专利名称：半导体抛光晶片平滑度的控制方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体抛光晶片平滑度的控制。更为具体地说，本发明涉及通过直接测定抛光垫板来确定抛光垫板平滑度以保持在垫板上抛光的半导体晶片表面的平滑度。
通常的半导体晶片成形加工过程的最终步骤是在半导体晶片一面上产生一个高度反射的、无损伤的和平滑的表面。半导体晶片必须抛光得特别平滑以备以电子束印刷或光学印刷工艺在晶片上印制电路。为了保持可以细至1微米或更小的线条的清晰度，有待在上面印制电路的晶片表面的平滑度是至关重要的。
半导体晶片的抛光是用机械化学工艺来实现的，其中旋转的抛光垫板用抛光软膏研磨晶片。在通常的半导体晶片抛光机中，晶片的表面用蜡粘接而平贴于抛光座。晶片和抛光座的组合然后由抛光臂杆以强力压靠旋转的抛光垫板的抛光表面(亦即垫板的上表面面积中接触和抛光晶片的那一部分)。此抛光臂杆也可使晶片随着垫板在它下面旋转而以摆动方式从一边到一边地在抛光垫板上面移动。刚硬的抛光座可提供一个参照平面，相对于它，晶片的抛光表面通过抛光被成形加工为基本上平行的、平滑的平面。结果，晶片的对置两表面是彼此平行的。
一般粗糙的抛光机垫板是由用聚氨基甲酸乙酯树脂浸渍过的聚酯纤维制成的。垫板结构在纤维用树脂浸渍以后仍然是充分多孔的，以便在晶片下面携带软膏。垫板可以具有一个中心孔口，以致垫板具有环形形状。软膏一般是由特细颗粒在含水介质中的胶体悬浮液连同可稳定胶体的各种添加剂一起组成的。其他一些添加剂也可以用来增加软膏的化学反应性，以便增加抛光速率。
抛光垫板必须始终是充分平滑的，以便产生具有平滑的抛光表面的晶片。不过，在许多抛光循环以后，抛光垫板上的热量和压力会导致垫板在其环形内外边沿范围之间的中心环形区域成为压扁的，以致它薄于内外边沿范围。因而，垫板抛光表面的横截面轮廓成为凹下的。由凹下形横截面的垫板到抛光出来的晶片，在成形加工之后，带有比较凸出而不是平滑的抛光表面。于是，抛光垫板必须通过磨掉内外边沿范围来重新成形加工而把垫板的内外边沿范围降低到中心区域的水平。
当前，用于控制被抛光的半导体晶片平滑度的各种技术依赖于它们被抛光之后取自半导体晶片的测定结果。然后依据从半导体晶片获取的测定数据作出对抛光垫板的调节，因为抛光垫板的平滑度直接相关于已抛光的半导体晶片的形状。这种类型的测定系统的问题是，由超出合格平滑度允差的抛光垫板所抛光的半导体晶片在测定半导体晶片与校正抛光垫板之间的延搁时间期间会造成生产延误和产量损失。
本发明的若干目的之中可以指出提供用于直接测定抛光垫板形状的设备和方法；提供可提高半导体晶片产量的设备和方法；提供可提高晶片生产率的设备和方法；以及提供使用简单而具有成本效益的设备和方法。
本发明的设备通过直接测定垫板来确定大体上圆形抛光垫板的平滑度以供保持垫板平滑度和在抛光机抛光垫板上抛光的物件表面的平滑度之用。一般，此设备包括测定装置和安装着测定装置并制作得伸展在至少一部分抛光垫板上方的机架。测定装置能够在沿着所述抛光垫板部分的许多位置处测定抛光垫板上表面与参照平面之间的距离。此设备还包括控制装置，用于控制测定装置以从事在许多位置处的测定。控制装置设计得可以指示是否垫板部分的平滑度脱出预定的技术要求。
在本发明的另一方面中，一种用于通过直接测定垫板来确定大体上圆形抛光垫板平滑度以供保持在抛光垫板上抛光的物件表面的平滑度之用的方法包括通过直接测定抛光垫板来确定抛光垫板平滑度和如果抛光垫板平滑度脱出技术要求限度则成形加工此垫板等步骤。
其他各项目的和特点将部分是显见的和部分在此后指出。
图1是一种设备的前视主面图，此设备用于测定装在抛光台上的抛光垫板的平滑度；图2是图1中设备的右侧视主面图，一些部分破除以显示细节；图3是图1中设备的后视主面图4是图1中设备的顶视平面图；图5是图1中设备的框图；图6是测定装置第二实施例的前视主面图，图示此装置装在抛光台上的抛光垫板上面；图7是图6中设备的框图。
对应的各部分，在所有的几幅图纸上的视图中，由对应的参照编号标示。
现在参看图纸，首先是图1至4，一种用于确定抛光垫板平滑度的设备整体上以10指明。抛光垫板12用来抛光晶片抛光机16(图6)上的半导体晶片14，其方式是本技术领域中一般熟练人员所熟知的。在抛光垫板12上抛光的半导体14的平滑度直接相关于抛光垫板的平滑度，因而，通过把抛光垫板表面保持在合格的各平滑度参数之内，在垫板上抛光的半导体晶片将保留在合格的各平滑度限度之内。抛光垫板12装设在陶瓷台18上，半导体晶片放置在它上面以供抛光。半导体晶片抛光机16的简化视图示于图6之中。虽然图6表明本发明的第二实施例，但是抛光机16的结构对于两项实施例来说是一样的。抛光机16包括支承抛光垫板12的陶瓷台18和抛光臂杆20，此臂杆用于装放卡持着携带晶片的抛光座22的卡盘21，并当垫板在晶片下面旋转时强使晶片14贴靠抛光垫板。一般，向垫板施用软膏以便易于抛光。
设备10包括机架和测定装置，整体上分别以24和26指明。测定装置能够测定抛光垫板12的上表面27与在图2和3上以P1指明的任意参照平面之间的距离。传送机构28支承测定装置26，使之大体上在参照平面P1内沿机架24长度方向移动经过至少一部分抛光垫板12。传送机械28和测定装置行经抛光垫板12以测定许多位置处的从垫板表面27到参照平面P1的距离，从而指示垫板的平滑度。
机架24包括陶瓷底座30，直接安置在抛光垫板12上方。底座30还用作测定装置26的参照表面，测定装置26在下面将作进一步的讨论。在此第一实施例中，底座30最好是尺寸定得具有的长度稍微大于抛光垫板12的直径。比如，具有长度24英寸、宽度4.25英寸和高度0.625英寸的底座30可以与具有直径21.5英寸的抛光垫板12一起使用。为了精确地测定抛光垫板上表面27，底座30在其下表面32上具有不大于0.0005英寸的表面平滑度，此下表面32与抛光垫板12相接触，而在其上表面27上不大于0.000012英寸，在此上表面上装有机架24。底座30在每一端上包括四个安装孔，用于容放把机架24连接于底座30的各个螺栓38。可以想见，设备能够在带底座地予以使用而仍然归于本发明的范畴之内。
参看图1，机架24还包括装在底座30对置两端上的两个端部支座40。每一端部支座40具有一大体上矩形的部分42，用于支承传送机构38，和一安装基座44，包括四个孔眼46，用于容放把端部支座40固接于底座30的各个螺栓38。各端部支座40可以比如具有2.62英寸的高度和3.93英寸的宽度。传送机构28包括托架48和滚球丝杠总成50。滚球丝杠总成的每一端由一装在每一端部支座40上的向心止推轴承52(图2)档持。
如图2中所示，传送机构28还包括由一腹板58连接起来的两根直杆56。端部支座40具有一上部60和一具有两个孔口64、66的下部62，两个孔口对正于穿过托架48的两个相应孔口(未画出)而用于分别容放滚球丝杠51以及两根直杆56和腹板58。第一孔口64装有用于支承滚球丝杠的各轴承52。第二孔口66加工成形为适于容放两根直杆56，用于滑动接触滑动件上的托架48，以便为托架和测定装置26提供支承。托架48包括凸缘70，用于把测定装置26连接于托架。托架48的凸缘70可以比如具有3英寸的宽度和3英寸的长度。上述系统的滚球丝杠51的行程是大约24英寸。滚球丝杠总成可以是一种诸如可从纽约华盛顿港的汤姆森工业集团公司(Tomson Industries，Inc.of Port Washington，New York)购得，机型标号是2CB080VAFL 24，Tomson Super Slide。应当理解，滚球丝杠之外的传送机构也可以使用而不会偏离本发明的范围。
电气马达72安装于一个端部支座40并联接于滚球丝杠51，用于驱动滚球丝杆作旋转。应当理解，其他诸如液压马达或手动旋转装置的驱动机构均可用来转动滚球丝杠51并移动托架48而不会偏离本发明的范围。
测定装置26包括装于托架48凸缘70的激光检测器74，并且可予以操作而在许多位置处测定从抛光垫板12上表面27到参照平面P1的距离，以指示垫板的平滑度。激光检测器74可发射半导体激光束l，可从抛光垫板12上表面27反回和进入检测头74而提供抛光垫板上表面与检测头之间的位移测定结果。距离是由激光束重新进入检测器74的角度确定的。检测器74的底面76，在它移过抛光垫板12时，一般形成图3上的参照平面P1。抛光垫板12的平滑度是由参照平面P1与抛光垫板上表面27之间距离的变差来确定的。检测器74的测定精度在距离为10毫米或以下处最好是±0.2微米。激光检测器74可以是诸如可从新泽西洲凯因斯地方(Keyence of New Jersey)购得的一种装置，机型标号比如是LC-2400A。应当理解，其他一些类型的测定装置也可以用来测定抛光垫板12的平滑度而不会偏离本发明的范围。
测定装置26还包括第二检测器78以提高测定装置的精度。参看图2，第二激光检测器78用来测定底座30参照部分80的上表面79与第二参照平面P2之间的第二距离，以便补偿滚球丝杠51和托架48的任何变位。底座30的参照部分80沿着底座的大部分伸展，但不伸进装有各端部支座40的底座两端(图4)。第二激光检测器78装在托架48凸缘70上与装有第一激光检测器的一侧相对置的一侧上。第一和第二激光74、78一起移动，以致第二激光检测器可以检测是否第一检测器移出参照平面P1之外而补偿传送机构的变位。比如，如果第一检测器74检测出从抛光垫板上表面27到第一参照平面P1的位移增大，而此增大是由于托架48变位或者参照底座30底面上凹凸不平所造成的，第二检测器78将检测出同样的位移增大并将输入控制器一个类似的位移，控制器将消去由第一检测器测出的位移增大。不过，如果只是第一检测器74测出位移增大，则它将被解释为是由于抛光垫板上表面27的凹度所造成的。
用于测定抛光垫板12平滑度的设备还包括用于确定激光检测器74相对于机架24沿长度方向的位置的位置指示器。此位置指示器是一线位移变送器82，具有一根非磁性的、压力密封的不锈钢管84(测管)，焊接于一封围起来的不锈钢基座86，探管84内装一条拉直的磁致伸展金属线，而基座86内装变送器的控制电子装置。永久磁环88设置得可滑过测管84的外部以标识托架48的位置。磁环88由支架90连接于托架48并随着托架移动以指示激光检测器74的位置，变送器82的基座86由变送器支架92安装于装有马达72的同一端部支座40。测管支架94和卡持带条96设置得可把测管84的端部安装于另一端部支座40。卡持带条96裹住测管84并固接于L形的测管支架94的上部98。测管支架94的下端100固接于端部支座40的上部42。变送器可以是诸如可从弗吉尼亚洲汉普顿地方的鲁卡斯控制系统产品舍维茨TM检测器公司(Lucas Control Systems Products SchaevitzTMSensors of Hampton，Virginia)购得的一种，机型标号是MRU-300-018。
控制器102，诸如微处理器，用于控制电气马达72以便沿机架24长度方向移动托架48和激光检测器74、78.控制器102、变送器82和激光检测器74、78之间的相互连接简示于图5之中。控制器102设计得可以记录相关于测出距离的、激光检测器74、78沿长度方向的位置，从而表明抛光垫板12上表面27的平滑度。控制器102将从变送器82和激光检测器74、78接收输入并加以综合而或是以数字或是以图线形式提供一项输出以表明抛光垫板上表面的平滑度。信息可以记录在诸如X-Y绘图仪或任何其他适当装置的记录器101上，供操作者分析之用。数据也可以以模拟方式作为抛光垫板12上表面27与参照平面P1之间距离的两个或多个离散的测定结果而提供给控制器或操作者。如果这些测定结果的变化大于一规定的界限，垫板将作成形加工以获得合格的平滑度。在第一实施例中，垫板12平滑度不合(或符合)预定的平滑度技术要求的指示是由X-Y绘图仪作出的图形给出的。不过，垫板平滑度不合技术要求的指示可以是提供给垫板成形加工装置的一个信号的形式(此后讨论)，或者简单地是由技术员记录下来的各测出距离的一种展示的形式，这样的指示形式并不偏离本发明的范围。
在实用中，设备10置放在抛光垫板12上面。马达72由控制器102操纵，以推动托架和附带的激光检测器74、78基本上经过垫板12的全部直径。相关于激光检测器74的位置连同参照平面P1与抛光垫板12上表面27之间距离的数据用来确定是否抛光垫板12具有在合格限度之内的平滑度。如果抛光垫板12具有合格的平滑度，就抛光下一个半导体晶片。如果平滑度不在合格限度之内，就在垫板12上实施成形加工以使其纳入合格限度。成形加工以适当方式，诸如通过人力来使用手持研磨装置，即类似于公开在共同待决的美国专利申请S/N 08/639,185之中那样的一种成形加工装置，或者通过如下所述的各种自动成形加工装置，来予以实现。抛光垫板的测定也可依据取样标准来做，以获取统计数据而确定可以在垫板的测定与成形加工之间予以抛光的半导体晶片的最佳片数。
本发明的第二实施例，在图6中整体地以104指明，直接固接于晶片抛光机16，并用来向控制器102提供关于抛光垫板12平滑度的信息，控制器102可把数据直接输出给固接于抛光臂杆20的垫板成形加工工具106，以便形成抛光垫板的自动的测定和成形加工。垫板成形加工工具106包括气控气缸108，用于把成形加工垫板110落放在抛光垫板12上面并强使成形加工垫板当抛光垫板在它下面旋转时贴靠抛光垫板，以校正抛光垫板的平滑度。成形加工垫板110的材料可以与抛光垫板12的材料相同，或者可以是任何其他适当的材料。垫板成形加工工具110包括压力调节器(未画出)，以致可以调节为成形加工抛光垫板所施加的力量。在抛光作业期间，或者正在从事抛光垫板12的测定的时候，垫板成形加工具110由气缸108保持在一个收存位置上，如图6所示。用于测定抛光垫板12的设备104可枢转地安装于台架18并在抛光和成形加工作业期间可以自动地从抛光垫板摆动到某一位置上(虚线示出)。设备104基本上与第一实施例的设备相同，但只是伸过垫板12的一半。同样的参照编号用以标识第二实施例的设备104的相应部分。从激光检测器74、78和变送器82接收来的数据可以直接输入给垫板成形加工工具106，用于在需要时重新成形加工垫板。激光检测器74和78、变送器82、垫板成形加工工具106和控制器102之间的相互关系框图示于图7之中。
鉴于上述，将会看出，本发明的几项目的得以达到，以及其他各种良好结果得以获得。
由于在上述各种结构和方法中或能作出各种各样的变更而不偏离本发明的范围，所以希望的是，包含在以上说明和显示在各附图中的一切都应当解释为例证性的而不具有限制意义。
权利要求
1.设备(10)，用于通过直接测定垫板来确定大体上圆形抛光垫板(12)的平滑度以供保持垫板平滑度和在抛光机(16)抛光垫板上抛光的物件(14)表面的平滑度之用，此设备包括测定装置(26)；机架(24)，安装着测定装置并制作得可以伸展在至少一部分抛光垫板上方，测定装置能够在沿着所述抛光垫板部分的许多位置处测定抛光垫板上表面(27)与参照平面(P1)之间的距离；控制装置(102)，用于控制测定装置以从事在所述许多位置处的测定，所述控制装置设计得可以指示是否所述抛光垫板部分的平滑度脱出预定的技术要求。
2.如权利要求1所述的设备，与适于安装在抛光机上的自动垫板成形加工装置(106)相结合，所述控制装置设计得可以在测出的抛光垫板部分的平滑度脱出技术要求时启动自动垫板成形加工装置。
3.如权利要求1所述的设备，与抛光机与自动垫板成形加工装置相结合，此设备装在抛光机上，用于把测定装置设置在所述抛光垫板部分上方，并且还与装在抛光机上的自动垫板定址装置相结合，所述控制装置设计得可以在测出的抛光垫板部分的平滑度脱出技术要求时启动自动垫板成形加工装置。
4.如权利要求2或3所述的设备，其中此设备装在抛光机上，以便相对于抛光机在使用位置与收存位置之间移动。
5.如权利要求1、2或3所述的设备，还包括传送机构，装在机架上并支承测定装置，用于大致上在参照平面内沿着机架长度方向在所述抛光垫板部分上方移动，所述控制装置设计得可以启动传送机构在所述垫板部分上方移动测定装置，并操纵测定装置在测定装置移动于所述垫板上方时测定从垫板到参照平面的距离，从而指出所述垫板部分的平滑度。
6.如权利要求5所述的设备，其中机架包括参照底座(30)，具有平滑的上表面(79)，而且其中所述测定装置还制作得，可以在它测定从抛光垫板部分到参照平面的距离的同时，测定参照底座的上表面与参照平面之间的距离，所述控制装置设计得可以接收来自测定装置的测定结果并使用从测定装置到参照底座上表面的距离测定结果来补偿测定装置在参照平面之外的任何位移。
7.如权利要求6所述的设备，其中测定装置包括第一和第二激光检测器(74、78)，安装得借助于传送装置在抛光垫板部分上方移动，第一激光检测器配置得用于测定第一激光检测器与垫板部分之间的距离，而第二激光检测器配置得用于测定参照底座上表面与参照平面之间的距离。
8.如权利要求1所述的设备，还包括位置指示器(82)，用于向所述控制装置发出测定装置沿长度方向的位置的信号，而其中所述控制装置设计得可以记录相关于测出距离的测定装置沿长度方向的位置，从而确定抛光垫板上表面的平滑度。
9.一种方法，用于通过直接测定垫板来确定大体上圆形抛光垫板(12)的平滑度以供保持垫板平滑度和在抛光机(16)抛光垫板上抛光的物体(14)表面的平滑度之用，此方法包括的步骤是通过直接测定抛光垫板来确定抛光垫板的平滑度，以及如果抛光垫板的平滑度脱出技术要求限度，则成形加工垫板。
10.如权利要求9所述的一种方法，其中确定抛光垫板平滑度的步骤包括使用测定装置(24)来测定抛光垫板上表面(27)与参照表面(P1)之间的距离；启动该测量装置以便移动在至少一部分抛光垫板上方而在许多位置处测定从垫板到参照平面的距离，从而指出所述垫板部分的平滑度；以及向垫板成形加工器提供从垫板到参照平面的距离和测定此距离所在的沿垫板的位置，以便成形加工垫板。
全文摘要
一种设备,用于通过直接测定垫板来确定大体上圆形抛光垫板的平滑度以供保持垫板平滑度和在抛光机抛光垫板上抛光的物件表面的平滑度之用,此设备包括测定装置;机架,安装着能够在沿着抛光垫板的许多位置处测定抛光垫板上表面与参照平面之间的距离的测定装置。此设备还包括控制器,用于控制测定装置。控制装置设计得可以指示是否垫板的平滑度脱出预定的技术要求。
文档编号H01L21/304GK1190791SQ9711733
公开日1998年8月19日 申请日期1997年8月8日 优先权日1996年8月9日
发明者安科·H·德赛, 特洛伊·W·阿德科克, 迈克尔·S·维斯涅斯基, 小哈罗德·E·霍尔 申请人:Memc电子材料有限公司