专利名称：晶片制备设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及半导体制造，更具体地说，本发明涉及用于制备半导体晶片的设备，该设备对垂直取向的晶片执行晶片制备操作。
背景技术：
在半导体器件的制造过程中，要执行各种晶片制备操作。例如，这些晶片制备操作包括清洁操作和抛光/平面化操作，例如，化学机械平面化(CMP)。一种公知抛光/平面化技术采用可以进行行星抛光运动的压板。此技术的一个缺陷是，它需要多步过程，这样耗时而且相对昂贵。此技术的另一个缺陷是，它所生产的晶片表面具有较大外形变化。
另一个公知抛光/平面化技术是圆周抛光。在一种公知圆周抛光系统中，晶片驱动辊使晶片在垂直方向旋转。在晶片被旋转时，一对圆柱形抛光垫与晶片的相对两个表面接触。抛光垫安装在反方向旋转的主轴上，反方向旋转的主轴设置在待处理晶片的对侧。主轴跨越晶片直径以通过晶片中心。主轴的旋转造成在圆周方向垂直于晶片直径的旋转垫运动。在抛光过程中，喷嘴将液体(例如研磨稀桨、化学溶液、或者冲洗溶液)喷雾喷射在晶片的两个对面。
此公知圆周抛光系统的一个缺陷是，它仅提供圆周抛光运动。这样，每个垫通过每个晶片表面的相对速度不均匀，靠近晶片边缘的速度比靠近晶片中心的速度高。这就成为问题，因为它不仅会导致在每个晶片表面上产生圆周残痕，而且会因为晶片中心部分承受更长的停留时间而导致晶片中心部分被磨下的晶片材料比靠近晶片周边磨下的晶片材料多。这种非均匀材料磨削率的后果是，晶片的每个相对表面均趋向具有喇叭形外形，即其中心部分比边缘部分相对凹下的外形。由于半导体工业面向使用越来越小的特征尺寸，例如，0.18μm，所以不希望具有这种喇叭形外形。
鉴于上述问题，因此需要一种用于圆周晶片制备的方法和设备，可以将产生的圆周残痕降低到最小，提供具有希望的表面外形的处理晶片，以及无需在各工作台之间移动晶片就可以对晶片执行多个晶片制备操作。
发明内容
通过提供用于制备垂直取向的半导体晶片的设备，本发明可以满足此需要。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备半导体晶片的设备。该设备包括一对驱动辊，设置这对驱动辊以在大致垂直方向支持半导体晶片。以这样的方式配置每个驱动辊，以致使它们与用于旋转驱动辊的驱动带耦接。该设备进一步包括一对晶片制备组件，将这对晶片制备组件可移动地以相对关系设置。每个晶片制备组件分别具有第一晶片制备部件和第二晶片制备部件。晶片制备组件可以移动到第一位置和第二位置，每个第一晶片制备部件在第一位置对晶片执行第一晶片制备操作，每个第二晶片制备部件在第二位置对晶片执行第二晶片制备操作。
根据本发明的另一个方面，披露了另一种用于制备半导体晶片的设备。该设备包括可旋转地设置在第一辊臂上的第一晶片驱动辊，第一晶片驱动辊被取向为在垂直方向旋转晶片。该设备还包括可旋转地设置在第二辊臂上的第二晶片驱动辊，晶片驱动辊被取向为在垂直方向旋转晶片。分别配置第一辊臂和第二辊臂以将旋转动力传送到设置在其上的晶片驱动辊，并且第一辊臂和第二辊臂都可在第一位置和第二位置之间转动，从而调节设置在其上的晶片驱动辊的高度。
根据本发明的又一个方面，提供了一种自对准主轴组件。该组件包括圆柱形内心和设置在圆柱形内心外表面上的支承。主轴套管围绕圆柱形内心。主轴套管具有固定在其外表面上的晶片制备材料，并且支承可旋转地支持主轴套管，使得在晶片制备材料接触衬底表面时，主轴套管与衬底表面对准。
显然，上述一般性描述和以下的详细描述仅是典型性说明，对权利要求所述的本发明没有限制意义。
引入本说明书并作为本说明书一部分的附图示出本发明的典型实施例，并与说明书一起用于解释本发明原理。
图1是根据本发明一个实施例的晶片制备设备的端视图。
图2是图1所示晶片制备设备的侧视图，它以剖面形式示出右手驱动箱和与其相连的主轴以及抛光垫，还示出被晶片驱动辊组件支持的晶片(虚线所示)。
图3是图1所示晶片制备设备的端视图，它示出位于中间位置范围内的驱动箱，该中间位置范围内，抛光垫未接触晶片。而与安装在外壳壁上的任选垫调节器接合在一起。
图4A是图1所示晶片制备设备的立面图，它示出晶片制备驱动组件、用于旋转晶片制备组件的杠杆以及用于旋转该旋转杠杆的线性致动器，所有这些均设置在外壳的外部。
图4B是图4A所示杠杆和线性致动器的更详细示意图，其中致动器杆示于其向上凸出位置。
图5A是根据本发明另一个实施例的晶片制备组件的剖视图，其中具有垫的自对准主轴与刷子组合在一起。
图5B是图5A所示自对准主轴组件的更详细示意图，它主要示出靠近套管中心支承的区域。
图6是示出对于进行传统中心线抛光的4个测试晶片，晶片材料磨削量与晶片表面上的径向位置之间的关系曲线图。
图7A和图7B一起示出对于进行传统中心线抛光的4个测试晶片，其磨削的晶片材料的角度分布。
图8A和图8B是示出对于仅根据传统实践在晶片中心线被抛光的测试晶片，晶片材料磨削率(A/m)与晶片上的位置之间的关系曲线图。
图9A和图9B是示出对于根据本发明一个实施例采用偏离直径抛光方法抛光的测试晶片，晶片材料磨削率(A/m)与晶片上的位置之间的关系曲线图。
图10示出根据本发明一个实施例的晶片制备站的三维示意图。
图11A和图11B示出根据本发明一个实施例的晶片制备设备的更详细示意图。
具体实施例方式
以下将参考附图详细说明本发明的几个典型实施例。
如下的实施例描述了用于制备衬底的方法和设备。例如，这种衬底可以包括任何尺寸的半导体晶片，例如200mm晶片、300mm晶片(以及更小或更大的晶片)。在如下的说明中，结合晶片制备操作对根据本发明的制备设备进行说明。然而，显然，该制备设备还可以应用于制备其它衬底，例如硬盘等。例如，制备操作包括磨光、化学机械抛光(CMP)、洗涤(在晶片清洗过程中进行)、蚀刻以及利用诸如DI水的液体冲洗。在各种例子中，披露了几种支持实现高精度和受控制备操作的方法和设备。例如，利用该系统和设备实现的制备操作使得对衬底的希望表面位置进行受控洗涤、磨光以及抛光。也就是说，可以在某个范围内将衬底移动到不同受控位置，从而在不同时间对不同表面位置执行制备操作。利用所披露的设备，该制备操作还可以包括与不同制备部件(例如刷、垫等)的接触。因此，应根据在此描述的许多变换例，阅读如下说明。
晶片制备设备图1和图2分别是根据本发明实施例的晶片制备设备的前侧剖视图和右侧剖视图。如图所示，晶片制备设备1包括外壳2，它用作该设备各部件的支持结构，以下将对其做更详细说明。半导体晶片W被垂直取向地设置在晶片驱动辊6、6’上，图1示出其侧向，图2示出其面向(虚线所示)。
如图1所示，晶片W与上抛光垫对8、8’接触，右垫8接触接触晶片右面W1，而左垫8’接触晶片左面W2。下抛光垫12、12’分别与晶片右面W1和晶片左面W2脱离。晶片制备设备1不需要两面对称，然而，在外壳内，优选将许多组件和分组件成对、对称设置在以垂直方向支持的晶片W的对称平面的左侧和右侧。因为此原因，在此，参考图1所示晶片W使用术语“右”和“左”。另选地，还可以具有一对刷子12b以及一对垫，如图11A和11B所示。在此例中，刷子被标识为刷子12b，并且可以将它安装在主轴上，或者将它安装在与齿轮44或46之一直接相连的刷芯上。
如图1至图3所示，围绕圆柱形上主轴10、10’的圆周安装上抛光垫8、8’，围绕圆柱形下主轴14、14’的圆周安装下抛光垫12、12’。以这样的方式排列水平设置的上主轴和下主轴，以致上主轴10和下主轴14位于晶片W的右侧，而上主轴10’和下主轴14’位于晶片W的左侧。可选择的垂直间隔分别将上下主轴对10、10’和14、14’隔离开。在一个实施例中，将上下主轴对隔离开晶片半径的几分之一，优选在晶片半径的约四分之一至约四分之三之间。每个上主轴10、10’和每个下主轴14、14’的一端可旋转地安装在驱动箱16、16’内，每个驱动箱分别包括与晶片制备驱动组件17可旋转相连的齿轮。以下将在标题“晶片制备驱动组件”项下对晶片制备驱动组件17进行详细说明。在一个实施例中，晶片制备驱动组件17包括垫旋转机构13，用于将转矩传递到主轴10、10’和14、14’；以及垫接合机构15，用于将抛光垫8、8’和12、12’可控地移动到与晶片W接触或分离。
参考图1，右、左驱动箱16、16’围绕支点18、18’旋转，每个支点距离晶片W平面的间距小。在右驱动箱16旋转以使其上端对着晶片W平面向内移动时，安装在主轴10上的上抛光垫8移动到与晶片右面W1接触，而安装在主轴14上的下抛光垫12从晶片右面W1移开。相反，在右驱动箱16旋转以使其下端对着晶片W平面向内移动时(参考图3)，下抛光垫12移动到与晶片右面W1接触，而上抛光垫8从晶片右面W1移开。显然，本技术领域内的熟练技术人员还可以将上述说明应用于左驱动箱16’，它旋转时可以分别使上抛光垫8’和下抛光垫12’移动到接触晶片左面W2。
因此，支点18、18’与晶片W平面靠得足够近，以致驱动箱16、16’仅需要通过适度转角A、A’转动就可以使上抛光垫8、8’(或者转动反向转角的下抛光垫12、12’)接触晶片面W1和W2，因此，利用相对抛光垫可以“压紧”晶片W。转角A随垫直径的不同发生变化。在一个实施例中，转角A在约15°至约25°之间。然而，如图3所示，支点18、18’离开晶片W平面足够远，以致在驱动箱16、16’旋转到大致垂直位置时，上抛光垫8、8’和下抛光垫12，12’处于中间位置，在中间位置，它们与晶片W分离、隔离开一个显著间隔。
驱动箱16、16’的旋转运动使每对主轴的上主轴或下主轴被分别向内压，以致安装在其上的抛光垫接触晶片表面之一。这样，在该晶片制备设备内，晶片承受两个单独抛光操作一个抛光操作是，在上抛光垫之间将晶片“压紧”；另一个抛光操作是，在下抛光垫之间将晶片“压紧”。
继续参考图1至图3，晶片驱动组件23同时支持并驱动晶片W旋转。在一个实施例中，晶片驱动组件23是可变高度边缘驱动组件。图2示出处于升高位置Wa和处于下降位置Wb的晶片W(虚线所示)。如上所述，晶片驱动辊6、6’支持晶片W。在图2中，示出在对应的升高位置6a、6a’和下降位置6b、6b’的晶片驱动辊6、6’(虚线所示)。晶片驱动辊6、6’与晶片圆周边缘Wp接合，并被安装在辊臂20、20’的端部，辊臂20、20’被可旋转地安装在机架部件上。机架部件被一个适当的支持结构(例如外壳2的右侧壁4或外壳底板5)支持。
可变高度边缘驱动组件23包括用于将旋转动力传送到驱动辊6、6’的辊驱动机构21。可变高度边缘驱动组件23还包括晶片平移机构27，它通过围绕支点22、22’旋转辊臂，来控制辊臂20、20’的旋转运动。辊臂20、20’作为一对接合在一起从而使它们以对称相对运动方式反向旋转。以下将在标题“可变高度边缘驱动组件”项下对可变高度边缘驱动组件23以及辊驱动机构21和晶片平移机构27做详细说明。
将晶片顶部对准辊24安装在对准臂25上，对准臂25可旋转地安装在对准张紧装置26上，对准张紧装置26安装到右侧壁4的上部。对准辊24与靠近晶片W顶部的晶片圆周边缘Wp接合，用于使晶片W保持对准，并且在抛光垫(8、8’、12、12’)分离，即处于中间位置时，还用于提供横向支持。在晶片如位置Wa和Wb所示向上、向下移动(参考图2)时，对准臂25的旋转运动使顶部辊24保持与晶片圆周Wp接合并跟随晶片圆周Wp运动。在图2中，24表示顶部辊的上部位置，24’(虚线所示)表示其下部位置。需要时，还可以使用其它边缘辊以辅助支持、稳定、旋转或装载/卸载晶片。
图2所示的辊臂20、20’和驱动辊6、6’位于中间转角位置。虚线所示驱动辊6、6’的上图和下图表示辊臂20、20’旋转运动的典型工作范围，它确定运动旋转范围，如转角B所示。辊臂20、20’向上运动使驱动辊6、6’向上移动并靠近在一起作为一对。这样进而使晶片W向上移动，这主要是因为驱动辊处于较高位置，而部分还是因为驱动辊以小间隔靠近在一起。相反，向下旋转辊臂20、20’会导致晶片W相应下降。驱动辊6、6’通过转角B的运动会使晶片中心Wo向上或向下移动用双头箭头C(参考图2)表示的相应垂直行程。可以对驱动辊6、6’的运动进行控制以控制晶片的垂直运动。例如，驱动辊可以向内或向外旋转，使得晶片W相对于抛光垫(8、8’或12、12’)上下振动。
如图1至图3所示，以大致垂直方向设置晶片W，而以大致水平方向设置抛光垫。显然，需要时，本技术领域内的熟练技术人员可以设置不同方向。显然，需要时，本技术领域内的熟练技术人员以相对于垂直方向的某个角度设置抛光垫。在这种情况下，晶片相对于垫的运动仍然应该垂直于主轴的轴线。晶片W优选为大致垂直方向，因为这样可以简化设备内的各种支持部件和驱动部件，并有助于从抛光垫和晶片流出抛光稀桨、处理溶液以及冲洗溶液。
晶片制备驱动组件图2(剖视图)、图4A和图4B(从外部侧壁3观看的立面图)以及图5(图2所示驱动箱和主轴的详细剖视图)示出晶片制备驱动组件17。如图2所示，驱动箱16与通过侧壁3伸出的双同轴组件19相连。同轴组件19通过内轴将旋转动力传递到用于进行晶片制备的主轴，并通过外轴将旋转启动和控制传递到用于使垫与晶片面接合/脱离的驱动箱。因此，同轴组件19是垫旋转机构13和垫接合机构15的集成部件。在一个实施例中，晶片制备驱动组件17包括分别用于驱动箱16、16’的单独同轴结构19、19’。在此对右驱动箱16所做的描述也可以应用于左驱动箱16’。
同轴组件19包括内部传动轴28和空心外部枢轴30。传动轴28将旋转动力传递到主轴(10、10’、14、14’)，传动轴28的轴颈由轴承43a和43b支撑，靠近外部枢轴30的两端，将轴承43a和43b安装在外部枢轴30的内部。利用轴承31a和31b，进而将外部枢轴30支撑到晶片制备驱动组件安装机架32，外部枢轴30对驱动箱16、16’进行旋转控制，使得抛光垫对(8、8’或12、12’)之一会与晶片W接触。
如图2和图4A所示，垫旋转机构13包括左晶片制备电机34、右晶片制备电机34’、驱动轮36、36’、皮带38、38’以及传动轮40、40’。驱动轮36、36’分别可旋转地安装在电机34、34’上，电机34、34’被安装在下部机架32上。皮带38、38’设置在驱动轮36、36’和传动轮40、40’上，传动轮40、40’被分别安装在延伸到机架32的外部的传动轴28、28’的端部。如图2和图5所示，传动轴28从侧壁3伸出与小传动齿轮42刚性相连。利用轴承43a支撑传动轴28，轴承43a与支点18对准安装在驱动箱16内。传动轴28’(在图2和图5中未示出)以上述对传动轴28所述的同样方式连接和支撑。
如图5A示出的详图所示，传动轴28和枢轴30的内部部分均通过侧壁3伸出。小传动齿轮42与上、下主轴齿轮44和46啮合，主轴齿轮44和46被分别固定安装在上主轴10和下主轴14的端部(参考图1和图2)，从而与主轴中心线对准。请注意，根据另一个变换实施例，为了便于示出刷芯12a和刷子12b，在图5A内省略了图1和图2所示的下主轴14，以下将做更详细说明。因此，传动齿轮42以及主轴齿轮44和46将转矩传递到主轴体，从而使上主轴10和下主轴14同时以同样方向旋转。
利用传统轴颈轴承，分别将上主轴10和下主轴14可旋转地安装在驱动箱16上，从而被主轴齿轮44和46驱动，而与此同时平行于晶片W平面支持上主轴10和下主轴14。在一个实施例中，主轴10和14被自对准主轴组件48支持，在接触晶片面时，自对准主轴组件48自动使抛光垫8、12对准晶片W面，从而在晶片W表面上均匀分布垫接触压力。以下将在标题“自对准主轴组件”项下详细说明自对准主轴组件48。
参考图4A，晶片制备驱动组件17包括用于驱动箱16、16’的独立驱动电机34、34’。利用传统电源、控制器以及反馈传感器(未示出)运行电机34、34’从而可以以相反方向旋转，以致位于晶片W两侧的垫(或者8、8’或者12、12’)优选以大致相同转速、同样以相反方向旋转。优选以这样的方式选择垫的旋转，以致垫对晶片施加向下摩擦力，从而有助于晶片与晶片驱动辊6、6’保持接合。可以手动控制或者利用用于启动传统电机控制器(未示出)的适当编程计算机系统程序化地控制电机34、34’。显然，在需要时，本技术领域内的熟练技术人员可以将单个电机用于诸如皮带或齿轮传动的适当动力传输以对两个驱动箱提供旋转动力。
垫接合机构15控制驱动箱16、16’的旋转动作，从而使上抛光垫8、8’或下抛光垫12、12’与晶片W的两个对面接触。如图4A所示，外部枢轴30、30’具有以这样的方式安装在其上的杠杆52、52’，以致每个杠杆通常对着对称晶片平面Wp指向内部。将每个杠杆52、52’的端部成型为齿轮部分，齿轮部分54、54’具有同样半径，并分别与外部枢轴30、30’同心。将齿轮部分54、54’相互啮合，以致杠杆52、52’和与其相连的枢轴30、30’一起随动，从而以相反方向、以联动方式旋转。
线性致动器56可以是传统汽缸或其它等效致动器，将它安装在机架32的下部(参考图2和图4A)，致动器输出杆58向上延伸到靠近杠杆52端部的枢轴连接机构59(参考图4A和图4B)。因此，通过啮合的齿轮部分54、54’，向上延伸的输出杆5 8会使杠杆52以逆时针方向旋转(根据图4A所示的透视图)，而使对侧杠杆52’以顺时针方向旋转同样角度。如图4B所示，输出杆58向上(相对于图4A所示的位置)延伸，从而以上述方式旋转杠杆52、52’。本技术领域内的熟练技术人员明白，输出杆58向下收缩(未示出)会产生与图4B所示旋转动作相反的旋转动作。换句话说，在输出杆58向下收缩时，杠杆52页时针旋转，而杠杆52’逆时针旋转。
如图2和图5A所示，外部枢轴30刚性连接到驱动箱16，以致枢轴30的任何转动均可以使驱动箱产生同样转动。驱动箱16的转动进而会使上主轴10和下主轴14(或者刷子12a/12b)分别产生向着或者离开晶片W平面的相应运动。优选地选择并控制致动器杆58的行程范围，以对外部枢轴30、30’提供足以允许上抛光垫8和下抛光垫12分别与晶片W选择性接合的旋转范围。如上所述，旋转范围取决于抛光垫的直径。可以利用传统致动器控制器和电源(未示出)手动控制，或者利用用于启动传统控制器(未示出)的适当编程计算机系统程序化地控制线性致动器56的运动。需要时，还可以利用传统反馈传感器或负载调节器来控制线性致动器56通过晶片制备驱动组件17施加的力，这样可以对抛光垫施加在晶片W上的接触力和表面压力之一或二者进行控制。
显然，本技术领域内的熟练技术人员还可以利用另选的动力传输系统对于驱动箱16、16’提供旋转和转动动力并对它进行控制。此外，显然，本技术领域内的熟练技术人员还可以采用驱动箱16、16’和晶片制备组件17的另选配置。例如，可以将驱动电机直接安装到驱动箱16、16’上以对抛光垫8、8’和12、12’提供旋转动力，而无需使用同轴。此外，例如，通过将驱动箱安装在对着两个相对晶片面之一的可伸缩线性致动器上，驱动箱16、16’还可以以线性运动方式而非旋转运动方式移向晶片或从晶片移开。
可变高度边缘驱动组件可变高度边缘驱动组件23包括作为辊驱动机构21和晶片平移机构27两者的部件的同轴组件61(参考图1和图2)。同轴组件61将旋转动力传递到晶片驱动辊6、6’以用于旋转晶片，而且还将旋转启动和控制传递到辊臂20、20’以用于相对于抛光垫8、8’和12、12’调节晶片W的垂直位置。可变高度边缘驱动组件23包括分别用于前辊臂20和后辊臂20’的单独同轴组件61、61’。因此，在此针对同轴组件61和前辊臂20的结构和运行过程所做的说明通常可以应用于同轴组件61’和后辊臂20’的结构和运行过程。
如图1所示，同轴结构61包括内部传动轴60和空心外部辊枢轴62。传动轴60是辊驱动机构21的一个部件，通过传送带64，它将旋转动力传递到辊6。传动轴60的轴颈由轴承63a和63b支撑，轴承63a和63b靠近辊枢轴62的两端安装在辊枢轴62的内部。轴承65a和65b将辊枢轴62支撑到一个支持结构，例如右壁4。辊枢轴62对辊臂20进行旋转控制以在向上/向内位置6a与向下/向外位置6b之间移动辊6，如图2所示。
如图1和图2所示，辊驱动机构21包括左辊电机66和右辊电机66’，将它们分别安装在右壁4的下部。电机66、66’分别可旋转地与驱动轮68、68’相连，驱动轮68、68’与驱动带70、70’接合。外部传动轴轮72、72’被分别安装在通过右壁4伸出的传动轴60、60’的端部，它们还与驱动带70、70’接合。
参考图1，通过右壁4伸出的传动轴60的端部被刚性安装到位于辊臂箱76内的内部传动轴轮74上，从而与辊臂支点22对准。内部传动轮74与辊传动带64接合，辊传动带64在辊臂箱76内延伸以接合辊轮78。辊轮78安装在靠近辊臂箱76的外端支撑的辊轴80的端部。辊轴80通过辊臂箱76延伸到晶片W平面以支持位于该箱外部的晶片驱动辊6。
在一个实施例中，辊驱动机构21包括用于每个辊驱动臂20、20’的单独驱动电机66、66’，如图2所示。可以利用传统电源、控制器以及反馈传感器(未示出)运行电机66、66’以在同样方向旋转，使得晶片驱动辊6、6’以大致相同的转速以相同方向旋转。可以手动控制或可以利用用于启动传统电机控制器(未示出)的适当编程计算机系统程序化地控制电机66、66’。在另一个实施例中，将单个电机用于适当动力传送，例如皮带或齿轮传送，以对两个辊驱动臂提供旋转动力。
如图1至图3所示，晶片平移机构27对辊驱动臂6、6’提供旋转致动和控制，它分别包括右辊枢轴62和左辊枢轴62’，(图1至图3中未示出左辊枢轴62’)，右辊枢轴62和左辊枢轴62’分别延伸到右壁4之外某个距离。每个辊枢轴62、62’的外端被一对共面齿圈82、82’之一包围和固定，每个齿圈的有效外径优选是辊臂支点22、22’之间跨度的一半，使得前齿圈和后齿圈82、82’分别在大约半跨度处相互啮合。相互啮合的齿圈82、82’使相应辊枢轴62、62’一起随动，从而以相反方向、以联动方式旋转。辊枢轴62、62’分别刚性连接到辊臂箱76、76’，使得轴的任何旋转运动均会使辊驱动臂20、20’和晶片驱动辊6、6’产生类似旋转运动。
如图2所示，线性致动器84可以是线性步进电机或其它等效致动器，通常将它水平安装在右壁4的外侧下部。致动器输出杆86横向延申到靠近致动器杠杆88端部的枢轴连接机构87。致动器杠杆88进而被固定到齿圈82、82’之一的侧面。杆86向外延伸会使杠杆88、齿圈82(或者82’)以及辊枢轴62逆时针方向旋转(根据图2所示的透视图)，这进而会使反向啮合的齿圈82(或82’)和枢轴62’顺时针旋转同样角度。此旋转动作使晶片驱动辊6、6’向其下方的外部位置6b、5b’移动。杆86向内收缩会产生相应的反向旋转动作，此反向旋转动作使晶片驱动辊6、6’向其上方的内部位置6a、6a’移动。
优选选择并控制致动器杆86的行程范围，以对轴62、62’提供足以使晶片W通过如箭头C所示(参考图2)的预选垂直范围移动的旋转范围。所确定的此预选垂直范围可以使晶片的希望部分到达接合抛光垫8、8’或12、12’的适当位置，以下将做更详细说明。为了适应晶片直径的预定范围，例如200mm晶片和300mm晶片，可以预选晶片驱动辊6、6’的直径以及辊驱动臂20、20’的长度。需要时，还可以在方便安装的尺寸范围内，设置替换的辊驱动臂箱76、76’、辊传动带64、64’以及晶片驱动辊6、6’，从而允许对辊驱动机构21的外形尺寸进行调节以适应更宽的晶片直径范围。同样，还可以在某个长度范围内设置替换的致动器杠杆88(或者可以用机械方法调节杠杆88的长度)以调节线性致动器84的机械利益。可以利用传统致动器控制器和电源(未示出)手动控制，或者利用用于启动传统控制器(未示出)的适当编程计算机系统程序化地控制线性致动器84的运动。
显然，本技术领域内的熟练技术人员还可以利用另选的动力传输系统对晶片驱动辊6、6’以及辊驱动臂20、20’提供旋转和转动动力并进行控制。此外，显然，本技术领域内的熟练技术人员还可以采用不同于在此所示的可变高度边缘驱动组件配置的可变高度边缘驱动组件配置。例如，一个另选的可变高度边缘驱动组件可以包括安装在可变高度支持平台上的非旋转晶片驱动辊和有关电机。
自对准主轴组件如图5A所示，其上固定了抛光垫8的上主轴10被自对准主轴组件48支持。主轴组件48包括刚性、圆柱形、杆状脊柱90，脊柱90刚性连接到晶片制备驱动箱16以对主轴10提供悬臂支持。脊柱90通常平行于晶片W延伸，并在主轴中心线91之外的点终止。具有空心的上主轴齿轮44围绕脊柱90，并被齿轮轴承92支撑在脊柱上，使得主轴齿轮可以独立于固定的脊柱旋转(脊柱90相对于驱动箱16固定)。上主轴齿轮44连接到主轴芯94以将转矩传递到主轴芯94。被成型为空心圆柱形并以某个间隙围绕脊柱90的主轴芯94在与主轴中心线91相邻处由芯轴承96支撑，使得在被主轴齿轮44驱动时，该主轴芯可以独立于脊柱旋转。密封装置97a和97b位于主轴齿轮44的空心轴98的外部和内部。对密封装置97a和97b进行配置，不让液体和/或稀桨进入驱动箱16。
成型为空心圆柱形并至少延伸抛光垫8的希望长度的主轴套管100以某个间隙围绕主轴芯94。在靠近主轴中心线91的点，主轴套管100被套管中心支承102支持。套管中心支承102可以具有围绕主轴芯94的任何适当结构。在一个实施例中，套管中心支承102是设置在成型在主轴芯94外表面内的凹槽104内的弹性O形环。套管中心支承102对主轴套管100提供中心支持，同时允许套管从平行于主轴芯94倾斜某个小角度。以这样的方式选择主轴芯94与主轴套管100之间的间隔，即允许套管在某个预定倾斜范围内倾斜。将抛光垫8固定到主轴套管100的外表面上。在一个实施例中，抛光垫8以螺旋形缠绕在主轴套管100上，使得相对于主轴中心线91，大致对称设置抛光垫。
转矩连接器106被安装在主轴芯94与主轴套管100之间。转矩连接器106的作用是将转矩从主轴芯94传递到套管，并相对于主轴芯的轴向运动固定套管，然而仍允许套管在预定倾斜范围内倾斜。在一个实施例中，转矩连接器106是设置在主轴芯94与主轴套管100的对准槽内的弹簧加载的键结构。在另一个实施例中，转矩连接器106为传动销。
利用驱动箱16的旋转动作，将抛光垫8压至接触晶片W的一个表面(图5A未示出)，抛光垫对晶片的接触压力会使主轴套管100倾斜，直到抛光垫平行于晶片表面之一，并且沿接触线均匀分布接触压力。转矩连接器106同时将转矩传递到主轴套管100，以致抛光垫8旋转，并由此对晶片表面产生抛光作用。
图5B是图5A所示自对准主轴组件48的更详细示意图，它主要示出靠近套管中心支承的区域。如上所述，所示套管中心支承102为O形环。在一个实施例中，O形环具有约70-80的肖氏A级硬度。O形环位于形成在主轴芯94中的槽104内，可以利用塑料材料形成。本技术领域内的熟练技术人员明白为了简化示意图，在图5内未示出脊柱90。槽104位于主轴套管100的中心线上，可以利用不锈钢制造主轴套管100。将图中示为传动销的转矩连接器106设置在主轴套管100和主轴芯94的对应孔内。如上所述，如图5B所示，主轴套管100内的孔的尺寸大于传动销的尺寸，使得主轴套管可以围绕O形环自由旋转。在一个实施例中，主轴套管100的端部至多可以移动约±0.060英寸。抛光垫材料8以螺旋形缠绕在主轴套管100上，使得各缠绕圈之间存在微小间隙。这种配置可以避免抛光垫材料重叠，抛光垫材料重叠会影响抛光操作。在一个实施例中，抛光垫材料是聚氨脂泡沫塑料。
液体喷射如图1所示，在外壳2的各壁上安装多个喷嘴110。喷嘴110对着晶片W的两面或抛光垫8、8’和12、12’喷射液体。通过歧管112送到喷嘴110的适当液体包括研磨稀桨、化学处理溶液、乳液、清洗溶液、漂洗溶液、冷却剂溶液、去离子(DI)水以及它们的混合物。需要时，可以从不同喷嘴同时喷射不同液体，或者从同一个喷嘴或不同喷嘴顺序地喷射不同液体。在倾斜底板5内设置排水管114以便于从外壳2的内部排出废液。附加的喷嘴和歧管可以位于外壳2内，这样，在完成一个或多个制备操作后，就可以漂洗诸如抛光垫和刷子的晶片制备部件上以及诸如主轴、驱动箱、辊以及辊臂的支持部件上的稀桨或溶液。可以利用与歧管112流体连通地连接的传统管道、阀门、泵、储液箱、过滤器以及污物储存槽(未示出)将液体送到歧管112。可以手动控制，也可以利用用于运行传统阀门、泵以及致动器的适当编程计算机自动控制液体喷射顺序和速率。
垫调节器如图1和图3所示，靠近每个抛光垫，将可选的可伸缩垫调节器116可旋转地安装在外壳2的内壁上。每个调节器116包括大体水平的叶片118，叶片118大致横跨设置在其附近的抛光垫的整个长度。每个叶片118绕该叶片之上的枢轴120旋转，使得通过致动器122的碰撞，该叶片可以延伸到相邻抛光垫。致动器122可以是传统螺线管致动器，所安装的螺线管致动器使输出杆124碰撞叶片118的外部，从而导致该叶片向内旋转角度D。垫驱动箱16、16’可以被同时移动角度E(垫8)或角度E’(垫10)从而使相应抛光垫接触用于调节的相应叶片118。优选以这样的方式选择角度D和E以及调节器尺寸，以致可以对每个抛光垫8和10进行调节，而无需任一垫接触晶片W的表面。换句话说，优选在抛光垫处于中间位置时进行垫调节，这样就不需要因为进行垫调节而卸下晶片。完成垫调节操作后，通过关闭致动器122，收缩每个叶片118。
图10示出根据本发明一个实施例的晶片制备站200的三维示意图。晶片制备站200包括外壳2，外壳2被配置为封闭一个晶片制备设备210。外壳2的顶部包括开口204，需要时，通过该开口取出晶片并放入另一个处理站内。另选地，还可以省略开口204，这样就成为一个全封闭晶片制备设备210。外壳2还包括门202，门202被配置为允许对晶片制备设备进行维修，例如替换或插入洗涤刷或抛光垫以及有关主轴。
在操作过程中，优选关闭门202以保持环境清洁并减少颗粒和碎片进入。在一个优选实施例中，在门202上设置槽206以使晶片W能够被插入晶片制备站200。以相同方式，通过槽206还可以从晶片制备站取出晶片。在又一个实施例中，门202可以包括一个滑动门(未示出)，在对晶片进行处理时，该滑动门关闭槽206。
概括地说，晶片制备设备210包括对其提供了垫8的主轴10和14。在此实现中，对两组主轴10和14提供垫8，从而在需要时，便于利用下面一组主轴或者利用上面一组主轴对晶片进行磨光或抛光。如上所述，在制备操作中，晶片被配置为上升和下降，并且可以定位第一组主轴或第二组主轴以实现上述偏离中心处理。此外，还示出喷嘴110，喷嘴110被配置为将液体喷射到垫108。喷嘴110可以流体连通地连接到一个适当的源以根据所进行的处理提供DI水、化学溶液或稀桨。所示的晶片制备设备210还包括对准张紧装置26，如上所述，对准张紧装置26被配置为使晶片顶部对准辊24接触晶片顶部边缘。此图还示出线性致动器84(它优选为线性步进电机)，根据为了在晶片表面上的各径向位置实现希望的晶片材料磨削率而规定的晶片移动流程，利用线性致动器84使晶片上升或下降。图11A更详细示出线性致动器84。此外，还示出了辊驱动机构21，利用辊驱动机构21使每个晶片驱动辊6旋转。
图11A更详细示出晶片制备设备210。晶片制备设备210通常配置为包括第一对和第二对晶片制备组件212。每个晶片制备组件212驻留在晶片W的特定侧。例如，所示的晶片制备组件212包括主轴10和与驱动箱16相连的刷子12b。在晶片的另一侧，使用另一个晶片制备组件212，该晶片制备组件212也包括位于组件底部的主轴10和位于组件顶部的刷子12b。
提供图11A有助于我们明白可以以许多方式对晶片制备设备210进行配置。例如，每个晶片制备组件212可以配置为包括在其上固定了抛光垫8的主轴，如图10所示。在图11A和图11B所示的实施例中，晶片制备组件212的底部部分是主轴10，而其顶部部分是刷子12b。在刷子12b的情况下，利用与驱动箱16相连的标准刷芯12a来代替主轴。在一个实施例中，刷子12b可以是聚乙烯醇(PVA)刷子。将PVA刷子材料配置得足够柔软，以致可以避免破坏晶片的脆弱表面，并且仍然可以与晶片表面实现良好机械接触以除去残余物、化学物质和颗粒。实现PVA刷子的典型清洗系统包括第5,875,507号美国专利披露的清洗系统，在此引用该专利供参考。此外，在一个实施例中，可以配置标准刷芯12a以通过刷子(TTB)释放液体。
如上所述，线性致动器48被配置为具有致动器输出杆86，该致动器输出杆86与致动器杠杆88相连。线性致动器84、致动器输出杆86以及致动器杠杆88的组合被配置为帮助使辊臂20在向上方向或向下方向运动，从而使晶片W根据进行磨光、抛光或洗涤所希望的位置(即在中心或偏离中心)上、下移动。电机66被配置为利用辊臂20使晶片驱动辊6旋转，如图11B所示。
再参考图11A，提供晶片制备驱动组件17以对每个晶片制备组件212提供一个连接和支持位置。如图所示，晶片制备驱动组件17包括机架32。机架32对一对外部枢轴30提供支持。通过机架32，每个外部枢轴30分别连接到一个晶片制备组件212。每个外部枢轴30还包括一个内部传动轴28。皮带38将传动轴轮30和驱动轮36连接在一起，从而利用晶片制备驱动电机34实现旋转。因此传动轴轮40的旋转使内部传动轴28旋转，这样就将旋转传递到驱动箱16。因此，可以将内部传动轴28的旋转传递到每个主轴10和刷子12b。
例如，内部传动轴28的旋转会导致驱动箱16内齿轮的转动。驱动箱16内齿轮的转动会导致刷子12b以及主轴10旋转。参考图11A和图11B，每个晶片制备组件212的主轴10从晶片两侧同时接触晶片W，而刷子12b与晶片分离一定距离。以相同方式，驱动箱16可以向相反方向倾斜，以致只有晶片制备组件的刷子12b接触晶片的两侧。在这种情况下，主轴10将与晶片分离一定距离，因此只允许刷子擦洗晶片表面。该机构被配置为以这样的方式旋转驱动箱16，使得只有主轴10或者只有刷子12b接触晶片表面，以上对该机构进行了更详细说明和描述。
晶片制备方法本发明提供的晶片制备方法之一是偏离直径抛光方法，与传统中心线抛光方法相比，该方法在抛光操作中可以在径向提供总体更均匀的晶片材料磨削。在进行抛光之前，可以利用传统平面化技术，例如CMP，对晶片进行平面化处理。在一个实施例中，偏离直径抛光产生的抛光面不会严重偏离初始平面表面。图6至图9示出中心线(沿直径)抛光和偏离直径抛光的例子。
图6是现有技术中心线抛光过程的4个采样的晶片材料磨削量与晶片表面径向位置之间的关系曲线图。垂直轴表示晶片材料磨削量(埃(10-10)m)，而水平轴表示测试点的径向位置(通过晶片直径均匀分隔的121点，5mm边缘除外)。如图6所示，垫接触线通过晶片中心的中心线抛光过程通常会导致，从晶片中心区域磨削的晶片材料比从晶片外围区域磨削的晶片材料明显多。
在圆周抛光操作中，抛光垫的旋转速度通常比晶片的旋转速度高。在抛光垫向着咬合方向向内反向旋转时，以优选对两个侧面采用同样压力的方式，抛光垫压挤晶片的两个侧面，其中在接触线上的垫表面旋转被向下取向。特定点的晶片材料绝对磨削量是诸如抛光时间、垫接触压力、垫成分、垫转速、晶片转速以及研磨稀桨成分的各因数的函数。然而，典型中心线抛光操作过程中，靠近晶片中心的晶片材料相对磨削量要高出一个数量级，如图6中点50与点70之间的衬底材料磨削量的显著高峰所示。这种中心线抛光产生的晶片外形是图6所示曲线的反型曲线。换句话说，靠近晶片中心的高晶片材料磨削率会在晶片中心附近产生凹形或“碟形”外形。因此，对于给定的一组抛光参数，晶片材料磨削率在抛光垫接触晶片的跨度上非常不均匀。
图7A和图7B表明在适度随机变化范围内中心线抛光方法的晶片材料磨削量趋于在径向大致对称。图7A示出中心线抛光方法的4个不同采样的49个测试点位置。图7B是在4个采样的每个位置的衬底材料磨削量(以埃为单位测量的，大于或小于平均厚度变化)曲线图。如图7A所示，测试点包括晶片中心(点1)、位于半径约三分之一处的均匀间隔同心环(点2至点9)、位于半径约三分之二处的类似同心环(点10至点25)以及距离晶片圆周约5mm插入的类似同心环(点26至点49)。图7B被放大，使得晶片中心(点1)落在曲线图外，但是点2至点49的曲线图更详细清楚了，因为如上所述，靠近中心的衬底材料磨削量比大部分晶片表面磨削量高一个数量级。如图7B所示，衬底材料磨削量明显落入3个明显“台阶”，这3个明显“台阶”对应3个测试点同心环。每个台阶内的变化具有随机性，而不显示有规则的倾斜趋势。
在根据本发明的偏离直径抛光方法中，与中心线抛光方法相同，晶片表面上特定点的衬底材料绝对磨削量是上述结合图6、图7A和图7B所述的各种参数的函数。然而，在根据本发明的偏离直径抛光方法中，衬底材料磨削量还是晶片相对于抛光垫接触线运动的函数。因此，根据本发明的晶片制备设备使晶片相对于晶片制备部件(即抛光垫)的运动受到控制。这样就可以使晶片表面上各位置的衬底材料磨削量受到控制，因此可以获得平面外形或其它希望的外形。
可以确定一个受控晶片运动流程，在该流程中，晶片相对于抛光垫或者向上或者向下移动以获得希望的晶片表面外形。在抛光操作期间的某个时间点，垫接触线必须穿过晶片中心，即0半径距离位置，以确保晶片整个表面被抛光。显然，本技术领域内的熟练技术人员还可以这样确定晶片运动流程，使得垫接触线从晶片中心开始并向晶片边缘移动，或者从晶片边缘开始并向晶片中心移动。
本技术领域内的熟练技术人员明白，还可以对例如垫转速、晶片转速、垫承压的其它抛光参数或这些参数的组合进行控制以获得晶片上的希望的衬底材料磨削量。通过利用用于驱动传统控制装置来控制抛光操作的计算机系统所读取的适当软件代码，可以对晶片相对于抛光垫的运动以及其它抛光参数进行控制。例如，控制装置可以对用于上下移动晶片的线性致动器84、驱动辊电机66、66’、用于旋转驱动箱16、16’的线性致动器56、以及垫电机34、34’中的一个或多个的运行进行控制。
通过相对于抛光垫移动晶片以获得具有平面外形或其它希望外形的抛光晶片表面，根据本发明的偏离直径抛光方法可以有利地补偿晶片表面衬底材料磨削率的径向变化。通过控制晶片相对于抛光垫的运动速度(或者通过控制其它抛光参数以实现与控制晶片速度实现的效果相同的效果)，可以在晶片表面上的不同径向位置实现希望的衬底材料磨削率。需要时，可以对抛光参数进行控制以在整个晶片上实现大致均匀的衬底材料磨削率。这种控制方式尤其可以用于对具有平面化表面的晶片进行抛光。另选地，还可以对抛光参数进行控制以改变整个晶片上的衬底材料磨削率。这种控制方式尤其可以用于对具有不平表面(例如凹形或凸形表面)的晶片进行抛光以获得具有大致平面化表面的抛光晶片。
通过分析测试采样，容易确定特定抛光方式的晶片材料磨削率。例如，图8A和图8B示出对于仅根据传统方法在中心线抛光的200mm直径的测试晶片，作为径向位置的函数的晶片材料磨削率(以埃/每分钟为单位或“A/m”)。利用研磨稀桨，以200RPM垫转速，利用在此描述的设备对测试晶片进行抛光。晶片转速在30RPM(如图8A所示)至50RPM(如图8B所示)范围内变化。如图8A和图8B所示，晶片材料磨削率在靠近晶片中心位置呈现明显的非线性提高(为了清楚放大，未示出中心部分(约-5至5mm))。
图9A和图9B示出对于根据本发明一个实施例进行偏离直径抛光处理的直径为200mm的测试晶片，作为径向位置的函数的晶片材料磨削率(A/m)。除了相对于抛光垫匀速移动测试晶片(不包括紧邻中心和边缘区域)以外，在结合图8A和图8B所述的同样条件下，对测试晶片进行抛光。此外，垫转速为600RPM(对于两个测试晶片)，晶片转速为30RPM(对于两个测试晶片)。平移速率(晶片对于抛光垫的相对速度)在每分钟10英寸(10ipm)(图9A)至40ipm(图9B)之间变化。
在径向方向，利用偏离直径抛光获得的晶片材料磨削率比利用传统中心线抛光获得的晶片材料磨削率显著均匀(将图9A和图9B所示的曲线与图8A和图8B所示的曲线进行比较)。然而，如图9A和图9B示出的稍许倾斜的曲线所示，偏离直径抛光会在晶片边缘产生稍许高的晶片材料磨削率。此外，40ipm的较快平移速率导致约90A/m的平均晶片材料磨削率(参考图9B)，而10ipm的较低平移速率导致约120A/m的平均晶片材料磨削率(参考图9A)。因此，较高平移速率导致的晶片材料磨削率比较低平移速率导致的晶片材料磨削率稍低。然而，假定平移速率提高4倍仅导致晶片材料磨削率减低约25％，则可以认为图9A和图9B所示平移速率不是确定晶片材料磨削率的主要因素。相反，可以认为在任何径向位置的总晶片材料磨削量主要是总抛光时间或等效停留时间的函数。
在一个实施例中，抛光垫的长度在所有平移位置都足以跨越整个晶片弦长，这样可以避免垫接触的突然中断。因此，在平移期间的任何特定垫位置，对垫接触线之外的晶片表面部分，即远离晶片中心的部分进行抛光。相反，在同一个平移位置，不对垫接触线内的晶片表面部分，即靠近晶片中心的部分进行抛光。如图6至图8所示，垫接触线上的晶片材料磨削率未必均匀。
通过规定适当晶片运动，即平移流程，可以实现偏离直径抛光方法，其中平移流程是一个在抛光操作期间晶片相对于抛光垫的位置随时间变化的预定流程。在一个实施例中，利用一个为了在每个径向位置获得大致相同晶片材料磨削量(即在径向的均匀厚度降低)确定的晶片运动流程，实现偏离直径抛光方法。在另一个实施例中，利用一个为了在特定径向位置获得不同晶片材料磨削量(即在径向的可变厚度降低)确定的晶片运动流程，实现偏离直径抛光方法。
在根据本发明的偏离直径晶片制备方法的一个实施例中，垂直取向的晶片的两面的每面均接触圆柱形晶片制备部件，以确定线性接触区域。在晶片旋转时，对至少一个晶片制备参数进行控制，以在晶片上的接触区域从第一位置移动到第二位置时，获得可变晶片材料磨削率。在一个实施例中，确定可变晶片材料磨削率以在进行处理之后提供大致均匀厚度的晶片。所控制的晶片制备参数可以是晶片制备部件对晶片施加的压力、晶片转速、晶片制备部件的转速以及在晶片两面上确定的接触区域从第一位置移动到第二位置的速度之一。
在一个实施例中，第一位置是晶片中心线，第二位置是距离中心线某个距离的位置，例如靠近晶片边缘。晶片可以上升或下降以将接触区域从第一位置移动到第二位置。在一个实施例中，对为了使接触区域从第一位置移动到第二位置而在垂直方向移动晶片的速度进行控制，以致晶片具有大致均匀的厚度。对于给定抛光方式，通过对测试晶片进行分析以确定晶片材料磨削率的径向变化，本技术领域内的熟练技术人员容易确定适当的晶片运动流程以获得具有大致均匀厚度的处理晶片。另选地，可以匀速移动晶片(向上或向下)，并且可以对一个或多个其它抛光参数，例如压力、晶片转速以及晶片制备部件转速进行控制以获得同样效果。因此，偏离直径晶片制备方法可以被配置为将具有稍许凹形面或稍许凸形面的晶片加工成具有大致平面外形的晶片。
本发明提供的另一种方法是半导体晶片制备方法，在该方法中，在一个机壳内对垂直取向的晶片执行两个晶片制备操作。在此方法中，在适当的机壳，例如一个外壳内，以相对关系设置一对晶片制备组件，例如图11A所示的晶片制备组件212。每个晶片制备组件分别包括第一晶片制备部件和第二晶片制备部件。例如，适当的晶片制备部件包括圆柱形抛光垫和圆柱形刷子。在以垂直方向放置到相对晶片制备组件之间后，晶片被适当的晶片驱动组件旋转。
为了执行第一晶片制备操作，以这样的方式定向晶片制备组件，使得第一晶片制备部件以相对关系接触该旋转晶片的两面。在一个实施例中，在第一方向旋转晶片制备组件以使第一晶片制备部件接触该旋转晶片的两面。一旦第一晶片制备操作完成，以这样的方式定向第二晶片制备组件，使得第二晶片制备组件以相对关系接触该旋转晶片的两面。在一个实施例中，晶片制备组件以与第一方向相反的第二方向旋转，以使第二晶片制备部件接触该旋转晶片的两面。
晶片制备组件可以被配置为执行任何希望的晶片制备操作组合。在一个实施例中，第一晶片制备操作是清洗操作，因此每个第一晶片制备部件均是圆柱形刷子。在此实施例中，第二晶片制备操作是抛光操作，因此每个第二晶片制备部件均是圆柱形抛光垫。需要时，可以颠倒这些操作的顺序，即第一操作是抛光操作，第二操作是清洗操作。
在另一个实施例中，第一和第二晶片制备操作均是清洗操作。例如，第一清洗操作可以被配置为磨削较粗糙颗粒，而第二清洗操作可以被配置为磨削较微细颗粒。在又一个实施例中，第一和第二晶片制备操作均是抛光操作。例如，第一抛光操作可以被配置为磨削希望数量的晶片材料，而第二抛光操作可以被配置为提供希望的表面抛光。
根据本发明的偏离直径晶片制备方法，在晶片与第一晶片制备部件或第二晶片制备部件接触时，如果需要，可以在垂直方向，即上、下移动晶片。可以利用适当的可变高度边缘驱动组件在垂直方向移动晶片。在第一和第二晶片制备操作均是抛光操作的一个实施例中，至少在一个抛光操作期间在垂直方向移动晶片。
一旦在设备内对晶片进行了处理和/或利用所披露的方法对晶片进行了制备，则可以通过其它众所周知的制造过程对该晶片进行处理。众所周知，这些过程包括淀积或溅镀氧化物材料和导电材料(例如铝、铜、铝与铜的混合物等)。还被称为“背面”处理的处理过程也包括蚀刻操作。这些蚀刻操作用于确定金属化线网络、通路以及确定集成电路装置的互连结构所需的其它几何图形。在执行这些过程之间，还需要一些化学机械抛光(CMP)操作以对表面进行平面化，从而更有效进行生产。在制造集成电路装置的过程中，在任何一个这种操作之后，在进入下一个操作之前，都需要对晶片进行磨光/抛光和清洗。一旦完成，将晶片切割为小片，每个小片就是一个集成电路芯片。然后，将该芯片放置到适当封装内，并集成为希望的最终装置，例如最终消费电子产品。
总之，本发明提供了用于抛光、磨光、洗涤以及漂洗晶片和其它适当衬底的方法和设备。在此利用几个典型实施例对本发明进行了披露。通过对本发明说明书和实施过程进行研究，本技术领域内的熟练技术人员还可以设想本发明的其它实施例。上述说明的实施例和优选特性被看作本发明的典型情况，由所附权利要求定义本发明。
权利要求
1.一种用于制备半导体晶片的设备，该设备包括一对驱动辊，这对驱动辊被设置为在大致垂直方向支持半导体晶片，每个驱动辊被配置为与用于驱动驱动辊的驱动带相连；以及一对晶片制备组件，这对晶片制备组件被可移动地设置为相对关系，每个晶片制备组件具有第一晶片制备部件和第二晶片制备部件，晶片制备组件可以移动到第一位置和第二位置，每个第一晶片制备部件在第一位置对晶片执行第一晶片制备操作，每个第二晶片制备部件在第二位置对晶片执行第二晶片制备操作。
2.根据权利要求1所述的设备，其中每个晶片制备组件包括用于旋转第一和第二晶片制备部件的驱动组件。
3.根据权利要求1所述的设备，其中第一晶片制备部件被设置在第二晶片制备部件上方，并且每个第一晶片制备部件均是圆柱形刷子。
4.根据权利要求3所述的设备，其中每个第二晶片制备部件均是圆柱形抛光垫。
5.根据权利要求3所述的设备，其中每个第二晶片制备部件是圆柱形刷子。
6.根据权利要求4所述的设备，其中每个圆柱形抛光垫包括一个具有固定在其上的抛光垫的主轴。
7.根据权利要求1所述的设备，其中每个晶片制备组件包括可旋转枢轴，并且通过旋转该枢轴，晶片制备组件在第一位置、中间位置以及第二位置之间移动，中间位置是装载或卸载晶片时晶片制备部件所在的位置。
8.根据权利要求1所述的设备，其中该驱动辊对和该晶片制备组件对被设置在一个外壳内。
9.根据权利要求8所述的设备，该设备进一步包括对准辊，用于使设置在驱动辊上方的晶片保持对准，对准辊被可旋转地安装在对准臂上。
10.根据权利要求9所述的设备，其中对准臂被可旋转地连接在对准张紧装置上，该对准张紧装置被安装在外壳的壁上。
11.一种用于制备半导体晶片的设备，该设备包括第一晶片驱动辊，被可旋转地设置在第一辊臂上，第一晶片驱动辊被定向为在垂直方向旋转半导体晶片；和第二晶片驱动辊，被可旋转地设置在第二辊臂上，第二晶片驱动辊被定向为在垂直方向旋转半导体晶片，其中第一辊臂和第二辊臂分别被配置为将旋转动力传送到设置在其上的晶片驱动辊，并且第一辊臂和第二辊臂都可以在第一位置和第二位置之间旋转，从而调节设置在其上的晶片驱动辊的高度。
12.根据权利要求11所述的设备，其中第一和第二辊臂中的每一个被连接到一个具有内部传动轴和空心外部枢轴的同轴组件。
13.根据权利要求12所述的设备，其中通过旋转第一和第二同轴组件的外部枢轴，旋转第一和第二辊臂。
14.根据权利要求12所述的设备，其中分别旋转第一和第二同轴组件的内部传动轴以将旋转动力传递到第一和第二晶片驱动辊。
15.一种自对准主轴组件，该自对准主轴组件包括圆柱形内芯；支承，设置在圆柱形内芯的外表面上；以及主轴套管，围绕圆柱形内芯，主轴套管具有固定在其外表面上的晶片制备材料，并且主轴套管由支承可旋转地支持，使得在晶片制备材料接触衬底表面时，主轴套管与衬底表面对准。
16.根据权利要求15所述的主轴组件，其中支承是O形环，圆柱形内芯的外表面具有成型在其内的槽，并将O形环安装在该槽内。
17.根据权利要求15所述的主轴组件，其中圆柱形内芯在其内具有一个孔并与一个旋转齿轮相连，主轴套管具有一个通孔，并在主轴套管的孔内和圆柱形内芯的孔内设置一个连接机构以将旋转动力从圆柱形内芯传递到主轴套管。
18.根据权利要求15所述的主轴组件，其中在接近主轴套管的中心线位置，主轴套管由支承可旋转地支持。
19.根据权利要求17所述的主轴组件，其中主轴套管内的孔具有第一直径，而连接机构具有第二直径，第一直径大于第二直径的数量足以使主轴套管围绕该支承旋转一个预定倾角。
20.根据权利要求15所述的主轴组件，其中晶片制备材料是抛光垫。
21.根据权利要求15所述的主轴组件，其中圆柱形内芯由塑料材料构成，而主轴套管由不锈钢构成。
22.根据权利要求15所述的主轴组件，其中衬底是半导体晶片。
全文摘要
本发明披露了一种用于制备晶片的设备，该设备包括晶片制备驱动组件(17)、可变高度边缘驱动组件(包括27)以及自对准主轴组件。在一个实施例中，该设备包括一对驱动辊(6)，驱动辊被设置为在大致垂直方向支持晶片(W)。每个驱动辊(6)分别与用于旋转驱动辊的驱动带相连。以相对关系可移动地设置分别具有第一和第二晶片制备部件(10、12)的一对晶片制备组件(212)。这些组件(212)可以移动到第一位置和第二位置，第一和第二晶片制备部件(10、12)分别在第一位置和第二位置进行第一和第二晶片制备操作。在另一个实施例中，该设备包括分别可旋转地设置在第一和第二辊臂(20)上的第一和第二晶片驱动辊(6)。第一和第二辊臂(20)分别将旋转动力传递到设置在其上的晶片驱动辊(6)，并且第一和第二辊臂均可以在第一位置和第二位置之间旋转以调节设置在其上的晶片驱动辊的高度。自对准主轴组件包括圆柱形内芯和设置在其外表面上的支承。围绕圆柱形内芯的主轴套管具有固定在其外表面上的晶片制备材料，支承可旋转地支持主轴套管，使得在晶片制备材料接触衬底表面时，主轴套管对准衬底表面。
文档编号H01L21/683GK1422438SQ01807671
公开日2003年6月4日 申请日期2001年3月29日 优先权日2000年3月31日
发明者奥利弗·戴维·琼斯, 大卫·T·弗罗斯特, 约翰·G·德维 申请人:拉姆研究公司