[发明专利]一种基片对准装置及对准方法

说明书

本发明公开了一种基片对准装置及对准方法，该装置包括：承载第一基片的第一运动台；承载第二基片的第二运动台；光路运动机构，位于第一基片和第二基片之间，沿水平运动；光路成像系统，设于光路运动机构上；光路偏移测量装置，固设于光路运动机构上；控制器，与第一运动台、光路成像系统和光路偏移测量装置连接，控制第一运动台运动进行调整。光路成像系统在光路运动机构的带动下，对第一、第二基片上的标记位置进行检测，通过光路偏移测量装置测量光路运动机构在运动过程中产生的偏差，通过垂向偏移测量装置测量垂向运动台在垂向运动中引起的水平向偏差，控制器根据测量的偏差控制第一运动台运动进行补偿校正，提高基片的对准精度。

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种基片对准装置及对准方法。

背景技术

现有技术中用于半导体工艺中基片键合的配套设备，在键合进行之前需将两片基片进行对准。基片对准是基片键合工艺中最重要的技术之一。

现有的基片对准方法为：先将两片基片的表面相对，使用两组显微物镜分别检测出两片基片上对准标记的位置，然后通过执行器补偿检测出的两片基片上对准标记的相对位置偏差。然而基于基片键合工艺的需求，在对准过程中，两片基片中间必须放置间隔片，用于确保在键合之前两片基片相互不接触，这导致了两片基片之间存在较大的间隙，该间隙通常大于0.4mm，而该间隙的存在使得所选用的显微物镜的景深必须大于两片基片之间存在的距离，这样两片基片上的对准标记才能清晰成像，而对于显微物镜来说，其景深与分辨率是矛盾的关系，即景深越大的显微物镜，其分辨率就越低，因此想要进一步提高对准精度，首先应该提高显微物镜的分辨率，如此便会导致显微物镜的景深大大降低，最终降低了基片的对准精度。

针对上述问题，现有技术中提出一种检测装置，如图1所示，通过将两对显微物镜3’布置在第一基片1’和第二基片2’之间，使用两对显微物镜2’分别观测第一基片1’和第二基片2’上的对准标记，最终通过承载台六个自由度的运动，实现第一基片1’和第二基片2’的对准。然而该技术中为了实现显微物镜对第一基片1’和第二基片2’的对焦及找寻对准标记，需要机器视觉系统中的显微物镜3’能够实现X、Y、Z三个方向的运动，然而由于机器视觉系统中显微物镜3’是水平同轴布置的，在镜筒方向需要占用的空间较多，导致机器视觉系统在镜筒方向能够检测的范围较小，因此无法实现对整张基片上的任意位置进行检测，此外当完成对准，机器视觉系统退出对准工位后，第一基片1’和第二基片2’需要垂向运动完成贴合，在垂向运动必定会引起X-Y水平向的偏差，甚至旋转，降低了基片的对准精度。

现有技术中又提供了一种检测装置，通过两组4个显微物镜来完成对准。由于对准标记位于键合面，因此对准时，使用下方的镜头来确定上方基片的标记坐标位置，使用上方的镜头来确定下方基片的标记坐标位置，然后通过运动台的垂向升降来完成贴合。该方法有效的解决了镜头景深不足的问题，但增加了上下两组镜头的同轴性设计难度。

之后，现有技术中又提出了一种解决方案。通过一组在两个标记之间运动的镜头来检测两个带对准物料的偏差。其特点是镜头不需要停止运动即在运动中完成图像识别，通过既定的差值补偿来实现快速对位。然而该方法中对于如何避免对位完成后的贴合偏移以及如何将镜头坐标系与运动台坐标系进行统一没有进行说明。此外，镜头在水平运动中还会有Rx和Ry的绕动，该绕动会影响到对位精度。

针对上述问题，现有技术中还提供了一种解决方案，通过一组相对放置的镜头来实现对位检测。对准前，首先完成两个镜头的同轴校正，然后移动底部工件台，实现上方镜头观察下方标记，下方镜头观察上方标记的功能。底部工件台具有4个自由度，顶部运动台具有一个自由度。此外还安装有位置测量装置来检测运动台的运动位置。该方法解决了镜头同轴性的问题，同时由于对位时上下两基片位置较近，减少了垂向运动造成的水平向偏差。但其存在的弊端为需要分别对上下基片的标记进行识别，工件台的行程较大，花费时间较长。

发明内容

本发明提供了一种基片对准装置及对准方法，以解决现有技术中存在的问题。