CN106158715B - 用于晶圆的预对准装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于晶圆的预对准装置，其特征在于，包括：一边缘视觉采集系统，用于根据该晶圆上的边缘或缺口标记，实现对该晶圆的第一次位置补偿；一标记探测系统，用于根据位于该晶圆上的两个对称的对准标记，实现对该晶圆的第二次位置补偿；该边缘视觉采集系统和该标记探测系统分别位于该晶圆的两侧。

Description

用于晶圆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，尤其涉及一种用于晶圆的预对准装置及方法。
背景技术
边缘视觉采集系统主要完成对晶圆边缘与缺口标记的采集，然后经过图像处理与计算算出晶圆的偏心与偏向，从而使定心组件和定向组件补偿偏移量。由于不同厂家生产的晶圆本身形状与其缺口的形状都有一定的差异，标记的位置相对缺口也是不一定相同的，并且经过不同光刻机预对准之后晶圆的边缘定心定向精度也有差别，所以上片的精度将无法很好地满足前道光刻机的需求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种高精度的用于晶圆的预对准装置及方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种用于晶圆的预对准装置，其特征在于，包括：一边缘视觉采集系统，用于根据该晶圆上的边缘或缺口标记，实现对该晶圆的第一次位置补偿；一标记探测系统，用于根据位于该晶圆上的至少对准标记，实现对该晶圆的第二次位置补偿；该边缘视觉采集系统和该标记探测系统分别位于该晶圆的两侧。
更进一步地，该至少两个对准标记在所述晶圆上呈对称分布。
更进一步地，该边缘视觉采集系统包括一线阵CCD探测器，该标记探测系统包括一面阵CCD探测器。
更进一步地，该标记探测系统包括一X向运动组件，一调焦组件以及一标记采集视觉组件，该X向运动组件驱动该标记采集视觉组件搜索该对准标记，该调焦组件用于实现标记探测的焦面调整，该标记采集视觉组件用于采集该标记成像。
更进一步地，该调焦组件与该Z向运动组件相连接，该标记采集视觉组件与该调焦组件相连接。
更进一步地，该标记采集视觉组件包括一点光源、一镜头以及一面阵CCD相机。
更进一步地，该边缘视觉采集系统和该标记探测系统分别位于所述晶圆的两侧。
本发明同时公开一种用于晶圆的预对准方法，包括：步骤一、根据该晶圆上的边缘或缺口标记，实现对该晶圆的第一次位置补偿；步骤二、搜索并采集位于该晶圆上的第一对准标记；步骤三、搜索并采集位于该晶圆上的第二对准标记；步骤四、根据该第一第二对准标记的位置信息计算该晶圆的位置偏差，实现对该晶圆的第二次位置补偿。
与现有技术相比较，本发明所公开的技术方案在粗预对准之后，再通过采集双对准标记实现更高精度的晶圆定心、定向功能，更好地满足了高上片精度要求。
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是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的边缘采集视觉组件的结构示意图；
图2是本发明提供的边缘采集视觉组件的安装位置示意图；
图3是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的标记探测组件的结构示意图；
图4是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的标记探测组件的安装位置示意图；
图5是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的边缘采集视觉组件与标记探测组件的配合采集面域示意图；
图6是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的使用场景的示意图；
图7是本发明所涉及的用于晶圆的预对准方法的流程图。
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。
现有技术采集边缘与缺口标记，只能实现粗预对准。而、本发明在粗预对准之后，再通过采集双标记实现更高精度的晶圆定心、定向功能，更好地满足了高上片精度要求。
为了能够使上传到工件台上的晶圆的定心定向精度能够更好地满足上片精度要求，在晶圆经过边缘采集预对准之后再设计用MARK SENSOR（标记探测）对晶圆上的标记进行标定，以提高上片精度。
Mark Sensor（标记探测）组件能满足三个方面功能，以解决上述问题：一、实现由晶圆传输传送到工件台的晶圆标记能够更准确的位于对准视场内，减少不同晶圆间标记相对晶圆几何外形尺寸位置不同而引起的上片精度过大；二、标记探测能够作为测试工具，检测晶圆标记相对于晶圆几何外形的坐标位置偏差。三、标记探测通过对比标记在标记探测视觉系统坐标系中的希望位置和测量值，能够计算出标记在晶圆坐标系中的位置和相对于标记探测视觉系统坐标系的旋转角度。
最终通过标记探测测试出的数据作位置补偿，使晶圆按照更高的定心、定向精度要求成功传送到工件台上。
图1是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的边缘采集视觉组件的结构示意图。如图1所示边缘视觉采集组件主要完成对晶圆边缘的采集，然后经过图像处理与计算算出晶圆的偏心与偏向，从而使定心组件和定向组件补偿偏移量。边缘视觉采集组件1主要由线阵CCD相机10、光源20、镜头30、视觉支架40以及过渡件50组成，通过过渡件30使镜头30中心到视觉支架40内表面间距离满足8寸与12寸晶圆切换空间要求，如图1。图2是本发明提供的边缘采集视觉组件的安装位置示意图。如图2所示，边缘视觉采集组件1安装在晶圆盘的一侧位置3处。水汽盘上也进一步做8寸晶圆边缘采集的通道2开口处理。
图3是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的标记探测组件的结构示意图。如图3中所示，标记探测需要实现三个功能：首先，具有搜索晶圆表面上标记的功能；其次，具有调整相机到晶圆表面距离的功能，以满足看清不同厚度晶圆表面标记的要求；最后，还需要具有能够检测晶圆标记与晶圆几何中心的位置偏差。根据这个三个功能以及输入约束设计标记探测的机械结构。
标记探测组件4主要由三部分组成：MK_X向运动组件80、MK_Z调焦组件70、标记采集视觉组件60。MK_X向运动组件80的功能是带动视觉组件60完成对晶圆表面上面内标记的搜索。MK_Z调焦组件70实现标记探测的焦面调整，使采集晶圆标记的图像清晰。视觉组件60实现对晶圆上标记的成像、图像采集、图像传送以及处理。MK_X径向运动组件80和MK_Z垂向调焦组件70采用高精度的运动模组，标记采集视觉组件60安装于调焦组件70之上。
标记采集视觉组件60包括一点光源30、镜头20以及一面阵CCD相机10。为满足兼容处理200mm和300mm晶圆的需求，MK_X总行程为80mm，需求有效行程75mm。标记探测调焦单元组件总行程为8mm，需求有效行程为5mm。
图4是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的标记探测组件的安装位置示意图。如图4所示，标记探测组件4沿预对准径向安装于边缘视觉采集组件1另一侧。晶圆台上包括一PU_R的定向运动组件5以及PU_C的偏心补偿组件。
图5是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的边缘采集视觉组件与标记探测组件的配合采集面域示意图。通过PU_R的旋转运动与边缘视觉采集组件的配合，在标记探测径向MK_X运动与调焦单元联动下实现对8寸与12寸晶圆CCD线阵与面阵的联合使用，进而清晰地采集晶圆标记图像，再通过图像处理实现预对准更高精度的定心定向功能。
图7是本发明所涉及的用于晶圆的预对准方法的流程图。如图7所示，701首先利用该边缘采集视觉组件完成边缘采集粗对准。702计算缺口方向，并根据缺口、标记、对准标记视场坐标之间的位置关系计算出旋转晶圆的角度。703R轴（即沿Z方向旋转轴）转动，使第一个缺口旋转到对准视场下。704MK_R根据预对准给定的标记位置搜索第一个标记，向晶圆中心运动，最大75mm。705CCD采集图像自动调焦。706判断是否到最佳焦平面，如果是则708采集第一对准标记图像，如果不是则707移动垂向轴，从新进入705。709检测是否找到第一对准标记，若已找到则进入714判断是否两个对准标记都已找到，若没有找到则进入710R轴旋转，每次最大旋转角度为1.5度。711再次判断是否已经找到对准标记，找到进入714，没有找到则712MK_X沿正负限位运动+1mm后再次进入709。如果第一标记找到第二标记没有找到则713R轴旋转180度，采集第二个对准标记后返回709。若两个对准标记都已找到则进入715根据第一第二对准标记的坐标计算所述晶圆的位置偏差，将R角度值返回给预对准系统，将坐标值返回给工件台。716晶圆实现了更高精度的预对准。
为了充分解释本发明的技术内容，面将设定一个基础场景，利用该基础场景实现精对准方式如下：
假设晶圆在旋转台上有一个小偏心，晶圆上的两个标记MARK对称地放置，因此标记探测将不需要沿着R轴来逐步搜索MARK1和MARK2，如图6所示。图6是本发明提供的用于晶圆的预对准装置的使用场景的示意图，其中W1和W2是两个MARK在晶圆上对称地放置；N是WCS坐标系下的坐标中心；两个MARK的半径将会相等W1N=W2N； O是MSCS坐标下的坐标中心；W2是MARK2经过180度旋转后的位置； M是W1W2'的中心；MO=W1N=W2N； a是WCS和MSCS的旋转偏置；P是标记探测视场范围的中心；NO的距离与W1M或MW2'相等。MSCS是标记探测坐标系，X轴定义为中心和标记探测中心的连线，Y轴定义为垂直于X轴并通过旋转中心的直线。GWCS的中心位于晶圆的中心，Y轴通过切边/切槽中心和晶圆中心，坐标原点在晶圆中心，X轴垂直于Y轴。边缘采集坐标系，Y轴定义为旋转中心和Edge Sensor（边缘探测）中心的连线，X轴定义为垂直于Y轴并通过旋转中心的直线。WCS由对准标记定义，两个标记的连线中点为坐标原点，Y坐标过坐标原点，垂直于连线，晶圆切边/切槽端为-Y方向，两个标记的连线为X方向。
由此可以推出：α
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
Y(W1)为MARK1在MSCS坐标系中的Y坐标值；
Y(W2')为MARK2在MSCS坐标系中180度旋转后的Y坐标值；
第一种场景：晶圆上的两个MARK（对准标记）对称放置，两半径之间的角度是180度；
第二种场景：晶圆上的两个MARK不是对称放置，但是两半径之间的角度依然是180度，与第一种场景的区别是找到第一个MARK之后，MARSK SENSOR需要沿着R轴方向寻找第二个MARK。沿着R轴方向运动必须是精确的；
第三种场景：是在第二种场景基础上，增加条件：晶圆在旋转台上有比较大的偏心，与第二种场景相比，找到第一个MARK后，标记探测总是沿着R轴方向运动来寻找第二个MARK。然后就与第二种场景类似了，唯一的区别就是用GWCS坐标系的测量位置和WCS坐标系下的期望位置来定位MARK的位置。
第四种场景：晶圆上的两个MARK的位置存在不同的角度和两个半径之间超过180度。其实，这种情况和第三种本质上没有区别。
通过上述方式就可以确定MSCS、GWCS、ESCS、WCS坐标系的相对位置关系，从而通过对粗对准的位置补偿实现精对准。
其中，MSCS、GWCS、ESCS、WCS定义如下：
MSCS：标记探测系统坐标系，X轴定义为中心和标记探测系统中心的连线，Y轴定义为垂直于X轴并通过旋转中心的直线。
GWCS：GWCS的中心位于晶圆的中心，Y轴通过切边/切槽中心和晶圆中心，坐标原点在晶圆中心，X轴垂直于Y轴。
ESCS：边缘采集坐标系，Y轴定义为旋转中心和边缘视觉采集系统中心的连线，X轴定义为垂直于Y轴并通过旋转中心的直线。
WCS：由对准标记定义，两个标记的连线中点为坐标原点，Y坐标过坐标原点，垂直于连线，晶圆切边/切槽端为-Y方向，两个标记的连线为X方向。
一般来说粗对准之后晶圆在旋转台上的偏移量与标记位置差异不会太大，所以经过第一与第二场景之后就能实现精对准，第三、四场景只在极少数情况下利用到，以确保对所有的晶圆都能实现精对准。
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 (6)

1.一种用于晶圆的预对准装置，其特征在于，包括：
一预对准工件台，用于承载所述晶圆，其中，所述预对准工件台包括R向运动组件和偏心补偿组件；
一边缘视觉采集系统，包括一线阵CCD相机，用于根据所述晶圆上的边缘或缺口标记，通过所述R向运动组件和偏心补偿组件实现对所述晶圆的第一次位置补偿；一标记探测系统，用于根据位于所述晶圆上的至少两个对准标记，通过所述R向运动组件和偏心补偿组件实现对所述晶圆的第二次位置补偿；
所述标记探测系统包括一X向运动组件，一调焦组件以及一标记采集视觉组件，所述X向运动组件驱动所述标记采集视觉组件搜索所述对准标记，所述调焦组件用于实现标记探测的焦面调整，所述标记采集视觉组件包括一面阵CCD相机，用于采集所述标记成像，所述标记探测系统使晶圆以更高的定心、定向精度传送到曝光工件台上；
所述边缘视觉采集系统和所述标记探测系统分别位于所述晶圆的两侧。
2.如权利要求1所述的用于晶圆的预对准装置，其特征在于，所述至少两个对准标记在所述晶圆上呈接近对称分布。
3.如权利要求1所述的用于晶圆的预对准装置，其特征在于，所述调焦组件与所述X向运动组件相连接，所述标记采集视觉组件与所述调焦组件相连接。
4.如权利要求1所述的用于晶圆的预对准装置，其特征在于，所述标记采集视觉组件包括一点光源和一镜头。
5.一种用于晶圆的预对准方法，其特征在于，包括：步骤一、根据所述晶圆上的边缘或缺口标记，实现对所述晶圆的第一次位置补偿；步骤二、搜索并采集位于所述晶圆上的第一对准标记；步骤三、搜索并采集位于所述晶圆上的第二对准标记；步骤四、根据所述第一第二对准标记的位置信息计算所述晶圆的位置偏差，实现对所述晶圆的第二次位置补偿；
其中，利用边缘视觉采集系统实现对所述晶圆的第一次位置补偿，所述边缘视觉采集系统包括一线阵CCD相机；利用标记探测系统实现对所述晶圆的第二次位置补偿，所述标记探测系统包括一X向运动组件，一调焦组件以及一标记采集视觉组件，所述X向运动组件驱动所述标记采集视觉组件搜索所述对准标记，所述调焦组件用于实现标记探测的焦面调整，所述标记采集视觉组件包括一面阵CCD相机，用于采集所述标记成像，所述标记探测系统使晶圆以更高的定心、定向精度传送到曝光工件台上；
所述边缘视觉采集系统和所述标记探测系统分别位于所述晶圆的两侧。
6.如权利要求5所述的用于晶圆的预对准方法，其特征在于，上述第一对准标记和第二对准标记在晶圆上呈接近对称放置。
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