CN113467202B - 光刻设备及硅片预对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光刻设备及硅片预对准方法，硅片预对准装置包括：底板、平移单元、升降单元、旋转单元和光学采集系统。旋转单元与升降单元相互独立设置，旋转运动与升降运动分离，提高运动行程效率。旋转单元设置在平移单元上，平移单元带动旋转单元平移，一方面：实现硅片的偏心量补偿；另一方面：使旋转单元与光学采集系统的横向距离可调，从而适应不同硅片尺寸。升降运动与旋转运动并行，预对准流程改串行为部分并行，缩短流程时间，提高效率。升降单元带动第二吸盘做升降运动，从而使旋转单元上的第一吸盘与升降单元的第二吸盘之间的垂向距离可调，能满足较多工况，提高旋转单元与升降单元对应工位的交接效率和灵活性。

Description

光刻设备及硅片预对准方法

技术领域

本发明属于半导体设备技术领域，具体涉及一种光刻设备及硅片预对准方法。

背景技术

光刻设备是施加预定图案至硅片衬底上的机器。光刻设备广泛用于集成电路(IC)的制造中。光刻工艺的生产过程中，硅片需要通过硅片传输机构(例如机械手)，以较高的定心和定向精度传送到例如光刻设备的工件台上，这样就使得硅片能够以一个固定的姿态进行曝光。由于硅片初始放置时，其位置和方向都不确定，因此在硅片传送到工件台上之前，要求对硅片进行一定精度的预对准。硅片预对准包括：硅片中心的定心和硅片缺口的定向。

现有的一种半导体后道工序使用的预对准设备，如图1所示，共采用4个运动轴，分别为旋转轴R、升降轴Z、补偿轴C、切换轴L；4个轴的作用如下，旋转轴R：实现硅片边缘采集时带动硅片旋转和偏向量补偿；升降轴Z：实现硅片13在硅片吸盘P(P-CHUCK)与硅片吸盘C(C-CHUCK)之间交接；补偿轴C：实现硅片偏心量补偿；切换轴L：实现光学采集系统位置切换，从而实现预对准兼容处理不同尺寸硅片。4个轴的布局如下：升降轴Z安装在底板上11，旋转轴R安装在升降轴Z上；补偿轴C安装在旋转轴R上；切换轴L安装在底板上；光学采集系统12安装在L轴上。

旋转轴R与升降轴Z同轴设置，相互牵制不能独立运动灵活性差，影响运动行程时间和工位交接效率；预对准为串行流程，耗时多效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻设备及预对准方法，提高预对准效率和灵活性。

本发明提供一种光刻设备，包括：曝光装置、掩膜台装置、工件台装置、硅片传输装置；其中所述硅片传输装置包括硅片预对准装置，所述硅片预对准装置用于实现硅片的定心与所述硅片的缺口的定向，所述硅片预对准装置包括：底板、平移单元、升降单元、旋转单元和光学采集系统；所述光学采集系统固定在所述底板上，所述平移单元可移动设置在所述底板上，所述旋转单元设置在所述平移单元上，所述平移单元带动所述旋转单元平移，所述升降单元设置在所述底板上，所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置；所述旋转单元上设置有第一吸盘，所述旋转单元带动所述第一吸盘旋转；所述升降单元上设置有第二吸盘，所述升降单元带动所述第二吸盘做升降运动。

进一步的，所述旋转单元带动所述第一吸盘旋转与所述升降单元带动所述第二吸盘做升降运动可并行进行。

进一步的，所述第二吸盘与所述第一吸盘的垂向距离可调。

进一步的，所述旋转单元与所述升降单元的横向距离可调。

进一步的，所述光学采集系统包括：图像传感器、光源、镜头、镜片以及数据采集元件，所述数据采集元件连接所述图像传感器。

进一步的，所述光学采集系统包括第一光学采集系统；所述第一光学采集系统包括：所述图像传感器、第一光源、所述镜头和所述镜片；光线由所述第一光源发出后，垂直照射在所述硅片的边缘上，并通过所述镜片反射至所述图像传感器。

进一步的，在垂向上，所述图像传感器、所述镜头和所述镜片依次设置；所述图像传感器、所述第一光源以及所述镜头均位于所述硅片边缘垂向上的一侧，所述镜片位于所述硅片边缘垂向上的另一侧。

进一步的，所述光学采集系统包括第二光学采集系统；所述第二光学采集系统包括：所述图像传感器、所述镜头、所述镜片和第二光源；光线由所述第二光源发出透过所述镜片，照射所述硅片的边缘至所述图像传感器。

进一步的，在垂向上，所述图像传感器、所述镜头、所述镜片和所述第二光源依次设置；所述图像传感器、所述镜头以及所述第二光源，三者共轴线设置；所述图像传感器、所述镜头均位于所述硅片边缘垂向上的一侧，所述镜片和所述第二光源均位于所述硅片边缘垂向上的另一侧。

进一步的，所述图像传感器采集所述硅片的边缘的数据与所述缺口的数据，所述数据采集元件根据所述图像传感器的采集数据分别计算所述偏移量与所述缺口的偏向量。

进一步的，所述旋转单元包括轴承、行星减速机、旋转电机和编码器，所述旋转电机作为驱动部分，所述行星减速机作为传动部分，所述编码器提供位置反馈。

进一步的，所述升降单元包括电机、齿轮和齿条，所述电机驱动所述齿轮旋转，所述齿轮旋转带动所述齿条垂向运动，所述齿条带动所述第二吸盘做升降运动。

进一步的，所述平移单元的移动轴采用单轴或相互垂直的两个轴。

进一步的，所述第一吸盘与所述第二吸盘在所述底板上的投影不重叠。

本发明还提供一种硅片预对准方法，用于实现硅片的定心与所述硅片的缺口的定向，包括：

旋转单元带动硅片旋转采集硅片的偏心量的过程中，升降单元从垂向最低位上升至交接低位；

所述旋转单元上的第一吸盘关真空，所述升降单元从所述交接低位上升至交接高位，上升过程中所述硅片由所述第一吸盘交接到所述升降单元上的第二吸盘；

平移单元根据所述偏心量移动，带动所述旋转单元移动，使所述旋转单元的旋转轴与所述硅片的中心轴重合；

所述升降单元从所述交接高位下降至所述交接低位，下降过程中所述硅片由所述第二吸盘交接到所述第一吸盘；

所述旋转单元带动所述硅片旋转，进行所述硅片偏向量的采集和补偿，所述升降单元从所述交接低位下降至所述垂向最低位。

进一步的，旋转单元带动硅片旋转采集硅片的偏心量之前还包括：

根据待对准的硅片尺寸，调整所述平移单元带动所述旋转单元移动，使所述旋转单元的旋转轴到所述光学采集系统的中心轴的距离为所述硅片的半径。

进一步的，当机械手从所述第一吸盘上获取所述硅片或者放置所述硅片至所述第一吸盘上时，所述升降单元下降至垂向最低位。

进一步的，所述硅片的偏向量采集之前，还包括：所述旋转单元带动所述硅片旋转一圈，采集所述硅片边缘数据，计算所述偏心量的残余偏差是否在阈值范围内；如果在所述阈值范围内，进行硅片的偏向量采集；如果超出阈值范围，重复硅片的偏心量采集和补偿步骤，直至偏心量的残余偏差在阈值范围内。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种光刻设备，尤其是其中的硅片预对准装置及预对准方法，所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置，旋转运动与升降运动分离，提高运动行程效率。所述旋转单元设置在平移单元上，平移单元带动所述旋转单元平移，一方面：实现硅片的偏心量补偿；另一方面：使旋转单元与光学采集系统的横向距离可调，从而适应不同硅片尺寸。升降运动与旋转运动并行，预对准流程改串行为部分并行，缩短流程时间，提高效率。升降单元带动第二吸盘做升降运动，从而使旋转单元上的第一吸盘与升降单元的第二吸盘之间的垂向距离可调，能满足较多工况，提高旋转单元与升降单元对应工位的交接效率和灵活性。

附图说明

图1为一种用于光刻设备的硅片预对准装置示意图。

图2为本发明实施例的用于光刻设备的硅片预对准装置示意图。

图3为本发明实施例的旋转单元示意图。

图4为本发明实施例的升降单元示意图。

图5为本发明实施例的硅片预对准方法流程示意图。

其中，附图标记如下：

11-底板；12-光学采集系统；13-硅片；R-旋转轴；Z-升降轴；C-补偿轴；L-切换轴；

20-底板；21-平移单元；22-旋转单元；221-编码器；222-旋转电机；223-行星减速机；224-轴承；23-升降单元；231-齿轮；232-齿条；233-导轨；31-第一吸盘；32-第二吸盘；40-硅片；50-光学采集系统；501-图像传感器；502-第一光源；503-镜头；504-镜片；505-第二光源。

具体实施方式

基于上述研究，本发明实施例提供了一种光刻设备，尤其是其中的硅片预对准装置及预对准方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明实施例提供了一种光刻设备，包括：曝光装置、掩膜台装置、工件台装置、硅片传输装置；其中所述硅片传输装置包括硅片预对准装置，所述硅片预对准装置用于实现硅片的定心与所述硅片的缺口的定向，所述硅片预对准装置包括：底板、平移单元、升降单元、旋转单元和光学采集系统；所述光学采集系统固定在所述底板上，所述平移单元可移动设置在底板上，所述旋转单元设置在平移单元上，所述平移单元带动所述旋转单元平移，所述升降单元设置在所述底板上，所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置；所述旋转单元上设置有第一吸盘，所述旋转单元带动所述第一吸盘旋转；所述升降单元上设置有第二吸盘，所述升降单元带动所述第二吸盘做升降运动。

具体的，如图2所示，本实施例的硅片预对准装置，包括：底板20、平移单元21、升降单元23、旋转单元22和光学采集系统50；所述光学采集系统50固定在所述底板20上，所述平移单元21可移动设置在底板20上，所述旋转单元22设置在平移单元21上，所述升降单元23设置在所述底板20上，所述旋转单元22与所述升降单元23相互独立设置。旋转单元22用于带动硅片40旋转以实现硅片40边缘采集以及偏向量补偿。升降单元23用于和所述旋转单元22切换承载所述硅片40。平移单元21用于实现硅片40的偏心量补偿以及带动所述旋转单元22平移以适应不同硅片40尺寸。光学采集系统50，用于采集所述硅片40的边缘的数据与所述缺口的数据，并计算所述偏心量与所述缺口的偏向量。

相比图1中现有的采用4个运动轴的预对准装置，本实施例硅片预对准装置含3个运动轴的主体(旋转单元22、升降单元23和平移单元21)，降低了设备成本。

旋转单元22具有旋转轴，硅片40的定心是让硅片40的中心轴与旋转单元22的旋转轴两者重合，亦即硅片40的定心是让硅片40的形心与旋转单元22的形心两者重合。硅片40的缺口的定向即是将硅片40的缺口转动到指定位置上，例如将硅片40的缺口转动到光学采集系统50的图像传感器正下方，以使硅片40能以一固定姿态被机械手传输到例如曝光台进行曝光。本实施例的硅片预对准装置可以直接和边缘曝光组件组合，实现硅片边缘曝光。

旋转单元22上设置有第一吸盘31，旋转单元带动第一吸盘31旋转。第一吸盘31例如为真空吸盘，通过真空吸附方式来固定和承载硅片，防止硅片在运动过程中发生位置偏移。

旋转单元22可围绕旋转轴旋转，示例性的，如图3所示，旋转单元22包括编码器221、旋转电机222、行星减速机223和轴承224，旋转电机222作为驱动部分，行星减速机223作为传动部分，旋转精度由轴承224保证，编码器221提供位置反馈。

硅片预对准准备工作包括：调整平移单元21在底板20上的位置，使旋转单元22的旋转轴到光学采集系统50的中心轴的距离为预对准的硅片的半径。平移单元21带动所述旋转单元22平移，一方面：实现硅片的偏心量补偿；另一方面：使旋转单元与光学采集系统的距离可调，从而适应不同硅片尺寸；再一方面：使旋转单元22与所述升降单元23的横向距离可调，适应不同的工况需求。

平移单元21的移动轴可采用单轴，直接在平面内移动偏心量的直线距离，偏心量的直线距离为旋转单元22的旋转轴到硅片40的中心轴的距离，实现平面内X/Y两个方向位置偏差同时补偿。平移单元21的移动轴还可以采用相互垂直的两个轴(X/Y方向两个运动轴)，分别补偿X/Y两个方向位置偏差。

升降单元23上设置有第二吸盘32，升降单元带动第二吸盘32做垂向的升降运动。第二吸盘32用于固定硅片，与第一吸盘32切换承载硅片。硅片40由旋转单元22上的第一吸盘31交接到升降单元23的第二吸盘32的过程中，硅片在俯视方向没有变化，仅是换了一个承载的吸盘，由第一吸盘31转移为第二吸盘32。相当于硅片40的中心轴不动，后续的定心为调整旋转单元22的旋转轴与硅片40的中心轴重合。升降单元23用于带动第二吸盘32承载或脱离硅片40。具体的，如图4所示，升降单元23包括电机(未示出)、齿轮231和齿条232，电机驱动齿轮231旋转，齿轮231旋转带动齿条232垂向运动，从而带动第二吸盘32沿垂向的导轨233上下运动。

升降单元带动第二吸盘32做升降运动，从而使旋转单元22上的第一吸盘31与升降单元23的第二吸盘32之间的垂向距离可调，能满足较多工况，提高旋转单元与升降单元对应工位的交接效率和灵活性。

将硅片40吸附于第一吸盘31上，且硅片40的边缘对应于光学采集系统50。

所述光学采集系统包括：图像传感器、光源、镜头、镜片以及数据采集元件，所述数据采集元件连接所述图像传感器。具体的，光学采集系统50包括第一光学采集系统和/或第二光学采集系统。第一光学采集系统包括：图像传感器501、第一光源502、镜头503和镜片504。第二光学采集系统包括：图像传感器501、镜头503、镜片504和第二光源505。

第一光学采集系统(501、502、503和504)为反射式采集系统，光线由第一光源502发出后，垂直照射在硅片40的边缘上，并通过镜片504反射至图像传感器501。在垂向上，所述图像传感器501、所述镜头503和所述镜片504依次设置；所述图像传感器501、所述第一光源502以及所述镜头503均位于所述硅片边缘垂向上的一侧，所述镜片504位于所述硅片边缘垂向上的另一侧。图像传感器501输出的电压的变化即可反映出硅片40的边缘的位置的明暗变化。

第二光学采集系统(501、503、504和505)为对射式光学系统，光线由第二光源505发出后，光线透过镜片504、照射硅片40的边缘至图像传感器501。在垂向上，所述图像传感器501、所述镜头503、所述镜片504和所述第二光源505依次设置；所述图像传感器501、所述镜头503以及所述第二光源505，三者共轴线设置；所述图像传感器501、所述镜头503均位于所述硅片边缘垂向上的一侧，所述镜片504和所述第二光源505均位于所述硅片边缘垂向上的另一侧。图像传感器501输出的电压的变化即可反映出硅片40的边缘的位置的明暗变化。所述图像传感器采集所述硅片的边缘的数据与所述缺口的数据，所述数据采集元件根据所述图像传感器的采集数据分别计算所述偏移量与所述缺口的偏向量。

镜片504可以同时实现对第一光源502光谱的反射至图像传感器501，以及对第二光源505光谱的透射(不反射)。

本实施例可以使用第一光学采集系统(501、502、503和504)和/或第二光学采集系统(501、503、504和505)，根据不同工艺需求适应性匹配。

本实施例的光学采集系统50包括两套光学采集系统，增加了硅片预对准装置的工艺适应性，可以满足不同类型的硅片预对准需求。

第一光学采集系统(501、502、503和504)为反射式光学系统，例如可以处理含TSV(硅通孔)的晶圆堆叠片，由于晶圆堆叠片有多层，底层有一层无缺口的载片(硅基板)，透射式光学照明光线从硅基板底部穿不过去，所以用反射式光学系统。

第二光学采集系统(501、503、504和505)为对射式光学系统，可以处理标准厚度的晶圆片或玻璃片等，精度高。图像传感器501例如可为电荷耦合元件光传感器(CCD)或位置敏感光传感器(PSD)。CCD图像传感器例如采用线阵式，采用线阵式的CCD图像传感器，利用其采集的一维图像合成二维图像，能够解决面阵式的CCD图像传感器采集的图像中提取硅片信息量过大、图像处理速度慢、识别硅片边缘和缺口效率低的问题。除此之外，还可以采用激光测微仪。

在本实施例中，光学采集系统50的数据采集元件可通过图像传感器501采集到的硅片40的边缘大量的点来拟合出硅片40的形状，并由此计算硅片40的中心轴与旋转单元22的旋转轴的偏移量，即硅片的偏心量。

根据所述偏心量，平移单元21在底板20上平移，带动旋转单元22平移，使旋转单元22的旋转轴与硅片40的中心轴重合。

之后，所述旋转单元根据所述硅片的缺口的偏向量带动所述硅片旋转，以完成所述缺口的定向。

本实施例提供的用于光刻设备的硅片预对准装置，所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置，旋转运动与升降运动分离，提高运动行程效率。平移单元带动所述旋转单元平移，一方面：实现硅片的偏心量补偿；另一方面：使旋转单元与光学采集系统的横向距离可调，从而适应不同硅片尺寸。升降运动与旋转运动并行，预对准流程改串行为部分并行，缩短流程时间，提高效率。升降单元配合旋转单元升降，缩小预对准工位交接的工位垂向距离，提高预对准的效率。升降单元带动第二吸盘做升降运动，从而使旋转单元上的第一吸盘与升降单元的第二吸盘之间的垂向距离可调，能满足较多工况，提高旋转单元与升降单元对应工位的交接效率和灵活性。

本实施例的用于光刻设备的硅片预对准装置，工艺适应性强，应用广泛，可用于翘曲片预对准、对准标记预对准、透明片预对准、TSV(硅通孔)片预对准和薄片预对准中的任意一种或两种以上的组合应用。

本实施例还提供一种硅片预对准方法，用于实现硅片的定心与所述硅片的缺口的定向，如图5所示，包括：

旋转单元带动硅片旋转采集硅片的偏心量的过程中，升降单元从垂向最低位上升至交接低位；

所述旋转单元上的第一吸盘关真空，所述升降单元从所述交接低位上升至交接高位，上升过程中所述硅片由所述第一吸盘交接到所述升降单元上的第二吸盘；

平移单元根据所述偏心量移动，带动所述旋转单元移动，使所述旋转单元的旋转轴与所述硅片的中心轴重合；

所述升降单元从所述交接高位下降至所述交接低位，下降过程中所述硅片由所述第二吸盘交接到所述第一吸盘；

所述旋转单元带动所述硅片旋转，进行所述硅片偏向量的采集和补偿，所述升降单元从所述交接低位下降至所述垂向最低位。

本实施例中，如图2至图4所示，平移单元21、旋转单元22和第一吸盘31在垂向上的高度是固定的，定义垂向上第一吸盘31的顶面所在高度为交接位，交接位往下第一预设距离的高度为交接低位，交接位往上第二预设距离的高度为交接高位，第二吸盘下降到最低位置的高度定义为垂向最低位，设置垂向最低位低于交接低位。第一吸盘31例如为圆形吸盘，第二吸盘32例如为C形吸盘(半月吸盘)，俯视方向看，第二吸盘32位于所述第一吸盘31的外侧，第一吸盘31与第二吸盘32在底板20平面上的投影不重叠，如此一来，使升降单元23带动第二吸盘32升降运动的过程中，第一吸盘31与第二吸盘32互不干涉。

旋转单元22带动硅片40旋转进行硅片的偏心量采集之前还包括：

根据待对准的硅片40尺寸，调整所述平移单元21带动所述旋转单元22移动，使所述旋转单元22的旋转轴到所述光学采集系统50的中心轴的距离为所述硅片40的半径。

当机械手从所述第一吸盘31上获取所述硅片40或者放置所述硅片40至所述第一吸盘31上时，所述升降单元23带动第二吸盘32下降至垂向最低位，为机械手避让空间。

旋转单元22带动硅片40旋转进行硅片的偏心量采集的过程中，升降单元23带动第二吸盘32从垂向最低位上升至交接低位，以缩短后续硅片由第一吸盘31交接到第二吸盘32的垂向距离，节省交接时间。

交接位往下第一预设距离的高度定义为交接低位，具体的，针对标准硅片，第一预设距离例如为0.5mm～1.5mm；针对翘曲硅片，第一预设距离例如为5mm～8mm；第一预设距离的设置旨在设置垂向上安全距离，使硅片和第二吸盘互不干涉；具体为硅片在第一吸盘上旋转与第二吸盘待位(准备交接)互不干涉。

升降单元从交接低位上升至交接高位，硅片由所述旋转单元22交接到所述升降单元23，具体包括：旋转单元22上的第一吸盘31关真空，第一吸盘31不再真空吸附硅片40，仅仅是支撑(承载)硅片40，升降单元23带动第二吸盘32从交接低位上升至交接高位，在此垂向上升的过程中，第二吸盘32从交接低位运动至交接位时就直接将硅片40支撑起并继续运动至交接高位。

交接位往上第二预设距离的高度为交接高位，具体的，针对标准硅片，第二预设距离例如为0.5mm～1.5mm；针对翘曲硅片，第二预设距离例如为5mm～8mm；第二预设距离可与第一预设距离相等，也可根据实际需要设置。第二预设距离的设置旨在设置垂向上安全距离，后续偏心量补偿过程会带动第一吸盘31移动，第二预设距离使硅片和第一吸盘31互不干涉。

平移单元21根据所述偏心量在底座上移动，带动旋转单元22平移，以使所述旋转单元22的旋转轴与硅片40的中心轴重合，即完成硅片的定心。

第一吸盘31开真空，判断真空度达到要求，升降单元23带动第二吸盘32上的硅片40从交接高位下降，下降至交接位时，硅片40吸附在第一吸盘31上，升降单元23一直下降至交接低位。升降单元23带动第二吸盘32从交接高位下降至交接低位，行程例如为1mm～3mm。

接着，旋转单元22带动所述硅片40旋转一圈，采集硅片边缘数据，计算所述偏心量的残余偏差是否在阈值范围内。如果在阈值范围内，说明偏心量的补偿合格，进行后续定向；如果超出阈值范围，说明偏心量的补偿不合格，重复前述步骤，继续进行偏心量的采集和补偿，直至偏心量的残余偏差在阈值范围内。

接着，旋转单元22带动所述硅片40旋转，进行所述硅片40偏向量的采集和补偿，升降单元23从交接低位下降至垂向最低位。

具体的，根据硅片的缺口的粗采数据，将硅片的缺口位置转到光学采集系统的图像传感器正下方，缺口精采样一次，计算方向并最终定向，进行偏向补偿。对硅片的缺口进行粗定位及细采样，并将硅片的缺口旋转到指定位置。硅片40偏向量的采集和补偿过程中，升降单元23带动第二吸盘32从交接低位下降至垂向最低位，行程例如为12mm～16mm。

本实施例中，预对准第一吸盘与第二吸盘交接方式包括两种方式。第一种方式为：升降单元23运动至交接位停顿，第一吸盘31与第二吸盘32，其中一个开真空吸附硅片，另一个关真空释放硅片，应当理解不管哪个吸盘关真空释放硅片，硅片均还承载在吸盘上，不存在掉落。具体的，第一种方式：第一吸盘与第二吸盘交接时，升降单元23运动到交接位停顿，然后切换真空，最后升降单元23运动到交接高位或交接低位。以硅片由第一吸盘31交接到第二吸盘32为例，第一吸盘31真空吸附硅片处于交接位，升降单元23带动第二吸盘32由交接低位运动至交接位停顿，第二吸盘32开真空吸附硅片，第一吸盘31关真空释放硅片，升降单元23带动第二吸盘32运动至交接高位。

第二种方式为：第一吸盘与第二吸盘交接时，升降单元23运动至交接位不停顿，直接支撑起(托起)或放下硅片一直运动，在运动过程中完成交接。针对标准硅片，第二吸盘32没有真空吸附过程。以硅片由第一吸盘31交接到第二吸盘32为例，第一吸盘31真空吸附硅片处于交接位，第一吸盘31的真空先关闭，升降单元23带动第二吸盘32从交接低位一直上升至交接高位，在此垂向上升的过程中，第二吸盘32从交接低位运动至交接位时就直接将硅片40支撑起并继续运动至交接高位，在运动过程中完成交接。第二种方式硅片交接时间大幅减小(例如预对准时间小于7s)，有效提高了产率。

综上所述，本发明提供了一种光刻设备及硅片预对准方法，预对准动作串行改为部分动作并行：所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置，所以升降单元带动第二吸盘垂向运动与旋转单元带动第一吸盘旋转运动可并行；旋转单元带动硅片旋转进行硅片的偏心量采集的过程中，升降单元从垂向最低位上升至交接低位；预对准在定心完成后，旋转单元在执行定向动作时，升降单元可并行运动至垂向最低位，(提前为机械手取放片避让空间)。

预对准第一吸盘与第二吸盘交接距离缩短：所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置，即旋转单元与升降单元分开布置的方式，升降单元可以根据应用工况调整第一吸盘与第二吸盘之间的垂向距离，实现在预对准第一吸盘与第二吸盘交接时距离缩短，在预对准和机械手交接时候距离增大到所需垂向距离，并根据硅片翘曲量可调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (17)

1.一种光刻设备，包括：曝光装置、掩膜台装置、工件台装置和硅片传输装置；其中所述硅片传输装置包括硅片预对准装置，所述硅片预对准装置用于实现硅片的定心与所述硅片的缺口的定向，其特征在于，所述硅片预对准装置包括：

底板、平移单元、升降单元、旋转单元和光学采集系统；所述光学采集系统固定在所述底板上，所述平移单元可移动设置在所述底板上，所述旋转单元设置在所述平移单元上，所述平移单元带动所述旋转单元平移，所述升降单元设置在所述底板上，所述旋转单元与所述升降单元相互独立设置；所述旋转单元上设置有第一吸盘，所述旋转单元带动所述第一吸盘旋转；所述升降单元上设置有第二吸盘，所述升降单元带动所述第二吸盘做升降运动；其中，所述旋转单元与所述升降单元的横向距离可调。

2.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述旋转单元带动所述第一吸盘旋转与所述升降单元带动所述第二吸盘做升降运动可并行进行。

3.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述第二吸盘与所述第一吸盘的垂向距离可调。

4.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述光学采集系统包括：图像传感器、光源、镜头、镜片以及数据采集元件，所述数据采集元件连接所述图像传感器。

5.如权利要求4所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述光学采集系统包括第一光学采集系统；所述第一光学采集系统包括：所述图像传感器、第一光源、所述镜头和所述镜片；光线由所述第一光源发出后，垂直照射在所述硅片的边缘上，并通过所述镜片反射至所述图像传感器。

6.如权利要求5所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，在垂向上，所述图像传感器、所述镜头和所述镜片依次设置；所述图像传感器、所述第一光源以及所述镜头均位于所述硅片边缘垂向上的一侧，所述镜片位于所述硅片边缘垂向上的另一侧。

7.如权利要求4或5所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述光学采集系统包括第二光学采集系统；所述第二光学采集系统包括：所述图像传感器、所述镜头、所述镜片和第二光源；光线由所述第二光源发出透过所述镜片，照射所述硅片的边缘至所述图像传感器。

8.如权利要求7所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，在垂向上，所述图像传感器、所述镜头、所述镜片和所述第二光源依次设置；所述图像传感器、所述镜头以及所述第二光源，三者共轴线设置；所述图像传感器、所述镜头均位于所述硅片边缘垂向上的一侧，所述镜片和所述第二光源均位于所述硅片边缘垂向上的另一侧。

9.如权利要求4所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述图像传感器采集所述硅片的边缘的数据与所述缺口的数据，所述数据采集元件根据所述图像传感器的采集数据分别计算偏移量与所述缺口的偏向量。

10.如权利要求1至6任意一项所述的光刻设备，所述硅片预对准装置中，其特征在于，所述旋转单元包括轴承、行星减速机、旋转电机和编码器，所述旋转电机作为驱动部分，所述行星减速机作为传动部分，所述编码器提供位置反馈。

11.如权利要求1至6任意一项所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述升降单元包括电机、齿轮和齿条，所述电机驱动所述齿轮旋转，所述齿轮旋转带动所述齿条垂向运动，所述齿条带动所述第二吸盘做升降运动。

12.如权利要求1至6任意一项所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述平移单元的移动轴采用单轴或相互垂直的两个轴。

13.如权利要求1至6任意一项所述的光刻设备，其特征在于，所述硅片预对准装置中，所述第一吸盘与所述第二吸盘在所述底板上的投影不重叠。

14.一种硅片预对准方法，用于实现硅片的定心与所述硅片的缺口的定向，其特征在于，包括：

旋转单元带动硅片旋转采集硅片的偏心量的过程中，升降单元从垂向最低位上升至交接低位；

所述旋转单元上的第一吸盘关真空，所述升降单元从所述交接低位上升至交接高位，上升过程中所述硅片由所述第一吸盘交接到所述升降单元上的第二吸盘；

平移单元根据所述偏心量移动，带动所述旋转单元移动，使所述旋转单元的旋转轴与所述硅片的中心轴重合；

所述升降单元从所述交接高位下降至所述交接低位，下降过程中所述硅片由所述第二吸盘交接到所述第一吸盘；

所述旋转单元带动所述硅片旋转，进行所述硅片偏向量的采集和补偿，所述升降单元从所述交接低位下降至所述垂向最低位。

15.如权利要求14所述的硅片预对准方法，其特征在于，旋转单元带动硅片旋转采集硅片的偏心量之前还包括：

根据待对准的硅片尺寸，调整所述平移单元带动所述旋转单元移动，使所述旋转单元的旋转轴到光学采集系统的中心轴的距离为所述硅片的半径。

16.如权利要求14所述的硅片预对准方法，其特征在于，还包括：

当机械手从所述第一吸盘上获取所述硅片或者放置所述硅片至所述第一吸盘上时，所述升降单元下降至所述垂向最低位。

17.如权利要求14所述的硅片预对准方法，其特征在于，所述硅片的偏向量采集之前，还包括：所述旋转单元带动所述硅片旋转一圈，采集所述硅片边缘数据，计算所述偏心量的残余偏差是否在阈值范围内；如果在所述阈值范围内，进行硅片的偏向量采集；如果超出阈值范围，重复硅片的偏心量采集和补偿步骤，直至偏心量的残余偏差在阈值范围内。

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