一種晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)和晶圓對準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)以及一種晶圓對準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有消除晶圓傳輸誤差的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法針對有圖案晶圓和無圖案晶圓有所不同。
[0003]對于有圖案的晶圓，直接通過晶圓對準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。具體過程如下:
[0004](a)、在建立Recipe時(shí)，沿著某一個(gè)街道采集一個(gè)重復(fù)出現(xiàn)的高唯一性的特征圖像，記錄兩個(gè)以上包含該特征圖像的坐標(biāo)位置，以后所有使用該Recipe的晶圓均以這些坐標(biāo)位置為基準(zhǔn)進(jìn)行誤差消除；
[0005](b)、Recipe運(yùn)行時(shí)，機(jī)械手將晶圓放置到運(yùn)動(dòng)平臺的載物吸盤上并穩(wěn)定后，將運(yùn)動(dòng)平臺移動(dòng)到記錄的第一個(gè)坐標(biāo)位置后采集圖像，隨后使用存儲的特征圖像與采集到的圖像進(jìn)行匹配，如果匹配成功，特征圖像在目標(biāo)圖像中的像素偏差就是第一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的晶圓傳輸誤差；
[0006](C)、如果匹配不成功就需要以當(dāng)前的坐標(biāo)位置為中心螺旋移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺，每移動(dòng)一次運(yùn)動(dòng)平臺就采集一次圖像，并將特征圖像與采集到的圖像匹配，直至匹配成功或者超過限定次數(shù)；
[0007](d)從第二個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)開始重復(fù)(b)和(C)步驟直至所有記錄的坐標(biāo)位置均得到各自的傳輸誤差；
[0008](e)依據(jù)所有點(diǎn)的傳輸誤差計(jì)算出整個(gè)晶圓的傳輸誤差，包括平動(dòng)傳輸誤差和旋轉(zhuǎn)傳輸誤差。
[0009]對于無圖案的晶圓，由于內(nèi)部沒有任何特征圖像可以提取，因此一般通過晶圓的邊緣特征來對準(zhǔn)。具體過程如下:
[0010](a)、在對無圖案晶圓對準(zhǔn)定標(biāo)時(shí)，需要先對無圖案晶圓進(jìn)行邊緣特征提取，在無圖案晶圓的邊緣采集包括兩個(gè)Notch(以下稱為定位缺口)在內(nèi)的4個(gè)以上的邊緣特征圖像并記錄其采集位置；
[0011](b)、Recipe運(yùn)行時(shí)，機(jī)械手將晶圓放置到運(yùn)動(dòng)平臺的載物吸盤上。
[0012](C)、等待運(yùn)動(dòng)平臺穩(wěn)定后，將運(yùn)動(dòng)平臺移動(dòng)到記錄的第一個(gè)坐標(biāo)位置后采集圖像，隨后使用存儲的對應(yīng)特征圖像與采集到的圖像進(jìn)行匹配，匹配成功后獲取特征圖像在目標(biāo)圖像中的像素偏差；
[0013](d)、如果匹配不成功就需要以當(dāng)前的坐標(biāo)位置為中心螺旋移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺，每移動(dòng)一次運(yùn)動(dòng)平臺就采集一次圖像，并將特征圖像與采集到的圖像匹配，直至匹配成功或者超過限定次數(shù)；
[0014](e)、從第二點(diǎn)開始重復(fù)(C)和(d)直至所有記錄的坐標(biāo)均得到各自的像素偏差；
[0015](f)、依據(jù)所有點(diǎn)的像素偏差計(jì)算出個(gè)邊緣特征的實(shí)際坐標(biāo)位置，并依據(jù)這些坐標(biāo)位置擬合圓周。圓心為晶圓的平動(dòng)誤差，圓心與兩個(gè)定位缺口位置連線的中點(diǎn)可計(jì)算出旋轉(zhuǎn)傳輸誤差。
[0016]對于有圖案晶圓，由于對定位精度要求特別高，因此所使用的相機(jī)一般分辨率和倍率都比較高，相應(yīng)的視場也會較小。晶圓傳輸誤差較大時(shí)，特征圖像就很容易出視場，如果出現(xiàn)這種情況，就要以預(yù)計(jì)特征圖像出現(xiàn)的坐標(biāo)位置為中心螺旋查找目標(biāo)圖像，多次移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺，多次進(jìn)行圖像匹配，非常耗時(shí)，在晶圓傳輸誤差特別大時(shí)還有可能出現(xiàn)晶圓對準(zhǔn)失敗的情況。而對于無圖案晶圓的對準(zhǔn)，因?yàn)楹陀袌D案晶圓類似地使用同一高分辨率的小視場的相機(jī)，所以也會出現(xiàn)特征圖像出視場需要螺旋查找的問題。除此之外，由于無圖案晶圓的特征圖像分布在晶圓的邊緣圓周上，而且用于對準(zhǔn)的點(diǎn)越多、越均勻分布越有利于獲取更精準(zhǔn)的傳輸誤差數(shù)據(jù)，因此在對無圖案晶圓對準(zhǔn)時(shí)需要頻繁地移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺，頻繁地進(jìn)行圖像匹配，非常耗時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]基于現(xiàn)有的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明目的在于提高晶圓對準(zhǔn)效率。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)。該晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)包括:運(yùn)動(dòng)平臺，其可繞X、Y、Z三軸平動(dòng)并繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)；晶圓載物吸盤，其被支撐在所述運(yùn)動(dòng)平臺上，用于承載晶圓；至少四個(gè)相機(jī)，分別對準(zhǔn)所述晶圓上限定定位缺口的兩個(gè)相對的邊角布置兩個(gè)相機(jī)以使兩個(gè)相機(jī)得到每個(gè)邊角的目標(biāo)特征圖像，對準(zhǔn)所述晶圓的其余邊緣分別布置其他相機(jī)以使其他相機(jī)得到其余邊緣的目標(biāo)特征圖像，其中所有相機(jī)的視場都足夠大從而均能涵蓋晶圓傳輸誤差；多路圖像采集卡，其耦接到每個(gè)相機(jī)，采集所述邊角的目標(biāo)特征圖像和其余邊緣的目標(biāo)特征圖像；以及處理器，其耦接到所述多路圖像采集卡，將所述邊角的目標(biāo)特征圖像和其余邊緣的目標(biāo)特征圖像與預(yù)存的理想特征圖像分別進(jìn)行比較并計(jì)算晶圓傳輸誤差。
[0019]進(jìn)一步地，本發(fā)明的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)還包括相機(jī)支撐部件，其位于所述晶圓載物平臺的上方并連接所述至少四個(gè)相機(jī)。
[0020]本發(fā)明還公開了一種晶圓對準(zhǔn)方法，其包括:在最大晶圓傳輸誤差的范圍內(nèi)傳輸晶圓到被支撐在運(yùn)動(dòng)平臺上的晶圓載物吸盤上并移動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)平臺以將晶圓定位到所有相機(jī)的共同焦點(diǎn)位置，其中，相機(jī)的數(shù)目為至少四個(gè)，所有相機(jī)均被耦接到多路圖像采集卡，其中，每個(gè)相機(jī)的視場都足夠大從而均能涵蓋所述最大晶圓傳輸誤差；所有相機(jī)中的兩個(gè)分別對準(zhǔn)所述晶圓上限定定位缺口的兩個(gè)相對的邊角以使這兩個(gè)相機(jī)采集兩邊角的實(shí)際特征圖像，其余相機(jī)對準(zhǔn)所述晶圓的其余邊緣采集其余邊緣的實(shí)際特征圖像；與預(yù)存在處理器內(nèi)的理想特征圖像進(jìn)行比較并將匹配度符合要求的每個(gè)邊角的實(shí)際特征圖像以及其余邊緣的實(shí)際特征圖像確定為目標(biāo)特征圖像；計(jì)算各個(gè)目標(biāo)特征圖像的物理位置；根據(jù)至少三個(gè)目標(biāo)特征圖像的物理位置計(jì)算所述晶圓的平動(dòng)傳輸誤差；根據(jù)兩個(gè)邊角的目標(biāo)特征圖像的物理位置計(jì)算所述晶圓的旋轉(zhuǎn)傳輸誤差；根據(jù)所述平動(dòng)傳輸誤差和所述旋轉(zhuǎn)傳輸誤差調(diào)節(jié)所述晶圓的位置。
[0021]具體地,在計(jì)算各個(gè)目標(biāo)特征圖像的物理位置的步驟中，通過公式PresultX =CoeXX Δ PixelX+PxO 和 PresultY = CoeYX Δ PixelY+PyO 來計(jì)算，其中，(PresultX,PresultY)為所述目標(biāo)特征圖像的物理位置的坐標(biāo)，(PxO, PyO)為所述相機(jī)的坐標(biāo)，(CoeX,CoeY)為所述相機(jī)的每像素對應(yīng)物理距離的轉(zhuǎn)換系數(shù)，(APixelX，APixelY)為所述目標(biāo)特征圖像與所述相機(jī)的視場中心之間的像素偏差。
[0022]具體地，計(jì)算所述晶圓的平動(dòng)傳輸誤差步驟通過最小二乘法擬合晶圓邊緣圓周。
[0023]更具體地，所述晶圓的旋轉(zhuǎn)傳輸誤差通過公式tan(A a )=((PleftX+PrightX)/2-XO)/((PleftY+PrightY)/2-ΥΟ)計(jì)算，其中，Δ α 為所述晶圓的旋轉(zhuǎn)傳輸誤差，(PleftX，PleftY)和(PrightX，PrightY)分別為定位缺口的兩個(gè)邊角的特征圖像坐標(biāo)，(Χ0，Υ0)為擬合得到的晶圓邊緣圓周的圓心坐標(biāo)。
[0024]具體地，與預(yù)存在處理器內(nèi)的理想特征圖像進(jìn)行比較的步驟是通過圖像模式識別的方式實(shí)現(xiàn)的。
[0025]本發(fā)明使用的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法相對于有圖案晶圓使用的對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0026](I)、本發(fā)明使用多個(gè)相機(jī)，故不需要移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺就可以采集圖像；
[0027](2)、本發(fā)明使用多路圖像采集卡，可以并行采集多個(gè)圖像，可以并行進(jìn)行多個(gè)圖像識別；
[0028](3)、本發(fā)明依據(jù)獲取的誤差數(shù)據(jù)修正后，可以確保有圖案晶圓對準(zhǔn)時(shí)查找的特征圖像不偏離出視場；
[0029]本發(fā)明使用的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法相對于無圖案晶圓使用的對準(zhǔn)系統(tǒng)和方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030](I)、本發(fā)明使用多個(gè)相機(jī)，故不需要移動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺就可以采集圖像；
[0031](2)、本發(fā)明使用多路圖像采集卡，可以并行采集多個(gè)圖像，可以并行進(jìn)行多個(gè)圖像識別；
[0032](3)、本發(fā)明可以直接替代無圖案晶圓對準(zhǔn)方法且具有更高效率。
【附圖說明】
[0033]為了解釋本發(fā)明，將在下文中參考附圖描述其示例性實(shí)施方式，附圖中:
[0034]圖1示意性地示出了本發(fā)明的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)；以及
[0035]圖2示意性地示出了應(yīng)用本發(fā)明的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)的晶圓對準(zhǔn)方法。不同圖中的相似特征由相似的附圖標(biāo)記指示。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在以下的實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，參照構(gòu)成該描述的一部分的附圖進(jìn)行說明。附圖以示例的方式展示出特定的實(shí)施方式，本發(fā)明被實(shí)現(xiàn)在這些實(shí)施方式中。所示出的實(shí)施方式不是為了窮盡根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施方式?？梢岳斫?，其他的實(shí)施方式可以被利用，結(jié)構(gòu)性或邏輯性的改變能夠在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下被做出。對于附圖，方向性的術(shù)語，例如“下”、“上”、“左”、“右”等，是參照所描述的附圖的方位而使用的。由于本發(fā)明的實(shí)施方式的組件能夠被以多種方位實(shí)施，這些方向性術(shù)語是用于說明的目的，而不是限制的目的。因此，以下的【具體實(shí)施方式】并不是作為限制的意義，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書所限定。
[0037]本發(fā)明公開了一種用于晶圓W對準(zhǔn)的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)100，其用于消除晶圓傳輸誤差，該晶圓傳輸誤差包括平動(dòng)傳輸誤差和旋轉(zhuǎn)傳輸誤差。該晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)100包括:運(yùn)動(dòng)平臺102、晶圓載物吸盤104、多個(gè)相機(jī)106和多路圖像采集卡108。
[0038]具體地，該運(yùn)動(dòng)平臺102具有X、Y、Z軸，并被配置為沿X軸可左右移動(dòng)，沿Y軸可前后移動(dòng)，并沿Z軸可上下移動(dòng)并繞Z軸可周向轉(zhuǎn)動(dòng)。晶圓載物吸盤104用來水平地放置晶圓并將晶圓吸附或固定于其上以使該晶圓載物吸盤104與晶圓不會產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)從而晶圓可以隨運(yùn)動(dòng)平臺102的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。該晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)100可以包括相機(jī)支撐板110，其用于將前述多個(gè)相機(jī)106可調(diào)節(jié)地連接于其上，并可以將多個(gè)相機(jī)106固定在與晶圓大小相同的圓周上的任何位置處，從而能夠靈活地調(diào)節(jié)相機(jī)106的方位。其中，固定相機(jī)106的圓周位于晶圓載物吸盤104等待機(jī)械手放置晶圓的位置的正上方，但不限于此，該位置可以是晶圓可到達(dá)的任意位置的正上方。在本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】中，這些相機(jī)106中的兩個(gè)分別布置在晶圓上的定位缺口(通常為向外開的V形定位缺口)與晶圓的外周緣形成的交點(diǎn)的正上方，其余相機(jī)在周向上均勻地安裝在晶圓的外周緣的正上方。多路圖像采集卡108電連接到前述多個(gè)相機(jī)106，使用者通過調(diào)節(jié)相機(jī)使所有相機(jī)106的焦深具有一個(gè)重疊范圍并確定一個(gè)共同焦點(diǎn)位置從而所有相機(jī)106被調(diào)節(jié)至共同焦點(diǎn)位置，這樣，多路圖像采集卡108就能夠同時(shí)從所有相機(jī)106并行地采集到清晰的晶圓邊緣特征圖像。通常地，前述的晶圓對準(zhǔn)系統(tǒng)100包括四個(gè)或者四個(gè)以上的相機(jī)106。在本發(fā)