[发明专利]大翘曲硅片预对准装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造领域，尤其涉及一种大翘曲硅片预对准装置及方法。

背景技术

微电子技术在信息产业革命中起着重要的作用，而光刻机是微电子器件制造业中不可或缺的工具。在半导体器件的生产过程中，硅片需要通过硅片传输机构，以较高的定心和定向精度传送到工件台上，这样就使得硅片能够以一个固定的姿态进行曝光。由于硅片放置在硅片槽中时，其位置和方向都不确定，因此在硅片传输到工件台上之前，要求对硅片进行一定精度的预对准，通过测量硅片的圆心来确定硅片的当前位置，通过测量硅片缺口的方向来确定硅片的方向。

专利CN201010110212.7公开了一种预对准装置和方法，该专利中使用机器视觉系统进行硅片预对准，使用预对准镜头把硅片的边缘成像到CCD上，硅片旋转一周，即可获得硅片所有的边缘位置，通过计算、拟合最终得到硅片的圆心和方向。一般的机器视觉系统在处理大尺寸、大翘曲硅片的能力不足，具体表现为：

1.大翘曲硅片在上片后就超出了预对准镜头的景深，导致无法进行预对准；

2.大翘曲硅片在旋转定心过程中边缘垂向振动加大，以至于硅片边缘图像模糊，预对准精度降低，甚至不能完成预对准过程。

目前，解决此类问题的方法主要集中在增加预对准镜头的景深，根据镜头景深公式：

即增大系统的波长和减小镜头的数值孔径。这种解决方案有如下缺点：

1.成像系统的波长向红光、甚至向近红外光方向偏移，CCD感光灵敏度不断下降；

2.成像镜头减小数值孔径，使得进入镜头的能量变低，光阑孔径变小，加工难度增加。

也就是说一般的机器视觉预对准系统镜头景深过小（相对于大翘曲硅片），增大景深方案实施代价较大；在进行硅片预对准过程中无实时补偿系统无法根据硅片的翘曲量进行调整。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足和需要，提出了一种能提高预对准精度的大翘曲硅片预对准装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种大翘曲硅片预对准装置，用于测量硅片的圆心和方向，包括：旋转台，用于吸附硅片并带动硅片进行旋转；照明光源，用于照明硅片边缘；预对准成像镜头，用于采样硅片边缘图像，所述预对准成像镜头为物方远心或双远心镜头，且包括成像传感器，所述硅片边缘被照明后被所述预对准成像镜头成像于所述成像传感器上；控制器，用于控制旋转台、照明光源和预对准成像镜头，以及对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到所述硅片的圆心和方向；所述预对准成像镜头还包括最佳物面补偿系统，所述最佳物面补偿系统用于在所述采样前确定最佳物面，并在所述采样时对物距进行实时补偿，从而使所述硅片的各个边缘位置均能够清晰成像。

可选的，所述预对准成像镜头的照明方式为同轴照明、离轴照明或底部投射式照明。

可选的，所述最佳物面补偿系统为电光晶体或后焦面补偿透镜。

可选的，所述成像传感器为电荷耦合器件CCD。

可选的，所述成像传感器与所述硅片边缘呈一定的倾斜夹角，使得所述预对准成像镜头的景深增加。

可选的，所述倾斜夹角可调节，从而调节所述预对准成像镜头的景深。

为了实现上述目的，本发明还提出一种使用权利要求1所述的大翘曲硅片预对准装置的预对准方法，用于测量硅片的圆心和方向，包括以下步骤：硅片传送到旋转台上，旋转台吸附硅片；控制器打开照明光源，硅片边缘被照明后被预对准成像镜头成像于成像传感器上；预对准成像镜头对硅片边缘图像进行预采样并导入控制器进行像质分析，最佳物面补偿系统确定最佳物面；旋转台旋转，预对准成像镜头采样硅片边缘图像并导入控制器进行像质分析，最佳物面补偿系统对物距进行实时补偿；控制器对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到硅片的圆心和方向。

可选的，所述预对准成像镜头的照明方式为同轴照明、离轴照明或底部投射式照明。

可选的，所述最佳物面补偿系统为电光晶体或后焦面补偿透镜。

可选的，所述成像传感器为电荷耦合器件CCD。

可选的，所述成像传感器与所述硅片边缘呈一定的倾斜夹角，使得所述预对准成像镜头的景深增加。

可选的，所述倾斜夹角可调节，从而调节所述预对准成像镜头的景深。

可选的，所述倾斜夹角可在预对准装置集成时根据景深范围手动调整，也可在预对准时闭环粗调。