CN101256952A - 晶片抛光方法与晶片抛光设备 - Google Patents

Abstract

一种晶片抛光方法，利用离子或等离子光束对晶片表面进行蚀刻从而达到抛光效果，包括以下步骤：确定晶片表面各点需蚀刻的厚度；响应所述需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间；通过离子或等离子光束发生器产生离子或等离子光束对一蚀刻点进行蚀刻，当达到所述蚀刻时间后，移动所述晶片，对下一蚀刻点进行蚀刻。通过上述方法，可以在CMP之后对晶片表面进行进一步的精加工，通过对蚀刻过程的精确控制，大大提高了晶片表面的平坦化程度，可在CMP后实现5－10倍的改进。且可实现对晶片表面某一特定点实现单独处理。

Description

晶片抛光方法与晶片抛光设备

技术领域

本发明涉及一种晶片抛光方法，尤指一种在化学机械研磨(CMP)之后利用离子或等离子光束对晶片表面进行更高精度的抛光处理的晶片抛光方法。本发明还涉及一实施该方法晶片抛光设备。

背景技术

当今电子元器件的集成度越来越高，例如奔腾IV就集成了四千多万个晶体管，要使这些晶体管能正常工作，就需要对每一个晶体管加一定的电压和电流，这就需要引线来将如此多的晶体管连接起来，但是将这么多的晶体管连接起来，平面布线是不可能的，只能够立体布线或多层布线，在制造这些连线的过程中，必然导致晶片表面严重的不平整。目前使用最为广泛的平坦化技术就是化学机械研磨(CMP)，CMP技术兼其有研磨性物质的机械式研磨与酸碱溶液的化学式研磨两种作用，可以使晶片表面达到全面性的平坦化，其是通过把晶片放在旋转的研磨垫上，再加一定压力，用化学研磨液来研磨。

但是，随着各种设备上的关键尺寸变得越来越小，对晶片表面平坦度的要求越来越高，传统的CMP技术已不能满足目前对晶片表面平坦度的要求，因此在CMP之后的晶片表面抛光技术已变的越来越重要。且传统的CMP技术只能对晶片的表面进行整体的研磨，难以实现对晶片表面进行精确的逐点处理，这也使CMP技术难以取得更高的精度。且又由于目前的晶片表面尺寸变得越来越大，如200MM，300MM，450MM，这又为如何实现逐点研磨带来了新的难度。

因此，目前的晶片表面抛光技术尚有需要改进之处，以满足日益提高的晶片表面平坦化要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为提供一种新的晶片抛光方法与设备，用以在CMP之后对晶片表面进行进一步的精加工，从而提高晶片表面平坦化程度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种晶片抛光方法，利用离子或等离子光束对晶片表面进行蚀刻从而达到抛光效果，包括以下步骤：确定晶片表面各点需蚀刻的厚度；响应所述需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间；通过离子或等离子光束发生器产生离子或等离子光束对一蚀刻点进行蚀刻，当达到所述蚀刻时间后，移动所述晶片，对下一蚀刻点进行蚀刻。

通过上述方法，可以在CMP之后对晶片表面进行进一步的精加工，由需蚀刻的厚度与离子或等离子蚀刻率(即离子或等离子光束在单位时间内的蚀刻量)来计算出晶片表面每个蚀刻点的蚀刻时间，从而实现了对蚀刻过程的精确控制，大大提高了晶片表面的平坦化程度，可在CMP后实现5-10倍的改进。且可实现对晶片表面某一特定点实现单独处理。

本发明的进一步改进在于：可通过以下步骤确定晶片表面各点需蚀刻的厚度：测定晶片表面各点的厚度；计算所述各点厚度与规定达到的厚度之间的差值，从而确定需蚀刻的厚度。由此非常精确的控制晶片表面各点的蚀刻厚度，保障了蚀刻的准确性。

本发明的进一步改进在于：所述离子或等离子蚀刻率通过离子或等离子类型，需蚀刻的材料，离子或等离子光束发生器的功率以及所述离子或等离子光束在晶片表面聚焦的光斑大小等因素来确定。离子或等离子蚀刻率，即离子或等离子光束在单位时间内的蚀刻量。通过离子或等离子类型，需蚀刻的材料，固定的或者经过校正的离子或等离子光束发生器的功率以及离子或等离子光束在晶片表面聚焦的光斑大小来精确得出该离子或等离子光束在单位时间内的蚀刻量。其中，可根据所需蚀刻点的厚度情况，通过在竖直方向移动所述离子或等离子光束发生器来调节所述离子或等离子光束的光斑大小，所述光斑的较佳调节范围为小于10mm。

本发明的进一步改进在于：所述离子或等离子光束在水平方向上固定，通过在水平方向上移动所述晶片，对晶片表面各点进行蚀刻。

本发明的进一步改进在于：所述离子或等离子光束为非反应离子或等离子束Ar、Ne、Kr或Xe。可通过上述惰性气体以物理蚀刻的方法对各蚀刻点进行蚀刻；所述离子或等离子光束为也可以反应离子或等离子束CH₃、CF₄、SF₆、NF₃、N₂、O₂或BCl₃，此时通过化学反应蚀刻的方法对各蚀刻点进行蚀刻。

本发明的进一步改进在于：通过反射计、偏振光椭圆率测量仪、超声波或X射线来测定所述晶片表面各点的厚度。可通过上述装置非常精确地测定待处理晶片表面各点的厚度。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种晶片抛光设备，其包括：

离子或等离子光束发生器，用于产生离子或等离子光束对所述晶片进行蚀刻；移动平台，用于放置所述晶片，并在蚀刻过程中进行移动；控制器，与所述离子或等离子发生器与移动平台连接，响应需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间，并控制所述移动平台按照所述需蚀刻的时间进行移动。

通过上述设备，可以由所述控制器非常精确地计算出需晶片表面各点需蚀刻的时间，并控制所述平台按照所述需蚀刻的时间进行移动，从而实现了对蚀刻过程的精确控制，大大提高了晶片表面的平坦化程度，且可实现对晶片表面某一特定点实现单独处理。

本发明的进一步改进在于：所述晶片抛光设备还包括一晶片厚度测定器，与所述控制器相连接，用于测定待处理晶片表面各点的厚度，并反馈给所述控制器，由所述控制器计算所述各点厚度与规定达到的厚度之间的差值从而确定需蚀刻的厚度。由此非常精确的控制晶片表面各点的蚀刻厚度，保障了蚀刻的准确性。

附图说明

图1为根据本发明的晶片抛光方法的流程图；

图2为根据本发明的晶片抛光设备的具体施例示意图；

图3为本发明的根据测量晶片表面各点的厚度来进行晶片抛光的示意图；

图4A为CMP后带有典型圆顶型表面的晶片侧视图；

图4B为CMP后带有典型圆顶型表面的晶片经过本发明的抛光方法处理后的侧视图；

图5A为CMP后带有典型斜坡型表面的晶片侧视图；

图5B为CMP后带有典型斜坡型表面的晶片经过本发明的抛光方法处理后的侧视图；

图6A为需蚀刻厚度内带有金属引线的晶片侧视图；

图6B为需蚀刻厚度内带有金属引线的晶片经过本发明的抛光方法处理后的侧视图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本发明提供了一种新的晶片抛光方法以及晶片抛光设备，其中图1为根据本发明的晶片抛光方法的流程图，图2为根据本发明的晶片抛光设备的具体施例示意图。如图2所示，该晶片抛光设备主要包括离子或等离子光束发生器1、移动平台2、控制器4。其中控制器4与所述离子或等离子发生器与移动平台连接，用于响应需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间，并控制所述移动平台按照所述需蚀刻的时间进行移动。根据图1所示，典型地作为举例说明而不是限制定义，所述晶片抛光方法主要包括以下几个步骤：

步骤100：测定晶片表面各点的厚度

在CMP处理之后，晶片3的表面仍然具有一定的不均匀性，在通过离子或等离子光束对该不均匀的平面进行蚀刻处理前，先要对所述CMP处理后的晶片3表面厚度进行精确地测量。参阅图3所示，可在晶片3表面均匀分布复数个大小相同的测量站点31(或称之为计量窗)，所述计量站点31的大小可以根据实际情况变化，然后以每个测量站点为基本单位，利用反射计、偏振光椭圆率测量仪、超声波或X射线等装置来测定晶片3表面各点的厚度。

步骤200：计算所述各点厚度与设定厚度之间的差值，确定需蚀刻的厚度

将步骤100中测得的晶片3各点厚度传输至一计算机(可以为控制器4)，并与一设定的规定达到的厚度相减，计算出差值X(当X＜0时，计算机可发出提示信息，要求重新设定厚度)。而X即为需蚀刻的厚度。

步骤300：响应所述需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间T

其中，离子或等离子蚀刻率为单位时间内离子或等离子光束蚀刻的量，可以通过离子或等离子类型，需蚀刻的材料，离子或等离子光束发生器的功率以及所述离子或等离子光束在晶片表面聚焦的光斑大小等因素来确定。X与所述离子或等离子蚀刻率的比值即为需蚀刻的时间T。

步骤400：对一站点(蚀刻点)进行蚀刻

离子或等离子光束发生器1发射离子或等离子光束对晶片表面开始蚀刻，所述离子或等离子光束发生器1由计算机控制，所述计算机同样可以为控制器4。所述离子或等离子光束为非反应离子或等离子束Ar、Ne、Kr或Xe；通过上述惰性气体以物理蚀刻的方法对各蚀刻点进行蚀刻；所述离子或等离子光束为也可以反应离子或等离子束CH₃、CF₄、SF₆、NF₃、N₂、O₂或BCl₃，此时通过化学反应蚀刻的方法对各蚀刻点进行蚀刻。在蚀刻前或在蚀刻中可通过在竖直方向移动所述离子或等离子光束发生器来调节、校正所述离子或等离子光束的光斑大小，所述光斑的较佳调节范围为1-10nm。

步骤500：蚀刻时间判断

对蚀刻时间进行判断，当蚀刻时间达到该站点的需蚀刻的时间T后，即推进入下步骤600；若未达到则继续蚀刻。

步骤600：移动至下一站点(蚀刻点)

当上一站点的蚀刻达到所需时间T后，由所述移动平台3带动安置其上的晶片3进行移动，将下一需蚀刻的站点移至所述离子或等离子光束蚀刻位置。所述离子或等离子光束在水平方向上固定，通过在水平方向上移动所述晶片3，对晶片3表面各点进行蚀刻。

之后返回步骤400，进行循环，直至所有站点蚀刻完成。

如图2描述了根据本发明的晶片抛光设备的具体施例示意图。所述晶片抛光设备包括：离子或等离子光束发生器1，其可以产生非反应离子或等离子束Ar、Ne、Kr或Xe；通过上述惰性气体以物理蚀刻的方法对各蚀刻点进行蚀刻；也可以产生反应离子或等离子束CH₃、CF₄、SF₆、NF₃、N₂、O₂或BCl₃，此时通过化学反应蚀刻的方法对各蚀刻点进行蚀刻。在蚀刻前或在蚀刻中可通过在竖直方向移动所述离子或等离子光束发生器来调节、校正所述离子或等离子光束的光斑大小，所述光斑的较佳调节范围为1-10nm。移动平台2，其上面安置有晶片3，可在蚀刻过程中带动晶片3在水平方向上移动，使晶片3的表面各站点依次接受蚀刻，所述移动平台2还可设置为可以倾斜一角度(如图2所示)，从而改变离子或等离子光束对晶片3的蚀刻角度，由此也可起到改变蚀刻速率的作用。控制器4，与所述离子或等离子发生器1与移动平台2连接，响应需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间，并控制所述移动平台2按照所述需蚀刻的时间进行移动；可以是PC机，工控机、单片机、嵌入式操作平台中的一种或多种的组合；其可以是一台主机，同时对整个厚度、蚀刻时间进行计算以及对离子或等离子发生器1与移动平台2进行管理，也可以是多台计算机组成，分别进行厚度计算，蚀刻时间计算，离子或等离子发生器1管理，移动平台2管理。

如图4A与5A所示，为CMP后带有典型圆顶型或斜坡型表面的晶片侧视图，所述晶片3内布有引线32，其表面33在处理前具有弧形或斜坡的隆起，其中虚线34为蚀刻需达到的目标的设定高度线；再对比图4B与5B可以发现，经过本发明的抛光技术处理后，表面33达到了设定高度线34的位置，此时晶片3具有了一相当平坦的表面，其厚度均匀性改善了近10倍。

再如图6A与6B所示，在对晶片3的离子或等离子蚀刻过程中也有可能遇到需要连同金属引线32进行蚀刻的情况，此时，可通过调整离子或等离子蚀刻的角度，以及可调整离子或等离子束的成分使之适合金属引线以及晶片材料的不同蚀刻要求，来达到连同引线32进行蚀刻的效果。所属离子或等离子蚀刻角度以及离子或等离子束成分的调整可以由计算机(控制器4)进行控制。

当然，本发明的晶片抛光设备还包括其他属于公知技术的必要的功能单元和部件，这些功能单元和部件为本领域一般技术人员所熟知，在此为简明扼要起见而省略其具体描述。

Claims (10)

1.一种晶片抛光方法，利用离子或等离子光束对晶片表面进行蚀刻从而达到抛光效果，其特征在于，包括以下步骤：

确定晶片表面各点需蚀刻的厚度；

响应所述需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间；

通过离子或等离子光束发生器产生离子或等离子光束对一蚀刻点进行蚀刻，当达到所述蚀刻时间后，移动所述晶片，对下一蚀刻点进行蚀刻。

2.如权利要求1所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于，可通过以下步骤确定晶片表面各点需蚀刻的厚度：

测定晶片表面各点的厚度；

计算所述各点厚度与规定达到的厚度之间的差值，从而确定需蚀刻的厚度。

3.如权利要求1所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于：所述离子或等离子蚀刻率通过离子或等离子类型，需蚀刻的材料，离子或等离子光束发生器的功率以及所述离子或等离子光束在晶片表面聚焦的光斑大小来确定。

4.如权利要求3所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于：可通过在竖直方向移动所述离子或等离子光束发生器来调节所述离子或等离子光束的光斑大小，所述光斑的调节范围下于10mm。

5.如权利要求1所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于：所述离子或等离子光束在水平方向上固定，通过在水平方向上移动所述晶片，对晶片表面各点进行蚀刻。

6.如权利要求1所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于：所述离子或等离子光束为非反应离子或等离子束Ar、Ne、Kr或Xe。

7.如权利要求1所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于：所述离子或等离子光束为反应离子或等离子束CH₃、CF₄、SF₆、NF₃、N₂、O₂或BCl₃。

8.如权利要求1所述的离子或等离子抛光方法，其特征在于：通过反射计、偏振光椭圆率测量仪、超声波或X射线来测定所述晶片表面各点的厚度。

9.一种晶片抛光设备，其特征在于，包括：

离子或等离子光束发生器，用于产生离子或等离子光束对所述晶片进行蚀刻；

移动平台，用于放置所述晶片，并在蚀刻过程中进行移动；

控制器，与所述离子或等离子发生器与移动平台连接，响应需蚀刻的厚度并结合离子或等离子蚀刻率计算出各点需蚀刻的时间，并控制所述移动平台按照所述需蚀刻的时间进行移动。

10.如权利要求9所述的晶片抛光设备，其特征在于：所述晶片抛光设备还包括一晶片厚度测定器，与所述控制器相连接，用于测定待处理晶片表面各点的厚度，并反馈给所述控制器，由所述控制器计算所述各点厚度与规定达到的厚度之间的差值从而确定需蚀刻的厚度。

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