雙面光刻對(duì)準(zhǔn)過(guò)程

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1、1引言在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，雙面鍍膜光刻是針對(duì)硅及其它半導(dǎo)體基片發(fā)展起來(lái)的加工技術(shù)。在基片兩面制作光刻圖樣并且實(shí)現(xiàn)映射對(duì)準(zhǔn)曝光，如果圖樣不是軸向?qū)ΨQ(chēng)的，往往需要事先設(shè)計(jì)圖樣成鏡像關(guān)系的兩塊掩模板，每塊掩模板用于基片一個(gè)表面的曝光，加工設(shè)備的高精度掩模-基片對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于玻璃基片，設(shè)計(jì)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記（alignmentkey）并充分利用其透明屬性，可以方便對(duì)準(zhǔn)操作，提高對(duì)準(zhǔn)精度。2雙面對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理市場(chǎng)上可以提供雙面對(duì)準(zhǔn)技術(shù)（double-sidedalignment）曝光設(shè)備的幾家公司主要有SüssMicroTec，EVGroup，O

2、AI和UltratechInc.等，KarlSüssMA-150雙面對(duì)準(zhǔn)專(zhuān)利技術(shù)的基本過(guò)程如圖1所示。圖中1(a)刻有十字絲對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的掩模板固定在設(shè)備夾具上，下方一對(duì)數(shù)字顯微鏡拍攝十字標(biāo)記圖像，存貯并同時(shí)定位在顯示屏上，然后將已加工完一面的晶圓放置在承片臺(tái)中，包含對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖樣面朝下，裝入掩模板的下方，并且調(diào)平；圖1(b)顯微鏡調(diào)焦，拍攝晶圓的十字圖樣標(biāo)記實(shí)時(shí)圖像，與掩模標(biāo)記靜態(tài)圖像同時(shí)疊加在顯示屏上；圖1(c)轉(zhuǎn)動(dòng)或在X和Y方向平移晶圓承片臺(tái)調(diào)整晶圓位置，直到晶圓十字圖樣和已存儲(chǔ)的掩模板十字圖樣重合對(duì)準(zhǔn)，右側(cè)圖顯示了對(duì)準(zhǔn)后的效果。接下來(lái)以接近或接觸方式進(jìn)行晶圓上表

3、面的曝光[1]。但這里存在一個(gè)問(wèn)題，存儲(chǔ)的掩模十字標(biāo)記的圖像位置是以顯微鏡物鏡為參照系的圖1(b)中的調(diào)焦過(guò)程不可避免會(huì)導(dǎo)致物鏡的抖動(dòng)，而且兩個(gè)目鏡都需要重新調(diào)焦，如果物鏡側(cè)移則必然會(huì)帶來(lái)對(duì)準(zhǔn)誤差，如圖2所示。因此EVG公司的設(shè)備調(diào)整了對(duì)準(zhǔn)工藝流程，極力避免物鏡的重新調(diào)焦。其做法是把焦平面固定在晶圓承片臺(tái)的表面，首先安置掩模板，接觸到承片臺(tái)的表面，拍攝并存儲(chǔ)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的數(shù)字圖像，然后平穩(wěn)地垂直提升掩模板，接下來(lái)在承片臺(tái)上放置晶圓，晶圓的已加工面朝下，由于標(biāo)記仍然在承片臺(tái)表面，不需重新調(diào)焦，因此避免了可能導(dǎo)致的目鏡側(cè)移帶來(lái)的對(duì)準(zhǔn)誤差[2]，這也是EVG最新的NanoAl

4、ign對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的主要保證措施之一。3光學(xué)玻璃基片雙面光刻的對(duì)準(zhǔn)流程光學(xué)玻璃基片，表面光潔度不如晶圓，需要事先經(jīng)過(guò)光學(xué)拋光的工藝處理。玻璃基片的透光性是個(gè)可利用的屬性，物鏡可以直接透過(guò)基片看到掩模板的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記?；谄渫腹庑裕覀?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)十字加方框的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，如圖3所示。和圖1的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記相比，雖然都有十字形，但這里的十字僅僅是作為輔助對(duì)準(zhǔn)，真正起到精對(duì)準(zhǔn)作用的是方框的四個(gè)邊角。如果采用如圖1所示的對(duì)準(zhǔn)工藝流程，則顯微鏡視場(chǎng)的對(duì)準(zhǔn)情形如圖4所示。兩塊掩模板上的對(duì)準(zhǔn)圖樣設(shè)計(jì)的大小相同，由圖4可見(jiàn)，由于掩模板和基片的圖像都是等量放大顯示，基片的十字由于物距短，遮蓋了掩模板的

5、十字，所以十字只能作為輔助粗對(duì)準(zhǔn)，但同樣是物距不一的原因，基片的方框成像也比掩模板的方框大，恰恰有利于根據(jù)邊和角來(lái)比較對(duì)準(zhǔn)。假如成像大小一致，根據(jù)邊角的重合與否進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)判斷反而不易。因此，十字加方框的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，一方面簡(jiǎn)化對(duì)準(zhǔn)圖樣設(shè)計(jì)，兩塊掩模板采用同一個(gè)圖樣即可；另一方面，順應(yīng)成像大小的不一致，恰恰有利于對(duì)準(zhǔn)判斷。在玻璃基片的加工過(guò)程中，存儲(chǔ)的掩模板十字標(biāo)記數(shù)字圖像可以在顯微鏡的十字搜索階段，起到輔助搜索作用，但僅此而已，在后續(xù)的微調(diào)精對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，數(shù)字顯微鏡可以不斷變焦觀察掩模板和基片的對(duì)準(zhǔn)情形，不再以關(guān)聯(lián)物鏡參照系的數(shù)字存儲(chǔ)圖像為基準(zhǔn)，則調(diào)焦引起的物鏡抖動(dòng)對(duì)于對(duì)準(zhǔn)

6、精度不再發(fā)生作用。這就是玻璃基片的透明屬性帶來(lái)的好處。4其它說(shuō)明對(duì)于透明基片的雙面光刻加工，其準(zhǔn)標(biāo)記可以靈活設(shè)計(jì)，沿目鏡的光軸上方的圖案區(qū)域如果是不透光的，該區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)成透光十字或透光方框作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，如圖5所示。如果目鏡光軸上方掩模板圖案區(qū)域是透光的，該區(qū)域設(shè)計(jì)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可以設(shè)計(jì)成如圖6所示的十字型或方框。不管是十字型還是方框型，都是參照內(nèi)部的邊和角進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)。綜合考慮到物距不一成像大小不同的因素，兩塊掩模板的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記也可以設(shè)計(jì)成大小不一的，以掩模板和基片標(biāo)記成像方便觀測(cè)對(duì)準(zhǔn)為原則。另外，光刻機(jī)操作人員曾建議設(shè)計(jì)輔助搜索線，因?yàn)樵诟叻糯舐实臄?shù)字顯

7、微鏡視場(chǎng)中，搜索一個(gè)邊長(zhǎng)200μm的小對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，并不易發(fā)現(xiàn)。準(zhǔn)備給方框加一條“尾巴”，一個(gè)長(zhǎng)12.4mm寬10μm的平行于X軸的透光狹縫（或其它具有辨別特征的形狀，比如點(diǎn)劃線），介于功能曲線之間，除了這條直線，本例中其余圖案都是曲線，所以易于發(fā)現(xiàn)，順著這條搜索線沿X軸平移承片臺(tái)，很容易找到對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。需要注意，對(duì)準(zhǔn)圖形及搜索線的加入不應(yīng)影響到其它圖案，也不應(yīng)干擾到工件的功能，在本例中，雙面光刻調(diào)制盤(pán)作為光路一部分用于約束光束，加工完成后，要用不透明的涂料涂覆標(biāo)記圖案及搜索線即可，即便沒(méi)有搜索線，由于小方框?qū)?zhǔn)標(biāo)記是透光的，也不免要用涂料涂覆，涂料對(duì)于測(cè)量狹縫和機(jī)械