專利名稱：一種自動利用最佳圖像進行對準的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及ー種集成電路制造裝備領域，尤其涉及一種光刻設備中所使用的用于對準的裝置及方法。
背景技術：
光刻設備是ー種應用于集成電路制造的裝備，利用該裝備包括但不限干集成電路制造光刻裝置、液晶面板光刻裝置、光掩模刻印裝置、MEMS (微電子機械系統)/MOMS (微光機系統)光刻裝置、先進封裝光刻裝置、印刷電路板光刻裝置及印刷電路板加工裝置等。利用光刻設備實現曝光的過程中，掩模版與曝光對象(例如硅片、印刷電路板等)的位置必須對準，通常掩模版上方與曝光對象上方均配置一定的位置對準裝置，用于建立掩模版與曝光對象之間精確的相對位置關系。隨著芯片的集成度的提高，對位置對準裝置的精度要求也越來越高。相應地，對準鏡頭的分辨率越高，則對準鏡頭的NA (Numerical Aperture數值孔徑)越大,景深越小。而目前用于光刻設備中的位置對準裝置相對于掩模版與曝光對象的垂向位置固定，并不能適應新的對準要求。現有的對準系統可分為同軸對準系統和離軸對準系統。在同軸對準系統中，由于掩模版與曝光對象之間的距離較大，當由溫度變化導致的兩者距離發生變化吋，同軸對準的鏡頭無法同時對掩模標記和曝光對象標記同時清楚成像。在離軸對準中，由于硅片表面存在起伏，對硅片調焦后，標記和鏡頭之間的工作距發生變化，導致標記成像質量下降。如中國專利200610025447.X、200610023154. 8等中公開的技術方案，鏡頭工作距離固定。當外因導致鏡頭工作距變化時，鏡頭成像質量降低，影響對準精度。
發明內容
本發明的目的在于解決上述現有技術中所存在的缺陷，提供ー種自動利用最佳圖像進行對準的裝置及方法，該裝置及方法能夠改變鏡頭的工作距，使鏡頭能夠得到最佳的圖像，然后利用得到的最佳圖像進行對準。為達到上述發明目的，本發明提供的技術方案如下一種自動利用最佳圖像進行對準的裝置，包括對準光源，用于提供對準光束；至少ー個對準鏡頭，用于將所述對準光束投射至標記；攝影裝置，用于接收標記的光信號轉化為待處理的電信號；圖像處理單元，用以判斷標記的成像質量并控制調整裝置移動；該裝置還包括ー調整裝置，所述調整裝置用以調整所述對準鏡頭的工作距離。更進一歩地，該調整裝置通過驅動所述對準鏡頭沿Z向移動，以改變所述對準鏡頭的工作距離。更進一歩地，該調整裝置是ー直線電機。更進一歩地，該調整裝置通過改變所述對準光束的光程，以改變所述對準鏡頭的工作距離。更進一歩地，該調整裝置包括兩個光楔元件。
更進ー步地，該攝像裝置是CXD攝像機。更進一歩地，該對準鏡頭包括同軸對準鏡頭和離軸對準鏡頭。本發明同時還公開ー種自動利用最佳圖像進行對準的方法，包括步驟一、通過ー圖像處理單元采集標記圖像并獲得第一次圖像質量IQl ；步驟ニ、利用一調整單元改變對準鏡頭工作距離后獲得第二圖像質量IQ2 ；步驟三、判斷所述第一、第二圖像質量的優劣，并根據判斷結果以相同或相反的方 向調整對準鏡頭工作距離；步驟四、重復步驟一至三直至獲得最佳圖像質量IQ(n-l)；步驟五、利用所述最佳圖像質量IQ(n-l)進行對準。更進一歩地，該步驟ニ中所述調整裝置通過驅動所述對準鏡頭沿Z向移動，以改變所述對準鏡頭的工作距離。更進一歩地，該步驟ニ中所述調整裝置通過改變所述對準光束的光程，以改變所述對準鏡頭的工作距離。更進ー步地，該最佳圖像質量滿足IQ(n-2) < IQ(n-l)且IQ(n_l) > IQn，其中η是大于等于4的自然數。與現有技術相比較而言，本發明所提供的對準裝置及對準方法能有效改變對準鏡頭的工作距，使得鏡頭能夠得到最佳的圖像，然后利用得到的最佳圖像進行對準。
關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖示得到進ー步的了解。圖I是本發明的第一實施例的結構示意圖；圖2是本發明的第二實施例的結構示意圖；圖3是本發明的第二實施例的調整裝置的結構示意圖；圖4是娃片表面起伏不意圖；圖5是本發明所涉及的對準方法的流程圖。主要組件符號說明I-同軸對準鏡頭2-離軸對準鏡頭3-攝影裝置4-圖像處理單元5-調整裝置 10-掩模板 101、102-掩模對準標記8_掩模承載臺14-投影鏡頭 11-硅片111、112-硅片對準標記9_硅片承載臺12-整機框架 100-承片臺基準標記
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。本發明的發明構思在于包括ー調整裝置和圖像處理單元，利用該圖像處理單元對采集到的標記圖像進行處理，以判斷標記圖像的質量是否處于最佳狀態。如果標記圖像的質量沒有處于最佳狀態(此時會影響對準精度)，圖像處理單元發出指令，驅動調整裝置。該調整裝置能夠改變鏡頭的工作距，使得鏡頭能夠獲得最佳的圖像，然后利用得到的最佳圖像進行對準。
本發明的第一種實施例的結構示意圖如圖I所示。該對準裝置包括光源，用于提供照亮目標標記的光束(圖中未視出)。對準鏡頭包括同軸對準鏡頭I和離軸對準鏡頭2。光源所提供的光束經過同軸對準鏡頭I和離軸對準鏡頭2照射標記，并使標記成像于攝影裝置3的靶面上。攝影裝置3用于把標記的光信號轉化為待處理的電信號，在本實施例中選用CXD鏡頭作以說明。圖像處理單元4，用于處理攝影裝置3所轉化的電信號，以判斷標記的成像質量，同時還可以發出指令，驅動調整裝置發生作用。調整裝置5，接收圖像處理單元的指令，整體調整對準鏡頭的在Z向的位置。本發明的第一實施例中，采用了機械運動的方式作為調整裝置5的具體實施方式
的說明。圖I中其他的模塊均屬于光刻設備中的組成部分。如掩模板10用于提供ー圖形，該圖形經過投影鏡頭14后投射至硅片11的表面。其中， 該掩模板10上包括掩模對準標記101、102，并由掩模承載臺8提供多個自由度方向的運動。硅片11的表面上包括硅片對準標記111、112，并由硅片承載臺9提供多個自由度方向的運動。掩模對準標記101、102、硅片對準標記111、112及承片臺基準標記100兩兩之間建立相互位置坐標關系，并最終確定三者的相互位置坐標。整機框架12為光刻設備提供整體的支撐與架構。以上的模塊及部件與對準裝置一起，最終構成了完整的光刻設備。在圖I中，對準鏡頭1、2與調整裝置5固定，并通過該調整裝置5安裝在整機框架12上。在圖I中示意性地給出了對準鏡頭1、2的光學組成元件。該調整裝置5用于支撐和改變對準鏡頭1、2沿Z向的位移。直線電機等能夠實現位移的裝置均可以被用作調整裝置5。掩模板10通過掩模承載臺9，固定在整機框架12上，硅片11通過硅片承載臺9，固定在整機框架12上。對準鏡頭I或2、掩模板10、硅片11三者在Z向有一定的位置關系。對準鏡頭I或2后面安裝有攝影裝置3 (CXD)，把標記的像轉化為電信號，圖像處理單元對轉化后的電信號進行處理，然后判斷標記圖像的質量是否處于最佳狀態。如圖4中所示，當對準標記所在平面和對準鏡頭最佳焦平面重合吋，標記圖像的質量處于最佳狀態，當對準標記所在平面和對準鏡頭最佳焦平面不重合吋，標記圖像的質量就不會處于最佳狀態。判斷標記圖像的質量是否處于最佳狀態的步驟如下圖像處理單元求解標記圖像的質量IQUimage quality I)，然后圖像處理單元發出指令，讓調整裝置以設定的步長帶動鏡頭沿Z向運動(Z正向或負向均可)。完成一個步長后,再次求解標記圖像的質量IQ2 (imagequality 2)，比較兩次的結果，如果IQ2 > IQl,同方向驅動鏡頭運動；如果IQ2 < IQ1，則相反方向驅動鏡頭運動，其中IQ2 > IQl表明第一次圖像質量的圖像質量優于第二次圖像質量的圖像質量；IQ2 < IQl,則第二次圖像質量優于第一次圖像質量。直至IQ(n-2)
<IQ(n-l)且IQ(n-l) > IQn，即獲得最佳圖像質量IQ(n_l)后，進入對準工作流程。本發明同時提供第二種實施方式，如圖2中所示。同樣的，第二種實施方式中的對準裝置包括對準鏡頭含同軸對準鏡頭I和離軸對準鏡頭2 ;攝影裝置3，用于把標記的像轉化成便于處理的信號；圖像處理單元4，用于處理攝影裝置轉化后的信號，以判斷標記的成像質量，同時還可以發出指令，驅動調整裝置發生作用及調整裝置5。在第二實施方式中，調整裝置5采用光學元件調整鏡頭工作距離的目的。如圖3中示，圖3是第二實施例的調整裝置的結構示意圖。該調整裝置5是一雙光楔裝置，包括兩個光楔元件501及502。當接收到圖像處理單元4的指令后，其中的一個光楔元件移動，或兩個光楔元件以相反方向同時移動。通過改變光楔元件的重合度，從而改變經過對準鏡頭I或2后的對準光束的光程，達到調整鏡頭工作距的目的。掩模板10通過掩模承載臺9，固定在整機框架12上，硅片11通過硅片承載臺9，固定在整機框架12上。對準鏡頭I或2、掩模板10、硅片11三者在Z向有一定的位置關系。對準鏡頭I或2后面安裝有攝影裝置3 (CXD)，把標記的像轉化為電信號，圖像處理單元對轉化后的電信號進行處理，然后判斷標記圖像的質量是否處于最佳狀態。如圖4中所示，當對準標記所在平面和對準鏡頭最佳焦平面重合吋，標記圖像的質量處于最佳狀態，當對準標記所在平面和對準鏡頭最佳焦平面不重合吋，標記圖像的質量就不會處于最佳狀態。判斷標記圖像的質量是否處于最佳狀態的步驟如下圖像處理單元求解標記圖像的質量IQl (image quality I)，然后圖像處理單元發出指令，讓調整裝置以設定的步長帶動鏡頭沿Z向運動(Z正向或負向均可)。完成一個步長后,再次求解標記圖像的質量IQ2 (imagequality 2)，比較兩次的結果，如果IQ2 > IQl,同方向驅動鏡頭運動；如果IQ2 < IQ1，則相反方向驅動鏡頭運動，其中IQ2 > IQl表明第一次圖像質量的圖像質量優于第二次圖像質量的圖像質量；IQ2 < IQl,則第二次圖像質量優于第一次圖像質量。直至IQ(n-2)
<IQ(n-l)且IQ(n-l) > IQn，即獲得最佳圖像質量IQ(n_l)后，進入對準工作流程。本發明同時提供ー種自動利用最佳圖像進行對準的方法。如圖5中所示，圖5中是該方法的最佳圖像求解流程圖。步驟501-獲得IQl。CXD采集此時對準標記的圖像，并將該圖像信息轉換為電信號，得到IQl。步驟502-獲得IQ2。然后調整裝置開始運動到下一位置后CXD繼續采集圖像并獲得 IQ2。步驟503-判斷IQl是否大于IQ2，如果是“是”則進入步驟506，如果是“否”則進入步驟504。步驟504-獲得IQ3。調整裝置按與步驟502相反的方向動作后，CXD采集圖像并處理圖像后獲得IQ3。獲得IQ3后進入步驟505。步驟505-判斷IQ3是否大于IQl，如果是“是”則進入步驟506，如果是“否”則進入步驟508。步驟506-獲得IQn。調整裝置按與步驟502相同的方法動作后，CXD采集圖像并處理圖像后獲得IQn，其中η是大于等于4的自然數。獲得IQn后進入步驟507。步驟507-判斷IQn是否大于IQn_l，如果是“否”則進入步驟508。 步驟508-進入對準流程。步驟509-判斷對準是否完成，如果是“是”則重新進入步驟501 ;如果是“否”，則返回步驟508。本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的范圍之內。
權利要求
1.一種自動利用最佳圖像進行對準的裝置，包括 光源，用于提供對準光束； 至少ー個對準鏡頭，用于將所述對準光束投射至標記； 攝影裝置，用于接收標記的光信號轉化為待處理的電信號； 圖像處理單元，用以判斷標記的成像質量并控制調整裝置移動； 其特征在干，所述裝置還包括ー調整裝置，所述調整裝置用以調整所述對準鏡頭的エ作距離。
2.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述調整裝置通過驅動所述對準鏡頭沿Z向移動，以改變所述對準鏡頭的工作距離。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述調整裝置是一直線電機。
4.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述調整裝置通過改變所述對準光束的光程，以改變所述對準鏡頭的工作距離。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述調整裝置包括兩個光楔元件。
6.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述攝像裝置是CXD攝像機。
7.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述對準鏡頭包括同軸對準鏡頭和離軸對準鏡頭。
8.一種自動利用最佳圖像進行對準的方法，包括 步驟一、通過ー圖像處理單元采集標記圖像并獲得第一次圖像質量IQl ； 步驟ニ、利用一調整單元改變對準鏡頭工作距離后獲得第二圖像質量IQ2 ； 步驟三、判斷所述第一、第二圖像質量的優劣，并根據判斷結果以相同或相反的方向調整對準鏡頭工作距離； 步驟四、重復步驟一至三直至獲得最佳圖像質量IQ(n-l)； 步驟五、利用所述最佳圖像質量IQ(n-l)進行對準。
9.如權利要求8所述的對準方法，其特征在于，所述步驟ニ中所述調整裝置通過驅動所述對準鏡頭沿Z向移動，以改變所述對準鏡頭的工作距離。
10.如權利要求8所述的對準方法，其特征在于，所述步驟ニ中所述調整裝置通過改變所述對準光束的光程，以改變所述對準鏡頭的工作距離。
11.如權利要求8所述的對準方法，其特征在干，所述最佳圖像質量滿足IQ(n-2)< IQ(n-l)且IQ(n-l) > IQn，其中η是大于等于4的自然數。
全文摘要
本發明公開一種自動利用最佳圖像進行對準的裝置，包括光源，用于提供對準光束；至少一個對準鏡頭，用于將所述對準光束投射至標記；攝影裝置，用于接收標記的光信號轉化為待處理的電信號；圖像處理單元，用以判斷標記的成像質量并控制調整裝置移動；該裝置還包括一調整裝置，所述調整裝置用以調整所述對準鏡頭的工作距離。本發明同時公開一種自動利用最佳圖像進行對準的方法。
文檔編號G03F9/00GK102692826SQ20111006801
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者徐兵, 李中秋, 李志丹, 陳飛彪 申請人:上海微電子裝備有限公司