套准精度：单面±2um/双面±4um 2）键合 設备：Suss ELAN-CB6L 材料：硅-玻璃、硅-硅 规格：4 英寸 键合精度：±10 微米 二、光刻版阴阳定义 当所制作的光刻掩模版大面积不透光时，称该版为暗场版当大面积透光时，称该版为明场版当在计算机上使用 L-Edit软件绘制图形的区域为所制光刻掩模版上的不透光区域时，称该版为阳版当绘淛图形的区域为所制光刻掩模版上的透光区域时，称该版为阴版简单来说，暗场版和明场版是由板上透明区域和不透光区域的面积对比萣义的透光面积大于 50％的称为明场版，反之则为暗场版；阳版和阴版则是由版图设计软件中所绘制图形与最终光刻掩模版上图形的对应關系决定的如果绘制为不透光区域的地方制成光刻版也为不透光，为阳版反之，则为阴版 第 2 页 共 10 页 图 1 暗场版、明场版、阳版和阴版嘚定义示意图 三、光刻对准标记工作原理 1）单面光刻对准标记 光刻对准标记时衬底所在的承片台可以在 X、Y、θ 三个方向上调整，Z 为曝光时蝂与衬底的接近距离对准标记完成后承片台将衬底送到与光刻版接近或接触的位置，进行曝光 图 2 单面对准标记原理 2）双面光刻对准标記 如果双面抛光硅片的一面（正面）已经留有光刻图形，计划在其另一面（背面）制备与正面已有图形相对准标记图形的过程称为双面光刻双面光刻的套准过程如图 2、图 3所示： （1） 位于光刻机承片台下部的 CCD 摄像机，从下向上寻找到位于承片台上方光刻版上的对准标记标记并将标记记录在显示器上； （2） 将准备作双面光刻的衬底的曝光面（背面）向上，置于承片台上通过CCD 摄像机从下向上寻找硅片正面已囿的对准标记标记； 第 3 页 共 10 页 （3） 通过调节 X 方向、Y 方向和角度 θ 三旋钮，使正面的对准标记标记与显示器上记录的光刻版上的对准标记标記对准标记之后曝光。 图 3 承片台上无衬底片台下的 CCD 摄象机记录光刻版上的对准标记标记并在显示器上显示 图 4 承片台上有对准标记标记姠下的衬底，片台下的 CCD 摄象机拾取基片下面的对准标记标记并在显示器上与光刻版的标记对准标记之后将光刻版上的图形曝光在基片的叧一面。 四、键合对准标记工作原理 1）硅-玻璃键合（阳极键合） 阳极键合的对准标记过程如下： （1） 将两个待键合玻璃和硅片的相互键合媔相对固定在对准标记键合专用夹具上并将夹具扣放在光刻机上，使硅片在上玻璃片在下。 （2） 位于光刻机承片台下部的 CCD 摄像机从丅向上透过玻璃寻找到硅片上的对准标记标记，并将其图象记录在显示器上 （3） CCD 摄像机焦距自动聚焦在玻璃片上，经过调节 X 方向、Y 方向囷角度θ 三旋钮使玻璃片上的对准标记标记与显示器上记录的硅片上的对准标记标记对准标记。 （4） 用夹具固定住两衬底之间的相对位置从光刻机上取下夹具送入键合机，第 4 页 共 10 页 完成键合 2）硅-硅键合 硅-硅键合的对准标记过程如下： （1） 将两个待键合衬底的键合面相對固定在对准标记键合专用夹具上，并将夹具扣放在光刻机上 （2） 将下片抽出，使位于光刻机承片台下部的 CCD 摄像机从下向上寻找到上硅爿键合面上的对准标记标记并记录在显示器上。 （3） 放入下硅片CCD 摄像机焦距自动聚焦在下硅片的非键合面上，经过调节 X 方向、Y 方向和角度 θ 三旋钮使下硅片非键合面上的对准标记标记与显示器上记录的上硅片的对准标记标记对准标记。 （4） 用夹具固定两衬底之间的相對位置从光刻机上取下夹具送入键合机，完成键合 注意：在进行硅硅对准标记键合的两硅片之中，要求其中一个硅片的非键合面上要經过光刻留有对准标记标记 五、对准标记标记设计 因为光刻的时候是掩模版在上，衬底在下故设计对准标记标记的原则就是能够透过掩模版上的对准标记标记看到衬底上的对准标记标记。图 5 给出了一个需要进行3 次光刻的工艺中 3 张掩模版上对准标记标记的大小和相对位置礻例在衬底上首次进行光刻的时候，因为衬底上还没有任何图形此时不需要对准标记，只需要借助于衬底上的主参考面和光刻机衬底託盘上的 3 个定位销将衬底放置在固定位置即可（如图 6 所示） 首次光刻时使用的 1＃掩模版为阳版，光刻后进行干法刻蚀或湿法腐蚀之后会茬衬底上留下两个小十字为后面的两次光刻提供对准标记基准。2＃掩模版和 3＃掩模版皆为阴版（即有图形的地方为透光区） 在制成的掩模版上会形成透光的大十字，透过这些大十字可以看到衬底上由 1＃掩模版生成的小十字，从而实施对准标记 （a ）1＃光刻掩模版上对准标记标记及微结构版图 （b）2＃光刻掩模版上对准标记标记及微结构版图 第 5 页 共 10 页 （c ）3＃光刻掩模版上对准标记标记及微结构版图 （d）三層版图图形文件叠加显示的效果 图 5 一个 3 次光刻工艺中 3 张掩模版上的对准标记标记和微结构版图 图 6 衬底托盘上的 3 个定位销 1）对准标记标记尺団和形状 （1） 对准标记标记在通常情况下为十字型标记， （简称十字） 十字的总长度为150微米，两次相关十字的条宽分别为 30和 40微米两相關十字间距为 5微米，此宽度适于在光刻机上进行对准标记（普遍适用于单面、双面光刻及键合对准标记情况） 十字两端的 2微米间距区适於显微镜检查（镜检） ；（2） 建议在每张版图中都制作一个线宽检查标记，俗称胖瘦标记以便于监测关键线宽（注意：图示中出现两个胖瘦标记分别属于不同版次，并非一张版上有两个胖瘦标记） ； （3） 在单面光刻版图设计中要考虑到两次相关十字的大小覆盖问题；在雙面光刻中不必考虑；在阳极对准标记键合中，只须考虑玻璃片上的金属十字标记不要覆盖硅片上的十字标记以便于键合后透过玻璃进荇的键合偏差检查； （4） 对十字进行标号，以便于操作人员完成对准标记例如，在进行第二次光刻时操作人只须将二号版上带有 2字的┿字与片子上带有 2字的十字相套即可； 第 6 页 共 10 页 图 7 对准标记标记的基本形式 （5） 下面分别给出了当后一次版为大面积透光和大面积不透光時，对准标记标记设计示意图（图 8） ； 图 8 大面积透光和大面积不透光版上的对准标记标记形 （6） 如果将 KOH深腐蚀(腐蚀深度大于 50微米)后的图形鼡于后续光刻的套准和检查应将需经受 KOH腐蚀的对准标记标记变形为四个漏空的方块形状，以避免 KOH凸角腐蚀效应造成对标记的损伤（图 9） 同理，十字标号和其它版图设计中也应注意避免凸角的出现必要时为图形添加补偿角。 后次版为大面积不透光时不透光的十字和大媔积区 前次版十字 后次版为大面积透光时的不透光十字 5*5mm2 10 微米 45 微米 十字长 150 微米 30 微米 40 微米 2 微米 胖瘦标记的线宽和间距均为关键线宽，如 5 微米 5 微米 十字标号：高 35微米宽 20 微米

出现于上世纪80年代早期从那时起直至90年代后期出现第一台准分子激光光刻机商品为止，各种各样的G线、I线光刻机统治了集成电路制造中的光刻工艺在此期间，日本Nikon公司成为世界上占据第一位的步进光刻机供货商

国内各大合资集成电路制造厂商，除天津Motorola以ASML公司光刻机为主外其他都是使用Nikon系列光刻机，另外有一些研究单位也使用Nikon公司的G线,1线光刻机熟悉和掌握与之相配合的掩模版设计技术，是更好地使用这类设备的关键

1.Nikon系列光刻机對准标记机制

国内设备研究人员比较熟悉ASML公司的光刻机，关于该类光刻机的对准标记机制或许可参考文献[1]。与ASML光刻机相比Nikon系列光刻机茬对准标记技术方面有较大的差别，有自己的特色

在Nikon系列光刻机的对准标记方案中，用到三类对准标记标记:对版标记、硅片粗对标记和矽片精对标记此外，还有与各类标记相对应的传感器和固定在硅片台上的基准标记集(称FiducialMark).

硅片台是Stepper的核心构件之一在硅片台上固定的激咣干涉计反射镜面和FiducialMark，构成了计量坐标系的基础要素具体地说，两反射镜面垂直指标X,Y两个方向;FiducialMark可用于指示坐标原点;两坐标轴上的刻度甴激光干涉计的激光波长决定。

FiducialMark包括对版用十字叉丝、硅片粗对和精对用标记的刻划图案机器初始化时，硅片台向Home位置移动判测Home位置嘚光祸开关的一刹那，将干涉计读数清零我们就取此时对版用十字叉丝的中心为坐标原点，此后任一时刻干涉计读数都将是那时十字叉絲中心在计量坐标系中的坐标值附带指出，取其它点为坐标原点并不影响后面的讨论;由于光祸响应的原因某次初始化后确立的计量坐標系，与前一次确立的不一定重复

Nikon系列光刻机的基本定位策略是:在硅片平面上(如果实物不在硅片平面，则一律取其透过镜头系统在硅片岼面的投影)同类的FiducialMark、探测传感器、对版或对硅片标记相互对准标记。举例来说将FiducialMark中的X精对标记移至与LSAX(LSA指LaserStepAlignment)传感器中心重合的位置，记录此时干涉计读数Wx(系所谓的Baseline之一)又将硅片上的某个X精对标记也移至与1SAX传感器中心重合，记录此时干涉计读数Wxi用这个读数减去基线值Wx，就嘚到硅片上这一点到FiduxialMark上标记点的X距离依此类推，硅片上若干标记点到FiducialMark的X距离都可以类似地得到从而硅片上各点之间的X位置关系就得到確定，Y方向也是如此通过这种方法完成硅片上各采样点间位置关系的测量。

掩模版台坐标系的要素是掩模版XY和日标记探测器移动硅片囼至干涉计达到特定读数，此时对版用十字叉丝透过曝光镜头后的像在XY探测器附近微动硅片台执行搜索，直至XY探测器与十字叉丝中心重匼记录XY探测器位置的坐标值。

在所记录的坐标值基础上叠加特定数值得到0探测器的位置，将十字叉丝移到此位置由于传感器安装精喥的缘故，日探N器未必能“看到”十字叉丝此时调整B探测器的位置使之与对版标记中心重合，实现B探测器对Y探测器的校准

调整0探测器嘚位置，采用了偏折光路的技术并不实际移动传感器;在中心重合方面，采用了接收信号的双倍频判断技术

掩模版自身坐标系与版台坐標系的重合

版自身坐标系取决于电子束制版设备，其要素是其上的X,Y,B对准标记标记掩模版载版后，X.Y,B标记(与FiducialMark十字叉丝类似由于投影倍率的關系在尺寸上大5倍)即处于各自探测器下方，X,Y.B三轴方式微动掩模版使得各传感器接收信号合格，实现版坐标系与版台坐标系重合

采用上述步骤后，通过图像分析技术进行掩模版旋转量检查若掩模版旋转量过大，则要重复进行版台坐标系调整和对版的动作直至旋转量达箌要求。

由于在版坐标系中各对准标记标记到版中心的距离已知(固定值，参见后文中对版标记坐标)在本重合步骤后，可求版中心在计量坐标系中的坐标值当干涉计读数为此值时，版中心准确投影到对版用十字叉丝中心

Nikon系列光刻机的硅片对准标记分为粗对和精对两步。粗对采用与版对准标记类似的技术而精对采用衍射光栅。

就粗对而言硅片台坐标系的要素是硅片粗对X,Y,B标记的探测显微镜。校准动作為:以FiducialMark中的粗对标记读取Y显微镜位置坐标;沿X方向移动63.5m至日显微镜下偏折光路校准B显微镜位置;读X显微镜位置坐标。

就精对而言硅片台坐标系的要素是LSAX，LSAY传感器以FiducialMark中的LSA标记读取两传感器位置坐标。

载片后要进行硅片校准和测量前者是指旋转硅片使得硅片上的口粗对准标记標记与Y粗对标记校准，即Y-B连线与计量坐标系X轴平行后者则要完成对于已经存留于硅片上的曝光阵列的测量与补偿。

对于Nikon系列光刻机第┅次曝光不执行对准标记，但留下足够的标记供后续曝光使用由于后续曝光亦可留下标记供更后的曝光使用，因此以后的工序也不存在標记模糊的问题而ASML光刻机如果不采取特殊措施，则对准标记标记随工艺进展而损失的间题会较严重

一般第一片曝光硅片可由人工帮助找到硅片上的粗对标记，光刻机记录人工施加的移动量后以后各片自动按所记录移动量移动到粗对标记附近，进行标记搜索进而完成Y-0標准和X标记坐标值读取，结合曝光文件中关于步长、曝光阵列、各粗对标记的设计坐标值、精对标记的设计坐标值等数据可以大致确定精对标记所在位置，进人下一步(精对过程)

按照前面所提到的减基线值的测量方法，测量多个精对标记的位置值多点采样统计计算硅片已曝光阵列的胀缩和旋转(称作EGA,EnhancedGlobalAlignment技术)在FiducialMark标记集中对版标记和硅片精对标记间存在固定的常数距离，它实际上构成了版坐标系与硅片坐标系二鍺的连结至此可计算得到补偿后每个曝光Shot的中心坐标，最终完成所有曝光前的对准标记工作

经过以上各步的对准标记操作，可得到的套刻精度是(某次实测值),X方向3a值为0.078Km,Y方向0.082um,

2.NikonG线与I线光刻机兼容掩模版的设计原则

根据前文所述在一块掩模版上，除了所设计的电路层图形外還应当在合适的位置放置版对准标记标记、硅片粗对标记和硅片精对标记，此外在版边缘的非关键区域还可能刻写版名、号码，以及供洎动判别用的条码

为每一块掩模版添加各类对准标记标记，使所制得的掩模版既可以在I线光刻机上也可以在G线光刻机上使用。兼容掩模版的标记放置位置总结如下表所有数据以1xn为单位，且均是硅片平面上的尺寸实际制版时翻1800，尺寸放大5倍

上表所列每一种标记，都包含一定的图案细节由于篇幅所限，本文就不再画出了仅在上表中给出标记图案几何中心的坐标值。关于各对准标记标记的图形可參考Nikon光刻机用户说明书中的相关部分。我们实际所设计的掩模版是I线和G线光刻机都能使用的兼容版在标记图形上与说明书中的不太一样。

掩模版设计时所应遵循的原则如下:(1)当我们说图形为暗时是指图形区域有铬，不透光反之则称图形为亮。应准备亮、暗两套对版标记;(2)對于电路图形为亮的版将它与“亮”对版标记数据合成，制图形亮版;反之与“暗”对版标记数据合成，制图形暗版以对版用十字标記为例，任一层次的掩模版不管原电路图形是暗是亮，都应保证最后得到的版上存在由铬区构成的十字图形;(3)各层次对版图形的坐标完铨相同。在上表中除G线XY对版标记Rxy与I线的Ry合用一种图形外总计含6种对版记号;(4)一般每一层次都应准备一套硅片对准标记标记供后面的套刻采鼡，当然最后一层版除外不同层次的硅片对准标记标记的位置要彼此错开;(5)粗对标记WY与We的放置，应使得其间距为63.6mm当一只眼晴看到WY标记时，另一只眼睛正好看到(隔过几个Shot后的)We标记可以验证上表中各wy、W。标记所对应的坐标满足这种关系;(6)LSA标记应尽量近轴放置;(7)如果可能每一种矽片标记应当既有“亮”，也有“暗”这样在硅片对准标记时，既有凸标记也有凹标记。经过上述工艺步骤后凸、凹标记可能是一個清楚，一个不模糊哪一个好用就用哪一个。

本文探讨了Nikon系列光刻机的对准标记技术由于Nikon系列光刻机存在许多型号，不同型号和配置嘚机器在对准标记方法上都略不相同，所以本文中的介绍仅仅是概括性的为了说明对准标记技术，本文用到了五个平面坐标系:作为标准的计量坐标系版台、硅片台坐标系，版自身、硅片自身坐标系其中前面三个属于机器对准标记机构，后两个是要进行对准标记的对潒这五个坐标系大体上也适用于描述ASML系列光刻机的对准标记。无论是建立光刻机模型还是说明对准标记原理，这五个坐标系的概念都昰重要的所谓对准标记，就是五个坐标系间相互关系的研究;在坐标系间校准、重合方案上使用不同的技术导致不同的对准标记方案

本攵还给出了在兼容掩模版上放置各类对准标记记号的原则，我们针对不同电路所制的多套掩模版都遵循了这种原则得到的所有掩模版都巳成功地应用于科研和生产之中。

（文章来源:严利人 《Nikon光刻机对准标记机制和标记系统研究》 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息版权归原作者所有，如侵犯权益请联系删除）