CN102169822A - 双整定精确定位硅片圆心的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路制造硅片处理技术，具体来说是一种双整定精确定位硅片圆心的方法。本发明将硅片沿圆心方向旋转，利用不同精度的线性图像识别传感器依次对硅片边缘进行识别，确认硅片平边或缺口位置，确定硅片圆心偏移量；通过双向移动电机将硅片移动，使硅片圆心和设计位置重合。从而，解决半导体行业工艺中硅片在加工设备中出现的传输误差，采用双整定的方法，使得整定后的精度达到1μm。

Description

双整定精确定位硅片圆心的方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造硅片处理技术，具体来说是一种双整定精确定位硅片圆心的方法。

背景技术

半导体领域全自动设备在硅片传送过程中，难以避免的产生传送误差。这些误差表现为硅片的圆心偏移，为避免偏移带来工艺瑕疵，因此在工艺加工前需要对硅片进行重新定位。

原有半导体自动设备采用的机械夹持方式使硅片重新定位，此种方法因为需要特定结构接触硅片才能使其重新定位，特定结构离开硅片时有可能造成二次误差。为了减少二次误差，机械夹持方式改进接触面为点，减少夹持接触点，修正夹持动作等等办法来减少二次误差，但都不能很好的根除二次误差。

另外一种硅片重新定位方式为非接触对中方式，也是现在大多数设备常用的方法，该方法通过传感器以非接触方式检测硅片边缘，移动硅片校准位置。根据采用传感器的不同，测量精度也有很大的偏差。

其中，采用传感器是面扫描图像识别传感器，扫描硅片边缘需要的聚焦距离过大，摄像环境要求严格，在100μm左右这个精度等级上应用局限性还是很大的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双整定精确识别并重新定位硅片圆心的方法，解决现有技术中存在的扫描硅片边缘需要的聚焦距离过大，摄像环境要求严格等问题，它是为了消除硅片传送过程中产生的位置误差，在硅片工艺加工前进行重新定位的方法。

本发明的技术方案是：

一种双整定精确定位硅片圆心的方法，通过低、高精度线性图像识别传感器对硅片边缘识别，确定硅片圆心来实现；将硅片放置于承片台上，真空吸附固定硅片，第一步沿旋转方向转动硅片，同时用低精度线性图像识别传感器对硅片边缘识别、检测；第二步计算硅片圆心，要求精度为100μm；移动双向电机和旋转电机将硅片移动到设计位置，第三步重复第一步，使硅片沿旋转方向转动，同时用高精度线性图像识别传感器对硅片边缘再次识别、检测；第四步再次计算硅片圆心，要求精度为1μm；移动双向电机和旋转电机将硅片移动到设计位置，方法结束。

所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，硅片匀速转动的时候在3个不同时刻测量3个值，以确定硅片边缘上3点的坐标，根据过3点有且只有一个圆，可确定并计算出硅片中心的坐标。

所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，硅片圆心的计算方法，具体如下：设传感器到承片台圆心O的距离为d，硅片旋转的角速度为ω；从某一时刻t₀开始计时，分别在t₁、t₂、t₃的时刻进行测量，并在t的时刻停止计时；在测量的这3个时刻，硅片边缘的测量点分别为T₁、T₂、T₃；开始计时的时刻t₀和停止计时的时刻t，硅片边缘距离传感器最近点分别为T₀和T；测得的3个测量值分别为传感器到硅片边缘的距离l₁、l₂、l₃，停止计时的时候计算T₁、T₂、T₃的坐标：

T₁到O的距离为(d-l₁)，θ＝ω(t-t₁)

x₁＝(d-l₁)cosθ    (1)

y₁＝(d-l1)sinθ    (2)

由公式(1)、(2)可得出T₁的坐标(x₁，y₁)；同理，得出T₂：(x₂，y₂)，T₃：(x₃，y₃)；

根据公式(3)、(4)算出硅片中心的坐标(x，y)：

$y=\frac{x_2-x_1}{y_1-y_2}x+\frac{(y_1^2+x_1^2)-(y_2^2+x_2^2)}{2(y_1-y_2)}---\left(3\right)$

$y=\frac{x_3-x_2}{y_3-y_2}x+\frac{(y_2^2+x_2^2)-(y_3^2+x_3^2)}{2(y_2-y_3)}---\left(4\right).$

所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，第一步沿旋转方向转动硅片的旋转角度为30-50°，硅片旋转的角速度为ω为0.05-3.14弧度/秒，第二步沿旋转方向转动硅片的旋转角度为30-50°，硅片旋转的角速度为ω为0.05-3.14弧度/秒。

所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，检测数值通过公式(1)、(2)、(3)、(4)计算，定位硅片平边或缺口位置及圆心位置。

所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，第一步沿旋转方向转动硅片时，通过安装于硅片边缘侧方的低精度线性图像识别传感器对硅片边缘进行检测；第二步沿旋转方向转动硅片时，通过高精度线性图像识别传感器对硅片边缘进行检测。

所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，低精度线性图像识别传感器采用低像素硅电耦合元件阵列传感器，其像素精确度为10μm；高精度线性图像识别传感器采用高像素硅电耦合元件阵列传感器，其像素精确度为0.1μm。

本发明的优点及有益效果是：

1、半导体行业工艺中硅片在加工设备中难免出现传输误差，本发明可以采用双整定的方法消除这种误差，使得整定后的精度达到1μm。

2、本发明的整定方法采用非接触方式，杜绝二次误差的产生。

3、本发明的整定方法简单高速，可节省硅片传输时间。

4、本发明可以通过简单设定即可兼容多种尺寸硅片的重定位整定。

附图说明

图1为本发明采样点示意图。

图1中，O为苗卡尔坐标系的原点，ω为旋转角速度，T0、T1、T2、T3为四次采样点，d为圆心到测量传感器基准的距离，l为在硅片停止旋转时，测量传感器基准到硅片边缘的距离。

图2为本发明点坐标计算示意图。

图3为本发明硅片定位装置示意图。

图3中，A、旋转电机；B、Y向电机；C、X向电机；D、硅片；E、线性图像传感器；F、承片台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

如图3所示，本发明硅片定位装置主要包括：旋转电机A、Y向电机B、X向电机C、硅片D、线性图像传感器E、承片台F等，硅片D放置到承片台F上，旋转电机A带动承片台F旋转，线性图像传感器E开始检测硅片边缘，承片台F下方设置Y向电机B、X向电机C(双向电机)，用于带动承片台F在Y向或X向移动。

本发明双整定精确定位硅片圆心的方法，具体是通过低、高精度线性图像识别传感器对硅片边缘识别，确定硅片圆心来实现的。将硅片放置于承片台上，真空吸附固定硅片，第一步沿旋转方向转动硅片，同时用低精度线性图像识别传感器对硅片边缘识别；第二步计算硅片圆心，要求精度为100μm；第三步重复第一步，使硅片沿旋转方向转动，同时用高精度线性图像识别传感器对硅片边缘再次识别；第四步再次计算硅片圆心，要求精度为1μm。

此方法的关键是硅片圆心的计算方法，具体如下：

硅片(wafer)匀速转动的时候在3个不同时刻测量3个值，以确定wafer边缘上3点的坐标，根据过3点有且只有一个圆，可确定并计算出wafer中心的坐标。

设传感器到承片台(chuck)圆心O的距离为d，wafer旋转的角速度为ω。

从某一时刻t₀开始计时，分别在t₁、t₂、t₃的时刻进行测量，并在t的时刻停止计时。在测量的这3个时刻，wafer边缘的测量点分别为T₁、T₂、T₃。开始计时的时刻t₀和停止计时的时刻t，wafer边缘距离传感器(sensor)最近点分别为T₀和T。测得的3个测量值分别为传感器到硅片边缘的距离l₁、l₂、l₃，如图1。

停止计时的时候计算T₁、T₂、T₃的坐标。以T₁为例：

T₁到O的距离为(d-l₁)，θ＝ω(t-t₁)

x₁＝(d-l₁)cosθ    (1)

y₁＝(d-l₁)sinθ    (2)

由公式(1)、(2)可得出T₁的坐标(x₁，y₁)，如图2。

同理，可得出T₂：(x₂，y₂)，T₃：(x₃，y₃)。

根据公式(3)、(4)即可算出wafer中心的坐标(x，y)：

$y=\frac{x_2-x_1}{y_1-y_2}x+\frac{(y_1^2+x_1^2)-(y_2^2+x_2^2)}{2(y_1-y_2)}---\left(3\right)$

$y=\frac{x_3-x_2}{y_3-y_2}x+\frac{(y_2^2+x_2^2)-(y_3^2+x_3^2)}{2(y_2-y_3)}---\left(4\right)$

如果以上公式无法求解，则三点在同一直线上，说明检测点在wafer平边处，应该重新取点计算。

为了防止检测点在wafer的缺口处，实际中应该多检测一点，将此点的坐标带入到圆的公式中，如果这点不在圆上则说明检测点在wafer缺口处，应该重新取点计算。

实施例1、设定硅片直径为2英寸

首先将加工载体硅片D置于承片台上；然后将硅片D沿逆时针旋转，旋转角度30°，同时通过安装于硅片边缘侧方的低精度线性图像识别传感器对硅片边缘进行检测；检测数值通过公式(1)、(2)、(3)、(4)计算，定位硅片平边或缺口位置及圆心位置；第一次中，传感器到承片台圆心O的距离d＝35mm，硅片旋转的角速度为ω＝0.1047弧度/秒；开始计时的时刻t₀为：0s，计时时刻t₁为：1s，t₂为：2s，t₃为：3s，停止计时的时刻t为：5s；时刻t₁、时刻t₂、时刻t₃时，相应的传感器到硅片边缘的距离分别l₁＝11.48mm，l₂＝11.25mm，l₃＝11.01mm为实际传感器测量值；T₁的坐标为(21.49，9.57)，T₂的坐标为(22.59，7.34)，T₃的坐标为(23.47，4.99)，wafer中心的坐标(-2.0，-2.0)。

移动双向电机B、C和旋转电机A将硅片移动到设计位置；最后使硅片D沿逆时针旋转30°，同时再用高精度线性图像识别传感器对硅片边缘进行检测，检测数值通过公式(1)、(2)、(3)、(4)计算，再次定位圆心位置；开始计时的时刻t₀为：0s，计时时刻t₁为：1s，t₂为：2s，t₃为：3s，停止计时的时刻t为：5s；时刻t₁、时刻t₂、时刻t₃时，相应的传感器到硅片边缘的距离分别l₁＝8.63501mm，l₂＝8.5440661mm，l₃＝8.466472mm为实际传感器测量值；T₁的坐标为(24.0856，10.8179)，T₂的坐标为(25.1611，8.1753)，T₃的坐标为(25.9537，5.5166)，wafer中心的坐标(1.000，-1.000)。

移动双向电机B、C将硅片移动到设计位置，方法结束。

本实施例中，采用的线性图像识别传感器，分别为低、高像素硅电荷耦合元件(CCD)阵列传感器两种，低精度(10μm)硅电耦合元件阵列传感器进行初次(第一次)粗检测，高精度(0.1μm)硅电耦合元件阵列传感器进行最后精检测。

结果表明，本发明将硅片沿圆心方向旋转，利用不同精度的线性图像识别传感器依次对硅片边缘进行识别，确认硅片平边或缺口位置，确定硅片圆心偏移量；通过双向移动电机将硅片移动，使硅片圆心和设计位置重合。从而，解决半导体行业工艺中硅片在加工设备中出现的传输误差，采用双整定的方法，使得整定后的精度达到1μm。

Claims (7)

1.一种双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，通过低、高精度线性图像识别传感器对硅片边缘识别，确定硅片圆心来实现；将硅片放置于承片台上，真空吸附固定硅片，第一步沿旋转方向转动硅片，同时用低精度线性图像识别传感器对硅片边缘识别、检测；第二步计算硅片圆心，要求精度为100μm；移动双向电机和旋转电机将硅片移动到设计位置，第三步重复第一步，使硅片沿旋转方向转动，同时用高精度线性图像识别传感器对硅片边缘再次识别、检测；第四步再次计算硅片圆心，要求精度为1μm；移动双向电机和旋转电机将硅片移动到设计位置，方法结束。

2.按照权利要求1所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，硅片匀速转动的时候在3个不同时刻测量3个值，以确定硅片边缘上3点的坐标，根据过3点有且只有一个圆，可确定并计算出硅片中心的坐标。

3.按照权利要求1所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，硅片圆心的计算方法，具体如下：设传感器到承片台圆心O的距离为d，硅片旋转的角速度为ω；从某一时刻t₀开始计时，分别在t₁、t₂、t₃的时刻进行测量，并在t的时刻停止计时；在测量的这3个时刻，硅片边缘的测量点分别为T₁、T₂、T₃；开始计时的时刻t₀和停止计时的时刻t，硅片边缘距离传感器最近点分别为T₀和T；测得的3个测量值分别为传感器到硅片边缘的距离l₁、l₂、l₃，停止计时的时候计算T₁、T₂、T₃的坐标：

T₁到O的距离为(d-l₁)，θ＝ω(t-t₁)

x₁＝(d-l₁)cosθ    (1)

y₁＝(d-l₁)sinθ    (2)

由公式(1)、(2)可得出T₁的坐标(x₁，y₁)；同理，得出T₂：(x₂，y₂)，T₃：(x₃，y₃)；

根据公式(3)、(4)算出硅片中心的坐标(x，y)：

$y=\frac{x_2-x_1}{y_1-y_2}x+\frac{(y_1^2+x_1^2)-(y_2^2+x_2^2)}{2(y_1-y_2)}---\left(3\right)$

$y=\frac{x_3-x_2}{y_3-y_2}x+\frac{(y_2^2+x_2^2)-(y_3^2+x_3^2)}{2(y_2-y_3)}---\left(4\right).$

4.按照权利要求3所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，第一步沿旋转方向转动硅片的旋转角度为30-50°，硅片旋转的角速度为ω为0.05-3.14弧度/秒，第二步沿旋转方向转动硅片的旋转角度为30-50°，硅片旋转的角速度为ω为0.05-3.14弧度/秒。

5.按照权利要求3所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，检测数值通过公式(1)、(2)、(3)、(4)计算，定位硅片平边或缺口位置及圆心位置。

6.按照权利要求1所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，第一步沿旋转方向转动硅片时，通过安装于硅片边缘侧方的低精度线性图像识别传感器对硅片边缘进行检测；第二步沿旋转方向转动硅片时，通过高精度线性图像识别传感器对硅片边缘进行检测。

7.按照权利要求6所述的双整定精确定位硅片圆心的方法，其特征在于，低精度线性图像识别传感器采用低像素硅电耦合元件阵列传感器，其像素精确度为10μm；高精度线性图像识别传感器采用高像素硅电耦合元件阵列传感器，其像素精确度为0.1μm。

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