TW201404261A - 多層電子支持結構的層間對准 - Google Patents
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Abstract
一種用於在在先層上對准在後層的方法，所述在先層包括封裝在介電材料中的金屬特徵結構或通孔，所述方法包括以下步驟：將所述介電材料減薄並平坦化，以產生介電材料的光滑表面以及使所述通孔柱的暴露端部共平面；將所述光滑表面成像；區分出至少一個金屬特徵結構的端部位置；以及，利用至少一個通孔特徵結構的端部位置作為對准標記用於對准在後層。
Description
本發明涉及多層互連結構，特別是指一種多層電子支持結構的層間對准。
在對於越來越複雜的電子元件的小型化的需求越來越大的帶動下，諸如計算機和電信設備等消費電子產品越來越集成化。這已經導致要求支持結構如IC基板和IC插件具有通過介電材料彼此電絕緣的高密度的多個導電層和通孔。
這種支持結構的總體要求是可靠性和適當的電氣性能、薄度、剛度、平坦度、散熱性好和有競爭力的單價。
在實現這些要求的各種途徑中，一種廣泛實施的創建層間互連通孔的製造技術是採用激光鑽孔，所鑽出的孔穿透後續布置的介電基板直到最後的金屬層，後續填充金屬，通常是銅，該金屬通過鍍覆技術沈積在其中。這種成孔方法有時也被稱為“鑽填”，由此產生的通孔可稱為“鑽填通孔”。
鑽填孔方法存在多個缺點。因為每個孔需要單獨鑽孔，所以生產率受限，並且製造複雜的多通孔IC基板和插件的成本變得高昂。在大型陣列中，通過鑽填方法難以生產出高密度和高品質、彼此緊密相鄰且具有不同的尺寸和形狀的通孔。此外，激光鑽出的通孔具有穿過所述介電材料厚度的粗糙側壁和內向錐度。該錐度減小了通孔的有效直徑。特別是在超小通孔直徑的情況下，也可能對於在先的導電金屬層的電接觸產生不利影響，由此導致可靠性問題。此外，在被鑽的電介質是包括聚合物基質中的玻璃或陶瓷纖維的複合材料時，側壁特別粗糙，並且這種粗糙可能會產
生附加的雜散電感。
鑽出的通孔的填充過程通常是通過銅電鍍來完成的。電鍍沈積技術會導致凹痕，其中在通孔頂部出現小坑。或者，當通孔通道被填充超過其容納量的銅時，可能造成溢出，從而產生突出超過周圍材料的半球形上表面。凹痕和溢出往往在如製造高密度基板和插件時所需的後續上下堆疊通孔時造成困難。此外，應該認識到，大的通孔通道難以均勻填充，特別是在其位於插件或IC基板設計的同一互連層內的小通孔附近時。
雖然可接受的尺寸和可靠性正在隨著時間的推移而改善，但是上文所述的缺點是鑽填技術的內在缺陷，並且預計會限制可能的通孔尺寸範圍。還應該注意的是，激光鑽孔是製造圓形通孔通道的最好方法。雖然理論上可以通過激光銑削製造狹縫形狀的通孔通道，實際上，可製造的幾何形狀範圍比較有限，並且在給定支持結構中的通孔通常是圓柱形的並且是基本相同的。
通過鑽填工藝製造通孔是昂貴的，並且難以利用相對具有成本效益的電鍍工藝用銅來均勻和一致地填充由此形成的通孔通道。
在複合電介質材料中激光鑽出的孔實際上被限制在60×10-6m直徑，並且由於所涉及的燒蝕過程以及所鑽的複合材料的特性，甚至因此而遭受顯著的錐度形狀以及粗糙側壁的不利影響。
除了上文所述的激光鑽孔的其它限制外，鑽填技術的進一步限制在於難以在同一層中產生不同直徑的通孔，這是因為當鑽出不同尺寸的通孔通道並隨後用金屬填充以製造不同尺寸通孔時，通孔通道的填充速率不同。因此，作為鑽填技術的特徵性的凹凸不平或溢出的典型問題被惡化，因為不可能對不同尺寸通孔同時優化沈積技術。
克服鑽填方法的許多缺點的可選解決方案是利用又稱為“圖案鍍覆”的技術，通過將銅或其它金屬沈積到在光刻膠中形成的圖案內來製造。
在圖案鍍覆中，首先沈積種子層。然後在其上沈積光刻膠層，隨後曝光形成圖案，並且選擇性移除以制成暴露出種子層的溝槽。通過將銅沈積到光刻膠溝槽中來形成通孔柱。然後移除剩余的光刻膠，蝕刻掉種
子層，並在其上及其周圍層壓通常為聚合物浸漬玻璃纖維氈的介電材料，以包圍所述通孔柱。然後，可以使用各種技術和工藝來平坦化介電材料，移除其一部分以暴露出通孔柱的頂部，以允許由此導電接地，用於在其上形成下一金屬層。可在其上通過重複該過程來沈積後續的金屬導體層和通孔柱，以形成所需的多層結構。
在一個替代但緊密關聯的技術即下文所稱的“面板鍍覆”中，將連續的金屬或合金層沈積到基板上。在基板的頂部沈積光刻膠層，並在其中顯影出圖案。剝除顯影光刻膠的圖案，選擇性地暴露出其下的金屬，該金屬可隨後被蝕刻掉。未顯影的光刻膠保護其下方的金屬不被蝕刻掉，並留下直立的特徵結構和通孔的圖案。
在剝除未顯影的光刻膠後，可以在直立的銅特徵結構和/或通孔柱上或周圍層壓介電材料，如聚合物浸漬玻璃纖維氈。在平坦化後，可通過重複該過程在其上沈積後續的金屬導體層和通孔柱，以形成所需的多層結構。
通過上述圖案鍍覆或面板鍍覆方法創建的通孔層通常被稱為“通孔柱”和銅制特徵層。
將會認識到，微電子演化的一般推動力涉及製造更小、更薄、更輕和更大功率的具有高可靠性產品。使用厚且有芯的互連不能得到超輕薄的產品。為了在互連IC基板或“插件”中形成更高密度的結構，需要具有甚至更小連接的更多層。事實上，有時希望彼此交疊地堆疊元件。
如果在銅或其它合適的犧牲基板上沈積鍍覆層壓結構，，則可以蝕刻掉基板，留下獨立的無芯層壓結構。可以在預先附著至犧牲基板的側面上沈積進一步的層，由此能夠形成雙面累積，從而最大限度地減少翹曲並有助於實現平坦化。
一種製造高密度互連的靈活技術是構建由在介電基質中的由金屬通孔或特徵結構構成的圖案或面板鍍覆多層結構。金屬可以是銅，電介質可以是纖維增強聚合物，通常是具有高玻璃化轉變溫度(Tg)的聚合物，如聚酰亞胺。這些互連可以是有芯的或無芯的，並可包括用於堆疊元件的空腔。它們可具有奇數或偶數層。實現技術描述在授予
Amitec-Advanced Multilayer Interconnect Technologies Ltd.的現有專利中。
例如，赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“高級多層無芯支撐結構及其製造方法(Advanced multilayer coreless support structures and method for their fabrication)”的美國專利US 7,682,972描述了一種製造包括在電介質中的通孔陣列的獨立膜的方法，所述膜用作構建優異的電子支撐結構的前體，該方法包括以下步驟：在包圍犧牲載體的電介質中製造導電通孔膜，和將所述膜與犧牲載體分離以形成獨立的層壓陣列。基於該獨立膜的電子基板可通過將所述層壓陣列減薄和平坦化，隨後終止通孔來形成。該公報通過引用全面並入本文。
赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“用於芯片封裝的無芯空腔基板及其製造方法(Coreless cavity substrates for chip packaging and their fabrication)”的美國專利US 7,669,320描述了一種製造IC支撐體的方法，所述IC支撐體用於支撐與第二IC芯片串聯的第一IC芯片；所述IC支撐體包括在絕緣周圍材料中的銅特徵結構和通孔的交替層的堆疊，所述第一IC芯片可粘合至所述IC支撐體，所述第二IC芯片可粘合在所述IC支撐體內部的空腔中，其中所述空腔是通過蝕刻掉銅基座和選擇性蝕刻掉累積的銅而形成的。該公報通過引用全部並入本文。
赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“集成電路支撐結構及其製造方法(integrated circuit support structures and their fabrication)”的美國專利US 7,635,641描述了一種製造電子基板的方法，包括以下步驟：(A)選擇第一基礎層；(B)將蝕刻阻擋層沈積到所述第一基礎層上；(C)形成交替的導電層和絕緣層的第一半堆疊體，所述導電層通過貫穿絕緣層的通孔而互連；(D)將第二基礎層塗覆到所述第一半堆疊體上；(E)將光刻膠保護塗層塗覆到第二基礎層上；(F)蝕刻掉所述第一基礎層；(G)移除所述光刻膠保護塗層；(H)移除所述第一蝕刻阻擋層；(I)形成交替的導電層和絕緣層的第二半堆疊體，導電層通過貫穿絕緣層的通孔而互連；其中所述第二半堆疊體具有與第一半堆疊體基本對稱的構造；(J)將絕緣層塗覆到交替的導電層和絕緣層的所述第二半堆疊體上；(K)移除所述第二基礎層，以及，(L)通過將通孔末端暴露在所述堆疊體的外表面上並對其塗覆終止物來終止基板。該公報通
過引用全部並入本文。
本發明的一個方面涉及一種用於在包括封裝在介電材料中的金屬特徵結構的在先層上對准在後層的方法，包括以下步驟：a)將所述介電材料減薄並平坦化，以形成介電材料的光滑表面以及使所述金屬特徵結構的暴露端部共平面；f)將所述光滑表面成像；g)區分出至少一個金屬特徵結構的端部位置；以及h)利用所述至少一個金屬特徵結構的端部位置作為定位標記用於對准目的。
在一些實施方案中，所述金屬特徵結構通過電鍍製造。
在一些實施方案中，所述金屬特徵結構是通孔。
在一些實施方案中，所述至少一個金屬特徵結構是通孔柱。
在一些實施方案中，所述成像包括對所得圖像進行計算機處理光學分析，以確定至少一個特徵結構的邊緣。
在一些實施方案中，該方法還包括步驟c)在所述光滑表面上沈積種子層和步驟g)區分出至少一個金屬特徵結構的邊緣，其包括對種子層進行成像。
在一些實施方案中，該方法還包括步驟b)在減薄的介電層上沈積粘附/阻擋層，然後沈積所述種子層。
在一些實施方案中，該方法還包括步驟d)在種子金屬上鋪設光刻膠層。
在一些實施方案中，種子層的特徵在於具有至多3微米的厚度。
在一些實施方案中，種子層通過物理氣相沈積(PVD)或化學鍍沈積方法進行沈積，並且包括選自包括Ni、Au、Cu和Pd的組別中的至少一種金屬。
在具有粘附/阻擋層的實施方案中，所述粘附/阻擋層的特徵
在於厚度為0.04至0.2微米，以及可通過物理氣相沈積工藝(PVD)方法沈積並且包括選自包括Ti、Ta、W、Ni、Cr、Pt、Al和Cu的組別中的至少一種金屬。
在一些實施方案中，步驟(a)包括選自包括機械研磨、機械抛光和化學機械抛光(CMP)的組別中的至少一種技術。
在一些實施方案中，將多個通孔柱的端部成像並利用激光寫入所述在後層的圖案，從而利用來自所述多個通孔柱的通孔柱進行調節以校正所述激光的位置，同時對所述圖案進行曝光和顯影。
在一些實施方案中，所述方法可以通過控制計算機自動化執行。
在一些實施方案中，將多個通孔柱端部成像，並利用所述通孔柱的位置來定位光掩模。
在一些實施方案中，可達到優於+- 10微米的對准精度。
在一些實施方案中，可達到優於+- 3微米的對准精度。
在一些實施方案，用於對准目的至少一個特徵結構具有包括至少一個直邊緣的橫截面。
在一些實施方案中，用於對准目的至少一個特徵結構具有包括至少兩個垂直直邊緣的橫截面。
術語微米或μm是指微米或10-6m。
100‧‧‧多層支撐結構
102、104、106‧‧‧特徵層、功能層
108‧‧‧特徵結構
110、112、114、116‧‧‧介電層
118‧‧‧通孔
400‧‧‧多層電子支持結構
402‧‧‧陣列
404‧‧‧定位標記
406‧‧‧定位標記
410‧‧‧通孔柱
圖1是現有技術的多層複合支持結構的簡化截面圖。
圖2是示出本發明的結構可如何製造的一個流程圖。
圖3是示出製造通孔柱層的變化過程的另一流程圖。
圖4是可製造定位孔的位置的基板陣列的示意圖。
圖5是應用不同的圖像分析程序的一系列光學顯微圖像。該圖像示出在XY平面上已減薄和平坦化的電子支持結構層表面中的通孔柱端部，盡管覆蓋有3微米的銅種子層，但是銅通孔柱的位置可以清楚地確定。
圖6是示出可對准其它層的一種方法的流程圖。
圖7是嵌入在介電材料中的銅結構的顯微照片，其中已經被後續抛光光滑以暴露出所述銅結構，然後塗覆有粘附金屬層、種子層。
在不同的附圖中，相同的數字和名稱指示相同的要素。
為了更好地理解本發明並示出本發明的實施方式，純粹以舉例的方式參照附圖。
具體參照附圖時，必須強調的是特定的圖示是示例性的並且目的僅在於說明性討論本發明的優選實施方案，並且基於提供被認為是對於本發明的原理和概念方面的描述最有用和最易於理解的圖示的原因而被呈現。就此而言，沒有試圖將本發明的結構細節以超出對本發明基本理解所必需的詳細程度來圖示；參照附圖的說明使本領域技術人員認識到本發明的幾種形式可如何實際體現出來。
在以下說明中，涉及的是由在介電基體中的金屬通孔構成的支持結構，特別是在聚合物基體中的銅通孔柱，如玻璃纖維增□□強的聚酰亞胺、環氧樹脂或BT(雙馬來酰亞胺/三嗪)或它們的混合物。
對於特徵結構的面內尺寸有沒有有效的上限是Access公司的光刻膠和圖案或面板鍍覆以及層壓技術的特徵，如在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國專利US 7,682,972、US 7,669,320和US 7,635,641中所描述的，其通過引用並入本文。
圖1是現有技術的多層複合支持結構的簡化截面圖。現有技術的多層支持結構100包括被絕緣各層的介電層110、112、114、116隔離的組件或特徵結構108的功能層102、104、106。穿過介電層的通孔118提供在相鄰的功能或特徵結構層之間的電連接。因此，特徵結構層102、104、106包括在X-Y平面上通常敷設在所述層內的特徵結構108，以及跨介電層110、112、114、116導通電流的通孔118。通孔118設計為具有最小的電感並得到充分的隔離以在其間具有最小的電容。
當利用鑽填技術製造通孔時，通孔通常具有基本圓形截面，因為它們是通過首先在電介質中鑽出激光孔來製造的。由於電介質是不均勻的和各向異性的並且由含有無機填料和玻璃纖維增□□強物的聚合物基
體組成，因此其圓形截面通常是邊緣粗糙的並且其截面會略微偏離真正的圓形。此外，通孔往往具有某種程度的錐形，即為逆截頭錐形而非圓柱形。
例如，如在美國專利US 7,682,972、US 7,669,320和US 7,635,641中所描述的，圖1的結構可交替地通過在光刻膠圖案中鍍覆(圖案鍍覆)或者面板鍍覆接著進行選擇性蝕刻來製造，無論哪種方式均留下直立的通孔柱，並隨後在其上層壓介電預浸料。
利用“鑽填通孔”的方法，由於截面控制和形狀方面的困難，使得不能製造非圓形孔。由於激光鑽孔的限制，還存在約50-60微米直徑的最小通孔尺寸。這些困難在上文的背景技術部分中作了詳細描述，並且這些困難特別涉及由於銅通孔填充電鍍過程導致的凹痕和/或半球形頂部、由於激光鑽孔過程導致的通孔錐度形狀和側壁粗糙、以及由於在“路徑模式(routing mode)”中用以產生在聚合物/玻璃電介質中的溝槽而使用的用於銑削狹縫的昂貴的激光鑽孔機所導致的較高成本。
激光鑽出通孔的進一步缺點在於：由於在現有技術中的定位限制，使得只能將通孔位置控制在應處位置的10微米內。
參照圖2，在一些實施方案中，包括特徵結構或焊盤層以及其上的通孔層的每個雙層可通過以下步驟製造：獲得包括下方通孔層的基板，所述通孔層被處理以暴露出所述通孔層的銅-步驟a)，並用種子層，通常是銅，來覆蓋所述基板-步驟b)。將第一光刻膠薄層覆在種子層上-步驟c)，以及將所述第一光刻膠薄層曝光並顯影以形成負性特徵結構圖案-步驟d)。將金屬，通常是銅，沈積在所述負性特徵圖案上-步驟e)；並剝除所述第一光刻膠薄層-步驟f)，以留下直立的特徵層。現在覆第二光刻膠厚層-步驟g)，並在其中曝光和顯影出第二負性通孔柱圖案-步驟h)。在第二圖案顯影出的溝槽內沈積金屬層，通常是銅-步驟i)，以製造包括不同尺寸的通孔柱的通孔層。剝除第二光刻膠層-步驟j)，以留下包括至少兩個不同尺寸的通孔柱的通孔柱層以及直立的特徵結構層。移除暴露的種子層-步驟k)，這可以例如通過將結構暴露於氫氧化銨或氯化銅的濕法蝕刻來實現。然後，在包括不同尺寸的通孔柱的通孔層上層壓介電材料-步驟l)。介電材料一般是複合材料，其包含聚合物基體，如聚酰亞胺、環氧樹脂、
雙馬來酰亞胺、三嗪及其混合物，並還可以包含陶瓷或玻璃。通常情況下，電介質作為由在含陶瓷填料的聚合物樹脂預浸料中的織造玻璃纖維束構成的預浸料。
為了能夠進一步構建額外的層，可將介電材料減薄以暴露出金屬-步驟m)。所述減薄可利用機械研磨或抛光、化學抛光或化學機械抛光CMP來完成。所述減薄也使結構平坦化。然後，可以在經減薄的表面上沈積金屬種子層，如銅-步驟n)，以使得進一步的層能夠被構建。所述種子層通常為0.5微米-1.5微米。為了幫助其粘附，可以首先沈積鈦、鉭、鉻、鎢或其混合物的粘附/阻擋層，通常為0.04-0.1微米厚。所述種子層可利用例如濺射或化學鍍來沈積。
已知各種變化的製造路徑，如所知的面板鍍覆替代圖案鍍覆。例如，參照圖3，在一個變化的製造路徑中，至少一個通孔層通過以下步驟製造：獲得包括具有暴露的銅的下方特徵結構層的基板-步驟(i)，並且利用種子層覆蓋所述下方特徵結構層-步驟(ii)，所述種子層通常是銅，並且通常通過濺射或通過化學鍍進行沈積。在所述種子層上沈積金屬層-步驟(iii)。該金屬層通常是銅，並且可通過電鍍進行沈積。在所述金屬層上鋪設光刻膠層-步驟(iv)，並且在其中曝光並顯影通孔柱的正性圖案-步驟(v)。蝕刻掉暴露出的金屬層-步驟(vi)。銅的蝕刻可使用銅蝕刻劑，如氫氧化銨或氯化銅來實施。然後，剝除光刻膠-步驟(vii)，留下直立的通孔柱，並且在所述通孔柱上層壓介電材料-步驟(viii)。為了能夠進一步地構建，可將介電層減薄-步驟(ix)，以暴露出金屬，例如採用化學或機械抛光或研磨或化學機械抛光。所述減薄使得層平坦化。然後，可以在經減薄的表面上沈積另一銅種子層-步驟(x)。
介電材料一般是複合材料，其包含聚合物基體，如聚酰亞胺、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺、三嗪及其混合物，並還可以包含陶瓷或玻璃。通常情況下，電介質作為由在含陶瓷填料的聚合物樹脂預浸料中的織造玻璃纖維束構成的預浸料。
以上描述只是解釋性的。諸如圖1的多層結構可通過圖2或圖3的過程及其變化方式建立。應該認識到所述過程可具有許多變化方
式。
應該認識到，通常重要的是仔細地將每一層相對於下方層對准，以確保組件正確定位。在鑽填技術中真實的是孔需要在正確位置上穿透每一層。在阿米技術(Amitec)鍍覆通孔柱技術中同樣真實的是通孔柱的每一層和焊盤/特徵結構的每一層都需要正確對准。
如圖4所示，多層電子支持結構400通常被製造成類似的多層電子支持結構400的陣列402的一部分，其然後被分離。所述多層結構內的通孔柱的一層與下一層的對准通常是利用在陣列402邊緣的一個或多個定位標記404並且可能利用在單個支持結構400的空白處的定位標記406來實現的。
支持結構400是柔性的，尤其是在僅由少數層構成並且無芯的情況下更是如此。製造過程通常包括熱壓以固化介電預浸料以及各種金屬沈積過程如濺射和電鍍，這些過程在不同的溫度下進行，並且結構由此在製造過程中經曆熱循環，並因此經曆膨脹和收縮，也許在製造過程中還經曆了某種程度的彎曲、卷曲和扭曲，即使由此得到的結構是平坦的也是如此。用於暴露出通孔柱端部的減薄過程可採用可能由於摩擦產生熱的機械抛光並對基板施加機械應力。
上述後果是難以保證基板內的單個組件均在其應處位置的10微米內的，並且簡單地使用沿陣列402邊緣的一個或兩個定位標記404或甚至是在陣列402內的每個基板400的空白處的定位標記均可被證明是不令人滿意的，因為待對准的組件可能無法精確處在其應處位置上。
參照圖2，在步驟(i)後，通孔柱的端部被暴露出，但與周圍的介電材料齊平。在圖3的步驟(ix)後得到類似的結構。
出乎意料地發現，盡管底層被減薄至1微米以下並且沈積在其上方的遍及種子層超過1.5微米厚，並且盡管通常認為不可能光學解決小於3微米的高度變化，但是仍然可以通過高精度來確定通孔柱的位置。
參照圖5，示出塗覆有2-3微米厚的銅種子層的多層支持結構層的減薄表面中的通孔柱的一系列光學顯微照片。通孔柱的直徑為1毫米。盡管已減薄使得通孔柱與表面平齊，並且盡管後續所有層都在銅遍及
種子層上方，但是銅通孔柱的端部仍然清晰可辨。
因此，出乎意料地發現，可以使用在預先沈積層中的通孔柱作為定位標記，用以准確地對准其上的在後層，盡管先沈積0.5至3微米以上的遍及種子層。
應當認識到使用通孔柱自身的端部作為定位標記能夠實現採用所述通孔柱的後續過程高水平對准。可以實現+- 3微米的對准。
參照圖4，提出將多層支持結構400的抛光表面中的通孔柱陣列內的一個或多個通孔柱410用於其它層在其上對准的定位用途。
在圖2的步驟(j)和圖3的步驟(x)中，具有齊平通孔柱的光滑表面塗覆有種子層。由於遍及種子層的塗覆，使得整個表面包括與通孔柱位置相關的定位標記被掩蓋。在陣列的空白處或在每個支持結構的空白處內的定位孔可用於對准目的，但這些孔的尺寸通常相對較大，如果在結構形成後進行鑽孔，則難以實現這些孔與已沈積的通孔柱和特徵結構的對准，所以由於對准誤差增加，導致使用這些孔作為定位標記以通過後續沈積其它組件來製造其它層變得越來越不令人滿意。
參照圖6，現在描述一種在後層的特徵與在先層的通孔柱進行光學對准特徵結構的方法：
首先將具有通孔柱被在先層介電材料層壓的上層的基板減薄並平坦化，以產生暴露出通孔柱端部的介電材料光滑表面-步驟(6a)。可通過PVD過程在其上沈積薄的粘附/阻擋金屬層-步驟(6b)，並且可在光滑表面上沈積種子層-步驟(6c)。可在種子層上沈積光刻膠層-步驟(6d)，並且可將光刻膠層的表面成像-步驟(6e)。盡管存在遍及粘附金屬層和種子層，但是可以確定至少一個通孔柱的端部位置-步驟(6f)，並且至少一個通孔柱的端部位置可用作對准在後層的特徵結構的定位標記-步驟(6g)。
當使用掩模來曝光和顯影設置在基板陣列上的光刻膠層時，掩模的位置可利用圍繞陣列邊緣作為定位標記的多個通孔柱來進行對准。
在光刻直寫技術中，使用激光來曝光和顯影光刻膠，在鋪設光刻膠之後，通過控制用於通過寫入來顯影光刻膠的激光器的位置，在先層中通孔柱的端部可用於直接定位。利用這項技術，在先層中的多個通孔
柱可用於調節運行中的激光器的位置，從而調節製造過程產生的柱位置。
以這種方式將通孔柱用於對准目的，可實現優於+-10微米，甚至優於+-3微米的對准。
通孔柱自身可以相對於下層仔細進行定位，因為光掩模技術是相當准確的。此外，單個光掩模能夠一次製造所有的通孔柱，並且一旦確定了兩個通孔柱(優選相距甚遠)的位置，所有通孔柱在層中的位置就被准確定位了。相反，鑽填通孔是單獨製造的，每個鑽填通孔的位置與期望位置之間的偏離可達10微米，這是因為准確地定位鑽孔激光器要困難得多。機械鑽孔甚至更不准確。因此，一個鑽填通孔相對於同一層中的其他鑽填通孔以及相對於下層中特徵結構的位置不能被准確定位，所以鑽填通孔不能用於與通孔柱所能實現的定位相同精度的定位。
如圖7所示，利用適當的光學成像技術(在這種情況下為來自OrbotechTM的激光直接成像系統的CCD相機)，可以在a)減薄平坦之後，b)沈積0.05-0.15微米厚的遍及鈦粘附/阻擋層之後，c)在鈦層上沈積0.5-1.5微米厚的銅種子層之後，以及隨後d)在其上塗覆可為5-125微米厚(在這種情況下為20微米)的光刻膠層之後，清楚地區分出嵌入在介電基體(暗的)中的銅結構(亮的)。這能夠使下層的銅結構被直接用於穿過粘附層、種子層和介電層的定位用途，無論是用於控制進行光刻膠直接顯影的激光寫入裝置的位置，還是用於光掩模的定位。上文中，已經描述了將圓形通孔柱用於定位用途。在圖7中，示出在方形銅結構內的直徑為800微米的環形電介質填充區。在亮的銅周邊內的暗的環形電介質結構可與圓形通孔柱一樣好地用於定位。盡管存在減薄、遍及粘附層、種子層和光刻膠，但是銅與電介質之間的對比是可光學解析的。
此外應該認識到，鑽填通孔恒定為圓形並且不能精密對准。相反，通過在光刻膠內電鍍產生的通孔柱可精密定位並可具有其他的形狀。為了提高對准，經常優選提供定向且具有直邊緣的定位標記。優選提供成對的垂直直邊緣。通過電鍍，這樣的定位標記可以製造為例如方柱、十字形或矩形塊陣列。
通常，用於定位用途的目標特徵結構可具有50微米-數毫米
的尺寸，取決於光刻曝光工具的圖像采集系統。
因此，本領域技術人員將會認識到，本發明不限於上文中具體圖示和描述的內容。而且，本發明的範圍由所附權利要求限定，包括上文所述的各個技術特徵的組合和子組合以及其變化和改進，本領域技術人員在閱讀前述說明後將會預見到這樣的組合、變化和改進。
在權利要求書中，術語“包括”及其變體例如“包含”、“含有”等是指所列舉的組件被包括在內，但一般不排除其他組件。
Claims (19)
- 一種用於在在先層上對准在後層的方法，所述在先層包括封裝在介電材料中的金屬特徵結構，所述方法包括以下步驟：a)將所述介電材料減薄並平坦化，以產生介電材料的光滑表面以及使所述金屬特徵結構的暴露端部共平面；e)將所述光滑表面成像；f)區分出至少一個金屬特徵結構的端部位置；以及g)利用所述至少一個金屬特徵結構的端部位置作為定位標記用於對准目的。
- 如權利要求1所述的方法，其中所述金屬特徵結構通過電鍍製造。
- 如權利要求1所述的方法，其中所述金屬特徵結構是通孔。
- 如權利要求1所述的方法，其中所述至少一個金屬特徵結構是通孔柱。
- 如權利要求1所述的方法，其中所述成像包括對所得的圖像進行計算機化光學分析，以確定所述至少一個特徵結構的邊緣。
- 如權利要求1所述的方法，還包括步驟c)在所述光滑表面上沈積種子層和步驟f)區分出所述至少一個金屬特徵結構的邊緣包括區分出穿過所述種子層的至少一個金屬端部的位置。
- 如權利要求6所述的方法，還包括步驟b)在減薄的介電層上沈積粘附/阻擋層，然後沈積所述種子層。
- 如權利要求7所述的方法，還包括步驟d)在所述種子金屬上鋪設光刻膠層和步驟f)區分出所述至少一個金屬特徵結構的邊緣，其包括區分出穿過所述種子層和所述光刻膠層的至少一個金屬特徵結構端部的位置。
- 如權利要求6所述的方法，其中所述種子層的特徵在於具有至多3微米的厚度。
- 如權利要求6所述的方法，其中所述種子層通過物理氣相沈積(PVD)或化學鍍沈積方法進行沈積，並且包含選自包括Ni、Au、Cu和Pd的組別中的至少一種金屬。
- 如權利要求7所述的方法，其中所述粘附/阻擋層的特徵在於0.04-0.2微米的厚度以及通過物理氣相沈積(PVD)方法沈積並且包含選自包括Ti、Ta、W、Ni、Cr、Pt、Al和Cu的組別中的至少一種金屬。
- 如權利要求1所述的方法，其中步驟a)包括選自包括機械研磨、機 械抛光和化學機械抛光(CMP)的組別中的至少一種技術。
- 如權利要求1所述的方法，其中將多個通孔柱的端部成像並利用激光寫入所述在後層的圖案，從而利用來自所述多個通孔柱的通孔柱進行調節以校正所述激光的位置，同時對所述圖案進行曝光和顯影。
- 如權利要求13所述的方法，所述方法通過控制計算機自動化執行。
- 如權利要求1所述的方法，其中將多個通孔柱的端部成像，並利用所述通孔柱的位置來定位光掩模。
- 如權利要求1所述的方法，其中能夠實現優於+-10微米的對准精度。
- 如權利要求1所述的方法，其中能夠實現優於+-3微米的對准精度。
- 如權利要求1所述的方法，其中用於對准目的的所述至少一個特徵結構具有包括至少一個直邊緣的橫截面。
- 如權利要求1所述的方法，其中用於對准目的的所述至少一個特徵結構具有包括至少兩個垂直直邊緣的橫截面。
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