用于CMP应用的薄的塑料抛光用具制造技术

本公开涉及用于CMP应用的薄的塑料抛光用具。本公开内容提供了一种用于抛光基板的方法和设备，包括抛光用具，所述抛光用具包括聚合物片材，所述聚合物片材具有凸起表面纹理，所述凸起表面纹理形成在所述聚合物片材的表面上。根据本公开内容的一个或多个实现方式，已发展出一种不需要研磨衬垫修整的改进的抛光用具。在本公开内容的一些实现方式中，所述改进的抛光用具包括聚合物片材，所述聚合物片材具有抛光表面，所述抛光表面带有形成在所述抛光表面中的凸起表面纹理或“微观特征”和/或多个沟槽或“宏观特征”。在一些实现方式中，所述凸起表面纹理是在抛光系统中安装并且使用所述改进的抛光用具之前被压印、蚀刻、机器加工或以其他方式形成在所述抛光表面中。在一个实现方式中，所述凸起特征具有在抛光期间从所述基板移除的特征的一个量级内的高度。

Thin Plastic Polishing Appliances for CMP Applications

The present disclosure relates to thin plastic polishing appliances for CMP applications. The present disclosure provides a method and apparatus for polishing a substrate, including a polishing tool comprising a polymer sheet with a raised surface texture formed on the surface of the polymer sheet. According to one or more implementations of the disclosure, an improved polishing tool that does not require polishing pads has been developed. In some implementations of the disclosure, the improved polishing apparatus includes a polymer sheet having a polished surface with raised surface texture or \micro characteristics\ and/or multiple grooves or \macro characteristics\ formed in the polished surface. In some implementations, the bump surface texture is imprinted, etched, machined or otherwise formed on the polished surface prior to installation and use of the improved polishing tool in the polishing system. In one implementation, the protrusion feature has a height within one magnitude of the feature removed from the substrate during polishing.

【技术实现步骤摘要】
用于CMP应用的薄的塑料抛光用具对相关申请的交叉引用本申请要求2017年9月7日提交的美国临时专利申请序列号62/555,605和2017年1月20日提交的美国临时专利申请序列号62/448,747的益处，这两个申请都以引用的方式并入本文。
领域本文中描述的实现方式总体涉及用于基板或晶片的抛光的设备和方法，更具体地，涉及一种抛光用具、以及一种制造和使用抛光用具的方法。
技术介绍
相关技术描述化学机械抛光(CMP)是在许多不同行业中用来平面化基板的表面的常规工艺。在半导体工业中，随着器件特征大小持续减小，抛光和平面化的均匀性变得越来越重要。在CMP工艺期间，诸如硅晶片的基板安装在载体头上，使器件表面抵靠于正移动的抛光衬垫放置。载体头在基板上提供可控制的负载，以便将基板的器件表面推靠在抛光衬垫上。抛光液体(诸如在被设计用于与要抛光的基板反应的化学制剂中含有研磨细粒的浆料)被供应到正移动的抛光衬垫和载体头的表面。抛光浆料通常被供应到抛光衬垫，以便在抛光衬垫与基板之间的界面处提供研磨化学溶液。抛光浆料通常在基板与抛光衬垫之间形成薄边界层。尽管存在由抛光浆料形成的薄边界层，抛光衬垫和基板仍会形成紧密滑动接触。抛光衬垫和载体头将机械能施加到基板，同时所述衬垫也有助于控制在抛光工艺期间与基板相互作用的浆料的传输。有效CMP工艺不仅提供高的抛光速率，而且还提供了缺乏小尺寸的粗糙、含有最小缺陷且平坦(即，缺乏大尺寸的形貌)的基板表面。在抛光系统中进行的CMP工艺将典型地包括进行完整抛光工艺的不同部分的多个抛光衬垫。抛光系统通常包括第一抛光衬垫，第一抛光衬垫设置在第一台板上，在基板表面上产生第一材料移除速率及第一表面抛光度和第一平坦度。第一抛光工艺通常称为粗抛光步骤，并且一般是以高的抛光速率进行。所述系统还将典型地包括了至少一个附加抛光衬垫，附加抛光衬垫设置在至少附加台板上，在基板表面上产生第二材料移除速率及第二表面抛光度和平坦度。第二抛光工艺通常称为精抛光步骤，并且一般是以比粗抛光步骤速率更慢的速率进行。在一些构型中，所述系统还可包括第三抛光衬垫，第三抛光衬垫设置在第三台板上，在基板表面上产生第三材料移除速率及第三表面抛光度和平坦度。第三抛光步骤通常称为材料清理或磨光步骤。在一些构型中，磨光步骤在单独工具上进行。多衬垫的抛光工艺可以用于多步骤的工艺，其中衬垫具有不同抛光特性并且基板经受逐渐更精细的抛光，或者抛光特性被调整以补偿在抛光期间遇到的不同的层，例如，在氧化物表面下方的金属线路。CMP抛光衬垫历来是由具有各种填充物和孔隙率的聚氨酯制成，以便提供抛光半导体晶片所要求的期望表面和机械结构。这些抛光衬垫通常包括硬顶衬垫，硬顶衬垫被定位在较软下层衬垫上方且永久地连接到其上以形成“堆叠衬垫”。抛光衬垫通常进行表面开槽，表面开槽在浆料运输、以及在衬垫修整期间收集衬垫碎片中发挥作用。堆叠抛光衬垫在CMP工艺中起的作用至少是双重的。首先，抛光衬垫在抛光期间会赋予且分配施加到基板的机械负载。其次，抛光衬垫在基板和抛光衬垫的界面处会运输且分配化学物质和浆料颗粒。在CMP中反复出现的问题是跨基板的表面的抛光速率的不均匀性。另外，常规抛光衬垫一般在抛光期间因抛光副产物对抛光衬垫表面的磨损和/或在抛光衬垫表面上积聚而自然地劣化。在重复或连续的抛光期间，在抛光某数量的基板后，常规抛光衬垫会磨损或“上光”，并且然后需要被更换或修复。上光在常规抛光衬垫在其中基板被压靠在衬垫上的区域中被加热和压缩时发生。由于产生的热和施加的力，常规抛光衬垫上的高点被压缩且展开，使得在高点之间的点被填满，从而使得常规抛光衬垫表面变得更平滑且磨损更少。除了变得更平滑且磨损更少之外，由于常规抛光衬垫变得是上光的，因此常规抛光衬垫的疏水性也会提高，这降低了浆料粘附到抛光衬垫的能力。因此，抛光时间就会增加。因此，常规抛光衬垫的抛光表面周期性地返回研磨条件，或是“进行修整”，以使常规抛光衬垫恢复其亲水状态并且维持高的抛光速率。常规地，使用研磨修整磨盘将常规抛光衬垫的抛光表面顶层基本上“刮擦”或“磨蚀”成可使得期望抛光结果再次在基板上实现的状态。研磨衬垫修整是多变量的复杂工艺。通常通过金刚石磨盘进行的修整的应用将材料从常规抛光衬垫的抛光表面移除，从而随时间的推移而暴露出新的衬垫材料。研磨衬垫修整产生在抛光性能上会发挥有力作用的表面凹凸体。研磨衬垫修整动作显著改变常规研磨衬垫的抛光特性，并且因此正好在衬垫修整之前运行的基板的抛光工艺结果具有与在衬垫修整之后运行的基板不同的抛光结果。另外，由于衬垫厚度不同和衬垫修整工艺对常规衬垫的表面造成的损坏，在新的衬垫上运行的基板的抛光结果与在已暴露于研磨修整下的相同衬垫上运行的基板的抛光结果就将不同。因此，研磨衬垫修整影响在基板之间的抛光速率的不均匀性和可能在抛光期间刮擦基板表面的颗粒的产生。因此，需要解决在上文提到的问题中的一些的经改良的CMP抛光衬垫和使用经改良的CMP抛光衬垫的方法。
技术实现思路
本文中描述的实现方式总体涉及用于基板和/或晶片的抛光的设备和方法。更具体地，本文中描述的实现方式总体涉及一种抛光用具、以及一种制造和使用抛光用具的方法。在一个实现方式中，提供了一种用于抛光基板的表面的抛光用具。所述抛光用具总体包括聚合物片材，所述聚合物片材具有抛光表面和相对的底表面。在一个实现方式中，所述抛光用具是由无孔隙的固体材料形成，并且因此在所述材料的表面处和/或厚度内没有很大的孔隙率或孔隙体积。所述抛光用具的所述抛光表面包括形成在所述抛光表面上且从所述抛光表面向上延伸的多个离散元件。在另一实现方式中，提供了一种抛光模块。所述抛光模块包括台板组件、抛光用具和用于保持基板且将所述基板朝抛光用具推动的载体头。所述抛光用具包括聚合物片材，所述聚合物片材具有抛光表面和相对的底表面。所述抛光表面包括形成在所述抛光表面上且从所述抛光表面向上延伸的多个离散元件。在又一实现方式中，提供了一种将材料从基板移除的方法。所述方法包括将基板朝设置在台板上的聚合物片材推动。所述聚合物片材设置在供应辊与卷取辊之间。所述聚合物片材具有抛光表面，所述抛光表面包括形成在所述抛光表面上且从所述抛光表面向上延伸的多个均匀离散元件。所述方法进一步包括使所述台板及所述供应辊和所述卷取辊相对于所述基板而旋转。所述方法进一步包括将材料从所述基板的表面移除并且在将材料从所述基板移除后相对于所述台板而推进所述聚合物片材。本公开内容的实施方式可提供了一种抛光用具，所述抛光用具包括聚合物片材，所述聚合物片材包括：厚度，所述厚度限定在抛光表面与相对的底表面之间；长度，所述长度在基本上平行于所述抛光表面的第一方向上延伸；宽度，所述宽度在基本上平行于所述抛光表面且垂直于所述第一方向的第二方向上延伸，其中所述宽度比所述长度小至少两倍；固体聚合物材料，所述固体聚合物材料基本上无孔隙；多个离散元件，所述多个离散元件形成在所述抛光表面上；以及沟槽阵列，所述沟槽阵列形成在所述抛光表面中，其中所述沟槽阵列是相对于所述第一方向或所述第二方向而对准的。所述沟槽阵列中的所述沟槽从所述抛光表面延伸到在所述抛光表面下方的某个深度，并且所述厚度小于或等于约0.48mm。所述相对的底表面还可包括具有从0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抛光用具，所述抛光用具包括聚合物片材，所述聚合物片材包括：厚度，所述厚度限定在抛光表面与相对的底表面之间；长度，所述长度在基本上平行于所述抛光表面的第一方向上延伸；宽度，所述宽度在基本上平行于所述抛光表面且垂直于所述第一方向的第二方向上延伸，其中所述宽度比所述长度小至少两倍；固体聚合物材料，所述固体聚合物材料基本上无孔隙；多个离散元件，所述多个离散元件形成在所述抛光表面上；以及沟槽阵列，所述沟槽阵列形成在所述抛光表面中，其中所述沟槽阵列是相对于所述第一方向或所述第二方向而对准的。

【技术特征摘要】
2017.01.20 US 62/448,747;2017.09.07 US 62/555,6051.一种抛光用具，所述抛光用具包括聚合物片材，所述聚合物片材包括：厚度，所述厚度限定在抛光表面与相对的底表面之间；长度，所述长度在基本上平行于所述抛光表面的第一方向上延伸；宽度，所述宽度在基本上平行于所述抛光表面且垂直于所述第一方向的第二方向上延伸，其中所述宽度比所述长度小至少两倍；固体聚合物材料，所述固体聚合物材料基本上无孔隙；多个离散元件，所述多个离散元件形成在所述抛光表面上；以及沟槽阵列，所述沟槽阵列形成在所述抛光表面中，其中所述沟槽阵列是相对于所述第一方向或所述第二方向而对准的。2.如权利要求1所述的抛光用具，其中所述沟槽阵列中的每个所述沟槽从所述抛光表面延伸到在所述抛光表面下方的某个深度，并且所述厚度小于或等于0.48mm。3.如权利要求1所述的抛光用具，其中所述离散元件具有：小于40μm的特征跨距；以及从2μm至7μm的算术平均高度(Sa)。4.如权利要求3所述的抛光用具，其中所述相对的底表面包括具有从2微英寸(0.05微米)至200微英寸(5.08微米)的算术平均高度(Sa)的表面粗糙度。5.如权利要求1所述的抛光用具，其进一步包括置于所述相对的底表面上的可剥离结合层，且所述可剥离结合层具有在所述可剥离结合层的与所述相对的底表面相对的一侧上的界面表面，其中所述界面表面具有大于1.51的静摩擦系数，并且其中所述静摩擦系数是通过将物体的具有200微英寸(5.08微米)的算术平均高度(Sa)的表面推靠在所述界面表面来测量的。6.如权利要求1所述的抛光用具，其中所述沟槽阵列从所述抛光表面朝所述底表面延伸，并且所述沟槽在所述抛光表面中限定重复沟槽图案。7.如权利要求1所述的抛光用具，其中所述沟槽阵列从所述抛光表面朝所述底表面延伸，并且所述沟槽包括各自相邻于所述抛光表面而定位且从所述抛光表面延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且具有在平行于所述抛光表面的平面内延伸的长度，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁是弯曲的。8.如权利要求1所述的抛光用具，其中形成在所述抛光表面中的所述离散元件进一步包括：20μm至40μm的特征跨距；以及每一毫米30至35的平均峰值密度。9.如权利要求8所述的抛光用具，其中形成在所述抛光表面中的所述离散元件进一步包括：45％至65％的界面面积比率；30μm至50μm的最大尖峰高度(Sp)；以及30μm至80μm的最大凹坑高度(Sv)。10.一种抛光用具，所述抛光用具包括：聚合物片材，所述聚合物片材具有衬垫主体，所述衬垫主体包括：固体聚合物材料，所述固体聚合物材料基本上无孔隙；厚度，所述厚度限定在抛光表面与相对的底表面之间，并且所述厚度小于0.46mm；以及多个离散元件，所述多个离散元件形成在所述抛光表面中，其中形成在所述抛光表面中的所述离散元件具有：小于40μm的特征跨距；以及从2μm至7μm的算术平均高度(Sa)。11.如权利要求10所述的抛光用具，其中所述相对的底表面包括具有从2微英寸(0.05微米)至200微英寸(5.08微米)的算术平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·D·托勒斯，G·E·孟克，E·戴维，Y·王，H·K·特兰，F·C·雷德克，V·R·R·卡基雷迪，E·米克海利琴科，J·古鲁萨米，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：新型
国别省市：美国,US