同时双面晶片研磨机中的流体静力垫压力调控制造技术

公开了用于调控具有一对研磨轮的双面晶片研磨机中的流体静压力的系统和方法。所述系统和方法使用处理器来测量由所述研磨轮所引取的电流的量。使用模式检测软件基于所测得的电流来预测研磨阶段。在各个阶段通过流量控制阀改变所述流体静压力，以改变施加至晶片的夹持压力并由此改善被加工处理的晶片中的纳米拓扑结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及半导体晶片的同时双面研磨，更具体地涉及用于改善晶片纳米拓扑结构(纳米形貌，nanotopology)的双面研磨机和方法。
技术介绍
半导体晶片通常用于制造印有电路的集成电路(IC)芯片。电路首先以微缩形式印在晶片的表面上，然后晶片被切割成电路芯片。然而该较小的电路要求晶片表面非常平整且平行，以确保能将电路适当地印在晶片的整个表面上。为了实现这一点，在将晶片从晶锭上切割下来之后，通常利用研磨过程来改善晶片的某些特性(例如，平整度和平行度)。 同时双面研磨对晶片的两个侧面同时进行操作并产生具有高度平整表面的晶片。因此，这是一种可取的研磨エ艺。可用来实现该エ艺的双面研磨机包括由Koyo MachineIndustries Co.，Ltd.制造的那些研磨机。这些研磨机在研磨期间使用晶片夹持装置将半导体晶片保持住。所述夹持装置通常包括ー对流体静カ(静水压力/静液压，hydrostatic)垫和ー对研磨轮。所述ー对流体静カ垫和ー对研磨轮以彼此相対的关系定向，以将其间的晶片保持为竖直取向。所述流体静カ垫有利地在各个垫和晶片表面之间形成流体屏障，以便在研磨期间保持住晶片而不使刚性的垫与晶片有物理接触。这就減少了可能由物理夹持导致的晶片损伤，并允许晶片以较小的摩擦相对于垫表面在切向上移动(转动)。尽管该研磨过程显著地提高了所研磨晶片表面的平整度和平行度，但它也会导致晶片表面的拓扑结构和纳米拓扑结构(NT)的恶化。纳米拓扑结构差导致在后面的抛光(CMP)过程中要去除不均匀的氧化物层。这会导致晶片用户如IC制造商的显著的产出(yield)损失。随着IC制造商迈向22纳米エ艺技术，预计纳米拓扑结构的公差将变得更加严格。为了确定并解决拓扑结构恶化问题，设备及半导体材料制造商考虑晶片表面的纳米拓扑结构。纳米拓扑结构被定义为在约O. 2mm至约20_的空间波长内晶片表面的起伏偏差。该空间波长非常密切地对应于加工处理后的半导体晶片在纳米尺度上的表面特征。上述定义由 Semiconductor Equipment and Materials International(SEMI,半导体行业的一个全球贸易协会)提出(SEMI文件3089)。纳米拓扑结构測量晶片的ー个表面的高度偏差(elevational deviations),而不像传统的平整度测量那样考虑晶片的厚度变动。已经开发出几种测量方法来检测和记录这些种类的表面变动。例如，測量反射光相对于入射光的偏差可检测出非常小的表面变动。这些方法用来測量波长内的峰谷(PV)变动。双面研磨是控制最终完成的晶片的纳米拓扑结构(NT)的ー种エ艺。在研磨过程中会形成NT缺陷，例如C痕(C-Mark)(中心一般在O至50mm的半径内的PV值)和B环(中心一般在100至150nm的半径内的PV值)，且NT缺陷可能导致显著的产出损失。这是两种由于NT而导致显著产出损失的缺陷。由于NT而导致损失的第三种缺陷是在线状锯切割时在晶片上产生的进入痕迹。如果研磨轮相对于晶片有利地定向，则双面研磨能潜在地减轻进入痕迹。在当前的实践中，在使用电容工具如Kobelco SBff 330研磨之后立即测量晶片的翘曲和TTV，然后对晶片进行蚀刻并利用基于激光的工具如Wafercom进行测量。此后，使晶片经历各种后续的加工处理，例如边缘抛光、双面抛光和最終抛光，以及在用纳米测绘仪(nanomapper)检查NT之前对平整度和边缘缺陷进行的测量。目前控制NT的方法试图通过对研磨机进行调整来解决该问题，但这些方案并未令人满意地解决NT恶化的诱因。NT恶化的至少ー个诱因被认为是由垫的流体静カ廓形与进入(incoming)晶片之间的相互作用所決定的夹持状态。在晶片被装载到研磨机中之后，晶片被由晶片相对两侧的垫所产生的流体静压カ夹持住。晶片可基于进入晶片的形状与流体静カ垫的流体静压カ廓形之间的相互作用在初始夹持状态下弹性地变形。在研磨轮开始与晶片接触之后，存在研磨轮试图夹紧晶片而不去除大量材料的一段时间。在该时间段，晶片根据研磨轮的倾斜和移动与初始夹持状态之间的相互作用经历进一歩的弹性变形。研磨轮开始研磨晶片，并且一旦达到稳定状态就从晶片去除材料。随着材料在稳定状态下被去除，晶片的NT被认为是研磨轮与晶片的稳定状态之间的几何相互作用的函数。 在已去除设定量的材料之后，研磨轮回退并且晶片的弹性变形逆转。弹性变形在研磨轮回退之后的逆转使NT进ー步恶化。NT恶化的两个促进因素——研磨轮与晶片的稳定状态之间的几何相互作用和弹性变形的逆转——的组合作用难以控制。过去的方法在控制由晶片的弾性变形导致的NT恶化方面所取得的效果不令人满意。在图I和2中示意地示出现有技术的双面研磨机的典型的晶片夹持装置I’。研磨轮9’和流体静カ垫11’彼此独立地保持晶片W。它们分别限定夹持面71’和73’。研磨轮9’对晶片W产生的夹持压力的中心在研磨轮的转动轴线67’处，而流体静カ垫11’对晶片产生的夹持压力的中心在晶片的中心WC附近。只要夹持面71’和73’在研磨期间保持一致(图1)，晶片就保持在ー个平面内(即，不弯曲)并由研磨轮9’均匀地研磨。有关夹持面对齐的一般讨论可參见美国专利No. 6，652，358。然而，如果两个面71’和73’变得不对齐了，那么研磨轮9’和流体静カ垫11’的夹持压力就会在晶片W中产生弯曲カ矩，或者说是流体静カ夹持カ矩，该カ矩会使晶片在研磨轮开ロ 39’的周缘41’附近总体产生剧烈的弯曲(图2)。这在晶片W中产生应力高度集中的区域。夹持面71，和73’的不对齐在双面研磨操作中是很普遍的，一般是由研磨轮9’相对于流体静カ垫11’的运动引起的(图2)。图2和图3示意地示出不对齐的可能模式。这些包括三种不同模式的组合。在第一种模式中，研磨轮9’沿着研磨轮的转动轴线67’相对于流体静カ垫11’平移地产生横向移动S (图2)。第二种模式的特征在于，研磨轮9’绕通过各研磨轮中心的水平轴线X产生竖直倾斜VT(图2和3)。图2示出第一种模式和第二种模式的组合。在第三种模式中，研磨轮9’绕通过各研磨轮中心的竖直轴线Y产生水平倾斜HT(图3)。这些模式在图中被大大地夸大以展示出概念；实际的不对齐相对较小。此外，每个研磨轮9’都能够独立于另ー个研磨轮运动，使得左轮的水平倾斜HT可与右轮的水平倾斜不同，对于两个研磨轮的竖直倾斜VT也是如此。由夹持面71’和73’的不对齐所引起的流体静カ夹持カ矩的大小与流体静カ垫11’的设计有夫。例如，夹住晶片W较大面积的垫11’(例如，工作表面积较大的垫)、垫的夹持中心离开研磨轮转动轴线67’距离较远的垫、对晶片施加的流体静カ垫夹持カ大的垫(即，将晶片保持得很紧)或具有这些特征的组合的垫一般会引起较大的カ矩。在采用现有技术的垫11’的夹持装置I’中(图4中示出一个现有技术的垫的ー个例子)，当夹持面71’和73’不对齐吋，晶片W中的弯曲カ矩较大，因为垫11’(包括研磨轮开ロ 39’的周缘41’附近)将晶片夹得非常紧和牢固。晶片不能随研磨轮9’的运动而调整，且晶片在开ロ边缘41’附近剧烈弯曲(图2)。晶片W不能被均匀地研磨，并且它们产生不希望出现的纳米拓扑结构特征，而这些特征不能通过后续的加工处理(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】2010.03.26 US 61/317,9191.一种使用以下类型的双面研磨机对半导体晶片进行加工处理的方法，所述研磨机将晶片保持在一对研磨轮之间以及在其中具有流体静压力的一对流体静力垫之间，所述研磨机包括处理器，该处理器包括检测由所述研磨机所引取的电流的模式检测软件，所述方法包括多个阶段，所述多个阶段包括 夹持晶片， 研磨晶片，和 使晶片与研磨轮脱离接触， 使用所述软件来检测各个阶段并在各个阶段改变所述流体静压力以改变施加至晶片的夹持压力，由此改善被加工处理的晶片中的纳米拓扑结构。2.根据权利要求I所述的方法，其中，通过改变经过流量控制阀的流量来改变所述流 体静压力。3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述模式检测软件测量由所述研磨机所引取的电流以检测各个阶段。4.根据权利要求I所述的方法，还包括在研磨阶段期间降低所述流体静压力。5.根据权利要求I所述的方法，还包括在研磨阶段期间升高所述流体静压力。6.一种使用以下类型的双面研磨机对半导体晶片进行加工处理的方法，所述研磨机在研磨操作期间将晶片保持在一对研磨轮之间以及一对流体静力垫之间，所述方法包括 在研磨操作的第一阶段，在流体静力垫中建立第一流体静压力以初始地夹持晶片， 在研磨操作的第二阶段，使流体静压力降低至比晶片研磨期间的第一压力低的第二流体静压力，以及 在研磨操作的第三阶段，使流体静压力升高至第三流体静压力以夹持晶片，并由此改善被加工处理的晶片中的纳米拓扑结构。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第三流体静压力基本上等于所述第一流体静压力。8.根据权利要求6所述的方法，其中，在晶片研磨期间晶片基本上由研磨轮夹持。9.根据权利要求6所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·S·巴加瓦特，R·R·旺达姆，T·科穆拉，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：
国别省市：