使用cmp形成非平面膜的方法
2023-06-11 02:52:31
使用cmp形成非平面膜的方法
【專利摘要】一種成形基板的方法在一個實施例中包括：提供第一支撐層；在第一支撐層上提供第一成形圖案；在第一成形圖案上提供基板；在定位於第一成形圖案上的基板上實施第一化學機械拋光（CMP）過程；和將已經被拋光的基板從第一成形圖案上移除。
【專利說明】使用CMP形成非平面膜的方法
[0001]本申請要求2011年4月14日提交的美國臨時申請N0.61/475,422的優先權。
【技術領域】
[0002]本發明涉及基板，例如用於形成微機電系統(MEMS)裝置、微尺度光學裝置或半導體裝置的基板。
【背景技術】
[0003]半導體基板被用於多種多樣的用途。一個這樣的用途是用於形成微機電系統(MEMS)裝置。隨著MEMS裝置的物理結構的增加的複雜性的需要增加，已經發展了多種不同的成形過程。三種主要類別的成形過程是矽的體微加工、表面微加工和深反應離子蝕刻(DRIE)。這些過程中的每種均具有獨特的優點和功能。例如，DRIE過程提供了有助於使裝置的基底面最小化的很陡的側壁。
[0004]通常，用於成形基板的過程允許在基板的平面中限定出高度複雜的形狀。例如，可通過比如光刻過程在基板表面上限定出圓形、方形和直線，然後可使用蝕刻過程來移除未被光刻層覆蓋的材料。然而，基板在截面平面中的形狀受特殊的材料移除過程約束。因此，DRIE提供了基本上豎直的側壁，而化學機械拋光(CMP)提供了基本上水平的表面。
[0005]然而，截面平面中的彎曲形狀確定性低。例如，蝕刻可被用於形成彎曲形狀。然而，蝕刻過程的控制是困難的。因此，使用蝕刻過程形成的彎曲側壁的精確位置和形狀是成問題的。
[0006]因此，需要一種在基板的截面平面中提供彎曲形狀的方法。還需要一種可用於在截面平面中提供精確定位的和尺寸精確的彎曲形狀的方法。
【發明內容】
[0007]一種成形基板的方法在一個實施例中包括:提供第一支撐層；在第一支撐層上提供第一成形圖案；在第一成形圖案上提供基板；在定位於第一成形圖案上的基板上實施第一化學機械拋光(CMP)過程；和將已經被拋光的基板從第一成形圖案上移除。
[0008]在另一實施例中，一種成形基板的方法包括:在第一支撐層上提供第一成形圖案；將基板定位在第一成形圖案上；在定位於第一成形圖案上的基板上實施第一化學機械拋光(CMP)過程；在基板的上表面上的第一位置處由於第一成形圖案產生第一壓力；在基板的上表面上的第二位置處由於第一成形圖案產生第二壓力，其中，所述第一壓力大於所述第二壓力；與第二位置相比，將增加量的材料從第一位置移除；和將已經被拋光的基板從第一成形圖案上移除。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1示出了在其一側上形成了凸面的基板的側剖面圖；
[0010]圖2示出了圖1的基板的頂平面圖，其中，示出了由平坦的區域圍繞的凸面；[0011]圖3示出了可被實施以便在基板上成形凸面或凹面的過程的流程圖；
[0012]圖4示出了根據圖3的過程提供的支撐層的側剖面圖；
[0013]圖5示出了圖4的基板上的成形圖案的頂平面圖，在所述成形圖案中包括兩個凹A (negative)結構特徵；
[0014]圖6示出了定位在成形圖案上的基板的和圖5的支撐層的側剖面圖；
[0015]圖7示出了定位於圖6的基板上方的拋光墊；
[0016]圖8示出了圖7的基板的局部側剖視圖，所述基板通過圖7的拋光墊偏斜，以便在圖7的基板中提供材料移除減少的區域；
[0017]圖9示出了已經使用CMP在基板上提供了兩個凸面後的圖7的基板；
[0018]圖10和圖11示出了可使用圖3的過程在基板上形成的各種凹面和凸面；
[0019]圖12示出了支撐層上的整體形成的成形圖案，包括可用於在基板中形成凹面和凸面的各種凸出(positive)和凹入結構特徵；以及
[0020]圖13示出了圖12的支撐層的截面平面圖。
【具體實施方式】
[0021]為了促進對本發明的原理的理解，現在將參考附圖中示出的和以下書面說明中所述的實施例。應當理解，不意圖藉此限制本發明的範圍。還應當理解，本發明包括對所描述的實施例的任何改變和改進，且包括本發明所屬領域的技術人員通常能想到的本發明的原理的另外的應用。
[0022]圖1和圖2示出了在該實施例中由矽材料構成的基板100。基板100包括:通常平坦的下表面102 ;和上表面104，其包括圍繞較厚的部分108定位的平坦的表面部分106。所述較厚的部分108限定出從剖面圖來看是連續彎曲的輪廓(見圖1)，所述輪廓具有居中地定位的頂端112。
[0023]所述較厚的部分108通過圖3中所示的過程130形成。過程130從提供支撐層(框132)開始。在一個實施例中，所述支撐層是平坦的表面。然後，將成形圖案定位在支撐層上(框134)。如以下更充分地描述，成形圖案(所述成形圖案可以是使用任何期望的過程(例如光刻)沉積到支撐層上的成形層)以成型層材料的至少一個區域比鄰近區域更厚為特徵。然後，將待成形的基板放置在成形層中所限定的成形圖案上(框136)。
[0024]然後，使組合起來的基板、成形層和支撐層經歷化學機械拋光(CMP)過程(框138)。在CMP過程中，支撐層的下表面完全地由CMP裝置支撐，同時通過CMP裝置的拋光墊將壓力施加到基板的上表面上。因此，基板的正好在成形層的較厚的材料(凸出結構特徵)與CMP拋光墊之間的位置處的上表面經歷增加的壓力，而基板的正好在成形層的較薄的部分(凹入結構特徵)之間的位置處的上表面經歷較小的壓力。因此，隨著CMP的進行，較多的材料從基板的正好位於凸出結構特徵上方的上表面移除，且較少量的材料從基板的正好位於凹入結構特徵上方的上表面移除。
[0025]一旦從基板的上表面上移除了期望量的材料，就終止CMP (框140)，並將基板清潔和從成形圖案移除。由於更多的基板被從正好位於凸出結構特徵上方的位置移除，因此基板的這些部分與基板的在成形層的凹入結構特徵上方的部分相比更薄。因此，基板的較厚的部分、例如較厚的部分108可通過CMP拋光來獲得。在某些實施例中，基板可保持在成形圖案上，從而使所限定出的隔室能夠定位在基板的較薄部分下方。
[0026]圖4-8示出了根據圖3的過程130成形的基板。圖4中，提供了支撐層150 (框132)。然後，如圖5所示，將成形層152沉積到支撐層上(框134)。成形層152的圖案限定出兩個圓154、156，支撐層150通過所述兩個圓154、156是可見的。因此，圓154、156是成形層152的凹入結構特徵，而成形層152其餘部分是凸出結構特徵。
[0027]因此，「凸出結構特徵」是成形層152的這樣的部分:在截面中觀看時，與成形圖案152的鄰近區域相比，該部分的厚度在Z-平面中(如圖6所示)更厚。「凹入結構特徵」是成形層152的這樣的部分:在截面中觀看時，與成形圖案152的鄰近區域相比，該部分的厚度在Z-平面中(如圖6所示)更薄。因此，凹入結構特徵可以是成形層152的缺少材料的區域或僅僅比鄰近區域更薄的區域。如果需要，圖案可在單個成形層內包括多種厚度，以便在CMP之後提供多種基板厚度。因此，相對於一鄰近區域「凸出」的結構特徵可能相對於另一鄰近區域是「凹入」的。
[0028]雖然在圖4-8的實施例中成形層152與支撐層分離地設置，但是在某些實施例中，成形圖案可固有地與支撐層一起形成。例如，基板可被蝕刻，以便形成具有整體圖案的支撐層。
[0029]繼續看圖6，一旦將成形層152設置在支撐層150上，基板158就被定位在成形層152上(框136)。然後，使用CMP裝置來拋光基板158的上側160(框138)。因此，如圖7所示，使用拋光墊164將拋光液162按壓到上側160上。在替代性的實施例中，可省略拋光液162。
[0030]如圖8所示，在拋光墊164施加壓力時，基板158的未被支撐的區域(即，正好在成形層152的凹入結構特徵上方的部分)移動遠離拋光墊164，同時基板158的正好在成形層152的凸出結構特徵上方的部分不能移動遠離墊164。因此，隨著CMP過程的繼續進行，在基板158的正好在凸出結構特徵上方的部分處從基板158移除了較多的材料，而在基板158的未被支撐的區域中從基板158移除了較少的材料。
[0031]基板158的彎曲的量將取決於多個設計參數。這樣的參數包括:用於形成基板158的材料的類型、基板的厚度、過程的溫度、通過墊施加的壓力等。這些參數可基於基板的期望的最後形狀來選擇。
[0032]一旦完成了期望量的CMP，就終止CMP(框140)，從而形成如圖9所示的基板構型。如圖9所示，基板158在平坦的部分166中沿著Z-軸的厚度小於CMP之前的基板158的厚度。如圖9所示，基板158在較厚的區域168中沿著Z-軸的厚度也小於CMP之前的基板158的厚度。然而，由於在基板158的未被支撐的區域中從基板158移除了較少的材料，因此位於與成形層152中的凹入結構特徵對應的位置處的較厚的區域168沿著Z-軸的最大厚度大於平坦的部分166的最大厚度。
[0033]通過凸出結構特徵154和凹入結構特徵156的形狀和厚度的修改，可在基板上形成多個不同形狀的區域。附加地，基板的兩側均可被拋光，以便形成多個附加的形狀。例如，圖10示出了包括凹面182、184和186的基板180。基板180還包括凸面188、190和192。
[0034]凹面182、184和凸面188可在實施於基板180的上側194上的CMP過程中形成，而凹面186和凸面190、192可在實施於基板180的下側196上的第二 CMP過程中形成。為了獲得在上表面194和下表面196上都成形的基板180，在單個成形圖案上簡單地倒轉基板180通常是不夠的。例如，凹面182由於成形層上的凸出結構特徵在凹面182所形成的位置處產生了增加的壓力而獲得。如果將基板倒轉並將凹面182與同一凸出結構特徵對齊，該凸出結構特徵就將「適配」在凹面182內，且不會產生用於形成凹面182的同樣的增加的壓力。因此，需要更大的凸出結構特徵來獲得為了獲得凹面186所需的增加的壓力。
[0035]與簡單地使基板的一側成形相比，使基板的兩側都成形的能力雖然更複雜，但是卻能夠實現多種構型。如圖10所示，兩個凹面182和186對齊，兩個凸面188和190對齊，且凹面184與凸面192對齊。還可獲得附加的構型。如圖11所示，基板200包括從凸面204偏移的凹面202。基板200還包括與凸面208對齊的凹面206。然而，凸面208的半徑大於凹面206的半徑。因此，基板的相反側可成形為與互補的凸面成對的、或與互補的凹面成對的凹面。相反側上的凹面和/或凸面可具有相同的或不同的直徑。凹面/凸面中的一個或多個可不同地成形、例如被拉長。
[0036]在一些實施例中對齊的、而在其他實施例中偏移的凹面和凸面(包括圖10-11中示出的那些)可以以多種方式形成。例如，圖12-13示出了具有整體形成的成形圖案的支承基板220，所述整體形成的成形圖案包括:圓柱形凸起222、232 ;矩形空腔224、230 ;和圓柱形空腔226、228。與圖12中所示的相比，支承基板220中的凸出和凹入結構特徵通常具有更大的間隔。
[0037]支承基板220中的各種凸出和凹入結構特徵的形狀和構型將提供不同的成形能力。與圓柱形凸起232相比，圓柱形凸起222的增加的高度將產生較深的凹面。圓柱形空腔226和228的不同的寬度將產生不同半徑的凸面。淺的圓柱形空腔228將限制基板的偏斜，從而產生更平緩的凸面。矩形空腔224和230將產生加長的凸面。這些和其他形狀可根據期望的形狀來使用。
[0038]附加地，可使用圖3的過程來圖案化基板，然後，所述基板可為隨後的基板充當成形層。例如，圓柱、例如圖13的圓柱222可被圖案化並用於在基板中形成凹面。然後，可使用該凹面作為成形層中的凹入結構特徵來形成凸面。因此，在截面平面中彎曲的側壁可作為最終構型、或者作為成形層中的凹入或凸出結構特徵來獲得。
[0039]雖然在附圖中和前述描述中詳細地示出和描述了本發明，所述附圖和描述應當被認為是描述性的且不限於字面意思。應當理解，僅介紹了優選的實施例，且落入本發明的精神內的所有改變、改進和其他應用也期望被保護。
【權利要求】
1.一種成形基板的方法，包括: 提供第一支撐層； 在第一支撐層上提供第一成形圖案； 在第一成形圖案上提供基板； 在定位於第一成形圖案上的基板上實施第一化學機械拋光(CMP)過程；和 將已經被拋光的基板從第一成形圖案上移除。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述基板包括矽基基板。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述成形圖案包括至少一個空缺區域。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括: 提供第二支撐層； 在第二支撐層上提供第二成形圖案； 將已被拋光的基板定位在第二成形圖案上； 在定位於第二成形圖案上的已被拋光的基板上實施第二 CMP過程；和 將已被拋光兩次的基板從第二成形圖案上移除。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於: 所述基板的第一表面在第一 CMP過程中被拋光；和 所述基板的第二表面在第二 CMP過程中被拋光。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於: 在所述基板上實施第一 CMP過程包括將增加量的基板材料從第一基板部分上移除； 將已被拋光的基板定位在第二成形圖案上包括 將第一基板部分與第二成形圖案的凸出結構特徵對齊，和 將第一基板部分定位在所述凸出結構特徵上；和 在所述基板上實施第二 CMP過程包括將增加量的基板材料從第二基板部分上移除，所述第二基板部分位於所述基板的與第一基板部分正相反的部分上。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第一凸出結構特徵；和 至少一個第一凹入結構特徵。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凸出結構特徵，所述至少一個第一凸出結構特徵的形狀與所述至少一個第二凸出結構特徵的形狀不同。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凸出結構特徵，所述至少一個第一凸出結構特徵的厚度與所述至少一個第二凸出結構特徵的厚度不同。
10.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凹入結構特徵，所述至少一個第一凹入結構特徵的形狀與所述至少一個第二凹入結構特徵的形狀不同。
11.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凹入結構特徵，所述至少一個第一凹入結構特徵的厚度與所述至少一個第二凹入結構特徵的厚度不同。
12.—種成形基板的方法，包括: 在第一支撐層上提供第一成形圖案； 將基板定位在第一成形圖案上； 在定位於第一成形圖案上的基板上實施第一化學機械拋光(CMP)過程； 在基板的上表面上的第一位置處由於第一成形圖案產生第一壓力； 在基板的上表面上的第二位置處由於第一成形圖案產生第二壓力，其中，所述第一壓力大於所述第二壓力； 與第二位置相比，將增加量的材料從第一位置移除；和 將已被拋光的基板從第一成形圖案移除。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述基板包括矽基基板。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第一凸出結構特徵；和 至少一個第一凹入結構特徵。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凸出結構特徵，所述至少一個第一凸出結構特徵的形狀與所述至少一個第二凸出結構特徵的形狀不同。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凸出結構特徵，所述至少一個第一凸出結構特徵的厚度與所述至少一個第二凸出結構特徵的厚度不同。
17.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凹入結構特徵，所述至少一個第一凹入結構特徵的形狀與所述至少一個第二凹入結構特徵的形狀不同。
18.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述第一成形圖案包括: 至少一個第二凹入結構特徵，所述至少一個第一凹入結構特徵的厚度與所述至少一個第二凹入結構特徵的厚度不同。
【文檔編號】B81C1/00GK103596876SQ201280028056
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月13日 優先權日:2011年4月14日
【發明者】A·B·格雷厄姆, G·亞馬, G·奧布萊恩 申請人:羅伯特·博世有限公司