徑向厚度自動修整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工工藝，尤其涉及一種適用于金屬膜層的平坦化工藝的徑向厚度自動修整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于硅片貫穿孔(TSV)技術(shù)的三維方向堆疊的集成電路封裝技術(shù)(3D ICPackage)是目前最新的封裝技術(shù)，具有最小的尺寸和質(zhì)量，有效的降低寄生效應(yīng)，改善芯片速度和降低功耗等優(yōu)點。TSV技術(shù)是通過在芯片和芯片之間制作垂直導(dǎo)通，實現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)，作為引線鍵合的一種替代技術(shù)，形成穿透硅圓片的通孔結(jié)構(gòu)可以大大縮短互連的距離，從而消除了芯片疊層在數(shù)量上的限制。使得芯片的三維疊層能在更廣的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的硅通孔使用金屬銅作為金屬層，銅金屬層正面工藝主要包含以下步驟有銅種子層物理氣相沉積工藝(PVD)，銅膜電鍍工藝(ECP)，退火工藝(Anneal)，化學(xué)機(jī)械平坦化工藝(CMP)。因為TSV技術(shù)中的通孔有較大深寬比，一般從5:1到10:1，甚至20:1。大深寬比會造成在鍍銅工藝中，孔內(nèi)銅無法填滿；經(jīng)過優(yōu)化的電鍍銅工藝能夠?qū)⑸羁纵^好的填滿，但是會造成晶圓表面金屬銅層過厚，通常為3到5微米，金屬內(nèi)應(yīng)力隨著厚度增加而增大，因此TSV硅片的金屬表面應(yīng)力會比傳統(tǒng)晶圓金屬層應(yīng)力大，硅片會形成翹曲。在之后的退火工藝中，由于金屬層較厚，并且金屬晶粒長大，深孔上方金屬會形成凸起。以上兩點會造成使用傳統(tǒng)CMP化學(xué)機(jī)械平坦化工藝時晶圓破碎，以及無法有效的平坦化深孔上方的金屬凸起；此外較厚的銅膜會增加平坦化工藝步驟的時間及工藝成本。
[0004]在3D硅通孔應(yīng)用中，由于硅通孔通常具有高深寬比10:1，甚至20:1 ;鍍銅工藝需要較長時間，將金屬銅填滿通孔，造成表面銅覆蓋層過厚。所以在后續(xù)的化學(xué)機(jī)械平坦化工藝中，需要去除較多銅覆蓋層，增加工藝時間和工藝成本。無應(yīng)力拋銅工藝能夠有效解決平坦化工藝中應(yīng)力及成本問題，但是鍍銅工藝后在晶圓全局銅膜表面膜厚會有一定不均勻，通常呈現(xiàn)為徑向方向下，厚度差異；需要在平坦化過程中進(jìn)行修正，而確保最終的布線或通孔內(nèi)的凹陷數(shù)值一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提出了一種徑向厚度自動修整方法。該方法通過調(diào)節(jié)去除率與水平方向相對運動速度相關(guān)的關(guān)系，根據(jù)任意點去除率與該點工藝時間成正比的關(guān)系，即與該點的運動速度成反比的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)水平方向相對運動速度，從而控制晶圓徑向的去除率。根據(jù)測量晶圓上的金屬膜層的前值厚度，計算同一半徑方向上的膜厚徑向分布值；然后再計算晶圓上的金屬膜層的實際均值厚度。在本發(fā)明中，可以根據(jù)實際需求，設(shè)定剩余膜厚目標(biāo)值；通過導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度所對應(yīng)的去除率表，根據(jù)公式計算實際所需工藝次數(shù)，以及對應(yīng)的半徑上除去率分布。再導(dǎo)入一個現(xiàn)有配方的標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表，最終獲得一新的相對運動速度表，并在原有配方中替換原有的標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表，另存為一個新配方。
[0006]具體地，本發(fā)明提出了一種徑向厚度自動修整方法，適用于金屬膜層的平坦化工藝，包括:
[0007]a.測量晶圓上的金屬膜層的多個測量點處的初始膜厚；
[0008]b.導(dǎo)入預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表以及預(yù)設(shè)的同該標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)去除率表；
[0009]c.設(shè)定所述多個測量點處的剩余膜厚目標(biāo)值；以及
[0010]d.根據(jù)所述初始膜厚和所述剩余膜厚目標(biāo)值來修正所述標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表和所述標(biāo)準(zhǔn)去除率表。
[0011]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表中的相對運動速度是拋光液噴頭相對于晶圓的水平方向相對運動速度。
[0012]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述步驟a進(jìn)一步包括:根據(jù)所述初始膜厚，計算所述金屬膜層的徑向平均膜厚；以及根據(jù)所述徑向平均膜厚，生成初始膜厚徑向分布表，其中，所述徑向平均膜厚=同一半徑位置的測量點的初始膜厚的總和/該同一半徑位置的測量點的數(shù)量。
[0013]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述步驟a進(jìn)一步包括:根據(jù)所述初始膜厚，計算初始總膜厚均值，其中所述初始總膜厚均值=所有測量點的初始膜厚的總和/所有測量點的數(shù)量。
[0014]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述步驟b進(jìn)一步包括:根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)去除率表，計算標(biāo)準(zhǔn)去除率總均值，其中所述標(biāo)準(zhǔn)去除率總均值=所有測量點的標(biāo)準(zhǔn)去除率的總和/所有測量點的數(shù)量。
[0015]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述步驟d進(jìn)一步包括:根據(jù)所述初始總膜厚均值、標(biāo)準(zhǔn)去除率總均值和剩余膜厚目標(biāo)值，計算實際所需的工藝次數(shù)；根據(jù)所述初始膜厚徑向分布表、剩余膜厚目標(biāo)值和所述工藝次數(shù)，計算任意測量點的修正后的去除率，再按照所對應(yīng)的半徑生成修正后的徑向去除率分布表；根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)去除率表、標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表和修正后的徑向去除率分布表，生成修正后的相對運動速度表。
[0016]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述工藝次數(shù)=INT ((初始總膜厚均值-剩余膜厚)/標(biāo)準(zhǔn)去除率總均值)+1。
[0017]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，所述任意測量點的修正后的去除率=((該測量點的初始膜厚-該測量點的剩余膜厚目標(biāo)值)/工藝次數(shù)。
[0018]較佳地，在上述的徑向厚度自動修整方法中，在所述修正后的相對運動速度表中，修正后的任意測量點的相對運動速度=該測量點在標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表中的相對運動速度* (該測量點的標(biāo)準(zhǔn)去除率/該測量點的修正后的去除率)。
[0019]本發(fā)明的方法通過對同一半徑上的相對運動速度的控制，來控制去除率，最終修正晶圓徑向厚度分布不均勻性。
[0020]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并且旨在為如權(quán)利要求所述的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。
【附圖說明】
[0021]包括附圖是為提供對本發(fā)明進(jìn)一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與本說明書一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中:
[0022]圖1示出了適用本發(fā)明的徑向厚度自動修整方法的設(shè)備的一個示例。
[0023]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的基本原理的流程圖。
[0024]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的徑向厚度自動修整方法的一個實施例的流程圖。
[0025]圖4示意性示出了一標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度表。
[0026]圖5示意性示出了同標(biāo)準(zhǔn)相對運動速度相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)去除率表。
[0027]圖6示意性示出了一修正后的去除率表的一個示例。
[0028]圖7示意性示出了一修正后的相對運動速度表的一個示例。
【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)在將詳細(xì)參考附圖描述本發(fā)明的實施例。現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標(biāo)記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本發(fā)明中所使用的術(shù)語是從公知公用的術(shù)語中選擇的，但是本發(fā)明說明書中所提及的一些術(shù)語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細(xì)含義在本文的描述的相關(guān)部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術(shù)語，而是還要通過每個術(shù)語所蘊(yùn)含的意義來理解本發(fā)明。
[0030]圖1示出了適用本發(fā)明的徑向厚度自動修整方法的設(shè)備的一個示例。如圖所示，該設(shè)備是一無應(yīng)力拋光(SFP)設(shè)備100。在設(shè)備100中，晶圓101固定于夾