TW201320172A - 研磨方法 - Google Patents

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Abstract

一種研磨方法，包括為晶圓研磨製程選擇一目標輪承載量，及實施一研磨製程於一晶圓上。在研磨製程進行時，測量研磨製程的輪承載量。在達成目標輪承載量後停止研磨製程。或者，該方法包括選擇一晶圓研磨製程的目標反射強度，及實施一研磨製程於一晶圓上。在研磨製程進行時，測量從晶圓的一表面反射的光的反射強度。在反射強度的其中之一達成目標反射強度時停止研磨製程。

Description

研磨方法
本發明係有關一種半導體製程技術，且特別是有關於一種晶圓的研磨方法。
在積體電路製程中，研磨是普遍被使用的技術。在一研磨製程中，一研磨輪被置於晶圓上方。研磨輪及晶圓皆旋轉使晶圓的厚度因研磨輪移除表面的層而減少。
在製造裝置晶圓中，例如形成矽穿孔中，可使用研磨薄化矽基板的後側。也可在其他製程中使用研磨技術。在扇出(fan-out)晶片級封裝中，裝置晶圓可被切割，且良品晶粒可被選出並以間隔開的方式接合至一載體上。良品晶粒包括用以形成扇出連接的銅柱。接著，在良品晶粒之間及上方填入一成型材料以形成一扇出晶圓。在固化成型材料之後，可實施一研磨製程以移除銅柱上的成型材料部分及其他介電材料。在暴露銅柱之後，可建立連接至銅柱的電性連接，使連接至扇出晶圓的連接延伸進入一大於良品晶粒區域的區域中。
由於被研磨的層通常為薄的，因此要準確地在正確的時間停止研磨製程對於積體製程的產率來說是重要的。舉例來說，在製造扇出晶圓中，必須在扇出晶圓各處大抵所有的良品晶粒中的銅柱被完全暴露且大抵未產生過度研磨時停止。在現有研磨技術中，使用計量器以偵測研磨製程中扇出晶圓的總厚度。當總厚度降低到一預設值，銅柱就被認為是被完全暴露。然而此種偵測方法並不準確且可造成良率下降。
本發明係有關一種研磨方法，包括：為晶圓研磨製程選擇一目標輪承載量；在一晶圓上實施一研磨製程，且在該研磨製程進行時測量該研磨製程的輪承載量；及在達成該目標輪承載量之後停止該研磨製程。
本發明還有關一種研磨方法，包括：使用一研磨輪研磨一樣本晶圓；在研磨該樣本晶圓的步驟中監控驅動該研磨輪的輪電流；檢視該晶圓樣本以決定一最佳的研磨製程終點；記錄對應最佳終點的輪電流的其中之一為一目標輪電流；實施一研磨製程於一大抵與該樣本晶圓相同的製程晶圓上；在研磨該製程晶圓的步驟時，監控研磨該製程晶圓的輪電流；及在達成成目標輪電流後停止該研磨製程。
本發明更有關一種研磨方法，包括：選擇一晶圓研磨製程的目標反射強度；實施一研磨製程於一晶圓上，且在該研磨製程進行時，測量從該晶圓的一表面反射的光的反射強度；及在該些反射強度的其中之一達成該目標反射強度後停止該研磨製程。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
將在以下詳細敘述本揭露之實施例的產生及使用。可理解的是，實施例提供許多可應用且可在廣泛類型的特定情況下具體實施的發明概念。在此討論的特定實施例僅為說明用且並不意圖限定本揭露。
根據各類實施例，提供一種在研磨製程中偵測終點的方法。在此討論實施例的變化例。在各種視圖及說明實施例中，使用相似的元件標號來表示相似的元件。可理解的是，雖然是使用晶圓級封裝的扇出晶圓為範例，也可使用根據實施例的終點偵測方法來偵測研磨例如裝置晶圓的其他種類晶圓的研磨終點。
第1圖顯示一晶圓20的剖面示意圖，其中晶圓20可為例如一用以形成扇出連接的扇出晶圓。晶圓20包括晶粒22。在一實施例中，晶粒22為包括例如電晶體(未繪示)的主動元件的裝置晶粒。晶粒22可藉由一黏合劑42而被黏合至載體40。在鄰近晶粒22頂表面的位置有金屬柱26(例如可為銅柱)，其中金屬柱26預先形成於晶粒22中且可在電性連接至晶粒22中的主動裝置。在一些實施例中，可為一聚醯亞胺層的聚合物層28形成於金屬柱26上。成型材料(moulding compound)30被填入晶粒22之間及晶粒22上方。應注意的是，晶圓20的材料及結構為用來解釋本揭露之概念的範例，且可使用根據實施例之終點偵測方法來研磨具有不同材料及結構的晶圓。根據範例實施例，使用研磨製程移除成型材料30及聚合物層28且暴露金屬柱26，使扇出連接可形成以電性連接金屬柱26。
以研磨工具44研磨晶圓20，其包括具有磨粒(grits)以研磨晶圓20頂表面的研磨輪46。在研磨製程中，研磨輪46及晶圓20皆旋轉。研磨工具44更包括控制單元48以控制研磨製程及控制研磨輪46的動作。在研磨製程中，控制單元48可偵測被研磨的表面且據此調整研磨製程的輪承載量(wheel loading)。在一些實施例中，研磨工具44調整用以驅動研磨輪46的輪電流，因此根據範例實施例，輪電流可被用來代表輪承載量。可將其輪電流作為輪承載量之指標的範例研磨工具包括迪斯科公司(Disco Corporation)所生產的DGP8761。在替代實施例中，可使用其他參數代表研磨表面的阻力及/或輪承載量。
第2圖顯示在樣本晶圓的範例研磨製程中，以研磨時間為函數的輪電流。在研磨製程中，輪承載量包括數個部分，其包括50A、50B、及50C，且50A、50B、及50C分別對應至研磨樣本晶圓的一成型材料層、一聚醯亞胺層、及一銅層。第2圖顯示對於不同的材料來說，輪電流(輪承載量)也不同。
隨著上述研磨製程的進行，上層被移除，且在下面的層被暴露及研磨。第3圖顯示第1圖所示結構的部分剖面示意圖，其中該部分包括金屬柱26、聚合物層28、及成型材料30。第3圖顯示研磨製程的階段是以數個模式表示，其為A模式、B模式、C模式、及O模式。在A模式中，研磨成型材料層30及聚合物層28，且大抵不研磨金屬柱26。在B模式中，晶圓20各處的一些金屬柱26被暴露及研磨，且被暴露的金屬柱26可具有被研磨的尖端，而具有較大上視區域的下方部分可能還未被研磨。在C模式中，大抵所有的金屬柱26被暴露及研磨，且晶圓20各處的金屬柱26大抵不被過度研磨。在O模式中，發生過度研磨。研磨的最佳終點較希望是在C模式中，或者至少在B模式中，而較不希望在A模式及O模式中，且A模式及O模式可能為失敗模式。
由於不同材料的輪承載量不同(如第2圖所示)，A模式、B模式、及C模式的輪承載量會不同。可藉由研磨一樣本晶圓得到對應至A模式、B模式、及C模式的輪承載量，且在研磨製程中定期檢視樣本晶圓以找出模式及相對應輪承載量的相關性(correlation)。可接著使用此相關性來判定研磨製程的最佳終點，其中研磨製程是用來研磨與樣本晶圓具有相同結構的產品晶圓。
第4圖顯示樣本扇出晶圓研磨製程所得到的實驗結果，其中(金屬銅柱26的)銅暴露速率以輪承載量為函數顯示，且輪承載量是以輪電流表示。點52A、52B、52C、及52D為樣本扇出晶圓被檢視的點。點52A對應至8.8安培的輪承載量，此時在937個晶粒中，A、B、C、及O模式中晶粒的數量分別為936、0、0、1。點52B對應至9.1安培的輪承載量，此時A、B、C、及O模式中晶粒的數量分別為666、265、2、1。點52C對應至9.4安培的輪承載量，此時A、B、C、及O模式中晶粒的數量分別為150、711、73、1。點52D對應至10安培的輪承載量，此時在937個晶粒中，A、B、C、及O模式中晶粒的數量分別為9、501、424、1。觀察到的是在點52D只有9個晶粒仍在A模式中，而937個晶粒中有925個晶粒在B模式或C模式中。在點52D之後，為使更多晶粒從A、B模式進到C模式，實施更進一步的研磨(使用10安培的輪承載量)以移除晶圓20額外的一層，其厚度約為1.1微米。如此一來，A、B、C、及O模式中的晶粒數量分別為0、16、918、及1。這相當於99.7%的銅暴露速率(第4圖)。這些實驗結果顯示輪承載量，例如輪電流，可被用來當作判定最佳終點的指標。
一般來說，根據實施例，可藉由例如在一樣本晶圓上實施研磨製程及找到一目標輪承載量(例如第4圖所示的10安培電流)而找到對應至最佳終點的目標輪承載量。在與樣本晶圓具有相同結構的產品晶圓上，可將目標輪承載量達成時當作最佳終點。在其他實施例中，終點的決定方式是使得目標輪承載量達成後更實施一延長研磨以減少晶圓的厚度，且減少的厚度為一預設研磨厚度(例如第4圖範例所示的1.1微米)。預設研磨厚度可介於約1微米與約5微米之間。可理解的是，預設研磨厚度僅為範例，且可因研磨不同晶圓以及暴露不同元件而改變。在又其他實施例中，終點的決定方式是使得目標輪承載量達成後實施一延長研磨時間長度的延長研磨。在一範例實施例中，可實施約10秒到約50秒之間的延長研磨。可藉由實驗得到延長研磨的最佳時間長度。在一些實施例中，第1圖的研磨工具44可在達成目標輪承載量之後自動實施延長研磨，且接著停止研磨製程。在其他實施例中，可手動實施延長研磨製程。
第5到7圖顯示一根據替代實施例用來判定研磨製程最佳終點的方法。除了是根據從被研磨的晶圓表面測量反射強度而非輪承載量以判定終點之外，這些實施例與第1到4圖所示實施例相似。除非特別說明，不然這些實施例中元件的材料及形成方法基本上與第1到4圖中所示實施例具有類似元件標號的相似元件相同。
參見第5圖，使用光反射/接收計量器60以測量反射強度，其中光反射/接收計量器60可包括用以發射光62的光發射計量器60A，及以接收反射光64的光接收計量器60B。光反射/接收計量器60為在研磨製程中不接觸晶圓20的非接觸計量器。光反射/接收計量器60可為一反射強度測量工具的一部分，其被用於測量發射光62所得的反射強度、反射光的強度、及測量反射強度。由於光64可從晶圓20的表面以及內部元件反射，反射強度可為晶圓20的表面材料以及晶圓20表面下方所埋設的材料的函數。反射強度也可為晶圓20中元件表面形貌(topology)的函數。
參見第6圖，在研磨製程中，光反射/接收計量器60所發射的光62被投射至點68(其實際上隨著晶圓20旋轉而形成一圓)。可理解的是，就算光62可被投射至一固定方向，且可在一時間點被投射至金屬柱26的其中之一(第1圖)，隨著晶圓20的旋轉，在不同時間點，光62可被投射至晶圓20上的其他元件，例如晶粒22之間的成型材料30(第5圖)。因此所測量的反射強度為由圓68所得的平均結果。
第7圖顯示一範例研磨製程中以時間為函數的反射光64(第5圖)強度之示意圖。由於第5圖的入射光62可具有一固定強度，且反射光64的強度也可表示反射強度，這是因為可藉由將反射光64強度除以入射光62強度而得到反射強度。在研磨製程中，所示光強度包括數個部分，包括70A、70B、70C，其分別對應至研磨一成型材料層、一聚醯亞胺層、及一銅層。第7圖顯示對不同材料來說，反射光64的強度且因此反射強度會有所不同。因此反射強度可用來當作判定研磨製程最佳終點的指標。
第8圖顯示一樣本扇出晶圓的研磨製程所得的實驗結果，其中樣本晶圓的厚度以及反射光的強度是以研磨時間為函數表示。左邊的Y軸顯示晶圓厚度且對應至線82及84。右邊的X軸顯示光強度，且對應至波型(waveform)86。線82表示以研磨時間為函數的成型材料30(第1圖)之厚度，而線84表示以研磨時間為函數的矽基板24(第1圖)之厚度。如第8圖所示，成型材料30的厚度隨著研磨製程進行而減少。在此同時，由於其他例如聚合物層28及銅柱的元件可隨著研磨進行而被暴露，光強度(波型86)將隨著時間推移而增加。成型材料30、聚合物層28、金屬柱26、及矽基板24被研磨的區域也以區域88A、88B、88C、88D顯示。當金屬柱26及聚合物層28皆被研磨時，可選出一最佳終點。因此，可選擇時間點T0為一範例最佳終點，及使用其相對應的光強度I0來計算目標反射強度。
一般來說，根據實施例，可藉由例如在一樣本晶圓上實施研磨製程、定期檢視、及測量目標反射強度(例如從第8圖所示的強度I0測量)，而找到一對應於最佳終點的目標反射強度。在具有與樣本晶圓相同結構的產品晶圓上，視達成目標反射強度時為最佳終點。在其他實施例中，終點的決定方式是使得在目標反射強度達成後更實施一延長研磨時間的延長研磨或減少晶圓20一預設厚度。可藉由實驗得到延長研磨的最佳持續時間。
根據實施例，一種研磨方法包括為晶圓研磨製程選擇一目標輪承載量，及實施一研磨製程於一晶圓上。在該研磨製程進行時，測量該研磨製程的輪承載量。在達成該目標輪承載量之後停止該研磨製程。
根據其他實施例，一種研磨方法包括使用一研磨輪研磨一樣本晶圓、在研磨該樣本晶圓的步驟中監控驅動該研磨輪的輪電流、檢視該晶圓樣本以決定一最佳的研磨製程終點、及記錄對應最佳終點的輪電流的其中之一為一目標輪電流。實施一研磨製程於一大抵與該樣本晶圓相同的製程晶圓上。在研磨該製程晶圓時，監控研磨該製程晶圓的輪電流。在達成目標輪電流後停止該研磨製程。
根據又其他實施例，一種研磨方法包括選擇一晶圓研磨製程的目標反射強度，及實施一研磨製程於一晶圓上。在該研磨製程進行時，測量從該晶圓的一表面反射的光的反射強度；及在該些反射強度的其中之一達成該目標反射強度後停止該研磨製程。
雖然已詳細敘述了實施例及其優點，然而可理解的是，可在不偏離申請專利範圍所定義實施例之精神與範疇的情況下在此進行各種改變、替代、及改良。再者，本申請案的範疇不意圖被限定於發明書所述製程、機器、產品、及材料組成、手段、方法、及步驟的特定實施例。一般技藝人士已可從本揭露理解，可根據本揭露使用與在此敘述的相對應實施例執行大抵相同功能、或達到大抵相同結果的現有或以後發展出的製程、機器、產品、材料組成、手段、方法、或步驟。因此，申請專利範圍的範疇意圖包括此種製程、機器、產品、材料組成、手段、方法、或步驟。再者，申請專利範圍的每個請求項組成一獨立的實施例，且各請求項及實施例之組合皆落在本揭露的範疇中。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20．．．晶圓
22．．．晶粒
24．．．矽基板
26．．．金屬柱
28．．．聚合物層
30．．．成型材料
40．．．載體
42．．．黏合劑
44．．．研磨工具
46．．．研磨輪
48．．．控制單元
50A、50B、50C、70A、70B、70C．．．部分
52A、52B、52C、52D．．．點
60．．．光反射/接收計量器
60A．．．光發射計量器
60B．．．光接收計量器
62．．．光
64．．．反射光
68．．．點
82、84．．．線
86．．．波型
88A、88B、88C、88D．．．區域
T0．．．時間點
I0．．．光強度
第1圖顯示一包括裝置晶粒及一用以澆鑄裝置晶粒的成型材料的晶圓之剖面示意圖，其中實施一研磨製程於一晶圓上，且測量輪承載量。
第2圖顯示研磨製程中以時間為函數的輪電流。
第3圖顯示如第1圖所示晶圓的一部份的剖面示意圖，其中不同模式用以表示研磨製程中不同的階段。
第4圖顯示研磨製程中銅柱的銅暴露速率，其以時間為函數。
第5圖顯示一包括裝置晶粒及一用以澆鑄裝置晶粒的成型材料的晶圓之剖面示意圖，其中實施一研磨製程於一晶圓上，且測量晶圓的反射強度。
第6圖顯示發射一光至一晶圓上以測量反射強度，其中晶圓被旋轉。
第7圖顯示研磨製程中從晶圓反射的光的光強度，其中光強度以時間為函數。
第8圖顯示一樣本晶圓的厚度及所接受反射光的強度，其中所接受反射光的強度以研磨時間為函數。
26．．．金屬柱
28．．．聚合物層
30．．．成型材料

Claims (19)

  1. 一種研磨方法，包括：為晶圓研磨製程選擇一目標輪承載量；實施一研磨製程於一晶圓上，且在該研磨製程進行時測量該研磨製程的輪承載量；以及在達成該目標輪承載量之後停止該研磨製程。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中更包括在達成該目標輪承載量時，實施延長研磨以移除該晶圓的一層，且該層具有一預設厚度，其中停止該研磨製程的步驟是在完成該延長研磨時實施。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中更包括在達成該目標輪承載量時，實施一預設時間長度的延長研磨，其中停止該研磨製程的步驟是在完成該延長研磨時實施。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中選擇該目標輪承載量的步驟包括：研磨一與該晶圓具有相同結構的樣本晶圓；在研磨該樣本晶圓的步驟時，監控用以研磨該樣本晶圓的輪承載量；檢視該樣本晶圓以判定該研磨製程的一最佳終點；以及記錄對應最佳終點的數個輪承載量的其中之一為該目標輪電流。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中該晶圓包括：複數個裝置晶粒；以及一成型材料，設置於該複數個裝置晶粒之間及該複數個裝置晶粒上方。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之研磨方法，其中以用來驅動一研磨輪的輪電流代表該輪承載量，且其中該研磨輪被用來研磨該晶圓。
  7. 一種研磨方法，包括：使用一研磨輪研磨一樣本晶圓；在研磨該樣本晶圓的步驟中監控驅動該研磨輪的輪電流；檢視該晶圓樣本以決定一最佳的研磨製程終點；記錄對應最佳終點的輪電流的其中之一為一目標輪電流；實施一研磨製程於一大抵與該樣本晶圓相同的製程晶圓上；在研磨該製程晶圓的步驟時，監控研磨該製程晶圓的輪電流；以及在達成該目標輪電流後停止該研磨製程。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中更包括在達成該目標輪承載量時，實施延長研磨以移除該晶圓一層，且該層具有一預設厚度，其中停止該研磨製程的步驟是在完成該延長研磨時實施。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之研磨方法，其中該預設厚度在約1微米到約5微米之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之研磨方法，其中實施該延長研磨的步驟以自動化的方式實施。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中當達成該目標輪電流時，實施一預設時間長度的延長研磨，其中停止該研磨製程的步驟是在完成該延長研磨時實施。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之研磨方法，其中該製程晶圓包括：複數個包括金屬柱的裝置晶粒；以及一成型材料，設置於該複數個裝置晶粒之間及該複數個裝置晶粒上方。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之研磨方法，其中該最佳終點是當所有裝置晶粒中的該些金屬柱被暴露且未被過度研磨時。
  14. 一種研磨方法，包括：選擇一晶圓研磨製程的目標反射強度；實施一研磨製程於一晶圓上，且在該研磨製程進行時，測量從該晶圓的一表面反射的光的反射強度；以及在該些反射強度的其中之一達成該目標反射強度後停止該研磨製程。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之研磨方法，其中更包括在達成該目標反射強度時，實施一延長研磨以移除該晶圓的一層，且該層具有一預設厚度，其中停止該研磨製程的步驟是在完成該延長研磨時實施。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之研磨方法，其中更包括在達成該目標輪承載量時，實施一預設時間長度的延長研磨，其中停止該研磨製程的步驟是在完成該延長研磨時實施。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之研磨方法，其中該晶圓包括：複數個裝置晶粒；以及一成型材料，設置於該複數個裝置晶粒之間及該複數個裝置晶粒上方。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之研磨方法，其中選擇該目標反射強度的步驟包括：研磨一與該晶圓具有相同結構的樣本晶圓；在研磨該樣本晶圓時監控該樣本晶圓之一上表面的反射強度；定期檢視該樣本晶圓以判定該研磨製程的一最佳終點；以及記錄對應最佳終點的數個反射強度的其中之一為該目標反射強度。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之研磨方法，其中該反射強度是使用非接觸計量器測量。
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