用于抛光半导体裸片的设备和方法

专利名称：用于抛光半导体裸片的设备和方法
技术领域：
本发明涉及抛光半导体，且更特定来说，涉及用于同时从若干半导体裸片以非 手动方式移除材料层的设备和方法。
背景技术：
常常必须研磨(抛光)掉半导体的多个层，以使得可使内部结构可用于目视检验 (常常通过使用电子显微镜的观测)。为此目的的用于将半导体(或待抛光的另一装置) 固持成与抛光轮相抵的抛光夹具为美国专利5,272,844的标的物。现使用悬置于研磨轮 上的定位结构来执行一些抛光操作。所述定位结构为具有开放中心和多个沿圆周隔开的 开口的框架，可将裸片固持工具放置到所述开口中。在抛光裸片的同时，操作员使用开 口的侧帮助稳定固持工具。当需要在不要求操作员将其手保持于工具上的情况下抛光裸 片时，使用所述定位装置存在问题。这些问题主要涉及工具未被紧固地固持且因此“摇 晃”的事实。在装置上提供挡止部以用于将工具维持于开口内。然而，所述挡止部对于 其期望目的来说是低效的。以此方式进行的抛光为可花费半天到两天或三天的手动过程，其中操作员站立于 研磨轮前并在所述轮旋转的同时固持装置。固持装置经建构以使得其依据需要研磨掉的平 面角而允许半导体定位于各种定向中。此程序缓慢且冗长且通常导致手和手指痉挛。

发明内容
通过临时将多个裸片固持装置定位到安装于研磨表面上的模板的不同段开放区 域中来实现同时从若干裸片以非手动方式移除材料层。在一个实施例中，由研磨轮赋予 每一固持装置的摩擦力用以将固持装置与挡止部相抵地定位于每一开口的范围内。可将 每一段中的挡止部定位于距研磨轮的中心的不同径向距离处，以便使用所述研磨轮的不 同部分来研磨裸片中的每一者。在一些实施例中，所述段围绕模板而彼此偏移，以便增 加研磨表面的有效工作区域。前文已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解随后的 对本发明的详细描述。在下文中将描述本发明的其它特征和优势，其形成本发明的权利 要求书的标的物。所属领域的技术人员将了解，所揭示的概念和特定实施例可易于用作 修改或设计其它结构以实行本发明的相同目的的基础。所属领域的技术人员还应认识 至IJ，这些等效构造并不背离如在所附权利要求书中陈述的本发明的精神和范围。当结合 附图考虑时，从以下描述将更好地理解据信为本发明所特有的新颖特征(关于其组织和 操作方法两者)以及其它目的和优点。然而，应明确理解，仅为说明和描述的目的而提 供各图中的每一者，且无意作为对本发明的限制的界定。


为了更完整地理解本发明，现结合附图来进行以下描述，附图中
图IA说明典型多层半导体；图IB展示用于抛光半导体的层的典型研磨器；图2展示用于在抛光期间固持多个裸片的多段装置的一个实施例的俯视图；图3为支撑件结构的一个实施例的透视图；以及图4展示一种用于使用本文中论述的抛光支撑件概念的方法的流程图的一个实 施例。
具体实施例方式图IA说明典型多层半导体(裸片)，例如半导体裸片10。如所展示，裸片10 具有钝化层101、层102、103、104和105 (可在其中建构有源电路)和通路110、111和 112。电连接可经建构以经由通路中的一者或一者以上从一个层传递到另一层。可能发生以下情况在设计和/或制造过程期间，在裸片内发生缺陷。在可为 随后生产的裸片修补那个缺陷之前，必须识别出所述缺陷。举例来说，假定在所制造的 裸片(例如，裸片10)的电路操作中检测到故障。在此情形下，将通过使用(例如)图 IB中所展示的研磨器100研磨掉连续材料平面来将裸片10去层。将使裸片10的表面 (例如，表面101)固持成与研磨器100的移动研磨表面12接触，且随时间推移，将移除 表面101，从而暴露层102以通过(例如)电子放大进行视察。如果层102经确定不含缺 陷，则缓慢地抛光掉通路110，其中操作员针对可能的缺陷不时地视察通路110。如将论 述，可将IC封装定位于工具(T工具)内且可在需要时调整IC封装相对于研磨表面12的 平面的攻角。固持裸片的工具可为用于固持裸片以进行抛光的众所周知的工具中的任一 者，此可从TD Jam Precision获得。这些工具具有允许工具将工件固持成与研磨表面成各 种角度的硅底脚(silicon feet)。可使用扣件、螺杆、环氧树脂、胶水、弹簧等将工件(裸 片)紧固到工具。故障有时与一或若干特定层预先隔离，使得没必要在到达那些层之前终止所述 过程。因此，如果已知(根据电测试或以其它方式)在裸片10中在层104与层105之间 的某处含有故障，则将抛光掉层101到层103而不进行详细观测。计时可确定抛光已穿 过到何深度(多少层)。在正论述的实例中，通常使用微米浆料(未图示)来继续抛光直到已移除(去 层)层130前的结构为止。在继续抛光的同时，在已更新特定量(例如，每1/2微米) 之后进行观测。最终，缺陷130将变得可见，且操作员将看到，通路111由缺陷120短 接到通路112。常常需要以此方式抛光若干IC装置以发现一个或一个以上缺陷。对每 一 IC装置来说，此可能花费半天或甚至一整天(且有时更长)。在工业中将此过程称为 P (如抛光(polishing)中的 P)精研(lapping)。图2展示用于在裸片的平行抛光期间固持多个裸片的多段装置(例如，装置20) 的一个实施例的俯视图。装置20具有经设计成与研磨器100的外周边(图1中的142) 相配的外周边201。如果研磨器具有与装置20的物理尺寸不同的物理尺寸，则(如果需 要)可使用插入物(未图示)使装置20配合于研磨器，例如研磨器100 (图1A)。俯视 到在所说明的实施例中具有风车状开口的装置20的开放区域(“翼形部”)202中看到研 磨器的表面区域12。在此实施例中，将假定研磨器表面12相对 于与研磨器20 (图1A)的框架稳定固持于一起的装置20反时针地旋转或移动。 定位于每一槽202内的为至少一个挡止部24。用于槽202中的每一者的挡止部 24可处于相同半径处(如从研磨器100的中心向外测量)或优选处于不同半径处以使得 研磨表面12上的磨损将径向向外隔开，如将论述。对于7毫米的裸片来说，可将挡止部 24隔开成彼此偏移7毫米。在操作中，将待抛光的装置定位于可装卸工具26的底部表面(未展示于图2中) 上。一旦裸片被固定于工具26中，所述工具26便与研磨表面12相抵地定位于槽202中 的一者内。不管研磨器100正操作还是已停止，均可实现此定位。移动研磨器表面12相 对于衬底的摩擦力将迫使工具26将衬底(裸片)固持成与侧壁相抵且与挡止部24相抵。在研磨器表面12在工具26下方旋转的同时，工具26将继续靠在挡止部24上而 不需要操作员维持压力或甚至接触工具26。通过使用此布置，可将若干工具26 (在此实 施例中为另外三个工具)定位于装置20的其它槽202中，使得可使用同一研磨器100同 时抛光四个裸片而均不必使用操作员的手来维持相应工具26的位置。注意，裸片固持工 具26不需要为相同的，因为每一槽202独立于每一其它槽202而操作。还应注意，虽然 仅将一个工具26论述为可定位于槽202内，但如果研磨表面12的直径大得足以支撑多个 工具26，则装置20可经设计以使得多个工具26可自身定位于每一槽202内。在一个实例中，通过将每一工具26的放置交错开7毫米，可均勻地磨损研磨表 面12且还可均勻地定位浆料，因为向心力将使浆料从中心向外移动。挡止部24可被设计成与T工具26的末端呈相配关系，以便防止工具26的摇晃 且将工具26维持于槽202 (工具26放置于其中)的范围内。在一个实施例中，挡止部24 经弄圆以与T工具26的末端配合。在其它实施例中，挡止部24相对于槽202的下游侧 壁成90度角。可使槽侧的高度与工具高度配合。在一个实施例中，此高度为15毫米。 还应注意，槽202并非围绕中心对称且从对称偏移约17.5毫米，以使得每一槽202的中心 开口彼此不精确地相对。此偏移使得具有固定直径的研磨器表面12可处置比在槽202围 绕研磨器100的中心完全对称时可处置的裸片多的裸片。每一槽202的实际内部轮廓并 不重要，但应经设计以使得T工具或其它裸片固持装置26易于定位于槽区域202内，以 供放置和移除两者。如果需要，可将盖子或部分盖子定位于每一槽202上。所述盖子或部分盖子可 充当防溅板以保持浆料限于所述盖子或圆盖的范围内。注意，工具26可经设计成沿T部分的顶部具有若干凹痕。所述凹痕可与从壁 210突出的一个或一个以上突出部相配，借此以固定关系将工具26固持于每一槽202内。图3为利用本发明的概念的模板结构的一个实施例30的透视图。在所展示的实 施例中，支撑件(抛光模板)30具有经设计成永久或临时地附接到研磨器100的外周边 31。此附接可(例如)通过围绕支撑件的周边的裙部(未图示)而实现，其中所述裙部与 研磨器100相配。所述研磨器附接还可为附接到研磨器100以防止模板30在研磨器100 正移动的同时移动的底脚，例如底脚32。周边支撑件还可通过使用(例如)扣件摩擦、 凹口、Velcro等而与研磨器100的固定结构相配。顶部表面36可被认为是从周边31 (和 支撑件32)悬置于研磨表面上的桥。在所展示的实施例中，表面36相对平坦，但表面36 可具有向上弯曲于槽33-1到33-4上以在所述槽上形成部分盖子或圆盖的部分，以在使用模板时帮助防止浆料从研磨器表面12飞溅。模板在中心开放以允许裸片和其固持工具26 放置于研磨表面12上，如上文相对于图2所论述。
所述模板在研磨表面12上延伸且具有从中心开口向外朝向周边支撑件伸出的一 个或一个以上槽33-1到33-4。每一槽区域33-1到33_4将具有从中心向下延伸到恰好研 磨表面12上方的一点的至少一个侧壁34。模板壁34的底部在研磨表面12上方定位的精 确距离是由围绕周边31的裙部(或支脚)32的高度控制且并不重要，只要侧壁34具有足 够表面积、高度“h”以赋予T工具26稳定性即可。将侧壁34建构于将为槽区域33-1 到33-4的下游侧上。此上下文中的下游为研磨表面12朝向其移动的槽区域33-1到33-4 的侧。如果研磨表面12在两个方向上行进，则将需要两个侧壁34以用于自身支撑将在 两个方向上使用的抛光操作。在图2的实施例中，由于假定研磨表面12为反时针，所以 槽区域33-1到33-4的下游侧在槽区域33-1到33_4的左侧，如所展示。如上文中所论述并参看图3，由研磨器100与在T工具26下方的裸片表面相抵而 引起的摩擦迫使T工具26的一侧(T工具的顶部)与下游侧壁34相抵且与安装于相应侧 壁34上的挡止部35-1到35-4 (例如，与挡止部35_1到35_4)呈相配关系。由于挡止部 35-1到35-4定位得比T工具26更靠近研磨表面12的中心，所以研磨器100的移动牵拉 T工具26而与挡止部35-1到35-4相抵。因为挡止部35_1到35-被设计成与T工具26 的侧相配或至少具有与T工具26的侧互补的结构，所以研磨表面12对裸片的摩擦力致使 T工具26被固持于相对于下游侧壁34和挡止部35-1到35-的稳定关系中。一旦将固持工具26放置于槽33-1到33_4中，摩擦便将所述工具26固持于适当 位置。接着，操作员能够自由地将其它裸片放置于其它槽区域33-1到33-4中。在抛光 过程期间的任何时间，在研磨器100继续抛光其它裸片的同时可易于移除任何工具26。 因此，操作员可在任何时间移除或更换任何裸片而不干扰其它裸片，所述其它裸片相对 于其相应下游侧壁34保持定位。图4展示一种用于使用本文中论述的抛光支撑件概念的方法的流程图的一个实 施例40。过程401确定是否存在安装于固持工具中准备被抛光的裸片。如果不存在，则 过程402允许操作员或机器通过选择裸片的待呈现到研磨(抛光)表面的所要定向来安装 裸片。过程403确定适当模板是否定位于适当研磨器上，且如果否，则过程404选择适 当模板和研磨器并将所述模板紧固到所述研磨器。接着，过程405将经固持的裸片定位于选定模板的开放槽中。接通研磨器(如果 其尚未接通)且对经定位的裸片的底部表面进行抛光并持续一定时期。所述抛光是由研 磨表面相对于裸片表面移动的事实实现，以使得由研磨表面与裸片相抵而引起的摩擦致 使固持工具的一侧与下游侧壁相抵地移动且与安装于所述侧壁上的挡止部呈相配关系。在过程405完成之后，过程406确定额外裸片是否可用于抛光。如果是，则重复 过程401到406且可同时将第二工具、第三工具和第四工具定位于选定模板的其它槽中。过程407确定是否到检验经定位的裸片中的一者的时间。此可通过时间逝去进 行，或在一些情形下通过操作员可获得的其它信号来进行。当到了检验的时间时，过程 408在研磨表面相对于模板支撑件继续移动的同时从槽移除裸片，且检验裸片。过程409相对于经检验的裸片确定抛光是否完成。如果是，则裸片不会返回到模板。如果抛光尚未完成，则重新进入过程405。如果抛光完成，则过程410相对于经 检验的裸片结束抛光。注意，即使已从模板移除一个裸片，也以非手动的方式继续抛光 其它裸片。
虽然已详细描述了本发明和其优势，但应理解，在不偏离由所附权利要求书界 定的本发明的精神和范围的情况下，可在本文中作出各种改变、替代和更改。此外，本 申请案的范围无意限于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和 步骤的特定实施例。如所属领域的技术人员将易于从本发明的揭示内容了解，根据本发 明，可利用目前存在或日后待开发的执行与本文中所描述的对应实施例大体上相同的功 能或实现大体上相同的结果的过程、机器、产品、物组成、手段、方法或步骤。因此， 所附权利要求书意欲在其范围中包括此类过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或 步骤。
权利要求
1.一种用于促进至少一个裸片的抛光的设备，所述设备包含模板，其用于定位于抛光表面上，所述模板包含从所述模板的中心径向向外延伸的 至少一个槽，所述槽允许裸片定位于其中以用于相对于所述抛光表面进行并行抛光；所述槽具有从所述模板朝向所述抛光表面向下延伸的至少一个侧壁，其中当所述模 板定位于所述研磨表面上时，所述壁在所述抛光表面上方延伸一高度，且所述高度至少 等于用于固持所述裸片的工具的高度，以及至少一个挡止部，其位于所述槽的轮廓内，所述挡止部操作以用于在所述抛光表 面相对于定位在所述槽内的裸片移动时维持所述经定位的裸片稳定且与所述抛光表面接 触。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述夹具进一步包含至少一个额外槽，其从所述模板的所述中心径向向外延伸，每一所述额外槽沿圆周 从所述槽中的另一者位移，每一所述额外开口包含至少一个侧壁，其从所述模板朝向所述抛光表面向下延伸，当所述模板定位于所述 研磨表面上时，所述壁在所述抛光表面上方延伸一高度“h”，所述高度“h”至少等于 用于固持所述裸片的工具的高度，以及至少一个挡止部，其位于所述额外槽的轮廓内，所述挡止部操作以用于在所述抛光 表面相对于定位在所述额外槽内的裸片移动时维持所述经定位的裸片稳定且与所述抛光 表面接触。
3.根据权利要求2所述的设备，其中每一所述额外槽的所述挡止部以不同的径向距离 定位于所述相应开口内。
4.根据权利要求2所述的设备，其中每一所述额外槽的中心开口彼此不相对。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述设备进一步包含防溅板，其形成于所述槽上方，所述防溅板在所述外壳的所述中心处具有开口。
6.—种裸片抛光工具支撑件，其包含 周边部分，其用于临时与研磨器相配；模板，其由所述周边部分支撑，所述模板由所述周边部分固持于与所述周边部分相 配的所述研磨器的研磨表面上方，所述模板具有开放中心部分；第一槽，其形成于所述模板中，所述槽区域从所述开口中心部分朝向所述周边部分 径向向外延伸，所述槽具有从所述模板向下延伸到所述研磨表面上方的一位置的侧壁， 所述侧壁具有在所述研磨器表面上方的足以用于约束放置于所述第一槽内的第一裸片安 装工具的移动的一高度，以及第一挡止部，其以一距所述模板的中心点的半径而定位于所述侧壁上，所述第一挡 止部包含用于促进对所述第一工具的所述约束的结构，所述约束部分通过所述研磨表面 相对于所述第一工具的移动来促进。
7.根据权利要求6所述的工具支撑件，其进一步包含第二槽，其形成于所述支撑件中，所述第二槽从所述开口中心部分朝向所述周边部 分径向向外延伸且从所述第一槽横向位移，所述第二槽具有从所述模板向下延伸到恰好 处于所述研磨表面上方的一位置的侧壁部分，所述侧壁具有在所述研磨器表面上方的足 以用于约束放置于所述第二槽区域内的第二裸片安装工具的移动的一高度，以及挡止部，其定位于所述侧壁上，所述挡止部包含用于促进对所述第二工具的所述约 束的结构，所述约束部分通过所述研磨表面相对于所述第二工具的移动来促进。
8.根据权利要求7所述的工具支撑件，其中所述挡止部以距所述模板的所述中心的不 同半径而定位于所述槽中的相应者内。
9.根据权利要求8所述的工具，其中所述第二挡止部的所述半径比所述第一挡止部的 所述半径大正被抛光的裸片的宽度。
10.根据权利要求9所述的工具，其中所述宽度为至少7毫米。
11.根据权利要求8所述的工具，其中所述侧的所述高度为至少15毫米。
12.根据权利要求8所述的工具，其中所述槽围绕所述模板的中心而定位，以使得所 述槽的中心开口彼此不相对。
13.—种抛光裸片的方法，所述方法包含将模板放置于研磨表面上；将固持待抛光的第一裸片的第一工具放置于所述模板的第一槽内，以使得所述第一 裸片的至少一个表面接触所述研磨表面，所述第一槽区域从所述研磨表面的中心部分径 向向外延伸，所述第一槽区域具有处于所述第一槽的下游侧上的侧壁；以及从所述第一工具移除在所述模板外的约束，以使得允许所述研磨表面相对于所述 接触第一裸片表面移动，以使得由所述研磨表面与所述接触第一裸片表面相抵而引起的 摩擦使所述第一固持工具的一侧与所述下游侧壁相抵地移动且与安装于所述侧壁上的挡 止部呈相配关系，所述挡止部比所述第一放置的工具更靠近所述研磨表面的所述中心部 分。
14.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含在所述研磨表面继续相对于所述支撑件移动的同时，从所述第一槽区域移除所述第一工具。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含在所述研磨表面继续相对于所述支撑件移动的同时，将所述第一工具重新放置到所 述第一槽区域中。
16.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含将固持待抛光的第二裸片的第二工具放置于所述模板的第二槽内，以使得所述第二 裸片的至少一个表面接触所述研磨表面，所述第二槽从所述第一槽横向位移且从所述研 磨表面的中心部分径向向外延伸，所述第二槽具有处于所述第二槽的下游侧上的侧壁， 在所述第一工具以相配关系处于所述第一槽区域内的同时发生所述放置，所述放置允许 所述研磨表面相对于所述第二接触裸片表面移动，以使得由所述研磨表面与所述第二接 触裸片表面相抵而引起的摩擦使所述第二固持工具的一侧与所述第二槽下游侧壁相抵地 移动且与安装于所述第二槽侧壁上的挡止部呈相配关系，所述挡止部比所述第二放置的 工具更靠近所述研磨表面的所述中心；以及从所述第二工具移除在所述模板外的约束。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第二槽侧壁挡止部处于与所述第一槽侧壁 的径向距离不同的径向距离处。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述不同的径向距离随所述第一和第二裸片的宽度而变。
19.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含重复所述最后提及的针对至少两个额外槽的放置和移除以用于抛光第三和第四裸片。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述槽沿圆周围绕所述模板的中心而定位且没 有两个槽彼此对称地相对。
全文摘要
通过临时将多个裸片固持装置(26)定位到安装于研磨表面(12)上的模板(20)的不同分段开放区域(202)中来实现同时从若干裸片非手动地移除材料层。在一个实施例中，由研磨轮赋予每一固持装置的摩擦力用以将所述固持装置与挡止部(24)相抵地定位于每一开口的范围内。可将每一段中的挡止部定位于距所述研磨轮的中心的不同径向距离处，以便使用所述研磨轮的不同部分来研磨裸片中的每一者。在一些实施例中，所述段围绕模板而彼此偏移，以便增加所述研磨表面的有效工作区域。
文档编号B24B41/06GK102015207SQ200980116010
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月29日 优先权日2008年5月5日
发明者克里斯托弗·L·马布尔 申请人:高通股份有限公司