集成電路芯片往往都需要進行多次曝光才能制作完成，即每次曝光或者說每曝光一層圖形都需要用一塊掩模版，而每一塊掩模版在曝光前都需要和前面已曝光的圖形進行對準后才能曝光，這樣才能保證每一層圖形有正確的相對位置，這稱為套刻曝光（簡稱套刻）。套刻精度是投影光刻機的關鍵技術指標，而對準精度是影響套刻精度的關鍵因素。掩模硅片對準就是要在套刻曝光前捕捉對準過零點并讀取工件臺激光干涉儀對應的讀數，即測出硅片在機器坐標系中的坐標（X、Y、θ）、掩模在機器坐標系中的坐標（X、Y、θ），并測出掩模相對于硅片的位置值。

套刻精度是光刻機的關鍵技術指標，套刻誤差只允許在光刻分辨力的1/3~1/5范圍，套刻是通過掩模硅片對準系統測出上次已完成曝光的硅片和掩模間的相對位置，通過工件臺按一定的運動模型步進（或步進加掃描），完成對每一芯片（chip）的套刻（對準）。

影響套刻精度的因素很多，包括掩模硅片對準誤差、工件臺重復步進定位誤差（或步進和掃描誤差）、運動模型誤差、對準標記制作誤差、激光干涉儀的測量誤差、機器的安裝誤差、掩模版預對準誤差、硅片預對準誤差、投影物鏡倍率誤差、投影物鏡的畸變、硅片和掩模的調焦調平誤差等。其中，掩模硅片對準誤差、工件臺重復步進定位誤差、運動模型誤差是套刻誤差的主要來源。

     由于對準精度要求非常高，因此對準的測量范圍就無法做到很大，所以需要在掩模和硅片直接對準前分別將硅片和掩模與機器進行預對準，這樣一方面可以保證能進入到掩模硅片對準的測量范圍，另一方面如果硅片和掩模上片后誤差太大，即使能進入到對準的測量范圍，也會影響對準精度和套刻精度。

     硅片預對準和掩模預對準的目的是使硅片坐標系、掩模坐標系分別與機器坐標系相一致，既需要測量又需要進行X、Y、θ調整。硅片預對準是將硅片由片盒傳送到工件臺的過程中完成的，硅片預對準包括機械預對準和光學預對準。機械預對準是通過硅片的外形進行對準，即通過外圓和切邊進行對準，硅片機械預對準的測量有很多種，有的采用硅片外形機械定位法，可以通過光電二極管、四象限探測器或CCD等測量硅片外形。不管是用機械方法還是光學方法測量，由于是通過硅片外形進行對準的，所以都稱為機械預對準。光學預對準是通過硅片上的對準標記進行對準。機械預對準和光學預對準一般都分別需要一個三維臺（有時共用）進行X、Y、θ的閉環對準運動。

     掩模預對準是在將掩模由版庫傳送到掩模臺的過程中完成的，也包括機械預對準和光學預對準（有的投影光刻機只有光學預對準），機械預對準是對掩模外形，而光學預對準是對掩模的對準標記。掩模機械預對準和光學預對準的傳感器一般也采用光電二極管、四象限探測器或CCD等，其傳感器也要求和機器坐標系相一致，可通過掩模硅片對準系統進行測量。

     掩模和硅片的直接對準，也稱為精對準，是在完成掩模和硅片預對準后，通過對準標記來進行的。掩模上的對準標記是在做掩模時直接用電子束光刻或其他光刻方法制作在掩模上的，而硅片上的對準標記則是在曝第一層圖形時由掩模復制傳遞而成。掩模和硅片對準標記確定了掩模坐標系和硅片坐標系，掩模和硅片直接對準的目的是測出兩個坐標系的相對位置關系，僅需要測量，無須調整。

掩模和硅片直接對準時，在硅片和掩模上都至少需要兩個對準標記才能測出硅片和掩模的X、Y、θ的相對位置關系。用一個硅片對準標記掃描對準兩個（或更多）掩模對準標記，通過工件臺激光干涉儀讀數可測出掩模相對于機器坐標系的位置關系。反過來，用一個掩模對準標記掃描對準兩個（或更多）硅片對準標記，通過工件臺激光干涉儀可測出硅片相對于機器坐標系的位置關系，從而可計算出硅片和掩模的位置關系。

（作者:John_zhang 科學網科學網轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除）