CN111095492B - 基板、具备功能性芯片的基板的研磨方法、非暂时性的计算机可读取的记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明为了在适当位置结束研磨而检测研磨的终点位置。根据一个实施方式，提供一种具备功能性芯片的基板的化学机械研磨方法，该方法具有以下步骤：在基板配置功能性芯片的步骤；在所述基板配置终点检测元件的步骤；由绝缘材料对配置有所述功能性芯片及所述终点检测元件的基板进行密封的步骤；研磨所述绝缘材料的步骤；及研磨所述绝缘材料时，依据所述终点检测元件来检测研磨终点的步骤。

Description

基板、具备功能性芯片的基板的研磨方法、非暂时性的计算机 可读取的记录介质
技术领域
本发明关于一种具备功能性芯片的基板的研磨方法。
背景技术
为了实现电子产品的小型化、高性能化，多层堆栈多个半导体芯片形成一个封装体的立体安装技术受到瞩目。也提出有为了高集积化而积层具有同样功能的薄板化的各个半导体芯片或是具有不同功能的薄板化的半导体芯片，通过取得各半导体芯片间的电性连接，谋求半导体芯片的高密度安装的立体安装技术。具备立体构造的封装体中，半导体芯片间为了电性连接而使用插入器或互连芯片。此外，为了形成立体配线构造，以绝缘材料密封配置半导体芯片的层，并在绝缘材料上形成其次的配线构造。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-287803号公报
发明内容
如上述，为了形成具有埋入芯片的立体配线构造，而在绝缘材料上形成配线构造。因而，需要将绝缘材料表面形成平坦。为了将绝缘材料表面平坦化可使用化学机械研磨(CMP)。研磨绝缘材料而使用CMP时，为了在适当位置结束研磨，需要检测研磨的终点位置。因此，本发明的目的为提供研磨绝缘材料的方法。
(解决问题的手段)
[方式1]方式1提供一种具备功能性芯片的基板的研磨方法，对所述基板进行化学机械研磨，其中，具有以下步骤：在基板配置功能性芯片的步骤；在所述基板配置终点检测元件的步骤；由绝缘材料对配置有所述功能性芯片及所述终点检测元件的基板进行密封的步骤；研磨所述绝缘材料的步骤；及研磨所述绝缘材料时，依据所述终点检测元件来检测研磨终点的步骤。
[方式2]方式2如方式1的方法，其中，所述终点检测元件具有反射元件，所述研磨方法具有以下步骤：对所述反射元件照射光的步骤；及接收从所述反射元件反射的光的步骤。
[方式3]方式3如方式1或方式2的方法，其中，具有将所述终点检测元件通过粘接剂而固定于功能性芯片的上表面的步骤。
[方式4]方式4如方式1至方式3中任何一个方式的方法，其中，所述终点检测元件具有虚拟元件，该虚拟元件与构成在基板上的功能无关。
[方式5]方式5如方式1至方式4中任何一个方式的方法，其中，具有以下步骤：在所述绝缘材料上形成金属层的步骤；及研磨所述金属层的步骤；在研磨所述金属层时，依据(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及(3)研磨阻力的变化中的至少一个来检测研磨终点。
[方式6]方式6如方式1至方式4中任何一个方式的方法，其中，具有以下步骤：在所述绝缘材料上形成障壁模塑层的步骤；及在所述障壁模塑层上形成金属层的步骤；在研磨所述金属层时，依据(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及(3)研磨阻力的变化中的至少一个来检测研磨终点。
[方式7]方式7如方式1至方式6中任何一个方式的方法，其中，具有以下步骤：在研磨绝缘材料后，对绝缘材料实施配线用加工的步骤；及对加工后的绝缘材料表面实施用于提高亲水性的表面处理的步骤。
[方式8]方式8提供一种具备功能性芯片的基板的化学机械性研磨方法，基板处于配置有功能性芯片及终点检测元件且由绝缘材料密封的状态，所述研磨方法具有以下步骤：研磨所述绝缘材料的步骤；及在研磨所述绝缘材料时，依据所述终点检测元件检测研磨终点的步骤。
[方式9]方式9如方式8的方法，其中，所述终点检测元件具有反射元件，所述研磨方法具有以下步骤：对所述反射元件照射光的步骤；及接收从所述反射元件反射的光的步骤。
[方式10]方式10如方式8或方式9的方法，其中，所述终点检测元件通过粘接剂而固定于功能性芯片的上表面。
[方式11]方式11如方式8至方式10中任何一个方式的方法，其中，所述终点检测元件具有虚拟元件，该虚拟元件与构成在基板上的功能无关。
[方式12]方式12如方式8至方式11中任何一个方式的方法，其中，所述基板处于在所述绝缘材料上形成有金属层的状态，所述研磨方法具有研磨所述金属层的步骤，在研磨所述金属层时，依据(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及(3)研磨阻力的变化中的至少一个来检测研磨终点。
[方式13]方式13如方式8至方式11中任何一个方式的方法，其中，所述基板处于在所述绝缘材料上形成有障壁模塑层且还在所述障壁模塑层上形成有金属层的状态，在研磨所述金属层时，依据(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及(3)研磨阻力的变化中的至少一个来检测研磨终点。
[方式14]方式14提供一种具备以绝缘材料密封的功能性芯片的基板化学机械性研磨的方法，该方法具有以下步骤：通过所述绝缘材料对所述功能性芯片的上表面照射光的步骤；接收从所述功能性芯片的上表面反射的光的步骤；及依据所接收的光的变化来决定基板的研磨终点的步骤。
[方式15]方式15如方式14的方法，其中，还具有以下步骤：对从所述功能性芯片的上表面反射的光进行分光的步骤；及依据从所述功能性芯片的上表面反射的光的各波长的相对反射率的变化，来决定基板的研磨终点的步骤。
[方式16]方式16如方式15的方法，其中，照射的光是可见光区域或红外光区域的波长。
[方式17]方式17如方式14的方法，其中，具有依据接收的光的强度的变化来决定基板的研磨终点的步骤。
[方式18]方式18提供一种具备以绝缘材料密封的功能性芯片的基板化学机械性研磨的方法，该方法具有以下步骤：以光在基板的表面进行全反射的方式照射光的步骤；接收在基板的表面进行全反射的光的步骤；及依据所接收的光的变化来决定基板的研磨终点的步骤。
[方式19]方式19提供一种计算机可读取的记录介质，记录有如下程序：在通过用于控制基板研磨装置的动作的控制装置来执行该程序时，所述控制装置控制所述基板研磨装置，执行方式1-18中任何一个方式的研磨方法。
[方式20]方式20提供一种程序，使包含计算机的控制装置执行方式1-18中任何一个方式的方法。
[方式21]方式21提供一种基板，该基板具有：功能性芯片；绝缘材料，该绝缘材料覆盖所述功能性芯片；及终点检测元件。
[方式22]方式22如方式21的基板，其中，所述终点检测元件具有反射元件。
[方式23]方式23如方式20或方式21的基板，其中，所述终点检测元件通过粘接剂而固定于功能性芯片的上表面。
[方式24]方式24如方式21至方式23中任何一个方式的基板，其中，所述终点检测元件具有虚拟元件，该虚拟元件与构成在基板上的功能无关。
[方式25]方式25如方式21至方式24中任何一个方式的基板，其中，在所述绝缘材料上形成有金属层。
[方式26]方式26如方式21至方式24中任何一个方式的基板，其中，在所述绝缘材料上形成有障壁模塑层，且还在所述障壁模塑层上形成有金属层。
附图说明
图1是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图2是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图3是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图4是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图5是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图6是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图7是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图8是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图9是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图10是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图11是表示一个实施方式的CMP装置的构成概念图。
图12是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。
图13是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。
图14是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。
图15是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。
图16是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。
图17A是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。
图17B是放大图17A所示的光学终点检测机构的适配器附近的图。
图17C是放大图17A所示的光学终点检测机构的适配器附近的图。
具体实施方式
以下，配合附图说明本发明的具备功能性芯片的基板研磨方法的实施方式。附图中，对相同或类似元件注记相同或类似参考符号，在各个实施方式的说明中，省略关于相同或类似元件的重复说明。此外，各个实施方式表示的特征只要彼此不矛盾，亦可适用于其他实施方式。
图1是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。在表示于图1的实施方式中，基板在CCL(覆铜箔层压)底板100上配置CPU或GPU等的逻辑芯片102及/或存储芯片104等。本说明书中，将逻辑芯片及存储芯片等具备指定功能的芯片称为功能性芯片。图1所示的实施方式中，在功能性芯片102、104中，从CCL底板100表面在最高位置的功能性芯片上侧的表面配置终点检测元件200。图1的实施方式中，终点检测元件200是反射膜202，且配置于存储芯片104上。反射膜202例如可为涂布于功能性芯片上面的金属膜。在CCL底板100上配置功能性芯片102、104及终点检测元件200后，通过绝缘材料106密封安装了功能性芯片102、104的CCL底板100。绝缘材料106例如可为树脂或玻璃材料。通过绝缘材料106密封后，研磨绝缘材料106使绝缘材料106平坦。由于之后在绝缘材料106上进行微细的横配线及/或纵配线，因此将绝缘材料106研磨平坦很重要。绝缘材料106的研磨可以是化学机械性研磨(CMP)。CMP可使用一般CMP装置。CMP装置可为任意，例如，亦可利用公知的CMP装置。通过CMP研磨绝缘材料106时，可利用终点检测元件200检测研磨终点。图1的实施方式中，由于终点检测元件200是反射膜202，因此可进行光学式终点检测。例如，CMP装置300具备用于对反射膜202照射激光等光的光源302，此外，具备用于接收来自反射膜202的反射光的传感器304。通过来自反射膜202的反射光测定从反射膜202的距离，研磨至研磨目标位置108后结束研磨。绝缘材料106的终点位置例如应为研磨目标位置108起±10μm以下。此外，研磨目标位置108例如可为从设有反射膜202的最上位置的芯片上面为10μm～500μm。
图1所示的上述实施方式中，终点检测元件200使用反射膜202，不过其他实施方式亦可取代反射膜202，而使用荧光材料或包含荧光材料的树脂等。荧光材料或包含荧光材料的树脂亦可仅涂布在从图1所示的CCL底板100表面起最高位置的功能性芯片的上侧表面，或是，亦可在CCL底板100上配置功能性芯片102、104后，整个基板涂布。在功能性芯片102、104的上侧表面涂布荧光材料或包含荧光材料的树脂时，亦可仅涂布于表面的一部分，亦可涂布整个表面。涂布荧光材料后，以绝缘材料106密封整个基板。该实施方式中，光源302选择包含可使荧光材料产生荧光的波长。传感器304测定来自涂布于在最高位置的功能性芯片上面的荧光材料的荧光强度。荧光强度依配置于荧光材料上的绝缘材料106的厚度而变化。因而，可通过所检测知荧光强度来检测绝缘材料106的厚度，并可检测绝缘材料106的研磨终点。另外，为了以传感器304仅检测荧光波长，则可使用滤波器。或是，亦可使用分光器来检测荧光波长的强度。
图2是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图2的实施方式中，终点检测元件200为在功能性芯片102、104中，于从CCL底板100表面起最高位置的功能性芯片102、104的上侧表面固定反射板204。反射板204例如可使用粘接剂而固定于功能性芯片102、104的上面。反射板204例如为可在板状构件上涂布金属。除了反射板204之外，可与图1所示的实施方式同样。
图3是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图3所示的实施方式中，基板是在CCL(覆铜箔层压)底板100上配置CPU或GPU等的逻辑芯片102及/或存储芯片104等。图3所示的实施方式中，除了功能性芯片102、104之外，还配置与形成于基板的元件的功能无关的虚拟元件206作为终点检测元件200。虚拟元件206是以上面比从CCL底板100表面起位于最高位置的功能性芯片的上面更高位置的方式配置。虚拟元件206的上面亦可如图1的实施方式为反射膜202，或是，亦可在虚拟元件206的上面安装如图2的实施方式的反射板204。虚拟元件206可通过粘接剂而安装于CCL底板100。或是，虚拟元件206亦可与其他功能性芯片102、104同样地进行凸块接合。通过在与其他功能性芯片102、104相同工序进行凸块接合，可使功能性芯片102、104与虚拟元件206的安装误差变小。虚拟元件206可配置于任何位置，不过需设于不干扰其他功能性芯片的位置。此外，虚拟元件206亦可配置多个。在CCL底板100上配置功能性芯片102、104及虚拟元件206后，通过绝缘材料106密封安装了功能性芯片102、104及虚拟元件206的CCL底板100。绝缘材料106例如可为树脂或玻璃材料。通过绝缘材料106密封后，研磨绝缘材料106使绝缘材料106平坦。绝缘材料106的研磨可进行化学机械性研磨(CMP)。CMP可使用一般CMP装置。CMP装置可为任意，例如，亦可利用公知的CMP装置。通过CMP研磨绝缘材料106时，可利用终点检测元件200的虚拟元件206检测研磨终点。图3的实施方式中，由于虚拟元件206上面是反射膜202或反射板204，因此如上述可光学式进行终点检测。研磨目标位置108例如图3所示，为规定从CCL底板100表面起最高位置的功能性芯片的上面起的距离L1。事先测定从CCL底板100表面起最高位置的功能性芯片的上面与虚拟元件206的上面的高度差L3。该高度差L3可通过将功能性芯片102、104及虚拟元件206配置于CCL底板100，以绝缘材料106模塑之前，以任何位置传感器或共焦点显微镜等测定。而后，以研磨目标位置108变成L1的方式，算出从虚拟元件206上面起研磨目标位置108的距离L2。进行绝缘材料106的研磨时，通过进行绝缘材料106的研磨至从虚拟元件206上面至绝缘材料106表面的距离达到L2，可研磨绝缘材料106至研磨目标位置108。终点的研磨目标位置108例如可为从设有反射膜202的最上位置的芯片上面为10μm～500μm。
图4是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图4表示在平坦化的绝缘材料106上形成配线层，而研磨配线层时的方法。图4所示的实施方式中，是以与图1至图3所示的实施方式同样的方法研磨绝缘材料106至研磨目标位置108。图4所示的实施方式中，然后对平坦化的绝缘材料106形成用于配线的图案。用于配线的图案是通过曝光及蚀刻等而形成用于纵配线的孔110、及形成横配线的图案112等。然后，例如将铜等的金属层114在形成了图案的绝缘材料106上成膜(图4所示的状态)。然后，研磨除去不需要金属层114的部分。该金属层114的研磨可通过CMP进行。金属层114研磨中，使金属不致残留于研磨金属层114后的研磨面很重要。研磨后的表面有残留金属时，会造成漏电流或元件老化。因而，研磨目标位置108可以除去金属层114并研磨绝缘材料106的一部分的方式规定研磨目标位置108。例如，研磨目标位置108可设定于从金属层114与绝缘材料106的层的边界面为5μm～10μm程度而设于绝缘材料106侧。通过CMP研磨金属层114时，研磨的终点检测可通过检测发生于金属层114上的涡电流的涡电流传感器观察涡电流的变化来进行。或是，终点检测亦可通过光学式的传感器观察从金属层114的反射光的变化来进行。或是，终点检测可通过观察从金属层114至绝缘材料106材料变化处产生的研磨阻力的变化，或是CMP装置的驱动机构的转矩变化来进行。另外，亦可以研磨后的表面不致产生残留金属的方式，检测因研磨导致层变化的层的边界后，在指定时间进行研磨，而研磨至上述的研磨目标位置108。此外，亦可采用公知的终点检测。
图5是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图5所示的实施方式中，是以与图1至图3所示的实施方式同样的方法将绝缘材料106研磨至研磨目标位置108。图5所示的实施方式中，然后，在平坦化的绝缘材料106上形成障壁模塑层116(图5上方的图的状态)。障壁模塑层116由绝缘性材料形成。障壁模塑层116使用与其下方的绝缘材料106的重量密度不同的材料，使障壁模塑层116与绝缘材料106在研磨时的摩擦力不同。此外，障壁模塑层116可为比绝缘材料106的层薄的层。例如，障壁模塑层116的厚度可为10nm～10μm程度。形成障壁模塑层116后，在其上形成配线图案。用于配线的图案是通过曝光及蚀刻等形成用于纵配线的孔110、及形成横配线的图案112等。然后，例如将铜等的金属层114在形成了图案的绝缘材料106上成膜。然后，研磨除去不需要金属层114的部分。图5下方的图是表示除去金属层114的状态的图。该金属层114的研磨可通过CMP进行。通过CMP研磨金属层114时，当除去金属层114而障壁模塑层116露出时，研磨阻力会变化。因此，可将研磨阻力的变化用于检测通过CMP除去金属层114的研磨终点。此外，若因过度研磨而除去障壁模塑层116时，会导致下方的绝缘材料106露出，研磨阻力进一步变化。因此，可从障壁模塑层116变化到绝缘材料106时的研磨阻力的变化检测过度研磨。
图6是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图5所示的实施方式中，是以与图1至图3所示的实施方式同样的方法将绝缘材料106研磨至研磨目标位置108。而图6所示的实施方式中，然后对平坦化的绝缘材料106形成用于配线的图案。用于配线的图案是通过曝光及蚀刻等形成用于纵配线的孔110、及形成横配线的图案112等(图6的状态)。然后，通过射出光或激光而使绝缘材料106表面的亲水性提高。通过该处理，可使其后进行的导电材料的金属层114的密合性提高。之后形成金属层114等可与图4说明的实施方式同样。此外，亦可在图5说明的实施方式或其他实施方式中追加使亲水性提高的处理。
图7是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图7的实施方式中，基板具有具备贯穿配线150的CCL(覆铜箔层压)底板100。具备贯穿配线150的CCL底板100通过CMP等而平坦化。在平坦化的CCL底板100上面配置终点检测元件200。图7的实施方式中，终点检测元件200是反射板204。反射板204例如可使用粘接剂而固定于CCL底板100上。然后，通过绝缘材料106密封配置了反射板204的CCL底板100。如所述，绝缘材料106例如可为树脂或玻璃材料。通过绝缘材料106密封后，研磨绝缘材料106使绝缘材料106平坦。关于绝缘材料106的研磨的终点检测，如图1、2等所述，可以传感器检测光或激光的反射光来进行。图7的实施方式中，反射板204的位置无限制，不过需要在不致干扰其他功能性芯片等的位置。此外，反射板204亦可设置多个。此外，图7的实施方式中，亦可取代反射板204而设置图3所示的虚拟元件206。
图8是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图8表示在平坦化的绝缘材料106上形成配线层，并研磨配线层时的方法。图8所示的实施方式中，是以与图7所示的实施方式同样的方法研磨绝缘材料106至研磨目标位置108。图8所示的实施方式中，然后对平坦化的绝缘材料106形成用于配线的图案。用于配线的图案是通过曝光或蚀刻等形成用于纵配线的孔110、及形成横配线的图案112等。然后，例如将导电材料的铜等金属层114在形成了图案的绝缘材料106上成膜(图8上方的图表示的状态)。然后，研磨除去不需要金属层114的部分。该金属层114的研磨可通过CMP来进行。金属层114的研磨可与图4的实施方式说明的同样。
图9是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图9表示形成具备配线层的多个绝缘材料106的层时的方法。形成于CCL底板100上的绝缘材料106的第一层C1可以与图8所示的实施方式同样的方法而形成。然后，在平坦化后的第一层C1上面固定反射板204。反射板204例如可使用粘接剂而固定于第一层C1上面。然后，形成绝缘材料106膜、如图8说明地进一步形成配线图案、形成金属层114、进行金属层114的研磨而形成第二层C2。此外，同样地可形成第三层C3。具备配线层的绝缘材料106的层可形成任何数量。图9所示的实施方式中，在第三层C3上配置逻辑芯片102及存储芯片104等功能性芯片。如图9所示，亦可通过互连芯片118或插入器进行这些功能性芯片间的配线。图9是表示仅在CCL底板100单侧面安装配线及功能性芯片的例，不过，其他实施方式亦可在CCL底板100的两面安装。此外，亦可形成用于从插入器或互连芯片118将配线取出至封装体模塑外部的纵配线。纵配线的形成可采用任何方法进行，例如亦可采用本说明书所揭示的方法进行。图10表示在CCL底板100的两面安装配线及功能性芯片的例，此外，具备用于从互连芯片118取出配线至封装体模塑外部的纵配线120。图10所示的封装体可通过配合本说明书所揭示的方法而形成。
图11是表示一个实施方式的CMP装置300的构成概念图。CMP装置300具备：基板保持头21、轴承球3、头轴2、研磨机38、研磨布39、第一空气供给管线36、第二空气供给管线62、第一空气调节器R1、第二空气调节器R2、纯水供给管线46、纯水调节器R4。研磨装置1进一步具备：头固定构件4、连结轴48、空气气缸5、活塞14、第三空气供给管线51、第三空气调节器R3、旋转筒6、定时滑轮7、定时皮带8、定时滑轮10、马达9、研磨液供给喷嘴13等。
基板保持头21经由轴承球3而与头轴2啮合。头轴2升降自如及旋转自如地经由无图示的轴承而与头固定构件4啮合，并经由连结轴48、连结棒61而连结于空气气缸5中的活塞14。空气气缸5连接于第三空气供给管线51。第三空气供给管线51经由第三阀门V3、第三空气调节器R3而连接于压缩空气源42。空气气缸5的压力通过第三空气调节器R3控制成指定压力。
活塞14通过空气气缸5的压力而上下移动，通过活塞14的上下移动，连结轴48、基板保持头轴2经由连结棒61而上下移动，而将保持于基板保持头21下面的基板W从研磨机38离开，或是朝向研磨机38按压。此外，基板保持头21的上面与头轴2的下端面形成收容轴承球3的球轴承，基板保持头21经由轴承球3对研磨机38或对研磨布39可以轴承球3为中心而倾斜移动。另外，轴承球3位于头轴2的中心。
此外，在头轴2上安装有旋转筒6，旋转筒6在其外周具备定时滑轮7。而后，定时滑轮7经由定时皮带8与设于固定在头固定构件4(亦称为手臂)的马达9的定时滑轮10连接。因此，通过旋转驱动马达9，旋转筒6及头轴2经由定时皮带8及定时滑轮7一体旋转，而基板保持头21通过头轴2的旋转而旋转。此外，头固定构件4的一端通过摇动轴64支撑而摇动自如。另外，来自头轴2的旋转不传达至连结轴48。
CMP装置300具有控制装置900，可构成通过控制装置900控制设于CMP装置300的各种传感器及动作机构。控制装置900可由具备输入输出装置、运算装置、存储装置等的一般计算机而构成。控制装置中安装用于使本说明书说明的方法动作的计算机程序。该计算机程序亦可储存于非挥发性记录介质，此外，亦可通过各种通信技术将程序分发至计算机。
图11所示的CMP装置300中，研磨的基板通过真空吸附而保持于基板保持头21的下面。如图11所示，在基板保持头21的铅直方向下侧配置研磨机38。在研磨机38上面贴合有研磨布39。研磨布39供基板的被研磨面接触而构成。研磨布39与基板W的被研磨面接触的面是研磨面。
如图11所示，基板保持头21连接于空气供给管线62。空气供给管线62经由阀门V2、空气调节器R2而连接于压缩空气源42，并经由阀门V0而连接于真空排气源49。在关闭阀门V0并打开第二阀门V2状态下，可对保持于基板保持头21的基板背面(与被研磨面相反侧的面)赋予希望的压力，基板通过该压力而朝向研磨机38按压。此外，在关闭阀门V2状态下，打开阀门V0时，保持于基板保持头21的基板背面为真空，可使基板W真空吸附至基板保持头21。
图11所示的CMP装置300中，研磨机38可具备用于检测基板的研磨终点的传感器100。图12是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。图12表示设置研磨机38的传感器304的部分。图12所示的传感器304是光学传感器，且在研磨机38中进一步配置有光源302。传感器304及光源302构成可通过有线或无线而与控制装置900(图11)联络。图12所示的实施方式中，研磨布39的一部分设有缺口39-2。在缺口39-2的位置配置观察孔306。经由观察孔306从光源302朝向研磨中的基板照射光，可通过传感器304检测来自基板的反射光。可从研磨中的基板的反射率变化等检测基板的研磨终点。一个实施方式为传感器304例如可为具备法布里-珀罗(Fabry-Perot)分光器等的分光器者。此外，传感器304使用光纤传感器时，亦可在研磨机38上配置多个传感器304及光源302。例如，亦可配置于研磨机38的中心部与周边部，监视来自传感器304及光源302两者的信号，来决定基板W的研磨终点。此外，通过使用多个传感器304及光源302可监视基板W多个区域的研磨面的膜厚。并可依据来自多个传感器304的信号控制研磨条件，使基板W的多个区域的研磨终点同步。
图11所示的CMP装置300及图12所示的终点检测传感器，可使用于上述研磨基板的方法及检测基板研磨终点的方法。此外，图11所示的CMP装置300及图12所示的终点检测传感器，亦可使用于通过其他方法检测基板研磨终点的方法。以下，说明几个检测基板研磨终点的方法。
图13是用于说明一个实施方式的基板研磨方法的图。图13所示的实施方式中，基板在CCL(覆铜箔层压)底板100上配置CPU及GPU等逻辑芯片102、及/或存储芯片104等。图13所示的基板与图1所示的基板不同，不配置反射膜202等终点检测元件200。图13所示的实施方式中，在CCL底板100上配置功能性芯片102、104后，通过绝缘材料106密封安装了功能性芯片102、104的CCL底板100。绝缘材料106例如可为树脂或玻璃材料。通过绝缘材料106密封后，研磨绝缘材料106使绝缘材料106平坦。绝缘材料106的研磨可进行化学机械性研磨(CMP)，例如可使用图12所示的具备光学式终点检测传感器的CMP装置300进行研磨。图13的实施方式中，是在功能性芯片102、104中最高位置的芯片表面从光源302照射光，并以传感器304接收反射光。图13所示的实施方式中，可将反射光加以分光，从反射光的各波长的相对反射率测定绝缘材料106的厚度。从光源302朝向基板的绝缘材料106照射的光，在绝缘材料106表面反射，并以在最高位置的功能性芯片(图13的例是存储芯片104)的表面反射。通过在不同位置反射的光干扰，传感器304检测的光各波长的相对反射率依绝缘材料106的厚度而变化。因而，通过检测相对反射率可测定功能性芯片102、104上的绝缘材料106的厚度。预先通过预备实验测定绝缘材料106的厚度达到研磨目标位置108时的相对反射率，可利用图12所示的光源302及传感器304作为研磨中的基板的终点检测传感器。绝缘材料106的厚度到达研磨目标位置108后结束研磨。绝缘材料106的终点位置例如应为从研磨目标位置108起±10μm以下。此外，研磨目标位置108例如从在最上位置的存储芯片104的上面起10μm～500μm。另外，分光器可使用法布里-珀罗分光器等。此外，光源302可使用激光二极管、LED等任何光源。光源302的波长范围例如可为包含500nm～800nm。此外，光源302的波长亦可依照射对象的绝缘材料106等的膜厚或膜种，使用短波长的200nm～500nm的波长范围。
关于图13，上述方法是从反射光的相对反射率的变化检测基板研磨终点，不过，亦可通过测定光的强度来检测基板的研磨终点。该方法是从光源302照射光于基板上最高位置的功能性芯片102、104，并以传感器304检测的反射光。由于反射光的强度会依配置于功能性芯片102、104上的绝缘材料106的厚度而变化，因此，预先通过预备实验测定绝缘材料106的厚度成为研磨目标位置108时的反射光强度，可利用图12所示的光源302及传感器304作为研磨中的基板的终点检测传感器。测定反射光的强度来检测基板的研磨终点时，与所述测定相对反射率而检测终点时不同，不需要分光器。此时，反射光强度是对全部波长成分进行积分而测定的。不过，亦可使用分光器来测定特定波长(例如500nm以下的任何波长)的反射光强度。测定反射光的强度时，光源302可使用激光二极管、LED等任何光源。另外，光源302宜包含功能性芯片102、104表面(例如硅)的反射率高的波长范围(例如，500nm以下的波长)。此外，光源302亦可使用特定波长(例如500nm以下的任何波长)的单色光源。
图13所示的基板研磨方法中，光源302亦可使用红外光(例如波长为1μm～3μm)，或使用红外分光器来检测绝缘材料106的厚度及研磨终点。功能性芯片102、104表面的红外光的反射率与绝缘材料106(例如树脂)表面的红外光的反射率不同。因而，传感器304接收的反射光的光谱强度依形成于功能性芯片102、104上的绝缘材料106的厚度而变化。因而，可通过反射光的光谱变化来检测绝缘材料106的厚度。
图14是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。图14表示设置研磨机38的传感器304的部分。图14所示的终点检测机构具备2个光源302a、302b。各光源302a、302b以朝向研磨中的基板(无图示)表面照射光的方式定位。传感器304以接收照射于基板的光的散射光的方式定位。图14所示的实施方式的终点检测机构亦可具备分光器。传感器304及光源302构成可通过有线或无线而与控制装置900(图11)联络。图14所示的实施方式中，在研磨布39的一部分设有缺口39-2。在缺口39-2的位置配置观察孔306。图14所示的实施方式中，是经由观察孔306而从光源302朝向研磨中的基板照射光，可通过传感器304检测来自基板的散射光。另外，图14所示的实施方式中，亦可无观察孔306，此时，可在配置光源302a、302b及传感器304的研磨机38的凹部供给纯水而且进行检测。图14所示的实施方式的终点检测机构可使用于上述的研磨方法及终点检测。
图15是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。图15表示设置研磨机38的传感器304的部分。图15所示的终点检测机构具备：一个光源302、第一传感器304a、及第二传感器304b。光源302以基板表面可全反射的角度照射光于基板的方式定位。此外，第二传感器304b以接收全反射的光的方式定位。第一传感器304a以接收基板表面所散射的光的方式定位。图15的实施方式中，光源302及第二传感器304b可具备可调整光相对于基板表面的入射角度的驱动机构(无图示)。图15所示的利用全反射的终点检测机构可利用于在作为目标的研磨位置材质变化时。例如，图4、图8皆说明，可利用于除去积层于绝缘材料106上的金属层114时。由于金属层114的全反射角度，与除去金属层114后在下方的绝缘材料106露出时的全反射角度不同，因此可从接收的光强度的变化检测除去了金属层114。此时，亦可以第二传感器304b测定全反射的光，此外，亦可以第一传感器304a测定散射光，或是亦可测定两者。另外，图15所示的实施方式中，不存在图14所示的观察孔306。这是为了防止光被观察孔306表面全反射。此外，图15所示的实施方式中，由于不使用观察孔306，因此可在配置光源302、传感器304a、304b的研磨机38的凹部供给纯水而且进行检测。
另外，全反射条件中，水或纯水等与研磨对象表面接触的介质的折射率A、与绝缘材料106等的基板表面的折射率B的关系必须满足折射率A＞折射率B。
图16是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。图16表示设置研磨机38的传感器304的部分。图16所示的终点检测机构与图15所示的实施方式同样地利用全反射。图16所示的实施方式中，从光源302照射的光通过第一反射镜308a反射而导向基板表面。第一反射镜308a以通过基板表面进行全反射这样的角度使光朝向基板的方式定位。图16所示的终点检测机构具备第二反射镜308b。第二反射镜308b以将研磨中的通过基板表面进行全反射的光导入第二传感器304b的方式定位。第一反射镜308a及第二反射镜308b可具备可调整光对基板表面的入射角度的驱动机构(无图示)。图16的终点检测机构的其他构成可与图15所示的终点检测机构同样。图16所示的利用全反射的终点检测机构与图15所示的终点检测机构同样地可利用于在作为目标的研磨位置材质变化时。
图17A是概略表示一个实施方式的光学终点检测机构的剖面图。图17A表示设置研磨机38的传感器304的部分，不过为了清晰化而并未图示研磨机38与研磨垫39。图17A所示的终点检测机构与其他光学终点检测机构同样地具备光源302及传感器304。图17A所示的终点检测机构进一步具备适配器310。适配器310例如可由光学塑胶等高折射率材料而形成。适配器310的折射率应比研磨对象的基板表面的绝缘材料106的折射率大。适配器310可形成概略立方体形状的方块。适配器310是以不接触而接近研磨对象的基板表面的方式配置。此外，适配器310设有：第一光纤312a及第二光纤312b。第一光纤312a及光源302以由第一光纤312a接收来自光源302的光的方式配置。第二光纤312b以接收从第一光纤312a射出的光被适配器310与基板表面的边界反射的光的方式配置。第二光纤312b及传感器304以传感器304接收从第二光纤312b射出的光的方式配置。第一光纤312a及第二光纤312b亦可为相同孔径的光纤，亦可为不同孔径的光纤。例如，第二光纤312b亦可是为了提高收获率而孔径比第一光纤312a大的光纤。此外，亦可取代第二光纤312b而使阵列型光传感器(例如光二极管阵列)内建于适配器310。光源302、传感器304、及适配器310构成为在保持着相对位置的状态下可在与基板表面垂直的方向移动。例如，这些通过无图示的移动机构而安装于研磨机38。
图17B是放大图17A所示的光学终点检测机构的适配器310附近的图。如图17B所示，第一光纤312a以从第一光纤312a射出的光以入射角θ入射于适配器310的边界面的方式配置。该入射角θ以如下方式决定：比由适配器310的折射率与水或纯水的折射率而决定的临界角θ1大，且比由适配器310的折射率与研磨对象的基板表面的材料(例如绝缘材料106)的折射率而决定的临界角θ2小。
使用图17A所示的光学终点检测机构可如下检测基板的研磨终点。一个例子如图17A所示，研磨对象的基板是在CCL(覆铜箔层压)底板100上配置有CPU或GPU等逻辑芯片102及/或存储芯片104等功能性芯片。并通过绝缘材料106密封配置了这些功能性芯片102、104的CCL底板100。绝缘材料106例如可为树脂或玻璃材料。此处是说明使用图17A所示的终点检测机构将绝缘材料106研磨至研磨目标位置108的方法。
首先，使适配器310在基板方向移动至与基板表面接触。适配器310与基板接触后，固定适配器310在与基板表面垂直方向的位置。在该状态下粗研磨基板表面，而将基板表面平坦化。将基板表面平坦化后，再度使适配器310向基板移动，而使适配器310与平坦化的基板表面密合。粗研磨时的研磨量可从适配器310的移动距离算出。或是，亦可以其他方法测定开始粗研磨时适配器310的位置与平坦化的基板表面之间的距离，来算出粗研磨的研磨量。
其次，使适配器310与平坦化的基板表面密合后，固定适配器310在与基板表面垂直方向的位置。图17A、B表示该状态。在该状态下进一步进行研磨。此时，从光源302通过第一光纤312a朝向基板表面照射光。通过第二光纤312b以传感器304检测反射光可测定基板的研磨量。如图17B所示，在开始研磨状态下，适配器310与基板表面的绝缘材料106接触。如上述，光以入射角θ从适配器310入射于绝缘材料106。入射角θ如上述，由于比由适配器310的折射率与绝缘材料106的折射率而决定的临界角θ2小，因此光不致在绝缘材料106表面全反射。研磨进行时，如图17C所示，在基板表面的绝缘材料106与适配器310之间产生间隙。研磨进行时，研磨液或纯水会进入该间隙。如上述，由于光的入射角θ比由适配器310的折射率与水或纯水的折射率而决定的临界角θ1大，因此光在适配器310与纯水的边界全反射。因而，研磨进行时，传感器304检测的反射光的强度变大。从部分反射向全反射转移时，通过预先校正研磨量与反射光强度的关系，可从传感器304检测的反射光强度的变化决定研磨量。如此，可将绝缘材料106研磨至研磨目标位置108。另外，研磨对象不只上述的绝缘材料106，半导体材料为硅(Si)或二氧化硅(SiO2)时，亦可同样适用上述的研磨终点检测。
以上，是依据几个例子说明本发明的实施方式，不过上述发明的实施方式是为了容易理解本发明，而并非限定本发明。本发明在不脱离其旨趣下可进行变更、改良，而且本发明当然包含其等效物。此外，在解决上述问题的至少一部分的范围，或是达成效果的至少一部分的范围内，权利要求及说明书中记载的各元件可任意组合或省略。
符号说明
100 CCL底板
102 逻辑芯片
104 存储芯片
106 绝缘材料
108 研磨目标位置
114 金属层
116 障壁模塑层
118 互连芯片
200 终点检测元件
202 反射膜
204 反射板
206 虚拟元件

Claims (24)

1.一种具备功能性芯片的基板的研磨方法，对所述基板进行化学机械研磨，该研磨方法的特征在于，具有以下步骤：
在基板配置多个功能性芯片的步骤；
在位于从所述基板的表面起最高位置的功能性芯片的上表面配置终点检测元件的步骤；
由绝缘材料对配置有所述多个功能性芯片及所述终点检测元件的基板进行密封的步骤；
研磨所述绝缘材料的步骤；及
研磨所述绝缘材料时，依据所述终点检测元件来检测研磨终点的步骤。
2.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
所述终点检测元件具有反射元件，
所述研磨方法具有以下步骤：
对所述反射元件照射光的步骤；及
接收从所述反射元件反射的光的步骤。
3.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
具有将所述终点检测元件通过粘接剂而固定于位于从所述基板的表面起最高的位置的功能性芯片的上表面的步骤。
4.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，
所述终点检测元件具有虚拟元件，该虚拟元件与构成在基板上的功能无关。
5.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，具有以下步骤：
在所述绝缘材料上形成金属层的步骤；及
研磨所述金属层的步骤；
在研磨所述金属层时，依据
(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；
(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及
(3)研磨阻力的变化
中的至少一个来检测研磨终点。
6.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，具有以下步骤：
在所述绝缘材料上形成障壁模塑层的步骤；及
在所述障壁模塑层上形成金属层的步骤；
在研磨所述金属层时，依据
(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；
(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及
(3)研磨阻力的变化
中的至少一个来检测研磨终点。
7.如权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，具有以下步骤：
在研磨绝缘材料后，对绝缘材料实施配线用加工的步骤；及
对加工后的绝缘材料表面实施用于提高亲水性的表面处理的步骤。
8.一种具备功能性芯片的基板的研磨方法，对所述基板进行化学机械研磨，该研磨方法的特征在于，
基板处于配置有多个功能性芯片、在位于从所述基板的表面起最高位置的功能性芯片的上表面配置有终点检测元件且由绝缘材料密封的状态，
所述研磨方法具有以下步骤：
研磨所述绝缘材料的步骤；及
在研磨所述绝缘材料时，依据所述终点检测元件检测研磨终点的步骤。
9.如权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，
所述终点检测元件具有反射元件，
所述研磨方法具有以下步骤：
对所述反射元件照射光的步骤；及
接收从所述反射元件反射的光的步骤。
10.如权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，
所述终点检测元件通过粘接剂而固定于位于从所述基板的表面起最高位置的功能性芯片的上表面。
11.如权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，
所述终点检测元件具有虚拟元件，该虚拟元件与构成在基板上的功能无关。
12.如权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，
所述基板处于在所述绝缘材料上形成有金属层的状态，
所述研磨方法具有研磨所述金属层的步骤，
在研磨所述金属层时，依据
(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；
(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及
(3)研磨阻力的变化
中的至少一个来检测研磨终点。
13.如权利要求8所述的研磨方法，其特征在于，
所述基板处于在所述绝缘材料上形成有障壁模塑层且还在所述障壁模塑层上形成有金属层的状态，
在研磨所述金属层时，依据
(1)通过涡电流传感器检测的涡电流的变化；
(2)通过光学传感器检测的来自金属层的反射光的变化；及
(3)研磨阻力的变化
中的至少一个来检测研磨终点。
14.一种具备多个功能性芯片的基板的研磨方法，对所述基板进行化学机械研磨，该多个功能性芯片由绝缘材料密封，该研磨方法的特征在于，具有以下步骤：
通过所述绝缘材料对位于从所述基板的表面起最高位置的所述功能性芯片的上表面照射光的步骤；
接收从位于从所述基板的表面起最高位置的所述功能性芯片的上表面反射的光的步骤；及
依据所接收的光的变化来决定基板的研磨终点的步骤。
15.如权利要求14所述的研磨方法，其特征在于，还具有以下步骤：
对从位于从所述基板的表面起最高位置的所述功能性芯片的上表面反射的光进行分光的步骤；及
依据从位于从所述基板的表面起最高位置的所述功能性芯片的上表面反射的光的各波长的相对反射率的变化，来决定基板的研磨终点的步骤。
16.如权利要求15所述的研磨方法，其特征在于，
照射的光是可见光区域或红外光区域的波长。
17.如权利要求14所述的研磨方法，其特征在于，
具有依据接收的光的强度的变化来决定基板的研磨终点的步骤。
18.一种非暂时性的计算机可读取的记录介质，其特征在于，
记录有如下程序：在通过用于控制基板研磨装置的动作的控制装置来执行该程序时，所述控制装置控制所述基板研磨装置，执行权利要求1所述的研磨方法。
19.一种基板，其特征在于，具有：
多个功能性芯片；
绝缘材料，该绝缘材料覆盖所述多个功能性芯片；及
配置于位于最高位置的功能性芯片的上表面的终点检测元件。
20.如权利要求19所述的基板，其特征在于，
所述终点检测元件具有反射元件。
21.如权利要求19所述的基板，其特征在于，
所述终点检测元件通过粘接剂而固定于位于最高位置的功能性芯片的上表面。
22.如权利要求19所述的基板，其特征在于，
所述终点检测元件具有虚拟元件，该虚拟元件与构成在基板上的功能无关。
23.如权利要求19所述的基板，其特征在于，
在所述绝缘材料上形成有金属层。
24.如权利要求19所述的基板，其特征在于，
在所述绝缘材料上形成有障壁模塑层，且还在所述障壁模塑层上形成有金属层。
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