CN1978136A - 半导体晶片研磨装置和半导体晶片研磨方法 - Google Patents

Abstract

为了彻底防止磨蚀剂和灰尘粘附到晶片的电路形成区域上，提高半导体器件的成品率，以及由此在后续阶段中提高单个制造装置的设备作业率，本发明的半导体晶片研磨装置具有研磨单元，其用于对碟形晶片的圆周边缘侧进行研磨；以及气体喷射单元，其对着晶片表面喷射气体G，从而通过气体G的隔帘C对研磨区PF和除了研磨区PF之外的普通区NF之间的晶片上的空间进行分隔，其中研磨单元在所述研磨区PF中对晶片进行研磨。

Description

半导体晶片研磨装置和半导体晶片研磨方法

本申请基于日本专利申请No.2005-351240，其内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及用于研磨晶片的圆周边缘侧的半导体晶片研磨装置，以及半导体晶片研磨方法。

背景技术

随着大规模集成电路的发展，以及随着在半导体制造工艺中图案尺寸的减小和晶片直径的增大，期望提高芯片的成品率。一种曾经使用的提高芯片成品率的已知技术是除去晶片圆周边缘的凹口部分和斜面部分上形成的膜的多余部分。当从侧面观察时晶片的斜面部分略微呈圆形，且当从顶面观察时晶片的凹口部分接近于V形。因此，在扩散工艺中可以容易地从晶片的斜面部分和凹口部分将膜剥离掉，并且那些膜可以粘附在晶片的顶面和背面上，从而导致产品率下降和/或装置恶化。对斜面进行研磨可以防止这些问题。

作为这种研磨装置，已知一种装置，其被配置为将晶片以可旋转的方式固定，以及被配置为允许研磨片的一个表面与晶片的斜面部分随意地接触(例如，参见日本特开专利公开No.2005-26274)。图11示出了常规的半导体晶片研磨装置的示意图。该研磨装置被配置为在旋转晶片的同时将磨蚀剂施加到表面上并且允许研磨片与斜面部分相接触，从而由此在其圆周边缘的整个范围上对斜面部分进行研磨。所述研磨装置还具有用于对晶片表面喷射非反应性气体的喷嘴，其利用晶片的旋转使得从所述喷嘴喷出的气体在晶片表面上流动，以由此防止磨蚀剂渗透进入从径向观察的中心区域。

然而，在日本特开专利公开No.2005-26274描述的研磨装置中，该研磨装置被配置为利用晶片的旋转而在晶片表面上使气体扩散，而气体的流动路径和流速会由于各种条件变化而发生变化，所述的条件例如是晶片的转速、气体的喷射速度等等。因此，不能使气体均匀地扩散，因此难以通过使气体在晶片表面上稳定地流动而抑制磨蚀剂的渗入。在晶片表面上也非常容易发生仅仅在一点处从喷嘴喷射气体，其可能会使用于制造半导体晶片的设备质量恶化。

发明内容

根据本发明，提供一种半导体晶片研磨装置，包括：研磨单元，其对碟形晶片的圆周边缘侧进行研磨；以及气体喷射单元，其对着晶片表面喷射气体，以使得在由研磨单元对晶片进行研磨的研磨区和除了所述研磨区之外的普通区之间通过气体隔帘分离晶片上的空间。

在该半导体晶片研磨装置中，可以通过形成喷气隔帘从而抑制研磨区和普通区之间的物质转移。更具体地，通过在研磨单元对所述晶片的圆周边缘侧进行研磨时形成隔帘，从而可以防止研磨期间提供给研磨单元的磨蚀剂和研磨期间所产生的灰尘渗入普通区。此处，由于喷射气体从而形成隔帘，因此气体的流动相对稳定，而不会发生气体的不稳定流动，例如在常规装置中发生的基于单一点而使气体流动的情形。

根据本发明，还提供一种半导体晶片的研磨方法，其对通过对着晶片表面喷射气体从而研磨碟形晶片的圆周边缘侧，以使得晶片上的空间通过在研磨区和除了所述研磨区之外的普通区之间的气体隔帘而分隔，其中研磨单元在所述研磨区研磨晶片。

从上述内容可以清楚地得知，根据本发明，可以彻底地防止磨蚀剂和灰尘粘附到晶片的电路形成区域上，可以提高晶片的芯片成品率，以及由此可以在后续工艺步骤中提高单个制造装置的设备作业率。

附图说明

根据以下说明书以及附图，本发明的上述和其他目的、优点和特征将变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明第一实施例的用于研磨凹口部分的半导体晶片研磨装置；

图2示出了用于说明半导体晶片的圆周边缘部分的截面图；

图3示出了研磨凹口部分的半导体晶片研磨装置的上支撑单元；

图4示出了沿着图3中线A-A的剖面图；

图5示出了研磨斜面部分的半导体晶片研磨装置的示意图；

图6示出了研磨斜面部分的半导体晶片研磨装置的上支撑单元的示意性底视图；

图7示出了沿着图6中线B-B的剖面图；

图8示出了晶片的顶视图；

图9示出了根据本发明第二实施例的半导体晶片研磨装置的上支撑单元的底视图；

图10示出了根据改进实例的研磨斜面部分的半导体晶片研磨装置的示意图；以及

图11示出了根据常规例子的半导体晶片研磨装置的示意图。

具体实施方式

在此，将要参考说明性的实施例描述本发明。本领域技术人员将认识到，利用本发明的教导可以完成多种可选实施例，并且本发明并不局限于为了说明用途而示出的这些实施例。

以下段落将参考附图详述本发明半导体晶片研磨装置的优选实施例。为了避免重复说明，对于所有相同的部件给予了相同的参考数字。

图1至图8示出了本发明的第一实施例，其中图1示出了用于研磨凹口部分的半导体晶片研磨装置的示意图，图2示出了半导体晶片的圆周边缘部分的说明图，图3示出了用于研磨凹口部分的半导体晶片研磨装置的上支撑单元的示意性底视图，图4示出了沿着图3中的线A-A的剖面图，图5示出了对斜面部分进行研磨的半导体晶片研磨装置的示意图，图6示出了研磨斜面部分的半导体晶片研磨装置的上支撑单元的示意性底视图，图7示出了沿着图6中的线B-B的剖面图以及图8示出了晶片的顶视图。应当注意，为了便于说明，在图5仅仅在左手侧和右手侧示出了隔帘，实际上，所述隔帘被形成为从径向方向观察时围绕较小晶片的内部部分。

如图1所示，半导体晶片200的研磨装置100具有：配置在研磨装置的腔室中的晶片卡盘机构110，该晶片卡盘机构用作晶片固定单元，用于在其底面侧上固定碟形的晶片200，下支撑单元120和上支撑单元130，其用于固定所述装置的各种单元等，磨蚀剂喷嘴140，其将磨蚀剂＂A＂施加到所述晶片的圆周边缘侧200，以及研磨片150，其作为研磨单元用于研磨所述晶片的圆周边缘侧200。下支撑单元120和上支撑单元130被形成为从下侧和上侧覆盖晶片200，且其具有气体喷射端口160、170，所述气体喷射端口在其与晶片200相对的表面具有开口。

研磨装置100用于通过研磨除去在半导体制造工艺中形成在晶片的圆周边缘210上的多余氧化膜、金属膜等。图2示出了半导体晶片的截面图。更具体地，将在本实施例中进行研磨的晶片200是经过了Cu CMP工艺之后的晶片，且如图2所示，例如具有残留在其圆周边缘上的作为阻挡金属的等离子氧化膜220和Ta膜230。这里，在平面图中，晶片200的圆周边缘210是以弧形方式形成的斜面部分212，其包括形成在圆周方向中预定位置的凹口部分214，如在平面图(图8)中凹陷从而形成了近似V形的形状。图1所示的研磨装置100除去了形成在凹口部分214上的多余的膜，而形成在斜面部分212上的多余的膜则由图5所示的研磨装置300除去。可以通过集束型设备在研磨装置100和300之间传送晶片200。将首先描述用于对凹口部分进行研磨的研磨装置100，而用于对斜面部分进行研磨的研磨装置300将在稍后描述。

在平面图中(参见图3)，作为气体喷射单元的下支撑单元120和上支撑单元130被形成为接近于圆形，并且其外径几乎与晶片200的外径相同。彼此垂直对称地形成下支撑单元120和上支撑单元130。如图4所示，上支撑单元130具有形成在其内部的气体通道132，通过该气体通道，从上部提供的气体G被引导到气体喷射端口170。如所示图1，气体G从气体喷射端口160和170喷射出去，随后形成了隔帘C。隔帘C分隔了研磨区PF和普通区NF之间的晶片200上的空间，其中所述研磨区PF是由研磨片150对晶片200进行研磨的区域，而普通区NF是除了研磨区PF之外的区域。考虑到使气体G的流动变得稳定，优选在腔室中设置气体排放装置，用于从晶片200侧吸入气体G，其吸入气体的体积与流入到晶片200侧的气体G体积基本相同。

作为喷射单元的下支撑单元120和上支撑单元130喷射非反应性气体G。这里所称的非反应性气体G是指非反应性气体以及不会与留在研磨装置100的腔室中的任何物质发生反应的其他气体，其中所述物质例如是晶片200和磨蚀剂＂A＂。更具体地，优选气体G是氦、氩、氮、干燥空气等。

如图3所示，在底视图中上支撑单元130的气体喷射端口170接近于V形，使得圆周边缘被向外加宽了。在平面图(图8)中晶片200的凹口部分214接近于V形，由此如图1所示喷射的气体G在径向方向上对着凹口部分214(图8)内部的位置喷射。这使得晶片200的凹口部分214(图8)侧被定义为研磨区PF，而其他部分被定义为普通区NF(图4)。

研磨片150是具有水平放置的旋转轴的碟形，且如图1所示，沿晶片200的径向方向从外部插入到凹口部分214(图8)中。随后通过研磨片150的圆周边缘对凹口部分214(图8)的表面进行研磨。

在如此配置的研磨半导体晶片200的研磨装置100中，可以通过由喷射气体G而形成的隔帘C抑制研磨区PF和普通区NF之间的物质转移。通过由此形成的隔帘C，当利用研磨片150对晶片200的圆周边缘210进行研磨时，可以成功地防止在研磨期间提供给研磨片150的磨蚀剂＂A＂以及在研磨期间产生的灰尘转移到普通区NF。此处，由于喷射气体G从而形成隔帘C，因此气体G的流动相对稳定，而不会发生气体的不稳定流动，例如在常规装置中发生的基于单一点而使气体G流动的情形。

因此，可以彻底防止磨蚀剂＂A＂和灰尘粘附在晶片200的电路形成区域上，从而提高了半导体器件的成品率，以及由此可以在后续阶段中提高单个制造装置的设备作业率。

第一实施例已经示出了第一实施例所示的晶片200的凹口部分214是V形的示例性情况，且喷射端口160、170相应地也是V形，而气体喷射端口160、170可以直线形状，例如，假设该凹口部分214是直线形的凹口。总之，假如形成气体G的隔帘C从而将凹口部分214与其他部分相隔离，那么该方案就是可行的。

如图5所示，研磨斜面部分的研磨装置300具有：配置在其腔室中的多个辊310，该辊作为晶片固定单元，用于可旋转地固定晶片200圆周边缘，下支撑单元320和上支撑单元330，其用于固定所述装置的各种单元等，磨蚀剂喷嘴340，其将磨蚀剂＂A＂施加到所述晶片的圆周边缘侧200，以及研磨片350，其作为研磨单元用于研磨所述晶片的圆周边缘侧200。下支撑单元320和上支撑单元330被形成为分别从下侧和上侧覆盖晶片200，且其具有气体喷射端口360、370，所述气体喷射端口在其与晶片200相对的表面具有开口。

研磨装置300还用于通过研磨除去在半导体工艺期间形成在晶片200的圆周边缘210上的多余氧化膜、金属膜等。将要作为研磨装置300的研磨对象的晶片200是这样一种晶片，即所述晶片的凹口部分214已经被对凹口部分进行研磨的研磨装置100研磨过。

在平面图中(参见图6)，作为气体喷射单元的下支撑单元320和上支撑单元330形成为接近于圆形，并且其外径几乎与晶片200的外径相同。彼此垂直对称地形成下支撑单元320和上支撑单元330。如图7所示，上支撑单元330具有形成在其内部的气体通道332，通过该气体通道，从上部提供的气体G被引导到气体喷射端口370。

在图6中，如上支撑单元330的示意性底视图所示，在平面图中，气体喷射端口370形成为环形，且气体通道332被形成为在径向方向上从中心向外延伸，且如图5所示，其被配置为使得喷射气体G沿径向方向对着斜面部分212内部的位置喷射。因此，晶片200径向方向的内部部分总体上被沿圆周方向延伸的环形隔帘C所围绕。更具体地，在距离晶片200的圆周边缘大约3至5mm处形成环形隔帘C。这使得斜面部分212侧被定义为研磨区PF，而其他部分被定义为普通区NF(图7)。

研磨片350具有碟形状，且具有从垂直方向倾斜的旋转轴，并且如图5所示，其被配置为使得研磨片350的一个表面与在侧视图中弯曲的斜面部分212相接触。通过在研磨的同时保持晶片200被辊310旋转，从而可以连续地在整个圆周上对斜面部分212进行研磨。

此外，在如此配置的研磨半导体晶片200的研磨装置300中，通过形成喷射气体G的隔帘C从而可以抑制研磨区PF和普通区NF之间的物质转移。通过如此形成的隔帘C，当通过利用研磨片350对晶片200的圆周边缘210侧进行研磨时，可以成功地防止在研磨期间施加到研磨片350的磨蚀剂＂A＂和在研磨期间产生的灰尘渗入到普通区NF。由于喷射气体G从而形成隔帘C，因此气体G的流动相对稳定，而不会发生气体的不稳定流动，例如在常规装置中发生的基于单一点使气体G流动的情形。

因此，可以彻底地防止磨蚀剂“A”和灰尘粘附在晶片200的电路形成区域上，从而可以提高晶片的芯片成品率，以及由此可以在后续阶段中提高单个制造装置的设备作业率。

图9示出了根据本发明第二实施例的半导体晶片研磨装置的上支撑单元的底视图。

根据第二实施例的研磨装置可以在相同的腔室中同时执行对斜面部分212和凹口部分214的研磨，而不必在集束型设备传送晶片200。在该研磨装置中，如图9所示，上支撑单元430的气体喷射端口470包括相应于凹口的部分472和相应于斜面的部分474，其中相应于凹口的部分472形成为接近于V形，在底面图中其在圆周方向上向外拓宽，而和相应于斜面的部分474在该底视图中形成为环形。与上支撑单元430垂直对称地形成未示出的下支撑单元。

以可旋转的方式支撑晶片200，其中当利用研磨片150研磨凹口部分214时保持晶片200静止，而当利用研磨片350研磨斜面部分212时使晶片200和研磨片350相对地旋转。单个研磨片150和350被配置为可以在对晶片200进行研磨的研磨位置与从晶片200凹陷的预备位置之间移动。

在对斜面部分212和凹口部分214进行研磨的任意一种情形中，从气体喷射端口470喷射出气体G，以由此同时形成V形和环形的隔帘C。更具体地，晶片200径向方向上的内部部分被沿圆周方向延伸的环形隔帘C所围绕，从而通过V形隔帘C与凹口部分214相隔离。由于该结构，在两种研磨处理中，都可以成功地防止在研磨期间提供给研磨片150和350的磨蚀剂＂A＂和在研磨期间产生的灰尘渗入到普通区NF中。如上所述，通过在单个研磨装置中进行对斜面部分212和凹口部分214的研磨处理，可以减少制造半导体器件的工序数，且由此可以降低生产成本。

现在应当理解，在上述每一实施例中，还可以在对晶片200进行研磨之后对圆周边缘210进行清洗的时候形成气体G的环形隔帘C。一种示例性的情况，如图10所示，其中对斜面部分进行研磨的研磨装置300被配置为具有用于清洗圆周边缘210的清洗刷382以及具有提供清洗液B的清洗喷嘴384，以及被配置为在研磨之后清洗圆周边缘210，在清洗期间可以通过形成环形的隔帘C防止清洗液B渗入到径向方向上的内部部分。

第一实施例所示的研磨斜面部分的研磨装置300例如使晶片200旋转，然而，例如，在这里该装置从平面观察时形成有围绕晶片200的环形形状，因此可以例如相对于晶片200移动该研磨片350。换言之，只有当晶片200和研磨片350相对旋转时，才可以利用研磨片350连续地研磨晶片200的圆周边缘210。

根据晶片200的研磨区域，可以任意地改变通过利用隔帘C分隔晶片200上的空间的方法，并且，毫无疑问地可以对任何其他具体的和细节的结构作出改变。

很明显本发明不局限于上述实施例，并且可以在不背离本发明的保护范围和精神的情况下作出改变和变化。

Claims (9)

1.一种半导体晶片研磨装置，包括：

研磨单元，其研磨碟形晶片的圆周边缘侧；以及

气体喷射单元，其对着所述晶片的表面喷射气体，以通过在研磨区和除了所述研磨区之外的普通区之间的所述气体的隔帘分隔所述晶片上的空间，其中所述研磨单元在所述研磨区中研磨所述晶片。

2.如权利要求1的半导体晶片研磨装置，其中所述气体喷射单元喷射非反应性气体作为所述气体。

3.如权利要求1的半导体晶片研磨装置，其中所述研磨单元沿圆周方向连续地研磨所述晶片的圆周边缘侧，以及

所述气体喷射单元喷射所述气体以将所述隔帘形成为从平面观察的环形，以由此在径向方向上分隔所述晶片上的空间。

4.如权利要求1的半导体晶片研磨装置，其中所述研磨单元研磨在所述晶片圆周边缘的圆周方向预定位置处形成的凹口部分。

5.如权利要求1的半导体晶片研磨装置，进一步包括清洗单元，用于清洗所述晶片的圆周边缘侧。

6.一种半导体晶片研磨方法，其通过对着所述晶片表面喷射气体而研磨碟形晶片的圆周边缘侧，以通过在研磨区和除了所述研磨区之外的普通区之间的所述气体的隔帘分隔所述晶片上的空间，其中所述研磨单元在所述研磨区中研磨所述晶片。

7.如权利要求6的半导体晶片研磨方法，其中所述气体是非反应性气体。

8.如权利要求6的半导体晶片研磨方法，其中在所述晶片的圆周边缘侧沿圆周方向对所述晶片进行连续地研磨，以及

喷射所述气体以将所述隔帘形成为从平面观察的环形，并且在径向方向上通过所述隔帘分隔所述晶片上的空间。

9.如权利要求6的半导体晶片研磨方法，其中在所述晶片圆周边缘的圆周方向预定位置处形成的凹口部分被研磨。

Images