径向厚度自动修整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工工艺，尤其涉及一种适用于金属膜层的平坦化工艺的径向厚度自动修整方法。
【背景技术】
[0002]基于硅片贯穿孔(TSV)技术的三维方向堆叠的集成电路封装技术(3D ICPackage)是目前最新的封装技术，具有最小的尺寸和质量，有效的降低寄生效应，改善芯片速度和降低功耗等优点。TSV技术是通过在芯片和芯片之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术，作为引线键合的一种替代技术，形成穿透硅圆片的通孔结构可以大大缩短互连的距离，从而消除了芯片叠层在数量上的限制。使得芯片的三维叠层能在更广的领域中得到应用。
[0003]现有的硅通孔使用金属铜作为金属层，铜金属层正面工艺主要包含以下步骤有铜种子层物理气相沉积工艺(PVD)，铜膜电镀工艺(ECP)，退火工艺(Anneal)，化学机械平坦化工艺(CMP)。因为TSV技术中的通孔有较大深宽比，一般从5:1到10:1，甚至20:1。大深宽比会造成在镀铜工艺中，孔内铜无法填满；经过优化的电镀铜工艺能够将深孔较好的填满，但是会造成晶圆表面金属铜层过厚，通常为3到5微米，金属内应力随着厚度增加而增大，因此TSV硅片的金属表面应力会比传统晶圆金属层应力大，硅片会形成翘曲。在之后的退火工艺中，由于金属层较厚，并且金属晶粒长大，深孔上方金属会形成凸起。以上两点会造成使用传统CMP化学机械平坦化工艺时晶圆破碎，以及无法有效的平坦化深孔上方的金属凸起；此外较厚的铜膜会增加平坦化工艺步骤的时间及工艺成本。
[0004]在3D硅通孔应用中，由于硅通孔通常具有高深宽比10:1，甚至20:1 ;镀铜工艺需要较长时间，将金属铜填满通孔，造成表面铜覆盖层过厚。所以在后续的化学机械平坦化工艺中，需要去除较多铜覆盖层，增加工艺时间和工艺成本。无应力抛铜工艺能够有效解决平坦化工艺中应力及成本问题，但是镀铜工艺后在晶圆全局铜膜表面膜厚会有一定不均匀，通常呈现为径向方向下，厚度差异；需要在平坦化过程中进行修正，而确保最终的布线或通孔内的凹陷数值一致。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的上述不足，本发明提出了一种径向厚度自动修整方法。该方法通过调节去除率与水平方向相对运动速度相关的关系，根据任意点去除率与该点工艺时间成正比的关系，即与该点的运动速度成反比的关系，通过调节水平方向相对运动速度，从而控制晶圆径向的去除率。根据测量晶圆上的金属膜层的前值厚度，计算同一半径方向上的膜厚径向分布值；然后再计算晶圆上的金属膜层的实际均值厚度。在本发明中，可以根据实际需求，设定剩余膜厚目标值；通过导入标准相对运动速度所对应的去除率表，根据公式计算实际所需工艺次数，以及对应的半径上除去率分布。再导入一个现有配方的标准相对运动速度表，最终获得一新的相对运动速度表，并在原有配方中替换原有的标准相对运动速度表，另存为一个新配方。
[0006]具体地，本发明提出了一种径向厚度自动修整方法，适用于金属膜层的平坦化工艺，包括:
[0007]a.测量晶圆上的金属膜层的多个测量点处的初始膜厚；
[0008]b.导入预设的标准相对运动速度表以及预设的同该标准相对运动速度表相对应的标准去除率表；
[0009]c.设定所述多个测量点处的剩余膜厚目标值；以及
[0010]d.根据所述初始膜厚和所述剩余膜厚目标值来修正所述标准相对运动速度表和所述标准去除率表。
[0011]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述标准相对运动速度表中的相对运动速度是抛光液喷头相对于晶圆的水平方向相对运动速度。
[0012]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述步骤a进一步包括:根据所述初始膜厚，计算所述金属膜层的径向平均膜厚；以及根据所述径向平均膜厚，生成初始膜厚径向分布表，其中，所述径向平均膜厚=同一半径位置的测量点的初始膜厚的总和/该同一半径位置的测量点的数量。
[0013]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述步骤a进一步包括:根据所述初始膜厚，计算初始总膜厚均值，其中所述初始总膜厚均值=所有测量点的初始膜厚的总和/所有测量点的数量。
[0014]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述步骤b进一步包括:根据所述标准去除率表，计算标准去除率总均值，其中所述标准去除率总均值=所有测量点的标准去除率的总和/所有测量点的数量。
[0015]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述步骤d进一步包括:根据所述初始总膜厚均值、标准去除率总均值和剩余膜厚目标值，计算实际所需的工艺次数；根据所述初始膜厚径向分布表、剩余膜厚目标值和所述工艺次数，计算任意测量点的修正后的去除率，再按照所对应的半径生成修正后的径向去除率分布表；根据所述标准去除率表、标准相对运动速度表和修正后的径向去除率分布表，生成修正后的相对运动速度表。
[0016]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述工艺次数=INT ((初始总膜厚均值-剩余膜厚)/标准去除率总均值)+1。
[0017]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，所述任意测量点的修正后的去除率=((该测量点的初始膜厚-该测量点的剩余膜厚目标值)/工艺次数。
[0018]较佳地，在上述的径向厚度自动修整方法中，在所述修正后的相对运动速度表中，修正后的任意测量点的相对运动速度=该测量点在标准相对运动速度表中的相对运动速度* (该测量点的标准去除率/该测量点的修正后的去除率)。
[0019]本发明的方法通过对同一半径上的相对运动速度的控制，来控制去除率，最终修正晶圆径向厚度分布不均匀性。
[0020]应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
【附图说明】
[0021]包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中:
[0022]图1示出了适用本发明的径向厚度自动修整方法的设备的一个示例。
[0023]图2示出了根据本发明的基本原理的流程图。
[0024]图3示出了根据本发明的径向厚度自动修整方法的一个实施例的流程图。
[0025]图4示意性示出了一标准相对运动速度表。
[0026]图5示意性示出了同标准相对运动速度相对应的标准去除率表。
[0027]图6示意性示出了一修正后的去除率表的一个示例。
[0028]图7示意性示出了一修正后的相对运动速度表的一个示例。
【具体实施方式】
[0029]现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
[0030]图1示出了适用本发明的径向厚度自动修整方法的设备的一个示例。如图所示，该设备是一无应力抛光(SFP)设备100。在设备100中，晶圆101固定于夹