本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及一種雙層對準裝置和雙層對準方法。

背景技術(shù)：

對準系統(tǒng)是半導(dǎo)體設(shè)備中的一個核心分系統(tǒng)，其對準精度往往直接決定了半導(dǎo)體光刻設(shè)備所能達到的套刻精度。機器視覺對準系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、速度快、精度高等特點在半導(dǎo)體設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。

相對于光刻機類設(shè)備通過物鏡連接掩模板與硅片這兩個層級的坐標關(guān)系，構(gòu)造相對簡單的類光刻機設(shè)備沒有物鏡這種精密的光學(xué)設(shè)備，必須設(shè)計新的光學(xué)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)來實現(xiàn)雙層對準。

專利us20090251699(a1)公布了一種雙層對準方案，該方案是在雙層對準對象之間設(shè)計一個可以移動的分光鏡，該分光鏡可以同時實現(xiàn)對上下兩層標記成像，對準時鏡頭移動到對準工位，對準完成后鏡頭移出對準工位。但是這種結(jié)構(gòu)方案運動臺和鏡頭都是獨立運動部件，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時也會增加運動控制復(fù)雜度，對準精度和可靠性相應(yīng)降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種雙層對準裝置，包括：

固定框架及設(shè)置在所述固定框架上的第一測量裝置及標記板，所述標記板設(shè)置有框架固定標記；

運動臺以及設(shè)置于所述運動臺上的基準標記、運動臺標記，和第二測量裝置；通過所述第一測量裝置，測量所述基準標記和所述運動臺標記的相對位置關(guān)系，通過所述第二測量裝置，測量所述基準標記和所述框架固定標記的相對位置關(guān)系，從而獲得所述運動臺標記和所述框架固定標記的最終相對位置關(guān)系，并根據(jù)所述最終相對位置關(guān)系移動所述運動臺至設(shè)定位置。

可選的，所述運動臺標記為設(shè)置在所述運動臺上被測對象上的標記，可以 隨所述運動臺運動。

可選的，所述第二測量裝置為分光鏡，所述分光鏡使得所述框架固定標記和基準標記同時進入其兩個視場，以測量所述框架固定標記和基準標記的相對位置。

可選的，所述框架固定標記包括兩個標記點，通過所述運動臺的移動，分別使得該兩個標記點進入所述第二測量裝置的同一個視場，據(jù)此計算該兩個標記點到基準標記的距離以及上述移動的旋轉(zhuǎn)角度，以得出所述框架固定標記和基準標記的相對位置。

可選的，通過所述運動臺的移動使得所述運動臺標記和基準標記分別進入所述第一測量裝置的視場，所述第一測量裝置分別測量所述運動臺標記和基準標記在所述運動臺上的位置，以得出所述運動臺標記和基準標記的相對位置關(guān)系。

可選的，所述框架固定標記和基準標記分別包括第一標定標記和第二標定標記，分別用于對所述第二測量裝置同固定框架的坐標關(guān)系，以及所述第一測量裝置同運動臺的坐標關(guān)系進行靜態(tài)標定。

可選的，所述第一測量裝置的數(shù)量有多個，多個第一測量裝置同時測量所述運動臺標記和基準標記在所述運動臺上的位置。

可選的，所述的雙層對準裝置還包括分別連接所述第二測量裝置和所述第一測量裝置的第一光源和第二光源，用于為所述第二測量裝置和所述第一測量裝置提供視場。

可選的，所述的雙層對準裝置還包括連接所述第二測量裝置和第一測量裝置的兩個相機，通過在所述相機上對所述框架固定標記、運動臺標記和基準標記成像。

可選的，所述第二測量裝置包括：

兩個反光鏡，用于將所述第一光源的光分別反射為兩個視場，供所述框架固定標記和基準標記進入，并未所述框架固定標記和基準標記提供成像光；以及

兩個透鏡，分別用于透過入射光和成像光。

本發(fā)明還提供一種雙層對準方法，包括：

提供固定框架以及設(shè)置于所述固定框架上的第一測量裝置及標記板，所述 標記板設(shè)置有框架固定標記；

提供運動臺以及設(shè)置于所述運動臺上的運動臺標記、基準標記和第二測量裝置；

第一測量裝置測量所述基準標記和所述運動臺標記的相對位置關(guān)系；

第二測量裝置測量所述基準標記和所述框架固定標記的相對位置關(guān)系；

獲得所述運動臺標記和所述框架固定標記的最終相對位置關(guān)系；以及

運動臺根據(jù)所述最終相對位置關(guān)系移動至設(shè)定位置。

本發(fā)明提供一種雙層對準裝置，包括固定框架及設(shè)置在所述固定框架上的第一測量裝置及標記板，所述標記板設(shè)置有框架固定標記；運動臺以及設(shè)置于所述運動臺上的基準標記、運動臺標記，和第二測量裝置；通過所述第一測量裝置，測量所述基準標記和所述運動臺標記的相對位置關(guān)系，通過所述第二測量裝置，測量所述基準標記和所述框架固定標記的相對位置關(guān)系，從而獲得所述運動臺標記和所述框架固定標記的最終相對位置關(guān)系，并根據(jù)所述最終相對位置關(guān)系移動所述運動臺至設(shè)定位置。。本發(fā)明相應(yīng)地還提供一種雙層對準方法，使用分光鏡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對兩條光路的同時成像，分光鏡安裝在運動臺上。系統(tǒng)中只有運動臺是運動部件，使用靜態(tài)標定方法實現(xiàn)坐標關(guān)系標定，標定精度不受運動臺定位精度影響，可以提高對準精度。使用雙鏡頭或多鏡頭設(shè)計，配置靈活并能提高對準效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例所述雙層對準裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例所述雙層對準裝置中第二測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施例所述雙層對準裝置中框架固定標記的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例所述雙層對準裝置中基準標記的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一實施例所述雙層對準方法的流程圖；

圖6為本發(fā)明一實施例所述雙層對準方法的具體流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡 化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明提供一種雙層對準裝置，如圖1所示，包括：

固定框架40以及設(shè)置于所述固定框架40上的第一測量裝置50及標記板41，所述標記板41上設(shè)置有框架固定標記20；

運動臺60以及設(shè)置于所述運動臺60上的基準標記30、運動臺標記70和第二測量裝置10；通過所述第一測量裝置50，測量所述基準標記30和所述運動臺標記70的相對位置關(guān)系，通過所述第二測量裝置10，測量所述基準標記30和所述框架固定標記20的相對位置關(guān)系，從而獲得所述運動臺標記70和所述框架固定標記20的最終相對位置關(guān)系，并根據(jù)所述最終相對位置關(guān)系關(guān)系移動所述運動臺70至設(shè)定位置。

在本實施例中，上述第二測量裝置10為分光鏡，第一測量裝置50為鏡頭。雙層對準裝置由分光鏡10、框架固定標記20、基準標記30、固定框架40和標記板41、鏡頭50、運動臺60、運動臺標記70、第二光源80和第一光源81、相機90和91組成。其中，框架固定標記20固定在固定框架40上，不能移動；而基準標記30固定在運動臺60上，可以隨運動臺60運動。固定框架40用于固定相機90、第二光源80、鏡頭50和標記板41等組件，所述標記板41連接所述固定框架41，用于設(shè)置框架固定標記20。分別連接所述分光鏡10和所述鏡頭50的第一光源81和第二光源80，用于為所述分光鏡10和所述鏡頭50提供光源和視場。

運動臺60可以帶著分光鏡10、基準標記30和運動臺標記70運動，有x、y、z、rz、rx、ry6自由度。運動臺標記70是運動臺60上被測對象上的標記，可以隨運動臺60運動。鏡頭50可以將基準標記30和運動臺標記70標記成像在相機90的靶面。

本發(fā)明的雙層對準裝置的目的是確定標記板41與運動臺60的相對位置關(guān)系，也即框架固定標記20和運動臺標記70的相對位置關(guān)系(坐標位置轉(zhuǎn)換關(guān)系)。本發(fā)明設(shè)計專有光機結(jié)構(gòu)、坐標位置轉(zhuǎn)換關(guān)系標定和對準策略流程實現(xiàn)對準功能。

具體而言，測量所述框架固定標記20和所述運動臺標記70的相對位置關(guān)系的方式是：分別測量所述框架固定標記20和基準標記30的相對位置關(guān)系， 以及所述運動臺標記70和基準標記30的相對位置關(guān)系后，得出所述框架固定標記20和所述運動臺標記70的相對位置關(guān)系。

測量所述框架固定標記20和所述運動臺標記70的相對位置關(guān)系的過程即為本發(fā)明中的對準過程，該過程具體如下：

步驟一：計算固定框架41同運動臺60位置關(guān)系，即計算框架固定標記20同基準標記30的位置關(guān)系。分光鏡10使得所述框架固定標記20和基準標記30同時進入其兩個視場，以測量所述框架固定標記20和基準標記30的相對位置。另外，如圖3所示，框架固定標記20包括兩個標記點201和202，通過所述運動臺60的移動，分別使得該兩個標記點進入所述分光鏡10的同一個視場，據(jù)此計算該兩個標記點到基準標記30的距離以及上述移動的旋轉(zhuǎn)角度，以得出所述框架固定標記20和基準標記30的相對位置。

步驟一具體為：

1、運動臺60移動使標記點201進入分光鏡10的視場，此時基準標記30也在分光鏡10的另一個視場，計算標記點201和基準標記30上標記點302的相對距離；(如圖4所示，基準標記30包括標記點302)

2、運動臺60移動使標記點202進入分光鏡10的視場，移動距離等于標記點201和202的名義距離，此時標記點302也在分光鏡10的視場，計算標記點202和302的相對距離；

3、根據(jù)1和2結(jié)果計算出框架固定標記20同基準標記30的標記點302的相對位置關(guān)系，并計算標記點201和202的旋轉(zhuǎn)角度rz，即固定框架40相對運動臺60的旋轉(zhuǎn)量rz，以及框架固定標記20相對基準標記30位置。

步驟二：以鏡頭50安裝位置為基準，計算運動臺標記70同基準標記30的相對位置。所述測量裝置還包括設(shè)置于所述固定框架40上的鏡頭50，通過所述運動臺60的移動使得所述運動臺標記70和基準標記30分別進入所述鏡頭50的視場，所述鏡頭50分別測量所述運動臺標記70和基準標記30在所述運動臺60上的位置，以得出所述運動臺標記70和基準標記30的相對位置關(guān)系。

步驟二具體為：

1、運動臺60移動使運動臺標記70進入鏡頭50視場，計算運動臺標記70的像素位置，并根據(jù)當前運動臺60的坐標位置計算運動臺標記70在運動臺60坐標系位置；

2、運動臺60移動使基準標記30進入鏡頭50視場，計算基準標記30的像素位置，并根據(jù)當前運動臺60的坐標位置計算基準標記30在運動臺60坐標系位置；

3、根據(jù)1和2結(jié)果計算運動臺標記70同基準標記30的相對位置關(guān)系；

步驟三：重復(fù)步驟一和二可以測得多個標記相對位置，由于多點對準模型精度較高，一般需要測出三個以上標記位置。根據(jù)框架固定標記20與基準標記30位置關(guān)系，以及基準標記30同運動臺標記70的位置關(guān)系，計算出框架固定標記20同運動臺標記70的相對位置關(guān)系，也即上下兩層的對準關(guān)系。

步驟四：移動運動臺60到步驟三計算出的坐標位置，完成裝置的對準動作。

在另一實施例中，為提高對準效率鏡頭50可以設(shè)置多個，以同時測量所述運動臺標記70和基準標記30在所述運動臺60上的位置。即同時執(zhí)行標記位置測量，以提高對準速度。

在本實施例中，所述分光鏡10詳細結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，包括：兩個反光鏡102和104，用于將所述第一光源81的光分別反射為兩個視場，供所述框架固定標記20和基準標記30進入，并為所述框架固定標記20和基準標記30提供成像光；以及兩個透鏡101和103，分別用于透過入射光和成像光。另外，在外部具有外殼保護結(jié)構(gòu)105進行保護。第一光源81發(fā)出的光經(jīng)過鏡片組的反射和折射，可以同時為框架固定標記20和基準標記30提供照明，框架固定標記20和基準標記30可以同時在相機91上成像。

本發(fā)明需要完成的標定有兩個：鏡頭10像素坐標系同41的物理坐標關(guān)系標定；鏡頭50像素坐標系同60的物理坐標關(guān)系標定，為避免運動臺定位精度對標定精度影響，采用靜態(tài)標定方法。如圖3和圖4所示，框架固定標記20和基準標記30分別包括第一標定標記203和第二標定標記302，分別用于對所述分光鏡10同固定框架40的坐標關(guān)系，以及所述鏡頭50同運動臺60的坐標關(guān)系進行靜態(tài)標定。鏡頭10和鏡頭50標定方法如下：

鏡頭10：框架固定標記20設(shè)計如圖3所示，其中標定標記是203，標定時標記間距名義距離已知，根據(jù)鏡頭倍率可算出實際物理距離和每個標定點相對左上角第一個點物理位置，使用圖像位置提取算法可以獲取每一個標記相對左上角第一個標記的像素坐標位置，使用最小二乘法計算像素坐標到物理坐標的坐標系轉(zhuǎn)化關(guān)系。由于標記板41和運動臺60存在rz旋轉(zhuǎn)，對準時需要先計算 旋轉(zhuǎn)量rz，計算方法如上對準流程的步驟一所示，對準時坐標關(guān)系轉(zhuǎn)換需要增加rz選裝轉(zhuǎn)換。

鏡頭50：標定流程相同，基準標記30標記設(shè)計如圖4所示。

本發(fā)明還提供一種雙層對準方法，如圖5所示，包括：

提供固定框架以及設(shè)置于所述固定框架上的框架固定標記；

提供運動臺以及設(shè)置于所述運動臺上的運動臺標記和測量裝置；

測量裝置測量所述框架固定標記和所述運動臺標記的相對位置關(guān)系；

運動臺根據(jù)所述相對位置關(guān)系移動至設(shè)定位置。

本實施例所述的雙層對準方法及前述雙層對準裝置的使用方法，因此可以理解的是具有雙層對準裝置的其他技術(shù)特征，在此不再贅述。本發(fā)明的雙層對準方法的具體流程參見圖6，包括：

分別測量框架固定標記20和基準標記30的坐標關(guān)系，以及所述運動臺標記70和基準標記30的坐標關(guān)系后，得出所述框架固定標記20和所述運動臺標記70的坐標關(guān)系；以及

移動運動臺60到計算結(jié)果位置。

其中，如圖6所示，測量框架固定標記20和基準標記30的坐標關(guān)系是通過計算標記點201相對基準標記30的坐標關(guān)系和計算標記點202同基準標記30的坐標關(guān)系獲得的。測量運動臺標記70和基準標記30的坐標關(guān)系是通過計算運動臺標記70相對鏡頭50的坐標關(guān)系和計算基準標記30相對鏡頭50坐標關(guān)系獲得的。

本發(fā)明提供一種雙層對準裝置，包括固定框架及設(shè)置在固定框架上的第一測量裝置及標記板，標記板設(shè)置有框架固定標記；運動臺以及設(shè)置于運動臺上的基準標記、運動臺標記，和第二測量裝置；通過第一測量裝置測量基準標記和運動臺標記的相對位置關(guān)系，通過第二測量裝置測量基準標記和框架固定標記的相對位置關(guān)系，從而獲得運動臺標記和框架固定標記的最終相對位置關(guān)系，并根據(jù)最終相對位置關(guān)系移動所述運動臺至設(shè)定位置。本發(fā)明相應(yīng)地還提供一種雙層對準方法，系統(tǒng)中只有運動臺是運動部件。使用靜態(tài)標定方法實現(xiàn)坐標關(guān)系標定，標定精度不受運動臺定位精度影響，可以提高對準精度。使用雙鏡頭或多鏡頭設(shè)計，配置靈活并能提高對準效率。

顯然，本領(lǐng)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)。