專利名稱：陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微細(xì)工程制造領(lǐng)域，用于陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中圖形套刻時的對準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
近代大規(guī)模集成電路制造主要采用光刻方法，在硅片上涂上一層光致抗蝕劑材料，運(yùn)用光學(xué)或電子曝光將電路圖形傳遞到抗蝕劑上，然后再通過顯影、刻蝕等一系列工藝，最終得到芯片。目前，大規(guī)模集成電路的線寬已經(jīng)達(dá)到0.18μm，套刻精度為0.03μm。
根據(jù)瑞利公式R＝K×λ/NA，分辨率R取決于波長與數(shù)值孔徑的比值。傳統(tǒng)光學(xué)方法受到原理和光學(xué)器件的限制，分辨率難以小于0.1μm，無法滿足當(dāng)前大規(guī)模集成電路的要求。近代發(fā)展起來的X光、電子束和粒子束等光刻方法，電子束和粒子束方法可以制作0.1μm，但設(shè)備龐大，且只能單束掃描刻寫，生產(chǎn)效率低。X光光刻理論上亦可制作0.1μm以下線寬，但存在掩膜制造問題，未能進(jìn)入實用。為了提高刻寫效率，將多個光探針組成陣列，同時刻寫多個圖形。傳統(tǒng)光刻方法的對準(zhǔn)裝置采用一次對準(zhǔn)方式，無法對刻寫誤差進(jìn)行補(bǔ)償；每個電路圖形分別對準(zhǔn)，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種對準(zhǔn)裝置，該裝置利用光學(xué)讀取、伺服驅(qū)動等技術(shù)，使光刻系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確定位，并且在套刻過程中，對電路圖形進(jìn)行同步實時校正。
本發(fā)明設(shè)計的陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)方法，包括以下步驟(1)根據(jù)硅片上待套刻的呈N行×M列矩形陣列的電路圖形的精度高低，確定圖形的A個關(guān)鍵點。
(2)將電路圖形的區(qū)別特征進(jìn)行編碼，并將該編碼刻寫在硅片上。
(3)在上述硅片上由電路圖形構(gòu)成的矩形陣列的頂邊和底邊中點處設(shè)置一對校準(zhǔn)圖形，使校準(zhǔn)圖形位于電路圖形處，校準(zhǔn)圖形由與上述關(guān)鍵點個數(shù)相同的A個校準(zhǔn)子圖形組成。
(4)根據(jù)上述第一步1確定的圖形關(guān)鍵點，在硅片上刻寫一個與之相應(yīng)的校準(zhǔn)子圖形，并記錄該校準(zhǔn)子圖形位置坐標(biāo)。
(5)套刻前，根據(jù)電路圖形的區(qū)別特征確定該硅片的坐標(biāo)參數(shù)。當(dāng)套刻進(jìn)行到圖形關(guān)鍵點時，讀取校準(zhǔn)子圖形坐標(biāo)，并將該坐標(biāo)與上述記錄的校準(zhǔn)子圖形的坐標(biāo)進(jìn)行比較，兩坐標(biāo)相符時，繼續(xù)套刻；兩坐標(biāo)不符時，判斷誤差，若為溫度誤差，則采用均化處理，若為隨機(jī)誤差，則在校準(zhǔn)子圖形位置繼續(xù)套刻，并更新坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
(6)在多次套刻過程中，重復(fù)采用上述過程，直至完成整個電路圖形的刻寫。
本發(fā)明設(shè)計的用于陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)裝置，該裝置包括基座、工作臺、待加工硅片、光探針陣列、校準(zhǔn)光學(xué)頭及其讀取裝置。工作臺放置在基座上，由精密伺服電機(jī)驅(qū)動，沿X、Y方向運(yùn)動，待加工硅片通過吸盤固定于工作臺上，校準(zhǔn)光學(xué)頭和光探針陣列位于硅片上方，一對校準(zhǔn)光學(xué)頭位于光探針陣列中間，沿Y軸對稱，光探針陣列呈矩形排列。校準(zhǔn)光學(xué)頭帶有讀取裝置，該裝置包括光源、擴(kuò)散透鏡、偏振分光鏡、四分之一波片、聚焦透鏡、光電探測器。光源讀取信號通過擴(kuò)散透鏡，形成平行光，該平行光通過偏振分光鏡，四分之一波片，聚焦透鏡，在校準(zhǔn)圖形所在平面聚焦，反射光通過聚焦透鏡，四分之一波片和偏振分光鏡，以及透鏡，照射到光電探測器上。
本發(fā)明特點在于1.第一次刻寫電路圖形前將定位基點，硅片信息，電路圖形信息記錄在硅片上預(yù)對準(zhǔn)槽中。2.校準(zhǔn)圖形占據(jù)一對電路圖形位置，與電路圖形同步刻寫。校準(zhǔn)圖形中包括多對校準(zhǔn)子圖形，用于記錄電路圖形中關(guān)鍵點的位置信息。3.套刻時，根據(jù)校準(zhǔn)圖形中各校準(zhǔn)子圖形信息，對電路圖形坐標(biāo)進(jìn)行同步實時校正及誤差補(bǔ)償。4.在多次套刻過程中，電路圖形關(guān)鍵點的絕對坐標(biāo)保持不變。5.校準(zhǔn)光學(xué)頭選用藍(lán)光激光器，為保證校準(zhǔn)過程中不破壞校準(zhǔn)子圖形，以強(qiáng)功率寫入，弱功率(寫入功率五十分之一到百分之一)讀取。
采用本發(fā)明進(jìn)行對準(zhǔn)，可以一次對準(zhǔn)所有電路圖形，節(jié)省了對準(zhǔn)時間，提高了對準(zhǔn)效率。而且，在套刻過程中，采用多點校正，可以及時補(bǔ)償由溫度等原因引起的誤差，對電路圖形實時同步校正，提高了對準(zhǔn)精度，保證了電路圖形的質(zhì)量，能夠有效的解決光刻工業(yè)中成品率偏低的問題。


圖1為本發(fā)明設(shè)計的的陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為待加工硅片。
圖4為硅片上校準(zhǔn)圖形放大圖。
圖5校準(zhǔn)光學(xué)頭讀取裝置。
圖6校準(zhǔn)子圖形極其在四象限光電探測器下圖形。
圖1-圖6中，1-基座，2-工作臺，3-硅片，4-校準(zhǔn)光學(xué)頭，5-光探針陣列，6-精密伺服電機(jī)，7-校準(zhǔn)光學(xué)頭讀取裝置，8-定位基點編碼信息帶，9-校準(zhǔn)圖形，10-電路圖形，11-校準(zhǔn)子圖形，51-光源，52-擴(kuò)散透鏡，53-偏振分光鏡，54-四分之一波片，55-聚焦透鏡，56-聚焦透鏡，57-光電探測器，61-校準(zhǔn)子圖形。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計的用于陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)裝置，包括基座1、工作2臺、光探針陣列5、校準(zhǔn)光學(xué)頭4及其讀取裝置7。工作臺2放置在基座1上，由精密伺服電機(jī)6驅(qū)動，沿X、Y方向運(yùn)動，待加工硅片3通過吸盤固定于工作臺2上，校準(zhǔn)光學(xué)頭4和光探針陣列5位于硅片上方，一對校準(zhǔn)光學(xué)頭4位于光探針陣列5的中間，沿Y軸對稱，光探針陣列5呈矩形排列。校準(zhǔn)光學(xué)頭4帶有讀取裝置7，該裝置包括光源51、擴(kuò)散透鏡52、偏振分光鏡53、四分之一波片54、聚焦透鏡56和光電探測器57。光源51讀取信號通過擴(kuò)散透鏡52，形成平行光，該平行光通過偏振分光鏡53、四分之一波片54、聚焦透鏡55后在校準(zhǔn)圖形所在平面聚焦，反射光通過聚焦透鏡55、四分之一波片54和偏振分光鏡53，以及透鏡56，照射到光電探測器57上。
該校準(zhǔn)裝置工作步驟如下1.整個裝置如圖1所示。工作臺在右側(cè)裝卡位置安裝硅片，通過預(yù)對準(zhǔn)裝置進(jìn)行預(yù)定位，然后移動工作臺進(jìn)入左側(cè)刻寫位置。2.調(diào)整兩校準(zhǔn)光學(xué)頭間距，使得兩光學(xué)頭的刻寫位置在硅片邊緣，以適應(yīng)不同尺寸的硅片。首次刻寫時，首先將定位基點、硅片信息、圖形信息等編碼，寫入校準(zhǔn)圖形旁邊空白位置。然后光探針陣列刻寫電路圖形，兩個校準(zhǔn)光學(xué)頭以強(qiáng)功率分別刻寫一對校準(zhǔn)子圖形。如圖3所示。對準(zhǔn)子圖形為圓形，如圖6所示。3.計算機(jī)分析電路圖形，選擇幾個關(guān)鍵點。在光探針陣列刻寫電路圖形過程中，當(dāng)遇到被選擇的關(guān)鍵點時，校準(zhǔn)光學(xué)頭再寫入一對校準(zhǔn)子圖形。4.重復(fù)步驟3，直至整個電路圖形的刻寫完畢。校準(zhǔn)圖形中包含N個校準(zhǔn)子圖形，N的數(shù)量與電路圖形有關(guān)，如圖4中校準(zhǔn)圖形局部放大圖所示。在局部放大圖中，每個圓圈11表示一個校準(zhǔn)子圖形。5.第二次或第N次刻寫時，進(jìn)行初次定位時，首先通過預(yù)對準(zhǔn)裝置在裝卡位置對工作臺上的硅片進(jìn)行預(yù)對準(zhǔn)，移動工作臺到刻寫位置。通過在X、Y方向微調(diào)工作臺，首先找到編碼信息帶，讀取基點坐標(biāo)、硅片及電路圖形信息，為避免讀取信號時破壞校準(zhǔn)圖形，應(yīng)該以弱功率(寫入功率五十分之一到百分之一)進(jìn)行讀取，讀取裝置光學(xué)原理如圖5所示。再找到第一對校準(zhǔn)子圖形，根據(jù)光電探測器測量的偏差信號，X-Y-Rz方向同步調(diào)整工作臺，完成對準(zhǔn)工作。光電探測器工作原理如下位于X正方向的校準(zhǔn)光學(xué)頭采用四象限探測器，當(dāng)(A＋B)與(C＋D)圖形平衡時，表明X方向已經(jīng)校準(zhǔn)；當(dāng)(A＋C)與(B＋D)圖形平衡時，表明Y方向已經(jīng)校準(zhǔn)。位于X負(fù)方向的校準(zhǔn)光學(xué)頭同樣采用四象限光電探測器，當(dāng)(A＋C)與(B＋D)圖形平衡時，表明Rz方向已經(jīng)校準(zhǔn)，此時這對校準(zhǔn)圖形已經(jīng)完成校準(zhǔn)。如圖6中61所示。6.第二次或第N次刻寫時，如果刻寫進(jìn)行到電路圖形的關(guān)鍵點，則根據(jù)第3步中刻寫的校準(zhǔn)子圖形進(jìn)行再次校準(zhǔn)。再次校準(zhǔn)方法與第五步相同。如果在再次校準(zhǔn)過程中發(fā)現(xiàn)誤差，通過計算機(jī)處理后，調(diào)整光探針陣列與硅片相對位置，對誤差進(jìn)行補(bǔ)償。7.采用象散法調(diào)焦，利用象散元件，把物鏡離焦量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌较虻墓饽茏兓?，?jīng)光電探測器檢測，得到誤差信號。
本方法關(guān)鍵在于將對準(zhǔn)與計算機(jī)處理緊密結(jié)合，一對校準(zhǔn)圖形中有多個校準(zhǔn)子圖形，校準(zhǔn)子圖形的數(shù)量與電路圖形相關(guān)，在一次刻寫中可以進(jìn)行多次校準(zhǔn)，可以極大的提高對準(zhǔn)精度。
下面介紹本發(fā)明的實施實例。
使用407nm光源，數(shù)值孔徑為0.95的物鏡組成單個光探針，將40×40個探針組成方形的陣列進(jìn)行刻寫。各探針單元之間距離可在8mm-20mm之間調(diào)整。
工作臺的外形尺寸大致為700mm×400mm，運(yùn)動精度為0.02μm，掃描時運(yùn)動速度為1000mm/s，掃描線寬可調(diào)，刻寫一個20mm×20mm大小的電路單元，只需10分鐘左右，而同時這也是完成硅片上所以芯片光刻的時間。
校準(zhǔn)光學(xué)頭采用407nm激光器，寫入功率8mw，讀取功率0.1mw，對準(zhǔn)時間50ms。
權(quán)利要求
1.一種陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)根據(jù)硅片上待套刻的呈N行×M列矩形陣列電路圖形的精度高低，確定圖形的A個關(guān)鍵點；(2)將電路圖形的區(qū)別特征進(jìn)行編碼，并將該編碼刻寫在硅片上；(3)在上述硅片上由電路圖形構(gòu)成的矩形陣列的頂邊和底邊中點處設(shè)置一對校準(zhǔn)圖形，使校準(zhǔn)圖形位于電路圖形處，校準(zhǔn)圖形由與上述關(guān)鍵點個數(shù)相同的A個校準(zhǔn)子圖形組成(4)根據(jù)上述第一步中確定的圖形關(guān)鍵點，在硅片上刻寫一個與之相應(yīng)的校準(zhǔn)子圖形，并記錄該校準(zhǔn)子圖形位置坐標(biāo)；(5)套刻前，根據(jù)電路圖形的區(qū)別特征確定該硅片的坐標(biāo)參數(shù)。當(dāng)套刻進(jìn)行到圖形關(guān)鍵點時，讀取校準(zhǔn)子圖形坐標(biāo)，并將該坐標(biāo)與上述記錄的校準(zhǔn)子圖形的坐標(biāo)進(jìn)行比較，兩坐標(biāo)相符時，繼續(xù)套刻；兩坐標(biāo)不符時，判斷誤差，若為溫度誤差，則采用均化處理，若為隨機(jī)誤差，則在校準(zhǔn)子圖形位置繼續(xù)套刻，并更新坐標(biāo)數(shù)據(jù)；(6)在多次套刻過程中，重復(fù)采用上述過程，直至完成整個電路圖形的刻寫。
2.一種用于陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)裝置，其特征在于該裝置包括基座、工作臺、光探針陣列和校準(zhǔn)光學(xué)頭；所述的工作臺放置在基座上，由精密伺服電機(jī)驅(qū)動，沿X、Y方向運(yùn)動，待加工硅片通過吸盤固定于工作臺上，所述的校準(zhǔn)光學(xué)頭和光探針陣列位于硅片上方，一對校準(zhǔn)光學(xué)頭位于光探針陣列中間，沿Y軸對稱，光探針陣列呈矩形排列。
3.如權(quán)利要求2所述的對準(zhǔn)裝置，其特征在于其中所述的校準(zhǔn)光學(xué)頭帶有讀取裝置，該裝置包括光源、擴(kuò)散透鏡、偏振分光鏡、四分之一波片、聚焦透鏡和光電探測器；所述的光源讀取信號通過擴(kuò)散透鏡，形成平行光，該平行光通過偏振分光鏡、四分之一波片和聚焦透鏡后在校準(zhǔn)圖形所在平面聚焦；反射光通過聚焦透鏡、四分之一波片和偏振分光鏡，以及透鏡后照射到光電探測器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陣列式光探針掃描集成電路光刻系統(tǒng)中的對準(zhǔn)方法和裝置,首先根據(jù)電路圖形確定關(guān)鍵點,將電路圖形的區(qū)別特征進(jìn)行編碼,并刻寫在硅片上,設(shè)置一對校準(zhǔn)圖形,使校準(zhǔn)圖形位于電路圖形處,校準(zhǔn)圖形由校準(zhǔn)子圖形組成。根據(jù)圖形關(guān)鍵點,在硅片上刻寫校準(zhǔn)子圖形,當(dāng)套刻進(jìn)行到圖形關(guān)鍵點時,讀取校準(zhǔn)子圖形坐標(biāo),并將該坐標(biāo)與記錄的校準(zhǔn)子圖形的坐標(biāo)進(jìn)行比較。本發(fā)明的裝置中,工作臺放置在基座上,由精密伺服電機(jī)驅(qū)動,待加工硅片通過吸盤固定于工作臺上,校準(zhǔn)光學(xué)頭和光探針陣列位于硅片上方,一對校準(zhǔn)光學(xué)頭位于光探針陣列中間,光探針陣列呈矩形排列。采用本發(fā)明進(jìn)行對準(zhǔn),可以一次對準(zhǔn)所有電路圖形,節(jié)省了對準(zhǔn)時間,提高了對準(zhǔn)效率。
文檔編號H01L21/02GK1333554SQ0112350
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月26日
發(fā)明者徐端頤, 齊國生, 錢坤, 李慶祥, 范曉冬, 蔣培軍 申請人:清華大學(xué)