[实用新型]终点探测装置和化学机械研磨装置

说明书

技术领域

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

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。

请参考图1，图1为现有技术中3D晶圆的结构示意图，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L1范围是1.5μm～70μm，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。

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（I-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。

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

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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。