JP2016517185A - Apparatus and method for acoustic monitoring and control of Si through electrode exposure process - Google Patents

Apparatus and method for acoustic monitoring and control of Si through electrode exposure process Download PDF

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Abstract

TSVの破損を検出し、それに自動的に反応するために、CMP(化学機械研磨)を使用するTSV(Si貫通電極)露出処理を音響的にモニター且つ制御することができる。CMPシステムの基板ホルダ及び/又は研磨パッドに近接して配置される1つ又は複数の音響センサによって受信された音響放出を分析し、CMPプロセス中のTSVの破損を検出することができる。TSVの破損の検出に応答して、1つ又は複数の是正措置が自動的に発生することができる。幾つかの実施形態では、研磨パッドプラテンは、研磨パッドプラテン上に取り付けられる研磨パッド内へと延在する、研磨パッドプラテンの中に組み込まれる1つ又は複数の音響センサを有してもよい。他の態様と同様に、TSV露出処理をモニター且つ制御する方法が更に提供される。【選択図】図5To detect and automatically react to TSV breakage, the TSV (Si through electrode) exposure process using CMP (Chemical Mechanical Polishing) can be acoustically monitored and controlled. The acoustic emission received by one or more acoustic sensors located proximate to the substrate holder and / or polishing pad of the CMP system can be analyzed to detect TSV breakage during the CMP process. In response to detecting a TSV failure, one or more corrective actions can automatically occur. In some embodiments, the polishing pad platen may have one or more acoustic sensors incorporated into the polishing pad platen that extend into a polishing pad that is mounted on the polishing pad platen. As with other aspects, a method for monitoring and controlling the TSV exposure process is further provided. [Selection] Figure 5

Description

関連出願
[0001]本出願は、2013年5月1日に出願された「APPARATUS AND METHODS FOR ACOUSTICAL MONITORING AND CONTROL OF THROUGH−SILICON−VIA REVEAL PROCESSING」(代理人整理番号第20654号)と題する米国非仮特許出願第13/874,495号から優先権を主張し、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
Related Application [0001] This application is entitled “APPARATUS AND METHODS FOR ACOUSTIC MONITORING AND CONTROL OF THROUGH-SILICON-VIA REVEAL PROCESSING” (Attorney Docket No. 20654) filed on May 1, 2013. Priority is claimed from provisional patent application No. 13 / 874,495, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

[0002]本発明は、概して、半導体装置の製造、より具体的には、TSV(Si貫通電極)の背面化学機械研磨に関する。   [0002] The present invention relates generally to semiconductor device fabrication, and more specifically to backside chemical mechanical polishing of TSVs (Si through electrodes).

[0003]化学機械平坦化としても知られる化学機械研磨(CMP)は、半導体基板上の集積回路(IC)の製造において通常使用されるプロセスである。CMPプロセスは、部分的に処理された基板から形態的な特徴及び材料を取り除き、後続する処理のために平坦な表面を生成することができる。CMPプロセスでは、基板の表面に対して押し付けられる1つ又は複数の回転研磨パッド上に、研磨剤及び/又は化学的に活性な研磨溶液が使用される場合がある。基板は、基板を回転させる基板ホルダ内で保持されることができる。基板ホルダは、更に、回転研磨パッドの表面にわたって基板を前後に振動させることができる。   [0003] Chemical mechanical polishing (CMP), also known as chemical mechanical planarization, is a process commonly used in the manufacture of integrated circuits (ICs) on semiconductor substrates. The CMP process can remove morphological features and materials from the partially processed substrate and produce a flat surface for subsequent processing. In a CMP process, an abrasive and / or a chemically active polishing solution may be used on one or more rotating polishing pads that are pressed against the surface of the substrate. The substrate can be held in a substrate holder that rotates the substrate. The substrate holder can further vibrate the substrate back and forth across the surface of the rotating polishing pad.

[0004]ICの製造においては、3Dパッケージングを使用して、回路機能及び/又はコンパクトな設置面積におけるパフォーマンスを向上させることができる。3次元パッケージングには、積層されたICチップを電気的に接続するためにTSV(Si貫通電極)を使用して、交互に積層したICチップを相互接続することが伴う場合がある。TSVは、基板を通って延在する垂直な導電体である。基板の背面からTSVにアクセスするためには(下方の別のICに引き続き電気接続することを目的として)、CMPをTSV露出処理(TSV reveal process)で使用することができる。TSV露出処理は、基板の背面を磨き且つエッチングし、TSVを裏側表面から突出するスタブ(stub)として露出させることを含んでもよい。次に、誘電体膜を裏側表面上に堆積することができる。CMPを使用して、突出するスタブを取り除き、裏側表面を研磨して誘電体膜の厚みを所望する厚みにすることができ、TSV露出処理が完成する。しかしながら、TSVの破損(すなわち、1つ又は複数のスタブの破損)が生じる場合があり、これによって基板が破壊される場合がある。したがって、TSV露出処理の改善が望まれる。   [0004] In the manufacture of ICs, 3D packaging can be used to improve circuit function and / or performance in a compact footprint. Three-dimensional packaging may involve interconnecting alternately stacked IC chips using TSVs (Si through electrodes) to electrically connect the stacked IC chips. TSV is a vertical conductor that extends through the substrate. To access the TSV from the backside of the substrate (for the purpose of subsequent electrical connection to another IC below), CMP can be used in a TSV exposure process. The TSV exposure process may include polishing and etching the backside of the substrate to expose the TSV as a stub protruding from the backside surface. A dielectric film can then be deposited on the backside surface. Using CMP, the protruding stubs can be removed and the backside surface can be polished to achieve the desired thickness of the dielectric film, completing the TSV exposure process. However, TSV failure (ie, failure of one or more stubs) may occur, which may destroy the substrate. Therefore, improvement of TSV exposure processing is desired.

[0005]1つの態様によると、化学機械研磨(CMP)装置用プラテンが提供される。プラテンは、表面の上に研磨パッドを受容するように構成され、少なくとも1つの貫通孔を有するディスク形状のベース、及び少なくとも1つの貫通孔内に受容され、且つディスク形状のベースの表面から突出する音響センサであって、コントローラに電気的に連結されるように構成される音響センサを備える。   [0005] According to one aspect, a platen for a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus is provided. The platen is configured to receive a polishing pad on the surface, has a disk-shaped base having at least one through hole, and is received in the at least one through hole and protrudes from the surface of the disk-shaped base. An acoustic sensor comprising an acoustic sensor configured to be electrically coupled to a controller.

[0006]別の態様によると、CMPプロセスを実行するように構成される化学機械研磨(CMP)装置が提供される。CMP装置は、研磨パッドを備えるプラテン、研磨される基板を保持するように構成される基板ホルダを備え、プラテン又は基板ホルダが、基板と研磨パッドを互いに接触させるように構成され、CMPプロセス中に研磨パッド又は基板に近接するように位置決めされる音響センサ、及び音響センサに電気的に連結され、TSV(Si貫通電極)の破損を検出するために音響センサから受信される1つ又は複数の信号を分析するように構成される音響プロセッサを備える。   [0006] According to another aspect, a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus configured to perform a CMP process is provided. The CMP apparatus comprises a platen with a polishing pad, a substrate holder configured to hold a substrate to be polished, and the platen or substrate holder is configured to bring the substrate and polishing pad into contact with each other during the CMP process. An acoustic sensor positioned proximate to the polishing pad or substrate and one or more signals electrically coupled to the acoustic sensor and received from the acoustic sensor to detect TSV (Si through electrode) breakage An acoustic processor configured to analyze

[0007]更なる態様によると、TSV(Si貫通電極)露出処理をモニター且つ制御する方法が提供される。この方法は、化学機械研磨(CMP)プロセスを使用して基板を処理すること、CMPプロセスの音響放出を感知すること、及びTSVの破損を検出するために音響放出を分析することを含む。   [0007] According to a further aspect, a method for monitoring and controlling a TSV (Si through electrode) exposure process is provided. The method includes processing the substrate using a chemical mechanical polishing (CMP) process, sensing the acoustic emission of the CMP process, and analyzing the acoustic emission to detect TSV failure.

[0008]本発明の更に他の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から容易に明らかになることができ、本発明を実行するために企図されるベストモードを含む数々の例示的な実施形態及び実装形態が記載且つ図示される。本発明は、他の実施形態及び異なる実施形態を更に含んでもよく、その幾つかの詳細は、すべて本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な側面で修正してもよい。したがって、図面及び説明は、事実上例示的であるとみなすべきであり、限定的であるとみなすべきではない。図面は、必ずしも縮尺どおりではない。本発明は、本発明の範囲に含まれるすべての修正例、同等物、及び代替例を含む。   [0008] Still other aspects, features, and advantages of the present invention can be readily apparent from the following detailed description, including a number of illustrative examples, including the best mode contemplated for carrying out the invention. Various embodiments and implementations are described and illustrated. The invention may further include other embodiments and different embodiments, some of which may be modified in various aspects, all without departing from the scope of the invention. Accordingly, the drawings and descriptions are to be regarded as illustrative in nature and not as restrictive. The drawings are not necessarily to scale. The present invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the invention.

[0009]以下で説明される図面は、例示のみを目的としている。図面は、決して本発明の範囲を限定することが意図されていない。
先行技術に従って、TSVの破損を有しないTSV(Si貫通電極)露出処理を経ている半導体基板の連続する断面図を示す。 先行技術に従って、破損を有しないTSVを示す。 先行技術に従って、TSVの破損を有するTSVの破損を有する半導体基板の断面図を示す。 先行技術に従って、破損を有するTSVを示す。 実施形態に係る化学機械研磨(CMP)システムの概略部分側面図を示す。 実施形態に従って、CMPシステムのプラテンの上面図を示す。 実施形態に従って、CMPシステムのプラテン及び研磨パッドの側断面図(図6Aの線6B−6Bに沿って切り取った)を示す。 実施形態に従って、TSV露出処理をモニター且つ制御する方法のフロー図を示す。
[0009] The drawings described below are for illustrative purposes only. The drawings are in no way intended to limit the scope of the invention.
FIG. 2 shows a continuous cross-sectional view of a semiconductor substrate undergoing a TSV (Si through electrode) exposure process without TSV damage according to the prior art. Fig. 2 shows a TSV without damage according to prior art. FIG. 3 shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate having TSV failure with TSV failure according to the prior art. Fig. 2 shows a TSV with breakage according to the prior art. 1 shows a schematic partial side view of a chemical mechanical polishing (CMP) system according to an embodiment. FIG. 4 shows a top view of a platen of a CMP system, according to an embodiment. FIG. 6B illustrates a cross-sectional side view (taken along line 6B-6B in FIG. 6A) of a CMP system platen and polishing pad, according to an embodiment. FIG. 4 shows a flow diagram of a method for monitoring and controlling a TSV exposure process according to an embodiment.

[0017]これより、添付の図面に示される本開示の例示的な実施形態を詳細に参照する。可能な限り、同じ部分又は類似部分を参照するために、図面全体にわたって、同じ参照番号が使用される。   [0017] Reference will now be made in detail to the exemplary embodiments of the present disclosure, which are illustrated in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts.

[0018]1つの態様では、CMP(化学機械研磨)を使用するTSV(Si貫通電極)露出処理は、TSVの破損を検出し、且つそれに自動的に応答するために、音響的にモニター且つ制御されてもよい。幾つかのIC製造プロセスにおいては、TSVの破損は、CMPの間により頻繁に起こる場合があり、TSVアスペクト比(すなわち、TSVの直径に対する露出したTSVスタブの高さ)は高い(例えば、小さい直径を有するTSV)場合がある。高アスペクト比のTSVによって、ICが、より高い密度のチップ間の相互接続を有することが可能になる場合がある。しかしながら、高アスペクト比TSVでは、剛性がより低い場合があり、結果として、基板の裏側表面から露出したTSVスタブを取り除くCMPプロセス中に破損がより起きやすい。   [0018] In one aspect, a TSV (Si through electrode) exposure process using CMP (Chemical Mechanical Polishing) is acoustically monitored and controlled to detect and automatically respond to TSV breakage. May be. In some IC manufacturing processes, TSV failure may occur more frequently during CMP, and the TSV aspect ratio (ie, the height of the exposed TSV stub relative to the TSV diameter) is high (eg, small diameter). TSV). High aspect ratio TSVs may allow ICs to have higher density chip-to-chip interconnects. However, high aspect ratio TSVs may be less rigid and, as a result, are more susceptible to breakage during the CMP process that removes exposed TSV stubs from the backside surface of the substrate.

[0019]1つ又は複数の音響センサは、CMPシステム内に位置決めされ、CMPプロセス中に音響放出を受信することができる。1つ又は複数の音響センサは、例えば、基板ホルダ及び/又は研磨パッドプラテンに連結されてもよい。幾つかの実施形態では、研磨パッドプラテンは、その中に組み込まれ、研磨パッドプラテン上に取り付けられる研磨パッド内に延在する1つ又は複数の音響センサを有してもよい。   [0019] One or more acoustic sensors may be positioned within the CMP system and receive acoustic emissions during the CMP process. The one or more acoustic sensors may be coupled to, for example, a substrate holder and / or a polishing pad platen. In some embodiments, the polishing pad platen may have one or more acoustic sensors that are incorporated therein and extend into the polishing pad that is mounted on the polishing pad platen.

[0020]幾つかの実施形態では、1つ又は複数の音響センサによって受信される音響放出は、システムコントローラ及び/又は音響プロセッサによって分析され、TSVの破損を検出することができる。音響プロセッサは、CMPシステムコントローラの一部、又は代替的に、CMPシステムコントローラに連結される別個の独立型構成要素であってもよい。TSVの破損の検出に応答して、システムコントローラ及び/又は音響プロセッサは、1つ又は複数の是正措置を自動的に開始することができる。例えば、幾つかの実施形態では、オペレータは、TSVの破損を通知されることができる。追加的に又は代替的に、CMPプロセスは、システムコントローラ及び/又は音響プロセッサ内で予めプログラムされ得るように、例えば、所定の量で基板又は研磨パッドの押下力を他方に対して減少させることによって、所定の量で研磨パッド及び/又は基板の回転速度を減少させることによって、及び/又はその両方の組み合わせによって、自動的に修正されてもよい。幾つかの実施形態では、CMPプロセスは、TSVの破損の検出に応答して、自動的に停止及び/又はシステムコントローラのエンドポイントルーチンに制御移行されてもよい。   [0020] In some embodiments, acoustic emissions received by one or more acoustic sensors can be analyzed by a system controller and / or an acoustic processor to detect TSV corruption. The acoustic processor may be part of the CMP system controller, or alternatively, a separate stand-alone component coupled to the CMP system controller. In response to detecting a TSV failure, the system controller and / or the acoustic processor may automatically initiate one or more corrective actions. For example, in some embodiments, the operator can be notified of TSV corruption. Additionally or alternatively, the CMP process can be preprogrammed in the system controller and / or acoustic processor, for example, by reducing the pressing force of the substrate or polishing pad relative to the other by a predetermined amount. May be automatically corrected by reducing the rotational speed of the polishing pad and / or substrate by a predetermined amount, and / or a combination of both. In some embodiments, the CMP process may be automatically stopped and / or transferred to a system controller endpoint routine in response to detecting a TSV failure.

[0021]他の態様では、図1Aから図7に関連して以下でより詳しく説明されるように、TSV露出処理をモニター且つ制御する方法が提供される。   [0021] In another aspect, a method for monitoring and controlling a TSV exposure process is provided, as described in more detail below in connection with FIGS. 1A-7.

[0022]図1Aから図1Cは、先行技術に従って、BVR(裏側ビア露出(backside via reveal))CMPプロセスと呼ばれ得るTSV露出処理を経ている基板100を示す。図1Aは、TSV露出処理によって部分的に処理された裏側表面102A有する基板100を示す。基板100は、シリコン基層104、金属(例えば、銅)層105、金属層106から延在し、且つシリコン基層104を越えて突出する複数のTSV108、TSV108及び金属層106を覆うバリア層110、及び裏側表面102Aを覆う誘電体層112を有してもよい。幾つかの製造プロセスでは、TSV108は、約2μmから約4μmの範囲に及び得るシリコン基層104を上回る高さHを有してもよく、これは、TSV108からTSV108へと変動し得る。裏側表面102Aを有する基板100は、図1B及び図1Cに示される更なるTSV露出処理のためのCMPシステムで受容されてもよい。   [0022] FIGS. 1A-1C illustrate a substrate 100 undergoing a TSV exposure process, which may be referred to as a BVR (backside via Reveal) CMP process, according to the prior art. FIG. 1A shows a substrate 100 having a backside surface 102A that has been partially processed by a TSV exposure process. The substrate 100 includes a silicon base layer 104, a metal (eg, copper) layer 105, a plurality of TSVs 108 extending from the metal base layer 106 and projecting beyond the silicon base layer 104, a barrier layer 110 covering the TSV 108 and the metal layer 106, and A dielectric layer 112 covering the back surface 102A may be provided. In some manufacturing processes, the TSV 108 may have a height H above the silicon base layer 104 that can range from about 2 μm to about 4 μm, which can vary from TSV 108 to TSV 108. The substrate 100 having the backside surface 102A may be received in a CMP system for further TSV exposure processing shown in FIGS. 1B and 1C.

[0023]図1Bは、更に処理された裏側表面102Bを有する基板100を示し、誘電体層112及びバリア層110は、CMPプロセスによって、TSV108の上面109から取り除かれた可能性がある。CMPプロセスは、TSVの破損が起きないという条件の下、図1Cの裏側表面102Cが生成されるまで、基板100の裏側表面102Bから材料を取り除くこと、及び/又は、基板100の裏側表面102Bを研磨することを継続する場合がある。図1Cで示されるように、TSV108は、誘電体層112の表面113と面一であってもよく、又は、幾つかの製造プロセスでは、所望される薄さの誘電体層112が得られるまで、微妙により低くてもよい。図示されるように、幾つかの銅のディッシング111がTSV108の端面上で起こり得る。最終的なソフトバフが提供される場合があり、それにより、表面の仕上げが制御され、表面の小さな傷や欠陥が取り除かれる。TSVの破損が起きなかった場合、基板100の最終的な表面の状態は、TSV露出処理が完了したときに図1Cに示されるように見える場合がある。   [0023] FIG. 1B shows a substrate 100 having a further processed backside surface 102B, where the dielectric layer 112 and the barrier layer 110 may have been removed from the top surface 109 of the TSV 108 by a CMP process. The CMP process removes material from the backside surface 102B of the substrate 100 and / or removes the backside surface 102B of the substrate 100 until the backside surface 102C of FIG. Polishing may continue. As shown in FIG. 1C, the TSV 108 may be flush with the surface 113 of the dielectric layer 112, or, in some manufacturing processes, until the desired thickness of the dielectric layer 112 is obtained. May be slightly lower. As shown, several copper dishings 111 can occur on the end face of the TSV 108. A final soft buff may be provided, which controls the surface finish and removes small scratches and defects on the surface. If TSV damage has not occurred, the final surface condition of the substrate 100 may appear as shown in FIG. 1C when the TSV exposure process is complete.

[0024]図2は、TSVの破損なくTSV露出処理が完了したときに、TSV208及び周囲の裏側基板表面202を有する基板200の顕微鏡写真を示す。   [0024] FIG. 2 shows a photomicrograph of a substrate 200 having a TSV 208 and surrounding backside substrate surface 202 when the TSV exposure process is complete without TSV failure.

[0025]図3は、先行技術に係る、TSVの破損を有する処理済裏側表面302を有する基板300を示す。TSVの破損によって、基板の表面にわたって再加工不能なスクラッチ及び/又は傷が生じる場合があり、これにより、ICチップの収率及び信頼性に悪影響が及ぶ場合がある。基板300は、シリコン基層304、金属(例えば、銅)層306、TSV308a及び308b、バリア層110、及び誘電体層312を有してもよい。TSV308bは、CMPプロセス中に壊れてしまった場合がある。この破損により、処理中にシリコン基層304を金属汚染に曝し得る酸化物のガウジング(oxide gouging)315が引き起される場合がある。幾つかの実施形態では、TSV308bは、例えば、比較的柔らかい材料である銅で形成されてもよい。TSVの破損によって生じるシリコン基層304上の銅の汚れは、ポストパッケージング電気テスト(post−packaging electrical testing)の間、ICの品質及び/又は信頼性に潜在的に影響を及ぼす場合がある。   [0025] FIG. 3 shows a substrate 300 having a treated backside surface 302 with TSV failure, according to the prior art. TSV failure may result in non-reworkable scratches and / or scratches across the surface of the substrate, which can adversely affect IC chip yield and reliability. The substrate 300 may include a silicon base layer 304, a metal (eg, copper) layer 306, TSVs 308a and 308b, a barrier layer 110, and a dielectric layer 312. The TSV 308b may have broken during the CMP process. This damage may cause oxide gouging 315 that may expose the silicon base layer 304 to metal contamination during processing. In some embodiments, the TSV 308b may be formed of copper, which is a relatively soft material, for example. Copper contamination on the silicon base layer 304 caused by TSV failure may potentially affect IC quality and / or reliability during post-packaging electrical testing.

[0026]図4は、TSVの破損が起きた後の、TSV408及び周囲の裏側基板表面402を有する基板400の顕微鏡写真を示す。図示されているように、表面の実質的なスクラッチ及び傷は、CMPプロセス中のTSV408の破損の後に生じる場合がある。更に、TSVの破損によって引き出された可能性のある金属粒によって、例えば、金属パッド414(すなわち、TSV408の上面)が更なる処理に必要とされる1つ又は複数の仕様を満たさなくなる場合があり、これにより、ICの収率及び/又は信頼性に更に影響が及ぶ場合がある。   [0026] FIG. 4 shows a photomicrograph of a substrate 400 having TSV 408 and surrounding backside substrate surface 402 after TSV failure has occurred. As shown, substantial scratches and flaws on the surface may occur after TSV 408 failure during the CMP process. In addition, metal particles that may have been pulled due to TSV failure may cause, for example, metal pad 414 (ie, the top surface of TSV 408) to fail to meet one or more specifications required for further processing. This may further affect IC yield and / or reliability.

[0027]図5は、1つ又は複数の実施形態に係る化学機械研磨(CMP)システム500を示す。CMPシステム500は、研磨パッド516と接触する基板501を保持するように構成されてもよく、TSV露出処理の一部として基板501上でCMPプロセスを実行するために使用されてもよい。基板501は、部分的に又は完全に形成されたトランジスタ及びその中に形成される複数のTSVを含むパターン化されたウエハなどのケイ素含有ウエハであってもよい。TSV露出処理を基板501上で実行することができるように、基板501を第2キャリアウエハ又は他の適切なバッキングに付着(例えば、接着剤を介して)させてもよい。研磨パッド516は、プラテン518上に取り付けられてもよく、プラテン518は、ディスク形状であってもよく、シャフト520によってプラテン518に連結される適切なモータ(図示せず)によって回転する。プラテン518は、約10〜200rpmの間で回転してもよい。他の回転速度を用いてもよい。   [0027] FIG. 5 illustrates a chemical mechanical polishing (CMP) system 500 according to one or more embodiments. The CMP system 500 may be configured to hold the substrate 501 in contact with the polishing pad 516 and may be used to perform a CMP process on the substrate 501 as part of the TSV exposure process. Substrate 501 may be a silicon-containing wafer, such as a patterned wafer including partially or fully formed transistors and a plurality of TSVs formed therein. The substrate 501 may be attached (eg, via an adhesive) to a second carrier wafer or other suitable backing so that the TSV exposure process can be performed on the substrate 501. The polishing pad 516 may be mounted on a platen 518, which may be disk-shaped and is rotated by a suitable motor (not shown) coupled to the platen 518 by a shaft 520. The platen 518 may rotate between about 10-200 rpm. Other rotational speeds may be used.

[0028]基板501は、基板ホルダ522内で保持されてもよい。基板ホルダは、更にリテーナ又はキャリアヘッドと呼ぶことができる。幾つかの実施形態では、基板501は、真空を介して基板ホルダ522に保持されてもよい。他の適切な基板保持技法を使用してもよい。幾つかの実施形態では、基板ホルダ522は、研磨パッド516と接触するように及び研磨パッド516から離れるように、基板501を移動させる(すなわち、図示のように上下に)ように構成されてもよい。基板ホルダ522を、回転させてもよく、幾つかの実施形態では、研磨パッド516が基板501の裏側表面と接触して回転するにつれて、研磨パッド516の表面にわたって前後に振動させてもよい。幾つかの実施形態では、基板ホルダ522の振動速度は、約0.1mm/秒と5mm/秒の間であってもよい。他の振動率を用いてもよい。幾つかの実施形態では、基板ホルダ522は、約10〜200rpmの間で回転させてもよい。他の回転速度を用いてもよい。振動は、研磨パッド516の中央部分と径方向側との間で生じる場合がある。幾つかの実施形態では、基板ホルダ522は、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.から入手可能な輪郭形状の5ゾーン圧力ヘッド(Contour, 5−zone pressure head)であってもよい。   [0028] The substrate 501 may be held in a substrate holder 522. The substrate holder can further be referred to as a retainer or carrier head. In some embodiments, the substrate 501 may be held on the substrate holder 522 via a vacuum. Other suitable substrate holding techniques may be used. In some embodiments, the substrate holder 522 may be configured to move the substrate 501 in contact with and away from the polishing pad 516 (ie, up and down as shown). Good. The substrate holder 522 may be rotated and, in some embodiments, oscillated back and forth across the surface of the polishing pad 516 as the polishing pad 516 rotates in contact with the backside surface of the substrate 501. In some embodiments, the vibration speed of the substrate holder 522 may be between about 0.1 mm / second and 5 mm / second. Other vibration rates may be used. In some embodiments, the substrate holder 522 may be rotated between about 10-200 rpm. Other rotational speeds may be used. The vibration may occur between the central portion of the polishing pad 516 and the radial side. In some embodiments, the substrate holder 522 is manufactured by Applied Materials, Inc. of Santa Clara, California. It is also possible to use a 5-zone pressure head with a contour shape, which can be obtained from (Contour, 5-zone pressure head).

[0029]他の実施形態では、研磨パッド516/プラテン518と基板501/基板ホルダ522の位置を逆にしてもよい。つまり、研磨パッド516とプラテン518は、オーバーヘッドアセンブリ又は研磨ヘッドの一部であってもよく、又はそれに取り付けられてもよい。オーバーヘッドアセンブリ又は研磨ヘッドは、研磨パッド516を、基板ホルダ522内で保持される基板501の裏側表面から離れるように上方に、且つそれと接触するように下方に移動させるように構成される。   [0029] In other embodiments, the positions of the polishing pad 516 / platen 518 and the substrate 501 / substrate holder 522 may be reversed. That is, the polishing pad 516 and platen 518 may be part of or attached to an overhead assembly or polishing head. The overhead assembly or polishing head is configured to move the polishing pad 516 upward and away from the backside surface of the substrate 501 held in the substrate holder 522.

[0030]スラリ524(化学研磨液)を研磨パッド516に適用し、分配器526によって研磨パッド516と基板501との間に挿入してもよい。分配器526は、1つ又は複数の適切なコンジットを介してスラリ供給器528に連結されてもよい。ポンプ530、バルブ532、又は他の液体搬送及び移送機構は、研磨パッド516の表面に計量された量のスラリ524を供給することができる。幾つかの実施形態では、分配器526によって、スラリ524を基板501の前の研磨パッド516の表面上に施してもよく、それにより、スラリ524を、基板501の前で受容することができ、研磨パッド516の回転によって、研磨パッド516と基板501との間に引き寄せることができる。   [0030] A slurry 524 (chemical polishing liquid) may be applied to the polishing pad 516 and inserted between the polishing pad 516 and the substrate 501 by the distributor 526. Distributor 526 may be coupled to slurry feeder 528 via one or more suitable conduits. A pump 530, a valve 532, or other liquid transport and transfer mechanism can supply a metered amount of slurry 524 to the surface of the polishing pad 516. In some embodiments, distributor 526 may apply slurry 524 onto the surface of polishing pad 516 in front of substrate 501 so that slurry 524 can be received in front of substrate 501; The polishing pad 516 can be pulled between the polishing pad 516 and the substrate 501 by the rotation of the polishing pad 516.

[0031]幾つかの実施形態では、CMPシステム500の1つ又は複数の部品は、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.によるReflexion(登録商標)GT(商標)CMPシステムと同等であるか、又はそれに基づいてもよい。   [0031] In some embodiments, one or more components of the CMP system 500 are manufactured by Applied Materials, Inc. of Santa Clara, California. It may be equivalent to or based on the Reflexion® GT ™ CMP system.

[0032]CMPシステム500は、基板501上で実行されるCMPプロセス中に生じる音響放出を感知するように動作可能な1つ又は複数の音響センサ534a及び/又は534bを更に含んでもよい。幾つかの実施形態では、CMPシステム500は、音響センサ534a又は534bのうちの1つのみを含んでもよい。他の実施形態では、CMPシステム500は、音響センサ534a及び534bの両方を含んでもよい。更に他の実施形態では、CMPシステム500は、2つ以上の音響センサを含んでもよく、音響センサ534a及び534bについて示される場所以外の場所に位置決めされてもよい。   [0032] The CMP system 500 may further include one or more acoustic sensors 534a and / or 534b operable to sense acoustic emissions that occur during a CMP process performed on the substrate 501. In some embodiments, the CMP system 500 may include only one of the acoustic sensors 534a or 534b. In other embodiments, the CMP system 500 may include both acoustic sensors 534a and 534b. In yet other embodiments, the CMP system 500 may include more than one acoustic sensor and may be positioned at locations other than those shown for the acoustic sensors 534a and 534b.

[0033]音響センサ534a及び/又は534bは、CMPプロセス中に研磨パッド516及び/又は基板501に近接するように位置決めされてもよい。幾つかの実施形態では、音響センサ534aは、任意の適切な態様でプラテン518(又はオーバーヘッド研磨ヘッド)に物理的に連結されてもよい。例えば、音響センサ534aは、プラテン518に機械的に締結されるブラケット内に取り付けられてもよい。幾つかの実施形態では、プラテン518は、共に取り付けられる上方プラテン及び下方プラテン(図示せず)を含むアセンブリであってもよい。上方プラテンは、その上に取り付けられる研磨パッド516を有してもよく、音響センサ534aは、例えばブラケット又は他の適切な機構を介して、上方プラテンに組み込まれるか、又はその下に取り付けられてもよく、或いは、例えば下方プラテンの外側端部に組み込まれるか、又はそれに取り付けられてもよい。幾つかの実施形態では、ブラケット又は他の適切な機構は、音響センサ534aが研磨パッドと常に接触を維持することを確実にするばね装填機構を含んでもよい。幾つかの実施形態では、ブラケット又は他の適切な機構は、緩衝パッドを含んでもよく、それにより、信号の減衰又は劣化が減少する。電源及び信号ケーブル(信号接続536aによって少なくとも部分的に表すことができる)は、幾つかの実施形態では、プラテン518(又は上述のプラテンアセンブリの下方プラテン)を経由し、高周波数(例えば、約1MHz)の8ターミナルスリップリング(8−terminal slip ring)を介してセンサ534aに接続されてもよい。幾つかの実施形態では、音響センサ534bは、音響センサ534aに加えて又は代えて、任意の適切な態様で基板ホルダ522に物理的に連結されてもよい。例えば、音響センサ534bは、基板ホルダ522に機械的に締結されるブラケット内に取り付けられてもよい。音響センサ534a及び/又は534bは、代替的に、基板501及び研磨パッド516に対する他の適切な位置に配置されてもよい。幾つかの実施形態では、音響センサ534a及び/又は534bは、プラテン516、基板ホルダ522、及び/又はCMPシステム500の任意の他の適切な構成要素(例えば、図6A及び図6Bに関連する後述のプラテン616を参照)に直接作り付けられるか、又は組み込まれてもよい。   [0033] The acoustic sensors 534a and / or 534b may be positioned proximate to the polishing pad 516 and / or the substrate 501 during the CMP process. In some embodiments, the acoustic sensor 534a may be physically coupled to the platen 518 (or overhead polishing head) in any suitable manner. For example, the acoustic sensor 534a may be mounted in a bracket that is mechanically fastened to the platen 518. In some embodiments, the platen 518 may be an assembly that includes an upper platen and a lower platen (not shown) attached together. The upper platen may have a polishing pad 516 mounted thereon, and the acoustic sensor 534a may be incorporated into or attached to the upper platen, for example via a bracket or other suitable mechanism. Alternatively, it may be incorporated into or attached to the outer end of the lower platen, for example. In some embodiments, the bracket or other suitable mechanism may include a spring loaded mechanism that ensures that the acoustic sensor 534a always maintains contact with the polishing pad. In some embodiments, the bracket or other suitable mechanism may include a buffer pad, thereby reducing signal attenuation or degradation. The power and signal cables (which can be represented at least in part by the signal connection 536a) are, in some embodiments, routed through the platen 518 (or the lower platen of the platen assembly described above) to a high frequency (eg, about 1 MHz). ) May be connected to sensor 534a via an 8-terminal slip ring. In some embodiments, the acoustic sensor 534b may be physically coupled to the substrate holder 522 in any suitable manner in addition to or instead of the acoustic sensor 534a. For example, the acoustic sensor 534b may be mounted in a bracket that is mechanically fastened to the substrate holder 522. The acoustic sensors 534a and / or 534b may alternatively be located at other suitable locations relative to the substrate 501 and polishing pad 516. In some embodiments, the acoustic sensors 534a and / or 534b may include a platen 516, a substrate holder 522, and / or any other suitable component of the CMP system 500 (eg, described below in connection with FIGS. 6A and 6B). Platen 616) may be directly built into or incorporated.

[0034]音響センサ534a及び/又は534bは、無線又は有線の信号接続536a及び/又は536bのそれぞれを介して、CMPプロセスからの音響放出に基づいて、TSVの破損を検出するように構成される音響プロセッサ538及び/又はシステムコントローラ540に電気的に連結されるように構成されてもよい。   [0034] The acoustic sensors 534a and / or 534b are configured to detect TSV breakage based on acoustic emissions from the CMP process via wireless or wired signal connections 536a and / or 536b, respectively. It may be configured to be electrically coupled to the acoustic processor 538 and / or the system controller 540.

[0035]音響プロセッサ538は、図示されるようなシステムコントローラ540の一部、或いは、システムコントローラ540に電気的に連結され得る別個の独立型構成要素であってもよい。システムコントローラ540は、TSV露出処理に使用される1つ又は複数のCMPプロセスを含むCMPシステム500の動作を制御することができるプロセッサ542を含んでもよい。幾つかの実施形態では、システムコントローラ540は、音響プロセッサ538に連結されない及び/又は音響プロセッサ538を含まない場合があり、その代わりに、プロセッサ542に本明細書に記載の音響プロセッサ538の機能を更に実行させる場合がある。   [0035] The acoustic processor 538 may be part of the system controller 540 as shown, or a separate stand-alone component that may be electrically coupled to the system controller 540. The system controller 540 may include a processor 542 that can control the operation of the CMP system 500 including one or more CMP processes used for TSV exposure processing. In some embodiments, the system controller 540 may not be coupled to the acoustic processor 538 and / or may not include the acoustic processor 538; instead, the processor 542 may have the functionality of the acoustic processor 538 described herein. There is a case where it is further executed.

[0036]音響プロセッサ538は、音響センサ534a及び/又は534bによって送信される音響放出を表す1つ又は複数の信号を受信するように構成されてもよい。音響プロセッサ538は、音響センサ534a及び/又は534bから受信される1つ又は複数の信号を分析することによって、TSVの破損を検出するように構成されてもよい。音響センサ534a及び/又は534bから受信された1つ又は複数の信号は、時間とともに変動し得る振幅(例えば、音響放出強度を表す)を有してもよい。音響プロセッサ538は、時間変動信号を受信するように構成されてもよく、その振幅を1つ又は複数の閾値及び/又は閾値帯(threshold band)に対して比較することができる。それらの閾値を越える信号振幅又はそれらの閾値帯外の信号振幅は、TSVの破損を示す場合がある。幾つかの実施形態では、受信信号の処理には、受信信号の波形の特定の態様又は領域を予め設定された閾値と比較することが含まれてもよい。音響プロセッサ538は、適切な信号フィルタリング、増幅、変換(例えば、A/D変換)、及び構成要素の処理を含んでもよく、データ及び1つ又は複数の分析値を記憶するように構成される適切なメモリを含んでもよい。データ及び分析値は、例えば、音響プロセッサ538及び/又はシステムコントローラ540の任意の適切な記憶媒体(例えば、RAM、ROM、又は他のメモリ)に記憶されてもよい。1つ又は複数の記憶された分析値及びデータは、TSVの破損の検出に関連する1つ又は複数のCMPプロセスをモニター且つ制御するために使用されてもよい。   [0036] The acoustic processor 538 may be configured to receive one or more signals representing acoustic emissions transmitted by the acoustic sensors 534a and / or 534b. The acoustic processor 538 may be configured to detect TSV corruption by analyzing one or more signals received from the acoustic sensors 534a and / or 534b. One or more signals received from the acoustic sensors 534a and / or 534b may have an amplitude that may vary over time (eg, representing acoustic emission intensity). The acoustic processor 538 may be configured to receive a time-varying signal and its amplitude may be compared against one or more thresholds and / or threshold bands. Signal amplitudes that exceed those thresholds or that are outside their threshold bands may indicate TSV corruption. In some embodiments, processing the received signal may include comparing a particular aspect or region of the received signal waveform to a preset threshold. The acoustic processor 538 may include appropriate signal filtering, amplification, conversion (eg, A / D conversion), and component processing, and may be configured to store data and one or more analytical values. A different memory may be included. Data and analysis values may be stored, for example, in any suitable storage medium (eg, RAM, ROM, or other memory) of the acoustic processor 538 and / or the system controller 540. One or more stored analysis values and data may be used to monitor and control one or more CMP processes associated with TSV failure detection.

[0037]幾つかの実施形態では、音響的データを処理するために周波数に基づく分析が使用されてもよい。音響センサ534a及び/又は534bからの音響信号を高サンプリングレートで取得することによって、高速フーリエ変換(FFT)などの定常信号分析又はウェーブレットパケット変換(WPT)などの非定常信号分析を使用することが可能になる場合がある。WPTは、受信された音響信号を2つの部分、信号識別性(signal identity)の近似値を生成することができる低周波数構成要素、及び信号の詳細を生成することができる高周波数の構成要素に分解してもよい。後続の近似値が次々に分解されることによって、この分解が繰り返されてもよい。   [0037] In some embodiments, frequency-based analysis may be used to process acoustic data. Using stationary signal analysis such as fast Fourier transform (FFT) or non-stationary signal analysis such as wavelet packet transform (WPT) by acquiring acoustic signals from acoustic sensors 534a and / or 534b at a high sampling rate It may be possible. WPT has received acoustic signals in two parts: a low frequency component that can generate an approximation of signal identity, and a high frequency component that can generate signal details. It may be decomposed. This decomposition may be repeated by successively decomposing successive approximations.

[0038]他の実施形態では、音響的データを処理するために時間に基づく分析が使用されてもよい。例えば、TSVの破損事象が、信号対雑音比に関して十分に大きな信号スパイク(signal spike)を所有するという条件の下で、例えば、音響センサ534a及び/又は534bから受信された音響信号の単純な二乗平均平方根(rms)がモニターされてもよい。   [0038] In other embodiments, time-based analysis may be used to process acoustic data. For example, a simple square of an acoustic signal received from, for example, acoustic sensors 534a and / or 534b under the condition that the TSV corruption event possesses a sufficiently large signal spike with respect to the signal-to-noise ratio. The average square root (rms) may be monitored.

[0039]受信された音響信号をTSVの破損事象と関連付けるために、幾つかの実施形態で次の設定手順が使用されてもよい。突出するTSVスタブを有しない第1の設定基板は、CMPプロセスを経て、正規化のために基本音響信号データを生成することができる。非常に高く突出するTSVスタブ(例えば、5μmの直径を有する15μmの長さ)を有する第2の設定基板は、CMPプロセスを経る場合がある。第2の設定基板は、例えば、光学検査又はスキャニング電子顕微鏡を使用して、TSVの破損の処理の後に検査されてもよい。第1の設定基板及び第2の設定基板からの記録された信号の大きさの比較を行うことができる。安定状態のCMPプロセス中の基本信号の上の音響活動で視認できる任意の信号スパイクは、破損信号として分類されてもよく、これらは、次にTSVの破損事象を関連付けるために使用してもよい。   [0039] The following setup procedure may be used in some embodiments to associate the received acoustic signal with a TSV corruption event. The first setting substrate having no protruding TSV stub can be subjected to a CMP process to generate basic acoustic signal data for normalization. A second setting substrate with a very high protruding TSV stub (eg, 15 μm long with 5 μm diameter) may undergo a CMP process. The second setting substrate may be inspected after processing of TSV breakage using, for example, optical inspection or scanning electron microscope. A comparison of the magnitudes of the recorded signals from the first setting board and the second setting board can be made. Any signal spikes that are visible with acoustic activity over the base signal during the steady state CMP process may be classified as a failure signal, which may then be used to correlate TSV failure events. .

[0040]音響プロセッサ538は、1つ又は複数の是正措置を開始することによって、TSVの破損の検出に自動的に反応することができる。是正措置は、例えば、警報を引き起すことによって、オペレータに通知すること、或いは、システムコントローラ540に連結されるディスプレイ装置上の警告又は他の種類のメッセージを表示することを含んでもよい。是正措置は、追加的に又は代替的に、TSVの破損の検出に応答して、CMPプロセスを自動的に停止することを含んでもよい。是正措置は、追加的に又は代替的に、TSVの破損の検出に応答して、CMPプロセスの1つ又は複数のパラメータを自動的に修正することを含んでもよい。例えば、音響プロセッサ538は、研磨パッド516に対して基板ホルダ522が(又はその逆の順序で)適用する押下力(down force)を自動的に減少させるように、及び/又は、TSVの破損の検出に応答して、音響プロセッサ538又はシステムコントローラ540によって実行された、1つ又は複数のプログラムされたルーチンに従って、基板ホルダ522、プラテン518、又はその両方の回転速度を自動的に減少させるように構成されてもよい。これによって、CMPシステム500が、修正された処理パラメータを用いて後続の基板を自動的に処理し続けることを可能にする場合がある。   [0040] The acoustic processor 538 may automatically react to detection of TSV failure by initiating one or more corrective actions. Corrective actions may include notifying the operator, for example, by triggering an alarm, or displaying a warning or other type of message on a display device coupled to the system controller 540. Corrective action may additionally or alternatively include automatically stopping the CMP process in response to detecting TSV corruption. Corrective action may additionally or alternatively include automatically modifying one or more parameters of the CMP process in response to detection of TSV failure. For example, the acoustic processor 538 may automatically reduce the down force applied by the substrate holder 522 to the polishing pad 516 (or vice versa) and / or for TSV failure. Responsive to detection, to automatically reduce the rotational speed of the substrate holder 522, the platen 518, or both, according to one or more programmed routines executed by the acoustic processor 538 or system controller 540. It may be configured. This may allow the CMP system 500 to continue to automatically process subsequent substrates using the modified processing parameters.

[0041]図6Aと図6Bは、1つ又は複数の実施形態に係る、例えば、CMPシステム500などのCMP装置において使用することができる研磨パッド616及びプラテン618のアセンブリ600を示す。プラテン618は、ディスク形状のベース644の表面617上の研磨パッド616を受容するように構成されるディスク形状のベース644を含んでもよい。ディスク形状のベース644は、1つ又は複数の貫通孔633a、633b、及び633cを有してもよい。つまり、幾つかの実施形態では、ディスク形状のベース644は、貫通孔633a、633b、及び633cのうちの1つのみ、又は貫通孔633a、633b、及び633cのうちの2つのみ、又は3つ以上の貫通孔633a、633b、及び633cを有する場合がある。   [0041] FIGS. 6A and 6B illustrate an assembly 600 of polishing pad 616 and platen 618 that can be used in a CMP apparatus, such as, for example, CMP system 500, according to one or more embodiments. The platen 618 may include a disk shaped base 644 configured to receive a polishing pad 616 on a surface 617 of the disk shaped base 644. The disc-shaped base 644 may have one or more through holes 633a, 633b, and 633c. That is, in some embodiments, the disk-shaped base 644 has only one of the through holes 633a, 633b, and 633c, or only two or three of the through holes 633a, 633b, and 633c. The through holes 633a, 633b, and 633c described above may be provided.

[0042]プラテン618は、貫通孔633a、633b、及び633cそれぞれに受容される1つ又は複数の音響センサ634a、634b及び/又は634cを更に含んでもよい。幾つかの実施形態では、音響センサ634a、634b、及び/又は634cは、貫通孔633a、633b、及び633cそれぞれで摩擦嵌合してもよい。他の実施形態では、音響センサ634a、634b、及び/又は634cは、任意の適切な態様で、ディスク形状のベース644に物理的に連結されてもよく、又はディスク形状のベース644と一体的に形成されてもよい。幾つかの実施形態では、プラテン618は、その中に受容される音響センサを有しない貫通孔633a、633b、及び633cを備えてもよい。   [0042] The platen 618 may further include one or more acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c that are received in the through holes 633a, 633b, and 633c, respectively. In some embodiments, the acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c may be friction fitted in the through holes 633a, 633b, and 633c, respectively. In other embodiments, the acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c may be physically coupled to the disc-shaped base 644 or integrally with the disc-shaped base 644 in any suitable manner. It may be formed. In some embodiments, the platen 618 may include through holes 633a, 633b, and 633c that do not have an acoustic sensor received therein.

[0043]幾つかの実施形態では、音響センサ634a、634b、及び/又は634cは、距離D1だけディスク形状のベース644の表面617から突出することができる。距離D1は、音響信号減衰を減少させるために選択されてもよい。音響信号減衰は、研磨パッド616の幾つかの実施形態である、例えば、ポリウレタン軟質(polyurethane soft)SUBA(商標)の部分において生じ得る。幾つかの実施形態では、距離D1は、約50ミル(約1.27mm)であってもよい。これにより、音響センサ634a、634b、及び/又は634cのうちの1つ又は複数は、研磨パッド616の研磨表面621に確実に近接し得る一方で、研磨中に損傷を受ける恐れがない。   [0043] In some embodiments, the acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c can protrude from the surface 617 of the disc-shaped base 644 by a distance D1. The distance D1 may be selected to reduce acoustic signal attenuation. Acoustic signal attenuation may occur in some embodiments of the polishing pad 616, for example, in the polyurethane soft SUBA ™ portion. In some embodiments, the distance D1 may be about 50 mils (about 1.27 mm). This ensures that one or more of the acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c can be in close proximity to the polishing surface 621 of the polishing pad 616 while not being damaged during polishing.

[0044]幾つかの実施形態では、音響センサ634aは、プラテン618のほぼ中央に配置されてもよい。この中央位置によって、処理中の基板への音響センサ634aの距離が確実に一定に留まるようにすることができる。音響センサ634bは、プラテン618の中央から径方向外側に距離D2離れたところに配置されてもよく、音響センサ634cは、プラテン618の中央から径方向外側に距離D3離れたところに配置されてもよい。1つ又は複数の実施形態では、距離D2は、プラテン618の中央から径方向外側約5インチ(約12.7センチ)であってもよく、距離D3は、プラテン618の中央から径方向外側約10インチ(約25.4センチ)であってもよい。幾つかの実施形態では、約10インチ(約25.4センチ)の距離D3は、音響センサ634cが各回転パス上の基板に最も近接するように配置される。幾つかの実施形態では、CMPプロセス中に基板が音響センサ634cから離れるとき、受信された音響的データがフィルターアウトされる。距離D2及び/又はD3は、代替的に他の適切な長さを有してもよい。   [0044] In some embodiments, the acoustic sensor 634a may be positioned approximately in the center of the platen 618. This center position ensures that the distance of the acoustic sensor 634a to the substrate being processed remains constant. The acoustic sensor 634b may be arranged at a distance D2 away from the center of the platen 618 in the radial direction, and the acoustic sensor 634c may be arranged at a distance D3 away from the center of the platen 618 in the radial direction. Good. In one or more embodiments, the distance D2 may be about 5 inches (about 12.7 centimeters) radially outward from the center of the platen 618 and the distance D3 is about radially outward from the center of the platen 618. It may be 10 inches (about 25.4 centimeters). In some embodiments, the distance D3 of about 10 inches (about 25.4 centimeters) is positioned so that the acoustic sensor 634c is closest to the substrate on each rotation path. In some embodiments, the received acoustic data is filtered out as the substrate leaves the acoustic sensor 634c during the CMP process. The distances D2 and / or D3 may alternatively have other suitable lengths.

[0045]音響センサ634a、634b、及び/又は634cは、それぞれ、有線又は無線接続を介して、コントローラ又は音響プロセッサに電気的に連結されてもよい。幾つかの実施形態では、音響センサ634a、634b、及び/又は634cは、プラテン618(すなわち、表面617の反対側)の下でそれぞれアクセス可能な電気コネクタ646a、646b、及び/又は646cを含んでもよい。   [0045] The acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c may be electrically coupled to a controller or acoustic processor, respectively, via a wired or wireless connection. In some embodiments, the acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c may include electrical connectors 646a, 646b, and / or 646c that are accessible under the platen 618 (ie, opposite the surface 617), respectively. Good.

[0046]図6Bを参照すると、研磨パッド616は、ディスク形状のベース644上に取り付けられてもよく、研磨パッド616のベース側表面619上に1つ又は複数の非貫通孔635a、635b、及び635cを有してもよい。非貫通孔635a、635b、及び635cは、距離D1ほどの深さを有してもよく、その中に1つ又は複数の音響センサ634a、634b,及び/又は634cのそれぞれの突出する部分を受容するように構成されてもよい。非貫通孔635a、635b、及び635cの数及び位置は、それぞれ、プラテン618の貫通孔633a、633b、及び633cの数及び位置に対応することができる。研磨パッド616は、例えば、中に1つ又は複数の非貫通孔635a、635b、及び635cが形成されるSUBA(商標)IVサブパッドを備えるIC1000(商標)研磨パッドと同一であるか、又は類似してもよい。   [0046] Referring to FIG. 6B, the polishing pad 616 may be mounted on a disk-shaped base 644 and includes one or more non-through holes 635a, 635b, and a base-side surface 619 of the polishing pad 616, and 635c may be included. The non-through holes 635a, 635b, and 635c may have a depth as much as the distance D1, and receive a protruding portion of each of the one or more acoustic sensors 634a, 634b, and / or 634c therein. It may be configured to. The number and position of the non-through holes 635a, 635b, and 635c may correspond to the number and position of the through holes 633a, 633b, and 633c of the platen 618, respectively. The polishing pad 616 is, for example, the same as or similar to the IC1000 ™ polishing pad comprising a SUBA ™ IV subpad in which one or more non-through holes 635a, 635b, and 635c are formed. May be.

[0047]幾つかの実施形態では、任意の1つ又は複数の音響センサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cは、圧電、トランスデューサ、及び/又は加速度計のタイプのセンサであってもよく、それぞれが、高い信号対雑音比を有してもよい。音響センサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cは、幾つかの実施形態では、約100〜500kHzの領域の上に平坦な周波数応答を含んでもよい。幾つかの実施形態では、任意の1つ又は複数の音響センサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cは、約40〜60dBのゲインで音響信号を増幅することができる。音響センサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cは、幾つかの実施形態では、約50Hz〜100Hzの領域を有するハイパスフィルタを有してもよい。任意の適切な音響センサをセンサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cのために使用してもよい。   [0047] In some embodiments, any one or more acoustic sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c may be piezoelectric, transducer, and / or accelerometer type sensors. Well, each may have a high signal to noise ratio. The acoustic sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c may include a flat frequency response over a region of about 100-500 kHz in some embodiments. In some embodiments, any one or more acoustic sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c can amplify the acoustic signal with a gain of about 40-60 dB. The acoustic sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c may have a high pass filter having a region between about 50 Hz and 100 Hz in some embodiments. Any suitable acoustic sensor may be used for sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c.

[0048]図7は、1つ又は複数の実施形態に係る、TSV露出処理をモニター且つ制御する方法700を示す。プロセスブロック702では、方法700は、CMPプロセスを使用して基板を処理することを含んでもよい。CMPプロセスは、TSV露出処理の一部であってもよい。例えば、図1A〜図1C、及び図5を参照すると、裏側表面102Aを有する基板100が、CMPシステム500で受容されてもよい。裏側表面102B及び102C、或いは302に関連して図示且つ説明されるように、基板100は、CMPプロセスのために、基板ホルダ522に取り付けられて又は付着されてもよく、且つ研磨パッド516に対して押圧されてもよい。   [0048] FIG. 7 illustrates a method 700 for monitoring and controlling a TSV exposure process, according to one or more embodiments. At process block 702, the method 700 may include processing the substrate using a CMP process. The CMP process may be part of the TSV exposure process. For example, referring to FIGS. 1A-1C and FIG. 5, a substrate 100 having a backside surface 102A may be received in a CMP system 500. As illustrated and described in connection with backside surfaces 102B and 102C, or 302, substrate 100 may be attached or attached to substrate holder 522 for CMP process and against polishing pad 516. And may be pressed.

[0049]プロセスブロック704では、CMPプロセスの音響放出を感知することが起きてもよい。図5、図6A、図6Bを参照すると、音響放出の感知は、音響センサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cのうちの任意の1つ又は複数によって実行されてもよい。音響放出は、例えば、図1Aの裏側表面102A又は図5の基板501を有する基板100などの基板が、図5の研磨パッド516又は図6A及び図6Bの研磨パッド616などの研磨パッドで処理されるCMPプロセスからのものであってもよい。音響センサ534a、534b、634a、634b、及び/又は634cは、基板100又は501の処理の結果生じる音響放出を感知することができ、それらの音響放出を表す電気信号を、例えば、システムコントローラ540及び/又は音響プロセッサ538などのコントローラ及び/又は音響プロセッサに送信することができる。   [0049] At process block 704, sensing the acoustic emission of the CMP process may occur. Referring to FIGS. 5, 6A, 6B, sensing of acoustic emission may be performed by any one or more of acoustic sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c. Acoustic emission is processed, for example, with a substrate such as substrate 100 having backside surface 102A of FIG. 1A or substrate 501 of FIG. 5 with a polishing pad 516 of FIG. 5 or a polishing pad such as polishing pad 616 of FIGS. 6A and 6B. Or from a CMP process. The acoustic sensors 534a, 534b, 634a, 634b, and / or 634c can sense acoustic emissions resulting from the processing of the substrate 100 or 501, and can represent electrical signals representing those acoustic emissions, for example, the system controller 540 and And / or to a controller, such as an acoustic processor 538, and / or an acoustic processor.

[0050]プロセスブロック706では、方法700は、TSVの破損を検出するために音響放出を分析することを含んでもよい。音響放出の分析は、1つ又は複数の受信信号の1つ又は複数のパラメータ(例えば、振幅)を1つ又は複数の閾値及び/又は閾値範囲に比較することを含んでもよい。1つ又は複数の受信信号は、CMPプロセスからの音響放出を表すことができ、1つ又は複数の閾値及び/又は閾値範囲は、TSVの破損がCMPプロセス中に起きたかどうかを示すことができる。1つ又は複数の閾値及び/又は閾値範囲は、TSVの破損が生じた第1の設定基板及びTSVの破損が生じていない第2の設定基板で実行される、1つ又は複数のベースラインCMPプロセス中に予め決定されている場合がある。   [0050] At process block 706, the method 700 may include analyzing acoustic emissions to detect TSV failure. The acoustic emission analysis may include comparing one or more parameters (eg, amplitude) of the one or more received signals to one or more thresholds and / or threshold ranges. The one or more received signals may represent acoustic emission from the CMP process, and the one or more thresholds and / or threshold ranges may indicate whether TSV corruption has occurred during the CMP process. . The one or more thresholds and / or threshold ranges are the one or more baseline CMPs that are performed on the first setting board where the TSV is broken and the second setting board where the TSV is not broken. It may be predetermined during the process.

[0051]決定ブロック708でTSVの破損が検出された場合、方法700は、プロセスブロック710に進んでもよい。例えば、幾つかの実施形態では、受信された音響信号における高いスパイクは、予め定義されたアルゴリズムに従って、方法700がプロセスブロック710に進むことを引き起す場合がある。このアルゴリズムは、例えば、音響プロセッサ538上で実行されるプログラムの一部、又は、例えば、システムコントローラ540上で実行されるエンドポイントソフトウェアの一部であってもよい。TSVの破損が検出されない場合、方法700は、決定ブロック712に進んでもよい。   [0051] If TSV corruption is detected at decision block 708, method 700 may proceed to process block 710. For example, in some embodiments, a high spike in the received acoustic signal may cause the method 700 to proceed to process block 710 according to a predefined algorithm. This algorithm may be part of a program running on the acoustic processor 538, or part of endpoint software running on the system controller 540, for example. If no TSV corruption is detected, the method 700 may proceed to decision block 712.

[0052]プロセスブロック710では、方法700は、TSVの破損の検出に自動的に応答することを含んでもよい。幾つかの実施形態では、これは、現在処理される基板を再加工することができるかもしれないオペレータに自動的に通知することを含んでもよい。幾つかの実施形態では、方法700は、例えば、押下力を減少させること、回転速度を減少させること、又はその両方によって、追加的に又は代替的に、CMPプロセスを自動的に修正することによって、TSVの破損の検出に応答してもよい。方法700は、追加的に又は代替的に、CMPプロセスを自動的に停止することによって、TSVの破損の検出に応答してもよい。このことは、ターミナルブロック714に直接進む(破線で示されるパス)ことによって、又は、幾つかの実施形態では、決定ブロック712に進むことによって、発生する場合がある。YESという応答が自動的に引き起される場合があり、結果として、CMPプロセスが効果的に停止される。他の状況では、方法700は、決定ブロック712に進んでもよい。   [0052] At process block 710, the method 700 may include automatically responding to detection of TSV corruption. In some embodiments, this may include automatically notifying an operator who may be able to rework the currently processed substrate. In some embodiments, the method 700 includes, by way of example, automatically modifying the CMP process, additionally or alternatively, by reducing the push force, reducing the rotational speed, or both. , May respond to detection of TSV breakage. The method 700 may additionally or alternatively respond to detection of TSV corruption by automatically stopping the CMP process. This may occur by going directly to terminal block 714 (path shown with a dashed line) or, in some embodiments, going to decision block 712. A YES response may be triggered automatically, and as a result, the CMP process is effectively stopped. In other situations, the method 700 may proceed to decision block 712.

[0053]決定ブロック712では、方法700は、CMPプロセスのエンドポイントが検出されたかどうかを決定することを含んでもよい。エンドポイント検出は、例えば、CMPシステム500のシステムコントローラ540などのCMPシステムのシステムコントローラによって実行されてもよい。幾つかの実施形態では、TSV露出処理のためのエンドポイント検出は、図1C及び図2で示されるように、TSVが誘電体酸化物表面と面一に平坦化されるポイントを検出することを含んでもよい。このエンドポイント検出は、モータ駆動(例えば、研磨パッドの回転)の、例えば、音響分析及び/又はモータトルクフィードバック(motor torque feedback)によって決定されてもよい。音響分析とモータトルクフィードバックとの両方が、処理されている材料が変化するにつれて起こり得る摩擦変化に基づいてもよい。例えば、CMPプロセスが、基板表面上の金属材料を主に取り除く/研磨することから、基板表面上の酸化物材料を主に取り除く/研磨することへと変化するにつれて、基板表面と研磨パッドとの間に摩擦変化が生じる場合がある。この摩擦変化は、1つ又は複数の受信された音響信号において及び/又は受信されたモータトルクフィードバックにおいて示されることができる。追加的に又は代替的に、TSV露出処理のためのエンドポイント検出は、特定の酸化物の厚みを示す白色光分光器(white light spectrograph)に基づいて決定されてもよい。エンドポイントが決定ブロック712で検出された場合、方法700は、終了ブロック714に進んでもよい。さもなければ、方法700は、プロセスブロック704に戻ることができる。   [0053] At decision block 712, the method 700 may include determining whether an endpoint of the CMP process has been detected. Endpoint detection may be performed by a system controller of a CMP system, such as system controller 540 of CMP system 500, for example. In some embodiments, endpoint detection for the TSV exposure process detects that the TSV is planarized flush with the dielectric oxide surface, as shown in FIGS. 1C and 2. May be included. This endpoint detection may be determined by, for example, acoustic analysis and / or motor torque feedback of motor drive (eg, rotation of the polishing pad). Both acoustic analysis and motor torque feedback may be based on friction changes that can occur as the material being processed changes. For example, as the CMP process changes from primarily removing / polishing metal material on the substrate surface to mainly removing / polishing oxide material on the substrate surface, the substrate surface and polishing pad There may be frictional changes between them. This friction change can be indicated in one or more received acoustic signals and / or in received motor torque feedback. Additionally or alternatively, endpoint detection for the TSV exposure process may be determined based on a white light spectrograph indicating the thickness of a particular oxide. If an endpoint is detected at decision block 712, method 700 may proceed to end block 714. Otherwise, the method 700 can return to process block 704.

[0054]終了ブロック714では、方法700並びにCMPプロセスを使用する基板の処理が終了することができる。   [0054] In an end block 714, processing of the substrate using the method 700 as well as the CMP process may end.

[0055]以上のプロセス及び方法700の決定ブロックは、図示及び説明される順番及びシーケンスに限定されない順番及びシーケンスで実行又は実施されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、プロセスブロック704は、プロセスブロック706及び/又は710と、或いは/並びに、決定ブロック708及び/又は712と同時に実行されてもよい。   [0055] The decision blocks of the above process and method 700 may be performed or performed in an order and sequence that is not limited to the order and sequence shown and described. For example, in some embodiments, process block 704 may be executed concurrently with process blocks 706 and / or 710 and / or decision blocks 708 and / or 712.

[0056]当業者であれば、本明細書に記載の発明は、広範囲の実用及び適用が可能であることを容易に理解するべきである。本明細書の記載以外の本発明の多くの実施形態及び適応例、並びに、多くの変形例、修正例、及び同等の構成は、本発明の実体又は範囲から離れることなく、本発明及び本発明の以上の記載から、明白であり、或いは、合理的に示唆される。したがって、本発明は、特定の実施形態に関連して詳細に本発明で説明されているが、本開示は、例示のみであり、本発明の例を提示し、本発明の完全且つ可能な開示を提供するために作成されているに過ぎないことを理解するべきである。本開示は、本発明を開示される特定の装置、デバイス、アセンブリ、システム、又は方法に限定することが意図されておらず、逆に、本発明の範囲に含まれるすべての修正例、同等物、及び代替物を網羅することが意図されている。   [0056] Those skilled in the art should readily appreciate that the invention described herein is capable of a wide range of practical uses and applications. Many embodiments and adaptations of the invention other than those described herein, as well as many variations, modifications, and equivalent arrangements may be made without departing from the substance or scope of the invention. From the above description, it is obvious or reasonably suggested. Thus, while this invention has been described in detail with reference to specific embodiments, this disclosure is illustrative only and provides examples of the invention, which are a complete and possible disclosure of the invention. It should be understood that it has only been created to provide This disclosure is not intended to limit the invention to the particular apparatus, devices, assemblies, systems, or methods disclosed, and conversely, all modifications and equivalents that are within the scope of the invention. And intended to cover alternatives.

Claims (15)

ディスク形状のベースであって、その表面の上に研磨パッドを受容するように構成され、少なくとも1つの貫通孔を有するディスク形状のベース、及び
前記少なくとも1つの貫通孔内に受容され、且つ前記ディスク形状のベースの前記表面から突出する音響センサであって、コントローラに電気的に連結されるように構成される音響センサ
を備える化学機械研磨(CMP)装置用プラテン。
A disk-shaped base configured to receive a polishing pad on a surface thereof, the disk-shaped base having at least one through-hole, and received in the at least one through-hole, and the disk A plate for a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus comprising an acoustic sensor protruding from the surface of a shaped base and configured to be electrically coupled to a controller.
前記ディスク形状のベースに取り付けられる研磨パッドを更に備え、前記研磨パッドが、そのベース側表面上に、音響センサを中に受容するように構成される非貫通孔を有する、請求項1に記載のプラテン。   The polishing pad of claim 1, further comprising a polishing pad attached to the disk-shaped base, the polishing pad having a non-through hole on the base-side surface configured to receive an acoustic sensor therein. Platen. 前記少なくとも1つの貫通孔が、前記ディスク形状ベースのほぼ中央に、又は中央から約5インチ(約12.7センチ)径方向外側に、又は中央から約10インチ(約25.4センチ)径方向外側に位置決めされる、請求項1に記載のプラテン。   The at least one through hole is approximately in the center of the disk-shaped base, or about 5 inches (about 12.7 cm) radially outward from the center, or about 10 inches (about 25.4 cm) in the radial direction from the center. The platen of claim 1, positioned on the outside. 前記音響センサが、前記ディスク形状のベースの前記表面から約50ミル(約1.27ミリメートル)突出する、請求項1に記載のプラテン。   The platen of claim 1, wherein the acoustic sensor protrudes about 50 mils from the surface of the disk-shaped base. 化学機械研磨(CMP)プロセスを実行するように構成されるCMP装置であって、
研磨パッドを備えるプラテン、
研磨される基板を保持するように構成される基板ホルダ、
前記CMPプロセス中に前記研磨パッド又は前記基板に近接するように位置決めされる音響センサ、及び
前記音響センサに電気的に連結され、TSV(Si貫通電極)の破損を検出するために前記音響センサから受信される1つ又は複数の信号を分析するように構成される音響プロセッサ
を備え、前記プラテン又は前記基板ホルダが、前記基板と前記研磨パッドを互いに接触させるように構成される、CMP装置。
A CMP apparatus configured to perform a chemical mechanical polishing (CMP) process comprising:
A platen with a polishing pad,
A substrate holder configured to hold a substrate to be polished;
An acoustic sensor positioned in proximity to the polishing pad or the substrate during the CMP process, and electrically coupled to the acoustic sensor, from the acoustic sensor to detect TSV (Si through electrode) breakage A CMP apparatus comprising an acoustic processor configured to analyze one or more received signals, wherein the platen or the substrate holder is configured to bring the substrate and the polishing pad into contact with each other.
前記音響プロセッサが、TSVの破損の検出に応答して、オペレータに自動的に通知するように更に構成される、請求項5に記載のCMP装置。   6. The CMP apparatus of claim 5, wherein the acoustic processor is further configured to automatically notify an operator in response to detection of TSV failure. 前記音響プロセッサが、TSVの破損の検出に応答して、押下力を減少させること、回転速度を減少させること、又はその両方によって、TSVの破損の検出に応答して、前記CMPプロセスを自動的に停止又は修正するように更に構成される、請求項5に記載のCMP装置。   The acoustic processor automatically performs the CMP process in response to detecting TSV failure by reducing push force, decreasing rotational speed, or both in response to detecting TSV failure. The CMP apparatus of claim 5, further configured to stop or modify. 前記音響センサが、約100〜500kHzの領域にわたって平坦な周波数応答を備え、且つ約50〜100Hzの領域を有するハイパスフィルタを備える、請求項5に記載のCMP装置。   The CMP apparatus of claim 5, wherein the acoustic sensor comprises a high pass filter having a flat frequency response over a region of about 100-500 kHz and having a region of about 50-100 Hz. 前記音響センサが、約40〜60dBのゲインで音響信号を増幅する、請求項5に記載のCMP装置。   The CMP apparatus according to claim 5, wherein the acoustic sensor amplifies an acoustic signal with a gain of about 40 to 60 dB. 前記音響センサが前記プラテンの表面から研磨パッドへと突出するように、前記音響センサが前記プラテンに組み込まれる、請求項5に記載のCMP装置。   The CMP apparatus according to claim 5, wherein the acoustic sensor is incorporated into the platen such that the acoustic sensor protrudes from a surface of the platen to a polishing pad. 前記音響センサが、前記プラテンのほぼ中央で、又は中央から約5インチ(約12.7センチ)径方向外側で、又は中央から約10インチ(約25.4センチ)径方向外側で、前記プラテンに組み込まれる、請求項5に記載のCMP装置。   The acoustic sensor is located approximately at the center of the platen or about 5 inches (about 12.7 centimeters) radially outward from the center or about 10 inches (about 25.4 centimeters) radially outward from the center. The CMP apparatus according to claim 5, which is incorporated in the apparatus. Si貫通電極(TSV)露出処理をモニター且つ制御する方法であって、
化学機械研磨(CMP)プロセスを使用して基板を処理すること、
前記CMPプロセスの音響放出を感知すること、及び
TSVの破損を検出するために前記音響放出を分析すること
を含む方法。
A method of monitoring and controlling a Si through electrode (TSV) exposure process,
Processing the substrate using a chemical mechanical polishing (CMP) process;
Sensing the acoustic emission of the CMP process and analyzing the acoustic emission to detect TSV failure.
TSVの破損の検出に応答して、オペレータに自動的に通知することを更に含む、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, further comprising automatically notifying an operator in response to detecting TSV failure. TSVの破損の検出に応答して、前記CMPプロセスを自動的に停止又は修正することを更に含む、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, further comprising automatically stopping or correcting the CMP process in response to detecting TSV failure. 前記自動的に修正することが、TSVの破損の検出に応答して、押下力を減少させること、回転速度を減少させること、又はその両方によって、前記CMPプロセスを自動的に修正することを含む、請求項14に記載の方法。   The automatically modifying includes automatically modifying the CMP process by reducing push force, reducing rotational speed, or both in response to detecting TSV breakage. The method according to claim 14.
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