專(zhuān)利名稱(chēng)：一種背面對(duì)準(zhǔn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路制造裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于在半導(dǎo)體光刻設(shè)備實(shí)現(xiàn)背面對(duì)準(zhǔn)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平不斷提高及半導(dǎo)體技術(shù)的日益發(fā)展，未來(lái)半導(dǎo)體市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體封裝器件的智能化和小型化的程度要求將不斷提高，如相機(jī)、手機(jī)、PDA等數(shù)碼產(chǎn)品不僅要求體積小便于攜帶，更要求其功能多樣化且性?xún)r(jià)比低。為了實(shí)現(xiàn)封裝器件智能化和小型化的發(fā)展要求，出現(xiàn)了對(duì)多硅片封裝解決方案的需要。多硅片封裝是一種將兩個(gè)或更多平面器件堆疊并連接起來(lái)的硅片級(jí)封裝方法，該封裝方式也稱(chēng)為三維(3D)封裝。3D封裝實(shí)現(xiàn)方式目前主要有三種引線(xiàn)鍵合(Wire Bonding)、倒裝芯片鍵合(Flip Chip Bonding)和貫穿硅片通孔(以下簡(jiǎn)稱(chēng)TSV工藝Through Silicon Via)，其中TSV工藝方式相對(duì)傳統(tǒng)的引線(xiàn)鍵合工藝方式，具有互聯(lián)引線(xiàn)長(zhǎng)度短、引線(xiàn)密度高、封裝面積小和封裝成本不會(huì)隨著封裝硅片數(shù)量增加而大幅度提高等優(yōu)點(diǎn)，因此TSV封裝工藝方式被認(rèn)為是未來(lái)最有潛力、也是最有前途的3D封裝方式之一。TSV封裝工藝方法是在半導(dǎo)體硅片的正面到背面形成微型通孔，然后以電氣方式將上下硅片連接起來(lái)，由于采用3D垂直互聯(lián)方式，從而大大縮短了硅片之間的互聯(lián)引線(xiàn)長(zhǎng)度，從而使封裝器件在體積、性能及信號(hào)存取傳輸速度上都有了大幅度提高。
TSV封裝工藝方式要求能在硅片背面進(jìn)行曝光，因此要求半導(dǎo)體光刻設(shè)備具有背面對(duì)準(zhǔn)裝置以滿(mǎn)足硅片背面曝光的工藝需求.該背面對(duì)準(zhǔn)裝置以硅片前表面(或稱(chēng)為硅片正面)已有的圖形為硅片背面(或稱(chēng)為硅片后面)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，從而確定硅片背面曝光圖形與硅片前表面已有圖形之間的位置誤差。背面對(duì)準(zhǔn)裝置的測(cè)量精度將直接決定了硅片前后表面光刻圖形之間的套刻誤差。
目前實(shí)現(xiàn)硅片背面對(duì)準(zhǔn)的方法主要有兩種可見(jiàn)光測(cè)量法和紅外測(cè)量法?？梢?jiàn)光測(cè)量法主要是在硅片承片臺(tái)的兩側(cè)底部安裝光路轉(zhuǎn)折及成像系統(tǒng)，利用可見(jiàn)光實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片背面標(biāo)記的照明和成像。紅外測(cè)量法是利用紅外光對(duì)硅片的穿透能力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)背面標(biāo)記的照明和成像。上述兩種硅片背面位置對(duì)準(zhǔn)方法在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上各有優(yōu)點(diǎn)及不足之處。
美國(guó)專(zhuān)利US6525805B、US6768539B中均公開(kāi)了一種典型的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，該裝置利用可見(jiàn)光測(cè)量法通過(guò)離軸對(duì)準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)硅片背面對(duì)準(zhǔn)，但是該裝置中背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置多，一個(gè)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)應(yīng)一套背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置，導(dǎo)致背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置裝配復(fù)雜且成本高；由于背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置位于硅片承片臺(tái)下方，因此硅片承片臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、加工成本高；同時(shí)由于該裝置中要求背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置必須位于背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置的照明視場(chǎng)內(nèi)，因此導(dǎo)致工藝適應(yīng)性差。
美國(guó)專(zhuān)利US6525805B中還公開(kāi)了采用紅外測(cè)量法的硅片背面位置對(duì)準(zhǔn)裝置，利用近紅外光測(cè)量法在硅片承片臺(tái)內(nèi)不同位置處安裝近紅外光源以實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片背面標(biāo)記的照明，然后通過(guò)硅片上方的近紅外成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片背面標(biāo)記的成像。該裝置中硅片背面標(biāo)記照明裝置安裝于硅片承片臺(tái)內(nèi)，因此工件臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配比較復(fù)雜，且加工成本高，且受到硅片全場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)精度及硅片承片臺(tái)空間尺寸的制約；需要在硅片背面標(biāo)記照明裝置指定位置處制作相應(yīng)的硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，因此增加了工藝流程及復(fù)雜度，導(dǎo)致工藝適應(yīng)性差。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于實(shí)現(xiàn)背面對(duì)準(zhǔn)的裝置及方法，該裝置及方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，并能整體降低集成電路制造裝備的設(shè)計(jì)難度及加工難度。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種背面對(duì)準(zhǔn)裝置，用于確定基底與工件臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系，包括輻射源，用于發(fā)出紅外線(xiàn)；工件臺(tái)裝置，用于支撐基底并移動(dòng)基底運(yùn)動(dòng)；成像裝置，用于探測(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記并計(jì)算對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置；基準(zhǔn)版裝置，用于建立成像裝置與工件臺(tái)裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系；該輻射源及該成像系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備對(duì)不同對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的照明和對(duì)準(zhǔn)；該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記包括基準(zhǔn)版標(biāo)記及背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
更進(jìn)一步地，所述工件臺(tái)裝置包括至少三個(gè)通光孔，用于通過(guò)紅外線(xiàn)。
更進(jìn)一步地，所述背面對(duì)準(zhǔn)裝置還包括照明裝置。
更進(jìn)一步地，所述照明裝置位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正上方，包括光纖和照明鏡組；或位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正下方，包括光纖、照明鏡組和照明反射鏡。
更進(jìn)一步地，所述工件臺(tái)裝置包括工件臺(tái)和位于工件臺(tái)之下的基座，所述工件臺(tái)至少實(shí)現(xiàn)3個(gè)自由度的移動(dòng)。所述工件臺(tái)裝置還包括硅片吸盤(pán)，所述硅片吸盤(pán)位于工件臺(tái)之上，所述硅片吸盤(pán)由玻璃或?qū)t外光具有較高透過(guò)率的材料構(gòu)成。所述三個(gè)通光孔中包括一個(gè)基座通光孔和兩個(gè)工件臺(tái)通光口。
更進(jìn)一步地，所述成像裝置位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正上方，包括成像鏡組、成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)，或位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正下方，包括成像鏡組、照明反射鏡、成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)。成像探測(cè)器是CCD探測(cè)器、CMOS探測(cè)器或 InGaAs探測(cè)器。
更進(jìn)一步地，所述基準(zhǔn)版裝置包括基準(zhǔn)版、基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記及基準(zhǔn)版支架。所述基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位于所述基準(zhǔn)版的下表面，所述基準(zhǔn)版固定于所述基準(zhǔn)版支架上，所述基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位于同一水平面上。所述基準(zhǔn)版支架由玻璃或?qū)t外光具有較高透過(guò)率的材料構(gòu)成。所述基準(zhǔn)版裝置位于所述工件臺(tái)或所述硅片吸盤(pán)之上。
更進(jìn)一步地，所述工件臺(tái)通光孔的位置、數(shù)量及大小由對(duì)準(zhǔn)精度以及單個(gè)芯片尺寸大小決定。
本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)一種背面對(duì)準(zhǔn)方法，用于確定基底與工件臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系，包括
步驟一移動(dòng)基準(zhǔn)版標(biāo)記至背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)，建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置與工件臺(tái)的位置坐標(biāo)關(guān)系；
步驟二移動(dòng)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記至背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)，建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與背面標(biāo)記成像裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系；
步驟三根據(jù)上述兩個(gè)位置坐標(biāo)關(guān)系獲得硅片與工件臺(tái)之間的位置關(guān)系。
其中，步驟一包括
1. 1 移動(dòng)工件臺(tái)到期望位置，使基準(zhǔn)版標(biāo)記處于背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)；
1. 2 所述背面標(biāo)記成像裝置包括成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)，利用圖像處理系統(tǒng)判斷成像探測(cè)器件中是否有基準(zhǔn)版標(biāo)記；若基準(zhǔn)版標(biāo)記位于成像探測(cè)器件中，則利用圖像處理系統(tǒng)計(jì)算基準(zhǔn)版標(biāo)記在成像探測(cè)器件靶面上的位置，同時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)臺(tái)在水平向位置；
1. 3 若基準(zhǔn)版標(biāo)記不位于成像探測(cè)器件中，則工件臺(tái)按照設(shè)置的位移量步進(jìn)到下一個(gè)搜索位置，若搜索超出設(shè)置的搜索范圍，則終止搜索；若在搜索范圍內(nèi)找到基準(zhǔn)版標(biāo)記，則重復(fù)步驟1.3。
步驟二包括
2. 1 移動(dòng)工件臺(tái)到期望位置，使背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記處于背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)；
2. 2 所述背面標(biāo)記成像裝置包括成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)，利用圖像處理系統(tǒng)判斷成像探測(cè)器件中是否有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；若背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位于成像探測(cè)器件中，則利用圖像處理系統(tǒng)計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在紅外探測(cè)器件靶面上的位置，同時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)臺(tái)在水平向位置；
2. 3 若背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記不位于成像探測(cè)器件中，則工件臺(tái)按照設(shè)置的位移量步進(jìn)到下一個(gè)搜索位置，若搜索超出設(shè)置的搜索范圍，則終止搜索；若在搜索范圍內(nèi)找到基準(zhǔn)版標(biāo)記，則重復(fù)步驟2.2 ；
判斷是否完成所有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在成像探測(cè)器件靶面上的位置探測(cè)，若沒(méi)有完成所有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置探測(cè)，則重復(fù)步驟2. 1,2. 2,2. 3。
步驟三包括
3. 1 計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置與工件臺(tái)的位置坐標(biāo)關(guān)系；
3. 2 計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與背面標(biāo)記成像裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系；
3. 3 獲得硅片與工件臺(tái)之間的位置關(guān)系。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案與原有技術(shù)的不同之處及其有益效果在于由于背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置僅設(shè)計(jì)為一套，降低背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置的設(shè)計(jì)、裝配復(fù)雜度，同時(shí)降低開(kāi)發(fā)成本。當(dāng)該背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置安裝于工件臺(tái)大理石內(nèi)或大理石平臺(tái)以下，從而減小背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置與硅片承片臺(tái)機(jī)械接口之間的相互耦合，降低工件臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的復(fù)雜度，同時(shí)降低硅片承片臺(tái)的加工成本。同時(shí)，當(dāng)硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記不在背面標(biāo)記成像裝置的視場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，可以通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)在一定范圍內(nèi)搜索背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，因此提高硅片背面對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的工藝適應(yīng)性。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
圖1是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的第一實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的照明裝置布局示意圖4是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的第二實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的第三實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
本發(fā)明提供一種適用于集成電路制造裝備中的背面對(duì)準(zhǔn)裝置及方法。該背面對(duì)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。5是集成電路制造裝備中的投影物鏡，根據(jù)需要制造的設(shè)備不同，投影物鏡5可以是折射式投影物鏡、反射式投影物鏡、折反射式投影物鏡。1是本發(fā)明所述的背面對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的照明裝置，該照明裝置1用于提供紅外線(xiàn)照明。6是基底，根據(jù)需要制造的設(shè)備不同，可以是硅片、玻璃基底或其他材質(zhì)基底?；?放置于工件臺(tái)裝置2，工件臺(tái)裝置2能夠在至少3個(gè)自由度內(nèi)運(yùn)動(dòng)。照明裝置1發(fā)出的紅外線(xiàn)經(jīng)工件臺(tái)2后透過(guò)位于基底6上的背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20后照射至背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3上。在本發(fā)明中，基準(zhǔn)版 (也作基準(zhǔn)板)裝置4用于建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3與工件2臺(tái)坐標(biāo)系之間的關(guān)系。
圖2是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的第一實(shí)施方式。如該圖所示，該背面對(duì)準(zhǔn)裝置包括照明裝置1、工件臺(tái)裝置2、背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3及基準(zhǔn)版裝置4，用于根據(jù)位于基底6上的背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20，確定基底6與工件臺(tái)裝置2的位置關(guān)系。
如圖2所示，背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1依次由紅外光源10、紅外照明光纖11、照明鏡組13和照明反射鏡14等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20的均勻照明；所述背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1結(jié)構(gòu)方式上為柯勒照明系統(tǒng)?？吕照彰飨到y(tǒng)的設(shè)計(jì)可以參見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)。
背面對(duì)準(zhǔn)工件臺(tái)裝置2至少包括一個(gè)多自由度工件臺(tái)M和大理石基座26。其中多自由度工件臺(tái)M可以實(shí)現(xiàn)至少3個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選采用六自由度工件臺(tái)。該六自由度工件臺(tái)M主要用于支撐基底6并同時(shí)實(shí)現(xiàn)基底6在6個(gè)自由度方向上的位置調(diào)整。該六自由度工件臺(tái)M位于大理石基座沈之上?；?在本實(shí)施例中例示性地選用硅片，其中背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20位于硅片6上。為了更好地實(shí)現(xiàn)硅片6的位置固定，通常硅片6通過(guò)一硅片吸盤(pán)22放置于六自由度工件臺(tái)M上。該硅片吸盤(pán)22與背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20位于同一個(gè)面，并安裝于六自由度工件臺(tái)對(duì)上表面。該硅片吸盤(pán)22由玻璃或?qū)t外光具有較高透過(guò)率的材料構(gòu)成。
六自由工件臺(tái)M上包括2個(gè)或2個(gè)以上工件臺(tái)通光孔23，其中一個(gè)工件臺(tái)通光孔 23位于基準(zhǔn)版裝置4的正下方，另一個(gè)位于背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20的正下方，使背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1所發(fā)出的紅外光能通過(guò)該孔和硅片吸盤(pán)22對(duì)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20及基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 41實(shí)現(xiàn)均勻照明。其中，一個(gè)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20對(duì)應(yīng)一個(gè)通光孔25。該工件臺(tái)通光孔23的位置、數(shù)量及大小主要取決于對(duì)準(zhǔn)精度以及單個(gè)芯片尺寸大小。
同樣的，大理石基座沈上有一個(gè)大理石通光孔25，用于實(shí)現(xiàn)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1所發(fā)出的紅外光能穿過(guò)大理石基座26。大理石通光孔25的位置位于背面標(biāo)記照明裝置1的正上方，同時(shí)也位于背面標(biāo)記成像裝置3的正下方。大理石通光孔25的大小取決于背面標(biāo)記照明裝置1的照明視場(chǎng)大小以及背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20的搜索范圍大小。
基準(zhǔn)版裝置4由基準(zhǔn)版40、基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和基準(zhǔn)版支架42構(gòu)成，用于建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置與工件臺(tái)坐標(biāo)系之間的關(guān)系。該基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41位于基準(zhǔn)版40下表面，并與硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20位于同一水平面上?；鶞?zhǔn)版40固定于基準(zhǔn)版支架42上。 基準(zhǔn)版支架42由玻璃或?qū)t外光具有較高透過(guò)率的材料構(gòu)成，因此面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1 所發(fā)出的紅外光能投射過(guò)該基準(zhǔn)版支架42，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41的照明。
基準(zhǔn)版裝置4固定于六自由工件臺(tái)M或直接放置于硅片吸盤(pán)22上，可隨六自由工件臺(tái)M的運(yùn)動(dòng)調(diào)整其在6個(gè)自由度方向上的位置。背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1，位于背面對(duì)準(zhǔn)工件臺(tái)裝置2下方，其位置不受六自由工件臺(tái)M運(yùn)動(dòng)的影響。
背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3位于背面對(duì)準(zhǔn)工件臺(tái)裝置下方，其位置不受六自由工件臺(tái)M運(yùn)動(dòng)的影響。背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3包括紅外成像鏡組31、紅外成像探測(cè)器件 32以及圖像處理系統(tǒng)33等構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20和基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41在紅外成像探測(cè)器件32靶面上清晰成像，同時(shí)對(duì)上述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置進(jìn)行計(jì)算。紅外成像探測(cè)器件32用于接收基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20通過(guò)紅外成像鏡組31所成的像， 該紅外成像探測(cè)器件32可以是CCD (Charge Coupled Device電荷耦合器件)攝像機(jī)或 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)攝像機(jī)，還可以是InGaAs (Indium Gallium Arsenide砷化鎵銦)探測(cè)器。
紅外光線(xiàn)從紅外光源10發(fā)出，經(jīng)紅外照明光纖11、照明鏡組13、照明反射鏡14、大理石通光孔25、工件臺(tái)通光孔23、硅片吸盤(pán)22至基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41或背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20，對(duì)基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20實(shí)現(xiàn)均勻照明。背面對(duì)準(zhǔn)成像過(guò)程從基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41或背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20起，經(jīng)硅片20、紅外成像鏡組31、紅外成像探測(cè)器件32至圖像處理系統(tǒng)33，可實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41或和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20在紅外成像探測(cè)器件32上清晰成像，同時(shí)經(jīng)圖像處理系統(tǒng)33給出基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41或和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20在紅外成像探測(cè)器件32靶面上的位置信息。
圖3是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的照明裝置布局示意圖。如該圖所示，基準(zhǔn)版裝置4位于六自由度工件臺(tái)M左上角，實(shí)際布局也可以位于六自由度工件臺(tái)M任何一角。在另一種實(shí)施方式中，基準(zhǔn)版裝置4也可以直接安裝于硅片吸盤(pán)22上?；鶞?zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20在圖中示意性地顯示為十字標(biāo)記，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20可根據(jù)不同對(duì)準(zhǔn)精度和要求，選用不同對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。在本實(shí)施例中，采用了三個(gè)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20和對(duì)應(yīng)的三個(gè)工件臺(tái)通光孔23。 工件臺(tái)通光孔23大于基準(zhǔn)標(biāo)記41和背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20的照明視場(chǎng)以及搜索范圍。
圖4是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的第二實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施例中，為實(shí)現(xiàn)背面對(duì)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，減小背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置與硅片承片臺(tái)機(jī)械接口之間的相互耦合，降低工件臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的復(fù)雜度，同時(shí)降低光刻機(jī)的加工成本，在本實(shí)施例中不采用照明裝置1，而直接在工件臺(tái)大理石內(nèi)安裝紅外光源25，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)標(biāo)記41以及背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20的均勻照明。由于省略了多個(gè)光學(xué)元件，因此相比實(shí)施例一結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、成本更低。
圖5是本發(fā)明所涉及的背面對(duì)準(zhǔn)裝置的第三實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施例中，該背面對(duì)準(zhǔn)裝置包括照明裝置1、工件臺(tái)裝置2、背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3及基準(zhǔn)版裝置4，用于根據(jù)位于基底6上的背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20，確定基底6與工件臺(tái)裝置2的位置關(guān)系。 其中背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1放置于硅片6上方，而背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3放置于硅片6 下方。該實(shí)施例中背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1依次由紅外光源10、紅外照明光纖11、照明鏡組13等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41和硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20的均勻照明；所述背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置1結(jié)構(gòu)方式上為柯勒照明系統(tǒng)。該實(shí)施例中背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3由背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20、工件臺(tái)通光孔23、大理石通光孔25、紅外成像鏡組31、紅外反射鏡14、紅外成像探測(cè)器件32以及圖像處理系統(tǒng)33等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20和基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記41 在紅外成像探測(cè)器件32靶面上清晰成像，同時(shí)對(duì)上述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置進(jìn)行計(jì)算。
本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)一種背面對(duì)準(zhǔn)方法，該背面對(duì)準(zhǔn)方法包括移動(dòng)基準(zhǔn)版標(biāo)記41至背面標(biāo)記成像裝置3的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)，建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置3與工件臺(tái)裝置2的位置坐標(biāo)關(guān)系；移動(dòng)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20至背面標(biāo)記成像裝置3的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)，建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20與背面標(biāo)記成像裝置3的位置坐標(biāo)關(guān)系；根據(jù)上述兩個(gè)位置坐標(biāo)關(guān)系獲得硅片 6與工件臺(tái)裝置2之間的位置關(guān)系。
該方法所涉及的流程圖如圖6所示
步驟一移動(dòng)六自由工件臺(tái)M到期望位置，使基準(zhǔn)版標(biāo)記41處于背面標(biāo)記成像裝置3的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)；
步驟二 利用圖像處理系統(tǒng)33判斷紅外成像探測(cè)器件32中是否有基準(zhǔn)版標(biāo)記 41 ；若基準(zhǔn)版標(biāo)記41位于紅外成像探測(cè)器件32中，則利用圖像處理系統(tǒng)33計(jì)算基準(zhǔn)版標(biāo)記41在紅外成像探測(cè)器件靶面32上的位置，同時(shí)記錄此時(shí)六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái)M在水平向位置；
步驟三若基準(zhǔn)版標(biāo)記41不位于紅外成像探測(cè)器件32中，則六自由度工件臺(tái)M 按照設(shè)置的位移量步進(jìn)到下一個(gè)搜索位置，若搜索超出設(shè)置的搜索范圍，則終止搜索；若在搜索范圍內(nèi)找到基準(zhǔn)版標(biāo)記41，則重復(fù)步驟三；
步驟四移動(dòng)六自由工件臺(tái)M到期望位置，使背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20處于背面標(biāo)記成像裝置3的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)；
步驟五利用圖像處理系統(tǒng)33判斷紅外成像探測(cè)器件32中是否有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 20 ；若背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20位于紅外成像探測(cè)器件32中，則利用圖像處理系統(tǒng)33計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20在紅外成像探測(cè)器件32靶面上的位置，同時(shí)記錄此時(shí)六自由度運(yùn)動(dòng)臺(tái)M在水平向位置；
步驟六若背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20不位于紅外成像探測(cè)器件32中，則六自由度工件臺(tái) M按照設(shè)置的位移量步進(jìn)到下一個(gè)搜索位置，若搜索超出設(shè)置的搜索范圍，則終止搜索； 若在搜索范圍內(nèi)找到基準(zhǔn)版標(biāo)記，則重復(fù)步驟五；
步驟七判斷是否完成所有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20在紅外成像探測(cè)器件32靶面上的位置探測(cè)，若沒(méi)有完成所有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置探測(cè)，則重復(fù)步驟四、步驟五和步驟六；
步驟八通過(guò)步驟二可以確定背面標(biāo)記成像裝置3與六自由工件臺(tái)M的位置關(guān)系；
步驟九通過(guò)步驟五、步驟六和步驟七可以確定背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記20與背面標(biāo)記成像裝置3之間的位置關(guān)系；
步驟十通過(guò)八和九的計(jì)算結(jié)果，就可以確定硅片6與六自由工件臺(tái)對(duì)之間的位置關(guān)系，即硅片5相對(duì)六自由工件臺(tái)M的平移與旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案與原有技術(shù)的不同之處及其有益效果在于由于背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置僅設(shè)計(jì)為一套，降低背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置的設(shè)計(jì)、裝配復(fù)雜度，同時(shí)降低開(kāi)發(fā)成本。當(dāng)該背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置安裝于工件臺(tái)大理石內(nèi)或大理石平臺(tái)以下，從而減小背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記照明裝置與硅片承片臺(tái)機(jī)械接口之間的相互耦合，降低工件臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配的復(fù)雜度，同時(shí)降低硅片承片臺(tái)的加工成本。同時(shí)，當(dāng)硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記不在背面標(biāo)記成像裝置的視場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，可以通過(guò)移動(dòng)工件臺(tái)在一定范圍內(nèi)搜索背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，因此提高硅片背面對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)硅片背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的工藝適應(yīng)性。
本說(shuō)明書(shū)中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種背面對(duì)準(zhǔn)裝置，用于確定基底與工件臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系，包括 輻射源，用于發(fā)出紅外線(xiàn)；工件臺(tái)裝置，用于支撐基底并移動(dòng)基底運(yùn)動(dòng)； 成像裝置，用于探測(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記并計(jì)算對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置； 基準(zhǔn)版裝置，用于建立成像裝置與工件臺(tái)裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系； 其特征在于，所述輻射源及所述成像系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備對(duì)不同對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的照明和對(duì)準(zhǔn)；所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記包括基準(zhǔn)版標(biāo)記及背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
2.如權(quán)利要求1所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述工件臺(tái)裝置包括至少三個(gè)通光孔，用于通過(guò)紅外線(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述背面對(duì)準(zhǔn)裝置還包括照明裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述照明裝置位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正上方，包括光纖和照明鏡組；或位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正下方，包括光纖、照明鏡組和照明反射鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述工件臺(tái)裝置包括工件臺(tái)和位于工件臺(tái)之下的基座，所述工件臺(tái)至少實(shí)現(xiàn)3個(gè)自由度的移動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述工件臺(tái)裝置還包括硅片吸盤(pán)， 所述硅片吸盤(pán)位于工件臺(tái)之上，所述硅片吸盤(pán)由玻璃或?qū)t外光具有較高透過(guò)率的材料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求2所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述三個(gè)通光孔中包括一個(gè)基座通光孔和兩個(gè)工件臺(tái)通光口。
8.如權(quán)利要求1所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述成像裝置位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正上方，包括成像鏡組、成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)，或位于所述工件臺(tái)裝置的通光口的正下方，包括成像鏡組、照明反射鏡、成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述成像探測(cè)器是CCD探測(cè)器、 CMOS探測(cè)器或InGaAs探測(cè)器。
10.如權(quán)利要求1所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)版裝置包括基準(zhǔn)版、基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記及基準(zhǔn)版支架。
11.如權(quán)利要求10所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位于所述基準(zhǔn)版的下表面，所述基準(zhǔn)版固定于所述基準(zhǔn)版支架上，所述基準(zhǔn)版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位于同一水平面上。
12.如權(quán)利要求10所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)版支架由玻璃或?qū)t外光具有較高透過(guò)率的材料構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求6所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述基準(zhǔn)版裝置位于所述工件臺(tái)或所述硅片吸盤(pán)之上。
14.如權(quán)利要求7所述的背面對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述工件臺(tái)通光孔的位置、數(shù)量及大小由對(duì)準(zhǔn)精度以及單個(gè)芯片尺寸大小決定。
15.一種背面對(duì)準(zhǔn)方法，用于確定基底與工件臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系，其特征在于，包括步驟一移動(dòng)基準(zhǔn)版標(biāo)記至背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)，建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置與工件臺(tái)的位置坐標(biāo)關(guān)系；步驟二 移動(dòng)背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記至背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)，建立背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與背面標(biāo)記成像裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系；步驟三根據(jù)上述兩個(gè)位置坐標(biāo)關(guān)系獲得硅片與工件臺(tái)之間的位置關(guān)系。
16.如權(quán)利要求15所述的背面對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟一包括1. 1 移動(dòng)工件臺(tái)到期望位置，使基準(zhǔn)版標(biāo)記處于背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)；1. 2 所述背面標(biāo)記成像裝置包括成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)，利用圖像處理系統(tǒng)判斷成像探測(cè)器件中是否有基準(zhǔn)版標(biāo)記；若基準(zhǔn)版標(biāo)記位于成像探測(cè)器件中，則利用圖像處理系統(tǒng)計(jì)算基準(zhǔn)版標(biāo)記在成像探測(cè)器件靶面上的位置，同時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)臺(tái)在水平向位置；1.3 若基準(zhǔn)版標(biāo)記不位于成像探測(cè)器件中，則工件臺(tái)按照設(shè)置的位移量步進(jìn)到下一個(gè)搜索位置，若搜索超出設(shè)置的搜索范圍，則終止搜索；若在搜索范圍內(nèi)找到基準(zhǔn)版標(biāo)記，則重復(fù)步驟1.3。
17.如權(quán)利要求15所述的背面對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟二包括2.1 移動(dòng)工件臺(tái)到期望位置，使背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記處于背面標(biāo)記成像裝置的成像視場(chǎng)范圍內(nèi)；2. 2 所述背面標(biāo)記成像裝置包括成像探測(cè)器和圖像處理系統(tǒng)，利用圖像處理系統(tǒng)判斷成像探測(cè)器件中是否有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；若背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位于成像探測(cè)器件中，則利用圖像處理系統(tǒng)計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在紅外探測(cè)器件靶面上的位置，同時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)臺(tái)在水平向位置；2.3 若背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記不位于成像探測(cè)器件中，則工件臺(tái)按照設(shè)置的位移量步進(jìn)到下一個(gè)搜索位置，若搜索超出設(shè)置的搜索范圍，則終止搜索；若在搜索范圍內(nèi)找到基準(zhǔn)版標(biāo)記， 則重復(fù)步驟2. 2 ；判斷是否完成所有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記在成像探測(cè)器件靶面上的位置探測(cè)，若沒(méi)有完成所有背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置探測(cè)，則重復(fù)步驟2. 1，2. 2，2. 3。
18.如權(quán)利要求15所述的背面對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟三包括3.1 計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記成像裝置與工件臺(tái)的位置坐標(biāo)關(guān)系；3. 2 計(jì)算背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與背面標(biāo)記成像裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系； 3. 3 獲得硅片與工件臺(tái)之間的位置關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種背面對(duì)準(zhǔn)裝置，用于確定基底與工件臺(tái)的相對(duì)位置關(guān)系，包括輻射源，用于發(fā)出紅外線(xiàn)；工件臺(tái)裝置，用于支撐基底并移動(dòng)基底運(yùn)動(dòng)；成像裝置，用于探測(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記并計(jì)算對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位置；基準(zhǔn)版裝置，用于建立成像裝置與工件臺(tái)裝置的位置坐標(biāo)關(guān)系；該輻射源及該成像系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備對(duì)不同對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的照明和對(duì)準(zhǔn)；該對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記包括基準(zhǔn)版標(biāo)記及背面對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102540781SQ20101061905
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者徐兵, 楊曉青, 賈翔, 陳躍飛 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司