相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本專利文獻(xiàn)要求2014年11月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/084,417以及2014年11月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/083,283的優(yōu)先權(quán)，每個(gè)專利申請(qǐng)的標(biāo)題都為“針釘卡盤制造和修理(pinchuckfabricationandrepair)”，并且每一個(gè)都是以edwardgratrix的名義授予的。在準(zhǔn)許的情況下，這些臨時(shí)專利申請(qǐng)中的每一個(gè)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合在此。

關(guān)于美國(guó)聯(lián)邦政府資助的研究的聲明

無(wú)。

本發(fā)明涉及被稱為用于支撐晶片的“卡盤”的結(jié)構(gòu)，這些晶片諸如用于加工的半導(dǎo)體(例如，硅)晶片，該加工可以是但不限于光刻。此外，本發(fā)明還涉及用于研磨此類卡盤以賦予所希望的平坦度和粗糙度的工具，特別是在卡盤已投入使用之后；也就是說，它還涉及用于修理卡盤的工具。

背景技術(shù)：

隨著摩爾定律推動(dòng)著半導(dǎo)體特征結(jié)構(gòu)的大小被設(shè)置得越來(lái)越小，對(duì)高精度晶片處置部件的要求也有所增加。實(shí)現(xiàn)所需精度的難度也在增長(zhǎng)。例如，硅晶片，當(dāng)要制造硅晶片時(shí)，微處理器芯片必須精確地放置在加工機(jī)器中。晶片通常由真空處置設(shè)備進(jìn)行處置。晶片在其自身重量下非常輕微地下垂。當(dāng)下垂晶片下降到晶片卡盤時(shí)，下垂晶片“希望”變平，但是可能由于受到晶片與卡盤之間的摩擦的阻礙，而不能如愿。這有時(shí)被稱為“粘性”問題。在此方面，金屬氧化物是值得注意的，并且二氧化硅也不例外。解決或至少改善這個(gè)問題的努力之一是使晶片與卡盤之間的接觸面積最小化。這種特殊的設(shè)計(jì)解決方案可采取將(通常規(guī)則地間隔開的)具有均勻高度的多個(gè)“平臺(tái)”設(shè)計(jì)成均勻的形式。這些平臺(tái)被稱為“針釘”或“臺(tái)面”，這些針釘限定了可放置半導(dǎo)體晶片的非常平坦的支撐表面。這些針釘有助于減少摩擦，使得晶片可橫向移動(dòng)穿過臺(tái)面，因?yàn)榫诔两档脚_(tái)面上時(shí)會(huì)變平。針釘有助于減少晶片粘附，但在此方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

考慮到這一點(diǎn)，晶片處置部件的主要希望特征結(jié)構(gòu)是高機(jī)械穩(wěn)定性(高剛度和低密度)、高熱穩(wěn)定性(高導(dǎo)熱性和低熱膨脹系數(shù))、低金屬污染、高公差的機(jī)械加工性、低磨損(以保持精度)、低摩擦(以防止晶片粘附)以及可被制造成高達(dá)450mm的大小的能力。

碳化硅(sic)具有用作晶片卡盤的希望的性質(zhì)：(舉三個(gè)例子)低密度、低熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱性。

碳化硅基主體可通過反應(yīng)滲透技術(shù)被制成近凈形，并且此類技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年。通常，這種反應(yīng)性滲透方法需要在真空或惰性氣氛環(huán)境中使熔融硅(si)與含有碳化硅加碳的多孔物質(zhì)接觸。產(chǎn)生了潤(rùn)濕條件，結(jié)果就是熔融硅通過毛細(xì)管作用被吸引到物質(zhì)中，其中它與碳發(fā)生反應(yīng)以形成另外的碳化硅。這種原位碳化硅通常是互連的。通常所希望的是密體，因此該工藝通常在額外的硅的存在下進(jìn)行。因此，所得到的復(fù)合體主要含碳化硅，還含一些未反應(yīng)的硅(其也是互連的)，并且可以簡(jiǎn)化符號(hào)稱為si/sic。用于制造此類復(fù)合體的工藝被可互換地稱為“反應(yīng)成形”、“反應(yīng)結(jié)合”、“反應(yīng)性滲透”或“自結(jié)合”。在較新的技術(shù)中，為了增加柔性，除sic之外的一種或多種材料可代替多孔物質(zhì)中的一些或全部的sic。例如，用金剛石微粒代替一些這種sic可產(chǎn)生金剛石/sic復(fù)合材料。

關(guān)鍵在于晶片平坦地放置以抵靠著卡盤的(多個(gè))支撐表面。否則，投影到晶片上的電路圖案圖像可能會(huì)失焦。此外，晶片光刻可能涉及多次曝光，其中晶片在曝光之間重新定位。因此，關(guān)鍵在于存在一種方式，該方式用于將晶片相對(duì)于其第一定位精確地重新對(duì)準(zhǔn)在卡盤上，以使得隨后的曝光發(fā)生在晶片上的正確位置中。

1.晶片污染和晶片降落

為什么晶片首先不是平坦的？當(dāng)晶片被加工時(shí)，并且由于制造的固有限制，它們不是平坦的。通常，在前端半導(dǎo)體線路中執(zhí)行的工藝向晶片添加膜，這導(dǎo)致幾乎彎曲的晶片。這個(gè)曲率可以是向上或向下的任何方向。大部分與平面的偏離是內(nèi)彎，并且變形為球形或圓柱形形狀。

此外，晶片卡盤從來(lái)不是完全平坦的，并且通常以隨機(jī)的方式具有輕微的曲率，并具有的取向類似呈向上(碗)或向下(圓頂)形狀的晶片的取向。

當(dāng)由于正常工藝而已經(jīng)獲得曲率的晶片定位在晶片卡盤上時(shí)，需要它們通過沉降到平面來(lái)返回到初始的夾緊位置。需要晶片以主要為徑向的方式松弛。

2.平坦度

零件的平坦度通常通過光學(xué)、機(jī)械加工或精密工業(yè)中經(jīng)驗(yàn)豐富人員熟知的若干已確立的方法中的一種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在第一種此類方法中，平面研磨或連續(xù)磨削機(jī)(cg)的環(huán)形磨削使用某種臺(tái)面，該臺(tái)面幾乎通過外部特征結(jié)構(gòu)(諸如環(huán)或者被稱為‘搗碎器’或‘調(diào)節(jié)器’的主要零件)被保持作為參考表面。存在幾何約束，例如相對(duì)于需要平坦且良好控制和可重復(fù)的零件的搭接部的環(huán)形寬度和直徑。使用臺(tái)面研磨(cg)實(shí)現(xiàn)平坦零件的約束在于研磨臺(tái)面需要保持如所希望的結(jié)果或比所希望的結(jié)果更好的平坦度水平。另外，需要保持和控制壓力的均勻性和零件之間的相對(duì)速度。最后，材料均勻性、局部壓力和研磨介質(zhì)不均勻性將導(dǎo)致局部和全局平坦度偏差。

第二種方法是使用‘懸臂’或‘主軸研磨’，其中存在兩種配置。首先，有待研磨的零件被移過旋轉(zhuǎn)的更大的平坦拋光表面，或者其次，較小的研磨工具被移過較大的零件。在各自的情況下，零件的相對(duì)幾何形狀以大致隨機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)，因此零件具有平坦或均勻的輪廓，從而導(dǎo)致平坦的零件。工具軌跡曲線、壓力均勻性和介質(zhì)分布都需要嚴(yán)格控制，以便在實(shí)現(xiàn)其的同時(shí)使變化最小化。

以上列舉的每種機(jī)械技術(shù)均無(wú)法直接控制從平面偏離的中小頻率誤差。在世界范圍內(nèi)，這些技術(shù)提供了對(duì)如球體的簡(jiǎn)單幾何形狀的控制，但依靠均勻性來(lái)實(shí)現(xiàn)較小的空間周期。

確定性校正是最終的設(shè)計(jì)密集型方法，其利用表面的測(cè)量結(jié)果和小型工具來(lái)使用受控的、局部化的工具沖擊。這些工具可以是機(jī)械性的，其通過控制工具形狀、駐留時(shí)間、壓力、速度、(mrf中的)介質(zhì)來(lái)運(yùn)行?？商娲兀摴に嚳梢愿訌?fù)雜，從而使用蝕刻劑、等離子體、離子或其他局部化現(xiàn)象，并且控制駐留、工具大小、化學(xué)過程、電流、濃度等。這些技術(shù)的局限性在于用于生成‘命中圖’的反饋計(jì)量的大小。計(jì)量必須超過打算實(shí)現(xiàn)的精度水平。未能這樣做會(huì)導(dǎo)致增加更多的誤差。

通常通過應(yīng)用一種或多種機(jī)械技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)所完成的最高平坦度，并且之后使用被稱為確定性校正的更高級(jí)的方法進(jìn)行中高頻率校正。這促使制造商和用戶投資在更昂貴的機(jī)械和復(fù)雜的計(jì)量中。

當(dāng)將以上列舉的常規(guī)技術(shù)擴(kuò)展到晶片卡盤的表面時(shí)，如上所述的常規(guī)加工在實(shí)現(xiàn)和保持平坦度上面臨重大挑戰(zhàn)，該晶片卡盤具有平臺(tái)化、像素化、帶有針釘?shù)幕蛲ǔ１环Q為‘針床’的接觸區(qū)域。挑戰(zhàn)在于，平臺(tái)化的表面可能具有不均勻的針釘分布，這將導(dǎo)致局部壓力變化，從而導(dǎo)致平坦度發(fā)生變化。此外，該針釘結(jié)構(gòu)將通過擾亂介質(zhì)(砂粒)分布來(lái)極大地干擾松散的研磨介質(zhì)。對(duì)常規(guī)研磨件上的局部區(qū)域的控制是非常困難和昂貴的，并且通常依賴于降低材料去除速率，因此零件在研磨表面的不同區(qū)域上多次穿過，從而導(dǎo)致更長(zhǎng)的加工時(shí)間。

平臺(tái)化表面的幾何約束進(jìn)一步限制了可應(yīng)用確定性校正的技術(shù)。mrf、等離子體和ccos由于其需要連續(xù)表面而不能處理離散區(qū)域、具體地說處理在晶片卡盤的針釘結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的稀疏的非重復(fù)圖案。

晶片卡盤和離散的網(wǎng)狀表面被指定為實(shí)現(xiàn)具有非常嚴(yán)格的中高空間頻率平坦度偏差；因此，常規(guī)技術(shù)正在努力保持所需的發(fā)展改進(jìn)。這種中高頻率要求是由光刻設(shè)備的制造商提出，由此系統(tǒng)測(cè)量并且預(yù)先確定并校正大于照明區(qū)域的空間頻率，諸如在asml的雙掃描系統(tǒng)中。典型的照明區(qū)域?yàn)?8mm乘8mm的矩形；因此，用于保持平坦度的所感興趣的空間頻率是小于28mm的空間頻率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的第一方面，網(wǎng)狀晶片卡盤的針釘被設(shè)計(jì)成使得它們的頂部表面(或終端表面)是環(huán)形的(環(huán)狀的)或有凹坑的。本發(fā)明的第二方面是一種用于賦予表面、諸如晶片卡盤的支撐表面平坦度和粗糙度或恢復(fù)其平坦度和粗糙度的工具和方法。該工具被成形成使得與正被處理的表面的接觸是圓形或環(huán)帶。該處理方法可以在專用設(shè)備中進(jìn)行，或者在半導(dǎo)體制造設(shè)備中原位進(jìn)行。

附圖說明

圖1a是示出有凹坑的晶片卡盤針釘?shù)耐敢晥D圖樣。圖1b是圖1a的橫截面圖，也示出了晶片20和逸出氣體22。

圖2a和2b是分別示出了完整的sic晶粒和有凹坑的sic晶粒的光學(xué)顯微照片。

圖3是成形為環(huán)帶(即，在中心具有單個(gè)孔或凹陷)的晶片卡盤的單個(gè)針釘?shù)耐敢晥D。

圖4a是示出研磨工具的超環(huán)面形狀的干涉儀圖。

圖4b是用于使晶片卡盤平坦化和粗糙化的環(huán)帶狀工具的透視圖。

圖4c是晶片卡盤平坦化/粗糙化工具的另選實(shí)施例(即，一組呈圓形安排的環(huán)形子工具)的透視圖。

圖5是分別與有待研磨的制品的非平坦表面接觸的環(huán)形和圓盤形工具的橫截面圖。

圖6a和6b示出了被安排成與本發(fā)明的研磨工具一起使用的研磨機(jī)的頂部(平面圖)和透視圖。圖6c是研磨工具和輥的后部透視特寫圖。

圖7是通過本發(fā)明的技術(shù)和工具繪制出研磨前和研磨后隨空間頻率發(fā)生變化的平坦度誤差程度的圖。

具體實(shí)施方式

1.用于最小化粘附并改善晶片沉降的針釘卡盤臺(tái)面設(shè)計(jì)

本發(fā)明的第一方面涉及工程設(shè)計(jì)晶片針釘卡盤的平臺(tái)或“臺(tái)面”或“針釘”(下文中，這個(gè)特征結(jié)構(gòu)將主要被稱為“針釘”)，以使晶片的粘附最小化，并改善晶片沉降。

特別關(guān)于晶片沉降問題，當(dāng)晶片被最初放置在由針釘限定的支撐表面上的位置中時(shí)，實(shí)際上希望存在晶片與針釘之間的截留氣體(例如，空氣)的凹穴，以幫助支撐晶片。一旦就位，所施加的真空致使從孤立的凹穴釋放氣體，并且晶片沉降到針釘上。沒有這些孤立的凹穴，氣體可能最初就不會(huì)被截留。相反，它可能會(huì)找到“泄漏路徑”。在沒有氣體的這種初始支撐的情況下，晶片可在定位過程中與針釘發(fā)生快速的硬接觸。在這種情況下，不希望的結(jié)果是發(fā)生不可重復(fù)的夾緊誤差。

用于在針釘?shù)慕K端表面(即，支撐晶片的表面)上產(chǎn)生凹穴的一種技術(shù)是有意地(例如)通過激光或放電機(jī)加工(edm)將凹穴或凹坑引入該表面中。圖1a是示出具有支承表面16的晶片卡盤針釘10的透視圖圖樣，該支承表面已經(jīng)被工程設(shè)計(jì)成通過機(jī)加工而具有封閉式(例如，“盲”)孔12以及開放末端的孔14。圖1b是圖1a的橫截面圖，還示出了晶片20和逸出氣體22。圖2a和2b是有針釘?shù)木ūP的針釘?shù)膾伖饨K端表面的光學(xué)顯微照片，其中圖2a不具有凹穴或凹坑，而圖2b展示出了此類孔。

另一種類似的方法是在針釘終端表面的中間或中心區(qū)域中機(jī)加工一個(gè)大孔。這里，凹陷32被機(jī)加工出來(lái)，從而在針釘10的周邊周圍留下環(huán)帶或環(huán)形接觸區(qū)域34。這在圖3的透視圖圖樣中示出。

這些技術(shù)減少了晶片與晶片卡盤支撐表面之間的摩擦。減小的摩擦有助于與晶片的任何彎曲度無(wú)關(guān)地、并且與晶片背部的粗糙度也無(wú)關(guān)地將晶片沉降在支撐表面的針釘上。

2.在保持平坦度的同時(shí)校正針釘卡盤的粗糙度

本發(fā)明的第二方面涉及在保持平坦度的同時(shí)校正針釘卡盤的粗糙度。

在制造晶片卡盤的過程中出現(xiàn)另一個(gè)問題。卡盤的支撐表面被研磨以提供極端表面平坦度。偶爾地，添加了后處理技術(shù)，像離子束(例如，ibf)。

研磨過程通常涉及固定或結(jié)合的磨料。由于保持平坦度和粗糙度的條件在一致性上有固有的限制，所以通常以粗糙度為代價(jià)實(shí)現(xiàn)平坦度。更準(zhǔn)確地說，局部或全局平坦度可得到改善，但是粗糙度有所降低。這至少是潛在的問題，因?yàn)槿绻佑|表面太平滑，它們將會(huì)粘附在一起。需要的是實(shí)現(xiàn)所需平坦度以及所需粗糙度的方式。

本發(fā)明的實(shí)施例解決了粗糙度問題。具體地說，它通過使用工具進(jìn)行研磨來(lái)賦予、維持或恢復(fù)針釘?shù)慕K端表面(針釘頂部)的粗糙度，該工具具有與被處理表面的硬度大約相同的硬度。優(yōu)選地，研磨工具具有與被處理表面相同的組成。

3.研磨工具的描述

研磨工具可以是大致圓盤或“冰球”的形狀。工具應(yīng)該足夠大，使得其可在由針釘頂部限定的表面上移動(dòng)時(shí)受到最小的約束，例如，其在z軸上不受約束，并且不會(huì)掉落到相鄰的針釘之間。典型的總長(zhǎng)度或直徑約為18至28mm。研磨工具可被安排成在晶片卡盤的整個(gè)表面上經(jīng)過，從而接觸每個(gè)針釘終端表面一次或多次。

研磨工具應(yīng)具有至少與被處理的晶片卡盤的支撐表面相同的硬度。由于晶片卡盤通常由諸如陶瓷的硬質(zhì)材料制成，因此研磨工具至少應(yīng)是這么硬的。這種硬度的材料將研磨而不是拋光支撐表面(例如，針釘)的頂部，并且這是本申請(qǐng)中所希望的。通過具有更大的硬度，由研磨造成的大部分磨損將影響晶片支撐表面而不是研磨/處理工具。這可通過將金剛石結(jié)合到研磨工具中來(lái)實(shí)現(xiàn)。在研磨工具具有與晶片支撐表面大約相同的硬度時(shí)發(fā)生有趣的事情，那就是該粗糙度被最大化。通常，具有相似硬度的研磨材料導(dǎo)致高的粗糙度。

對(duì)于晶片卡盤材料的流行選擇是碳化硅，sic。因此，研磨工具可由sic或基于sic陶瓷制成。如上所述，用于制造提供柔性的sic基陶瓷的加工方法是反應(yīng)結(jié)合技術(shù)。反應(yīng)結(jié)合過程通常在成形主體中留下少量的殘余元素硅，因此所得產(chǎn)物是sic和si的復(fù)合物，通常表示為si/sic。一些sic被提供作為增強(qiáng)填料，例如，作為微粒?？捎弥T如碳化硼或金剛石的其他增強(qiáng)材料來(lái)代替所有這些sic填料中的一些，從而工程設(shè)計(jì)出研磨工具的不同性能?？梢詫i含量設(shè)計(jì)成在以體積計(jì)算的約百分之5與約百分之45?？梢詫4c含量設(shè)計(jì)成在約10vol％與約65vol％之間?？梢詫⒔饎偸吭O(shè)計(jì)成在約0.1vol％與約60vol％之間。

4.在保持粗糙度的同時(shí)校正針釘卡盤的平坦度

研磨或處理工具還可用于賦予、維持或恢復(fù)晶片針釘卡盤的晶片支撐表面的平坦度。通常，通過向下磨削高點(diǎn)直到它們處于與低點(diǎn)相同的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)平坦度。典型的經(jīng)驗(yàn)是將硅晶片重復(fù)(例如，數(shù)千次)沉降到晶片卡盤的針釘上并從其移除會(huì)磨損針釘頂部，特別是卡盤的外周邊周圍的針釘。因此，為了恢復(fù)晶片的平坦度，必須使得未磨損的針釘磨損直到它們處于磨損針釘?shù)母叨取?/p>

在晶片中并且至少在晶片卡盤中，平坦度問題通常會(huì)遇到周期性或“波度”--例如，高點(diǎn)和低點(diǎn)的波。這些誤差發(fā)生的頻繁程度可被表示為“空間頻率”。周期性大于裸片(微處理器芯片)大小的誤差幾乎沒有相關(guān)性，因?yàn)榫罱K將被切片以再次獲得印制于其上的裸片。周期性小于相鄰針釘之間間隔的誤差沒有任何意義。非常高的頻率誤差(諸如針釘頂部?jī)?nèi)那些頻率誤差)是不相關(guān)的，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)影響晶片的準(zhǔn)確定位。因此，考慮到的空間頻率的范圍具有在針釘間隔與裸片大小之間或在約3mm與28mm之間的周期性。

本發(fā)明的處理工具的大小可設(shè)定成能夠處理這個(gè)周期性范圍內(nèi)的誤差(高點(diǎn))。此外，它被成形為優(yōu)先處理(例如，研磨)高點(diǎn)。盡管工具可以具有大致和整體的圓盤形狀，但并不是與針釘相鄰的工具的全部表面都與針釘相接觸。相反，工具在研磨過程中實(shí)際接觸針釘?shù)膮^(qū)域是自身閉合的線(諸如卵形或橢圓形)。更具體地，這個(gè)閉環(huán)可以是圓形或環(huán)帶，即，具有外徑和內(nèi)徑的環(huán)。盡管工具的相鄰表面可以是連續(xù)的，但是工具的中心或中間區(qū)域可以是凹進(jìn)的；因此，這個(gè)中心或中間區(qū)域不接觸針釘。相鄰表面的最外邊緣也可符合同樣的描述：它可以是以唇緣、半徑或“蹺邊”為特征。這些凹部通過如圖4a中所示的工具的干涉儀圖像良好地示出。因此，如圖4b的透視圖所示，該工具可被看作具有超環(huán)面或“圓環(huán)”形狀。此外，如圖4c的透視圖所示，研磨或處理工具可以成組安排的多個(gè)環(huán)形或超環(huán)面“子工具”(例如，近似圓形)為特征。

環(huán)形接觸區(qū)域的凹進(jìn)的外邊緣和內(nèi)邊緣可用于在工具在高點(diǎn)上經(jīng)過時(shí)逐漸過渡。沒有這些凹部，工具會(huì)突然撞擊高點(diǎn)。工具的凹進(jìn)的中間或中心區(qū)域還具有另一作用，其在于它準(zhǔn)許工具在保持與相鄰的低點(diǎn)(例如，較低高度的針釘)進(jìn)行接觸的同時(shí)處理高點(diǎn)。換句話說，工具在其在針釘頂部上橫過時(shí)保持一致性。在圖5中通過正用本發(fā)明的超環(huán)面工具52和平底工具54來(lái)處理(研磨)的波浪狀、非平坦表面的橫截面圖對(duì)此進(jìn)行了最佳展示。超環(huán)面工具52跨在56、57長(zhǎng)周期變化上，而平底工具則不是如此，而是其形成點(diǎn)接觸58。因此，超環(huán)面工具可被說成“共形地處理”針釘頂部。

因此，只要工具上的接觸圓形或區(qū)域是平坦的，工具在研磨過程中就不必在研磨機(jī)中保持任何類型的剛性或精確的固定的取向。而是，它可以是使用球窩接頭或具有最小約束的其他附接手段附接到機(jī)器上的。

5.研磨機(jī)和研磨過程

圖6a和6b示出了被安排成與本發(fā)明的研磨工具一起使用的研磨機(jī)的頂部(平面圖)和透視圖。這些圖示出了研磨工具和晶片卡盤在研磨操作過程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這里，晶片針釘卡盤60安裝在左右線性移動(dòng)的可移動(dòng)工作臺(tái)62上。賦予晶片針釘卡盤60逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)使得處理(研磨)工具64保持抵靠著可旋轉(zhuǎn)地安裝到靜止臂70上的一對(duì)輥66、68。可驅(qū)動(dòng)輥中的一者或兩者，從而賦予工具64旋轉(zhuǎn)。研磨機(jī)不向工具施加向下(例如，沿z軸)的壓力。而實(shí)際上，簡(jiǎn)單的呆重負(fù)載使得工具64壓靠針釘?shù)慕K端(頂部)表面。因此，處理工具在研磨過程中不是高度受約束的，并且甚至可能是最低限度受約束的。

圖6c是研磨工具64和輥66和68的特寫透視圖。這個(gè)視圖來(lái)自圖6b的視圖的位置的后方，以更好地示出輥、工具及其旋轉(zhuǎn)。

下表描述了研磨機(jī)的一些典型操作參數(shù)：

為了總結(jié)這個(gè)部分，研磨機(jī)可被設(shè)置或編程以使研磨工具在晶片針釘卡盤的整個(gè)表面上經(jīng)過，或者設(shè)置或編程為優(yōu)先處理卡盤支撐表面的較高區(qū)域(即，確定性處理)。可在卡盤的中心中或邊緣周圍施加真空以移除由校正產(chǎn)生的微粒。處理工具應(yīng)被設(shè)計(jì)成幾乎具有環(huán)帶或超環(huán)面形狀，因此即使針釘卡盤不是完全平坦的，它也將共形地尋找與表面相垂直的位置。工具的這種自由狀態(tài)或最低限度的受限狀態(tài)將允許工具自然地，因而優(yōu)先地尋找并‘命中、處理’針釘卡盤的較高針釘，從而針對(duì)平坦度變化進(jìn)行校正?？梢赃x擇工具的環(huán)帶的大小以在選擇空間頻率范圍內(nèi)‘處理’或校正高點(diǎn)。施加的力可根據(jù)特征結(jié)構(gòu)或邊緣保持固定或發(fā)生變化，以提供幾乎相等的處理，從而允許限定工具的自然狀態(tài)?？煽刂乒ぞ叩奈恢煤途植苛Γ杂行У乜刂撇⒀a(bǔ)償針釘卡盤的呈已知圖案的非平坦磨損。針釘卡盤的材料由與針釘相似或比針釘更硬的材料構(gòu)成，從而使得在卡盤的針釘?shù)捻敳勘砻嬷写植诙鹊靡跃S持。也可以調(diào)整工具的所施加的壓力、停留時(shí)間或速度來(lái)主要進(jìn)行清潔而不是平坦化/粗糙化。有時(shí)需要清潔，因?yàn)榫ūP針釘可能變得被諸如半導(dǎo)體加工中使用的化學(xué)材料的碎屑所污染。

6.光刻工具中的平坦度和粗糙度校正

本發(fā)明的第三方面涉及光刻工具中的針釘卡盤的平坦度和粗糙度校正。

在使用這些“針釘卡盤”過程中還出現(xiàn)又另一個(gè)問題，并且這個(gè)問題是邊緣傾向于與晶片支撐表面的內(nèi)部相比受到更大的磨損。需要的是校正或整修這些磨損表面的方式。特別優(yōu)選的會(huì)是在“原位”進(jìn)行校正或整修的方式，即，例如，在卡盤仍然安裝在光刻機(jī)中時(shí)。不幸的是，直到本發(fā)明，沒有已知的用于對(duì)針釘卡盤進(jìn)行原位平坦化或校正的方法。

然而，本發(fā)明的材料、制品和技術(shù)現(xiàn)在趨于良好地適合用于對(duì)網(wǎng)狀或“有針釘?shù)摹本ūP支撐表面進(jìn)行原位平坦化、粗糙化和/或清潔。更準(zhǔn)確地說，本方法不使用松散的磨削或研磨介質(zhì)，而是使用自支撐圓盤狀工具。在研磨針釘頂部時(shí)產(chǎn)生的碎屑量是最小的。此外，所產(chǎn)生的碎屑被推離針釘頂部，并且它無(wú)害地落在針釘?shù)幕虻撞扛浇?。因此，碎屑是無(wú)妨礙、并且不會(huì)影響針釘?shù)钠教苟然虼植诙龋⑶也粫?huì)造成污染問題。

實(shí)例

以下實(shí)例以又更多的特異性說明了本發(fā)明的若干實(shí)施例。這些實(shí)例意在本質(zhì)上為說明性的并且不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)例1：實(shí)現(xiàn)平坦度

直徑為300mm的半導(dǎo)體真空卡盤由反應(yīng)結(jié)合的sic陶瓷(si/sic)制成。

如在行業(yè)中常見的，卡盤的頂部表面(即，晶片接觸表面)被edm機(jī)加工成具有多個(gè)針釘(也被稱為臺(tái)面)。針釘具有0.35mm的公稱直徑。針釘?shù)哪康氖菍⒕c卡盤的接觸面積最小化到小于1.5％(面積％)，這通過減少背側(cè)晶片污染問題來(lái)增強(qiáng)功能，從而除了其他優(yōu)點(diǎn)之外提供了均勻的背側(cè)真空力并且使得從卡盤釋放晶片容易。

針釘卡盤的頂部表面以傳統(tǒng)研磨而成為平坦?fàn)顟B(tài)，這在行業(yè)內(nèi)是常見的。通過將具有已知平坦度的si晶片放置在有針釘?shù)谋砻嫔希┘诱婵詹⑹褂脄ygo干涉儀測(cè)量晶片的頂側(cè)來(lái)測(cè)量表面的平坦度。該表面在裸片部位水平下用平坦度(也被稱為移動(dòng)平均數(shù)-ma-以nm為單位)和斜度(也被稱為斜率局部角度-sla-以μrad為單位)表征。測(cè)量面積為28mm×8mm。經(jīng)研磨的針釘卡盤測(cè)量得出4.76nm的ma(對(duì)于跨300mm表面的所有裸片部位，平均值+3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差)和1.60μrad的sla(平均值+3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差)。

然后用本發(fā)明的技術(shù)對(duì)針釘卡盤的表面進(jìn)行處理。具體地，od為22mm并且id為3mm的超環(huán)面狀環(huán)形工具使用標(biāo)稱60g的負(fù)載和27mm的工具半徑來(lái)移過針釘?shù)捻敳?。工具由同樣用于生產(chǎn)針釘卡盤的反應(yīng)結(jié)合的sic配方來(lái)構(gòu)造，以便為高效磨損提供堅(jiān)硬的表面。處理表面50道次。在這個(gè)過程中，工具沿著針釘?shù)捻敳繖M向移動(dòng)，從而輕微研磨高點(diǎn)。在該過程完成后，表面被再次歸納特征而得出3.97nm的ma和1.07μurad的sla。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說，可采用許多工藝修改來(lái)改變、更改和優(yōu)化工藝的性能，包括工具的幾何形狀、工具的構(gòu)造材料、道次數(shù)量、所施加的負(fù)載等。

實(shí)例2：實(shí)現(xiàn)粗糙度

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說，擁有具有如實(shí)例1所詳述的良好平坦度的針釘卡盤來(lái)增強(qiáng)半導(dǎo)體制造工藝是有價(jià)值的。然而，針釘?shù)谋砻嬉脖仨毦哂幸欢ǔ潭鹊拇植诙?。如果針釘?shù)捻敳勘砻嫣交敲淳歪樶斂ūP可能通過“光學(xué)接觸”(光學(xué)接觸是在兩個(gè)主體在非常平坦且非常平滑的條件下發(fā)生接觸時(shí)將粘附在一起的現(xiàn)象)的原理粘附在一起。晶片粘附到針釘卡盤上會(huì)導(dǎo)致許多不期望的問題，諸如當(dāng)晶片試圖平坦地放置在針釘卡盤上時(shí)難以將晶片解夾持和安放。

已知用粗糙介質(zhì)(例如，粒度大于或等于2μm的金剛石研磨劑)進(jìn)行研磨以在針釘?shù)捻敳可袭a(chǎn)生所希望的粗糙的表面粗糙度。

與粗顆粒研磨一樣，本發(fā)明的工藝還提供了針釘?shù)捻敳可系乃Ｍ拇植诘谋砻婀鉂嵍取?/p>

通過使用2μm金剛石顆粒介質(zhì)的常規(guī)的研磨工藝使300mm針釘卡盤變得平坦。使用zygo白光干涉儀測(cè)量平臺(tái)粗糙度(spq)，得出23.9nm。這種水平的粗糙度是所希望的以便防止晶片通過光學(xué)接觸產(chǎn)生粘附。

類似地，使用本發(fā)明的技術(shù)使300mm針釘卡盤變得平坦。使用實(shí)例1的方法，使得反應(yīng)結(jié)合的sic環(huán)形工件(研磨工具)經(jīng)過針釘卡盤的頂部以便將向下磨損高點(diǎn)并提高平坦度。作為平坦化的結(jié)果，所希望的高表面粗糙度得以保持，或甚至被增強(qiáng)。在該工藝之后，spq表面粗糙度為26.1nm。

實(shí)例3：磨損校正

在使用過程中，晶片針釘卡盤會(huì)磨損并失去其平坦度規(guī)格。磨損來(lái)自多個(gè)源頭，包括數(shù)千個(gè)硅晶片滑上和滑下該表面、從晶片的背側(cè)將污染物帶給針釘卡盤、機(jī)器振動(dòng)、處置等。需要有效的針釘卡盤整修工藝。

獲得了已經(jīng)歷高水平的現(xiàn)場(chǎng)使用的針釘卡盤。使用實(shí)例1中所述的方法，平坦度經(jīng)測(cè)量得出6.0nm的ma和2.0μrad的sla。這些值高得令人不可接受。

按照實(shí)例1中所述的工藝，使用環(huán)形工具加工此磨損的針釘卡盤。作為該加工的結(jié)果，平坦度被提高至5.4nm的ma和1.8μrad的sla，這為部件提供了額外的壽命。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說，這種磨損校正存在若干外延。首先，可進(jìn)行額外的表面處理以進(jìn)一步提高平坦度。第二，該工藝可在半導(dǎo)體機(jī)床中(即，半導(dǎo)體制造設(shè)備內(nèi)部)進(jìn)行而不是在遠(yuǎn)處進(jìn)行，這節(jié)省了部件整修的典型物流成本。

實(shí)例4：研磨工具大小對(duì)具有誤差的空間頻率的影響

參照?qǐng)D7，示出的是作為光學(xué)表面的空間頻率的函數(shù)的、眾所周知的“功率譜密度”(psd)曲線圖。psd是與光學(xué)表面的平坦度相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù)。圖7的曲線圖示出了用本發(fā)明的研磨工具研磨表面的效果，該研磨工具具有28mm的環(huán)形接觸面積。具體地說，該圖示出了研磨工具對(duì)在接近工具大小的空間頻率區(qū)域中的平坦度產(chǎn)生影響。

·總結(jié)和結(jié)論：

作為新穎內(nèi)容要求保護(hù)的是一種對(duì)接觸區(qū)域使用具有環(huán)形形狀的小工具(有時(shí)被稱為“冰球”或“圓盤”)的技術(shù)，該小工具被固持成它可以自然地‘騎跨’在不需要校正的較大的頻率上的這樣一種方式。這個(gè)小冰球通過常規(guī)的機(jī)械手段校正它遇到的高點(diǎn)。環(huán)帶的一般工具形狀是其直徑不需要有任何大于28mm(因而形成不太關(guān)鍵的表面特征結(jié)構(gòu))，但通常為10-28mm。環(huán)帶的寬度也應(yīng)被規(guī)定，并且通常為針釘間隔的量級(jí)或更大，但并未大得足以阻止工具充分地與更大的頻率表面相適形。處理工具可以是超環(huán)面(“甜甜圈”)形狀的。更一般地說，它可以是連續(xù)表面，在中心具有凹陷并且在邊緣上具有滾卷，從而因此提供環(huán)形接觸區(qū)域。

當(dāng)沿著環(huán)帶的頂點(diǎn)觀察時(shí)，工具在接觸區(qū)域中的平坦度應(yīng)被產(chǎn)生成其平坦度水平超過該區(qū)域中的晶片卡盤的規(guī)格。這可通過光學(xué)拋光來(lái)實(shí)現(xiàn)。

與針釘接觸的工具的材料應(yīng)該是與針釘一樣硬或比針釘更硬的材料，該材料在這種情況下為si/sic。應(yīng)用具有相同硬度或更大硬度的材料(例如,金剛石)確保了該工具被同等地磨損掉從晶片卡盤去除的幅度或更少，從而因此在研磨周期過程中保留了平坦度條件。

環(huán)形處理工具的材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)被設(shè)計(jì)有如下的材料，該材料足夠輕且堅(jiān)硬，以便在表面上“漂浮”，但不會(huì)重得使得針釘壓縮。工具材料也不應(yīng)缺乏剛度而使得其在針釘之間下垂，從而導(dǎo)致共形地研磨未能豎起的針釘。用于此結(jié)構(gòu)的優(yōu)選材料可以是(例如)si/sic、si/sic/b4c或si/sic/金剛石。

這種研磨工具和方法的應(yīng)用包括：

·在保持粗糙度的同時(shí)平坦化用于半導(dǎo)體光刻或檢查的針釘卡盤

·在保持平坦度的同時(shí)校正或增加粗糙度

·校正針釘卡盤中的磨損圖案

工業(yè)實(shí)用性

其表面上具有多個(gè)針釘(或平臺(tái)或臺(tái)面)的部件在精密工業(yè)中是常見的。本發(fā)明著重于在加工過程中用于固持晶片的半導(dǎo)體真空針釘卡盤。本發(fā)明中的技術(shù)允許優(yōu)化針釘頂部的平坦度和粗糙度，并且允許在現(xiàn)場(chǎng)使用之后進(jìn)行再生針釘頂部表面。這種技術(shù)可轉(zhuǎn)移給許多其他精密針釘頂部部件，諸如但不限于：具有表面針釘?shù)撵o電卡盤、標(biāo)線真空和靜電針釘卡盤、晶片處置臂以及用于平板顯示器制造的部件(玻璃卡盤、玻璃處置臂、標(biāo)線卡盤等)。

此外，這種技術(shù)可轉(zhuǎn)移給并不具有針釘?shù)谋砻娴谋砻嫘薷?平坦化、粗糙化等)。這為準(zhǔn)備鏡子和透鏡表面(平坦的和彎曲的二者)提供了價(jià)值。

普通技術(shù)的技工將了解，可對(duì)在此描述的本發(fā)明進(jìn)行多種不同修改，而不脫離本發(fā)明如所附權(quán)利要求書中所限定的范圍或精神。