[发明专利]双面套准误差测量方法及应用该方法的光刻装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方法及应用该方法的光刻装置，尤其涉及一种双面对准光刻装置中双面套准误差的测量方法，以及应用该方法测量双面套准误差的光刻装置。

背景技术

半导体加工制造中，硅片双面光刻技术已应用于微电子机械系统MEMS、射频器件制造以及先进封装技术领域。微机电系统加工的典型产品具体包括惯性加速度计、压力传感器、光学可变衰减片、喷墨打印头等。射频器件制造过程中通过双面光刻可减小因厚金属沉积导致的信号衰减。先进封装技术借助贯穿硅片通孔工艺制造垂向高密度跨芯片的连接线，实现多层堆叠二维平面器件的三维集成。双面处理技术直接决定上述产品加工质量。例如压力传感器制造过程中，器件性能及质量取决于前面与背面工艺层二者间定位精度；先进封装器件内连接管道需任意布置，也对硅片前面与背面对准的套准提出高精度需求。对于不透明的硅片衬底，对准系统或套准机均不能同时测量硅片正面和背面标记位置，光刻设备中双面对准技术的应用衍生出新的双面套准测量研究方向。双面套准精度定义为衬底正面与背面工艺层间定位误差。双面套准测量工具需具备较大的测量范围，覆盖硅片表面尽可能大的区域，且测量对象涵盖多种材料及不同厚度的衬底或薄膜。

美国专利US7528931B1中公开了借助顶部和底部显微镜，分别测量硅片正面及背面标记位置，从而计算双面套准误差的双面套准精度测量方法。双面显微镜系统主要缺陷在于正面与背面显微镜光轴校正过程较为复杂，耗时较长；作为与光刻装置分离的设备，离线测校方案会产生较高的购置成本及额外的设备维护费用。

SPIE，Vol.5455，P398-406，“Characterization of Waferstepper and Processrelated Front-to Backwafer overlay Errors in Bulk Micro Machining using ElectricalOverlay Test Structures”中公开了一种双面套准精度电学性能测试方法，即利用近红外对准光源贯穿硅片探测背面标记，并在硅片中制造一系列非标器件，其电学性能相对于硅片正面与背面实际位置呈线性关系。硅片正面第一层图形包括一组电阻及探测点，硅片背面第二层为由导电介质构成的区域，导电介质在后续蚀刻工艺中会被清除。因此，电阻值大小依赖于第二层的位置精度。通过测量电学性能，可得到对应的双面套准精度。该方案涉及的加工工艺较为复杂，第一层与第二层电学器件制造需依赖于特殊工艺设备。

SPIE，Vol.5641，P152-162，“3D Align overlay verification using glass wafers”中公开了利用玻璃基板实现双面套准测量的方案。在玻璃衬底正面曝光两层标记，衬底翻转后从背面贯穿基板对标记进行对准。对准测量得到的套准精度去除因玻璃折射率引入的背面对准偏差及因基板厚度引入的偏差，即得双面套准精度。该方案需特别使用透明玻璃衬底，且计算结果依赖于衬底厚度，且确定玻璃折射率引入的对准位置偏差过程中也会引入一定误差。

SPIE，Vol.6520，65202R1-10，“Development and Characterization of a 300mmDual-Side Alignment Stepper”中公开了借助于正面参考标记，分别在硅片中进行两层对准及两层曝光的双层对准测试方案：硅片上片角度为0°时，对参考标记对准，并在硅片背面曝光第一层标记；硅片上片角度为180°时，对参考标记对准，并在硅片背面曝光第二层标记。通过设计掩模图形，使得两层曝光图样形成套准测量结构。由于经过两次对准及两次曝光，对准误差会在套准结果中放大两倍，通过测量两层标记套准精度，可计算双面套准误差。该方案将正面对准相对于背面对准的双面套准精度转换为硅片同层标记对准精度，要求硅片预对准装置具有旋转上片功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高测量精度的双面套准误差的测量方法以及应用该方法的光刻装置。

一种双面套准误差测量方法，步骤如下：

提供具有正面及背面的衬底；

使所述衬底正面形成具有第一正面对准标记的图案；

利用正面对准系统确定第一正面对准标记的位置，建立第一衬底正面坐标系WFCS；

翻转衬底，利用背面对准系统确定所述第一正面对准标记的位置，建立衬底背面坐标系WBCS；

基于WBCS，在所述衬底背面形成具有背面对准标记的图案；