CN111952230A - 一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法，涉及半导体技术领域，该方法包括：不放置晶圆时采集线阵型CCD传感器的第一受光数据作为光源基准波形；放置待测透明晶圆并控制移动平台移动至晶圆边缘位于线阵型CCD传感器的检测范围内；旋转待测透明晶圆并采集线阵型CCD传感器的第二受光数据，从中提取出边缘数据；将边缘数据和光源基准波形进行差分处理，通过处理获取线阵型CCD传感器的遮光位置；对该遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置；通过数模信号转换后输出给预对准机得到待测透明晶圆的边缘位置。边缘补偿修正提高了晶圆边缘提取的精度，该提取方法使现有的预对准机也能支持透明晶圆的边缘提取。

Description

一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法。

背景技术

晶圆是具有单晶结构的晶圆片，不同的晶圆晶体方向具有不同的化学、电学和物理特性，因此晶圆均要求具有特定的晶体方向，离子注入、光刻图案等工艺均以晶体方向作为参考，因此半导体设备对晶圆进行刻蚀和测量前，均需要对晶圆方向进行定位。晶圆具有缺口或切边作为晶体方向的可见参考，半导体设备通过识别晶圆的缺口或切边，将晶圆以特定角度传输到精密移动平台进行加工和测量。随着半导体工艺进入纳米级别，其对半导体设备的精确度要求越来越高，为实现高速自动化生产和测量，在对晶圆进行加工和测量前，普遍采用晶圆预对准机对晶圆进行预对准，减小传输误差，如光刻机、套刻测量仪、应力测量仪、电子束扫描电镜等，预对准机的性能直接影响半导体设备的加工测量精度和生产效率。

预对准机的晶圆预对准主要包括晶圆方向定位和晶圆圆心定位，通过旋转晶圆，连续检测感光量，获取晶圆边缘位置信息，然后设计相应圆心和方向定位算法，计算出最终结果。由此，无论何种预对准计算方法，都是基于晶圆边缘数据，边缘数据采集的准确性，直接影响计算结果和定位精度。

然而不同的化合物材料具有不同的透光度，在对化合物晶圆进行检测时，由于材料本身透光，预对准机采集的受光量为晶圆未遮挡部分透光量与晶圆透光量之和，其中未遮挡部分透光量由光源决定，该部分与硅晶圆情况相同，但晶圆的透光量由晶圆本身材质、晶圆图案、覆膜等多种因素有关，不同角度和位置，透光量不同，难以进行准确计算，因此仅通过受光量无法反应透明晶圆的边缘位置。

因此，针对上述问题，有必要提出针对透明晶圆的边缘提取方法，以实现透明晶圆预对准定位。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法，能够在保证识别精度和时间要求下，提取出透明晶圆的边缘位置数据，为预对准计算提供数据基础，本发明的技术方案如下：

一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法，该方法包括：

在预对准机中不放置晶圆，打开配套光源，处理单元采集线阵型CCD传感器每个像素点的第一受光数据作为光源基准波形并进行保存；

在旋转平台上放置待测透明晶圆，控制移动平台承载待测透明晶圆移动，直至待测透明晶圆边缘位于线阵型CCD传感器的检测范围内；

控制旋转平台承载待测透明晶圆转动，处理单元采集有待测透明晶圆遮挡影响下的线阵型CCD传感器每个像素点的第二受光数据，从第二受光数据中提取出边缘数据；

将边缘数据和光源基准波形进行差分处理，再通过阈值法或极值法获取线阵型CCD传感器的遮光位置；

对线阵型CCD传感器的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置；

将补偿后传感器的遮光位置进行数模信号转换，并输出给预对准机的控制单元得到待测透明晶圆的边缘位置。

其进一步的技术方案为，从第二受光数据中提取出边缘数据，包括：

利用变化率法从第二受光数据中判断出待测透明晶圆的边缘数据位置，根据预定采集数量在边缘数据位置的两侧分别确定边缘数据起始位置和边缘数据结束位置，依照采样间隔截取边缘数据起始位置和边缘数据结束位置之间的第二受光数据作为边缘数据Y_j，其中，Y_j∈X，j＝a,a+t,a+2t,...，b，X为第二受光数据的集合，a为边缘数据起始位置，b为边缘数据结束位置，t为采样间隔。

其进一步的技术方案为，对线阵型CCD传感器的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置，包括：

在旋转平台上放置不透明晶圆，控制移动平台承载不透明晶圆沿y方向平移，使线阵型CCD传感器从无遮挡到全遮挡，在此过程中处理单元采集线阵型CCD传感器每个像素点的第三受光数据以及对应的不透明晶圆在线阵型CCD传感器沿y方向的移动距离，则补偿数据为Δd_i＝f_i-d_i，其中f_i为第i个第三受光数据对应的移动距离，d_i为第i个第三受光数据，将若干个补偿数据建立成补偿查找表；

根据补偿查找表寻找线阵型CCD传感器的遮光位置对应的补偿数据，并代入f_k＝d_k+α*Δd_k计算得到补偿后传感器的遮光位置，其中，f_k为补偿后传感器的遮光位置，d_k为线阵型CCD传感器的遮光位置，α为补偿系数，0≤α≤1，Δd_k为遮光位置对应的补偿数据。

其进一步的技术方案为，对线阵型CCD传感器的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置，还包括：

根据

计算得到线阵型CCD传感器的遮光位置对应的补偿数据，其中，d_s为配套光源投影到线阵型CCD传感器的投影点至线阵型CCD传感器边缘的水平距离，d_k为线阵型CCD传感器的遮光位置，h_s为配套光源至线阵型CCD传感器的垂直高度，h_w为待测透明晶圆至线阵型CCD传感器的垂直高度；

将线阵型CCD传感器的遮光位置和对应的补偿数据代入f_k＝d_k+α*Δd_k计算得到补偿后传感器的遮光位置，其中，f_k为补偿后传感器的遮光位置，α为补偿系数，0≤α≤1，Δd_k为遮光位置对应的补偿数据。

其进一步的技术方案为，将补偿后传感器的遮光位置进行数模信号转换，并输出给预对准机的控制单元得到待测透明晶圆的边缘位置，包括：

将补偿后传感器的遮光位置代入

计算转换后输出模拟电压输出信号，其中，L为线阵型CCD传感器沿y方向的长度，V_out为模拟电压输出信号，V_max为模拟电压上限值，V_min为模拟电压下限值；

将模拟电压输出信号经过数模转换电路后输出至预对准机的控制单元，控制单元根据模拟电压输出信号得到待测透明晶圆的边缘位置。

本发明的有益技术效果是：

本申请的晶圆边缘提取方法适用于所有透明度的晶圆边缘数据采集，将传感器采集的待测透明晶圆的第二受光数据与光源基准波形进行差分拟合处理后，提取出传感器的遮挡位置，并提供了两种遮光位置的补偿修正处理方法，一种处理方法需要每次检测前获取线阵型CCD传感器、配套光源和待测透明晶圆之间的数据以得到补偿数据；另一种处理方法为预先采集不透明晶圆从不遮挡传感器至全遮挡传感器过程的第三受光数据与移动距离的对应关系，获取补偿数据并做成补偿查找表，也即将待测透明晶圆的边缘数据等效转化为不透明晶圆的边缘数据，使现有对不透明晶圆预对准研究结果能够支持透明晶圆的预对准定位，该处理方法运算复杂度低，能够满足线阵型CCD传感器的采样要求，精度更高，最后将补偿后传感器的遮光位置通过信号转换为预对准机可以识别的模拟电压输出信号，使得现有的预对准机也能够支持透明晶圆的边缘提取。

附图说明

图1是本申请提供的预对准机提取晶圆边缘的原理框图。

图2是本申请提供的提取方法的流程图。

图3是本申请提供的待测透明晶圆的边缘数据波形图。

图4是本申请提供的补偿修正光路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

图1示出了预对准机提取晶圆边缘的原理框图，预对准机包括预对准支架1、移动平台2、旋转平台3、线阵型CCD传感器4和配套光源5，线阵型CCD传感器4和配套光源5搭设在预对准支架1上并且中心相对放置。晶圆放置在旋转平台3上，并且旋转平台3带动晶圆围绕z轴旋转，旋转平台3上设有真空气路用于吸附晶圆6，旋转平台3放置在移动平台2上，并且移动平台2带动旋转平台3在x-y方向上移动，使得晶圆6移动至线阵型CCD传感器4和配套光源5之间，线阵型CCD传感器4通过处理单元连接控制单元。

本申请公开了一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法，方法流程图如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：在预对准机中不放置晶圆，打开配套光源5，处理单元采集线阵型CCD传感器4每个像素点的第一受光数据S_i作为光源基准波形并进行保存。其中i＝1,2，...,N，N为像素总数。

存储光源基准波形是考虑配套光源5为点光源时，必然导致每个像素点的受光量不同，配套光源5为线阵光源时由于安装、同轴调试误差等因素，也会存在上述问题，在此寄存光源基准波形，用于后续计算，可有效降低光源类型和安装误差的影响。

步骤2：在旋转平台3上放置待测透明晶圆，控制移动平台2承载待测透明晶圆移动，直至待测透明晶圆边缘位于线阵型CCD传感器4的检测范围内。

为了防止旋转过程中待测透明晶圆边缘超出线阵型CCD传感器4的检测范围，本实施例将待测透明晶圆的边缘移动至线阵型CCD传感器4的中心附近。

步骤3：控制旋转平台3承载待测透明晶圆转动，处理单元采集有待测透明晶圆遮挡影响下的线阵型CCD传感器4每个像素点的第二受光数据X_i，从第二受光数据X_i中提取出边缘数据。

无论何种透明度的晶圆，由于其边缘对光的折射等效应，透明晶圆边缘遮挡的光线变多，必然导致线阵型CCD传感器4对应遮光位置的受光量快速减少，因此第二受光数据X_i中包含了边缘信息，基于上述特点，利用变化率法从第二受光数据X_i中判断出待测透明晶圆的边缘数据位置，如图3所示，根据预定采集数量在边缘数据位置的两侧分别确定边缘数据起始位置和边缘数据结束位置，依照采样间隔截取边缘数据起始位置和边缘数据结束位置之间的第二受光数据X_i作为边缘数据Y_j，其中，Y_j∈X，j＝a,a+t,a+2t,...，b，X为第二受光数据的集合，a为边缘数据起始位置，b为边缘数据结束位置，t为采样间隔。需要说明的是，预定采集数量和采样间隔根据实际需求设定，预定采集数量不宜过多，会导致边缘数据包含过多干扰数据且需要更长的处理时间。

步骤4：将边缘数据和光源基准波形进行差分处理，再通过阈值法或极值法获取线阵型CCD传感器4的遮光位置。

边缘数据和光源基准波形进行差分处理得到晶圆边缘遮光波形数据为Z_j＝Y_j-S_j，j＝a,a+t,a+2t,...，b，采用差分曲线拟合可以有效降低配套光源5照射不均的影响，提取准确的晶圆边缘遮光波形，遮光位置K如图3所示。

步骤5：对线阵型CCD传感器4的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置，补偿修正光路示意图如图4所示。

方法一：在旋转平台3上放置不透明晶圆，可选的，本申请采用硅晶圆。控制移动平台2承载不透明晶圆沿y方向平移，使线阵型CCD传感器4从无遮挡到全遮挡，在此过程中处理单元采集线阵型CCD传感器4每个像素点的第三受光数据以及对应的不透明晶圆在线阵型CCD传感器4沿y方向的移动距离，则补偿数据为Δd_i＝f_i-d_i，其中f_i为第i个第三受光数据对应的移动距离，d_i为第i个第三受光数据，将若干个补偿数据建立成补偿查找表。

根据补偿查找表寻找线阵型CCD传感器4的遮光位置对应的补偿数据，并代入f_k＝d_k+α*Δd_k计算得到补偿后传感器的遮光位置，其中，f_k为补偿后传感器的遮光位置，d_k为线阵型CCD传感器4的遮光位置，α为补偿系数，0≤α≤1，Δd_k为遮光位置对应的补偿数据。

方法二：根据

计算得到线阵型CCD传感器4的遮光位置对应的补偿数据，其中，d_s为配套光源5投影到线阵型CCD传感器4的投影点至线阵型CCD传感器4边缘的水平距离，d_k为线阵型CCD传感器4的遮光位置，h_s为配套光源5至线阵型CCD传感器4的垂直高度，h_w为待测透明晶圆至线阵型CCD传感器4的垂直高度。控制单元高速扫描阵型CCD传感器4各个像素点的实时受光量，每次扫描用时非常短(本实施例完成一次CCD扫描用时2ms)，相邻扫描中参数不会发生突变，且目前预对准机的预对准算法普遍可以在十秒内完成预准过程，因此可以认为预对准机测量前后，计算参数d_s、h_s、h_w不发生变化。

将线阵型CCD传感器4的遮光位置和对应的补偿数据代入f_k＝d_k+α*Δd_k计算得到补偿后传感器的遮光位置，其中，f_k为补偿后传感器的遮光位置，α为补偿系数，0≤α≤1，Δd_k为遮光位置对应的补偿数据。

方法二将待测透明晶圆的边缘数据等效转化为不透明晶圆的边缘数据，使现有对不透明晶圆预对准研究结果能够支持透明晶圆的预对准定位，该处理方法运算复杂度低，能够满足线阵型CCD传感器的采样要求，精度更高，因此本实施例优选方法二进行边缘补偿修正。

步骤6：将补偿后传感器的遮光位置进行数模信号转换，并输出给预对准机的控制单元得到待测透明晶圆的边缘位置。

将补偿后传感器的遮光位置代入

计算转换后输出模拟电压输出信号，其中，L为线阵型CCD传感器4沿y方向的长度，V_out为模拟电压输出信号，V_max为模拟电压上限值，V_min为模拟电压下限值。本实施例预对准机可识别的模拟电压信号范围设置为1～5V，也即V_max＝5V，V_min＝1V。

将模拟电压输出信号经过数模转换电路后输出至预对准机的控制单元，控制单元根据模拟电压输出信号得到待测透明晶圆的边缘位置。

信号转换的目的是将晶圆的边缘位置数据转化为控制单元可识别的电信号，目前市场上预对准机可接收的线阵型CCD传感器输出信号普遍为模拟信号，将晶圆边缘在CCD上所处的位置(也即补偿后传感器的遮光位置)，等比例转换为模拟电压进行输出，预对准机通过高速检测模拟电压值，计算出透明晶圆的边缘位置，便于后续开展晶圆方向定位和晶圆圆心定位的计算，对预对准装置和算法屏蔽晶圆透明度的差异，使传统硅晶圆的预对准研究成果能够支持透明晶圆的预对准定位。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种预对准机的透明晶圆边缘提取方法，其特征在于，所述预对准机包括预对准支架、移动平台、旋转平台、线阵型CCD传感器和配套光源，所述线阵型CCD传感器和配套光源搭设在所述预对准支架上并且中心相对放置，晶圆放置在所述旋转平台上，并且所述旋转平台带动所述晶圆围绕z轴旋转，所述旋转平台上设有真空气路用于吸附所述晶圆，所述旋转平台放置在所述移动平台上，并且所述移动平台带动所述旋转平台在x-y方向上移动，使得所述晶圆移动至所述线阵型CCD传感器和配套光源之间，所述线阵型CCD传感器通过处理单元连接控制单元；

所述提取方法包括：

在所述预对准机中不放置晶圆，打开所述配套光源，所述处理单元采集所述线阵型CCD传感器每个像素点的第一受光数据作为光源基准波形并进行保存；

在所述旋转平台上放置待测透明晶圆，控制所述移动平台承载所述待测透明晶圆移动，直至待测透明晶圆边缘位于所述线阵型CCD传感器的检测范围内；

控制所述旋转平台承载所述待测透明晶圆转动，所述处理单元采集有所述待测透明晶圆遮挡影响下的所述线阵型CCD传感器每个像素点的第二受光数据，从所述第二受光数据中提取出所述边缘数据；

将所述边缘数据和所述光源基准波形进行差分处理，再通过阈值法或极值法获取所述线阵型CCD传感器的遮光位置；

对所述线阵型CCD传感器的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置；

将所述补偿后传感器的遮光位置进行数模信号转换，并输出给所述预对准机的控制单元得到所述待测透明晶圆的边缘位置。

2.根据权利要求1所述的预对准机的透明晶圆边缘提取方法，其特征在于，所述从所述第二受光数据中提取出所述边缘数据，包括：

利用变化率法从所述第二受光数据中判断出所述待测透明晶圆的边缘数据位置，根据预定采集数量在所述边缘数据位置的两侧分别确定边缘数据起始位置和边缘数据结束位置，依照采样间隔截取所述边缘数据起始位置和边缘数据结束位置之间的所述第二受光数据作为所述边缘数据Y_j，其中，Y_j∈X，j＝a,a+t,a+2t,...，b，X为所述第二受光数据的集合，a为所述边缘数据起始位置，b为边缘数据结束位置，t为所述采样间隔。

3.根据权利要求1所述的预对准机的透明晶圆边缘提取方法，其特征在于，所述对所述线阵型CCD传感器的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置，包括：

在所述旋转平台上放置不透明晶圆，控制所述移动平台承载所述不透明晶圆沿y方向平移，使所述线阵型CCD传感器从无遮挡到全遮挡，在此过程中所述处理单元采集所述线阵型CCD传感器每个像素点的第三受光数据以及对应的所述不透明晶圆在所述线阵型CCD传感器沿y方向的移动距离，则补偿数据为Δd_i＝f_i-d_i，其中f_i为第i个第三受光数据对应的移动距离，d_i为第i个第三受光数据，将若干个所述补偿数据建立成补偿查找表；

根据所述补偿查找表寻找所述线阵型CCD传感器的遮光位置对应的补偿数据，并代入f_k＝d_k+α*Δd_k计算得到所述补偿后传感器的遮光位置，其中，f_k为所述补偿后传感器的遮光位置，d_k为所述线阵型CCD传感器的遮光位置，α为补偿系数，0≤α≤1，Δd_k为遮光位置对应的补偿数据。

4.根据权利要求1所述的预对准机的透明晶圆边缘提取方法，其特征在于，所述对所述线阵型CCD传感器的遮光位置进行边缘补偿修正得到补偿后传感器的遮光位置，还包括：

根据

计算得到所述线阵型CCD传感器的遮光位置对应的补偿数据，其中，d_s为所述配套光源投影到所述线阵型CCD传感器的投影点至所述线阵型CCD传感器边缘的水平距离，d_k为所述线阵型CCD传感器的遮光位置，h_s为所述配套光源至所述线阵型CCD传感器的垂直高度，h_w为所述待测透明晶圆至所述线阵型CCD传感器的垂直高度；

将所述线阵型CCD传感器的遮光位置和对应的补偿数据代入f_k＝d_k+α*Δd_k计算得到所述补偿后传感器的遮光位置，其中，f_k为所述补偿后传感器的遮光位置，α为补偿系数，0≤α≤1，Δd_k为遮光位置对应的补偿数据。

5.根据权利要求1所述的预对准机的透明晶圆边缘提取方法，其特征在于，所述将所述补偿后传感器的遮光位置进行数模信号转换，并输出给所述预对准机的控制单元得到所述待测透明晶圆的边缘位置，包括：

将所述补偿后传感器的遮光位置代入

计算转换后输出模拟电压输出信号，其中，L为所述线阵型CCD传感器沿y方向的长度，V_out为所述模拟电压输出信号，V_max为模拟电压上限值，V_min为模拟电压下限值；

将所述模拟电压输出信号经过数模转换电路后输出至所述预对准机的控制单元，所述控制单元根据所述模拟电压输出信号得到所述待测透明晶圆的边缘位置。

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