的光中通常会具有不期望的降解。对于衍生自芳香族多胺的聚合物终点检测窗尤其如此，多胺其暴露于紫外光下容易分解或黄化。以前，有时会在暴露于终点检测窗之前在用于终点检测的光路上使用滤光片以减弱这些波长的光。然而近来，为了制造更薄的材料层和更小型号的设备，在半导体抛光应用中迫切需要使用波长更短的光来确定终点。相应地，就需要能够使用具有波长小于400纳米的光的光稳性聚合物终点检测窗以实现基板抛光终点检测的目的，其中该光稳性聚合物终点检测窗在暴露于光时是抗降解的，不会有不期望的窗变形性且具有抛光应用需要的耐久性。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光垫，包括具有抛光表面的抛光层；和，光稳性聚合物终点检测窗，该检测窗包括含有胺部分(amine moiety)的芳香多胺(polyamine)与异氰酸酯封端、含有未反应-NCO部分的预聚多元醇的聚氨酯反应产物；以及，含有至少一种 UV吸收剂和受阻胺光稳定剂的光稳定剂成分；其中以< 95%的氨基部分与未反应-NCO部分的化学计量比来提供芳香聚胺和异氰酸酯封端的预聚多元醇；其中光稳性聚合物终点检测窗在恒定轴向拉伸载荷为lkPa、60°C恒温100分钟时测定具有< 0. 02%的依时应变 (time dependent strain)并且在380纳米的波长对于1. 3mm的窗厚度具有彡15%的双光通量(optical double pass transmission)；并且，其中抛光表面适用于抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基板。本发明提供一种化学机械抛光基板的方法，包括提供一个具有平台、光源和感光器的化学机械抛光设备，提供至少一种选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基板；提供根据本发明的化学机械抛光垫；在平台上装配化学机械抛光垫；任选地在抛光表面和基板之间的界面提供抛光介质；在抛光表面和基板之间建立动态接触，其中至少一些物质会从基板上除去；以及，通过从光源发射穿过光稳性聚合物终点检测窗的光以及分析从基板表面反射回穿过光稳性聚合物终点检测窗射入感光器的光来确定抛光终点。
图1是非交联粘弹性聚合物材料典型的依时应变的示意图。图2是所制备的抗蠕变聚合物终点检测窗材料的依时应变的示意图。
具体实施例方式本发明的化学机械抛光垫对抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基板是有用的。特别是，本发明的化学机械抛光垫对抛光半导体晶片是有用的，尤其适用于使用终点检测技术的改进应用，例如铜-阻挡层或浅槽隔离(STI)的应用。本说明书和所附权利要求中使用的术语“抛光介质”涵盖了含颗粒的抛光液和不含颗粒的抛光液，例如不含研磨剂和反应性液体抛光液。本说明书和所附的权利要求中使用的术语“聚(氨酯)”涵盖了(a)由⑴异氰酸酯和(ii)多元醇(包括二醇)的反应得到的聚氨酯；以及，(b)由⑴异氰酸酯与(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)的组合物反应得到的聚氨酯。本说明书和所附的权利要求中关于光稳性聚合物终点检测窗的术语“双通量”或 “DPT”由以下公式定义
权利要求
1.一种化学机械抛光垫，所述抛光垫包括 具有抛光表面的抛光层；和，光稳性聚合物终点检测窗，该检测窗包括含有胺部分的芳香多胺与异氰酸酯封端、含有未反应-NCO部分的预聚多元醇的聚氨酯反应产物；以及，含有至少一种UV吸收剂和受阻胺光稳定剂的光稳定剂成分； 其中以<95%的胺部分与未反应-NCO部分的化学计量比来提供芳香多胺和异氰酸酯封端的预聚多元醇；其中光稳性聚合物终点检测窗在恒定轴向拉伸载荷为lkPa、60°C恒温 100分钟时测定具有< 0. 02%的依时应变并且在380纳米的波长对于1. 3mm的窗厚度具有 ^ 15%的双光通量；并且，其中抛光表面适用于抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基板。
2.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中光稳性聚合物终点检测窗包含0.l-5wt% 的光稳定剂成分。
3.根据权利要求2的化学机械抛光垫，其中光稳性聚合物终点检测窗暴露于光线时在 380纳米测量具有> 0. 65的加速光学稳定性，该光线由100W水银蒸汽短弧灯通过5mm直径光纤棒产生，所述光纤棒经校准以提供500mW/cm2的输出强度。
4.根据权利要求2的化学机械抛光垫，其中光稳性聚合物终点检测窗对于380纳米的光具有> 15%的初始双光通量。
5.根据权利要求3的化学机械抛光垫，其中光稳性聚合物终点检测窗是亚稳态的，具有负的依时应变。
6.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中异氰酸酯封端的预聚多元醇每个分子包括平均大于2个的-NCO部分。
7.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中光稳性聚合物终点检测窗包括芳香多胺、 异氰酸酯封端的预聚多元醇和链增长剂的聚氨酯反应产物；其中该链增长剂每个分子具有至少三个反应性基团；而且其中链增长剂选自交联多元醇、交联多胺及其组合。
8.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中以<95%的胺部分与未反应-NCO部分的化学计量比来提供芳香多胺和异氰酸酯封端的预聚多元醇；其中光稳性聚合物终点检测窗在恒定轴向拉伸载荷为lkPa、60°C恒温100分钟时具有负的依时应变，50-80的邵式D硬度以及在380纳米的波长对于1. 3mm的窗厚度具有彡15%的双光通量。
9.根据权利要求1的化学机械抛光垫，其中光稳性聚合物终点检测窗是整体窗。
10.一种化学机械抛光基板的方法，所述方法包括 提供一个具有平台、光源和感光器的化学机械抛光设备； 提供至少一种选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基板； 提供如权利要求1-9中任一项所述的化学机械抛光垫；在平台上装配化学机械抛光垫； 任选地在抛光表面和基板之间的界面提供抛光介质；在抛光表面和基板之间建立动态接触，其中至少一些物质会从基板上除去；以及， 通过使来自光源的光发射穿过光稳性聚合物终点检测窗并且分析从基板表面反射回穿过光稳性聚合物终点检测窗射入感光器的光来确定抛光终点。
全文摘要
本发明提供一种化学机械抛光垫，包括具有抛光表面的抛光层；和光稳性聚合物终点检测窗，该检测窗包括含有氨基部分的芳香聚胺与异氰酸酯封端、含有未反应-NCO部分的预聚多元醇进行聚氨酯反应的产物，以及包括至少一种UV吸收剂和受阻胺光稳定剂的光稳定剂成分；其中以＜95％的氨基部分与未反应-NCO部分的化学计量比来提供芳香聚胺和异氰酸酯封端的预聚多元醇；其中光稳性聚合物终点检测窗在持续等轴拉伸载荷为1kPa、60。℃恒温100分钟时测定具有≤0.02％的依时应变并且在380纳米的波长下对于1.3mm的窗厚度具有≥15％的双光通量；并且，其中抛光表面适用于抛光选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基板。此外，本发明还提供了使用本发明的化学机械抛光垫抛光基材(优选半导体晶片)的方法。
文档编号B24B37/20GK102554765SQ201110393259
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者A·洛亚克, A·纳卡塔尼, D·G·凯利, M·J·库尔普 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司