CN102290362A - 一种激光加工中晶圆片定位误差的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于半导体制造技术范围的一种激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法。通过使用电阻或者晶体管之类的特定的微测试结构来捕捉和记录激光光束的扫描路径，通过测量微测试结构的电特性来提取芯片阵列相对于激光扫描路径的系统性的定位位置差，并由放置晶圆片的精密机械手或者加工片台进行附加的移动而补偿位置，通过量测所制作的微结构的电学特性，可掌握晶圆片对准系统性误差的量级与特质，最后借助精密机械手或者扫描片台的附加移动，来校正晶圆片对准的系统性误差，取得均匀一致的激光加工效果。

Description

一种激光加工中晶圆片定位误差的校正方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术范围，特别涉及一种激光加工中晶圆片定位误差的校正方法。

背景技术

采用激光辐照对半导体材料进行加工处理，包括激光退火，激光辅助薄膜沉积，材料的激光再结晶生长等多种多样的具体应用。

由于激光束具有很强的相干性，光束往往是聚束的，不容易散开成为较大面积的光束束斑；在另一方面，晶圆片尺寸又很大，因此激光光束对于衬底材料的作用，在目前技术条件下，不能一次性地覆盖整个晶圆片的面积，只能是一个局部一个局部地进行辐照的处理。通常采用的方式，是激光束相对于材料表面做扫描，步进，或者步进加扫描运动，来实现逐行，或者逐场的加工处理。

无论是逐行也好，逐场也好，总是存在着行之间，场之间的衔接问题。对于不良的衔接来说，主要存在两类问题，一是衔接处两行或者两场有微小的重叠，则重叠区域尽管很小，但是考虑到集成电路中电子元器件的尺寸处于更小的量级而受受到影响，被过量加工的元器件数量就会有很多，这将直接影响集成电路加工质量。另一类问题是两行之间，两场之间存在微小的空隙，同样地，受此影响而未被激光加工处理的电子元器件数量也会有很多，加工质量同样不能保证。

针对以上实践中的问题，一种有效的处理措施，是充分利用芯片之间的划片道宽度。具体地说，令扫描或者步进，严格地沿着芯片阵列的横向排列方向向左或者向右进行，至于光束束斑的边沿，此处光强是不均匀的，加工效果无法保证，对于光束边沿的这一部分，通过控制令其落于芯片阵列间的划片道中，这样可以回避扫描行之间，步进扫描的场之间的衔接不良的问题。当扫描或者步进至晶圆片的边缘后，激光光束下移一行(或者上移一行)，并掉头向相反的方向，继续其横向的扫描或者步进逐场前进。对于逐场方式的加工处理，则束斑的左右两个边沿，也都令其落在芯片的划片道内。

当要求扫描，或者步进扫描沿芯片阵列的方向，并且扫描束斑的边沿落于划片道内时，自然地，也就产生了晶圆片对准的问题。

一种对准方案为，将对准机构与工艺腔相分离，在工艺腔之外进行晶圆片的对准，对准后的晶圆片再由精密机械手送入到工艺腔片台之上，在那里再进行激光加工的工艺处理。

在分离式对准方案中，对准片台与工艺中用于形成激光光束扫描等动作的片台是两套独立装置，所以这两个片台各自定义的行进方向，坐标原点位置等都不尽相同，会产生系统性的误差。举例来说，对准片台按照自身的X(左右)方向去调整晶圆片的旋转量，使得晶圆片上的芯片阵列的横向的划片道严格与对准片台X方向一致。当精密机械手将晶圆片放置到加工扫描片台上的时候，由于扫描片台的X(左右)行进方向，在一般情况下会与对准片台X方向相差一个尽管很小，但绝对存在的角度，因而晶圆片阵列的纵横方向，并不与加工片台所定义的X(左右)、Y(前后)方向完全平行。此外精密机械手的传片过程还会引入额外的位置差。这些都会造成晶圆片对准的系统性的误差。该系统误差，随整机组装、调试的精度不同而各机器不尽相同。

另一个引入系统性误差的因素在于，很多激光加工都要求进行衬底的预加热处理。对于此类要求衬底升温的晶圆片，其对准过程在室温下进行，尽管可能会对得很准，但是在放到工艺片台上加热升温后，晶圆片受热膨胀，也会带来定位差，例如，室温下晶圆片上的芯片的尺寸，将小于较高温度下晶圆片上芯片的尺寸，因而在进行激光处理时，行与行之间的行进距离也应该相应地变大一些。

综上所述，为了纠正晶圆片对准中的系统性的定位误差，本发明提出一种激光加工中晶圆片定位误差的校正方法，通过使用特殊设计的微测试结构和工艺过程，可以量测微测试结构的电学特性，进而掌握晶圆片对准系统性误差的量级与特质，最后借助精密机械手或者扫描片台的附加移动，来校正晶圆片对准的系统性误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，在进行激光退火的处理时的步骤如下：

1)首先在晶圆片边缘制备微测试结构，构成测试芯片；当经过初始对准的晶圆片放置到片台上之后，由精密机械手或者片台执行附加的位置移动，使晶圆片处于校正后的正确的位置；

2)机械手或者片台的附加的移动是根据校正参数来进行的，校正参数置于校正参数表中。

3)确认经过校正之后，晶圆片上芯片阵列的横向将与加工片台或者激光束的横向移动方向平行，纵向将与加工片台或者激光束的纵向步进的方向平行，并且芯片阵列相对于激光扫描运动的纵、横方向无额外的旋转，在这种情况下，就可以进行加工质量有保障的激光扫描，或者步进扫描式的加工处理。

所述步骤2)中，机械手或者片台的附加的移动是根据校正参数来进行的步骤是一开始校正参数表中的信息为零，因而第一次激光加工时，并不附加校正移动，因此，晶圆片放置到加工片台上之后，位置未经校正，存在系统性的定位误差；其次，经过激光加工处理后，这种系统性的定位误差将通过不同位置处摆放的微测试结构的电学特性的测量值而体现出来，从测量值可直接提取激光束纵横向运动的方向相对于晶圆片上芯片阵列方向的旋转量，激光束扫描行覆盖芯片行的情况及激光束扫描行与芯片行相互套准的位置差，然后将测量得到的这些位置差置于校正参数表中；以后的各次工艺实验，晶圆片放置到加工片台上的位置，均根据校正参数进行校正。

所述晶圆片位置校正后，如果所制作出的微测试结构的位置测量误差已经到达允许范围之内，则固定校正参数，校正过程结束，以后的各次激光加工，晶圆片的放置位置都将根据已测定的校正参数进行校正。

所述晶圆片位置校正后，如果所制作出的微测试结构的位置测量误差仍然超出所允许的范围，则根据新近测量的更精细一些的数据，再次调整校正参数，进行新一轮的工艺过程；连续进行若干轮的位置误差测定，逐步缩小校正参数的不确定量，直至位置测量误差落于所允许的范围之内，结束工艺校正的过程；以后的各次激光加工，晶圆片的放置位置都将根据已测定的校正参数进行校正。

所述校正参数表中校正参数，当激光加工运行一段时间后，考虑设备性能参数的漂移或综合考虑晶圆片材料的热膨胀系数的影响，在必要时再次启动校正参数的更新步骤，获取新的校正参数表，所述之校正步骤，可作为机器设备的日常维护点检项目，隔一阶段即进行一次。

所述综合考虑晶圆片材料的热膨胀系数的影响是对于特定的预加热温度引起晶圆片材料的热膨胀系数变化，使测量微测试结构位置得到的扫描束对芯片行的覆盖量及扫描步进距离相对于芯片行的累进差的计值)与特定预加热温度对应的行长度热膨胀系数的实测值，关于热膨胀方面的数据也存入校正参数表，供后续激光加工采用，同样也是隔一阶段即运行一次校正步骤，以获取最新值。

本发明的有益效果是，常规的激光加工处理，多针对实验室环境，或者进行整片加工而不考虑片上已经存在的芯片图形，相对于常规的做法，本发明充分考虑了实际生产的需要。通过使用特殊设计的微测试结构和工艺过程，可以将晶圆片芯片阵列与激光束移动方向之间的位置差固定和记录到微测试结构中，之后通过量测微测试结构的电学特性，可读出和提取晶圆片对准的系统性的误差，最后借助精密机械手或者激光束扫描移动机构的附加的移动来校正晶圆片对准的系统性误差，获取最佳的激光加工处理效果。

附图说明

图1为晶圆片定位系统误差的校正流程示意图。

图2为测试结构的摆放位置示意图。图中，

1.是激光束扫描扫过的面积；2.为相互错开位置摆放的微测试结构；

具体实施方式

本发明提供一种激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，使用该方法进行位置误差的校准，具体的操作步骤如图1所示：

1)首先在晶圆片边缘制备微测试结构；当经过初始对准的晶圆片放置到片台上之后，由精密机械手或者片台执行附加的位置移动，使晶圆片处于校正后的正确的位置；所述微测试结构是将一组微测试结构彼此错开一定距离排列，构成一组微测试结构；这样的一组微测试结构，其中各微测试结构2错开位置摆放的情况，1是激光束扫描扫过的面积(如图2所示)；选取一系列的距离值，得到若干组微测试结构，构成测试芯片；

2)机械手或者片台的附加的移动是根据校正参数来进行的，校正参数置于校正参数表中。

3)确认经过校正之后，晶圆片上芯片阵列的横向将与加工片台或者激光束的横向移动方向平行，纵向将与加工片台或者激光束的纵向步进的方向平行，并且芯片阵列相对于激光扫描运动的纵、横方向无额外的旋转，在这种情况下，就可以进行加工质量有保障的激光扫描，或者步进扫描式的加工处理。

所述步骤2)中，机械手或者片台的附加的移动是根据校正参数来进行的。步骤是一开始校正参数表中的信息为零，因而第一次激光加工时，并不附加校正移动，因此，晶圆片放置到加工片台上之后，位置未经校正，存在系统性的定位误差；其次，经过激光加工处理后，这种系统性的定位误差将通过不同位置处摆放的微测试结构的电学特性的测量值而体现出来，从测量值可直接提取激光束纵横向运动的方向相对于晶圆片上芯片阵列方向的旋转量，激光束扫描行覆盖芯片行的情况及激光束扫描行与芯片行相互套准的位置差，然后将测量得到的这些位置差置于校正参数表中；以后的各次工艺实验，晶圆片放置到加工片台上的位置，均根据校正参数进行校正。

上述操作步骤所包含的几个环节，具体的说明如下：

(1)微结构测试图形。可以采用长条形状电阻结构，也可以采用MOS晶体管结构等。如果是电阻结构，则电阻值的量测值将取决于杂质掺杂的情况，而激活了的有效的杂质浓度又取决于激光退火工艺，因此从电阻值的测量值，可知激光束是否覆盖和扫描通过了所制作的电阻测试结构。采用晶体管测试结构也是类似，因为MOS晶体管的开启电压测量值取决于调开启掺杂，而这一步掺杂最终的杂质浓度也是取决于激光退火，因此同样能够反映激光束扫描的情况。将制作的微测试结构，如图2所示，按一定的位置排布在芯片上，用几组不同的测试结构的序列，就能够获取实际的激光束扫描和有效作用到的位置的信息。

(2)对于初始位置的校正。举例来说，如果经过实测，发现晶圆片上有一行芯片行未被扫描的激光束所完全覆盖，其间相差30微米，那么在校正晶圆片的放置位置时，令机械手多或少行走30微米，即可补偿掉这样的初定位位置差。至于旋转差的校正，靠加工片台的相应旋转来补偿更为方便一些。

(3)关于位置差校正的顺序。例如，在扫描激光束的束斑长度刚好能够覆盖晶圆片上的一行的情况下，先校正旋转差，也就是先令激光束横向扫描的方向平行于芯片阵列的横向方向。这里扫描激光束束斑的大小，可通过光学系统中的束斑整形部分的光学元器件的调整来实现，例如，调整光路上的挡板，实现光束的整形与束斑大小控制。然后校正行与行之间步进距离，在进行这一步校正时，将同时考虑实际的热膨胀量的影响。

(4)判定校正后的晶圆片位置是否满足要求。令激光束的边沿，此处激光加工的效果不均匀，无法进行很好的控制，令其落于芯片之间的划片道中，因而不影响芯片本身的加工质量。考虑划片道尺寸在几十微米的量级，因此，若校正后的位置精度能够达到微米或者亚微米的量级，即认为是满足了要求。在另一方面，如果这里所述的成套的做法，无法得到微米级的校正精度，而是要稍大一些，换言之，通过器件的电参数测试，彼此相隔稍远一些的一组有效的器件，通过测量并不能明显地显现出电学特性上的差异，因而无法得到更精密一些的校正参数，在这种情况下，实际有效器件电参数是均匀的，这本身已经是可接受的加工结果了。

Claims (6)

1.一种激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，在进行激光退火的处理时的步骤如下：

1)首先在晶圆片边缘制备微测试结构，构成测试芯片；当经过初始对准的晶圆片放置到片台上之后，由精密机械手或者片台执行附加的位置移动，使晶圆片处于校正后的正确的位置；

2)机械手或者片台的附加的移动是根据校正参数来进行的，校正参数置于校正参数表中；

3)经过校正之后，确认晶圆片上芯片阵列的横向是否与加工片台或者激光束的横向移动方向平行，晶圆片上芯片阵列的纵向是否与加工片台或者激光束的纵向步进的方向平行，并且芯片阵列相对于激光扫描运动的纵、横方向无额外的旋转，在这种情况下，就可以进行加工质量有保障的激光扫描，或者步进扫描式的加工处理。

2.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，所述步骤2)中，机械手或者片台的附加的移动是根据校正参数来进行的步骤是一开始校正参数表中的信息为零，因而第一次激光加工时，并不附加校正移动，因此，晶圆片放置到加工片台上之后，位置未经校正，存在系统性的定位误差；其次，经过激光加工处理后，这种系统性的定位误差将通过不同位置处摆放的微测试结构的电学特性的测量值而体现出来，从测量值可直接提取激光束纵横向运动的方向相对于晶圆片上芯片阵列方向的旋转量，激光束扫描行覆盖芯片行的情况及激光束扫描行与芯片行相互套准的位置差，然后将测量得到的这些位置差置于校正参数表中；以后的各次工艺实验，晶圆片放置到加工片台上的位置，均根据校正参数进行校正。

3.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，所述晶圆片位置校正后，如果所制作出的微测试结构的位置测量误差已经到达允许范围之内，则固定校正参数，校正过程结束，以后的各次激光加工，晶圆片的放置位置都将根据已测定的校正参数进行校正。

4.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，所述晶圆片位置校正后，如果所制作出的微测试结构的位置测量误差仍然超出所允许的范围，则根据新近测量的更精细一些的数据，再次调整校正参数，进行新一轮的工艺过程；连续进行若干轮的位置误差测定，逐步缩小校正参数的不确定量，直至位置测量误差落于所允许的范围之内，结束工艺校正的过程；以后的各次激光加工，晶圆片的放置位置都将根据已测定的校正参数进行校正。

5.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，所述校正参数表中校正参数，当激光加工运行一段时间后，考虑设备性能参数的漂移或综合考虑晶圆片材料的热膨胀系数的影响，在必要时再次启动校正参数的更新步骤，获取新的校正参数表，所述之校正步骤，可作为机器设备的日常维护点检项目，隔一阶段即进行一次。

6.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位系统误差的校正方法，其特征在于，所述综合考虑晶圆片材料的热膨胀系数的影响是对于特定的预加热温度引起晶圆片材料的热膨胀系数变化，使测量微测试结构位置得到的扫描束对芯片行的覆盖量及扫描步进距离相对于芯片行的累进差的计值)与特定预加热温度对应的行长度热膨胀系数的实测值，关于热膨胀方面的数据也存入校正参数表，供后续激光加工采用，同样也是隔一阶段即运行一次校正步骤，以获取最新值。

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