具有終點檢測窗口的化學(xué)機械拋光墊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有終點檢測窗口的化學(xué)機械拋光墊。本發(fā)明還涉及使用具有終點檢 測窗口的化學(xué)機械拋光墊對基材進行化學(xué)機械拋光的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路和其它電子器件的制造中，在半導(dǎo)體晶片的表面上沉積多層的導(dǎo)體 材料、半導(dǎo)體材料和介電材料，或者將這些材料層從半導(dǎo)體晶片的表面除去。可以使用許 多沉積技術(shù)沉積導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體材料和介電材料的薄層。現(xiàn)代加工中常用的沉積技術(shù)包 括物理氣相沉積（PVD)(也稱為濺射）、化學(xué)氣相沉積（CVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積 (PECVD)和電化學(xué)鍍覆（ECP)等。
[0003] 當材料層被依次沉積和除去時，晶片的最上層表面變得不平。因為隨后的半導(dǎo)體 加工（例如金屬化）需要晶片具有平坦的表面，所以需要對晶片進行平面化。平面化可用 來除去不合乎希望的表面形貌和表面缺陷，例如粗糙表面、團聚材料、晶格破壞、劃痕和污 染的層或材料。
[0004] 化學(xué)機械平面化，或者化學(xué)機械拋光（CMP)是一種用來對基材（例如半導(dǎo)體晶片） 進行平面化的常用技術(shù)。在常規(guī)CMP中，將晶片安裝在支架組件上，并設(shè)置在與CMP設(shè)備中 的拋光墊接觸的位置。支架組件為晶片提供可控制的壓力，將其壓向拋光墊。通過外界驅(qū) 動力使得墊相對于晶片運動（例如轉(zhuǎn)動）。與此同時，在晶片和拋光墊之間提供拋光介質(zhì) (例如漿料）。從而，通過墊表面和拋光介質(zhì)的化學(xué)與機械作用，對晶片表面進行拋光并使 其變平。
[0005] 化學(xué)機械拋光中存在的一個問題是，如何確定何時已經(jīng)將基材拋光至所需的程 度。人們已經(jīng)開發(fā)出用于檢測拋光終點的原位方法。原位光學(xué)終點檢測技術(shù)可分為兩個基 本的類別：（1)監(jiān)測在單一波長下的反射的光學(xué)信號或者（2)監(jiān)測多個波長的反射的光學(xué) 信號。用于光學(xué)終點的常規(guī)波長包括以下范圍內(nèi)的波長：可見光譜（例如400-700納米）、 紫外光譜（315-400納米）和紅外光譜（700-1000納米）。在美國專利第5, 433, 651號中， Lustig等人公開了使用單一波長的聚合物終點檢測方法，其中來自激光源的光在晶片表面 傳播，并檢測反射的信號。當晶片表面處的組成從一種金屬變?yōu)榱硪环N金屬時，反射率會發(fā) 生變化。然后用反射率的變化來檢測拋光終點。在美國專利第6, 106, 662號中，Bibby等 人揭示了使用分光光度計來獲得可見光譜范圍內(nèi)的反射光的強度譜。在金屬CMP應(yīng)用中， Bibby等人教導(dǎo)使用全譜來檢測拋光終點。
[0006] 為了適應(yīng)這些光學(xué)終點技術(shù)，人們開發(fā)了具有窗口的化學(xué)機械拋光墊。例如，在美 國專利第5, 605, 760號中，Roberts公開了其中墊的一部分在一定波長范圍內(nèi)對激光是透 明的拋光墊。在一些公開的實施方式中，Roberts教導(dǎo)了一種拋光墊，該拋光墊在原本不透 明的墊中包括透明的窗口片。該窗口片可以是在模塑的拋光墊中的透明聚合物的桿或塞嵌 件。可以將所述桿或塞嵌件模塑在拋光墊之內(nèi)（即"整體性窗口"），或者可以在模塑操作 后將所述桿或塞嵌件安裝在拋光墊中的開孔（cut out)中（即，"塞入性窗口"）。
[0007] 例如美國專利第6, 984, 163號中所述的脂族異氰酸酯基聚氨酯材料在寬闊的光 譜內(nèi)提供了改進的透光率。不幸的是，這些脂族聚氨酯窗等傾向于缺乏高要求的拋光應(yīng)用 所需的嚴格的耐久性。
[0008] 基于常規(guī)聚合物的終點檢測窗口通常在暴露于波長330-425納米的光時發(fā)生不 希望的降解。但是，在半導(dǎo)體拋光應(yīng)用中為了促進較薄的材料層以及較小的器件尺寸，使用 較短波長的光用于終點檢測目的的壓力逐漸增大。
[0009] 此外，半導(dǎo)體器件正變得越來越復(fù)雜，具有較精細的特征以及較多的金屬化層。為 了保持平面性以及限制拋光缺陷，這種趨勢要求從拋光耗材改進性能。拋光缺陷可形成導(dǎo) 線的電學(xué)破壞或電短路，這將使半導(dǎo)體器件無功能。眾所周知，一種減少拋光缺陷（例如 微-劃傷或震痕）的方法是使用較軟的拋層材料。因此，本領(lǐng)域存在使用較軟的拋光層材 料來促進改進的缺陷度性能的趨勢。然而，常規(guī)窗口制劑與此類較軟的拋光層材料不會良 好匹配，往往會導(dǎo)致拋光缺陷度增加。
[0010] 因此，本領(lǐng)域一直需要用于化學(xué)機械拋光墊的改進的聚合物終點檢測窗口制劑。 具體而言，本領(lǐng)域一直需要具有以下特征的聚合物終點檢測窗口制劑：肖氏D硬度< 50,以 及斷裂伸長率< 400% ;其中所述窗口制劑不具有不理想的窗口變形，并且具有高要求的拋 光應(yīng)用所需的耐久性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提供了一種化學(xué)機械拋光墊，其包括：具有拋光表面的拋光層；以及終點 檢測窗口；其中所述終點檢測窗口包括以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述組分包括：具有2-6. 5重 量％的未反應(yīng)的NCO基團的異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物以及固化劑體系，所述固化 劑體系包括：至少5重量％的雙官能的固化劑、至少5重量％的胺引發(fā)的多元醇固化劑以及 25-90重量％的高分子量多元醇固化劑，所述胺引發(fā)的多元醇固化劑每個分子具有至少一 個氮原子并且每個分子平均具有至少三個羥基；所述高分子量多元醇固化劑的數(shù)均分子量 M1^J 2, 000-100, 000,并且每個分子平均具有3-10個羥基。
[0012] 本發(fā)明提供了一種化學(xué)機械拋光墊，其包括：具有拋光表面的拋光層；以及終點 檢測窗口；其中所述終點檢測窗口包括以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述組分包括：具有2-6. 5重 量％的未反應(yīng)的NCO基團的異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物以及固化劑體系，所述固化 劑體系包括：至少5重量％的雙官能的固化劑、至少5重量％的胺引發(fā)的多元醇固化劑以及 25-90重量％的高分子量多元醇固化劑，所述胺引發(fā)的多元醇固化劑每個分子具有至少一 個氮原子并且每個分子平均具有至少三個羥基；所述高分子量多元醇固化劑的數(shù)均分子量 M1^J 2, 000-100, 000,并且每個分子平均具有3-10個羥基；其中，所述拋光表面適合用于對 選自磁性基材、光學(xué)基材和半導(dǎo)體基材中的至少一種基材進行拋光。
[0013] 本發(fā)明提供了一種化學(xué)機械拋光墊，其包括：具有拋光表面的拋光層；以及終點 檢測窗口；其中所述終點檢測窗口包括以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述組分包括：具有2-6. 5重 量％的未反應(yīng)的NCO基團的異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物以及固化劑體系，所述固化 劑體系包括：至少5重量％的雙官能的固化劑、至少5重量％的胺引發(fā)的多元醇固化劑以及 25-90重量％的高分子量多元醇固化劑，所述胺引發(fā)的多元醇固化劑每個分子具有至少一 個氮原子并且每個分子平均具有至少三個羥基；所述高分子量多元醇固化劑的數(shù)均分子量 M1^J 2, 000-100, 000,并且每個分子平均具有3-10個羥基；其中，所述固化劑體系具有多個 反應(yīng)性氫基團，所述異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物具有多個未反應(yīng)的NCO基團；以及， 其中所述反應(yīng)性氫基團與所述未反應(yīng)的NCO基團的化學(xué)計量比為0. 7-1. 2。
[0014] 本發(fā)明提供了一種化學(xué)機械拋光墊，其包括：具有拋光表面的拋光層；以及終點 檢測窗口；其中所述終點檢測窗口包括以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述組分包括：具有2-6. 5重 量％的未反應(yīng)的NCO基團的異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物以及固化劑體系，所述固化 劑體系包括：至少5重量％的雙官能的固化劑、至少5重量％的胺引發(fā)的多元醇固化劑以及 25-90重量％的高分子量多元醇固化劑，所述胺引發(fā)的多元醇固化劑每個分子具有至少一 個氮原子并且每個分子平均具有至少三個羥基；所述高分子量多元醇固化劑的數(shù)均分子量 M1^J 2, 000-100, 000,并且每個分子平均具有3-10個羥基；其中，所述終點檢測窗口具有的 密度彡lg/cm3,其孔隙率小于0. 1體積％，其肖氏D硬度為10-50,其斷裂伸長率< 400%， 以及在800納米下的雙通過透光率（double pass transmission)為30_100%〇
[0015] 本發(fā)明提供了一種化學(xué)機械拋光墊，其包括：具有拋光表面的拋光層；以及終點 檢測窗口；其中所述終點檢測窗口包括以下組分的反應(yīng)產(chǎn)物，所述組分包括：具有2-6. 5重 量％的未反應(yīng)的NCO基團的異氰酸酯封端的氨基甲酸酯預(yù)聚物以及固化劑體系，所述固化 劑體系包括：至少5重量％的雙官能的固化劑、至少5重量％的胺引發(fā)的多元醇固化劑以及 25-90重量％的高分子量多元醇固化劑，所述胺引發(fā)的多元醇固化劑每個分子具有至少一 個氮原子并且每個分子平均具有至少三個羥基；所述高分子量多元醇固化劑的數(shù)均分子量 M1^J 2, 000-100, 0