光刻是影响通孔最后TSV制造的整体器件性能和产量的关键因素之一，过孔最后构图的独特光刻要求之一是需要背面到正面的晶片对准，对于较小的TSV直径，从后到前的覆盖成为关键参数，因为第一层金属上的过孔焊盘必须足够大，以包括TSV临界尺寸(CD)和覆盖变化，如图1所示，减小通孔焊盘的尺寸为器件设计和最终芯片尺寸提供了显著的优势，本研究评估了覆盖性能≤750纳米的5 μm tsv。
图1
对准、照明和计量
使用具有0.16数值孔径(NA) Wynne Dyson透镜的先进封装1X步进机进行光刻，这种步进机有一个双面对准(DSA)系统，该系统使用红外(IR)照明通过薄硅片观察金属目标，出于本研究及其结果的目的，晶圆器件侧被称为“前侧”，硅侧被称为“后侧”如图2所示，光刻工具上朝上的一面是TSV晶片的背面。
图2
如图2所示，用于观察嵌入的对准目标的顶部IR照明方法为与步进光刻集成提供了实际优势，由于照明和成像是从顶部进行的，所以这种方法不会干扰晶片卡盘的设计，也不会限制对准目标在晶片上的定位。顶部IR对准方法使用能够透过硅(在图2中显示为浅绿色)和处理膜(显示为蓝色)的IR波长从背面照亮对准目标，在这种配置中，目标(显示为橙色)需要由红外反射材料制成，例如金属，以获得最佳对比度，对准顺序要求晶片沿Z轴移动，以便将对准焦点从晶片表面转移到嵌入的目标。
使用DSA对准系统的光刻工具上的计量包来测量背面到正面的对准，这种步进机自计量组件(DSA-SSM)包括诊断和补偿不同高度特征测量误差的程序，对于每个测量位置，光学计量系统需要在抗蚀剂特征和嵌入特征之间沿Z方向移动焦点，因此，运动的Z轴、对准相机的光轴和晶片法线之间的角度差异将导致工具的测量误差，晶片台运动的质量也非常重要，因为显著的俯仰和滚动特征会导致嵌入特征测量的位置相关误差，这将使分析复杂化。
如果测量操作在整个晶片上是可重复的和一致的，那么来自测量工具的恒定误差，通常称为工具引起的偏移(TIS ),可以使用TIS校准方法来表征，该方法包括在0度和180度方向上的测量。TIS误差(或校准)的计算方法是将两个方向的失调之和除以2，虽然TIS校准对于平面计量的许多类型的测量是有效的，但是对于嵌入式特征计量，测量和校准的质量也取决于晶片定位的质量和可重复性，包括倾斜。
TSV对准的电验证是在完成测试芯片的处理之后执行的，并且依赖于TSV在嵌入金属1(镶嵌金属)中的叉对叉测试结构上的着陆位置，当TSV处理完成时，铜填充的TSV将与金属1接触，TSV在两组金属叉之间产生短路，允许测量两个电阻值，这可以转化为边缘测量，对于理想TSV排列的情况，两个电阻是相等的，电气结构的测量分辨率受限于叉形分支的间距，在这项研究中，通过创建具有四种不同音叉间距的结构来提高分辨率。旋转90度的类似叉对叉结构用于Y对齐，使用这种方法，重叠误差和TSV在X和Y方向的大小都可以用电学方法确定。
实验方法
本研究通过检查TSV光刻后的DSA光学计量重复性，然后将该光学配准数据与最终的电配准数据进行比较，来仔细检查图像放置性能。最后的TSV工艺从一个300毫米的带有金属1的器件晶片开始，该晶片暂时结合到载体上以获得机械支撑，硅器件晶片的背面(浅绿色)通过研磨变薄，然后通过化学机械平坦化(CMP)抛光光滑，TSV在光致抗蚀剂(红色)中成像，并通过变薄的硅层蚀刻，描述了完整的工艺流程，包括TSV、STI和PMD蚀刻、TSV填充、再分布层(RDL)和从载体上剥离，对齐的TSV结构必须完全落在金属1焊盘(深蓝色)上。
光学配准过程控制
这项研究利用了23个光刻区域的采样计划，每个区域5次测量，导致每个晶片总共115次测量，由于整个晶片布局包含262个场，该采样计划为监控线性栅格和场内参数提供了良好的统计样本。
在最初的运行中，使用DSA-SSM计量反馈优化覆盖设置，然后固定参数以研究覆盖在九周期间的稳定性，七个TSV批次的平均值和3σ趋势图，每个测量批次由8个晶片组成，每个晶片有115个测量值，所有数据都使用单个晶片在0度和180度方向的测量值在每个批次的基础上进行校正，在九周时间内，批次3σ始终小于600纳米，似乎存在一致的小Y均值误差(蓝色菱形)，可对其进行调整以改善后续叠加结果，应用Y均值校正后，配准数据显示均值加3σ ≤ 600nm。
最后使用具有TIS校正的在线步进机自计量来评估用于TSV对准嵌入目标的光刻方法，在九周的时间内收集登记数据以表征TSV比对的稳定性，应用校正后，记录数据显示平均值加3σ ≤ 600nm，然后，在工艺结束时，将在线光学配准数据与在相同晶片上进行的详细电测量相关联，以提供光学数据准确性的独立评估。光学和电学数据之间的良好相关性证实了在线光学计量方法的准确性，也证实了穿过50μm厚硅的TSV蚀刻是垂直的。
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