具有广谱终点检测窗口的化学机械抛光垫以及使用该抛光垫进行抛光的方法
【专利摘要】本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括：具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其具有沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度；其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失<40%；以及，其中所述抛光表面适合用于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
【专利说明】具有广谱终点检测窗口的化学机械抛光垫以及使用该抛光垫进行抛光的方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及化学机械抛光领域。具体而言，本发明涉及具有广谱终点检测窗口块体的化学机械抛光垫；其中，所述广谱终点检测窗口块体具有〈40%的光谱损失。本发明还涉及使用具有广谱终点检测窗口块体的化学机械抛光垫对基材进行化学机械抛光的方法；其中，所述广谱终点检测窗口块体具有〈40%的光谱损失。
【背景技术】
[0002]在集成电路和其它电子器件的制造中，在半导体晶片的表面上沉积多层的导体材料、半导体材料和介电材料，或者将这些材料层从半导体晶片的表面除去。可以使用许多沉积技术沉积导体材料、半导体材料和介电材料的薄层。现代加工中常用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)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和电化学镀覆(ECP)等。
[0003]当材料层被依次沉积和除去时，晶片的最上层表面变得不平。因为随后的半导体加工(例如镀覆金属)需要晶片具有平坦的表面，所以所述晶片需要被平面化。平面化可用来除去不合乎希望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面，团聚材料，晶格破坏，划痕和污染的层或材料。
[0004]化学机械平面化，或者化学机械抛光(CMP)是一种用来对基材，例如半导体晶片进行平面化的常用技术。在常规的CMP中，将晶片安装在支架组件上，设置在与CMP设备中的抛光垫接触的位置。所述支架组件为晶片提供可控制的压力，将其压向抛光垫。通过外界驱动力使得抛光垫相对于晶片运动(例如转动)。与此同时，在晶片和抛光垫之间提供抛光介质(例如浆液)。从而，通过抛光垫表面以及抛光介质的化学作用和机械作用，对晶片表面进行抛光使其变平。
[0005]化学机械抛光中存在的一个问题是，如何确定何时已经将基材抛光至所需的程度。人们已经开发出了用来确定抛光终点的原位方法。原位光学终点检测技术可分为两个基本的类别:(I)监测在单一波长下的反射的光学信号或者(2)监测来自多个波长的反射的光学信号。光学终点检测常用的波长包括可见光谱(例如400-700纳米)、紫外光谱(315-400纳米)和红外光谱(例如700-1000纳米)。在美国专利第5，433，651中，Lustig等人揭示了一种使用单波长的聚合物终点检测方法，其中将来自激光光源的光传输到晶片表面上并监测反射的信号。当晶片表面处的组成从一种金属变为另一种金属时，反射率会发生变化。然后用这种反射率的变化来检测抛光终点。Bibby等人在美国专利第6，106,662号揭示了使用分光计来获得可见光谱范围内的反射光的强度谱。在金属CMP应用中，Bibby等人教导使用全谱来检测抛光终点。
[0006]为了适应这些光学终点检测技术，人们开发了具有窗口的化学机械抛光垫。例如，在美国专利第5，605, 760号中，Roberts揭示了一种抛光垫，其中抛光垫的至少一部分对一定波长范围的激光是透射性的。在公开的一些实施方式中，Roberts教导了一种抛光垫，其包括设置在不同的不透明抛光垫内的透明窗口片。所述窗口片可以是设置在模塑抛光垫内的透明聚合物的小棒或者塞块。所述小棒或者塞块可以是在所述抛光垫内模塑的插入件(即“整体性窗口”)，或者可以在模塑操作之后，安装入抛光垫内的切口中(即“塞入性窗
口 ”)。
[0007]美国专利第6，984，163号中描述的那些基于脂族异氰酸酯的聚氨酯材料，在很宽的光谱范围内提供了改进性透光性。不幸的是，这些脂族聚氨酯窗倾向于缺乏高要求的抛光应用所需的严格的耐久性。
[0008]基于常规聚合物的终点检测窗口通常在暴露于波长330-425纳米的光时发生不希望的降解。对于源自芳族聚胺形成的聚合物终点检测窗口尤其如此，此种材料在暴露于紫外光谱范围内的光时往往会分解或变黄。历史上，在暴露于终点检测窗口之前，人们有时会在用于终点检测目的的光路上使用滤光片，从而减弱这种波长的光。但是，在半导体抛光应用中为了促进较薄的材料层以及较小的器件尺寸，使用较短波长的光用于终点检测目的的压力逐渐增大。
[0009]因此，人们需要能够使用波长小于400纳米的广谱终点检测窗口块体用于基材抛光终点检测目的，其中，所述广谱终点检测窗口块体在暴露于所述光的时候能够耐降解并且具有高要求的抛光应用所需的耐久性。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括:具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw;其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度Tw上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失〈40% ；以及，其中所述抛光表面适合用于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
[0011]本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括:具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw;其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度Tw上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失< 40% ;其中，所述广谱终点检测窗口块体是>90重量％的环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈lppm的卤素；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈I的液体填充的聚合物胶囊；其中所述广谱终点检测窗口块体沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的平均厚度Tw-avg为5-75密耳；以及,其中所述抛光表面适合用于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
[0012]本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括:具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw;其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中，所述环状烯烃加成聚合物选自环状烯烃加成聚合物和环状烯烃加成共聚物；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度Tw上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失< 40% ;其中，所述广谱终点检测窗口块体是> 90重量％的环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈lppm的卤素；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈I的液体填充的聚合物胶囊；其中所述广谱终点检测窗口块体沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的平均厚度Tw-aVg为5-75密耳；以及,其中所述抛光表面适合用于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
[0013]本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括:具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw;其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中，所述环状烯烃加成聚合物是环状烯烃加成聚合物；其中所述环状烯烃加成聚合物由至少一种脂环族单体聚合形成；其中所述至少一种脂环族单体选自具有桥环双键的脂族单体和具有环外双键的脂族单体；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度Tw上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失< 40% ;其中，所述广谱终点检测窗口块体是> 90重量％的环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈lppm的卤素；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈I的液体填充的聚合物胶囊；其中所述广谱终点检测窗口块体沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的平均厚度Tw_avg为5-75密耳；以及，其中所述抛光表面适合用于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
[0014]本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括:具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw;其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中，所述环状烯烃加成聚合物是环状烯烃加成共聚物；其中所述环状烯烃加成共聚物由至少一种脂环族单体和至少一种非环状烯烃单体共聚形成；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度Tw上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失< 40% ;其中，所述广谱终点检测窗口块体是^ 90重量％的环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈lppm的卤素；其中所述广谱终点检测窗口块体包含〈I的液体填充的聚合物胶囊；其中所述广谱终点检测窗口块体沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的平均厚度Tw_avg为5-75密耳；以及，其中所述抛光表面适合用于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
[0015]本发明提供了一种化学机械抛光垫，其包括:具有抛光表面的抛光层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw;其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中，所述环状烯烃加成聚合物由选自下组的通式表示:
[0016]
【权利要求】
1.一种化学机械抛光垫，其包括: 具有抛光表面的抛光层；以及 广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的厚度为Tw ； 其中所述广谱终点检测窗口块体包含环状烯烃加成聚合物；其中所述广谱终点检测窗口块体在其厚度Tw上具有均匀的化学组成；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失(40% ;以及其中所述抛光表面适于对选自磁性基材、光学基材和半导体基材的基材进行抛光。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述广谱终点检测窗口块体是^ 90重量％的环状烯烃加成聚合物；所述广谱终点检测窗口块体包含〈lppm的卤素；所述广谱终点检测窗口块体包含〈I的液体填充的聚合物胶囊；以及，所述广谱终点检测窗口块体沿着垂直于所述抛光表面的平面的轴方向上的平均厚度Tw_avg为5-75密耳。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述环状烯烃加成聚合物选自环状烯烃加成聚合物和环状烯烃加成共聚物。
4.如权利要求3所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述环状烯烃加成聚合物由至少一种脂环族单体聚合形成；其中所述至少一种脂环族单体选自具有桥环双键的脂环族单体和具有环外双键的脂环族单体。
5.如权利要求4所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述具有桥环双键的脂环族单体选自下组:降冰片烯、三环癸烯、二环戊二烯、四环十二碳烯、六环十七碳烯、三环十一碳烯、五环十六碳烯、乙叉降冰片烯、乙烯基降冰片烯、降冰片二烯、烷基降冰片烯、环戊烯、环丙烯、环丁烯、环己烯、环戊二烯、环己二烯、环辛三烯，以及茚；所述具有环外双键的脂环族单体选自乙烯基环己烯、乙烯基环己烷、乙烯基环戊烷、乙烯基环戊烯。
6.如权利要求3所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述环状烯烃加成共聚物由至少一种脂环族单体和至少一种非环状烯烃单体共聚形成。
7.如权利要求6所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述至少一种脂环族单体选自具有桥环双键的脂环族单体和具有环外双键的脂环族单体； 其中所述具有桥环双键的脂环族单体选自下组:降冰片烯、三环癸烯、二环戊二烯、四环十二碳烯、六环十七碳烯、三环十一碳烯、五环十六碳烯、乙叉降冰片烯、乙烯基降冰片烯、降冰片二烯、烷基降冰片烯、环戊烯、环丙烯、环丁烯、环己烯、环戊二烯、环己二烯、环辛三烯，以及茚； 其中所述具有环外双键的脂环族单体选自乙烯基环己烯、乙烯基环己烷、乙烯基环戊烧和乙烯基环戍稀；以及 其中，所述至少一种非环状烯烃单体选自下组:乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯、2-丁烯、1_戍稀、1_己稀、1_庚稀、1_羊稀、1_壬稀、1_癸稀、2-甲基-1-丙稀、3_甲基-1-戍稀、4_甲基-1-戊烯、2-丁烯、丁二烯、异戊二烯、1，3-戊二烯、1,4-戊二烯、1，3-己二烯、1,4-己二烯、1，5-己二烯、1，5-庚二烯、1，6-庚二烯、1，6-辛二烯、1，7-辛二烯和1，9-癸二烯。
8.如权利要求2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述环状烯烃加成聚合物由选自下组的化学式表示:
9.如权利要求2所述的化学机械抛光垫，其特征在于，所述广谱终点检测窗口块体是塞入性窗口。
10.一种对基材进行化学机械抛光的方法，该方法包括: 提供具有平台、光源和光传感器的化学机械抛光设备； 提供选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种的基材； 提供如权利要求2所述的化学机械抛光垫； 将所述化学机械抛光垫安装在所述平台上；， 任选地，在所述抛光表面和所述基材之间的界面处提供抛光介质； 在所述抛光表面和所述基材之间形成动态接触，从所述基材上至少除去一些材料；以及， 通过以下方法确定抛光终点:使来自光源的光透射通过所述广谱终点检测窗口块体，并对从基材的表面 反射通过广谱终点检测窗口块体并入射到光传感器上的光进行分析。
【文档编号】B24B37/24GK104029116SQ201410080909
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2013年3月7日
【发明者】A·雷珀, D·B·詹姆士, M·A·洛伊格斯 申请人:罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司, 陶氏环球技术有限公司