本發(fā)明涉及半導體領域，尤其涉及一種對準測量裝置和一種對準系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在半導體ic集成電路制造過程中，一個完整的芯片通常需要經(jīng)過多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，其余層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前層次曝光留下的圖形進行精確定位，這樣才能保證每一層圖形之間有正確的相對位置，即套刻精度。

現(xiàn)有的基于成像的工件對準方式只能獲取單個像面的光強信息，景深較小，如果想要獲得不同焦面處的標記信息，只能采用逐次調(diào)焦，掃描成像的方式。掃描過程通常需要一定的時間，因此，獲取信息的時效性較差，對于位置、形貌等處于快速運動變化中的物體或標記無法進行有效的探測。另外，調(diào)焦使用的調(diào)焦裝置結(jié)構(gòu)較為復雜，掃描成像時易引入對準誤差。

現(xiàn)有的接近式工件對準中也有利用微透鏡將基板上的對準標記成像至掩模面，用ccd相機觀察掩模面標記和基片標記通過微透鏡的所形成的像，來進行對準。在該裝置中，需要在對準時，在基板與 掩模版之間添加一組微透鏡陣列，對準完成后，還需要將微透鏡陣列移出才能進行曝光，從而增加了裝置與工藝流程的復雜性。再者，對于不同間距的基板和掩模，需要設計不同類型的微透鏡陣列，增加了成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種對準測量裝置，包括

一照明光源，提供照明光；

一成像透鏡，使照明光向測量對象的方向照射，并改變從測量對象上反射出的光線的方向；

一微透鏡陣列，位于所述成像透鏡與所述探測裝置之間，其被調(diào)整后使透過所述成像透鏡的光分別入射至探測裝置探測面的不同位置處，；

一信號探測裝置，接收透過所述成像透鏡及微透鏡陣列向所述信號探測裝置方向發(fā)射的光線并成像；

一運算單元，與所述信號探測裝置電路連接，根據(jù)所述信號探測裝置的成像信息，計算得到位于不同高度的所述測量對象的位置信息，所述位置信息是通過在后端解調(diào)處理中，利用傅里葉切片成像原理，恢復不同景深的標記圖像獲得的。

作為優(yōu)選，所述標記圖像通過如下公式獲得：

其中，pα為所求景深位置的圖像，為縮放尺度，為二維傅里葉逆變換，為四維傅里葉變換，為切片矩陣，其將四維函數(shù)降維為二維，為所求景深處變換矩陣的逆矩陣，βα為切片算子。

作為優(yōu)選，所述信號探測裝置具有探測面，且所述信號探測裝置在所述探測面上成像。

作為優(yōu)選，所述信號探測裝置為ccd相機或者cmos相機。

本發(fā)明還提供一種對準系統(tǒng)，包括

如上所述的對準測量裝置；

至少兩個移動平臺，每個所述移動平臺上各放置一個所述測量對象；

一控制系統(tǒng)，分別與所述運算單元和所述移動平臺電路連接，根據(jù)所述運算單元的計算結(jié)果移動所述移動平臺，直至所有移動平臺上測量對象對準。

本發(fā)明還提供一種對準方法，包括如下步驟：

步驟一：提供如上所述的對準系統(tǒng)，在所述測量對象上設有對準標記；

步驟二：由所述對準測量裝置將所有所述測量對象上的對準標記成像并計算位置信息；

步驟三：由控制系統(tǒng)根據(jù)所述位置信息使所述移動平臺移動直至所有所述測量對象上的對準標記對準。

作為優(yōu)選，步驟二中由所述對準測量裝置將所有所述測量對象上的對準標記成像并計算位置信息的過程具體為：所述照明光源提供的 照明光經(jīng)過所述成像透鏡、到達所有測量對象上的對準標記處，并由該處反射形成反射光，所述反射光依次經(jīng)過所述成像透鏡、微透鏡陣列到達所述信號探測裝置并成像，所述信號探測裝置將成像信息發(fā)送至所述運算單元，所述運算單元計算不同測量對象上的對準標記的位置信息。

作為優(yōu)選，步驟二中所述位置信息是通過在后端解調(diào)處理中，利用傅里葉切片成像原理，恢復不同景深的標記圖像獲得的。

作為優(yōu)選，所述標記圖像通過如下公式獲得：

其中，pα為所求景深位置的圖像，為縮放尺度，為二維傅里葉逆變換，為四維傅里葉變換，為切片矩陣，其將四維函數(shù)降維為二維，為所求景深處變換矩陣的逆矩陣，βα為切片算子。

本發(fā)明還提供一種光刻方法，提供如上所述的對準系統(tǒng)，使用如上所述的對準方法使掩膜版與基板對準，并進行曝光。

本發(fā)明還提供一種鍵合方法，提供如上所述的對準系統(tǒng)，使用如上所述的對準方法使所有的鍵合對象對準，并進行鍵合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在提供的對準測量裝置中，在成像透鏡與探測裝置之間設置了微透鏡陣列，調(diào)整微透鏡陣列即可使不同焦距處的測量對象的光線到達探測裝置探測面的不同位置上，這樣在信號探測裝置上可以形成位于不同景深的測量對象的圖像，將這些不同景深的測量對象的圖像經(jīng)過運算單元運算后即 可得到不同景深的測量對象所在的位置，該位置包括水平坐標和垂直坐標，這樣在對準系統(tǒng)中，可使用控制系統(tǒng)根據(jù)運算得到的測量對象所在的位置控制移動平臺移動，使得所有的測量對象對準。該裝置和方法能夠只需成像一次即可計算得到不同景深測量對象所在的位置，無需多次掃描成像，因此操作簡單方便，省時省力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一提供的對準測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例一對準測量裝置的工作原理圖；

圖3為本發(fā)明實施例一探測器在理想焦面外時探測面和瞳面上的光線分布關系；

圖4為本發(fā)明實施例一探測器在理想焦面內(nèi)時探測面和瞳面上的光線分布關系；

圖5為本發(fā)明實施例一不同焦面處光強分布坐標轉(zhuǎn)換圖；

圖6為本發(fā)明實施例一對準測量裝置理想焦面和實際物面成像規(guī)律示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例一提供的對準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例一對準方法流程圖；

圖9為本發(fā)明實施例一提供的包含有對準系統(tǒng)的光刻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例一中測量對象示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例二中測量對象示意圖；

圖12為本發(fā)明實施例三中測量對象示意圖。

圖中：1-照明光源、2-成像透鏡、21-瞳面、22-理想焦面、23-實際物面、3-信號探測裝置、31-探測面、4-運算單元、5-微透鏡陣列、6-移動平臺、61-上層移動平臺、62-下層移動平臺、7-測量對象、71-掩膜版、72-基板、73-工件上部分、74-工件下部分、75-薄膜導線、751-電線一、76-印刷電路板、761-電線二、77-套刻工件一、78-套刻工件二、8-控制系統(tǒng)、9-光刻機；

m1-套刻外框標記、m2-套刻內(nèi)標記、m3-上部分對準標記、m4-下部分對準標記。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

實施例一

請參照圖1與圖2，本發(fā)明提供一種對準測量裝置，該裝置放置于與測量對象7對應之處，用于對準測量測量對象7，按照光路的走向，該裝置依次包括

一照明光源1，為對準測量提供照明光；

一成像透鏡2，將照明光束投射至測量對象7，并收集測量對象反射的反射光線；

一微透鏡陣列5，位于所述成像透鏡2與所述信號探測裝置3之間，用來調(diào)整通過成像透鏡的入射光線(入射光場)，將光線調(diào)制后， 成像至信號探測裝置；；一信號探測裝置3，本實施例中，信號探測裝置3為ccd相機或者cmos相機，該信號探測裝置3上具有用于成像的探測面31；

一運算單元4，與所述信號探測裝置3電路連接。

請參照圖2，對于該對準測量裝置，光路的走向為，照明光源1發(fā)出照明光，照明光通過成像透鏡2、到達測量對象7上，然后測量對象7將上述到達測量對象7的照明光反射形成反射光，然后依次通過成像透鏡2、微透鏡陣列5、信號探測裝置3并在探測面31上成像，通過微透鏡陣列5對成像光線進行調(diào)制，使得不同焦面處的圖像，按照一定規(guī)律分布在探測面31，最終通過運算單元對探測器上的圖像分布進行解調(diào)，可還原出不同焦面處的被測對象圖像。總體效果相當于每個微透鏡的景深進行疊加形成的圖像的景深大于單個成像透鏡2形成的圖像的景深，此外由于每個微透鏡的焦面相異，在探測面31上形成的圖像為每個微透鏡所對應的景深范圍內(nèi)形成的圖像拼接形成的。

而運算單元4根據(jù)探測面31上顯示的圖像，可以計算不同焦面上的物體的位置信息，具體原理如下：

請參照圖3和圖4，由于測量對象7上的不同焦面與探測面31的距離不同，在沒有微透鏡陣列5的作用情況下，若探測面31不位于成像的最佳焦面，即理想焦面22，分為兩種情況，一種探測面31位于理想焦面22之內(nèi)，另一種即位于理想焦面22之外，請參照圖3，在成像透鏡2的瞳面上建立uv坐標系，在探測面31上建立xy坐 標系，當探測面31位于理想焦面22之內(nèi)時，在探測面31上的光線分布與成像透鏡2的瞳面光線的分布呈正線性關系，而在圖4中，探測面31位于理想焦面22之外時，上述兩種光線分布呈負線性關系，基于上述原理，可通過計算探測面31上的光強分布，來獲取不同焦面處的圖像。

根據(jù)上述成像理論，通過成像透鏡2的瞳面，最終入射到探測面31的光強可表示為：

其中：x，y為探測面31上的坐標，u，v為瞳面坐標，f為探測面31至瞳面的距離，θ為入射光線相對于成像面的角度，cos⁴θ代表由角度引起的光強衰減因子，lf(x，y，u，v)為關于探測面31坐標、瞳面坐標的四維光線分布函數(shù)。

在得到上述探測面31的光強分布后，可根據(jù)不同焦面處的光強分布得到其它焦面處的光強分布，具體請參照圖5，在成像面上建立x’y’平面坐標系，與該平面相交于x’點的光線，將與xy平面即探測面31相交于u+(x’-u)f/f’；同理，與成像面上相交于y’點的光線，將與探測面31相交于v+(v’-u)f/f’；因此：

基于上述原理，在圖6中，實際物面23并不位于理想焦面22處，因此當光線從實際物面23處反射并依次通過成像物鏡2、微透鏡陣列5入射到探測面31上的圖像，與光線從理想焦面22處反射并依次通過成像透鏡2、微透鏡陣列5入射到探測面31上的圖像分布之間 存在一定的規(guī)律，上述規(guī)律可以通過傅里葉切片成像原理得到所求焦面位置的圖像：

其中，pα為所求該焦面位置的圖像，為縮放尺度，為二維傅里葉逆變換，為四維傅里葉變換，為切片矩陣，其將四維函數(shù)降維為二維，為所求景深處變換矩陣的逆矩陣，βα為切片算子，作用于頻域，用來從光場的頻譜中提取出某焦距處圖像的傅里葉頻譜。。

運算單元4通過解調(diào)，將探測面31上調(diào)制的圖像分布還原成所求該焦面位置的圖像，進而可計算得到該焦面位置圖像上的點的平面坐標。

本發(fā)明還提供一種對準系統(tǒng)，請參照圖7，包括

如上所述的對準測量裝置；

至少兩個移動平臺6，每個所述移動平臺6上各放置一個所述測量對象7；

一控制系統(tǒng)8，分別與所述運算單元4和所述移動平臺6電路連接，根據(jù)所述運算單元4的計算結(jié)果，計算兩個測量對象7對準時，每個測量對象7需要移動的距離，然后控制所述移動平臺6的移動，直至所有移動平臺6上測量對象7對準。

請參照圖8和圖1，本發(fā)明還提供一種對準方法，包括如下步驟：

步驟一：提供如上所述的對準系統(tǒng)，在所述測量對象7上設置對準標記；

步驟二：將對準標記移動至對準系統(tǒng)的視場范圍內(nèi)，打開照明光 源1，由所述對準測量裝置將所有所述測量對象7上的對準標記成像并計算位置信息，具體為所述照明光源1提供的照明光經(jīng)過所述成像透鏡2到達所有測量對象上7的對準標記處，并由該處反射形成反射光，所述反射光依次經(jīng)過所述成像透鏡2、所述微透鏡陣列5、到達所述信號探測裝置3并成像。由于每個測量對象7上的對準標記皆位于不同的高度，則其具有不同的實際物面23，相對于成像透鏡2來說，其位于不同焦面處，此外每個微透鏡的焦面也不同，則光線經(jīng)過成像透鏡2和每個微透鏡后成像的理想焦面22也不同，則在探測面31上形成的圖像為具有不同理想焦面22和不同實際物面23的圖像拼接形成，收集處于探測面31上受微透鏡調(diào)制分布圖像，所述運算單元4根據(jù)前述傅里葉切片成像原理而解調(diào)計算得到位于不同焦面上的多幅清晰標記的圖像，并計算對準標記的實際平面坐標，尤其是對準標記中心的實際平面坐標；

步驟三：由控制系統(tǒng)8根據(jù)所述運算單元4的計算結(jié)果，計算兩個測量對象7對準時，每個測量對象7需要移動的距離，然后控制所述移動平臺6的移動，直至所有移動平臺6上測量對象7對準。

請參照圖9與圖7，在光刻中，需要將掩膜版71與基板72對準后才能進行光刻，在掩膜版71上設置有掩模對準標記，在基板72上設置有基板對準標記，使用如圖10所示的光刻系統(tǒng)中，將掩膜版71放置在上層移動平臺61(或者掩膜臺)上，基板72放置在下層移動平臺62(或者工件臺)上，使用上述對準系統(tǒng)和對準方法將掩模對準標記與基板對準標記對準后，進行光刻。

較佳地，請參照圖10，還可在掩膜版71上設置套刻外框標記m1和套刻內(nèi)標記m2，使用上述對準系統(tǒng)對準方法，將套刻外框標記m1和套刻內(nèi)標記m2對準，保證了套刻精度。

由此可見，使用上述對準系統(tǒng)和對準方法只需成像一次至信號探測裝置3上，即可得到不同微透鏡焦面對應景深所形成的圖像，然后通過運算單元4根據(jù)上述圖像計算不同焦面上圖像中的點的坐標，無需多次掃描成像，無需在基板和掩膜版之間加入微透鏡陣列，因此結(jié)構(gòu)簡化、操作方便，省時省力。

實施例二

本實施例與實施例一的區(qū)別在于，請參照圖11，將對準系統(tǒng)用于鍵合硅片或者工件中，則提供了一種鍵合方法，將工件上部分73和工件下部分74分別放置兩個高度不同的移動平臺6上，兩個待鍵合的硅片上皆形成有用于鍵合的對準標記，為上部分對準標記m3和下部分對準標記m4，然后使用上述對準系統(tǒng)將上部分對準標記m3和下部分對準標記m4，然后進行鍵合，使得工件上部分73和工件下部分74連接固定。

實施例三

本實施例與實施例一的區(qū)別在于，測量對象7如圖12所示，測量對象7為兩個需要連接固定的工件，一個工件為帶有導線接口的薄膜導線75，另一個可以是帶有焊點的印刷電路板76，使用上述對準系統(tǒng)將薄膜導線75上的電線一751和印刷電路板76上的電線二761對準，然后按照工藝要求將薄膜導線75和印刷電路板76連接固定。

本發(fā)明對上述實施例進行了描述，但本發(fā)明不僅限于上述實施例。顯然本領域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。