CN105164794B - 用于声学监视及控制穿透硅的通孔显露处理的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
可声学地监视及控制使用CMP(化学机械抛光)的TSV(穿透硅的通孔)显露工艺,以检测TSV破损并自动地响应于所述TSV破损。在CMP工艺期间,可分析由一个或多个声传感器接收的声发射,以检测TSV破损,所述一个或多个声传感器被定位成毗邻CMP系统的基板保持器及/或抛光垫。响应于检测到TSV破损,一个或多个补救动作可自动地发生。在一些实施例中,抛光垫压板可具有集成于其中的一个或多个声传感器,所述一个或多个声传感器延伸到安装在所述抛光垫压板上的抛光垫中。作为其他方面,还提供了监视及控制TSV显露工艺的方法。
Description
相关申请
本申请要求2013年5月1日申请、题为“用于声学监视及控制穿透硅的通孔显露处理的设备及方法(APPARATUS AND METHODS FOR ACOUSTICAL MONITORING AND CONTROL OFTHROUGH-SILICON-VIA REVEAL PROCESSING)”的美国非临时专利申请序列第13/874,495号(代理人案卷号:20654/USA)的优先权,所述美国非临时专利申请的全文在此为所有目的通过引用整体结合于此。
技术领域
本发明一般涉及半导体器件制造,且尤其涉及TSV(穿透硅的通孔)的背侧化学机械抛光。
背景技术
亦被称作化学机械平面化的化学机械抛光(CMP)是通常用于在半导体基板上制造集成电路(IC)的工艺。CMP工艺可从部分处理基板移除地形特征和材料,以制造平坦表面供后续处理用。CMP工艺可在一个或更多旋转的抛光垫上使用研磨剂及/或化学活性抛光液,所述一个或更多旋转的抛光垫压抵着基板表面。基板可被保持在基板保持器中,所述基板保持器使基板旋转。基板保持器亦可使基板在(多个)旋转抛光垫的表面上来回振荡。
在制造IC中,3D封装可被用于增加紧凑占地面积方面的电路功能及/或性能。三维封装可涉及使用TSV(穿透硅的通孔)层叠在彼此的顶部之上的IC芯片的互连,以电连接层叠的IC芯片。TSV是延伸通过基板的垂直电导体。为从基板的背侧进入TSV(以供后续电连接下面的另一IC),CMP可被用于TSV显露工艺中。TSV显露工艺可包括磨削及蚀刻基板的背面,以暴露TSV的从背面突出的残根(stub)。随后将介电膜沉积在背面上。CMP可被用于移除突出的残根及将背面抛光至所需的介电膜厚度,以完成TSV显露工艺。然而,TSV破损(即,一个或更多残根的破损)可发生,其会毁坏基板。因此,期望改进的TSV显露工艺。
发明内容
根据一个方面,提供用于化学机械抛光(CMP)设备的压板。所述压板包括:盘形基底,所述盘形基底被配置成在所述盘形基底的表面上接收抛光垫,所述盘形基底具有至少一个通孔;以及声传感器,所述声传感器被接收在所述至少一个通孔中并从所述盘形基底的表面突出,所述声传感器被配置成被电耦接至控制器。
根据另一方面,提供一种化学机械抛光(CMP)设备,所述CMP设备被配置成执行CMP工艺。所述CMP设备包括:压板,所述压板包括抛光垫;基板保持器,所述基板保持器被配置成保持待抛光的基板,其中所述压板或基板保持器被配置成将基板与抛光垫放置成彼此接触;声传感器,在CMP工艺期间,所述声传感器被定位成毗邻所述抛光垫或基板;以及声处理器,所述声处理器被电耦接至声传感器,且被配置成分析从声传感器接收的一个或多个信号,以检测TSV(穿透硅的通孔)破损。
根据又一方面,提供监视及控制TSV(穿透硅的通孔)显露工艺的方法。所述方法包括:使用化学机械抛光(CMP)工艺处理基板;感测CMP工艺的声发射;以及分析声发射,以检测TSV破损。
从以下详细描述可容易地明白本发明的其他方面、特征和优点,其中描述及图示了若干示例实施例和实施方式,包括构想用于实施本发明的最佳模式。本发明亦可包括其他和不同实施例,数种细节可从不同方面修改,此皆未悖离本发明的范围。因此附图和叙述本质上应视为说明之用、而非限定之意。附图不一定按比例绘制。本发明涵盖落在本发明范围内的所有修改、均等物和替代物。
附图说明
下述附图仅为说明目的。这些附图不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1A-1C图示了根据现有技术的经历TSV(穿透硅的通孔)显露工艺且没有TSV破损的半导体基板的连续截面图。
图2图示了根据现有技术的无破损的TSV。
图3图示了根据现有技术的具有TSV破损的半导体基板的截面图。
图4图示了根据现有技术的具有破损的TSV。
图5图示了根据实施例的化学机械抛光(CMP)系统的示意性部分侧视图。
图6A及图6B分别图示了根据实施例的CMP系统的压板和抛光垫的俯视图和侧截面图(沿图6A的线6B-6B截取)。
图7图示了根据实施例的监视及控制TSV显露工艺的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本公开的示例实施例,这些实施例在附图中示出。尽可能以相同的附图标记表示各图中相同或相似的元件。
在一个方面中,可声学地监视及控制使用CMP(化学机械抛光)的TSV(穿透硅的通孔)显露工艺,以检测TSV破损并自动地响应于所述TSV破损。在一些IC制造工艺中,在TSV高宽比(即,暴露的TSV残根高度比TSV直径)可以是高的地方(例如,具有小的直径的TSV),TSV破损可在CMP期间更常发生。高的高宽比TSV可允许IC具有更大的芯片至芯片互连密度。然而,高的高宽比TSV可能是较不刚硬的,并且因此在从基板的背面移除暴露的TSV残根的CMP工艺期间更易破损。
一个或多个声传感器可被定位于CMP系统中,以在CMP工艺期间接收声发射。所述一个或多个声传感器可被耦接至例如基板保持器及/或抛光垫压板。在一些实施例中,抛光垫压板可具有集成在其中的一个或多个声传感器,所述一个或多个声传感器延伸到安装在所述抛光垫压板上的抛光垫中。
在一些实施例中,可通过系统控制器及/或声处理器分析由一个或多个声传感器接收的声发射,以检测TSV破损。声处理器可为CMP系统控制器的一部分,或替代地,可为耦接至CMP系统控制器的单独的独立部件。响应于检测到TSV破损,系统控制器及/或声处理器可自动启动一个或多个补救动作。例如,在一些实施例中,可通知操作员所述TSV破损。此外或替代地,可通过例如,如可在系统控制器及/或声处理器中预先编程的减少基板或抛光垫抵靠彼此的下压力预定的量、降低抛光垫及/或基板的旋转速度预定的量,及/或两者的组合来自动地修改CMP工艺。在一些实施例中,可响应于检测到TSV破损而自动地停止CMP工艺及/或控制转移到系统控制器的终点例程。
在其他方面,提供了监视及控制TSV显露工艺的方法,此将配合图1A至图7详述于后。
图1A-1C图示了根据现有技术的正经历TSV显露工艺的基板100所述TSV显露工艺可被称作BVR(经由背侧显露)CMP工艺。图1A图示了具有背面102A的基板100,所述背面102A已经被TSV显露工艺部分处理。基板100可具有硅基底层104、金属(例如,铜)层106、从金属层106延伸并突出超过硅基底层104的数个TSV 108、覆盖TSV 108与金属层106的阻挡层110和覆盖背面102A的介电层112。在一些制造工艺中,TSV 108可具有在硅基底层104之上的高度H,所述高度H范围可从约2μm至约4μm,且所述高度H可因TSV 108而异。可在CMP系统处接收具有背面102A的基板100以供如图1B和图1C中所示的进一步TSV显露处理。
图1B图示了具有进一步处理的背面102B的基板100,其中可已通过CMP工艺从TSV108的顶部表面109移除介电层112和阻挡层110。CMP工艺可继续从基板100的背面102B移除材料及/或抛光所述背面102B,直到产生图1C的背面102C为止,假如未发生TSV破损。如图1C中所示,TSV 108可与介电层112的表面113齐平,或者在一些制造工艺中,TSV 108可为稍低的,直到获得所需的较薄介电层112为止。如所示,某种铜碟形凹陷(dishing)111可出现在TSV 108的端面上。可提供最后的软缓冲以控制表面处理及移除小的表面缺陷和瑕疵。若未发生TSV破损,则在完成TSV显露工艺时,基板100的最后表面情况可表现为如图1C中所示。
图2图示了在完成TSV显露工艺且无TSV破损时的具有TSV208和周围的背侧基板表面202的基板200的显微图。
图3图示了根据现有技术,具有含TSV破损的经处理背面302的基板300。TSV破损可引起基板表面上的不可返工的划痕及/或缺陷,这些划痕及/或缺陷不利地影响IC芯片产量和可靠性。基板300可具有硅基底层304、金属(例如,铜)层306、TSV 308a和308b、阻挡层310和介电层312。TSV 308b可能已经于CMP工艺期间断裂。此破损可能已经引起氧化物凿孔315,所述氧化物凿孔315可在处理期间将硅层304暴露于金属污染。在一些实施例中,可用例如铜形成TSV 308b,铜是相对较软的材料。在后封装电测试期间,硅层304上由TSV破损所引起的铜涂抹可潜在地影响IC质量及/或可靠性。
图4图示了在TSV破损后的具有TSV 408和周围的背侧基板表面402的基板400的显微图。如所示,大量的表面划痕和缺陷可于CMP工艺期间TSV 408破损后产生。另外,可能已经由TSV破损而拉出的金属晶粒可导致例如金属垫414(即,TSV 408的顶部表面)不满足进一步处理所需的一个或更多规格,这可进一步影响IC产量及/或可靠性。
图5图示了根据一个或更多实施例的化学机械抛光(CMP)系统500。CMP系统500可被配置成将基板501保持成与抛光垫516接触,并且所述CMP系统500可被用于对基板501执行CMP工艺作为TSV显露工艺的一部分。基板501可为含硅晶片,诸如包括形成于其中的部分或完全形成的晶体管和数个TSV的图案化晶片。基板501可被粘贴(例如,经由粘合剂)至第二载体晶片或其他适合的支持,以使得可对基板501执行TSV显露工艺。抛光垫516可被安装在压板518上,所述压板518可为盘形并且可由合适的电机(未图示)进行旋转,所述电机通过轴520耦接至压板518。可按约10-200rpm之间的转速来旋转压板518。可使用其他旋转速度。
基板501可被保持在基板保持器522中。基板保持器亦可被称作定位器(retainer)或承载头。在一些实施例中,基板501可经由真空被保持至基板保持器522。可使用其他合适的基板保持技术。在一些实施例中,基板保持器522可被配置成将基板501(即,如所示的上下)移动而与抛光垫516接触和远离抛光垫516。基板保持器522可旋转,并且在一些实施例中,当与基板501的背面接触地旋转抛光垫516时,可在抛光垫516的表面上来回地振荡基板保持器522。在一些实施例中,基板保持器522的振荡速率可为约0.1毫米/秒和5毫米/秒之间。可使用其他振荡速率。在一些实施例中,可按约10-200rpm之间的转速来旋转基板保持器522。可使用其他旋转速度。振荡可在抛光垫516的中心与径向侧之间发生。在一些实施例中,基板保持器522可以是可从加利福尼亚圣克拉拉的应用材料公司获得的等高5区压力头(Contour,5-zone pressure head)。
在其他实施例中,可颠倒抛光垫516/压板518和基板501/基板保持器522的位置。即,抛光垫516和压板518可为顶部组件或抛光头的一部分或被安装至顶部组件或抛光头,所述顶部组件或抛光头被配置成向上远离和向下接触基板保持器522中所保持的基板501的背面而移动抛光垫516。
浆料524(化学抛光液)可通过分配器526被施加至抛光垫516并且被插入在抛光垫516与基板501之间。分配器526可经由一个或更多合适的导管被耦接至浆料供应528。泵530、阀532或其他液体运输及传送机构可将已计量的量的浆料524供应至抛光垫516的表面。在一些实施例中,浆料524可由分配器526分配到抛光垫516的在基板501前面的表面上,以使得可在基板501前面接收浆料524,并且可通过旋转抛光垫516而在抛光垫516与基板501之间抽拉浆料524。
在一些实施例中,CMP系统500的一个或更多部分可等同于或基于例如加利福尼亚圣克拉拉的应用材料公司的GTTM CMP系统的那些。
CMP系统500亦可包括一个或更多声学传感器534a及/或534b,这些声传感器可操作以感测对基板501执行CMP工艺期间所产生的声发射。在一些实施例中,CMP系统500可仅包括声传感器534a或534b中的一个。在其他实施例中,CMP系统500可包括声传感器534a与534b两者。在又一些其他实施例中,CMP系统500可包括两个以上的声传感器,可不同于针对声传感器534a和534b所示的而定位这些声传感器声传感器。
在CMP工艺期间,可毗邻抛光垫516及/或基板501定位声传感器534a及/或534b。在一些实施例中,可以任何合适的方式将声传感器534a物理地耦接至压板518(或顶部抛光头)。例如,声传感器534a可被安装在支架中,所述支架被机械地固定至压板518。在一些实施例中,压板518可以是包括附连在一起的上压板与下压板(未图示)的组件。上压板可具有安装于其上的抛光垫516,其中声传感器534a可经由例如支架或其他合适机构被集成或安装在上压板下面,或被集成或安装至例如下压板的外侧边缘。在一些实施例中,支架或其他合适机构包括弹簧负载机构,以确保声传感器534a保持恒久接触抛光垫。在一些实施例中,支架或其他合适机构可包括缓冲垫,用于减少信号衰减或劣化。在一些实施例中,电源和信号电缆(其可至少部分地由信号连接536a表示)可被路由通过压板518(或上述压板组件的下压板)并经由高频(例如,约1MHz)8-终端集电环被连接至传感器534a。在一些实施例中,除了或替代声传感器534a,声传感器534b可以任何合适方式被物理地耦接至基板保持器522。例如,声传感器534b可被安装在支架中,所述支架被机械地固定于基板保持器522。声传感器534a及/或534b可替代地位于相对于基板501和抛光垫516的其它合适位置。在一些实施例中,声传感器534a及/或534b可被直接构建到压板518、基板保持器522及/或CMP系统500的任何其他合适部件(参见,例如,以下关于图6A及图6B所述的压板618)中或与以上各者集成。
声传感器534a及/或534b可被配置成分别经由无线或有线信号连接536a及/或536b被电耦接至声处理器538及/或系统控制器540,所述声处理器538及/或系统控制器540被配置成基于来自CMP工艺的声发射来检测TSV破损。
声处理器538可为如所示的系统控制器540的一部分或可为可被电耦接至系统控制器540的单独的独立的部件。系统控制器540可包括处理器542,所述处理器542可控制CMP系统500的操作,包括用于TSV显露工艺中的一个或更多CMP工艺。在一些实施例中,系统控制器540可不被耦接至及/或可不包括声处理器538,而相反可具有处理器542来额外执行本文中所述的声处理器538的功能。
声处理器538可被配置成接收代表由声传感器534a及/或534b所传输的声发射的一个或更多信号。声处理器538可被配置成通过分析从声传感器534a及/或534b接收的一个或更多信号来检测TSV破损。从声传感器534a及/或534b接收的一个或更多信号可具有可随时间变化的振幅(代表例如声发射强度)。声处理器538可被配置成接收这些时变信号,并可针对一个或多个阈值和/或阈值带比较这些信号的振幅。超过这些阈值或在这些阈值带外的信号振幅可指示TSV破损。在一些实施例中,对所接收信号的处理可涉及将所接收信号波形的某些方面或区域与预设阈值进行比较。声处理器538可包括合适的信号过滤、放大、转换(例如,A/D转换)及处理部件,并且可包括被配置成存储数据与一个或更多分析的合适的存储器。数据与分析可被存储于例如声处理器538及/或系统控制器540的任何合适的存储介质(例如,RAM、ROM或其他存储器)中。一个或更多经存储的分析和数据可被用于相对于检测TSV破损来监视及控制一个或更多CMP工艺。
在一些实施例中,基于频率的分析可被用于处理声学数据。以高采样率从声传感器534a及/或534b获取声学信号可允许使用平稳信号分析(诸如快速傅立叶变换(FFT))或非平稳信号分析(诸如小波包变换(WPT))。WPT可将所接收的声信号分解成两个部分:可产生信号身份的近似值的低频成分和可产生信号的细节的高频成分。所述分解可用后续依次分解的近似值迭代。
在其他实施例中,基于时间的分析可被用于处理声学数据。例如,倘若TSV破损事件在信噪比方面占有足够大的信号尖峰,则可监控从声传感器534a及/或534b接收的声学信号的简单均方根(rms)。
为使所接收的声学信号与TSV破损事件相关联,可在一些实施例中使用以下设置程序。无突出的TSV残根的第一设置基板可经历CMP工艺,以产生用于标准化的基线声学信号数据。具有很高突出的TSV残根(例如,具有5μm直径的15μm残根长度)的第二设置基板可经历CMP工艺。可使用例如光学检查或扫描电子显微镜,在处理后检查第二设置基板的TSV破损。可比较来自第一与第二设置基板的所记录的信号幅度。在稳态CMP处理期间,声活动中可见的任何高于基线信号的信号尖峰可被归类为破损信号,这些破损信号随后可被用于与TSV破损事件相关联。
声处理器538可通过启动一个或更多补救动作来自动地响应TSV破损的检测。补救动作可包括通过例如引起音响警报或在耦接至系统控制器540的显示设备上显示警告或其他类型的消息来通知操作员。补救动作可另外或替代地包括响应于检测到TSV破损而自动地停止CMP工艺。补救动作可另外或替代地包括响应于检测到TSV破损而自动地修改CMP工艺的一个或更多参数。例如,声处理器538可被配置成根据由声处理器538或系统控制器540响应于检测到TSV破损而执行的一个或更多程序化例程,来自动地减少由基板保持器522针对抛光垫516所施加的下压力(或反之亦然)及/或自动地降低基板保持器522、压板518或二者的旋转速度。此举可允许CMP系统500利用经修改的处理参数来自动地继续处理后续基板。
图6A及图6B图示了根据一个或更多实施例的可被用于CMP装置(诸如,例如,CMP系统500)中的抛光垫616和压板618的组件600。压板618可包括盘形基底644,所述盘形基底644被配置成在盘形基底644的表面617上接收抛光垫616。盘形基底644可具有一个或更多通孔633a、633b和633c。即,在一些实施例中,盘形基底644可仅具有通孔633a、633b和633c中的一个,或仅具有通孔633a、633b和633c中的两个,或具有多于这三个通孔633a、633b和633c。
压板618亦可包括一个或更多声传感器634a、634b及/或634c,这些声传感器被接收在相应的通孔633a、633b和633c中。在一些实施例中,声传感器634a、634b及/或634c可摩擦配合于相应的通孔633a、633b和633c中。在其他实施例中,声传感器634a、634b及/或634c可以任何合适的方式物理地耦接于盘形基底644或与盘形基底644一体成形。在一些实施例中,压板618可具有其中没有接收有声传感器的通孔633a、633b和633c。
在一些实施例中,声传感器634a、634b及/或634c可从盘形基底644的表面617突出一距离D1。可选择距离D1以减少声信号衰减,所述声学信号衰减可发生在例如抛光垫616的一些实施例的聚氨酯软性SUBATM部分中。在一些实施例中,距离D1可为约50密耳(约1.27mm)。如此可确保声传感器634a、634b及/或634c中的一个或多个紧邻于抛光垫616的抛光表面621,而不太可能在抛光期间被损坏。
在一些实施例中,声传感器634a可位于大约压板618的中心处。此中心定位可确保声传感器634a到正被处理的基板的距离保持不变。声传感器634b可位于从压板618的中心径向向外约一距离D2处,并且声传感器634c可位于从压板618的中心径向向外约一距离D3处。在一个或更多实施例中,距离D2可为从压板618的中心径向向外约5英寸(约12.7cm),并且距离D3可为从压板618的中心径向向外约10英寸(约25.4cm)。在一些实施例中,约10英寸(约25.4cm)的距离D3可确保在每次旋转通过时,声传感器634c被定位成最靠近基板。在一些实施例中,当基板在CMP处理期间远离声传感器634c移动时,可过滤掉所接收的声数据。距离D2及/或D3可替代地具有其他合适的尺寸。
声传感器634a、634b及/或634c可各自被配置成经由有线或无线连接被电耦接至控制器或声处理器。在一些实施例中,声传感器634a、634b及/或634c可分别包括可从压板618下方(即,相对表面617)进入的电连接器646a、646b及/或646c。
参照图6B,抛光垫616可被安装至盘形基底644,并且可在抛光垫616的底侧表面619上具有一个或更多非通孔635a、635b和635c。非通孔635a、635b和635c可具有约距离D1的深度,并且可被配置成在其中接收相应的声传感器634a、634b及/或634c中的一个或多个的突出部分。非通孔635a、635b和635c的数量和位置可分别对应于压板618的通孔633a、633b和633c的数量和位置。抛光垫616可等同于或类似于例如,具有其中形成有一个或多个非通孔635a、635b及/或635c的SUBATM IV子垫的IC1000TM抛光垫。
在一些实施例中,声传感器534a、534b、634a、634b及/或634c中的任一个或多个可为压电、换能器及/或加速计式传感器,并且各自可具有高信噪比。在一些实施例中,声传感器534a、534b、634a、634b及/或634c可包括在约100-500kHz的区域上的平坦的频率响应。在一些实施例中,声传感器534a、534b、634a、634b及/或634c中的任一个或多个可用约40-60dB的增益来放大声信号。在一些实施例中,声传感器534a、534b、634a、634b及/或634c可包括具有约50Hz-100Hz范围的高通滤波器。任何合适的声传感器皆可被用于传感器534a、534b、634a、634b及/或634c。
图7图示了根据一个或更多实施例的监视及控制TSV显露工艺的方法700。在处理框702处,方法700可包括使用CMP工艺来处理基板。CMP工艺可为TSV显露工艺的一部分。例如,参照图1A-1C及图5,可在CMP系统500处接收具有背面102A的基板100。基板100可被安装或附连至基板保持器522,并且抵靠抛光垫516进行按压以用于CMP处理,如结合背面102B和102C或可能地还有背面302所示和描述的。
在处理框704处,感测CMP工艺的声发射可发生。参照图5、图6A及图6B,可通过声传感器534a、534b、634a、634b及/或634c中的任一个或多个来执行感测声发射。声发射可来自CMP工艺,在所述CMP工艺中,正利用抛光垫(诸如图5的抛光垫516或图6A及图6B的抛光垫616)处理基板(诸如,例如,图1A的具有背面102A的基板100或图5的基板501)。声传感器534a、534b、634a、634b及/或634c可感测由于处理基板100或501所产生的声发射,并且可将代表这些声发射的电信号传输到控制器及/或声处理器(诸如,例如,系统控制器540及/或声处理器538)。
在处理框706处,方法700可包括分析这些声发射,以检测TSV破损。对声发射的分析可包括将一个或多个所接收的信号的一个或多个参数(例如,振幅)与一个或多个阈值及/或阈值范围进行比较。一个或多个所接收的信号可代表来自CMP工艺的声发射,并且一个或多个阈值及/或阈值范围可指示在CMP工艺期间TSV破损是否已发生。可在其中TSV破损分别已发生和没有发生的对第一与第二设置基板执行一个或多个基线CMP工艺期间,已预先确定一个或多个阈值及/或阈值范围。
如果在判定框708处检测到TSV破损,则方法700可继续进行至处理框710。例如,在一些实施例中,根据预定义算法,所接收的声学信号中的高尖峰可触发方法700继续进行至处理框710,所述预定义算法可为在例如声处理器538上执行的程序的一部分,或可为在例如系统控制器540上执行的终端软件的一部分。若未检测到TSV破损,则方法700可继续进行至判定框712。
在处理框710处,方法700可包括自动地响应于TSV破损的检测。在一些实施例中,此举可包括自动地通知操作员,所述操作员能够重做当前处理的基板。在一些实施例中,方法700可通过另外或替代地自动修改CMP工艺(通过例如减少下压力、降低旋转速度或二者),来对TSV破损的检测作出响应。方法700可通过自动地停止CMP工艺来另外或替代地对TSV破损的检测作出响应。这可通过直接进行到终止框714(以虚线所示的路径),或者在一些实施例中,可通过进行到判定框712(其中可自动触发“是”响应),从而有效地停止CMP工艺而发生。否则,方法700可进行到判定框712。
在判定框712处,方法700可包括确定是否已检测到CMP工艺的终点。可通过CMP系统的系统控制器(诸如,例如,CMP系统500的系统控制器540)来执行终点检测。在一些实施例中,TSV显露工艺的终点检测可包括检测TSV经平面化而与介电氧化物表面齐平的点,诸如图1C及图2所示。可通过例如声学分析及/或电机驱动(例如,抛光垫的旋转)的电机扭矩反馈来确定此终点检测。声学分析和电机扭矩反馈两者均可基于可随正被处理的材料改变而发生的摩擦的变化。例如,当CMP工艺从主要移除/抛光基板表面上的金属材料变成主要移除/抛光基板表面上的氧化物材料时,基板表面与抛光垫之间可产生摩擦的变化,可在一个或多个接收的声学信号及/或在接收的电机扭矩反馈中指示所述摩擦的变化。此外或替代地,可基于指示特定氧化物厚度的白光光谱图来确定TSV显露工艺的终点检测。若在判定框712处已经检测到终点,则方法700可进行到终止框714。否则,方法700可返回至处理框704。
在终止框714处,方法700及使用CMP工艺处理基板可结束。
可按不限于所示及所述的顺序或序列的顺序或序列执行或进行方法700的以上处理和判定框。例如,在一些实施例中,可与处理框706及/或710及/或与判定框708及/或712同时地执行处理框704。
本领域技术人员应容易理解本文中所描述的本发明容许广泛的实用性和应用。将由本发明以及其前面描述明白或合理联想除了本文中所描述的那些以外的本发明的许多实施例与改编以及许多变化、修改与等效布置,而没有背离本发明的实质与范围。因此,虽然本文已以特定实施例详述本发明,但应理解本公开仅为说明性的并呈现本发明的示例,并且仅仅为了提供对本发明的完整及能授权的公开。本公开不旨在将本发明限定于所公开的特定装置、设备、组件、系统或方法,反之,本发明是要涵盖落在本发明的范围内的所有修改、等效物和替代物。
Claims (15)
1.一种用于化学机械抛光设备的压板,包括:
盘形基底,所述盘形基底被配置成在所述盘形基底的表面上接收抛光垫,所述盘形基底具有至少一个用于接收声传感器的通孔;
耦合到所述盘形基底的用于保持声传感器的支架,其中所述支架被配置成确保当所述抛光垫被安装在所述盘形基底上时,被保持在所述支架中的声传感器保持恒久接触所述抛光垫;以及
声传感器,所述声传感器被配置成被电耦接至控制器,其中所述控制器被配置成分析从所述声传感器接收的一个或多个信号;
其中所述声传感器被接收在所述至少一个通孔中或者被保持在所述支架中,并且其中当所述声传感器被接收在所述至少一个通孔中时,所述声传感器从所述盘形基底的表面突出。
2.如权利要求1所述的压板,其中所述抛光垫具有位于所述抛光垫的底侧表面上的非通孔,所述非通孔被配置成在所述非通孔中接收所述声传感器。
3.如权利要求1所述的压板,其中所述至少一个通孔被定位在中心附近,或从所述中心径向向外5英寸或12.7cm处,或从所述盘形基底的中心径向向外10英寸或25.4cm处。
4.如权利要求1所述的压板,其中所述声传感器从所述盘形基底的表面突出50密耳或1.27mm。
5.一种化学机械抛光设备,所述化学机械抛光设备被配置成执行化学机械抛光工艺,所述化学机械抛光设备包括:
压板,所述压板被配置成安装抛光垫;
基板保持器,所述基板保持器被配置成保持待抛光的基板,其中所述压板或所述基板保持器被配置成将所述基板与所述抛光垫放置成彼此接触;
声传感器,在所述化学机械抛光工艺期间,所述声传感器被定位成毗邻所述抛光垫或所述基板;
耦合到所述压板并保持所述声传感器的支架,其中所述支架被配置成确保所述声传感器保持恒久接触所安装的抛光垫;以及
声处理器,所述声处理器被电耦接至所述声传感器,且被配置成分析从所述声传感器接收的一个或多个信号。
6.如权利要求5所述的化学机械抛光设备,其中所述声处理器还被配置成响应于检测到穿透硅的通孔破损而自动通知操作员。
7.如权利要求5所述的化学机械抛光设备,其中所述声处理器还被配置成通过响应于检测到穿透硅的通孔破损而减少下压力、降低旋转速度或两者,来响应于检测到穿透硅的通孔破损而自动地停止或修改所述化学机械抛光工艺。
8.如权利要求5所述的化学机械抛光设备,其中所述声传感器包括在100-500kHz的区域上的平坦的频率响应并且包括具有50-100Hz的范围的高通滤波器。
9.如权利要求5所述的化学机械抛光设备,其中所述声传感器用40-60dB的增益放大声信号。
10.如权利要求5所述的化学机械抛光设备,其中所述声传感器被集成在所述压板中,以使得所述声传感器从所述压板的表面突出到所述抛光垫中。
11.如权利要求5所述的化学机械抛光设备,其中在中心附近,或从所述中心径向向外5英寸或12.7cm处,或从所述压板的所述中心径向向外10英寸或25.4cm处将所述声传感器集成在所述压板中。
12.一种监视及控制穿透硅的通孔显露工艺的方法,包括以下步骤:
使用没有突出的穿透硅的通孔残根的第一设置基板来记录基线声学信号;
提供具有突出的穿透硅的通孔残根的第二设置基板;
使用所述具有突出的穿透硅的通孔残根的第二设置基板来记录穿透硅的通孔破损声学信号;
将所述基线声学信号与所述穿透硅的通孔破损声学信号进行比较以标识出指示穿透硅的通孔破损事件的信号尖峰;
使用化学机械抛光工艺来处理基板;
感测所述化学机械抛光工艺的声发射;
分析所述声发射,以基于所述声发射与所记录的穿透硅的通孔破损事件的相关性来检测穿透硅的通孔破损;以及
响应于检测到穿透硅的通孔破损而自动停止所述化学机械抛光工艺。
13.如权利要求12所述的方法,进一步包括以下步骤:响应于检测到穿透硅的通孔破损而自动通知操作员。
14.如权利要求12所述的方法,进一步包括以下步骤:响应于检测到穿透硅的通孔破损而自动修改所述化学机械抛光工艺。
15.如权利要求14所述的方法,其中自动修改的步骤包括通过响应于检测到穿透硅的通孔破损而减少下压力、降低旋转速度或两者,来自动修改所述化学机械抛光工艺。
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