专利名称：给抛光板整形的设备和方法
技术领域：
本发明一般地涉及抛光板(抛光垫)的维护，更具体点说涉及抛光板的整形，以使维持半导体晶片的平度。
传统的半导体晶片的整形过程的最后工步为抛光工步，以便在半导体晶片的一个面上制出一个高度反射的、无损伤的平的表面。抛光通常包括由一个或多个粗抛光工步完成的整形和由精抛光工步完成的最终光整。典型地说，95-98％的材料是在粗抛光工步中去除的，该工步在很大程度上确定着最终的晶片平度。半导体晶片必须抛光得特别平，以便用电子束平版印刷或照相平版印刷(光刻)方法在晶片上制备印刷电路。为了维持可能细达1微米或以下的线条的分辨率，要在其上印制电路的晶片表面的平度是个关键。
平度可用总厚度变化测定(TTV)和小区总指示读数(STIR)来部分定量地表示。TTV为晶片的最大厚度和最小厚度的差。它代表晶体平度的上限。STIR为晶片的一个小面积内的表面与一基准面相比时最大正偏差与最大负偏差之和，该基准面经过晶片前面局部小区的中心并与晶体背面平行。晶片的总厚度变化是晶片抛光质量的一个关键指标。抛光的半导体晶片最好具有小于1微米的TTV和对任一个20mm×20mm的局部小区都有小于0.5微米的STIR。
半导体晶片的抛光是用机械加化学的方法来完成的，其中用一旋转的抛光板摩擦晶片上的抛光膏。在传统的半导体晶片抛光机中，晶片的一个表面用蜡平贴地粘附在一个抛光块上。然后晶体和抛光块一起被一抛光臂用力夹持着抵压在旋转抛光板的抛光表面(即抛光板的上表面接触并抛光晶片的部分)上。当抛光板在它们下面旋转时，抛光臂还可用振动的方式使晶片横越抛光板而来回移动。刚性的抛光块提供一个基准面，使晶片的抛光表面被抛光整形为一个基本上与它平行的平整的面。结果晶片的两个对置表面便可互相平行。
典型的粗抛光机用的板是由浸透聚氨酯树脂的聚酯纤维制成的。纤维在用树脂浸透后板结构仍留有足够的孔隙，以便承载在晶片下面的抛光膏。抛光板可有一中心孔，这样抛光板就成为环形。典型的抛光膏为极细的微粒在水介质中的胶态悬浮液和使胶态稳定的添加剂。其他添加剂也可使用，以便增加抛光膏的化学反应能力，从而提高抛光的速率。
抛光板必须基本上是平的，为的是使制出的晶片具有一个平面抛光的表面。但在经历过许多次的抛光周期后，由于施加在抛光板上的热和压力，抛光板在其环形的内、外边部之间的中心环形区域会被压缩而变得比内、外边部薄。这样，该板的抛光表面的横截面轮廓就成为微凹。用横截面微凹的板抛光出来的晶片其抛光表面将成为微凸而不是平面。因此，必须将抛光板重新整形，用磨薄内、外边部的方法使板的内、外边部降低到中心区域的高度。
抛光板的整形目前用手工完成，其时用手夹持工作面积远比抛光板的抛光表面小的研磨块。该块在任何时候都不能横跨抛光表面的整个径向宽度而与它接合。抛光板的整形是通过研磨块横越抛光板的移动来进行的，使在研磨块下面的抛光板的某些部分被磨掉。例如研磨块可沿着平行的弦越过抛光板来减小其凹度。偶而当抛光板在横截面上凸起过多(例如当它为一新板)时，这时研磨块可沿通过板中心的直径线移动来减小板的凸度。
已经发现，即使在富有经验的操作工的手中，现用的抛光板整形方法会得出抛光板的不均匀的整形，例如在板的抛光表面的径向内侧的面积上会制出微凸的晶片，而在径向外侧的面积上会制出微凹的晶片。另外，采用现有方法每一次抛光板被研磨时不能肯定它是否以相同的方式被整形，这种整形完全依靠人的判断。另一个问题是由于抛光表面小于抛光板的整个上部表面而引起的。抛光板的未曾使用的区域相对于抛光表面来说会变得很高，需要大范围地磨掉才能使它降低到抛光表面的高度。但在使未曾使用的区域的高度降低时，很难不研磨过头而将与它邻近的抛光表面的高度也研磨掉。
在本发明的好几个目的和特征中值得提出的是要提供一种抛光板整形用的设备和方法，它们能使抛光板在其整个表面上均匀地整形；在每一次应用时都能以相同的方式使抛光板整形；使整形过程不依赖于人的判断；使抛光板过分高的部分的高度降低而不磨掉与该高部邻接的部分；并且使用起来经济而又简易。
本发明的设备可用来给抛光板整形，其中抛光板装在用来抛光并使物件整形的抛光机上可环绕一个旋转中心旋转。抛光板有一在径向上内侧的边界和一在径向上外侧的边界所限定的抛光表面并有一个预定的径向宽度。抛光表面在其径向上内边界和外边界之间有一横截面轮廓。概括地说，该设备有一板整形工具，该工具有一中心和一板整形表面，该表面可与抛光板的抛光表面接合，以便用来使抛光表面整形，使抛光表面的横截面轮廓从曲线的形状改变为一个比较平的形状。有一夹具被构造成可用来将没有固定连接的板整形工具夹持到一个位置上，在该位置板整形工具的整形表面与抛光板接合，以便当抛光板相对于夹具和板整形工具而旋转时用来使抛光板整形。该夹具限制板整形工具不让它环绕抛光板的旋转中心而旋转，并限制板整形工具的中心不让它有相对于抛光板中心的明显的径向移动。
其次关于抛光半导体晶片的方法，使用一台具有旋转抛光板的晶片抛光机，该抛光板具有一个如上所限定的抛光表面，该方法一般包括对第一批多个半导体晶片中的每一个晶片至少抛光一面的工步。监控抛光表面的横截面轮廓，以便确定抛光表面的轮廓是否在形状上已经变得更为弯曲以致超过加工容差量所允许的限度。如果抛光表面的轮廓形状已被确定为比加工容差量所允许的更为弯曲，那么就要将一个板整形工具放置在夹具内来使抛光板整形，其时工具的板整形表面与抛光板的抛光表面在横跨抛光表面的整个径向宽度上接合。在板整形工具被夹具限制以致不能环绕抛光板的旋转中心旋转的同时，转动抛光板，从而板整形工具便可使抛光表面整形。在此以后，第二批多个半导体晶片中每一个晶片至少有一个面被抛光。
本发明的其他一些目的和特征除了部分显然可自明外，部分将在今后指出。
关于附图，简要说明如下
图1为一粗抛光机和一精抛光机的概略的顶视平面图，其中示出粗抛光机上用来使抛光板整形的设备；图2为粗抛光机的放大的局部视图；图3为设备的板整形工具的底视平面图；图4为图2中按4-4线剖开的局部剖视图；图5A为抛光板的局部的横向剖视图，其中示出该机的抛光表面的凹形轮廓；及图5B为抛光板的局部的横向剖视图，其中示出该机的抛光表面的较平轮廓。
相应的标号被用来在所有这几个图中指示相应的零部件。
现在参阅附图特别是图1，其中示出用来抛光半导体晶片的一台粗抛光机和一台精抛光机(分别用标号10和12一般地指出)。粗抛光机10包括一个支承着抛光板(一般地用标号16指出)的平台14，抛光板装在一个转台上，该转台没有在图中示出，因为它被抛光板覆盖着。转台能使抛光板16相对于平台14环绕旋转中心C1旋转。有一放在板16下面的滴盘18截获从抛光板16上滴落的抛光膏。还有一个抛光臂，一般地用标号20指出，它包括一个用来夹持抛光块和装在其上的晶片(未示出)的卡盘22，以便用来抛光在抛光板16上的晶片的一个面。有一装在抛光臂20上的管24能将抛光膏发放到抛光板16上。抛光板16一般为环形，并且在一较优的实施例中，它具有一个相应于板的整个环形上部表面的抛光表面26。抛光表面26为在抛光时与晶片接合的抛光板16的那部分上部表面。
在较优的实施例中，抛光板16的形状和抛光时抛光臂20的运动这样安排，使晶片能越过抛光板上部表面的整个径向宽度W而移动。在其他抛光机(未示出)内抛光表面一般小于抛光板的整个上部表面。典型的情况是，当抛光表面小于抛光板的上部表面时便会有内侧的和外侧的周边留量，这些留量在抛光时永远不会与晶片接触。在那种情况下，抛光表面的径向宽度将是板的上部表面的径向宽度减去内、外周边留量的径向宽度。应该知道，抛光表面可以比板的整个上部表面小，并且仍属本发明的范围之内。
有一第一夹持站30位在平台14的一角，用来接受抛光块和晶片并正好在被粗抛光机10抛光之前夹持它们。抛光臂20可绕枢轴旋转地装在平台14上，使它可以从卡盘22位在第一晶片夹持站30之上捡取抛光块和晶片的位置摆动到一个位在抛光板16之上可抛光晶片的位置，最后摆动到一个位在第二晶片夹持站32之上的位置。图1示出的粗抛光臂20是在第二晶片夹持站32之上的位置上。
第二晶片夹持站32是在精抛光机12的平台34上。如同粗抛光机10，精抛光机12也包括一个装在转台(未示出)上的抛光板36，以便相对于平台环绕旋转中心旋转，也有一滴盘38放在板的下面。还有一个抛光臂，一般地用标号40指出，它包括一个夹持抛光块和装在其上的晶片的卡盘42，以便用来在抛光板36上抛光。有一装在抛光臂40上的管44能够将抛光膏发放给抛光板。抛光臂40可绕枢轴旋转地装在平台34上，以便用来从一个卡盘42位在第二晶片夹持站32之上可捡取抛光块和晶片的位置摆动到一个位在抛光板36之上的位置，再摆动到一个位在晶片出口夹持站46之上的位置。粗抛光机10和精抛光机12的主要不同在于其各自的抛光板16、36的组成。精抛光板16全部都是一致的构造并且比较坚固，以便完成其去除晶片材料的功能。粗抛光板36更象海绵状的构造并且具有由不同材料构成的上、下两层(未示出)。但应知道，抛光板的精密构造可以不止上面所说明的这一些而仍没有离开本发明的范围。
现在并请参阅图2和3，其中示出用来给粗抛光板16整形的设备，一般地用标号50指出，该设备具有一个形状为圆盘的板整形工具52，在较优的实施例中系由铝制成，其直径为304mm，厚度为17mm。如从图2可看到，板整形工具52的直径大到足够覆盖抛光板16的整个抛光表面26，因此抛光表面的整个径向宽度的整形可在一次完成。该工具52的板整形表面54具有一个由磨料构成的环形区域，如50粒度树脂粘结的Al2O3砂布，该砂布的背面敷有胶粘剂以便粘附在工具的底面上。磨料覆盖着该工具52底面径向外侧的25mm宽度。应该知道，板整形工具的精密的材料和尺寸可以不止上面为较优的实施例而说明的这一些，但仍属于本发明的范围之内。一般地说，采用一个直径比抛光板上的抛光表面的宽度W大出约56mm的板整形工具就可得到令人满意的效果。在图示的实施例中，在板整形工具52的顶部上还设有一个提升手柄53，以便可以方便地将工具放置在抛光板16上和提起工具使其从板上离开。
板整形设备还包括一个夹具，一般地用标号56指出，该夹具具有一个用来将夹具装在粗抛光机10上的支架58，和一个从支架上伸出的臂60。夹具的正确安装是借助于一对双头螺栓(未示出)来完成的，该螺栓从支架58上伸出而被接纳在夹具臂60上的一对孔59内。支架58在粗抛光机10的顶部之上以悬臂方式支承着臂60，因此粗抛光机(包括抛光板16)和臂互不接触。该臂60在较优的实施例中是由6.4mm厚的铝板制成的，在其远端有一弧形凹部62。有两滚轮64用各自的肩部螺钉连接件66安装在臂60上的凹部内，以便可相对于臂旋转。低摩阻的垫圈67使滚轮64可相对连接件66和臂60自由旋转。凹部62的半径与板整形工具52的半径相适应，以便将工具的一个扇形体接纳到凹部内，使它与两个滚轮64接合。每一滚轮都设有一条圆周槽，在该槽内接纳着一个O形环68，以便用来紧紧地握住工具52。
板整形工具52与夹具56始终没有固定的连接。该夹具限制板整形工具52不让它环绕抛光板16的旋转中心C1旋转，并限制板整形工具52的中心C2不让它有相对于抛光板16的旋转中心C1的明显的径向移动。但滚轮允许板整形工具52相对于夹具56环绕其中心C2旋转。
在使用时，夹具56的臂60在初始时并没有装在粗抛光机10上。但也能想到该臂60可绕枢轴旋转地装在粗抛光机10上，这样当不用时它便可从抛光板16上摆动开而可不需完全从抛光机上移开。也可想到板整形工具52可连接到臂60上，以便使它与臂一同绕枢轴旋转。当第一批多个晶片(未示出)在粗抛光机10和精抛光机12上被抛光时，抛光板16的抛光表面26的横截面轮廓受到监控，以便确定抛光表面的轮廓在形状上是否变得更为凹陷以致超过加工容差量所允许的限度。抛光板的横截面轮廓在变得微凹陷时如图5A所示。凹度的数量已被放大，使它可在图5A上被看到。典型的做法是，监控是通过对抛光机10、12所抛光晶片的抛光面的平度进行测量来间接完成的。例如，测量所得晶片的总厚度变化(TTV)应小于1微米。经过一段时间后，晶片的抛光面会变得更加凸鼓，这就指示抛光表面26正在变凹。当然，抛光板横截面轮廓的其他监控方式也可应用，但这没有离开本发明的范围。
一旦达到加工容差量，粗抛光机10便被停止，其抛光臂20被转到第二晶片夹持站32之上的位置上，如图1所示。臂60被用螺栓装在粗抛光机10的支架58的一个夹持板整形工具52的位置上。板整形工具被放置在臂60的弧形凹部62内的抛光板16的顶部上，使板整形表面伸展越过抛光表面的整个径向宽度W。抛光板16的旋转在图1和2中用箭头A指出。旋转的方向驱使板整形工具52进入到弧形凹部62内并与滚轮64接合。这样，该工具52便被夹具56限制不让它随着抛光板16环绕其旋转中心C1旋转。另外，板整形工具52的中心C2被夹持着不让它有相对于抛光板16的旋转中心的明显的径向移动。该工具52与旋转的抛光板16的接触使该工具可相对于臂60环绕其中心C2旋转。当粗抛光机10上的抛光板整形开始时，精抛光机12可继续操作。一旦精抛光机完成晶片的精抛光时，精抛光机12的臂40便将晶片和抛光块移置到出口站46，并停止继续操作。
板整形工具52的板整形表面54的形状特别适宜于将抛光板的横截面轮廓制成较为中凸。较优实施例中的板整形工具52可从抛光板16的径向内、外侧边部上磨掉较多的材料，使该板的抛光表面26的横截面轮廓变得更近乎平直。可想到将工具52上的研磨的板整形表面54制成不同的外形，以便减小抛光表面26的中凸度。操作工根据检测到的板整形表面26的凹度来确定板整形所需继续的时间。典型的板整形时间约为10到30秒，因此这个整形程序并不会严重扰乱抛光机的操作周期。抛光表面26在整形后的较平直的横截面轮廓在图5B中示出。实际上可将抛光表面26制成一个略凸的轮廓(未示出)，以便使两次板整形之间有较大的间隔。板整形工具52和夹具56被移走。然后将第二批多个晶片放在新平整的抛光板16上抛光，其方式与第一批相同。第二批多个晶片的平度被监控一直到抛光板16被指示必须重新整形为止。
上述构造可作出各种变化而仍不离开本发明的范围，因此所有在上述说明中包含的或在附图中示出的内容应被解释为都是说明性的而不是限定性的。
权利要求
1.用来给抛光板整形的设备，其中，抛光板装在用来抛光并给物件整形的抛光机上，可环绕一个旋转中心旋转，抛光板具有由一在径向上内侧的边界和一在径向上外侧的边界所限定的抛光表面并有一个预定的径向宽度，抛光表面在其径向上内边界和外边界之间有一横截面轮廓，该设备包括一个板整形工具，该工具有一中心和一板整形表面，该整形表面可与抛光板的抛光表面接合，以便用来给抛光表面整形，使抛光表面的横截面轮廓从曲线的形状改变成一个较平的形状；一个夹具，其构造可用来将没有固定连接的板整形工具夹持到一个位置上，在该位置板整形工具的整形表面与抛光板接合，以便当抛光板相对于夹具和板整形工具旋转时用来给抛光板整形，该夹具限制板整形工具不让它环绕抛光板的旋转中心旋转，并限制板整形工具的中心不让它有相对于抛光板中心的明显的径向移动。
2.按照权利要求1的设备，其特征在于，夹具的构造可在夹持板整形工具时使它能相对于夹具而旋转。
3.按照权利要求2的设备，其特征在于，在夹具上可旋转地安装着两个滚轮，其构造和布置使它们能与板整形工具接合，从而限制板整形工具不让它环绕抛光板的旋转中心旋转，同时允许抛光板相对于夹具旋转。
4.按照权利要求1或4的设备，其特征在于，有一支架用来将夹具装在抛光机上，还有一臂从支架伸出，在该臂的远端有一个一般为弧形的凹部，板整形工具就被接纳在凹部内。
5.按照权利要求4的设备，其特征在于，板整形工具的整形表面是由板整形工具上磨料构成的环形区域限定的，整形表面被用来降低抛光板的抛光表面在径向上的内侧部和外侧部的高度，这个降低是相对于抛光表面上中心部的高度而言的。
6.按照权利要求1或6的设备，其特征在于，板整形工具和整形表面的尺寸如此制定，使整形表面在与抛光板的抛光表面接合时可越过其整个径向宽度。
7.一种抛光半导体晶片的方法，该方法使用一台具有旋转抛光板的晶片抛光机，该抛光板具有一个由径向上内边界和外边界限定的抛光表面并有一预先确定的径向宽度，该抛光表面在其径向上内、外边界之间有一横截面轮廓，该方法包括下列步骤对第一批多个半导体晶片中的每一个晶片至少抛光其一个面；监控抛光表面的横截面轮廓，以便确定抛光表面的轮廓是否在形状上已经变得更为弯曲以致超过加工容差量所允许的限度；如果抛光表面的轮廓形状已被确定为比加工容差量所允许的更为弯曲，那么就要给抛光板整形，所说给抛光板整形的步骤又包括下列工步将一个板整形工具放置在夹具内，使工具的板整形表面与抛光板的抛光表面在横跨抛光表面的整个径向宽度上接合，转动抛光板并用夹具限制板成形工具使它不能环绕抛光板的旋转中心旋转，从而板整形工具便可给抛光表面整形；对第二批多个半导体晶片中的每一个晶片至少抛光其一个面。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于还包括下列步骤在所说将板整形工具放置到夹具内的工步之前，将夹具定位在晶片抛光机上，使夹具被设置得可用来夹持在抛光板上的板整形工具；在所说对第二批多个晶片中的每一个晶片至少抛光其一面的步骤之前，将夹具从其在抛光板上夹持板整形工具的位置移开。
9.按照权利要求7的方法，其中所说对第一批多个晶片中每一个晶片至少抛光其一面的步骤的特征在于，对所说第一批多个晶片中每一片抛光所说一面是在一个粗晶片抛光机的抛光板上和在一个精晶片抛光机的抛光板上进行的，并且其中给抛光板整形的步骤的特征为，在粗抛光机上使抛光板整形，所说整形步骤进行的时间至少与第一批多个晶片中一片在精抛光机上抛光的时间部分重合。
10.按照权利要求7的方法，其中监控抛光表面的横截面轮廓形状的步骤的特征在于，通过测量第一批多个晶片的平度来确定其形状相对于要求的平度的偏离量是否已超过加工容差量。
全文摘要
用来给抛光板整形的设备包括一个板整形工具和一个用来夹持板整形工具的夹具，该工具与夹具并没有固定的连接。板整形工具有一板整形表面可与抛光板的抛光表面接合而给该表面整形。板整形表面的尺寸大到在与抛光表面接合时可横跨其整个宽度。该夹具限制工具不让它环绕抛光板的旋转中心旋转并限制工具的中心不让它相对抛光板有明显的径向移动。本发明还公开了给抛光板整形的方法。
文档编号B24B37/00GK1167667SQ9711079
公开日1997年12月17日 申请日期1997年4月23日 优先权日1996年4月26日
发明者罗伯特·J·沃尔什 申请人:Memc电子材料有限公司