CN115223881A - 一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置及其方法，包括底座、晶圆校正模块、旋转升降台模块和机器视觉模块，所述晶圆校正模块安装于底座一端，所述旋转升降台模块的安装于底座另一端，所述机器视觉模块安装于底座侧壁，所述机器视觉模块与旋转升降台模块相邻设置。本发明属于芯片加工技术领域，具体是一种集机器视觉和机电一体的芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置。机器视觉即采用光学器件进行非接触式感知，具有高效率、高自动化的特点。采用机器视觉系统识别与定位晶圆，并进行缺陷检测，保证了晶圆在进入刻蚀工序时无明显缺陷，并能被机械手顺利传输到反应腔的正确位置的芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置。

Description

一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置及其方法
技术领域
本发明属于芯片加工技术领域，尤其涉及一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置及其方法。
背景技术
晶圆是指加工制作半导体芯片所用的硅晶片，形状总体呈圆形，故称为晶圆。刻蚀机通过机械手将晶圆传输进机台的反应腔进行刻蚀加工，机械手在拾取晶圆时若晶圆位置有偏差，可能会导致晶圆在反应腔中位置不正确等情况发生，导致刻蚀失败；此外，晶圆在前置工序生产过程可能会导致表面出现裂纹、划痕、指痕、灰尘、污点及晶圆边缘崩口、翘边等缺陷，任其进入后序生产流程会造成较大经济损失。
为确保晶圆可顺利被机械手抓取和确保晶圆在反应腔中的正确位置，在传片初始阶段通常会设置一个晶圆位置校正装置。通常采用光电传感器进行巡边结合旋转工作台实现。
CN213022913U中公开了一种晶圆位置检测校对装置，这种装置有可移动的旋转转盘，转盘上有四组均布的定位装置和晶圆限位套，定位装置由三根定位杆组成。该装置的转盘上方架有显微镜和三个激光灯，激光灯垂直照向转盘，定位原理为通过旋转移动转盘位姿，将一组定位装置移动定位至上方三束激光的位置，从而实现三点定位；
CN213878041U中公开了一种新型晶圆边缘检查装置，这种装置的检查机架台上设有旋转载台，在旋转载台上有寻边寻角器，寻边寻角器用于给晶圆限位，通过寻边寻角器上的翻身丝杠与翻身手柄调整晶圆位姿，以便工作人员通过上方边缘带有光源的放大镜做边缘检查；
CN113884506A中公开了一种硅片边缘及表面自动化视觉检测系统及检测方法，这种系统通过两个U型框夹持相机，通过电动推杆带动相机做倾斜运动，第一电机带动相机旋转，平移机构带动相机平移，第二电机带动平移机构和相机做升降运动，以上运动机构作用相机在传送带上进行移动检测；
CN113871314A中公开了一种晶圆边缘形貌检查系统及其检测方法，这种系统将晶圆放置到放置板圆形槽内的转盘上，气泵抽真空固定晶圆，第二电机带动转盘转动进而带动晶圆转动，然后第三电机启动带动装载检查器的连接板移动至晶圆工件处，利用检查器对晶圆边缘形貌检查。
目前芯片刻蚀机晶圆定位和缺陷检测中普遍存在以下问题：(1)晶圆定位和缺陷检测过程复杂、效率低。(2)缺少晶圆缺陷检测功能或缺陷检测项目单一，难以解决可能出现的多种问题，灵活性差。(3)晶圆定位和检测是两套系统，占用空间位置大，影响机台的紧凑性。(4)对于碳化硅等半透明材质的晶圆采用光电传感器巡边方式定位精度较低，当透明度较高时甚至无法实现。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置及其方法，集机器视觉和机电一体的芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置。机器视觉即采用光学器件进行非接触式感知，具有高效率、高自动化的特点。采用机器视觉系统识别与定位晶圆，并进行缺陷检测，保证了晶圆在进入刻蚀工序时无明显缺陷，并能被机械手顺利传输到反应腔的正确位置。
本发明采用的技术方案如下：一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，包括底座、晶圆校正模块、旋转升降台模块和机器视觉模块，所述晶圆校正模块安装于底座一端，所述旋转升降台模块的安装于底座另一端，所述机器视觉模块安装于底座侧壁，所述机器视觉模块与旋转升降台模块相邻设置，所述晶圆校正模块包括校正底座、U型皮带轮、矫正步进电机、溜板、矫正真空发生器、导轨滑块、皮带卡具、飞梭、滑轨、皮带张紧轮，所述校正底座设于底座上，所述矫正步进电机设于校正底座上部一侧，所述皮带张紧轮设于校正底座上部远离矫正步进电机一侧，所述U型皮带轮设于矫正步进电机输出端，所述滑轨设于校正底座上，所述导轨滑块设于滑轨上，所述溜板滑动设于导轨滑块上，所述矫正真空发生器设于溜板上部一侧，所述飞梭设于溜板上部另一侧，所述矫正真空发生器与飞梭呈相对设置，所述皮带卡具设于溜板中间处。
进一步地，所述旋转升降台模块包括下安装板、定位插销、安装板、双柱双轴微型气缸、升降模块真空发生器、升降模块步进电机、联轴器、吸嘴安装座和吸嘴，所述下安装板设于底座一端，所述定位插销设于下安装板上部中间处，所述定位插销与下安装板嵌套焊接设置，所述双柱双轴微型气缸设于下安装板侧壁，所述上安装板设于双柱双轴微型气缸上部，所述升降模块真空发生器设于下安装板侧壁，所述升降模块步进电机设于下安装板远离定位插销一侧侧壁，所述联轴器设于升降模块步进电机输出端，所述吸嘴安装座设于联轴器上部，所述吸嘴设于吸嘴安装座上部，所述吸嘴安装座与升降模块真空发生器相连通。
进一步地，所述机器视觉模块包括安装支架、工业相机和同轴光源，所述安装支架设于底座侧壁，所述工业相机设于安装支架上部，所述同轴光源设于安装支架侧壁，所述工业相机上装有镜头。
进一步地，所述飞梭的凹槽应与吸嘴的外轮廓同轴心，所述镜头设于吸嘴的正上方。
进一步地，所述限位销柱包括插销和插销底座，所述插销一端安装于上安装板，所述插销与上安装板螺纹连接，所述插销底座与下安装板一体化嵌套焊接。
进一步地，所述气缸侧壁设有两个磁性开关。
优选的，所述工业相机型号采用海康威视的MV-CS016-10GM。
本发明还包括一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤S1：对晶圆校正模块、旋转升降台模块和机器视觉模块进行标定，得出晶圆图像在标准位置下的图像坐标系与晶圆实际所在世界坐标系的比例尺关系，并确定晶圆正确位置；
步骤S2：晶圆校正模块将晶圆传送至旋转升降台模块上；
步骤S3：机器视觉模块拍摄晶圆图像，识别定位晶圆的外轮廓，对轮廓内的晶圆表面图像判断是否存在裂纹、划痕、指痕、灰尘和污点缺陷以及对晶圆边缘处图像判断是否存崩口、翘边缺陷，若存在上述缺陷则报警等待工作人员处理，若不存在上述缺陷则得出图像中晶圆圆心坐标，计算此坐标相对正确位置的偏移量和偏移角度参数；
步骤S4：旋转升降台模块根据偏移角度将晶圆进行旋转从而修正角度偏移，然后将晶圆像素偏移量与标定的比例尺进行换算，得出实际晶圆偏移量，晶圆校正模块根据实际偏移量进行移动修正位置偏移；
步骤S5：旋转升降台模块带动修正后的晶圆旋转一周，期间晶圆每旋转30°机器视觉模块抓取一张图像重复步骤的内容，得出修正后晶圆位置与标准位置的偏移，若偏移距离在误差允许范围外则重复步骤S4的内容，若偏移距离在误差允许范围内则晶圆缺陷检测及位置校正结束；
步骤S6：晶圆缺陷检测及位置校正结束后，晶圆校正模块退位至右极限处，并向刻蚀机发送“Ready”信号，等待搬运机械手拾取晶圆。
采用上述结构后，本发明有益效果如下：本发明一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置及其方法，校正采用机器视觉系统对晶圆识别、定位，可快速实现按加工需求修正晶圆位置，保证了机械手顺利抓取晶圆与晶圆传输进反应腔时的正确位置；可检测晶圆在前置工序生产过程导致的表面裂纹、划痕、指痕、灰尘、污点及晶圆边缘崩口、翘边等缺陷，具有结构简单、操作方便、省力高效的特点。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置的晶圆校正模块结构示意图；
图3为本发明一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置的旋转升降模块结构示意图；
图4为本发明一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置的机器视觉模块结构示意图。
在附图中：1、底座，2、晶圆校正模块，3、旋转升降台模块，4、机器视觉模块，5、校正底座，6、U型皮带轮，7、矫正步进电机，8、溜板，9、矫正真空发生器，10、导轨滑块，11、皮带卡具，12、飞梭，13、滑轨，14、皮带张紧轮，15、下安装板，16、定位插销，17、上安装板，18、双柱双轴微型气缸，19、升降模块真空发生器，20、升降模块步进电机，21、联轴器，22、吸嘴安装座，23吸嘴，24、安装支架，25、工业相机，26、同轴光源，27、镜头，28、插销，29、插销底座，30、磁性开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
如图1所示，一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，它包括底座1、晶圆校正模块2、旋转升降台模块3和机器视觉模块4，所述晶圆校正模块2安装于底座1一端，所述旋转升降台模块3的安装于底座1另一端，所述机器视觉模块4安装于底座1侧壁，所述机器视觉模块4与旋转升降台模块3相邻设置。
如图2所示，所述晶圆校正模块2安装于底座1后端，用于校正晶圆的飞梭12上与校正真空发生器9连接的凹槽，所述校正真空发生器9和飞梭12均安装在溜板8上，所述溜板8与导轨滑块10配套，导轨滑块10上装有皮带卡具11，所述皮带卡具11用于装夹安装U型皮带轮6和皮带张紧轮14的皮带上，校正步进电机7可通过皮带带动导轨滑块10沿导轨方向做往复运动。
如图3所示，旋转升降台模块3的下安装板15安装于底座1前端，所述的下安装板15上有与之嵌套焊接的定位插销16，左侧端装有双柱双轴微型气缸18，后侧端装有升降模块真空发生器19，所述双柱双轴微型气缸18推动上安装板17做升降运动，所述上安装板17末端装有升降模块步进电机20，升降模块步进电机20光轴上通过联轴器21装夹吸嘴安装座22，所述吸嘴安装座22与升降模块真空发生器19，吸嘴安装座22顶端安装与之配套的吸嘴23。
如图4所示，所述的机器视觉模块4的安装支架24安装于底座1的左侧方，所述的安装支架24上装有工业相机25和同轴光源26，所述工业相机25上装有镜头27。
其中，所述飞梭12的凹槽应与吸嘴23的外轮廓同轴心，所述镜头27设于吸嘴23的正上方，所述定位插销16包括插销28和插销底座29，所述插销28一端安装于上安装板17，所述插销28与上安装板17螺纹连接，所述插销28底座1与下安装板15一体化嵌套焊接，所述气缸侧壁设有两个磁性开关30。
具体使用时，对晶圆校正模块2、旋转升降台模块3和机器视觉模块4进行标定，得出晶圆图像在标准位置下的图像坐标系与晶圆实际所在世界坐标系的比例尺关系，并确定晶圆正确位置，晶圆校正模块2将晶圆传送至旋转升降台模块3上，机器视觉模块4拍摄晶圆图像，识别定位晶圆的外轮廓，对轮廓内的晶圆表面图像判断是否存在裂纹、划痕、指痕、灰尘和污点缺陷以及对晶圆边缘处图像判断是否存崩口、翘边缺陷，若存在上述缺陷则报警等待工作人员处理，若不存在上述缺陷则得出图像中晶圆圆心坐标，计算此坐标相对正确位置的偏移量和偏移角度参数，旋转升降台模块3根据偏移角度将晶圆进行旋转从而修正角度偏移，然后将晶圆像素偏移量与标定的比例尺进行换算，得出实际晶圆偏移量，晶圆校正模块2根据实际偏移量进行移动修正位置偏移，旋转升降台模块3带动修正后的晶圆旋转一周，期间晶圆每旋转30°机器视觉模块4抓取一张图像重复步骤的内容，得出修正后晶圆位置与标准位置的偏移，若偏移距离在误差允许范围外则重复步骤S4的内容，若偏移距离在误差允许范围内则晶圆缺陷检测及位置校正结束，晶圆缺陷检测及位置校正结束后，晶圆校正模块2退位至右极限处，并向刻蚀机发送“Ready”信号，等待搬运机械手拾取晶圆。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，其特征在于：包括底座、晶圆校正模块、旋转升降台模块和机器视觉模块，所述晶圆校正模块安装于底座一端，所述旋转升降台模块的安装于底座另一端，所述机器视觉模块安装于底座侧壁，所述机器视觉模块与旋转升降台模块相邻设置，所述晶圆校正模块包括校正底座、U型皮带轮、矫正步进电机、溜板、矫正真空发生器、导轨滑块、皮带卡具、飞梭、滑轨和皮带张紧轮，所述校正底座设于底座上，所述矫正步进电机设于校正底座上部一侧，所述皮带张紧轮设于校正底座上部远离矫正步进电机一侧，所述U型皮带轮设于矫正步进电机输出端，所述滑轨设于校正底座上，所述导轨滑块设于滑轨上，所述溜板滑动设于导轨滑块上，所述矫正真空发生器设于溜板上部一侧，所述飞梭设于溜板上部另一侧，所述矫正真空发生器与飞梭呈相对设置，所述皮带卡具设于溜板中间处。
2.根据权利要求1所述的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，其特征在于：所述旋转升降台模块包括下安装板、定位插销、安装板、双柱双轴微型气缸、升降模块真空发生器、升降模块步进电机、联轴器、吸嘴安装座和吸嘴，所述下安装板设于底座一端，所述定位插销设于下安装板上部中间处，所述定位插销与下安装板嵌套焊接设置，所述双柱双轴微型气缸设于下安装板侧壁，所述上安装板设于双柱双轴微型气缸上部，所述升降模块真空发生器设于下安装板侧壁，所述升降模块步进电机设于下安装板远离定位插销一侧侧壁，所述联轴器设于升降模块步进电机输出端，所述吸嘴安装座设于联轴器上部，所述吸嘴设于吸嘴安装座上部，所述吸嘴安装座与升降模块真空发生器相连通。
3.根据权利要求1所述的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，其特征在于：所述机器视觉模块包括安装支架、工业相机和同轴光源，所述安装支架设于底座侧壁，所述工业相机设于安装支架上部，所述同轴光源设于安装支架侧壁，所述工业相机上装有镜头。
4.根据权利要求1所述的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，其特征在于：所述飞梭的凹槽应与吸嘴的外轮廓同轴心，所述镜头设于吸嘴的正上方。
5.根据权利要求1所述的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，其特征在于：所述定位插销包括插销和插销底座，所述插销一端安装于上安装板，所述插销与上安装板螺纹连接，所述插销底座与下安装板一体化嵌套焊接。
6.根据权利要求1所述的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置，其特征在于：所述气缸侧壁设有两个磁性开关。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种芯片刻蚀机晶圆缺陷检测及位置校正装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：对晶圆校正模块、旋转升降台模块和机器视觉模块进行标定，得出晶圆图像在标准位置下的图像坐标系与晶圆实际所在世界坐标系的比例尺关系，并确定晶圆正确位置；
步骤S2：晶圆校正模块将晶圆传送至旋转升降台模块上；
步骤S3：机器视觉模块拍摄晶圆图像，识别定位晶圆的外轮廓，对轮廓内的晶圆表面图像判断是否存在裂纹、划痕、指痕、灰尘和污点缺陷以及对晶圆边缘处图像判断是否存崩口、翘边缺陷，若存在上述缺陷则报警等待工作人员处理，若不存在上述缺陷则得出图像中晶圆圆心坐标，计算此坐标相对正确位置的偏移量和偏移角度参数；
步骤S4：旋转升降台模块根据偏移角度将晶圆进行旋转从而修正角度偏移，然后将晶圆像素偏移量与标定的比例尺进行换算，得出实际晶圆偏移量，晶圆校正模块根据实际偏移量进行移动修正位置偏移；
步骤S5：旋转升降台模块带动修正后的晶圆旋转一周，期间晶圆每旋转30°机器视觉模块抓取一张图像重复步骤的内容，得出修正后晶圆位置与标准位置的偏移，若偏移距离在误差允许范围外则重复步骤S4的内容，若偏移距离在误差允许范围内则晶圆缺陷检测及位置校正结束；
步骤S6：晶圆缺陷检测及位置校正结束后，晶圆校正模块退位至右极限处，并向刻蚀机发送“Ready”信号，等待搬运机械手拾取晶圆。
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