CN107748485A - 一种gpp芯片光刻工艺用对准版图的设计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种GPP整流芯片光刻工艺用对准版图，将传统的单纯十字线图形方案改进为有三个对准区域的对准方案，既有利于粗调找对准记号、又有利于精调对准图形，不但提高了功效还能提高产品质量，且不增加任何制造成本。

Description

一种GPP芯片光刻工艺用对准版图的设计
技术领域
光刻工艺用于制造GPP芯片的功率半导体器件芯片，属于“2016年国家重点支持的高新技术领域”中：“电子信息-新型电子元器件”范畴。
背景技术
光刻工艺是一种传统工艺，已用于大量生产制造GPP(玻璃钝化保护)芯片的功率半导体器件。利用镀铬玻璃板制造出带有图形的光刻板，将光刻板覆盖在涂敷有负性(或正性)光刻胶的硅片上，使用近紫外的光线对系统照射曝光一定时间即可。有铬膜处光线被挡，光刻板下面对应的光刻胶未发生光学反应，容易在事后的显影液中溶去；无铬膜处光线直照射在对应的光刻胶上，发生光学反应，不会在事后的显影液中溶去。通过显影后，硅片上就出现了与光刻板上相同的图形。继而再进入下步工序。
制造较复杂的功率半导体器件，例如高压GPP整流芯片、平面工艺整流芯片、MOS、IGBT等产品，第一次光刻时需要采用复杂的双面对准光刻工艺，即在硅片的二个表面上同时光刻出有严格对应几何关系、但形状不同的二种版图，以利于在二个表面制造出二种不同的功能结构，来配合形成整体产品，在行业内，简称为“双面光刻”。
双面光刻的最后目的是形成整体产品，二个光刻板要事先对准，所以双面的二片光刻板上都有所谓的“对准记号”，其功用是在未进行双面光刻前，使用双面光刻机上的高精度微调系统将二片光刻板上的版图严格对准。当后续在二片光刻板中插入涂敷有光刻胶的硅片时，通过双面曝光、显影，就会得到有严格几何对应关系、但形状不同的二种版图。
双面光刻所用二片光刻板的对准工作，是在双面光刻机上进行的，借助了光刻机的单向光线照亮(一般由下向上照射)、铬膜及机上另设的平面镜反光，用光刻机上的观察显微镜观察二个光刻板上的对准记号的二个影像(一般由下向上观察)，再使用微调系统进行调准，包括X、Y线性方向和Z角度调整，便可以将二片光刻板的若干个(一般是2个)对准记号严格对准，完成二片光刻板上版图的对准工作。
除了双面光刻以外，复杂的功率半导体器件后续还要进行多次的对准单面光刻工艺，即对准硅片上已有的单面图形再用另外的光刻板进行对准光刻，以利于在被光刻的表面上继续进行下一步的工艺制作，最终形成整体产品，在行业内，简称为“单面套刻”。显然，单面套刻也是需要所谓“对准记号”的。
现在多数生产企业光刻工艺所用光刻版图上的对准记号均采用细十字线图案，将上下二片光刻板上的十字线在使用前对准对齐就可以了。但这种版图设计过于简单，实用中很不方便，甚至导致双片难以对准。问题在于：光刻铬版是在光学平面玻璃上镀上一层金属铬膜形成的，其铬膜关于正反二面的反光效果是不一样的。铬膜与玻璃结合的一面呈光亮的镜面状态，反光能力强，在观察显微镜里呈亮白色；只有铬膜的一面因覆有黑棕色遮光剂，反光能力弱，在观察显微镜里呈暗黑色。十字线以外的背景色与有否光线回射有关，有光线回射时，呈亮白色；无光线回射时，呈暗黑色。设计出一款对准线黑白分明，有粗对准记号(为的是易于在镜头下找到十字线大慨几何位置)、又有精对准记号(为的是提高对准精度)的光刻图版，是确有必要的。
发明内容
本发明提供一种GPP芯片光刻工艺用对准版图，能有效达到上述要求，经实际应用，效果很好。兹介绍如下：
本光刻对准版图方案由二个版图图案组成，分别记为上光刻板版图图案和下光刻板版图图案。所谓上光刻板指的是放置在涂敷有光刻胶硅片的上方，有铬图形面向下与硅片紧密接触，控制上方来的光线对硅片上表面曝光之用；所谓下光刻板指的是放置在涂敷有光刻胶硅片的下方，有铬图形面向上与硅片紧密接触，控制下方来的光线对硅片下表面曝光之用。
上光刻板采用本说明书附图1图形方案，图案外形为圆形，圆形外直径根据产品要求可设为1～2.54毫米，画圆所用的有铬膜环线宽为6～30微米，圆中设有四个有铬膜扇形区，各区间相隔平行宽度为0.2～0.5毫米，平行区中心设有二条相互垂直的有铬膜线，每条有铬膜线均匀分为9段，由5段粗线和4段细线相间组成，细线宽度根据光刻精度要求取2～10微米，粗线宽度取细线宽度的三倍为6～30微米。
下光刻板采用本说明书附图2图形方案，图案外形为圆形，圆形外直径为上光刻板圆形外直径另减12～60微米，画圆所用的有铬膜环线宽为6～30微米，圆中设有四个有铬膜扇形区，各区间相隔平行宽度为上光刻板相隔平行宽度另加12～60微米，平行区中心设有二条相互垂直有铬膜细线，细线宽度与上光刻细线宽度相同。
将上、下二片光刻板装入双面光刻机，并重叠调节对准后，在观察显微镜中出现的图像如本说明书附图3图形所示。此时，光刻机下部设有照明光线向上射向二片光刻板，经二片光刻板反射后、沿光刻机下部射出，被设在光刻机下部的二个采光孔收集传向观察显微镜的二个目镜，便于人眼观察。
上光刻板与下光刻板无铬膜区，允许下部射来的光线通过，被设在光刻机上端的平面反射镜反射后，折返向下再通过无铬膜区，进入观察镜，呈现全亮白色图像。
上光刻板的有铬膜圆形区因不能反射光线，所以在观察图像中呈暗黑色；而下光刻板的有铬膜圆形区可以反射光线，所以在观察图像中呈亮白色；又因在二片光刻板的有铬膜圆形区直径不同，为下光刻板圆直径比上光刻板圆直径另减6～30微米，因此图像中出现了一个黑色环形，环黑边宽度是12～60微米的一半，为6～30微米，用于二板对准过程的粗对准。
上光刻板的四个有铬膜扇形区因不能反射光线，所以在观察图像中呈暗黑色；而下光刻板的四个有铬膜扇形区可以反射光线，所以在观察图像中呈亮白色；又因在二片光刻板的有铬膜扇形区间相隔平行宽度不同，为下光刻板相隔平行宽度比上光刻板相隔平行宽度另减12～60微米，因此图像中出现了四个对称的黑色L形，L形黑边宽度是12～60微米的一半，为6～30微米，用于二板对准过程的粗调节对准。
经细调节后，上、下二片精确对准时，平行相隔区中部的二条相互垂直有铬膜细线，因宽度相同，所以相互重叠，在观察图像中只能看见下光刻板有铬膜细线反射来的亮白光明白光线，而看不见上光刻版有铬膜细线的暗黑影。
下光刻板的有铬膜细线与上光刻板的10段有铬膜粗线相互叠加后，在观察图像中能看见5段水平“黑-白-黑”三线区和5段竖直“黑-白-黑”三线区；其中，白区宽度是下光刻板的有铬膜细线宽度，黑区宽度等于细线宽度，为2～10微米。
使用上述发明方案后，就将传统的单纯十字线图形方案改进为有三个对准区域的对准方案，既有利于粗调找对准记号、又有利于精调对准图形，不但提高了功效还能提高产品质量，且不增加任何制造成本。
上述发明原理，可用于产品的后续套刻工序中。实际的产品生产，需要对硅片上表面进行多次单面套刻，只要在后期多次套刻用的光刻板上采用图2的对准记号版图就可以了。因为通过双面第一次光刻后，图1的图形信息就会永久留在硅片的上表面，在后续的套刻中，还是一个图1图形与图2图形重叠问题，所得到的图像同样类似图3，可圆满地解决硅片的多次套刻问题。
附图说明
图1，上光刻板对准记号版图。图中：A是四个有铬膜扇形区，各区间相隔平行宽度为0.2～0.5毫米；B是有铬膜粗直条，为6～30微米；C是是有铬膜细直条，为2～10微米；D是对准圆外径，为1～2.54毫米；E是无铬膜透光区宽度，为0.2～0.5毫米。
图2，下光刻板对准记号版图。图中：A是四个有铬膜扇形区；B是无铬膜透光区宽度，其相隔平行宽度等于图1中相隔平行宽度另加(12～60)微米；C是是有铬膜细直条，其宽度等于图1中有铬膜细直条宽；D是对准圆外径，比图1中圆外直径另减12～60微米。
图3，上、下二片光刻板重叠对准后，在观察显微镜中出现的图像。A是L形暗黑色粗对准区，其宽度由上、下二片光刻板有铬扇形区尺寸差所决定；B是“黑-白-黑”三线精对准区，用以判别上、下二片光刻板精对准程度；C是上、下二片光刻板细线精对准区，当精确对准后，镜中呈现全亮白色。D是对准圆外径轮廓黑线，黑线宽度决定于上、下二片光刻板的版图圆外径尺寸之差。
具体实施方式
一是光刻板各版图设计，只要按本发明提供的尺寸范围，再根据产品及光刻机的精准度要求，就可确定各部分版图尺寸，分别设定上、下、套刻所用光刻板的对准图形，制造出相应的光刻板。
二是将所选定的光刻板装入光刻机，如是双面光刻工艺，首先需对准上、下二片光刻版上的对准记号，利用本设计版图的大圆图形，将观察镜中的上下二圆拉近，再开始粗调，粗调中，要同时观察光刻板上的二个对准圆，不但要注意水平位置X和竖直位置Y的重叠，还要注意Z方向的旋转对位，反复精调X、Y、Z，直到观察镜中的图像如图3即可用于双面光刻。如是单面套刻工艺，就不存在二片光刻板对准的程序，只需将带有图2版图的光刻板装入单面光刻机，装入带有图1信息的硅片，调节X、Y、Z，直到光刻板上的图2图形与硅片上的图1图形精确重叠即可。
本发明标题为“一种GPP芯片光刻工艺用对准版图的设计”，是基于申请人正在使用的产品范畴，本发明同样可用于其它功率半导体器件的光刻工艺，也可用于其它半导体器件的制造工艺，凡使用本发明原理、采用类似本发明版图，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种GPP芯片光刻工艺用对准版图，其结构特征在于：所述对准版图，由二个版图图案组成，分别记为上光刻板版图图案和下光刻板版图图案。
2.根据权利要求1所述上光刻板版图图案，其结构特征在于：图案外形为圆形，圆形外直径根据产品要求可设为1～2.54毫米，画圆所用的有铬膜环线宽为6～30微米，圆中设有四个有铬膜扇形区，各区间相隔平行宽度为0.2～0.5毫米，平行区中心设有二条相互垂直的有铬膜线，每条有铬膜线均匀分为9段，由5段粗线和4段细线相间组成，细线宽度根据光刻精度要求取2～10微米，粗线宽度取细线宽度的三倍为6～30微米。
3.根据权利要求1所述下光刻板版图图案，其结构特征在于：图案外形为圆形，圆形外直径为上光刻板圆形外直径另减12～60微米，画圆所用的有铬膜环线宽为6～30微米，圆中设有四个有铬膜扇形区，各区间相隔平行宽度为上光刻板相隔平行宽度另加12～60微米，平行区中心设有二条相互垂直有铬膜细线，细线宽度与上光刻细线宽度相同。
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