集成電路芯片往往都需要進行多次曝光才能制作完成，即每次曝光或者說每曝光一層圖形都需要用一塊掩模版，而每一塊掩模版在曝光前都需要和前面已曝光的圖形進行對準(zhǔn)后才能曝光，這樣才能保證每一層圖形有正確的相對位置，這稱為套刻曝光（簡稱套刻）。套刻精度是投影光刻機的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，而對準(zhǔn)精度是影響套刻精度的關(guān)鍵因素。掩模硅片對準(zhǔn)就是要在套刻曝光前捕捉對準(zhǔn)過零點并讀取工件臺激光干涉儀對應(yīng)的讀數(shù)，即測出硅片在機器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（X、Y、θ）、掩模在機器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（X、Y、θ），并測出掩模相對于硅片的位置值。

套刻精度是光刻機的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，套刻誤差只允許在光刻分辨力的1/3~1/5范圍，套刻是通過掩模硅片對準(zhǔn)系統(tǒng)測出上次已完成曝光的硅片和掩模間的相對位置，通過工件臺按一定的運動模型步進（或步進加掃描），完成對每一芯片（chip）的套刻（對準(zhǔn)）。

影響套刻精度的因素很多，包括掩模硅片對準(zhǔn)誤差、工件臺重復(fù)步進定位誤差（或步進和掃描誤差）、運動模型誤差、對準(zhǔn)標(biāo)記制作誤差、激光干涉儀的測量誤差、機器的安裝誤差、掩模版預(yù)對準(zhǔn)誤差、硅片預(yù)對準(zhǔn)誤差、投影物鏡倍率誤差、投影物鏡的畸變、硅片和掩模的調(diào)焦調(diào)平誤差等。其中，掩模硅片對準(zhǔn)誤差、工件臺重復(fù)步進定位誤差、運動模型誤差是套刻誤差的主要來源。

     由于對準(zhǔn)精度要求非常高，因此對準(zhǔn)的測量范圍就無法做到很大，所以需要在掩模和硅片直接對準(zhǔn)前分別將硅片和掩模與機器進行預(yù)對準(zhǔn)，這樣一方面可以保證能進入到掩模硅片對準(zhǔn)的測量范圍，另一方面如果硅片和掩模上片后誤差太大，即使能進入到對準(zhǔn)的測量范圍，也會影響對準(zhǔn)精度和套刻精度。

     硅片預(yù)對準(zhǔn)和掩模預(yù)對準(zhǔn)的目的是使硅片坐標(biāo)系、掩模坐標(biāo)系分別與機器坐標(biāo)系相一致，既需要測量又需要進行X、Y、θ調(diào)整。硅片預(yù)對準(zhǔn)是將硅片由片盒傳送到工件臺的過程中完成的，硅片預(yù)對準(zhǔn)包括機械預(yù)對準(zhǔn)和光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)。機械預(yù)對準(zhǔn)是通過硅片的外形進行對準(zhǔn)，即通過外圓和切邊進行對準(zhǔn)，硅片機械預(yù)對準(zhǔn)的測量有很多種，有的采用硅片外形機械定位法，可以通過光電二極管、四象限探測器或CCD等測量硅片外形。不管是用機械方法還是光學(xué)方法測量，由于是通過硅片外形進行對準(zhǔn)的，所以都稱為機械預(yù)對準(zhǔn)。光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)是通過硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記進行對準(zhǔn)。機械預(yù)對準(zhǔn)和光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)一般都分別需要一個三維臺（有時共用）進行X、Y、θ的閉環(huán)對準(zhǔn)運動。

     掩模預(yù)對準(zhǔn)是在將掩模由版庫傳送到掩模臺的過程中完成的，也包括機械預(yù)對準(zhǔn)和光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)（有的投影光刻機只有光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)），機械預(yù)對準(zhǔn)是對掩模外形，而光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)是對掩模的對準(zhǔn)標(biāo)記。掩模機械預(yù)對準(zhǔn)和光學(xué)預(yù)對準(zhǔn)的傳感器一般也采用光電二極管、四象限探測器或CCD等，其傳感器也要求和機器坐標(biāo)系相一致，可通過掩模硅片對準(zhǔn)系統(tǒng)進行測量。

     掩模和硅片的直接對準(zhǔn)，也稱為精對準(zhǔn)，是在完成掩模和硅片預(yù)對準(zhǔn)后，通過對準(zhǔn)標(biāo)記來進行的。掩模上的對準(zhǔn)標(biāo)記是在做掩模時直接用電子束光刻或其他光刻方法制作在掩模上的，而硅片上的對準(zhǔn)標(biāo)記則是在曝第一層圖形時由掩模復(fù)制傳遞而成。掩模和硅片對準(zhǔn)標(biāo)記確定了掩模坐標(biāo)系和硅片坐標(biāo)系，掩模和硅片直接對準(zhǔn)的目的是測出兩個坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系，僅需要測量，無須調(diào)整。

掩模和硅片直接對準(zhǔn)時，在硅片和掩模上都至少需要兩個對準(zhǔn)標(biāo)記才能測出硅片和掩模的X、Y、θ的相對位置關(guān)系。用一個硅片對準(zhǔn)標(biāo)記掃描對準(zhǔn)兩個（或更多）掩模對準(zhǔn)標(biāo)記，通過工件臺激光干涉儀讀數(shù)可測出掩模相對于機器坐標(biāo)系的位置關(guān)系。反過來，用一個掩模對準(zhǔn)標(biāo)記掃描對準(zhǔn)兩個（或更多）硅片對準(zhǔn)標(biāo)記，通過工件臺激光干涉儀可測出硅片相對于機器坐標(biāo)系的位置關(guān)系，從而可計算出硅片和掩模的位置關(guān)系。

（作者:John_zhang 科學(xué)網(wǎng)科學(xué)網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）