CN1794096A - 一种自动对准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动对准装置，具有一个照明光源，该照明光源通过照明光纤将照明光源的出射光导入到标记照明单元，该标记照明单元将光线均匀地投射到所要照明的用于对准的标记上；一个标记成像单元将标记成像并投射到标记摄影装置靶面上，该标记摄影装置接收标记的像，经图像处理单元处理后将计算得到的位置误差传送给运动控制装置。本发明实现了掩模和曝光对象之间的高精度位置对准。
Description
所属技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，特别是关于一种投影曝光装置中的自动对准装置。
背景技术
将描绘在掩模版上的电路图案，通过投影曝光装置成像在涂有光刻胶等感光材料的制造集成电路的硅片表面上，之后通过刻蚀工艺在制造集成电路的硅片表面上形成图案的光影刻蚀法，广泛地应用于各种领域，印刷电路板也用近来的曝光装置制造。
投影曝光装置是将掩模版上的电路图案，经过投影曝光透镜等光学系统做投影曝光，将电路图案以一定放大或缩小的倍率投影于制造集成电路的硅片表面上，已知用于集成电路的制造，近年来该投影曝光装置也适用于印刷电路板的制造。
用投影曝光装置做曝光时，掩模版与曝光对象(例如硅片、印刷电路板等)的位置必须对准，通常掩模版上方与曝光对象上方均配置有位置对准用的标记，通过一定的位置对准装置和位置对准方法，建立起掩模版与曝光对象之间精确的相对位置关系。
目前用于投影曝光装置中的位置对准装置和位置对准方法很多，但由于其位置对准装置的复杂性，不仅增加装置的设计成本和装校难度，而且也使位置对准过程变得复杂，增加位置对准误差环节，最终影响对准精度。
发明内容
本发明的目的为解决上述现有技术问题，实现掩模和曝光对象之间的高精度位置对准。
本发明提供一种自动对准装置，具有一个照明光源，该照明光源通过照明光纤将照明光源的出射光导入到标记照明单元，该标记照明单元将光线均匀地投射到所要照明的用于对准的标记上；一个标记成像单元将标记成像并投射到标记摄影装置靶面上，该标记摄影装置接收标记的像，经图像处理单元处理后将计算得到的位置误差传送给运动控制装置。
其中，所述的标记摄影装置的传感器为CCD或CMOS。所述的标记照明单元的光线通过一个第一透镜组汇聚在一个分光棱镜上，并由该分光棱镜反射到第二透镜组均匀分散后，再经反射镜反射到标记上。所述的标记成像单元由反射镜、第二透镜组，以及分光棱镜组成，反射镜反射标记的像至第二透镜组汇聚后穿过分光棱镜投射到标记摄影装置靶面上。因此，所述的标记照明系统和标记成像系统共用同一套光学系统形成同轴照明。
自动对准装置有两套，一套用于建立掩模标记和承片台基准标记之间的相对位置关系；另一套用于建立曝光对象标记和承片台基准标记之间的相对位置关系。多个所述的自动对准装置可以组成一套自动对准系统。
本发明的标记照明系统和标记成像系统共用一套光学系统，在空间结构尺寸上将更加紧凑、便于集成。
而且，上述位置对准装置都处于承版台上方，便于和其它装备的集成与测试。承版台在较大范围内移动，这样承版台上方只需一套掩模标记对准装置，即可减少对准装置设计和加工成本，也可减少对准误差环节、提高设备的集成度。
另外，本发明中用于掩模位置对准时的掩模标记数量可以有多个，可以高精确定位掩模中心的平移量及掩模旋转量。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图2是本发明所使用的掩模标记和通光窗口在掩模版上的位置示意图。
图3是本发明所使用的承片台基准标记在承片台上的位置示意图。
图4是本发明所使用的曝光对象标记局部放大图。
具体实施方式
现有的曝光系统一般由以下几个部分组成：描绘有电路图案的掩模；用于支撑具有电路图案的掩模版的承版台；利用曝光光源的波长将掩模版上所描绘的电路图案以一定放大或缩小的倍率投影成像到曝光对象上的光学投影系统；以及曝光对象，其上表面涂有光刻胶，用于接收掩模版上的电路图案通过光学投影系统所成的像；承片台，用于支撑曝光对象；承版台和承片台运动控制装置，在建立掩模标记和曝光对象标记相对位置的过程中，通过控制承版台和承片台的运动使掩模与曝光对象对准。掩模标记，设于掩模版上，用于掩模版的位置对准；承片台基准标记，用于确立掩模版和承片台之间的相对位置关系。
本发明在此基础上加装了两套位置对准装置，用于上述各标记之间相对位置的确定，进而通过运动控制装置确定掩模和当前曝光对象之间精确的位置关系。该两个位置对准装置结构基本相同。其中，掩模位置对准装置，也称同轴位置对准装置，用于建立掩模标记和承片台基准标记之间的相对位置关系；曝光对象位置对准装置，也称离轴位置对准装置，用于建立曝光对象标记和承片台基准标记之间的相对位置关系。
掩模位置对准装置位于承版台上方的一侧，而曝光对象位置对准装置位于承片台上方的一侧。
所述的对准装置包括：照明光源，用于标记的照明；照明光纤，用于将照明光源的出射光导入到标记照明系统；标记照明系统，用于将标记均匀照明；标记成像系统，用于将对准标记成像到标记摄影装置靶面上；标记摄影装置，用于接收标记的像，其传感器为CCD(Charge Coupled Device电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor互补型金属氧化物半导体)。
在以上的构造中，标记照明系统和标记成像系统共用一套光学系统，即可提高照明的均匀性又可节省空间、降低成本。另外，曝光对象位置对准装置采用远离曝光波长的照明光源，这样避免在曝光对象标记位置对准过程中，光刻胶发生感光。
下面结合附图和具体实施方法，对本发明作进一步的说明。
图1为供制造集成电路或印刷电路板的投影曝光装置，描绘曝光电路图案的掩模21置于承版台20上，通过承版台运动控制装置30可在X′、Y′、θ′方向移动，其中θ′是绕Z轴的旋转角度(未图示)。涂有光刻胶的曝光对象26置于承片台24上，通过承片台运动控制装置31可控制承片台24在X、Y、θ方向移动，其中θ是绕Z轴的旋转角度(未图示)。投影曝光装置可通过曝光光源22曝光，将掩模版上的电路图案经光学投影系统23以一定放大或缩小倍率转移到曝光对象26上。
位置对准装置1和2的光学结构类似，位置对准装置1用于掩模对准，在该过程中由于承片台基准标记25的照明和成像都通过光学投影系统23，因此位置对准装置1也称为同轴位置对准装置；位置对准装置2用于承片台基准标记25及曝光对象标记27、28的对准，由于硅片反射镜14的反射点离开光学投影系统23的光轴有一定距离，因此位置对准装置2也称离轴位置对准装置。
以位置对准装置1为例说明位置对准装置的结构：位置对准装置1由标记照明系统和标记成像系统组成，照明系统包括标记照明单元3、透镜组4、分光棱镜5、透镜组6以及反射镜7，其目的是形成均匀照明光使掩模对准标记18、19及承片台基准标记25被均匀照明，该照明系统的光学结构可以是柯勒照明系统，也可以是其它同轴照明系统；成像系统包括反射镜7、透镜组6、分光棱镜5以及标记摄影装置8，通过该成像系统可使掩模对准标记18、19及承片台基准标记25成像在标记摄影装置8上。
同样地，位置对准装置2由标记照明系统和标记成像系统组成，标记照明系统包括标记照明单元10、透镜组11、分光棱镜12、透镜组13以及反射镜14；标记成像系统包括反射镜14、透镜组13、分光棱镜12以及标记摄影装置15。
掩模标记18、19设于掩模21上，曝光对象标记27、28设于曝光对象26上，承片台基准标记25设于承片台24上。利用这三种标记可建立掩模21和曝光对象26之间精确的相对位置关系。另外，掩模标记、曝光对象标记和承片台基准标记的数量可根据不同工艺需要适当增减。
总控制装置29对标记图像处理单元9、16、投影曝光装置、承版台运动控制装置30和承片台运动控制装置31等分系统做统一控制，并实现位置对准算法。
图2是掩模21上的掩模标记18、19以及通光窗口17的位置说明图。掩模标记18、19设于电路图案32的周边，通光窗口17是为了让承片台基准标记25的照明和成像能通过掩模21。相对于设于掩模21上的电路图案32，掩模标记非常小，大小在亚毫米级别。图2中掩模标记18、19形状为“十”字型，实际情况是：标记形状可根据需要设定，无特殊限定。
图3是承片台基准标记25在承片台24上的位置说明图，该标记为反射型振幅标记，相对于曝光对象26小的多，大小在亚毫米级别。图中也标示出了曝光对象26在承片台24上的位置，同一电路图案在曝光对象26上的不同位置进行曝光，并经过后道工艺加工成型。
图4是曝光对象标记27、28使用说明图，图中的曝光对象标记27、28被放大显示，实际情况是：该标记形成于前道工艺所形成的电路图案33上，相对于电路图案33很小，大小在亚毫米级别；另外该标记形状可根据需要设定，任何形状均可，无特殊限定。
以下说明其对准动作：
掩模标记摄影装置8与承片台基准标记25的对准动作
承片台运动控制装置31移动承片台24到预定位置，使承片台基准标记25在标记摄影装置8的视场范围内；承版台运动控制装置30将承版台20移动到预定位置，使通光窗口17在标记摄影装置8的视场范围内，此时承版台运动控制装置30将记录此时承版台20的位置信息。
点亮位置对准装置1的照明单元3，使位置对准装置1和图像处理单元9处于工作状态，光线照射到承片台基准标记25上，图像处理单元19对承片台基准标记25在标记摄影装置8上的像进行处理，并记录此时承片台基准标记25像的中心位置信息，同时通过承片台运动控制装置31记录此时承片台24的位置信息。
掩模标记18、19与掩模标记摄影装置8的对准动作
通过承版台运动控制装置30移动承版台20到预定位置，使掩模标记18处于掩模标记摄影装置8的成像视场范围内。
掩模标记18通过位置对准装置1成像到掩模标记摄影装置8上，经图像处理单元9对掩模标记18的像进行处理，记录其中心在掩模标记摄影装置8上的位置信息。同时由承版台运动控制装置30记录此时承版台20的位置信息。上述过程中可能出现承版台运动控制装置30移动承版台20到预定位置后，掩模标记18不在成像系统1的视场内，此时需要对掩模标记18进行目标搜索。
同理，通过承版台运动控制装置30移动承版台20到预定位置，使掩模标记19处于掩模标记摄影装置8的成像视场范围内。位置对准装置1对掩模标记19进行照明、成像和图像处理，得到其中心在掩模标记摄影装置8上的位置信息。同时承版台运动控制装置30记录此时承版台20的位置信息。
根据上述所记录的掩模标记像的中心和承片台基准标记像的中心位置信息，及对应的承版台20和承片台24的位置信息，通过一系列坐标变换及相关算法，在总控制装置29中计算出掩模对准时承版台20所需的移动量(ΔX′，ΔY′，Δθ′)，并将该结果发送给承版台运动控制装置30以完成掩模版21与承片台基准标记25的对准。
曝光对象标记摄影装置15与承片台基准标记25的对准动作
点亮位置对准装置2的照明单元10，使位置对准装置2和图像处理单元16处于工作状态，光线照射到承片台基准标记25上，承片台运动控制装置31移动承片台24到预定位置，使承片台基准标记25在曝光对象标记摄影装置15的视场范围内，图像处理单元16对承片台基准标记25在曝光对象标记摄影装置15的像进行处理，并记录其中心位置信息，同时承片台运动控制装置31记录此时承片台24的位置信息。
曝光对象标记27、28与曝光对象标记摄影装置15的对准动作
承片台运动控制装置31移动承片台24到预定位置，使曝光对象标记27在曝光对象标记摄影装置15的视场范围内，图像处理单元16对曝光对象标记27的像进行处理，并记录其中心位置信息，同时由承片台运动控制装置31记录此时承片台24的位置信息。
承片台运动控制装置31移动承片台24到预定位置，使曝光对象标记28在曝光对象标记摄影装置15的视场范围内，图像处理单元16对曝光对象标记28的像进行处理，并记录其中心位置信息，同时由承片台运动控制装置31记录此时承片台24的位置信息。
通过上述过程，根据所记录的曝光对象标记27、28像的中心在曝光对象标记摄影装置15上的位置信息，及对应的承片台的位置信息，通过一系列坐标变换及相关算法，在总控制装置29中完成曝光对象对准时承片台24所需的移动量(ΔX，ΔY，Δθ)，并将该结果发送给承片台运动控制装置31以完成曝光对象标记27、28与承片台基准标记25的对准。
上述过程中，根据位置对准精度的要求，曝光对象标记的数量可选多个。
通过上述一系列对准动作后，掩模和曝光对象之间建立了精确的相对位置关系。
以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的装置作本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。
Claims (8)
1、一种自动对准装置，其特征在于它具有一个照明光源，该照明光源通过照明光纤将照明光源的出射光导入到标记照明单元，该标记照明单元将光线均匀地投射到所要照明的用于对准的标记上；一个标记成像单元将标记成像并投射到标记摄影装置靶面上，该标记摄影装置接收标记的像，经图像处理单元处理后将计算得到的位置误差传送给运动控制装置。
2、如权利要求1所述的自动对准装置，其特征在于所述的标记摄影装置的传感器为CCD。
3、如权利要求1所述的自动对准装置，其特征在于所述的标记摄影装置的传感器为CMOS。
4、如权利要求1所述的自动对准装置，其特征在于所述的标记照明单元的光线通过一个第一透镜组汇聚在一个分光棱镜上，并由该分光棱镜反射到第二透镜组均匀分散后，再经反射镜反射到标记上。
5、如权利要求1所述的自动对准装置，其特征在于所述的标记成像单元由反射镜、第二透镜组，以及分光棱镜组成，反射镜反射标记的像至第二透镜组汇聚后穿过分光棱镜投射到标记摄影装置靶面上。
6、如权利要求1所述的自动对准装置，其特征在于所述的标记照明系统和标记成像系统共用同一套光学系统形成同轴照明。
7、如权利要求1所述的自动对准装置，其特征在于所述的自动对准装置有两套，一套用于建立掩模标记和承片台基准标记之间的相对位置关系；另一套用于建立曝光对象标记和承片台基准标记之间的相对位置关系。
8、如权利要求7所述的自动对准装置，其特征在于多个所述的自动对准装置可以组成一套自动对准系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20060628 |