專利名稱：一種自動對準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種投影曝光裝置中的自動對準(zhǔn)裝置。
背景技術(shù)：
將描繪在掩模版上的電路圖案，通過投影曝光裝置成像在涂有光刻膠等感光材料的制造集成電路的硅片表面上，之后通過刻蝕工藝在制造集成電路的硅片表面上形成圖案的光影刻蝕法，廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域，印刷電路板也用近來的曝光裝置制造。
投影曝光裝置是將掩模版上的電路圖案，經(jīng)過投影曝光透鏡等光學(xué)系統(tǒng)做投影曝光，將電路圖案以一定放大或縮小的倍率投影于制造集成電路的硅片表面上，已知用于集成電路的制造，近年來該投影曝光裝置也適用于印刷電路板的制造。
用投影曝光裝置做曝光時，掩模版與曝光對象(例如硅片、印刷電路板等)的位置必須對準(zhǔn)，通常掩模版上方與曝光對象上方均配置有位置對準(zhǔn)用的標(biāo)記，通過一定的位置對準(zhǔn)裝置和位置對準(zhǔn)方法，建立起掩模版與曝光對象之間精確的相對位置關(guān)系。
目前用于投影曝光裝置中的位置對準(zhǔn)裝置和位置對準(zhǔn)方法很多，但由于其位置對準(zhǔn)裝置的復(fù)雜性，不僅增加裝置的設(shè)計(jì)成本和裝校難度，而且也使位置對準(zhǔn)過程變得復(fù)雜，增加位置對準(zhǔn)誤差環(huán)節(jié)，最終影響對準(zhǔn)精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)掩模和曝光對象之間的高精度位置對準(zhǔn)。
本發(fā)明提供一種自動對準(zhǔn)裝置，具有一個照明光源，該照明光源通過照明光纖將照明光源的出射光導(dǎo)入到標(biāo)記照明單元，該標(biāo)記照明單元將光線均勻地投射到所要照明的用于對準(zhǔn)的標(biāo)記上；一個標(biāo)記成像單元將標(biāo)記成像并投射到標(biāo)記攝影裝置靶面上，該標(biāo)記攝影裝置接收標(biāo)記的像，經(jīng)圖像處理單元處理后將計(jì)算得到的位置誤差傳送給運(yùn)動控制裝置。
其中，所述的標(biāo)記攝影裝置的傳感器為CCD或CMOS。所述的標(biāo)記照明單元的光線通過一個第一透鏡組匯聚在一個分光棱鏡上，并由該分光棱鏡反射到第二透鏡組均勻分散后，再經(jīng)反射鏡反射到標(biāo)記上。所述的標(biāo)記成像單元由反射鏡、第二透鏡組，以及分光棱鏡組成，反射鏡反射標(biāo)記的像至第二透鏡組匯聚后穿過分光棱鏡投射到標(biāo)記攝影裝置靶面上。因此，所述的標(biāo)記照明系統(tǒng)和標(biāo)記成像系統(tǒng)共用同一套光學(xué)系統(tǒng)形成同軸照明。
自動對準(zhǔn)裝置有兩套，一套用于建立掩模標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置關(guān)系；另一套用于建立曝光對象標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置關(guān)系。多個所述的自動對準(zhǔn)裝置可以組成一套自動對準(zhǔn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的標(biāo)記照明系統(tǒng)和標(biāo)記成像系統(tǒng)共用一套光學(xué)系統(tǒng)，在空間結(jié)構(gòu)尺寸上將更加緊湊、便于集成。
而且，上述位置對準(zhǔn)裝置都處于承版臺上方，便于和其它裝備的集成與測試。承版臺在較大范圍內(nèi)移動，這樣承版臺上方只需一套掩模標(biāo)記對準(zhǔn)裝置，即可減少對準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)和加工成本，也可減少對準(zhǔn)誤差環(huán)節(jié)、提高設(shè)備的集成度。
另外，本發(fā)明中用于掩模位置對準(zhǔn)時的掩模標(biāo)記數(shù)量可以有多個，可以高精確定位掩模中心的平移量及掩模旋轉(zhuǎn)量。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明所使用的掩模標(biāo)記和通光窗口在掩模版上的位置示意圖。
圖3是本發(fā)明所使用的承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記在承片臺上的位置示意圖。
圖4是本發(fā)明所使用的曝光對象標(biāo)記局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)有的曝光系統(tǒng)一般由以下幾個部分組成描繪有電路圖案的掩模；用于支撐具有電路圖案的掩模版的承版臺；利用曝光光源的波長將掩模版上所描繪的電路圖案以一定放大或縮小的倍率投影成像到曝光對象上的光學(xué)投影系統(tǒng)；以及曝光對象，其上表面涂有光刻膠，用于接收掩模版上的電路圖案通過光學(xué)投影系統(tǒng)所成的像；承片臺，用于支撐曝光對象；承版臺和承片臺運(yùn)動控制裝置，在建立掩模標(biāo)記和曝光對象標(biāo)記相對位置的過程中，通過控制承版臺和承片臺的運(yùn)動使掩模與曝光對象對準(zhǔn)。掩模標(biāo)記，設(shè)于掩模版上，用于掩模版的位置對準(zhǔn)；承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記，用于確立掩模版和承片臺之間的相對位置關(guān)系。
本發(fā)明在此基礎(chǔ)上加裝了兩套位置對準(zhǔn)裝置，用于上述各標(biāo)記之間相對位置的確定，進(jìn)而通過運(yùn)動控制裝置確定掩模和當(dāng)前曝光對象之間精確的位置關(guān)系。該兩個位置對準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)基本相同。其中，掩模位置對準(zhǔn)裝置，也稱同軸位置對準(zhǔn)裝置，用于建立掩模標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置關(guān)系；曝光對象位置對準(zhǔn)裝置，也稱離軸位置對準(zhǔn)裝置，用于建立曝光對象標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置關(guān)系。
掩模位置對準(zhǔn)裝置位于承版臺上方的一側(cè)，而曝光對象位置對準(zhǔn)裝置位于承片臺上方的一側(cè)。
所述的對準(zhǔn)裝置包括照明光源，用于標(biāo)記的照明；照明光纖，用于將照明光源的出射光導(dǎo)入到標(biāo)記照明系統(tǒng)；標(biāo)記照明系統(tǒng)，用于將標(biāo)記均勻照明；標(biāo)記成像系統(tǒng)，用于將對準(zhǔn)標(biāo)記成像到標(biāo)記攝影裝置靶面上；標(biāo)記攝影裝置，用于接收標(biāo)記的像，其傳感器為CCD(Charge Coupled Device電荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)。
在以上的構(gòu)造中，標(biāo)記照明系統(tǒng)和標(biāo)記成像系統(tǒng)共用一套光學(xué)系統(tǒng)，即可提高照明的均勻性又可節(jié)省空間、降低成本。另外，曝光對象位置對準(zhǔn)裝置采用遠(yuǎn)離曝光波長的照明光源，這樣避免在曝光對象標(biāo)記位置對準(zhǔn)過程中，光刻膠發(fā)生感光。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1為供制造集成電路或印刷電路板的投影曝光裝置，描繪曝光電路圖案的掩模21置于承版臺20上，通過承版臺運(yùn)動控制裝置30可在X′、Y′、θ′方向移動，其中θ′是繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角度(未圖示)。涂有光刻膠的曝光對象26置于承片臺24上，通過承片臺運(yùn)動控制裝置31可控制承片臺24在X、Y、θ方向移動，其中θ是繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角度(未圖示)。投影曝光裝置可通過曝光光源22曝光，將掩模版上的電路圖案經(jīng)光學(xué)投影系統(tǒng)23以一定放大或縮小倍率轉(zhuǎn)移到曝光對象26上。
位置對準(zhǔn)裝置1和2的光學(xué)結(jié)構(gòu)類似，位置對準(zhǔn)裝置1用于掩模對準(zhǔn)，在該過程中由于承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25的照明和成像都通過光學(xué)投影系統(tǒng)23，因此位置對準(zhǔn)裝置1也稱為同軸位置對準(zhǔn)裝置；位置對準(zhǔn)裝置2用于承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25及曝光對象標(biāo)記27、28的對準(zhǔn)，由于硅片反射鏡14的反射點(diǎn)離開光學(xué)投影系統(tǒng)23的光軸有一定距離，因此位置對準(zhǔn)裝置2也稱離軸位置對準(zhǔn)裝置。
以位置對準(zhǔn)裝置1為例說明位置對準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)位置對準(zhǔn)裝置1由標(biāo)記照明系統(tǒng)和標(biāo)記成像系統(tǒng)組成，照明系統(tǒng)包括標(biāo)記照明單元3、透鏡組4、分光棱鏡5、透鏡組6以及反射鏡7，其目的是形成均勻照明光使掩模對準(zhǔn)標(biāo)記18、19及承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25被均勻照明，該照明系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以是柯勒照明系統(tǒng)，也可以是其它同軸照明系統(tǒng)；成像系統(tǒng)包括反射鏡7、透鏡組6、分光棱鏡5以及標(biāo)記攝影裝置8，通過該成像系統(tǒng)可使掩模對準(zhǔn)標(biāo)記18、19及承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25成像在標(biāo)記攝影裝置8上。
同樣地，位置對準(zhǔn)裝置2由標(biāo)記照明系統(tǒng)和標(biāo)記成像系統(tǒng)組成，標(biāo)記照明系統(tǒng)包括標(biāo)記照明單元10、透鏡組11、分光棱鏡12、透鏡組13以及反射鏡14；標(biāo)記成像系統(tǒng)包括反射鏡14、透鏡組13、分光棱鏡12以及標(biāo)記攝影裝置15。
掩模標(biāo)記18、19設(shè)于掩模21上，曝光對象標(biāo)記27、28設(shè)于曝光對象26上，承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25設(shè)于承片臺24上。利用這三種標(biāo)記可建立掩模21和曝光對象26之間精確的相對位置關(guān)系。另外，掩模標(biāo)記、曝光對象標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記的數(shù)量可根據(jù)不同工藝需要適當(dāng)增減。
總控制裝置29對標(biāo)記圖像處理單元9、16、投影曝光裝置、承版臺運(yùn)動控制裝置30和承片臺運(yùn)動控制裝置31等分系統(tǒng)做統(tǒng)一控制，并實(shí)現(xiàn)位置對準(zhǔn)算法。
圖2是掩模21上的掩模標(biāo)記18、19以及通光窗口17的位置說明圖。掩模標(biāo)記18、19設(shè)于電路圖案32的周邊，通光窗口17是為了讓承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25的照明和成像能通過掩模21。相對于設(shè)于掩模21上的電路圖案32，掩模標(biāo)記非常小，大小在亞毫米級別。圖2中掩模標(biāo)記18、19形狀為“十”字型，實(shí)際情況是標(biāo)記形狀可根據(jù)需要設(shè)定，無特殊限定。
圖3是承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25在承片臺24上的位置說明圖，該標(biāo)記為反射型振幅標(biāo)記，相對于曝光對象26小的多，大小在亞毫米級別。圖中也標(biāo)示出了曝光對象26在承片臺24上的位置，同一電路圖案在曝光對象26上的不同位置進(jìn)行曝光，并經(jīng)過后道工藝加工成型。
圖4是曝光對象標(biāo)記27、28使用說明圖，圖中的曝光對象標(biāo)記27、28被放大顯示，實(shí)際情況是該標(biāo)記形成于前道工藝所形成的電路圖案33上，相對于電路圖案33很小，大小在亞毫米級別；另外該標(biāo)記形狀可根據(jù)需要設(shè)定，任何形狀均可，無特殊限定。
以下說明其對準(zhǔn)動作掩模標(biāo)記攝影裝置8與承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25的對準(zhǔn)動作承片臺運(yùn)動控制裝置31移動承片臺24到預(yù)定位置，使承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25在標(biāo)記攝影裝置8的視場范圍內(nèi)；承版臺運(yùn)動控制裝置30將承版臺20移動到預(yù)定位置，使通光窗口17在標(biāo)記攝影裝置8的視場范圍內(nèi)，此時承版臺運(yùn)動控制裝置30將記錄此時承版臺20的位置信息。
點(diǎn)亮位置對準(zhǔn)裝置1的照明單元3，使位置對準(zhǔn)裝置1和圖像處理單元9處于工作狀態(tài)，光線照射到承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25上，圖像處理單元19對承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25在標(biāo)記攝影裝置8上的像進(jìn)行處理，并記錄此時承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25像的中心位置信息，同時通過承片臺運(yùn)動控制裝置31記錄此時承片臺24的位置信息。
掩模標(biāo)記18、19與掩模標(biāo)記攝影裝置8的對準(zhǔn)動作通過承版臺運(yùn)動控制裝置30移動承版臺20到預(yù)定位置，使掩模標(biāo)記18處于掩模標(biāo)記攝影裝置8的成像視場范圍內(nèi)。
掩模標(biāo)記18通過位置對準(zhǔn)裝置1成像到掩模標(biāo)記攝影裝置8上，經(jīng)圖像處理單元9對掩模標(biāo)記18的像進(jìn)行處理，記錄其中心在掩模標(biāo)記攝影裝置8上的位置信息。同時由承版臺運(yùn)動控制裝置30記錄此時承版臺20的位置信息。上述過程中可能出現(xiàn)承版臺運(yùn)動控制裝置30移動承版臺20到預(yù)定位置后，掩模標(biāo)記18不在成像系統(tǒng)1的視場內(nèi)，此時需要對掩模標(biāo)記18進(jìn)行目標(biāo)搜索。
同理，通過承版臺運(yùn)動控制裝置30移動承版臺20到預(yù)定位置，使掩模標(biāo)記19處于掩模標(biāo)記攝影裝置8的成像視場范圍內(nèi)。位置對準(zhǔn)裝置1對掩模標(biāo)記19進(jìn)行照明、成像和圖像處理，得到其中心在掩模標(biāo)記攝影裝置8上的位置信息。同時承版臺運(yùn)動控制裝置30記錄此時承版臺20的位置信息。
根據(jù)上述所記錄的掩模標(biāo)記像的中心和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記像的中心位置信息，及對應(yīng)的承版臺20和承片臺24的位置信息，通過一系列坐標(biāo)變換及相關(guān)算法，在總控制裝置29中計(jì)算出掩模對準(zhǔn)時承版臺20所需的移動量(ΔX′，ΔY′，Δθ′)，并將該結(jié)果發(fā)送給承版臺運(yùn)動控制裝置30以完成掩模版21與承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25的對準(zhǔn)。
曝光對象標(biāo)記攝影裝置15與承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25的對準(zhǔn)動作點(diǎn)亮位置對準(zhǔn)裝置2的照明單元10，使位置對準(zhǔn)裝置2和圖像處理單元16處于工作狀態(tài)，光線照射到承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25上，承片臺運(yùn)動控制裝置31移動承片臺24到預(yù)定位置，使承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25在曝光對象標(biāo)記攝影裝置15的視場范圍內(nèi)，圖像處理單元16對承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25在曝光對象標(biāo)記攝影裝置15的像進(jìn)行處理，并記錄其中心位置信息，同時承片臺運(yùn)動控制裝置31記錄此時承片臺24的位置信息。
曝光對象標(biāo)記27、28與曝光對象標(biāo)記攝影裝置15的對準(zhǔn)動作承片臺運(yùn)動控制裝置31移動承片臺24到預(yù)定位置，使曝光對象標(biāo)記27在曝光對象標(biāo)記攝影裝置15的視場范圍內(nèi)，圖像處理單元16對曝光對象標(biāo)記27的像進(jìn)行處理，并記錄其中心位置信息，同時由承片臺運(yùn)動控制裝置31記錄此時承片臺24的位置信息。
承片臺運(yùn)動控制裝置31移動承片臺24到預(yù)定位置，使曝光對象標(biāo)記28在曝光對象標(biāo)記攝影裝置15的視場范圍內(nèi)，圖像處理單元16對曝光對象標(biāo)記28的像進(jìn)行處理，并記錄其中心位置信息，同時由承片臺運(yùn)動控制裝置31記錄此時承片臺24的位置信息。
通過上述過程，根據(jù)所記錄的曝光對象標(biāo)記27、28像的中心在曝光對象標(biāo)記攝影裝置15上的位置信息，及對應(yīng)的承片臺的位置信息，通過一系列坐標(biāo)變換及相關(guān)算法，在總控制裝置29中完成曝光對象對準(zhǔn)時承片臺24所需的移動量(ΔX，ΔY，Δθ)，并將該結(jié)果發(fā)送給承片臺運(yùn)動控制裝置31以完成曝光對象標(biāo)記27、28與承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記25的對準(zhǔn)。
上述過程中，根據(jù)位置對準(zhǔn)精度的要求，曝光對象標(biāo)記的數(shù)量可選多個。
通過上述一系列對準(zhǔn)動作后，掩模和曝光對象之間建立了精確的相對位置關(guān)系。
以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個較佳實(shí)施例，并不能以此來限定本發(fā)明的范圍。任何對本發(fā)明的裝置作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、組合、分立，以及對本發(fā)明實(shí)施步驟作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于它具有一個照明光源，該照明光源通過照明光纖將照明光源的出射光導(dǎo)入到標(biāo)記照明單元，該標(biāo)記照明單元將光線均勻地投射到所要照明的用于對準(zhǔn)的標(biāo)記上；一個標(biāo)記成像單元將標(biāo)記成像并投射到標(biāo)記攝影裝置靶面上，該標(biāo)記攝影裝置接收標(biāo)記的像，經(jīng)圖像處理單元處理后將計(jì)算得到的位置誤差傳送給運(yùn)動控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)記攝影裝置的傳感器為CCD。
3.如權(quán)利要求1所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)記攝影裝置的傳感器為CMOS。
4.如權(quán)利要求1所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)記照明單元的光線通過一個第一透鏡組匯聚在一個分光棱鏡上，并由該分光棱鏡反射到第二透鏡組均勻分散后，再經(jīng)反射鏡反射到標(biāo)記上。
5.如權(quán)利要求1所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)記成像單元由反射鏡、第二透鏡組，以及分光棱鏡組成，反射鏡反射標(biāo)記的像至第二透鏡組匯聚后穿過分光棱鏡投射到標(biāo)記攝影裝置靶面上。
6.如權(quán)利要求1所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)記照明系統(tǒng)和標(biāo)記成像系統(tǒng)共用同一套光學(xué)系統(tǒng)形成同軸照明。
7.如權(quán)利要求1所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的自動對準(zhǔn)裝置有兩套，一套用于建立掩模標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置關(guān)系；另一套用于建立曝光對象標(biāo)記和承片臺基準(zhǔn)標(biāo)記之間的相對位置關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7所述的自動對準(zhǔn)裝置，其特征在于多個所述的自動對準(zhǔn)裝置可以組成一套自動對準(zhǔn)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自動對準(zhǔn)裝置，具有一個照明光源，該照明光源通過照明光纖將照明光源的出射光導(dǎo)入到標(biāo)記照明單元，該標(biāo)記照明單元將光線均勻地投射到所要照明的用于對準(zhǔn)的標(biāo)記上；一個標(biāo)記成像單元將標(biāo)記成像并投射到標(biāo)記攝影裝置靶面上，該標(biāo)記攝影裝置接收標(biāo)記的像，經(jīng)圖像處理單元處理后將計(jì)算得到的位置誤差傳送給運(yùn)動控制裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了掩模和曝光對象之間的高精度位置對準(zhǔn)。
文檔編號H01L21/027GK1794096SQ20061002315
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者徐兵, 閆巖, 王鵬程 申請人:上海微電子裝備有限公司