ICS31.200 L55 中华人民共和国国家标准 GB/T28274—2012 硅 基MEMS制造技术 版图设计基本规则 Silicon-basedMEMSfabricationtechnology— Thebasicregulationoflayoutdesign 2012-05-11发布 2012-12-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会(SAC/TC336)提出并归口。 本标准起草单位:北京大学、中机生产力促进中心、中国电子科技集团第十三研究所、中国科学院上 海微系统与信息技术研究所、西北工业大学。 本标准主要起草人:张大成、王玮、刘伟、杨芳、姜森林、崔波、熊斌、乔大勇。 ⅠGB/T28274—2012 硅基MEMS制造技术 版图设计基本规则 1 范围 本标准规定了微结构加工时,光刻版图设计中图形设计应遵循的基本规则。 本标准适用于采用接触式单/双面光刻、氧化扩散、化学气相淀积(CVD)、物理气相淀积(PVD)、离 子注入、反应离子刻蚀(RIE)、氢氧化钾(KOH)腐蚀、硅-玻璃对准静电结合、砂轮划片等基本工艺方法。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T26111—2010 微机电系统(MEMS)技术 术语 3 术语和定义 GB/T26111—2010界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 双面光刻 doublesidemaskalign 在基片的一面(A面),制备与该基片另一面(B面)已有光刻图形或痕迹的有一定对准关系的图形 的过程。 3.2 亮版 lightmask 大面积透光的光刻版。 3.3 暗版 darkmask 大面积不透光的光刻版。 3.4 对准标记 alignmark 用于对准不同工序形成的图形的标记。 4 光刻对准和键合对准方法 4.1 单面光刻对准方法 通过使用光刻机等工具使光刻版上图形与基片上对应的图形对准,其工作过程如图1所示。 单面光刻对准是在有图形基片表面涂敷光刻胶,使用光刻设备将光刻版图形与基片上已有图形对 准后,再通过曝光和显影将基片上光刻胶处理成与光刻版图形一致,且与基片上已有图形有对准关系的 图形。 1GB/T28274—2012 图1 单面光刻对准示意图 4.2 双面光刻对准方法 通过使用双面光刻机等设备在基片的一面制备光刻胶图形,且与另一面图形有对准关系。操作时, 先将需要制备图形的基片表面涂敷光刻胶,并将光刻版放置在双面光刻设备,此时承片台上无基片,如 图2a)所示。片台下的CCD摄像机记录光刻版上的对准标记并在显示器上显示。再将基片对准标记 朝下放置在承片台上,如图2b)所示,片台下的CCD摄像机拾取基片下面的对准标记,并与显示器上光 刻版的标记对准,对准后通过曝光和显影将基片上的光刻胶处理成与光刻版图形一致,且与涂胶面背面 已有图形有对准关系的图形。 a) 对准拾取光刻版对准标记示意图 b) 基片的对准标记与光刻版的对准标记对准示意图 图2 双面光刻对准示意图 4.3 键合对准 键合对准是在键合前,将带有对应关系图形的硅片、玻璃片等使用一定的方法、工具或专用设备,将 基片的图形面相对并将图形对准的过程。 2GB/T28274—2012 4.3.1 硅-玻璃键合对准步骤 硅-玻璃键合对准是将带有对应关系图形的硅片和玻璃片使用一定的方法、工具或专用设备,将基 片的图形面相对并将图形对准的过程。硅-玻璃键合对准的过程与单面光刻类似,其中玻璃片相当于光 刻时的光刻版。采用常用键合对准设备的具体键合对准方法是: a) 将两个待键合基片的相互键合面相对固定在对准夹具上,并将夹具放置在键合对准设备上; b) 通过键合对准设备的观察系统透过玻璃寻找到硅片上的对准标记; c) 通过操作键合对准设备的X、Y方向和角度θ的运动,使玻璃片和硅片上对准标记相互对准, 并达到规定的精度范围,用夹具将玻璃片和硅片相互固定; d) 从键合对准设备上取下夹具送入键合机,完成键合工艺过程。 4.3.2 硅-硅键合对准步骤 硅-硅键合对准是将带有对应关系图形的两片硅片使用一定的方法、工具或专用设备,将基片的图 形面相对并将图形对准的过程。采用常用键合对准设备的具体键合对准方法是: a) 先将一个待键合硅片固定在对准夹具上,并将夹具放在键合对准设备上; b) 通过键合对准设备的观察系统记录硅片表面的对准标记; c) 将另一个硅片装入键合对准设备,通过操作键合对准设备的X、Y方向和角度θ的运动,使硅 片背面的对准标记与设备记录的第一个硅片上对准标记相互对准,并达到规定的精度范围,用 夹具将两个硅片相互固定; d) 从键合对准设备上取下夹具送入键合机,完成键合工艺过程。 在进行硅-硅键合时应先在其中一个硅片键合面的背面制备对准标记。硅-硅键合对准的过程与双 面光刻类似,其中第一个硅片相当于光刻时的光刻版。 4.4 光刻和键合对准精度 作为基于硅工艺的MEMS加工方法,对准精度应与基本工艺能力相匹配。 4.4.1 单面光刻对准精度为±2μm。 4.4.2 双面光刻对准精度为±4μm。 4.4.3 键合对准精度:硅-玻璃键合对准精度为±4μm;硅-硅键合对准精度为±10μm。 5 对准标记设计要求 5.1 对准标记和光刻质量检查标记的尺寸和形状 对准标记的作用是指示平面图形在X、Y和θ三个自由度的对准情况。以原点对称图形最为合理, 能够在一个图形中同时显示三个自由度的对准情况。光刻质量检查标记的作用是检查光刻工艺实现图 形与光刻版图形的尺寸符合情况,以图形尺寸接近光刻设备分辨率的相邻反转等间隔线条组合为宜。 5.1.1 在工艺流程涉及的每张版中都应设有对准标记,通常情况下为十字型图形,简称为“十字”,如 图3所示。 5.1.2 在工艺流程涉及的每张版中都应设有线宽检查标记,用于监控光刻工艺实现的光刻胶图形与光 刻版图形的差异。 3GB/T28274—2012 注:图示中出现的两个线宽检查标记分别属于不同版次,并非一张版上有两个线宽检查标记。 图3 对准标记的基本形式 5.1.3 考虑到光刻设备对准光学系统的倍率、景深和对准操作的难易程度等因素,“十字”的建议长度 为150μm(约为10×物镜视场直径的40%~50%),如图3所示,两个相互对准十字标记的线条宽分别 为30μm和40μm,即两相关十字的外边缘间距为5μm。此宽度适于在光刻机上进行单面、双面光刻 和键合对准。十字图形两端的2μm间距区只用于显微镜检查。 5.1.4 线宽检查标记的线宽和间距均为5μm,如图3所示。 5.1.5 对准标记的标号高为35μm,宽为20μm,如图3所示。 5.1.6 给对准标记进行标号的目的是保证套刻时选择正确的对准标记,同时便于操作人员完成对准。 示例:在进行第二次光刻时,操作人员只需将二号版上带有2字的对准标记与基片上带有2字的对准标记相套即 可,如图3所示。严禁在一张版图上出现两个或两个以上标号相同的对准标记。 5.1.7 用于对准键合的两个对准标记应以“JH”(即:键合)图形作为标记,以确保对准工艺正确快速的 完成。 5.1.8 在单面光刻版图设计中,需要考虑两次相关对准标记“十字”的大小覆盖问题;在双面光刻中只 需考虑对准标记的大小,不必考虑覆盖问题;在阳极对准键合中,应保证玻璃片上的金属对准标记不要 覆盖硅片上的对准标记,以便于键合后透过玻璃进行键合偏差检查。 5.1.9 对后一次对准的光刻版分别为亮版和暗版时,建议对准标记采用图4所示图形。 4GB/T28274—2012