CN113066748A - 晶圆对准检测装置、光刻机、键合机及压印机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆对准检测装置，包括晶圆和显微镜模组，晶圆表面设有对准标记，显微镜模组包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对准标记成像到图像传感器，光学成像系统的主光轴垂直于晶圆表面，还包括光轴偏移单元，用于将光学成像系统的成像主光轴在垂直于成像主光轴的平面内朝不同方向横向偏移。当显微镜模组聚焦于不同平面时，通过光轴偏移单元，可以达到与传统晶圆对准检测设备旋转晶圆相同的效果，可以高精度实现晶圆标记对准检测。

Description

晶圆对准检测装置、光刻机、键合机及压印机
技术领域
本发明涉及半导体制造设备及工艺，尤其是一种用于接近接触式光刻机、晶圆键合机和晶圆级压印机的晶圆对准检测装置。
背景技术
光学对准系统是半导体制程中，特别是接近接触式曝光、晶圆键合、晶圆级压印中的关键技术之一。
传统光学对准系统，只有当光罩和晶圆上的标记点或被键合的两张待键合晶圆上的标记点，被配置在同一平面的时候，才能实现高精度的检测。如果光罩和晶圆之间或两张待键合晶圆之间被配置一定间距时，对准精度会大幅度降低。其主要原因是，光学对准系统不能同时清楚成像位于不同面的标记点，只能分别聚焦不同的标记点，这个聚焦过程，不可避免的会造成光学对准系统光轴的偏移，从而造成对准检测精度降低。
传统的晶圆对准检测设备，为了解决光学对准系统在聚焦于不同面标记点的过程中光轴偏移的问题，在测量过程中将旋转待测晶圆180°，分别记录旋转前后的标记点位置，并通过计算可以消除对准系统光轴偏移的问题。这种方法存在的问题是：需要较大的晶圆旋转空间；以及不能实时用于光刻机、键合机等生产设备。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种晶圆对准检测装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种晶圆对准检测装置，包括晶圆和显微镜模组，所述晶圆表面设有对准标记，所述显微镜模组包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对准标记成像到图像传感器，光学成像系统的成像主光轴垂直于晶圆表面，其特征在于：还包括光轴偏移单元，用于将光学成像系统的成像主光轴在垂直于成像主光轴的平面内朝不同方向横向偏移。
进一步的，所述光轴偏移单元包括一棱镜组合和光轴旋转单元，通过该棱镜组合使光学成像系统的成像主光轴传输方向发生N次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果，N为大于等于2的整数；
所述棱镜组合安装于光轴旋转单元上，棱镜组合可围绕光轴旋转单元回转轴转动，光轴旋转单元回转轴垂直于晶圆表面。
进一步的，所述光轴偏移单元包括一液晶相位延迟片组合或可控光栅组合，通过液晶相位延迟片组合或可控光栅组合使光学成像系统的成像主光轴传输方向发生N次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果，N为大于等于2的整数。
进一步的，所述液晶相位延迟片或可控光栅的相位延迟量沿某一方向线性分布，且该线性分布方向可以通过加载在该液晶相位延迟片或可控光栅上的电压调制。
进一步的，所述光轴偏移单元位于光学成像系统与晶圆之间、光学成像系统内部或者光学成像系统与图像传感器之间。
进一步的，所述显微镜模组连接平移单元一，通过平移单元一调节显微镜模组与晶圆之间的间距，所述平移单元一和光轴偏移单元连接平移单元二，通过平移单元二同步调整显微镜模和光轴偏移单元的位置，并且光轴偏移单元不随平移单元一移动。
一种接近接触式光刻机，该光刻机配置有上述的晶圆对准检测装置。
一种晶圆键合机，该键合机配置有上述的晶圆对准检测装置。
一种晶圆级压印机，该压印机配置有上述的晶圆对准检测装置。
有益效果：采用该晶圆对准检测装置，当显微镜模组聚焦于不同平面时，光轴偏移单元位置保持不变，通过光轴偏移单元将光学成像系统的成像主光轴朝不同方向横向偏移，可以达到与传统晶圆对准检测设备旋转晶圆相同的效果，通过计算，可以高精度实现晶圆标记对准检测。并且检测装置可以安装在接近接触光刻机、晶圆键合机和晶圆级压印机上，实现晶圆精密对准。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为光轴偏移单元的结构示意图一；
图3为光轴偏移单元的结构示意图二；
图4为本发明实施例二的结构示意图；
图5为本发明实施例三的结构示意图；
图中：1-晶圆；2-对准标记；3-光学成像系统；4-图像传感器；5-光轴偏移单元；6-平移单元一；7-平移单元二；8-棱镜；9-液晶相位延迟片(可控光栅)；10-光波导片。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例一
如图1所示，本发明的一种晶圆对准检测装置，包括晶圆1和显微镜模组，晶圆1表面设有对准标记2，显微镜模组包括光学成像系统3和图像传感器4，通过光学成像系统3把对准标记2成像到图像传感器4，光源可以集成在光学成像系统之中，也可以独立于光学成像系统之外。光学成像系统3的成像主光轴垂直于晶圆1表面，还包括光轴偏移单元5，光轴偏移单元5位于光学成像系统3与晶圆1之间，用于将光学成像系统3的成像主光轴在垂直于成像主光轴的平面内朝不同方向发生相对横向偏移。
光轴偏移单元5包括一棱镜组合和光轴旋转单元，通过该棱镜组合使光学成像系统3的成像主光轴传输方向发生N次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果，N为大于等于2的整数。如图2所示，实施例一中，棱镜组合采用两片楔状棱镜8，将两个楔状棱镜8斜面相对设置，使光学成像系统3的成像主光轴传输方向发生2次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果。棱镜组合安装于光轴旋转单元上，光轴旋转单元采用机械结构式回转台，棱镜组合可围绕旋转单元回转轴转动，光轴旋转单元回转轴垂直于晶圆表面。通过控制棱镜组合的转动角度，从而控制成像主光轴横向偏移的方向。
显微镜模组连接平移单元一6，通过平移单元一6可以调节显微镜模组与晶圆1之间的间距，平移单元一6和光轴偏移单元5连接平移单元二7，通过平移单元二7同步调整显微镜模和光轴偏移单元5的位置，并且光轴偏移单元5不随平移单元一移动。通过平移单元二7，可以整体平移该晶圆对准检测装置，在检测装置与晶圆1间距较大的时候，进行粗调。当显微镜模组聚焦于不同平面时，可以通过平移单元一6调焦于不同平面，也可以通过变焦实现不同平面的聚焦，在此过程中，光轴偏移单元5位置保持不变，旋转单元的旋转轴保持不变。
为了解决在光学成像系统在聚焦于不同面标记点的过程中光轴偏移的问题，在测量过程中通过棱镜组合围绕旋转单元回转轴转动180°，显微镜模组重新搜寻对准标记，然后分别记录旋转前后的对准标记2位置，从而可以达到与传统晶圆对准检测设备旋转晶圆相同的效果，通过计算，可以高精度实现晶圆标记对准检测。
实施例二
如图4所示，实施例二与实施例一的区别在于：光轴偏移单元5位于主光源系统3中，实施例二中，光轴偏移单元5安装于主光源系统的物镜与目镜之间，物镜的出瞳与偏移单元的入瞳重合，目镜的入瞳与偏移单元的出瞳重合。对准标记2上每个视场点发出的点光束在物镜的出瞳处转换为不同方向出射的平行光束，并通过偏移单元入瞳再通过偏移单元出瞳，产生等量横向位移且保持相对方向不变(不同方向传播的平行光束之间的相对夹角不变)，物镜视场中轴上发光点的主光线经过偏移单元时不会发生变化。最后通过物镜的入瞳被物镜成像到图像传感器。当光轴偏移单元5位于光学成像系统内部时，光轴偏移单元5不随平移单元一6移动。
实施例二与实施例一的区别还在于：光轴偏移单元5包括一液晶相位延迟片组合或可控光栅组合以及光波导片，相邻两个液晶相位延迟片9或可控光栅之间具有一组光波导片10，通过液晶相位延迟片组合或可控光栅组合以及光波导片使光学成像系统的成像主光轴传输方向发生N次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果，N为大于等于2的整数。
如图3所示，实施例二中，光轴偏移单元5包括两片液晶相位延迟片9，两片液晶相位延迟片9之间具有一组光波导片10。光轴偏移单元5的工作过程：通过上部液晶相位延迟片9的光线发生一定角度的偏转，然后在光波导片10内经过多次反射后，最后通过下部液晶相位延迟片9射出，不同光线之间的相对角度不变，从而达到成像主光轴横向偏移的效果。光波导片10限制了光线的传播空间，使得结构更加紧凑。
棱镜的相位延迟量与棱镜的折射率和厚度成正比，由于棱镜厚度沿某一方向线性分布，其产生的相位延迟量也沿同一方向线性分布，该线性分布的相位延迟量即可导致光线传播偏转，当棱镜旋转的时候，线性分布方向随之旋转，光线转播方向亦随之旋转，经过两次偏转后，光线方向保持不变，但发生了横向偏移，且偏移的方位角与棱镜旋转角度相同；而液晶相位延迟片或可控光栅的相位延迟量沿某一方向线性分布，用电压控制相位延迟量线性分布，用改变电压的方法改变相位延迟量线性分布的方向，从而同理达到与机械回转台等同的效果。
为了解决在光学成像系统在聚焦于不同面标记点的过程中光轴偏移的问题，通过液晶相位延迟片9的电压控制，从而达到与实施例一中棱镜组合围绕旋转单元回转轴转动180°相同的效果，显微镜模组重新搜寻对准标记，然后分别记录旋转前后的对准标记2位置，从而可以达到与传统晶圆对准检测设备旋转晶圆相同的效果，通过计算，可以高精度实现晶圆标记对准检测。
实施例三
如图5所示，实施例三与实施例二的区别在于：光轴偏移单元位于主光源系统与图像传感器之间。
本发明的一种接近接触式光刻机，该光刻机配置有上述的晶圆对准检测装置，实现晶圆精密对准。
本发明的一种晶圆键合机，该键合机配置有上述的晶圆对准检测装置，实现晶圆精密对准。
本发明的一种晶圆级压印机，该压印机配置有上述的晶圆对准检测装置，实现晶圆精密对准。
本发明的一种晶圆对准检测机，该对准检测机配置有上述的晶圆对准检测装置，实现晶圆精密对准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种晶圆对准检测装置，包括晶圆和显微镜模组，所述晶圆表面设有对准标记，所述显微镜模组包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对准标记成像到图像传感器，光学成像系统的成像主光轴垂直于晶圆表面，其特征在于：还包括光轴偏移单元，用于将光学成像系统的成像主光轴在垂直于成像主光轴的平面内朝不同方向横向偏移。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆对准检测装置，其特征在于：所述光轴偏移单元包括一棱镜组合和光轴旋转单元，通过该棱镜组合使光学成像系统的成像主光轴传输方向发生N次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果，N为大于等于2的整数；
所述棱镜组合安装于光轴旋转单元上，棱镜组合可围绕光轴旋转单元回转轴转动，光轴旋转单元回转轴垂直于晶圆表面。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆对准检测装置，其特征在于：所述光轴偏移单元包括一液晶相位延迟片组合或可控光栅组合，通过液晶相位延迟片组合或可控光栅组合使光学成像系统的成像主光轴传输方向发生N次偏转，从而达到成像主光轴横向偏移的效果，N为大于等于2的整数。
4.根据权利要求3所述的一种晶圆对准检测装置，其特征在于：所述液晶相位延迟片或可控光栅的相位延迟量沿某一方向线性分布，且该线性分布方向可以通过加载在该液晶相位延迟片或可控光栅上的电压调制。
5.根据权利要求2或3所述的一种晶圆对准检测装置，其特征在于：所述光轴偏移单元位于光学成像系统与晶圆之间、光学成像系统内部或者光学成像系统与图像传感器之间。
6.根据权利要求5所述的一种晶圆对准检测装置，其特征在于：所述显微镜模组连接平移单元一，通过平移单元一调节显微镜模组与晶圆之间的间距，所述平移单元一和光轴偏移单元连接平移单元二，通过平移单元二同步调整显微镜模和光轴偏移单元的位置，并且光轴偏移单元不随平移单元一移动。
7.一种接近接触式光刻机，其特征在于：该光刻机配置有权利要求1所述的晶圆对准检测装置。
8.一种晶圆键合机，其特征在于：该键合机配置有权利要求1所述的晶圆对准检测装置。
9.一种晶圆级压印机，其特征在于：该压印机配置有权利要求1所述的晶圆对准检测装置。
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