专利名称：用于修整抛光垫的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及半导体晶片抛光设备，更具体地说，涉及一种用于半导体晶片的抛光垫的修整组件。
背景技术：
半导体芯片是通过在半导体晶片衬底上形成连续层而制成的。凸出构造和凹进构造会在膜上形成波纹。必须平整这些波纹，以允许进一步制造。
通常用本领域称作“化学机械抛光”(CMP)的工艺对层进行抛光。CMP通常包括将晶片放置在抛光垫上的步骤，待抛光的层位于晶片与抛光垫之间的交接面上。然后晶片与抛光垫彼此相对移动。在抛光垫上引入浆料。该抛光垫具有纹理表面，这样，晶片和抛光垫的彼此相对运动再结合浆料则会对该层进行逐步抛光。
抛光一定数量的晶片之后，浆料和晶片的材料最终积聚在抛光垫上，以致抛光垫变得平滑。抛光垫的这种平滑降低了对晶片表面的有效性，导致抛光速度的下降，或者对晶片表面的抛光不均匀。所以，必须进行抛光垫的修整。
随后修整该抛光垫，以便重新分布浆料。修整组件在抛光垫的表面上移动，以向下的力接触抛光垫表面。对该抛光垫的修整在抛光垫中产生凹槽，使抛光垫粗糙，并允许有效地除去多余材料，恢复抛光垫的抛光特性。
参考附图举例描述本发明，其中图1是带有抛光支撑系统的抛光设备的视图。
图2是该抛光设备在抛光晶片时的视图。
图3是带有修整单元的抛光设备的视图。
图4a和4b详细显示了修整组件和其中的多个金刚石的横截面侧视图。
图5a是用于修整抛光垫的抛光设备的侧视图。
图5b是图5a中的抛光设备的顶视图。
图6详细显示了抛光垫的修整过程的横截面视图。
图7是最佳加工参数的图解说明。
具体实施例方式
描述了一种用于对半导体衬底上的薄膜进行抛光的方法和设备。抛光垫旋转，待抛光的晶片放置在旋转的抛光垫上。该抛光垫具有凹槽，这些凹槽在晶片与抛光垫之间引导浆料，并从晶片上去掉多余的材料，从而能有效地抛光晶片表面。抛光垫由于对晶片进行抛光而变得光滑，必须对抛光垫进行修整以恢复效力。提供了一种带有多个金刚石的修整组件。这些金刚石具有向金刚石提供强度的预定角度。这允许在对抛光垫进行有效修整时具有最佳的旋转速度和向下的力，同时降低了金刚石的破碎率。
1.抛光系统附图中的图1显示了正在抛光晶片18的抛光设备10。该抛光设备10包括抛光支撑系统12、分配单元14和用于晶片18的晶片支撑组件16。
抛光支撑系统12包括抛光垫20、工作台22、旋转插座24、传动轴26和电动机28。抛光垫20由工作台22支撑，并通过传动轴26连接于旋转插座24。旋转插座24由电动机28提供动力。
分配单元14包括管道32和容纳浆料36的容器34。管道32连接于容器34，并延伸到该抛光支撑系统12上方。在抛光晶片18期间，浆料36从容器34输送到抛光垫20。
晶片支撑组件16包括保持决38、旋转轴40、定向臂42、连接臂44、旋转单元46和电动机48。保持块38固定晶片18，并且保持块38通过旋转轴40连接于定向臂42。定向臂42连接到该连接臂44，然后连接到旋转单元46，旋转单元46由电动机48提供动力。
图2显示了晶片18接触抛光垫20的表面时的抛光设备10。抛光垫20连接到传动轴26，传动轴26由电动机28通过旋转插座24提供动力。浆料36从容器34经由管道32分配到抛光垫20上。晶片18接触抛光垫20和浆料36。晶片18由保持块38支撑，并且由旋转轴40带动旋转，旋转轴40连接于定向臂42。晶片18在旋转的抛光垫之上旋转，并在其上施加压力F1，在浆料36的作用下，对该晶片的表面进行抛光。
2.修整系统在抛光支撑系统12抛光一定数量的晶片18之后，抛光垫的效力降低。因而最好对抛光垫20进行修整，以便保持在抛光晶片18时的有效性。在对晶片18进行抛光之前、期间或之后，都可以由该修整系统对抛光垫20进行修整。
图3显示了修整抛光垫20时的抛光设备10。该抛光设备10除了包括在此所描述的抛光支撑系统12和分配单元14以外还包括修整单元50。
修整单元50包括修整组件52、旋转轴54、定向臂56、连接臂58、旋转单元60和电动机62。修整组件52通过旋转轴54连接于定向臂56。旋转单元60通过连接臂58连接于定向臂56，旋转单元60由电动机62提供动力。
图4a和4b更加详细地显示了修整组件52的各个部件。修整组件52包括基体部分64和多个金刚石70。在图4a显示的实施例中，金刚石70是八面体，在图4b显示的另一个实施例中，金刚石70是立方体。
八面体金刚石70由八个侧面、十二个棱边和六个顶点构成。在一个实施例中，外角A1为60度，总共1440度，内角形成90度的直角A2。立方体金刚石由形成直角A2的六个侧面构成，还包括十二个棱边和六个顶点，外部总共2160度。
这些金刚石类型的实施例提供了决定金刚石的强度和耐久性所必要的角度。所获得的这些特性是利用最佳加工条件有效地修整抛光垫20所需要的。已有的金刚石修整垫使用容易破碎的锯齿形或三角形类型的金刚石。金刚石碎片本身会嵌入抛光垫20，并随后会擦伤晶片表面。碎片导致修整结果不一致，对晶片18的抛光有害。
基体部分64包括第一侧66和第二侧68。第一侧66与旋转轴54相连，以支撑修整组件52的旋转。第二侧68具有由3M公司制造的粘接基质材料，该粘接基质材料允许该多个金刚石70嵌入其中，从而提高了修整的最佳分布和突出。这些金刚石从该基体突出50到90微米之间，在一个实施例中，金刚石70突出的距离D1为80微米。在一个实施例中，金刚石70的56％随机地嵌在粘合剂68中，这意味着金刚石可以以任何角度突出；剩下的44％突出，从而在抛光垫20内形成最佳凹槽，以便进一步连接浆料36和晶片18这两者。
通过在抛光垫20内形成最佳深度的凹槽，金刚石70的突出距离D1有效地修整了该抛光垫。能达到该特性是由于该形状的完整性以及承受最佳加工条件的能力，从而维持了一种无缺陷的环境。已有的不可调的修整器提供了对抛光垫的较小侵入，这是因为金刚石的完整性不能承受加工条件的冲击，从而导致缺陷。已有的可调节的螺旋型金刚石修整器将三角形金刚石紧固到螺纹钢柄上，由于也会危害到金刚石的完整性，所以这种金刚石修整器不能达到最佳深度。
金刚石70为160到210微米宽(across)，在一个实施例中为180微米。在一个实施例中，单位面积中金刚石70的数量为每平方厘米至少50个金刚石。嵌入基质粘接材料内的金刚石70的数量范围在150到900之间。在一个实施例中，所嵌入的金刚石的最佳有效范围为450-900。在另一个实施例中，大约600个金刚石均匀分布地嵌在一英寸直径圆盘中，在一个实施例中，距离D2为700微米，从而形成每平方厘米200个金刚石的单位面积金刚石数量。
已有的可调节的螺旋型修整器包含四到五个可调金刚石，其没有提供有效修整抛光垫20所需要的适当覆盖度。几个金刚石等同于在抛光垫内产生的几个凹槽。为了有效地抛光晶片，浆料必须接触晶片表面，因此凹槽越少，浆料接触晶片的可能性越低，从而妨碍抛光。
已有的不可调嵌入修整器利用在四到六英寸直径圆盘上的至少3000个锯齿类型金刚石。尽管在抛光垫内形成大量凹槽，但是大直径圆盘仍然不适合，这是因为其不充分的表面平整度以及在抛光垫中留下的抛光轨迹的轨迹表面没有变化。该修整器倾向于修整某些部分，同时留下其它部分没有被修整，因而降低了晶片抛光的有效性。大直径圆盘还必须结合较大的力来使用，该较大的力在七到十磅之间，这种大小的力使得通常所使用的锯齿类型金刚石破碎，再一次降低了晶片抛光的有效性。
图5a显示了修整组件52接触抛光垫20表面时的抛光设备10。抛光垫20连接于传动轴26，并由旋转插座24带动旋转。旋转插座24由电动机28提供动力，从而使得抛光垫20旋转。抛光期间，浆料36从容器34经由管道32分配到抛光垫20上。修整组件52以所施加的向下压力F2接触抛光垫20，并且修整组件52由旋转轴54带动旋转。
现在参考图5b。当抛光垫20旋转时，定向臂56绕连接臂58与定向臂连接处的中心点枢转，从而使修整组件52扫掠该抛光垫20。保持决38容纳该晶片18，并且保持块38由定向臂42和旋转单元46支撑。抛光晶片18时，沉积浆料36。
图6更详细地显示了修整期间的抛光垫20的刮擦。嵌入在基体部分第二侧68内的金刚石70接触浆料36和抛光垫20。通过形成深度为50-90微米的凹槽，金刚石70修整浆料34和抛光垫20。在一个实施例中，这些凹槽的深度为80微米。这些凹槽通过在抛光垫20与晶片18之间引导浆料36并允许去除多余的材料，从而有助于抛光。
3.加工条件修整组件52的第二侧68上的多个金刚石通过在抛光垫20的表面内形成凹槽从而修整抛光垫20表面，这使得抛光垫20能通过在晶片18与抛光垫20之间引导浆料36以及允许从晶片去除多余材料而有效地抛光晶片18，从而有效地平整晶片18表面。
金刚石在修整器旋转期间破碎，并已知这些碎片会嵌入抛光垫20，随后会擦伤已经进行了抛光的晶片表面。修整组件52上的金刚石70包含使金刚石完整性最佳化的角度。所嵌入的金刚石的八面体或立方体形状使每分钟转数、金刚石分布、突出以及在抛光垫20上形成的力F2达到最佳，结合抛光垫20与修整组件52的最佳比率一起，使得破碎率下降并使得对抛光垫20的修整以及随后对晶片18的抛光更有效。
图7显示了最佳加工参数，以便形成对抛光垫的有效修整。在一个实施例中，修整组件的直径范围在0.5到1.5英寸，其与抛光垫的垫/修整器比率维持在1∶13和1∶40之间，在每分钟100到750转的一般范围内旋转，对应的所嵌入金刚石数量的一般范围为150到900之间，向下的力F2为一到六磅。在另一个实施例中，更有效的垫/修整器比率在1∶16和1∶26之间，达到的每分钟转数范围在300到700之间，对应的所嵌入金刚石数量的更有效范围为450-900之间。在另一个实施例中，修整在以下条件来进行达到每分钟500转，600个嵌入的金刚石分布在1英寸直径的圆盘上，1.175磅大小的向下力F2，垫/修整器比率维持在1∶20，由此在抛光垫20上产生每平方英寸0.37磅的力。
已有的不可调修整器的直径通常为四到六英寸，与抛光垫的比率设定在1∶3和1∶4之间，以每分钟30和50转进行旋转，包含3000个金刚石，并且所施加的力在七和十磅之间，这种不可调修整器因为若干理由而不足以修整抛光垫。
因为抛光垫的不充分的表面平整度以及在抛光垫中留下的抛光轨迹的轨迹表面没有变化，因此修整垫和抛光垫之间的比率证明是不适合的，这导致大量的不均匀性以及对晶片抛光的不利特性。这种类型的金刚石容易破碎，所以，当应用这些加工条件时就会出现缺陷，从而降低了对晶片抛光的有效性。当前的技术倾向于增加金刚石数量以及增大施加于修整器的力。
已有的可调螺旋型修整器的直径通常较小，旋转速率为每分钟2000转，包含紧固到钢柄的三到五个可调的金刚石尖端。力的大小一般比不可调修整器的力小得多，但导致许多同样问题。
由已知的可调螺旋型修整器在抛光垫内形成的凹槽的数量和深度减少了晶片和浆料之间的交接面，降低了抛光有效性。产生凹槽的金刚石非常少，这是由于尺寸以及这些部件能安装到圆盘上的能力的缘故，也难以制造。能够通过螺旋型钢柄调整金刚石，但是由于金刚石的脆性和尺寸，不能达到所要求的深度。在每分钟2000转和一磅的力下，金刚石破碎率保持恒定，降低了晶片抛光的有效性。
修整垫在CMP晶片加工期间更新抛光垫，以维持均一的垫表面。对抛光垫的修整有助于维持最佳的垫表面粗糙度和气孔率，确保浆料输送到晶片表面并除去CMP残渣。如果不进行修整，垫表面将变得“光滑”，氧化物的除去将快速减少，从而妨碍晶片抛光。
数个参量将会影响CMP工艺，仍然存在低效率修整的问题。金刚石的特性保持最高，并提供了进行最佳加工条件的能力。代替紧固到螺纹钢柄上的方案，嵌入金刚石的方案允许修整器达到所要求的单位面积上的金刚石和突出。立方体或八面体金刚石的完整性不再允许金刚石如在已有的修整器中所使用的锯齿类型金刚石一样成为加工程式中的限制因素，而是允许最佳的向下力和每分钟转数，以彻底地和均匀地进行修整。最后，小的圆盘尺寸能够维持抛光垫上的表面平整度和轨迹表面变化，从而均匀地修整抛光垫，因此增大了抛光产量。
虽然已经在附图中描述和显示了某些示例性实施例，但是，应当理解，这些实施例仅仅是示例性的，而非对本发明的限制，本发明不局限于所示和所述的特定构造和配置，本领域普通技术人员可作为各种修改。
权利要求
1.一种用于抛光半导体晶片的修整组件，包括带有第一侧和第二侧的基体；和在第二侧上的多个金刚石，其中，这些金刚石包括90度的角度。
2.如权利要求1所述的修整组件，其中，该基体的直径在0.5和1.5英寸之间。
3.如权利要求1所述的修整组件，包括150到900个金刚石。
4.如权利要求3所述的修整组件，包括大约600个金刚石。
5.如权利要求1所述的修整组件，其中，该金刚石是八面体形。
6.如权利要求1所述的修整组件，其中，该金刚石嵌在基体内。
7.如权利要求6所述的修整组件，其中，该金刚石从基体突出50到90微米。
8.如权利要求7所述的修整组件，其中，该金刚石从基体突出80微米。
9.如权利要求1所述的修整组件，其中，该金刚石为160到210微米宽。
10.如权利要求9所述的修整组件，其中，该金刚石为180微米宽。
11.如权利要求1所述的修整组件，其中，各金刚石之间的间距为至少700微米。
12.如权利要求1所述的修整组件，其中，单位面积上的金刚石数量为每平方厘米至少50个。
13.一种方法，包括通过在半导体晶片表面上移动抛光垫的抛光表面来对半导体晶片表面进行抛光；和通过以至少100rpm的转速旋转一圆盘来修整该抛光垫，其中，多个金刚石嵌在该圆盘的表面内，使得这些金刚石在该抛光表面上刮擦。
14.如权利要求13所述的方法，其中，该圆盘以300rpm的转速旋转。
15.如权利要求13所述的方法，其中，该圆盘以小于750rpm的转速旋转。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该圆盘以小于700rpm的转速旋转。
17.如权利要求13所述的方法，其中，该金刚石是立方体形，其包括90度的角度。
18.如权利要求13所述的方法，其中，该金刚石是八面体形。
19.如权利要求13所述的方法，其中，在该圆盘上至少有450个金刚石。
20.如权利要求13所述的方法，其中，单位面积上的金刚石数量为每平方厘米大约200个。
21.如权利要求13所述的方法，其中，通过在该圆盘上施加一到六磅之间的向下的力，修整该抛光垫(这里是否存在将力的度量从0037节中的磅变化成牛顿的具体理由？)。
22.如权利要求21所述的方法，其中，通过施加大约1.175磅的向下的力，修整该抛光垫。
23.如权利要求13所述的方法，其中，由金刚石产生的凹槽的深度在50和90微米之间。
24.一种方法，包括通过在半导体晶片表面上移动抛光垫的抛光表面来对半导体晶片表面进行抛光；和通过以至少100rpm的速率旋转一圆盘来修整该抛光垫，其中，该圆盘上至少有150个金刚石，使得这些金刚石在该抛光表面上刮擦。
25.如权利要求24所述的方法，其中，该圆盘以大约500rpm的转速旋转。
26.如权利要求24所述的方法，其中，该圆盘上的金刚石少于900个。
27.一种方法，包括通过在半导体晶片表面上移动抛光垫的抛光表面来对半导体晶片表面进行抛光，该抛光垫具有第一直径；通过旋转一圆盘来修整该抛光垫，该圆盘上有至少150个金刚石，使得这些金刚石在该抛光表面上刮擦，该圆盘具有第二直径，其中，第一直径与第二直径之比为1∶13和1∶40之间。
28.如权利要求27所述的方法，其中，第一和第二直径之比在1∶16和1∶26之间。
29.如权利要求28所述的方法，其中，第一和第二直径之比为大约1∶20。
30.如权利要求27所述的方法，其中，由金刚石产生的凹槽大约为80微米深。
全文摘要
本发明公开了一种用于抛光半导体衬底上的薄膜的方法和设备。抛光垫(20)旋转，要抛光的晶片(18)放置在旋转的抛光垫上。抛光垫(20)具有凹槽，这些凹槽在晶片与抛光垫(20)之间引导浆料，并使多余材料离开晶片(18)，从而允许高效率地抛光晶片表面。抛光垫(20)由于抛光晶片(18)而变得光滑，必须修整抛光垫(20)以恢复有效性。提供了一种带有多个金刚石的修整组件。金刚石(70)具有预定角度，该预定角度向金刚石(70)提供了强度。这使抛光垫的有效修整具有最佳的旋转速度和向下的力，同时降低金刚石(70)的破碎率。
文档编号B24B53/007GK101022921SQ200580025078
公开日2007年8月22日 申请日期2005年7月15日 优先权日2004年7月26日
发明者W·惠斯勒, A·拉贝勒, R·斯科塞佩克 申请人:英特尔公司