[发明专利]抛光衬底的方法和装置

说明书

本发明涉及抛光衬底的方法和装置，尤其是提出一种抛光方法，用于将诸如半导体晶片的衬底抛光至平坦镜面光洁度。通过抛光装置实施抛光衬底的方法，该抛光装置包括具有抛光表面的抛光台(100)、用于保持衬底并将衬底压抵抛光表面的顶圈(1)以及用于沿垂直方向移动顶圈(1)的可垂直移动机构(24)。在衬底压抵抛光表面之前，顶圈(1)移动至第一高度，且接着在衬底压抵抛光表面之后，顶圈(1)移动至第二高度。

本申请是申请号为200980141563.X、申请日为2009年8月7日、发明名称为“抛光衬底的方法和装置”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体涉及一种抛光方法和装置，且更具体地说，涉及一种对诸如半导体晶片的待抛光物体(衬底)抛光至平坦镜面光洁度的抛光方法和装置。

背景技术

近年来，半导体器件的高集成性和高密度需要对布线模式或互连最小化，并且也增大了器件中互连层的数目。由于较低互连层上的表面不规则性，器件在更小电路中具有多层互连的趋势大体上加宽了台阶宽度，从而导致平坦度降低。互连层数目的增加可恶化在薄膜形成过程中台阶式结构上的薄膜涂层质量(台阶覆盖度)。总之，首先，高度分层的多层互连的出现相应地使得能够获得改良台阶覆盖度和适当表面的新平面化工艺成为必需。其次，该趋势和下文描述的另一个原因需要能够平面化半导体器件的表面的新工艺：半导体器件的表面需要被平面化，从而使得半导体器件的表面上的不规则台阶落入焦深内。因此，利用光刻工艺小型化的光刻光学系统的焦深越小，需要平面化处理后越精确平坦的表面。

因此，在半导体器件的制造过程中，平面化半导体表面变得越来越重要。最重要的平面化技术之一是化学机械抛光(CMP)。因此，已采用化学机械抛光装置平面化半导体晶片的表面。在化学机械抛光装置中，在其中含有诸如二氧化硅(SiO₂)的磨粒的抛光液体被供应到诸如抛光垫的抛光表面上的同时，诸如半导体晶片的衬底与抛光表面滑动接触，因而表面得以抛光。

这种类型的抛光装置包括具有由抛光垫形成的抛光表面的抛光台以及用于保持诸如半导体晶片的衬底的衬底保持装置，该衬底保持装置称作顶圈或抛光头。当半导体晶片利用这种抛光装置抛光时，在预定压力下通过衬底保持装置保持半导体晶片且使其压抵抛光垫的抛光表面。此时，抛光台和衬底保持装置彼此相对移动，以使半导体晶片与抛光表面滑动接触，从而使得半导体晶片的表面被抛光至平坦镜面光洁度。

传统地，作为半导体保持装置，已经广泛使用所谓的浮动型顶圈，其中弹性膜(膜)固定至夹板，且向在夹板上方形成的压力腔(加压腔)以及由弹性膜(膜)形成的压力腔施加诸如空气的流体，以使得通过弹性膜在流体压力下将半导体晶片压抵抛光垫。在浮动型顶圈中，夹板通过夹板上方的加压腔的压力与夹板下方的膜的压力之间的平衡而浮动，从而在适当的压力下将衬底压紧在抛光表面上，从而抛光半导体晶片。在该顶圈中，当开始向半导体晶片施加压力或者在抛光后执行半导体晶片的真空夹持时，进行下述操作：

当开始向半导体晶片施加压力时，对加压腔进行加压，通过膜保持半导体晶片的夹板降低而带动抛光垫、半导体晶片与膜彼此紧密接触。接着，向膜施加所需压力，其后或者同时，将加压腔的压力调节成不大于膜压力，从而允许夹板浮动。在此状态下，半导体晶片被抛光。在此情况下，夹板首先下降而使抛光垫、半导体晶片和膜彼此紧密接触的原因在于，半导体晶片与膜之间的加压流体应防止泄露。如果在抛光垫、半导体晶片和膜不彼此紧密接触的状态下向膜施加压力，则半导体晶片与晶片之间产生间隙，并且加压流体穿过间隙泄露。

此外，如果加压腔的压力不小于抛光时的膜压力，夹板局部压迫半导体晶片，且在其局部区域中半导体晶片上的薄膜过度抛光。因此，将加压腔的压力调节成不大于膜压力，从而允许夹板浮动。接着，在抛光后，在半导体晶片真空夹持时，对加压腔加压，以降低夹板，且抛光垫、半导体晶片和膜开始彼此紧密接触。在此状态下，半导体晶片通过在膜上方产生真空而真空夹持至膜。