终点探测装置和化学机械研磨装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了终点探测装置和化学机械研磨装置，用于探测3D晶圆的保留厚度，终点探测装置包括光源发射器、分光仪和位于光源发射器和分光仪之间的棱镜组；由光源发射器发射出红外线，经由棱镜组到达3D晶圆的表面，3D晶圆表面和内部反射出的红外线再经由棱镜组到达分光仪上，并通过分析分光仪上的光线能够实时得出3D晶圆的保留厚度；所述化学机械研磨装置包括内部设有终点探测装置的研磨盘、研磨垫和晶圆承载装置，晶圆承载装置位于研磨垫上表面，将终点探测装置嵌入至机械研磨装置的研磨盘中，能够由终点探测装置实时监测出3D晶圆的保留厚度，能够提高控制精准度，降低重新研磨的频率。
【专利说明】终点探测装置和化学机械研磨装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种终点探测装置和化学机械研磨装置。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，更符合小型化、高效能等特点的3D晶圆越来越受到青睐，广泛的被业界采用。
[0003]请参考图1，图1为现有技术中3D晶圆的结构不意图，包括载片晶圆10和器件晶圆20，其中，所述器件晶圆20形成有半导体器件，所述半导体器件形成在一衬底上，所述载片晶圆10的材质为硅，其用于承载所述器件晶圆20，具体地，将所述器件晶圆20形成有半导体器件的一面与所述载片晶圆10进行贴合连接，将所述器件晶圆20设有衬底的一面暴露出，然后对所述器件晶圆20暴露出衬底的一面进行化学机械研磨，即将其打薄处理，通常保留的衬底的厚度LI范围是1.5 μ m?70 μ m，这样便于后续对保留的衬底进行刻蚀形成通孔，再形成连接线与所述半导体器件进行连接等工艺。
[0004]由于保留的衬底的厚度较薄，增加了化学机械研磨工艺的难度，化学机械研磨无法精确控制研磨后保留的衬底的厚度是否符合要求，现有技术中，通常会在化学机械研磨工艺中采用终点探测控制方式来判断研磨程度是否符合要求。终点探测控制方式通常包括:1、光学终点探测方式(Optical Endpoint Control),采用可见光和反射光的光程差来判别研磨终点；2、电机转矩(Motor torque Endpoint Control),利用不同材料转矩的不同来判别研磨终点；3、电流检测终点探测方式(1-scan Endpoint Control),采用检测待研磨材料上的电流值的方法来判别研磨终点。然而，衬底的材质通常为不透可见光的材质，因此可见光的终点探测方式在此无法适用，在此需要研磨的材质为单一材质，因此无法利用不同材料转矩的不同来判别研磨终点，而且所述衬底一般为半导体材料，正常情况下不导电，因此，也无法采用电流检测终点探测方式来判别研磨终点。
[0005]有鉴于此，现有技术中在对3D晶圆进行化学机械研磨之前，先测量所述器件晶圆20的初始厚度，然后先初步进行化学机械研磨，再测量所述3D晶圆的厚度，并计算出研磨速率，依次对化学机械研磨进行修改，再对所述3D晶圆进行最终研磨，若最终研磨后得到的厚度依旧不符合要求，就需要对其进行重新研磨。可见，现有技术中的方法耗时耗力，十分繁琐，并且重新研磨的频率相当高。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种终点探测装置和化学机械研磨装置，能够快速实时的检测出研磨保留的厚度，降低重新研磨的频率。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提出了一种终点探测装置，用于探测3D晶圆的保留厚度，所述终点探测装置包括:
[0008]光源发射器、棱镜组和分光仪，所述棱镜组位于所述光源发射器和分光仪之间，所述光源发射器、棱镜组和分光仪均位于所述3D晶圆的一侧，使所述光源发射器发射出的光线透过所述棱镜组到达所述3D晶圆的表面，并使所述3D晶圆的表面反射以及内部反射出的光线透过所述棱镜组到达所述分光仪。
[0009]进一步的，在所述的终点探测装置中，所述棱镜组包括一反射棱镜、透射棱镜以及聚光镜，所述反射棱镜、透射棱镜和聚光镜由远及近的排列在所述3D晶圆的一侧。
[0010]进一步的，在所述的终点探测装置中，所述光源发射器与所述反射棱镜位于同一水平高度。
[0011]进一步的，在所述的终点探测装置中，所述分光仪与所述透射棱镜位于同一水平高度。
[0012]进一步的，本实用新型还提出了一种化学机械研磨装置，采用上文中任意一种终点探测装置，所述化学机械研磨装置包括:
[0013]研磨盘、研磨垫、晶圆承载装置和终点探测装置，其中，所述终点探测装置位于所述研磨盘内部，所述研磨垫贴在所述研磨盘的表面，所述晶圆承载装置位于所述研磨垫上表面。
[0014]进一步的，在所述的机械研磨装置中，所述研磨盘设有一凹槽，所述凹槽设有一透光孔，所述终点探测装置嵌入所述凹槽之中，所述棱镜组与透光孔处于同一垂直线上。
[0015]进一步的，在所述的机械研磨装置中，所述凹槽为长条形，一边宽范围是30mm?200mm,另一边宽范围是70mm?200mm,长范围是200mm?350mm。
[0016]进一步的，在所述的机械研磨装置中，所述晶圆承载装置包括承载手臂、定位环和隔膜，所述定位环固定在所述承载手臂上，并位于靠近所述研磨垫的一面，所述隔膜固定于所述定位环上。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在:由光源发射器发射出红外线，经由棱镜组到达3D晶圆的表面，3D晶圆表面和内部反射出的红外线再经由棱镜组到达分光仪上，并通过分析分光仪上的光线能够实时得出3D晶圆的保留厚度。
[0018]进一步的，将所述终点探测装置嵌入至所述机械研磨装置的研磨盘中，能够由所述终点探测装置实时监测出3D晶圆的保留厚度，能够提高控制精准度，降低重新研磨的频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为现有技术中3D晶圆的结构不意图；
[0020]图2为本实用新型一实施例中终点探测装置的结构示意图；
[0021]图3为本实用新型一实施例中检测3D衬底厚度时光线的反射示意图；
[0022]图4为本实用新型一实施例中机械研磨装置的结构示意图；
[0023]图5为本实用新型一实施例中机械研磨装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合示意图对本实用新型的终点探测装置和化学机械研磨装置进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
[0025]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本实用新型由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0026]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0027]请参考图2，在本实施例中，提出了一种终点探测装置100，用于探测3D晶圆200的保留厚度，所述终点探测装置100包括:
[0028]光源发射器110、棱镜组和分光仪150，所述棱镜组位于所述光源发射器110和分光仪150之间,所述光源发射器110、棱镜组和分光仪150均位于所述3D晶圆200的一侧，使所述光源发射器110发射出的具有一定频谱范围(900nm?2500nm)的红外线(如图中箭头所示)透过所述棱镜组到达所述3D晶圆200的表面，并使所述3D晶圆200的表面以及内部反射出的红外线透过所述棱镜组到达所述分光仪150。
[0029]在本实施例中，所述棱镜组包括一反射棱镜120、透射棱镜130以及聚光镜140，所述反射棱镜120、透射棱镜130和聚光镜140由远及近的排列在所述3D晶圆140的一侧，所述反射棱镜120、透射棱镜130和聚光镜140位于同一垂直线上,其中，所述光源发射器110与所述反射棱镜120位于同一水平高度，所述分光仪150与所述透射棱镜130位于同一水平高度，保证所述光源发射器110发出的红外线能够照射在所述反射棱镜120上，所述反射棱镜120将所述红外线反射至所述透射棱镜130上，所述红外线透过所述透射棱镜130到达所述聚光镜140上，并由所述聚光镜140将所述红外线聚集起来照射在所述3D晶圆200上，接着，所述3D晶圆将反射的所述红外线再经由所述聚光镜140和透射棱镜130照射在所述分光仪150上。
[0030]具体的，请参考图3，3D晶圆包括有载片晶圆和器件晶圆，其中所述器件晶圆包括衬底210、氧化层220以及其他层(其他层也参与光的二次反射，但是信号差，计算所述衬底210厚度的过程中会滤掉这些反射光的影响，为了简化附图，图3并未示意出其他层)。其中，衬底210的材质为硅或者锗等材质，红外线照射至所述衬底210上时，一部分红外线由所述衬底210的表面直接反射至所述终点探测装置100的分光仪150上，另一部分红外线则会穿透所述衬底210，被所述氧化层220全部反射回所述终点探测装置100的分光仪150上，由两种反射回的红外线的光程差可以得出所述衬底210的厚度。
[0031 ] 请参考图4，在本实施例中，还提出了 一种化学机械研磨装置，采用上文所述的任意一种终点探测装置，所述化学机械研磨装置包括:
[0032]研磨盘300、研磨垫310、晶圆承载装置和终点探测装置100，其中，所述终点探测装置100位于所述研磨盘300的内部,所述研磨垫310贴在所述研磨盘300的表面,所述晶圆承载装置位于所述研磨垫310的上表面。
[0033]在本实施例中，所述晶圆承载装置包括承载手臂400、定位环410和隔膜420，所述定位环410固定在所述承载手臂400上，并位于靠近所述研磨垫310的一面，所述隔膜420固定于所述定位环410上，所述3D晶圆200设置在所述定位环410的环内，所述隔膜420紧贴所述3D晶圆200上，用于提供一定的压力。
[0034]请参考图5，在本实施例中，所述研磨盘300设有一凹槽320，所述凹槽320设有一透光孔330，所述终点探测装置100嵌入所述凹槽320之中，所述棱镜组与透光孔330处于同一垂直线上，便于所述红外线透过所述透光孔330照射至所述3D晶圆200上，所述凹槽320为长条形，一边宽Wl范围是30mm?200mm，例如是40mm，另一边宽W2范围是70mm?200mm,例如是80mm,长L范围是200mm?350mm,例如是240mm。
[0035]在所述机械研磨装置中，所述终点探测装置100的工作原理与上文一致，具体请参考上文记载，在此不再赘述，由于添加了所述终点探测装置100，在所述3D晶圆200进行化学机械研磨过程中，能够实现实时监测所述3D晶圆200的保留厚度，即保留的衬底210的厚度，便于更加精准的进行化学机械研磨工艺。
[0036]综上，在本实用新型实施例提供的终点探测装置和化学机械研磨装置中，由光源发射器发射出红外线，经由棱镜组到达3D晶圆的表面，3D晶圆表面和内部反射出的红外线再经由棱镜组到达分光仪上，并通过分析分光仪上的光线能够实时得出3D晶圆的保留厚度；进一步的，将所述终点探测装置嵌入至所述机械研磨装置的研磨盘中，能够由所述终点探测装置实时监测出3D晶圆的保留厚度，能够提高控制精准度，降低重新研磨的频率。
[0037]上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种终点探测装置，用于探测3D晶圆的保留厚度，其特征在于，所述终点探测装置包括: 光源发射器、棱镜组和分光仪，所述棱镜组位于所述光源发射器和分光仪之间，所述光源发射器、棱镜组和分光仪均位于所述3D晶圆的一侧，使所述光源发射器发射出的光线透过所述棱镜组到达所述3D晶圆的表面，并使所述3D晶圆的表面反射以及内部反射出的光线透过所述棱镜组到达所述分光仪。
2.如权利要求1所述的终点探测装置，其特征在于，所述棱镜组包括一反射棱镜、透射棱镜以及聚光镜，所述反射棱镜、透射棱镜和聚光镜由远及近的排列在所述3D晶圆的一侧。
3.如权利要求2所述的终点探测装置，其特征在于，所述光源发射器与所述反射棱镜位于同一水平高度。
4.如权利要求3所述的终点探测装置，其特征在于，所述分光仪与所述透射棱镜位于同一水平高度。
5.一种化学机械研磨装置，采用如权利要求1至4中任意一种终点探测装置，其特征在于，所述化学机械研磨装置包括: 研磨盘、研磨垫、晶圆承载装置和终点探测装置，其中，所述终点探测装置位于所述研磨盘内部，所述研磨垫贴在所述研磨盘的表面，所述晶圆承载装置位于所述研磨垫上表面。
6.如权利要求5所述的机械研磨装置，其特征在于，所述研磨盘设有一凹槽，所述凹槽设有一透光孔，所述终点探测装置嵌入所述凹槽之中，所述棱镜组与透光孔处于同一垂直线上。
7.如权利要求6所述的机械研磨装置，其特征在于，所述凹槽为长条形，一边宽范围是30mm?200mm,另一边宽范围是70mm?200mm,长范围是200mm?350mm。
8.如权利要求5所述的机械研磨装置，其特征在于，所述晶圆承载装置包括承载手臂、定位环和隔膜，所述定位环固定在所述承载手臂上，并位于靠近所述研磨垫的一面，所述隔膜固定于所述定位环上。
【文档编号】B24B49/12GK203650250SQ201320805342
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】王贤超, 奚民伟, 王冲 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司