專利名稱：拋光方法和設(shè)備的制作方法
本申請為分案申請，原案的申請日上1995年9月13日，申請?zhí)枮?5197955.8，發(fā)明名稱為《拋光方法和設(shè)備》。
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種通過拋光平面化襯底表面圖形的技術(shù)，特別涉及一種用于制造半導(dǎo)體集成電路的工藝的拋光方法，以及用于此拋光方法的拋光設(shè)備。


圖1(a)是帶有形成于其上的第一布線層的晶片的剖面圖。在帶有形成于其上的晶體管部分的晶片襯底1的表面上形成絕緣膜2，絕緣膜2上再形成例如鋁層等布線層3。為連接此晶體管，在絕緣膜2中形成接觸孔，因此布線層的對(duì)應(yīng)于接觸孔的部位有些凹下，此處由3’表示。在圖1(b)所示的第二層布線工藝中，在第一層上形成絕緣膜4和金屬鋁層5，并且在鋁層上涂敷光刻膠膜6，用于曝光，使鋁層形成布線圖形。接著，如圖1(c)所示，利用步進(jìn)機(jī)7對(duì)光刻膠膜6曝光由此傳遞第二層的布線電路圖形。這種情況下，如果光刻膠膜6的表面凹凸不平，光刻膠膜表面上的由8表示的凹凸部分不能同時(shí)聚焦，所以導(dǎo)致分辨率不令人滿意，這是一個(gè)很嚴(yán)重的問題。
為了避免上述問題，已研究了以下對(duì)襯底表面的平面化工藝。繼圖1(a)所示步驟后，如圖1(d)所示，在形成絕緣層4后，利用此后將說明的方法進(jìn)行拋光，以便層4變平坦，達(dá)到同一圖中線9所示的水平。以此方式，獲得圖1(e)所示狀態(tài)。此后，形成金屬鋁層5和光刻膠層6，然后利用圖1(f)所示的步進(jìn)機(jī)7進(jìn)行曝光。這種情況下，不會(huì)發(fā)生分辨率不令人滿意的上述問題。
圖2展示了在此之前已普遍用于平面化上述絕緣膜圖形的化學(xué)機(jī)械拋光法。拋光墊11固定于平臺(tái)12上，并可以旋轉(zhuǎn)。關(guān)于拋光墊11，例如可以用通過將泡沫尿烷樹脂切成片，并模壓成薄片獲得的拋光墊。根據(jù)工件的類型和所要達(dá)到的表面粗糙度，從各種材料和精細(xì)表面結(jié)構(gòu)中選擇合適的材料和精細(xì)表面結(jié)構(gòu)。另一方面，要處理的晶片1通過彈性模壓盤13固定于晶片固定器14上。在晶片固定器14旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，晶片被壓到拋光墊11的表面上，并向拋光墊加拋光懸濁液15，由此拋掉晶片表面上絕緣膜4的凸出部分，獲得平坦表面。
在拋光如二氧化硅膜等絕緣膜的情況下，通常使用膠態(tài)硅石作為拋光懸濁液。膠態(tài)硅石以直徑為大約30nm的細(xì)硅石顆粒懸浮于例如氫氧化鉀溶液等堿性水溶液中。因?yàn)閴A的附加化學(xué)作用，使用這種膠態(tài)硅石的特點(diǎn)在于，與單獨(dú)利用磨料的機(jī)械拋光相比，可以獲得極高的處理效率和光滑的表面，且工藝損傷減少。已知這種在處理過程中在拋光墊和工件間提供拋光懸濁液的方法為自由磨料拋光技術(shù)。
大體上說，利用這種自由磨料拋光法的常規(guī)晶片平面化技術(shù)有兩個(gè)要解決的難題。一個(gè)難題是圖形尺寸相關(guān)問題，對(duì)于某種類型的圖形或高度不同的某情況下，不能達(dá)到令人滿意的平面化程度。另一難題是拋光工藝所需粒子消耗的成本過高。對(duì)這些問題以下將作詳細(xì)說明。
一般情況下，在半導(dǎo)體晶片上形成具有不同尺寸和不同高度的圖形。例如，在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中，如圖3(a)所示，一個(gè)芯片被大體上分為四塊，每塊的中間規(guī)則且密集地形成精細(xì)存儲(chǔ)單元，單元部分被稱為存儲(chǔ)塊部分16。沿四個(gè)存儲(chǔ)塊部分邊界形成外圍電路17，用于訪問上述存儲(chǔ)單元。在典型的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器情況下，一個(gè)芯片的尺寸為約7mm×20mm，外圍電路17的寬為1mm左右。沿線A-A’取芯片的截面，如圖3(b)所示，存儲(chǔ)塊部分16H的平均高度約為0.5-1μm，高于外圍電路部分17L的高度。如果在這種臺(tái)階狀圖形上形成約1-2μm厚的絕緣膜4，則表面部分的剖面形狀31基本上反映出底層圖形的臺(tái)階形狀。
用本發(fā)明所致力于的平面化工藝，晶片表面上的絕緣膜4將變?yōu)辄c(diǎn)劃線32所示那樣平坦。然而，在利用通常由聚氨基甲酸酯泡沫形成的軟拋光墊用于設(shè)想的目的時(shí)，因?yàn)閽伖馑俣扰c圖形的關(guān)系，無法實(shí)現(xiàn)上述所想要的平面化。更具體地，如圖4所示，如果用軟拋光墊11L，則拋光墊表面會(huì)象圖中實(shí)線30所示的那樣因拋光負(fù)載而變形。因?yàn)槭羌胸?fù)載，能在短時(shí)間內(nèi)拋平微米量級(jí)尺寸的精細(xì)圖形，但在毫米量級(jí)的大圖形尺寸情況下，因?yàn)槭欠植钾?fù)載拋光速度很低。所以拋光后剖面形狀變?yōu)閳D中虛線34所示的樣子，仍殘留有高度差d。
使拋光墊較硬可以改善平面度，但這種情況下，會(huì)帶來晶片平面范圍內(nèi)處理不均勻性增大的新問題，及如以后將說明的工藝損傷問題。關(guān)于這種利用硬拋光墊時(shí)出現(xiàn)的工藝處理不均勻性增大的原因，還不是十分清楚。但推測可能是加到拋光墊表面的磨料被拋光墊表面上的精細(xì)結(jié)構(gòu)部分俘獲，進(jìn)入拋光墊和要處理襯底之間的幾率變化，且這種改變會(huì)對(duì)處理造成影響。半導(dǎo)體布線工藝中要求的這種均勻性在±5％以下。目前，拋光墊硬度的上限為楊氏模量為約10kg/mm2。因此，在包括小圖形和大圖形且量級(jí)從毫米到微米等的各種圖形混合在一起的半導(dǎo)體器件中，如存儲(chǔ)器件中，不能希望有令人滿意的平面化效果。為此，可以把這種拋光墊的產(chǎn)品限于不含很大圖形的半導(dǎo)體產(chǎn)品，例如邏輯LSI。
至于具有介于硬和軟拋光墊之間的特性的拋光墊，日本特許公開平6-208980中公開了一種包括軟拋光墊和嵌埋在部分軟拋光墊中的硬拋光片的拋光墊。然而，所獲得到的拋光特性幾乎與有中間硬度的拋光墊相同。
基于上述常規(guī)自由磨料拋光法的半導(dǎo)體晶片平面化技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的第二目的是降低很高的生產(chǎn)成本。生產(chǎn)成本高的原因是自由磨料拋光法所用的拋光懸濁液的利用率很低。更具體地，對(duì)于不引起傷痕的超平滑拋光，必需以至少每分鐘幾百cc的速率輸送例如膠態(tài)硅石等拋光懸濁液。然而，懸濁液的大部分被浪費(fèi)掉，對(duì)實(shí)際處理沒有作出貢獻(xiàn)。而半導(dǎo)體高純懸濁液的成本相當(dāng)高，且平面化拋光工藝的成本絕大部分取決于此拋光懸濁液。所以，在這一點(diǎn)上急需有所改善。
至于除所提到的上述方法外的現(xiàn)有方法，在第一屆國際ABTEC會(huì)議文集的第80-85頁(Seoul，1993年11月)描述了一種粘合磨料處理法，其中通過將磨料與金屬粉或樹脂粘合制造成高速旋轉(zhuǎn)的磨石。然而，已知這種方法存在著經(jīng)常會(huì)在處理表面上造成劃傷的缺點(diǎn)。另外，為解決這種劃傷問題，日本特許公開平6-302568中公開了一種利用帶有通過電泳制造的極小粒徑的細(xì)料磨石的平面化技術(shù)。然而，根據(jù)該技術(shù)，由于磨石自身很硬，所以仍存在由所用拋光液中或處理氣氛中所含的灰塵等造成的劃傷問題。
在利用自由磨料拋光法的常規(guī)半導(dǎo)體晶片平面化技術(shù)中，如上所述，不允許同時(shí)平面化最小尺寸為微米量級(jí)的精細(xì)圖形和毫米量級(jí)的大圖形。所以將這種常規(guī)技術(shù)應(yīng)用于包括種種大圖形和小圖形的半導(dǎo)體集成電路如存儲(chǔ)LSI的制造中仍很困難。而且，拋光工藝所需成本相當(dāng)高，導(dǎo)致其無法應(yīng)用于批量生產(chǎn)的致命缺點(diǎn)。
本發(fā)明另一目的是提供一種低成本的處理方法及用于所述處理方法的設(shè)備。
采用利用具有可控彈性模量的拋光工具(如磨石)的固定磨料處理方法，代替利用拋光墊和拋光懸濁液的常規(guī)自由磨料拋光工藝，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的。
為此，本發(fā)明提供了一種至少利用兩拋光工具的分步拋光方法，包括把作為工件帶有形成于其表面上的圖形的襯底推壓到每個(gè)所述拋光工具的表面上，使它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其特征在于，首先使用的拋光工具即第一拋光工具的彈性模量小于隨后使用的拋光工具即第二拋光工具的彈性模量。
特別是，由樹脂形成的拋光墊用作第一拋光工具。
特別是，包括磨料顆粒和用于粘合及固定所述磨料顆粒的材料的拋光工具作為第二拋光工具。
特別是，所述第二拋光工具的彈性模量為5-500 kg/mm2。
特別是，作為所述第二拋光工具的一種組分的磨料顆粒為二氧化硅、氧化鈰和氧化鋁中任意一種或它們的混合物的顆粒。
特別是，作為所述第二拋光工具的一種組分的磨料顆粒的平均粒徑為一微米以下。
根據(jù)本發(fā)明的另外一方面，提供了一種拋光設(shè)備，其包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，帶有分別設(shè)置于其表面上的兩種不同拋光工具；至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)固定裝置，用于固定工件，并旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將工件推壓到每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上；及固定裝置的移動(dòng)裝置，能夠?qū)⑺鲂D(zhuǎn)固定裝置定位于每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之上。
特別是，所述固定裝置的移動(dòng)裝置為一旋轉(zhuǎn)臂形式，所述旋轉(zhuǎn)固定裝置位于旋轉(zhuǎn)臂的端部，用于從所述旋轉(zhuǎn)固定裝置取走工件的變換樣品裝置及清洗裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)固定裝置的旋轉(zhuǎn)路徑上，該路徑由所述旋轉(zhuǎn)臂型固定裝置的移動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)形成。
特別是，包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)臂型固定裝置的移動(dòng)裝置，設(shè)置成使多個(gè)旋轉(zhuǎn)固定裝置的旋轉(zhuǎn)路徑有一個(gè)交叉點(diǎn)或接觸點(diǎn)，該路徑由所述旋轉(zhuǎn)臂型固定裝置的移動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)形成，用于從相關(guān)的旋轉(zhuǎn)固定裝置取走工件的樣品變換裝置及清洗裝置設(shè)置于所述一個(gè)交叉點(diǎn)或接觸點(diǎn)上。
而且，不用象現(xiàn)有技術(shù)那樣利用一次處理平面化所有圖形，而是通過利用軟拋光工具首先只平面化易被損傷的那些精細(xì)圖形，然后利用硬拋光工具如硬磨石或拋光墊，以較大的力量處理高效率地平面化大圖形，可以解決利用硬拋光工具時(shí)易發(fā)生的超精細(xì)圖形的處理損傷問題。
由于本發(fā)明的固定磨料處理法使用某種磨石和根據(jù)工件的物理性質(zhì)最合適地選擇的處理?xiàng)l件，所以，即使用硬拋光工具，也能使平面化處理與圖形的相關(guān)性很小，且使襯底平面上的處理速度的不均勻性很小，不引起處理的不均勻。除此之外，因?yàn)椴恍枰嘿F的拋光懸濁液，所以成本可以很低。而且，處理后的清洗變得較容易。
另外，如果先用低硬度的軟拋光墊拋光、切割和磨圓易受處理損傷的超精細(xì)圖形的拐角部分和易于拋掉的大尺寸圖形的拐角部分，然后用形狀確立功能強(qiáng)的硬拋光墊平面化，則可以獲得滿意的處理表面，且與圖形寬度的相關(guān)性減小，且無處理損傷。
盡管以上已說明本發(fā)明應(yīng)用的對(duì)象是半導(dǎo)體晶片，但本發(fā)明也可以應(yīng)用于薄膜顯示器件及玻璃和陶瓷基片的平面化。
最佳實(shí)施例下面詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的特征在于，以最佳地控制用硬度的特定磨石代替圖2所示設(shè)備中的常規(guī)拋光墊。如以上對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說明，已知利用細(xì)粒磨石平面化半導(dǎo)體晶片表面的技術(shù)有幾種。但所有這些技術(shù)皆存在在處理表面上造成細(xì)小劃傷的缺點(diǎn)。所以仍不能投入實(shí)際應(yīng)用。
到目前為止，認(rèn)為造成這種劃傷的原因主要是顆粒尺寸太大。然而，本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，此問題應(yīng)歸因于所用磨石的彈性模量太大，而不是顆粒尺寸的問題。
本發(fā)明的特征在于，利用如圖5所示的顆粒21松散地與軟樹脂22粘合的極軟磨石，代替上述致密且硬的磨石。更具體說，磨石的彈性模量為5-500kg/mm2，這樣一來其硬度為常規(guī)磨石的十分之一到百分之一。相反，比硬拋光墊例如已用于本發(fā)明應(yīng)用的領(lǐng)域的剛性聚氨基甲酸酯泡沫等要硬五到五十倍。
以下將參照實(shí)例對(duì)制造這種軟磨石的方法進(jìn)行說明。顆粒21的優(yōu)選實(shí)例為二氧化硅、氧化鈰和氧化鋁顆粒。粒徑為0.01-1μm的顆粒能夠?qū)崿F(xiàn)高處理率而且不會(huì)造成劃傷。至于粘合顆粒用的樹脂22，本發(fā)明中優(yōu)選如酚醛樹脂等高純有機(jī)樹脂。用粘合樹脂捏和后，通過施加合適的壓力使顆粒凝固，然后，如果必要的話進(jìn)行如熱固化等處理。用這種制造方法，通過適當(dāng)?shù)剡x擇粘合樹脂的類型和所加壓力，可以控制所得磨石的硬度。本發(fā)明中，所用磨石的硬度控制在彈性模量為5-500kg/mm2。
以下將說明利用上述方法制造的磨石進(jìn)行處理的實(shí)例。在用通過粘合粒徑1μm的氧化鈰與酚醛樹脂獲得的彈性模量為100kg/mm2的磨石處理一微米厚的二氧化硅膜時(shí)，可以得到令人滿意的處理表面，所得表面粗糙度為2nmRa，以及相對(duì)于10mm-0.5μm范圍內(nèi)的所有類型圖形處理速度為0.3±0.01μm/min的極好圖形寬度相關(guān)性。沒有觀察到任何發(fā)生于使用硬拋光墊時(shí)的晶片表面處理的不均勻。可以推斷，這是因?yàn)楸景l(fā)明的處理使用了與使用無磨料的常規(guī)處理不同的粘合磨料的緣故。
盡管上述處理實(shí)例中只提供純水作拋光液，但不用說，可以根據(jù)工件的類型，提供象常規(guī)拋光技術(shù)中的堿性或酸性液。在工件為二氧化硅或硅時(shí)，優(yōu)選使用堿性液，而工件為如鋁或鎢等金屬時(shí)，優(yōu)選用酸性液。
在需要較高級(jí)別的表面粗糙度時(shí)，顯然可以通過利用上述磨石拋光后用軟拋光墊精加工工件表面，來滿足這個(gè)需求。
如果所用磨石的彈性模量超出上述范圍，則無法進(jìn)行滿意地處理。更具體地說，如果磨石的彈性模量小于5kg/mm2，則只能快速拋光寬度小的圖形，即，圖形寬度的相關(guān)性變明顯，結(jié)果無法平面化存儲(chǔ)器件。相反，如果所用磨石的彈性模量大于500kg/mm2，則無論磨石的粒徑如何小，仍舊會(huì)存在待解決的劃傷問題。換言之，只有磨石的彈性模量在這里所建議的5-200kg/mm2范圍內(nèi)，方能進(jìn)行適用于半導(dǎo)體的處理。更優(yōu)選范圍是50-150kg/mm2。
甚至在上述使用磨石條件下，如果從提高處理效率方面考慮，在要拋光的圖形上加過大的拋光壓力，也會(huì)發(fā)生不同于上述劃傷問題的處理損傷問題，這取決于要拋光圖形的形狀。下面將對(duì)處理損傷問題加以說明。
如圖6所示，在利用硬磨石或拋光墊11H進(jìn)行拋光時(shí)，拋光過程中，拋光工具的表面會(huì)只與臺(tái)階形圖形的凸起部分接觸。此時(shí)，如果在該圖形上加過大的拋光壓力，則圖形的端部35受到因摩擦力引入的力矩，并會(huì)象虛線36所示的那樣發(fā)生剝離或坍塌，或在圖形的基部發(fā)生細(xì)小的龜裂37。盡管根據(jù)處理?xiàng)l件不同而有所不同，但龜裂37的深度常常大于所需平面化的水平，對(duì)如半導(dǎo)體器件等拋光產(chǎn)品的可靠性造成了不良影響。由于這種精細(xì)圖形的損傷問題，需要利用硬拋光工具以低壓力慢慢進(jìn)行平面化工作，為此需要相當(dāng)長的處理時(shí)間。
利用以下將說明的方法可以解決上述問題。下面將參照圖7說明造成上述圖形損傷的原因和防止這種損傷的本發(fā)明的基本思想。同一圖中，上部兩幅圖展示了晶片襯底上的凸起圖形壓到硬拋光墊11H上情形，而下部兩幅圖展示了作用于圖形上的應(yīng)力分布。就在拋光開始后，圖形端部仍為有角度的，所以應(yīng)力集中在寬圖形101的每個(gè)端部，如102所示，其最大值達(dá)到了平均應(yīng)力的十倍以上。另外，作用于窄圖形103上的應(yīng)力104也接近所述的最大值。這種情況下，如果拋光墊和晶片襯底間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則正比于上述應(yīng)力的摩擦力將作用到圖形的不同部分上。如果這些摩擦力大于圖形材料的機(jī)械強(qiáng)度，則圖形的端部會(huì)發(fā)生剝離或精細(xì)圖形會(huì)發(fā)生坍塌。這就是造成圖形損傷的原因。
歸因于處理初始階段的上述應(yīng)力集中的圖形損傷問題，可以通過預(yù)先去掉引起應(yīng)力集中的圖形拐角部及去掉精細(xì)圖形得以解決。更具體說，如圖7(b)所示，可以通過磨圓寬圖形的拐角部分105，或通過降低精細(xì)圖形的高度并磨圓其拐角部分，如106所示，解決所述的問題。這種圖形的應(yīng)力分布不會(huì)集中，如同一圖中下半部分所示，所以甚至在利用比現(xiàn)有技術(shù)拋光工具更硬的拋光工具也可以施加較大的拋光壓力。結(jié)果，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)圖形寬度相關(guān)性最小的處理。
上述基本思想可以通過兩個(gè)拋光步驟得以實(shí)現(xiàn)。于此，下面將參照圖8(a)-8(e)詳細(xì)說明具體實(shí)例。第一步(圖8(a)和8(b))，利用軟拋光墊11L(墊表面上有細(xì)孔的墊，例如SUPREMERN，RODEL NITTA公司的產(chǎn)品)和拋光懸濁液(未示出)，拋光要處理晶片表面31一分鐘左右。拋光懸濁液可以用極常用的如膠態(tài)硅石、氧化鈰和氧化鋁等中的任何一種。如圖8(c)所示，通過拋光去掉了處理前存在的亞微米級(jí)精細(xì)圖形部分，并磨圓大圖形的拐角部分。
接著，第二步，利用平面化作用強(qiáng)的硬拋光工具11H，例如圖5所示構(gòu)型的磨石拋光3分鐘左右。由于上述第一步已去掉了易受損傷的精細(xì)圖形，所以即使用較第一步硬的拋光工具，精細(xì)圖形基部也不會(huì)發(fā)生龜裂，可以進(jìn)行無損傷平面化工藝，如圖8(c)所示。
第二步拋光用的拋光工具沒有特別的限制，只要它可以平面地高速拋光晶片表面即可。不僅可以用拋光用的磨石，而且可以用由聚氨基甲酸酯泡沫形成的常規(guī)硬拋光墊與膠態(tài)硅石的十分常見的結(jié)合。然而，利用彈性模量在5-500kg/mm2范圍內(nèi)的磨石，可以在短時(shí)間內(nèi)得到平坦且無龜裂的拋光表面。
這樣，通過首先用軟工具去掉易開裂的圖形部分，然后用形狀確立作用強(qiáng)的高剛度硬工具進(jìn)行平面化工藝，可以獲得基本上無損傷的拋光面。這種效果是通過本發(fā)明人進(jìn)行的具體實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)的。利用多個(gè)拋光步驟獲得最終處理表面的技術(shù)在此以前已眾所周知，如日本特許公開Nos昭1-42823和平2-267950公開這樣的技術(shù)。所有這些已知方法中，一般在高處理效率但易造成損傷的拋光步驟后，進(jìn)行意在去掉拋光步驟中產(chǎn)生的損傷的平滑步驟。為此，第一步中所用拋光墊的硬度大于第二步中用的拋光墊。本發(fā)明與此相反，意在首先去掉造成這種處理損傷的因素，因此本發(fā)明的技術(shù)思想與已知方法大相徑庭。
圖10(a)-(e)展示了包括一個(gè)晶體管和一個(gè)電容的存儲(chǔ)單元的本發(fā)明制造工藝的實(shí)例。圖10是沿圖11中A-A’線所取的剖面圖。這些圖中，數(shù)字110表示源區(qū)，數(shù)字120表示漏區(qū)，數(shù)字111和121分別表示連接區(qū)110和120的連接部分，數(shù)字210表示電容下電極，數(shù)字230表示電容上電極，數(shù)字106表示位線，數(shù)字141表示柵電極。
圖10(a)是P型硅襯底101的剖面圖，通過選擇氧化法，該襯底上已形成了厚800nm的氧化硅元件隔離膜102，用于存儲(chǔ)單元間的電隔離，還形成了用于開關(guān)MOS晶體管的柵絕緣膜的氧化硅膜。此后，通過離子注入摻硼，以控制MOS晶體管的閾值電壓，并通過化學(xué)汽相淀積法(此后簡稱為CVD法)，淀積厚300nm的多晶硅膜，用作柵電極141。接著，如圖10(b)所示，利用已知的光腐蝕技術(shù)，形成MOS晶體管的柵電極141和柵絕緣膜130。多晶硅膜中摻磷，使之導(dǎo)電。隨后，通過離子注入摻砷，形成MOS晶體管的源區(qū)110和漏區(qū)120。
接著，如圖10(c)所示，用CVD法在襯底表面上淀積厚500nm的PSG(磷玻璃)膜103，用作層間絕緣膜，然后進(jìn)行平面化的拋光，到約200nm。拋光PSG膜103所用磨石的彈性模量為50kg/mm2。
然后，在PSG膜上形成連接部分111，及形成位線106(圖11)。
接著，如圖10(d)所示，用CVD法淀積厚500nm的PSG膜104，用作層間絕緣膜，然后進(jìn)行平面化的拋光，并通過光腐蝕開窗口，形成連接部分121。拋光PSG膜104所用磨石的彈性模量為50kg/mm2。如果通過用常規(guī)的軟拋光墊拋光同一膜，用彈性模量為50kg/mm2的磨石進(jìn)行PSG膜的拋光，則可以減少拋光中的損傷。
隨后，用CVD法形成用作電容下電極210的多晶硅膜，并加工成所需形狀。另外，在此多晶硅膜中摻磷，使該膜導(dǎo)電。接著，在多晶硅膜上形成電容絕緣膜220和電容電極230(圖10(e))。
利用上述方法，可以使存儲(chǔ)單元表面比現(xiàn)有技術(shù)更平坦，并可以獲得精細(xì)結(jié)構(gòu)且可靠性高的半導(dǎo)體器件。
下面參照圖9說明適用于實(shí)施本發(fā)明的處理設(shè)備的構(gòu)成。該設(shè)備實(shí)際上為兩壓磨盤、兩頭結(jié)構(gòu)的拋光設(shè)備，但其特征在于壓磨盤上的拋光工具和操作它們的方法。帶有粘結(jié)于其上表面的上述低彈性模量磨石的磨石壓磨盤51和帶有粘結(jié)于其上表面的拋光墊的拋光壓磨盤52皆以20rpm左右的恒定速度旋轉(zhuǎn)。搬運(yùn)機(jī)械手54將要處理晶片55從裝料盒53中取出，并放置于直接作用的載體56上承載的負(fù)載環(huán)57上，接著，直接作用載體57在圖中向左移動(dòng)，到達(dá)裝料/卸料位置，其上拋光臂A58旋轉(zhuǎn)，晶片55被真空夾于設(shè)置于拋光臂端部的晶片拋光固定(夾持)器59的下側(cè)。接著，拋光臂A58旋轉(zhuǎn)，使固定器59定位于拋光墊壓磨盤52上。固定器59旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將附著在固定器下側(cè)的晶片55向下推到拋光墊52上，以便在提供拋光懸濁液(未示出)的條件下將晶片拋光約1分鐘。通過此拋光操作，去掉晶片表面上亞微米級(jí)的精細(xì)圖形部分，該部分正如先前所述的那樣易受處理損傷，并磨圓大尺寸圖形的拐角部分。
在完成了上述第一拋光步驟后，拋光臂A58旋轉(zhuǎn)，以便晶片拋光固定器59定位于磨石壓磨盤51上。然后，固定器59旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將夾持在固定器下側(cè)的晶片55向下推到磨石壓磨盤51上，以與上述相同的方式提供拋光懸濁液(未示出)，研磨晶片55約兩分鐘。第二拋光步驟結(jié)束后，拋光臂A58再旋轉(zhuǎn)，以便晶片拋光固定器59定位到拋光壓磨盤52的位置，并以與上述相同的方式拋光晶片55約一分鐘。研磨工藝后的此拋光操作用于去掉研磨工藝中造成的輕微劃傷等。當(dāng)然，所討論的拋光工藝可以省略，這取決于研磨情況或所需的表面粗糙度級(jí)別。
通過上述三步拋光完成了拋光工藝，然后，通過清洗工藝清洗晶片。拋光臂A58旋轉(zhuǎn)，以便晶片拋光固定器59置于清洗位置之上，清洗位置處設(shè)有旋轉(zhuǎn)刷60。旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用漂洗刷，旋轉(zhuǎn)刷60清洗夾于固定器59下側(cè)的晶片55的處理面。清洗結(jié)束后，直接作用載體56又向上移動(dòng)到上述清洗位置之上，接收從固定器59的真空吸盤釋放的晶片。
可以用利用超聲波作用下的噴水嘴的清洗法代替以上使用的旋轉(zhuǎn)刷洗。
然后，直接作用載體56又回到裝料/卸料位置時(shí)，晶片搬運(yùn)機(jī)械手54夾住處理過的晶片，并將之裝于卸料盒61中。這些是拋光臂A58的一個(gè)操作循環(huán)。在這些操作同時(shí)，拋光臂B62也以相同的方式工作。當(dāng)然，這要以時(shí)間分享方式有效地利用兩個(gè)拋光平臺(tái)。拋光臂B62的操作順序與拋光臂A58相同，但其相位滯后半個(gè)周期。即，拋光臂B62與上述第二拋光步驟同步開始工作。
上述實(shí)施例的構(gòu)造適用拋光臂為兩個(gè)的情形。這種構(gòu)造中，如果存在兩拋光臂的旋轉(zhuǎn)路徑交叉或彼此接觸的部位，及如果該部位處提供有一對(duì)清洗刷和直接作用裝料/卸料載體的停止位置，則兩拋光臂可以實(shí)現(xiàn)其有關(guān)功能。
盡管上述實(shí)施例采用兩拋光臂，但無需說，為簡化結(jié)構(gòu)可只用一個(gè)拋光臂。相反，為提高設(shè)備的產(chǎn)量，可以用三個(gè)以上拋光臂，或單個(gè)拋光臂上固定多個(gè)晶片拋光固定器，而且，盡管上述實(shí)施例中使用兩個(gè)獨(dú)立的用于墊和磨石的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，但可以只用一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。這種情況下，環(huán)形磨石設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的外圍，拋光墊置于平臺(tái)的中間，還可采用旋轉(zhuǎn)臺(tái)傾斜以減少設(shè)備的垂足(安裝的凸起區(qū))的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于半導(dǎo)體器件，還可以應(yīng)用于液晶顯示器件、微細(xì)加工、磁盤基片、光盤基片、菲涅爾透鏡、及其它具有精細(xì)表面結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.一種至少利用兩拋光工具的分步拋光方法，包括把作為工件帶有形成于其表面上的圖形的襯底推壓到每個(gè)所述拋光工具的表面上，使它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其特征在于，首先使用的拋光工具即第一拋光工具的彈性模量小于隨后使用的拋光工具即第二拋光工具的彈性模量。
2.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于，由樹脂形成的拋光墊用作第一拋光工具。
3.如權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于，包括磨料顆粒和用于粘合及固定所述磨料顆粒的材料的拋光工具作為第二拋光工具。
4.如權(quán)利要求3所述的拋光方法，其特征在于，所述第二拋光工具的彈性模量為5-500kg/mm2。
5.如權(quán)利要求3所述的拋光方法，其特征在于，作為所述第二拋光工具的一種組分的磨料顆粒為二氧化硅、氧化鈰和氧化鋁中任意一種或它們的混合物的顆粒。
6.如權(quán)利要求3所述的拋光方法，其特征在于，作為所述第二拋光工具的一種組分的磨料顆粒的平均粒徑為一微米以下。
7.一種拋光設(shè)備，其包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，帶有分別設(shè)置于其表面上的兩種不同拋光工具；至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)固定裝置，用于固定工件，并旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將工件推壓到每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上；及固定裝置的移動(dòng)裝置，能夠?qū)⑺鲂D(zhuǎn)固定裝置定位于每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之上。
8.如權(quán)利要求7所述的拋光設(shè)備，其特征在于，所述固定裝置的移動(dòng)裝置為一旋轉(zhuǎn)臂形式，所述旋轉(zhuǎn)固定裝置位于旋轉(zhuǎn)臂的端部，用于從所述旋轉(zhuǎn)固定裝置取走工件的變換樣品裝置及清洗裝置設(shè)置于旋轉(zhuǎn)固定裝置的旋轉(zhuǎn)路徑上，該路徑由所述旋轉(zhuǎn)臂型固定裝置的移動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)形成。
9.如權(quán)利要求7所述的拋光設(shè)備，其特征在于，包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)臂型固定裝置的移動(dòng)裝置，設(shè)置成使多個(gè)旋轉(zhuǎn)固定裝置的旋轉(zhuǎn)路徑有一個(gè)交叉點(diǎn)或接觸點(diǎn)，該路徑由所述旋轉(zhuǎn)臂型固定裝置的移動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)形成，用于從相關(guān)的旋轉(zhuǎn)固定裝置取走工件的樣品變換裝置及清洗裝置設(shè)置于所述一個(gè)交叉點(diǎn)或接觸點(diǎn)上。
全文摘要
一種至少利用兩拋光工具的分步拋光方法，包括把作為工件帶有形成于其表面上的圖形的襯底推壓到每個(gè)所述拋光工具的表面上，使它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其特征在于，首先使用的拋光工具即第一拋光工具的彈性模量小于隨后使用的拋光工具即第二拋光工具的彈性模量。利用粘合磨料顆粒的樹脂，可以獲得具有所需彈性模量的磨石。用此磨石，可以使有凹凸部分的襯底表面變平坦均勻，但與這些凹凸部分的尺寸無關(guān)。另外，首先用小彈性模量的拋光工具拋光襯底表面，然后用大彈性模量的拋光工具進(jìn)行拋光，可以獲得損傷減少的拋光表面。本發(fā)明的方法可以有效地平面化具有凹凸部分的各種襯底。
文檔編號(hào)B24D3/00GK1411038SQ0212163
公開日2003年4月16日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者森山茂夫, 山口克彥, 本間喜夫, 松原直, 石田吉弘, 河合亮成 申請人:株式會(huì)社日立制作所