專利名稱：拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光方法，特別地講，涉及一種將工件例如半導(dǎo)體晶片拋光到平面鏡光潔度的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體裝置變得越來越高度集成，電路互連線也變得越來越精細(xì)，并且電路互連線之間的距離也變得越來越小。在能夠形成最大寬度為0.5μm的互連線的光刻的情況下，由于光學(xué)系統(tǒng)的焦深相對(duì)較小，因此要求具有即將通過步進(jìn)器聚焦的布線圖案的表面應(yīng)盡可能地平。然而，用于使半導(dǎo)體晶片平面化的傳統(tǒng)設(shè)備例如自平面化CVD設(shè)備和蝕刻設(shè)備均不能生產(chǎn)具有完全平面化表面的半導(dǎo)體晶片。最近，已有人試圖使用拋光設(shè)備來使半導(dǎo)體晶片平面化，與上述傳統(tǒng)設(shè)備相比，可期望拋光設(shè)備更容易地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體晶片的完全平面化。
圖1示出了這種類型的拋光設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)。如圖1所示，所述拋光設(shè)備具有拋光臺(tái)151和頂環(huán)152，其中，拋光臺(tái)151上具有拋光墊161，頂環(huán)152用于以下述方式保持著作為被拋光工件的半導(dǎo)體W，即要被拋光的表面面向拋光墊161。拋光墊161具有用作拋光面的上表面，用于拋光工件。頂環(huán)152借助于球關(guān)節(jié)154以下述方式連接著頂環(huán)軸153的下端，即可相對(duì)于頂環(huán)軸153傾斜。頂環(huán)152以期望壓力將半導(dǎo)體晶片W擠壓在拋光臺(tái)151上，同時(shí)拋光臺(tái)151和頂環(huán)152又能彼此獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。拋光液Q例如研磨液或純水從拋光液供給噴嘴155供到拋光墊161上。因此，半導(dǎo)體晶片W的表面可由拋光液Q拋光。此時(shí)，半導(dǎo)體晶片W的表面與拋光墊161的表面形成滑動(dòng)接觸，從而可借助于球關(guān)節(jié)154而隨從于拋光墊161的表面。
迄今為止采用的均是由非紡織物制成的拋光墊來作為連接在拋光臺(tái)上的拋光墊。IC和LSI電路中近年來所實(shí)現(xiàn)的更高的集成度要求在半導(dǎo)體晶片的表面上應(yīng)具有更小的臺(tái)階或表面不規(guī)則部分。為了滿足這種要求，已經(jīng)有人使用了由硬質(zhì)材料例如聚氨酯發(fā)泡塑料制成的拋光墊。
在半導(dǎo)體晶片W被所述拋光設(shè)備這樣地拋光之后，必須將半導(dǎo)體晶片W從位于拋光臺(tái)151上的拋光面(拋光墊161)上取下(或分離)。然而，拋光墊161與半導(dǎo)體晶片W之間由于夾有拋光液Q而會(huì)有大的表面張力作用。因此，如果保持著半導(dǎo)體晶片W的頂環(huán)152在拋光位置上升起以將半導(dǎo)體晶片W從拋光墊161上取下，就會(huì)出現(xiàn)只有頂環(huán)152升起和半導(dǎo)體晶片W粘附在拋光墊161上從而會(huì)留在拋光墊161上的情況。
這種問題能夠通過頂環(huán)的懸置動(dòng)作而得到解決。在所述懸置動(dòng)作中，在拋光處理完成之后，頂環(huán)152不是在拋光位置上升起，而是移動(dòng)到拋光墊161的外周邊緣，以便將半導(dǎo)體晶片W的拋光后的表面部分地暴露在拋光墊161的外周邊緣之外，然后頂環(huán)152再升起以將半導(dǎo)體晶片W從拋光墊161上取下。這種懸置動(dòng)作可使拋光墊161與半導(dǎo)體晶片W之間的表面張力降低，因此半導(dǎo)體晶片W能夠很容易地從拋光墊161上取下或分離。
如上所述，所述懸置動(dòng)作能夠降低拋光墊161與半導(dǎo)體晶片W之間的表面張力。然而，當(dāng)拋光后的半導(dǎo)體晶片W從拋光墊161的外周邊緣伸出時(shí)，頂環(huán)152可能會(huì)發(fā)生傾斜。在這種情況下，半導(dǎo)體晶片W會(huì)強(qiáng)有力地?cái)D壓在拋光墊161的外周邊緣上，從而半導(dǎo)體晶片W會(huì)出現(xiàn)破裂或刮傷。
拋光墊的拋光能力由于磨粒和半導(dǎo)體材料的拋光廢棄物的沉積以及由于其特性的變化而會(huì)逐漸地降低。因此，如果使用同一個(gè)拋光墊重復(fù)地拋光半導(dǎo)體晶片，拋光設(shè)備的拋光速度就會(huì)降低，并且拋光后的半導(dǎo)體晶片往往會(huì)出現(xiàn)拋光不規(guī)則現(xiàn)象。因此，通常在拋光之前、之后或過程中根據(jù)使用金剛石整形器或類似物對(duì)拋光墊的表面進(jìn)行恢復(fù)的整形處理來使拋光墊達(dá)到要求。
當(dāng)整形器對(duì)拋光墊的拋光面進(jìn)行整形時(shí)，其會(huì)將拋光墊刮掉一薄層。因此，在拋光墊的拋光面已被整形了許多次之后，其就會(huì)變得不規(guī)則，即失去了其平面性，從而會(huì)導(dǎo)致臺(tái)階的形成。這樣，在上述懸置動(dòng)作中的將拋光后的半導(dǎo)體晶片移動(dòng)至拋光墊的外周邊緣的過程中，由于拋光墊的不規(guī)則而可能會(huì)使半導(dǎo)體晶片出現(xiàn)破裂或刮傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)考慮到了上述缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種拋光方法，其在不需要懸置動(dòng)作的情況下就能夠容易和安全地將拋光后的工件從拋光面上分離，并且能夠增加產(chǎn)量。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種拋光方法。轉(zhuǎn)動(dòng)工件和拋光臺(tái)。所述拋光臺(tái)上具有一個(gè)拋光面。所述工件擠壓在以第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的所述拋光臺(tái)上的所述拋光面上，以拋光所述工件。所述工件在其擠壓在所述拋光面上之后從所述拋光面上分離。在所述工件從所述拋光面上分離之前，將所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速降低到低于所述第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速，以在所述工件的轉(zhuǎn)速與所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速之間提供轉(zhuǎn)速差。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，將所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)钠湓趻伖鈺r(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速下降低，以在所述拋光臺(tái)與所述工件之間提供轉(zhuǎn)速差。此時(shí)，所述工件漂浮在形成于所述工件的下表面與所述拋光面之間的拋光液液體層上。具體地講，出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象。打滑現(xiàn)象可降低所述拋光面與所述工件之間因存在所述拋光液而引起的表面張力。因此，即使所述工件直接在拋光處理完成的位置上升起，所述工件也能夠在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從所述拋光面上取下或分離。從而，所述工件不會(huì)留在所述拋光面上，并且可防止其受懸置動(dòng)作的作用出現(xiàn)破裂或刮傷。而且，由于不需要執(zhí)行懸置動(dòng)作，因此能夠縮短拋光節(jié)拍時(shí)間，并且能提高產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速的降低在拋光處理的過程中執(zhí)行。當(dāng)所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，執(zhí)行所述拋光面的清洗處理。在這種情況下，有利于所述工件從所述拋光面上分離，并且下一個(gè)工件所用的條件能夠得到及時(shí)地調(diào)節(jié)。從而，可提高產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，拋光液在拋光處理的過程中以第一流率供給到所述拋光面上。在所述工件從所述拋光面上分離之前或過程中，將所述拋光液的流率增至大于所述第一流率的第二流率。在這種情況下，可以增強(qiáng)打滑現(xiàn)象的效果，從而能很容易地將所述工件從所述拋光面上分離。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，在所述工件從所述拋光面上分離之前，將氣體與純水或化學(xué)液體的混合物噴射到所述拋光面上，以清洗所述拋光面。在這種情況下，可以增強(qiáng)打滑現(xiàn)象的效果，并且可以在拋光處理的過程中開始本來在所述拋光處理之后執(zhí)行的所述拋光面的清洗處理。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，所述工件從所述拋光面上升起，以將所述工件從所述拋光面上分離。所述工件的上升速度降低，直到其基本上與所述拋光面分離。因此，當(dāng)所述工件從所述拋光面上分離時(shí)在所述工件上產(chǎn)生的應(yīng)力能夠得到降低。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種拋光方法。工件和拋光面彼此相對(duì)移動(dòng)。所述工件擠壓在以第一頻率移動(dòng)的所述拋光面上，以拋光所述工件。所述工件在其擠壓在所述拋光面上之后從所述拋光面上分離。在所述工件從所述拋光面上分離之前，將所述拋光面的運(yùn)動(dòng)頻率降至低于所述第一頻率的第二頻率。所述工件和所述拋光面可作軌道運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，所述工件漂浮在形成于所述工件的下表面與所述拋光面之間的拋光液液體層上。具體地講，出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象。打滑現(xiàn)象可降低所述拋光面與所述工件之間因存在所述拋光液而引起的表面張力。因此，即使所述工件直接在拋光處理完成的位置上升起，所述工件也能夠在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從所述拋光面上取下或分離。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種拋光方法。拋光面相對(duì)于工件移動(dòng)。所述工件擠壓在以第一速度移動(dòng)的所述拋光面上，以拋光所述工件。所述工件在其擠壓在所述拋光面上之后從所述拋光面上分離。在所述工件從所述拋光面上分離之前，將所述拋光面的運(yùn)動(dòng)速度降至小于所述第一速度的第二速度。所述拋光面可直線移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，當(dāng)所述拋光面的運(yùn)動(dòng)速度降低時(shí)，出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象，從而可降低所述拋光面與所述工件之間因存在所述拋光液而引起的表面張力。因此，即使所述工件直接在拋光處理完成的位置上升起，所述工件也能夠在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從所述拋光面上取下。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種拋光方法。轉(zhuǎn)動(dòng)工件和拋光臺(tái)。所述拋光臺(tái)上具有一個(gè)拋光面。所述工件擠壓在位于所述拋光臺(tái)上的所述拋光面上。所述工件在其擠壓在所述拋光面上之后從所述拋光面上分離。在將所述工件從所述拋光面上分離之前，降低頂環(huán)的轉(zhuǎn)速與所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速比。
下面，參看示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖通過實(shí)例來描述本發(fā)明，可使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見。


圖1是示意圖，示出了拋光設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；圖2是主視圖，示出了采用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光方法的拋光設(shè)備；圖3是圖2中所示的所述拋光設(shè)備的俯視圖；圖4是剖視圖，示出了圖2中所示的所述拋光設(shè)備中的頂環(huán)；圖5是圖4中所示的所述頂環(huán)的仰視圖；圖6是時(shí)序圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于拋光半導(dǎo)體晶片的拋光處理和用于將所述半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離的分離處理的實(shí)例；以及圖7是透視圖，示出了能夠采用本發(fā)明的具有卷帶式(皮帶式)拋光臺(tái)的拋光設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
下面，參看圖2至圖7描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光方法。
圖2是主視圖，示出了采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光方法的拋光設(shè)備的結(jié)構(gòu)，圖3是圖2中所示的拋光設(shè)備的俯視圖。如圖2和圖3所示，所述拋光設(shè)備具有用于保持著半導(dǎo)體晶片W的頂環(huán)1和安置在頂環(huán)1的下方的拋光臺(tái)100。拋光臺(tái)100具有拋光墊101，其連接在拋光臺(tái)100的上表面上。拋光墊101具有與半導(dǎo)體晶片W形成滑動(dòng)接觸的上表面。因此，拋光墊101的上表面可用作用于拋光半導(dǎo)體晶片W的拋光面。所述拋光設(shè)備還具有拋光液供給噴嘴102和噴霧器103，其中，拋光液供給噴嘴102安置在拋光臺(tái)100的上方，用于將拋光液Q供給到拋光墊101上，噴霧器103具有多個(gè)噴嘴103a，所述噴嘴103a連接著氮?dú)夤┙o源和液體供給源。在圖3中，噴霧器103可安置在由實(shí)線所表示的位置上或由雙點(diǎn)劃線所表示的位置上。
拋光液供給噴嘴102將用于拋光半導(dǎo)體晶片W的拋光液Q例如研磨液或純水供給到位于拋光臺(tái)100上的拋光面上。噴霧器103將氮?dú)馀c純水或化學(xué)液體的混合物噴射到位于拋光臺(tái)100上的拋光面上。氮?dú)馀c純水或化學(xué)液體的壓力可通過連接著氮?dú)夤┙o源和液體供給源的調(diào)節(jié)器或氣動(dòng)閥(未示出)調(diào)節(jié)到預(yù)定值，然后再以混合狀態(tài)供給噴霧器103的噴嘴103a。在這種情況下，噴霧器103的噴嘴103a應(yīng)優(yōu)選向拋光臺(tái)100的外圍邊緣噴射上述混合物。除了氮?dú)庖酝猓瑖婌F器103還可采用其他任何惰性氣體。噴霧器103可只噴射液體，例如純水或化學(xué)液體。
氮?dú)馀c純水或化學(xué)液體的混合物可以以下述狀態(tài)供給(1)液體微粒、(2)由液體凝固產(chǎn)生的固體微?；?3)由液體汽化產(chǎn)生的氣體。這些狀態(tài)(1)、(2)和(3)稱作霧化。在這些狀態(tài)下，所述混合物可從噴霧器103的噴嘴103a向位于拋光臺(tái)100上的拋光面噴射。例如，氮?dú)夂?或純水或化學(xué)液體的壓力或溫度或噴嘴的形狀決定所述混合物將以哪一種狀態(tài)即液體微粒、固體微?；驓怏w噴射。因此，即將噴射的混合物的狀態(tài)能夠例如通過使用調(diào)節(jié)器或類似裝置適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)氮?dú)夂?或純水或化學(xué)液體的壓力或溫度或者通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)噴嘴的形狀而得到改變。
從市場(chǎng)上可購(gòu)買到各種類型的拋光墊。例如，其中一些類型是由Rodel公司生產(chǎn)的SUBA800、IC-1000和IC-1000/SUBA400(雙層布)和由富士美公司生產(chǎn)的Surfin xxx-5和Surfin 000。SUBA800、Surfin xxx-5和Surfin 000是由尿烷樹脂粘結(jié)的非紡織物，IC-1000由硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料制成(單層)。聚氨酯發(fā)泡塑料是多孔的，在其表面中形成有大量的細(xì)小凹槽或孔。
如圖2所示，頂環(huán)1借助于萬向結(jié)10連接著頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11。頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11連接著頂環(huán)氣缸111，所述頂環(huán)氣缸111固定在頂環(huán)頭110上。頂環(huán)氣缸111可以操作，以垂直地移動(dòng)頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11，從而可將頂環(huán)1作為一個(gè)整體升降和將固定在頂環(huán)本體2的下端上的限位環(huán)3擠壓在拋光臺(tái)100上。頂環(huán)氣缸111借助于調(diào)節(jié)器R1連接著壓縮空氣源120，所述調(diào)節(jié)器R1能夠調(diào)節(jié)供給頂環(huán)氣缸111的壓縮空氣或類似物的壓力。因此，可以對(duì)用于使限位環(huán)3擠壓拋光墊101的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11通過鍵(未示出)與轉(zhuǎn)筒112連接。轉(zhuǎn)筒112具有固定地安置在其外圍部分上的同步帶輪113。頂環(huán)電機(jī)114固定在頂環(huán)頭110上。同步帶輪113借助于同步帶115與安裝在頂環(huán)電機(jī)114上的同步帶輪116連接。因此，當(dāng)頂環(huán)電機(jī)114得到供電而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)筒112和頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11就可借助于同步帶輪116、同步帶115和同步帶輪113共同一致地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可使頂環(huán)1轉(zhuǎn)動(dòng)。頂環(huán)頭110支承在固定地支承于框架(未示出)上的頂環(huán)頭軸117上。
下面，將描述所述拋光設(shè)備的頂環(huán)1。圖4是剖視圖，示出了所述拋光設(shè)備的頂環(huán)1，圖5是圖4中所示的頂環(huán)1的仰視圖。如圖4所示，頂環(huán)1具有頂環(huán)本體2和限位環(huán)3，其中，頂環(huán)本體2呈內(nèi)部限定有接收空間的圓柱形外殼的形式，限位環(huán)3固定在頂環(huán)本體2的下端上。頂環(huán)本體2由具有高的強(qiáng)度和高的剛度的材料例如金屬或陶瓷制成。限位環(huán)3由剛度大的合成樹脂、陶瓷或類似物制成。
頂環(huán)本體2具有圓柱形外殼2a、裝配在外殼2a的圓柱形部分中的環(huán)形加壓支承片2b以及裝配在外殼2a的上表面的外周邊緣上的環(huán)形密封件2c。限位環(huán)3固定在頂環(huán)本體2的外殼2a的下端上。限位環(huán)3具有徑向向內(nèi)凸出的下部。限位環(huán)3可與頂環(huán)本體2整體形成。
頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11安置在頂環(huán)本體2的外殼2a的中心部分的上方。頂環(huán)本體2通過萬向結(jié)10連接著頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11。萬向結(jié)10具有球面支承機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)，頂環(huán)本體2和頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11可通過所述球面支承機(jī)構(gòu)彼此相對(duì)傾斜，所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)用于將頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到頂環(huán)本體2。所述球面支承機(jī)構(gòu)和所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)可將壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)力從頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11傳遞到頂環(huán)本體2，同時(shí)又能允許頂環(huán)本體2和頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11彼此相對(duì)傾斜。
所述球面支承機(jī)構(gòu)具有以對(duì)中方式限定在頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11的下表面中的半球形凹槽11a、以對(duì)中方式限定在外殼2a的上表面中的半球形凹槽2d以及由極硬材料例如陶瓷制成的放置在凹槽11a與2d之間的支承球12。所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)包含固定在頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11上的驅(qū)動(dòng)銷(未示出)和固定在外殼2a上的從動(dòng)銷(未示出)。即使頂環(huán)本體2相對(duì)于頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11發(fā)生了傾斜，所述驅(qū)動(dòng)銷和所述從動(dòng)銷在接觸點(diǎn)發(fā)生移位的情況下仍能保持著彼此咬合，這是由于所述驅(qū)動(dòng)銷和所述從動(dòng)銷可彼此相對(duì)垂直移動(dòng)。因此，所述轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)能夠可靠地將頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11的轉(zhuǎn)矩傳遞到頂環(huán)本體2。
頂環(huán)本體2和固定在頂環(huán)本體2上的限位環(huán)3之中限定有一個(gè)空間，所述空間中容納著密封環(huán)4、圓形保持環(huán)5以及圓盤形夾板6，其中，密封環(huán)4具有與由頂環(huán)1保持著的半導(dǎo)體晶片W的外圍部分接觸的下表面，圓盤形夾板6可在頂環(huán)本體2中于接收空間內(nèi)垂直地移動(dòng)。密封環(huán)4具有徑向外邊緣，其被夾持在保持環(huán)5與固定在保持環(huán)5的下端上的夾板6之間并且徑向向內(nèi)延伸，以在夾板6的外周邊緣附近覆蓋夾板6的下表面。密封環(huán)4的下端面與要被拋光的半導(dǎo)體晶片W的上表面接觸。半導(dǎo)體晶片W具有限定在其外邊緣中的凹槽，所述凹槽稱作切口或定向平坦部，用于辨認(rèn)(識(shí)別)所述半導(dǎo)體晶片的方位。密封環(huán)4應(yīng)優(yōu)選從例如切口或定向平坦部的最內(nèi)的位置徑向向著夾板6的內(nèi)部延伸。
夾板6可由金屬制成。然而，當(dāng)形成在半導(dǎo)體晶片的表面上的薄膜的厚度通過在要被拋光的半導(dǎo)體晶片由頂環(huán)保持著的這種狀態(tài)下使用渦流的方法測(cè)量時(shí)，夾板6應(yīng)優(yōu)選由非磁性材料例如諸如氟樹脂、環(huán)氧樹脂或陶瓷的絕緣材料制成。
包括彈性膜的加壓片7在保持環(huán)5與頂環(huán)本體2之間延伸。加壓片7具有夾持在頂環(huán)本體2的外殼2a與加壓支承片2b之間的徑向外邊緣和夾持在保持環(huán)5的上端部5a與止動(dòng)器5b之間的徑向內(nèi)邊緣。頂環(huán)本體2、夾板6、保持環(huán)5以及加壓片7共同在頂環(huán)本體2中限定了壓力室21。如圖4所示，包括管和連接器的流體通道31與壓力室21連通，所述壓力室21借助于設(shè)在流體通道31上的調(diào)節(jié)器R2與壓縮空氣源120連接。加壓片7由高強(qiáng)度且耐用的橡膠材料例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠制成。
在加壓片7由彈性材料例如橡膠制成的情況下，如果加壓片7固定地夾持在限位環(huán)3與頂環(huán)本體2之間，則期望的水平面就不能被保持在限位環(huán)3的下表面上，這是由于加壓片7作為彈性材料會(huì)發(fā)生彈性變形。為了防止這種缺點(diǎn)，在本實(shí)施例中，加壓片7夾持在頂環(huán)本體2的外殼2a與被設(shè)置為單獨(dú)元件的加壓支承片2b之間。限位環(huán)3可相對(duì)于頂環(huán)本體2垂直移動(dòng)，或者限位環(huán)3可具有能夠獨(dú)立地?cái)D壓頂環(huán)本體2的拋光面的結(jié)構(gòu)。在這些情況下，加壓片7不必以上述方式固定。
呈環(huán)形槽形式的清洗液通道51限定在外殼2a上的位于外周邊緣附近的上表面中，所述外殼2a的外周邊緣的上方裝配有頂環(huán)本體2的密封件2c。清洗液通道51通過形成在密封件2c中的通孔52與流體通道32連通。清洗液(純水)通過流體通道32供給清洗液通道51。多個(gè)連通孔53以與清洗液通道51連通的方式限定在外殼2a和加壓支承片2b中。連通孔53與限定在密封環(huán)4的外周表面與限位環(huán)3的內(nèi)周表面之間的狹縫G連通。
用作與半導(dǎo)體晶片W接觸的接合件的中心袋8和環(huán)管9安裝在限定在夾板6與半導(dǎo)體晶片W之間的空間內(nèi)。在本實(shí)施例中，如圖4和5所示，中心袋8以對(duì)中方式安置在夾板6的下表面上，環(huán)管9以環(huán)繞著中心袋8的方式安置在中心袋8的徑向向外的位置上。密封環(huán)4、中心袋8和環(huán)管9之中的每個(gè)均由高強(qiáng)度且耐用的橡膠材料例如乙丙橡膠(EPDM)、聚氨酯橡膠或硅橡膠制成。
限定在夾板6與半導(dǎo)體晶片W之間的空間被中心袋8和環(huán)管9分隔成多個(gè)空間。因此，壓力室22被限定在中心袋8與環(huán)管9之間，壓力室23被限定在環(huán)管9的徑向向外的位置。
中心袋8具有與半導(dǎo)體晶片W的上表面形成接觸的彈性膜81和用于可拆卸地將彈性膜81保持在適當(dāng)位置上的中心袋保持器82。中心袋保持器82中形成有螺紋孔82a，并且中心袋8通過將螺釘55旋入螺紋孔82a中而能可拆卸地固定在夾板6的下表面的中心處。中心袋8中具有由彈性膜81和中心袋保持器82限定的中心壓力室24。
相似地，環(huán)管9具有與半導(dǎo)體晶片W的上表面形成接觸的彈性膜91和用于可拆卸地將彈性膜91保持在適當(dāng)位置上的環(huán)管保持器92。環(huán)管保持器92中形成有螺紋孔92a，并且環(huán)管9通過將螺釘56旋入螺紋孔92a中而能可拆卸地固定在夾板6的下表面上。環(huán)管9中具有由彈性膜91和環(huán)管保持器92限定的中間壓力室25。
在本實(shí)施例中，壓力室24由中心袋8的彈性膜81和中心袋保持器82形成，壓力室25由環(huán)管9的彈性膜91和環(huán)管保持器92形成。壓力室22和23也可分別由彈性膜和用于固定所述彈性膜的保持器形成。而且，可適當(dāng)?shù)卦黾訌椥阅ず捅３制?，以增大壓力室的?shù)目。
包括管和連接器的流體通道33、34、35和36分別與壓力室22和23、中心壓力室24和中間壓力室25連通。壓力室22至25分別借助于分別連接著流體通道33-36的相應(yīng)的調(diào)節(jié)器R3、R4、R5和R6與作為供給源的壓縮空氣源120連接。流體通道31至36通過安裝在頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11的上端上的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(未示出)分別連接著相應(yīng)的調(diào)節(jié)器R1-R6。
位于夾板6上方的壓力室21和壓力室22至25分別借助于連接著相應(yīng)的壓力室的流體通道31、33、34、35和36被供給加壓流體例如加壓空氣或大氣，或者被抽空。如圖2所示，分別連接著壓力室21至25的流體通道31、33、34、35和36的調(diào)節(jié)器R2至R6能夠分別調(diào)節(jié)供給相應(yīng)壓力室的加壓流體的壓力。從而，可以獨(dú)立地控制壓力室21至25中的壓力，或者獨(dú)立地將大氣引入到壓力室21至25中或?qū)毫κ?1至25抽成真空。通過采用這種方式，壓力室21至25中的壓力能夠通過使用調(diào)節(jié)器R2至R6得到獨(dú)立地改變，從而，用于將半導(dǎo)體晶片W擠壓在拋光墊101上的壓力能夠在半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域上得到調(diào)節(jié)。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，壓力室21至25可連接著真空源121。
在這種情況下，供給壓力室22至25的加壓流體或大氣的溫度也可得到獨(dú)立地控制。通過使用這種構(gòu)造，可以從要被拋光的表面的背側(cè)直接控制工件例如半導(dǎo)體晶片的溫度。特別地講，當(dāng)每個(gè)壓力室的溫度均能得到獨(dú)立地控制時(shí)，在CMP的化學(xué)拋光處理中的化學(xué)反應(yīng)的速度就能夠得到控制。
夾板6具有徑向內(nèi)吸引部61，它們?cè)谥行拇?和環(huán)管9之間向下延伸。夾板6具有徑向外吸引部62，它們?cè)诃h(huán)管9的外側(cè)向下延伸。在本實(shí)施例中，設(shè)有八個(gè)吸引部61、62。
內(nèi)吸引部61和外吸引部62分別具有分別與流體通道37、38連通的連通孔61a、62a。內(nèi)吸引部61和外吸引部62借助于流體通道37、38和閥V1、V2與真空源121例如真空泵連接。當(dāng)吸引部61、62的連通孔61a、62a與真空源121連接著時(shí)，就會(huì)在吸引部61、62的連通孔61a、62a的下開口端上產(chǎn)生負(fù)壓，從而可將半導(dǎo)體晶片W吸附到內(nèi)吸引部61和外吸引部62的下端上。內(nèi)吸引部6 1和外吸引部62分別具有連接在它們下端上的彈性片61b、62b，例如薄橡膠片，從而可使半導(dǎo)體晶片W以彈性方式與彈性片61b、62b的下表面接觸并保持在該下表面上。
由于在密封環(huán)4的外周表面與限位環(huán)3的內(nèi)周表面之間具有狹縫G，因此保持環(huán)5、夾板6和連接在夾板6上的密封環(huán)4能夠相對(duì)于頂環(huán)本體2和限位環(huán)3垂直地移動(dòng)，從而它們是能夠相對(duì)于頂環(huán)本體2和限位環(huán)3浮動(dòng)的浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。保持環(huán)5的止動(dòng)器5b具有多個(gè)從其外周邊緣徑向向外凸出的齒5c。包括保持環(huán)5在內(nèi)的構(gòu)件的向下移動(dòng)會(huì)由于齒5c與限位環(huán)3的徑向向內(nèi)的凸出部的上表面咬合而被限制在預(yù)定范圍。
下面，詳細(xì)地描述如此構(gòu)造的頂環(huán)1的操作。
在如此構(gòu)造的拋光設(shè)備中，當(dāng)半導(dǎo)體晶片W即將交付給所述拋光設(shè)備拋光時(shí)，頂環(huán)1作為一個(gè)整體移動(dòng)至半導(dǎo)體晶片W被傳送到的位置上，并且，吸引部61和62的連通孔61a和62a通過流體通道37和38與真空源121連接。半導(dǎo)體晶片W在真空下通過連通孔61a和62a的吸氣作用被吸附至吸引部61和62的下端上。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W吸附到頂環(huán)1上時(shí)，頂環(huán)1作為一個(gè)整體移動(dòng)到拋光臺(tái)100上方的位置上，其中，所述拋光臺(tái)100上具有拋光面(拋光墊101)。半導(dǎo)體晶片W的外周邊緣由限位環(huán)3保持著，從而半導(dǎo)體晶片W不會(huì)從頂環(huán)1上脫落。
為了拋光半導(dǎo)體晶片W，吸引部61和62釋放了對(duì)半導(dǎo)體晶片W的吸附作用，并且，半導(dǎo)體晶片W保持在頂環(huán)1的下表面上。同時(shí)，連接著頂環(huán)驅(qū)動(dòng)軸11的頂環(huán)氣缸111啟動(dòng)，以便以預(yù)定壓力將固定在頂環(huán)1的下端上的限位環(huán)3擠壓在拋光臺(tái)100上的拋光面上。在這種狀態(tài)下，加壓流體以相應(yīng)的壓力分別供給壓力室22和23、中心壓力室24和中間壓力室25，從而可將半導(dǎo)體晶片W擠壓在拋光臺(tái)100上的拋光面上。拋光液供給噴嘴102提前將拋光液Q供給到拋光墊101上，從而，拋光墊101上保持有拋光液Q。因此，半導(dǎo)體晶片W可使用提供在要被拋光的半導(dǎo)體晶片W的(下)表面與拋光墊101之間的拋光液Q通過拋光墊101拋光。在拋光時(shí)，拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速被保持成與頂環(huán)1的轉(zhuǎn)速大致相同。
半導(dǎo)體晶片W上的位于壓力室22和23下方的局部區(qū)域以供給壓力室22和23的加壓流體的壓力擠壓在拋光面上。半導(dǎo)體晶片W上的位于中心壓力室24下方的局部區(qū)域借助于中心袋8的彈性膜81以供給中心壓力室24的加壓流體的壓力擠壓在拋光面上。半導(dǎo)體晶片W上的位于中間壓力室25下方的局部區(qū)域借助于環(huán)管9的彈性膜91以供給中間壓力室25的加壓流體的壓力擠壓在拋光面上。
因此，作用在半導(dǎo)體晶片W的各個(gè)局部區(qū)域上的拋光壓力能夠通過控制供給各個(gè)壓力室22至25的加壓流體的壓力而得到獨(dú)立地調(diào)節(jié)。具體地講，各個(gè)調(diào)節(jié)器R3至R6能夠獨(dú)立地調(diào)節(jié)供給壓力室22至25的加壓流體的壓力，從而可調(diào)節(jié)用于將半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域擠壓在拋光臺(tái)100上的拋光墊101上的壓力。當(dāng)作用在半導(dǎo)體晶片W的各個(gè)局部區(qū)域上的拋光壓力被獨(dú)立地調(diào)節(jié)到期望值時(shí)，半導(dǎo)體晶片W擠壓在位于正在轉(zhuǎn)動(dòng)中的拋光臺(tái)100上的拋光墊101上。相似地，供給頂環(huán)氣缸111的加壓流體的壓力能夠通過調(diào)節(jié)器R1調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)限位環(huán)3擠壓著拋光墊101的力。在半導(dǎo)體晶片W正在拋光的過程中，限位環(huán)3擠壓著拋光墊101的力和半導(dǎo)體晶片W擠壓著拋光墊101上的壓力能夠得到適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，從而可以期望的壓力分布向半導(dǎo)體晶片W的中心區(qū)域(圖5中的C1)、位于中心區(qū)域和中間區(qū)域(C3)之間的內(nèi)區(qū)域(C2)、中間區(qū)域(C3)、外圍區(qū)域(C4)以及位于半導(dǎo)體晶片W的外側(cè)的限位環(huán)3的外圍部分施加拋光壓力。
通過這種方式，半導(dǎo)體晶片W可分為四個(gè)同心的圓形和環(huán)形區(qū)域(C1至C4)，這些區(qū)域能夠分別以獨(dú)立的壓力擠壓。拋光速度取決于作用在半導(dǎo)體晶片W上的將其擠壓在拋光面上的壓力。如上所述，由于作用在上述區(qū)域上的壓力能夠得到獨(dú)立地控制，因此半導(dǎo)體晶片W的四個(gè)圓形和環(huán)形區(qū)域(C1至C4)的拋光速度也能夠得到獨(dú)立地控制。從而，即使半導(dǎo)體晶片W的表面上的要被拋光的薄膜的厚度存在徑向變化，半導(dǎo)體晶片W的表面上的薄膜也能夠得到均勻地拋光，而不會(huì)在半導(dǎo)體晶片W的整個(gè)表面上出現(xiàn)不充分或過分地拋光。具體地講，即使半導(dǎo)體晶片W的表面上的要被拋光的薄膜的厚度會(huì)根據(jù)半導(dǎo)體晶片W上的徑向位置的不同而不同，但可以將位于薄膜的較厚區(qū)域上方的壓力室中的壓力設(shè)置得比其他壓力室中的壓力大，或?qū)⑽挥诒∧さ妮^薄區(qū)域上方的壓力室中的壓力設(shè)置得比其他壓力室中的壓力小。通過采用這種方式，作用在薄膜的較厚區(qū)域上的將該區(qū)域擠壓在拋光面上的壓力就會(huì)比作用在薄膜的較薄區(qū)域上的將該區(qū)域擠壓在拋光面上的壓力大，從而可選擇性地增大薄膜的較厚區(qū)域的拋光速度。因此，在半導(dǎo)體晶片W的整個(gè)表面上，不管薄膜形成時(shí)薄膜的厚度如何分布，半導(dǎo)體晶片W的整個(gè)表面均能被準(zhǔn)確地拋光到所期望的級(jí)別。
通過控制作用在限位環(huán)3上的壓力可防止在半導(dǎo)體晶片W的圓周邊緣上出現(xiàn)任何不希望的邊緣。如果半導(dǎo)體晶片W的圓周邊緣上的要被拋光的薄膜的厚度變化很大，則作用在限位環(huán)3上的壓力就可有意地增大或降低，從而可控制半導(dǎo)體晶片W的圓周邊緣的拋光速度。當(dāng)加壓流體供給壓力室22至25時(shí)，夾板6就會(huì)承受向上的力。在本實(shí)施例中，加壓流體通過流體通道31供給壓力室21，以防止夾板6在壓力室22至25施加的力作用下上升。
如上所述，由頂環(huán)氣缸111施加的用于將限位環(huán)3擠壓在拋光墊101上的壓力和由供給壓力室22至25的加壓空氣施加的用于將半導(dǎo)體晶片W的局部區(qū)域擠壓在拋光墊101上的壓力可得到適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，以拋光半導(dǎo)體晶片W。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W的拋光完成時(shí)，半導(dǎo)體晶片W以與上述相同的方式在真空作用下吸附到內(nèi)吸引部61和外吸引部62的下端上。這時(shí)，將加壓流體供到壓力室22至25中以將半導(dǎo)體晶片W擠壓在拋光面上的供給操作停止，并且使壓力室22至25與大氣直接相通。因此，吸引部61和62的下端可與半導(dǎo)體晶片W形成接觸。壓力室21與大氣直接相通或被抽空，以在其中形成負(fù)壓。如果壓力室21中保持著高壓力，則半導(dǎo)體晶片W就會(huì)僅在與吸引部61和62形成接觸的區(qū)域上強(qiáng)有力地?cái)D壓在拋光面上。因此，需要立即降低壓力室21中的壓力。從而，如圖4所示，可設(shè)置從壓力室21穿過頂環(huán)本體2的放氣口39，用于立即降低壓力室21中的壓力。在這種情況下，當(dāng)壓力室21加壓時(shí)，必須借助于流體通道31連續(xù)不斷地將加壓流體供給到壓力室21中。放氣口39包括一個(gè)止回閥，其用于防止當(dāng)壓力室21中形成負(fù)壓時(shí)外部空氣流入壓力室21中。
在半導(dǎo)體晶片W如上所述地在吸引作用下如此地吸附到吸引部61和62上之后，必須將半導(dǎo)體晶片W從拋光墊101上取下(分離)。在這種情況下，如上所述，就會(huì)在拋光墊101與半導(dǎo)體晶片W之間不利地作用有大的表面張力。根據(jù)本發(fā)明，為了降低拋光墊101與半導(dǎo)體晶片W之間的表面張力，將拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速?gòu)钠湓趻伖鈺r(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速下降低。在這種情況下，頂環(huán)1的轉(zhuǎn)速被保持成與其在拋光時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速相同。
具體地講，將拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速?gòu)钠湓趻伖鈺r(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速下降低，以在拋光臺(tái)100與頂環(huán)1之間提供轉(zhuǎn)速差。此時(shí)，由頂環(huán)1保持著的半導(dǎo)體晶片W會(huì)漂浮在形成于半導(dǎo)體晶片W的下表面與拋光墊101的上表面之間的拋光液Q的液體層上。這種現(xiàn)象稱為打滑現(xiàn)象。打滑現(xiàn)象可降低拋光面與半導(dǎo)體晶片W之間因存在拋光液而引起的表面張力。因此，即使頂環(huán)1直接在拋光處理完成的位置上升起，半導(dǎo)體晶片W也能夠在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從拋光墊101上取下或分離。這樣，半導(dǎo)體晶片W就不會(huì)留在拋光墊101上，并且可防止其受懸置動(dòng)作的作用出現(xiàn)破裂或刮傷。
當(dāng)頂環(huán)1升起以將半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離時(shí)，頂環(huán)1的上升速度被設(shè)置得較低，并且直到半導(dǎo)體晶片W已基本上從拋光面上分離為止。在半導(dǎo)體晶片W已從拋光面上分離之后，增大頂環(huán)1的上升速度。具體地講，當(dāng)半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離時(shí)，頂環(huán)1低速升起，在半導(dǎo)體晶片W已從拋光面上分離之后，頂環(huán)1高速升起。因此，當(dāng)半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離時(shí)，作用在半導(dǎo)體晶片W上的壓力要設(shè)置盡可能地小，以使作用在形成于半導(dǎo)體晶片W上的電路元件上的應(yīng)力最小化。頂環(huán)1的上升速度能夠通過調(diào)節(jié)即將供給頂環(huán)氣缸111的壓縮空氣的壓力而得到控制。例如，可在頂環(huán)氣缸111的桿的附近設(shè)置一個(gè)傳感器(未示出)，用于在半導(dǎo)體晶片W已基本上從拋光面上分離時(shí)探測(cè)半導(dǎo)體晶片W的位置，以控制頂環(huán)1的上升速度。
根據(jù)本發(fā)明，由于不需要執(zhí)行懸置動(dòng)作，因此可縮短拋光節(jié)拍時(shí)間，并且能夠提高產(chǎn)量。
希望在拋光處理的過程中和在半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離之前降低拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速，以在頂環(huán)1與拋光臺(tái)100之間提供轉(zhuǎn)速差，并且希望在拋光處理已完成時(shí)頂環(huán)1以本身固有的方式升起。具體地講，在拋光處理剛要完成時(shí)降低拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速，以在頂環(huán)1與拋光臺(tái)100之間提供轉(zhuǎn)速差。拋光處理以這種狀態(tài)連續(xù)地進(jìn)行。當(dāng)拋光處理完成時(shí)，頂環(huán)1以本身固有的方式升起，以使半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離。根據(jù)這種方法，能夠在拋光處理的過程中就開始準(zhǔn)備將半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離。因此，可縮短拋光節(jié)拍時(shí)間和提高產(chǎn)量。
希望從拋光液供給噴嘴102供給的拋光液Q的量在半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離之前或分離的過程中增加。在這種情況下，可以增強(qiáng)打滑現(xiàn)象的效果，從而能夠非常容易地將半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離。噴霧器103應(yīng)優(yōu)選在半導(dǎo)體晶片W剛要從拋光面上分離時(shí)開始向拋光面噴射氣體(例如，諸如N2氣的惰性氣體)與純水或化學(xué)液體的混合物，用于清洗拋光面。從而，可以增強(qiáng)打滑現(xiàn)象的效果，并且可在拋光處理的過程中開始本來在拋光處理之后執(zhí)行的拋光面的清洗處理。
在頂環(huán)1如上所述地已升起之后，頂環(huán)1移動(dòng)到半導(dǎo)體晶片傳送的位置上。然后，流體(例如，壓縮空氣或氮?dú)馀c純水的混合物)通過吸引部61和62的連通孔61a和62a噴射到半導(dǎo)體晶片W上，以釋放半導(dǎo)體晶片W。
用于拋光半導(dǎo)體晶片W的拋光液Q趨向于流過位于密封環(huán)4的外周表面與限位環(huán)3的內(nèi)周表面之間的狹縫G。如果拋光液Q牢靠地沉積在狹縫G中，就會(huì)阻止保持環(huán)5、夾板6和密封環(huán)4相對(duì)于頂環(huán)本體2和限位環(huán)3平穩(wěn)垂直地移動(dòng)。為了避免這種缺點(diǎn)，通過流體通道32將清洗液(純水)供給清洗液通道51。因此，純水會(huì)通過多個(gè)連通孔53供到狹縫G上方的區(qū)域中，從而可清洗狹縫G，以防止清洗液Q牢靠地沉積在狹縫G中。純水應(yīng)優(yōu)選在拋光后的半導(dǎo)體晶片W釋放之后供給，并且一直供到下一個(gè)要被拋光的半導(dǎo)體晶片吸附在頂環(huán)1上為止。希望在下一個(gè)半導(dǎo)體晶片被拋光之前能將所有供給的純水從頂環(huán)1中排出，因此在限位環(huán)3上設(shè)置了多個(gè)圖4中所示的通孔3a。而且，如果限定在限位環(huán)3、保持環(huán)5和加壓片7之間的空間26中的壓力累積增大，其就會(huì)起著防止夾板6在頂環(huán)本體2中升高的作用。因此，為了能使夾板6在頂環(huán)本體2中平穩(wěn)地升高，通孔3a應(yīng)優(yōu)選設(shè)置用于使空間26中的壓力與大氣壓力相等。
在本實(shí)施例中，如圖2所示，作為與真空源121連通的真空管的流體通道37和38連接著頂環(huán)本體2。因此，半導(dǎo)體晶片W可通過抽真空吸引保持在頂環(huán)本體2的下表面上。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W將要從拋光面上分離時(shí)，頂環(huán)1以機(jī)械方式升起。如果半導(dǎo)體晶片W從頂環(huán)1上脫落并留在拋光墊101上，真空管(流體通道37和38)中的壓力就會(huì)變化到與大氣壓力較為接近的真空。因此，要監(jiān)測(cè)真空管的壓力，以判斷半導(dǎo)體晶片W是否已正常地從拋光墊101上分離。
在本實(shí)施例中，如圖2所示，真空壓力傳感器40設(shè)在真空管中，以測(cè)量和監(jiān)測(cè)真空管中的壓力，從而可判斷半導(dǎo)體晶片W是否已正常地從拋光墊101上分離。具體地講，在頂環(huán)1的上升操作開始之后，真空管中的壓力可使用真空壓力傳感器40測(cè)量。如果測(cè)量值小于預(yù)定的壓力值，就可判斷出在半導(dǎo)體晶片W吸附在頂環(huán)1上的這種狀態(tài)下半導(dǎo)體晶片W已正常地從拋光墊101上分離。具體地講，如果測(cè)量發(fā)現(xiàn)比可判斷出半導(dǎo)體晶片W正常地連接在頂環(huán)1上的預(yù)定壓力值大至少10kPa的壓力持續(xù)了預(yù)定周期或更長(zhǎng)時(shí)間，就可判斷出半導(dǎo)體晶片W已從頂環(huán)1上脫落。
圖6是時(shí)序圖，示出了在本實(shí)施例中的用于拋光半導(dǎo)體晶片的拋光處理和用于將所述半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離的分離處理的實(shí)例。參看圖6，圖中描述了以下過程，包括頂環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)、頂環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的停止、拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、拋光臺(tái)轉(zhuǎn)速的降低、拋光臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的停止、拋光液從拋光液供給噴嘴的供給、拋光液供給的停止、氮?dú)馀c純水或化學(xué)液體的混合物從噴霧器的供給以及噴霧器供給的停止。
拋光處理一直持續(xù)到T2。例如，頂環(huán)1的轉(zhuǎn)速為71rpm(71min-1)，拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速為70rpm(70min-1)。拋光液以150ml/min的流率從拋光液供給噴嘴102供給。此時(shí)，噴霧器103沒有供給氣體與純水或化學(xué)液體的混合物。
在頂環(huán)1升起(即，半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離)之前，在T1和T2之間條件發(fā)生了變化。此時(shí)，頂環(huán)1的轉(zhuǎn)速為71rpm(71min-1)，該轉(zhuǎn)速與頂環(huán)1在拋光處理時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速相同。拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)速在T1時(shí)開始從70rpm(70min-1)下降，并且在T1之后的短時(shí)間內(nèi)降到25rpm(25min-1)。然后，拋光臺(tái)100保持著25rpm(25min-1)的轉(zhuǎn)速。從拋光液供給噴嘴102供給的拋光液的流率在T1時(shí)開始增大，并在T1之后的短時(shí)間內(nèi)增到300ml/min。隨后，拋光液供給噴嘴102保持300ml/min的流率。噴霧器103在T1時(shí)開始將氮?dú)夂图兯蚧瘜W(xué)液體的混合物噴射到拋光面上。
頂環(huán)1在T2時(shí)開始升起，以使半導(dǎo)體晶片W從拋光面上分離。頂環(huán)1的上升操作在T3時(shí)完成。此時(shí)，半導(dǎo)體晶片W已從拋光面上分離了預(yù)定距離。
頂環(huán)1在T4時(shí)開始停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并且拋光臺(tái)100也在T4時(shí)開始停止轉(zhuǎn)動(dòng)。頂環(huán)1和拋光臺(tái)100的轉(zhuǎn)動(dòng)在T’時(shí)完全停止。此時(shí)，拋光液的供給也完全停止。氮?dú)夂图兯蚧瘜W(xué)液體的混合物從噴霧器103的供給一直持續(xù)到T5，并在T5時(shí)停止。如雙點(diǎn)劃線所示，傳統(tǒng)上，噴霧器通常在頂環(huán)和拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)完全停止的T’時(shí)開始供給所述混合物，并且一直持續(xù)到T5之后的一段時(shí)間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，噴霧器103在頂環(huán)升起之前開始噴射所述混合物。因此，與傳統(tǒng)方法相比，噴霧器103能夠更早地完成拋光面的清洗處理。從而，下一個(gè)工件所用的條件能夠得到及時(shí)地調(diào)節(jié)，因此提高了產(chǎn)量。
在上述實(shí)例中，從拋光液供給噴嘴102供給的拋光液的量在T1時(shí)增大。在這種情況下，用于清洗限位環(huán)3的清洗液(純水)可以與從拋光液供給噴嘴102供給的拋光液的量的同步增大的方式供給。
本發(fā)明不僅適用于如圖2和3所示的具有可轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光臺(tái)的拋光設(shè)備，而且還適用于具有回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)或卷帶式(皮帶式)拋光臺(tái)的拋光設(shè)備。
回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)的直徑比圖2和3中所示的拋光臺(tái)100的直徑小很多。具體地講，回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)的直徑等于或大于半導(dǎo)體晶片的直徑與兩倍偏心距的總和。因此，即使拋光臺(tái)作半徑為偏心距的平移運(yùn)動(dòng)(回轉(zhuǎn)或軌道運(yùn)動(dòng))，半導(dǎo)體晶片仍會(huì)在拋光臺(tái)內(nèi)移動(dòng)。回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)通過電機(jī)的致動(dòng)以預(yù)定頻率作平移式軌道運(yùn)動(dòng)(回轉(zhuǎn))。在具有回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)的拋光設(shè)備中，半導(dǎo)體晶片通過與圖2和4所示相同的頂環(huán)保持和擠壓在回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)上的拋光面上。拋光液通過限定在拋光臺(tái)中的孔供給拋光面。拋光設(shè)備可使拋光面與半導(dǎo)體晶片之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，以作半徑為偏心距的平移式軌道運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體晶片的整個(gè)表面可得到均勻地拋光。如果拋光設(shè)備中半導(dǎo)體晶片的表面與拋光面之間始終具有相同的位置關(guān)系，則半導(dǎo)體晶片的拋光后的表面就可能會(huì)受到拋光面的局部差異的影響。因此，頂環(huán)逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止半導(dǎo)體晶片的表面僅由拋光面的同一部分拋光。
當(dāng)拋光設(shè)備中使用回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)時(shí)，半導(dǎo)體晶片以如下所述的方式從拋光面上分離。在半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離之前，拋光臺(tái)的軌道運(yùn)動(dòng)的頻率降低。當(dāng)拋光處理完成時(shí)，頂環(huán)以本身固有的方式升起。從而，由頂環(huán)保持著的半導(dǎo)體晶片會(huì)漂浮在形成于半導(dǎo)體晶片的下表面與拋光面之間的拋光液的液體層上。具體地講，出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象。從而，可降低拋光面與半導(dǎo)體晶片之間因存在拋光液而引起的表面張力。因此，即使頂環(huán)直接在拋光處理完成的位置上升起，半導(dǎo)體晶片也能在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從拋光面上取下或分離。
圖7是剖視圖，示出了具有卷帶式(皮帶式)拋光臺(tái)的拋光設(shè)備。如圖7所示，卷帶式拋光臺(tái)具有皮帶215、一對(duì)彼此分開布置的可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)筒216和217以及支承臺(tái)218，其中，皮帶215的表面上具有磨粒，支承臺(tái)218安置在上皮帶表面215a與下皮帶表面215b之間。皮帶215纏繞在可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)筒216和217上。當(dāng)可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)筒216和217轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，皮帶215沿著箭頭A所指的方向直線移動(dòng)。拋光設(shè)備具有與圖2和4中所示相同的頂環(huán)1。由頂環(huán)1保持著的半導(dǎo)體晶片擠壓在皮帶215的上表面(即拋光面)上。拋光液Q從拋光液供給噴嘴102供給到皮帶215的上表面上，以拋光半導(dǎo)體晶片。
當(dāng)使用圖7中所示的拋光設(shè)備時(shí)，半導(dǎo)體晶片以如下方式從拋光面上分離。在半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離之前，皮帶215的運(yùn)動(dòng)速度降低。當(dāng)拋光處理完成時(shí)，頂環(huán)以本身固有的方式升起。從而，由頂環(huán)1保持著的半導(dǎo)體晶片可漂浮在形成于半導(dǎo)體晶片的下表面與皮帶215的上表面之間的拋光液的液體層上。具體地講，出現(xiàn)了打滑現(xiàn)象。從而，可降低拋光面與半導(dǎo)體晶片之間因存在拋光液而引起的表面張力。因此，即使頂環(huán)直接在拋光處理完成的位置上升起，半導(dǎo)體晶片也能在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從拋光面上取下或分離。從拋光液供給噴嘴102供給的拋光液的量可在半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離之前或分離的過程中增加。
在上述實(shí)施例中，拋光面由拋光墊形成。然而，拋光面并不局限于拋光墊。例如，拋光面可由固定磨板形成。固定磨板被形成成包括由粘結(jié)劑固定的磨粒的平板。當(dāng)使用固定磨板時(shí)，拋光處理由固定磨板自生的磨粒執(zhí)行。固定磨板包括磨粒、粘結(jié)劑和毛孔。例如，平均粒徑為0.5μm或更小的二氧化鈰(CeO2)用作磨粒，環(huán)氧樹脂用作粘結(jié)劑。這種固定磨板可形成較硬的拋光面。固定磨料包含固定磨墊和彈性拋光墊，其中，所述固定磨墊具有由一薄層固定磨料形成的雙層結(jié)構(gòu)，所述彈性拋光墊連接在所述薄層固定磨料的下表面上。
當(dāng)使用圖2至5中所示的拋光設(shè)備時(shí)，半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的應(yīng)力可以得到測(cè)量。應(yīng)變儀連接在由頂環(huán)保持著的半導(dǎo)體晶片的中心部分和外圍部分上。當(dāng)半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離時(shí)，拋光臺(tái)和頂環(huán)的轉(zhuǎn)速均發(fā)生了變化。此時(shí)，在以下實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，并且測(cè)量了幾個(gè)實(shí)例。測(cè)量結(jié)果如下表1所示。
1.使用直徑為300mm的半導(dǎo)體晶片。
2.半導(dǎo)體晶片在以下條件下從拋光面上分離。
實(shí)例1拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速保持為60rpm(60min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速保持為60rpm(60min-1)。這些條件與傳統(tǒng)方法中的條件相同。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
實(shí)例2拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(60min-1)增至70rpm(70min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(60min-1)增至71rpm(71min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
實(shí)例3拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)增至120rpm(120min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速增至120rpm(120min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
實(shí)例4拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至25rpm(25min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速保持為71rpm(71min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了1.5秒。
實(shí)例5拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至25rpm(25min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速保持為71rpm(71min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
實(shí)例6拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至25rpm(25min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至50rpm(50min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
實(shí)例7拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至25rpm(25min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至40rpm(40min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
實(shí)例8拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0rpm(70min-1)降至50rpm(50min-1)，頂環(huán)的轉(zhuǎn)速保持為71rpm(71min-1)。頂環(huán)的升起持續(xù)了0.5秒。
表1

在表1中，半導(dǎo)體晶片中的應(yīng)力級(jí)別用11級(jí)表示。最小級(jí)別的應(yīng)力用1表示，最大級(jí)別的應(yīng)力用11表示。
從表1中可以看出，實(shí)例4中的半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的應(yīng)力的級(jí)別最低，因此需要最小的力升起頂環(huán)。在這種情況下，半導(dǎo)體晶片能夠很容易地從拋光墊上分離。實(shí)例5中的半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生的應(yīng)力為第二最小，因此需要第二最小的力升起頂環(huán)。從而，當(dāng)頂環(huán)與拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速比大時(shí)，半導(dǎo)體晶片就能夠很容易地從拋光墊上分離。
從上述實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)半導(dǎo)體晶片從拋光面上分離時(shí)，希望拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速降至50rpm(50min-1)或更低。如果拋光臺(tái)以高于50rpm(50min-1)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，拋光臺(tái)上的純水或拋光液就會(huì)在離心力的作用下散開，從而打滑現(xiàn)象的效果就會(huì)減弱。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使頂環(huán)直接在拋光處理完成的位置上升起，工件也能夠在不需要懸置動(dòng)作的情況下很容易地從拋光面上取下或分離。因此，工件不會(huì)留在拋光面上，并且可防止其受懸置動(dòng)作的作用出現(xiàn)破裂或刮傷。
而且，由于不需要執(zhí)行懸置動(dòng)作，因此能夠縮短拋光節(jié)拍時(shí)間，并能提高產(chǎn)量。
當(dāng)拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，可以執(zhí)行拋光面的清洗處理。在這種情況下，有利于將工件從拋光面上分離，并且下一個(gè)工件所用的條件能夠得到及時(shí)地調(diào)節(jié)。這樣，就可提高產(chǎn)量。
在回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)的情況下，當(dāng)工件從拋光面上分離時(shí)，回轉(zhuǎn)式拋光臺(tái)的運(yùn)動(dòng)頻率降低。在卷帶式(皮帶式)拋光臺(tái)的情況下，當(dāng)工件從拋光面上分離時(shí)，皮帶的運(yùn)動(dòng)速度降低。在任一種情況下，均能很容易地將工件從拋光面上分離。
盡管已經(jīng)示出并詳細(xì)地描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以作出各種變化和修改。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明適用于用于將工件例如半導(dǎo)體晶片拋光到平面鏡光潔度的拋光設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種拋光方法，包括轉(zhuǎn)動(dòng)工件；轉(zhuǎn)動(dòng)拋光臺(tái)，所述拋光臺(tái)上具有拋光面；將所述工件擠壓在以第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的所述拋光臺(tái)上的所述拋光面上，以拋光所述工件；在所述擠壓之后，將所述工件從所述拋光面上分離；以及在所述分離之前，將所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速降低到低于所述第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速，以在所述工件的轉(zhuǎn)速與所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速之間提供轉(zhuǎn)速差。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速降低在所述擠壓過程中實(shí)施。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，還包括在所述擠壓過程中，以第一流率將拋光液供到所述拋光面上；以及在所述分離之前或分離過程中，將所述拋光液的流率增至大于所述第一流率的第二流率。
4.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，還包括在所述分離之前，將氣體與純水或化學(xué)液體的混合物噴射到所述拋光面上，以清洗所述拋光面。
5.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于，所述分離包括將所述工件從所述拋光面上升起。
6.如權(quán)利要求5所述的拋光方法，其特征在于，所述升起包括減小所述工件的上升速度，直到所述工件基本上與所述拋光面分離。
7.一種拋光方法，包括彼此相對(duì)地移動(dòng)工件和拋光面；將所述工件擠壓在以第一頻率移動(dòng)的所述拋光面上，以拋光所述工件；在所述擠壓之后，將所述工件從所述拋光面上分離；以及在所述分離之前，將所述拋光面的運(yùn)動(dòng)頻率降至低于所述第一頻率的第二頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的拋光方法，其特征在于，所述移動(dòng)包括通過軌道運(yùn)動(dòng)來移動(dòng)所述工件和所述拋光面。
9.一種拋光方法，包括相對(duì)于工件移動(dòng)拋光面；將所述工件擠壓在以第一速度移動(dòng)的所述拋光面上，以拋光所述工件；在所述擠壓之后，將所述工件從所述拋光面上分離；以及在所述分離之前，將所述拋光面的運(yùn)動(dòng)速度降至小于所述第一速度的第二速度。
10.如權(quán)利要求9所述的拋光方法，其特征在于，所述移動(dòng)包括直線移動(dòng)所述拋光面。
11.一種拋光方法，包括轉(zhuǎn)動(dòng)工件；轉(zhuǎn)動(dòng)拋光臺(tái)，所述拋光臺(tái)上具有拋光面；將所述工件擠壓在位于所述拋光臺(tái)上的所述拋光面上；在所述擠壓之后，將所述工件從所述拋光面上分離；以及在所述分離之前，降低頂環(huán)的轉(zhuǎn)速與所述拋光臺(tái)的轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速比。
12.如權(quán)利要求11所述的拋光方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速比降低在所述擠壓過程中實(shí)施。
13.如權(quán)利要求11所述的拋光方法，還包括在所述擠壓過程中，以第一流率將拋光液供到所述拋光面上；以及在所述分離之前或分離過程中，將所述拋光液的流率增至大于所述第一流率的第二流率。
14.如權(quán)利要求11所述的拋光方法，還包括在所述分離之前，將氣體與純水或化學(xué)液體的混合物噴射到所述拋光面上，以清洗所述拋光面。
15.如權(quán)利要求11所述的拋光方法，其特征在于，所述分離包括將所述工件從所述拋光面上升起。
16.如權(quán)利要求15所述的拋光方法，其特征在于，所述升起包括減小所述工件的上升速度，直到所述工件基本上與所述拋光面分離。
全文摘要
轉(zhuǎn)動(dòng)半導(dǎo)體晶片(W)和拋光臺(tái)(100)。拋光臺(tái)(100)上具有一個(gè)拋光面。半導(dǎo)體晶片(W)擠壓在位于以第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的拋光臺(tái)(100)上的所述拋光面上，以拋光半導(dǎo)體晶片(W)。半導(dǎo)體晶片(W)在其擠壓在所述拋光面上之后從所述拋光面上分離。在半導(dǎo)體晶片(W)從所述拋光面上分離之前，將拋光臺(tái)(100)的轉(zhuǎn)速降至低于所述第一轉(zhuǎn)速的第二轉(zhuǎn)速，以在半導(dǎo)體晶片(W)與拋光臺(tái)(100)之間提供轉(zhuǎn)速差。
文檔編號(hào)B24B37/10GK1685482SQ200380100128
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者高橋信行, 鳥居弘臣, 正木干彥, 枇杷田寬 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所