二次预对准装置及对准方法

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利说明书(10)申请公布号CN102809903A

(43)申请公布日2012.12.05(21)申请号CN201110145373.4(22)申请日2011.05.31(71)申请人上海微电子装备有限公司地址201203上海市浦东新区张东路1525号(72)发明人郑教增宋平徐伟(74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)代理人屈蘅(51)Int.CI 权利要求说明书说明书幅图(54)发明名称 二次预对准装置及对准方法(57)摘要 一种二次预对准装置，设于运动台和主基板之间，用于对放置在运动台上的晶圆进行二次预对准，包括三个面阵CCD、三组光路系统和一个图像处理器，三组光路系统分别将晶圆的三处边缘图像投影到对应的面阵CCD，三组光路系统所需的光源设置在运动台的外侧，三个面阵CCD和图像处理器连接，图像处理器处理来自三个面阵CCD的晶圆边缘图像信息后计算晶圆残余偏心偏向。采用直射式原理，将光源和面阵CCD分处于晶圆的两侧，不但精度更高，且不易受安装角度的影响，而且设计光路简单，光能量耗散小。另外，光源远离投影物镜设置、物镜、主基板和运动台等对热源敏感的关键部件设置，提高本二次预对准装置的性能稳定性，进一步提高对准精度。法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书1.一种二次预对准装置，设于运动台和主基板之间，用于对放置在所述运动 台上的晶圆进行二次预对准，其特征在于，包括三个面阵CCD、三组光 路系统和一个图像处理器，所述三组光路系统分别将晶圆的三处边缘图像 投影到对应的面阵CCD，所述三组光路系统所需的光源设置在所述运动 台的外侧，所述三个面阵CCD和所述图像处理器连接，所述图像处理器 处理来自所述三个面阵CCD的晶圆边缘图像信息后计算所述晶圆的残余 偏心偏向。

2.根据权利要求1所述二次预对准装置，其特征在于，每组光路系统包括接 收来自所述光源的光束的第一反射镜，所述第一反射镜和所述面阵CCD 对应设于所述晶圆一处边缘的上下两侧，所述光束经第一反射镜后将所述 晶圆的边缘图像投影到对应的面阵CCD。

3.根据权利要求2所述二次预对准装置，其特征在于，所述第一反射镜呈三 角形分布于所述运动台的内部，所述面阵CCD对应各自的第一反射镜设 于所述主基板的下方。

4.根据权利要求1所述二次预对准装置，其特征在于，每组光路系统包括接 收来自所述光源的光束的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第 二反射镜对应设于所述晶圆一处边缘的上下两侧，所述光束依次经过第一 反射镜和第二反射镜后将晶圆的边缘图像投影到对应的面阵CCD。

5.根据权利要求4所述二次预对准装置，其特征在于，所述第一反射镜呈三 角形分布于所述运动台的内部，所述第二反射镜对应各第一反射镜设于所 述主基板的下方，所述面阵CCD分别设于所述第二反射镜的侧方。

6.根据权利要求5所述二次预对准装置，其特征在于，所述面阵CCD分别 设于面阵安装板上，所述面阵安装板固设于所述主基板一端的下方使得所 述面阵CCD与所述第二反射镜相对。

7.根据权利要求2或4所述的二次预对准装置，其特征在于，每组光路系统 还分别包括所述光源及一光路准直机构，所述光束是由所述光源发出并经 所述光路准直机构处理后获得。

8.根据权利要求2或4所述的二次预对准装置，其特征在于，所述三组光路 系统共用所述光源及一光路对准机构。

9.根据权利要求8所述的二次预对准装置，其特征在于，所述三组光路系统 是第一组光路系统、第二组光路系统和第三组光路系统，其中，第一组光 路系统还包括2/3透光率的反射镜、第二组光路系统还包括1/2透光率的 反射镜，第三组光路系统还包括第三反射镜；所述光源发出的光束经所述 光路准直机构变成平行光束后射到2/3透光率的三角反射镜，所述2/3透 光率的三角反射镜将其中1/3光束进行发射作为所述第一组光路系统所需 的光束并将2/3光束透射到1/2透光率的反射镜，所述1/2透光率的反射 镜将收到的一半光束进行反射作为所述第二组光路系统所需的光束，并另 一半透射到所述第三反射镜作为所述第三组光路系统所需的光束。

10.一种二次预对准方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，晶圆在预对准后到达二次预对准位置；

第二步，采用如上1-9中任意一项所述的二次预对准装置，使得面阵CCD 分别采集晶圆的三处边缘图像信息，并将边缘图像信息传输到所述图像 处理器；

第三步，所述图像处理器处理来自所述面阵CCD的所述边缘图像信息后 获取晶圆的实际圆心位置，并将晶圆的实际圆心位置与预先设置在图像 处理器中的晶圆的标准圆心位置进行对比，获得晶圆的残余偏心偏向；

第四步，微动台根据残余偏心偏向进行微动补偿；

第五步，将晶圆传输到微动台上，准备曝光。

11.根据权利要求10所述的二次预对准方法，其特征在于，第三步中，所述 获取晶圆的实际圆心位置通过如下步骤实现：所述图像处理器通过如下的 方程分别计算得到每个面阵CCD采集的实际边缘图像信息，然后通过处 理三个面阵CCD采集的三处实际边缘图像信息获得晶圆的实际圆心位 置，所述方程如下：

<maths><math><mrow><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>(</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>)</mo></mrow></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>ax</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>by</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>c</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>dx</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ey</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>f</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

其中，offsetx0、offsety0是指CCD坐标系的原点在SPCS坐标系中 的投影的位置，其中，Rx0、Ry0、Rz0分别代表CCD坐标系在SPCS坐 标系中分别关于X、Y、Z的旋转角度；CCD视场内的晶圆上一处边缘在 CCD坐标系的投影坐标为(x₀，y₀)，所述SPCS坐标系是晶圆的偏心偏向为 0的位置的基准坐标系。

12.根据权利要求10所述的二次预对准方法，其特征在于，第二步中，二次 预对准装置通过三个面阵CCD采集晶圆的三处边缘图像信息，其中一个 面阵CCD同时采集晶圆的缺口信息。

说明书<p>技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，尤其涉及一种晶圆二次对准装置及其对 准方法。

背景技术

目前，随着光刻机关键尺寸的不断缩小，对光刻机内部世界的要 求也不断提高，将晶圆预对准装置放置在外部世界，通过传输机械手 将晶圆放入内部世界，通过二次预对准测量装置测量晶圆到达内部世 界的残余偏心偏向，让运动台进行补偿的方式成为了一种发展趋势。 晶圆从片盒传输到运动台过程中，经过预对准之后偏心大约在10μm、 偏向大约在150μrad，晶圆的边缘由绝大部分的圆弧和起定向作用的 缺口或者平边组成，完成定心定向后，再传输至运动台上方的交接位， 与运动台上的交接片机械手的交接会损失一部分定位精度，而且，预 对准处于外部世界，运动台处于内部世界，引入了内外部世界偏移， 导致偏心偏向变大，为弥补这些损失并进一步提高定位精度，晶圆在 交接位还要进行二次预对准。通过二次预对准，获取晶圆的残余偏心 和偏向，再由运动台对残余偏心和偏向进行补偿。

随着光刻机精度的提高，光刻机各部件对环境的要求也越来越 高，典型的，投影物镜对周围的温度场就很灵敏，运动台上的方镜， 干涉仪的光路，运动台上的晶圆变形都受周围温度场的影响。因此， 如果将热源布置在主基板上，靠近投影物镜和其他分系统的传感器， 会对周围温度场造成很大的影响。同样如果将热源布置在运动台上， 会对运动台的温度场造成很大的影响。

因此，如何提供一种可以降低热源对光刻机内部世界的影响的二 次预对准装置及对准方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问 题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次预对准装置及其对准方法，通过 将热源远离热源敏感的关键部件来降低热源对光刻机内部世界的影 响。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种二次预对准装置，设于运动台和主基板之间，用于对放置在 运动台上的晶圆进行二次预对准，包括三个面阵CCD、三组光路系 统和一个图像处理器，所述三组光路系统分别将晶圆的三处边缘图像 投影到对应的面阵CCD，三组光路系统所需的光源设置在运动台的 外侧，所述三个面阵CCD和所述图像处理器连接，所述图像处理器 处理来自所述三个面阵CCD的晶圆边缘图像信息后获取晶圆的残余 偏心偏向。

优选，每组光路系统包括接收来自光源的光束的第一反射镜，所 述第一反射镜和所述面阵CCD对应设于所述晶圆一处边缘的上下两 侧，所述光束经第一反射镜后将晶圆的边缘图像投影到对应的面阵 CCD。所述第一反射镜呈三角形分布于所述运动台的内部，所述面阵 CCD对应各自的第一反射镜设于所述主基板的下方。

优选，每组光路系统包括接收来自光源的光束的第一反射镜和第 二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜对应设于所述晶圆一处边缘 的上下两侧，所述光束依次经过第一反射镜和第二反射镜后将晶圆的 边缘图像投影到对应的面阵CCD。所述第一反射镜呈三角形分布于 所述运动台的内部，所述第二反射镜对应各第一反射镜设于所述主基 板的下方，所述面阵CCD分别设于所述第二反射镜的侧方。所述面 阵CCD分别设于面阵安装板上，所述面阵安装板固设于所述主基板 一端的下方使得所述面阵CCD与所述第二反射镜相对。

优选，每组光路系统还分别包括所述光源和光路准直机构，所述 光束是由光源发出并经光路准直机构处理后获得。

优选，三组光路系统共用一个光源和一个光路准直机构，所述三 组光路系统是第一组光路系统、第二组光路系统和第三组光路系统， 且第一组光路系统还包括2/3透光率的三角反射镜、第二组光路系统 还包括1/2透光率的三角反射镜，第三组光路系统还包括第三反射镜； 所述光源发出的光束经光路准直机构变成平行光束后射到2/3透光率 的三角反射镜，所述2/3透光率的三角反射镜将其中1/3光束进行发 射作为第一组光路系统所需的光束并将2/3光束透射到1/2透光率的 三角反射镜，所述1/2透光率的三角反射镜将收到的一半光束进行反 射作为第二组光路系统所需的光束，并另一半透射到第三反射镜作为 第三组光路系统所需的光束。

本发明还公开了一种二次预对准方法，包括如下步骤：

第一步，晶圆在预对准后到达二次预对准位置；

第二步，采用如上所述的二次预对准装置，使得面阵CCD分别 采集晶圆的三处边缘图像信息，并将边缘图像信息传输到所述图像处 理器；

第三步，所述图像处理器处理来自所述面阵CCD的所述边缘图 像信息后获取晶圆的实际圆心位置，并将晶圆的实际圆心位置与预先 设置在图像处理器中的晶圆的标准圆心位置进行对比，获得晶圆的残 余偏心偏向；

第四步，微动台根据残余偏心偏向进行微动补偿；

第五步，将晶圆传输到微动台上，准备曝光。

优选，第三步中，所述获取晶圆的实际圆心位置通过如下步骤实 现：所述图像处理器通过如下的方程分别计算得到每个面阵CCD采 集的实际边缘图像信息，然后通过处理三个面阵CCD采集的三处实 际边缘图像信息获得晶圆的实际圆心位置，所述方程如下：

<maths><math><mrow><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>(</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>)</mo></mrow></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>ax</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>by</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>c</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>dx</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ey</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>f</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

其中，offsetx0、offsety0是指CCD坐标系的原点在SPCS坐标 系中的投影的位置，其中，Rx0、Ry0、Rz0分别代表CCD坐标系在 SPCS坐标系中分别关于X、Y、Z的旋转角度；CCD视场内的晶圆 上一处边缘在CCD坐标系的投影坐标为(x′₀，y′₀)，所述SPCS坐标系是 晶圆的偏心偏向为0的位置的基准坐标系。

优选，第二步中，二次预对准装置通过三个面阵CCD采集晶圆 的三处边缘图像信息，其中一个面阵CCD同时采集晶圆的缺口信息。

本发明的有益效果如下：

本发明的二次预对准装置及其对准方法，通过将三组光路系统所 需的光源设置在运动台的外侧，使得作为热源的光源远离投影物镜设 置、物镜、主基板和运动台等对热源敏感的关键部件，避免光源对投 影物镜和其他分系统的传感器的周围温度场造成很大的影响，提高本 二次预对准装置的性能稳定性，进一步提高对准精度。另外，通过三 组光路系统分别将晶圆的三处边缘图像投影到对应的面阵CCD，采 用了直射式原理，将光源和CCD分处于晶圆的两侧，不但精度更高， 且不易受安装角度的影响，而且设计光路简单，光能量耗散小。

附图说明

本发明的二次预对准装置由以下的实施例及附图给出。

图1是实施例1的结构示意图；

图2实施例1的其中一路光路系统路径示意图；

图3是实施例1的运动台的剖视示意图；

图4是实施例1的运动平台的一个直角圆孔的结构示意图；

图5是实施例1的运动台和光源支撑架的俯视示意图；

图6是实施例1的三个面阵CCD和图像处理器的原理图；

图7二次预对准坐标系和三个面阵CCD的坐标系的位置关系；

图8是实施例2的结构示意图；

图9是实施例2的其中一组光路系统路径示意图；

图10是实施例3中运动台和光源支撑架的俯视示意图；

图11是实施例4的结构示意图；

图12是实施例4中运动台和光源支撑架的俯视示意图；

图13是实施例4的其中一组光路系统路径示意图；

具体实施方式

以下将对本发明的二次预对准装置作进一步的详细描述。

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明 的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明 而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本 领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详 细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而 混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节 以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由 一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能 是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工 作。

另外，本发明的下述实施例中涉及的第一、第二、第三反射镜是 以45度三角反射镜为例进行图示说明，但并非以此限制本发明，但 凡具有于45度三角反射镜具有相同反射功能且可将入射光束反射之 对应CCD面阵上的反射镜均属于本发明所涵盖的范围。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的 具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的 形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实 施例的目的。

实施例1

请参阅图1-图7，这种二次预对准装置，设于运动台101和主基 板102之间，用于对放置在运动台101上的晶圆103进行二次预对准， 所述晶圆103放置在运动台101上。主基板102上设有投影物镜117， 且投影物镜117的上方设有掩模台118。所述运动台101设置在大理 石板119上。

该二次预对准装置包括三个面阵CCD104(包括CCD1、CCD2 和CCD3)、三组光路系统(包括第一组光路系统、第二组光路系统 和第三组光路系统)和一个图像处理器105。所述面阵CCD104全称 是指Charge-coupled

device，指电荷耦合器件。所述三组光路系统分 别将晶圆的三处不同的边缘图像投影到对应的面阵CCD104。也就是 说，将光源和面阵CCD分处于晶圆的两侧的对应的光路系统中，采 用了直射式原理，不但精度更高，而且不易受安装角度的影响，而且 设计光路简单，光能量耗散小。

所述三个面阵CCD104分别和所述图像处理器105连接，所述图 像处理器105处理来自所述三个面阵CCD104的三处晶圆边缘图像信 息后获取晶圆103的实际位置及晶圆的残余偏心偏向。

优选，每组光路系统包括接收来自光源的光束的第一45度三角 反射镜106，所述第一45度三角反射镜106和所述面阵CCD104对 应设于所述晶圆103一处边缘的上下两侧，所述光束经第一45度三 角反射镜106后将晶圆103的边缘图像信息投影到对应的面阵 CCD104。所述第一45度三角反射镜106呈三角形分布于所述运动台 的内部，所述面阵CCD对应各自的第一45度三角反射镜106设于所 述主基板102的下方。

所述三组光路系统所需的光源间隔设置在运动台的外侧。通过将 三组光路系统所需的光源设置在运动台的外侧，使得作为热源的光源 远离投影物镜设置、物镜、主基板和运动台等对热源敏感的关键部件， 避免光源对投影物镜和其他分系统的传感器的围温度场造成很大的 影响，提高本二次预对准装置的性能稳定性，进一步提高对准精度。

本实施例中，每组光路系统还分别包括光源107和光路准直机构 108，所述光束是由光源107发出并经光路准直机构108处理后获得。 所述光源107设置通过光源安装支架109安装在运动台101的外侧。

也就是说，每组光路系统分别包括光源107、光路准直机构108、 第一45度三角反射镜106，由光源107发出并经光路准直机构108 处理后，经过所述第一45度三角反射镜反射后将晶圆103的边缘图 像信息投射到对应的面阵CCD104。

所述光源107分别安装在光源安装支撑架109上。光源107的光 束的波长要求为光刻胶非敏感光，不影响曝光，比如610nm～650nm 的LED光源，光源强度可调。所述光源107和光源安装支架109的 安装接口分别一致，可以实现Rz、Rx方向的调整，以保证三个光源 107的光束在一个水平面上射出。光源安装支撑架109安装在外部框 架上。三个光源的功率总和应小于10W。

所述光路准直机构108实现从光源107射出的光经过准直机构处 理后，射出平行光。所述光路准直机构108射出的平行光的均匀性小 于＜5％，光斑直径大于5mm，保证内外部世界漂移时，光斑的移动 不会影响测量。

所述运动台101能够承载着晶圆103在交接位和曝光位之间运 动。运动台101由实现运动台大行程运动的粗动台111、实现小行程 高精密微动的微动台112以及装载在粗动台111上的交接片机械手 113组成。晶圆103在预对准装置预对准完成后，运动台101运动到 交接位，由传输机械手114将晶圆103移动到运动台101交接位上方， 运动台101的交接片机械手113可以升起和传输机械手114交接晶圆 103，交接完成后，交接片机械手113升到最高位上，准备进行二次 预对准拍照。

本实施例中，所述第一45度三角反射镜106呈三角形分布于所 述运动台101的内部。具体结构如下：运动台101上有至少三个直角 圆孔，每个直角圆孔由粗动台111的水平圆孔115和微动台112的垂 直圆孔116组成，直角处安装有第一45度三角反射镜106。光束从 粗动台111的水平圆孔115进入，经第一45度三角反射镜106反射， 从微动台112的垂直圆孔116射出；所述直角圆孔的直径不小于5mm， 第一45度三角反射镜106固定安装在粗动台111上，要求安装水平 度要保证高于晶圆103在装载到粗动台111上的交接片机械手113上 由于自重所引起的下垂度。当运动台101运动到交接位时，光从光源 107射出，通过光路准直机构108，射出平行光束，进入粗动台111 的水平圆孔115的光束，射入到安装在运动台101的第一45度三角 反射镜106，经过反射后，光束经过微动台112的垂直圆孔16，部分 光束被运动台101上的交接片机械手113交吸附的晶圆3遮挡住，另 一部分光束射到对应的一个面阵CCD104上，在面阵CCD104上形成 了明暗分明的晶圆边缘图案。机械传输手114将晶圆3从外部世界交 接到运动台101的交接片机械手113上，晶圆103的方向标志至少要 放置到其中一个面阵CCD104的视场内。

而所述面阵CCD104对应各自的第一45度三角反射镜106设于 所述主基板102的下方。所述面阵CCD104的视场为4mm*4mm，像 素分辨率为4um，数据输出为8/10/12bit的输出格式。三个面阵 CCD104呈三角分布安装在主基板3下部，三个面阵CCD104安装的 倾斜要保证晶圆边缘的信息能正确成像在面阵CCD104的视场内，光 束从运动台101的直角圆孔射出后，部分被晶圆103的边缘遮挡，分 别在三个面阵CCD上形成带有对应的晶圆边缘图像信息的图片，面 阵CCD将该晶圆边缘图像信息发送给图像处理器105，图像处理器 105收到来自三个面阵CCD104的边缘图像信息，其中一个图片带有 晶圆缺口信息和一晶圆边缘图像信息，第二个图片带有另一晶圆边缘 图像信息，第三个图片带有另一晶圆边缘图像信息。如图6所示，三 个面阵CCD104采集晶圆边缘图像信息，识别出三处晶圆边缘图像信 息并就将该晶圆边缘图像信息传输到该图像处理器105，所述图像处 理器105根据三个晶圆边缘图像信息，计算出晶圆的圆心的实际位置 及晶圆103的残余偏心偏向。

采用上述二次预对准装置的二次预对准方法，包括如下步骤：

第一步，晶圆103在预对准后到达二次预对准位置。具体过程如 下：晶圆103在预对准装置上完成预对准后，经过传输机械手114将 晶圆103移动到运动台101上方，同时运动台101运动到交接位，交 接片机械手113运动到准备交接的高度，交接片机械手113从传输机 械手114上进行晶圆103交接，交接片机械手113带着晶圆103升到 最高位，传输机械手114从交接位退出。

第二步，采用如上所述的二次预对准装置，使得面阵CCD104 分别采集晶圆的边缘图像信息(三处不同边缘圆弧图像)，并将边缘 图像信息传输到所述图像处理器105。优选，在第二步中，二次预对 准装置通过三个面阵CCD104采集晶圆的边缘图像信息，其中一个面 阵CCD104同时采集晶圆的缺口信息。

第三步，所述图像处理器105处理来自所述面阵CCD104的所述边缘 图像信息后获取晶圆103的实际圆心位置，并将晶圆103的实际圆心 位置与预先设置在图像处理器105中的晶圆103的标准圆心位置进行 对比，获得晶圆103的残余偏心偏向。具体地，在第三步中，所述获 取晶圆的实际圆心位置是通过如下方法实现：首先，所述图像处理器 105通过如下的方程计算得到每个面阵CCD104采集的实际边缘图像 信息；然后，通过通过处理三个面阵CCD104采集的三处实际边缘图像 信息获得晶圆103的实际圆心位置。因为圆周上的三点可以很方便地 确定其圆心，为常规技术手段，在此不再赘述。所述方程如下：

<maths><math><mrow><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>(</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>)</mo></mrow></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>ax</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>by</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>c</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>dx</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ey</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>f</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

其中，offsetx0、offsety0是指CCD坐标系的原点在SPCS坐标 系中的投影的位置，其中，Rx0、Ry0、Rz0分别代表CCD坐标系在 SPCS坐标系中分别关于X、Y、Z的旋转角度；CCD视场内的晶圆 上一处边缘在CCD坐标系的投影坐标为(x′₀，y′₀)，所述SPCS坐标系是 晶圆的偏心偏向为0的位置的基准坐标系。

上述方程式的推导过程如下：由于安装时总是存在着各种各样的 安装误差，比如光源安装支撑架109存在一定倾斜和旋转；运动台1 的三个第一45度三角反射镜106安装不是完全水平的，主基板102 上的三个面阵CCD104的安装位置不是完全和设计相重合，而且存在 着一定的倾斜，这些误差会影响偏心偏向的值。每次机械硬件维护 时，需要保证这些安装误差的重复性，因此必须建立二次预对准模型 来校正测量得到的晶圆3边缘图像信息的数据。建立以交接片机械手 113顶着晶圆3处于最高位，且认为此时晶圆3偏心偏向为0的位置 为基准坐标系，即二次预对准坐标系(SPCS)。

CCD1视场内的晶圆3上的一处边缘(是指一个点)在CCD1坐 标系的投影坐标为(x′₀，y′₀)，CCD2视场内的晶圆3上的另一处边缘在 CCD2坐标系的投影坐标为(x′₁，y′₁)，CCD3视场内的晶圆3上的另一处 边缘在CCD3坐标系的投影坐标为(x′₂，y′₂)。而这三点在SPCS坐标系 下对应得点为(x₀，y₀)，(x₁，y₁)，(x₂，y₂)。根据坐标系转换模型：

<maths><math><mrow><msub><mi>P</mi><mi>SPCS</mi></msub><mo>=</mo><mi>S</mi><mo>·</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>CCDCS</mi></msub><mo>-</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mi>X</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>Y</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>)</mo></mrow></mrow></math></maths>

其中：为SPCS和CCD坐标系 的旋转转换矩阵，其中RX、Ry、Rz分别为CCD坐标系在SPCS坐 标系中分别关于X轴，Y轴，Z轴的旋转角度；PSPCS为晶圆3上的边 缘上的一个点在SPCS坐标系下的坐标，P_CCDCS为晶圆3上这一点在 CCD坐标系下投影的坐标值，为CCD坐标系的原点在SPCS坐 标系投影的位置。

因此，可建立从每个面阵CCD上的位置到实际晶圆3的边缘图 像信息(数据)的方程。

<maths><math><mrow><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>(</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>)</mo></mrow></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>x</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mo>·</mo><msub><mi>Ry</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>x</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rz</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><msub><mi>Rx</mi><mn>0</mn></msub><mn>2</mn></msup><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>y</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>-</mo><msub><mi>offset</mi><mrow><mi>y</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

<maths><math><mrow><mo>=</mo><mfenced><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>ax</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>by</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>c</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>dx</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>ey</mi><mn>0</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>+</mo><mi>f</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow></math></maths>

第四步，