專利名稱：雙面套準(zhǔn)誤差測(cè)量方法及應(yīng)用該方法的光刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量方法及應(yīng)用該方法的光刻裝置，尤其涉及一種雙面對(duì)準(zhǔn)光刻 裝置中雙面套準(zhǔn)誤差的測(cè)量方法，以及應(yīng)用該方法測(cè)量雙面套準(zhǔn)誤差的光刻裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體加工制造中，硅片雙面光刻技術(shù)已應(yīng)用于微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS、射頻器件 制造以及先進(jìn)封裝技術(shù)領(lǐng)域。微機(jī)電系統(tǒng)加工的典型產(chǎn)品具體包括慣性加速度計(jì)、壓力傳 感器、光學(xué)可變衰減片、噴墨打印頭等。射頻器件制造過(guò)程中通過(guò)雙面光刻可減小因厚金屬 沉積導(dǎo)致的信號(hào)衰減。先進(jìn)封裝技術(shù)借助貫穿硅片通孔工藝制造垂向高密度跨芯片的連接 線，實(shí)現(xiàn)多層堆疊二維平面器件的三維集成。雙面處理技術(shù)直接決定上述產(chǎn)品加工質(zhì)量。例 如壓力傳感器制造過(guò)程中，器件性能及質(zhì)量取決于前面與背面工藝層二者間定位精度；先 進(jìn)封裝器件內(nèi)連接管道需任意布置，也對(duì)硅片前面與背面對(duì)準(zhǔn)的套準(zhǔn)提出高精度需求。對(duì) 于不透明的硅片襯底，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)或套準(zhǔn)機(jī)均不能同時(shí)測(cè)量硅片正面和背面標(biāo)記位置，光刻 設(shè)備中雙面對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用衍生出新的雙面套準(zhǔn)測(cè)量研究方向。雙面套準(zhǔn)精度定義為襯底 正面與背面工藝層間定位誤差。雙面套準(zhǔn)測(cè)量工具需具備較大的測(cè)量范圍，覆蓋硅片表面 盡可能大的區(qū)域，且測(cè)量對(duì)象涵蓋多種材料及不同厚度的襯底或薄膜。美國(guó)專利US7528931B1中公開了借助頂部和底部顯微鏡，分別測(cè)量硅片正面及背 面標(biāo)記位置，從而計(jì)算雙面套準(zhǔn)誤差的雙面套準(zhǔn)精度測(cè)量方法。雙面顯微鏡系統(tǒng)主要缺陷 在于正面與背面顯微鏡光軸校正過(guò)程較為復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)；作為與光刻裝置分離的設(shè)備，離 線測(cè)校方案會(huì)產(chǎn)生較高的購(gòu)置成本及額外的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。SPIE, Vol.5455, P398-406, "Characterization of Waferstepper and Processrelated Front-to Backwafer overlay Errors in Bulk Micro Machining using ElectricalOverlay Test Structures"中公開了一種雙面套準(zhǔn)精度電學(xué)性能測(cè)試方法，即 利用近紅外對(duì)準(zhǔn)光源貫穿硅片探測(cè)背面標(biāo)記，并在硅片中制造一系列非標(biāo)器件，其電學(xué)性 能相對(duì)于硅片正面與背面實(shí)際位置呈線性關(guān)系。硅片正面第一層圖形包括一組電阻及探測(cè) 點(diǎn)，硅片背面第二層為由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域，導(dǎo)電介質(zhì)在后續(xù)蝕刻工藝中會(huì)被清除。因 此，電阻值大小依賴于第二層的位置精度。通過(guò)測(cè)量電學(xué)性能，可得到對(duì)應(yīng)的雙面套準(zhǔn)精 度。該方案涉及的加工工藝較為復(fù)雜，第一層與第二層電學(xué)器件制造需依賴于特殊工藝設(shè) 備。SPIE, Vol. 5641, P152-162,"3D Align overlay verification using glass wafers”中公開了利用玻璃基板實(shí)現(xiàn)雙面套準(zhǔn)測(cè)量的方案。在玻璃襯底正面曝光兩層標(biāo)記， 襯底翻轉(zhuǎn)后從背面貫穿基板對(duì)標(biāo)記進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)測(cè)量得到的套準(zhǔn)精度去除因玻璃折射率 引入的背面對(duì)準(zhǔn)偏差及因基板厚度引入的偏差，即得雙面套準(zhǔn)精度。該方案需特別使用透 明玻璃襯底，且計(jì)算結(jié)果依賴于襯底厚度，且確定玻璃折射率引入的對(duì)準(zhǔn)位置偏差過(guò)程中 也會(huì)引入一定誤差。SPIE, Vol. 6520,65202R1-10, "Development and Characterization of a300mmDual-Side Alignment St印per”中公開了借助于正面參考標(biāo)記，分別在硅片中進(jìn)行 兩層對(duì)準(zhǔn)及兩層曝光的雙層對(duì)準(zhǔn)測(cè)試方案硅片上片角度為0°時(shí)，對(duì)參考標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，并在 硅片背面曝光第一層標(biāo)記；硅片上片角度為180°時(shí)，對(duì)參考標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，并在硅片背面曝光 第二層標(biāo)記。通過(guò)設(shè)計(jì)掩模圖形，使得兩層曝光圖樣形成套準(zhǔn)測(cè)量結(jié)構(gòu)。由于經(jīng)過(guò)兩次對(duì) 準(zhǔn)及兩次曝光，對(duì)準(zhǔn)誤差會(huì)在套準(zhǔn)結(jié)果中放大兩倍，通過(guò)測(cè)量?jī)蓪訕?biāo)記套準(zhǔn)精度，可計(jì)算雙 面套準(zhǔn)誤差。該方案將正面對(duì)準(zhǔn)相對(duì)于背面對(duì)準(zhǔn)的雙面套準(zhǔn)精度轉(zhuǎn)換為硅片同層標(biāo)記對(duì)準(zhǔn) 精度，要求硅片預(yù)對(duì)準(zhǔn)裝置具有旋轉(zhuǎn)上片功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高測(cè)量精度的雙面套準(zhǔn)誤差的測(cè)量方法以及應(yīng)用該 方法的光刻裝置。一種雙面套準(zhǔn)誤差測(cè)量方法，步驟如下提供具有正面及背面的襯底；使所述襯底正面形成具有第一正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖案；利用正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)確定第一正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置，建立第一襯底正面坐標(biāo)系 WFCS ；翻轉(zhuǎn)襯底，利用背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)確定所述第一正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置，建立襯底背面 坐標(biāo)系WBCS ；基于WBCS，在所述襯底背面形成具有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖案；再次翻轉(zhuǎn)襯底，利用背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)確定背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置，建立第二襯底正面坐 標(biāo)系WFCS，；基于WFCS’，在襯底正面形成具有第二正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖案；測(cè)量襯底的兩個(gè)正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置偏差；計(jì)算得到雙面對(duì)準(zhǔn)光刻裝置雙面套準(zhǔn)誤差。其中，所述襯底正面及背面可互換。其中，多次應(yīng)用所述方法在襯底正面曝光得到一系列套準(zhǔn)標(biāo)記組。一種應(yīng)用上述方法實(shí)施雙面套準(zhǔn)測(cè)量的光刻裝置，包括-用于提供輻射的照明光學(xué)系統(tǒng)；-用于支撐圖案形成裝置的第一支撐結(jié)構(gòu)；-用于將圖案成像至襯底的投影系統(tǒng)；-用于固定襯底的第二支撐結(jié)構(gòu)；-用于確定襯底正面標(biāo)記位置的正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)；-用于確定襯底背面標(biāo)記位置的背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)；由照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的投影光束入射至固定于第一支撐結(jié)構(gòu)上的圖案形成裝置， 透過(guò)圖案形成裝置后，攜帶圖案信息的投影光束通過(guò)投影系統(tǒng)，聚焦于襯底上的標(biāo)記位置， 正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能精確定位襯底正面的標(biāo)記位置，背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能精確定位襯底背面的標(biāo)記 位置。本發(fā)明提出了一種雙面套準(zhǔn)誤差的測(cè)量方法，借助基于應(yīng)用該方法的光刻裝置內(nèi) 置的雙面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，不依賴于特殊工藝及特殊襯底材料，按照一定的曝光次序，分別在襯底正面及背面進(jìn)行曝光，通過(guò)測(cè)量同一表面曝光標(biāo)記位置誤差，可確定光刻裝置正面對(duì)準(zhǔn)相 對(duì)于背面對(duì)準(zhǔn)的套準(zhǔn)精度。該發(fā)明實(shí)施成本較為低廉，耗時(shí)較短，僅依賴于一般的光刻涂膠 顯影工藝，且僅依賴光刻裝置自身配置完成測(cè)量，不提出特別硬件需求；測(cè)量方案自身不引 入工藝誤差，可達(dá)較高測(cè)量精度。


通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例并結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié) 構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光刻裝置；圖2所示為雙面對(duì)準(zhǔn)精度定義的示意圖；圖3至圖7所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量方法。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。為了便于描述和突出顯示本 發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光刻裝置，包括-用于提供輻射的照明器1；-用于支撐掩模2的掩模臺(tái)3；-用于將圖案成像至襯底5的投影物鏡4；-用于固定襯底5的晶片臺(tái)6；-用于確定襯底5正面標(biāo)記8位置的正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)7；-用于確定襯底5背面標(biāo)記10位置的背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)9。投影光束入射至固定于掩模臺(tái)3上的掩模2，透過(guò)掩模2后，攜帶掩模圖像信息的 投影光束通過(guò)投影物鏡4，聚焦于襯底5目標(biāo)位置8。掩模臺(tái)3和晶片臺(tái)6均可精密移動(dòng)， 其位置可利用干涉測(cè)量?jī)x等測(cè)量裝置精確測(cè)量。利用正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可精確定位襯底5正面 的標(biāo)記8的位置，利用背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可精確定位襯底5背面標(biāo)記10的位置。圖2所示為正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)與背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)套準(zhǔn)精度示意圖。襯底5正面FS曝光 第一層標(biāo)記8，其在襯底5背面對(duì)應(yīng)的虛像為11。在襯底背面BS目標(biāo)位置(例如，附圖標(biāo) 記12表示的位置)曝光第二層標(biāo)記，其與標(biāo)記實(shí)際位置(第二層標(biāo)記10實(shí)際所處的位置) 并不重合，則目標(biāo)位置與實(shí)際位置二者之間的偏差定義為雙面套準(zhǔn)誤差。圖3到圖7所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量方法。首先，通過(guò)已知的方式在襯底5 正面FS曝光第一層標(biāo)記13。標(biāo)記13可采用任何方便的形式，如本領(lǐng)域已知的光柵對(duì)、十字 標(biāo)記等，曝光過(guò)程中涂膠、顯影工藝是業(yè)內(nèi)公知技術(shù)。為相關(guān)光刻領(lǐng)域的熟練人員所公知， 為獲得期望曝光結(jié)果，針對(duì)照明器1產(chǎn)生的特定電磁能量，需選擇光刻膠的種類，并嚴(yán)格控 制曝光后的處理過(guò)程。由正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)7可確定標(biāo)記13位置，可建立襯底正面坐標(biāo)系WFCS。 翻轉(zhuǎn)襯底，使帶有曝光標(biāo)記13的正面FS朝下，如圖4所示，原正面FS相對(duì)于目前襯底位置 為背面，可由背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)探測(cè)標(biāo)記13的位置，從而建立襯底背面坐標(biāo)系WBCS。襯底翻轉(zhuǎn) 過(guò)程中，襯底正面及背面坐標(biāo)系關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種雙面套準(zhǔn)誤差測(cè)量方法，步驟如下 提供具有正面及背面的襯底；使所述襯底正面形成具有第一正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖案；利用正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)確定第一正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置，建立第一襯底正面坐標(biāo)系WFCS ； 翻轉(zhuǎn)襯底，利用背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)確定所述第一正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置，建立襯底背面坐標(biāo) 系 WBCS ；基于WBCS，在所述襯底背面形成具有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖案；再次翻轉(zhuǎn)襯底，利用背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)確定背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置，建立第二襯底正面坐標(biāo)系 WFCS，；基于WFCS’，在襯底正面形成具有第二正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖案； 測(cè)量襯底的兩個(gè)正面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置偏差； 計(jì)算得到雙面對(duì)準(zhǔn)光刻裝置雙面套準(zhǔn)誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底正面及背面可互換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，多次應(yīng)用所述方法在襯底正面曝光得 到一系列套準(zhǔn)標(biāo)記組。
4.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法實(shí)施雙面套準(zhǔn)測(cè)量的光刻裝置，包括 -用于提供輻射的照明光學(xué)系統(tǒng)；-用于支撐圖案形成裝置的第一支撐結(jié)構(gòu)； -用于將圖案成像至襯底的投影系統(tǒng)； -用于固定襯底的第二支撐結(jié)構(gòu)； -用于確定襯底正面標(biāo)記位置的正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)； -用于確定襯底背面標(biāo)記位置的背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)；由照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的投影光束入射至固定于第一支撐結(jié)構(gòu)上的圖案形成裝置，透 過(guò)圖案形成裝置后，攜帶圖案信息的投影光束通過(guò)投影系統(tǒng)，聚焦于襯底上的標(biāo)記位置，正 面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能精確定位襯底正面的標(biāo)記位置，背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能精確定位襯底背面的標(biāo)記位
全文摘要
一種雙面套準(zhǔn)測(cè)量的光刻裝置，包括用于提供輻射的照明光學(xué)系統(tǒng)；用于支撐圖案形成裝置的第一支撐結(jié)構(gòu)；用于將圖案成像至襯底的投影系統(tǒng)；用于固定襯底的第二支撐結(jié)構(gòu)；用于確定襯底正面標(biāo)記位置的正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)；用于確定襯底背面標(biāo)記位置的背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)；由照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的投影光束入射至固定于第一支撐結(jié)構(gòu)上的圖案形成裝置，透過(guò)圖案形成裝置后，攜帶圖案信息的投影光束通過(guò)投影系統(tǒng)，聚焦于襯底上的標(biāo)記位置，正面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能精確定位襯底正面的標(biāo)記位置，背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能精確定位襯底背面的標(biāo)記位置。利用該裝置，分別在襯底的兩個(gè)表面進(jìn)行曝光，形成曝光標(biāo)記，通過(guò)測(cè)量同一表面的不同曝光標(biāo)記之間的標(biāo)記位置誤差，確定雙面套準(zhǔn)誤差。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102063025SQ200910198740
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者毛方林 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司