CN116504666A - 半导体晶圆位置检测装置、检测方法以及检测系统 - Google Patents

半导体晶圆位置检测装置、检测方法以及检测系统 Download PDF

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Abstract

一种半导体晶圆位置检测装置、检测方法以及检测系统，半导体晶圆位置检测装置包括腔室，腔室中设置有对准标记，检测方法包括：在腔室中放置晶圆，对准标记设置在晶圆边缘以外，照明光从正面照射在晶圆边缘和对准标记上，晶圆中心区域是暗的，边缘区域是亮的，从而晶圆的图像的边缘和对准标记的清晰度较高，从而第一待测图像中的晶圆的图像和对准标记的图像的形成质量好，易于精准获取晶圆中心位置与基准坐标系的基准点的第一位置偏差；晶圆的边缘设置有缺口，第一待测图像中具有清晰的缺口图像，依据清晰的缺口图像，精准的获得缺口的位置与晶圆中心位置的连线，获取缺口的位置和晶圆中心位置的连线与基准方向的夹角，提高了晶圆的检测精度。

Description

半导体晶圆位置检测装置、检测方法以及检测系统
技术领域
本发明涉及半导体检测领域，尤其涉及一种半导体晶圆位置检测装置、检测方法以及检测系统。
背景技术
晶圆(Wafer)通常用作集成电路的载体以制作芯片，集成电路包括大量的晶体管，芯片制作的过程中，如果不同工序步骤中晶圆的位置和角度存在偏差，会导致不良的工艺结果。另外，当晶圆在工艺设备中被处理时，需要进行传送，传送位置的偏差可能带来晶圆传送失败、晶圆掉落、晶圆破碎等严重问题。例如，芯片的制作过程中，在采用离子注入工艺进行掺杂前，均需要对晶圆进行缺口识别，通过识别晶圆缺口确定晶圆的角度及位置。传统识别方法采用传感器检测，检测精度低，耗时较长。
现有的半导体晶圆位置检测装置的检测方法对真腔室体内的晶圆进行检测的过程中，通常需要配置合适的照明，确定晶圆固定的位置和转角，从而能够提高相机拍到的晶圆图片的清晰度，进而提高晶圆对准的准确率和检测精度，提高制作的半导体芯片的良率。
然而，现有的半导体晶圆位置检测装置的检测方法仍有待改进。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体晶圆位置检测装置、检测方法以及检测系统，获取高质量的晶圆和对准标记的图像以提升半导体晶圆位置检测装置的性能。
为解决上述问题，本发明提供了用于半导体晶圆位置检测装置，包括：真空的腔室，待检测的圆晶被放置在所述腔室中，所述腔室的顶部具有腔室开口；透明窗口，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；承片台，位于所述真空的腔室内，用于承载晶圆；晶圆，被放置在所述承片台上；发光装置，位于所述腔室外部，且位于所述透明窗口的上方，用于提供穿过所述透明窗口的照明光；反光装置，在所述腔室中，且位于所述腔室开口和晶圆之间，用于反射所述照明光至所述晶圆的边缘；对准标记，位于所述腔室中；图像获取装置，位于所述发光装置的上方，用于获取晶圆和对准标记的图片。
相应的，本发明实施例还提供一种用于半导体晶圆位置检测装置的检测方法，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记，所述检测方法包括：在所述腔室中放置晶圆，对准标记设置在晶圆边缘以外；从所述晶圆和对准标记的正面，向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光；向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光之后，获得第一待测图像，所述第一待测图像中具有所述晶圆的图像和对准标记的图像；基于所述对准标记的图像，获取所述腔室的基准坐标系；基于所述晶圆的图像，获取所述晶圆的中心位置；根据所述晶圆的中心位置以及所述基准坐标系的基准点，获取所述晶圆的中心位置相对于所述基准点的第一位置偏差。
相应的，本发明实施例还提供一种用于半导体晶圆位置检测装置的检测系统，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记，包括：承载模块，在所述腔室中，用于放置晶圆，且使对准标记设置在晶圆边缘以外；光路模块，位于所述腔室外部，用于从所述晶圆和对准标记的正面，向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光；待测图像获取模块，位于所述晶圆和对准标记的正面，用于获得第一待测图像，所述第一待测图像中具有所述晶圆的图像和对准标记的图像；晶圆位置偏差获取模块，用于基于所述对准标记的图像，获取腔室的基准坐标系，用于基于所述晶圆的图像，获取晶圆的中心位置，根据所述晶圆的中心位置以及所述基准坐标系的基准点，获取所述晶圆的中心相对于所述基准点的位置偏差。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的用于半导体晶圆位置检测装置的检测方法，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记，在所述腔室中放置晶圆，对准标记设置在晶圆边缘以外，从所述晶圆和对准标记的正面，向所述晶圆和所述对准标记发射照明光，从而对准标记的图像能够在第一待测图像中清晰的向光显示，有利于依据对准标记图像获取腔室中的基准坐标系，所述基准坐标系的基准点作为判断晶圆的中心位置偏差大小的基准，并用于作为晶圆位置调整的基准。晶圆露出所述对准标记，晶圆的边缘被所述照明光从正面照射，从而晶圆的中心区域是暗的，晶圆的边缘区域是亮的，因此晶圆的图像的边缘清晰度较高，有利于依据晶圆图像边缘的照明光确定晶圆轮廓，从而依据晶圆轮廓和基准坐标系，能够更准确的获得晶圆的中心位置，进而根据晶圆的中心位置和基准点的位置，能够准确获得晶圆中心位置相对于基准坐标系的基准点的第一位置偏差，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。
可选方案中，在所述腔室中放置晶圆的步骤中，所述晶圆的边缘设置有缺口，晶圆边缘被照明光照射，因此所述第一待测图像中具有清晰的缺口图像，依据清晰的缺口图像，能够获取缺口的位置，进而能够获取缺口的位置与晶圆中心位置的连线，根据所述连线与所述基准方向，获取所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。
附图说明
图1是本发明实施例中的半导体晶圆位置检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中的半导体晶圆位置检测装置的光路图；
图3是本发明实施例晶圆边缘缺口的示意图；
图4是本发明实施例中所获得的晶圆及对准标记的图像；
图5是本发明实施例中的发光装置的剖面示意图；
图6是本发明实施例中的发光装置的爆炸图；
图7是本发明实施例中的反光装置的剖面示意图；
图8是本发明实施例的检测方法的流程图；
图9是本发明实施例中在半导体晶圆位置检测装置室中放置晶圆的结构示意图；
图10是本发明实施例中图像获取装置拍摄的图片的示意图；
图11是本发明实施例第一待测图像的示意图；
图12是本发明实施例第一待测图像中直角坐标系的示意图；
图13是本发明实施例第一待测图像中缺口的位置和晶圆中心位置的连线示意图；
图14是本发明实施例第一待测图像中缺口两侧边的中心的示意图；
图15是本发明实施例检测系统的功能框图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有的半导体晶圆位置检测装置的检测方法有待改进。
为解决上述问题，本发明实施例提供的用于半导体晶圆位置检测装置的检测方法，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记，在所述腔室中放置晶圆，对准标记设置在晶圆边缘以外，从所述晶圆和对准标记的正面，向所述晶圆和所述对准标记发射照明光，从而对准标记的图像能够在第一待测图像中清晰的向光显示，有利于依据对准标记图像获取腔室中的基准坐标系，所述基准坐标系的基准点作为判断晶圆的中心位置偏差大小的基准，并用于作为晶圆位置调整的基准。晶圆露出所述对准标记，晶圆的边缘被所述照明光从正面照射，从而晶圆的中心区域是暗的，晶圆的边缘区域是亮的，因此晶圆的图像的边缘清晰度较高，有利于依据晶圆图像边缘的照明光确定晶圆轮廓，从而依据晶圆轮廓和基准坐标系，能够更准确的获得晶圆的中心位置，进而根据晶圆的中心位置和基准点的位置，能够准确获得晶圆中心位置相对于基准坐标系的基准点的第一位置偏差，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1示出了本发明实施例中的半导体晶圆位置检测装置的结构示意图，图2示出了本发明实施例中半导体晶圆位置检测装置的光路图，图3示出了本发明晶圆边缘缺口的示意图。
所述半导体晶圆位置检测装置包括：腔室200，所述腔室200用于设置晶圆400，所述腔室200的顶部具有腔室200开口；发光装置100，位于腔室200外部，用于提供穿过所述腔室200开口的照明光；发光装置300，在所述腔室200中，且位于所述腔室200开口和晶圆400之间，用于反射所述照明光至所述晶圆400的边缘；对准标记(图中未示出)，位于所述腔室200中；图像获取装置600，位于所述发光装置100的顶部，用于获取晶圆400和对准标记的图片。
所述半导体晶圆位置检测装置包括：真空的腔室200，待检测的圆晶被放置在所述腔室200中，所述腔室200的顶部具有腔室开口；透明窗口500，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；承片台201，位于所述腔室200内，用于承载晶圆400；晶圆400，被放置在所述承片台201上；发光装置100，位于腔室200外部，用于提供穿过所述透明窗口500的照明光；反光装置300，在所述腔室200中，且位于所述腔室开口和晶圆400之间，用于反射所述照明光至所述晶圆400的边缘；对准标记700(如图3所示)，位于所述腔室200中；图像获取装置600，位于所述发光装置100的顶部，用于获取晶圆400和对准标记700的图片。
本发明实施例提供的半导体晶圆位置检测装置工作时，发光装置100提供的照明光穿过所述腔室200的透明窗口500，经反光装置300能够精准的反射至晶圆边缘，使得晶圆边缘内外一个环形区域能够被照亮，图像获取装置600获取晶圆和对准标记700的图片，通过晶圆的图像，获取晶圆中心，通过对准标记700获取腔室200的基准坐标系，依据基准坐标系中确定晶圆在腔室200中的位置，晶圆边缘的缺口(Notch)也呈现在晶圆的图像中，依据晶圆400上的缺口位置确定晶圆400的转角。发光装置100提供的照明光照射晶圆表面，便于图像获取装置600拍摄清晰度高的晶圆图片，易于获得准确度更高的晶圆位置以及晶圆转角的信息，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。
本实施例中，所述腔室200为真空腔室。
如图3所示，示意出获得的晶圆及对准标记700的图像。在半导体工艺中，缺口401(Notch)用于校准晶圆的转角。
本实施例中，透明窗口500，位于所述腔室200的开口，用于起到密封所述腔室开口的作用，有利于使腔室200内维持真空环境。
本实施例中，所述透明窗口500包括透明法兰。所述透明法兰的材料包括但不限于有机玻璃(Polymethyl methacrylate，PMMA)、石英或者聚碳酸酯(PC)。
本实施例中，所述承片台201用于放置晶圆，所述晶圆的边缘具有缺口401(Notch)，在半导体工艺中，缺口401用于校准晶圆的转角，提高晶圆上不同步骤中形成的图形的套刻精度。
本实施例中，承片台201活动的设置在所述腔室200中。具体的，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：调整装置，与所述承片台的底部连接。所述调，用于驱动所述承片台201平移或者转动，从而改变载片台上的待检测晶圆400在腔室200中的位置和转角。其他实施例中，所述承片台还可以固定设置在所述腔室中。
本实施例中，所述调整装置501包括：旋转机构和平移机构。具体的，所述旋转机构的输出端和平移机构的输出端与所述承片台201连接，所述旋转机构用于带动承片台201转动，平移机构用于带动承片台201平移。
本实施例中，所述腔室200中设置有对准标记700，所述对准标记700用于确定腔室200的基准极坐标系。用所述图像获取装置获取的图片中所述对准标记的图像定义一个基准坐标系。
本实施例中，所述对准标记700位于所述承片台201的侧部，便于后续放置在腔室200中的晶圆能够露出所述对准标记700，从而对所述晶圆和对准标记700拍摄获得的图片中能够同时具有晶圆和对准标记700。
本实施例中，所述对准标记700固定部的材料为透明材质，对准标记700能够阻挡所述照明光，对准标记700固定部透过照明光，使得对准标记700和对准标记700固定部具有明显的对比度。
本实施例中，所述对准标记700的数量为三个，且三个对准标记700中心的连线构成直角三角形，将最长边的中心点作为所述基准点。其他实施例中，所述对准标记的数量为两个，将两个对准标记连线的中心作为腔室的基准点。
本实施例中，以所述基准点为坐标原点，建立直角坐标系。三个对准标记700连成的三角形的两个短边的延伸方向分别作为直角坐标系X轴和Y轴。
作为一种示例，所述三个对准标记700中心的连线构成等腰直角梯形。
其他实施例中，所述对准方法还包括：获取所述基准点后，以所述基准点为极点，建立极坐标系。后续依据所述极坐标系，确定所述晶圆的圆心相对于所述基准点第一位置偏差。
本实施例中，所述对准标记700的形状包括圆形。所述对准标记700的形状为圆形时，有利于后续利用对准标记700的图像，获取对准标记700的中心，便于依据多个对准标记700的中心的连线获取基准点的位置。其他实施例中，所述对准标记的形状包括三角形或十字形。
所述半导体晶圆位置检测装置包括：对准标记固定部(图中未示出)，位于腔室200中，所述对准标记设置在所述对准标记固定部上。
本实施例中，所述对准标记固定部的材料为透明材质，对准标记能够阻挡所述照明光，对准标记固定部透过照明光，使得对准标记和对准标记固定部具有明显的对比度。
图5是本发明实施例中的发光装置的剖面示意图，图6是本发明实施例中的发光装置的爆炸图。
本实施例中，所述发光装置100包括：环形安装部101；第一锥度孔102，位于所述环形安装部101的底部，且所述第一锥度孔102的顶部为小径端，所述第一锥度孔102的底部为大径端；环形光源103，沿周向设置在所述第一锥度孔102的侧壁上。
所述环形安装部101底部的第一锥度孔102为环形光源103提供安装位置，环形光源103位于所述第一锥度孔102的侧壁上，且因为所述第一锥度孔102的底部为大径端，第一锥度孔102的顶部为小径端，使得第一锥度孔102上的环形光源103提供的照明光呈环形斜向下发射出，环形的照明光经反光装置300反射后，能够照射在所述晶圆400的边缘区域，也就是能够照射到晶圆400的缺口401(Notch)，便于确定晶圆400在腔室200中的位置，以及便于依据晶圆400上的缺口401位置确定晶圆400的转角。
本实施例中，所述环形光源103包括多个间隔排布在第一锥度孔102侧壁的发光二极管(Light-emitting diode，LED)。发光二极管通过电子与空穴复合释放能量发光。
具体的，所述发光二极管优选为均匀间隔排布。
本实施例中，第一锥度孔102为圆形锥孔。晶圆400为圆形，所述第一锥度孔102为圆形锥孔有利于照明光以圆环形发出，从而易于在晶圆400上形成照射晶圆400边缘的圆环光形，晶圆400的轮廓和晶圆400上的缺口401能够被照亮。其他实施例中，第一锥度孔还可以为多边形锥孔，例如：三角形锥孔，四边形锥孔或者五边形锥孔等。
需要说明的是，所述第一锥度孔102的母线与所述晶圆400表面法线的夹角α(如图2所示)不宜过大也不宜过小。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角α过大，为了使环形光源103提供的照明光能够被反光装置300反射至晶圆400的边缘，需要使反光装置300与环形光源103之间的距离相对应的设置过大，相应的发光装置100距离晶圆400的距离过大，与这种情况相匹配的腔室200在晶圆400法线方向上的尺寸过大，不利于提高半导体晶圆位置检测装置结构的紧凑性。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角α过小，为了使环形光源103提供的照明光能够被反光装置300反射，需要使得反光装置300与环形光源103之间的距离相对应的过小，相应的发光装置100距离晶圆400的距离过小，与这种情况相匹配的腔室200在晶圆400法线方向上的尺寸过小。本实施例中，所述第一锥度孔102的母线与所述晶圆400表面法线的夹角为0度至90度。
需要说明的是，在实际晶圆400检测时，针对不同的晶圆400尺寸，所述第一锥度孔102的母线与所述晶圆400表面法线的夹角可以根据需要进行调整，使得照明光能够照射在晶圆400的边缘上。
本实施例中，所述发光装置100还包括：匀光板105，位于所述第一锥度孔102的内壁上，覆盖所述环形光源103。其他实施例中，所述匀光板还可以位于所述环形安装部的底部遮挡所述第一锥度孔的大径端。
匀光板105中具有均匀分散的微米级粒子，匀光板105利用微米级粒子的光散射效应，将线光源或点光源转变为面光源。
所述发光装置100还包括：光源控制器(图中未示出)，与所述环形光源103连接，用于调节环形光源103的亮度。
本实施例中，所述光源控制器包括本地操控面板或者远程控制接口，光源控制器设置在腔室的外部，光源控制器为环形光源103提供电源。
具体地，所述本地操控面板的调节装置包括但不限定于：显示屏、旋钮、拨码开关、按钮等。远程控制接口可以通过远程控制装置对所述环形光源103进行开关以及亮度的调节等操作。
本实施例中，所述远程接口包括：蓝牙、行动热点(WiFi)或紫封(ZigBee)。
图7是本发明实施例中的反光装置300的结构示意图。本实施例中，所述反光装置300包括：环形反射罩301，所述环形反射罩301包括第二锥度孔302；所述第二锥度孔302的顶部开口小于底部开口。
本实施例中，所述第二锥度孔302的顶部开口小于底部开口。从而第二锥度孔302的锥度反射面斜向下，使得经锥度反射面反射的照明光能够照射向位于所述环形反射罩301底部的晶圆400。
本实施例中，所述第二锥度孔302的底部尺寸大于所述晶圆400的直径。也就是说，所述第二锥度孔302在晶圆400上的至少部分投影位于所述晶圆400的外部区域，从而照射向第二锥度孔302的照明光能够被反射至位于其投影面区域的晶圆400的边缘，使得晶圆400的边缘能够被照明光照亮。
需要说明的是，所述第二锥度孔302上的母线与晶圆400表面法线的夹角β(如图2所示)不宜过大也不宜过小。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角β过大，第二锥度孔302的反射面不易反射发光装置100提供的照明光，导致晶圆400边缘以及晶圆400边缘的缺口401不能被照明光照射到，不利于半导体晶圆位置检测装置获得精确的晶圆400的位置和晶圆400转角。在其他零部件的位置关系不变的情况下，若所述夹角β过小，易于导致经锥度反射面反射的照明光，照射在不希望照射的晶圆400中心区域，晶圆400的边缘区域和晶圆400边缘的缺口401不能被照明光覆盖，不利于半导体晶圆位置检测装置获得晶圆400的位置和晶圆400转角。本实施例中，所述反射面上的母线与晶圆400表面法线的夹角为0度至45度。
需要说明的是，在实际晶圆400检测时，针对不同的晶圆400尺寸，所述所述反射面上的母线与晶圆400表面法线的夹角可以根据需要进行调整，使得照明光能够照射在晶圆400的边缘上。
图像获取装置600从所述晶圆和对准标记700的正面拍摄，因此所述图像获取装置600为向光拍摄，且因为发光装置100提供的照明光照射向晶圆的边缘，有利于使图片中的晶圆和对准标记700排出杂散光的影响，能够清晰向光显示。
本实施例中，所述图像获取装置600包括相机。其他实施例中，所述图像获取装置还可以包括全检扫描探头或探测器，具体的，所述探测器包括面阵探测器、线阵探测器。
需要说明的是，承片台201和对准标记700位于所述图像获取装置600的景深范围(DOF)内，有利于图像获取装置600能够在一次拍摄中获取晶圆图片和对准标记700的图片(如图4所示)。
本实施例中，所述发光装置100还包括：通孔104，位于第一锥度孔102的顶部，且贯穿所述环形安装部101，用于使所述图像获取装置透过所述发光装置的通孔，获取晶圆表面图像。
发光装置100提供的照明光通过所述腔室200开口的透明密封件500，经发光装置300的反射将照明光反射至晶圆400的边缘，所述晶圆400边缘的照明光经反射通过所述通孔104和透明密封件500，传播至腔室200外部，便于图像获取装置600在腔室200的外部就能获取晶圆400表面的图像。通孔104贯穿第一锥度孔102顶部的环形安装部101，有利于简化半导体晶圆位置检测装置的结构，减少照明光在传播过程中的损失，减少杂散光的影响，提高图像获取装置600获取的晶圆400表面图像的质量，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。
所述半导体晶圆位置检测装置还包括：上位机(图中未示出)，所述上位机和图像获取装置600连接，上位机用于控制图像获取装置600拍摄图片。
本实施例中，所述上位机和图像获取装置600通过IO端口连接。
本实施例中，所述上位机包括电脑，所述电脑中安装有图像处理软件，图像处理软件用于获取图像获取装置600拍摄得到的图片，用于后续对图片进行清晰度处理，获得第一待测图像。
所述半导体晶圆位置检测装置还包括：超阈值调节装置，与上位机连接，用于在晶圆的中心位置相对于所述基准点的位置偏差超过检测方法所能调整的最大位置偏差时，调整晶圆的位置，使得晶圆的位置能够位于阈值位置偏差范围内，使得本发明实施例提供的检测方法能够对晶圆进行对准操作。
相应的，本发明实施例还提供一种用于半导体晶圆位置检测装置的检测方法，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记。
本实施例中，所述检测方法应用于前述实施例所述的半导体晶圆位置检测装置，对所述半导体晶圆位置检测装置的具体描述，本实施例不再赘述。
结合图1至图7，参考图8，示出本发明实施例的检测方法的流程图。
步骤S1，如图9所示，在所述腔室200中放置晶圆400，对准标记700设置在晶圆400边缘以外。
对准标记700设置在晶圆400边缘以外，从而对所述晶圆400和对准标记拍摄获得的图片中能够同时具有晶圆400和对准标记。
在所述腔室200中放置晶圆400的步骤中，将所述晶圆400放置于所述承片台201上，也就是说所述晶圆400位于所述发光装置100的下方。所述发光装置100提供的照明光照射在晶圆400和对准标记的正面。
所述晶圆400固定设置在所述承片台上，所述晶圆400通过固定设置在所述承片台201上。在后续利用调整装置501带动承片台201在腔室200中平移时，承片台201上的晶圆400能够跟随承片台201平移；在后续利用调整装置500转动承片台201时，承片台201上的晶圆400能够跟随承片台201转动。
需要说明的是，在所述腔室200中放置晶圆400的步骤中，所述晶圆400的边缘具有缺口，缺口用于校准晶圆400的转角，提高不同半导体工艺步骤中，晶圆400上形成的图形的套刻精度。
步骤S2，如图9所示，从所述晶圆400和对准标记的正面，向所述晶圆400的边缘和所述对准标记发射照明光。
发光装置100向所述晶圆400以及所述对准标记发射照明光之后，后续图像获取装置600从晶圆400和对准标记的正面，拍摄所述晶圆400和对准标记，获得晶圆400以及所述对准标记的正面图片。
向所述晶圆400和所述对准标记发射照明光的步骤包括：利用光源控制器来开启或者断开所述发光元件103。具体的，利用光源控制器的方式包括操作本地操控面板，或者利用远程控制装置通过远程接口控制。
需要说明的是，向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光的步骤中，晶圆400的边缘被照明光照亮，形成环形照亮区域。
步骤S3，向所述晶圆400和所述对准标记发射照明光之后，获得第一待测图像(如图11所示)，所述第一待测图像中具有所述晶圆400的图像和对准标记700(Mark)的图像。
本发明实施例提供的腔室200中设置有对准标记700，在所述腔室200中放置晶圆400，对准标记700设置在晶圆400边缘以外，从所述晶圆400和对准标记700的正面，向所述晶圆400的边缘和所述对准标记700发射照明光，所述对准标记700位于照明光的传播路径上，从而对准标记700的图像能够在第一待测图像中清晰的向光显示，有利于后续依据对准标记700的图像获取腔室200中的基准点，所述基准点作为判断晶圆400的中心位置偏差大小的基准，并作为后续晶圆400位置调整的基准。
本发明实施例提供的晶圆400露出所述对准标记700，所述晶圆400的边缘被所述照明光从正面照射，从而晶圆图像的中心区域是暗的，晶圆400的边缘区域是亮的，因此晶圆图像的边缘清晰度较高，有利于依据晶圆图像边缘的照明光确定晶圆400的轮廓，从而依据晶圆400的轮廓，能够更准确的获得晶圆400的中心位置，进而根据晶圆的中心位置和基准点的位置，能够准确获得晶圆400中心位置相对于基准点的第一位置偏差，基于准确的第一位置偏差，调整晶圆400位置使所述晶圆400的中心位置与所述基准点重合，提高晶圆400的检测精度。
获得第一待测图像的步骤包括：采用图像获取装置600，从所述晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片(如图10所示)；对所述图片进行清晰度处理，获取所述第一待测图像(如图11所示)。
本实施例中，采用图像获取装置600，从所述晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片的步骤包括：
通过上位机发送触发信号给图像获取装置600；所述图像获取装置600依据所述触发信号，从晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片。
所述检测方法还包括：上位机中的图像处理软件通过高速网络端口从图像获取装置600中获取图片。图像处理软件获取图片为后续对图片进行清晰度处理，获得第一待测图像做准备。
本实施例中，可以采用相机拍摄图片。其他实施例中，还可以采用全检扫描探头或探测器进行拍摄。
需要说明的是，采用图像获取装置600从晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片时，对准标记700和晶圆400均置于所述图像获取装置600的景深内部，使得拍摄得到的图片的清晰度较高。
对所述图片进行清晰度处理，有利于使获得第一待测图像中晶圆400的图像和对准标记700的图像更加清晰，更易于识别，从而提高基于对准标记700的图像获得的基准点的精确度，以及提高基于晶圆400的图像获得的晶圆400的中心位置的精确度。
对所述图片进行清晰度处理，获取所述第一待测图像步骤包括：对所述图片进行网格细分；获得每个所述网格的平均清晰度值；将每个所述网格的平均清晰度值进行转化处理，获得所述图片的清晰度分布图。
本实施例中，对图片进行网格细分的步骤中，网格的大小根据图片的数据量以及所述后续形成的第一待测图像的所需的清晰程度来进行确定。
本实施例中，获得每个网格的平均清晰度值步骤包括：依据所述网格中图片的灰度值，获得所述网格的平均灰度值；根据所述每个网格的平均灰度值获得每个所述网格的平均清晰度值。
本实施例中，采用均值法获取图片的灰度值。
本实施例中，将每个所述网格的平均清晰度值进行转化处理，获得所述图片的清晰度分布图的步骤包括：将每个所述网格的平均清晰度值映射至0-255获得图片的清晰度分布图。
本发明实施例中，图片经过清晰度处理获得第一待测图像，从而第一待测图像中晶圆400的边缘和晶圆400的中心区域的清晰度值不同，对准标记700内部和对准标记700外部的清晰度值不同，根据晶圆400的边缘和对准标记700处的预设网格清晰度值的范围，能够将晶圆图像的区域和对准标记700的图像的区域确定下来，便于后续基于对准标记700的图像，获取所述腔室200的基准坐标系，便于后续基于所述晶圆400的图像，获取所述晶圆400的中心位置。
步骤S4，基于所述对准标记700的图像，获取所述腔室200的基准坐标系(如图12所示)。
所述基准坐标系包括基准点A和坐标方向，所述基准坐标系为后续调整晶圆400在腔室200中的位置作基准参考。
基于所述对准标记700的图像，获取所述腔室的基准坐标系的步骤包括：获取各个所述对准标记700的图像的外轮廓；依据各个所述对准标记700的图像的外轮廓，获取所述对准标记700的图像的中心；根据各个所述对准标记700图像的中心的相对位置，获取所述腔室的基准坐标系。
本实施例中，获取所述腔室的基准坐标系的步骤中，先获取基准点，以所述基准点A为坐标原点(0，0)，建立直角坐标系。作为一种示例，以三条边中尺寸较短的两边的延伸方向分别作为X轴和Y轴。
本实施例中，基于所述对准标记700的图像，获取基准点A的步骤包括：利用所述对准标记700的图像，获取各个对准标记700图像的中心；基于各个所述对准标记700图像的中心的连线，将最长边的中心点作为所述基准点A。
具体的，所述对准标记700的数量为三个，且三个对准标记700中心的连线构成直角三角形，将最长边的中心作为所述基准点A。将对准标记700的图像的中心作为实际对准标记700的位置，因此最长边连线的中心点作为所述基准点A。
本实施例中，利用所述第一待测图像，获取所述对准标记700的图像轮廓；在所述对准标记700的图像轮廓选取多个点，采用最小二乘法拟合出对准标记700的中心点。
本实施例中，所述对准标记700的图像为圆，相应的，获得的所述对准标记700的图像轮廓为接近圆的图形。
本实施例中，在所述对准标记700的图像轮廓中选取多个点的步骤中，所述点的数量大于或等于两个。所选取的点的数量越多，拟合出的对准标记700的中心越精准。
本实施例中，采用最小二乘法拟合所述对准标记700的中心的步骤中，所述对准标记700的中心点是根据对准标记700的图像边缘区域上的多个点拟合出的，可以认为所述拟合出的对准标记700图像的中心无限接近于实际对准标记700的中心。
其他实施例中，所述对准标记的数量为两个；基于所述对准标记的图像，获取基准点的步骤包括：获取所述对准标记的图像的外轮廓；依据所述对准标记的图像的外轮廓，获取两个对准标记图像的中心；基于两个所述对准标记图像的中心的连线，将两个对准标记连线的中心作为所述基准点。所述对准标记的数量为两个，基于两个对准标记，获取所述基准点的方法简单，易于操作。
其他实施例中，所述检测方法还包括：获取所述基准点后，以所述基准点为极点，建立极坐标系。后续依据所述极坐标系，确定所述晶圆的圆心相对于所述基准点第一位置偏差。
需要说明的是，所述检测方法还包括：定义基准方向。
在对所述晶圆400和对准标记700进行拍摄的步骤中，所述第一待测图像中还具有缺口图像，所述基准方向用于作为晶圆400转角调整的基准。
本实施例中，采用图像处理软件在晶圆图像边缘获取缺口图像。
本实施例中，在定义基准方向的步骤中，所述基准方向经过所述基准点A。在半导体晶圆位置检测装置的检测方法中，当先进行晶圆400位置的校准，晶圆400位置的校准完成之后进行晶圆400转角的校准时，缺口位于所述基准方向上时，所述晶圆400的转角完成校准，有利于校准人员检测晶圆400的转角是否校准合格。其他实施例中，定义基准方向的步骤中，所述基准方向还可以不经过所述基准点。
步骤S5，基于所述晶圆400的图像，获取所述晶圆400的中心位置C。
晶圆400的中心位置C为晶圆400的圆心，以晶圆400的圆心所在位置为晶圆400的位置，为后续依据晶圆400的位置和基准点A确定第一位置偏差做准备。
基于所述晶圆400的图像，获取晶圆400的中心位置C的步骤包括：利用所述第一待测图像，获取所述晶圆400的图像轮廓；在所述晶圆图像轮廓选取多个点，采用最小二乘法拟合出晶圆400的中心位置C。
本发明实施例中，利用所述第一待测图像，获取所述晶圆400的图像轮廓的步骤中，将所述环形照亮区域中晶圆的外边界作为晶圆图像轮廓。
本实施例中，在所述晶圆图像轮廓选取多个点的步骤中，所述点的数量大于或等于两个。所选取的点的数量越多，拟合出的晶圆400的圆心越精准。
本实施例中，采用最小二乘法拟合所述晶圆400的中心位置C的步骤中，所述晶圆400的中心位置C为根据晶圆图像轮廓上的多个点拟合出的，可以认为所述拟合出的晶圆400的中心位置C无限接近于实际晶圆400的圆心。
需要说明的是，所述半导体晶圆位置检测装置能够检测的晶圆400尺寸具有一定范围内，基于所述晶圆400的图像，获取晶圆400的圆心的步骤中，若拟合出来的圆的尺寸大于或者小于半导体晶圆位置检测装置能够检测的晶圆400的尺寸范围的话，半导体晶圆位置检测装置会报警，并将报警信息传递给上位机。
步骤S6，根据所述晶圆400的中心位置C以及所述基准坐标系的基准点A，获取所述晶圆400的中心位置C相对于所述基准点A的第一位置偏差。
获取所述晶圆400的中心位置C相对于所述基准点A的第一位置偏差，为后续调整晶圆400的位置做准备，使得晶圆400的中心位置C能够与基准点A重合。
本实施例中，获取所述晶圆400的中心位置C相对于所述基准点A的第一位置偏差的步骤中，将晶圆400的中心位置C与直角坐标系原点的位置偏差作为所述第一位置偏差。具体的，所述第一位置偏差采用(x，y)表示，其中，x表示晶圆400的中心相对于基准点A在X轴方向的尺寸，y表示晶圆400的中心相对于基准点A在Y轴方向的尺寸。
其他实施例中，获取所述晶圆的中心位置相对于所述基准点的第一位置偏差的步骤中，将晶圆的中心位置与极坐标系极点的位置偏差作为所述第一位置偏差。具体的，所述第一位置偏差采用(r，ρ)表示，其中，r表示所述晶圆的中心的晶圆的极径，ρ表示所述晶圆的中心的极角。
本实施例中，所述检测方法还包括：获取所述晶圆400的中心位置C相对于所述基准点A的第一位置偏差后，将所述第一位置偏差传递给上位机，作为后续调整晶圆的依据。
本实施例中，采用应用程序接口函数(Application Programming Interface，API)将所述第一位置偏差传递给上位机。其他实施例中，还可以通过IO接口将所述第一位置偏差传递给上位机。
需要说明的是，所述对准标记700的图像和晶圆400的图像均位于第一待测图像中，所述晶圆400相对于基准点A的第一位置偏差指代的是基准点A和晶圆400的中心位置C在水平内的位置偏差。
还需要说明的是，所述检测方法还包括：半导体晶圆位置检测装置预先设置有阈值位置偏差(也就是检测方法所能调整的最大位置偏差)，在获取晶圆400相对于所述基准点A的第一位置偏差的步骤中，若所述第一位置偏差大于阈值位置偏差，检测方法将不能调整所述晶圆400的位置，所述半导体晶圆位置检测装置会报警，并将报警信息传递给上位机。上位机将通过腔室200中的超阈值调节装置调整晶圆400的位置，使得晶圆400的位置能够位于阈值位置偏差范围内，便于后续采用检测方法调节晶圆的位置。
所述检测方法还包括：根据所述晶圆400的第一位置偏差，调整所述晶圆400的位置，使所述晶圆400的中心位置C与所述基准点A重合。
所述晶圆400的中心位置C与基准点A重合，有利于使不同的半导体工艺步骤中晶圆400的位置相同，使得不同步骤中形成的图形不易存在套刻误差，提高芯片的良率。
本实施例中，调整所述晶圆400的位置的步骤中，所述调整装置501根据晶圆400的第一位置偏差对承片台201的位置进行调整。调整装置501调整承片台201的位置过程中，带动承片台201上的晶圆400的位置发生调整。
本实施例中，调整装置501根据晶圆400的第一位置偏差对承片台201的位置进行调整的步骤包括：上位机根据晶圆400的中心位置C相对于所述基准点A的第一位置偏差，设定X轴方向上的调节距离(x)以及Y轴方向上的调节距离(y)；上位机根据X轴方向上的调节距离(x)以及Y轴方向上的调节距离(y)驱动调整装置501进行调整，使得晶圆400的中心位置C和基准点A重合。
其他实施例中，调整装置根据晶圆的第一位置偏差对承片台的位置进行调整的步骤包括：上位机根据晶圆的中心位置相对于所述基准点A的第一位置偏差，设定调节距离(r0)以及调节角度(ρ0)；上位机根据调节距离(r0)和调节角度(ρ0)驱动调整装置进行调整，使得晶圆的中心位置和基准点A重合。
本实施例中，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：晶圆400的中心位置C和所述基准点A的重合位置偏差阈值。
所述检测方法包括：调整所述晶圆400的位置后，再次向所述晶圆400发射照明光；再次向所述晶圆400发射照明光之后，获得第二待测图像，所述第二待测图像中具有调整后晶圆400的图像；基于所述调整后晶圆400的图像，获取所述调整后晶圆400的中心位置C；根据所述调整后晶圆400的中心位置C以及所述基准点A，获取所述调整后晶圆400相对于所述基准点A的第二位置偏差；将所述晶圆400的第二位置偏差与所述重合位置偏差阈值进行比较，若所述第二位置偏差小于所述重合位置偏差阈值，则认为晶圆400的中心位置C和基准点A重合，若所述第二位置偏差大于所述重合位置偏差阈值，则认为晶圆400的中心位置C和基准点A不重合，需要重新调整所述晶圆400的位置。
步骤S7，所述检测方法还包括：获取缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
所述检测方法还包括：依据所述缺口图像，获取所述缺口的位置B；根据所述缺口的位置以及所述晶圆400的中心位置C，获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置C的连线BC(如图13所示)；获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
本发明实施例提供的检测方法中，在所述腔室200中放置晶圆400的步骤中，所述晶圆400的边缘设置有缺口，晶圆400边缘被照明光照射，因此所述第一待测图像中具有清晰的缺口图像，依据清晰的缺口图像，能够获取缺口的位置，进而能够获得缺口的位置与晶圆400中心位置的连线，根据所述连线与所述基准方向，获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
需要说明的是，所述半导体晶圆位置检测装置能够检测的缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角具有一定范围内，若夹角大于所述半导体晶圆位置检测装置能够检测的角度范围的话，半导体晶圆位置检测装置会报警，并将报警信息传递给上位机。
获取所述缺口的位置步骤包括：如图14所示，获取所述缺口图像两侧边的中心(如图14a中的D1以及图14b中的D2)；获取所述两侧边上中心连线D1D2的中心位置作为所述缺口图像的位置。
本实施例中，获取所述缺口图像两侧边的中心的步骤包括：将所述待测图像中的缺口图像外部区域和环形照亮区域的交界处作为缺口图像的边缘；依据所述缺口图像的边缘，获取缺口图像侧边的中心。
本实施例中，采用找边缘工具，找到缺口图像侧边的中心。
本实施例中，获取所述两侧边上中心连线的中心位置作为所述缺口图像的位置的步骤包括：获取缺口图像两侧边的中心的坐标；利用所述缺口图像两侧边的中心的坐标，求解出所述中心连线的中心位置作为所述缺口图像的位置。
本实施例中，上位机利用图像处理软件获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与基准方向的夹角。
其他实施例中，所述检测方法还包括：根据所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角，转动所述晶圆，使晶圆中心位置与所述缺口的位置连线与所述基准方向平行。旋转所述晶圆的步骤中，所述调整装置根据所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角转动承片台。具体的，上位机根据所述夹角驱动调整装置进行调整，使晶圆中心位置与所述缺口的位置连线与所述基准方向平行(本实施例中为重合)。
本实施例中，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角偏差阈值。
所述检测方法还包括：在调整所述晶圆400的转角后，再次向所述晶圆400和缺口发射照明光；再次向所述晶圆400和缺口发射照明光之后，获得第二待测图像，所述第二待测图像中具有调整后晶圆400的图像和缺口图像；基于所述调整后晶圆400的图像，获取所述调整后晶圆400的中心位置；基于所述调整后缺口的图像，获取所述调整后缺口的位置；根据调整后所述缺口的位置以及所述调整后晶圆400的中心位置，获取调整后所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线；获取调整后所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角；将调整后的所述夹角与所述夹角偏差阈值进行比较，若所述夹角小于所述夹角偏差阈值，则认为所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向平行，若所述夹角大于所述夹角偏差阈值，则认为所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向不平行。
相应地，结合图1至图14，参考图15，本发明实施例还提供了一种用于半导体晶圆位置检测装置的检测系统。
所述半导体晶圆位置检测装置包括：腔室200，所述腔室200中设置有对准标记。
所述检测系统包括：承载模块10，在所述腔室200中，用于放置晶圆400，且使对准标记700设置在晶圆400边缘以外；光路模块70，位于所述腔室200外部，用于从所述晶圆400和对准标记的正面，向所述晶圆400边缘和所述对准标记发射照明光；待测图像获取模块20，位于所述晶圆400和对准标记的正面，用于获得第一待测图像，所述第一待测图像中具有所述晶圆400的图像和对准标记的图像；晶圆位置偏差获取模块30，用于基于所述对准标记的图像，获取腔室200的基准坐标系，用于基于所述晶圆400的图像，获取晶圆400的中心位置，根据所述晶圆400的中心位置以及所述基准坐标系的基准点，获取所述晶圆400的中心相对于所述基准点的位置偏差。
本发明实施例提供的用于半导体晶圆位置检测装置的检测系统，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室200，对准标记设置在所述腔室200中，承载模块10，在所述腔室200中，用于放置晶圆400，且使对准标记700设置在晶圆400边缘以外，光路模块70，位于所述腔室200外部，用于从所述晶圆400和对准标记的正面，向所述晶圆400的边缘和所述对准标记发射照明光，从而对准标记的图像能够在第一待测图像中清晰的向光显示，有利于依据对准标记图像获取腔室200中的基准点，所述基准点作为判断晶圆400的中心位置偏差大小的基准，并用于作为晶圆400位置调整的基准。晶圆400露出所述对准标记，所述晶圆400的边缘被照明光从正面照射，从而晶圆400的中心区域是暗的，晶圆400的边缘区域是亮的，因此晶圆400的图像边缘的清晰度较高，有利于依据晶圆400图像边缘的照明光确定晶圆400轮廓，从而依据晶圆400轮廓，能够更准确的获得晶圆400的中心位置，进而根据晶圆400的中心位置和基准点的位置，能够准确获得晶圆400中心位置相对于基准坐标系的基准点的第一位置偏差，提高半导体晶圆位置检测装置的准确率和检测精度。
所述承载模块10包括承片台201。
光路模块70包括发光模块100和反光装置300。所述发光模块100，位于腔室200外部，用于提供穿过所述腔室开口的照明光；发光装置300，在所述腔室200中，且位于所述腔室开口和晶圆之间，用于反射所述照明光至所述晶圆的边缘；图像获取装置600，位于所述发光模块的顶部。
本发明实施例提供的半导体晶圆位置检测装置工作时，发光模块100提供的照明光穿过所述腔室200的开口，经发光装置300能够精准的反射至晶圆400边缘，在晶圆400边缘形成环形光圈，使得晶圆400边缘能够被照亮，便于确定晶圆400在腔室200中的位置，晶圆边缘的缺口(Notch)也被照明光照亮，便于依据晶圆400上的缺口位置确定晶圆400的转角，提高晶圆上不同步骤中形成图形的套刻精度。
本实施例中，所述腔室200中设置有对准标记700，所述对准标记700用于确定腔室200的基准点。
本实施例中，所述对准标记700位于所述承片台201的侧部，便于后续放置在腔室200中的晶圆能够露出所述对准标记700，从而对所述晶圆和对准标记700拍摄获得的图片中能够同时具有晶圆和对准标记700。
本实施例中，所述对准标记700的数量为三个，且三个对准标记700中心的连线构成直角三角形。本发明实施例提供的检测系统中，将最长边的中心作为所述基准点。其他实施例中，所述对准标记的数量为两个或者多于两个。所述对准标记的数量为两个时，本发明实施例提供的对准系统将两个对准标记中心的连线的中点作为基准点。
本实施例中，三个对准标记700连成的三角形的两个短边的延伸方向分别作为X轴和Y轴。
作为一种示例，所述三个对准标记700中心的连线构成等腰直角梯形。
本实施例中，所述对准标记700的形状包括圆形。所述对准标记700的形状为圆形时，有利于后续利用对准标记700的图像，获取对准标记700的中心，便于依据多个对准标记700的中心的连线获取基准点的位置。其他实施例中，所述对准标记的形状包括三角形或十字形。
本实施例中，所述腔室200具有对准标记700固定部(图中未示出)，所述对准标记700设置在所述对准标记700固定部上。
本实施例中，所述对准标记700固定部的材料为透明材质，对准标记700能够阻挡所述照明光，对准标记700固定部透过照明光，使得对准标记700和对准标记700固定部具有明显的对比度。
待测图像获取模块20，位于所述晶圆400和对准标记700的正面，用于获得第一待测图像，所述第一待测图像中具有所述晶圆的图像和对准标记700的图像。
所述待测图像获取模块20包括图像获取装置600。
图像获取装置600从所述晶圆和对准标记700的正面拍摄，因此所述图像获取装置600为向光拍摄，且因为发光模块100提供的照明光照射向晶圆的边缘，有利于使图片中的晶圆和对准标记700排出杂散光的影响，能够清晰向光显示。
本实施例中，所述图像获取装置600包括相机。其他实施例中，所述图像获取装置还可以包括全检扫描探头或探测器，具体的，所述探测器包括面阵探测器、线阵探测器。
需要说明的是，承片台201和对准标记700位于所述图像获取装置600的景深范围(DOF)内，有利于图像获取装置600能够在一次拍摄中获取清晰的晶圆图片和对准标记700的图片。
图像获取装置600，从所述晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片(如图10所示)；对所述图片进行清晰度处理，获取所述第一待测图像。
所述半导体晶圆位置检测装置还包括：上位机(图中未示出)，所述上位机和图像获取装置600连接，上位机用于控制图像获取装置600拍摄图片。
本实施例中，所述上位机和图像获取装置600通过IO端口连接。
本实施例中，所述上位机包括电脑，所述电脑中安装有图像处理软件，图像处理软件用于获取图像获取装置600拍摄得到的图片，用于后续对图片进行清晰度处理，获得第一待测图像。
待测图像获取模块20用于通过上位机发送触发信号给图像获取装置600；所述图像获取装置600依据所述触发信号，从晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片。
所述检测系统还利用上位机中的图像处理软件通过高速网络端口从图像获取装置600中获取图片。图像处理软件获取图片，为对图片进行清晰度处理，获得第一待测图像做准备。
需要说明的是，采用图像获取装置600从晶圆400和对准标记700的正面拍摄图片时，对准标记700和晶圆400均置于所述图像获取装置600的景深内部，使得拍摄得到的图片的清晰度较高。
待测图像获取模块20对所述图片进行清晰度处理，有利于使获得第一待测图像中晶圆400的图像和对准标记700的图像更加清晰，更易于识别，从而提高基于对准标记700的图像获得的基准点的精确度，以及提高基于晶圆400的图像获得的晶圆400的中心位置的精确度。
待测图像获取模块20用于对所述图片进行网格细分；获得每个所述网格的平均清晰度值；将每个所述网格的平均清晰度值进行转化处理，获得所述图片的清晰度分布图。
本实施例中，网格的大小根据图片的数据量以及所述形成的第一待测图像的所需的清晰程度来进行确定。
本实施例中，待测图像获取模块20用于依据所述网格中图片的灰度值，获得所述网格的平均灰度值；根据所述每个网格的平均灰度值获得每个所述网格的平均清晰度值。
本实施例中，采用均值法获取图片的灰度值。
本实施例中，待测图像获取模块20用于将每个所述网格的平均清晰度值映射至0-255获得图片的清晰度分布图。
本发明实施例中，图片经过清晰度处理获得第一待测图像，从而第一待测图像中晶圆400的边缘和晶圆400的中心区域的清晰度值不同，对准标记内部和对准标记外部的清晰度值不同，根据晶圆400的边缘和对准标记处的预设网格清晰度值的范围，能够将晶圆图像的区域和对准标记的图像的区域确定下来，便于基于对准标记的图像，获取所述腔室200的基准点，便于基于所述晶圆400的图像，获取所述晶圆400的中心位置。
需要说明的是，得第一待测图像中，晶圆被环形照亮区域包围。
晶圆位置偏差获取模块30，用于基于所述对准标记的图像，获取腔室200的基准坐标系。
所述基准坐标系包括基准点A和坐标方向，所述基准坐标系为后续调整晶圆400在腔室200中的位置作基准参考。
晶圆位置偏差获取模块30，用于获取各个所述对准标记700的图像的外轮廓；依据各个所述对准标记700的图像的外轮廓，获取所述对准标记700的图像的中心；根据各个所述对准标记700图像的中心的相对位置，获取所述腔室的基准坐标系。
本实施例中，获取所述腔室的基准坐标系的步骤中，先获取基准点，以所述基准点A为坐标原点(0，0)，建立直角坐标系。作为一种示例，以三条边中尺寸较短的两边的延伸方向分别作为X轴和Y轴。
晶圆位置偏差获取模块30，用于利用所述对准标记的图像，获取各个对准标记图像的中心；用于基于各个所述对准标记图像的中心的连线，将最长边的中心点作为所述基准点A。
具体的，所述对准标记的数量为三个，且三个对准标记中心的连线构成直角三角形，将最长边的中心作为所述基准点A。将对准标记的图像的中心作为实际对准标记的位置，因此最长边连线的中心点作为所述基准点A。
晶圆位置偏差获取模块30，用于利用所述第一待测图像，获取所述对准标记的图像轮廓；用于在所述对准标记的图像轮廓选取多个点，采用最小二乘法拟合出对准标记的中心点。
本实施例中，所述对准标记的图像为圆，相应的，获得的所述对准标记的图像轮廓为接近圆的图形。
本实施例中，在所述对准标记的图像轮廓选取的点的数量大于或等于两个。所选取的点的数量越多，拟合出的对准标记的中心越精准。
本实施例中，采用最小二乘法拟合所述对准标记的中心。所述对准标记的中心点是根据对准标记的图像边缘区域上的多个点拟合出的，可以认为所述拟合出的对准标记图像的中心无限接近于实际对准标记的中心。
其他实施例中，所述对准标记的数量为两个；基于所述对准标记的图像，获取基准点的步骤包括：获取所述对准标记的图像的外轮廓；依据所述对准标记的图像的外轮廓，获取两个对准标记图像的中心；基于两个所述对准标记图像的中心的连线，将两个对准标记连线的中心作为所述基准点。所述对准标记的数量为两个，基于两个对准标记，获取所述基准点的方法简单，易于操作。
其他实施例中，晶圆位置偏差获取模块，用于获取所述基准点后，以所述基准点为极点，建立极坐标系。依据所述极坐标系，确定所述晶圆的圆心相对于所述基准点第一位置偏差。
晶圆位置偏差获取模块30，用于定义基准方向。
本实施例中，所述第一待测图像中还具有缺口图像，所述基准方向用于作为晶圆400转角调整的基准。
本实施例中，采用图像处理软件在晶圆图像边缘获取缺口图像。
本实施例中，所述基准方向经过所述基准点A。在半导体晶圆位置检测装置的检测系统中，当先进行晶圆400位置的校准，晶圆400位置的校准完成之后进行晶圆400转角的校准时，缺口位于所述基准方向上时，所述晶圆400的转角完成校准，有利于校准人员检测晶圆400的转角是否校准合格。其他实施例中，所述基准方向还可以不经过所述基准点。
晶圆位置偏差获取模块30，用于基于所述晶圆400的图像，获取所述晶圆400的中心位置。
晶圆400的中心位置为晶圆400的圆心，以晶圆400的圆心所在位置为晶圆400的位置，为依据晶圆400的位置确定和基准点A的第一位置偏差做准备。
晶圆位置偏差获取模块30，用于利用所述第一待测图像，获取所述晶圆400的图像轮廓；用于在所述晶圆图像轮廓选取多个点，采用最小二乘法拟合出晶圆400的中心位置。
晶圆位置偏差获取模块30，用于将所述第一待测图像中的环形照亮区域的外边界处作为晶圆图像轮廓。
本实施例中，在所述晶圆图像轮廓选取的点的数量大于或等于两个。所选取的点的数量越多，拟合出的晶圆400的圆心越精准。
本实施例中，所述晶圆400的中心位置为根据晶圆图像轮廓上的多个点拟合出的，可以认为所述拟合出的晶圆400的中心位置无限接近于实际晶圆400的圆心。
需要说明的是，所述半导体晶圆位置检测装置能够检测的晶圆400尺寸具有一定范围内，若拟合出来的圆的尺寸大于或者小于半导体晶圆位置检测装置能够检测的晶圆400的尺寸范围的话，半导体晶圆位置检测装置会报警，并将报警信息传递给上位机。
晶圆位置偏差获取模块30，用于根据所述晶圆400的中心位置以及所述基准坐标系的基准点A，获取所述晶圆400的中心位置相对于所述基准点A的第一位置偏差。
获取所述晶圆400的中心位置相对于所述基准点A的第一位置偏差，为调整晶圆400的位置做准备，使得晶圆400的中心位置能够与基准点A重合。
具体的，所述第一位置偏差采用(x，y)表示，其中，x表示晶圆400的中心相对于基准点A在X轴方向的尺寸，y表示晶圆400的中心相对于基准点A在Y轴方向的尺寸。
其他实施例中，晶圆位置偏差获取模块30，用于将晶圆的中心位置与极坐标系极点的位置偏差作为所述第一位置偏差。具体的，所述第一位置偏差采用(r，ρ)表示，其中，r表示所述晶圆的中心的晶圆的极径，ρ表示所述晶圆的中心的极角。
本实施例中，晶圆位置偏差获取模块30，还用于将所述第一位置偏差传递给上位机，作为调整晶圆的依据。
本实施例中，采用应用程序接口函数(Application Programming Interface，API)将所述第一位置偏差传递给上位机。其他实施例中，还可以通过IO接口将所述第一位置偏差传递给上位机。
需要说明的是，所述对准标记的图像和晶圆400的图像均位于第一待测图像中，所述晶圆400相对于基准点A的第一位置偏差指代的是基准点A和晶圆400的中心位置在水平内的位置偏差。
需要说明的是，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：超阈值调节装置，与上位机连接，用于在晶圆的中心位置相对于所述基准点的位置偏差超过检测系统所能调整的最大位置偏差时，调整晶圆的位置，使得晶圆的位置能够位于阈值位置偏差范围内。
本实施例中，半导体晶圆位置检测装置预先设置有阈值位置偏差(也就是检测系统所能调整的最大位置偏差)，若所述第一位置偏差大于阈值位置偏差，检测系统将不能调整所述晶圆400的位置，所述半导体晶圆位置检测装置会报警，并将报警信息传递给上位机。上位机通过腔室200中的超阈值调节装置调整晶圆400的位置，使得晶圆400的位置能够位于阈值位置偏差范围内，便于采用检测系统调节晶圆的位置。
位置调节模块40，用于根据所述晶圆400的第一位置偏差，调整所述晶圆400的位置，使所述晶圆400的中心位置与所述基准点A重合，提高了晶圆400检测精度。
所述晶圆400的中心位置与基准点A重合，有利于使不同的半导体工艺步骤中晶圆400的位置相同，使得不同步骤中在芯片上形成的图形不易存在套刻误差，提高形成的芯片的良率。
位置调节模块40，包括调整装置501，位于所述承片台201的底部，所述调整装置501与承片台201连接，用于驱动所述承片台201平移或者转动，从而改变载片台上的待检测晶圆400在腔室200中的位置和转角。
本实施例中，所述调整装置501包括：旋转机构和平移机构。具体的，所述旋转机构的输出端和平移机构的输出端与所述承片台201连接，所述旋转机构用于带动承片台201转动，平移机构用于带动承片台201平移。
本实施例中，调整装置501根据晶圆400的第一位置偏差对承片台201的位置进行调整。调整装置501带动承片台201上的晶圆400的位置发生调整。
具体的，上位机根据晶圆400的中心位置相对于所述基准点A的第一位置偏差，设定X轴方向上的调节距离(x)以及Y轴方向上的调节距离(y)；上位机根据X轴方向上的调节距离(x)以及Y轴方向上的调节距离(y)驱动调整装置501进行调整，使得晶圆400的中心位置和基准点A重合。
其他实施例中，上位机根据晶圆的中心位置相对于所述基准点A的第一位置偏差，设定调节距离(r0)以及调节角度(ρ0)；上位机根据调节距离(r0)和调节角度(ρ0)驱动调整装置进行调整，使得晶圆的中心位置和基准点A重合。
本实施例中，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：晶圆400的中心位置和所述基准点A的重合位置偏差阈值。
所述检测系统还包括：位置核准模块，用于调整所述晶圆400的位置后，再次向所述晶圆400发射照明光；用于再次向所述晶圆400发射照明光之后，获得第二待测图像，所述第二待测图像中具有调整后晶圆400的图像；用于基于所述调整后晶圆400的图像，获取所述调整后晶圆400的中心位置；用于根据所述调整后晶圆400的中心位置以及所述基准点A，获取所述调整后晶圆400相对于所述基准点A的第二位置偏差；用于将所述晶圆400的第二位置偏差与所述重合位置偏差阈值进行比较，若所述第二位置偏差小于所述重合位置偏差阈值，则认为晶圆400的中心位置和基准点A重合，若所述第二位置偏差大于所述重合位置偏差阈值，则认为晶圆400的中心位置和基准点A不重合，需要重新调整所述晶圆400的位置。
所述检测系统还包括：角度偏差获取模块50，用于依据所述缺口图像，获取所述缺口的位置；用于根据所述缺口的位置以及所述晶圆400的中心位置，获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线；用于获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
本发明实施例提供的检测系统中，晶圆400放置在所述腔室200中，所述晶圆400的边缘具有缺口，晶圆400边缘被测光照射，因此所述第一待测图像中具有清晰的缺口图像，依据清晰的缺口图像，能够获取缺口的位置，进而能够缺口的位置与晶圆400中心位置的连线，根据所述连线与所述基准方向，获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
需要说明的是，所述半导体晶圆位置检测装置能够检测的缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角具有一定范围内，若夹角大于所述半导体晶圆位置检测装置能够检测的角度范围的话，半导体晶圆位置检测装置会报警，并将报警信息传递给上位机。
角度偏差获取模块50，用于获取所述缺口图像两侧边的中心(如图14a中的D1以及图14b中的D2)；用于获取所述两侧边上中心连线的中心位置作为所述缺口图像的位置。
角度偏差获取模块50，用于将所述待测图像中的缺口图像外部区域和环形照亮区域的交界处作为缺口图像的边缘；依据所述缺口图像的边缘，获取缺口图像侧边的中心。
本实施例中，角度偏差获取模块50采用找边缘工具，找到缺口图像侧边的中心。
本实施例中，角度偏差获取模块50，用于获取缺口图像两侧边的中心的坐标；利用所述缺口图像两侧边的中心的坐标，求解出所述中心连线的中心位置作为所述缺口图像的位置。
本实施例中，上位机利用图像处理软件获取所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与基准方向的夹角。
所述检测系统还包括：角度调节模块60，用于根据所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角，转动所述晶圆400，使晶圆400中心位置与所述基准方向的连线与所述基准方向平行，提高了晶圆400的检测精度。
本实施例中，所述角度调节模块根据所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角转动承片台201。具体的，上位机根据所述夹角驱动角度调节模块进行调整，使晶圆400中心位置与所述缺口的位置连线与所述基准方向平行(本实施例中为重合)。
本实施例中，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角偏差阈值。
所述检测系统还包括：角度核准模块，用于调整所述晶圆400的转角后，再次向所述晶圆400和缺口发射照明光；用于再次向所述晶圆400和缺口发射照明光之后，获得第二待测图像，所述第二待测图像中具有调整后晶圆400的图像和缺口图像；用于基于所述调整后晶圆400的图像，获取所述调整后晶圆400的中心位置；用于基于所述调整后缺口的图像，获取所述调整后缺口的位置；用于根据调整后所述缺口的位置以及所述调整后晶圆400的中心位置，获取调整后所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线；用于获取调整后所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向的夹角；用于将调整后的所述夹角与所述夹角偏差阈值进行比较，若所述夹角小于所述夹角偏差阈值，则认为所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向平行，若所述夹角大于所述夹角偏差阈值，则认为所述缺口的位置和晶圆400中心位置的连线与所述基准方向不平行。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (24)

1.一种半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，包括：
真空的腔室，待检测的圆晶被放置在所述腔室中，所述腔室的顶部具有腔室开口；
透明窗口，设置在所述腔室开口处，与所述腔室开口形成密封连接；
承片台，位于所述真空的腔室内，用于承载晶圆；
晶圆，被放置在所述承片台上；
发光装置，位于所述腔室外部，且位于所述透明窗口的上方，用于提供穿过所述透明窗口的照明光；
反光装置，在所述腔室中，且位于所述腔室开口和晶圆之间，用于反射所述照明光至所述晶圆的边缘；
对准标记，位于所述腔室中；
图像获取装置，位于所述发光装置的上方，用于获取晶圆和对准标记的图片。
2.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述发光装置包括：
环形安装部；
第一锥度孔，位于所述环形安装部的底部，且所述第一锥度孔的顶部为小径端，所述第一锥度孔的底部为大径端；
环形光源，沿周向设置在所述第一锥度孔的侧壁上。
3.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述发光装置还包括：匀光板，位于所述第一锥度孔的内壁上，覆盖所述环形光源。
4.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述环形光源包括多个间隔排布在第一锥度孔侧壁的发光二极管。
5.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述第一锥度孔为圆形锥孔或多边形锥孔。
6.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述反光装置包括：
环形反射罩，所述环形反射罩包括第二锥度孔，所述第二锥度孔的顶部开口小于底部开口。
7.如权利要求2所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述发光装置还包括：通孔，位于第一锥度孔的顶部，且贯穿所述环形安装部，用于使所述图像获取装置透过所述发光装置的通孔，获取晶圆表面图像。
8.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述半导体晶圆位置检测装置包括：对准标记固定部，位于腔室中，用于设置对准标记。
9.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，用所述图片中所述对准标记的图像定义一个基准坐标系。
10.如权利要求1所述的半导体晶圆位置检测装置，其特征在于，所述承片台固定的或者活动的设置在所述腔室中。
11.一种用于半导体晶圆位置检测装置的检测方法，其特征在于，
所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记，所述检测方法包括：
在所述腔室中放置晶圆，对准标记设置在晶圆边缘以外；
从所述晶圆和对准标记的正面，向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光；
向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光之后，获得第一待测图像，所述第一待测图像中具有所述晶圆的图像和对准标记的图像；
基于所述对准标记的图像，获取所述腔室的基准坐标系；
基于所述晶圆的图像，获取所述晶圆的中心位置；
根据所述晶圆的中心位置以及所述基准坐标系的基准点，获取所述晶圆的中心位置相对于所述基准点的第一位置偏差。
12.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，在所述腔室中放置晶圆的步骤中，所述晶圆的边缘具有缺口；
在获得第一待测图像的步骤中，所述第一待测图像还具有缺口图像；
所述检测方法还包括：定义基准方向；
依据所述缺口图像，获取所述缺口的位置；
根据所述缺口的位置以及所述晶圆的中心位置，获取所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线；
获取所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
13.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，定义基准方向的步骤中，所述基准方向经过所述基准点。
14.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，基于所述对准标记的图像，获取所述腔室的基准坐标系的步骤包括：
获取各个所述对准标记的图像的外轮廓；
依据各个所述对准标记的图像的外轮廓，获取所述对准标记的图像的中心；根据各个所述对准标记的图像的中心的相对位置，获取所述腔室的基准坐标系。
15.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，依据所述对准标记的图像的外轮廓，获取所述对准标记的图像的中心的步骤包括：
利用所述第一待测图像，获取所述对准标记的图像的轮廓；
在所述对准标记的图像轮廓选取多个点，采用最小二乘法拟合出对准标记的中心点。
16.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：获取所述基准点后，以所述基准点为坐标原点，建立直角坐标系；
获取所述晶圆的中心位置相对于所述基准点的第一位置偏差的步骤中，将晶圆的中心位置与直角坐标系原点的位置偏差作为所述第一位置偏差；
或者，
所述检测方法还包括：获取所述基准点后，以所述基准点为极点，建立极坐标系；
获取所述晶圆的中心位置相对于所述基准点的第一位置偏差的步骤中，将晶圆的中心位置与极坐标系极点的位置偏差作为所述第一位置偏差。
17.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，获取所述缺口的位置步骤包括：获取所述缺口图像两侧边的中心；获取所述两侧边上中心连线的中心位置作为所述缺口的位置。
18.如权利要求11或12所述的检测方法，其特征在于，基于所述晶圆的图像，获取晶圆的中心位置的步骤包括：
利用所述第一待测图像，获取所述晶圆的图像轮廓；
在所述晶圆的图像边缘区域选取多个点，采用最小二乘法拟合出晶圆的中心位置。
19.如权利要求18所述的检测方法，其特征在于，向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光的步骤中，晶圆边缘被照明光照亮，形成环形照亮区域；利用所述第一待测图像，获取所述晶圆的图像轮廓的步骤中，将所述环形照亮区域中晶圆的外边界作为晶圆图像轮廓。
20.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，获得第一待测图像的步骤包括：
从所述晶圆和对准标记的正面拍摄图片；
对所述图片进行清晰度处理，获取所述第一待测图像。
21.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：晶圆的中心位置和所述基准点的重合位置偏差阈值；
所述检测方法包括：
在调整所述晶圆的位置后，再次向所述晶圆；再次向所述晶圆发射照明光之后，获得第二待测图像，所述第二待测图像中具有调整后晶圆的图像；
基于所述调整后晶圆的图像，获取所述调整后晶圆的中心位置；
根据所述调整后晶圆的中心位置以及所述基准点，获取所述调整后晶圆相对于所述基准点的第二位置偏差；
将所述晶圆的第二位置偏差与所述重合位置偏差阈值进行比较，若所述第二位置偏差小于所述重合位置偏差阈值，则认为晶圆的中心位置和基准点重合，若所述第二位置偏差大于所述重合位置偏差阈值，则认为晶圆的中心位置和基准点不重合，需要重新调整所述晶圆的位置。
22.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述半导体晶圆位置检测装置还包括：所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角偏差阈值；
所述检测方法还包括：在调整所述晶圆的转角后，再次向所述晶圆和缺口发射照明光；再次向所述晶圆和缺口发射照明光之后，获得第二待测图像，所述第二待测图像中具有调整后晶圆的图像和缺口图像；
基于所述调整后晶圆的图像，获取所述调整后晶圆的中心位置；
基于所述调整后缺口的图像，获取所述调整后缺口的位置；
根据调整后所述缺口的位置以及所述调整后晶圆的中心位置，获取调整后所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线；
获取调整后所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角；
将调整后的所述夹角与所述夹角偏差阈值进行比较，若所述夹角小于所述夹角偏差阈值，则认为所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向平行，若所述夹角大于所述夹角偏差阈值，则认为所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向不平行。
23.一种用于半导体晶圆位置检测装置的检测系统，其特征在于，所述半导体晶圆位置检测装置包括腔室，所述腔室中设置有对准标记，检测系统包括：承载模块，在所述腔室中，用于放置晶圆，且使对准标记设置在晶圆边缘以外；
光路模块，位于所述腔室外部，用于从所述晶圆和对准标记的正面，向所述晶圆的边缘和所述对准标记发射照明光；
待测图像获取模块，位于所述晶圆和对准标记的正面，用于获得第一待测图像，所述第一待测图像中具有所述晶圆的图像和对准标记的图像；
晶圆位置偏差获取模块，用于基于所述对准标记的图像，获取腔室的基准坐标系，用于基于所述晶圆的图像，获取晶圆的中心位置，根据所述晶圆的中心位置以及所述基准坐标系的基准点，获取所述晶圆的中心相对于所述基准点的位置偏差。
24.如权利要求23所述的检测系统，其特征在于，所述晶圆的边缘具有缺口，所述第一待测图像还具有缺口图像；
所述检测系统还包括：基准方向；
角度偏差获取模块，用于依据所述缺口图像，获取所述缺口的位置；用于根据所述缺口的位置以及所述晶圆的中心位置，获取所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线；用于获取所述缺口的位置和晶圆中心位置的连线与所述基准方向的夹角。
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