[发明专利]用于将晶片移出化学机械抛光设备研磨头的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及用于将晶片移出化学机械抛光设备研磨头的方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的发展，对于半导体器件的集成密度的要求日益增高。随着上个世纪70年代将多层金属化技术引入到集成电路制造工艺中，使得半导体晶片的垂直空间得到有效的利用，并显著提高了器件的集成度。但多层金属化引起的一个新的问题是使得硅片表面的不平整度加剧，硅片表面的不平整会在后续的光刻步骤中引起例如光刻胶厚度不均等问题，进而导致光刻受限，严重影响了半导体器件尺寸向微细化的发展。针对这一问题，需要对金属化后的半导体晶片表面进行平坦化，目前已经开发出多种平坦化技术，主要包括反刻、玻璃回流、旋涂膜层、化学机械抛光(CMP)等。

在目前的集成电路制造工艺中，CMP技术是最常用的一种平坦化技术。CMP工艺使用具有研磨性和腐蚀性的研磨液，并配合使用抛光垫和支撑环。抛光垫的尺寸通常比硅片要大。抛光垫和硅片被一个可活动的抛光头压在一起，而塑料的支撑环则用于保持硅片的位置。硅片和抛光垫同时转动(通常是以相同的方向转)，但是它们的中心并不重合。在这个过程中硅片表面的材料和不规则结构都被除去，从而达到平坦化的目的。平面化后的硅片表面使得干法刻蚀中的图样的成型更加容易。平滑的硅片表面还使得使用更小的金属图样成为可能，从而能够提高集成度。

图1A示出了传统的化学机械抛光设备的工作原理。将要进行抛光的晶片100置于工作台101上，通过研磨头102固定住晶片100。工作台101上设置有研磨垫103，研磨液输送装置104将研磨液105输送到研磨垫103上，从而通过工作台101和研磨头102的旋转完成研磨过程。

图1B进一步示出了传统的CMP装置的局部放大视图。CMP装置110包括基座111，位于基座111上的三个研磨平台132a、132b和132c，以及清洁头载入载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)台200。HCLU台200包括载入杯201，用于将晶片载入到研磨垫上进行研磨，并在研磨之后将晶片载出。研磨平台132a、132b和132c可以同时工作，从而在短时间内同时处理多个晶片的抛光，以提高CMP的抛光效率。研磨垫调节器112a、112b和112c设置在基座111上，其可扫过各自的研磨垫132a、132b和132c从而调节研磨垫。在基座111上还设置有三个研磨浆供给器122a、122b和122c，用于为其各自的研磨垫提供研磨浆料。

图2示出了HCLU台200在载入/载出晶片时的工作原理。如图所示，当载入晶片300时，首先将晶片300传送到HCLU台200中的载入杯201的台座202上，并向晶片的上表面300a喷水。通过支柱203下方的汽缸(未示出)的往复运动(沿图中所示的箭头方向)，将载入杯201上升，从而将晶片300置于保持定位环401之间。晶片300的上表面300a与头部402的下表面403的膜结构之间依靠水的表面张力作用贴合在一起。当晶片300完成CMP之后脱出时，在头部402上施加一定的压力，使得晶片300与下表面的膜结构之间的张力减小并产生松动，从而使晶片300脱落到载入杯201上。然后再通过支柱203下方的汽缸的往复运动，将载入杯201下降回到HCLU台200中，再将晶片300移出。

图3详细示出了晶片300在头部402施加压力的情况下从头部402脱出时的受力情况。如图3所示，通过在头部402上施加沿图中的箭头方向所示的一压力f，使得晶片300的中心区域C受到一向下的压力，而边缘区域A则受到一与中心区域C的力相反的力。中心区域C和边缘区域A之间的中间区域B通常不收力。在这一组力的作用下，晶片300与头部402的下表面之间的张力减小并产生松动，从而使晶片300脱落到台座202上。

在现有领域中，在头部402上施加的力f通常为一具有固定大小的力，例如1.5psi(1psi等于6894.75帕斯卡)，并且一次性地施加这一压力从而将晶片推出。然而，一次性地施加固定大小的力会产生这样的问题，即当需要推出的晶片过薄或硬度不够时，该压力会对晶片的中心区域产生很大的冲击，从而可能导致晶片断裂的风险。

因此，需要对晶片载出的方法进行改进，从而避免晶片由于头部施加过大的压力而发生断裂，从而提高生产工艺的良品率。

发明内容