专利名称：一种硅片预对准测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及预对准测量装置，特别涉及一种硅片边缘信息测量装置。
背景技术：
光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备。光刻设备是高度自动化的，它拥有全自动的娃片伺服系统，称之为wafer handling,光刻设备不仅对waferhandling有必要的产率要求，以满足整个设备的生产效率，而且对硅片被传输到工作台上的精度有着严格的要求。由于硅片具备圆形和缺口这两种几何特征，从几何计算上，只要取得硅片圆周上足够的特征点，就可以得到一张硅片的圆心位置和缺口方向，进而将硅片以较高的定心和定向重复性向工作台传输。在传统的wafer handl ing设计中，一般都会添加预对准装置，以解决硅片向工作台传输的定心，定向重复性问题，但由于预对准装置是安装在传输系统框架上，在向光刻机内部传输时，由于框架间的稳定性问题，即预对准后传输过程中引入的新位置误差，导致传输到工作台上的硅片重复性受到较大影响，因此在对传输系统硅片伺服精度提出更高要求时，显然是难以满足的。如果在传输系 统内部添加再次测量装置及精度调整运动，显然极大增加传输的设计复杂度，增加成本，降低了可靠性。考虑工作台与传输系统在协同工作时有交接位，可以在交接位设置视觉测量装置测量交接时硅片的残余偏差，工作台获取硅片时，补偿该偏差，就达到了进一步提高上片精度的目的。参见图1所示，美国专利US5648854采用了此种设计构想，但在具体应用于产品设计时，存在以下问题:
1、三个视觉系统的图像处理模块261、262、263靠近投影物镜及主基板，其热源影响它们的热稳定性；2、视觉系统垂直布局，影响镜头径向尺寸设计，并且要求主基板要开孔，影响主基板结构稳定性；3、由于视觉系统的垂直布局，导致三组视觉不能正交布置，正交布置对于二次预对准测量精度提高最有利；4、视觉系统的走线布线不可避免进入整机设计内部提高了设计复杂性，不利于此部件的模块化，独立化，集成调试不方便。由于结构布置松散，该部件难以离线装调测试，制造风险大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是视觉系统布局受到光刻机镜头的限制。为了解决上述技术问题，本发明公开了一种硅片预对准测量装置，包括三组视觉光机和壳体，对工作台上放置的被测硅片进行预对准操作，所述壳体用以固定所述三组视觉光机，所述视觉光机包括成像CCD、成像光路和照明光路，
所述视觉光机还包括一反射镜，来自所述被测硅片的光线由所述反射镜改变角度后经所述成像光路进入所述成像CCD ；
所述三组视觉光机的成像光路在平行于所述被测硅片的同一平面内；
所述三组视觉光机分别获取所述被测硅片的三段边缘信息，根据获取的硅片边缘信息，计算获得所述娃片的偏心偏向残差。
进一步，所述三组视觉光机的取像点分布在一半圆弧上，且相邻两组视觉光机的取像点的圆心角成90度。进一步，所述视觉光机的照明光路，位于所述三组视觉光机成像光路所在的平面内。进一步，所述成像光路和所述照明光路同轴。进一步，还包括散热板，所述散热板贴合于所述成像(XD。进一步，所述散热板通过导热硅胶贴合于所述成像CXD。进一步，所述散热板还包括冷却循环装置，通过投影物镜镜头冷却水实现热交换。进一步，还包括三个反射镜，位于所述工作台上，所述三个反射镜与所述三组视觉光机位置对应，用以反射所述视觉光机发出的照明光，为所述视觉光机提供背光。进一步，所述预对准测量装置位于光刻机主基板下方，光刻机投影物镜侧方，所述工作台上方，所述壳体与所述光刻机主基板连接。进一步，所述壳体由上接口板、下接口板及连接件组成，所述的预对准测量装置通过所述上接口板与所述光刻机主基板连接，下接口板用以承载所述三组视觉光机，连接件用以连接所述上接口板和所述下接口板。进一步，还包括三块光机调整板，每一所述视觉光机分别通过一所述光机调整板与下接口板连接，所述光机调整板对所述视觉光机进行6自由度调整。进一步，所述上接口板与所述下接口板间的所述连接件，为三组差分调整器，用以调整所述预对准测量装置整体水平度。进一步，所述上接口板接口处设置有RZ向调整机构。本发明硅片预对准测量装置的优点在于提高预对准精度、结构独立性强、结构紧凑，不限制投影物镜的空间，离线调整灵活性强，对周围微环境的温度影响降低。
图1为现有技术中光刻机娃片视觉系统的布局不意 图2为本发明硅片预对准测量装置中光学视觉系统应用于300mm硅片时的布局示意
图3a、3b为图2光学视觉系统中一个视觉光机的结构及光路不意图,3a为主视图,3b为俯视图； 图4为本发明硅片预对准测量装置在光刻机整机中的布局示意图； 图5为图2布置在工作台上的结构示意 图6为本发明硅片预对准测量装置应用于300_硅片时的结构示意 图7为本发明硅片预对准测量装置中光学视觉系统应用于200_硅片时的布局示意图 图8为本发明硅片预对准测量装置应用于200_硅片时的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。Wafer handling传输娃片经过预对准之后偏心与偏向获得初步补偿,其后,传输机械手将娃片继续向光刻机内部输送，此时由于机械手本身的重复性影响，以及由于光刻机内外部框架的相对漂移，对Wafer handling传送到工作台交接位置的娃片会产生很大的位置扰动，为弥补这些损失并进一步提高上片精度，硅片在交接位置还要进行二次预对准。通过二次预对准，即通过本发明中的预对准测量装置测量，获取硅片残余偏心和偏向，由工作台对残差进行补偿。所述工作台用以放置被测硅片。图2所示为本发明预对准测量装置运用于300_硅片时光学视觉系统的布局示意图，三组视觉光机201布置在同一平面上，并且是水平走向，三组视觉光机201的取像点布置在正交的位置上，即三组视觉光机201的取像点布置在同一水平面的一半圆弧上，并且相邻两个取像点之间相对于圆弧的圆心成90度旋转角度(圆心角为90度)。这里的圆心对应300mm硅片203圆心，圆弧对应硅片203边缘。视觉光机201的结构及光路示意图参见图3a、3b所示，为实现水平走向，每组视觉光机包括成像(XD101、成像光路102和照明光路103，三者布置在同一平面上，即在三组视觉光机所在平面里，并尽量压缩镜头厚度；三组视觉光机的成像光路在平行于被测硅片的同一平面内，照明光路也位于三组视觉光机成像光路所在的平面内。视觉光机中还包括一反射镜104，来自被测硅片的光线L由所述反射镜
104改变角度后经所述成像光路102进入所述成像(XD101。由于厚度尽量压缩且光机器件要紧凑同层布置，成像光路102与照明光路103处于同轴状态，即照明光路与成像光路重合，首先光源借助同轴照明光路103为取像区照明，成像光路102获取图像并将其传送到成像C⑶感光成像。三组视觉光机201分别获取硅片三段轮廓，根据获取的三段轮廓，计算硅片的圆心位置和缺口方向，从而判断硅片在传输到工作台时的偏心偏向残差。
如图4所示，预对准测量装置中三组视觉光机通过一壳体固定形成整体合为一个部件，预对准测量装置在整机中处于主基板302之下，投影物镜301侧方，这种布置取决于前面所述，视觉光机的横向布局，将光机的视觉组件，光源组件横向布置，使得光学视觉系统303成为薄型部件，水平向布局，不对镜头设计产生影响，主基板不必开孔容纳视觉系统，主基板的结构稳定性不受影响，三个视觉系统正交布置，可以最大限度提高二次预对准精度。本发明的成像原理及检测原理，参见图3a、3b所示，照明光路103形成平行光束将取像区域即物方视场照亮，成像光路102与照明光路103处于同轴状态，从照亮的物方视场取像；为了使硅片边缘图像更清晰，边缘采集更精确，参见图5所示，在工作台401正对二次预对准取像面的位置，设置了 3个正交的反射镜402，用以反射所述视觉光机发出的照明光，为硅片203边缘取像提供背光，使得硅片最外边精确成像，最后三组成像CXD 101上形成明暗变化的带有硅片部分边缘信息的图片，其中一个图片带有硅片缺口信息和部分硅片圆弧信息，另二个图片带有部分硅片边缘信息，收集到的图像被图像采集卡获取经边缘检测算法处理后形成硅片形貌信息，经软件处理获得圆心和缺口方向，进而计算偏心偏向残差，并传送给工作台系统执行补偿。本发明硅片预对准测量装置应用于300mm硅片时的结构示意图，参见图6所示，本发明硅片预对准测量装置中三组视觉光机201通过各自的光机调整板503与下接口板502固定，并且光机调整板503具有6自由度调整结构，可以使每个视觉光机201相对于300mm硅片203都达到最佳姿态，即实现最优视场和成像质量，光机调整板503底部设置了 3个球头细牙调整螺丝，球头顶紧下接口板502，通过旋转螺纹进行RX，RY，RZ的调整，在光机调整板503的侧面有两组调节X，Y，RZ的推移螺钉，可以以光机调整板503为基础推移光机调整板503，然而本发明对此不作任何限制。每个视觉光机201的成像(XD101均是5W左右的热源，由于该预对准测量装置周围的高精密器件对温度敏感，因此设置了散热板505通过导热硅胶贴合在每个成像CCDlOl侧面进行温度控制，并采用主动散热，通过镜头冷却水实现高效换热。在离线装调好每个视觉光机201后，该预对准测量装置还需要高精度的水平度调节，通过上接口板501与光刻机主基板集成。为了调整整体水平度，在上接口板501与下接口板502间设计了 3组差分调整器504，通过螺纹差分原理单圈调整间距可达0.25mm,实现预对准测量装置的整体姿态微调，调整所述预对准测量装置整体水平度。所述上接口板、所述下接口板及连接件组成壳体，所述壳体用以固定所述三组视觉光机，连接件用以连接所述上接口板和所述下接口板，在本实施例中所述连接件可以具体为3组差分调整器504，然而本发明对此不作任何限制。另外，上接口板501与主基板集成的接口处设计了 RZ向调整结构，以矫正预对准测量装置与主基板的夹角。图7、图8所示，为本发明应用于200_硅片预对准测量的另一实施例，光学系统沿用前述300mm硅片预对准测量系统的设计，不同的只是三组视觉光机201的布局，以及上接口板501及下接口板502的形式。同时本发明提出的预对准测量是可配置的，视觉光机相对于壳体是可拆卸的，三组视觉光机配以不同大小形状的壳体，就可以适应不同规格硅片的预对准需求。或者只改变几个机械加工件的设计就可以实现互换，具体是更新上下接口板上安装光机的螺钉孔位置，就可以实现300/200的兼容互换，说 明此种架构可配置性较强。本发明视觉系统水平向布局，不对镜头设计产生影响，主基板不必开孔容纳视觉系统，主基板的结构稳定性不受影响；视觉系统正交布置，可以最大限度提高二次预对准精度；视觉系统布置三组，形成独立部件，走线布线均在部件内部完成，统一转接，独立性更强，利于模块化设计；结构紧凑，在集成前可以离线调整到最佳效果，将三组视觉系统的位置关系提前标定，集成时整体调整。本发明进一步添加视觉系统主动冷却循环装置，降低视觉系统的散热功率至最低，将对周围微环境的影响降低；对每组视觉系统提供统一接口，调整六自由度，实现每组的最佳成像效果；整体提供与光刻机集成的接口，并且可以实现整体精密调平，调RZ，校正与整机坐标系的RZ误差，避免对对准系统影响。由于各视觉独立布局，可以实现对200mm，300mm的可配置二次预对准，兼容这两种规格硅片的处理；工作台侧提供硅片背光镜片，进一步提高二次预对准视觉系统对硅片边缘的识别能力。本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种硅片预对准测量装置，包括三组视觉光机和壳体，对工作台上放置的被测硅片进行预对准操作，所述壳体用以固定所述三组视觉光机，所述视觉光机包括成像CCD、成像光路和照明光路，其特征在于， 所述视觉光机还包括一反射镜，来自所述被测硅片的光线由所述反射镜改变角度后经所述成像光路进入所述成像CCD ； 所述三组视觉光机的成像光路在平行于所述被测硅片的同一平面内； 所述三组视觉光机分别获取所述被测硅片的三段边缘信息，根据获取的硅片边缘信息，计算获得所述娃片的偏心偏向残差。
2.根据权利要求1所述的预对准测量装置，其特征在于，所述三组视觉光机的取像点分布在一半圆弧上，且相邻两组视觉光机的取像点的圆心角成90度。
3.根据权利要求1所述的预对准测量装置，其特征在于，所述视觉光机的照明光路，位于所述三组视觉光机成像光路所在的平面内。
4.根据权利要求3所述的预对准测量装置，其特征在于，所述成像光路和所述照明光路同轴。
5.根据权利要求1所述的预对准测量装置，其特征在于，还包括散热板，所述散热板贴合于所述成像CXD。
6.根据权利要求5所述的预对准测量装置，其特征在于，所述散热板通过导热硅胶贴合于所述成像CXD。
7.根据权利要求6所述的预对准测量装置，其特征在于，所述散热板还包括冷却循环装置，通过投影物镜镜头冷却水实现热交换。
8.根据权利要求1所 述的预对准测量装置，其特征在于，还包括三个反射镜，位于所述工作台上，所述三个反射镜与所述三组视觉光机位置对应，用以反射所述视觉光机发出的照明光，为所述视觉光机提供背光。
9.根据权利要求1所述的预对准测量装置，其特征在于，所述预对准测量装置位于光刻机主基板下方，光刻机投影物镜侧方，所述工作台上方，所述壳体与所述光刻机主基板连接。
10.根据权利要求1至9任一所述的预对准测量装置，其特征在于，所述壳体由上接口板、下接口板及连接件组成，所述的预对准测量装置通过所述上接口板与所述光刻机主基板连接，所述下接口板用以承载所述三组视觉光机，连接件用以连接所述上接口板和所述下接口板。
11.根据权利要求10所述的预对准测量装置，其特征在于，还包括三块光机调整板，每一所述视觉光机分别通过一所述光机调整板与下接口板连接，所述光机调整板对所述视觉光机进行6自由度调整。
12.根据权利要求10所述的预对准测量装置，其特征在于，所述上接口板与所述下接口板间的所述连接件，为三组差分调整器，用以调整所述预对准测量装置整体水平度。
13.根据权利要求10所述的预对准测量装置，其特征在于，所述上接口板接口处设置有RZ向调整机构。
全文摘要
一种硅片预对准测量装置，包括三组视觉光机和壳体，对工作台上放置的被测硅片进行预对准操作，所述壳体用以固定所述三组视觉光机，所述视觉光机包括成像CCD、成像光路和照明光路，所述视觉光机还包括一反射镜，来自所述被测硅片的光线由所述反射镜改变角度后经所述成像光路进入所述成像CCD；所述三组视觉光机的成像光路在平行于所述被测硅片的同一平面内；所述三组视觉光机分别获取所述被测硅片的三段边缘信息，根据获取的硅片边缘信息，计算获得所述硅片的偏心偏向残差。该硅片预对准测量装置的优点在于提高预对准精度、结构独立性强、结构紧凑，不限制投影物镜的空间，离线调整灵活性强，对周围微环境的温度影响降低。
文档编号G03F7/20GK103246166SQ201210022850
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者王邵玉 申请人:上海微电子装备有限公司, 上海微高精密机械工程技术有限公司