光刻機雙面對準精度測量系統(tǒng)

李 霖，賈亞飛，張云鵬，楊建章

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

光刻機雙面對準精度測量系統(tǒng)

李 霖，賈亞飛，張云鵬，楊建章

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

雙面對準精度是接觸接近式光刻機的關(guān)鍵性能指標，介紹了一種檢測此項指標的測量原理及應(yīng)用該原理研制的雙面對準精度測量系統(tǒng)，并對設(shè)備的部件構(gòu)成及控制流程作了敘述。設(shè)備實際驗證了檢測原理，對50、75、100及150 mm圓形基片均可適用。

測試測量技術(shù)；光刻機；雙面對準精度；雙面對準精度測量系統(tǒng)

接觸接近式光刻機主要用于功率電子器件、傳感器、光電子器件、微波電路、MEMS（微電子機械系統(tǒng)）及其它新型電子元器件的單、雙面對準及曝光工藝，有著較大的市場影響力。雙面對準精度是接觸接近式光刻機的一項關(guān)鍵技術(shù)指標，該指標為光刻機整機性能確定、滿足用戶對光刻機的技術(shù)要求都提供了量化的依據(jù)。直接測量光刻機的雙面對準精度有一定難度，可以通過檢測由該光刻機曝光的雙面基片的對準標記偏差來間接測量光刻機的雙面對準精度。

檢測雙面基片的對準標記偏差通常有兩類方法，一類為破環(huán)性測量，另一類為非破壞性測量。破壞性測量（例如將基片從標記處剖切開的測量方法）在檢測過程中對基片造成了損傷，使基片部分或全部報廢，給廠商造成一定的經(jīng)濟損失。非破壞性測量在檢測過程中不會對基片造成損傷，檢測完畢基片可繼續(xù)進入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前生產(chǎn)線上使用的均為非破壞性類測量設(shè)備，此類設(shè)備被國外廠商壟斷。該類設(shè)備的測量原理較為簡單，應(yīng)用該原理研制的檢測設(shè)備可適用多種規(guī)格尺寸的基片。

1 測量原理

雙面對準精度測量系統(tǒng)的檢測原理如圖1所示，將待檢測基片吸附固定于工作臺上，移動工作臺使基片雙面標記進入頂部及底部視場范圍，通過CCD成像系統(tǒng)在顯示器中同時顯示基片兩面的標記圖像，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理在系統(tǒng)中記憶標記位置并固化在顯示器中，然后將工作臺旋轉(zhuǎn)180°，移動工作臺使雙面標記重新進入顯微鏡視場并在顯示器中顯示標記圖像，此時再調(diào)節(jié)工作臺使頂部或底部標記中的一個與之前已經(jīng)記憶固化的標記重合，則另一標記與之前記憶固化的標記之間在x及y方向存在偏差2x和2y，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算出雙面基片的上、下標記偏差，即該光刻機的雙面對準精度x和y。

圖1 雙面對準精度測量系統(tǒng)原理圖

2 相關(guān)設(shè)備

上述的雙面基片標記偏差測量方法原理比較簡單，易于實現(xiàn)。目前國外廠商如SUSS、EVG等已有應(yīng)用該方法的較為成熟的雙面對準精度測量設(shè)備（SUSS公司的DSM 8 Double Side Measurement、EVG公司的 EVG 40 Measurement System等），這些設(shè)備價格比較昂貴，國內(nèi)廠商還未生產(chǎn)專門用于雙面對準精度檢測的相關(guān)設(shè)備。

雙面對準精度測量設(shè)備作為接觸接近式光刻機的配套設(shè)備，具有較好的市場前景。中國電子科技集團公司第四十五研究所生產(chǎn)的接觸接近式雙面光刻機在國內(nèi)市場占有較大份額，為用戶提供光刻機雙面對準精度檢測設(shè)備即為光刻機繼續(xù)擴大市場份額提供了有利條件，也可打破該類進口設(shè)備對國內(nèi)市場的壟斷，創(chuàng)造一定的社會效益。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

應(yīng)用該測量原理，研制了一種雙面對準精度測量系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)主要由工作臺、頂部及底部顯微鏡、調(diào)焦機構(gòu)、桌架、電氣控制和軟件處理單元等組成。

圖2 雙面對準精度測量系統(tǒng)示意圖

工作臺由x、y及θ三層組成。底層為x臺，中間一層為y臺，上層為θ臺，主要包括雙軸平移臺、交叉滾柱軸承和承片臺等零件，工作臺為手動操作。雙軸平移臺實現(xiàn)基片x和y方向的移動，交叉滾柱軸承實現(xiàn)基片θ向180°旋轉(zhuǎn)。承片臺用于吸附固定待測基片，不同的承片臺分別對應(yīng)50、75、100、150 mm不同尺寸的基片，測試尺寸大小不同的基片只需更換相應(yīng)的承片臺即可。

顯微鏡包括頂部顯微鏡和底部顯微鏡，分別用于觀察基片上表面和下表面的標記圖形，主要包括物鏡、輔助物鏡和照明系統(tǒng)三部分。照明系統(tǒng)采用同軸照明的方法，且光源位置可調(diào)，通過調(diào)節(jié)光源的位置以得到最佳的照明效果。頂部及底部顯微鏡圖像顯示效果分別如圖3、圖4所示。

圖3 頂部顯微鏡顯示圖像

圖4 底部顯微鏡顯示圖像

調(diào)焦機構(gòu)，可分別實現(xiàn)底部及頂部顯微鏡的Z向移動，既實現(xiàn)顯微鏡調(diào)焦功能。調(diào)焦機構(gòu)為手動，驅(qū)動零件為折返式測微頭，導(dǎo)軌導(dǎo)向，該結(jié)構(gòu)在光刻機中應(yīng)用較廣，技術(shù)較為成熟。底部及頂部調(diào)焦機構(gòu)均有較大行程，可適應(yīng)不同片厚度基片的測量。

雙面對準精度測量系統(tǒng)的電控系統(tǒng)主要由工控機、顯示器、CCD相機、開關(guān)電源、電位器等組成，可實現(xiàn)基片吸附控制、顯微鏡照明亮度調(diào)節(jié)、圖像采集及數(shù)據(jù)處理等功能，控制流程圖如圖5所示。

圖5 控制流程圖

雙面對準精度測量系統(tǒng)軟件具有的功能：

①繪制十字：繪制可以旋轉(zhuǎn)的十字線，使十字線與標記某一邊平行，考慮到標記的多樣性，十字線的寬度可以調(diào)節(jié)，方便作為準確、有效的參考。

②圖像采集：實時、連續(xù)進行圖像采集，能夠頂部、底部同時或單獨顯示采集數(shù)據(jù)；無需使用圖像識別、定位功能。

③圖片保存：可以根據(jù)文件名，將頂部、底部CCD視場里實時采集的圖片保存到指定路徑下。

④測量結(jié)果：計算兩條十字線的中心坐標，計算坐標差值得出測量結(jié)果；顯示測量結(jié)果，預(yù)留根據(jù)文件名，將結(jié)果保存文件的功能。

圖6為該設(shè)備的實物照片

圖6 雙面對準精度測量系統(tǒng)

4 結(jié)束語

介紹了一種接觸接近式光刻機雙面對準精度測量方法以及應(yīng)用該方法的雙面對準精度測量系統(tǒng)，圖6為其實物照片。作為光刻機的配套檢測設(shè)備該系統(tǒng)為打破進口設(shè)備在國內(nèi)市場對該類設(shè)備的壟斷奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，有著較為廣闊的市場前景。

[1] [美]Michael Quick，Julian Serda著，韓鄭生，歐文，杜寰，等譯，半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009年.

The Measurement Means and Equipment on Double Side Aligning Precision of the Mask Aligner

LI Lin，JIA Yafei，ZHANG Yunpeng，YANG Jianzhang

(The 45th Research Institute of CETC，Beijing 100176，China)

Double side aligning precision is a key indicator of Mask aligner.A measurement means and measurement system on double side aligning precision are introduced，and the components and the control process of the measurement system are detailed.The measurement means is validated by the measurement system which is applied to 50，75，100 and 150 mm circular substrate.

Test and measurement technology；Mask aligner;Double side aligning precision; Measurement system on double side aligning precision

TN305.7

B

1004-4507(2015)03-0042-04

李霖（1977-），男，河南洛陽人，高級工程師，一直從事半導(dǎo)體設(shè)備開發(fā)與研究，目前主要從事接觸接近式光刻機相關(guān)設(shè)備的研發(fā)。

2015-01-29