具有广谱终点检测窗口的多层化学机械抛光垫的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种多层化学机械抛光垫，其包括：抛光层，所述抛光层具有抛光表面、扩孔开口、与抛光表面平行的抛光层界面区域；多孔子垫层，该子垫层具有底表面以及平行于底表面的多孔子垫层界面区域；以及包含环状烯烃加成聚合物的广谱终点检测窗口块体；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；其中所述抛光层界面区域和多孔子垫层界面区域形成共延伸区域；其中，所述多层化学机械抛光垫具有从所述抛光表面延伸至所述多孔子垫层的底表面的贯穿开口；其中，所述扩孔开口开在所述抛光表面上，使所述贯穿开口扩大并形成阶状部分；以及其中，所述广谱终点检测窗口块体设置在所述扩孔开口内。
【专利说明】具有广谱终点检测窗口的多层化学机械抛光垫
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及用于化学机械抛光的抛光垫领域。具体而言，本发明涉及具有塞入性广谱终点检测窗口块体的多层化学机械抛光垫；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塞入性广谱终点检测窗口块体的多层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]化学机械平面化，即化学机械抛光(CMP)是一种用来对半导体晶片之类的工件进行平面化或抛光的常规技术。在常规的CMP中，将晶片支架或抛光头安装在支架组件上。所述抛光头固定着所述晶片，将所述晶片置于与抛光垫的抛光层接触的位置，所述抛光垫安装在CMP设备中的台子或台面上。所述支架组件在晶片和抛光垫之间提供可以控制的压力。将抛光介质任选地分散在抛光垫上，并流入晶片和抛光层之间的间隙内。为了进行抛光，所述抛光垫和晶片通常相对彼此发生旋转。通过抛光层和抛光介质在晶片表面上的化学和机械作用，晶片表面被抛光并且变得平坦。
[0003]对晶片进行平坦化的一个重要步骤是确定这一过程的终点。一种流行的用于终点检测的原位方法包括提供具有窗口的抛光垫，该窗口对于选择的光波长是透射性的以有利于光学终点检测技术。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)。In U.S.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。
[0004]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 ”)。
[0005]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。[0006]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。
[0007]在抛光垫中使用塞入性窗口的一个相关问题涉及在窗口周围存在渗漏的抛光流体并且这些抛光流体会流入多孔子垫层，这可能会导致整个垫表面上以及在抛光垫的使用寿命中抛光性质发生不希望的变化。
[0008]Tolles的美国专利第6，524, 164号公开了一种缓解抛光垫中窗口渗漏的方法。Tolles公开了用于化学机械抛光设备的抛光垫及其制备方法，其中所述抛光垫具有底层、位于顶层上的抛光表面以及介于这两层之间的透明材料片。Tolles公开了用透明材料片来防止浆液在化学机械抛光过程中渗入抛光垫的底层。
[0009]为了缓解一些多层抛光垫存在的分层问题(即，其中在抛光过程中抛光层与子垫层分开)，一些多层化学机械抛光垫是通过将抛光层与多孔子垫层直接粘结来构建的，其中多孔子垫层能渗透各种抛光过程中使用的抛光介质(例如浆液)。Tolles公开的这种缓解窗口渗漏的方法不适合用于以下的这种抛光垫，即，在所述抛光垫中上述构建不利于在抛光层和多孔子垫层之间包含非渗透性的层材料。
[0010]美国专利第7，163，437号(Swedek等人)公开了另一种缓解抛光垫中窗口渗漏的方法。Swedek等人公开了 一种抛光垫，其包括具有抛光表面的抛光层、具有孔和能透过液体的第一部分的背衬层，使用密封剂渗透背衬层的第二部分，从而使得第二部分是基本不可透过液体的，所述第二部分位于与所述孔相邻并围绕着孔的位置。相对于背衬层的剩余部分，该第二部分由于有密封剂材料渗透其中，因而是的该第二部分压缩性降低。由于窗口密封区域在抛光轨迹(polishing track)之内，具有相同的厚度、降低的压缩性的第二部分在抛光操作过程中像是一个减速带，使得形成抛光缺陷的可能性增大。
[0011]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。本领域一直需要新的低缺陷的多层窗口抛光垫构造，其经由窗口渗漏入子垫层的现象得到缓解。
【发明内容】
[0012]本发明提供了 一种用于对基材进行抛光的多层化学机械抛光垫,所述基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材，所述抛光垫包括:抛光层，所述抛光层具有抛光表面、扩孔开口、外周、与抛光表面平行的抛光层界面区域，并且所述抛光层具有平均非界面区域厚度TP_avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从抛光表面测量到抛光层界面区域得到的；多孔子垫层，该子垫层具有底表面、外周以及平行于底表面的多孔子垫层界面区域；压敏粘合剂层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于抛光表面的平面的轴方向上具有厚度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% ;其中所述抛光层界面区域和所述多孔子垫层界面区域形成共延伸区域；其中，所述共延伸区域在没有使用层叠粘合剂的情况下将抛光层固定在多孔子垫层上；其中，所述压敏粘合剂层被施加在多孔子垫层的底表面上；其中，所述多层化学机械抛光垫具有从所述抛光表面延伸至所述多孔子垫层的底表面的贯穿开口 ；其中，所述扩孔开口开在所述抛光表面上，使所述贯穿开口扩大并形成阶状部分(ledge);其中，所述扩孔开口具有平均深度Dpavg,该深度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面的平面测量至所述阶状部分得到的；其中，所述平均深度Dyavg小于所述平均非界面区域厚度TP_avg ；其中，所述广谱终点检测窗口块体设置在所述扩孔开口内；其中所述广谱终点检测窗口块体与所述抛光层相粘结；以及，其中所述抛光表面适合用来对所述基材进行抛光。
[0013]本发明提供了 一种用于对基材进行抛光的多层化学机械抛光垫,所述基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材，所述抛光垫包括:抛光层，所述抛光层具有抛光表面、扩孔开口、外周、与抛光表面平行的抛光层界面区域，并且所述抛光层具有平均非界面区域厚度TP_avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从抛光表面测量到抛光层界面区域得到的；多孔子垫层，该子垫层具有底表面、外周以及平行于底表面的多孔子垫层界面区域；压敏粘合剂层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于抛光表面的平面的轴方向上具有厚度Tw;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；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、乙烯基环戊烷和乙烯基环戊烯；其中所述广谱终点检测窗口块体包含的卤素〈lppm ;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；其中所述广谱终点检测窗口块体的光谱损失< 40% ;其中所述抛光层界面区域和所述多孔子垫层界面区域形成共延伸区域；其中，所述共延伸区域在没有使用层叠粘合剂的情况下将抛光层固定在多孔子垫层上；其中，所述压敏粘合剂层被施加在多孔子垫层的底表面上；其中，所述多层化学机械抛光垫具有从所述抛光表面延伸至所述多孔子垫层的底表面的贯穿开口 ；其中，所述扩孔开口开在所述抛光表面上，使所述贯穿开口扩大并形成阶状部分；其中，所述扩孔开口具有平均深度Dyavg,该深度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面的平面测量至所述阶状部分得到的；其中，所述平均深度Dpavg小于平均非界面区域厚度TP_avg ;其中，所述广谱终点检测窗口块体设置在所述扩孔开口内；其中所述广谱终点检测窗口块体与所述抛光层相粘结；以及，其中所述抛光表面适合用来对所述基材进行抛光。
[0014]本发明提供了 一种用于对基材进行抛光的多层化学机械抛光垫,所述基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材，所述抛光垫包括:抛光层，所述抛光层具有抛光表面、扩孔开口、外周、与抛光表面平行的抛光层界面区域，并且所述抛光层具有平均非界面区域厚度TP_avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从抛光表面测量到抛光层界面区域得到的；多孔子垫层，该子垫层具有底表面、外周以及平行于底表面的多孔子垫层界面区域；压敏粘合剂层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于抛光表面的平面的轴方向上具有厚度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、乙烯基环戊烷和乙烯基环戊烯；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-戍烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、2-甲基_1_丙烯、3-甲基-1-戍烯、4-甲基-1-戍烯、2- 丁烯、丁二烯、异戍二烯、1，3-戍二烯、I, 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；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% ;其中所述抛光层界面区域和所述多孔子垫层界面区域形成共延伸区域；其中，所述共延伸区域在没有使用层叠粘合剂的情况下将抛光层固定在多孔子垫层上；其中，所述压敏粘合剂层被施加在多孔子垫层的底表面上；其中，所述多层化学机械抛光垫具有从所述抛光表面延伸至所述多孔子垫层的底表面的贯穿开口 ；其中，所述扩孔开口开在所述抛光表面上，使所述贯穿开口扩大并形成阶状部分；其中，所述扩孔开口具有平均深度Dyavg,该深度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面的平面测量至所述阶状部分得到的；其中，所述平均深度Dpavg小于所述平均非界面区域厚度TP_avg ;其中，所述广谱终点检测窗口块体设置在所述扩孔开口内；其中所述广谱终点检测窗口块体与所述抛光层相粘结；以及，其中所述抛光表面适合用来对所述基材进行抛光。
[0015]本发明提供了一种用于对基材进行抛光的多层化学机械抛光垫,所述基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材，所述抛光垫包括:抛光层，所述抛光层具有抛光表面、扩孔开口、外周、与抛光表面平行的抛光层界面区域，并且所述抛光层具有平均非界面区域厚度TP_avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从抛光表面测量到抛光层界面区域得到的；多孔子垫层，该子垫层具有底表面、外周以及平行于底表面的多孔子垫层界面区域；压敏粘合剂层；以及广谱终点检测窗口块体，其沿着垂直于抛光表面的平面的轴方向上具有厚度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:
【权利要求】
1.一种用于对基材进行抛光的多层化学机械抛光垫，所述基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材，所述抛光垫包括: 抛光层，所述抛光层具有抛光表面、扩孔开口、外周、与抛光表面平行的抛光层界面区域，并且所述抛光层具有平均非界面区域厚度Tp_avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从抛光表面测量到抛光层界面区域得到的； 多孔子垫层，该子垫层具有底表面、外周以及平行于底表面的多孔子垫层界面区域； 压敏粘合剂层；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，所述抛光层界面区域和所述多孔子垫层界面区域形成共延伸区域； 其中，所述共延伸区域在没有使用层叠粘合剂的情况下将抛光层固定在多孔子垫层上； 其中，所述压敏粘合剂层被施加在多孔子垫层的底表面上； 其中，所述多层化学机械抛光垫具有从所述抛光表面延伸至所述多孔子垫层的底表面的贯穿开口； 其中，所述扩孔开口开在所述抛光表面上，使所述贯穿开口扩大并形成阶状部分；其中，所述扩孔开口具有平均深度Dpavg，该深度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面的平面测量至所述阶状部分得到的； 其中，所述平均深度Dpavg小于所述平均非界面区域厚度TP_avg ； 其中，所述广谱终点检测窗口块体设置在所述扩孔开口内； 其中所述广谱终点检测窗口块体与所述抛光层相粘结； 其中所述抛光表面适合用来对所述基材进行抛光。
2.如权利要求1所述的多层化学机械抛光垫，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的卤素〈lppm ；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1所述的多层化学机械抛光垫，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。
4.如权利要求3所述的多层化学机械抛光垫，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。
5.如权利要求1所述的多层化学机械抛光垫，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。
6.如权利要求5所述的多层化学机械抛光垫，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。
7.如权利要求1所述的多层化学机械抛光垫，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:
8.一种制备用于对基材进行抛光的多层化学机械抛光垫的方法，所述基材选自磁性基材、光学基材和半导体基材中的至少一种基材，所述方法包括: 提供抛光层，所述抛光层具有适合用来对所述基材进行抛光的抛光表面、外周、与抛光表面平行的抛光层界面区域，并且所述抛光层具有平均非界面区域厚度TP_avg，该厚度是在垂直于抛光表面的方向上从抛光表面测量到抛光层界面区域得到的； 提供多孔子垫层，该子垫层具有底表面、外周以及平行于所述底表面的多孔子垫层界面区域； 提供压敏粘合剂层； 提供包含环状烯烃加成聚合物的广谱终点检测窗口块体； 使所述抛光层与所述多孔子垫层接合，形成层叠体，其中所述抛光层的外周与所述多孔子垫层的外周重合，并且其中所述抛光层界面区域和所述多孔子垫层界面区域形成共延伸区域； 提供贯穿开口，其穿过所述层叠体从所述抛光表面延伸至所述底表面； 提供扩孔开口，其开在所述抛光表面上，使所述贯穿开口扩大并形成阶状部分；其中，所述扩孔开口具有平均深度Dyavg,该深度是在垂直于所述抛光表面的方向上从所述抛光表面的平面测量至所述阶状部分得到的；其中，所述平均深度Dyavg小于所述平均非界面区域厚度 TP_avg ； 将所述广谱终点检测窗口块体设置在所述扩孔开口内并将所述广谱终点检测窗口块体与所述抛光层相粘结；以及将所述压敏粘合剂层施加在多孔子垫层的底表面上。
9.如权利要求8所述的方法，所述方法还包括: 提供匹配表面； 提供具有突起特征体的压模机，所述突起特征体对应于所述不可逆塌缩的致密化区域； 将所述层叠体放置在所述匹配表面上，并对着所述层叠体按压所述压模机，朝向对应于所述多孔子垫层外周的层叠体的区域形成临界压缩力，其中所述临界压缩力的大小足以沿着所述多孔子垫层的外周在所述多孔子垫层中形成不可逆塌缩的致密化区域。
10.一种抛光基材的方法，其包括: 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1所述的多层化学机械抛光垫； 在所述抛光表面和所述基材之间的界面处提供抛光介质；以及 在所述抛光表面和所述基材之间的界面处建立动态接触； 其中，所述抛光介质向所述多孔子垫层中的渗透会受到所述抛光层以及所述不可逆塌缩的致密化区域的阻碍。
【文档编号】C08F210/02GK104029115SQ201410080879
【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, M·德格鲁特 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