CN113885300B - 晶圆对准显微镜、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显微镜，包括光学成像系统和图像传感器，光学成像系统包括沿光束传播方向依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组，第一镜组将对准标记成像到无穷远，第二镜组将无穷远处的对准标记成像到无穷远，第二镜组把经过光束分裂为第一光束和第二光束，从第二镜组射出的第一光束的x、y、z方向均不改变，从第二镜组射出的第二光束的z方向不变，x和y方向相反；第三镜组分别接收第一、二光束，并将无穷远处的对准标记分别成像到两个图像传感器。采用晶圆对准显微镜可以消除对准系统光轴偏移的问题，从而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
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显微镜。
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显微镜。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种晶圆对准显微镜，包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对晶圆上的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，成像主光轴沿z方向延伸，晶圆表面沿x、y方向延伸，所述光学成像系统包括沿光束传播方向依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组，所述图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器；
所述第一镜组将对准标记成像到无穷远，从第一镜组射出的光束是沿不同方向的平行光；
所述第二镜组将无穷远处的对准标记成像到无穷远，射入和射出第二镜组的光束是沿不同方向的平行光；并且，第二镜组把经过光束分裂为第一光束和第二光束，从第二镜组射出的第一光束的x、y、z方向均不改变，从第二镜组射出的第二光束的z方向不变，x和y方向相反；
所述第三镜组包括第一成像透镜和第二成像透镜，第一成像透镜接收第一光束，将无穷远处的对准标记成像到第一图像传感器；第二成像透镜接收第二光束，将无穷远处的对准标记成像到第二图像传感器。
进一步的，所述第二镜组包括前透镜、第一反射镜、第一后透镜、相位延迟器、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第二后透镜，第一反射镜为半反半透镜，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜为全反射镜，第一镜组射出的光束经前透镜后，再经第一反射镜分成第一光束和第二光束，第一光束经过第一后透镜后，再经过相位延迟器补充光程，最后被第一成像透镜接收，第二光束依次经过第二反射镜反射、第三反射镜反射、第四反射镜反射后，再经第二后透镜射出，被第二成像透镜接收。
进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一xz平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一yz平面。
进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一yz平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一xz平面。
进一步的，所述第二镜组连接第一驱动机构，通过第一驱动机构使第二镜组沿z方向移动，进而调节第二镜组与第一镜组、第三镜组的距离。
进一步的，所述光学成像系统和图像传感器均连接第二驱动机构，通过第二驱动机构使光学成像系统和图像传感器沿z方向移动，进而调节该晶圆对准显微镜与晶圆的距离。
一种接近接触式光刻机，该光刻机配置有N个权利要求1所述的晶圆对准显微镜，N为大于等于1的整数。
一种晶圆键合机，该键合机配置有N个权利要求1所述的晶圆对准显微镜，N为大于等于1的整数。
一种晶圆级压印机，该压印机配置有N个权利要求1所述的晶圆对准显微镜，N为大于等于1的整数。
有益效果：采用晶圆对准显微镜，第一镜组将晶圆上的对准标记成像到无穷远，第二镜组将无穷远处的对准标记像到无穷远，并且，第二镜组把经过光束分裂为两束光束，其中第一束光束的x、y、z方向均不改变，第二束光束的z方向不变，x和y方向相反，第三镜组分别接收两束光束，并分别将对准标记成像于两个图像传感器，第一个图像传感器的成像，相较于第二图像传感器成像，等效于旋转了180°，这样，两个图像传感器的图像就可以统一到同一个坐标系，通过搜寻并记录两个图像传感器中的对准标记坐标位置，按照传统晶圆对准检测的公式进行计算，可以消除对准系统光轴偏移的问题，从而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。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晶圆对准显微镜结构示意图；
图2为本发明实施例一的第二镜组光路示意图；
图3为本发明实施例二的结构示意图；
图4为本发明实施例二的第二镜组光路示意图；
图中：1-对准标记；2-第一镜组；3-第二镜组；4-前透镜；5-第一反射镜；6-第一后透镜；7-相位延迟器；8-第二反射镜；9-第三反射镜；10-第四反射镜；11-第二后透镜；12-第一成像透镜；13-第二成像透镜；14-第一图像传感器；15-第二图像传感器。
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显微镜，包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对晶圆上的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，成像主光轴沿z方向延伸，晶圆表面沿x、y方向延伸，光学成像系统包括沿光束传播方向依次布置的第一镜组2、第二镜组3、第三镜组，图像传感器包括第一图像传感器14和第二图像传感器15。
第一镜组2将对准标记成像到无穷远，从第一镜组2射出的光束是沿不同方向的平行光；第二镜组2将无穷远处的对准标记成像到无穷远，射入和射出第二镜组2的光束是沿不同方向的平行光；并且，第二镜组2把经过光束分裂为第一光束和第二光束，从第二镜组射出的第一光束的x、y、z方向均不改变，从第二镜组射出的第二光束的z方向不变，x和y方向相反；第三镜组包括第一成像透镜12和第二成像透镜13，第一成像透镜12接收第一光束，将无穷远处的对准标记成像到第一图像传感器14；第二成像透镜13接收第二光束，将无穷远处的对准标记成像到第二图像传感器15。
第一图像传感器14的成像，相较于第二图像传感器15的成像，等效于旋转了180°，这样，两个图像传感器的图像就可以统一到同一个坐标系，通过分别搜寻并记录两个图像传感器中对准标记的坐标，再照传统晶圆对准检测的公式进行计算，可以消除对准系统光轴偏移的问题，从而达到与传统晶圆对准检测设备旋转晶圆相同的效果。
如图2所示，第二镜组包括前透镜4、第一反射镜5、第一后透镜6、相位延迟器7、第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10、第二后透镜11，第一反射镜5为半反半透镜，第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10为全反射镜，其中，第一反射镜5、第二反射镜8、第三反射镜9在同一xz平面，第四反射镜10不在这个平面，第二反射镜8、第三反射镜9、第四反射镜10在同一yz平面，第一反射镜5不在这个平面，第一镜组2射出的光束经前透镜4后，再经第一反射镜5分成第一光束和第二光束，第一光束经过第一后透镜6后，再经过相位延迟器7补充光程，第一光束的x、y、z方向均不改变，最后被第一成像透镜12接收，第二光束依次经过第二反射镜8反射、第三反射镜9反射、第四反射镜10反射后，再经第二后透镜11射出，第二光束的z方向不变，x和y方向相反，被第二成像透镜13接收。在相位延迟器7作用下，第一光束和第二光束光程相等。
该晶圆对准显微镜的第一镜组2、第二镜组3、第三镜组配置为无穷远成像，第一镜组2、第二镜组3和第三镜子之间的相对位置可以不固定，在一定范围内变化，本实施例中，第二镜组3连接第一驱动机构，通过第一驱动机构使第二镜组3沿Z方向移动，进而调节第二镜组3与第一镜组2、第三镜组的距离。
此外，光学成像系统和图像传感器均连接第二驱动机构，通过第二驱动机构使光学成像系统和图像传感器沿Z方向移动，进而调节该晶圆对准显微镜与晶圆的距离。通过第二驱动机构，可以整体平移该晶圆对准显微镜，在其与晶圆间距较大的时候，进行粗调。
实施例二
如图3所示，实施例二中，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一yz平面，第四反射镜不在这个平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一xz平面，第一反射镜不在这个平面。第一镜组2射出的光束经前透镜4后，再经第一反射镜5分成第一光束和第二光束，第一光束经过第一后透镜6后，再经过相位延迟器7补充光程，第一光束的x、y、z方向均不改变，最后被第一成像透镜12接收，第二光束依次经过第二反射镜8反射、第三反射镜9反射、第四反射镜10反射后，再经第二后透镜11射出，第二光束的z方向不变，x和y方向相反，被第二成像透镜13接收。在相位延迟器7作用下，第一光束和第二光束光程相等。
需要说明的是，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜的位置配置关系并不仅限与实施例一和实施例二，根据坐标变化数学原理，显然，存在2个反射镜，其中2个使光线围绕x轴逆时针或顺时针旋转90度，另外两个使光线围绕y周逆时针或顺时针旋转90度，所以共有96重配置方案。
本发明的一种接近接触式光刻机，该光刻机配置有至少一个上述的晶圆对准显微镜，实现晶圆精密对准。
本发明的一种晶圆键合机，该键合机配置有至少一个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，该压印机配置有至少一个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)
1.一种晶圆对准显微镜，包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对晶圆上的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，成像主光轴沿z方向延伸，晶圆表面沿x、y方向延伸，其特征在于：所述光学成像系统包括沿光束传播方向依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组，所述图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器；
所述第一镜组将对准标记成像到无穷远，从第一镜组射出的光束是沿不同方向的平行光；
所述第二镜组将无穷远处的对准标记成像到无穷远，射入和射出第二镜组的光束是沿不同方向的平行光；并且，第二镜组把经过光束分裂为第一光束和第二光束，从第二镜组射出的第一光束的x、y、z方向均不改变，从第二镜组射出的第二光束的z方向不变，x和y方向相反；
所述第三镜组包括第一成像透镜和第二成像透镜，第一成像透镜接收第一光束，将无穷远处的对准标记成像到第一图像传感器；第二成像透镜接收第二光束，将无穷远处的对准标记成像到第二图像传感器。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆对准显微镜，其特征在于：所述第二镜组包括前透镜、第一反射镜、第一后透镜、相位延迟器、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第二后透镜，第一反射镜为半反半透镜，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜为全反射镜，第一镜组射出的光束经前透镜后，再经第一反射镜分成第一光束和第二光束，第一光束经过第一后透镜后，再经过相位延迟器补充光程，最后被第一成像透镜接收，第二光束依次经过第二反射镜反射、第三反射镜反射、第四反射镜反射后，再经第二后透镜射出，被第二成像透镜接收。
3.根据权利要求2所述的一种晶圆对准显微镜，其特征在于：所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一xz平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一yz平面。
4.根据权利要求2所述的一种晶圆对准显微镜，其特征在于：所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一yz平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一xz平面。
5.根据权利要求2所述的一种晶圆对准显微镜，其特征在于：所述第二镜组连接第一驱动机构，通过第一驱动机构使第二镜组沿z方向移动，进而调节第二镜组与第一镜组、第三镜组的距离。
6.根据权利要求5所述的一种晶圆对准显微镜，其特征在于：所述光学成像系统和图像传感器均连接第二驱动机构，通过第二驱动机构使光学成像系统和图像传感器沿z方向移动，进而调节该晶圆对准显微镜与晶圆的距离。
7.一种接近接触式光刻机，其特征在于：该光刻机配置有N个权利要求1所述的晶圆对准显微镜，N为大于等于1的整数。
8.一种晶圆键合机，其特征在于：该键合机配置有N个权利要求1所述的晶圆对准显微镜，N为大于等于1的整数。
9.一种晶圆级压印机，其特征在于：该压印机配置有N个权利要求1所述的晶圆对准显微镜，N为大于等于1的整数。
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