本發(fā)明的實施例一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及襯底計量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多維集成芯片是具有彼此垂直堆疊并且電互連的多個襯底或管芯的集成電路。通過電互連堆疊的襯底或管芯，多維集成芯片用作單個器件，與傳統(tǒng)的集成芯片相比，這種結(jié)構(gòu)提供了提高的性能、降低的功耗以及減小的占位面積。因此，多維集成芯片提供了不斷滿足下一代集成電路的性能/成本要求的途徑而不需要進一步的光刻縮放。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種執(zhí)行襯底計量的方法，包括：測量半導(dǎo)體襯底的一個或多個襯底翹曲參數(shù)；基于所述一個或多個襯底翹曲參數(shù)來計算襯底計量模塊的參數(shù)；以及通過根據(jù)所述參數(shù)操作所述襯底計量模塊來測量所述半導(dǎo)體襯底上的凸塊的高度和寬度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種執(zhí)行凸塊計量的方法，包括：在半導(dǎo)體襯底的表面上方的多個不同位置處測量半導(dǎo)體襯底的多個位置；通過預(yù)定補償值與所述多個位置之和來計算凸塊計量模塊的物鏡的多個初始焦點高度；將所述凸塊計量模塊的物鏡放置在所述多個初始焦點高度之一處；以及使用所述凸塊計量模塊在與所述多個初始焦點高度之一相對應(yīng)的位置處測量所述半導(dǎo)體襯底上的一個或多個導(dǎo)電凸塊的高度和關(guān)鍵尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種襯底計量系統(tǒng)，包括：襯底翹曲測量模塊，被配置為測量半導(dǎo)體襯底的一個或多個襯底翹曲參數(shù)；凸塊計 量模塊，包括被配置為測量所述半導(dǎo)體襯底上的導(dǎo)電凸塊的高度和關(guān)鍵尺寸的光學(xué)組件；前饋路徑，從所述襯底翹曲測量模塊延伸至所述凸塊計量模塊；以及先進的工藝控制(APC)元件，設(shè)置在所述前饋路徑內(nèi)并且被配置為計算所述光學(xué)組件內(nèi)的物鏡的初始焦點高度。

附圖說明

當結(jié)合附圖進行閱讀時，根據(jù)下面詳細的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。應(yīng)該強調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各種部件沒有被按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。

圖1示出了使用用于襯底計量的先進的工藝控制(APC)的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的一些實施例的框圖。

圖2示出了使用自動化工藝控制執(zhí)行襯底計量的方法的一些實施例的流程圖。

圖3示出了包括襯底翹曲測量模塊和白光干涉儀模塊的襯底計量系統(tǒng)的一些實施例的框圖。

圖4示出了包括襯底翹曲測量模塊和白光干涉儀模塊的襯底計量系統(tǒng)的一些可選實施例的框圖。

圖5示出了翹曲的襯底的截面圖的一些實施例，以示出一個或多個襯底翹曲參數(shù)和凸塊計量參數(shù)的實例。

圖6示出了顯示出根據(jù)一個或多個襯底翹曲參數(shù)計算初始焦點高度的示圖的一些實施例。

圖7示出了執(zhí)行使用先進的工藝控制(APC)的凸塊計量的方法的一些實施例的流程圖。

圖8至圖14示出了襯底的截面圖的一些實施例，以示出使用先進的工藝控制(APC)執(zhí)行凸塊計量的方法。

具體實施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多不同實施例或?qū)嵗?，用于實現(xiàn)所提供主題的 不同特征。以下將描述組件和布置的特定實例以簡化本發(fā)明。當然，這些僅是實例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發(fā)明可以在多個實例中重復(fù)參考標號和/或字符。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空間關(guān)系術(shù)語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語意欲包括使用或操作過程中的器件的不同的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。

通過將多個集成芯片管芯彼此堆疊來制造三維集成芯片(3DIC)。使用襯底貫通孔(TSV)來電互連堆疊的集成芯片管芯，該襯底貫通孔垂直延伸穿過集成芯片管芯到達設(shè)置在垂直相鄰的集成芯片管芯之間的導(dǎo)電凸塊。通過垂直互連集成芯片管芯，堆疊的集成芯片管芯表現(xiàn)為單個集成芯片器件。為了確保堆疊的集成芯片管芯之間的良好的電連接，通常在堆疊集成芯片管芯之前，執(zhí)行凸塊計量來確定導(dǎo)電凸塊的特征。例如，如果導(dǎo)電凸塊具有太小的高度，或太大的關(guān)鍵尺寸(CD)，那么導(dǎo)電凸塊將不能在相鄰的集成芯片管芯的TSV之間形成良好的電接觸。

通常使用與用于監(jiān)控制造工藝的統(tǒng)計工藝控制相結(jié)合的固定的工藝方法來執(zhí)行凸塊計量。然而，3DIC通常使用包括減薄的襯底具有相對較大的翹曲(即，由于襯底具有更小的厚度-直徑比率，所以該襯底從平面形貌結(jié)構(gòu)彎曲)的集成芯片管芯。增大的晶圓翹曲和減小的部件尺寸使導(dǎo)電凸塊的測量變得復(fù)雜。例如，襯底的翹曲可以導(dǎo)致凸塊計量模塊所使用的透鏡需要花費更長的時間來聚焦于襯底上。在襯底翹曲的極端情形中，透鏡甚至可能會與翹曲的襯底相撞，從而導(dǎo)致對襯底的物理損害。

因此，本發(fā)明涉及依賴于先進的工藝控制(APC)的凸塊計量的方法， 以向凸塊計量模塊提供描述襯底的翹曲的襯底翹曲參數(shù)，從而改善凸塊計量模塊的聚焦。在一些實施例中，方法包括測量半導(dǎo)體襯底的一個或多個襯底翹曲參數(shù)?；跍y量的襯底翹曲參數(shù)來計算凸塊計量模塊的透鏡的初始焦點高度。然后將凸塊計量模塊的透鏡放置在初始焦點高度處，并且隨后使用透鏡來測量半導(dǎo)體襯底上的多個凸塊的高度和寬度。通過向凸塊計量模塊提供襯底翹曲參數(shù)，凸塊計量模塊可以使用實時工藝控制，以計算襯底翹曲(如，基于襯底翹曲參數(shù)來自動確定用于不同襯底的最優(yōu)初始焦點高度)，從而提高產(chǎn)量和收益。

圖1示出了使用用于襯底計量的先進的工藝控制(APC)的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100的一些實施例的框圖。

半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100包括襯底翹曲測量模塊102和襯底計量模塊104。將襯底翹曲測量模塊102配置為測量描述半導(dǎo)體襯底106的翹曲或彎曲(即，半導(dǎo)體襯底106距離平面形貌結(jié)構(gòu)的偏差)的一個或多個襯底翹曲參數(shù)。例如，一個或多個襯底翹曲參數(shù)可以包括在沿著半導(dǎo)體襯底106的不同的位置處與半導(dǎo)體襯底106相關(guān)的高度信息(如，縱向位置)。將襯底計量模塊104配置為測量半導(dǎo)體襯底106上的突出物(如，凸塊)的高度和/或關(guān)鍵尺寸。

通過前饋路徑107的方式連接襯底翹曲測量模塊102與襯底計量模塊104。將前饋路徑107配置為：基于一個或多個襯底翹曲參數(shù)，向襯底計量模塊104提供與半導(dǎo)體襯底106的翹曲相關(guān)的信息。將襯底計量模塊104配置為使用該信息來調(diào)節(jié)其操作。在一些實施例中，APC控制單元108布置在前饋路徑107內(nèi)。將APC控制單元108配置為從襯底翹曲測量模塊102接收包括一個或多個襯底翹曲參數(shù)的信號S_warp。將APC控制單元108配置為：基于測量的襯底翹曲參數(shù)，生成調(diào)節(jié)信號S_adj，襯底計量模塊104可以使用該調(diào)節(jié)信號來調(diào)節(jié)其操作。在一些實施例中，APC控制單元108可以基于一個或多個襯底翹曲參數(shù)來計算襯底計量模塊104的參數(shù)，并且根據(jù)計算的參數(shù)生成調(diào)節(jié)信號S_adj。

在一些實施例中，襯底計量模塊104可以包括設(shè)置在光學(xué)組件(optical train)內(nèi)的一個或多個透鏡和/或平面鏡，將該光學(xué)組件配置為測量半導(dǎo)體 襯底106上的突出物的一個或多個方面(如，高度、寬度、關(guān)鍵尺寸)。在這種實施例中，APC控制單元108可以包括焦距計算元件110。根據(jù)襯底翹曲參數(shù)，將焦距計算元件110配置為確定初始焦點高度。將初始焦點高度發(fā)送至襯底計量模塊104，從而可以調(diào)節(jié)設(shè)置在光學(xué)組件內(nèi)的一個或多個透鏡和/或平面鏡的位置。通過使用來自襯底翹曲測量模塊102的信息來調(diào)節(jié)襯底計量模塊104的操作，可以提高襯底計量模塊104的效率，并且因此可以提高半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100的產(chǎn)量。

圖2示出了使用自動化工藝控制執(zhí)行襯底計量的方法200的一些實施例的流程圖。

盡管本文將所公開的方法(如，方法200和700)示出并描述為一系列的步驟或事件，但是應(yīng)該意識到，所示出的這樣的步驟或事件的順序不應(yīng)該被理解為限制的意思。例如，一些步驟可以以不同順序發(fā)生和/或與除了本文所示和/或所述步驟或事件之外的其他步驟或事件同時發(fā)生。另外，并不要求所有示出的步驟都用來實施本文所描述的一個或多個方面或?qū)嵤├４送?，可在一個或多個分離的步驟和/或階段中執(zhí)行本文中所述的一個或多個步驟。

在步驟202中，在襯底的表面上方測量一個或多個襯底翹曲參數(shù)。一個或多個襯底翹曲參數(shù)可以是沿著襯底的表面的不同位置處的襯底的位置(例如，高度)。在各個實施例中，可以使用共聚焦顯微鏡或通過分析由反射襯底表面的粒子而形成的衍射圖案來測量一個或多個襯底翹曲參數(shù)。

在步驟204中，使用一個或多個襯底翹曲參數(shù)來計算襯底計量模塊的參數(shù)。在一些實施例中，參數(shù)可以包括襯底計量模塊的光學(xué)組件的初始焦點高度。

在步驟206中，在一些實施例中，襯底計量模塊的光學(xué)組件可以放置在初始焦點高度的位置處。在一些實施例中，光學(xué)組件可以包括被配置為聚集來自襯底的光的物鏡。在其他的實施例中，光學(xué)組件可以包括平面鏡。在又一其他實施例中，光學(xué)組件可以包括單個透鏡和/或平面鏡或多個透鏡和/或平面鏡的組合。在一些實施例中，光學(xué)組件可以是白光干涉儀模塊內(nèi)的物鏡。

在步驟208中，通過根據(jù)參數(shù)操作襯底計量模塊來測量襯底上的突出物(如，凸塊)的高度、寬度和/或關(guān)鍵尺寸(CD)。例如，在一些實施例中，可以在將光學(xué)組件放置在初始焦點高度的位置處之后，通過使用光學(xué)組件來執(zhí)行突出物的高度、寬度和/或關(guān)鍵尺寸(CD)的測量。

因為將襯底計量模塊的光學(xué)組件的初始高度設(shè)置在基于一個或多個襯底翹曲參數(shù)的位置處，所以可以將光學(xué)組件的初始位置設(shè)置在更精確的位置處。更精確的位置允許在更短的時間周期內(nèi)測量襯底上的突出物的高度、寬度和/或關(guān)鍵尺寸(CD)，從而增大襯底產(chǎn)量并且還防止損害襯底(如，由于聚焦于翹曲的襯底上的透鏡)。

圖3示出了包括襯底翹曲測量模塊和白光干涉儀模塊的襯底計量系統(tǒng)300的一些實施例的框圖。

將襯底翹曲測量模塊301配置為測量描述半導(dǎo)體襯底310的翹曲的一個或多個襯底翹曲參數(shù)。在一些實施例中，襯底翹曲測量模塊301包括：共聚焦顯微鏡模塊302，其被配置為使用共聚焦顯微鏡來測量半導(dǎo)體襯底310的翹曲。共聚焦顯微鏡模塊302包括光源304，該光源被配置為對光束分離器306提供光。在一些實施例中，光源304可以包括被配置為生成相干光的激光。光束分離器306將光反射至物鏡308，從而該物鏡將光聚焦于半導(dǎo)體襯底310上。在一些實施例中，可以將物鏡308配置為在半導(dǎo)體襯底310的表面上方移動光。例如，在一些實施例中，被配置為移動光的位置的一個或多個可移動平面鏡可以布置在物鏡308的上游。在其他的實施例中，可以將致動器(未示出)配置為移動半導(dǎo)體襯底310，使得物鏡308可以掃描半導(dǎo)體襯底310周圍的光。從半導(dǎo)體襯底310反射的光返回穿過光束分離器306，并且聚焦于針孔光圈311上。聚焦的光穿過針孔光圈311并且通過成像器件312(如，CCD、光電倍增管等)收集。將成像器件312配置為根據(jù)聚焦的光確定一個或多個襯底翹曲參數(shù)。

在一些附加的實施例中，襯底翹曲測量模塊301包括條紋反射模塊314。條紋反射模塊314包括粒子源316，該粒子源被配置為相對于平面法線以角度α朝向半導(dǎo)體襯底310的表面投射粒子。在一些實施例中，粒子源316可以包括被配置為生成電子的電子源。粒子從半導(dǎo)體襯底310的表面反射 出并且沿著衍射平面318形成衍射圖案319。將衍射分析元件320配置為分析衍射圖案319并且根據(jù)衍射圖案319確定一個或多個襯底翹曲參數(shù)。

在一些實施例中，襯底翹曲測量模塊301可以包括共聚焦顯微鏡模塊302，但是不包括條紋反射模塊314。在這種實施例中，基于共聚焦顯微鏡模塊302所采取的測量值來確定一個或多個襯底翹曲參數(shù)。在其他實施例中，襯底翹曲測量模塊301可以包括條紋反射模塊314，但是不包括共聚焦顯微鏡模塊302。在這種實施例中，基于條紋反射模塊314所采取的測量值來確定一個或多個襯底翹曲參數(shù)。在又一些實施例中，襯底翹曲測量模塊301可以包括共聚焦顯微鏡模塊302和條紋反射模塊314這兩者。在這種實施例中，基于通過共聚焦顯微鏡模塊302和條紋反射模塊314所獲得的測量值的組合來確定一個或多個襯底翹曲參數(shù)。

一個或多個襯底翹曲參數(shù)(作為信號S_warp)被提供給位于前饋路徑107內(nèi)的APC控制單元108。在一些實施例中，成像器件312和/或衍射分析元件320耦合至一個或多個計算機322，該計算機被配置為在將一個或多個襯底翹曲參數(shù)發(fā)送至APC控制單元108之前執(zhí)行處理。APC控制單元108包括焦距計算元件110。將焦距計算元件110配置為使用一個或多個襯底翹曲參數(shù)來確定一個或多個初始物鏡高度。

通過前饋路徑107的方式將一個或多個初始物鏡高度從APC控制單元108提供給白光干涉儀模塊324內(nèi)的位置控制元件336。在一些實施例中，前饋路徑107可以包括導(dǎo)電引線。在一些實施例中，前饋路徑107可以包括無線信號路徑。白光干涉儀模塊324包括被配置為生成白光(如，具有跨越可見光譜的多個波長的光)的白光源326。通過準直元件328校準來自白光源326的白光。對被配置為劃分為物體光束331a和參考光束331b的光束分離器330提供校準的光。物體光束331a提供給物鏡332，該物鏡被配置為將物體光束331a聚焦于半導(dǎo)體襯底310上。將位置控制元件336配置為：基于一個或多個初始物鏡高度，改變物鏡332的初始焦點高度。反射平面鏡333反射出參考光束331b。來自物體光束331a和參考光束331b的反射光在光束分離器330處被捕獲并重新結(jié)合。將疊加的光束提供給成像元件334(如，CCD照相機)，以用于處理。如果物體光束331a和參考 光束331b的光學(xué)路徑具有相同的長度，那么出現(xiàn)相長干涉并且半導(dǎo)體襯底310上的相應(yīng)的物點的像素具有高強度。如果物體光束331a和參考光束331b的光學(xué)路徑不具有相同的長度，那么像素具有低得多的強度。因此，可以逐像素處理成像元件334的輸出，以確定半導(dǎo)體襯底310上的凸塊的高度。

在一些實施例中，襯底計量系統(tǒng)300還可以包括襯底傳輸系統(tǒng)338。將襯底傳輸系統(tǒng)338配置為在襯底翹曲測量模塊301與白光干涉儀模塊324之間傳輸半導(dǎo)體襯底310。在一些實施例中，還可以將襯底傳輸系統(tǒng)338配置為在共聚焦顯微鏡模塊302與條紋反射模塊314之間傳輸半導(dǎo)體襯底310。在一些實施例中，襯底傳輸系統(tǒng)338可以包括：一個或多個機械元件，該機械元件被配置為在使用晶圓載體339從共聚焦顯微鏡模塊302和/或條紋反射模塊314的端口340轉(zhuǎn)移至白光干涉儀模塊324的端口342期間來處理半導(dǎo)體襯底310。在一些實施例中，晶圓載體339可以包括包含一個或多個半導(dǎo)體襯底的前端開口的標準箱(FOUP，又稱晶圓傳送盒)。

在一些實施例中，襯底傳輸系統(tǒng)338可以被配置為：將具有違反預(yù)定準則的凸塊高度和/或CD的半導(dǎo)體襯底傳輸至與具有不違反預(yù)定準則的凸塊高度和/或CD的半導(dǎo)體襯底的不同位置處。例如，如果半導(dǎo)體襯底具有小于預(yù)定準則的測量的凸塊高度和/或大于預(yù)定準則的測量的CD，那么會丟棄該半導(dǎo)體襯底或?qū)⑵涮峁┲帘慌渲脼橹匦聢?zhí)行凸塊處理的工具，以形成新的導(dǎo)電凸塊。

圖4示出了包括襯底翹曲測量模塊和白光干涉儀模塊的襯底計量系統(tǒng)400的一些可選實施例的框圖。

襯底翹曲測量模塊401和白光干涉儀模塊404布置在共用殼體406內(nèi)。在一些實施例中，襯底翹曲測量模塊401可以包括共聚焦顯微鏡模塊402。在其他實施例(未示出)中，襯底翹曲測量模塊401可以包括條紋反射模塊。共用殼體406包括包圍并保護襯底翹曲測量模塊401和白光干涉儀模塊404的剛性外殼。在操作期間，可以將晶圓傳輸系統(tǒng)408配置為在共用殼體406內(nèi)將半導(dǎo)體襯底310從襯底翹曲測量模塊401轉(zhuǎn)移至白光干涉儀模塊404，從而防止半導(dǎo)體襯底310暴露于氣載而導(dǎo)致的缺陷。還可以將 晶圓傳輸系統(tǒng)408配置為將半導(dǎo)體襯底310從共用殼體406的輸入端口410傳輸至輸出端口412。

共用殼體406還包括位于布置在共用殼體內(nèi)部的前饋路徑內(nèi)的APC控制單元108。如上所述，將APC控制單元108配置為從共聚焦顯微鏡模塊402接收一個或多個襯底翹曲參數(shù)(作為信號S_warp)，以根據(jù)一個或多個襯底翹曲參數(shù)來計算初始焦點高度，并且將初始焦點高度提供給白光干涉儀模塊404(作為信號S_warp)。

在一些實施例中，襯底計量系統(tǒng)400還可以包括方位檢測元件414和方位對準元件416。當半導(dǎo)體襯底310位于襯底翹曲測量模塊401內(nèi)時，方位檢測元件414與該半導(dǎo)體襯底通信。將方位檢測元件414配置為確定半導(dǎo)體襯底310的方位。例如，方位檢測元件414可以確定半導(dǎo)體襯底310的相對于半導(dǎo)體襯底310的凹口的方位。當半導(dǎo)體襯底310位于白光干涉儀模塊404內(nèi)時，方位檢測元件416與該半導(dǎo)體襯底310通信。將方位對準元件416配置為確定半導(dǎo)體襯底310的對準，使得一個或多個襯底翹曲參數(shù)可以應(yīng)用于白光干涉儀模塊404內(nèi)的襯底。

圖5示出了翹曲的襯底502的截面圖500的一些實施例，以說明一個或多個襯底翹曲參數(shù)和凸塊計量參數(shù)的實例。應(yīng)該意識到，一個或多個襯底翹曲參數(shù)的實例是非限制性的實例，并且在可選實施例中，可以使用不同的襯底翹曲參數(shù)。

翹曲的襯底502包括具有高度或縱向位置(沿著方向506)的彎曲的中間面504，該高度或縱向位置作為橫向位置(沿著方向508)的函數(shù)而變化。中間參考平面510沿著彎曲的中間面504的中間點延伸(即，穿過翹曲的襯底502的中值高度)。翹曲的襯底502的一個或多個襯底翹曲參數(shù)是彎曲的中間面504與中間參考平面510的偏差。例如，在第一橫向位置p₁處，翹曲的襯底502具有值為w₁的第一襯底翹曲參數(shù)。在第二橫向位置p₂處，翹曲的襯底502具有值為w₂的第二襯底翹曲參數(shù)。

一個或多個導(dǎo)電凸塊512位于翹曲的襯底502的上表面上。一個或多個導(dǎo)電凸塊512可以包括用于互連多維集成芯片中的襯底的焊料凸塊或微凸塊。一個或多個導(dǎo)電凸塊512具有高度514、關(guān)鍵尺寸(CD)516和寬 度518。高度514是導(dǎo)電凸塊從翹曲的襯底502的上表面向外延伸的距離。CD 516是導(dǎo)電凸塊的邊緣的預(yù)期位置與導(dǎo)電凸塊的邊緣的實際位置之間的變化。通過光刻覆蓋誤差、尺寸誤差等可以影響CD 516。一個或多個導(dǎo)電凸塊512的高度514和CD 516可以影響由一個或多個導(dǎo)電凸塊512所形成的隨后電連接。

圖6示出了根據(jù)一個或多個襯底翹曲參數(shù)計算初始焦點高度的示圖600和610的一些實施例。應(yīng)該意識到，計算的實例是非限制性的實例，并且在可選實施例中，可以使用計算初始焦點高度的不同方法。

俯視圖600示出了半導(dǎo)體襯底602。截面圖610示出了沿著俯視圖600的截面線A-A'所截取的半導(dǎo)體襯底602的截面圖。如截面圖610所示，半導(dǎo)體襯底602沿著彎曲的中間面的翹曲具有在方向608上變化的高度，該高度作為沿著方向606和沿著方向604的位置(未示出)的函數(shù)。對于沿著半導(dǎo)體襯底602的表面的n個點，通過將補償值h_off與在這些點處所測量的翹曲測量參數(shù)Z(X_n，Y_n)相加找到物鏡612的初始焦點高度Z(n)(即，Z(n)＝Z(Xn，Yn)+h_off)。例如，第一點614處的初始焦點高度Z(1)可以等于半導(dǎo)體襯底602在第一點614處的襯底翹曲參數(shù)Z(X₁，Y₁)加補償值h_off。第二點616處的初始焦點高度Z(2)可以等于半導(dǎo)體襯底602在第二點616處的襯底翹曲參數(shù)Z(X₂，Y₂)加補償值h_off。在一些實施例中，補償值h_off的值可以在介于大約0.1mm與大約1mm之間的范圍內(nèi)。例如，補償值h_off的值可以為0.2mm。在其他實施例中，補償值h_off可以具有更大或更小的初始值。

盡管截面圖610示出了相對于某些參考點的初始焦點高度Z(n)，但是應(yīng)該意識到，所示出的參考點不是限制性的。例如，盡管將初始焦點高度Z(n)示出為介于物鏡的中心與中間面的參考平面510之間的距離，但是可以在不同點(如，介于半導(dǎo)體襯底602的頂面或底面與物鏡612的頂部或底部之間)之間測量初始焦點高度Z(n)。

圖7示出了使用先進的工藝控制(APC)執(zhí)行凸塊計量的方法700的一些實施例的流程圖。盡管該方法應(yīng)用于執(zhí)行3DIC的凸塊計量，但是應(yīng)該意識到，該方法不限于這種應(yīng)用，而且可以廣泛地應(yīng)用于凸塊計量的不同 的應(yīng)用。

在步驟702中，提供半導(dǎo)體襯底。

在步驟704中，確定半導(dǎo)體襯底的方位。半導(dǎo)體襯底的方位提供了用于隨后的測量的公共參照系(如，使得可以使用來自襯底翹曲測量的信息獲得凸塊計量測量)。

在步驟706中，執(zhí)行前道工序(FEOL)處理，以在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成多個半導(dǎo)體器件。在各個實施例中，多個半導(dǎo)體器件可以包括晶體管、電容器、電阻器、電感器等。

在步驟708中，將多個襯底貫通孔(TSV)形成為延伸穿過半導(dǎo)體襯底的一部分。

在步驟710中，在半導(dǎo)體襯底上形成與多個TSV電接觸的金屬互連層和多個導(dǎo)電凸塊。

在步驟712中，減薄半導(dǎo)體襯底。減薄半導(dǎo)體襯底降低了半導(dǎo)體襯底的厚度。在一些實施例中，半導(dǎo)體襯底的厚度為大約50μm至200μm。在其他實施例中，半導(dǎo)體襯底的厚度為大約200μm至300μm。在又一實施例中，半導(dǎo)體襯底的厚度為大約300μm至400μm。在一些實施例中，可以通過載體晶圓來支撐半導(dǎo)體襯底。

在步驟714中，在半導(dǎo)體襯底的表面上方的不同位置處測量多個襯底翹曲參數(shù)。

在步驟716中，使用多個襯底翹曲參數(shù)來計算凸塊計量模塊的物鏡的多個初始焦點高度。

在步驟718中，將凸塊計量模塊的物鏡放置在第一初始焦點高度處。在一些實施例中，白光干涉儀可以具有物鏡。

在步驟720中，可以調(diào)節(jié)物鏡高度。調(diào)節(jié)物鏡高度提供了從初始焦點高度微調(diào)物鏡位置。

在步驟722中，使用物鏡來測量一個或多個導(dǎo)電凸塊的高度、寬度和/或關(guān)鍵尺寸(CD)。

在步驟724中，將凸塊計量模塊的物鏡放置在隨后的初始焦點高度處。將物鏡移動至隨后的初始焦點高度處，以測量沿著半導(dǎo)體襯底的表面的另 一點(如，具有不同翹曲參數(shù)的另一點)處的凸塊的高度和/或CD。

在步驟726中，可以調(diào)節(jié)物鏡高度。

在步驟728中，使用物鏡來測量一個或多個導(dǎo)電凸塊的高度和/或關(guān)鍵尺寸(CD)?？梢允褂枚鄠€初始焦點高度中的不同的初始焦點高度，在位于半導(dǎo)體襯底的表面上方的不同空間位置處的多個點上反復(fù)執(zhí)行(如線730所示)步驟724至728的測量工藝。

在步驟732中，如果高度和/或CD違反預(yù)定準則，那么對半導(dǎo)體襯底執(zhí)行矯正措施。例如，如果測量的凸塊高度小于預(yù)定準則和/或測量的CD大于預(yù)定準則。在一些實施例中，矯正措施可以包括丟棄半導(dǎo)體襯底。在其他實施例中，半導(dǎo)體襯底可以包括所提供的預(yù)執(zhí)行凸塊處理，以形成新的導(dǎo)電凸塊。

在步驟734中，半導(dǎo)體襯底堆疊在一個或多個附加的襯底上，以形成多維集成芯片。在各個實施例中，多維集成芯片可以包括單片3維(3D)集成芯片、包括堆疊在中間襯底上的多個集成芯片管芯的2.5維集成芯片(2.5DIC)或包括彼此垂直堆疊的多個集成芯片管芯的3D集成芯片。

圖8至圖14示出了襯底的截面圖的一些實施例，以示出使用先進的工藝控制(APC)執(zhí)行凸塊計量的方法。盡管關(guān)于方法700描述了圖8至圖14，但應(yīng)該理解，圖8至圖14所公開的結(jié)構(gòu)并不限于這種方法，而是可以單獨作為獨立于該方法的結(jié)構(gòu)。

圖8示出了對應(yīng)于步驟702至704的集成芯片的截面圖800的一些實施例。

如截面圖800所示，提供半導(dǎo)體襯底802。半導(dǎo)體襯底802可以是任何類型的半導(dǎo)體主體(如，硅、SiGe、SOI)，諸如半導(dǎo)體晶圓和/或晶圓上的一個或多個管芯；以及相關(guān)的任何其他類型的金屬層、器件、半導(dǎo)體和/或外延層等。

如俯視圖804所示，可以確定半導(dǎo)體襯底802的方位?？梢韵鄬τ诎雽?dǎo)體襯底802中的凹口806來確定半導(dǎo)體襯底802的方位。確定半導(dǎo)體襯底802的方位允許將襯底翹曲的測量應(yīng)用于隨后的凸塊計量測量。

圖9示出了對應(yīng)于步驟706至708的集成芯片的截面圖900的一些實 施例。

如截面圖900所示，處理半導(dǎo)體襯底802，以在半導(dǎo)體襯底802的正面802a內(nèi)形成多個半導(dǎo)體器件902。多個半導(dǎo)體器件902可以包括晶體管器件和/或無源器件(如，電容器、電阻器、電感器等)?？梢酝ㄟ^選擇性地注入和/或沉積工藝來形成多個半導(dǎo)體器件902。

將多個襯底貫通孔(TSV)904形成為延伸穿過半導(dǎo)體襯底802的一部分。通過在半導(dǎo)體襯底802的正面802a內(nèi)蝕刻溝槽來形成多個TSV 904。襯里介電層(未示出)可以形成在溝槽的側(cè)壁上，并且導(dǎo)電材料形成在溝槽內(nèi)，以形成多個TSV 904。在一些實施例中，例如，導(dǎo)電材料可以包括諸如銅或鋁的金屬。在其他實施例中，例如，導(dǎo)電材料可以包括摻雜的多晶硅?？梢酝ㄟ^汽相沉積工藝(如，化學(xué)汽相沉積、物理汽相沉積等)的方式和/或通過鍍工藝(如，電鍍或化學(xué)鍍)的方式來沉積導(dǎo)電材料。

圖10示出了對應(yīng)于步驟710的集成芯片的截面圖1000的一些實施例。

如截面圖1000所示，一個或多個金屬互連層1004形成在半導(dǎo)體襯底802的正面802a上方的一個或多個層間介電(ILD)層1002內(nèi)。一個或多個金屬互連層1004(如，金屬引線和/或通孔)包括金屬材料，該金屬材料被配置為將多個半導(dǎo)體器件902彼此電連接并且電連接至外部環(huán)境。在一些實施例中，一個或多個金屬互連層1004可以包括諸如銅、鋁、鎢等的導(dǎo)電材料。在一些實施例中，一個或多個ILD層1002可以包括低k介電層、超低k介電層、極低k介電層和/或二氧化硅層。一個或多個金屬互連層1004在多個TSV 904與形成在一個或多個ILD層1002的上表面上的一個或多個導(dǎo)電凸塊1006之間縱向延伸。一個或多個導(dǎo)電凸塊1006可以包括通過鍍工藝(如，電鍍工藝或化學(xué)鍍工藝)的方式形成的焊料凸塊(如，C4凸塊)。

圖11示出了對應(yīng)于步驟712的集成芯片的截面圖1100的一些實施例。

如截面圖1100所示，減薄半導(dǎo)體襯底802，以降低半導(dǎo)體襯底1102的厚度(如，從厚度t減薄至厚度t-δ)?？梢酝ㄟ^蝕刻工藝和/或通過物理研磨工藝的方式來減薄半導(dǎo)體襯底1102。在一些實施例中，可以將半導(dǎo)體襯底1102的厚度減少了90％以上。例如，半導(dǎo)體襯底1102的厚度從在大 約700μm與大約1000μm的范圍內(nèi)的第一厚度t減小至小于大約50μm的第二厚度t-δ。減薄半導(dǎo)體襯底1102沿著半導(dǎo)體襯底1102的背面1102b暴露了多個TSV 904，從而允許多個TSV 904從半導(dǎo)體襯底1102的正面1102a縱向延伸至半導(dǎo)體襯底1102的背面1102b。

圖12示出了對應(yīng)于步驟714的集成芯片的截面圖1200的一些實施例。應(yīng)該意識到，為了簡化截面圖1200，截面圖1200沒有示出金屬互連層1004和半導(dǎo)體器件902。

如截面圖1200所示，測量半導(dǎo)體襯底1102的一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂。在半導(dǎo)體襯底1102上的多個不同點p₁-p₂上方測量半導(dǎo)體襯底1102的一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂。例如，一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂可以包括在半導(dǎo)體襯底1102的表面上方以N×N像素(如，512×512、1024×1024等)的分辨率所測量的半導(dǎo)體襯底的高度/縱向位置。在一些實施例中，一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂可以包括在所選點處的襯底的中值高度/縱向位置的值。在這種實施例中，半導(dǎo)體襯底1102的一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂共同限定彎曲的中間面1202。在一些實施例中，一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂可以包括多個像素的高度/縱向位置值的中間值或平均值。在其他實施例中，一個或多個襯底翹曲參數(shù)w₁-w₂可以包括來自單個像素的高度/縱向位置值。

圖13示出了對應(yīng)于步驟716至718的集成芯片的截面圖1300的一些實施例。應(yīng)該意識到，為了簡化截面圖，截面圖1300省略了金屬引線層和半導(dǎo)體器件。

如截面圖1300所示，基于一個或多個襯底翹曲參數(shù)(如，根據(jù)彎曲的中間面1202)，設(shè)置凸塊計量模塊的物鏡1304的初始高度1302，該凸塊計量模塊用于測量導(dǎo)電凸塊1006的高度、寬度和/或關(guān)鍵尺寸。在一些實施例中，初始高度1302可以等于預(yù)定補償值h_off與一個或多個襯底翹曲參數(shù)1306之和。

圖14示出了對應(yīng)于步驟734的集成芯片的截面圖1400的一些實施例。

如截面圖1400所示，半導(dǎo)體襯底1102堆疊在封裝件襯底1402(或印刷電路板)上方，以形成多維集成芯片。在一些實施例中，一個或多個中 間襯底1404可以垂直堆疊在封裝件襯底1402與半導(dǎo)體襯底1102之間?？梢酝ㄟ^多個焊球1406(如，C4連接件)的方式將中間襯底1404耦合至封裝件襯底1402?？梢酝ㄟ^一個或多個導(dǎo)電微凸塊1410的方式將半導(dǎo)體襯底1102耦合至附加的半導(dǎo)體襯底1408。

因此，本發(fā)明涉及依賴于先進的工藝控制(APC)的凸塊計量的方法，以將描述襯底的翹曲的襯底翹曲參數(shù)提供給凸塊計量模塊，從而改善凸塊計量模塊的聚焦。

在一些實施例中，本發(fā)明涉及一種執(zhí)行襯底計量的方法。方法包括測量半導(dǎo)體襯底的一個或多個襯底翹曲參數(shù)。方法還包括基于一個或多個襯底翹曲參數(shù)來計算襯底計量模塊的參數(shù)。方法還包括通過根據(jù)參數(shù)來操作襯底計量模塊來測量半導(dǎo)體襯底上的凸塊的高度和寬度。

優(yōu)選地，所述一個或多個襯底翹曲參數(shù)包括所述半導(dǎo)體襯底相對于中間參考平面的高度，所述中間參考平面延伸穿過所述半導(dǎo)體襯底的中值高度。

優(yōu)選地，方法還包括：如果所述高度或所述寬度違反預(yù)定準則，那么對所述半導(dǎo)體襯底執(zhí)行矯正措施。

優(yōu)選地，方法還包括：確定所述半導(dǎo)體襯底的方位；以及在測量所述凸塊的高度和寬度之前，使所述一個或多個襯底翹曲參數(shù)與所述半導(dǎo)體襯底的方位匹配。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底的厚度小于或等于大約50μm。

優(yōu)選地，方法還包括：執(zhí)行前道工序(FEOL)處理，以在所述半導(dǎo)體襯底的正面內(nèi)形成一個或多個半導(dǎo)體器件；形成從所述半導(dǎo)體襯底的正面延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位置處的多個襯底貫通孔；以及減薄所述半導(dǎo)體襯底，使得所述多個襯底貫通孔延伸穿過所述半導(dǎo)體襯底。

優(yōu)選地，方法還包括：將多維集成芯片內(nèi)的所述半導(dǎo)體襯底堆疊在另一半導(dǎo)體襯底上。

優(yōu)選地，使用共聚焦顯微鏡或通過分析由反射所述半導(dǎo)體襯底的表面的粒子而形成的衍射圖案來測量所述一個或多個襯底翹曲參數(shù)。

優(yōu)選地，所述參數(shù)包括所述計量模塊的透鏡的初始焦點高度。

優(yōu)選地，所述初始焦點高度等于所述襯底翹曲參數(shù)與預(yù)定補償值之和。

優(yōu)選地，所述襯底計量模塊包括白光干涉儀，包括：

光源，被配置為提供白光；

光束分離器，被配置為將所述白光分為與所述透鏡相交的第一路徑以及第二路徑；反射平面鏡，被布置為與所述第二路徑相交；以及位置控制元件，被配置為基于所述初始焦點高度來改變所述透鏡的位置。

在其他實施例中，本發(fā)明涉及一種執(zhí)行凸塊計量的方法。方法包括在半導(dǎo)體襯底的表面上方的多個不同位置處測量半導(dǎo)體襯底的多個位置。方法還包括通過將預(yù)定補償與多個位置的相加來計算凸塊計量模塊的物鏡的多個初始焦點高度。方法還包括將凸塊計量模塊的物鏡放置在多個初始焦點高度中的一個初始焦點高度處。方法還包括使用凸塊計量模塊在與多個初始焦點高度中的一個初始焦點高度相對應(yīng)的位置處測量半導(dǎo)體襯底上的一個或多個導(dǎo)電凸塊的高度和關(guān)鍵尺寸。

優(yōu)選地，所選位置處的初始焦點高度等于預(yù)定補償值與在所述所選位置下面的點處測量的所述半導(dǎo)體襯底的位置之和。

優(yōu)選地，方法還包括：對所述半導(dǎo)體襯底的正面執(zhí)行前道工序(FEOL)處理，以在所述半導(dǎo)體襯底的正面內(nèi)形成一個或多個半導(dǎo)體器件；形成多個襯底貫通孔，所述多個襯底貫通孔從所述半導(dǎo)體襯底的正面延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位置處；以及減薄所述半導(dǎo)體襯底，使得所述多個襯底貫通孔延伸穿過所述半導(dǎo)體襯底。

優(yōu)選地，方法還包括：將所述半導(dǎo)體襯底堆疊在多維集成芯片內(nèi)的另一半導(dǎo)體襯底上。

優(yōu)選地，方法還包括：如果所述高度或所述關(guān)鍵尺寸違反預(yù)定準則，那么對所述半導(dǎo)體襯底執(zhí)行矯正措施。

優(yōu)選地，方法還包括：將所述物鏡放置在所述多個初始焦點高度中的隨后一個初始焦點高度處；以及在與所述多個初始焦點高度中的隨后一個初始焦點高度相對應(yīng)的位置處測量所述半導(dǎo)體襯底上的一個或多個附加的凸塊的高度和關(guān)鍵尺寸。

在又一實施例中，本發(fā)明涉及襯底計量系統(tǒng)。系統(tǒng)包括被配置為測量 半導(dǎo)體襯底的一個或多個襯底翹曲參數(shù)的襯底翹曲測量模塊。系統(tǒng)還包括：凸塊計量模塊，包括被配置為測量半導(dǎo)體襯底上的導(dǎo)電凸塊的高度和關(guān)鍵尺寸的光學(xué)組件。系統(tǒng)還包括從襯底翹曲測量模塊延伸至凸塊計量模塊的前饋路徑。系統(tǒng)還包括：設(shè)置在前饋路徑內(nèi)的先進的工藝控制(APC)元件，并且被配置為計算光學(xué)組件內(nèi)的物鏡的初始焦點高度。

優(yōu)選地，所述凸塊計量模塊包括白光干涉儀，所述白光干涉儀具有：物鏡，被配置為接收來自所述襯底的光；以及位置控制元件，被配置為基于所述一個或多個襯底翹曲參數(shù)來改變所述物鏡的高度。

優(yōu)選地，襯底計量系統(tǒng)還包括：方位檢測元件，被配置為確定所述半導(dǎo)體襯底的方位；以及方位對準元件，被配置為：在將所述凸塊計量模塊的透鏡放置在所述初始焦點高度處之前，使所述一個或多個襯底翹曲參數(shù)與所述半導(dǎo)體襯底的方位匹配。

上面論述了若干實施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或更改其他用于達到與這里所介紹實施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。