玻璃基片双面光刻对准工艺流程的研究

　　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-sidedalignment)曝光设备的几家公司主要有 S üssMicroTec，EV Group，OAI和Ultratech Inc.等，Karl Süss 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。