CN102081312A - 双面对准装置及其对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种双面对准装置及其方法。双面对准装置包括掩模对准装置、硅片前表面对准装置和硅片后表面对准装置。掩模对准装置包括掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像传感器，实现掩模标记对准；硅片前表面对准装置包括上述掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像传感器，借助于投影物镜实现硅片前表面标记对准和工件台基准标记对准；硅片后表面对准装置包括底部照明光学系统、底部成像光学系统、上述掩模成像光学系统和图像传感器，借助于投影物镜实现硅片后表面标记对准。本发明的双面对准装置及其对准方法，降低了双面对准系统的设计成本及复杂度。
Description
技术领域
本发明是有关于一种对准装置及方法，且特别是有关于一种双面对准装置及其对准方法。
背景技术
为了实现封装器件智能化和小型化的发展要求，出现了对多晶片(硅片)封装解决方案的需要。多晶片封装是一种将两个或更多平面器件堆叠并连接起来的硅片级封装方法，该封装方法也称为三维(3D)封装。在3D封装中，TSV封装工艺方式被认为是未来最有潜力、也是最有前途的3D封装方式之一。TSV封装工艺方法是在半导体晶片的正面到背面形成微型通孔，然后以电气方式将上下晶片连接起来，由于采用3D垂直互联方式，从而大大缩短了晶片之间的互联引线长度，从而使封装器件在体积、性能及信号传输速度上都有了大幅度提高。
TSV封装工艺方式要求对硅片进行双面曝光，因此要求半导体光刻设备具有双面对准装置以满足双面曝光的工艺需求，该装置不仅能对硅片前表面进行对准，而且也能对硅片后表面进行对准，双面对准装置的测量精度直接决定了硅片前后表面光刻图形的套刻误差。
美国专利US6525805B2所述的双面对准装置，利用同轴对准方式实现硅片前表面对准，利用可见光测量法通过离轴对准装置实现硅片后表面对准，该实施例所述硅片后表面对准存在以下缺点：
相对于使用同轴对准方式对硅片后表面进行对准，增加了一整套离轴对准系统，包括标记照明和成像光学系统、成像传感器，提高了系统设计复杂度及成本，同时也增加了整机测校难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双面对准装置及其对准方法，以降低双面对准系统的设计成本及复杂度。
为达上述目的，本发明提出一种双面对准装置，包括掩模对准装置、硅片前表面对准装置和硅片后表面对准装置。掩模对准装置包括掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像传感器，实现掩模标记对准；硅片前表面对准装置包括上述掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像传感器，借助于投影物镜实现硅片前表面标记对准和工件台基准标记对准；硅片后表面对准装置包括底部照明光学系统、底部成像光学系统、上述掩模成像光学系统和图像传感器，借助于投影物镜实现硅片后表面标记对准。
本发明另提出一种用于上述双面对准装置的对准方法，包括下列步骤：(1)掩模对准装置与工件台基准标记对准，确定工件台基准标记在图像处理单元的图像传感器靶面上的成像位置；(2)掩模对准装置与掩模标记对准，确定掩模标记在图像处理单元的图像传感器靶面上的成像位置；(3)通过步骤(1)和(2)确定掩模图案在工件台坐标系中的成像位置；(4)硅片前表面对准装置与硅片前表面标记对准，确定硅片前表面标记在图像处理单元的图像传感器靶面上的成像位置；(5)通过步骤(1)和步骤(4)确定硅片前表面在工件台坐标系中的位置；(6)根据(3)和(5)的对准结果，对准当前掩模和硅片前表面，并对硅片前表面进行曝光；(7)将硅片翻转180度，对调硅片的前后表面；(8)硅片后表面对准装置与硅片后表面对准标记对准，确定硅片后表面在工件台上的位置；(9)根据(1)(3)和(7)(8)的对准结果，对准当前掩模和硅片后表面，并对翻转前的硅片后表面进行曝光。
综上所述，本发明通过在工件台底部安装简单的光学系统来实现硅片后表面对准，不需要额外增加一套离轴对准系统，不仅可以避免掩模版的反射引入的杂散光对图像对比度的影响，提高了标记图像的对比度及对准测量精度，而且整个硅片后表面对准系统充分利用了硅片前表面对准系统，不需要对已有的掩模对准系统和硅片前表面对准系统进行改造即可以实现硅片后表面对准，降低了系统的设计成本及复杂度；同时由于不使用离轴对准系统，使得在双面对准过程中，不仅降低了系统设计的复杂度和系统成本，而且整机测校的复杂度也得到降低。
进一步，掩模对准和硅片对准时，用图像对准的信号处理方式来获取对准标记的位置信息，使得对准标记可以为任意形状，既可以使用预先制作的对准标记，也可以使用前道电路图案作为标记，提高了对准的工艺适应性，在半导体后道工艺中具有较大的优势。
附图说明
图1是实施例一硅片前表面标记对准时双面对准装置的结构示意图；
图2是实施例一硅片后表面标记对准时双面对准装置的结构示意图；
图3是是实施例一中硅片后表面对准装置安装位置示意图
图4是本发明实施例一的对准方法的流程图。
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、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是实施例一硅片前表面标记对准时双面对准装置的结构示意图，图2是实施例一硅片后表面标记对准时双面对准装置的结构示意图，同时参考图1至图2。
双面对准装置用于对准掩模板10和工件台13上的硅片14。掩模板10上具有掩模标记11，硅片14具有前表面14a和后表面14b。掩模板10和硅片14之间设有投影物镜12，上述内容对于本领域中具有通常知识的人来说是现有技术，不再详细描述。
双面对准装置包括掩模对准装置、硅片前表面对准装置和硅片后表面对准装置。
掩模对准装置设置在掩模板10的上方，包括掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像处理单元，实现掩模标记对准。掩模照明光学系统包括第一光源S1、第一光纤2、第一聚光镜组3、第一分束棱镜8、第一反射镜9。掩模成像光学系统包括第一反射镜9、第一分束棱镜8、第一掩模对准成像镜组7。图像处理单元包括图像传感器6、图像采集设备5、图像处理设备4。掩模对准时，第一光源S1发出的光线经光纤2导入到掩模照明光学系统，依次通过第一聚光镜组3、第一分束棱镜8后，被第一反射镜9反射到掩模对准标记11上，均匀照明掩模对准标记11，然后光线被掩模标记11反射后，依次通过第一反射镜9、第一分束棱镜8和第一成像物镜7，将掩模标记11清晰成像到图像传感器6上，经由图像采集设备5和图像处理设备4，即可以得到掩模标记11的相关位置信息。
硅片前表面对准装置包括上述掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像处理单元。第一光源S1发出的光线经第一光纤2导入到掩模照明系统，依次通过第一聚光镜3、第一分束棱镜8后，被第一反射镜9反射到掩模版10上的通光窗口O1上，然后光线穿过掩模版10并通过投影物镜12，均匀照明硅片14a前表面对准标记15，然后光线被硅片14a反射后，依次通过投影物镜12和掩模版10上的通光窗口O1、第一反射镜9、第一分束棱镜8和第一成像物镜组7，将硅片前表面标记15清晰成像到图像传感器6上，经由图像采集设备5和图像处理设备4，即可以得到硅片前表面标记15的相关位置信息。
硅片后表面对准装置22包括底部照明光学系统、底部成像光学系统、上述掩模成像光学系统和图像处理单元，通过投影物镜对准硅片后表面标记。其中底部照明光学系统和底部成像光学系统安装在工件台13内。
底部照明光学系统包括第二光源S2、第二光纤21、第二聚光镜组20和第二分束棱镜19。底部成像光学系统包括第二分束棱镜19、第二成像镜组18和第二反射镜17。
硅片后表面对准时，需要将硅片14a进行翻转，此时已曝光好的前表面处于下方。光源S2发出的光线经第二光纤21导入到底部照明光学系统，依次通过第二聚光镜组20、第二分束棱镜19到达硅片后表面，通过移动工件台13，使得硅片标记15被均匀照明，然后光线被硅片标记15反射后，依次通过第二分束棱镜19、底部成像镜组18、第二反射镜17后到达投影物镜12，穿过投影物镜12以及掩模版10上的通光窗口O1后，经过第一反射镜9、第一分束棱镜8和第一掩模成像物镜组7，将硅片标记15清晰成像到图像传感器6上，经由图像采集设备5和图像处理设备4，即可以获取硅片后表面标记15的相关位置信息。
所述硅片后表面对准装置22安装在工件台13内，当工件台13运动时，整个硅片后表面对准装置22会和工件台13一起运动，以实现硅片前表面对准和硅片后表面对准。在工件台13内，安装有4套硅片后表面对准装置，如图3所示，以满足硅片全场对准过程中对全局对准标记数量的要求。在WM1-WM4固定位置上，需要在硅片上的对应位置制作对准标记，以实现硅片后表面对准。
图4是本发明实施例一的对准方法的流程图。如图4所示，对准方法包括下列步骤：
S101掩模对准装置与工件台基准标记对准，确定工件台基准标记在图像传感器靶面上的成像位置；
S103掩模对准装置与掩模标记对准，确定掩模标记在图像传感器靶面上的成像位置；
S105通过步骤S101和S103确定掩模图案在工件台坐标系中的成像位置；
S107硅片前表面对准装置与硅片前表面标记对准，确定硅片前表面标记在图像传感器靶面上的成像位置；
S109通过步骤S101和步骤S107确定硅片前表面在工件台坐标系中的位置；
S111根据S105和S109的对准结果，对准当前掩模和硅片前表面，并对硅片前表面进行曝光；
S113将硅片翻转180度，对调硅片的前后表面；
S115硅片后表面对准装置与硅片后表面对准标记对准，确定硅片后表面在工件台上的位置；
S117根据S105、S107、S113和S115的对准结果，对准当前掩模和硅片后表面，并对翻转前的硅片后表面进行曝光。
综上所述，本发明通过在工件台底部安装简单的光学系统来实现硅片后表面对准，不需要额外增加一套离轴对准系统，不仅可以避免掩模版的反射引入的杂散光对图像对比度的影响，提高了标记图像的对比度及对准测量精度，而且整个硅片后表面对准系统充分利用了硅片前表面对准系统，不需要对已有的掩模对准系统和硅片前表面对准系统进行改造即可以实现硅片后表面对准，降低了系统的设计成本及复杂度；同时由于不使用离轴对准系统，使得在双面对准过程中，不仅降低了系统设计的复杂度和系统成本，而且整机测校的复杂度也得到降低。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (8)
1.一种双面对准装置，用于掩模和硅片前后表面对准，其特征在于，包括：
掩模对准装置，位于掩模版上方，包括掩模照明光学系统、掩模成像光学系统和图像处理单元；
硅片前表面对准装置，包括上述掩模照明光学系统、上述掩模成像光学系统和上述图像处理单元，借助于投影物镜实现硅片前表面标记对准和工件台基准标记对准；
硅片后表面对准装置，设置在工件台上，包括底部照明光学系统、底部成像光学系统、上述掩模成像光学系统和图像处理单元，借助于投影物镜实现硅片后表面标记对准。
2.根据权利要求1所述双面对准装置，其特征在于，其中掩模照明光学系统包括第一光源、第一照明光纤、第一聚光镜组、第一分束棱镜、第一反射镜，第一光源依次通过上述第一照明光纤、第一聚光镜组、第一分束棱镜、第一反射镜均匀照射至掩模对准标记。
3.根据权利要求2所述双面对准装置，其特征在于，其中掩模成像光学系统包括第一反射镜、第一分束棱镜和第一成像物镜组，将掩模对准标记清晰成像到图像传感器上。
4.根据权利要求1所述双面对准装置，其特征在于，其中底部照明光学系统包括第二光源、第二照明光纤、第二聚光镜组和第二分束棱镜，第二光源依次通过上述第二照明光纤、第二聚光镜组和第二分束棱镜均匀照射至硅片后表面标记。
5.根据权利要求4所述双面对准装置，其特征在于，其中底部成像光学系统包括第二分束棱镜、底部成像镜组和第二反射镜，将硅片后表面标记成像到硅片前表面。
6.根据权利要求1所述的双面对准装置，其特征在于，硅片后表面对准装置的光源位于工件台底部。
7.根据权利要求1所述的双面对准装置，其特征在于，掩模对准装置使用的对准光源波长和投影物镜的波长范围不重叠。
8.权利要求1至7中任意一项所述的双面对准装置的对准方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)掩模对准装置与工件台基准标记对准，确定工件台基准标记在图像处理单元的图像传感器靶面上的成像位置；
(2)掩模对准装置与掩模标记对准，确定掩模标记在图像处理单元的图像传感器靶面上的成像位置；
(3)通过步骤(1)和(2)确定掩模图案在工件台坐标系中的成像位置；
(4)硅片前表面对准装置与硅片前表面标记对准，确定硅片前表面标记在图像处理单元的图像传感器靶面上的成像位置；
(5)通过步骤(1)和步骤(4)确定硅片前表面在工件台坐标系中的位置；
(6)根据(3)和(5)的对准结果，对准当前掩模和硅片前表面，并对硅片前表面进行曝光；
(7)将硅片翻转180度，对调硅片的前后表面；
(8)硅片后表面对准装置与硅片后表面对准标记对准，确定硅片后表面在工件台上的位置；
(9)根据(1)(3)、(7)(8)的对准结果，对准当前掩模和硅片后表面，并对翻转前的硅片后表面进行曝光。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 201203 Zhangjiang High Tech Park, Shanghai, Zhang Dong Road, No. 1525 Patentee after: Shanghai microelectronics equipment (Group) Limited by Share Ltd Address before: 201203 Zhangjiang High Tech Park, Shanghai, Zhang Dong Road, No. 1525 Patentee before: Shanghai Micro Electronics Equipment Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |