CN1675591A - 将衬底在工作台上对齐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种对齐具有已知形状的工件的方法，包括如下动作：借助于拾取和放置机器人拿取工件、提供激光束、用探测器探测何时所述工件的边缘的第一位置打断所述激光束、记录机器人臂的位置、用探测器探测何时所述工件的边缘的第二位置打断所述激光束、记录机器人臂的位置、从机器人臂的所述各位置计算所述工件的角度误差、及借助于所述机器人臂校正所述工件的所述角度误差。根据本发明的另一方面，所述工件在被所述拾取和放置机器人拿取的同时，在所述工件的一个表面的平面内转动对齐，将所述工件布置在工作台上，并且在将所述工件布置于所述工作台上的同时至少在X或Y方向的一个方向上对齐所述工件。

Description

将衬底在工作台上对齐的方法
技术领域
本发明涉及一种在平版印刷工艺(lithographic process)中操纵工件的方法，尤其是，本发明涉及对齐将要由可移动工作台(stage)支撑的工件的方法。
背景技术
在平版印刷工艺中利用激光、电子束、离子或其他等同方法对工件构图之前，所述工件的位置必须已知。在已知了工件的位置时，就可以与工具对齐，用来产生图案。通常，所述工件必须以六种不同的方式与书写工具对齐。该工件必须沿X方向和Y方向水平对齐所述书写工具。工件还必须旋转对齐。所述工件必须放置在所述书写工具的焦点上，即：在Z方向上对齐。最后，工件和书写工具必须在两个垂直的方向上倾斜对齐，即，如果未倾斜对齐，则由所述书写工具产生的图案对于所述工件的不同部分焦点未对准，而对于剩余部分焦点对准。
过去，所述工件在X方向、Y方向上的对齐以及所述旋转对齐是通过将所述工件放置在预校准器(pre aligner)内进行的，该预校准器包括多个对齐标杆，该对齐标杆从顶部上放置有所述工件的一个表面伸出。所述对齐标杆附着到所述预校准器的所述表面上，用于将所述工件停止在预定位置处。通过所述工件之下的多个小孔为预校准器吹气。当将所述空气吹过所述小孔时，在预校准器的表面和工件之间产生一个衬垫。所述衬垫可以在施加最小的摩擦和力的条件下沿所需方向传送所述工件。如果预校准器在一个方向上倾斜，使得所述对齐标杆下降的话，所述工件将向所述对齐标杆移动。如果所述对齐标杆已经正确地附着到该表面上，则在与所述对齐标杆相接触时所述工件自身位于预定位置上。一个夹钳在所述已知位置夹住所述工件，并且将所述工件传送到工作台，以便可以进一步对齐。
所述对齐工件的方法具有如下的缺点：即，在对齐所述工件的精度方面存在局限。这种不精确在将来线宽变得非常小的时候会成为问题。对于如此小的线宽，还会存在如上所述由所述预校准器污染的问题，这是由于在一些场合中所述工件和预对齐标杆之间会出现物理接触。
另一种对齐所述工件的方法是使用工作台，该工作台可以在X方向和Y方向上移动，并可以沿着其中心轴旋转。工件在特定的公差内放置到所述工作台处。在移动所述工作台的同时，探测器探测所述工件边缘的位置。当所述工件的边缘的实际位置对应于预定位置时，该工作台处于预定的对齐位置。
所述对齐工件的方法具有缺点，即：依赖于必须具有转动可能性的工作台。
所需要的对齐工件的方法是可以在污染最小的情况下比现有技术更精确地对齐工件。还需要的是一种利用只在X方向和Y方向上可移动的工作台的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种对齐工件的方法，该方法克服了或者至少减轻了上述问题。
根据本发明一个方面的这个目的是通过一种对齐工件的方法所实现的，该工件至少局部地由一层对电磁辐射敏感的材料覆盖。所述工件用连接到机器人臂(拾取和放置机器人(pick and place robot))上的拾取装置所拿取，提供了激光束和探测器，其中，激光束的波长不会影响对电磁辐射敏感的所述材料，所述工件沿第一方向朝所述激光束移动，且在所述工件的边缘至少局部打断所述激光束时用所述探测器探测所述边缘的第一位置。当所述工件的边缘的所述第一位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置。所述工件由所述机器人臂移位。所述工件沿所述方向朝所述激光束移动。当所述边缘至少打断所述激光束时，用所述探测器探测所述工件的边缘的第二位置。当所述工件的边缘的所述第二位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置。从机器人臂的所述各位置来计算所述工件的角度误差，所述工件的所述角度误差借助于所述机器人臂校正。所述工件放置到所述工作台上。
在另一实施例中，所述发明还包括：在将所述工件布置在所述工作台上的同时沿X或Y方向中的至少一个方向对齐所述工件的动作。
在本发明的另一实施例中，所述工件在所述X和/或Y方向上的所述对齐是通过借助于摄像机探测所述工件的位置并借助于所述工作台将所述工件移动到预定位置来实现的。
在本发明的再一实施例中，所述工件的所述对齐是通过借助于边缘探测器探测边缘，同时所述工件由所述工作台支撑，并且借助于所述工作台将所述工件移动到预定位置来实现的。
在根据本发明的又一实施例中，在所述工件由所述工作台支撑的同时，所述边缘探测是借助于能够探测穿过所述边缘时被反射的激光束的特性变化的探测器来实现的。
在本发明的又一实施例中，在所述工件由所述工作台支撑的同时，所述边缘探测是由这样的探测器来实现的，该探测器与在由所述机器人臂拿取所述工件的同时旋转对齐所述工件中所用的探测器相同。
在本发明的再一实施例中，所述工作台只在X方向和Y方向上可移动。
本发明还涉及一种对齐工件的方法，该工件至少局部地由一层对电磁辐射敏感的材料覆盖。所述工件用连接到机器人臂上的拾取装置所拿取。提供了激光束和探测器，该激光束的波长不会影响对电磁辐射敏感的所述材料。所述工件沿第一方向朝所述激光束移动。当所述工件的第一边缘至少局部打断所述激光束时，用所述探测器探测所述工件的所述第一边缘的第一位置。在所述工件的边缘的所述第一位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置。所述工件由所述机器人臂移位。所述工件沿所述方向朝所述激光束移动。当所述工件的第一边缘至少局部打断所述激光束时，用所述探测器探测所述工件的第一边缘的第二位置。在所述工件的边缘的所述第二位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置。从机器人臂的所述各位置计算出角度误差。计算所述第一边缘的位置。所述工件的所述角度误差借助于所述机器人臂校正。所述工件转动使得工件的另一部分可以被探测到。所述工件沿一个方向朝所述激光束移动。当所述边缘至少局部打断所述激光束时用所述探测器探测所述工件的第二边缘的第一位置。当所述工件的第二边缘的所述第一位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置。计算第二边缘的位置。在所述第一和第二边缘处于预定位置的同时将所述工件放置到所述工作台上。
在本发明的另一实施例中，所述工件转动90度。
本发明还涉及这样一种对齐工件的方法，其中所述工件借助于拾取和放置机器人拿取。在由所述拾取和放置机器人拿取的同时，所述工件在所述工件的表面的平面中转动对齐。所述工件布置在所述工作台上。所述工件在被布置在所述工作台上的同时沿X或Y方向中的至少一个方向对齐。
在本发明的另一实施例中，所述转动对齐是通过探测一条共同边缘上的两个间隔开的位置来实现的。
在本发明的再一实施例中，还包括：在将工件布置在所述工作台上之前，从所述被探测的两个位置确定所述边缘的所述位置的动作。
在本发明的另一实施例中，还包括：在将所述工件布置在所述工作台上之前，确定所述工件的另一边缘的位置的动作。根据权利要求11的方法，其中，所述边缘的所述位置借助于干涉计来确定。
在本发明的另一实施例中，所述边缘的所述位置借助于干涉计来确定。
在本发明的另一实施例中，所述工件至少局部由对电磁辐射敏感的材料覆盖，且所述工作台属于图案发生器(pattern generator)，用来在所述工件上构图任意图案。
在本发明的再一实施例中，所述边缘的所述位置由这样的探测器来确定，该探测器能够探测在穿过所述边缘时被反射的激光束的特性变化。
本发明的进一步特性及其优点将从下面给出的对本发明优选实施例的详细描述和附图1-8中得出，这些描述和附图仅仅为了说明的目的给出，并因此并不限定本发明。
附图说明
图1是示出根据本发明的一种配置的实施例的透视图；
图2a是示出本发明的方法的步骤的透视图；
图2b是示出本发明的方法的另一步骤的透视图；
图2c是示出本发明的方法的再一步骤的透视图；
图3是示出由机器人拿取并要被对齐的工件的俯视图。
具体实施方式
参照附图进行下面的详细描述。描述了优选的实施例来说明本发明，但是这些优选实施例并不限定本发明的由权利要求书限定的范围。本领域技术人员在阅读下面的描述时可以构想到各种等同的变型。
此外，以激光作为边缘探测源(edge-detecting source)来对优选实施例加以描述。对本领域技术人员来说，显而易见的是除激光之外的其他探测源也同样可用；在使用适当的探测器的情况下，可以用声音发射装置或热量发射装置。
本发明涉及工件的对齐，如半导体晶片或掩膜衬底。在所述工件上利用任何一种辐射，即，从IR到EUV的光线、x射线或如电子、离子的粒子束或原子束，来形成图案。
图1示出根据本发明的用于对齐工件的示例性配置。所述配置包括：激光源110、机器人150、工件存放夹(workpiece storage magazine)170、工作台140和探测器180。机器人150包括臂160，臂160在连接点162以及点164和166处可转动。机器人本身在152处可以绕其自身的纵轴旋转。可转动的点162、164、166和152赋予了将工件放置在臂160作用范围内的任何位置处的可能性。所举例的这种类型的机器人仅仅是一个例子，能够拾取和放置的任何类型的机器人都是可以使用的，但是，不同类型的机器人可能在它们的柔性方面具有不同的局限，这在一些情况下必须予以补偿。所述补偿可以包括工作台140在适当的方向上移动。
激光源发出射线，该射线不会影响所述工件顶上的涂层。所述涂层可以对电磁辐射敏感，诸如是任何类型的光阻材料。
激光源110可以布置在图案发生器内，以便探测器180会接收到从所述激光源110发出的射线束130。所述激光可以布置在工作台140之上，而探测器180在这种情况下可以与工作台140整合。取代探测器180和激光器110，也可以使用具有类似特性的另一种类型的结构。这种结构为在探测器的位置处是回射镜，而探测器布置在激光源内。然而，由于机器人150相对于工作台140的位置是已知和静止的，因此激光器110和探测器180可以布置在工作台140的外侧。虽然激光器110和探测器180布置在工作台140的外侧，由于探测器180和工作台140之间的距离是已知的，因此所述工作台120还是可以放置在工作台140上预定位置处的。
工件存放夹170存放工件120，并且布置在机器人150的臂160的作用范围内。机器人150拾取所存储的各个工件120之一，并将它向激光器110的激光束130移动。连接到机器人150的臂160上的夹钳装置168可以由真空操纵，诸如一种抽吸装置。夹钳装置也可以是纯机械类型的，例如凸榫的钳夹(jaw of the tongue)。
图2a示出激光束(beam of laser)230附近的工件220。激光束230在工件220由机器人的所述臂朝所述激光束移动时在特定位置处被工件220的第一边缘在点222处切断。如果使用了这种结构，则当激光束被切断时，即当探测器280上没有照射时，记录机器人的臂的位置。也可以探测由探测器所接收的强度一定程度的下降，即，只探测局部切断照射。
当在所述工件220的所述第一边缘的点222处完全或局部切断激光束时，记录机器人臂的位置之后，所述工件220移位，使得同一边缘的另一部分将切割同一激光器的同一激光束230。图2b示出在所述工件220移位之后，工件在点224处切割激光器的激光束。当所述激光束在所述点224处被完全或局部切断时，记录机器人臂的位置。由于工件220的形状，即：矩形、菱形、三角形、圆形、椭圆形等是已知的，并且移位是已知的，所述工件220的旋转可以利用所述工件220在点222处和点224处切割所述激光束时的机器人150的臂160的位置来加以计算。
从切割所述激光束时的机器人150的所述臂160的所述记录位置可以确定包括所述点222和224的边缘的位置。
图3示出将要被对齐的工件340的俯视图。如上所述探测点322和324。所述各点之间的距离是已知的，其告知我们所述工件的可能的旋转误差。
在图3中绘出的线a、b和c仅用来便于理解。线a穿过点322，并且与包括所述点322和324的边缘的所需位置平行。线c平行于线a，并且穿过点324。线b平行于线a和线c，并且穿过包括所述点322和324的边缘的中点。
如果所述工件未转动对齐，则所述机器人将探测到一个距离差，该距离差在图3中由380标识。所述转动误差可以通过对应于所述探测到的距离380的一半来转动所述工件予以校正，而该距离380的一半在图3中由370标识。
已经计算转动误差之后，可以容易地确定所述边缘的位置，即在工件的第一方向上对齐。
机器人的臂可以补偿转动误差。在补偿转动误差之后，通过在所述点222和224或所述边缘上的两个其他点切断激光器的所述激光束时记录机器人的臂的位置，可以检验到一个工件的新的位置。相对于所述点222和224，可以进一步补偿相对于机器人臂的期望位置的偏差，并且有可能再次检验。另外，为了提高转动误差的计算精度，可以探测多于两个点。如果只使用两个点，那么它们优选地沿着工件的边缘彼此间隔开尽可能远。
通过转动工件90度，可以进行工件在与第一方向正交的方向上的对齐，见图2c。如果所述工件为矩形形状，则所述工件的与包含所述点222和224的边缘相垂直的边缘朝向激光器的所述激光束移动。当所述边缘完全或局部切断激光器的所述激光束时，可以通过记录机器人的臂的位置来确定所述边缘的位置。这样做之后，就完成了对所述工件在两个正交方向上的取向以及它的转动的完整了解。通过利用机器人臂的记录的位置，可以在工件的边缘及其转动已知的情况下，将所述工件按需要放置在工作台上的任何地方。根据现有技术，工件的倾斜对齐以及与所述两个正交方向，即X方向和Y方向分别正交的方向，即Z方向上的对齐被认为是由工作台实现的。
如果所述工件为半导体晶片的形状，即基本上为圆形，且它的一个结晶定向(crystal direction)由一条平直的边缘来标记，所述工件的转动以及所述边缘的位置的确定，即在第一方向上的对齐可以如上所述那样进行。通过沿着圆形截面在不同位置处进行三次测量，可以确定所述圆形截面的形状，并由此可以确定圆形截面的位置。当形状已知时，就可以从所述一次测量中推导出位置。
在所述第二方向上的对齐也可以在将所述工件放置到工作台上之后进行。如果所述工件为矩形，所述工件中的与已经对齐的边缘相正交的边缘可以在移动所述工作台的同时通过CCD摄像机予以定位。所述边缘也可以通过用激光器的所述激光束照射所述边缘并同时探测所述激光束的反射系数的差异来予以定位。当所述激光束穿过该边缘时，可以探测到被反射的激光束的特有性质。所述特有性质取决于工作台和工件的反射系数的差异以及工件的所述边缘的斜度。利用所述激光器，所述回射镜和激光器内的所述探测器也可以进行在第二方向上的对齐。
如果所述工件仅具有一个平直边缘，如通常半导体晶片那种情况，已知工件是转动对齐的，则CCD摄像机可以在一个或两个方向上对齐所述工件。在所述X和/或Y方向上的对齐中的误差可以通过移动有工件附着到顶部上的工作台予以补偿。
在将所述工件放置到所述工作台上之前，通过拾取和放置机器人至少转动地对齐工件，将减少在所述工件放置到工作台上时必须进行的对齐工作。与在所述工作台上对齐所述工件相比，这个步骤将是更高效的。这使得使用仅在X方向和Y方向上可移动的工作台成为可能。
如果在附着到工作台上之前，工件要进一步在一个或两个方向上，即在X方向和Y方向上分别对齐，那么，工作台上进行的对齐工作可减少到最小(如果需要的话)。
本发明的对齐方法在平版印刷工业中尤其有用，其中，工件在对期望图案构图之前必须或多或少地精确对齐。线宽越小，对齐变得越重要，所述工业正试图大规模生产。但是，本方法同样可应用于其他技术领域，在这些技术领域中，物体在被进一步处理之前必须正确排列，这种领域可以是不同的切割技术，如用激光器、钻孔、冲孔，其中，每项技术可能需要不同的精度。
本领域中的任何从业者都能够构想到图1中的机器人150的不同设计。例如，机器人相对于图案发生器的工作台140可以处于固定位置处，或者可以从所述工作台140向前和向后移动。机器人150和工作台之间的距离可以利用本领域中已知的技术来不断监控，该已知技术如干涉计、声波或等同方法。
虽然前述实施例是在方法方面进行说明(casting)，但是可以容易理解到采用这种方法的装置或系统。包含能够实施所要求保护方法的程序的磁性存储器是一种这样的装置。具有装载实施所要求保护方法的程序的存储器的计算机系统是另一种这样的装置。
虽然通过参照上面描述的优选实施例和示例公开了本发明，可以理解这些示例是用来说明的而不是加以限定。可以预期到各种修改和结合对于本领域技术人员来说都是轻易实现的，这些修改和结合将落入本发明的精髓以及随后的权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种对齐具有已知形状的工件的方法，该工件至少局部地由一层对电磁辐射敏感的材料覆盖，包括以下动作：
-用连接到机器人臂上的拾取装置拿取所述工件；
-提供激光束和探测器，该激光束的波长不会影响对电磁辐射敏感的所述材料；
-沿第一方向朝所述激光束移动所述工件；
-用所述探测器探测何时所述工件的边缘的第一位置至少局部打断所述激光束；
-当所述工件的边缘的所述第一位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置；
-用所述机器人臂移位所述工件；
-在所述方向上朝所述激光束移动所述工件；
-用所述探测器探测何时所述工件的边缘的第二位置至少局部打断所述激光束；
-当所述工件的边缘的所述第二位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置；
-从机器人臂的所述各位置来计算所述工件的角度误差；
-借助于所述机器人臂校正所述工件的所述角度误差；
-将所述工件放置在工作台上。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下动作：
在所述工件被布置到所述工作台上的同时，沿X或Y方向中的至少一个方向对齐所述工件。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述工件在所述X和/或Y方向上的所述对齐是通过借助于摄像机探测所述工件的位置并借助于所述工作台将所述工件移动到预定位置来实现的。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述工件的所述对齐是通过在工件被所述工作台支撑的同时借助于边缘探测器探测边缘，并且借助于所述工作台将所述工件移动到预定位置来实现的。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在所述工件被所述工作台支撑的同时进行的所述边缘探测是借助于这样的探测器实现的，该探测器能够探测在穿过所述边缘时被反射的激光束的特性变化。
6.如权利要求4所述的方法，其中，在所述工件被所述工作台支撑的同时进行的所述边缘探测是由这样的探测器进行的，该探测器与在被所述机器人臂拿取的同时进行所述工件转动对齐中所使用的探测器相同。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作台只在X方向和Y方向上可移动。
8.一种对齐具有已知形状的工件的方法，该工件至少局部地由一层对电磁辐射敏感的材料覆盖，包括以下动作：
-用连接到机器人臂上的拾取装置拿取所述工件；
-提供激光束和探测器，该激光束的波长不会影响对电磁辐射敏感的所述材料；
-在第一方向上朝所述激光束移动所述工件；
-用所述探测器探测何时所述工件的第一边缘的第一位置至少局部打断所述激光束；
-当所述工件的边缘的所述第一位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置；
-用所述机器人臂移位所述工件；
-在所述方向上朝所述激光束移动所述工件；
-用所述探测器探测何时所述工件的第一边缘的第二位置至少局部打断所述激光束；
-在所述工件的边缘的所述第二位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置；
-从机器人臂的所述各位置来计算角度误差；
-计算所述第一边缘的位置；
-借助于所述机器人臂校正所述工件的所述角度误差；
-旋转所述工件，使得工件的另一部分可以被探测到；
-沿一个方向朝所述激光束移动所述工件；
-用所述探测器探测何时所述工件的第二边缘的第一位置至少局部打断所述激光束；
-当所述工件的第二边缘的所述第一位置至少局部打断所述激光束时，记录机器人臂的位置；
-计算第二边缘的位置；
-在所述第一和第二边缘处于预定位置的情况下，将所述工件放置在工作台上。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述工件旋转90度。
10.一种对齐具有已知形状的工件的方法，包括以下动作：
-借助于拾取和放置机器人拿取所述工件；
-在由所述拾取和放置机器人拿取的同时，在所述工件的表面的平面内转动对齐所述工件；
-将所述工件布置在工作台上；
-在所述工件被布置在所述工作台上的同时，在X或Y方向中的至少一个方向上对齐所述工件。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述转动对齐是通过探测共同边缘上的两个间隔开的位置来实现的。
12.如权利要求11所述的方法，还包括以下动作：
在将所述工件布置在所述工作台上之前，从所述被探测到的两个位置来确定所述边缘的所述位置。
13.如权利要求11所述的方法，还包括以下动作：
在将所述工件布置在所述工作台上之前，确定所述工件的另一边缘的位置。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述边缘的所述位置借助于干涉计来确定。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述边缘的所述位置借助于干涉计来确定。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述工件至少局部由对电磁辐射敏感的一层材料覆盖，且所述工作台属于图案发生器，用来在所述工件上构图任意图案。
17.如权利要求11所述的方法，其中，所述边缘的所述位置是借助于能够探测在穿过所述边缘时被反射的激光束的特性变化的探测器来确定的。
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