CN103955124B - 一种光学精密系统的对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学精密系统的对准装置，涉及精密仪器技术领域，其中，本发明通过在第一物体上设置第一对准标记，在第二物体上设置第二对准标记，利用照明系统给所述第一物体上的第一对准标记提供照明，利用成像系统将第一物体上的第一对准标记成像在第二物体表面后形成第三对准标记，且第二对准标记及第三对准标记在第二物体表面重叠后形成第一图像。进而利用观测系统中的成像模块、聚束模块将包含多组、离散分布的对准标记的第一图像会聚后，形成第二图像，由单个探测模块和处理模块接收、处理，实现多通道对准标记实时、统一显示和调整，从而实现第一物体和第二物体的位置精确对准。达到了对准精度高、操作便捷的技术效果。

Description

一种光学精密系统的对准装置

技术领域

本发明涉及精密仪器技术领域，尤其涉及一种光学精密系统的对准装置。

背景技术

在现代微电子学中，集成电路的制造属于精密微细加工技术，包括光刻、离子注入、刻蚀、外延生长、氧化等一系列工艺。在表面涂有光刻胶的硅片上，通过曝光、显影等工艺将图形转移到光刻胶上，在此基础上进行刻蚀或者离子注入等工序。由于，一般的芯片制程过程中至少需要几十次的光刻工序，每层版图的光刻都需要事先与前层图形进行对准。精密对准装置是提高精密系统精度与性能的关键。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现现有技术中对准装置精度不高。

发明内容

本发明实施例提供一种光学精密系统的对准装置，用于解决现有技术中对准精度不高的技术问题，达到对准精度高、操作便捷的技术效果。

本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种光学精密系统的对准装置，用于所述光学精密系统中的第一物体和第二物体间的位置对准，其中，所述第一物体上设有第一对准标记，所述第二物体上设有第二对准标记，其中，所述装置包括：照明系统，所述照明系统配置于所述第一物体前面，用于照明所述第一物体上的第一对准标记；成像系统，所述成像系统配置于所述第一物体和第二物体之间，用于将所述第一物体上的第一对准标记成像在所述第二物体上；其中，所述第一对准标记在所述第二物体上的成像为第三对准标记；观测系统，所述观测系统配置于所述第二物体后面，用于观测所述第二物体上的第二对准标记和所述第三对准标记构成的第一图像。

进一步的，所述观测系统包括：成像模块，所述成像模块位于所述第二物体后面，用于将所述第二物体上的第一图像成像至探测模块上；聚束模块，所述聚束模块位于所述成像模块后面，用于将包含多组离散分布的对准标记的第一图像会聚后形成第二图像；探测模块，所述探测模块位于所述聚束模块后面，用于探测所述第二图像。处理模块，所述处理模块位于探测模块后面，根据所述第二图像体征所述第一物体和所述第二物体的相对位置。

进一步的，所述第二物体为透射式物体或者所述第二物体为反射式物体。

进一步的，所述第一对准标记图形与第二对准标记图形为任意两两互补的图形。

进一步的，所述成像模块根据所述对准标记的数量进行设置，所述成像模块为两组或多组成像透镜，或者所述成像模块为两根或者多根成像光纤。

进一步的，所述聚束模块为两组或多组相配合的斜方棱镜，或者所述聚束模块为两组或多组相配合的反射镜组。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明一实施例提供的一种光学精密系统的对准装置，通过在第一物体上设置第一对准标记，在第二物体上设置第二对准标记，利用照明系统给所述第一物体上的第一对准标记提供照明，利用成像系统将第一物体上的第一对准标记成像在第二物体表面后形成第三对准标记，进而利用观测系统观测第二物体上的第二对准标记和第三对准标记所形成的第一图像，且利用观测系统中的聚束模块，将包含两组或多组离散分布的对准标记的第一图像，会聚后形成第二图像；利用图像处理模块对探测模块探测到的第二图像进行处理后，就可以精确的确定第一物体和第二物体的位置关系，达到了对准精度高、操作便捷的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过设置第二物体为透明式或者反射式物体，不仅可用于第二物体为透光物体时，利用其透过的对准标记图像，实现与第一物体的位置对准；也可用于第二物体为不透光物体时，利用其表面反射的对准标记图像，实现与第一物体的位置对准。同时，可以根据实际需要调整光路方向，进而可以实现调整整个装置机械空间的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过将第一对准标记和第二对准标记定义为互补性图形，具有辨识快速、辨识准确的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过聚束模块将将包含两组或多组离散分布的对准标记的第一图像，会聚后形成第二图像发送给探测模块，具有减小探测模块体积的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过处理模块可以自动的获得第一物体和第二物体的相对位置，并可以根据预设程序自动调整第一物体和第二物体的位置，具有智能操作的技术效果。

附图说明

图1为本发明一实施例中一种光学精密系统的对准装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中一种光学精密系统的对准装置的又一结构示意图

图3为本发明一实施例中一组对准标记的示意图；

图4为本发明一实施例中又一组对准标记的示意图；

图5为本发明一实施例中对准标记相对于物体的位置关系示意图；

图6为本发明一实施例中的一种观测系统的结构示意图；

图7为本发明一实施例中的又一种观测系统的结构示意图；

图8为本发明一实施例中的再一种观测系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明一实施例提供的一种光学精密系统的对准装置，通过在第一物体和第二物体上设置一组或多组、离散分布的对准标记，并通过观测系统对所述第二物体表面自身包含的所述对准标记，及由第一物体上的对准标记经成像系统在第二物体表面所成的像，两者共同成像和观测。利用观测系统中的聚束模块将第一物体和第二物体上离散分布的对准标记的像会聚后，由单个探测模块和图像处理模块接收、处理，能够实现多通道对准标记实时、统一显示和调整，可以实现精密系统中第一物体和第二物体的位置精确控制，达到提高系统精密系统精度和性能的目的。

为使本申请一实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

为使本领域技术人员能够更详细了解本发明，以下结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所述，图1为本发明一实施例中一种光学精密系统的对准装置的结构示意图，其中所述对准装置用于所述光学精密系统中的第一物体2和第二物体3间的位置对准，其中，所述第一物体2上设有第一对准标记21，所述第二物体3上设有第二对准标记31，其中，所述装置包括：

照明系统1，所述照明系统1配置于所述第一物体2前面，用于照明所述第一物体2上的第一对准标记21；

具体来说，第一物体2上可以设有多个第一对准标记21，第二物体3上也可以设有多个第二对准标记31，本申请并不限定对准标记的数量，需要说明的是，对准标记的数量对于提升对准率具有一定的提升作用。

进一步的，照明系统可以是一个光罩，或者本领域技术人员可以获知的其他照明物体，本申请也不具体限定照明系统的类型。

进一步的，对准标记可以是多种形式，具体来说可以是形状互补的图形。比如如图3为十字叉与反十字叉的对准，如图4为横向和纵向的双十字的对准。本申请不具体限定对准标记的图形方式，只要利于观察对准率的图形方式均为本申请的保护范围。对于图3、4的图形而言，不仅可以具体校对焦点，还能进一步校对长宽的偏差率是较优的图形方式。

进一步的，对准标记的标记线条的宽度和间距取决于第一物体2与第二物体3位置对准精度要求，和成像模块4及观测系统5的分辨率。例如，标记线条的宽度可取20um，间距可取30um，标记长度可取0.5mm～1mm。

成像系统4，所述成像系统4配置于所述第一物体2和第二物体3之间，用于将所述第一物体2上的第一对准标记21成像在所述第二物体3上；其中，所述第一对准标记21在所述第二物体3上的成像为第三对准标记21’；

具体来说，成像系统4的物方焦平面位于第一物体2的后表面上，像方焦平面位于第二物体3的前表面。

观测系统5，所述观测系统5配置于所述第二物体3后面，用于观测所述第二物体3上的第二对准标记31和所述第三对准标记21’构成的第一图像。

具体来说，观测系统5位于所述第二物体3的后面，对所述第二物体3表面自身包含的第二对准标记31，及由所述第一物体2的所述第一对准标记21经成像系统4在第二物体3表面所成的像第三对准标记21’，共同成像成第一图像并观察。其中，第一图像中第二对准标记及第三对准标记均包含两组或多组、离散分布的对准标记。

进一步的，所述观测系统5包括：

成像模块51，所述成像模块51位于所述第二物体2后面，用于将所述第二物体2上的第一图像成像到探测模块53上；

具体来说，成像模块51可以根据所述对准标记的数量进行设置。比如每对对准标记均可以设置单独的成像模块，每个成像模块均可以对每对对准标记单独进行放大或者缩小成像。

聚束模块52，所述聚束模块52位于所述成像模块52后面，用于将包含两组或多组离散分布的对准标记的第一图像，会聚后形成第二图像发送给探测模块53。

具体来说，聚束模块52用于将离散分布的两对或者多组对准标记形成的在第二物体3上形成的图像，比如第一图像进行会聚，以减少所述对准标记形成的图像之间的间距，以便被所述探测模块53接收，实现多通道对准标记统一显示和调整，避免多个所述探测模块占用机械空间，同时节约成本。

探测模块53，所述探测模块53位于所述聚束模块52后面，用于探测所述第二图像62。

具体来说，探测模块53采集所述对准标记经成像模块51和聚束模块52处理后的第二图像，并将第二图像发送给处理模块54。

处理模块54，所述处理模块54根据所述第二图像体征所述第一物体2和所述第二物体3的相对位置。

具体来说，处理模块54接收第二图像，并进一步可以根据第二图像分析出第一物体2和第二物体3之间的相对位置，进一步的，还可以根据预先设定的规则，精确调整第一物体2和第二物体3之间的相对位置。

上述实施例所提供的一种光学精密系统的对准装置中的第二物体3是透射式的，也就是说，第一对准标记21经过成像系统4后与第二物体3表面上的第二对准标记31组合后形成第一图像，然后由于第二物体3是透射式的，进而可以被观测系统5获得。

进一步的，本发明实施例还提供一种光学精密系统的对准装置的第二物体3是反射式的，也就是说，第一对准标记21经过成像系统4后与第二物体3表面上的第二对准标记31组合后形成第一图像，然后由于第二物体3是反射式的，可以将第一图像反射后被观测系统5获得。采用该种方式可用于第二物体为不透光物体时，利用其表面反射的对准标记图像，实现与第一物体的位置对准。同时，也可以通过改变光路，实现节省空间，自由灵活的技术效果。如图5所示，为本发明一实施例中对准标记相对于物体的位置关系示意图。

具体来说，第一物体2和第二物体3为精密系统中两关键元件，如：依据莫尔条纹原理的精密测量系统中的参考光栅和检测光栅。所述对准标记位于第一物体2和第二物体3的两侧接近光栅图形的位置。光栅图形周围可有多组所述对准标记。例如，在第二物体3光栅图形的两侧可设置多组所述对准标记，其中第一组对准标记用于与第一物体2的标记对准，剩余对准标记用于与除第一物体2外的其他物体上对准标记对准。

如图6所示，为本发明一实施例中的一种观测系统的结构示意图。

具体来说，所述成像模块51可由两组双胶合透镜组成，组合不同的放大倍率，以配合探测模块53的尺寸和成像清晰性。所述成像模块51数值孔径应大于对准标记出射光(包含±1级衍射光)的数值孔径，分辨率应大于两标记对准时的最小间隙，例如取5～10um。

所述聚束模块52可为两块粘贴在一起的斜方棱镜，斜方棱镜将两组对准标记集中成像在探测模块53上。以便单个所述探测模块完整接收，提高成像一致性。同时，避免多个所述探测模块占用机械空间，实现多通道对准标记统一显示和调整。

探测模块53可为一个电荷耦合器件，采集所述多个第一对准标记和第二对准标记经所述成像模块51和所述聚束模块52所成的第二图像，进而获取所述对准标记的对准情况，并据此来精确调整第一物体2和第二物体3的相对位置。处理模块54，可通过人眼观察后处理，也可通过计算机自动处理。

如图7所示，为本发明一实施例中的又一种观测系统的结构示意图。

具体来说，其中，所述聚束模块52可各包含两片或多片反射镜组，反射镜组将两组或多组对准标记集中成像在探测模块53上，再由处理模块54进行处理。

如图8所示，为本发明一实施例中的再一种观测系统的结构示意图。

具体来说，其中，成像模块51为一根成像光纤，对所述第二物体3表面自身包含的所述第二对准标记31，及由第一物体2上的对准标记21经成像系统4在第二物体3表面所成的像21’，共同成像并会聚于探测模块53上。在该实施例中，可省去聚束模块，通过调整两根或多跟成像光纤之间的相对距离，使对准标记的像会聚于单个探测模块53上。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明一实施例提供的一种光学精密系统的对准装置，通过在第一物体上设置第一对准标记，在第二物体上设置第二对准标记，利用照明系统给所述第一物体提供照明，利用成像系统将第一物体上的第一对准标记成像在第二物体表面后形成第三对准标记，进而利用观测系统观测第二物体上的第二对准标记和第三对准标记所形成的第一图像，就可以精确的确定第一物体和第二物体的位置关系，达到了对准精度高、操作便捷的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过设置第二物体为透明式或者反射式物体，不仅可用于第二物体为透光物体时，利用其透过的对准标记图像，实现与第一物体的位置对准；也可用于第二物体为不透光物体时，利用其表面反射的对准标记图像，实现与第一物体的位置对准。同时，可以根据实际需要调整光路方向，进而可以实现调整整个装置机械空间的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过将第一对准标记和第二对准标记定义为互补性图形，具有辨识快速、辨识准确的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过聚束模块包含多组离散分布的对准标记的第一图像会聚后形成第二图像发送给探测模块，具有减小探测模块体积的技术效果。

进一步的，本发明一实施例通过处理模块可以自动的获得第一物体和第二物体的相对位置，并可以根据预设程序自动调整第一物体和第二物体的位置，具有智能操作的技术效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种光学精密系统的对准装置，用于所述光学精密系统中的第一物体和第二物体间的位置对准，其中，所述第一物体上设有第一对准标记，所述第二物体上设有第二对准标记，其中，所述装置包括：

照明系统，所述照明系统配置于所述第一物体前面，用于照明所述第一物体上的第一对准标记；

成像系统，所述成像系统配置于所述第一物体和第二物体之间，用于将所述第一物体上的第一对准标记成像在所述第二物体上；其中，所述第一对准标记在所述第二物体上的成像为第三对准标记；

观测系统，所述观测系统配置于所述第二物体后面，用于观测所述第二物体上的第二对准标记和所述第三对准标记构成的第一图像；

所述观测系统包括：

成像模块，所述成像模块位于所述第二物体后面，用于将所述第二物体上的第一图像成像到探测模块上；

聚束模块，所述聚束模块位于所述成像模块后面，用于将包含两组以上离散分布的对准标记的第一图像会聚后形成第二图像；

探测模块，所述探测模块位于所述聚束模块后面，用于探测所述第二图像；

处理模块，所述处理模块对探测模块探测到的第二图像进行处理后，就可以精确的确定第一物体和第二物体的位置关系；

所述第一对准标记图形与第二对准标记图形为任意两两互补的图形；

其中，所述第二物体为透射式物体；其中，所述成像模块根据所述对准标记的数量进行设置，所述成像模块为两组以上成像透镜，或者所述成像模块为两根以上成像光纤。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述聚束模块为两组以上相配合的斜方棱镜，或者所述聚束模块为两组以上相配合的反射镜组。