[发明专利]一种晶圆预对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造，具体涉及一种晶圆预对准方法。

背景技术

随着光刻技术的发展，对晶圆对准和曝光系统的精度提出更高要求。为缩短精确对准的随机搜索标记位置的时间和提高晶圆利用率，必须在精确对准之前的晶圆传输阶段增加预对准工序，才能保证在较短的时间内将晶圆精确对准。

目前晶圆的预对准已从最初的机械预对准发展到光学预对准，精度也从200微米提高到1微米甚至亚微米，并且要求有很高的生产率。因此对预对准装置的检测、制造和安装精度提出了很高要求。光刻机中晶圆预对准装置的主要作用是，在调平、光刻工序前，对晶圆进行预对准（精对准在调平及预调焦分系统中），尽量缩小晶圆从晶圆盒中由机械手取出再放到精对准工位的位置重复性误差。晶圆预对准需要调整的偏差主要有两个：一是水平面内形心的偏移（可定义为X、Y两个方向上的自由度），二是晶圆凹槽（缺口）的角度误差（可定义为）θ旋转方向自由度）。

目前的晶圆预对准方法一般采用光学预对准，或光学和机械两者结合的方式。传统的光学预对准装置采用线性电荷耦合器件（CCD）传感器检测晶圆边缘。其预对准方法之一是通过线性CCD信号实际波形与标准波形的比较来找对准信息。如美国专利：US7042568中的方法，旋转晶圆，当晶圆存在偏心时，线性CCD信号的实际波形表现为类似一条正弦曲线，否则其表现为标准波形。这样通过两种波形的比较可以得到晶圆的偏心。接着转台带动晶圆再次旋转，找到晶圆至CCD被遮长度最小处，即晶圆缺口的最底处，然后进行缺口定位。该方法精度不高，尤其是缺口部分利用单个采样点来定位，精度受采样频率和干扰影响很大。

另外一种预对准方法是通过CCD传感器采集晶圆旋转过程中的边缘数据，采用最小二乘圆拟合求得晶圆的半径以及圆心坐标。如中国专利CN1787200A中，对心执行机构移动晶圆使其晶圆与旋转中心重合，然后根据之前的圆周采用数据，采用边缘变换率找到缺口大概位置，将缺口旋转到CCD传感器扫描线附近对缺口进行小范围细采样，同样用最小二乘圆算法拟合缺口，得到缺口圆的圆心坐标。缺口圆心和旋转中心连线与晶圆边缘的交点为缺口中心，将缺口中心旋转到指定的角度，以完成晶圆缺口定位。该方法用最小二乘圆拟合算法求晶圆圆心和缺口圆心，然而晶圆含有缺口，并不是一个标准圆，所以计算时不得不去除缺口部分数据，这样不但增加了工作量，而且要求CCD采集的晶圆边缘数据必须均匀分布，并且采集到的相邻数据振幅不能变化太大，这对硬件设备的精度要求很高。

以上采用的预对准定位方法都采用线性CCD传感器检测晶圆边缘，而这种传感器采样频率较小，从而限制了晶圆一周的采样点数，并且其空间占用较大，在整个预对准装置空间尺寸限定的情况下，CCD传感器的空间尺寸往往无法满足要求。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服上述已有技术的不足之处，提出一种基于高精度激光透射式传感器的晶圆预对准方法。

根据本发明的一个方面，提供一种晶圆预对准方法，包括如下步骤：

步骤1：令外部的晶圆传输机械手将晶圆交接给晶圆预对准装置，利用视觉检测单元5通过检测接收光强的变化率，判断晶圆是否已放置到真空吸附单元4上，当检测到晶圆已放置时，触发运动控制单元7，使真空吸附单元4固定晶圆；通过θ-Y二自由度运动单元2带动真空吸附单元4使晶圆旋转一周，视觉检测单元5中的激光透过式传感器检测出晶圆的边缘位置，通过数据采集单元6同步采集激光透过式传感器获得的晶圆边缘一周数据；

步骤2：令运动控制单元7利用从数据采集单元6获取的晶圆边缘一周数据，通过构造晶圆形心检测的数学模型，计算出晶圆的形心位置坐标径向位移最大偏心量e_max、以及径向位移最大偏心量处与水平Y向的夹角

步骤3：通过运动控制单元7发出指令使θ-Y二自由度运动单元2中的θ向旋转平台带动晶圆旋转角度使径向位移最大偏心量e_max与水平Y向处于一条直线上，将径向位移最大偏心量e_max调整到Y轴上，通过垂直过渡单元3上升使晶圆脱离θ-Y二自由度运动单元2，θ-Y二自由度运动单元2中的Y向直线运动平台移动，θ向旋转平台的中心与晶圆的形心晶圆重合，完成晶圆的形心定位；