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實(shí)驗(yàn)方法

本研究通過(guò)檢查 TSV 光刻后的 DSA 光學(xué)計(jì)量可重復(fù)性，然后將該光學(xué)配準(zhǔn)數(shù)據(jù)與最終的電氣配準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)仔細(xì)檢查圖像放置性能。

TSV-last 工藝從帶有金屬 1 的 300mm 器件晶片開始，如圖 3 所示，臨時(shí)鍵合到用于機(jī)械支撐的載體上。硅器件晶片(淺綠色)的背面通過(guò)研磨變薄，然后通過(guò)拋光打磨光滑?；瘜W(xué)機(jī)械平面化(CMP)。 TSV 在光刻膠(紅色)中成像，并通過(guò)變薄的硅層進(jìn)行蝕刻。圖 3 描繪了完整的工藝流程，包括 TSV、STI 和 PMD 蝕刻、TSV 填充、再分布層 (RDL) 和載體剝離。對(duì)齊的 TSV 結(jié)構(gòu)必須完全落在金屬 1 焊盤(深藍(lán)色)上。

TSV 光刻是使用配備有 DSA 的步進(jìn)器完成的。光刻膠是一種基于 gh-line 酚醛清漆的正性材料，需要 1250mJ/cm2 的曝光劑量，厚度為 7.5μm [5]。 TSV直徑為5μm，硅厚度為50μm。硅的 TSV 蝕刻通過(guò) Bosch 蝕刻進(jìn)行 [7]。需要對(duì)光刻和 TSV 蝕刻進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保通孔完全落在金屬 1 焊盤上，如圖 1 所示。

DSA-SSM 計(jì)量的可接受特性需要符合集成的通孔工藝要求。由于 TSV 蝕刻工藝對(duì)圖案尺寸和密度非常敏感，因此 TSV 層僅限于一種尺寸的過(guò)孔，DSA-SSM 測(cè)量結(jié)構(gòu)就是使用這種形狀構(gòu)建的。 DSA-SSM 測(cè)量結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用一組 5μm 通孔，具有獨(dú)特的分組和時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)，以避免在對(duì)齊過(guò)程中與相鄰 TSV 器件圖案混淆。

圖 4 顯示了疊加結(jié)構(gòu)的 DSA 相機(jī)圖像的兩個(gè)不同焦點(diǎn)偏移。對(duì)于此結(jié)構(gòu)，參考金屬 1 特征(由藍(lán)色環(huán)勾勒)和抗蝕劑圖案特征(由紅環(huán)勾勒)不在同一焦平面上。對(duì)于 50μm 的硅厚度，聚焦一個(gè)特征會(huì)使另一個(gè)特征失焦，要求每個(gè)特征有自己的焦點(diǎn)偏移，這在計(jì)量測(cè)量配方中指定。

光學(xué)配準(zhǔn)過(guò)程控制

這項(xiàng)研究利用了 23 個(gè)光刻場(chǎng)的采樣計(jì)劃，每個(gè)場(chǎng)進(jìn)行 5 次測(cè)量，因此每個(gè)晶片總共進(jìn)行 115 次測(cè)量。由于完整的晶圓布局包含 262 個(gè)場(chǎng)，因此該采樣計(jì)劃為監(jiān)測(cè)線性網(wǎng)格和場(chǎng)內(nèi)參數(shù)提供了良好的統(tǒng)計(jì)樣本。

在初始運(yùn)行中，使用 DSA-SSM 計(jì)量反饋優(yōu)化疊加設(shè)置，然后固定參數(shù)以研究九周內(nèi)的疊加穩(wěn)定性。圖 5 顯示了 7 個(gè) TSV 批次的平均值和 3σ 趨勢(shì)圖。每個(gè)測(cè)量批次由 8 個(gè)晶圓組成，每個(gè)晶圓有 115 次測(cè)量，并且所有數(shù)據(jù)都使用單個(gè)晶圓的測(cè)量以每批次為基礎(chǔ)進(jìn)行 TIS 校正在 0 度和 180 度方向 [3]。在九周期間，批次 3σ 始終小于 600nm。似乎存在一致的小 Y 平均誤差(藍(lán)色菱形)，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以改善后續(xù)疊加結(jié)果。應(yīng)用 Y 均值校正后，配準(zhǔn)數(shù)據(jù)顯示均值加上 3σ ≤ 600nm。

驗(yàn)證 TSV 對(duì)準(zhǔn)和在線光學(xué)計(jì)量

兩個(gè)TSV最后測(cè)試芯片晶圓完全加工到可以進(jìn)行電測(cè)的階段。表 1 顯示了注冊(cè)號(hào)，證實(shí)了兩種計(jì)量方法之間的良好匹配。需要注意的是，在光學(xué)和電學(xué)測(cè)量之間執(zhí)行了一個(gè)額外的轉(zhuǎn)換步驟：TSV 蝕刻。

在此分析中，假定 TSV 蝕刻是完全垂直的。從數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論，TSV 蝕刻確實(shí)是垂直的，不會(huì)干擾覆蓋數(shù)據(jù)。否則，這將顯示為兩種計(jì)量方法之間的平移或縮放效應(yīng)。

結(jié)論

用于 TSV 與嵌入式目標(biāo)對(duì)齊的光刻方法使用在線步進(jìn)自計(jì)量和 TIS 校正進(jìn)行了評(píng)估。在九周內(nèi)收集注冊(cè)數(shù)據(jù)以表征 TSV 對(duì)齊的穩(wěn)定性。應(yīng)用校正后，配準(zhǔn)數(shù)據(jù)顯示平均值加 3σ ≤ 600nm。然后將在線光學(xué)配準(zhǔn)數(shù)據(jù)與工藝結(jié)束時(shí)在相同晶片上執(zhí)行的詳細(xì)電氣測(cè)量相關(guān)聯(lián)，以提供對(duì)光學(xué)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的獨(dú)立評(píng)估。光學(xué)和電氣數(shù)據(jù)之間的良好相關(guān)性證實(shí)了在線光學(xué)計(jì)量方法的準(zhǔn)確性，也證實(shí)了通過(guò) 50μm 厚硅的 TSV 蝕刻是垂直的。

審核編輯：湯梓紅