專利名稱：用于將半導(dǎo)體晶片固定在化學(xué)－機械拋光設(shè)備中的固定環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將半導(dǎo)體晶片固定在化學(xué)-機械拋光設(shè)備中的固定環(huán)，如其例如在US專利No.6,251,215中所描述的。
背景技術(shù)：
如今，集成電路典型地制造在半導(dǎo)體基片上、特別是硅晶片上，其中依次將導(dǎo)電的、半導(dǎo)電的和絕緣的層沉積在晶片上。在沉積每一層以后，進行蝕刻，以便實現(xiàn)電路功能。在依次沉積一系列層和蝕刻以后，半導(dǎo)體基片的最外表面，亦即基片的位于外面的表面變成越來越不平的。該不平的表面在集成電路的制造過程中給照相平版印刷步驟帶來問題。因此總是有必要將半導(dǎo)體基片的表面弄平或?qū)⑵湔健?br> 為此所謂的化學(xué)-機械拋光(CMP)構(gòu)成一種公認(rèn)的方法。該用于取得平面性的方法典型地要求將基片、即半導(dǎo)體晶片安裝在一支座或拋光頭上。然后將基片的暴露的表面壓到一旋轉(zhuǎn)的拋光盤上。經(jīng)由支座頭將一受控的力施加到基片上，以便將其壓到拋光盤上。一拋光劑，其包含至少一種化學(xué)反應(yīng)劑和磨料粒子，加到拋光盤的表面上。
在CMP方法中總是反復(fù)出現(xiàn)的問題是所謂邊界效應(yīng)，亦即應(yīng)拋光的基片的邊界以不同于基片的中心的速度進行拋光的傾向。由此典型地造成在邊界上過多的拋光，亦即在這里從邊界上去掉過多的材料，特別是在一直徑為200mm的晶片的最外邊5至10mm中。
過多的拋光降低基片的整體平面度并且使基片的邊界不適用于制造集成電路并從而降低生產(chǎn)量。
為了解決該問題，US專利No.6,251,215建議，將固定環(huán)構(gòu)成兩部分的，其中一部分由一剛性材料、亦即金屬部分制成，而第二部分由一較小剛度的塑料制成，從而其一方面可承受磨損而另一方面接觸半導(dǎo)體晶片時不會對其造成損壞。
根據(jù)在化學(xué)-機械拋光中的邊界條件，US專利No.6,251,215建議，固定環(huán)的塑料部分和金屬環(huán)用環(huán)氧樹脂粘合劑相互連接?；蛘呓ㄗh兩部分以壓合座相互連接。
實際中證明兩種解決方案是不足的。
雖然兩部分借助于環(huán)氧樹脂粘合劑的相互連接可靠地將塑料部分固定在金屬部分上，但在一定的塑料部分磨損以后給固定環(huán)的整修帶來問題。在目前的實踐中必須將整個固定環(huán)送給制造廠，在那里機械地去掉塑料部分并接著通過加熱到約200℃從金屬部分上熱分解粘合劑殘余物。然后金屬部分必須經(jīng)過噴砂，以便去掉粘合劑的最后殘余物，然后才可以重新粘結(jié)新的塑料環(huán)。
由于這樣的耗時和費錢的步驟，這樣的固定環(huán)變成很昂貴的。此外，金屬的固定元件，其生產(chǎn)成本高于塑料元件，只能經(jīng)受小的循環(huán)數(shù)，特別是由于熱分解粘合劑時的熱處理和接著必需的噴砂處理。
在金屬部分和塑料部分經(jīng)由壓合座的連接中磨耗的塑料環(huán)的更換是更容易的，但在這里已證明，壓合座作為塑料部分和金屬部分的連接不適用于可靠地經(jīng)受住拋光過程中產(chǎn)生的力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，建議一種固定環(huán)，其避免上述問題。
按照本發(fā)明該目的這樣達(dá)到，即固定環(huán)構(gòu)成為單體的并且由塑料材料制成，其中，固定環(huán)在一個第一端面上包括一個用以將固定環(huán)支承在拋光設(shè)備的拋光表面上的支承面而在沿軸向方向相反于第一端面的一面上包括多個安裝元件，借助于這些安裝元件可將固定環(huán)安裝在拋光設(shè)備中。
按照本發(fā)明的固定環(huán)的結(jié)構(gòu)可以低費用地制造，從而在過度磨損以后可以丟棄整個固定環(huán)。
為了使固定環(huán)具有足夠的穩(wěn)定性，其確保固定環(huán)在拋光過程中其幾何形狀不被變形并由此導(dǎo)致在半導(dǎo)體晶片上的不均勻的去除量，按照塑料的機械特性選擇塑料。
優(yōu)選固定環(huán)由至少兩個層或部分構(gòu)成多層式結(jié)構(gòu)。
塑料材料可以包括例如熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體和/或塑料混合物。
當(dāng)以增強的、特別是以纖維增強的形式采用塑料材料時，則有很大范圍的塑料材料可供使用。
在這方面值得期望的是，鄰接于其第一端面，亦即用于將固定環(huán)支承在拋光設(shè)備的拋光表面上的支承面的一面的塑料材料沒有增強材料或具有比在其包括安裝元件的一面較少的增強材料含量。
借此在固定在拋光設(shè)備上的區(qū)域內(nèi)得到一具有提高的機械穩(wěn)定性的局部區(qū)域并且其在總體上穩(wěn)定固定環(huán)的幾何形狀。在發(fā)生研磨磨損的一面則具有較低的穩(wěn)定性和特別是較小的硬度，從而在待加工的半導(dǎo)體晶片與塑料之間的接觸對于晶片是更柔和的。
為了降低磨損或優(yōu)化摩擦學(xué)特性，可以在塑料材料中混合有減摩和/或減磨的添加劑，例如PTFE、聚酰亞胺、二硫化鉬、石墨、氮化硼、納米粒子等。
最后還可設(shè)想，將增強塑料限制于固定環(huán)的芯部，特別在以后還要設(shè)置安裝元件的區(qū)域內(nèi)。這給予固定環(huán)必需的剛度和幾何完整性，即使在單面受載時雖然固定環(huán)與晶片接觸也不會導(dǎo)致晶片的損壞，因為晶片只與較軟的塑料進入接觸。
為此的另一解決方案是，固定環(huán)包括一個嵌入塑料材料內(nèi)的金屬環(huán)，該金屬環(huán)同心設(shè)置于固定環(huán)內(nèi)。于是金屬環(huán)為固定環(huán)提供必需的剛度和幾何完整性，同時包圍的塑料保證待加工的半導(dǎo)體晶片不會受到任何機械損壞。
然后優(yōu)選將安裝元件固定在金屬環(huán)上，從而該安裝元件，其當(dāng)然用作固定環(huán)在拋光設(shè)備上的安裝，確保固定環(huán)精確地支承在拋光設(shè)備上并由此再次附加保持固定環(huán)的幾何結(jié)構(gòu)。
由塑料材料包圍的金屬環(huán)可以特別在上面，亦即在固定環(huán)面向拋光設(shè)備的一面保持無覆蓋的，因為在這里不必?fù)?dān)心與晶片材料的接觸。同樣固定環(huán)的該面很少或完全不受化學(xué)-機械拋光過程的化學(xué)劑的作用。
不過優(yōu)選金屬環(huán)由塑料材料完全包圍，因為這樣可以提供更大范圍的金屬材料供制造金屬環(huán)之用，因為金屬材料完全由塑料保護免受通過在化學(xué)-機械拋光中應(yīng)用的試劑的化學(xué)侵蝕。
用于增強固定環(huán)的金屬環(huán)的最簡單的形式是一個薄板金屬環(huán)，其特別可以是多孔的或總體上設(shè)有許多通孔，從而通過穿過通孔的塑料材料實現(xiàn)塑料材料與金屬環(huán)之間的形鎖合。
由于固定環(huán)特別是沿軸向方向的剛度具有很大的重要性，優(yōu)選采用薄板金屬環(huán)，其具有基本上圓柱形的形狀，亦即圓柱壁的形式。
或者，也可以采用金屬環(huán)形盤，其中在這種情況下可能需要較大厚度的薄板材料。


以下借助附圖還要更詳細(xì)地說明本發(fā)明的這些和其他的優(yōu)點。其中圖1A-1D 本發(fā)明的第一種實施形式；以及圖2A-2D 本發(fā)明的固定環(huán)的第二種實施形式。
具體實施例方式
圖1A-1D示出一種本發(fā)明的固定環(huán)10，它由纖維增強的塑料制成并且具有基本上矩形橫截面。
鄰接于外圓周12，固定環(huán)10具有一軸向凸出的環(huán)形凸緣14，其中按規(guī)定的角間距嵌入各個螺紋套16。螺紋套16用于固定環(huán)在化學(xué)-機械拋光設(shè)備上的固定。
固定環(huán)10的與凸緣14相對置的一面構(gòu)成一個支承面18，固定環(huán)10在拋光設(shè)備操作時借助于支承面18支承在拋光設(shè)備的一個拋光表面上。
由于固定環(huán)10由塑料的低費用的制造，其在支承面18磨損以后可以無礙地整個廢棄，并且消除重新采用固定環(huán)10的部分產(chǎn)生的問題。
圖1B示出本發(fā)明的固定環(huán)10沿圖1A中剖面線A-A截取的剖視圖。圖1C示出圖1B的剖視圖的細(xì)部放大圖。最后圖1D中再次示出本發(fā)明的固定環(huán)10的透視圖。
環(huán)形凸緣14在其指向拋光設(shè)備的表面上具有一凹槽20，其中在組裝的狀態(tài)下從拋光設(shè)備方面嵌入一互補的凸出部，以便固定環(huán)10相對于拋光設(shè)備易于角度正確地定位，從而可以自動地達(dá)到各螺紋套16與拋光設(shè)備一側(cè)上的相應(yīng)的各通孔的對準(zhǔn)，通過各通孔伸出螺栓。
另一實施形式以固定環(huán)30的形式示于圖2A至2D中。固定環(huán)30的結(jié)構(gòu)與固定環(huán)10的結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，在這里作為塑料的增強元件在其中嵌入一金屬環(huán)32。該金屬環(huán)同心于固定環(huán)30設(shè)置并且由多孔薄板材料制成。
因此在圍繞金屬環(huán)32注射塑料時其穿過多孔材料的通孔并由此導(dǎo)致金屬環(huán)32在固定環(huán)30內(nèi)的形鎖合錨定。
固定環(huán)30在其指向拋光設(shè)備的一面還具有一沿軸向方向凸出的凸緣34，其鄰接于固定環(huán)30的外圓周表面36設(shè)置。在凸緣34的區(qū)域內(nèi)按規(guī)定的角間距設(shè)置多個螺紋套40，借其可將固定環(huán)30安裝于拋光設(shè)備中。
為了各螺紋套40易于對準(zhǔn)在拋光設(shè)備一側(cè)上的相應(yīng)的螺栓，凸緣34具有一凹槽42，其中從拋光設(shè)備方面嵌入一凸出部并由此確保固定環(huán)30的角度正確的安裝。
由于采用一金屬環(huán)32，其由塑料基本上完全包圍，塑料可以從較大的品種范圍中選擇并且特別關(guān)于相對于拋光設(shè)備的拋光表面的磨損或耐磨性的要求可以加以優(yōu)化。
在這里基本上由金屬環(huán)32(環(huán)形盤)的穩(wěn)定性和幾何完整性確定固定環(huán)30的剛度。
金屬環(huán)32可以同時用于攜帶螺紋套40，從而金屬環(huán)32與螺紋套40一起可以預(yù)制，并嵌入一注塑模具中，然后用塑料圍繞注射。由于這樣的事實，即金屬環(huán)32基本上完全由固定環(huán)30的塑料包圍，制造金屬環(huán)32的金屬材料同樣可從寬的材料范圍中選擇，因為其幾乎不或完全不與化學(xué)劑進入接觸，后者應(yīng)用于半導(dǎo)體晶片的化學(xué)-機械拋光。因此不必考慮腐蝕問題。
權(quán)利要求
1.用于將半導(dǎo)體晶片固定在化學(xué)-機械拋光設(shè)備中的固定環(huán)，其特征在于，該固定環(huán)構(gòu)成為單體的并且由一種塑料材料制成，其中，固定環(huán)在一個第一端面上構(gòu)成一個用以將固定環(huán)支承在拋光設(shè)備的一個拋光表面上的支承面而在沿軸向方向相反于第一端面的一面上包括多個安裝元件，借助于這些安裝元件可將固定環(huán)安裝在拋光設(shè)備中。
2.按照權(quán)利要求1所述的固定環(huán)，其特征在于，固定環(huán)由至少兩個層或部分構(gòu)成多層式結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的固定環(huán)，其特征在于，塑料材料包括熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體和/或塑料混合物。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的固定環(huán)，其特征在于，塑料材料是一種增強的、特別是纖維增強的塑料材料。
5.按照權(quán)利要求4所述的固定環(huán)，其特征在于，鄰接于其第一端面的塑料材料比在其包括安裝元件的一面具有較少的增強材料含量。
6.按照上述權(quán)利要求之一項所述的固定環(huán)，其特征在于，在塑料材料中混合有減摩和/或減磨的添加劑。
7.按照權(quán)利要求1至6之一項所述的固定環(huán)，其特征在于，固定環(huán)包括一個嵌入塑料材料內(nèi)的金屬環(huán)，該金屬環(huán)同心設(shè)置于固定環(huán)內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求7所述的固定環(huán)，其特征在于，安裝元件固定在金屬環(huán)上。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的固定環(huán)，其特征在于，金屬環(huán)由塑料材料完全包圍。
10.按照權(quán)利要求7至9之一項所述的固定環(huán)，其特征在于，金屬環(huán)是一個薄板金屬環(huán)。
11.按照權(quán)利要求10所述的固定環(huán)，其特征在于，薄板金屬環(huán)為一多孔的薄板金屬環(huán)。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的固定環(huán)，其特征在于，薄板金屬環(huán)具有基本上圓柱形的形狀。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的固定環(huán)，其特征在于，薄板金屬環(huán)具有環(huán)形盤的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將半導(dǎo)體晶片固定在化學(xué)－機械拋光設(shè)備中的固定環(huán)(10、30)，其中，不僅避免邊界效應(yīng)，而且還特別避免了對用環(huán)氧樹脂粘合劑與金屬環(huán)連接的塑料件進行的耗時和費錢的更換，本發(fā)明建議，固定環(huán)構(gòu)成為單體的并且由一種塑料材料制成，其中，固定環(huán)在一個第一端面構(gòu)成一個用以將固定環(huán)支承在拋光設(shè)備的拋光表面上的支承面(18)而在沿軸向方向相反于第一端面的一面上包括多個安裝元件，借助于這些安裝元件可將固定環(huán)安裝在拋光設(shè)備中。
文檔編號B24B41/06GK1694782SQ200380100741
公開日2005年11月9日 申請日期2003年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月2日
發(fā)明者維爾弗里德·恩辛格 申請人:恩辛格合成材料技術(shù)Gbr公司