晶片製備設備的製作方法

2023-05-08 14:28:21 2

專利名稱：晶片製備設備的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及半導體製造，更具體地說，本發明涉及用於製備半導體晶片的設備，該設備對垂直取向的晶片執行晶片製備操作。
背景技術：
在半導體器件的製造過程中，要執行各種晶片製備操作。例如，這些晶片製備操作包括清潔操作和拋光/平面化操作，例如，化學機械平面化(CMP)。一種公知拋光/平面化技術採用可以進行行星拋光運動的壓板。此技術的一個缺陷是，它需要多步過程，這樣耗時而且相對昂貴。此技術的另一個缺陷是，它所生產的晶片表面具有較大外形變化。
另一個公知拋光/平面化技術是圓周拋光。在一種公知圓周拋光系統中，晶片驅動輥使晶片在垂直方向旋轉。在晶片被旋轉時，一對圓柱形拋光墊與晶片的相對兩個表面接觸。拋光墊安裝在反方向旋轉的主軸上，反方向旋轉的主軸設置在待處理晶片的對側。主軸跨越晶片直徑以通過晶片中心。主軸的旋轉造成在圓周方向垂直於晶片直徑的旋轉墊運動。在拋光過程中，噴嘴將液體(例如研磨稀槳、化學溶液、或者衝洗溶液)噴霧噴射在晶片的兩個對面。
此公知圓周拋光系統的一個缺陷是，它僅提供圓周拋光運動。這樣，每個墊通過每個晶片表面的相對速度不均勻，靠近晶片邊緣的速度比靠近晶片中心的速度高。這就成為問題，因為它不僅會導致在每個晶片表面上產生圓周殘痕，而且會因為晶片中心部分承受更長的停留時間而導致晶片中心部分被磨下的晶片材料比靠近晶片周邊磨下的晶片材料多。這種非均勻材料磨削率的後果是，晶片的每個相對表面均趨向具有喇叭形外形，即其中心部分比邊緣部分相對凹下的外形。由於半導體工業面向使用越來越小的特徵尺寸，例如，0.18μm，所以不希望具有這種喇叭形外形。
鑑於上述問題，因此需要一種用於圓周晶片製備的方法和設備，可以將產生的圓周殘痕降低到最小，提供具有希望的表面外形的處理晶片，以及無需在各工作檯之間移動晶片就可以對晶片執行多個晶片製備操作。

發明內容
通過提供用於製備垂直取向的半導體晶片的設備，本發明可以滿足此需要。
根據本發明的一個方面，提供了一種用於製備半導體晶片的設備。該設備包括一對驅動輥，設置這對驅動輥以在大致垂直方向支持半導體晶片。以這樣的方式配置每個驅動輥，以致使它們與用於旋轉驅動輥的驅動帶耦接。該設備進一步包括一對晶片製備組件，將這對晶片製備組件可移動地以相對關係設置。每個晶片製備組件分別具有第一晶片製備部件和第二晶片製備部件。晶片製備組件可以移動到第一位置和第二位置，每個第一晶片製備部件在第一位置對晶片執行第一晶片製備操作，每個第二晶片製備部件在第二位置對晶片執行第二晶片製備操作。
根據本發明的另一個方面，披露了另一種用於製備半導體晶片的設備。該設備包括可旋轉地設置在第一輥臂上的第一晶片驅動輥，第一晶片驅動輥被取向為在垂直方向旋轉晶片。該設備還包括可旋轉地設置在第二輥臂上的第二晶片驅動輥，晶片驅動輥被取向為在垂直方向旋轉晶片。分別配置第一輥臂和第二輥臂以將旋轉動力傳送到設置在其上的晶片驅動輥，並且第一輥臂和第二輥臂都可在第一位置和第二位置之間轉動，從而調節設置在其上的晶片驅動輥的高度。
根據本發明的又一個方面，提供了一種自對準主軸組件。該組件包括圓柱形內心和設置在圓柱形內心外表面上的支承。主軸套管圍繞圓柱形內心。主軸套管具有固定在其外表面上的晶片製備材料，並且支承可旋轉地支持主軸套管，使得在晶片製備材料接觸襯底表面時，主軸套管與襯底表面對準。
顯然，上述一般性描述和以下的詳細描述僅是典型性說明，對權利要求所述的本發明沒有限制意義。


引入本說明書並作為本說明書一部分的附圖示出本發明的典型實施例，並與說明書一起用於解釋本發明原理。
圖1是根據本發明一個實施例的晶片製備設備的端視圖。
圖2是圖1所示晶片製備設備的側視圖，它以剖面形式示出右手驅動箱和與其相連的主軸以及拋光墊，還示出被晶片驅動輥組件支持的晶片(虛線所示)。
圖3是圖1所示晶片製備設備的端視圖，它示出位於中間位置範圍內的驅動箱，該中間位置範圍內，拋光墊未接觸晶片。而與安裝在外殼壁上的任選墊調節器接合在一起。
圖4A是圖1所示晶片製備設備的立面圖，它示出晶片製備驅動組件、用於旋轉晶片製備組件的槓桿以及用於旋轉該旋轉槓桿的線性致動器，所有這些均設置在外殼的外部。
圖4B是圖4A所示槓桿和線性致動器的更詳細示意圖，其中致動器杆示於其向上凸出位置。
圖5A是根據本發明另一個實施例的晶片製備組件的剖視圖，其中具有墊的自對準主軸與刷子組合在一起。
圖5B是圖5A所示自對準主軸組件的更詳細示意圖，它主要示出靠近套管中心支承的區域。
圖6是示出對於進行傳統中心線拋光的4個測試晶片，晶片材料磨削量與晶片表面上的徑向位置之間的關係曲線圖。
圖7A和圖7B一起示出對於進行傳統中心線拋光的4個測試晶片，其磨削的晶片材料的角度分布。
圖8A和圖8B是示出對於僅根據傳統實踐在晶片中心線被拋光的測試晶片，晶片材料磨削率(A/m)與晶片上的位置之間的關係曲線圖。
圖9A和圖9B是示出對於根據本發明一個實施例採用偏離直徑拋光方法拋光的測試晶片，晶片材料磨削率(A/m)與晶片上的位置之間的關係曲線圖。
圖10示出根據本發明一個實施例的晶片製備站的三維示意圖。
圖11A和圖11B示出根據本發明一個實施例的晶片製備設備的更詳細示意圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖詳細說明本發明的幾個典型實施例。
如下的實施例描述了用於製備襯底的方法和設備。例如，這種襯底可以包括任何尺寸的半導體晶片，例如200mm晶片、300mm晶片(以及更小或更大的晶片)。在如下的說明中，結合晶片製備操作對根據本發明的製備設備進行說明。然而，顯然，該製備設備還可以應用於製備其它襯底，例如硬碟等。例如，製備操作包括磨光、化學機械拋光(CMP)、洗滌(在晶片清洗過程中進行)、蝕刻以及利用諸如DI水的液體衝洗。在各種例子中，披露了幾種支持實現高精度和受控制備操作的方法和設備。例如，利用該系統和設備實現的製備操作使得對襯底的希望表面位置進行受控洗滌、磨光以及拋光。也就是說，可以在某個範圍內將襯底移動到不同受控位置，從而在不同時間對不同表面位置執行製備操作。利用所披露的設備，該製備操作還可以包括與不同製備部件(例如刷、墊等)的接觸。因此，應根據在此描述的許多變換例，閱讀如下說明。
晶片製備設備圖1和圖2分別是根據本發明實施例的晶片製備設備的前側剖視圖和右側剖視圖。如圖所示，晶片製備設備1包括外殼2，它用作該設備各部件的支持結構，以下將對其做更詳細說明。半導體晶片W被垂直取向地設置在晶片驅動輥6、6』上，圖1示出其側向，圖2示出其面向(虛線所示)。
如圖1所示，晶片W與上拋光墊對8、8』接觸，右墊8接觸接觸晶片右面W1，而左墊8』接觸晶片左面W2。下拋光墊12、12』分別與晶片右面W1和晶片左面W2脫離。晶片製備設備1不需要兩面對稱，然而，在外殼內，優選將許多組件和分組件成對、對稱設置在以垂直方向支持的晶片W的對稱平面的左側和右側。因為此原因，在此，參考圖1所示晶片W使用術語「右」和「左」。另選地，還可以具有一對刷子12b以及一對墊，如圖11A和11B所示。在此例中，刷子被標識為刷子12b，並且可以將它安裝在主軸上，或者將它安裝在與齒輪44或46之一直接相連的刷芯上。
如圖1至圖3所示，圍繞圓柱形上主軸10、10』的圓周安裝上拋光墊8、8』，圍繞圓柱形下主軸14、14』的圓周安裝下拋光墊12、12』。以這樣的方式排列水平設置的上主軸和下主軸，以致上主軸10和下主軸14位於晶片W的右側，而上主軸10』和下主軸14』位於晶片W的左側。可選擇的垂直間隔分別將上下主軸對10、10』和14、14』隔離開。在一個實施例中，將上下主軸對隔離開晶片半徑的幾分之一，優選在晶片半徑的約四分之一至約四分之三之間。每個上主軸10、10』和每個下主軸14、14』的一端可旋轉地安裝在驅動箱16、16』內，每個驅動箱分別包括與晶片製備驅動組件17可旋轉相連的齒輪。以下將在標題「晶片製備驅動組件」項下對晶片製備驅動組件17進行詳細說明。在一個實施例中，晶片製備驅動組件17包括墊旋轉機構13，用於將轉矩傳遞到主軸10、10』和14、14』；以及墊接合機構15，用於將拋光墊8、8』和12、12』可控地移動到與晶片W接觸或分離。
參考圖1，右、左驅動箱16、16』圍繞支點18、18』旋轉，每個支點距離晶片W平面的間距小。在右驅動箱16旋轉以使其上端對著晶片W平面向內移動時，安裝在主軸10上的上拋光墊8移動到與晶片右面W1接觸，而安裝在主軸14上的下拋光墊12從晶片右面W1移開。相反，在右驅動箱16旋轉以使其下端對著晶片W平面向內移動時(參考圖3)，下拋光墊12移動到與晶片右面W1接觸，而上拋光墊8從晶片右面W1移開。顯然，本技術領域內的熟練技術人員還可以將上述說明應用於左驅動箱16』，它旋轉時可以分別使上拋光墊8』和下拋光墊12』移動到接觸晶片左面W2。
因此，支點18、18』與晶片W平面靠得足夠近，以致驅動箱16、16』僅需要通過適度轉角A、A』轉動就可以使上拋光墊8、8』(或者轉動反向轉角的下拋光墊12、12』)接觸晶片面W1和W2，因此，利用相對拋光墊可以「壓緊」晶片W。轉角A隨墊直徑的不同發生變化。在一個實施例中，轉角A在約15°至約25°之間。然而，如圖3所示，支點18、18』離開晶片W平面足夠遠，以致在驅動箱16、16』旋轉到大致垂直位置時，上拋光墊8、8』和下拋光墊12，12』處於中間位置，在中間位置，它們與晶片W分離、隔離開一個顯著間隔。
驅動箱16、16』的旋轉運動使每對主軸的上主軸或下主軸被分別向內壓，以致安裝在其上的拋光墊接觸晶片表面之一。這樣，在該晶片製備設備內，晶片承受兩個單獨拋光操作一個拋光操作是，在上拋光墊之間將晶片「壓緊」；另一個拋光操作是，在下拋光墊之間將晶片「壓緊」。
繼續參考圖1至圖3，晶片驅動組件23同時支持並驅動晶片W旋轉。在一個實施例中，晶片驅動組件23是可變高度邊緣驅動組件。圖2示出處於升高位置Wa和處於下降位置Wb的晶片W(虛線所示)。如上所述，晶片驅動輥6、6』支持晶片W。在圖2中，示出在對應的升高位置6a、6a』和下降位置6b、6b』的晶片驅動輥6、6』(虛線所示)。晶片驅動輥6、6』與晶片圓周邊緣Wp接合，並被安裝在輥臂20、20』的端部，輥臂20、20』被可旋轉地安裝在機架部件上。機架部件被一個適當的支持結構(例如外殼2的右側壁4或外殼底板5)支持。
可變高度邊緣驅動組件23包括用於將旋轉動力傳送到驅動輥6、6』的輥驅動機構21。可變高度邊緣驅動組件23還包括晶片平移機構27，它通過圍繞支點22、22』旋轉輥臂，來控制輥臂20、20』的旋轉運動。輥臂20、20』作為一對接合在一起從而使它們以對稱相對運動方式反向旋轉。以下將在標題「可變高度邊緣驅動組件」項下對可變高度邊緣驅動組件23以及輥驅動機構21和晶片平移機構27做詳細說明。
將晶片頂部對準輥24安裝在對準臂25上，對準臂25可旋轉地安裝在對準張緊裝置26上，對準張緊裝置26安裝到右側壁4的上部。對準輥24與靠近晶片W頂部的晶片圓周邊緣Wp接合，用於使晶片W保持對準，並且在拋光墊(8、8』、12、12』)分離，即處於中間位置時，還用於提供橫向支持。在晶片如位置Wa和Wb所示向上、向下移動(參考圖2)時，對準臂25的旋轉運動使頂部輥24保持與晶片圓周Wp接合併跟隨晶片圓周Wp運動。在圖2中，24表示頂部輥的上部位置，24』(虛線所示)表示其下部位置。需要時，還可以使用其它邊緣輥以輔助支持、穩定、旋轉或裝載/卸載晶片。
圖2所示的輥臂20、20』和驅動輥6、6』位於中間轉角位置。虛線所示驅動輥6、6』的上圖和下圖表示輥臂20、20』旋轉運動的典型工作範圍，它確定運動旋轉範圍，如轉角B所示。輥臂20、20』向上運動使驅動輥6、6』向上移動並靠近在一起作為一對。這樣進而使晶片W向上移動，這主要是因為驅動輥處於較高位置，而部分還是因為驅動輥以小間隔靠近在一起。相反，向下旋轉輥臂20、20』會導致晶片W相應下降。驅動輥6、6』通過轉角B的運動會使晶片中心Wo向上或向下移動用雙頭箭頭C(參考圖2)表示的相應垂直行程。可以對驅動輥6、6』的運動進行控制以控制晶片的垂直運動。例如，驅動輥可以向內或向外旋轉，使得晶片W相對於拋光墊(8、8』或12、12』)上下振動。
如圖1至圖3所示，以大致垂直方向設置晶片W，而以大致水平方向設置拋光墊。顯然，需要時，本技術領域內的熟練技術人員可以設置不同方向。顯然，需要時，本技術領域內的熟練技術人員以相對於垂直方向的某個角度設置拋光墊。在這種情況下，晶片相對於墊的運動仍然應該垂直於主軸的軸線。晶片W優選為大致垂直方向，因為這樣可以簡化設備內的各種支持部件和驅動部件，並有助於從拋光墊和晶片流出拋光稀槳、處理溶液以及衝洗溶液。
晶片製備驅動組件圖2(剖視圖)、圖4A和圖4B(從外部側壁3觀看的立面圖)以及圖5(圖2所示驅動箱和主軸的詳細剖視圖)示出晶片製備驅動組件17。如圖2所示，驅動箱16與通過側壁3伸出的雙同軸組件19相連。同軸組件19通過內軸將旋轉動力傳遞到用於進行晶片製備的主軸，並通過外軸將旋轉啟動和控制傳遞到用於使墊與晶片面接合/脫離的驅動箱。因此，同軸組件19是墊旋轉機構13和墊接合機構15的集成部件。在一個實施例中，晶片製備驅動組件17包括分別用於驅動箱16、16』的單獨同軸結構19、19』。在此對右驅動箱16所做的描述也可以應用於左驅動箱16』。
同軸組件19包括內部傳動軸28和空心外部樞軸30。傳動軸28將旋轉動力傳遞到主軸(10、10』、14、14』)，傳動軸28的軸頸由軸承43a和43b支撐，靠近外部樞軸30的兩端，將軸承43a和43b安裝在外部樞軸30的內部。利用軸承31a和31b，進而將外部樞軸30支撐到晶片製備驅動組件安裝機架32，外部樞軸30對驅動箱16、16』進行旋轉控制，使得拋光墊對(8、8』或12、12』)之一會與晶片W接觸。
如圖2和圖4A所示，墊旋轉機構13包括左晶片製備電機34、右晶片製備電機34』、驅動輪36、36』、皮帶38、38』以及傳動輪40、40』。驅動輪36、36』分別可旋轉地安裝在電機34、34』上，電機34、34』被安裝在下部機架32上。皮帶38、38』設置在驅動輪36、36』和傳動輪40、40』上，傳動輪40、40』被分別安裝在延伸到機架32的外部的傳動軸28、28』的端部。如圖2和圖5所示，傳動軸28從側壁3伸出與小傳動齒輪42剛性相連。利用軸承43a支撐傳動軸28，軸承43a與支點18對準安裝在驅動箱16內。傳動軸28』(在圖2和圖5中未示出)以上述對傳動軸28所述的同樣方式連接和支撐。
如圖5A示出的詳圖所示，傳動軸28和樞軸30的內部部分均通過側壁3伸出。小傳動齒輪42與上、下主軸齒輪44和46嚙合，主軸齒輪44和46被分別固定安裝在上主軸10和下主軸14的端部(參考圖1和圖2)，從而與主軸中心線對準。請注意，根據另一個變換實施例，為了便於示出刷芯12a和刷子12b，在圖5A內省略了圖1和圖2所示的下主軸14，以下將做更詳細說明。因此，傳動齒輪42以及主軸齒輪44和46將轉矩傳遞到主軸體，從而使上主軸10和下主軸14同時以同樣方向旋轉。
利用傳統軸頸軸承，分別將上主軸10和下主軸14可旋轉地安裝在驅動箱16上，從而被主軸齒輪44和46驅動，而與此同時平行於晶片W平面支持上主軸10和下主軸14。在一個實施例中，主軸10和14被自對準主軸組件48支持，在接觸晶片面時，自對準主軸組件48自動使拋光墊8、12對準晶片W面，從而在晶片W表面上均勻分布墊接觸壓力。以下將在標題「自對準主軸組件」項下詳細說明自對準主軸組件48。
參考圖4A，晶片製備驅動組件17包括用於驅動箱16、16』的獨立驅動電機34、34』。利用傳統電源、控制器以及反饋傳感器(未示出)運行電機34、34』從而可以以相反方向旋轉，以致位於晶片W兩側的墊(或者8、8』或者12、12』)優選以大致相同轉速、同樣以相反方向旋轉。優選以這樣的方式選擇墊的旋轉，以致墊對晶片施加向下摩擦力，從而有助於晶片與晶片驅動輥6、6』保持接合。可以手動控制或者利用用於啟動傳統電機控制器(未示出)的適當編程計算機系統程序化地控制電機34、34』。顯然，在需要時，本技術領域內的熟練技術人員可以將單個電機用於諸如皮帶或齒輪傳動的適當動力傳輸以對兩個驅動箱提供旋轉動力。
墊接合機構15控制驅動箱16、16』的旋轉動作，從而使上拋光墊8、8』或下拋光墊12、12』與晶片W的兩個對面接觸。如圖4A所示，外部樞軸30、30』具有以這樣的方式安裝在其上的槓桿52、52』，以致每個槓桿通常對著對稱晶片平面Wp指向內部。將每個槓桿52、52』的端部成型為齒輪部分，齒輪部分54、54』具有同樣半徑，並分別與外部樞軸30、30』同心。將齒輪部分54、54』相互嚙合，以致槓桿52、52』和與其相連的樞軸30、30』一起隨動，從而以相反方向、以聯動方式旋轉。
線性致動器56可以是傳統汽缸或其它等效致動器，將它安裝在機架32的下部(參考圖2和圖4A)，致動器輸出杆58向上延伸到靠近槓桿52端部的樞軸連接機構59(參考圖4A和圖4B)。因此，通過嚙合的齒輪部分54、54』，向上延伸的輸出杆5 8會使槓桿52以逆時針方向旋轉(根據圖4A所示的透視圖)，而使對側槓桿52』以順時針方向旋轉同樣角度。如圖4B所示，輸出杆58向上(相對於圖4A所示的位置)延伸，從而以上述方式旋轉槓桿52、52』。本技術領域內的熟練技術人員明白，輸出杆58向下收縮(未示出)會產生與圖4B所示旋轉動作相反的旋轉動作。換句話說，在輸出杆58向下收縮時，槓桿52頁時針旋轉，而槓桿52』逆時針旋轉。
如圖2和圖5A所示，外部樞軸30剛性連接到驅動箱16，以致樞軸30的任何轉動均可以使驅動箱產生同樣轉動。驅動箱16的轉動進而會使上主軸10和下主軸14(或者刷子12a/12b)分別產生向著或者離開晶片W平面的相應運動。優選地選擇並控制致動器杆58的行程範圍，以對外部樞軸30、30』提供足以允許上拋光墊8和下拋光墊12分別與晶片W選擇性接合的旋轉範圍。如上所述，旋轉範圍取決於拋光墊的直徑。可以利用傳統致動器控制器和電源(未示出)手動控制，或者利用用於啟動傳統控制器(未示出)的適當編程計算機系統程序化地控制線性致動器56的運動。需要時，還可以利用傳統反饋傳感器或負載調節器來控制線性致動器56通過晶片製備驅動組件17施加的力，這樣可以對拋光墊施加在晶片W上的接觸力和表面壓力之一或二者進行控制。
顯然，本技術領域內的熟練技術人員還可以利用另選的動力傳輸系統對於驅動箱16、16』提供旋轉和轉動動力並對它進行控制。此外，顯然，本技術領域內的熟練技術人員還可以採用驅動箱16、16』和晶片製備組件17的另選配置。例如，可以將驅動電機直接安裝到驅動箱16、16』上以對拋光墊8、8』和12、12』提供旋轉動力，而無需使用同軸。此外，例如，通過將驅動箱安裝在對著兩個相對晶片面之一的可伸縮線性致動器上，驅動箱16、16』還可以以線性運動方式而非旋轉運動方式移向晶片或從晶片移開。
可變高度邊緣驅動組件可變高度邊緣驅動組件23包括作為輥驅動機構21和晶片平移機構27兩者的部件的同軸組件61(參考圖1和圖2)。同軸組件61將旋轉動力傳遞到晶片驅動輥6、6』以用於旋轉晶片，而且還將旋轉啟動和控制傳遞到輥臂20、20』以用於相對於拋光墊8、8』和12、12』調節晶片W的垂直位置。可變高度邊緣驅動組件23包括分別用於前輥臂20和後輥臂20』的單獨同軸組件61、61』。因此，在此針對同軸組件61和前輥臂20的結構和運行過程所做的說明通常可以應用於同軸組件61』和後輥臂20』的結構和運行過程。
如圖1所示，同軸結構61包括內部傳動軸60和空心外部輥樞軸62。傳動軸60是輥驅動機構21的一個部件，通過傳送帶64，它將旋轉動力傳遞到輥6。傳動軸60的軸頸由軸承63a和63b支撐，軸承63a和63b靠近輥樞軸62的兩端安裝在輥樞軸62的內部。軸承65a和65b將輥樞軸62支撐到一個支持結構，例如右壁4。輥樞軸62對輥臂20進行旋轉控制以在向上/向內位置6a與向下/向外位置6b之間移動輥6，如圖2所示。
如圖1和圖2所示，輥驅動機構21包括左輥電機66和右輥電機66』，將它們分別安裝在右壁4的下部。電機66、66』分別可旋轉地與驅動輪68、68』相連，驅動輪68、68』與驅動帶70、70』接合。外部傳動軸輪72、72』被分別安裝在通過右壁4伸出的傳動軸60、60』的端部，它們還與驅動帶70、70』接合。
參考圖1，通過右壁4伸出的傳動軸60的端部被剛性安裝到位於輥臂箱76內的內部傳動軸輪74上，從而與輥臂支點22對準。內部傳動輪74與輥傳動帶64接合，輥傳動帶64在輥臂箱76內延伸以接合輥輪78。輥輪78安裝在靠近輥臂箱76的外端支撐的輥軸80的端部。輥軸80通過輥臂箱76延伸到晶片W平面以支持位於該箱外部的晶片驅動輥6。
在一個實施例中，輥驅動機構21包括用於每個輥驅動臂20、20』的單獨驅動電機66、66』，如圖2所示。可以利用傳統電源、控制器以及反饋傳感器(未示出)運行電機66、66』以在同樣方向旋轉，使得晶片驅動輥6、6』以大致相同的轉速以相同方向旋轉。可以手動控制或可以利用用於啟動傳統電機控制器(未示出)的適當編程計算機系統程序化地控制電機66、66』。在另一個實施例中，將單個電機用於適當動力傳送，例如皮帶或齒輪傳送，以對兩個輥驅動臂提供旋轉動力。
如圖1至圖3所示，晶片平移機構27對輥驅動臂6、6』提供旋轉致動和控制，它分別包括右輥樞軸62和左輥樞軸62』，(圖1至圖3中未示出左輥樞軸62』)，右輥樞軸62和左輥樞軸62』分別延伸到右壁4之外某個距離。每個輥樞軸62、62』的外端被一對共面齒圈82、82』之一包圍和固定，每個齒圈的有效外徑優選是輥臂支點22、22』之間跨度的一半，使得前齒圈和後齒圈82、82』分別在大約半跨度處相互嚙合。相互嚙合的齒圈82、82』使相應輥樞軸62、62』一起隨動，從而以相反方向、以聯動方式旋轉。輥樞軸62、62』分別剛性連接到輥臂箱76、76』，使得軸的任何旋轉運動均會使輥驅動臂20、20』和晶片驅動輥6、6』產生類似旋轉運動。
如圖2所示，線性致動器84可以是線性步進電機或其它等效致動器，通常將它水平安裝在右壁4的外側下部。致動器輸出杆86橫向延申到靠近致動器槓桿88端部的樞軸連接機構87。致動器槓桿88進而被固定到齒圈82、82』之一的側面。杆86向外延伸會使槓桿88、齒圈82(或者82』)以及輥樞軸62逆時針方向旋轉(根據圖2所示的透視圖)，這進而會使反向嚙合的齒圈82(或82』)和樞軸62』順時針旋轉同樣角度。此旋轉動作使晶片驅動輥6、6』向其下方的外部位置6b、5b』移動。杆86向內收縮會產生相應的反向旋轉動作，此反向旋轉動作使晶片驅動輥6、6』向其上方的內部位置6a、6a』移動。
優選選擇並控制致動器杆86的行程範圍，以對軸62、62』提供足以使晶片W通過如箭頭C所示(參考圖2)的預選垂直範圍移動的旋轉範圍。所確定的此預選垂直範圍可以使晶片的希望部分到達接合拋光墊8、8』或12、12』的適當位置，以下將做更詳細說明。為了適應晶片直徑的預定範圍，例如200mm晶片和300mm晶片，可以預選晶片驅動輥6、6』的直徑以及輥驅動臂20、20』的長度。需要時，還可以在方便安裝的尺寸範圍內，設置替換的輥驅動臂箱76、76』、輥傳動帶64、64』以及晶片驅動輥6、6』，從而允許對輥驅動機構21的外形尺寸進行調節以適應更寬的晶片直徑範圍。同樣，還可以在某個長度範圍內設置替換的致動器槓桿88(或者可以用機械方法調節槓桿88的長度)以調節線性致動器84的機械利益。可以利用傳統致動器控制器和電源(未示出)手動控制，或者利用用於啟動傳統控制器(未示出)的適當編程計算機系統程序化地控制線性致動器84的運動。
顯然，本技術領域內的熟練技術人員還可以利用另選的動力傳輸系統對晶片驅動輥6、6』以及輥驅動臂20、20』提供旋轉和轉動動力並進行控制。此外，顯然，本技術領域內的熟練技術人員還可以採用不同於在此所示的可變高度邊緣驅動組件配置的可變高度邊緣驅動組件配置。例如，一個另選的可變高度邊緣驅動組件可以包括安裝在可變高度支持平臺上的非旋轉晶片驅動輥和有關電機。
自對準主軸組件如圖5A所示，其上固定了拋光墊8的上主軸10被自對準主軸組件48支持。主軸組件48包括剛性、圓柱形、杆狀脊柱90，脊柱90剛性連接到晶片製備驅動箱16以對主軸10提供懸臂支持。脊柱90通常平行於晶片W延伸，並在主軸中心線91之外的點終止。具有空心的上主軸齒輪44圍繞脊柱90，並被齒輪軸承92支撐在脊柱上，使得主軸齒輪可以獨立於固定的脊柱旋轉(脊柱90相對於驅動箱16固定)。上主軸齒輪44連接到主軸芯94以將轉矩傳遞到主軸芯94。被成型為空心圓柱形並以某個間隙圍繞脊柱90的主軸芯94在與主軸中心線91相鄰處由芯軸承96支撐，使得在被主軸齒輪44驅動時，該主軸芯可以獨立於脊柱旋轉。密封裝置97a和97b位於主軸齒輪44的空心軸98的外部和內部。對密封裝置97a和97b進行配置，不讓液體和/或稀槳進入驅動箱16。
成型為空心圓柱形並至少延伸拋光墊8的希望長度的主軸套管100以某個間隙圍繞主軸芯94。在靠近主軸中心線91的點，主軸套管100被套管中心支承102支持。套管中心支承102可以具有圍繞主軸芯94的任何適當結構。在一個實施例中，套管中心支承102是設置在成型在主軸芯94外表面內的凹槽104內的彈性O形環。套管中心支承102對主軸套管100提供中心支持，同時允許套管從平行於主軸芯94傾斜某個小角度。以這樣的方式選擇主軸芯94與主軸套管100之間的間隔，即允許套管在某個預定傾斜範圍內傾斜。將拋光墊8固定到主軸套管100的外表面上。在一個實施例中，拋光墊8以螺旋形纏繞在主軸套管100上，使得相對於主軸中心線91，大致對稱設置拋光墊。
轉矩連接器106被安裝在主軸芯94與主軸套管100之間。轉矩連接器106的作用是將轉矩從主軸芯94傳遞到套管，並相對於主軸芯的軸向運動固定套管，然而仍允許套管在預定傾斜範圍內傾斜。在一個實施例中，轉矩連接器106是設置在主軸芯94與主軸套管100的對準槽內的彈簧加載的鍵結構。在另一個實施例中，轉矩連接器106為傳動銷。
利用驅動箱16的旋轉動作，將拋光墊8壓至接觸晶片W的一個表面(圖5A未示出)，拋光墊對晶片的接觸壓力會使主軸套管100傾斜，直到拋光墊平行於晶片表面之一，並且沿接觸線均勻分布接觸壓力。轉矩連接器106同時將轉矩傳遞到主軸套管100，以致拋光墊8旋轉，並由此對晶片表面產生拋光作用。
圖5B是圖5A所示自對準主軸組件48的更詳細示意圖，它主要示出靠近套管中心支承的區域。如上所述，所示套管中心支承102為O形環。在一個實施例中，O形環具有約70-80的肖氏A級硬度。O形環位於形成在主軸芯94中的槽104內，可以利用塑料材料形成。本技術領域內的熟練技術人員明白為了簡化示意圖，在圖5內未示出脊柱90。槽104位於主軸套管100的中心線上，可以利用不鏽鋼製造主軸套管100。將圖中示為傳動銷的轉矩連接器106設置在主軸套管100和主軸芯94的對應孔內。如上所述，如圖5B所示，主軸套管100內的孔的尺寸大於傳動銷的尺寸，使得主軸套管可以圍繞O形環自由旋轉。在一個實施例中，主軸套管100的端部至多可以移動約±0.060英寸。拋光墊材料8以螺旋形纏繞在主軸套管100上，使得各纏繞圈之間存在微小間隙。這種配置可以避免拋光墊材料重疊，拋光墊材料重疊會影響拋光操作。在一個實施例中，拋光墊材料是聚氨脂泡沫塑料。
液體噴射如圖1所示，在外殼2的各壁上安裝多個噴嘴110。噴嘴110對著晶片W的兩面或拋光墊8、8』和12、12』噴射液體。通過歧管112送到噴嘴110的適當液體包括研磨稀槳、化學處理溶液、乳液、清洗溶液、漂洗溶液、冷卻劑溶液、去離子(DI)水以及它們的混合物。需要時，可以從不同噴嘴同時噴射不同液體，或者從同一個噴嘴或不同噴嘴順序地噴射不同液體。在傾斜底板5內設置排水管114以便於從外殼2的內部排出廢液。附加的噴嘴和歧管可以位於外殼2內，這樣，在完成一個或多個製備操作後，就可以漂洗諸如拋光墊和刷子的晶片製備部件上以及諸如主軸、驅動箱、輥以及輥臂的支持部件上的稀槳或溶液。可以利用與歧管112流體連通地連接的傳統管道、閥門、泵、儲液箱、過濾器以及汙物儲存槽(未示出)將液體送到歧管112。可以手動控制，也可以利用用於運行傳統閥門、泵以及致動器的適當編程計算機自動控制液體噴射順序和速率。
墊調節器如圖1和圖3所示，靠近每個拋光墊，將可選的可伸縮墊調節器116可旋轉地安裝在外殼2的內壁上。每個調節器116包括大體水平的葉片118，葉片118大致橫跨設置在其附近的拋光墊的整個長度。每個葉片118繞該葉片之上的樞軸120旋轉，使得通過致動器122的碰撞，該葉片可以延伸到相鄰拋光墊。致動器122可以是傳統螺線管致動器，所安裝的螺線管致動器使輸出杆124碰撞葉片118的外部，從而導致該葉片向內旋轉角度D。墊驅動箱16、16』可以被同時移動角度E(墊8)或角度E』(墊10)從而使相應拋光墊接觸用於調節的相應葉片118。優選以這樣的方式選擇角度D和E以及調節器尺寸，以致可以對每個拋光墊8和10進行調節，而無需任一墊接觸晶片W的表面。換句話說，優選在拋光墊處於中間位置時進行墊調節，這樣就不需要因為進行墊調節而卸下晶片。完成墊調節操作後，通過關閉致動器122，收縮每個葉片118。
圖10示出根據本發明一個實施例的晶片製備站200的三維示意圖。晶片製備站200包括外殼2，外殼2被配置為封閉一個晶片製備設備210。外殼2的頂部包括開口204，需要時，通過該開口取出晶片並放入另一個處理站內。另選地，還可以省略開口204，這樣就成為一個全封閉晶片製備設備210。外殼2還包括門202，門202被配置為允許對晶片製備設備進行維修，例如替換或插入洗滌刷或拋光墊以及有關主軸。
在操作過程中，優選關閉門202以保持環境清潔並減少顆粒和碎片進入。在一個優選實施例中，在門202上設置槽206以使晶片W能夠被插入晶片製備站200。以相同方式，通過槽206還可以從晶片製備站取出晶片。在又一個實施例中，門202可以包括一個滑動門(未示出)，在對晶片進行處理時，該滑動門關閉槽206。
概括地說，晶片製備設備210包括對其提供了墊8的主軸10和14。在此實現中，對兩組主軸10和14提供墊8，從而在需要時，便於利用下面一組主軸或者利用上面一組主軸對晶片進行磨光或拋光。如上所述，在製備操作中，晶片被配置為上升和下降，並且可以定位第一組主軸或第二組主軸以實現上述偏離中心處理。此外，還示出噴嘴110，噴嘴110被配置為將液體噴射到墊108。噴嘴110可以流體連通地連接到一個適當的源以根據所進行的處理提供DI水、化學溶液或稀槳。所示的晶片製備設備210還包括對準張緊裝置26，如上所述，對準張緊裝置26被配置為使晶片頂部對準輥24接觸晶片頂部邊緣。此圖還示出線性致動器84(它優選為線性步進電機)，根據為了在晶片表面上的各徑向位置實現希望的晶片材料磨削率而規定的晶片移動流程，利用線性致動器84使晶片上升或下降。圖11A更詳細示出線性致動器84。此外，還示出了輥驅動機構21，利用輥驅動機構21使每個晶片驅動輥6旋轉。
圖11A更詳細示出晶片製備設備210。晶片製備設備210通常配置為包括第一對和第二對晶片製備組件212。每個晶片製備組件212駐留在晶片W的特定側。例如，所示的晶片製備組件212包括主軸10和與驅動箱16相連的刷子12b。在晶片的另一側，使用另一個晶片製備組件212，該晶片製備組件212也包括位於組件底部的主軸10和位於組件頂部的刷子12b。
提供圖11A有助於我們明白可以以許多方式對晶片製備設備210進行配置。例如，每個晶片製備組件212可以配置為包括在其上固定了拋光墊8的主軸，如圖10所示。在圖11A和圖11B所示的實施例中，晶片製備組件212的底部部分是主軸10，而其頂部部分是刷子12b。在刷子12b的情況下，利用與驅動箱16相連的標準刷芯12a來代替主軸。在一個實施例中，刷子12b可以是聚乙烯醇(PVA)刷子。將PVA刷子材料配置得足夠柔軟，以致可以避免破壞晶片的脆弱表面，並且仍然可以與晶片表面實現良好機械接觸以除去殘餘物、化學物質和顆粒。實現PVA刷子的典型清洗系統包括第5,875,507號美國專利披露的清洗系統，在此引用該專利供參考。此外，在一個實施例中，可以配置標準刷芯12a以通過刷子(TTB)釋放液體。
如上所述，線性致動器48被配置為具有致動器輸出杆86，該致動器輸出杆86與致動器槓桿88相連。線性致動器84、致動器輸出杆86以及致動器槓桿88的組合被配置為幫助使輥臂20在向上方向或向下方向運動，從而使晶片W根據進行磨光、拋光或洗滌所希望的位置(即在中心或偏離中心)上、下移動。電機66被配置為利用輥臂20使晶片驅動輥6旋轉，如圖11B所示。
再參考圖11A，提供晶片製備驅動組件17以對每個晶片製備組件212提供一個連接和支持位置。如圖所示，晶片製備驅動組件17包括機架32。機架32對一對外部樞軸30提供支持。通過機架32，每個外部樞軸30分別連接到一個晶片製備組件212。每個外部樞軸30還包括一個內部傳動軸28。皮帶38將傳動軸輪30和驅動輪36連接在一起，從而利用晶片製備驅動電機34實現旋轉。因此傳動軸輪40的旋轉使內部傳動軸28旋轉，這樣就將旋轉傳遞到驅動箱16。因此，可以將內部傳動軸28的旋轉傳遞到每個主軸10和刷子12b。
例如，內部傳動軸28的旋轉會導致驅動箱16內齒輪的轉動。驅動箱16內齒輪的轉動會導致刷子12b以及主軸10旋轉。參考圖11A和圖11B，每個晶片製備組件212的主軸10從晶片兩側同時接觸晶片W，而刷子12b與晶片分離一定距離。以相同方式，驅動箱16可以向相反方向傾斜，以致只有晶片製備組件的刷子12b接觸晶片的兩側。在這種情況下，主軸10將與晶片分離一定距離，因此只允許刷子擦洗晶片表面。該機構被配置為以這樣的方式旋轉驅動箱16，使得只有主軸10或者只有刷子12b接觸晶片表面，以上對該機構進行了更詳細說明和描述。
晶片製備方法本發明提供的晶片製備方法之一是偏離直徑拋光方法，與傳統中心線拋光方法相比，該方法在拋光操作中可以在徑向提供總體更均勻的晶片材料磨削。在進行拋光之前，可以利用傳統平面化技術，例如CMP，對晶片進行平面化處理。在一個實施例中，偏離直徑拋光產生的拋光面不會嚴重偏離初始平面表面。圖6至圖9示出中心線(沿直徑)拋光和偏離直徑拋光的例子。
圖6是現有技術中心線拋光過程的4個採樣的晶片材料磨削量與晶片表面徑向位置之間的關係曲線圖。垂直軸表示晶片材料磨削量(埃(10-10)m)，而水平軸表示測試點的徑向位置(通過晶片直徑均勻分隔的121點，5mm邊緣除外)。如圖6所示，墊接觸線通過晶片中心的中心線拋光過程通常會導致，從晶片中心區域磨削的晶片材料比從晶片外圍區域磨削的晶片材料明顯多。
在圓周拋光操作中，拋光墊的旋轉速度通常比晶片的旋轉速度高。在拋光墊向著咬合方向向內反向旋轉時，以優選對兩個側面採用同樣壓力的方式，拋光墊壓擠晶片的兩個側面，其中在接觸線上的墊表面旋轉被向下取向。特定點的晶片材料絕對磨削量是諸如拋光時間、墊接觸壓力、墊成分、墊轉速、晶片轉速以及研磨稀槳成分的各因數的函數。然而，典型中心線拋光操作過程中，靠近晶片中心的晶片材料相對磨削量要高出一個數量級，如圖6中點50與點70之間的襯底材料磨削量的顯著高峰所示。這種中心線拋光產生的晶片外形是圖6所示曲線的反型曲線。換句話說，靠近晶片中心的高晶片材料磨削率會在晶片中心附近產生凹形或「碟形」外形。因此，對於給定的一組拋光參數，晶片材料磨削率在拋光墊接觸晶片的跨度上非常不均勻。
圖7A和圖7B表明在適度隨機變化範圍內中心線拋光方法的晶片材料磨削量趨於在徑向大致對稱。圖7A示出中心線拋光方法的4個不同採樣的49個測試點位置。圖7B是在4個採樣的每個位置的襯底材料磨削量(以埃為單位測量的，大於或小於平均厚度變化)曲線圖。如圖7A所示，測試點包括晶片中心(點1)、位於半徑約三分之一處的均勻間隔同心環(點2至點9)、位於半徑約三分之二處的類似同心環(點10至點25)以及距離晶片圓周約5mm插入的類似同心環(點26至點49)。圖7B被放大，使得晶片中心(點1)落在曲線圖外，但是點2至點49的曲線圖更詳細清楚了，因為如上所述，靠近中心的襯底材料磨削量比大部分晶片表面磨削量高一個數量級。如圖7B所示，襯底材料磨削量明顯落入3個明顯「臺階」，這3個明顯「臺階」對應3個測試點同心環。每個臺階內的變化具有隨機性，而不顯示有規則的傾斜趨勢。
在根據本發明的偏離直徑拋光方法中，與中心線拋光方法相同，晶片表面上特定點的襯底材料絕對磨削量是上述結合圖6、圖7A和圖7B所述的各種參數的函數。然而，在根據本發明的偏離直徑拋光方法中，襯底材料磨削量還是晶片相對於拋光墊接觸線運動的函數。因此，根據本發明的晶片製備設備使晶片相對於晶片製備部件(即拋光墊)的運動受到控制。這樣就可以使晶片表面上各位置的襯底材料磨削量受到控制，因此可以獲得平面外形或其它希望的外形。
可以確定一個受控晶片運動流程，在該流程中，晶片相對於拋光墊或者向上或者向下移動以獲得希望的晶片表面外形。在拋光操作期間的某個時間點，墊接觸線必須穿過晶片中心，即0半徑距離位置，以確保晶片整個表面被拋光。顯然，本技術領域內的熟練技術人員還可以這樣確定晶片運動流程，使得墊接觸線從晶片中心開始並向晶片邊緣移動，或者從晶片邊緣開始並向晶片中心移動。
本技術領域內的熟練技術人員明白，還可以對例如墊轉速、晶片轉速、墊承壓的其它拋光參數或這些參數的組合進行控制以獲得晶片上的希望的襯底材料磨削量。通過利用用於驅動傳統控制裝置來控制拋光操作的計算機系統所讀取的適當軟體代碼，可以對晶片相對於拋光墊的運動以及其它拋光參數進行控制。例如，控制裝置可以對用於上下移動晶片的線性致動器84、驅動輥電機66、66』、用於旋轉驅動箱16、16』的線性致動器56、以及墊電機34、34』中的一個或多個的運行進行控制。
通過相對於拋光墊移動晶片以獲得具有平面外形或其它希望外形的拋光晶片表面，根據本發明的偏離直徑拋光方法可以有利地補償晶片表面襯底材料磨削率的徑向變化。通過控制晶片相對於拋光墊的運動速度(或者通過控制其它拋光參數以實現與控制晶片速度實現的效果相同的效果)，可以在晶片表面上的不同徑向位置實現希望的襯底材料磨削率。需要時，可以對拋光參數進行控制以在整個晶片上實現大致均勻的襯底材料磨削率。這種控制方式尤其可以用於對具有平面化表面的晶片進行拋光。另選地，還可以對拋光參數進行控制以改變整個晶片上的襯底材料磨削率。這種控制方式尤其可以用於對具有不平表面(例如凹形或凸形表面)的晶片進行拋光以獲得具有大致平面化表面的拋光晶片。
通過分析測試採樣，容易確定特定拋光方式的晶片材料磨削率。例如，圖8A和圖8B示出對於僅根據傳統方法在中心線拋光的200mm直徑的測試晶片，作為徑向位置的函數的晶片材料磨削率(以埃/每分鐘為單位或「A/m」)。利用研磨稀槳，以200RPM墊轉速，利用在此描述的設備對測試晶片進行拋光。晶片轉速在30RPM(如圖8A所示)至50RPM(如圖8B所示)範圍內變化。如圖8A和圖8B所示，晶片材料磨削率在靠近晶片中心位置呈現明顯的非線性提高(為了清楚放大，未示出中心部分(約-5至5mm))。
圖9A和圖9B示出對於根據本發明一個實施例進行偏離直徑拋光處理的直徑為200mm的測試晶片，作為徑向位置的函數的晶片材料磨削率(A/m)。除了相對於拋光墊勻速移動測試晶片(不包括緊鄰中心和邊緣區域)以外，在結合圖8A和圖8B所述的同樣條件下，對測試晶片進行拋光。此外，墊轉速為600RPM(對於兩個測試晶片)，晶片轉速為30RPM(對於兩個測試晶片)。平移速率(晶片對於拋光墊的相對速度)在每分鐘10英寸(10ipm)(圖9A)至40ipm(圖9B)之間變化。
在徑向方向，利用偏離直徑拋光獲得的晶片材料磨削率比利用傳統中心線拋光獲得的晶片材料磨削率顯著均勻(將圖9A和圖9B所示的曲線與圖8A和圖8B所示的曲線進行比較)。然而，如圖9A和圖9B示出的稍許傾斜的曲線所示，偏離直徑拋光會在晶片邊緣產生稍許高的晶片材料磨削率。此外，40ipm的較快平移速率導致約90A/m的平均晶片材料磨削率(參考圖9B)，而10ipm的較低平移速率導致約120A/m的平均晶片材料磨削率(參考圖9A)。因此，較高平移速率導致的晶片材料磨削率比較低平移速率導致的晶片材料磨削率稍低。然而，假定平移速率提高4倍僅導致晶片材料磨削率減低約25％，則可以認為圖9A和圖9B所示平移速率不是確定晶片材料磨削率的主要因素。相反，可以認為在任何徑向位置的總晶片材料磨削量主要是總拋光時間或等效停留時間的函數。
在一個實施例中，拋光墊的長度在所有平移位置都足以跨越整個晶片弦長，這樣可以避免墊接觸的突然中斷。因此，在平移期間的任何特定墊位置，對墊接觸線之外的晶片表面部分，即遠離晶片中心的部分進行拋光。相反，在同一個平移位置，不對墊接觸線內的晶片表面部分，即靠近晶片中心的部分進行拋光。如圖6至圖8所示，墊接觸線上的晶片材料磨削率未必均勻。
通過規定適當晶片運動，即平移流程，可以實現偏離直徑拋光方法，其中平移流程是一個在拋光操作期間晶片相對於拋光墊的位置隨時間變化的預定流程。在一個實施例中，利用一個為了在每個徑向位置獲得大致相同晶片材料磨削量(即在徑向的均勻厚度降低)確定的晶片運動流程，實現偏離直徑拋光方法。在另一個實施例中，利用一個為了在特定徑向位置獲得不同晶片材料磨削量(即在徑向的可變厚度降低)確定的晶片運動流程，實現偏離直徑拋光方法。
在根據本發明的偏離直徑晶片製備方法的一個實施例中，垂直取向的晶片的兩面的每面均接觸圓柱形晶片製備部件，以確定線性接觸區域。在晶片旋轉時，對至少一個晶片製備參數進行控制，以在晶片上的接觸區域從第一位置移動到第二位置時，獲得可變晶片材料磨削率。在一個實施例中，確定可變晶片材料磨削率以在進行處理之後提供大致均勻厚度的晶片。所控制的晶片製備參數可以是晶片製備部件對晶片施加的壓力、晶片轉速、晶片製備部件的轉速以及在晶片兩面上確定的接觸區域從第一位置移動到第二位置的速度之一。
在一個實施例中，第一位置是晶片中心線，第二位置是距離中心線某個距離的位置，例如靠近晶片邊緣。晶片可以上升或下降以將接觸區域從第一位置移動到第二位置。在一個實施例中，對為了使接觸區域從第一位置移動到第二位置而在垂直方向移動晶片的速度進行控制，以致晶片具有大致均勻的厚度。對於給定拋光方式，通過對測試晶片進行分析以確定晶片材料磨削率的徑向變化，本技術領域內的熟練技術人員容易確定適當的晶片運動流程以獲得具有大致均勻厚度的處理晶片。另選地，可以勻速移動晶片(向上或向下)，並且可以對一個或多個其它拋光參數，例如壓力、晶片轉速以及晶片製備部件轉速進行控制以獲得同樣效果。因此，偏離直徑晶片製備方法可以被配置為將具有稍許凹形面或稍許凸形面的晶片加工成具有大致平面外形的晶片。
本發明提供的另一種方法是半導體晶片製備方法，在該方法中，在一個機殼內對垂直取向的晶片執行兩個晶片製備操作。在此方法中，在適當的機殼，例如一個外殼內，以相對關係設置一對晶片製備組件，例如圖11A所示的晶片製備組件212。每個晶片製備組件分別包括第一晶片製備部件和第二晶片製備部件。例如，適當的晶片製備部件包括圓柱形拋光墊和圓柱形刷子。在以垂直方向放置到相對晶片製備組件之間後，晶片被適當的晶片驅動組件旋轉。
為了執行第一晶片製備操作，以這樣的方式定向晶片製備組件，使得第一晶片製備部件以相對關係接觸該旋轉晶片的兩面。在一個實施例中，在第一方向旋轉晶片製備組件以使第一晶片製備部件接觸該旋轉晶片的兩面。一旦第一晶片製備操作完成，以這樣的方式定向第二晶片製備組件，使得第二晶片製備組件以相對關係接觸該旋轉晶片的兩面。在一個實施例中，晶片製備組件以與第一方向相反的第二方向旋轉，以使第二晶片製備部件接觸該旋轉晶片的兩面。
晶片製備組件可以被配置為執行任何希望的晶片製備操作組合。在一個實施例中，第一晶片製備操作是清洗操作，因此每個第一晶片製備部件均是圓柱形刷子。在此實施例中，第二晶片製備操作是拋光操作，因此每個第二晶片製備部件均是圓柱形拋光墊。需要時，可以顛倒這些操作的順序，即第一操作是拋光操作，第二操作是清洗操作。
在另一個實施例中，第一和第二晶片製備操作均是清洗操作。例如，第一清洗操作可以被配置為磨削較粗糙顆粒，而第二清洗操作可以被配置為磨削較微細顆粒。在又一個實施例中，第一和第二晶片製備操作均是拋光操作。例如，第一拋光操作可以被配置為磨削希望數量的晶片材料，而第二拋光操作可以被配置為提供希望的表面拋光。
根據本發明的偏離直徑晶片製備方法，在晶片與第一晶片製備部件或第二晶片製備部件接觸時，如果需要，可以在垂直方向，即上、下移動晶片。可以利用適當的可變高度邊緣驅動組件在垂直方向移動晶片。在第一和第二晶片製備操作均是拋光操作的一個實施例中，至少在一個拋光操作期間在垂直方向移動晶片。
一旦在設備內對晶片進行了處理和/或利用所披露的方法對晶片進行了製備，則可以通過其它眾所周知的製造過程對該晶片進行處理。眾所周知，這些過程包括澱積或濺鍍氧化物材料和導電材料(例如鋁、銅、鋁與銅的混合物等)。還被稱為「背面」處理的處理過程也包括蝕刻操作。這些蝕刻操作用於確定金屬化線網絡、通路以及確定集成電路裝置的互連結構所需的其它幾何圖形。在執行這些過程之間，還需要一些化學機械拋光(CMP)操作以對表面進行平面化，從而更有效進行生產。在製造集成電路裝置的過程中，在任何一個這種操作之後，在進入下一個操作之前，都需要對晶片進行磨光/拋光和清洗。一旦完成，將晶片切割為小片，每個小片就是一個集成電路晶片。然後，將該晶片放置到適當封裝內，併集成為希望的最終裝置，例如最終消費電子產品。
總之，本發明提供了用於拋光、磨光、洗滌以及漂洗晶片和其它適當襯底的方法和設備。在此利用幾個典型實施例對本發明進行了披露。通過對本發明說明書和實施過程進行研究，本技術領域內的熟練技術人員還可以設想本發明的其它實施例。上述說明的實施例和優選特性被看作本發明的典型情況，由所附權利要求定義本發明。
權利要求
1.一種用於製備半導體晶片的設備，該設備包括一對驅動輥，這對驅動輥被設置為在大致垂直方向支持半導體晶片，每個驅動輥被配置為與用於驅動驅動輥的驅動帶相連；以及一對晶片製備組件，這對晶片製備組件被可移動地設置為相對關係，每個晶片製備組件具有第一晶片製備部件和第二晶片製備部件，晶片製備組件可以移動到第一位置和第二位置，每個第一晶片製備部件在第一位置對晶片執行第一晶片製備操作，每個第二晶片製備部件在第二位置對晶片執行第二晶片製備操作。
2.根據權利要求1所述的設備，其中每個晶片製備組件包括用於旋轉第一和第二晶片製備部件的驅動組件。
3.根據權利要求1所述的設備，其中第一晶片製備部件被設置在第二晶片製備部件上方，並且每個第一晶片製備部件均是圓柱形刷子。
4.根據權利要求3所述的設備，其中每個第二晶片製備部件均是圓柱形拋光墊。
5.根據權利要求3所述的設備，其中每個第二晶片製備部件是圓柱形刷子。
6.根據權利要求4所述的設備，其中每個圓柱形拋光墊包括一個具有固定在其上的拋光墊的主軸。
7.根據權利要求1所述的設備，其中每個晶片製備組件包括可旋轉樞軸，並且通過旋轉該樞軸，晶片製備組件在第一位置、中間位置以及第二位置之間移動，中間位置是裝載或卸載晶片時晶片製備部件所在的位置。
8.根據權利要求1所述的設備，其中該驅動輥對和該晶片製備組件對被設置在一個外殼內。
9.根據權利要求8所述的設備，該設備進一步包括對準輥，用於使設置在驅動輥上方的晶片保持對準，對準輥被可旋轉地安裝在對準臂上。
10.根據權利要求9所述的設備，其中對準臂被可旋轉地連接在對準張緊裝置上，該對準張緊裝置被安裝在外殼的壁上。
11.一種用於製備半導體晶片的設備，該設備包括第一晶片驅動輥，被可旋轉地設置在第一輥臂上，第一晶片驅動輥被定向為在垂直方向旋轉半導體晶片；和第二晶片驅動輥，被可旋轉地設置在第二輥臂上，第二晶片驅動輥被定向為在垂直方向旋轉半導體晶片，其中第一輥臂和第二輥臂分別被配置為將旋轉動力傳送到設置在其上的晶片驅動輥，並且第一輥臂和第二輥臂都可以在第一位置和第二位置之間旋轉，從而調節設置在其上的晶片驅動輥的高度。
12.根據權利要求11所述的設備，其中第一和第二輥臂中的每一個被連接到一個具有內部傳動軸和空心外部樞軸的同軸組件。
13.根據權利要求12所述的設備，其中通過旋轉第一和第二同軸組件的外部樞軸，旋轉第一和第二輥臂。
14.根據權利要求12所述的設備，其中分別旋轉第一和第二同軸組件的內部傳動軸以將旋轉動力傳遞到第一和第二晶片驅動輥。
15.一種自對準主軸組件，該自對準主軸組件包括圓柱形內芯；支承，設置在圓柱形內芯的外表面上；以及主軸套管，圍繞圓柱形內芯，主軸套管具有固定在其外表面上的晶片製備材料，並且主軸套管由支承可旋轉地支持，使得在晶片製備材料接觸襯底表面時，主軸套管與襯底表面對準。
16.根據權利要求15所述的主軸組件，其中支承是O形環，圓柱形內芯的外表面具有成型在其內的槽，並將O形環安裝在該槽內。
17.根據權利要求15所述的主軸組件，其中圓柱形內芯在其內具有一個孔並與一個旋轉齒輪相連，主軸套管具有一個通孔，並在主軸套管的孔內和圓柱形內芯的孔內設置一個連接機構以將旋轉動力從圓柱形內芯傳遞到主軸套管。
18.根據權利要求15所述的主軸組件，其中在接近主軸套管的中心線位置，主軸套管由支承可旋轉地支持。
19.根據權利要求17所述的主軸組件，其中主軸套管內的孔具有第一直徑，而連接機構具有第二直徑，第一直徑大於第二直徑的數量足以使主軸套管圍繞該支承旋轉一個預定傾角。
20.根據權利要求15所述的主軸組件，其中晶片製備材料是拋光墊。
21.根據權利要求15所述的主軸組件，其中圓柱形內芯由塑料材料構成，而主軸套管由不鏽鋼構成。
22.根據權利要求15所述的主軸組件，其中襯底是半導體晶片。
全文摘要
本發明披露了一種用於製備晶片的設備，該設備包括晶片製備驅動組件(17)、可變高度邊緣驅動組件(包括27)以及自對準主軸組件。在一個實施例中，該設備包括一對驅動輥(6)，驅動輥被設置為在大致垂直方向支持晶片(W)。每個驅動輥(6)分別與用於旋轉驅動輥的驅動帶相連。以相對關係可移動地設置分別具有第一和第二晶片製備部件(10、12)的一對晶片製備組件(212)。這些組件(212)可以移動到第一位置和第二位置，第一和第二晶片製備部件(10、12)分別在第一位置和第二位置進行第一和第二晶片製備操作。在另一個實施例中，該設備包括分別可旋轉地設置在第一和第二輥臂(20)上的第一和第二晶片驅動輥(6)。第一和第二輥臂(20)分別將旋轉動力傳遞到設置在其上的晶片驅動輥(6)，並且第一和第二輥臂均可以在第一位置和第二位置之間旋轉以調節設置在其上的晶片驅動輥的高度。自對準主軸組件包括圓柱形內芯和設置在其外表面上的支承。圍繞圓柱形內芯的主軸套管具有固定在其外表面上的晶片製備材料，支承可旋轉地支持主軸套管，使得在晶片製備材料接觸襯底表面時，主軸套管對準襯底表面。
文檔編號H01L21/683GK1422438SQ01807671
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月29日 優先權日2000年3月31日
發明者奧利弗·戴維·瓊斯, 大衛·T·弗羅斯特, 約翰·G·德維 申請人:拉姆研究公司