晶圆对准方法及晶圆双面测量系统

摘要

本发明涉及一种晶圆对准方法及晶圆双面测量系统，该晶圆对准方法包括：提供晶圆，所述晶圆的正面具有正面对准标识；于所述晶圆的背面设置背面对准标识；建立所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系；量测所述背面对准标识的位置，基于量测的所述背面对准标识的位置及所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系得到所述正面对准标识的位置，并基于得到的所述正面对准标识的位置完成对准。该晶圆对准方法无需获取晶圆内部正面对准标识的坐标位置，而是直接测量背面对准标识，然后通过其与正面对准标识的坐标对应关系，得到正面对准标识的坐标，从而实现晶圆正面对准标识的精确定位。

说明书

技术领域

本申请涉及半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种晶圆对准方法及晶圆双面测量系统。

背景技术

随着半导体技术的发展，半导体芯片的临界尺寸越来越小，芯片的集成度也越来越高，对半导体制造工艺的要求越来越严格，因此，需要在工艺过程中尽可能地降低每一道工序的误差，提高良品率。其中，光刻对准是保证半导体器件制造良率的关键，是实现最先进的深紫外光(DUV)和极紫外光(EUV)光刻机的关键技术之一。在实际光刻工艺过程中，必须对每一片晶圆的前层对准标识进行识别，以进行当前层的工艺操作。

对于前层工艺之后沉积或溅射不透光材料，且表面没有呈现明显的对准结构时，现有的工艺方法通常需要通过控制前层工艺、控制沉积工艺实现理想共形生长。但是，对于一些不透光材料非常厚的情况，只能通过更换材料的办法解决。

在不透光材料沉积或溅射之后，现有的对准方法不支持使用化学机械抛光进行平坦化处理的工艺，这是因为一旦使用平坦化工艺无法获取表面起伏；此外，对于铝沉积厚膜工艺，也无法通过选取光刻刻蚀开窗的方法，这是因为在光刻阶段无法精确捕获晶圆内部坐标位置，无法建立坐标系联系。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中无法精确捕获晶圆内部坐标位置的问题，提供一种晶圆对准方法及晶圆双面测量系统。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种晶圆对准方法，包括如下步骤：

提供晶圆，所述晶圆的正面具有正面对准标识；

于所述晶圆的背面设置背面对准标识；

建立所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系；

量测所述背面对准标识的位置，基于量测的所述背面对准标识的位置及所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系得到所述正面对准标识的位置，并基于得到的所述正面对准标识的位置完成对准。

上述实施例提供的晶圆对准方法，在晶圆背部建立背面对准标识，并建立正面对准标识与背面对准标识的坐标对应关系，使得在光刻工艺中，无需获取晶圆内部正面对准标识的坐标位置，而是直接测量背面对准标识，然后通过其与正面对准标识的坐标对应关系，得到正面对准标识的坐标，从而实现晶圆正面对准标识的精确定位。

在其中一个实施例中，所述背面对准标识在前道光刻工艺完成之后且后道光刻工艺执行之前形成，或所述背面对准标识在形成不透光材料层之前形成。

上述实施例提供的晶圆对准方法，由于在光刻对准时，采用背面对准标识建立了与正面对准标识的坐标对应关系，并通过该坐标对应关系，建立两者的关联，使得在在实际光刻工艺中，允许使用不透光材料作为薄膜涂层，避免了因前层工艺之后沉积或溅射不透光材料，致使表面没有呈现明显的对准结构而无法实现光刻对准的问题。

在其中一个实施例中，所述于所述晶圆的背面设置背面对准标识，包括如下步骤：

在所述晶圆的背面按照网格形式进行区域分割，并在每个网格中心设置所述背面对准标识。

在其中一个实施例中，所述背面对准标识均设置于所述晶圆背面的边缘。

上述实施例提供的晶圆对准方法，通过将背面对准标识均设置于晶圆背面的边缘，提升了晶圆对准的使用范围。

在其中一个实施例中，所述背面对准标识包括衍射式对准标识和/或图像式对准标识。

在其中一个实施例中，所述图像式对准标识包括：十字结构、方框结构和/或线条结构。

在其中一个实施例中，所述正面对准标识至少为五组，所述背面对准标识至少为两组；

所述建立所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系，包括如下步骤：

获取至少五组曝光区域内的所述正面对准标识的坐标值；

获取至少两组所述背面对准标识的坐标值；

基于获取的所述正面对准标识的坐标值及获取的所述背面对准标识的坐标值，建立所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系。

本发明还提供了一种晶圆双面测量系统，包括：

对准工件台，用于承载晶圆，所述晶圆的正面形成有正面对准标识，所述晶圆的背面形成有背面对准标识；

正面测量系统，位于所述对准工件台的上方，用于测量所述晶圆正面的所述正面对准标识的位置；

背面测量系统，位于所述对准工件台的下方，用于测量所述晶圆背面的所述背面对准标识的位置；

处理系统，用于根据所述正面测量系统及所述背面测量系统的测量结果，建立所述正面对准标识与所述背面对准标识的坐标对应关系。

在其中一个实施例中，所述对准工件台采用中心承载方式，包括晶圆预对准系统。

在其中一个实施例中，所述晶圆双面测量系统还包括：

晶圆传输系统，用于在所述对准工件台与其他设备或系统之间传输所述晶圆。

上述实施例提供的晶圆双面测量系统能够测量正面对准标识及背面对准标识的位置，并建立正面对准标识与背面对准标识的坐标对应关系，用于实现晶圆正面对准标识的精确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法的流程图；

图2(a)为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法中，晶圆正面曝光区域示意图；

图2(b)为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法中，晶圆正面对准标识在每个曝光区域的位置；

图2(c)为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法中，晶圆正面对准标识示意图；

图3(a)为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法中，晶圆背面对准标识放置区域的示意图；

图3(b)为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法中，晶圆背面对准标识的示意图；

图3(c)为本申请另一个实施例提供的晶圆对准方法中，晶圆背面对准标识的示意图；

图4为本申请其中一个实施例提供的晶圆对准方法中，步骤S3的流程图；

图5为本申请其中一个实施例提供的晶圆双面测量系统的结构示意图；

图6为本申请其中一个实施例提供的晶圆双面测量系统中，背面测量棱镜的示意图。

附图标记说明：

11-晶圆，12-正面对准标识，13-背面对准标识，10-晶圆双面测量系统，101-对准工件台，102-正面测量系统，103-背面测量系统，104-处理系统，105-晶圆传输系统，106-背面测量棱镜。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白，当术语“组成”和/或“包括”在该说明书中使用时，可以确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。同时，在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

正如背景技术部分所述，为了精确捕获晶圆内部坐标位置，可以设置背面对准标识，并建立背面对准标识与正面对准标识之间的坐标系关系，在光刻对准时，采用背面对准标识定位，然后利用背面对准标识与正面对准标识之间的坐标系关系，获取正面对准标识的准确位置。

请参阅图1，本发明提供一种晶圆对准方法，包括如下步骤：

S1：提供晶圆11，晶圆11的正面具有正面对准标识12；

具体的，如图2(a)所示，每一个网格表示一个曝光区域。在其中一个实施例中，如图2(b)所示，正面对准标识12可以设置于每一个曝光区域的边缘位置，本发明对于正面对准标识12的具体位置并不做限定。

S2：于晶圆11的背面设置背面对准标识13；

具体的，如图3(a)所示，在其中一个实施例中，在晶圆11的背面按照网格形式进行区域分割，并在每个网格中心设置背面对准标识13；在其中一个实施例中，如图3(b)所示，背面对准标识13均设置于晶圆11背面的边缘；可选的，背面对准标识13的位置应避免与晶圆承载台接触。本发明对于背面对准标识13的具体位置并不做限定。

S3：建立正面对准标识12与背面对准标识13的坐标对应关系；

S4：量测背面对准标识13的位置，基于量测的背面对准标识13的位置及正面对准标识12与背面对准标识13的坐标对应关系得到正面对准标识12的位置，并基于得到的正面对准标识12的位置完成对准。

上述实施例提供的晶圆对准方法，在晶圆11背部建立背面对准标识13，并建立正面对准标识12与背面对准标识13的坐标对应关系，使得在光刻工艺中，无需获取晶圆11内部正面对准标识12的坐标位置，而是直接测量背面对准标识13，然后通过其与正面对准标识12的坐标对应关系，得到正面对准标识12的坐标，从而实现晶圆11正面对准标识12的精确定位。

在其中一个实施例中，背面对准标识13均设置于晶圆11背面的边缘，提升了晶圆11对准的使用范围。

对于步骤S2，在一些实施例中，背面对准标识13在前道光刻工艺完成之后且后道光刻工艺执行之前形成；在其他实施例中，背面对准标识13也可以在形成不透光材料层之前形成。

上述实施例提供的晶圆对准方法，由于在光刻对准时，采用背面对准标识13建立了与正面对准标识12的坐标对应关系，并通过该坐标对应关系，建立两者的关联，使得在在实际光刻工艺中，允许使用不透光材料作为薄膜涂层，避免了因前层工艺之后沉积或溅射不透光材料，致使表面没有呈现明显的对准结构而无法实现光刻对准的问题。

在其中一个实施例中，光刻工艺可以包括光刻胶涂布(例如，旋转涂布)、软烘烤、遮罩对准、曝光、曝光后烘烤、显影光刻胶、吹净、干燥(例如，硬烘烤)或其他光刻工艺，本发明对于光刻工艺的种类并不做限定；在其中一个实施例中，不透光材料层可以包括金属层、黑色矩阵层或其他材料层，本发明对于不透光材料层的材质并不做限定。

在其中一个实施例中，可以于背面对准标识13的表面沉积一层氧化膜，作为背面对准标识13的保护层，避免背面对准标识13在半导体器件的制造过程中受其他工艺的影响。在其中一个实施例中，这层氧化膜可以为氧化硅膜。

在其中一个实施例中，正面对准标识12至少为五组，背面对准标识13至少为两组。

对于步骤S3，如图4所示，在其中一个实施例中，步骤S3具体包括如下步骤：

S31：获取至少五组曝光区域内正面对准标识12的坐标值；

具体的，可以获取包括但不限于五组正面对准标识12，可以是六组、七组、八组等等。在其中一个实施例中，可以获取所有曝光区域内正面对准标识12的坐标值，本发明对于获取曝光区域内正面对准标识12的坐标值的数量并不做限定。

S32：获取至少两组背面对准标识13的坐标值；

S33：基于获取的正面对准标识12的坐标值及获取的背面对准标识13的坐标值，建立正面对准标识12与背面对准标识13的坐标对应关系。

在其中一个实施例中，对于步骤S32，应保证在水平方向和垂直方向至少有两组不同的背面对准标识13。即，若只测量两组背面对准标识13，这两组背面对准标识13应具有不同的水平和垂直坐标；若大于两组背面对准标识13，则至少两组在不同的水平位置，至少两组在不同的垂直位置。

具体的，可以获取包括但不限于两组背面对准标识13，可以是三组、四组、五组等等。在其中一个实施例中，可以获取所有背面对准标识13的坐标值，本发明对于获取背面对准标识13的坐标值的数量并不做限定。

在其中一个实施例中，背面对准标识13包括衍射式对准标识和/或图像式对准标识。

其中，如图2(c)及图3(c)所示，衍射式对准标识是指对准标记为周期光栅结构，光栅尺寸与晶圆正面尺寸相同；图像式对准标识是指使用与套刻标识类似的标识结构，具体的，在其中一个实施例中，图像式对准标识可以包括十字结构、方框结构和/或线条结构。

在其中一个实施例中，周期光栅结构的形成方法可以包括但不限于机械刻划、全息光刻、电子束光刻、激光干涉光刻或聚焦离子束光刻等等，本申请对于周期光栅结构的形成方法并不做限定。

在其中一个实施例中，背面对准标识13包括方框结构。其中背面对准标识13的边长为30μm-200μm，具体可以为50μm、80μm、100μm、150μm、180μm等等。

应该理解的是，虽然图1和图4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1和图4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

请参阅图5，本发明还提供一种晶圆双面测量系统10，包括：

对准工件台101，用于承载晶圆11，晶圆11的正面形成有正面对准标识12，晶圆11的背面形成有背面对准标识13；

正面测量系统102，位于对准工件台101的上方，用于测量晶圆11正面的正面对准标识12的位置；

背面测量系统103，位于对准工件台101的下方，用于测量晶圆11背面的背面对准标识13的位置；

处理系统104，用于根据正面测量系统102及背面测量系统103的测量结果，建立正面对准标识12与背面对准标识13的坐标对应关系。

上述实施例中提供的晶圆双面测量系统10能够测量正面对准标识12及背面对准标识13的位置，并建立正面对准标识12与背面对准标识13的坐标对应关系，用于实现晶圆11正面对准标识12的精确定位。

具体的，在其中一个实施例中，对准工件台101采用中心承载方式。在一些实施例中，对准工件台101包括晶圆预对准系统。

具体的，在其中一个实施例中，晶圆预对准系统定位装置，包括伺服电机和支架，伺服电机的上端与对准工件台101电连接，对准工件台101放置有晶圆11，伺服电机的下部连接有光电编码器。

请继续参阅图5，在其中一个实施例中，晶圆双面测量系统10还包括晶圆传输系统105，用于在对准工件台101与其他设备或系统之间传输晶圆11。

具体的，在其中一个实施例中，晶圆传输系统105可以包括机械手臂，机械手臂用于吸附晶圆11，并将晶圆11放置于对准工件台101；机械手臂还可以用于定位晶圆11至对准工件台101的中心位置。

请参阅图6，在其中一个实施例中，晶圆双面测量系统10还包括背面测量棱镜106。

上述实施例中提供的晶圆双面测量系统10能够实现对边缘位置的背面对准标识13的测量，进一步提高了对准的精度。

具体的，在其中一个实施例中，背面测量棱镜106可以与晶圆11平面呈45度角设置。

在其中一个实施例中，晶圆双面测量系统10还包括光源，用于发出探测光

上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。