CN101023511A - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在CMP装置的抛光头(54)中，利用由金属材料制成的隔膜固定环(120)将由弹性膜制成的隔膜(113)固定到承载板(102)，并利用螺钉(170)将由树脂材料制成的扣环(60)从下部固定到该隔膜固定环(120)。在该扣环(60)的下表面(60b)上形成槽，并且在该槽中形成用于利用螺钉固定扣环(60)的螺钉孔。通过对由隔膜(113)和薄膜(115)所密封的空间施压，经由该薄膜(115)将半导体晶片(1)按压到抛光垫(58)，并且对半导体晶片(1)进行化学和机械的处理。

Description

半导体器件的制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年9月30日提交的PCT申请PCT/JP2004/014356的优先权，据此将其内容通过参考引入本申请。
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造技术，并且特别涉及一种可有效地应用于具有对半导体晶片进行化学机械抛光(CMP：ChemicalMechanical Polishing)步骤的半导体器件制造技术中的技术。
背景技术
半导体器件的制造工艺包括各种CMP工艺。例如，在通过STI(浅沟隔离)方法在半导体晶片中形成埋置绝缘膜作为元件隔离区域的时候的CMP工艺，在对半导体晶片上形成的夹层绝缘膜进行平坦化的时候的CMP工艺，在夹层绝缘膜中形成的通孔中埋置导电材料并且在其中形成塞的时候的CMP工艺，或在通过大马士革方法形成埋置布线的时候的CMP工艺。
在日本未审专利公开No.Hei 9-19863(专利参考文献1)或对应的美国专利No.5795215官方报告中，描述了这样的技术：在抛光头结构中将由塑性材料制成的晶片外缘保持环螺钉止动到由铝制成的晶片外缘保持环垫环。
在日本未审专利公开No.2003-124169(专利参考文献2)中，描述了这样的技术：在保持器或扣环的每个中形成的多个通孔的一个通孔中贯穿具有阴螺旋部分的插入的同时，在另一侧的通孔中贯穿具有阳螺旋部分的螺栓部件，并且在晶片研磨设备中通过旋动该插入和螺栓部件，使保持器和扣环附着，这样在扣环内部伸展一个保护片，经由该保护片将晶片推靠和附着在抛光垫上，并且在将扣环附着到晶片保持头的保持器的同时，对晶片进行抛光。
在日本未审专利公开No.2003-179014(专利参考文献3)中，描述了这样的技术：在利用扣环和保持器夹紧保护片的外围部分的同时，在这个夹层部分的内周侧中形成保护片的张力调节装置，并且在晶片研磨设备中通过张力调节装置使伸展保护片的张力构成可变化的，这样在扣环内部伸展一个保护片，经由该保护片将晶片推靠在抛光垫上，并且在将扣环附着到晶片保持头的保持器的时候，对晶片进行抛光。
在日本未审专利公开No.Hei1 1-291162(专利参考文献4)或对应美国专利No.6277008官方报告中，描述了这样的技术：形成为使得扣环可以包括树脂部分和金属部分，树脂部分包括例如聚对苯二甲酸乙二醇酯的刚性塑料，金属部分例如为不锈钢，并且树脂部分可以覆盖整个保持部件表面。
在日本未审专利公开No.2003-179015(专利参考文献5)或其对应美国专利No.6251215官方报告中，描述了这样的技术：将结构设置为使得用于化学机械研磨设备的承载头具有扣环，该扣环具有柔性下部和刚性上部，而且这个扣环在抛光期间与抛光垫接触，以及该承载头具有其底部前表面目前由第一材料制成的下部的部分和目前由比第一材料刚性的第二材料制成的上部。
在日本未审专利公开No.2001-71255(专利参考文献6)或对应欧洲专利公开No.1080841官方报告中，描述了这样的技术：在抛光头中，将扣环固定到承载件，在承载件的下表面中安置弹性薄膜，并且使弹性薄膜的边缘部分夹紧和固定在扣环与承载件之间，而且在承载件中形成流体供给通路，以在弹性薄膜与承载件之间供给可变压力流体。
在日本未审专利公开No.2004-6653(专利参考文献7)或其对应美国专利No.6773338官方报告中，描述了这样的技术：其中在抛光头的下部板边缘部分用具有螺栓的下部板所夹紧的夹紧环，进行扣环的压力接合固定，以防止固定到多孔膜的晶片脱离到外面。
在日本未审专利公开No.Hei11-333711(专利参考文献8)中，描述了这样的技术：关于抛光头，该抛光头设置有内部具有台阶结构的外罩、固定在外罩周围的扣环、利用扣环保持的弹性体膜、以及将空气引入到形成有外罩、扣环和弹性体膜的密封空间中或者从密封空间吸取空气的机构。
在日本未审专利公开No.2003-39306(专利参考文献9)中，描述了这样的技术：使晶片研磨设备的晶片承载件包括承载体、在环箍方向上支持待抛光晶片的扣环和对晶片传递推力的薄膜部件，并且将该晶片承载件形成为使得在承载体中可以形成第一压力装置，使用气体压力推动和加压薄膜部件，以及可以形成与第一压力装置分开的第二压力装置，使用气体压力推动和加压下面的扣环。
[专利参考文献1]日本未审专利公开No.Hei 9-19863
[专利参考文献2]日本未审专利公开No.2003-124169
[专利参考文献3]日本未审专利公开No.2003-179014
[专利参考文献4]日本未审专利公开No.Hei 11-291162
[专利参考文献5]日本未审专利公开No.2003-179015
[专利参考文献6]日本未审专利公开No.2001-71255
[专利参考文献7]日本未审专利公开No.2004-6653
[专利参考文献8]日本未审专利公开No.Hei 11-333711
[专利参考文献9]日本未审专利公开No.2003-39306
发明内容
在CMP工艺中，推动和附着晶片保持部分中所保持的半导体晶片，向CMP装置的旋转压盘(转台)上粘贴的抛光垫供给抛光液体，并且对半导体晶片进行抛光。
在CMP装置的半导体晶片表面之内的抛光量的均匀性极大地取决于附着到晶片保持部分的扣环的表面形态。因为扣环的前表面也随半导体晶片抛光，所以扣环的表面状态影响半导体晶片(特别是晶片边缘部分)的抛光状态。半导体晶片的晶片边缘部分的研磨状态会随扣环的磨损状态而改变，当扣环处于磨损时，半导体晶片的平面之内的抛光量均匀性会停止稳定化，并且会改变制造的半导体器件的质量。为此，需要对扣环的前表面进行平坦度控制和对扣环进行定期调换。因为扣环是昂贵的消费品，所以致力于减小扣环的成本和改进置换寿命，并且希望减小半导体器件的制造成本。当扣环的调换需要复杂工作时，使CMP装置的操作率减小，并且会增加半导体器件的制造成本。为此，希望一种可利用简单技术进行调换的扣环。
当调换扣环并且改变扣环在晶片保持部分上的固定条件时，在调换新扣环之后，在开始产品晶片(用于制造半导体器件的半导体晶片)的CMP处理之前，有必要通过设置扣环等的条件来调节或确认半导体晶片的边缘部分的研磨速度。这样将减小CMP装置的操作率，并且将增加半导体器件的制造成本。
本申请公开的一个发明的一个目的是提供在其中能够减小半导体器件的制造成本的技术。
下面将简短概括本申请公开的发明之中的典型发明。
关于本申请公开的一个发明，利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中，该扣环从下部螺钉止动到晶片保持部分，并且该扣环包括树脂材料，而且在通过静态气体压力(或可压缩流体压力)或半静态气体压力经由薄膜(或柔性薄膜)对晶片的背表面的几乎整个表面施压(在许多情况下对于外围一般施加机械压力)的情况下，对半导体晶片进行化学机械抛光。
本申请公开的一个发明在利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下对半导体晶片进行化学机械抛光，该扣环从下部螺钉止动到晶片保持部分，并且该扣环包括树脂材料。
关于本申请公开的一个发明，在利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下，对半导体晶片进行化学机械抛光，该扣环从下部螺钉止动到晶片保持部分，并且该扣环包括树脂材料，而且在扣环的下表面中形成的槽中，形成用于对扣环进行螺钉止动的螺钉孔。
关于本申请公开的一个发明，在利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下，对半导体晶片进行化学机械抛光，该扣环从下部螺钉止动到晶片保持部分，并且该扣环包括树脂材料，通过隔膜压紧部件将隔膜固定到晶片保持部分，并且从下部将扣环螺钉止动到这个隔膜压紧部件。
关于本申请公开的一个发明，在利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下，对半导体晶片进行化学机械抛光，该扣环从下部螺钉止动到晶片保持部分，并且该扣环包括树脂材料，通过环形金属部件将弹性薄膜固定到晶片保持部分，并且从下部将扣环螺钉止动到这个金属部件。
以下将简短描述本申请公开的发明的最典型方面中的一些方面所达到的优点。
能够减小半导体器件的制造成本。
附图说明
图1是半导体晶片的主要部分横截面图，表示本发明的实施例1的半导体器件的制造工艺；
图2是图1之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图3是图2之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图4是图3之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图5是图4之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图6是图5之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图7是图6之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图8是图7之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图9是图8之后的半导体器件的制造工艺中的主要部分横截面图；
图10是表示CMP工艺的处理顺序的说明图；
图11和图12是表示CMP装置的粗略结构的说明图；
图13是表示由形成CMP装置的多个压盘中的一个压盘进行半导体晶片的CMP处理的状态的说明图；
图14是抛光头的主要部分横截面图；
图15是抛光头的扣环邻近区域的主要部分横截面图；
图16是隔膜止动环的平面图；
图17是表示扣环附着到隔膜止动环的状态的平面图；
图18至图20是表示扣环附着到隔膜止动环的状态的主要部分横截面图；
图21是表示第一比较示例的抛光头的主要部分横截面图；
图22是表示第二比较示例的抛光头的主要部分横截面图；
图23是表示扣环的磨损方式的说明图；
图24是概念上表示抛光液体侵入隔膜止动环与扣环之间的状态的横截面图；
图25是表示在执行CMP处理之后，当移除扣环时的隔膜止动环的下表面的平面图；
图26是本发明的其它实施例的扣环的平面图；和
图27是本发明的其它实施例的扣环的横截面图。
具体实施方式
接下来在详细描述根据本申请的发明之前，将描述这里使用的术语的意义。
1.当说到物质名称例如硅时，除特别描述的情况外，将不仅包括只表示所显示物质的物件，而且将包括使用所示物质(元素，原子团，分子，高分子，共聚物，化合物等)作为主要成分和合成成分的物件。
也就是，即使称为硅区域等，除特别指定不是这样的时候外，也将包括纯硅区域、使用掺有杂质的硅作为主要成分的区域、如同GeSi那样使用硅作为主要组成元素的混合晶体区域等。除特别指定不是这样的时候外，当提到MIS时的“M”将不限于纯金属，并且将包括表示与多晶硅(包括非晶态)电极、硅化物层和其它的金属类似的符号。除特别指定不是这样的时候外，当提到MIS时的“I”将不限于例如氧化硅膜的氧化膜，而且将包括一般电介质、高电介质、铁电物质膜等，例如氮化膜、氮氧化膜、铝膜等。
2.术语“晶片”意指用于半导体集成电路制造的绝缘、半绝缘或半导体衬底和那些复杂衬底，例如硅和其它半导体单晶衬底(一般基本上为盘型，分成单元集成电路区域的半导体晶片和其它半导体芯片或片状器件(pellet)及其基体区域)、外延衬底、蓝宝石衬底、玻璃衬底等。
3.术语“化学机械抛光(CMP)”意指一般通过在使抛光表面与包括相对软的布片材料等的抛光垫接触的情况下，供给浆料，在平面方向上进行相对位移而进行的抛光。另外，在本实施例中，将包括CML(化学机械研磨)、使用固定磨料的其它情况、不使用磨料微粒的无磨料微粒CMP等，这里CML通过使抛光表面与硬研磨轮表面进行相对位移而进行抛光。
4.虽然术语“抛光液体(浆料)”一般意指将抛光磨料与化学蚀刻剂混合的土壤悬液，但是也将包括不混合抛光磨料的土壤悬液。
5.一般地，术语“埋置布线”或“埋置金属布线”如同单大马士革或双大马士革那样，意指通过在布线开口(例如在绝缘膜中形成的槽和孔)的内部埋置导电膜之后移除在绝缘膜上的不必要的导电膜的布线形成技术而构图的布线。一般地，术语“单大马士革”意指按塞(plug)金属和布线金属的两个步骤划分和埋置的埋置布线工艺。术语“双大马士革”类似地意指一般一次埋置塞金属和布线金属的埋置布线工艺。一般地，在许多情况下以多层结构使用铜埋置布线。
6.本申请中的术语“半导体器件”不仅意指特别在单晶硅衬底上制作的半导体器件，而且除特别指定不是这样外，还将包括在其它衬底例如外延衬底、SOI(绝缘体上硅)衬底和用于TFT(薄膜晶体管)液晶制造的衬底上制作的物件。
7.术语“半导体集成电路芯片”或“半导体芯片”(此后仅称芯片)意指将完成晶片步骤(晶片工艺或前端工艺)的晶片所分成的单元电路组。
8.具有比钝化膜中所包括的氧化硅膜(例如，TEOS(四乙氧基硅烷)氧化膜)的介电常数低的介电常数的绝缘膜可以示例为低介电常数绝缘膜(低K绝缘膜)。一般地，在TEOS氧化膜的相对介电常数ε＝4.1～4.2之下，则称为低介电常数绝缘膜。
在下述实施例中，为了方便起见，必要时将在分成多个部分或多个实施例之后进行描述。这些多个部分或实施例并不是相互独立的，而是有关的，其中一个是另一个的部分或全部的变更例子、细节或补充描述，除非另外特别地指出。
在下述实施例中，当提及元件的数目(包括数目、数值、数量和范围)时，该数目不限于特定数目，而是可以等于或大于或小于特定数目，除非另外特别地指出，或除非原理上明显地该数目限于特定数目。
在下述实施例中，不用说，组成元件(包括要素步骤)不总是必不可少的，除非另外特别地指出或原理上明显地它们是必不可少的。
在下述实施例中，当提及组成元件的形状或位置关系时，也包括与其基本上相近或类似的形状或位置关系，除非另外特别地指出或原理上明显地不是这样。这种情况也适用于上述数值和范围。
在用于描述实施例的全部图中，相同功能的部件将用同样标号来标识，并且将省略重复描述。
在下述实施例中所使用的图中，有时为了容易理解，即使平面图也部分地加上阴影线。即使它是横截面图，有时也会省略阴影线。
以下，基于附图详细说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1至图9是作为本发明的实施例1的半导体器件，例如MISFET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)的制造工艺中的主要部分截面图。
首先，制备半导体晶片(晶片，半导体衬底)1，它包括p型单晶硅，其例如具有约1Ωcm至10Ωcm的电阻率。而且在半导体晶片1的半导体元件形成侧，使用STI(浅沟隔离或SGI：浅槽隔离)方法等，在主表面中形成包括绝缘体的元件隔离区域2。元件隔离区域2例如能如同下面那样制成并且能形成。
也就是，如图1所示，在半导体晶片1的主表面中形成例如包括氮化硅等的绝缘膜3，并且在此之后使用光刻方法、干法蚀刻方法等对绝缘膜3进行构图。而且将构图的绝缘膜3用作蚀刻掩膜，对半导体衬底1蚀刻到预定深度，并且在半导体晶片1的主表面中形成元件隔离槽2a。根据需要，在通过热氧化方法等将元件隔离槽2a的底部、侧壁等氧化之后，在半导体晶片1上形成包括氧化硅等的绝缘膜4，使得可以填满元件隔离槽2a。
其次，如图2所示，执行CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)工艺，对绝缘膜4进行抛光，在元件隔离槽2a中留下绝缘膜4，并且除去其它绝缘膜4的不必要部分。由此，能形成元件隔离区域2，它包括将元件隔离槽2a填满的绝缘膜4。然后，除去留下的绝缘膜3。元件隔离区域2起到使半导体晶片1中形成的各元件(半导体元件，例如MISFET)之间隔开的功能。这样使得失去所形成元件之间的电干扰，并且变得可以独立地控制各元件。
其次，如图3所示，在形成半导体晶片1的n沟道型MISFET的区域中，形成p型阱6。例如通过进行p型杂质例如硼(B)等的离子注入，可以形成p型阱6。
其次，在p型阱6的前表面中形成用于栅绝缘膜形成的绝缘膜7a。绝缘膜7a例如包括薄氧化硅膜等，并且例如可以通过热氧化方法等形成。
其次，在p型阱6的绝缘膜7a上形成栅电极8。例如，在半导体晶片1的主表面上形成多晶硅膜，对多晶硅膜进行磷(P)等的离子注入，并且将其设置为低电阻的n型半导体膜。通过干法蚀刻对多晶硅膜进行构图，可以形成包括构图的多晶硅膜的栅电极8。在栅电极8下方的绝缘膜7a变成MISFET的栅绝缘膜7。
其次，通过对p型阱6的栅电极8的两侧的区域进行n型杂质例如磷(P)或砷(As)的离子注入，形成n-型半导体区域(对)9。
其次，在栅电极8的侧壁上形成例如包括氧化硅等的侧壁隔离层或侧壁10。例如通过在半导体晶片1上沉积氧化硅膜，并且对这个氧化硅膜进行各向异性蚀刻，可以形成侧壁10。
在形成侧壁10之后，例如通过对p型阱6的栅电极8和侧壁10的两侧的区域进行n型杂质例如磷(P)或砷(As)的离子注入，形成n+型半导体区域(对)11(源极，漏极)。在离子注入之后还可以执行用于激活引入杂质的退火处理(热处理)。n+型半导体区域11具有比n-型半导体区域9高的杂质浓度。由此，由n+型半导体区域11和n-型半导体区域9形成n型的半导体区域(杂质扩散层)，该n型的半导体区域的作用是n沟道型MISFET的源极或漏极。
其次，通过使栅电极8和n+型半导体区域11的前表面露出，并且例如通过沉积和热处理钴(Co)膜，如图4所示，分别在栅电极8和n+型半导体区域11的前表面中形成金属硅化物膜(例如，硅化钴(CoSi2)膜)12。由此，可以减小例如n+型半导体区域11的扩散电阻和接触电阻。然后，除去未反应的钴膜。
因此，在p型阱6中形成n沟道型MISFET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)13。可以使n型和p型的传导类型相反，并且还可以形成p沟道型MISFET。
其次，在半导体晶片1上，例如使用CVD方法等，逐一沉积包括氮化硅膜等的相对薄绝缘膜(蚀刻停止膜)21和包括氧化硅膜等的相对厚绝缘膜(夹层绝缘膜)22，使得可以覆盖栅电极8。在后述的接触孔23形成的时候，下层侧的绝缘膜21能起蚀刻停止膜的作用。当不必要时也可省略下层侧的绝缘膜21。
其次，如图5所示，执行CMP处理，对绝缘膜22进行抛光，并且进行绝缘膜22的前表面的平坦化。
其次，如图6所示，通过将使用光刻方法在绝缘膜22上形成的光致抗蚀剂图形(未示出)用作蚀刻掩膜，逐一对绝缘膜22和绝缘膜21进行干法蚀刻，在n+型半导体区域(源极，漏极)11等的上部中形成接触孔(开口)23。在接触孔23的底部，使得露出半导体晶片1的主表面的一部分，例如n+型半导体区域11(的前表面上的硅化物膜12)的一部分和栅电极8(的前表面上的硅化物膜12)的一部分。
其次，在包括接触孔23内部的绝缘膜22上形成阻挡膜(例如，氮化钛膜)24a。而且用CVD方法等在阻挡膜24a上形成钨膜24b，使得可以填满接触孔23的内部。
其次，如图7所示，执行CMP处理，并且对钨膜24b和阻挡膜24a进行抛光，直到露出绝缘膜22的上表面为止。通过该CMP处理除去绝缘膜22上的不必要的钨膜24b和不必要的阻挡膜24a，并且留下接触孔23中的钨膜24b和阻挡膜24a，可以形成埋置在接触孔23中的塞24。
其次，如图8所示，在其中埋置了塞24的绝缘膜22上依次形成绝缘膜(蚀刻停止膜)25、绝缘膜(夹层绝缘膜)26和绝缘膜27。绝缘膜25例如包括氮化硅膜或碳化硅膜，并且在蚀刻绝缘膜(夹层绝缘膜)26的时候能起蚀刻停止膜的作用。作为夹层绝缘膜的绝缘膜26可以用低介电常数材料(所谓低K绝缘膜，低K材料)等形成。绝缘膜27例如可以用氧化硅膜等形成，例如，在CMP处理的时候可以具有各种功能，例如确保绝缘膜26的机械强度、表面保护、确保抗潮湿能力等。
其次，使用光刻方法和干法蚀刻方法，选择性地除去绝缘膜25、26和27，并且形成开口(布线开口，布线沟槽)28。此时，在开口28的底部露出塞24的上表面。
其次，在半导体晶片1的主表面上的整个表面上(也就是，在包括底部和侧壁上部的开口28的绝缘膜27上)形成相对薄的导电阻挡膜(例如，氮化钛膜)29之后，可以在导电阻挡膜29上形成包括铜的相对厚的主导电膜30，使得可以填满开口28的内部。
其次，如图9所示，执行CMP处理，并且对主导电膜30和导电阻挡膜29进行抛光，直到露出绝缘膜27的上表面为止。通过这种CMP处理，除去绝缘膜27上的不必要的导电阻挡膜29和不必要的主导电膜30，并且留下开口28中的导电阻挡膜29和主导电膜30，在开口28中形成布线(第一层布线，埋置铜布线)31。所形成的布线30经由塞24与n沟道型MISFET 13的源极或漏极、栅电极8等的n+型半导体区域11电连接。
然后，虽然在包括布线31的上表面上部的绝缘膜27上还形成夹层绝缘膜、上布线层等，但是这里省略图解和其说明。
因此，半导体器件的制造工艺包括各种CMP工艺。例如，有在形成元件隔离区域2的时候的CMP工艺、在对半导体晶片上形成的夹层绝缘膜(例如，绝缘膜22)进行平坦化的时候的CMP工艺、在夹层绝缘膜中形成的通孔(例如，接触孔23)中埋置导电材料并且在其中形成塞(例如，塞24)的时候的CMP工艺、或在通过大马士革方法形成埋置布线(例如，布线31)的时候的CMP工艺。
其次，说明本实施例所执行的CMP(化学机械抛光)步骤。
图10是表示CMP工艺的处理顺序(流程)的说明图。图11和图12是表示用于本实施例所执行的CMP工艺的CMP装置51的粗略结构的说明图(平面图)。图13是表示由形成CMP装置51的多个压盘53中的一个压盘53进行半导体晶片1的CMP处理的状态的说明图(侧视图)。关于图12，示出了在图11的CMP装置51中透视多头保持部分55的状态。
如图11和图12所示，用于本实施例所执行的CMP工艺的CMP装置51是一种多压盘/多头系统的CMP装置。通过使用多压盘/多头系统的CMP装置51对半导体晶片进行片化工艺(sheet process)，可以改进CMP处理的生产量。
图11、图12和图13所示的CMP装置51具有用于装载和卸载半导体晶片的负载杯(load cup)52、多个可枢轴旋转压盘(转台)53(例如三个压盘(转台)53a、53b和53c)和多个能保持半导体晶片的抛光头54(晶片保持部分，晶片保持头，晶片承载件)(例如四个抛光头54)。这四个抛光头54由多头保持部分55支撑，并且在保持半导体晶片的情况下将各抛光头54形成为可枢轴旋转。在各压盘53的上表面上粘贴抛光垫(抛光布)58。形成四个抛光头54中的压盘53a、53b和53c上的三个抛光头54，使得可以保持半导体晶片，并且可以将该半导体晶片推靠和附着在压盘53a、53b和53c的上表面的抛光垫58上。形成四个抛光头54中的负载杯52上的一个抛光头54，使得可以从负载杯52接收半导体晶片，并且可以将半导体晶片送出到负载杯52。关于在各压盘53a、53b和53c的上表面上粘贴的抛光垫，可以使用例如用泡沫聚氨酯作为主要成分的抛光垫。
CMP装置51还具有调节器(修整，修整部件)56，用于对各压盘53a、53b和53c的上表面的抛光垫58进行修整处理(抛光垫58的修整处理，对通过使用钻石轮(磨料微粒)的打磨等平滑化的抛光垫58的前表面进行校正或恢复的处理)，以及喷嘴57，用于向各压盘53a、53b和53c的上表面的抛光垫58供给液体59，例如抛光液体(浆料，药物溶液)或水(纯水)。分别形成通过电动机等可枢轴旋转的压盘53a、53b和53c，抛光头54和调节器56。抛光头54可以对半导体晶片进行夹持(chuck)，并且可以保持它。
在喷嘴57之中，喷嘴57a向压盘53a的上表面的抛光垫58供给抛光液体(浆料，药物溶液)，喷嘴57b向压盘53b的上表面的抛光垫58供给抛光液体(浆料，药物溶液)，而喷嘴57c向压盘53c的上表面的抛光垫58供给水(纯水)。因此，压盘53a和压盘53b是压盘53a、53b和53c之中主要使用抛光浆料进行抛光的抛光压盘。压盘53c是不用抛光浆料而主要用水(纯水)进行冲洗的抛光压盘。在调节器56的前表面(在修整处理中与抛光垫58接触的平面)中，例如埋置钻石轮(磨料微粒)等。
其次，说明使用CMP装置51的CMP处理的操作的概要。
如图10所示，使用膜形成设备(例如CVD设备等)，在半导体晶片1的主表面上形成应该执行CMP处理的材料膜(例如，上述绝缘膜4，绝缘膜22和阻挡膜24a及钨膜24b，或导电阻挡膜29和主导体膜30等)(步骤S1)。然后，通过未作图解的传送设备将它送到CMP装置51的负载杯52，并且保持在负载杯52上的抛光头54处(步骤S2)。关于在抛光头54处保持(支撑)的半导体晶片1，通过多头保持部分55的旋转，在三个压盘53a、53b和53c上逐一移动的同时，进行抛光(CMP处理)。
也就是，当多头保持部分55旋转时，各压盘53a、53b和53c及负载杯52上的抛光头54移动到随后压盘53或随后负载杯52上。在这种情况下，当多头保持部分55旋转时，用负载杯52保持半导体晶片1的抛光头54移动到压盘53a上。而且如图13所示，保持(支撑)在抛光头54处并且旋转的半导体晶片1的前表面(在其中形成应该执行CMP处理的材料膜的那侧的主表面)与旋转压盘53a的上表面的抛光垫58接触。以预定压力将半导体晶片1推靠在抛光垫上。在这种情况下，从喷嘴57a向压盘53a的上表面的抛光垫58供给抛光液体作为液体59。在抛光垫58上供给抛光液体，通过这些旋转使半导体晶片1的前表面和压盘53a的上表面的抛光垫进行摩擦。对半导体晶片1的前表面进行化学机械抛光(CMP)(步骤S3)。由此，对在半导体晶片1的前表面中形成并且应该执行CMP处理的膜材料进行CMP(化学机械抛光)处理。以预定压力将调节器56强制在压盘53a的上表面的抛光垫58上，并且通过对抛光垫58的前表面进行修整处理，可以维持抛光垫58的抛光条件。从下部将包括树脂材料的扣环60螺钉止动到抛光头54，后面会提及。这个扣环60防止半导体晶片1在抛光中从抛光头54移位。也就是，在利用扣环60将半导体晶片1(的外缘)保持(支撑)在抛光头54处的情况下，可以进行半导体晶片1的化学机械抛光。虽然扣环60具有围绕半导体晶片1的环状(环形)的形状，但图13示出了扣环60的截面。
在通过压盘53a执行预定厚度的抛光之后，当多头保持部分55旋转时，在各压盘53a、53b和53c及负载杯52上的抛光头54移动到随后压盘53或随后负载杯52上。在这种情况下，当多头保持部分55旋转时，压盘53a上的抛光头54移动到压盘53b上。而且如图13所示，保持(支撑)在抛光头54处并且旋转的半导体晶片1的前表面与旋转压盘53b的上表面的抛光垫58接触，并且在抛光垫58处以预定压力将半导体晶片1推靠在它上。在这种情况下，从喷嘴57b向压盘53b的上表面的抛光垫58供给抛光液体作为液体59。在抛光垫58上供给抛光液体，通过这些旋转使半导体晶片1的前表面和压盘53b的上表面的抛光垫58进行摩擦。对半导体晶片1的前表面进行化学机械抛光(CMP)(步骤S4)。由此，进一步进行在半导体晶片1的前表面中形成并且应该执行CMP处理的材料膜的CMP(化学机械抛光)处理。以预定压力将调节器56强制在压盘53b的上表面的抛光垫58上，并且可以通过对抛光垫58的前表面进行修整处理来维持抛光垫的抛光条件。扣环60防止在抛光中半导体晶片1从抛光头54移位。
在通过压盘53b执行预定厚度的抛光之后，当多头保持部分55旋转时，各压盘53a、53b和53c及负载杯52上的抛光头54移动到随后压盘53或随后负载杯52上。在这种情况下，当多头保持部分55旋转时，压盘53b上的抛光头54移动到压盘53c上。而且如图13所示，保持(支撑)在抛光头54处并且旋转的半导体晶片1的前表面与旋转压盘53c的上表面的抛光垫58接触，并且以预定压力将半导体晶片1推靠在抛光垫58上。在这种情况下，从喷嘴57c向压盘53c的上表面的抛光垫58供给纯水(冲洗溶液)作为液体59。在抛光垫58上供给纯水，通过这些旋转，使半导体晶片1的前表面和压盘53c的上表面的抛光垫58进行摩擦，并且冲洗(冷水冲洗)半导体晶片1的前表面(步骤S5)。以预定压力将调节器56强制在压盘53c的上表面的抛光垫58上，并且对抛光垫58的前表面进行修整处理。扣环60防止半导体晶片1从抛光头54移位。
在通过压盘53c执行清洗处理(冷水冲洗)之后，当多头保持部分55旋转时，各压盘53a、53b和53c及负载杯52上的抛光头移动到随后压盘53或随后负载杯52上。在这种情况下，压盘53c上的抛光头54移动到负载杯上部52上。并且随负载杯52从抛光头54移除(步骤S6)。移除的半导体晶片1送到清洗设备。在清洗设备中(CMP工艺之后的半导体晶片1的清洗工艺)，首先对半导体晶片1的前表面和背表面进行刷洗(步骤S7)。例如使用APM(过氧化氢氨混合物)液体、DHF(稀释氢氟酸)液体或HPM(氢氟酸过氧化氢混合物)液体，对半导体晶片1进行湿法清洗处理(步骤S8)。在纯水冲洗半导体晶片1之后(步骤S9)，喷射(吹)氮气等，通过旋转半导体晶片1使其干燥(旋转干燥)(步骤S10)。连贯地执行CMP工艺和CMP之后的随后清洗工艺。
其次，更详细地说明用于本实施例所执行的CMP工艺的CMP装置51的抛光头(晶片保持部分，晶片保持头，晶片承载件)54。图14是CMP装置51的抛光头54的主要部分横截面图，以及图15是抛光头54的扣环60邻近区域的主要部分横截面图。为了简化图解，图14示出抛光头54的左半部分的横截面图。当示出整个抛光头54的横截面图时，所需的只是在以一长和两短交替虚线表示的转动轴110的右手侧，描述如左手侧那样的对称截面结构。
本实施例的抛光头54具有头本体部分(外罩部件)101、承载板(基础部件，袋本体)102、承载部分(晶片背垫条组件)103和扣环60。
它以大致盘状形式形成，顶部中心与电动机驱动的旋转轴(未示出)连接，并且头本体部分101形成为可绕旋转轴110枢轴转动。
承载板102位于头本体部分101下方，并且具有大致环形形状。承载板102例如可以用具有刚性的材料例如不锈钢形成。
承载部分103具有大致盘状形状，并且在下表面上保持应该执行CMP工艺的半导体晶片1的一侧。承载部分103具有支撑板111(该支撑板111包括具有多个孔111a的盘状部件(穿孔盘本体))、与支撑板111的上表面的外围部分连接的第一环状(环形)止动环(下夹紧环)112、在第一止动环(夹紧)112上经由隔膜(隔膜，屈肌)113连接的第二环状(环形)止动环(上夹紧环)114、和延伸并存在于支撑板111下方的薄膜(膜部件，膜状部件)115。对支撑板111、第一止动环112和第二止动环114进行螺钉止动，并且将它们固定。
隔膜113具有环状(环形)的形状。隔膜113具有柔性，并且具有弹性，例如，能用弹性体膜(弹性薄膜)例如橡胶形成它。隔膜113的内缘夹在并且固定(夹紧)在第一止动环112与第二止动环114之间。隔膜113的外缘夹在并且固定(夹紧)在承载板102与隔膜止动环120(隔膜压紧部件，屈肌止动环，夹紧环，金属部件)之间。为此，隔膜113能起对承载板102的下表面与承载板103之间的空间(后述空间151)密封的作用。隔膜止动环120具有环状(环形)的形状。隔膜止动环120用其机械强度比包括树脂材料的扣环60高的材料，即金属材料形成。例如，当用具有高刚性的材料例如不锈钢形成隔膜止动环120时，更为理想。隔膜止动环120布置在承载板102的下表面的外围部分。从承载板102的上表面侧，用螺钉121，对承载板102和隔膜止动环120进行螺钉止动，并且将它们固定。
薄膜115具有圆形的薄膜形状。薄膜115具有柔性，并且具有弹性，例如，能用弹性体膜(弹性薄膜)例如橡胶形成它。薄膜115延伸并存在于支撑板111下方。薄膜115的外围部分通过支撑板111的侧壁上部，延伸并存在于支撑板111的上表面端部，并且插入和固定(夹紧)在支撑板111与第一止动环112之间。
例如，将承载板102螺钉止动到环部件131，并且使承载板102与环部件131连接。例如，将这个环部件131螺钉止动到圆柱杆132，并且使环部件131与圆柱杆132连接。将这个杆132插入固定到头本体部分101的圆柱衬套133的内孔133a中，并且能沿这个内孔133a平滑地移动。由此，能使得承载板102可以相对头本体部分101作垂直方向(上下方向)的移动。而防止承载板102相对头本体部分101作水平方向的移动。
利用止动环(内夹紧环)142将包括柔性弹性体膜的环状(环形)隔膜141的内缘固定(夹紧)到头本体部分101。利用止动环(外夹紧环)143将隔膜141的外缘固定(夹紧)到承载板102。为此，隔膜141能对头本体部分101的下表面与承载板102的上表面之间的空间(后述空间152)起密封的作用。
在薄膜115、支撑板111、第一止动环112、第二止动环114、隔膜113、承载板102(的下表面)、环部件131(的下表面)和杆132(的内壁)之间密封的空间151的压力形成为可控制的。例如，一个泵(未示出)等经由衬套133的内孔133a和杆132的内孔132a的流体与空间151连接，并且能将空间151的压力控制为希望压力。通过调节空间151的压力，可控制对薄膜115的下部的力(薄膜115将半导体晶片1推靠在抛光垫58上的力或压力)。例如，通过在空间151中引入施压气体并且提高空间151的压力，能使薄膜115膨胀，并且能提高薄膜115将半导体晶片1推靠在抛光垫58上的力(压力)。薄膜115能随空间151的压力减小而收缩，并且能减小薄膜115将半导体晶片1推靠在抛光垫58上的力(压力)。这样通过调节空间151的压力，主要可控制晶片的整个背表面上从薄膜115对半导体晶片1的施压条件。
将头本体部分101(的下表面)、隔膜141、承载板102(的上表面)和杆132(的外壁)之间密封的空间152的压力形成为可控制的。例如，一个泵(未示出)等经由通道(孔)153的流体与空间152连接，并且空间152的压力现在能控制为希望压力。通过调节空间152的压力，能将承载板102下压，并且能控制扣环60推靠在抛光垫58上的压力。例如，通过在空间152中引入施压气体，并且提高空间152的压力，能使其能够起作用，使得承载板102可以下压，并且能提高扣环60推动抛光垫58的压力。通过减小空间152的压力，能使其能够起作用，使得承载板102可以向上移动，并且能减小扣环60推动抛光垫58的压力。这样通过调节空间152的压力，主要变得可以控制半导体晶片1的晶片边缘中的研磨速度。
在承载部分103的第二止动环114的上部，将例如包括柔性弹性体膜(弹性薄膜)等的内管161附着到承载板102的下表面。使得利用内管161进行密封的空间162的压力可控制。例如，与泵(未示出)连接的通道以流体与空间162连接，并且现在能将空间162的压力控制为希望压力。通过调节空间162的压力，能调节内管161的膨胀等级，并且能控制对于内管161所触及的第二止动环114的下部和承载部分103的力。例如，通过提高空间162的压力，使内管161充大，使得对下部的压力作用在内管161所触及的第二止动环114上。能提高承载部分103将半导体晶片1推靠在抛光垫58上的力(压力)。这样通过调节空间162的压力，主要可控制从半导体晶片1的晶片边缘30mm附近对半导体晶片1的施压条件。
因此，在本实施例中，在经由薄膜115(或柔性薄膜)以静态气体压力(或可压缩流体压力)或半静态气体压力对半导体晶片1的背表面的几乎整个表面施压(关于外围在许多情况下一般施加机械压力)的情况下，对半导体晶片1进行化学机械抛光。在这种情况下，如后面所述，利用扣环60将半导体晶片1保持在抛光头54(晶片保持部分)，该扣环60从下部螺钉止动到抛光头54(晶片保持部分)，并且该扣环60包括树脂材料。
如上所述，关于隔膜止动环120，由于隔膜113的外缘部分夹在隔膜止动环120的上表面与承载板102的下表面之间，所以利用螺钉121，从承载板102的上表面侧，对承载板102进行螺钉止动，并且使承载板102固定到隔膜止动环120。在与隔膜止动环120的上表面的隔膜113接触的部分中，形成不平坦部分120a。通过这个不平坦部分120a，现在能牢固地夹紧包括弹性体膜的隔膜113。扣环60附着到隔膜止动环120的下表面120b。扣环60具有环状(环形)形状，并且包括树脂材料。因此扣环60的上表面60a可以面对隔膜止动环120的下表面120b并且可以接触，从扣环60的下表面60b侧，应用螺钉170，将扣环60螺钉止动到隔膜止动环120，并且将其固定(夹紧)到隔膜止动环120。形成2个定位销(与后述的定位销182相对应)，作为隔膜止动环120和扣环60的位置间隙防止措施。隔膜止动环120和扣环60具有同心圆的环形的形状。隔膜止动环120的下表面120b和那里接触的扣环60的上表面60a具有相同形状。因此，扣环60的上表面60a可确定地固定到隔膜止动环120的下表面120b。如上所述，通过将流体(例如气体)送入空间152，并且提高空间152的压力，能下压承载板102，并且能向下推动经由隔膜止动环120固定到承载板102的扣环60，以便它对抛光垫58增加负载。扣环60的内侧表面(在内周侧的侧表面)60c和薄膜115的前表面115a形成容纳半导体晶片1的凹部(空部分，凹部)。扣环60能防止半导体晶片1从这个凹部脱离。也就是，在利用扣环60将半导体晶片1保持(支撑)到抛光头54的情况下，可以对半导体晶片1进行化学机械抛光。
图16是本实施例所使用的隔膜止动环120的平面图(底视图)。图17是表示扣环60附着(进行螺钉止动)到隔膜止动环120的状态的平面图(底视图)，以及图18、图19和图20是主要部分横截面图。图17的A-A线的截面与图18相对应，图17的B-B线的截面与图19相对应，以及图17的C-C线的截面与图20相对应。图16和图17是底视图，以及图18和图19是下表面侧向上翻转的横截面图。
如图17至图20所示，在扣环60的下表面60b(与抛光垫58接触的那侧的平面)中形成多个槽180。将各槽180形成为使得可以连接扣环60的内侧表面(内周侧的侧表面)60c的下端和外侧表面(外围侧的侧表面)60d的下端。通过在扣环60的下表面60b中形成槽180，当对半导体晶片1进行CMP处理时，它能促进将供给到抛光垫58上的抛光液体(浆料)通过扣环60的槽180从扣环60的外部供给到扣环60中的半导体晶片1的抛光表面。通过在扣环60中形成槽180，变得可以在CMP处理中在半导体晶片1的主表面(抛光表面)中均匀地供给抛光液体(浆料)。因此，它能在半导体晶片的平面中均匀地抛光，并且能抑制或防止发生半导体晶片的抛光不均匀性。
抛光头54在随扣环60和半导体晶片1旋转的同时，在抛光垫58处以预定压力接触半导体晶片1，并且执行CMP处理。按与环状扣环60的下表面60b的内周(内侧表面60c)或外周(外侧表面60d)的法线方向倾斜的方向，形成槽180，使得抛光液体等可以趋向经过旋转扣环60的下表面60b的槽180。
如图16和图19还示出，在扣环60的下表面60b的槽180中，形成螺钉孔181。螺钉孔181具有凹部(第一孔)181a，用于容纳螺钉170的头170a；和螺钉孔部分(第二孔，第二凹部)181b，它在凹部181a的底部形成，并且在侧壁上形成螺纹(形成螺纹(阴螺旋))。螺钉孔181的凹部181a的深度D1大于螺钉170的头170a的高度H1(D1＞H1)。这样能防止在螺钉孔181中进行螺钉止动的螺钉170的头170a的上表面170b从扣环60的下表面60b突出。当在螺钉孔181中进行螺钉止动的螺钉170的头170a的上表面170b不同于本实施例那样而从扣环60的下表面60b突出时，螺钉170的头170a会接触抛光垫，并且它会对抛光垫具有不良影响。然而，在本实施例中，因为对螺钉孔181进行螺钉止动的螺钉170的头170a的上表面170b相对扣环60的下表面60b缩进，所以能防止螺钉170的头170a接触抛光垫。螺钉孔181的凹部181a的深度D1比槽180的深度D2深(D1＞D2)。
在扣环60的螺钉孔部分181b中调节的位置的隔膜止动环120的下表面120b(附着扣环60的那侧的平面)中，也形成有螺钉孔部分181c。在螺钉孔部分181c的侧壁上形成螺纹(形成螺纹(阴螺旋))。其中由螺钉170形成螺纹(阳螺旋)的螺纹部分170c通过扣环60的螺钉孔部分181b进一步插入(推进，旋进)隔膜止动环120的螺钉孔部分181c中，并且将扣环60螺钉止动到隔膜止动环120，而且将它固定。
形成2个定位销182，作为隔膜止动环120和扣环60的位置间隙防止措施。例如，在隔膜止动环120的下表面120b中形成两个孔部分(凹部)182a，用于定位销182插入。在扣环60的上表面60a中与这个孔部分182a相对应的位置，也形成有用于定位销182插入的孔部分(凹部)182b。当将扣环60附着到隔膜止动环120时，首先将定位销182的端部插入孔部分182a和182b的一侧，例如隔膜止动环120的下表面120b的孔部分182a。因此可以将定位销182的另一端插入孔部分182a和182b的另一侧，例如因此可以在扣环60的上表面60a的孔部分182b中插入在隔膜止动环120的孔部分182a中插入的定位销182的另一端，使扣环60布置和定位在隔膜止动环120上。而且利用螺钉170，将扣环60螺钉止动到隔膜止动环120，并且将它固定。
在本实施例中，在扣环60的下表面60b中形成槽180，并且在槽180中形成螺钉孔181。也就是，形成槽180，使得可以经过螺钉孔181的凹部181a。通过在槽180中形成螺钉孔181，容易向螺钉孔181的凹部181a和螺钉170的头170a供给液体(例如液体59)，并且能防止抛光液体(浆料)在螺钉孔181的凹部181a处凝固。因为在操作的时候从压盘53c处的喷嘴57c供给纯水，并且特别在备用的时候从负载杯52供给纯水，所以该纯水流过槽180，而且能防止抛光液体(浆料)等在螺钉孔181的凹部181a处凝固。
当不同于本实施例那样而在除槽180之外的区域中形成螺钉孔181时，聚集在螺钉孔181的凹部181a上的抛光液体凝固，在半导体晶片的CMP处理的时候，由这样形成的固体物质从螺钉孔181的凹部181a剥落，并且会对半导体晶片的抛光具有不良影响。对此，通过在扣环60的下表面60b中形成的槽180中形成螺钉孔181，则在本实施例的CMP处理中，经过槽180的液体也经过螺钉孔181的凹部181a，并且将处于螺钉孔181的凹部181a总是湿润的状态。因此，能防止抛光液体(浆料)在螺钉孔181的凹部181a处凝固，并且能防止凝固的抛光液体对半导体晶片的抛光具有不良影响。
当隔膜止动环120的下表面120b制成平坦度在30μm以下时更为优选。由此，当利用螺钉170将扣环60螺钉止动到隔膜止动环120时，能将扣环60稳定且牢固地固定到隔膜止动环120。
因此，在本实施例中，使隔膜113夹紧在隔膜止动环120与承载板102之间。利用螺钉121从承载板102的上表面侧对隔膜止动环120和承载板102进行螺钉止动，并且将它们固定。利用螺钉170从下部(扣环60的下表面60a侧)将扣环60螺钉止动到这个隔膜止动环120，并且将它固定。
图21是表示本发明人研究的第一比较示例的抛光头254的主要部分横截面图。图21表示与图15相对应的区域。在图21的抛光头254中，隔膜113的外缘夹紧在包括树脂材料的环状的扣环260(第一比较示例的扣环260)与承载板102之间，而不使用隔膜止动环120。从承载板102的上表面侧，利用螺钉221，将扣环260螺钉止动到承载板102，并且使扣环260固定到承载板102。其它结构几乎如本实施例的抛光头54的结构相同，并且这里省略说明。
在图21所示的第一比较示例的抛光头254中，在包括树脂材料的扣环260与承载板102之间，使包括弹性体例如橡胶材料的隔膜113的两侧上直接固定。为此，根据放置状态，可能会发生扣环260的表面变形，会影响半导体晶片的边缘部分的研磨速度，并且不会使半导体晶片的抛光量的均匀性稳定化。例如，在备用(处理之前)的时候，扣环260的表面变形使得在包括弹性体例如橡胶材料的隔膜113的影响之下，扣环260的下表面260b会转向外侧。在进行CMP处理的时候，在来自抛光垫58的压力下，扣环260的表面变形使得扣环260的下表面260b会转向内侧。因此，在第一比较示例的抛光头254中，扣环260的表面状态不稳定。因此，只要重复备用状态和处理状态，扣环260的表面状态(例如，扣环260的下表面260b相对抛光垫的前表面的倾斜角)就变化，会影响半导体晶片的边缘部分的研磨速度，并且不会使半导体晶片的抛光量的均匀性稳定化。这样使半导体器件的制造产量减小，并且增加半导体器件的制造成本。
图22是表示本发明人研究的第二比较示例的抛光头354的主要部分横截面图。图22表示与图15相对应的区域。在图22的抛光头354中，不使用隔膜止动环120，而使用包括第一部分360a和第二部分360b的环状扣环360(第二比较示例的扣环360)，第一部分360a包括具有不锈钢等的刚性的材料，第二部分360b包括树脂材料，并且粘附在第一部分360a上。使隔膜113的外缘在扣环360的这个第一部分360a与承载板102之间夹紧。从承载板102的上表面侧，利用螺钉321，将扣环360螺钉止动到承载板102，并且使扣环360固定到承载板102。因为其它结构几乎与本实施例的抛光头54的结构相同，所以这里省略说明。
在图22所示的第二比较示例的抛光头354中，利用粘合剂粘住包括不锈钢等的第一部分360a和包括树脂材料的第二部分360b，并且成为一体，形成扣环360。将这个扣环360螺钉止动到承载板102。在第二比较示例中，在包括不锈钢等的扣环360的第一部分360a与承载板102之间，使包括弹性体例如橡胶材料的隔膜113的两侧上固定。因此，与将隔膜113夹在包括树脂材料的扣环260与承载板102之间的第一比较示例相比较，不容易改变隔膜113的夹紧状态。即使重复备用状态和处理状态，也不容易改变扣环360的表面状态(例如，扣环360的第二部分360b的下表面360c相对抛光垫58的前表面的倾斜角)。能稳定半导体晶片的抛光量的均匀性。
然而，在第二比较示例中，当扣环360的包括树脂材料的第二部分360b由于执行多个半导体晶片的CMP处理而磨耗时，需要调换扣环360。因为第一部分360a和第二部分360b用粘合剂粘住并且成为一体，所以必须调换包括第一部分360a和第二部分3 60b的整个扣环360。只要调换扣环360，就会改变由扣环360的第一部分360a和承载板102对隔膜113的夹持条件，并且会影响半导体晶片的边缘部分的抛光速度。为此，在调换新扣环360之后，通过判定扣环360等的条件，在开始产品晶片(用于制造半导体器件的半导体晶片)的CMP处理之前，必需对半导体晶片的边缘部分的抛光速度执行调节或确认。这样减小CMP装置的操作率，并且增加半导体器件的制造成本。当包括树脂材料的第二部分360b磨耗时，必需调换包括第一部分360a和第二部分360b的整个扣环360。因此，置换部分(扣环360)的单元价格将变高，并且这样也将增加半导体器件的制造成本。
与其比较，在本实施例中，隔膜113夹紧在隔膜止动环120(隔膜止动环120包括例如具有不锈钢等的刚性的材料(金属材料))与承载板102之间，从承载板102的上表面侧利用螺钉121对隔膜止动环120和承载板102进行螺钉止动，并且使其牢固地固定，而且从下部(扣环60的下表面60a侧)利用螺钉170将包括树脂材料的扣环60螺钉止动到这个隔膜止动环120，并且使扣环60牢固地固定到隔膜止动环120。在包括树脂材料的扣环60与隔膜止动环120之间不夹持隔膜113，隔膜113在比扣环60硬(机械强度高)的隔膜止动环120与承载板102之间夹紧，并且扣环60直接固定在隔膜止动环120的下表面120b上，在那里平坦度良好。因此，扣环60能牢固且稳定地固定在隔膜止动环120和承载板102中。为此，不会发生扣环60的树脂前表面(抛光垫接触部分)的变形，而能稳定半导体晶片的抛光量的均匀性。例如，不容易改变隔膜113的夹紧状态，并且在CMP处理的备用(在处理之前)和处理的时候，不会改变扣环60的表面状态(例如，扣环60的下表面60b相对抛光垫58的前表面的倾斜角)，而能稳定扣环60的表面状态。因此，即使重复备用状态和处理状态，也能使半导体晶片的抛光量的均匀性稳定。由此，使半导体器件的制造产量提高，并且能减小半导体器件的制造成本。
在由于执行多个半导体晶片的CMP工艺而使包括树脂材料的扣环60磨耗下，需要调换扣环60。然而，在本实施例中，从下部(下表面60b侧)应用螺钉170将扣环60螺钉止动到隔膜止动环120，并且仅通过移除螺钉170就能调换扣环60。为此，能迅速并容易地调换扣环60，并且能改进调换扣环60的可使用性。通过移除螺钉170，能仅移除和调换扣环60，并且在扣环60调换的时候不必要移除隔膜止动环60。为此，即使调换扣环60，也不改变由隔膜止动环120和承载板102对隔膜113的夹持条件。因此，即使调换扣环60，也不改变扣环60的表面状态。因此，在调换扣环60之后，能迅速开始CMP工艺，并且能稳定半导体晶片的抛光量的均匀性。由此，能改进CMP装置的操作率，并且能减小半导体器件的制造成本。当扣环60磨耗时，必要的是仅调换包括树脂材料的扣环60，并且不必要调换是金属部分的隔膜止动环120。因此，能使置换部分(扣环60)的单元价格便宜，并且这样也能有助于降低半导体器件的制造成本。
在本实施例中，在扣环60的下表面60b中形成槽180，并且在槽180中形成螺钉孔181。也就是，形成槽180，使得可以经过螺钉孔181的凹部。通过在槽180中形成螺钉孔181，液体变得容易供给到螺钉孔181的凹部181a和螺钉170的头170a。能防止抛光液体(浆料)在螺钉孔181的凹部181a处凝固。由此，能防止凝固抛光液体对半导体晶片的抛光具有不良影响。因此，提高半导体器件的制造产量，并且能降低半导体器件的制造成本。
(实施例2)
图23是表示包括树脂材料的扣环60的磨损方式的说明图(横截面图)。在刚调换过扣环60之后的新产品的情况(它与图23的新产品情况相对应)，扣环60的下表面60b(与抛光垫58接触的那侧的平面)几乎为平坦。平坦度H2例如小于30μm(H2＜30μm)。当对许多半导体晶片进行CMP处理时，扣环60的下表面60b也一起被抛光，并且被磨耗。内周侧的扣环60的磨损比扣环60的外周部分侧的磨损早得多，并且扣环60的下表面60b成为倾斜的。当扣环60的下表面60b的倾斜角小时，能稳定地执行半导体晶片1的CMP处理(它与图23的稳定情况相对应)。例如，当扣环60的下表面60b的平坦度H2约为30μm至50μm时(30μm≤H2≤50μm)，能稳定地执行半导体晶片1的CMP处理。然而，当进一步执行大量的半导体晶片的CMP处理，并且扣环60的下表面60b的倾斜角变大时，例如当扣环60的下表面60b的平坦度H2变得大于50μm(H2＞50μm)时，在半导体晶片1的端部附近的抛光垫58的表面压力变高，并且抛光速度在半导体晶片1的端部处变得太大(它首先成为边缘)。因此，变得不可能稳定地执行半导体晶片的CMP处理，并且需要调换扣环60(它与图23的调换情况相对应)。
根据本发明人的分析，当对许多半导体晶片进行CMP处理时，结果是由于包括树脂材料的扣环60的不平均磨损、歪曲等，抛光液体(浆料)会侵入对扣环60进行螺钉止动的部件(这里为隔膜止动环120)与扣环60之间。图24是概念上表示抛光液体190侵入隔膜止动环120与扣环60之间的状态的横截面图(说明图)。图25是表示在对许多半导体晶片执行CMP处理之后，当移除扣环60时隔膜止动环120的下表面120b的平面图(说明图)。
从喷嘴57供到在抛光垫58上的抛光液体从扣环60的外部到内部流过抛光垫58上部，并且供给到目前保持在扣环60内部的半导体晶片1的抛光表面。因此，如图24所示，与扣环60的内周侧(内侧表面60c侧)比较，在外围侧(外侧壁60d侧)，抛光液体190更容易侵入扣环60与隔膜止动环120之间的间隙。为此，当移除扣环60时，如图25所示，将在隔膜止动环120的下表面120b的外围部分侧产生抛光液体的残留190a。如图24所示，当抛光液体190侵入扣环60与隔膜止动环120之间的外围部分的那侧的间隙时，因为它起作用使得扣环60的下表面60b的倾斜会变大，并且带来从图23稳定区域到调换情况的偏移，所以扣环60的置换寿命(其中可以进行CMP处理的寿命)会变短。
图26是本实施例所使用的扣环60的平面图(底视图)，以及图27是示意横截面图。图26与上述实施例的图17相对应。在图27中，为了使理解简单，省略槽180的图解。
在上述实施例1中，在扣环60的下表面60b(与抛光垫接触的那侧的平面)中形成多个槽180，并且在各槽180的中心附近形成螺钉孔181。在本实施例中在扣环60的下表面60b(与抛光垫接触的那侧的平面)中形成多个槽180。在外围部分侧(外部，外侧壁60d侧)，而不是在各槽180的中心形成螺钉孔181，并且在这个螺钉孔181中利用螺钉170对隔膜止动环120进行螺钉止动。因为其它结构几乎与上述实施例1的结构相同，所以这里省略说明。
在本实施例中，如上所述，在扣环60的下表面60b中形成多个槽180，在外围部分附近而不是各槽180的中心形成螺钉孔181，并且在这个螺钉孔181中利用螺钉170对隔膜止动环120进行螺钉止动。因此，变得难以在扣环60的外围部分处产生扣环60与隔膜止动环120之间的间隙，并且能防止抛光液体侵入那里。因此，能防止扣环60歪曲，并且能延长扣环60的置换寿命(其中可以进行CMP处理的寿命)。
对于扣环60螺钉止动到的部件，这里对于隔膜止动环120的下表面120b(附着扣环60的那侧的平面，面对扣环60并且接触的那侧的平面)，也能给定表面涂层，例如硅。通过这样能更确实地防止抛光液体侵入到扣环60与隔膜止动环120之间，并且能更多地延长扣环60的置换寿命(其中可以进行CMP处理的寿命)。
在前述中，基于以上实施例具体地说明了由本发明人完成的本发明，但是本发明不限于以上实施例，而当然可以在不违背本发明的精神的限制下以各种方式做出变化和变更。
工业应用性
本发明可有效地应用于具有对半导体晶片进行化学机械抛光步骤的半导体器件制造技术。

Claims (17)

1.一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
在利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下，对所述半导体晶片进行化学机械抛光，所述扣环从下部螺钉止动到所述晶片保持部分，并且所述扣环包括树脂材料；
其中，在所述扣环的下表面中形成槽，并且在所述槽中形成用于对所述扣环进行螺钉止动的螺钉孔。
2.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中：
沿相对于所述扣环的外围或内周的法线方向倾斜的方向，形成所述槽。
3.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中：
在所述扣环的外围部分侧而不是在所述槽的中心部分中，形成所述螺钉孔。
4.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中：
所述螺钉孔具有用于容纳螺钉的头以对所述扣环进行螺钉止动的第一孔，和在所述第一孔的底部中形成并且在侧壁中形成螺纹的第二孔，而且所述第一孔的深度大于所述螺钉的所述头的高度。
5.根据权利要求4的半导体器件的制造方法，其中：
形成所述槽，使得所述槽可以经过所述螺钉孔的所述第一孔。
6.一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
使用设置有多个转台的单晶片处理的研磨设备，保持半导体晶片的晶片保持部分逐一移动所述转台，并且在利用扣环将所述半导体晶片保持在所述晶片保持部分中的情况下，对所述半导体晶片执行化学机械抛光处理，所述扣环从下部螺钉止动到所述晶片保持部分，并且所述扣环包括树脂材料。
7.根据权利要求6的半导体器件的制造方法，其中：
在所述化学机械抛光处理之后，连贯地执行所述半导体晶片的清洗处理。
8.一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
在利用扣环将所述半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下，对所述半导体晶片进行化学机械抛光，所述扣环从下部螺钉止动到所述晶片保持部分，并且所述扣环包括树脂材料；
其中，通过隔膜压紧部件将隔膜固定到所述晶片保持部分，并且从下部将所述扣环螺钉止动到所述隔膜压紧部件。
9.根据权利要求8的半导体器件的制造方法，其中：
所述隔膜压紧部件具有环形形状。
10.根据权利要求8的半导体器件的制造方法，其中：
通过对利用所述隔膜所密封的空间施压，将所述半导体晶片推靠在抛光垫上。
11.根据权利要求8的半导体器件的制造方法，其中：
所述隔膜压紧部件包括金属材料。
12.根据权利要求8的半导体器件的制造方法，其中：
所述隔膜压紧部件包括不锈钢。
13.根据权利要求8的半导体器件的制造方法，其中：
所述隔膜包括弹性薄膜。
14.根据权利要求8的半导体器件的制造方法，其中：
在所述扣环的下表面中形成槽，并且在所述槽中形成用于对所述扣环进行螺钉止动的螺钉孔。
15.一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
在利用扣环将半导体晶片保持在晶片保持部分中的情况下，对所述半导体晶片进行化学机械抛光，所述扣环从下部螺钉止动到所述晶片保持部分，并且所述扣环包括树脂材料；
其中，通过环形金属部件将弹性薄膜固定到所述晶片保持部分，并且从下部将所述扣环螺钉止动到所述金属部件。
16.根据权利要求15的半导体器件的制造方法，其中：
通过对由所述弹性薄膜所密封的空间施压，将所述半导体晶片推靠在抛光垫上。
17.根据权利要求15的半导体器件的制造方法，其中：
在所述扣环的下表面中形成槽，并且在所述槽中形成用于对所述扣环进行螺钉止动的螺钉孔。
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