专利名称：用于前沿和后沿控制的空气台板的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于处理半导体晶片的设备。本发明特别涉及一种在半导体晶片的化学机械抛光过程中用于支撑线性带的空气台板。
背景技术：
化学机械抛光(CMP)在晶片的加工中被用于整平半导体晶片。因为晶片上的半导体电路通常构造在多个层上，电路的一部分形成在第一层上，导电过孔将其与下一层上的电路的一部分连接起来，每一层都能够在晶片上增加或形成外形(topography)，而在产生下一层之前，晶片必须被弄平滑。为了提高晶片上电路的工艺性，很多加工步骤需要整平晶片表面。例如，为了提高导电过孔沉积的均匀性，在沉积之前，晶片被整平以减少金属所沉积的表面上的凸起和凹部。
在常规的整平技术中，旋转的晶片托架头使晶片与抛光垫接触，抛光垫在要被整平的晶片表面的平面内旋转，并且施加压力给半导体晶片以便支撑晶片面朝下对着移动的抛光垫。一种类型的抛光或者整平设备是线性抛光器。在线性整平技术中，环形带绕着两个或者更多辊子运行。晶片被压靠在环形带的移动抛光表面上。线性抛光系统的一个例子是由加州Fremont的Lam研究公司制造的TeresTMCMP系统。
线性CMP系统的一个关键元件是空气台板。空气台板通过空气通道提供气垫以支撑环形带，因为晶片上施加了压力。然而，现有的空气台板提供的气垫没有考虑到当晶片靠着环形带表面放置时，在晶片表面上的变化，这导致晶片的抛光不均匀。如果抛光不均匀，就可能存在没有被从晶片表面清除掉的外形，或者晶片表面就可能被整平为存在凹坑的情况。
与空气台板有关的另一个问题是支撑晶片边缘的环形带部分自身经常没有被空气台板适当地支撑。这可能会导致通常所述的边缘排斥(edge exclusion)。边缘排斥绝对是由于晶片的平衡造成的一部分晶片边缘没有得到同样的抛光作用。造成的结果就是用于生产产品的可用区域的减少。
因此，本领域需要一种用于CMP系统的改进的空气台板。
发明内容
为了解决晶片边缘对于改进的整平或者抛光控制的需求，一种用于支撑抛光部件的台板组件，例如在线性抛光设备上的线性带，将在下面被描述。根据本发明的一方面，公开了一种台板组件，该组件包括一个具有多个同心环的台板。每个环具有多个开口以便为CMP带提供气垫，并且其中至少一个环延伸出超出要被CMP带整平的晶片的外边缘。一个支撑件与台板连接，并且具有多个通气口用于使压缩空气通到该板的环。一个密封垫被放置在支撑件和台板之间，并且具有多个切掉部分与开口和通气口对准。空气台板组件还包括一个支撑着该支撑件的底座。
根据本发明的另一个方面，公开一种包括多个同心环的空气台板。每个环具有多个空气通道以便为CMP带提供气垫。除了最里面的两个环之外，每个环都具有顶部四分之一区域(quarter)、底部四分之一区域、前沿四分之一区域、和后沿四分之一区域。每个四分之一区域和最里面的环都是一个独立的气路，用于接收压缩空气供给。至少一个环被定向为延伸超出要被CMP带整平的晶片的外边缘。一个压力调节器与每个最里面的环相连接，并且三个压力调节器与其余的每个环相连接。
根据本发明的另一个方面，空气台板包括八个同心环，每个环具有多个通道以便为CMP带提供气垫。外面的六个环每个都具有顶部四分之一区域、底部四分之一区域、前沿四分之一区域、和后沿四分之一区域。每个四分之一区域和最里面的两个环都是独立的气路用于接收压缩空气供给。有一个压力调节器与每个最里面的环相连接，有三个压力调节器与六个环的每个相连接。三个压力调节器之一与顶部四分之一区域和底部四分之一区域相连接，三个压力调节器中的第二个与前沿四分之一区域相连接，三个压力调节器中的第三个与每个其余环的后沿四分之一区域相连接。此外，还有两个通道通过空气台板，每个通道都具有多个通路，从该通道向上延伸到空气台板的上表面。至少六个外部环中的一个延伸超出将被CMP带整平的晶片的外边缘。
图1是线性化学机械抛光系统实施例的透视图；图2是空气台板组件的顶视图；图3是沿着图2的3-3线的空气台板组件的侧视图；图4是空气台板组件与带的顶视图，从空气台板组件上通过的一部分带被切掉；图5是图1的线性化学机械抛光系统，其控制器及空气台板组件与空气调节器电连接。
具体实施例方式
现在参考附图，图1是用于抛光工件的线性化学机械抛光(CMP)系统100的透视图。所示出的实施例中的系统100适合整平半导体晶片，例如半导体晶片116。然而，系统100中包含的工作原理也可以被应用到其它工件的化学机械抛光上。晶片包括被CMP系统100抛光的抛光面117和外边缘166。CMP系统100包括带102，第一辊104，第二辊106，台板组件108，抛光头110，膏剂分配器(slurry dispenser)112，调节器114，和控制器118。
辊104，106被以预定的相隔距离设置以保持带102，并移动带102以允许晶片116的线性抛光。辊104，106被转动，例如沿箭头122、124指示的方向被电机转动。因此辊104、106形成用于移动带102的运送装置，以连续的环路通过晶片116。其它的运送装置包括轮、皮带轮和在带102上保持适合的张力的张紧装置的组合，以及与之相关的驱动元件，例如电机和机械连接件。诸如带102的速度和张力的工作参数，通过辊104，106由控制器118控制。控制器118可以包括处理器或者其它计算器件，该计器元件能够响应存储在相关的存储器中的数据和指令进行操作。
带102优选是环形(endless loop)抛光带。在它的最简化形式中，带102以单个的环形层制成，它不但提供抛光表面，还提供用于在辊104、106上安装、张紧和牵引(tracking)的机械强度。在化学机械抛光系统100中用于抛光工件，例如晶片116的带102包括一个聚合层，形成具有预定宽度和预定长度的环形带以适合化学机械抛光系统100。带102包括在环形带的一面的顶部或抛光表面126和相对的底层127。
抛光表面126可以是任何具有足够的强度、柔性和耐用性的适合的抛光材料。在一个优选实施例中，抛光表面126由单一的大致均匀的聚合材料层造成，例如聚氨酯(polyurethane)。然而，在其它实施例中，抛光材料可以由任何适合的具有大致均匀的厚度和结构的聚合材料造成，包括橡胶或塑料。
膏剂分配器112将膏剂分配到带组件102上。通常膏剂包括两种成分。不同的应用需要不同的膏剂成分，取决于要被除去或者被抛光的材料。在一个例子中，诸如二氧化硅或者氧化铝的研磨剂颗粒，与诸如氢氧化钾的化学物质组合在一起。化学物质起到使表面变柔软并使表面与水化合的作用，研磨剂颗粒起除去表面材料的作用。正确的膏剂成分是基于要被抛光或者被整平的材料来选择的。例如，用于整平在晶片116的表面117上的二氧化硅层的膏剂成分不同于用于整平在表面117上的金属层的膏剂成分。同样，适用于钨金属层的膏剂成分将不同于用于比钨软的铜层的膏剂成分。为了均匀地整平或者抛光，膏剂优选被均匀分布在晶片116的表面117上。
调节器114处理带102的表面126以保持带的粗糙度或者摩擦性相对恒定。正常地，由于带102整平或者抛光晶片116，一些从晶片116去除下来的材料被沉积在带102的表面126上。如果太多晶片116的表面117材料沉积在带表面117上，带102的去除速率将迅速下降，并且晶片研磨的均匀性将降低。调节器114清洁带102的表面并使之粗糙。
晶片116安装在抛光头110上。晶片116可以被真空力或者其它任何适合的机械方法安装并保持在合适的位置。抛光头110安装在支臂上，并且能够在控制器118的控制下移动。抛光头110对着带102给晶片116施加抛光压力。抛光压力在图1由箭头132指出。
为更进一步控制抛光压力，台板组件108被设置在与抛光头110相对的晶片116的下方。带102通过晶片116的抛光面117和台板组件108之间。台板组件108通过给带102的下面提供压缩空气来向带102施加压力。
如图2、3所示，台板组件108包括底座134，支撑板136，密封垫138，和空气台板140。底座134支撑台板组件108，支撑板136连接在底座134上。支撑板136通过一系列紧固件，例如固定螺钉被连接在底座134上。优选地，底座134和支撑板136由不锈钢制成，虽然也可以使用其它适合的金属类型。支撑板136包括多个开口144。开口144起通气口的作用，并且如下面更详细描述的那样，它允许空气经由连接在支撑板136和空气台板140上的配件146，从空气软管(未示出)到达空气台板140，这样空气台板140可以给带102提供气垫。
密封垫138被设置在支撑板136和空气台板140之间，它提供空气密封以使空气保持受压状态。优选地，密封垫138是杜罗硬度(durometer)为70的EPDM密封垫。然而，任何适合的能防水、防膏剂的材料，例如合成橡胶(elastomerics)，都可以被使用。和支撑板136一样，密封垫138也具有多个开口148，以允许空气通过并到达空气台板140。当密封垫138被放置在支撑板136上方时，支撑板136的开口144、密封垫138的开口148彼此对准。
空气台板140优选由铝-铜材料制成，虽然在其它的实施例中，空气台板可以由其它金属或者重塑料制成。空气台板140通过一系列紧固件被硬安装(hard-mounted)到支撑台板136上，如同上面所描述，密封垫138在它们之间。
一对通道152、154，设置在空气台板140相对的两端155a，155b，它们沿着垂直于带102移动的方向通过台板140。当CMP系统100在使用中时，通道152、154中的一个被密封住，而另一个通道具有与它连接的管子。润滑液体，例如水，通过管子进入通道。如图3和4所示，一系列通路156从每个通道152、154向上延伸到台板140的上表面158，来促进润滑液体从通道到达带102，以便当带102通过台板组件108时可以被润滑。
带102的方向规定了通道152、154哪一个作为润滑液体的通道，这样带102在它通过台板组件108之前被润滑。例如，在图4中，如果带102沿着箭头160指示的方向移动，则通道152将为润滑液体提供通道来润滑带102。
参见图2，空气台板140具有多个开口162，它们被分成环状的同心区域164。如在下面详细描述的那样，当CMP系统100在使用时，开口162使压缩空气通过它们以便当晶片116被整平时，提供气垫来支撑带102。有一个内部区域164a，在优选实施例中由三排圆形的开口162组成，虽然在其它的实施例中，开口的排数可以改变。还设置中间区域164b，其也具有三排圆形的开口162。然而，和内部区域164a一样，中间区域164b相应的行数也可以改变。
其余区域164，或者外部区域164c，每个优选地具有一排开口162。外部区域164c的数目也可以改变。然而，应该有足够数目的外部区域164c，以便至少有一个表示为164d的最外部区域延伸通过将被整平的晶片116的外边缘166。具有至少一个外部区域164d延伸通过晶片的外边缘166使得可以控制晶片116的边缘166处的整平。在优选实施例中除了内部区域164a和中间区域164b之外，将有六个外部区域164c。
每个外部区域164c被分成扇形或者四分之一区域168。如果带102沿箭头172指示的方向移动，每个外部区域164c被分成顶部四分之一区域168a，底部四分之一区域168b，前沿四分之一区域168c，后沿四分之一区域168d。前沿四分之一区域168c是带102的一部分首先通过的四分之一区域，后沿四分之一区域168d是带102的一部分在前沿四分之一区域168c之后将通过的四分之一区域。
外部区域164c中的每个四分之一区域168都与外部区域164c中的其它四分之一区域168分开，并且每个四分之一区域168和内部区域164a、中间区域164b，每个都作为独立的空气通道174。每个独立的空气通道174具有自己的空气供给软管(未示出)，优选供给清洁干燥的压缩空气。优选地，每个软管通过与支撑板136相连接的配件146连接到独立的空气通道174上。
当CMP系统100被用来整平晶片116时，压缩空气从空气供给软管进入到它对应的独立空气通道174。然后空气通过空气台板140中的开口162，给带102的底面127提供气垫，以便当施加压力给要被整平的晶片116时，支撑带102。
现在参考图1和图5，多个压力调节器与空气台板140的区域164相连，来监控被供给空气的压力。调节器170通过与配件146相连的空气软管与区域164连接在一起。空气软管通常由聚乙烯制成，其穿过底座134中的切掉部分135(图3)以便与配件146连接。在优选实施例中，内部区域164a和中间区域164b每个都有一个与之相连接的调节器170，每个外部区域164c具有三个与之相连接的调节器。对于每个外部区域164c，一个调节器170与顶部和底部四分之一区域168a和168b连接，一个调节器170与后沿四分之一区域168d连接，一个调节器170与前沿四分之一区域168c连接。
调节器170监控每个独立空气通道的空气压力。通常，当台板组件108要被使用时，将被供给到台板组件108的空气的压力被设置成一个预定的“设定值”。设定值是与处理相关的，并且对于不同的操作可以变化。调节器170监控被供给到台板组件108的空气压力以确保压力落在预定的目标范围之内。
在整平过程中使用的调节器类型规定了如果压力落在目标范围之外将发生什么。例如，如果手动调节器被用来监控空气压力，一个计量表将指示压力。那么操作员可以通过标准过程，例如周期性地检查，直观地决定压力是否落在目标范围之外。
作为选择，如果检测到压力落在目标范围之外，其它类型的调节器也可以调节压力使之回到设定值。举例来说，并如图5所示，电动气压调节器176能够被用来提供这种类型的调节。每个电动气压调节器176都与控制器118相连。控制器118提供设定值给电动气压调节器。每个电动气压调节器包括一个控制器(电动气压控制器，为示出)接受来自控制器118的设定值信息。在抛光过程中，周期性地测量空气压力，电动气压控制器接收测量值。如果电动气压控制器确定测量值落在目标范围之外，它产生信号来调整压力回到设定值。压力测量值通常每秒取若干次。
本发明的上述实施例的优点很多。例如，对于每个独立的空气通道都具有分离的压缩空气的供给，能够更好地控制带的不同部分的压力，从而将边缘排斥问题减到最小。当晶片的外面部分由于晶片的平衡而没有接受到相同程度的抛光作用时，边缘排斥将会发生。结果就是制造的可用产品的有用区域的减少。在此所述的台板组件通过使用空气压力来支撑带，使得整个晶片上的抛光作用足够均匀，从而将边缘排斥减到最小。
至少具有一个延伸超出晶片直径的外部区域将进一步使边缘排斥问题减少到最小。由这个区域的空气支撑的一部分带与由其余区域支撑的一部分带受到的支撑一样。这就又允许更好地控制在晶片边缘进行的抛光量，并且将确保晶片的外部由于晶片平衡而受到同样的抛光程度。
由于同样的原因，至少具有一个延伸超出晶片直径的外部区域也将使称作“挖入(dig in)”的现象减少到最小。当抛光头挖入晶片的外部边缘，并导致晶片边缘的去除速率比晶片的其余部分高时，挖入将会发生。未被充份支撑的带增加了这种趋势，并且挖入的结果将减少晶片的可用面积。
在此公开的本发明的实施例目前被认为是优选的，在不背离本发明的精神和范围的情况下，能够进行多种变化和修改。本发明的范围在附加的权利要求中被指出，并且所有在等同物的意义和范围之内的变化将被包含在其内。
权利要求
1.一种空气台板组件包括一个具有多个同心环的台板，每个所述环具有多个开口，以便给CMP带提供气垫，所述多个环中至少一个延伸超出要被所述CMP带整平的晶片的外边缘；一个与所述台板相连接的支撑件，所述的支撑件具有多个通气口，用于使压缩空气通到所述台板的所述环；一个放置在所述支撑件和所述台板之间的密封垫，所述密封垫具有多个切掉部分，其与所述开口和所述通气口对准；以及一个支撑所述支撑件的底座。
2.如权利要求1所述的空气台板组件，进一步包括两个通过所述台板的通道，每个所述通道具有多个通路，其从所述通道向上延伸到所述台板的上表面。
3.如权利要求1所述的空气台板组件，其中所述的多个环，除最里面的两个环之外，每个都具有顶部四分之一区域，底部四分之一区域，前沿四分之一区域和后沿四分之一区域，每个所述四分之一区域和所述最里面的环都是用于接收压缩空气供给的独立空气通路。
4.如权利要求3所述的台板组件，其中每个所述独立空气通路与一个配件相连以便接收压缩空气。
5.如权利要求3所述的空气台板组件进一步包括多个与所述环相连接的调节器，以便调节所述的被供给的空气压力。
6.如权利要求5所述的空气台板组件，其中所述两个最里面的环每个都与一个调节器相连，并且所述多个环的其余环每个都与三个调节器相连接。
7.如权利要求6所述的空气台板组件，其中所述三个调节器中的一个与所述顶部四分之一区域和所述底部四分之一区域相连接，所述三个调节器中的第二个与所述前沿四分之一区域相连接，所述三个调节器中的第三个与每个所述其余环的所述后沿四分之一区域相连接。
8.如权利要求7所述的空气台板组件，其中所述调节器是手动调节器，每个调节器监控所述空气的压力。
9.如权利要求7所述的空气台板组件，其中所述调节器是电动气压调节器，每个调节器监控所述空气的气压，并且如果所述压力落在预定目标范围之外，每个调节器调节所述独立空气通路的所述空气压力，使之达到预设值。
10.如权利要求1所述的空气台板组件，其中所述台板由铝铜材料制成。
11.如权利要求1所述的空气台板组件，其中所述支撑件由不锈钢制成。
12.如权利要求1所述的空气台板组件，其中所述底座由不锈钢制成。
13.如权利要求1所述的空气台板组件，其中所述的密封垫由弹性体材料制成。
14.如权利要求1所述的空气台板组件，其中所述密封垫是杜罗硬度为70的EPDM密封垫。
15.一种空气台板组件，其包括多个同心环，每个具有多个通道，以便给CMP带提供气垫，所述的多个环，除了两个最里面的环之外，每个都具有顶部四分之一区域，底部四分之一区域，前沿四分之一区域，和后沿四分之一区域，每个所述四分之一区域和所述最里面的环是用于接收压缩空气供给的独立空气通路，其中所述多个环中至少一个被布置为延伸超出要被所述CMP带整平的晶片的外边缘；一个与每个所述最里面的环连接的压力调节器；以及三个与每个其余所述的环连接的压力调节器。
16.如权利要求15所述的空气台板，进一步包括两个通过所述空气台板的通道，所述通道的每个都具有多个从所述通道向上延伸到所述台板上表面的通路。
17.如权利要求15所述的台板组件，其中所述三个调节器中的一个与所述顶部四分之一区域和所述底部四分之一区域相连接，所述三个调节器中的第二个与所述前沿四分之一区域相连接，所述三个调节器中的第三个与每个所述其余环的所述后沿四分之一区域相连接。
18.如权利要求17所述的空气台板组件，其中所述调节器是手动调节器，每个调节器监控所述空气的压力。
19.如权利要求17所述的空气台板组件，其中所述调节器是电动气压调节器，每个调节器监控所述空气的气压，并且如果所述压力落在预定目标范围之外，每个调节器调节所述独立空气通路的所述空气压力，使之达到预设值。
20.如权利要求15所述的台板组件，进一步包括铝铜材料。
21.一种空气台板，其包括八个同心环，每个具有多个通道，以便给CMP带提供气垫，外部的六个环每个都具有顶部四分之一区域，底部四分之一区域，前沿四分之一区域和后沿四分之一区域，每个所述四分之一区域和两个最里面的环是用于接收压缩空气的独立空气通路；一个压力调节器，其与每个所述的最里面的环相连接；三个压力调节器，其与所述六个外部环的每个相连接，所述三个调节器中的一个与所述顶部四分之一区域和所述底部四分之一区域相连接，所述三个调节器中的第二个与所述前沿四分之一区域相连接，所述三个调节器中的第三个与每个所述其余环的所述后沿四分之一区域相连接；以及两个通过所述空气台板的通道，所述通道每个都具有多个从所述通道向上延伸到所述台板的上表面的通路；由此，所述外部六个环中的至少一个延伸超出要被所述CMP带整平的晶片的外边缘。
22.如权利要求21所述的空气台板组件，进一步包括铝铜材料。
23.如权利要求21所述的空气台板组件，其中所述的调节器是手动调节器，每个调节器监控所述空气的压力。
24.如权利要求21所述的空气台板组件，其中所述调节器是电动气压调节器，每个调节器监控所述空气的气压，并且如果所述压力落在预定目标范围之外，每个调节器调节所述的独立空气通路的所述空气压力，使之达到预设值。
全文摘要
本发明描述了一种空气台板组件，该空气台板组件包括一个具有多个同心环(164)的台板(140)。每个环具有多个开口(144)以便给CMP带(102)提供气垫。至少有一个环延伸超出要被CMP带(102)整平的晶片(116)的外边缘(166)。支撑件(136)与台板连接并且具有多个通气口使压缩空气通到台板的环。密封垫(138)放置在支撑件(136)和台板(140)之间，并且具有多个与开口和通气口对准的切掉部分。空气台板组件还包括一个底座(134)，并且支撑着支撑件(136)。
文档编号B24B37/04GK1606485SQ02825539
公开日2005年4月13日 申请日期2002年12月12日 优先权日2001年12月20日
发明者A·德拉勒拉, X·彭, 许苍山, D·魏, T·隆 申请人:拉姆研究公司