CN115128908A - 一种双面光刻的光刻系统及光刻方法 - Google Patents
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Abstract
一种双面光刻的光刻系统及方法，所述光刻系统包括第一载台、第二载台、光刻机构和控制器，基底正面向上放置于所述第一载台，基底背面向上放置于所述第二载台，光刻机构对基底进行光刻操作，所述控制器控制所述第一载台、所述第二载台和所述光刻机构，所述第一载台设置有第一图像获取装置，基底放置于第一载台时，获取所述基底背面的第一图像，所述第二载台上方设置第二图像获取装置，所述第二图像获取装置依据所述第一图像在所述基底背面的位置获取第二图像。基于第一图像和第二图像实现基底正面和背面图形的对准，利用图像信息作为标志点信息，对位精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻系统，尤其是一种用于基底正面和背面双面光刻的方法。
背景技术
光刻技术广泛应用于半导体和PCB生产领域，是制作半导体器件、芯片和PCB板等产品的工艺步骤之一，其用于在基底表面上印刷特征图形，最终获得依据电路设计所需的图形结构。传统的光刻技术需要制作掩膜的母版或者菲林底片进行曝光操作，制作周期长，且每一版对应单一图形，不能广泛应用。为解决传统光刻技术的存在的上述问题，直写光刻技术应运而生，其利用数字光处理技术，通过可编程的数字反射镜装置实现编辑不同的所需的图形结构，能够快速切换图形，其不仅可以降低成本，还可以缩短制作周期，正广泛应用于光刻技术领域。直写光刻的原理是通过调制光束的方法将设计图形转移到涂覆有感光材料的基底表面上，然后通过显影、刻蚀等工艺，最终获得所需的图形结构。
对于印刷电路板，通常采用多层板的形式，多层板中需要能够双面连通的内层板，内层板不仅仅是只需要单面曝光，而是需要对内层板的两面进行曝光。在对内层板曝光时，需要分别对其正面和背面进行曝光，同时需要确保内层板正面和背面上的图形的位置相对应。现有技术中，通常在内层板正面曝光第一面图形时，通过打标装置在内层板的背面形成对位标记，内层板正面曝光完成后，将内层板背面向上放置，通过对位相机抓取通过打标装置形成的对位标记，计算第二面所需绘制图形的精确印刷位置。打标装置需要使用激光器，通过激光器在内层板的背面形成标记，但是激光器的能量大小不易控制，标记边界形状易发生变化，难以精确识别边界，导致精度降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高对位精度的光刻系统及其光刻方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种双面光刻的光刻系统，所述光刻系统包括第一载台、第二载台、光刻机构和控制器，基底正面向上放置于所述第一载台，基底背面向上放置于所述第二载台，光刻机构对基底进行光刻操作，所述控制器控制所述第一载台、所述第二载台和所述光刻机构，所述第一载台设置有第一图像获取装置，基底放置于第一载台时，获取所述基底背面的第一图像，所述第一图像获取装置包括至少两个第一图像获取单元，所述第二载台上方设置第二图像获取装置，所述第二图像获取装置依据所述第一图像在所述基底背面的位置获取第二图像，所述控制器包含分析模块，所述分析模块以第一图像为基础获取模版图片，根据所述模版图片的像素信息在第二图像中匹配模版图片，获得第二图像中模版图片的位置信息。
进一步的，所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置的倍率相同。
进一步的，所述第一图像获取装置包括至少三个第一图像获取单元，其中两个第一图像获取单元位于所述第一载台的一侧边，至少一个第一图像获取单元位于相邻侧边。
进一步的，所述分析模块通过归一化交叉相关性或者形状匹配的算法在第二图像中找到匹配模版图片的区域，获得匹配模版图片区域的中心点位置。
进一步的，所述光刻机构位于所述第一载台和第二载台之间，所述第一载台和第二载台分别移动至所述光刻机构进行光刻操作。
进一步的，所述第一载台和第二载台共用光刻机构或者第二图像获取装置，所述第一载台和第二载台并行设置，或者所述第一载台和第二载台处于不同平面高度，能够在不同平面高度之间移动。
一种双面光刻的光刻方法，基底放置于第一载台，第一图像获取装置获取基底背面的第一图像，依据第一图形获取模版图片，光刻机构在基底的正面进行光刻操作；翻转基底，基底背面向上放置于第二载台，第二图像获取装置依据第一图像的位置信息获得模版图片对应区域的基准位置，在基底背面获取第二图像，分析模块在第二图像中获得匹配模版图片的位置，使得基底正面光刻图形和背面光刻图形对准。
进一步的，所述第一图像获取装置包括多个第一图像获取单元，对每个第一图像获取单元进行编号，根据编号识别第一图像获取单元获取的模版图片。
进一步的，所述分析模块通过归一化交叉相关性或者形状匹配的算法在第二图像中找到匹配模版图片的区域，获得匹配模版图片区域的中心点位置。
进一步的，所述模版图片是第一图像的全部或者部分。
与现有技术相比，所述第一图像获取装置在基底背面获取模版图片作为标志点，在基底翻转后，利用第二图像获取装置获取模版图片的标志点，进而实现基底正面和背面图形的对准，并且不是单纯通过边界确定标志点的位置，而是利用模版图片进行区域化匹配确认标志点位置，对位精度更高。
附图说明
图1是双面光刻系统的示意图。
图2是第一载台一实施例示意图。
图3是第一载台另一实施例示意图。
图4是光刻系统第一实施例示意图。
图5是光刻系统第二实施例示意图。
图6是光刻系统第三实施例示意图。
图7是光刻系统第四实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。
图1-3示出了一种用于对基底进行双面光刻的光刻系统，所述光刻系统包括第一载台1、第二载台2、控制器，所述第一载台1和第二载台2用于承载基底，所述第一载台1设置第一图像获取装置10，所述第一图像获取装置10用于获取正面向上放置于第一载台1上的基底背面的图像，所述第二载台2对应设置有第二图像获取装置20，所述第二图像获取装置20用于获取背面向上放置基底的背面图像，控制器控制所述第一载台1、第二载台2运动，所述控制器包含分析模块，所述分析模块接收第一图像获取装置10和第二图像获取装置20获取的图像信息，并对所述第一图像获取装置10和第二图像获取装置20获取的图像进行分析，获得基底在第一载台和第二载台相对位置信息。较佳的，所述第一图像获取装置10和所述第二图像获取装置20具有相同的倍率，可以是一倍率或放大倍率或缩小倍率。基底材料的不同位置所获得的图像中具有不同的细节特点，通过第一图像获取10基底背面一个位置的第一图像，基底移动至第二载台2后，基底位置发生改变，在第二图像中查找第一图像的位置，确定基底移动至不同载台后的相对位置。
所述基底的正面为先进行光刻操作的一面，在基底放置于第一载台1的阶段内，包括在所述基底进行对位、曝光操作的过程或者上述操作的前后阶段，通过所述第一图像获取装置10获取所述基底的背面的第一图像传输至分析模块并保存。所述基底经过翻转移动至第二载台2，此时，所述基底正面朝向第二载台2，所述基底背面向上，根据所述第一图像获取装置10获取第一图像的位置，所述第二图像获取装置20在所述基底背面的相同及相近位置获取所述基底背面的第二图像。控制模块比较所述第一图像获取装置10获取的第一图像和所述第二图像获取装置20获取的第二图像的信息，得到放置于所述第二载台2的所述基底的位置信息，根据所述位置信息对所述基底进行光刻操作，使得所述基底正面图案和背面图案对准。
基底翻转后，对所述基底进行对位的过程中，分析模块以所述第一图像获取单元获取的第一图像为模版图片，在所述第二图像获取单元获取的第二图像中找到匹配所述模版图片的位置。所述模版图片可以是第一图像的全部，或者在第一图像截取部分图像作为模版图片，较佳的，选取第一图像中特征明显的部分作为模版图片。在所述第一图像中截取图像，可以减少数据运算量，同时能够避免选择第一图像全部作为模版图片时，边缘图像由于光的衍射而造成问题。同时，在第一图像中截取图像作为模版图片，模版图片的区域形状更加灵活，可以选取合适的区域形状。
分析模块利用模版图片和第二图像的信息，利用图像相关性或者形状匹配等方式在第二图像中找到模版图片的位置，得到放置在第二载台的基底上与所述模版图片对应区域的中心点位置信息。这种通过模版图片和第二图像的区域化匹配获得中心点位置信息的方式不受边缘形状的影响，精度更高。
下面以图像相关性匹配的方式为例，分析模块以模版图片创建包含各个像素的数据组模版，根据所述数据组模版利用归一化交叉相关性的算法在第二图像中找到与模版图片对应区域的中心点位置。
归一化的交叉相关性（NCC(Normalized cross correlation)），是数学上统计两组数据之间是否有关系的判断方法。计算公式如下：
其中：
其中根据积分图可以提前计算出任意窗口大小和平方和；
其中
分别表示待检测图像与参考模板图像的窗口均值。NCC最终结果在0到1之间，容易量化比较结果。
通过积分图建立起来窗口下面的待检测图像与模板图像的均值和与平方和以及它们的交叉乘积五个积分图索引之后，完成了整个预计算生成。依靠索引表查找计算结果，NCC就可以实现线性时间的复杂度计算，而且时间消耗近似常量，与有效区域大小无关。
通过归一化的交叉相关性的方式计算比较第一图像和第二图像的各个像素，在第二图像中获取模版图片对应的位置，进而得到模版图片在第二图像中对应区域的中心点位置。
所述第一载台具有至少两个开口11，所述开口11被透光挡片12覆盖，以避免灰尘影响第一图像获取单元10获取的图像质量。所述开口可以是规则或者不规则图形、如圆形、方形、不等边多边形、曲线图形等，较佳的所述开口为规则图形，易于计算图形的中心点位置。所述第一图像获取装置10通过所述开口11获取至少两个图像。所述第一图像获取装置10对应所述开口11设置相应的第一图像获取单元13，所述第一图像获取单元13包括光源，可以采用同轴光源、环形光源等，方便获取图像并用于标定位置。所述第二载台2上方设置有第二图像获取装置20，所述第二图像获取装置20包括至少一个图像获取单元21和驱动单元，所述第二图像获取单元21用于获取图像，所述驱动单元用于驱动所述第二图像获取单元21移动至所述基底的对应位置。如图3所示，较佳的，所述第一载台具1有三个开口11，所述其中两个开口11位于所述第一载台1的一个侧边，另一个开口11位于所述第一载台1的相邻侧边。较佳的，所述透光挡片在未覆盖开口的部分有设置标记点15，所述标记点靠近第一载台1的边缘，所述基底放置于所述第一载台1时，所述标记点能够露出，所述第一载台1对应的对位相机根据所述标记点位置获得基底正面的相对位置。
在所述第一载台1放置基底前，首先对所述第一图像获取单元13进行标定。将第一图像获取单元13上所用的同轴光源打开，光源透过开口11以及透光挡片12形成与开口形状相同的光束。所述第一载台1对应的对位相机抓取所述光束形成的图案，并记录此时的所述第一图像获取单元13在第一载台1的坐标，完成标定工作。
将基底正面向上放置于所述第一载台1，对基底正面进行对位曝光，正面完成对位曝光后，第一图像获取单元13开始透过透光挡片12获取第一图像，以第一图像为模版图片或者从第一图像中选取模版图片，将模版图片保存在本地，每个第一图像获取单元13具有相应的编号，根据所述第一图像获取单元13的编号保存模版图片。所述模版图片可以是规则或者不规则图形、如圆形、方形、不等边多边形等，较佳的所述模版图片为规则图形，易于计算图形的中心点位置。正面曝光完成后，左右翻板，开始背面对位曝光。
分析模块根据所述第一图像获取单元的位置计算所述模版图片对应区域在第二载台的基准位置，第二图像获取单元21移至模版样本所处的基准位置，获取该区域的第二图像，根据第一图像获取单元13的编号，调取之前保存的模版图片，创建NCC模板，再根据模板图片，在第二图像中找到模版图片的对应位置，获得当前模版图片对应区域的中心点位置，即的中心点的坐标值。除了中心点的位置信息之外，还可以同时获取当前模版图片对应区域相对于模版图片的旋转角度和二者的相似度，用以控制对位准确性。
所述第一载台1和所述第二载台2可以利用同一光刻机构、同一对位机构对基底进行图形曝光，或者采用不同的光刻机构、不同的对位机构对基底进行图形曝光，或者采用不同的对位机构、相同的光刻机构对基底进行图形曝光。在所述第一载台1上设置第一图像获取单元，在基板背面朝向第一载台时，获取第一图像，得到模版图片，也可以根据需要在第二载台设置第一图像获取单元。
具体的，如图4所示，所述光刻系统包括第一载台100、第一光刻机构300、第一对位机构400、第二载台200、第二光刻机构500、第二对位机构600及翻转机构，所述第二对位机构600即第二图像获取装置，用于获取基底背面的图像。所述第一载台设置有第一图像获取装置101。基板正面向上放置于所述第一载台100，所述第一载台100移动至第一对位机构400进行对位操作，然后移动至第一光刻机构300进行曝光操作，在此过程中，所述第一图像获取机构101通过第一载台100上的开口获取基底背面的图像。所述基底完成曝光操作后，移动至翻转机构，经翻转机构的翻转，将基底背面向上放置于所述第二载台200。所述第二对位机构600根据第一图像获取装置101获取图像的位置，在基底的背面抓取对应区域的待测图片，根据第一图像获取装置101获取的模版图片，在待测图片中找到模版的对应位置，获得位置信息，所述位置信息包括模版的位置、相似度等。
如图5所示，所述光刻系统包括第一载台100、光刻机构300、对位机构400、第二载台200及翻转机构，所述对位机构400即为第二图像获取装置，所述第一载台100和所述第二载台200并行设置，所述光刻机构300和所述对位机构400滑动设置，对应于所述第一载台100和所述第二载台200的位置，所述光刻机构300和所述对位机构400移动至第一载台100或者第二载台200上方，对第一载台100或者第二载台200进行对位或者曝光操作，所述第一载台100设置有第一图像获取装置101。基板正面向上放置于所述第一载台100，所述第一载台100移动至对位机构400进行对位操作，然后移动至光刻机构300进行曝光操作，在此过程中，所述第一图像获取装置101通过第一载台100上的开口获取基底背面的图像。所述基底完成曝光操作后，移动至翻转机构，经翻转机构的翻转，将基底背面向上放置于所述第二载台200。所述对位机构400根据第一图像获取装置101获取图像的位置，在基底的背面抓取对应区域的待测图片，根据第一图像获取装置101获取的模版图片，在待测图片中找到模版的对应位置，获得位置信息，所述位置信息包括模版图片的中心位置、相似度等。
如图6所示，所述光刻系统包括第一载台100、光刻机构300、对位机构400、第二载台200及翻转机构，所述第一载台100和所述第二载台200可在竖直方向调整台面高度，至少所述第一载台100和所述第二载台200相对运动时处于不同的台面高度。所述光刻机构300和所述对位机构400固定设置，所述对位机构400即为第二图像获取装置，其中的第二图像获取单元401滑动设置。所述第一载台100和所述第二载台200分别移动至对位机构400和光刻机构300进行对位或者曝光操作，所述第一载台100设置有第一图像获取装置。基板正面向上放置于所述第一载台100，所述第一载台100移动至对位机构400进行对位操作，然后移动至光刻机构300进行曝光操作，在此过程中，所述第一图像获取装置通过第一载台100上的开口获取基底背面的图像。所述基底完成曝光操作后，移动至翻转机构，经翻转机构的翻转，将基底背面向上放置于所述第二载台200。所述对位机构400根据第一图像获取装置获取图像的位置，在基底的背面抓取对应区域的待测图片，根据第一图像获取装置获取的模版图片，在待测图片中找到模版图片的对应位置，获得位置信息，所述位置信息包括模版的位置、相似度等。
如图7所示，所述光刻系统包括第一载台100、光刻机构300、第一对位机构400、第二载台200、第二对位机构500及翻转机构，所述第二对位机构500即为第二图像获取装置，所述第一对位机构400和所述第二对位机构500位于所述光刻机构300的两侧，所述第一载台100通过所述第一对位机构400和所述光刻机构300进行对位和曝光操作，所述第二载台200通过所述第二对位机构500和所述光刻机构300进行对位和曝光操作。所述光刻机构300、所述第一对位机构400和所述第二对位机构500固定设置，所述第一对位机构400和第二对位机构500的图像获取单元600滑动设置。所述第一载台100和所述第二载台200分别进行对位和曝光操作，所述第一载台100设置有第一图像获取装置101。基板正面向上放置于所述第一载台100，所述第一载台100移动至第一对位机构400进行对位操作，然后移动至光刻机构300进行曝光操作，在此过程中，所述第一图像获取装置101通过第一载台100上的开口获取基底背面的图像。所述基底完成曝光操作后，移动至翻转机构，经翻转机构的翻转，将基底背面向上放置于所述第二载台200。所述第二对位机构500根据第一图像获取装置获取图像的位置，在基底的背面抓取对应区域的待测图片，根据第一图像获取装置获取的模版图片，在待测图片中找到模版图片的对应位置，获得位置信息，所述位置信息包括模版的位置、相似度等。
上述光刻系统不仅适用于印刷电路板，也适用于其他不便于用激光器打标的基底，如硅片等。
Claims (10)
1.一种双面光刻的光刻系统，所述光刻系统包括第一载台、第二载台、光刻机构和控制器，基底正面向上放置于所述第一载台，基底背面向上放置于所述第二载台，光刻机构对基底进行光刻操作，所述控制器控制所述第一载台、所述第二载台和所述光刻机构，其特征在于：所述第一载台设置有第一图像获取装置，基底放置于第一载台时，获取所述基底背面的第一图像，所述第一图像获取装置包括至少两个第一图像获取单元，所述第二载台上方设置第二图像获取装置，所述第二图像获取装置依据所述第一图像在所述基底背面的位置获取第二图像，所述控制器包含分析模块，所述分析模块以第一图像为基础获取模版图片，根据所述模版图片的像素信息在第二图像中匹配模版图片，获得第二图像中模版图片的位置信息。
2.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述第一图像获取装置和所述第二图像获取装置的倍率相同。
3.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述第一图像获取装置包括至少三个第一图像获取单元，其中两个第一图像获取单元位于所述第一载台的一侧边，至少一个第一图像获取单元位于相邻侧边。
4.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述分析模块通过归一化交叉相关性或者形状匹配的算法在第二图像中找到匹配模版图片的区域，获得匹配模版图片区域的中心点位置。
5.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述光刻机构位于所述第一载台和第二载台之间，所述第一载台和第二载台分别移动至所述光刻机构进行光刻操作。
6.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述第一载台和第二载台共用光刻机构或者第二图像获取装置，所述第一载台和第二载台并行设置，或者所述第一载台和第二载台处于不同平面高度，能够在不同平面高度之间移动。
7.一种双面光刻的光刻方法，其特征在于：基底放置于第一载台，第一图像获取装置获取基底背面的第一图像，依据第一图形获取模版图片，光刻机构在基底的正面进行光刻操作；翻转基底，基底背面向上放置于第二载台，第二图像获取装置依据第一图像的位置信息获得模版图片对应区域的基准位置，在基底背面获取第二图像，分析模块在第二图像中获得匹配模版图片的位置，使得基底正面光刻图形和背面光刻图形对准。
8.根据权利要求7所述的光刻方法，其特征在于：所述第一图像获取装置包括多个第一图像获取单元，对每个第一图像获取单元进行编号，根据编号识别第一图像获取单元获取的模版图片。
9.根据权利要求7所述的光刻方法，其特征在于：所述分析模块通过归一化交叉相关性或者形状匹配的算法在第二图像中找到匹配模版图片的区域，获得匹配模版图片区域的中心点位置。
10.根据权利要求7所述的光刻方法，其特征在于：所述模版图片是第一图像的全部或者部分。
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| CN202110325465.4A Pending CN115128908A (zh) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | 一种双面光刻的光刻系统及光刻方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115128908A (zh) |
-
2021
- 2021-03-26 CN CN202110325465.4A patent/CN115128908A/zh active Pending
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