一種在晶圓光刻工藝中與接觸式光刻機配合使用的光刻板的製作方法

2023-04-24 15:01:21 1

本實用新型涉及一種在晶圓光刻工藝中與接觸式光刻機配合使用的光刻板。

背景技術：

接觸式光刻機(參見圖1)的主要特點是：

a、光線從汞燈發出後，經過透鏡轉化為平行線後，直接照射在光刻板上。

b、光刻板與晶圓表面貼合，間隙距離不大於10um。多次作業會影響光刻板的圖形。

c、光刻機曝光一次，即可完成一片晶圓的曝光。

d、晶圓上的光刻圖形和光刻板上圖形一致。

砷化鎵雷射晶片的設計，要求晶片的諧振腔面沿著晶圓解理邊方向解理形成，故砷化鎵晶圓在進行第一步光刻時，需要將光刻圖形和表徵其解理邊方向的平邊進行對準。

目前光刻板(圓形)的設計，僅設計了一個平行的長方形圖案，用於在一次光刻時晶圓平邊與光刻圖形的對準。這樣的設計，無論是一次光刻時，還是後續的工藝檢查時，均只能粗略的評估晶圓平邊和光刻圖形的對準情況，無法精確地計算晶圓平邊和光刻圖形的偏差角度。

技術實現要素：

為了精確地計算晶圓平邊和光刻圖形的偏差角度，本實用新型提出一種與接觸式光刻機配合使用的新的光刻板。

該光刻板的特點是：光刻板上對應於晶圓平邊的區域設置有標尺圖形，所述標尺圖形包括若干條平行標尺，其中有兩條平行標尺分別作為對準基線和平行對準標示；所述對準基線位於整個標尺圖形的中部，是標尺圖形中最長的一條平行標尺；所述平行對準標示與對準基線之間的距離用於標示晶圓平邊與對準基線可允許的最大偏差。

在以上方案的基礎上，本實用新型還進一步作了如下優化：

平行對準標示的長度或方向(向左、向右)區別於其他平行標尺。

對準基線始自光刻板的左端、終於光刻板的右端。

標尺圖形還包括且僅有一條垂直標尺，與所述若干條平行標尺呈十字交叉。

若干條平行標尺的自身寬度和間距均相等。

按照上述方案在平邊對應的光刻板區域製作標尺圖形。光刻時，通過精確地控制晶圓平邊與標尺圖形中對準基線的距離，既可以實現左右兩側平行對準，也可以通過計算將偏轉角度轉化成距離，實現精確的平邊補償對準。方案如下：

應用上述光刻板進行晶圓平邊對準的方法，包括以下步驟：

(1)調整光刻機左、右兩側的顯微鏡，使左、右兩側的顯微鏡均能夠觀察到光刻板上的標尺圖形，再調整晶圓位置，使左、右兩側的顯微鏡也能夠分別觀察到晶圓平邊上兩處設定的位置(可認為是兩個設定位置的「點」，這兩個「點」經顯微放大後形成相對靠左側的一段平邊和相對靠右側的一段平邊)；

(2)通過標尺圖形能夠直觀地判斷晶圓平邊與光刻板的對準偏差是否在可允許的最大偏差範圍內；微調晶圓位置，將左側顯微鏡觀察下的晶圓左側平邊與對準基線對齊，將右側顯微鏡觀察下的晶圓右側平邊與對準基線對齊；

(3)光刻工藝完成後，在顯微鏡下觀察光刻版在晶圓上留下的對準圖形，測量左右兩側晶圓平邊與對準基線的距離，計算出晶圓平邊和光刻板標尺圖形實際的偏差距離，判斷其是否滿足工藝需求。

應用上述光刻板進行晶圓光刻平邊補償的方法，包括以下步驟：

(1)計算光刻對準工藝需要的補償量Xμm；

(2)調整光刻機左、右兩側的顯微鏡，使左、右兩側的顯微鏡均能夠觀察到光刻板上的標尺圖形，再調整晶圓位置，使左、右兩側的顯微鏡也能夠分別觀察到晶圓平邊上兩處設定的位置；

(3)微調晶圓位置，將左側顯微鏡觀察下的晶圓左側平邊與對準基線對齊，將右側顯微鏡觀察下的晶圓右側平邊調整至與對準基線相距Xμm；

(4)光刻工藝完成後，在顯微鏡下觀察光刻版在晶圓上留下的對準圖形，測量左右兩側晶圓平邊離對準基線的距離，計算出晶圓平邊和光刻板標尺圖形實際的偏差距離，判斷其是否滿足補償工藝需求。

本實用新型具有以下技術效果：

本實用新型可以精確地實現平邊對準以及平邊補償對準，同時光刻顯微鏡檢查時，也可以較為精確的評估晶圓平邊和光刻板圖形的實際偏差，控制了光刻對準工藝的穩定性，提升了光刻工藝的工作效率。

附圖說明

圖1為接觸式光刻機示意圖。

圖2為光刻板標尺圖形的位置示意圖。

圖3為應用本實用新型的光刻板進行晶圓平邊對準的示意圖。

圖4為應用本實用新型的光刻板進行晶圓光刻平邊補償的示意圖。

附圖標號說明：

1‐汞燈；2‐透鏡；3‐光刻板；4‐光刻膠；40‐光刻板標尺圖形；401‐對準基線；402‐平行對準標示；5‐晶圓；50‐晶圓平邊。

具體實施方式

3寸晶圓平邊的尺寸為22mm。如圖2所示，在晶圓平邊對應的光刻板區域製作標尺圖形。

如圖3所示，平行對準方案：

1.調整光刻機左右兩側的顯微鏡，使得其可同時觀察到光刻板對準圖案，調整晶圓位置，使其也可觀察到晶圓平邊。

2.平邊對準，即晶圓平邊與光刻板標尺圖形的對準基線的下邊緣對齊。將晶圓左側平邊放置在對準基線下。將晶圓右側平邊放置在對準基線下。對準基線和平行對準標示間的距離是經過計算後晶圓平邊和對準基線可允許的最大偏差，可通過該圖形直觀的判斷晶圓平邊和光刻板標尺圖形的對準偏差是否在控制範圍內。

3.光刻工藝完成後，在顯微鏡下觀察晶圓上的光刻板標尺圖形，測量左右兩側晶圓平邊離對準基線的距離，計算出晶圓平邊和光刻板標尺圖形實際的偏差距離和角度，判斷其是否滿足工藝需求。

砷化鎵晶圓在進行第一步光刻時，光刻圖形和晶圓的平邊的對準偏轉可以控制在-0.12°～0.12°以內，但由於晶圓平邊和解理邊的偏轉較大，通常會導致出現晶圓的解理邊和光刻圖形的偏轉角度超出規範(解理邊的偏差要求為每20000um偏差控制在60um以內，換算成對準偏轉為-0.17°～0.17°內)。因此，我們可以首先從某一批襯底對應的外延片中任意挑選一片，進行光刻、腐蝕、研磨、解理；其中，在光刻工藝完成後測量光刻圖形與晶圓平邊之間的偏轉角度，在解理工藝完成後測量解理邊與光刻圖形之間的偏轉角度，計算得出晶圓平邊與解理邊之間的偏轉角度；然後，根據計算出的晶圓平邊與解理邊之間的偏轉角度，在作業該襯底批次後續晶圓的第一步光刻時，人為地對晶圓平邊與解理邊之間的偏轉進行補償。如圖4所示，光刻補償對準方案：

1.計算光刻對準時的補償值(下圖以右補償30um為例)。

2.調整光刻機左右兩側的顯微鏡下，使得其可同時觀察到光刻板對準圖案，調整晶圓位置，使其也可觀察到晶圓平邊。

3.將晶圓左側平邊放置在對準基線下。將晶圓右側平邊放置在距離對準基線30um處。

4.光刻工藝完成後，在顯微鏡下觀察晶圓上的光刻板標尺圖形，測量左右兩側晶圓平邊離對準基線的距離，計算出晶圓平邊和光刻板標尺圖形實際的偏差距離和角度，判斷其是否滿足補償工藝需求。