Brevet FR3002872A1 — publié le 20140912

FEUTRE DE POLISSAGE CHIMIQUE MECANIQUE A FENETRE DE DETECTION DE POINT LIMITE A LARGE SPECTRE, ET PROCEDE DE POLISSAGE AVEC CE FEUTRE La présente invention concerne d'une façon générale le domaine du polissage chimique mécanique. En particulier, la présente invention concerne un feutre de polissage chimique mécanique ayant un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre ; où le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre présente une perte de spectre Dans la fabrication de circuits intégrés et d'autres dispositifs électroniques, de multiples couches de matériaux conducteurs, semiconducteurs et diélectriques sont déposées sur ou retirées d'une surface d'une galette (également connu sous la dénomination anglo-saxonne « wafer ») de semi-conducteur. Des couches minces de matériaux conducteurs, semi-conducteurs et diélectriques peuvent être déposées par un certain nombre de techniques de déposition. Les techniques courantes de déposition dans les traitements modernes comprennent la déposition de vapeur par procédé physique (PVD), également appelée pulvérisation cathodique, la déposition de vapeur par procédé chimique (CVD), la déposition de vapeur par procédé chimique amplifié par plasma (PECVD), et le placage électrochimique (ECP). Quand les couches de matériaux sont successivement déposées et retirées, la surface la plus supérieure de la galette devient non plane. Comme un traitement de semi-conducteur subséquent (par exemple une métallisation) requiert que la galette ait une surface plate, la galette doit être planarisée. La planarisation est utile pour retirer les topographies de surface et les défauts de surface non souhaités, tels que les rugosités de surface, les matériaux agglomérés, les réseaux cristallins endommagés, les rayures, et les couches ou matériaux contaminés. La planarisation chimique mécanique, ou le polissage chimique mécanique (CMP), est une technique couramment utilisée pour planariser des substrats tels que des galettes de semi-conducteur. Dans un CMP conventionnel, une galette est montée sur un assemblage de support et positionnée en contact avec un feutre de polissage dans un dispositif de CMP. L'assemblage de support permet un contrôle de la pression sur la galette, en la pressant contre le feutre de polissage. Le feutre est déplacé (c'est-à-dire tourné) par rapport à la galette par une force d'entraînement externe. En même temps que cela, un milieu de polissage (par exemple une bouillie) est disposée entre la galette et le feutre de polissage. La surface de galette est ainsi polie et rendue plane par l'action chimique et mécanique de la surface du feutre et du milieu de polissage. Un problème que présente le polissage chimique mécanique réside dans la détermination du moment où le substrat a été poli dans la mesure souhaitée. Des procédés in situ pour déterminer les points limites de polissage ont été développés. Les techniques optiques de détermination de point limite in situ peuvent être divisées en deux catégories de base : (1) la surveillance du signal optique reflété à une seule longueur d'onde ou (2) la surveillance du signal optique reflété provenant de multiples longueurs d'onde. Les longueurs d'onde typiques utilisées pour la détermination optique de point limite comprennent celles du spectre visible (par exemple 400 à 700 nm), du spectre ultraviolet (315 à 400 nm) et du spectre infrarouge (par exemple 700 à 1000 nm). Dans le brevet US N° 5 433 651, Lustig et al. ont divulgué un procédé de détection de point limite polymère utilisant une seule longueur d'onde, dans lequel la lumière d'une source de laser est transmise sur une surface de galette et le signal reflété est surveillé. Lorsque la composition au niveau de la surface de la galette change d'un métal à un autre, la réflectivité change. Ce changement de réflectivité est ensuite utilisé pour la détection du point limite de polissage. Dans le brevet US N° 6 106 662, Bibby et al. ont divulgué l'utilisation d'un spectromètre pour acquérir un spectre d'intensité de lumière réfléchie dans la gamme visible du spectre optique. Dans des applications de CMP à des métaux, Bibby et al. enseignent l'utilisation de tout le spectre pour une détection du point limite de polissage. Pour s'adapter à ces techniques optiques de détermination de point limite, ont été développés des feutres de polissage chimique mécanique ayant des fenêtres. Par exemple, dans le brevet US N° 5 605 760, Roberts divulgue un feutre de polissage dans lequel au moins une partie du feutre est transparente à une lumière laser sur toute une gamme de longueurs d'onde. Dans certains des modes de réalisation divulgués, Roberts enseigne un feutre de polissage qui comprend une pièce de fenêtre transparente dans un feutre par ailleurs opaque. La pièce de fenêtre peut être une barre ou un bouchon de polymère transparent dans un feutre de polissage moulé. La barre ou le bouchon peut être moulé en étant inséré dans le feutre de polissage (c'est-à-dire une "fenêtre solidaire"), ou peut être installé dans une découpe du feutre de polissage après l'opération de moulage (c'est-à-dire une "fenêtre enflchée"). Des matériaux en polyuréthane à base d'isocyanate aliphatique, tels que ceux décrits dans le brevet US N° 6 984 163, permettent une meilleure transmission de la lumière sur un large spectre lumineux. Malheureusement, ces fenêtres en polyuréthane aliphatique tendent à être dépourvues de la durabilité requise nécessaire pour des applications de polissage exigeantes. Les fenêtres de détection de point limite conventionnelles, à base de polymère, présentent souvent une dégradation indésirable suite à une 30 exposition à une lumière ayant une longueur d'onde de 330 à 425 nm. Ceci est particulièrement vrai pour les fenêtres de détection de point limite en polymère dérivant de polyamines aromatiques, qui tendent à se décomposer ou à jaunir suite à une exposition à une lumière dans le spectre ultraviolet. Historiquement, des filtres ont parfois été utilisés dans le trajet de la lumière utilisée à des fins de détection de point limite pour atténuer la lumière ayant de telles longueurs d'onde avant exposition à la fenêtre de détection de point limite. Toutefois, il y a de plus en plus de pression pour que soit utilisée une lumière ayant des longueurs d'onde plus courtes à des fins de détection de point limite dans des applications de polissage de semi-conducteurs afin de rendre plus faciles des couches de matériau plus minces et des dispositifs de taille plus petite. On a par conséquent besoin d'un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre permettant l'utilisation d'une lumière ayant une longueur d'onde La présente invention met à disposition un procédé de polissage chimique mécanique d'un substrat comprenant les opérations consistant à : disposer d'un dispositif de polissage chimique mécanique ayant un plateau, une source de lumière et un capteur optique ; disposer d'au moins un substrat choisi parmi un substrat magnétique, un substrat optique et un substrat semi-conducteur ; disposer d'un feutre de polissage chimique mécanique de la présente invention ; installer le feutre de polissage chimique mécanique sur le plateau ; éventuellement disposer un milieu de polissage au niveau d'une interface entre la surface de polissage et le substrat ; créer un contact dynamique entre la surface de polissage et le substrat, où au moins une partie du matériau est éliminée du substrat ; et déterminer un point limite de polissage par transmission de lumière depuis la source de lumière à travers le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre et analyse de la lumière réfléchie par la surface du substrat et renvoyée à travers le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre, incidente sur le capteur optique. Brève description des dessins La Figure 1 est une vue en plan de dessus d'un feutre de polissage chimique mécanique préféré de la présente invention. La Figure 2 est une vue en perspective latérale d'une couche de polissage chimique mécanique préférée de la présente invention. La Figure 3 est une vue en élévation latérale d'une coupe transversale d'une couche de polissage chimique mécanique préférée de la présente invention. La Figure 4 est une vue en élévation latérale d'un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre. Description détaillée Le feutre de polissage chimique mécanique de la présente invention est utile pour le polissage d'un substrat choisi parmi un substrat 30 magnétique, un substrat optique et un substrat semi-conducteur. En particulier, le feutre de polissage chimique mécanique de la présente invention est utile pour le polissage de galettes de semi-conducteur, en particulier pour des applications avancées qui utilisent une détection de point limite à large spectre (c'est-à-dire avec de multiples longueurs d'onde). L'expression "milieu de polissage", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées, englobe les solutions de polissage contenant des particules et les solutions de polissage ne contenant pas de particules, telles que les solutions de polissage liquides réactives et exemptes d'abrasif. Le terme "poly(uréthane)", tel qu'utilisé ici et dans les revendications annexées, englobe (a) les polyuréthanes formés par la réaction (i) d'isocyanates et (ii) de polyols (y compris les diols) ; et (b) les poly(uréthanes) formés par la réaction (i) d'isocyanates avec (ii) des polyols (y compris des diols) et (iii) de l'eau, des amines (y compris les diamines et les polyamines) ou une combinaison d'eau et d'amines (y compris les diamines et les polyamines). L'expression "exempt d'halogène", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre, signifie que le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre contient une concentration d'halogène inférieure à 100 ppm. L'expression "exempt de liquide", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre, signifie que le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre contient moins de 0,001 % en poids de matériau à l'état liquide dans les conditions atmosphériques. L'expression "capsule polymère remplie de liquide", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées, se réfère à un matériau 30 comprenant une gaine polymère entourant un coeur liquide. 3002 872 13 L'expression "exempt de capsule polymère remplie de liquide", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre, signifie que le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre contient moins de 1 5 capsule polymère remplie de liquide. L'expression "perte de spectre", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un matériau donné, est déterminée au moyen de l'équation suivante : SL = I (TL300 + TI-800)/2 I 10 dans laquelle SL est la valeur absolue de la perte de spectre (en %) ; TL300 est la perte de transmission à 300 nm ; et TL800 est la perte de transmission à 800 nm. L'expression "perte de transmission à X" ou 'TLx", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un matériau donné, 15 est déterminée au moyen de l'équation suivante : TL), = 100 * ((PATL,' - ITLx) / ITLx) dans laquelle k est la longueur d'onde de la lumière ; TLx est la perte de transmission à k (en °h) ; PATLx est la transmission de la lumière ayant une longueur d'onde k à travers un échantillon du matériau donné, 20 mesurée au moyen d'un spectromètre après l'abrasion de l'échantillon dans les conditions décrites ici dans les exemples, conformément à la norme ASTM D1044-08 ; et ITL), est la transmission de la lumière ayant une longueur d'onde k à travers l'échantillon, mesurée au moyen d'un spectromètre avant l'abrasion de l'échantillon, conformément à la norme 25 ASTM D01044-08. L'expression "perte de transmission à 300 nm" ou "TL300", telle qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un matériau donné, est déterminée au moyen de l'équation suivante : TL300 = 100 * ((PATL300 - ITL300) / ITL300) dans laquelle TL300 est la perte de transmission à 300 nm (en °AD) ; PATL300 est la transmission de la lumière à une longueur d'onde de 300 nm à travers un échantillon du matériau donné, mesurée au moyen d'un spectromètre après l'abrasion de l'échantillon dans les conditions décrites 5 ici dans les exemples, conformément à la norme ASTM D1044-08 ; et ITL300 est la transmission de la lumière à une longueur d'onde de 300 nm à travers l'échantillon, mesurée au moyen d'un spectromètre avant l'abrasion de l'échantillon, conformément à la norme ASTM D01044-08. L'expression "perte de transmission à 800 nm" ou "TL800", telle 10 qu'utilisée ici et dans les revendications annexées en référence à un matériau donné, est déterminée au moyen de l'équation suivante : TL800 = 100 * ((PATI.-800 - 111-800) / 111-800) dans laquelle TL800 est la perte de transmission à 800 nm (en °/0) ; PATL800 est la transmission de la lumière à une longueur d'onde de 800 nm à 15 travers un échantillon du matériau donné, mesurée au moyen d'un spectromètre après l'abrasion de l'échantillon dans les conditions décrites ici dans les exemples, conformément à la norme ASTM D1044-08 ; et In-800 est la transmission de la lumière à une longueur d'onde de 800 nm à travers l'échantillon, mesurée au moyen d'un spectromètre avant 20 l'abrasion de l'échantillon, conformément à la norme ASTM D01044-08. Le feutre de polissage chimique mécanique (10) de la présente invention comprend : une couche de polissage (20) ayant une surface de polissage (25) ; et un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) ayant une épaisseur Tw le long d'un axe (B) perpendiculaire à 25 un plan (28) de la surface de polissage (25) ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) comprend un polymère d'addition d'oléfine cyclique ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) présente une composition chimique uniforme sur son épaisseur Tw ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection 30 de point limite à large spectre (30) présente une perte de spectre 10 mils, de préférence de 10 à 150 mils. De préférence, les rainures forment un motif de rainures qui comprend au 25 moins deux rainures ayant une combinaison de profondeurs choisies parmi > 10 mils, > 15 mils et 15 à 150 mils ; une largeur choisie parmi > 10 mils et 10 à 100 mils ; et un pas choisi parmi > 30 mils, > 50 mils, 50 à 200 mils, 70 à 200 mils, et 90 à 200 mils. Le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) 30 utilisé dans le feutre de polissage chimique mécanique (10) de la présente 3002 872 23 invention est une fenêtre enfichée. De préférence, la couche de polissage (20) a un chambrage (ou « counterbore opening » sous sa dénomination anglo-saxonne) (40) qui élargit un passage traversant (35) qui s'étend à travers l'épaisseur Tp de la couche de polissage (20), le chambrage (40) s'ouvrant sur la surface de polissage et formant un appui (45) au niveau d'une interface entre le chambrage (40) et le passage traversant (35) sur une profondeur Do le long d'un axe B parallèle à un axe A et perpendiculaire au plan (28) de la surface de polissage (25) (voir la Figure 3). De préférence, l'appui (45) est parallèle à la surface de polissage (25). De préférence, le chambrage définit un volume cylindrique avec un axe qui est parallèle à l'axe (A). De préférence, le chambrage définit un volume non cylindrique. De préférence, le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) est disposé à l'intérieur du chambrage (40). De préférence, le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) est disposé à l'intérieur du chambrage (40) et adhère à la couche de polissage (20). De préférence, le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) adhère à la couche de polissage (20) au moyen d'au moins l'un parmi un soudage aux ultrasons et un adhésif. De préférence, la profondeur moyenne du chambrage, Do_avg, le long d'un axe B parallèle à un axe A et perpendiculaire au plan (28) de la surface de polissage (25), est de 5 à 75 mils (de préférence de 10 à 60 mils ; mieux encore de 15 à 50 mils ; tout spécialement de 20 à 40 mils). De préférence, la profondeur moyenne du chambrage, Do_avg, est inférieure ou égale à l'épaisseur moyenne Tw_avg du bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30). Mieux encore, la profondeur moyenne du chambrage, Do_avg, satisfait à l'expression suivante : 0.90*Tw-avg REVENDICATIONS1. Feutre de polissage chimique mécanique (10) comprenant : une couche de polissage (20) ayant une surface de polissage (25) ; 5 et un bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre (30) ayant une épaisseur Tw, le long d'un axe (B) perpendiculaire à un plan (28) de la surface de polissage (25) ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large 10 spectre comprend un polymère d'addition d'oléfine cyclique ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre présente une composition chimique uniforme sur son épaisseur Tw ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre présente une perte de spectre 2. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 1, dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre est constitué à 90 % en poids ou plus de polymère 20 d'addition d'oléfine cyclique ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre comprend moins de 1 ppm d'halogène ; dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre comprend moins de 1 capsule polymère remplie de liquide ; et dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre a une épaisseur 25 moyenne, Tw_avg, le long d'un axe (A) perpendiculaire au plan (28) de la surface de polissage (25), de 5 à 75 mils. 3. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 2, dans lequel le polymère d'addition d'oléfine cyclique est choisi parmi un polymère d'addition d'oléfine cyclique et un copolymère 30 d'addition d'oléfine cyclique. 4. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 3, dans lequel le polymère d'addition d'oléfine cyclique est produit par polymérisation d'au moins un monomère alicyclique ; dans lequel l'au moins un monomère alicyclique est choisi dans l'ensemble constitué par les monomères alicycliques ayant une double liaison endocyclique et les monomères alicycliques ayant une double liaison exocyclique. 5. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 4, dans lequel les monomères alicycliques ayant une double liaison endocyclique sont choisis dans l'ensemble constitué par le norbornène ; le tricyclodécène ; le dicyclopentadiène ; le tétracyclododécène ; l'hexacycloheptadécène ; le tricycloundécène ; le pentacyclohexadécène ; l'éthylidènenorbornène ; le vinylnorbornène ; le norbornadiène ; les alkylnorbornènes ; le cyclopentène ; le cyclopropène ; le cyclobutène ; le cyclohexène ; le cyclopentadiène ; le cyclohexadiène ; le cyclooctatriène ; et l'indène ; et dans lequel les monomères alicycliques ayant une double liaison exocyclique sont choisis dans l'ensemble constitué par le vinylcyclohexène, le vinylcyclohexane, le vinylcyclopentane et le vinylcyclopentène. 6. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 3, dans lequel le copolymère d'addition d'oléfine cyclique est produit par copolymérisation d'au moins un monomère alicyclique et d'au moins un monomère d'oléfine acyclique. 7. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 6, dans lequel l'au moins un monomère alicyclique est choisi dans l'ensemble constitué par un monomère alicyclique ayant une double liaison endocyclique et un monomère alicyclique ayant une double liaison exocyclique ; dans lequel les monomères alicycliques ayant une double liaison 30 endocyclique sont choisis dans l'ensemble constitué par le norbornène ; letricyclodécène ; le dicyclopentadiène ; le tétracyclododécène ; l'hexacycloheptadécène ; le tricycloundécène ; le pentacyclohexadécène ; l'éthylidènenorbornène ; le vinylnorbornène ; le norbornadiène ; les allwlnorbornènes ; le cyclopentène ; le cyclopropène ; le cyclobutène ; le cyclohexène ; le cyclopentadiène ; le cyclohexadiène ; le cyclooctatriène ; et l'indène ; dans lequel les monomères alicycliques ayant une double liaison exocyclique sont choisis dans l'ensemble constitué par le vinylcyclohexène, le vinylcyclohexane, le vinylcyclopentane et le vinylcyclopentène ; et dans lequel l'au moins un monomère d'oléfine acyclique est choisi dans l'ensemble constitué par l'éthylène ; le propylène ; le 1-butène ; l'isobutène ; le 2-butène ; le 1-pentène ; le 1-hexène ; le 1-heptène ; le 1-octène ; le 1-nonène ; le 1-décène ; le 2-méthyl-1-propène ; le 3-méthyl-1-pentène ; le 4-méthyl-1-pentène ; le 2-butène ; le butadiène ; l'isoprène ; le 1,3-pentadiène ; le 1,4-pentadiène ; le 1,3-hexadiène ; le 1,4-hexadiène ; le 1,5-hexadiène ; le 1,5-heptadiène ; le 1,6-heptadiène ; le 1,6-octadiène ; le 1,7-octadiène ; et le 1,9-décadiène. 8. Feutre de polissage chimique mécanique selon la revendication 2, dans lequel le polymère d'addition d'oléfine cyclique est 20 représenté par une formule choisie dans l'ensemble constitué par - 112 C -C H2 (I) où y vaut de 20 à 20 000; et où chacun de R1 et R2 est indépendamment choisi dans l'ensemble constitué par H, un groupe hydroxyle, un groupe 25 alkyle en C1 à C10, un groupe hydroxelkyle en C1 à C10, un groupe alam 3 0 0 2 8 7 2 30 en C1 à C10, un groupe alcoewalkyle en C1 à C10, un groupe carboxyallwle en C1 à C10, un groupe alcoxycarbonyle en C1 à C10 et un groupe alkylcarbonyle en C1 à C10; .^ 5 (II) où le rapport a/b est de 0,5/99,5 à 30/70 ; où R3 est choisi dans l'ensemble constitué par H et un groupe alkyle en C1 à C10 ; et où chacun de R4 et R5 est indépendamment choisi dans l'ensemble constitué par H, un groupe hydroxyle, un groupe alkyle en C1 à C10, un groupe 10 hydroxyalkyle en C1 à C10, un groupe alcoxy en C1 à C10, un groupe alcoxyallwle en C1 à C10, un groupe carboxyallwle en C1 à C10, un groupe alcoxycarbonyle en C1 à C10 et un groupe alkylcarbonyle en C1 à C10; - - (III) 15 où le rapport c/d dans le copolymère d'addition d'oléfine cyclique est de 0,5/99,5 à 50/50 ; où R6 est choisi dans l'ensemble constitué par H et un groupe alkyle en C1 à Co ; et où chacun de R7 et R8 est indépendamment choisi dans l'ensemble constitué par H, un groupe hydroxyle, un groupe alkyle en C1 à C10, un groupe hydroxyalkyle en C1 à C10, un groupe alcoxy en C1 à C10, un groupe alcoxyallwle en C1 à C10, un groupe carboxyalkyle 3 002 8 72 31 en C1 à C10, un groupe alcoxycarbonyle en C1 à C10 et un groupe alkylcarbonyle en C1 à C10; et - - H2 1-12 C C _ RI° _h (IV) 5 où h vaut de 20 à 20 000 ; et où chacun de R9 et Rl° est indépendamment choisi dans l'ensemble constitué par H, un groupe hydroxyle, un groupe alkyle en C1 à C10, un groupe hydroxyalkyle en C1 à C10, un groupe alcoew en C1 à C10, un groupe alcoxyallwle en C1 à C10, un groupe carboxyalkyle en C1 à C10, un groupe alcoxycarbonyle en C1 à C10 et un groupe 10 alkylcarbonyle en C1 à C10. 9. Feutre de polissage chimique mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre est une fenêtre enfichée. 10. Procédé de polissage chimique mécanique d'un substrat 15 comprenant les opérations consistant à : disposer d'un dispositif de polissage chimique mécanique ayant un plateau, une source de lumière et un capteur optique ; disposer d'au moins un substrat choisi parmi un substrat magnétique, un substrat optique et un substrat semi-conducteur ; 20 disposer d'un feutre de polissage chimique mécanique selon l'une quelconque des revendications 2 à 9; installer le feutre de polissage chimique mécanique sur le plateau ; éventuellement disposer un milieu de polissage au niveau d'une interface entre la surface de polissage et le substrat ; créer un contact dynamique entre la surface de polissage et le substrat, où au moins une partie du matériau est éliminée du substrat ; et 3002 872 32 déterminer un point limite de polissage par transmission de lumière depuis la source de lumière à travers le bloc-fenêtre de détection de point limite à large spectre et analyse de la lumière réfléchie par la surface du substrat et renvoyée à travers le bloc-fenêtre de détection de point limite 5 à large spectre, incidente sur le capteur optique.