CN1237783A - 晶片抛光设备及晶片抛光用衬垫 - Google Patents

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Abstract

一种晶片抛光设备包括旋转支撑的抛光台、抛光垫、承载头和衬垫。抛光垫固定于抛光台上。承载头设置成与抛光台相对，并支撑成可相对于抛光台旋转和前后移动。衬垫固定于承载头的表面上，与抛光垫相对，用于协同压缩空气使晶片紧贴抛光垫。衬垫由具有封闭微孔用于紧贴晶片的外围部分的环形第一泡沫体和具有开放微孔且设置于第一泡沫体内的柱形第二泡沫体构成。

Description

晶片抛光设备及晶片抛光用衬垫
本发明涉及一种采用CMP(化学机械抛光)的晶片抛光设备及晶片抛光用的衬垫(backing pad)。
在半导体器件制造工艺中，进行平面化半导体晶片表面的平面化工艺，以提高光刻等的精确度。这种平面化工艺的典型例子是SOG(旋涂玻璃)。随着半导体器件微细构图程度的增加，需要高度平面化。为了满足这种需求，近年来，采用浸有化学腐蚀液的抛光布的CMP引人注目，并且正在变为包括用于平面化的镶嵌法的主流技术。
图4A展示了采用常规CMP的晶片抛光设备。
参见图4A，由参考标号1整体表示的晶片抛光设备由圆形抛光台2、柱形承载头3及浆料供应管4构成。承载头3对着抛光台2，其直径小于抛光台2。浆料供应管4滴落浆料5。可旋转地支撑抛光台2的转轴6固定于抛光台2下部的中心部位。叠于其上的软下垫7和硬上垫8依次固定于转轴6的上表面上。
承载头3由环形固定环10、不锈钢基板11和转轴12构成。基板11固定成掩埋于固定环10的上半部中。转轴12固定到基板11的上部中心部位，以可旋转地支撑承载头3。衬垫15固定于基板11的下表面上。环形设置的六根空气管13形成为延伸穿过基板11和衬垫15，如图4B所示。压缩空气从设置于基板11上的空气供应源(未示出)提供到空气管13。
按这种设置，承载头3向下运动，用衬垫15的下表面将晶片16压到上层垫8上。此后，从空气供应源(未示出)向空气管13供应空气，在衬垫15和晶片16间形成空气层16。这种状态下，抛光台2沿箭头所示方向旋转，同时承载头3沿与抛光台2的旋转方向相反的方向旋转，浆料5从浆料供应管4滴下，于是利用上层垫8抛光晶片16的下表面。
图5A示出了采用由具有开放微孔的泡沫体构成的晶片抛光用衬垫的常规承载头。图6A展示了采用由具有封闭微孔的泡沫体构成的晶片抛光用衬垫的常规承载头。
在衬垫25只由具有开放微孔的泡沫体构成时，如图5A所示，能够基本上均匀地整体抛光，如图5B所示。然而，抛光量(研磨量)小，即使空气压力增大，也无法提高抛光量的减少。靠近晶片16的外围边缘部分抛光量的下降很大。发现抛光量的减少一般发生在晶片16的外径超过8英寸时。
这可能是以下原因造成的。具有开放微孔的泡沫体在横向(沿晶片16的表面)具有高空气透过率的特殊性质。因此，在衬垫25和晶片16之间均匀地形成空气层17，因而晶片16会容易被抛光成平面。然而，由于空气层17喷洒于衬垫25的整个表面上，衬垫25紧贴晶片16取决于空气层17。所以由于紧贴衬垫25，晶片16变得几乎不受影响，导致了很小的抛光量。
晶片16的抛光量在外围边缘部分大幅度下降的原因如下。如图5A所示，空气层17趋于从衬垫25的外围边缘部分释放到外部，衬垫25不能紧贴假定被紧贴的晶片16的外围边缘部分。
在衬垫35只由具有封闭微孔的泡沫体构成时，如图6A所示，在离开晶片16的中心C1英寸到8英寸的两个测量点处的抛光量，大于其它测量点处的抛光量。这导致了抛光量整体上不同。然而，整个抛光量可通过提高空气压力而改善。
这可能是基于以下原因。具有封闭微孔的泡沫体具有如下的特殊性质，尽管其空气透过率在横向(沿晶片16的表面)低，但可以对晶片局部施加压力。结果，如图6A所示，在衬垫35和晶片16之间产生了形成空气层17的部分和没形成空气层的部分。因此，晶片16的整个表面不会被空气层17均匀地紧贴，所以晶片16的表面不能抛光成平面。
图5B和6B展示了在径向上离开直径为8英寸的晶片16的中心1英寸的测量点处晶片16的抛光量的曲线图，该图是利用图5A和6A所示的衬垫得到的。
本发明的目的是提供一种晶片抛光设备和晶片抛光用衬垫，可以均匀地抛光晶片的整个目标表面。
本发明的另一目的是提供一种晶片抛光设备及晶片抛光用衬垫，有助于增大晶片的抛光量。
为了实现上述目的，根据本发明提供一种晶片抛光设备，包括：旋转支撑抛光台；固定于抛光台上的抛光垫；设置成与抛光台相对并支撑为相对于抛光台可旋转并可前后移动的承载头；固定于承载头表面上的衬垫，其与抛光垫相对，用于协同压缩空气使晶片紧贴抛光垫；其中衬垫由用于紧贴晶片的外围部分具有封闭微孔的环形第一泡沫体和具有开放微孔且设置于第一泡沫体内的柱形第二泡沫体构成。
图1是本发明第一实施例的晶片抛光设备的剖面图；
图2A是图1所示承载头部分的示意图，图2B是图2A所示衬垫的底视图；
图3A是本发明第二实施例的承载头部分的示意图，图3B是图3A所示衬垫的底视图；
图4A是采用CMP的常规晶片抛光设备的剖面图，图4B是图4A所示衬垫的底视图；
图5A是采用由具有开放微孔的泡沫构成的衬垫的常规承载头部分的剖面图，图5B是展示采用图5A所示承载头时从晶片中心起的距离与抛光量间关系的曲线图；
图6A是采用由具有封闭微孔的泡沫构成的晶片抛光衬垫的承载头部分的剖面图，图6B是展示采用图6A所示承载头时从晶片中心起的距离与抛光量间关系的曲线图。
下面结合附图具体介绍本发明。
图1展示了本发明第一实施例的晶片抛光设备。参见图1，由参考标号101整体表示的晶片抛光设备由厚圆形抛光台102、柱形承载头103及浆料供应管104构成。承载头103与抛光台102相对，被支撑成可垂直移动，其直径小于抛光台102。浆料供应管104滴下浆料105。
旋转支撑抛光台102的转轴106固定于抛光台102下部的中心处。软下层垫107和硬上层垫108叠置，并固定在抛光台102的上表面上。
如图2A所示，承载头103由圆形固定环110、不锈钢基板111、和转轴112构成。基板111固定成掩埋于固定环110的上半部中。转轴112固定于基板111上部的中心处，用于旋转支撑承载头103。
衬垫115固定于基板111的下表面上。图2B所示的等间距环形设置的六个空气管113形成为延伸穿过基板111和衬垫115。压缩空气从设置于基板111上的空气源(未示出)供应到空气管113。
衬垫115由对应于晶片116外围部分且具有封闭微孔的环形泡沫体152(泡沫型)和形成于晶片116中心部分、被环形泡沫体152包围且具有开放微孔的柱形泡沫体151(无纺纤维型)构成。图2A展示了具有开放微孔的泡沫体151在空气压力作用下变形的状态。
在具有上述结构的晶片抛光设备中，首先，固定晶片116的承载头103向下移动，通过衬垫115使之紧贴旋转的抛光台102上的上层垫108。此状态下，在压缩空气从空气管113供应到衬垫115和晶片116之间部分时，由于具有开放微孔的泡沫体151具有横向(沿晶片116表面)高空气透过率的特殊性质，所以压缩空气在衬垫115和晶片116间形成几乎均匀的空气层117。因此，可以将晶片116的下表面整体抛光成平面。
由于对应于衬垫115的外围部分且具有封闭微孔的泡沫体152可在晶片116的外围边缘部分提供预定的压力，所以可以防止形成于衬垫115和晶片116间的空气层117从衬垫115的外围部分释放。
因此，比较衬垫25与现有技术(图5A)一样只由具有开放微孔的泡沫构成的情况，可以防止晶片116外围边缘部分抛光量的减少(提高抛光量)，可以均匀地抛光整个晶片116的表面。
图3A展示了本发明第二实施例的承载头。
该实施例中，除上述第一实施例的结构外，还提供由具有封闭微孔的泡沫构成的矩阵型隔板153。隔板153将具有封闭微孔的环形泡沫体152内的具有开放微孔的泡沫体151隔成多个小隔间。空气管113形成为延伸穿过由隔板153包围的隔间内的泡沫体151和基板111延伸。
在具有上述结构的晶片抛光设备中，隔板153可以防止在对应于具有开放微孔的泡沫体115的区域晶片116的抛光量局部减小。更具体说，由于隔板153可局部增大隔间单元内晶片116的压力，所以可以增大抛光量。结果，可以整体均匀增大晶片116的抛光量。
在第二实施例中，隔板153形成矩阵形。然而，隔板153的形状不限于此，可以形成为同心或蜂窝状。只要隔板153能够将泡沫体151隔成多个小隔间便足够。无需对所有由隔板153包围的小隔间提供空气管113。
下面介绍本发明的衬垫的实际例子。
具有开放微孔的泡沫体151和具有封闭微孔的泡沫体152由压缩率为30％的聚氨基甲酸乙酯构成。在具有封闭微孔的泡沫体152由压缩率为18-5％的聚氨基甲酸乙酯构成时，可提高抛光量。
隔板153由具有与泡沫体152相同压缩率的聚氨基甲酸乙酯构成。除聚氨基甲酸乙酯外，泡沫体151和152及隔板153的材料例如可以采用多孔陶瓷材料和特氟隆基树脂。
如上所述，根据本发明，可以防止晶片外围边缘部分的抛光量下降，所以可以整体均匀地抛光晶片。另外，可以使晶片的整个表面均匀，并且可以增大晶片的抛光量。

Claims (13)

1．一种晶片抛光设备，其特征在于，包括：
旋转支撑抛光台(102)；
固定于所说抛光台上的抛光垫(107,108)；
设置成与所说抛光台相对并支撑为可相对于所说抛光台旋转且前后移动的承载头(103)；
固定于所说承载头表面上的衬垫(115)，其与所说抛光垫相对，用于协同压缩空气使晶片紧贴所说抛光垫；所说衬垫由具有封闭微孔用于紧贴晶片的外围部分的环形第一泡沫体(152)和具有开放微孔且设置于所说第一泡沫体内的柱形第二泡沫体(151)构成。
2．根据权利要求1的设备，还包括将所说第二泡沫体隔成多个小隔间的隔板(153)。
3．根据权利要求2的设备，其中所说隔板由具有封闭微孔的第三泡沫体构成。
4．根据权利要求2的设备，其中所说隔板形成为矩阵。
5．根据权利要求2的设备，其中所说隔板同心形成。
6．根据权利要求2的设备，其中所说隔板形成为蜂窝状。
7．根据权利要求1的设备，还包括多个形成于所说承载头中的空气管(113)，以向所说第二泡沫体和晶片间部分提供压缩空气。
8．一种固定于与抛光垫相对的承载头表面上的衬垫，用于协同压缩空气使晶片紧贴所说抛光垫，其特征在于，包括：
具有封闭微孔用于紧贴晶片的外围部分的环形第一泡沫体(152)；及
具有开放微孔且设置于所说第一泡沫体内的柱形第二泡沫体(151)。
9．根据权利要求8的衬垫，还包括用于将所说第二泡沫体隔成多个小隔间的隔板。
10．根据权利要求9的衬垫，其中所说隔板由具有封闭微孔的第三泡沫体构成。
11．根据权利要求9的衬垫，其中所说隔板为矩阵形。
12．根据权利要求9的衬垫，其中所说隔板为同心形。
13．根据权利要求9的衬垫，其中所说隔板为蜂窝形。
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