CN114952600A - 高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备 - Google Patents

高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备 Download PDF

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CN114952600A CN202210811005.7A CN202210811005A CN114952600A CN 114952600 A CN114952600 A CN 114952600A CN 202210811005 A CN202210811005 A CN 202210811005A CN 114952600 A CN114952600 A CN 114952600A
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Abstract

本发明公开了一种高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备，其中的方法包括：获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。上述方法降低了平坦化的时间成本和工艺成本。

Description

高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备
技术领域
本申请涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备。
背景技术
在利用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技术制备三维微结构器件时，常使用化学机械抛光/研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术对曝光显影后的三维微结构进行平坦化处理。而随着MEMS技术的发展，光刻胶作为牺牲层的应用愈发常见，而铜作为三维微结构或集成电路中的布线材料，因此在平坦化时会面临对铜/光刻胶的组合图形(pattern)进行研磨并平坦化的需求。
由于铜与光刻胶的化学性质和硬度方面相差较大，两种物质的组合图形在化学机械研磨时很难做到兼容。按照传统的CMP理论，需要使用两种不同类型的研磨液(Slurry)，分别对光刻胶和铜进行研磨，如此平坦化工艺需要对铜和光刻胶分别进行，增加了时间成本和工艺成本。
发明内容
本发明提供了一种高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备，以解决或者部分解决目前在制备高频传输微结构时，如何减少铜/光刻胶的组合图形的化学机械平坦化的处理时间和处理成本的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供了一种高频传输微结构的平坦化方法，在进行平坦化前，所述高频传输微结构包括光刻胶层和铜层，所述方法包括：
获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；
根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；
根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；
根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
可选的，在采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化时，控制研磨压力为150～175hPa。
可选的，在采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化时，控制所述铜研磨液的流量为270～330ml/min。
进一步的，在所述需求去除量为8μm，所述高度差为7μm时，所述目标转速为60～70rpm。
可选的，所述第一对应关系为：
y(Cu)＝C1×x+C0；
其中，y(Cu)为铜的研磨速率，x为研磨盘转速，C1和C0为系数。
可选的，所述第二对应关系为：
y(PR)＝k2×x2+k1×x+k0；
其中，y(PR)为光刻胶的研磨速率，x为研磨盘转速，k2、k1和k0为系数。
可选的，所述根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比，包括：
根据所述需求去除量和所述高度差，确定光刻胶层的估算去除量；
根据所述估算去除量和所述需求去除量，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比。
可选的，在所述确定研磨盘的目标转速之后，所述方法还包括：
根据所述目标转速和所述第一对应关系，确定所述铜层的估算研磨速率；
根据所述需求去除量和所述估算研磨速率，确定目标研磨时间；
所述根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化，包括：
根据所述目标转速和目标研磨时间，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
第二方面，本发明实施例提供了一种高频传输微结构的平坦化装置，在进行平坦化前，所述高频传输微结构包括光刻胶层和铜层，所述装置包括：
获取模块，用于获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；
第一确定模块，用于根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；
第二确定模块，用于根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；
控制模块，用于根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明提供了一种高频传输微结构的平坦化方法，使用现有的铜研磨液对高频传输微结构中的铜层和光刻胶层同时进行化学机械抛光/研磨，既降低了平坦化的时间成本和工艺成本，又解决了目前难以获得光刻胶研磨液的问题。考虑到在同步研磨时，铜研磨液对铜和光刻胶的研磨速率差别会对平坦化产生不利影响，因此通过铜层的需求去除量和光刻胶层与铜层之间的高度差，确定两者之间的研磨比，然后基于研磨速率比和第一对应关系、第二对应关系，确定研磨盘的目标转速并以此进行化学机械抛光，使光刻胶层和铜层在一次平坦化处理后，两者的剩余量均匀且一致，良好地实现了铜/光刻胶组合图案的表面平坦化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的高频传输微结构的平坦化方法流程示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的铜层与光刻胶层之间的高度差示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的铜层与光刻胶层平坦化后的示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的铜层的研磨速率与研磨盘转速之间的第一对应关系示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例的光刻胶层的研磨速率与研磨盘转速之间的第二对应关系示意图；
图6示出了根据本发明一个实施例的高频传输微结构的平坦化装置示意图；
图7示出了根据本发明一个实施例的电子设备示意图。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
为了减少铜/光刻胶组合图形的平坦化时间和工艺成本，一种可选的思路是对铜和光刻胶同时进行平坦化处理。但伴随的问题是：目前对于铜的化学机械平坦化工艺已经比较成熟，有大量的供应商提供铜研磨液，但几乎没有能够提供光刻胶研磨液的供应商。而光刻胶作为一种有机聚合物，其与金属铜的硬度相差很大，两种物质构成的pattern在同时进行化学机械研磨时很难做到兼容。
为了解决这个问题，在一个可选的实施例中，提供了一种高频传输微结构的平坦化方法，此处的高频传输微结构是用于传输频率大于3MHz的信号的三维微结构器件，其整体思路是使用现有的铜研磨液同时对光刻胶和铜同时进行化学机械研磨/抛光，平坦化方法流程如图1所示，包括步骤S1～S4，具体如下：
S1：获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；
具体的，在制备高频传输微结构时以光刻胶作为牺牲层，在平坦化阶段需要对光刻胶层和铜层同时进行平坦化处理。此时光刻胶层与铜层具有一定的高度差，光刻胶层较高，铜层较低，如图2所示，此时可测出两者之间的高度差。
需求去除量表示在平坦化阶段铜层需要减薄的量，根据目前高频传输微结构的设计要求或工艺要求，需求去除量的取值为数微米至数十微米左右。
S2：根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；
由于是同时对光刻胶层和铜层进行平坦化，因此两者的化学机械研磨的时间相等，两者之间的研磨速率比：y(PR)/y(Cu)等效于两者的去除量之比：h(PR)/h(Cu)。而平坦化的目的是使铜层和光刻胶层最终趋于同一平面，因此根据铜的去除量h(Cu)和高度差Δh，可以得到光刻胶层的估算去除量h(PR)＝h(Cu)+Δh，从而确定出研磨速率比为：
y(PR)/y(Cu)＝h(PR)/h(Cu) (1)
上式中，y(Cu)为铜的研磨速率，y(PR)为光刻胶的研磨速率，h(Cu)为铜层的研磨去除量即需求去除量，h(PR)为计算得到的光刻胶层的估算去除量。
S3：根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；
具体的，第一对应关系和第二对应关系可通过化学机械研磨实验和数据分析确定。对于目前常用的铜研磨液，其主要成分为：溶剂、研磨颗粒SiO2、少量有机盐和三氮唑添加剂，通过大量实验总结得出，在制备高频传输微结构时，在常用的低研磨压力(LowDownforce)下，第一对应关系具有如下的数学形式：
y(Cu)＝C1×x+C0 (2)
其中，y(Cu)为铜的研磨速率，x为研磨盘转速，C1和C0为系数。
第二对应关系具有如下的数学形式
y(PR)＝k2×x2+k1×x+k0 (3)
其中，y(PR)为光刻胶的研磨速率，x为研磨盘转速，k2、k1和k0为系数。
式(2)和(3)中各常数的取值与研磨压力、研磨液组分和光刻胶材质相关，在此不做具体限定。
在步骤S2中已经确定了y(PR)/y(Cu)的值，故而，利用(3)/(2)可求解研磨盘转速x，获得研磨盘的目标转速。
S4：根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
在确定研磨盘的目标转速后，即可进行化学机械抛光。其中，研磨头转速可以控制在研磨盘的目标转速的110％。
可选的，在CMP研磨平坦化时，可控制研磨压力为150～175hPa(百帕)，铜研磨液的流量控制在270～330ml/min，优选300ml/min。采用上述研磨参数配合研磨盘的目标转速，可在一段时间后使光刻胶层和铜层平坦化，两者趋于同一平面，如图3所示。
可选的，在所述确定研磨盘的目标转速之后，可根据所述目标转速和所述第一对应关系，确定所述铜层的估算研磨速率；根据所述需求去除量和所述估算研磨速率，确定目标研磨时间；然后根据所述目标转速和目标研磨时间，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
本实施例提供了一种高频传输微结构的平坦化方法，使用现有的铜研磨液对高频传输微结构中的铜层和光刻胶层同时进行化学机械抛光/研磨，既降低了平坦化的时间成本和工艺成本，又解决了目前难以获得光刻胶研磨液的问题。考虑到在同步研磨时，铜研磨液对铜和光刻胶的研磨速率差别会对平坦化产生不利影响，因此通过铜层的需求去除量和光刻胶层与铜层之间的高度差，确定两者之间的研磨比，然后基于研磨速率比和第一对应关系、第二对应关系，确定研磨盘的目标转速并以此进行化学机械抛光，使光刻胶层和铜层在一次平坦化处理后，两者的剩余量均匀且一致，良好地实现了铜/光刻胶组合图案的表面平坦化。
需要说明的是，对图形中以光刻胶为牺牲层的其它结构，本实施例提供的平坦化方法也能适用。
为了更加直观的说明上述方案，在接下来的一个实施例中，结合具体数据进行说明。
在制备某高频传输微结构时，在平坦化前测量得到光刻胶层高出铜层约7微米，即高度差Δh＝7μm。
平坦化的目的是经过一段时间研磨后，铜层和光刻胶层的高度趋于一致，实现平坦，即：
y(PR)×t＝Δh+y(Cu)×t；
t为化学机械抛光的研磨时间。
而按照设计需求，铜层的需求去除量或减薄量h(Cu)为8μm，则有：
y(Cu)×t＝8μm；
y(PR)×t＝y(Cu)×t+Δh＝15μm；
故而，光刻胶层与铜层的研磨速率比：
y(PR)/y(Cu)＝15/8＝1.875 (4)
本实施例使用的铜研磨液为市售的CU3980，其研磨颗粒为SiO2，研磨液中还少量有机盐和三氮唑添加剂，使用时在研磨液中加入1％H2O2。
光刻胶层使用市售的正性光刻胶AZ40，其树脂为线性酚醛树脂，对应的感光剂为重氮萘醌(DNQ)。
通过实验确定在低研磨压力下，CU3980对铜层的研磨速率与研磨盘转速x之间的关系如图4所示；在图4中，横坐标为研磨盘转速，单位为rpm，纵坐标为铜层(Cu)的研磨速率，单位为μm/min。
拟合方程如下：
y(Cu)＝0.0075x+0.1369 (5)
CU3980对光刻胶层的研磨速率与研磨盘转速x之间的关系如图5所示，在图5中，横坐标为研磨盘转速，单位为rpm，纵坐标为光刻胶层(PR)的研磨速率，单位为μm/min。
拟合方程如下：
y(PR)＝-0.0022x2+0.29x-8.22 (6)
联立(4)、(5)、(6)式求解出：
转速x＝60或70rpm。
考虑到转速过低则化学机械抛光时间较长，因此选择70rpm作为目标转速，同时研磨头的转速为研磨盘转速的110％，故而确定出研磨头转速为77rpm。
在进行化学机械抛光时，采用上述研磨盘转速和研磨头转速，结合研磨压力150～175hPa，研磨液流量300ml/min进行平坦化处理
在研磨盘转速＝70rpm和研磨头转速＝77rpm的条件下，利用式(5)和(6)可知铜的去除速率约为0.7μm/min，光刻胶的去除速率约为1.3μm/min，因此在研磨11分钟后，铜层和光刻胶层的表面平坦度将达到设计要求。
基于相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，如图6所示，提供了一种高频传输微结构的平坦化装置，包括：
获取模块10，用于获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；
第一确定模块20，用于根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；
第二确定模块30，用于根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；
控制模块40，用于根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
可选的，第一确定模块20用于：
根据所述需求去除量和所述高度差，确定光刻胶层的估算去除量；
根据所述估算去除量和所述需求去除量，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比。
可选的，所述第二确定模块30还用于：
根据所述目标转速和所述第一对应关系，确定所述铜层的估算研磨速率；
根据所述需求去除量和所述估算研磨速率，确定目标研磨时间；
所述控制模块40用于：
根据所述目标转速和目标研磨时间，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图7所示，提供了一种电子设备700，包括处理器720和存储器710，所述存储器710耦接到所述处理器720，所述存储器710存储计算机程序711，当所述计算机程序711由所述处理器720执行时使所述电子设备700执行前述实施例中所述控制方法的步骤。
通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明提供了一种高频传输微结构的平坦化方法、装置及电子设备，其中的方法使用现有的铜研磨液对高频传输微结构中的铜层和光刻胶层同时进行化学机械抛光/研磨，既降低了平坦化的时间成本和工艺成本，又解决了目前难以获得光刻胶研磨液的问题。考虑到在同步研磨时，铜研磨液对铜和光刻胶的研磨速率差别会对平坦化产生不利影响，因此通过铜层的需求去除量和光刻胶层与铜层之间的高度差，确定两者之间的研磨比，然后基于研磨速率比和第一对应关系、第二对应关系，确定研磨盘的目标转速并以此进行化学机械抛光，使光刻胶层和铜层在一次平坦化处理后，两者的剩余量均匀且一致，良好地实现了铜/光刻胶组合图案的表面平坦化。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高频传输微结构的平坦化方法，其特征在于，在进行平坦化前，所述高频传输微结构包括光刻胶层和铜层，所述方法包括：
获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；
根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；
根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；
根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化时，控制研磨压力为150～175hPa。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化时，控制所述铜研磨液的流量为270～330ml/min。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述需求去除量为8μm，所述高度差为7μm时，所述目标转速为60～70rpm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一对应关系为：
y(Cu)＝C1×x+C0；
其中，y(Cu)为铜的研磨速率，x为研磨盘转速，C1和C0为系数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二对应关系为：
y(PR)＝k2×x2+k1×x+k0；
其中，y(PR)为光刻胶的研磨速率，x为研磨盘转速，k2、k1和k0为系数。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比，包括：
根据所述需求去除量和所述高度差，确定光刻胶层的估算去除量；
根据所述估算去除量和所述需求去除量，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定研磨盘的目标转速之后，所述方法还包括：
根据所述目标转速和所述第一对应关系，确定所述铜层的估算研磨速率；
根据所述需求去除量和所述估算研磨速率，确定目标研磨时间；
所述根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化，包括：
根据所述目标转速和目标研磨时间，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
9.一种高频传输微结构的平坦化装置，其特征在于，在进行平坦化前，所述高频传输微结构包括光刻胶层和铜层，所述装置包括：
获取模块，用于获得所述铜层的需求去除量和所述光刻胶层与所述铜层之间的高度差；
第一确定模块，用于根据所述需求去除量和所述高度差，确定所述光刻胶层与所述铜层的研磨速率比；
第二确定模块，用于根据所述研磨速率比、第一对应关系和第二对应关系，确定研磨盘的目标转速；所述第一对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，铜的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；所述第二对应关系为使用铜研磨液进行化学机械抛光时，光刻胶的研磨速率与研磨盘转速的映射关系；
控制模块，用于根据所述目标转速，采用化学机械抛光方法对所述高频传输微结构进行平坦化。
10.一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
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