CN113478382B - 检测窗口、化学机械抛光垫及抛光系统 - Google Patents
检测窗口、化学机械抛光垫及抛光系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了涉及化学机械抛光技术领域的检测窗口、化学机械抛光垫及抛光系统。本发明检测窗口设置在抛光层中,包括透光部和加强部,透光部下表面设置凹陷区域,加强部位于凹陷区域内,加强部与透光部一体成型或粘合为一体;所述加强部设置镂空部分,0<镂空部分横截面积≤凹陷区域横截面积的80%;进一步地,所述加强部中部镂空和/或边缘镂空,优选为加强部中部镂空、互不连通的加强部中部镂空和边缘镂空。本发明提供的检测窗口,窗口强度提高,压缩比减小,能有效降低晶圆划伤,并且提高抛光垫使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域,具体地说,涉及一种检测窗口、化学机械抛光垫及抛光系统。
背景技术
半导体芯片主要由隔离结构、晶体管、金属层与介电层堆叠而成。在芯片制造过程中,在新结构堆叠之前,需要对原有结构进行平坦化处理,得到全局平坦化的平面,这个工艺被称为化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP)。
在典型CMP法中,晶片倒转安装在CMP工具的托架(carrier)上,力量推动托架和晶片向下朝向抛光垫。托架与晶片在CMP工具抛光台上的旋转抛光垫上方旋转,晶片与抛光垫可以相同方向或相反方向旋转。
其中,存在判断晶片的研磨终点的问题,即需要检测到达希望研磨终点的表面特性和平面厚度的方法。目前主流的一种针对金属制程的终点检测方法为涡电流测层厚度的方法。采用该方法的抛光机台,传感器会凸起于机台的面,因此抛光垫的窗口位置的下表面会存在一个凹陷区域,使传感器存在于该区域。因此,窗口凹陷区域处的厚度会低于窗口其它区域的厚度。在使用过程,随着抛光垫的磨损,窗口区域一并磨损,由于凹陷部分的强度较低,出现凹陷部分磨损量较非凹陷部分磨损量大,进而易破损,进而出现抛光液污染传感器及抛光垫的使用寿命缩短;下设凹陷区域的窗口在使用后期会变薄强度降低,下设凹陷区域的窗口与机台之间形成封闭空间中的空气膨胀,窗口会轻微凸起,刮痕风险增加。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题,提供检测窗口、化学机械抛光垫及抛光系统。
本发明第一方面提供一种检测窗口,设置在抛光层中,所述检测窗口包括透光部和加强部,透光部下表面设置凹陷区域,加强部位于凹陷区域内,加强部与透光部一体成型或粘合为一体;所述加强部设置镂空部分,0<镂空部分横截面积≤凹陷区域横截面积的80%。
进一步地,所述加强部中部镂空和/或边缘镂空,优选为加强部中部镂空、互不连通的加强部中部镂空和边缘镂空。
本发明中,粘合为一体的透光部和加强部间剥离强度大于40oz/inch。
进一步地,所述检测窗口的压缩比大于0且≤2.0%;优选地,所述检测窗口的压缩比大于0且≤0.4%;更优选地,所述检测窗口的压缩比大于0且≤0.33%;进一步更优选为大于0且<0.31%。
进一步地,所述加强部的横截面为轴对称图形,镂空部分的截面形状优选为菱形、椭圆形、圆形、长方形、正方形。
作为优选方案,凹陷区域横截面积的50%≤镂空部分横截面积<凹陷区域横截面积的80%,优选镂空部分包括互不连通的中部镂空和边缘镂空,所述边缘镂空数量>1,均匀分布在加强部的边和/或角;更优选地,边缘镂空数量为4的倍数,边缘镂空均匀分布在加强部的四个角和/或四条边。
本发明中,镂空部分横截面积与加强部横截面积之和等于凹陷区域横截面积。
进一步地,加强部的密度为0.6-1.5g/cm3。
进一步地,所述透光部和加强部的材料相同或不同。进一步地,透光部材质硬度为30-90D,加强部材质硬度为50-90D;进一步地,加强部肖氏硬度>透光部肖氏硬度;更优选地,0<加强部肖氏硬度与透光部肖氏硬度之差≤30D。
更进一步地,靠近抛光垫中心一侧的加强部肖氏硬度>远离抛光垫中心一侧的加强部肖氏硬度。
本发明第二方面提供一种化学机械抛光垫,包括本发明第一方面提供的检测窗口。
本发明第三方面提供一种抛光系统,包括本发明第二方面提供的化学机械抛光垫、平台以及监测装置。所述抛光系统用于抛光晶圆。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明提供的检测窗口,适用于高强度涡电流检测方法,窗口强度提高,压缩比减小,能有效降低晶圆划伤,并且提高抛光垫使用寿命。
附图说明
图1为本发明检测窗口结构示意图的主视图;
图2为图1加强部中不同形状镂空部分的仰视图;
图3为图1加强部中不同形状镂空部分的仰视图;
图4为对比例2检测窗口结构仰视图;
图5为具有本发明检测窗口的抛光垫;
图6为含具有本发明检测窗口的抛光垫的抛光系统。
标号说明:1-检测窗口;2-凹陷区域;3-透光部;4-加强部;401-镂空部分;5-抛光垫;501-抛光层;502-缓冲层;6-抛光平台;7-第一旋转轴;8-第二旋转轴;9-支撑台;10-晶圆;11-传感器;12-控制器;13-抛光液。
具体实施方式
本发明提供检测窗口、化学机械抛光垫及抛光系统,以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是,下面的实施例为本发明的示例,仅用来说明本发明,而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下,可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
<检测窗口>
本发明第一方面提供一种检测窗口,所述检测窗口为化学机械抛光垫上用于检测抛光终点的透光性窗口。具体地,本发明第一方面提供的检测窗口为以高强度涡电流检测方法检测抛光终点的透光性窗口。
本发明第一方面提供的检测窗口,设置在抛光层中。进一步地,检测窗口与抛光层厚度相同,即两者的上、下表面齐平。
本发明第一方面提供的检测窗口包括透光部和加强部,透光部下表面设置凹陷区域,加强部位于凹陷区域内,加强部和透光部一体成型或粘合为一体;所述加强部设置镂空部分,0<镂空部分横截面积≤凹陷区域横截面积的80%。
在本发明中,所述的抛光层为具有抛光表面的抛光层,透光部具有与抛光表面齐平的上表面,透光部上表面的相对面为透光部下表面,在透光部下表面铣削出凹陷区域。本发明中铣削凹陷区域前的透光部为长方体、正方形或圆柱体,优选为长方体。
进一步地,本发明的凹陷区域用于放置涡电流监测系统的传感器,通过在透光部下表面铣削得到。其中,凹陷区域横截面积≤透光部下表面面积,优选地,凹陷区域横截面积<透光部下表面面积;凹陷区域深度恒定且小于透光部厚度,铣削出凹陷区域的透光部同轴对称。具体地,透光部下表面面积为铣削凹陷区域之前透光部下表面的面积,透光部厚度为铣削凹陷区域前透光部的厚度。
进一步地,对于凹陷区域横截面积<透光部下表面面积的技术方案,透光部具有较薄区域和较厚区域,其中较薄区域为凹陷区域内表面与透光部上表面之间的部分。
进一步地,凹陷区域优选为长方体、正方形或圆柱体;具体而言,凹陷区域的横截面优选为长方形、正方形或圆形,更优选为长方形。对于长方体的透光部和横截面为长方形的凹陷区域,凹陷区域长度≤透光部下表面长度,凹陷区域宽度≤透光部下表面宽度。
在本发明中,加强部与透光部之间无空隙,透光部、加强部和凹陷区域同轴对称。换言之,在垂直于抛光表面的方向上,本发明中的透光部、加强部和凹陷区域在宽度方向和长度方向上的对称轴均相同,或者透光部、加强部和凹陷区域的中心对称轴相同。
本发明第一方面提供的检测窗口压缩比为大于0且≤2.0%;优选地,所述检测窗口的压缩比大于0且≤0.4%;更优选地,所述检测窗口的压缩比大于0且≤0.33%,进一步更优选为大于0且<0.31%。压缩比越小,表示加强部对透光部的加强效果越好,检测窗口的强度越高,在抛光过程中,检测窗口磨损越小,抛光垫寿命越长,抛光晶圆上的刮痕也越少。压缩比过大说明检测窗口强度不佳,易出现凹陷处破损,缩短抛光垫使用寿命。
本发明通过加强部形状和大小、加强部硬度得到较小压缩比的检测窗口,含本发明检测窗口的抛光垫在保证研磨速率不变的基础上,使用寿命得到有效提升,抛光对象的刮痕能有效减小。
对于本发明中加强部的形状,所述加强部设置镂空部分,进一步地,所述加强部中部镂空和/或边缘镂空,优选为加强部中部镂空、互不连通的加强部中部镂空和边缘镂空。加强部厚度≤凹陷区域深度,加强部横截面积与镂空部分横截面积之和等于凹陷区域横截面积,其中,0<镂空部分横截面积≤凹陷区域横截面积的80%。
进一步地,本发明加强部横截面为轴对称图形。换言之,镂空部分与加强部横截面均为轴对称图形,镂空部分的深度等于加强部厚度,具体而言,设置镂空部分的加强部中间完全镂空。所述镂空部分的截面形状优选为菱形、椭圆形、圆形、长方形、正方形,更优选为菱形。
作为优选实施方式,凹陷区域横截面积的50%≤镂空部分横截面积<凹陷区域横截面积的80%,优选镂空部分包括互不连通的中部镂空和边缘镂空,所述边缘镂空数量>1,边缘镂空均匀分布在加强部的边和/或角;更优选地,边缘镂空数量为4的倍数,边缘镂空均匀分布在加强部的四个角和/或四条边;如图3-a中镂空部分、图3-b镂空部分。
对于凹陷区域横截面为圆形的技术方案,本发明加强部通过设置在凹陷区域的外环部分实现加强。
对于本发明中加强部的材质,加强部与透光部材质相同或不同。本发明透光部、加强部的材质不限,为相应技术领域内能实现透光的材料均可,可举出示例:聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸甲酯,还可举出示例:聚乙烯醇、尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、硅酮、环氧树脂、聚酯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一种或多种混合物及其两种以上共聚物。优选地,透光部的材质对波长625nm光的透光率为20%-90%。更优选为聚氨酯。
本发明中所述的聚氨酯是指衍生自二官能或多官能异氰酸酯的产物,所述聚氨酯可举出的示例:聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的一种或多种混合物,或者为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的两种以上物质形成的共聚物。采用上述种类的聚氨酯能够获得更好的抛光效果。较佳地,所述聚氨酯由异氰酸酯和多元醇反应所得异氰酸酯封端的预聚物再与固化剂和中空微球体的混合物反应制得。
其中,所述异氰酸酯,如无特别限定,可以使用聚氨酯领域中公知的化合物,例如可为芳香族异氰酸酯和/或脂肪族异氰酸酯。所述异氰酸酯例如可为芳香族二异氰酸酯类化合物、脂肪族二异氰酸酯类化合物和脂环式二异氰酸酯类化合物中的一种或多种。所述芳香族二异氰酸酯类化合物较佳地为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二亚甲基二异氰酸酯和间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂肪族二异氰酸酯类化合物较佳地为亚乙基二异氰酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯和1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。所述脂环式二异氰酸酯类化合物较佳地为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和降冰片烷二异氰酸酯中的一种或多种。其中,所述多元醇,如无特别限定,可以使用聚氨酯领域中公知的化合物,例如可为聚醚型多元醇和/或聚酯型多元醇。较佳地,所述多元醇为聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、己二酸乙二醇酯和己二酸丁二醇酯中的一种或多种,或者,所述多元醇为上述六种物质中的两种以上物质形成的共聚物。
其中,所述预聚物的型号较佳地为Adiprene的L325、LF750和LF700D中的一种或多种。
其中,所述固化剂,如无特别限定,可以使用聚氨酯领域中公知的化合物,例如可为多元醇、多胺和醇胺中的一种或多种,其中,所述多胺为二胺和其它的多官能胺。较佳地,所述固化剂为4,4’-亚甲基-双邻氯苯胺、4,4’-亚甲基二(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、二甲硫基甲苯二胺、二对氨基苯甲酸-1,3-丙二酯、二乙基甲苯二胺、5-叔戊基-2,4-和3-叔戊基-2,6-甲苯二胺和氯代甲苯二胺中的一种或多种。更佳地,所述固化剂较佳地为MOCA和/或MCDEA,所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷,所述MCDEA为4,4-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)。
对于本发明透光部和加强部的结合方式,在本发明中,透光部和加强部一体成型或粘合为一体。对于一体成型的实施方案,直接在窗口下表面铣削出加强部。对于粘合为一体的实施方案,先在加强部相对面对准铣削出凹陷区域,然后在凹陷区域内利用粘合剂将加强部粘合至透光部。本发明中的粘合剂材料不限,具有较优的耐高温性能且保证与透光部和加强部具有等同的透光效果即可,优选在65.5℃挂重100g超过100min;可举出示例:环氧树脂粘合剂、聚氨酯粘合剂。
本发明透光部和加强部粘合为一体的实施方案,透光部和加强部之间的剥离强度大于40oz/inch。剥离强度过小,剥离强度过小,抛光过程中透光部和加强部间容易形成缝隙,支撑作用减弱甚至消失。
本发明中,透光部材质硬度为30-90D,加强部材质硬度为50-90D,加强部密度为0.6-1.5g/cm3。作为一种优选技术方案,加强部的硬度>透光部硬度,可举出加强部硬度为60D、透光部硬度为50D的示例;更优选地,0<加强部肖氏硬度与透光部肖氏硬度之差≤30D。作为另一种优选技术方案,靠近抛光垫中心一侧的加强部硬度>透光部硬度,远离抛光垫中心一侧的加强部硬度等于透光部硬度,可举出示例:透光部硬度为50D,靠近抛光垫中心一侧的加强部硬度为60D,远离抛光垫中心一侧的加强部硬度为50D。
图1为本发明提供的一种检测窗口的实施方式。图1-a所示的为镂空部分与凹陷区域边缘无重叠部分的技术方案,对应图2中2-a、2-b所示的示例;图1中1-b所示的为镂空部分与凹陷区域边缘有重叠部分的技术方案,对应图2中2-c所示的示例。图1中,检测窗口1的上表面与抛光垫的抛光表面齐平。检测窗口1设置在抛光垫的抛光层中,检测窗口1包括透光部3和加强部4,透光部3下表面设置凹陷区域2,加强部4位于凹陷区域2内,加强部4与透光部3一体成型或粘合为一体。进一步地,图1中透光部3、加强部4和凹陷区域2同轴对称。图1中检测窗口1的形状为长方体,凹陷区域2横截面为长方形,其中,凹陷区域2的长度<检测窗口1的长度,凹陷区域2的宽度<检测窗口1的宽度。
对于加强部4的形状,具体地,加强部4设置镂空部分,加强部横截面积与镂空部分横截面积之和等于凹陷区域横截面积,其中,0<镂空部分横截面积≤凹陷区域横截面积的80%。进一步地,加强部中部镂空和/或边缘镂空,优选为加强部中部镂空、互不连通的加强部中部镂空和边缘镂空。对于加强部4镂空部分,加强部4和镂空部分401均为轴对称图形,且加强部4和镂空部分401对称轴相同,中部镂空部分用于放置传感器。其中,镂空部分401的形状可以举出示例:菱形、椭圆形、圆形、长方形、正方形等;如图2-a、2-b所示的椭圆形镂空以及图2-c所示的其它形变的镂空。定义凹陷区域2横截面积为S,则0.2S≤加强部4横截面积<S。
进一步地,将凹陷区域2长度定义为L,凹陷区域2宽度定义为W;长度方向上,0.2L≤加强部的长度之和≤L,优选地,0.5L≤加强部的长度之和≤L;宽度方向上,0.2W≤加强部的宽度之和≤W,优选地,0.5W≤加强部的长度之和≤W。如图2-a、2-b所示的实施方案,加强部的长度等于凹陷区域长度,加强部的宽度等于凹陷区域宽度,且0.2S≤加强部横截面积<S。如图2-c所示的实施方案,加强部的长度<凹陷区域长度,加强部的宽度<凹陷区域宽度,且0.2S≤加强部横截面积<S。
具体地,本发明抛光层厚度为43.0-142.0mil,检测窗口厚度与抛光层厚度相同,即两者的上、下表面齐平。凹陷区域2的深度为2.0-45.0mil,凹陷区域2的深度<检测窗口1厚度;加强部4的厚度2.0-45.0mil,优选为2.0-30.0mil,加强部4的厚度<凹陷区域2的深度,传感器置于加强部4下方的凹陷区域内。
对于凹陷区域横截面积的50%≤镂空部分横截面积<凹陷区域横截面积的80%,即0.2S≤加强部横截面积<0.5S;图2中2-a、2-b、2-c和图3-a、3-b中,灰度填充的部分均为加强部4,凹陷区域2内除加强部4之外的区域为镂空区域。优选地,镂空部分包括互不连通的中部镂空和边缘镂空,所述边缘镂空数量>1,边缘镂空均匀分布在加强部的边和/或角;更优选地,边缘镂空数量为4的倍数,边缘镂空均匀分布在加强部的四个角和/或四条边,可举出图3-a、3-b的示例。在图3-a、3-b所示的技术方案通过更少的加强部材料实现较佳的加强效果。在具体实施中,优选一体成型的实施方案,即直接在窗口下表面铣削出图3-a、3-b所示形状的加强部。
在本发明中,透光部3和加强部4一体成型或粘合为一体。对于一体成型的实施方案,直接在窗口下表面铣削出各类形状的加强部4。对于粘合为一体的实施方案,先在窗口下表面铣削出横截面为长方形的凹陷区域2。然后利用粘合剂将加强部4粘合至透光部3,加强部4的厚度<凹陷区域2的深度。
更进一步地,对于粘合为一体的实施方案,加强部4的材质与透光部3的材质相同或不同。本发明透光部3、加强部4的材质不限,为相应技术领域内能实现透光的材料均可,可举出示例:聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸甲酯,还可举出示例:聚乙烯醇、尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、硅酮、环氧树脂、聚酯、聚氯乙烯、聚丙烯中的一种或多种混合物及其两种以上共聚物;优选为聚氨酯。其中,透光部材质硬度为30-90D,加强部材质硬度为50-90D;优选地,加强部肖氏硬度>透光部肖氏硬度;更优选地,0<加强部肖氏硬度-透光部肖氏硬度≤30D。
作为一种优选方案,加强部4靠近抛光垫中心一侧的材质硬度>加强部4远离抛光垫中心一侧的材质硬度,有利于提高抛光均一性。作为示例,图3-a中403为远离抛光垫中心的加强部,402为靠近抛光垫中心的加强部,加强部403的硬度<加强部402的硬度。
在本发明中,加强后检测窗口较薄区域的厚度≤抛光层厚度,目的是将传感器置于透光部3下方的凹陷区域内。
需进一步说明清楚的是,图1-图3中凹陷区域2截面积均小于透光部3截面积,但本发明并不局限于此,在实际生产中,加强部的下表面完全铣削或者部分铣削成凹陷区域;换言之,凹陷区域2的横截面积小于且等于透光部3铣削前的下表面面积。
<抛光垫>
本发明第二方面提供一种化学机械抛光垫,包括本发明第一方面提供的检测窗口。如图5所示的抛光垫5,包括抛光层501、缓冲层502。检测窗口1位于抛光层501,检测窗口1包括透光部3和加强部4,透光部3下表面设置凹陷区域2,加强部4位于凹陷区域2内,加强部4与透光部3一体成型或粘结为一体。制备方法包括步骤:先在抛光层和缓冲层的抛光垫上铣削出通孔,然后将检测窗口置于所述通孔内并与抛光垫粘结为一体,最后在检测窗口下表面铣削凹陷区域,并在凹陷区域内粘结加强部;或者直接在检测窗口下表面铣削出加强部和透光部一体成型的凹陷区域。
还能举出其它制备示例:对于本发明第二方面提供的化学机械抛光垫制备方法,包括以下步骤:
S1.制备含检测窗口的抛光层
S11.将第一预聚物与固化剂均匀混合,经浇注、凝胶、固化,降温后得到第一固化块;
S12.将含微球的第二预聚物与固化剂均匀混合后,浇注在含第一固化块的模具中,经凝胶、固化,降温后得到第二固化块;将所得第二固化块脱模、切片、开槽,得到含窗口的抛光层。
S13.在所得抛光层的窗口背面铣削出不同形状的凹陷区域,可给出图2、图3所示形状的示例;即得到具有透光部3和加强部4一体成型检测窗口的抛光层。
或者,在所得抛光层的窗口背面铣削出长方形凹陷区域2,然后采用粘合剂将加强部4粘合至凹陷区域2顶部,得到具有透光部3和加强部4粘合为一体的检测窗口的抛光层。
S2.制备含检测窗口的抛光垫:将步骤(1)所得抛光层与缓冲层贴合,得到如图5所示的抛光垫。
其中,步骤S11中第一预聚物与S12中第二预聚物相同或不同,可选自制备抛光层中常用的预聚物,如异氰酸酯和多元醇反应所得异氰酸酯封端的预聚物,但不限于此。
抛光层材料中本领域常规使用的材质可举出聚氨酯等示例,所述聚氨酯是指衍生自二官能或多官能异氰酸酯的产物,所述聚氨酯可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的一种或多种,所述聚氨酯也可为聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲和聚氨酯脲中的两种以上的物质形成的共聚物。采用上述种类的聚氨酯能够获得更好的抛光效果。进一步地,所述聚氨酯材料的抛光层由异氰酸酯和多元醇反应所得异氰酸酯封端的预聚物再与固化剂和中空微球的混合物反应制得。
本发明中,从调整抛光层硬度或者获得不同硬度抛光区的角度考虑,能在抛光层材料加入中空微球,如步骤S12使用的是含微球的预聚物;进一步地,提高中空微球含量能降低抛光区硬度;更进一步地,本发明所述的中空微球不参与化学反应,即不与制备抛光层的主要材质发生化学反应。
步骤S13中粘合为与一体的技术方案,加强部4和透光部3(即透光窗口)材料相同或不同。
<抛光系统>
本发明第三方面提供一种抛光系统,包括本发明第二方面提供的化学机械抛光垫、抛光平台以及监测装置。本发明第三方面提供的抛光系统用于抛光晶圆。
如图6所示的抛光系统,包括支撑抛光垫5的抛光平台6,抛光垫5随抛光平台6在第一旋转轴7的作用下旋转。晶圆10和支撑台9在第二旋转轴8的作用下旋转,支撑台9用于承托晶圆10。其中,第一旋转轴7和第二旋转轴8以相同转速转动,以保证晶圆和抛光垫同速转动。在抛光过程中,抛光液13匀速供应至抛光垫5表面。
检测窗口1设置在抛光垫5的抛光层上,检测窗口1包括透光部3和加强部4,透光部3上表面与抛光层表面齐平,且在相对面上设置凹陷区域2。加强部4设置在透光部3下方的凹陷区域2内,透光部3和加强部4一体成型或者粘结为一体,以提高透光部3的强度。传感器11置于凹陷区域2内加强部4的下方,其中,凹陷区域2与透光部3同轴线,以保证传感器11准确透过透光部3监测研磨终点晶圆的表面特性和平面厚度,传感器11通过控制器12控制。
通过下面的实施例可以更好地理解本发明的上述及其他优点,但是以下实施例并非用于限制本发明的范围。实施例中相关缩写如下:
在本发明实施例中,窗口的原料包括如下质量份数的各组分:100质量份的异氰酸酯封端的预聚物、20质量份的固化剂其中,所述异氰酸酯封端的预聚物由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得;所述固化剂为MOCA,且所述MOCA为3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷。
本发明中中空微球体为阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)的Expancel系列中空微球,具体型号为551DE40D42。
实施例1-5:透光部和加强部一体成型
步骤(1):异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理;具体操作为:将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数为8.75-9.05%)升温至80℃,真空(-0.095MPa)下脱气2小时;得到预聚物。
步骤(2):加入20质量份固化剂对步骤(1)所得预聚物进行固化;具体操作为:将预聚物与MOCA在高速剪切下混合,然后分别浇注形成厚度为12厘米的浇注块,并且使之在70℃下凝胶15分钟,然后在30分钟内将其升温至100℃,固化16小时,固化完成后使其在烘箱内自动降温至室温,得第一固化块体。
步骤(3):异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物(或简称预聚物)的处理;具体操作如下:将100质量份由甲苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃反应所得的异氰酸酯封端的预聚物(未反应NCO基团的质量百分数为8.75-9.05%)升温至80℃,真空(-0.095MPa)下脱气2小时;然后,加入0.45质量份的平均直径为40微米的中空微球体,搅拌下使中空微球体均匀地分散于预聚物中,然后分别将在真空(-0.095MPa)下再次脱气2小时,然后降温至50℃,得到含微球的预聚物。
步骤(4):加入20质量份固化剂对含微球预聚物进行固化;具体操作如下:将预聚物与MOCA在高速剪切下混合,然后分别浇注在含有第一固化块的模具中形成厚度为12厘米的含有窗口浇注块,并且使之在70℃下凝胶15分钟,然后在30分钟内将其升温至100℃,固化16小时,固化完成后使其在烘箱内自动降温至室温,得第二固化块体。
步骤(5):将第二固化块体脱模、切片、开槽、固定,制备抛光层;具体操作如下:将所得固化块体与模具分离,先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片),将薄片从上至下依次编号为1-60,开槽,并将窗口背面铣削出不同形状的凹陷区域。即为对应实施例的抛光层。
实施例6-15:透光部和加强部粘结为一体
与实施例1-5不同的是,在步骤(5)中,在窗口背面铣削出深45mil,长30mm,宽13mm的长方形凹陷区域,并采用粘合剂将聚苯乙烯材质加强部粘合到透光部。
对比例1
与实施例1-5不同的是,在步骤(5)中,在窗口背面铣削出深45mil,长30mm,宽13mm的长方形凹陷区域。
对比例2
与实施例1-5不同的是,在步骤(5)中,在窗口背面铣削出深45mil,长30mm,宽13mm的长方形凹陷区域,并采用粘合剂将图4所示的聚苯乙烯材质加强部粘合到透光部。
对比例3
与实施例1-5不同的是,在步骤(5)中,在窗口背面铣削出深45mil,长30mm,宽13mm的长方形凹陷区域,并采用粘合剂将图2-c所示的聚苯乙烯材质加强部粘合到透光部,其中加强部横截面积为0.1S,每部分加强部的长度为0.23L,宽度为0.23W。
将实施例1-15、对比例1-3所得第一固化块体脱模、切片、铣削,制备检测窗口,实施例1-15、对比例1-3中加强部厚度均为30mil。具体操作为:将所得第一固化块体与模具分离,先切割成厚度为2毫米的薄片(总计60片),将薄片从上至下依次编号为1-60,后在窗口背面铣削出不同形状的凹陷区域,实施例1-15、对比例1-3所得检测窗口的参数如表1所示。
测试实施例1-15、对比例1-3所得检测窗口的压缩比:根据ASTM D395-03标准,将检测窗口厚度较薄的位置作为压缩比测定的位置。将试样放置在温度23℃±2℃、湿度50%±5%的环境中16h后再进行测定。测定方法为:将样品平整放置测试台上,在中心位置任意选取测试点,其中测试点与边缘至少10mm距离,测试点与测试点之间至少10mm距离,并记录测试点厚度,得到两个测试点的厚度T1、T2,则压缩比按照下述式(1)计算:
压缩比=((T1-T2)/T1)*100% 式(1)
将实施例1-15、对比例1-3所得抛光层与缓冲层进行贴合,即可得抛光垫,本发明实施例和对比例中透光部为聚氨酯,肖式硬度70D;抛光层同心圆沟槽统一参数为:深度1mm,间距3mm,宽度0.5mm。测定实施例1-15、对比例1-3所得抛光垫的抛光性能,抛光条件为:测试机台为AMAT Refelxion(Modify 5Zone),所用的晶圆(wafer)为:Oxide Blanketwafer Pre Thickness 10KA。在研磨中以200mL/min的流量添加Anji D2000(以含双氧水的纯水以体积比为1:9稀释,稀释后双氧水的体积百分数为1%)作为浆料。研磨载荷设定为3.5psi,研磨平台转速设定为108rpm,晶圆转速定为102rpm。试验时,测定平均研磨速率,研磨速率不均一性,并观察刮痕个数作为抛光垫的质量特性指标。
抛光垫寿命:以窗口破损时间作为衡量指标。
研磨速率不均一性:在抛光实验前后分别测定抛光对象的厚度。预先在该对象的表面选择49个位置用于测定。可以用下式(2)由试验前后测定的49个位置的厚度之差的最大值(Max)和最小值(Min)和这些值的平均值计算。
研磨速率不均一性=100*(Max-Min)/平均值 式(2)
实施例1-15、对比例1-3中加强部横截面积=凹陷区域横截面积-镂空部分横截面积。实施例1-15、对比例1-3窗口参数、压缩比及相应抛光垫的抛光性能如下表1所示,表1中S表示凹陷区域横截面积;
表1实施例1-15、对比例1-3窗口参数、压缩比及相应抛光垫的抛光性能
Claims (17)
1.一种检测窗口,设置在抛光层中,其特征在于,所述检测窗口包括透光部和加强部,透光部下表面设置凹陷区域,加强部位于凹陷区域内,加强部与透光部一体成型或粘合为一体;所述加强部设置镂空部分,0<镂空部分横截面积≤凹陷区域横截面积的80%;所述加强部中部镂空、互不连通的加强部中部镂空和边缘镂空;
所述检测窗口的压缩比为大于0且≤2.0%。
2.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,粘合为一体的透光部和加强部间剥离强度大于40oz/inch。
3.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,所述检测窗口的压缩比大于0且≤0.4%。
4.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,所述检测窗口的压缩比大于0且≤0.33%。
5.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,所述检测窗口的压缩比大于0且<0.31%。
6.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,所述加强部的横截面为轴对称图形。
7.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,镂空部分的截面形状为菱形、椭圆形、圆形、长方形、正方形。
8.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,凹陷区域横截面积的50%≤镂空部分横截面积<凹陷区域横截面积的80%。
9.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,镂空部分包括互不连通的中部镂空和边缘镂空,所述边缘镂空数量>1,边缘镂空均匀分布在加强部的边和/或角。
10.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,边缘镂空数量为4的倍数,边缘镂空均匀分布在加强部的四个角和/或四条边。
11.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,透光部肖氏硬度为30-90D,加强部肖氏硬度为50-90D。
12.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,加强部肖氏硬度>透光部肖氏硬度。
13.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,0<加强部肖氏硬度-透光部肖氏硬度≤30D。
14.根据权利要求1所述的检测窗口,其特征在于,靠近抛光垫中心一侧的加强部肖氏硬度>远离抛光垫中心一侧的加强部肖氏硬度。
15.一种化学机械抛光垫,其特征在于,包括权利要求1-14任一项所述的检测窗口。
16.一种抛光系统,其特征在于,包括权利要求15所述的化学机械抛光垫、平台以及监测装置。
17.根据权利要求16所述的抛光系统,其特征在于,所述抛光系统用于抛光晶圆。
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