用于修整拋光墊的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于修整拋光墊的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及半導體晶片拋光設備，更具體地說，涉及一種用于半導體晶片的拋光墊的修整組件。
背景技術：
半導體芯片是通過在半導體晶片襯底上形成連續層而制成的。凸出構造和凹進構造會在膜上形成波紋。必須平整這些波紋，以允許進一步制造。
通常用本領域稱作“化學機械拋光”(CMP)的工藝對層進行拋光。CMP通常包括將晶片放置在拋光墊上的步驟，待拋光的層位于晶片與拋光墊之間的交接面上。然后晶片與拋光墊彼此相對移動。在拋光墊上引入漿料。該拋光墊具有紋理表面，這樣，晶片和拋光墊的彼此相對運動再結合漿料則會對該層進行逐步拋光。
拋光一定數量的晶片之后，漿料和晶片的材料最終積聚在拋光墊上，以致拋光墊變得平滑。拋光墊的這種平滑降低了對晶片表面的有效性，導致拋光速度的下降，或者對晶片表面的拋光不均勻。所以，必須進行拋光墊的修整。
隨后修整該拋光墊，以便重新分布漿料。修整組件在拋光墊的表面上移動，以向下的力接觸拋光墊表面。對該拋光墊的修整在拋光墊中產生凹槽，使拋光墊粗糙，并允許有效地除去多余材料，恢復拋光墊的拋光特性。


參考附圖舉例描述本發明，其中圖1是帶有拋光支撐系統的拋光設備的視圖。
圖2是該拋光設備在拋光晶片時的視圖。
圖3是帶有修整單元的拋光設備的視圖。
圖4a和4b詳細顯示了修整組件和其中的多個金剛石的橫截面側視圖。
圖5a是用于修整拋光墊的拋光設備的側視圖。
圖5b是圖5a中的拋光設備的頂視圖。
圖6詳細顯示了拋光墊的修整過程的橫截面視圖。
圖7是最佳加工參數的圖解說明。
具體實施例方式
描述了一種用于對半導體襯底上的薄膜進行拋光的方法和設備。拋光墊旋轉，待拋光的晶片放置在旋轉的拋光墊上。該拋光墊具有凹槽，這些凹槽在晶片與拋光墊之間引導漿料，并從晶片上去掉多余的材料，從而能有效地拋光晶片表面。拋光墊由于對晶片進行拋光而變得光滑，必須對拋光墊進行修整以恢復效力。提供了一種帶有多個金剛石的修整組件。這些金剛石具有向金剛石提供強度的預定角度。這允許在對拋光墊進行有效修整時具有最佳的旋轉速度和向下的力，同時降低了金剛石的破碎率。
1.拋光系統附圖中的圖1顯示了正在拋光晶片18的拋光設備10。該拋光設備10包括拋光支撐系統12、分配單元14和用于晶片18的晶片支撐組件16。
拋光支撐系統12包括拋光墊20、工作臺22、旋轉插座24、傳動軸26和電動機28。拋光墊20由工作臺22支撐，并通過傳動軸26連接于旋轉插座24。旋轉插座24由電動機28提供動力。
分配單元14包括管道32和容納漿料36的容器34。管道32連接于容器34，并延伸到該拋光支撐系統12上方。在拋光晶片18期間，漿料36從容器34輸送到拋光墊20。
晶片支撐組件16包括保持決38、旋轉軸40、定向臂42、連接臂44、旋轉單元46和電動機48。保持塊38固定晶片18，并且保持塊38通過旋轉軸40連接于定向臂42。定向臂42連接到該連接臂44，然后連接到旋轉單元46，旋轉單元46由電動機48提供動力。
圖2顯示了晶片18接觸拋光墊20的表面時的拋光設備10。拋光墊20連接到傳動軸26，傳動軸26由電動機28通過旋轉插座24提供動力。漿料36從容器34經由管道32分配到拋光墊20上。晶片18接觸拋光墊20和漿料36。晶片18由保持塊38支撐，并且由旋轉軸40帶動旋轉，旋轉軸40連接于定向臂42。晶片18在旋轉的拋光墊之上旋轉，并在其上施加壓力F1，在漿料36的作用下，對該晶片的表面進行拋光。
2.修整系統在拋光支撐系統12拋光一定數量的晶片18之后，拋光墊的效力降低。因而最好對拋光墊20進行修整，以便保持在拋光晶片18時的有效性。在對晶片18進行拋光之前、期間或之后，都可以由該修整系統對拋光墊20進行修整。
圖3顯示了修整拋光墊20時的拋光設備10。該拋光設備10除了包括在此所描述的拋光支撐系統12和分配單元14以外還包括修整單元50。
修整單元50包括修整組件52、旋轉軸54、定向臂56、連接臂58、旋轉單元60和電動機62。修整組件52通過旋轉軸54連接于定向臂56。旋轉單元60通過連接臂58連接于定向臂56，旋轉單元60由電動機62提供動力。
圖4a和4b更加詳細地顯示了修整組件52的各個部件。修整組件52包括基體部分64和多個金剛石70。在圖4a顯示的實施例中，金剛石70是八面體，在圖4b顯示的另一個實施例中，金剛石70是立方體。
八面體金剛石70由八個側面、十二個棱邊和六個頂點構成。在一個實施例中，外角A1為60度，總共1440度，內角形成90度的直角A2。立方體金剛石由形成直角A2的六個側面構成，還包括十二個棱邊和六個頂點，外部總共2160度。
這些金剛石類型的實施例提供了決定金剛石的強度和耐久性所必要的角度。所獲得的這些特性是利用最佳加工條件有效地修整拋光墊20所需要的。已有的金剛石修整墊使用容易破碎的鋸齒形或三角形類型的金剛石。金剛石碎片本身會嵌入拋光墊20，并隨后會擦傷晶片表面。碎片導致修整結果不一致，對晶片18的拋光有害。
基體部分64包括第一側66和第二側68。第一側66與旋轉軸54相連，以支撐修整組件52的旋轉。第二側68具有由3M公司制造的粘接基質材料，該粘接基質材料允許該多個金剛石70嵌入其中，從而提高了修整的最佳分布和突出。這些金剛石從該基體突出50到90微米之間，在一個實施例中，金剛石70突出的距離D1為80微米。在一個實施例中，金剛石70的56％隨機地嵌在粘合劑68中，這意味著金剛石可以以任何角度突出；剩下的44％突出，從而在拋光墊20內形成最佳凹槽，以便進一步連接漿料36和晶片18這兩者。
通過在拋光墊20內形成最佳深度的凹槽，金剛石70的突出距離D1有效地修整了該拋光墊。能達到該特性是由于該形狀的完整性以及承受最佳加工條件的能力，從而維持了一種無缺陷的環境。已有的不可調的修整器提供了對拋光墊的較小侵入，這是因為金剛石的完整性不能承受加工條件的沖擊，從而導致缺陷。已有的可調節的螺旋型金剛石修整器將三角形金剛石緊固到螺紋鋼柄上，由于也會危害到金剛石的完整性，所以這種金剛石修整器不能達到最佳深度。
金剛石70為160到210微米寬(across)，在一個實施例中為180微米。在一個實施例中，單位面積中金剛石70的數量為每平方厘米至少50個金剛石。嵌入基質粘接材料內的金剛石70的數量范圍在150到900之間。在一個實施例中，所嵌入的金剛石的最佳有效范圍為450-900。在另一個實施例中，大約600個金剛石均勻分布地嵌在一英寸直徑圓盤中，在一個實施例中，距離D2為700微米，從而形成每平方厘米200個金剛石的單位面積金剛石數量。
已有的可調節的螺旋型修整器包含四到五個可調金剛石，其沒有提供有效修整拋光墊20所需要的適當覆蓋度。幾個金剛石等同于在拋光墊內產生的幾個凹槽。為了有效地拋光晶片，漿料必須接觸晶片表面，因此凹槽越少，漿料接觸晶片的可能性越低，從而妨礙拋光。
已有的不可調嵌入修整器利用在四到六英寸直徑圓盤上的至少3000個鋸齒類型金剛石。盡管在拋光墊內形成大量凹槽，但是大直徑圓盤仍然不適合，這是因為其不充分的表面平整度以及在拋光墊中留下的拋光軌跡的軌跡表面沒有變化。該修整器傾向于修整某些部分，同時留下其它部分沒有被修整，因而降低了晶片拋光的有效性。大直徑圓盤還必須結合較大的力來使用，該較大的力在七到十磅之間，這種大小的力使得通常所使用的鋸齒類型金剛石破碎，再一次降低了晶片拋光的有效性。
圖5a顯示了修整組件52接觸拋光墊20表面時的拋光設備10。拋光墊20連接于傳動軸26，并由旋轉插座24帶動旋轉。旋轉插座24由電動機28提供動力，從而使得拋光墊20旋轉。拋光期間，漿料36從容器34經由管道32分配到拋光墊20上。修整組件52以所施加的向下壓力F2接觸拋光墊20，并且修整組件52由旋轉軸54帶動旋轉。
現在參考圖5b。當拋光墊20旋轉時，定向臂56繞連接臂58與定向臂連接處的中心點樞轉，從而使修整組件52掃掠該拋光墊20。保持決38容納該晶片18，并且保持塊38由定向臂42和旋轉單元46支撐。拋光晶片18時，沉積漿料36。
圖6更詳細地顯示了修整期間的拋光墊20的刮擦。嵌入在基體部分第二側68內的金剛石70接觸漿料36和拋光墊20。通過形成深度為50-90微米的凹槽，金剛石70修整漿料34和拋光墊20。在一個實施例中，這些凹槽的深度為80微米。這些凹槽通過在拋光墊20與晶片18之間引導漿料36并允許去除多余的材料，從而有助于拋光。
3.加工條件修整組件52的第二側68上的多個金剛石通過在拋光墊20的表面內形成凹槽從而修整拋光墊20表面，這使得拋光墊20能通過在晶片18與拋光墊20之間引導漿料36以及允許從晶片去除多余材料而有效地拋光晶片18，從而有效地平整晶片18表面。
金剛石在修整器旋轉期間破碎，并已知這些碎片會嵌入拋光墊20，隨后會擦傷已經進行了拋光的晶片表面。修整組件52上的金剛石70包含使金剛石完整性最佳化的角度。所嵌入的金剛石的八面體或立方體形狀使每分鐘轉數、金剛石分布、突出以及在拋光墊20上形成的力F2達到最佳，結合拋光墊20與修整組件52的最佳比率一起，使得破碎率下降并使得對拋光墊20的修整以及隨后對晶片18的拋光更有效。
圖7顯示了最佳加工參數，以便形成對拋光墊的有效修整。在一個實施例中，修整組件的直徑范圍在0.5到1.5英寸，其與拋光墊的墊/修整器比率維持在1∶13和1∶40之間，在每分鐘100到750轉的一般范圍內旋轉，對應的所嵌入金剛石數量的一般范圍為150到900之間，向下的力F2為一到六磅。在另一個實施例中，更有效的墊/修整器比率在1∶16和1∶26之間，達到的每分鐘轉數范圍在300到700之間，對應的所嵌入金剛石數量的更有效范圍為450-900之間。在另一個實施例中，修整在以下條件來進行達到每分鐘500轉，600個嵌入的金剛石分布在1英寸直徑的圓盤上，1.175磅大小的向下力F2，墊/修整器比率維持在1∶20，由此在拋光墊20上產生每平方英寸0.37磅的力。
已有的不可調修整器的直徑通常為四到六英寸，與拋光墊的比率設定在1∶3和1∶4之間，以每分鐘30和50轉進行旋轉，包含3000個金剛石，并且所施加的力在七和十磅之間，這種不可調修整器因為若干理由而不足以修整拋光墊。
因為拋光墊的不充分的表面平整度以及在拋光墊中留下的拋光軌跡的軌跡表面沒有變化，因此修整墊和拋光墊之間的比率證明是不適合的，這導致大量的不均勻性以及對晶片拋光的不利特性。這種類型的金剛石容易破碎，所以，當應用這些加工條件時就會出現缺陷，從而降低了對晶片拋光的有效性。當前的技術傾向于增加金剛石數量以及增大施加于修整器的力。
已有的可調螺旋型修整器的直徑通常較小，旋轉速率為每分鐘2000轉，包含緊固到鋼柄的三到五個可調的金剛石尖端。力的大小一般比不可調修整器的力小得多，但導致許多同樣問題。
由已知的可調螺旋型修整器在拋光墊內形成的凹槽的數量和深度減少了晶片和漿料之間的交接面，降低了拋光有效性。產生凹槽的金剛石非常少，這是由于尺寸以及這些部件能安裝到圓盤上的能力的緣故，也難以制造。能夠通過螺旋型鋼柄調整金剛石，但是由于金剛石的脆性和尺寸，不能達到所要求的深度。在每分鐘2000轉和一磅的力下，金剛石破碎率保持恒定，降低了晶片拋光的有效性。
修整墊在CMP晶片加工期間更新拋光墊，以維持均一的墊表面。對拋光墊的修整有助于維持最佳的墊表面粗糙度和氣孔率，確保漿料輸送到晶片表面并除去CMP殘渣。如果不進行修整，墊表面將變得“光滑”，氧化物的除去將快速減少，從而妨礙晶片拋光。
數個參量將會影響CMP工藝，仍然存在低效率修整的問題。金剛石的特性保持最高，并提供了進行最佳加工條件的能力。代替緊固到螺紋鋼柄上的方案，嵌入金剛石的方案允許修整器達到所要求的單位面積上的金剛石和突出。立方體或八面體金剛石的完整性不再允許金剛石如在已有的修整器中所使用的鋸齒類型金剛石一樣成為加工程式中的限制因素，而是允許最佳的向下力和每分鐘轉數，以徹底地和均勻地進行修整。最后，小的圓盤尺寸能夠維持拋光墊上的表面平整度和軌跡表面變化，從而均勻地修整拋光墊，因此增大了拋光產量。
雖然已經在附圖中描述和顯示了某些示例性實施例，但是，應當理解，這些實施例僅僅是示例性的，而非對本發明的限制，本發明不局限于所示和所述的特定構造和配置，本領域普通技術人員可作為各種修改。
權利要求
1.一種用于拋光半導體晶片的修整組件，包括帶有第一側和第二側的基體；和在第二側上的多個金剛石，其中，這些金剛石包括90度的角度。
2.如權利要求1所述的修整組件，其中，該基體的直徑在0.5和1.5英寸之間。
3.如權利要求1所述的修整組件，包括150到900個金剛石。
4.如權利要求3所述的修整組件，包括大約600個金剛石。
5.如權利要求1所述的修整組件，其中，該金剛石是八面體形。
6.如權利要求1所述的修整組件，其中，該金剛石嵌在基體內。
7.如權利要求6所述的修整組件，其中，該金剛石從基體突出50到90微米。
8.如權利要求7所述的修整組件，其中，該金剛石從基體突出80微米。
9.如權利要求1所述的修整組件，其中，該金剛石為160到210微米寬。
10.如權利要求9所述的修整組件，其中，該金剛石為180微米寬。
11.如權利要求1所述的修整組件，其中，各金剛石之間的間距為至少700微米。
12.如權利要求1所述的修整組件，其中，單位面積上的金剛石數量為每平方厘米至少50個。
13.一種方法，包括通過在半導體晶片表面上移動拋光墊的拋光表面來對半導體晶片表面進行拋光；和通過以至少100rpm的轉速旋轉一圓盤來修整該拋光墊，其中，多個金剛石嵌在該圓盤的表面內，使得這些金剛石在該拋光表面上刮擦。
14.如權利要求13所述的方法，其中，該圓盤以300rpm的轉速旋轉。
15.如權利要求13所述的方法，其中，該圓盤以小于750rpm的轉速旋轉。
16.如權利要求15所述的方法，其中，該圓盤以小于700rpm的轉速旋轉。
17.如權利要求13所述的方法，其中，該金剛石是立方體形，其包括90度的角度。
18.如權利要求13所述的方法，其中，該金剛石是八面體形。
19.如權利要求13所述的方法，其中，在該圓盤上至少有450個金剛石。
20.如權利要求13所述的方法，其中，單位面積上的金剛石數量為每平方厘米大約200個。
21.如權利要求13所述的方法，其中，通過在該圓盤上施加一到六磅之間的向下的力，修整該拋光墊(這里是否存在將力的度量從0037節中的磅變化成牛頓的具體理由？)。
22.如權利要求21所述的方法，其中，通過施加大約1.175磅的向下的力，修整該拋光墊。
23.如權利要求13所述的方法，其中，由金剛石產生的凹槽的深度在50和90微米之間。
24.一種方法，包括通過在半導體晶片表面上移動拋光墊的拋光表面來對半導體晶片表面進行拋光；和通過以至少100rpm的速率旋轉一圓盤來修整該拋光墊，其中，該圓盤上至少有150個金剛石，使得這些金剛石在該拋光表面上刮擦。
25.如權利要求24所述的方法，其中，該圓盤以大約500rpm的轉速旋轉。
26.如權利要求24所述的方法，其中，該圓盤上的金剛石少于900個。
27.一種方法，包括通過在半導體晶片表面上移動拋光墊的拋光表面來對半導體晶片表面進行拋光，該拋光墊具有第一直徑；通過旋轉一圓盤來修整該拋光墊，該圓盤上有至少150個金剛石，使得這些金剛石在該拋光表面上刮擦，該圓盤具有第二直徑，其中，第一直徑與第二直徑之比為1∶13和1∶40之間。
28.如權利要求27所述的方法，其中，第一和第二直徑之比在1∶16和1∶26之間。
29.如權利要求28所述的方法，其中，第一和第二直徑之比為大約1∶20。
30.如權利要求27所述的方法，其中，由金剛石產生的凹槽大約為80微米深。
全文摘要
本發明公開了一種用于拋光半導體襯底上的薄膜的方法和設備。拋光墊(20)旋轉，要拋光的晶片(18)放置在旋轉的拋光墊上。拋光墊(20)具有凹槽，這些凹槽在晶片與拋光墊(20)之間引導漿料，并使多余材料離開晶片(18)，從而允許高效率地拋光晶片表面。拋光墊(20)由于拋光晶片(18)而變得光滑，必須修整拋光墊(20)以恢復有效性。提供了一種帶有多個金剛石的修整組件。金剛石(70)具有預定角度，該預定角度向金剛石(70)提供了強度。這使拋光墊的有效修整具有最佳的旋轉速度和向下的力，同時降低金剛石(70)的破碎率。
文檔編號B24B53/007GK101022921SQ200580025078
公開日2007年8月22日 申請日期2005年7月15日 優先權日2004年7月26日
發明者W·惠斯勒, A·拉貝勒, R·斯科塞佩克 申請人:英特爾公司