[发明专利]用于适应性抛光的方法和设备

说明书

优先权

本申请要求2009年11月30日提交的题为“Method and Apparatus For Conformable Polishing”的美国专利申请第12/627632的优先权。

背景技术

本发明涉及用于使用化学机械抛光（“CMP”）对平坦刚性工件进行适应性抛光、例如对半导体晶片或瓦片、绝缘基底上的半导体或玻璃基底上的半导体进行适应性CMP抛光的方法和设备。

已使用CMP处理和设备来对诸如用作固态电子装置的基底的半导体晶片之类的基底进行抛光。已使用高电气性能的绝缘体上半导体（SOI）技术、即经工程设计的多层半导体基底来用于CPU的高性能薄膜晶体管，并且可用于太阳能电池和平板显示器，例如主动矩阵液晶（AMLCD）和有机发光二极管（AMOLED）显示器。SOI结构或基底包括绝缘半导体材料上的基本上单晶半导体薄层。例如，SOI基底可包括绝缘非晶或多晶硅材料上的单晶硅薄层。较不昂贵的玻璃或玻璃陶瓷材料可用于形成绝缘或操作基底，来替代更昂贵的半导体材料，由此在适用于显示器、传感器、光伏应用、太阳能电池以及其它应用的玻璃“SOG”基底上产生单晶硅（或其它单晶半导体材料）。

SOG基底可被认为是SOI基底的子集。除非本文中另有陈述或描述，则本发明所包含的对SOI产品和处理的所有描述均意指包括SOG产品和处理以及其它类型的SOI产品和处理。

获得SOI基底所需的薄半导体层的一种方式是使硅（Si）在晶格匹配基底上外延生长。一替代处理包括将单晶硅晶片粘结于其上生长有SiO2氧化层的另一硅晶片，接下来通过抛光或蚀刻，将顶部晶片减小至例如0.05微米至0.3微米的单晶硅层。又一方法包括对于诸如氢、氦或氧化离子的离子注入，从而（a）在氧化离子注入的情形下，在顶上覆有Si的硅晶片中形成隐埋氧化层，或者（b）在氢或氦离子注入的情形下，在硅施主晶片中形成弱化层，以从施主晶片中分离（剥离）出薄Si层来进行成膜。这些处理已用于从施主晶片中分离出硅或其它半导体材料的薄层或薄膜，并将该薄膜转移至操作或绝缘基底来产生SOI基底。这些处理在本文简称为“离子注入薄膜转移处理”或简称为“薄膜转移处理”。

已使用若干方法来在离子注入薄膜转移处理中从施主晶片中分离出薄层或薄膜，并将硅层粘结至绝缘基底。美国专利5,374,564和6,013,563披露了一种热粘结和分离薄膜转移处理来产生SOI基底，其中致使注入离子的单晶硅施主晶片与绝缘半导体基底或操作基底的表面接触。然后，施加热量、例如热能，来将施主晶片热粘结于操作晶片，并从施主晶片中分离出薄硅层，由此留下热粘结于操作晶片的单晶硅（或其它单晶硅半导体材料）薄膜。美国专利7,176,528披露了一种阳极粘结和分离离子注入的薄膜转移处理来产生SOG基底，其中致使注入离子的单晶硅施主晶片与绝缘玻璃或玻璃陶瓷基底的表面接触。对晶片和玻璃基底施加热量和电压（还可施加压力），来将晶片阳极地粘结于玻璃基底，并从晶片中分离出薄硅层，由此留下阳极地粘结于玻璃基底的单晶硅（或其它单晶硅半导体材料）的薄膜。

在SOG处理中，在从施主半导体晶片中移除硅（或其它半导体施主材料）的第一薄层或薄膜之后，这可仅仅移除200纳米至800纳米的材料层，而留下大约99％或以上的施主半导体晶片。由于单晶硅和其它半导体材料的相对较高成本，因而希望尽可能多次重复使用施主晶片的剩余部分。可通过如下方式来产生大面积的SOI结构：对单个绝缘基底（例如玻璃或玻璃陶瓷材料的显示等级板）上多个侧向设置的单个矩形施主晶片（或“瓦片”）进行阵列，从瓦片中分离出多个薄的矩形半导体层，并且将这些薄层粘结至绝缘基底（本文称为“盖瓦”的处理）。使用多个施主晶片或瓦片通过重复使用这些施主晶片可实现大大地节省成本。