CN213999042U - 用于压力辅助施加抛光垫的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于压力辅助施加抛光垫的设备，用于在抛光半导体晶圆的抛光机中将抛光垫均匀压力辅助施加到抛光板，所述压力辅助施加设备包括支撑件和刷，该支撑件呈板的形式，该支撑件具有正面、反面、开口、外围边缘和在该支撑件的端部处的保持设备，该保持设备用于将该压力辅助施加设备固定在抛光机的内齿圈或外齿圈上；该刷包括径向地固定在杆上的刷毛，其中，该杆被以这样的方式被可旋转地安装在开口中，即该刷的仅该刷毛延伸超过该正面或反面。

Description

用于压力辅助施加抛光垫的设备

技术领域

本实用新型涉及一种在抛光半导体晶圆期间使用的、用于压力辅助施加抛光垫的设备。

背景技术

CMP(化学机械抛光)是单面抛光程序，其通常被用于减小半导体晶圆的正面的粗糙度。因此其也被称为镜面抛光。在CMP期间，半导体晶圆的待抛光侧面通过抵靠着旋转抛光垫的旋转抛光头而被下压，并在存在引入的抛光剂的情况下被抛光。这在US 5,916,016A中通过实例而被描述。

双面抛光(DSP)是来源于一组化学机械加工步骤的工艺。在专利EP 0208315 B1中描述的实施例中，在存在抛光剂的情况下，在被抛光垫覆盖的两个旋转抛光板之间，在由金属或塑料制成并且具有适当尺寸的切口的承载件中的半导体晶圆沿着由机器和工艺参数预定的路径被移动，并且因此被抛光，其中在抛光板之间形成工作间隙。

在DSP的情况下，操作层采用抛光垫的形式，并且其已被粘性地、磁性地、通过互锁装置(例如，借助于钩和环紧固)或借助于真空而被固定在工作盘上，该工作盘在DSP的情况下也被称为“抛光板”。DSP系统的两个抛光板都具有粘合的抛光垫。为了确保通过DSP的加工的高质量，应避免两个抛光垫的粘合中的气泡。在此重要的是，抛光垫在整个抛光板上的粘附要均匀地牢固。为了获得粘合剂的必要的粘合强度，在抛光垫的粘合剂粘合之后，将抛光板在压力下朝着彼此移动限定的时间。该过程也被称为压垫。压制过程迫使粘合剂流动并提高其粘合强度。借助于在EP 1 775 068 A1和US 2008/0248728 A1中的实例公开了该类型的用于压垫的方法。

US 2001/0014570 A1公开了一种用于制造具有正面和反面和抛光的边缘的半导体晶圆的方法，该方法包括在均被抛光垫覆盖的两个旋转的上和下抛光板之间，利用连续引入的碱性抛光剂同时抛光半导体晶圆的正面和反面，其中两个抛光垫主要由多孔均质的无纤维聚合物泡沫组成，并且下抛光板的抛光垫具有光滑的表面，以及上抛光板的抛光垫具有被通道中断的表面。

粘附在上抛光板上的抛光垫被通道的网络横穿，而粘附在下抛光板上的抛光垫没有这种纹理，而是具有光滑的表面。该纹理实现了改善的所用抛光剂的分布；这影响了抛光的晶圆边缘的质量。

例如，可以通过去除材料的铣削程序将通道施加到抛光垫上。优选的是，上抛光垫具有规则的棋盘型布置的通道，其具有5mm×5mm至 50mm×50mm的段尺寸和0.5至2mm的通道宽度。

抛光垫可以由热塑性或可热固化的聚合物组成。大量的材料可以被认为是用于泡沫抛光垫(泡沫垫)的材料，例如，聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯等。在US2008/0102741 A1中通过实例公开了一种由聚合物制成的抛光垫。

然而，抛光垫也可以由浸有聚合物的泡沫片或毛毡基板或纤维基板组成(非编织垫)。在US 5,510,175 A中通过实例描述了该类型的垫。

根据US 2014/0206261 A1，在抛光垫的粘合期间，加热抛光板是有利的，因为抛光板的加热降低了粘合剂膜的粘度，同时改善了其粘合性能。然后在至少3小时的时间上，将由抛光垫覆盖的抛光板从为了粘合而建立的温度冷却到所需的工艺温度，同时在整个冷却过程期间，通过至少10000Pa的压力将抛光垫压在各自相对的抛光板上。

然而，特别是当使用具有低压缩率的硬质抛光垫时，产生的问题是，传统的压垫经常无法实现抛光垫均匀粘合在抛光板上。这与在上和下抛光板之间存在高达300μm的抛光间隙有关，该抛光间隙是由于上和下抛光垫之间的相应距离而产生的。除非采取对策，否则抛光垫的不均匀粘合也会影响抛光的半导体晶圆的质量。

WO 2018/086912 A1公开了一种半导体晶圆的双面抛光方法，其中，在上和下抛光板上固定了在室温下肖氏A硬度至少为80°、在室温下压缩率低于3％的抛光垫，其中在上和下抛光垫之间的两侧上抛光半导体晶圆，其中，为了将抛光垫固定在上和下抛光板上，将抛光垫粘合到上和下抛光板上，在室温下压缩率至少为3％的垫被定位成在两个粘合的抛光垫之间的中间层，然后将两个抛光垫(具有位于它们之间的垫)彼此挤压一限定的时间。

然而，已经发现，当使用如US 2001/0014570 A1中的由通道横穿的抛光垫，并且应用在WO 2018/086912 A1中公开的压垫程序时，抛光的晶圆的几何形状比当使用光滑抛光垫时更差。

实用新型内容

本实用新型的目的源于上面描述的问题。

该目的通过所要求保护的设备来实现。

一个实施例涉及单面抛光程序，例如，CMP过程。

另一个实施例涉及DSP抛光程序，即在两个旋转的下和上抛光板之间连续引入碱性抛光剂的同时抛光半导体晶圆的正面和反面。

在DSP的情况下，两个抛光板都具有覆盖的抛光垫，并且在此的一个实施例中，下抛光板的抛光垫具有光滑的表面，而上抛光板的抛光垫具有由通道中断的表面。

通过将抛光垫粘合到上和下抛光板上，将抛光垫固定在上和下抛光板上，其中借助于多个刷将抛光板上的抛光垫同时压在抛光板上。

本实用新型基于以下观察：因为压力仅施加在垫表面上而不施加在通道中，因此难以均匀地压力辅助施加具有被通道中断的表面的抛光垫。这有时可以从去除用过的抛光垫之后的抛光板上的图案辨别出。这表明，在通道的位置处没有以精确相同的程度进行抛光垫的压力辅助施加；这对抛光垫的表面的均匀度有轻微的不利影响。

例如，在双面抛光程序的情况下，这对抛光的半导体晶圆的几何形状产生了轻微的不利影响。特别地，对从正面ZDD(＝从半导体晶圆的正中面到正面垂直地测量的高度的二阶导数)和反面ZDD计算出的差值有轻微的不利影响。ZDD描述了半导体晶圆的表面的边缘处的平均曲率，并在 SEMI M68-1015中被定义。

在用于抛光半导体晶圆的抛光机中将抛光垫均匀地压力辅助地施加到抛光板上的本实用新型的设备包括支撑件和刷，该支撑件呈板的形式，该支撑件具有正面、反面、多个开口和外围边缘；该刷包括径向地固定在杆上的刷毛，其中，杆被以这样的方式可旋转地安装在开口中，即该刷的仅刷毛延伸超过该正面或反面。

在此，在支撑件的端部处的外围边缘以这样的方式配备有保持设备，即该保持设备允许将本实用新型的设备固定在抛光机的内或外齿圈上。保持设备通过实例可以包括齿，这些齿精确地配合到抛光机的内或外齿圈的销的空隙内。然而，也可以设想可以固定在齿圈上的特定的可释放的承插连接。

此外，本实用新型的设备包括多个刷，其刷毛已经被径向地固定在杆上，其中该刷的杆被可自由旋转地安装在支撑件的开口中。

此外，刷被以这样的方式安装在开口中，即刷的刷毛延伸超过支撑件的正面或反面。

在特别优选的实施例中，刷被以这样的方式安装，即刷毛不仅延伸超过正面，而且超过反面。

在另一优选的实施例中，杆的两个旋转轴线以不大于10°和特别优选地不大于5°的角度相交。因此，刷在抛光垫上的作用是滚动而不是磨损。

在另一优选的实施例中，支撑件的宽度与长度的比低于0.7。

在另一优选的实施例中，支撑件的开口的宽度与长度的比低于0.8。

在另一优选的实施例中，刷毛的长度不低于10mm且不高于20mm。

优选的，刷毛的厚度为不低于0.3mm且不高于0.5mm。

在另一优选的实施例中，支撑件由不锈钢、PEEK、PFA或PVDF或PVC 制成。

刷毛优选地由聚酰胺6(PA6)制成。

本申请的用于在抛光半导体晶圆的抛光机中将抛光垫附接到抛光板上的方法包括将抛光垫粘合到抛光板上，其中多个刷被以这样的方式定位在抛光垫上，即它们同时将压力施加到抛光垫上，并实现抛光垫的压力辅助施加。在压力辅助施加程序之后，抛光垫在抛光板的表面上实现了理想的接触，并且还实现了对可能存在的任何凹陷(例如是存在的通道)的理想顺应性。

优选的是，各个抛光垫被粘合到两个抛光板上，并且多个刷被被以这样的方式定位，即它们同时在两个抛光垫上施加压力，其中抛光板被相互平行地相对。

特别优选的是，刷绕它们的纵轴线(安装轴线)旋转。此处的旋转被理解为自由旋转(无专用驱动器)。该旋转是由(多个)抛光板的运动引起的。

优选的是，刷的移动相对于至少一个抛光板(平移)是方位角的。

优选的是，同时使用至少13个刷。已经发现在设备中使用多个刷是有利的。

优选地在压力辅助施加过程期间将抛光板的温度调节至18℃至48℃之间。

刷施加在抛光板上的抛光垫上的压力优选在1000Pa至7500Pa之间。

在压力辅助施加过程期间，抛光板优选地沿相反方向移动。

在另一优选的实施例中，抛光垫的压力辅助施加的持续时间为至少5分钟。

粘合步骤优选包括以下操作：

-通过适当的清洁来准备抛光板的表面

-去除垫的自粘PSA层上的保护膜

-将抛光垫施加在抛光板上，避免产生气泡。

在另一实施例中，在抛光垫的粘合剂结合之前，加热抛光板。通过实例，可以将抛光板加热到40-50℃的温度。这降低了粘合膜的粘度，而同时改善了其粘合性能。

在优选的实施例中，在用刷进行压力辅助施加过程期间维持该温度。

在粘合剂粘合程序和用刷进行压力辅助施加(多个)抛光垫之后，可选地冷却抛光板。在一实施例中，将抛光板冷却至所需的抛光温度，该温度通常在10至50℃之间。

在抛光垫的粘合剂粘合之前和之后，抛光板的加热和冷却优选地借助于抛光板的内部温度控制系统来实现。

在优选的实施例中，抛光板的冷却历时一到几个小时的时间。

在另一优选的实施例中，抛光板的冷却在压垫程序期间进行。

在双面抛光的情况下，可以通过实例使用以下程序：

-通过粘合剂粘合施加抛光垫(上方和下方)

-可选地通过使板朝着彼此移动来正常按压两个垫，可选地有中间层

-以这样的方式插入多个刷保持件，即刷保持件之间的角度是相同的

-利用插入的刷保持件使两个抛光板朝着彼此移动，并通过启动抛光板的旋转来压力辅助施加垫

-通过使抛光板彼此远离来打开抛光机

-去除刷保持件

-可选地通过使板朝着彼此移动来正常按压两个垫，可选地有中间层

在双面抛光系统的情况下，当抛光板被朝着彼此移动时，抛光垫的可选正常按压可以手动地，也可以利用辊，或者经由压力来实现。

在双面抛光系统的情况下，借助于刷保持件的压力辅助施加优选地是通过使两个抛光板朝着彼此移动来实现的。

利用刷保持件的压力辅助施加抛光垫的持续时间优选为1秒至5分钟，特别优选为在20秒至3分钟之间。

在一实施例中，抛光垫经受预压或后压。在双面抛光系统的情况下，当抛光板被朝着彼此移动时，这可以手动地，利用辊，或者经由压力来实现。

附图说明

图1是抛光板(1)的示意图，其上粘合有抛光垫(2)，该抛光垫包括非平面特征(例如呈通道的形式)(5)。抛光垫的压力辅助施加是借助于附接在杆(3)上的刷毛(4)来实现的。该杆包括轴承轴(6)，借助于该轴承轴可旋转地安装刷。

图2示出了本实用新型的设备，其包括可旋转地安装的刷，该刷包括附接到杆(3)上的刷毛(1)。在支撑件本体(2)的端部处，本实用新型的设备配备有保持设备(4)，该保持设备允许将本实用新型的设备固定在抛光机的内齿圈和外齿圈之间。保持设备(4)例如已被配置为齿。剖面A-A 显示，刷的刷毛(1)延伸超过支撑板的正面和反面。

图3示出了本实用新型的设备的另一配置，其包括可旋转地安装的刷，该刷包括附接到杆(3)上的刷毛(1)。在支撑件本体(2)的端部处，本实用新型的设备配备有保持设备(4)，该保持设备允许将本实用新型的设备固定在抛光机的内齿圈和外齿圈之间。保持设备(4)例如已被配置为齿。剖面A-A显示，刷的刷毛(1)延伸超过支撑板的一侧(例如正面)。为了考虑到在抛光设备中的随后旋转运动，外部刷中的每个的轴优选地已经相对于支撑板的主轴向取向被旋转了小角度γ。该角度γ优选地不小于-6°且不大于6°。该角度特别优选地不小于-3°且不大于3°。因此，该刷在系统中的作用在于滚动而不是在衬层上磨蚀。

图4(a)和图4(b)分别示出了本实用新型的设备(1)在抛光系统中的优选定位。多个设备(图4(a)中的三个和图4(b)中的四个)被以这样的方式定位在抛光板(2)上，即本实用新型的设备的保持设备(5)和保持设备(6)的位置被固定在抛光系统的内齿圈(4)和外齿圈(3)上。固定的设备之间的角度(分别为α和β)在此相同。例如，如果使用本实用新型的三个设备，该角度为α＝120°(图4(a)中所示)，如果使用本实用新型的四个设备，该角度为β＝90°(图4(b)中所示)。

具体实施方式

在双面抛光机中压力辅助施加抛光垫期间，按规定的顺序执行以下步骤：

将抛光垫粘合到双面抛光机的上和下抛光板上。

然后将三个刷保持件(如图4a中所示)放入下抛光板内，并分别以这样的方式固定至内和外齿圈，即三个设备之间的角度为120°。所使用的刷保持件分别包括13个刷。

然后以这样的方式使两个抛光板朝着彼此移动，即刷毛在抛光垫上施加压力。然后使抛光板沿相反方向旋转并使其温度达到45℃。

45分钟后，该过程被中断，并去除刷保持件。

对于抛光过程，将半导体晶圆放入承载件的适当定尺寸的切口中。在抛光过程期间，将液体引入到由抛光垫形成的工作间隙内。该液体是抛光剂悬浮液(胶体二氧化硅)。

相对于以上阐述的用于本实用新型的内容的实施例所述的特征可以作为本实用新型的实施例单独地或组合地实现。此外，它们可以描述它们自己权利有资格得到保护的有利实施形式。

Claims (10)

1.一种压力辅助施加设备，其特征在于，用于在抛光半导体晶圆的抛光机中将抛光垫均匀压力辅助施加到抛光板，所述压力辅助施加设备包括支撑件和刷，所述支撑件呈板的形式，所述支撑件具有正面、反面、开口、外围边缘和在所述支撑件的端部处的保持设备，所述保持设备用于将所述压力辅助施加设备固定在抛光机的内齿圈或外齿圈上；所述刷包括径向地固定在杆上的刷毛，其中，所述杆被以这样的方式被可旋转地安装在开口中，即所述刷的仅所述刷毛延伸超过所述正面或反面。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述杆的两个旋转轴线以不大于10°的角度相交。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述杆的两个旋转轴线以不大于5°的角度相交。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件的宽度与长度的比低于0.7。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件的所述开口的宽度与长度的比低于0.8。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述刷毛具有的长度不低于10mm且不高于20mm。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述刷毛具有的厚度不低于0.3mm且不高于0.5mm。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述支撑件由下面列出材料中的材料制成：不锈钢、PEEK、PFA、PVDF、PVC。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述刷毛由聚酰胺6制成。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述刷的所述刷毛不仅延伸超过所述支撑件的所述正面，而且延伸超过所述支撑件的所述反面。

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