[發明專利]拋光襯底的方法和裝置

有效

• 申請號: 201510733698.2
• 申請日: 2009-08-07
• 公開（公告）號: CN105313002B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 福島誠;戶川哲二;齊藤真吾;井上智視
• 申請（專利權）人: 株式會社荏原制作所
• 主分類號: B24B37/04
• 分類號: B24B37/04;B24B37/32;B24B49/10;B24B49/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

本發明涉及拋光襯底的方法和裝置，尤其是提出一種拋光方法，用于將諸如半導體晶片的襯底拋光至平坦鏡面光潔度。通過拋光裝置實施拋光襯底的方法，該拋光裝置包括具有拋光表面的拋光臺(100)、用于保持襯底并將襯底壓抵拋光表面的頂圈(1)以及用于沿垂直方向移動頂圈(1)的可垂直移動機構(24)。在襯底壓抵拋光表面之前，頂圈(1)移動至第一高度，且接著在襯底壓抵拋光表面之后，頂圈(1)移動至第二高度。

本申請是申請號為200980141563.X、申請日為2009年8月7日、發明名稱為“拋光襯底的方法和裝置”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明大體涉及一種拋光方法和裝置，且更具體地說，涉及一種對諸如半導體晶片的待拋光物體(襯底)拋光至平坦鏡面光潔度的拋光方法和裝置。

背景技術

近年來，半導體器件的高集成性和高密度需要對布線模式或互連最小化，并且也增大了器件中互連層的數目。由于較低互連層上的表面不規則性，器件在更小電路中具有多層互連的趨勢大體上加寬了臺階寬度，從而導致平坦度降低。互連層數目的增加可惡化在薄膜形成過程中臺階式結構上的薄膜涂層質量(臺階覆蓋度)。總之，首先，高度分層的多層互連的出現相應地使得能夠獲得改良臺階覆蓋度和適當表面的新平面化工藝成為必需。其次，該趨勢和下文描述的另一個原因需要能夠平面化半導體器件的表面的新工藝：半導體器件的表面需要被平面化，從而使得半導體器件的表面上的不規則臺階落入焦深內。因此，利用光刻工藝小型化的光刻光學系統的焦深越小，需要平面化處理后越精確平坦的表面。

因此，在半導體器件的制造過程中，平面化半導體表面變得越來越重要。最重要的平面化技術之一是化學機械拋光(CMP)。因此，已采用化學機械拋光裝置平面化半導體晶片的表面。在化學機械拋光裝置中，在其中含有諸如二氧化硅(SiO₂)的磨粒的拋光液體被供應到諸如拋光墊的拋光表面上的同時，諸如半導體晶片的襯底與拋光表面滑動接觸，因而表面得以拋光。

這種類型的拋光裝置包括具有由拋光墊形成的拋光表面的拋光臺以及用于保持諸如半導體晶片的襯底的襯底保持裝置，該襯底保持裝置稱作頂圈或拋光頭。當半導體晶片利用這種拋光裝置拋光時，在預定壓力下通過襯底保持裝置保持半導體晶片且使其壓抵拋光墊的拋光表面。此時，拋光臺和襯底保持裝置彼此相對移動，以使半導體晶片與拋光表面滑動接觸，從而使得半導體晶片的表面被拋光至平坦鏡面光潔度。

傳統地，作為半導體保持裝置，已經廣泛使用所謂的浮動型頂圈，其中彈性膜(膜)固定至夾板，且向在夾板上方形成的壓力腔(加壓腔)以及由彈性膜(膜)形成的壓力腔施加諸如空氣的流體，以使得通過彈性膜在流體壓力下將半導體晶片壓抵拋光墊。在浮動型頂圈中，夾板通過夾板上方的加壓腔的壓力與夾板下方的膜的壓力之間的平衡而浮動，從而在適當的壓力下將襯底壓緊在拋光表面上，從而拋光半導體晶片。在該頂圈中，當開始向半導體晶片施加壓力或者在拋光后執行半導體晶片的真空夾持時，進行下述操作：

當開始向半導體晶片施加壓力時，對加壓腔進行加壓，通過膜保持半導體晶片的夾板降低而帶動拋光墊、半導體晶片與膜彼此緊密接觸。接著，向膜施加所需壓力，其后或者同時，將加壓腔的壓力調節成不大于膜壓力，從而允許夾板浮動。在此狀態下，半導體晶片被拋光。在此情況下，夾板首先下降而使拋光墊、半導體晶片和膜彼此緊密接觸的原因在于，半導體晶片與膜之間的加壓流體應防止泄露。如果在拋光墊、半導體晶片和膜不彼此緊密接觸的狀態下向膜施加壓力，則半導體晶片與晶片之間產生間隙，并且加壓流體穿過間隙泄露。

此外，如果加壓腔的壓力不小于拋光時的膜壓力，夾板局部壓迫半導體晶片，且在其局部區域中半導體晶片上的薄膜過度拋光。因此，將加壓腔的壓力調節成不大于膜壓力，從而允許夾板浮動。接著，在拋光后，在半導體晶片真空夾持時，對加壓腔加壓，以降低夾板，且拋光墊、半導體晶片和膜開始彼此緊密接觸。在此狀態下，半導體晶片通過在膜上方產生真空而真空夾持至膜。