專利名稱：用于適應(yīng)性拋光的方法和設(shè)備的制作方法
用于適應(yīng)性拋光的方法和設(shè)備優(yōu)先權(quán)本申請(qǐng)要求2009年11月30日提交的、題為“Methods and Apparatus forConformable Polishing”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/265154以及在2010年4月13日提交的、題為 “Method and Apparatus for Conformable Polishing” 的美國(guó)申請(qǐng) 12/759，214的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于使用化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)對(duì)基底進(jìn)行拋光、更具體地是對(duì)半導(dǎo)體晶片或瓦片、絕緣基底上的半導(dǎo)體或玻璃基底上的半導(dǎo)體進(jìn)行適應(yīng)性CMP拋光的方法和設(shè)備。已使用CMP處理和設(shè)備來(lái)對(duì)諸如用作固態(tài)電子裝置的基底的半導(dǎo)體晶片之類的基底進(jìn)行拋光。已使用高電氣性能的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)技術(shù)、即經(jīng)工程設(shè)計(jì)的多層半導(dǎo)體基底來(lái)用于CPU的高性能薄膜晶體管，并且可用于太陽(yáng)能電池和平板顯示器，例如主動(dòng)矩陣液晶(AMIXD)和有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器。SOI結(jié)構(gòu)或基底包括絕緣半導(dǎo)體材料上的基本上單晶半導(dǎo)體薄層。例如，SOI基底可包括絕緣非晶或多晶硅材料上的單晶硅薄層。較不昂貴的玻璃或玻璃陶瓷材料可用于形成絕緣或操作基底，來(lái)替代更昂貴的半導(dǎo)體材料，由此在適用于顯示器、傳感器、光伏應(yīng)用、太陽(yáng)能電池以及其它應(yīng)用的玻璃“S0G”基底上產(chǎn)生單晶硅(或其它單晶半導(dǎo)體材料)。SOG基底可被認(rèn)為是SOI基底的子集。除非本文中另有陳述或描述，則本發(fā)明所包含的對(duì)SOI產(chǎn)品和處理的所有描述均意指包括SOG產(chǎn)品和處理以及其它類型的SOI產(chǎn)品和處理。獲得SOI基底所需的薄半導(dǎo)體層的一種方式是使硅(Si)在晶格匹配基底上外延生長(zhǎng)。一替代處理包括將單晶硅晶片粘結(jié)于其上生長(zhǎng)有SiO2氧化層的另一硅晶片，接下來(lái)通過(guò)拋光或蝕刻，將頂部晶片減小至例如0. 05微米至0. 3微米的單晶硅層。又一方法包括對(duì)于諸如氫、氦或氧離子的離子注入，從而(a)在氧離子注入的情形下，在頂上覆有Si的硅晶片中形成隱埋氧化層，或者(b)在氫或氦離子注入的情形下，在硅施主晶片中形成弱化層，以從施主晶片中分離(剝離)出用于膜的薄Si層。這些處理已用于從施主晶片中分離出硅或其它半導(dǎo)體材料的薄層或薄膜，并將該薄膜轉(zhuǎn)移成操作或絕緣基底來(lái)產(chǎn)生SOI基底。這些處理在本文簡(jiǎn)稱為“離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理”或簡(jiǎn)稱為“薄膜轉(zhuǎn)移處理”。
已使用若干方法來(lái)在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理中從施主晶片中分離出薄層或薄膜，并將硅層粘結(jié)至絕緣基底。美國(guó)專利5，374，564和6，013，563披露了一種熱粘結(jié)和分離薄膜轉(zhuǎn)移處理來(lái)產(chǎn)生SOI基底，其中致使注入離子的單晶硅施主晶片與絕緣半導(dǎo)體基底或操作晶片的表面接觸。然后，施加熱量、例如熱能，來(lái)將施主晶片熱粘結(jié)于操作晶片，并從施主晶片中分離出薄硅層，由此留下熱粘結(jié)于操作晶片的單晶硅(或其它單晶硅半導(dǎo)體材料)薄膜。美國(guó)專利7，176，528披露了一種陽(yáng)極粘結(jié)和分離離子注入的薄膜轉(zhuǎn)移處理來(lái)產(chǎn)生SOG基底，其中致使注入離子的單晶硅施主晶片與絕緣玻璃或玻璃陶瓷基底的表面接觸。對(duì)晶片和玻璃基底施加熱量和電壓(還可施加壓力)，來(lái)將晶片陽(yáng)極地粘結(jié)于玻璃基底，并從晶片中分離出薄硅層，由此留下陽(yáng)極地粘結(jié)于玻璃基底的單晶硅(或其它單晶硅半導(dǎo)體材料)的薄膜。在SOG處理中，在從施主半導(dǎo)體晶片中移除硅(或其它半導(dǎo)體材料)的第一薄層或薄膜之后,這可僅僅移除200納米至800納米的材料層，而留下大約99 %或以上的施主半導(dǎo)體晶片。由于單晶硅和其它半導(dǎo)體材料的相對(duì)較高成本，因而希望盡可能多次重復(fù)使用施主晶片的剩余部分以降低材料成本。可通過(guò)如下方式來(lái)產(chǎn)生大面積的SOI結(jié)構(gòu)在單個(gè)絕緣基底(例如玻璃或玻璃陶瓷材料的顯示等級(jí)板)上排列多個(gè)側(cè)向設(shè)置的單個(gè)矩形施主晶片(或“瓦片”)，從瓦片中分離出多個(gè)薄的矩形半導(dǎo)體層，并且將這些薄層粘結(jié)至絕緣基底(本文稱為“蓋瓦”的處理)。使用多個(gè)施主晶片或瓦片通過(guò)重復(fù)使用這些施主晶片可實(shí)現(xiàn)大大地節(jié)省成本。在離子分離薄膜轉(zhuǎn)移處理中，在從施主半導(dǎo)體晶片中分離出層之后，施主晶片和SOI基底的剝離或分解出的表面包括來(lái)自于注入處理的殘余離子和由于注入和分離處理的結(jié)晶受損。為了重復(fù)使用施主半導(dǎo)體晶片，需要通過(guò)對(duì)剝離的表面進(jìn)行固化和移除，以將該半導(dǎo)體晶片恢復(fù)成相對(duì)無(wú)損害并且無(wú)離子污染的狀態(tài)，來(lái)對(duì)晶片進(jìn)行整修或更新。類似地，為了對(duì)所產(chǎn)生的SOI基底提供所希望的電氣性能，需要對(duì)SOI基底的剝離表面的離子污染和受損外層進(jìn)行更新或移除。已使用傳統(tǒng)的CMP技術(shù)來(lái)移除施主晶片和SOI基底的離子污染和受損外層。雖然CMP技術(shù)經(jīng)良好地證明，并且可易于獲得現(xiàn)有的設(shè)備，但在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理中重復(fù)使用半導(dǎo)體的情形下，存在與現(xiàn)有CMP技術(shù)相關(guān)的多個(gè)缺點(diǎn)。圖I是傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)裝置的示意圖，其中工件I使用真空/抽吸或表面張力而安裝在載體或拋光頭部3上。晶片的露出表面壓靠于拋光墊5,該拋光墊可以是標(biāo)準(zhǔn)墊或固定磨蝕墊并且安裝在剛性轉(zhuǎn)臺(tái)7上，以在磨蝕墊和晶片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)墊具有耐久的粗糙表面，而固定磨蝕墊具有保持在容納介質(zhì)中的磨蝕顆粒。拋光漿液、包括化學(xué)反應(yīng)試劑(并且如果使用標(biāo)準(zhǔn)墊的話包括磨蝕顆粒)施加于拋光墊的表面。載體頭部在基底I上提供可控載荷、即壓力，以將該基底推靠于拋光墊5。為了在橫貫晶片的表面實(shí)現(xiàn)更均勻的拋光，可在拋光頭部中設(shè)有在晶片背面上施加均勻壓力的機(jī)構(gòu)，并且在拋光頭部3和轉(zhuǎn)臺(tái)之間可設(shè)有往復(fù)的、擺動(dòng)的或軌道運(yùn)動(dòng)。CMP處理提供較高的拋光率以及不具有顯著大規(guī)模表面形貌(例如，基本上平面/平坦)和小規(guī)模表面粗糙度(例如，基本上光滑)的所得平坦平面基底表面。如圖I所示，傳統(tǒng)的CMP處理將拋光壓力施加于具有有限彈性模量的相對(duì)剛性工件(例如，SOI制造處理情形中的半導(dǎo)體施主晶片)的背面。此種壓力施加方法橫貫晶片表面產(chǎn)生不均勻的壓力分布。圖2中的線A繪制在傳統(tǒng)CMP系統(tǒng)中進(jìn)行拋光的過(guò)程中、對(duì)橫貫圓形晶片的壓力分布進(jìn)行有限元分析的結(jié)果。在圖2中可見(jiàn)，拋光壓力在中部最高，而在晶片邊緣處減小至零。此種不均勻的壓力分布橫貫晶片表面產(chǎn)生不均勻的材料移除，而不均勻的材料移除會(huì)影響經(jīng)拋光晶片的平整度。用于SOI應(yīng)用的半導(dǎo)體施主晶片的平整度或平面度是嚴(yán)格的，并且通常如下范圍內(nèi)，在幅度上小于5pm (5000nm)的變化并且在間距、例如峰與峰的距離上超過(guò)20mm。由于采用傳統(tǒng)CMP處理而產(chǎn)生的不均勻材料移除，因而須從施主晶片的剝離表面中移除過(guò)量材料，以對(duì)施主晶片的表面進(jìn)行充分地更新，來(lái)重復(fù)地用于傳統(tǒng)的CMP處理。例、如，如果需要從施主晶片的剝離表面移除0. 150微米(150nm)的實(shí)際損害和污染層，為了確保損害和污染層已完全從施主晶片的整個(gè)表面移除，考慮到CMP規(guī)定的前述不均勻特征，則需要從施主晶片移除至少1.0微米(lOOOnm)。因此，需要移除實(shí)際損害厚度六倍以上的厚度，以確保移除所有的損害和污染層，而這會(huì)造成高度浪費(fèi)并大大不利于成本效益。傳統(tǒng)的CMP處理在對(duì)諸如矩形施主晶片或瓦片之類具有尖銳角部的非圓形半導(dǎo)體晶片或SOI基底進(jìn)行拋光時(shí)具有尤其不利的結(jié)果，而在進(jìn)行蓋瓦來(lái)產(chǎn)生大面積SOI和SOG基底時(shí)可使用此種非圓形半導(dǎo)體基片或SOI基底。由于在矩形施主晶片的角部處的較高拋光速度和不均勻拋光壓 力，因而前述不均勻材料在這些位置處移除放大，與晶片中部相比，這會(huì)在晶片的角部處產(chǎn)生更快的材料移除。這稱作“枕頭”或“枕形效果”，這是由于矩形施主晶片呈現(xiàn)非平面的枕狀形狀，此種形狀在矩形施主晶片或瓦片的角部處具有與中心區(qū)域相比減小的厚度。通過(guò)此種CMP規(guī)定對(duì)于矩形施主晶片的多次重復(fù)使用使枕形效果倍增，致使給定晶片的重復(fù)使用壽命循環(huán)過(guò)早結(jié)束，這是由于表面幾何形狀(尤其是角部附近)因枕形效果而偏離可接受的重復(fù)使用功能限度。因此，使用傳統(tǒng)的CMP技術(shù)來(lái)有效地重復(fù)使用矩形晶片的次數(shù)受限。因此，需要一種對(duì)半導(dǎo)體施主晶片、尤其是矩形半導(dǎo)體施主瓦片的表面進(jìn)行修整或更新的處理，此種處理會(huì)使施主晶片或施主瓦片可重復(fù)用在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移SOI制造處理中的次數(shù)增多。傳統(tǒng)的平面化CMP處理和設(shè)備通常在用于對(duì)其上具有極薄層的基底、例如SOI基底進(jìn)行拋光時(shí)是不盡如人意的。圖3 (未按比例繪制)示意地示出SOG基底11，該基底例如可用作用于液晶顯示器(IXD)或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示板、傳感器、光伏應(yīng)用、太陽(yáng)能電池等的底板基底。SOG基底包括玻璃或玻璃陶瓷的絕緣基底13。與SIO處理中的半導(dǎo)體晶片相比并且與SOG基底上的薄半導(dǎo)體層相比，玻璃或玻璃陶瓷基底通常具有相對(duì)較大的表面形貌變化。例如，如圖3所示，玻璃基底可具有大規(guī)?；蜉^大的表面變化或起伏，該表面變化或起伏具有高點(diǎn)17和低點(diǎn)19并且具有大約20iim (20000nm)的幅度。然而，玻璃基底13上的半導(dǎo)體層15是與玻璃基底表面的大表面形貌相適應(yīng)的極其薄的材料層。這些薄的半導(dǎo)體層或膜通常具有在數(shù)百納米厚的量級(jí)上的厚度，該厚度比下方玻璃基底的具有20000納米的大表面形貌變化幅度薄數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理中，具有大約420nm初始厚度的半導(dǎo)體層15可從施主晶片轉(zhuǎn)移到玻璃基底上。然后，應(yīng)對(duì)此種“經(jīng)轉(zhuǎn)移”的層進(jìn)行削薄，以移除受離子污染和損害的外層，并且通過(guò)移除大約220nm的材料將該外層削薄至大約200nm的所希望最終厚度。因此，下方基底的表面形貌中的20 y m (20000nm)變化比最終硅(Si)層7的200nm厚度大約大100倍并且比為獲得所希望的最終200nm的層厚而須移除的220nm材料層的厚度大約大100倍。當(dāng)使用傳統(tǒng)的平面化CMP拋光技術(shù)來(lái)對(duì)SOI基底11上的經(jīng)沉積硅層17削薄時(shí)，通常會(huì)從絕緣玻璃基底13上的大規(guī)模起伏的高點(diǎn)17不可接受地移除整個(gè)所沉積的硅層。例如，如果將SOG基底11削薄至圖3所示的線P所指的平面，則會(huì)從玻璃表面中的起伏的高點(diǎn)17移除整個(gè)硅層15，由此產(chǎn)生通過(guò)硅層15的孔。然而，所轉(zhuǎn)移的硅層15的受損和受污染的頂層在低點(diǎn)19之上仍保持不被接觸和削薄。為了避免移除各層的整個(gè)部分并在各層中產(chǎn)生孔，精加工設(shè)備應(yīng)在從薄膜15的起伏表面移除材料的同時(shí)補(bǔ)償該起伏表面或與該起伏表面適應(yīng)，使得橫貫該薄膜的表面基本上均勻地移除材料。共同擁有的待查公開(kāi)美國(guó)專利申請(qǐng)2008/029987IAl披露了一種適應(yīng)性拋光設(shè)備。
傳統(tǒng)的CMP技術(shù)也是相對(duì)昂貴的。傳統(tǒng)的CMP裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)拋光墊(具有一定的磨蝕特性)、漿液(也具有一定的磨蝕特性)以及轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤(pán)或頭部，該轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤(pán)或頭部用以將半導(dǎo)體晶片壓靠于拋光墊和漿液。為了在重復(fù)使用或所轉(zhuǎn)移的層削薄范圍中獲得具有令人滿意的表面特性的半導(dǎo)體晶片，需要多個(gè)設(shè)備裝置。例如，可需要具有變化侵蝕性的多個(gè)拋光墊。這需要人工處理步驟，以對(duì)給定的設(shè)備、或各自具有不同拋光墊的多個(gè)設(shè)備上的拋光墊進(jìn)行更換。任一方案會(huì)對(duì)制造處理增大設(shè)備成本和循環(huán)時(shí)間，并且不利地影響SOI基底在最終使用應(yīng)用中的商業(yè)耐久性。此外，應(yīng)一次將一個(gè)工件加載到拋光墊中。在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理中，SOI產(chǎn)品和由SOI基底制成的產(chǎn)品的最終成本由如下方面的能力所確定(a)有效地并且經(jīng)濟(jì)性地削薄并完成SOI基底，以及(b)重復(fù)使用(例如，更新或整修)施主半導(dǎo)體晶片多次。因此，需要一種高效且有效的“適應(yīng)性拋光處理”，用于在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理和其它薄膜制造處理中，對(duì)SOI或SOG基底上所轉(zhuǎn)移的薄膜進(jìn)行削薄。還存在如下需要，對(duì)于施主半導(dǎo)體晶片、尤其是矩形半導(dǎo)體施主瓦片盡可能多次進(jìn)行更新。還需要一種有效且可負(fù)擔(dān)的連續(xù)處理，用以對(duì)經(jīng)濟(jì)上批量生成的SOI基底的多個(gè)施主晶片和/或SOI基底進(jìn)行削薄和精加工。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在傳送器上以連續(xù)的處理對(duì)諸如硅晶片或硅瓦片和SOI基底之類的工件進(jìn)行拋光。所提出的處理使用該部件沿平行于拋光墊表面的方向的直線運(yùn)動(dòng)，來(lái)橫貫工件表面產(chǎn)生基本上均勻的速度，并且使用適應(yīng)性拋光墊來(lái)橫貫工件表面產(chǎn)生基本上均勻的壓力。根據(jù)本文所述拋光系統(tǒng)的一個(gè)方面，待拋光或精加工的工件安裝在傳送器上，并且可傳送通過(guò)多個(gè)拋光工位。拋光工位可至少包括大量材料移除第一拋光工位和精加工第二拋光工位。在大量材料移除工位，從工件表面相對(duì)快速地移除大量材料，然后在精加工工位或工位B，將工件表面拋光至所希望的光潔度。大量材料移除工位可包括拋光帶，該拋光帶沿垂直于晶片行進(jìn)方向的方向運(yùn)動(dòng)，并且適應(yīng)性地壓靠于晶片，用以相對(duì)快速地移除大量材料。該拋光帶可以是磨蝕帶，或者研磨劑能以CMP拋光漿液的形式施加于拋光帶和工件的交界部。在拋光工位或工位B處對(duì)晶片執(zhí)行精加工或拋光，該拋光工位包括位于轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部上的拋光墊，且該轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部具有加壓流體腔室，用以將拋光墊壓靠于晶片。諸如氧化鈰之類的拋光漿液供給至拋光墊和晶片之間的交界部，可對(duì)傳送器和拋光器的速度、拋光壓力以及拋光墊的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的移除率，同時(shí)產(chǎn)生良好的表面均勻性和光潔度。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，適應(yīng)性拋光設(shè)備包括大量材料移除工位；精加工拋光工位；傳送器，多個(gè)基底可釋放地聯(lián)接在傳送器上，且在連續(xù)的處理中，一次一個(gè)工件傳送通過(guò)大量材料移除工位和精加工工位；該大量材料移除工位包括運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性磨蝕帶,該磨蝕帶相對(duì)于傳送器定位，使得磨蝕帶與行進(jìn)通過(guò)大量材料移除工位的基底的頂面適應(yīng)性地接觸，其中橫貫該基底的整個(gè)寬度施加基本上均勻的拋光壓力和拋光時(shí)間，并且從基底的整個(gè)頂面均勻地移除材料；并且精加工工位包括轉(zhuǎn)動(dòng)的適應(yīng)性環(huán)形拋光墊，該拋光墊相對(duì)于傳送器定位，使得拋光墊與行進(jìn)通過(guò)精加工工位的基底的頂面適應(yīng)性地接觸，其中橫貫該基底的整個(gè)寬度施加基本上均勻的拋光壓力和拋光時(shí)間，并且從基底的整個(gè)頂面均勻地移除材料。該大量材料移除工位還可包括用于將磨蝕帶壓靠于工件表面的流體靜力壓力頭部。該流體靜力壓力頭部可包括杯形外殼和拋光漿液供給端口，該外殼具有緣邊，緣邊面向磨蝕帶并且與磨蝕帶隔開(kāi)，以在外殼的緣邊和磨蝕帶之間限定間隙，拋光漿液供給端口位于外殼中用以將拋光漿液供給至所述頭部的內(nèi)部并且使拋光漿液通過(guò)該間隙直至工件的表面，將間隙和漿液流量選定成在壓力頭部的內(nèi)部提供所希望的拋光壓力，用以將磨蝕帶壓靠于工件的表面。
流體靜力壓力頭部可包括拋光漿液供給端口，該拋光漿液供給端口位于外殼中；壓力頭部，該壓力頭部可垂直運(yùn)動(dòng)地安裝在所述外殼中，且緣邊由壓力頭部形成，并且壓力頭部將外殼的內(nèi)部分成第一壓力區(qū)域和第二壓力區(qū)域，該第一壓力區(qū)域位于壓力頭部和磨蝕帶之間，而第二壓力區(qū)域位于頭部和與供給端口連通的外殼之間；孔，該孔位于壓力頭部中并且使第一壓力區(qū)域與第二壓力區(qū)域連通，從而在拋光漿液在壓力下通過(guò)供給端口供給至第二壓力區(qū)域、通過(guò)該孔供給至第一壓力區(qū)域并通過(guò)間隙時(shí)，使第一壓力區(qū)域和第二壓力區(qū)域中的壓力均衡，由此在第一壓力區(qū)域中提供基本上恒定且均勻的壓力來(lái)抵靠于磨蝕帶的背側(cè)，以使磨蝕帶以基本上均勻且恒定的拋光壓力抵靠于工件的表面。精加工拋光工位還可包括轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器，該轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器具有安裝在其上的彈性適應(yīng)性環(huán)形拋光墊，用以接觸并且彈性地適應(yīng)于工件的表面。轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器還可包括轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部、空腔以及加壓流體供給通道，該空腔在環(huán)形拋光墊之后位于轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部中，而加壓流體供給通道與空腔連通，用于以受控的壓力將流體供給至空腔，并且將環(huán)形拋光墊以均勻壓力壓靠于聯(lián)接于基部的工件表面。供給導(dǎo)管可軸向地延伸通過(guò)拋光頭部的中部以及拋光墊的中部，用以將拋光漿液供給至拋光墊的中部。空腔可以是敞開(kāi)空腔，且彈性隔膜可跨過(guò)空腔并且將空腔密封地封閉，以在轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部中形成壓力空腔。環(huán)形拋光墊可安裝在彈性隔膜的外表面上。流體供給通道可在拋光頭部中與壓力空腔流通，用于以受控的壓力將流體供給至壓力空腔，從而使彈性隔膜膨脹并將環(huán)形拋光墊適應(yīng)地以均勻壓力壓靠于聯(lián)接于基部的工件表面。轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光器可包括心軸；轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部安裝在心軸的端部上；供給導(dǎo)管軸向地延伸通過(guò)心軸的中部；以及在彈性隔膜的中部存在限定彈性隔膜上內(nèi)周緣的孔，其中彈性隔膜的內(nèi)周緣密封地附連于供給導(dǎo)管的端部，使得拋光漿液通過(guò)供給導(dǎo)體供給至環(huán)形拋光墊的中部。精加工拋光工位可包括轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部；可膨脹彈性隔膜，該可膨脹彈性隔膜位于轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部的外表面上，且撓性環(huán)形拋光墊附連于可膨脹彈性隔膜的外表面；以及膨脹裝置，該膨脹裝置用于使彈性隔膜膨脹至受控壓力，并且以均勻的拋光壓力將拋光墊壓靠于工件表面。該大量材料移除工位還可包括用于將磨蝕帶壓靠于工件表面的流體靜力壓力頭部。該流體靜力壓力頭部還可包括杯形外殼和拋光漿液供給端口，該外殼具有緣邊，緣邊面向磨蝕帶并且與磨蝕帶隔開(kāi)，以在外殼的緣邊和磨蝕帶之間限定間隙，拋光漿液供給端口位于外殼中用以將拋光漿液供給至所述頭部的內(nèi)部并且使拋光漿液通過(guò)該間隙直至工件的表面，將間隙和漿液流量選定成在壓力頭部的內(nèi)部提供所希望的拋光壓力，用以將磨蝕帶壓靠于工件的表面。該大量材料移除工位可包括自補(bǔ)償?shù)牧黧w靜力壓力頭部，該流體靜力壓力頭部與其中一個(gè)運(yùn)動(dòng)帶流體連通，使得墊可操作，以在相關(guān)聯(lián)的壓力區(qū)域中控制運(yùn)動(dòng)帶和基底頂面之間的壓力。本發(fā)明還提供一種對(duì)工件的表面進(jìn)行適應(yīng)性拋光并且從該表面均勻地移除材料的方法，該方法包括將平坦工件安裝在傳送器上，并且使工件傳送通過(guò)大量材料移除工位和精加工工位；在該大量材料移除工位，使用連續(xù)的適應(yīng)性磨蝕帶從工件頂面移除材料，使得適應(yīng)性帶與工件的表面適應(yīng)，從而在工件行進(jìn)通過(guò)大量材料移除工位時(shí)，施加基本上均勻的拋光壓力并且從工件表面移除基本上均勻厚度的材料；以及在精加工工位，利用轉(zhuǎn)動(dòng) 的適應(yīng)性環(huán)形拋光墊將工件的頂面拋光至所希望的表面光潔度，使得適應(yīng)性環(huán)形拋光墊與工件的表面相適應(yīng)，從而在工件行進(jìn)通過(guò)精加工工位時(shí)，施加基本上均勻的拋光壓力并且從工件的表面移除基本上均勻厚度的材料。在精加工工位處進(jìn)行拋光的步驟還可包括在環(huán)形拋光墊之后提供可膨脹彈性隔膜，使彈性隔膜膨脹，由此使環(huán)形拋光墊以基本上均勻的壓力適應(yīng)性地壓靠于工件表面。拋光漿液可通過(guò)彈性隔膜的中部和拋光墊的中部供給至工件的表面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，被拋光的工件具有起伏表面和起伏表面上的材料層，且材料層所具有的厚度小于表面上起伏部的高度；以及在大量材料移除工位處移除材料和在精加工工位進(jìn)行拋光的步驟都從材料層移除基本上均勻厚度的材料，而不會(huì)完全移除工件表面上任何起伏部頂部處的材料層。材料層可比起伏部的高度薄10或更高的系數(shù)。工件可以是平坦的矩形工件。工件還可以是非圓形的工件，例如平坦矩形工件。在大量材料移除工位移除材料的步驟還包括抵靠于工件表面產(chǎn)生均勻的流體靜壓。均勻的流體靜壓可以是自平衡的。在精加工工位處進(jìn)行拋光的步驟還可包括在環(huán)形拋光墊之后提供可膨脹彈性隔膜，使彈性隔膜膨脹，由此使環(huán)形拋光墊以基本上均勻的壓力適應(yīng)性地壓靠于工件表面。拋光漿液可通過(guò)彈性隔膜的中部和拋光墊的中部供給至工件的表面。從本文結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。


從本文結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，其中類似的附圖標(biāo)記代表類似的構(gòu)件。然而應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不局限于附圖中不出的精確構(gòu)造和手段，附圖中圖I是傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)CMP拋光系統(tǒng)的示意側(cè)視圖；圖2是示出使用有限元分析計(jì)算而得的、傳統(tǒng)CMP系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMP系統(tǒng)中橫貫工件表面施加的拋光壓力的圖表；圖3是玻璃(SOG)基底上硅的表面的示意邊視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的拋光系統(tǒng)的示意俯視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的大量材料移除拋光工位的一個(gè)實(shí)施例的沿圖4所示剖線V-V剖取的示意側(cè)視圖6是用在圖5所示大量材料移除拋光工位中的自補(bǔ)償流體靜力拋光墊的一個(gè)實(shí)施例的示意側(cè)剖視7是不出在圖4所不的第一拋光工位中橫貫工件表面的拋光速度和停留時(shí)間的圖表；圖8是示出在圖4所示的第二拋光工位中橫貫工件表面的拋光速度和停留時(shí)間的圖表；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部的側(cè)剖視圖；圖10是圖9所示轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部的仰視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的拋光頭部的替代實(shí)施例的側(cè)剖視圖；以及圖12是圖12所示拋光頭部的仰視圖，且將拋光墊和安裝環(huán)移除。
具體實(shí)施例方式在圖4中示意地示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的多工位拋光系統(tǒng)50。相對(duì)薄的平坦(平面)且剛性的工件51、諸如硅晶片、SOI基底或其它工程設(shè)計(jì)的基底以已知方式安裝在傳送器53上，并且傳送通過(guò)多個(gè)拋光工位。傳送器可包括多個(gè)真空吸盤(pán)，用以在整個(gè)處理過(guò)程中將工件保持就位?；蛘撸瑐魉推骺梢允嵌嗫讕?，通過(guò)該多孔帶從下方、至少在拋光工位附近抽真空，從而在每個(gè)拋光操作過(guò)程中將工件保持就位。拋光工位可至少包括大量材料移除拋光工位100和精加工拋光工位200。使用適應(yīng)性磨蝕帶101在大量材料移除工位100處相對(duì)快速地移除需要從工件表面移除的大量材料。然后，使用轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部上的適應(yīng)性環(huán)形拋光墊201、在精加工工位200將工件表面51拋光至所希望的精細(xì)光潔度。在轉(zhuǎn)動(dòng)的精加工拋光之后，工件可在傳送器101上行進(jìn)通過(guò)傳統(tǒng)的清潔、度量以及包裝工位(未示出)。在傳統(tǒng)的CMP處理中，拋光壓力施加于諸如半導(dǎo)體晶片或SOI基底之類相對(duì)剛性工件的背部。工件的硬度橫貫工件表面產(chǎn)生不均勻的壓力分布，如圖2中的線A所示，最高壓力位于晶片的中部，而在晶片邊緣處逐漸減小至零。在本文描述的拋光處理中，借助適應(yīng)性拋光帶101和適應(yīng)性拋光墊201將壓力施加于工件表面。適應(yīng)性拋光帶和適應(yīng)性環(huán)形拋光墊比通常更硬且更具剛性的半導(dǎo)體或SOI工件更具彈性或適應(yīng)性。相對(duì)彈性的拋光帶和拋光墊比圖I所示的傳統(tǒng)CMP處理更大程度地適應(yīng)工件表面。比起圖2中線A所示在使用傳統(tǒng)CMP處理時(shí)產(chǎn)生的壓力分布，這如圖2中的線B所示會(huì)在工件表面產(chǎn)生更均勻的壓力分布。與傳統(tǒng)的CMP處理相比，由本文所描述的拋光設(shè)備50和處理提供的相對(duì)更均勻的拋光壓力橫貫工件表面產(chǎn)生更均勻的材料移除，由此在對(duì)薄膜的不均勻表面進(jìn)行拋光和削薄的過(guò)程中，改進(jìn)膜厚均勻性的維持度，并且在對(duì)矩形或其它非圓形工件進(jìn)行拋光和削薄時(shí)減小工件的枕形。如上所述，在對(duì)所具有的不均勻或起伏表面上帶有極薄材料層的平臺(tái)基底、例如圖3所示的SOI基底進(jìn)行拋光或削薄時(shí)，橫貫不均勻表面進(jìn)行均勻的材料移除是重要的，以避免在薄層上產(chǎn)生孔。此外如上所述，在對(duì)諸如SOI基底瓦片和半導(dǎo)體施主瓦片之類的矩形基底進(jìn)行削薄和精加工時(shí)，均勻的材料移除是重要的，以減小基底的枕形，并使施主半導(dǎo)體瓦片在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理中可更新和重復(fù)使用的次數(shù)最大化。在圖4和5中示意地示出大量材料移除工位100。大量材料移除工位包括連續(xù)的適應(yīng)性磨蝕帶101，該磨蝕帶101安裝在框架或底架111上的多個(gè)輥?zhàn)?03、105、107和109上。工件51在磨蝕帶101下方沿X方向(在圖4中朝右并在圖5中進(jìn)入紙面)在傳送器53上運(yùn)動(dòng)，且該X方向垂直于沿z方向的帶速度103?？蚣?11安裝在定位機(jī)構(gòu)(未示出)上，該定位機(jī)構(gòu)使框架和輥?zhàn)?03、105、107、109并由此使連續(xù)帶101沿y方向上下運(yùn)動(dòng)，以使拋光帶相對(duì)于傳送器53定位，并且實(shí)現(xiàn)拋光帶抵靠于工件51的合適間隙和配合。輥?zhàn)?03、105、107、109將磨蝕帶101引導(dǎo)經(jīng)過(guò)工件51的頂面。帶101可以例如是連續(xù)的固定磨蝕拋光帶，例如由3M公司制造的帶，或者可以是附連有磨蝕墊的聚酯帶，例如由路德?tīng)柟?Rodel, Inc)得到的 Politex 帶。均勻的流體靜力拋光壓力由流體靜力壓力頭部115施加于帶101的背部或頂部，該流體靜力壓力頭部115在帶101正上方安裝于框架。壓力頭部115可以是朝下面向的杯形頭部，帶有朝下開(kāi)口的壓力空腔或凹槽117。如圖5所示，拋光帶跨過(guò)壓力空腔117，基本上將壓力空腔封閉。通過(guò)以已知的方式在受控壓力下經(jīng)由流體供給導(dǎo)管119將諸如CMP拋光漿液之類的加壓流體F供給至壓力空腔而在壓力空腔內(nèi)部維持恒定的壓力。壓力空腔117中的加壓流體F用作用于將帶101偏置抵靠于工件51的流體靜力墊。流體F通過(guò)壓力頭部的緣邊和拋光帶之間的間隙G逸出。選擇間隙G的尺寸以及加壓流體F的粘度、壓力和流量，以在壓力空腔117內(nèi)產(chǎn)生和維持預(yù)定的大量材料移除拋光壓力，從而結(jié)合帶101的速度和傳送器53的速度來(lái)從工件51的表面產(chǎn)生所希望的大量材料移除。如果間隙G過(guò)大(通過(guò)間隙G產(chǎn)生過(guò)量流體泄漏)、流體F的粘度過(guò)低或流體F的流量過(guò)低，則空腔117內(nèi)的壓力會(huì)下降到所希望的大量材料移除拋光壓力之下。然而如果間隙G過(guò)小(通過(guò)間隙G產(chǎn)生過(guò)度限制的流量)、流體的粘度過(guò)高或流體的流量過(guò)高，則壓力在空腔117中會(huì)上升到所希望的大量材料移除拋光壓力之上?？涨?17中的加壓流體F對(duì)于適應(yīng)性磨蝕帶101的背部施加均勻壓力，因此在整個(gè)拋光區(qū)域維持抵靠于工件53的表面的均勻壓力。圖6示出一實(shí)施例，其中流體靜力的壓力頭部115是與運(yùn)動(dòng)帶流體連通的自補(bǔ)償流體靜力壓力頭部，使得墊可操作，以在相關(guān)聯(lián)的壓力區(qū)域中控制運(yùn)動(dòng)帶和基底頂面之間的壓力。自補(bǔ)償壓力頭部包括可動(dòng)頭部121，該可動(dòng)頭部121可垂直運(yùn)動(dòng)地安裝在外殼123中，將外殼123的內(nèi)部分成兩個(gè)單獨(dú)的壓力區(qū)域Pl和P2?？?25在壓力區(qū)域P1、P2之間延伸，用于使這兩個(gè)壓力區(qū)域之間的壓力均衡。壓力區(qū)域P2中的加壓流體F用作用于將適應(yīng)性帶101偏置抵靠于基底51的流體靜力墊。流體F通過(guò)間隙G逸出但經(jīng)自我調(diào)節(jié)，以確保在流體靜力墊115處在壓力區(qū)域P2中實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的恒定壓力。如果間隙G過(guò)大，通過(guò)間隙產(chǎn)生過(guò)度的流體泄漏，則P2處的壓力下降至Pl處的壓力之下。此種壓力不平衡致使可動(dòng)頭部121朝向帶101行進(jìn)，由此將間隙Gl關(guān)閉并使Pl和P2處的壓力均衡。如果間隙Gl過(guò)小，通過(guò)間隙產(chǎn)生不充足的流體泄漏，則P2處的壓力上升至Pl處的壓力之上。此種壓力不平衡致使可動(dòng)頭部121遠(yuǎn)離拋光帶101縮回，由此擴(kuò)大間隙G并使Pl和P2處的壓力均衡。在操作過(guò)程中，以恒定的速度在工件51的頂面之上持續(xù)地驅(qū)動(dòng)帶101，在壓力空腔P2、117中維持恒定的壓力，且工件以恒定的速度運(yùn)動(dòng)通過(guò)大量材料移除工位100。使用180mmX 230mm的工件尺寸、180mm的帶寬、50000mm/min的帶速以及12mm/sec的傳送器速度來(lái)計(jì)算在工件通過(guò)拋光帶101下方時(shí)、工件表面上三個(gè)位置a、b和c處(參見(jiàn)圖4)的拋光速度。點(diǎn)a在工件的中心線處，點(diǎn)c在工件的外緣附近，而點(diǎn)b在點(diǎn)a和c中間。結(jié)果繪制在圖7中，這示出了工件表面上的點(diǎn)a、b和c中每個(gè)點(diǎn)處的拋光速度分布基本上是均勻的
/恒定的。如圖4中示意地示出，在工件通過(guò)大量材料移除工位100之后，工件通過(guò)精加工工位200。工件沿X方向運(yùn)動(dòng)通過(guò)精加工工位，通過(guò)附連有適應(yīng)性環(huán)形拋光墊201的轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部下方。通過(guò)適應(yīng)性拋光墊將工件表面拋光至所希望的表面光潔度。使用適應(yīng)性拋光墊允許對(duì)于整個(gè)拋光區(qū)域施加基本上均勻的拋光壓力。與圓形拋光墊相比，拋光墊的環(huán)形幾何形狀允許橫貫工件表面施加相對(duì)均勻的拋光速度和總的拋光時(shí)間。使用180mmX 230mm的工件尺寸、250mm的墊內(nèi)部直徑和450mm的外部直徑、IOOrpm的拋光器轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及12mm/sec的傳送器速度來(lái)計(jì)算在工件于精加工工位200在環(huán)形拋光墊201下方行進(jìn)時(shí)、工件表面上的點(diǎn)a、b和c隨著時(shí)間的拋光速度或速率分布圖。將結(jié)果繪制在圖8中。三個(gè)位置處的拋光速率分布圖的形狀幾乎相同，而從點(diǎn)a處的工件中心線至點(diǎn)c處的工件外緣在拋光速度和時(shí)間上僅僅具有相對(duì)較小的變化。因此與轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形拋光墊相比，在工件51行進(jìn)通過(guò)精加工拋光工位200、例如在轉(zhuǎn)動(dòng)的適應(yīng)性環(huán)形拋光墊201下方行進(jìn)時(shí)，橫貫工件51提供相對(duì)均勻的拋光速度和時(shí)間。點(diǎn)位置a和c之間拋光時(shí)間的差別可以是僅僅大約3. 5秒。通過(guò)橫貫工件表面提供大體均勻的拋光壓力、速度和時(shí)間，本文描述的適應(yīng)性轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部橫貫工件表面提供基本上均勻的材料移除。環(huán)形拋光墊的精確幾何形狀取決于所希望的材料移除率和許可的速度不均勻性。借助示例，在精加工拋光工位處進(jìn)行精加工之后，可使用分別是工件部分寬度、環(huán)形拋光墊的內(nèi)直徑和環(huán)形拋光墊的外直徑之間的比率I : 1.3 : 2. 5來(lái)實(shí)現(xiàn)許可的工件表面不均勻性水平。圖9和10不出適合于用在圖4所不精加工拋光工位中的適應(yīng)性轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器203的一個(gè)實(shí)施例。適應(yīng)性轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器包括拋光器外殼205，心軸207由軸承209轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在拋光器外殼中。轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部211安裝于心軸207的下端。驅(qū)動(dòng)帶(未不出)在電動(dòng)機(jī)(未示出)的輸出軸和心軸207的上端上的從動(dòng)滑輪(未示出)之間延伸，用以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)地連接于心軸并使轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部211轉(zhuǎn)動(dòng)。可使用除了驅(qū)動(dòng)帶以外的驅(qū)動(dòng)鏈、例如齒輪驅(qū)動(dòng)鏈來(lái)替代驅(qū)動(dòng)帶，以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)地連接于拋光心軸。漿液供給導(dǎo)管213延伸通過(guò)心軸的中部。轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部211是具有面向下的敞開(kāi)空腔215的盤(pán)形或倒置碟形頭部。在圖9中最佳示出，彈性隔膜223跨過(guò)拋光頭部211的緣邊225和供給導(dǎo)管213之間的間隙，由此對(duì)拋光頭部211中的空腔215進(jìn)行密封。供給導(dǎo)管可形成在內(nèi)部金屬管233和外部橡膠管235上。環(huán)形撓性隔膜223的外周緣部分可密封地夾在拋光頭部211的緣邊225和外夾環(huán)229之間。環(huán)形撓性隔膜的內(nèi)周緣可利用軟管夾275 (或其它合適的快速裝置)和外部橡膠管235的下端237的外周緣面密封地附連于供給導(dǎo)管213。在該實(shí)施例中，可消除外部橡膠管235，使得環(huán)形隔膜的內(nèi)周緣夾在軟管夾275和金屬管233之間。然而，橡膠管可使隔膜223更牢固地保持在軟管夾和供給導(dǎo)管213之間。圖9示出帶有空腔215的拋光頭部，該空腔215被加壓使得彈性隔膜223膨脹，由此使拋光墊231向下偏置抵靠于工件表面(未示出)。拋光墊可例如具有10至100MPA的彈 性模量。彈性隔膜可例如具有IMPa至大約IOOMPa或大約3MPa的彈性模量。流體端口 245位于拋光器外殼205中。套筒249 (替代地可以是拋光器外殼55的一體部分)中的流體通道247使流體端口與心軸207的外表面中的周向溝槽251連通。心軸中的縱向流體通道253使心軸中的周向溝槽251與拋光頭部211中的空腔215連通。諸如空氣或油液之類的加壓流體供給至流體端口 245并且經(jīng)由通道247、253和溝槽251輸送至拋光頭部中的密封空腔215，用于以本領(lǐng)域眾所周知的控制方式對(duì)空腔215進(jìn)行加壓?？涨?15中的壓力對(duì)于適應(yīng)性彈性隔膜223的背側(cè)和拋光墊231施加受控且均勻的拋光壓力，用以沿箭頭方向255將拋光墊向下壓靠于工件表面(未示出)。隔膜223和拋光墊231的彈性還使得拋光墊能適應(yīng)于工件的表面，使得拋光壓力在不均勻的工件表面、例如SOG基底的經(jīng)剝離或沉積薄硅膜的高低點(diǎn)之上基本上是均勻的。拋光墊、彈性隔膜以及彈簧越有彈性，則橫貫不均勻工件表面上的高低點(diǎn)具有越均勻的壓力，且橫貫工件表面產(chǎn)生越均勻的材料移除。例如，拋光墊可例如具有10至100MPA的彈性模量。彈性隔膜可例如具有IMPa至大約IOOMPa或大約3MPa的彈性模量。在圖9和10所示示例的一變型(未示出)中，環(huán)形彈性隔膜223可替換成圓形彈性隔膜。在該情形中，可從拋光頭部消除供給導(dǎo)管和軟管夾。在該情形中，心軸會(huì)是實(shí)心的或 者如果是中空的話會(huì)被堵塞，使得空腔215中的加壓流體無(wú)法通過(guò)心軸逸出。拋光漿液可經(jīng)由位于拋光頭部附近的供給導(dǎo)管或噴嘴提供給工作區(qū)域?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖11和12，在一替代實(shí)施例中，環(huán)形轂217彈性地懸在板彈簧219上的拋光頭部211的中部，該板彈簧從拋光頭部211徑向地延伸至轂217。在圖12中最佳地示出板彈簧219，圖12是拋光頭部211的內(nèi)部的俯視圖，而帽蓋、彈性隔膜和夾環(huán)被移除(下文對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行描述)。環(huán)形帽蓋或剛性盤(pán)221利用螺釘或其它合適的緊固件附連于轂217。諸如乳膠隔膜之類的環(huán)形彈性隔膜223跨過(guò)剛性盤(pán)221和轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部211的緣邊225之間的環(huán)形間隙。彈性隔膜223的內(nèi)周緣部分可牢固地夾在內(nèi)夾環(huán)227和剛性盤(pán)221之間。內(nèi)夾環(huán)227可利用螺釘或其它合適的緊固裝置附連于剛性盤(pán)221。撓性隔膜223的外周緣邊緣部分可牢固地夾在外夾環(huán)229和拋光頭部211的緣邊225之間。外夾環(huán)229可利用螺釘或其它合適的緊固裝置附連于拋光頭部的緣邊225。撓性隔膜223對(duì)拋光頭部中的空腔215進(jìn)行密封。環(huán)形的撓性、例如適應(yīng)性磨蝕拋光墊231粘附于剛性盤(pán)221的露出下表面。彈性隔膜可例如具有IMPa至大約IOOMPa或大約3MPa的彈性模量。轂217和剛性盤(pán)221可安裝在供給導(dǎo)管213的下端。供給導(dǎo)管71可由內(nèi)部金屬管233和外部橡膠管235形成。供給導(dǎo)管213與轂217(以及下文描述的插塞241)、剛性盤(pán)221以及拋光墊231中軸向延伸的通孔連通，用以將拋光漿液輸送至拋光墊的中部。內(nèi)部金屬管233用于為外部橡膠管235提供結(jié)構(gòu)剛度。撓性或彈性外管235的下端237延伸超出剛性金屬內(nèi)管的下端，以提供與轂217的彈性樞轉(zhuǎn)連接，這將在下文進(jìn)行更詳細(xì)的描述。為了將轂217安裝于外部橡膠管的下端237，外部橡膠管的下端延伸到轂217中的截頭圓錐形擴(kuò)張通孔內(nèi)。將截頭圓錐形插塞241插入橡膠管的下端237。插塞241牢固地夾在剛性盤(pán)221和轂217之間，使得橡膠管的下端237牢固地且密封地夾在插塞241的外部截頭錐形表面和轂217的內(nèi)部截頭錐形表面之間。外部橡膠管的端部237延伸超出外部金屬管，以將轂和帽蓋彈性地安裝于心軸207。轂217在板彈簧219和撓性外部橡膠管235上的彈性懸浮使得轂和盤(pán)221能夠在撓性外部橡膠管的下端上傾斜或樞轉(zhuǎn)，由此為拋光頭部211提供附加的適應(yīng)度?；蛘?，可使用通用的或其它的萬(wàn)向接頭或樞轉(zhuǎn)接頭，來(lái)將剛性供給導(dǎo)管213連接于轂，并且可消除外部橡膠管235。內(nèi)部金屬管可例如由不銹鋼或鋁形成，而外部橡膠管可例如由硅或橡膠形成。實(shí)驗(yàn)表明，比起在傳統(tǒng)的CMP處理中通過(guò)剛性的非適應(yīng)性工件施加壓力，通過(guò)順應(yīng)性的適應(yīng)性隔膜和拋光墊對(duì)于待拋光的工件表面施加拋光壓力導(dǎo)致更均勻地對(duì)晶片進(jìn)行拋光并且將薄膜精加工至更均勻的厚度。這是由于通過(guò)順應(yīng)性的適應(yīng)性拋光帶和/或適應(yīng)性轉(zhuǎn)動(dòng)拋光墊施加壓力會(huì)在拋光區(qū)域之上產(chǎn)生更均勻的壓力分布。因此，在具有減小的枕形效果的離子注入薄膜轉(zhuǎn)移處理中，本文所描述的適應(yīng)性拋光帶和拋光墊可有利地用在大量材料移除工位和精加工工位，以對(duì)諸如SOG或SOI基底之類其上具有薄膜的工件進(jìn)行精加工、而不會(huì)在薄膜中產(chǎn)生孔，并且對(duì)諸如矩形施主半導(dǎo)體瓦片之類的矩形或其它非圓形工件進(jìn)行精加工。實(shí)驗(yàn)I使用本文描述的多工位拋光系統(tǒng)對(duì)SOG基底上所沉積的單晶硅層進(jìn)行削薄。在SOG基底運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳送器狀載體系統(tǒng)上的大量材料移除工位時(shí)，使用固定的適應(yīng)性連續(xù)磨蝕帶在大量材料移除工位處執(zhí)行大量材料移除?？偣惨瞥?5nm的硅膜，以留下435nm的平均最終膜厚。發(fā)現(xiàn)大量材料移除后的膜的標(biāo)準(zhǔn)厚度偏差位于3-4nm的范圍內(nèi)，該范圍在用于硅重復(fù)使用的晶片規(guī)格內(nèi)。在工件表面上的九個(gè)不同位置處測(cè)量硅層的厚度，并且確定獲得16Arms的平均膜厚。通過(guò)在精加工拋光工位利用適應(yīng)性轉(zhuǎn)動(dòng)拋光頭部對(duì)晶片進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)拋光來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)表面粗糙度。使用原子力顯微鏡(“AFM”)在工件表面上的9個(gè)位置處測(cè)量精加工拋光后的硅晶片的工件表面紋理/粗糙度。發(fā)現(xiàn)在精加工拋光之后九個(gè)位置處的表面粗糙度在4-1 lA rms的范圍內(nèi)，該范圍在用于使硅晶片在離子注入薄膜轉(zhuǎn)移SOG制造處理中重復(fù)使用的可接受的粗糙度水平內(nèi)。在表I中示出AFM測(cè)量的結(jié)果。表I :
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)性拋光設(shè)備，包括 大量材料移除エ位； 精加工拋光エ位； 傳送器，多個(gè)基底可釋放地聯(lián)接在所述傳送器上，且在連續(xù)的處理中，一次ー個(gè)エ件傳送通過(guò)所述大量材料移除エ位和所述精加工エ位； 所述大量材料移除エ位包括運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性磨蝕帶，所述磨蝕帶相對(duì)于所述傳送器定位，使得所述磨蝕帶與行進(jìn)通過(guò)所述大量材料移除エ位的基底的頂面適應(yīng)性地接觸，其中橫貫所述基底的整個(gè)寬度施加基本上均勻的拋光壓カ和拋光時(shí)間，并且從所述基底的整個(gè)頂面基本上均勻地移除材料；以及 所述精加工エ位包括轉(zhuǎn)動(dòng)的適應(yīng)性環(huán)形拋光墊，所述拋光墊相對(duì)于所述傳送器定位，使得所述拋光墊與行進(jìn)通過(guò)所述精加工エ位的基底的頂面適應(yīng)性地接觸，其中橫貫所述基底的整個(gè)寬度施加基本上均勻的拋光壓カ和拋光時(shí)間，并且從所述基底的整個(gè)頂面基本上均勻地移除材料。
2.如權(quán)利要求I所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述大量材料移除エ位還包括用于將所述磨蝕帶壓靠于エ件表面的流體靜カ壓カ頭部 所述流體靜カ壓カ頭部包括杯形外殼和拋光漿液供給端ロ，所述外殼具有緣邊，所述緣邊面向所述磨蝕帶并且與所述磨蝕帶隔開(kāi)，以在所述外殼的緣邊和所述磨蝕帶之間限定間隙，所述拋光漿液供給端ロ位于所述外殼中，用以將拋光漿液供給至所述頭部的內(nèi)部并且使所述拋光漿液通過(guò)所述間隙直至所述エ件的表面，將所述間隙和所述漿液流量選定成在所述壓カ頭部的內(nèi)部提供所希望的拋光壓力，用以將所述磨蝕帶壓靠于所述エ件的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述流體靜カ壓力頭部還包括 拋光衆(zhòng)液供給端ロ，所述拋光衆(zhòng)液供給端ロ位于所述外殼中； 壓カ頭部，所述壓カ頭部可垂直運(yùn)動(dòng)地安裝在所述外殼中，且所述緣邊由所述壓カ頭部形成，并且所述壓カ頭部將所述外殼的內(nèi)部分成第一壓カ區(qū)域和第二壓カ區(qū)域，所述第ー壓カ區(qū)域位于所述壓カ頭部和所述磨蝕帶之間，而所述第二壓カ區(qū)域位于所述頭部和與所述供給端ロ連通的所述外殼之間； 孔，所述孔位于所述壓カ頭部中并且使所述第一壓カ區(qū)域與所述第二壓カ區(qū)域連通，從而在所述拋光漿液在壓カ下通過(guò)所述供給端口供給至所述第二壓カ區(qū)域、通過(guò)所述孔供給至所述第一壓カ區(qū)域并通過(guò)所述間隙時(shí)，使所述第一壓カ區(qū)域和所述第二壓カ區(qū)域中的壓カ均衡，由此在所述第一壓カ區(qū)域中提供基本上恒定且均勻的壓力來(lái)抵靠于所述磨蝕帶的背側(cè)，以使所述磨蝕帶以基本上恒定的拋光壓カ抵靠于所述エ件的表面。
4.如權(quán)利要求I所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述精加工拋光エ位還包括轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器，所述轉(zhuǎn)動(dòng)拋光器具有安裝在其上的彈性適應(yīng)性環(huán)形拋光墊，用以接觸并且彈性地適應(yīng)于所述エ件的表面。
5.如權(quán)利要求4所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光器還包括 轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部、空腔以及加壓流體供給通道，所述空腔在所述環(huán)形拋光墊之后位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部中，而所述加壓流體供給通道與所述空腔連通，用于以受控的壓カ將流體供給至所述空腔，并且將所述環(huán)形拋光墊以均勻壓カ壓靠于聯(lián)接于基部的所述エ件的表面。
6.如權(quán)利要求5所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在干， 供給導(dǎo)管軸向地延伸通過(guò)所述拋光頭部的中部以及所述拋光墊的中部，用以將所述拋光漿液供給至所述拋光墊的中部。
7.如權(quán)利要求5所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在干， 所述空腔是敞開(kāi)空腔，且彈性隔膜跨過(guò)所述空腔并且將所述空腔密封地封閉，以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部中形成壓カ空腔； 所述環(huán)形拋光墊安裝在所述彈性隔膜的外表面上；以及 流體供給通道在所述拋光頭部中與所述壓カ空腔連通，用于以受控的壓カ將流體供給至所述壓カ空腔，從而使所述彈性隔膜膨脹并將所述環(huán)形拋光墊以均勻壓カ壓靠于聯(lián)接于所述基部的所述エ件的表面。
8.如權(quán)利要求7所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在干， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光器包括心軸； 所述轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部安裝在所述心軸的端部上； 供給導(dǎo)管軸向地延伸通過(guò)所述心軸的中部；以及 在所述彈性隔膜的中部存在限定所述彈性隔膜上內(nèi)周緣的孔，其中所述彈性隔膜的內(nèi)周緣密封地附連于所述供給導(dǎo)管的端部，使得所述拋光漿液通過(guò)所述供給導(dǎo)管供給至所述環(huán)形拋光墊的中部。
9.如權(quán)利要求I所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述精加工拋光エ位還包括 轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部； 可膨脹彈性隔膜，所述可膨脹彈性隔膜位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光頭部的外表面上，且所述撓性環(huán)形拋光墊附連于所述可膨脹彈性隔膜的外表面；以及 膨脹裝置，所述膨脹裝置用于使所述彈性隔膜膨脹至受控壓力，并且以均勻的拋光壓力將所述拋光墊壓靠于所述エ件的表面。
10.如權(quán)利要求9所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述大量材料移除エ位還包括用于將所述磨蝕帶壓靠于所述エ件表面的流體靜カ壓カ頭部。
11.如權(quán)利要求10所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述流體靜カ壓力頭部還包括杯形外殼和拋光漿液供給端ロ，所述外殼具有緣邊，所述緣邊面向所述磨蝕帶并且與所述磨蝕帶隔開(kāi)，以在所述外殼的緣邊和所述磨蝕帶之間限定間隙，所述拋光漿液供給端ロ位于所述外殼中用以將拋光漿液供給至所述頭部的內(nèi)部并且使所述拋光漿液通過(guò)所述間隙直至所述エ件的表面，將所述間隙和所述漿液流量選定成在所述壓カ頭部的內(nèi)部提供所希望的拋光壓力，用以將所述磨蝕帶壓靠于所述エ件的表面。
12.如權(quán)利要求I所述的適應(yīng)性拋光設(shè)備，其特征在于，所述大量材料移除エ位還包括自補(bǔ)償?shù)牧黧w靜カ壓カ頭部，所述流體靜カ壓力頭部與其中ー個(gè)運(yùn)動(dòng)帶流體連通，使得所述墊可操作，以在相關(guān)聯(lián)的壓カ區(qū)域中控制所述運(yùn)動(dòng)帶和所述基底的頂面之間的壓力。
13.—種對(duì)エ件的表面進(jìn)行適應(yīng)性拋光并且從所述表面均勻地移除材料的方法，所述方法包括 將平坦エ件安裝在傳送器上，并且使所述エ件傳送通過(guò)大量材料移除エ位和精加工エ位；在所述大量材料移除エ位，使用連續(xù)的適應(yīng)性磨蝕帶從所述エ件的頂面移除材料，使得所述適應(yīng)性帶與所述エ件的表面適應(yīng)，從而在所述エ件行進(jìn)通過(guò)所述大量材料移除エ位時(shí)，施加基本上均勻的拋光壓カ并且從所述エ件的表面移除基本上均勻厚度的材料；以及 在所述精加工エ位，利用轉(zhuǎn)動(dòng)的適應(yīng)性環(huán)形拋光墊將所述エ件的頂面拋光至所希望的表面光潔度，使得所述適應(yīng)性環(huán)形拋光墊與所述エ件的表面相適應(yīng)，從而在所述エ件行進(jìn)通過(guò)所述精加工エ位時(shí)，施加基本上均勻的拋光壓カ并且從所述エ件的表面移除基本上均勻厚度的材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述精加工エ位處進(jìn)行拋光的步驟還 包括在所述環(huán)形拋光墊之后提供可膨脹彈性隔膜，使所述彈性隔膜膨脹，由此使所述環(huán)形拋光墊以基本上均勻的壓力適應(yīng)性地壓靠于所述エ件的表面。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述精加工エ位進(jìn)行拋光的步驟還包括通過(guò)所述弾性隔膜的中部和所述拋光墊的中部將拋光漿液供給至所述エ件的表面。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在干， 所述エ件具有起伏表面和所述起伏表面上的材料層，且所述材料層所具有的厚度小于所述表面上起伏部的高度；以及 在所述大量材料移除エ位處移除材料和在所述精加工エ位進(jìn)行拋光的步驟都從所述材料層移除基本上均勻厚度的材料，而不會(huì)完全移除所述エ件表面上任何起伏部的頂部處的材料層。
17.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述材料層比所述起伏部的高度薄10或更高的系數(shù)。
18.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述エ件是平坦的矩形エ件。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述エ件是非圓形的エ件。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述エ件是平坦的矩形エ件。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述大量材料移除エ位移除材料的步驟還包括抵靠于所述エ件的表面產(chǎn)生均勻的流體靜壓。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述均勻的流體靜壓是自平衡的。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在所述精加工エ位處進(jìn)行拋光的步驟還包括在所述環(huán)形拋光墊之后提供可膨脹彈性隔膜，使所述彈性隔膜膨脹，由此使所述環(huán)形拋光墊以基本上均勻的壓力適應(yīng)性地壓靠于所述エ件的表面。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在所述精加工エ位進(jìn)行拋光的步驟還包括通過(guò)所述弾性隔膜的中部和所述拋光墊的中部將拋光漿液供給至所述エ件的表面。
25.—種絕緣體基底上的半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法進(jìn)行拋光。
全文摘要
一種用于對(duì)薄的平坦(平面)且剛性工件進(jìn)行拋光的多工位拋光系統(tǒng)和處理。工件傳送通過(guò)多個(gè)拋光工位，這些工位包括大量材料移除帶拋光工位(100)和精加工轉(zhuǎn)動(dòng)拋光工位(200)。在大量材料移除工位，使用適應(yīng)性磨蝕帶(101)相對(duì)快速地移除大量材料，然后在精加工工位，使用適應(yīng)性環(huán)形轉(zhuǎn)動(dòng)拋光墊(201)將工件表面拋光至所希望的光潔度。
文檔編號(hào)B24B21/04GK102630194SQ201080054031
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者A·賈殷, G·艾森斯托克 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司