CN1352587A - 修整抛光垫的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于成形一个抛光垫(36)的垫成形工具(10)。工具包括一个盘(12),盘具有第一侧面(14)和第二侧面(16),以及至少两个不连续的垫成形面(18),垫成形面以相互隔开的位置位于盘(12)的第一侧面(14)上。一种在晶片抛光机的可转动平台上修整抛光垫(36)的方法包括以下步骤:把垫成形工具(10)与垫(36)的抛光表面(44)相配合,使得至少两个不连续垫成形面同时与抛光表面(44)配合,在阻止工具(10)相对于垫的移动运动的同时转动抛光垫(36),从而工具(10)成形抛光表面(44),把它的截面轮廓从弯曲形状改变到较平的形状。

Description

修整抛光垫的设备和方法

发明背景

本发明一般性地涉及了半导体晶片抛光垫的维护，更详细地涉及了修整抛光垫来保持平面度的设备和方法。

半导体晶片一般由单晶块，如硅块制备而成，它被切成单个的晶片。每个晶片经受许多工艺操作，以简化整体电路装置的安装和改进其产量、性能和可靠性。通常，这些操作减小了晶片的厚度，去除了由切片操作造成的损伤，以及建立了平的反射表面。半导体晶片的化学机械抛光是这些操作之一。它一般包括采用一个抛光垫来摩擦晶片，同时分配一种含有研磨剂和化学剂的软膏，如胶态硅石和碱性腐蚀剂，以产生一个非常平的、高度反射和无损伤的表面。

抛光垫为圆形或环形，并具有一个抛光表面(即接触和抛光晶片的垫的表面积部分)，它必须非常平，以产生同样平的晶片。遗憾的是，抛光表面可能在使用后得到一个不均匀的形状。在常规的半导体晶片抛光机中，一个对着转动抛光垫的抛光臂用力保持着晶片。当垫转动时，抛光臂还可以以摆动的方式使晶片移过抛光垫。在许多次抛光循环之后，在抛光垫上的压力和热引起与晶片接触的垫中心环形区的形状改变。另外，抛光表面在中心环形区中被磨损。因此，垫的抛光表面的截面轮廓变得不平。

软膏颗粒通常附着在抛光垫上，并且进一步降低抛光的效率。典型的抛光垫由浸渍了聚氨酯树脂的聚酯毡制成。在抛光过程中，软膏和反应产物的颗粒粘在垫中的纤维上。当垫被渗入软膏颗粒时，其抛光能力降低。颗粒可能沿抛光表面不均匀分布，使得表面不规则。垫的磨损和软膏的附着组合在一起使得垫变凹或变凸。

因此，抛光垫必须定期修整或压平，以恢复平的截面轮廓和刮去附着的软膏颗粒。完成修整的一个方法是采用一个压轮，它在轮的垫成形面上带有研磨材料。轮保持在抛光表面之上的位置，它的垫成形面与垫配合。当垫转动时，限制轮绕着垫的转动轴线转动，但容许绕着它自己的中心自由转动。垫成形面对垫作摩擦，磨去较厚的部分，从而使轮廓更平。具体地说，磨去内外边缘的裕量使抛光表面的内外边缘裕量降低到中心区域的高度。工具还去除了附着的软膏颗粒。在工具上的研磨材料，如金刚石，被设置成位于工具周边的一个连续环。

垫成形工具可能与抛光垫稍微不对准，造成不均匀的成形。工具通常在其中心由一个连接件保持在一个一般在垫成形面之上的支架上。支架保持垫成形面大致平行于抛光垫，并具有一个轴承，轴承与连接件配合，容许工具绕其中心转动。当垫相对于垫成形工具的研磨材料运动时，垫的摩擦力驱动工具随着垫运动。支架抵抗摩擦力，并保持工具不随垫作移动。但是，摩擦力产生一个绕着轴承和支架的力矩，因为它们被隔开在力作用点之上。力矩迫使工具绕着工具和支架之间连接件上的一点作旋转。

安装工具的机构，如轴承和支架，往往具有某种程度的柔性和松动，当抵抗力或力矩时容许一个有限的运动。由摩擦力产生的力矩引起支架的挠度，使得工具旋转一个小的角度，并且不再与抛光垫水平对准。工具研磨面的前边缘(即首先与转动垫中心环形区接触的轮的侧面)被较多地推入垫中，而工具的后边缘(即最后与转动垫接触的轮的侧面)被较少地推入垫中。在充分研磨到均衡之后，垫的形状应该与工具周边上研磨材料的形状一致。但是，由于工具旋转，抛光表面的截面轮廓变凹。

因此，摩擦力产生了一个力矩，它使工具旋转和使垫的轮廓变凹。这个趋势得出了不确定的结果，操作者已经设计了各种繁杂的程序来修整抛光垫，它们随初始轮廓(即是凹的还是凸的)而变化。例如，当垫是凸时可以容许轮转动，但当垫是凹时限制轮的转动。这些程序往往得出不可重复的结果，并且需要反复试凑来得到平的抛光垫。

发明概述

在本发明的几个目的和特性中可以提到：用于修整抛光垫抛光表面的设备和方法的措施，它恢复平的截面轮廓和去除附着的软膏颗粒；沿抛光表面均匀研磨垫的该设备和方法的措施；可用于垫而不管初始轮廓的该设备和方法的措施；以及经济和易于使用的该设备和方法的措施。

简短地说，本发明的垫成形工具成形一个抛光垫，抛光垫具有一个由径向内边界和径向外边界确定的抛光表面，以及一个在其径向内外边界之间的一个截面轮廓，当抛光垫用于抛光物体时轮廓改变。工具包括一个具有第一侧面和第二侧面的盘，盘适于安装定位在抛光表面上，至少有两个不连续的垫成形面以相互隔开的位置位于盘的第一侧面上。各垫成形面可同时与抛光垫的抛光表面配合，当垫相对于垫成形工具转动时成形抛光表面，以便把抛光表面的截面轮廓从弯曲形状改变成较平的形状。

在另一方面，在晶片抛光机转动平台上修整抛光垫的本发明方法包括这样步骤：把垫成形工具与垫的抛光表面配合，使得工具的至少两个不连续的垫成形面同时与抛光表面配合，而垫成形面在工具上位于相互隔开位置。在垫成形工具相对于垫的移动运动被阻止的同时转动抛光垫，从而垫成形工具把垫的抛光表面成形到更接近平面。

在又一个方面，采用具有转动抛光垫(抛光垫包括一个由径向内边界和径向外边界确定的抛光表面，抛光表面在其径向内外边界之间具有一个截面轮廓)的晶片抛光机来抛光半导体晶片的本发明方法包括这样的步骤：抛光第一批许多半导体晶片中每个晶片的至少一个面。检测截面轮廓来确定抛光表面的轮廓是否比加工公差值所容许的形状更弯曲。如果抛光表面轮廓所确定的形状比加工公差值更弯曲，则成形抛光垫。成形抛光垫的步骤基本上如上节所规定。

本发明的其它目的和特性在以下将部分地变得明显和部分地被指出。

附图简述

图1是本发明垫成形工具的平面底视图，说明了在工具上一个研磨垫成形面的开槽轮布局；

图2是抛光机的不完全的示意平面顶视图，表示了一个支架，用于对着抛光垫保持垫成形工具；

图3是垫成形工具的正视图；以及

图4是垫成形工具的正视图，说明了由于与运动抛光垫配合造成的工具旋转运动。

相应的编号表示所有视图中相应的零件。

优选实施例详述

现在参照附图，特别是参照图1和3，用10概括表示了本发明的垫成形工具，用于在晶片抛光机上修整半导体晶片抛光垫，并且具有一个开槽轮的布局。工具10包括一个平盘12，它具有一个第一侧面14和一个第二侧面16，以及三个不连续的垫成形面18，位于盘的第一侧面上相互隔开的位置中。如图1所示，垫成形面18一般位于盘12的第一侧面14周边上。垫成形面18固定地连接在盘12上。在优选实施例中，盘12由不锈钢制成，垫成形面18由适当的研磨材料，如电镀金刚石制成。可以设想到，工具10可以由其它材料制成，可以是非圆形盘12，或者可以位于盘任何位置上具有任何数目的不连续垫成形面18，而不偏离本发明范围。

每个垫成形面18具有一个弧段形状，一般为矩形截面。垫成形面18位于两个不同直径的圆20，22之间，其中心与盘12第一侧面的中心24相符。两个圆20，22之间确定了一个环形或轮形。相对于盘12中心24度量的轮第一侧面14上的角度范围26，以及相应的弧段长度28确定了每个垫成形面18的尺寸。在优选实施例中，每个垫成形面18的角度范围26和弧段长度28近似等于其它垫成形面的角度范围和弧段长度。一般位于两个圆20，22之间和在任何垫成形面18角度范围之外的垫成形面18之间的空间包括了轮中的槽30。任何垫成形面18的角度范围26一般在40°到90°之间。其它角度和具有明显不同尺寸的垫成形面不偏离本发明的范围。

一个连接件32在盘12的第二侧面16上，其构造用于把工具10可转动地连接到支架34(图2)，支架把工具保持在垫成形面18与晶片抛光机上抛光垫36相配合的位置上。如图2所示，支架34包括一个臂38，用于当垫36在一般位于工具之下的抛光机上转动时保持工具10。支架34具有一个轴承40，轴承容许工具10绕着在工具中心的中心轴线42转动。支架34和连接件32保持工具10与垫34大致水平对准。支架34和工具10与支架连接的构造和布局是常规的，这里不再作进一步描述。

在操作中，工具10用于在晶片抛光机上修整抛光垫36，其方式相似于先前技术的轮形的垫压平工具。抛光垫36具有一个由径向内边界46和径向外边界48确定的抛光表面44，以及一个在其径向内外边界之间的截面轮廓，轮廓在理想上是平的。在垫36相对于晶片(在图中未表示)转动来抛光晶片的多次抛光循环之后，垫的轮廓变弯曲。由定期测量被垫36抛光的晶片平面度来检测垫轮廓的形状，因为在抛光后晶片的形状一般相应于垫的形状。例如，在每隔50个抛光晶片之后可以测量一个采样晶片的表面平面度。如果晶片偏离平面超过了加工公差值，则表示垫36的轮廓为不可接受的弯曲或者渗入了软膏颗粒，需要修整。

在进行垫修整和成形方法时停止晶片抛光。把支架34放在使得垫成形工具10与垫36抛光表面44相配合的位置上。盘12一般定位成与垫36平行，从而所有垫成形面18同时与抛光表面44配合。当支架34保持垫成形工具10时转动抛光垫36。当垫相对于工具转动时，工具10依靠研磨垫材料来成形抛光表面44，由此把抛光表面的截面轮廓从弯曲形状改变成较平的形状。支架34防止了工具10的移动运动，但容许工具绕着中心轴线42作转动运动。工艺过程进行适当的时间，例如1分钟，直到垫36充分变平和大多数附着的软膏颗粒从垫上被刮去为止。工具10脱离与垫36的配合，可以抛光补充的晶片并定期地测量它们的轮廓来保证抛光垫为可以接受的平面。

本发明的一个重要特性为垫成形面18是不连续的，具有带槽30的轮形。开槽轮与同样宽度的连续环相比，具有较少的研磨材料接触表面积。所以，当垫36相对于垫成形工具10的研磨材料运动时，正比于接触表面积的垫摩擦力小于在完全轮上的摩擦力。由于摩擦力而获得了绕连接件32的力矩，它迫使工具10到一个旋转的方位，如图4所示。当工具10旋转时，工具的前边缘50较重地压入垫36，从而更易于磨去下面通过的垫中心环形区的垫材料。

与完全轮相比，开槽轮使抛光表面44截面轮廓变凹的趋势较小。由于垫36的摩擦力小于完全压轮的摩擦力，可以相信，力矩值同样被降低，迫使工具10旋转得不太强烈。与完全轮工具相比，工具10更紧密对准垫36，在工具前边缘50上压平和磨去中心环形区的趋势较小。与完全轮相比，也可以相信开槽轮构形具有一个不同的垫材料去除分配模式，它以减小的力矩来使垫36更平。

可以优化开槽轮工具10的垫成形面18尺寸来改进晶片平面度。在修整之后，如果垫36抛光表面44的截面轮廓形状为凹的，则表示工具旋转太多。应该减小垫成形面18的尺寸来减小接触表面积、摩擦力和力矩。因而，去除工具的至少一个垫成形面18的一部分，由此减小上述至少一个垫成形面的尺寸。去除部分最好位于一个或几个垫成形面18的一端，以减小角度范围26和弧段长度28。这个步骤可以一直重复到工具10产生具有平轮廓的垫36为止。如果垫36抛光表面44的截面轮廓形状是凸的，则表示工具的旋转不足。应该增加垫成形面18的尺寸来增加接触截面积、摩擦力和力矩。因而，应该放大垫成形面18，为此可添加补充的部分，或者从一个新的完全轮工具开始，并去除适当尺寸的部分。一旦垫成形面18的尺寸被优化，工具10可以用于许多垫，凹垫和凸垫均可。适当确定其垫成形面18的尺寸来产生一个力矩，它使工具10旋转，提供与任何产生凸度倾向相平衡的凹度，从而使抛光垫36变平。

要得到的垫截面形状不一定是平的。例如，如果操作者希望一个凹或凸的形状，则操作者可以选择一个具有较大或较小垫成形面18的工具来控制最终的轮廓。

本发明的设备和方法修整了抛光垫36的抛光表面44，恢复了平的截面轮廓和去除了附着的软膏颗粒。工具10沿抛光表面44均匀地研磨了垫36，并且容许采用以相同方式操作的相同工具而不管初始的轮廓如何。

由上所述可以看到，已达到了本发明的几个目的和获得了其它的有利结果。

由于可对上述作出各种改变而不偏离本发明的范围，可以设想，在以上描述中包含的和在附图中表示的所有内容应被理解为举例说明而不受其限制。

Claims (10)

1.一种用于成形一个抛光垫的垫成形工具，它具有一个由径向内边界和径向外边界确定的抛光表面，抛光表面具有一个在其径向内外边界之间的截面轮廓，当抛光垫用于抛光物体时轮廓改变，工具包括：

一个具有第一侧面和第二侧面的盘，盘适于安装定位在抛光表面上；以及

至少两个不连续的垫成形面，一般以相互隔开的位置位于盘的第一侧面周边，可同时与抛光垫的抛光表面配合，用于当垫相对于垫成形工具转动时成形抛光表面，把抛光表面的截面轮廓从弯曲形状改变成较平的形状，每个垫成形面具有一个弧段形状，每个垫成形面的角度范围在40°到90°之间。

2.权利要求1中的一种垫成形工具，其中每个垫成形面位于不同直径的圆之间，圆的中心与盘第一侧面的中心相符。

3.权利要求2中的一种垫成形工具，其中每个垫成形面由研磨金刚石材料制成。

4.权利要求1中的一种垫成形工具，其中有不超过8个的垫成形面。

5.权利要求1中的一种垫成形工具还包括一个在盘第二侧面上的连接托架，其构造用于可转动地把工具连接到支架上，把垫成形工具保持在垫成形面与抛光垫配合的位置上，当垫相对于垫成形工具转动时对垫进行成形，连接托架可以柔性地旋转来响应垫成形面和垫之间产生的摩擦力，摩擦力建立了绕着连接托架的一个力矩。

6.一种采用具有转动抛光垫的晶片抛光机来抛光半导体晶片的方法，抛光垫包括一个由径向内边界和径向外边界确定的抛光表面，抛光表面具有一个在其径向内边界和外边界之间的截面轮廓，该方法包括如下步骤：

抛光第一批许多半导体晶片中每个晶片的至少一个面；

检测截面轮廓来确定上述第一批许多晶片的抛光表面轮廓是否比加工公差值所容许的形状更弯曲；

如果上述第一批许多晶片的抛光表面轮廓所确定的形状比加工公差值更弯曲，则成形抛光垫，成形抛光垫的上述步骤包括如下步骤：

把垫成形工具与抛光表面配合，工具具有至少两个不连续的垫成形面，它们同时与抛光表面相配合，上述垫成形面以相互隔开的位置位于在工具上；

在阻止工具移动运动的同时转动抛光垫，从而垫成形工具成形抛光表面；

抛光第二批许多半导体晶片的每个晶片的至少一个面；

检测截面轮廓来确定上述第二批许多晶片的抛光表面轮廓是否比加工公差值所容许的形状更弯曲；以及

如果上述第二批许多晶片的抛光表面轮廓所确定的形状比加工公差值更弯曲，优化工具的垫成形面尺寸来产生改进的晶片平面度。

7.一种在权利要求6中的方法，其中检测抛光表面的截面轮廓步骤包括测量至少一个上述晶片的平面度来确定形状是否偏离平面超过加工公差值。

8.一种在权利要求6中的方法，其中优化工具的垫成形面尺寸的步骤包括改变工具上至少一个垫成形面的角度范围。

9.一种在权利要求6中规定的方法，其中优化步骤还包括了确定抛光表面轮廓的形状是否是凹的；如果形状是凹的，则去除工具的至少一个垫成形面的一部分，由此减小上述至少一个垫成形面的尺寸，重复上述抛光和检测截面轮廓的步骤来确定晶片平面度是否已改进。

10.一种在权利要求6中的方法，其中优化步骤还包括了确定抛光表面轮廓的形状是否是凸的；如果形状是凸的，则放大工具的至少一个垫成形面的一部分，由此增加上述至少一个垫成形面的尺寸，重复上述抛光和检测截面轮廓的步骤来确定晶片平面度是否已改进。

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