技术领域 本发明涉及一种集成电路制造装备制造领域， 尤其涉及一种用于在半导 体光刻设备实现背面对准的装置及方法。 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 (以下筒称 TS V工艺： Through Silicon Via) , 其中 TS V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， 然后以电气方式将上下 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（� �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装置， 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 US6525805B、 US6768539B中均公开了一种典型的背面对准装 置， 该装置利用可见光测量法通过离轴对准装置实 现硅片背面对准， 但是该 装置中背面对准标记照明装置多， 一个背面对准标记对应一套背面对准标记 照明装置， 导致背面对准标记照明装置装配复杂且成本高 ； 由于背面对准标 记照明装置位于硅片承片台下方， 因此硅片承片台结构设计复杂、 加工成本 高； 同时由于该装置中要求背面对准标记位置必须 位于背面对准标记照明装 置的照明视场内， 因此导致工艺适应性差。

美国专利 US6525805B 中还公开了采用红外测量法的硅片背面位置对 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装置实现对硅 片 背面标记的成像。 该装置中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， 且受到硅片全场对准精 度及硅片承片台空间尺寸的制约； 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 应性差。 发明内容 为了克服上述技术问题， 本发明提供一种用于实现背面对准的装置及方 法， 该装置及方法结构筒洁， 并能整体降低集成电路制造装备的设计难度及 力口工难度。

为实现上述发明目的， 本发明公开了一种背面对准装置， 用于确定基底 与工件台的相对位置关系， 包括： 辐射源， 用于发出红外线； 工件台装置， 用于支撑基底并移动基底运动； 成像装置， 用于探测对准标记并计算对准标 记位置； 基准版装置， 用于建立成像装置与工件台装置的位置坐标关 系； 该 辐射源及该成像装置能实现一套设备对不同对 准标记的照明和对准； 该对准 标记包括基准版对准标记及背面对准标记。

更进一步地， 所述工件台装置包括至少三个通光孔， 用于通过红外线。 更进一步地， 所述背面对准装置还包括照明装置。

更进一步地， 所述照明装置位于所述工件台装置的通光孔的 正上方， 包 括光纤和照明镜组； 或位于所述工件台装置的通光孔的正下方， 包括光纤、 照明镜组和照明反射镜。

更进一步地， 所述工件台装置包括工件台和位于工件台之下 的基座， 所 述工件台至少实现 3 个自由度的移动。 所述工件台装置还包括吸盘， 所述吸 盘位于工件台之上， 所述吸盘由玻璃或对红外光具有较高透过率的 材料构成。 所述三个通光孔中包括一个基座通光孔和两个 工件台通光孔。

更进一步地， 所述成像装置位于所述工件台装置的通光孔的 正上方， 包 括成像镜组、 成像探测器和图像处理系统， 或位于所述工件台装置的通光孔 的正下方， 包括成像镜组、 照明反射镜、 成像探测器和图像处理系统。 成像 探测器是 CCD探测器、 CMOS探测器或 InGaAs探测器。

更进一步地， 所述基准版装置包括基准版、 基准版对准标记及基准版支 架。 所述基准版对准标记位于所述基准版的下表面 ， 所述基准版固定于所述 基准版支架上， 所述基准版对准标记与背面对准标记位于同一 水平面上。 所 述基准版支架由玻璃或对红外光具有较高透过 率的材料构成。 所述基准版装 置位于所述工件台或所述吸盘之上。

更进一步地， 所述工件台通光孔的位置、 数量及大小由对准精度以及单 个芯片尺寸大小决定。

本发明同时公开一种背面对准方法， 用于确定基底与工件台的相对位置 关系， 包括：

步骤一： 移动基准版对准标记至成像装置的成像视场范 围内，建立成像装 置与工件台的位置坐标关系；

步骤二： 移动背面对准标记至成像装置的成像视场范围 内，建立背面对准 标记与成像装置的位置坐标关系；

步骤三： 根据上述两个位置坐标关系获得基底与工件台 之间的位置关系。 其中， 步骤一包括：

1.1 : 移动工件台到期望位置， 使基准版对准标记处于成像装置的成像视 场范围内；

1.2: 所述成像装置包括成像探测器和图像处理系统 ， 利用图像处理系统 判断成像探测器中是否有基准版对准标记； 若基准版对准标记位于成像探测 器中， 则利用图像处理系统计算基准版对准标记在成 像探测器靶面上的位置， 同时记录工件台的水平向位置；

1.3: 若基准版对准标记不位于成像探测器中， 则工件台按照设置的位移 量步进到下一个搜索位置， 若搜索超出设置的搜索范围， 则终止搜索； 若在 搜索范围内找到基准版对准标记， 则重复步骤 1.2。

步骤二包括：

2.1 : 移动工件台到期望位置， 使背面对准标记处于成像装置的成像视场 范围内；

2.2: 所述成像装置包括成像探测器和图像处理系统 ， 利用图像处理系统 判断成像探测器中是否有背面对准标记； 若背面对准标记位于成像探测器中， 则利用图像处理系统计算背面对准标记在红外 探测器靶面上的位置， 同时记 录工件台的水平向位置；

2.3: 若背面对准标记不位于成像探测器中， 则工件台按照设置的位移量 步进到下一个搜索位置， 若搜索超出设置的搜索范围， 则终止搜索； 若在搜 索范围内找到基准版对准标记， 则重复步骤 2.2;

判断是否完成所有背面对准标记在成像探测器 靶面上的位置探测， 若没 有完成所有背面对准标记位置探测， 则重复步骤 2.1 , 2.2, 2.3。

步骤三包括：

3.1 : 计算成像装置与工件台的位置坐标关系；

3.2: 计算背面对准标记与成像装置的位置坐标关系 ；

3.3: 获得基底与工件台之间的位置关系。

本发明所采用的技术方案与原有技术的不同之 处及其有益效果在于： 由 于照明装置仅设计为一套， 降低照明装置的设计、 装配复杂度， 同时降低开 而减小照明装置与工件台装置机械接口之间的 相互耦合， 降低工件台结构设 计和装配的复杂度， 同时降低硅片承片台的加工成本。 同时， 当硅片背面对 准标记不在成像装置的视场范围内时， 可以通过移动工件台在一定范围内搜 索背面对准标记， 因此提高硅片背面对准装置对硅片背面对准标 记的工艺适 应性。 附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明 详述及所附图式得到进一 步的了解。

图 1是本发明所涉及的背面对准装置的结构示意� �； 图 2是本发明所涉及的背面对准装置的第一实施� �的详细结构示意图； 图 3是本发明所涉及的背面对准装置的照明装置� �局示意图；

图 4是本发明所涉及的背面对准装置的第二实施� �的详细结构示意图； 图 5是本发明所涉及的背面对准装置的第三实施� �的详细结构示意图； 图 6是本发明所涉及的背面对准方法的流程图。 具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明提供一种适用于集成电路制造装备中的 背面对准装置及方法。 该 背面对准装置的结构示意图如图 1所示。 5是集成电路制造装备中的投影物镜， 根据需要制造的设备不同， 投影物镜 5 可以是折射式投影物镜、 反射式投影 物镜、 折反射式投影物镜。 1是本发明所述的背面对准装置的照明装置， 该照 明装置 1用于提供红外线照明。 6是基底， 根据需要制造的设备不同， 可以是 硅片、 玻璃基底或其他材质基底。 基底 6放置于工件台装置 2, 工件台装置 2 能够在至少 3个自由度内运动。 照明装置 1发出的红外线经工件台装置 2后 透过位于基底 6上的背面对准标记 20后照射至成像装置 3上。 在本发明中， 基准版（也作基准板）装置 4用于建立成像装置 3与工件台装置 2坐标系之 间的关系。

图 2是本发明所涉及的背面对准装置的第一实施� �式。 结合图 1所示， 该背面对准装置包括照明装置 1、 工件台装置 2、成像装置 3及基准版装置 4, 用于根据位于基底 6上的背面对准标记 20, 确定基底 6与工件台装置 2的位 置关系。

如图 2所示， 照明装置 1依次由红外光源 10、 红外照明光纤 11、 照明镜 组 13和照明反射镜 14等构成， 实现对基准版对准标记 41和基底背面对准标 记 20的均匀照明； 所述照明装置 1结构方式上为柯勒照明系统。 柯勒照明系 统的设计可以参见现有技术。

工件台装置 2至少包括一个多自由度工件台 24和大理石基座 26。其中多 自由度工件台 24可以实现至少 3个自由度的运动，优选采用六自由度工件台� � 该六自由度工件台 24主要用于支撑基底 6并同时实现基底 6在 6个自由度方 向上的位置调整。 该六自由度工件台 24位于大理石基座 26之上。 基底 6在 本实施例中例示性地选用硅片， 其中背面对准标记 20位于基底 6上。 为了更 好地实现基底 6的位置固定， 通常基底 6通过一吸盘 22放置于六自由度工件 台 24上。 该吸盘 22与背面对准标记 20位于同一个面， 并安装于六自由度工 件台 24上表面。 该吸盘 22由玻璃或对红外光具有较高透过率的材料构� ��。 件台通光孔 23位于基准版装置 4的正下方， 另一个或多个位于背面对准标记 20的正下方，使照明装置 1所发出的红外光能通过该工件台通光孔 23和吸盘 22对背面对准标记 20及基准版对准标记 41实现均勾照明。 其中， 一个背面 对准标记 20对应一个通光孔 23。 该工件台通光孔 23的位置、 数量及大小主 要取决于对准精度以及单个芯片尺寸大小。

同样的， 大理石基座 26上有一个大理石通光孔 25 , 即基座通光孔， 用于 实现照明装置 1所发出的红外光能穿过大理石基座 26。大理石通光孔 25的位 置位于照明装置 1的正上方， 同时也位于成像装置 3的正下方。 大理石通光 孔 25的大小取决于照明装置 1的照明视场大小以及背面对准标记 20的搜索 范围大小。

基准版装置 4由基准版 40、 基准版对准标记 41和基准版支架 42构成， 用于建立成像装置与工件台坐标系之间的关系 。 该基准版对准标记 41位于基 准版 40下表面， 并与硅片背面对准标记 20位于同一水平面上。 基准版 40固 定于基准版支架 42上。 基准版支架 42由玻璃或对红外光具有较高透过率的 材料构成， 因此照明装置 1所发出的红外光能投射过该基准版支架 42, 实现 对基准版对准标记 41的照明。

基准版装置 4固定于六自由度工件台 24或直接放置于吸盘 22上， 可随 六自由度工件台 24的运动调整其在 6个自由度方向上的位置。 照明装置 1位 于背面对准工件台装置 2下方， 其位置不受六自由度工件台 24运动的影响。

成像装置 3位于工件台装置 2上方， 其位置不受六自由度工件台 24运动 的影响。 成像装置 3包括红外成像镜组 31、 红外成像探测器 32以及图像处理 系统 33 , 用于实现背面对准标记 20和基准版对准标记 41在红外成像探测器 32靶面上清晰成像， 同时对上述对准标记位置进行计算。 红外成像探测器 32 用于接收基准版对准标记 41和背面对准标记 20通过红外成像镜组 31所成的 像， 该红外成像探测器 32可以是 CCD(Charge Coupled Device 电荷耦合器件) 摄像机或 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互补 型金属氧化物半导体)摄像机， 还可以是 InGaAs(Indium Gallium Arsenide砷化 镓铟)探测器。

红外光线从红外光源 10发出， 经红外照明光纤 11、 照明镜组 13、 照明 反射镜 14、 大理石通光孔 25、 工件台通光孔 23、 吸盘 22至基准版对准标记 41或背面对准标记 20, 对基准版对准标记 41和背面对准标记 20实现均匀照 明。 背面对准成像过程从基准版对准标记 41或背面对准标记 20起， 经基准 版 40或基底 6、 红外成像镜组 31、 红外成像探测器 32至图像处理系统 33 , 可实现基准版对准标记 41和 /或背面对准标记 20在红外成像探测器 32上清晰 成像， 同时经图像处理系统 33给出基准版对准标记 41和 /或背面对准标记 20 在红外成像探测器 32靶面上的位置信息。

图 3 是本发明所涉及的背面对准装置的照明装置布 局示意图。 结合图 1 所示， 基准版装置 4位于六自由度工件台 24左上角， 实际布局也可以位于六 自由度工件台 24任何一角。 在另一种实施方式中， 基准版装置 4也可以直接 安装于吸盘 22上。 基准版对准标记 41和背面对准标记 20在图中示意性地显 示为十字标记， 但是本领域技术人员应知， 在实际应用过程中基准版对准标 记 41和背面对准标记 20可根据不同对准精度和要求， 选用不同对准标记。 在本实施例中， 采用了三个背面对准标记 20和对应的三个工件台通光孔 23。 工件台通光孔 23大于基准标记 41和背面对准标记 20的照明视场以及搜索范 围。

图 4是本发明所涉及的背面对准装置的第二实施� �的详细结构示意图。 在该实施例中， 为实现背面对准装置的结构更加筒化， 减小照明装置与工件 台装置机械接口之间的相互耦合， 降低工件台结构设计和装配的复杂度， 同 时降低光刻机的加工成本， 在本实施例中不采用照明装置 1 , 而直接在工件台 大理石内安装红外光源 25 , 以实现对基准标记 41以及背面对准标记 20的均 匀照明。 由于省略了多个光学元件， 因此相比实施例一结构更加筒单、 成本 更低。

图 5是本发明所涉及的背面对准装置的第三实施� �的详细结构示意图。 结合图 1所示， 在该实施例中， 该背面对准装置包括照明装置 1、 工件台装置 2、 成像装置 3及基准版装置 4, 用于根据位于基底 6上的背面对准标记 20, 确定基底 6与工件台装置 2的位置关系。 其中照明装置 1放置于基底 6上方， 而成像装置 3放置于基底 6下方。该实施例中照明装置 1依次由红外光源 10、 红外照明光纤 11、 照明镜组 13等构成， 实现基准版对准标记 41和基底背面 对准标记 20的均匀照明； 所述照明装置 1结构方式上为柯勒照明系统。 该实 施例中成像装置 3由背面对准标记 20、 工件台通光孔 23、 大理石通光孔 25、 红外成像镜组 31、 红外反射镜 34、 红外成像探测器 32以及图像处理系统 33 等构成， 实现背面对准标记 20和基准版对准标记 41在红外成像探测器 32靶 面上清晰成像， 同时对上述对准标记位置进行计算。

本发明同时公开一种背面对准方法，该背面对 准方法包括： 移动基准版对 准标记 41至成像装置 3的成像视场范围内， 建立成像装置 3与工件台装置 2 的位置坐标关系； 移动背面对准标记 20至成像装置 3的成像视场范围内， 建 立背面对准标记 20与成像装置 3的位置坐标关系； 根据上述两个位置坐标关 系获得基底 6与工件台装置 2之间的位置关系。

该方法所涉及的流程图如图 6所示：

步骤一： 移动六自由度工件台 24到期望位置， 使基准版对准标记 41处 于成像装置 3的成像视场范围内；

步骤二： 利用图像处理系统 33判断红外成像探测器 32中是否有基准版 对准标记 41 ; 若基准版对准标记 41位于红外成像探测器 32中， 则利用图像 处理系统 33计算基准版对准标记 41在红外成像探测器靶面 32上的位置， 同 时记录此时六自由度工件台 24的水平向位置；

步骤三： 若基准版对准标记 41不位于红外成像探测器 32中， 则六自由 度工件台 24按照设置的位移量步进到下一个搜索位置， 若搜索超出设置的搜 索范围， 则终止搜索； 若在搜索范围内找到基准版对准标记 41 , 则重复步骤 步骤四： 移动六自由度工件台 24到期望位置， 使背面对准标记 20处于 成像装置 3的成像视场范围内；

步骤五： 利用图像处理系统 33判断红外成像探测器 32中是否有背面对 准标记 20; 若背面对准标记 20位于红外成像探测器 32中， 则利用图像处理 系统 33计算背面对准标记 20在红外成像探测器 32靶面上的位置， 同时记录 此时六自由度工件台 24的水平向位置；

步骤六： 若背面对准标记 20不位于红外成像探测器 32中， 则六自由度 工件台 24按照设置的位移量步进到下一个搜索位置， 若搜索超出设置的搜索 范围， 则终止搜索； 若在搜索范围内找到基准版对准标记， 则重复步骤五； 步骤七： 判断是否完成所有背面对准标记 20在红外成像探测器 32靶面 上的位置探测， 若没有完成所有背面对准标记位置探测， 则重复步骤四、 步 骤五和步骤六；

步骤八： 通过步骤二可以确定成像装置 3与六自由度工件台 24的位置关 系；

步骤九： 通过步骤五、 步骤六和步骤七可以确定背面对准标记 20与成像 装置 3之间的位置关系；

步骤十： 通过步骤八和步骤九的计算结果， 就可以确定基底 6与六自由 度工件台 24之间的位置关系， 即基底 6相对六自由度工件台 24的平移与旋 转。

本发明所采用的技术方案与原有技术的不同之 处及其有益效果在于： 由 于背面对准标记照明装置仅设计为一套， 降低背面对准标记照明装置的设计、 装配复杂度， 同时降低开发成本。 当该背面对准标记照明装置安装于工件台 大理石内或大理石平台以下或以上， 从而减 d、背面对准标记照明装置与硅片 承片台机械接口之间的相互耦合， 降低工件台结构设计和装配的复杂度， 同 时降低硅片承片台的加工成本。 同时， 当硅片背面对准标记不在成像装置的 视场范围内时， 可以通过移动工件台在一定范围内搜索背面对 准标记， 因此 提高硅片背面对准装置对硅片背面对准标记的 工艺适应性。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施 例， 以上实施例仅用以说 明本发明的技术方案而非对本发明的限制。 凡本领域技术人员依本发明的构 思通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术方案， 皆应在本发明 的范围之内。