CN114993172A - 一种定位检测装置及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体加工技术领域，具体为一种定位检测装置及定位方法，该装置包括两个校准板，每个校准板上设有多个标准图案，相邻两个标准图案之间的间距需满足视觉系统的相机视场在长、宽两个方向可同时拍到至少两个完整的标准图案。本发明装置设置了带有多个标准图案的校准板，通过每一次运动回位后视觉识别和计算，测出每一次回位的重复定位精度。在位置调整过程中，通过拍摄不同代号的标准图案，计算位置变化量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种定位检测装置及定位方法。
背景技术
晶圆高精度对准工艺流程中，在测量上下晶圆空间位置坐标后，需要将承载上、下晶圆的上、下承载台移到测量之前的位置，这个时候就需要检测上、下承载台是否准确移到了测量之间的位置，或者检测出两次位置之间的差值(PEC，位置误差补偿)。
现有设备上通常通过布置至少3个激光传感器或电容传感器测量重复定位精度，这种方案精度很好，但是传感器通常只有很小的测量距离，使用时需要特别注意。
另外，在对准工艺中，测出上、下晶圆位置偏差后，需要通过移动其中一片晶圆，将两片晶圆的位置对准。目前，通常是通过驱动承载台移动的机构的编码器检测承载台移动量，并不是直接测量承载台的移动量。从驱动机构到承载台，中间还有其他零件(如轴承、弹簧、气浮大理石运动台等)，传递关系比较多，有可能在中间环节引入误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种定位检测装置及定位方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
一种定位检测装置，包括两个校准板，每个校准板上设有多个标准图案，相邻两个标准图案之间的间距需满足视觉系统的相机视场在长、宽两个方向可同时拍到至少两个完整的标准图案。
进一步的，校准板上的所有标准图案呈矩阵式排列。行、列的数量并不固定，主要取决于量程，即预计测量的位移量。
进一步的，两个校准板上的标准图案可以相同，也可以不同。优选为相同，因涉及到图案的学习，图案相同的情况下，系统仅需学习一次即可。标准图案的形状不限，任何可被相机识别出来的图案均可，只要图案经过机器视觉训练，就可计算出图案的中心点，理论上可以为正方形、圆圈等等，甚至一个点。
进一步的，同一块校准板上的所有标准图案均相同，且每个标准图案均带有一个唯一的编号。图像算法可以识别到编号，以此获得所拍摄的标准图案在校准板中的位置。优选情况下，所有编号的标准图案是相同的，这样机器视觉学习更加简单，只需学习相同图案和编号即可。
或者，同一块校准板上的所有标准图案均不同。此种情况下，通过不同图案代表不同的位置，图案的种类、数量、排布均需通过测量解析得出，例如通过刻线不同的粗细和间距，组合出唯一的位置。
进一步的，所述校准板为透明材质；标准图案可使用电子束、压印、刻蚀等工艺在校准板上加工得到，标准图案中每个元素的尺寸、距离是已知的。
进一步的，校准板安装于固定座上，所述固定座固定于支架上，所述支架的底部与基座固定连接。基座和支架均为大理石材质。两个校准板可以安装于两个固定座，也可以安装于同一个固定座，只要其安装位置与其它零部件不发生干涉即可。支架可以选用门型支架，用螺钉将固定座固定在门型支架上，然后将门型支架用螺钉固定或胶粘于基座上。
进一步的，所述固定座上设有凹槽，所述校准板嵌入或粘贴于所述凹槽中。
进一步的，所述基座上设有下承载台和上承载台，所述下承载台和上承载台分别安装有两组视觉系统，所述视觉系统用于拍摄校准板上的标准图案。
采用该定位检测装置的定位方法，具体为：
当用于测量重复定位精度时，首先，下承载台在初始位置时，下承载台上安装的视觉系统对准校准板，并拍照，计算出拍摄到的完整的标准图案A在视觉系统的相机视场中的位置，最终算出视场中心与该标准图案A的位置差；
下承载台移到远端完成所需的工艺动作后，从远端再次回到初始位置，此时下承载台的视觉系统再次对准校准板并拍照，计算出拍摄到的完整的标准图案B在视觉系统的相机视场中的位置，解算出视场中心与该标准图案B的位置差；
根据标准图案A和标准图案B在校准板的位置，即可得出视觉系统第一次拍摄时的视场中心和视觉系统第二次拍摄时的视场中心的X、Y向的间距，该间距就是下承载台在移动前后重复定位误差。
当用于监测上、下晶圆相对位置调整时的位置变化时，上承载台或下承载台的两组视觉系统分别拍摄两个校准板，每一组视觉系统均会拍到移动前后的位置变化，进而算出每组视觉系统的X、Y向位移量，最终解算出上承载台或下承载台的X、Y位移量及偏转角。
与现有技术相比，本发明的定位检测装置及定位方法至少具有以下有益效果：
本发明的定位检测装置设置了带有多个标准图案的校准板，通过每一次运动回位后视觉识别和计算，测出每一次回位的重复定位精度。在位置调整过程中，通过拍摄不同代号的标准图案，计算位置变化量。
本发明的定位方法是一种全新的测量重复定位精度的方案，不受工作距离限制，理论上只要校准板足够大，就可以测量很大的距离，且图像识别测量能够提供很高的精度。其次，现有技术中在上、下晶圆调整相对位置时，只能通过驱动机构自带的编码器检测，并不能实时的、直接的看到相应承载台的移动量，而本方法可以在检测驱动机构编码器的同时，额外增加一组直接测量装置，且量程较大，即使需要很大调整量，仍能检测出来。第三，由于标准图案是采用刻蚀工艺加工的，每个图案之间的位置是固定的，校准板上的标准图案均带有独立、唯一的代号，拍摄到的每一个标准图案都代表唯一的位置，因此本方法为绝对式测量，当设备意外断电再恢复后可以继续测量，数据不会清零，且无需回零。
下面结合附图对本发明的定位检测装置及定位方法作进一步说明。
附图说明
图1为校准板的主视图；
图2为本发明的定位检测装置的安装示意图；
图3为校准板的安装示意图；
图4为两次拍照的位置差的示意图；
图5为承载台的平移量的计算示意图；
图6为承载台的偏转量的计算示意图。
其中，1-基座，2-下承载台，3-上承载台，4-视觉系统，5-校准板，6-支架，7-固定座。
具体实施方式
如图1-3所示，一种定位检测装置，包括两个校准板5，每个校准板5上设有多个标准图案，相邻两个标准图案之间的间距需满足视觉系统4的相机视场在长、宽两个方向可同时拍到至少两个完整的标准图案。校准板中相邻两个标准图案之间的间距很关键，否则可能会无法识别到完整的标准图案。当同时拍到两个完整的标准图案时，可以任选其中一个用作计算。
如图1所示，校准板5上的所有标准图案呈矩阵式排列，为7行×10列。根据实际需要，行、列的数量并不固定，主要取决于量程，即预计测量的位移量。
两个校准板5上的标准图案相同。如图1所示，同一块校准板5上的所有标准图案均相同，且每个标准图案均带有一个唯一的编号。该标准图案为正方形与十字线的组合，正方形的右下角标记有编号。
校准板5为透明的玻璃材质；校准板5安装于固定座7上，所述固定座7固定于支架6上，所述支架6的底部与基座1固定连接。基座和支架均为大理石材质。两个校准板可以安装于两个固定座，也可以安装于同一个固定座，只要其安装位置与其它零部件不发生干涉即可。支架选用门型支架，用螺钉将固定座固定在门型支架上，然后将门型支架用螺钉固定或胶粘于基座上。
固定座7上设有凹槽，所述校准板5嵌入或粘贴于所述凹槽中。
基座1上设有下承载台2和上承载台3，所述下承载台2和上承载台3分别安装有两组视觉系统4，所述视觉系统4用于拍摄校准板5上的标准图案。
如图4为例，该定位检测装置的定位方法，具体为：
当用于测量重复定位精度时，首先，下承载台在初始位置时，下承载台上安装的视觉系统对准校准板，并拍照，计算出拍摄到的完整的标准图案A(图4中的编号23的图案)在视觉系统的相机视场(即图4中左侧的点划线方框)中的位置，最终算出视场中心(图4中加粗的十字标记)与该标准图案A的位置差(即图4中的x1、y1)；
下承载台移到远端完成所需的工艺动作(该动作可以是上、下晶圆对准过程中的某一步，如下承载台带着视觉系统去找上晶圆的标记)后，从远端再次回到初始位置，此时下承载台的视觉系统再次对准校准板并拍照，计算出拍摄到的完整的标准图案B(图4中的编号36的图案)在视觉系统的相机视场中(即图4中右侧的点划线方框)的位置，解算出视场中心与该标准图案B的位置差(即图4中的x2、y2)；
根据标准图案A和标准图案B在校准板的位置，即可得出标准图案A和标准图案B的间距(即图4中的a、b)，然后计算得出下承载台在移动前后重复定位误差，即Δx＝x1+x2+a，Δy＝y1+y2+b。为避免每次拍照计算位置误差存在取正负号的问题，可约定坐标系方向，即上式的x1、x2、y1、y2均已包含正负号。
与上述方法类似的，当用于监测上、下晶圆相对位置调整时的位置变化时，上承载台或下承载台的两组视觉系统分别拍摄两个校准板，每一组视觉系统均会拍到移动前后的位置变化，进而算出每组视觉系统的X、Y向位移量，最终解算出上承载台或下承载台的平移量及偏转量(平面内的偏转角可由X、Y平动合成)。上承载台从调整前的位置移动到调整后的位置，当上承载台的左右两个视觉系统检测到的X、Y变化量相同时，即左视觉系统(简称左视觉)检测到的X变化量等于右视觉系统(简称右视觉)检测到的X变化量，左视觉系统检测到的Y变化量等于右视觉系统检测到的Y变化量，则认为上承载台完成了平移补偿，如图5所示。当上承载台从调整前的位置移动到调整后的位置，上承载台的左右两个视觉系统检测到的X、Y变化量不同时，则认为上承载台完成了偏转补偿，如图6所示。调整过程中，左右视觉相对承载台是锁死的，所以左右视觉视场中心的间距L是恒定的，y1、y2可被视觉系统计算出，因此偏转角
使用x1、x2计算同理。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种定位检测装置，其特征在于：包括两个校准板(5)，每个校准板(5)上设有多个标准图案，相邻两个标准图案之间的间距需满足视觉系统(4)的相机视场在长、宽两个方向可同时拍到至少两个完整的标准图案。
2.根据权利要求1所述的定位检测装置，其特征在于：校准板(5)上的所有标准图案呈矩阵式排列。
3.根据权利要求2所述的定位检测装置，其特征在于：两个校准板(5)上的标准图案相同。
4.根据权利要求3所述的定位检测装置，其特征在于：同一块校准板(5)上的所有标准图案均相同，且每个标准图案均带有一个唯一的编号。
5.根据权利要求3所述的定位检测装置，其特征在于：同一块校准板(5)上的所有标准图案均不同。
6.根据权利要求1-5任一所述的定位检测装置，其特征在于：所述校准板(5)为透明材质；校准板(5)安装于固定座(7)上，所述固定座(7)固定于支架(6)上，所述支架(6)的底部与基座(1)固定连接。
7.根据权利要求6所述的定位检测装置，其特征在于：所述固定座(7)上设有凹槽，所述校准板(5)嵌入或粘贴于所述凹槽中。
8.根据权利要求7所述的定位检测装置，其特征在于：所述基座(1)上设有下承载台(2)和上承载台(3)，所述下承载台(2)和上承载台(3)分别安装有两组视觉系统(4)，所述视觉系统(4)用于拍摄校准板(5)上的标准图案。
9.采用权利要求1-8所述定位检测装置的定位方法，其特征在于：当用于测量重复定位精度时，首先，下承载台在初始位置时，下承载台上安装的视觉系统对准校准板，并拍照，计算出拍摄到的完整的标准图案A在视觉系统的相机视场中的位置，最终算出视场中心与该标准图案A的位置差；
下承载台移到远端完成所需的工艺动作后，从远端再次回到初始位置，此时下承载台的视觉系统再次对准校准板并拍照，计算出拍摄到的完整的标准图案B在视觉系统的相机视场中的位置，解算出视场中心与该标准图案B的位置差；
根据标准图案A和标准图案B在校准板的位置，即可得出第一次拍摄的视场中心和第二次拍摄的视场中心的X、Y向的间距，此间距为下承载台在移动前后重复定位误差。
10.采用权利要求1-8所述定位检测装置的定位方法，其特征在于：当用于监测上、下晶圆相对位置调整时的位置变化时，上承载台或下承载台的两组视觉系统分别拍摄两个校准板，每一组视觉系统均会拍到移动前后的位置变化，进而算出每组视觉系统的X、Y向位移量，最终解算出上承载台或下承载台的X、Y位移量及偏转角。
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| CN202210528478.6A CN114993172A (zh) | 2022-05-16 | 2022-05-16 | 一种定位检测装置及定位方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116878387A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-13 | 北京华卓精科科技股份有限公司 | 上下对准视觉装置的标定方法、标定系统及装置 |
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2022
- 2022-05-16 CN CN202210528478.6A patent/CN114993172A/zh active Pending
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| CN116878387B (zh) * | 2023-09-06 | 2023-11-24 | 北京华卓精科科技股份有限公司 | 上下对准视觉装置的标定方法、标定系统及装置 |
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