CN108326730A - 用于cmp应用的薄的塑料抛光用具 - Google Patents

用于cmp应用的薄的塑料抛光用具 Download PDF

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Abstract

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***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。

Description

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。
技术领域
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。
背景技术
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***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***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***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***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。
发明内容
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0.05微米至5.08微米的算术平均高度(Sa)的表面粗糙度。
本公开内容的实施方式可进一步提供一种抛光用具，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，并且所述厚度小于约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)。所述相对的底表面可以包括具有从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。形成在所述抛光表面中的所述离散元件具可进一步包括：45％至65％的界面面积比率；每一毫米30至35的平均峰值密度；30μm至50μm的最大尖峰高度(Sp)；以及30μm至80μm的最大凹坑高度(Sv)。
本公开内容的实施方式可进一步提供一种支撑元件，所述支撑元件经构造以在抛光工艺期间支撑设置在台板上方的抛光用具，所述支撑元件包括：台板界面主体，所述台板界面主体包括聚合物材料，所述台板界面主体具有限定在第一表面与相对的第二表面之间的厚度，其中所述台板界面主体的所述相对的第二表面定位在所述台板的表面上方并且面向所述台板的所述表面；以及可剥离结合层，所述可剥离结合层设置在所述第一表面上，其中所述可剥离结合层具有界面表面，所述界面表面在所述可剥离结合层与所述第一表面相对的一侧上并且经构造以在抛光处理期间支撑所述抛光用具。所述界面表面可以具有大于1.51的静摩擦系数，并且其中所述静摩擦系数是通过将所述抛光用具的具有5.08微米的算术平均高度(Sa)的表面推靠在所述界面表面上测量的。所述界面表面可以具有小于约25盎司/横向英寸的粘合剂结合强度。所述可剥离结合层可以包括选自由以下项组成的群组的材料：苯乙烯丁二烯(SBR)、聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯(PVA)和硅酮。所述纤维毡垫可以具有在约2盎司/平方码(OSY)至约8盎司/平方码之间的基重和从约0.13mm至约1.3mm的厚度。
本公开内容的实施方式可进一步包括提供一种使用抛光用具将材料从基板移除的方法，所述方法包括将抛光用具的后表面定位在台板界面主体的可剥离结合层的表面上，其中所述抛光用具的所述后表面在所述抛光用具与所述抛光用具的所述抛光表面相对的一侧上。然后，通过将第一基板推靠在所述抛光用具的所述抛光表面上，对所述第一基板的表面进行抛光。将所述抛光用具的所述后表面与所述可剥离结合层的所述表面分开，并且接着相对于所述可剥离结合层的所述表面而重新定位所述抛光用具，其中重新定位所述抛光用具包括使所述抛光用具在第一方向上平移第一距离。然后，在重新定位所述抛光用具后，将所述抛光用具的所述后表面定位在所述可剥离结合层的所述表面上，并且接着通过将第二基板推靠在所述经重新定位的抛光用具的所述抛光表面上，对所述第二基板的表面进行抛光。所述第一距离在约0.1mm与约20mm之间。所述可剥离结合层的所述表面可以具有大于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5.08微米的算术平均高度(Sa)的表面推靠在所述界面表面上测量的。所述可剥离结合层的所述表面可以具有小于约25盎司/横向英寸的粘合剂结合强度。
本公开内容的实施方式可进一步提供一种使用抛光用具将材料从基板移除的方法，所述方法包括将抛光用具定位在台板上方，所述抛光用具包括聚合物片材，其中所述聚合物片材定位在供应辊与卷取辊之间，并且包括：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，并且所述厚度小于约0.025英寸；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)。然后，在所述抛光用具围绕中心轴线而定位在台板上方后，使所述抛光用具、所述台板、所述供应辊和所述卷取辊旋转。
附图简述
因此，为了能够详细理解本公开内容的上述特征结构所用方式，上文简要概述的实现方式的更具体的描述可以参考实现方式进行，实现方式中的一些在随附附图中示出。然而，应当注意，随附附图仅示出了本公开内容的典型实现方式，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他同等有效实现方式。
图1是根据本文中公开的一个或多个实现方式的具有改进的抛光用具的示例性化学机械抛光模块的平面图；
图2是根据本文中公开的一个或多个实现方式的图1的模块的示例性处理站的示意性截面图；
图3A是根据本文中公开的一个或多个实现方式的可与图1的模块一起使用的另一示例性处理站的示意性截面图；
图3B是根据本文中描述的一个或多个实现方式的定位在图3A中示出的抛光站中的抛光头与抛光用具的构型的一部分的示意性截面图；
图4A是根据本文中描述的一个或多个实现方式的改进的抛光用具的一个实现方式的放大示意性侧视图；
图4B是根据本文中描述的一个或多个实现方式的改进的抛光用具的一个实现方式的放大示意性侧视图；
图4C是根据本文中描述的一个或多个实现方式的改进的抛光用具的放大示意性侧视图，改进的抛光用具已与台板界面材料分开以允许改进的抛光用具被推进；
图4D是根据本文中描述的一个或多个实现方式的图4C中示出的改进的抛光用具的区域的放大示意性侧视图；
图4E是根据本文中描述的一个或多个实现方式的图4A中示出的改进的抛光用具的区域的放大示意性侧视图；
图5A是根据本文中描述的一个或多个实现方式的改进的抛光用具的另一实现方式的放大示意性侧视图；
图5B是根据本文中描述的一个或多个实现方式的图5A中示出的改进的抛光用具的区域的放大示意性侧视图；
图6A和图6B是根据本文中描述的一个或多个实现方式的抛光用具设计的示意性俯视图，抛光用具设计具有纹理化表面，纹理化表面带有形成在其中的沟槽；
图6C是根据本文中描述的一个或多个实现方式的抛光用具设计的示意性俯视图，抛光用具设计具有纹理化表面，纹理化表面带有形成在其中的沟槽，沟槽是相对于期望方向而对准的；
图6D是根据本文中描述的一个或多个实现方式的抛光用具设计的示意性俯视图，抛光用具设计具有纹理化表面，纹理化表面带有形成在其中的沟槽，沟槽是相对于期望方向而对准的；
图6E是根据本文中描述的一个或多个实现方式的抛光用具设计的示意性俯视图，抛光用具设计具有纹理化表面，纹理化表面带有形成在其中的沟槽，沟槽是相对于期望方向而对准的；
图6F是根据本文中描述的一个或多个实现方式的抛光用具设计的示意性俯视图，抛光用具设计具有纹理化表面，纹理化表面带有形成在其中的沟槽，沟槽是相对于期望方向而对准的；
图6G是根据本文中描述的一个或多个实现方式的图6F的抛光用具的一部分的放大示意性俯视图；
图7A是根据本文中描述的一个或多个实现方式的描绘用改进的抛光用具来进行抛光的方法的流程图；
图7B是根据本文中公开的一个或多个实现方式的在第一可构造的位置上的图1的示例性处理站的示意性截面图；
图7C是根据本文中公开的一个或多个实现方式的在第二可构造的位置上的图1的示例性处理站的示意性截面图；
图7D是根据本文中公开的一个或多个实现方式的图1的模块的示例性处理站的构型的示意性等轴图；
图7E是根据本文中公开的一个或多个实现方式的在第一可构造的位置上的图7D中示出的示例性处理站的示意侧视横截面图；
图7F是根据本文中公开的一个或多个实现方式的在第二可构造的位置上的图7D中示出的示例性处理站的示意侧视横截面图；
图7G是根据本文中公开的一个或多个实现方式的图7F中示出的示例性处理站的一部分的近距侧视横截面图；
图8示出了根据本文中描述的一个或多个实现方式的可用于改进的抛光用具的材料的位移对应力图；以及
图9示出了根据本文中描述的一个或多个实现方式的可用于改进的抛光用具的材料对照当前可用抛光用具中使用的材料的另一位移对应力图。
为了促进理解，已尽可能使用相同附图标记标示附图间共有的相同要素。构想的是，一个实现方式的要素和特征可有利地并入其他实现方式，而无需再进行赘述。
具体实施方式
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，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。本发明的实现方式一般可以包括用于化学机械抛光(CMP)的改进的抛光用具，改进的抛光用具包括聚合物片材，其中改进的抛光用具包括纹理化抛光表面。在一些实现方式中，改进的抛光用具是由无孔隙的薄的固体材料形成，并且因此在材料的表面处和/或厚度内没有很大的孔隙率或孔隙体积。本公开内容的实现方式还可提供用于使用这些改进的抛光用具的方法和***。
下文对图1-9的描述中阐述了某些细节，以便提供对本公开内容的各种实现方式的透彻理解。描述通常与抛光工艺和抛光用具制造关联的所熟知的结构和***的其他细节没有在以下公开内容中阐明，以便避免不必要地模糊对各种实现方式的描述。附图中示出的许多细节、尺寸、角度和其他特征仅例示了特定实现方式。因此，在不背离本公开内容的精神或范围的情况下，其他实现方式可以具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征。另外，本公开内容的另外实现方式可以在没有下述细节的若干者的情况下进行实践。
应当理解，虽然本文中描述的抛光用具通常称为抛光衬垫，但是本文中描述的实现方式也适用于其他抛光用具，包括例如磨光衬垫。另外，虽然本文中描述的抛光用具是关于化学机械抛光工艺讨论的，但是本文中描述的抛光用具和使用抛光用具的方法也适用于其他抛光工艺(包括抛光镜片)和其他工艺(包括研磨和非研磨浆料***)。另外，本文中描述的抛光用具可以在至少以下行业中使用：航空航天、陶瓷、硬盘驱动器(HDD)、MEMS和纳米技术、金属加工、光学和电光学、以及半导体等等。
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。在本文中描述的一些实现方式中，所述改进的抛光用具相对于常规抛光用具表现出经延长的衬垫寿命，这部分是由于因抛光工艺造成的最小磨损和通常由研磨衬垫修整引起的破坏性侵蚀的缺乏。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所述聚合物片材，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***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。例如，可使用在抛光用具表面之上约5微米(μm)高的凸起特征来移除或平面化在基板上约0.5μm高的特征。虽然不受理论束缚，但是认为的是，成型凸起表面纹理的最佳大小与使抛光用具与晶片之间的接触面积和抛光浆料传送最大化有关。例如，凸起表面纹理的横向尺寸越小，抛光用具与正在被抛光的晶片之间的接触面积越大。凸起表面纹理用来使浆料在聚合物片材的表面上“保持”达某个程度，从而允许在抛光期间将浆料拖到基板下方。虽然不受理论束缚，但是认为的是，在抛光用具上的精细形貌允许浆料依附到这些成型凸起表面纹理特征上并且在保持环横跨抛光用具表面后保持在特征之间的凹谷中。
另外，在一些实现方式中，在聚合物片材的表面上形成的凸起表面纹理图案(诸如浮雕图案)提供表面纹理(参见图4E和图5B)，其中凸起特征基本上所有的尖端具有跨抛光用具的相对均匀的横向间距(例如，特征跨距)和均匀的尖峰高度。成型纹理的横向间距和相对尖峰高度变化的均匀性质可能造成在抛光期间对抛光用具的表面上的这些成型特征的尖端的相对均匀的机械负载。虽然不受理论束缚，但是认为的是，由均匀表面结构提供的均匀负载促成无孔抛光用具表面的劣化/机械磨损的缓慢速率和抛光用具随时间的推移而维持一致抛光速率的能力。本文中描述的成型表面纹理不同于通过常规抛光工艺中要求的常规衬垫修整技术形成的随机设定大小的承载表面形貌。
在一些实现方式中，本文中描述的改进的抛光用具的表面形貌主要基于成型凸起表面纹理(例如，压印纹理)的图案来捕获浆料并且将浆料输送至改进的抛光用具与基板之间的界面。在一些实现方式中，凸起表面纹理包括用于增强抛光用具的浆料运输的一系列重复的特征。在一些实现方式中，所述特征跨抛光用具的长度和宽度以线性图案形成，以便形成一致图案。这与常规抛光用具相反，常规抛光用具通常不有意地提供凸起表面纹理，并且只使用径向沟槽图案来提供抛光用具的抛光表面的变化。在一些实现方式中，所述特征在微观规模(例如，抛光用具的小于基本大小的区域)上以随机图案形成，但是在跨成型抛光用具的长度和/或宽度以更大宏观规模重复。
在一些实现方式中，改进的抛光用具包括多个沟槽，所述沟槽形成在抛光表面中，允许通过抛光用具来运输和保持浆料。在这个构型中，由于浆料保持在成型沟槽中，因此形成在抛光表面中的沟槽变成用于抛光浆料的局部储槽。虽然不受理论束缚，但是认为的是，通过控制改进的抛光用具内的较浅沟槽的图案、形状和/或间距，将通过允许“过量浆料”输送到沟槽中而允许抛光浆料的边界层均等，从而允许跨衬垫/基板界面的更均匀的边界层。当改进的抛光用具处于基板下方时，较浅沟槽深度允许沟槽在抛光期间将基本上填满了浆料。因此，改进的抛光用具的较浅沟槽起到既分配所述浆料又接受过量浆料的储槽的作用。在一些实现方式中，改进的抛光用具的较浅沟槽被设计成通过基板下放，从而用作用于浆料的“自由路径”，而不是像常规抛光衬垫的较深沟槽那样将浆料捕集在小的微型储槽中。相比之下，常规抛光衬垫中的较深沟槽(通常含有深同心环沟槽阵列)捕获抛光浆料，但是因它们的大小和形状而不会在抛光期间将浆料一致地供应到抛光衬垫/晶片界面。捕获在较深沟槽中的浆料将不以相同的方式在两个表面之间的界面处与衬垫或晶片相互作用，并且/或者浆料将不以与较浅沟槽将浆料提供到衬垫/晶片界面的方式相同的方式来供应到衬垫/晶片界面。另外，通过破坏性衬垫修整在常规抛光衬垫上形成的纹理是不期望的，因为这些纹理化区域跨晶片以不均匀的方式形成，这引起了不均匀和/或不受控的浆料运输。另外，在本文中描述的薄的改进的抛光用具中，衬垫修整动作将迅速地侵蚀较浅沟槽。出于这些原因，在期望均匀浆料运输的情况下，微观特征表面纹理与无破坏性衬垫修整的较浅沟槽的组合(如本文中公开的改进的抛光用具中出现)是期望的。
另外，如果抛光衬垫具有在制造工艺期间限定的预制纹理并且然后被暴露于破坏性衬垫修整，那么由破坏性衬垫修整形成的纹理在抛光工艺期间会变成实际纹理。因此，仅通过消除破坏性衬垫修整就可使在制造期间加工到抛光用具中的预制纹理变成在处理期间限定长期抛光条件的纹理。
CMP硬件实现方式示例
图1描绘了根据本文中公开的一个或多个实现方式的具有改进的抛光用具123的抛光模块106的平面图。抛光模块106可以是化学机械抛光机(诸如WEBBTM***、LK CMP***、LK PRIME TM CMP***，它们全都是由加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司制造)的一部分。本文中描述的实现方式的一个或多个可以在这些抛光***上使用。然而，本领域的技术人员可有利地适配如本文中教导和描述的实现方式以用于由其他制造商生产的利用抛光用具(且尤其是以辊对辊或圆的抛光用具形式的抛光用具)的其他类型的抛光装置。本文中描述的设备描述仅是例示性的，而不应理解或解释为对本文中描述的实现方式的范围的限制。
抛光模块106总体包括装载机器人104、控制器108、传送站136、多个处理或抛光站(诸如台板组件132)、基部140和支撑多个抛光或载体头152(图1中仅示出了一个)的转盘134。通常，装载机器人104接近于抛光模块106和工厂接口(未示出)而设置，以便促成在这两者之间传送基板122。
传送站136总体包括传送机器人146、输入缓冲站142、输出缓冲器144和负载杯组件148。输入缓冲站142从装载机器人104处接收基板122。传送机器人146将基板122从输入缓冲站142移动到装载杯组件148，在装载杯组件处，基板122可以被传送到载体头152。
为了促成如上所述对抛光模块106的控制，控制器108包括中央处理单元(CPU)110、支持电路114和存储器112CPU 110或处理器110可以是在用于控制各种抛光机、驱动器、机器人和子处理器的工业环境中可使用的任何形式的计算机处理器之一。非易失性存储器112被耦接到CPU 110。存储器112或计算机可读介质可以是易获得存储器的一者或多者，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的数字存储装置(无论本地还是远程)。支持电路114被耦接到CPU 110，以便以常规的方式支持处理器。这些电路包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路***、子***等等。控制器108可以包括中央处理单元(CPU)110，CPU 110被耦接到支持电路114和非易失性存储器112中出现的输入/输出(I/O)装置。非易失性存储器112可以包括一个或多个软件应用程序，诸如控制软件程序。存储器112还可包括已存储的介质数据，已存储的介质数据由CPU 110使用来进行本文中描述的方法的一个或多个CPU 110可以是硬件单元或能够执行软件应用程序和处理数据的硬件单元的组合。在一些构型中，CPU 110包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和/或此类单元的组合CPU 110总体经构造以执行一个或多个软件应用程序并且处理已存储的介质数据，一个或多个软件应用程序和已存储的介质数据可以各自包括在存储器112内。
一般来说，转盘134具有多个臂150，每个臂支撑载体头152中的一者。载体头152可经由轨道107而沿着臂150移动。图1中描绘的臂150中的两者以虚线示出，使得可以看到传送站和设置在台板组件132中的一者上或上方的改进的抛光用具123。转盘134可转位以使得载体头152可以在台板组件132与传送站136之间移动。在另一实现方式中，转盘134被圆形轨道和载体头152替代并且可沿着圆形轨道而移动。通常，化学机械抛光工艺通过相对于支撑在台板组件132上的改进的抛光用具123而移动保持在载体头152中的基板122在每个台板组件132处进行。
在一些实现方式中，改进的抛光用具123可以跨台板组件132而定位并且在供应组件156与卷取组件158之间，使得抛光工艺可以在台板组件132上在改进的抛光用具123的表面上进行。供应组件156和卷取组件158可以提供对改进的抛光用具123的相对偏置，以便收紧和/或拉伸改进的抛光用具123的设置在这两者之间的暴露部分。在一些实现方式中，当在供应组件156与卷取组件158之间进行拉伸时，改进的抛光用具123一般可以具有平坦或平面的表面形貌。另外，改进的抛光用具123可以跨台板组件132被推进和/或可释放地固定到台板组件132，使得改进的抛光用具123的新的或未使用的区域可从供应组件156释放。改进的抛光用具123可通过施加到改进的抛光用具123的下表面的真空压力、机械夹具或通过其他固持到台板组件132的方法来可释放地固定。
如上文讨论和下文将进一步讨论的，抛光用具(诸如改进的抛光用具123)将包括形成在抛光表面(诸如离散延伸元件)上的凸起表面纹理(诸如压印纹理)，如例如图4E和图5B所示。在一些实施方式中，改进的抛光用具123将另外包括形成在改进的抛光用具的抛光表面上形成的宏观特征(例如，图4A和图5A中示出的项447和547)，这会在下文进一步讨论。如上文指出和下文进一步讨论的，在一个构型中，改进的抛光用具123的主体(诸如衬垫主体430(图4))由固体无孔聚合物材料形成，固体无孔聚合物材料包括形成在衬垫主体的至少一个表面上的表面纹理。
抛光工艺可利用含有通过流体喷嘴154而输送到抛光用具表面的磨蚀颗粒的浆料来帮助抛光基板122。或者，流体喷嘴154可单独地或与抛光化学物质组合地输送去离子水(DIW)。流体喷嘴154可以沿着所示的方向旋转到如图所示的离开台板组件132的位置，到达每个台板组件132的上方的位置。在一种实现方式中，流体喷嘴154跟踪载体头152的扫掠运动，因此浆料邻近于载体头152而沉积。
在一些实现方式中，抛光模块106进一步包括用于处理改进的抛光用具123的表面以调整其表面能量的电晕放电处理模块160。在一个实现方式中，电晕放电处理模块用臭氧来处理改进的抛光用具123的表面。在一个实现方式中，电晕放电处理模块使用大气等离子体将双原子氧***为带负电荷的氧原子，带负电荷的氧原子与另一个氧分子结合以产生臭氧。其他合适电晕放电技术可以用于处理改进的抛光用具123的表面。虽然不受理论束缚，但是认为的是，电晕放电处理增强改进的抛光用具123的表面的可润湿性。
图2描绘了台板组件132和示例性供应组件156和卷取组件158的侧视图，其示出了改进的抛光用具123跨台板230的位置。一般来说，供应组件156包括供应辊254、上部导向构件204和下部导向构件205，它们都设置在台板组件132的侧壁203之间。一般来说，卷取组件158包括卷取辊252、上部导向构件214和下部导向构件216，它们都设置在侧壁203之间。卷取辊252一般容纳改进的抛光用具123的已使用的部分，并且经构造以在卷取辊252被填充有已使用的改进的抛光用具123时，在维护活动期间用空卷取辊来容易地替换。上部导向构件214被定位成将改进的抛光用具123从台板230引导到下导向构件216。下部导向构件216将改进的抛光用具123引导到卷取辊252上。
台板组件132还可包括光学感测装置220(诸如激光器)，光学感测装置适于传输和接收光学信号以检测在被推靠在改进的抛光用具123的顶表面上的基板上进行的抛光工艺的端点。在一些实现方式中，光学感测装置220经构造以透过改进的抛光用具123的厚度对基板的表面进行光学检查。在一个构型中，穿过各种改进的抛光用具123支撑部件(例如，板236和/或台板界面元件240)而形成的开口220A允许光学感测装置220对定位在改进的抛光用具123的顶表面上的基板进行光学检查。在这个构型中，光学感测装置220将辐射投射而透过改进的抛光用具123并且在检测器(未示出)处接收从返回通过改进的抛光用具123的基板的表面反射的任何辐射。在本公开内容的一些实现方式中，由于改进的抛光用具123的聚合物材料在期望波长范围内是光学透明的，因此使用光学感测装置220在抛光期间对基板的表面的光学监测是可能的。
供应辊254一般容纳抛光用具123的未使用的部分，并且经构造以使得在设置在供应辊254上的改进的抛光用具123已经被抛光或平面化工艺消耗掉时可用容纳新的改进的抛光用具123的另一个供应辊254来容易地替换。一般来说，改进的抛光用具123的总体长度包括设置在供应辊254上的材料的量、设置在卷取辊252上的材料的量和在供应辊254和卷取辊252之间延伸的量。总体长度通常大于多个基板122(图1)的抛光表面的大小，并且可以是例如几米到几十米长。一般来说，改进的抛光用具123的长度是在平行于抛光表面的方向上测量的，并且改进的抛光用具123的宽度是在平行于抛光表面且垂直于长度方向的方向上测量的。在一些实施方式中，改进的抛光用具123的宽度在约6英寸(150毫米(mm))与约50英寸(1,016mm)之间，诸如在约12英寸与约40英寸之间。在一个实施方式中，改进的抛光用具123的长度为约6.5英尺(1,981mm)至约100英尺(30,480mm)，诸如在约7英尺与约100英尺之间。在另一实施方式中，改进的抛光用具123的长度为改进的抛光用具123的宽度的至少两倍，或宽度的至少5倍、宽度的至少10倍。
改进的抛光用具123总体经构造以在X方向上跨台板界面组件226而可控制地推进改进的抛光用具123。改进的抛光用具123总体通过平衡在耦接到供应组件156的电机222与耦接到卷取组件158的电机224之间的力相对于台板230而移动。棘轮机构和/或制动***(未示出)可以被耦接到供应组件156和卷取组件158的一者或两者以固定改进的抛光用具123相对于台板界面组件226的横向位置。台板230可以可操作地耦接到旋转致动器228，旋转致动器228使台板组件132围绕大体上正交于横向方向(X和/或Y方向)的中心旋转轴线235而旋转。在一些实现方式中，图2中示出的所有元件2全都围绕旋转轴线235旋转。
流体管理***232可以耦接在旋转致动器228与台板界面组件226之间。流体管理***232可以用于将改进的抛光用具123的位置固定到台板230上。流体管理***232可以包括通道234，通道234形成在设置在台板界面组件226下方的板236中。在一个实现方式中，台板界面组件226可以包括台板界面元件240和垫板238，它们各自具有从中穿过而形成的开口242，开口242与通道234和流体管理***232流体连通。流体管理***232能够通过使用压缩气体向通道234提供气体或通过使用真空泵向通道234施加真空。
在一些实现方式中，垫板238可定位在台板界面元件240下方，如图所示。垫板238可以包括比台板界面元件240在结构上和/或在物理上更刚性的材料(例如，金属、聚合物、陶瓷)，使得当负载在处理期间被施加到设置在改进的抛光用具123的上表面221上的基板时，垫板238为台板界面240和改进的抛光用具123提供支撑。垫板238经构造以支撑台板界面主体240的表面并且将所述表面耦接到台板230。
一般来说，台板界面元件240的硬度、厚度和计示硬度具有期望的机械和材料性质，以便使在处理期间被推靠在改进的抛光用具123、台板界面元件240和垫板238上的基板上产生期望抛光结果。台板界面元件240一般将改进的抛光用具123的上表面221维持在平行于基板(未示出)的平面(例如，平行于X-Y平面)的平面中，以便促进基板全局的平面化。如下文将进一步讨论的，台板界面元件240包括一个或多个材料层，所述材料被选择为促进在被抛光的基板上产生期望抛光结果。在一个构型中，台板界面元件240由具有从1mm至2mm的厚度和约50-65Shore D的硬度的聚合物材料制成。在一些实现方式中，台板界面元件240由聚合物、弹性体、编织纤维和/或塑料材料形成。例如，台板界面元件240可由一个或多个材料层形成，所述材料可以包括但不限于聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(例如，尼龙-66)、聚氨酯或它们的组合。在一个实现方式中，台板界面元件240由包括聚丙烯的编织纤维形成。在另一实现方式中，台板界面元件240由在所述材料的整个厚度上具有期望的孔隙率或孔隙体积(如在图2中的Z方向上测量的)的材料形成。
在台板组件132和改进的抛光用具123的一些替代实施方式中，整体的界面层250(以虚线示出)形成在改进的抛光用具123的下表面上或结合到改进的抛光用具123的下表面。整体的界面层250的硬度、厚度和计示硬度被选择为使得整体的界面层具有期望的机械和材料性质，以便在与改进的抛光用具123组合地使用时在基板上产生期望抛光结果。在这个构型中，平台界面元件240和垫板238不需要在处理期间出现或安装，并且因此整体的界面层250在处理期间设置在刚性支撑板(未示出)上。在一些实现方式中，整体的界面层250由具有1mm至2mm的厚度和约50-65Shore D的硬度的聚合物材料制成，并且可替代平台界面元件240来使用。用于形成整体的界面层250的示例性聚合物材料包括但不限于聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(例如尼龙-66)、聚氨酯或它们的组合。
或者，在台板230和改进的抛光用具123的另一构型中，改进的抛光用具123的台板界面元件240和整体的界面层250可以在抛光工艺期间组合地使用。在一个实现方式中，台板界面元件240和/或整体的界面层250各自由包括聚丙烯的编织纤维形成。在另一实现方式中，台板界面元件240和/或整体的界面层250由在所述材料的整个厚度上具有期望的孔隙率或孔隙体积(如在图2中的Z方向上测量的)的材料形成。
台板界面元件240和/或整体的界面层250可以是亲水或疏水的。由于大多数的液体无法被很好地压缩，因此通常优选的是，台板界面元件240和/或整体的界面层250是疏水的。然而，如果台板界面元件240和/或整体的界面层250是亲水的，那么台板界面元件240和/或整体的界面层250应当经构造以以均匀的方式吸收液体。
根据本文中描述的一些实现方式，改进的抛光用具123是相对较薄且坚硬的，并且台板界面元件240用来提供必要的机械顺从性以改良和/或调整改进的抛光用具123的抛光性能，如下文将进一步讨论的。在一些实现方式中，改进的抛光用具123的硬度(例如，计示硬度)大于平台界面元件240。在一些实现方式中，平台界面元件240增加改进的抛光用具123的机械完整性。另外或替代地，台板界面元件240的疏水性质或亲水性质可使浆料更均匀地保持和/或分散。
在一些实现方式中，台板界面元件240可以具有跨接触改进的抛光用具123的表面而形成的各种开槽，包括同心沟槽或具有变化节距的直径为30微米至200微米的支柱阵列。在一些构型中，沟槽经由开口242与流体管理***232内的真空源连通，并且因此可以用于帮助分配在处理期间被施加到改进的抛光用具123的下表面的真空压力。在一些构型中，沟槽经由开口242与设置在流体管理***232内的正压气源连通，并且因此可以用于帮助在进行抛光工艺之前、期间或之后被施加到改进的抛光用具123的下表面的正压气体。在基板上进行的抛光工艺期间输送正压气体可以用于帮助控制抛光工艺结果。
在另一实现方式中，台板界面元件240包括两种类型的台板界面元件的组合，其中第一台板界面由聚合物材料制成并且具有1mm-2mm的厚度、小于50Shore D的硬度，并且没有开槽图案。第一台板界面元件的聚合物材料不同于第二台板界面元件的聚合物材料。在一些实现方式中，可使用单个台板界面元件或上文描述的第一台板界面元件和第二台板界面元件的组合。第二台板界面可以包括约60Shore A至约30Shore D的硬度和1mm-2mm的厚度。可将第二台板界面元件放置在第一台板界面元件正上方。如下文将进一步讨论的，在一些实施方式中，改进的抛光用具123可随后设置在台板界面元件上方和/或可释放地粘附到台板界面元件。
典型地，常规CMP抛光衬垫通过模制、铸造、挤出、网涂(web coating)或烧结这些材料制成。常规抛光衬垫可一次制成一个或制成为块状物，随后将其切成单独衬垫基板。这些基板然后被机器加工成最终厚度，并且沟槽进一步加工到其上。典型的聚合物或聚合物/纤维圆形顶部衬垫具有约0.050英寸至约0.125英寸厚的厚度。典型的聚合物或聚合物/纤维圆形顶部衬垫(例如，组合的顶部衬垫和底部衬垫)具有约0.1英寸至约0.2英寸厚的厚度。
常规基于聚合物的CMP抛光衬垫通常使用PSA(压敏粘合剂)来粘附到CMP机器内的平坦旋转圆台上。抛光衬垫中出现的每一个层(诸如通常在常规衬垫中出现的抛光层、中间粘合剂结合层、子衬垫和衬垫-台板粘合剂结合层)都将影响用于抛光设置在基板的表面上的期望材料的抛光衬垫的抛光特性。在处理期间，在存在化学和机械活性浆料的情况下，使用约1psi至约6psi的下压力将基板放置成与常规衬垫接触，这造成了膜从基板移除。常规抛光衬垫通常与抛光衬垫结合使用来稳定膜移除速率。当衬垫表面已经被磨蚀或装载抛光副产物到无法维持期望和/或稳定抛光性能的程度时，必须将所述衬垫移除并且用另一新的抛光衬垫来替换，并且机器必须重新检定生产资格。实现期望抛光性能要求的衬垫材料和衬垫修整类型对于在装置制造工厂中使用的抛光器可用性而言是关键的。短的衬垫寿命和频繁衬垫替换降低抛光工具的可用性，并且还增加了抛光工具的拥有成本。如上文所提到，常规CMP抛光衬垫需要定期修整才能维持可接受的移除速率，并且所述修整可能产生不期望的碎片和/或缩短该衬垫的寿命。已知的是，碎片造成包括微观划痕的较高缺陷水平。另外，为了实现期望强度并且改良其他抛光相关性质，常规衬垫是在机械上相对坚硬的(例如，弯曲刚度)并且具有厚横截面。常规抛光衬垫的此刚度和厚度使常规抛光衬垫不适于辊对辊应用。这些缺点的一个或多个增加停机时间和/或屈服，这增加了拥有成本。
然而，如本文中描述的改进的抛光用具123一般比常规CMP抛光衬垫薄，同时也维持了期望的抛光特性和材料性质(例如可润湿性、强度)并且并不要求衬垫修整。与常规抛光衬垫材料相比之下，改进的抛光用具123可不需要除用水射流或水流进行水洗以外的修整，和/或可不需要使用软刷就能移除抛光副产物。因此，并不需要像与常规抛光衬垫一起使用的金刚石磨盘那样的破坏性衬垫修整。
如本文中描述的抛光用具123包括总体小于常规CMP抛光衬垫的厚度，这允许了更长长度的抛光用具材料设置在相同设定大小的供应辊上。抛光用具的厚度一般是在基板进行抛光时在平行于通过基板将力施加到抛光用具123的方向的方向上测量的。在一些实现方式中，抛光用具123具有比常规抛光衬垫(例如，IC1010TM衬垫)的仅抛光层(例如，上部衬垫)的厚度(例如，0.050至0.125英寸)小的厚度(例如，0.001至0.025英寸(0.0254mm至0.635mm)、或0.010英寸至0.020英寸(0.254mm至0.508mm)、或0.010英寸至0.018英寸(0.254mm至0.460mm))。在一些实现方式中，抛光用具123具有比常规抛光衬垫(例如，IC1010TM衬垫)的抛光层的厚度薄5至10倍的厚度。在一些构型中，抛光用具123由无孔聚合物材料形成，如下文将进一步讨论的。供应辊(在其上设置有较长可用长度)将扩展可在延长的时间段内在抛光工具内抛光的基板数量，因为在每次供应辊耗尽可用材料时替换新的长度的供应辊材料且检定其是否合格所要求的开销时间被最小化。另外，如本文中描述的抛光用具123包括足够的机械完整性，对抛光化学物质有化学耐受性(即，能够在CMP抛光中使用的侵蚀性浆料化学物质下幸存而不劣化、分层、起泡或翘曲)，并且可以是足够亲水的，使得含有浆料的水基磨料会充分地润湿该抛光用具的表面。在一些实现方式中，抛光用具123可以约10度(诸如在约10度至约90度之间、或在约10度至约30度之间、或在约30度至约70度、或在约70度至约90度之间)的水与抛光用具表面动态接触角度。本文中描述的抛光用具123具有较高强度以抵抗在抛光期间的撕裂，具有可接受的硬度和模量水平(这取决于要抛光的材料)以实现平面性，具有良好的耐磨性以防止抛光期间的过量抛光用具磨损，并且在润湿时保持机械性质。
如本文中描述的改进的抛光用具123可以缓解对修整抛光用具的需要，并且因此使抛光机可用性和抛光机性能最大化。例如，改进的抛光用具123可递增地推进比基板的尺寸(例如，直径)小的距离以呈现新鲜抛光材料的一部分来替代对进行研磨修整的需要。改进的抛光用具123的增量推进可以通过使用耦接到卷取辊252或供应辊254(图2)的一个或多个致动器在基板在其上被抛光之前、期间或之后进行。在一个实现方式中，改进的抛光用具从每一晶片约0.1毫米至每一晶片约10毫米(例如，每一晶片1毫米至每一晶片约5毫米)而递增地前进。
图3A是可与图1的模块106一起使用的另一示例性处理站300的示意性截面图，具有根据本文中描述的实现方式而形成的改进的抛光用具323。抛光站300可以定位在容纳多个抛光站的较大的化学机械抛光(CMP)***(诸如模块106)内。抛光站300包括台板302。台板302可以围绕中心轴线304旋转。改进的抛光用具323可以放置在台板302上。虽然并不意图限制本文中提供的公开内容，但是改进的抛光用具323通常覆盖台板302的上表面303，上表面303比要在抛光站300中处理的基板122的大小(例如，基板直径)大至少1至2倍。在一个示例中，改进的抛光用具323和台板302的直径在约6英寸(150毫米)与约50英寸(1,016毫米)之间，诸如在约12英寸与约40英寸之间。在另一示例中，改进的抛光用具323和台板302的直径在约20英寸(508毫米)与约30英寸(762毫米)之间。在又一示例中，改进的抛光用具323和台板302的直径在约23英寸(584毫米)与约26英寸(660毫米)之间.改进的抛光用具323包括抛光表面312，抛光表面312经构造以接触并且处理一个或多个基板122。在一个实现方式中，抛光表面312具有凸起表面纹理、形成在所述表面中的沟槽或如本文中描述的凸起表面纹理和沟槽两者，例如，在图4A-4C和图5A中。
台板302在抛光期间会支撑改进的抛光用具323并且旋转改进的抛光用具323。载体头308可以保持正处理的基板122抵靠改进的抛光用具323的抛光表面312。抛光界面330形成在抛光表面312和基板122之间。载体头308通常包括用来将基板122推靠在改进的抛光用具323和保持环309上的柔性隔膜311。柔性隔膜311可以用于校正在抛光工艺期间跨基板的表面而出现的任何固有地不均匀的压力分布。在处理期间，在存在浆料的情况下，使用约0.5psi至约8psi之间的下压力(诸如在约2psi至约6psi之间的下压力)将基板放置成与改进的抛光用具323接触。载体头308可以围绕中心轴线314旋转和/或以扫动运动移动以产生基板122与改进的抛光用具323之间的相对运动。
在抛光期间，抛光流体316(诸如研磨浆料或非研磨浆料)可通过输送臂318供应到抛光表面312。抛光流体316可含有研磨颗粒、pH调节剂和/或化学活性组分以使得基板能够进行化学机械抛光316的浆料化学物质被设计来抛光可包括金属、金属氧化物和半金属氧化物的基板表面和/或特征。将注意到，改进的抛光用具323的表面形貌用于控制在抛光工艺期间与基板122相互作用的抛光流体316(例如，浆料)的运输。例如，改进的抛光用具323的表面形貌可以包括凸起表面纹理(例如，压印)和可选的宏观特征(例如，宏观沟槽、孔洞、通道或其他突起)，凸起表面纹理可以设置在改进的抛光用具323上方、之上或内部。
在处理期间，改进的抛光用具323和载体头308将机械能施加到基板122，基板122与抛光流体316中的化学物质和研磨组分组合以致使基板122的表面变平。
图3B是载体头308和改进的抛光用具123、323的一部分的示意性截面图。为了清楚起见，从图3B中已省略了柔性隔膜311和载体头308的上部部分。在操作期间，柔性隔膜311(图3A)被定位成将基板122推靠在改进的抛光用具123、323上，并且耦接到载体头308的安装部分(未示出)的载体头致动器(未示出)经构造以分别将载体头308和保持环309推压在抛光用具表面上。如图3B所示，柔性隔膜(未示出)经构造以向基板122的背面施加由施加的力F2示出的压力，并且载体头致动器经构造以将力F1施加到保持环309。在常规构型中，在抛光工艺期间，基板122定位在载体头308内并且位于替代改进的抛光用具123、323而定位的常规抛光用具的一部分上方。已经发现，如果在处理期间使用相同抛光工艺参数，那么使用常规抛光用具的CMP工艺与本文中公开的改进的抛光用具设计提供显著地不同的基板抛光工艺结果。可使用因常规抛光衬垫与本文中公开的改进的抛光用具123、323、400、500、600a、600b、600c、600d、600e、600f的结构在机械性质上的差异引起的不同抛光结果来解决困扰常规CMP工艺的常见问题的一些，诸如全局的平面化、平面化效率和凹陷。在一个示例中，在抛光期间被施加到基板122的负载在使用常规抛光衬垫时与本文中公开的抛光用具的实现方式的一个或多个在基板122上提供不同边缘效应结果。在大多数的CMP工艺中，为了补偿在抛光期间的边缘效应，力F1被施加到保持环309以补偿通常在基板122的边缘处出现的较大固有抛光不均匀性。如图3B所示，在抛光用具包括厚得多的和/或更顺从的抛光用具的构型中，当力F1通过保持环309而施加到较厚抛光用具(诸如被堆叠起来的常规抛光衬垫(例如，硬衬垫和台板界面堆叠)和单层设计)时，就会形成衬垫反弹或局部压力集中***307A。局部压力集中***307A的形成一般与抛光用具因施加的力F1而造成的变形307B有关，这致使了基板的边缘比基板的中心更快地抛光。在基板的边缘处的较高抛光速率导致“全局”CMP平面化不均匀性(例如，跨基板的不均匀性)。然而，因为本文中描述的抛光用具(诸如改进的抛光用具123、323)的实现方式的一个或多个的薄的性质，所以由于因改进的抛光用具123、323与常规抛光用具不同的复合机械结构和性能而造成的改进的抛光用具123、323的可允许的变形减少，因此无法形成显著局部压力集中***307A。
图4A是根据本文中描述的一个或多个实现方式的具有形成在衬垫主体430上的凸起表面纹理的改进的抛光用具400的一个实现方式的放大示意性侧视图。在一个实现方式中，改进的抛光用具400可以形成改进的抛光用具123或改进的抛光用具323的部分或可用作为其取代物。改进的抛光用具400包括顶部衬垫410，顶部衬垫410具有设置在定位在顶部衬垫410下方的台板界面组件420上方的衬垫主体430。顶部衬垫410具有纹理化抛光表面412和相对的底表面414，它们限定衬垫主体430的至少部分。台板界面组件420可以形成上述台板界面元件240的至少部分或可用作为其取代物。台板界面组件420通常通过垫板238来耦接到台板组件(例如，台板230或台板302)的表面。在台板组件132的一个构型中，顶部衬垫410在设置在X-Y平面内的一个或多个方向上相对于台板界面组件420自由地滑动。
在一个实现方式中，台板界面组件420包括第一台板界面450、第二台板界面460和耦接到台板组件内的支撑元件(诸如图2中的板236、图3中的台板302或图7B-7C中的台板支撑组件755)的第三台板界面470中的至少一者。如图4A中描绘，台板界面组件420是多层台板界面堆叠或“三明治状”堆叠。应当理解，苏日按被描述为三层台板界面堆叠，但是也可使用实现期望的可压缩性和抛光性质的任何数目的台板界面层。在一个实现方式中，台板界面组件420包括第一台板界面450、第二台板界面460和第三台板界面470中的至少一者。在使用多个台板界面层的构型中，台板界面可通过任何合适附接方法(例如，层压、热粘、胶合、双面胶带、压敏粘合剂等)来粘附在一起以形成单一台板界面组件。
第一台板界面450包括限定台板界面主体456的第一表面452和相对的第二表面454。在一个实现方式中，第一台板界面的第一表面452具有形成在第一表面452中的多个沟槽(例如，参见图2中的项242)。在另一实现方式中，第一台板界面450的第一表面452没有开槽图案。在一个实现方式中，第一表面452是带微观纹理的表面。在一个实现方式中，微观纹理类似于形成在纹理化抛光表面412上的微观纹理。
在一些实现方式中，诸如非辊对辊构型，顶部衬垫410被粘附到台板界面组件420。在这个构型中，第一台板界面450的第一表面452固定地附接到顶部衬垫410的底表面414。第一台板界面450的第一表面452可通过任何合适附接方法(例如，层压、热粘、胶合、双面胶带、压敏粘合剂等)来粘附到顶部衬垫410的底表面414。
第一台板界面450的台板界面主体456通常由聚合物材料制成。在一个实现方式中，台板界面主体456是聚丙烯片材。台板界面主体456可以具有约0.001英寸至约0.030英寸(例如，在约0.005英寸与约0.025英寸之间、在约0.010英寸与约0.025英寸之间或在约0.010英寸与0.020英寸之间)的厚度(Z方向)。台板界面主体456可以由具有约50-65ShoreD的硬度的材料形成。在一个实现方式中，第一台板界面450的台板界面主体456包括由聚合物材料(诸如纺成和/或模制的聚丙烯纤维毡垫材料)构成的含有纤维的毡垫材料。
在一个实现方式中，台板界面组件420可选地包括第二台板界面460，第二台板界面460包括限定台板界面主体466的第一表面462和相对的第二表面464。在这种情况下，第一表面462被粘附到第一台板界面450的第二表面454。在一个实现方式中，第二台板界面460的台板界面主体466是由聚合物材料构成的纤维毡垫材料。在一个实现方式中，台板界面主体466是纺成和/或模制的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚酯纤维毡垫。在一个实现方式中，台板界面主体466可以具有在约2和约8盎司/平方码(OSY)之间的密度或基重，诸如在约3.0OSY与约4.0OSY之间的基重。在一个实现方式中，第二台板界面460具有约0.005英寸至约0.050英寸(例如，在约0.010英寸与约0.040英寸之间或在约0.010英寸与约0.030英寸之间)的厚度(Z方向)。第二台板界面460一般具有与第一台板界面450不同的物理和/或机械性质。在一个示例中，台板界面主体456包括第一台板界面主体，第一台板界面主体包括聚合物片材和第二台板界面主体，第二台板界面主体包括纤维毡垫。在一个示例中，台板界面主体456包括聚丙烯片材，并且台板界面主体466包括纺成和/或模制的聚丙烯纤维毡垫。
在另一实现方式中，台板界面组件420可选地包括第三台板界面470。第三台板界面包括限定台板界面主体476的第一表面472和相对的第二表面474。在一个实现方式中，第一表面472被粘附到第二台板界面460的第二表面464。第三台板界面470的第二表面474可粘附到台板或板组件。第三台板界面470的台板界面主体476通常由聚合物材料制成。在一个实现方式中，台板界面主体476是聚丙烯片材。在一个实现方式中，台板界面主体476具有约0.005英寸至约0.050英寸(例如，在约0.010英寸与约0.040英寸之间或在约0.020英寸与约0.030英寸之间)的厚度(Z方向)。在一个实现方式中，第一台板界面450和第三台板界面470包括相同的聚合物材料。台板界面主体476可以由具有约50-65Shore D的硬度的材料形成。在一些实现方式中，第一台板界面450和第三台板界面470通过密封第二台板界面460使其与水和抛光浆料隔离来帮助保持第二台板界面460干燥。在一个实现方式中，第一台板界面450和第三台板界面470由具有约0.005英寸至约0.040英寸的厚度的聚丙烯制成，并且第二台板界面460由具有在2.5OSY与4.0OSY之间的基重和约0.010英寸至约0.040英寸的厚度的纺成的聚丙烯纤维毡垫制成以提供在正推进的抛光衬垫上抛光的基板的期望的静态和动态机械性质。
在另一实现方式中，台板界面组件420是多个台板界面的组合，其中每个台板界面具有与其他台板界面不同的硬度。在另一实现方式中，台板界面组件420是多个台板界面的组合，其中多个台板界面中的两个或更多个台板界面具有与台板界面组件420内的其他台板界面不同的机械性质(例如硬度、储能模量E’、损耗模量E”、tanδ)。在一个实现方式中，第一台板界面具有小于50Shore D的硬度并且第二台板界面具有大于50-65Shore D的硬度。在一个实现方式中，台板界面由具有0.5mm至2mm(例如，1-2mm)的厚度的第一聚合物材料制成，并且第二台板界面由具有0.5mm至2mm(例如，1-2mm)的厚度的第二聚合物材料制成。在一些实现方式中，单一台板界面或第一台板界面和第二台板界面的组合可以使用，并且可以包括约60Shore A至约30Shore D的硬度。
在一些构型中，如图4B和图4C所示，台板界面组件420的上表面通过可剥离附接层(或在本文中也称为可剥离结合层455)来可剥离地粘附到顶部衬垫410的底表面414。在这个构型中，台板界面组件420通过垫板238固定地附接到(例如，粘合地结合到)或粘附到设置在台板界面组件420下方的台板组件部件(例如，板236和/或台板230)的表面。如图4B所示，顶部衬垫410由包括与顶部衬垫410的底表面414接触的可剥离结合层455的台板界面组件420支撑，同时基板499在顶部衬垫410的顶表面(即，纹理化抛光表面412)和台板界面主体456的顶表面上进行抛光。可剥离结合层455用于在抛光工艺期间机械地支撑顶部衬垫410并且将其横向地保持在台板界面组件420上的期望位置。在其中改进的抛光用具400在幅材抛光***中使用的一些辊对辊实现方式中(图2和图7B-7C)，顶部衬垫410的底表面414经构造以可与可剥离结合层455的顶表面455A分开，以便允许顶部衬垫410在方向A上相对于台板界面组件420而转位，如图4C所示。如下文将进一步讨论的，在一些实施方式中，顶部衬垫410可通过使用从台板界面组件420提供到顶部衬垫410的界面的气体和/或通过使用致动器771(图7B-7C)与台板界面组件420分开，致动器771能够克服因表面455A的表面性质(例如，表面能量)而形成在顶部衬垫410的底表面414与可剥离结合层455的顶表面455A之间的“可剥离结合”力(例如，弱粘合力、分子粘附类型的力等)。在顶部衬垫410与可剥离结合层455的顶表面分开并且顶部衬垫410已相对于台板界面组件420而转位了某个距离时，顶部衬垫410和台板界面组件420就可重新接触，使得可剥离结合层455的表面性质可以用于在随后抛光操作期间保持和支撑顶部衬垫410。在转位工艺期间，间隙425形成在顶部衬垫410与台板界面组件420之间以允许顶部衬垫410相对于台板界面组件420自由地移动。
在一个实施方式中，如图4D所示，可剥离结合层455包括界面层457A和粘合层457B，界面层457A包括顶表面455A，粘合层457B将界面层457A粘合地结合到台板界面主体456。在这个构型中，粘合层457B与界面层457A的表面的粘合强度和粘合层457B与台板界面主体456的粘合强度都显著地高于形成在界面层457A的顶表面455A与顶部衬垫410的底表面414之间的任何可剥离结合力。在一些实施方式中，粘合层457B包括压敏粘合剂材料，诸如丙烯酸酯聚合物、橡胶聚合物和/或合成热塑性弹性体。形成在粘合层457B和台板界面主体456的表面与界面层457A之间的显著地更高的粘合强度用于确保抛光工艺对在抛光***中处理的所有基板是一致的。在这种情况下，期望的是，粘合层457B与台板界面主体456和界面层457A的粘合强度大于形成在顶部衬垫410与可剥离结合层455的顶表面455A之间的可剥离结合力，诸如约2倍、约5倍或甚至是约10倍。可剥离结合层455与在下方的台板界面主体456之间的较高粘合强度将防止可剥离结合层455(例如，粘合层457B和/或界面层457A)的一部分优选地附接到顶部衬垫410并防止了当可剥离结合层455和顶部衬垫410在使顶部衬垫410转位的工艺期间彼此分开时也从台板界面主体456脱离。如果可剥离粘结合层455的一部分保持为附接到顶部衬垫410并且其他部分保持为附接到台板界面主体456，那么在一个或多个抛光工艺和随后的转位步骤期间，随着可剥离结合层455附接到顶部衬垫410的部分跨台板界面组件420递增地转位，就可能会因在台板界面组件420的各种局部区域中的层堆叠的变化而产生晶片-晶片处理结果问题。已经发现，顶部衬垫410和台板界面组件420的堆叠和/或堆叠的变化可能因改进的抛光用具的顶部衬垫410的薄的性质而对抛光工艺结果(例如，在晶片和晶片-晶片内)和衬垫性质造成显著影响。
可剥离结合层455与在下方的台板界面主体456和可剥离结合层455与顶部衬垫410的表面414的优先附接还可通过选择用于形成台板界面主体456和顶部衬垫410两者的适当材料、调整顶部衬垫410的表面414的表面性质和台板界面主体456的表面452的表面性质和/或调整与顶部衬垫410的表面414和台板界面主体456的表面452接合的可剥离结合层455的表面的性质来控制。顶部衬垫410的表面414和台板界面主体456的表面452的表面性质可通过使用调整期望表面的表面能量或物理形貌的化学或机械处理来调整。
在一些构型中，为了确保可剥离结合层455可与顶部衬垫410的表面414分开并还能够在抛光期间将顶部衬垫410保持到位，可剥离结合层455经构造以在顶部衬垫410的表面414与可剥离结合层455的表面455A之间的界面处形成粘合剂结合强度，其相当于在使用工业标准PSTC-1测试方法测量时小于约25盎司/横向英寸的结合强度，诸如在约1盎司/横向英寸与25盎司/横向英寸之间的结合强度，或甚至是在约1盎司/横向英寸与20盎司/横向英寸之间的结合强度。为了努力控制形成在顶部衬垫410的表面414与可剥离结合层455的表面455A之间的结合强度，可调整在表面414处的顶部衬垫材料的表面性质以实现期望结合强度。在一个构型中，顶部衬垫410的表面414的表面粗糙度可控制来实现表面414与可剥离结合层455之间的期望结合强度。在一个构型中，表面414被有目的地更改来实现在约2微英寸与约250μ-in之间的算术平均高度(Sa)(诸如从约8μ-in至约200μ-in的Sa表面粗糙度、从约85μ-in至约200μ-in的表面粗糙度、或甚至是从约100μ-in至约180μ-in的表面粗糙度)，以便实现期望结合强度。总体来说，已经发现，表面越为粗糙，将倾向于在固体PSA层材料的表面与其配合的接触表面(即，表面414)之间产生越低结合强度。
在台板界面组件420的一些替代实施方式中，界面层457A通过在用于将界面层457A直接地附接到台板界面主体456的表面的工艺期间在界面层457A和台板界面主体456的界面处形成的分子级混合、链缠结和/或化学结合来直接地结合到用于形成台板界面主体456的材料。在一些实施方式中，用于形成界面层457A和台板界面主体456的材料被选择为使得它们是彼此相容的或具有相似的单体或聚合物结构，使得在用于形成界面层457A和台板界面体456的材料之间可以发生分子级混合、链缠结和/或化学结合。
在台板界面组件420的一些实现方式中，可剥离结合层455的界面层457A包括固体层，固体层可以包括诸如硅酮基材料、天然橡胶或合成橡胶的材料。在一个实施方式中，界面层457A包括选自苯乙烯丁二烯(SBR)、聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯(PVA)或硅酮的材料。在一个示例中，界面层457A包括具有在Shore A级上在20-50之间的硬度的硅酮基材料，诸如具有在肖氏A级上为40-50的硬度的硅酮材料。然而，可使用其他合适材料来替代硅酮以将台板界面组件420的表面455A与顶部衬垫410可剥离地耦接。已经发现，可剥离结合层455的硬度可因其对顶部衬垫410和可选的台板界面组件420的堆叠的压缩静态和动态机械性质的影响而对抛光工艺均匀性和全局的平面化造成显著影响。在一些构型中，可剥离结合层455具有小于或等于顶部衬垫410的厚度的厚度，使得可剥离结合层455的机械性质将不会凌驾于顶部衬垫410、可剥离结合层455和其他台板界面组件420部件堆叠的性质。在一个实现方式中，可剥离结合层455具有小于或等于0.030英寸(诸如小于或等于约0.010英寸)的厚度。在一些构型中，期望的是，可剥离结合层455具有小于或等于约0.010英寸的厚度，但是其厚度足够来完全地覆盖住台板界面主体456的表面452以确保跨顶部衬垫410和台板界面组件420堆叠的表面的抛光性质是均匀的。
已经发现，当包括顶部衬垫410、台板界面组件420和可剥离结合层455的按期望构造的改进的抛光用具组件在抛光期间被放置在压缩力(例如，图3B和图4B中的力F1和F2)下时，可剥离结合层455的表面性质(即，表面455A)被选择以便于产生将防止在抛光工艺期间在顶部衬垫410与台板界面组件420之间的横向移动或滑动的静摩擦力Fs(参见图4B(例如，非动摩擦力))。静摩擦力Fs＝μs·N，其中μs是静摩擦系数，并且N是施加到正产生摩擦力的表面的法向力。还已发现，通过在顶部衬垫410与台板界面组件420之间形成足够大的静摩擦力Fs(即，图4B中的反作用力Fs(即，图4B中的较低的摩擦力Fs))，可以防止由于因在抛光工艺期间在基板和保持环的表面与顶部衬垫410的表面之间形成的摩擦力(即，图4B中的向上的摩擦力Fs)而形成在顶部衬垫410的抛光表面处的所产生的剪切应力在薄的顶部衬垫410中形成局部***或折痕。通过形成在顶部衬垫410与台板界面组件420的界面处的所产生的静摩擦力供应给顶部衬垫410的支撑是防止因在抛光工艺期间基板和保持环相对于顶部衬垫410的顶表面的移动而形成的所产生的剪切应力而损坏用于形成顶部衬垫410的抛光表面412和衬垫主体430的聚合物材料的重要因素。对聚合物材料的损坏可以包括可引起用于形成离散元件440和衬垫主体430的材料的撕裂或拉伸的屈服。
在一些实施方式中，期望的是，选择顶部衬垫410在表面414处的材料和表面性质和界面层457A在表面455A处的材料和表面性质，使得在依照ASTM 1894-14标准测量时，在约1.51与约1.65之间的静摩擦系数(μs)值通过这些材料得以实现。然而，一般期望测量到的静摩擦系数大于约1.51，诸如大于1.58或甚至是大于1.65。用于实现这些测量到的静摩擦系数的表面414的粗糙度具有约200微英寸(μ-in)的算术平均高度(Sa)值。用于进行静摩擦系数测量的顶部衬垫410包括当测量时在约20℃的温度下为0.010英寸厚的聚丙烯材料片材。因此，在一个示例中，期望的是，选择顶部衬垫410在表面414处的材料和表面性质和界面层457A在表面455A处的材料和表面性质，使得当依照ASTM 1894-14测量标准使用200克(g)负载测量时，在约2.9牛顿(N)与约3.2N之间的静摩擦力得以实现。改变与界面层457A的表面455A进行接触的表面414的粗糙度将引起测量到的摩擦系数和测量到的摩擦力的变化。例如，认为的是，在表面414上更平滑的表面抛光度将引起测量到的摩擦系数和测量到的摩擦力的增加，这可能是因配合表面之间的接触面积的增加造成的。然而，认为的是，本文中提供的方法提供一种将界面层457A的表面455A的表面能量和/或通过使用界面层457A而形成的摩擦系数是否大到足以防止因在正常抛光工艺期间由保持环和基板形成或施加到抛光表面412的摩擦力而造成的在配合表面上的滑动量化的方法。换句话说，在正常抛光工艺期间由保持环和基板产生的摩擦力将小于在相同负载下将产生的静摩擦力。
在一个构型中，顶部衬垫410的表面414的表面粗糙度和/或台板界面主体456的表面456A(图4B)的表面粗糙度被控制来实现表面414与可剥离结合层455之间的足够大的静摩擦力Fs以防止表面414与可剥离结合层455的表面455A之间的横向滑动。静摩擦力可通过控制(例如，增加)形成在顶部衬垫410的表面与可剥离结合层455之间的可剥离粘结力的粘合强度来增强。在一个构型中，表面456A被有目的地更改来实现在约32微英寸与约1000μ-in之间的算术平均高度(Sa)粗糙度(诸如从约64μ-in至约500μ-in的算术平均高度(Sa)、从约125μ-in至约500μ-in的Sa表面粗糙度、或甚至是从约250μ-in至约500μ-in的Sa表面粗糙度)，以便在表面414与可剥离结合层455之间实现足够大的静摩擦力。在这个构型中，由于因表面456A上的形成的粗糙度或粗糙尖峰的一部分突出穿过可剥离结合层455而造成的可剥离结合层455的不平滑的形貌，可使用形成在表面456A上的较大的粗糙度来控制可剥离结合层455与表面414的接触面积。
已经发现，通过将真空压力施加到顶部衬垫的背面产生的真空力并不能完全有效地防止由于因在抛光工艺期间形成的所产生的摩擦力(即，图4B中的向上的摩擦力Fs)而造成的在顶部衬垫410的X和/或Y方向中的横向变形，在顶部衬垫410中形成局部***或折痕。在基板抛光工艺期间顶部衬垫410的不希望的横向变形可能引起顶部衬垫410的纹理化抛光表面412的损坏并且在顶部衬垫410/基板界面处产生颗粒，并且在正在被抛光的基板的表面上产生划痕。通过流体管理***232而形成的由真空产生的力还将引起台板界面组件420内的部件因由真空产生的负载而压缩，并且因此限制它们在抛光期间在支撑元件堆叠中的有效性。台板界面组件420的因由真空产生的负载而造成的压缩状态可因其预载状态而影响台板界面组件420的静态和动态性质。
虽然本文中提供的讨论大体上描述了可剥离结合层455被优先结合到平台界面主体456并且因此可剥离地附接到顶部衬垫410的下表面，但是此构型并不意图对本文中提供的公开内容的范围进行限制，因为可剥离结合层455可替代地可剥离地结合到顶部衬垫410的下表面，使得可剥离结合层455可替代地可剥离地附接到台板界面组件420的表面452，而不限制本文中提供的公开内容。然而，当在辊对辊构型中使用时，改进的抛光用具123的此替代构型会具有几个缺点。例如，由于顶部衬垫410在供应辊254和卷取辊252之间延伸的未得到保护的长度，可剥离结合层455的暴露表面在与台板界面组件420接触之前和之后将暴露于抛光环境。
改进的抛光用具构型示例
返回参考图4A-4C，改进的抛光用具400包括顶部衬垫410，顶部衬垫410具有在抛光期间设置在台板界面组件420上方的衬垫主体430。顶部衬垫410具有纹理化抛光表面412和相对的底表面414，它们限定衬垫主体430。图4E是图4A中示出的改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412的区域的放大示意性侧视图。纹理化抛光表面412包括从改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412延伸的多个微观特征或离散元件440。在一个实现方式中，纹理化抛光表面412通过压印、机器加工、增材制造技术、蚀刻或其他在顶部衬垫410的表面上形成凸起表面纹理的方法形成。在一个实现方式中，纹理化抛光表面412的离散元件440具有从约1微米至约50微米(例如，从约5微米至约30微米、从约10微米至约20微米、或从约5微米至约10微米)的平均高度“h”。在一些实现方式中，由凸起表面纹理形成的纹理具有跨平行于顶部衬垫410的抛光表面的平面的均匀高度。离散元件440的均匀高度可以被限定为落入平均降低尖峰高度(Spk)的±20％内的基本上所有的离散元件440，这在下文将进一步讨论。在一个示例中，对于6μm的降低尖峰高度(Spk)，均匀离散元件高度将要求基本上所有的离散元件440都落在降低尖峰高度(Spk)的±1.2μm的范围内。另外，在一些实现方式中，由凸起表面纹理形成的纹理在平行于顶部衬垫410的抛光表面的平面中是在空间上均匀或基本上在空间上均匀的。在一些实现方式中，离散元件440在平行于顶部衬垫410的抛光表面的平面内是相对于彼此在空间上变化或基本上在空间上变化的。
如图4A所示，纹理化抛光表面412可以可选地进一步包括多个宏观特征447，每个宏观特征包括突起区域448，突起区域448至少部分地被凹陷区域449包围。可选的宏观特征447的在高度和横向宽度上要显著地比形成在抛光表面412上的离散元件440大，诸如约2个、3个或4个量级。可选的宏观特征447可形成来增强浆料材料在抛光期间的跨抛光表面412且在跨改进的抛光用具的表面而形成的相邻沟槽(例如，图6A-6G中的沟槽632、642、654、664、674或684)之间的输送。虽然图4A示出了包括宏观特征447的改进的抛光用具400，但是此构型不意图作为对本文中公开的公开内容的限制，因为改进的抛光用具400无需含有宏观特征447且因此将具有包括形成在其上的多个离散元件440的大体上平面的抛光表面412，如图4B-4C所示。将注意到，图4B-4C中示出的改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412类似地包括了图4E中示出的抛光表面412的近距视图中示出的多个离散元件440。
顶部衬垫410通常由合成材料形成。合适合成材料的非限制性示例包括膜，诸如聚合物或热塑性膜、包括可持续聚合物的幅材等等。合适的前驱物幅材还包括这些材料的层合物或共混物。在一个实现方式中，顶部衬垫410是聚合物片材或膜。在一些非限制性实现方式中，顶部衬垫410包括无孔聚合物材料。合适的聚合物膜包括由聚合物材料(诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)(例如，TEFLON)、聚酰胺(例如，尼龙)、聚氨酯或它们的组合)构成的热塑性膜。合适的聚合物膜可以包括聚合物的共混物或混合物。在一个实现方式中，顶部衬垫410是聚丙烯基片材。在一个实施方式中，顶部衬垫410本质上包括了聚丙烯(PP)。
在一些实现方式中，本文中描述的改进的抛光用具可由基本上透明的聚合物材料形成，并且因此能够透射在由端点检测***的光学检测器使用的光束的波长范围内的光透射的至少约25％(例如，至少约50％、至少约80％、至少约90％、或至少约95％)。典型光学终点检测波长范围包括可见光谱(例如，从约400nm至约800nm)、紫外(UV)光谱(例如，从约280nm至约400nm)和/或红外光谱(例如，从约800nm至约1550nm)。在一个实现方式中，改进的抛光用具由在280-800nm之间的波长下具有＞35％的透射率的聚合物材料形成。在一个实现方式中，改进的抛光用具由在280-399nm的波长下具有＞35％的透射率且在400-800nm的波长下具有＞70％的透射率的聚合物材料形成。在一些实现方式中，改进的抛光用具由具有与抛光浆料的低折射率大致相同的低折射率的聚合物材料形成，并且具有高光学透明度，以便减少来自空气/衬垫/水界面的反射并且改良光通过改进的抛光物品而从和向基板的透射。在一些实现方式中，改进的抛光用具由不会因长期暴露在光学检测射束的一个或多个波长(例如，UV波长)下而变为黄色或琥珀色的聚合物材料形成。
在一些实现方式中，顶部衬垫410的衬垫主体430的厚度“T”将典型地在约0.001英寸至约0.035英寸的范围内。在一些实现方式中，衬垫主体430的厚度“T”将典型地在从约0.001英寸(0.0254mm)至约0.025英寸(0.635mm)(例如，从约0.012英寸(0.305mm)至约0.025英寸、从约0.015英寸(0.381mm)至约0.020英寸(0.508mm)、从约0.003英寸(0.076mm)至约0.019英寸(0.483mm)、从约0.006英寸(0.152mm)至约0.018英寸(0.460mm)、或从约0.010英寸(0.254mm)至约0.017英寸(0.432mm))的范围内。在其他实现方式中，衬垫主体430的厚度“T”小于或等于约0.64mm、小于或等于约0.51mm、或小于或等于约0.48mm，或甚至是小于或等于约0.46mm。取决于顶部衬垫410的期望性质可使用其他合适厚度。
在一个实现方式中，顶部衬垫410包括形成为片材的单层材料。在另一实现方式中，顶部衬垫410包括两种或更多种材料的层合物，并且可以是共挤出层合组件。例如，顶部衬垫410可以包括两个或更多个层，诸如顶部衬垫410可以包括三层，其中最内层称为核心层，并且两个最外层称为表皮层。在一个实现方式中，顶部衬垫410包括具有在从约0.001英寸至约0.035英寸的范围内的总体厚度的双层共挤出层合材料。在一些实现方式中，顶部衬垫410包括具有在从约0.001英寸至约0.025英寸、或从约0.003英寸至约0.018英寸、或从约0.006英寸至约0.018英寸、或从约0.010英寸至约0.017英寸、或从约0.012英寸至约0.016英寸的范围内的总体厚度的双层共挤出层合材料。
在一个实现方式中，层合版本的顶部衬垫410的层可以包括各自具有不同机械性质(诸如应力-应变、弹性性质和/或动态机械性质)的聚合物层或片材。顶部衬垫410可使用用于生产聚合物膜的常规程序来制造。可使用用于形成这些特征(例如，离散元件440)的一个或多个程序(诸如蚀刻或机械工艺，诸如聚合物膜的表面的压印)使顶部衬垫410的纹理化抛光表面412和相对的底表面414可各自纹理化。
多个离散延伸元件440被形成为顶部衬垫410的大体上在其纹理化抛光表面412上的突出延伸部分。在纹理化抛光表面412上的多个离散延伸元件440的数量、大小和分布可基于顶部衬垫410的期望抛光特性来预定。对于大多数的抛光应用，可能期望多个离散延伸元件440仅从顶部衬垫410的一个表面(例如，顶表面)突出。在一些实现方式中，顶部衬垫410包括具有基本上类似的高度和不同横向间距的微观特征(例如，延伸元件440)的随机、半随机或均匀(例如，长距离重复的)纹理。
参考图4A-4C和图4E，在一些实现方式中，多个离散延伸元件440可以被描述为从衬垫主体430的抛光表面412突出。由此，多个离散延伸元件440可以被描述为与衬垫主体430成整体。在一些实现方式中，多个离散延伸元件440通过对衬垫主体430的永久局部塑性变形形成。在一些实现方式中，多个离散延伸元件440使用模制制造技术形成。多个离散延伸元件440可以被描述为具有限定打开近侧部分的侧壁442和打开或关闭的远端444。离散延伸元件440各自具有从相邻延伸元件之间的最小幅值“A最小”测量到在打开或关闭的远端444处的最大幅值“A最大”的高度“h”(图4E)。多个离散延伸元件440可以具有直径“d”，直径“d”对于大体上圆柱形的结构来说是横向横截面处的外侧直径。“横向”是指大体上平行于抛光表面412的平面(即，图4A中的X-Y平面)。对于具有不均匀的横向横截面的大体上圆柱形的离散延伸元件440和/或非圆柱形结构的离散延伸元件440，直径“d”可作为在离散延伸元件的高度“h”的1/2处的平均横向横截面尺寸来测量。因此，对于每个离散延伸元件，都可确定被限定为h/d的深宽比。离散延伸元件可以具有至少约0.2、至少约0.3、至少约0.5、至少约0.75、至少约1、至少约1.5、至少约2、约2.5、或至少约3的深宽比h/d。在一个实现方式中，多个离散延伸元件440将典型地具有在抛光期间从基板移除的特征的一个量级内的高度“h”。多个离散延伸元件440将典型地具有至少约1微米至100微米(例如，从约5微米至约50微米、从约5微米至约30微米、从约5微米至约20微米、从约5微米至约10微、或从约1微米至约10微米)的高度“h”。离散延伸元件440将典型地具有约1微米至约1,000微米、约5微米至约500微米、约5微米至约200微米、约65微米至约100微米、或约75微米至约100微米的直径“d”。
一般来说，由于可能难以确定任何单独离散延伸元件的实际高度“h”，并且由于实际高度可能变化，因此可通过确定在纹理化抛光表面412的预定区域上方的平均最小幅值“A最小”和平均最大幅值“A最大”来确定多个离散延伸元件440的平均高度“h平均”，其中尺寸从表面测量，是平均尖峰-尖峰(例如，平均尖峰-凹谷)变化的一半。这种平均高度“h平均”将典型地落入上述高度的范围内。同样，对于不同的横截面尺寸，可针对多个离散延伸元件440来确定平均直径“d平均”。这种平均直径“d平均”将典型地落入上述直径的范围内。这种幅值和其他尺寸测量可通过本领域已知的任何方法(诸如通过计算机辅助扫描显微镜和数据处理)来进行。因此，用于被压印的顶部衬垫410的预定部分的离散延伸元件440的平均的深宽比“AR平均”可表示为h平均/d平均。
在一个实现方式中，离散延伸元件440的直径恒定或随着幅值的增加而减小(幅值在关闭或打开的远端444处增加到最大值)。离散延伸元件440的直径、或平均横向横截面尺寸可以在近侧部分处为最大值，并且横向横截面尺寸在远端444处平稳地减小。在另一实现方式中，离散延伸元件440的直径随着幅值的增加而增加。例如，离散延伸元件440可以具有蘑菇形状。
离散延伸元件440的“区域密度”可以优化，区域密度是纹理化抛光表面412的每一单位面积的离散延伸元件440的数量。在一个实现方式中，纹理化抛光表面412包括纹理化抛光表面412的每一平方厘米约4至约10,000、约95至约10,000、约240至约10,000、约350至约10,000、约500至约5,000、或约700至约3,000个离散延伸元件440。一般来说，中心到中心间距可优化以保持足够抛光浆料，同时使截留离散延伸元件440之间的微粒(诸如从经抛光的基板移除的材料)最小化。在相邻离散延伸元件440之间的中心到中心间距可以为约100微米至约1,000微米、约30微米至约800微米、约150微米至约600微米、或约180微米至约500微米。
用于表征表面粗糙度的技术和***在本领域中是众所周知的。例如，表面的一部分可通过任何合适方法(例如，通过电子显微镜图像分析法、通过原子力显微镜、通过3D显微镜等)来表征。在一个实现方式中，粗糙度分析可使用位于美国新泽西州埃尔姆伍德帕克市的美国KEYENCE公司(KEYENCE Corporation of America,located in Elmwood Park,N.J.,U.S.A)生产的具有0.5nm Z轴分辨率的VK-X系列3D UV激光扫描显微镜来进行。以下参数借助于表面形状测量显微镜(例如，位于美国新泽西州埃尔姆伍德帕克市的美国KEYENCE公司(作为KEYENCE Corporation of America,located in Elmwood Park,N.J.,U.S.A)的产品的超深形状测量设备)来确定。
改进的抛光用具的一些实现方式的特性在以下表1中进一步描述。
表I.
压印面积(％)、或Sdr(即，已得出的界面面积比率)值是如ISO 25178中规定的膜表面粗糙度的指标。Sdr表示在某个大小的测量区域内相较理想平面来说由纹理造成的附加的表面积的百分比。例如，在所限定的测量区域内具有大表面积不规则性的界面具有大的Sdr值，而在相同大小的测量区域内的完全地水平的表面的Sdr值为0。Sdr值使用激光扫描共聚焦显微镜(例如，KEYENCE)测量。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于70％(例如，小于60％、小于50％、或小于40％)的Sdr。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有在约5％至约70％之间(诸如在约10％至约65％之间、在约20％至约50％之间、在约20％至约40％之间、在约60％至约65％之间、在约55％至约60％之间、或在约40％至约50％之间)的Sdr。虽然不受理论束缚，但是认为的是，当Sdr为70％或更低时，纹理化抛光表面所具有的表面粗糙度会令人满意地保持抛光浆料，同时移除一定量的期望材料，而Sdr超过70％时，浆料保持和抛光特性受损。虽然使用短语“压印面积”描述抛光衬垫的抛光表面的性质，但是使用此短语不意图将形成在抛光表面上的描述的特征或纹理的被表征的表面性质限制为仅是通过压印工艺形成的特征或纹理，并且因此可使用“压印面积”来描述通过任何期望的特征或纹理形成方法形成的特征或纹理。
一般来说，压印跨距(在本文中也被称为“特征跨距”)是测量区域内的粗糙表面的尖峰之间的平均距离的测量。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于90μm(诸如小于80μm、或小于70μm、或小于60μm)的“压印跨距”。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有在约5μm与约80μm之间(诸如在约10μm与约70μm之间、或在约10μm与约60μm之间、或在约20μm与约40μm之间)的压印跨距。虽然不受理论束缚，但是认为的是，当压印跨距为80μm或更小时，纹理化抛光表面具有的压印跨距会令人满意地保持抛光浆料，同时移除一定量的期望材料，而压印跨距超过90μm时，浆料保持和抛光特性受损。如上文类似地讨论的，虽然使用短语“压印跨距”或“特征跨距”描述抛光衬垫的抛光表面的性质，但是使用此短语不意图将形成在抛光表面上的描述的特征或纹理的被表征的表面性质限制为仅是通过压印工艺形成的特征或纹理，并且因此可使用“压印跨距”来描述通过任何期望的特征或纹理形成方法形成的特征或纹理。
算术平均高度(Sa)是如ISO 25178中规定的膜表面粗糙度的指标。Sa是Ra(某条线的算术平均高度)到表面的延度。Sa表示绝对值，即，每个点的高度相较于表面的算术平均值的差值。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于30μm(例如，小于20μm、小于10μm、或小于5μm)的算术平均高度(Sa)。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有在约1μm与约30μm之间(例如，在约1μm与约20μm之间、在约1μm与约10μm之间、在约2μm与约7μm之间、在约4μm与约7μm之间、在约5μm与约7μm之间、在约4μm与约6μm之间、或在约5μm与约10μm之间)的算术平均高度(Sa)。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于约10μm(诸如小于约7μm、或甚至是小于约5μm)的算术平均高度(Sa)。
最大尖峰高度(Sp)是如ISO 25178中规定的膜表面粗糙度的指标。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于60μm(例如，小于50μm、小于40μm、或小于30μm)的最大尖峰高度(Sp)。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有在约5μm与约60μm之间(例如，在约10μm与约50μm之间、在约20μm与约50μm之间、在约40μm与约50μm之间、在约40μm与约60μm之间、在约30μm与约50μm之间、或在约20μm与约40μm之间)的最大尖峰高度(Sp)。
最大凹坑高度(Sv)是如ISO 25178中规定的膜表面粗糙度的指标。最大凹坑高度(Sv)指示在所限定的区域内的最大凹坑的绝对值。最大凹坑高度(Sv)表示在对应于沿着平均线的估计长度(L)的粗糙度轮廓曲线的一部分中观察到的最深凹谷的深度。术语“凹谷”是指在平均线之下的深度轮廓中观察到的凹陷部分。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于80μm(例如，小于70μm、小于60μm、小于50μm、小于40μm、或小于30μm)的最大凹坑高度(Sv)。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有在约20μm与约80μm之间(例如，在约30μm与约80μm之间、在约70μm与约80μm之间、在约30μm与约70μm之间、在约30μm与约50μm之间、或在约40μm与约50μm之间)的最大凹坑高度(Sv)。
网格高度、或Spk(降低尖峰高度)是如ISO 25178中规定的膜表面粗糙度的指标。降低尖峰高度(Spk)是在平均尖峰-尖峰值之上的突出尖峰的平均高度的测量。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有小于30μm(例如，小于20μm、小于10μm、或小于5μm)的降低尖峰高度(Spk)。在一些实现方式中，纹理化抛光表面具有在约1μm与约30μm之间(例如，在约1μm与约20μm之间、在约1μm与约10μm之间、在约4μm与约7μm之间、在约5μm与约7μm之间、在约4μm与约6μm之间、或在约5μm与约10μm之间)的降低尖峰高度(Spk)。
已经发现，通过使用本文中描述的类型的改进的抛光用具来实现的工艺结果是取决于确保形成在抛光表面上的表面纹理具有落入上述测量值中的至少一个或更多个的期望范围内的性质。然而，已经发现，确保表面纹理所具有的上述测量值中的仅一个是在期望范围内一般不足以充分地确保良好抛光工艺结果可被实现。将了解到，可能需要使改进的抛光用具的表面性质形成为使得它们落入上述参数中的至少两个或更多个的期望范围内。在下文概述了可用于在电介质(例如，氧化物、氮化物等)或金属(例如，钨、铜等)半导体晶片上提供期望工艺结果的测量值的组合的示例。
在一个实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有以下项的至少一者：45％至65％的压印面积、20μm至40μm的压印跨距、每一毫米30至35的平均峰值密度、4μm至7μm的算数平均高度(Sa)、30μm至50μm的最大尖峰高度(Sp)和30μm至80μm的最大凹坑高度(Sv)。
在另一实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有20μm至40μm的压印跨距、每一毫米30至35的平均峰值密度和4μm至7μm的算数平均高度(Sa)。
在又一实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有小于70％的压印面积、小于40μm的压印跨距、每一毫米大于30的平均峰值密度和小于10μm的算数平均高度(Sa)。
在又一实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有以下项的至少一者：60％至65％的压印面积、20μm至40μm的压印跨距、每一毫米30至35的平均峰值密度、5μm至7μm的算数平均高度(Sa)、40μm至60μm的最大尖峰高度(Sp)和70μm至80μm的最大凹坑高度(Sv)。
在又一实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有以下项的至少一者：60％至65％的压印面积、20μm至40μm的压印跨距、每一毫米30至35的平均峰值密度、4μm至6μm的算数平均高度(Sa)、20μm至40μm的最大尖峰高度(Sp)和30μm至50μm的最大凹坑高度(Sv)。
在又一实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有以下项的至少一者：55％至60％的压印面积、20μm至40μm的压印跨距、每一毫米30至35的平均峰值密度、5μm至7μm的算数平均高度(Sa)、40μm至50μm的最大尖峰高度(Sp)和40μm至50μm的最大凹坑高度(Sv)。
在又一实现方式中，改进的抛光用具具有粗抛光表面，粗抛光表面具有以下项的至少一者：40％至50％的压印面积、20μm至40μm的压印跨距、每一毫米30至35的平均峰值密度、4μm至6μm的算数平均高度(Sa)、40μm至50μm的最大尖峰高度(Sp)和40μm至50μm的最大凹坑高度(Sv)。
替代顶部衬垫构型示例
根据本文中描述的实现方式，顶部衬垫410相对较薄，并且台板界面(例如图2中示出的整体的界面层250)用于增加抛光用具400的机械完整性和/或提供必要的顺应性以改良和/或调整抛光用具400的抛光性能。另外或替代地，整体的界面层250的硬度和/或结构可以在抛光期间为抛光用具400提供额外的顺应性。
在一个替代实现方式中，整体的界面层250设置在设置在顶部衬垫410的表面414上，顶部衬垫410设置在抛光用具400内。在一个实现方式中，整体的界面层250由聚合物材料制成。在另一实现方式中，整体的界面层250经构造以包括类似于第一台板界面450、可选的第二台板界面460和第三台板界面470的至少一个层，并因此不需要存在将设置在垫板238(图2)或台板组件(未示出)上的冗余台板界面组件420部件。在一个实现方式中，台板界面是多层台板界面。在一个实现方式中，台板界面具有从约0.005英寸至约0.070英寸(例如，从约0.006英寸至约0.060英寸、从约0.010英寸至约0.050英寸、或从约0.030英寸至约0.050英寸)的厚度。在一些实现方式中，顶部衬垫410可随后粘附到台板界面组件420的一部分。在一些实现方式中，顶部衬垫410与台板界面组件420分开。
图5A是根据本文中描述的一个或多个实现方式的改进的抛光用具500的另一实现方式的放大示意性侧视图。在一个实现方式中，使用改进的抛光用具500替代改进的抛光用具123或改进的抛光用具323。改进的抛光用具500包括具有纹理化抛光表面512的顶部衬垫组件510，并且可选地，台板界面组件420被定位在顶部衬垫组件510下方。顶部衬垫组件510包括顶衬垫层530和底衬垫层520。虽然台板界面组件420被描绘为粘附到底衬垫层520的底表面514，但是在其中改进的抛光用具500在幅材抛光***(例如，图2中示出辊对辊构型)中使用的一些实现方式中，可选的台板界面组件420与顶部垫组件510分开，这类似于台板界面元件240与图2中描绘的改进的抛光衬垫123分开。
在替代辊对辊构型中，改进的抛光用具500被形成为使得可选的台板界面组件420被制成为与顶部衬垫组件510成整体，这类似于整体的界面层250与图2中描绘的改进的抛光衬垫123成整体。
改进的抛光用具500类似于改进的抛光用具400，不同之处在于，改进的抛光用具500具有双层顶部衬垫组件510。顶部衬垫组件510包括顶衬垫层530和底衬垫层520。顶衬垫层530具有与纹理化抛光表面412类似的纹理化抛光表面512并且包括形成在纹理化抛光表面512中的多个宏观特征和沟槽532。底衬垫层520是连续的层。顶衬垫层530和底衬垫层520可通过任何合适附接方法(例如，层合、热粘、胶合、双面胶带、压敏粘合剂等)粘附在一起。在一些替代实现方式中，顶衬垫层530和底衬垫层520可以被制造为具有从其中部分地延伸穿过的沟槽532的整体衬垫。整体衬垫可以具有约0.001英寸至约0.025英寸(诸如从约0.010英寸至约0.020英寸、或从约0.010英寸至约0.018英寸)的总体厚度。在任一情况下，形成在顶衬垫层530中的沟槽532至少部分地由从抛光表面512延伸的侧壁532A限定，并且至少穿过衬垫主体534的一部分。形成在沟槽532的任一侧上的边缘532B形成在沟槽532的侧壁532A与抛光表面512的相接处。
形成在顶衬垫层530中的沟槽532在抛光工艺期间可起到用于抛光浆料的局部储槽作用。沟槽532可使用任何合适沟槽形成方法(例如，激光切割、水射流切割、模切、冲压、压空等)来形成在顶衬垫层530中。连续的底衬垫层520防止液体(诸如抛光浆料或水)渗入底衬垫层520。在这个构型中，穿过顶衬垫层530而形成的沟槽532变为用于抛光浆料的局部储存，因为浆料保持在成型沟槽中并且抛光浆料将一般不渗入底衬垫层520。出于多种原因(包括在抛光期间将衬垫压紧和抛光机清洁度)，不期望浆料通过顶衬垫层530中的沟槽532而渗入顶部衬垫组件510并且进入台板界面组件420部件。
如图5A所示，纹理化抛光表面512可另外可选地进一步包括多个宏观特征547，每个宏观特征包括突起区域548，突起区域448至少部分地被凹陷区域549包围。关于形成在抛光表面412中的宏观特征447，可选的宏观特征547的在高度和横向宽度上要显著地比形成在抛光表面512上的离散元件540大，诸如约2个、3个或4个量级。虽然图5A示出了包括宏观特征547的改进的抛光用具500，但是此构型不意图作为对本文中公开的公开内容的限制，因为改进的抛光用具500无需含有宏观特征547且因此将具有包括形成在其上的多个离散元件540的大体上平面的抛光表面512。
图5B是图5A中示出的改进的抛光用具500的顶衬垫层530的纹理化抛光表面512的区域的放大示意性侧视图。顶衬垫层530具有纹理化抛光表面512和相对的底表面536，它们限定衬垫主体534。类似于纹理化抛光表面412，纹理化抛光表面512包括限定改进的抛光用具500的纹理化抛光表面512的多个微观特征或离散元件540。多个离散延伸元件540可以被描述为具有限定打开近侧部分的侧壁542和打开或关闭的远端544。在一个实现方式中，纹理化抛光表面512的离散元件540具有从约1微米至约50微米(例如，从约1微米至约30微米、从约5微米至约30微米、从约10微米至约20微米或从约5微米至约10微米)的平均高度“h”。
在一个实现方式中，凸起表面纹理使用压印工艺形成。在一个实现方式中，由凸起表面纹理形成的纹理是均匀或基本上均匀的。
顶衬垫层530通常包括合成材料。合适合成材料的非限制性示例包括膜，诸如聚合物或热塑性膜、包括可持续聚合物的幅材等等。合适的前驱物幅材还包括这些材料的层合物或混合物。在一个实现方式中，顶衬垫层530是聚合物片材或膜。合适的聚合物膜包括由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺(例如，尼龙)、聚四氟乙烯(PTFE)(例如，TEFLON)、聚酰胺或它们的组合的材料形成的热塑性膜。合适的聚合物膜可以包括聚合物的共混物或混合物。在一个实现方式中，顶衬垫层530是聚丙烯基片材。在一个实施方式中，顶衬垫层530本质上包括了聚丙烯(PP)。
根据本公开内容的一个或多个实施方式，顶部衬垫410或顶部衬垫510的衬垫主体430或衬垫主体534和/或底部衬垫主体524分别可通过增材制造工艺(诸如三维(3D)打印工艺)来形成。本公开内容的实施方式提供一种改进的抛光用具，所述改进的抛光用具具有由前驱物或含有“树脂前驱物组分”的树脂前驱物组合物形成的一种或多种材料形成的离散特征和几何结构，所述“树脂前驱物组分”包括但不限于官能化聚合物、官能化低聚物、单体、反应性稀释剂、流动添加剂、固化剂、光引发剂和固化增效剂。树脂前驱物组分还可包括化学活性材料和/或化合物，例如官能化聚合物、官能化低聚物、单体和可至少单官能的反应性稀释剂，并且可以在暴露于自由基、路易斯酸和/或电磁辐射下时经历聚合。作为一个示例，改进的抛光用具可通过自动顺序沉积至少一种树脂前驱物组合物、接着进行至少一个固化步骤由多个聚合物层形成，其中每一个层可代表了至少一种聚合物组合物、和/或不同的组合物的区域。在一些实施方案中，改进的抛光衬垫的层和/或区域可以包括复合材料结构，诸如含有至少一种填料(诸如金属、半金属氧化物、碳化物、氮化物和/或聚合物颗粒)的经辐射固化的聚合物。在一些实施方式中，改进的抛光衬垫的层和/或区域可以包括复合材料结构，所述复合材料结构包括选自由以下项组成的群组的材料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(例如，尼龙)和聚氨酯。在一个实施方式中，改进的抛光衬垫包括聚合物材料，聚合物包括大于50％的聚丙烯(PP)，诸如大于70％的聚丙烯(PP)、或大于90％的聚丙烯(PP)、或大于99％的聚丙烯(PP)。在一个实施方式中，改进的抛光衬垫本质上包括了聚丙烯(PP)。
顶部衬垫组件510在加上纹理之前的顶衬垫层530将典型地具有在从约0.001英寸至约0.025英寸(例如，从约0.012英寸至约0.025英寸、从约0.015英寸至约0.025英寸约0.025英寸、从约0.003英寸至约0.017英寸、从约0.006英寸至约0.017英寸、或从约0.010英寸至约0.015英寸)的范围内的厚度“TTL”。取决于顶部衬垫组件510的期望性质可使用其他合适厚度。
在一些实现方式中，多个沟槽532优选地横向或几乎横向地穿过顶部衬垫组件510的顶衬垫层530的衬垫主体534的厚度“TTL”。然而，顶衬垫层530可采用的沟槽不会穿透顶衬垫层530的整个厚度“TTL”，而是从纹理化抛光表面512延伸了期望距离而进入顶衬垫层530到顶衬垫层530的衬垫主体534中。在一个实现方式中，沟槽532具有在约0.003英寸至约0.025英寸之间(例如，约0.010英寸)的深度。在一些实现方式中，沟槽532的底表面从抛光表面512延伸了小于衬垫主体534的厚度的深度。在其中多个沟槽532完全地延伸穿过衬垫主体534的厚度“TTL”的一些实现方式中，底衬垫层520的顶表面522限定沟槽532的底部。在一个实现方式中，沟槽532延伸穿过顶部衬垫组件510，诸如从纹理化抛光表面512延伸到底表面514。
在一个实现方式中，沟槽532具有在约0.05英寸与约0.50英寸之间(例如，在约0.10英寸至约0.40英寸之间、在约0.15英寸至约0.30英寸之间、在约0.15英寸至约0.20英寸之间、或在约0.18英寸至约0.20英寸之间)的宽度。在一个实现方式中，在相邻沟槽532之间的间距在约0.5英寸与约2.5英寸之间(例如，在约1英寸至约2英寸之间、在约1英寸至约2英寸之间、或在约1英寸至约1.5英寸之间)。
底衬垫层520具有限定底部衬垫主体524的顶表面522和相对的底表面514。在一些实现方式中，顶表面522纹理化。顶表面522的纹理可类似于纹理化抛光表面412和纹理化抛光表面512的纹理。在一些实现方式中，其中沟槽532的底部由底衬垫层520的顶表面522限定。在一些实现方式中，沟槽532的底部由底衬垫层520的顶表面522限定。在一些构型中，顶表面522纹理化，使得至少底部衬垫主体524在沟槽532的底表面处的暴露部分纹理化。虽然不受理论束缚，但是认为的是，使底部衬垫主体524在沟槽532的底表面处的暴露部分的区域纹理化由于暴露出的纹理化部分将倾向于用作在处理期间的流体(像浆料的运动)的障碍物而帮助将抛光浆料保持在沟槽中，并且由此“抓住”浆料。
顶部衬垫组件510的底衬垫层520将典型地具有在从约0.001英寸至约0.025英寸(例如，从约0.003英寸至约0.017英寸、从约0.006英寸至约0.017英寸、或从约0.010英寸至约0.015英寸)的范围内的厚度“TTL”。取决于顶部衬垫组件510的期望性质可使用其他合适厚度。
底衬垫层520通常包括合成材料。合适合成材料的非限制性示例包括膜，诸如聚合物或热塑性膜、包括可持续聚合物的幅材等等。合适的前驱物幅材还包括这些材料的层合物或混合物。在一个实现方式中，底衬垫层520是聚合物片材或膜。合适的聚合物膜包括由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)(例如，TEFLON)、聚酰胺(例如，尼龙)、聚氨酯或它们的组合的材料构成的热塑性膜。合适的聚合物膜可以包括聚合物的共混物或混合物。在一个实现方式中，底衬垫层520是聚丙烯基片材。
在一些实现方式中，顶衬垫层530通过任何合适附接方法(例如，层合、胶合、双面胶带、压敏粘合剂等)来粘附到底衬垫层520。例如，底衬垫层520的顶表面522可粘附到顶衬垫层530的底表面536。
在一些实现方式中，顶部衬垫组件510通过任何合适附接方法(例如，层合、胶合、双面胶带、压敏粘合剂等)来粘附到台板界面组件420。例如，第一台板界面450的第一表面452可粘附到底衬垫层520的底表面514。
在一些实现方式中，第一台板界面450的第一表面452上的硅酮层在抛光期间将台板界面组件420与顶部衬垫板组件510耦接，而好处是允许在不处于抛光负载下时使台板界面组件420和顶部衬垫组件510彼此剥离，从而允许抛光衬垫在晶片之间前进。在一些实现方式中，硅酮是计示硬度为40-50Shore A硅酮，当受到压缩时，硅酮会提供极高的横向摩擦力将台板界面组件420和顶部衬垫组件510的底表面514有效地耦接在一起，就像它们是单一的用具一样。
在一些实现方式中，第一台板界面450的第一表面452通过类似于可剥离结合层455(图4B-4C)的可剥离附接层来可释剥离地粘附到顶部衬垫组件510的底表面514，如本文中所讨论的。在这个构型中，台板界面组件420通过固定地附接到、结合到或粘附到设置在台板界面组件420下方的台板组件(例如，未示出)的表面。
图6A是具有纹理化抛光表面612的改进的抛光用具600a的示意性俯视图，纹理化抛光表面612中形成有沟槽632。在一个实现方式中，改进的抛光用具600a可以形成改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500的一部分或作为它们的替代。纹理化抛光表面612可类似于纹理化抛光表面412和纹理化抛光表面512的纹理，如图4E和图5B所示。沟槽632可以具有与改进的抛光用具500的沟槽532类似的物理尺寸和性质，如上文讨论的。改进的抛光用具600a的沟槽632图案包括2向沟槽(例如，在X方向和Y方向两者上延伸的沟槽)。虽然在图6A中描绘了X-Y沟槽图案，但是本文中描述的实现方式也构想了其他沟槽图案，包括正弦形、锯齿形、螺旋形、六边形、圆形和允许在抛光工艺期间抛光的基板122下方捕陷的抛光浆料的“通泄”的任何其他沟槽图案。另外，虽然每个沟槽632的边缘被描绘为直边，但是应当理解的是，本文中描述的实现方式也构想了其他边缘设计，包括一个或多个弯曲边缘、圆形边缘、正弦边缘、和任何其他不直边缘。构造沟槽的边缘的形状可有益于在抛光用具压靠在衬垫表面上并且在横向于所述沟槽和沟槽边缘的方向上移动时，防止在抛光期间相对于衬垫表面移动的所述用具(例如，基板或晶片)的边缘与沟槽的边缘(例如，沟槽的后缘)碰撞。虽然不受理论束缚，但是认为的是，沟槽应当与不在被抛光的基板下方的区域连通，使得在基板下方的多余抛光浆料可以在抛光工艺期间从基板下方推出。
在一些实现方式中，期望的是，确保水平沟槽长度621(例如，在X-Y平面内的长度)、相对于基板在抛光期间的移动轴线625的沟槽取向、相对于改进的抛光用具在辊对辊构型中转位的轴线(即，图6C中的转位轴线626)的沟槽取向、和形成在改进的抛光用具中的大部分沟槽的沟槽图案经构造以提供用于使被捕陷于正在被抛光的基板下方的浆料逸出的路径。认为的是，用于被捕陷于正移动的基板下方的浆料的逸出路径将允许基板更均匀地接触形成在改进的抛光用具的表面上的纹理的尖峰，因为大多数的水性浆料材料的不可压缩性质倾向于在没有提供用于浆料的逸出路径的情况下使基板跨改进的抛光用具表面而进行“液面滑行”。因此，在一些实现方式中，改进的抛光用具包括比基板的主尺寸D(图6C)(例如，圆形半导体基板的直径)、以及在一些情况下在处理期间环绕基板122的保持环309的外径长的至少一个沟槽。在一些实现方式中，改进的抛光用具包括相对于彼此取向的两个或更多个沟槽，使得每个沟槽的至少一部分一直延伸经过基板边缘，同时基板相对于改进的抛光用具而移动。在一个实现方式中，两个或更多个沟槽相对于彼此而取向，使得当基板在处理期间相对于改进的抛光用具而移动时，两个或更多个沟槽各自在相对方向上延伸经过基板边缘。
图6B是具有纹理化抛光表面622的改进的抛光用具600b的示意性俯视图，纹理化抛光表面612中形成有沟槽642。在一个实现方式中，改进的抛光用具600b可以形成改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500的一部分或作为它们的替代。纹理化抛光表面622可类似于改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412和改进的抛光用具500的纹理化抛光表面512的纹理。沟槽642类似于改进的抛光用具500的沟槽532。改进的抛光用具600b的沟槽642形成锯齿形沟槽图案642。
图6C是具有纹理化抛光表面652的辊对辊类型的改进的抛光用具600c的一部分的示意性俯视图，纹理化抛光表面652包括形成在其中的沟槽阵列654。在一个实现方式中，改进的抛光用具600c可以形成改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500的一部分或作为它们的替代。纹理化抛光表面652可类似于改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412和改进的抛光用具500的纹理化抛光表面512的纹理。沟槽654类似于改进的抛光用具500的沟槽532。改进的抛光用具600c的沟槽654形成垂直于转位轴线626(例如，垂直于改进的抛光用具600c的长度方向)和/或平行于移动轴线625而对准的锯齿形的沟槽图案654。沟槽654沿着改进的抛光用具600d的宽度方向延伸，并且在转位轴线626方向上间隔开来。在一个实现方式中，沟槽654具有比每个单独沟槽的宽度大的沟槽间距(相邻沟槽的中心到中心测量的)。在一个实现方式中，沟槽图案的沟槽654具有在约0.030英寸与约0.190英寸之间的宽度和在约0.5英寸与约2.5英寸之间的沟槽间距或沟槽节距(相邻沟槽的中心到中心)。在另一实现方式中，每个单独沟槽654的宽度比在相邻沟槽之间的沟槽间距大。
如上文讨论的，在一些实现方式中，期望的是，确保水平沟槽长度621(例如，在X-Y平面内的方向)、相对于基板在抛光期间的移动轴线625的沟槽取向、相对于改进的抛光用具在辊对辊构型中转位的轴线的沟槽取向、和形成在改进的抛光用具中的大部分沟槽的沟槽图案经构造以提供用于使被捕陷于正在被抛光的基板下方的浆料逸出的路径。在辊对辊构型中使用的改进的抛光用具的一些实现方式中，期望的是，确保相对于所形成的沟槽阵列(例如，锯齿形的沟槽图案654)的移动轴线625的沟槽图案和沟槽取向使得在改进的抛光用具的辊的不同部分上处理的每个基板将出现基本上相同的抛光表面和沟槽数量，即使抛光衬垫在抛光期间增加了期望距离也是如此。
图6D是具有纹理化抛光表面662的辊对辊类型的改进的抛光用具600d的一部分的示意性俯视图，纹理化抛光表面652包括形成在其中的沟槽阵列664。在一个实现方式中，改进的抛光用具600d可以形成改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500的一部分或作为它们的替代。纹理化抛光表面662可类似于改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412和改进的抛光用具500的纹理化抛光表面512的纹理。沟槽664类似于改进的抛光用具500的沟槽532。改进的抛光用具600d的沟槽阵列664包括锯齿形的沟槽图案654，锯齿形的沟槽图案654平行于转位轴线626且垂直于移动轴线625而取向。沟槽654沿着改进的抛光用具600d的长度方向(例如，平行于行进方向)延伸。在一个实现方式中，沟槽664具有比每个单独沟槽的宽度大的沟槽间距(相邻沟槽的中心到中心测量的)。沟槽664的沟槽间距在宽度方向上对准。在一个实现方式中，沟槽图案的沟槽664具有约0.060英寸的宽度和约0.5英寸的沟槽间距(相邻沟槽的中心到中心)。在另一实现方式中，每个单独沟槽664的宽度比在相邻沟槽之间的沟槽间距大。
在改进的抛光用具600d的一些实现方式中，沿着转位轴线626对准的一排或多排沟槽664被间隔开以提供平行于转位轴线626的路径670。在一个示例中，如图6D所示，路径670定位在改进的抛光用具600d的中心，使得沟槽都不定位在改进的抛光用具600d的中心。路径670提供用于供光学感测装置220观察基板122而不阻挡改进的抛光用具600d内的特征(例如，沟槽、表面形貌)的光学通路。在一些实现方式中，随着改进的抛光用具600d沿着转位轴线626而递增地转位，此路径670具有的宽度允许由光学端点检测器提供的检查射束仅通过路径670的一部分，并因此不通过沟槽的一部分。在一个示例中，此路径670具有的宽度在约1mm至约5mm之间。在一些实现方式中，在改进的抛光用具中不存在光学通路的情况下，沟槽间距可以是跨改进的抛光用具600d的表面一致的。在这种情况下，在由光学终点检测器提供的光学检查射束随着改进的抛光用具在抛光序列的不同阶段期间被递增地转位而通过改进的抛光用具600d的某个区域且还通过了沟槽的一个或多个部分的情况下，控制器可以被编程来使衬垫转位了可变距离，使得检查射束在基板进行抛光时总是通过改进的抛光用具600d的某个区域，以便避免检查射束因例如存在或不存在沟槽引起的材料堆叠的变化而造成的强度的变化。
图6E是具有纹理化抛光表面672的辊对辊类型的改进的抛光用具600e的一部分的示意性俯视图，纹理化抛光表面652包括形成在其中的沟槽阵列664。在一个实现方式中，改进的抛光用具600e可以形成改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500的一部分或作为它们的替代。纹理化抛光表面672可类似于改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412和改进的抛光用具500的纹理化抛光表面512的纹理。沟槽674类似于改进的抛光用具500的沟槽532。改进的抛光用具600e的沟槽阵列674包括正弦形的沟槽图案674，正弦形的沟槽图案674平行于转位轴线676且平行于改进的抛光用具600e的长度方向而延伸。在一些实现方式中，正弦波的周期为正弦波的幅值的1至5倍。沟槽674沿着改进的抛光用具600e的长度(例如，平行于行进方向(例如，图4C中的方向A))延伸。在一个实现方式中，沟槽674具有比每个单独沟槽的宽度大的沟槽间距(从相邻沟槽的中心到中心测量的)。在一个实现方式中，沟槽图案的沟槽674具有约0.060英寸的宽度和约0.5英寸的沟槽间距(相邻沟槽的中心到中心)。在另一实现方式中，每个单独沟槽674的宽度比在相邻沟槽之间的沟槽间距大。在一些实现方式中，在沿着转位轴线676的中心线处的成排沟槽被间隔开以使路径680顺着改进的抛光用具600e的无沟槽的中心。在一些实现方式中，此路径680具有的宽度在约1mm至约5mm之间。此路径680提供了用于供光学感测装置220观察基板122的光学通路。在一些实现方式中，在不使用光学端点的情况下，沟槽间距可以是跨改进的抛光用具600e的表面一致的。
图6F是具有纹理化抛光表面682的辊对辊类型的改进的抛光用具600f的一部分的示意性俯视图，纹理化抛光表面652包括形成在其中的沟槽阵列684。图6G是根据本文中描述的一个或多个实现方式的图6F的改进的抛光用具600f的一部分的放大示意性俯视图。在一个实现方式中，改进的抛光用具600f可以形成改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500的一部分或作为它们的替代。纹理化抛光表面682可类似于改进的抛光用具400的纹理化抛光表面412和改进的抛光用具500的纹理化抛光表面512的纹理。改进的抛光用具600f的沟槽684形成锯齿形的沟槽图案684，锯齿形的沟槽图案684垂直于转位轴线686和长度方向而延伸。然而，与改进的抛光用具600c的沟槽654不同，每个沟槽684的每个边缘688都不具有任何平坦或笔直的边缘，相反边缘688具有一个或多个弯曲形状。沟槽684至少部分地由从抛光表面682延伸的侧壁684A限定，侧壁684A通常垂直于抛光表面682而布置，如图6G所示。形成在沟槽684的任一侧上的边缘688形成在沟槽684的侧壁684A与抛光表面682的相接处。在一个构型中，沟槽684包括侧壁684A，侧壁684A各自邻近于抛光表面682而定位并从抛光表面682延伸并且具有在平行于抛光表面682的平面(例如，图6F的X-Y平面)内延伸的长度，其中侧壁不直并且因此是弯曲的。在一些实现方式中，每个边缘288被描述为具有叠加在锯齿形的沟槽图案654上的正弦形的设计。本发明人已经发现，正在被抛光的基板的前缘将与具有平坦或笔直的边缘的横向地取向的沟槽的边缘碰撞，这打断了抛光工艺并且可能在基板上产生颗粒或划痕。然而，包括弯曲表面、或在插置到沟槽的边缘中时看起来弯曲到基板的边缘的边缘的沟槽684将包括沟槽用作用于正移动的基板的前缘的“引入部分”的部分，并且因此将在处理期间防止基板的前缘与沟槽的边缘(例如，沟槽相对于基板在抛光期间的运动方向的后缘)碰撞。
在一些实现方式中，沟槽684沿着改进的抛光用具600f的宽度方向(例如，垂直于行进方向)延伸。在一个实现方式中，沟槽684具有比每个单独沟槽的宽度大的沟槽间距(从相邻沟槽的中心到中心测量的)。在一个实现方式中，沟槽图案的沟槽684具有约0.060英寸的宽度和约0.5英寸的沟槽间距(相邻沟槽的中心到中心)。在另一实现方式中，每个单独沟槽684的宽度比在相邻沟槽之间的沟槽间距大。在一些实现方式中，在沿着转位轴线686的中心线处的成排沟槽被间隔开以使类似于路径680的路径(未示出)顺着改进的抛光用具600f的无沟槽的中心。在另一实施方式中，沟槽684被取向为使得锯齿形的沟槽图案沿着平行于转位轴线686的方向延伸。
图7A是根据本文中描述的一个或多个实现方式的描绘使用改进的抛光用具进行抛光的方法700的流程图。改进的抛光用具可以是本文中描述的改进的抛光用具(例如，改进的抛光用具123、改进的抛光用具323、改进的抛光用具400或改进的抛光用具500)中的任一者。所述方法可以用使用前述改进的抛光用具中的任一者的图1-3中描述的任何抛光模块来进行。然而，为了清楚讨论，图7B-7C示出了可用于进行图7A中示出的工艺步骤的一个或多个的辊对辊构型。
图7B-7C是处于不同可构造的位置上的图1的抛光处理模块的台板组件132的某个版本的示意性截面图。图7B和图7C中示出的台板组件132的修改版本(在本文中称为台板组件732)类似于图2中示出的台板组件132，并且因此在上文描述的相似部件具有类似附图标记并且由此将不在本文中重复描述。台板组件732一般包括台板支撑组件755和抛光用具控制组件756，抛光用具控制组件756用于对通过使用载体头308被推靠在改进的抛光用具123的纹理化抛光表面412上的基板进行抛光工艺。台板支撑组件755一般包括台板界面支撑件774、安装板772和旋转支撑元件773，旋转支撑元件773用于支撑台板界面组件226的台板界面元件240和垫板238。台板界面支撑件774和安装板772类似于在上文描述的垫板238，并且因此是包括类似的特征和耦接到流体管理***232的流体提供元件的结构元件。旋转支撑元件773一般包括一个或多个轴承或类似的装置，所述轴承或类似的装置能够支撑由载体头308(图7B)施加到台板支撑组件755的负载，同时允许台板支撑组件755和抛光用具控制组件756部件通过旋转致动器228围绕旋转轴线235旋转。
抛光用具控制组件756一般包括衬垫支撑元件758，衬垫支撑元件758经构造以在结构上支撑和保持供应辊254、电机222、上部导向构件204和214、卷取辊252、电机224和定位在每一个辊252、254中且在这两个绲之间延伸的改进的抛光用具123的长度。如图7B和图7C所示，致动器771经构造以相对于安装板772来升高和降低衬垫支撑元件758和其支撑的部件。致动器771将致使改进的抛光用具123接着与台板界面元件240的上表面分开以允许改进的抛光用具123通过电机222和224而转位到期望距离。如上文讨论的，在一些构型中，致动器771经构造以施加至少与破坏形成在台板界面元件240内的可剥离结合层455与改进的抛光用具123的顶部衬垫(例如，顶部衬垫410或顶部衬垫组件510)的表面之间的粘结剂粘结以允许形成间隙425要求的力一样大的力。电机222和224各自设定大小来产生保持力，当致动器771在操作740期间将改进的抛光用具123的顶部衬垫与台板界面元件240分开时，这样的保持力将防止改进的抛光用具123从卷取辊252和供应辊254解绕，这在下文会进一步讨论。
返回参考图7A，在操作710处，将基板122朝改进的抛光用具123推动。抛光用具123包括聚合物片材，聚合物片材具有纹理化抛光表面(例如，纹理化抛光表面412或512)，纹理化抛光表面包括由聚合物片材形成且从抛光表面向上延伸的微观纹理(例如，多个离散元件)。在一个实现方式中，微观纹理由期望成型技术(例如，压印)形成。在一些实现方式中，聚合物片进一步包括形成在抛光表面中的多个宏观特征(例如，沟槽)。在一个实现方式中，如图7B所示，聚合物片设置在供应辊与卷取辊(例如，台板组件132的供应组件156和卷取组件158)之间，并且通过载体头308(图7B)将基板朝改进的抛光用具123(图7B)推动。在一个实现方式中，聚合物片材设置在供应辊上。在一个实施方式中，聚合物片材包括约20英尺至约100英尺的长度。
基板122可以是硅基材料或根据需要的任何合适的绝缘材料或导电材料。在一个实现方式中，基板122可为如下材料，诸如结晶硅(例如，Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、锗化硅、掺杂或未掺杂多晶硅、掺杂或未掺杂硅晶片和图案化或未图案化晶片绝缘体上的硅(SOI)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石。基板122可以具有各种尺寸，诸如200mm、300mm、450mm或其他直径晶片，以及可为矩形或方形的面板。除非另外指明，否则本文中描述的实现方式和示例在具有200mm直径、300mm直径或450mm直径的基板上进行。
抛光浆料被输送到纹理化抛光表面。可以使用与被抛光的材料相容的任何合适的抛光浆料。在一个实现方式中，抛光浆包括氧化剂、钝化剂、pH缓冲剂、金属络合剂、表面活性剂和研磨剂中的至少一种。在一个实现方式中，抛光浆料经由流体喷嘴(例如，流体喷嘴154)而输送到纹理化抛光表面。在一些实现方式中，在输送抛光浆料之后，基板122接触纹理化抛光表面。在一些实现方式中，在输送抛光浆料之前，基板122接触纹理化抛光表面。在一些实现方式中，在输送抛光浆料期间，基板122接触纹理化抛光表面。
可以用小于约10磅/平方英寸(psig)(例如，小于约9psig、小于约7psig、小于约5psig或小于约5psig、或小于约2.5psig)的力将基板122推靠在纹理化抛光表面上。在一个实现方式中，力在约1psig与6psig之间，例如约1.8psig。
接着，在操作720处，在基板122与纹理化抛光表面之间提供相对运动。在一个实现方式中，载体头308以在约50-100转/分钟之间(例如，在约30-60转/分钟之间)的速度进行旋转，而纹理化抛光表面则通过使用旋转致动器228以在约50-100转/分钟(例如，在约7-35转/分钟之间)的速度进行旋转。在使用线性抛光机的一些实现方式中，台板、供应辊和卷取辊相对于基板122围绕Z轴而旋转。
在操作730处，通过对基板122的表面施加压力将材料从基板122的表面移除，使得基板122被推靠在聚合物片材的表面上。所述材料可以是导电材料(例如，铜)、电介质材料(例如，含氧化物或氮化物)、或导电材料和电介质材料两者。已经证实，对比通常具有在100-300ml/min的范围内的浆料流率(其中150ml/min是非常普遍的值)的常规的聚氨酯抛光用具，本文中描述的改进的抛光用具在浆料流率低于100ml/min时对抛光性能几乎没有影响。
在操作740中，在使用线性抛光工艺的一些实现方式中，通过使用耦接到供应辊的致动器和/或耦接到卷取辊的致动器在将材料从基板122移除之前、期间和/或之后相对于台板界面组件420来推进聚合物片材。在一个实现方式中，推进包括以在约1mm与约5mm之间的递增差值相对于台板界面组件420来推进聚合物片材。
在方法700的一个实施方式中，在操作740处，在将材料从一个或多个基板122移除之前和/或之后仅相对于台板来推进(例如，转位)聚合物片材。在可剥离结合层455设置在聚合物片材(例如，顶部衬垫410)的后表面与台板界面组件420的表面之间并且与之接触的情况下因克服粘附所要求的高剪切应力和/或可剥离结合层455的表面与聚合物片材之间的界面处的材料的弱粘合性质而一般要求这种操作740。即使在中等到低粘合剂粘结强度下，在抛光工艺期间和/或在聚合物片材与可剥离结合层455接触时引起聚合物片材与台板界面组件420之间的运动要求的力也将引起薄的改进的抛光用具123的屈服和/或撕裂，并且还大大增加了使聚合物片转位要求的电机221和222的大小和成本。因此，在操作740期间，在操作710-730的材料移除工艺完成之后，将基板122和载体头308从改进的抛光用具123的聚合物片材的表面移除，并且然后将它们转移到抛光模块内的另一个处理站106(图1)。然后，将聚合物片材与台板界面组件420的顶表面接触的部分与台板界面组件420的顶表面分开以形成间隙425，如图7C所示。通过使用致动器771使支撑元件758相对于台板界面组件420的表面移动来形成间隙425。然后，通过使用耦接到供应辊的致动器和/或耦接到卷取辊的制动器相对于台板界面组件420将聚合物片材推进增量距离。然后，通过使致动器771重新定位支撑元件758来使聚合物片材与台板界面组件420重新接触，并且由此移除间隙425。然后，在操作740再次完成之前，在至少一个附加基板122上完成操作710-730的材料移除工艺。
在一些实施方式中，流体管理***232经构造以通过使用形成在台板界面组件420中的开口242和通道234在正压下将气体(例如，氮气)输送到可剥离结合层455与聚合物片材的界面来至少帮助将聚合物片材(例如，顶部衬垫410)与可剥离结合层455分开。在一些实施方式中，流体管理***232经构造以在操作740期间使聚合物片材与可剥离结合层因将气体输送到可剥离结合层455与聚合物片材的界面而分开。将注意到，无法将聚合物片材与可剥离结合层455完全分开将抑制***对聚合物片材进行转位的能力。
在图7B-7C中示出的台板组件732的衬垫支撑元件758和辊252、254的构型相较于其他构型具有的优点是要求相对于台板界面组件420以及卷取辊252和供应辊254来提升或重新定位改进的抛光用具123以产生间隙425，因为图7B-7C中示出的构型不需要改进的抛光用具从卷取辊252和/或供应辊254解绕并接着在操作740期间重新卷绕到卷取辊252和/或供应辊254上。将改进的抛光用具123的一部分从卷取辊252和/或供应辊254解绕并接着在操作740期间将改进的抛光用具123重新卷绕到卷取辊252和/或供应辊254上的过程可能在聚合物片材重新接触台板界面组件420以进行后续抛光步骤时在改进的抛光用具123的已使用的部分和未使用的部分在X方向上相对于平台界面元件240上的期望或先前已知的横向位置或点上造成不确定性。
图7D示出了根据本文中公开的一个或多个实现方式的上述台板组件732的替代或进一步修改版本。在这个构型中，台板界面元件240凹陷在台板支撑组件755内以形成和/或至少部分地限定凹陷区域761，改进的抛光用具123设置在凹陷区域761上方。图7E和图7F是根据本文中公开的一个或多个实现方式的处于两个不同可构造的位置的图7D中示出的处理站的示意侧视横截面图。图7E示出了台板组件732的构型，其中在操作720和730中使载体头308将基板122推靠在改进的抛光用具123的抛光表面412上的动作致使改进的抛光用具123的一部分定位在凹陷区域765内并抵靠着台板界面元件240的上表面。因此，在台板界面元件240的一个实施方式中，当基板122被压靠在抛光表面412上时，改进的抛光用具123的后表面414被压靠在可剥离结合层455的限定凹陷区域765的表面的上表面455A的至少一部分上。可剥离结合层455的上表面455A凹陷到台板支撑组件755的顶表面下方的距离762可以等于约0.010英寸至约0.25英寸。在一些实现方式中，距离762的大小设定为在大致上衬垫主体430的厚度“T”与衬垫主体430的厚度“T”的约10倍之间。
在方法700的另一实施方式中，在操作740处，可通过使用分别附接到卷取辊252和供应辊254的电机224和222来在将材料从一个或多个基板122移除之前和/或之后相对于台板组件732的替代或修改版本而推进(例如，转位)聚合物片材。如图所示。如图7F所示，在去除改进的抛光用具123中的“松弛”时，通过在相对方向上向卷取辊252和供应辊254施加扭矩，拉伸力F3被供应到改进的抛光用具123，这使改进的抛光用具123的后表面414与可剥离结合层455的上表面455A分开，并且由此形成间隙425。在改进的抛光用具123与可剥离结合层455的上表面455A分开时，改进的抛光用具123就可被推进到期望距离。在一些实施方式中，流体管理***232经构造以通过使用形成在凹陷台板界面组件420中的开口阵列242(图7D)来在正压下将气体(例如，氮气)输送到可剥离结合层455与聚合物片材的界面以至少帮助将聚合物片材(例如，顶部衬垫410)与可剥离结合层455分开。在一些构型中，如图7G所示，顺应性弹性体密封件759设置在台板支撑组件755的凹陷区域761的边缘764处或附近以允许在台板支撑组件755与改进的抛光用具123的后表面414之间形成密封。在台板支撑组件755与改进的抛光用具123的后表面414之间形成的密封将允许当在操作740期间将气体提供到可剥离结合层455与聚合物片材的界面时在改进的抛光用具的后表面414与可剥离结合层455的上表面455A之间形成可控制的分开压力。
图8示出了根据本文中描述的一个或多个实现方式的在多个应力循环内测量到的针对可在改进的抛光用具中使用的平台界面材料的位移对应力的曲线图800。曲线图800示出了针对与改进的抛光用具一起使用的平台界面(例如，白色纤维部件)在一段时间内测量到的多个位移对应力曲线810-850。曲线810示出了当抛光用具是新的时通过施加从0.2psi至4.5psi的恒定力来测量的位移对应力。将注意到，曲线810具有在多个使用循环之后与相同衬垫相比跨从约0.2psi至3.5psi的测试负载范围较高的位移对应力。曲线820、830、840、以及最终曲线850示出了随着进行增加的数量的应力循环来通过施加与使用平台界面材料施加以形成曲线810相同的恒定力来测量的位移对应力。在此示例中，可以看到随着循环次数增加，在平台界面材料中测量到的位移对应力的变化减少。认为的是，在使用本文中描述的平台界面材料时发现的随时间的位移对应力的小的相对变化可以较高的工艺可重复性和/或减少的工艺漂移的形式提供优于常规抛光用具和平台界面的显著优点。包括具有约0.014英寸的厚度的白色纤维平台界面的图8中示出的示例将仅包括在平台界面材料寿命内在约2.75psi的施加应力下在挠曲对应力上的约33％变化。认为的是，对于在可能具有在常规抛光用具寿命内以百分比变化的差值量级的常规抛光用具(例如，IC1010TM衬垫)中使用的平台界面来说，这将会是显著差异。
图9示出了可在根据本文中描述的一个或多个实现方式的改进的抛光用具中使用的平台界面材料对照在现在可用的常规抛光用具中使用的材料的位移对应力的另一个曲线图900。轨迹910表示针对在市售抛光用具中使用的材料随应力变化的位移。轨迹920表示可与本文中描述的改进的抛光用具一起使用的白色纤维平台界面的随应力变化的位移。IC1010与含泡沫的平台界面的抛光用具堆叠的挠曲在约2.75psi下挠曲约187.5微米，并且改进的抛光用具挠曲约112.5微米，或在负载条件下的挠曲的约186％变化。认为的是，降低的挠曲对应力是与常规抛光用具(例如，Ic1010TM衬垫)的显著差异，并且可能帮助改良整个CMP抛光工艺的稳定性。当使用“更硬”的改进的抛光用具时，CMP抛光工艺结果是非预期的，由于其违背了尝试使抛光用具横向顺应以解决当在现在的半导体基板上形成抛光氧化物和金属层时常出现的凹陷和长线平坦性问题的常规理论。
因此，本公开内容的一些益处包括减少在晶片后CMP时测量到的缺陷。在晶片后CMP时测量到的缺陷被衬垫修整碎片和可能地来自金刚石磨盘的材料(不太频繁)不利地影响。本文中描述的改进的抛光用具不需要使晶片缺陷对应减少的研磨金刚石磨盘修整。此外，使用本文中描述的改进的抛光用具导致在抛光工艺期间使用的抛光浆料的量减少。在典型的聚氨基甲酸酯抛光用具上，以近似3毫米节距将同心环切割成抛光用具表面。这些沟槽保持浆料并且捕获因衬垫修整产生的衬垫碎片。当冲洗常规抛光衬垫时，冲洗用水将碎片从衬垫凹槽冲掉。然而，一些晶片留在凹槽中，这可能有助于在发起下一晶片抛光步骤使抛光浆料进行最初稀释。在本文中描述的一个实现方式中，改进的抛光用具是不具有沟槽且因此不具有衬垫碎片并且不具有从残留晶片稀释浆料的可能性的单层聚合物片材。在另一实现方式中，改进的抛光用具由具有一个或多个沟槽、在约0.001英寸至约0.020英寸之间的总厚度、以及具有从约1微米至约50微米(诸如约5至10微米)的平均高度“h”的抛光表面纹理的至少一个或多个聚合物片材形成。在本文中描述的一个实现方式中，改进的抛光用具具有双层顶部衬垫，在双层衬垫的顶层中具有孔洞。
本公开内容的一些实现方式的额外益处包括改良的端点检测。在一些抛光工艺中，端点检测用于基于在抛光期间基板表面的变化来测量性质。目前，这些端点技术使用复杂的光学终点概念来进行工艺控制。由于目前堆叠的聚氨基甲酸酯抛光用具是天然不透明的，这些端点技术通常在抛光期间通过透明窗或安装在聚氨基甲酸酯抛光用具表面中的窗来监测基板表面。在本公开内容的一些实现方式中，改进的抛光用具的聚合物材料是光学透明的，从而允许在使用目前的端点硬件抛光期间光学监测基板表面。在一些实现方式中，特别针对在抛光期间用来监测基板表面的光学端点硬件，聚合物片材的表面具有压印区域和非压印区域。
当介绍本公开内容的要素或本公开内容的示例性方面和实现方式时，冠词“一个/一种(a/an)”和“所述(the/said)”旨在表示存在这些要素中的一个或多个。
术语“包含”、“包括”和“具有”将旨在是包括性的，并且表示除了所列出的要素之外还有附加要素。
虽然前述内容针对的是本发明的实现方式，但是也可在不背离本发明的基本范围的情况下设计本发明的另外实现方式，并且本发明的范围是由随附的权利要求书确定。

Claims (27)

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。
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约0.48mm。
3.如权利要求1所述的抛光用具，其中所述聚合物片材包括选自由以下项组成的群组的材料：聚丙烯和聚四氟乙烯(PTFE)。
4.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)。
5.如权利要求4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。
6.如权利要求5所述的抛光用具，其进一步包括与所述相对的底表面接触的可剥离结合层。
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，并且所述沟槽在所述抛光表面中限定重复沟槽图案。
8.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。
9.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：
45％至65％的界面面积比率；
每一毫米30至35的平均峰值密度；
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.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。
11.一种抛光用具，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，并且所述厚度小于约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)。
12.如权利要求11所述的抛光用具，其中所述衬垫主体包括选自由以下项组成的群组的材料：聚丙烯和聚四氟乙烯(PTFE)。
13.如权利要求11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。
14.如权利要求13所述的抛光用具，其进一步包括与所述相对的底表面接触的可剥离结合层。
15.如权利要求11所述的抛光用具，其中所述聚合物片材进一步包括多个沟槽，所述多个沟槽从所述抛光表面延伸到所述衬垫主体内的某个深度，并且所述沟槽在所述抛光表面中限定重复沟槽图案。
16.如权利要求11所述的抛光用具，其中所述聚合物片材进一步包括多个沟槽，所述多个沟槽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。
17.如权利要求11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；
每一毫米30至35的平均峰值密度；
30μm至50μm的最大尖峰高度(Sp)；以及
30μm至80μm的最大凹坑高度(Sv)。
18.如权利要求11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。
19.一种支撑元件，所述支撑元件经构造以在抛光工艺期间支撑设置在台板上方的抛光用具，所述支撑元件包括：
台板界面主体，所述台板界面主体包括聚合物材料，所述台板界面主体具有限定在第一表面与相对的第二表面之间的厚度，其中所述台板界面主体的所述相对的第二表面定位在所述台板的表面上方并且面向所述台板的所述表面；以及
可剥离结合层，所述可剥离结合层设置在所述第一表面上，其中所述可剥离结合层具有界面表面，所述界面表面在所述可剥离结合层与所述第一表面相对的一侧上并且经构造以在抛光处理期间支撑所述抛光用具。
20.如权利要求19所述的支撑元件，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所述抛光用具的具有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上测量的。
21.如权利要求19所述的支撑元件，其中所述界面表面具有小于约25盎司/横向英寸的粘合剂结合强度。
22.如权利要求19所述的支撑元件，其中所述可剥离结合层包括选自由以下项组成的群组的材料：苯乙烯丁二烯(SBR)、聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯(PVA)和硅酮。
23.如权利要求19所述的支撑元件，其中所述第一表面包括具有从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。
24.如权利要求19所述的支撑元件，其中所述台板界面主体包括第一台板界面主体和第二台板界面主体，所述第一台板界面主体包括聚合物片材，所述第二台板界面主体包括纤维毡垫。
25.如权利要求24所述的支撑元件，其中所述第一台板界面主体的所述聚合物片材具有约0.001英寸(0.025mm)至约0.030英寸(0.762mm)的厚度和约50Shore D至约65Shore D的硬度。
26.如权利要求24所述的支撑元件，其中所述纤维毡垫具有在约2盎司/平方码(OSY)至约8盎司/平方码之间的基重和从约0.005英寸(0.13mm)至约0.050英寸(1.3mm)的厚度。
27.如权利要求19所述的支撑元件，其中所述相对的第二表面耦接到耦接到所述台板的所述表面的垫板。
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