光刻对准

Course No. 04813190

MEMS DEVICES AND DESIGN, Spring 2004

Lecture17: MEMS Layout Design

Haixia Zhang

Institute of Microelectronics, PKU

OUTLINE

●版图设计内容与方法●光刻原理

●对准标记

●注意事项

器件设计结构的几何尺寸工艺设计制造的工艺流程

对准标记质

量监控图形等

版图设计的主要内容

●结构尺寸来自器件设计的结果

●工艺要求来自工艺设计的结果

●检测图形加工过程的质量监控

细节

版图设计的主要方法

●层次化每层对应相应的光刻工艺和掩膜版

包括结构图形对准标记和工艺监控图形等内容

●单元化可以由若干层组成的一个基本结构的

版图重复利用

●其他正负版阴阳版补偿图形精缩版

初缩版翻版等

光刻原理

●单面光刻对准原理

●双面光刻对准原理

●硅-玻璃键合对准原理●硅-硅键合对准原理

均以KS MA6/BA6光刻机为例

送到与版接近或接触的位置

为曝光时

版与基片的接近距离

如果双面抛光硅片的一面A

已经留有光刻图形或痕迹计划在其另一面B制备与A 已有图形相对准的图形的过程称

从下向上寻找到位于承片台上方光刻版上的对准标记将准备作双面光刻的硅片的曝光面B面向上置于承片台上通过摄像机从下向上寻找硅片面已有的对准标记

方向Y方向和角度三旋钮使

的对准标记与显示器上记录的光刻版上的对准标之后曝光

2微米

双面光刻对准原理
光刻版上标记
CCD摄象机
显示器
图3
承片台上无基片 片台下的CCD摄象机记录光刻版上的对准标记并在显示器上显示
光刻版上标记
Z
标记图形向下 面的基片
Y
X
显示器
CCD摄象机 图4 承片台上有对准标记向下的基片 片台下的CCD摄象机拾取基片下面的对准标记并 在显示器上与光刻版的标记对准 之后将光刻版上的图形曝光在基片的另一面
MEMS DEVICES AND DESIGN , Spring 2004, Lecture17-Layout Design, Haixia Zhang, PKU

硅-玻璃键合 阳极键合 对准原理
●
●
对准过程为 1. 先将两个待键合玻璃和硅片的相互键合面相对固定 在对准键合专用夹具上 并将夹具扣放在光刻机上 使硅片在上 玻璃片在下 2. 位于光刻机承片台下部的CCD摄像机 从下向上透 过玻璃寻找到硅片上的对准标记 并将其图象记录 在显示器上 3. 将CCD摄像机焦距自动聚焦在玻璃片上 经过调节 X方向 Y方向和角度 三旋钮 使玻璃片上的对准 标记与显示器上记录的硅片上的对准标记对准 4. 令夹具固定住两衬底之间的相对位置 从光刻机上 取下夹具送入键合机 完成键合 键合精度为 10微米
MEMS DEVICES AND DESIGN , Spring 2004, Lecture17-Layout Design, Haixia Zhang, PKU

硅-硅键合对准原理
● 1. 2.
3.
4. ●
对准过程为 先将两个待键合的衬底的键合面相对固定在对准键合专 用夹具上 并将夹具扣放在光刻机上 将下片抽出 使位于光刻机承片台下部的CCD摄像机从 下向上寻找到上硅片键合面上的对准标记 并记录在显 示器上 推入下硅片 CCD摄像机焦距自动聚焦在下硅片的非键 合面上 经过调节X方向 Y方向和角度 三旋钮 使下 硅片非键合面上的对准标记与显示器上记录的上硅片的 对准标记对准 令夹具固定两衬底之间的相对位置 从光刻机上取下夹 具送入键合机 完成键合 在进行硅硅对准键合的两硅片之中 要求其中一个硅片 的非键合面上要经过光刻 留有对准标记 键合精度为 10微米
MEMS DEVICES AND DESIGN , Spring 2004, Lecture17-Layout Design, Haixia Zhang, PKU

标准对准标记
10微米 45微米 40微米 30微米
5*5 mm
2
5微米 2微米
十字长150微米
十字标号 高35微米 宽20微米左右 胖瘦标记的线宽和间距 均为5微米 图5 对准标记的基本形式
MEMS DEVICES AND DESIGN , Spring 2004, Lecture17-Layout Design, Haixia Zhang, PKU

对准标记设计要求
1. 十字的总长度为150微米 两次相关的十字的条宽分 别为30和40微米 两相关十字间距为5微米 十字两 端的2微米间距区适于显微镜检查 2. 建议在每张版图中都制作一个线宽检查标记 俗称 胖瘦标记 以便于监测关键线宽 3. 在单面光刻版图设计中 要考虑到两次相关十字的 大小覆盖问题 在双面光刻中不必考虑 在阳极对 准键合中 只须考虑玻璃片上的金属十字标记不要 覆盖硅片上的十字标记 以便于键合后透过玻璃进 行的键合偏差检查 4. 对十字进行标号 以便于操作人员完成对准
MEMS DEVICES AND DESIGN , Spring 2004, Lecture17-Layout Design, Haixia Zhang, PKU

大面积透光和大面积不透光时 对准标记设计
后次版为大面积 透光时的不透光 十字 图6
前次版十字
后次版为大面积不透光 时 不透光的十字和大 面积区
大面积透光和大面积不透光版上的对准标记形式
MEMS DEVICES AND DESIGN , Spring 2004, Lecture17-Layout Design, Haixia Zhang, PKU