華林科納對包括背照式圖像傳感器、中介層和 3D 存儲器在內的消費產品相關設備的需求正在推動使用硅通孔 (TSV) [1] 的先進封裝。 TSV 處理的各種工藝流程(先通孔、中間通孔和最后通孔)影響代工廠和 OSAT 制造地點所需的相對集成水平。 Via last 為工藝集成提供了明顯的優勢，包括最大限度地減少對后端 (BEOL) 工藝的影響，并且在晶圓減薄工藝中不需要 TSV 顯示。縮放 TSV 的直徑顯著提高了系統性能和成本。當前通孔的最后直徑約為 30μm，先進的 TSV 設計為 5μm [2]。

光刻是影響最后一個 TSV 制造的整體器件性能和良率的關鍵因素之一 [2]。通孔最后圖案化的獨特光刻要求之一是需要從背面到正面晶圓對齊。對于較小的 TSV 直徑，從后到前的覆蓋層成為一個關鍵參數，因為第一層金屬上的通孔連接焊盤必須足夠大，以包括 TSV 關鍵尺寸 (CD) 和覆蓋層變化，如圖 1 所示。通孔著陸焊盤的尺寸為器件設計和最終芯片尺寸提供了顯著優勢。本研究評估了覆蓋性能≤750nm 的 5μm TSV。

對準、照明和計量

使用具有 0.16 數值孔徑 (NA) Wynne Dyson 透鏡的先進封裝 1X 步進器進行光刻。該步進器具有雙面對準 (DSA) 系統，該系統使用紅外 (IR) 照明通過減薄的硅晶片 [3] 觀察金屬目標。出于本研究及其結果的目的，晶圓器件側稱為“正面”，硅側稱為“背面”。光刻工具上朝上的一面是 TSV 晶圓的背面，如圖 2 所示。

用于查看嵌入式對準目標的頂部紅外照明方法，如圖 2 所示，為與步進光刻集成提供了實際優勢。由于照明和成像是從頂部引導的，這種方法不會干擾晶圓卡盤的設計，也不會限制晶圓上的對準目標定位。頂部 IR 對準方法使用能夠透過硅(在圖 2 中顯示為淺綠色)和工藝薄膜(顯示為藍色)的 IR 波長從背面照射對準目標。在這種配置中，目標(以橙色顯示)需要由金屬等紅外反射材料制成，以獲得最佳對比度。對準順序要求晶片在 Z 軸上移動，以便將對準焦點從晶片表面轉移到嵌入式目標。

使用 DSA 對準系統的光刻工具上的計量包測量背到正面配準。該步進自測軟件包 (DSA-SSM) 包括用于診斷和補償因具有不同高度特征的測量誤差的例程。對于每個測量點，光學計量系統需要在抗蝕劑特征和嵌入特征之間移動 Z 軸上的焦點。因此，運動 Z 軸、對準相機的光軸和晶圓法線之間的角度差異將導致工具的測量誤差 [3]。晶圓載物臺運動的質量也非常重要，因為顯著的俯仰和滾動特征會導致嵌入特征測量的位置相關誤差，這會使分析復雜化。

如果測量操作在整個晶圓上是可重復且一致的，那么來自測量工具的恒定誤差，通常稱為工具引起的偏移 (TIS)，可以使用 TIS 校準方法來表征，該方法結合了 0 和 180 的測量值學位方向。 TIS 誤差(或校準)是通過將兩個方向的偏移總和除以 2 來計算的 [4]。雖然 TIS 校準對平面計量的許多類型的測量都有效，但對于嵌入式特征計量，測量和校準的質量還取決于晶圓定位的質量和可重復性，包括傾斜。在以往的研究中，從當前方法獲得的配準數據是自洽的，被證明是一種有效的檢查方法 [3, 5]。然而，考慮到影響嵌入式特征計量的 TIS 校準的相關性，最好使用替代計量方法 [5] 來確認配準結果。為了獨立驗證DSA-SSM，設計了覆蓋數據專用電氣結構并將其放置在測試芯片上。

TSV 對準的電氣驗證在測試芯片完成處理后執行，并依賴于 TSV 在嵌入金屬 1(鑲嵌金屬)中的叉對叉測試結構上的著陸位置。當 TSV 處理完成時，填充銅的 TSV 將與金屬 1 接觸。TSV 在兩組金屬叉之間產生短路，從而可以測量兩個電阻值，這可以轉化為邊緣測量值。對于理想 TSV 對齊的情況，兩個電阻相等。電氣結構的測量分辨率受叉支節距的限制。在這項研究中，通過創建具有四種不同叉距的結構來提高分辨率。類似的旋轉 90 度的叉對叉結構用于 Y 對齊。使用這種方法，X 和 Y 中 TSV 的重疊誤差和尺寸都可以通過電氣方式確定 [6]。

審核編輯：湯梓紅