[发明专利]衬底抛光方法

说明书

本申请是2004年2月25日提交的、申请号为200480013867.5、名称为“衬底保持装置和抛光装置”的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于保持待抛光的衬底以及将衬底压紧在抛光面上的衬底保持装置，以及更具体地，涉及用于将例如半导体晶片的衬底保持在用于将衬底抛光为平面磨光状态的抛光装置中的衬底保持装置。

背景技术

近年来，半导体器件已经变得越来越集成，并且半导体元件的结构已经更变得越来越复杂。另外，用于逻辑系统的多层互联的层数也逐渐增加。因而，在半导体器件表面上的不平整逐渐增加，使得半导体器件表面上的台阶高度趋于变大。这是因为，在半导体器件的制造处理中，在半导体器件上形成薄膜，然后在半导体器件上执行微机械加工处理，例如构图或形成孔，以及多次重复这些处理，以在半导体器件上形成随后的薄膜。

当在半导体器件表面上不平整数量增加时，引起以下问题。当在半导体器件表面形成薄膜时，在具有台阶的部分上形成的薄膜的厚度相对较小。由互联的中断引起开路，或者由互联层之间不充分隔离引起短路。作为结果，不能获得良好的产品，并且生产率也趋于减少。另外，即使半导体起初正常工作，在长期使用之后，半导体器件的可靠性也下降。在光刻工艺中曝光时，如果照射表面具有不平整性，则抛光系统中的透镜单元将发生局部散焦。因此，如果半导体器件表面的不平整性增加，则很难在半导体器件上形成本身很细的构图。

因而，在半导体器件的制造处理中，使半导体器件表面平面化变得日益重要。平面化技术中最重要的一个是化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing：CMP)。在化学机械抛光中，利用抛光装置，在其中包含例如硅石(二氧化硅)的磨粒的抛光液被供应到例如抛光垫的抛光面的同时，使例如半导体晶片的衬底与抛光面滑动接触，使得抛光衬底。

这类抛光装置包括：抛光台，具有由抛光垫构成的抛光面，以及衬底保持装置，该衬底保持装置被称为顶环或载体头，用于保持半导体晶片。当利用这种抛光装置抛光半导体晶片时，由衬底保持装置保持半导体晶片，并且在预定压力下将半导体晶片压紧在抛光台上。此时，彼此相对移动抛光台和衬底保持装置，以使半导体晶片与抛光面滑动接触，使得将半导体晶片的表面抛光为平坦的镜面磨光。

在这种抛光装置中，如果被抛光的半导体晶片和抛光垫的抛光面之间的相对压力在整个半导体晶片的整个表面上不均匀，则在某些部分上，半导体晶片可能会抛光不充分或者可能会过度抛光，这取决于施加到半导体晶片的这些部分上的压力。这样，已经试图通过由例如橡胶的弹性材料制成的弹性膜形成用于保持半导体晶片的衬底保持装置的表面，以及将例如空气压力的流体压力提供给弹性膜的背侧表面，以在半导体晶片的整个表面上均匀化施加到半导体晶片上的压力。

另外，抛光垫是如此有弹性，使得施加到被抛光的半导体晶片的外周部分的压力变得非均匀化，由此仅仅半导体晶片的外周部分可能会被过度抛光，这被称为“边缘倒角(edge rounding)”。为了防止这种边缘倒角，已经使用了一种衬底保持装置，其中利用导向环或者保持环在外周部分保持半导体晶片，以及利用导向环或保持环压紧与半导体晶片的外周部分对应的抛光面的环形部分。

取决于膜淀积方法或者膜淀积装置的特性，在半导体晶片表面上形成的薄膜的厚度在半导体晶片的径向上依位置而不同。具体地，薄膜在半导体晶片的径向上具有膜厚度分布。因为如上所述的用于均匀地压紧半导体晶片整个表面的传统的衬底保持装置在半导体晶片的整个表面上均匀地抛光半导体晶片，所以不能在半导体晶片的表面上实现等于上述膜厚度分布的抛光量分布。

已经提出了一种抛光装置，用于局部地施加不同的压力给半导体晶片，使得用于将在半导体晶片上的较厚薄膜区域压紧到抛光面上的压力大于用于将在半导体晶片上的较薄膜区域压紧到抛光面上的压力，由此，可选择地增加较厚区域的抛光率。这样，可以均匀地抛光衬底的整个表面，而不管当在半导体晶片上生长薄膜时所提供的膜厚度分布。