CN103596876A - 使用cmp形成非平面膜的方法 - Google Patents

Abstract

一种成形基板的方法在一个实施例中包括：提供第一支撑层；在第一支撑层上提供第一成形图案；在第一成形图案上提供基板；在定位于第一成形图案上的基板上实施第一化学机械抛光（CMP）过程；和将已经被抛光的基板从第一成形图案上移除。

Description

使用CMP形成非平面膜的方法

本申请要求2011年4月14日提交的美国临时申请No.61/475,422的优先权。

技术领域

本发明涉及基板，例如用于形成微机电系统（MEMS）装置、微尺度光学装置或半导体装置的基板。

背景技术

半导体基板被用于多种多样的用途。一个这样的用途是用于形成微机电系统（MEMS）装置。随着MEMS装置的物理结构的增加的复杂性的需要增加，已经发展了多种不同的成形过程。三种主要类别的成形过程是硅的体微加工、表面微加工和深反应离子蚀刻（DRIE）。这些过程中的每种均具有独特的优点和功能。例如，DRIE过程提供了有助于使装置的基底面最小化的很陡的侧壁。

通常，用于成形基板的过程允许在基板的平面中限定出高度复杂的形状。例如，可通过比如光刻过程在基板表面上限定出圆形、方形和直线，然后可使用蚀刻过程来移除未被光刻层覆盖的材料。然而，基板在截面平面中的形状受特殊的材料移除过程约束。因此，DRIE提供了基本上竖直的侧壁，而化学机械抛光（CMP）提供了基本上水平的表面。

然而，截面平面中的弯曲形状确定性低。例如，蚀刻可被用于形成弯曲形状。然而，蚀刻过程的控制是困难的。因此，使用蚀刻过程形成的弯曲侧壁的精确位置和形状是成问题的。

因此，需要一种在基板的截面平面中提供弯曲形状的方法。还需要一种可用于在截面平面中提供精确定位的和尺寸精确的弯曲形状的方法。

发明内容

一种成形基板的方法在一个实施例中包括：提供第一支撑层；在第一支撑层上提供第一成形图案；在第一成形图案上提供基板；在定位于第一成形图案上的基板上实施第一化学机械抛光（CMP）过程；和将已经被抛光的基板从第一成形图案上移除。

在另一实施例中，一种成形基板的方法包括：在第一支撑层上提供第一成形图案；将基板定位在第一成形图案上；在定位于第一成形图案上的基板上实施第一化学机械抛光（CMP）过程；在基板的上表面上的第一位置处由于第一成形图案产生第一压力；在基板的上表面上的第二位置处由于第一成形图案产生第二压力，其中，所述第一压力大于所述第二压力；与第二位置相比，将增加量的材料从第一位置移除；和将已经被抛光的基板从第一成形图案上移除。

附图说明

图1示出了在其一侧上形成了凸面的基板的侧剖面图；

图2示出了图1的基板的顶平面图，其中，示出了由平坦的区域围绕的凸面；

图3示出了可被实施以便在基板上成形凸面或凹面的过程的流程图；

图4示出了根据图3的过程提供的支撑层的侧剖面图；

图5示出了图4的基板上的成形图案的顶平面图，在所述成形图案中包括两个凹入（negative）结构特征；

图6示出了定位在成形图案上的基板的和图5的支撑层的侧剖面图；

图7示出了定位于图6的基板上方的抛光垫；

图8示出了图7的基板的局部侧剖视图，所述基板通过图7的抛光垫偏斜，以便在图7的基板中提供材料移除减少的区域；

图9示出了已经使用CMP在基板上提供了两个凸面后的图7的基板；

图10和图11示出了可使用图3的过程在基板上形成的各种凹面和凸面；

图12示出了支撑层上的整体形成的成形图案，包括可用于在基板中形成凹面和凸面的各种凸出（positive）和凹入结构特征；以及

图13示出了图12的支撑层的截面平面图。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中示出的和以下书面说明中所述的实施例。应当理解，不意图藉此限制本发明的范围。还应当理解，本发明包括对所描述的实施例的任何改变和改进，且包括本发明所属领域的技术人员通常能想到的本发明的原理的另外的应用。

图1和图2示出了在该实施例中由硅材料构成的基板100。基板100包括：通常平坦的下表面102；和上表面104，其包括围绕较厚的部分108定位的平坦的表面部分106。所述较厚的部分108限定出从剖面图来看是连续弯曲的轮廓（见图1），所述轮廓具有居中地定位的顶端112。

所述较厚的部分108通过图3中所示的过程130形成。过程130从提供支撑层（框132）开始。在一个实施例中，所述支撑层是平坦的表面。然后，将成形图案定位在支撑层上（框134）。如以下更充分地描述，成形图案（所述成形图案可以是使用任何期望的过程（例如光刻）沉积到支撑层上的成形层）以成型层材料的至少一个区域比邻近区域更厚为特征。然后，将待成形的基板放置在成形层中所限定的成形图案上（框136）。

然后，使组合起来的基板、成形层和支撑层经历化学机械抛光（CMP）过程（框138）。在CMP过程中，支撑层的下表面完全地由CMP装置支撑，同时通过CMP装置的抛光垫将压力施加到基板的上表面上。因此，基板的正好在成形层的较厚的材料（凸出结构特征）与CMP抛光垫之间的位置处的上表面经历增加的压力，而基板的正好在成形层的较薄的部分（凹入结构特征）之间的位置处的上表面经历较小的压力。因此，随着CMP的进行，较多的材料从基板的正好位于凸出结构特征上方的上表面移除，且较少量的材料从基板的正好位于凹入结构特征上方的上表面移除。

一旦从基板的上表面上移除了期望量的材料，就终止CMP（框140），并将基板清洁和从成形图案移除。由于更多的基板被从正好位于凸出结构特征上方的位置移除，因此基板的这些部分与基板的在成形层的凹入结构特征上方的部分相比更薄。因此，基板的较厚的部分、例如较厚的部分108可通过CMP抛光来获得。在某些实施例中，基板可保持在成形图案上，从而使所限定出的隔室能够定位在基板的较薄部分下方。

图4-8示出了根据图3的过程130成形的基板。图4中，提供了支撑层150（框132）。然后，如图5所示，将成形层152沉积到支撑层上（框134）。成形层152的图案限定出两个圆154、156，支撑层150通过所述两个圆154、156是可见的。因此，圆154、156是成形层152的凹入结构特征，而成形层152其余部分是凸出结构特征。

因此，“凸出结构特征”是成形层152的这样的部分：在截面中观看时，与成形图案152的邻近区域相比，该部分的厚度在z-平面中（如图6所示）更厚。“凹入结构特征”是成形层152的这样的部分：在截面中观看时，与成形图案152的邻近区域相比，该部分的厚度在z-平面中（如图6所示）更薄。因此，凹入结构特征可以是成形层152的缺少材料的区域或仅仅比邻近区域更薄的区域。如果需要，图案可在单个成形层内包括多种厚度，以便在CMP之后提供多种基板厚度。因此，相对于一邻近区域“凸出”的结构特征可能相对于另一邻近区域是“凹入”的。

虽然在图4-8的实施例中成形层152与支撑层分离地设置，但是在某些实施例中，成形图案可固有地与支撑层一起形成。例如，基板可被蚀刻，以便形成具有整体图案的支撑层。

继续看图6，一旦将成形层152设置在支撑层150上，基板158就被定位在成形层152上（框136）。然后，使用CMP装置来抛光基板158的上侧160（框138）。因此，如图7所示，使用抛光垫164将抛光液162按压到上侧160上。在替代性的实施例中，可省略抛光液162。

如图8所示，在抛光垫164施加压力时，基板158的未被支撑的区域（即，正好在成形层152的凹入结构特征上方的部分）移动远离抛光垫164，同时基板158的正好在成形层152的凸出结构特征上方的部分不能移动远离垫164。因此，随着CMP过程的继续进行，在基板158的正好在凸出结构特征上方的部分处从基板158移除了较多的材料，而在基板158的未被支撑的区域中从基板158移除了较少的材料。

基板158的弯曲的量将取决于多个设计参数。这样的参数包括：用于形成基板158的材料的类型、基板的厚度、过程的温度、通过垫施加的压力等。这些参数可基于基板的期望的最后形状来选择。

一旦完成了期望量的CMP，就终止CMP（框140），从而形成如图9所示的基板构型。如图9所示，基板158在平坦的部分166中沿着z-轴的厚度小于CMP之前的基板158的厚度。如图9所示，基板158在较厚的区域168中沿着z-轴的厚度也小于CMP之前的基板158的厚度。然而，由于在基板158的未被支撑的区域中从基板158移除了较少的材料，因此位于与成形层152中的凹入结构特征对应的位置处的较厚的区域168沿着z-轴的最大厚度大于平坦的部分166的最大厚度。

通过凸出结构特征154和凹入结构特征156的形状和厚度的修改，可在基板上形成多个不同形状的区域。附加地，基板的两侧均可被抛光，以便形成多个附加的形状。例如，图10示出了包括凹面182、184和186的基板180。基板180还包括凸面188、190和192。

凹面182、184和凸面188可在实施于基板180的上侧194上的CMP过程中形成，而凹面186和凸面190、192可在实施于基板180的下侧196上的第二CMP过程中形成。为了获得在上表面194和下表面196上都成形的基板180，在单个成形图案上简单地倒转基板180通常是不够的。例如，凹面182由于成形层上的凸出结构特征在凹面182所形成的位置处产生了增加的压力而获得。如果将基板倒转并将凹面182与同一凸出结构特征对齐，该凸出结构特征就将“适配”在凹面182内，且不会产生用于形成凹面182的同样的增加的压力。因此，需要更大的凸出结构特征来获得为了获得凹面186所需的增加的压力。

与简单地使基板的一侧成形相比，使基板的两侧都成形的能力虽然更复杂，但是却能够实现多种构型。如图10所示，两个凹面182和186对齐，两个凸面188和190对齐，且凹面184与凸面192对齐。还可获得附加的构型。如图11所示，基板200包括从凸面204偏移的凹面202。基板200还包括与凸面208对齐的凹面206。然而，凸面208的半径大于凹面206的半径。因此，基板的相反侧可成形为与互补的凸面成对的、或与互补的凹面成对的凹面。相反侧上的凹面和/或凸面可具有相同的或不同的直径。凹面/凸面中的一个或多个可不同地成形、例如被拉长。

在一些实施例中对齐的、而在其他实施例中偏移的凹面和凸面（包括图10-11中示出的那些）可以以多种方式形成。例如，图12-13示出了具有整体形成的成形图案的支承基板220，所述整体形成的成形图案包括：圆柱形凸起222、232；矩形空腔224、230；和圆柱形空腔226、228。与图12中所示的相比，支承基板220中的凸出和凹入结构特征通常具有更大的间隔。

支承基板220中的各种凸出和凹入结构特征的形状和构型将提供不同的成形能力。与圆柱形凸起232相比，圆柱形凸起222的增加的高度将产生较深的凹面。圆柱形空腔226和228的不同的宽度将产生不同半径的凸面。浅的圆柱形空腔228将限制基板的偏斜，从而产生更平缓的凸面。矩形空腔224和230将产生加长的凸面。这些和其他形状可根据期望的形状来使用。

附加地，可使用图3的过程来图案化基板，然后，所述基板可为随后的基板充当成形层。例如，圆柱、例如图13的圆柱222可被图案化并用于在基板中形成凹面。然后，可使用该凹面作为成形层中的凹入结构特征来形成凸面。因此，在截面平面中弯曲的侧壁可作为最终构型、或者作为成形层中的凹入或凸出结构特征来获得。

虽然在附图中和前述描述中详细地示出和描述了本发明，所述附图和描述应当被认为是描述性的且不限于字面意思。应当理解，仅介绍了优选的实施例，且落入本发明的精神内的所有改变、改进和其他应用也期望被保护。

Claims (18)

1.一种成形基板的方法，包括：

提供第一支撑层；

在第一支撑层上提供第一成形图案；

在第一成形图案上提供基板；

在定位于第一成形图案上的基板上实施第一化学机械抛光（CMP）过程；和

将已经被抛光的基板从第一成形图案上移除。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板包括硅基基板。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形图案包括至少一个空缺区域。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

提供第二支撑层；

在第二支撑层上提供第二成形图案；

将已被抛光的基板定位在第二成形图案上；

在定位于第二成形图案上的已被抛光的基板上实施第二CMP过程；和

将已被抛光两次的基板从第二成形图案上移除。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述基板的第一表面在第一CMP过程中被抛光；和

所述基板的第二表面在第二CMP过程中被抛光。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

在所述基板上实施第一CMP过程包括将增加量的基板材料从第一基板部分上移除；

将已被抛光的基板定位在第二成形图案上包括

将第一基板部分与第二成形图案的凸出结构特征对齐，和

将第一基板部分定位在所述凸出结构特征上；和

在所述基板上实施第二CMP过程包括将增加量的基板材料从第二基板部分上移除，所述第二基板部分位于所述基板的与第一基板部分正相反的部分上。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第一凸出结构特征；和

至少一个第一凹入结构特征。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凸出结构特征，所述至少一个第一凸出结构特征的形状与所述至少一个第二凸出结构特征的形状不同。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凸出结构特征，所述至少一个第一凸出结构特征的厚度与所述至少一个第二凸出结构特征的厚度不同。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凹入结构特征，所述至少一个第一凹入结构特征的形状与所述至少一个第二凹入结构特征的形状不同。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凹入结构特征，所述至少一个第一凹入结构特征的厚度与所述至少一个第二凹入结构特征的厚度不同。

12.一种成形基板的方法，包括：

在第一支撑层上提供第一成形图案；

将基板定位在第一成形图案上；

在定位于第一成形图案上的基板上实施第一化学机械抛光（CMP）过程；

在基板的上表面上的第一位置处由于第一成形图案产生第一压力；

在基板的上表面上的第二位置处由于第一成形图案产生第二压力，其中，所述第一压力大于所述第二压力；

与第二位置相比，将增加量的材料从第一位置移除；和

将已被抛光的基板从第一成形图案移除。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述基板包括硅基基板。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第一凸出结构特征；和

至少一个第一凹入结构特征。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凸出结构特征，所述至少一个第一凸出结构特征的形状与所述至少一个第二凸出结构特征的形状不同。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凸出结构特征，所述至少一个第一凸出结构特征的厚度与所述至少一个第二凸出结构特征的厚度不同。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凹入结构特征，所述至少一个第一凹入结构特征的形状与所述至少一个第二凹入结构特征的形状不同。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一成形图案包括：

至少一个第二凹入结构特征，所述至少一个第一凹入结构特征的厚度与所述至少一个第二凹入结构特征的厚度不同。

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