[发明专利]基于阵列光电传感器的背面离轴对准系统、光刻装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种基于阵列光电传感器的背面离轴对准系统、光刻装置及方法。

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，然后以电气方式將上下硅片连接起来，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US6525805所提供的一种背面对准装置，该离轴对准装置采用CCD图像采集的方法测量采集标记图像，通过相应的计算机算法计算位置实现硅片背面对准，该实施例所述硅片背面对准装置存在以下缺点：CCD响应速度慢，导致对准效率低，且对准精度直接受到图像采集精度影响。

美国专利US6525805所提供的另外一种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。该实施例所述硅片背面位置装置存在以下缺点：一、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；二、硅片背面标记照明装置在硅片承片台内的安装位置及数量将受到硅片全场对准精度及硅片承片台空间尺寸的制约；三、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，导致工艺适应性比较差。

中国期刊论文《底面对准曝光机对准系统设计》所公开的一种背面对准装置，该装置采用了CCD摄像机结合计算机图像采集技术，由两光路通过CCD对掩模左右标记成像，通过DSP图像卡采集对准标记图像并根据相应的算法计算偏移量从而获得对准位置。但这种对准方式由于CCD本身响应速度慢，使对准效率低，且对准精度受计算机图像采集精度及算法精度影响，从而限制了这种对准方式在高精度对准技术当中的应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于阵列光电传感器的背面离轴对准系统、光刻装置及方法，能有效避免CCD传感器响应速度慢所导致的对准效率低的问题。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种基于阵列光电传感器的背面离轴对准系统，用于确定基底与工件台之间的相对位置关系，其中，该工件台，具有第一表面及与第二表面相对的第二表面，用于支撑该基底并提供该基底运动，该基底的背面与该工件台的第一表面接触，该对准系统包括：一成像光学系统，用于将该基底背面的至少一个对准标记成像于该工件台第一表面上方；阵列光电传感器，用于探测该对准标记的像，其中，该阵列传感器包括多数相互分离的光电传感器，每个光电传感器的光敏面尺寸大于该对准标记的像的最小尺寸该任意两个光电传感器的光敏面之间的间距小于该对准标记的像的最小尺寸；控制模块，用于采集并处理该对准标记的像信息以确定该基板背面的对准标记的位置信息。