CN104111595A - 用于光刻设备的预对准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的预对准装置，包括：定心单元，用于承载硅片进行直线运动，以补偿硅片偏心；定向单元，用于旋转所述硅片和确定硅片的缺口位置；图像采集单元，用于采集所述硅片的边缘及缺口信息；数据处理单元，用于处理所述采集信息和滤除所述采集信息中的干扰信息。本发明同时公开了一种用于光刻设备的预对准方法。

Description

用于光刻设备的预对准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的预对准装置及方法。 

背景技术

在光刻机设备中，要将描绘在掩模版上电路图案通过投影曝光装置成像在涂有光刻胶等感光材料的曝光对象表面上，曝光对象通常就是工艺加工后的硅片。硅片是否被放置在曝光台要求的误差范围内的位置将会直接影响光刻机的性能。 

一般地，硅片的定心和定向流程由一台预对准装置完成，使用图像传感器采集硅片边缘并计算定心和定向。对于标准硅片，硅片的边缘形貌完整、光滑，表面没有毛刺等现象干扰。采集的图像能够完整的表现硅片边缘形貌，如图1中所示。在计算硅片定心和定向时，图像处理简单，传统的形心法和质心法就能够很好解决定心和定向问题。但是，对于后道Bumping(封装工艺)中，各类硅片经过前道大量工艺环节，对硅片造成很大破坏，主要表现在硅片不圆，硅片半径不同，缺口形状有公差；而且Bumping封装厂工艺条件参差不齐，经过处理的硅片形貌也各不相同，比如存在鼓胶，硅片边缘变毛，如图2、图7、图11中所示，因此硅片边缘形貌的复杂性给预对准带来了极大的挑战。在这种情况下，传统的形心法和质心法计算硅片形心和质心很难保证精度，而且有可能错误计算。因此针对Bumping工艺后的硅片预对准，设计一种新的预对准装置和新的预对准处理算法十分有意义。 

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于光刻设备的预对准装置和方法，可以实现Bumping硅片的定心和定向，并且可以保证预对准的定心、定向精度。 

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的预对准装置，其特征在于，包括：定心单元，用于承载硅片进行直线运动，以补偿硅片偏心；定向单元，用于旋转所述硅片和确定硅片的缺口位置；图像采集单元，用于采集所述硅片的边缘及缺口信息；数据处理单元，用于处理所述采集信息和滤除所述采集信息中的干扰信息。 

更进一步地，该预对准装置还包括一硅片交接单元，用于将该硅片在该定心单元和该定向单元之间传递。该定心单元包括一定心吸盘和位于其下方的直线电机。该定向单元包括一定向吸盘和位于其下方的旋转电机。该数据处理单元包括一频率滤波器和一幅值滤波器。该图像采集单元由光源和CCD探测器组成。 

本发明同时公开了一种用于光刻设备的预对准方法，包括：步骤一、旋转硅片并采集该硅片的边缘图像数据；步骤二、对所述边缘图像数据进行滤波处理后计算所述硅片的形心，根据计算结果移动所述硅片以补偿定心偏差；步骤三、再次旋转硅片并采集所述硅片的边缘图像数据，根据所述边缘图像数据确定是否满足定心设计要求，如果满足进入步骤四，如果不满足返回步骤一；步骤四、根据所述边缘图像数据粗查找所述硅片的缺口位置，在所述缺口位置范围内，获取该缺口位置图像数据；步骤五、对所述缺口位置图像数据进行滤波处理后，根据处理结果旋转所述硅片以补偿定向偏差。 

更进一步地，该步骤二的滤波处理具体包括对所述边缘图像数据进行频率滤波和幅值滤波。 

更进一步地，所述步骤五具体包括：步骤5.1、对所述缺口位置图像数据进行频率滤波和幅值滤波；步骤5.2、计算标准缺口曲线和实际采集的缺口曲线的线性相关系数；步骤5.3、计算实际采集的缺口开口和缺口深度，并与标准缺口匹配，将缺口开口差异累加到预对准完成后旋转角度中；步骤5.4、计算标准缺口质心与实际采集的缺口质心的偏差，将该偏差累加到预对准完成后旋转角度中。 

与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：第一、通过数字滤波器处理图像数据，滤除由于硅片边缘鼓胶、残胶等现象产生的图像信号干扰，确保采集得到真实硅片边缘；第二、采用标准缺口匹配，消除由于制造硅片缺口公差带来的定向误差，提高定向重复性；第三、采用相关系数算法，降低由于硅片边缘鼓胶，残缺等原因带来的粗定位缺口方向的误差，提高预对准的工艺适应性；第四、通过缺口质心匹配，降低由于缺口不对称带来的定向误差，提高定向重复性。 

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是标准硅片边缘采集图像示意图； 

图2是封装工艺后的硅片边缘图像示意图；

图3是经过算法处理后的硅片边缘采集图像示意图；

图4是标准的硅片缺口图像示意图；

图5是封装工艺后的硅片缺口图像示意图；

图6是封装工艺后的硅片缺口经过算法处理后的图像示意图；

图7是缺口制造有公差及缺口不对称的质心位置示意图；

图8是本发明所示出的图像采集过程示意图；

图9是本发明所示出的预对准装置的结构示意图；

图10是本发明所示出的预对准方法的流程图；

图11是封装工艺后的硅片曲线相关性示意图。

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。 

本发明公开一种预对准装置，用于对硅片进行定心和定向操作。该预对准装置包括定心单元、定向单元、图像采集单元和数据处理单元组成，该定心单元用于确定硅片的形心，定向单元用于旋转硅片和确定硅片的缺口位置，图像采集单元用于采集硅片边缘图像，数据处理单元用于处理采集的图像数据。 

如图9所示，图9是本发明所示出的预对准装置的结构示意图。该预对准装置的定心单元包括定心吸盘、直线电机908、吸盘支架907、定心运动台和升降台904。定向单元由旋转电机903、定向吸盘、定向运动台、吸盘底座902等组成。图像采集单元由CCD感光传感器、CCD镜头、CCD支架和光源组成。数据处理单元包括运动控制器和滤波器。其中，定心吸盘可选用半月陶瓷吸盘906，定向吸盘为圆形吸盘901。 

位于旋转电机903上的圆形吸盘901吸附硅片，并承载硅片进行旋转运动。图像采集单元采集硅片边缘数据并由运动控制器计算硅片偏心值。升降台实现硅片在定向单元和定心单元的运动交接。定心单元的半月陶瓷吸盘906吸附硅片，并由直线电机908承载硅片进行直线运动，补偿硅片偏心。定心完成后，升降台实现硅片在定心单元和定向单元的运动交接，由旋转电机903对硅片进行定向，分为两次定向，首先采集硅片边缘图像进行粗定向，再对缺口部分图像进行采集，进行精定向。 

图像采集的过程如图8中所示，首先打开CCD光源804, 圆形吸盘901吸住硅片801，然后旋转台903带动硅片旋转一周，同时CCD静止不动并采集硅片边缘，得到一周的硅片边缘图像。由于硅片存在偏心因而硅片边缘图像大致呈正弦波，如图1中所示，该标准硅片边缘采集图像包括：硅片边缘图像101和缺口102，其频率处于低频带。Bumping工艺后硅片的形貌发生了改变，破损、鼓胶等现象干扰了原有的边缘图像信号，例如图像中出现跳变点，如图2中所示。图2是封装工艺后的硅片边缘图像示意图，其中残胶201、破损202、跳变点203、硅片缺口204、假缺口205。滤波器由两个滤波子模块组成，分别是频率滤波器和幅值滤波器。采用频率滤波器能够有效地抑制这些跳变点203，使边缘曲线光滑。对于幅值较大的跳变点，频率滤波器不起作用，使用幅值滤波能够解决这种问题。 

完成图像采集中进行预对准，其中预对准过程分为定心和定向过程，先定心，再硅片交接，最后定向。 

其中定心过程包括：CCD采集到硅片边缘图像数据，使用最小二乘法计算其形心（在CCD坐标下），并将其转化为预对准装置坐标，再与预对准装置中心做差；然后通过交接运动，将硅片交接到半圆形吸盘上，通过定心台的直线电机直线运动，补偿定心偏差，如果定心窗口满足设计要求，则进入定向，同时在硅片边缘图像数据中粗查找缺口。不满足要求，则重新做定心运动。 

硅片交接过程包括将硅片放置在圆形吸盘上901吸住，升降台904下降，下降到半月形吸盘906时，圆形吸盘901放气同时半月陶瓷吸盘906吸气，升降台继续下降到设定的位置，完成交接。 

定向过程包括获取定心中粗找到的缺口位置，将该缺口位置通过旋转台运动到CCD图像传感器下，再进行精扫缺口，获取缺口图像数据，如图4所示，401是采集到的标准缺口图像。计算缺口质心，将质心作为缺口的方向，实现精确定向。如图5所示，Bumping工艺后，如缺口有鼓胶等，图像采集后缺口（503）形状不对称，缺口质心会偏移，影响缺口定向的重复性。与标准缺口质心进行比较，如果质心不重合，则调整缺口的质心，使两者重合。 

预对准数据处理方法包括： 

（1）定心阶段

步骤1.1：滤除干扰信号。图1为标准硅片的边缘采集图像；图2为实际采集的边缘图像，图像中有残胶引起的跳变点（203）、鼓胶（201）、破损（202）等干扰。采用频率滤波和幅值滤波算法滤除这些干扰信号，滤除后的图像，如图3所示，硅片边缘（301）变得光滑，与图1相似；

步骤1.2：计算滤波后的硅片形心；

步骤1.3：通过定心运动补偿偏差；

步骤1.4：定心满足设计要求，则进入定向阶段；否则重新从步骤1开始执行。

（2）定向阶段 

步骤2.1：从硅片边缘数据中粗查找缺口位置102，将缺口位置通过旋转台转到CCD上；

步骤2.2：在缺口范围内，旋转台运动，CCD精扫缺口；

步骤2.3：对采集的硅片缺口图像做滤波处理。图4为标准缺口图像；图5为精扫缺口后，缺口图像数据。同样存在信号干扰。通过定心阶段的滤波处理，得到滤波后的图像如图6所示，图6与图4基本相似，因此再通过质心法计算，就可以获取较高的定向精度。

步骤2.4：计算缺口曲线相关系数，获取标准缺口曲线； 

步骤2.5：缺口匹配。计算缺口开口，缺口深度，并与标准缺口匹配，将缺口开口差异累加到预对准完成后旋转角度中；

步骤2.6：质心匹配。图7中缺口2为非对称缺口和标准对称缺口2不对称，两曲线的质心不在同一位置。标准对称缺口质心a与非对称缺口质心c比较，计算出偏差，将该误差累加到预对准完成后旋转角度中。

具体的预对准流程图如图10中所示。首先旋转电机带动硅片旋转1001，CCD采集硅片边缘图像1002，对采集到的边缘数据进行处理1003。数据处理包括频率滤波和幅值滤波1031，滤波完成后计算硅片的形心1032。 

根据该边缘数据进行定心运动1004。该定心运动包括升降台运动1005，交接到半月形吸盘1006，直线电机C向运动补偿偏差1007，已经交接到圆形吸盘1008。判断是否满足定心精度要求，若满足定心精度要求进行下一步，若不满足定心精度要求则重新执行步骤1001。 

1009粗查找缺口，旋转台运动将缺口转到CCD下1010，完成精扫缺口1011后进行数据处理1012。数据处理1012包括频率滤波1021、幅值滤波1022、计算相关系数1023、公差补偿1024及缺口匹配1025，根据数据处理的结果完成精确定向1013。 

其中计算相关系数1023具体为：Bumping工艺后，硅片边缘有破损，会产生很多疑似缺口，如图2中的205假缺口。粗查找缺口容易找错；缺口有涂胶，缺口曲线与标准曲线有差异，如图11中曲线1和曲线2。计算标准缺口曲线和实际采集的缺口曲线的线性相关系数，相关系数大，说明反应该缺口是真缺口可信度高；破损、残胶、鼓胶（如图2中的201、图5中的503）等现象较少，粗找缺口时，能够准确定位缺口起始点（起点1）；计算其质心时，其质心与理论质心偏差小，定向精度高。反之，则缺口真实度低，粗查找缺口时，起始点准确性较低及质心偏差大，定向精度不高。 

计算缺口匹配1025具体为：在Semi标准M9-0306中，硅片与硅片之间存在着一定的制作公差，硅片深度存在一定的公差（+0.25，-0.00）mm。硅片缺口开口可以内切一个半径为为3mm的圆。硅片缺口开口存在一定公差（+5，-1）度。硅片在制造时，有公差（如图7），缺口形状参差不齐、大小不一。在精查找缺口时，会引起硅片定向重复性精度较差。采用实际缺口与标准缺口匹配，凡与标准缺口不匹配的，在图像中处理使得缺口的形状大小统一。 

与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：第一、通过数字滤波器处理图像数据，滤除由于硅片边缘鼓胶、残胶等现象产生的图像信号干扰，确保采集得到真实硅片边缘；第二、采用标准缺口匹配，消除由于制造硅片缺口公差带来的定向误差，提高定向重复性；第三、采用相关系数算法，降低由于硅片边缘鼓胶，残缺等原因带来的粗定位缺口方向的误差，提高预对准的工艺适应性；第四、通过缺口质心匹配，降低由于缺口不对称带来的定向误差，提高定向重复性。 

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。 

  

Claims (9)

1.一种用于光刻设备的预对准装置，其特征在于，包括：

   定心单元，用于承载硅片进行直线运动，以补偿硅片偏心；

   定向单元，用于旋转所述硅片和确定硅片的缺口位置；

   图像采集单元，用于采集所述硅片的边缘及缺口信息；

   数据处理单元，用于处理所述采集信息和滤除所述采集信息中的干扰信息。

2.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准装置还包括一硅片交接单元，用于将所述硅片在所述定心单元和所述定向单元之间传递。

3.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述定心单元包括一定心吸盘和位于其下方的直线电机。

4.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述定向单元包括一定向吸盘和位于其下方的旋转电机。

5.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述数据处理单元包括一频率滤波器和一幅值滤波器。

6.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述图像采集单元由光源和CCD探测器组成。

7.一种采用权利要求1-6之一所述的用于光刻设备的预对准装置的预对准方法，其特征在于，包括：

   步骤一、旋转硅片并采集所述硅片的边缘图像数据；

   步骤二、对所述边缘图像数据进行滤波处理后计算所述硅片的形心，根据计算结果移动所述硅片以补偿定心偏差；

   步骤三、再次旋转硅片并采集所述硅片的边缘图像数据，根据所述边缘图像数据确定是否满足定心设计要求，如果满足进入步骤四，如果不满足返回步骤一；

   步骤四、根据所述边缘图像数据粗查找所述硅片的缺口位置，在所述缺口位置范围内，获取该缺口位置图像数据；

   步骤五、对所述缺口位置图像数据进行滤波处理后，根据处理结果旋转所述硅片以补偿定向偏差。

8.如权利要求7所述的预对准方法，其特征在于，所述步骤二的滤波处理具体包括对所述边缘图像数据进行频率滤波和幅值滤波。

9.如权利要求7所述的预对准方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：

步骤5.1、对所述缺口位置图像数据进行频率滤波和幅值滤波；

步骤5.2、计算标准缺口曲线和实际采集的缺口曲线的线性相关系数；

步骤5.3、计算实际采集的缺口开口和缺口深度，并与标准缺口匹配，将缺口开口差异累加到预对准完成后旋转角度中；

步骤5.4、计算标准缺口质心与实际采集的缺口质心的偏差，将该偏差累加到预对准完成后旋转角度中。