專利名稱：用來研磨晶片材料的化學(xué)－機(jī)械研磨機(jī)，以及裝在該機(jī)器上的研磨劑輸送設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來研磨晶片材料的化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)，其中的晶片材料用來構(gòu)造光學(xué)元件、光電元件或者電子元件中的基片，特別是半導(dǎo)體晶片。本發(fā)明還涉及一種用來輸送研磨劑的設(shè)備，該設(shè)備安裝到該研磨機(jī)上。
此外，在某些方法中例如在已知的Smart Cut(注冊商標(biāo))方法中，從一個晶片轉(zhuǎn)移多層，在每一層的操作之前都需對所述晶片的表面進(jìn)行修磨。該修磨也是由研磨來實現(xiàn)的。
在上述兩種情況下都可通過化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)來進(jìn)行研磨。
參見

圖1，圖1所示為本領(lǐng)域公知的一種研磨機(jī)，其包括研磨轉(zhuǎn)盤1、研磨頭2、一個或多個固定件3，其用來分配糊狀或液態(tài)的研磨劑A。該例中，研磨劑可以是硅膠。
研磨轉(zhuǎn)盤1包括有一個繞垂直軸X-X’旋轉(zhuǎn)的盤10，箭頭R1表示其旋轉(zhuǎn)方向。
盤10被拋光布11覆蓋。
研磨頭2也是旋轉(zhuǎn)的(箭頭R2)，并且其通常與轉(zhuǎn)盤1同向旋轉(zhuǎn)。如箭頭F所示，該研磨頭2通常還存在有擺動或往復(fù)運(yùn)動。這種擺動通常是沿所述轉(zhuǎn)盤1的徑向進(jìn)行，其使所述研磨頭2在一平行于轉(zhuǎn)盤1的平面內(nèi)運(yùn)動。
研磨頭2具有固定裝置(圖中未示出)以便安裝晶片P而進(jìn)行研磨。
通常來說，這些固定裝置包括一個由具有很高粘著系數(shù)的的材料制成的盤形插入物(或膜)，所述插入物被一個固定在研磨頭2上的支撐環(huán)所包繞。該插入物抓住晶片P以便通過其表面中的一個進(jìn)行研磨，該表面被稱為后表面，支撐環(huán)通過其環(huán)邊將晶片抓住。
這些固定裝置能使晶片P與研磨頭2一起旋轉(zhuǎn)。支撐環(huán)能防止晶片P滑移并能防止該晶片被轉(zhuǎn)盤1旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的線性速度而帶動。
此外，研磨頭2能使晶片P的前表面壓靠在轉(zhuǎn)盤1上的拋光布11上。
因此，晶片P的前表面會因研磨頭2和轉(zhuǎn)盤1之間的相對運(yùn)動即通過機(jī)械運(yùn)動而被研磨，晶片P還被研磨劑A構(gòu)成的化學(xué)物質(zhì)研磨，因此用“化學(xué)-機(jī)械”研磨來表示這種機(jī)器的作用。
在研磨轉(zhuǎn)盤1旋轉(zhuǎn)的同時研磨頭2沿F向擺動可確保拋光布11的整個表面磨損均勻。
研磨頭2的這種擺動還會使研磨頭和研磨劑分配器3之間的距離d產(chǎn)生變化，這里分配器3基本位于轉(zhuǎn)盤1半徑一半的固定點上。這是該研磨法中沒有再現(xiàn)性的根源。
此外，當(dāng)距離d變大時，也就是說當(dāng)研磨頭2距離分配點3最遠(yuǎn)時，因為此時分配點3要么位于轉(zhuǎn)盤1的中點，要么位于轉(zhuǎn)盤1的邊緣，研磨劑A會散開從而使研磨劑產(chǎn)生大量地浪費(fèi)。
專利文獻(xiàn)EP1037262揭示了一種用于晶片的化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)，其與上述研磨機(jī)類似。
在該研磨機(jī)中，研磨頭由支撐環(huán)包繞，支撐環(huán)與研磨轉(zhuǎn)盤接觸的表面具有一個倒置的U形環(huán)槽。該槽與研磨轉(zhuǎn)盤的表面一起形成一個容納研磨混合物的“口袋”，該混合物從外部通過一根管子輸送到所述的U形槽中。該研磨混合物在研磨轉(zhuǎn)盤上散開并在轉(zhuǎn)盤和研磨晶片之間滑動。
然而，這種研磨機(jī)也具有許多缺點。
首先，由于支撐環(huán)隨研磨頭一起旋轉(zhuǎn)，因此用來將研磨劑送到支撐環(huán)內(nèi)的管子會繞到所述研磨頭上從而嚴(yán)重妨礙研磨操作。
其次，支撐環(huán)由于要與研磨轉(zhuǎn)盤的拋光布直接接觸，因此其必然是一個磨損件，需要定期更換。然而不利的是，U形槽的形成使得其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，支撐環(huán)的加工成本很高，其更換會大大提高研磨機(jī)的整個運(yùn)行成本。
最后，研磨劑是通過U形槽而輸送到支撐環(huán)的整個外圍上的，沒有辦法使這種輸送限定在確定的局部點上。
專利文獻(xiàn)US6030487還公開了一種用來研磨晶片的化學(xué)—機(jī)械研磨頭，該研磨頭帶有一個附加設(shè)備，該設(shè)備能夠同時輸送研磨混合物和流體，其中的流體用來修復(fù)面向研磨轉(zhuǎn)盤的表面。
這種附加設(shè)備包括四個支腿，每個支腿中都打穿有一個或多個通道以便將上述流體送到一只有四分之一圓弧的裙件，該裙件上同樣打穿有多個輸送孔和通道。
這種附加的研磨劑輸送設(shè)備的缺點是，其要固定到旋轉(zhuǎn)的研磨頭上，因此當(dāng)研磨頭高速旋轉(zhuǎn)時，研磨劑的輸送不正常，有可能噴到晶片的外面。因此有一部分研磨劑并未用于研磨，從經(jīng)濟(jì)的觀點來看這一點非常不好。
最后，專利文件WO-01/91974也公開了一種在晶片研磨機(jī)中輸送研磨混合物的設(shè)備。該設(shè)備包括一個環(huán)形的晶片支件，其具有多個垂直的研磨劑輸送通道，這些通道開口于支件的底面。
該設(shè)備的缺點是通道直接加工在晶片支件中，由于支件是一個磨損件，其必須定期更換以便保持研磨性能，而晶片支件的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)支件要復(fù)雜得多，因此更換起來成本很高。
因此，本發(fā)明提供一種用來研磨晶片材料特別是半導(dǎo)體材料的化學(xué)-機(jī)械式研磨機(jī)，這種材料可用來構(gòu)造光學(xué)元件、光電元件或者電子元件的基片，該研磨機(jī)包括—旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的研磨轉(zhuǎn)盤；—可相對于所述研磨轉(zhuǎn)盤移動的研磨頭，其包括一個非旋轉(zhuǎn)部分和一個旋轉(zhuǎn)部分，所述旋轉(zhuǎn)部分具有固定裝置以便固定所述研磨晶片，所述旋轉(zhuǎn)部分能使所述晶片旋轉(zhuǎn)同時還能使其一個表面與所述研磨轉(zhuǎn)盤保持接觸；以及—用來將研磨劑輸送到所述研磨轉(zhuǎn)盤表面的裝置。
本發(fā)明中，用來輸送研磨劑的裝置包括一個管環(huán)，其與研磨劑相連并具有多個研磨劑輸送孔從而形成“研磨劑輸送”環(huán)，該研磨劑輸送環(huán)具有固定裝置從而能使其固定到研磨頭的所述非旋轉(zhuǎn)部分，同時其在一個平面內(nèi)包繞所述旋轉(zhuǎn)部分，其中該平面基本上與所述研磨轉(zhuǎn)盤的平面平行但隔開，從而使所述輸送孔的開口面朝所述研磨轉(zhuǎn)盤。
本發(fā)明還具有以下優(yōu)點和非限定性特征，這些特征可單獨或組合使用—所述研磨頭能在一平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，其中該平面與所述研磨轉(zhuǎn)盤的平面平行；—所有的研磨劑輸送孔都與研磨晶片的邊緣間隔以相同的距離；—可用塞子將研磨劑輸送孔塞住。
本發(fā)明還提供一種設(shè)備，其用來將研磨劑輸送到一個用來研磨晶片P的化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)的研磨轉(zhuǎn)盤1的表面。
該設(shè)備的重點特征在于其包括一個管環(huán)，其形成“研磨劑輸送”環(huán)，所述輸送環(huán)帶有研磨劑供給裝置，并且其底面分布有多個研磨劑輸送孔，該輸送環(huán)還帶有固定裝置從而能將其固定到所述化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)的研磨頭的非旋轉(zhuǎn)部分。
研磨頭的總體參數(shù)為4。
研磨頭4包括一個大體為盤形的剛性部分40，該部分由電機(jī)(圖中未示出)經(jīng)一驅(qū)動軸41驅(qū)動繞垂直軸Y-Y’旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)部分40帶有固定裝置以便固定研磨晶片P并能使之旋轉(zhuǎn)。舉例來說，這些固定裝置可以采用上述現(xiàn)有技術(shù)中已知研磨頭所使用的支撐環(huán)和插入件。也可使用本領(lǐng)域其它公知的固定裝置。
研磨頭4還包括一種裝置(圖中未示出)，該裝置能使研磨晶片P的表面或輕或重地壓在到研磨轉(zhuǎn)盤1上，或精確地說，壓在研磨轉(zhuǎn)盤1上的拋光布11上。通常情況下，該壓力可通過一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用在研磨頭上，或者通過一種膜裝置如氣閥作用在晶片上。
軸41安裝在襯筒42的內(nèi)側(cè)，襯筒42則與支撐并驅(qū)動研磨頭4的支撐驅(qū)動件(圖中未示出)相連。
襯筒42不能旋轉(zhuǎn)，其僅能沿箭頭F所示的方向擺動或往復(fù)運(yùn)動。這種運(yùn)動最好是沿研磨轉(zhuǎn)盤1的徑向進(jìn)行。軸41和襯筒42最好是同軸。
這類研磨頭是本領(lǐng)域人員公知的，這里不再詳述。
在本發(fā)明中，研磨頭4還帶有研磨劑輸送裝置5。
裝置5包括管體50，其彎曲形成環(huán)，因此其平面形狀為環(huán)形，下面稱之為“研磨劑輸送環(huán)”。
參見圖3，該環(huán)50具有旋轉(zhuǎn)軸Y-Y’，當(dāng)該環(huán)固定到非旋轉(zhuǎn)襯筒42上時，該旋轉(zhuǎn)軸與研磨頭4的軸Y-Y’重合。
環(huán)50在包含有軸Y-Y’的垂直剖面內(nèi)的剖面結(jié)構(gòu)優(yōu)選為矩形。
由此，該環(huán)50就具有同為平面的頂面501和底面502以及同為筒面的內(nèi)表面503和外表面504。
輸送環(huán)50最好由氟聚型熱塑樹脂(如全氟烷氧樹脂PFA)制成。
從圖2可以看出，環(huán)50經(jīng)例如管子的研磨劑供給裝置51與研磨劑源(圖中未示出)相連。管子51固定到環(huán)50的頂面501上，其通過于所述頂面501的孔(圖中未示出)向外。
研磨劑可在一定的壓力下輸送，也可僅在重力作用下流動，這取決于研磨劑的粘度。
此外，輸送環(huán)50具有一個固定支架52，該支架例如以焊接的形式連接到輸送環(huán)的外表面504。固定支架52固定在一個項圈420上，該項圈420可通過任何合適的固定裝置如螺釘安裝在研磨頭4上襯筒42的底座上。圖2中只顯示有固定軸520。
此外如圖3和4所示，輸送環(huán)50的底面502具有一串均布的孔53，被稱為“研磨劑輸送孔”。
舉例來說，可以有12個孔53，以30度的間隔分布。
所有這些孔53都優(yōu)選與軸Y-Y’的距離相等，這樣這些孔與研磨頭4以及固定在其上的研磨晶片P的環(huán)邊之間都具有相同的距離。當(dāng)環(huán)50裝在研磨頭4的襯筒42上時，這些孔均朝著研磨轉(zhuǎn)盤1上的拋光布11開口。
這些輸送孔53可由塞子54塞住。例如，可將這種塞子54擰入孔53中，此時這些塞子具有適當(dāng)?shù)腻F度。
這樣就可對輸送孔53的開口數(shù)量及其布置進(jìn)行選擇，從而輸送不同流量的研磨劑，該流量例如與研磨晶片P的材料有關(guān)。
輸送環(huán)50與襯筒42的固定方式應(yīng)使其底面502所處的平面平行或者基本平行于研磨轉(zhuǎn)盤1的平面，并在研磨轉(zhuǎn)盤1所處平面的上面。換句話說，如圖2所示，輸送環(huán)50的底面502與研磨轉(zhuǎn)盤1上的拋光布11之間有一距離D，該距離D應(yīng)在例如5厘米到10厘米之間。因此，輸送環(huán)50并不與拋光布11接觸，其不會被磨損。
下面參見圖2到4來描述本發(fā)明化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)的工作過程。
研磨晶片P固定在研磨頭4的旋轉(zhuǎn)部分40上。該部分40隨研磨轉(zhuǎn)盤1的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。同時，液態(tài)研磨劑經(jīng)管子51輸送到環(huán)50的內(nèi)側(cè)，并在其中均勻散開，然后從這里經(jīng)輸送孔53流到拋光布11上。
本發(fā)明的設(shè)備能夠提高從晶片P上將材料去除的穩(wěn)定性。因此該研磨方法更為均勻，重復(fù)性好，研磨劑消耗量少。
研磨劑分配均勻能夠有效地減少研磨頭4和拋光布11之間的摩擦，從而減少拋光布的磨損。
本發(fā)明的研磨劑輸送環(huán)50結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低?？捎羞x擇地裝拆使用已有的研磨頭而不必對其進(jìn)行改動。
權(quán)利要求
1.一種用來研磨晶片(P)材料特別是半導(dǎo)體材料的化學(xué)-機(jī)械式研磨機(jī)，這種材料可用來構(gòu)造光學(xué)元件、光電元件或者電子元件的基片，該研磨機(jī)包括—旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的研磨轉(zhuǎn)盤(1)；—可相對于所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)移動的研磨頭(4)，其包括一個非旋轉(zhuǎn)部分(42)和一個旋轉(zhuǎn)部分(40，41)，所述旋轉(zhuǎn)部分具有固定裝置以便連接到所述待研磨的晶片(P)上，所述旋轉(zhuǎn)部分(40，41)能使所述晶片(P)旋轉(zhuǎn)的同時還能使其一個表面與所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)保持接觸；以及—用來將研磨劑(A)輸送到所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)表面的裝置(5)，該研磨機(jī)的特征在于，用來輸送研磨劑(A)的裝置(5)包括一個管環(huán)，其與研磨劑(A)相連并具有多個研磨劑輸送孔(53)從而形成研磨劑輸送環(huán)(50)，該研磨劑輸送環(huán)(50)具有固定裝置(420，520，52)從而能使其固定到研磨頭(4)的所述非旋轉(zhuǎn)部分(42)，同時其以一個平面包繞所述旋轉(zhuǎn)部分(40，41)，其中該平面基本上與所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)的平面平行并分開，所述輸送孔(53)的開口面朝所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)-機(jī)械式研磨機(jī)，其特征在于所述研磨頭(4)能在一平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，其中該平面與所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)的平面平行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)-機(jī)械式研磨機(jī)，其特征在于所有的研磨劑輸送孔(53)都與待研磨的晶片(P)的邊緣分開相同的距離。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的化學(xué)-機(jī)械式研磨機(jī)，其特征在于可用塞子(54)將研磨劑輸送孔(53)塞住。
5.一種設(shè)備，其用來將研磨劑(A)輸送到一個用來研磨晶片(P)的化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)的研磨轉(zhuǎn)盤(1)的表面，該設(shè)備特征在于其包括一個管環(huán)，該管環(huán)形成研磨劑輸送環(huán)(50)，所述輸送環(huán)(50)帶有從供應(yīng)端供給研磨劑(A)的供給裝置(51)，并且其底面(502)分布有多個研磨劑輸送孔(53)，該輸送環(huán)還帶有固定裝置(520，52)從而能將其固定到所述化學(xué)-機(jī)械研磨機(jī)的研磨頭(4)的非旋轉(zhuǎn)部分(42)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用來研磨晶片(P)材料的化學(xué)－機(jī)械式研磨機(jī)，該研磨機(jī)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的研磨轉(zhuǎn)盤(1)；研磨頭(4)，其包括一個非旋轉(zhuǎn)部分(42)和一個旋轉(zhuǎn)部分(40，41)，以及用來將研磨劑(A)輸送到所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)表面的裝置(5)。該研磨面的特征在于，用來輸送研磨劑(A)的裝置(5)包括一個中空的研磨劑輸送環(huán)(50)，該研磨劑輸送環(huán)(50)帶有研磨劑供給裝置(51)以及分布于其底面(502)上的多個研磨劑輸送孔；以及固定裝置(420，520，52)，其能使輸送環(huán)固定到研磨頭(4)的所述非旋轉(zhuǎn)部分(42)。并且所述環(huán)以一個平面包繞所述旋轉(zhuǎn)部分(40，41)，其中該平面基本上與所述研磨轉(zhuǎn)盤(1)的平面平行并分開。本發(fā)明可應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的研磨晶片(P)上。
文檔編號B24B37/00GK1462064SQ03109480
公開日2003年12月17日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月11日
發(fā)明者F·梅特拉爾 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司