背面對準裝置及對準方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種背面對準裝置及對準方法。
【背景技術】
[0002]在半導體加工制造中，硅片雙面光刻技術已應用于微電子機械系統、射頻器件制造以及先進封裝技術領域。微機電系統加工的典型產品包括:慣性加速度計、壓力傳感器、光學可變衰減片、噴墨打印頭。射頻器件制造過程中通過雙面光刻可減小因厚金屬沉積導致的信號衰減；先進封裝技術借助貫穿硅片通孔工藝制造垂向高密度跨芯片的連接線，可以實現多層堆疊二維平面器件的三維集成。
[0003]雙面處理技術直接決定上述產品加工質量。例如壓力傳感器制造過程中，器件性能及質量取決于前面與背面工藝層二者間定位精度；先進封裝器件內連接管道需任意布置，也對硅片前面與背面的對準提出高精度需求。
[0004]背面對準可分為紅外離軸對準和娃片底面對準兩種方式。如圖1a和Ib所示,現有一種硅片底面背面對準的成像光學系統，與傳統的中繼成像鏡頭相比，其在光路中間加了一塊帶楔角的長條棱鏡，從而使硅片背面對準標記與中繼鏡頭的像在光軸方向上保持一致來減少測量誤差。
[0005]然而，在光路中插入帶楔角的長條棱鏡會引入非對稱像差，影響成像質量；另外，硅片背面的對準標記經棱鏡倒像后仍與原標記為鏡像關系，兩者不能徹底一致，這為該系統的功能擴展帶來很大的問題。再者，即使通過倒像使得標記物像位置一致，但在加工裝配過程中引入的光軸誤差，若不進行合理的標定，仍會對測量精度產生惡劣的影響。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種背面對準裝置及對準方法，以克服現有技術中硅片背面對準裝置存在非對稱像差，影響成像質量的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種背面對準裝置，沿光傳播方向依次包括:偏振照明組件，產生照明光束；中繼鏡頭，安裝于工件臺內部，所述照明光束經中繼鏡頭后照射硅片背面對準標記；和成像鏡頭，設置于工件臺上方，配合所述中繼鏡頭對所述對準標記進行透射式對準或反射式對準。
[0008]作為優(yōu)選，所述中繼鏡頭包括屋脊棱鏡、透鏡組件和反射鏡。
[0009]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件與所述中繼鏡頭中的屋脊棱鏡和透鏡組件組成柯勒照明系統，為硅片的對準標記提供均勻照明。
[0010]作為優(yōu)選，所述反射鏡采用平面反射鏡或棱鏡。
[0011]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件沿光傳播的方向依次包括:光源、偏振分光棱鏡和λ/4相位延遲片。
[0012]作為優(yōu)選，所述光源采用可見光、近紅外光或紅外光。
[0013]作為優(yōu)選，所述成像鏡頭采用(XD、CMOS或紅外傳感器。
[0014]作為優(yōu)選，所述中繼鏡頭成像光路的物像方均為遠心結構。
[0015]作為優(yōu)選，所述背面對準裝置還包括水平向運動機構，所述水平向運動機構帶動所述中繼鏡頭進行水平向視場掃描。
[0016]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件設置于所述工件臺內。
[0017]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件集成在成像鏡頭內部。
[0018]作為優(yōu)選，所述離軸鏡頭為物方遠心成像鏡頭。
[0019]本發(fā)明還提供一種對準方法，應用于上述對準裝置中，該對準裝置包括偏振照明組件、中繼鏡頭及成像鏡頭，對硅片背面的對準標記進行反射式對準或透射式對準，該對準方法包括:當所述對準標記與所述硅片正面之間形成金屬工藝層時，使用中繼鏡頭與成像鏡頭配合進行透射式對準；以及當所述對準標記與所述硅片之間未形成金屬工藝層時，使用成像鏡頭和/或中繼透鏡進行反射式對準或透射式對準。
[0020]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件與所述中繼鏡頭安裝于承載所述硅片的工件臺內部。
[0021 ] 作為優(yōu)選，所述偏振照明組件集成在所述成像鏡頭內部。
[0022]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件包括紅外光源，所述透射式對準包括:紅外光源發(fā)出的紅外光束經所述中繼鏡頭照射所述對準標記，經所述對準標記透射的光入射至所述成像鏡頭。
[0023]作為優(yōu)選，所述偏振照明組件包括可見光源，所述反射式對準包括:可見光源發(fā)出的可見光束經所述中繼鏡頭照射所述對準標記，所述對準標記反射后的可見光束經所述中繼鏡頭入射至所述成像鏡頭。
[0024]作為優(yōu)選，還包括在執(zhí)行反射式或透射式對準時，透過一水平運動機構帶動所述中繼鏡頭進行水平向視場掃描。
[0025]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明在中繼鏡頭中采用屋脊棱鏡和透鏡組件配合的方式進行物像關系轉換，相較現有技術中的楔形棱鏡，沒有額外的非對稱像差引入，且使物像關系保持完全的一致，減少對中繼鏡頭水平運動機構的定位精度要求。采用偏振照明組件與中繼鏡頭結合的方式，既提高了能量效率，又使得反射式和透射式對準相互結合，擴展了背面對準裝置的功能，又使得其結構簡單緊湊。
【附圖說明】
[0026]圖1a?Ib為現有技術中背面對準裝置的結構示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例1中背面對準結構的結構示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例1中中繼鏡頭的結構示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實施例1中中繼鏡頭的物像關系示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實施例1中背面對準裝置中光路偏振態(tài)關系示意圖；
[0031]圖6為本發(fā)明實施例2中背面對準裝置的結構示意圖；
[0032]圖7為本發(fā)明實施例2中中繼鏡頭的結構示意圖；
[0033]圖8為本發(fā)明實施例2中中繼鏡頭的物像關系示意圖。
[0034]圖2?5中:
[0035]110-中繼鏡頭、111-屋脊棱鏡、112-透鏡組件、120-工件臺、130-硅片、140-離軸鏡頭、150-對準標記、160-像面、170-偏振照明組件、171 -光源、172-偏振分光棱鏡、173-λ/4相位延遲片。
[0036]101-自然光、102-Ρ偏振光、103-左旋圓偏振光、104-右旋圓偏振光、105-S偏振光。
[0037]圖6?8中:210-中繼鏡頭、211-屋脊棱鏡、212-透鏡組件、213-反射鏡、220-工件臺、230-硅片、240-離軸鏡頭、250-對準標記、260-像面、270-中繼鏡頭水平向運動機構。
【具體實施方式】
[0038]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0039]實施例1
[0040]如圖2所示，本實施例的背面對準裝置，包括:中繼鏡頭110、離軸鏡頭140和偏振照明組件170。其中，所述中繼鏡頭110和偏振照明組件170均安裝在工件臺120的內部，所述工件臺120帶動所述中繼鏡頭110、偏振照明組件170和工件臺120表面的硅片130做水平向和垂向運動，以實現硅片130背面對準的功能。具體地，所述偏振照明組件170產生照明光束，所述照明光束經中繼鏡頭110后照射硅片背面的對準標記150。所述離軸鏡頭140設置于工件臺
[0041]120上方，用于對中繼鏡頭110所成的對準標記150的像進行二次成像或對硅片130的對準標記150進行成像。
[0042]如圖3?4所示，所述中繼鏡頭110沿工件臺120中心向邊緣方向依次包括:屋脊棱鏡111和透鏡組件112。
[0043]所述中繼鏡頭110成像光路的物像方均為遠心結構，屋脊棱鏡111、透鏡組件112和偏振照明組件170組成柯勒照明系統，為對準標記150提供均勻的照明光。
[0044]所述偏振照明組件170包括光源171、偏振分光棱鏡(PBS) 172和λ /4相位延遲片173。其中，光源171可以采用普通的照明光源，也可以采用LED光源或者激光光源，相應的，光源171采用的光為可見光、近紅外光或紅外光。
[0045]如圖5所示，下面以普通照明光源為例，說明所述偏振照明組件170的工作原理:普通的照明光源所發(fā)出的光為自然光101，有P、S兩種偏振狀態(tài)，經過偏振分光棱鏡172后S偏振光被反射，P偏振光102透射。P偏振光102經λ /4相位延遲片173后變成左旋圓偏振光103，左旋圓偏振光103被對準標記150反射后，旋向發(fā)生改變，變?yōu)橛倚龍A偏振光104 ;該右旋圓偏振光104經λ /4相位延遲片173后變?yōu)镾偏振光105再被偏振分光棱鏡172反射后出射。無論采用何種方式對準，光耦合進系統的損失均為50%，若光源171為偏振光源則理論上的分光損失為O。
[0046]需要說明的是，背面對準時，娃片130上的對準標記150處于娃片130的下表面。需要背面對準裝置穿透硅片130或從硅片130底部對對準標記