背景

本公開的實(shí)施方式大體涉及用于基板或晶片的化學(xué)機(jī)械拋光的裝置和方法，更確切地涉及拋光制品制造系統(tǒng)，以及制造和使用用于化學(xué)機(jī)械拋光的拋光墊或拋光制品的方法。

背景技術(shù)：

化學(xué)機(jī)械拋光(chemicalmechanicalpolishing；cmp)為已經(jīng)在許多不同工業(yè)中用以磨平基板表面的常規(guī)工藝。在半導(dǎo)體工業(yè)中，隨著元件特征尺寸越來越小，拋光和磨平的均勻性已變得越來越重要。在cmp工藝過程中，諸如硅晶片的基板安裝在承載頭上，器件表面抵靠旋轉(zhuǎn)拋光墊放置。承載頭在基板上提供可控的載荷以將基板的器件表面推向拋光墊。通常將拋光液(諸如具有研磨顆粒的漿料)供應(yīng)至移動(dòng)拋光墊和拋光頭的表面。通常將拋光漿料(包括研磨劑和至少一種化學(xué)反應(yīng)劑)供應(yīng)至拋光墊，以在墊與基板之間的界面處提供研磨化學(xué)溶液。拋光墊和拋光頭向基板施加機(jī)械能，同時(shí)墊也有助于控制漿料的傳送，所述漿料在拋光工藝期間與基板相互作用。高效cmp工藝不僅提供高拋光率，而且提供不具有小尺度粗糙度、含有最小缺陷并且是平坦(即不具有大規(guī)模形貌)的基板表面。

在拋光系統(tǒng)中執(zhí)行的化學(xué)機(jī)械拋光工藝通常包括多個(gè)拋光墊，該多個(gè)拋光墊執(zhí)行整個(gè)拋光工藝的不同部分。拋光系統(tǒng)通常包括設(shè)置在第一壓板上的第一拋光墊，第一拋光墊在基板的表面上產(chǎn)生第一材料去除率和第一表面光潔度和第一平度。第一拋光步驟通常稱為粗拋光步驟，以及一般以高拋光率執(zhí)行。系統(tǒng)也通常包括設(shè)置在至少額外壓板上的至少一個(gè)額外拋光墊，該至少一個(gè)額外拋光墊在基板的表面上產(chǎn)生第二材料去除率和第二表面光潔度和平度。第二拋光步驟通常稱為精拋光步驟，其一般以慢于粗拋光步驟的速率執(zhí)行。在一些配置中，系統(tǒng)也可包括設(shè)置在第三壓板上的第三拋光墊，第三拋光墊在基板的表面上產(chǎn)生第三去除率和第三表面光潔度和平度。第三拋光步驟通常稱為材料清理或擦亮步驟。多個(gè)墊拋光工藝可以用于多步驟工藝中，其中墊具有不同的拋光特性，并且基板經(jīng)歷逐漸精細(xì)的拋光或調(diào)整拋光特性以補(bǔ)償在拋光過程中遇到的不同層，例如，在氧化物表面底下的金屬線。

cmp中反復(fù)出現(xiàn)的問題為跨基板表面的拋光速率的不均勻性。另外，由于在墊表面上的磨損和/或拋光副產(chǎn)品積累，拋光墊在拋光過程中一般發(fā)生自然劣化。最終，拋光墊在拋光某個(gè)數(shù)量的基板之后被磨損或被“上光”，隨后需要被更換或修復(fù)。當(dāng)在其中將基板壓向墊的區(qū)域中加熱和壓縮拋光墊時(shí)，上光發(fā)生。由于產(chǎn)生的熱量和施加的力，拋光墊上的高點(diǎn)被壓縮和鋪展使得高點(diǎn)之間的點(diǎn)被填補(bǔ)，從而使拋光墊表面變得更光滑和較不粗糙。結(jié)果，拋光時(shí)間增加。因此，拋光墊表面必須定期返回至研磨狀態(tài)，或“被調(diào)節(jié)”以維持高產(chǎn)量。通常，研磨調(diào)節(jié)盤用以將拋光墊表面的頂層大體上“刮擦”或“研磨”成一狀態(tài)，使得可再一次在基板上獲得理想的拋光結(jié)果。

然而，墊調(diào)節(jié)工藝花費(fèi)大量時(shí)間，它產(chǎn)生顆粒并可縮短拋光墊的使用壽命，這增加擁有成本并減小工藝良率。另外，調(diào)節(jié)可導(dǎo)致在拋光墊的表面上形成大的凹凸，這些凹凸可劃傷基板和/或在基板上導(dǎo)致拋光相關(guān)缺陷。

因此，需要解決上述考慮的一些問題的改進(jìn)的cmp拋光墊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的實(shí)施方式大體涉及化學(xué)機(jī)械拋光基板或晶片的裝置和方法。更確切地涉及拋光制品制造系統(tǒng)，以及制造和使用用于化學(xué)機(jī)械拋光的拋光制品的方法。

在一個(gè)實(shí)施方式中，拋光制品包括具有小于約0.032英寸的厚度的層，以及所述層包括具有約10納米與約200微米的直徑的纖維。

在另一實(shí)施方式中，自基板去除材料的方法包括，將基板推向壓板上的纖維層，所述纖維層具有小于約0.032英寸的厚度和包括具有約10納米至約200微米的直徑的纖維，相對于基板旋轉(zhuǎn)壓板，自基板的表面去除材料，以及在自基板去除材料之后相對于壓板推進(jìn)纖維層。

在另一實(shí)施方式中，自基板去除材料的方法包括，將基板推向拋光材料，所述拋光材料設(shè)置在供應(yīng)輥上跨過壓板到卷繞輥，所述拋光材料具有小于約0.032英寸的厚度和包括具有約10納米至約200微米的直徑的纖維，相對于基板旋轉(zhuǎn)壓板，自基板的表面去除材料，以及在自基板去除材料之后相對于壓板推進(jìn)拋光材料。

附圖說明

因此，以上簡要總結(jié)的本發(fā)明的上述記載的特征可被詳細(xì)地理解的方式、對本發(fā)明的更特定的描述可以通過參考實(shí)施方式獲得，所述實(shí)施例中的一些示出于附圖中。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出了本公開的典型實(shí)施例，并且因此不被視為限制本公開的范圍，因?yàn)楸竟_可承認(rèn)其他等效實(shí)施方式。

圖1為根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的示例性化學(xué)機(jī)械拋光模塊的平面圖。

圖2為根據(jù)本文公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的圖1的模塊的示例性處理站的截面圖。

圖3a圖示根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的拋光制品的納米纖維層的橫截面圖。

圖3b為根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的多層納米纖維拋光制品的示意圖。

圖4為根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的圖3b的納米纖維拋光制品的放大視圖。

為了便于理解，已在盡可能的情況下，使用相同字符來標(biāo)示圖中共有的相同要素。可設(shè)想，在一個(gè)實(shí)施例中公開的要素可以有利地在其他實(shí)施例中使用而無需贅述。

具體實(shí)施方式

本公開大體涉及拋光制品，以及使用拋光制品來化學(xué)機(jī)械拋光基板的裝置和方法。在一些實(shí)施方式中，諸如拋光墊的拋光制品包括一個(gè)或多個(gè)層(即，至少頂層)，該一個(gè)或多個(gè)層包括由在拋光工藝過程中被定位和/或定向成接觸基板的多個(gè)納米纖維形成的多孔結(jié)構(gòu)。

圖1描繪拋光模塊106的平面圖，拋光模塊106可為化學(xué)機(jī)械拋光器(諸如由位于加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司(appliedmaterials,inc.,locatedinsantaclara,california)制造的webb^tm系統(tǒng))的一部分。本文描述的實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可用在拋光系統(tǒng)上。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以有利地使得本文所教導(dǎo)和描述的實(shí)施方式適合用于由其他制造商生產(chǎn)的使用拋光制品(尤其是以輥對輥形式的拋光制品)的其他類型的拋光設(shè)備。

拋光模塊106一般包括裝載機(jī)器人104、控制器108、傳送站136、多個(gè)處理或拋光站，諸如壓板組件132、底座140和支撐多個(gè)拋光或承載頭152(在圖1中示出僅一個(gè))的轉(zhuǎn)盤134。一般來說，裝載機(jī)器人104設(shè)置在拋光模塊106和工廠界面102(未示出)附近以便于基板122在其間傳送。

傳送站136一般包括傳送機(jī)器人146、輸入緩沖器142、輸出緩沖器144和裝載罩組件148。輸入緩沖器站142自裝載機(jī)器人104接收基板122。傳送機(jī)器人146自輸入緩沖器站142移動(dòng)基板122并將基板122移動(dòng)至裝載罩組件148，在裝載罩組件，基板可被傳送至承載頭152。

為便于控制如上所述的拋光模塊106，控制器108包括中央處理單元(centralprocessingunit；cpu)110、支持電路146和存儲器112。cpu110可以是可在工業(yè)環(huán)境中使用的任意形式的計(jì)算機(jī)處理器的一種，用于控制各種拋光器、驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人和子處理器。存儲器112耦接至cpu110。存儲器112、或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，可為諸如隨機(jī)存取存儲器(randomaccessmemory；ram)、只讀存儲器(readonlymemory；rom)、軟盤、硬盤或任意其它形式的數(shù)字存儲器，本地或遠(yuǎn)程的易于獲得的存儲器的一個(gè)或多個(gè)。支持電路114耦接至cpu110以用于以常規(guī)方式支持處理器。這些電路包括高速緩存、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)等等。

一般來說，轉(zhuǎn)盤134具有多個(gè)臂150，其每個(gè)支撐承載頭152的一個(gè)。在圖1中描繪的臂150的兩個(gè)以虛線示出，以便可看到設(shè)置在壓板組件132的一個(gè)上或壓板組件132的一個(gè)上方的傳送站和拋光制品123。轉(zhuǎn)盤134是可索\引的以便承載頭152可在壓板組件132與傳送站136之間移動(dòng)。

通常，通過相對于在壓板組件132上支撐的拋光制品123移動(dòng)夾持在承載頭152中的基板122，在每個(gè)壓板組件132處執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝。拋光制品123可跨壓板組件132、以及在供給組件156與卷繞組件158之間伸展。供給組件156和卷繞組件158可對拋光制品123提供相反偏置，以繃緊和/或伸展設(shè)置在其間的拋光制品123的暴露部分。在一些實(shí)施方式中，拋光制品123當(dāng)在供給組件156與卷繞組件158之間伸展時(shí)可具有平坦的或平面的表面形貌。另外，拋光制品123可跨壓板組件132推進(jìn)和/或可釋放地固定至壓板組件132，使得拋光制品123的新的或未用的區(qū)域可自供給組件156釋放。通常，拋光制品123通過真空壓力、機(jī)械夾具或通過其他固持方法可釋放地固定至壓板組件132，所述真空壓力被施加至拋光制品123的底面。

拋光制品123可包括形成多孔結(jié)構(gòu)的納米大小特征(例如，具有約10納米至約200微米的大小)，例如在圖3a和圖4中圖示。拋光工藝可利用含有研磨顆粒的漿料以有助于拋光基板122，所述研磨顆粒通過流體噴嘴154輸送至拋光制品的表面?；蛘撸黧w噴嘴154可單獨(dú)地或與拋光化學(xué)品組合地輸送去離子水(de-ionizedwater；diw)。流體噴嘴154可以沿著所示方向旋轉(zhuǎn)至遠(yuǎn)離如圖所示的壓板組件132的位置，到每個(gè)壓板組件132上方的位置。

圖2描繪壓板組件132和示例性供給組件156和卷繞組件158的側(cè)視圖，其圖示了拋光制品123跨壓板230的位置。一般來說，供給組件156包括供應(yīng)輥254、上導(dǎo)引構(gòu)件204和下導(dǎo)引構(gòu)件205，所述上導(dǎo)引構(gòu)件204和下導(dǎo)引構(gòu)件205設(shè)置在壓板組件132的側(cè)壁203之間。一般來說，卷繞組件158包括卷繞輥252、全部設(shè)置在側(cè)壁203之間的上導(dǎo)引構(gòu)件214和下導(dǎo)引構(gòu)件216。卷繞輥252一般含有拋光制品123的使用部分并被配置成使得一旦卷繞輥252充滿使用過的拋光制品123，卷繞輥252可在維護(hù)活動(dòng)期間容易地更換成空的卷繞輥。上導(dǎo)引構(gòu)件214被定位成將拋光制品123自壓板230引導(dǎo)至下導(dǎo)引構(gòu)件216。下導(dǎo)引構(gòu)件216將拋光制品123引到卷繞輥252上。

壓板組件132也可包括諸如激光器的光學(xué)感測器件220，其適于發(fā)送和接收光信號，以用于檢測對被推靠在拋光制品123(圖2)的頂表面上的基板執(zhí)行的拋光處理的終點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，光學(xué)感測器件被配置成穿過在拋光制品123內(nèi)形成的納米大小特征的厚度來光學(xué)檢查基板表面。在此配置中，光學(xué)感測器件通過拋光制品123投射輻射并在檢測器(未示出)處接收自基板表面反射的任何輻射，所述輻射穿過拋光制品123的多孔結(jié)構(gòu)返回。

供應(yīng)輥254一般含有拋光制品123的未用部分并被配置成使得一旦設(shè)置在供應(yīng)輥254上的拋光制品123通過拋光或磨平工藝已被消耗，供應(yīng)輥254可容易地更換成含有新的拋光制品123的另一供應(yīng)輥254。一般來說，拋光制品123的總長包括設(shè)置在供應(yīng)輥254上的材料的量、設(shè)置在卷繞輥252上的量和在供應(yīng)輥254與卷繞輥252之間延伸的量。總長通常大于多個(gè)基板122(圖1)的拋光面的尺寸，并且可例如為幾米至幾十米長。

拋光制品123一般被配置成可控地在x方向上跨背墊組件226推進(jìn)拋光制品123。拋光制品123一般通過平衡在耦接至電源組件156的電機(jī)222與耦接至卷繞組件158的電機(jī)224之間的力而相對于壓板230移動(dòng)。棘輪機(jī)構(gòu)和/或制動(dòng)系統(tǒng)(未示出)可耦接至電源組件156和卷繞組件158的一個(gè)或兩個(gè)以相對于背墊組件226固定拋光制品123。壓板230可操作地耦接至旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器228，所述旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器228圍繞一般與x和/或y方向正交的轉(zhuǎn)動(dòng)軸235旋轉(zhuǎn)壓板組件132。在一些實(shí)施方式中，在圖2中示出的全部元件圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸235旋轉(zhuǎn)。

真空系統(tǒng)232可耦接在致動(dòng)器228與背墊組件226之間。真空系統(tǒng)232可用以將拋光制品123的位置固定在壓板230上。真空系統(tǒng)232可包括形成于板236中的通道234，所述板236設(shè)置在背墊組件226下方。在一個(gè)實(shí)施方式中，背墊組件226可包括子墊240和子板238，各自具有穿過其中形成的開口242，開口242與通道234和真空源244流體連通。在其他實(shí)施方式中，整體子墊250(以短劃線示出)可形成于拋光制品123的底表面上。在壓板組件132的一個(gè)實(shí)施方式中，拋光制品123的子墊240和整體子墊250在拋光處理期間組合使用。在一些實(shí)施方式中，子墊240和/或整體子墊250通常由聚合、彈性或塑性材料(諸如聚碳酸酯或泡沫聚氨酯)形成。一般來說，可選擇子墊240和/或整體子墊250的硬度或硬度計(jì)以產(chǎn)生特定拋光結(jié)果。子墊240和/或整體子墊250一般將拋光制品123的上表面221維持在平行于基板(未示出)平面的平面中，以便促進(jìn)基板的整體磨平。在一些實(shí)施方式中，可將子板238放置在子墊240下方，如圖所示。子墊240和/或整體子墊250可為親水的或疏水的。如果子墊240和/或整體子墊250為親水的，則子墊240和/或整體子墊250應(yīng)被配置成以均勻的方式吸收。

根據(jù)本文描述的實(shí)施方式，拋光制品123相對較薄，以及諸如子墊240和/或整體子墊250的子墊用以增大拋光制品的機(jī)械完整性和/或提供必要的柔順性以改進(jìn)和/或調(diào)整拋光制品123的拋光性能。另外或或者，子墊240和/或整體子墊250的疏水性或親水性可更均勻地維持和/或分散漿料。另外或或者，子墊240和/或整體子墊250的硬度和/或結(jié)構(gòu)可提供對拋光制品123的額外柔順性。

在一個(gè)實(shí)施方式中，子墊(例如，子墊240和/或整體子墊250)由聚氨酯材料組成并和拋光制品123一起使用，所述聚氨酯材料具有自1mm至2mm的厚度和約50-65肖氏d的硬度。在一些實(shí)施方式中，具有50-100μm厚度的納米纖維層可隨后使用電紡絲(electrospinning)或者離心式紡絲(centrifugalspinning)技術(shù)被粘附至整體子墊250的部分，或直接制造到整體子墊250上。

在一些實(shí)施方式中，子墊240可具有跨與拋光制品123接觸的表面形成的各種槽，包括同心槽或具有不同間距的具有30μm至200μm的直徑的一系列柱。在一些配置中，槽經(jīng)由開口242與真空源連通，并因此可用以幫助分配真空壓力，所述真空壓力在處理期間被施加至拋光制品123的底表面，如上所述。

在另一實(shí)施方式中，使用兩種類型的子墊的組合，其中第一子墊由聚氨酯制成并具有1-2mm的厚度、小于50肖氏d的硬度和沒有開槽圖案。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墊。在一些實(shí)施方式中，可使用單個(gè)子墊，或如上所述的第一和第二子墊的組合，并可包括約60肖氏a至約30肖氏d的硬度。該第二子墊可直接置于第一子墊的上方。厚度為50-100μm的納米纖維層可隨后使用電紡絲或者離心式紡絲技術(shù)而粘附至子墊或直接制造到子墊上。在另一實(shí)施方式中，子墊由除聚氨酯以外的不同材料制成。在另一實(shí)施方式中，頂端子墊含有微氣孔以幫助漿料維持和/或漿料輸送。

常規(guī)地，cmp拋光墊通常由諸如聚碳酸酯、尼龍、聚砜和聚氨酯制成。通常，常規(guī)cmp墊通過成型、鑄造、擠出、網(wǎng)涂或燒結(jié)這些材料而制成。常規(guī)墊可以一次制成一個(gè)或成為隨后被切成單個(gè)的墊基板的餅狀物。隨后將這些基板加工成最終厚度，并且其中加工出槽。典型聚合物或聚合物/纖維圓形墊為0.050英寸至0.125英寸厚。

基于傳統(tǒng)聚合物的cmp拋光墊通常使用psa(壓感膠粘劑)粘附至在cmp機(jī)器內(nèi)的平面旋轉(zhuǎn)圓臺。使用存在于化學(xué)和機(jī)械活動(dòng)漿料中的約1psi至約6psi的向下力，將基板放置成與墊接觸，所述向下力導(dǎo)致膜自基板去除。常規(guī)墊通常與墊調(diào)節(jié)結(jié)合使用以穩(wěn)定膜去除率。當(dāng)墊表面已被磨損或載荷有拋光副產(chǎn)物到不能再維持理想的和/或穩(wěn)定的拋光性能的程度時(shí)，必須去除墊和更換成另一個(gè)新墊，并且使機(jī)器再次合格以用于生產(chǎn)。獲得希望的拋光性能所需的墊材料和墊調(diào)節(jié)類型為在器件制造廠中使用的拋光器的可用性的關(guān)鍵。短的墊使用壽命和頻繁的墊更換導(dǎo)致不良的拋光器可用性以及增加擁有成本。

如上所述，常規(guī)cmp墊需要定期調(diào)節(jié)以維持可接受的去除率，以及調(diào)節(jié)可產(chǎn)生不需要的碎片和/或縮短墊的使用壽命。已知碎片助長包括微痕的更高的缺陷等級。另外，為獲得所需的強(qiáng)度和改進(jìn)其他拋光相關(guān)性質(zhì)，常規(guī)墊在橫截面中相對較厚，這限制了可卷繞在供應(yīng)輥上的墊材料的數(shù)量。這些缺陷的一個(gè)或多個(gè)增加停機(jī)時(shí)間和/或良率，從而增大了擁有成本。

如本文描述的拋光制品123一般比常規(guī)cmp墊薄同時(shí)維持理想的拋光特性和材料性質(zhì)(例如，濕潤性、強(qiáng)度)，并且不需要墊調(diào)節(jié)。利用如本文描述的拋光制品123，由進(jìn)入拋光區(qū)域(墊/基板界面)的外部碎片而產(chǎn)生的缺陷將不太可能產(chǎn)生基板劃傷，因?yàn)轭w?？赡堋奥淙搿痹诶w維層之間形成的孔隙空間(例如，氣孔)中。如果顆粒大于在拋光制品123中的孔隙空間，則顆粒可自墊表面伸出。然而，根據(jù)粒度與墊厚度的關(guān)系，應(yīng)相信，當(dāng)使用拋光制品123時(shí)，“大”顆粒將通常在基板表面上不產(chǎn)生劃傷，因?yàn)楹w維層將一般不提供充足的局部結(jié)構(gòu)支撐以產(chǎn)生足夠大的力來在基板上創(chuàng)造劃傷。由含纖維層提供的結(jié)構(gòu)支撐一般由于在含纖維層中的每個(gè)支撐纖維的小橫截面面積以及通過設(shè)置在含纖維層中的鄰近放置的纖維所提供的有限接觸和支撐而受到限制。應(yīng)相信，顆?？赡苄ㄈ刖植繅|纖維結(jié)構(gòu)中，局部墊纖維結(jié)構(gòu)可在拋光工藝期間傳遞的施加載荷下局部變形。最后，“可能劃傷”的顆粒不太可能在圓形纖維與基板之間“楔入”，其特征在于纖維與基板的線接觸。

與常規(guī)墊材料相比，纖維墊子拋光制品123可能不需要使用水射流或水流的水沖洗之外的調(diào)節(jié)，和/或使用軟刷以去除拋光副產(chǎn)物。因此，設(shè)想沒有如利用與常規(guī)墊一起使用的金剛石盤所見的破壞性調(diào)節(jié)。纖維厚度和纖維至背墊的粘附可能不足以承受侵蝕性的調(diào)節(jié)方法。

如本文描述的拋光制品123包括小于常規(guī)cmp墊的厚度，從而允許更長的拋光制品材料設(shè)置在相同大小的供應(yīng)輥上，并因此減少供應(yīng)輥的重量。具有設(shè)置在其上的更長可用長度的供應(yīng)輥將擴(kuò)展可在拋光工具內(nèi)拋光加長的時(shí)間段的基板的數(shù)目，因?yàn)槊慨?dāng)供應(yīng)輥用完可用材料時(shí)用以更換供應(yīng)輥材料的新長度并使其合格所需的開銷時(shí)間被最小化。另外，如本文描述的拋光制品123包括足夠的機(jī)械完整性，是耐化學(xué)反應(yīng)的(即，能夠承受在cmp拋光中使用的侵蝕性漿料化學(xué)品而不降解、分層、起泡或翹曲)，并且可以具有足夠的親水性，使得含有基于水的研磨劑的漿料潤濕墊的表面。如本文描述的拋光制品123在拋光期間具有抗撕裂的高強(qiáng)度，可接受程度的硬度和平面度模量(取決于待拋光材料)，用以防止拋光過程中的過度墊磨損的良好耐磨性，并且當(dāng)濕潤時(shí)維持機(jī)械性能。利用具有親水纖維的如本文描述的拋光制品可更容易地吸收拋光劑/液體。根據(jù)纖維的直徑和漿料顆粒的大小，一些顆粒可粘附在纖維的外部水化殼中或被俘獲在纖維的外部水化殼中。

在一個(gè)實(shí)施方式中，拋光制品123可包括由納米纖維形成的多孔結(jié)構(gòu)。納米纖維可通過電紡絲或離心式紡絲技術(shù)以及三維(three-dimensional；3d)打印技術(shù)來生產(chǎn)。如本文描述的3d打印工藝可以包括但不限于多噴射沉積、噴墨打印、熔融沉積建模、粘合劑噴射、粉末床融合、選擇性激光燒結(jié)、立體光刻、大容量光聚合數(shù)字光處理、片材層壓、定向能沉積、以及其他3d沉積或打印工藝。在電紡絲或離心式紡絲技術(shù)中，納米纖維可通過熔融或者溶液紡絲來生產(chǎn)。

如本文描述的具有納米纖維結(jié)構(gòu)的拋光制品123，可減輕調(diào)節(jié)拋光制品的需要并因此最大化拋光器可用性和拋光器性能。例如，拋光制品123可以遞增地推進(jìn)以提供新鮮的拋光材料而非作研磨調(diào)節(jié)。

在一些實(shí)施方式中，拋光制品123由，或基本上由，在其間僅具有空氣的隨機(jī)納米大小纖維組成。在其他實(shí)施方式中，拋光制品123由，或基本上由，僅具有涂層的隨機(jī)納米大小纖維組成，所述涂層在纖維的交叉點(diǎn)處將纖維粘附在一起。因此，拋光制品123特別輕和/或比常規(guī)拋光材料更疏松，但是具有抵抗撕裂或其它損壞的優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度。

圖3a圖示拋光制品123的納米纖維層300的橫截面，以及圖3b為根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的多層納米纖維拋光制品305的示意圖。納米纖維拋光制品305可用作在圖1和圖2中示出的拋光制品123。納米纖維拋光制品305可包括第一層310和第二層315。當(dāng)將力施加至第一層310的拋光面時(shí)，第二層315可用以支撐第一層310。第一層310可為在圖3a中示出的納米纖維層300。第二層315可為子墊(例如，在圖2中示出的整體子墊250)或背層320，或類似于納米纖維層300的另一層。

拋光制品305的厚度325可為約0.007英寸至約0.001英寸，其允許更多拋光材料卷繞在供應(yīng)輥上。卷繞在供應(yīng)輥上的拋光制品123的增加的長度延長在供給輥更換之間的時(shí)間，并因此減少使合資格期間的數(shù)目從而縮短拋光系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間。厚度325可包括第一層310和第二層315的一個(gè)或兩個(gè)。如果第二層315包括背層320，則背層320可以非常薄(例如，約10％至約15％的厚度325)。背層320當(dāng)被利用時(shí)可噴涂在第一層310上。背層320可為親水的或疏水的。如果背層320為親水的，則背層320可被配置成以均勻方式吸收。在一些實(shí)施方式中，第二層315類似于或包括如上所述的整體子墊250。

圖4為圖3b的納米纖維拋光制品305的放大視圖。所示納米纖維拋光制品305的上表面221具有多個(gè)納米纖維400。納米纖維400可具有自約20nm至約900nm的范圍內(nèi)的直徑。納米纖維400彼此交叉并可至少部分地彼此接觸的交叉點(diǎn)405跨過和/或穿過拋光制品305的部分而形成。通過納米纖維400提供至定向垂直于圖4的頁面(例如，圖2的拋光表面221)的載荷的支撐結(jié)構(gòu)通常由于有限接觸和每個(gè)纖維的小橫截面面積而受限，并且因此通過設(shè)置在納米纖維拋光制品305中的相鄰放置的纖維而提供的支撐亦是如此。

納米纖維400的層(例如，第一層310)可具有約10微米(μm)至約100μm的厚度。納米纖維直徑可為約10nm至約10μm。纖維密度可自約每平方厘米0.05克(g/cm²)至約100g/cm²(諸如約0.1g/cm²至約50g/cm²)的范圍內(nèi)變化。應(yīng)相信，添加或使用更小和更致密纖維中的一種或組合增加了拋光制品305的額外的結(jié)構(gòu)完整性。

在一些實(shí)施方式中，可將涂層施加至納米纖維拋光制品305的表面。在此情況下，纖維的交叉點(diǎn)405可包括一定量的涂層410，用以將納米纖維400粘結(jié)在一起，從而提供額外強(qiáng)度至拋光制品305。涂層410可包括有機(jī)的或聚合的涂層類型。涂層410也可用以改變納米纖維的表面能以使暴露表面或多或少地親水或疏水。在一個(gè)示例中，涂層可包括聚合的和/或聚氨酯涂層。涂層410可包括研磨顆粒(未示出)以輔助在拋光工藝期間的材料去除。

在一些實(shí)施方案中，納米纖維400可以形成納米纖維層，所述納米纖維層可以直接產(chǎn)生在拋光制品123的其它層上(即，充當(dāng)供納米纖維沉積的基板和最終充當(dāng)拋光制品305的子墊的子墊)。或者，納米纖維層可以作為獨(dú)立層制備，其隨后可以在單獨(dú)的步驟中附接至子墊的其它層。納米纖維400可為具有約10納米(nm)至約200nm的大小的聚合物納米纖維或聚合物無機(jī)納米纖維。

如在圖4中所示，沉積在背墊材料上的納米纖維的隨機(jī)性質(zhì)被認(rèn)為產(chǎn)生可預(yù)測的拋光表面。沉積可以是隨機(jī)的，使得其將產(chǎn)生均勻的拋光表面。在一些實(shí)施方式中，可沉積長的連續(xù)的纖維，而在其他實(shí)施方式中可使用較短的纖維。纖維可通過離心力、電紡絲或熔噴或3d打印來生產(chǎn)。在一些實(shí)施方式中，可使用纖維，如沉積在背墊材料上的纖維。在其他實(shí)施方式中，其他材料可用以涂覆纖維，從而產(chǎn)生附連點(diǎn)。然而，所生產(chǎn)的纖維墊子的性質(zhì)可能不由涂層材料性質(zhì)主導(dǎo)(類似充滿氨基甲酸酯的常規(guī)墊)。

在一些實(shí)施方式中，為了在拋光制品內(nèi)形成納米纖維層，可以使用電紡絲型沉積技術(shù)。電紡絲包括在存在電場的情況下在溶液/熔體中連續(xù)拉伸聚合物以形成超薄纖維。在一些配置中，也可使用無針技術(shù)。在此情況下，當(dāng)將足夠高壓施加至聚合物溶液/熔體的液滴或膜時(shí)，液體的主體變成帶電，以及靜電斥力抵消表面張力并且聚合物滴伸展。在臨界點(diǎn)處，液體流自溶液表面噴出。這個(gè)噴出點(diǎn)通常稱為泰勒錐。如果液體的分子凝聚力足夠高，則不發(fā)生流分解(如果發(fā)生，則液滴被電霧化)并形成帶電液體噴射。隨著射流在飛行中干燥，當(dāng)電荷遷移到纖維表面時(shí)，電流的模式自歐姆變?yōu)閷α骰Ｈ缓笸ㄟ^攪打處理延長射流，直到其最終沉積在接地的收集器上，所述攪打處理由在纖維中的小彎曲處引發(fā)的靜電斥力而導(dǎo)致。由這種彎曲不穩(wěn)定性引起的聚合物溶液/熔體的延長和變薄通常導(dǎo)致具有納米尺度直徑的均勻纖維的形成。對于自溶液電紡絲的聚合物，聚合物的重量百分比可為約5-30wt％。在聚合物纖維被電紡絲的情況下，在電紡絲時(shí)供應(yīng)的電壓可被配置成在約20kv至120kv之間供應(yīng)。電紡絲時(shí)的紡絲距離可在1mm至1,000mm的范圍內(nèi)變化。拋光制品305的一個(gè)或多個(gè)層可包括聚氨酯、聚碳酸酯、尼龍、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。

可以通過使用砑光輥(即，熱量和壓力)壓縮沉積的纖維來壓緊材料并產(chǎn)生光滑的平坦表面，以進(jìn)一步處理形成的纖維層。經(jīng)處理后的拋光制品305的所形成的第一層310的纖維密度的特征在于，空氣穿過拋光制品的厚度(例如，透氣性)的相對容易度。穿過拋光制品的厚度的空氣的運(yùn)動(dòng)阻力可用作在纖維層中的氣孔的“開放度”的量度或量規(guī)。當(dāng)拋光具有表面形貌(例如，表面特征)的基板時(shí)，設(shè)想，多孔纖維層將提供對本地載荷變化的快速和改進(jìn)的響應(yīng)，這取決于將表面特征壓縮進(jìn)墊中。設(shè)想，如果纖維在特征之間“松弛”，而不是像典型的更剛性的常規(guī)墊(例如鑄塑聚合物拋光墊)的剛性結(jié)構(gòu)(例如，剛性“梁”)起作用，則可能發(fā)生改進(jìn)的磨平。在使用常規(guī)墊的情況下，只有當(dāng)常規(guī)墊的柔性允許在所提供的拋光載荷下實(shí)現(xiàn)接觸時(shí)，才會在基板上形成的表面特征之間發(fā)生谷侵蝕。設(shè)想，在這種情況下拋光制品305將表現(xiàn)得不同，因?yàn)樵诶w維層的研磨表面上的納米纖維的結(jié)構(gòu)剛度由于纖維層中的每個(gè)支撐纖維的小橫截面面積、和/或在設(shè)置在含纖維層中的相鄰放置的纖維之間所提供的有限支撐和接觸而為柔順的。

在聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料形成在拋光制品的至少一部分內(nèi)的情況下，無機(jī)含量可以為約1-30％。墊可包括具有約5nm至約0.3μm(不超過纖維直徑的約50％大小)之間的大小的陶瓷顆粒。顆粒的直徑可小于300nm，或小于100nm，和更通常地為自約10至20nm。納米纖維層可具有自10μm至100μm的厚度。

在由聚合物-無機(jī)物納米纖維形成的納米纖維的情況下，無機(jī)物含量可以作為納米顆粒或作為與無機(jī)部分的相應(yīng)溶膠-凝膠反應(yīng)的前體添加至聚合物溶液/熔體，典型的溶膠-凝膠反應(yīng)涉及金屬鹽的水解或非水解反應(yīng)，諸如ticu和ti(oh)4。(后兩者反應(yīng)以形成tio2)?？墒褂玫木酆衔锇ǎ壕郯滨?、羧甲基纖維素(cmc)、尼龍-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)/四氫全氟辛基丙烯酸酯(tan)、聚環(huán)氧乙烷(peo)、聚甲基丙烯酸酯(pmma)、聚酰胺(pa)、聚己酸內(nèi)酯(pcl)、聚乙基酰亞胺(pei)聚己內(nèi)酰胺、聚乙烯(pe)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚烯烴、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)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚酰胺(pa)、聚酰亞胺(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)、丁苯橡膠(sbr)、乙烯乙酸乙烯酯(eva)、苯乙烯馬來酐(sma)。這個(gè)聚合物集合也可用作墊的其他層的任一層的材料。無機(jī)實(shí)物包括，sio2、ceo2、tio2、al2o3、batios、hfo2、srtio2、zro2、sno2、mgo、cao、y2o3、caco3等。這些無機(jī)部分也可用在墊的其他層的任一層中。在其中使用聚合物/無機(jī)拋光制品305的實(shí)施方式中，墊可充當(dāng)固定的研磨墊。

諸如拋光制品305的多層納米纖維cmp墊，解決了目前在現(xiàn)今cmp市場中存在的高位值問題。優(yōu)點(diǎn)包括受控的表面平整度以獲得拋光壓力均勻性，減少的墊表面形貌變化，減少的不同墊之間的形貌變化，消除對墊調(diào)節(jié)的需要，延長的墊使用壽命，改進(jìn)的磨平效率，改進(jìn)的拋光結(jié)果重現(xiàn)性，改進(jìn)的去除率、選擇性和拋光均勻性，以及缺陷最小化。

輥對輥拋光制品

在一個(gè)實(shí)施方式中，拋光制品123和/或拋光制品305包括具有背墊材料的薄墊，納米纖維粘附至所述薄墊以形成纖維拋光層。墊厚度可自0.005英寸至0.100英寸的范圍，諸如約0.010英寸至約0.030英寸的范圍內(nèi)變化。盡管拋光制品305在本文描述為輥對輥拋光制品，但可切斷或加工拋光制品305成用于其他拋光系統(tǒng)(諸如圓墊拋光系統(tǒng))的任意形狀。

在圖2中描繪的拋光裝置包括跨子墊伸展至卷繞輥的拋光材料卷輥，該拋光裝置可在一些拋光處理中使用。盡管拋光制品123的拋光表面的一些磨損將在拋光處理期間自然地發(fā)生，但拋光表面的穩(wěn)定性可通過將新材料逐步推進(jìn)至壓板上的拋光區(qū)域中來控制，如下文進(jìn)一步論述。在此情況下，隨著墊磨損，可在拋光表面上或跨拋光表面增加新材料，同時(shí)將舊的“已使用”材料轉(zhuǎn)移至卷繞輥。預(yù)期每基板的增量可在每基板約0.1mm與約20mm之間，諸如每基板約1mm與5mm之間。輥上的墊材料的長度可限定輥更換與機(jī)器再合格之間的歷時(shí)。因此，在圖3b中示出的厚度325維持在最小以增大供應(yīng)輥上的墊材料的長度，同時(shí)也獲得理想的拋光處理結(jié)果。一旦已經(jīng)建立了新輥的初試(即，合格)(通常約10-20個(gè)基板)，則跨供應(yīng)輥與卷繞輥之間的拋光表面建立了新至使用過的材料的梯度。在輥的整個(gè)壽命期間可以保持梯度以用于拋光基板序列。設(shè)想，基于拋光制品123的厚度，自約20英尺至約100英尺的材料可以在材料的供應(yīng)輥上。

如本文描述的拋光制品123可在具有高達(dá)約20微米的直徑的層中為隨機(jī)納米纖維的織造或堆疊墊子/陣列。設(shè)想，在較低直徑范圍(例如，自約10納米至約1μm的納米纖維直徑)中的纖維更加理想，因?yàn)榫哂懈呃w維襯墊密度在拋光期間導(dǎo)致與基板的更高纖維表面接觸的益處。纖維可具有多種材料類型，包括但不限于聚烯烴、聚酯、聚酰胺、共聚物和生物高聚物。納米纖維可為可濕潤的纖維，因?yàn)樵趻伖馄陂g，拋光制品123充當(dāng)將漿料帶到墊/基板界面的傳送機(jī)構(gòu)，以及這樣的材料：通過所述材料可將拋光載荷施加在漿料中的顆粒上和膜上以執(zhí)行拋光處理。

拋光制品123的獨(dú)特特性為在纖維之間形成的空隙或空間充當(dāng)要傳送至墊/基板界面的漿料的儲存器的能力。不同于基于聚合物的墊(其依賴由墊調(diào)節(jié)產(chǎn)生的紋理和將漿料帶到墊/基板的表面潤濕性)，“纖維墊子”型拋光制品可以儲存和/或輸送大量漿料，所述漿料可在拋光期間在頭/基板壓縮拋光制品123的點(diǎn)處釋放在容積中。富含漿料的拋光條件可在拋光期間勝過缺乏漿料的條件。減少每晶片損耗的漿料體積的數(shù)量也為一個(gè)目標(biāo)(如果可在不損害拋光結(jié)果的情況下進(jìn)行減少)。纖維之間的空隙再次充當(dāng)應(yīng)用至拋光制品123的頂表面、或自漿料源穿過拋光制品123的厚度而應(yīng)用的漿料的儲存器，同時(shí)也提供對施加至拋光制品123的漿料的更多阻力，所述漿料由于壓板轉(zhuǎn)動(dòng)(由于離心力)立即擺脫墊。在過多漿料傳送的情況下，設(shè)想，摩擦將可能降低(潤滑效應(yīng))以及墊/基板瞬時(shí)溫度也降低。

測試已顯示，諸如拋光制品123和/或拋光制品305的多個(gè)纖維拋光制品的拋光結(jié)果與使用來自的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ic1010^tm墊的基線類似(更高或更低速率但在50％內(nèi))。

使用超薄或薄拋光制品123，最高約0.032英寸厚度，拋光制品123的機(jī)械性能將不會主導(dǎo)磨平或不磨平基板的趨勢。用于磨平在基板上的特征的成功的拋光制品為剛性(以橋接在纖維之間的墊部分)與柔順性(當(dāng)在拋光期間將均勻載荷動(dòng)態(tài)地施加至基板時(shí)所需要的)之間的平衡。這些動(dòng)態(tài)進(jìn)一步被陡峭的邊緣混淆，諸如擋圈(在承載頭152上(圖1中示出))的邊緣和墊在固持基板的承載頭下轉(zhuǎn)動(dòng)期間的基板的前緣。薄拋光制品123可能必須通過子墊來補(bǔ)充，子墊可提供決定墊載荷和磨平能力。如在圖2中示出，子墊240可為機(jī)器/網(wǎng)壓板的部分而非拋光制品123(可消耗)的組成部分。子墊240的機(jī)械性能可由正執(zhí)行的拋光步驟的要求來決定，并且在拋光處理期間可能變化以獲得最佳拋光性能。

在聚丙烯紡粘背墊材料上使用尼龍纖維的測試結(jié)果產(chǎn)生有前景的結(jié)果。設(shè)想，聚丙烯紡粘背層充當(dāng)額外漿料儲存器，所述額外漿料儲存器平行于在拋光制品123的纖維之間截獲的漿料。或者，纖維可附接至強(qiáng)吸收的背墊材料。已經(jīng)執(zhí)行了對僅纖維聚酯纖維墊(無背墊材料)的纖維的一些測試。設(shè)想，在纖維背后的聚丙烯紡粘材料為子墊，并且子墊(例如，在圖2中示出的子墊240)可用以獲得均勻性和磨平。當(dāng)使用纖維材料(尼龍)拋光長達(dá)40分鐘時(shí)，測試已顯示標(biāo)稱穩(wěn)定的拋光結(jié)果。

盡管上述內(nèi)容針對本公開的實(shí)施例，但也可在不脫離本公開的基本范圍的情況下設(shè)計(jì)本公開的其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式，并且本公開的范圍由隨附的權(quán)利要求書確定。