CN108205237A - 一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法与装置，通过使用三台摄像机观察特殊设计的透光孔及其中心线对准标记与晶圆轮廓的对准情况，实现了在避免在晶圆上作对准标记的条件下，对晶圆轮廓与掩膜版图形在各个方向上的快速准确定位，可有效提高无工艺边的晶圆首次光刻时的对准精度，提高了晶圆利用率。

Description

一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置和方法，属于光刻微细加工中原版、蒙片、片框等物体的对准和定位技术领域。

背景技术

随着小型化器件的快速发展，以及高质量晶圆的材料成本越来越高，如何提高晶圆的利用率越来越受到重视。为了充分利用晶圆材料，许多器件(如检测质量块)的单个结构或单个系统直接在单个晶圆上实现，使整个晶圆均为芯片区域，避免出现工艺边等非功能区。因此在进行光刻时，需要使晶圆轮廓与掩膜版直接对准，以保证器件图形的关键尺寸和套刻精度。

现有技术中，晶圆与掩膜版的对准技术均采用标记套刻方式，即通过掩膜版上的对准标记与晶圆上的对准标记进行套刻实现对准，该方法需要晶圆上先做出对准标记。然而，一旦在晶圆上做出对准标记，则对准标记及周边的部位就不能成为器件的功能区域，造成晶圆利用率的降低。

现有技术在晶圆轮廓与掩膜版的直接对准方面存在不足。专利CN201110025058.8公开了一种光刻机进行光刻时的对准方法，在光刻机的载片台加装一个摄像头，通过光学影像识别的方法计算待测物体的旋转量。但是该方法需要在待测物体上预先做出标记，同时只有一个摄像机，且该摄像机的位置与光刻机的载片台位置为相互固定位置，无法实现晶圆在各个方向上的简便快速准确的对准。专利CN200880128360.2中，公开了一种对准方法，该方法也需要在待测物体上预先做出标记，且该专利提供的掩膜版上的对准标记为常规“十字”标记，与本发明中提出的透光环及中心线对准标记不同，且无相关性。

总之，现有技术在对晶圆进行首次光刻时，以及在晶圆上直接加工单个器件或单个系统时，若晶圆表面无对准标记，则无法实现掩膜版上的图形与晶圆轮廓微米级的精确对准，光刻图形在晶圆上的位置精度较难保证，对于器件或系统的对称度等指标影响较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置和方法。

一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，通过以下步骤实现：

第一步，制作晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，

晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置包括承片台、螺旋丝杠、承片台吸附孔、掩膜版架，掩膜版架吸附孔、至少三个数码摄像机、平面导轨、数据采集卡、显示器，螺旋丝杠、与承片台连接，承片台吸附孔安装在承片台上，掩膜版架固定在承片台上方，掩膜版架吸附孔安装在掩膜版架上，数码相机活动安装在平面导轨上，数码相机与数据采集卡连接，处理的图像数据在显示器中显示；

第二步，制作掩膜版，

掩膜版上的对准标记图形为一个透光环，透光环的中心线为线型标记，与晶圆轮廓形状相同；

第三步，将掩膜版通过掩膜版架吸附孔真空吸附在掩膜版架上，将晶圆通过承片台吸附孔真空吸附在承片台上；

第四步，在Z方向移动承片台，使晶圆接近掩膜版；

第五步，分别移动平面导轨上的三个数码摄像机，使其能拍摄到掩膜版上的透光环，分别调整焦距至显示器显示的透光环图像清晰；

第六步，通过螺旋丝杠、调节承片台在X方向、Y方向及θz(以Z轴为中心轴的角度)方向移动，晶圆跟随承片台移动，观察显示器上数码摄像机拍摄到的影像及图形处理软件中设置的标尺，直至晶圆的轮廓与掩膜版的透光环的中心线重合；

第七步，控制承片台在Z方向移动，使晶圆与掩膜版完全接触。

所述的承片台的移动方式包括但不限于手动、自动方式。

承片台对晶圆的承载方式为真空吸附。

掩膜版架对掩膜版的固定方式为真空吸附。

数码摄像机相互之间的角度为90°～180°。

数码摄像机光学放大倍数为5倍～10倍。

透光环的宽度为10μm～20μm，透光环的中心线线条宽度为2μm～3μm。

承片台在Z方向移动，使晶圆与掩膜版的距离为0～30μm。

数码摄像机拍摄的影像通过数据采集卡处理后在显示器上显示，并在影像中心显示图形处理软件中设置的标尺。

一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，包括承片台、螺旋丝杠、承片台吸附孔、掩膜版架，掩膜版架吸附孔、至少三个数码摄像机、平面导轨、数据采集卡、显示器，螺旋丝杠、与承片台吸附孔安装在承片台上，掩膜版架置于承片台上方，掩膜版架吸附孔安装在掩膜版架上，数码相机活动安装在平面导轨上，数码相机与数据采集卡连接，处理的图像数据在显示器中显示。

一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，掩膜版上的对准标记图形为一个透光环，透光环的中心线为线型标记，与晶圆轮廓形状相同，透光环的宽度为10μm～20μm，透光环的中心线线条宽度为2μm～3μm。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)在晶圆上没有对准标记的条件下，通过平面导轨上的三个数码摄像机的图像采集及影像上显示的标尺，可实现晶圆轮廓与掩膜版图形在各个方向上的快速准确定位，与传统的对准装置及对准方式相比，具有明显的优势。

(2)本发明提供的对准方法，在掩膜版上设计了透光孔及其中心线作为对准标记，为晶圆首次光刻的对准操作提供了一种适用的对准方案，可有效提高无工艺边的晶圆首次光刻时的对准精度，提高晶圆利用率。

附图说明

图1为晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置示意图；

图2为掩膜版对准标记图形及对准过程中显示器上其中一个数码摄像机的显示影像示意图；

图3为晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细描述。

以下结合附图及具体实例详细说明本发明。

本发明装置如图1、图2、图3所示，对于尺寸为Ф50mm的石英晶圆轮廓与掩膜版图形对准，通过以下步骤实现：

1、制作晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准装置

包括工作台系统和对准系统。其中工作台系统包括承片台2和掩膜版架7，承片台2在Z方向的驱动通过电机实现，承片台2在X方向、Y方向及θz(以Z轴为中心轴的角度)方向的驱动分别通过手动螺旋丝杠1、4、5调节实现，晶圆6在承片台2上通过吸附孔3真空吸附，掩膜版架7固定在承片台上方，掩膜版14在掩膜版架7上通过吸附孔8真空吸附。对准系统包括三个数码摄像机9、平面导轨10、数据采集卡12及显示器13。三个数码摄像机9加载在平面导轨10上，并可在平面导轨10上移动，数码摄像机9相互之间的角度为120°，每个数码摄像机9的光学放大倍数为10倍，数码摄像机9拍摄的影像通过数据连接线11传输到数据采集卡12上，处理后在显示器13上显示，并且在影像中心显示图形处理软件中设置的标尺19。

2、制作掩膜版14；

掩膜版14上的对准标记图形15为一个透光环，透光环的宽度为20μm，透光环的中心线16为线型标记，其形状与石英晶圆轮廓的形状相同，尺寸为Ф50mm，线型标记的线条宽度为2μm，掩膜版14上其他图形结构17根据待加工器件的设计要求加工。

3、将掩膜版14通过吸附孔8真空吸附在掩膜版架7上，将石英晶圆6通过吸附孔3真空吸附在承片台2上；

4、电机控制承片台2在Z方向移动，使石英晶圆6与掩膜版14的距离为20μm；

5、分别移动平面导轨10上的三个数码摄像机9，使其能拍摄到掩膜版14上的对准标记图形15，分别调整焦距至显示器13显示的图像清晰；

6、通过手动螺旋丝杠1、4、5调节承片台2在X方向、Y方向及θz方向移动，石英晶圆6跟随承片台2移动，观察显示器15上数码摄像机9拍摄到的影像18及影像上显示的标尺19，直至石英晶圆6的轮廓与掩膜版14对准标记15的中心线16重合；

7、电机控制承片台2在Z方向移动，使石英晶圆6与掩膜版14完全接触；

8、将三个数码摄像机9和平面导轨10从承片台2上方移开。

使用该装置和方法，石英晶圆上光刻形成的图形，相对于石英晶圆轮廓，X方向和Y方向对准精度均优于5μm。

一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，包括承片台2、螺旋丝杠1、4、5、承片台吸附孔3、掩膜版架7，掩膜版架吸附孔8、至少三个数码摄像机9、平面导轨10、数据采集卡12、显示器13，螺旋丝杠1、4、5与承片台吸附孔3安装在承片台2上，掩膜版架7置于承片台2上方，掩膜版架吸附孔8安装在掩膜版架7上，数码相机9活动安装在平面导轨10上，数码相机9与数据采集卡12连接，处理的图像数据在显示器13中显示。

一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，掩膜版14上的对准标记图形为一个透光环15，透光环15的中心线为线型标记，与晶圆6轮廓形状相同，透光环15的宽度为10μm～20μm，透光环15的中心线16线条宽度为2μm～3μm。

本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，制作晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，

晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置包括承片台(2)、螺旋丝杠(1，4，5)、承片台吸附孔(3)、掩膜版架(7)，掩膜版架吸附孔(8)、至少三个数码摄像机(9)、平面导轨(10)、数据采集卡(12)、显示器(13)，螺旋丝杠(1，4，5)与承片台(2)连接，承片台吸附孔(3)安装在承片台(2)上，掩膜版架(7)固定在承片台(2)上方，掩膜版架吸附孔(8)安装在掩膜版架(7)上，数码相机(9)活动安装在平面导轨(10)上，数码相机(9)与数据采集卡(12)连接，处理的图像数据在显示器(13)中显示；

第二步，制作掩膜版(14)，

掩膜版(14)上的对准标记图形为一个透光环(15)，透光环(15)的中心线为线型标记，与晶圆轮廓形状相同；

第三步，将掩膜版(14)通过掩膜版架吸附孔(8)真空吸附在掩膜版架(7)上，将晶圆(6)通过承片台吸附孔(3)真空吸附在承片台(2)上；

第四步，在Z方向移动承片台(2)，使晶圆(6)接近掩膜版(14)；

第五步，分别移动平面导轨(10)上的三个数码摄像机(9)，使其能拍摄到掩膜版(14)上的透光环(15)，分别调整焦距至显示器显示的透光环(15)图像清晰；

第六步，通过螺旋丝杠(1，4，5)调节承片台(2)在X方向、Y方向及θz方向的移动，晶圆(6)跟随承片台(2)移动，观察显示器(13)上数码摄像机(9)拍摄到的影像(18)及图形处理软件中设置的标尺(19)，直至晶圆(6)的轮廓与掩膜版(14)的透光环(15)的中心线(16)重合；

第七步，控制承片台(2)在Z方向移动，使晶圆(6)与掩膜版(14)完全接触。

2.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的承片台(2)的移动方式包括但不限于手动、自动方式。

3.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的承片台(2)对晶圆(6)的承载方式为真空吸附，所述的掩膜版架(7)对掩膜版(14)的固定方式为真空吸附。

4.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的数码摄像机(9)相互之间的角度为90°～180°。

5.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的数码摄像机(9)光学放大倍数为5倍～10倍。

6.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的透光环(15)的宽度为10μm～20μm，透光环(15)的中心线(16)线条宽度为2μm～3μm。

7.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的承片台(2)在Z方向移动，使晶圆(6)与掩膜版(14)的距离为0～30μm。

8.根据权利要求1所述的晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的方法，其特征在于，所述的数码摄像机(9)拍摄的影像通过数据采集卡(12)处理后在显示器(13)上显示，并在影像中心显示图形处理软件中设置的标尺(19)。

9.一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，包括承片台(2)、螺旋丝杠(1，4，5)、承片台吸附孔(3)、掩膜版架(7)，掩膜版架吸附孔(8)、至少三个数码摄像机(9)、平面导轨(10)、数据采集卡(12)、显示器(13)，螺旋丝杠(1，4，5)与承片台吸附孔(3)安装在承片台(2)上，掩膜版架(7)置于承片台(2)上方，掩膜版架吸附孔(8)安装在掩膜版架(7)上，数码相机(9)活动安装在平面导轨(10)上，数码相机(9)与数据采集卡(12)连接，处理的图像数据在显示器(13)中显示。

10.一种晶圆轮廓与掩膜版图形精确对准的装置，掩膜版(14)上的对准标记图形为一个透光环(15)，透光环(15)的中心线为线型标记，与晶圆(6)轮廓形状相同，透光环(15)的宽度为10μm～20μm，透光环(15)的中心线(16)线条宽度为2μm～3μm。