1 引言

在微电子机械系统（MEMS）设计制造领域，双面镀膜光刻是针对硅及其它半导体基片发展起来的加工技术。在基片两面制作光刻图样并且实现映射对准曝光，如果图样不是轴向对称的，往往需要事先设计图样成镜像关系的两块掩模板，每块掩模板用于基片一个表面的曝光，加工设备的高精度掩模-基片对准技术是其关键技术。对于玻璃基片，设计对准标记（alignment key）并充分利用其透明属性，可以方便对准操作，提高对准精度。

2 双面对准技术的实现原理

市场上可以提供双面对准技术（double-sided alignment）曝光设备的几家公司主要有Sü  MicroTec，EV Group，OAI和Ultratech Inc.等，Karl Sü  MA-150双面对准专利技术的基本过程如图1所示。图中1(a) 刻有十字丝对准标记的掩模板固定在设备夹具上，下方一对数字显微镜拍摄十字标记图像，存贮并同时定位在显示屏上，然后将已加工完一面的晶圆放置在承片台中，包含对准标记的图样面朝下，装入掩模板的下方，并且调平；图1(b) 显微镜调焦，拍摄晶圆的十字图样标记实时图像，与掩模标记静态图像同时叠加在显示屏上；图1(c) 转动或在X和Y方向平移晶圆承片台调整晶圆位置，直到晶圆十字图样和已存储的掩模板十字图样重合对准，右侧图显示了对准后的效果。接下来以接近或接触方式进行晶圆上表面的曝光[1]。

但这里存在一个问题，存储的掩模十字标记的图像位置是以显微镜物镜为参照系的图 1 (b) 中的调焦过程不可避免会导致物镜的抖动，而且两个目镜都需要重新调焦，如果物镜侧移则必然会带来对准误差，如图 2所示。因此EVG公司的设备调整了对准工艺流程，极力避免物镜的重新调焦。其做法是把焦平面固定在晶圆承片台的表面，首先安置掩模板，接触到承片台的表面，拍摄并存储对准标记的数字图像，然后平稳地垂直提升掩模板，接下来在承片台上放置晶圆，晶圆的已加工面朝下，由于标记仍然在承片台表面，不需重新调焦，因此避免了可能导致的目镜侧移带来的对准误差 [2]，这也是EVG最新的NanoAlign对准技术的主要保证措施之一。

3 光学玻璃基片双面光刻的对准流程

光学玻璃基片，表面光洁度不如晶圆，需要事先经过光学抛光的工艺处理。玻璃基片的透光性是个可利用的属性，物镜可以直接透过基片看到掩模板的对准标记。基于其透光性，我们设计了一个十字加方框的对准标记，如图3所示。和图 1的对准标记相比，虽然都有十字形，但这里的十字仅仅是作为辅助对准，真正起到精对准作用的是方框的四个边角。如果采用如图 1所示的对准工艺流程，则显微镜视场的对准情形如图4所示。

 

两块掩模板上的对准图样设计的大小相同，由图 4可见，由于掩模板和基片的图像都是等量放大显示，基片的十字由于物距短，遮盖了掩模板的十字，所以十字只能作为辅助粗对准，但同样是物距不一的原因，基片的方框成像也比掩模板的方框大，恰恰有利于根据边和角来比较对准。假如成像大小一致，根据边角的重合与否进行对准判断反而不易。因此，十字加方框的对准标记，一方面简化对准图样设计，两块掩模板采用同一个图样即可；另一方面，顺应成像大小的不一致，恰恰有利于对准判断。

在玻璃基片的加工过程中，存储的掩模板十字标记数字图像可以在显微镜的十字搜索阶段，起到辅助搜索作用，但仅此而已，在后续的微调精对准过程中，数字显微镜可以不断变焦观察掩模板和基片的对准情形，不再以关联物镜参照系的数字存储图像为基准，则调焦引起的物镜抖动对于对准精度不再发生作用。这就是玻璃基片的透明属性带来的好处。

4 其它说明

对于透明基片的双面光刻加工，其准标记可以灵活设计，沿目镜的光轴上方的图案区域如果是不透光的，该区域的对准标记可以简单设计成透光十字或透光方框作为对准标记，如图5所示。如果目镜光轴上方掩模板图案区域是透光的，该区域设计的对准标记可以设计成如图 6所示的十字型或方框。不管是十字型还是方框型，都是参照内部的边和角进行精确对准。

综合考虑到物距不一成像大小不同的因素，两块掩模板的对准标记也可以设计成大小不一的，以掩模板和基片标记成像方便观测对准为原则。

另外，光刻机操作人员曾建议设计辅助搜索线，因为在高放大率的数字显微镜视场中，搜索一个边长200μm的小对准标记，并不易发现。准备给方框加一条“尾巴”，一个长12.4mm宽10μm的平行于 X轴的透光狭缝（或其它具有辨别特征的形状，比如点划线），介于功能曲线之间，除了这条直线，本例中其余图案都是曲线，所以易于发现，顺着这条搜索线沿 X轴平移承片台，很容易找到对准标记。需要注意，对准图形及搜索线的加入不应影响到其它图案，也不应干扰到工件的功能，在本例中，双面光刻调制盘作为光路一部分用于约束光束，加工完成后，要用不透明的涂料涂覆标记图案及搜索线即可，即便没有搜索线，由于小方框对准标记是透光的，也不免要用涂料涂覆，涂料对于测量狭缝和机械装配公差配合没有影响。

 

5 结论

上述关于玻璃基片双面对准流程的探讨是针对 Karl Sü  MA-150及其它原理类似的设备的。EVG公司采取了固定焦平面的做法，透光基片可以直接遵照硅基片的双面对准方案进行操作，即使该设备的数字显微镜目镜可以重新调焦，可以做到上述透光基片反复调焦观察掩模板和基片的对准标记实现对准，但考虑到给设备带来的不便，特别是可能导致的对准误差，也不宜重调物镜，根据存储的掩模板数字图像的标记为对准基准更为优越。这也说明，EVG设备的不变焦对准技术更先进。

本例中针对透光玻璃基片设计的十字加方框的对准图案并配合辅助搜索线，在双面光刻对准流程中发挥了双面对准的效能，方便了技术人员的设备操作，在Karl Sü  MA-6设备上完成了f150mm的光学玻璃基片调制盘的双面光刻加工，工件的双面对准误差小于1μm。

本文引用地址：http://www.newbonder.com/article/2006/1228/article_1365.html

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