[发明专利]一种步进式光刻机、其工作方法及图形对准装置

说明书

本发明公开了一种步进式光刻机、其光刻图形对准装置及工作方法。本发明在晶圆上设置若干三维标记，以此作为晶圆表面定位的坐标预设，利用针尖传感头传感技术测量该三维标记获得晶圆表面亚纳米精度的坐标，然后移动晶圆工作台，随之测得晶圆工作台移动后的三维标记的新坐标并同晶圆工作台移动前同样的三维纳米坐标比较得出晶片区域位置坐标误差值。利用闭环控制原理将这个坐标误差通过移动曝光束发生装置同晶片区域的相对位置进行补偿，实现相对坐标位置的重新精确对准。本发明可以应用在使用掩模板的深紫外和极紫外光学光刻机，也可以应用在电子束/光子束直写式光刻机的亚纳米级晶片区域或写场横向和纵向对准拼接等应用场景。

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及光刻图形的套刻对准和定位技术领域。

背景技术

微电子学和光电子学的发展引起了集成电路芯片、集成光学芯片的高速发展。这些产业成为现代计算机、显示屏乃至整个信息产业核心器件和芯片的基础。当前，现代芯片工业的技术节点已经达到了5纳米甚至更小。

制造芯片这样的微纳米器件离不开光刻技术。光刻技术包括普通光学光刻技术，深紫外/极紫外光刻技术，电子束光刻技术、离子束光刻技术等。借助这些关键光刻技术才能制造出精细的光刻图形以至包罗万象的微纳米器件结构，例如集成电路芯片和光电集成芯片。

现有的光学光刻系统，包括深紫外光学光刻机和极紫外光学光刻机已经广泛地应用于工业型芯片制造和MEMS制造等领域。由于晶圆越来越大，目前12英寸直径的晶圆已经普及，正在朝着更大尺寸的晶圆发展。任何系统都无法一次性将整个晶圆曝光。一般的做法是依次曝光晶圆上的一个一个晶片区域(DIE)。一个晶片区域曝光完毕后，晶圆通过晶圆工作台的移动，移动到近邻的下一个晶片区域并进行套刻对准，而后曝光。这里对准是指本次曝光的图形必须同晶片区域上的已经有的图形垂直对准(即套刻对准)以后才能进行本次的光刻曝光。其对准的精度即套刻精度至少不能亚于晶片区域上电路图形的最小尺寸数倍。该尺寸目前在5－10纳米左右。用于制作掩模板的多束电子束光刻机比如奥地利高科技公司IMS公司MBMW-101系列，可以用于5纳米节点掩模板制作，其套刻对准精度在5纳米以下。荷兰极紫外光学光刻机ASML公司的光刻机系列TWINSCAN3400B和4300C用于5纳米技术节点，其套刻精度分别为2.5纳米和1.5纳米。下一步芯片结构尺寸就要进入3纳米数量级。所以面对晶片区域曝光的光刻机的套刻对准定位精度必须要求在1纳米或者1纳米以下。面对这么高要求的晶片区域的套刻精度，目前没有相关的定位技术，所以新技术必须发明出来。

对晶圆工作台定位精度极高的要求难以实现还来源于光刻工艺的一个特点，也是一个巨大的缺点，即是晶圆在曝光前涂布了一层光敏层在晶圆上。在光刻技术中，光刻图形将通过曝光被转移到光敏层，然后光敏层上的光刻图形通过刻蚀工艺转移至晶圆。需要注意的是晶圆上的光敏层作为覆盖晶圆的上表面，这个上表面由于“怕光”使得电子束或光子束无法在曝光前通过辐照(即是曝光)来作表面观察，更无法穿透光敏层获得光敏层下面的晶圆的图形。所以即将曝光的图形无法同光敏层下面晶片区域图形形成套刻对准，即光刻机只能“盲人操作”，移动晶圆工作台然后光束“盲人操作”曝光。导致晶圆曝光的定位不准确，套刻误差较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光刻图形对准装置，所述装置位于一光刻机机体内，包括：

一晶圆工作台，用于承载待处理晶圆，所述晶圆包括若干晶片区域和晶片区域外围的场外区域，所述晶圆表面设置光敏层，所述光敏层设有三维标记，所述三维标记具有与所述光敏层的上表面不在同一水平面的区域；

纳米针尖传感装置，包括一针尖传感头，所述针尖传感头位于所述光敏层的上方，用于在扫描区域内移动扫描并确定该扫描区域内三维标记的坐标；

曝光束发生装置，用于提供晶片区域曝光所需的曝光束，并在所述光敏层上形成投影曝光区；