CN101241319A - 具有对准标记体系的机器视觉对准系统及其对准方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，包含掩模对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；掩模对准系统包含掩模版，掩模台，机器视觉对准传感器；硅片对准系统包含硅片，工件台，光学投影物镜，掩模版，机器视觉对准传感器；对准标记系统包含机器视觉工装版，测试掩模版，工艺掩模版，工件台基准版。一种对准方法，通过掩模版和硅片对准结果，从而建立掩模版上电路图案与硅片上各个曝光场之间的相对位置关系。本发明结构简单、加工制造成本低，提高硅片标记的工艺适应性、简化大层间厚度的工艺流程，提高产品生产效率，降低单个产品生产制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于光刻设备的机器视觉对准系统及其对准方法。
背景技术
在光刻封装设备中，要将描绘在掩模版上的管脚或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曝光对象表面上，曝光对象通常就是前道工艺加工后的带有电路图案的将要进行封装的硅片。通过曝光成像后的硅片经过显影、后烘、电镀、回球等工艺后将产生用于后道封装的芯片凸点，芯片凸点与金属引线框结合后经过严格的封装、测试将产生满足用户需求的合格产品。
用投影曝光装置做曝光前，掩模与曝光对象的位置必须对准。通常的对准方法是利用掩模与曝光对象上配置的位置对准标记，通过设备中特定的位置对准装置和位置对准方法，建立起掩模与曝光对象之间相对的位置关系。掩模和曝光对象的对准需要建立相应的对准模型算法。
对准装置中对准标记体系的设计将直接决定了对准装置的结构设计、信号接收与处理方式、掩模与曝光对象的位置对准精度以及对准工艺流程，因此在对准装置中对准标记体系的设计及正确使用显的尤为重要。
在先技术CN 1450412A所述的对准标记适用于层间厚度比较大的工艺，如MEMS(微机电系统)和MOEMS(微光机电系统)，其对准标记采用光栅对准标记，优点是能够在层间间距比较大的标记之间进行对准，且对准精度比较高；缺点是一方面当层间对准时要在不同层制作光栅对准标记，不仅增加工艺复杂度，而且也增加了最终产品生产制造成本；另一方面当层间厚度比较大时，对入射角度偏差要求比较高，这样需在对准光路中加入平板和楔角；另外利用能量探测器对对准光强信号进行探测，使信号接受和处理都比较复杂。
发明内容
本发明提供的一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统及其对准方法，不仅解决了在先技术所述的光栅对准标记用于层间厚度比较大的工艺对准时，信号接收与处理方式复杂且对准系统结构设计难度大和加工制造成本高等问题，而且也解决了在不同层间对准时需在不同层间制作光栅对准标记，所带来的工艺流程复杂且同时增加了最终产品制造成本等缺陷。
为了达到上述目的，本发明提供一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，包含：
掩模对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；
所述的掩模对准系统包含：
掩模版；
所述的掩模版包含测试掩模版和工艺掩模版；
掩模台，设置在掩模版下方，可在水平面内运动；
若干机器视觉对准传感器，设置在掩模版上方，用于对准标记的照明、成像、接收以及对准标记在探测器靶面上的位置处理；
所述的掩模对准系统通过对掩模版上的掩模标记成像及处理掩模标记在接收器靶面上的位置，从而确定掩模版上的电路图案在工件台坐标系中位置；
所述的硅片对准系统包含：
硅片，上面设置有硅片对准标记，用于硅片对准以确定硅片坐标系在工件台坐标系中的平移量、旋转量和缩放量；
工件台，设置在硅片下方，可在水平面内运动；
光学投影物镜，位于硅片和掩模版之间，用于将掩模版上的电路图案投影成像到硅片上；
掩模版；
若干机器视觉对准传感器；
所述的硅片对准系统通过对硅片上的硅片标记成像及处理硅片标记在接收器靶面上的位置，从而确定硅片上的各个曝光场在工件台坐标系中的位置，以致最终实现掩模版上的电路图案能通过光学投影物镜，正确转移到硅片上的各个曝光场；
所述的对准标记系统包含：
机器视觉工装版，固定于光学投影物镜顶端的机械法阑，上面设置有工装掩模标记，该标记用于机器视觉传感器初次安装以建立机器对准传感器与光学投影物镜在垂向以及水平向的物理位置关系；
测试掩模版，上面描绘有测试掩模标记和掩模对准系统标定点阵列，以及掩模对准系统精度测量标记，所述的测试掩模标记和掩模对准系统标定点阵列用于机器视觉传感器初次安装或周期性维护时，对机器视觉传感器进行标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系，所述的掩模对准系统精度测量标记用于测量机器视觉对准传感器进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
工艺掩模版，上面描绘有工艺掩模标记，该标记用于设备进行正常工艺生产时的掩模对准，以确立掩模版在工件台坐标系中的位置关系；
工件台基准版，设置在工件台上，该工件台基准版上面设置有工件台基准标记、硅片对准系统标定点阵列、以及硅片对准系统精度测量标记，工件台基准标记用于建立工件台坐标系和光学投影物镜之间的位置关系，硅片对准系统标定点阵列用于机器视觉传感器初次安装或进行周期性维护时，对机器视觉传感器进行标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系，硅片对准系统精度测量标记用于测量机器视觉对准传感器进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
本发明还提供了一种应用上述对准系统的对准方法，包含以下步骤：
步骤1、利用机器视觉工装版调整机器视觉对准传感器的安装位置；
步骤1.1、通过工装夹具将机器视觉工装版固定于光学投影物镜顶端的机械法阑；
步骤1.2、以机器视觉工装版上的工装掩模标记为基准，调整机器视觉对准传感器在垂向的安装位置以及在水平向的安装位置，以建立机器视觉对准传感器与光学投影物镜在物理上的相对位置关系；
步骤1.3、当调整好机器视觉对准传感器在垂向和水平向的安装位置后，即可撤去机器视觉工装版；
步骤2、进行掩模对准系统的标定；
步骤2.1、上载测试掩模版；
步骤2.2、利用测试掩模版上的掩模对准系统标定点阵列，对掩模对准系统进行标定并建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；
步骤2.3、利用测试掩模版上的精度测量标记分别测量当机器视觉对准传感器进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
步骤2.4、下载测试掩模版；
步骤3、进行硅片对准系统的标定；
步骤3.1、利用工件台基准版上的硅片对准系统标定点阵列，对硅片对准系统进行标定并建立工件台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；
步骤3.2、利用工件台基准版上的精度测量标记测量当机器视觉对准传感器进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
步骤4、掩模版对准；
步骤4.1、上载工艺掩模版；
步骤4.2、利用工艺掩模版上的工艺掩模标记来实现掩模版对准，从而确定掩模版上的电路图案在工件台坐标系中的位置；
步骤5、硅片对准；
步骤5.1、上载硅片；
步骤5.2、利用硅片上的硅片标记来实现硅片对准，从而确定硅片上的各个曝光场在工件台坐标系中的位置；
步骤6、通过上述掩模版和硅片对准结果，从而建立掩模版上电路图案与硅片上各个曝光场之间的相对位置关系。
本发明具有以下优点：采用基于机器视觉的对准系统，不仅对准装置结构简单、加工制造成本低，而且硅片对准时无需在硅片上制造专用的硅片对准标记，可直接选用前序工艺已有的定位标记或具有特定几何形状的电路图案、数字标识等作为硅片对准标记，这样不仅可提高硅片标记的工艺适应性、简化大层间厚度的工艺流程，同时也大大提高产品生产效率，降低单个产品生产制造成本。
附图说明
图1为本发明机器视觉对准系统的结构示意图；
图2为本发明机器视觉对准系统的机器视觉工装版结构示意图；
图3为本发明机器视觉工装版上工装掩模标记布局及位置示意图；
图4为本发明机器视觉对准系统所用测试掩模版结构示意图；
图5为本发明测试掩模版上掩模标记对准窗口结构示意图；
图6为本发明测试掩模版上掩模对准系统标定点阵列结构示意图；
图7为本发明机器视觉对准系统所用工艺掩模版结构示意图；
图8为本发明工艺掩模版上掩模对准标记布局及位置示意图；
图9为本发明工件台基准版在工件台上的布局及位置示意图；
图10为本发明工件台基准版上对准标记布局及位置示意图；
图11为本发明实施例中工艺掩模版结构示意图；
图12为本发明对准方法的流程图。
具体实施方式
以下根据图1～图12，具体说明本发明的较佳实施方式：
如图1所示，本发明提供一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，包含：
掩模对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；
所述的掩模对准系统包含：
掩模版2；
所述的掩模版2包含测试掩模版和工艺掩模版；
掩模台4，设置在掩模版2下方，可在水平面内运动；
机器视觉对准传感器8和9，设置在掩模版2上方，用于对准标记的照明、成像、接收以及对准标记在探测器靶面上的位置处理，其接收器为CCD(Charge Coupled Device电荷耦合器件)或CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor Transistor互补型金属氧化物半导体)，用于接收对准标记像；
所述的掩模对准系统通过对掩模版2上的掩模标记成像及处理掩模标记在接收器靶面上的位置，从而确定掩模版2上的电路图案在工件台坐标系中的位置；
所述的硅片对准系统包含：
硅片5，上面设置有硅片对准标记6，用于硅片对准以确定硅片坐标系在工件台坐标系中的平移量、旋转量和缩放量；所述的硅片对准标记6选用的是前道工艺已有的定位标记或具有特定几何形状的电路图案、标识数字等；
工件台7，设置在硅片5下方，可在水平面内运动；
光学投影物镜1，位于硅片5和掩模版2之间，用于将掩模版2上的电路图案投影成像到硅片5上；
掩模版2；
机器视觉对准传感器8和9；
所述的硅片对准系统通过对硅片5上的硅片标记成像及处理硅片标记在接收器靶面上的位置，从而确定硅片上的各个曝光场在工件台坐标系中的位置，以致最终实现掩模版2上的电路图案能通过光学投影物镜，正确转移到硅片上的各个曝光场；
所述的对准标记系统包含：
机器视觉工装版20，固定于光学投影物镜1顶端的机械法阑，上面设置有工装掩模标记21、22，该标记用于机器视觉传感器初次安装以建立机器对准传感器与光学投影物镜在垂向以及水平向的物理位置关系；
测试掩模版2，上面描绘有测试掩模标记65和掩模对准系统标定点阵列61，以及掩模对准系统精度测量标记64，所述的测试掩模标记65和掩模对准系统标定点阵列61用于机器视觉传感器初次安装或周期性维护时，对机器视觉传感器进行标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系，所述的掩模对准系统精度测量标记64用于测量机器视觉对准传感器进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
工艺掩模版2，上面描绘有工艺掩模标记42，该标记用于设备进行正常工艺生产时的掩模对准，以确立掩模版在工件台坐标系中的位置关系；
工件台基准版10，设置在工件台7上，该工件台基准版10上面设置有工件台基准标记11、硅片对准系统标定点阵列12、以及硅片对准系统精度测量标记13，其中工件台基准标记11用于建立工件台坐标系和光学投影物镜之间的位置关系，硅片对准系统标定点阵列12用于机器视觉传感器初次安装或进行周期性维护时，对机器视觉传感器进行标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系，硅片对准系统精度测量标记13用于测量机器视觉对准传感器进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
图2为本发明机器视觉对准系统所用机器视觉工装版结构示意说明图，机器视觉工装版20用于机器视觉传感器初次安装，通过工装夹具固定于光学投影物镜1顶端的机械法阑(图中未标识出)，机器视觉工装版20所用材料和厚度与掩模版2所用材料和厚度相同，且安装完毕后机器视觉工装版图形面位于光学投影物镜1的物面成像景深范围内。机器视觉工装版20上设置有工装掩模标记21和22，分别用于左边机器视觉对准传感器8和右边机器视觉对准传感器9的初次安装，上述机器视觉对准传感器安装时以机器视觉工装版20上的工装掩模标记21和22为基准，首先调整左右两边机器视觉对准传感器的垂向位置，直到工装掩模标记21和22上分别在左边机器视觉对准传感器8和右边机器视觉对准传感器9接收器靶面上清晰成像为止；然后调整左右两边机器视觉对准传感器在水平向的安装位置，直到工装掩模标记21和22分别在左边机器视觉对准传感器8和右边机器视觉对准传感器9接收器靶面上像位于接收器靶面中心位置为止。通过上述调整，已建立左右两边机器视觉对准传感器与投影物镜在垂向以及水平向相对固定的物理位置关系。
本发明所述的机器视觉工装版20，设置于其上的工装掩模标记21和22分别位于左边机器视觉对准传感器8和右边机器视觉对准传感器9的视场范围内；工装掩模标记21和22之间的位置间距d01与左右两边机器视觉对准传感器8和9在水平方向的距离相同，其位置间距约为60mm左右；工装掩模标记21和22的形状如图2所示为“十”字形，实际上该工装掩模标记的形状也可以是其它形状或具有特定几何特征的图形。为了提高左右两边机器视觉对准传感器相对光学投影物镜在水平向的安装位置，上述工装掩模标记21和22的位置间距误差在不增加加工制造成本的前提下可控制在微米级精度。
图3为本发明机器视觉工装版20上工装掩模标记布局及位置示意说明图，工装掩模标记21位于左边机器视觉对准传感器8的物方视场范围内，当工装掩模标记21像的几何中心位于接收器靶面23的中心时，此时认为左边机器视觉对准传感器8在水平方向相对光学投影物镜1的位置已调整到位。工装掩模标记的外形尺寸约为500微米到800微米甚至更大，便于机器视觉对准传感器在水平方向对准位置的安装与调试；在工装掩模标记21的四周均匀分布着四个尺寸相对比较小的次工装掩模标记24，其外形尺寸约为80微米到320微米，相邻2个次工装掩模标记24的位置间距d02和d03尽可能大，但要保证4个次工装掩模标记24都处于机器视觉对准传感器的物方视场范围内，其主要用于判断和精确计算机器视觉传感器在水平面内相对机器视觉工装版的旋转量，以便更加方便的安装和调整机器视觉对准传感器在水平方向的安装位置。次工装掩模标记24形状如图3所示，实际上该工装掩模标记的形状也可以是其它形状或具有特定几何特征的图形。该本部分只描述了工装掩模标记21及其周围次工装掩模标记24的分布情况，对于右边机器视觉对准传感器9下方的工装掩模标记22及其周围次工装掩模标记24的分布情况和描述同上。
图4为本发明机器视觉对准系统所用测试掩模版2结构示意说明图，测试掩模版2用于机器视觉对准传感器初次安装或周期性维护时，对机器视觉传感器进行标定并建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系。测试掩模版2上设置有电路图案3，掩模标记对准窗口60和掩模标记对准窗口70，其中掩模标记对准窗口60位于左边机器视觉对准传感器8的物面范围内，掩模标记对准窗口70位于右边机器视觉对准传感器9的物面范围内。掩模标记对准窗口60和掩模标记对准窗口70之间的位置间距d04与图2所示位置间距d01一样，都等于左右两边机器视觉对准传感器8和9在水平方向的距离。
图5为本发明测试掩模版2上掩模标记对准窗口结构示意说明图，掩模标记对准窗口60内分布有掩模对准系统标定点阵列61，掩模对准系统精度测量标记64和测试掩模标记65，其中机器视觉对准系统标定点阵列61和测试掩模标记65用于对掩模对准系统进行标定并建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；掩模对准系统精度测量标记64用于测量机器视觉对准传感器8在进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度。掩模标记对准窗口60外分布有测试掩模指示标记63，用于设备集成与装调阶段，所有指示标记63连线的交点即为测试掩模标记65的几何中点，指示标记63箭头所指方向为测试掩模标记65所在位置。指示标记63的大小约为300微米左右，相邻2个指示标记63的中心位置间距约为600微米左右，指示标记数量多少取决于掩模标记对准窗口60外的空间尺寸；如图5所示指示标记的形状为“干”字形，实际上该指示标记的形状可以为单箭头或其它具有方向性的图形。掩模对准系统精度测量标记64的大小约为300微米左右，相邻2个指示标记64的中心位置间距约为600微米左右；如图5所示掩模对准系统精度测量标记的形状为“H”字形，实际上该标记的形状可以为几何形状或具有特定几何特征的图形。
图5中掩模标记对准窗口60为正方形，其尺寸大小约为5mm，窗口内除标记部分为金属铬外其余均为透光部分。左边机器视觉对准传感器8的视场62如图所示，该视场中心与掩模标记对准窗口60的中心重合；视场62的大小约为1mm，视场62内除测试掩模标记65为金属铬外其余均为透光部分，通过这些透光区域可实现硅片5上面硅片标记6的均匀照明和清晰成像。图5中测试掩模标记65的大小约为60微米到320微米之间，其形状可以是如图所示的“十”字形，也可以是其它形状或具有特定几何特征的图形；测试掩模标记65位于掩模标记对准窗口60的中心位置左下角处，其标记中心到窗口中心的距离约为450微米。上述只描述了测试掩模版2上掩模标记对准窗口60内外的标记分布情况，对于测试掩模版2上掩模标记对准窗口70内外的标记分布情况与上完全相同。
图6为本发明掩模版2上掩模对准系统标定点阵列结构示意说明图，掩模对准系统标定点阵列61尺寸大于图5所示的机器视觉对准传感器物方视场62，目的使标定点阵列61充满整个视场62；相邻标定点的位置间距及加工误差由掩模对准系统的标定精度所决定，标定点阵列61中单个标定点66的尺寸约为40微米左右，相邻标定点66的位置间距约为60微米左右，这样将在左边机器视觉对准传感器8的视场62内将至少采集到100个标定点以上，满足本发明机器视觉对准系统的标定精度。标定点66的形状如图所示为圆形，实际上该标定点形状也可为正方形，“十”字形或其它具有特定几何特征的图形。
图7为本发明机器视觉对准系统所用工艺掩模版结构示意说明图，工艺掩模版2用于设备进行正常工艺生产时的掩模对准以及电路图案曝光。工艺掩模版2上设置有电路图案3，掩模标记对准窗口40和掩模标记对准窗口50，其中掩模标记对准窗口40位于左边机器视觉对准传感器8的物面范围内，掩模标记对准窗口50位于右边机器视觉对准传感器9的物面范围内。掩模标记对准窗口40和掩模标记对准窗口50之间的位置间距与图2所示位置间距d01一样，都等于左右两边机器视觉对准传感器8和9在水平方向的距离。
图8为本发明工艺掩模版上掩模对准标记布局及位置示意说明图，掩模标记对准窗口40为正方形，其尺寸大小约为3mm左右，窗口内除工艺掩模标记部分为金属铬外其余均为透光部分，在正常工艺生产过程中通过这些透光区域可实现硅片5上硅片标记6的均匀照明和清晰成像。机器视觉对准传感器的视场41如图所示，其大小约为1mm左右，该视场中心与掩模标记对准窗口40的中心重合。图8中工艺掩模标记42的大小为60微米到320微米之间，其形状可以是如图所示的“十”字形，也可以是其它形状或具有特定几何特征的图形；工艺掩模标记42位于掩模标记对准窗口40的中心位置左下角处，其标记中心到窗口中心的距离约为450微米。上述只描述了工艺掩模版2上掩模标记对准窗口40内的标记分布情况，对于工艺掩模版2上掩模标记对准窗口50内的标记分布情况与上完全相同。
工艺掩模版与测试掩模版的重要区别是在掩模标记对准窗口40内，无测试掩模版上所描述的掩模对准系统标定点阵列以及掩模对准系统精度测量标记。
图9为本发明工件台基准版在工件台上的布局及位置示意说明图，工件台7上设置有硅片5和工件台基准版10，工件台基准版10在工件台7上的安装位置如图12所示，位于工件台7左上角，实际上工件台基准版10可固定安装在工件台7四个边角的任意一个位置。
图10为本发明工件台基准版上对准标记布局及位置示意说明图，工件台基准版10上设置有工件台基准标记11，硅片对准系统标定点阵列12和硅片对准系统精度测量标记13。工件台基准标记11用于建立工件台坐标系和光学投影物镜之间的位置关系；硅片对准系统标定点阵列12用于机器视觉传感器初次安装或进行周期性维护时，对机器视觉传感器进行标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；硅片对准系统精度测量标记13用于测量机器视觉对准传感器进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度。
上述工件台基准标记11在大小和形状上与工艺掩模标记42相同；硅片对准系统标定点阵列12在大小，形状和相邻标定点位置间距上与掩模对准系统标定点阵列61相同；2个硅片对准系统精度测量标记13在大小，形状和相邻标定点位置间距上都与掩模对准系统精度测量标记64相同。
图11为本发明可能实施例工艺掩模版结构示意说明图，根据实际生产工艺需要，工艺掩模版2上设置有电路图案31，电路图案32，掩模标记对准窗口43，掩模标记对准窗口44，掩模标记对准窗口51和掩模标记对准窗口52。其中掩模标记对准窗口43和掩模标记对准窗口51位于电路图案31两侧，其相互之间的位置关系如图10所述的机器视觉对准系统所用工艺掩模版，窗口内的工艺掩模标记用于确定电路图案31通过光学透镜物镜1所成的像在工件台坐标系中的位置；其中掩模标记对准窗口44和掩模标记对准窗口52位于电路图案32两侧，其相互之间的位置关系如图10所述的机器视觉对准系统所用工艺掩模版，窗口内的工艺掩模标记用于确定电路图案32通过光学透镜物镜1所成的像在工件台坐标系中的位置。上述机器视觉对准窗口43，44，51和52内工艺掩模标记的结构布局及位置与图11所示的工艺掩模版上掩模对准标记布局及位置相同。图14所示实施例中工艺掩模版2上设置有2个电路图案，实际上根据工艺需求，工艺掩模版2上可设置有多个电路图案或曝光场，且每个曝光场两侧均分布有机器视觉对准窗口。
如图12所示，本发明还提供了一种应用上述对准系统的对准方法，包含以下步骤：
步骤1、利用机器视觉工装版20调整机器视觉对准传感器8和9的安装位置；
步骤1.1、通过工装夹具将机器视觉工装版20固定于光学投影物镜1顶端的机械法阑；
步骤1.2、以机器视觉工装版20上的工装掩模标记21和22为基准，调整机器视觉对准传感器8和9在垂向的安装位置以及在水平向的安装位置，以建立机器视觉对准传感器8和9与光学投影物镜1在物理上的相对位置关系；
步骤1.3、当调整好机器视觉对准传感器8和9在垂向和水平向的安装位置后，即可撤去机器视觉工装版20；
步骤2、进行掩模对准系统的标定；
步骤2.1、上载测试掩模版2；
步骤2.2、利用测试掩模版2上的掩模对准系统标定点阵列61，对掩模对准系统进行标定并建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；
步骤2.3、利用测试掩模版2上的精度测量标记64分别测量当机器视觉对准传感器8和9进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
步骤2.4、下载测试掩模版2；
步骤3、进行硅片对准系统的标定；
步骤3.1、利用工件台基准版10上的硅片对准系统标定点阵列12，对硅片对准系统进行标定并建立工件台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；
步骤3.2、利用工件台基准版10上的精度测量标记13测量当机器视觉对准传感器8和9进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
步骤4、掩模版对准；
步骤4.1、上载工艺掩模版2；
步骤4.2、利用工艺掩模版2上的工艺掩模标记42来实现掩模版对准，从而确定掩模版上的电路图案在工件台坐标系中的位置；
步骤5、硅片对准；
步骤5.1、上载硅片5；
步骤5.2、利用硅片上的硅片标记6来实现硅片对准，从而确定硅片上的各个曝光场在工件台坐标系中的位置；
步骤6、通过上述掩模版和硅片对准结果，从而建立掩模版上电路图案与硅片上各个曝光场之间的相对位置关系。
本发明具有以下优点：采用基于机器视觉的对准系统，不仅对准装置结构简单、加工制造成本低，而且硅片对准时无需在硅片上制造专用的硅片对准标记，可直接选用前序工艺已有的定位标记或具有特定几何形状的电路图案、数字标识等作为硅片对准标记，这样不仅可提高硅片标记的工艺适应性、简化大层间厚度的工艺流程，同时也大大提高产品生产效率，降低单个产品生产制造成本。
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。任何对本发明的结构所作的属于本技术领域内熟知的部件替换、组合或分立，均不超出本发明的保护范围。
Claims (33)
1.一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，包含：
掩模对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；
所述的掩模对准系统包含：
掩模版(2)；所述的掩模版(2)包含测试掩模版和工艺掩模版；
掩模台(4)，设置在掩模版(2)下方，可在水平面内运动；
若干机器视觉对准传感器(8)和(9)，设置在掩模版(2)上方；
所述的硅片对准系统包含：
硅片(5)，上面设置有硅片对准标记(6)；
工件台(7)，设置在硅片(5)下方，可在水平面内运动；
光学投影物镜(1)，位于硅片(5)和掩模版(2)之间；
掩模版(2)；
若干机器视觉对准传感器(8)和(9)；
所述的对准标记系统包含：
机器视觉工装版(20)，固定于光学投影物镜(1)顶端的机械法阑；
测试掩模版(2)；
工艺掩模版(2)；
工件台基准版(10)，设置在工件台(7)上。
2.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述的机器视觉对准传感器采用的接收器为CCD电荷耦合器件或CMOS互补型金属氧化物半导体。
3.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述的硅片对准标记(6)选用的是前道工艺已有的定位标记或具有特定几何形状的电路图案、标识数字。
4.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述的机器视觉工装版(20)，设置于其上的工装掩模标记(21)和(22)分别位于左边机器视觉对准传感器(8)和右边机器视觉对准传感器(9)的视场范围内。
5.如权利要求4所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，工装掩模标记(21)和(22)之间的位置间距d01与左右两边机器视觉对准传感器(8)和(9)在水平方向的距离相同，其位置间距为60mm。
6.如权利要求4所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，工装掩模标记(21)和(22)的形状为“十”字形，外形尺寸为500微米到800微米。
7.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，在所述工装掩模标记(21)的四周均匀分布了若干次工装掩模标记(24)。
8.如权利要求7所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述次工装掩模标记(24)的外形尺寸为80微米到320微米，相邻2个次工装掩模标记(24)的位置间距d02和d03保证每个工装掩模标记(24)都处于机器视觉对准传感器的物方视场范围内。
9.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述的测试掩模版(2)上设置有电路图案(3)，掩模标记对准窗口(60)和掩模标记对准窗口(70)，其中掩模标记对准窗口(60)位于左边机器视觉对准传感器(8)的物面范围内，掩模标记对准窗口(70)位于右边机器视觉对准传感器(9)的物面范围内。
10.如权利要求9所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模标记对准窗口(60)和掩模标记对准窗口(70)之间的位置间距d04等于左右两边机器视觉对准传感器(8)和(9)在水平方向的距离。
11.如权利要求9所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模标记对准窗口(60)和(70)内分布有掩模对准系统标定点阵列(61)，掩模对准系统精度测量标记(64)和测试掩模标记(65)。
12.如权利要求9所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模标记对准窗口(60)外分布有若干测试掩模指示标记(63)，所有指示标记(63)连线的交点即为测试掩模标记(65)的几何中点，指示标记(63)箭头所指方向为测试掩模标记(65)所在位置。
13.如权利要求12所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述指示标记(63)的大小为300微米，相邻2个指示标记(63)的中心位置间距为600微米，指示标记数量多少取决于掩模标记对准窗口(60)外的空间尺寸，指示标记的形状为“干”字形，或单箭头或其它具有方向性的图形。
14.如权利要求11所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模对准系统精度测量标记(64)的大小为300微米，相邻2个指示标记(64)的中心位置间距为600微米；掩模对准系统精度测量标记的形状为“H”字形，或几何形状或具有特定几何特征的图形。
15.如权利要求9所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模标记对准窗口(60)为正方形，其尺寸大小为5mm，窗口内除标记部分为金属铬外其余均为透光部分。
16.权利要求9所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述机器视觉对准传感器(8)的视场(62)中心与掩模标记对准窗口(60的中心重合，视场(62)的大小为1mm，视场(62)内除测试掩模标记(65)为金属铬外其余均为透光部分。
17.如权利要求1或权利要求9所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述测试掩模标记(65)的大小为60微米到320微米，其形状是“十”字形，或者是其它形状或具有特定几何特征的图形，测试掩模标记(65)位于掩模标记对准窗口(60)的中心位置左下角处，其标记中心到窗口中心的距离为450微米。
18.如权利要求16所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模对准系统标定点阵列(61)尺寸大于机器视觉对准传感器物方视场(62)。
19.如权利要求11所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述标定点阵列(61)中单个标定点(66)的尺寸为40微米，相邻标定点(66)的位置间距为60微米，标定点(66)的形状为圆形，或者正方形，或者“十”字形或其它具有特定几何特征的图形。
20.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述工艺掩模版(2)上设置有电路图案(3)，掩模标记对准窗口(40)和掩模标记对准窗口(50)，其中掩模标记对准窗口(40)位于左边机器视觉对准传感器(8)的物面范围内，掩模标记对准窗口(50)位于右边机器视觉对准传感器(9)的物面范围内。
21.如权利要求20所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模标记对准窗口(40)和掩模标记对准窗口(50)之间的位置间距等于左右两边机器视觉对准传感器(8)和(9)在水平方向的距离。
22.如权利要求20所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述掩模标记对准窗口(40)为正方形，其尺寸大小为3mm，窗口内除工艺掩模标记(42)部分为金属铬外其余均为透光部分。
23.如权利要求20所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述机器视觉对准传感器的视场(41)为1mm，该视场中心与掩模标记对准窗口(40)的中心重合。
24.如权利要求22所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述工艺掩模标记(42)的大小为60微米到320微米，其形状是“十”字形，或者其它形状或具有特定几何特征的图形，工艺掩模标记(42)位于掩模标记对准窗口(40)的中心位置左下角处，其标记中心到窗口中心的距离为450微米。
25.如权利要求1所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述工件台基准版(10)位于工件台(7)左上角，或者固定安装在工件台(7)四个边角的任意一个位置。
26.如权利要求25所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述工件台基准版(10)上设置有工件台基准标记(11)，硅片对准系统标定点阵列(12)和硅片对准系统精度测量标记(13)。
27.如权利要求26所述的具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，所述工件台基准标记(11)在大小和形状上与工艺掩模标记(42)相同；硅片对准系统标定点阵列(12)在大小，形状和相邻标定点位置间距上与掩模对准系统标定点阵列(61)相同；硅片对准系统精度测量标记(13)在大小，形状和相邻标定点位置间距上都与掩模对准系统精度测量标记(64)相同。
28.一种对准方法，包含以下步骤：
步骤1、利用机器视觉工装版(20)调整机器视觉对准传感器(8)和(9)的安装位置；
步骤2、进行掩模对准系统的标定；
步骤3、进行硅片对准系统的标定；
步骤4、掩模版对准；
步骤5、硅片对准；
步骤6、通过上述掩模版和硅片对准结果，从而建立掩模版上电路图案与硅片上各个曝光场之间的相对位置关系。
29.如权利要求28所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤1包含以下步骤：
步骤1.1、通过工装夹具将机器视觉工装版(20)固定于光学投影物镜(1)顶端的机械法阑；
步骤1.2、以机器视觉工装版(20)上的工装掩模标记(21)和(22)为基准，调整机器视觉对准传感器(8)和(9)在垂向的安装位置以及在水平向的安装位置，以建立机器视觉对准传感器(8)和(9)与光学投影物镜(1)在物理上的相对位置关系；
步骤1.3、当调整好机器视觉对准传感器(8)和(9)在垂向和水平向的安装位置后，即可撤去机器视觉工装版(20)。
30.如权利要求28所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤2包含以下步骤：
步骤2.1、上载测试掩模版(2)；
步骤2.2、利用测试掩模版(2)上的掩模对准系统标定点阵列(61)，对掩模对准系统进行标定并建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；
步骤2.3、利用测试掩模版(2)上的精度测量标记(64)分别测量当机器视觉对准传感器(8)和(9)进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度；
步骤2.4、下载测试掩模版(2)。
31.如权利要求28所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤3包含以下步骤：
步骤3.1、利用工件台基准版(10)上的硅片对准系统标定点阵列(12)，对硅片对准系统进行标定并建立工件台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；
步骤3.2、利用工件台基准版(10)上的精度测量标记(13)测量当机器视觉对准传感器(8)和(9)进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度。
32.如权利要求28所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤4包含以下步骤：
步骤4.1、上载工艺掩模版(2)；
步骤4.2、利用工艺掩模版(2)上的工艺掩模标记(42)来实现掩模版对准，从而确定掩模版上的电路图案在工件台坐标系中的位置。
33.如权利要求28所述的对准方法，其特征在于，所述的步骤5包含以下步骤：
步骤5.1、上载硅片(5)；
步骤5.2、利用硅片上的硅片标记(6)来实现硅片对准，从而确定硅片上的各个曝光场在工件台坐标系中的位置。
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