終點探測裝置和化學機械研磨裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了終點探測裝置和化學機械研磨裝置，用于探測3D晶圓的保留厚度，終點探測裝置包括光源發射器、分光儀和位于光源發射器和分光儀之間的棱鏡組；由光源發射器發射出紅外線，經由棱鏡組到達3D晶圓的表面，3D晶圓表面和內部反射出的紅外線再經由棱鏡組到達分光儀上，并通過分析分光儀上的光線能夠實時得出3D晶圓的保留厚度；所述化學機械研磨裝置包括內部設有終點探測裝置的研磨盤、研磨墊和晶圓承載裝置，晶圓承載裝置位于研磨墊上表面，將終點探測裝置嵌入至機械研磨裝置的研磨盤中，能夠由終點探測裝置實時監測出3D晶圓的保留厚度，能夠提高控制精準度，降低重新研磨的頻率。
【專利說明】終點探測裝置和化學機械研磨裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體制造領域，尤其涉及一種終點探測裝置和化學機械研磨裝置。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發展，更符合小型化、高效能等特點的3D晶圓越來越受到青睞，廣泛的被業界采用。
[0003]請參考圖1，圖1為現有技術中3D晶圓的結構不意圖，包括載片晶圓10和器件晶圓20，其中，所述器件晶圓20形成有半導體器件，所述半導體器件形成在一襯底上，所述載片晶圓10的材質為硅，其用于承載所述器件晶圓20，具體地，將所述器件晶圓20形成有半導體器件的一面與所述載片晶圓10進行貼合連接，將所述器件晶圓20設有襯底的一面暴露出，然后對所述器件晶圓20暴露出襯底的一面進行化學機械研磨，即將其打薄處理，通常保留的襯底的厚度LI范圍是1.5 μ m?70 μ m，這樣便于后續對保留的襯底進行刻蝕形成通孔，再形成連接線與所述半導體器件進行連接等工藝。
[0004]由于保留的襯底的厚度較薄，增加了化學機械研磨工藝的難度，化學機械研磨無法精確控制研磨后保留的襯底的厚度是否符合要求，現有技術中，通常會在化學機械研磨工藝中采用終點探測控制方式來判斷研磨程度是否符合要求。終點探測控制方式通常包括:1、光學終點探測方式(Optical Endpoint Control),采用可見光和反射光的光程差來判別研磨終點；2、電機轉矩(Motor torque Endpoint Control),利用不同材料轉矩的不同來判別研磨終點；3、電流檢測終點探測方式(1-scan Endpoint Control),采用檢測待研磨材料上的電流值的方法來判別研磨終點。然而，襯底的材質通常為不透可見光的材質，因此可見光的終點探測方式在此無法適用，在此需要研磨的材質為單一材質，因此無法利用不同材料轉矩的不同來判別研磨終點，而且所述襯底一般為半導體材料，正常情況下不導電，因此，也無法采用電流檢測終點探測方式來判別研磨終點。
[0005]有鑒于此，現有技術中在對3D晶圓進行化學機械研磨之前，先測量所述器件晶圓20的初始厚度，然后先初步進行化學機械研磨，再測量所述3D晶圓的厚度，并計算出研磨速率，依次對化學機械研磨進行修改，再對所述3D晶圓進行最終研磨，若最終研磨后得到的厚度依舊不符合要求，就需要對其進行重新研磨?？梢?，現有技術中的方法耗時耗力，十分繁瑣，并且重新研磨的頻率相當高。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種終點探測裝置和化學機械研磨裝置，能夠快速實時的檢測出研磨保留的厚度，降低重新研磨的頻率。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型提出了一種終點探測裝置，用于探測3D晶圓的保留厚度，所述終點探測裝置包括:
[0008]光源發射器、棱鏡組和分光儀，所述棱鏡組位于所述光源發射器和分光儀之間，所述光源發射器、棱鏡組和分光儀均位于所述3D晶圓的一側，使所述光源發射器發射出的光線透過所述棱鏡組到達所述3D晶圓的表面，并使所述3D晶圓的表面反射以及內部反射出的光線透過所述棱鏡組到達所述分光儀。
[0009]進一步的，在所述的終點探測裝置中，所述棱鏡組包括一反射棱鏡、透射棱鏡以及聚光鏡，所述反射棱鏡、透射棱鏡和聚光鏡由遠及近的排列在所述3D晶圓的一側。
[0010]進一步的，在所述的終點探測裝置中，所述光源發射器與所述反射棱鏡位于同一水平高度。
[0011]進一步的，在所述的終點探測裝置中，所述分光儀與所述透射棱鏡位于同一水平高度。
[0012]進一步的，本實用新型還提出了一種化學機械研磨裝置，采用上文中任意一種終點探測裝置，所述化學機械研磨裝置包括:
[0013]研磨盤、研磨墊、晶圓承載裝置和終點探測裝置，其中，所述終點探測裝置位于所述研磨盤內部，所述研磨墊貼在所述研磨盤的表面，所述晶圓承載裝置位于所述研磨墊上表面。
[0014]進一步的，在所述的機械研磨裝置中，所述研磨盤設有一凹槽，所述凹槽設有一透光孔，所述終點探測裝置嵌入所述凹槽之中，所述棱鏡組與透光孔處于同一垂直線上。
[0015]進一步的，在所述的機械研磨裝置中，所述凹槽為長條形，一邊寬范圍是30mm?200mm,另一邊寬范圍是70mm?200mm,長范圍是200mm?350mm。
[0016]進一步的，在所述的機械研磨裝置中，所述晶圓承載裝置包括承載手臂、定位環和隔膜，所述定位環固定在所述承載手臂上，并位于靠近所述研磨墊的一面，所述隔膜固定于所述定位環上。
[0017]與現有技術相比，本實用新型的有益效果主要體現在:由光源發射器發射出紅外線，經由棱鏡組到達3D晶圓的表面，3D晶圓表面和內部反射出的紅外線再經由棱鏡組到達分光儀上，并通過分析分光儀上的光線能夠實時得出3D晶圓的保留厚度。
[0018]進一步的，將所述終點探測裝置嵌入至所述機械研磨裝置的研磨盤中，能夠由所述終點探測裝置實時監測出3D晶圓的保留厚度，能夠提高控制精準度，降低重新研磨的頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現有技術中3D晶圓的結構不意圖；
[0020]圖2為本實用新型一實施例中終點探測裝置的結構示意圖；
[0021]圖3為本實用新型一實施例中檢測3D襯底厚度時光線的反射示意圖；
[0022]圖4為本實用新型一實施例中機械研磨裝置的結構示意圖；
[0023]圖5為本實用新型一實施例中機械研磨裝置的俯視圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合示意圖對本實用新型的終點探測裝置和化學機械研磨裝置進行更詳細的描述，其中表示了本實用新型的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本實用新型，而仍然實現本實用新型的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本實用新型的限制。
[0025]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本實用新型由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。
[0026]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本實用新型。根據下面說明和權利要求書，本實用新型的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0027]請參考圖2，在本實施例中，提出了一種終點探測裝置100，用于探測3D晶圓200的保留厚度，所述終點探測裝置100包括:
[0028]光源發射器110、棱鏡組和分光儀150，所述棱鏡組位于所述光源發射器110和分光儀150之間,所述光源發射器110、棱鏡組和分光儀150均位于所述3D晶圓200的一側，使所述光源發射器110發射出的具有一定頻譜范圍(900nm?2500nm)的紅外線(如圖中箭頭所示)透過所述棱鏡組到達所述3D晶圓200的表面，并使所述3D晶圓200的表面以及內部反射出的紅外線透過所述棱鏡組到達所述分光儀150。
[0029]在本實施例中，所述棱鏡組包括一反射棱鏡120、透射棱鏡130以及聚光鏡140，所述反射棱鏡120、透射棱鏡130和聚光鏡140由遠及近的排列在所述3D晶圓140的一側，所述反射棱鏡120、透射棱鏡130和聚光鏡140位于同一垂直線上,其中，所述光源發射器110與所述反射棱鏡120位于同一水平高度，所述分光儀150與所述透射棱鏡130位于同一水平高度，保證所述光源發射器110發出的紅外線能夠照射在所述反射棱鏡120上，所述反射棱鏡120將所述紅外線反射至所述透射棱鏡130上，所述紅外線透過所述透射棱鏡130到達所述聚光鏡140上，并由所述聚光鏡140將所述紅外線聚集起來照射在所述3D晶圓200上，接著，所述3D晶圓將反射的所述紅外線再經由所述聚光鏡140和透射棱鏡130照射在所述分光儀150上。
[0030]具體的，請參考圖3，3D晶圓包括有載片晶圓和器件晶圓，其中所述器件晶圓包括襯底210、氧化層220以及其他層(其他層也參與光的二次反射，但是信號差，計算所述襯底210厚度的過程中會濾掉這些反射光的影響，為了簡化附圖，圖3并未示意出其他層)。其中，襯底210的材質為硅或者鍺等材質，紅外線照射至所述襯底210上時，一部分紅外線由所述襯底210的表面直接反射至所述終點探測裝置100的分光儀150上，另一部分紅外線則會穿透所述襯底210，被所述氧化層220全部反射回所述終點探測裝置100的分光儀150上，由兩種反射回的紅外線的光程差可以得出所述襯底210的厚度。
[0031 ] 請參考圖4，在本實施例中，還提出了 一種化學機械研磨裝置，采用上文所述的任意一種終點探測裝置，所述化學機械研磨裝置包括:
[0032]研磨盤300、研磨墊310、晶圓承載裝置和終點探測裝置100，其中，所述終點探測裝置100位于所述研磨盤300的內部,所述研磨墊310貼在所述研磨盤300的表面,所述晶圓承載裝置位于所述研磨墊310的上表面。
[0033]在本實施例中，所述晶圓承載裝置包括承載手臂400、定位環410和隔膜420，所述定位環410固定在所述承載手臂400上，并位于靠近所述研磨墊310的一面，所述隔膜420固定于所述定位環410上，所述3D晶圓200設置在所述定位環410的環內，所述隔膜420緊貼所述3D晶圓200上，用于提供一定的壓力。
[0034]請參考圖5，在本實施例中，所述研磨盤300設有一凹槽320，所述凹槽320設有一透光孔330，所述終點探測裝置100嵌入所述凹槽320之中，所述棱鏡組與透光孔330處于同一垂直線上，便于所述紅外線透過所述透光孔330照射至所述3D晶圓200上，所述凹槽320為長條形，一邊寬Wl范圍是30mm?200mm，例如是40mm，另一邊寬W2范圍是70mm?200mm,例如是80mm,長L范圍是200mm?350mm,例如是240mm。
[0035]在所述機械研磨裝置中，所述終點探測裝置100的工作原理與上文一致，具體請參考上文記載，在此不再贅述，由于添加了所述終點探測裝置100，在所述3D晶圓200進行化學機械研磨過程中，能夠實現實時監測所述3D晶圓200的保留厚度，即保留的襯底210的厚度，便于更加精準的進行化學機械研磨工藝。
[0036]綜上，在本實用新型實施例提供的終點探測裝置和化學機械研磨裝置中，由光源發射器發射出紅外線，經由棱鏡組到達3D晶圓的表面，3D晶圓表面和內部反射出的紅外線再經由棱鏡組到達分光儀上，并通過分析分光儀上的光線能夠實時得出3D晶圓的保留厚度；進一步的，將所述終點探測裝置嵌入至所述機械研磨裝置的研磨盤中，能夠由所述終點探測裝置實時監測出3D晶圓的保留厚度，能夠提高控制精準度，降低重新研磨的頻率。
[0037]上述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不對本實用新型起到任何限制作用。任何所屬【技術領域】的技術人員，在不脫離本實用新型的技術方案的范圍內，對本實用新型揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本實用新型的技術方案的內容，仍屬于本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種終點探測裝置，用于探測3D晶圓的保留厚度，其特征在于，所述終點探測裝置包括: 光源發射器、棱鏡組和分光儀，所述棱鏡組位于所述光源發射器和分光儀之間，所述光源發射器、棱鏡組和分光儀均位于所述3D晶圓的一側，使所述光源發射器發射出的光線透過所述棱鏡組到達所述3D晶圓的表面，并使所述3D晶圓的表面反射以及內部反射出的光線透過所述棱鏡組到達所述分光儀。
2.如權利要求1所述的終點探測裝置，其特征在于，所述棱鏡組包括一反射棱鏡、透射棱鏡以及聚光鏡，所述反射棱鏡、透射棱鏡和聚光鏡由遠及近的排列在所述3D晶圓的一側。
3.如權利要求2所述的終點探測裝置，其特征在于，所述光源發射器與所述反射棱鏡位于同一水平高度。
4.如權利要求3所述的終點探測裝置，其特征在于，所述分光儀與所述透射棱鏡位于同一水平高度。
5.一種化學機械研磨裝置，采用如權利要求1至4中任意一種終點探測裝置，其特征在于，所述化學機械研磨裝置包括: 研磨盤、研磨墊、晶圓承載裝置和終點探測裝置，其中，所述終點探測裝置位于所述研磨盤內部，所述研磨墊貼在所述研磨盤的表面，所述晶圓承載裝置位于所述研磨墊上表面。
6.如權利要求5所述的機械研磨裝置，其特征在于，所述研磨盤設有一凹槽，所述凹槽設有一透光孔，所述終點探測裝置嵌入所述凹槽之中，所述棱鏡組與透光孔處于同一垂直線上。
7.如權利要求6所述的機械研磨裝置，其特征在于，所述凹槽為長條形，一邊寬范圍是30mm?200mm,另一邊寬范圍是70mm?200mm,長范圍是200mm?350mm。
8.如權利要求5所述的機械研磨裝置，其特征在于，所述晶圓承載裝置包括承載手臂、定位環和隔膜，所述定位環固定在所述承載手臂上，并位于靠近所述研磨墊的一面，所述隔膜固定于所述定位環上。
【文檔編號】B24B49/12GK203650250SQ201320805342
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】王賢超, 奚民偉, 王沖 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司