抛光衬底的方法和装置制造方法及图纸

技术编号:12837406 阅读:119 留言:0更新日期:2016-02-11 00:58
本发明专利技术涉及抛光衬底的方法和装置,尤其是提出一种抛光方法,用于将诸如半导体晶片的衬底抛光至平坦镜面光洁度。通过抛光装置实施抛光衬底的方法,该抛光装置包括具有抛光表面的抛光台(100)、用于保持衬底并将衬底压抵抛光表面的顶圈(1)以及用于沿垂直方向移动顶圈(1)的可垂直移动机构(24)。在衬底压抵抛光表面之前,顶圈(1)移动至第一高度,且接着在衬底压抵抛光表面之后,顶圈(1)移动至第二高度。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】抛光衬底的方法和装置本申请是申请号为200980141563.X、申请日为2009年8月7日、专利技术名称为“抛光衬底的方法和装置”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术大体涉及一种抛光方法和装置,且更具体地说,涉及一种对诸如半导体晶片的待抛光物体(衬底)抛光至平坦镜面光洁度的抛光方法和装置。
技术介绍
近年来,半导体器件的高集成性和高密度需要对布线模式或互连最小化,并且也增大了器件中互连层的数目。由于较低互连层上的表面不规则性,器件在更小电路中具有多层互连的趋势大体上加宽了台阶宽度,从而导致平坦度降低。互连层数目的增加可恶化在薄膜形成过程中台阶式结构上的薄膜涂层质量(台阶覆盖度)。总之,首先,高度分层的多层互连的出现相应地使得能够获得改良台阶覆盖度和适当表面的新平面化工艺成为必需。其次,该趋势和下文描述的另一个原因需要能够平面化半导体器件的表面的新工艺:半导体器件的表面需要被平面化,从而使得半导体器件的表面上的不规则台阶落入焦深内。因此,利用光刻工艺小型化的光刻光学系统的焦深越小,需要平面化处理后越精确平坦的表面。因此,在半导体器件的制造过程中,平面化半导体表面变得越来越重要。最重要的平面化技术之一是化学机械抛光(CMP)。因此,已采用化学机械抛光装置平面化半导体晶片的表面。在化学机械抛光装置中,在其中含有诸如二氧化硅(Si02)的磨粒的抛光液体被供应到诸如抛光垫的抛光表面上的同时,诸如半导体晶片的衬底与抛光表面滑动接触,因而表面得以抛光。这种类型的抛光装置包括具有由抛光垫形成的抛光表面的抛光台以及用于保持诸如半导体晶片的衬底的衬底保持装置,该衬底保持装置称作顶圈或抛光头。当半导体晶片利用这种抛光装置抛光时,在预定压力下通过衬底保持装置保持半导体晶片且使其压抵抛光垫的抛光表面。此时,抛光台和衬底保持装置彼此相对移动,以使半导体晶片与抛光表面滑动接触,从而使得半导体晶片的表面被抛光至平坦镜面光洁度。传统地,作为半导体保持装置,已经广泛使用所谓的浮动型顶圈,其中弹性膜(膜)固定至夹板,且向在夹板上方形成的压力腔(加压腔)以及由弹性膜(膜)形成的压力腔施加诸如空气的流体,以使得通过弹性膜在流体压力下将半导体晶片压抵抛光垫。在浮动型顶圈中,夹板通过夹板上方的加压腔的压力与夹板下方的膜的压力之间的平衡而浮动,从而在适当的压力下将衬底压紧在抛光表面上,从而抛光半导体晶片。在该顶圈中,当开始向半导体晶片施加压力或者在抛光后执行半导体晶片的真空夹持时,进行下述操作:当开始向半导体晶片施加压力时,对加压腔进行加压,通过膜保持半导体晶片的夹板降低而带动抛光垫、半导体晶片与膜彼此紧密接触。接着,向膜施加所需压力,其后或者同时,将加压腔的压力调节成不大于膜压力,从而允许夹板浮动。在此状态下,半导体晶片被抛光。在此情况下,夹板首先下降而使抛光垫、半导体晶片和膜彼此紧密接触的原因在于,半导体晶片与膜之间的加压流体应防止泄露。如果在抛光垫、半导体晶片和膜不彼此紧密接触的状态下向膜施加压力,则半导体晶片与晶片之间产生间隙,并且加压流体穿过间隙泄露。此外,如果加压腔的压力不小于抛光时的膜压力,夹板局部压迫半导体晶片,且在其局部区域中半导体晶片上的薄膜过度抛光。因此,将加压腔的压力调节成不大于膜压力,从而允许夹板浮动。接着,在抛光后,在半导体晶片真空夹持时,对加压腔加压,以降低夹板,且抛光垫、半导体晶片和膜开始彼此紧密接触。在此状态下,半导体晶片通过在膜上方广生真空而真空夹持至月旲。如上所述,在具有夹板的浮动型顶圈中,当开始向半导体晶片施加压力或者在抛光后半导体晶片真空夹持至膜时,必须通过加压腔压力与膜压力之间的平衡控制夹板的垂直位置。然而,在使用此浮动型顶圈时,因为压力平衡控制夹板位置,难以在高度小型化和多层器件的最新制造工艺所需的水平中精确控制夹板的垂直位置。此外,当开始向半导体晶片施加压力或者在抛光后真空夹持半导体晶片时,由于腔的膨胀或收缩处理延长,具有大体积的加压腔需要充分长的时间,而且针对上述的适当平衡腔体积具有下限。往往认为这将阻碍抛光装置生产率的改进。此外,在浮动型顶圈中,随着卡圈磨损加剧,抛光表面与夹板下表面之间的距离缩短,且膜在垂直方向上的膨胀和收缩量局部变化,因而使得抛光轮廓变化。因此,最近,作为替换,从精确水平的抛光表面已使用了具有改良的托架(顶圈本体)的垂直位置可控制性的顶圈作为膜支撑构件。顶圈的垂直移动通常由伺服马达和滚珠丝杠执行,因此可以将托架(顶圈本体)即刻定位在预定高度。这将缩短当开始向半导体晶片施加压力或者在抛光后真空夹持半导体晶片时相对于传统顶圈的操作时间,因此相对于浮动型顶圈,可以改善抛光装置的生产率。此外,在该顶圈、即膜型顶圈中,由于可精确控制托架从抛光表面的垂直位置,因此可不通过平衡诸如浮动型顶圈而是通过调节膜膨胀调整半导体晶片的边缘部分的抛光轮廓。此外,由于卡圈可独立于托架垂直移动,因此,即使卡圈磨损,托架从抛光表面的垂直位置也不会受到影响。因此,卡圈寿命可大大延长。在此类型的顶圈中,当开始向半导体晶片施加压力或者在抛光后真空夹持半导体晶片时,通常执行下述操作:当开始向半导体晶片施加压力时,托架或在真空下通过膜保持半导体晶片的顶圈下降至抛光垫上。此时,顶圈移动至某一高度,在该高度下可在接下来的抛光处理中获得所需抛光轮廓。通常,在具有良好弹性的膜型顶圈中,由于半导体晶片的周边部分(边缘部分)易受抛光,因此期望由通过升高顶圈的高度而使膜膨胀导致的损耗来减小施加到半导体晶片的压力。具体地说,顶圈下降到某一高度,在该高度下半导体晶片与抛光垫之间的间隙通常约为1毫米。其后,半导体晶片压抵抛光表面且被抛光。在抛光后,半导体晶片真空夹持至顶圈,同时顶圈保持与抛光相同的高度。然而,由此进行的传统抛光方法最初具有以下问题。当开始向半导体晶片施加压力时半导体晶片与抛光垫之间的间隙导致半导体晶片变形。此变形可达到大程度,与对应于半导体晶片与抛光垫之间的间隙的量成比例。因此,施加至半导体晶片的应力在此情况下增加,从而导致形成于半导体晶片上的精细互连断裂增加或半导体晶片本身损坏增加。另一方面,当半导体晶片在抛光后真空夹持时,如果半导体晶片通过从托架的下表面与膜的上表面之间存在间隙的状态下在膜上建立真空而附着至托架,那么半导体晶片的变形量将以与托架的下表面与膜的上表面之间的间隙对应的量变大。因此,施加至半导体晶片的应力增大且半导体晶片在膜型顶圈运行中在一些情况下损坏。然而,避免此缺陷的挑战迄今为止尚未成功。首先,不形成间隙是不成功的:当向半导体晶片施加压力或真空夹持半导体晶片时,如果顶圈下降至半导体晶片与抛光垫之间几乎不存在间隙的位置,或者半导体晶片开始与抛光垫局部接触,那么在最坏的情况下,半导体晶片上的薄膜过度抛光或者半导体晶片本身损坏。其次,在日本专利公开N0.2005-123485中揭示的当半导体晶片从顶圈释放时用于减小施加至半导体晶片的应力的释放喷嘴可作为一个替代方案。释放喷嘴用作通过在半导体晶片的背面与膜之间喷射加压流体而辅助半导体晶片从顶圈释放的释放机构。在此情况下,半导体晶片被从卡圈的底表面向下外推,以从膜移除半导体晶片的周边部分,且接着在半导体晶片的周边部分与膜之间喷射加压本文档来自技高网...
抛光衬底的方法和装置

【技术保护点】
一种通过抛光装置抛光衬底的方法,该抛光装置包括具有抛光表面的抛光台、用于保持衬底并将所述衬底压抵所述抛光表面的顶圈以及用于沿垂直方向移动所述顶圈的可垂直移动机构,所述方法包括:在所述衬底压抵所述抛光表面之前,将所述顶圈移动至预定高度;在第一压力下将所述衬底压抵所述抛光表面,同时将所述顶圈维持在所述预定高度;以及在所述第一压力下将所述衬底压抵所述抛光表面之后,通过在比所述第一压力高的第二压力下将所述衬底压抵所述抛光表面而抛光所述衬底。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:福岛诚户川哲二齐藤真吾井上智视
申请(专利权)人:株式会社荏原制作所
类型:发明
国别省市:日本;JP

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