衬底材料对Nikon光刻机对准系统的影响.doc

衬底材料对光刻机对准精度的影响研究
何峰作者简介：何峰(1984-)，男，湖南邵阳人，硕士研究生，目前从事MEMS设计与制造，Email：[e-mail]
，吴志明，王军，袁凯，蒋亚东
（电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都，610054）
摘要：随着光刻机技术的发展，特征线宽尺寸减少到纳米级，对光刻机对准系统提出了更高的对准精度的性能指标。对准系统是光刻机最精密复杂的部分，不同的工艺条件，尤其是不同的衬底材料对对准系统的精度都会产生显著影响。阐述了Nikon步进投影光刻机的二种对准方式：激光步进对准（LSA）和场像对准方式（FIA）。并讨论了铝与氮化硅衬底材料对二种对准方式的精度影响，为工业应用提供一定的指导作用。
关键词：对准系统；衬底材料；对准精度；步进投影光刻机
中图分类号：TN305文献标识码：A

Researchoninfluencesofsubstratematerialonstepperalignmentaccuracy
HEFeng,WUZhiming,WANGJun,YUANKai,JIANGYadong
(StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,China,610054)
Abstract：Withthedevelopmentoflithographytechnology,featuresizeisreducedtonano-scale,ahigheralignmentaccuracyofperformanceisneededforlithography.Alignmentsystemisthemostsophisticatedpartofstepper,anddifferentprocesscondition,inparticulardifferentsubstratematerialshaveasignificantimpactonthealignmentaccuracy.ThealignmentsystemofNikonstepperisintroduced:bothlaserstepperalignment(LSA)andfieldimagealignment(FIA).Theaffectofaluminumandsiliconnitridesubstratematerialsonalignmentaccuracyisdiscussedandtheresultsprovideacertainguidingfunctionforthepracticalapplication.
Keywords:alignmentsystem;substratematerials;alignmentaccuracy;steppers

引言
光刻技术是大规模集成电路制造技术和微光学、微机械技术的先导和基础，它决定了集成电路（IC）的集成度[1]。而光刻机对准系统的精度控制决定了集成电路的复杂度和功能密度。在IC制造过程中，一个完整的芯片一般都要经过十几到二十几次的光刻，在多次光刻中，除了第一次光刻以外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次留下的图形对准，因此，对准精度将直接影响产品质量，对准速度和效率将影响产品的生产效率。
对准过程就是对准系统将硅片的第一次光刻留下的零层对准标记进行精确检测，检测光学信号经光电转换输出到信号处理系统，经信号处理，最终准确识别并确定标记位置，通过复杂的对准算法得到本次光刻图形与零层图形之间的相对位置误差并进行修正[2]。
光刻机的对准系统从信号检测方式上分为相位检测和光强检测两大类，光强检测方式又分为明场和暗场两种方式[3]。国外著名的光刻机生产商(Nikon，Canon，ASML)的对准系统都是采用多种对准方式，相互匹配来提高对准精度。在IC工艺过程中硅片对准标记需要经过氧化、涂胶、刻蚀，扩散，外延，蒸镀等工艺，不同层次光刻前的硅片对准将面临不同的衬底材料，它们各具有不同的光学特性，零层标记信号将产生较大的变化。目前，国内很多半导体企业和高校采用Nikon公司的NSR系列的光刻机，了解其各种对准方式的原理，根据特定的工艺条件选择不同的对准方式，达到最优化的对准效果。

1.Nikon对准系统
Nikon步进投影光刻机的对准过程不是硅片上的图形与掩膜版上的图形直接对准来完成，确定掩膜版的位置是一个独立的过程，确定硅片的位置又是另一个独立的过程。其对准原理是，在硅片曝光台上有一基准标记，可以把它看作是坐标系的原点，所有其它的位置都相对该点