CN1212649C - 化学机械研磨装置的晶片载具及其研磨方法 - Google Patents

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    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces

Abstract

一种化学机械研磨装置的晶片载具及其研磨方法。本发明的晶片载具包括一第一板件、一第二板件及一弹性膜件。第一板件具有多个凸件形成于其一底部表面及第二板件具有多个通孔贯穿于其中。每一凸件可与一通孔相卡合，以使第一卡件与第二卡件可分离地相结合。弹性膜件是装设于第二板件下方并与其接触。弹性膜件与接触第二板件的表面相对的一表面提供一晶片承载表面。

Description

化学机械研磨装置的晶片载具及其研磨方法
(1)技术领域
本发明有关一种半导体制程，特别是有关一种应用于化学机械研磨制程的晶片载具及其研磨方法。
(2)背景技术
在研磨或平坦化半导体表面的技术中，半导体表面的形成是包括形成主动元件(active devices)于一底材表面上。半导体表面的研磨可进行于一连串制程步骤中任一需要平坦化表面的制程阶段。
通常半导体元件具有多层的结构。在此多层结构中，任一层的不平坦将对形成于其上方其它层有不利的影响。因此，为获得令人满意的产量及维持产品价格，于半导体元件制造过程维持良好的表面平坦度是非常重要的。大部份的制程步骤牵涉到限定元件位置及其尺寸大小的微影制程。当元件尺寸是在深次微米范围或更小，甚至到达0.1μm时，对于表面的平坦度要求更为严格。表面平坦度直接影响例如照射在一光阻上的光线，使其产生光扩散现象，进而使得光阻上的焦深不佳及元件尺寸的解析度受到限制，即非常接近的相邻两条线不易被解析出来。
化学机械研磨制程是一种研磨材料表面使其达到高度平坦化及均匀化的方法，此一材料可为一半导体底材。于形成半导体线路于一半导体表面上之前，化学机械研磨制程是用以平坦化此半导体表面，及于微电子线路形成于一底材上的制程期间，用以移除微电子线路表面的高度非平坦化。为了达到一半导体表面的最佳平坦化，控制半导体表面的研磨均匀度是非常得重要。承载晶片至一研磨垫上以进行化学机械研磨的一晶片载具对于研磨均匀度有决定性的影响。
图1是一习知晶片载具1的截面示意图，其包括一不锈钢平板10及一垫片12。多个通孔14是贯穿于不锈钢平板10中。垫片12是贴附于不锈钢平板10的一底部表面。一半导体晶片16是承载于不锈钢平板10的底部表面下方。当欲承载半导体晶片16时，是将通孔14抽真空，以将半导体晶片16承载于垫片12上，如图1所示。然而，由于不锈钢平板10的材质较硬及此些区域性通孔14的影响，使得半导体晶片16的被研磨表面18的区域均匀度(local uniformity)及整体均匀度无法控制得良好。
一种习知的膜式晶片载具(membrane type wafer carrier)2相应而产生，如图2所示。此习知的膜式晶片载具2包括一不锈钢平板20、一弹性膜件22及一垫片24。多个通孔26是贯穿于不锈钢平板20中。垫片24是贴附于不锈钢平板20的一底部表面。弹性膜件22是位于垫片24下方。弹性膜件22的一第一表面与垫片24相接触，及其相对于第一表面的一第二表面提供一晶片承载表面(wafer-receiving surface)。图3是不锈钢平板20的一底部示意图。当欲承载一半导体晶片28时，这些通孔26是被抽真空，以于弹性膜件22的第二表面与半导体晶片28之间形成多个真空容室，以将半导体晶片28真空吸附于膜式晶片载具2下方。由于弹性膜件22的材质较软，可提高化学机械研磨制程中半导体晶片28的研磨表面的整体均匀度(global uniformity)。然而，由于化学机械研磨制程期间，于半导体晶片28上方仍存在有真空吸孔，即抽真空的通孔26，而使得半导体晶片28的研磨表面的区域均匀度不易控制好。
据此，亟待提供一种使用于化学机械研磨制程的晶片载具的改进构造，以解决化学机械研磨制程中晶片研磨表面整体均匀度及区域均匀度所面临的问题。
(3)发明内容
本发明的主要目的是提供一种化学机械研磨装置的晶片载具，其可于化学机械研磨制程中达到晶片表面区域均匀度(local uniformity)及整体均匀度(global uniformity)的良好控制。
本发明的另一目的是提供一种半导体晶片的化学机械研磨方法，其可提升半导体晶片表面的区域均匀度及整体均匀度。
根据本发明一方面提供一种化学机械研磨装置的晶片载具，其特点是，包括：一第一板件，该第一板件的一表面具有多个凸件；一第二板件，是位于该第一板件下方，该第二板件具有多个通孔贯穿于其中，每一该通孔是与一该凸件相卡合，以使该第一板件及该第二板件可分离地结合；一弹性膜件，是装设于该第二板件的下方，该弹性膜件的一第一表面接触于该第二板件的一表面，及该弹性膜件的相对于该第一表面的一第二表面是提供一晶片承载表面，一第一垫片，其贴附于该第一板件的每一该凸件面朝下的一表面上；以及一第二垫片，其贴附于该第二板件与该弹性膜件的该第一表面接触的该表面上。
根据本发明另一方面提供一种半导体晶片的化学机械研磨方法，其特点是，包括：置放一半导体晶片于一弹性膜件的一第一表面上，其中，该弹性膜件是与一晶片载具相结合，及该晶片载具具有可分离地相结合的一第一板件及一第二板件，多个凸件是形成于该第一板件接触该第二板件的一表面上，及多个通孔贯穿于该第二板件，每一该通孔是与一该凸件相卡合，以使该第一板件与该第二板件可分离地相结合；将该第一板件与该第二板件分开，及打开该第一板件与该第二板件之间的真空，藉此该弹性膜件的该第一表面产生对该半导体晶片的真空吸附力，使该晶片载具承载该半导体晶片；形成一缓冲垫片于该弹性膜件与该晶片载具之间：移动该晶片载具至一研磨垫上，以置放该半导体晶片于该研磨垫的一研磨表面上；释放该第一板件与该第二板件之间的真空，并结合该第一板件与该第二板件；及施予一向下作用力于该半导体晶片上，并研磨该半导体晶片。
本发明的化学机械研磨装置的晶片载具，其具有一第一板件及一第二板件。藉由将第一板件与第二板件分开，并打开两者之间的真空，以提供一真空吸附力予晶片载具下方的一半导体晶片，而将此半导体晶片承载于晶片载具下方，并于研磨期间，将第一板件与第二板件结合成一无真空吸孔的平板，以达到半导体晶片表面的区域均匀度。由于晶片载具下方设有一弹性膜件以承载一半导体晶片，藉此弹性膜件，可达到化学机械研磨制程中半导体晶片表面的整体均匀度。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
(4)附图说明
图1是一习知晶片载具的截面示意图；
图2是一习知膜式晶片载具的截面示意图；
图3是图2的膜式晶片载具的一不锈钢平板的底部示意图；
图4是本发明一较佳具体实施例的晶片载具的截面示意图，其中第一板件是与第二板件分开；
图5是图4的第一板件的一底部示意图；
图6是本发明一较佳具体实施例的晶片载具的截面示意图，其中第一板件是与第二板件相结合；及
图7是本发明化学机械研磨制程的步骤流程图。
(5)具体实施方式
本发明提供一种化学机械研磨装置的晶片载具及其研磨方法。本发明的晶片载具包括一第一板件、一第二板件及一弹性膜件。多个凸件是形成于第一板件与第二板件相接触的一背板上。多个通孔贯穿于第二板件中，且每一个通孔是可与一凸件相卡合，以使第一板件与第二板件可分离地相结合成一平板。弹性膜件是位于第二板件下方。弹性膜件的一第一表面是与第二板件相接触，其相对于第一表面的一第二表面是提供一晶片承载表面(wafer-receiving surface)。当欲承载一半导体晶片时，是先将此半导体晶片置放于弹性膜件下方，接着将第一板件从第二板件分开，并且打开两者之间的真空，以使第二板件的通孔形成真空吸孔。藉此，形成多个真空容室于弹性膜件的第二表面与半导体晶片之间，以对半导体晶片产生真空吸附作用。然后，将本发明的晶片载具移至一研磨垫上，以将半导体晶片置放于研磨垫上。当欲研磨此半导体晶片时，是将第一板件与第二板件之间的真空释放，并将第一板件与第二板件结合成一无真空吸孔的平板。化学机械研磨期间，由于弹性膜件是较软材质，并且弹性膜件上方未有真空吸孔存在，因此半导体晶片表面的区域均匀度及整体匀均度可获得良好的控制。本发明的晶片载具及研磨方法是可应用至晶片素材、碟片及玻璃等的化学机械研磨上。
图4至图6是例示说明本发明的一较佳具体实施例。如图4及图6所示，本发明的晶片载具40包括一第一板件42、一第二板件44、一第一垫片424、一第二垫片444及一弹性膜件46。第一板件42具有多个凸件422，例如梯状的凸件，形成于其一底部表面，即其背板上，而使第一板件42具有一楔形背板与第二板件44相卡合。图5是具有楔形背板的第一板件42的一底部示意图。再参照图4，多个通孔442是贯穿于第二板件44中，并且每一个通孔442是可与一凸件422相卡合，以使第一板件42与第二板件44可分离地相结合成无通孔形成于其中的一平板。第一垫片424是贴附于每一凸件422面朝下的一表面上，以供做一缓冲垫(cushion)。第二垫片444是贴附于第二板件44接触弹性膜件46的一底部表面上，以供做一缓冲垫。第一板件42及第二板件44皆可为圆形板件，例如为晶片状，及可由不锈钢材质或其它硬度至少约为洛氏硬度(RB)30的材质形成的材质形成。凸件422可与第一板件42一体成形。弹性膜件46可以是一U型弹性膜件，其是装设于第二板件44下方。弹性膜件46的一第一表面是与第二垫片444相接触，及其相对于第一表面的一第二表面是提供一晶片承载表面。
图7是本发明使用晶片载具40的化学机械研磨制程的步骤流程图，其中步骤50至步骤54代表以晶片载具40承载一半导体晶片48的流程，及步骤60至步骤65是代表研磨半导体晶片48的流程。
如步骤50至步骤54所示，首先半导体晶片48是置放于弹性膜件46的第二表面上，即晶片承载表面上。接着，将第一板件42及第二板件44朝向弹性膜件46移动。参照图4所示，接着，将第一板件42拉出，以使其与第二板件44分开，并且打开两者之间的真空，以于弹性膜件46的第二表面与半导体晶片48之间第二板件44的通孔442位置下方形成多个真空容室，以真空吸附半导体晶片48，而完成晶片的承载。如步骤60至步骤65所示，欲研磨半导体晶片48时，将晶片载具40移至一研磨垫(未示出)上。然后释放第一板件42与第二板件44之间的真空，并结合第一板件42与第二板件44，以形成与弹性膜件46相接触的一平板，并且此一平板是无真空吸孔形成于其中，参照图6。施予一向下作用力于第一板件42上，转动晶片载具40或研磨垫(未示出)，以进行半导体晶片48的化学机械研磨。
根据上文所述，本发明的化学机械研磨期间，第一板件42与第二板件44是相结合成一平板，而无真空吸孔位于半导体晶片48的研磨表面上方，不利地影响半导体晶片48研磨表面的区域均匀度。除此之外，弹性膜件46可提高半导体晶片48研磨表面的整体均匀度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求所限定的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，包括：
一第一板件，该第一板件的一表面具有多个凸件；
一第二板件，是位于该第一板件下方，该第二板件具有多个通孔贯穿于其中，每一该通孔是与一该凸件相卡合，以使该第一板件及该第二板件可分离地结合；
一弹性膜件，是装设于该第二板件的下方，该弹性膜件的一第一表面接触于该第二板件的一表面，及该弹性膜件的相对于该第一表面的一第二表面是提供一晶片承载表面；
一第一垫片，其贴附于该第一板件的每一该凸件面朝下的一表面上；以及
一第二垫片，其贴附于该第二板件与该弹性膜件的该第一表面接触的该表面上。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第一板件的每一该凸件为梯状，以使该第一板件具有一楔形表面。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的多个凸件是与该第一板件一体成形。
4.如权利要求2所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的多个凸件是与该第一板件一体成形。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第一板件为圆板状。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第二板件为圆板状。
7.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的弹性膜件为一U型弹性膜件。
8.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第一板件是由不锈钢材质形成。
9.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第一板件是由硬度至少为洛氏硬度30的材质形成。
10.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第二板件是由不锈钢材质形成。
11.如权利要求1所述的化学机械研磨装置的晶片载具，其特征在于，所述的第二板件是由硬度至少为洛氏硬度30的材质形成。
12.一种半导体晶片的化学机械研磨方法，其特征在于，包括：
置放一半导体晶片于一弹性膜件的一第一表面上，其中，该弹性膜件是与一晶片载具相结合，及该晶片载具具有可分离地相结合的一第一板件及一第二板件，多个凸件是形成于该第一板件接触该第二板件的一表面上，及多个通孔贯穿于该第二板件，每一该通孔是与一该凸件相卡合，以使该第一板件与该第二板件可分离地相结合；
将该第一板件与该第二板件分开，及打开该第一板件与该第二板件之间的真空，藉此该弹性膜件的该第一表面产生对该半导体晶片的真空吸附力，使该晶片载具承载该半导体晶片；
形成一缓冲垫片于该弹性膜件与该晶片载具之间：
移动该晶片载具至一研磨垫上，以置放该半导体晶片于该研磨垫的一研磨表面上；
释放该第一板件与该第二板件之间的真空，并结合该第一板件与该第二板件；及
施予一向下作用力于该半导体晶片上，并研磨该半导体晶片。
13.如权利要求12所述的半导体晶片的化学机械研磨方法，其特征在于，所述的第一板件的每一该凸件是成一梯状，并与该第二板件的一该通孔是可分离地相卡合。
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