[发明专利]半导体晶片抛光装置和抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于对半导体晶片或类似类型的材料进行抛光的装置和方法，更具体的说，本发明涉及有助于抛光半导体晶片以具有平的表面的装置和方法。

背景技术

抛光物品以产生平的、高反射率的和无损坏的表面在很多领域得到应用。当抛光诸如为半导体材料晶片的物品以准备通过电子束平版印刷或照相平版印刷工艺(下文称为“平板印刷”)在晶片上印刷电路时，需要尤其好的光洁度。电路将被印刷于其上的晶片表面的平坦度是关键的，以保持线条的清晰度，该线条可以细达0.13微米(5.1微英寸)或更少。在步进重复光刻工艺被采用时，对于平的晶片表面、特别是该表面上的离散区域中的局部平坦度的需求得到增强。

晶片表面的平坦度可根据整体平坦度变化参数(例如，总厚度变化(“TTV”))或者根据相对于晶片的基准平面(例如，局部最适合基准平面)测量的局部平坦度变化参数(例如，局部总指示读数(“STIR”)或局部焦点平面偏差(“SFPD”))被量化。STIR是在晶片的一个小区域内的平面相对于被称为“焦点”平面的基准平面的最大正偏差和负偏差的总和。SFQR是从前侧最适合基准平面测量的特定类型的STIR测量结果。有关晶片平坦度特征化的更详细论述能够在F.Shimura的Semiconductor Silicon Crystal Technology 191，195(Academic Press，1989)中找到。目前，单侧抛光晶片的抛光表面的平坦度参数在使用新的抛光衬垫时通常是可接受的，但平坦度参数随着抛光衬垫磨损而变得不可接受，如下所述。

常规的抛光机器的结构和操作会产生不可接受的平坦度测量结果。抛光机器通常包括圆形或环形抛光衬垫，其安装在围绕穿过衬垫中心的垂直轴线而被驱动旋转的转盘/转台上。晶片固定安装在抛光衬垫上方的压板上，并被降低以与旋转的抛光衬垫抛光接合。通常包括化学抛光剂和研磨颗粒的抛光浆料被施加到该衬垫，以便在抛光衬垫和晶片之间产生更大的抛光相互作用。该类型的抛光操作通常称为化学-机械抛光或简称CMP。

在操作过程中，使该衬垫旋转，且利用压板使得晶片与衬垫接触。压板在晶片上施加一个大体均匀的向下的力，将晶片压靠在衬垫上。随着衬垫的旋转，晶片被旋转并关于衬垫的一个偏心部分前后摆动。因此，衬垫磨损在图1中由暗色阴影示出的环形带AB中最为显著，该环形带在衬垫的每次回转期间都与晶片接触。在远离环形带AB延伸的区域LA中，衬垫磨损逐渐变得不严重。这些区域仅在衬垫的其中一些回转期间与晶片接触。而且，与衬垫上接近环形带的部分相比，衬垫上远离环形带的部分被更不频繁地接触。结果，在图1中由远离环形带而变得渐浅的阴影示出的这些区域LA受到渐变的衬垫磨损，其随着远离环形带而变得较不严重而随着接近环形带而变得更严重。衬垫最外侧OM部分和最内侧IM部分在抛光操作期间没有与晶片接触，因而没有遭到任何显著的磨损。这些区域OM，IM没有在图1中用阴影表示。

当例如在数百个晶片之后衬垫磨损时，晶片平坦度劣化，这是因为衬垫不再是平的，而是具有与图1中的环形带AB相应的环形凹陷。典型地，这种衬垫磨损以如下两种方式之一影响晶片平坦度：“凹进变形(dishing)”和“拱凸变形(doming)”。比“凹进变形”更为常见的且在图2中示出的“拱凸变形”导致晶片有大致凸起的前表面(晶片的前表面是被衬垫抛光的表面)。这发生在衬垫如图1所示被磨损时，结果，从晶片的前表面的中心去除的材料少于从接近晶片边缘的区域去除的材料。这是因为衬垫的去除率与其磨损成反比。换言之，与磨损较多的衬垫部分相比，磨损较少的衬垫部分去除了更多的材料。与环形带AB相应的衬垫部分从晶片上去除最少量的材料。因此，使得晶片的前表面有一个大体“拱凸”形状。

当导致晶片的前表面具有凹形的上表面时，衬垫表面发生“凹进变形”，这在图3中示出。发生这种情况的一个可能原因是，抛光衬垫被嵌入了研磨料(即来自浆料中的胶状材料、来自先前被抛光的晶片的碎片、来自保持环的碎片)，因而导致磨损区域中的去除率增加。也就是说，衬垫的去除率与其磨损成正比。因而，与具有较少磨损的衬垫的部分相比，具有较多磨损的衬垫的部分在抛光工艺期间从晶片上去除了更多的材料。结果，与从环形带向外的衬垫的部分相比，从晶片的与图1中所示的环形带AB相应的衬垫的部分去除了更多的材料。去除率的这种差异导致与晶片的边缘相比，从晶片中心处去除更多的材料，结果导致晶片的前表面有一个大体“凹进”的形状。