本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

邊緣視覺采集系統(tǒng)主要完成對晶圓邊緣與缺口標(biāo)記的采集，然后經(jīng)過圖像處理與計(jì)算算出晶圓的偏心與偏向，從而使定心組件和定向組件補(bǔ)償偏移量。由于不同廠家生產(chǎn)的晶圓本身形狀與其缺口的形狀都有一定的差異，標(biāo)記的位置相對缺口也是不一定相同的，并且經(jīng)過不同光刻機(jī)預(yù)對準(zhǔn)之后晶圓的邊緣定心定向精度也有差別，所以上片的精度將無法很好地滿足前道光刻機(jī)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明公開一種高精度的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置及方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括：一邊緣視覺采集系統(tǒng)，用于根據(jù)該晶圓上的邊緣或缺口標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對該晶圓的第一次位置補(bǔ)償；一標(biāo)記探測系統(tǒng)，用于根據(jù)位于該晶圓上的至少對準(zhǔn)標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對該晶圓的第二次位置補(bǔ)償；該邊緣視覺采集系統(tǒng)和該標(biāo)記探測系統(tǒng)分別位于該晶圓的兩側(cè)。

更進(jìn)一步地，該至少兩個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記在所述晶圓上呈對稱分布。

更進(jìn)一步地，該邊緣視覺采集系統(tǒng)包括一線陣CCD探測器，該標(biāo)記探測系統(tǒng)包括一面陣CCD探測器。

更進(jìn)一步地，該標(biāo)記探測系統(tǒng)包括一X向運(yùn)動(dòng)組件，一調(diào)焦組件以及一標(biāo)記采集視覺組件，該X向運(yùn)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)該標(biāo)記采集視覺組件搜索該對準(zhǔn)標(biāo)記，該調(diào)焦組件用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)記探測的焦面調(diào)整，該標(biāo)記采集視覺組件用于采集該標(biāo)記成像。

更進(jìn)一步地，該調(diào)焦組件與該Z向運(yùn)動(dòng)組件相連接，該標(biāo)記采集視覺組件與該調(diào)焦組件相連接。

更進(jìn)一步地，該標(biāo)記采集視覺組件包括一點(diǎn)光源、一鏡頭以及一面陣CCD相機(jī)。

更進(jìn)一步地，該邊緣視覺采集系統(tǒng)和該標(biāo)記探測系統(tǒng)分別位于所述晶圓的兩側(cè)。

本發(fā)明同時(shí)公開一種用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)方法，包括：步驟一、根據(jù)該晶圓上的邊緣或缺口標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對該晶圓的第一次位置補(bǔ)償；步驟二、搜索并采集位于該晶圓上的第一對準(zhǔn)標(biāo)記；步驟三、搜索并采集位于該晶圓上的第二對準(zhǔn)標(biāo)記；步驟四、根據(jù)該第一第二對準(zhǔn)標(biāo)記的位置信息計(jì)算該晶圓的位置偏差，實(shí)現(xiàn)對該晶圓的第二次位置補(bǔ)償。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所公開的技術(shù)方案在粗預(yù)對準(zhǔn)之后，再通過采集雙對準(zhǔn)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)更高精度的晶圓定心、定向功能，更好地滿足了高上片精度要求。

附圖說明

關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。

圖1是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的邊緣采集視覺組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的邊緣采集視覺組件的安裝位置示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的標(biāo)記探測組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的標(biāo)記探測組件的安裝位置示意圖；

圖5是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的邊緣采集視覺組件與標(biāo)記探測組件的配合采集面域示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的使用場景的示意圖；

圖7是本發(fā)明所涉及的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。

現(xiàn)有技術(shù)采集邊緣與缺口標(biāo)記，只能實(shí)現(xiàn)粗預(yù)對準(zhǔn)。而、本發(fā)明在粗預(yù)對準(zhǔn)之后，再通過采集雙標(biāo)記實(shí)現(xiàn)更高精度的晶圓定心、定向功能，更好地滿足了高上片精度要求。

為了能夠使上傳到工件臺(tái)上的晶圓的定心定向精度能夠更好地滿足上片精度要求，在晶圓經(jīng)過邊緣采集預(yù)對準(zhǔn)之后再設(shè)計(jì)用MARK SENSOR（標(biāo)記探測）對晶圓上的標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)定，以提高上片精度。

Mark Sensor（標(biāo)記探測）組件能滿足三個(gè)方面功能，以解決上述問題：一、實(shí)現(xiàn)由晶圓傳輸傳送到工件臺(tái)的晶圓標(biāo)記能夠更準(zhǔn)確的位于對準(zhǔn)視場內(nèi)，減少不同晶圓間標(biāo)記相對晶圓幾何外形尺寸位置不同而引起的上片精度過大；二、標(biāo)記探測能夠作為測試工具，檢測晶圓標(biāo)記相對于晶圓幾何外形的坐標(biāo)位置偏差。三、標(biāo)記探測通過對比標(biāo)記在標(biāo)記探測視覺系統(tǒng)坐標(biāo)系中的希望位置和測量值，能夠計(jì)算出標(biāo)記在晶圓坐標(biāo)系中的位置和相對于標(biāo)記探測視覺系統(tǒng)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。

最終通過標(biāo)記探測測試出的數(shù)據(jù)作位置補(bǔ)償，使晶圓按照更高的定心、定向精度要求成功傳送到工件臺(tái)上。

圖1是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的邊緣采集視覺組件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示邊緣視覺采集組件主要完成對晶圓邊緣的采集，然后經(jīng)過圖像處理與計(jì)算算出晶圓的偏心與偏向，從而使定心組件和定向組件補(bǔ)償偏移量。邊緣視覺采集組件1主要由線陣CCD相機(jī)10、光源20、鏡頭30、視覺支架40以及過渡件50組成，通過過渡件30使鏡頭30中心到視覺支架40內(nèi)表面間距離滿足8寸與12寸晶圓切換空間要求，如圖1。圖2是本發(fā)明提供的邊緣采集視覺組件的安裝位置示意圖。如圖2所示，邊緣視覺采集組件1安裝在晶圓盤的一側(cè)位置3處。水汽盤上也進(jìn)一步做8寸晶圓邊緣采集的通道2開口處理。

圖3是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的標(biāo)記探測組件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3中所示，標(biāo)記探測需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：首先，具有搜索晶圓表面上標(biāo)記的功能；其次，具有調(diào)整相機(jī)到晶圓表面距離的功能，以滿足看清不同厚度晶圓表面標(biāo)記的要求；最后，還需要具有能夠檢測晶圓標(biāo)記與晶圓幾何中心的位置偏差。根據(jù)這個(gè)三個(gè)功能以及輸入約束設(shè)計(jì)標(biāo)記探測的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

標(biāo)記探測組件4主要由三部分組成：MK_X向運(yùn)動(dòng)組件80、MK_Z調(diào)焦組件70、標(biāo)記采集視覺組件60。MK_X向運(yùn)動(dòng)組件80的功能是帶動(dòng)視覺組件60完成對晶圓表面上面內(nèi)標(biāo)記的搜索。MK_Z調(diào)焦組件70實(shí)現(xiàn)標(biāo)記探測的焦面調(diào)整，使采集晶圓標(biāo)記的圖像清晰。視覺組件60實(shí)現(xiàn)對晶圓上標(biāo)記的成像、圖像采集、圖像傳送以及處理。MK_X徑向運(yùn)動(dòng)組件80和MK_Z垂向調(diào)焦組件70采用高精度的運(yùn)動(dòng)模組，標(biāo)記采集視覺組件60安裝于調(diào)焦組件70之上。

標(biāo)記采集視覺組件60包括一點(diǎn)光源30、鏡頭20以及一面陣CCD相機(jī)10。為滿足兼容處理200mm和300mm晶圓的需求，MK_X總行程為80mm，需求有效行程75mm。標(biāo)記探測調(diào)焦單元組件總行程為8mm，需求有效行程為5mm。

圖4是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的標(biāo)記探測組件的安裝位置示意圖。如圖4所示，標(biāo)記探測組件4沿預(yù)對準(zhǔn)徑向安裝于邊緣視覺采集組件1另一側(cè)。晶圓臺(tái)上包括一PU_R的定向運(yùn)動(dòng)組件5以及PU_C的偏心補(bǔ)償組件。

圖5是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的邊緣采集視覺組件與標(biāo)記探測組件的配合采集面域示意圖。通過PU_R的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與邊緣視覺采集組件的配合，在標(biāo)記探測徑向MK_X運(yùn)動(dòng)與調(diào)焦單元聯(lián)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對8寸與12寸晶圓CCD線陣與面陣的聯(lián)合使用，進(jìn)而清晰地采集晶圓標(biāo)記圖像，再通過圖像處理實(shí)現(xiàn)預(yù)對準(zhǔn)更高精度的定心定向功能。

圖7是本發(fā)明所涉及的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)方法的流程圖。如圖7所示，701首先利用該邊緣采集視覺組件完成邊緣采集粗對準(zhǔn)。702計(jì)算缺口方向，并根據(jù)缺口、標(biāo)記、對準(zhǔn)標(biāo)記視場坐標(biāo)之間的位置關(guān)系計(jì)算出旋轉(zhuǎn)晶圓的角度。703R軸（即沿Z方向旋轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)動(dòng)，使第一個(gè)缺口旋轉(zhuǎn)到對準(zhǔn)視場下。704MK_R根據(jù)預(yù)對準(zhǔn)給定的標(biāo)記位置搜索第一個(gè)標(biāo)記，向晶圓中心運(yùn)動(dòng)，最大75mm。705CCD采集圖像自動(dòng)調(diào)焦。706判斷是否到最佳焦平面，如果是則708采集第一對準(zhǔn)標(biāo)記圖像，如果不是則707移動(dòng)垂向軸，從新進(jìn)入705。709檢測是否找到第一對準(zhǔn)標(biāo)記，若已找到則進(jìn)入714判斷是否兩個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記都已找到，若沒有找到則進(jìn)入710R軸旋轉(zhuǎn)，每次最大旋轉(zhuǎn)角度為1.5度。711再次判斷是否已經(jīng)找到對準(zhǔn)標(biāo)記，找到進(jìn)入714，沒有找到則712MK_X沿正負(fù)限位運(yùn)動(dòng)+1mm后再次進(jìn)入709。如果第一標(biāo)記找到第二標(biāo)記沒有找到則713R軸旋轉(zhuǎn)180度，采集第二個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記后返回709。若兩個(gè)對準(zhǔn)標(biāo)記都已找到則進(jìn)入715根據(jù)第一第二對準(zhǔn)標(biāo)記的坐標(biāo)計(jì)算所述晶圓的位置偏差，將R角度值返回給預(yù)對準(zhǔn)系統(tǒng)，將坐標(biāo)值返回給工件臺(tái)。716晶圓實(shí)現(xiàn)了更高精度的預(yù)對準(zhǔn)。

為了充分解釋本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，面將設(shè)定一個(gè)基礎(chǔ)場景，利用該基礎(chǔ)場景實(shí)現(xiàn)精對準(zhǔn)方式如下：

假設(shè)晶圓在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上有一個(gè)小偏心，晶圓上的兩個(gè)標(biāo)記MARK對稱地放置，因此標(biāo)記探測將不需要沿著R軸來逐步搜索MARK1和MARK2，如圖6所示。圖6是本發(fā)明提供的用于晶圓的預(yù)對準(zhǔn)裝置的使用場景的示意圖，其中W1和W2是兩個(gè)MARK在晶圓上對稱地放置；N是WCS坐標(biāo)系下的坐標(biāo)中心；兩個(gè)MARK的半徑將會(huì)相等W1N=W2N； O是MSCS坐標(biāo)下的坐標(biāo)中心； W2是MARK2經(jīng)過180度旋轉(zhuǎn)后的位置； M是W1W2'的中心；MO=W1N=W2N； a是WCS和MSCS的旋轉(zhuǎn)偏置；P是標(biāo)記探測視場范圍的中心；NO的距離與W1M或MW2'相等。MSCS是標(biāo)記探測坐標(biāo)系，X軸定義為中心和標(biāo)記探測中心的連線，Y軸定義為垂直于X軸并通過旋轉(zhuǎn)中心的直線。GWCS的中心位于晶圓的中心，Y軸通過切邊/切槽中心和晶圓中心，坐標(biāo)原點(diǎn)在晶圓中心，X軸垂直于Y軸。邊緣采集坐標(biāo)系，Y軸定義為旋轉(zhuǎn)中心和Edge Sensor（邊緣探測）中心的連線，X軸定義為垂直于Y軸并通過旋轉(zhuǎn)中心的直線。WCS由對準(zhǔn)標(biāo)記定義，兩個(gè)標(biāo)記的連線中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，Y坐標(biāo)過坐標(biāo)原點(diǎn)，垂直于連線，晶圓切邊/切槽端為-Y方向，兩個(gè)標(biāo)記的連線為X方向。

由此可以推出：α

Y(W1)為MARK1在MSCS坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)值；

Y(W2')為MARK2在MSCS坐標(biāo)系中180度旋轉(zhuǎn)后的Y坐標(biāo)值；

第一種場景：晶圓上的兩個(gè)MARK（對準(zhǔn)標(biāo)記）對稱放置，兩半徑之間的角度是180度；

第二種場景：晶圓上的兩個(gè)MARK不是對稱放置，但是兩半徑之間的角度依然是180度，與第一種場景的區(qū)別是找到第一個(gè)MARK之后，MARSK SENSOR需要沿著R軸方向?qū)ふ业诙€(gè)MARK。沿著R軸方向運(yùn)動(dòng)必須是精確的；

第三種場景：是在第二種場景基礎(chǔ)上，增加條件：晶圓在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上有比較大的偏心，與第二種場景相比，找到第一個(gè)MARK后，標(biāo)記探測總是沿著R軸方向運(yùn)動(dòng)來尋找第二個(gè)MARK。然后就與第二種場景類似了，唯一的區(qū)別就是用GWCS坐標(biāo)系的測量位置和WCS坐標(biāo)系下的期望位置來定位MARK的位置。

第四種場景：晶圓上的兩個(gè)MARK的位置存在不同的角度和兩個(gè)半徑之間超過180度。其實(shí)，這種情況和第三種本質(zhì)上沒有區(qū)別。

通過上述方式就可以確定MSCS、GWCS、ESCS、WCS坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系，從而通過對粗對準(zhǔn)的位置補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)精對準(zhǔn)。

其中，MSCS、GWCS、ESCS、WCS定義如下：

MSCS：標(biāo)記探測系統(tǒng)坐標(biāo)系，X軸定義為中心和標(biāo)記探測系統(tǒng)中心的連線，Y軸定義為垂直于X軸并通過旋轉(zhuǎn)中心的直線。

GWCS：GWCS的中心位于晶圓的中心，Y軸通過切邊/切槽中心和晶圓中心，坐標(biāo)原點(diǎn)在晶圓中心，X軸垂直于Y軸。

ESCS：邊緣采集坐標(biāo)系，Y軸定義為旋轉(zhuǎn)中心和邊緣視覺采集系統(tǒng)中心的連線，X軸定義為垂直于Y軸并通過旋轉(zhuǎn)中心的直線。

WCS：由對準(zhǔn)標(biāo)記定義，兩個(gè)標(biāo)記的連線中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，Y坐標(biāo)過坐標(biāo)原點(diǎn)，垂直于連線，晶圓切邊/切槽端為-Y方向，兩個(gè)標(biāo)記的連線為X方向。

一般來說粗對準(zhǔn)之后晶圓在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的偏移量與標(biāo)記位置差異不會(huì)太大，所以經(jīng)過第一與第二場景之后就能實(shí)現(xiàn)精對準(zhǔn)，第三、四場景只在極少數(shù)情況下利用到，以確保對所有的晶圓都能實(shí)現(xiàn)精對準(zhǔn)。

本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。