CN105047595B - 一种针对无定位标记的玻璃基片光刻对准装置及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对无定位标记的玻璃基片的光刻对准装置及对准方法。针对基片的形状设计专用的定位工装和配套的第一掩膜版、第二掩膜版；通过第一掩膜版在定位工装光刻标记；通过该标记实现第二掩膜版的定位，通过第二掩膜版的狭缝在玻璃基片上光刻狭缝。玻璃基片上的狭缝精度满足实际光刻的狭缝的中心线与半圆柱母线的距离偏差≤3μm。定位准确，且不在玻璃基片表面形成任何破坏性的标记，使基片的有效使用面积最大化。

Description

一种针对无定位标记的玻璃基片光刻对准装置及对准方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种光刻方法，用于无定位标记的玻璃基片的光刻。

背景技术

在半导体器件制造中，光刻是按照器件设计的要求，在介质膜或金属膜层上面，制作出与掩膜版相对应的几何图形的技术。光刻工艺的主要工序包括涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜等步骤。其中曝光的对准精度是决定光刻精度的重要指标。

一般的半导体加工技术中的光刻是以标准圆硅片本身的定位标记进行曝光对准，或是以硅片上制作的对准标记与掩膜版上的标记进行套刻对准。而对于本身无任何定位标记，尤其是基片自身的形状不规则，例如半圆柱形的玻璃基片，此类基片如何进行高精度的光刻对准还没有有效地解决方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光刻方法，解决了在无定位标记的不规则形状基片表面的高精度光刻对准问题。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种用于无定位标记的玻璃基片的光刻对准装置，包括定位工装、第一掩膜版、第二掩膜版；

所述定位工装具有凹槽、水平面、竖直面和锐边，所述凹槽用于固定玻璃基片，所述凹槽的形状与玻璃基片外形匹配，使得当玻璃基片安装在凹槽内时，玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，凹槽底部有小孔，通过小孔真空吸附玻璃基片；所述竖直面与水平面垂直相交，交线即为锐边；

第一掩膜版具有第一组标记和第二组标记；第一组标记用于第一掩膜版与定位工装对准定位，第二组标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上，形成第一组套刻标记；

第二掩膜版具有第二组套刻标记及狭缝，第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的定位；狭缝用于在玻璃基片上光刻狭缝。

其中所述第一组标记为两个对顶的矩形块，两个对顶的矩形块位于同一直线上的边与锐边重合实现第一掩膜版与定位工装对准定位。

其中，第二组标记为“十”字标记，形成的第一组套刻标记为“十”字标记，第二掩膜版的第二组套刻标为“十”字标记，第二组套刻的“十”字标记小于第一组套刻标记的“十”字标记，将第二组套刻的十字标记与第一组套刻标记的“十”字标记中心重合，实现定位工装与第二掩膜版的精确定位。

其中，第一掩膜版还具有第一组粗对准标记，第一组粗对准标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上形成粗对准标记，第二掩膜版具有第二组粗对准标记与水平面上形成的粗对准标记对准实现第二掩膜版与定位工装的粗定位。

其中，所述玻璃基片为半圆柱玻璃基片；所述凹槽为V型槽，V型槽的夹角为90度。

其中，V型槽内表面粗糙度小于0.5μm，竖直面与水平面的垂直度小于1μm。

同时提供一种针对无定位标记的玻璃基片的光刻对准方法，包括如下步骤：

1)根据玻璃基片的形状，制作定位工装、第一掩膜版、第二掩膜版；

所述定位工装具有凹槽、水平面、竖直面和锐边，所述凹槽用于固定玻璃基片，所述凹槽的形状与玻璃基片外形匹配，使得当玻璃基片安装在凹槽内时，玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，凹槽底部有小孔，通过小孔真空吸附玻璃基片；所述竖直面，该竖直面与水平面垂直相交于锐边；

第一掩膜版具有第一组标记和第二组标记；第一组标记用于第一掩膜版与定位工装对准定位，第二组标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上，形成第一组套刻标记；

第二掩膜版具有第二组套刻标记及狭缝，第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的定位；狭缝用于在玻璃基片上光刻狭缝；

2)将所述定位工装吸附于光刻机的曝光台上，将玻璃基片置于定位工装凹槽内，使玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，开启真空装置，使玻璃基片牢固吸附于V型槽内；

3)将第一掩膜版固定在版架上，使第一掩膜版位于定位工装上部，调整定位工装的位置，通过第一组标记实现第一掩膜版与定位工装对准定位；

4)将第二组标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上，形成第一组套刻标记；

5)取下第一掩膜版，将第二掩膜版固定在版架上，使第二掩膜版位于定位工装上部，调整定位工装的位置，使第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的精确定位；

6)在玻璃基片上光刻狭缝。

其中，所述第一组标记为两个对顶的矩形块，两个对顶的矩形块位于同一直线上的边与锐边重合实现第一掩膜版与定位工装对准定位。

其中，第二组标记为“十”字标记，形成的第一组套刻标记为“十”字标记，第二掩膜版的第二组套刻标为“十”字标记，第二组套刻的“十”字标记小于第一组套刻标记的“十”字标记，将第二组套刻的十字标记与第一组套刻标记的“十”字标记中心重合，实现定位工装与第二掩膜版的精确定位。

其中，第一掩膜版还具有第一组粗对准标记，第一组粗对准标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上形成粗对准标记，第二掩膜版具有第二组粗对准标记与水平面上形成的粗对准标记对准实现第二掩膜版与定位工装的粗定位。

其中，所述步骤5)使第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的定位之前，通过粗对准标记2与水平面上形成的粗对准标记对准实现第二掩膜版与定位工装的粗定位。

其中，所述玻璃基片为半圆柱玻璃基片；所述凹槽为V型槽，V型槽的夹角为90度。

其中，V型槽内表面粗糙度小于0.5μm，竖直面与水平面的垂直度小于1μm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)对于一块基片来说，表面的任何标记都是对其表面的破坏，占用了实际使用的有效面积。本发明提供的光刻对准方法没有占用基片表面的任何区域制作对准标记，而是借用制作在光刻曝光工装表面的标记与掩膜版对准来实现对基片本身的高精度的光刻曝光对准，克服了表面标记对基片表面破坏和占用的问题，使基片的有效使用面积最大化。

(2)相比于普通硅片直接放置在光刻机的曝光台上进行曝光，本发明针对半圆柱玻璃基片这一特殊形状设计并制作了高精度的光刻定位工装，工装的平行度、垂直度、表面粗糙度及V型槽对称度均有严格要求，定位更准确。定位工装不仅可以牢固吸附基片，放置基片移动，同时在定位工装上制作光刻用十字对准标记，利用掩膜版上的标记与工装上的标记进行套刻对准，实现了高精度的光刻对准，即在半圆柱玻璃基片表面光刻的狭缝的偏心度≤3μm。

(3)本发明提出的针对表面无定位标记的玻璃基片的光刻对准方法，对该类无定位标记不规则基片的高精度光刻对准问题，提供了一种通用的解决方案。

(4)为了防止定位工装的锐边在使用中磨损引起的定位误差，设计第一掩膜版，将定位标记光刻于定位工装的水平表面，使第二掩膜版在使用时的定位不依赖于定位工装的锐边，第二掩膜版的定位采用粗定位和精细定位结合的方式，同时保证了定位的速度和精度。

附图说明

图1为本发明所提供的半圆柱玻璃基片实施例的结构示意图；

图2为本发明所提供的半圆柱玻璃基片光刻定位工装实施例的结构示意图；

图3为本发明所提供的第一掩膜版的版图实施例的结构示意图；

图4为本发明所提供的第二掩膜版的版图实施例的结构示意图；

图5为本发明所提供的第一掩膜版和第二掩膜版十字标记套刻实施例的结构示意图；

图6为长方体玻璃基片光刻定位工装实施例的结构示意图；

图7为截面为梯形的玻璃基片光刻定位工装实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一套光刻掩膜版，用于对所述定位工装和所述半圆柱玻璃基片进行光刻曝光。本发明实施中所提供的光刻方法，首先设计并制作高精度的定位工装用于在半圆柱玻璃基片光刻曝光时牢固吸附基片。对所述工装的关键尺寸进行计量并依据其设计一套(共两块)掩膜版。利用其中一块掩膜版在工装表面通过光刻的方法制作十字标记，再利用所述十字标记与另一块掩膜版上的十字标记进行套刻对准，最终实现在表面无任何定位标记的半圆柱玻璃基片的光刻对准精度的要求，具体要求为半圆柱玻璃基片的平面上光刻的狭缝的中心线与半圆柱基片的母线的偏差(偏心度)≤3μm。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明的核心思想为：提供一种光刻方法，用于实现在表面无定位标记的玻璃基片上高精度的光刻曝光对准。该方法首先要设计并制作高精度专用定位工装用于在曝光时牢固吸附玻璃基片，其次对工装的关键尺寸进行计量并设计制作掩膜版，用光刻的方法在工装表面制作十字标记，借由该十字标记与进行基片上狭缝光刻曝光的掩膜版上的十字标记进行套刻对准，最终得到玻璃基片平面上的狭缝，且狭缝的偏心度满足≤3μm的精度要求。

本发明实施例提供半圆柱玻璃基片光刻对准方法包括以下步骤：

步骤1：提供半圆柱玻璃基片，所述基片表面无任何定位标记。图1为所述半圆柱玻璃基片的结构示意图，其中平面为光刻面，本发明提供的光刻方法就是在半圆柱玻璃基片的平面的中心线位置光刻一条狭缝，且精度满足实际光刻的狭缝的中心线与半圆柱母线的距离偏差≤3μm。

步骤2：提供一套定位工装。

如图2中半圆柱玻璃基片定位工装的示意图所示，包括凹槽(1)、水平面(2)、竖直面(3)、锐边(4)。本实施例中定位工装B面与中心线的平行度小于1μm，竖直面与水平面的垂直度小于1μm，且锐角边为识别定位基准；所述光刻曝光工装有V型槽可放置半圆柱的玻璃基片；所述V型槽夹角为90°且a、b面沿中心线对称，a、b面的表面粗糙度小于0.5μm，V型槽底部有小孔可抽真空牢固吸附玻璃基片的半圆柱面。

步骤3：掩膜版的设计与制作。

精确计量本实施例中的定位工装的中心线至工装外边沿锐角边的距离。将该计量尺寸作为设计光刻掩膜版的依据。根据所述计量尺寸设计矩形块作为对定位工装进行光刻时的对准标记，如图3中标识的对工装进行曝光时使用的对准标记所示。图3中标识的与第二掩膜版的套刻对准标记是在曝光半圆柱玻璃基片时与图4中的十字标记进行套刻对准。图4中标识的狭缝即为最终光刻到半圆柱玻璃基片平面上的图形。

步骤4：定位工装标记的制作。

本实施例中定位工装标记的制作方法采用光刻的方法，具体实现步骤如下：

(1)对定位工装进行彻底清洗，具体清洗过程包括：

(a)将工装放入丙酮中，并进行超声清洗；

(b)将工装放入乙醇中，并进行超声清洗；

(c)将工装吹干后置于烘箱中烘烤，温度设置为130℃，烘烤30min。

(2)匀胶。将工装吸附在匀胶机的平台上，均匀地将光刻胶滴在工装的平面上，匀胶速度为1500r/min，时间为1min。

(3)前烘。将工装置于烘箱中烘烤，温度设置为80℃，烘烤时间为25min。

(4)曝光。利用光刻机进行对准曝光。将工装吸附于光刻机的曝光台上，将第一掩膜版固定在版架上，利用图3所示的第一掩膜版上的对顶的矩形对准标记对准，即图3中三组两两相顶的矩形形成的长边与工装的锐角边边沿进行对准，经确认无误后进行曝光。

(5)用显影剂显影2min30s，用清洗剂漂洗1min20s。

(6)坚膜。将工装置于烘箱中坚膜，在温度设置为100℃，烘烤30min。坚膜后在显微镜下观察，可观察到第一掩膜版上的十字标记制作在了光刻定位工装的相应位置。

步骤5：半圆柱玻璃基片的光刻。

本实施例中半圆柱玻璃基片的光刻的具体实现步骤如下：

(1)光刻预处理。将基片置于烘箱中烘烤，温度设置为130℃，烘烤30min。

(2)匀胶。将基片吸附在匀胶机的平台上，均匀地将光刻胶滴在基片的平面上，匀胶速度为2900r/min，时间为1min。

(3)前烘。将基片置于烘箱中烘烤，温度设置为80℃，烘烤时间为25min。

(4)曝光。利用光刻机进行对准曝光。利用本实施例中的定位工装上制作的十字标记来实现半圆柱玻璃基片的高精度的对准曝光。在曝光对准过程中，将定位工装吸附在光刻机的曝光台上，将半圆柱基片的平面向上柱面向下放置在工装的V型槽内，槽底开有小孔可通过真空牢固吸附基片，并保证基片的光刻平面与工装的水平面持平。将基片固定好后在光刻机的显微镜下观察进行对准。先在显微镜下找到图4中两组两两相顶的矩形，利用其与图3中相同位置的矩形进行粗对准，再利用两层掩膜版上的十字标记进行套刻细对准。图5为第一掩膜版(制作在工装上的十字标记)和第二掩膜版的十字标记套刻对准的示意图。其中有阴影标识的大十字为通过第一掩膜版上的十字标记光刻形成在定位工装上的十字标记，大十字内部的小十字为第二掩膜版上用于套刻的十字标记。要求两个十字的中心重合以保证光刻的狭缝与半圆柱基片的母线重合。将两个十字对准后进行曝光。

(5)用显影剂显影2min10s，用清洗剂漂洗1min20s。

(6)坚膜。将基片置于烘箱中坚膜，温度设置为100℃，烘烤30min。坚膜后在显微镜下观察，可观察到半圆柱玻璃基片的平面上光刻制作出的狭缝，且狭缝的偏心度满足≤3μm。

本发明专利提出的光刻对准方法，包括设计制作定位工装、计量工装关键尺寸、设计掩膜版、工装光刻标记、基片光刻等，不仅适用于半圆柱基片，还可推广应用到其他形状基片，例如基片为长方体、平行四边形、梯形、正多边体等形状。由于基片均具有平坦的曝光面，设计定位工装，将基片置于定位工装的凹槽内，凹槽的形状与玻璃基片外形匹配实现基片稳定固定，并使得玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，凹槽底部有小孔，通过小孔真空吸附玻璃基片。定位工装的竖直面与水平面垂直相交于锐边，该锐边用于与第一掩膜版的识别定位。第一掩膜版上三组位于同一直线上的对顶的矩形，即六个矩形位于同一直线上的边与锐边重合实现定位，并在定位工装的水平面上光刻粗定位标记及十字标记，用于与第二掩膜版的定位。该粗定位标记为两组位于同一直线上的对顶的矩形，与第二掩膜版上两组位于同一直线上的对顶的矩形重合粗定位第二掩膜版。粗定位后，进行精准定位，第二掩膜版上的十字标记小于定位工装的水平面上的十字标记，调整定位工装的位置使得第二掩膜版上的十字标记位于定位工装的十字标记的内部，且两个十字中心重合，实现精准定位。通过第二掩膜版上的图形在玻璃基片上光刻相应图形，实现在无任何定位标记的玻璃基片表面的高精度的光刻。

其他形状基片的实施例参见图6为长方体玻璃基片光刻定位工装的结构示意图，图7为截面为梯形的玻璃基片光刻定位工装的结构示意图，包括凹槽(1)、水平面(2)、竖直面(3)、锐边(4)、基片(5)。

综上，基于本发明所提供的技术方案，首先设计并制作高精度光刻曝光用定位工装，用于在曝光时牢固吸附玻璃基片。其次，对工装关键尺寸进行计量，依据计量结果设计并制作掩膜版。然后用光刻的方法将对准标记制作在工装表面。最后利用工装上的标记与掩膜版上的标记进行套刻对准，实现在无任何定位标记的玻璃基片表面的高精度的光刻。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.一种用于无定位标记的玻璃基片的光刻对准装置，其特征在于：包括定位工装、第一掩膜版、第二掩膜版；

所述定位工装具有凹槽(1)、水平面(2)、竖直面(3)和锐边(4)，所述凹槽用于固定玻璃基片，所述凹槽的形状与玻璃基片外形匹配，使得当玻璃基片安装在凹槽内时，玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，凹槽底部有小孔，通过小孔真空吸附玻璃基片；所述竖直面与水平面垂直相交，交线即为锐边；

第一掩膜版具有第一组标记和第二组标记；第一组标记用于第一掩膜版与定位工装对准定位，第二组标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上，形成第一组套刻标记；

第二掩膜版具有第二组套刻标记及狭缝，第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位，实现第二掩膜版与定位工装的定位；狭缝用于在玻璃基片上光刻狭缝。

2.根据权利要求1所述的光刻对准装置，其特征在于所述第一组标记为两个对顶的矩形块，两个对顶的矩形块位于同一直线上的边与锐边重合实现第一掩膜版与定位工装对准定位。

3.根据权利要求1或2所述的光刻对准装置，其特征在于第二组标记为“十”字标记，形成的第一组套刻标记为“十”字标记，第二掩膜版的第二组套刻标为“十”字标记，所述第二组套刻标的“十”字标记小于第一组套刻标记的“十”字标记，将第二组套刻的十字标记与第一组套刻标记的“十”字标记中心重合，实现定位工装与第二掩膜版的精确定位。

4.根据权利要求1或2所述的光刻对准装置，其特征在于第一掩膜版还具有第一组粗对准标记，第一组粗对准标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上形成粗对准标记，第二掩膜版具有第二组粗对准标记与水平面上形成的粗对准标记对准实现第二掩膜版与定位工装的粗定位。

5.根据权利要求1或2所述的光刻对准装置，其特征在于所述玻璃基片为半圆柱玻璃基片；所述凹槽为V型槽，V型槽的夹角为90度。

6.根据权利要求5所述的光刻对准装置，其特征在于V型槽内表面粗糙度小于0.5μm，竖直面与水平面的垂直度小于1μm。

7.一种针对无定位标记的玻璃基片的光刻对准方法，其特征在于包括如下步骤：

1)根据玻璃基片的形状，制作定位工装、第一掩膜版、第二掩膜版；

所述定位工装具有凹槽、水平面、竖直面和锐边，所述凹槽用于固定玻璃基片，所述凹槽的形状与玻璃基片外形匹配，使得当玻璃基片安装在凹槽内时，玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，凹槽底部有小孔，通过小孔真空吸附玻璃基片；所述竖直面，该竖直面与水平面垂直相交于锐边；

第一掩膜版具有第一组标记和第二组标记；第一组标记用于第一掩膜版与定位工装对准定位，第二组标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上，形成第一组套刻标记；

第二掩膜版具有第二组套刻标记及狭缝，第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的定位；狭缝用于在玻璃基片上光刻狭缝；

2)将所述定位工装吸附于光刻机的曝光台上，将玻璃基片置于定位工装凹槽内，使玻璃基片的曝光面与所述水平面平齐，开启真空装置，使玻璃基片牢固吸附于V型槽内；

3)将第一掩膜版固定在版架上，使第一掩膜版位于定位工装上部，调整定位工装的位置，通过第一组标记实现第一掩膜版与定位工装对准定位；

4)将第二组标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上，形成第一组套刻标记；

5)取下第一掩膜版，将第二掩膜版固定在版架上，使第二掩膜版位于定位工装上部，调整定位工装的位置，使第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的精确定位；

6)通过第二掩膜版上的狭缝，在玻璃基片上光刻狭缝。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述第一组标记为两个对顶的矩形块，两个对顶的矩形块位于同一直线上的边与锐边重合实现第一掩膜版与定位工装对准定位。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于第二组标记为“十”字标记，形成的第一组套刻标记为“十”字标记，第二掩膜版的第二组套刻标为“十”字标记，所述第二组套刻标的“十”字标记小于第一组套刻标记的“十”字标记，将第二组套刻的十字标记与第一组套刻标记的“十”字标记中心重合，实现定位工装与第二掩膜版的精确定位。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于第一掩膜版还具有第一组粗对准标记，第一组粗对准标记通过光刻的方法制作在定位工装的水平面上形成粗对准标记，第二掩膜版具有第二组粗对准标记与水平面上形成的粗对准标记对准实现第二掩膜版与定位工装的粗定位。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述步骤5)使第二组套刻标记与第一组套刻标记配合定位实现第二掩膜版与定位工装的精确定位之前，通过第二组粗对准标记与水平面上形成的粗对准标记对准实现第二掩膜版与定位工装的粗定位。

12.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于所述玻璃基片为半圆柱玻璃基片；所述凹槽为V型槽，V型槽的夹角为90度。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于V型槽内表面粗糙度小于0.5μm，竖直面与水平面的垂直度小于1μm。

14.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于制作定位工装后，对定位工装的尺寸精确测量，依据计量结果设计并制作第一掩膜版和第二掩膜版。