CN107206567B - 晶片针钉卡盘制造和修理 - Google Patents

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Abstract

在以构成支撑表面的针钉或“台面”为特征的晶片卡盘设计中，将这些针钉工程设计成具有环形形状或工程设计成含有孔或凹坑使该晶片的粘附性最小化，并且改善晶片沉降。本发明的另一个方面是一种用于赋予表面、诸如晶片卡盘的支撑表面平坦度和粗糙度或恢复其平坦度和粗糙度的工具和方法。该工具被成形成使得与正被处理的表面的接触是圆形或环带。该处理方法可以在专用设备中进行，或者在半导体制造设备中原位进行。该工具小于该晶片针钉卡盘的直径，并且可接近有待研磨的高点的空间频率。该工具相对于该支撑表面的移动使得该支撑表面的所有区域或仅需要校正的那些区域可由该工具进行加工。

Description

晶片针钉卡盘制造和修理
相关申请的交叉引用
本专利文献要求2014年11月25日提交的美国临时专利申请号62/084,417以及2014年11月23日提交的美国临时专利申请序列号62/083,283的优先权，每个专利申请的标题都为“针钉卡盘制造和修理(Pin chuck fabrication and repair)”，并且每一个都是以Edward Gratrix的名义授予的。在准许的情况下，这些临时专利申请中的每一个的全部内容通过引用结合在此。
关于美国联邦政府资助的研究的声明
无。
技术领域
本发明涉及被称为用于支撑晶片的“卡盘”的结构，这些晶片诸如用于加工的半导体(例如，硅)晶片，该加工可以是但不限于光刻。此外，本发明还涉及用于研磨此类卡盘以赋予所希望的平坦度和粗糙度的工具，特别是在卡盘已投入使用之后；也就是说，它还涉及用于修理卡盘的工具。
背景技术
随着摩尔定律推动着半导体特征结构的大小被设置得越来越小，对高精度晶片处置部件的要求也有所增加。实现所需精度的难度也在增长。例如，硅晶片，当要制造硅晶片时，微处理器芯片必须精确地放置在加工机器中。晶片通常由真空处置设备进行处置。晶片在其自身重量下非常轻微地下垂。当下垂晶片下降到晶片卡盘时，下垂晶片“希望”变平，但是可能由于受到晶片与卡盘之间的摩擦的阻碍，而不能如愿。这有时被称为“粘性”问题。在此方面，金属氧化物是值得注意的，并且二氧化硅也不例外。解决或至少改善这个问题的努力之一是使晶片与卡盘之间的接触面积最小化。这种特殊的设计解决方案可采取将(通常规则地间隔开的)具有均匀高度的多个“平台”设计成均匀的形式。这些平台被称为“针钉”或“台面”，这些针钉限定了可放置半导体晶片的非常平坦的支撑表面。这些针钉有助于减少摩擦，使得晶片可横向移动穿过台面，因为晶片在沉降到台面上时会变平。针钉有助于减少晶片粘附，但在此方面还需要进一步改进。
考虑到这一点，晶片处置部件的主要希望特征结构是高机械稳定性(高刚度和低密度)、高热稳定性(高导热性和低热膨胀系数)、低金属污染、高公差的机械加工性、低磨损(以保持精度)、低摩擦(以防止晶片粘附)以及可被制造成高达450mm的大小的能力。
碳化硅(SiC)具有用作晶片卡盘的希望的性质：(举三个例子)低密度、低热膨胀系数和高导热性。
碳化硅基主体可通过反应渗透技术被制成近净形，并且此类技术已经进行了数十年。通常，这种反应性渗透方法需要在真空或惰性气氛环境中使熔融硅(Si)与含有碳化硅加碳的多孔物质接触。产生了润湿条件，结果就是熔融硅通过毛细管作用被吸引到物质中，其中它与碳发生反应以形成另外的碳化硅。这种原位碳化硅通常是互连的。通常所希望的是密体，因此该工艺通常在额外的硅的存在下进行。因此，所得到的复合体主要含碳化硅，还含一些未反应的硅(其也是互连的)，并且可以简化符号称为Si/SiC。用于制造此类复合体的工艺被可互换地称为“反应成形”、“反应结合”、“反应性渗透”或“自结合”。在较新的技术中，为了增加柔性，除SiC之外的一种或多种材料可代替多孔物质中的一些或全部的SiC。例如，用金刚石微粒代替一些这种SiC可产生金刚石/SiC复合材料。
关键在于晶片平坦地放置以抵靠着卡盘的(多个)支撑表面。否则，投影到晶片上的电路图案图像可能会失焦。此外，晶片光刻可能涉及多次曝光，其中晶片在曝光之间重新定位。因此，关键在于存在一种方式，该方式用于将晶片相对于其第一定位精确地重新对准在卡盘上，以使得随后的曝光发生在晶片上的正确位置中。
1.晶片污染和晶片降落
为什么晶片首先不是平坦的？当晶片被加工时，并且由于制造的固有限制，它们不是平坦的。通常，在前端半导体线路中执行的工艺向晶片添加膜，这导致几乎弯曲的晶片。这个曲率可以是向上或向下的任何方向。大部分与平面的偏离是内弯，并且变形为球形或圆柱形形状。
此外，晶片卡盘从来不是完全平坦的，并且通常以随机的方式具有轻微的曲率，并具有的取向类似呈向上(碗)或向下(圆顶)形状的晶片的取向。
当由于正常工艺而已经获得曲率的晶片定位在晶片卡盘上时，需要它们通过沉降到平面来返回到初始的夹紧位置。需要晶片以主要为径向的方式松弛。
2.平坦度
零件的平坦度通常通过光学、机械加工或精密工业中经验丰富人员熟知的若干已确立的方法中的一种方法来实现。
在第一种此类方法中，平面研磨或连续磨削机(CG)的环形磨削使用某种台面，该台面几乎通过外部特征结构(诸如环或者被称为‘捣碎器’或‘调节器’的主要零件)被保持作为参考表面。存在几何约束，例如相对于需要平坦且良好控制和可重复的零件的搭接部的环形宽度和直径。使用台面研磨(CG)实现平坦零件的约束在于研磨台面需要保持如所希望的结果或比所希望的结果更好的平坦度水平。另外，需要保持和控制压力的均匀性和零件之间的相对速度。最后，材料均匀性、局部压力和研磨介质不均匀性将导致局部和全局平坦度偏差。
第二种方法是使用‘悬臂’或‘主轴研磨’，其中存在两种配置。首先，有待研磨的零件被移过旋转的更大的平坦抛光表面，或者其次，较小的研磨工具被移过较大的零件。在各自的情况下，零件的相对几何形状以大致随机的方式实现，因此零件具有平坦或均匀的轮廓，从而导致平坦的零件。工具轨迹曲线、压力均匀性和介质分布都需要严格控制，以便在实现其的同时使变化最小化。
以上列举的每种机械技术均无法直接控制从平面偏离的中小频率误差。在世界范围内，这些技术提供了对如球体的简单几何形状的控制，但依靠均匀性来实现较小的空间周期。
确定性校正是最终的设计密集型方法，其利用表面的测量结果和小型工具来使用受控的、局部化的工具冲击。这些工具可以是机械性的，其通过控制工具形状、驻留时间、压力、速度、(MRF中的)介质来运行。可替代地，该工艺可以更加复杂，从而使用蚀刻剂、等离子体、离子或其他局部化现象，并且控制驻留、工具大小、化学过程、电流、浓度等。这些技术的局限性在于用于生成‘命中图’的反馈计量的大小。计量必须超过打算实现的精度水平。未能这样做会导致增加更多的误差。
通常通过应用一种或多种机械技术来实现所完成的最高平坦度，并且之后使用被称为确定性校正的更高级的方法进行中高频率校正。这促使制造商和用户投资在更昂贵的机械和复杂的计量中。
当将以上列举的常规技术扩展到晶片卡盘的表面时，如上所述的常规加工在实现和保持平坦度上面临重大挑战，该晶片卡盘具有平台化、像素化、带有针钉的或通常被称为‘针床’的接触区域。挑战在于，平台化的表面可能具有不均匀的针钉分布，这将导致局部压力变化，从而导致平坦度发生变化。此外，该针钉结构将通过扰乱介质(砂粒)分布来极大地干扰松散的研磨介质。对常规研磨件上的局部区域的控制是非常困难和昂贵的，并且通常依赖于降低材料去除速率，因此零件在研磨表面的不同区域上多次穿过，从而导致更长的加工时间。
平台化表面的几何约束进一步限制了可应用确定性校正的技术。MRF、等离子体和CCOS由于其需要连续表面而不能处理离散区域、具体地说处理在晶片卡盘的针钉结构中发现的稀疏的非重复图案。
晶片卡盘和离散的网状表面被指定为实现具有非常严格的中高空间频率平坦度偏差；因此，常规技术正在努力保持所需的发展改进。这种中高频率要求是由光刻设备的制造商提出，由此系统测量并且预先确定并校正大于照明区域的空间频率，诸如在ASML的双扫描系统中。典型的照明区域为28mm乘8mm的矩形；因此，用于保持平坦度的所感兴趣的空间频率是小于28mm的空间频率。
发明内容
在本发明的第一方面，网状晶片卡盘的针钉被设计成使得它们的顶部表面(或终端表面)是环形的(环状的)或有凹坑的。本发明的第二方面是一种用于赋予表面、诸如晶片卡盘的支撑表面平坦度和粗糙度或恢复其平坦度和粗糙度的工具和方法。该工具被成形成使得与正被处理的表面的接触是圆形或环带。该处理方法可以在专用设备中进行，或者在半导体制造设备中原位进行。
附图说明
图1A是示出有凹坑的晶片卡盘针钉的透视图图样。图1B是图1A的横截面图，也示出了晶片20和逸出气体22。
图2A和2B是分别示出了完整的SiC晶粒和有凹坑的SiC晶粒的光学显微照片。
图3是成形为环带(即，在中心具有单个孔或凹陷)的晶片卡盘的单个针钉的透视图。
图4A是示出研磨工具的超环面形状的干涉仪图。
图4B是用于使晶片卡盘平坦化和粗糙化的环带状工具的透视图。
图4C是晶片卡盘平坦化/粗糙化工具的另选实施例(即，一组呈圆形安排的环形子工具)的透视图。
图5是分别与有待研磨的制品的非平坦表面接触的环形和圆盘形工具的横截面图。
图6A和6B示出了被安排成与本发明的研磨工具一起使用的研磨机的顶部(平面图)和透视图。图6C是研磨工具和辊的后部透视特写图。
图7是通过本发明的技术和工具绘制出研磨前和研磨后随空间频率发生变化的平坦度误差程度的图。
具体实施方式
1.用于最小化粘附并改善晶片沉降的针钉卡盘台面设计
本发明的第一方面涉及工程设计晶片针钉卡盘的平台或“台面”或“针钉”(下文中，这个特征结构将主要被称为“针钉”)，以使晶片的粘附最小化，并改善晶片沉降。
特别关于晶片沉降问题，当晶片被最初放置在由针钉限定的支撑表面上的位置中时，实际上希望存在晶片与针钉之间的截留气体(例如，空气)的凹穴，以帮助支撑晶片。一旦就位，所施加的真空致使从孤立的凹穴释放气体，并且晶片沉降到针钉上。没有这些孤立的凹穴，气体可能最初就不会被截留。相反，它可能会找到“泄漏路径”。在没有气体的这种初始支撑的情况下，晶片可在定位过程中与针钉发生快速的硬接触。在这种情况下，不希望的结果是发生不可重复的夹紧误差。
用于在针钉的终端表面(即，支撑晶片的表面)上产生凹穴的一种技术是有意地(例如)通过激光或放电机加工(EDM)将凹穴或凹坑引入该表面中。图1A是示出具有支承表面16的晶片卡盘针钉10的透视图图样，该支承表面已经被工程设计成通过机加工而具有封闭式(例如，“盲”)孔12以及开放末端的孔14。图1B是图1A的横截面图，还示出了晶片20和逸出气体22。图2A和2B是有针钉的晶片卡盘的针钉的抛光终端表面的光学显微照片，其中图2A不具有凹穴或凹坑，而图2B展示出了此类孔。
另一种类似的方法是在针钉终端表面的中间或中心区域中机加工一个大孔。这里，凹陷32被机加工出来，从而在针钉10的周边周围留下环带或环形接触区域34。这在图3的透视图图样中示出。
这些技术减少了晶片与晶片卡盘支撑表面之间的摩擦。减小的摩擦有助于与晶片的任何弯曲度无关地、并且与晶片背部的粗糙度也无关地将晶片沉降在支撑表面的针钉上。
2.在保持平坦度的同时校正针钉卡盘的粗糙度
本发明的第二方面涉及在保持平坦度的同时校正针钉卡盘的粗糙度。
在制造晶片卡盘的过程中出现另一个问题。卡盘的支撑表面被研磨以提供极端表面平坦度。偶尔地，添加了后处理技术，像离子束(例如，IBF)。
研磨过程通常涉及固定或结合的磨料。由于保持平坦度和粗糙度的条件在一致性上有固有的限制，所以通常以粗糙度为代价实现平坦度。更准确地说，局部或全局平坦度可得到改善，但是粗糙度有所降低。这至少是潜在的问题，因为如果接触表面太平滑，它们将会粘附在一起。需要的是实现所需平坦度以及所需粗糙度的方式。
本发明的实施例解决了粗糙度问题。具体地说，它通过使用工具进行研磨来赋予、维持或恢复针钉的终端表面(针钉顶部)的粗糙度，该工具具有与被处理表面的硬度大约相同的硬度。优选地，研磨工具具有与被处理表面相同的组成。
3.研磨工具的描述
研磨工具可以是大致圆盘或“冰球”的形状。工具应该足够大，使得其可在由针钉顶部限定的表面上移动时受到最小的约束，例如，其在z轴上不受约束，并且不会掉落到相邻的针钉之间。典型的总长度或直径约为18至28mm。研磨工具可被安排成在晶片卡盘的整个表面上经过，从而接触每个针钉终端表面一次或多次。
研磨工具应具有至少与被处理的晶片卡盘的支撑表面相同的硬度。由于晶片卡盘通常由诸如陶瓷的硬质材料制成，因此研磨工具至少应是这么硬的。这种硬度的材料将研磨而不是抛光支撑表面(例如，针钉)的顶部，并且这是本申请中所希望的。通过具有更大的硬度，由研磨造成的大部分磨损将影响晶片支撑表面而不是研磨/处理工具。这可通过将金刚石结合到研磨工具中来实现。在研磨工具具有与晶片支撑表面大约相同的硬度时发生有趣的事情，那就是该粗糙度被最大化。通常，具有相似硬度的研磨材料导致高的粗糙度。
对于晶片卡盘材料的流行选择是碳化硅，SiC。因此，研磨工具可由SiC或基于SiC陶瓷制成。如上所述，用于制造提供柔性的SiC基陶瓷的加工方法是反应结合技术。反应结合过程通常在成形主体中留下少量的残余元素硅，因此所得产物是SiC和Si的复合物，通常表示为Si/SiC。一些SiC被提供作为增强填料，例如，作为微粒。可用诸如碳化硼或金刚石的其他增强材料来代替所有这些SiC填料中的一些，从而工程设计出研磨工具的不同性能。可以将Si含量设计成在以体积计算的约百分之5与约百分之45。可以将B4C含量设计成在约10vol％与约65vol％之间。可以将金刚石含量设计成在约0.1vol％与约60vol％之间。
4.在保持粗糙度的同时校正针钉卡盘的平坦度
研磨或处理工具还可用于赋予、维持或恢复晶片针钉卡盘的晶片支撑表面的平坦度。通常，通过向下磨削高点直到它们处于与低点相同的高度来实现平坦度。典型的经验是将硅晶片重复(例如，数千次)沉降到晶片卡盘的针钉上并从其移除会磨损针钉顶部，特别是卡盘的外周边周围的针钉。因此，为了恢复晶片的平坦度，必须使得未磨损的针钉磨损直到它们处于磨损针钉的高度。
在晶片中并且至少在晶片卡盘中，平坦度问题通常会遇到周期性或“波度”--例如，高点和低点的波。这些误差发生的频繁程度可被表示为“空间频率”。周期性大于裸片(微处理器芯片)大小的误差几乎没有相关性，因为晶片最终将被切片以再次获得印制于其上的裸片。周期性小于相邻针钉之间间隔的误差没有任何意义。非常高的频率误差(诸如针钉顶部内那些频率误差)是不相关的，因为它们不会影响晶片的准确定位。因此，考虑到的空间频率的范围具有在针钉间隔与裸片大小之间或在约3mm与28mm之间的周期性。
本发明的处理工具的大小可设定成能够处理这个周期性范围内的误差(高点)。此外，它被成形为优先处理(例如，研磨)高点。尽管工具可以具有大致和整体的圆盘形状，但并不是与针钉相邻的工具的全部表面都与针钉相接触。相反，工具在研磨过程中实际接触针钉的区域是自身闭合的线(诸如卵形或椭圆形)。更具体地，这个闭环可以是圆形或环带，即，具有外径和内径的环。尽管工具的相邻表面可以是连续的，但是工具的中心或中间区域可以是凹进的；因此，这个中心或中间区域不接触针钉。相邻表面的最外边缘也可符合同样的描述：它可以是以唇缘、半径或“跷边”为特征。这些凹部通过如图4A中所示的工具的干涉仪图像良好地示出。因此，如图4B的透视图所示，该工具可被看作具有超环面或“圆环”形状。此外，如图4C的透视图所示，研磨或处理工具可以成组安排的多个环形或超环面“子工具”(例如，近似圆形)为特征。
环形接触区域的凹进的外边缘和内边缘可用于在工具在高点上经过时逐渐过渡。没有这些凹部，工具会突然撞击高点。工具的凹进的中间或中心区域还具有另一作用，其在于它准许工具在保持与相邻的低点(例如，较低高度的针钉)进行接触的同时处理高点。换句话说，工具在其在针钉顶部上横过时保持一致性。在图5中通过正用本发明的超环面工具52和平底工具54来处理(研磨)的波浪状、非平坦表面的横截面图对此进行了最佳展示。超环面工具52跨在56、57长周期变化上，而平底工具则不是如此，而是其形成点接触58。因此，超环面工具可被说成“共形地处理”针钉顶部。
因此，只要工具上的接触圆形或区域是平坦的，工具在研磨过程中就不必在研磨机中保持任何类型的刚性或精确的固定的取向。而是，它可以是使用球窝接头或具有最小约束的其他附接手段附接到机器上的。
5.研磨机和研磨过程
图6A和6B示出了被安排成与本发明的研磨工具一起使用的研磨机的顶部(平面图)和透视图。这些图示出了研磨工具和晶片卡盘在研磨操作过程中的相对运动。这里，晶片针钉卡盘60安装在左右线性移动的可移动工作台62上。赋予晶片针钉卡盘60逆时针旋转。该旋转使得处理(研磨)工具64保持抵靠着可旋转地安装到静止臂70上的一对辊66、68。可驱动辊中的一者或两者，从而赋予工具64旋转。研磨机不向工具施加向下(例如，沿z轴)的压力。而实际上，简单的呆重负载使得工具64压靠针钉的终端(顶部)表面。因此，处理工具在研磨过程中不是高度受约束的，并且甚至可能是最低限度受约束的。
图6C是研磨工具64和辊66和68的特写透视图。这个视图来自图6B的视图的位置的后方，以更好地示出辊、工具及其旋转。
下表描述了研磨机的一些典型操作参数：
Figure BDA0001355830360000101
为了总结这个部分，研磨机可被设置或编程以使研磨工具在晶片针钉卡盘的整个表面上经过，或者设置或编程为优先处理卡盘支撑表面的较高区域(即，确定性处理)。可在卡盘的中心中或边缘周围施加真空以移除由校正产生的微粒。处理工具应被设计成几乎具有环带或超环面形状，因此即使针钉卡盘不是完全平坦的，它也将共形地寻找与表面相垂直的位置。工具的这种自由状态或最低限度的受限状态将允许工具自然地，因而优先地寻找并‘命中、处理’针钉卡盘的较高针钉，从而针对平坦度变化进行校正。可以选择工具的环带的大小以在选择空间频率范围内‘处理’或校正高点。施加的力可根据特征结构或边缘保持固定或发生变化，以提供几乎相等的处理，从而允许限定工具的自然状态。可控制工具的位置和局部力，以有效地控制并补偿针钉卡盘的呈已知图案的非平坦磨损。针钉卡盘的材料由与针钉相似或比针钉更硬的材料构成，从而使得在卡盘的针钉的顶部表面中粗糙度得以维持。也可以调整工具的所施加的压力、停留时间或速度来主要进行清洁而不是平坦化/粗糙化。有时需要清洁，因为晶片卡盘针钉可能变得被诸如半导体加工中使用的化学材料的碎屑所污染。
6.光刻工具中的平坦度和粗糙度校正
本发明的第三方面涉及光刻工具中的针钉卡盘的平坦度和粗糙度校正。
在使用这些“针钉卡盘”过程中还出现又另一个问题，并且这个问题是边缘倾向于与晶片支撑表面的内部相比受到更大的磨损。需要的是校正或整修这些磨损表面的方式。特别优选的会是在“原位”进行校正或整修的方式，即，例如，在卡盘仍然安装在光刻机中时。不幸的是，直到本发明，没有已知的用于对针钉卡盘进行原位平坦化或校正的方法。
然而，本发明的材料、制品和技术现在趋于良好地适合用于对网状或“有针钉的”晶片卡盘支撑表面进行原位平坦化、粗糙化和/或清洁。更准确地说，本方法不使用松散的磨削或研磨介质，而是使用自支撑圆盘状工具。在研磨针钉顶部时产生的碎屑量是最小的。此外，所产生的碎屑被推离针钉顶部，并且它无害地落在针钉的基座或底部附近。因此，碎屑是无妨碍、并且不会影响针钉的平坦度或粗糙度，并且不会造成污染问题。
实例
以下实例以又更多的特异性说明了本发明的若干实施例。这些实例意在本质上为说明性的并且不应被理解为限制本发明的范围。
实例1：实现平坦度
直径为300mm的半导体真空卡盘由反应结合的SiC陶瓷(Si/SiC)制成。
如在行业中常见的，卡盘的顶部表面(即，晶片接触表面)被EDM机加工成具有多个针钉(也被称为台面)。针钉具有0.35mm的公称直径。针钉的目的是将晶片与卡盘的接触面积最小化到小于1.5％(面积％)，这通过减少背侧晶片污染问题来增强功能，从而除了其他优点之外提供了均匀的背侧真空力并且使得从卡盘释放晶片容易。
针钉卡盘的顶部表面以传统研磨而成为平坦状态，这在行业内是常见的。通过将具有已知平坦度的Si晶片放置在有针钉的表面上，施加真空并使用ZYGO干涉仪测量晶片的顶侧来测量表面的平坦度。该表面在裸片部位水平下用平坦度(也被称为移动平均数-MA-以nm为单位)和斜度(也被称为斜率局部角度-sLA-以μrad为单位)表征。测量面积为28mm×8mm。经研磨的针钉卡盘测量得出4.76nm的MA(对于跨300mm表面的所有裸片部位，平均值+3个标准偏差)和1.60μrad的sLA(平均值+3个标准偏差)。
然后用本发明的技术对针钉卡盘的表面进行处理。具体地，OD为22mm并且ID为3mm的超环面状环形工具使用标称60g的负载和27mm的工具半径来移过针钉的顶部。工具由同样用于生产针钉卡盘的反应结合的SiC配方来构造，以便为高效磨损提供坚硬的表面。处理表面50道次。在这个过程中，工具沿着针钉的顶部横向移动，从而轻微研磨高点。在该过程完成后，表面被再次归纳特征而得出3.97nm的MA和1.07μurad的sLA。
对于本领域技术人员来说，可采用许多工艺修改来改变、更改和优化工艺的性能，包括工具的几何形状、工具的构造材料、道次数量、所施加的负载等。
实例2：实现粗糙度
对于本领域技术人员来说，拥有具有如实例1所详述的良好平坦度的针钉卡盘来增强半导体制造工艺是有价值的。然而，针钉的表面也必须具有一定程度的粗糙度。如果针钉的顶部表面太平滑，那么晶片和针钉卡盘可能通过“光学接触”(光学接触是在两个主体在非常平坦且非常平滑的条件下发生接触时将粘附在一起的现象)的原理粘附在一起。晶片粘附到针钉卡盘上会导致许多不期望的问题，诸如当晶片试图平坦地放置在针钉卡盘上时难以将晶片解夹持和安放。
已知用粗糙介质(例如，粒度大于或等于2μm的金刚石研磨剂)进行研磨以在针钉的顶部上产生所希望的粗糙的表面粗糙度。
与粗颗粒研磨一样，本发明的工艺还提供了针钉的顶部上的所希望的粗糙的表面光洁度。
通过使用2μm金刚石颗粒介质的常规的研磨工艺使300mm针钉卡盘变得平坦。使用ZYGO白光干涉仪测量平台粗糙度(Spq)，得出23.9nm。这种水平的粗糙度是所希望的以便防止晶片通过光学接触产生粘附。
类似地，使用本发明的技术使300mm针钉卡盘变得平坦。使用实例1的方法，使得反应结合的SiC环形工件(研磨工具)经过针钉卡盘的顶部以便将向下磨损高点并提高平坦度。作为平坦化的结果，所希望的高表面粗糙度得以保持，或甚至被增强。在该工艺之后，Spq表面粗糙度为26.1nm。
实例3：磨损校正
在使用过程中，晶片针钉卡盘会磨损并失去其平坦度规格。磨损来自多个源头，包括数千个硅晶片滑上和滑下该表面、从晶片的背侧将污染物带给针钉卡盘、机器振动、处置等。需要有效的针钉卡盘整修工艺。
获得了已经历高水平的现场使用的针钉卡盘。使用实例1中所述的方法，平坦度经测量得出6.0nm的MA和2.0μrad的sLA。这些值高得令人不可接受。
按照实例1中所述的工艺，使用环形工具加工此磨损的针钉卡盘。作为该加工的结果，平坦度被提高至5.4nm的MA和1.8μrad的sLA，这为部件提供了额外的寿命。
对于本领域技术人员来说，这种磨损校正存在若干外延。首先，可进行额外的表面处理以进一步提高平坦度。第二，该工艺可在半导体机床中(即，半导体制造设备内部)进行而不是在远处进行，这节省了部件整修的典型物流成本。
实例4：研磨工具大小对具有误差的空间频率的影响
参照图7，示出的是作为光学表面的空间频率的函数的、众所周知的“功率谱密度”(PSD)曲线图。PSD是与光学表面的平坦度相关的数学函数。图7的曲线图示出了用本发明的研磨工具研磨表面的效果，该研磨工具具有28mm的环形接触面积。具体地说，该图示出了研磨工具对在接近工具大小的空间频率区域中的平坦度产生影响。
·总结和结论：
作为新颖内容要求保护的是一种对接触区域使用具有环形形状的小工具(有时被称为“冰球”或“圆盘”)的技术，该小工具被固持成它可以自然地‘骑跨’在不需要校正的较大的频率上的这样一种方式。这个小冰球通过常规的机械手段校正它遇到的高点。环带的一般工具形状是其直径不需要有任何大于28mm(因而形成不太关键的表面特征结构)，但通常为10-28mm。环带的宽度也应被规定，并且通常为针钉间隔的量级或更大，但并未大得足以阻止工具充分地与更大的频率表面相适形。处理工具可以是超环面(“甜甜圈”)形状的。更一般地说，它可以是连续表面，在中心具有凹陷并且在边缘上具有滚卷，从而因此提供环形接触区域。
当沿着环带的顶点观察时，工具在接触区域中的平坦度应被产生成其平坦度水平超过该区域中的晶片卡盘的规格。这可通过光学抛光来实现。
与针钉接触的工具的材料应该是与针钉一样硬或比针钉更硬的材料，该材料在这种情况下为Si/SiC。应用具有相同硬度或更大硬度的材料(例如,金刚石)确保了该工具被同等地磨损掉从晶片卡盘去除的幅度或更少，从而因此在研磨周期过程中保留了平坦度条件。
环形处理工具的材料和结构应被设计有如下的材料，该材料足够轻且坚硬，以便在表面上“漂浮”，但不会重得使得针钉压缩。工具材料也不应缺乏刚度而使得其在针钉之间下垂，从而导致共形地研磨未能竖起的针钉。用于此结构的优选材料可以是(例如)Si/SiC、Si/SiC/B4C或Si/SiC/金刚石。
这种研磨工具和方法的应用包括：
·在保持粗糙度的同时平坦化用于半导体光刻或检查的针钉卡盘
·在保持平坦度的同时校正或增加粗糙度
·校正针钉卡盘中的磨损图案
工业实用性
其表面上具有多个针钉(或平台或台面)的部件在精密工业中是常见的。本发明着重于在加工过程中用于固持晶片的半导体真空针钉卡盘。本发明中的技术允许优化针钉顶部的平坦度和粗糙度，并且允许在现场使用之后进行再生针钉顶部表面。这种技术可转移给许多其他精密针钉顶部部件，诸如但不限于：具有表面针钉的静电卡盘、标线真空和静电针钉卡盘、晶片处置臂以及用于平板显示器制造的部件(玻璃卡盘、玻璃处置臂、标线卡盘等)。
此外，这种技术可转移给并不具有针钉的表面的表面修改(平坦化、粗糙化等)。这为准备镜子和透镜表面(平坦的和弯曲的二者)提供了价值。
普通技术的技工将了解，可对在此描述的本发明进行多种不同修改，而不脱离本发明如所附权利要求书中所限定的范围或精神。

Claims (30)

1.一种用于工程设计晶片卡盘的晶片支撑表面的平坦度的方法，包括：
(a)提供晶片卡盘(60)，该晶片卡盘的用于支撑半导体晶片的表面包括多个针钉(10)，这些针钉的终端表面被安排成与该半导体晶片相接触；
(b)提供处理工具(64)，该处理工具用于处理这些针钉的终端表面，所述处理工具包括：
(i)被安排成与这些针钉的终端表面接触的表面，其中接触表面是呈圆或环带的形状；
(ii)该处理工具的该接触表面至少与这些针钉的终端表面一样硬；
(iii)该处理工具的大小被设定成足以使得该处理工具能够在这些针钉的终端表面上移动而不在相邻针钉之间坠落到所述终端表面之下；
(c)向所述处理工具提供自重负载；并且
(d)使所述处理工具的接触表面与所述晶片卡盘的针钉的终端表面相接触；以及
(e)使所述处理工具在所述针钉的终端表面上共形移动；
其特征在于，所述处理工具的接触表面具有超环面，所述处理工具具有凹进的中心区域并且具有比所述晶片卡盘的直径小的直径；其中，所述处理工具的超环面和所述凹进的中心区域通过在研磨期间保持与相邻的低点的接触来使所述处理工具在高点上经过时逐渐过渡。
2.如权利要求1所述的方法，其中该晶片卡盘是由陶瓷构造的。
3.如权利要求1所述的方法，其中该晶片卡盘是由SiC陶瓷构造的。
4.如权利要求1所述的方法，其中该处理工具是陶瓷。
5.如权利要求1所述的方法，其中该处理工具是与该晶片卡盘相同的材料。
6.如权利要求1所述的方法，其中该处理工具具有环形形状以便提供将保持与曲面相接触的几何形状。
7.如权利要求1所述的方法，其中该处理工具具有连续表面，其中所述处理工具的中心或中间区域是凹进的。
8.如权利要求1所述的方法，其中该处理工具由若干独立的环带构成。
9.如权利要求1、6、7或8所述的方法，其中该处理工具具有平滑边缘以便准许在针钉上过渡时进行平滑处理。
10.如权利要求1所述的方法，其中该处理工具的大小与正准备获得平坦度的该晶片上的裸片部位的大小相匹配。
11.如权利要求1所述的方法，其中当该处理工具在该晶片卡盘上移动时，该处理工具不受约束并且被允许在z轴上翻转、倾斜和移动。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述共形移动包括确定性地平坦化已知的高特征结构。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法在被设计用于所述晶片卡盘整修的机床中远程进行。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法在半导体制造设备内部原位进行。
15.一种用于恢复或增加晶片卡盘的晶片支撑表面的粗糙度的方法，包括：
(a)提供晶片卡盘(60)，该晶片卡盘的用于支撑半导体晶片的表面包括多个针钉(10)，这些针钉的顶部表面被安排成与该半导体晶片相接触；
(b)提供处理工具(64)，该处理工具用于处理这些针钉的顶部表面，所述处理工具包括：
(i)被安排成与这些针钉的顶部表面接触的表面，其中接触表面是呈圆或环带的形状；
(ii)该处理工具的该接触表面至少与这些针钉的顶部表面一样硬；
(iii)该处理工具的大小被设定成足以使得该处理工具能够在这些针钉的顶部表面上移动而不在相邻针钉之间坠落到所述顶部表面之下；
(c)向所述处理工具提供自重负载；并且
(d)使所述处理工具的接触表面与所述晶片卡盘的针钉的顶部表面相接触；以及
(e)使所述处理工具在所述针钉的顶部表面上共形移动；
其特征在于，所述处理工具的接触表面具有超环面，所述处理工具具有凹进的中心区域并且具有比所述晶片卡盘的直径小的直径；其中，所述处理工具的超环面和所述凹进的中心区域通过在研磨期间保持与相邻的低点的接触来使所述处理工具在高点上经过时逐渐过渡。
16.如权利要求15所述的方法，其中该处理工具由硬质材料制成。
17.如权利要求15所述的方法，其中该处理工具由陶瓷制成。
18.如权利要求15所述的方法，其中该处理工具由与该晶片卡盘相同的材料制成。
19.如权利要求15所述的方法，其中该处理工具具有比该晶片卡盘更大的硬度。
20.如权利要求15所述的方法，所述方法在被设计用于晶片卡盘整修的机床中远程进行。
21.如权利要求15所述的方法，所述方法在半导体制造设备内部原位进行。
22.如权利要求15所述的方法，其中所述共形移动包括确定性地粗糙化已知的具有降低粗糙度的区域。
23.一种用于研磨晶片卡盘的方法，该晶片卡盘的晶片支撑表面包括针钉，所述方法包括：
(a)提供呈环形圆盘形状的研磨工具，所述研磨工具具有比所述晶片卡盘的直径小的直径，并且具有至少与所述晶片支撑表面的硬度相等的硬度；
(b)使所述研磨工具的该研磨表面与所述晶片卡盘的该晶片支撑表面相接触；并且
(c)使所述研磨工具在所述晶片卡盘的该整个晶片支撑表面上经过。
24.一种用于修改晶片卡盘的晶片支撑表面的工具，所述晶片支撑表面包括针钉，所述工具包括：
(a)硬度与所述针钉的硬度至少相等的材料；
(b)配置为与所述晶片支撑表面相接触的表面；以及
(c)直径，该直径被选择或工程设计成影响特定空间频率；
所述工具的特征在于，当与平面接触时，所述表面形成线接触，其中，所述线接触为闭环。
25.如权利要求24所述的工具，包括碳化硅。
26.如权利要求24所述的工具，包括硅/碳化硅复合材料。
27.如权利要求24所述的工具，包括复合材料，该复合材料包括金刚石和碳化硅。
28.如权利要求24所述的工具，包括反应结合的碳化硅。
29.一种用于修改晶片卡盘的晶片支撑表面的工具，所述晶片支撑表面包括针钉，所述工具包括：
(a)硬度与所述针钉的硬度至少相等的材料；
(b)安排成圆的多个子工具，这些子工具中的每一者被安排成具有与所述晶片支撑表面相接触的环形区域；以及
(c)所述接触的环形区域的直径远小于所述晶片支撑表面的直径。
30.根据权利要求29所述的工具，其中所述工具的材料具有的硬度与所述针钉的硬度相等。
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