脂肪族聚氨酯光学终点检测窗口和含有它们的CMP抛光垫的制作方法

文档序号:15824888发布日期:2018-11-02 23:34阅读:224来源:国知局
在集成电路和其它电子装置的制造中,导体、半导体以及介电材料的多个薄层沉积半导体晶片的表面上且随后至少部分地从半导体晶片的表面上去除。随着层层材料依序地沉积和去除,晶片的最上表面变得不平坦。由于随后的半导体处理(例如,金属化)需要晶片具有平坦的表面,因此晶片需要被平面化。平面化可用于去除不合需要的表面形貌和表面缺陷,如粗糙表面、附聚材料、晶格损坏、划痕和被污染的层或材料。化学机械平面化或化学机械抛光(cmp)通常用于在制造期间平面化集成电路和其它电子装置衬底,如半导体晶片。在常规cmp中,衬底安装在载体组件上并且定位成与cmp设备中的抛光垫接触。当垫通过外部驱动力相对于衬底移动(例如旋转)时,载体组件通过压靠在cmp抛光垫上来对衬底施加受控的压力。与此同时,设置在晶片和cmp抛光垫之间的抛光介质(例如,浆料)通过抛光垫表面与抛光介质的化学和机械作用起到抛光并平面化衬底表面的作用。在cmp抛光中存在的一个挑战是确定何时衬底被抛光到所期望的程度。已经开发了用于确定抛光终点的原位方法。原位光学终点指示技术可以分为两个基本类别:(1)监测单个波长的反射光信号,如来自激光源的光,或(2)监测来自多个波长的反射光信号。用于光学末端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1000nm)中的波长。在监测光信号时,随着衬底表面处的组成从一种材料变化到另一种材料,衬底的反射率改变。反射率的这种变化则用于检测cmp抛光终点。例如,使用光谱仪来获取光谱的可见范围内的反射光的强度谱,同时使用整个光谱来检测抛光终点。为了适应这些光学终点测量技术,已经开发了具有终点检测窗口的cmp抛光垫。半导体装置变得越来越复杂,具有更精细的特征和更多金属化层。在cmp抛光应用中,使用波长较短的光进行终点检测的需求有所增加,因为这有助于在半导体中制造更薄的材料层和更小的装置尺寸。这一趋势需要提高抛光消耗品的性能,以保持平面性且限制会在导线中产生断电或短路并可能导致半导体装置失效的抛光缺陷。然而,含有常规聚合物的终点检测窗口在暴露于波长为330到425nm的光时常常表现出不合需要的降解。另外,用于cmp抛光垫的已知终点检测窗口材料在低于400nm的波长处具有低透射率。因此,仍需要在低于400nm的波长处具有足够的透射率且在暴露于此辐射时不会过度降解的终点检测窗口材料。减少如微划痕或颤动擦痕的抛光缺陷的一种方法是使用较软的抛光层材料辅助改善的缺陷表现。然而,大多数现有的终点检测窗口材料在树脂中具有一些芳香族基团以用于耐久性并且在过高的辐射波长下具有截断的透射率。另外,这种常规窗口制品不能与较软的抛光层材料很好地配对,常常导致抛光缺陷的增加。例如,在fukuda等人的美国专利第7,927,183号中公开了一种抛光垫,其中cmp抛光垫的至少一个窗口部分在300到400nm的整个波长范围内表现出30%或更高的透射率。fukuda终点检测窗口材料包含具有2wt.%或更小的芳香环密度的聚氨酯树脂。这种含脂肪族异氰酸酯的聚氨酯材料可以在宽光谱范围内提供改善的透射率。不幸的是,fukuda公开的脂肪族聚氨酯终点检测窗口缺乏cmp抛光垫应用所需的必要耐久性。本发明人致力于提供用于cmp抛光垫的具有325nm或更低的紫外线(uv)截断波长的耐久的终点检测窗口材料。技术实现要素:1.根据本发明,用于抛光选自磁性衬底、光学衬底以及半导体衬底中的至少一个的衬底的化学机械(cmp)抛光垫包含cmp抛光垫,优选聚氨酯泡沫垫,cmp抛光垫具有一个或多个在2mm厚度下将具有325nm或更低波长下的uv截断的终点检测窗口,并且是(a)30到56wt.%的一种或多种脂环族二异氰酸酯或多异氰酸酯与(b)43到69.9999的(i)平均分子量为500到1,500的聚合二醇与(ii)平均分子量为120到320的三醇,如三羟甲基丙烷(tmp)、具有1到4个丙氧基的丙氧基化三羟甲基丙烷或具有2到6个丙氧基的丙氧基化甘油,其中(b)(i)聚合二醇与(b)(ii)三醇的重量比在1.6:1到5.2:1或优选地2.5:1到5.2:1范围内,的多元醇混合物以及催化剂的反应混合物的产物,所述催化剂选自呈0.00001到0.1wt.%的量的含锡催化剂(如烷基锡化合物,例如二月桂酸二丁基锡的催化剂),或优选地,呈0.01到1wt.%的量或优选地呈0.05到0.5wt.%的量的胺催化剂(如仲胺或叔胺,例如三亚乙基二胺),或呈0.00001到0.1wt.%的量的含铋的催化剂(如新癸酸铋),所有重量百分比都以反应混合物的总固体重量计。2.根据如上文项目1中所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口是43-57.4999wt.%或优选地44-52.9999wt.%的多元醇混合物(b)与42.5到56wt.%或优选地47到56wt.%的脂环族二异氰酸酯(a)的反应产物,所述脂环族二异氰酸酯如1,4-环己烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯,优选地亚甲基双环己基异氰酸酯(4,4'-二环己基-甲烷二异氰酸酯)。3.根据如上文项目1或2中任一项所述的本发明化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口的邵氏(shore)d硬度astmd2240-15(2015)为40到90,或优选地60到85,(b)(i)聚合二醇选自聚碳酸酯二醇,如聚酯二醇与碳酸亚烷基酯的任何反应产物,例如聚己内酯多元醇与碳酸亚烷基酯的反应产物;使碳酸亚乙基酯与二醇(diol或glycol)反应且使所得的反应混合物与有机二羧酸反应得到的聚酯聚碳酸酯多元醇;以及由二醇或聚醚二醇化合物与碳酸亚烷基酯的酯交换反应得到的聚碳酸酯多元醇,且(b)(ii)三醇是三羟甲基丙烷(tmp)、具有1到4个丙氧基的丙氧基化三羟甲基丙烷或具有2到6个丙氧基的丙氧基化甘油,优选tmp。4.根据如上文项目1、2或3中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口的邵氏d硬度astmd2240-15(2015)为60到90或优选地64到85,且(b)(i)聚合二醇与(b)(ii)三醇的重量比为1.6:1到3.5:1或优选地2.5:1到3.3:1。5.根据如上文项目1、2、3或4中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口的邵氏d硬度astmd2240-15(2015)为60到100或优选地64到90,且由tanδ峰给出的玻璃化转变温度(tg)为73到95℃或优选地77到92℃。6.根据如上文项目1中所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口的邵氏a硬度astmd2240-15(2015)为40到85或优选地50到70,(b)(i)聚合二醇选自聚醚二醇,如聚四亚甲基醚二醇(ptmeg)、聚乙二醇(peg)、聚丙二醇(ppg)或其嵌段共聚物或混合物,和三醇(b)(ii)是丙氧基化三醇,如选自具有1到4个丙氧基的丙氧基化三羟甲基丙烷或具有2到6个丙氧基的丙氧基化甘油中的丙氧基化三醇。7.根据如上文项目1或6中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中(b)(i)聚合二醇与(b)(ii)三醇的重量比为3.5:1到5.2:1或优选地3.8:1到5:1。8.根据如上文项目1、6或7中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口的邵氏a硬度astmd2240-15(2015)为40到85或优选地50到70,且由tanδ峰给出的玻璃化转变温度(tg)为17到32℃或优选地18到28℃。9.根据如上文项目1、6、7或8中任一项所述的本发明的化学机械(cmp)抛光垫,其中所述一个或多个终点检测窗口是55到69.9999wt.%或优选地60到69.4999wt.%的多元醇混合物(b)与30到45wt.%或优选30到40wt.%的脂环族二异氰酸酯(a)的反应产物,所述脂环族二异氰酸酯如1,4-环己烷二异氰酸酯环己烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯,优选亚甲基双环己基异氰酸酯(4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯)。10.根据如上文项目1、2、3、4、5、6、7、8或9中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口是其中脂环族二异氰酸酯或多异氰酸酯(a)中的异氰酸酯基的摩尔数与多元醇混合物(b)中的羟基的摩尔数的摩尔比为0.9:1到1.10:1或优选地0.95:1到1.05:1的反应混合物。11.根据如上文项目1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口是基本上不含胺固化剂的反应混合物的产物。12.根据如上文项目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11中任一项所述的本发明的化学机械抛光垫,其中一个或多个终点检测窗口的厚度为2mm,具有在325nm或更低波长下的uv截断,在800nm波长下%透射率(dpt)为30%到85%,在400nm波长与800nm波长之间%透射率(dpt)δ小于20%,且优选地,在390到800nm的整个波长范围内窗口褪色(由于uv曝露)最大范围为0.1。13.根据如上文项目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一项所述的本发明化学机械抛光垫,其中催化剂是,以反应混合物总固体重量计,呈0.00001到0.1wt.%的量的含锡催化剂,或呈0.01到1wt.%的量的胺催化剂。14.根据如上文项目1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12中任一项所述的本发明化学机械抛光垫,其中催化剂是,以反应混合物的总固体重量计,呈0.00001到0.1wt.%的量的含铋催化剂。另一方面,本发明提供了用于具有经过调试用于抛光衬底的抛光层的化学机械(cmp)抛光垫的终点检测窗口材料的制造方法,包含提供如上文项目1到12中任一项所述的反应混合物,组合反应混合物的组分,提供具有所期望厚度或所期望终点检测窗口长度、宽度或直径尺寸的模具,用反应混合物填充模具,在模具中形成10到95kpa或优选地40到85kpa的真空,且使反应混合物在50到130℃或优选地60到120℃温度下反应且加热固化12到96小时,或优选地在使用含锡催化剂的情况下16到36小时,或优选地在使用不含锡催化剂或胺催化剂的情况下24到56小时,或优选地在使用含铋催化剂的情况下12到24小时,来形成铸型聚氨酯;且由铸型聚氨酯形成终点检测窗口。除非另有指示,否则温度和压力的条件是周围温度和标准压力。所述的所有范围都具有包括性和可组合性。除非另有指示,否则任何含有圆括号的术语都可选地指整个术语,即如同不存在圆括号且术语没有圆括号以及其组合都是可选的。因此,术语“(多)异氰酸酯”是指异氰酸酯、多异氰酸酯或其混合物。所有范围均是包括性的且可组合性的。例如,术语“50到3000cp,或100cp或更大的范围”将包括50到100cp、50到3000cp以及100到3000cp中的每一个。如本文所使用,术语“astm”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯的astm国际(astminternational,westconshohocken,pa)的出版物。如本文所用,除非另有说明,否则术语“分子量”或“平均分子量”是指由其制造商报告的给定材料的分子量。平均分子量是指针对给定材料中的分子分布报告的分子量,例如聚合物分布。如本文所用,反应混合物的术语“化学计量”是指给定反应混合物中nco基团的摩尔当量数与oh基团的摩尔当量数的比。如本文所用,术语g′、g″以及g″/g′(其分别对应于tanδ,tanδ)分别指剪切储存模数、剪切损耗模数以及定义为剪切损耗模数(g″)与剪切储存模数(g′)的比的损耗角正切。所有这些值都由动态力学分析(dynamicmechanicalanalysis,dma)测定。将测试样品切成6.3mm宽且36mm长。根据astmd5279-13(2013)“塑料的标准测试方法:动态力学特性:扭转力(standardtestmethodforplastics:dynamicmechanicalproperties:intorsion)”使用arestmg2扭转流变仪或rheometricscientifictmrda3(均来自tainstruments,newcastle,de)。间隙分离为20mm。将仪器分析参数设定为预负荷100g,应变0.2%,振荡速度10转/秒且升温速率以3℃/分钟由-100℃到150℃。如本文所使用,术语“多异氰酸酯”是指任何含有异氰酸酯基团的分子,其具有三个或更多个异氰酸酯基团,包括封端的异氰酸酯基团。如本文所用,术语“聚氨酯”是指来自双官能或多官能异氰酸酯的聚合产物,例如聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨酯、聚脲、聚氨酯脲,其共聚物及其混合物。如本文所用,术语“反应混合物”包括任何非反应性添加剂,如微量元素和任何添加剂以降低抛光垫中的聚氨酯反应产物的湿硬度(根据astmd2240-15(2015)的邵氏d或邵氏a)。如本文所用,术语“半导体晶片”旨在涵盖半导体衬底,如未图案化的半导体或具有图案的半导体衬底、半导体装置、用于各种级别的互连的各种包装,包括单芯片晶片或多个晶片,用于发光二极管(lightemittingdiode,led)的衬底或需要焊接连接的其它组件。如本文所用,术语“半导体衬底”被定义为意指任何包含半导体材料的构造。半导体衬底包括半导体装置和具有一个或多个包括半导体装置的有源或可操作部分的半导体层或结构的任何衬底。如本文所用,术语“半导体装置”是指其上已经或正在制造至少一个微电子装置的半导体衬底。如本文所使用,术语“邵氏d硬度”是如根据astmd2240-15(2015),“《橡胶特性的标准测试方法-硬度计硬度(standardtestmethodforrubberproperty—durometerhardness)》”在给定时间后所测量的给定材料的硬度。在分别配备有d探针和a探针的雷克斯混合硬度测试仪(rexhybridhardnesstester)(伊利诺伊州比弗洛格罗夫的雷克斯仪表公司(rexgaugecompany,inc.,buffalogrove,il))上测量硬度。对于每个硬度测量,将六个样品堆叠并混洗;并且在测试并使用astmd2240-15(2015)中概述的方法学来改进硬度测试的可重复性之前,通过将每个测试垫放置在23℃下50%相对湿度下五天,来调节每个测试垫。如本文所用,术语“sg”或“比重”是指根据本发明的抛光垫或层的矩形切口的重量/体积比。如本文所用,术语“固体”意指除水或氨之外的任何在使用条件下不挥发材料,无论其物理状态如何。因此,在使用条件下不挥发的液体反应剂被认为是“固体”。如本文所用,术语“基本上不含任何胺固化剂”是指给定组合物包含2,000ppm或更少,或优选地1,000ppm具有伯胺氢的任何胺固化剂化合物。如本文所使用的,术语“tanδ(tanδ)”意指如上文通过dma所测定的给定材料的g″/g′值。tanδ(tanδ)的峰值对应于给定材料的tg或玻璃化转变温度。如本文所用,给定材料的术语“tg”或“玻璃化转变温度”是指dma测试中所述材料的tanδ达到最大时的温度。如本文所使用的,在此和所附权利要求书中相对于终点检测窗口使用的在给定波长下的术语“%透射率(dpt)”或“双程透射率”或“dpt”是使用以下等式确定的:dpt=(iwsi-iwd)÷(iasi-iad)其中iwsi、iwd、iasi以及iad使用包括sd1024f光谱仪、氙闪光灯以及3mm光纤电缆的veritysp2006光谱干涉仪,通过将3mm光纤电缆的发光表面在原点处抵靠(且垂直于)终点检测窗口的第一个面,使光穿过窗口的厚度tw,并在原点测量从抵靠着基本上平行于第一面的终点检测窗口的第二面的表面反射回来的穿过窗口厚度tw光的强度;其中iwsi是从原点穿过窗口且从抵靠窗口的第二面放置的硅面晶片的表面反射回来穿过窗口回到原点的光的强度的测量值;其中iwd是从原点穿过窗口且从黑体表面反射回来穿过窗口回到原点的光的强度的测量值;其中iasi是从原点穿过相当于终点检测窗口的厚度tw的空气厚度,从抵靠着垂直于发光的硅面晶片的表面3mm光纤电缆的表面反射回来且穿过所述空气的厚度反射回到原点的光的强度的测量值;且其中iad是在3mm光纤电缆的发光表面从黑体反射回来的光的强度的测量值。如本文所使用的,术语“在400nm处的%透射率”或“dpt400”是波长为400nm的光在终点检测窗口所显示的%透射率。如本文所用,本文所使用的术语“400nm波长与800nm波长之间的%透射率δ”或“δdpt800-400”是800波长的光和400nm波长的光在终点检测窗口所显示的双程透射率的差异,其使用以下等式确定:δdpt800-400=dpt800-dpt400如本文所使用,如本文和所附权利要求书中所使用的术语“抛光介质”涵盖含粒子抛光溶液和不含粒子抛光溶液,如不含磨料的反应性液体抛光溶液。如本文所使用的,术语“uv截断”定义为在从零透射到200nm到800nm范围内的最高透射的步骤中的半最大值处的波长。如本文所用,术语“窗口褪色”由加速uv稳定性测量来测量。对于这一测量,设定为6mm直径的窗口材料的特定直径区域暴露于峰值强度为365nm的高强度uv-a光一段较短持续时间。强度和持续时间的选择对应于典型垫寿命期间的窗口的uv暴露。例如,如果曝光强度为330+/-30mw/sq.cm(365nm下),曝光45秒对应于典型垫寿命(cmp抛光中使用的闪光灯约6,000,000次闪光)。从分析物窗口的uv暴露区域的窗口透射与未暴露窗口透射的比率来测量变色。如本文所用,术语“wt.%”表示重量百分比。根据本发明,来自由脂环族二异氰酸酯或多异氰酸酯和二醇与三醇的多元醇混合物的反应混合物制成的铸型聚氨酯的终点检测窗口在低于400nm的波长下提供高%透射率。本发明的终点检测窗口的特性可以通过调节反应混合物和固化条件来调节。反应混合物能够形成具有足够耐久性以用于硬质化学机械抛光(cmp抛光)垫,如邵氏d硬度astmd2240-15(2015)为40到90的垫的终点检测窗口。较硬(较高tg)的终点检测窗口产生于具有更多脂环族二异氰酸酯或多异氰酸酯和聚合物链中含有重复碳酸酯基团的聚合二醇的本发明的铸型反应混合物。此类反应混合物是根据如上文项目1到5和10到12中任一项所述的反应混合物。另外,反应混合物能够形成用于软质cmp抛光垫的较软(低tg)的终点检测窗口,对此,邵氏a硬度(astmd2240-15(2015))将是更好的硬度量度。较软的终点检测窗口产生于具有少量脂环族二异氰酸酯或多异氰酸酯和包含聚醚二醇的多元醇混合物的本发明的铸型反应混合物。此类反应混合物是如根据上文项目1和6到12中任一项所述的反应混合物。具有丙氧基化三醇的反应混合物能够铸造保有足够的耐久性以在cmp抛光中保持透明的较软(低tg)的终点检测窗口。而且,本发明的终点检测窗口材料具有良好定义的玻璃化转变温度(tg),使得其可以在刚好高于所述tg或在所述tg下切割、切削或定形而不会使终点检测窗口材料变形。相反,在本领域中,通过用热刀片切削形成终点检测窗口导致终点检测窗口的凹陷或凸出,表明缺乏窗口耐久性。本发明的反应混合物不含或基本不含(以反应混合物的总固体重量计,小于10,000ppm)芳香族二异氰酸酯或多异氰酸酯。芳香族二异氰酸酯或多异氰酸酯损害由其制成的聚氨酯在400nm或更小的波长下的%透射率。本发明的反应混合物含有聚合二醇,其使得由其制成的终点检测窗口具有足够的耐久性,使得它们在处理期间不会从cmp抛光垫上弯曲或凸出。本发明的反应混合物还提供不含锡催化剂,如仲胺或叔胺,而不损害由其制成的终点检测窗口的耐久性或质量。此类胺催化剂更优选地具有至少两个胺基且是脂肪族的。在用于制备较硬的终点检测窗口的反应混合物中,如根据上文项目1到5和10到12中任一项所述,聚合二醇(b)(i)包含分子量为500到1,000或优选地500到800的聚碳酸酯二醇。具有如此相对低分子量的聚碳酸酯二醇(b)(i)帮助确保其终点检测窗口的硬度,由此能够提供邵氏d硬度astmd2240-15(2015)为40到90的硬质cmp抛光垫,且终点检测窗口在处理期间或之后不会从其表面凸出或弯曲。在用于制备较软的终点检测窗口的反应混合物中,如根据上文项目1和6到12中任一项所述,聚合二醇(b)(i)包含分子量为800到1,500或优选地900到1,250的聚醚二醇。具有如此相对高分子量的聚醚二醇(b)(i)帮助确保其终点检测窗口的软度,由此能够提供邵氏a硬度(astmd2240-15)为40到80的软质cmp抛光垫,且终点检测窗口在处理期间或之后不会从其表面凸出或弯曲。本发明的终点检测窗口本身可以是模制cmp抛光垫中的透明铸型聚氨酯棒或塞。所述棒或塞可以插入并模制在cmp抛光垫内(即“一体式窗口”),或者,在软质或低tg终点检测窗口的情况中,所述棒或塞可以在模制操作之后安装到抛光垫中的切口中(即,“插入式窗口”)。因此,本发明的硬质终点检测窗口优选地由一体式窗口方法制成,而本发明的软质终点检测窗口可以制成一体式窗口或插入式窗口。根据本发明,通过一体式窗口方法形成硬质(≥40邵氏d)或软质(≤85邵氏a)终点检测窗口包含:提供由根据如上文项目1到12中任一项所述的本发明的反应混合物制成的铸型聚氨酯棒(圆柱体)或矩形块,且其具有所期望的终点检测窗口长度和宽度尺寸或直径尺寸;提供用于制造cmp抛光垫的可固化或可定形聚合物混合物,如聚氨酯预聚物和胺固化剂;提供用于cmp抛光垫块状物的模具(块状物模具);用可固化或可定形的聚合物混合物填充块状物模具;将一个或多个铸型聚氨酯棒或圆柱体或块插入经填充的块状物模中,使它们垂直于块状物的顶部或底部定向;铸型成块状物并将其从块状物模具中取出;且沿着垂直于铸型聚氨酯的圆柱体或棒的定向的方向将块状物切削成所期望的cmp抛光垫厚度。根据本发明,切削发生在终点检测窗口材料的tg处或附近。本发明提供一种制造根据本发明的cmp抛光垫的方法,包括:提供具有抛光表面的cmp抛光层;单独地,由如上文项目1到12中任一项的本发明反应混合物形成终点检测窗口;将终点检测窗口与抛光层接合以提供化学机械抛光垫;其中,终点检测窗口是一体式窗口或插入式窗口,或者是经过模制来得到所期望的尺寸的窗口。优选地,为了形成插入式(pip)软质(低tg)终点检测窗口,形成终点检测窗口可以包含:提供根据本发明的反应混合物;可为以下任何一种的模制:(i)模制本发明的反应混合物且随后将所得模制制品切削成所期望的厚度0.5到3.0mm,或优选地0.5到2.0mm;(ii)模制成所期望的厚度0.5到3.0mm,或优选地0.5到2.0mm和所期望的轮廓;或者,(iii)模制成所期望的厚度0.5到3.0mm,或优选地0.5到2.0mm,并将铸型聚氨酯压印或冲压成所期望的轮廓形状以形成每个终点检测窗口;单独地,模制合适的聚合物材料(如多异氰酸酯预聚物和芳香族二胺)以形成cmp抛光垫,以形成本发明的聚合(如聚氨酯)cmp抛光垫;在cmp抛光垫中切割或形成与终点检测窗口的轮廓尺寸相同或稍大的凹陷区域、孔或开口;且将终点检测窗口组合在cmp抛光垫的凹陷区域或开口中。只要窗口材料被加热到足够的温度,例如,在其tg或高于其tg的温度,就可以通过pip方法形成硬质窗口,从而能够将窗口材料压印或冲压成具有所期望的厚度0.5到3.0mm,或者优选地0.5到2.0mm的铸型模具。通常,在用于形成本发明的终点检测窗口的铸型中,在模制步骤之前对反应混合物施加真空以去除或防止孔或气泡的形成。本发明的化学机械抛光垫可另外包含与抛光层接合的至少一个额外层,如子垫。额外层可具有比cmp抛光垫的抛光层略小的开口或孔,所述开口或孔与抛光层中的洞、孔或开口同心或有相同的中心点,以便能够进行光学检测同时提供终点检测窗口可以静置和接合的支架。优选地,使用粘合剂将抛光层与至少一个额外层接合。粘合剂可以选自压敏粘合剂、热熔粘合剂、接触粘合剂以及其组合。优选地,粘合剂是热熔粘合剂或压敏粘合剂。更优选地,粘合剂是热熔粘合剂。根据本发明,抛光衬底的方法包含:提供选自磁性衬底、光学衬底以及半导体衬底中的至少一个的衬底;提供具有如上文项目1到12中任一项所述的终点检测窗口的化学机械(cmp)抛光垫;在cmp抛光垫的抛光层的抛光表面与衬底之间制造动态接触以抛光衬底的表面;且用研磨调节剂来调节抛光垫的抛光表面。更具体地说,本发明提供一种抛光衬底的方法,包含:提供具有台板、光源以及光传感器的化学机械抛光设备;提供至少一个衬底;提供如上文项目1到12中任一项所述的化学机械抛光垫;将化学机械抛光垫安装在台板上;任选地,在抛光表面与衬底之间的界面处提供抛光介质;在抛光表面与衬底之间制造动态接触,其中至少部分材料从衬底去除;且通过穿过终点检测窗口来透射来自光源的光并分析从衬底表面反射回来且穿过终点检测窗口入射到光传感器上的光来确定抛光终点。根据本发明,使用终点检测窗口的方法确切地说是通过用光束经由cmp抛光垫穿过终点检测窗口照射衬底并且监测由光束反射产生的干涉信号来检测抛光的终点的方法。对于光束,通常使用例如白色led或使用具有300到800nm波长的光的卤素灯或氘灯的白光。在此类方法中,通过监测晶片表面层厚度的变化知道表面不平整度的大致深度来确定终点。当这种厚度变化等于不平整度的厚度时,cmp过程结束。相应地,通过穿过终点检测窗口来透射来自光源的光并分析从衬底表面反射回来且穿过终点检测窗口入射到光传感器上的光来确定cmp抛光终点。已经提出了各种方法和抛光垫作为通过此类光学手段检测抛光终点的方法和在所述方法中使用的抛光垫。在抛光期间,光束穿过窗口射到衬底表面,在衬底表面上反射并穿过窗口返回到检测器(例如分光光度计)。基于返回信号,可以确定衬底表面的特性(例如其上膜的厚度)用于终点检测。本发明的化学机械抛光垫的抛光层具有经调适用于抛光衬底的抛光表面。优选地,抛光表面经调适用于对选自磁性衬底、光学衬底以及半导体衬底中的至少一个的衬底进行抛光。更优选地,抛光表面经调适用于抛光半导体衬底。本发明的化学机械抛光垫的抛光层优选地由包含选自以下的聚合物的聚合材料制得:聚碳酸酯、聚砜、尼龙、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚醚砜、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧树脂、硅酮、epdm以及其组合。优选地,抛光层包含聚氨酯。本领域的普通技术人员将理解选择具有适用于给定抛光操作的化学机械抛光垫的厚度的抛光层。优选地,抛光层的平均厚度为20到150密耳(mil)(更优选地30到125密耳,最优选地40到120密耳)。优选地,抛光表面具有选自至少一个穿孔和凹槽的宏观纹理。穿孔可以从抛光表面部分延伸或一直延伸穿过抛光层的厚度。优选地,凹槽布置在抛光表面上以使得在抛光期间在旋转化学机械抛光垫时,至少一个凹槽扫过正被抛光的衬底的表面。优选地,抛光表面具有宏观纹理,包括至少一个选自由弯曲凹槽、线性凹槽以及其组合组成的群组的凹槽。优选地,本发明的化学机械抛光垫的抛光层具有适于抛光衬底的抛光表面,其中抛光表面具有包含形成于其中的凹槽图案的宏观纹理。优选地,凹槽图案包含多个凹槽。更优选地,凹槽图案选自凹槽设计。优选地,凹槽设计选自由以下组成的群组:同心凹槽(其可以是圆形或螺旋形的)、弯曲凹槽、交叉影线凹槽(例如跨垫表面布置成x-y网格)、其它规则设计(例如六角形、三角形)、轮胎胎纹型图案、不规则设计(例如碎片形图案)以及其组合。更优选地,凹槽设计选自由以下组成的群组:随机凹槽、同心凹槽、螺旋形凹槽、交叉影线凹槽、x-y网格凹槽、六角形凹槽、三角形凹槽、碎片形凹槽以及其组合。最优选地,抛光表面具有形成于其中的螺旋形凹槽图案。凹槽轮廓优选地选自具有直侧壁的矩形,或凹槽横截面可以是“v”形、“u”形、锯齿形以及其组合。本发明现将在以下非限制性实例中详细描述:在下列实例中,除非另有说明,否则所有压力均为标准压力(101kpa)且所有温度均为环境温度或室温(约22到23℃)。在实例中使用以下原材料:h12mdi:亚甲基双(4-环己基异氰酸酯),又名二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯;二醇1:线性、羟基封端的脂肪族聚碳酸酯二醇,平均分子量约为650g/mol,以desmophentmcxp2716销售,德国勒沃库森(leverkusen,germany)的covestroag;二醇2:聚醚二醇通过使丙二醇与环氧丙烷反应制得,其中丙二醇作为引发剂,1,000mw(平均分子量);(以voranoltm220-110出售,密歇根州米德兰的陶氏化学公司的陶氏聚氨酯(dowpolyurethanes,thedowchemicalcompany,midland,mi(dow)));三醇1:三羟甲基丙烷或tmp,mw(分子量):134.17g/mol;三醇2:丙氧基化三羟甲基丙烷,255mw(平均分子量);每个羟基上丙氧基的平均数,n=1,以voranoltm230-660出售,dow的陶氏聚氨酯);催化剂1:dabcotmt12二月桂酸二丁基锡催化剂,mw(分子量):631.56(宾夕法尼亚州阿伦敦(allentown,pa)的airproductsandchemicals,inc.);催化剂2:三亚乙基二胺,mw(分子量)-112.17(dabcotm33lv宾夕法尼亚州阿伦敦的airproductsandchemicals,inc.);催化剂3:新癸酸铋,mw(分子量)-722.75(密苏里州圣路易斯(saintlouis,mo)的sigmaaldrich);多异氰酸酯预聚物:含聚醚的多异氰酸酯聚合物adiprenetmlw570使用具有7.35-7.65wt.%的可用异氰酸酯含量(%nco)的脂肪族二异氰酸酯(康涅狄格州米德尔伯里(middlebury,ct)的chemturacorporation)制备;固化剂:ethacuretm100胺固化剂是3,5-二乙基甲苯二胺(路易斯安那州巴吞鲁日(batonrouge,la)的albemarle,ltd.);以及光稳定剂:univultm3039是氰基丙烯酸乙基己酯(新泽西州弗洛勒姆帕克的巴斯夫公司(basfcorporation,florhampark,nj))。实例1到5和7与比较实例6:具有终点检测窗口的cmp抛光垫的形成:由下表1a中所示的反应混合物制品形成终点检测窗口。一体式窗口(iw):用于硬质终点检测窗口(在下表2和3中表示为iw)和一些软质终点检测窗口(在下表2中表示为“iw”)的反应混合物在具有下述实例1到5、7和比较实例6中所示的尺寸的圆柱形或矩形块模具中且在下述实例1到5、7和比较实例6中所示的模制条件下铸型。将所得的铸型圆柱体或块插入与其底和顶表面垂直的块状物模具中。然后,将下面的多异氰酸酯预聚物和芳香族二胺固化剂的垫形成混合物倒入块状物模具中以在指定的时间和温度下形成指定的cmp抛光垫,如下表1b所示。然后用指定温度下的不锈钢刀片将得到的垫切削成厚度2mm。pip(插入式窗口):用于某些终点检测窗口的反应混合物处于以下实例1到5、7和比较实例6中所示的模制条件下,形成模制品并随后切削模制品以得到所期望的厚度2.0mm,如下表2中的“切削”所示。单独地,将多异氰酸酯预聚物和芳香族二胺以及多元醇固化剂的垫形成混合物在块状物模具中模制,并在下表1b所示的时间和温度下切削形成厚度2mm的指定的cmp抛光垫。然后,将cmp抛光垫冲压形成所期望的终点检测窗口尺寸的孔、洞或开口,接着在其中插入并粘合终点检测窗口。模制窗口:用于实例1到5、7和比较实例6中所示的一些窗口的反应混合物在实例1到5、7和比较实例6所示的条件下直接铸型成厚度为2mm的所期望的盘状。在下表2中模制盘表示为“盘”。如下表1a所示,评估所指示的数字的终点检测窗口且针对tan和tg(平均峰值tan)测试。所指定的每个受测试的窗口或含窗口垫的平均uv截断、%透射率以及400nm到800nm的%透射率变化,包括试验次数都显示在下表2中。此外,针对弯曲/凸出评估具有终点检测窗口的cmp抛光垫,且包括试验次数在内的平均结果借助于终点检测窗口、cmp抛光垫以及每项的试验次数显示在下表3中。实例1:硬质终点检测窗口或具有硬质终点检测窗口的硬质垫形成下表1b中所示的具有下表1b所示的硬度的硬质cmp抛光垫,其具有邵氏d硬度(2s)为约80的三个终点检测窗口。实例1的终点检测窗口由下表1a中指示的反应混合物,在具有12mm直径的正圆柱形模具中在65℃下12小时且随后在110℃下12小时铸型,如下表2中所示“iw”,或者直接铸型成厚度为2mm的盘,如下表2所示“盘”。如果铸型成块或圆柱体,则将模制品插入用于cmp抛光垫的cmp抛光垫形成混合物中,且随后由iw方法铸型以形成具有下表1b中所示的邵氏d硬度(2s)的指定cmp抛光垫。随后用不锈钢刀片在75到90℃的温度范围内将得到的垫切削成2mm厚度。实例2:硬质终点检测窗口或具有硬质终点检测窗口的硬质垫重复实例1,不同之处在于,形成的表1b中所示的cmp抛光垫具有邵氏d硬度(2s)为约79的三个终点检测窗口。终点检测窗口由下表1a中指示的反应混合物,在具有18mm直径的正圆柱形模具中在80℃下16小时且随后在110℃下12小时铸型,如下表2或3中所示“iw”或“切削”,或者直接铸型成厚度为2mm的盘,如下表2所示“盘”。如果铸型成块或圆柱体,则将模制品插入用于cmp抛光垫的cmp抛光垫形成混合物中,且随后由iw方法铸型以形成具有下表1b中所示的邵氏d硬度(2s)的指定cmp抛光垫。切削温度在75-90℃范围内。实例3:软质终点检测窗口或具有软质终点检测窗口的软质垫重复实例1,不同之处在于,下表1b中所示的cmp抛光垫由形成的具有如下表1a中所示的邵氏a硬度的终点检测窗口的软质垫代替。邵氏a硬度(15s)为56的终点检测窗口由下表1a中所示的反应混合物,在65℃下12小时随后在110℃下12小时铸型或模制以形成块状物,或者直接铸型成厚度为2mm的盘,如下表2所示“盘”。在如下表2或3中的“iw”所示地切削时,将铸型块状物(在20到35℃的温度范围内)切削形成厚度为2mm的片材以形成窗口。实例4:软质终点检测窗口或具有软质终点检测窗口的软质垫邵氏a硬度(2s)为55的终点检测窗口由下表1a所示的反应混合物,在110℃下48小时铸型或模制以形成块状物,或者直接铸型成厚度为2mm的盘,如下表2所示“盘”。在如下表2所示地切削时,将铸型块状物切削(在20到35℃的温度范围内)形成2mm厚度的片材以形成窗口。实例5:硬质终点检测窗口或具有硬质终点检测窗口的硬质垫重复实例1,不同之处在于,形成的下表1b中所示的cmp抛光垫具有下表1a中所示的邵氏d硬度的三个终点检测窗口。在如下表2所示地切削或用于下表3中的iw垫中时,终点检测窗口由下表1a中指示的反应混合物在直径为12mm的正圆柱形模具中在50℃下12小时且随后在110℃下12小时铸型。切削温度在75-90℃范围内。若如下表2中的“盘”所示,则将反应混合物直接铸型成厚度为2mm的盘。比较实例6:硬质终点检测窗口或具有硬质终点检测窗口的硬质垫重复实例1,不同之处在于,形成的下表1b中所示的cmp抛光垫具有邵氏d硬度(2s)为约66的三个终点检测窗口。终点检测窗由下表1a中所示的反应混合物铸型而成,且对于“iw”在直径12mm的正圆柱形模具中在95℃下22小时铸型(参见下表2和3)。切削温度在75-90℃范围内。如果直接模制成2mm厚的盘,则所得窗口在下表2中指示为“盘”。实例7:硬质终点检测窗口或具有硬质终点检测窗口的硬质垫重复实例1,不同之处在于,形成的表1b中所示的cmp抛光垫具有邵氏d硬度(2s)为约78的三个终点检测窗口。终点检测窗口由下表1a所示的反应混合物,在直径18mm的正圆柱形模具中在80℃下2小时且随后在110℃下12小时铸型,或者如表2或3所示“iw”或“切削”。若铸型成块或圆柱体,则将模制品插入用于cmp抛光垫的cmp抛光垫形成混合物中且随后由iw方法铸型以形成具有下表1b中所示的邵氏d硬度(2s)的指定cmp抛光垫。切削温度在75-90℃范围内。表1a:终点检测窗口反应混合物*-表示比较实例。表1b:cmp抛光垫下表1b中所示的所有cmp抛光垫均是由多异氰酸酯预聚物和二胺固化剂形成的聚氨酯泡沫垫。cmp抛光垫邵氏d硬度(2s)模制时间和温度软质或硬质a65升温到105℃并保持15.5小时硬质b60相同硬质c54相同硬质表2:终点检测窗口的各种%透射率特性*-表示比较实例;**-从400nm到800nm的%透射率变化。如上表2所示,所有本发明终点检测窗口均给出了显著较低的平均uv截断波长,即使窗口组合到cmp抛光垫中的情况下也是如此。所有本发明终点检测窗口还给出显著低的400nm到800nm波长范围内的%透光率的平均δ值。模制终点检测窗口或盘提供了最佳的整体性能。具有任何不是显著好的光透射性能的本发明终点检测窗口的唯一实例是实例1硬质窗口,所述窗口被切削并放置在硬质cmp抛光垫a中,其中切削导致在窗口表面产生纹理。这表明,这种切削本应在略(10-15℃)高的温度下进行以避免产生窗口表面纹理。弯曲-收测量使用具有±0.00125mm的不确定度的机械轮廓测量仪平面度测量工具进行。厚度计测量围绕窗口的周长或圆周的四个等间隔点中的每一个处的窗口边缘处的抛光层的水平。实例中的窗口表面与cmp抛光垫的抛光层的表面齐平。因此,轮廓测量仪测量窗口中心处的凸起或凹陷相对于相邻垫表面的水平。正值表示凸出或突起,负值表示凹陷。可接受的结果是0.05mm或更小的凸出或凹陷。结果展示于下表3中。表3:用于切削的终点检测窗口(一体式窗口)的各种%透射率特性实例垫/方法#试验平均凸起/凹陷1(mm)1a/iw113-0.04421b/iw159-0.03151c/iw240.00812a/iw72-0.0275a/iw2220.09256*a/iw981-0.04296*b/iw375-0.00236*c/iw219-0.00677c/iw80-0.025*-表示比较实例;1.凹陷指示为负数。如上表3所示,本发明终点检测窗口全部经受切削且给出可接受的凸出/弯曲结果,除了实例5以外,实例5如果在约70到80℃的较低温度下进行切削可能表现更好。实例1的终点检测窗口最硬,因此需要的切削温度最高。尽管比较实例6窗口的光学特性不可接受,但仍给出可接受的凸出/凹陷结果。当前第1页12
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1