[发明专利]抛光设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光设备，更具体地涉及一种用于将待抛光的物体(基体)例如半导体晶片抛光至镜面光洁度的抛光设备。

背景技术

近年来，半导体装置中的高集成度和高密度要求越来越小的布线形式或者互相连接，并且也要求越来越多的互连层。在更小的电路中的多层互连导致更多的台阶(steps)，这些台阶造成下互连层的表面不规则。互连层数的增加造成薄膜台阶构造上薄膜涂敷(台阶覆盖)性能变差。因此，更好的多层互连需要有改进的台阶覆盖和适宜的表面平面化。另外，因为通过小型化光刻过程使光刻光学系统的聚焦深度更小，所以半导体装置的表面需要被磨平，使得半导体装置表面上的不规则台阶落入到聚焦深度内。

因此，在半导体装置的制造过程中，使半导体装置的表面平面化变得越来越重要。最重要的平面化技术之一是化学机械抛光(CMP)。因此，一直采用化学机械抛光设备，用于磨光半导体晶片的表面。在化学机械抛光设备中，在将其中包含磨粒例如二氧化硅(SiO₂)的抛光液供给到抛光面例如抛光垫上的同时，基片例如半导体晶片与抛光面滑动接触，使得基片得到抛光。

这种类型的抛光设备包括抛光台，抛光台具有由抛光垫形成的抛光面，以及基片保持装置，该保持装置被称为顶环或者抛光头，用于保持基片例如半导体晶片。当半导体晶片由这种抛光设备抛光时，通过基片保持装置在预定压力下将半导体晶片保持并压靠在抛光面上。这时，抛光台和基片保持装置相对彼此移动使得半导体晶片与抛光面滑动接触，这样将半导体晶片的表面抛光到镜面光洁度。

在这种抛光设备中，如果施加在正在被抛光的半导体晶片与抛光垫的抛光面之间的相对压力在半导体晶片的整个表面上不一致，那么，半导体晶片的表面在其不同区域根据施加在其上的压力会抛光不充分或者抛光过度。习惯上通过提供由位于基片保持装置底部的弹性膜形成的压力腔并向压力腔供给例如空气的流体以在穿过弹性薄膜的流体压力下按压半导体晶片来使施加在半导体晶片上的压力一致。

如果抛光设备利用由合成树脂制成的抛光垫抛光半导体晶片，那么，在每次被修整以及在使用一段时间后，抛光垫就会日益磨损。为了保持由顶环或抛光头固定的半导体晶片上的表面压力分布不变，需要在抛光期间保持顶环或抛光头与抛光垫之间的距离不变。

根据日本特许公开号为2004-154933的专利文献中所披露的抛光设备，降低用于保持基片例如半导体晶片的抛光头以使抛光头和基片待抛光表面与抛光垫接触。当位于抛光头上的辅助承载件(卡盘)的底面与弹性膜的上表面相接触时，抛光头的垂直位置(高度)由传感器检测，并且抛光头 从检测的垂直位置提升预定距离，以保持辅助承载件底面与弹性膜上表面之间的距离也就是辅助承载件底面与抛光垫之间的距离不变。用于检测抛光头垂直位置的传感器被安装到固定抛光头的轴上，并且止动器被安装到支撑臂(固定部件)上，该支撑臂在其整体上保持抛光头。传感器通过检测传感器与止动器之间的距离来检测抛光头的垂直位置(高度)。

根据日本特许公开号为2006-128582的专利文献中所披露的抛光设备，降低用于保持半导体晶片的顶环，直至顶环的底面接触抛光垫的抛光面，于是传感器或类似物检测顶环的位置，然后从检测到的顶环位置获取抛光垫抛光面的垂直位置。这个过程被称为垫搜索。根据获取的抛光面垂直位置计算出抛光时最佳顶环位置。由于先前的抛光和修整造成抛光垫被磨损，因此测量出抛光垫的磨损量，并根据测量出的抛光垫的磨损量计算出抛光时采用的顶环的最佳垂直位置。用于提升或降低顶环的伺服电机被通电以降低顶环，然后，当顶环到达计算的最佳垂直位置时，停止供电。以这种方式，控制顶环以保持顶环与抛光垫的抛光面之间的距离不变。

在日本特许公开号为2004-154933的专利文献所披露的抛光设备中，为了保持辅助承载件的底面与弹性膜的上表面之间的距离也就是辅助承载件的底面与抛光垫之间的距离不变，在进行抛光过程之前必须降低保持基片的抛光头以使抛光头和基片的待抛光表面与抛光垫接触，当抛光头接触抛光垫时，测量抛光头的垂直位置，接着使抛光头提升预定距离。抛光头与抛光垫接触以及随后提升抛光头所需的时间增加了抛光过程的总体抛光时间，导致抛光设备生产能力下降。