CN1503332A - 半导体晶片的研磨方法及其研磨垫 - Google Patents

Abstract

一种半导体晶片的研磨方法，在悬挂在旋转轴相互平行配置的2个滚轴(10)上的带状平板(11)的表面上，粘贴例如4块由聚氨脂构成的片状研磨垫(12)。粘贴时，使该研磨垫(12)的槽部(12a)的延伸方向都与平板(11)的行走方向一致，而且将沿该平板(11)的行走方向邻接的研磨垫(12)之间互留一定的间隔，并使槽部(12a)互不一致。从而可获得期望的平坦性。

Description

半导体晶片的研磨方法及其研磨垫

技术领域

本发明涉及半导体晶片的研磨方法及研磨垫，特别涉及对半导体晶片进行化学性和机械性研磨的装置所使用的具有多个槽部的研磨垫，以及使用它的半导体晶片的研磨方法。

背景技术

近年来，半导体装置日趋细微化，为此，在半导体装置的制造方法上也开发出各种新技术。尤其是将金属布线材料和绝缘材料构成的布线层，层叠成若干层的多层布线技术，在半导体装置的微小化及高功能化上功不可没。但与此同时，它又带来了诸多的技术课题。

其课题之一，便是要确保各布线层中的平坦性。假如在各布线层的表面不能确保平坦性，而凹凸不平的话，在微小化的关键工序——光刻蚀法工序中，就会造成焦点不准而无法形成布线图案。为了解决这个课题，近年来，对半导体晶片的表面进行化学性机械性研磨，使之平坦化的化学机械抛光(CMP)法，得到广泛采用(参阅专利文献1)。

下面，参照附图，对现有技术的不是转盘方式，而是所谓带状研磨方法的CMP装置，作一介绍。

图8(a)示出现有技术的带状研磨方法的CMP装置中，研磨机构的简要结构。

由图8(a)可知，由基材为泡沫聚氨脂构成的多个片状的研磨垫101，粘贴在带状平板102上，在用喷嘴103往研磨垫101上供给浆料104的同时，还使平板102行走，使托架105一面旋转，一面顶住被托架105吸着的半导体晶片106的表面，从而研磨半导体晶片106。另外，为了激活垫101的表面(使毛羽直立)，将安装在气缸107下面的整形器108顶住研磨垫101，使之随时朝着垂直于平板101行走方向的方向移动。

图8(b)示出1张未往平板102上粘贴的研磨垫101。正如该图所示，在研磨垫101的表面(研磨面)上，形成有多个直线状而且是平行排列的槽部101a。这些槽部101a，是为了在研磨半导体晶片106时，能有效地往半导体晶片106的表面(被研磨面)上供送浆料104而设置的，相对于平板102的行走方向而言，成为平行的直线状。

将多个研磨垫101粘贴到平板102的表面上时，沿平板102行进方向相邻的垫彼此之间要稍微空开一点间隔。

[专利文献]

特开平11-58219号公报

本申请发明人发现：在现有技术的带状研磨方式的CMP装置中，存在着下述两个问题。

第1个问题的产生是在如图9(a)所示，将分别具有多个槽部101a的多个研磨垫101，粘贴在带状平板102的表面上，使沿行进方向邻接的研磨垫101的槽部101a的位置彼此一致的时候。

在图8(a)所示的CMP装置中，研磨半导体晶片106时，粘贴着研磨垫101的平板102，以所定的速度，朝远离喷嘴103的方向行走。即研磨垫101的槽部101a移动时，与半导体晶片106保持着一定的相对位置。

另一方面，吸住半导体晶片106的托架105，在所定的位置自转，所以当半导体晶片106的中央部和研磨垫101的中央部分的槽部101a的位置一致时，就如图9(a)所示，在半导体晶片106的被研磨面的中央部，出现与研磨垫101的研磨面不接触的部分。

另外，半导体晶片106在研磨垫101作用下的研磨速度，越靠近半导体晶片106的被研磨面的中心越慢，所以从图10(a)所示的晶片位置与膜厚相互关系的曲线图上可知：在半导体晶片106的被研磨面上出现了中央部膜厚大于周缘部的膜厚这种起因于多个研磨垫101的槽部101a被连续配置成直线状而形成的膜厚不匀。即在研磨后的半导体晶片106的被研磨面上，如图10(b)所示，出现朝着半导体晶片106的中心，同心圆状的膜厚比其周围部分大的现象。所以，半导体晶片106的被研磨面无法获得期望的平坦性。前已叙及，在半导体装置微小化的关键工序-光刻蚀法工序中，膜厚的这种不匀会引起焦点不准，从而无法形成布线图案。

下面，对第2个问题进行阐述。

第2个问题，如图8(b)所示，是由研磨垫101的研磨面上设置的多个槽部101a，没有设置到研磨垫101的端部而造成的。因为槽部101a没有设置到研磨垫101的研磨面的端部，所以正如图11(a)的剖视图所示，研磨垫101的内侧部分A与整形器108的接触面积，小于其端部B。这样，在研磨垫101的内侧部分A，整形器108造成的单位面积的压力，就比端部B大。所以，在整形器108的压力差的作用下，研磨垫101的内侧部分A的研磨面，就比其端部B被较多地磨削掉，研磨垫101的内侧部分A的厚度也就比其端部薄。结果便如图12(a)所示，每当研磨垫101被整形器108激活后，其内侧部分A就比端部B薄，垂直于其行进方向的断面形状就成为凹状。使用这种断面形状的研磨垫101研磨的半导体晶片106，由图12(b)所示的晶片部位与膜厚关系的曲线可知，其边沿部分比中央部分磨削掉较多，无法获得期望的平坦性。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的在于，使用带状研磨方式的研磨装置，以获得希望的平坦性。

为了达到上述目的，本发明采用将多个研磨垫往平板上粘贴时，使沿行进方向邻接的研磨垫的槽部彼此不一致的结构。另外，本发明将半导体晶片研磨垫的多个槽部，设置到垂直于其行进方向的端部为止。

具体地说，本发明涉及的半导体晶片的研磨方法是，将多个分别在其表面具有朝着行进方向延伸的多个槽部的研磨垫，粘贴在平板上，使平板连续行走，从而研磨半导体晶片。包括：将多个研磨垫粘贴在平板表面的工序；使平板行走，同时使半导体晶片顶住研磨垫的表面研磨的工序。在粘贴研磨垫的工序中，将各研磨垫粘贴成使沿平板的行走方向邻接的研磨垫的槽部，彼此不一致。

采用本发明的半导体晶片的研磨方法后，由于在将各研磨垫粘贴到平板表面上时，将沿该平板行走方向邻接的研磨垫的槽部粘贴成彼此不一致，所以在研磨中，即使让半导体晶片自转，与半导体晶片的被研磨面接触的槽部的位置，也会每逢由粘贴着的一个研磨垫移动到另一个研磨垫时发生变化。从而可以消除半导体晶片被研磨面上存在的同心圆的膜厚大于其周围的第1个问题，获得期望的平坦性。

在本发明的半导体晶片的研磨方法中，粘贴研磨垫的工序，最好将沿行进方向邻接的各研磨垫中的槽部，按一定的间隔彼此离开后粘贴。

在本发明的半导体晶片的研磨方法中，半导体晶片的研磨工序，最好采用使含有研磨料的浆料流向研磨垫表面的方式，研磨半导体晶片。

本发明涉及的第1半导体晶片的研磨垫，以粘贴在带状平板的表面上的半导体晶片的研磨垫为对象，在研磨垫的表面，使多个向研磨垫的行进方向延伸的槽部，一直到达垂直于其行进方向的方向侧的端部。

采用第1半导体晶片的研磨垫后，由于在研磨垫的表面，使多个向研磨垫行进方向延伸的槽部，一直到达垂直于其行进方向那一侧的端部。所以在研磨中，即使利用整形器对研磨垫进行激活，在研磨垫的端部和内侧部分，整形器与研磨垫的接触面积也不会不同，由整形器造成的单位面积的压力，在端部和内侧部分也都相等，即使继续进行激活，垂直于研磨垫行进方向的断面形状也不会成为凹状。其结果就能消除仅将半导体晶片被研磨面的端部磨削得较多的第2个问题，获得期望的平坦性。

本发明涉及的第2半导体晶片的研磨垫，以粘贴在带状平板表面的半导体晶片的研磨垫为对象，在研磨垫的表面，使多个向研磨垫行进方向延伸的槽部，与其行进方向形成斜向。

采用第2半导体晶片的研磨垫后，由于在研磨垫的表面，多个向研磨垫行进方向延伸的槽部，与其行进方向形成斜向，所以在研磨中，即使让半导体晶片自转，研磨垫的槽部与半导体晶片被研磨面的接触位置，尽管在一个研磨垫中也要伴随着行进而移动、变化。因此，可以解决在半导体晶片的研磨面上出现同心圆状的、膜厚大于其周围的第1个问题，获得期望的平坦性。

在本发明的第1或第2半导体晶片的研磨垫中，最好使多个槽部形成相互均等的间隔。这样，可以在研磨时，使半导体晶片的被研磨面和研磨垫的研磨面的接触时间均一，从而使研磨后的半导体晶片的被研磨面更加平坦。

另外，在本发明的第1或第2半导体晶片的研磨垫中，研磨垫最好由泡沫聚氨脂构成。

附图说明

图1(a)及(b)表示实现本发明第1实施方式涉及的半导体晶片研磨方法的带状研磨方式的CMP装置，(a)是表示研磨机构部位的简要立体图，(b)是表示研磨垫粘贴在平板上的状态的局部俯视图。

图2(a)是表示本发明第1实施方式涉及的半导体晶片的研磨方式中，研磨垫与半导体晶片接触状况的剖视图。

(b)是表示采用本发明第1实施方式涉及的半导体晶片研磨方法时晶片的部位与膜厚的关系的曲线图。

图3是表示本发明第2实施方式涉及的带状研磨方式的CMP装置使用的研磨垫的立体图。

图4(a)是表示本发明第2实施方式涉及的半导体晶片的研磨垫与整形器接触状况的剖视图。

(b)是表示本发明第2实施方式涉及的半导体晶片的研磨垫的局部俯视图。

图5(a)是表示本发明第3实施方式涉及的半导体晶片的研磨垫粘贴在平板上的状况的局部立体图。

(b)是表示本发明第3实施方式涉及的半导体晶片的研磨垫粘贴在平板上的状况的局部俯视图。

图6是表示采用本发明第3实施方式涉及的半导体晶片的研磨方法时晶片部位与膜厚关系的曲线图。

图7是表示本发明第3实施方式的一种变形例涉及的将半导体晶片的研磨垫粘贴在平板上的状况的局部俯视图。

图8(a)及(b)是表示现有技术的带状方式的CMP装置，(a)是表示研磨机构部位的简要立体图，(b)是表示研磨垫的立体图。

图9(a)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中将研磨垫粘贴在平板上的状况的局部俯视图。

(b)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中使用研磨垫时半导体晶片的被研磨面的俯视图。

图10(a)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中使用研磨垫时晶片部位与膜厚关系的曲线图。

(b)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中使用研磨垫时半导体晶片的被研磨面的俯视图。

图11(a)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中研磨垫和整形器图接触状况的剖视图，(b)是表示采用整形器继续进行激活处理时的剖视图。

图12(a)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中，采用整形器对研磨垫继续进行激活时，研磨垫和半导体晶片的剖视图。

(b)是表示现有技术的带状方式的CMP装置中，采用整形器对研磨垫继续进行激活时，晶片部位和膜厚关系的曲线图。

图中：10-滚轴(传动轮)；11-平板；12-研磨垫；12a-槽部；12b-槽部；13-托架；14-喷嘴；15-浆料；16-气缸；17-整形器；20-半导体晶片。

具体实施方式

(第1实施方式)

下面，参阅附图，对本发明的第1实施方式作一阐述。

图1(a)示出本发明的第1实施方式涉及的带状研磨方法的CMP装置中的研磨机构的简要结构。

由该图(a)可知，在悬挂在旋转轴相互平行配置的2个滚轴(传动轮)10上的带状平板11的表面上，粘贴着例如基材由聚氨脂构成的4张片状的研磨垫12。在这里，作为研磨垫12的基材使用的聚氨脂，最好是独立泡沫聚氨脂。

为了研磨被托架13吸住的半导体晶片20，使平板11向所定的方向行走，由喷嘴14将含有研磨料的浆料15供给研磨垫12的表面(研磨面)，使半导体晶片20的表面(被研磨面)一面旋转，一面压住研磨垫12的表面。另外，为了激活研磨垫12的表面，将安装在气缸16之下的整形器18，压住研磨垫12，使其随时朝着垂直于平板11的行走方向的方向移动。

正如图1(b)的放大俯视图所示，第1实施方式涉及的研磨垫12，都粘贴成将槽部12a的延伸方向对准平板11的行走方向，同时还将沿该平板11的行走方向邻接的研磨垫，彼此互有间隔，而且槽部12a互不一致。此外，该槽部12a，是为了将浆料有效地供给到半导体晶片20的表面上才设置的。

这样，沿行进方向互相邻接的各研磨垫12，因被粘贴成槽部12a彼此不一致的状态，所以如图2(a)所示，刚开始研磨时，即使半导体晶片20的中心，处于某个研磨垫12所形成的用实线表示的槽部12a的位置，未被研磨。但由于继该研磨垫12之后的其它研磨垫12所形成的用虚线表示的槽部12a的位置，与那个研磨垫12的槽部12a错开，所以即使半导体晶片自转，研磨垫12的研磨面也能可靠地与半导体晶片20被研磨面接触，因而可以消除半导体晶片20的被研磨面的中央部位出现未被研磨的部分。

此外，粘贴在带状平板11上的研磨垫12的数量没有限制。但在第1实施方式中，4块研磨垫12的两两之间，以其槽部12a宽度二分之一的间距错开粘贴着。这样，还能使半导体晶片20中不被研磨垫12的槽部12a研磨的时间均等。所以可以如图2(b)所示，消除半导体芯片20中央部的未被研磨的部分，使半导体晶片20的被研磨面都能得到均匀研磨。

(第2实施方式)

下面，参阅附图，对本发明的第2实施方式作一阐述。

图3示出本发明的第2实施方式涉及的带状研磨方式的CMP装置使用的研磨垫。

如图3所示，在第2实施方式涉及的研磨垫12的研磨面上设置的、沿行进方向互相平行延伸的多个槽部12a，一直达到垂直于研磨垫12行进方向的端部。

这样，在研磨半导体晶片时，如图4(a)的剖视图所示，在研磨垫12的研磨面中，内侧部分A和端部B与整形器17的接触面积，都是均匀的，所以可以采用整形器17对研磨垫12的研磨面行进全面而均匀的激活。其结果，消除了在激活时研磨垫12的内侧部分A被整形器17削掉较多的现象，所以不会出现图2(b)所示的，半导体晶片周缘部分的膜厚比中央部薄的现象，能够对半导体晶片的被研磨面进行全面而均匀的研磨。

此外，如图4(b)所示，将沿其行进方向邻接的研磨垫12a，粘贴成使其槽部12a互不一致后，与第1实施方式一样，还能防止半导体晶片中央部的膜厚比其周围厚的不良现象。

(第3实施方式)

下面，参阅附图，对本发明的第3实施方式作一阐述。

图5(a)示出本分明第3实施方式涉及的带状研磨方式的CMP装置使用的研磨垫。

正如图5(a)所示，第3实施方式涉及的研磨垫12沿其行进方向互相平行延伸的多个槽部12b，与研磨垫12的行进方向具有所定的夹角θ。该所定的夹角θ，以不影响槽部应有的功能——将从喷嘴向研磨垫12上喷出的浆料，有效地供给到半导体晶片上——为宜，例如1°～15°左右。在研磨垫12中形成多个槽部12b的范围，是直到垂直于研磨垫12的行进方向的端部为止。另外，将多个研磨垫12往平板11的表面粘贴时，如图5(b)的放大平面图所示，在沿行进方向相互邻接的研磨垫12之间，设置着间隙。

这样，使用第3实施方式涉及的研磨垫12研磨半导体晶片后，由图6所示的晶片中央部的位置与膜厚的关系的曲线图上可知，半导体晶片中央部末被研磨的部分不复存在，而且半导体晶片边沿部分也不会变薄。所以可以使半导体晶片的被研磨面都得到均匀的膜厚。

(第3实施方式的一个变形示例)

如图7所示，将多个研磨垫12往平板11的表面粘贴时，使一个研磨垫12中的槽部12b与行进方向错位的方向，同相邻的其他研磨垫12中的槽部12b与行进方向错位的方向，交替变换，将槽部12b配置成交错状后，就能进一步提高半导体晶片被研磨面的平坦性。

采用本发明涉及的半导体晶片的研磨方法后，即使在研磨中让半导体晶片自转，也能由粘贴着的一个研磨垫移动到另一个研磨垫上时，都使槽部与半导体晶片被研磨面接触的位置发生变化，从而消除了在半导体晶片的被研磨面上出现同心圆状的膜厚比其周围大的这种膜厚不匀的问题，可以获得期望的平坦性。

采用本发明涉及的半导体晶片的研磨垫后，即使在研磨中使用整形器激活研磨垫，整形器和研磨垫的接触面积，也不会在研磨垫的端部和内侧出现差异，所以研磨垫垂直于行进方向的断面形状不会成为凹状。其结果就能消除只有半导体晶片被研磨面的端部被较大磨削这一膜厚不匀的现象，得到期望的平坦性。

Claims (7)

1.一种半导体晶片的研磨方法，是使粘贴着多个在表面分别具有沿行进方向延伸的多个槽部的研磨垫的平板连续行走，从而研磨半导体晶片的研磨方法，包括：

将所述多个研磨垫粘贴在所述平板表面的工序；和

使所述平板行走的同时，将所述半导体晶片压到所述研磨垫的表面进行研磨的工序，

其特征在于：在所述研磨垫的粘贴工序中，将所述各研磨垫粘贴成使沿所述平板行进方向相邻的研磨垫的槽部彼此不一致。

2.如权利要求1所述的半导体晶片的研磨方法，其特征在于：在所述研磨垫的粘贴工序中，将沿所述行进方向相邻的各研磨垫中的所述槽部，彼此按照一定的间隔错开后粘贴。

3.如权利要求1或2所述的半导体晶片的研磨方法，其特征在于：

在所述半导体晶片的研磨工序中，一边使含有研磨料的浆料流向所述研磨垫的表面，一边研磨所述半导体晶片。

4.一种半导体晶片的研磨垫，是粘贴在带状平板表面的半导体晶片的研磨垫，其特征在于：在所述研磨垫的表面，沿所述研磨垫的行进方向延伸的多个槽部，一直到达垂直于所述行进方向的方向侧的端部。

5.一种半导体晶片的研磨垫，是粘贴在带状平板表面的半导体晶片的研磨垫，其特征在于：在所述研磨垫的表面，沿所述研磨垫的行进方向延伸的多个槽部，与所述行进方向形成斜交。

6.如权利要求4或5所述的半导体晶片的研磨垫，其特征在于：

所述多个槽部，相互的间隔均等。

7.如权利要求4或5所述的半导体晶片的研磨垫，其特征在于：

所述研磨垫，由泡沫聚氨脂构成。

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