具有对准标记体系的机器视觉对准系统及其对准方法技术方案

一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，包含掩模对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；掩模对准系统包含掩模版，掩模台，机器视觉对准传感器；硅片对准系统包含硅片，工件台，光学投影物镜，掩模版，机器视觉对准传感器；对准标记系统包含机器视觉工装版，测试掩模版，工艺掩模版，工件台基准版。一种对准方法，通过掩模版和硅片对准结果，从而建立掩模版上电路图案与硅片上各个曝光场之间的相对位置关系。本发明专利技术结构简单、加工制造成本低，提高硅片标记的工艺适应性、简化大层间厚度的工艺流程，提高产品生产效率，降低单个产品生产制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于光刻设备的机器视觉对准系统及其对准方法。技术背景在光刻封装设备中，要将描绘在掩模版上的管脚或电路图案通过投影曝 光装置成像在涂有光刻胶等感光材料的曝光对象表面上，曝光对象通常就是 前道工艺加工后的带有电路图案的将要进行封装的硅片。通过曝光成像后的 硅片经过显影、后烘、电镀、回球等工艺后将产生用于后道封装的芯片凸点， 芯片凸点与金属引线框结合后经过严格的封装、测试将产生满足用户需求的 合格产品。用投影曝光装置做曝光前，掩模与曝光对象的位置必须对准。通常的对 准方法是利用掩模与曝光对象上配置的位置对准标记，通过设备中特定的位 置对准装置和位置对准方法，建立起掩模与曝光对象之间相对的位置关系。 掩模和曝光对象的对准需要建立相应的对准模型算法。对准装置中对准标记体系的设计将直接决定了对准装置的结构设计、信 号接收与处理方式、掩模与曝光对象的位置对准精度以及对准工艺流程，因 此在对准装置中对准标记体系的设计及正确使用显的尤为重要。在先技术CN 1450412A所述的对准标记适用于层间厚度比较大的工艺， 如MEMS(微机电系统)和MOEMS(微光机电系统)，其对准标记采用光栅对准 标记，优点是能够在层间间距比较大的标记之间进行对准，且对准精度比较 高；缺点是一方面当层间对准时要在不同层制作光栅对准标记，不仅增加工 艺复杂度，而且也增加了最终产品生产制造成本；另一方面当层间厚度比较 大时，对入射角度偏差要求比较高，这样需在对准光路中加入平板和楔角； 另外利用能量探测器对对杂。
技术实现思路
本专利技术提供的一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统及其对准方 法，不仅解决了在先技术所述的光栅对准标记用于层间厚度比较大的工艺对 准时，信号接收与处理方式复杂且对准系统结构设计难度大和加工制造成本 高等问题，而且也解决了在不同层间对准时需在不同层间制作光栅对准标记， 所带来的工艺流程复杂且同时增加了最终产品制造成本等缺陷。为了达到上述目的，本专利技术提供一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，包含掩才莫对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；所述的掩模对准系统包含掩模版；所述的掩模版包含测试掩模版和工艺掩模版；掩模台，设置在掩模版下方，可在水平面内运动；若干机器视觉对准传感器，设置在掩模版上方，用于对准标记的照明、 成像、接收以及对准标记在探测器靶面上的位置处理；所述的掩模对准系统通过对掩模版上的掩模标记成像及处理掩模标记在 接收器靶面上的位置，从而确定掩模版上的电路图案在工件台坐标系中位置；所述的硅片对准系统包含硅片，上面设置有硅片对准标记，用于硅片对准以确定硅片坐标系在工 件台坐标系中的平移量、旋转量和缩放量；工件台，设置在硅片下方，可在水平面内运动；光学投影物镜，位于硅片和掩模版之间，用于将掩模版上的电路图案投 影成像到硅片上；掩模版；若干机器视觉对准传感器；所述的硅片对准系统通过对硅片上的硅片标记成像及处理硅片标记在接 收器靶面上的位置，从而确定硅片上的各个曝光场在工件台坐标系中的位置，以致最终实现掩模版上的电路图案能通过光学投影物镜，正确转移到硅片上 的各个曝光场；所述的对准标记系统包含机器视觉工装版，固定于光学投影物镜顶端的机械法阑，上面设置有工 装掩模标记，该标记用于机器视觉传感器初次安装以建立机器对准传感器与 光学投影物镜在垂向以及水平向的物理位置关系；测试掩模版，上面描绘有测试掩模标记和掩模对准系统标定点阵列，以 及掩模对准系统精度测量标记，所述的测试掩模标记和掩模对准系统标定点 阵列用于机器视觉传感器初次安装或周期性维护时，对机器视觉传感器进行 标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系,所 述的掩模对准系统精度测量标记用于测量机器视觉对准传感器进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度；工艺掩模版，上面描绘有工艺掩模标记，该标记用于设备进行正常工艺 生产时的掩模对准，以确立掩模版在工件台坐标系中的位置关系；工件台基准版，设置在工件台上，该工件台基准版上面设置有工件台基 准标记、硅片对准系统标定点阵列、以及硅片对准系统精度测量标记，工件 台基准标记用于建立工件台坐标系和光学投影物镜之间的位置关系，硅片对 准系统标定点阵列用于机器视觉传感器初次安装或进行周期性维护时，对机 器视觉传感器进行标定和建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之 间的转换关系，硅片对准系统精度测量标记用于测量机器视觉对准传感器进 行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度；本专利技术还提供了 一种应用上述对准系统的对准方法，包含以下步骤步骤1、利用机器视觉工装版调整机器视觉对准传感器的安装位置；械法阑；步骤1.2、以机器视觉工装版上的工装掩模标记为基准，调整机器视觉对 准传感器在垂向的安装位置以及在水平向的安装位置，以建立机器视觉对准 传感器与光学投影物镜在物理上的相对位置关系；步骤1.3、当调整好机器视觉对准传感器在垂向和水平向的安装位置后，；步骤2、进行掩模对准系统的标定； 步骤2.1、上载测试掩模版；步骤2.2、利用测试掩模版上的掩模对准系统标定点阵列，对掩模对准系 统进行标定并建立掩模台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换关系；步骤2.3、利用测试掩模版上的精度测量标记分别测量当机器视觉对准传 感器进行掩模对准时所能达到的对准标记位置测量精度； 步骤2.4、下载测试掩模版； 步骤3、进行硅片对准系统的标定；步骤3.1、利用工件台基准版上的硅片对准系统标定点阵列，对硅片对准 系统进行标定并建立工件台坐标系与机器视觉对准传感器坐标系之间的转换 关系；步骤3.2、利用工件台基准版上的精度测量标记测量当机器视觉对准传感 器进行硅片对准时所能达到的对准标记位置测量精度； 步骤4、掩模版对准； 步骤4.1、上载工艺掩模版；步骤4.2、利用工艺掩模版上的工艺掩模标记来实现掩模版对准，从而确 定掩模版上的电路图案在工件台坐标系中的位置； 步骤5、硅片对准； 步骤5.1、上载硅片；步骤5.2、利用硅片上的硅片标记来实现硅片对准，从而确定硅片上的各 个曝光场在工件台坐标系中的位置；步骤6、通过上述掩模版和硅片对准结果，从而建立掩模版上电路图案 与硅片上各个曝光场之间的相对位置关系。本专利技术具有以下优点采用基于机器视觉的对准系统，不仅对准装置结 构简单、加工制造成本低，而且硅片对准时无需在硅片上制造专用的硅片对 准标记，可直接选用前序工艺已有的定位标记或具有特定几何形状的电路图 案、数字标识等作为硅片对准标记，这样不仅可提高硅片标记的工艺适应性、简化大层间厚度的工艺流程，同时也大大提高产品生产效率，降低单个产品 生产制造成本。附图说明图1为本专利技术机器视觉对准系统的结构示意图； 图2为本专利技术机器视觉对准系统的机器视觉工装版结构示意图； 图3为本专利技术机器视觉工装版上工装掩模标记布局及位置示意图； 图4为本专利技术机器视觉对准系统所用测试掩模版结构示意图； 图5为本专利技术测试掩模版上掩模标记对准窗口结构示意图； 图6为本专利技术测试l务^^莫版上掩模对准系统标定点阵列结构示意图； 图7为本专利技术机器视觉对准系统所用工艺掩模版结构示意图； 图8为本专利技术工艺掩模版上掩模对准标记布局及位置示意图； 图9为本专利技术工件台基准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有对准标记体系的机器视觉对准系统，其特征在于，包含：掩模对准系统，硅片对准系统和对准标记系统；所述的掩模对准系统包含：掩模版（２）；所述的掩模版（２）包含测试掩模版和工艺掩模版；掩模台（４），设置在掩模版（２）下方，可在水平面内运动；若干机器视觉对准传感器（８）和（９），设置在掩模版（２）上方；所述的硅片对准系统包含：硅片（５），上面设置有硅片对准标记（６）；工件台（７），设置在硅片（５）下方，可在水平面内运动；光学投影物镜（１），位于硅片（５）和掩模版（２）之间；掩模版（２）；若干机器视觉对准传感器（８）和（９）；所述的对准标记系统包含：机器视觉工装版（２０），固定于光学投影物镜（１）顶端的机械法阑；测试掩模版（２）；工艺掩模版（２）；工件台基准版（１０），设置在工件台（７）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兵，周畅，蔡巍，谢威，周金明，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]