TWI686264B - 用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法 - Google Patents

用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI686264B
TWI686264B TW103115201A TW103115201A TWI686264B TW I686264 B TWI686264 B TW I686264B TW 103115201 A TW103115201 A TW 103115201A TW 103115201 A TW103115201 A TW 103115201A TW I686264 B TWI686264 B TW I686264B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
acoustic
substrate
silicon via
chemical mechanical
mechanical polishing
Prior art date
Application number
TW103115201A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201503995A (zh
Inventor
周松佑
蘇布拉曼寧科米塞堤
馬哈珍尤戴
史威克柏格斯勞Ａ
巴札拉吉菲
鄧健攝
Original Assignee
美商應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商應用材料股份有限公司 filed Critical 美商應用材料股份有限公司
Publication of TW201503995A publication Critical patent/TW201503995A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI686264B publication Critical patent/TWI686264B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/0053—Control means for lapping machines or devices detecting loss or breakage of a workpiece during lapping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

利用CMP(化學機械研磨)的TSV(直通矽穿孔)顯露製程可經聲學監控及控制，以偵測TSV斷裂並自動響應該TSV斷裂。在CMP製程期間，分析一或更多聲學感測器接收的聲射，以偵測TSV斷裂，聲學感測器設置鄰接基板固持件及/或CMP系統的研磨墊。響應偵測到TSV斷裂，可自動進行一或更多補救動作。在一些實施例中，研磨墊平臺具有一或更多整合於研磨墊平臺內的聲學感測器，聲學感測器伸入裝設在研磨墊平臺上的研磨墊。其他態樣亦提供監控及控制TSV顯露製程的方法。

Description

用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法 【相關申請案】
本申請案主張西元2013年5月1日申請、名稱為「用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法(APPARATUS AND METHODS FOR ACOUSTICAL MONITORING AND CONTROL OF THROUGH-SILICON-VIA REVEAL PROCESSING)」的美國非臨時專利申請案第13/874,495號(代理人文件編號：20654/USA)的優先權，該美國非臨時專利申請案全文為所有目的以引用方式併入本文中。
本發明大體係關於半導體裝置製造，且更特別係關於TSV(直通矽穿孔)的背側化學機械研磨。
亦稱作化學機械平坦化的化學機械研磨(CMP)通常係用於在半導體基板上製造積體電路(IC)的製程。CMP 製程可自部分處理基板移除地形特徵和材料，以製造平坦表面供後續處理用。CMP製程可於一或更多旋轉研磨墊上使用磨料及/或化學活性研磨液，研磨墊壓抵著基板表面。基板可支托在基板固持件中，藉以轉動基板。基板固持件亦可使基板來回擺動越過旋轉研磨墊的表面。
製造IC時，3D封裝可用於提高小型占地面積的電 路功能及/或性能。三維封裝可涉及內接IC晶片，IC晶片利用TSV(直通矽穿孔)而堆疊在彼此的頂部，以電氣連接堆疊的IC晶片。TSV係延伸穿過基板的垂直電導體。為從基板背側進入TSV(以供後續電氣連接底下的另一IC)，CMP可用於TSV顯露製程。TSV顯露製程可包括碾磨及蝕刻基板的背面，以露出TSV突出背面的原殘端(as stub)。介電膜接著沉積至背面上。CMP用於移除突出殘端及研磨背面達預定介電膜厚度，以完成TSV顯露製程。然TSV斷裂(即一或更多殘端斷裂)可能會毀損基板。因此，期改善TSV顯露製程。
根據一態樣，提供用於化學機械研磨(CMP)設備 的平臺。平臺包含盤形基底，盤形基底配置以接收研磨墊於盤形基底的表面上，盤形基底具有至少一直通孔，及聲學感測器，聲學感測器放置在至少一直通孔中並突出盤形基底的表面，聲學感測器配置以電氣耦接控制器。
根據另一態樣，提供化學機械研磨(CMP)設備， CMP設備配置以進行CMP製程。CMP設備包含平臺，平臺包含研磨墊；基板固持件，基板固持件配置以支托待研磨基 板，其中平臺或基板固持件配置使基板與研磨墊互相接觸；聲學感測器，在CMP製程期間，聲學感測器設置鄰接研磨墊或基板；及聲學處理器，聲學處理器電氣耦接聲學感測器，且配置以分析聲學感測器接收的一或更多訊號，以偵測TSV(直通矽穿孔)斷裂。
根據又一態樣，提供監控及控制直通矽穿孔(TSV) 顯露製程的方法。方法包含利用化學機械研磨(CMP)製程處理基板、感測CMP製程的聲射，及分析聲射，以偵測TSV斷裂。
由以下詳細說明將更易明白本發明的其他態樣、特 徵和優點，其中乃描述及圖示若干示例性實施例和實施方式，包括思忖實行本發明的最佳模式。本發明亦可包括其他和不同實施例，數種細節可從不同方面修改，此皆未悖離本發明的範圍。故圖式和敘述本質上應視為說明之用、而非限定之意。圖式不一定按比例繪製。本發明涵蓋落在本發明範圍內的所有修改例、均等物和替代物。
100‧‧‧基板
102A、102B、102C‧‧‧背面
104‧‧‧基底層
106‧‧‧金屬層
108‧‧‧TSV
109‧‧‧頂表面
110‧‧‧阻障層
111‧‧‧碟形凹陷
112‧‧‧介電層
113‧‧‧表面
200‧‧‧基板
202‧‧‧表面
208‧‧‧TSV
300‧‧‧基板
302‧‧‧背面
304‧‧‧基底層
306‧‧‧金屬層
308a、308b‧‧‧TSV
310‧‧‧阻障層
312‧‧‧介電層
315‧‧‧鑿孔
400‧‧‧基板
402‧‧‧表面
408‧‧‧TSV
414‧‧‧金屬墊
500‧‧‧CMP系統
501‧‧‧基板
516‧‧‧研磨墊
518‧‧‧平臺
520‧‧‧軸桿
522‧‧‧固持件
524‧‧‧漿料
526‧‧‧分配器
528‧‧‧漿料供應器
530‧‧‧泵
532‧‧‧閥
534a、534b‧‧‧感測器
536a、536b‧‧‧訊號接線
538‧‧‧聲學處理器
540‧‧‧系統控制器
542‧‧‧處理器
600‧‧‧組件
616‧‧‧研磨墊
617‧‧‧表面
618‧‧‧平臺
619‧‧‧底面
621‧‧‧研磨表面
633a-c‧‧‧直通孔
634a-c‧‧‧感測器
635a-c‧‧‧非直通孔
644‧‧‧盤形基底
646a-c‧‧‧連接器
700‧‧‧方法
702、704、706、708、710、712、714‧‧‧方塊
D1、D2、D3‧‧‧距離
H‧‧‧高度
下述圖式僅為說明之用。圖式無意以任何方式限定本發明的範圍。
第1A圖至第1C圖圖示根據先前技術，半導體基板經TSV(直通矽穿孔)顯露處理、又無TSV斷裂的連續剖面圖。
第2圖圖示根據先前技術，無斷裂的TSV。
第3圖圖示根據先前技術，具TSV斷裂的半導體基 板剖面。
第4圖圖示根據先前技術，具斷裂的TSV。
第5圖圖示根據實施例，化學機械研磨(CMP)系統的局部側視圖。
第6A圖及第6B圖分別圖示根據實施例，平臺和CMP系統的研磨墊的上視圖和側視剖面圖(沿第6A圖的線6B-6B截切)。
第7圖圖示根據實施例，監控及控制TSV顯露製程的方法流程圖。
現將詳述本發明的示例性實施例，該等實施例乃圖示如附圖。盡可能以相同的元件符號表示各圖中相同或相仿的元件。
在一態樣中，利用CMP(化學機械研磨)的TSV(直通矽穿孔)顯露製程可經聲學監控及控制，以偵測TSV斷裂並自動響應該TSV斷裂。在一些IC製造製程中，當TSV深寬比(即露出的TSV殘端高度對TSV直徑)變高時(例如TSV具有小直徑)，CMP時將更常發生TSV斷裂。高深寬比TSV容許IC有更大的晶片至晶片內連線密度。然高深寬比TSV較不剛硬，以致在自基板背面移除露出TSV殘端的CMP製程期間更易斷裂。
一或更多聲學感測器可設於CMP系統，以於CMP製程期間接收聲射。一或更多聲學感測器可耦接至如基板固持件及/或研磨墊平臺。在一些實施例中，研磨墊平臺具有一 或更多整合於內的聲學感測器，聲學感測器伸入裝設在研磨墊平臺上的研磨墊。
在一些實施例中，利用系統控制器及/或聲學處理器，分析一或更多聲學感測器接收的聲射，以偵測TSV斷裂。聲學處理器可為CMP系統控制器的一部分，或聲學處理器可為耦接CMP系統控制器的分離獨立部件。響應偵測到TSV斷裂，系統控制器及/或聲學處理器可自動啟動一或更多補救動作。例如，在一些實施例中，可通知操作員TSV斷裂。此外或或者，可如在系統控制器及/或聲學處理器中預置使彼此抵靠的基板或研磨墊的下壓力減小預定量、使研磨墊及/或基板的轉速降低預定量，及/或結合二者，以自動修改CMP製程。在一些實施例中，可響應偵測到TSV斷裂而自動停止CMP製程及/或控制轉移到系統控制器的終點常式。
在其他態樣中，提供監控及控制TSV顯露製程的方法，此將配合第1A圖至第7圖詳述於後。
第1A圖至第1C圖圖示經TSV顯露製程處理的基板100，根據先前技術，TSV顯露製程稱作BVR(背側穿孔顯露)CMP製程。第1A圖圖示具背面102A的基板100，背面已經TSV顯露製程部分處理。基板100可具有矽基底層104、金屬(例如銅)層106、從金屬層106延伸並突出矽基底層104的複數個TSV 108、覆蓋TSV 108與金屬層106的阻障層110和覆蓋背面102A的介電層112。在一些製造製程中，TSV 108的高度H可高於矽基底層104，高度H可為約2微米(μm)至約4μm，且高度H可因TSV 108而異。如第1B圖及第1C 圖所示，具背面102A的基板100可收置於CMP系統供進一步TSV顯露處理用。
第1B圖圖示具進一步處理背面102B的基板100， 其中已利用CMP製程自TSV 108的頂表面109移除介電層112和阻障層110。CMP製程可繼續移除材料及/或研磨基板100的背面102B，直到形成第1C圖的背面102C為止，惟未發生TSV斷裂。如第1C圖所示，TSV 108可與介電層112的表面113齊平，或者在一些製造製程中TSV 108可為略低於表面113，直到達成預定較薄介電層112為止。如圖所示，TSV 108的端面可能產生一些銅碟形凹陷111。最後軟緩衝可提供以控制表面加工及移除小表面缺陷和瑕疵。若未發生TSV斷裂，則完成TSV顯露製程後，基板100的最後表面情況將如第1C圖所示。
第2圖圖示基板200在完成TSV顯露製程且無TSV 斷裂後的顯微圖，基板具有TSV 208和周圍背側基板表面202。
第3圖圖示根據先前技術，具已處理背面302且TSV 斷裂的基板300。TSV斷裂會造成遍及基板表面之無法重做的刮痕及/或缺陷，以致不當影響IC晶片產率和可靠度。基板300具有矽基底層304、金屬(例如銅)層306、TSV 308a、308b、阻障層310和介電層312。TSV 308b於CMP製程期間斷裂。此斷裂將造成氧化物鑿孔315，導致矽層304於處理時遭金屬污染。在一些實施例中，TSV 308b例如由銅組成，銅係較軟的材料。在後封裝電子測試期間，TSV斷裂致使銅塗 抹於矽層304上可能會影響IC品質及/或可靠度。
第4圖圖示基板400在TSV斷裂後的顯微圖，基板 具有TSV 408和周圍背側基板表面402。如圖所示，TSV 408於CMP製程期間斷裂後會產生實質表面刮痕和缺陷。另外，因TSV斷裂而拔出的金屬晶粒可能導致如金屬墊414(即TSV 408的頂表面)不符合進一步處理所需的一或更多規格，以致進一步影響IC產率及/或可靠度。
第5圖圖示根據一或更多實施例的化學機械研磨 (CMP)系統500。CMP系統500配置使基板501接觸研磨墊516，且CMP系統500用於對基板501進行CMP製程做為TSV顯露製程的一部分。基板501可為含矽晶圓，例如包括部分或完全形成的電晶體和複數個TSV形成於內的圖案化晶圓。基板501可固定(例如利用黏著劑)於第二承載晶圓或其他適合支材，以對基板501進行TSV顯露製程。研磨墊516裝設在平臺518上，平臺可為盤形且由適合的馬達(未圖示)轉動，馬達由軸桿520耦接至平臺518。平臺518可按約10-200rpm旋轉。可採用其他轉速。
基板501可支托在基板固持件522中。基板固持件亦可稱作保持器或承載頭。在一些實施例中，基板501透過真空而支托在基板固持件522。可採行其他適合的基板支托技術。在一些實施例中，基板固持件522配置以移動基板501(即如圖所示為上下)，使基板501接觸或遠離研磨墊516。基板固持件522可旋轉，在一些實施例中，當研磨墊516旋轉而接觸基板501的背面時，基板固持件可來回擺動越過研 磨墊516的表面。在一些實施例中，基板固持件522的擺動速率為約0.1毫米/秒至5毫米/秒。可採用其他擺動速率。在一些實施例中，基板固持件522按約10-200rpm旋轉。可採用其他轉速。可在中心與研磨墊516的徑向側之間進行擺動。 在一些實施例中，基板固持件522係取自美國加州聖克拉拉的應用材料公司的等高5區壓力頭。
在其他實施例中，研磨墊516/平臺518和基板501/ 基板固持件522的位置可顛倒。即，研磨墊516和平臺518可為高架組件或研磨頭的一部分或裝設於高架組件或研磨頭，研磨頭配置以移動研磨墊516，使研磨墊516往上遠離或往下接觸基板固持件522支托的基板501的背面。
漿料524(化學研磨液)可施加至研磨墊516，並且 漿料524可由分配器526送入研磨墊516與基板501之間。 分配器526可經由一或更多適合導管耦接至漿料供應器528。泵530、閥532或其他液體運輸及傳送機構可計量供應漿料524至研磨墊516的表面。在一些實施例中，漿料524由分配器526分配到基板501前面的研磨墊516表面上，如此可在基板501前面接收漿料524，及藉著研磨墊516旋轉而在研磨墊516與基板501之間抽拉漿料524。
在一些實施例中，CMP系統500的一或更多零件等 同或係基於如美國加州聖克拉拉的應用材料公司的Reflexion® GTTM CMP系統零件。
CMP系統500亦可包括一或更多聲學感測器534a 及/或534b，聲學感測器操作以感測CMP處理基板501時產 生的聲射。在一些實施例中，CMP系統500只包括一個聲學感測器534a或534b。在其他實施例中，CMP系統500包括聲學感測器534a與534b。在又一些其他實施例中，CMP系統500包括兩個以上的聲學感測器，聲學感測器可設在除所示聲學感測器534a、534b以外的位置。
在CMP製程期間，聲學感測器534a及/或534b可 設置鄰接研磨墊516及/或基板501。在一些實施例中，聲學感測器534a可以任何適合方式物理耦接至平臺518(或高架研磨頭)。例如，聲學感測器534a可裝設在托架中，托架機械固定於平臺518。在一些實施例中，平臺518係包括上平臺與下平臺(未圖示)的組件，上平臺與下平臺附接在一起。 上平臺具有研磨墊516裝設於該上平臺上，其中聲學感測器534a可如利用托架或其他適合機構整合或裝設在上平臺底下，或整合或裝設在如下平臺的外側邊緣。在一些實施例中，托架或其他適合機構包括彈簧負載機構，以確保聲學感測器534a保持恆久接觸研磨墊。在一些實施例中，托架或其他適合機構包括緩衝墊，以減少訊號衰減或劣化。在一些實施例中，電源和訊號電纜(可至少部分以訊號連線536a表示)由平臺518(或上述平臺組件的下平臺)拉線及經由高頻(例如約1兆赫)8-終端集電環連接至感測器534a。在一些實施例中，除了或替代聲學感測器534a，聲學感測器534b可以任何適合方式物理耦接至基板固持件522。例如，聲學感測器534b可裝設在托架中，托架機械固定於基板固持件522。聲學感測器534a及/或534b或可位於其他相對基板501和研磨墊516 的適合位置。在一些實施例中，聲學感測器534a及/或534b可直接建立或整合於平臺516、基板固持件522及/或CMP系統500的任何其他適合部件(例如參見以下第6A圖及第6B圖所述平臺616)。
聲學感測器534a及/或534b可配置以分別經由無線 或有線訊號接線536a及/或536b電氣耦接至聲學處理器538及/或系統控制器540，系統控制器配置以依據出自CMP製程的聲射來偵測TSV斷裂。
聲學處理器538可如圖所示為系統控制器540的一 部分或為電氣耦接系統控制器540的分離獨立部件。系統控制器540可包括處理器542，以控制CMP系統500的操作，包括用於TSV顯露製程的一或更多CMP製程。在一些實施例中，系統控制器540不耦接及/或不包括聲學處理器538，但卻具有處理器542來額外執行所述聲學處理器538的功能。
聲學處理器538可配置以接收代表聲學感測器534a 及/或534b發送聲射的一或更多訊號。聲學處理器538可配置以分析自聲學感測器534a及/或534b接收的一或更多訊號而偵測TSV斷裂。自聲學感測器534a及/或534b接收的一或更多訊號可具有隨時間變化的振幅(例如代表聲射強度)。聲學處理器538可配置以接收時變訊號，及聲學處理器538可比較訊號振幅與一或更多閾值及/或臨限帶。超出閾值或落在臨限帶外的訊號振幅表示TSV斷裂。在一些實施例中，處理接收訊號涉及比較接收訊號波形的某些方位或面積與預設閾值。聲學處理器538可包括適合的訊號過濾、放大、轉換(例如A/D轉換)及處理部件，且聲學處理器538可包括配置以儲存資料與一或更多分析的適合記憶體。資料與分析可儲存於如聲學處理器538及/或系統控制器540的任何適合儲存媒體(例如RAM、ROM或其他記憶體)中。一或更多儲存分析和資料可用於相對偵測TSV斷裂來監控及控制一或更多CMP製程。
在一些實施例中，頻基分析可用於處理聲學資料。以高採樣率獲取聲學感測器534a及/或534b的聲學訊號可容許使用穩態訊號分析(例如快速傅立葉轉換(FFT))或非穩態訊號分析(例如小波封包轉換(WPT))。WPT可將接收的聲學訊號分解成兩個部分：可產生訊號身分(signal identity)之近似值的低頻分量和可產生訊號細節的高頻分量。分解可與後續依次分解的近似值迭代。
在其他實施例中，時基分析可用於處理聲學資料。例如，倘若TSV斷裂事件在訊雜比方面有夠大的訊號尖峰，則可監控自聲學感測器534a及/或534b接收的聲學訊號的簡單均方根(rms)。
為使接收的聲學訊號與TSV斷裂事件相關聯，在一些實施例中，可採用以下設定程序。無突出TSV殘端的第一設定基板經CMP處理，以產生基線聲學訊號資料供正規化用。具很高突出TSV殘端(例如殘端長度為15μm，直徑為5μm)的第二設定基板經CMP處理。利用如光學檢查或掃描式電子顯微鏡，在處理後檢查第二設定基板的TSV斷裂。比較出自第一與第二設定基板的記錄訊號幅度。在穩態CMP處 理期間，聲學活動中任何高於基線訊號的可見訊號尖峰可歸類為斷裂訊號，接著使斷裂訊號與TSV斷裂事件相關聯。
聲學處理器538可啟動一或更多補救動作，以自動 響應偵測到TSV斷裂。補救動作可包括如引起音響警報或於顯示裝置上顯示警告或其他類型的訊息，顯示裝置耦接至系統控制器540，以通知操作員。補救動作另可或或可包括響應偵測到TSV斷裂而自動停止CMP製程。補救動作另可或或可包括響應偵測到TSV斷裂而自動修改CMP製程的一或更多參數。例如，聲學處理器538可配置以響應偵測到TSV斷裂而依據聲學處理器538或系統控制器540執行的一或更多程式化常式，自動減小基板固持件522施加以抵著研磨墊516的下壓力(或反之亦可)及/或自動降低基板固持件522、平臺518或二者的轉速。此舉可容許CMP系統500自動以已修改的處理參數繼續處理後續基板。
第6A圖及第6B圖圖示根據一或更多實施例，研磨 墊616和平臺618的組件600，組件600可用於CMP設備，例如CMP系統500。平臺618可包括盤形基底644，盤形基底配置以收置研磨墊616於盤形基底644的表面617上。盤形基底644可具有一或更多直通孔633a、633b、633c。即在一些實施例中，盤形基底644只有一個直通孔633a、633b、633c，或只有兩個直通孔633a、633b、633c，或具有三個以上的直通孔633a、633b、633c。
平臺618亦可包括一或更多聲學感測器634a、634b 及/或634c，聲學感測器放置在各直通孔633a、633b、633c 中。在一些實施例中，聲學感測器634a、634b及/或634c係摩擦配適於各直通孔633a、633b、633c中。在其他實施例中，聲學感測器634a、634b及/或634c可以任何適合方式物理耦接盤形基底644或與盤形基底644一體成形。在一些實施例中，平臺618具有直通孔633a、633b、633c，且直通孔內未放置聲學感測器。
在一些實施例中，聲學感測器634a、634b及/或634c 突出盤形基底644的表面617一距離D1。距離D1可選擇以減少聲學訊號衰減，此聲學訊號衰減可能發生在如一些實施例的研磨墊616的聚氨酯軟性SUBATM部分。在一些實施例中，距離D1為約50密耳(約1.27毫米(mm))。如此可確保一或更多聲學感測器634a、634b及/或634c於研磨時緊靠著研磨墊616的研磨表面621，又不會受到損壞。
在一些實施例中，聲學感測器634a位於平臺618的 中心附近。此中心定位可確保聲學感測器634a到待處理基板的距離維持不變。聲學感測器634b可位於距平臺618的中心徑向向外約一距離D2處，聲學感測器634c可位於距平臺618的中心徑向向外約一距離D3處。在一或更多實施例中，距離D2為從平臺618的中心徑向向外約5吋(約12.7公分(cm))，距離D3為從平臺618的中心徑向向外約10吋(約25.4cm)。 在一些實施例中，距離D3為約10吋(約25.4cm)可確保在每次旋轉通過時，聲學感測器634c設置最靠近基板。在一些實施例中，在CMP處理期間，當基板移動遠離聲學感測器634c時，可過濾掉接收的聲學資料。距離D2及/或D3或可有其他 適合尺寸。
聲學感測器634a、634b及/或634c各可配置以經由 有線或無線連線電氣耦接至控制器或聲學處理器。在一些實施例中，聲學感測器634a、634b及/或634c分別包括可從平臺618下方(即相對表面617)進入的電氣連接器646a、646b及/或646c。
參照第6B圖，研磨墊616裝設在盤形基底644，研 磨墊616的底面619具有一或更多非直通孔635a、635b、635c。非直通孔635a、635b、635c可具有約距離D1的深度，且非直通孔635a、635b、635c可配置以收置一或更多聲學感測器634a、634b及/或634c的各突出部分於該等非直通孔內。 非直通孔635a、635b、635c的數量和位置可分別對應平臺618的直通孔633a、633b、633c的數量和位置。研磨墊616可等同或類似如具SUBATM IV子墊的IC1000TM研磨墊，子墊具有一或更多非直通孔635a、635b及/或635c形成於該子墊內。
在一些實施例中，任一或更多聲學感測器534a、 534b、634a、634b及/或634c可為壓電晶體、換能器及/或加速計型感測器，且各自可具高訊雜比。在一些實施例中，聲學感測器534a、534b、634a、634b及/或634c包括約100-500千赫(kHz)區間的平坦頻率響應。在一些實施例中，任一或更多聲學感測器534a、534b、634a、634b及/或634c可以約40-60dB的增益放大聲學訊號。在一些實施例中，聲學感測器534a、534b、634a、634b及/或634c包括具有約50-100赫茲(Hz)範圍的高通濾波器。任何適合的聲學感測器皆可做 為感測器534a、534b、634a、634b及/或634c。
第7圖圖示根據一或更多實施例，監控及控制TSV 顯露製程的方法700。在製程方塊702中，方法700包括利用CMP製程來處理基板。CMP製程可為TSV顯露製程的一部分。例如，參照第1A圖至第1C圖及第5圖，具有背面102A的基板100可置於CMP系統500。基板100可裝設或附接至基板固持件522，及基板100可經按壓而抵著研磨墊516以用於CMP處理，如結合背面102B、102C或也許還有背面302所示及所述。
在製程方塊704中，感測CMP製程的聲射。參照第 5圖、第6A圖及第6B圖，利用任一或更多聲學感測器534a、534b、634a、634b及/或634c，感測聲射。聲射可出自CMP製程，在該製程中利用研磨墊，例如第5圖的研磨墊516或第6A圖及第6B圖的研磨墊616，處理基板，該基板例如第1A圖具有背面102A的基板100或第5圖的基板501。聲學感測器534a、534b、634a、634b及/或634c可感測因處理基板100或501所產生的聲射，及該等聲學感測器可將代表該等聲射的電子訊號傳輸到控制器及/或聲學處理器，例如系統控制器540及/或聲學處理器538。
在製程方塊706中，方法700包括分析聲射，以偵 測TSV斷裂。分析聲射可包括比較一或更多接收訊號的一或更多參數(例如振幅)與一或更多閾值及/或閾值範圍。一或更多接收訊號可代表出自CMP製程的聲射，一或更多閾值及/或閾值範圍可指示CMP製程期間是否發生TSV斷裂。可在 對第一與第二設定基板進行一或更多基線CMP製程期間，預先決定一或更多閾值及/或閾值範圍，第一與第二設定基板分別具有或沒有TSV斷裂。
在決定方塊708中，若偵測到TSV斷裂，則方法700 將進行製程方塊710。例如，在一些實施例中，接收聲學訊號的高尖峰可觸發方法700依據預定演算法，進行製程方塊710，演算法可為如聲學處理器538上所執行程式的一部分，或為系統控制器540上所執行終點軟體的一部分。若未偵測到TSV斷裂，則方法700將進行決定方塊712。
在製程方塊710中，方法700包括自動響應TSV斷 裂偵測。在一些實施例中，此舉包括自動通知操作員，操作員能重做目前處理的基板。在一些實施例中，方法700另可或或可自動修改CMP製程，例如減小下壓力、降低轉速或二者，以響應TSV斷裂偵測。方法700另可或或可自動停止CMP製程，以響應TSV斷裂偵測。此舉可直接進行到終止方塊714(虛線所示路徑)，或者在一些實施例中，可進行到決定方塊712，其中可自動觸發「是」響應，從而有效停止CMP製程。否則方法700可進行到決定方塊712。
在決定方塊712中，方法700包括測定是否偵測到 CMP的終點。可利用CMP系統的系統控制器進行終點偵測，該系統控制器例如CMP系統500的系統控制器540。在一些實施例中，TSV顯露製程的終點偵測包括偵測TSV經平坦化而與介電氧化物表面齊平的時間點，此如第1C圖及第2圖所示。此終點偵測可利用如聲學分析及/或馬達驅動(例如轉動 研磨墊)的馬達扭矩反饋測定。聲學分析和馬達扭矩反饋均可以隨待處理材料改變的磨擦力變化為基礎。例如，當CMP製程從主要移除/研磨基板表面的金屬材料變成主要移除/研磨基板表面的氧化物材料時，基板表面與研磨墊間會產生磨擦力變化，一或更多接收的聲學訊號及/或接收的馬達扭矩反饋可指示此變化。此外或或者，TSV顯露製程的終點偵測可依據白光光譜圖測定，以指示特定氧化物厚度。若在決定方塊712中偵測到終點，則方法700可進行到終止方塊714。否則方法700可返回製程方塊704。
在終止方塊714中，結束方法700及利用CMP製程 處理基板。
上述方法700的製程和決定方塊可按不限於所示及 所述順序或序列的順序或序列執行或進行。例如，在一些實施例中，製程方塊704可與製程方塊706及/或710及/或與決定方塊708及/或712同時進行。
熟諳此技術者應很容易瞭解本發明可有廣泛的實用 性和應用。在不脫離本發明的本質與範圍內，當可由本發明明白或合理聯想除本發明敘述外的許多實施例與可適性和許多變化、更改與均等配置。因此，雖然本文已以特定實施例詳述本發明，但應理解此揭示內容僅為舉例說明及呈現本發明實例，以提供完整及賦予本發明揭示內容而已。此揭示內容無意將本發明限定於所述特定設備、裝置、組件、系統或方法，反之，本發明擬涵蓋落在本發明範圍內的所有修改物、均等物和替代物。
500‧‧‧CMP系統
501‧‧‧基板
516‧‧‧研磨墊
518‧‧‧平臺
520‧‧‧軸桿
522‧‧‧固持件
524‧‧‧漿料
526‧‧‧分配器
528‧‧‧漿料供應器
530‧‧‧泵
532‧‧‧閥
534a、534b‧‧‧感測器
536a、536b‧‧‧訊號接線
538‧‧‧聲學處理器
540‧‧‧系統控制器
542‧‧‧處理器

Claims (11)

  1. 一種監控及控制一直通矽穿孔顯露製程的方法，該方法包含以下步驟：使用無突出直通矽穿孔殘端的一第一設定基板來記錄一基線聲學訊號；提供具有突出直通矽穿孔殘端的一第二設定基板；使用具有突出直通矽穿孔殘端的該第二設定基板來記錄一直通矽穿孔斷裂聲學訊號；將該基線聲學訊號與該直通矽穿孔斷裂聲學訊號進行比較，以標識出指示直通矽穿孔斷裂事件的訊號尖峰；利用一化學機械研磨製程，處理一基板；感測該化學機械研磨製程的聲射；分析該等聲射，以基於該等聲射與所記錄的直通矽穿孔斷裂事件的相關聯來偵測直通矽穿孔斷裂；及響應偵測到直通矽穿孔斷裂而自動停止該化學機械研磨製程。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：響應偵測到直通矽穿孔斷裂而自動通知一操作員。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：響應偵測到直通矽穿孔斷裂而自動修改該化學機械研磨製程。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該自動修改之步驟包含響 應偵測到直通矽穿孔斷裂而減小一下壓力、降低一轉速或二者，從而自動修改該化學機械研磨製程。
  5. 一種化學機械研磨設備，包含：一平臺，該平臺配置以接收一研磨墊於該平臺的一表面上；一基板固持件，該基板固持件配置以支托一待研磨基板，其中該平臺或該基板固持件配置使該基板與該研磨墊互相接觸；一聲學感測器，在一化學機械研磨製程期間該聲學感測器設置鄰接該研磨墊或該基板；一托架，該托架耦接至該平臺或該基板固持件而用於支托該聲學感測器；及一聲學處理器，該聲學處理器電氣耦接至該聲學感測器，且配置以儲存指示直通矽穿孔斷裂事件的訊號尖峰之一標識，該標識藉由比較來自無突出直通矽穿孔殘端的一第一設定基板之研磨的一基線聲學訊號與來自具有突出直通矽穿孔殘端的一第二設定基板之研磨的一直通矽穿孔斷裂聲學訊號而產生，接收來自該聲學感測器的一或更多訊號，該一或更多訊號代表該基板之研磨期間來自該化學機械研磨製程的聲射，分析來自該聲學感測器接收的該一或更多訊號，以 基於該等聲射與記錄的直通矽穿孔斷裂事件的相關聯來偵測直通矽穿孔斷裂，及響應偵測到直通矽穿孔斷裂而自動停止該化學機械研磨製程。
  6. 如請求項5所述之化學機械研磨設備，其中該聲學處理器配置以響應偵測到直通矽穿孔斷裂而自動通知一操作員。
  7. 如請求項5所述之化學機械研磨設備，其中該聲學處理器配置以偵測直通矽穿孔斷裂且響應偵測到直通矽穿孔斷裂而自動修改該化學機械研磨製程。
  8. 如請求項7所述之化學機械研磨設備，其中該聲學處理器配置以響應偵測到直通矽穿孔斷裂而減小一下壓力、降低一轉速或二者，從而自動修改該化學機械研磨製程。
  9. 如請求項5所述之化學機械研磨設備，其中該聲學感測器包含約100-500千赫區間的一平坦頻率響應。
  10. 如請求項5所述之化學機械研磨設備，其中該聲學感測器以約40-60dB的一增益放大一聲學訊號。
  11. 如請求項5所述之化學機械研磨設備，其中該聲學感測器包含一高通濾波器，該高通濾波器具有約50-100赫茲的一 範圍。
TW103115201A 2013-05-01 2014-04-28 用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法 TWI686264B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/874,495 2013-05-01
US13/874,495 US20140329439A1 (en) 2013-05-01 2013-05-01 Apparatus and methods for acoustical monitoring and control of through-silicon-via reveal processing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201503995A TW201503995A (zh) 2015-02-01
TWI686264B true TWI686264B (zh) 2020-03-01

Family

ID=51841646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103115201A TWI686264B (zh) 2013-05-01 2014-04-28 用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140329439A1 (zh)
JP (1) JP6397896B2 (zh)
KR (1) KR102242321B1 (zh)
CN (1) CN105164794B (zh)
TW (1) TWI686264B (zh)
WO (1) WO2014179241A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9403254B2 (en) * 2011-08-17 2016-08-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods for real-time error detection in CMP processing
US10478937B2 (en) 2015-03-05 2019-11-19 Applied Materials, Inc. Acoustic emission monitoring and endpoint for chemical mechanical polishing
KR102333209B1 (ko) 2015-04-28 2021-12-01 삼성디스플레이 주식회사 기판 연마 장치
US10967483B2 (en) 2016-06-24 2021-04-06 Applied Materials, Inc. Slurry distribution device for chemical mechanical polishing
CN109689295B (zh) * 2016-09-15 2021-08-06 应用材料公司 化学机械抛光智能环
US10695907B2 (en) * 2017-09-29 2020-06-30 Intel Corporation Methods and apparatus for monitoring robot health in manufacturing environments
US11565365B2 (en) * 2017-11-13 2023-01-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for monitoring chemical mechanical polishing
CN108188931A (zh) * 2017-12-22 2018-06-22 华侨大学 双面行星磨削/研磨加工中工件破碎的在线控制系统
CN111684571A (zh) * 2018-02-05 2020-09-18 应用材料公司 用于3d打印的cmp垫的压电终点指示
TWI805709B (zh) 2018-03-13 2023-06-21 美商應用材料股份有限公司 用於化學機械拋光期間的振動的監測的設備
JP7116645B2 (ja) * 2018-09-12 2022-08-10 キオクシア株式会社 研磨装置
JP7325913B2 (ja) 2019-11-22 2023-08-15 株式会社ディスコ ウェーハ加工装置
US11289387B2 (en) * 2020-07-31 2022-03-29 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for backside via reveal processing
JP2022127882A (ja) * 2021-02-22 2022-09-01 株式会社荏原製作所 基板処理装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62292348A (ja) * 1986-06-11 1987-12-19 メセルトン・エス　ア− 工作機械の工具部の動く速さを制御する装置
US6488569B1 (en) * 1999-07-23 2002-12-03 Florida State University Method and apparatus for detecting micro-scratches in semiconductor wafers during polishing process
TW536454B (en) * 2001-02-14 2003-06-11 Taiwan Semiconductor Mfg Apparatus and method for detecting polishing endpoint of chemical-mechanical planarization/polishing of wafer
US6585562B2 (en) * 2001-05-17 2003-07-01 Nevmet Corporation Method and apparatus for polishing control with signal peak analysis
US7118457B2 (en) * 2000-05-19 2006-10-10 Applied Materials, Inc. Method of forming a polishing pad for endpoint detection
TW201029808A (en) * 2008-12-12 2010-08-16 Asahi Glass Co Ltd Grinding device, grinding method, and method of manufacturing glass sheet

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011249833A (ja) * 1995-03-28 2011-12-08 Applied Materials Inc Ｃｍｐプロセス中のインシチュウ終点検出に用いるポリッシングパッド
DE69635816T2 (de) * 1995-03-28 2006-10-12 Applied Materials, Inc., Santa Clara Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zur In-Situ-Kontrolle und Bestimmung des Endes von chemisch-mechanischen Planiervorgängen
US6910942B1 (en) * 1997-06-05 2005-06-28 The Regents Of The University Of California Semiconductor wafer chemical-mechanical planarization process monitoring and end-point detection method and apparatus
JPH11183447A (ja) * 1997-12-19 1999-07-09 Nippei Toyama Corp 被加工材の割れ発生予知方法及びこれを利用したウエハの加工方法並びに研削盤
JPH11254311A (ja) * 1998-03-09 1999-09-21 Super Silicon Kenkyusho:Kk 研磨時の薄板状ワーク破損防止方法
JPH11254304A (ja) * 1998-03-10 1999-09-21 Super Silicon Kenkyusho:Kk センサを組み込んだ定盤
JP2000306963A (ja) * 1999-04-22 2000-11-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法並びに半導体製造装置及び製造システム
JP3292243B2 (ja) * 1999-06-30 2002-06-17 日本電気株式会社 研磨終点検出装置
US6924641B1 (en) * 2000-05-19 2005-08-02 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for monitoring a metal layer during chemical mechanical polishing
US6485354B1 (en) * 2000-06-09 2002-11-26 Strasbaugh Polishing pad with built-in optical sensor
US6424137B1 (en) * 2000-09-18 2002-07-23 Stmicroelectronics, Inc. Use of acoustic spectral analysis for monitoring/control of CMP processes
US20020090889A1 (en) * 2001-01-10 2002-07-11 Crevasse Annette M. Apparatus and method of determining an endpoint during a chemical-mechanical polishing process
JP2003086551A (ja) * 2001-09-07 2003-03-20 Mitsubishi Electric Corp 半導体研磨装置、半導体研磨の終点検出方法および研磨ヘッドのドレスの終点検出方法
US6646737B2 (en) * 2001-09-24 2003-11-11 Kla-Tencor Technologies Submicron dimensional calibration standards and methods of manufacture and use
US6660539B1 (en) * 2001-11-07 2003-12-09 Advanced Micro Devices, Inc. Methods for dynamically controlling etch endpoint time, and system for accomplishing same
US6586337B2 (en) * 2001-11-09 2003-07-01 Speedfam-Ipec Corporation Method and apparatus for endpoint detection during chemical mechanical polishing
US6722946B2 (en) * 2002-01-17 2004-04-20 Nutool, Inc. Advanced chemical mechanical polishing system with smart endpoint detection
US6878039B2 (en) * 2002-01-28 2005-04-12 Speedfam-Ipec Corporation Polishing pad window for a chemical-mechanical polishing tool
US6808590B1 (en) * 2002-06-28 2004-10-26 Lam Research Corporation Method and apparatus of arrayed sensors for metrological control
US7011566B2 (en) * 2002-08-26 2006-03-14 Micron Technology, Inc. Methods and systems for conditioning planarizing pads used in planarizing substrates
US6991514B1 (en) * 2003-02-21 2006-01-31 Verity Instruments, Inc. Optical closed-loop control system for a CMP apparatus and method of manufacture thereof
US7537511B2 (en) * 2006-03-14 2009-05-26 Micron Technology, Inc. Embedded fiber acoustic sensor for CMP process endpoint
KR20090026266A (ko) * 2006-05-03 2009-03-12 에스티. 로렌스 나노테크놀로지, 인크. 폴리싱 개별 다이의 능력을 이용하여 대형 웨이퍼를 화학적기계적으로 폴리싱하기 위한 방법 및 장치
US7887392B2 (en) * 2007-06-06 2011-02-15 Novellus Systems, Inc. Platen assembly and work piece carrier head employing flexible circuit sensor
US8106651B2 (en) * 2008-04-17 2012-01-31 Novellus Systems, Inc. Methods and apparatuses for determining thickness of a conductive layer
US8043870B2 (en) * 2008-05-08 2011-10-25 Applied Materials, Inc. CMP pad thickness and profile monitoring system
DE102009015718B4 (de) * 2009-03-31 2012-03-29 Globalfoundries Dresden Module One Limited Liability Company & Co. Kg Testsystem und Verfahren zum Verringern der Schäden in Saatschichten in Metallisierungssystemen von Halbleiterbauelementen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62292348A (ja) * 1986-06-11 1987-12-19 メセルトン・エス　ア− 工作機械の工具部の動く速さを制御する装置
US6488569B1 (en) * 1999-07-23 2002-12-03 Florida State University Method and apparatus for detecting micro-scratches in semiconductor wafers during polishing process
US7118457B2 (en) * 2000-05-19 2006-10-10 Applied Materials, Inc. Method of forming a polishing pad for endpoint detection
TW536454B (en) * 2001-02-14 2003-06-11 Taiwan Semiconductor Mfg Apparatus and method for detecting polishing endpoint of chemical-mechanical planarization/polishing of wafer
US6585562B2 (en) * 2001-05-17 2003-07-01 Nevmet Corporation Method and apparatus for polishing control with signal peak analysis
TW201029808A (en) * 2008-12-12 2010-08-16 Asahi Glass Co Ltd Grinding device, grinding method, and method of manufacturing glass sheet

Also Published As

Publication number Publication date
CN105164794A (zh) 2015-12-16
TW201503995A (zh) 2015-02-01
WO2014179241A1 (en) 2014-11-06
JP6397896B2 (ja) 2018-09-26
KR20160003247A (ko) 2016-01-08
JP2016517185A (ja) 2016-06-09
KR102242321B1 (ko) 2021-04-21
CN105164794B (zh) 2019-01-11
US20140329439A1 (en) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI686264B (zh) 用於聲學監控及控制直通矽穿孔之顯露處理的設備及方法
US5245794A (en) Audio end point detector for chemical-mechanical polishing and method therefor
US20230182257A1 (en) System and method for monitoring chemical mechanical polishing
JP3949941B2 (ja) 半導体装置の製造方法および研磨装置
US20040110381A1 (en) Chemical mechanical polishing method and apparatus
JPH09155642A (ja) ポリシング制御方法および装置
JP2002160154A (ja) Ｃｍｐ処理のモニタ／制御に対する音響分光分析の使用
TW201018544A (en) Polishing method and apparatus
TW201029808A (en) Grinding device, grinding method, and method of manufacturing glass sheet
US6488569B1 (en) Method and apparatus for detecting micro-scratches in semiconductor wafers during polishing process
WO1998055264A1 (en) Semiconductor wafer cmp process monitoring and endpoint
US20200039019A1 (en) Apparatus and methods for chemical mechanical polishing
KR20060046744A (ko) 기판 처리 방법과 기판 처리 장치
JP2006093180A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20040081577A (ko) 웨이퍼 폴리싱 장치
US20160013085A1 (en) In-Situ Acoustic Monitoring of Chemical Mechanical Polishing
US6198294B1 (en) In-situ backgrind wafer thickness monitor
WO2019178194A1 (en) Monitoring of vibrations during chemical mechanical polishing
CN210255734U (zh) 化学机械抛光机台
JP2001274126A (ja) ポリッシング装置
KR20070023859A (ko) 반도체 웨이퍼 연마용 웨이퍼 캐리어 및 모니터링 장치
US20230009048A1 (en) Coupling of acoustic sensor for chemical mechanical polishing
JP2003037090A (ja) 半導体集積回路装置の製造方法
TWI837735B (zh) 用於偵測拋光中振動的渦電流監測的方法、電腦程式產品以及系統
US20220281058A1 (en) Active acoustic monitoring for chemical mechanical polishing