CN1123423C - 半导体晶片的抛光方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抛光半导体晶片的方法，该半导体晶片安装在一个支承板的前侧面上并被一侧表面以一确定的压力挤压到一个夹持有抛光布的抛光晶片上以被抛光。本发明还涉及一个装置，其适于实施本方法，而本方法之特征在于：a)多个压力腔的至少一个在半导体晶片抛光之前被施加以一个确定的压力；和b)该抛光压力在半导体晶片的抛光期间通过施以压力的压力腔之弹性的支承表面传递到支承板的背侧面上。

Description

半导体晶片的抛光方法和装置
技术领域
本发明涉及一种抛光半导体晶片的方法，该半导体晶片被固定在一个支承板的前侧面上和被一个侧表面以一个确定的抛光压力挤压到一个夹持有抛光布的抛光盘上，以被抛光。本发明有还涉及一种实施本方法的装置。
背景技术
借助一种化学一机械的抛光工艺对半导体晶片的平整化处理，在制造一个平面的、无缺陷的和光滑的半导体晶片之加工过程中形成一个重要的加工步骤。这个抛光步骤在多个加工工序中是最后形成的，它是对表面特性起决定作用的步骤，然后，该半导体晶片作为输出材料用于制做电气的、电子的和微电子的构件以便进一步利用。该抛光工艺的目标特别是为了达到两个晶片侧面之高度的平整度和平行性，通过预处理消除被损伤的表面层(损伤消除“damage removal”)，提高半导体晶片的微观粗糙度。
一般方式是应用单侧面的和双侧面的抛光工艺。本发明涉及的是一组单侧面抛光工艺用于多个半导体晶片(单侧面组式抛光：Singleside batch polishing)。该半导体晶片在这种工艺中以一个侧面设置在一个支承板的前侧面上，其中，在该侧面和支承板之间构成一个结构闭合和力传递接合的连接，例如通过粘附，粘接，胶粘或形成真空。一般来说，该半导体晶片如此安装在支承板上，即，它们构成同心的模式。在安装以后，该自由的晶片的侧面在输入一种抛光介质的情况下以一确定的抛光压力被挤到一个夹持有抛光布的抛光盘上并被抛光。同时，该支承板和抛光盘按照一般方式以不同的速度被转动。所必需的抛光压力被一个压力冲头传递到支承板的背侧面上，该压力冲头称之为抛光头(polishing head)。在应用多个抛光机时结构可以这样安排，即它们可以具有多个抛光头和相应地可以装有多个支承板。
多种因素使得难以实现半导体晶片的平整度和平行性，即下文所称的晶片的理想的几何形状。特别在抛光的半导体晶片情况下，它的侧表面不相互平行，而是具有一个锥度的形状，因而晶片几何形状不能令人满意。与要求的晶片几何形状存在的偏差还会例如由于支承板背侧面上微小的不平度而引起。这些不平度会在和该不平度相反对置的半导体晶片上导致一个变强的或变弱的抛光切除量。而且通过这种抛光所引起的半导体晶片锥度会最终引起作用于半导体晶片上的抛光压力不均匀，以及由此必然引起的不均匀的材料切削。该抛光压力也经常因此不均匀地作用在半导体晶片上，这是由于支承板在抛光期间在自身重量的作用下发生沿径向的变形或者是由于支承板具有一个由加工条件确定的径向厚度不均。在结构相同的抛光头情况下，传递抛光压力时会出现差别，以致于应用这种抛光头也会明显地影响抛光效果。在某些情况下，抛光布在多次使用中作用逐渐丧失，因而抛光效果也就变差了。
为了在努力达到要求的晶片几何形状过程中减少(Abmilderung)上述问题，在EP-0004033A1中建议，在抛光头和支承板背侧面之间设置由软的弹性体制成的中间层。这个方法不能自动进行并容易发生缺陷，因为，它的结果大部分取决于操作人员的经验和观察，而操作人员必须帮助设置和选择中间层的厚度。而且即使在操作过程中不发生差错，所抛光的半导体晶片的厚度不均也会超出一个确定的界限值。
发明内容
本发明的目的是，在应用一个单侧面抛光机对半导体晶片的抛光中可实现改善的抛光切削的均匀性，因此，所抛光的半导体晶片的厚度不均是特别小的。
本发明主要涉及一种半导体晶片的抛光方法，这些半导体晶片被安装在一个支承板的前侧面上，每个所述晶片的一个侧面以一个确定的抛光压力被挤压到一个夹有抛光布的抛光盘上，以被抛光，该方法包括以下步骤：a)在半导体晶片被抛光之前，多个压力腔中的至少一个压力腔独立于其它压力腔而被施加一个确定的压力；所述支承板具有一圆周；所述压力腔平行于支承板的圆周同心设置；以及b)所述压力腔具有弹性支承表面，该弹性支承表面在半导体晶片的抛光期间将抛光压力传递到所述支承板的一个背侧面上，并且在半导体晶片的抛光期间，通过已经在步骤a)中被施加压力的所述压力腔的弹性支承表面将抛光压力传递到所述支承板的所述背侧面上。
本发明还涉及一种半导体晶片的抛光装置，包括：一个具有背侧面和前侧面的支承板；一个抛光头，它以一个确定的抛光压力使在支承板的前侧面上固定的半导体晶片在抛光期间被挤压到一个夹持有抛光布的抛光盘上，进一步包括：a)多个可被单独施加压力的压力腔，它们以同心方式设置在该抛光头之指向支承板背侧面的侧面上，所述压力腔具有弹性支承表面，只要压力被施加到一个相关的压力腔中，所述支承表面在半导体晶片的抛光期间将抛光压力传递到支承板的背侧面上，所述支承板具有一圆周；所述压力腔平行于支承板的圆周同心设置；以及b)独立于其它压力腔而将压力施加到所述每个压力腔中的装置。
本发明之所以有效是因为，在抛光头和支承板之间设置的压力腔之局部的压力可以得到均衡，压力的不均匀性可以由于支承板背侧面上的不平度所产生或者由于支承板之弹性的变形所产生。被施以压力的压力腔传递到支承板上的压力在支承板的圆周方向上的弹性支承表面的任何位置上都具有相同的值。本发明一个特别的优点是，被施以压力的压力腔最好自动地被选定和自动地施以压力。特别是，所应用的对抛光效果起作用的支承板和抛光布的特性在上述选择时能够被考虑。
附图简介
下面借助附图详细阐述本发明。
图1是本发明装置的一个优选实施例：此处仅表示了为说明本发明所必需的特征内容；
图2a和2b以简图方式表明了按照本发明在抛光半导体晶片时使锥度最小化的原理。
具体实施方式
首先，参照图1，其表明了一个实施本方法之装置的优选实施例。一个抛光头2之朝着抛光机的支承板1的一侧具有敞开的通道3，它们以同心的方式和支承板的圆周线平行地设置。在每个通道内置有一个压力腔4，例如由一种具有微小刚性的材料所制成的皮袋或软管。这里描述的装置总共设有7个压力腔。如果一个压力腔被施加以压力，其中，被充有一种气体或一种液体，则该压力腔之朝着支承板指向的支承面5就抵靠在该支承板的背侧面6上。该抛光头2装备一个真空工具14，借助它，支承板1就可以通过施加一个真空作用V而被吸住。为了用气体或液体填充压力腔所必需的通过抛光头的管道在图中未作描述。对一个压力腔的施加压力在以后还被标称为“接通压力腔”，而相反的过程则称为“断开压力腔”。所设置的压力腔之数目则取决于所采用的支承板的直径和压力腔之支承面的宽度。最好是设置2至10个，特别优选是2至7个压力腔，它的支承面在压力腔接通的状态时是10至220mm，特别优选的是10至30mm宽度。
在抛光头和支承板的背侧面之间置有一个隙缝7。在接通时压力腔中的压力值最好这样选择，即抛光头在半导体晶片的抛光期间不会出现超越隙缝和损坏支承板的情况。另外，该装置还包括一个可调节门8的系统，通过它，每个压力腔可以与其余的压力腔无关地被接通和断开并且还设置了使接通的压力腔之间实现压力平衡的可能方案。此外特别优选的是，设置一个中央计算机9，它完全自动地控制压力腔的接通和断开。这个中央计算机9在一个抛光运行之后就被提供所检测的晶片几何形状值例如检测的厚度不均情况。依此它计算出应接通的压力腔数目和状态并控制，相应的压力腔自动地接通或断开。作为优选，该中央计算机在计算时还应另外考虑对抛光效果的影响，这些影响指的是所应用的支承板和抛光头由于加工固有的特性而引起的。所应用的支承板和抛光头的一致性确认可以例如借助一个条形码识别器来实现。然后该中央计算机访问一个数据库，该数据库中贮存了一些指令在应用确定的支承板或确定的抛光头或支承板和抛光头为确定的组合情况下，这些指令可确定哪些压力腔应被接通或断开。这些指令则以有规则的间隔方式在对多个已进行的抛光工序(运行)自动地作出抛光结果评估以后被发出实施。
图2a和2b示意地表明了，如何通过本方法可以特别地实现改进所抛光的半导体晶片的抛光结果。在图2a的上边分图中描述了所抛光的半导体晶片10a是锥形的，该晶片10a被安装在一个支承板1的前侧面11上并以一确定的抛光压力被挤压到一个夹持有抛光布的抛光盘13上以被抛光。该半导体晶片的厚度在朝向支承板中央的方向上减小，因此，人们称为一个正的锥度。在图2b之上边的分图中，则描述了相反的情况。此处所描述的半导体晶片10是负的锥度。在两种情况中，该半导体晶片的厚度不均是因为例如应用了一个在径向上呈楔形的支承板或者一个在径向上不同程度磨损的抛光布(未描述)，并且通过箭头表示的抛光压力之传递的重心点没有处于和这种状态适应的位置上。
如在图2a的上边分图中表明的那样，所有六个可应用的压力腔4都被接通，并通过压力腔之间的压力平衡被施加以相同的压力。该抛光压力之传递的重心点大致位于半导体晶片的中央上方。按照图2b之上边分图中的描述，在导致半导体晶片为负锥度的抛光期间，三个外边的压力腔被接通，因此，抛光压力之传递的重心点位于半导体晶片之边缘区域的上方。
为了实现，一个后跟的抛光运行(工序)的半导体晶片之侧面具有一个较高的平面度和平行度，则抛光压力的传递之后重心点借助压力腔4被移位。这一点在图2a和2b之相应的下边分图中作出描述。和后面抛光的半导体晶片10b之重新的正锥度正好起相反作用，其中，在这个半导体晶片的抛光之前，在内侧设置的在表示的本实施例中三个压力腔被断开。由于此原因，压力传递的重心点被径向往外移动，因此，该重心点位于该半导体晶片10b的边缘区域上方(图2a的下边分图中)。和后面抛光的半导体晶片10b的重新的负锥度正好起相反作用，其中，在这个半导体晶片被抛光之前，内侧设置的在本发明的实施例中三个压力腔被接通。由于此原因，压力传递的重心点被径向往中心位置移动，所以，该重心点位于该半导体晶片10b的中央上方(图2b的下边分图)。
由于至此的描述变得清楚的是，本方法可以设置成各种方式。必要的先决条件仅仅是，至少一个压力腔在半导体晶片的抛光期间被接通，并将抛光压力传递到支承板的背侧面上。作为优选，但不是绝对必需的是，在接通的压力腔之间提供一个压力平衡。按照图2a和2b中描述的顺序接通的压力腔同样仅仅是作为例子描述的。为了实现所希望的晶片几何形状，在给定情况下还可能需要的是，必须选择一个顺序，其中，在一个或多个断开的压力腔旁的唯有一个接通的压力腔存在。还可能必需的是，一个或多个于外侧设置的压力腔在抛光期间被断开。
实施例：
应用一般商品化的带4个抛光头的单侧面抛光机可实施数百次的抛光(运行)。在每个抛光工序以后，所抛光的半导体晶片沿一个预定(Vorzug)方向的锥度就被确定。在后面的表1中，给出了被设置的控制锥度的平均值，在表2和3中，给出了在支承板的前侧面上以同心方式安装的半导体晶片的锥度平均值。
在一系列(比较系列)抛光工序(运行)情况下，人们试图通过应用中间层以改善抛光效果、如在EP-4033A1中描述的那样。在所有其余的抛光工序(运行)中，应用了本发明(试验系列A，试验系列B+，C+，C-)。还试验了那些考虑了所应用的支承板(试验系列B+和B-)和所使用的抛光头(试验系列C+和C-)之独特性质的预定计算机指令对抛光结果的作用影响(“+”意味着有预定指令的抛光工序(运行)，“-”意味着设有预定指令的抛光工序)。在这些表中，分别给出了相对于一个置于零的目标值的倾斜度(正的或负的锥度)。表1                   抛光头1          抛光头2比较系列              0.7              0.6试验系列A             0.3              0.4表2
          抛光头1，      抛光头2，  抛光头3，  抛光头4，试验系列B-，  -0.2             -1         0.5        0.2试验系列B+，  -0.1             0.2        -0.1       0.2表3
          抛光头1，      抛光头2，  抛光头3，  抛光头4，试验系列C-，  -0.25           -0.1        0.1          0试验系列C+，  0.1             -0.1        0.1          0

Claims (12)

1、一种半导体晶片的抛光方法，这些半导体晶片被安装在一个支承板的前侧面上，每个所述晶片的一个侧面以一个确定的抛光压力被挤压到一个夹有抛光布的抛光盘上，以被抛光，该方法包括以下步骤：
a)在半导体晶片被抛光之前，多个压力腔中的至少一个压力腔独立于其它压力腔而被施加一个确定的压力；所述支承板具有一圆周；所述压力腔平行于支承板的圆周同心设置；以及
b)所述压力腔具有弹性支承表面，该弹性支承表面在半导体晶片的抛光期间将抛光压力传递到所述支承板的一个背侧面上，并且
在半导体晶片的抛光期间，通过已经在步骤a)中被施加压力的所述压力腔的弹性支承表面将抛光压力传递到所述支承板的所述背侧面上。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在多个压力腔被施加有压力的情况下，在施加有压力的各压力腔之间进行压力平衡。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
在抛光工序之前，通过计算机辅助而选定要被自动地施加压力的压力腔。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，包括：
在选定压力腔时，根据所应用的支承板和所使用的抛光头考虑对压力腔的预选。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：通过选择接通时压力腔中的压力值，使得抛光头在半导体晶片的抛光期间不会出现超越位于抛光头和支承板的背侧面之间的隙缝和损坏支承板的情况。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：应用一个机械屏障以防止抛光头降低至支承板。
7、一种半导体晶片的抛光装置，包括：一个具有背侧面和前侧面的支承板；一个抛光头，它以一个确定的抛光压力使在支承板的前侧面上固定的半导体晶片在抛光期间被挤压到一个夹持有抛光布的抛光盘上，进一步包括：
a)多个可被单独施加压力的压力腔，它们以同心方式设置在该抛光头之指向支承板背侧面的侧面上，所述压力腔具有弹性支承表面，只要压力被施加到一个相关的压力腔中，所述支承表面在半导体晶片的抛光期间将抛光压力传递到支承板的背侧面上，所述支承板具有一圆周；所述压力腔平行于支承板的圆周同心设置；以及
b)独立于其它压力腔而将压力施加到所述每个压力腔中的装置。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，包括：
一个在已被施以压力的各压力腔之间进行压力平衡的装置。
9、如权利要求7所述的装置，其特征在于：
设有2至10个压力腔，它们均具有宽度为10至220mm的支承表面。
10、如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括：
一个中央计算机，其在抛光工序之前选定要施以压力的压力腔并且自动地向这些压力腔施加压力。
11、如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括一个机械屏障，它用于防止抛光头降低至支承板。
12、如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括：一个计算机辅助控制系统，用于调节抛光头和支承板的背侧面之间的隙缝的高度。
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