專利名稱：晶片制備設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說，本發(fā)明涉及用于制備半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，該設(shè)備對垂直取向的晶片執(zhí)行晶片制備操作。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造過程中，要執(zhí)行各種晶片制備操作。例如，這些晶片制備操作包括清潔操作和拋光/平面化操作，例如，化學(xué)機械平面化(CMP)。一種公知拋光/平面化技術(shù)采用可以進行行星拋光運動的壓板。此技術(shù)的一個缺陷是，它需要多步過程，這樣耗時而且相對昂貴。此技術(shù)的另一個缺陷是，它所生產(chǎn)的晶片表面具有較大外形變化。
另一個公知拋光/平面化技術(shù)是圓周拋光。在一種公知圓周拋光系統(tǒng)中，晶片驅(qū)動輥使晶片在垂直方向旋轉(zhuǎn)。在晶片被旋轉(zhuǎn)時，一對圓柱形拋光墊與晶片的相對兩個表面接觸。拋光墊安裝在反方向旋轉(zhuǎn)的主軸上，反方向旋轉(zhuǎn)的主軸設(shè)置在待處理晶片的對側(cè)。主軸跨越晶片直徑以通過晶片中心。主軸的旋轉(zhuǎn)造成在圓周方向垂直于晶片直徑的旋轉(zhuǎn)墊運動。在拋光過程中，噴嘴將液體(例如研磨稀槳、化學(xué)溶液、或者沖洗溶液)噴霧噴射在晶片的兩個對面。
此公知圓周拋光系統(tǒng)的一個缺陷是，它僅提供圓周拋光運動。這樣，每個墊通過每個晶片表面的相對速度不均勻，靠近晶片邊緣的速度比靠近晶片中心的速度高。這就成為問題，因為它不僅會導(dǎo)致在每個晶片表面上產(chǎn)生圓周殘痕，而且會因為晶片中心部分承受更長的停留時間而導(dǎo)致晶片中心部分被磨下的晶片材料比靠近晶片周邊磨下的晶片材料多。這種非均勻材料磨削率的后果是，晶片的每個相對表面均趨向具有喇叭形外形，即其中心部分比邊緣部分相對凹下的外形。由于半導(dǎo)體工業(yè)面向使用越來越小的特征尺寸，例如，0.18μm，所以不希望具有這種喇叭形外形。
鑒于上述問題，因此需要一種用于圓周晶片制備的方法和設(shè)備，可以將產(chǎn)生的圓周殘痕降低到最小，提供具有希望的表面外形的處理晶片，以及無需在各工作臺之間移動晶片就可以對晶片執(zhí)行多個晶片制備操作。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供用于制備垂直取向的半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，本發(fā)明可以滿足此需要。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于制備半導(dǎo)體晶片的設(shè)備。該設(shè)備包括一對驅(qū)動輥，設(shè)置這對驅(qū)動輥以在大致垂直方向支持半導(dǎo)體晶片。以這樣的方式配置每個驅(qū)動輥，以致使它們與用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輥的驅(qū)動帶耦接。該設(shè)備進一步包括一對晶片制備組件，將這對晶片制備組件可移動地以相對關(guān)系設(shè)置。每個晶片制備組件分別具有第一晶片制備部件和第二晶片制備部件。晶片制備組件可以移動到第一位置和第二位置，每個第一晶片制備部件在第一位置對晶片執(zhí)行第一晶片制備操作，每個第二晶片制備部件在第二位置對晶片執(zhí)行第二晶片制備操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，披露了另一種用于制備半導(dǎo)體晶片的設(shè)備。該設(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第一輥臂上的第一晶片驅(qū)動輥，第一晶片驅(qū)動輥被取向為在垂直方向旋轉(zhuǎn)晶片。該設(shè)備還包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第二輥臂上的第二晶片驅(qū)動輥，晶片驅(qū)動輥被取向為在垂直方向旋轉(zhuǎn)晶片。分別配置第一輥臂和第二輥臂以將旋轉(zhuǎn)動力傳送到設(shè)置在其上的晶片驅(qū)動輥，并且第一輥臂和第二輥臂都可在第一位置和第二位置之間轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)設(shè)置在其上的晶片驅(qū)動輥的高度。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種自對準(zhǔn)主軸組件。該組件包括圓柱形內(nèi)心和設(shè)置在圓柱形內(nèi)心外表面上的支承。主軸套管圍繞圓柱形內(nèi)心。主軸套管具有固定在其外表面上的晶片制備材料，并且支承可旋轉(zhuǎn)地支持主軸套管，使得在晶片制備材料接觸襯底表面時，主軸套管與襯底表面對準(zhǔn)。
顯然，上述一般性描述和以下的詳細描述僅是典型性說明，對權(quán)利要求所述的本發(fā)明沒有限制意義。


引入本說明書并作為本說明書一部分的附圖示出本發(fā)明的典型實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的晶片制備設(shè)備的端視圖。
圖2是圖1所示晶片制備設(shè)備的側(cè)視圖，它以剖面形式示出右手驅(qū)動箱和與其相連的主軸以及拋光墊，還示出被晶片驅(qū)動輥組件支持的晶片(虛線所示)。
圖3是圖1所示晶片制備設(shè)備的端視圖，它示出位于中間位置范圍內(nèi)的驅(qū)動箱，該中間位置范圍內(nèi)，拋光墊未接觸晶片。而與安裝在外殼壁上的任選墊調(diào)節(jié)器接合在一起。
圖4A是圖1所示晶片制備設(shè)備的立面圖，它示出晶片制備驅(qū)動組件、用于旋轉(zhuǎn)晶片制備組件的杠桿以及用于旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)杠桿的線性致動器，所有這些均設(shè)置在外殼的外部。
圖4B是圖4A所示杠桿和線性致動器的更詳細示意圖，其中致動器桿示于其向上凸出位置。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的晶片制備組件的剖視圖，其中具有墊的自對準(zhǔn)主軸與刷子組合在一起。
圖5B是圖5A所示自對準(zhǔn)主軸組件的更詳細示意圖，它主要示出靠近套管中心支承的區(qū)域。
圖6是示出對于進行傳統(tǒng)中心線拋光的4個測試晶片，晶片材料磨削量與晶片表面上的徑向位置之間的關(guān)系曲線圖。
圖7A和圖7B一起示出對于進行傳統(tǒng)中心線拋光的4個測試晶片，其磨削的晶片材料的角度分布。
圖8A和圖8B是示出對于僅根據(jù)傳統(tǒng)實踐在晶片中心線被拋光的測試晶片，晶片材料磨削率(A/m)與晶片上的位置之間的關(guān)系曲線圖。
圖9A和圖9B是示出對于根據(jù)本發(fā)明一個實施例采用偏離直徑拋光方法拋光的測試晶片，晶片材料磨削率(A/m)與晶片上的位置之間的關(guān)系曲線圖。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的晶片制備站的三維示意圖。
圖11A和圖11B示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的晶片制備設(shè)備的更詳細示意圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的幾個典型實施例。
如下的實施例描述了用于制備襯底的方法和設(shè)備。例如，這種襯底可以包括任何尺寸的半導(dǎo)體晶片，例如200mm晶片、300mm晶片(以及更小或更大的晶片)。在如下的說明中，結(jié)合晶片制備操作對根據(jù)本發(fā)明的制備設(shè)備進行說明。然而，顯然，該制備設(shè)備還可以應(yīng)用于制備其它襯底，例如硬盤等。例如，制備操作包括磨光、化學(xué)機械拋光(CMP)、洗滌(在晶片清洗過程中進行)、蝕刻以及利用諸如DI水的液體沖洗。在各種例子中，披露了幾種支持實現(xiàn)高精度和受控制備操作的方法和設(shè)備。例如，利用該系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)的制備操作使得對襯底的希望表面位置進行受控洗滌、磨光以及拋光。也就是說，可以在某個范圍內(nèi)將襯底移動到不同受控位置，從而在不同時間對不同表面位置執(zhí)行制備操作。利用所披露的設(shè)備，該制備操作還可以包括與不同制備部件(例如刷、墊等)的接觸。因此，應(yīng)根據(jù)在此描述的許多變換例，閱讀如下說明。
晶片制備設(shè)備圖1和圖2分別是根據(jù)本發(fā)明實施例的晶片制備設(shè)備的前側(cè)剖視圖和右側(cè)剖視圖。如圖所示，晶片制備設(shè)備1包括外殼2，它用作該設(shè)備各部件的支持結(jié)構(gòu)，以下將對其做更詳細說明。半導(dǎo)體晶片W被垂直取向地設(shè)置在晶片驅(qū)動輥6、6’上，圖1示出其側(cè)向，圖2示出其面向(虛線所示)。
如圖1所示，晶片W與上拋光墊對8、8’接觸，右墊8接觸接觸晶片右面W1，而左墊8’接觸晶片左面W2。下拋光墊12、12’分別與晶片右面W1和晶片左面W2脫離。晶片制備設(shè)備1不需要兩面對稱，然而，在外殼內(nèi)，優(yōu)選將許多組件和分組件成對、對稱設(shè)置在以垂直方向支持的晶片W的對稱平面的左側(cè)和右側(cè)。因為此原因，在此，參考圖1所示晶片W使用術(shù)語“右”和“左”。另選地，還可以具有一對刷子12b以及一對墊，如圖11A和11B所示。在此例中，刷子被標(biāo)識為刷子12b，并且可以將它安裝在主軸上，或者將它安裝在與齒輪44或46之一直接相連的刷芯上。
如圖1至圖3所示，圍繞圓柱形上主軸10、10’的圓周安裝上拋光墊8、8’，圍繞圓柱形下主軸14、14’的圓周安裝下拋光墊12、12’。以這樣的方式排列水平設(shè)置的上主軸和下主軸，以致上主軸10和下主軸14位于晶片W的右側(cè)，而上主軸10’和下主軸14’位于晶片W的左側(cè)。可選擇的垂直間隔分別將上下主軸對10、10’和14、14’隔離開。在一個實施例中，將上下主軸對隔離開晶片半徑的幾分之一，優(yōu)選在晶片半徑的約四分之一至約四分之三之間。每個上主軸10、10’和每個下主軸14、14’的一端可旋轉(zhuǎn)地安裝在驅(qū)動箱16、16’內(nèi)，每個驅(qū)動箱分別包括與晶片制備驅(qū)動組件17可旋轉(zhuǎn)相連的齒輪。以下將在標(biāo)題“晶片制備驅(qū)動組件”項下對晶片制備驅(qū)動組件17進行詳細說明。在一個實施例中，晶片制備驅(qū)動組件17包括墊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)13，用于將轉(zhuǎn)矩傳遞到主軸10、10’和14、14’；以及墊接合機構(gòu)15，用于將拋光墊8、8’和12、12’可控地移動到與晶片W接觸或分離。
參考圖1，右、左驅(qū)動箱16、16’圍繞支點18、18’旋轉(zhuǎn)，每個支點距離晶片W平面的間距小。在右驅(qū)動箱16旋轉(zhuǎn)以使其上端對著晶片W平面向內(nèi)移動時，安裝在主軸10上的上拋光墊8移動到與晶片右面W1接觸，而安裝在主軸14上的下拋光墊12從晶片右面W1移開。相反，在右驅(qū)動箱16旋轉(zhuǎn)以使其下端對著晶片W平面向內(nèi)移動時(參考圖3)，下拋光墊12移動到與晶片右面W1接觸，而上拋光墊8從晶片右面W1移開。顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以將上述說明應(yīng)用于左驅(qū)動箱16’，它旋轉(zhuǎn)時可以分別使上拋光墊8’和下拋光墊12’移動到接觸晶片左面W2。
因此，支點18、18’與晶片W平面靠得足夠近，以致驅(qū)動箱16、16’僅需要通過適度轉(zhuǎn)角A、A’轉(zhuǎn)動就可以使上拋光墊8、8’(或者轉(zhuǎn)動反向轉(zhuǎn)角的下拋光墊12、12’)接觸晶片面W1和W2，因此，利用相對拋光墊可以“壓緊”晶片W。轉(zhuǎn)角A隨墊直徑的不同發(fā)生變化。在一個實施例中，轉(zhuǎn)角A在約15°至約25°之間。然而，如圖3所示，支點18、18’離開晶片W平面足夠遠，以致在驅(qū)動箱16、16’旋轉(zhuǎn)到大致垂直位置時，上拋光墊8、8’和下拋光墊12，12’處于中間位置，在中間位置，它們與晶片W分離、隔離開一個顯著間隔。
驅(qū)動箱16、16’的旋轉(zhuǎn)運動使每對主軸的上主軸或下主軸被分別向內(nèi)壓，以致安裝在其上的拋光墊接觸晶片表面之一。這樣，在該晶片制備設(shè)備內(nèi)，晶片承受兩個單獨拋光操作一個拋光操作是，在上拋光墊之間將晶片“壓緊”；另一個拋光操作是，在下拋光墊之間將晶片“壓緊”。
繼續(xù)參考圖1至圖3，晶片驅(qū)動組件23同時支持并驅(qū)動晶片W旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，晶片驅(qū)動組件23是可變高度邊緣驅(qū)動組件。圖2示出處于升高位置Wa和處于下降位置Wb的晶片W(虛線所示)。如上所述，晶片驅(qū)動輥6、6’支持晶片W。在圖2中，示出在對應(yīng)的升高位置6a、6a’和下降位置6b、6b’的晶片驅(qū)動輥6、6’(虛線所示)。晶片驅(qū)動輥6、6’與晶片圓周邊緣Wp接合，并被安裝在輥臂20、20’的端部，輥臂20、20’被可旋轉(zhuǎn)地安裝在機架部件上。機架部件被一個適當(dāng)?shù)闹С纸Y(jié)構(gòu)(例如外殼2的右側(cè)壁4或外殼底板5)支持。
可變高度邊緣驅(qū)動組件23包括用于將旋轉(zhuǎn)動力傳送到驅(qū)動輥6、6’的輥驅(qū)動機構(gòu)21?？勺兏叨冗吘夠?qū)動組件23還包括晶片平移機構(gòu)27，它通過圍繞支點22、22’旋轉(zhuǎn)輥臂，來控制輥臂20、20’的旋轉(zhuǎn)運動。輥臂20、20’作為一對接合在一起從而使它們以對稱相對運動方式反向旋轉(zhuǎn)。以下將在標(biāo)題“可變高度邊緣驅(qū)動組件”項下對可變高度邊緣驅(qū)動組件23以及輥驅(qū)動機構(gòu)21和晶片平移機構(gòu)27做詳細說明。
將晶片頂部對準(zhǔn)輥24安裝在對準(zhǔn)臂25上，對準(zhǔn)臂25可旋轉(zhuǎn)地安裝在對準(zhǔn)張緊裝置26上，對準(zhǔn)張緊裝置26安裝到右側(cè)壁4的上部。對準(zhǔn)輥24與靠近晶片W頂部的晶片圓周邊緣Wp接合，用于使晶片W保持對準(zhǔn)，并且在拋光墊(8、8’、12、12’)分離，即處于中間位置時，還用于提供橫向支持。在晶片如位置Wa和Wb所示向上、向下移動(參考圖2)時，對準(zhǔn)臂25的旋轉(zhuǎn)運動使頂部輥24保持與晶片圓周Wp接合并跟隨晶片圓周Wp運動。在圖2中，24表示頂部輥的上部位置，24’(虛線所示)表示其下部位置。需要時，還可以使用其它邊緣輥以輔助支持、穩(wěn)定、旋轉(zhuǎn)或裝載/卸載晶片。
圖2所示的輥臂20、20’和驅(qū)動輥6、6’位于中間轉(zhuǎn)角位置。虛線所示驅(qū)動輥6、6’的上圖和下圖表示輥臂20、20’旋轉(zhuǎn)運動的典型工作范圍，它確定運動旋轉(zhuǎn)范圍，如轉(zhuǎn)角B所示。輥臂20、20’向上運動使驅(qū)動輥6、6’向上移動并靠近在一起作為一對。這樣進而使晶片W向上移動，這主要是因為驅(qū)動輥處于較高位置，而部分還是因為驅(qū)動輥以小間隔靠近在一起。相反，向下旋轉(zhuǎn)輥臂20、20’會導(dǎo)致晶片W相應(yīng)下降。驅(qū)動輥6、6’通過轉(zhuǎn)角B的運動會使晶片中心Wo向上或向下移動用雙頭箭頭C(參考圖2)表示的相應(yīng)垂直行程?？梢詫︱?qū)動輥6、6’的運動進行控制以控制晶片的垂直運動。例如，驅(qū)動輥可以向內(nèi)或向外旋轉(zhuǎn)，使得晶片W相對于拋光墊(8、8’或12、12’)上下振動。
如圖1至圖3所示，以大致垂直方向設(shè)置晶片W，而以大致水平方向設(shè)置拋光墊。顯然，需要時，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以設(shè)置不同方向。顯然，需要時，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員以相對于垂直方向的某個角度設(shè)置拋光墊。在這種情況下，晶片相對于墊的運動仍然應(yīng)該垂直于主軸的軸線。晶片W優(yōu)選為大致垂直方向，因為這樣可以簡化設(shè)備內(nèi)的各種支持部件和驅(qū)動部件，并有助于從拋光墊和晶片流出拋光稀槳、處理溶液以及沖洗溶液。
晶片制備驅(qū)動組件圖2(剖視圖)、圖4A和圖4B(從外部側(cè)壁3觀看的立面圖)以及圖5(圖2所示驅(qū)動箱和主軸的詳細剖視圖)示出晶片制備驅(qū)動組件17。如圖2所示，驅(qū)動箱16與通過側(cè)壁3伸出的雙同軸組件19相連。同軸組件19通過內(nèi)軸將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到用于進行晶片制備的主軸，并通過外軸將旋轉(zhuǎn)啟動和控制傳遞到用于使墊與晶片面接合/脫離的驅(qū)動箱。因此，同軸組件19是墊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)13和墊接合機構(gòu)15的集成部件。在一個實施例中，晶片制備驅(qū)動組件17包括分別用于驅(qū)動箱16、16’的單獨同軸結(jié)構(gòu)19、19’。在此對右驅(qū)動箱16所做的描述也可以應(yīng)用于左驅(qū)動箱16’。
同軸組件19包括內(nèi)部傳動軸28和空心外部樞軸30。傳動軸28將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到主軸(10、10’、14、14’)，傳動軸28的軸頸由軸承43a和43b支撐，靠近外部樞軸30的兩端，將軸承43a和43b安裝在外部樞軸30的內(nèi)部。利用軸承31a和31b，進而將外部樞軸30支撐到晶片制備驅(qū)動組件安裝機架32，外部樞軸30對驅(qū)動箱16、16’進行旋轉(zhuǎn)控制，使得拋光墊對(8、8’或12、12’)之一會與晶片W接觸。
如圖2和圖4A所示，墊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)13包括左晶片制備電機34、右晶片制備電機34’、驅(qū)動輪36、36’、皮帶38、38’以及傳動輪40、40’。驅(qū)動輪36、36’分別可旋轉(zhuǎn)地安裝在電機34、34’上，電機34、34’被安裝在下部機架32上。皮帶38、38’設(shè)置在驅(qū)動輪36、36’和傳動輪40、40’上，傳動輪40、40’被分別安裝在延伸到機架32的外部的傳動軸28、28’的端部。如圖2和圖5所示，傳動軸28從側(cè)壁3伸出與小傳動齒輪42剛性相連。利用軸承43a支撐傳動軸28，軸承43a與支點18對準(zhǔn)安裝在驅(qū)動箱16內(nèi)。傳動軸28’(在圖2和圖5中未示出)以上述對傳動軸28所述的同樣方式連接和支撐。
如圖5A示出的詳圖所示，傳動軸28和樞軸30的內(nèi)部部分均通過側(cè)壁3伸出。小傳動齒輪42與上、下主軸齒輪44和46嚙合，主軸齒輪44和46被分別固定安裝在上主軸10和下主軸14的端部(參考圖1和圖2)，從而與主軸中心線對準(zhǔn)。請注意，根據(jù)另一個變換實施例，為了便于示出刷芯12a和刷子12b，在圖5A內(nèi)省略了圖1和圖2所示的下主軸14，以下將做更詳細說明。因此，傳動齒輪42以及主軸齒輪44和46將轉(zhuǎn)矩傳遞到主軸體，從而使上主軸10和下主軸14同時以同樣方向旋轉(zhuǎn)。
利用傳統(tǒng)軸頸軸承，分別將上主軸10和下主軸14可旋轉(zhuǎn)地安裝在驅(qū)動箱16上，從而被主軸齒輪44和46驅(qū)動，而與此同時平行于晶片W平面支持上主軸10和下主軸14。在一個實施例中，主軸10和14被自對準(zhǔn)主軸組件48支持，在接觸晶片面時，自對準(zhǔn)主軸組件48自動使拋光墊8、12對準(zhǔn)晶片W面，從而在晶片W表面上均勻分布墊接觸壓力。以下將在標(biāo)題“自對準(zhǔn)主軸組件”項下詳細說明自對準(zhǔn)主軸組件48。
參考圖4A，晶片制備驅(qū)動組件17包括用于驅(qū)動箱16、16’的獨立驅(qū)動電機34、34’。利用傳統(tǒng)電源、控制器以及反饋傳感器(未示出)運行電機34、34’從而可以以相反方向旋轉(zhuǎn)，以致位于晶片W兩側(cè)的墊(或者8、8’或者12、12’)優(yōu)選以大致相同轉(zhuǎn)速、同樣以相反方向旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選以這樣的方式選擇墊的旋轉(zhuǎn)，以致墊對晶片施加向下摩擦力，從而有助于晶片與晶片驅(qū)動輥6、6’保持接合。可以手動控制或者利用用于啟動傳統(tǒng)電機控制器(未示出)的適當(dāng)編程計算機系統(tǒng)程序化地控制電機34、34’。顯然，在需要時，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以將單個電機用于諸如皮帶或齒輪傳動的適當(dāng)動力傳輸以對兩個驅(qū)動箱提供旋轉(zhuǎn)動力。
墊接合機構(gòu)15控制驅(qū)動箱16、16’的旋轉(zhuǎn)動作，從而使上拋光墊8、8’或下拋光墊12、12’與晶片W的兩個對面接觸。如圖4A所示，外部樞軸30、30’具有以這樣的方式安裝在其上的杠桿52、52’，以致每個杠桿通常對著對稱晶片平面Wp指向內(nèi)部。將每個杠桿52、52’的端部成型為齒輪部分，齒輪部分54、54’具有同樣半徑，并分別與外部樞軸30、30’同心。將齒輪部分54、54’相互嚙合，以致杠桿52、52’和與其相連的樞軸30、30’一起隨動，從而以相反方向、以聯(lián)動方式旋轉(zhuǎn)。
線性致動器56可以是傳統(tǒng)汽缸或其它等效致動器，將它安裝在機架32的下部(參考圖2和圖4A)，致動器輸出桿58向上延伸到靠近杠桿52端部的樞軸連接機構(gòu)59(參考圖4A和圖4B)。因此，通過嚙合的齒輪部分54、54’，向上延伸的輸出桿5 8會使杠桿52以逆時針方向旋轉(zhuǎn)(根據(jù)圖4A所示的透視圖)，而使對側(cè)杠桿52’以順時針方向旋轉(zhuǎn)同樣角度。如圖4B所示，輸出桿58向上(相對于圖4A所示的位置)延伸，從而以上述方式旋轉(zhuǎn)杠桿52、52’。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白，輸出桿58向下收縮(未示出)會產(chǎn)生與圖4B所示旋轉(zhuǎn)動作相反的旋轉(zhuǎn)動作。換句話說，在輸出桿58向下收縮時，杠桿52頁時針旋轉(zhuǎn)，而杠桿52’逆時針旋轉(zhuǎn)。
如圖2和圖5A所示，外部樞軸30剛性連接到驅(qū)動箱16，以致樞軸30的任何轉(zhuǎn)動均可以使驅(qū)動箱產(chǎn)生同樣轉(zhuǎn)動。驅(qū)動箱16的轉(zhuǎn)動進而會使上主軸10和下主軸14(或者刷子12a/12b)分別產(chǎn)生向著或者離開晶片W平面的相應(yīng)運動。優(yōu)選地選擇并控制致動器桿58的行程范圍，以對外部樞軸30、30’提供足以允許上拋光墊8和下拋光墊12分別與晶片W選擇性接合的旋轉(zhuǎn)范圍。如上所述，旋轉(zhuǎn)范圍取決于拋光墊的直徑。可以利用傳統(tǒng)致動器控制器和電源(未示出)手動控制，或者利用用于啟動傳統(tǒng)控制器(未示出)的適當(dāng)編程計算機系統(tǒng)程序化地控制線性致動器56的運動。需要時，還可以利用傳統(tǒng)反饋傳感器或負載調(diào)節(jié)器來控制線性致動器56通過晶片制備驅(qū)動組件17施加的力，這樣可以對拋光墊施加在晶片W上的接觸力和表面壓力之一或二者進行控制。
顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以利用另選的動力傳輸系統(tǒng)對于驅(qū)動箱16、16’提供旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動動力并對它進行控制。此外，顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以采用驅(qū)動箱16、16’和晶片制備組件17的另選配置。例如，可以將驅(qū)動電機直接安裝到驅(qū)動箱16、16’上以對拋光墊8、8’和12、12’提供旋轉(zhuǎn)動力，而無需使用同軸。此外，例如，通過將驅(qū)動箱安裝在對著兩個相對晶片面之一的可伸縮線性致動器上，驅(qū)動箱16、16’還可以以線性運動方式而非旋轉(zhuǎn)運動方式移向晶片或從晶片移開。
可變高度邊緣驅(qū)動組件可變高度邊緣驅(qū)動組件23包括作為輥驅(qū)動機構(gòu)21和晶片平移機構(gòu)27兩者的部件的同軸組件61(參考圖1和圖2)。同軸組件61將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到晶片驅(qū)動輥6、6’以用于旋轉(zhuǎn)晶片，而且還將旋轉(zhuǎn)啟動和控制傳遞到輥臂20、20’以用于相對于拋光墊8、8’和12、12’調(diào)節(jié)晶片W的垂直位置?？勺兏叨冗吘夠?qū)動組件23包括分別用于前輥臂20和后輥臂20’的單獨同軸組件61、61’。因此，在此針對同軸組件61和前輥臂20的結(jié)構(gòu)和運行過程所做的說明通?？梢詰?yīng)用于同軸組件61’和后輥臂20’的結(jié)構(gòu)和運行過程。
如圖1所示，同軸結(jié)構(gòu)61包括內(nèi)部傳動軸60和空心外部輥樞軸62。傳動軸60是輥驅(qū)動機構(gòu)21的一個部件，通過傳送帶64，它將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到輥6。傳動軸60的軸頸由軸承63a和63b支撐，軸承63a和63b靠近輥樞軸62的兩端安裝在輥樞軸62的內(nèi)部。軸承65a和65b將輥樞軸62支撐到一個支持結(jié)構(gòu)，例如右壁4。輥樞軸62對輥臂20進行旋轉(zhuǎn)控制以在向上/向內(nèi)位置6a與向下/向外位置6b之間移動輥6，如圖2所示。
如圖1和圖2所示，輥驅(qū)動機構(gòu)21包括左輥電機66和右輥電機66’，將它們分別安裝在右壁4的下部。電機66、66’分別可旋轉(zhuǎn)地與驅(qū)動輪68、68’相連，驅(qū)動輪68、68’與驅(qū)動帶70、70’接合。外部傳動軸輪72、72’被分別安裝在通過右壁4伸出的傳動軸60、60’的端部，它們還與驅(qū)動帶70、70’接合。
參考圖1，通過右壁4伸出的傳動軸60的端部被剛性安裝到位于輥臂箱76內(nèi)的內(nèi)部傳動軸輪74上，從而與輥臂支點22對準(zhǔn)。內(nèi)部傳動輪74與輥傳動帶64接合，輥傳動帶64在輥臂箱76內(nèi)延伸以接合輥輪78。輥輪78安裝在靠近輥臂箱76的外端支撐的輥軸80的端部。輥軸80通過輥臂箱76延伸到晶片W平面以支持位于該箱外部的晶片驅(qū)動輥6。
在一個實施例中，輥驅(qū)動機構(gòu)21包括用于每個輥驅(qū)動臂20、20’的單獨驅(qū)動電機66、66’，如圖2所示?？梢岳脗鹘y(tǒng)電源、控制器以及反饋傳感器(未示出)運行電機66、66’以在同樣方向旋轉(zhuǎn)，使得晶片驅(qū)動輥6、6’以大致相同的轉(zhuǎn)速以相同方向旋轉(zhuǎn)。可以手動控制或可以利用用于啟動傳統(tǒng)電機控制器(未示出)的適當(dāng)編程計算機系統(tǒng)程序化地控制電機66、66’。在另一個實施例中，將單個電機用于適當(dāng)動力傳送，例如皮帶或齒輪傳送，以對兩個輥驅(qū)動臂提供旋轉(zhuǎn)動力。
如圖1至圖3所示，晶片平移機構(gòu)27對輥驅(qū)動臂6、6’提供旋轉(zhuǎn)致動和控制，它分別包括右輥樞軸62和左輥樞軸62’，(圖1至圖3中未示出左輥樞軸62’)，右輥樞軸62和左輥樞軸62’分別延伸到右壁4之外某個距離。每個輥樞軸62、62’的外端被一對共面齒圈82、82’之一包圍和固定，每個齒圈的有效外徑優(yōu)選是輥臂支點22、22’之間跨度的一半，使得前齒圈和后齒圈82、82’分別在大約半跨度處相互嚙合。相互嚙合的齒圈82、82’使相應(yīng)輥樞軸62、62’一起隨動，從而以相反方向、以聯(lián)動方式旋轉(zhuǎn)。輥樞軸62、62’分別剛性連接到輥臂箱76、76’，使得軸的任何旋轉(zhuǎn)運動均會使輥驅(qū)動臂20、20’和晶片驅(qū)動輥6、6’產(chǎn)生類似旋轉(zhuǎn)運動。
如圖2所示，線性致動器84可以是線性步進電機或其它等效致動器，通常將它水平安裝在右壁4的外側(cè)下部。致動器輸出桿86橫向延申到靠近致動器杠桿88端部的樞軸連接機構(gòu)87。致動器杠桿88進而被固定到齒圈82、82’之一的側(cè)面。桿86向外延伸會使杠桿88、齒圈82(或者82’)以及輥樞軸62逆時針方向旋轉(zhuǎn)(根據(jù)圖2所示的透視圖)，這進而會使反向嚙合的齒圈82(或82’)和樞軸62’順時針旋轉(zhuǎn)同樣角度。此旋轉(zhuǎn)動作使晶片驅(qū)動輥6、6’向其下方的外部位置6b、5b’移動。桿86向內(nèi)收縮會產(chǎn)生相應(yīng)的反向旋轉(zhuǎn)動作，此反向旋轉(zhuǎn)動作使晶片驅(qū)動輥6、6’向其上方的內(nèi)部位置6a、6a’移動。
優(yōu)選選擇并控制致動器桿86的行程范圍，以對軸62、62’提供足以使晶片W通過如箭頭C所示(參考圖2)的預(yù)選垂直范圍移動的旋轉(zhuǎn)范圍。所確定的此預(yù)選垂直范圍可以使晶片的希望部分到達接合拋光墊8、8’或12、12’的適當(dāng)位置，以下將做更詳細說明。為了適應(yīng)晶片直徑的預(yù)定范圍，例如200mm晶片和300mm晶片，可以預(yù)選晶片驅(qū)動輥6、6’的直徑以及輥驅(qū)動臂20、20’的長度。需要時，還可以在方便安裝的尺寸范圍內(nèi)，設(shè)置替換的輥驅(qū)動臂箱76、76’、輥傳動帶64、64’以及晶片驅(qū)動輥6、6’，從而允許對輥驅(qū)動機構(gòu)21的外形尺寸進行調(diào)節(jié)以適應(yīng)更寬的晶片直徑范圍。同樣，還可以在某個長度范圍內(nèi)設(shè)置替換的致動器杠桿88(或者可以用機械方法調(diào)節(jié)杠桿88的長度)以調(diào)節(jié)線性致動器84的機械利益。可以利用傳統(tǒng)致動器控制器和電源(未示出)手動控制，或者利用用于啟動傳統(tǒng)控制器(未示出)的適當(dāng)編程計算機系統(tǒng)程序化地控制線性致動器84的運動。
顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以利用另選的動力傳輸系統(tǒng)對晶片驅(qū)動輥6、6’以及輥驅(qū)動臂20、20’提供旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動動力并進行控制。此外，顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以采用不同于在此所示的可變高度邊緣驅(qū)動組件配置的可變高度邊緣驅(qū)動組件配置。例如，一個另選的可變高度邊緣驅(qū)動組件可以包括安裝在可變高度支持平臺上的非旋轉(zhuǎn)晶片驅(qū)動輥和有關(guān)電機。
自對準(zhǔn)主軸組件如圖5A所示，其上固定了拋光墊8的上主軸10被自對準(zhǔn)主軸組件48支持。主軸組件48包括剛性、圓柱形、桿狀脊柱90，脊柱90剛性連接到晶片制備驅(qū)動箱16以對主軸10提供懸臂支持。脊柱90通常平行于晶片W延伸，并在主軸中心線91之外的點終止。具有空心的上主軸齒輪44圍繞脊柱90，并被齒輪軸承92支撐在脊柱上，使得主軸齒輪可以獨立于固定的脊柱旋轉(zhuǎn)(脊柱90相對于驅(qū)動箱16固定)。上主軸齒輪44連接到主軸芯94以將轉(zhuǎn)矩傳遞到主軸芯94。被成型為空心圓柱形并以某個間隙圍繞脊柱90的主軸芯94在與主軸中心線91相鄰處由芯軸承96支撐，使得在被主軸齒輪44驅(qū)動時，該主軸芯可以獨立于脊柱旋轉(zhuǎn)。密封裝置97a和97b位于主軸齒輪44的空心軸98的外部和內(nèi)部。對密封裝置97a和97b進行配置，不讓液體和/或稀槳進入驅(qū)動箱16。
成型為空心圓柱形并至少延伸拋光墊8的希望長度的主軸套管100以某個間隙圍繞主軸芯94。在靠近主軸中心線91的點，主軸套管100被套管中心支承102支持。套管中心支承102可以具有圍繞主軸芯94的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，套管中心支承102是設(shè)置在成型在主軸芯94外表面內(nèi)的凹槽104內(nèi)的彈性O(shè)形環(huán)。套管中心支承102對主軸套管100提供中心支持，同時允許套管從平行于主軸芯94傾斜某個小角度。以這樣的方式選擇主軸芯94與主軸套管100之間的間隔，即允許套管在某個預(yù)定傾斜范圍內(nèi)傾斜。將拋光墊8固定到主軸套管100的外表面上。在一個實施例中，拋光墊8以螺旋形纏繞在主軸套管100上，使得相對于主軸中心線91，大致對稱設(shè)置拋光墊。
轉(zhuǎn)矩連接器106被安裝在主軸芯94與主軸套管100之間。轉(zhuǎn)矩連接器106的作用是將轉(zhuǎn)矩從主軸芯94傳遞到套管，并相對于主軸芯的軸向運動固定套管，然而仍允許套管在預(yù)定傾斜范圍內(nèi)傾斜。在一個實施例中，轉(zhuǎn)矩連接器106是設(shè)置在主軸芯94與主軸套管100的對準(zhǔn)槽內(nèi)的彈簧加載的鍵結(jié)構(gòu)。在另一個實施例中，轉(zhuǎn)矩連接器106為傳動銷。
利用驅(qū)動箱16的旋轉(zhuǎn)動作，將拋光墊8壓至接觸晶片W的一個表面(圖5A未示出)，拋光墊對晶片的接觸壓力會使主軸套管100傾斜，直到拋光墊平行于晶片表面之一，并且沿接觸線均勻分布接觸壓力。轉(zhuǎn)矩連接器106同時將轉(zhuǎn)矩傳遞到主軸套管100，以致拋光墊8旋轉(zhuǎn)，并由此對晶片表面產(chǎn)生拋光作用。
圖5B是圖5A所示自對準(zhǔn)主軸組件48的更詳細示意圖，它主要示出靠近套管中心支承的區(qū)域。如上所述，所示套管中心支承102為O形環(huán)。在一個實施例中，O形環(huán)具有約70-80的肖氏A級硬度。O形環(huán)位于形成在主軸芯94中的槽104內(nèi)，可以利用塑料材料形成。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白為了簡化示意圖，在圖5內(nèi)未示出脊柱90。槽104位于主軸套管100的中心線上，可以利用不銹鋼制造主軸套管100。將圖中示為傳動銷的轉(zhuǎn)矩連接器106設(shè)置在主軸套管100和主軸芯94的對應(yīng)孔內(nèi)。如上所述，如圖5B所示，主軸套管100內(nèi)的孔的尺寸大于傳動銷的尺寸，使得主軸套管可以圍繞O形環(huán)自由旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，主軸套管100的端部至多可以移動約±0.060英寸。拋光墊材料8以螺旋形纏繞在主軸套管100上，使得各纏繞圈之間存在微小間隙。這種配置可以避免拋光墊材料重疊，拋光墊材料重疊會影響拋光操作。在一個實施例中，拋光墊材料是聚氨脂泡沫塑料。
液體噴射如圖1所示，在外殼2的各壁上安裝多個噴嘴110。噴嘴110對著晶片W的兩面或拋光墊8、8’和12、12’噴射液體。通過歧管112送到噴嘴110的適當(dāng)液體包括研磨稀槳、化學(xué)處理溶液、乳液、清洗溶液、漂洗溶液、冷卻劑溶液、去離子(DI)水以及它們的混合物。需要時，可以從不同噴嘴同時噴射不同液體，或者從同一個噴嘴或不同噴嘴順序地噴射不同液體。在傾斜底板5內(nèi)設(shè)置排水管114以便于從外殼2的內(nèi)部排出廢液。附加的噴嘴和歧管可以位于外殼2內(nèi)，這樣，在完成一個或多個制備操作后，就可以漂洗諸如拋光墊和刷子的晶片制備部件上以及諸如主軸、驅(qū)動箱、輥以及輥臂的支持部件上的稀槳或溶液?？梢岳门c歧管112流體連通地連接的傳統(tǒng)管道、閥門、泵、儲液箱、過濾器以及污物儲存槽(未示出)將液體送到歧管112。可以手動控制，也可以利用用于運行傳統(tǒng)閥門、泵以及致動器的適當(dāng)編程計算機自動控制液體噴射順序和速率。
墊調(diào)節(jié)器如圖1和圖3所示，靠近每個拋光墊，將可選的可伸縮墊調(diào)節(jié)器116可旋轉(zhuǎn)地安裝在外殼2的內(nèi)壁上。每個調(diào)節(jié)器116包括大體水平的葉片118，葉片118大致橫跨設(shè)置在其附近的拋光墊的整個長度。每個葉片118繞該葉片之上的樞軸120旋轉(zhuǎn)，使得通過致動器122的碰撞，該葉片可以延伸到相鄰拋光墊。致動器122可以是傳統(tǒng)螺線管致動器，所安裝的螺線管致動器使輸出桿124碰撞葉片118的外部，從而導(dǎo)致該葉片向內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度D。墊驅(qū)動箱16、16’可以被同時移動角度E(墊8)或角度E’(墊10)從而使相應(yīng)拋光墊接觸用于調(diào)節(jié)的相應(yīng)葉片118。優(yōu)選以這樣的方式選擇角度D和E以及調(diào)節(jié)器尺寸，以致可以對每個拋光墊8和10進行調(diào)節(jié)，而無需任一墊接觸晶片W的表面。換句話說，優(yōu)選在拋光墊處于中間位置時進行墊調(diào)節(jié)，這樣就不需要因為進行墊調(diào)節(jié)而卸下晶片。完成墊調(diào)節(jié)操作后，通過關(guān)閉致動器122，收縮每個葉片118。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的晶片制備站200的三維示意圖。晶片制備站200包括外殼2，外殼2被配置為封閉一個晶片制備設(shè)備210。外殼2的頂部包括開口204，需要時，通過該開口取出晶片并放入另一個處理站內(nèi)。另選地，還可以省略開口204，這樣就成為一個全封閉晶片制備設(shè)備210。外殼2還包括門202，門202被配置為允許對晶片制備設(shè)備進行維修，例如替換或插入洗滌刷或拋光墊以及有關(guān)主軸。
在操作過程中，優(yōu)選關(guān)閉門202以保持環(huán)境清潔并減少顆粒和碎片進入。在一個優(yōu)選實施例中，在門202上設(shè)置槽206以使晶片W能夠被插入晶片制備站200。以相同方式，通過槽206還可以從晶片制備站取出晶片。在又一個實施例中，門202可以包括一個滑動門(未示出)，在對晶片進行處理時，該滑動門關(guān)閉槽206。
概括地說，晶片制備設(shè)備210包括對其提供了墊8的主軸10和14。在此實現(xiàn)中，對兩組主軸10和14提供墊8，從而在需要時，便于利用下面一組主軸或者利用上面一組主軸對晶片進行磨光或拋光。如上所述，在制備操作中，晶片被配置為上升和下降，并且可以定位第一組主軸或第二組主軸以實現(xiàn)上述偏離中心處理。此外，還示出噴嘴110，噴嘴110被配置為將液體噴射到墊108。噴嘴110可以流體連通地連接到一個適當(dāng)?shù)脑匆愿鶕?jù)所進行的處理提供DI水、化學(xué)溶液或稀槳。所示的晶片制備設(shè)備210還包括對準(zhǔn)張緊裝置26，如上所述，對準(zhǔn)張緊裝置26被配置為使晶片頂部對準(zhǔn)輥24接觸晶片頂部邊緣。此圖還示出線性致動器84(它優(yōu)選為線性步進電機)，根據(jù)為了在晶片表面上的各徑向位置實現(xiàn)希望的晶片材料磨削率而規(guī)定的晶片移動流程，利用線性致動器84使晶片上升或下降。圖11A更詳細示出線性致動器84。此外，還示出了輥驅(qū)動機構(gòu)21，利用輥驅(qū)動機構(gòu)21使每個晶片驅(qū)動輥6旋轉(zhuǎn)。
圖11A更詳細示出晶片制備設(shè)備210。晶片制備設(shè)備210通常配置為包括第一對和第二對晶片制備組件212。每個晶片制備組件212駐留在晶片W的特定側(cè)。例如，所示的晶片制備組件212包括主軸10和與驅(qū)動箱16相連的刷子12b。在晶片的另一側(cè)，使用另一個晶片制備組件212，該晶片制備組件212也包括位于組件底部的主軸10和位于組件頂部的刷子12b。
提供圖11A有助于我們明白可以以許多方式對晶片制備設(shè)備210進行配置。例如，每個晶片制備組件212可以配置為包括在其上固定了拋光墊8的主軸，如圖10所示。在圖11A和圖11B所示的實施例中，晶片制備組件212的底部部分是主軸10，而其頂部部分是刷子12b。在刷子12b的情況下，利用與驅(qū)動箱16相連的標(biāo)準(zhǔn)刷芯12a來代替主軸。在一個實施例中，刷子12b可以是聚乙烯醇(PVA)刷子。將PVA刷子材料配置得足夠柔軟，以致可以避免破壞晶片的脆弱表面，并且仍然可以與晶片表面實現(xiàn)良好機械接觸以除去殘余物、化學(xué)物質(zhì)和顆粒。實現(xiàn)PVA刷子的典型清洗系統(tǒng)包括第5,875,507號美國專利披露的清洗系統(tǒng)，在此引用該專利供參考。此外，在一個實施例中，可以配置標(biāo)準(zhǔn)刷芯12a以通過刷子(TTB)釋放液體。
如上所述，線性致動器48被配置為具有致動器輸出桿86，該致動器輸出桿86與致動器杠桿88相連。線性致動器84、致動器輸出桿86以及致動器杠桿88的組合被配置為幫助使輥臂20在向上方向或向下方向運動，從而使晶片W根據(jù)進行磨光、拋光或洗滌所希望的位置(即在中心或偏離中心)上、下移動。電機66被配置為利用輥臂20使晶片驅(qū)動輥6旋轉(zhuǎn)，如圖11B所示。
再參考圖11A，提供晶片制備驅(qū)動組件17以對每個晶片制備組件212提供一個連接和支持位置。如圖所示，晶片制備驅(qū)動組件17包括機架32。機架32對一對外部樞軸30提供支持。通過機架32，每個外部樞軸30分別連接到一個晶片制備組件212。每個外部樞軸30還包括一個內(nèi)部傳動軸28。皮帶38將傳動軸輪30和驅(qū)動輪36連接在一起，從而利用晶片制備驅(qū)動電機34實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。因此傳動軸輪40的旋轉(zhuǎn)使內(nèi)部傳動軸28旋轉(zhuǎn)，這樣就將旋轉(zhuǎn)傳遞到驅(qū)動箱16。因此，可以將內(nèi)部傳動軸28的旋轉(zhuǎn)傳遞到每個主軸10和刷子12b。
例如，內(nèi)部傳動軸28的旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致驅(qū)動箱16內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)動。驅(qū)動箱16內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)動會導(dǎo)致刷子12b以及主軸10旋轉(zhuǎn)。參考圖11A和圖11B，每個晶片制備組件212的主軸10從晶片兩側(cè)同時接觸晶片W，而刷子12b與晶片分離一定距離。以相同方式，驅(qū)動箱16可以向相反方向傾斜，以致只有晶片制備組件的刷子12b接觸晶片的兩側(cè)。在這種情況下，主軸10將與晶片分離一定距離，因此只允許刷子擦洗晶片表面。該機構(gòu)被配置為以這樣的方式旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱16，使得只有主軸10或者只有刷子12b接觸晶片表面，以上對該機構(gòu)進行了更詳細說明和描述。
晶片制備方法本發(fā)明提供的晶片制備方法之一是偏離直徑拋光方法，與傳統(tǒng)中心線拋光方法相比，該方法在拋光操作中可以在徑向提供總體更均勻的晶片材料磨削。在進行拋光之前，可以利用傳統(tǒng)平面化技術(shù)，例如CMP，對晶片進行平面化處理。在一個實施例中，偏離直徑拋光產(chǎn)生的拋光面不會嚴(yán)重偏離初始平面表面。圖6至圖9示出中心線(沿直徑)拋光和偏離直徑拋光的例子。
圖6是現(xiàn)有技術(shù)中心線拋光過程的4個采樣的晶片材料磨削量與晶片表面徑向位置之間的關(guān)系曲線圖。垂直軸表示晶片材料磨削量(埃(10-10)m)，而水平軸表示測試點的徑向位置(通過晶片直徑均勻分隔的121點，5mm邊緣除外)。如圖6所示，墊接觸線通過晶片中心的中心線拋光過程通常會導(dǎo)致，從晶片中心區(qū)域磨削的晶片材料比從晶片外圍區(qū)域磨削的晶片材料明顯多。
在圓周拋光操作中，拋光墊的旋轉(zhuǎn)速度通常比晶片的旋轉(zhuǎn)速度高。在拋光墊向著咬合方向向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)時，以優(yōu)選對兩個側(cè)面采用同樣壓力的方式，拋光墊壓擠晶片的兩個側(cè)面，其中在接觸線上的墊表面旋轉(zhuǎn)被向下取向。特定點的晶片材料絕對磨削量是諸如拋光時間、墊接觸壓力、墊成分、墊轉(zhuǎn)速、晶片轉(zhuǎn)速以及研磨稀槳成分的各因數(shù)的函數(shù)。然而，典型中心線拋光操作過程中，靠近晶片中心的晶片材料相對磨削量要高出一個數(shù)量級，如圖6中點50與點70之間的襯底材料磨削量的顯著高峰所示。這種中心線拋光產(chǎn)生的晶片外形是圖6所示曲線的反型曲線。換句話說，靠近晶片中心的高晶片材料磨削率會在晶片中心附近產(chǎn)生凹形或“碟形”外形。因此，對于給定的一組拋光參數(shù)，晶片材料磨削率在拋光墊接觸晶片的跨度上非常不均勻。
圖7A和圖7B表明在適度隨機變化范圍內(nèi)中心線拋光方法的晶片材料磨削量趨于在徑向大致對稱。圖7A示出中心線拋光方法的4個不同采樣的49個測試點位置。圖7B是在4個采樣的每個位置的襯底材料磨削量(以埃為單位測量的，大于或小于平均厚度變化)曲線圖。如圖7A所示，測試點包括晶片中心(點1)、位于半徑約三分之一處的均勻間隔同心環(huán)(點2至點9)、位于半徑約三分之二處的類似同心環(huán)(點10至點25)以及距離晶片圓周約5mm插入的類似同心環(huán)(點26至點49)。圖7B被放大，使得晶片中心(點1)落在曲線圖外，但是點2至點49的曲線圖更詳細清楚了，因為如上所述，靠近中心的襯底材料磨削量比大部分晶片表面磨削量高一個數(shù)量級。如圖7B所示，襯底材料磨削量明顯落入3個明顯“臺階”，這3個明顯“臺階”對應(yīng)3個測試點同心環(huán)。每個臺階內(nèi)的變化具有隨機性，而不顯示有規(guī)則的傾斜趨勢。
在根據(jù)本發(fā)明的偏離直徑拋光方法中，與中心線拋光方法相同，晶片表面上特定點的襯底材料絕對磨削量是上述結(jié)合圖6、圖7A和圖7B所述的各種參數(shù)的函數(shù)。然而，在根據(jù)本發(fā)明的偏離直徑拋光方法中，襯底材料磨削量還是晶片相對于拋光墊接觸線運動的函數(shù)。因此，根據(jù)本發(fā)明的晶片制備設(shè)備使晶片相對于晶片制備部件(即拋光墊)的運動受到控制。這樣就可以使晶片表面上各位置的襯底材料磨削量受到控制，因此可以獲得平面外形或其它希望的外形。
可以確定一個受控晶片運動流程，在該流程中，晶片相對于拋光墊或者向上或者向下移動以獲得希望的晶片表面外形。在拋光操作期間的某個時間點，墊接觸線必須穿過晶片中心，即0半徑距離位置，以確保晶片整個表面被拋光。顯然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以這樣確定晶片運動流程，使得墊接觸線從晶片中心開始并向晶片邊緣移動，或者從晶片邊緣開始并向晶片中心移動。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白，還可以對例如墊轉(zhuǎn)速、晶片轉(zhuǎn)速、墊承壓的其它拋光參數(shù)或這些參數(shù)的組合進行控制以獲得晶片上的希望的襯底材料磨削量。通過利用用于驅(qū)動傳統(tǒng)控制裝置來控制拋光操作的計算機系統(tǒng)所讀取的適當(dāng)軟件代碼，可以對晶片相對于拋光墊的運動以及其它拋光參數(shù)進行控制。例如，控制裝置可以對用于上下移動晶片的線性致動器84、驅(qū)動輥電機66、66’、用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動箱16、16’的線性致動器56、以及墊電機34、34’中的一個或多個的運行進行控制。
通過相對于拋光墊移動晶片以獲得具有平面外形或其它希望外形的拋光晶片表面，根據(jù)本發(fā)明的偏離直徑拋光方法可以有利地補償晶片表面襯底材料磨削率的徑向變化。通過控制晶片相對于拋光墊的運動速度(或者通過控制其它拋光參數(shù)以實現(xiàn)與控制晶片速度實現(xiàn)的效果相同的效果)，可以在晶片表面上的不同徑向位置實現(xiàn)希望的襯底材料磨削率。需要時，可以對拋光參數(shù)進行控制以在整個晶片上實現(xiàn)大致均勻的襯底材料磨削率。這種控制方式尤其可以用于對具有平面化表面的晶片進行拋光。另選地，還可以對拋光參數(shù)進行控制以改變整個晶片上的襯底材料磨削率。這種控制方式尤其可以用于對具有不平表面(例如凹形或凸形表面)的晶片進行拋光以獲得具有大致平面化表面的拋光晶片。
通過分析測試采樣，容易確定特定拋光方式的晶片材料磨削率。例如，圖8A和圖8B示出對于僅根據(jù)傳統(tǒng)方法在中心線拋光的200mm直徑的測試晶片，作為徑向位置的函數(shù)的晶片材料磨削率(以埃/每分鐘為單位或“A/m”)。利用研磨稀槳，以200RPM墊轉(zhuǎn)速，利用在此描述的設(shè)備對測試晶片進行拋光。晶片轉(zhuǎn)速在30RPM(如圖8A所示)至50RPM(如圖8B所示)范圍內(nèi)變化。如圖8A和圖8B所示，晶片材料磨削率在靠近晶片中心位置呈現(xiàn)明顯的非線性提高(為了清楚放大，未示出中心部分(約-5至5mm))。
圖9A和圖9B示出對于根據(jù)本發(fā)明一個實施例進行偏離直徑拋光處理的直徑為200mm的測試晶片，作為徑向位置的函數(shù)的晶片材料磨削率(A/m)。除了相對于拋光墊勻速移動測試晶片(不包括緊鄰中心和邊緣區(qū)域)以外，在結(jié)合圖8A和圖8B所述的同樣條件下，對測試晶片進行拋光。此外，墊轉(zhuǎn)速為600RPM(對于兩個測試晶片)，晶片轉(zhuǎn)速為30RPM(對于兩個測試晶片)。平移速率(晶片對于拋光墊的相對速度)在每分鐘10英寸(10ipm)(圖9A)至40ipm(圖9B)之間變化。
在徑向方向，利用偏離直徑拋光獲得的晶片材料磨削率比利用傳統(tǒng)中心線拋光獲得的晶片材料磨削率顯著均勻(將圖9A和圖9B所示的曲線與圖8A和圖8B所示的曲線進行比較)。然而，如圖9A和圖9B示出的稍許傾斜的曲線所示，偏離直徑拋光會在晶片邊緣產(chǎn)生稍許高的晶片材料磨削率。此外，40ipm的較快平移速率導(dǎo)致約90A/m的平均晶片材料磨削率(參考圖9B)，而10ipm的較低平移速率導(dǎo)致約120A/m的平均晶片材料磨削率(參考圖9A)。因此，較高平移速率導(dǎo)致的晶片材料磨削率比較低平移速率導(dǎo)致的晶片材料磨削率稍低。然而，假定平移速率提高4倍僅導(dǎo)致晶片材料磨削率減低約25％，則可以認(rèn)為圖9A和圖9B所示平移速率不是確定晶片材料磨削率的主要因素。相反，可以認(rèn)為在任何徑向位置的總晶片材料磨削量主要是總拋光時間或等效停留時間的函數(shù)。
在一個實施例中，拋光墊的長度在所有平移位置都足以跨越整個晶片弦長，這樣可以避免墊接觸的突然中斷。因此，在平移期間的任何特定墊位置，對墊接觸線之外的晶片表面部分，即遠離晶片中心的部分進行拋光。相反，在同一個平移位置，不對墊接觸線內(nèi)的晶片表面部分，即靠近晶片中心的部分進行拋光。如圖6至圖8所示，墊接觸線上的晶片材料磨削率未必均勻。
通過規(guī)定適當(dāng)晶片運動，即平移流程，可以實現(xiàn)偏離直徑拋光方法，其中平移流程是一個在拋光操作期間晶片相對于拋光墊的位置隨時間變化的預(yù)定流程。在一個實施例中，利用一個為了在每個徑向位置獲得大致相同晶片材料磨削量(即在徑向的均勻厚度降低)確定的晶片運動流程，實現(xiàn)偏離直徑拋光方法。在另一個實施例中，利用一個為了在特定徑向位置獲得不同晶片材料磨削量(即在徑向的可變厚度降低)確定的晶片運動流程，實現(xiàn)偏離直徑拋光方法。
在根據(jù)本發(fā)明的偏離直徑晶片制備方法的一個實施例中，垂直取向的晶片的兩面的每面均接觸圓柱形晶片制備部件，以確定線性接觸區(qū)域。在晶片旋轉(zhuǎn)時，對至少一個晶片制備參數(shù)進行控制，以在晶片上的接觸區(qū)域從第一位置移動到第二位置時，獲得可變晶片材料磨削率。在一個實施例中，確定可變晶片材料磨削率以在進行處理之后提供大致均勻厚度的晶片。所控制的晶片制備參數(shù)可以是晶片制備部件對晶片施加的壓力、晶片轉(zhuǎn)速、晶片制備部件的轉(zhuǎn)速以及在晶片兩面上確定的接觸區(qū)域從第一位置移動到第二位置的速度之一。
在一個實施例中，第一位置是晶片中心線，第二位置是距離中心線某個距離的位置，例如靠近晶片邊緣。晶片可以上升或下降以將接觸區(qū)域從第一位置移動到第二位置。在一個實施例中，對為了使接觸區(qū)域從第一位置移動到第二位置而在垂直方向移動晶片的速度進行控制，以致晶片具有大致均勻的厚度。對于給定拋光方式，通過對測試晶片進行分析以確定晶片材料磨削率的徑向變化，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員容易確定適當(dāng)?shù)木\動流程以獲得具有大致均勻厚度的處理晶片。另選地，可以勻速移動晶片(向上或向下)，并且可以對一個或多個其它拋光參數(shù)，例如壓力、晶片轉(zhuǎn)速以及晶片制備部件轉(zhuǎn)速進行控制以獲得同樣效果。因此，偏離直徑晶片制備方法可以被配置為將具有稍許凹形面或稍許凸形面的晶片加工成具有大致平面外形的晶片。
本發(fā)明提供的另一種方法是半導(dǎo)體晶片制備方法，在該方法中，在一個機殼內(nèi)對垂直取向的晶片執(zhí)行兩個晶片制備操作。在此方法中，在適當(dāng)?shù)臋C殼，例如一個外殼內(nèi)，以相對關(guān)系設(shè)置一對晶片制備組件，例如圖11A所示的晶片制備組件212。每個晶片制備組件分別包括第一晶片制備部件和第二晶片制備部件。例如，適當(dāng)?shù)木苽洳考▓A柱形拋光墊和圓柱形刷子。在以垂直方向放置到相對晶片制備組件之間后，晶片被適當(dāng)?shù)木?qū)動組件旋轉(zhuǎn)。
為了執(zhí)行第一晶片制備操作，以這樣的方式定向晶片制備組件，使得第一晶片制備部件以相對關(guān)系接觸該旋轉(zhuǎn)晶片的兩面。在一個實施例中，在第一方向旋轉(zhuǎn)晶片制備組件以使第一晶片制備部件接觸該旋轉(zhuǎn)晶片的兩面。一旦第一晶片制備操作完成，以這樣的方式定向第二晶片制備組件，使得第二晶片制備組件以相對關(guān)系接觸該旋轉(zhuǎn)晶片的兩面。在一個實施例中，晶片制備組件以與第一方向相反的第二方向旋轉(zhuǎn)，以使第二晶片制備部件接觸該旋轉(zhuǎn)晶片的兩面。
晶片制備組件可以被配置為執(zhí)行任何希望的晶片制備操作組合。在一個實施例中，第一晶片制備操作是清洗操作，因此每個第一晶片制備部件均是圓柱形刷子。在此實施例中，第二晶片制備操作是拋光操作，因此每個第二晶片制備部件均是圓柱形拋光墊。需要時，可以顛倒這些操作的順序，即第一操作是拋光操作，第二操作是清洗操作。
在另一個實施例中，第一和第二晶片制備操作均是清洗操作。例如，第一清洗操作可以被配置為磨削較粗糙顆粒，而第二清洗操作可以被配置為磨削較微細顆粒。在又一個實施例中，第一和第二晶片制備操作均是拋光操作。例如，第一拋光操作可以被配置為磨削希望數(shù)量的晶片材料，而第二拋光操作可以被配置為提供希望的表面拋光。
根據(jù)本發(fā)明的偏離直徑晶片制備方法，在晶片與第一晶片制備部件或第二晶片制備部件接觸時，如果需要，可以在垂直方向，即上、下移動晶片?？梢岳眠m當(dāng)?shù)目勺兏叨冗吘夠?qū)動組件在垂直方向移動晶片。在第一和第二晶片制備操作均是拋光操作的一個實施例中，至少在一個拋光操作期間在垂直方向移動晶片。
一旦在設(shè)備內(nèi)對晶片進行了處理和/或利用所披露的方法對晶片進行了制備，則可以通過其它眾所周知的制造過程對該晶片進行處理。眾所周知，這些過程包括淀積或濺鍍氧化物材料和導(dǎo)電材料(例如鋁、銅、鋁與銅的混合物等)。還被稱為“背面”處理的處理過程也包括蝕刻操作。這些蝕刻操作用于確定金屬化線網(wǎng)絡(luò)、通路以及確定集成電路裝置的互連結(jié)構(gòu)所需的其它幾何圖形。在執(zhí)行這些過程之間，還需要一些化學(xué)機械拋光(CMP)操作以對表面進行平面化，從而更有效進行生產(chǎn)。在制造集成電路裝置的過程中，在任何一個這種操作之后，在進入下一個操作之前，都需要對晶片進行磨光/拋光和清洗。一旦完成，將晶片切割為小片，每個小片就是一個集成電路芯片。然后，將該芯片放置到適當(dāng)封裝內(nèi)，并集成為希望的最終裝置，例如最終消費電子產(chǎn)品。
總之，本發(fā)明提供了用于拋光、磨光、洗滌以及漂洗晶片和其它適當(dāng)襯底的方法和設(shè)備。在此利用幾個典型實施例對本發(fā)明進行了披露。通過對本發(fā)明說明書和實施過程進行研究，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員還可以設(shè)想本發(fā)明的其它實施例。上述說明的實施例和優(yōu)選特性被看作本發(fā)明的典型情況，由所附權(quán)利要求定義本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于制備半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，該設(shè)備包括一對驅(qū)動輥，這對驅(qū)動輥被設(shè)置為在大致垂直方向支持半導(dǎo)體晶片，每個驅(qū)動輥被配置為與用于驅(qū)動驅(qū)動輥的驅(qū)動帶相連；以及一對晶片制備組件，這對晶片制備組件被可移動地設(shè)置為相對關(guān)系，每個晶片制備組件具有第一晶片制備部件和第二晶片制備部件，晶片制備組件可以移動到第一位置和第二位置，每個第一晶片制備部件在第一位置對晶片執(zhí)行第一晶片制備操作，每個第二晶片制備部件在第二位置對晶片執(zhí)行第二晶片制備操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個晶片制備組件包括用于旋轉(zhuǎn)第一和第二晶片制備部件的驅(qū)動組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一晶片制備部件被設(shè)置在第二晶片制備部件上方，并且每個第一晶片制備部件均是圓柱形刷子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中每個第二晶片制備部件均是圓柱形拋光墊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中每個第二晶片制備部件是圓柱形刷子。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中每個圓柱形拋光墊包括一個具有固定在其上的拋光墊的主軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個晶片制備組件包括可旋轉(zhuǎn)樞軸，并且通過旋轉(zhuǎn)該樞軸，晶片制備組件在第一位置、中間位置以及第二位置之間移動，中間位置是裝載或卸載晶片時晶片制備部件所在的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該驅(qū)動輥對和該晶片制備組件對被設(shè)置在一個外殼內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，該設(shè)備進一步包括對準(zhǔn)輥，用于使設(shè)置在驅(qū)動輥上方的晶片保持對準(zhǔn)，對準(zhǔn)輥被可旋轉(zhuǎn)地安裝在對準(zhǔn)臂上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中對準(zhǔn)臂被可旋轉(zhuǎn)地連接在對準(zhǔn)張緊裝置上，該對準(zhǔn)張緊裝置被安裝在外殼的壁上。
11.一種用于制備半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，該設(shè)備包括第一晶片驅(qū)動輥，被可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第一輥臂上，第一晶片驅(qū)動輥被定向為在垂直方向旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片；和第二晶片驅(qū)動輥，被可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第二輥臂上，第二晶片驅(qū)動輥被定向為在垂直方向旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片，其中第一輥臂和第二輥臂分別被配置為將旋轉(zhuǎn)動力傳送到設(shè)置在其上的晶片驅(qū)動輥，并且第一輥臂和第二輥臂都可以在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)設(shè)置在其上的晶片驅(qū)動輥的高度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中第一和第二輥臂中的每一個被連接到一個具有內(nèi)部傳動軸和空心外部樞軸的同軸組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中通過旋轉(zhuǎn)第一和第二同軸組件的外部樞軸，旋轉(zhuǎn)第一和第二輥臂。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中分別旋轉(zhuǎn)第一和第二同軸組件的內(nèi)部傳動軸以將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到第一和第二晶片驅(qū)動輥。
15.一種自對準(zhǔn)主軸組件，該自對準(zhǔn)主軸組件包括圓柱形內(nèi)芯；支承，設(shè)置在圓柱形內(nèi)芯的外表面上；以及主軸套管，圍繞圓柱形內(nèi)芯，主軸套管具有固定在其外表面上的晶片制備材料，并且主軸套管由支承可旋轉(zhuǎn)地支持，使得在晶片制備材料接觸襯底表面時，主軸套管與襯底表面對準(zhǔn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主軸組件，其中支承是O形環(huán)，圓柱形內(nèi)芯的外表面具有成型在其內(nèi)的槽，并將O形環(huán)安裝在該槽內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主軸組件，其中圓柱形內(nèi)芯在其內(nèi)具有一個孔并與一個旋轉(zhuǎn)齒輪相連，主軸套管具有一個通孔，并在主軸套管的孔內(nèi)和圓柱形內(nèi)芯的孔內(nèi)設(shè)置一個連接機構(gòu)以將旋轉(zhuǎn)動力從圓柱形內(nèi)芯傳遞到主軸套管。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主軸組件，其中在接近主軸套管的中心線位置，主軸套管由支承可旋轉(zhuǎn)地支持。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的主軸組件，其中主軸套管內(nèi)的孔具有第一直徑，而連接機構(gòu)具有第二直徑，第一直徑大于第二直徑的數(shù)量足以使主軸套管圍繞該支承旋轉(zhuǎn)一個預(yù)定傾角。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主軸組件，其中晶片制備材料是拋光墊。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主軸組件，其中圓柱形內(nèi)芯由塑料材料構(gòu)成，而主軸套管由不銹鋼構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的主軸組件，其中襯底是半導(dǎo)體晶片。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于制備晶片的設(shè)備，該設(shè)備包括晶片制備驅(qū)動組件(17)、可變高度邊緣驅(qū)動組件(包括27)以及自對準(zhǔn)主軸組件。在一個實施例中，該設(shè)備包括一對驅(qū)動輥(6)，驅(qū)動輥被設(shè)置為在大致垂直方向支持晶片(W)。每個驅(qū)動輥(6)分別與用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動輥的驅(qū)動帶相連。以相對關(guān)系可移動地設(shè)置分別具有第一和第二晶片制備部件(10、12)的一對晶片制備組件(212)。這些組件(212)可以移動到第一位置和第二位置，第一和第二晶片制備部件(10、12)分別在第一位置和第二位置進行第一和第二晶片制備操作。在另一個實施例中，該設(shè)備包括分別可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第一和第二輥臂(20)上的第一和第二晶片驅(qū)動輥(6)。第一和第二輥臂(20)分別將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到設(shè)置在其上的晶片驅(qū)動輥(6)，并且第一和第二輥臂均可以在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)設(shè)置在其上的晶片驅(qū)動輥的高度。自對準(zhǔn)主軸組件包括圓柱形內(nèi)芯和設(shè)置在其外表面上的支承。圍繞圓柱形內(nèi)芯的主軸套管具有固定在其外表面上的晶片制備材料，支承可旋轉(zhuǎn)地支持主軸套管，使得在晶片制備材料接觸襯底表面時，主軸套管對準(zhǔn)襯底表面。
文檔編號H01L21/683GK1422438SQ01807671
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者奧利弗·戴維·瓊斯, 大衛(wèi)·T·弗羅斯特, 約翰·G·德維 申請人:拉姆研究公司