具有垫磨损指示器的抛光垫制造技术

本发明专利技术提供一种适用于抛光集成电路晶片的抛光垫。聚氨基甲酸酯抛光层具有顶表面和所述聚氨基甲酸酯抛光层中的至少一个凹槽。位于所述聚氨基甲酸酯抛光层内的至少一个共聚物磨损检测器检测邻近所述至少一个凹槽的所述抛光层的磨损。所述至少一个磨损检测器包括两个区域，第一区域是与UV可固化连接基团和第二非荧光区域连接的荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物。所述磨损检测器允许检测所述抛光层的磨损。

Polishing pad with pad wear indicator

The invention provides a polishing pad suitable for polishing integrated circuit wafers. The polyurethane polishing layer has a top surface and at least one groove in the polyurethane polishing layer. At least one copolymer wear detector located in the polyurethane polishing layer detects the wear of the polishing layer adjacent to the at least one groove. The at least one wear detector comprises two regions, the first region being a fluorescent acrylate/carbamate copolymer connected with a UV curable bonding group and the second non-fluorescent region. The wear detector allows the wear detection of the polishing layer.

【技术实现步骤摘要】
具有垫磨损指示器的抛光垫
技术介绍
化学机械平面化(CMP)是抛光工艺的一种变化形式，其广泛用于平坦化或平面化集成电路的构造层，以便精确地构建多层三维电路。待抛光的层通常是沉积在下伏衬底上的薄膜(小于10,000埃)。CMP的目的是移除晶片表面上的多余材料以产生均匀厚度的极平坦层，所述均匀性在整个晶片区域上延伸。控制移除速率和移除的均匀性是至关重要的。CMP使用含有纳米尺寸粒子的液体，通常称为浆料。这种浆料被进料到安装在旋转平台上的旋转多层聚合物片或垫的表面上。将晶片安装到具有单独旋转装置的单独的夹具或载体中，并且在受控的负载下压靠在垫的表面上。这导致晶片与抛光垫之间的高相对运动速率。捕获在垫/晶片接合处的浆料粒子磨损晶片表面，导致移除。为了控制速率，防止打滑，并有效地在晶片下输送浆料，在抛光垫的上表面中结合了各种类型的纹理。通过用一系列精细金刚石研磨所述垫来产生细小的纹理。这样做是为了控制和提高移除速率，且通常称为修整。各种图案和尺寸(例如，XY、圆形、径向)的较大规模凹槽也被结合在内用于流体动力学和浆料输送调节。抛光垫的寿命取决于其维持装置制造商设定的恒定性能水平的能力。限制垫寿命的最常见因素是移除速率的漂移，以及晶圆区域上的移除均匀性的永久变化。垫磨损是这两个问题的主要根本原因。用于校正速率漂移的金刚石修整会导致上垫表面磨损，厚度不断减小。随着此举进行，凹槽深度不断减小。最终，凹槽无法维持所需的流体动力学状态并且达到垫寿命的终点。在实践中，难以估计垫寿命。凹槽深度的机械测量需要停止抛光机，这降低了吞吐量和利用率。用于测量垫磨损和凹槽深度变化的最常用技术是非接触式表面测量。这些类型的方法的实例可见于美国专利第6,040,244号(超声波干涉测量法)和美国专利第9,138,860号(激光或涡流位移传感器)。虽然这些技术可以测量垫厚度和其整个表面上形状的变化以确定垫磨损率，但是商业系统非常昂贵并且不能容易地改装到老式抛光机中。因此，已经开发了各种提供垫本身内置的垫磨损指示器的装置，其可以用在任何抛光机上。美国专利第5,913,713号公开了一种通过在上垫层的背侧产生一系列凹槽或空腔来提供垫磨损指示器的方法。这些可以填充有不透明或高对比度的材料。当垫磨损时，这些埋入的凹槽变得可见，允许操作者根据对比度宣告垫寿命的终点。通过使用具有不同高度的一系列空腔，可以通过记录到达每层的时间来估计垫磨损。这种技术是劳动密集型且相对主观的。美国专利第6,090,475号公开了一种提供比色垫磨损指示器的替代方法。在制造期间有色染料被施加到上垫层的底表面，其扩散到垫中的预定部分深度。修整磨损使染料暴露，表明垫磨损已经进行到需要垫更换的程度。这种方法极难控制，而且，没有提供在寿命结束之前测量垫磨损率的方法。美国专利第6,106,661号公开了用于在上垫层上产生垫磨损指示器的方法。在顶部垫层的前表面或后表面上产生跨越垫表面的一系列不同深度和位置的凹部，并且这些凹部任选地填充有对比色的材料。修整过程引起的垫磨损暴露了埋藏的指示器，表现为出现了不同颜色的斑点。还公开了在上垫层的顶表面上采用未填充的凹陷特征或沟槽，一旦垫磨损到凹部的深度，所述凹陷特征或沟槽将消失。在所述专利中，没有提及用于流体动力学和输送控制的凹槽的结合，凹槽也没有在任何图中示出，无论是现有技术还是专利技术实例。磨损数据旨在测量上垫层的整体变薄以控制顺应性。其确实公开了所述技术可以以与美国专利第5,913,713号相同的方式提供整体垫磨损率。最近，美国专利公开第2017/0157733号公开了另一种垫磨损监测技术。多个标记图案堆叠在垫上的由不同图案的阵列组成的位置中，所述图案在设计上从上垫层的顶表面到底部间隔变化。当垫磨损时，暴露出不同的标记。这可以与机器视觉系统组合以提供垫中磨损进展的状态。上面提到的所有基于垫的方法都具有显著的缺陷，这阻碍了它们的广泛使用。这些缺陷如下：(1)由于包含了它们，显著增加了抛光垫制造工艺的成本；(2)结果的解释大部分是主观的；(3)这些方法是物理侵入性的，有可能改变垫的抛光特性；(4)在抛光工具上不添加多个标记或昂贵的附加度量的情况下，当垫接近临界磨损深度时，使用者不容易提前确定标记的暴露；以及(5)这些方法都没有公开使指示器材料的修整磨损适应抛光垫顶层的修整磨损的能力。从上面的讨论可以清楚地看出，可以开发出一种有效的垫磨损指示器，它可以在不增加度量的情况下提供连续的磨损数据，这将是现有技术的显著改进。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例包括适用于抛光集成电路晶片的抛光垫，其包含：聚氨基甲酸酯抛光层，其与待抛光的制品接触，所述聚氨基甲酸酯抛光层具有顶表面；所述聚氨基甲酸酯抛光层中的至少一个凹槽，所述至少一个凹槽从所述聚氨基甲酸酯抛光层的顶表面向下延伸，所述至少一个凹槽具有深度，位于所述聚氨基甲酸酯抛光层内的至少一个共聚物磨损检测器，其用于检测邻近所述至少一个凹槽的所述抛光层的磨损，所述至少一个磨损检测器具有与所述聚氨基甲酸酯抛光层在金刚石修整期间的磨损率类似的磨损率，并且所述至少一个磨损检测器包括两个区域，第一区域是与UV可固化连接基团连接的荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物，其中所述至少一个磨损检测器允许通过在足以激发荧光透明聚合物的波长下用活化源活化所述荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物内的荧光基团来检测邻近所述至少一个凹槽的所述抛光层的磨损。附图说明图1是用于抛光半导体晶片的传统凹槽式CMP抛光垫的示意图。图2是用于抛光垫磨损检测的CMP抛光垫中的共聚物磨损检测器的示意图。图3是具有成角度边界界面的用于抛光垫磨损检测的CMP抛光垫中的共聚物磨损检测器的示意图。图3a是图3的剩余一半凹槽深度的示意图。图3b是图3的没有剩余凹槽深度的示意图。图4a_4d示出了当用紫外线辐射照射时，从图3的垫上方看到的荧光图像的变化，其中交叉影线表示存在荧光。图5是传感器材料合成方法的示意图。图6描绘了实例1中描述的荧光共聚物的透射光谱。图7描绘了实例1中描述的荧光共聚物的荧光光谱。具体实施方式本专利技术的基本特征是在抛光垫中使用共聚物磨损指示器以在垫磨损指示器中提供荧光功能。这是通过将荧光丙烯酸酯并入氨基甲酸酯聚合物中以形成荧光氨基甲酸酯丙烯酸酯共聚物来实现的。出于本说明书的目的，氨基甲酸酯聚合物包括氨基甲酸酯、脲以及氨基甲酸酯与脲的共混物。一个区域是非荧光材料，例如多孔或无孔聚氨基甲酸酯或无孔氨基甲酸酯-丙烯酸酯共聚物。第二区域含有荧光部分，所述荧光部分是聚合物结构本身的一部分。通过调节两层的相对厚度使得边界界面参考垫中所期望的最终凹槽深度，在垫使用期间上层的磨损可用作凹槽磨损指示器。图1是传统的现有技术抛光垫(10)的示意图。这种现有技术的CMP抛光垫(10)由多层复合材料组成，所述复合材料包含上垫层(1)和任选的下垫层或子垫(2)。上垫层(1)包括与待抛光衬底接触的抛光表面(1a)。抛光层包括一系列具有深度(4)的凹槽(3)。这一凹槽深度(4)小于上垫层(1)的总厚度。图1至4包括相同的组件标识。参照图2，抛光垫(10)包括由两个区域(5)和(6)形成的垫磨损指示器(12)。顶部指示器区域(5)具有荧光性质，即，当用波长对应于荧光物质的激发波长的辐射照射时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于抛光集成电路晶片的抛光垫，其包含：聚氨基甲酸酯抛光层，其与待抛光的制品接触，所述聚氨基甲酸酯抛光层具有抛光表面；所述聚氨基甲酸酯抛光层中的至少一个凹槽，所述至少一个凹槽从所述聚氨基甲酸酯抛光层的所述抛光表面向下延伸，所述至少一个凹槽具有深度，位于所述聚氨基甲酸酯抛光层内的至少一个共聚物磨损检测器，其用于检测邻近所述至少一个凹槽的所述抛光层的磨损，所述至少一个磨损检测器具有与所述聚氨基甲酸酯抛光层在金刚石修整期间的磨损率相似的磨损率，且所述至少一个磨损检测器包括两个区域，第一区域是与UV可固化连接基团和第二非荧光区域连接的荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物，其中所述至少一个磨损检测器允许通过在足以激发荧光透明聚合物的波长下用活化源活化所述荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物内的荧光基团来检测邻近所述至少一个凹槽的所述抛光层的磨损。

【技术特征摘要】
2017.11.16 US 15/815121;2018.11.09 US 16/1856431.一种适用于抛光集成电路晶片的抛光垫，其包含：聚氨基甲酸酯抛光层，其与待抛光的制品接触，所述聚氨基甲酸酯抛光层具有抛光表面；所述聚氨基甲酸酯抛光层中的至少一个凹槽，所述至少一个凹槽从所述聚氨基甲酸酯抛光层的所述抛光表面向下延伸，所述至少一个凹槽具有深度，位于所述聚氨基甲酸酯抛光层内的至少一个共聚物磨损检测器，其用于检测邻近所述至少一个凹槽的所述抛光层的磨损，所述至少一个磨损检测器具有与所述聚氨基甲酸酯抛光层在金刚石修整期间的磨损率相似的磨损率，且所述至少一个磨损检测器包括两个区域，第一区域是与UV可固化连接基团和第二非荧光区域连接的荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物，其中所述至少一个磨损检测器允许通过在足以激发荧光透明聚合物的波长下用活化源活化所述荧光丙烯酸酯/氨基甲酸酯共聚物内的荧光基团来检测邻近所述至少一个凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·E·古兹曼，M·R·加丁科，N·A·瓦斯克斯，侯冠华，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US