CN113396468A - 透气性覆板和使用其的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种透气性覆板和使用该覆板的方法。覆板可包括主体和所述主体上的无定形含氟聚合物层。平坦化方法可以包括将平坦化前体材料分配在基板上并且使所述平坦化前体材料与覆板的主体接触。在一个实施方式中，基板包括不均匀的表面形貌。该方法还可以包括固化所述平坦化前体材料以在基板上方形成平坦化层，其中可以在使所述覆板接触所述平坦化前体材料的同时进行固化。

Description

透气性覆板和使用其的方法
技术领域
本公开涉及基板处理，更具体地涉及半导体制造中的表面平坦化。
背景技术
平坦化技术可用于在半导体晶片上制造电子器件。这种技术可以包括使用流体分配系统将可成形材料沉积到晶片上。在分配的材料在晶片上固化之前，覆板(Superstrate)对分配的材料进行平坦化和/或图案化。
然而，当覆板与基板上的分配材料分离时，可能会出现缺陷。期望平坦化技术的改进以允许整个晶片处理。
发明内容
在一个方面，覆板能够包括具有接触表面的主体和在所述主体的接触表面上的无定形含氟聚合物层。所述无定形含氟聚合物层能够透过原子质量大于4的气体。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物能够包括二氧戊烷环。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物能够包括全氟间二氧杂环戊烯四氟乙烯共聚物。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物能够包括全氟(3-丁烯基乙烯基醚)的共聚物。
在又一方面，所述主体能够包括所述接触表面和所述无定形含氟聚合物层之间的烃聚合物层。
在另一方面，所述烃聚合物层能够包括聚三甲基甲硅烷基丙炔、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯聚合物、聚酰亚胺、以及它们的任何组合。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物层能够具有至少20mN/m且不超过40mN/m的临界表面张力。
在又一方面，该无定形含氟聚合物层能够包括–(CXY—CF2-)a—(-Z-)b-，其中X和Y能够包括F、Cl或H；并且Z能够包含含有至少一个C-O-C键的四(4)、五(5)或六(6)元碳氟化合物环结构。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物层可渗透氮、氧和氩。
在又一方面，所述无定形含氟聚合物层包括大于1.0×10-10cm3*cm/cm2*S*cmHg的氧渗透系数。
在另一方面，公开了一种平坦化方法。该方法能够包括：在基板上分配平坦化前体材料，其中所述基板包括不均匀的表面形貌；和使所述平坦化前体材料与覆板接触。所述覆板能够进一步包括：具有接触表面的主体；和在主体的接触表面上的无定形含氟聚合物层。所述无定形含氟聚合物层能够渗透原子质量大于4的气体。所述方法能够还包括固化所述平坦化前体材料以在基板上方形成平坦化层，其中可在使覆板接触所述平坦化前体材料的同时进行固化。
在另一方面，所述方法能够包括在使所述平坦化前体材料与所述覆板的主体接触之前使非活性气体流动。
在另一方面，所述非活性气体包括氧气、氮气、氩气或其任何组合。
在另一方面，所述非活性气体不包括氦。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物包含二氧戊烷环。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物包括全氟间二氧杂环戊烯四氟乙烯共聚物。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物是全氟(3-丁烯基乙烯基醚)的聚合物或共聚物。
在另一方面，所述无定形含氟聚合物层可渗透氮、氧和氩，或者它们的任何组合。
在另一方面，公开了一种制造方法。所述制造方法能够包括：在基板上分配可成形材料；和用覆板接触所述基板上的可成形材料以形成平面层。所述覆板能够进一步包括：具有接触表面的主体；和在所述主体的接触表面上的无定形含氟聚合物层。所述无定形含氟聚合物层能够渗透原子质量大于4的气体。所述方法能够还包括固化所述平坦化前体材料以在所述基板的上方形成平坦化层，其中在使所述覆板与所述平坦化前体材料接触的同时进行固化。所述制造方法能够还包括将所述覆板与所述基板上的平面层分离；处理其上已形成了平面层的基板；和由处理过的基板制造制品。
附图说明
通过举例来说明实施方式，但其并不限于附图。
图1包括例示系统的侧视图的图示。
图2包括根据一个实施方式的覆板的侧视图的图示。
图3A包括根据一个实施方式的图1的系统的覆板中使用的一般结构的图示。
图3B包括根据一个实施方式的图1的系统的覆板中使用的一般结构的图示。
图4包括本公开的方法的图示。
图5包括作为各种组合物的动力学直径的函数的渗透系数的图示。
本领域技术人员应理解图中的要素是为了简单和清楚而示出的并且不一定按比例绘制。例如，图中一些要素的尺寸可能相对于其他要素被夸大以帮助提高对本发明实施方式的理解。
具体实施方式
提供结合附图的以下描述以帮助理解本文公开的教导。以下讨论将集中于教导的具体实施和实施方式。提供该焦点以帮助描述教导并且不应被解释为对教导的范围或适用性的限制。
除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。材料、方法和实施例仅是说明性的而不意在限制。在本文未描述的程度上，关于特定材料和加工行为的许多细节是常规的并且可以在本领域中的教科书和其他来源中找到。
参照图1，根据本文描述的实施方式的装置10能够用于平坦化基板12。基板12可以是半导体基材，例如硅晶片，但可以包括绝缘基材，例如玻璃、蓝宝石、尖晶石等。基板12可以联接至基板支架14。基板支架14可以是真空卡盘；然而，在其他实施方式中，基板支架14可以是任何卡盘，包括真空、销式、槽式、静电、电磁等。基板12和基板支架14可以进一步由平台16支撑。平台16可以提供沿X-、Y-或Z-方向的平移或旋转运动。平台16、基板12和基板支架14也可定位在底座(未示出)上。
与基板12间隔开的可以是覆板18。覆板18能够包括具有面向基板12的第二侧和第一侧的主体。在一个实施方式中，台面(mesa)可以从第二侧(未示出)延伸。在另一个实施方式中，能够在没有台面的情况下形成覆板18，如图1中所示。覆板18可由包括玻璃系材料、硅、尖晶石、熔融硅石、石英、硅、有机聚合物、硅氧烷聚合物、碳氟聚合物、金属、硬化蓝宝石、其他类似材料、或它们的任何组合的材料形成。玻璃系材料能够包括钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属-钡硅酸盐玻璃(alkali-barium silicate glass)、铝硅酸盐玻璃、石英、合成熔融硅石等。覆板18能够包括沉积氧化物、阳极氧化铝、有机硅烷、有机硅酸盐材料、有机聚合物、无机聚合物、以及它们的任何组合。如下文更详细地描述，覆板18能够包括层210。覆板18的主体能够具有在30微米至2000微米范围内的厚度。
覆板18能够包括单件或多件式构造。在一个实施方式中，覆板或其台面的表面能够包括平面接触表面。在另一个实施方式中，接触表面能够包括定义任何原始图案的特征，该原始图案形成要在基板12上形成的图案的基础。
其中，覆板18能够用于使沉积在基板12上的可成形材料平坦化。覆板18能够联接至覆板支架28。覆板18可由覆板支架28保持并调节其形状。覆板支架28可以被配置为将覆板18保持在卡紧区域内。覆板支架28能够被配置为真空、销式、槽式、静电、电磁或其他类似的支架类型。在一个实施方式中，覆板支架28能够用于通过向支架28的各个区域施加正压或真空压力以调节覆板18的形状来调节覆板18的形状。在一个实施方式中，覆板支架28能够包括在覆板支架28的主体内的透明窗口。在一个实施方式中，覆板支架28可以联接至头部26，使得覆板支架28或头部26能够促进覆板18的沿X、Y或Z方向的平移或旋转运动。在一个实施方式中，覆板18能够具有与基板12大致相同的表面积。在一个实施方式中，基板12和覆板18可具有300mm的直径。在一个实施方式中，基板12与覆板18的直径可介于300mm与600mm之间。在一个实施方式中，基板12与覆板18的直径可介于300mm与450mm之间。在另一个实施方式中，基板12和覆板18的直径可以在450mm和600mm之间。
装置10能够还包括流体分配系统32，其用于将可成形材料34沉积在基板12的表面上。例如，可成形材料34能够包括可聚合材料，例如抗蚀剂或树脂。可成形材料34能够使用诸如液滴分配、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积或其组合等技术以一层或多层放置在基板12上。可成形材料34能够在覆板18和基板12之间限定所需体积之前或之后分配在基板12上。可成形材料34能够包括单体或低聚物混合物，其能够使用紫外光、热等固化。
系统10能够进一步包括沿着路径42联接至直接能量40的能量源38。头部26和平台16能够被配置为将覆板18和基板12定位成与路径42重叠。系统10能够由与平台16、头部26、流体分配系统32或能量源38通信的逻辑元件54调节，并且可以在可选地存储在存储器56中的计算机可读程序上操作。逻辑元件54可以是处理器(例如，微处理器或微控制器的中央处理单元)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。处理器、FPGA或ASIC能够在装置内。在另一个实施方式(未示出)中，逻辑元件能够是装置10外部的计算机并且双向联接至装置10。
图2包括根据一个实施方式的覆板18的侧视图的图示。覆板18能够包括主体220和层210。覆板18的主体220可由包括玻璃系材料、硅、尖晶石、熔融硅石、石英、硅、有机聚合物、硅氧烷聚合物、碳氟聚合物、金属、硬化蓝宝石、其他类似材料或它们的任何组合的材料形成。玻璃系材料能够包括钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱金属-钡硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、石英、合成熔融硅石等。层210能够为无定形含氟聚合物层。在一个实施方式中，层210能够包括全氟间二氧杂环戊烯四氟乙烯共聚物。在一个实施方式中，层210能够包括二氧戊烷环。在一个实施方式中，层210能够包括包含-(CXY-CF2-)a-(-Z-)b-的化学结构，其中X和Y可以是F、Cl或H并且Z可以是含有至少一个C-O-C键的四(4)、五(5)或六(6)元碳氟化合物环结构。在另一个实施方式中，层210可以包括2,2-双(三氟甲基)-4,5-二氟-1,3-二氧杂环戊烯(PDD)的共聚物，例如在图3A中所示。在一个实施方式中，层210可以包括包含–(CF2—Z—CF2-)-的化学结构，其中X和Y可以是F、Cl或H并且Z可以是含有至少一个C-O-C键的四(4)、五(5)、或六(6)元碳氟化合物环结构，如图3B中所示。在一个实施方式中，层210可以包括如下所示的式1的单体。
Figure BDA0003191444650000061
在一个实施方式中，层210可以包括使用全氟(3-丁烯基乙烯基醚)CF2＝CF-O-CF2CF2CF＝CF2制成的聚合物。在一个实施方式中，层210可具有大于100nm的厚度，例如大于300nm，或大于500nm，或大于1微米，或大于2微米。在另一个实施方式中，层210可具有小于5微米的厚度，例如小于4微米，或小于3微米。在另一个实施方式中，层210可具有介于100nm与5微米之间的厚度。在另一个实施方式中，层210可以是气体可渗透的，例如可渗透氮、氧、氦和氩。在另一个实施方式中，层210可以包括大于1.0x10-10cm3*cm/cm2*S*cmHg的氧渗透系数。在一个实施方式中，层210在覆板18的主体220上。在另一个实施方式中，覆板可以包括主体220和层210之间的多个层。例如，在一个实施方式中，覆板可以包括主体220、层210和位于主体220和层210之间的烃聚合物层。在一个实施方式中，烃聚合物层可以包括聚三甲基甲硅烷基丙炔(PTMSP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯聚合物、聚酰亚胺或其任何组合。
其中，覆板18能够用于平坦化基板12上的可成形材料。随着时间的推移，连续使用会磨损覆板18的表面。通常，在发生损坏后更换覆板18。然而，发明人发现了涂层，它既能够保护基板18的表面，同时能够提高实现平坦化所需的各种要求，特别是在其中将抗蚀剂材料作为液滴分配到基板上的平坦化技术，例如，喷墨-自适应平坦化(inkjet-adaptiveplanarization)(IAP工艺)。由于IAP工艺尤其可以使用气体来减少在平坦化过程中转印至基板的缺陷，因此所使用的任何层都需要对所使用的气体具有可渗透性。许多工艺使用需求量大、供应量低且因此价格昂贵的气体。因此，非常需要能够满足实现IAP所需的所有要求的材料。层210具有良好的机械强度、非冷凝性气体传输性、非冷凝性气体和冷凝性有机气体之间的高传输选择性、UV透明性以及抗蚀剂材料例如丙烯酸系、乙烯基系和环氧系聚合物之间的低粘合力以有助于平坦化工艺。为了在接触期间改善层210与可成形材料的润湿性，层210可以被化学处理，用例如等离子体处理，以增加层210的表面能。对层210进行处理能够改变与可成形材料接触的表面上的聚合物的化学性质，而不会显著影响聚合物的传输或选择性。在一个实施方式中，层210具有至少20mN/m且不超过45mN/m的临界表面张力。
所谓的非冷凝性气体(例如氧气和氮气)与冷凝性有机气体(例如甲烷、乙烷和丙烷)之间的气体传输选择性可以描述为在一般条件下通过膜的气体渗透系数的比率。由于对层210最有用的聚合物的高度氟化的性质，有机气体的化学吸附低，而有机蒸汽对主要为烃聚合物的吸附可以高。对于碳氟聚合物，这导致非冷凝性气体和冷凝性有机气体之间的选择性改善。对层210最有用的聚合物将具有大于3.0的氮/丙烷选择性。这种选择性以及可成形材料(单体)在聚合物膜中的极低溶解度提供了坚固的层，其能够在IAP中多次使用而不会导致膜降解。当使用烃聚合物时，膜降解可能是影响气体渗透和/或保护层的耐久性的严重问题。这主要是由于典型的烃可成形材料在烃聚合物如PMMA、PTMSP、聚酰亚胺等中的固有溶解度。当前实施方式的碳氟聚合物，其专门或在烃聚合物之上用作渗透保护层，不溶于烃系可成形材料。因此，当用作IAP中的气体渗透保护层时，这些碳氟聚合物膜更加坚固耐用。层210对于原子质量大于1的分子可以是可渗透的，例如原子质量大于4，或原子质量大于5，或原子质量大于12，或原子质量大于39。
图4包括本公开的方法400的图示。该方法开始于操作410，通过在基板12上分配平坦化前体材料34。基板12可以包括不均匀的表面形貌。换言之，基板12的表面可能是不均匀的。可成形材料34可包括可聚合的材料，例如抗蚀剂。可成形材料34可以使用诸如液滴分配、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积或其组合等技术以一层或多层定位在基板12上。可成形材料34可在覆板18和基板12之间限定所需体积之前或之后分配在基板12上。所需体积可包括气体。该方法可以包括例如在分配平坦化前体材料之后但在与覆板18接触之前使气体流动。该气体可以包括氧气、氮气、氩气、氦气或它们的任何组合。在一个实施方式中，流动的气体不包括氦气。在一个实施方式中，流动的分子的原子质量大于1，例如原子质量大于4，或原子质量大于5，或原子质量大于12，或原子质量大于39。
在操作420，覆板18可以接触平坦化前体材料34。当覆板18接触平坦化前体材料34时，任何捕获的气体粒子都能够通过层220消散。在一个实施方式中，覆板18能够具有主体和无定形含氟聚合物层，如上所述。
该方法可以在操作430继续，通过固化平坦化前体材料34以在基板12上方形成平坦化层。可成形材料34可以包括能够使用紫外光、热等固化的单体或低聚物混合物。在一个实施方式中，在覆板18接触平坦化前体材料34的同时进行固化。固化之后，覆板18可以与在基板12上形成的新形成的层分离。层210可以保护覆板18的主体220，使得覆板18可用于后续的平坦化操作。
在一个实施方式中，制品的制造方法可以包括将可成形材料34沉积在基板12上并使覆板18与基板12上的可成形材料34接触。在一个实施方式中，覆板可包括主体和层。该层可包括无定形含氟聚合物。制品的制造方法可进一步包括固化可成形材料34以形成平面层、将覆板18和基板12上的可成形材料34分离、处理其上已形成平面层的基板12、以及由处理过的基板12制造制品。
图5包括作为各种组成的动力学直径的函数的渗透系数的图示。如图5中所示，510可以是包括聚碳酸酯的层的渗透系数，520可以是包括无定形含氟聚合物的层例如层210的渗透系数，530可以是包括聚三甲基甲硅烷基丙炔的层的渗透系数。层210可具有大于1.0x10-10cm3*cm/cm2*S*cmHg的氧渗透系数，例如大于3.4x10-10cm3*cm/cm2*S*cmHg，例如大于3.4x10-8cm3*cm/cm2*S*cmHg，例如大于3.4x10-7cm3*cm/cm2*S*cmHg，或例如大于3.4x10- 6cm3*cm/cm2*S*cmHg。层210可具有大于2.5x10-8cm3*cm/cm2*S*cmHg的氦渗透系数，例如2.5x10-7cm3*cm/cm2*S*cmHg，或2.5x10-6cm3*cm/cm2*S*cmHg。层210可具有大于2.9x10-8cm3*cm/cm2*S*cmHg的氢渗透系数，例如2.9x10-7cm3*cm/cm2*S*cmHg，或2.9x10-6cm3*cm/cm2*S*cmHg。
应指出的是，并非一般描述或示例中的上述所有活动都是必需的，可能不需要特定活动的一部分，并且除了所描述的活动之外，还可以进行一个或多个进一步的活动。更进一步，列出活动的顺序不一定是进行它们的顺序。
上面已经关于具体实施方式描述了益处、其他优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何特征不应被解释为任何或所有的权利要求的关键的、必需的或基本的特征。
在此描述的实施方式的说明和图示旨在提供对各种实施方式的结构的一般理解。说明书和图示并不旨在用作使用本文所述结构或方法的装置和系统的所有要素和特征的详尽和全面的描述。还可以在单个实施方式中组合提供单独的实施方式，相反，为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独提供或以任何子组合提供。此外，对范围中陈述的值的引用包括该范围内的每个和全部值。只有在阅读了本说明书之后，许多其他实施方式对于本领域技术人员来说可能是明显的。可以使用并从本公开中导出其他实施方式，从而可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构替换、逻辑替换或其他改变。因此，本公开应被视为说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种覆板，包括：
主体，其中所述主体包括接触表面；和
在所述主体的接触表面上的无定形含氟聚合物层，其中所述无定形含氟聚合物层可渗透原子质量大于4的气体。
2.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物包括二氧戊烷环。
3.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物包括全氟间二氧杂环戊烯四氟乙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物包括全氟(3-丁烯基乙烯基醚)。
5.根据权利要求1所述的覆板，其中所述主体包括所述接触表面和所述无定形含氟聚合物层之间的烃聚合物层。
6.根据权利要求5所述的覆板，其中所述烃聚合物层包括聚三甲基甲硅烷基丙炔、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯聚合物、聚酰亚胺、以及它们的任何组合。
7.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物层具有至少20mN/m且不超过40mN/m的临界表面张力。
8.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物层包括：
-(CXY—CF2-)a—(-Z-)b-；
其中X和Y包括F、Cl或H；和
Z包含含有至少一个C-O-C键的四(4)、五(5)或六(6)元碳氟化合物环结构。
9.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物层可渗透氮、氧和氩。
10.根据权利要求1所述的覆板，其中所述无定形含氟聚合物层包括大于1.0×10- 10cm3*cm/cm2*S*cmHg的氧渗透系数。
11.一种平坦化方法，包括：
在基板上分配平坦化前体材料，其中所述基板包括不均匀的表面形貌；
使所述平坦化前体材料与覆板接触，其中所述覆板包括：
主体，其中所述主体包括接触表面；和
在所述主体的接触表面上的无定形含氟聚合物层，其中所述无定形含氟聚合物层可渗透原子质量大于4的气体；和
固化所述平坦化前体材料以在基板上形成平坦化层，其中在使所述覆板接触所述平坦化前体材料的同时进行固化。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在使所述平坦化前体材料与所述覆板的主体接触之前使气体流动。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述气体包括氧气、氮气、氩气或其任何组合。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述非活性气体不包括氦。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述无定形含氟聚合物包含二氧戊烷环。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述无定形含氟聚合物包括全氟间二氧杂环戊烯四氟乙烯共聚物。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述无定形含氟聚合物是全氟(3-丁烯基乙烯基醚)的聚合物或共聚物。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述无定形含氟聚合物层可渗透氮、氧和氩。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述无定形含氟聚合物层包括大于1.0×10- 10cm3*cm/cm2*S*cmHg的氧渗透系数。
20.一种制品的制造方法，包括：
在基板上沉积可成形材料；
用覆板接触所述基板上的可成形材料以形成平面层，其中所述覆板包括：
主体，其中所述主体包括接触表面；和
在所述主体的接触表面上的无定形含氟聚合物层，其中所述无定形含氟聚合物层可渗透原子质量大于4的气体；
将所述覆板与所述基板上的平面层分离；
处理其上已形成了平面层的基板；和
由处理过的基板制造制品。
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