[发明专利]一种背面对准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造装备制造领域，尤其涉及一种用于在半导体光刻设备实现背面对准的装置及方法。

背景技术

随着人们生活水平不断提高及半导体技术的日益发展，未来半导体市场对半导体封装器件的智能化和小型化的程度要求将不断提高，如相机、手机、PDA等数码产品不仅要求体积小便于携带，更要求其功能多样化且性价比低。为了实现封装器件智能化和小型化的发展要求，出现了对多硅片封装解决方案的需要。多硅片封装是一种将两个或更多平面器件堆叠并连接起来的硅片级封装方法，该封装方式也称为三维(3D)封装。3D封装实现方式目前主要有三种：引线键合(Wire Bonding)、倒装芯片键合(Flip Chip Bonding)和贯穿硅片通孔(以下简称TSV工艺：Through Silicon Via)，其中TSV工艺方式相对传统的引线键合工艺方式，具有互联引线长度短、引线密度高、封装面积小和封装成本不会随着封装硅片数量增加而大幅度提高等优点，因此TSV封装工艺方式被认为是未来最有潜力、也是最有前途的3D封装方式之一。TSV封装工艺方法是在半导体硅片的正面到背面形成微型通孔，然后以电气方式将上下硅片连接起来，由于采用3D垂直互联方式，从而大大缩短了硅片之间的互联引线长度，从而使封装器件在体积、性能及信号存取传输速度上都有了大幅度提高。

TSV封装工艺方式要求能在硅片背面进行曝光，因此要求半导体光刻设备具有背面对准装置以满足硅片背面曝光的工艺需求.该背面对准装置以硅片前表面(或称为硅片正面)已有的图形为硅片背面(或称为硅片后面)对准标记，从而确定硅片背面曝光图形与硅片前表面已有图形之间的位置误差。背面对准装置的测量精度将直接决定了硅片前后表面光刻图形之间的套刻误差。

目前实现硅片背面对准的方法主要有两种：可见光测量法和红外测量法。可见光测量法主要是在硅片承片台的两侧底部安装光路转折及成像系统，利用可见光实现对硅片背面标记的照明和成像。红外测量法是利用红外光对硅片的穿透能力来实现对背面标记的照明和成像。上述两种硅片背面位置对准方法在结构实现上各有优点及不足之处。

美国专利US6525805B、US6768539B中均公开了一种典型的背面对准装置，该装置利用可见光测量法通过离轴对准装置实现硅片背面对准，但是该装置中背面对准标记照明装置多，一个背面对准标记对应一套背面对准标记照明装置，导致背面对准标记照明装置装配复杂且成本高；由于背面对准标记照明装置位于硅片承片台下方，因此硅片承片台结构设计复杂、加工成本高；同时由于该装置中要求背面对准标记位置必须位于背面对准标记照明装置的照明视场内，因此导致工艺适应性差。

美国专利US6525805B中还公开了采用红外测量法的硅片背面位置对准装置，利用近红外光测量法在硅片承片台内不同位置处安装近红外光源以实现对硅片背面标记的照明，然后通过硅片上方的近红外成像系统实现对硅片背面标记的成像。该装置中硅片背面标记照明装置安装于硅片承片台内，因此工件台结构设计和装配比较复杂，且加工成本高，且受到硅片全场对准精度及硅片承片台空间尺寸的制约；需要在硅片背面标记照明装置指定位置处制作相应的硅片背面对准标记，因此增加了工艺流程及复杂度，导致工艺适应性差。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种用于实现背面对准的装置及方法，该装置及方法结构简洁，并能整体降低集成电路制造装备的设计难度及加工难度。

为实现上述发明目的，本发明公开了一种背面对准装置，用于确定基底与工件台的相对位置关系，包括：辐射源，用于发出红外线；工件台装置，用于支撑基底并移动基底运动；成像装置，用于探测对准标记并计算对准标记位置；基准版装置，用于建立成像装置与工件台装置的位置坐标关系；该辐射源及该成像系统能实现一套设备对不同对准标记的照明和对准；该对准标记包括基准版标记及背面对准标记。

更进一步地，所述工件台装置包括至少三个通光孔，用于通过红外线。

更进一步地，所述背面对准装置还包括照明装置。

更进一步地，所述照明装置位于所述工件台装置的通光口的正上方，包括光纤和照明镜组；或位于所述工件台装置的通光口的正下方，包括光纤、照明镜组和照明反射镜。

更进一步地，所述工件台装置包括工件台和位于工件台之下的基座，所述工件台至少实现3个自由度的移动。所述工件台装置还包括硅片吸盘，所述硅片吸盘位于工件台之上，所述硅片吸盘由玻璃或对红外光具有较高透过率的材料构成。所述三个通光孔中包括一个基座通光孔和两个工件台通光口。