CN105729294A - 晶片抛光设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够将驱动环维持在平坦状态下的晶片抛光设备以及一种晶片抛光方法。在根据一个实施方式的晶片抛光设备和方法中，当头部组件通过晶片提升单元移动到初始降低位置时，头部组件内部的驱动环的形状可以使用传感器来测量，并且因此抛光过程可以在一种状态下执行，在该状态下头部组件的降低位置通过使用头部辅助提升单元被自动地调整以将驱动环维持在平坦状态下。因此，由于晶片抛光过程在晶片安装部分的平衡通过使用驱动环被自动地调整的状态下被执行，因此晶片的抛光品质可以被均匀地维持，并且抛光效果也可以被改善。

Description

晶片抛光设备和方法
技术领域
本发明涉及一种能够将驱动环维持在平坦状态下的晶片抛光设备以及一种晶片抛光方法。
背景技术
通常，在晶片制造过程中执行镜面抛光过程来改善晶片的平面化，平面化技术中最重要的技术是化学机械抛光(CMP)。
在CMP中，在浆料被供应到抛光表面的同时，半导体晶片与抛光表面接触而被抛光，所述浆料是化学磨料。
抛光设备包括具有抛光表面的抛光台以及用于压住半导体晶片的压头，所述抛光表面设有抛光垫。当半导体晶片通过使用抛光设备而被抛光时，在压头压住半导体晶片的同时，预定压力被施加以允许半导体晶片接触抛光台的抛光垫。在此，抛光台和压头相对移动以允许半导体晶片接触抛光表面以使得半导体晶片的表面被平面化和被抛光成镜面。
日本公开专利出版物No.2001-105305公开了一种抛光设备的头部组件结构，其包括壳体和用于形成挤压室的可燃的驱动环(drivering)，在所述挤压室中预定压力被施加到芯轴的下部以容易地支持基底，并且通过设置于驱动环下的各个元件将晶片吸附到其底表面上。
图1A至1B是示出了根据相关技术的头部组件的驱动环的形变的视图。
如图1A和1B所示，在根据相关技术的头部组件中，在晶片下降达到被置于处于晶片被吸附的状态下的台板上的抛光垫之后，在晶片和抛光垫沿彼此相反的方向旋转的同时抛光过程被执行。
通常，用于最终抛光过程的抛光垫由细毛层(Naplayer)和由毡料形成的基础材料垫构成。随着抛光过程被执行，所有的基础材料垫和细毛层的厚度都减小。
头部组件下降设定高度以允许晶片接触抛光垫，从而执行最终抛光过程。在此，尽管头部组件内部的驱动环开始时被维持成平坦形状，但随着抛光垫的厚度变化，头部组件内部的驱动环的形状发生变化。
当抛光垫由于反复的抛光过程而减小厚度时，驱动环12的中心部变形成凹入形状，如图1A所示。结果，在构成晶片安装部分13的套筒和凸缘之间可能产生间隙，并且在抛光过程期间晶片安装部分13的中心轴线可能水平地移动。
另一方面，当抛光垫被重新更换以增大厚度时，驱动环12的中心部变形成凸出形状，如图1B所示。结果，负荷可能集中在晶片安装部分13的边缘部中从而增加晶片安装部分13的边缘部处的抛光量。
如上所述，在根据相关技术的晶片抛光设备中，当抛光垫的厚度改变时，用于平衡晶片安装部分13的驱动环12可能变形。因此，可能难以均匀地维持晶片的抛光品质，而且，抛光效果可能恶化。
发明内容
实施方式提供了一种晶片抛光设备和一种晶片抛光方法，所述晶片抛光设备能够检测驱动环的形变以自动地调整头部组件的升高位置/降低位置，从而将驱动环维持在平坦状态下。
在一个实施方式中，晶片抛光设备包括：壳体，所述壳体在其下面提供预定压力空间；与壳体的下部平坦地连接的驱动环，所述驱动环具有形状能够竖直地变化的中心部；设置在所述驱动环的下部上的头部组件，所述头部组件包括具有底表面的晶片安装部分，晶片被安装在所述底表面上；头部提升单元，所述头部提升单元被设置在所述壳体的上部上以根据控制压力竖直地提升所述头部组件；传感器，所述传感器被设置在所述驱动环的中心部上以测量所述驱动环的中心部的高度；以及头部辅助提升单元，所述头部辅助提升单元被设置在所述头部提升单元上，以根据由所述传感器测量的值调整所述头部组件的高度，以使得所述驱动环的中心部平坦。
在另一个实施方式中，提供了一种晶片抛光方法，其中被吸附到头部组件上的晶片通过使用置于台板上的抛光垫被抛光，头部组件包括根据驱动环的平坦形状被平衡的晶片安装部分，所述晶片抛光方法包括：允许晶片在头部组件随着预定压力被提供到所述头部组件上而降低时接触抛光垫的第一过程；测量所述驱动环的中心部的形状的第二过程；以及根据所述驱动环的中心部的形状调整所述头部组件的高度的第三过程。
附图说明
图1A至1B是示出了根据相关技术的头部组件的驱动环的形变的视图。
图2是根据一个实施方式的晶片抛光设备的视图。
图3是示出了图2中所应用的头部组件的视图。
图4是示出了图2中所应用的头部提升单元的视图。
图5是示出了用于检测图2中所应用的驱动环的形变的传感器的视图。
图6是根据一个实施方式的晶片抛光方法的流程图。
具体实施方式
下面，将参考所附附图详细描述实施方式。实施方式的精神上的范围可以从实施方式中公开的内容来限定，并且实施方式的精神可以包括任何的实施的改变，例如对所建议的实施方式所作的元件的增加、移除和改变。
图2是示出了根据一个实施方式的晶片抛光设备的视图。
根据一个实施方式的晶片抛光设备包括抛光垫P被置于其上的台板101以及晶片W被吸附于其上的头部组件110，如图2所示。台板101和头部组件110被可旋转地安装。
台板101具有圆盘形状。驱动轴102被设置在台板101的底表面的中心，单独的驱动马达103被设置在驱动轴102的一侧以使驱动轴102旋转。
头部组件110可以通过头部旋转单元120被可旋转地安装。头部组件110可以通过头部提升单元130被竖直地提升，并且通过头部辅助提升单元150在竖直高度上被自动地精细地调整。
头部组件110将晶片W真空吸附到其下部上，这将在下面详细描述。
头部旋转单元120包括设置在头部组件110上方的旋转轴121、用于给旋转轴121提供旋转力的旋转马达122，以及用于将旋转马达122的动力传递到旋转轴121的滑轮和带123。
将在下面详细描述的头部提升单元130的提升轴131与头部组件110的上部直接连接，并且旋转轴121设置为围绕提升轴131。
在此，提升轴131被可提升地安装在旋转轴121内部。并且，提升轴131可以与旋转轴121一起可旋转地安装。
图3是示出了图2中所应用的头部组件的视图。
头部组件110具有能够真空吸附晶片的形状。如图3所示，头部组件110包括壳体111、被张紧套管112a和凸缘113a固定以覆盖壳体111的底表面的驱动环112，以及被设置为堆叠在驱动环112的下部上的晶片安装部分。
壳体111具有其下面的预定压力空间111a，并且具有开放的下侧以及位于其下端圆周上的阶梯形空间。
当然，单独的压力施加单元与壳体111连接以将预定压力提供到壳体111中，其详细描述将省略。
张紧套管112a被安装成与壳体111的下端的阶梯形端部接合，并且凸缘113a被安装成与张紧套管112a的外圆周的下部接合。驱动环112的外圆周端被固定在张紧套管112a和凸缘113a之间。
驱动环112被安装成覆盖壳体111的开放的下侧并且具有多个孔，所述孔具有圆盘形状以传递预定压力。并且，驱动环112由柔软材料形成以使其中心部被竖直地提升。
晶片安装部分包括套筒113、陶瓷块114、模板组件115和引导部分116。真空压力在壳体111和驱动环112之间传递所通过的通道被限定在套筒113和陶瓷块114中。
套筒113接触驱动环112的底表面并且被安装成与凸缘113a的内圆周表面的下部接合。
陶瓷块114被设置在套筒113的下部上以加强套筒113的强度。
模板组件115可以是一种由例如为聚氨酯的材料形成的防滑垫。模板组件115被设置在陶瓷块下方以吸附或压住晶片W。
引导部分116被设置在模板组件115的底表面的圆周上以引导晶片W的圆周部。
因此，当真空压力被施加到壳体111的压力空间111a中时，压力通过驱动环112被传递到晶片安装部分，并且因此晶片W被吸附到模板组件115的底表面上。
图4是示出了图2中所应用的头部提升单元的视图。
头部提升单元130可以是一种缸。如图4所示，其被安装成使得提升轴131被设置在缸壳体132内部从而进行提升。
如上所述，提升轴131可以与头部组件的上部(参见图2的附图标记110)直接连接并且可以与旋转轴(参见图2的附图标记121)一起旋转。
缸壳体132可以具有位于其中的预定压力空间并且将单独的压力施加到该压力空间。
在此，缸壳体132将提升轴131的上端容纳在其中，以使得设置在提升轴131的圆周上的至少一个密封部分133与缸壳体131的内壁接合。
尽管密封部分133被设置在提升轴131和缸壳体132之间，但提升轴131的上端在缸壳体132的内部是可提升的。
设置为与提升轴131接合的手动调整构件134可以设置在缸壳体132的下部上。手动调整构件134可以被手动地调整，以调整提升轴131的高度。
此外，头部辅助提升单元150可以设置在缸壳体132的一侧以自动地调整提升轴131的高度。
更详细来说，头部辅助提升单元150包括用于提供压力到缸壳体132中的上/下喷嘴151和152以及用于控制提供给上/下喷嘴151和152的压力的压力控制部分153。头部辅助提升单元150在运行中通过从传感器140输入的值被控制，所述传感器140用于测量以上描述的驱动环(参见图3中的附图标记112)的形状。
上喷嘴151被设置在密封部分133上方的缸壳体132的上部上。因此，当压力从上喷嘴151被提供时，因为壳体132的上空间中关于密封部分133的压力相对较高，因此提升轴131降低。
下喷嘴152被设置在密封部分133下方的缸壳体132的下部上。因此，当压力从下喷嘴152被提供时，因为壳体132的下空间中关于密封部分133的压力相对较高，因此提升轴131升高。
压力控制部分153根据从传感器140输入的值控制提供给上/下喷嘴151和152的压力。
详细来说，当驱动环具有由传感器140测量的凹入形状时，压力控制部分153控制压力以使得压力被提供给上喷嘴151，而当环具有由传感器140测量的凸出形状时，压力控制部分153控制压力以使得压力被提供给下喷嘴152。
图5是示出了检测图2中所应用的驱动环的形变的传感器的视图。
传感器140可以被提供为光学线性标尺的类型。如图3和5所示，传感器140包括光发射部分141、光接收部分142、线性标尺143和放大器144。
当然，传感器140可以安装在设置于驱动环112的中心部上方的套筒上。
光发射部分141和光接收部分142沿水平方向彼此间隔开预定距离。产生光的LED可以用作光发射部分141，检测光的光电二极管可以用作光接收部分142。
线性标尺143被设置成在光发射部分141和光接收部分142之间可竖直地活动，并且线性标尺143包括指数标尺，光通过所述指数标尺传播。
在此，线性标尺143可以与壳体111接触。线性标尺143可以设置为当驱动环112的中心部提升时测量相对壳体111的内部顶表面的距离。
放大器144检测并放大被传输到光接收部分143的数据从而甚至测量出精细动作。
由此，当驱动环112的中心部升高/降低时，连续地穿过指数标尺的一定量的光随着线性标尺143关于壳体111的内部顶表面移动而变化，从而测量驱动环112关于壳体111的高度并且检测驱动环112的中心部的形状。
在此，当驱动环112的中心部升高到具有凹入形状时，壳体111和驱动环112之间的距离被测量为小于参考值。另一方面，当驱动环112的中心部降低到具有凸出形状时，壳体111和驱动环112之间的距离被测量为大于参考值。
图6是根据一个实施方式的晶片抛光方法的流程图。
根据一个实施方式的晶片抛光方法在一个时间点被施加，在该时间点，头部组件110的晶片W在抛光过程开始之前刚刚接触台板101的抛光垫P。下面将参考图2、3和6描述一个过程，在该过程中头部组件110在高度上被自动调整，以允许驱动环112维持在平坦状态。
当设定压力P0被施加到头部提升单元130时，头部组件110在操作S1和S2中降低达到初始设定位置。
当然，当头部组件110的晶片W降低达到初始位置时，晶片W可以接触台板101的抛光垫P。
然而，当抛光垫P由于其反复使用而减小厚度时，即使头部组件110的晶片W降低达到初始位置，头部组件110的晶片W也可以不接触台板101的抛光垫P。由此，头部组件110内部的驱动环112可以变形成凸出形状。
并且，当抛光垫P被重新更换以增大厚度时，头部组件110的晶片W可以降低达到初始位置以过度地接触台板101的抛光垫P。由此，头部组件110内部的驱动环112可以变形成凹入形状，因为过度的负载被施加到头部组件110的圆周部。
在操作S3中，驱动环112的中心部的高度使用传感器140被测量。
在此，传感器140可以被提供为光学线性标尺类型。如上所述，光发射部分和光接收部分与驱动环112的中心部一起升高/降低，但是线性标尺可以接触壳体111。
由此，当驱动环112的中心部升高/降低时，光发射部分和光接收部分相对线性标尺升高/降低，并且因此穿过线性标尺的光可以改变。结果，驱动环112的高度可以根据穿过线性标尺的光的改变而被测量。
在操作S4和S5中，抛光过程在驱动环112的高度h与参考值h0匹配时开始。
当然，驱动环112的高度h可以在驱动环112平坦的状态下被预先输入参考值h0，以将由传感器140测量的驱动环112的高度h与参考值h0进行比较。
在此，当驱动环112的高度h与参考值h0匹配时，所确定的是，头部组件110被平衡，因为驱动环112是平坦的，并且因此抛光过程被执行，而没有单独地调整头部组件110的位置。
另一方面，当驱动环112的高度h没有与参考值h0匹配时，头部组件110的升高/降低在操作S4和S6中通过头部辅助提升单元150被调整。
在此，当驱动环112的高度h没有与参考值h0匹配时，所确定的是，头部组件110没有被平衡，因为驱动环112被变形成凸出形状或凹入形状，并且因此头部组件110被自动地调整就位。
详细来说，当驱动环112具有小于参考值h0的高度h时，所确定的是，驱动环112的中心部升高到变形成凹入形状，并且因此头部辅助提升单元150调整头部组件110的初始降低位置以精细地升高。
另一方面，当驱动环112具有大于参考值h0的高度h时，所确定的是，驱动环112的中心部降低到变形成凸出形状，并且因此头部辅助提升单元150调整头部组件110的初始降低位置以精细地降低。
当以上描述的过程反复进行时，头部组件110的平衡可以在初始降低位置自动地调整以改善工人的便利性。另外，在头部组件110的晶片W接触台板101的抛光垫的状态下，抛光过程可以以均匀压力执行，以均匀地维持抛光品质和改善抛光效果。
在根据一个实施方式的晶片抛光设备和方法中，当头部组件通过晶片提升单元移动到初始降低位置时，头部组件内部的驱动环的形状可以使用传感器来测量，并且因此抛光过程可以在一种状态下执行，在该状态下头部组件的降低位置通过使用头部辅助提升单元被自动地调整以将驱动环维持在平坦状态下。
因此，由于晶片抛光过程在晶片安装部分的平衡通过使用驱动环被自动地调整的状态下被执行，因此晶片的抛光品质可以被均匀地维持，并且抛光效果也可以被改善。

Claims (12)

1.一种晶片抛光设备，其包括：
壳体，所述壳体在其下面提供预定压力空间；
与壳体的下部平坦地连接的驱动环，所述驱动环具有形状能够竖直地变化的中心部；
被设置在所述驱动环的下部上的头部组件，所述头部组件包括具有底表面的晶片安装部分，晶片被安装在所述底表面上；
头部提升单元，所述头部提升单元被设置在所述壳体的上部上以根据控制压力竖直地提升所述头部组件；
传感器，所述传感器被设置在所述驱动环的中心部上以测量所述驱动环的中心部的高度；以及
头部辅助提升单元，所述头部辅助提升单元被设置在所述头部提升单元上，以根据由所述传感器测量的值调整所述头部组件的高度，以使得所述驱动环的中心部平坦。
2.根据权利要求1所述的晶片抛光设备，其中，所述头部组件还包括被设置在所述驱动环的中心部上方的套筒，以及
所述传感器被提供为设置在所述套筒上方的光学线性标尺类型。
3.根据权利要求2所述的晶片抛光设备，其中，所述传感器包括：
被设置在所述凸缘上的光发射部分；
与所述光发射部分水平地间隔开预定距离的光接收部分；以及
线性标尺，所述线性标尺被可移动地设置在所述光发射部分和所述光接收部分之间以测量相对所述壳体的距离。
4.根据权利要求3所述的晶片抛光设备，其中，所述传感器还包括检测被传输到所述光接收部分的数据以放大所检测的数据的放大器。
5.根据权利要求1所述的晶片抛光设备，其中，所述头部提升单元包括：
与所述壳体的上部连接的提升轴；
缸壳体，所述缸壳体与所述提升轴的上端连接以在压力被提供到其上时提升所述提升轴；
被设置在所述提升轴的圆周上的至少一个密封部分，所述至少一个密封部分与所述缸壳体的内壁接合。
6.根据权利要求5所述的晶片抛光设备，其中，所述头部辅助提升单元包括上喷嘴，所述上喷嘴从相对所述密封部分的上侧提供压力到所述缸壳体中。
7.根据权利要求5所述的晶片抛光设备，其中，所述头部辅助提升单元包括下喷嘴，所述下喷嘴从相对所述密封部分的下侧提供压力到所述缸壳体中。
8.一种晶片抛光方法，其中被吸附到头部组件上的晶片通过使用被置于台板上的抛光垫被抛光，所述头部组件包括根据驱动环的平坦形状被平衡的晶片安装部分，所述晶片抛光方法包括：
允许晶片在头部组件随着预定压力被提供到所述头部组件上而降低时接触抛光垫的第一过程；
测量所述驱动环的中心部的形状的第二过程；以及
根据所述驱动环的中心部的形状调整所述头部组件的高度的第三过程。
9.根据权利要求8所述的晶片抛光方法，其中，所述第一过程包括通过使用所述驱动环处于平坦状态的参考值来设定所述头部组件的降低位置。
10.根据权利要求9所述的晶片抛光方法，其中，所述第二过程包括将所述驱动环的中心部的高度与所述参考值进行比较。
11.根据权利要求10所述的晶片抛光方法，其中，在所述第三过程中，当所述驱动环的中心部的高度大于所述参考值时，所述头部组件的高度被调整为降低，以及
当所述驱动环的中心部的高度低于所述参考值时，所述头部组件的高度被调整为升高。
12.根据权利要求10所述的晶片抛光方法，其中，在所述第三过程中，所述头部组件的高度被调整以使得所述驱动环的中心部的高度与所述参考值匹配。
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