專利名稱：一種硅片預對準測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及預對準測量裝置，特別涉及一種硅片邊緣信息測量裝置。
背景技術：
光刻設備是一種將掩模圖案曝光成像到硅片上的設備。光刻設備是高度自動化的，它擁有全自動的娃片伺服系統(tǒng)，稱之為wafer handling,光刻設備不僅對waferhandling有必要的產(chǎn)率要求，以滿足整個設備的生產(chǎn)效率，而且對硅片被傳輸?shù)焦ぷ髋_上的精度有著嚴格的要求。由于硅片具備圓形和缺口這兩種幾何特征，從幾何計算上，只要取得硅片圓周上足夠的特征點，就可以得到一張硅片的圓心位置和缺口方向，進而將硅片以較高的定心和定向重復性向工作臺傳輸。在傳統(tǒng)的wafer handl ing設計中，一般都會添加預對準裝置，以解決硅片向工作臺傳輸?shù)亩ㄐ模ㄏ蛑貜托詥栴}，但由于預對準裝置是安裝在傳輸系統(tǒng)框架上，在向光刻機內(nèi)部傳輸時，由于框架間的穩(wěn)定性問題，即預對準后傳輸過程中引入的新位置誤差，導致傳輸?shù)焦ぷ髋_上的硅片重復性受到較大影響，因此在對傳輸系統(tǒng)硅片伺服精度提出更高要求時，顯然是難以滿足的。如果在傳輸系 統(tǒng)內(nèi)部添加再次測量裝置及精度調(diào)整運動，顯然極大增加傳輸?shù)脑O計復雜度，增加成本，降低了可靠性。考慮工作臺與傳輸系統(tǒng)在協(xié)同工作時有交接位，可以在交接位設置視覺測量裝置測量交接時硅片的殘余偏差，工作臺獲取硅片時，補償該偏差，就達到了進一步提高上片精度的目的。參見圖1所示，美國專利US5648854采用了此種設計構想，但在具體應用于產(chǎn)品設計時，存在以下問題:
1、三個視覺系統(tǒng)的圖像處理模塊261、262、263靠近投影物鏡及主基板，其熱源影響它們的熱穩(wěn)定性；2、視覺系統(tǒng)垂直布局，影響鏡頭徑向尺寸設計，并且要求主基板要開孔，影響主基板結構穩(wěn)定性；3、由于視覺系統(tǒng)的垂直布局，導致三組視覺不能正交布置，正交布置對于二次預對準測量精度提高最有利；4、視覺系統(tǒng)的走線布線不可避免進入整機設計內(nèi)部提高了設計復雜性，不利于此部件的模塊化，獨立化，集成調(diào)試不方便。由于結構布置松散，該部件難以離線裝調(diào)測試，制造風險大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是視覺系統(tǒng)布局受到光刻機鏡頭的限制。為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種硅片預對準測量裝置，包括三組視覺光機和殼體，對工作臺上放置的被測硅片進行預對準操作，所述殼體用以固定所述三組視覺光機，所述視覺光機包括成像CCD、成像光路和照明光路，
所述視覺光機還包括一反射鏡，來自所述被測硅片的光線由所述反射鏡改變角度后經(jīng)所述成像光路進入所述成像CCD ；
所述三組視覺光機的成像光路在平行于所述被測硅片的同一平面內(nèi)；
所述三組視覺光機分別獲取所述被測硅片的三段邊緣信息，根據(jù)獲取的硅片邊緣信息，計算獲得所述娃片的偏心偏向殘差。
進一步，所述三組視覺光機的取像點分布在一半圓弧上，且相鄰兩組視覺光機的取像點的圓心角成90度。進一步，所述視覺光機的照明光路，位于所述三組視覺光機成像光路所在的平面內(nèi)。進一步，所述成像光路和所述照明光路同軸。進一步，還包括散熱板，所述散熱板貼合于所述成像(XD。進一步，所述散熱板通過導熱硅膠貼合于所述成像CXD。進一步，所述散熱板還包括冷卻循環(huán)裝置，通過投影物鏡鏡頭冷卻水實現(xiàn)熱交換。進一步，還包括三個反射鏡，位于所述工作臺上，所述三個反射鏡與所述三組視覺光機位置對應，用以反射所述視覺光機發(fā)出的照明光，為所述視覺光機提供背光。進一步，所述預對準測量裝置位于光刻機主基板下方，光刻機投影物鏡側方，所述工作臺上方，所述殼體與所述光刻機主基板連接。進一步，所述殼體由上接口板、下接口板及連接件組成，所述的預對準測量裝置通過所述上接口板與所述光刻機主基板連接，下接口板用以承載所述三組視覺光機，連接件用以連接所述上接口板和所述下接口板。進一步，還包括三塊光機調(diào)整板，每一所述視覺光機分別通過一所述光機調(diào)整板與下接口板連接，所述光機調(diào)整板對所述視覺光機進行6自由度調(diào)整。進一步，所述上接口板與所述下接口板間的所述連接件，為三組差分調(diào)整器，用以調(diào)整所述預對準測量裝置整體水平度。進一步，所述上接口板接口處設置有RZ向調(diào)整機構。本發(fā)明硅片預對準測量裝置的優(yōu)點在于提高預對準精度、結構獨立性強、結構緊湊，不限制投影物鏡的空間，離線調(diào)整靈活性強，對周圍微環(huán)境的溫度影響降低。


圖1為現(xiàn)有技術中光刻機娃片視覺系統(tǒng)的布局不意 圖2為本發(fā)明硅片預對準測量裝置中光學視覺系統(tǒng)應用于300mm硅片時的布局示意
圖3a、3b為圖2光學視覺系統(tǒng)中一個視覺光機的結構及光路不意圖,3a為主視圖,3b為俯視圖； 圖4為本發(fā)明硅片預對準測量裝置在光刻機整機中的布局示意圖； 圖5為圖2布置在工作臺上的結構示意 圖6為本發(fā)明硅片預對準測量裝置應用于300_硅片時的結構示意 圖7為本發(fā)明硅片預對準測量裝置中光學視覺系統(tǒng)應用于200_硅片時的布局示意圖 圖8為本發(fā)明硅片預對準測量裝置應用于200_硅片時的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。Wafer handling傳輸娃片經(jīng)過預對準之后偏心與偏向獲得初步補償,其后,傳輸機械手將娃片繼續(xù)向光刻機內(nèi)部輸送，此時由于機械手本身的重復性影響，以及由于光刻機內(nèi)外部框架的相對漂移，對Wafer handling傳送到工作臺交接位置的娃片會產(chǎn)生很大的位置擾動，為彌補這些損失并進一步提高上片精度，硅片在交接位置還要進行二次預對準。通過二次預對準，即通過本發(fā)明中的預對準測量裝置測量，獲取硅片殘余偏心和偏向，由工作臺對殘差進行補償。所述工作臺用以放置被測硅片。圖2所示為本發(fā)明預對準測量裝置運用于300_硅片時光學視覺系統(tǒng)的布局示意圖，三組視覺光機201布置在同一平面上，并且是水平走向，三組視覺光機201的取像點布置在正交的位置上，即三組視覺光機201的取像點布置在同一水平面的一半圓弧上，并且相鄰兩個取像點之間相對于圓弧的圓心成90度旋轉角度(圓心角為90度)。這里的圓心對應300mm硅片203圓心，圓弧對應硅片203邊緣。視覺光機201的結構及光路示意圖參見圖3a、3b所示，為實現(xiàn)水平走向，每組視覺光機包括成像(XD101、成像光路102和照明光路103，三者布置在同一平面上，即在三組視覺光機所在平面里，并盡量壓縮鏡頭厚度；三組視覺光機的成像光路在平行于被測硅片的同一平面內(nèi)，照明光路也位于三組視覺光機成像光路所在的平面內(nèi)。視覺光機中還包括一反射鏡104，來自被測硅片的光線L由所述反射鏡
104改變角度后經(jīng)所述成像光路102進入所述成像(XD101。由于厚度盡量壓縮且光機器件要緊湊同層布置，成像光路102與照明光路103處于同軸狀態(tài)，即照明光路與成像光路重合，首先光源借助同軸照明光路103為取像區(qū)照明，成像光路102獲取圖像并將其傳送到成像C⑶感光成像。三組視覺光機201分別獲取硅片三段輪廓，根據(jù)獲取的三段輪廓，計算硅片的圓心位置和缺口方向，從而判斷硅片在傳輸?shù)焦ぷ髋_時的偏心偏向殘差。

如圖4所示，預對準測量裝置中三組視覺光機通過一殼體固定形成整體合為一個部件，預對準測量裝置在整機中處于主基板302之下，投影物鏡301側方，這種布置取決于前面所述，視覺光機的橫向布局，將光機的視覺組件，光源組件橫向布置，使得光學視覺系統(tǒng)303成為薄型部件，水平向布局，不對鏡頭設計產(chǎn)生影響，主基板不必開孔容納視覺系統(tǒng)，主基板的結構穩(wěn)定性不受影響，三個視覺系統(tǒng)正交布置，可以最大限度提高二次預對準精度。本發(fā)明的成像原理及檢測原理，參見圖3a、3b所示，照明光路103形成平行光束將取像區(qū)域即物方視場照亮，成像光路102與照明光路103處于同軸狀態(tài)，從照亮的物方視場取像；為了使硅片邊緣圖像更清晰，邊緣采集更精確，參見圖5所示，在工作臺401正對二次預對準取像面的位置，設置了 3個正交的反射鏡402，用以反射所述視覺光機發(fā)出的照明光，為硅片203邊緣取像提供背光，使得硅片最外邊精確成像，最后三組成像CXD 101上形成明暗變化的帶有硅片部分邊緣信息的圖片，其中一個圖片帶有硅片缺口信息和部分硅片圓弧信息，另二個圖片帶有部分硅片邊緣信息，收集到的圖像被圖像采集卡獲取經(jīng)邊緣檢測算法處理后形成硅片形貌信息，經(jīng)軟件處理獲得圓心和缺口方向，進而計算偏心偏向殘差，并傳送給工作臺系統(tǒng)執(zhí)行補償。本發(fā)明硅片預對準測量裝置應用于300mm硅片時的結構示意圖，參見圖6所示，本發(fā)明硅片預對準測量裝置中三組視覺光機201通過各自的光機調(diào)整板503與下接口板502固定，并且光機調(diào)整板503具有6自由度調(diào)整結構，可以使每個視覺光機201相對于300mm硅片203都達到最佳姿態(tài)，即實現(xiàn)最優(yōu)視場和成像質(zhì)量，光機調(diào)整板503底部設置了 3個球頭細牙調(diào)整螺絲，球頭頂緊下接口板502，通過旋轉螺紋進行RX，RY，RZ的調(diào)整，在光機調(diào)整板503的側面有兩組調(diào)節(jié)X，Y，RZ的推移螺釘，可以以光機調(diào)整板503為基礎推移光機調(diào)整板503，然而本發(fā)明對此不作任何限制。每個視覺光機201的成像(XD101均是5W左右的熱源，由于該預對準測量裝置周圍的高精密器件對溫度敏感，因此設置了散熱板505通過導熱硅膠貼合在每個成像CCDlOl側面進行溫度控制，并采用主動散熱，通過鏡頭冷卻水實現(xiàn)高效換熱。在離線裝調(diào)好每個視覺光機201后，該預對準測量裝置還需要高精度的水平度調(diào)節(jié)，通過上接口板501與光刻機主基板集成。為了調(diào)整整體水平度，在上接口板501與下接口板502間設計了 3組差分調(diào)整器504，通過螺紋差分原理單圈調(diào)整間距可達0.25mm,實現(xiàn)預對準測量裝置的整體姿態(tài)微調(diào)，調(diào)整所述預對準測量裝置整體水平度。所述上接口板、所述下接口板及連接件組成殼體，所述殼體用以固定所述三組視覺光機，連接件用以連接所述上接口板和所述下接口板，在本實施例中所述連接件可以具體為3組差分調(diào)整器504，然而本發(fā)明對此不作任何限制。另外，上接口板501與主基板集成的接口處設計了 RZ向調(diào)整結構，以矯正預對準測量裝置與主基板的夾角。圖7、圖8所示，為本發(fā)明應用于200_硅片預對準測量的另一實施例，光學系統(tǒng)沿用前述300mm硅片預對準測量系統(tǒng)的設計，不同的只是三組視覺光機201的布局，以及上接口板501及下接口板502的形式。同時本發(fā)明提出的預對準測量是可配置的，視覺光機相對于殼體是可拆卸的，三組視覺光機配以不同大小形狀的殼體，就可以適應不同規(guī)格硅片的預對準需求?；蛘咧桓淖儙讉€機械加工件的設計就可以實現(xiàn)互換，具體是更新上下接口板上安裝光機的螺釘孔位置，就可以實現(xiàn)300/200的兼容互換，說 明此種架構可配置性較強。本發(fā)明視覺系統(tǒng)水平向布局，不對鏡頭設計產(chǎn)生影響，主基板不必開孔容納視覺系統(tǒng)，主基板的結構穩(wěn)定性不受影響；視覺系統(tǒng)正交布置，可以最大限度提高二次預對準精度；視覺系統(tǒng)布置三組，形成獨立部件，走線布線均在部件內(nèi)部完成，統(tǒng)一轉接，獨立性更強，利于模塊化設計；結構緊湊，在集成前可以離線調(diào)整到最佳效果，將三組視覺系統(tǒng)的位置關系提前標定，集成時整體調(diào)整。本發(fā)明進一步添加視覺系統(tǒng)主動冷卻循環(huán)裝置，降低視覺系統(tǒng)的散熱功率至最低，將對周圍微環(huán)境的影響降低；對每組視覺系統(tǒng)提供統(tǒng)一接口，調(diào)整六自由度，實現(xiàn)每組的最佳成像效果；整體提供與光刻機集成的接口，并且可以實現(xiàn)整體精密調(diào)平，調(diào)RZ，校正與整機坐標系的RZ誤差，避免對對準系統(tǒng)影響。由于各視覺獨立布局，可以實現(xiàn)對200mm，300mm的可配置二次預對準，兼容這兩種規(guī)格硅片的處理；工作臺側提供硅片背光鏡片，進一步提高二次預對準視覺系統(tǒng)對硅片邊緣的識別能力。本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領域技術人員依本發(fā)明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種硅片預對準測量裝置，包括三組視覺光機和殼體，對工作臺上放置的被測硅片進行預對準操作，所述殼體用以固定所述三組視覺光機，所述視覺光機包括成像CCD、成像光路和照明光路，其特征在于， 所述視覺光機還包括一反射鏡，來自所述被測硅片的光線由所述反射鏡改變角度后經(jīng)所述成像光路進入所述成像CCD ； 所述三組視覺光機的成像光路在平行于所述被測硅片的同一平面內(nèi)； 所述三組視覺光機分別獲取所述被測硅片的三段邊緣信息，根據(jù)獲取的硅片邊緣信息，計算獲得所述娃片的偏心偏向殘差。
2.根據(jù)權利要求1所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述三組視覺光機的取像點分布在一半圓弧上，且相鄰兩組視覺光機的取像點的圓心角成90度。
3.根據(jù)權利要求1所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述視覺光機的照明光路，位于所述三組視覺光機成像光路所在的平面內(nèi)。
4.根據(jù)權利要求3所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述成像光路和所述照明光路同軸。
5.根據(jù)權利要求1所述的預對準測量裝置，其特征在于，還包括散熱板，所述散熱板貼合于所述成像CXD。
6.根據(jù)權利要求5所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述散熱板通過導熱硅膠貼合于所述成像CXD。
7.根據(jù)權利要求6所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述散熱板還包括冷卻循環(huán)裝置，通過投影物鏡鏡頭冷卻水實現(xiàn)熱交換。
8.根據(jù)權利要求1所 述的預對準測量裝置，其特征在于，還包括三個反射鏡，位于所述工作臺上，所述三個反射鏡與所述三組視覺光機位置對應，用以反射所述視覺光機發(fā)出的照明光，為所述視覺光機提供背光。
9.根據(jù)權利要求1所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述預對準測量裝置位于光刻機主基板下方，光刻機投影物鏡側方，所述工作臺上方，所述殼體與所述光刻機主基板連接。
10.根據(jù)權利要求1至9任一所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述殼體由上接口板、下接口板及連接件組成，所述的預對準測量裝置通過所述上接口板與所述光刻機主基板連接，所述下接口板用以承載所述三組視覺光機，連接件用以連接所述上接口板和所述下接口板。
11.根據(jù)權利要求10所述的預對準測量裝置，其特征在于，還包括三塊光機調(diào)整板，每一所述視覺光機分別通過一所述光機調(diào)整板與下接口板連接，所述光機調(diào)整板對所述視覺光機進行6自由度調(diào)整。
12.根據(jù)權利要求10所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述上接口板與所述下接口板間的所述連接件，為三組差分調(diào)整器，用以調(diào)整所述預對準測量裝置整體水平度。
13.根據(jù)權利要求10所述的預對準測量裝置，其特征在于，所述上接口板接口處設置有RZ向調(diào)整機構。
全文摘要
一種硅片預對準測量裝置，包括三組視覺光機和殼體，對工作臺上放置的被測硅片進行預對準操作，所述殼體用以固定所述三組視覺光機，所述視覺光機包括成像CCD、成像光路和照明光路，所述視覺光機還包括一反射鏡，來自所述被測硅片的光線由所述反射鏡改變角度后經(jīng)所述成像光路進入所述成像CCD；所述三組視覺光機的成像光路在平行于所述被測硅片的同一平面內(nèi)；所述三組視覺光機分別獲取所述被測硅片的三段邊緣信息，根據(jù)獲取的硅片邊緣信息，計算獲得所述硅片的偏心偏向殘差。該硅片預對準測量裝置的優(yōu)點在于提高預對準精度、結構獨立性強、結構緊湊，不限制投影物鏡的空間，離線調(diào)整靈活性強，對周圍微環(huán)境的溫度影響降低。
文檔編號G03F7/20GK103246166SQ201210022850
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月2日 優(yōu)先權日2012年2月2日
發(fā)明者王邵玉 申請人:上海微電子裝備有限公司, 上海微高精密機械工程技術有限公司