專利名稱：拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)中使用的拋光裝置。
通過(guò)拋光平面化襯底表面的技術(shù)已在包括半導(dǎo)體襯底制造工藝的許多領(lǐng)域中使用。近些年來(lái)，通過(guò)拋光平面化制造期間形成的如層間絕緣膜的表面不平整處等表面不平整處的CMP已用在半導(dǎo)體襯底上制備器件的工藝中。
在CMP中，與拋光半導(dǎo)體襯底表面使用的由無(wú)紡織物組成的較軟拋光布不同，使用如泡沫聚氨酯等材料制成的硬拋光布平面化絕緣膜。要在襯底表面內(nèi)得到均勻的拋光，通常在硬墊下形成彈性的緩沖層。
圖4A和4B示出了常規(guī)拋光裝置的結(jié)構(gòu)。
如圖4A所示，常規(guī)的拋光裝置由固定拋光靶的襯底固定器409、粘附有拋光墊402的拋光臺(tái)410、磨料供應(yīng)構(gòu)件411和金剛石片412安裝其上的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)413組成。使襯底固定器409和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)413旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)以及按壓它們的機(jī)構(gòu)，和提供到拋光臺(tái)410的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沒(méi)有示出。
如圖4B所示，固定環(huán)401設(shè)置在與襯底405相對(duì)的襯底固定器409的表面上，對(duì)應(yīng)于襯底405的周邊。固定環(huán)401固定襯底405并防止襯底405橫向移動(dòng)。對(duì)于固定環(huán)401的材料，可以使用如聚乙烯對(duì)苯二酸鹽等的硬塑料。氣墊407向固定環(huán)401施加向下的負(fù)荷。稱作嵌入墊的彈性層403形成在固定環(huán)401內(nèi)襯底固定器409的表面上。
通過(guò)使用具有以上結(jié)構(gòu)的拋光結(jié)構(gòu)，可以平面化LSI的多級(jí)互連結(jié)構(gòu)中層間絕緣層的表面。
在拋光期間，固定環(huán)401不僅可以防止襯底405的橫向移動(dòng)，而且可以防止襯底405外周邊部分的反常拋光。具體地，在拋光期間，襯底405通過(guò)由上硬層和下軟層組成的拋光墊402緊緊地壓向拋光臺(tái)410。襯底405的外周邊部分處的接觸壓力最大。
此時(shí)，如圖5A所示，由于襯底405的壓力，在襯底405的外周邊部分處拋光墊402的變形為幾mm，作用在襯底405的外周邊部分處的壓力減小。由此，襯底405的外周邊部分上的拋光量降低。特別是，根據(jù)嵌入墊403的彈性模量和其它拋光條件，拋光墊402的變形區(qū)501有時(shí)從襯底405的外周邊部分延伸幾cm。
在常規(guī)的拋光裝置中，反常拋光用下面的方式抑制。首先，使將與拋光墊402接觸的固定環(huán)401和襯底405的表面齊平。固定環(huán)401與拋光墊402接觸的固定環(huán)401的寬度設(shè)置為等于或小于以上介紹的拋光墊402的變形區(qū)。這樣抑制了在襯底405的外周邊部分上延伸的變形區(qū)502，如圖5B所示。
負(fù)荷通過(guò)氣墊407施加到固定環(huán)401獨(dú)立地將負(fù)荷施加到襯底405上。這使得將固定環(huán)401壓向拋光墊402的壓力獨(dú)立并保持不變。例如，用大約500g/cm2(≈7psi)的負(fù)荷使固定環(huán)401與拋光墊402接觸。
由于此原因，在拋光期間，固定環(huán)401也被拋光墊402拋光，研磨產(chǎn)生的固定環(huán)401的材料在拋光墊402上作為雜質(zhì)擴(kuò)散開。此時(shí)，如果使用如不銹鋼等的合金材料形成固定環(huán)401，那么研磨產(chǎn)生的金屬部件在拋光墊402上擴(kuò)散布面地影響了在襯底405上形成的器件特性。此外，合金材料的切割碎片損傷了拋光墊402的拋光表面。要解決這些問(wèn)題，使用塑料作為常規(guī)固定環(huán)401的材料。
隨著處理量的增加，塑料固定環(huán)401變形不能保持特定的性能。
此時(shí)，即使使用硬塑料來(lái)抑制變形，它的機(jī)械強(qiáng)度也很有限，也比如不銹鋼等的金屬合金材料的機(jī)械強(qiáng)度差。當(dāng)拋光處理的數(shù)量增加時(shí)，即使使用硬塑料的常規(guī)固定環(huán)也變形，固定環(huán)按壓拋光墊的能力降低。因此，在常規(guī)的拋光裝置中，當(dāng)拋光處理的數(shù)量增加時(shí)，在作為拋光靶的襯底的外周邊部分上發(fā)生拋光量的異常。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種拋光裝置，即使拋光處理量增加，也可以抑制在作為拋光靶的襯底的外周邊部分上發(fā)生的拋光量異常。
為了達(dá)到以上目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種拋光裝置，包括粘附到拋光臺(tái)的拋光墊，固定襯底作為拋光靶時(shí)，將襯底的拋光靶表面推向拋光墊的襯底固定器，形成在襯底固定器的固定表面上對(duì)應(yīng)于襯底周邊的固定環(huán)，固定環(huán)具有形成在它的表面上與拋光墊接觸的樹脂部分，以及固定樹脂部分并且由比樹脂部分有更高機(jī)械強(qiáng)度的材料制成環(huán)行樹脂固定部分。


圖1A為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例拋光裝置的前視圖，圖1B為圖1A所示襯底固定器主要部分的剖視圖；圖2為顯示了拋光特性的曲線圖；圖3A和3B分別示出了圖1B所示固定環(huán)的變形；
圖4A為常規(guī)拋光裝置的前視圖，圖4B為圖4A所示襯底固定器主要部分的剖視圖；圖5A和5B分別示出了拋光墊的形變。
下面參考附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
圖1示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拋光裝置。如圖1A所示，根據(jù)本實(shí)施例的拋光裝置包括固定作為拋光靶的襯底的襯底固定器109，粘附拋光墊102的拋光臺(tái)110，磨料供應(yīng)構(gòu)件111，以及安裝有金剛石片112的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
拋光墊102具有由上硬層和下軟層構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。使襯底固定器109和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)113旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)和按壓它們的機(jī)構(gòu)，以及提供到拋光臺(tái)110的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都沒(méi)有示出。
如圖1B所示，固定環(huán)101設(shè)置在與襯底105相對(duì)的襯底固定器109的表面上(固定表面)，與襯底105的周邊相對(duì)。固定環(huán)101固定襯底105并防止襯底105橫向移動(dòng)。氣墊107使固定環(huán)101向拋光臺(tái)110偏移。稱作嵌入墊的彈性層103形成在固定環(huán)101內(nèi)襯底固定器109的表面上。
要進(jìn)行拋光，襯底105的拋光靶表面通過(guò)嵌入墊103壓向拋光墊102。例如，部分LSI的多級(jí)互聯(lián)結(jié)構(gòu)形成在襯底105的拋光靶表面上，層間絕緣膜形成在多級(jí)互連結(jié)構(gòu)的最上層上。由下面的布線層或類似物形成的不平整處出現(xiàn)在中間絕緣膜的表面上。本實(shí)施例的拋光裝置根據(jù)CMP通過(guò)切割和拋光平面化所述不平整處。
如圖1B所示，固定環(huán)101由如聚乙烯對(duì)苯二酸鹽等的硬塑料制成的下樹脂部分101a，以及由如SUS316(不銹鋼)等制成的上金屬部分101b組成。相當(dāng)于樹脂固定部分的金屬部分101b和樹脂部分101a用粘合劑互相牢固的粘接在一起。使將與拋光墊102接觸的固定環(huán)101的樹脂部分101a的表面與襯底105的拋光靶表面平齊。
使用氣墊107使固定環(huán)101偏移獨(dú)立地控制施加到襯底105的負(fù)荷。這使得將固定環(huán)101壓向拋光墊102的壓力獨(dú)立并且保持不變。例如，用約500g/cm2(≈7psi)的偏移力(偏壓)使固定環(huán)101與拋光墊102接觸。
根據(jù)本實(shí)施例，固定環(huán)101具有由樹脂部分101a和金屬部分101b構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。因此，與固定環(huán)由硬塑料形成的常規(guī)情況相比，固定環(huán)101的機(jī)械強(qiáng)度顯著增加。
對(duì)于固定環(huán)101，只有它的樹脂部分101a與拋光墊102接觸，它的金屬部分101b沒(méi)有接觸。因此，沒(méi)有金屬部件在拋光墊102上散布負(fù)面地影響形成在襯底105上器件的特性。此外，拋光臺(tái)的拋光表面沒(méi)有被金屬材料的切割碎片損傷。
下面介紹拋光裝置的一個(gè)實(shí)例。
在使用固定環(huán)101的拋光裝置中，使用直徑為8英寸表面形成有氧化膜的硅襯底作為樣品。通過(guò)CMP除去氧化膜。通過(guò)拋光除去的氧化膜厚度設(shè)置為約650nm。在這些條件下，拋光25個(gè)襯底。當(dāng)拋光第26個(gè)襯底時(shí)，在距硅襯底外周邊部分約3mm的區(qū)域處形成拋光膜厚度少約20nm到30nm的區(qū)域，如圖2的曲線(a)所示。
與此相對(duì)比，使用僅由硬塑料形成的常規(guī)固定環(huán)401(圖4B)進(jìn)行相同的工藝。結(jié)果，在距硅襯底外周邊約5mm以上的區(qū)域處形成拋光膜厚度很小的區(qū)域，如圖2的曲線(b)所示。
以此方式，當(dāng)使用本實(shí)施例的固定環(huán)101時(shí)，即使拋光處理量增加，也可以抑制在作為拋光靶的襯底的外周邊部分上發(fā)生的反常拋光。
在該實(shí)施例中，固定環(huán)101的樹脂部分101a和金屬部分101b具有基本相同的形狀。然而，本發(fā)明并不局限于此。例如，如圖3A所示，可以形成臺(tái)階形樹脂部分301a，樹脂部分301a和金屬部分301b的形狀可以相互不同。當(dāng)以此方式形成固定環(huán)301時(shí)，可以自由地設(shè)計(jì)它的機(jī)械強(qiáng)度和與拋光臺(tái)101的拋光墊102的接觸區(qū)域。
如圖3B所示，可以形成固定環(huán)311，使它的樹脂部分311a覆蓋它的環(huán)形金屬部分311b。當(dāng)以此方式形成固定環(huán)311時(shí)，樹脂部分311a和金屬部分311b不必通過(guò)粘合劑或類似物相互緊密接觸。因此，即使當(dāng)由于材料的組合樹脂部分311a沒(méi)有粘附到金屬部分311b時(shí)，也可以制造固定環(huán)311。
在以上實(shí)施例中，使用不銹鋼形成金屬部分，使用聚乙烯對(duì)苯二酸鹽形成樹脂部分。然而，本發(fā)明并不局限于此，也可以使用以下的工程塑料來(lái)代替。更具體的，例如聚碳酸酯、聚酰胺、聚丁稀對(duì)苯二酸鹽、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮(polyether ether ketone)、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、三氟氯乙烯次乙基聚合物以及類似物。
金屬部分的材料不限于不銹鋼，也可以使用具有抗腐蝕和高機(jī)械強(qiáng)度的金屬或它的合金。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于使用樹脂僅形成了與拋光墊接觸的固定環(huán)表面，所以可以得到比整個(gè)固定環(huán)僅由樹脂制成時(shí)更高的機(jī)械強(qiáng)度。因此，即使當(dāng)拋光處理量增加時(shí)，固定環(huán)也不會(huì)顯著變形，可以抑制在作為拋光靶的襯底的外周邊部分上發(fā)生的拋光量異常。
權(quán)利要求
1．一種拋光裝置，特征在于包括粘附到拋光臺(tái)(110)上的拋光墊(102)；襯底固定器(109)，固定作為拋光靶的襯底(105)時(shí)，將襯底的拋光靶表面推向所述拋光墊；以及固定環(huán)(101、301、311)，形成在所述襯底固定器的固定表面上對(duì)應(yīng)于襯底周邊，所述固定環(huán)具有形成在它的表面上與所述拋光墊接觸的樹脂部分(101a、301a、301b)，以及固定所述樹脂部分并由比所述樹脂部分有更高機(jī)械強(qiáng)度的材料制成的環(huán)形樹脂固定部分(101b、301a、301b)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述固定環(huán)具有通過(guò)將所述樹脂部分環(huán)形地疊置在與所述拋光墊相對(duì)的所述樹脂固定部分的表面上形成的兩層結(jié)構(gòu)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述固定環(huán)具有所述樹脂固定部分的整個(gè)表面由所述樹脂部分覆蓋的模制結(jié)構(gòu)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述樹脂固定部分由金屬和合金中的一種作為材料制成。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述樹脂固定部分的所述材料為不銹鋼。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述樹脂部分由硬塑料作為材料制成。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中所述樹脂部分的所述材料為選自聚碳酸酯、聚酰胺、聚丁稀對(duì)苯二酸鹽、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、三氟氯乙烯次乙基聚合物組成的組中的一個(gè)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括提供到所述固定環(huán)內(nèi)所述襯底固定器的固定表面的彈性部件(103)，以及提供到所述襯底固定器使所述固定環(huán)偏移頂向所述拋光墊的偏移構(gòu)件(107)。
全文摘要
一種拋光裝置包括拋光墊、襯底固定器和固定環(huán)。拋光墊粘附到拋光臺(tái)。當(dāng)襯底固定器固定作為拋光靶的襯底時(shí),襯底固定器將襯底的拋光靶表面推向拋光墊。固定環(huán)形成在襯底固定器的固定表面上,對(duì)應(yīng)于襯底的周邊。固定環(huán)具有形成在它的表面上與拋光墊接觸的樹脂部分,以及固定樹脂部分并由比所述樹脂部分有更高機(jī)械強(qiáng)度的材料制成環(huán)行樹脂固定部分。
文檔編號(hào)B24B37/30GK1236184SQ99106240
公開日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1999年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月10日
發(fā)明者曾田陽(yáng)子, 宇都滿義 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社