紅外顯微術應用於晶圓對位誤差檢測

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半導體晶圓關鍵參數量測_
紅外顯微術應用於晶圓疊對誤差檢測
中華民國 103 年 4 月 15 日
量測技術發展中心
報告人：徐得銘

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內容
一﹑3D IC 簡介
二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓疊對量測-案例1
四﹑晶圓疊對量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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內容
一﹑3D IC 簡介
二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓疊對量測-案例1
四﹑晶圓疊對量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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3D IC-三維積體電路
Solid State Discrete
Transistors
Planar (2D)Integrated
Circuits
3D Integrated
Circuits
1950s 2000s 2010s 2020s
>>10B
transistors
Source: Fairchild Intel
& CS Tan (NTU-SG)
Heterogeneous integration

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2D vs. 3D
http://www.jonathassociates.com/AJA/droppedImage.png
TSV
(Through Silicon
Vias )

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內容
一﹑3D IC 簡介
二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓疊對量測-案例1
四﹑晶圓疊對量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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紅外顯微鏡系統
系統簡介
本系統係藉由高解析工業用相機、顯微物鏡及紅外光源組成紅外疊對顯微模組，採
用亮場及背光兩種光源打光，取得晶圓上下兩層高解析單張影像；並藉由後端校正
及疊合對位演算法，可自動分析取得高精度之疊對偏差量及疊對圖樣關鍵尺寸結果。
技術規格
1.CCD FOV : 800 um x 600 um
2.最大可量測樣品範圍 : 300 mm x 300 mm
3.重複性 : 0.2 um (3σ)
4.再現性 : 0.4 um (3σ)
應用範圍
晶圓疊對偏差量測、尺寸量測、缺陷檢測

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內容
一﹑3D IC 簡介
二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓疊對量測-案例1
四﹑晶圓疊對量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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晶圓疊對量測-案例1
OverlayX (um) OverlayY (um) WidthX1 (um) HeightY1 (um) WidthX2 (um) HeightY2 (um)
01 2.873 4.492 23.101 23.033 72.998 72.833
02 2.777 4.517 22.990 22.958 72.978 72.994
03 2.880 4.530 23.125 22.956 72.911 72.790
04 2.778 4.418 23.089 23.150 73.051 73.024
05 2.818 4.507 23.043 23.174 73.126 72.965
06 2.737 4.454 23.047 23.110 73.053 73.055
07 2.833 4.507 23.139 23.031 73.000 72.991
08 2.967 4.655 23.131 23.288 73.095 72.956
09 2.903 4.379 23.089 23.118 72.980 73.126
10 2.903 4.454 23.172 23.083 72.742 73.077
Avg (um) 2.847 4.491 23.092 23.090 72.993 72.981
Std (um) 0.071 0.075 0.054 0.102 0.108 0.104
OverlayX (um) OverlayY (um) WidthX1 (um) HeightY1 (um) WidthX2 (um) HeightY2 (um)
01 3.904 4.255 52.057 51.876 72.528 72.737
02 3.910 4.270 52.199 52.027 72.642 72.463
03 3.888 4.277 51.975 52.208 72.637 72.790
04 3.812 4.362 52.212 52.048 72.634 72.841
05 3.881 4.327 52.052 52.060 72.682 72.705
06 3.874 4.353 52.118 52.007 72.669 72.742
07 3.933 4.377 52.149 52.061 72.569 72.795
08 3.826 4.289 52.170 51.927 72.880 72.757
09 3.805 4.415 52.181 52.025 72.775 72.579
10 3.964 4.510 52.062 52.048 72.813 72.508
Avg (um) 3.880 4.343 52.117 52.029 72.683 72.692
Std (um) 0.052 0.078 0.078 0.088 0.109 0.129

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二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓疊對量測-案例1
四﹑晶圓疊對量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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晶圓疊對量測-案例2

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晶圓疊對量測-案例2
S1 S2
W1 W2
S1S2
W1W2
Front-side mark Back-side mark
Dimension Value (m)
S1 130.0
S2 110.0
W1 43.5
W2 22.5
Alignment mark design parameters
Front-side in focus Back-side in focus

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晶圓疊對量測-案例2
BF
3 m
X axis Y-axis
Translation (μm) -0.02 -1.20
Expansion (ppm) 6.91 11.99
Rotation (μrad) -13.34 -2.93

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內容
一﹑3D IC 簡介
二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓疊對量測-案例1
四﹑晶圓疊對量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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TSV深度量測
一般是利用聚焦量測法來找到孔洞的對焦位置，即影像最清晰處。一般較常用的
聚焦量測法有梯度能量法(Gradient Energy)，標準差法(Standard deviation)，拉普拉
斯法(Laplacian)，對比法(Contrast)。

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內容
一﹑3D IC 簡介
二﹑紅外顯微鏡系統
三﹑晶圓堆疊量測-案例1
四﹑晶圓堆疊量測-案例2
五﹑TSV深度量測
六﹑TSV孔底形貌量測

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TSV孔底形貌量測

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TSV孔底形貌量測
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E
z
E
x
2
b
2
2
a
2


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徐得銘
03-5732277
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