CN1316768A

CN1316768A - 半导体晶片抛光浆料供应量的控制

Info

Publication number: CN1316768A
Application number: CN01110439A
Authority: CN
Inventors: 功刀敬治
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2001-10-10
Also published as: US20020022440A1; KR20010098453A; JP2001287154A; GB0108751D0; GB2363350A

Abstract

本文公开了一种装置，在该装置中，抛光浆料被提供给固定在抛光台上的抛光垫以用于抛光半导体晶片。这种装置配备有至少一个浆料供应机构，以用来向位于半导体晶片中心与外端区域之间的中间区域以及上述中心区域自身提供控制数量的抛光浆料。对浆料供应量的控制是按照以下方式进行的，即，提供给半导体晶片中间区域的抛光浆料的流量大于提供给其中心区域的抛光浆料的流量。

Description

半导体晶片抛光浆料供应量的控制

本发明涉及一种将半导体晶片表面抛光平整的方法以及一种用于执行上述抛光方法的装置。

半导体器件的集成电路衬底的制造过程一般都含有用于对内层绝缘膜、布线膜等进行平整的过程。在该平整过程中采用了一种专用技术，通常被称为化学机械抛光(CMP)。

随着半导体集成电路设计尺寸的缩减，各个电路图形都必须很小，因而就需要各类对准器都具有高的分辨率。但是，对准器分辨率的提高会导致其聚焦深度的变小。因此，为了将电路图形以高分辨率转移到半导体晶片上，半导体晶片的表面就得非常平整，不能有一点凹凸不平。

利用CMP技术的半导体晶片抛光工作是按照以下方式来进行的。首先，由聚氨酯泡沫制成的抛光垫被固定在一个硬抛光台上，待抛光的半导体晶片被一固定头固定在某个位置上。然后，半导体晶片被压向抛光垫并被按一个方向旋转。在此阶段中，以滴出的方式从一浆料供应喷嘴向抛光垫的表面上供给抛光浆料，以对半导体晶片的表面进行抛光。

但是，利用这种方法，尽管抛光浆料被从一个单浆料供应喷嘴供给，并滴在抛光垫的径向中心区域上，但浆料并不能扩散到半导体的整个表面，这样就不能使半导体的表面得到均匀和平坦的抛光。另外，为了将抛光浆料均匀地扩散到半导体的整个表面，就需要供应大量的抛光浆料。但是，这样会导致抛光浆料的消耗量的增加，从制造成本的角度来看是人们所不希望的。

在日本专利未决公开No.70465/99中披露了一种用于解决上述问题的典型抛光装置。该抛光装置配备了一个具有多个开口的喷射装置，这些开口沿抛光垫的半径方向并排排列。处于喷射或飞溅情况的抛光浆料通过喷射装置的多个开口被径向地喷向抛光垫的整个表面，从而使抛光浆料进入并从抛光垫内的细微小孔中被挤出。然后，半导体晶片在减小速度的情况下得到抛光，以获取均匀的半导体晶片抛光表面。

在上述抛光装置中，尽管抛光浆料可被均匀平坦地供应给抛光垫的表面，但半导体晶片的径向中心区域与抛光垫的接触时间显然不同于半导体晶片的径向上最外层区域和抛光垫的接触时间。所以，该公知的抛光装置将会遇到这样一种问题，即，即使抛光浆料被均匀地供应给半导体晶片，也很难在半导体晶片的整个表面上获得均匀的抛光量。

因此，本发明的一个目的就是提供一种能够在减少抛光浆料消耗量的同时对半导体晶片的表面内部进行均匀抛光的方法和装置。

为了实现上述目的，一种根据本发明的用于抛光半导体晶片的装置含有至少一个浆料供应机构，用于向处于半导体晶片的外缘区域与中心区域之间的中间位置和中心区域同时供应数量受到控制的抛光浆料。

通过沿抛光垫的径向排列一个或多个浆料喷嘴，并控制向正对着半导体晶片表面的抛光垫上提供的抛光浆料的供应量，就可以使晶片的表面内部得到均匀的抛光。这样，就可将一个或多个图形高分辨率地转移至经抛光的半导体晶片上。

另外，由于它无需用一个固定放置的单个浆料喷嘴来提供过量的抛光浆料，并且由于对半导体表面的抛光是在根据浆料喷嘴的位置和数目以及对抛光浆料流量进行控制的情况下进行的，因此就防止了抛光浆料的浪费，进而减少了半导体晶片的制造成本。

根据本发明的一个实施例，其浆料供应机构包括：一对第一浆料供应喷嘴，它们沿抛光垫的半径方向并排排列，并且正对着处于半导体晶片的外端区域与中心区域中间的位置；第二浆料供应喷嘴，置于第一对浆料供应喷嘴之间并且正对着半导体晶片的中心区域；以及流量改变装置，用于向第一对浆料供应喷嘴和第二浆料供应喷嘴独立供应数量受控的抛光浆料。

通过以下的文字说明并参考显示本发明的多个实施例的附图，使本发明的上述及其它目的、特征和优点将变得更加明了。

图1A是根据本发明一个实施例的半导体晶片抛光装置的平面俯视图；

图1B是图1A所示装置的侧视图；

图2显示出了在半导体晶片表面中的位置与半导体抛光中当从浆料供应喷嘴滴出的抛光浆料的滴出量被改变时所获取的抛光量之间的关系；

图3的示意图显示了图1所示浆料供应机构的第一个改变形式；

图4是图3所示浆料供应机构的另一个改变形式；

图5是图1所示浆料供应机构的另一个改变形式；

图6是图5所示浆料供应机构的另一个改变形式。

现在参考图1A和1B，其中显示了一个抛光装置，该装置包括：贴在可旋转台5上的抛光垫2；晶片固定头3，它固定住半导体晶片21并且可按图中箭头所示方向旋转，同时能够以给定的压力将晶片21压向抛光垫2的表面；浆料供应机构1，它用于分别控制提供给晶片21的中心区域与外端区域之间的中间区域以及中心区域的抛光浆料的流量。

浆料供应机构1含有一对浆料供应喷嘴4a，它们被并排置于导流管6正对着晶片21的中心区域与外端区域之间的中间区域的位置上，导流管6被固定在抛光垫2的上方，并且沿抛光垫2的径向延伸。浆料供应机构1还包括：另一个浆料供应喷嘴4b，它位于一对浆料喷嘴4a之间的导流管6上正对着晶片21的中心区域的地方之上；多个泵7，它们用于为一对浆料供应喷嘴4a以及浆料供应喷嘴4b单独提供抛光浆料；以及多个浆料供应源8，它们用于在压力作用下分别向泵7供应抛光浆料。

抛光浆料的量(即，抛光浆料从上述三个喷嘴4a和4b中滴出的流量)由各个泵7的转数决定。除了对泵7的转数进行控制以外，还可以在导流管6内的上述三个供液管中分别配备流量调节阀。但是，由于三个流量控制阀的开口可能被抛光浆料堵住或塞住，因此需根据泵7的转数来控制抛光浆料流量。

图2是在晶片21抛光中当改变从浆料喷嘴4a和4b滴出的抛光浆料量时晶片表面抛光量分布的图形表示。

更具体地说，对晶片钨膜的抛光是在两种不同的情况下执行的。也就是说，在第一种情况下，与现有技术一样，将提供给晶片中心区域的抛光浆料量选择为处于最大状态，即，在图1A和1B中，从喷嘴4b滴出的抛光浆料量大于从喷嘴4a滴出的抛光浆料量，而在第二种情况下，使从正对着晶片中间区域的浆料喷嘴4a所滴出的抛光浆料量大于从正对着晶片中心区域的喷嘴4b所滴出的抛光浆料量。结果，如图2所示，当大量抛光浆料被滴到晶片的中心区域(在晶片表面中的200mm位置上)时，就象图中的白圈所代表的那样，晶片中心处的抛光量与晶片外端处的抛光量之间的差异明显变大。另一方面，当大量抛光浆料被滴到位于晶片中心区域与外端区域之间的中间区域上时，就象图中的黑圈所代表的那样，晶片两个区域上的抛光量之间的差异将变得非常小。

应该注意，图2所示的抛光量是一个显示指示，它是从利用四端电阻测量法(该方法测量了晶片各个部分的一系列阻抗)所测得的晶片的钨膜的抛光厚度通过个人电脑进行转换而获得的。这种方法非常简单，并且可被用于通过对显示指示进行监视而进行以下的评估。

图3显示了浆料供应机构的第一个变形。浆料供应机构的这个变形是通过考虑到这样一种情况而被形成的，即，当(例如)晶片的薄膜质量易于被抛光或者转移至晶片上的图形密度很低时，单个浆料喷嘴就足以完成所需的晶片抛光工作。如图3所示，单个浆料喷嘴4c被连接在滑块9上，滑块9由导杆11引导。这样就可使浆料喷嘴被固定地置于沿抛光垫2半径方向中的任何位置上。通过滑块9与喷嘴4c相连的软管13被松散地以螺旋状缠绕在由支座10固定的导杆11上，从而使滑块9能够沿导杆11在半径方向上移动。在执行抛光操作时，浆料喷嘴4c被恰当地放置，以获取均匀的抛光效果，而且滑块9被螺钉12固定在导杆11上。当抛光操作开始时，抛光浆料22将被滴在抛光垫2的表面上。

图4是图3所示浆料供应机构的另一个改变形式。如图4所示，浆料供应机构的这个变形含有一个移动-定位机构，该机构包括：一个其上固定有喷嘴4c而且其中容纳有一个螺帽的滑块9，即使在抛光期间允许浆料喷嘴4c沿抛光垫2的径向方向改变其位置；进给螺杆14，它与滑块9的螺帽相啮合；以及脉冲马达15，它用于使进给螺杆14进行旋转。

图5显示了浆料供应机构的第二个改变形式。如图5所示，浆料供应机构的这个变形含有两个浆料喷嘴4c和4d，它们能够适当并任意地改变各自在导杆11上的位置。其上安装有喷嘴4c的滑块9a和其上安装有喷嘴4d的滑块9b都能够在公共导杆11上滑动，并且被其上的锁紧螺钉12固定。

图6是图5所示浆料供应机构的一个改变形式。如图6所示，浆料供应机构的这个变形含有两个浆料喷嘴4c和4d，它们在抛光操作期间被置于导杆11的任意位置上。浆料供应机构的这个变形含有一个移动-定位机构，该机构包括：滑块9c，其上安装有浆料喷嘴4c而且其中容纳有一个螺帽；滑块9d，其上安装有浆料喷嘴4d而且其中容纳有一个螺帽；分别与两个螺帽相啮合的两个进给螺杆14；以及脉冲马达15a和15b，它们能够独立地驱动各自的进给螺杆14的旋转运动。

另外，相对于不同的抛光模式，通过将两个浆料喷嘴4c和4d的定位程序与浆料泵的抽气程序适当地组合起来，就可使浆料供应机构的这个变形总能够均匀地抛光晶片表面的内部。

在这个改变形式中，可以为各个滑块都配备一个导杆。

尽管以上所作的说明参考了具有单个晶片固定头和单个浆料供应机构的优选实施例，但是应该明白，本发明也可被应用于配备有两个晶片固定头以及两个浆料供应机构的实施例当中。

尽管以上对本发明优选实施例所作的说明是以特定形式进行的，但这种说明仅用于说明的目的。应该明白，在不脱离下列权利要求的精神和范围内可进行多种变换和修改。

Claims

1．一种抛光半导体晶片的方法，其特征在于包括以下各步骤：

将上述半导体晶片压向抛光垫的表面，该抛光垫被固定在按照一个方向旋转的抛光台上；以及

按照以下方式向上述抛光垫的表面提供抛光浆料，即，使提供给位于上述半导体晶片中心与外端区域之间的中间区域的抛光浆料的流量大于提供给上述中心区域的抛光浆料流量。

2．一种用于抛光半导体晶片的装置，其特征在于包括：

抛光垫，固定在按照一个方向旋转的抛光台上；

至少一个晶片固定头，用于固定半导体晶片，并且可在上述抛光台朝一个方向旋转的同时，将上述半导体晶片压向上述抛光台的表面；以及

至少一个浆料供应机构，用于分别向位于上述半导体晶片中心与外端区域之间的中间区域以及上述中心区域提供抛光浆料，同时能够按照以下方式来控制上述抛光浆料的流量，即，使提供给前者的抛光浆料的流量大于提供给后者的抛光浆料的流量。

3．如权利要求2所述的装置，其特征在于上述浆料供应机构包括：

一对第一浆料供应喷嘴，它们沿上述抛光垫的半径方向并排排列并且正对着处于半导体晶片的外端区域与中心区域之间的中间位置；

第二浆料供应喷嘴，置于第一对浆料供应喷嘴之间，并且正对着上述半导体晶片的上述中心区域；以及

流量改变装置，用于向上述第一对浆料供应喷嘴和上述第二浆料供应喷嘴独立供应数量受到控制的抛光浆料。

4．如权利要求3所述的装置，其特征在于上述流量改变装置含有一个泵。

5．如权利要求2所述的装置，其特征在于上述浆料供应机构包括：

沿上述抛光垫的半径方向延伸的导杆；

置于上述导杆上并且可以移动的一个或两个滑块；

一个或两个浆料供应喷嘴，它们分别安装在相关的滑块上；以及

用于将上述各个滑块固定在上述导杆上的装置。

6．如权利要求2所述的装置，其特征在于上述浆料供应机构包括：

滑块，其上安装有浆料供应喷嘴，并且其中容纳有螺帽；

进给螺杆，与上述螺帽相啮合并且被固定在一个支座中；以及

脉冲马达，用于驱动上述进给螺杆旋转。

7．如权利要求2所述的装置，其特征在于上述浆料供应机构包括：

一个或两个导杆，都沿上述抛光垫的半径方向延伸；

一个或两个滑块，各由相关的导杆引导，并且其中各容纳有一个螺帽；

一个或两个进给螺杆，各与相关滑块内的螺帽相啮合；

一个或两个浆料喷嘴，固定在相关的滑块上；以及

一个或两个脉冲马达，能够驱动相关的进给螺杆旋转。