同轴双面位置对准系统及位置对准方法

专利名称：同轴双面位置对准系统及位置对准方法
技术领域：
本发明是有关于一种投影曝光装置中的位置对准系统及位置对准方法，且 特别是有关于一种同轴双面位置对准系统及位置对准方法。
背景技术：
目前半导体IC封装的主要发展趋势为多引脚、窄间距、小型、薄型、高性 能、多功能、高可靠性和低成本，IC芯片的封装从二维多芯片组件到三维多芯 片组件技术成为了现代微组装技术发展的重要方向。另外，MEMS器件的发展， 也迫切需要制作出符合各领域需求的微传感器、微执行器、微结构等MEMS器 件与系统，而加工这种器件不仅需要在其正面制作出相应位置要求的图形，也 要求在其背面制作有相应位置要求的图形。随着三维多芯片组件技术以及 MEMS器件的发展需求，传统的单面对准已不能满足要求，双面对准技术应运 而生，并在半导体领域中起着越来越重要的应用。
美国专利US6525805揭露了一种对准方法和系统，当进行硅片下表面对准 时，对于每一个下表面标记对准位置，需增加一个辅助光学成像系统，此时需 要在承片台的部分边缘位置开槽，以方便放置辅助光学成像系统，通过辅助光 学成像系统将硅片底面的对准标记成像到光电探测器，通过后续的图像处理、 控制系统实现硅片下表面的对准，该专利硅片标记对准采用的是离轴对准技术。 所述双面对准装置不仅承片台结构设计复杂，而且对硅片底部对准标记的位置 有一定要求，该对准技术的工艺适应性比较差。
美国专利US6768539所述装置在进行底面对准时，也要对每一个背面标记 位置增加辅助光学系统，需在承片台边缘开槽，所不同的是它只是在硅片底部 对准标记位置增加一个将底部标记成像到硅片上表面水平的一个位置即可，然 后移动投影物镜，使此标记的像能够通过投影物镜成像到光电探测器上实现硅 片底部标记的对准。
上述专利均是利用可见光对硅片底部标记成像，可以获得比较理想的成像 清晰度，但由于在每个底部标记的对准位置都需要在硅片台开槽，所以不仅增 加了承片台结构设计的复杂度，而且对硅片底部对准标记的位置有一定要求，
对准技术的工艺适应性比较差；另外由于在承片台底部需要增加辅助光学系统 并再次对标记进行成像，因此对准系统的结构设计也比较复杂，不利于整个投 影曝光装置空间结构的设计及优化。

发明内容
本发明提供一种同轴双面位置对准系统及位置对准方法。
本发明提出的同轴双面位置对准系统，用于双面投影曝光装置中，设置于 一个至少由光学投影系统、掩模版、承版台、承版台运动控制单元、曝光对象、 承片台、承片台运动控制单元及总控制装置的投影曝光装置上，包括
位于掩^f莫版上方的双面位置对准装置；
设置于掩模版上的掩模标记；
位于承片台上的曝光对象；
设置于曝光对象上的曝光对象标记；
其中，所述的双面位置对准装置通过分别检测所述的正面对准时和背面对 准时掩模标记和曝光对象标记的位置信息并传送给承版台和承片台运动控制单 元，以控制承版台和承片台的运动来调整掩模版和曝光对象的位置，从而实现 曝光对象上正反两面的曝光场和掩模版上电路图案之间位置的精确对准；
其中，反面对准采用近红外光路同轴成像实现曝光场和掩模版上图案的对准。
本发明提出的同轴双面位置对准方法，包括下列步骤
进行正面对准时，通过可见光光路使掩模标记和曝光对象正面标记成像，
移动承版台和承片台使标记移动到位置对准装置视场范围内，在可见光光电探
测器靶面上进行成像，并由可见光光电探测处理单元计算标记在把面上的位置
信息，同时记录当前承版台承片台的位置信息；
进行背面对准时，掩模标记通过可见光光路成像，膝光对象背面标记通过
近红外光光路成像，移动承版台使掩模标记移动到位置对准装置视场内，使掩
模标记在可见光光电探测器靶面上进行成像；移动承片台使曝光对象背面标记 移动到位置对准装置视场范围内，使曝光对象标记在近红外光光电探测器靶面 上进行成像，并由标记处理单元计算曝光对象标记在靶面上的位置信息，同时 记录当前承片台位置信息；
通过上述掩模标记位置信息、承版台位置信息、曝光对象标记位置信息及 承片台位置信息，根据对准算法模型，计算曝光对象相对掩模版的平移量和旋 转量，调整曝光对象的位置使曝光对象正反两面和掩模版精确对准。
本发明的主要优点在于利用近红外光穿透曝光对象对底部标记进行成像， 该对准方法对曝光对象的标记位置没有限制，可以对曝光对象曝光场上任何位 置的曝光对象标记进行成像对准，提高了对准标记的工艺适应性；不需要在硅 片台上开槽安放辅助光学成像系统，从而降低了硅片承片台结构设计的复杂度， 同时也降低了整个对准系统的结构设计复杂度；底部标记的成像及接收系统通 过在原有对准装置中增加一条光路来实现，相比在先技术本发明所述整个投影 曝光装置的空间布局将更加紧凑，而且也节约了整个设备加工制造成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配 合附图，作详细说明如下。


图1是供制造集成电路或印刷电路板的投影曝光装置示意图。 图2是本发明双面对准装置结构组成示意图。 图3是掩模标记照明及成像系统结构示意图。 图4是曝光对象正面标记照明及成像系统结构示意图。 图5是曝光对象背面标记照明及成像系统结构示意图。 图6a是掩模标记和曝光对象正面标记在光电探测器上的对准目标位置分布 示意图。
图6b是曝光对象背面对准时掩模标记在光电探测器上的对准位置示意图。 图6c是曝光对象背面标记在光电探测器上的对准目标位置分布示意图。 图7是第二实施例的双面对准装置结构组成示意图。
具体实施例方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
本发明一实施例的投影曝光装置包括掩模，其描绘有电路图案；掩模标 记，设于掩模版上，用于掩模版的位置对准；承版台，用于支撑掩模版上的电 路图案以待通过光学投影系统投影成像到曝光对象上；光学投影系统，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；曝光对象，其表面涂有光刻胶，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；曝光对象标记，设置于所述曝光对象上，用于曝 光对象的位置对准；承片台，用于支撑曝光对象；承版台和承片台运动控制单 元，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膝光对象对准；总控制装置，完成对准过程中的一系列算 法，并对整个系统进4亍控制。
本发明一实施例的同轴双面对准装置包括，可见光光源，，用于对掩模板的 标记和曝光对象正面对准标记的照明；近红外光光源，用于曝光对象翻转进行 背面曝光时，透过曝光对象对底面标记进行照明；可见光聚光镜单元，用于对 照明光纤出射的可见光进行会聚；近红外光聚光镜单元，用于对近红外光用耐 热照明光纤出射的近红外光进行会聚；反射镜单元，可见光光路与近红外光光 路共用，实现光路偏折并满足空间结构尺寸需求；可见光成像单元，用于对掩 模标记和曝光对象标记清晰成像；近红外光成像单元，用于当曝光对象翻转进 行背面曝光时，对曝光对象底面的曝光标记清晰成像；可见光光电探测器，用 于探测接收掩模标记和曝光对象正面曝光时曝光标记所成的像，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)；近红外光光电 探测器，用于探测接收啄光对象翻转时底面标记所成的像，其传感器为CCD或 CMOS;标记处理单元，用于处理和计算掩模标记及曝光对象正面、底面标记在 光电探测器靶面上的成〗象位置。
下面结合附图和发明人给出的具体实施方法，对本发明作进一步的描述。
图1是供制造集成电路或印刷电路板的投影曝光装置示意说明图，由光学 投影系统l、掩模版2、承版台5、承版台运动控制单元100、曝光对象6、承片
台7、承片台运动控制单元110、位置对准装置10、光电探测处理单元70、 80 和整机总控单元90组成。
描绘曝光电路图案3和掩模标记4的掩模版2置于承版台5上，通过承版 台运动控制装置IOO移动于义'、r'、 Z'方向。曝光对象正面标记8、 8，位于曝 光对象6上，8，是当膝光对象翻转后标记转到底部时的位置标记，施加光刻胶 的曝光对象6又置于承片台7上，通过承片台运动控制装置110控制承片台7 可移动于Z、 r、 Z方向。光学投影系统1通过曝光光源的紫外波段光 350nm-450nm,可将掩模版2上的电路图案8做投影并转移到曝光对象6上，光 学投影系统1的放大倍率决定掩模版2上的电路图案8投影到膝光对象6上后 的电路图案9的大小。
掩模版2上方是位置对准装置10,可分别对位于其视场内的掩模标记4和 曝光对象标记8、 8，进行清晰成像。位置对准装置10中的光电探测器80用于 接收掩模标记4和曝光对象正面标记8的像，位置对准装置10中的光电探测器 70用于接收曝光对象翻转后底部标记8，的像，光电探测处理单元卯用于处理 掩模标记4和曝光对象标记8、 8，在光电探测器70、 80靶面上的位置数据。
整机总控单元90可通过控制总线实现对光电探测处理单元70、 80、承版台 运动控制单元100及承片台运动控制单元110等的控制，使整个位置对准装置 按照一定时序统一有序的运行。
图2是本发明一实施例的双面对准装置结构组成说明图，该双面对准装置 10包括反射镜单元20、
可见光聚光镜30、可见光成像单元40、近红外光聚光镜50、近红外光成像 单元60、直角分光棱镜ll、 12、 13、可见光CCD80、红外光CCD70和三个分 束棱镜ll、 12、 13组成。
反射镜单元20由平面反射镜21、直角棱镜22、直角棱镜23及前组成像物 镜组24组成，其作用是实现光路偏折，满足空间结构尺寸要求。可见光聚光镜 单元30由照明光纤31、聚光镜组32、可见光滤波片33组成，其作用是对照明 光纤31出射的波长为520 590nm的可见光进行会聚。上述聚光镜单元30、反 射镜单元20和分束棱镜11共同构成掩模标记照明系统，实现对掩模标记的均 匀照明；聚光镜单元30、反射镜单元20、分束棱镜ll、掩模版2及光学投影系 统1构成曝光对象正面标记照明系统，实现曝光对象正面标记的均匀照明。上 述掩模板及上方的反射镜、聚光镜、分束棱镜为掩模标记和曝光对象正面标记 照明共用部分，是一两重结构设计，称为可见光照明系统。红外光聚光镜单元
50由照明光纤53、近红外照明镜组52、近红外滤波片51组成，其作用是对照 明光纤53出射的波长为1050nm~ 1200nm的近红外光进行汇聚。上述聚光镜单 元50、分光镜13、 12、 11、和反射镜单元20、掩模板2及光学投影系统1共同 构成曝光对象背面标记照明系统，实现曝光对象背面标记的均匀照明，为近红 外光照明系统。上述可见光照明系统和近红外光照明系统在结构形式上均是柯 勒照明系统。
可见光成像单元40由机械快门41、成像物镜組42组成，其作用是掩模标 记4经可见光照明系统均匀照明后，掩模标记4的照明光束经v6Jt镜单元20和 掩模标记成像单元40后清晰成像在光电探测器80上。曝光对象正面标记经可 见光照明系统及掩模、^投影物镜均匀照明后，曝光对象标记8的照明光束经反 射镜单元20和掩模标记成像单元40后清晰成像在光电探测器80上。此可见光 成像单元40与反射镜单元20，及分束棱镜ll、 12共同组成两重成像结构，分 别将曝光对象正面标记和掩模标记清晰成像在可见光接收器80上。
成像单元60由机械快门61、成像物镜组62和分光棱镜13组成，其作用是 曝光对象底部标记8，经近红外光照明系统均匀照明后，曝光对象底部标记8， 的照明光束经光学投影系统1、掩模版2、反射镜单元20、直角分束棱镜11、 直角分束棱镜12、 13和曝光对象背面标记成像单元60后清晰成像在近红外光 光电探测器70上。
在标记对准过程中，为了防止掩模标记4和曝光对象标记8或8，同时在光 电探测器70和80上成像，相互影响成像对比度，本发明一实施例在可见光成 像单元40和近红外光成像单元60分别加入了机械快门41 、 61 。当进行掩模标 记4和曝光对象正面标记8对准时，关闭近红外光源开关和近红外光成^象单元 60中的机械快门61,打开可见光光源和可见光成4象单元40中的机械快门41, 使掩模标记4和曝光对象标记8在光电探测器80上成清晰像。当进行曝光对象 底部标记8，对准时，关闭可见光光源开关和可见光成〗象单元40中的机械快门 41，打开近红外光光源开关和近红外光成像单元60中的机械快门61,使曝光对
象底部标记8，在光电探测器70上成清晰像。
图3是掩模标记照明及成像系统结构说明图，由反射镜单元20、直角分束 棱镜ll、 12、可见光照明单元30、可见光成像单元40和可见光光电探测器80 组成，当掩模标记4被可见光照明系统30均匀照明后，掩模标记4上的照明光 束经反射镜单元20、直角分束棱镜ll、 12和可见光成像单元40后清晰成像在 可见光光电探测器80上。
图4是曝光对象正面曝光时对准标记照明及成像系统结构说明图，由光学 投影系统l、掩模版2、反射镜单元20、直角分束棱镜ll、直角分束棱镜12、 可见光照明单元30、可见光成像单元40和可见光光电探测器60组成，当曝光 对象标记8被可见光照明系统30均匀照明后，曝光对象标记8上的照明光束经 光学投影系统1、掩模版2、反射镜单元20、直角分束棱镜11、直角分束棱镜 12、可见光成像单元40后清晰成像在可见光光电探测器80上。
图5是啄光对象背面曝光时，底部标记照明及成像系统结构说明图，由光 学投影系统l、掩模版2、反射镜单元20、直角分束棱镜ll、直角分束棱镜12、 直角分束棱镜13、近红外光照明50、近红外光成像单元60和近红外光光电探 测器70组成，当曝光对象底部标记8，被近红外光照明系统50均匀照明后，曝 光对象标记8，上的照明光束经光学投影系统1、掩模版2、反射镜单元20、直 角分束棱镜ll、直角分束棱镜12、直角分束棱镜13、近红外光成像单元60后 清晰成像在近红外光光电探测器70上。
本发明一实施例结构中光学投影系统1的设计波段为350 450nrn,只对掩 模版2的曝光电路图案3清晰成像；而曝光对象正面曝光标记8通过光学投影 系统1成像时所产生的色差由反射镜单元20、直角分束棱镜ll、直角分束棱镜 12、可见光成像单元40组成的曝光对象标记成像系统进行补偿，使正面曝光对 象标记8和掩模标记4能同时在可见光光电探测器80上清晰成像。曝光对象底 部标记8，通过光学投影系统1成像时所产生的色差由反射镜单元20、直角分 束棱镜ll、直角分束棱镜12、直角分束棱镜13、近红外光成像单元60组成的 曝光对象标记成像系统进行补偿，使曝光对象标记8，能在近红外光光电探测器 70上清晰成像。
图6是掩模标记4和曝光对象标记8在光电探测器80和曝光对象底部标记
8，在光电探测器70上的对准目标位置分布说明图，图6a是掩模标记4和曝光 对象标记8同时成像在光电探测器80上的目标位置分布示意图。图6b是进行 曝光对象背面对准时，重新标定掩模位置，掩模标记在可见光探测器80上的对 准目标位置说明图。图6c是曝光对象底部标记8，成像在光电探测器70上的对 准目标位置分布说明图。当进行掩模对准和曝光对象正面对准时，关闭近红外 成像单元快门61和近红外光源，开启可见光光源和可见光成像单元快门41,此 时掩模标记成像在光电探测器80右下方，而曝光对象标记成像在光电探测器左 上方，如图6a所示。当进行曝光对象背面对准时，先进行掩模位置对准，关闭 近红外成像单元快门61和近红外光源，开启可见光光源和可见光成像单元快门 41，此时掩模标记成像在光电探测器80右下方，如图6b所示，然后关闭可见 光成像单元快门41和可见光光源，开启近红外光光源和近红外成像单元快门61 ， 此时曝光对象底部标记成像在光电探测器70上，如图6c所示。 曝光对象正面对准流程
曝光对象正面对准时，开启可见光光源和可见光成^象单元快门41,关闭近 红外光光源和近红外光成像单元快门61。移动承版台5使掩模标记4成像于可 见光光电探测器80的右下方视场内，并移动承片台7使曝光对象标记8成像于 可见光光电探测器80的左上方视场内。利用光电探测处理单元判断掩模标记4 和曝光对象标记8是否处于光电探测器80靶面上。若两个标记均处于探测器耙 面上，则由光电探测处理单元根据相关算法模型计算当前掩模标记4和曝光对 象标记8在光电探测器80靶面上的位置信息，同时记录当前承版台5和承片台 7的位置信息；若掩模标记4或者曝光对象标记8不在光电探测器80的乾面上， 则按照事先规划好的曝光对象标记搜索路径及步进尺寸，移动承版台5或承片 台7到下一个搜索位置，并判断标记是否位于光电探测器80的靶面上；若标记 位于光电探测器80的靶面上，则由光电探测处理单元90根据相关算法模型计 算当前掩模标记4和曝光对象标记8在光电探测器80靶面上的位置信息，同时 记录当前承版台4和承片台7的位置信息；若掩;f莫标记4或者曝光对象标记8 不在光电探测器80的耙面上，则步进承版台5或承片台7到下一个搜索目标位 置，直到搜索到掩模标记4和曝光对象标记8为止；若搜索过程中承版台4或 承片台7的移动距离超出了事先设定的搜索范围，则终止搜索，并重新上载。
根据掩模版2的位置对准流程及相关坐标系转换关系，可以计算出掩模版2 位置对准后，掩模版上的电路图案3在承片台零位坐标系中的平移量和旋转量； 同理，根据曝光对象6的位置对准流程及相关坐标系转换关系，可以计算出曝 光对象6位置对准后，曝光对象6在承片台零位坐标系中的平移量和旋转量； 根据上述掩模版上的电路图案3以及曝光对象6在承片台零位坐标系中的位置 关系，可以实现曝光对象6上的曝光场9与掩模版2上的电路图案3在曝光过 程中精确的位置对准。
曝光对象背面对准流程
当曝光对象标记面翻转180。，对曝光对象背面对准时，曝光对象标记i更位 于承片台一面为8'，如图5所示。
对准流程首先如正面对准流程所示，对掩模标记进行成像并定位。
然后开启近红外光光源和近红外光成像单元快门61，关闭可见光光源和可 见光成像单元快门41。移动承片台7使曝光对象标记8，成像于近红外光光电 探测器70视场内。利用光电探测处理单元判断曝光对象标记8，是否处于光电 探测器70靶面上。若标记处于探测器靶面上，则由光电探测处理单元根据相关 算法模型计算当前曝光对象标记8，在光电探测器70靶面上的位置信息，同时 记录当前承片台7的位置信息；若曝光对象标记8，不在光电探测器70的靶面 上，则按照事先规划好的曝光对象标记搜索路径及步进尺寸，移动承片台7到 下一个搜索位置，并判断标记是否位于光电探测器70的靶面上；若标记位于光 电探测器70的耙面上，则由光电探测处理单元卯根据相关算法模型计算当前 曝光对象标记8'在光电探测器70靶面上的位置信息，同时记录当前承片台7 的位置信息；若曝光对象标记8，不在光电探测器70的靶面上，则步进承片台 7到下一个搜索目标位置，直到搜索到曝光对象标记8，为止；若搜索过程中承 片台7的移动距离超出了事先设定的搜索范围，则终止搜索，并重新上栽。
根据掩模版2的位置对准流程及相关坐标系转换关系，可以计算出掩模版2 位置对准后，掩冲莫版上的电路图案3在承片台零位坐标系中的平移量和旋转量； 同理，根据曝光对象6的位置对准流程及相关坐标系转换关系，可以计算出曝 光对象6背面位置对准后，曝光对象6在承片台零位坐标系中的平移量和旋转 量；根据上述掩模版上的电路图案3以及曝光对象6在承片台零位坐标系中的
位置关系，可以实现曝光对象6上的曝光场9与掩模版2上的电路图案3在曝 光过程中精确的位置对准。
本发明另一实施例如图7所示，公开了一种双面对准装置，由一套照明光 路和两套成像光路组成。其中照明光源出射光覆盖可见光到红外光的宽波段范 围，照明单元30由光纤及照明镜組31组成。照明单元30、分束棱镜ll、反射 镜单元20，掩模版组成掩模标记照明系统；照明单元30、分束棱镜ll、反射镜 单元20，掩模版2、投影物镜1組成曝光对象正面曝光标记照明系统；照明单 元30、分束棱镜ll、反射镜单元20，掩模版2、投影物镜l、膝光对象6组成 曝光对象背面曝光标记照明系统。可见光成像单元40增加可见光滤波片43,对 掩模标记及曝光对象正面曝光时曝光标记成像；近红外光单元60增加近红外光 滤波片63,对曝光对象背面曝光时膝光标记成像。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所 属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许 的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1、一种同轴双面位置对准系统，用于双面投影曝光装置中，设置于一个包含光学投影系统、掩模版、承版台、承版台运动控制单元、曝光对象、承片台、承片台运动控制单元及总控制装置的投影曝光装置上，其特征在于，包括:位于掩模版上方的双面位置对准装置；设置于掩模版上的掩模标记；位于承片台上的曝光对象；设置于曝光对象上的曝光对象标记；其中，所述的双面位置对准装置通过分别检测所述的正面对准时和背面对准时掩模标记和曝光对象标记的位置信息并传送给承版台和承片台运动控制单元，以控制承版台和承片台的运动来调整掩模版和曝光对象的位置，从而实现曝光对象上正反两面的曝光场和掩模版上电路图案之间位置的精确对准；其中，反面对准采用近红外光路同轴成像实现曝光场和掩模版上图案的对准。
2、 如权利要求1所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，光学投影系 统的设计波段为350nm-450nm,不考虑光学投影系统在对准波段的色差。
3、 如权利要求1所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述双面位 置对准装置包括聚光镜单元、成像单元、探测单元及探测处理单元。
4、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的聚光 镜包括用于对可见光照明光纤出射光进行会聚的可见光聚光镜单元。
5、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的聚光 镜包括用于对近红外光照明光纤出射光进行会聚的近红外光聚光镜单元，
6、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位置 对准装置还包括用于满足空间结构尺寸需求并实现光路偏折的反射镜单元。
7、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的成像 单元包括用于将曝光对象正面对准时标记和掩模标记成像到光电探测器靶面上 的可见光成像单元。
8、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的成像 单元包括用于将曝光对象背面对准时标记成像到光电探测器靶面上的近红外光 成像单元。
9、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位置 对准装置还包括用于对照明光和成像光分光用的第一直角分束棱镜和第二直角 分束棱镜。
10、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位 置对准装置还包括用于将可见光和近红外光光路分光用的第三直角分束棱镜。
11、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的探 测单元包括用于接受掩模标记和曝光对象正面对准时标记像的可见光光电探测 器。
12、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的探 测单元包括用于接受曝光对象背面对准时标记像的近红外光光电探测器。
13、 如权利要求3所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的探 测处理单元包括用于对标记在光电探测器靶面上位置进行检测的光电探测处理 单元。
14、 如权利要求3、 4或5所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所 述的聚光镜单元均是由照明光纤、聚光镜组、滤波片构成，用于对照明光纤的 出射光进行会聚。
15、 如权利要求4所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，在可见光 聚光镜单元加入可见光滤波片，以防止对准光源中的紫外光对曝光对象上的光 刻胶进行感光。
16、 如权利要求5所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，在近红外 光聚光镜单元中加入近红外光滤波片，以防止对准光源中的紫外光对曝光对象 上的光刻胶进行感光。
17、 如权利要求6所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述反射 镜单元由平面反射镜、两个直角棱镜和前组成像物镜组构成，用于实现光路偏 振和满足空间结构尺寸需求。
18、 如权利要求4所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位 置对准装置还包括用于满足空间结构尺寸需求并实现光路偏折的反射镜单元， 且可见光聚光镜单元和反射镜单元组成掩模标记照明系统，用于掩模标记的均 匀照明。
19、 如权利要求18所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，可见光聚 光镜单元、反射镜单元、掩模版和光学投影系统组成曝光对象正面曝光时的曝 光对象标记照明系统，用于曝光对象正面对准时标记的均匀照明。
20、 如权利要求5所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位置对准装置还包括用于满足空间结构尺寸需求并实现光路偏折的反射镜单元， 其中近红外光聚光镜单元、反射镜单元、掩模版、光学投影系统和曝光对象组 成曝光对象背面曝光时的近红外光照明系统，用于曝光对象背面对准时标记的 均匀照明。
21、 如权利要求7所述的同轴双面位置对准系统 像单元由机械快门、可见光成像物镜组组成。
22、 如权利要求8所述的同轴双面位置对准系统 成像单元由机械快门、近红外光成像物镜组組成。
23、 如权利要求6所述的同轴双面位置对准系统 置对准装置还包括用于将曝光对象正面对准时标记和掩模标记成像到光电探测 器靶面上的可见光成#_单元，以及用于对照明光和成像光分光用的第一直角分 束棱镜和第二直角分束棱镜，其中反射镜单元、第一直角分束棱镜、第二直角 分束棱镜和可见光成像单元组成掩模标记成像系统，用于将掩模标记清晰成像 在光电探测器上。
24、 如权利要求22所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，光学投影 系统、掩模版、反射镜单元、第一直角分束棱镜、第二直角分束棱镜及可见光 成像单元组成曝光对象正面曝光时的标记成像系统，用于将曝光对象正面曝光 时标记清晰成像在光电探测器上。
25、 如权利要求6所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位 置对准装置还包括用于将曝光对象背面对准时标记成像到光电探测器靶面上的 近红外光成像单元，用于对照明光和成像光分光用的第一直角分束棱镜和第二 直角分束棱镜，以及用于将可见光和近红外光光路分光用的第三直角分束棱镜， 其中曝光对象、光学投影系统、掩模版、反射镜单元、第一直角分束棱镜、第,其特征在于，可见光成 ,其特征在于，近红外光 ，其特征在于，所述的位 二直角分束棱镜、第三直角分束棱镜及近红外光成像单元组成曝光对象背面曝 光时的标记成像系统，用于将曝光对象背面曝光时标记清晰成像在光电探测器 上。
26、 如权利要求9或IO所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于直角分 束棱镜是平面分束片。
27、 如权利要求11所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，可见光光 电探测器的传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
28、 如权利要求12所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，近红外光 光电探测器的传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
29、 如权利要求13所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，光电探测 处理单元用于光电探测器靶面上标记图像的釆集与位置处理。
30、 如权利要求6所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位 置对准装置还包括用于将曝光对象正面对准时标记和掩模标记成像到光电探测 器靶面上的可见光成像单元，其中可见光成像单元和反射镜单元组成的可见光 成像系统，可对光学投影系统在对准波段的色差进行校正和补偿。
31、 如权利要求20所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的位 置对准装置还包括用于将曝光对象背面对准时标记成像到光电探测器靶面上的 近红外光成像单元，且近红外光成像单元由机械快门、近红外光成像物镜组组 成，其中通过交替开启和关闭上述成像单元中的可见光成像单元和近红外光成 像单元中的机械f夹门，以实现对掩模和曝光对象的双面对准。
32、 如权利要求31所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，所述的双 面对准方法可透过曝光对象对底部标记成像，不需要额外的辅助光学成像系统。
33、 如权利要求17所述的同轴双面位置对准系统，其特征在于，反射镜单 元中的两个直角棱镜由两个平面反射镜组成。
34、 一种同轴双面位置对准方法，其特征在于，包括下列步骤 进行正面对准时，通过可见光光路使掩才莫标记和曝光对象正面标记成像，移动承版台和承片台使标记移动到位置对准装置视场范围内，在可见光光电探 测器靶面上进行成像，并由可见光光电探测处理单元计算标记在耙面上的位置 信息，同时记录当前承版台承片台的位置信息； 进行背面对准时，掩模标记通过可见光光路成像，曝光对象背面标记通过 近红外光光路成像，移动承版台使掩模标记移动到位置对准装置视场内，使掩模标记在可见光光电探测器靶面上进行成像；移动承片台使曝光对象背面标记 移动到位置对准装置视场范围内，使曝光对象标记在近红外光光电探测器靶面 上进行成像，并由标记处理单元计算曝光对象标记在扭面上的位置信息，同时 记录当前承片台位置信息；通过上述掩模标记位置信息、承版台位置信息、曝光对象标记位置信息及 承片台位置信息，根据对准算法模型，计算曝光对象相对掩模版的平移量和旋 转量，调整曝光对象的位置使曝光对象正反两面和掩模版精确对准。
35、 如权利要求34所述的位置对准方法，其特征在于，根据生产效率需要， 上述位置对准装置可以是1套，也可以是2套或多套；当位置对准装置为2套 以上时，位置对准装置在空间布局上以光学^:影系统的光轴为轴心对称分布。
36、 如权利要求34所述的位置对准方法，其特征在于，当曝光对象正面对 准时，此时开启可见光成像单元中的机械快门，同时关闭近红外光成像单元中 的机械快门，使可见光光电探测器靶面上同时有掩模标记和曝光对象标记。
37、 如权利要求34所述的位置对准方法，其特征在于，当曝光对象背面对 准时，此时开启近红外光成像单元中的机械快门，同时关闭可见光成像单元中 的机械快门，使近红外光光电探测器乾面上只有曝光对象标记。
38、 如权利要求34所述的位置对准方法，其特征在于，掩模版对准时，根 据掩模版位置对准精度需要，掩模标记的数量至少是两个。
39、 如权利要求34所述的位置对准方法，其特征在于，曝光对象对准时， 根据曝光对象位置对准精度需要，曝光对象标记的数量至少是两个。
全文摘要
本发明提供一种同轴双面位置对准系统及位置对准方法。本发明提出的同轴双面位置对准系统，用于双面投影曝光装置中，包括设于掩模版上方的双面位置对准装置；设置于掩模版上的掩模标记；设置于承片台上的曝光对象；设于曝光对象上的曝光对象标记；其中，所述的双面位置对准装置通过分别检测所述的正面对准时和背面对准时掩模标记和曝光对象标记的位置信息并传送给承版台和承片台运动控制单元，以控制承版台和承片台的运动来调整掩模版和曝光对象的位置，从而实现曝光对象上正反两面的曝光场和掩模版上电路图案之间位置的精确对准；其中，反面对准采用近红外光路同轴成像实现曝光场和掩模版上图案的对准。
文档编号G03F7/20GK101382743SQ200810201820
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年10月27日
发明者吕晓薇, 兵 徐, 巍 蔡 申请人:上海微电子装备有限公司