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(nèi)的消費(fèi)產(chǎn)品相關(guān)設(shè)備的需求正在推動使用硅通孔 (TSV) [1] 的先進(jìn)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(diǎn)所需的相對集成水平。 Via last 為工藝集成提供了明顯的優(yōu)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(tǒng)性能和成本。當(dāng)前通孔的最后直徑約為 30μm，先進(jìn)的 TSV 設(shè)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(guān)鍵因素之一 [2]。通孔最后圖案化的獨(dú)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(guān)鍵參數(shù)，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(guān)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(shè)計和最終芯片尺寸提供了顯著優(yōu)勢。本研究評估了覆蓋性能≤750nm 的 5μm TSV。

對準(zhǔn)、照明和計量

使用具有 0.16 數(shù)值孔徑 (NA) Wynne Dyson 透鏡的先進(jìn)封裝 1X 步進(jìn)器進(jìn)行光刻。該步進(jìn)器具有雙面對準(zhǔn) (DSA) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用紅外 (IR) 照明通過減薄的硅晶片 [3] 觀察金屬目標(biāo)。出于本研究及其結(jié)果的目的，晶圓器件側(cè)稱為“正面”，硅側(cè)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(zhǔn)目標(biāo)的頂部紅外照明方法，如圖 2 所示，為與步進(jìn)光刻集成提供了實際優(yōu)勢。由于照明和成像是從頂部引導(dǎo)的，這種方法不會干擾晶圓卡盤的設(shè)計，也不會限制晶圓上的對準(zhǔn)目標(biāo)定位。頂部 IR 對準(zhǔn)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(lán)色)的 IR 波長從背面照射對準(zhǔn)目標(biāo)。在這種配置中，目標(biāo)(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(zhǔn)順序要求晶片在 Z 軸上移動，以便將對準(zhǔn)焦點(diǎn)從晶片表面轉(zhuǎn)移到嵌入式目標(biāo)。

使用 DSA 對準(zhǔn)系統(tǒng)的光刻工具上的計量包測量背到正面配準(zhǔn)。該步進(jìn)自測軟件包 (DSA-SSM) 包括用于診斷和補(bǔ)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(diǎn)，光學(xué)計量系統(tǒng)需要在抗蝕劑特征和嵌入特征之間移動 Z 軸上的焦點(diǎn)。因此，運(yùn)動 Z 軸、對準(zhǔn)相機(jī)的光軸和晶圓法線之間的角度差異將導(dǎo)致工具的測量誤差 [3]。晶圓載物臺運(yùn)動的質(zhì)量也非常重要，因為顯著的俯仰和滾動特征會導(dǎo)致嵌入特征測量的位置相關(guān)誤差，這會使分析復(fù)雜化。

如果測量操作在整個晶圓上是可重復(fù)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(zhǔn)方法來表征，該方法結(jié)合了 0 和 180 的測量值學(xué)位方向。 TIS 誤差(或校準(zhǔn))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(zhǔn)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(zhǔn)的質(zhì)量還取決于晶圓定位的質(zhì)量和可重復(fù)性，包括傾斜。在以往的研究中，從當(dāng)前方法獲得的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)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(zhǔn)的相關(guān)性，最好使用替代計量方法 [5] 來確認(rèn)配準(zhǔn)結(jié)果。為了獨(dú)立驗證DSA-SSM，設(shè)計了覆蓋數(shù)據(jù)專用電氣結(jié)構(gòu)并將其放置在測試芯片上。

TSV 對準(zhǔn)的電氣驗證在測試芯片完成處理后執(zhí)行，并依賴于 TSV 在嵌入金屬 1(鑲嵌金屬)中的叉對叉測試結(jié)構(gòu)上的著陸位置。當(dāng) 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(chǎn)生短路，從而可以測量兩個電阻值，這可以轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的測量分辨率受叉支節(jié)距的限制。在這項研究中，通過創(chuàng)建具有四種不同叉距的結(jié)構(gòu)來提高分辨率。類似的旋轉(zhuǎn) 90 度的叉對叉結(jié)構(gòu)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