[发明专利]一种穿透晶圆的光刻对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域,特别涉及一种穿透晶圆的光刻对准方法。

背景技术

光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图，一般半导体器件的制程中至少需要10次以上的光刻工序，每次的光刻工序都需要将晶圆放置在光刻机的工件台上，通过光刻机的光学系统将晶圆的前层图案与具有特征构图的光罩对准，然后在光刻过程中，将光罩的特征构图成像到涂覆有光刻胶的晶圆上，并在后续的蚀刻工艺中，将特征构图从光刻胶转移到其下方的介电层或金属材料层中。为使半导体器件正常工作，每次光刻工序的层与层之间必须套准在一定的精度范围内，而随着线宽越来越小，套准精度要求越来越严格，仅仅采用硅片边缘作为对准基准已不能满足要求，因此产生了对准标记。对准标记包括光罩对准标记和晶圆对准标记两大类，光罩对准标记又包括用于光罩传输系统的光罩预对准标记和用于与晶圆对准的图案对准标记。现有技术通常采用简单的十字线、光栅图形等作为对准标记，以十字线为例，光罩上设置有用于与晶圆前层图案的凸起十字对准标记相对应的空心十字对准标记，光刻机光源发出的光经过光刻机的光学系统以后，再经过光罩，其中部分光线通过光罩上空心的十字照到晶圆上，通过机械或者人工调整待曝光晶圆的位置，可以使得透过光罩形成的光束十字与待曝光晶圆上的凸起十字重合，该凸起十字将照到自身的部分光线反射回去，光刻机控制系统则自动根据凸起十字不同部位对光的作用不同而产生一定形状的对准信号，并在示波器上加以显示。

一般来说，光刻工艺的对准曝光流程包括以下步骤：设定曝光条件和误差校正；校正光刻系统的工件台和干涉仪；晶圆片上全场对准标记对准；移动到第一曝光场；逐场位置对准；曝光；移动到下一个位置对准曝光；重复步进或扫描晶圆片直至结束，其中，最重要的步骤是标记对准。标记对准通过光刻机的标记对准系统来实现，一般包括光罩与光刻机工件台对准、晶圆与光刻机工件台预对准、晶圆与光罩对准等几个步骤：光罩与光刻机工件台对准，即将金属网格标记作为光刻机工件台初始位置的基准，采用光罩预对准标记与光刻机工件台进行初步对准，并测出光罩相对于机器坐标系的坐标；晶圆与光刻机工件台预对准，即采用晶圆边缘和缺口对准方式，将晶圆传送到光刻机的工件台上，并确保传送到工件台的硅片偏心和偏向在预定的精度范围内；晶圆与光罩对准，即通过晶圆上对准标记与光罩上对准标记的对准，光刻机控制系统获得晶圆上对准标记产生对准信号，并计算晶圆相对机器坐标系的坐标，再与光罩相对机器坐标系的坐标进行比较后，自动调整晶圆在光刻机工件台的位置，实现光罩与晶圆的精确套刻。

但是现有半导体器件制造工艺中，尤其是三维集成电路制程中，例如在背照式CMOS影像传感器的制作工艺中，由于前段晶片制程的差异或者不同技术下Si基底厚度的差异性，金属网格与像素区域的对准信号会非常微弱并且不稳定，因此很难实现金属网格与像素区域的精确对准。目前现有的光刻机台在只利用晶圆切口对准时的精准度规格在+/-20um，达不到三维影像传感器对套刻精度的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种穿透晶圆的光刻对准方法，解决了现有技术的三维集成电路制程中，光刻对准精度较低的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种穿透晶圆的光刻对准方法，包括以下步骤：

a）提供已进行晶圆键合的晶圆，并将所述晶圆放置到光刻机的工件台上；所述晶圆包括硅基底，所述硅基底的正面和背面分别生长有前段氧化层和后段氧化层；所述后段氧化层划分为若干个曝光单元，所述每个曝光单元边缘处均设有用于确定所述曝光单元位置的前段晶圆对准标记；

b）制作第一光罩，将所述第一光罩放置到光刻机上所述晶圆的上方，通过晶圆切口对准方式将所述第一光罩与所述晶圆对准，并通过所述第一光罩对多个前段晶圆对准标记上方的前段氧化层和硅基底进行光刻、蚀刻和薄膜气相沉积，直至露出所述晶圆上多个曝光单元的前段晶圆对准标记；

c）制作第二光罩，通过光刻机对准系统将所述第二光罩与所述第一光罩上已打开的多个前段晶圆对准标记对准，并通过所述第二光罩对所有前段晶圆对准标记上方的前段氧化层和硅基底进行光刻、蚀刻和薄膜气相沉积，直至露出所述晶圆的所有曝光单元的前段晶圆对准标记，然后在后续的光刻工艺中正常曝光并采用套刻值补偿的方式实现器件的精确对准。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述曝光单元与曝光单元之间设有切割道，所述前段晶圆对准标记形成在所述切割道上。

进一步，所述晶圆上硅基底的厚度为2um～6um。