提供了一种基片平面化装置和方法。所述装置（１０１）包括支架（２０２），其具有用于将基片（２３０）容纳于其上的板（２１２）、用于沿预定方向压迫板的第一腔（２３８）、连接着板（２１２）的外边缘的垫片（２６０）、通过垫片（２６０）连接着板并且与板之间相隔着垫片厚度的膜片（２５０）、形成在膜片与板之间用于沿另一预定方向压迫板的第二腔（２５１）。所述方法包括利用第一压力抵靠着抛光垫（２２６）按压基片（２４４）的外周边缘，利用第二压力抵靠着抛光垫（２２６）按压基片（２４４）的内侧部分。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及半导体晶片的抛光和平面化系统、装置和方法，特别是涉及采用了多重平面化压力区域以便在整个半导体晶片上获得高等级平面化均匀度的系统、装置和方法。
技术介绍
随着半导体基片或晶片上的技术特征尺寸减小、密度增大和晶片尺寸增加，对化学机械平面化(CMP)工艺的需求变得更加迫切了。从以低成本制造半导体制品的角度看，不同晶片之间的加工均匀性以及晶片内平面化均匀性构成了重要影响因素。随着芯片或晶片的尺寸增大，小面积的瑕疵可能会导致相对较大的电路成为废品，因此，在半导体工业中，即使是很小的瑕疵也会造成相对较大的经济损失。在现有技术中，已知有多种原因可以引起不均匀性问题。这些原因包括抛光平面化过程中施加到晶片上的晶片背侧压力、因抛光垫在晶片边缘处和在中央区域出现的典型作用差异而引起的非均匀性边缘效应、金属和/或氧化层的不均匀沉积等，所述不均匀沉积最好能在晶片平面化过程中通过调节金属去除轮廓而得到补偿。迄今为止，为同时解决这些问题所做的努力尚没有取得成功。基于晶片背侧抛光压力的本质要求，通常采用硬支持抛光头。在许多最新产生的机器中，一个嵌块设在支架(或托架)表面与晶片或其他基片上的将要被抛光或平面化的表面之间，以试图在硬支持抛光头系统中提供一定的柔软性。这种嵌块通常称作晶片嵌块。这些嵌块常会引起问题，因为它们经常引起加工过程偏差，从而导致不同基片之间出现偏差。这种偏差是非恒定的，并且通常是不可判断的。造成这种偏差的一个因素是在使用过程中经过了一定的寿命后发生晶片被嵌块吸附的量不同。通过将晶片在使用之前浸泡在水中，可以提高加工中的均匀度。这种做法可以导致使用前期与使用后期更加相近，但尽管如此，仍发现存在不可接受的加工过程偏差。通过将嵌块如前所述在水中预调，并且在嵌块的特性变化到超出可被接受的极限之前更换嵌块，可以将所述过程偏差控制在有限范围内。在使用嵌块时，还需要精确地控制用于连接嵌块的托架的整个表面，因为该表面的任何不均匀度、瑕疵或是平面度或平行度偏差均会导致横跨基片表面出现平面化偏差。作为示例，在传统抛光头中，首先要制作出铝或陶瓷板，之后要对其进行研磨和抛光，再将其安装到抛光头上。这种制作方法增加了抛光头和机器的成本，特别是在设有多个抛光头时。由于半导体基片表面上的结构尺寸(技术特征尺寸)变得越来越小，现在一般在大约0.2微米以下，因此与不均匀平面化相关的问题越来越多。这种问题有时称作晶片内不均匀性(WIWNU)问题。对于所谓的硬支持平面化加工头，也就是利用硬质表面按压在半导体晶片背侧的加工头，晶片的前表面可能不与抛光垫相符，从而会产生平面化不均匀性问题。这种硬支持加工头通常要采用非常高的抛光压力(例如在大约6psi至大约8psi范围内的压力)，而且这种相对较高的压力能够有效地使晶片变形，以符合抛光垫表面形状。在这种晶片变形出现后，突出部分与凹入部分一起被抛光，以获得一定程度的整体均匀性，但实际结果是平面化效果较差。也就是说，晶片上的某些区域中的磁道被去除了太多的材料，而某些区域则去除得太少。在材料量去除得过多的情况下，芯片就不能使用了。另一方面，在使用带有嵌块的抛光头时，晶片被按压在抛光垫上，但由于嵌块中的软质材料不会导致晶片变形，因此可以采用较低的抛光压力，并且因变形较小而获得晶片前表面均匀性，从而可以同时获得整体抛光均匀性和良好的平面化效果。由于晶片上的类似芯片结构特征被抛光到基本相同的程度，因此可以至少部分地获得良好的平面化均匀度。虽然有人曾尝试利用软支持CMP抛光头，但均未取得令人满意的结果。在一些软支持抛光头结构中，一层覆盖在晶片的整个背侧表面上的压力空气用于在抛光过程中将晶片按压在抛光垫上。遗憾的是，虽然这种方法能够提供出软支持抛光头，但却不能够独立调节施加在晶片边缘和更靠近中央区域上的压力或力，以解决晶片边缘不均匀性问题。对于边缘抛光效果的校正和补偿，有人试图通过调节布置在晶片周围的限位环的形状和/或修正限位环压力，以调节晶片在限位环附近的材料去除量。通常，边缘抛光效果或边缘效应将导致过多的材料从晶片边缘上去除，也就是说晶片边缘被过度抛光。为了校正这种过度抛光，通常要将限位环压力调节得比晶片背侧压力高一些，以使该区域中的抛光垫部分被限位环压缩一定程度，从而使限位环区域内的晶片部分的材料去除量少几毫米。然而，即是使这些尝试也不能完全令人满意，因为晶片外周边缘上的平面化压力只能根据限位环压力而间接调节。通常，不能任意扩展限位环在距晶片边缘有效距离内的作用。此外，不能独立调节限位环压力、边缘压力或晶片背侧总体压力以实现理想结果。对于通过调节材料去除轮廓而调节加载晶片的非均匀沉积这一理想方式，几乎没有人作出过任何实现这种补偿的尝试。因此，目前仍需要提供一种这样的软支持CMP抛光头，其能够获得优异的平面化结果，并且能够调节晶片材料去除轮廓，以补偿诸如晶片等半导体基片上的结构层的不均匀沉积。
技术实现思路
本专利技术提供了一种抛光头和一种抛光装置、机器或工具(CMP工具)，用于对基片或其他工件的表面进行抛光或平面化。所述装置包括可旋转的抛光垫和晶片托架，所述晶片托架包含基片或晶片容纳部分，其用于容纳基片并将基片抵靠着抛光垫定位；以及晶片按压件，其包含第一按压件和第二按压件，所述第一按压件抵靠着所述抛光垫向所述晶片的边缘部分施加第一负载压力，所述第二按压件抵靠着所述抛光垫向所述晶片的中央部分施加第二负载压力，其中所述第一和第二负载压力是彼此不同的。尽管晶片托架和晶片按压件可以分开使用，但在本专利技术的一个优选实施例中，抛光装置还包括限位环，其环绕着所述晶片托架；以及限位环按压件，其抵靠着所述抛光垫向所述限位环上施加第三负载压力。第一、第二和第三负载压力可以彼此独立调节。在另一个方面，本专利技术提供了一种对圆盘形半导体晶片或其他基片平面化的方法。该方法包括以下步骤以第一压力将围绕着所述晶片的限位环推压在抛光垫上；以第二压力将所述晶片的第一外周边缘部分推压在所述抛光垫上；以及以第三压力将所述晶片上的位于外周边缘部分内侧的第二内侧部分推压在所述抛光垫上。在另一个方面，所述第二压力可以通过与所述外周边缘部分接触的机械件而施加；而所述第三压力是施加在所述晶片背侧的气动压力。理想的方式是，气动压力通过弹性膜片而施加，或者通过将气体直接推压在所述晶片背侧表面的至少一部分上而施加。在另一个方面，本专利技术还提供了一种用于CMP装置的托架，其包括板，其具有外表面；第一压力腔，其用于施加力，以将所述板沿预定方向推动；垫片，其连接着所述板的外周边缘；膜片，其通过所述垫片而连接着所述板，并且与所述板之间相隔着所述垫片的厚度；以及第二压力腔，其形成在所述膜片与所述板表面之间，以施加第二力，从而沿第三预定方向推压所述膜片。在另一个方面，本专利技术提供了一种用在基片抛光装置中的支架，其包括壳体；限位环，其柔性连接着所述壳体；第一压力腔，其用于施加第一力，以将所述限位环沿第一预定方向相对于所述壳体推动；托架板，其具有外表面，并且柔性连接着所述壳体；第二压力腔，其用于施加第二力，以将所述限位环沿第二预定方向相对于所述壳体推动；所述限位环环绕着所述托架板的一部分，并且限定出一个圆形凹槽；垫片，其在所述限位环圆形凹槽中连接着所述托架板外表面的外周本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将基片保持在基片抛光装置上的支架，包括： 壳体； 限位环，其柔性连接着所述壳体； 第一压力腔，其用于施加第一力，以便沿第一预定方向相对于所述壳体推动所述限位环； 托架板，其具有外表面，并且柔性连接着所述壳体； 第二压力腔，其用于施加第二力，以便沿第二预定方向相对于所述壳体推动所述限位环； 所述限位环环绕着所述托架板的一部分，并且限定出一个圆形凹槽； 垫片，其在所述限位环圆形凹槽中连接着所述托架板外表面的外周边缘； 膜片，其通过所述垫片连接着所述托架板，并且布置在所述圆形凹槽中，所述膜片与所述托架板外表面之间相隔着所述垫片的厚度；以及 第三压力腔，其形成在所述膜片与所述托架板外表面之间，用于施加第三力，以便沿第三预定方向相对于所述壳体推动所述限位环。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梶原治郎，格拉尔德S莫洛尼，王惠明，戴维A汉森，亚历松德多雷耶斯，
申请(专利权)人：多平面技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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