CN1135397A - 晶片抛光装置 - Google Patents

Abstract

一种晶片抛光装置中，当薄层在晶片上滑动时树脂薄层用传送于其上的抛光液抛光晶片。张紧机构将一个适度的的张力施加于薄层而使之有一个期望的弹性强度。即使晶片有由于其不匀厚度引起的不平或变形，薄层也可校正某种程度的变形，并随校正后的晶片形状将晶片抛光。此刻作用在晶片上的压力均匀分布于整修表面。薄层由亲水的耐氢氟酸材料制作。因此即使晶片本身具有任何变形或不平，本装置也可以修整由于电路组构成所产生的不匀度。

Description

晶片抛光装置

本发明涉及一种对晶片的因重复成膜和蚀刻而变得粗糙的表面进行抛光的装置。

在一种大规模集成电路(LS1)的生产线上，为了形成一种固体电路组，一种晶片、即半导体材料的表面要反复经受光刻以构成图形。这种反复的构图成形产生在晶体表面上的电路组形状的细微凹凸不平。在所设计的电路组大小是一微米(μm)或更小时，这种情况就特别真切。因为不规则的晶片表面使之难以在其上形成一个布线层，因此表面必须弄平。还常使用一种晶片抛光装置以化学或机械方式抛光晶片表面。传统的抛光装置有一个用于夹持晶片后部的回转夹持架。回转工作台面对夹持架，并有用于抛光由夹持架夹持的晶片前部的一个抛光垫。抛光液用一个喷嘴送给抛光垫。通过夹持架，一个加压机构将晶片压向抛光垫。

但是，这类具有上述结构的传统抛光装置具有尚未解决的下列1至4的问题：

1.晶片表面不可能被平整到某一限度以上。通过抛光晶体表面被弄平的原理是，抛光垫以比其与晶体表面凹点更多的接触压力与晶片表面的凸点接触，由此而以比凹点处的效率更高的效率将凸点抛光。此外，在凸点外，粗纹是难以被抛光的。因此，在用具有较大刚度的材料制作垫光垫时，晶体表面会抛得更平些。然而，在抛光垫是由低刚度的尿烷或类似材料制作时，其平整程度受到凹凸不平的宽度限止，而在目前水平条件下约为0.5mm。另一方面，与精密和大规模的大规模集成电路工艺改进并行的是现有的某些产品要求晶片表面有更高的平整度。尤其是一种64位微处理器或类似的大规模电路要求不平整宽度仅为几毫米或更少。用传统的抛光装置是难以弄平这样一个宽度的不平整的。虽然可对LS1图案设计加以限制以避免出宽的不平整，但这种方案使设计复杂化并因此使设计成本和限制增加。

2.在晶片本身容易变形，即在其中心部份凹凸或塌陷的这种情况下，由电路组构型造成的不平整则难以排除。对于这种晶片，其变形是该电路组构型造成的不平整的10至100倍。因此很可能会将该晶片凸起部分构成的固体电路组刮掉。如像过去提议过的那样，为使能效仿于晶片固有的变形，让抛光垫具有弹性或较低程度的刚度。但是，抛光垫刚度的降低直接转化为它的软度增大，因而也增大了造成去除电路组不平用的抛光能力。因此，只要弹性强度、即刚度，与抛光垫的柔软度这两个互相矛盾的方面不能同时被满足，那么抛光能力在任何情况下都不能增加。但是，由于晶片可能以各种方式变形，要准备每一种均有一个特定刚度的各种抛光垫以适应各种变化状况，可这对于实际生产线上是不切合实际的。尤其不可能把一片虽然很小变形，但有内其不匀厚度造成的不平度弄平整。

3.抛光装置消耗大量的抛光液。晶片经常被划伤，要不就得将抛光液一刻不停地灌入抛光垫与晶片间的间隙中。就此而言，要使抛光垫有一种在表面和内部有汽泡的多孔结构，以便使得液体可容易地穿透进入抛光垫。这会使抛光垫留不住液体。其结果是比需要量更多的液体必须在抛光期间被供给，从而增大成本。此外，过量的液体使抛光垫变软，因而由此而加重了上述的有关抛光垫弹性强度的问题。

4.传统装置中适用的抛光能力不能在一个长时间周期内维持稳定。在装置抛光晶片时，抛光粒子离开抛光垫，晶片之除下物附着到抛光垫表面。这会使抛光能力下降，并由此而制止均匀抛光面形成。因此，在连续抛光作业的间隔之内，修整抛光表面是必要的。但是修整不仅刮去附着物，而且也刮去抛光垫本身，因而减少抛光垫的厚度。所以抛光垫的抛光能力和寿命被降低。此外，如修整得不匀，抛光垫就不能平整被抛光的晶片表面。

因而本发明的一个目的是提供能够对不论是晶片本身的凹凸不平，还是变形，以及因固体电路组构型造成的波状不规则表面进行平整用的一种晶片抛磨装置。

本发明的另一个目的是提供一种只消耗最小量抛光液，在一个长的时间内具有稳定抛光能力的晶片抛光装置。

根据本发明，一种抛光半导体材料晶片的装置具有一个夹持晶片后部的回转夹持架。一个回转工作台有一个薄层状的、用于抛光夹持架夹持的晶片前部的抛光件。一个导管将抛光液送至抛光件。一个加压机构通过夹持架将晶片压向抛光件。一个张紧机构向抛光件施加一个张力。

结合附图进行详细介绍后，本发明的上述目的以及其它目的、特点和优点将会更加清楚。对附图简要说明如下：

图1是展示传统抛光装置的局部剖视图。

图2A，2B分别是展示实施本发明的抛光装置之局部剖视图及局部平面视图。

为了更好地理解本发明。先对图1所示之传统的晶片抛光装置进行简要介绍。如图所示，该装置具有夹持晶片12后部的夹持器7。回转工作台8面向夹持器7，并具有一抛光由夹持器7夹持的晶片12之前部用的抛光垫9。抛光液由喷嘴10供给垫9。加压机构11通过夹持器7将晶片12压向抛光垫。抛光垫9由如发泡尿烷或聚酯树脂的无纺织物制作，并用尿烷浸透。无纺织物之弹性强度用杨氏模量(Young′s modulus)来表示为约1E9至1E10达因/厘米²(dyn/cm²)，其厚度约1毫米。所用的抛光液与被抛光的材料有关。通常，在一种LSI生产线上，抛光主要是用于硅氧化物膜，此膜是插夹在两连接层之间的一种绝缘膜。在这种情况下，用二氧化硅粒子与水，或氨水的一种混合物作为抛光液。

在作业时，将晶片12安装在夹持架7中，然后，夹持架7和回转工作台8沿同一方向相互以10至100转/分的速度回转。在这种条件下，机构11通过夹持架7对晶片12施加100至1000克力/厘米²(gf/cm²)的载荷。为了抛光晶片12，抛光液以100立方厘米/分钟(cc/min)的速率从喷嘴10输送至抛光垫9。

上述抛光装置具有上面介绍过的(1)-(4)问题。

参看图2A，2B，图中展示了实施本发明的一种晶片抛光装置。在图2A，2B中，与图1所示相似或相同的结构用与之相同的参考数码标引。如图所示，本装置具有一由耐氢氟酸的树脂形成的薄层1。加压机构11通过夹持器7将晶片12压向起抛光垫作用的薄层1。多个张力机构2将张力施加于薄层1。氢氟酸从一清洗液液体喷嘴10a传送至薄层1。一弹性件6插放于薄层1与回转工作台8之间。其余结构则与图1所示之传统装置是一样的。

张力机构2安装于回转工作台8a的外周面上，且是沿工作台8a的外周面等间隔设置的。机构2之每一个均有一以可转动方式装配在工作台8a上的传送螺钉4。可动件5带有内螺纹，并与螺钉4保持结合。件5可在形成于工作台8a内的一槽中滑动。保持器3安装在件5上，并把持于薄层1之外周边缘上。采用这种结构，机构2将薄层1之外周边缘夹持住，并由此而给薄层1施加以张力。当然，该张力是可以通过传送螺钉4调整的。

通过如上所述那样调整作用于薄层1的张力，就可以调整薄层或抛光垫的弹性强度。此外，作用于薄层1的张力与机构11的压力配合作用可以校正晶片12之变形。但是如果，晶片被通过校正变形的程度而变得完全平整时，很可能会使经受最高程度校正之晶片的那些点处由于薄层1之压力增大而经受过度抛光。有鉴于此，校正程度的选择应能使薄层1各点处之间压力差不能过量，例如不能超过10％。

举一个例子，假设晶片12直径为150mm，且在其中心处测量有3毫米的凹度或变形。然后，假设来自张紧机构2和加压机构11之张力被调整得使变形变少到约为1毫米，作用于晶片12中心部份与周边部份压力之差值仅为几个百分点。在此条件下，晶片12表面被均匀地抛光。此外，假定在中心部份测量之变形仅1mm或更少。如果通过机构2施加于薄层1之张力被增加，那末晶片12可被均匀地抛光。

在晶片12虽然没有显著变形但由于其厚度不均匀而造成有粗糙度时[问题(2)]，足够强度的张力被施加于薄层1而使之具有所期望的弹性强度。在这种情况下，所选择的张力只使薄层1用作扩展张力。在这种情况下，薄层1则会在晶片12表面上滑移，而对即使是最轻微的变形也不起校正作用。其结果是，晶片12遂受到专用于薄层1的这种弹性强度的均匀抛光。随之得到的是只因电路构型造成该晶片12的不均匀度可得以排除。

如上所述那样，需要高张紧强度和刚性的薄层1可以由聚酰亚氨树脂或含氟树脂如，四氟乙烯树脂或三氟乙烯树脂。虽然含氟树脂在张紧强度方面相对低一些，但是正如下面要讲述的那样，它耐氢氟酸侵蚀。此外，尿烷树脂是合乎需要的。在薄层1是由聚酰亚氨树脂制作时，如果以被玻璃纤维填充，其抗拉强度能达到与钢的抗拉强度20kgf/mm²相比拟的程度。

虽然弹性件6并不是主要件，但在薄层1跟随晶片12作变形时，能起一种辅助作用。尤其是在于晶片12中央部份测量，其原始变形为0.5mm或更少的凹度时，稍微有一些张力施加于薄层1，以便使薄层1与件6相互接触，彼此均匀地复盖整修表面。在此条件下，薄层1抛光晶片12，且与件6配合作用使凹入得以校正。件6应有最好是等于或小于处于无应力状态下的薄层1所具有的弹性强度。件6可以推荐使用耐酸橡胶如高氟橡胶(Perfluoro rubber)。

具有上述结构的抛光装置以如下方式作业。首先，操作者检查晶片12，看看晶片是否有变形或不匀度，接着调整所有的张紧机构2，以便使与晶片12形状相匹配之张力作用于薄层1上。与此同时，操作者调整由加压机构11产生的压力。在晶片安装在夹持架7之后，就将晶片12压向薄层1。然后使夹持架7和工作台8a转动而抛光晶片与此同时，将抛光液从抛光液喷嘴10中送出。

在抛光之后，将夹持架7从工作台8a上移走，之后将氢氟酸的水溶液从清洗喷嘴10a送至抛光垫薄层1。结果是，二氧化硅磨屑从晶片12上除去，并将含在抛光液中的玻璃粒子从薄层1上冲走。这就是薄层1要如前所述用耐酸材料制作的理由。在每次抛光终止时将氢氟酸传送到薄层1时，薄层1有防止堵塞的功能，因而可以在整个时间内用抛光液中的粒子抛光晶片12，这样就无需像过去那样通过修整抛光垫表面来除去薄层1上的二氧化硅磨屑和抛光粒子，因而可确保稳定的抛光能力。

由上述材料制成的薄层1是亲水的。因此抛光液能滞留在薄层1上而不会被薄层排斥。试验表明对于给定条件和给定的晶片，与以前多孔的抛光垫所耗费的抛光液量相比，本抛光薄层大致可以节省一半。

总之，可以看出本发明具有如下所列的各种前所未有的优点。

(1)抛光件在晶片上滑动中用传送于其上的抛光液抛光晶体。抛光件用一种树脂薄层制成。张紧机构通过调整使抛光件具有一个合适张力的合乎期望的弹性强度。即使晶片原本就有一种由其不均匀厚度引起的粗糙度或变形时，某种程度的变形可得到校正，之后，晶片和薄层相对滑动。结果是，薄层在一种均匀压力分布的情况下将晶片抛光，由此因固体电路组构型造成的不均匀度得以排除。

(2)薄层由耐氢氟酸材料制作。因而，氢氟酸可以被施加薄层，以便将留在薄层上的二氧化硅弃离物及玻璃抛光粒子化除。这样就防止了薄层被堵塞，因此保证全部时间内有稳定的抛光能力。

(3)薄层由不排斥水的亲水材料制作，因此抛光液可停留在薄层的表面上而不会透入薄层，从而可使抛光液消耗减少。

对于本领域的熟练人员来说，在接受本发明公开内容的启示后，可以在不违背本发明精神的情况下作出各种变型和改进。

Claims (5)

1.一种用于抛光半导体材料的晶片的装置，其特征为它具有：

一个用于夹持晶体后部的夹持架；

包括有由该夹持架夹持以抛光该晶片前部用的一个薄层状抛光件的一个回转台；

将抛光液传送至抛光件的一个导管；

通过该夹持架将晶片压向抛光件的一个加压机构；和

一个将张力施加于抛光件用的张紧机构。

2.如权利要求1的装置，其特征在于在该抛光件之后还配置有一个弹性件。

3.如权利要求1的装置，其特征为该抛光件是一种耐氢氟酸的树脂薄层。

4.如权利要求1的装置，其特征为该抛光件是一种聚酰亚氨树脂薄层。

5.如权利要求1的装置，其特征为其中所述张紧机构具有多个固定于该抛光件周边的保持件，及一种螺钉传送机构，该传送机构使多个保持件彼此独立地朝外运动，由此将张力施加于抛光件。

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