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1、(10)申请公布号 CN 102280400 A (43)申请公布日 2011.12.14 C N 1 0 2 2 8 0 4 0 0 A *CN102280400A* (21)申请号 201110261070.9 (22)申请日 2011.09.05 H01L 21/68(2006.01) H01L 21/268(2006.01) (71)申请人清华大学 地址 100084 北京市海淀区北京市 100084-82信箱 (72)发明人严利人 周卫 刘朋 窦维治 (74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人史双元 (54) 发明名称 一种激光束加工处理中的晶圆片对准。
2、方法 (57) 摘要 本发明公开了属于半导体制造技术范围的一 种激光束加工处理中晶圆片的对准的方法。具体 的做法是，采用分离的对准片台来实现晶圆片的 对准，然后由精密机械手，在保持对准结果不再发 生不需要的变化的情况下，将晶圆片送入到工艺 腔片台之上。使得芯片间的划片道成为了可利用 的资源，可以将激光束加工处理中难以精确控制 的光束边缘效应，消耗在不影响芯片功能与性能 的划片道之中。以另一个对准片台为主的相对独 立的对准机构，通过在对准片台上的粗对准和精 对准步骤，以及精密机械手传片，使得最终放置在 加工片台上的晶圆片具有了良好的定位精度，因 而激光光束的加工处理能够更为有效地集中在芯 片区域。
3、，保证工艺效果和激光加工的均匀性。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102280405 A 1/1页 2 1.一种激光束加工处理中的晶圆片对准方法，其特征在于，进行晶圆片的对准包括两 个阶段： 在第一阶段，采用由多轴移动片台和光学探测部件构成通用的晶圆片对准机构(3)，对 晶圆片进行对准，晶圆片先从片盒(2)处通过通道(4)，由机械手放置在对准机构(3)的多 轴移动台上，在对准机构(3)处，先是通过晶圆片的缺口或者定位平边，进行晶圆片的粗定 位，粗对准，然后再通过晶圆片上的特定的图形，特。
4、别是划片道部分的图形，确定芯片阵列 的中心坐标，以及与多轴移动台的横向移动轴之间的夹角，通过旋转多轴移动台，令晶圆片 上芯片阵列的横向划片道与多轴台横向移动方向平行； 在第二个阶段，使用精密定位和控制的机械手，将已经进行过精对准的晶圆片，从对准 机构(3)处，沿通道(5)放置到激光加工工艺腔(1)内部的工艺片台之上；其中送片传片 的机械手为精密定位的装置，在传递和放置的过程中所引入的额外误差在小于5微米范 围，相对于划片道几十微米的宽度来说，最终所实现的总的定位精度在小于10微米范围 是可以接受的。 2.根据权利要求1所述激光束加工处理中的晶圆片对准方法，其特征在于，所述晶圆 片从对准机构放置。
5、到工艺片台上之后，需要进行辅助性加热，此时可进行工艺实验，测量并 定出特定温度下的膨胀系数有效值，在准确估计尺寸膨胀效应后，将相关信息反馈至片台 移动的控制系统，由控制系统进行补偿后，再执行片台的扫描或者步进扫描移动，具体做法 为，针对热膨胀后晶圆片尺寸变化的信息，有意地调节扫描速度和扫描位置，以使扫描行准 确落在预期的晶圆片位置，使得实际发生的扫描适合于变化后的晶圆片尺寸。 权 利 要 求 书CN 102280400 A CN 102280405 A 1/4页 3 一种激光束加工处理中的晶圆片对准方法 技术领域 0001 本发明属于半导体制造技术范围，特别涉及一种激光束加工处理中的晶圆片对准。
6、 方法。 背景技术 0002 当前，激光在半导体材料加工处理中的应用，包括了激光退火，激光辅助薄膜沉 积，材料的激光再结晶生长，甚至也可以将准分子激光光刻包括进来，应用是多种多样的。 0003 因为激光束具有很强的相干性，激光光束往往是聚束的，不容易散开成为较大面 积的光束，而另一方面，晶圆片尺寸又很大，因此激光光束对于衬底材料的作用，只能是一 个局部一个局部地进行。通常采用的方式，是激光束相对于材料表面做扫描，步进，或者步 进加扫描的平移移动，来实现逐行，或者逐场的加工处理。无论是逐行也好，逐场也好，总 是存在着行之间，场之间的衔接问题。对于不良的衔接来说，存在着两类问题，一是衔接处 两行或。
7、者两场有微小的重叠，则重叠区域尽管很小，但是考虑到集成电路中电子元器件的 尺寸更小，因而受到影响，被过量加工的元器件数量就会有很多，直接影响集成电路加工质 量。另一类问题是两行之间，两场之间存在微小的空隙，同样地，受此影响未被激光加工处 理的电子元器件数量很多，加工质量不能保证。由于激光光束束斑，在束斑的中心部分，做 到光强均匀化，相对来说简单一些，但是在光束的靠近边沿部分，也要求光束同样均匀，相 对来说很困难，再加上边沿处的光强不可能绝对完美地突变和陡降至零，这些因素的存在， 更加重了问题的复杂性。 0004 针对以上实践中的问题，一种有效的处理措施，是充分利用芯片之间的划片道宽 度。具体地。
8、说，令扫描或者步进，严格地沿着芯片阵列的横向排列方向向左或者右进行，光 束束斑上下不容易处理，也不是很均匀的部分，落于划片槽的部分，这样就以牺牲划片槽区 域的加工质量为代价，求得了对于有效电路区域，也就是芯片区域加工的可保证的加工质 量。当扫描或者步进至晶圆片边缘后，激光光束下移一行(或者上移一行)，并掉头向相反 的方向，继续其横向的扫描或者步进逐场前进。对于步进方式的一场一场的加工处理，则束 斑的左右两个边沿，也是落在芯片划片道内的。 0005 划片道宽度在几十微米的量级。要使激光光束在平移移动时，束斑的边沿落在划 片道内，就必然要进行束斑相对于晶圆片的对准(可参考申请号为201010514。
9、994.0的中国 专利)。鉴于很多激光加工，都要求进行衬底的预加热，预升温处理，因此激光束加工装置中 的对准，具备两个特点，一是对准过程会受到一定的高温影响，温度较高时可到400500 度，乃至更高，在高温情况下，晶圆片的热膨胀将难以忽略，此外较高的温度，以及较高温度 下晶圆片整片的红外辐射背景，都可能对晶圆片的对准光路，对准信号处理带来很大的不 良影响。第二个特点在于，由于划片道具备一定的宽度，因此对于对准精度的要求不是很 高，在1020微米范围内应该是可以接受的。 发明 内容 说 明 书CN 102280400 A CN 102280405 A 2/4页 4 0006 本发明的目的是提供一。
10、种激光束加工处理中的晶圆片对准方法，其特征在于，进 行晶圆片的对准包括两个阶段： 0007 在第一阶段，采用由多轴移动片台和光学探测部件构成通用的晶圆片对准机构3， 对晶圆片进行对准，晶圆片先从片盒2处通过通道4，由机械手放置在对准机构3的多轴移 动台上，在对准机构3处，先是通过晶圆片的缺口或者定位平边，进行晶圆片的粗定位，粗 对准，然后再通过晶圆片上的特定的图形，特别是划片道部分的图形，确定芯片阵列的中心 坐标，以及与多轴移动台的横向移动轴之间的夹角，通过旋转多轴移动台，令晶圆片上芯片 阵列的横向划片道与多轴台横向移动方向平行； 0008 在第二个阶段，使用精密定位和控制的机械手，将已经进行。
11、过精对准的晶圆片，从 对准机构3处，沿通道5放置到激光加工工艺腔1内部的工艺片台之上。其中送片传片的机 械手为精密定位的装置，在传递和放置的过程中所引入的额外误差在小于5微米范围， 相对于划片道几十微米的宽度来说，最终所实现的总的定位精度在小于10微米范围内 是可以接受的。 0009 所述晶圆片从对准机构放置到工艺片台上之后，需要进行辅助性加热，此时可进 行工艺实验，测量并定出特定温度下的膨胀系数有效值，在准确估计尺寸膨胀效应后，将相 关信息反馈至片台移动的控制系统，由控制系统进行补偿后，再执行片台的扫描或者步进 扫描移动，具体做法为，针对热膨胀后晶圆片尺寸变化的信息，有意地调节扫描速度和扫描。
12、 位置，以使扫描行准确落在预期的晶圆片位置，使得实际发生的扫描适合于变化后的晶圆 片尺寸。 0010 本发明的有益效果是提出一种用于激光束加工处理装置中的晶圆片对准方法，其 主要的技术特点在于，对准机构与工艺腔是分离的，在工艺腔室外部独立地进行晶圆片预 对准，然后由精密机械手送入到工艺腔片台之上。晶圆片经过对准定位之后，主要靠传送片 机械手的控制精度来保证加工片台上晶圆片的位置精度。对于需要进行辅助加热的激光光 束处理，按照实测的膨胀系数，在准确估计尺寸涨缩后，信息反馈至片台移动的控制系统， 由控制系统进行补偿后再执行片台的扫描或者步进扫描移动。因此克服了常见的，光刻机 类装备中的对准机构，因。
13、为本身的对准精度高，实现成本也高的不足，特别因为其与工艺腔 集成在一起的实现方式，并不适合于带辅助加热的片台，而本发明分离式对准机构，采用低 成本实现。对准和定位的精度满足于特定加工的需求，则特别适合于目标应用。采用本发 明方法，使得激光光束的扫描加工，或者步进扫描式的加工，严格按芯片和划片道所确定下 来的尺寸和方向来进行，能够提供更好的加工质量，主要体现为更好的片上各芯片加工的 均匀性。 附图说明 0011 图1是采用分离对准结构进行晶圆片对准的示意图。 0012 图中，1.是工艺腔本体；2.是片盒，由此处取片或者回送晶圆片至此处；3.是与工 艺腔本体相分离的对准机构；4.是片盒到对准结构的。
14、取送片通路；5.是精密机械手的运行 通路，由精密机械手在对准机构和工艺腔本体之间传递晶圆片。 具体实施方式 说 明 书CN 102280400 A CN 102280405 A 3/4页 5 0013 本发明提供一种激光束加工处理中晶圆片的对准的方法。具体的做法是，采用分 离的对准片台来实现晶圆片的对准，然后由精密机械手，在保持对准结果不再发生不需要 的变化的情况下，将晶圆片送入到工艺腔片台之上。这里涉及到了两个片台，一个是工艺中 使用的片台，一个是对准时使用的片台，与光刻机类的应用不同，两种片台并不采用共用的 方式，集成实现为一种片台，而是采用了分别独立设置的方式，所以称为是分离的。对准片 。
15、台位于片盒与工艺腔之间，是晶圆片从片盒进入到工艺腔中接受激光处理的中间的环节。 0014 如图1所示。对准机构3的具体实现方式是可由多轴运动片台加光学探测与处理 的系统组成。多轴运动片台可在x(左右)，y(前后)，z(上下)三个方向移动，其中x，y方 向可在几十厘米的较大范围内移动，z方向的移动范围则在毫米量级，目的是提供探测光学 系统的良好聚焦。多轴运动台还能够在x-y平面内，围绕z轴做旋转转动。 0015 晶圆片先从片盒2处通过通道4，由机械手放置在对准机构3的多轴移动台上，在 对准机构3处，先是通过晶圆片的缺口或者定位平边，进行晶圆片的粗定位，粗对准，晶圆 片放入到多轴运动台上，首先是进。
16、行粗对准，粗对准可利用晶圆片的定位缺口，采用光电耦 合元器件实现，其中光电耦合元器件固定，而晶圆片由多轴运动片台带动进行平移和旋转， 光敏器件接收到的，由发光器件发出的光，通光量达到最大值的那一点，认为是晶圆片的缺 口位置。经过粗对准后，从对准机构3处，沿通道5放置到激光加工工艺腔1内部的工艺片 台之上。其中送片传片的机械手为精密定位的装置，晶圆片的定位不确定度被压缩至几毫 米和十毫弧度量级以内。然后执行精对准，精对准采用光学探测系统实现，具体地，光学探 测系统固定，片台带动晶圆片移动因而晶圆片上的不同图形，尤其是划片道的图形，将不断 进入到光学探测头下方。光学探测可以是图像摄像头，对摄像后的。
17、成像信号进行图像分析 与处理，从而确定划片道精确位置。光学探测也可以是探测光栅反射信号的强弱，此时需要 预先在晶圆片的划片道区域，或者其他合适的区域，预先形成光栅(或者能够起到光栅反 射作用的图形)。经过精对准的步骤，晶圆片位置定位的不确定度被压缩至1020微米的 范围，以及晶圆片旋转量不足0.07毫弧度的量级。以上过程，技术上的处理都不困难。 0016 将对准后的晶圆片放置到加工片台上，使用的是精密机械手装置。除系统性误差 之外，精密机械手的传送过程引入的额外位置误差在数微米，以及旋转量在0.03毫弧度量 级或更小。机械手传片的系统位置误差，以及由于片台加热所引起的系统误差，都可以通过 片台。
18、移动的自动控制软硬件系统，在软件的层面进行补偿而抵消掉。 0017 经过以上对准处理，最终放置到加工片台上的晶圆片，总定位精度控制在30微米 范围内，总旋转量控制在0.1毫弧度以下。考虑300mm的晶圆片，旋转量在0.1毫弧度所引 入的位置差为30微米，因此定位误差加上旋转量所带来的附加位置误差，总误差小于60微 米，60微米为当前技术水平下划片道尺寸。对于将来划片道进一步压缩，或者采用更大尺寸 的晶圆片，则只需要相应地提高对准单元精度和机械手传片位置控制精度即可。 0018 本发明主要的技术特点是对准机构与工艺腔是分离的，在工艺腔室外部独立地进 行晶圆片预对准，然后由精密机械手送入到工艺腔片。
19、台之上。当前主流的对准机构，例如 半导体加工中光刻机的对准机构，是与机器的曝光本体集成在一处的，因而本发明中的分 离式的对准方案，与所有的主流对准机构实现方式均不相同。在另一方面，当前主要的激 光加工装置，又都不含晶圆片的对准机构，因此采用本方案实现的激光加工装置，也与这样 一大类现存的装置不相雷同。晶圆片经过对准定位之后，主要靠传送片机械手的控制精度 说 明 书CN 102280400 A CN 102280405 A 4/4页 6 来保证加工片台上晶圆片的位置精度。具体地说，放置到片台上的晶圆片，其芯片阵列的 中心定位和阵列方向定位都将是合适于接下来的激光光束处理的。对于需要进行辅助加 热。
20、的激光光束处理，按照实测的膨胀系数，在准确估计尺寸涨缩后，信息反馈至片台移动的 控制系统，由控制系统进行补偿后再执行片台的扫描或者步进扫描移动。这里，关于对膨 胀的位置补偿，举例来说，如果测定晶圆片均匀性膨胀，晶圆直径由标准值300.0mm，变化至 300.1mm，对于执行扫描移动的系统来说，可以将行扫描的速度提升(300.1-300.0)/300.0 0.033来进行扫描；与此同时，晶圆片中心的位置可以认为不变，但是晶圆片上端和下 端的位置分别变高和变低了0.05mm，因此当扫描行处于晶圆片的上端时，分管上下方向运 动的机构，要多走0.05mm，就可以使扫描行准确落在预期的晶圆片位置。 说 明 书CN 102280400 A CN 102280405 A 1/1页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102280400 A 。