与掩膜和步进器对准器相关的其他错位问题包括径向偏移和径向进入。这些问题出现在芯片图案没有在掩膜上恒定中心形成或放置在芯片中心偏移时。结果是只有部分掩膜芯片图案可以正确对准到晶圆图案。图案在晶圆上逐渐错位。
经验法则是,具有微米或亚微米特征尺寸的电路必须满足最小特征的四分之一到三分之一的注册公差。对于整个电路,会计算一个叠加预算。这是整个掩膜套装的允许累积对准误差。
对准器类型
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接触式对准器
直到20世纪70年代中期,接触式对准器是半导体行业的主力对准器。该系统的对准部分使用一个全晶圆尺寸的光罩,放置在真空晶圆卡盘上。晶圆安装在卡盘上,并通过分场目标显微镜进行观察(见下图所示)。显微镜为操作员提供了掩膜和晶圆每侧的同时视图。卡盘通过手动控制向左、向右和/或旋转(x、y和z移动)移动,直到晶圆与掩膜图案对齐。
一旦掩膜和晶圆正确对齐,晶圆卡盘就会沿着活塞移动,将晶圆推入与掩膜接触。接下来,来自反射和透镜系统的准直紫外射线通过掩膜并进入光刻胶。
接触式对准器在生产中用于离散器件和电路的SSI和MSI密度以及大约5微米及以上的特征尺寸。它们也用于平板显示器、红外传感器、器件封装和多芯片模块(MCMs)。
接触式对准器能够使用适当的抗蚀剂和经过良好调整的工艺实现亚微米成像。接触可能会损坏柔软的抗蚀剂层、掩膜或两者。附着在掩膜透明部分的污垢在曝光期间会阻挡光线。双极晶圆上的外延层尖峰会降低掩膜的质量。掩膜损坏如此普遍,以至于掩膜必须每15到25次曝光就被移除和丢弃或清洁。掩膜和晶圆之间的污垢会在污垢所在区域立即引起分辨率问题。对更大直径晶圆的对准提出了一个光均匀性问题,导致图像尺寸变化和对准问题。
近接式对准器 近接式对准器是接触式对准器的自然演变。这些系统本质上是接触式对准器,但具有机制,使晶圆与掩膜保持接近或软接触。有时近接式对准器被称为软接触机器。
近接式对准器的性能是在分辨率能力和缺陷密度之间进行权衡。当晶圆与掩膜软接触时,总会有一些光散射,这会使抗蚀剂中的图像定义模糊。另一方面,软接触也大大减少了与掩膜和抗蚀剂损伤相关的缺陷数量。即使在提高了缺陷密度之后,近接式对准器在VLSI光掩膜工艺中也没有找到太多用途。
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扫描投影对准器
接触式对准器的终结被预见了多年,并且一直在进行开发工作,以寻找替代品。搜索集中在将掩膜图像投影到晶圆表面上的概念上,就像幻灯片(掩膜)被投影到屏幕(晶圆)上一样。虽然这个概念很简单,但这种技术需要一个出色的光学系统来一次性曝光整个晶圆表面。这个问题是通过引入Perkin Elmer扫描投影对准器来解决的。这个系统避免了全尺寸掩膜投影曝光的问题,转而采用了一种扫描技术,使用带有缝隙的镜子系统来阻挡来自光源的部分光。有了这个系统,一个新的参数,扫描速度,成为需要控制的参数。它们被称为1:1对准器,因为掩膜上的图像尺寸与晶圆表面上预期的图像尺寸相同。
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