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CN108010875B - 基板校准装置以及检测系统 - Google Patents

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CN108010875B
CN108010875B CN201610925898.2A CN201610925898A CN108010875B CN 108010875 B CN108010875 B CN 108010875B CN 201610925898 A CN201610925898 A CN 201610925898A CN 108010875 B CN108010875 B CN 108010875B
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Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
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Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
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Abstract

本发明公开了一种基板校准装置以及检测系统，涉及半导体技术领域。该基板校准装置可以包括：多个状态检测单元，该状态检测单元能够从待命位置移动到检测位置来检测基板的位置状态，以及从检测位置回到待命位置；多维机械臂，用于：接收并支承基板，将该基板传送到基板检测场所，以及根据状态检测单元检测的该基板的位置状态在至少一个维度上调整该基板，以使该基板处于目标位置。通过将状态检测单元和多维机械臂的配合工作，对基板的位置状态进行校准，从而将基板调整到目标位置，有利于实现后续的套刻测量。

Description

基板校准装置以及检测系统
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种基板校准装置以及检测系统。
背景技术
现有的套刻(Overlay)测量设备依赖透镜成像的方式来测量两组套刻记号中心位置之间的相对偏差，由于需要对记号进行定位和定点拍照，测量一个记号需要0.5-1秒的时间。随着技术节点的缩小和对套刻的要求逐渐提高，不仅需要测量更加多的数据点，还需要提高精度。而在进行套刻测量的过程中，对晶圆的位置进行校准是很重要的。这种对晶圆位置的校准在一定程度上有利于保证套刻测量精度。
发明内容
本发明的一个目的是：提供一种基板校准装置，实现对基板位置的校准。
根据本发明的第一方面，提供了一种基板校准装置，包括：
多个状态检测单元，所述状态检测单元能够从待命位置移动到检测位置来检测所述基板的位置状态，以及从检测位置回到待命位置；
多维机械臂，用于：
接收并支承所述基板，
将所述基板传送到基板检测场所(site)，以及
根据所述状态检测单元检测的所述基板的位置状态在至少一个维度上调整所述基板，以使所述基板处于目标位置。
在一个实施例中，所述基板是半导体晶片，所述多个状态检测单元中至少一个状态检测单元用于检测晶片的定位边，其余的状态检测单元用于检测晶片的边缘。
在一个实施例中，所述多个状态检测单元包括4个状态检测单元，所述4个状态检测单元被配置为分别排列在四边形的四个顶角的位置。
在一个实施例中，所述状态检测单元包括光电传感器，当所述状态检测单元处于检测位置时，其光电传感器与所述基板的边缘的一部分对准。
在一个实施例中，所述光电传感器包括光源和光接收器，所述光源用于发射光线到所述基板，所述光接收器用于接收从所述基板反射回来的光线，以检测所述基板的边缘位置；其中，所述多个状态检测单元的光电传感器处于一个基准平台。
在一个实施例中，所述多维机械臂为六个自由度的机械臂，用于对所述基板执行X-平移、Y-平移、Z-平移、X-Y平面旋转、X-倾斜或Y-倾斜的调整。
在一个实施例中，所述装置还包括：导轨结构，包括彼此平行地延伸的导轨对；检测装置，被配置为可操作地沿至少一个所述导轨结构移动来对所述基板进行检测，所述检测装置包括用于检测的光学系统；所述使所述基板处于目标位置包括下列中的至少一个：使基板的至少一部分处于所述检测装置的光学系统的检测视场内，以及使基板的至少一部分的待检测表面处于该光学系统的成像目标区域内。
在一个实施例中，所述多维机械臂包括用于接收和支承所述基板的支承台，所述至少一个导轨结构在所述支承台的上方且与所述支承台分离开。
在一个实施例中，所述导轨结构包括：第一导轨和第二导轨，在一延伸方向上彼此平行地延伸；第一滑块和第二滑块，固着到所述检测装置，所述第一滑块能够沿所述第一导轨滑动，所述第二滑块能够沿所述第二导轨滑动，从而使得所述检测装置能够在所述延伸方向上在所述基板上方移动通过。
在一个实施例中，所述导轨结构为气垫导轨，在操作时，在所述检测装置与所述气垫导轨之间形成气垫。
在一个实施例中，所述检测装置包括：位于上部的第一检测装置和位于下部的第二检测装置；所述导轨结构包括：位于上部的用于所述第一检测装置的在第一方向上延伸的第一导轨结构和位于下部的用于所述第二检测装置的在第二方向延伸的第二导轨结构。
在一个实施例中，所述第一检测装置在所述第一导轨结构上采用吊挂式滑动；所述第二检测装置在所述第二导轨结构上采用支撑式滑动。
在一个实施例中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
根据本发明的第二方面，提供了一种检测系统，包括：
如前所述基板校准装置，以及
检测装置，用于检测基板的表面上的标记，所述标记包括彼此基本平行并且分离开的第一条纹和第二条纹，所述检测装置包括：
至少一个检测模块，每个检测模块能够在至少一个方向上在所述基板的表面上方移动并通过，每个检测模块包括：
至少一个标记检测单元，用于从相应标记读取信息，所述标记检测单元被配置为能够对所述相应标记中的第一条纹和第二条纹分别进行重复的获取操作，其中每次获取操作从所述相应标记中的一个第一条纹或一个第二条纹获取信息；以及
至少一个定位单元，用于支撑并定位相应的标记检测单元，所述定位单元适于操作地使得相应的标记检测单元与相应标记在所述方向上对准。
在一个实施例中，所述标记包括彼此间隔开的第一系列的第一条纹以及彼此间隔开的第二系列的第二条纹；所述第一系列的第一条纹和所述第二系列的第二条纹被设置为沿着所述方向布置。
在一个实施例中，所述第一条纹和所述第二条纹交替设置，并且所述第一条纹与相邻的所述第二条纹间隔开。
在一个实施例中，所述检测系统还包括：信息处理模块，用于根据从所述第一条纹和所述第二条纹获取的信息，来确定所述第一条纹和所述第二条纹之间的相对位置的偏差。
在一个实施例中，所述信息包括下列中的至少一种：从所述第一条纹或所述第二条纹接收的光的强度、获取对应光的强度的时间；其中，根据所述接收的光的强度拟合出光强峰值，根据所述光强峰值和对应的时间确定当前条纹出现的时间，根据所述第一条纹或者所述第二条纹中从第一根条纹到最后一根条纹的设计总长度和所述检测模块经过所述标记的总时间确定所述检测模块的移动速度，从而确定所述第一条纹和所述第二条纹的位置以及两组条纹之间的位置差。
在一个实施例中，所述基板包括沿所述方向布置的多列所述标记；所述至少一个标记检测单元包括多个标记检测单元；所述至少一个定位单元包括多个定位单元，每个定位单元能够被驱动使得相应标记检测单元与相应标记在所述方向上对准。
在一个实施例中，所述检测模块还包括框架；所述定位单元包括：至少一个支撑杆，其固定到所述框架，相应的标记检测单元由所述支撑杆支撑；以及定位机构，用于使相应标记检测单元沿所述支撑杆移动以将相应标记检测单元固定在所需位置，从而使得相应标记检测单元与相应标记在所述方向上对准。
在一个实施例中，所述至少一个支撑杆包括螺杆；所述定位机构通过所述螺杆驱动所述标记检测单元沿所述支撑杆移动。
在一个实施例中，所述标记检测单元包括上下布置的第一孔和第二孔、以及位于第一孔和第二孔之间的第三孔，所述第三孔具有内螺纹，所述螺杆具有与所述内螺纹配合的外螺纹；所述框架包括第一支架和与所述第一支架相对地设置的第二支架；所述至少一个支撑杆还包括第一支撑轨道和第二支撑轨道，所述第一支撑轨道和所述第二支撑轨道分别穿过所述第一孔和所述第二孔以悬置在所述第一支架和所述第二支架之间；所述螺杆穿过所述第三孔，所述螺杆转动时带动所述标记检测单元沿着所述第一支撑轨道和所述第二支撑轨道移动。
本发明中，通过将状态检测单元和多维机械臂的配合工作，对基板的位置状态进行校准，从而将基板调整到目标位置，从而可以更快地做好基板校准以实现后续的套刻测量。该装置的优点是直接在机械臂上做基板校准，效率高且速度快。在后续进行套刻测量的过程中，这种位置校准可以在一定程度上保证套刻测量精度。
进一步地，利用本发明提供的检测系统进行标记(例如套刻标记)的检测时，可以通过定位单元使得标记检测单元与待检测的相应标记基本对准，检测模块在基板上方移动来检测相应的标记。这种标记的检测方式不依赖成像的方式进行检测，并因此也就不需要将标记移到视场中央的操作，也不需要精细微调操作，并且也不需要进行图像识别，减小了标记的检测时间，而且还不需要现有技术中那么严格精确的对准精度。从而降低了检测的成本，极大地提高了检测的效率和检测设备的吞吐量。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板校准装置的结构示意图。
图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板校准装置的结构示意图。
图3是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板校准装置的部分结构的立体图。
图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板上的标记的示意图。
图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的标记检测单元和定位单元的结构示意图。
图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的设置在划片道中的标记的示意图。
图7是示意性地示出根据本发明一个实施例的标记检测单元的结构示意图。
图8是示意性地示出根据本发明另一个实施例的标记检测单元的结构示意图。
图9A至图9F是示意性地示出利用本发明一个实施例的检测系统对基板进行标记检测的过程中若干步骤的检测系统的状态示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板校准装置的结构示意图。如图1所示，该基板校准装置可以包括：多个状态检测单元11和多维机械臂12。该状态检测单元11能够从待命位置移动到检测位置来检测基板10的位置状态，以及从检测位置回到待命位置。该多维机械臂12用于接收并支承基板10，将该基板10传送到基板检测场所(site)，以及根据状态检测单元11检测的该基板10的位置状态在至少一个维度上调整该基板10，以使该基板处于目标位置。
需要说明的是，上面所述的位置状态可以包括基板所处的位置和/或基板的倾斜程度等。上面所述的目标位置指的是基板所处的位置状态比较好的适合于进行套刻测量的位置状态。
在上述实施例中，通过状态检测单元和多维机械臂的配合工作，对基板的位置状态进行校准，从而将基板调整到目标位置，从而可以更快地做好基板校准以实现后续的套刻测量。该装置的优点是直接在机械臂上做基板校准，效率高且速度快。在后续进行套刻测量的过程中，这种位置校准可以在一定程度上保证套刻测量精度。
在一个实施例中，可以在多维机械臂12中设置与状态检测单元11电连接的控制单元，或者可以设置控制单元分别与状态检测单元11以及多维机械泵12电连接，该控制单元从状态检测单元11接收基板10的位置状态，并结合预先存储的目标位置对多维机械臂12进行控制调节，以将基板调整到目标位置。
在一个实施例中，该基板10可以是半导体晶片(例如晶圆)。所述多个状态检测单元中至少一个状态检测单元用于检测晶片的定位边，其余的状态检测单元用于检测晶片的边缘(例如具有曲率的边缘)。
在一个实施例中，如图1所示，所述多个状态检测单元11可以包括4个状态检测单元。该4个状态检测单元被配置为分别排列在四边形的四个顶角的位置。该4个状态检测单元可以分别由四个旋转马达控制，当将基板传送进入基板检测场所时，4个状态检测单元旋转到基板上方对基板四个角进行探测。
例如，该状态检测单元11可以包括光电传感器，当状态检测单元处于检测位置时，其光电传感器与基板的边缘的一部分对准。例如，该光电传感器可以包括光源和光接收器。该光源用于发射光线到基板10，该光接收器用于接收从基板10反射回来的光线，以检测该基板的边缘位置。其中，所述多个状态检测单元的光电传感器处于一个精准的基准平台。例如，可以使得上述4个状态检测单元与套刻量测用的传感器处在同一个高度。在另一些实施例中，状态检测单元可以包括用于焦距校准、水平和位置校准的传感器。
在一个实施例中，如图1所示，该基板校准装置还可以包括：导轨结构，该导轨结构可以包括彼此平行地延伸的导轨对。图1中示出了两个导轨结构，例如第一导轨结构13和第二导轨结构14。本领域技术人员应该明白，导轨结构的数量可以少于或多于两个，因此本发明的范围并不仅限于此。关于该导轨结构的构造将在后面详细描述。
在一个实施例中，该基板校准装置还可以包括：检测装置(图1中未示出)，被配置为可操作地沿至少一个导轨结构移动来对基板进行检测。该检测装置可以包括用于检测的光学系统。其中，前面所述使基板处于目标位置包括下列中的至少一个：使基板的至少一部分处于检测装置的光学系统的检测视场内，以及使基板的至少一部分的待检测表面处于该光学系统的成像目标区域内。这里需要说明的是，成像目标区域是指这样的区域，设置在该区域中的待检测表面能够被经所述光学系统清晰成像。在该实施例中，该检测装置可以用于实现套刻测量。在一些实施例中，该检测装置可以采用现有技术中已有的一些套刻测量设备。在另一些实施例中，该检测装置还可以采用本发明将在后面详细介绍的检测装置。
图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板校准装置的结构示意图。
在一个实施例中，如图2所示，该多维机械臂12可以包括用于接收和支承基板10的支承台121。如图2所示，所述至少一个导轨结构(例如导轨结构14)在支承台121的上方且与该支承台分离开。该多维机械臂12还可以包括可以进行旋转的旋转轴122以及连接旋转轴122和支承台121的连接臂123。
该多维机械臂12可以为六个自由度的机械臂，用于对基板10执行X-平移、Y-平移、Z-平移、X-Y平面旋转、X-倾斜或Y-倾斜的调整。例如可以通过对支承台121和旋转轴122进行操作，实现上述六个自由度的调整。这里需要说明的是，“X-平移”是指将基板沿着X轴方向平移，“Y-平移”是指将基板沿着Y轴方向平移，“Z-平移”是指将基板沿着Z轴方向平移，“X-Y平面旋转”是指将基板以Z轴为旋转轴在X-Y平面内旋转，“X-倾斜”是指将处于X-Y平面的基板以Y轴为旋转轴在X轴上下倾斜，“Y-倾斜”是指将处于X-Y平面的基板以X轴为旋转轴在Y轴上下倾斜。通过该多维机械臂的操作，可以实现对基板进行平移、旋转、水平和对焦的调整。
图3是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板校准装置的部分结构的立体图。图3示出了检测装置和导轨结构。如图3所示，该检测装置可以包括：位于上部的第一检测装置20和位于下部的第二检测装置30。该导轨结构可以包括：位于上部的用于第一检测装置20的在第一方向(例如X方向)上延伸的第一导轨结构13和位于下部的用于第二检测装置30的在第二方向(例如Y方向)延伸的第二导轨结构14。例如，第一方向与第二方向垂直。
优选地，第一检测装置20在第一导轨结构13上采用吊挂式滑动；第二检测装置30在第二导轨结构14上采用支撑式滑动。这样有利于节省设备空间，减小设备体积。在其他实施例中，第一检测装置20和第二检测装置30可以分别在第一导轨结构13和第二导轨结构14上采用支撑式滑动，或者第一检测装置20和第二检测装置30可以分别在第一导轨结构13和第二导轨结构14上采用吊挂式滑动。
下面以第二导轨结构14为例详细描述导轨结构的构造。
如图3所示，该导轨结构14可以包括：第一导轨141、第二导轨142、第一滑块143和第二滑块144。该第一导轨141和该第二导轨142在一延伸方向(例如Y方向)上彼此平行地延伸。该第一滑块143和第二滑块144固着到检测装置(例如第二检测装置30)。该第一滑块143能够沿第一导轨141滑动，该第二滑块144能够沿第二导轨142滑动，从而使得检测装置(例如第二检测装置30)能够在该延伸方向(例如Y方向)上在基板10上方移动通过。例如，该导轨结构可以为气垫导轨，在操作时，在检测装置与该气垫导轨之间形成气垫。需要说明的是，第一导轨结构13的结构与第二导轨结构14的结构相似，这里不再赘述。
需要说明的是，在一些实施例中，多维机械臂从导轨结构下方将基板传送进入基板检测场所，这样可以防止在量测平台运动时，不会受到状态检测单元和多维机械臂的阻挡。
本发明还提供了一种检测系统，该检测系统可以包括：前面所述的基板校准装置和将在后面介绍的本发明实施例的检测装置。其中该检测装置用于检测基板的表面上的标记，所述标记包括彼此基本平行并且分离开的第一条纹和第二条纹。该检测装置可以包括至少一个检测模块。
下面第二检测装置30为例结合图3详细描述根据本发明实施例的检测装置。该实施例中，基板10包括沿某一方向(例如Y方向)布置的多列标记，每列标记可以包括彼此基本平行并且间隔开的第一条纹和第二条纹(关于该标记将在后面结合图4详细说明)。如图3所示，检测模块300可以包括至少一个标记检测单元301(例如所述至少一个标记检测单元可以包括多个标记检测单元)和至少一个定位单元(例如，所述至少一个定位单元可以包括多个定位单元)302(关于该标记检测单元和该定位单元将在后面结合图5详细描述)。每个定位单元302能够被驱动使得相应标记检测单元301与相应标记在标记检测单元的移动方向(例如在该图中的Y方向)上对准。
本实施例中，可以通过定位单元使得一个标记检测单元与一列标记对准，从而检测模块300沿着Y方向在基板10的表面上方移动并通过时可以检测多列标记，进一步降低了检测时间，提高了检测的效率。
应理解，虽然图3中仅示出了3个标记检测单元301和3个定位单元302，但这仅仅是示例性地，并不用于限制本发明的范围。在实际应用中，可以根据实际情况设置标记检测单元和定位单元的数量。
检测装置可以包括多个检测模块300，例如可以包括两个检测模块。其中一个检测模块可以用于某个方向(例如Y方向)的标记的检测，另一个检测模块可以用于另一个方向(例如X方向)的标记的检测。在X方向和Y方向均布置有多列标记的情况下，一次性的X方向的扫描可以将X方向的标记全部检测到，一次性的Y方向的扫描可以将Y方向的标记全部检测到。如果扫描速度是1米/秒，经过300mm的基板的时间只需略微大于0.3秒。如果需要扫描X方向和Y方向两个方向的标记，也只要约1秒就可以完成，极大降低了标记的检测时间。
在一个实施例中，参见图3，检测模块300还可以包括框架。所述标记检测单元和定位单元可以直接或间接地固定到所述框架或者由所述框架支承。在一个实施例中，如图3所示，框架可以包括第一支架303和与第一支架303相对地设置的第二支架304。在另一个实施例中，框架可以包括第一支架303、第二支架304、第三支架305和第四支架306。其中，第三支架305与第四支架306在某个方向(例如Y方向)上相对地设置。并且，第三支架305分别与第一支架303和第二支架304接合，第四支架306分别与第一支架303和第二支架304接合。框架的作用主要包括两方面：一是可以增加检测装置的重量，从而增大检测装置在运动时的惯性，二是可以固定定位单元中的支撑杆(如下文将要描述的)。
图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的基板上的标记的示意图。如图4所示，基板上的标记可以包括彼此基本平行并且间隔开的第一条纹201和第二条纹202。在一个实施例中，第一条纹201可以是当层套刻标记，第二条纹202可以是前层套刻标记。也即，第一条纹201可以由第一层形成，第二条纹202可以由不同于第一层的第二层形成。因此，应理解，尽管这里在图4中为了图示说明的方便，第一条纹和第二条纹被示出为基本齐平，但应理解，在某些实施例中，其可以处于不同的水平高度。示例性地，第一条纹201和第二条纹202可以是以相应层形成的凹凸图案。另外，在某些实施例中，第一条纹和第二条纹的表面可以配置为具有不同的性质。例如，第一条纹和第二条纹的表面可以配置为具有不同的反射率，比如，一个是反射性的相对光滑的表面，而另一个是漫反射的相对粗糙的表面。又例如，第一条纹和第二条纹的表面可以配置为具有不同的高度差。应理解，这些仅仅是示例性的，以便于更好地理解本发明的多种实施例，而不是限制本发明的范围，只要可以通过技术手段(例如，通过从条纹获取的信息)来区分第一条纹和第二条纹即可。在其他的实施例中，基板上的标记可以包括彼此间隔开的第一系列的第一条纹以及彼此间隔开的第二系列的第二条纹，如图4所示。这里，第一系列的第一条纹例如可以包括多个相邻的第一条纹，第二系列的第二条纹例如可以包括多个相邻的第二条纹，第一系列的第一条纹和第二系列的第二条纹被设置为沿着某个方向布置。在一个实施例中，第一条纹201和第二条纹202可以交替设置，并且第一条纹与相邻的第二条纹间隔开。然而本发明并不限于此。
图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的标记检测单元和定位单元的结构示意图。这里，基板10表面上的标记可以是上面所描述的标记。如图5所示，本发明实施例的检测装置可以包括至少一个检测模块300。每个检测模块300能够在至少一个方向(例如Y方向)上在基板10的表面上方移动并通过。例如，在某些实施例中，检测装置可以包括两个检测模块，其中一个检测模块可以在X方向上在基板10的表面上方移动并通过，另一个检测模块可以在Y方向上在基板10的表面上方移动并通过。这里，基板10被示出为支承在基板支承平台203上。基板支承平台203可以是本领域中已知或者将来开发的任何适当的用于支撑或者承载基板的平台。
每个检测模块300可以包括至少一个标记检测单元301和至少一个定位单元302。标记检测单元301可以用于从相应标记(如图4所示)获取信息。在图5所示的示例中，标记可以位于基板10上所示出的道204中。道204可以示例地为用于半导体晶片的划片道，所述标记可以是被设置在划片道中的套刻标记。道204在图中被示出为分别沿X方向或者Y方向延伸。然而，应理解，道204仅仅是一种示例，本领域技术人员将容易理解，在某些示例中，道204也可以不存在或者是虚拟的。
标记检测单元301可以被配置为能够对相应标记中的第一条纹和第二条纹分别进行重复的获取操作，其中每次获取操作可以从相应标记中的一个第一条纹或一个第二条纹获取信息。在一个实施例中，获取的信息可以包括下列中的至少一种：从第一条纹或第二条纹接收的光的强度(例如光的峰值强度)、获取对应光的强度的时间。例如，可以根据所接收的光的强度拟合出光强峰值，然后根据该光强峰值和对应的时间确定当前条纹出现的时间，再根据第一条纹或者第二条纹中从第一根条纹到最后一根条纹的设计总长度和检测模块经过所述标记(例如所有第一条纹和/或所有第二条纹)的总时间确定检测模块的移动速度(例如利用设计总长度除以总时间来确定)，从而确定所述第一条纹和所述第二条纹的位置以及两组条纹之间的位置差。
定位单元302可以用于支撑并定位相应的标记检测单元301。定位单元302适于操作地使得相应的标记检测单元301与相应标记在检测模块的前述移动方向(例如，X或Y方向)上基本对准(如后文中将更详细说明的)。
利用本发明提供的检测系统进行标记(例如套刻标记)的检测时，可以通过定位单元使得标记检测单元与待检测的相应标记基本对准，检测模块在基板上方移动来检测相应的标记。这种标记的检测方式不依赖成像的方式进行检测，并因此也就不需要将标记移到视场中央的操作，也不需要精细微调操作，并且也不需要进行图像识别，减小了标记的检测时间，而且还不需要现有技术中那么严格精确的对准精度。从而降低了检测的成本，极大地提高了检测的效率和检测设备的吞吐量。
另外，在一些实施例中，检测装置还可以包括信息处理模块，与检测模块通过有线或无线的方式连接，用于根据从第一条纹和第二条纹获取的信息，来确定第一条纹和第二条纹之间的相对位置的偏差。这里，信息处理模块可以集成在检测装置(例如，以处理器的形式)中，或者，也可以实现为独立的部件，例如与检测装置耦接的独立的计算机。
如图5所示，定位单元302可以包括至少一个(例如2个或3个)支撑杆和定位机构342。支撑杆可以固定到或者部分地固定到框架(例如，第一支架和/或第二支架)，相应的标记检测单元301由支撑杆支撑。定位机构342可以用于使相应标记检测单元301沿支撑杆移动以将相应标记检测单元301固定在所需位置，从而使得相应标记检测单元301与相应标记在某个方向(例如Y方向)上对准。在一个实施例中，支撑杆例如可以包括螺杆312，定位机构342可以通过螺杆312驱动标记检测单元301沿支撑杆移动。例如，该螺杆的定位精度可以为0.01mm。在一个实施例中，定位机构342还可以包括转动电机，其可以驱动螺杆转动，从而移动并适当地定位标记检测单元301。
在具体应用中，可以根据其他不同的方式来实现标记检测单元和定位单元的配合，从而使得定位单元可以使得相应标记检测单元与相应标记在某个方向(例如Y方向)上对准。
在一个具体实现方式中，参见图5，标记检测单元301可以包括上下布置的第一孔3011和第二孔3012、以及位于第一孔3011和第二孔3012之间的第三孔3013。其中，第三孔3013具有内螺纹，螺杆312具有与内螺纹配合的外螺纹。该实现方式中，框架可以包括第一支架303和与第一支架303相对地设置的第二支架304(如图3所示)；所述至少一个支撑杆可以包括螺杆312、第一支撑轨道322和第二支撑轨道332。第一支撑轨道322和第二支撑轨道332分别穿过第一孔3011和第二孔3012以悬置在第一支架303和第二支架304之间。优选地，第一支撑轨道322和第二支撑轨道332可以通过滑动轴承与标记检测单元301配合，从而使得标记检测单元301可以沿支撑轨道移动。螺杆312穿过第三孔3013，从而在螺杆312转动时可以带动标记检测单元301沿着第一支撑轨道322和第二支撑轨道332移动，进而使得标记检测单元301与相应标记在某个方向(例如Y方向)上对准。
图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的设置在划片道中的标记的示意图。如图6所示，标记601可以设置在基板例如Y方向的划片道602中。划片道602可以沿例如X方向和/或Y方向延伸。标记601可以是上面所描述的任何标记，例如如图4所示包括第一条纹和第二条纹的标记。该实施例中，标记601可以被配置为：在基板的放置误差为第一误差，标记检测单元的视场中心轴被以第二误差与该划片道602的理想中心轴对准的情况下，标记检测单元能够从设置在划片道中的相应标记获取信息。
例如，作为示例，划片道宽度为70μm，基板放置误差为15μm，前述螺杆的调节精度误差为10μm，视场宽度为20μm，则可以设置标记的宽度为例如大于等于40μm并且小于70μm。如此，在利用检测装置进行标记检测时，仅需标记检测单元在调节精度误差内定位，就可以通过一次扫描对对应的划片道内的所有标记进行检测。从而，仅要求进行相对粗略地对准即可进行高效的测量，而不需要如现有技术那样进行精确对准，从而极大地减小了标记的检测时间，显著提高了效率，并大大降低了对相关设备精度的要求，显著降低了成本。
对于标记来说，有些标记可能是有缺陷的，例如在标记的表面上存在不期望的微粒或灰尘等。在实际应用中，检测装置可以配置有不同类型的标记检测单元，来检测有缺陷的标记或者来避免有缺陷的标记对检测的不利影响。作为示例，下面介绍两种根据本发明实施例的标记检测单元的具体结构。
图7是示意性地示出根据本发明一个实施例的标记检测单元的结构示意图。如图7所示，标记检测单元可以包括光学检测系统700。在一个实施例中，光学检测系统700可以包括：光源701、可选的反射镜702、半反射半透射镜703、透镜704和换能器705(例如，光电二极管)。光源701例如可以是发光二极管，用于产生光。可选的反射镜702用于将光源701产生的光反射。半反射半透射镜703用于将源自光源701的光(例如，反射镜702反射的光)的至少一部分反射到透镜704，以及透射来自透镜704的光的至少一部分。透镜704用于将来自半反射半透射镜703的光会聚，并将会聚后的光入射到标记；以及将来自标记的光会聚，并将会聚后的光入射到半反射半透射镜703。换能器705用于接收来自半反射半透射镜703透射的光并将光信号转换为电信号。
可选地，标记检测单元还可以包括：数据采集模块706，用于采集换能器705的电信号并发送给处理装置进行处理。
图7所示的标记检测单元可以用于明场检测，在检测时标记检测单元可以沿着图7中的箭头(水平方向的箭头)所指的方向移动。通常，对于明场检测，标记表面的反射回到光学检测系统的光强度较高，因此视场往往是明亮的，故而称为明场检测。明场检测可以根据接收到的标记表面的反射光强度来确认标记。对于没有缺陷的标记来说，垂直入射到标记的光会基本或大部分被反射进入换能器705(如，光电二极管)，从而标记检测单元可以根据接收到的反射光检测到标记。
如果标记有缺陷，则入射到标记的光会被散射，此时接收到的光的光强相对较弱，如此可以检测标记的缺陷。然而，在这种情况下，由于有缺陷的标记的存在，可能会影响例如对标记中条纹的间距或者节距的识别。
对此，本发明还提供了另一种标记检测单元。图8是示意性地示出根据本发明另一个实施例的标记检测单元的结构示意图。如图8所示，标记检测单元可以包括光学检测系统801、光源802、用于产生第一光的第一光产生部件803、以及用于产生第二光的第二光产生部件804。下面对这几个部件分别进行介绍。
光学检测系统801包括透镜811和换能器821(例如光电二极管)。透镜811用于将来自标记的光会聚。换能器821用于接收来自透镜811的光并将光信号转换为电信号。
光源802用于产生第一光束812和第二光束822。
第一光产生部件803位于光学检测系统801的一侧，其包括第一反射镜813、第一透镜823和第二反射镜833。第一反射镜813用于将第一光束812反射。第一透镜823用于将第一反射镜813反射后的第一光束会聚以生成会聚后的第一光束。第二反射镜833用于将会聚后的第一光束反射，以作为第一光斜入射到标记。
第二光产生部件804位于光学检测系统801的与第一光产生部件803所在一侧相对的另一侧。第二光产生部件804包括第三反射镜814、第二透镜824和第四反射镜834。第三反射镜814用于将第二光束822反射。第二透镜824用于将第三反射镜814反射后的第二光束会聚以生成会聚后的第二光束。第四反射镜834用于将会聚后的第二光束反射，以作为第二光斜入射到标记。
可选地，标记检测单元还可以包括：数据采集模块831，用于采集光电二极管821的电信号并发送给处理装置进行处理。
图8所示的标记检测单元可以用于暗场检测。正常情况下，在入射光斜入射到标记的情况下，光学检测系统接收不到反射光或者接收到的反射光很少，视场一般是暗的，故而称为暗场检测。而如果标记有缺陷的话，则入射光会被散射，散射的光由透镜会聚成像后由换能器探测到，从而可以检测到标记的缺陷。另外，左右对称的两束入射光可以减小由透镜的畸变对检测结果造成的不利影响。
在一些实施例中，检测装置中可以配置有图7所示的标记检测单元，用于检测无缺陷的标记。在另一些实施例中，检测装置中可以配置有图8所示的标记检测单元，用于检测有缺陷的标记。在其他的实施例中，检测装置中的一部分检测模块可以配置有图7所示的标记检测单元，另一部分检测模块可以配置有图8所示的标记检测单元，从而以互补的方式进行检测。
如此，根据本发明的实施例，可以检测标记的缺陷，并在标记有缺陷的情况下，仍可以从标记获得所期望的信息。
至此，已经详细描述了根据本发明实施例的检测装置的结构，以及包括前面所述的基板校准装置和该检测装置的检测系统的结构。
图9A至图9F是示意性地示出利用本发明一个实施例的检测系统对基板进行标记检测的过程中若干步骤的检测系统的状态示意图。
首先，如图9A所示，检测系统处于空闲状态。
接下来，如图9B所示，利用多维机械臂12将基板(例如晶圆)10传送进入基板检测场所。
接下来，如图9C所示，状态检测单元11从待命位置移动到检测位置来检测基板10的位置状态，多维机械臂12根据检测到的基板10的位置状态调整该基板10，以使该基板处于目标位置，实现对基板的校准。
接下来，如图9D所示，基板校准结束，状态检测单元11回到原来的待命位置。
接下来，如图9E所示，分别利用处在第一导轨结构13上的第一检测装置和处在第二导轨结构14上的第二检测装置对基板的标记进行检测，实现套刻测量。例如，可以先使得第一检测装置沿着第一导轨滑过以进行第一套刻测量，然后使得第二检测装置沿着第二导轨滑过以进行第二套刻测量。
接下来，如图9F所示，对基板套刻测量完毕后，将基板10传送出去。
该实施例实现了检测系统对基板表面上标记的检测。通过基板校准装置对基板位置的校准，有利于实现后续的标记检测，以及通过本发明实施例的检测装置，实现了对基板上的标记的检测，提高检测效率。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (22)

1.一种基板校准装置，其特征在于，包括：
多个状态检测单元，所述状态检测单元能够从待命位置移动到检测位置来检测所述基板的位置状态，以及从检测位置回到待命位置；
多维机械臂，用于：
接收并支承所述基板，
将所述基板传送到基板检测场所，以及
根据所述状态检测单元检测的所述基板的位置状态在至少一个维度上调整所述基板，以使所述基板处于目标位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述基板是半导体晶片，
所述多个状态检测单元中至少一个状态检测单元用于检测晶片的定位边，其余的状态检测单元用于检测晶片的边缘。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述多个状态检测单元包括4个状态检测单元，所述4个状态检测单元被配置为分别排列在四边形的四个顶角的位置。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述状态检测单元包括光电传感器，当所述状态检测单元处于检测位置时，其光电传感器与所述基板的边缘的一部分对准。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述光电传感器包括光源和光接收器，所述光源用于发射光线到所述基板，所述光接收器用于接收从所述基板反射回来的光线，以检测所述基板的边缘位置；
其中，所述多个状态检测单元的光电传感器处于一个基准平台。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述多维机械臂为六个自由度的机械臂，用于对所述基板执行X-平移、Y-平移、Z-平移、X-Y平面旋转、X-倾斜或Y-倾斜的调整。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
导轨结构，包括彼此平行地延伸的导轨对；
检测装置，被配置为可操作地沿至少一个所述导轨结构移动来对所述基板进行检测，所述检测装置包括用于检测的光学系统；
所述使所述基板处于目标位置包括下列中的至少一个：使基板的至少一部分处于所述检测装置的光学系统的检测视场内，以及使基板的至少一部分的待检测表面处于该光学系统的成像目标区域内。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述多维机械臂包括用于接收和支承所述基板的支承台，
所述至少一个导轨结构在所述支承台的上方且与所述支承台分离开。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述导轨结构包括：
第一导轨和第二导轨，在一延伸方向上彼此平行地延伸；
第一滑块和第二滑块，固着到所述检测装置，所述第一滑块能够沿所述第一导轨滑动，所述第二滑块能够沿所述第二导轨滑动，从而使得所述检测装置能够在所述延伸方向上在所述基板上方移动通过。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述导轨结构为气垫导轨，在操作时，在所述检测装置与所述气垫导轨之间形成气垫。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述检测装置包括：位于上部的第一检测装置和位于下部的第二检测装置；
所述导轨结构包括：位于上部的用于所述第一检测装置的在第一方向上延伸的第一导轨结构和位于下部的用于所述第二检测装置的在第二方向延伸的第二导轨结构。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述第一检测装置在所述第一导轨结构上采用吊挂式滑动；
所述第二检测装置在所述第二导轨结构上采用支撑式滑动。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向垂直。
14.一种检测系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至6任意一项所述基板校准装置，以及
检测装置，用于检测基板的表面上的标记，所述标记包括彼此基本平行并且分离开的第一条纹和第二条纹，所述检测装置包括：
至少一个检测模块，每个检测模块能够在至少一个方向上在所述基板的表面上方移动并通过，每个检测模块包括：
至少一个标记检测单元，用于从相应标记读取信息，所述标记检测单元被配置为能够对所述相应标记中的第一条纹和第二条纹分别进行重复的获取操作，其中每次获取操作从所述相应标记中的一个第一条纹或一个第二条纹获取信息；以及
至少一个定位单元，用于支撑并定位相应的标记检测单元，所述定位单元适于操作地使得相应的标记检测单元与相应标记在所述方向上对准。
15.根据权利要求14所述的检测系统，其特征在于，
所述标记包括彼此间隔开的第一系列的第一条纹以及彼此间隔开的第二系列的第二条纹；
所述第一系列的第一条纹和所述第二系列的第二条纹被设置为沿着所述方向布置。
16.根据权利要求15所述的检测系统，其特征在于，
所述第一条纹和所述第二条纹交替设置，并且
所述第一条纹与相邻的所述第二条纹间隔开。
17.根据权利要求14所述的检测系统，其特征在于，还包括：
信息处理模块，用于根据从所述第一条纹和所述第二条纹获取的信息，来确定所述第一条纹和所述第二条纹之间的相对位置的偏差。
18.根据权利要求14所述的检测系统，其特征在于，
所述信息包括下列中的至少一种：从所述第一条纹或所述第二条纹接收的光的强度、获取对应光的强度的时间；
其中，根据所述接收的光的强度拟合出光强峰值，根据所述光强峰值和对应的时间确定当前条纹出现的时间，根据所述第一条纹或者所述第二条纹中从第一根条纹到最后一根条纹的设计总长度和所述检测模块经过所述标记的总时间确定所述检测模块的移动速度，从而确定所述第一条纹和所述第二条纹的位置以及两组条纹之间的位置差。
19.根据权利要求14所述的检测系统，其特征在于，
所述基板包括沿所述方向布置的多列所述标记；
所述至少一个标记检测单元包括多个标记检测单元；
所述至少一个定位单元包括多个定位单元，每个定位单元能够被驱动使得相应标记检测单元与相应标记在所述方向上对准。
20.根据权利要求14所述的检测系统，其特征在于，
所述检测模块还包括框架；
所述定位单元包括：
至少一个支撑杆，其固定到所述框架，相应的标记检测单元由所述支撑杆支撑；以及
定位机构，用于使相应标记检测单元沿所述支撑杆移动以将相应标记检测单元固定在所需位置，从而使得相应标记检测单元与相应标记在所述方向上对准。
21.根据权利要求20所述的检测系统，其特征在于，
所述至少一个支撑杆包括螺杆；
所述定位机构通过所述螺杆驱动所述标记检测单元沿所述支撑杆移动。
22.根据权利要求21所述的检测系统，其特征在于，
所述标记检测单元包括上下布置的第一孔和第二孔、以及位于第一孔和第二孔之间的第三孔，所述第三孔具有内螺纹，所述螺杆具有与所述内螺纹配合的外螺纹；
所述框架包括第一支架和与所述第一支架相对地设置的第二支架；
所述至少一个支撑杆还包括第一支撑轨道和第二支撑轨道，所述第一支撑轨道和所述第二支撑轨道分别穿过所述第一孔和所述第二孔以悬置在所述第一支架和所述第二支架之间；
所述螺杆穿过所述第三孔，所述螺杆转动时带动所述标记检测单元沿着所述第一支撑轨道和所述第二支撑轨道移动。
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