[发明专利]晶片抛光设备及晶片抛光用衬垫

说明书

本发明涉及一种采用CMP(化学机械抛光)的晶片抛光设备及晶片抛光用的衬垫(backing pad)。

在半导体器件制造工艺中，进行平面化半导体晶片表面的平面化工艺，以提高光刻等的精确度。这种平面化工艺的典型例子是SOG(旋涂玻璃)。随着半导体器件微细构图程度的增加，需要高度平面化。为了满足这种需求，近年来，采用浸有化学腐蚀液的抛光布的CMP引人注目，并且正在变为包括用于平面化的镶嵌法的主流技术。

图4A展示了采用常规CMP的晶片抛光设备。

参见图4A，由参考标号1整体表示的晶片抛光设备由圆形抛光台2、柱形承载头3及浆料供应管4构成。承载头3对着抛光台2，其直径小于抛光台2。浆料供应管4滴落浆料5。可旋转地支撑抛光台2的转轴6固定于抛光台2下部的中心部位。叠于其上的软下垫7和硬上垫8依次固定于转轴6的上表面上。

承载头3由环形固定环10、不锈钢基板11和转轴12构成。基板11固定成掩埋于固定环10的上半部中。转轴12固定到基板11的上部中心部位，以可旋转地支撑承载头3。衬垫15固定于基板11的下表面上。环形设置的六根空气管13形成为延伸穿过基板11和衬垫15，如图4B所示。压缩空气从设置于基板11上的空气供应源(未示出)提供到空气管13。

按这种设置，承载头3向下运动，用衬垫15的下表面将晶片16压到上层垫8上。此后，从空气供应源(未示出)向空气管13供应空气，在衬垫15和晶片16间形成空气层16。这种状态下，抛光台2沿箭头所示方向旋转，同时承载头3沿与抛光台2的旋转方向相反的方向旋转，浆料5从浆料供应管4滴下，于是利用上层垫8抛光晶片16的下表面。

图5A示出了采用由具有开放微孔的泡沫体构成的晶片抛光用衬垫的常规承载头。图6A展示了采用由具有封闭微孔的泡沫体构成的晶片抛光用衬垫的常规承载头。

在衬垫25只由具有开放微孔的泡沫体构成时，如图5A所示，能够基本上均匀地整体抛光，如图5B所示。然而，抛光量(研磨量)小，即使空气压力增大，也无法提高抛光量的减少。靠近晶片16的外围边缘部分抛光量的下降很大。发现抛光量的减少一般发生在晶片16的外径超过8英寸时。

这可能是以下原因造成的。具有开放微孔的泡沫体在横向(沿晶片16的表面)具有高空气透过率的特殊性质。因此，在衬垫25和晶片16之间均匀地形成空气层17，因而晶片16会容易被抛光成平面。然而，由于空气层17喷洒于衬垫25的整个表面上，衬垫25紧贴晶片16取决于空气层17。所以由于紧贴衬垫25，晶片16变得几乎不受影响，导致了很小的抛光量。

晶片16的抛光量在外围边缘部分大幅度下降的原因如下。如图5A所示，空气层17趋于从衬垫25的外围边缘部分释放到外部，衬垫25不能紧贴假定被紧贴的晶片16的外围边缘部分。

在衬垫35只由具有封闭微孔的泡沫体构成时，如图6A所示，在离开晶片16的中心C₁英寸到8英寸的两个测量点处的抛光量，大于其它测量点处的抛光量。这导致了抛光量整体上不同。然而，整个抛光量可通过提高空气压力而改善。

这可能是基于以下原因。具有封闭微孔的泡沫体具有如下的特殊性质，尽管其空气透过率在横向(沿晶片16的表面)低，但可以对晶片局部施加压力。结果，如图6A所示，在衬垫35和晶片16之间产生了形成空气层17的部分和没形成空气层的部分。因此，晶片16的整个表面不会被空气层17均匀地紧贴，所以晶片16的表面不能抛光成平面。

图5B和6B展示了在径向上离开直径为8英寸的晶片16的中心1英寸的测量点处晶片16的抛光量的曲线图，该图是利用图5A和6A所示的衬垫得到的。

本发明的目的是提供一种晶片抛光设备和晶片抛光用衬垫，可以均匀地抛光晶片的整个目标表面。

本发明的另一目的是提供一种晶片抛光设备及晶片抛光用衬垫，有助于增大晶片的抛光量。

为了实现上述目的，根据本发明提供一种晶片抛光设备，包括：旋转支撑抛光台；固定于抛光台上的抛光垫；设置成与抛光台相对并支撑为相对于抛光台可旋转并可前后移动的承载头；固定于承载头表面上的衬垫，其与抛光垫相对，用于协同压缩空气使晶片紧贴抛光垫；其中衬垫由用于紧贴晶片的外围部分具有封闭微孔的环形第一泡沫体和具有开放微孔且设置于第一泡沫体内的柱形第二泡沫体构成。

图1是本发明第一实施例的晶片抛光设备的剖面图；

图2A是图1所示承载头部分的示意图，图2B是图2A所示衬垫的底视图；

图3A是本发明第二实施例的承载头部分的示意图，图3B是图3A所示衬垫的底视图；