專利名稱:一種激光加工中晶圓片定位誤差的校正方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)范圍,特別涉及一種激光加工中晶圓片定位誤差的校正方法。
背景技術(shù):
采用激光輻照對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行加工處理,包括激光退火,激光輔助薄膜沉積,材料的激光再結(jié)晶生長等多種多樣的具體應(yīng)用。由于激光束具有很強(qiáng)的相干性,光束往往是聚束的,不容易散開成為較大面積的光束束斑;在另一方面,晶圓片尺寸又很大,因此激光光束對(duì)于襯底材料的作用,在目前技術(shù)條件下,不能一次性地覆蓋整個(gè)晶圓片的面積,只能是一個(gè)局部一個(gè)局部地進(jìn)行輻照的處理。通常采用的方式,是激光束相對(duì)于材料表面做掃描,步進(jìn),或者步進(jìn)加掃描運(yùn)動(dòng),來實(shí)現(xiàn)逐行,或者逐場的加工處理。無論是逐行也好,逐場也好,總是存在著行之間,場之間的銜接問題。對(duì)于不良的銜接來說,主要存在兩類問題,一是銜接處兩行或者兩場有微小的重疊,則重疊區(qū)域盡管很小,但是考慮到集成電路中電子元器件的尺寸處于更小的量級(jí)而受受到影響,被過量加工的元器件數(shù)量就會(huì)有很多,這將直接影響集成電路加工質(zhì)量。另一類問題是兩行之間,兩場之間存在微小的空隙,同樣地,受此影響而未被激光加工處理的電子元器件數(shù)量也會(huì)有很多,加工質(zhì)量同樣不能保證。針對(duì)以上實(shí)踐中的問題,一種有效的處理措施,是充分利用芯片之間的劃片道寬度。具體地說,令掃描或者步進(jìn),嚴(yán)格地沿著芯片陣列的橫向排列方向向左或者向右進(jìn)行, 至于光束束斑的邊沿,此處光強(qiáng)是不均勻的,加工效果無法保證,對(duì)于光束邊沿的這一部分,通過控制令其落于芯片陣列間的劃片道中,這樣可以回避掃描行之間,步進(jìn)掃描的場之間的銜接不良的問題。當(dāng)掃描或者步進(jìn)至晶圓片的邊緣后,激光光束下移一行(或者上移一行),并掉頭向相反的方向,繼續(xù)其橫向的掃描或者步進(jìn)逐場前進(jìn)。對(duì)于逐場方式的加工處理,則束斑的左右兩個(gè)邊沿,也都令其落在芯片的劃片道內(nèi)。當(dāng)要求掃描,或者步進(jìn)掃描沿芯片陣列的方向,并且掃描束斑的邊沿落于劃片道內(nèi)時(shí),自然地,也就產(chǎn)生了晶圓片對(duì)準(zhǔn)的問題?!N對(duì)準(zhǔn)方案為,將對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)與工藝腔相分離,在工藝腔之外進(jìn)行晶圓片的對(duì)準(zhǔn), 對(duì)準(zhǔn)后的晶圓片再由精密機(jī)械手送入到工藝腔片臺(tái)之上,在那里再進(jìn)行激光加工的工藝處理。在分離式對(duì)準(zhǔn)方案中,對(duì)準(zhǔn)片臺(tái)與工藝中用于形成激光光束掃描等動(dòng)作的片臺(tái)是兩套獨(dú)立裝置,所以這兩個(gè)片臺(tái)各自定義的行進(jìn)方向,坐標(biāo)原點(diǎn)位置等都不盡相同,會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)性的誤差。舉例來說,對(duì)準(zhǔn)片臺(tái)按照自身的X(左右)方向去調(diào)整晶圓片的旋轉(zhuǎn)量,使得晶圓片上的芯片陣列的橫向的劃片道嚴(yán)格與對(duì)準(zhǔn)片臺(tái)X方向一致。當(dāng)精密機(jī)械手將晶圓片放置到加工掃描片臺(tái)上的時(shí)候,由于掃描片臺(tái)的χ(左右)行進(jìn)方向,在一般情況下會(huì)與對(duì)準(zhǔn)片臺(tái)X方向相差一個(gè)盡管很小,但絕對(duì)存在的角度,因而晶圓片陣列的縱橫方向,并不與加工片臺(tái)所定義的x(左右)、Y(前后)方向完全平行。此外精密機(jī)械手的傳片過程還會(huì)引入額外的位置差。這些都會(huì)造成晶圓片對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)性的誤差。該系統(tǒng)誤差,隨整機(jī)組裝、 調(diào)試的精度不同而各機(jī)器不盡相同。另一個(gè)引入系統(tǒng)性誤差的因素在于,很多激光加工都要求進(jìn)行襯底的預(yù)加熱處理。對(duì)于此類要求襯底升溫的晶圓片,其對(duì)準(zhǔn)過程在室溫下進(jìn)行,盡管可能會(huì)對(duì)得很準(zhǔn),但是在放到工藝片臺(tái)上加熱升溫后,晶圓片受熱膨脹,也會(huì)帶來定位差,例如,室溫下晶圓片上的芯片的尺寸,將小于較高溫度下晶圓片上芯片的尺寸,因而在進(jìn)行激光處理時(shí),行與行之間的行進(jìn)距離也應(yīng)該相應(yīng)地變大一些。綜上所述,為了糾正晶圓片對(duì)準(zhǔn)中的系統(tǒng)性的定位誤差,本發(fā)明提出一種激光加工中晶圓片定位誤差的校正方法,通過使用特殊設(shè)計(jì)的微測試結(jié)構(gòu)和工藝過程,可以量測微測試結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性,進(jìn)而掌握晶圓片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)性誤差的量級(jí)與特質(zhì),最后借助精密機(jī)械手或者掃描片臺(tái)的附加移動(dòng),來校正晶圓片對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)性誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,在進(jìn)行激光退火的處理時(shí)的步驟如下1)首先在晶圓片邊緣制備微測試結(jié)構(gòu),構(gòu)成測試芯片;當(dāng)經(jīng)過初始對(duì)準(zhǔn)的晶圓片放置到片臺(tái)上之后,由精密機(jī)械手或者片臺(tái)執(zhí)行附加的位置移動(dòng),使晶圓片處于校正后的正確的位置;2)機(jī)械手或者片臺(tái)的附加的移動(dòng)是根據(jù)校正參數(shù)來進(jìn)行的,校正參數(shù)置于校正參數(shù)表中。3)確認(rèn)經(jīng)過校正之后,晶圓片上芯片陣列的橫向?qū)⑴c加工片臺(tái)或者激光束的橫向移動(dòng)方向平行,縱向?qū)⑴c加工片臺(tái)或者激光束的縱向步進(jìn)的方向平行,并且芯片陣列相對(duì)于激光掃描運(yùn)動(dòng)的縱、橫方向無額外的旋轉(zhuǎn),在這種情況下,就可以進(jìn)行加工質(zhì)量有保障的激光掃描,或者步進(jìn)掃描式的加工處理。所述步驟2、中,機(jī)械手或者片臺(tái)的附加的移動(dòng)是根據(jù)校正參數(shù)來進(jìn)行的步驟是一開始校正參數(shù)表中的信息為零,因而第一次激光加工時(shí),并不附加校正移動(dòng),因此,晶圓片放置到加工片臺(tái)上之后,位置未經(jīng)校正,存在系統(tǒng)性的定位誤差;其次,經(jīng)過激光加工處理后,這種系統(tǒng)性的定位誤差將通過不同位置處擺放的微測試結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性的測量值而體現(xiàn)出來,從測量值可直接提取激光束縱橫向運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)于晶圓片上芯片陣列方向的旋轉(zhuǎn)量,激光束掃描行覆蓋芯片行的情況及激光束掃描行與芯片行相互套準(zhǔn)的位置差,然后將測量得到的這些位置差置于校正參數(shù)表中;以后的各次工藝實(shí)驗(yàn),晶圓片放置到加工片臺(tái)上的位置,均根據(jù)校正參數(shù)進(jìn)行校正。所述晶圓片位置校正后,如果所制作出的微測試結(jié)構(gòu)的位置測量誤差已經(jīng)到達(dá)允許范圍之內(nèi),則固定校正參數(shù),校正過程結(jié)束,以后的各次激光加工,晶圓片的放置位置都將根據(jù)已測定的校正參數(shù)進(jìn)行校正。所述晶圓片位置校正后,如果所制作出的微測試結(jié)構(gòu)的位置測量誤差仍然超出所允許的范圍,則根據(jù)新近測量的更精細(xì)一些的數(shù)據(jù),再次調(diào)整校正參數(shù),進(jìn)行新一輪的工藝過程;連續(xù)進(jìn)行若干輪的位置誤差測定,逐步縮小校正參數(shù)的不確定量,直至位置測量誤差落于所允許的范圍之內(nèi),結(jié)束工藝校正的過程;以后的各次激光加工,晶圓片的放置位置都將根據(jù)已測定的校正參數(shù)進(jìn)行校正。所述校正參數(shù)表中校正參數(shù),當(dāng)激光加工運(yùn)行一段時(shí)間后,考慮設(shè)備性能參數(shù)的漂移或綜合考慮晶圓片材料的熱膨脹系數(shù)的影響,在必要時(shí)再次啟動(dòng)校正參數(shù)的更新步驟,獲取新的校正參數(shù)表,所述之校正步驟,可作為機(jī)器設(shè)備的日常維護(hù)點(diǎn)檢項(xiàng)目,隔一階段即進(jìn)行一次。所述綜合考慮晶圓片材料的熱膨脹系數(shù)的影響是對(duì)于特定的預(yù)加熱溫度引起晶圓片材料的熱膨脹系數(shù)變化,使測量微測試結(jié)構(gòu)位置得到的掃描束對(duì)芯片行的覆蓋量及掃描步進(jìn)距離相對(duì)于芯片行的累進(jìn)差的計(jì)值)與特定預(yù)加熱溫度對(duì)應(yīng)的行長度熱膨脹系數(shù)的實(shí)測值,關(guān)于熱膨脹方面的數(shù)據(jù)也存入校正參數(shù)表,供后續(xù)激光加工采用,同樣也是隔一階段即運(yùn)行一次校正步驟,以獲取最新值。本發(fā)明的有益效果是,常規(guī)的激光加工處理,多針對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境,或者進(jìn)行整片加工而不考慮片上已經(jīng)存在的芯片圖形,相對(duì)于常規(guī)的做法,本發(fā)明充分考慮了實(shí)際生產(chǎn)的需要。通過使用特殊設(shè)計(jì)的微測試結(jié)構(gòu)和工藝過程,可以將晶圓片芯片陣列與激光束移動(dòng)方向之間的位置差固定和記錄到微測試結(jié)構(gòu)中,之后通過量測微測試結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性,可讀出和提取晶圓片對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)性的誤差,最后借助精密機(jī)械手或者激光束掃描移動(dòng)機(jī)構(gòu)的附加的移動(dòng)來校正晶圓片對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)性誤差,獲取最佳的激光加工處理效果。
圖1為晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正流程示意圖。圖2為測試結(jié)構(gòu)的擺放位置示意圖。圖中,1.是激光束掃描掃過的面積;2.為相互錯(cuò)開位置擺放的微測試結(jié)構(gòu);
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,使用該方法進(jìn)行位置誤差的校準(zhǔn),具體的操作步驟如圖1所示1)首先在晶圓片邊緣制備微測試結(jié)構(gòu);當(dāng)經(jīng)過初始對(duì)準(zhǔn)的晶圓片放置到片臺(tái)上之后,由精密機(jī)械手或者片臺(tái)執(zhí)行附加的位置移動(dòng),使晶圓片處于校正后的正確的位置;所述微測試結(jié)構(gòu)是將一組微測試結(jié)構(gòu)彼此錯(cuò)開一定距離排列,構(gòu)成一組微測試結(jié)構(gòu);這樣的一組微測試結(jié)構(gòu),其中各微測試結(jié)構(gòu)2錯(cuò)開位置擺放的情況,1是激光束掃描掃過的面積 (如圖2所示);選取一系列的距離值,得到若干組微測試結(jié)構(gòu),構(gòu)成測試芯片;2)機(jī)械手或者片臺(tái)的附加的移動(dòng)是根據(jù)校正參數(shù)來進(jìn)行的,校正參數(shù)置于校正參數(shù)表中。3)確認(rèn)經(jīng)過校正之后,晶圓片上芯片陣列的橫向?qū)⑴c加工片臺(tái)或者激光束的橫向移動(dòng)方向平行,縱向?qū)⑴c加工片臺(tái)或者激光束的縱向步進(jìn)的方向平行,并且芯片陣列相對(duì)于激光掃描運(yùn)動(dòng)的縱、橫方向無額外的旋轉(zhuǎn),在這種情況下,就可以進(jìn)行加工質(zhì)量有保障的激光掃描,或者步進(jìn)掃描式的加工處理。所述步驟幻中,機(jī)械手或者片臺(tái)的附加的移動(dòng)是根據(jù)校正參數(shù)來進(jìn)行的。步驟是一開始校正參數(shù)表中的信息為零,因而第一次激光加工時(shí),并不附加校正移動(dòng),因此,晶圓片放置到加工片臺(tái)上之后,位置未經(jīng)校正,存在系統(tǒng)性的定位誤差;其次,經(jīng)過激光加工處理后,這種系統(tǒng)性的定位誤差將通過不同位置處擺放的微測試結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性的測量值而體現(xiàn)出來,從測量值可直接提取激光束縱橫向運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)于晶圓片上芯片陣列方向的旋轉(zhuǎn)量,激光束掃描行覆蓋芯片行的情況及激光束掃描行與芯片行相互套準(zhǔn)的位置差,然后將測量得到的這些位置差置于校正參數(shù)表中;以后的各次工藝實(shí)驗(yàn),晶圓片放置到加工片臺(tái)上的位置,均根據(jù)校正參數(shù)進(jìn)行校正。上述操作步驟所包含的幾個(gè)環(huán)節(jié),具體的說明如下(1)微結(jié)構(gòu)測試圖形??梢圆捎瞄L條形狀電阻結(jié)構(gòu),也可以采用MOS晶體管結(jié)構(gòu)等。如果是電阻結(jié)構(gòu),則電阻值的量測值將取決于雜質(zhì)摻雜的情況,而激活了的有效的雜質(zhì)濃度又取決于激光退火工藝,因此從電阻值的測量值,可知激光束是否覆蓋和掃描通過了所制作的電阻測試結(jié)構(gòu)。采用晶體管測試結(jié)構(gòu)也是類似,因?yàn)镸OS晶體管的開啟電壓測量值取決于調(diào)開啟摻雜,而這一步摻雜最終的雜質(zhì)濃度也是取決于激光退火,因此同樣能夠反映激光束掃描的情況。將制作的微測試結(jié)構(gòu),如圖2所示,按一定的位置排布在芯片上, 用幾組不同的測試結(jié)構(gòu)的序列,就能夠獲取實(shí)際的激光束掃描和有效作用到的位置的信肩、ο(2)對(duì)于初始位置的校正。舉例來說,如果經(jīng)過實(shí)測,發(fā)現(xiàn)晶圓片上有一行芯片行未被掃描的激光束所完全覆蓋,其間相差30微米,那么在校正晶圓片的放置位置時(shí),令機(jī)械手多或少行走30微米,即可補(bǔ)償?shù)暨@樣的初定位位置差。至于旋轉(zhuǎn)差的校正,靠加工片臺(tái)的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償更為方便一些。(3)關(guān)于位置差校正的順序。例如,在掃描激光束的束斑長度剛好能夠覆蓋晶圓片上的一行的情況下,先校正旋轉(zhuǎn)差,也就是先令激光束橫向掃描的方向平行于芯片陣列的橫向方向。這里掃描激光束束斑的大小,可通過光學(xué)系統(tǒng)中的束斑整形部分的光學(xué)元器件的調(diào)整來實(shí)現(xiàn),例如,調(diào)整光路上的擋板,實(shí)現(xiàn)光束的整形與束斑大小控制。然后校正行與行之間步進(jìn)距離,在進(jìn)行這一步校正時(shí),將同時(shí)考慮實(shí)際的熱膨脹量的影響。(4)判定校正后的晶圓片位置是否滿足要求。令激光束的邊沿,此處激光加工的效果不均勻,無法進(jìn)行很好的控制,令其落于芯片之間的劃片道中,因而不影響芯片本身的加工質(zhì)量??紤]劃片道尺寸在幾十微米的量級(jí),因此,若校正后的位置精度能夠達(dá)到微米或者亞微米的量級(jí),即認(rèn)為是滿足了要求。在另一方面,如果這里所述的成套的做法,無法得到微米級(jí)的校正精度,而是要稍大一些,換言之,通過器件的電參數(shù)測試,彼此相隔稍遠(yuǎn)一些的一組有效的器件,通過測量并不能明顯地顯現(xiàn)出電學(xué)特性上的差異,因而無法得到更精密一些的校正參數(shù),在這種情況下,實(shí)際有效器件電參數(shù)是均勻的,這本身已經(jīng)是可接受的加工結(jié)果了。
權(quán)利要求
1.一種激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,在進(jìn)行激光退火的處理時(shí)的步驟如下1)首先在晶圓片邊緣制備微測試結(jié)構(gòu),構(gòu)成測試芯片;當(dāng)經(jīng)過初始對(duì)準(zhǔn)的晶圓片放置到片臺(tái)上之后,由精密機(jī)械手或者片臺(tái)執(zhí)行附加的位置移動(dòng),使晶圓片處于校正后的正確的位置;2)機(jī)械手或者片臺(tái)的附加的移動(dòng)是根據(jù)校正參數(shù)來進(jìn)行的,校正參數(shù)置于校正參數(shù)表中;3)經(jīng)過校正之后,確認(rèn)晶圓片上芯片陣列的橫向是否與加工片臺(tái)或者激光束的橫向移動(dòng)方向平行,晶圓片上芯片陣列的縱向是否與加工片臺(tái)或者激光束的縱向步進(jìn)的方向平行,并且芯片陣列相對(duì)于激光掃描運(yùn)動(dòng)的縱、橫方向無額外的旋轉(zhuǎn),在這種情況下,就可以進(jìn)行加工質(zhì)量有保障的激光掃描,或者步進(jìn)掃描式的加工處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,所述步驟2、中,機(jī)械手或者片臺(tái)的附加的移動(dòng)是根據(jù)校正參數(shù)來進(jìn)行的步驟是一開始校正參數(shù)表中的信息為零,因而第一次激光加工時(shí),并不附加校正移動(dòng),因此,晶圓片放置到加工片臺(tái)上之后,位置未經(jīng)校正,存在系統(tǒng)性的定位誤差;其次,經(jīng)過激光加工處理后,這種系統(tǒng)性的定位誤差將通過不同位置處擺放的微測試結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性的測量值而體現(xiàn)出來,從測量值可直接提取激光束縱橫向運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)于晶圓片上芯片陣列方向的旋轉(zhuǎn)量,激光束掃描行覆蓋芯片行的情況及激光束掃描行與芯片行相互套準(zhǔn)的位置差,然后將測量得到的這些位置差置于校正參數(shù)表中;以后的各次工藝實(shí)驗(yàn),晶圓片放置到加工片臺(tái)上的位置, 均根據(jù)校正參數(shù)進(jìn)行校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,所述晶圓片位置校正后,如果所制作出的微測試結(jié)構(gòu)的位置測量誤差已經(jīng)到達(dá)允許范圍之內(nèi),則固定校正參數(shù),校正過程結(jié)束,以后的各次激光加工,晶圓片的放置位置都將根據(jù)已測定的校正參數(shù)進(jìn)行校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,所述晶圓片位置校正后,如果所制作出的微測試結(jié)構(gòu)的位置測量誤差仍然超出所允許的范圍,則根據(jù)新近測量的更精細(xì)一些的數(shù)據(jù),再次調(diào)整校正參數(shù),進(jìn)行新一輪的工藝過程;連續(xù)進(jìn)行若干輪的位置誤差測定,逐步縮小校正參數(shù)的不確定量,直至位置測量誤差落于所允許的范圍之內(nèi),結(jié)束工藝校正的過程;以后的各次激光加工,晶圓片的放置位置都將根據(jù)已測定的校正參數(shù)進(jìn)行校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,所述校正參數(shù)表中校正參數(shù),當(dāng)激光加工運(yùn)行一段時(shí)間后,考慮設(shè)備性能參數(shù)的漂移或綜合考慮晶圓片材料的熱膨脹系數(shù)的影響,在必要時(shí)再次啟動(dòng)校正參數(shù)的更新步驟,獲取新的校正參數(shù)表,所述之校正步驟,可作為機(jī)器設(shè)備的日常維護(hù)點(diǎn)檢項(xiàng)目,隔一階段即進(jìn)行一次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法,其特征在于,所述綜合考慮晶圓片材料的熱膨脹系數(shù)的影響是對(duì)于特定的預(yù)加熱溫度引起晶圓片材料的熱膨脹系數(shù)變化,使測量微測試結(jié)構(gòu)位置得到的掃描束對(duì)芯片行的覆蓋量及掃描步進(jìn)距離相對(duì)于芯片行的累進(jìn)差的計(jì)值)與特定預(yù)加熱溫度對(duì)應(yīng)的行長度熱膨脹系數(shù)的實(shí)測值,關(guān)于熱膨脹方面的數(shù)據(jù)也存入校正參數(shù)表,供后續(xù)激光加工采用,同樣也是隔一階段即運(yùn)行一次校正步驟,以獲取最新值。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)范圍的一種激光加工中晶圓片定位系統(tǒng)誤差的校正方法。通過使用電阻或者晶體管之類的特定的微測試結(jié)構(gòu)來捕捉和記錄激光光束的掃描路徑,通過測量微測試結(jié)構(gòu)的電特性來提取芯片陣列相對(duì)于激光掃描路徑的系統(tǒng)性的定位位置差,并由放置晶圓片的精密機(jī)械手或者加工片臺(tái)進(jìn)行附加的移動(dòng)而補(bǔ)償位置,通過量測所制作的微結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性,可掌握晶圓片對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)性誤差的量級(jí)與特質(zhì),最后借助精密機(jī)械手或者掃描片臺(tái)的附加移動(dòng),來校正晶圓片對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)性誤差,取得均勻一致的激光加工效果。
文檔編號(hào)H01L21/268GK102290362SQ20111020740
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者嚴(yán)利人, 劉朋, 周衛(wèi), 竇維治 申請(qǐng)人:清華大學(xué)