对准工作原理
集成电路芯片往往都需要进行多次曝光才能制作完成，即每次曝光或者说每曝光一层图形都需要用一块掩模版，而每一块掩模版在曝光前都需要和前面已曝光的图形进行对准后才能曝光，这样才能保证每一层图形有正确的相对位置，这称为套刻曝光（简称套刻）。套刻精度是投影光刻机的关键技术指标，而对准精度是影响套刻精度的关键因素。掩模硅片对准就是要在套刻曝光前捕捉对准过零点并读取工件台激光干涉仪对应的读数，即测出硅片在机器坐标系中的坐标（X、Y、θ）、掩模在机器坐标系中的坐标（X、Y、θ），并测出掩模相对于硅片的位置值。
套刻精度是光刻机的关键技术指标，套刻误差只允许在光刻分辨力的1/3~1/5范围，套刻是通过掩模硅片对准系统测出上次已完成曝光的硅片和掩模间的相对位置，通过工件台按一定的运动模型步进（或步进加扫描），完成对每一芯片（chip）的套刻（对准）。
影响套刻精度的因素很多，包括掩模硅片对准误差、工件台重复步进定位误差（或步进和扫描误差）、运动模型误差、对准标记制作误差、激光干涉仪的测量误差、机器的安装误差、掩模版预对准误差、硅片预对准误差、投影物镜倍率误差、投影物镜的畸变、硅片和掩模的调焦调平误差等。其中，掩模硅片对准误差、工件台重复步进定位误差、运动模型误差是套刻误差的主要来源。
由于对准精度要求非常高，因此对准的测量范围就无法做到很大，所以需要在掩模和硅片直接对准前分别将硅片和掩模与机器进行预对准，这样一方面可以保证能进入到掩模硅片对准的测量范围，另一方面如果硅片和掩模上片后误差太大，即使能进入到对准的测量范围，也会影响对准精度和套刻精度。
硅片预对准和掩模预对准的目的是使硅片坐标系、掩模坐标系分别与机器坐标系相一致，既需要测量又需要进行X、Y、θ调整。硅片预对准是将硅片由片盒传送到工件台的过程中完成的，硅片预对准包括机械预对准和光学预对准。机械预对准是通过硅片的外形进行对准，即通过外圆和切边进行对准，硅片机械预对准的测量有很多种，有的采用硅片外形机械定位法，可以通过光电二极管、四象限探测器或CCD等测量硅片外形。不管是用机械方法还是光学方法测量，由于是通过硅片外形进行对准的，所以都称为机械预对准。光学预对准是通过硅片上的对准标记进行对准。机械预对准和光学预对准一般都分别需要一个三维台（有时共用）进行X、Y、θ的闭环对准运动。
掩模预对准是在将掩模由版库传送到掩模台的过程中完成的，也包括机械预对准和光学预对准（有的投影光刻机只有光学预对准），机械预对准是对掩模外形，而光学预对准是对掩模的对准标记。掩模机械预对准和光学预对准的传感器一般也采用光电二极管、四象限探测器或CCD等，其传感器也要求和机器坐标系相一致，可通过掩模硅片对准系统进行测量。
掩模和硅片的直接对准，也称为精对准，是在完成掩模和硅片预对准后，通过对准标记来进行的。掩模上的对准标记是在做掩模时直接用电子束光刻或其他光刻方法制作在掩模上的，而硅片上的对准标记则是在曝第一层图形时由掩模复制传递而成。掩模和硅片对准标记确定了掩模坐标系和硅片坐标系，掩模和硅片直接对准的目的是测出两个坐标系的相对位置关系，仅需要测量，无须调整。
掩模和硅片直接对准时，在硅片和掩模上都至少需要两个对准标记才能测出硅片和掩模的X、Y、θ的相对位置关系。用一个硅片对准标记扫描对准两个（或更多）掩模对准标记，通过工件台激光干涉仪读数可测出掩模相对于机器坐标系的位置关系。反过来，用一个掩模对准标记扫描对准两个（或更多）硅片对准标记，通过工件台激光干涉仪可测出硅片相对于机器坐标系的位置关系，从而可计算出硅片和掩模的位置关系。
（作者:John_zhang 转载仅供参考学习及传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除）