CN107206570B - 多层纳米纤维化学机械抛光垫 - Google Patents

多层纳米纤维化学机械抛光垫 Download PDF

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Abstract

本公开大体涉及抛光制品，以及使用抛光制品的化学机械抛光基板的装置和方法。在一些实施方式中，诸如抛光垫的抛光制品包括多个层，其中一个或多个层(即，至少顶层)包括在抛光工艺期间被放置成接触基板的多个纳米纤维。在一个实施方式中，抛光制品包括具有小于约0.032英寸的厚度的层，以及所述层包括具有约10纳米至约200微米的直径的纤维。

Description

多层纳米纤维化学机械抛光垫
背景
技术领域
本公开的实施方式大体涉及用于基板或晶片的化学机械抛光的装置和方法，更确切地涉及抛光制品制造系统，以及制造和使用用于化学机械抛光的抛光垫或抛光制品的方法。
背景技术
化学机械抛光(Chemical mechanical polishing；CMP)为已经在许多不同工业中用以磨平基板表面的常规工艺。在半导体工业中，随着元件特征尺寸越来越小，抛光和磨平的均匀性已变得越来越重要。在CMP工艺过程中，诸如硅晶片的基板安装在承载头上，器件表面抵靠旋转抛光垫放置。承载头在基板上提供可控的载荷以将基板的器件表面推向抛光垫。通常将抛光液(诸如具有研磨颗粒的浆料)供应至移动抛光垫和抛光头的表面。通常将抛光浆料(包括研磨剂和至少一种化学反应剂)供应至抛光垫，以在垫与基板之间的界面处提供研磨化学溶液。抛光垫和抛光头向基板施加机械能，同时垫也有助于控制浆料的传送，所述浆料在抛光工艺期间与基板相互作用。高效CMP工艺不仅提供高抛光率，而且提供不具有小尺度粗糙度、含有最小缺陷并且是平坦(即不具有大规模形貌)的基板表面。
在抛光系统中执行的化学机械抛光工艺通常包括多个抛光垫，该多个抛光垫执行整个抛光工艺的不同部分。抛光系统通常包括设置在第一压板上的第一抛光垫，第一抛光垫在基板的表面上产生第一材料去除率和第一表面光洁度和第一平度。第一抛光步骤通常称为粗抛光步骤，以及一般以高抛光率执行。系统也通常包括设置在至少额外压板上的至少一个额外抛光垫，该至少一个额外抛光垫在基板的表面上产生第二材料去除率和第二表面光洁度和平度。第二抛光步骤通常称为精抛光步骤，其一般以慢于粗抛光步骤的速率执行。在一些配置中，系统也可包括设置在第三压板上的第三抛光垫，第三抛光垫在基板的表面上产生第三去除率和第三表面光洁度和平度。第三抛光步骤通常称为材料清理或擦亮步骤。多个垫抛光工艺可以用于多步骤工艺中，其中垫具有不同的抛光特性，并且基板经历逐渐精细的抛光或调整抛光特性以补偿在抛光过程中遇到的不同层，例如，在氧化物表面底下的金属线。
CMP中反复出现的问题为跨基板表面的抛光速率的不均匀性。另外，由于在垫表面上的磨损和/或抛光副产品积累，抛光垫在抛光过程中一般发生自然劣化。最终，抛光垫在抛光某个数量的基板之后被磨损或被“上光”，随后需要被更换或修复。当在其中将基板压向垫的区域中加热和压缩抛光垫时，上光发生。由于产生的热量和施加的力，抛光垫上的高点被压缩和铺展使得高点之间的点被填补，从而使抛光垫表面变得更光滑和较不粗糙。结果，抛光时间增加。因此，抛光垫表面必须定期返回至研磨状态，或“被调节”以维持高产量。通常，研磨调节盘用以将抛光垫表面的顶层大体上“刮擦”或“研磨”成一状态，使得可再一次在基板上获得理想的抛光结果。
然而，垫调节工艺花费大量时间，它产生颗粒并可缩短抛光垫的使用寿命，这增加拥有成本并减小工艺良率。另外，调节可导致在抛光垫的表面上形成大的凹凸，这些凹凸可划伤基板和/或在基板上导致抛光相关缺陷。
因此，需要解决上述考虑的一些问题的改进的CMP抛光垫。
发明内容
本公开的实施方式大体涉及化学机械抛光基板或晶片的装置和方法。更确切地涉及抛光制品制造系统，以及制造和使用用于化学机械抛光的抛光制品的方法。
在一个实施方式中，抛光制品包括具有小于约0.032英寸的厚度的层，以及所述层包括具有约10纳米与约200微米的直径的纤维。
在另一实施方式中，自基板去除材料的方法包括，将基板推向压板上的纤维层，所述纤维层具有小于约0.032英寸的厚度和包括具有约10纳米至约200微米的直径的纤维，相对于基板旋转压板，自基板的表面去除材料，以及在自基板去除材料之后相对于压板推进纤维层。
在另一实施方式中，自基板去除材料的方法包括，将基板推向抛光材料，所述抛光材料设置在供应辊上跨过压板到卷绕辊，所述抛光材料具有小于约0.032英寸的厚度和包括具有约10纳米至约200微米的直径的纤维，相对于基板旋转压板，自基板的表面去除材料，以及在自基板去除材料之后相对于压板推进抛光材料。
附图说明
因此，以上简要总结的本发明的上述记载的特征可被详细地理解的方式、对本发明的更特定的描述可以通过参考实施方式获得，所述实施例中的一些示出于附图中。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不被视为限制本公开的范围，因为本公开可承认其他等效实施方式。
图1为根据本文公开的一个或多个实施方式的示例性化学机械抛光模块的平面图。
图2为根据本文公开的一个或多个实施方式的图1的模块的示例性处理站的截面图。
图3A图示根据本文公开的实施方式的抛光制品的纳米纤维层的横截面图。
图3B为根据本文公开的实施方式的多层纳米纤维抛光制品的示意图。
图4为根据本文公开的实施方式的图3B的纳米纤维抛光制品的放大视图。
为了便于理解，已在尽可能的情况下，使用相同字符来标示图中共有的相同要素。可设想，在一个实施例中公开的要素可以有利地在其他实施例中使用而无需赘述。
具体实施方式
本公开大体涉及抛光制品，以及使用抛光制品来化学机械抛光基板的装置和方法。在一些实施方式中，诸如抛光垫的抛光制品包括一个或多个层(即，至少顶层)，该一个或多个层包括由在抛光工艺过程中被定位和/或定向成接触基板的多个纳米纤维形成的多孔结构。
图1描绘抛光模块106的平面图，抛光模块106可为
Figure GDA0002231092720000031
化学机械抛光器(诸如由位于加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,located in Santa Clara,California)制造的
Figure GDA0002231092720000032
WEBBTM系统)的一部分。本文描述的实施方式中的一个或多个实施方式可用在抛光系统上。然而，本领域技术人员可以有利地使得本文所教导和描述的实施方式适合用于由其他制造商生产的使用抛光制品(尤其是以辊对辊形式的抛光制品)的其他类型的抛光设备。
抛光模块106一般包括装载机器人104、控制器108、传送站136、多个处理或抛光站，诸如压板组件132、底座140和支撑多个抛光或承载头152(在图1中示出仅一个)的转盘134。一般来说，装载机器人104设置在抛光模块106和工厂界面102(未示出)附近以便于基板122在其间传送。
传送站136一般包括传送机器人146、输入缓冲器142、输出缓冲器144和装载罩组件148。输入缓冲器站142自装载机器人104接收基板122。传送机器人146自输入缓冲器站142移动基板122并将基板122移动至装载罩组件148，在装载罩组件，基板可被传送至承载头152。
为便于控制如上所述的抛光模块106，控制器108包括中央处理单元(centralprocessing unit；CPU)110、支持电路146和存储器112。CPU 110可以是可在工业环境中使用的任意形式的计算机处理器的一种，用于控制各种抛光器、驱动器、机器人和子处理器。存储器112耦接至CPU 110。存储器112、或计算机可读介质，可为诸如随机存取存储器(random access memory；RAM)、只读存储器(read only memory；ROM)、软盘、硬盘或任意其它形式的数字存储器，本地或远程的易于获得的存储器的一个或多个。支持电路114耦接至CPU 110以用于以常规方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等等。
一般来说，转盘134具有多个臂150，其每个支撑承载头152的一个。在图1中描绘的臂150的两个以虚线示出，以便可看到设置在压板组件132的一个上或压板组件132的一个上方的传送站和抛光制品123。转盘134是可索\引的以便承载头152可在压板组件132与传送站136之间移动。
通常，通过相对于在压板组件132上支撑的抛光制品123移动夹持在承载头152中的基板122，在每个压板组件132处执行化学机械抛光工艺。抛光制品123可跨压板组件132、以及在供给组件156与卷绕组件158之间伸展。供给组件156和卷绕组件158可对抛光制品123提供相反偏置，以绷紧和/或伸展设置在其间的抛光制品123的暴露部分。在一些实施方式中，抛光制品123当在供给组件156与卷绕组件158之间伸展时可具有平坦的或平面的表面形貌。另外，抛光制品123可跨压板组件132推进和/或可释放地固定至压板组件132，使得抛光制品123的新的或未用的区域可自供给组件156释放。通常，抛光制品123通过真空压力、机械夹具或通过其他固持方法可释放地固定至压板组件132，所述真空压力被施加至抛光制品123的底面。
抛光制品123可包括形成多孔结构的纳米大小特征(例如，具有约10纳米至约200微米的大小)，例如在图3A和图4中图示。抛光工艺可利用含有研磨颗粒的浆料以有助于抛光基板122，所述研磨颗粒通过流体喷嘴154输送至抛光制品的表面。或者，流体喷嘴154可单独地或与抛光化学品组合地输送去离子水(de-ionized water；DIW)。流体喷嘴154可以沿着所示方向旋转至远离如图所示的压板组件132的位置，到每个压板组件132上方的位置。
图2描绘压板组件132和示例性供给组件156和卷绕组件158的侧视图，其图示了抛光制品123跨压板230的位置。一般来说，供给组件156包括供应辊254、上导引构件204和下导引构件205，所述上导引构件204和下导引构件205设置在压板组件132的侧壁203之间。一般来说，卷绕组件158包括卷绕辊252、全部设置在侧壁203之间的上导引构件214和下导引构件216。卷绕辊252一般含有抛光制品123的使用部分并被配置成使得一旦卷绕辊252充满使用过的抛光制品123，卷绕辊252可在维护活动期间容易地更换成空的卷绕辊。上导引构件214被定位成将抛光制品123自压板230引导至下导引构件216。下导引构件216将抛光制品123引到卷绕辊252上。
压板组件132也可包括诸如激光器的光学感测器件220，其适于发送和接收光信号，以用于检测对被推靠在抛光制品123(图2)的顶表面上的基板执行的抛光处理的终点。在一些实施方式中，光学感测器件被配置成穿过在抛光制品123内形成的纳米大小特征的厚度来光学检查基板表面。在此配置中，光学感测器件通过抛光制品123投射辐射并在检测器(未示出)处接收自基板表面反射的任何辐射，所述辐射穿过抛光制品123的多孔结构返回。
供应辊254一般含有抛光制品123的未用部分并被配置成使得一旦设置在供应辊254上的抛光制品123通过抛光或磨平工艺已被消耗，供应辊254可容易地更换成含有新的抛光制品123的另一供应辊254。一般来说，抛光制品123的总长包括设置在供应辊254上的材料的量、设置在卷绕辊252上的量和在供应辊254与卷绕辊252之间延伸的量。总长通常大于多个基板122(图1)的抛光面的尺寸，并且可例如为几米至几十米长。
抛光制品123一般被配置成可控地在X方向上跨背垫组件226推进抛光制品123。抛光制品123一般通过平衡在耦接至电源组件156的电机222与耦接至卷绕组件158的电机224之间的力而相对于压板230移动。棘轮机构和/或制动系统(未示出)可耦接至电源组件156和卷绕组件158的一个或两个以相对于背垫组件226固定抛光制品123。压板230可操作地耦接至旋转致动器228，所述旋转致动器228围绕一般与X和/或Y方向正交的转动轴235旋转压板组件132。在一些实施方式中，在图2中示出的全部元件围绕转动轴235旋转。
真空系统232可耦接在致动器228与背垫组件226之间。真空系统232可用以将抛光制品123的位置固定在压板230上。真空系统232可包括形成于板236中的通道234，所述板236设置在背垫组件226下方。在一个实施方式中，背垫组件226可包括子垫240和子板238，各自具有穿过其中形成的开口242，开口242与通道234和真空源244流体连通。在其他实施方式中，整体子垫250(以短划线示出)可形成于抛光制品123的底表面上。在压板组件132的一个实施方式中，抛光制品123的子垫240和整体子垫250在抛光处理期间组合使用。在一些实施方式中，子垫240和/或整体子垫250通常由聚合、弹性或塑性材料(诸如聚碳酸酯或泡沫聚氨酯)形成。一般来说，可选择子垫240和/或整体子垫250的硬度或硬度计以产生特定抛光结果。子垫240和/或整体子垫250一般将抛光制品123的上表面221维持在平行于基板(未示出)平面的平面中，以便促进基板的整体磨平。在一些实施方式中，可将子板238放置在子垫240下方，如图所示。子垫240和/或整体子垫250可为亲水的或疏水的。如果子垫240和/或整体子垫250为亲水的，则子垫240和/或整体子垫250应被配置成以均匀的方式吸收。
根据本文描述的实施方式，抛光制品123相对较薄，以及诸如子垫240和/或整体子垫250的子垫用以增大抛光制品的机械完整性和/或提供必要的柔顺性以改进和/或调整抛光制品123的抛光性能。另外或或者，子垫240和/或整体子垫250的疏水性或亲水性可更均匀地维持和/或分散浆料。另外或或者，子垫240和/或整体子垫250的硬度和/或结构可提供对抛光制品123的额外柔顺性。
在一个实施方式中，子垫(例如，子垫240和/或整体子垫250)由聚氨酯材料组成并和抛光制品123一起使用，所述聚氨酯材料具有自1mm至2mm的厚度和约50-65肖氏D的硬度。在一些实施方式中，具有50-100μm厚度的纳米纤维层可随后使用电纺丝(electrospinning)或者离心式纺丝(centrifugal spinning)技术被粘附至整体子垫250的部分，或直接制造到整体子垫250上。
在一些实施方式中，子垫240可具有跨与抛光制品123接触的表面形成的各种槽，包括同心槽或具有不同间距的具有30μm至200μm的直径的一系列柱。在一些配置中，槽经由开口242与真空源连通，并因此可用以帮助分配真空压力，所述真空压力在处理期间被施加至抛光制品123的底表面，如上所述。
在另一实施方式中，使用两种类型的子垫的组合，其中第一子垫由聚氨酯制成并具有1-2mm的厚度、小于50肖氏D的硬度和没有开槽图案。使用也由具有自1mm至2mm的厚度和50-65肖氏D的硬度的聚氨酯制成的第二子垫。在一些实施方式中，可使用单个子垫，或如上所述的第一和第二子垫的组合，并可包括约60肖氏A至约30肖氏D的硬度。该第二子垫可直接置于第一子垫的上方。厚度为50-100μm的纳米纤维层可随后使用电纺丝或者离心式纺丝技术而粘附至子垫或直接制造到子垫上。在另一实施方式中，子垫由除聚氨酯以外的不同材料制成。在另一实施方式中，顶端子垫含有微气孔以帮助浆料维持和/或浆料输送。
常规地，CMP抛光垫通常由诸如聚碳酸酯、尼龙、聚砜和聚氨酯制成。通常，常规CMP垫通过成型、铸造、挤出、网涂或烧结这些材料而制成。常规垫可以一次制成一个或成为随后被切成单个的垫基板的饼状物。随后将这些基板加工成最终厚度，并且其中加工出槽。典型聚合物或聚合物/纤维圆形垫为0.050英寸至0.125英寸厚。
基于传统聚合物的CMP抛光垫通常使用PSA(压感胶粘剂)粘附至在CMP机器内的平面旋转圆台。使用存在于化学和机械活动浆料中的约1psi至约6psi的向下力，将基板放置成与垫接触，所述向下力导致膜自基板去除。常规垫通常与垫调节结合使用以稳定膜去除率。当垫表面已被磨损或载荷有抛光副产物到不能再维持理想的和/或稳定的抛光性能的程度时，必须去除垫和更换成另一个新垫，并且使机器再次合格以用于生产。获得希望的抛光性能所需的垫材料和垫调节类型为在器件制造厂中使用的抛光器的可用性的关键。短的垫使用寿命和频繁的垫更换导致不良的抛光器可用性以及增加拥有成本。
如上所述，常规CMP垫需要定期调节以维持可接受的去除率，以及调节可产生不需要的碎片和/或缩短垫的使用寿命。已知碎片助长包括微痕的更高的缺陷等级。另外，为获得所需的强度和改进其他抛光相关性质，常规垫在横截面中相对较厚，这限制了可卷绕在供应辊上的垫材料的数量。这些缺陷的一个或多个增加停机时间和/或良率，从而增大了拥有成本。
如本文描述的抛光制品123一般比常规CMP垫薄同时维持理想的抛光特性和材料性质(例如，湿润性、强度)，并且不需要垫调节。利用如本文描述的抛光制品123，由进入抛光区域(垫/基板界面)的外部碎片而产生的缺陷将不太可能产生基板划伤，因为颗粒可能“落入”在纤维层之间形成的孔隙空间(例如，气孔)中。如果颗粒大于在抛光制品123中的孔隙空间，则颗粒可自垫表面伸出。然而，根据粒度与垫厚度的关系，应相信，当使用抛光制品123时，“大”颗粒将通常在基板表面上不产生划伤，因为含纤维层将一般不提供充足的局部结构支撑以产生足够大的力来在基板上创造划伤。由含纤维层提供的结构支撑一般由于在含纤维层中的每个支撑纤维的小横截面面积以及通过设置在含纤维层中的邻近放置的纤维所提供的有限接触和支撑而受到限制。应相信，颗粒可能楔入局部垫纤维结构中，局部垫纤维结构可在抛光工艺期间传递的施加载荷下局部变形。最后，“可能划伤”的颗粒不太可能在圆形纤维与基板之间“楔入”，其特征在于纤维与基板的线接触。
与常规垫材料相比，纤维垫子抛光制品123可能不需要使用水射流或水流的水冲洗之外的调节，和/或使用软刷以去除抛光副产物。因此，设想没有如利用与常规垫一起使用的金刚石盘所见的破坏性调节。纤维厚度和纤维至背垫的粘附可能不足以承受侵蚀性的调节方法。
如本文描述的抛光制品123包括小于常规CMP垫的厚度，从而允许更长的抛光制品材料设置在相同大小的供应辊上，并因此减少供应辊的重量。具有设置在其上的更长可用长度的供应辊将扩展可在抛光工具内抛光加长的时间段的基板的数目，因为每当供应辊用完可用材料时用以更换供应辊材料的新长度并使其合格所需的开销时间被最小化。另外，如本文描述的抛光制品123包括足够的机械完整性，是耐化学反应的(即，能够承受在CMP抛光中使用的侵蚀性浆料化学品而不降解、分层、起泡或翘曲)，并且可以具有足够的亲水性，使得含有基于水的研磨剂的浆料润湿垫的表面。如本文描述的抛光制品123在抛光期间具有抗撕裂的高强度，可接受程度的硬度和平面度模量(取决于待抛光材料)，用以防止抛光过程中的过度垫磨损的良好耐磨性，并且当湿润时维持机械性能。利用具有亲水纤维的如本文描述的抛光制品可更容易地吸收抛光剂/液体。根据纤维的直径和浆料颗粒的大小，一些颗粒可粘附在纤维的外部水化壳中或被俘获在纤维的外部水化壳中。
在一个实施方式中，抛光制品123可包括由纳米纤维形成的多孔结构。纳米纤维可通过电纺丝或离心式纺丝技术以及三维(three-dimensional；3D)打印技术来生产。如本文描述的3D打印工艺可以包括但不限于多喷射沉积、喷墨打印、熔融沉积建模、粘合剂喷射、粉末床融合、选择性激光烧结、立体光刻、大容量光聚合数字光处理、片材层压、定向能沉积、以及其他3D沉积或打印工艺。在电纺丝或离心式纺丝技术中，纳米纤维可通过熔融或者溶液纺丝来生产。
如本文描述的具有纳米纤维结构的抛光制品123，可减轻调节抛光制品的需要并因此最大化抛光器可用性和抛光器性能。例如，抛光制品123可以递增地推进以提供新鲜的抛光材料而非作研磨调节。
在一些实施方式中，抛光制品123由，或基本上由，在其间仅具有空气的随机纳米大小纤维组成。在其他实施方式中，抛光制品123由，或基本上由，仅具有涂层的随机纳米大小纤维组成，所述涂层在纤维的交叉点处将纤维粘附在一起。因此，抛光制品123特别轻和/或比常规抛光材料更疏松，但是具有抵抗撕裂或其它损坏的优异的机械强度。
图3A图示抛光制品123的纳米纤维层300的横截面，以及图3B为根据本文公开的实施方式的多层纳米纤维抛光制品305的示意图。纳米纤维抛光制品305可用作在图1和图2中示出的抛光制品123。纳米纤维抛光制品305可包括第一层310和第二层315。当将力施加至第一层310的抛光面时，第二层315可用以支撑第一层310。第一层310可为在图3A中示出的纳米纤维层300。第二层315可为子垫(例如，在图2中示出的整体子垫250)或背层320，或类似于纳米纤维层300的另一层。
抛光制品305的厚度325可为约0.007英寸至约0.001英寸，其允许更多抛光材料卷绕在供应辊上。卷绕在供应辊上的抛光制品123的增加的长度延长在供给辊更换之间的时间，并因此减少使合资格期间的数目从而缩短抛光系统的停机时间。厚度325可包括第一层310和第二层315的一个或两个。如果第二层315包括背层320，则背层320可以非常薄(例如，约10％至约15％的厚度325)。背层320当被利用时可喷涂在第一层310上。背层320可为亲水的或疏水的。如果背层320为亲水的，则背层320可被配置成以均匀方式吸收。在一些实施方式中，第二层315类似于或包括如上所述的整体子垫250。
图4为图3B的纳米纤维抛光制品305的放大视图。所示纳米纤维抛光制品305的上表面221具有多个纳米纤维400。纳米纤维400可具有自约20nm至约900nm的范围内的直径。纳米纤维400彼此交叉并可至少部分地彼此接触的交叉点405跨过和/或穿过抛光制品305的部分而形成。通过纳米纤维400提供至定向垂直于图4的页面(例如，图2的抛光表面221)的载荷的支撑结构通常由于有限接触和每个纤维的小横截面面积而受限，并且因此通过设置在纳米纤维抛光制品305中的相邻放置的纤维而提供的支撑亦是如此。
纳米纤维400的层(例如，第一层310)可具有约10微米(μm)至约100μm的厚度。纳米纤维直径可为约10nm至约10μm。纤维密度可自约每立方厘米0.05克(g/cm3)至约100g/cm3(诸如约0.1g/cm3至约50g/cm3)的范围内变化。应相信，添加或使用更小和更致密纤维中的一种或组合增加了抛光制品305的额外的结构完整性。
在一些实施方式中，可将涂层施加至纳米纤维抛光制品305的表面。在此情况下，纤维的交叉点405可包括一定量的涂层410，用以将纳米纤维400粘结在一起，从而提供额外强度至抛光制品305。涂层410可包括有机的或聚合的涂层类型。涂层410也可用以改变纳米纤维的表面能以使暴露表面或多或少地亲水或疏水。在一个示例中，涂层可包括聚合的和/或聚氨酯涂层。涂层410可包括研磨颗粒(未示出)以辅助在抛光工艺期间的材料去除。
在一些实施方案中，纳米纤维400可以形成纳米纤维层，所述纳米纤维层可以直接产生在抛光制品123的其它层上(即，充当供纳米纤维沉积的基板和最终充当抛光制品305的子垫的子垫)。或者，纳米纤维层可以作为独立层制备，其随后可以在单独的步骤中附接至子垫的其它层。纳米纤维400可为具有约10纳米(nm)至约200nm的大小的聚合物纳米纤维或聚合物无机纳米纤维。
如在图4中所示，沉积在背垫材料上的纳米纤维的随机性质被认为产生可预测的抛光表面。沉积可以是随机的，使得其将产生均匀的抛光表面。在一些实施方式中，可沉积长的连续的纤维，而在其他实施方式中可使用较短的纤维。纤维可通过离心力、电纺丝或熔喷或3D打印来生产。在一些实施方式中，可使用纤维，如沉积在背垫材料上的纤维。在其他实施方式中，其他材料可用以涂覆纤维，从而产生附连点。然而，所生产的纤维垫子的性质可能不由涂层材料性质主导(类似充满氨基甲酸酯的常规垫)。
在一些实施方式中，为了在抛光制品内形成纳米纤维层，可以使用电纺丝型沉积技术。电纺丝包括在存在电场的情况下在溶液/熔体中连续拉伸聚合物以形成超薄纤维。在一些配置中，也可使用无针技术。在此情况下，当将足够高压施加至聚合物溶液/熔体的液滴或膜时，液体的主体变成带电，以及静电斥力抵消表面张力并且聚合物滴伸展。在临界点处，液体流自溶液表面喷出。这个喷出点通常称为泰勒锥。如果液体的分子凝聚力足够高，则不发生流分解(如果发生，则液滴被电雾化)并形成带电液体喷射。随着射流在飞行中干燥，当电荷迁移到纤维表面时，电流的模式自欧姆变为对流化。然后通过搅打处理延长射流，直到其最终沉积在接地的收集器上，所述搅打处理由在纤维中的小弯曲处引发的静电斥力而导致。由这种弯曲不稳定性引起的聚合物溶液/熔体的延长和变薄通常导致具有纳米尺度直径的均匀纤维的形成。对于自溶液电纺丝的聚合物，聚合物的重量百分比可为约5-30wt％。在聚合物纤维被电纺丝的情况下，在电纺丝时供应的电压可被配置成在约20kV至120kV之间供应。电纺丝时的纺丝距离可在1mm至1,000mm的范围内变化。抛光制品305的一个或多个层可包括聚氨酯、聚碳酸酯、尼龙、聚砜、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丁二烯和聚丙烯酸酯。
可以通过使用砑光辊(即，热量和压力)压缩沉积的纤维来压紧材料并产生光滑的平坦表面，以进一步处理形成的纤维层。经处理后的抛光制品305的所形成的第一层310的纤维密度的特征在于，空气穿过抛光制品的厚度(例如，透气性)的相对容易度。穿过抛光制品的厚度的空气的运动阻力可用作在纤维层中的气孔的“开放度”的量度或量规。当抛光具有表面形貌(例如，表面特征)的基板时，设想，多孔纤维层将提供对本地载荷变化的快速和改进的响应，这取决于将表面特征压缩进垫中。设想，如果纤维在特征之间“松弛”，而不是像典型的更刚性的常规垫(例如铸塑聚合物抛光垫)的刚性结构(例如，刚性“梁”)起作用，则可能发生改进的磨平。在使用常规垫的情况下，只有当常规垫的柔性允许在所提供的抛光载荷下实现接触时，才会在基板上形成的表面特征之间发生谷侵蚀。设想，在这种情况下抛光制品305将表现得不同，因为在纤维层的研磨表面上的纳米纤维的结构刚度由于纤维层中的每个支撑纤维的小横截面面积、和/或在设置在含纤维层中的相邻放置的纤维之间所提供的有限支撑和接触而为柔顺的。
在聚合物-无机纳米复合材料形成在抛光制品的至少一部分内的情况下，无机含量可以为约1-30％。垫可包括具有约5nm至约0.3μm(不超过纤维直径的约50％大小)之间的大小的陶瓷颗粒。颗粒的直径可小于300nm，或小于100nm，和更通常地为自约10至20nm。纳米纤维层可具有自10μm至100μm的厚度。
在由聚合物-无机物纳米纤维形成的纳米纤维的情况下，无机物含量可以作为纳米颗粒或作为与无机部分的相应溶胶-凝胶反应的前体添加至聚合物溶液/熔体，典型的溶胶-凝胶反应涉及金属盐的水解或非水解反应，诸如TiCU和Ti(OH)4。(后两者反应以形成TiO2)。可使用的聚合物包括：聚氨酯、羧甲基纤维素(CMC)、尼龙-6,6，聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙酸(PLA)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、PEVA/PLA、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)/四氢全氟辛基丙烯酸酯(TAN)、聚环氧乙烷(PEO)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚己酸内酯(PCL)、聚乙基酰亚胺(PEI)聚己内酰胺、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚烯烃、聚苯醚(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚乙烯-吡啶、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PE)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚砜(PES)、苯乙烯丙烯腈(SAN)、聚丙烯腈(PAN)、丁苯橡胶(SBR)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、苯乙烯马来酐(SMA)。这个聚合物集合也可用作垫的其他层的任一层的材料。无机实物包括，SiO2、CeO2、TiO2、Al2O3、BaTiOs、HfO2、SrTiO2、ZrO2、SnO2、MgO、CaO、Y2O3、CaCO3等。这些无机部分也可用在垫的其他层的任一层中。在其中使用聚合物/无机抛光制品305的实施方式中，垫可充当固定的研磨垫。
诸如抛光制品305的多层纳米纤维CMP垫，解决了目前在现今CMP市场中存在的高位值问题。优点包括受控的表面平整度以获得抛光压力均匀性，减少的垫表面形貌变化，减少的不同垫之间的形貌变化，消除对垫调节的需要，延长的垫使用寿命，改进的磨平效率，改进的抛光结果重现性，改进的去除率、选择性和抛光均匀性，以及缺陷最小化。
辊对辊抛光制品
在一个实施方式中，抛光制品123和/或抛光制品305包括具有背垫材料的薄垫，纳米纤维粘附至所述薄垫以形成纤维抛光层。垫厚度可自0.005英寸至0.100英寸的范围，诸如约0.010英寸至约0.030英寸的范围内变化。尽管抛光制品305在本文描述为辊对辊抛光制品，但可切断或加工抛光制品305成用于其他抛光系统(诸如圆垫抛光系统)的任意形状。
在图2中描绘的抛光装置包括跨子垫伸展至卷绕辊的抛光材料卷辊，该抛光装置可在一些抛光处理中使用。尽管抛光制品123的抛光表面的一些磨损将在抛光处理期间自然地发生，但抛光表面的稳定性可通过将新材料逐步推进至压板上的抛光区域中来控制，如下文进一步论述。在此情况下，随着垫磨损，可在抛光表面上或跨抛光表面增加新材料，同时将旧的“已使用”材料转移至卷绕辊。预期每基板的增量可在每基板约0.1mm与约20mm之间，诸如每基板约1mm与5mm之间。辊上的垫材料的长度可限定辊更换与机器再合格之间的历时。因此，在图3B中示出的厚度325维持在最小以增大供应辊上的垫材料的长度，同时也获得理想的抛光处理结果。一旦已经建立了新辊的初试(即，合格)(通常约10-20个基板)，则跨供应辊与卷绕辊之间的抛光表面建立了新至使用过的材料的梯度。在辊的整个寿命期间可以保持梯度以用于抛光基板序列。设想，基于抛光制品123的厚度，自约20英尺至约100英尺的材料可以在材料的供应辊上。
如本文描述的抛光制品123可在具有高达约20微米的直径的层中为随机纳米纤维的织造或堆叠垫子/阵列。设想，在较低直径范围(例如，自约10纳米至约1μm的纳米纤维直径)中的纤维更加理想，因为具有更高纤维衬垫密度在抛光期间导致与基板的更高纤维表面接触的益处。纤维可具有多种材料类型，包括但不限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺、共聚物和生物高聚物。纳米纤维可为可湿润的纤维，因为在抛光期间，抛光制品123充当将浆料带到垫/基板界面的传送机构，以及这样的材料：通过所述材料可将抛光载荷施加在浆料中的颗粒上和膜上以执行抛光处理。
抛光制品123的独特特性为在纤维之间形成的空隙或空间充当要传送至垫/基板界面的浆料的储存器的能力。不同于基于聚合物的垫(其依赖由垫调节产生的纹理和将浆料带到垫/基板的表面润湿性)，“纤维垫子”型抛光制品可以储存和/或输送大量浆料，所述浆料可在抛光期间在头/基板压缩抛光制品123的点处释放在容积中。富含浆料的抛光条件可在抛光期间胜过缺乏浆料的条件。减少每晶片损耗的浆料体积的数量也为一个目标(如果可在不损害抛光结果的情况下进行减少)。纤维之间的空隙再次充当应用至抛光制品123的顶表面、或自浆料源穿过抛光制品123的厚度而应用的浆料的储存器，同时也提供对施加至抛光制品123的浆料的更多阻力，所述浆料由于压板转动(由于离心力)立即摆脱垫。在过多浆料传送的情况下，设想，摩擦将可能降低(润滑效应)以及垫/基板瞬时温度也降低。
测试已显示，诸如抛光制品123和/或抛光制品305的多个纤维抛光制品的抛光结果与使用来自
Figure GDA0002231092720000121
的行业标准IC1010TM垫的基线类似(更高或更低速率但在50％内)。
使用超薄或薄抛光制品123，最高约0.032英寸厚度，抛光制品123的机械性能将不会主导磨平或不磨平基板的趋势。用于磨平在基板上的特征的成功的抛光制品为刚性(以桥接在纤维之间的垫部分)与柔顺性(当在抛光期间将均匀载荷动态地施加至基板时所需要的)之间的平衡。这些动态进一步被陡峭的边缘混淆，诸如挡圈(在承载头152上(图1中示出))的边缘和垫在固持基板的承载头下转动期间的基板的前缘。薄抛光制品123可能必须通过子垫来补充，子垫可提供决定垫载荷和磨平能力。如在图2中示出，子垫240可为机器/网压板的部分而非抛光制品123(可消耗)的组成部分。子垫240的机械性能可由正执行的抛光步骤的要求来决定，并且在抛光处理期间可能变化以获得最佳抛光性能。
在聚丙烯纺粘背垫材料上使用尼龙纤维的测试结果产生有前景的结果。设想，聚丙烯纺粘背层充当额外浆料储存器，所述额外浆料储存器平行于在抛光制品123的纤维之间截获的浆料。或者，纤维可附接至强吸收的背垫材料。已经执行了对仅纤维聚酯纤维垫(无背垫材料)的纤维的一些测试。设想，在纤维背后的聚丙烯纺粘材料为子垫，并且子垫(例如，在图2中示出的子垫240)可用以获得均匀性和磨平。当使用纤维材料(尼龙)抛光长达40分钟时，测试已显示标称稳定的抛光结果。
尽管上述内容针对本公开的实施例，但也可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步的实施方式，并且本公开的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种抛光垫，其包括：
层，其由随机分布的纤维构成，所述随机分布的纤维中的每一个具有20纳米至900纳米的直径和每立方厘米0.1克至每立方厘米50克的密度，其中所述层包括重量百分比5至重量百分比30的聚合物材料和无机材料。
2.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述层包括抛光材料，所述抛光材料卷绕在用于辊对辊抛光系统上的供应辊上。
3.如权利要求2所述的抛光垫，其中所述层具有小于0.032英寸的厚度。
4.如权利要求2所述的抛光垫，其中所述纤维的交叉点包括涂层。
5.如权利要求1所述的抛光垫，其中所述层设置在背层上。
6.如权利要求5所述的抛光垫，其中所述层和所述背层包括抛光材料，所述抛光材料卷绕在用于辊对辊抛光系统上的供应辊上。
7.如权利要求5所述的抛光垫，其中所述纤维的交叉点包括涂层。
8.一种抛光垫，其包括：
第一层，其具有0.007英寸至0.001英寸的厚度，所述第一层包括随机纤维，每一个纤维具有20纳米至900纳米的直径，其中所述第一层包括重量百分比5至重量百分比30的聚合物材料和重量百分比1至重量百分比30的无机材料；以及
第二层，其粘附至所述第一层的背面，
其中在所述第一层中的两个或更多个纤维上及所述两个或更多个纤维之间设置涂层。
9.如权利要求8所述的抛光垫，其中所述第一层包括每立方厘米0.1克至每立方厘米50克的密度。
10.如权利要求8所述的抛光垫，其中所述抛光垫卷绕在用于辊对辊抛光系统上的供应辊上。
11.如权利要求8所述的抛光垫，其中所述第二层包括背层。
12.如权利要求11所述的抛光垫，其中所述背层包括50肖氏D至65肖氏D的硬度。
13.如权利要求8所述的抛光垫，其中所述第二层包括纤维层。
14.如权利要求13所述的抛光垫，其中所述纤维层包括类似于所述第一层的随机纤维。
15.一种自基板去除材料的方法，其包括：
将基板推向压板上的纤维层，所述纤维层设置在供应辊与卷绕辊之间并且具有小于0.032英寸的厚度和由各自具有20纳米至900纳米的直径的纤维构成，其中所述纤维层包括重量百分比5至重量百分比30的聚合物材料和重量百分比1至重量百分比30的无机材料；
相对于所述基板，旋转所述压板以及所述供应辊和所述卷绕辊；
自所述基板的表面去除材料；以及
在自所述基板去除材料之后相对于所述压板推进所述纤维层。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述推进包括相对于所述压板将所述纤维层推进0.1mm与20mm之间。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述推进包括相对于所述压板将所述纤维层推进1mm与5mm之间。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述纤维层耦接至背层。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述纤维层设置在供应辊上。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述纤维层包括20英尺至100英尺的长度。
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