[发明专利]抛光设备和抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于抛光光学部件、机械部件、陶瓷、金属等的抛光设备和抛光方法，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抛光设备和抛光方法。

背景技术

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，即，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，从而抛光被抛光物体。

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(rebound)”。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。