專利名稱：具有帶槽和孔的拋光墊的拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄片拋光裝置，尤其涉及這種裝置中拋光墊的形狀。
最近，在為大規(guī)模集成電路(LSI)加工硅片等薄片的表面時，已采用了化學(xué)-機械拋光方法(后文以CMP表示)。根據(jù)這種方法，如圖21和圖22所示，通過結(jié)合使用機械和化學(xué)作用來拋光薄片表面。
拋光裝置具有一工作臺11并能夠旋轉(zhuǎn)，所述工作臺11帶有一平面。工作臺11的直徑約為50到100cm，由高硬度材料制成。大約1到3mm厚的拋光墊1作用在工作臺11的表面。
此外，拋光裝置還帶有一載物器12，其形狀與半導(dǎo)體片15的直徑相適應(yīng)，該載物器12位于工作臺11上方，其表面與工作臺11的表面平行。載物器12由軸14驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。另外，在載物器12的外圓周上，拋光裝置還帶有一導(dǎo)向環(huán)13，用于在拋光過程中夾持住半導(dǎo)體片15。
當(dāng)把半導(dǎo)體片15安裝在載物器12的導(dǎo)向環(huán)13中后，通過將載物器12降低到拋光墊1上來進行拋光，對半導(dǎo)體片15施加約300到600g/cm2的負(fù)載，同時供給拋光劑16，并使工作臺11和載物器12以約20到50rpm的速度沿同一方向作旋轉(zhuǎn)運動。
根據(jù)應(yīng)用需要，可使用多種拋光劑16。比如，為了拋光氧化膜，通常使用包含約10到20％二氧化硅(SO2)微粒并用KOH或NH4OH調(diào)整其PH值約為10-11的拋光劑。
作為拋光半導(dǎo)體片15的拋光墊，例如，在其上層疊有浸漬了聚氨酯或聚氨酯泡沫的無紡纖維。
設(shè)置在用于拋光半導(dǎo)體片15一側(cè)的聚氨酯很硬。例如，可使用按回跳硬度A規(guī)則劃分的95號硬度。為了將半導(dǎo)體片15的拋光表面磨平，必需使拋光墊1上用于拋光半導(dǎo)體片15一側(cè)的表面具有高硬度。另一方面，如果拋光墊硬度很高，使薄片彎曲，在半導(dǎo)體片15的整個表面上將無法均勻地拋光。那么，例如由無紡纖維構(gòu)成的柔性材料插入到底層使拋光墊變形以適應(yīng)半導(dǎo)體片15的形狀。因此，可以減小由半導(dǎo)體片15的形狀造成的影響。
另外，盡管泡沫聚氨酯很硬，在為拋光薄片15而施加的負(fù)載作用下，它也會以微米級變形。尤其是，因為泡沫聚氨酯吸水后會膨脹，所以反復(fù)拋光會使其變形量增大。由于在拋光墊1硬質(zhì)層的變形作用下薄片15的圓周部分會形成緊密接觸，所以拋光劑16的供給受到了限制。
而切，如圖23所示，在從半導(dǎo)體片15傳遞的載荷作用下，硬質(zhì)層7向下移動，因此該層明顯變形。所以，半導(dǎo)體片15的邊緣和硬質(zhì)層17的表面之間的接觸壓力易于增加，由此，半導(dǎo)體片15的邊緣部分與其中央部分相比趨于變薄。
在圖23中，序號17表示后面拋光墊。后面拋光墊17是插入到用以施加負(fù)載的載物器和半導(dǎo)體片之間的彈性物體，用來提高拋光的均勻性。
因此，如圖24和圖25所示，在拋光墊1的泡沫聚氨酯的表面上成形有槽。槽3用于使拋光劑16的供給更為容易，使拋光劑16以高密度成形于拋光墊1的硬質(zhì)層7的拋光表面上。通常，槽3排列成類似網(wǎng)格的高密度圖案。例如，每個槽寬度為2mm、深度為0.5到0.8mm，排列間距為15mm。
在這種形式的拋光墊中，如果施加了負(fù)載，由于槽3周圍的區(qū)域會在垂直方向自由變形，所以槽3部位的強度降低。這可以暫時克服半導(dǎo)體片15邊緣和硬質(zhì)層7表面之間的接觸壓力增加的問題。
另外，還改善了拋光劑16的供給。但在拋光過程中需要大量拋光劑16。尤其是，如果為了得到高的拋光率而使工作臺11高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，拋光劑16很容易被甩出。
為了克服需增加拋光劑16用量的問題，日本專利申請?zhí)亻_平2-36066號公開了一種不需要在拋光墊1的最外周制槽而減少拋光劑16用量的技術(shù)。但是，如果旋轉(zhuǎn)速度超過約20rpm，由于拋光劑液面傾斜，使這種方法不能有效地減少拋光劑16的用量。
因此，如圖26和圖27所示，作為槽的替代形式，在泡沫聚氨酯表面上成形有孔2。例如，在拋光墊1的整個表面上以5mm間距成形有直徑為1.5mm的孔。此時，設(shè)計成拋光劑用量與使用帶槽拋光墊時的拋光劑用量一樣。但是孔比槽保持了更多的拋光劑16，這是因為拋光劑16不會在離心力作用下更多地被排出。因此，在這種情況下，拋光劑用量將比使用帶槽拋光墊時的所需拋光劑用量要少。
然而，具有這種形狀的拋光墊存在一個問題。在完成拋光后，當(dāng)載物器12從將要被移走的薄片15上抬起時，由于薄片15和拋光墊1之間的空隙被緊密密封，薄片15向吸盤那樣變形，并在拋光墊1和半導(dǎo)體片15之間產(chǎn)生負(fù)壓。有時，在負(fù)壓作用下，薄片15從載物器12上分開。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種拋光墊，與已有技術(shù)相比，它能減少拋光劑用量，并能減弱拋光墊和半導(dǎo)體片之間的緊密密封。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種拋光墊，當(dāng)從半導(dǎo)體片15傳遞的負(fù)載施加于其上時，它能減小半導(dǎo)體片邊緣部分的超量負(fù)載。
依據(jù)本發(fā)明的拋光墊，包括用于保持為拋光薄片所用的拋光劑的多個孔和成形在拋光墊表面上、用于減弱拋光墊和薄片之間緊密密封的多條槽。
結(jié)果是，由于孔的作用可以減少拋光劑的用量。由于槽的作用可以防止緊密密封和超量負(fù)載。
本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點將從以下結(jié)合附圖的描述中更清楚地表現(xiàn)出來，其中

圖1是表示依據(jù)本發(fā)明所述的第一實施例的平面圖；圖2是沿圖1中A-A’剖開的剖面圖；圖3是表示本發(fā)明由于采用了防止負(fù)壓的槽而產(chǎn)生的效果圖；圖4是表示在帶有槽的已有技術(shù)和本發(fā)明中，工作臺的旋轉(zhuǎn)速度和拋光劑流動速率之間的關(guān)系圖；圖5是表示槽深和引起半導(dǎo)體吸附概率之間的關(guān)系圖；圖6是表示在工作臺的每一旋轉(zhuǎn)速度下，所需拋光劑流動速率和槽深之間的關(guān)系圖；圖7是表示本發(fā)明第二實施例的平面圖；圖8是沿圖7中A-A’剖開的剖面圖；圖9是表示本發(fā)明第三實施例的平面圖；圖10是沿圖9中A-A’剖開的剖面圖；圖11是表示本發(fā)明第四實施例的平面圖；圖12是沿圖11中A-A’剖開的剖面圖13是表示在使用帶槽拋光墊的拋光裝置中，向半導(dǎo)體片施加載荷的狀態(tài)下的局部剖視圖；圖14是表示在帶槽或不帶槽的情況下，剩余薄片輪廓與從半導(dǎo)體片邊緣算起的距離之間的關(guān)系圖；圖15是表示本發(fā)明第五實施例的平面圖；圖16是沿圖15中A-A’剖開的剖面圖；圖17是表示本發(fā)明第六實施例的平面圖；圖18是沿圖17中A-A’剖開的剖面圖；圖19是表示本發(fā)明第七實施例的平面圖；圖20是沿圖19中A-A’剖開的剖面圖；圖21是普通拋光裝置的局部縱向側(cè)視圖；圖22是普通拋光裝置的局部平面圖；圖23是表示在使用帶連續(xù)平面拋光墊的拋光裝置中，向半導(dǎo)體片施加載荷的狀態(tài)下的局部剖視圖；圖24是表示已有技術(shù)中的拋光墊的局部平面圖；圖25是沿圖24中B-B’剖開的剖面圖；圖26是表示在已有技術(shù)中另一種拋光墊的局部平面圖；圖27是沿圖26中B-B’剖開的剖面圖；在作為本發(fā)明優(yōu)選實施例的拋光墊中，在帶孔的拋光墊上形成有所需最少數(shù)量的槽，所述孔用于保持拋光劑。這些槽用于降低緊密密封，并使半導(dǎo)體片邊緣部分的超量負(fù)載小一些，因此其間距比圖24中已有技術(shù)的槽的間距大幾倍。也就是說，本發(fā)明的槽不能有效地向半導(dǎo)體片提供拋光劑，但能有效地向孔提供常壓空氣。
除了拋光墊的形狀，本拋光裝置與圖21和圖22中的已有技術(shù)相同。因此，在以下描述中，與已有技術(shù)相同的零件使用相同的序號。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明第一實施例的拋光墊具有淺槽311，這些槽成形在拋光墊111的硬質(zhì)層711的表面上。槽311將許多孔211連接起來，以使拋光墊111和半導(dǎo)體片15之間不產(chǎn)生負(fù)壓。槽311的寬度可小于孔211的直徑(孔徑約1.5mm)，而孔211的深度約為0.3mm。另外，槽311的間距比孔211的間距大幾倍。例如，在本實施例中，槽距為30mm-60mm，孔距約5.0mm。
通常，作為拋光墊1硬質(zhì)層711的泡沫聚氨酯是用預(yù)定容器模制的。另外，硬質(zhì)層711經(jīng)熱處理固化后被切成所需厚度。由于孔211是沖壓成形的，所以制成的孔211一般會穿透硬質(zhì)層711。但是，由于用聚酯制成的薄片411是用膠511粘到硬質(zhì)層711的下表面的，所以孔211在底面上封閉。另外，柔性層611通常使用無紡材料，并用膠511粘到薄片411上。因為在硬質(zhì)層711和柔性層611之間設(shè)置了防水的薄片411，所以圖2所示結(jié)構(gòu)可防止水滲入柔性層611。由于吸水會使柔性層611的機械性能變差，就有必要使用諸如聚酯等防水材料。
依據(jù)本發(fā)明，因為在孔211的一部分表面上形成有很淺的槽311，所以減弱了在拋光墊111和半導(dǎo)體片15間的密封性能，完成拋光后，能順利地從拋光墊1上取下半導(dǎo)體片15。另外，這一結(jié)構(gòu)可以避免降低拋光墊的強度及拋光劑16的性能。
圖3表示因負(fù)壓作用使半導(dǎo)體片15滯留在拋光墊表面且不易取下的情況的發(fā)生率。如圖所示，與圖26所示的拋光墊相比，可以很明顯地改善半導(dǎo)體片的殘留情況。另外，與圖24中的拋光墊相比，可以得到同樣的效果。
圖4表示了為達到預(yù)定的拋光速率所需的拋光劑16用量的比較結(jié)果。與圖24中的拋光墊1相比，因為主要由孔211保持拋光劑16，所以第一實施例中的拋光墊111能減少拋光劑16的用量。
另外，盡管沒在圖中表示，但由于阻止了拋光墊111的硬質(zhì)層711的強度降低，所以減小了施加在作為拋光墊111底層的柔性層611上的負(fù)載，并減緩了經(jīng)一段時間后柔性層611的性能衰退。
圖5中的數(shù)據(jù)表示了槽深和發(fā)生半導(dǎo)體片粘附的概率之間的關(guān)系，圖6表示了在工作臺每一旋轉(zhuǎn)速度下，所需的拋光劑流動速率和槽深之間的關(guān)系。從這兩張圖中可以看出，優(yōu)選槽深是0.2mm-0.5mm。特別推薦的槽深是約0.3mm。
圖7和圖8表示了本發(fā)明的第二實施例的拋光墊。除了孔道的位置外，該拋光墊的形狀與第一實施例中拋光墊的形狀相同，所以，除孔道之外，附圖中的符號也與第一實施例相同。在硬質(zhì)層711和聚酯薄片411之間形成連接二者的淺孔道322，該孔道與若干個孔211相連。
象第一實施例一樣，形成的孔道322用于使拋光墊122和半導(dǎo)體片15之間不產(chǎn)生負(fù)壓。本實施例中的拋光墊與第一實施例中的拋光墊效果相同。圖9和圖10示出了本發(fā)明的第三實施例的拋光墊。除了槽的位置以外，本拋光墊的形狀與第一實施例中的拋光墊形狀相同。所以除了槽深以外，圖中使用了與第一實施例相同的序號。在硬質(zhì)層711的表面上成形有淺槽333，并且這些槽與孔211避開。也就是說，槽333不與孔211相連。
形成的槽333，可使拋光墊1和半導(dǎo)體片15之間不產(chǎn)生負(fù)壓，該槽333的深度大約是0.3mm。第三實施例中的拋光墊122的效果也與第一實施例中的拋光墊相同。
圖11和圖12表示了本發(fā)明第四實施例的拋光墊。除了孔道的位置以外，該拋光墊的形狀與第二實施例中拋光墊的形狀相同，所以除了孔道344以外，圖中使用了與第二實施例相同的序號。在硬質(zhì)層711和聚酯薄片411之間成形有連接二者的淺孔道344，并且這些孔道避開了孔211。也就是說，孔道344不與孔211相連。
槽344沒有防止負(fù)壓的效果。這一點與上述第一到第三實施例不同。但是，如圖13所示，與已有技術(shù)中只具有孔2的拋光墊相比，槽344周圍的區(qū)域容易自由變形。因此，硬質(zhì)層711象平板一樣與半導(dǎo)體片15接觸，這是由于硬質(zhì)層711發(fā)生變形，會減小作用在半導(dǎo)體片15邊緣部分的超量負(fù)載。
圖14表示在帶槽或不帶槽的情況下，剩余薄片輪廓與從半導(dǎo)體片邊緣算起的距離之間的關(guān)系圖。如圖所示，這與已有技術(shù)中僅具有孔2的拋光墊相比已有所改善。不僅僅只是該實施例能達到這種效果，第一到第三實施例也能達到。
圖15和圖16表示了本發(fā)明第五實施例的拋光墊。除了孔道的寬度以外，該拋光墊的形狀與第二實施例中的拋光墊形狀相同。也就是說，孔道355的寬度大于第二實施例中孔道344的寬度。所以除了孔道355以外，圖中使用了與第二實施例相同的序號?？椎?55的寬度比孔211的直徑要大。
本實施例與第二實施例的效果相同。
圖17和圖18表示了本發(fā)明第六實施例的拋光墊。除了孔道的寬度以外，該拋光墊的形狀與第一實施例中拋光墊的形狀相同。也就是說，孔道366的寬度大于第一實施例中孔道311的寬度。所以，除了孔道366以外，圖中使用了與第二實施例中相同的序號?？椎?55的寬度比寬度211的直徑要大。
本實施例與第一實施例的效果相同。
圖19和圖20表示了本發(fā)明第七實施例的拋光墊。本實施例的特征與第三和第五實施例相同。所以圖中使用了與第三和第五實施例中相同的序號。
如果需要更有效地防止負(fù)壓，應(yīng)優(yōu)選本實施例。
在第二、第四和第五實施例中，孔道322、344、355的形狀可以是矩形的或圓形的。但并不限于這些形狀。如果孔道是圓形的，其直徑可從0.2mm到0.5mm。最好采用0.3mm。作為將孔道制在硬質(zhì)層711表面上的替代形式，也可以將孔道制在硬質(zhì)層711的中部。
盡管結(jié)合不同形式的優(yōu)選實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，應(yīng)理解到提供這些實施例僅是為了說明目的，并不是對本發(fā)明的限定。在本發(fā)明所述權(quán)利要求所示范圍和精神下，應(yīng)考慮到等效技術(shù)下的不同變形和替代形式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是很明顯的。
權(quán)利要求
1.一種拋光墊，帶有多個孔和位于所述拋光墊表面上的多條槽。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光墊，其特征在于，從所述槽的第一槽到靠近該第一槽的所述槽的第二槽之間的距離大于從所述孔的第一孔到靠近該第一孔的所述孔的第二孔之間的距離。
3.如權(quán)利要求2所述的拋光墊，其特征在于，所述槽的深度從0.2mm到0.5mm。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光墊，其特征在于，所述槽的寬度小于所述孔的直徑。
5.如權(quán)利要求4所述的拋光墊，其特征在于，從所述第一孔到所述第二孔的距離約5.0mm。
6.如權(quán)利要求5所述的拋光墊，其特征在于，所述第一槽與所述孔中若干個孔相連。
7.如權(quán)利要求6所述的拋光墊，其特征在于，所述槽的深度約0.3mm。
8.如權(quán)利要求7所述的拋光墊，其特征在于，所述孔的直徑約1.5mm。
9.一種拋光墊，它帶有多個孔和多個孔道。
10.如權(quán)利要求9所述的拋光墊，其特征在于，從所述孔道的第一孔道到靠近該第一孔道的所述孔道的第二孔道之間的距離大于從所述孔的第一孔到靠近該第一孔的所述孔的第二孔之間的距離。
11.如權(quán)利要求10所述的拋光墊，其特征在于，所述孔道的直徑從0.2mm到0.5mm。
12.如權(quán)利要求11所述的拋光墊，其特征在于，所述孔道的寬度小于所述孔的直徑。
13.如權(quán)利要求12所述的拋光墊，其特征在于，從所述第一孔到所述第二孔的距離約5.0mm。
14.如權(quán)利要求13所述的拋光墊，其特征在于，所述第一孔道與所述孔中若干個孔相連。
15.如權(quán)利要求14所述的拋光墊，其特征在于，所述孔道的直徑約0.3mm。
16.如權(quán)利要求15所述的拋光墊，其特征在于，所述孔的直徑約5.0mm。
17.一種拋光裝置，包括帶有拋光墊的旋轉(zhuǎn)工作臺，所述拋光墊帶有多個孔和位于所述拋光墊表面上的多條槽；一個旋轉(zhuǎn)載物器，用于夾持半導(dǎo)體片，其特征在于，在拋光過程中，把所述旋轉(zhuǎn)載物器推向所述拋光墊從而拋光所述半導(dǎo)體片。
全文摘要
在用于拋光薄片的拋光墊的硬質(zhì)層表面形成有淺槽及孔。由于形成的槽是用于使拋光墊和薄片之間不產(chǎn)生負(fù)壓的，所以槽間距制成比孔間距大幾倍的形式。
文檔編號B24B37/24GK1151342SQ96119219
公開日1997年6月11日 申請日期1996年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月25日
發(fā)明者鳥井康司 申請人:日本電氣株式會社