專利名稱：能夠拋光單個管芯的用于對大尺寸晶片進行化學(xué)機械拋光的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于微電子領(lǐng)域的化學(xué)機械拋光(CMP)的方法。具體地，本發(fā)明涉及用于對大尺寸的有圖案/無圖案晶片進行拋光、允許每次拋光單個管芯(die)的處理的化學(xué)機械拋光裝置、以及化學(xué)機械拋光漿料和處理評價的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機械拋光已經(jīng)成為處理半導(dǎo)體器件和硬盤驅(qū)動器用的記錄頭的必要技術(shù)。在典型的化學(xué)機械拋光(CMP)工藝中，由轉(zhuǎn)動承載件或者拋光頭保持將被拋光的晶片，將墊安裝在轉(zhuǎn)動臺板(platen)或者工作臺上，并且將漿料輸送到晶片與墊之間的空間中。通常，無圖案或者有圖案的晶片具有金屬、氧化物、多晶硅或者其它材料的薄膜。表面上具有槽和凹凸不平的聚氨酯墊使?jié){料與晶片接觸，并且從拋光區(qū)域帶走被去除的殘留物。含有研磨劑、氧化劑、配位劑、抑制劑、鈍化劑、表面活性劑并且具有適當(dāng)?shù)腜H值的漿料提供軟化晶片表面的化 學(xué)反應(yīng)并且提供由磨粒去除反應(yīng)層的機械去除。無研磨劑的漿
料也是已知的(美國專利No.6，800，218和6，451，697 )，其中，
去除用來穩(wěn)定膠體系統(tǒng)的磨粒和表面活性劑。
CMP裝置或者CMP拋光機是實現(xiàn)CMP工藝的設(shè)備。典型 的CMP拋光機主要由承載件、臺板和漿料輸送系統(tǒng)三部分組 成。除了保持晶片之外，承載件還提供使晶片轉(zhuǎn)動以及調(diào)節(jié)向 下的力及背壓(backpressure)的功能。臺板使墊轉(zhuǎn)動以對晶 片進行拋光，該墊通常位于將被拋光的晶片的下面。在軌道 (orbital) CMP拋光機中，墊具有軌道運動從而墊上的每個點 沿軌道描繪圓。晶片與墊之間的相對運動對于從晶片表面上的 每一點均勻去除材料是重要的。理想地，期望晶片上的每一點 相對于墊實現(xiàn)相同的或者類似的速度，這可以通過在轉(zhuǎn)動拋光 機中保持承載件和臺板的相同的或者類似的轉(zhuǎn)動速度以及相同 的轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)。典型的拋光機被設(shè)計成對整個晶片進行拋 光。
通?？梢越邮艿氖?，在制造環(huán)境下對整個晶片進行均勻拋 光是實現(xiàn)期望的整體平坦化的先決條件。為了簡單評價CMP處 理或者如漿料等消耗品，期望僅拋光晶片的一小部分，以便削 減單一評價時用掉整個晶片的成本。這通常通過使用小的長形 上拋光機和從大晶片(例如8〃直徑)切掉的小的有圖案的晶片 (例如2"直徑)來實現(xiàn)。由于制作具有光滑邊緣的2"的晶片存 在實際困難，因此，由單 一 的8"的晶片僅可以制作4至5個2" 的晶片。此外，在由該方法制作的2〃的晶片上僅可以使用一個 管芯。適用該方法的另 一動機是整個晶片或者制造拋光機的不 斷增加的成本和復(fù)雜性。因此，能夠?qū)男〔糠诌M行拋光 而無需將晶片切割成小塊的拋光機當(dāng)然是用于CMP處理和消耗品的評價的有價值的工具。本發(fā)明利用獨創(chuàng)的拋光機設(shè)計解
決該問題。
當(dāng)化學(xué)機械拋光首先被半導(dǎo)體工業(yè)用于晶片處理時，晶片
的直徑尺寸是2〃至6〃。在無需太多的修正的情況下，主要采用 傳統(tǒng)的硅研磨機/拋光機設(shè)計。事實上，在自從將CMP適用于 如電介質(zhì)、金屬及銅平坦化等晶片處理的過去二十年中，基本 的平臺幾乎未變。廣泛認(rèn)可的是，隨著晶片尺寸不斷增加，許 多成比例增加的問題越來越明顯。已經(jīng)付出巨大努力，對于大 于200mm的晶片，必須適當(dāng)保持晶片內(nèi)非均勻性的復(fù)雜設(shè)計。 由于漿料停留時間增加，因此拋光期間晶片下方的溫度分布圖 與小晶片下方的溫度分布圖顯著不同。在不會在一些局部平面 處出現(xiàn)嚴(yán)重的過拋光的情況下使整個平面的平坦性最佳越來越 困難。此外，如果小尺寸晶片的拋光工藝存在已知的問題，則 當(dāng)嘗試將該工藝應(yīng)用于大尺寸晶片時很可能產(chǎn)生更大的問題。 這僅對于450mm和更大的晶片將變得更加嚴(yán)重。換句話說，隨 著晶片尺寸顯著增加并且要求保持晶片內(nèi)的均勻性和缺陷性， 傳統(tǒng)的設(shè)計不再是最佳選擇。本發(fā)明利用 一組新的拋光機設(shè)計 解決該問題，該組新拋光機設(shè)計可以滿足大晶片處理的要求同 時保持對局部和整體平坦性的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的新設(shè)計與傳統(tǒng)拋光機的設(shè)計的不同之處在于 需要被處理的每個單獨管芯。換句話說，至少這些設(shè)計中的一 種存在在對不同的各個管芯并行作業(yè)的許多小臂。根據(jù)本發(fā)明， 由以下部件^旦不限于以下部件來實現(xiàn)上述方面及其它方面保 持晶片的臺板、具有保持墊的拋光頭的多臂系統(tǒng)、漿料輸送系 統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、獨立的墊調(diào)整盤、收集用過的漿料的部件、
7由驅(qū)動拋光頭的電動機組成的系統(tǒng)以及用過的漿料的排出管。 作為上述設(shè)計的變化，可以對包括多個管芯的小部分晶片 一起 進行拋光。當(dāng)同時對多個這樣的部分進行拋光時，同時處理了 整個晶片。作為上述設(shè)計的另 一個變型，可以使用尺寸與晶片 的尺寸類似的墊對更大部分的晶片進行拋光。該裝置包括記錄 如漿料粘度、靜態(tài)蝕刻速率、動態(tài)蝕刻速率、低的向下力時的 拋光速率、開始接觸時墊與晶片之間的摩擦等信息所需的傳感 器。該裝置的主要應(yīng)用是提供關(guān)于如漿料和墊等消耗品的特性 和性能的有用信息。
本發(fā)明的另一方面是制造半導(dǎo)體器件的方法。通過使用本
發(fā)明和漿料從而由CMP使晶片上的如電介質(zhì)層上的Cu或者Cu 合金膜、氧化物、阻擋層等薄膜平坦化、或者使晶片表面上的 低材料平坦化來實現(xiàn)該方法。
本發(fā)明的第三方面是在晶片表面上的選定區(qū)域或者整個晶 片上實現(xiàn)平坦化的有效的和高效的方法。
在圖l所示的本發(fā)明的實施例中，晶片保持在臺板上，該 臺板被固定并定位在具有拋光頭的多個臂的下方，將墊安裝到 這些拋光頭。主要基于將被拋光的膜(銅、電介質(zhì)、阻擋物 (barrier)、金屬等)選擇墊。存在多組這樣的拋光頭。因此， 在一組拋光頭處于拋光作業(yè)的同時，其它組可以被調(diào)整或者更 換。這將消除或者顯著減少工具停工時間。只要需要，可以由 具有與晶片上的管芯的數(shù)量相同數(shù)量的窗口的特別設(shè)計的掩模 (圖2)覆蓋該晶片。如果位于窗口處的管芯將被 拋光，則這 些窗口可以是打開的；或者這些窗口被關(guān)閉從而由遮蓋物保護 薄膜。
應(yīng)注意，在該公開內(nèi)容中并且特別地在權(quán)利要求書及/或段 落中，如"包括"等術(shù)語可以具有與美國專利法相同的含義；例如，它們可以表示"包含"等；如"主要由…組成"等術(shù)語 具有與美國專利法相同的含義，例如，它們允許包括未明確列 舉的元件，但是不包括在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的元件或者影響本發(fā) 明的基本特征或新穎性的元件。
通過以下詳細說明，本發(fā)明的其它方面對本領(lǐng)域的技術(shù)人 員是顯而易見的，其中，僅借助于示出的實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方 式說明本發(fā)明的實施例。正如我們所意識到的，本發(fā)明能夠具 有其它不同的實施例，并且其多個細節(jié)能夠在各種顯而易見的 方面具有變型，所有這些變型不會偏離本發(fā)明。因此，附圖和 說明本質(zhì)上被認(rèn)為是示例性的，而非限制性的。


圖l示出了具有多個拋光頭的拋光機的總體設(shè)計。 圖2示出了拋光頭的示意圖。
圖3示出了有圖案晶片用的晶片保持件和掩模的示意圖。 圖4示出了典型管芯上的帶臂的單個墊的示意圖。 圖5示出了漿料輸送系統(tǒng)的示意圖。
圖6示出了具有單個拋光頭的拋光機的總體設(shè)計(俯視圖)。
圖7示出了具有單個拋光頭的拋光機的總體設(shè)計(側(cè)視圖)。
圖8示出了單個拋光頭的示意圖。
圖9示出了保持拋光墊的盤的示意圖。
圖l()示出了驅(qū)動拋光墊保持件的凸輪的示意圖。
圖ll示出了 8"的晶片保持件的示意圖。
圖12示出了漿料評價器的示意圖。
圖13示出了為光刻(photolithographic )應(yīng)用而i殳計的六軸；茲懸浮(magnetic levitation )平臺的性能。
圖14示出了使用懸浮技術(shù)測量流體粘度的基本原理。
圖15示出了材料去除速率與墊和晶片之間的板間距離之
間的關(guān)系的模擬結(jié)果。
圖16示出了使用拋光帶的拋光機的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明能夠有效地且高效地使大晶片(12〃、 18〃及更大) 平坦化，具有對需要處理的單個管芯進行拋光并且容易控制晶 片內(nèi)的均勻性的能力，提供優(yōu)于傳統(tǒng)CMP拋光機的優(yōu)勢。本發(fā) 明的設(shè)計與傳統(tǒng)的拋光機設(shè)計的顯著不同在于需要處理的每個 單獨管芯。
通過采用具有墊的單個拋光頭或者具有拋光頭的多個臂處 理晶片表面上的一個管芯或者多個管芯來實現(xiàn)本發(fā)明的若干方 面。另外，晶片是固定的。傳統(tǒng)的CMP拋光機采用大的單個墊， 但是僅部分墊被用作拋光區(qū)域。利用該平臺，難以在不增加墊 尺寸和拋光機的占地面積(footprint)的情況下處理越來越大 的晶片。本發(fā)明通過切換晶片和墊的相對位置并且采用均配備 有小墊的一組拋光頭來克服該困難。因此，根據(jù)本發(fā)明的拋光 機的占地面積僅是傳統(tǒng)拋光機的尺寸的大約1/20。此外，晶片 保持件可以容易地升級以容納更大的晶片。更具體地，新拋光 機無需任何另外的資金投資就可以成比例縮小到對2〃的晶片 進行拋光以及成比例增加到對18〃的晶片進行處理。由于該擴 展，該拋光機的擁有成本將比傳統(tǒng)拋光機的成本顯著降低。與 傳統(tǒng)設(shè)計的相應(yīng)部件相比，由于無需提供大臺板和重晶片承載 件的運動，新拋光機的能耗將顯著降低。
如圖l所示，由分別在管芯上并行作業(yè)且在底部具有小塊的墊的許多小臂來實現(xiàn)本發(fā)明的一個實施例。如圖2所示，將
這些臂固定到具有與晶片上的管芯的數(shù)量相同數(shù)量的孔的盤。 每個臂對應(yīng)于根據(jù)與孔對應(yīng)的管芯的處理要求可以固定或者移 除該臂的孔。用具有機械桿的電動機驅(qū)動該盤以進行擺動運動。
因此，如圖3和圖4所示，每個墊在對應(yīng)的管芯表面上也以相同 的方式運動。圖4還示出單個墊在典型的管芯上的運動，在拋 光期間，墊與晶片之間的相對速度和中心位置被機械控制并且 被計算機程序改變。這些改變的平均凈效果是使晶片上的每個 部位從所有方向體驗(experience)拋光帶。
如圖5所示，漿料被單獨供給到有圖案的晶片上的每個管 芯，并且可以根據(jù)需要停止?jié){料輸送。在晶片保持件的周圍設(shè) 計漿料收集系統(tǒng)，從而在需要收集用過的漿料用于進一步分析 的情況下收集用過的漿料。在傾斜的新拋光機上進行本發(fā)明的 拋光處理的操作，以在晶片表面上設(shè)置更好的漿料流動機構(gòu)， 但不限于此。可以由高度可被調(diào)節(jié)到所需水平的可調(diào)節(jié)腿來獲 得本發(fā)明的傾斜，但不限于此。晶片表面的傾斜角度可以是IO 度至4 5度。由位于每個臂的端部處的壓力控制單元來實現(xiàn)壓力 控制?？梢酝ㄟ^在每次作業(yè)后用具有與晶片的尺寸相同的尺寸 的調(diào)整盤代替晶片來進行墊的調(diào)整。
如圖6所示，本發(fā)明的實施例的另 一例子是使用單個拋光 頭和晶片保持件?？梢酝ㄟ^分別沿X方向和Y方向調(diào)節(jié)桿來調(diào)節(jié) 拋光頭和晶片二者的位置。圖IO和圖12示意性示出兩個位置調(diào) 節(jié)桿的具體設(shè)計。兩個調(diào)節(jié)桿的組合使得拋光頭可以到達晶片 表面上的任何期望被拋光的管芯。拋光頭與位于被固定到調(diào)節(jié) 桿的容器內(nèi)的電動才幾連接。如圖7所示，可以由4旭光頭內(nèi)部的 多個壓力控制單元來控制拋光處理期間的向下力。如圖8所示， 保持墊的盤沿半徑是3mm至10mm的小軌道移動，從而墊上的過改變電動機速度和軌道半徑來調(diào)節(jié)墊與晶片之間的相對速 度。如圖9所示，可以由中心相對于電動^L的軸線^"位的凸輪
來實現(xiàn)墊的軌道運動，但不限于此。如圖10所示，可以更換晶
片保持件，使不同尺寸的晶片保持件用于不同尺寸的晶片。相 應(yīng)地，也可以根據(jù)晶片尺寸的需求更換用于拋光頭和晶片的位 置調(diào)節(jié)桿。但是僅使用一個拋光機。由位于晶片保持件附近的 單獨調(diào)整盤來實現(xiàn)墊的調(diào)整，并且可以由拋光頭調(diào)節(jié)桿給出墊
的位置(圖IO)。對于無圖案的晶片，在晶片表面上總共有七 個拋光區(qū)域；對于有圖案的晶片，有多達十個拋光區(qū)域。這樣， 有效且高效地提高晶片的利用。在拋光處理期間，僅晶片表面 上的拋光區(qū)域被露出而其余區(qū)域被特別設(shè)計的掩模覆蓋和保 護。此外，由晶片保持件提供漿料收集通道，以收集用過的漿 料用于進一步分析?？梢杂筛叨瓤杀徽{(diào)節(jié)到所需水平的可調(diào)節(jié) 腿來實現(xiàn)本發(fā)明的傾斜，但不限于此。
在本發(fā)明的實施例中，單個臂可以具有多種類型的墊，例 如，用于銅拋光的石更墊和用于阻擋物拋光的軟墊。無需具有多 個臺板。顯著地節(jié)省空間并且增加產(chǎn)量。由于各個管芯被單獨 拋光時，因此，管芯之間不存在交叉污染的問題。整體缺陷將 被局部化。不會出現(xiàn)類似傳統(tǒng)拋光機上經(jīng)常發(fā)生的缺陷傳播。
如圖11所示，拋光頭的一個變化是用更軟、更柔韌的拋光 帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固體剛性墊。使用拋光帶比使用拋光墊具有多個 優(yōu)點。拋光帶可以被制造成含有如軟質(zhì)磨料、可釋放的化學(xué)品、 表面活性劑等各種化學(xué)成分?？梢酝ㄟ^在原處存在這些成分來 提高拋光性能。更容易清潔、凈化和重新使用拋光帶。使用拋 光帶的拋光機的操作可以更加自動化和連續(xù)。當(dāng)使用拋光帶時 還有另外兩個變化。
一個變化是使用輥來保持和引導(dǎo)拋光帶。由輥的斗黃向移動來確定向下力和相對拋光速度。由于輥與晶片 之間的絕對接觸面積較小，因此，輥必須橫向移動以增加接觸 表面積。
由輥的尺寸確定轉(zhuǎn)動速度。例如，如果期望線速度是l.O 米/秒并且輥的直徑是10mm,則轉(zhuǎn)動速度應(yīng)該是大約600rpm 。 作為輥方法的可選方案，也可以使用具有低摩擦表面的固體塊 來朝向晶片引導(dǎo)拋光帶。可以由磁懸浮電流來調(diào)節(jié)拋光帶與晶 片之間的間隙。推斥電流可以在拋光帶與晶片之間產(chǎn)生實際間 隙。這對于漿料的靜態(tài)和動態(tài)蝕刻速率的測量特別有用。吸引 電流可以在拋光帶與晶片之間施加期望的壓力。該向下力可以 在0.01psi至10psi的范圍中。這對于使用軟脆的低K電介質(zhì)材 料的晶片的拋光特別有用。此外，可以用多孔質(zhì)材料代替固體 塊，可以通過該多孔質(zhì)材料施加正氣壓。材料的多孔性可以導(dǎo) 致引導(dǎo)塊與拋光帶之間的小間隙。塊與拋光帶之間的間隙可以 消除由塊和拋光帶之間的摩擦造成的復(fù)雜情況，并且可以在微 觀層面上使拋光帶與晶片之間更緊密地接觸。
本發(fā)明的另 一變化是使用所述裝置來評價漿料及漿料在拋 光處理時的性能。圖12中示出了一個例子，在該例子中，具有 可調(diào)節(jié)容積的漿料室容納拋光墊用承載件和晶片用承載件。
圖12示出漿料評價器的示意圖，該漿料評價器可被用來表 現(xiàn)以下特征拋光漿料的粘度、存在漿料時墊與晶片之間接觸 時的摩擦、各種流體運動的靜態(tài)蝕刻速度、墊與晶片接觸時的 去除速率以及各種低的向下力。在拋光期間，墊承載件與晶片 承載件之間的相對速度和距離被機械控制并且被計算機程序改 變。這些改變的平均凈效果是使晶片上的每個部位從所有方向 體驗墊。
兩個承載件可以垂直定位，并且可以以可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)動速度
13彼此反向轉(zhuǎn)動?？梢杂删哂杏行芊庖苑乐?jié){料干擾的單一 DC電動機驅(qū)動兩個承載件。典型地，晶片用承載件的橫向位置被
固定。墊的橫向位置可調(diào)節(jié)。可以利用與電動機A連接的第二
電動機完成調(diào)節(jié)。用于控制的更期望的機構(gòu)是通過磁懸浮電流。
如美國專利No.6，750，625等多個專利示教了以滿足光刻要求的精確方式控制平臺的磁懸浮機構(gòu)的設(shè)計和應(yīng)用(圖13-由C.H.Meng和Z.P.Zhang公布的關(guān)于在半導(dǎo)體工業(yè)中為光刻應(yīng)用而設(shè)計的六軸磁懸浮平臺的能力的工作的再現(xiàn))。
另外，如美國專利No.6，559，567等專利示教了電磁轉(zhuǎn)動驅(qū)動的設(shè)計和應(yīng)用。更具體地，Schob等人示教了在電磁轉(zhuǎn)動裝置中使用傳感器配置來測量如粘度等流體特性(美國專利No.6,355，998 )。在本發(fā)明的裝置中，可以實現(xiàn)電^茲-沒計來控制墊承載件的橫向運動和轉(zhuǎn)動運動。當(dāng)以足夠遠的距離保持墊和晶片時，由墊在晶片膜上的運動造成的千擾最小。在該條件下測量的去除速率可以被認(rèn)為是靜態(tài)蝕刻速率或者接近靜態(tài)蝕刻速率。主要由于漿料粘度導(dǎo)致對墊承載件的運動施加阻力。當(dāng)墊與晶片承載件之間的距離變小時，由墊在晶片表面上的運動產(chǎn)生的干擾明顯有助于流體的傳送。在該環(huán)境下測量的去除速率應(yīng)被認(rèn)為是動態(tài)蝕刻速率。當(dāng)墊與晶片表面開始接觸時，晶片表面上的材料去除將顯著增加。隨著晶片與墊之間的相對壓力增加，材料去除將增加。如圖14所示，去除速率可以最終達到其穩(wěn)定水平(由Levitronix技術(shù)公布的測量流體粘度的圖的再現(xiàn)(美國專利No.6,640,617 ))。
初始斜率和截距說明了漿料的靜態(tài)蝕刻特性。第二斜率和截距說明了漿料對晶片膜的拋光特性。這兩組信息的組合可以提供關(guān)于該漿料的平坦化能力的有價值的結(jié)論。不能直接利用無圖案的晶片和當(dāng)前拋光機獲得該信息。圖16中的拋光機的示意圖也示出了使用拋光帶代替拋光墊，在拋光期間，拋光帶中心與晶片上的管芯之間的相對速度和位置被機械控制并且被計算機程序改變。這些改變的平均凈效果是使晶片上的每個部位從所有方向體驗拋光帶。
本發(fā)明的其它優(yōu)點包括以下方面，^旦不限于以下方面
(1) 容易實現(xiàn)完整的E-CMP。將不存在電接觸損失的問題，從而可以充分利用ECM的優(yōu)點；
(2) 可以實現(xiàn)所有類型的端點;險測系統(tǒng)。與傳統(tǒng)拋光機不同，容易實現(xiàn)光、電或者摩擦端點檢測系統(tǒng)。將不存在漿料千擾問題。每個管芯將具有自己的端點檢測系統(tǒng)。如果存在反饋回路控制，則由于每個管芯可以一到達端點就停止拋光，因此對于過拋光不再有需求。
(3) 對于中間層電介質(zhì)拋光，期望具有整體平坦性修正。盡管晶片仍將保持靜止，但是將出現(xiàn)單一軌道拋光輪。在臂的作用下，該拋光輪的獨特設(shè)計對多數(shù)區(qū)域具有相同的線速度。當(dāng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計時，用單一拋光頭就能達到整體平坦性。
(4) 更高的生產(chǎn)率。不會由于墊調(diào)整、墊更換以及墊的移位調(diào)整等出現(xiàn)停機時間。在更換晶片期間，同時調(diào)整墊。
(5) 由于墊的尺寸小，因此墊的成本將遠小于傳統(tǒng)拋光機中的墊的成本。此外，消除了由于調(diào)整導(dǎo)致的墊內(nèi)不均勻性。并且，在晶片切換期間可以容易地更換墊。
用以下編號的段落進一步說明本發(fā)明1. 一種對基板的表面進行化學(xué)機械拋光以去除基板的表面的選定部分的方法，該方法包括
(i) 使基板的至少部分表面與拋光墊保持滑動摩擦接觸，直到去除基板的表面的選定部分；
(ii) 使用具有小塊商業(yè)CMP墊或仍未商業(yè)化使用的CMP墊的單個拋光頭對包括 一 個以上的管芯的無圖案/有圖案的晶
片上的一個區(qū)域進行拋光；以及
(iii)使用每個拋光臂與有圖案的晶片上的管芯對應(yīng)的多臂拋光頭對有圖案的晶片進行拋光。
2. 根據(jù)段落l所述的方法，其特征在于，對期望被拋光的有圖案的晶片上的管芯進行處理，并且由遮蓋物或者掩模保護其余管芯。
3. 根據(jù)段落l所述的方法，其特征在于，由具有多個墊的單個拋光頭或者多臂拋光頭對基板的僅部分表面進行拋光，同時保護將被拋光的基板的表面的其余區(qū)域不被拋光。
4. 一種用于對基板的表面進行化學(xué)機械拋光以去除基板的表面的選定部分的裝置，該裝置包括
(i) 固定臺板，其保持將被拋光的晶片，晶片保持件可改變，并且保持件的尺寸可調(diào)節(jié)成適合不同尺寸的晶片；
(ii) 凸輪，其相對于電動機軸錯位，以使拋光墊進行軌道運動，并且在墊上的每個點與將被拋光的區(qū)域之間實現(xiàn)相同的相對速度；
(iii) 用于在單個管芯的表面上提供擺動運動的裝置；
(iv) 保持多臂拋光頭系統(tǒng)的盤；
(v) 漿料輸送系統(tǒng)，其中，漿料可以被單獨供給到有圖案的晶片上的各個管芯；
(vi) 雙電動機系統(tǒng)， 一個電動機使保持第二電動機的盤轉(zhuǎn)動，第二電動機使墊以與第一電動機相同的轉(zhuǎn)動速度和相同的方向轉(zhuǎn)動，從而在墊上的每個點與將被拋光的區(qū)域之間實現(xiàn)相同的相對速度；
(vii) 雙桿調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其用于控制拋光頭和晶片的位置，從而可以對有圖案的晶片上的所有管芯進行拋光；(Viii)用于使整個裝置傾斜的可調(diào)節(jié)腿；
(ix) 收集用過的漿料的漿料收集系統(tǒng)；以及
(x) 可更換的墊調(diào)整盤。
5. 根據(jù)段落4所述的裝置，其特征在于，漿料輸送系統(tǒng)的管平行分布。
6. —種用于評價漿料的性能和特性的裝置，該裝置包括漿料室；轉(zhuǎn)動晶片承載件，其被豎直放置并且橫向移動被固定；轉(zhuǎn)動墊承載件，其可沿其橫向軸線運動；測量原處的膜厚度變化的傳感器；以及測量對墊承載件的轉(zhuǎn)動運動施加的阻力的傳感器。
7. 根據(jù)段落6所述的裝置，由DC電動機實現(xiàn)墊承載件和晶片承載件的 一黃向運動和轉(zhuǎn)動運動。
8. 根據(jù)段落6所述的裝置，通過使用磁懸浮系統(tǒng)實現(xiàn)墊承載件的才黃向運動和專爭動運動。
9. 根據(jù)段落6所述的裝置，由金屬膜用的14點探針或者渦流系統(tǒng)測量膜厚變化。
10. 根據(jù)段落9所述的裝置，其特征在于，膜是電介質(zhì)膜并且由光學(xué)傳感器進行測量。
11. 根據(jù)段落10所述的裝置，其特征在于，同時使用用于測量金屬和非金屬的膜厚度變化的聲敏傳感器。
12. —種利用用于IC晶片處理的拋光帶的拋光機，該拋光機包括漿料輸送系統(tǒng)、拋光帶管理系統(tǒng)、拋光帶用引導(dǎo)系統(tǒng)以及用于拋光帶清潔、調(diào)整和再使用的任選系統(tǒng)。
13. 根據(jù)段落12所述的拋光機，拋光帶可以由天然材料、處理過的天然材料或者合成材料制成。處理過的天然材料包括但不限于絲、棉和紙。拋光帶可以由如聚乙烯、聚丙烯及聚苯乙烯等完全合成材料制成。拋光帶材料可以是疏水的或者親水的。這些材料可以制成多孔的或者無孔的。此外，拋光帶可以含有 如配位劑、催化劑、表面活性劑、滑潤劑及/或磨粒等可釋放材 料。拋光帶還可以含有可以與漿料和晶片膜起化學(xué)反應(yīng)的官能團。
14. 根據(jù)段落12所述的拋光機，其特征在于，拋光帶管理系統(tǒng) 可以包括但不限于在拋光帶剛要到達晶片之前控制拋光帶張 力、拋光帶運動、拋光帶清潔、拋光帶調(diào)整、臨時圖案的凸起 的機構(gòu)，以及允許隨意使用拋光帶的任 一 側(cè)的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。
15. 根據(jù)段落12所述的拋光機，其特征在于，拋光帶引導(dǎo)系統(tǒng) 可以包括控制拋光帶與晶片之間的距離的固體輥或者固體塊。 當(dāng)固體塊用來引導(dǎo)晶片與拋光帶之間的相對距離時，固體塊可 以含有響應(yīng)懸浮電流的磁'性材料，該懸浮電流可以在拋光帶與 晶片之間產(chǎn)生間隙。電磁電流也可以控制拋光帶與晶片之間的 相對壓力。在另一優(yōu)選實施例中，引導(dǎo)塊也可以是多孔的并且 允許氣流通過。結(jié)果，排出的氣流將在引導(dǎo)塊與拋光帶之間產(chǎn) 生小間隙。該間隙是可調(diào)節(jié)的。
應(yīng)該理解，能夠以各種其它組合使用本發(fā)明，并且能夠在 如本文所述的本發(fā)明的構(gòu)思的范圍內(nèi)對本發(fā)明進行修改和變 型。
權(quán)利要求
1. 一種對基板的表面進行化學(xué)機械拋光以去除所述基板的所述表面的選定部分的方法，該方法包括(i)使所述基板的至少部分表面與拋光墊保持滑動摩擦接觸，直到去除所述基板的所述表面的所述選定部分；(ii)使用具有小塊商業(yè)CMP墊或仍未商業(yè)化使用的CMP墊的單個拋光頭對包括一個以上的管芯的無圖案/有圖案的晶片上的一個區(qū)域進行拋光；以及(iii)使用每個拋光臂與有圖案的晶片上的管芯對應(yīng)的多臂拋光頭對所述有圖案的晶片進行拋光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，對期望被拋 光的有圖案的晶片上的管芯進行處理，并且由遮蓋物或者掩模 保護其余管芯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，由具有多個 墊的單個拋光頭或者多臂拋光頭對所述基板的僅部分表面進行
4. 一種用于對基板的表面進行化學(xué)機械拋光以去除所述 基板的所述表面的選定部分的裝置，該裝置包括(i) 固定臺板，其保持將被拋光的晶片，晶片保持件可改(ii) 凸輪，其相對于電動機軸錯位，以使拋光墊進行軌 道運動，并且在墊上的每個點與將被拋光的區(qū)域之間實現(xiàn)相同 的相對速度；(iii) 用于在單個管芯的表面上提供擺動運動的裝置；(iv) 保持多臂拋光頭系統(tǒng)的盤；(v) 漿料輸送系統(tǒng)，其中，漿料可以被單獨供給到有圖 案的晶片上的各個管芯；(vi) 雙電動機系統(tǒng)， 一個電動機使保持第二電動機的盤轉(zhuǎn)動，第二電動機使墊以與第 一 電動機相同的轉(zhuǎn)動速度和相同的方向轉(zhuǎn)動，從而在墊上的每個點與將祐:拋光的區(qū)域之間實現(xiàn)相同的相對速度；(vii) 雙桿調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其用于控制拋光頭和晶片的位置， 從而可以對有圖案的晶片上的所有管芯進行拋光；(viii) 用于使整個裝置傾斜的可調(diào)節(jié)腿；(ix) 收集用過的漿料的漿料收集系統(tǒng)；以及(x) 可更換的墊調(diào)整盤。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述漿料輸 送系統(tǒng)的管平行分布。
6. —種用于評價漿料的性能和特性的裝置，該裝置包括.-漿料室；轉(zhuǎn)動晶片承載件，其豎直放置并且橫向移動被固定； 轉(zhuǎn)動墊承載件，其可沿其橫向軸線運動；測量原處的膜厚度變 化的傳感器；以及測量對墊承載件的轉(zhuǎn)動運動施加的阻力的傳 感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，由DC電動機實現(xiàn)所述墊和 所述晶片承載件的橫向運動和轉(zhuǎn)動運動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，通過使用磁懸浮系統(tǒng)實現(xiàn) 所述墊承載件的橫向運動和轉(zhuǎn)動運動。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，由金屬膜用的14點探針或 者渦流系統(tǒng)測量膜厚變化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，膜是電介質(zhì) 膜并且由光學(xué)傳感器進行測量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，同時使用 用于測量金屬和非金屬的膜厚度變化的聲敏傳感器。
12. —種利用用于IC晶片處理的拋光帶的拋光機，該拋光 機包括漿料輸送系統(tǒng)、拋光帶管理系統(tǒng)、拋光帶用引導(dǎo)系統(tǒng)以及用于拋光帶清潔、調(diào)整和再使用的任選系統(tǒng)。
13. 根據(jù)4又利要求12所述的拋光機，所述拋光帶可以由天然材料、處理過的天然材料或者合成材料制成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的拋光機，其特征在于，所述拋 光帶管理系統(tǒng)是從由在所述拋光帶剛要到達所述晶片之前控制 拋光帶張力、拋光帶運動、拋光帶清潔、拋光帶調(diào)整、臨時圖 案的凸起的機構(gòu)，以及允許隨意使用所述拋光帶的任一側(cè)的翻 轉(zhuǎn)機構(gòu)構(gòu)成的組中選#^的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的拋光機，其特征在于，所述拋 光帶引導(dǎo)系統(tǒng)可以包括控制拋光帶與晶片之間的距離的固體輥 或者固體塊。
全文摘要
說明一種用于化學(xué)機械平坦化處理的新型拋光機。該拋光機設(shè)計可以具有許多變化。對于處理過程和消耗品評價，可以在單個管芯或者部分晶片上進行CMP處理。試驗晶片的尺寸可以小到2″以及大到18″。此外，在單次實驗中，多個變量可以表現(xiàn)漿料的如下特征靜態(tài)蝕刻速率、動態(tài)蝕刻速率、材料去除速率以及粘度。對于制作層面的晶片處理，通過使用多臂拋光頭或者在拋光頭的底部具有小塊的墊的單個拋光頭來實現(xiàn)對晶片表面上的所有管芯進行化學(xué)機械拋光?？梢匀菀椎乜刂凭瑑?nèi)的均勻性，并且可以容易地成比例增加或者成比例縮小設(shè)備。在制作層面上，本發(fā)明的設(shè)計可以顯著降低晶片處理的成本，在研究和研制層面上，本發(fā)明的設(shè)計可以進行消耗品的評價。
文檔編號B24B37/04GK101484979SQ200780016010
公開日2009年7月15日 申請日期2007年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月3日
發(fā)明者奎格·伯克哈德, 李玉卓, 秦慶軍 申請人:圣勞倫斯納米科技有限公司