CN114695225A - 一种晶圆预对准装置和晶圆预对准方法 - Google Patents

一种晶圆预对准装置和晶圆预对准方法 Download PDF

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CN114695225A CN202011628767.0A CN202011628767A CN114695225A CN 114695225 A CN114695225 A CN 114695225A CN 202011628767 A CN202011628767 A CN 202011628767A CN 114695225 A CN114695225 A CN 114695225A
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杨思雨
付红艳
郎新科
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Abstract

本发明实施例公开了一种晶圆预对准装置和晶圆预对准方法。该装置包括：图像采集模块，其中包括图像采集单元和相机位置切换机构，图像采集模块用于分别采集晶圆的边缘信息和其上标记的位置信息；数据处理模块用于根据边缘信息和标记位置信息，分别确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量和第二偏移量；粗预对准模块用于对晶圆的第一偏移量进行补偿；精预对准模块用于对晶圆的第二偏移量进行补偿。本发明实施例解决了现有对准装置预对准精度偏差较大的问题，不仅可提高预对准精度，还能适用各类键合片的预对准，满足后续晶圆光刻对位需求。

Description

一种晶圆预对准装置和晶圆预对准方法
技术领域
本发明实施例涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种晶圆预对准装置和晶圆预对准方法。
背景技术
晶圆预对准是传输分系统的一个重要模块，传输机械手从晶圆存储器(FOUP或cassette)取到晶圆，经晶圆预对准设备对晶圆定心定向后，通过机械手上片至工件台，然后运动至对准工位对准。其中要求晶圆经预对准设备对晶圆位置初定位后，晶圆上的标记能够进入对准视场内。由于晶圆标记相对于晶圆几何特征有较高的位置精度，常规晶圆预对准是基于晶圆外圆几何特征实现晶圆定心，例如基于边缘槽口或平边等几何特征实现晶圆定向。但是，在如下的工况中，常规预对准方法不能满足晶圆预对准精度要求。
(1)市场上存在多种键合片，采用机械式键合，或者前续的工艺较差导致底层载片和上层键合片存在水平向偏移和存在不定的角度偏差。使得基于晶圆几何特征的预对准设备完成晶圆位置定位后，晶圆上的标记无法进入对准视场，对准系统无法根据标记的名义位置找到标记，最终导致无法进行对准；
(2)晶圆的几何特征(如外圆或槽口或平边)损坏，导致预对准失败。
发明内容
本发明提供一种晶圆预对准装置和晶圆预对准方法，以利用晶圆的外形特征和标记分别实现粗预对准和精预对准，实现有效的预对准外，还能保证满足预对准的精度要求。
第一方面，本发明实施例提供了一种晶圆预对准装置，包括：
图像采集模块，用于分别采集晶圆的边缘信息和晶圆上的标记位置信息；
数据处理模块，用于根据所述边缘信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
粗预对准模块，用于对所述晶圆的所述第一偏移量进行补偿；
精预对准模块，用于对所述晶圆的所述第二偏移量进行补偿。
可选地，所述图像采集模块包括图像采集单元和相机位置切换机构，所述图像采集单元包括粗预对准相机模式和精预对准相机模式，且可在所述粗预对准相机模式和所述精预对准相机模式之间切换；所述相机位置切换机构用于驱动所述图像采集单元在所述粗预对准相机模式和所述精预对准相机模式对应的图像采集位置进行切换；所述图像采集单元用于在所述粗预对准相机模式下采集晶圆的边缘信息，在所述精预对准相机模式下采集所述晶圆上的标记位置信息。
可选地，所述图像采集单元包括面阵CCD相机，所述面阵CCD相机包括多个图像感应区；
所述粗预对准相机模式下，部分所述图像感应区构成线阵采集模式；所述精预对准相机模式下，所述多个图像感应区构成面阵采集模式。
可选地，所述相机位置切换机构包括第一水平向移动机构，所述面阵CCD相机安装在所述第一水平向移动机构上，所述第一水平向移动机构用于带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动。
可选地，所述第一偏移量包括第一偏心量和第一偏向量；
所述粗预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；所述升降交接单元用于将所述晶圆在所述旋转运动单元和所述偏心补偿单元之间进行交接；所述旋转运动单元用于承载、固定和旋转所述晶圆，还用于对所述晶圆的所述第一偏向量进行补偿；所述偏心补偿单元用于对所述晶圆的所述第一偏心量进行补偿。
可选地，所述第二偏移量包括第二偏心量和第二偏向量；
所述精预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；所述升降交接单元用于将所述晶圆在所述旋转运动单元和所述偏心补偿单元之间进行交接；所述旋转运动单元用于承载、固定和旋转所述晶圆，还用于对所述晶圆的所述第二偏向量进行补偿；所述偏心补偿单元用于对所述晶圆的所述第二偏心量进行补偿。
可选地，所述旋转运动单元包括旋转轴；所述偏心补偿单元包括第二水平向移动机构；
所述升降交接单元包括升降轴、第一卡盘和第二卡盘，所述升降轴与所述旋转轴的底端固定连接，所述第一卡盘与所述旋转轴顶端固定连接，所述第二卡盘与所述第二水平向移动机构固定连接，所述升降轴可带动所述旋转轴和所述第一卡盘沿竖向做升降运动，以将所述晶圆在所述第一卡盘和所述第二卡盘上交接。
可选地，所述第二偏移量包括第一方向偏移量和第二方向偏移量；
所述精预对准模块包括第三水平向移动机构和第四水平向移动机构，所述第三水平向移动机构用于沿第一方向对所述晶圆的所述第一方向偏移量进行补偿；
所述第四水平向移动机构用于沿第二方向对所述晶圆的所述第二方向偏移量进行补偿；其中，所述第一方向和所述第二方向相交。
第二方面，本发明实施例还提供了一种晶圆预对准方法，采用如第一方面任一项所述的晶圆预对准装置进行晶圆预对准，所述晶圆预对准方法包括：
所述图像采集模块采集晶圆的边缘信息；
根据所述边缘信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量；
粗预对准模块对所述晶圆的所述第一偏移量进行补偿；
所述图像采集模块采集所述晶圆上的标记位置信息；
根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
精预对准模块对所述晶圆的所述第二偏移量进行补偿。
可选地，所述晶圆预对准装置中，所述图像采集模块包括图像采集单元和相机位置切换机构，所述图像采集单元包括粗预对准相机模式和精预对准相机模式，且可在所述粗预对准相机模式和所述精预对准相机模式之间切换；
在所述图像采集模块采集晶圆的边缘信息之前，包括：
相机位置切换机构将图像采集单元移动至粗对准相机模式对应的图像采集位置；
所述图像采集模块采集晶圆的边缘信息，包括：
所述图像采集单元采集晶圆的边缘信息；
在所述图像采集模块采集所述晶圆上的标记位置信息之前，包括：
相机位置切换机构将所述图像采集单元移动至精对准相机模式对应的图像采集位置；
所述图像采集模块采集晶圆上的标记位置信息，包括：
所述图像采集单元采集晶圆上的标记位置信息。
可选地，所述晶圆预对准装置中，所述图像采集单元包括面阵CCD相机，所述面阵CCD相机包括多个图像感应区；
所述粗预对准相机模式下，沿同一方向依次排列的部分所述图像感应区构成线阵采集模式；所述精预对准相机模式下，位于同一区域的所述多个图像感应区构成面阵采集模式；
所述相机位置切换机构包括第一水平向移动机构，所述面阵CCD相机安装在所述第一水平向移动机构上；
相机位置切换机构将图像采集单元移动至粗预对准相机模式对应的图像采集位置，包括：
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述晶圆的边缘上方；
所述图像采集单元采集晶圆的边缘信息，包括：
所述面阵CCD相机切换为线阵采集模式，采集所述晶圆的边缘信息；
相机位置切换机构将所述图像采集单元移动至精预对准相机模式对应的图像采集位置，包括：
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述晶圆上的标记的上方；
所述图像采集单元采集所述晶圆上的标记位置信息，包括：
所述面阵CCD相机切换为面阵采集模式，采集所述晶圆的标记位置信息。
可选地，所述第一偏移量包括第一偏心量和第一偏向量；
所述图像采集单元采集晶圆的边缘信息，包括：
所述旋转运动单元旋转所述晶圆；
根据所述边缘信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，包括：
使用自动阈值分割法和梯度差分法，从所述边缘信息中提取晶圆整周的数据；
对晶圆整周的数据采用最小二乘法进行拟合，并计算所述第一偏心量；
对晶圆整周的数据采用分段直线拟合，并计算第一偏向量。
可选地，所述粗预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；所述旋转运动单元包括旋转轴；所述偏心补偿单元包括第二水平向移动机构；
粗预对准模块对所述晶圆的所述第一偏移量进行补偿，包括：
所述旋转运动单元对所述晶圆的所述第一偏向量进行补偿；
所述升降交接单元将所述晶圆由所述旋转运动单元交接至所述偏心补偿单元上；
所述偏心补偿单元对所述晶圆的所述第一偏心量进行补偿；
所述升降交接单元将所述晶圆由所述偏心补偿单元交接至所述旋转运动单元上。
可选地，所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述晶圆上标记的上方，包括：
根据模版匹配算法以及仿射变换逻辑，确定标记的名义位置落入面阵CCD相机的视场所需的旋转角度；
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，所述旋转运动单元以所述旋转角度旋转所述晶圆，直至标记的名义位置落于所述面阵CCD相机的视场内；
以所述面阵CCD相机的视场在所述晶圆上的投影区域为中心区域，围绕所述中心区域设定八个探测区；
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，所述旋转运动单元旋转所述晶圆，直至所述面阵CCD相机的视场依次与所述八个探测区重合；
依次对所述中心区域和所述八个探测区进行图像识别并查找标记；
根据查找到的标记，确定所述晶圆上的标记位置信息。
可选地，所述晶圆预对准方法还包括：
选取标准晶圆，并使所述面阵CCD相机切换为面阵采集模式；
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，同时采集所述标准晶圆上的标准标记位置信息；
根据所述标准标记在所述标准晶圆上的位置信息以及所述面阵CCD相机采集的所述标准标记位置信息，标定形成相机本身的运动偏差量；
根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量，包括：
根据所述标记位置信息和相机本身的运动偏差量，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量。
可选地，所述晶圆预对准方法还包括：
建立相机坐标系、粗预对准坐标系和精预对准坐标系；
选取标准晶圆，并使所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述标准晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述标准晶圆上的标准标记的上方；
所述面阵CCD相机切换为面阵采集模式，确定所述标准晶圆上的标准标记在所述相机坐标系中的位置信息；
根据已知的所述标准标记在所述标准晶圆上的位置信息，确定所述标准标记在所述粗预对准坐标系的位置信息；
根据所述标准标记在所述粗预对准坐标系和所述相机坐标系中的位置信息，建立粗预对准坐标系和相机坐标系转换关系式；
根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；包括：
根据所述晶圆上的标记在所述相机坐标系中的位置信息、粗预对准坐标系和相机坐标系转换关系式以及已知的粗预对准坐标系和精预对准坐标系的转换关系式，确定所述晶圆上的标记在所述精预对准坐标系上的实际位置信息；
根据所述晶圆上的标记的预设对准位置以及在所述精预对准坐标系上的实际位置信息，计算所述第二偏移量。
本发明实施例提供的晶圆预对准装置和预对准方法，通过设置图像采集模块、数据处理模块、粗预对准模块和精预对准模块，图像采集模块用于分别采集晶圆的边缘信息和其上标记的位置信息，数据处理模块用于根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；粗预对准模块用于对晶圆的第一偏移量进行补偿，精预对准模块用于对晶圆的第二偏移量进行补偿，实现了对晶圆的粗预对准和精预对准的两个对准步骤。本发明实施例解决了现有的对准装置预对准的精度偏差较大的问题，不仅可以提高预对准的精度，同时能够适用于各类键合片的预对准，对几何外形产生损伤的晶圆也能够进行有效的预对准，确保了晶圆上的标记进入对准视场，满足了后续的晶圆光刻对位需求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种晶圆预对准装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种晶圆预对准装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种晶圆预对准方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种晶圆边缘图像的示意图
图5是本发明实施例提供的一种晶圆边缘图像的数据采集示意图
图6是本发明实施例提供的一种晶圆边缘数据图；
图7是图6所示晶圆边缘数据拟合圆的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种晶圆定心过程示意图；
图9是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准装置的结构示意图；
图10是图9所示晶圆预对准装置中图像采集单元的两种采集模式的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准装置的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的另一种晶圆预对准方法的流程图；
图13是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准方法的流程图；
图14是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准方法的流程图；
图15是本发明实施例提供的视场补偿示意图；
图16是本发明实施例提供的相机运动补偿原理示意图；
图17是本发明实施例提供的坐标系转换关系式建立原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种晶圆预对准装置的结构示意图，参考图1，该晶圆预对准装置包括：图像采集模块10，用于分别采集晶圆的边缘信息和晶圆上的标记位置信息；数据处理模块40，用于根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；粗预对准模块20，用于对晶圆的第一偏移量进行补偿；精预对准模块30，用于对晶圆的第二偏移量进行补偿。
其中，数据处理模块40分别与图像采集模块10、粗预对准模块20和精预对准模块30电连接，数据处理模块40负责获取图像采集模块10采集的晶圆边缘信息以及晶圆上的标记位置信息，对图像进行处理后，获得晶圆的偏移量。可以理解的是，由于晶圆的边缘形状误差较大，因此，利用晶圆的边缘信息计算获得的第一偏移量实质上存在一定误差。粗预对准模块20根据该第一偏移量可以对晶圆进行初步的对准，即实现粗预对准过程。而由于晶圆上的标记位置较为精确，根据标记的位置信息，来计算获取晶圆的第二偏移量，可以通过精预对准模块30将晶圆进行更为精细化的对准，即实现了精预对准过程。
由于第一偏移量和第二偏移量的计算方式取决于采集的晶圆不同位置的图像，在采集相关的边缘信息或者标记位置信息时，本发明提供了两种实施方式。具体地，以图1所示的晶圆预对准装置为例，该晶圆预对准装置中，图像采集模块10具体可包括图像采集单元11和相机位置切换机构12，图像采集单元11包括粗预对准相机模式和精预对准相机模式，且可在粗预对准相机模式和精预对准相机模式之间切换；相机位置切换机构用于驱动图像采集单元11在粗预对准相机模式和精预对准相机模式对应的图像采集位置进行切换；图像采集单元11用于在粗预对准相机模式下采集晶圆的边缘信息，在精预对准相机模式下采集晶圆上的标记位置信息。
其中，相机位置切换机构12将图像采集单元11移动至晶圆的对应位置，即在采集晶圆的边缘信息时，图像采集单元11的视场为晶圆的边缘区域；在采集晶圆的标记位置信息时，图像采集单元11的视场应为晶圆上标记的对应区域。此外，由于采集的图像信息不同，图像采集单元11可设置为两种相机模式，其中，由于晶圆上标记的尺寸较小，位置较为精细，故而在采集标记的位置信息时，需要图像采集单元11以精预对准相机模式进行图像采集，例如增加图像采集的分辨率，提高图像的清晰度等。而用于计算第一偏移量的晶圆边缘信息，其实质是根据边缘的轮廓以及轮廓上的槽口或平边等形状信息进行计算，其对图像的画质要求相对较低，因而，在采集时可将图像采集单元11设置为粗预对准相机模式。
此外，需要说明的是，由于晶圆上的标记尺寸较小，需要高精度的图像采集设备进行采集，而目前的高精度图像采集设备在实现微细图像采集时，其视场范围较小。因此，粗预对准模块20的粗预对准过程，其目的和作用不只是简单地将晶圆进行初步对准的过程，在初步对准的前提下，图像采集设备可移动至晶圆上标记的上方，从而在视场中查找到标记。
对比如图1所示的晶圆预对准装置，本发明实施例还提供了一种晶圆预对准装置。图2是本发明实施例提供的另一种晶圆预对准装置的结构示意图，参考图2，该晶圆预对准装置中同样包括图像采集模块10，用于分别采集晶圆的边缘信息和晶圆上的标记位置信息；数据处理模块40，用于根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；粗预对准模块20，用于对晶圆的第一偏移量进行补偿；精预对准模块30，用于对晶圆的第二偏移量进行补偿。其中，图像采集模块10包括粗预对准图像采集单元101和精预对准图像采集单元102，粗预对准图像采集单元101负责采集晶圆的边缘信息，精预对准图像采集单元102负责采集晶圆上的标记位置信息。并且，可选地，该粗预对准图像采集单元101和精预对准图像采集单元102可分别对应设置于水平移动轴上，用于分别驱动两个图像采集单元在晶圆上方水平向移动，保证粗预对准图像采集单元101对准晶圆的边缘区域，精预对准图像采集单元102对准晶圆上标记所在的区域。本领域技术人员可以理解，该实施例中，粗预对准图像采集单元101和精预对准图像采集单元102的区别，实质上与图1所示实施例中图像采集单元的两种相机模式的区别相同，其均用于针对性地采集晶圆的边缘信息以及晶圆上标记的位置信息。
基于上述提供的晶圆预对准装置，本发明实施例还提供了一种晶圆预对准方法，图3是本发明实施例提供的一种晶圆预对准方法的流程图，参考图1和图3，下面对本发明实施例提供的晶圆预对准装置和晶圆预对准方法进行具体介绍，该晶圆预对准方法包括：
S110、、图像采集单元采集晶圆的边缘信息；
该步骤是对晶圆边缘进行扫描的过程，具体可通过旋转晶圆，使晶圆的边缘依次经过图像采集单元11的视场，即实现了晶圆边缘的扫描。
S120、根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量；
图4是本发明实施例提供的一种晶圆边缘图像的示意图，首先，参考图4，本领域技术人员可以理解的是，为了对晶圆进行定向，晶圆的边缘通常会设置槽口(也可设置为平边)，通过槽口的位置来确定晶圆的朝向。图5是本发明实施例提供的一种晶圆边缘图像的数据采集示意图，参考图5，根据扫描获得的晶圆边缘图像，通过适当的图像处理以及分析，例如使用自动阈值分割法和梯度差分法，可对图像边缘数据进行提取。由此，可获取槽口或者平边在晶圆边缘图像上的位置，利用晶圆边缘图像与旋转晶圆时的旋转角度的对应关系，即可确定槽口或者平边在实际晶圆边缘上的位置，从而实现了晶圆的定向，继而根据目标的晶圆朝向，可以确定晶圆朝向的偏移量。
步骤S120中，除进行粗定向的计算外，还需要对晶圆的圆心进行定心的过程。图6是本发明实施例提供的一种晶圆边缘数据图，图7是图6所示晶圆边缘数据拟合圆的示意图，图8是本发明实施例提供的一种晶圆定心过程示意图，参考图6-图8，具体地，通过图像数据的提取，可获得晶圆边缘数据的曲线，通过对边缘数据进行最小二乘进行拟合，即可根据拟合曲线画出晶圆的边缘轮廓，然后，根据晶圆上平边的形状特征，即可确定出晶圆的圆心。进而，根据晶圆目标的圆心位置，即可获得晶圆圆心的偏移量。
需要说明的是，晶圆粗定向和粗定心的过程中，可以对晶圆边缘数据进行分段式直线拟合，从而规避槽口或平边的数据崩坏，或者平边长度存在误差等问题。其中，进行分段式直线拟合可根据经验对采集获得的数据进行剔除，仅采用其中的有效数据来进行直线拟合，从而进行粗定向和粗定心的处理。
S130、粗预对准模块对晶圆的第一偏移量进行补偿；
该步骤实质是根据步骤S130粗定向和粗定心获得的晶圆朝向和圆心位置，对晶圆的朝向和圆心位置进行补偿对准的过程。具体地，根据晶圆朝向的偏移量以及晶圆圆心的偏移量，可适当地旋转晶圆、调节圆心位置，从而实现对第一偏移量的补偿。
S140、图像采集单元采集晶圆上的标记位置信息；
S150、根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
该过程是通过图像处理和识别，确定图像中的标记后，根据图像中标记的位置确定晶圆的位置的过程。可以理解的是，标记的位置即代表了晶圆的位置，通过对比晶圆上标记的目标位置，即预对准的位置，可以获得更为精细的晶圆的偏移量。
S160、精预对准模块对晶圆的第二偏移量进行补偿。
根据上述步骤S150获得的相对更为精细的偏移量，精预对准模块可通过移动晶圆位置，实现第二偏移量的补偿，从而最终实现了晶圆的预对准过程。
需要说明的是，精预对准模块具体可以是工件台。在步骤S160之前，晶圆可均设置在粗预对准模块上，图像采集单元11则设置在粗预对准模块的上方，在对第一偏移量进行补偿时，粗预对准模块直接进行补偿。而在补偿第一偏移量之后，重新利用图像采集单元11进行晶圆标记的采集以及第二偏移量的计算，可以精确获得粗预对准之后的晶圆偏移量，继而利用机械手将晶圆移动至精预对准模块即工件台后，可通过工件台进行位置补偿，实现精细的预对准过程。
本发明实施例提供的晶圆预对准装置和预对准方法，通过设置图像采集模块、数据处理模块、粗预对准模块和精预对准模块，图像采集模块用于分别采集晶圆的边缘信息和其上标记的位置信息，数据处理模块用于根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；粗预对准模块用于对晶圆的第一偏移量进行补偿，精预对准模块用于对晶圆的第二偏移量进行补偿，实现了对晶圆的粗预对准和精预对准的两个预对准步骤。本发明实施例解决了现有的对准装置预对准的精度偏差较大的问题，不仅可以提高预对准的精度，同时能够适用于各类键合片的预对准，对几何外形产生损伤的晶圆也能够进行有效的预对准，确保了晶圆上的标记进入对准视场，满足了后续的晶圆光刻对位需求。
在如图1所示的晶圆预对准装置的基础上，图像采集模块10包括图像采集单元11和相机位置切换机构12，图像采集单元11包括粗预对准相机模式和精预对准相机模式，且可在粗预对准相机模式和精预对准相机模式之间切换。基于此，本发明实施例中的预对准方法中，S110、图像采集模块采集晶圆的边缘信息实质为图像采集单元11采集晶圆的边缘信息；S140、图像采集模块采集晶圆上的标记位置信息实质为图像采集单元11采集晶圆上的标记位置信息。
具体地，在S110、图像采集模块采集晶圆的边缘信息之前，包括：
S111、相机位置切换机构将图像采集单元移动至粗对准相机模式对应的图像采集位置；
此过程实质是将图像采集单元11移动至晶圆边缘的上方的过程，此时晶圆的边缘落入图像采集单元11的视场内。
在S140、图像采集模块采集晶圆上的标记位置信息之前，包括：
S141、相机位置切换机构将图像采集单元移动至精对准相机模式对应的图像采集位置；
此过程则是将图像采集单元11移动至晶圆上标记的上方的过程，此时晶圆的标记落入图像采集单元11的视场内。
此外，该实施例中利用图像采集模块中的图像采集单元切换两种相机模式，实现粗预对准和精预对准的补偿，不仅能够减少整个对准装置的体积和占据空间，还能够以同一图像采集单元为基准进行坐标位置的转换，对偏移量能够进行集中计算处理，保证了对准过程中位置转换的精确度，提高对准过程数据处理的集中度。
基于同一发明构思，本发明实施例针对该晶圆预对准装置还提供了具体的实施方式。图9是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准装置的结构示意图，参考图9，该晶圆预对准装置中，具体地，图10是图9所示晶圆预对准装置中图像采集单元的两种采集模式的结构示意图，同时参考图10，可选地，图像采集单元11包括面阵CCD相机110，面阵CCD相机110包括多个图像感应区1101；粗预对准相机模式下，沿同一方向依次排列的部分图像感应区构成线阵采集模式；粗预对准相机模式下，位于同一区域的多个图像感应区构成面阵采集模式。
其中，面阵CCD相机110中设置有多个阵列排布的CCD探测器，通过将该阵列排布的CCD探测器划分为多个图像感应区1101，对各个图像感应区1101进行开关控制，可以实现面阵CCD相机的线阵采集模式和面阵采集模式。其中，线阵采集模式沿同一方向排列即一列或一行的多个图像感应区1101工作，面阵采集模式则是全部或某一区域内的图像感应区1101工作。显然，当全部图像感应区1101工作时，该面阵CCD相机110能够获取分辨率更高的晶圆局部图像，从而实现对有效地进行标记位置的识别和确定。
继续参考图9，进一步可选地，该晶圆预对准装置中，图像采集单元11还可设置包括照明光源111、半透半反镜112、反射镜113和成像镜头114，半透半反镜112位于照明光源111的出射光路上，且形成反射照明光路；晶圆的边缘位于反射照明光路的光场内，反射镜113位于反射照明光路上，且在反射照明光路上，反射镜113位于晶圆之后；反射镜113形成反射成像光路，成像镜头114和面阵CCD相机110依次设置在反射成像光路上。可选地，相机位置切换机构12包括第一水平向移动机构120，面阵CCD相机110安装在第一水平向移动机构120上，第一水平向移动机构120用于带动面阵CCD相机110在晶圆的上方水平移动。
其中，照明光源111通过半透半反镜112将照明光束打在晶圆上，当第一水平向移动机构120将面阵CCD相机110移动至晶圆的边缘上方时，则照明光束在晶圆的边缘区域反射，同时在晶圆下方的反射镜113上反射，反射的光束通过该半透半反镜112以及成像镜头114进入面阵CCD相机110，此时面阵CCD相机110可以采集亮度较高且较为清晰的晶圆图像，从而用于进行边缘和标记的图像提取以及晶圆偏移量的确定。
需要说明的是，如上所述的图像采集单元11的组成结构，同样适用于如图2所示的晶圆预对准装置的粗预对准图像采集单元和精预对准图像采集单元。图11是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准装置的结构示意图，参考图11，具体地，可设置粗预对准图像采集单元101包括线阵CCD相机1011，精预对准图像采集单元102则包括面阵CCD相机1021。此外，粗预对准图像采集单元101和精预对准图像采集单元102均包括照明光源111、半透半反镜112和成像镜头114，半透半反镜112位于照明光源111的出射光路上，且形成反射照明光路；粗预对准图像采集单元101还可设置反射镜113，晶圆的边缘位于反射照明光路的光场内，反射镜113位于反射照明光路上，且在反射照明光路上，反射镜113位于晶圆之后；反射镜113形成反射成像光路，成像镜头114和面阵CCD相机110依次设置在反射成像光路上。
对于线阵CCD相机或者线阵采集模式下的图像采集单元，其采集晶圆的边缘信息并获得第一偏移量的过程，下面进行详细介绍。首先，对于粗预对准模块和精预对准模块，本发明实施例同样提供了具体的实施方式，继续参考图9，可选地，粗预对准模块20包括旋转运动单元210、偏心补偿单元220和升降交接单元230；升降交接单元230用于将晶圆在旋转运动单元210和偏心补偿单元220之间进行交接；旋转运动单元210用于承载、固定和旋转晶圆。并且，第一偏移量可分解包括第一偏心量和第一偏向量；旋转运动单元210还用于对晶圆的第一偏向量进行补偿；偏心补偿单元用于对晶圆的第一偏心量进行补偿。
进一步地，旋转运动单元210包括旋转轴211；偏心补偿单元220包括第二水平向移动机构221；升降交接单元230包括升降轴233、第一卡盘231和第二卡盘232，升降轴233与旋转轴211的底端固定连接，第一卡盘231与旋转轴211顶端固定连接，第二卡盘232与第二水平向移动机构221固定连接，升降轴233可带动旋转轴211和第一卡盘231沿竖向做升降运动，以将晶圆在第一卡盘231和第二卡盘232上交接。
在此基础上，本发明实施例的晶圆预对准方法中，具体地，图像采集单元采集晶圆的边缘信息的同时，还包括：旋转运动单元旋转晶圆。此时，图像采集单元可对处于旋转状态的晶圆进行图像采集，获得晶圆整周的边缘图像。而步骤S120、根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，包括：
S121、使用自动阈值分割法和梯度差分法，从边缘信息中提取晶圆整周的数据；
在采集获得的晶圆整周的边缘图像的基础上，如图5所示，需要确定晶圆准确的边缘位置，根据边缘的点数据构成整个晶圆的边缘线。可以理解，通过图像识别存在将某些点误判为边缘点的可能，因此，在提取获得晶圆的边缘数据时，需要剔除误判的边缘点。采用自动阈值分割法和梯度差分法，可以剔除阈值范围外的边缘点数据，该些边缘点数据明显为误判的边缘点，从而保证提取获得准确的边缘点数据，获得晶圆整周的边缘数据。
S122、对晶圆整周的数据采用最小二乘法进行拟合，并计算第一偏心量；
如图6所示，根据提取获得的晶圆整周的边缘数据，可以通过最小二乘拟合获得边缘的曲线，即可确定出晶圆的圆心，进而根据已知的晶圆目标的圆心位置，获得晶圆的圆心偏移量，即第一偏心量。
S123、对晶圆整周的数据采用分段直线拟合，并计算第一偏向量。
在上述拟合获得的边缘曲线的基础上，再分段进行直线拟合，可以确定除边缘上平边或槽口等特殊的形状标记，根据形状标记的位置，能够确定出该形状标记相对晶圆圆心的位置，即可以确定出晶圆的实际朝向。根据晶圆目标的朝向方向，即可计算获得晶圆的第一偏向量。
如上确定第一偏移量中的第一偏心量和第一偏向量的过程，实质上是有数据处理模块执行。当数据处理模块确定第一偏移量后，其中的第一偏向量可通过旋转轴211直接通过旋转进行补偿，而对于第一偏心量的补偿，则需要旋转运动单元210和偏心补偿单元220以及升降交接单元230配合实现。具体地，当存在偏心量时，且实际的晶圆圆心与预设对准的晶圆圆心在某一方向上存在错位偏移时，可通过旋转轴211旋转晶圆，至该错位偏移的方向与第二水平向移动机构221的水平移动方向对齐，此时，通过升降交界单元230中升降轴233、第一卡盘231和第二卡盘232的配合，可将晶圆从第一卡盘231转移至第二卡盘232，而此时晶圆仍保持旋转角度不变，其错位偏移的方向与第二水平向移动机构221的水平移动方向对齐。由此，通过第二水平向移动机构221在水平方向上移动第二卡盘232，即可使晶圆的错位偏移获得补偿。在补偿完成后，即可再次通过该升降交接单元230，将晶圆交接至第一卡盘231上，此时的晶圆获得了粗定向和粗定心处理。
继续参考图9，可选地，精预对准模块30包括第三水平向移动机构310和第四水平向移动机构320，第二偏移量包括第一方向偏移量和第二方向偏移量；第三水平向移动机构310用于沿第一方向对晶圆的第一方向偏移量进行补偿；第四水平向移动机构320用于沿第二方向对晶圆的第二方向偏移量进行补偿，其中，第一方向和第二方向相交。
其中，精预对准模块30具体为工件台机构，工件台上设置有驱动机构，可以在第一方向和第二方向上进行精确位移。换言之，该精预对准模块30包括第三水平向移动机构310和第四水平向移动机构320，可以分别在第一方向和第二方向上移动。当粗预对准完成且数据处理模块计算获得第二偏移量后，将晶圆通过机械手移动至该工件台上，利用第一方向和第二方向上的位移，即可对晶圆的位置进行补偿，使其到达预对准的位置。
可以理解的是，如图9所示的精预对准模块30中的移动机构仅为本发明的一种实施方式，其所补偿的第二偏移量分解形成的第一方向偏移量和第二方向偏移量，均为水平面上相交的两个方向上的偏移量。基于与上述的粗预对准模块相同的构思，本发明实施例中的另一实施例中，也可设置第二偏移量分解为第二偏心量和第二偏向量。换言之，在精预对准模块中同样可设置包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；升降交接单元用于将晶圆在旋转运动单元和偏心补偿单元之间进行交接；旋转运动单元用于承载、固定和旋转晶圆，还用于对晶圆的第二偏向量进行补偿；偏心补偿单元用于对晶圆的第二偏心量进行补偿。旋转运动单元包括旋转轴；偏心补偿单元包括第二水平向移动机构；具体地，升降交接单元包括升降轴、第一卡盘和第二卡盘，升降轴与旋转轴的底端固定连接，第一卡盘与旋转轴顶端固定连接，第二卡盘与第二水平向移动机构固定连接，升降轴可带动旋转轴和第一卡盘沿竖向做升降运动，以将晶圆在第一卡盘和第二卡盘上交接。
此外，需要说明的是，对于精预对准模块的结构，本发明实施例中也可将其部分功能集成在其他设备中，例如以工件台的XY向补偿运动台作为精预对准模块补偿组件，换言之，晶圆在粗预对准模块上实现粗预对准后，通过精预对准模块进行测量，获得第二偏移量；继而通过将晶圆移位至工件台的XY向补偿运动台上后，利用XY向补偿运动台在XY向进行第二偏移量的补偿。
对于如图9所示的晶圆预对准装置，本发明实施例同样提供了具体的晶圆预对准方法。图12是本发明实施例提供的另一种晶圆预对准方法的流程图，首先，参考图9，晶圆预对准装置中，图像采集单元包括面阵CCD相机，面阵CCD相机包括多个图像感应区；该面阵CCD相机可在粗预对准相机模式和精预对准相机模式下相互切换，且粗预对准相机模式下，沿同一方向依次排列的部分图像感应区构成线阵采集模式；精预对准相机模式下，位于同一区域的多个图像感应区构成面阵采集模式；相机位置切换机构包括第一水平向移动机构，面阵CCD相机安装在第一水平向移动机构上。基于此，参考图9和图12，该晶圆预对准方法包括：
S210、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆的边缘上方；
S220、面阵CCD相机切换为线阵采集模式，采集晶圆的边缘信息；
S230、根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量；
S240、粗预对准模块对晶圆的第一偏移量进行补偿；
S250、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆上的标记的上方；
S260、面阵CCD相机切换为面阵采集模式，采集晶圆的标记位置信息；
S270、根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
S280、精预对准模块对晶圆的第二偏移量进行补偿。
继续参考图9，晶圆预对准装置中，第一偏移量包括第一偏心量和第一偏向量；粗预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；旋转运动单元包括旋转轴；偏心补偿单元包括第二水平向移动机构。图13是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准方法的流程图，继续参考图9和图13，该晶圆预对准方法包括：
S210、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆的边缘上方；
S221、旋转运动单元旋转晶圆；
S222、面阵CCD相机切换为线阵采集模式，采集晶圆的边缘信息；
S230、根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量；
S241、旋转运动单元对晶圆的第一偏向量进行补偿；
S242、升降交接单元将晶圆由旋转运动单元交接至偏心补偿单元上；
S243、偏心补偿单元对晶圆的第一偏心量进行补偿；
S244、升降交接单元将晶圆由偏心补偿单元交接至旋转运动单元上；
S250、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆上的标记的上方；
S260、面阵CCD相机切换为面阵采集模式，采集晶圆的标记位置信息，
S270、根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
S280、精预对准模块对晶圆的第二偏移量进行补偿。
继续参考图9，晶圆预对准装置中，第二偏移量包括第一方向偏移量和第二方向偏移量；精预对准模块包括第三水平向移动机构和第四水平向移动机构。图14是本发明实施例提供的又一种晶圆预对准方法的流程图，继续参考图9和图14，该晶圆预对准方法包括：
S210、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆的边缘上方；
S221、旋转运动单元旋转晶圆；
S222、面阵CCD相机切换为线阵采集模式，采集晶圆的边缘信息；
S230、根据边缘信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量；
S241、旋转运动单元对晶圆的第一偏向量进行补偿；
S242、升降交接单元将晶圆由旋转运动单元交接至偏心补偿单元上；
S243、偏心补偿单元对晶圆的第一偏心量进行补偿；
S244、升降交接单元将晶圆由偏心补偿单元交接至旋转运动单元上。
S250、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆上的标记的上方；
S260、面阵CCD相机切换为面阵采集模式，采集晶圆的标记位置信息，
S270、根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
S281、第三水平向移动机构沿第一方向对晶圆的第一方向偏移量进行补偿；
S282、第四水平向移动机构沿第二方向对晶圆的第二方向偏移量进行补偿。
需要注意的是，上述的晶圆预对准方法的步骤S250中，第一水平向移动机构负责带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆上标记的上方，然而，由于面阵CCD相机的视场范围较小，标记尺寸较小且在晶圆上的名义位置精确度不高，该步骤可能存在面阵CCD相机到达晶圆标记的名义位置上后，并未在视场上找见标记的情况。针对于此，本发明实施例同样提供了具体实施方式，以对面阵CCD相机的视场进行补偿。在上述实施例的基础上，步骤S250、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至晶圆上的标记的上方，可选分解为如下几个步骤，具体包括：
S211、根据模版匹配算法以及仿射变换逻辑，确定标记的名义位置落入面阵CCD相机的视场所需的旋转角度；
可以理解，由于晶圆上的标记较小，面阵CCD相机的视场一般较小，为了保证晶圆上的标记移动至面阵CCD相机的视场中，需要先确定标记的大致位置，即确定晶圆的旋转角度，以使晶圆上的标记落入面阵CCD相机的视场中。该步骤通过借鉴MVS对准的模版匹配算法，预先对晶圆标记位置进行初步判断；在此基础上通过模版学习的流程以及仿射变换的逻辑，可以从模板学习过程中记录所选择模板的角度，从而可以确定当前晶圆上标记的旋转角度，以实现标记与面阵CCD相机的快速旋转匹配，使标记落入面阵CCD相机的视场附近。
S212、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，旋转运动单元以旋转角度旋转晶圆，直至标记的名义位置落于面阵CCD相机的视场内；
S213、以面阵CCD相机的视场在晶圆上的投影区域为中心区域，围绕中心区域设定八个探测区；
图15是本发明实施例提供的视场补偿示意图，如图15所示，九宫格分别代表面阵CCD相机的九个视场，其中，中心视场即为面阵CCD相机的视场在晶圆上的投影区域，也即中心区域，围绕该中心区域的八个视场即为八个探测区。
S214、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，旋转运动单元旋转晶圆，直至面阵CCD相机的视场依次与八个探测区重合；
通过第一水平向移动机构和旋转运动单元，可以调节晶圆和面阵CCD相机的相对位置，第一水平向移动机构可带动CCD相机在晶圆的径向上移动，而旋转运动单元则可以带动晶圆绕周向移动。该步骤是将晶圆上的九个区域对应落入面阵CCD相机的视场范围内的步骤，通过依次将该九个区域与面阵CCD相机的视场重合，可以采集获得晶圆上该九个区域的图像。
S214、依次对中心区域和八个探测区进行图像识别并查找标记；
该步骤由数据处理模块执行，通过图像处理以及识别，可以在九个区域的图像中识别确定出标记。
S215、根据查找到的标记，确定晶圆上的标记位置信息。
在确定出标记后，根据标记在所属的区域的相对位置以及第一水平向移动机构和旋转运动单元的移动量，即可确定标记的位置，利用标记的该位置信息，即能确定晶圆的第二偏移量。
此外，还需要说明的是，上述的晶圆预对准过程中，需要根据图像中晶圆边缘信息以及标记的位置信息，来确定实际晶圆的偏移量。可以理解的是，该过程需要精确地确定采集获得图像时，面阵CCD相机与承载晶圆的机构的相对位置关系，该承载晶圆的机构实质上即为吸附晶圆的第一卡盘231。换言之，在确定图像中晶圆的边缘信息以及标记的位置信息后，需要根据面阵CCD相机与第一卡盘的相对位置，将晶圆的边缘信息以及标记的位置信息转换至第一卡盘所在的坐标系统内。此时，在第一卡盘所在的坐标系统中，根据晶圆的目标位置也即预对准位置，可以确定晶圆的第一偏移量和第二偏移量。基于此，本发明实施例针对面阵CCD相机与第一卡盘的相对位置关系，同样提供了实施方式。具体地，在上述实施例提供的晶圆预对准方法的基础上，还可设置包括：
S291、选取标准晶圆，并使面阵CCD相机切换为面阵采集模式；
其中，标准晶圆的概念为在其承载机构坐标系的位置确定，其上的标记位置也确定。
S292、第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在晶圆的上方水平移动，同时采集标准晶圆上的标准标记位置信息；
图16是本发明实施例提供的相机运动补偿原理示意图，参考图16，第一水平向移动机构沿L轴运动方向进行移动，由于制造和装配工差，其移动方向与第一卡盘所在坐标系可能存在偏移。通过该步骤292在L轴运动方向上移动面阵CCD相机并采集晶圆上的标准标记位置信息，可以确定标准标记在面阵CCD相机采集的图像中的位置信息。
S293、根据标准标记在标准晶圆上的位置信息以及面阵CCD相机采集的标准标记位置信息，标定形成相机本身的运动偏差量。
该步骤则是将标准标记在图像中的位置信息与标准标记的实际位置信息进行标定的过程。根据标定结果，可以确定面阵CCD相机在移动过程中的偏移量，也即可以获得在不同的位置处面阵CCD相机采集的图像，对应在第一卡盘所在坐标系的位置，根据该转换关系即可生成相机本身的运动偏差量。
可以理解的是，步骤S270、根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量，则可包括：
S271、根据标记位置信息和相机本身的运动偏差量，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量。
此时，在面阵CCD相机采集获得图像以及获得图像中的标记位置信息时，通过面阵CCD相机所处位置，确定图像对应第一卡盘所在坐标系中的位置，从而可以最终获得标记在第一卡盘所在坐标系中的位置，最终排除面阵CCD相机本身移动的偏差导致的标记位置误差，实现精确地预对准过程。
进一步需要说明的是，参考图9，由于粗预对准模块20中不具备沿两个水平向移动的移动机构，在对晶圆进行粗预对准后，需要将晶圆移动至另一精细移动机构上进行精预对准。显然，在此基础上，需要将面阵CCD相机采集的图像中的标记位置信息与粗预对准模块以及精预对准模块建立位置转换关系，以根据图像中标记的位置信息，可以确定晶圆在粗预对准模块中的实际位置信息，同时也能确定晶圆在精预对准模块中的实际位置信息，进而可以分别进行粗预对准和精预对准程序。下面则对该晶圆预对准方法中坐标系转换关系的计算过程进行介绍。该晶圆预对准方法还包括：
S300、建立相机坐标系、粗预对准坐标系和精预对准坐标系；
S310、选取标准晶圆，并使第一水平向移动机构带动面阵CCD相机在标准晶圆的上方水平移动，直至面阵CCD相机移动至标准晶圆上的标准标记的上方；
S320、面阵CCD相机切换为面阵采集模式，确定标准晶圆上的标准标记在相机坐标系中的位置信息；
S330、根据已知的标准标记在标准晶圆上的位置信息，确定标准标记在粗预对准坐标系的位置信息；
S340、根据标准标记在粗预对准坐标系和相机坐标系中的位置信息，建立粗预对准坐标系和相机坐标系转换关系式。
图17是本发明实施例提供的坐标系转换关系式建立原理示意图，下面参考图17对上述的步骤进行解释。首先，面阵传感器坐标系(MSCS：Mark Sensor Coordinate System)即为相机坐标系，其实通过面阵像素阵列中心所建立的坐标系。预对准坐标系(PUCS：Prealign Unit Coordinate System)即为粗预对准坐标系，其原点为第一卡盘的中心，Y轴负方向指向面阵CCD相机，X轴与Y轴正交，PUCS和MSCS的坐标系互相平行。
向量a：面阵CCD相机中心在PUCS中的坐标位置；向量b：标记在PUCS中的位置；向量c：标记在图像中的位置。图中向量a，b，c存在三角关系。取一张标准晶圆，那么标记在PUCS中的坐标位置是已知的，因此向量b是已知的。又由于向量是标记在图像中的位置。因此向量c可以由图片中的位置信息计算获得。此时，向量a可由向量b和向量c推导获得。当计算获知出向量a后，面阵CCD相机的位置即能够进行标定。当测试非标准片时，根据已知的向量a以及通过图像识别获得的向量c，即能计算获得非标准晶圆中标记在PUCS中的位置，即向量b。
同样可以理解的是，晶圆预对准流程中，步骤S270、根据标记位置信息，确定晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量，则可包括：
S272、根据晶圆上的标记在相机坐标系中的位置信息、粗预对准坐标系和相机坐标系转换关系式以及已知的粗预对准坐标系和精预对准坐标系的转换关系式，确定晶圆上的标记在精预对准坐标系上的实际位置信息；
S272、根据晶圆上的标记的预设对准位置以及在精预对准坐标系上的实际位置信息，计算第二偏移量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (16)

1.一种晶圆预对准装置，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于分别采集晶圆的边缘信息和晶圆上的标记位置信息；
数据处理模块，用于根据所述边缘信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
粗预对准模块，用于对所述晶圆的所述第一偏移量进行补偿；
精预对准模块，用于对所述晶圆的所述第二偏移量进行补偿。
2.根据权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述图像采集模块包括图像采集单元和相机位置切换机构，所述图像采集单元包括粗预对准相机模式和精预对准相机模式，且可在所述粗预对准相机模式和所述精预对准相机模式之间切换；
所述相机位置切换机构用于驱动所述图像采集单元在所述粗预对准相机模式和所述精预对准相机模式对应的图像采集位置进行切换；
所述图像采集单元用于在所述粗预对准相机模式下采集晶圆的边缘信息，在所述精预对准相机模式下采集所述晶圆上的标记位置信息。
3.根据权利要求2所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述图像采集单元包括面阵CCD相机，所述面阵CCD相机包括多个图像感应区；
所述粗预对准相机模式下，沿同一方向依次排列的部分所述图像感应区构成线阵采集模式；所述精预对准相机模式下，位于同一区域的所述多个图像感应区构成面阵采集模式。
4.根据权利要求3所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述相机位置切换机构包括第一水平向移动机构，所述面阵CCD相机安装在所述第一水平向移动机构上，所述第一水平向移动机构用于带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动。
5.根据权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述第一偏移量包括第一偏心量和第一偏向量；
所述粗预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；所述升降交接单元用于将所述晶圆在所述旋转运动单元和所述偏心补偿单元之间进行交接；所述旋转运动单元用于承载、固定和旋转所述晶圆，还用于对所述晶圆的所述第一偏向量进行补偿；所述偏心补偿单元用于对所述晶圆的所述第一偏心量进行补偿。
6.根据权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述第二偏移量包括第二偏心量和第二偏向量；
所述精预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；所述升降交接单元用于将所述晶圆在所述旋转运动单元和所述偏心补偿单元之间进行交接；所述旋转运动单元用于承载、固定和旋转所述晶圆，还用于对所述晶圆的所述第二偏向量进行补偿；所述偏心补偿单元用于对所述晶圆的所述第二偏心量进行补偿。
7.根据权利要求5或6所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述旋转运动单元包括旋转轴；所述偏心补偿单元包括第二水平向移动机构；
所述升降交接单元包括升降轴、第一卡盘和第二卡盘，所述升降轴与所述旋转轴的底端固定连接，所述第一卡盘与所述旋转轴顶端固定连接，所述第二卡盘与所述第二水平向移动机构固定连接，所述升降轴可带动所述旋转轴和所述第一卡盘沿竖向做升降运动，以将所述晶圆在所述第一卡盘和所述第二卡盘上交接。
8.根据权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述第二偏移量包括第一方向偏移量和第二方向偏移量；
所述精预对准模块包括第三水平向移动机构和第四水平向移动机构，所述第三水平向移动机构用于沿第一方向对所述晶圆的所述第一方向偏移量进行补偿；
所述第四水平向移动机构用于沿第二方向对所述晶圆的所述第二方向偏移量进行补偿；其中，所述第一方向和所述第二方向相交。
9.一种晶圆预对准方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的晶圆预对准装置进行晶圆预对准，所述晶圆预对准方法包括：
所述图像采集模块采集晶圆的边缘信息；
根据所述边缘信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量；
粗预对准模块对所述晶圆的所述第一偏移量进行补偿；
所述图像采集模块采集所述晶圆上的标记位置信息；
根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；
精预对准模块对所述晶圆的所述第二偏移量进行补偿。
10.根据权利要求9所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述晶圆预对准装置中，所述图像采集模块包括图像采集单元和相机位置切换机构，所述图像采集单元包括粗预对准相机模式和精预对准相机模式，且可在所述粗预对准相机模式和所述精预对准相机模式之间切换；
在所述图像采集模块采集晶圆的边缘信息之前，包括：
相机位置切换机构将图像采集单元移动至粗对准相机模式对应的图像采集位置；
所述图像采集模块采集晶圆的边缘信息，包括：
所述图像采集单元采集晶圆的边缘信息；
在所述图像采集模块采集所述晶圆上的标记位置信息之前，包括：
相机位置切换机构将所述图像采集单元移动至精对准相机模式对应的图像采集位置；
所述图像采集模块采集晶圆上的标记位置信息，包括：
所述图像采集单元采集晶圆上的标记位置信息。
11.根据权利要求10所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述晶圆预对准装置中，所述图像采集单元包括面阵CCD相机，所述面阵CCD相机包括多个图像感应区；
所述粗预对准相机模式下，沿同一方向依次排列的部分所述图像感应区构成线阵采集模式；所述精预对准相机模式下，位于同一区域的所述多个图像感应区构成面阵采集模式；
所述相机位置切换机构包括第一水平向移动机构，所述面阵CCD相机安装在所述第一水平向移动机构上；
相机位置切换机构将图像采集单元移动至粗预对准相机模式对应的图像采集位置，包括：
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述晶圆的边缘上方；
所述图像采集单元采集晶圆的边缘信息，包括：
所述面阵CCD相机切换为线阵采集模式，采集所述晶圆的边缘信息；
相机位置切换机构将所述图像采集单元移动至精预对准相机模式对应的图像采集位置，包括：
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述晶圆上的标记的上方；
所述图像采集单元采集所述晶圆上的标记位置信息，包括：
所述面阵CCD相机切换为面阵采集模式，采集所述晶圆的标记位置信息。
12.根据权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述第一偏移量包括第一偏心量和第一偏向量；
所述图像采集单元采集晶圆的边缘信息，还包括：
所述旋转运动单元旋转所述晶圆；
根据所述边缘信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第一偏移量，包括：
使用自动阈值分割法和梯度差分法，从所述边缘信息中提取晶圆整周的数据；
对晶圆整周的数据采用最小二乘法进行拟合，并计算所述第一偏心量；
对晶圆整周的数据采用分段直线拟合，并计算第一偏向量。
13.根据权利要求12所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述粗预对准模块包括旋转运动单元、偏心补偿单元和升降交接单元；所述旋转运动单元包括旋转轴；所述偏心补偿单元包括第二水平向移动机构；
粗预对准模块对所述晶圆的所述第一偏移量进行补偿，包括：
所述旋转运动单元对所述晶圆的所述第一偏向量进行补偿；
所述升降交接单元将所述晶圆由所述旋转运动单元交接至所述偏心补偿单元上；
所述偏心补偿单元对所述晶圆的所述第一偏心量进行补偿；
所述升降交接单元将所述晶圆由所述偏心补偿单元交接至所述旋转运动单元上。
14.根据权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述晶圆上标记的上方，包括：
根据模版匹配算法以及仿射变换逻辑，确定标记的名义位置落入面阵CCD相机的视场所需的旋转角度；
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，所述旋转运动单元以所述旋转角度旋转所述晶圆，直至标记的名义位置落于所述面阵CCD相机的视场内；
以所述面阵CCD相机的视场在所述晶圆上的投影区域为中心区域，围绕所述中心区域设定八个探测区；
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，所述旋转运动单元旋转所述晶圆，直至所述面阵CCD相机的视场依次与所述八个探测区重合；
依次对所述中心区域和所述八个探测区进行图像识别并查找标记；
根据查找到的标记，确定所述晶圆上的标记位置信息。
15.根据权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述晶圆预对准方法还包括：
选取标准晶圆，并使所述面阵CCD相机切换为面阵采集模式；
所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述晶圆的上方水平移动，同时采集所述标准晶圆上的标准标记位置信息；
根据所述标准标记在所述标准晶圆上的位置信息以及所述面阵CCD相机采集的所述标准标记位置信息，标定形成相机本身的运动偏差量；
根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量，包括：
根据所述标记位置信息和相机本身的运动偏差量，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量。
16.根据权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述晶圆预对准方法还包括：
建立相机坐标系、粗预对准坐标系和精预对准坐标系；
选取标准晶圆，并使所述第一水平向移动机构带动所述面阵CCD相机在所述标准晶圆的上方水平移动，直至所述面阵CCD相机移动至所述标准晶圆上的标准标记的上方；
所述面阵CCD相机切换为面阵采集模式，确定所述标准晶圆上的标准标记在所述相机坐标系中的位置信息；
根据已知的所述标准标记在所述标准晶圆上的位置信息，确定所述标准标记在所述粗预对准坐标系的位置信息；
根据所述标准标记在所述粗预对准坐标系和所述相机坐标系中的位置信息，建立粗预对准坐标系和相机坐标系转换关系式；
根据所述标记位置信息，确定所述晶圆的实际位置与预设对准位置的第二偏移量；包括：
根据所述晶圆上的标记在所述相机坐标系中的位置信息、粗预对准坐标系和相机坐标系转换关系式以及已知的粗预对准坐标系和精预对准坐标系的转换关系式，确定所述晶圆上的标记在所述精预对准坐标系上的实际位置信息；
根据所述晶圆上的标记的预设对准位置以及在所述精预对准坐标系上的实际位置信息，计算所述第二偏移量。
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