CN105729296A - 化学机械抛光垫、抛光层分析器和方法 - Google Patents

化学机械抛光垫、抛光层分析器和方法 Download PDF

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Abstract

提供一种化学机械抛光垫、抛光层分析器，其中所述分析器经配置以检测聚合薄片的宏观不均匀性并且将所述聚合薄片分类成可接受或待检。

Description

化学机械抛光垫、抛光层分析器和方法
技术领域
本发明大体上涉及制造化学机械抛光垫的领域。具体来说，本发明涉及一种化学机械抛光垫、抛光层分析器和相关方法。
背景技术
在集成电路和其它电子装置的制造中，多个导电、半导电和介电材料层沉积在半导体晶片的表面上或从其去除。导电、半导电和介电材料薄层可以通过多种沉积技术沉积。现代处理中的常见沉积技术包括也称为溅镀的物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子增强的化学气相沉积(PECVD)和电化学镀敷(ECP)。
因为材料层依序沉积和去除，所以晶片的最上表面变得不平坦。因为后续半导体处理(例如金属化)需要晶片具有平坦表面，所以晶片需要平面化。平面化适用于去除非所要表面形状和表面缺陷，例如粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮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)是一种用以使衬底(例如半导体晶片)平面化的常见技术。在常规CMP中，晶片安装在载具组件上并且与CMP设备中的抛光垫接触安置。载具组件向晶片提供可控压力，将其抵靠抛光垫按压。通过外部驱动力使垫相对于晶片移动(例如旋转)。与此同时，在晶片与抛光垫之间提供化学组合物(“浆料”)或其它抛光溶液。因此，通过对垫表面和浆料进行化学和机械作用对晶片表面抛光并且使其成平面。
在美国专利第5,578,362号中，莱因哈特(Reinhardt)等人披露所属领域中已知的示范性抛光垫。莱因哈特的抛光垫包含整体中分散有微球的聚合基质。一般来说，掺合微球并且与液体聚合材料混合并且转移到模具用于固化。接着将模制物品切片形成抛光层。令人遗憾的是，以此方式形成的抛光层可呈现非所需缺陷，当并入到抛光垫中时，所述缺陷可引起用其抛光的衬底的缺陷。
帕克(Park)等人在美国专利第7,027,640号中披露一种用于解决与化学机械抛光垫的抛光层中的可能缺陷有关的问题的确证方法。帕克等人披露一种用于检测或检查用于执行晶片化学机械抛光的垫上的缺陷的设备，其包含：相机，用于将垫装载于其上并且移动垫的垫驱动装置；面向垫安装以将垫的图像转化成电信号并且输出所转化的电信号；数字图像数据采集装置，用于将从相机传播的电信号转化成数字信号；以及图像数据处理单元，用于处理图像数据并且检测垫上的缺陷，其中所述图像数据处理单元基于任一点上的图像数据计算光的一个或多个定量特征值，所述数据获自所述图像数据获取装置，并且将垫上的以下位置判断为缺陷，其中通过组合一个或多个所获取的定量特征值获得的层级值与从垫的正常表面获得的层级值之间的差异大于预定值。
然而，帕克等人描述的设备和方法设计成使用反射光检查准备好抛光配置中的完成的化学机械抛光垫。具体来说，使用反射光检查化学机械抛光垫和并入到此类垫中的抛光层具有显著缺点。使用反射光鉴别并入的抛光层中的表面下缺陷的能力有限，所述缺陷不接近于抛光层的表面。尽管如此，因为使用化学机械抛光垫，抛光层的表面逐渐磨损。因此，远离指定化学机械抛光垫的抛光层的表面的缺陷在垫使用寿命期间开始变得逐渐更接近抛光表面。另外，准备好抛光配置中的化学机械抛光垫常规地包括改良抛光层的抛光表面以促进抛光衬底(例如凹槽、穿孔)，其使用帕克等人所述的灰度阶改善复杂自动缺陷检测。
因此，仍需要使用具有强化抛光层缺陷鉴别功能的自动检查方法制造具有抛光层的低缺陷化学机械抛光垫的改良方法。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光垫、抛光层分析器，其包含：用于固持多个聚合薄片的暗匣，其中各聚合薄片(i)包含：聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素分散于所述聚合物中；以及(ii)在透射表面与冲击表面之间具有厚度Ts；其中所述透射表面和所述冲击表面实质上平行；定序器；光源，其中所述光源发射的光束具有展示460到490nm发射峰值波长和半幅全宽FWHM≤50nm的发光光谱；光检测器；耦接到所述光检测器的数字图像数据采集装置；以及耦接到所述数字图像数据采集装置的图像数据处理单元；其中所述定序器经配置以使用一次一个聚合薄片的方式从所述暗匣获取所述多个聚合薄片并且将其输送到插入在所述光源和所述光检测器之间的位置；其中所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及其中所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；其中所述光检测器经配置以将所述透射光的强度转化成电信号；其中耦接到所述光检测器的所述数字图像数据采集装置经配置以将来自所述光检测器的所述电信号转化成数字信号；其中耦接到所述数字图像数据采集装置的所述图像数据处理单元经配置以处理来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号来检测宏观不均匀性以及将聚合薄片分类成可接受用作化学机械抛光垫中的抛光层或分类成待检；其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
本发明提供一种用于分析聚合薄片用作化学机械抛光垫中的抛光层的适用性的方法，其包含：提供多个聚合薄片，其中各聚合薄片(i)包含：聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素分散于所述聚合物中；以及(ii)在透射表面与冲击表面之间具有厚度Ts；其中所述透射表面和所述冲击表面实质上平行；提供自动检查系统，其包含：光源，其中所述光源发射的光束具有展示460到490nm发射峰值波长和半幅全宽FWHM≤50nm的发光光谱；光检测器；数字图像数据采集装置；以及图像数据处理单元；在所述光源和所述光检测器之间一次一个地输送所述多个聚合薄片；其中从所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及其中所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；其中所述透射光具有至少一种可检测特性；其中所述至少一种可检测特性包括所述透射光的强度；其中所述透射光的所述强度通过所述光检测器转化成电信号；其中来自所述光检测器的所述电信号通过所述数字图像数据采集装置转化成数字信号；以及其中来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号通过所述图像数据处理单元处理，其中所述图像数据处理单元经配置以检测宏观不均匀性并且将聚合薄片分类成可接受或待检；以及其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
附图说明
图1为聚合薄片的透视图的描述。
图2为聚合薄片的透视图的描述。
图3为并入聚合薄片作为抛光层的化学机械抛光垫的横截面剖视图的描述。
具体实施方式
本发明的方法提供成品(准备好使用)化学机械抛光垫的显著质量提高。本发明的方法大大提高使用由聚合物微量元素复合物形成的聚合薄片的化学机械抛光垫制造的质量控制方面，所述复合物包含聚合物和分散于聚合物中的多种微量元素，其通过首先检查聚合薄片以鉴别可接受薄片与多个聚合薄片并且绘制待检薄片的透射表面以帮助集中目测含有宏观不均匀性的待检薄片的部分来进行。以此方式，大大减轻了操作人员疲劳(即运营商不需要对可接受聚合薄片耗费无数小时来定位宏观不均匀性)。因此，使能够提高操作人员焦点来引入最大价值(即评估聚合薄片中的具体不均匀性来判断适用性)。
如本文中和所附权利要求书中所用的术语“聚(氨酯)”涵盖(a)由(i)异氰酸酯和(ii)多元醇(包括二醇)反应形成的聚氨酯；以及(b)由(i)异氰酸酯与(ii)多元醇(包括二醇)和(iii)水、胺或水和胺的组合反应形成的聚(氨酯)。
如本文中和所附权利要求书中所用的关于具有透射表面(14)和冲击表面(17)的聚合薄片(20)的术语“平均聚合薄片厚度，TS-平均”意思是在垂直于透射表面(14)的平面(28)的方向中测量的从聚合薄片(20)的透射表面(14)到冲击表面(17)的聚合薄片(20)的厚度Ts的平均值。(参看图3)。
如本文中和所附权利要求书中所用的关于具有与作为抛光层(120)并入并且具有抛光表面(114)的聚合薄片界接的子垫(125)的化学机械抛光垫(110)的术语“平均基层厚度，TB-平均”意思是在垂直于抛光表面(114)的方向中测量的从子垫(125)的底部表面(127)到子垫(125)的顶部表面(126)的子垫(125)的厚度TB的平均值。(参看图3)。
如本文中和所附权利要求书中所用的关于具有作为抛光层(120)并入并且具有抛光表面(114)的聚合薄片的化学机械抛光垫(110)的术语“平均总厚度，TT-平均”意思是在垂直于抛光表面(114)的方向中测量的从抛光表面(114)到子垫(125)的底部表面(127)的化学机械抛光垫(110)的厚度TT的平均值。(参看图3)。
如本文中和所附权利要求书中关于聚合薄片(20)所用的术语“实质上圆形截面”意思是投射到聚合薄片(20)的透射表面(14)的平面(28)上的从中心轴A到聚合薄片(20)的外周长(15)的聚合薄片(20)的最长半径r比投射到聚合薄片(20)的透射表面(14)的平面(28)上的从中心轴A到聚合薄片(20)的外周长(15)的聚合薄片(20)的最短半径r长≤20％。(参看图1和2)。
如本文中和所附权利要求书中关于聚合薄片(20)所用的术语“实质上平行”意思是与聚合薄片(20)的冲击表面(17)的平面(30)垂直的中心轴A(以及与其平行的任何线)将与透射表面(14)的平面(28)以角度γ交叉；其中角度γ为89到91°之间。(参看图1和2)。
如本文中和所附权利要求书中所用的术语“宏观不均匀性”意思是聚合薄片的透射表面上的局部区域被聚合薄片的透射表面上的相邻区域包围，其中通过所述局部区域传播的所检测的光强度比通过相邻区域传播的所检测的光强度高或低≥0.1％光检测器的可检测强度范围的的量；以及其中所述局部区域涵盖的透射表面的一部分足够大以在透射表面的平面中封闭直径为15.875mm的空心圆。
如本文中和所附权利要求书中所用的术语“密度缺陷”指的是微量元素浓度相对于聚合薄片的周围区域显著降低的聚合薄片中的宏观不均匀性。密度缺陷相较于聚合薄片的周围区域展现显著较高的透明度(即较高的透射光的检测强度)。
如本文中和所附权利要求书中所用的术语“气孔”指的是纳入空气导致与聚合薄片的周围区域相比透明度显著较高(即透射光的检测强度较高)的聚合薄片中的宏观不均匀性。
如本文中和所附权利要求书中所用的术语“纳入缺陷”指的是具有外来污染物导致与聚合薄片的周围区域相比透明度显著较低(即透射光的检测强度较低)的聚合薄片中的宏观不均匀性。
优选地，本发明的化学机械抛光垫、抛光层分析器包含：用于固持多个聚合薄片的暗匣，其中各聚合薄片(i)包含：聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素分散于所述聚合物中；以及(ii)在透射表面与冲击表面之间具有厚度Ts；其中所述透射表面和所述冲击表面实质上平行；定序器；光源，其中所述光源发射的光束具有展示460到490nm(优选460到480nm；更优选460到470nm；最优选463到467nm)发射峰值波长和半幅全宽FWHM≤50nm(优选≤40nm；更优选≤35nm；最优选≤30nm)的发光光谱；光检测器；耦接到所述光检测器的数字图像数据采集装置；以及耦接到所述数字图像数据采集装置的图像数据处理单元；其中所述定序器经配置以使用一次一个聚合薄片的方式从所述暗匣获取所述多个聚合薄片并且将其输送到插入在所述光源和所述光检测器之间的位置；其中所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及其中所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；其中所述光检测器经配置以将所述透射光的强度转化成电信号；其中耦接到所述光检测器的所述数字图像数据采集装置经配置以将来自所述光检测器的所述电信号转化成数字信号；其中耦接到所述数字图像数据采集装置的所述图像数据处理单元经配置以处理来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号来检测宏观不均匀性以及将聚合薄片分类成可接受用作化学机械抛光垫中的抛光层或分类成待检；其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
优选地，聚合物薄片包含聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素分散于所述聚合物中。优选地，聚合物微量元素复合物包含聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素以图案形式分散于所述聚合物中。更优选，聚合物微量元素复合物包含聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素以选自由均匀图案和梯度图案组成的群组的图案形式分散于所述聚合物中。最优选地，聚合物微量元素复合物包含聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素均匀地分散于所述聚合物中。优选地，聚合物微量元素复合物使用液体预聚物制备，其中所述多种微量元素分散于所述液体预聚物中；以及其中所述液体预聚物固化产生聚合物。
优选地，液体预聚物聚合(即固化)形成选自以下的材料聚(氨酯)、聚砜、聚醚砜、尼龙(nylon)、聚醚、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸系聚合物、聚脲、聚酰胺、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚乙烯亚胺、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚烯烃、聚丙烯酸(烷基)酯、聚甲基丙烯酸(烷基)酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚酮、环氧树脂、硅酮、由乙烯丙烯二烯单体形成的聚合物、蛋白质、多醣、聚乙酸酯以及前述中的至少两个的组合。优选地，液体预聚物聚合形成包含聚(氨酯)的材料。更优选地，液体预聚物聚合形成包含聚氨酯的材料。最优选地，液体预聚物聚合(固化)形成聚氨酯。
优选地，液体预聚物包含含有聚异氰酸酯的材料。更优选地，液体预聚物包含聚异氰酸酯(例如二异氰酸酯)与含有羟基的材料的反应产物。
优选地，聚异氰酸酯选自双4，4′-环己基-异氰酸亚甲酯；二异氰酸环己酯；异佛尔酮二异氰酸酯；二异氰酸六亚甲酯；丙烯-1，2-二异氰酸酯；四亚甲基-1，4-二异氰酸酯；1，6-六亚甲基-二异氰酸酯；十二烷-1，12-二异氰酸酯；环丁烷-1，3-二异氰酸酯；环己烷-1，3-二异氰酸酯；环己烷-1，4-二异氰酸酯；1-异氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷；二异氰酸环己烯酯甲酯、二异氰酸六亚甲酯的三异氰酸酯；二异氰酸2，4，4-三甲基-1，6-己烷酯的三异氰酸酯；二异氰酸六亚甲酯的脲二酮；二异氰酸乙烯酯；二异氰酸2，2，4-三甲基六亚甲酯；二异氰酸2，4，4-三-甲基六亚甲酯；二异氰酸二环己基甲烷酯；以及其组合。最优选地，聚异氰酸酯为脂肪族并且具有少于14％未反应的异氰酸酯基。
优选地，本发明所用的含有羟基的材料为多元醇。示范性多元醇包括例如聚醚多元醇、羟基封端的聚丁二烯(包括部分和完全氢化衍生物)、聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇以及其混合物。
优选多元醇包括聚醚多元醇。聚醚多元醇的实例包括聚四亚甲基醚乙二醇(“PTMEG”)、聚乙烯丙二醇、聚氧基丙二醇以及其混合物。烃链可具有饱和或不饱和键以及经取代或未经取代的芳香族基团和环状基团。优选地，本发明的多元醇包括PTMEG。适合聚酯多元醇包括(但不限于)聚己二酸乙二醇酯二醇；聚己二酸丁二酯二醇；聚己二酸乙二酯丙二酯二醇；邻苯二甲酸-1，6-己二醇酯；聚(己二酸六亚甲酯)二醇；以及其混合物。烃链可具有饱和或不饱和键，或经取代或未经取代的芳香族基团和环状基团。适合聚己内酯多元醇包括(但不限于)1，6-己二醇起始的聚己内酯；二乙二醇起始的聚己内酯；三羟甲基丙烷起始的聚己内酯；新戊二醇起始的聚己内酯；1，4-丁二醇起始的聚己内酯；PTMEG起始的聚己内酯；以及其混合物。烃链可具有饱和或不饱和键，或经取代或未经取代的芳香族基团和环状基团。适合聚碳酸酯包括(但不限于)聚邻苯二甲酸酯碳酸酯和聚(碳酸六亚甲酯)二醇。
优选地，所述多种微量元素选自夹带气泡、空心聚合材料(即微球)、液体填充的空心聚合材料、水溶性材料(例如环糊精)和不溶性相材料(例如矿物油)。优选地，所述多种微量元素为微球，例如聚乙烯醇、果胶、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟基丙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚羟基醚丙烯酸酯、淀粉、顺丁烯二酸共聚物、聚氧化乙烯、聚氨酯、环糊精以及其组合(例如来自瑞典(Sweden)松兹瓦尔(Sundsvall)的阿克苏诺贝尔公司(AkzoNobel)的ExpancelTM)。微球可经化学改性以通过例如支化、阻断和交联来改变溶解度、溶胀和其它特性。优选地，微球的平均直径小于150μm，并且更优选的平均直径小于50μm。最优选地，微球48的平均直径小于15μm。注意，微球的平均直径可为变化并且不同的尺寸或可使用不同微球48的混合物。微球的最优选材料为丙烯腈和偏二氯乙烯(例如获自阿克苏诺贝尔公司的的共聚物。
用于本发明的方法的液体预聚物任选地进一步包含固化剂。优选固化剂包括二胺。适合聚二胺包括伯胺和仲胺。优选聚二胺包括(但不限于)二乙基甲苯二胺(“DETDA”)；3，5-二甲基硫基-2，4-甲苯二胺和其异构体；3，5-二乙基甲苯-2，4-二胺和其异构体(例如3，5-二乙基甲苯-2，6-二胺)；4，4′-双-(仲丁氨基)-二苯基甲烷；1，4-双-(仲丁氨基)-苯；4，4′-亚甲基-双-(2-氯苯胺)；4，4′-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)(“MCDEA”)；聚四亚甲氧醚-二-对氨基苯甲酸酯；N，N′-二烷基二氨基二苯基甲烷；p，p′-亚甲基二苯胺(“MDA”)、间苯二胺(“MPDA”)；亚甲基-双2-氯苯胺(“MBOCA”)；4，4′-亚甲基-双-(2-氯苯胺)(“MOCA”)；4，4′-亚甲基-双-(2，6-二乙基苯胺)(“MDEA”)；4，4′-亚甲基-双-(2，3-二氯苯胺)(“MDCA”)；4，4′-二胺基-3，3′-二乙基-5，5′-二甲基二苯基甲烷；2，2′，3，3′-四氯二胺基二苯基甲烷；丙二醇二-对氨基苯甲酸酯；以及其混合物。优选地，二胺固化剂选自3，5-二甲基硫基-2，4-甲苯二胺和其异构体。
固化剂也可以包括二醇、三醇、四醇以及羟基封端的固化剂。适合二醇、三醇和四醇基团包括乙二醇；二乙二醇；聚乙二醇；丙二醇；聚丙二醇；较低分子量聚四亚甲基醚乙二醇；1，3-双(2-羟基乙氧基)苯；1，3-双-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]苯；1，3-双-{2-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1，4-丁二醇；1，5-戊二醇；1，6-己二醇；间苯二酚-二-(β-羟基乙基)醚；氢醌-二-(β-羟基乙基)醚；以及其混合物。优选羟基封端的固化剂包括1，3-双(2-羟基乙氧基)苯；1，3-双-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]苯；1，3-双-{2-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]乙氧基}苯；1，4-丁二醇；以及其混合物。羟基封端的固化剂和二胺固化剂可包括一种或多种饱和、不饱和、芳香族和环状基团。另外，羟基封端的固化剂和二胺固化剂可包括一种或多种卤素基团。
优选地，在本发明的方法中，聚合薄片的平均厚度TS-平均为500到5,000μm(优选地750到4,000μm；更优选1,000到3,000μm；最优选1,200到2,100μm)。
优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含经设计以固持、储存和分配聚合薄片的暗匣。优选地，暗匣具有用于固持至少10个聚合薄片(更优选至少15个聚合薄片；更优选至少20个聚合薄片；最优选至少30个聚合薄片)的设计容量。暗匣设计容量使操作人员能够向自动检查系统装载许多聚合薄片。向暗匣装载多个聚合薄片之后，操作人员能够接着执行其它任务同时自动检查系统工艺并且将多个聚合薄片分类成可接受或待检。
优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含定序器，其配置成一次一个地从暗匣获取聚合薄片并且将聚合薄片一次一个地输送到插入光源和光检测器之间的位置；以及使聚合薄片一次一个地返回到暗匣中。优选地，所述机制包括至少一个线性马达。更优选地，所述机制包括至少一个线性标度分辨率≤1μm的线性马达。
优选地，光源为发射光束的窄带蓝光源。更优选地，光源为窄带蓝光源，其中其发射的光束展示460到490nm(优选地460到480nm；更优选460到470；最优选463到467nm)峰值波长和半幅全宽FWHM≤50nm(优选地≤40nm；更优选≤35nm；最优选≤30nm)的发射光谱。所属领域普通技术人员能够选择适当光源来提供发射光谱在所要区域的光束。优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含光源，其中光源为发光二极管。
优选地，自动检查系统包含能够转化来自光束的透射光的至少一种可检测特性，所述透射光传播通过厚度Ts并且从聚合薄片的透射表面传出。更优选地，光检测器能够转化来自光束的所传播光的强度，所述透射光传播通过厚度Ts并且从聚合薄片的透射表面传出。最优选地，光检测器能够转化来自光束的所传播光的强度和波长光谱，所述透射光传播通过厚度Ts并且从聚合薄片的透射表面传出。优选地，光检测器为将入射的透射光的至少一种可检测特性转化成电信号的光电转化装置。优选地，光检测器为电荷耦合装置(CCD)阵列。优选地，所用电荷耦合装置(CCD)选自单色和彩色CCD。更优选地，光检测器包含至少5个(最优选地至少8个)光电转化装置的阵列。最优选地，光检测器包含至少8个电荷耦合装置(CCD)图像传感器的阵列，其分辨率≤20μm(优选地≤16μm)并且视野≥100mm(优选地≥120mm)。
数字图像数据采集装置将数字信号转化成光检测器的电信号输出。在所属领域中众所周知适于与本发明一起使用的数字图像数据采集装置。
包含聚合物微量元素复合物的聚合薄片的不均匀组成性质使得假设标准薄片不实用。也就是说，此类聚合薄片中存在多种无害生产伪影使得与标准值的简单灰度比较对用于检查作为抛光层并入化学机械抛光垫中的聚合薄片的自动系统无效。
适于与本发明一起使用的一般目的和特殊目的图像数据处理单元在所属领域中是众所周知的。优选地，用于本发明的自动检查系统中的图像数据处理单元包含耦接到非易失性数据储存单元的中央处理单元。
优选地，中央处理单元进一步耦接到一种或多种用户输入界面控制器(例如鼠标、键盘)和至少一个输出显示器。
优选地，图像数据处理单元经配置以检测聚合薄片中的宏观不均匀性并且将聚合薄片分类成可接受或待检。优选地，通过图像数据处理单元基于质量控制准则选单将聚合薄片分类成可接受或待检。制造聚合薄片期间可能出现多种缺陷，包括例如密度缺陷、气孔缺陷和纳入缺陷。应注意这些缺陷中的任一个或组合视透射表面的受影响部分的大小而定可构成聚合薄片中的宏观不均匀性。应注意，多种缺陷类型将不同地呈现给光检测器。对于密度缺陷和气孔，有缺陷区域将比聚合薄片的周围区域更透明。对于纳入缺陷，有缺陷的区域将比聚合薄片的周围区域不透明。此类缺陷是否可接受将取决于许多条件，包括例如并入聚合薄片的化学机械抛光垫将执行抛光任务的衬底。某些衬底比其它衬底更精密，并且因此需要更紧密控制针对其抛光制造的打算用作化学机械抛光垫中的抛光层的聚合薄片的均匀性。
优选地，在本发明的分析器中，图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器中制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一个检测到的宏观不均匀性；其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置。
优选地，在本发明的分析器中，图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器中制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一个检测到的宏观不均匀性；其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置；并且其中分析器进一步包含显示器；其中选定薄片的图像呈现于显示器上。显示器上呈现的选定薄片的图像可为选定薄片的整个透射表面的图像。优选地，选定薄片的图像为至少一个检测到的宏观不均匀性的放大的部分图像。优选地，显示器上呈现的选定薄片的部分图像包括全部宏观不均匀性和选定薄片的透射表面的周围区域。优选地，显示器上呈现的选定薄片的部分图像可经放大以提高所呈现图像的细节以便于目测选定薄片。
优选地，分析聚合薄片用作本发明的化学机械抛光垫中的抛光层的适用性的方法包含：提供多个聚合薄片，其中各聚合薄片(i)在透射表面与冲击表面之间具有厚度Ts；其中所述透射表面和所述冲击表面实质上平行；以及包含：聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中多种微量元素分散于聚合物中；提供自动检查系统，其包含：光源，其中所述光源发射的光束具有展示460到490nm(优选地460到480nm；更优选460到470nm；最优选463到467nm)发射峰值波长和半幅全宽FWHM≤50nm(优选地≤40nm；更优选≤35nm；最优选≤30nm)的发光光谱；光检测器；数字图像数据采集装置；以及图像数据处理单元；在光源和光检测器之间一次一个地输送多个聚合薄片；其中所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；其中透射光具有至少一种可检测特性；其中至少一种可检测特性包括透射光的强度；其中所述透射光的强度通过光检测器转化成电信号；其中来自所述光检测器的所述电信号通过数字图像数据采集装置转化成数字信号；并且其中来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号通过所述图像数据处理单元处理，其中所述图像数据处理单元经配置以检测宏观不均匀性以及将聚合薄片分类成可接受或待检；并且其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
优选地，在本发明的方法中，自动检查系统进一步包含经设计以固持、储存和分配聚合薄片的暗匣。优选地，暗匣具有用于固持至少10个聚合薄片(更优选至少15个聚合薄片；更优选至少20个聚合薄片；最优选至少30个聚合薄片)的设计容量。暗匣设计容量使操作人员能够向自动检查系统装载许多聚合薄片。向暗匣装载多个聚合薄片之后，操作人员能够接着执行其它任务同时自动检查系统工艺并且将多个聚合薄片分类成可接受或待检。
优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含定序器，其配置成一次一个地从暗匣获取聚合薄片并且将聚合薄片一次一个地输送到插入光源和光检测器之间的位置；以及使聚合薄片一次一个地返回到暗匣中。优选地，所述机制包括至少一个线性马达。更优选地，所述机制包括至少一个线性标度分辨率≤1μm的线性马达。
优选地，在本发明的方法中，定序器经配置以使用一次一个聚合薄片的方式从所述暗匣获取所述多个聚合薄片并且将其输送到插入在所述光源和所述光检测器之间的位置；其中所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及其中所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；其中所述光检测器经配置以将所述透射光的强度转化成电信号；其中耦接到所述光检测器的所述数字图像数据采集装置经配置以将来自所述光检测器的所述电信号转化成数字信号；其中耦接到所述数字图像数据采集装置的所述图像数据处理单元经配置以处理来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号来检测宏观不均匀性以及将聚合薄片分类成可接受用作化学机械抛光垫中的抛光层或分类成待检；其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含光源，其中光源为发射光束的窄带蓝光源。更优选地，光源为窄带蓝光源，其中其发射的光束展示460到490nm(优选地460到480nm；更优选460到470；最优选463到467nm)峰值波长和半幅全宽FWHM≤50nm(优选地≤40nm；更优选≤35nm；最优选≤30nm)的发射光谱。所属领域普通技术人员能够选择适当光源来提供发射光谱在所要区域的光束。优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含光源，其中光源为发光二极管。
优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含能够转化来自光束的透射光的至少一种可检测特性的光检测器，所述透射光传播通过厚度Ts并且从聚合薄片的透射表面传出。更优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含能够转化来自光束的透射光的强度的光检测器，所述透射光传播通过厚度Ts并且从聚合薄片的透射表面传出。最优选地，在本发明的方法中，自动检查系统包含能够转化来自光束的透射光的强度和波长光谱的光检测器，所述透射光传播通过厚度Ts并且从聚合薄片的透射表面传出。优选地，光检测器为将入射的所传播的光的至少一种可检测特性转化成电信号的光电转化装置。优选地，光检测器为电荷耦合装置(CCD)阵列。优选地，所用电荷耦合装置(CCD)选自单色和彩色CCD。更优选地，光检测器包含至少5个(最优选地至少8个)光电转化装置的阵列。最优选地，光检测器包含至少8个电荷耦合装置(CCD)图像传感器的阵列，其分辨率≤20μm(优选地≤16μm)并且视野≥100mm(优选地≥120mm)。
数字图像数据采集装置将数字信号转化成光检测器的电信号输出。在所属领域中众所周知适于与本发明一起使用的数字图像数据采集装置。
包含聚合物微量元素复合物的聚合薄片的不均匀组成性质使得假设标准薄片不实用。也就是说，此类聚合薄片中存在多种无害生产伪影使得与标准值的简单灰度比较对用于检查作为抛光层并入化学机械抛光垫中的聚合薄片的自动系统无效。
适于与本发明一起使用的一般目的和特殊目的图像数据处理单元在所属领域中是众所周知的。优选地，用于本发明方法的自动检查系统中的图像数据处理单元包含耦接到非易失性数据存储单元的中央处理单元。
优选地，中央处理单元进一步耦接到一种或多种用户输入界面控制器(例如鼠标、键盘)和至少一个输出显示器。
优选地，图像数据处理单元经配置以检测聚合薄片中的宏观不均匀性并且将聚合薄片分类成可接受或待检。优选地，通过图像数据处理单元基于质量控制准则选单将聚合薄片分类成可接受或待检。制造聚合薄片期间可能出现多种缺陷，包括例如密度缺陷、气孔缺陷和纳入缺陷。应注意这些缺陷中的任一个或组合视透射表面的受影响部分的大小而定可构成聚合薄片中的宏观不均匀性。应注意，多种缺陷类型将不同地呈现给光检测器。对于密度缺陷和气孔，有缺陷区域将比聚合薄片的周围区域更透明。对于纳入缺陷，有缺陷的区域将比聚合薄片的周围区域不透明。此类缺陷是否可接受将取决于许多条件，包括例如并入聚合薄片的化学机械抛光垫将执行抛光任务的衬底。某些衬底比其它衬底更精密，并且因此需要更紧密控制针对其抛光制造的打算用作化学机械抛光垫中的抛光层的聚合薄片的均匀性。
优选地，在本发明的方法中，其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一种检测到的宏观不均匀性；图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器中制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置。
优选地，本发明的方法进一步包含：从待检薄片的群体选择选定薄片；其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一个检测到的宏观不均匀性；其中图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置。
优选地，本发明的方法进一步包含：从待检薄片的群体选择选定薄片；其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一个检测到的宏观不均匀性；其中图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器中制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置；以及其中自动检查系统进一步包含：显示器；其中选定薄片的图像呈现于所述显示器上。显示器上呈现的选定薄片的图像可为选定薄片的整个透射表面的图像。优选地，选定薄片的图像为至少一个检测到的宏观不均匀性的放大的部分图像。优选地，显示器上呈现的选定薄片的部分图像包括全部宏观不均匀性和选定薄片的透射表面的周围区域。优选地，显示器上呈现的选定薄片的部分图像可经放大以提高所呈现图像的细节以便于目测选定薄片。优选地，本发明的方法进一步包含：对选定薄片进行目测，其中通过显示器上呈现的选定薄片的图像促进目测；以及(i)基于目测将选定薄片重新分类成可接受，其中选定薄片接着添加到可接受薄片的群体；或(ii)基于目测将选定薄片分类成有缺陷的，其中选定薄片接着添加到有缺陷薄片的群体。
优选地，本发明的方法进一步包含：处理至少一个可接受薄片形成化学机械抛光垫(110)的抛光层(120)；其中抛光层(120)调适成用于抛光衬底，其包含：通过(a)在可接受薄片中机械处理至少一个凹槽形成凹槽图案并且(b)形成至少部分通过可接受薄片的厚度Ts的通道延伸的穿孔中的至少一个形成抛光表面(114)。更优选地，在本发明的方法中，处理至少一个可接受薄片形成化学机械抛光垫(110)的抛光层(120)；其中抛光层(120)调适成用于抛光衬底，其包含通过在可接受薄片中机械处理至少一个凹槽形成凹槽图案来形成抛光表面(114)。最优选地，在本发明的方法中，处理至少一种可接受薄片形成化学机械抛光垫(110)的抛光层(120)；其中抛光层(120)调适成用于抛光衬底，其包含通过在可接受薄片中机械处理至少一个凹槽形成凹槽图案来形成抛光表面(114)；其中凹槽图案调适成用于抛光衬底。(参看图3)。
优选地，本发明的方法提供优选调适成绕中心轴(112)旋转的化学机械抛光垫(110)。(参看图3)。优选地，至少一个凹槽经配置以形成抛光表面(114)，使得在抛光期间垫(110)绕中心轴(112)旋转时，至少一个凹槽扫过衬底。优选地，至少一个凹槽选自曲面凹槽、线性凹槽以及其组合。优选地，至少一个凹槽呈现≥10mil(优选地10到150mil)的深度。优选地，至少一个凹槽形成包含至少两个凹槽的凹槽图案，其具有选自≥10mil、≥15mil以及15到150mil的深度组合；选自≥10mil和10到100mil的宽度；以及选自≥30mil、≥50mil、50到200mil、70到200mil以及90到200mil的间距。
优选地，作为抛光层(120)并入到化学机械抛光垫(110)中的聚合薄片含有并入其中的＜1ppm的研磨粒子。
优选地，在本发明的方法中，处理至少一个可接受薄片，其进一步包含：提供具有顶部表面(126)和底部表面(127)的子垫(125)；提供粘着剂(123)(优选地，其中粘着剂选自压敏粘着剂、热熔胶和接触粘着剂中的至少一个；更优选地，其中粘着剂选自压敏粘着剂和热熔胶；最优选地，其中粘着剂为热熔胶)；以及使用粘着剂(123)将子垫(125)的顶部表面(126)层压到抛光层(120)的底表面(117)。(参看图3)。
优选地，在本发明的方法中，处理至少一个可接受薄片形成化学机械抛光垫(110)的抛光层(120)；其中抛光层(120)调适成用于抛光衬底，其进一步包含：提供施加于子垫(125)的底部表面(127)的压敏性压板研磨剂层(170)。
优选地，在本发明的方法中，处理至少一个可接受薄片形成化学机械抛光垫(110)的抛光层(120)；其中抛光层(120)调适成用于抛光衬底，其进一步包含：提供施加于子垫(125)的底部表面(127)的压敏性压板研磨剂层(170)；以及提供施加于压敏性压板研磨剂层(170)上的离型衬垫(175)，其中压敏性压板研磨剂层(170)插入子垫(125)的底部表面(127)与离型衬垫(175)之间。(参看图3)。
某些抛光应用需要将子垫(125)并入到本发明的化学机械抛光垫(110)中。所属领域的一般技术人员将知道选择适当构造材料和用于预期抛光方法的子垫(125)的子垫厚度TB。优选地，子垫(150)具有≥15mil(更优选30到100mil；最优选30到75mil)的平均子垫厚度TB-平均。
优选地，粘着剂(123)选自由以下各者组成的群组：压敏粘着剂、热熔胶、接触粘着剂以及其组合。更优选地，粘着剂(123)选自由以下各者组成的群组：压敏粘着剂和热熔胶。最优选地，粘着剂(123)为反应性热熔胶。
优选地，在本发明的方法中，处理至少一个可接受薄片形成化学机械抛光垫(110)的抛光层(120)；其中抛光层(120)调适成用于抛光衬底，其进一步包含：提供至少一个额外层(未示出)，其与抛光层(120)和压敏性压板研磨剂层(170)界接并且插入其之间。至少一个额外层(未示出)可使用额外层粘着剂(未示出)并入到化学机械抛光垫(110)中。额外层粘着剂可选自压敏粘着剂、热熔胶粘着剂、接触粘着剂以及其组合。优选地，额外层粘着剂为热熔胶或压敏粘着剂。更优选地，额外层粘着剂为热熔胶。
优选地，本发明的方法提供化学机械抛光垫(110)，其经特定设计以帮助抛光选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一个的衬底。优选地，聚合薄片调适成用于抛光选自以下中的至少一个的衬底：磁性衬底、光学衬底和半导体衬底(更优选半导体衬底；最优选半导体晶片)。
在本发明的方法中，其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一种检测到的宏观不均匀性；图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器中制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置。
优选地，本发明的方法进一步包含：从待检薄片的群体选择选定薄片；其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一个检测到的宏观不均匀性；图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置。
优选地，本发明的方法进一步包含：从待检薄片的群体选择选定薄片；其中待检薄片的群体包括至少一个待检薄片并且其中至少一个待检薄片含有至少一个检测到的宏观不均匀性；图像数据处理单元优选进一步经配置以在非易失性存储器中制造和储存至少一个待检薄片的图谱，其中定位至少一个检测到的宏观不均匀性的位置；以及其中自动检查系统进一步包含：显示器；其中选定薄片的图像呈现于所述显示器上。显示器上呈现的选定薄片的图像可为选定薄片的整个透射表面的图像。优选地，选定薄片的图像为至少一个检测到的宏观不均匀性的放大的部分图像。优选地，显示器上呈现的选定薄片的部分图像包括全部宏观不均匀性和选定薄片的透射表面的周围区域。优选地，显示器上呈现的选定薄片的部分图像可经放大以提高所呈现图像的细节以便于目测选定薄片。优选地，本发明的方法进一步包含：对选定薄片进行目测，其中通过显示器上呈现的选定薄片的图像促进目测；以及(i)基于目测将选定薄片重新分类成可接受，其中选定薄片接着添加到可接受薄片的群体；或(ii)基于目测将选定薄片分类成有缺陷的，其中选定薄片接着添加到有缺陷薄片的群体。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光垫、抛光层分析器，其包含：
用于固持多个聚合薄片的暗匣，其中各聚合薄片(i)包含：聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素分散于所述聚合物中；以及(ii)在透射表面与冲击表面之间具有厚度Ts；其中所述透射表面和所述冲击表面实质上平行；
定序器；
光源，其中所述光源发射的光束具有展示460到490nm发射峰波长和半幅全宽FWHM≤50nm的发光光谱；
光检测器；
耦接到所述光检测器的数字图像数据采集装置；以及
耦接到所述数字图像数据采集装置的图像数据处理单元；
其中所述定序器经配置以使用一次一个聚合薄片的方式从所述暗匣获取所述多个聚合薄片并且将其输送到插入在所述光源和所述光检测器之间的位置；其中所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及其中所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；其中所述光检测器经配置以将所述透射光的强度转化成电信号；其中耦接到所述光检测器的所述数字图像数据采集装置经配置以将来自所述光检测器的所述电信号转化成数字信号；其中耦接到所述数字图像数据采集装置的所述图像数据处理单元经配置以处理来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号来检测宏观不均匀性以及将聚合薄片分类成可接受用作化学机械抛光垫中的抛光层或分类成待检；其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫、抛光层分析器，其中所述定序器进一步经配置以将所述多个聚合薄片传回到所述暗匣。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光垫、抛光层分析器，其中所述暗匣具有固持至少10个聚合薄片的设计容量。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光垫、抛光层分析器，其进一步包含：
便于目测所述多个聚合薄片的显示器。
5.一种用于分析聚合薄片用作化学机械抛光垫中的抛光层的适用性的方法，其包含：
提供多个聚合薄片，其中各聚合薄片(i)包含：聚合物微量元素复合物，其包含：聚合物和多种微量元素，其中所述多种微量元素分散于所述聚合物中；以及(ii)在透射表面与冲击表面之间具有厚度Ts；其中所述透射表面和所述冲击表面实质上平行；
提供自动检查系统，其包含：
光源，其中所述光源发射的光束具有展示460到490nm发射峰波长和半幅全宽FWHM≤50nm的发光光谱；
光检测器；
数字图像数据采集装置；以及
图像数据处理单元；
在所述光源和所述光检测器之间一次一个地输送所述多个聚合薄片；其中从所述光源发射的所述光束经定向以冲击到所述冲击表面上；以及其中所述光检测器经定向以检测来自所述光束的透射光，所述透射光传播通过所述厚度Ts并且从所述透射表面传出；
其中所述透射光具有至少一种可检测特性；
其中所述至少一种可检测特性包括所述透射光的强度；
其中所述透射光的所述强度通过所述光检测器转化成电信号；
其中来自所述光检测器的所述电信号通过所述数字图像数据采集装置转化成数字信号；以及
其中来自所述数字图像数据采集装置的所述数字信号通过所述图像数据处理单元处理，其中所述图像数据处理单元经配置以检测宏观不均匀性并且将聚合薄片分类成可接受或待检；以及
其中所述多个聚合薄片分成可接受薄片的群体和待检薄片的群体。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含：
从所述待检薄片的群体选择选定薄片。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述自动检查系统进一步包含：
显示器；
其中所述选定薄片的图像呈现在所述显示器上。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含：
对所述选定薄片进行目测，其中所述目测通过在所述显示器上呈现所述选定薄片的所述图像来促进；以及
(i)基于所述目测将所述选定薄片重新分类成可接受，其中所述选定薄片接着添加到所述可接受薄片的群体；或(ii)基于所述目测将所述选定薄片分类成有缺陷的，其中所述选定薄片接着添加到有缺陷薄片的群体。
9.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含：
通过在可接受薄片中机械处理至少一个凹槽形成凹槽图案来形成抛光表面；其中所述凹槽图案调适成用于抛光衬底；以及
将所述可接受薄片并入到所述化学机械抛光垫中作为所述抛光层。
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