抛光设备和抛光方法技术

一种抛光设备，包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分，用于在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力，同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动，以抛光所述被抛光物体，所述抛光设备特征在于，它包括：　　　　具有支撑表面的支撑部件，当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛光部件延伸超出所述被抛光物体时所述支撑部件起作用，用于支撑所述抛光部件超出部分的至少一部分；　　　　用于调节所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的压力调节机构；以及　　　　控制单元，所述控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息控制所述压力调节机构，以使所述支撑压力达到期望压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于抛光光学部件、机械部件、陶瓷、金属等的拋光设备 和抛光方法，尤其涉及适于将诸如形成有半导体器件的晶片的被抛光物 体抛光成平整且镜面状态的。
技术介绍
近年来，半导体器件日益更加集成，电路连线更细、且集成半导体器 件的尺寸越来越小。这导致需要一种去除晶片表面上形成的涂层而使该 表面平面化的工艺，且作为这种平面化方法的一种方案，晶片通过化学机械抛光(CMP)设备抛光。化学机械抛光设备包括诸如抛光布、垫等的 抛光部件；诸如顶圈、卡盘等用于夹持被抛光物体的夹持部件，化学机 械抛光设备将诸如晶片的被抛光物体的被抛光表面压在抛光部件上，使 它们相对运动，同时供应诸如研磨液、化学液、浆液、纯水等的抛光辅 助剂，从而将被抛光物体的所述表面抛光成平整且镜面的状态。在这种类型的化学机械抛光设备中，抛光部件主要具有圆盘或环形形 状，且根据抛光部件与被抛光物体之间的大小关系，抛光设备可以分成 大直径抛光部件转动型、小直径抛光部件转动扫描型等。归为大直径抛 光部件转动型的抛光设备转动由顶圈夹持的被抛光物体，且被抛光表面 朝下，即，以面向下的布置方式，并将被抛光物体压在设有比被抛光物 体大的抛光部件的转台上，从而抛光被抛光物体。抛光部件通常由转台 转动。另一方面，归为小直径抛光部件转动扫描型的抛光设备转动由卡 盘夹持的被抛光物体，其中被抛光平面朝上，艮P，以面向上的布置方式, 且将比被抛光物体更小的抛光部件压在被抛光表面上，同时转动和扫描 抛光部件，从而拋光被抛光物体。在任一种前述抛光设备中，抛光部件的一部分暂时或总是伸展超出被 抛光物体。这种伸展的抛光部件导致在被抛光物体的边缘周围施加过度 的抛光压力，造成被抛光物体的边缘周围平整度下降。因此，在形成有 半导体器件的晶片中半导体器件的产出率恶化。这是因为朝向晶片的外 围有更多的半导体器件。所以，强加于抛光设备上的一个挑战是使高平 整度的区域尽可能靠近地向边缘延伸，从而使抛光设备可以充分地支撑由半导体器件制造商等限定的边缘排除(edge exclusion)。已知上述过度的抛光压力的产生是因为伸展超出被抛光物体且保持 开放的抛光部件的一部分由于抛光部件与被抛光物体的相对运动被施加 在被抛光物体上的压力突然加压，即当抛光部件和被抛光物体在它们互 相保持接触时运动而产生的加压压力。这种现象称作回弹(reboimd)。 回弹也出现在当压在被抛光物体上的抛光部件伸展超出被抛光物体、且 从加压压力释放时。除了回弹之外，小直径抛光部件转动扫描型通常配置成允许抛光部件 与夹持抛光部件的机构一起摆动，从而使伸展超出被抛光物体的抛光部 件导致抛光部件在整个表面上倾斜，致使压力在被抛光物体边缘上进一步增加。为了防止这种过度的抛光压力施加在被抛光物体边缘周围，大直径抛 光部件转动型抛光设备通常具有保持环，环绕在诸如用于夹持被抛光物 体的顶圈的夹持部件处的被抛光物体，从而使在被抛光物体周围的抛光 部件受到保持环加压，而防止回弹。这是通过将抛光部件压在保持环上 的压力来控制回弹的影响。所以，大直径抛光部件转动型抛光设备通常 在试验基础上对假晶片预先抛光以从结果中发现保持环的压力条件之后 工作，其中在该压力条件下回弹产生较小的影响，且高平整度的区域可 以尽可能靠近地向边缘延伸，且该压力设为保持环压力。而且，进一步减轻回弹影响的方法利用夹持部件的型面控制型顶圈来 控制晶片边缘区域的接触压力。这种型面控制型顶圈这样构造，即对晶 片加压的压力(加压压力)可以在被抛光物体上同心分区的每个区域(加 压部分)设定。所以，可以控制加压部分(与边缘区域相关的)的加压 压力，该压力用于晶片的边缘区域，而与其它区域无关。当边缘区域的 加压压力低于其它区域的加压压力时，可以限制由于回弹造成的过度压 力。所以，在设有型面控制型顶圈的大直径抛光部件转动型抛光设备中， 在试验基础上对假晶片预先抛光，这么做是为了发现保持环的压力条件， 以从结果中发现边缘区域的加压压力条件，在该压力条件下回弹产生较 小的影响，且高平整度的区域可以尽可能靠近地向边缘延伸，且该加压 压力设为该设备运行前的边缘区域压力。应当指出的是由于保持环压力 和边缘区域压力影响晶片边缘的平整度，所以必须发现针对这两个压力的压力条件，而不是发现互相独立的各自的压力条件，以便发现更优选 的压力条件。另一方面，对于小直径抛光部件转动扫描型抛光设备来说，公开的日本专利申请No. 2001-244222 (专利文献1)、公开的日本专利申请 No. 2002-75935 (专利文献2)、公开的日本专利申请No. 2002-134448 (专 利文献3)、公开的日本专利申请No. 2003-229388 (专利文献4)公开了 设备，每种设备包括用于支撑伸展超出被抛光物体的抛光部件的支撑器， 以防止抛光部件的回弹和倾斜，所以可以减小边缘排除。在专利文献1 -4中公开的支撑器实现对应于大直径抛光部件转动型抛光设备中的保 持环的作用。在小直径抛光部件转动扫描型拋光设备中，拋光部件的回 弹和倾斜可以通过支撑器的支持表面的高度来控制，例如，离卡盘的顶 面的相对高度。所以，这种抛光设备在试验基础上对假晶片预先抛光以 从结果中发现支撑表面的高度条件之后工作，在该高度条件下抛光部件 的回弹和倾斜产生较小的影响，且高平整度的区域更靠近晶片的边缘延 伸，且该高度设为支撑表面的高度。因此，在小直径抛光部件转动扫描型抛光设备中，当被抛光物体具有 变化的厚度时，支撑表面的高度必须根据被抛光物体的厚度进行调节， 以便使高平整度的区域尽可能靠近地向边缘延伸，如专利文献4所述。 然而，在大直径抛光部件转动型抛光设备中，当使用保持环时，抛光物 体厚度的变化几乎不产生问题，因为保持环压力可以控制。裸晶片的边缘区域包括与晶片的中心相比平整度弱且背离理想形状 的部分。在晶片边缘区域的这种形状称作晶片边缘滚降(在下文中简称滚降(roll off ))。不仅裸晶片而且由CMP设备抛光的氧化膜晶片， 例如当形成STI (浅槽隔离)来分离器件时，在基于CMP的抛光之前呈现 出源自裸晶片滚降的滚降。滚降的形状在一个晶片和另一个晶片之间变 化。即使相同的厚度，滚降也不同。而且，即使在单个晶片中，在圆周 方向上通常也有变化。在用于新近的半导体集成电路的双面抛光300mm晶片中，在从晶片边 缘向内lmm的位置处，由于滚降造成的与平整表面的偏差不超过至多约 lnm。然而，由本专利技术人和他人出版的AkiraHukuda， Hirokuni Hiyama， Manabu Tsujimura， Tetsuo Hukuda在2004年日本精密工程学会的秋季 学术会议论文集第497—498页的晶片边缘滚降对CMP抛光型面的影响 (非专利文献l)宣称滚降影响抛光型面从晶片边缘向内高达约5ram。这 里，当前的边缘排除一般是3nim,且在近期必然为2mm,所以应当理解滚 降的影响延入边缘排除。如上所述，现有技术的抛光方法包括预先抛光假晶片，以便例如发现 在大直径抛光部件转动型抛光设备中由保持环施加给抛光垫的压力，或 例如发现在小直径抛光部件转动扫描型抛光设备中支撑部件的支撑表面 的高度，设定该压力或该高度为保持环的压力或支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种抛光设备，包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分，用于在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力，同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动，以抛光所述被抛光物体，所述抛光设备特征在于，它包括具有支撑表面的支撑部件，当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛光部件延伸超出所述被抛光物体时所述支撑部件起作用，用于支撑所述抛光部件超出部分的至少一部分；用于调节所述支撑部件的支撑表面上的支撑压力的压力调节机构；以及控制单元，所述控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信息控制所述压力调节机构，以使所述支撑压力达到期望压力。2. 如权利要求1所述的抛光设备，其特征在于，还包括用于测量基 于滚降量的信息的测量单元。3. 如权利要求1或2所述的抛光设备，其特征在于，所述支撑表面整体具有相同的水平。4. 如权利要求1至3任一所述的抛光设备，其特征在于所述支撑部件包括沿所述被抛光物体的外围布置的多个支撑元件，其 中每个所述支撑元件可以在第一位置与第二位置之间移动，所述第一位 置在与被抛光物体的将被抛光表面平行的平面上、且沿着被抛光物体的 外围，所述第二位置比所述第一位置与被抛光物体的中心更远地径向间隔。5. 如权利要求4所述的抛光设备，其特征在于，所述第一位置是在 被抛光物体的外围边缘与所述支撑元件的支撑表面之间大体上没有间隙 的位置。6. 如权利要求1至5任一所述的抛光设备，其特征在于，包括多个 所述抛光部分，其中所述控制单元独立地操作设置在每个所述抛光部分 中的所述压力调节机构，使得每个所述抛光部分中的支撑压力被独立地 达到期望压力。7. —种抛光设备，包括具有抛光部件和夹持部件的抛光部分，用于 在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力，同 时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动，以抛光所述被抛光物体， 所述抛光设备特征在于，它包括具有支撑表面的支撑部件，当在所述被抛光物体的抛光过程中所述抛 光部件延伸超出所述被^^光物体时所述支撑部件起作用，用于支撑所述 抛光部件超出部分的至少一部分；用于调节所述支撑部件的支撑表面的高度的高度调节机构； 控制单元，所述控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的信 息控制所述高度调节机构，以使所述支撑表面的高度达到期望高度。8. 如权利要求7所述的抛光设备，其特征在于，包括用于获得基于 滚降量的信息的测量单元。9. 如权利要求7或8所述的抛光设备，其特征在于，所^l支撑表面 整体具有相同的水平。10. 如权利要求7至9任一所述的抛光设备，其特征在于，所述支撑 部件包括沿所述被抛光物体的外围布置的多个支撑元件，其中每个所述 支撑元件可以在第一位置与第二位置之间移动，所述第一位置在与被抛 光物体的将被抛光表面平行的平面上、且沿着被抛光物体的外围，所述 第二位置比所述第一位置与被拋光物体的中心更远地径向间隔。11. 如权利要求10所述的抛光设备，其特征在于，所述第一位置是 在被抛光物体的外围边缘与所述支撑元件的支撑表面之间大体上没有间 隙的位置。12. 如权利要求7至11任一所述的抛光设备，其特征在于，包括多 个所述抛光部分，其中所述控制单元独立地操作设置在每一所述抛光部 分中的所述高度调节机构，使得每个所述抛光部分中的支撑表面的高度 被独立地达到期望高度。13. —种抛光方法，所述抛光方法通过在抛光部件与由夹持部件夹持 的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移 动而抛光被抛光物体，并在抛光过程中，支撑所述抛光部件延伸超出所 述被抛光物体的部分的至少一部分，所述方法特征在于，它包括步骤-获取表示被抛光物体滚降量的信息；基于包括所述信息的信息，计算用于支撑所述延伸部分的支撑压力的 期望值；以及基于计算的期望值调节所述支撑压力。14. 一种使计算机执行抛光方法的程序，所述抛光方法通过在抛光部 件与由夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、-同时使所述抛光部件 相对于被抛光物体移动而抛光被抛光物体，并在抛光过程中，支撑所述 抛光部件延伸超出所述被抛光物体的部分的至少一部分，该程序特征在 于，它包括用于获取表示被抛光物体的滚降量的信息的指令； 用于基于包括所述信息的信息计算用于支撑所述延伸部分的支撑压 力的期望值的指令；以及用于基于计算的期望值调节所述支撑压力的指令。15. —种计算机可读取的存储介质，其特征在于，它存储有如权利要 求14所述的程序。16. 如权利要求1至6任一所述的抛光设备，其特征在于，包括用于 读取存储在如权利要求15所述的存储介质中的程序的装置，其中所述控 制单元根据从所述存储介质读取的程序操作所述压力调节机构。17. —种抛光方法，所述抛光方法通过在抛光部件与由夹持部件夹持 的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于被抛光物体移 动而抛光被抛光物体，并在抛光过程中，支撑所述抛光部件延伸超出所 述被抛光物体的部分的至少一部分，所述方法特征在于，它包括步骤获取表示被抛光物体滚降量的信息；基于包括所述信息的信息，计算用于支撑所述延伸部分的支撑表面的 高度的期望值；以及基于计算的期望值调节所述支撑表面的高度。18. —种使计算机执行抛光方法的程序，所述抛光方法通过在抛光部 件与由夹持部件夹持的被抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件 相对于被抛光物体移动而抛光被抛光物体，并在抛光过程中，支撑所述 抛光部件延伸超出所述被抛光物体的部分的至少一部分，所述程序特征 在于，它包括用于获取表示被抛光物体的滚降量的信息的指令；用于基于包括所述信息的信息计算用于支撑所述伸展部分的支撑表 面的高度的期望值的指令；以及用于基于计算的期望值调节所述支撑表面的高度的指令。19. 一种计算机可读取的存储介质，其特征在于，它存储有如权利要 求18所述的程序。20. 如权利要求7至12任一所述的抛光设备，其特征在于，包括用 于读取存储在如权利要求19所述的存储介质中的程序的装置，其中所述 控制单元根据从所述存储介质读取的程序操作所述高度调节机构。21. —种抛光设备，包括具有夹持部件和抛光部件的抛光部分，所述 夹持部件具有至少两个加压部分，每一加压部分可向被抛光物体施加任 意压力，所述抛光设备用于在所述抛光部件与由所述夹持部件夹持的被 抛光物体之间施加压力、同时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移 动，以抛光所述被抛光物体，所述抛光设备特征在于，它包括用于调节所述夹持部件的加压部分中与被抛光物体的最外面区域相 关的加压部分的加压压力的压力调节机构；以及控制单元，所述的控制单元用于参照基于所述被抛光物体的滚降量的 信息控制所述压力调节机构，以使所述加压压力达到期望压力。22. 如权利要求21所述的抛光设备，其特征在于，包括用于获取基于滚降量的信息的测量单元。23. —种抛光由夹持部件夹持的被抛光物体的方法，所述夹持部件具 有至少两个加压部分，通过在被抛光物体与抛光部件之间施加压力、同 时使所述抛光部件相对于所述被抛光物体移动，每一加压部分可向被抛光物体施加任意压力，所述抛光方法特征在于，它包括步骤 获取表示被抛光物体的滚降量的信息；基于包括所述信息的信息，计算在所述夹持部件的所述加压部分中...

【专利技术属性】
技术研发人员：福田明，望月宣宏，广川一人，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：