CN117616548A - 晶圆预对准装置及晶圆预对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆预对准装置及晶圆预对准方法。所述晶圆预对准装置包括支撑组件、相机和光源；支撑组件用于支撑晶圆，支撑组件放置晶圆的上表面设置有位于晶圆外围的至少三个定位标记点，相机用于拍摄晶圆和支撑晶圆的支撑组件的图像，该图像包括支撑组件上的全部定位标记点；光源用于提供照明光束，使拍摄图像时在支撑组件的上表面形成照明光场。相机拍摄的图像可用于获得晶圆的中心偏差量和旋转角度且不需要晶圆旋转一周，可以降低晶圆预对准装置的机构复杂程度，有助于降低晶圆预对准装置的制造成本和提高预对准效率。本发明提供的晶圆预对准方法利用相机拍摄的图像获得晶圆的中心偏差量和旋转角度。
Description
本发明涉及半导体设备领域，特别涉及一种晶圆预对准装置和一种晶圆预对准方法。
由于光刻机视野很小，因此在将晶圆传送到光刻机进行曝光之前，必须将晶圆进行预对准处理，使得传送到曝光台上的晶圆的标记在光刻机的视野之内。晶圆预对准装置用于对晶圆进行预对准处理，预对准处理一般是使得晶圆的中心(圆心)在一定的范围之内，同时晶圆的缺口停留在指定的角度，即包含中心定位和缺口定向两个主要过程。
目前，晶圆预对准装置在检测晶圆的中心偏差量和旋转角度时，需要使得晶圆旋转一周来获取晶圆完整的边缘信息，如此虽然增加了晶圆边缘信息的数据量，但是使得晶圆旋转一周没有提高晶圆边缘信息的采集精度，也没有提高晶圆预对准的精度，还降低了晶圆预对准的效率。
此外，晶圆预对准装置中，晶圆通常设置在吸盘组件上，为了使得晶圆在预对准时旋转一周以收集边缘信息，晶圆预对准装置例如需要设置驱动组件和能带动吸盘组件作升降、旋转或平移运动的机构，如此，增加了晶圆预对准装置内机构的复杂程度，提高了晶圆预对准装置的制造成本。
发明内容
本发明提供的晶圆预对准装置及晶圆预对准方法，可以降低制造成本和提高预对准效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种晶圆预对准装置。所述晶圆预对准装置包括支撑组件、相机和光源。所述支撑组件用于支撑晶圆，所述支撑组件放置晶圆的上表面设置有位于所述晶圆外围的至少三个的定位标记点。所述相机用于拍摄所述晶圆和支撑所述晶圆的所述支撑组件的图像，其中，所 述图像包括支撑组件上的全部定位标记点。光源用于提供照明光束，使拍摄所述图像时在所述支撑组件的上表面形成照明光场。
可选的，每个所述定位标记点的形状为圆形、椭圆形或多边形。
可选的，所述至少三个定位标记点到所述支撑组件上表面中心的距离相等。
可选的，所述支撑组件为机械手的片叉或预对准台。
可选的，所述至少三个定位标记点均匀设置在以所述片叉或所述预对准台的上表面中心为圆心的圆周上。
可选的，所述光源包括至少一个面光源，所述面光源的出光面朝向所述支撑组件。
可选的，所述面光源与所述支撑组件的上表面相对设置；或者，所述面光源与所述支撑组件的下表面相对设置且所述面光源的部分出光面超出所述支撑组件的下表面。
可选的，所述光源包括两个面光源，所述两个面光源分别与所述支撑组件的上表面和下表面相对设置。
可选的，所述支撑组件的上表面上设置有若干个真空吸盘。
可选的，所述相机为CCD相机或者CMOS相机。
本发明提供一种晶圆预对准方法，所述晶圆预对准方法包括：
提供支撑组件，所述支撑组件用于支撑晶圆，所述支撑组件放置所述晶圆的上表面设置有位于所述晶圆外围的至少三个定位标记点；
相机拍摄所述晶圆和支撑所述晶圆的所述支撑组件的图像，所述图像包括所述支撑组件上的至少三个所述定位标记点；
基于所述图像中的至少三个定位标记点的中心在所述支撑组件上的实际物理位置和各个所述定位标记点的中心在所述图像中的位置，将所述图像转换为俯视平面图；
确定所述俯视平面图中晶圆中心的位置，以及确定晶圆中心与所述支撑组件中心的位置偏差；以及
确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置，基于所述俯视平面图中 的晶圆中心和缺口的顶点位置，确定所述晶圆的旋转角度。
可选的，所述将所述图像转换为俯视平面图的方法包括：对所述图像进行自动阈值二值化处理和连通域面积筛选，以确定所述支撑组件上的定位标记点的中心在所述图像中的位置；基于所述至少三个定位标记点的中心在所述支撑组件上的实际物理位置和各个所述定位标记点的中心在所述图像中的位置，计算获得一映射转换矩阵；以及根据所述映射转换矩阵对所述图像进行映射变换，形成所述晶圆和所述支撑组件的俯视平面图。
可选的，所述俯视平面图的中心与所述俯视平面图中支撑组件中心重合；或者，所述俯视平面图的中心与所述俯视平面图中支撑组件中心具有设定间距。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆中心的位置，以及确定所述晶圆中心与所述支撑组件的中心的位置偏差的方法包括：对所述俯视平面图进行自动阈值二值化处理，再通过连通域面积筛选出所述俯视平面图中晶圆的区域；采用Ganny算法在所述俯视平面图中提取晶圆边缘信息，根据所述晶圆边缘信息进行圆拟合，获得晶圆中心在所述俯视平面图中的位置；以及基于所述俯视平面图中晶圆中心的位置，获得所述俯视平面图中晶圆中心与支撑组件中心的偏差像元数量，再根据所述俯视平面图的像元尺寸计算出所述晶圆中心与所述支撑组件中心的位置偏差。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：计算所述俯视平面图中晶圆边缘点到晶圆中心的距离，根据晶圆半径和缺口深度信息筛选出缺口的候选区域；以及计算所述缺口的候选区域与缺口标准模板的相似度，相似度最高处确定为缺口的顶点位置。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图；使用特征提取算法提取各张所述小图上的特征；利用机器学习算法对各张所述小图的特征进行分类并分析各张所述小图是否存在缺口，将存在缺口的小图作为缺口的候选区域；将所述缺口的候选区域与缺口标准模板利用几何模板匹配算法定位缺口，输出缺口在每张所述小图上的位置以及置信度；以及根据每张所述小图对应的 置信度判断缺口的最终位置，并将所述缺口的位置转换到所述俯视平面图中，确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图；使用深度学习目标检测算法，将截取的所述小图直接输入，得到缺口在每张所述小图上的位置和置信度；以及通过各张所述小图对应的置信度判断所述缺口的最终位置，并将所述缺口的位置转换到所述俯视平面图中，确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：使用深度学习目标检测算法，将所述俯视平面图输入，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置；
或者，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：使用深度学习目标检测算法，将所述图像输入，得到所述图像中缺口的位置；将所述图像中缺口的位置转换到所述俯视平面图中，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：对所述俯视平面图进行极坐标转换，将所述俯视平面图中的晶圆边缘的圆环图拉伸为矩形图；基于几何或者像素灰度特征，在所述矩形图中搜索与缺口标准模板匹配的区域作为缺口的候选区域，并输出缺口在所述候选区域上的位置以及置信度；根据每个所述候选区域对应的置信度判断缺口的最终位置，并将缺口的位置转换到所述俯视平面图中；以及确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
可选的，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述俯视平面图中进行搜索，将所述俯视平面图中与缺口标准模板匹配的区域确定为缺口区域，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置；
或者，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述图像中进行搜索，将所述图像中与缺口标准模板匹配的区域确定为缺口区域；将所述图像中缺口区域的位置转换到所述俯视平面图中，得到所述 俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
本发明的晶圆预对准装置及晶圆预对准方法中，支撑组件用于放置晶圆的上表面上设置有位于晶圆外围的至少三个定位标记点，且相机拍摄晶圆和支撑晶圆的支撑组件形成的图像包括支撑组件上的全部定位标记点，该图像可用于获得晶圆中心与所述支撑组件的上表面中心的位置偏差量(可简称为晶圆的中心偏差量)以及获得晶圆的旋转角度，也就是说，本发明通过在支撑组件放置晶圆的上表面设置至少三个定位标记点，并利用相机拍摄的单张图像获得晶圆的中心偏差量和旋转角度而不需要晶圆旋转一周，如此可以降低晶圆预对准装置的机构复杂程度，有助于降低晶圆预对准装置的制造成本和提高预对准效率。
图1为本发明一实施例的晶圆预对准装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例的晶圆预对准装置中片叉的平面示意图。
图3为本发明一实施例的晶圆预对准装置中面光源与片叉的下表面相对设置的结构示意图。
图4为本发明一实施例的晶圆预对准装置中设置两个面光源的结构示意图。
图5为本发明另一实施例的晶圆预对准装置的结构示意图。
图6为本发明一实施例的晶圆预对准装置中预对准台的平面示意图。
图7为本发明一实施例的晶圆预对准方法的流程图。
附图标记说明：100a-片叉；100b-预对准台；101-定位标记点；102-真空吸盘；200-晶圆；300-面光源；400-相机。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶圆预对准装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说 明本发明实施例的目的。
实施例一
为了降低制造成本和提高预对准效率，本实施例提供一种晶圆预对准装置。图1为本发明一实施例的晶圆预对准装置的结构示意图。图2为本发明一实施例的晶圆预对准装置中片叉的平面示意图。如图1和图2所示，所述晶圆预对准装置包括支撑组件(例如为机械手的片叉100a)、光源(例如为面光源300)和相机400。所述支撑组件用于支撑晶圆200，所述支撑组件用于放置晶圆200的上表面设置有位于所述晶圆200外围的至少三个定位标记点101。所述相机400用于拍摄所述晶圆200和支撑所述晶圆200的支撑组件的图像，其中，所述图像包括支撑组件上的全部定位标记点101。所述光源用于提供照明光束，使拍摄所述图像时在所述晶圆200和所述支撑组件的上表面形成照明光场。
本实施例中，所述支撑组件可以为机械手的片叉100a。以下以支撑组件为机械手的片叉100a作为示例对本实施例的晶圆预对准装置进行说明。
由于三点可以确定一个平面，故本实施例中，片叉100a上表面的定位标记点101的数量设定为至少三个。如图2所示，所述定位标记点101的形状可以为圆形。但不限于此，所述定位标记点101还可以是椭圆形或多边形(例如矩形、三角形)等其它形状，只要在相机400拍摄的图像中便于找到定位标记点101的中心即可。
为了提高定位标记点101在相机拍摄的图像中的对比度，本实施例中，所述定位标记点101表面的反射率可以大于所述片叉100a上表面其它未设置定位标记点的区域，即在光源照射时，所述定位标记点101较片叉100a上表面的其它区域亮。本实施例中，所述定位标记点101可以通过在所述片叉100a的上表面挖出对应图形的凹槽并在凹槽中填入反射率较高的材料形成。
本实施例中，所述至少三个定位标记点101到所述片叉100a上表面中心(即为片叉100a上表面的几何中心)的距离可以相等，以便于在相机拍摄的图像中通过全部的定位标记点101的中心确定所述片叉100a的上表面中心。例如，至少三个定位标记点101均匀设置在以片叉100a的上表面中心为圆心 的圆周上。
如图2所示，所述片叉100a可以具有若干个(例如三个)支撑臂，所述若干个支撑臂的上表面共面，所述支撑臂伸入晶圆200的下方以支撑所述晶圆200。每个所述支撑臂上可以设置有真空吸盘102，所述真空吸盘102可以用于吸附和固定所述晶圆200。所述片叉100a的支撑臂之间设置有连接件，所述连接件可以位于所述晶圆200的外围且环绕晶圆200，所述至少三个定位标记点101具体可以设置在所述连接件的上表面，使得所述晶圆200不会遮挡所述定位标记点101。
本实施例中，光源可以包括至少一个面光源300，面光源300的出光面可以朝向片叉100a设置。所述面光源300例如为平板光源。但不限于此，在其它实施例中，光源还可以是点光源等其它光源，只要可以使相机400拍摄图像时在片叉100a的上表面形成照明光场即可。
如图1所示，光源可以包括一个面光源300，面光源300可以与所述片叉100a的上表面相对设置，且所述面光源300的出光面与所述片叉100a的上表面可以具有设定夹角，如此所述面光源300正光照射所述晶圆200的上表面和所述片叉100a的上表面，且可以空余出空间以便于设置相机400。
图3为本发明一实施例的晶圆预对准装置中面光源与片叉的下表面相对设置的结构示意图。如图3所示，所述面光源300可以与所述片叉100a的下表面相对设置，所述面光源300的出光面与所述片叉100a的下表面可以具有设定夹角，且所述面光源300的部分出光面可以超出所述片叉100a的下表面，如此所述面光源300可以逆光照亮(即不正面照射)所述晶圆200和所述片叉100a的上表面，但所述晶圆200和所述片叉100a的上表面亮度相对较暗，可以减小晶圆200上表面图形(图案)对相机400拍摄效果的影响(即对相机400拍摄获得的图像的影响)，提高所述晶圆预对准装置的稳定性。
图4为本发明一实施例的晶圆预对准装置中设置两个面光源的结构示意图。为了确保晶圆200和片叉100a的上表面具有一定的亮度，且减小晶圆200表面图形的影响，如图4所示，所述晶圆预对准装置的光源可以包括两个面光源300，所述两个面光源300分别可以与所述片叉100a的上表面和下表面 相对设置，即两个面光源300中的一个与片叉100a的上表面相对设置，两个面光源300中的另一个可以与所述片叉100a的下表面相对设置，形成正逆光互补的配置。
本实施例中，所述相机400可以为电荷耦合器件相机(Charge Coupled Device Camera，CCD相机)或者互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)图像传感器，互补金属氧化物半导体图像传感器可以简称为CMOS相机。具体的，所述相机400可以为面阵CCD相机，用于拍摄所述晶圆200和所述片叉100a的上表面形成图像。本实施例中，全部的定位标记点101位于所述相机400的拍摄范围内，从而相机400拍摄的图像中包括所述晶圆200的图像和全部的定位标记点101的图像，利用相机400拍摄的图像可以获得晶圆200的中心与片叉100a的上表面中心的位置偏差量(简称为晶圆200的中心偏差量)以及晶圆200的旋转角度。
本申请提供的晶圆预对准方法利用相机400拍摄的图像获得所述晶圆200的中心偏差量和旋转角度。本实施例中，所谓定向测量可以指晶圆200上缺口的停留角度的测量。所述晶圆预对准方法包括：
S1，提供支撑组件，所述支撑组件用于支撑晶圆，所述支撑组件放置所述晶圆的上表面设置有位于所述晶圆外围的至少三个定位标记点；
S2，相机拍摄所述晶圆和支撑所述晶圆的所述支撑组件的图像，所述图像包括所述支撑组件上的至少三个所述定位标记点；
S3，基于所述图像中的至少三个定位标记点的中心在所述支撑组件上的实际物理位置和各个所述定位标记点的中心在所述图像中的位置，将所述图像转换为俯视平面图；
S4，确定所述俯视平面图中晶圆中心的位置，以及确定晶圆中心与所述支撑组件中心的位置偏差；以及
S5，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置，基于所述俯视平面图中的晶圆中心和缺口的顶点位置，确定所述晶圆的旋转角度。
以下以支撑组件为片叉为例对所述晶圆预对准方法进行说明。
参考图1至图2，提供片叉100a，所述片叉100a用于支撑晶圆200，片 叉100a放置所述晶圆200的上表面设置有位于所述晶圆200外围的至少三个定位标记点101。
图7为本发明一实施例的晶圆预对准方法的流程图。以下结合图7对本申请的晶圆预对准方法进行说明。
参考图7，片叉100a支撑、固定住晶圆200并带动晶圆200运动到设定位置(所述设定位置可以根据实际情况具体设定)，使用相机400对片叉100a和晶圆200拍摄一图像，该图像包括设置在片叉100a上表面的全部定位标记点101的图像以及所述晶圆200上表面的图像。
需要说明的是，由于相机400的拍摄范围是有限的，若是相机400垂直的拍摄所述晶圆200和所述片叉100a，很难拍摄到晶圆200完整的表面和所述晶圆200外围的所有的定位标记点101，为此通常相机400倾斜拍摄，从而相机400拍摄得到的图像并不是晶圆200和片叉100a的标准俯视平面图，相机400拍摄的图像中片叉100a上表面的中心与图像的中心并不重合。为了便于获得所述晶圆200的中心偏差量和旋转角度，本实施例中，将相机400拍摄的图像转换为晶圆200和片叉100a的俯视平面图。
本实施例中，基于所述至少三个定位标记点101的中心在片叉100a上的实际物理位置和各个所述定位标记点101的中心在相机400拍摄的图像中的位置，将相机400拍摄的图像转换为俯视平面图。
具体的，将相机400拍摄的图像转换为俯视平面图的方法包括：对相机400拍摄的图像进行自动阈值二值化处理和连通域面积筛选，以确定所述片叉100a上的定位标记点101的中心在所述相机400拍摄的图像中的位置；结合至少三个定位标记点101的中心在片叉100a上的实际物理位置和各个定位标记点101的中心在相机400拍摄的图像中的位置，计算获得一映射转换矩阵；根据所述映射转换矩阵对相机400拍摄的图像进行映射变换，形成晶圆200和片叉100a的俯视平面图。
所述俯视平面图的中心与所述俯视平面图中片叉100a上表面的中心(可以称为片叉中心)可以具有设定间距。为了便于计算，所述俯视平面图中片叉中心和俯视平面图的中心重合。
需要说明的是，本实施例的自动阈值二值化处理和连通域面积筛选均可以采用本领域公知的二值化处理手段和连通域面积筛选手段。
在对相机400拍摄的图像进行自动阈值二值化处理和连通域面积筛选之前，可以读取定位标记点101的位置参数(即坐标)，生成掩模版(Mask)，以缩小定位标记点101的检测范围，提高检测效率。在确定片叉100a上的定位标记点101的中心在相机400拍摄的图像中的位置之后，还可以更新定位标记点的位置参数，以供后续读取定位标记点101的位置参数时使用。
在获得俯视平面图之后，确定所述俯视平面图中晶圆中心的位置，以及确定所述晶圆中心与所述支撑组件的中心的位置偏差。
具体的，首先，对俯视平面图进行自动阈值二值化处理，再通过连通域面积筛选出俯视平面图中晶圆200的区域。
然后，采用Ganny算法在俯视平面图中提取晶圆边缘信息，根据晶圆边缘信息进行圆拟合，获得晶圆中心在俯视平面图中的位置。
接着，基于所述俯视平面图中晶圆中心的位置，获得俯视平面图中晶圆中心与片叉中心(即俯视平面图的中心)的偏差像元(像素)数量，再根据俯视平面图的像元尺寸计算出所述晶圆中心与片叉中心的位置偏差(即晶圆的中心偏差量)。例如，晶圆中心和片叉中心在俯视平面图中偏差100个像元(像素)，俯视平面图的像元尺寸为0.2mm(即一个像元对应的物理距离为0.2mm)，此时，晶圆的中心偏差量为20mm。
在根据晶圆边缘信息进行圆拟合获得的晶圆中心在俯视平面图中的位置为粗定位，在粗定位之后，还可以使用投影测量算法，检测晶圆的边缘点，以精确定位晶圆中心在俯视平面图中的位置。
在确定晶圆的中心和获得晶圆的中心偏差量之后，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置，基于所述俯视平面图中的晶圆中心和缺口的顶点位置，确定所述晶圆的旋转角度。
具体的，一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法时，可以计算俯视平面图中晶圆边缘点到晶圆中心的距离，由于缺口的边界到晶圆中心的距离小于晶圆200的半径，根据已知的晶圆半径和缺口 深度信息可以筛选出缺口的候选区域。然后，计算缺口的候选区域与缺口标准模板的相似度，相似度最高处即为缺口的顶点位置。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法可以包括：在俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图；使用特征提取算法(例如为HOG算法)提取各张小图上的特征；然后利用机器学习算法(监督和非监督学习)对各张小图的特征进行分类并分析各张小图是否存在缺口，再将存在缺口的小图作为缺口的候选区域；接着，可以从历史晶圆图像选择一个作为缺口标准模板，将存在缺口的小图(可以为单张或多张)与缺口标准模板利用几何模板匹配算法定位缺口，输出缺口在每张小图上的位置以及置信度；再根据每张小图对应的置信度判断缺口的最终位置，并将缺口的位置转换到俯视平面图中，之后确定俯视平面图中缺口的顶点位置。所述特征可以为LBP特征、HARR特征、HOG特征或其他可以表征缺口信息的有效特征。机器学习算法可以为SVM监督学习算法或非监督学习算法。
在俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图的方法包括：根据晶圆的中心位置，在俯视平面图的晶圆边缘截取若干张小图，截图的间隔例如为0.5°。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法可以包括：在俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图；然后使用深度学习目标检测算法，将截取的小图直接输入得到缺口在每张小图上的位置和置信度，缺口可能会出现在多张小图中，最终可通过各张小图对应的置信度判断缺口的最终位置，并将所述缺口的位置转换到所述俯视平面图中，确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
深度学习目标检测算法可以是yolo或SSD等经典的目标检测网络，或者是其他卷积神经网络。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法可以包括：使用深度学习目标检测算法，将所述俯视平面图输入，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法可以包括：使用深度学习目标检测算法，将相机400拍摄的图像输入，得到相 机400拍摄的图像中缺口的位置；将相机400拍摄的图像中缺口的位置转换到所述俯视平面图中，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法可以包括：对俯视平面图进行极坐标转换，将俯视平面图中的晶圆边缘的圆环图拉伸为矩形图；并且，从历史晶圆图像选择一个作为缺口标准模板；然后基于几何或者像素灰度特征，在矩形图中搜索与缺口标准模板匹配的区域作为缺口的候选区域，并输出缺口在所述候选区域上的位置以及置信度；根据每个所述候选区域对应的置信度判断缺口的最终位置，并将缺口的位置转换到俯视平面图中，之后确定俯视平面图中缺口的顶点位置。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法可以包括：在所述俯视平面图中进行搜索，将所述俯视平面图中与缺口标准模板匹配的区域确定为缺口区域，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
一些实施例中，确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在相机400拍摄的图像中进行搜索，将相机400拍摄的图像中与缺口标准模板匹配的区域确定为缺口区域；将相机400拍摄的图像中缺口区域的位置转换到所述俯视平面图中，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
在确定缺口的顶点位置之后，利用俯视平面图中晶圆中心位置和缺口的顶点位置，获得晶圆中心和缺口顶点的连线的倾斜角，进而确定晶圆的旋转角度(该旋转角度例如等于晶圆中心和缺口顶点的连线的倾斜角)。其中，晶圆200的旋转角度可以以缺口的顶点位置进行标定。
一些实施例中，也可以利用深度学习目标检测算法直接对相机400拍摄的图像或俯视平面图进行缺口检测和定位。
需要说明的是，由于获得相机400拍摄的图像后，图像即已固定，再利用相机400拍摄的图像获得所述晶圆200的中心偏差量和旋转角度，晶圆的定位重复性和测量重复性相对较好。
本实施例中，在获得所述晶圆200的中心偏差量和旋转角度后，所述晶 圆预对准装置可以对所述晶圆200进行预对准校正，以使得传送到曝光台上的晶圆的标记在光刻机的视野之内。
本申请的晶圆预对准装置及晶圆预对准方法中，支撑组件(例如片叉100a)放置晶圆200的上表面设置有位于晶圆200外围的至少三个定位标记点101，且相机拍摄晶圆200和支撑晶圆200的支撑组件形成的图像包括支撑组件上的全部定位标记点101，该图像可用于获得晶圆中心与支撑组件的上表面中心的位置偏差量以及获得晶圆的旋转角度，也就是说，本实施例的晶圆预对准装置通过在支撑组件放置晶圆200的上表面设置至少三个定位标记点101，并利用相机拍摄的单张图像获得晶圆的中心偏差量和旋转角度而不需要晶圆旋转一周，如此可以降低晶圆预对准装置的机构复杂程度，有助于降低晶圆预对准装置的制造成本和提高预对准效率。
实施例二
本实施例提供一种晶圆预对准装置。与实施例一不同的是，本实施例的晶圆预对准装置中的支撑组件为预对准台100b；本实施例与实施例一的相同之处可以参见实施例一，在此不再赘述。
图5为本发明另一实施例的晶圆预对准装置的结构示意图。如图5所示，本实施例的晶圆预对准装置包括支撑组件、光源(例如面光源300)和相机400，其中，所述支撑组件可以为预对准台100b。
图6为本发明一实施例的晶圆预对准装置中预对准台的平面示意图。如图6所示，所述晶圆200可以放置于所述预对准台100b的上表面，至少三个定位标记点101设置在预对准台100b的上表面且位于所述晶圆200的外围，且所述至少三个定位标记点101位于所述相机400的拍摄范围内，相机400拍摄晶圆200和支撑晶圆200的预对准台100b形成的图像包括全部定位标记点101。
为了便于获得所述预对准台100b上表面的中心，所述至少三个定位标记点101可以均匀设置在以所述预对准台100b的上表面中心(即预对准台的上表面的几何中心)为圆心的圆周上。
所述预对准台100b上表面也可以设置有若干个(例如三个)真空吸盘102，所述真空吸盘102可以用于吸附和固定所述晶圆200。
本实施例中，所述相机400拍摄所述晶圆200和所述预对准台100b形成的图像包括所述晶圆200的图像和所述至少三个定位标记点101的图像。利用所述相机400拍摄的图像获得所述晶圆200的中心与所述预对准台100b的上表面中心的位置偏差量和所述晶圆200的旋转角度的方法与实施例一相同或相似，在此不再赘述。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (20)
- 一种晶圆预对准装置，其特征在于，包括：支撑组件，用于支撑晶圆，所述支撑组件放置所述晶圆的上表面设置有位于所述晶圆外围的至少三个定位标记点；相机，用于拍摄所述晶圆和支撑所述晶圆的所述支撑组件的图像，其中，所述图像包括所述支撑组件上的全部所述定位标记点；以及光源，用于提供照明光束，使拍摄所述图像时在所述支撑组件的上表面形成照明光场。
- 如权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，每个所述定位标记点的形状为圆形、椭圆形或多边形。
- 如权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述至少三个定位标记点到所述支撑组件上表面中心的距离相等。
- 如权利要求1至3任意一项所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述支撑组件为机械手的片叉或预对准台。
- 如权利要求4所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述至少三个定位标记点均匀设置在以所述片叉或预对准台的上表面中心为圆心的圆周上。
- 如权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述光源包括至少一个面光源，所述面光源的出光面朝向所述支撑组件。
- 如权利要求6所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述面光源与所述支撑组件的上表面相对设置；或者，所述面光源与所述支撑组件的下表面相对设置且所述面光源的部分出光面超出所述支撑组件的下表面。
- 如权利要求6所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述光源包括两个面光源，所述两个面光源分别与所述支撑组件的上表面和下表面相对设置。
- 如权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述支撑组件的上表面设置有若干个真空吸盘。
- 如权利要求1所述的晶圆预对准装置，其特征在于，所述相机为CCD相机或者CMOS相机。
- 一种晶圆预对准方法，其特征在于，包括：提供支撑组件，所述支撑组件用于支撑晶圆，所述支撑组件放置所述晶圆的上表面设置有位于所述晶圆外围的至少三个定位标记点；相机拍摄所述晶圆和支撑所述晶圆的所述支撑组件的图像，所述图像包括所述支撑组件上的至少三个所述定位标记点；基于所述图像中的至少三个定位标记点的中心在所述支撑组件上的实际物理位置和各个所述定位标记点的中心在所述图像中的位置，将所述图像转换为俯视平面图；确定所述俯视平面图中晶圆中心的位置，以及确定晶圆中心与所述支撑组件中心的位置偏差；以及确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置，基于所述俯视平面图中的晶圆中心和缺口的顶点位置，确定所述晶圆的旋转角度。
- 如权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述将所述图像转换为俯视平面图的方法包括：对所述图像进行自动阈值二值化处理和连通域面积筛选，以确定所述支撑组件上的定位标记点的中心在所述图像中的位置；基于所述至少三个定位标记点的中心在所述支撑组件上的实际物理位置和各个所述定位标记点的中心在所述图像中的位置，计算获得一映射转换矩阵；以及根据所述映射转换矩阵对所述图像进行映射变换，形成所述晶圆和所述支撑组件的俯视平面图。
- 如权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述俯视平面图的中心与所述俯视平面图中支撑组件中心重合；或者，所述俯视平面图的中心与所述俯视平面图中支撑组件中心具有设定间距。
- 如权利要求11所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆中心的位置，以及确定所述晶圆中心与所述支撑组件的中心的位置偏差的方法包括：对所述俯视平面图进行自动阈值二值化处理，再通过连通域面积筛选出 所述俯视平面图中晶圆的区域；采用Ganny算法在所述俯视平面图中提取晶圆边缘信息，根据所述晶圆边缘信息进行圆拟合，获得晶圆中心在所述俯视平面图中的位置；以及基于所述俯视平面图中晶圆中心的位置，获得所述俯视平面图中晶圆中心与支撑组件中心的偏差像元数量，再根据所述俯视平面图的像元尺寸计算出所述晶圆中心与所述支撑组件中心的位置偏差。
- 如权利要求14所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：计算所述俯视平面图中晶圆边缘点到晶圆中心的距离，根据晶圆半径和缺口深度信息筛选出缺口的候选区域；以及计算所述缺口的候选区域与缺口标准模板的相似度，相似度最高处确定为缺口的顶点位置。
- 如权利要求14所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图；使用特征提取算法提取各张所述小图上的特征；利用机器学习算法对各张所述小图的特征进行分类并分析各张所述小图是否存在缺口，将存在缺口的小图作为缺口的候选区域；将所述缺口的候选区域与缺口标准模板利用几何模板匹配算法定位缺口，输出缺口在每张所述小图上的位置以及置信度；根据每张所述小图对应的置信度判断缺口的最终位置，并将所述缺口的位置转换到所述俯视平面图中，确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
- 如权利要求14所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述俯视平面图中晶圆的边缘截取若干张小图；使用深度学习目标检测算法，将截取的所述小图直接输入，得到缺口在每张所述小图上的位置和置信度；以及通过各张所述小图对应的置信度判断所述缺口的最终位置，并将所述缺 口的位置转换到所述俯视平面图中，确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
- 如权利要求14所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：使用深度学习目标检测算法，将所述俯视平面图输入，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置；或者，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：使用深度学习目标检测算法，将所述图像输入，得到所述图像中缺口的位置；将所述图像中缺口的位置转换到所述俯视平面图中，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
- 如权利要求14所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：对所述俯视平面图进行极坐标转换，将所述俯视平面图中的晶圆边缘的圆环图拉伸为矩形图；基于几何或者像素灰度特征，在所述矩形图中搜索与缺口标准模板匹配的区域作为缺口的候选区域，并输出缺口在所述候选区域上的位置以及置信度；根据每个所述候选区域对应的置信度判断缺口的最终位置，并将缺口的位置转换到所述俯视平面图中；以及确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
- 如权利要求14所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述俯视平面图中进行搜索，将所述俯视平面图中与缺口标准模板匹配的区域确定为缺口区域，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置；或者，所述确定所述俯视平面图中晶圆的缺口的顶点位置的方法包括：在所述图像中进行搜索，将所述图像中与缺口标准模板匹配的区域确定为缺口区域；将所述图像中缺口区域的位置转换到所述俯视平面图中，得到所述俯视平面图中缺口的位置，再确定所述俯视平面图中缺口的顶点位置。
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