半導體拋光晶片平滑度的控制方法和設備的製作方法
2023-05-29 10:53:31
專利名稱：半導體拋光晶片平滑度的控制方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體拋光晶片平滑度的控制。更為具體地說，本發明涉及通過直接測定拋光墊板來確定拋光墊板平滑度以保持在墊板上拋光的半導體晶片表面的平滑度。
通常的半導體晶片成形加工過程的最終步驟是在半導體晶片一面上產生一個高度反射的、無損傷的和平滑的表面。半導體晶片必須拋光得特別平滑以備以電子束印刷或光學印刷工藝在晶片上印製電路。為了保持可以細至1微米或更小的線條的清晰度，有待在上面印製電路的晶片表面的平滑度是至關重要的。
半導體晶片的拋光是用機械化學工藝來實現的，其中旋轉的拋光墊板用拋光軟膏研磨晶片。在通常的半導體晶片拋光機中，晶片的表面用蠟粘接而平貼於拋光座。晶片和拋光座的組合然後由拋光臂杆以強力壓靠旋轉的拋光墊板的拋光表面(亦即墊板的上表面面積中接觸和拋光晶片的那一部分)。此拋光臂杆也可使晶片隨著墊板在它下面旋轉而以擺動方式從一邊到一邊地在拋光墊板上面移動。剛硬的拋光座可提供一個參照平面，相對於它，晶片的拋光表面通過拋光被成形加工為基本上平行的、平滑的平面。結果，晶片的對置兩表面是彼此平行的。
一般粗糙的拋光機墊板是由用聚氨基甲酸乙酯樹脂浸漬過的聚酯纖維製成的。墊板結構在纖維用樹脂浸漬以後仍然是充分多孔的，以便在晶片下面攜帶軟膏。墊板可以具有一個中心孔口，以致墊板具有環形形狀。軟膏一般是由特細顆粒在含水介質中的膠體懸浮液連同可穩定膠體的各種添加劑一起組成的。其他一些添加劑也可以用來增加軟膏的化學反應性，以便增加拋光速率。
拋光墊板必須始終是充分平滑的，以便產生具有平滑的拋光表面的晶片。不過，在許多拋光循環以後，拋光墊板上的熱量和壓力會導致墊板在其環形內外邊沿範圍之間的中心環形區域成為壓扁的，以致它薄於內外邊沿範圍。因而，墊板拋光表面的橫截面輪廓成為凹下的。由凹下形橫截面的墊板到拋光出來的晶片，在成形加工之後，帶有比較凸出而不是平滑的拋光表面。於是，拋光墊板必須通過磨掉內外邊沿範圍來重新成形加工而把墊板的內外邊沿範圍降低到中心區域的水平。
當前，用於控制被拋光的半導體晶片平滑度的各種技術依賴於它們被拋光之後取自半導體晶片的測定結果。然後依據從半導體晶片獲取的測定數據作出對拋光墊板的調節，因為拋光墊板的平滑度直接相關於已拋光的半導體晶片的形狀。這種類型的測定系統的問題是，由超出合格平滑度允差的拋光墊板所拋光的半導體晶片在測定半導體晶片與校正拋光墊板之間的延擱時間期間會造成生產延誤和產量損失。
本發明的若干目的之中可以指出提供用於直接測定拋光墊板形狀的設備和方法；提供可提高半導體晶片產量的設備和方法；提供可提高晶片生產率的設備和方法；以及提供使用簡單而具有成本效益的設備和方法。
本發明的設備通過直接測定墊板來確定大體上圓形拋光墊板的平滑度以供保持墊板平滑度和在拋光機拋光墊板上拋光的物件表面的平滑度之用。一般，此設備包括測定裝置和安裝著測定裝置並製作得伸展在至少一部分拋光墊板上方的機架。測定裝置能夠在沿著所述拋光墊板部分的許多位置處測定拋光墊板上表面與參照平面之間的距離。此設備還包括控制裝置，用於控制測定裝置以從事在許多位置處的測定。控制裝置設計得可以指示是否墊板部分的平滑度脫出預定的技術要求。
在本發明的另一方面中，一種用於通過直接測定墊板來確定大體上圓形拋光墊板平滑度以供保持在拋光墊板上拋光的物件表面的平滑度之用的方法包括通過直接測定拋光墊板來確定拋光墊板平滑度和如果拋光墊板平滑度脫出技術要求限度則成形加工此墊板等步驟。
其他各項目的和特點將部分是顯見的和部分在此後指出。
圖1是一種設備的前視主面圖，此設備用於測定裝在拋光臺上的拋光墊板的平滑度；圖2是圖1中設備的右側視主面圖，一些部分破除以顯示細節；圖3是圖1中設備的後視主面圖4是圖1中設備的頂視平面圖；圖5是圖1中設備的框圖；圖6是測定裝置第二實施例的前視主面圖，圖示此裝置裝在拋光臺上的拋光墊板上面；圖7是圖6中設備的框圖。
對應的各部分，在所有的幾幅圖紙上的視圖中，由對應的參照編號標示。
現在參看圖紙，首先是圖1至4，一種用於確定拋光墊板平滑度的設備整體上以10指明。拋光墊板12用來拋光晶片拋光機16(圖6)上的半導體晶片14，其方式是本技術領域中一般熟練人員所熟知的。在拋光墊板12上拋光的半導體14的平滑度直接相關於拋光墊板的平滑度，因而，通過把拋光墊板表面保持在合格的各平滑度參數之內，在墊板上拋光的半導體晶片將保留在合格的各平滑度限度之內。拋光墊板12裝設在陶瓷臺18上，半導體晶片放置在它上面以供拋光。半導體晶片拋光機16的簡化視圖示於圖6之中。雖然圖6表明本發明的第二實施例，但是拋光機16的結構對於兩項實施例來說是一樣的。拋光機16包括支承拋光墊板12的陶瓷臺18和拋光臂杆20，此臂杆用於裝放卡持著攜帶晶片的拋光座22的卡盤21，並當墊板在晶片下面旋轉時強使晶片14貼靠拋光墊板。一般，向墊板施用軟膏以便易於拋光。
設備10包括機架和測定裝置，整體上分別以24和26指明。測定裝置能夠測定拋光墊板12的上表面27與在圖2和3上以P1指明的任意參照平面之間的距離。傳送機構28支承測定裝置26，使之大體上在參照平面P1內沿機架24長度方向移動經過至少一部分拋光墊板12。傳送機械28和測定裝置行經拋光墊板12以測定許多位置處的從墊板表面27到參照平面P1的距離，從而指示墊板的平滑度。
機架24包括陶瓷底座30，直接安置在拋光墊板12上方。底座30還用作測定裝置26的參照表面，測定裝置26在下面將作進一步的討論。在此第一實施例中，底座30最好是尺寸定得具有的長度稍微大於拋光墊板12的直徑。比如，具有長度24英寸、寬度4.25英寸和高度0.625英寸的底座30可以與具有直徑21.5英寸的拋光墊板12一起使用。為了精確地測定拋光墊板上表面27，底座30在其下表面32上具有不大於0.0005英寸的表面平滑度，此下表面32與拋光墊板12相接觸，而在其上表面27上不大於0.000012英寸，在此上表面上裝有機架24。底座30在每一端上包括四個安裝孔，用於容放把機架24連接於底座30的各個螺栓38。可以想見，設備能夠在帶底座地予以使用而仍然歸於本發明的範疇之內。
參看圖1，機架24還包括裝在底座30對置兩端上的兩個端部支座40。每一端部支座40具有一大體上矩形的部分42，用於支承傳送機構38，和一安裝基座44，包括四個孔眼46，用於容放把端部支座40固接於底座30的各個螺栓38。各端部支座40可以比如具有2.62英寸的高度和3.93英寸的寬度。傳送機構28包括託架48和滾球絲槓總成50。滾球絲槓總成的每一端由一裝在每一端部支座40上的向心止推軸承52(圖2)檔持。
如圖2中所示，傳送機構28還包括由一腹板58連接起來的兩根直杆56。端部支座40具有一上部60和一具有兩個孔口64、66的下部62，兩個孔口對正於穿過託架48的兩個相應孔口(未畫出)而用於分別容放滾球絲槓51以及兩根直杆56和腹板58。第一孔口64裝有用於支承滾球絲槓的各軸承52。第二孔口66加工成形為適於容放兩根直杆56，用於滑動接觸滑動件上的託架48，以便為託架和測定裝置26提供支承。託架48包括凸緣70，用於把測定裝置26連接於託架。託架48的凸緣70可以比如具有3英寸的寬度和3英寸的長度。上述系統的滾球絲槓51的行程是大約24英寸。滾球絲槓總成可以是一種諸如可從紐約華盛頓港的湯姆森工業集團公司(Tomson Industries，Inc.of Port Washington，New York)購得，機型標號是2CB080VAFL 24，Tomson Super Slide。應當理解，滾球絲槓之外的傳送機構也可以使用而不會偏離本發明的範圍。
電氣馬達72安裝於一個端部支座40並聯接於滾球絲槓51，用於驅動滾球絲杆作旋轉。應當理解，其他諸如液壓馬達或手動旋轉裝置的驅動機構均可用來轉動滾球絲槓51並移動託架48而不會偏離本發明的範圍。
測定裝置26包括裝於託架48凸緣70的雷射檢測器74，並且可予以操作而在許多位置處測定從拋光墊板12上表面27到參照平面P1的距離，以指示墊板的平滑度。雷射檢測器74可發射半導體雷射束l，可從拋光墊板12上表面27反回和進入檢測頭74而提供拋光墊板上表面與檢測頭之間的位移測定結果。距離是由雷射束重新進入檢測器74的角度確定的。檢測器74的底面76，在它移過拋光墊板12時，一般形成圖3上的參照平面P1。拋光墊板12的平滑度是由參照平面P1與拋光墊板上表面27之間距離的變差來確定的。檢測器74的測定精度在距離為10毫米或以下處最好是±0.2微米。雷射檢測器74可以是諸如可從新澤西洲凱因斯地方(Keyence of New Jersey)購得的一種裝置，機型標號比如是LC-2400A。應當理解，其他一些類型的測定裝置也可以用來測定拋光墊板12的平滑度而不會偏離本發明的範圍。
測定裝置26還包括第二檢測器78以提高測定裝置的精度。參看圖2，第二雷射檢測器78用來測定底座30參照部分80的上表面79與第二參照平面P2之間的第二距離，以便補償滾球絲槓51和託架48的任何變位。底座30的參照部分80沿著底座的大部分伸展，但不伸進裝有各端部支座40的底座兩端(圖4)。第二雷射檢測器78裝在託架48凸緣70上與裝有第一雷射檢測器的一側相對置的一側上。第一和第二雷射74、78一起移動，以致第二雷射檢測器可以檢測是否第一檢測器移出參照平面P1之外而補償傳送機構的變位。比如，如果第一檢測器74檢測出從拋光墊板上表面27到第一參照平面P1的位移增大，而此增大是由於託架48變位或者參照底座30底面上凹凸不平所造成的，第二檢測器78將檢測出同樣的位移增大並將輸入控制器一個類似的位移，控制器將消去由第一檢測器測出的位移增大。不過，如果只是第一檢測器74測出位移增大，則它將被解釋為是由於拋光墊板上表面27的凹度所造成的。
用於測定拋光墊板12平滑度的設備還包括用於確定雷射檢測器74相對於機架24沿長度方向的位置的位置指示器。此位置指示器是一線位移變送器82，具有一根非磁性的、壓力密封的不鏽鋼管84(測管)，焊接於一封圍起來的不鏽鋼基座86，探管84內裝一條拉直的磁致伸展金屬線，而基座86內裝變送器的控制電子裝置。永久磁環88設置得可滑過測管84的外部以標識託架48的位置。磁環88由支架90連接於託架48並隨著託架移動以指示雷射檢測器74的位置，變送器82的基座86由變送器支架92安裝於裝有馬達72的同一端部支座40。測管支架94和卡持帶條96設置得可把測管84的端部安裝於另一端部支座40。卡持帶條96裹住測管84並固接於L形的測管支架94的上部98。測管支架94的下端100固接於端部支座40的上部42。變送器可以是諸如可從維吉尼亞洲漢普頓地方的魯卡斯控制系統產品舍維茨TM檢測器公司(Lucas Control Systems Products SchaevitzTMSensors of Hampton，Virginia)購得的一種，機型標號是MRU-300-018。
控制器102，諸如微處理器，用於控制電氣馬達72以便沿機架24長度方向移動託架48和雷射檢測器74、78.控制器102、變送器82和雷射檢測器74、78之間的相互連接簡示於圖5之中。控制器102設計得可以記錄相關於測出距離的、雷射檢測器74、78沿長度方向的位置，從而表明拋光墊板12上表面27的平滑度。控制器102將從變送器82和雷射檢測器74、78接收輸入並加以綜合而或是以數字或是以圖線形式提供一項輸出以表明拋光墊板上表面的平滑度。信息可以記錄在諸如X-Y繪圖儀或任何其他適當裝置的記錄器101上，供操作者分析之用。數據也可以以模擬方式作為拋光墊板12上表面27與參照平面P1之間距離的兩個或多個離散的測定結果而提供給控制器或操作者。如果這些測定結果的變化大於一規定的界限，墊板將作成形加工以獲得合格的平滑度。在第一實施例中，墊板12平滑度不合(或符合)預定的平滑度技術要求的指示是由X-Y繪圖儀作出的圖形給出的。不過，墊板平滑度不合技術要求的指示可以是提供給墊板成形加工裝置的一個信號的形式(此後討論)，或者簡單地是由技術員記錄下來的各測出距離的一種展示的形式，這樣的指示形式並不偏離本發明的範圍。
在實用中，設備10置放在拋光墊板12上面。馬達72由控制器102操縱，以推動託架和附帶的雷射檢測器74、78基本上經過墊板12的全部直徑。相關於雷射檢測器74的位置連同參照平面P1與拋光墊板12上表面27之間距離的數據用來確定是否拋光墊板12具有在合格限度之內的平滑度。如果拋光墊板12具有合格的平滑度，就拋光下一個半導體晶片。如果平滑度不在合格限度之內，就在墊板12上實施成形加工以使其納入合格限度。成形加工以適當方式，諸如通過人力來使用手持研磨裝置，即類似於公開在共同待決的美國專利申請S/N 08/639,185之中那樣的一種成形加工裝置，或者通過如下所述的各種自動成形加工裝置，來予以實現。拋光墊板的測定也可依據取樣標準來做，以獲取統計數據而確定可以在墊板的測定與成形加工之間予以拋光的半導體晶片的最佳片數。
本發明的第二實施例，在圖6中整體地以104指明，直接固接於晶片拋光機16，並用來向控制器102提供關於拋光墊板12平滑度的信息，控制器102可把數據直接輸出給固接於拋光臂杆20的墊板成形加工工具106，以便形成拋光墊板的自動的測定和成形加工。墊板成形加工工具106包括氣控氣缸108，用於把成形加工墊板110落放在拋光墊板12上面並強使成形加工墊板當拋光墊板在它下面旋轉時貼靠拋光墊板，以校正拋光墊板的平滑度。成形加工墊板110的材料可以與拋光墊板12的材料相同，或者可以是任何其他適當的材料。墊板成形加工工具110包括壓力調節器(未畫出)，以致可以調節為成形加工拋光墊板所施加的力量。在拋光作業期間，或者正在從事拋光墊板12的測定的時候，墊板成形加工具110由氣缸108保持在一個收存位置上，如圖6所示。用於測定拋光墊板12的設備104可樞轉地安裝於臺架18並在拋光和成形加工作業期間可以自動地從拋光墊板擺動到某一位置上(虛線示出)。設備104基本上與第一實施例的設備相同，但只是伸過墊板12的一半。同樣的參照編號用以標識第二實施例的設備104的相應部分。從雷射檢測器74、78和變送器82接收來的數據可以直接輸入給墊板成形加工工具106，用於在需要時重新成形加工墊板。雷射檢測器74和78、變送器82、墊板成形加工工具106和控制器102之間的相互關係框圖示於圖7之中。
鑑於上述，將會看出，本發明的幾項目的得以達到，以及其他各種良好結果得以獲得。
由於在上述各種結構和方法中或能作出各種各樣的變更而不偏離本發明的範圍，所以希望的是，包含在以上說明和顯示在各附圖中的一切都應當解釋為例證性的而不具有限制意義。
權利要求
1.設備(10)，用於通過直接測定墊板來確定大體上圓形拋光墊板(12)的平滑度以供保持墊板平滑度和在拋光機(16)拋光墊板上拋光的物件(14)表面的平滑度之用，此設備包括測定裝置(26)；機架(24)，安裝著測定裝置並製作得可以伸展在至少一部分拋光墊板上方，測定裝置能夠在沿著所述拋光墊板部分的許多位置處測定拋光墊板上表面(27)與參照平面(P1)之間的距離；控制裝置(102)，用於控制測定裝置以從事在所述許多位置處的測定，所述控制裝置設計得可以指示是否所述拋光墊板部分的平滑度脫出預定的技術要求。
2.如權利要求1所述的設備，與適於安裝在拋光機上的自動墊板成形加工裝置(106)相結合，所述控制裝置設計得可以在測出的拋光墊板部分的平滑度脫出技術要求時啟動自動墊板成形加工裝置。
3.如權利要求1所述的設備，與拋光機與自動墊板成形加工裝置相結合，此設備裝在拋光機上，用於把測定裝置設置在所述拋光墊板部分上方，並且還與裝在拋光機上的自動墊板定址裝置相結合，所述控制裝置設計得可以在測出的拋光墊板部分的平滑度脫出技術要求時啟動自動墊板成形加工裝置。
4.如權利要求2或3所述的設備，其中此設備裝在拋光機上，以便相對於拋光機在使用位置與收存位置之間移動。
5.如權利要求1、2或3所述的設備，還包括傳送機構，裝在機架上並支承測定裝置，用於大致上在參照平面內沿著機架長度方向在所述拋光墊板部分上方移動，所述控制裝置設計得可以啟動傳送機構在所述墊板部分上方移動測定裝置，並操縱測定裝置在測定裝置移動於所述墊板上方時測定從墊板到參照平面的距離，從而指出所述墊板部分的平滑度。
6.如權利要求5所述的設備，其中機架包括參照底座(30)，具有平滑的上表面(79)，而且其中所述測定裝置還製作得，可以在它測定從拋光墊板部分到參照平面的距離的同時，測定參照底座的上表面與參照平面之間的距離，所述控制裝置設計得可以接收來自測定裝置的測定結果並使用從測定裝置到參照底座上表面的距離測定結果來補償測定裝置在參照平面之外的任何位移。
7.如權利要求6所述的設備，其中測定裝置包括第一和第二雷射檢測器(74、78)，安裝得藉助於傳送裝置在拋光墊板部分上方移動，第一雷射檢測器配置得用於測定第一雷射檢測器與墊板部分之間的距離，而第二雷射檢測器配置得用於測定參照底座上表面與參照平面之間的距離。
8.如權利要求1所述的設備，還包括位置指示器(82)，用於向所述控制裝置發出測定裝置沿長度方向的位置的信號，而其中所述控制裝置設計得可以記錄相關於測出距離的測定裝置沿長度方向的位置，從而確定拋光墊板上表面的平滑度。
9.一種方法，用於通過直接測定墊板來確定大體上圓形拋光墊板(12)的平滑度以供保持墊板平滑度和在拋光機(16)拋光墊板上拋光的物體(14)表面的平滑度之用，此方法包括的步驟是通過直接測定拋光墊板來確定拋光墊板的平滑度，以及如果拋光墊板的平滑度脫出技術要求限度，則成形加工墊板。
10.如權利要求9所述的一種方法，其中確定拋光墊板平滑度的步驟包括使用測定裝置(24)來測定拋光墊板上表面(27)與參照表面(P1)之間的距離；啟動該測量裝置以便移動在至少一部分拋光墊板上方而在許多位置處測定從墊板到參照平面的距離，從而指出所述墊板部分的平滑度；以及向墊板成形加工器提供從墊板到參照平面的距離和測定此距離所在的沿墊板的位置，以便成形加工墊板。
全文摘要
一種設備,用於通過直接測定墊板來確定大體上圓形拋光墊板的平滑度以供保持墊板平滑度和在拋光機拋光墊板上拋光的物件表面的平滑度之用,此設備包括測定裝置;機架,安裝著能夠在沿著拋光墊板的許多位置處測定拋光墊板上表面與參照平面之間的距離的測定裝置。此設備還包括控制器,用於控制測定裝置。控制裝置設計得可以指示是否墊板的平滑度脫出預定的技術要求。
文檔編號H01L21/304GK1190791SQ9711733
公開日1998年8月19日 申請日期1997年8月8日 優先權日1996年8月9日
發明者安科·H·德賽, 特洛伊·W·阿德科克, 麥可·S·維斯涅斯基, 小哈羅德·E·霍爾 申請人:Memc電子材料有限公司