同轴双面位置对准系统及位置对准方法技术方案

本发明专利技术提供一种同轴双面位置对准系统及位置对准方法。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术提供一种。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，相比在先技术本专利技术所述整个投影 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。为让本专利技术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。附图说明图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是本专利技术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专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本专利技术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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓薇，徐兵，蔡巍，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]