晶片抛光头、晶片抛光头的制造方法以及包括该抛光头的晶片抛光设备与流程

1.本发明涉及晶片抛光设备，更具体地涉及用于晶片抛光的抛光头。


背景技术：

2.硅晶片制造工艺包括形成单晶锭的单晶生长工艺、将单晶锭切片以获得薄的圆盘状晶片的切片工艺、为了防止晶片的断裂或变形而对通过切片工序获得的晶片的边缘进行研磨的边缘磨削工艺(edge grinding process)、去除晶片上残留的由机械加工造成的损伤的研磨工艺(lapping process)、抛光晶片的抛光工艺、和从抛光晶片去除抛光剂和异物的清洗工序。
3.其中，晶片抛光工艺可以包括多个步骤，例如初次抛光、二次抛光和三次抛光，并且可以使用晶片抛光设备来进行。
4.一般的晶片抛光设备可包括：具有抛光垫贴附于其上的平台、被配置为在包裹晶片的同时在平台上旋转的抛光头、以及被配置为向抛光垫供应浆料的浆料喷嘴。
5.在抛光过程中，平台可以围绕其旋转轴旋转，并且抛光头可以在与抛光垫紧密接触的状态下围绕其旋转轴旋转。此时，通过浆料喷嘴供应的浆料可以穿透位于抛光头中的晶片以对与抛光垫接触的晶片进行抛光。
6.同时，使用抛光头实施最终抛光工艺，该抛光头包括橡胶卡盘和贴附到橡胶卡盘上的模板组件，该模板组件被配置为固定晶片。
7.图1是模板组件的平面视图，图2a是沿图1的ii-ii'截取的剖视图，示出模板组件和橡胶卡盘，图2b示出晶片安装到抛光头上的状态，其中图1的模板组件和橡胶卡盘相互联结。
8.如图1和图2所示，模板组件10可以包括也称为背材的圆盘形膜20，以及通过热熔片30粘附在圆盘形膜20上表面的外周部的导向环30。
9.导向环30可以具有圆形内周表面，以包裹安置在圆盘形膜20上的晶片w(见图2b)。导向环30的厚度可以通过压缩多层环氧玻璃来调整。
10.这里，作为耗材的模板组件10可拆卸地贴附到橡胶卡盘50上。因此，用于与橡胶卡盘50联结的双面胶带20a被施加到模板组件10的下端，并且双面胶带20a被剥离纸20b覆盖。
11.模板组件10的贴附工艺如下。首先，预热橡胶卡盘520，并使用甲醇清洁橡胶卡盘的表面。随后，将模板组件10定位在橡胶卡盘50上，将设有双面胶带20a的圆盘形膜20贴附到橡胶卡盘50上，同时将剥离纸20b从双面胶带上逐渐剥离。
12.当模板组件10贴附到橡胶卡盘50上时，如图2b所示，橡胶卡盘50安装到抛光头上，使得模板组件10位于其下方。晶片w安装在模板组件10的导向环30内，从而模板组件10紧邻抛光垫。
13.同时，在抛光过程中，在抛光头和抛光垫之间供应浆料的同时对晶片进行抛光。然而，当橡胶卡盘和模板组件中包含的粘合剂层(粘合剂)由于抛光时产生的热而溶出到浆料
中时，晶片可能被污染，从而晶片的平整度可能劣化。


技术实现要素：

14.技术问题
15.本发明提供一种用于晶片抛光设备的抛光垫，其能够防止橡胶卡盘和模板组件中包含的粘合剂层在抛光过程中溶出到浆料中，从而提高晶片的平整度，以及提供一种包括该抛光垫的晶片抛光设备。
16.技术方案
17.一实施方式的晶片抛光头包括：模板组件，该模板组件包括基底基板、设置在基底基板的边缘处的导向环、和被配置为将导向环和基底基板彼此粘合的粘合剂材料；以及形成在粘合材料的外周表面和导向环的外周表面上的第二涂层。
18.上述第二涂层可以是环氧树脂涂层。
19.上述第二涂层可以包括以2:1至4:1的质量比混合的环氧树脂和聚合物。
20.上述第二涂层可具有1mm至5mm的厚度。
21.另一实施方式的晶片抛光头包括：模板组件，该模板组件包括基底基板、设置在基底基板边缘的导向环、被配置为将导向环和基底基板彼此粘合的粘合剂材料、形成在导向环的外侧表面上的圆形表面、和施涂于基底基板的一个表面上的粘合剂；形成在圆形表面上的第一涂层；被配置为固定基底基板并支撑模板组件的橡胶卡盘；以及形成在粘合剂和粘合剂材料的外周表面上的第二涂层。
22.上述第一涂层和第二涂层中的每一个均可以是环氧树脂涂层。
23.上述第一涂层和第二涂层中的每一个均可以包含以2:1至4:1的质量比混合的环氧树脂和聚合物。
24.上述第二涂层的厚度可以等于或小于上述第一涂层的厚度。
25.上述第二涂层可具有1mm至5mm的厚度。
26.上述第二涂层可以具有从橡胶卡盘到第一涂层的长度。
27.一实施方式的晶片抛光头的制造方法包括：将由多个层构成的导向环联结到基底基板的边缘，将导向环的边缘倒圆，在导向环的圆形表面上形成第一涂层，将基底基板和橡胶卡盘相互固定，以及在粘合剂和粘合剂材料的外圆周表面上从橡胶卡盘到第一涂层形成第二涂层。
28.上述第二涂层可以通过涂敷包含以2:1至4:1的比例混合环氧树脂和聚合物的材料并进行干燥来形成。
29.干燥可以包括在45℃以上的温度下进行的一次干燥和在室温下进行的二次干燥。
30.第二涂层可以通过涂敷包含环氧树脂和聚合物的材料以具有1mm至5mm的厚度来形成。
31.一实施方式的晶片抛光设备包括：晶片抛光头、和贴附有抛光垫的抛光台，上述抛光台设置在上述晶片抛光头下方。
32.有益效果
33.当使用实施方式的晶片抛光头和包括该抛光头的晶片抛光设备来实施抛光工艺时，不存在橡胶卡盘和模板组件中包含的粘合剂层溶出到浆料中的风险，因为粘合剂层被
第二涂层覆盖，由此可以提高晶片的平整度。
附图说明
34.图1是模板组件的平面视图。
35.图2a是沿图1的ii-ii’截取的剖视图，示出模板组件和橡胶夹盘。
36.图2b示出晶片安装到抛光头上的状态，其中图1的模板组件和橡胶卡盘相互联结。
37.图3是示出一实施方式的晶片抛光头的视图。
38.图4和图5依次示出图3的模板组件的制造工艺。
39.图6示出将图5的模板组件与橡胶卡盘贴附并涂覆第二涂层的工艺。
40.图7是图6的主要部分放大图。
41.图8示出具有不同模板组件的抛光头作为对比例。
42.最佳实施方式
43.下文中，通过参照附图对实施方式的描述，将清楚地揭示实施方式。在以下实施方式的描述中，应当理解，当一元素诸如层(膜)、区域、图案或结构被称为在另一元素诸如基板、层(膜)、区域、垫或图案“上”或“下”时，其可以“直接”位于另一元素之上或之下，也可以“间接”地形成而存在中间元素。诸如“上”或“下”之类的术语是基于附图来描述的。
44.在附图中，为便于描述和明确起见，每个元素的尺寸均被夸大、省略或示意性地示出。此外，每个元素的大小并不完全反映其实际大小。此外，在附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元素。下文中，将参照附图描述实施方法。
45.图3是示出一实施方式的晶片抛光头的视图。
46.如图3所示，一实施方式的晶片抛光设备1通常可以包括晶片抛光头5和抛光台7。抛光台7可以称为平台，并且抛光垫8可以安装到其上表面。
47.晶片抛光头5可包括主体500、背板510和橡胶卡盘520。
48.主体500形成抛光头5的主体，并且可以被配置为可上下移动。主体500由陶瓷或不锈钢制成，并且可以在主体处安装可以引入压缩空气的气动管线600。压缩空气可以通过气动管线600被引入主体500，由此可以在背板510和橡胶卡盘520之间形成膨胀空间530。膨胀空间530的容积可以通过压缩空气来改变。
49.背板510设置在主体500下方，并且橡胶卡盘520可以安装到背板上。背板510可以通过螺栓等固定到主体500上。尽管未详细示出，但背板510中可形成压缩空气可通过气动管线600流入其中的空气引入通道。
50.橡胶卡盘520设置在背板510下方，并与背板510联结以包覆背板510的外周面。橡胶卡盘520的厚度是可变的，橡胶卡盘可以膨胀以按压晶片w。
51.橡胶卡盘520可以由橡胶材料制成，橡胶卡盘520的边缘可以通过固定方式来固定。此外，由于橡胶夹盘520的边缘部分无助于膨胀，因此橡胶夹盘520的该部分可以形成为比其中央部分薄。
52.模板组件100安装在橡胶卡盘520下方。在抛光过程中，橡胶卡盘520会向下膨胀以按压模板组件100，使得晶片w与抛光垫8紧密接触。模板组件100可以在紧邻橡胶卡盘520的同时固定和支撑晶片w。
53.模板组件100可以包括也被称为背板材料的基底基板120、以及通过热熔片135粘
附到基底基板120的上表面的外周部的导向环130(参见图4)。
54.这里，基底基板120可以被称为圆盘形膜。导向环130可以具有圆形内周表面，以包裹安置在圆盘形膜120上的晶片w。导向环130的厚度可以通过压缩多层环氧玻璃来调整。由于导向环支撑晶片w，所以导向环可以称为支撑件。
55.作为参考，环氧或环氧树脂是一种热固性塑料，具有高耐水性和耐候性，可快速固化，并具有高粘合力。环氧树脂用作粘合剂，用于增强塑料、成型和保护涂层。由于环氧树脂在固化时不会收缩，并且在具有高机械强度、耐水性和电性能的同时表现出高粘合力，因此环氧树脂被用作铸造产品、层压体和粘合剂。
56.这里，作为耗材的模板组件100可拆卸地贴附到橡胶卡盘520上。因此，可以将用于与橡胶卡盘520联结的双面胶带120a施加到模板组件100的一个表面上。在联结至橡胶卡盘520之前，双面胶带120a的一个表面贴附到模板组件100上，双面胶带的另一表面则覆盖有剥离纸(未示出；参见图2a的20b)。图3中示出了其剥离纸已被去除的模板组件100安装到橡胶夹盘520上的状态。
57.如上所述，模板组件100设置有粘合剂层、例如粘合剂或粘合剂材料，用于基底基板120和导向环130之间的粘合以及基底基板120和橡胶卡盘520之间的粘接。在晶片抛光过程中，粘合剂层会因与浆料接触或在高温环境下溶出到浆料中，从而污染晶片，并因此降低晶片的平整度。
58.因此，实施方式可以提供一种能够防止上述问题的包括模板组件和橡胶卡盘的晶片抛光头及其制造方法。
59.图4和图5依次示出图3的模板组件的制造工艺。
60.下文中，将参照图4和图5描述模板组件制造方法的实施方式。
61.首先，如图4(a)所示，准备基底基板120。在晶片抛光过程中，基底基板120用于在接触晶片w的一个表面的同时按压晶片w。为了将模板组件100贴附到抛光头5上，可以将粘合剂120a贴附到基底基板120的第一表面上。例如，双面胶带可以用作粘合剂120a。剥离纸(未示出)可以贴附到粘合剂120a的一个表面上。
62.粘合剂120a可以贴附到基底基板120的一个表面上，并且导向环130可以贴附到基底基板的另一表面的外周部分上。将晶片w放置在导向环130内的基底基板120的另一表面上。
63.基底基板120可以具有圆盘形状以对应于晶片w的形状。因此，如前所述，基底基板120可以称为圆盘形膜。基底基板120的直径可以大于晶片w的直径。
64.随后，如图4(b)所示，将导向环130堆叠在基底基板120的边缘上。当晶片w被抛光时，导向环130用于在抛光头5中引导和支撑晶片w。导向环130的内周面必须具有足够的直径以将晶片w放置在其中。
65.为此，导向环130可以粘附在基底基板120的外周表面上至预定厚度。由于堆叠多个层131、132、133和134，使得导向环130可以具有期望的厚度。例如，导向环130可以由环氧树脂玻璃制成。
66.导向环130可以通过粘合剂材料135固定到基底基板120上。例如，热熔片可以用作粘合剂材料135而构成粘合剂层。
67.在将导向环130通过粘合剂材料135粘附到基底基板120之后，可以将导向环130的
边缘倒圆，如图5(a)所示。例如，可以将堆叠在基底基板120上的导向环130的上层的外侧表面平滑地倒圆(以下称为圆形表面130a)。此处，外侧表面是指导向环的与会接触晶片w的部分相对的部分。
68.下面，将详细描述在导向环130处形成圆形表面130a的倒圆工艺。
69.首先，使用砂纸将导向环130的上层的外侧表面初次抛光至圆形。此时，导向环130的除了要被倒圆的部分之外的其余部分可以使用掩模(未示出)来保护。
70.初次抛光后，通过空气清洁来去除残留的砂。导向环130的倒圆部分是部分粗糙的，因此通过打磨对导向环进行二次抛光。
71.导向环130的边缘可以通过初次抛光工艺进行倒圆，并且导向环130的表面可以通过二次抛光工艺进行倒圆，从而可以完成圆形表面130a。在完成圆形表面130a之后，残留物可以通过清洁工艺(例如diw清洁)从导向环130的表面充分去除。
72.随后，如图5(b)所示，可以对导向环130的圆形表面130a进行涂覆(以下称为第一涂层200)。
73.第一涂层200具有去除在初次和二次抛光、空气清洁和diw清洁之后可能残留在导向环130上的极少量杂质和蚀刻剂并且使圆形表面130a的粗糙部分平滑的效果，从而防止损坏抛光垫8。
74.例如，第一涂层200可以主要形成在导向环130的多个层中的最上层上。当然，根据圆形表面130a的曲率或形状，第一涂层200也可以形成在导向环130的多个层中的一个或多个层上。
75.此时，环氧树脂可以用作构成第一涂层200的涂料。作为涂料以预定比例混合的环氧树脂必须涂敷到圆形表面130a上，并且必须在特定条件下固化和干燥。如果没有以预定比例混合环氧树脂，则第一涂层200可能不会固化至预定水平以上的硬度，并且第一涂层200根据干燥方法会流下或会在其中产生气泡。
76.以下详细描述涂覆工艺。
77.首先，准备涂料。作为涂料，可以使用包含以10:3的质量比混合的环氧树脂和聚合物的材料。当环氧树脂和聚合物以2:1至4:1的质量比混合时，该混合物可足以用作第一涂层200的材料。
78.涂敷了涂料后，从涂料中除去有机物。在本实施方式中，掺混后的涂料在45℃以上的温度下进行一次干燥，然后在室温下进行二次干燥。在一次干燥工序中主要进行烧成以从涂料中除去有机物，在二次干燥工序中涂料会固化。
79.此时，如果在过低的温度下进行干燥，则环氧树脂可能无法充分固化，而如果在过高的温度下进行干燥，则可能导致粘合剂材料135短路。
80.如上所述，实施方式的模板组件100可以被制造为包括基底基板120、设置在基底基板120边缘的导向环130、将导向环130和基底基板120彼此粘合的粘合剂材料135、形成在导向环130的外侧表面上的圆形表面130a、通过涂覆而形成在圆形表面130上的第一涂层200、以及施涂于基底基板120的一个表面上的粘合剂120a。
81.图6示出将图5的模板组件与橡胶卡盘贴附并涂覆第二涂层的工艺。
82.如图6和图7所示，通过上述工艺制造的模板组件100可以贴附到橡胶卡盘520上以构成抛光头5。
83.更具体而言，模板组件100可以通过粘合剂120a或施加到基底基板120的一个表面上的双面胶带联结到橡胶卡盘520上。
84.如上所述，模板组件100设置有粘合剂层，例如粘合剂材料135或粘合剂120a，用于基底基板120和导向环130之间的粘合以及基底基板120和橡胶卡盘520之间的粘接。由于晶片抛光头5包括粘合剂层，在晶片抛光过程中，粘合剂层会因与浆料接触或在高温环境下而溶出至浆料中。因此，在本实施方式中，可以进一步包括第二涂层300以防止这样的问题。
85.如图6(b)和图7所示，第二涂层300可以形成为覆盖粘合剂材料的外周表面和导向环的外周表面的暴露部分。
86.此时，环氧树脂可以用作构成第一涂层200的涂料。作为涂料以预定比例混合的环氧树脂可以通过喷涂来施加，并且可以在特定条件下固化和干燥。
87.在模板组件100和橡胶卡盘520彼此联结的状态下实施涂覆工艺。作为涂料，可以使用包含以10:3的质量比混合的环氧树脂和聚合物的材料。当环氧树脂和聚合物以2:1至4:1的质量比混合时，该混合物可充分用作第二涂层300的材料。
88.涂敷涂料后，可以从涂料中除去有机物。在本实施方式中，掺混后的涂料在45℃以上的温度下进行一次干燥，然后在室温下进行二次干燥。在一次干燥工序中主要进行烧成以从涂料中除去有机物，在二次干燥工序中涂料会固化。
89.此时，如果在过低的温度下进行干燥，则环氧树脂可能无法充分固化，而如果在过高的温度下进行干燥，则可能导致粘合剂材料135短路。
90.第一涂层200形成在导向环130的圆形表面130a上，第二涂层200可具有从橡胶卡盘520到第一涂层200的长度l，如图7所示。当然，第二涂层200也可以最小地形成，以防止模板组件100和橡胶卡盘520中所包含的粘合剂层泄漏至外部。
91.同时，可以堆叠第一涂层200以具有2mm至5mm的厚度t1。如果第一涂层200的厚度t1小于2mm，则抛光晶片w时第一涂层200可能被损坏。如果第一涂层200的厚度t2大于5mm，则第一涂层边缘部分的压力不均匀，由此抛光晶片w时晶片w可能与模板组件100分离。
92.第一涂层200的宽度w2可以大于导向环130的圆形部分的宽度w1。也就是说，第一涂层200必须更宽以保护导向环130的整个倒圆部分。
93.导向环130的倒圆部分的宽度w1约为30mm，并且导向环的倒圆部分可以被倒圆至误差小于10％的宽度。倒圆的环氧玻璃的宽度w1与第一涂层200的宽度w2之比可以为1:14至1:16。
94.此外，第一涂层200在导向环130外侧比在导向环内侧厚。其原因是所涂敷的材料如环氧树脂在干燥和固化之前可能会流到外面。
95.同时，第二涂层300可以具有1mm至5mm的厚度t2。与第一涂层200不同，第二涂层300与抛光垫8不接触(见图3)。因此，第二涂层的厚度可以小于第一涂层200的厚度t1。
96.但是，为了与第一涂层200的平衡和制造时的方便，第二涂层300的厚度t2和第一涂层的厚度t1也可以彼此相等。
97.下文中，将逐步简要地描述晶片抛光头的制造方法。
98.首先，准备基底基板120。基底基板120的一个表面可以覆盖有粘合剂120a。随后，实施将由多个层131、132、133和134构成的导向环130联结到基底基板120的另一个表面的边缘的步骤。
99.导向环130可以通过粘合剂材料135贴附到基底基板120上。当导向环130贴附到基底基板120上时，对导向环130的边缘进行倒圆。通过倒圆，在导向环130的外侧表面处形成圆形表面130a。可以对圆形表面130a进行抛光和清洁。
100.随后，实施在导向环130的圆形表面130a上形成第一涂层200的步骤。第一涂层200可以通过涂敷包含以2:1至4:1的质量比混合环氧树脂和聚合物的材料并进行干燥来形成。第一涂层200可以具有2mm至5mm的厚度。
101.涂敷后，第一涂层200可以在45℃以上的温度下进行一次干燥，并且可以在室温下进行二次干燥。
102.当制造模板组件100时，如上所述，实施将模板组件100的基底基板120和橡胶卡盘520相互固定的步骤。此时，模板组件100可以通过贴附在基底基板120的一个表面上的粘合剂120a来固定到橡胶卡盘520上。
103.随后，实施从橡胶卡盘到第一涂层200形成第二涂层300的步骤，以使得粘合剂和粘合剂材料的外周表面不暴露。
104.第二涂层300可以通过涂敷包含以2:1至4:1的质量比混合环氧树脂和聚合物的材料并进行干燥来形成。第二涂层300的厚度可以小于或等于第一涂层200的厚度。第二涂层300可具有2mm至5mm的厚度。涂敷后，第二涂层300可以在45℃以上的温度下进行一次干燥，并且可以在室温下进行二次干燥。
105.当使用本实施方式的晶片抛光头和包括该晶片抛光头的晶片抛光设备进行抛光工艺时，由于粘合剂层被第二涂层覆盖，因此不存在橡胶卡盘和模板组件中包含的粘合剂层溶出到浆料中的风险。藉此，可以提高晶片的平整度。
106.同时，并非所有类型的模板组件都适用于本实施方式的晶片抛光头和包括该晶片抛光头的晶片抛光设备。
107.图8示出具有不同模板组件的抛光头作为对比例。
108.图8(a)所示的模板组件的导向环30的垂直长度h1大于图8(b)所示的模板组件的导向环30b的垂直长度h2(h1＞h2).
109.因此，图8(a)所示的模板组件的导向环30与抛光垫8直接接触(见图3)，而图8(b)所示的模板组件的导向环30b与抛光垫8不接触。
110.适用于本实施方式的第一涂层200或第二涂层300可用于图8(a)所示的导向环30与抛光垫8直接接触的模板组件。
111.相反，图8(b)所示的模板组件的导向环30b与抛光垫8不接触，从而在晶片w和导向环30b之间形成间隙g。因此，在上述结构中，为了补偿间隙g，安装了硬件(h/w)型环形盖c以覆盖导向环30b的外侧。所以，本发明不适用于上述结构。
112.同时，尽管上面已经描述了模板组件具有圆形表面和形成在圆形表面上的第一涂层时还包括第二涂层的实施方式，但是根据需要，第二涂层也可以适用于没有圆形表面也没有第一涂层的模板组件。
113.上述实施方式中所描述的特征、结构和效果包含在至少一个实施方式中，但不限于仅一个实施方式。此外，各实施方式中所述的特征、结构和效果可以由实施方式所属领域的技术人员在其他实施方式中进行组合或修改。因此，应当理解，这样的组合和修改都落入本公开的范围内。
114.工业上的适用性
115.一实施方式的晶片抛光头、晶片抛光头的制造方法以及包括该晶片抛光头的晶片抛光设备可应用于半导体制造设备。