CN103811387B - 晶圆预对准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆预对准方法及装置，该装置包括机座、吸盘组件、支撑组件、光源及CCD传感器，所述的机座内设有驱动装置及机构，能带动所述的吸盘组件作升降运动、旋转或平移，所述的支撑组件设于所述的机座上，位于所述的吸盘组件的周围；所述的光源及CCD传感器设于所述的机座上，所述的光源可向所述的CCD传感器投射平行光。通过本装置及预对准方法，一方面，消除了因晶圆转轴与CCD线阵的相对位置不确定所带来的原理误差；另一方面，实现了对晶圆偏心的静态检测，消除了测量系统延迟带来的误差；再者，减少了测量数据，提高了晶圆预对准效率。

Description

晶圆预对准方法及装置

技术领域

本发明涉及一种识别晶圆偏心及缺口的技术领域，具体地讲，是指一种晶圆预对准方法及装置。

背景技术

CCD(ChargeCoupledDevice)，电荷耦合器件，是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。CCD器件按其感光单元的排列方式分为线阵CCD和面阵CCD两类。

传统的基于线阵CCD的晶圆预对准方法要求,CCD线阵所在直线通过晶圆的转动中心，而这一精度在实际应用中难以保证，其原因在于：无法确切的获得CCD线阵与晶圆转轴的相对位置关系，而这将给晶圆预对准带来误差；并且传统的晶圆预对准方法,对于晶圆的圆心位置的检测往往需要使晶圆旋转一周，来获取晶圆完整的边缘信息，虽然增加了数据量，但却未提高数据本身的采集精度，也就无法明显的提高晶圆预对准的精度，同时也降低了效率；另外，传统的晶圆预对准方法是在晶圆旋转的过程中对信息进行实时采集，无法准确的将CCD传感器采集到的晶圆边缘信息与电机编码器测得的晶圆转角信息一一对应，这也会给晶圆预对准带来误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆预对准方法及装置，其可克服上述缺陷，可消除原理误差及测量系统延迟带来的误差，提高晶圆预对准效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种晶圆预对准装置，其包括机座、吸盘组件、支撑组件、光源及CCD传感器，所述的机座内设有驱动装置及机构，能带动所述的吸盘组件作升降运动、旋转或平移，所述的支撑组件设于所述的机座上，位于所述的吸盘组件的周围；所述的光源及CCD传感器设于所述的机座上，所述的光源可向所述的CCD传感器投射平行光。

上述的吸盘组件包括吸盘轴及吸盘接触单元，所述的吸盘轴与所述的机座相连，所述的吸盘接触单元与所述的吸盘轴固设，所述的吸盘接触单元与晶圆的底部相接触且可形成封闭空间。

上述的支撑组件为一组立柱，固设在所述的机座上。

上述的立柱以所述的吸盘轴为中心均匀分布在机座上。

上述的光源所投射的光线平行于所述的吸盘轴。

上述的光源为LED光或激光。

上述的CCD传感器采用线阵式CCD传感器，其线阵所在直线位于晶圆外圆的切线附近。

利用上述的晶圆预对准装置的预对准方法，其包括以下步骤：

a、将晶圆放置在所述的支撑组件上，通过所述的吸盘组件将其吸住并将其托起；

b、通过设于机座内的驱动装置及机构，使所述的吸盘组件带动所述的晶圆沿X、Y轴平动，使晶圆覆盖所述的CCD传感器的下半部分；

c、通过所述的CCD传感器的读数，可以得到此时晶圆上边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离；

d、通过所述的吸盘组件带动晶圆向上平移，使晶圆覆盖所述的CCD传感器的上半部分；

e、通过所述的CCD传感器的读数，得到步骤d中晶圆的下边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离；

f、通过下面的算式得到在晶圆处于步骤b的位置时，晶圆下边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离：

S2＝S2＇+S

其中：S2为晶圆处于步骤b的位置时，晶圆下边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离；

S2＇为步骤e中，CCD传感器的读数；

S为步骤d中，吸盘组件带动晶圆向上平移的位移；

根据下式，可以计算出在步骤a时，晶圆的圆心位置：

$x_c=l-h=l-\sqrt{(R^2-{\left(\frac{s_1+s_2}{2}\right)}^2)}---\left(1\right)$

$y_c=\frac{s_1-s_2}{2}$

其中：l为CCD传感器到吸盘组件的中心的距离；

h为晶圆的圆心点到CCD传感器的距离;

R为晶圆的半径；

S1为步骤a时，晶圆上边缘与CCD传感器的交点到X轴的距离；

S2为步骤a时，晶圆下边缘与CCD传感器的交点到X轴的距离；

g、吸盘组件带动晶圆下降，将晶圆放置在支撑组件上，然后根据步骤f计算所得的晶圆偏心位置，将吸盘组件的圆心与晶圆的圆心重合后，再次将晶圆吸附并托起；

h、所述的吸盘组件带动晶圆旋转一周，当晶圆缺口经过CCD传感器时，由编码器记录所述的吸盘组件的转动位置，结合信号变化得到晶圆的缺口位置；

i、由所述的吸盘组件带动晶圆转动，使晶圆的缺口朝向预设的位置并将晶圆放回所述的支撑组件，完成预对准过程。

在实施步骤a之前，设置坐标系的X轴恰好通过所述的CCD传感器检测宽度的中点。

在实施步骤a之前，对所述的吸盘组件的位置进行调整，使转动中心与坐标原点重合。

采用上述技术方案后，与现有相比，其优点在于：1）消除了因晶圆转轴与CCD线阵的相对位置不确定所带来的原理误差；2）实现了对晶圆偏心的静态检测，消除了测量系统延迟带来的误差；3）减少了测量数据，提高了晶圆预对准效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是晶圆放置在本发明预对准装置上的局部剖视图；

图4是图3的局部放大图；

图5是图3所示晶圆与预对准装置上的坐标示意图；

图6是本发明晶圆另一位置的示意图；

图7是吸盘组件带动晶圆旋转示意图一；

图8是吸盘组件带动晶圆旋转示意图二；

图9是吸盘组件带动晶圆旋转示意图三；

图10是吸盘组件带动晶圆旋转示意图四；

图11是吸盘组件带动晶圆旋转示意图五；

图12是吸盘组件带动晶圆旋转示意图六；

图13是吸盘组件带动晶圆旋转示意图七；

图14是吸盘组件带动晶圆旋转示意图八；

图15是调整吸盘组件的位置使其转动中心与坐标原点重合的坐标图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1所示，本发明公开了一种晶圆预对准装置，其包括：机座1、吸盘组件2、支撑组件3、光源4及CCD传感器5，其中：

机座1内设有驱动装置及机构，该驱动装置及机构可驱动吸盘组件2绕其中心线旋转，作升降运动，也可沿坐标系统X、Y轴平动。

配合图2、3所示，吸盘组件2包括吸盘轴21与吸盘接触单元22，吸盘轴21与机座1内的驱动装置相连，吸盘接触单元22设于吸盘轴21上，当机座1内的驱动装置带动吸盘轴21沿坐标系统的X、Y轴平动时，其带动吸盘接触单元22沿坐标系统的X、Y轴平动，若机座1内的驱动装置带动吸盘轴21绕其中心线旋转时，也同时带动吸盘接触单元22绕其中心线旋转；若带动吸盘轴21作升降运动时，也同时带动吸盘接触单元22作升降运动。使用时，吸盘接触单元22与晶圆6的底部相接触时能形成封闭空间，外接真空系统（图中未示出）可实现对晶圆6的吸附与释放。

支撑组件3，在本实施例中，其为一组立柱，该组立柱设于吸盘组件2的周围，其是以吸盘轴21为中心均匀分布在机座1上，用来实现对晶圆6的支撑与交接。在本实施例中，该组立柱为三个。

光源4设于机座1上，其可向CCD传感器5投射平行光，其光线平行于吸盘轴21，当CCD传感器5被晶圆6遮挡时，其信号会发生改变，依据此原理对晶圆6的偏心及缺口61的位置进行识别。光源4可选用LED光或激光；CCD传感器5采用线阵式CCD传感器。

利用上述的晶圆预对准装置所要采用的预对准方法，其包括以下步骤：

a、将晶圆6放置在所述的支撑组件3上，通过所述的吸盘组件2将其吸住并将其托起；

首先，将晶圆6放置在支撑组件3的三个立柱上，吸盘组件2的吸盘接触单元22在吸盘轴21的带动下上升，将晶圆6托起并吸附。

b、通过设于机座1内的驱动装置及机构，使所述的吸盘组件2带动所述的晶圆6沿X、Y轴平动，使晶圆6覆盖所述的CCD传感器5的下半部分；

让吸盘组件2沿X、Y轴平动，调整位置使晶圆6大致处于图3、4所示的位置，即让晶圆6覆盖CCD传感器5的下半部分。

参考图5所示，此时，吸盘组件2的中心为O点，以其建立的坐标系XOY，CCD传感器5到吸盘组件2的中心O点的距离为l，晶圆6的上边缘与CCD传感器5的交界点为A点，下边缘与CCD传感器5的交点为B点，C为晶圆6的圆心，A点到坐标系X轴的距离AD为S1，B点到坐标系X轴的距离BD为S2，晶圆6的圆心C点到CCD传感器5的距离CE为h，C点到坐标系X轴的距离为YC，到坐标系Y轴的距离为XC。晶圆6的转动中心是O，则根据几何关系，得到晶圆6的圆心C的坐标为：

$x_c=l-h=l-\sqrt{(R^2-{\left(\frac{s_1+s_2}{2}\right)}^2)}---\left(1\right)$

$y_c=\frac{s_1-s_2}{2}$

c、通过所述的CCD传感器5的读数，可以得到此时晶圆6上边缘与CCD传感器5的交点到坐标系X轴的距离；

通过CCD传感器5的读数，可以得到此时晶圆6上边缘与CCD传感器5的交点A到坐标系X轴的距离S1。

d、通过所述的吸盘组件2带动晶圆6向上平移，使晶圆6覆盖所述的CCD传感器5的上半部分；

通过吸盘组件2，沿坐标系Y轴平动距离S，使晶圆6处于图6所示的位置，即让晶圆6覆盖CCD传感器5的上半部分。

e、通过所述的CCD传感器5的读数，得到步骤d中晶圆6的下边缘与CCD传感器5的交点到坐标系X轴的距离；

得到此时晶圆6的下边缘与CCD传感器5的交点到坐标系X轴的距离S2＇。

f、通过下面的算式得到在晶圆6处于步骤b的位置时，晶圆6下边缘与CCD传感器5的交点到坐标系X轴的距离：

晶圆6下边缘与CCD传感器5的交点B到坐标系X轴的距离S2＝S2＇+S，根据上述的算式（1），可以计算出晶圆6在图5所示位置的偏心点C的坐标。

g、吸盘组件2带动晶圆6下降，将晶圆6放置在支撑组件3上，然后根据步骤f计算所得的晶圆6偏心位置，将吸盘组件2的圆心与晶圆6的圆心重合：

吸盘组件2，带动晶圆6平动补偿偏心，下降并释放晶圆6，将其放置在支撑组件3上，根据偏心点C的坐标，调整吸盘组件2自身位置至初始位置后（即O点与C点重合），再次上升将晶圆6托起并吸附，此时，晶圆6的圆心、吸盘组件2的转动中心与坐标系原点重合。

h、所述的吸盘组件2带动晶圆6旋转一周，当晶圆6缺口经过CCD传感器5时，由编码器记录所述的吸盘组件2的转动位置，结合信号变化得到晶圆6的缺口位置；

吸盘组件2带动晶圆6旋转一周，如图7-14所示，在此期间，当晶圆6的缺口61经过CCD传感器5时，信号将有两次突变，由编码器实时记录吸盘组件2的转动位置，结合信号变化得到晶圆6的缺口61的位置；

i、由所述的吸盘组件2带动晶圆6转动，使晶圆6的缺口朝向预设的位置并将晶圆6放回所述的支撑组件3，完成预对准过程。

再由吸盘组件2带动晶圆6转动，使晶圆6的缺口61朝向一预设位置并将晶圆6放回至支撑组件3上，即完成预对准过程。

在具体实施时，设置坐标系X轴刚好通过CCD传感器5检测宽度的中点，并在进行预对准之前，先对吸盘组件2的位置进行调整，使其转动中心与坐标原点重合。调整方法如下：

如图15所示，若晶圆6的转动中心不在坐标系原点O处，起初晶圆6的圆心为C1，使晶圆6绕实际转动中心O’旋转180°至C2，则根据上述方法，可求得C1、C2在坐标系XOY下的坐标(xc1,yc1)、(xc2,yc2)，进而求得实际转动中心O’的坐标为：

$x_{O^{\′}}=\frac{x_1+x_2}{2}---\left(2\right)$

$y_{O^{\′}}=\frac{y_1+y_2}{2}$

另外，CCD传感器5与吸盘轴21的距离应合理设置以保证晶圆缺口61能够被检测到。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种晶圆预对准装置，其特征在于：其包括机座、吸盘组件、支撑组件、光源及CCD传感器，所述的机座内设有驱动装置及机构，能带动所述的吸盘组件作升降运动、旋转或平移，所述的支撑组件设于所述的机座上，位于所述的吸盘组件的周围；所述的光源及CCD传感器设于所述的机座上，所述的光源向所述的CCD传感器投射平行光；

所述的CCD传感器采用线阵式CCD传感器；当将晶圆放置在所述吸盘组件上，并且所述吸盘组件带动所述晶圆沿与所述CCD传感器线阵平行的方向向上平移时，使晶圆外圆下边缘与所述CCD传感器线阵的上半部分相交于一点；当所述吸盘组件带动所述晶圆沿与所述CCD传感器线阵平行的方向向下平移时，使晶圆外圆的上边缘与所述CCD传感器线阵的下半部分相交于另一点。

2.根据权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于：所述的吸盘组件包括吸盘轴及吸盘接触单元，所述的吸盘轴与所述的机座相连，所述的吸盘接触单元与所述的吸盘轴固设，所述的吸盘接触单元与晶圆的底部相接触且形成封闭空间。

3.根据权利要求1或2所述的晶圆预对准装置，其特征在于：所述的支撑组件为一组立柱，固设在所述的机座上。

4.根据权利要求3所述的晶圆预对准装置，其特征在于：所述的立柱以所述的吸盘轴为中心均匀分布在机座上。

5.根据权利要求3所述的晶圆预对准装置，其特征在于：所述的光源所投 射的光线平行于所述的吸盘轴。

6.根据权利要求1或2所述的晶圆预对准装置，其特征在于：所述的光源为LED光或激光。

7.一种晶圆预对准方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、将晶圆放置在支撑组件上，通过吸盘组件将所述晶圆吸住并托起；

b、通过设于机座内的驱动装置及机构，使所述的吸盘组件带动所述的晶圆沿X、Y轴平动，使晶圆覆盖CCD传感器的下半部分；

c、通过所述的CCD传感器的读数，得到此时晶圆上边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离；

d、通过所述的吸盘组件带动晶圆向上平移，使晶圆覆盖所述的CCD传感器的上半部分；

e、通过所述的CCD传感器的读数，得到步骤d中晶圆的下边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离；

f、通过下面的算式得到在晶圆处于步骤b的位置时，晶圆下边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离：

S2＝S2＇+S

其中：S2为晶圆处于步骤b的位置时，晶圆下边缘与CCD传感器的交点到坐标系X轴的距离；

S2＇为步骤e中，CCD传感器的读数；

S为步骤d中，吸盘组件带动晶圆向上平移的位移；

根据下式，计算出在步骤a时，晶圆的圆心位置：

其中：l为CCD传感器到吸盘组件的中心的距离；

h为晶圆的圆心点到CCD传感器的距离；

R为晶圆的半径；

S1为步骤a时，晶圆上边缘与CCD传感器的交点到X轴的距离；

S2为步骤a时，晶圆下边缘与CCD传感器的交点到X轴的距离；

g、吸盘组件带动晶圆下降，将晶圆放置在支撑组件上，然后根据步骤f计算所得的晶圆的圆心位置，将吸盘组件的圆心与晶圆的圆心重合后，再次将晶圆吸附并托起；

h、所述的吸盘组件带动晶圆旋转一周，当晶圆缺口经过CCD传感器时，由编码器记录所述的吸盘组件的转动位置，结合信号变化得到晶圆的缺口位置；

i、由所述的吸盘组件带动晶圆转动，使晶圆的缺口朝向预设的位置并将晶圆放回所述的支撑组件，完成预对准过程。

8.根据权利要求7所述的晶圆预对准方法，其特征在于：在实施步骤a之前，设置坐标系的X轴恰好通过所述的CCD传感器检测宽度的中点。

9.根据权利要求8所述的晶圆预对准方法，其特征在于：在实施步骤a之 前，对所述的吸盘组件的位置进行调整，使转动中心与坐标原点重合。