CN1349446A - 调节晶片抛光垫的方法 - Google Patents

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Abstract

一种调节供抛光机使用的抛光垫的方法。该方法包括将待调节的抛光垫安装在抛光机的板(12)上并将一调节负载力加到垫(20)上。此外,该方法包括将浆状研磨剂以一调节的流速(22)供给到垫上。调节的负载力大于在一常用晶片抛光循环中所加的抛光负载力,以便压缩垫,并且调节的流速大于晶片抛光循环中以其供给浆状研磨剂的抛光流速,以便用研磨剂装入衬垫的各孔。方法还包括操纵抛光机一个调节循环,同时加调节负载力(20)和以调节流速(22)供给浆状研磨剂的步骤。照这样,调节抛光垫供抛光机使用,用于随后用调节好的垫抛光半导体晶片。

Description

调节晶片抛光垫的方法
发明背景
本发明在总体上涉及晶片抛光，特别是，涉及一种调整供双面或单面抛光机在抛光半导体晶片中使用的抛光垫的方法。
用于制造半导体电子元件的大多数方法都是从呈晶片形状的单晶体、或单晶、半导体材料开始。半导体晶片通过用一种切割装置，如钢丝锯或内径锯将单晶锭薄薄地切成一些单个晶片来生产。切割的各晶片经受许多加工操作以使它们成形，减少它们的厚度并除去由切片操作所引起的损伤。此外，各晶片经受化学-机械抛光，以使它们的表面变平坦。这种抛光技术包括在含有研磨剂和化学药品的溶液中用抛光垫摩擦每块晶片，以便产生一极平、高度反射并没有损伤的晶片表面。一种这样的抛光液，或浆状研磨剂，包括胶体二氧化硅和碱性蚀刻剂。抛光垫例如是一种含聚氨酯的聚酯毡，该毡具有在约1.5mm和2.0mm之间的厚度。
在测定加工好的半导体晶片质量时，对顾客来说，晶片的平整度是一个关键的参数，因为它对以后的使用及由晶片切割的半导体芯片的质量有直接的影响。许多参数测定晶片平整度，其中包括一种GBIR(总体背面指示的读数)测量。GBIR测量代表晶片顶面上的最高点与平行于晶片背侧的一个基准平面之间的差。在这种情况下，晶片安装在一个真空吸盘上，该真空吸盘将晶片背侧上的任何表面变化转移到晶片的前侧用于测量。麻萨诸塞州Westwood的ADE公司在UltraGage9500和Galaxy AFS-300TM的商标下出售非接触电容式传感器，用于表征晶片几何形状和测量平整度。
为了使制备半导体晶片时的生产量达到最大，一台抛光机同时抛光许多晶片。这种抛光机通常在游星承载齿轮中固定5至30个晶片，这取决于晶片的尺寸。抛光机使游星承载齿轮相对于一旋转的圆转盘，或压板运动，用于抛光。压板通常是铸铁并铺放一个抛光垫。抛光机将一般抛光浆状研磨剂流分散到垫的表面上，同时使垫紧压住晶片。单面抛光机具有一个压板用于抛光晶片的其中一个表面，而双面抛光机具有两个压板用于同时抛光晶片的顶部和底部表面。压板和抛光垫二者必需极为平坦，以确保抛光好的晶片同样极为平坦。在抛光期间，晶片游星承载齿轮和压板通常是朝相反的方向旋转一预定的时间，典型的持续时间为约30至80分钟。
遗憾的是，传统的抛光机在抛光垫崭新的情况下通常产生十分内凹(盘形)晶片。这些晶片通常具有约1.5μm或更多的不合格总体平整度，GBIR。在新的抛光垫已经安装在抛光机上之后，用于防止过度凹入的晶片的一个操作手续是通过在实际抛光运转开始之前进行10至20次仿真运转来调节垫。在仿真运转(每次运转约花1小时)时，用新的垫来抛光仿真晶片(比如，用于各种原因而剔除的晶片)。在常用的调节操作手续下，在能用抛光机生产比较平的晶片之前，必须仿真运转约10-20小时来调节新安装的抛光垫。由于这个原因，希望有一种方法用于经济而快速地调节新抛光垫，而不用多次、费钱而耗时的仿真运转。
发明概述
本发明通过提供一种磨合供抛光机使用的新抛光垫，满足了上述要求并克服了现有技术的困难。在本发明的一些目的和特点中，可以注意这种方法能使抛光垫用较少时间抛光晶片的措施；这种方法不缩短垫预期寿命的措施；这种方法能在现有设备上进行的措施；及这种方法经济上合理和大批生产切实可行的措施。
简单地说，本发明的方法包括的各方面是用于调节供抛光机使用的抛光垫。抛光机具有一适合于安装垫的压板并可操纵一个晶片抛光循环，以便用垫抛光半导体晶片。方法包括将待调节的抛光垫安装在抛光机压板上的步骤。方法还包括将调节的负载力加到由垫限定的抛光表面上，并以调节的流速将含磨粒的浆状研磨剂供给到抛光表面上。调节的负载力大于在晶片抛光循环中加到抛光表面上的抛光负载力，并且调节的流速大于在晶片抛光循环中以其将浆状研磨剂供给到抛光表面上的流速。方法还包括操纵抛光机一个调节的循环而同时加调节的负载力和将浆状研磨剂供给到抛光表面上的步骤。照这样，调节抛光垫供抛光机使用，用于随后用调节好的抛光垫抛光半导体晶片。
本发明的另一个实施例针对用于供抛光机使用的抛光垫的方法。该抛光机具有一个适合于安装垫的压板并可操纵一个晶片抛光循环，以便用垫抛光半导体晶片。抛光垫限定一个抛光表面。方法包括将待调节的抛光垫安装在抛光机压板上的步骤。方法还包括在一个压力下压缩抛光垫并用浆状研磨剂中的磨粒装入垫的各孔，上述压力大于在晶片抛光循环中加到抛光表面上的抛光压力。通过以一个大于抛光流速的流速将浆状研磨剂供给到抛光表面上装入垫的各孔，在晶片抛光循环中以抛光流速将浆状研磨剂供给到抛光表面。方法还包括操纵抛光机一个调节的循环而同时压缩抛光垫和使各孔装料的步骤。照这样，调节抛光垫供抛光机使用，用于随后用调节好的抛光垫抛光半导体晶片。
可供选择地，本发明可以包括各种其它的方法和***。
另一些目的和特点一部分是显而易见的，而一部分在后面指出。
附图的简要说明
图1是示出按照本发明的一个优选实施例所述调节抛光垫的方法流程图。
图2是示出图1中方法附加步骤的流程图。
图3是供图1中方法使用的工件游星承载齿轮的顶视图。
图4是供图1中方法使用的另一种工作游星承载齿轮的顶视图。
图5是示范性晶片平整度数据的曲线图，该曲线图将用按照图1中方法调节好的垫所抛光的晶片与用通过现有技术的方法调节好的垫所抛光的晶片进行了比较。
全部附图中对应的标号表示对应的部件。
优选实施例的详细说明
现在参看附图，图1和2以流程图形式示出本发明优选方法包括的各方面。本方法有利的是调节供晶片抛光机(未示出)使用的新抛光垫(未示出)。如上所述，普通抛光机当安装新的抛光垫时，通常产生非常凹的(亦即，盘形形状)晶片。不用通过在仿真晶片上进行多次抛光试验来调节新的垫，本发明的方法提供一种经济而快速的程序，用于在没有许多次、费钱和耗时间的仿真运转情况下调节垫。
德国的Peter Wolters AG of Rendsburg制造型号为AC 2000和AC 1400的双面抛光机，它们适合于本发明使用。用于抛光半导体片的普通双面抛光机在本领域的技术人员中是众所周知的，因而除了为说明本发明的方法所必需的内容外，此处将不再说明。尽管此处说明的是有关双面抛光机的，但应该理解，图1和2中的方法也可以用普通的单面抛光机代替双面抛光机进行。
双面抛光机同时抛光若干晶片的前和后表面，以便除去由前面加工操作所引起的损伤并提供一种镜面光洁度。例如，双面抛光操作通常除去每个晶片中24μm和30μm(每一面12-15μm)之间的厚度。抛光机具有一带抛光面的可旋转式下压板，该抛光面由一抛光垫限定，并适合接收一个或多个坐落在抛光垫上的晶片游星承载齿轮。优选的是，晶片游星承载齿轮可相对于下压板和抛光垫旋转，并且每个游星承载齿轮都是在前面晶片表面接合抛光垫的情况下夹持一个或多个晶片。一个上压板支承一第二抛光垫，该第二抛光垫面向晶片前表面的相对面。上压板固定到一电动机传动的轴上，该轴相对于下压板和晶片游星承载齿轮旋转上压板和第二抛光垫。轴还提供垂直方向上的运动。通过上下移动上压板，轴移动抛光垫脱离和进入与晶片后表面的抛光接合。这有效地将晶片“夹”在两个抛光垫之间。由抛光垫贴着晶片所施加的力也叫做抛光压力，它通常是随由垂直式活动的上压板和抛光垫施加的向下力而变。
在双面抛光操作期间；抛光机在抛光垫和晶片之间加入一种含磨粒和化学蚀刻剂的抛光浆状研磨剂。作为例子，抛光浆状研磨剂是一种胶体二氧化硅和碱性蚀刻剂。抛光垫使浆状研磨剂贴着晶片的表面起作用，以便同时而均匀地除去前面和后面的晶片表面中的材料。这样除去大部分由研磨和蚀刻操作所引起的损伤，显著改善了晶片的平整度并产生抛光的前面和后面表面。
这种类型的机器具有某些可编程序的工作参数，如：抛光压力、上压板速度、下压板速度、内驱动环速度、外驱动环速度、蚀刻剂流速、浆状研磨剂流速和用来冷却压板的冷却水温度。
在优选实施例中，下压板固定一个规则的浸渍聚氨酯的聚酯毡抛光垫，而上压板固定一个压花式浸渍聚氨酯的聚酯毡抛光垫。在上压板上使用的压花式垫有助于在完成每个循环过程之后使晶片保持在下压板上。
优选的是，图1的方法形成一种诀窍或程序，用于调节供双面或单面抛光机使用的新抛光垫。操作人员通过将新抛光垫以常用方式安装在抛光机上在步骤12处开始。在步骤14处，操作人员然后将游星承载齿轮16(见图3和4)安装在抛光机上。在这种情况下，游星承载齿轮16装载工件(未示出)而不是装载供在调节、或磨合过程中使用的晶片。工件是用刚性材料如碳化硅和/或陶瓷制造的平盘，并能耐比较高的负载力。另外，工件的前面表面和后面表面十分光洁，以防损伤抛光垫。进行到步骤20和22时，操作人员增加负载力，或抛光压力，及相对于用于抛光晶片的标准位置增加浆状研磨剂流速。有利的是，高抛光压力与碱基二氧化硅溶液的高浆状研磨剂流相结合，例如，在步骤24处进行的抛光循环过程中，迅速地在上压板和下压板二者上调节新的垫。高压和高碱基二氧化硅流一起起作用，以便贴着工件和游星承载齿轮16高度压缩垫，并将浆状研磨剂中的二氧化硅装入各孔中。
下面，表I提供用于按照本发明优选实施例所述的抛光机的工作参数，亦即抛光压力和浆状研磨剂流速的典型范围。表I还将供调节用的范围与常规用于晶片抛光的范围进行了比较。
                           表I
程序名称 抛光垫上的负载力(daN) 碱基二氧化硅的流速(ml/min) 循环时间(min)
晶片抛光 200-700  40-120  30-80
垫磨合 1000-3000  120-360  10-50
在约1000daN和3000daN之间的抛光压力下及用约120ml/min和360ml/min之间的浆状研磨剂流速操纵抛光机，提供抛光垫的更快压缩和二氧化硅加料。此外，加比较高的压力到垫上，主要是使垫硬化和变平整。这改善了被垫抛光的晶片的总体平整度特性，因为调节后的垫具有更均匀的总体表面。另外，较硬的垫比较软的垫能更好的除去长波长表面缺陷。一般，双面抛光法用调节好的垫能在完成图1的抛光垫磨合程序之后立即产生超平的晶片。这显著地使调节时间从用普通调节技术所需要的20小时或更长时间减少到比较短的时间周期(亦即，少于1小时)。因为本发明不需要多次仿真运转来调节新抛光垫，所以可以达到从新垫安装到生产的快速周转。而且，由于不需要多次仿真运转，所以延长了抛光垫的使用寿命。
图2示出用于提供检验图1中垫调节程序的方法步骤，以确保垫产生具有合格平整度的晶片。在步骤28处，操作人员从抛光机上取出游星承载齿轮16和工件，而在步骤30处，用装有仿真晶片的规则晶片游星承载齿轮代替它们。进行到步骤32和36，操作人员降低抛光压力和浆状研磨剂流速，以便重调用于标准晶片抛光的工作参数。在步骤38处对仿真晶片进行的抛光循环，产生能测量平整度的晶片，以确保新的抛光垫适当地进行了调节。
现在参看图3和4，本发明的一个优选实施例应用游星承载齿轮16，用于在磨合过程中固定工件。游星承载齿轮16适合于供常用的抛光机使用，并因此具有与标准晶片游星承载齿轮相同的外部尺寸特征。然而，比较起来，游星承载齿轮16尤其非常适合于承受高压和与磨合过程有关的剪切力，该剪切力另外可能会损伤游星承载齿轮。作为例子，游星承载齿轮16每个都是约15mm至25mm厚，一般是圆形并用高性能塑料，如以商标DELRIN、PEEKTM和TECHRON PPSTM出售的材料制造。游星承载齿轮16的厚度稍小于工件的厚度(约小1000μm至2000μm)。结果，是用每个工件具有高度抛光光洁度的表面而不是用游星承载齿轮16的表面来调节垫。另外，来自抛光机的压力主要是在工件上，因此即使当抛光机在加高压时游星承载齿轮16也很容易运动。游星承载齿轮16具有平滑、抛过光的前表面和后表面，但不象工件那样高度抛光。
优选的是，游星承载齿轮16具有1-3个用于固定工件的孔40和1-3个用于浆状研磨剂的孔44。图3示出适合于供Peter WoltersAC 1400抛光机使用的游星承载齿轮16，该游星承载齿轮16具有一个工件孔40和三个浆状研磨剂孔，而图4示出适合于供Peter WoltersAC 2000抛光机使用的游星承载齿轮16，该游星承载齿轮16具有三个工件孔40和一个浆状研磨剂孔44。例如，图3的游星承载齿轮16直径约为546mm和工件孔40的直径约为229mm，而图4的游星承载齿轮16直径约为724mm和工件孔40每个直径都约为229mm。因为孔40、44一般是圆形形状，所以游星承载齿轮16在磨合过程的高负载力下似乎比例如如果是矩形形状更少被损坏。另外，将浆状研磨剂孔定好尺寸(比如，直径80mm)，以便适应增加的浆状研磨剂流速。
图5提供一条用于按照常用抛光技术抛光的单晶硅片的示范性平整度数据曲线，作为与按照图1和2方法调节抛光垫之后抛光的单晶硅片的比较。曲线表明，按照本发明调节的垫更迅速地(亦即，在较少的运转之后)产生比其它垫更平的晶片。此外，调节好的垫比常用垫能更好的消除研磨痕迹。例如，当在抛光前采用研磨时，Hologenix照片显现可在抛光好的晶片表面上看到的研磨痕迹。即使在晶片用已经使用若干抛光过程的垫抛光之后，这些痕迹都可以看到。反之，按照本发明调节的垫早在调节程序之后的第一次抛光过程就除去可见的研磨痕迹。
尽管此处参照硅制半导体片图示和说明了本发明的方法，但应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，该方法可用于用其它材料制造的加工过的晶片、圆盘或类似物。
鉴于上述情况，将会看出，已经达到了本发明的几个目的并得到一些其它有利的结果。
因为在不脱离本发明范围的情况下，在上述结构和方法中可以作各种改变，所以意图把上述说明中所包含的或附图所显示的所有东西都将看成是例证性的，而没有限制的意义。

Claims (11)

1.一种供抛光机使用的抛光垫的调节方法，上述抛光机具有适合于安放抛光垫的压板，并可操作用于一个晶片抛光循环，以便用抛光垫抛光半导体晶片，上述方法包括以下步骤：
将待抛光的抛光垫安装在抛光机的压板上，上述抛光垫限定一个抛光表面；
将一调节负载力加到抛光表面上，上述调节负载力大于在抛光机的晶片抛光循环中加到抛光表面上的抛光负载力；
将含有磨粒的浆状研磨剂以调节的流速供给到抛光表面上，上述调节流速大于抛光机晶片抛光循环中浆状研磨剂供给到抛光表面上的抛光流速；和
开动抛光机一个调节循环，同时加调节负载力并以调节的流速将浆状研磨剂供给到抛光机上，因而调节供抛光机使用的抛光垫，用于随后用调节好的抛光垫抛光半导体晶片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：调节的负载力大于约1000daN。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：调节的负载力在约1000daN和3000daN之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：抛光机适合安装一个游星承载齿轮，上述游星承载齿轮通过抛光垫固定工件用于抛光接合，并且还包括将带工件的游星承载齿轮安装在抛光机上的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：将调节的负载力加到抛光表面上的步骤包括用抛光机将调节的负载力加到抛光垫和工件上。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：工件的厚度大于工件游星承载齿轮的厚度。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：游星承载齿轮一般是一个圆盘，该圆盘具有至少一个适合于安装工件的孔和至少一个用于提供浆状研磨剂入口的孔；并且用于工件的孔显著大于浆状研磨剂入口。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：浆状研磨剂中所含的磨粒粒径是在约100nm至约200nm范围内。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：调节的流速是在约120ml/min和约360ml/min之间。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：调节的循环在持续时间上短于晶片抛光循环。
11.供抛光机使用的抛光垫的调节方法，上述抛光机具有一个适合于安装抛光垫的压板，并可操作用于一晶片抛光循环，以便用抛光机抛光半导体晶片，上述方法包括以下步骤：
将待调节的抛光垫安装在抛光机的压板上，上述抛光垫限定一个抛光表面；
在抛光机的晶片抛光循环期间，以大于作用在抛光表面上的抛光压力的压力压缩所述抛光垫；
通过将浆状研磨剂以大于抛光流速的流速供给到抛光表面上，用含有磨粒的浆状研磨剂中的磨粒装入抛光垫的各孔，在抛光机的晶片抛光循环期间，以抛光流速将浆状研磨剂供给到抛光表面上；和
操纵抛光机一个调节循环，同时压缩抛光垫并装入各孔，因而调节供抛光机使用的抛光垫，用于随后用调节好的抛光垫抛光半导体晶片。
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