CN103376673B - 一种预对准装置及预对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预对准装置及预对准方法，用于实现不同尺寸基底的定心和定向。所述预对准装置包括：吸盘，用于承载和固定基底，并可带动基底旋转；一对卡盘，具有与基底相匹配的尺寸，通过所述一对卡盘夹紧基底并使一对卡盘的中心与吸盘的中心重合实现基底的定心；光电检测装置，其位置可调整以使基底边缘位于光电检测装置的视场范围内，通过光电检测装置检测基底上缺口或平边的位置并将缺口或平边转动至指定位置实现基底的定向。所述预对准装置同时采用机械夹持及光电检测两种方式对基底进行定位，通过机械夹持基底以对基底进行定心，使用光电检测识别基底的缺口或平边以对基底进行定向。

Description

一种预对准装置及预对准方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种预对准装置及预对准方法。

背景技术

预对准装置应用于光刻机等众多芯片制造设备中，是对基底如硅片等进行定位的重要装置。随着半导体芯片特征尺寸的不断减小，以及基底尺寸的不断增大，对预对准装置的对准精度要求越来越高。

预对准装置用于对基底进行定位，包括对基底进行定心和定向。通过预对准后的基底到达工件台需要满足一定的精度要求，这样光刻机可以快速找到基底上的标记，从而进行曝光，提高设备生产效率。

目前，按定位精度的不同，预对准装置一般分为机械夹持方式和光电检测方式两种。机械夹持方式一般应用于8”以下基底且精度要求不高的设备当中，结构简单、易于实现；8”以上基底以光电检测方式为主，结构较为复杂，多采用电机驱动，配合图像处理算法完成。不论哪种方式的预对准装置一般情况只能处理某一种尺寸的基底，少数能够做到兼容两种尺寸。

因此，如何提供一种结构简单且精度高、同时能够兼容多种尺寸基底的预对准装置，仍是现在技术发展中急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种预对准装置及预对准方法，以简化预对准装置结构，提高精度，并且提高预对准装置的兼容性。

为解决上述问题，本发明提供一种预对准装置，用于实现不同尺寸基底的定心和定向，所述基底具有缺口或平边，所述装置包括：

吸盘，用于承载和固定所述基底，并能带动基底旋转；

一对卡盘，具有与基底相匹配的尺寸，对称设置于吸盘的两侧，且与基底的高度位置相对应，通过所述一对卡盘夹紧基底并使一对卡盘的中心与吸盘的中心重合实现基底的定心；

光电检测装置(CCD，Charge Couple Device)，位于吸盘的上方，且所述光电检测装置的位置可调整以使基底边缘位于光电检测装置的视场范围内，通过光电检测装置检测基底上缺口或平边的位置并将缺口或平边转动至指定位置实现基底的定向。

优选的，每个卡盘上分别设有两个定位轴承，使得当所述一对卡盘夹紧基底时，四个定位轴承同时与基底边缘相接触，通过使四个定位轴承构成的中心与吸盘的中心重合实现基底的定心。

优选的，所述预对准装置还包括与光电检测装置相连的一驱动装置，所述驱动装置用于调整所述光电检测装置的位置以使基底边缘位于光电检测装置的视场范围内。

可选的，所述驱动装置包括光电检测装置固定机构，导轨和锁紧机构，所述光电检测装置固定机构的一端与光电检测装置固定连接，另一端可沿所述导轨移动，所述锁紧机构用于锁定所述光电检测装置固定机构的位置。

可选的，所述预对准装置还包括一旋转台用于承载所述吸盘，所述吸盘在旋转台的带动下实现旋转。

可选的，所述预对准装置还包括微动平台，所述微动平台位于所述旋转台的下方；所述微动平台的高度可调整以使基底边缘位于所述光电检测装置的景深范围内。

为解决上述问题，本发明还提供一种利用所述预对准装置的预对准方法，包括以下步骤：

步骤1，将基底置于吸盘上，在预对准装置上安装与基底尺寸相匹配的卡盘；

步骤2，判断卡盘的尺寸和光电检测装置的位置是否与基底尺寸相对应；若是，则执行步骤3；若否，则报错检测配置是否正确，预对准结束；

步骤3，判断基底是否处于光电检测装置的焦面位置；若是，则执行步骤4；若否，则调整吸盘的高度，然后重复步骤3；

步骤4，卡盘夹紧基底以对基底进行定心；

步骤5，卡盘缩回，并将基底固定在吸盘上；

步骤6，吸盘带动基底旋转一圈，旋转的同时，光电检测装置采集基底边缘数据及缺口位置或平边的数量和位置；

步骤7，使卡盘避开缺口或平边的位置，并使卡盘再次夹紧基底以对基底进行定心；

步骤8，光电检测装置对基底进行定向。

可选的，步骤6之后步骤7之前还包括步骤：计算基底中心和吸盘中心的偏差，若偏差在允许范围之内，则执行步骤7；若偏差超过误差范围，则重新调整卡盘位置，然后重复步骤3。

可选的，步骤7具体包括：

步骤7.1，判断基底是否具有缺口或平边以及平边的数量；

若基底具有缺口或单一平边，则使卡盘避开缺口或平边的位置，并使卡盘夹紧基底以对基底进行定心，然后执行步骤8；

若基底具有双平边，则执行步骤7.2；

步骤7.2，在基底旋转一圈的过程中，通过光电检测装置标识在基底第一平边边缘的第一点为M点，在基底第二平边边缘的第二点为N点，和基底的中心为O点；

步骤7.3，根据∠MON的大小，将基底位于M点处的第一平边旋转至光电检测装置下方或者将∠MON的角平分线与基底边缘的交点旋转至光电检测装置下方，以使卡盘避开平边的位置；

步骤7.4，卡盘夹紧基底以对基底进行定心，然后执行步骤8。

本发明所提出的预对准装置同时采用机械夹持(即卡盘夹紧)及光电检测两种方式对基底进行定位，通过机械夹持对基底进行定心，使用光电检测识别基底的缺口或平边。这种方法结合了传统两种预对准方式的优点，既使得结构简单，又提高了精度。而且这种预对准装置还适用于不同尺寸的基底，极大程度提高了兼容性，给使用者带来方便的同时也降低了需要配置不同预对准装置的成本。

附图说明

图1A～1C为本发明实施例的预对准装置的示意图；

图2为本发明实施例的预对准方法的流程图；

图3A～3E为本发明实施例的双平边基底的几种形式。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种预对准装置，用于实现不同尺寸基底的定心和定向，所述基底具有缺口或平边。请参照图1A～1C，所述预对准装置包括：

吸盘102，用于承载和固定所述基底101，并能带动基底101旋转。

一对卡盘103，具有与基底101相匹配的尺寸，对称设置于吸盘102的两侧，且与基底101的高度位置相对应，通过所述一对卡盘103夹紧基底101并使一对卡盘103的中心与吸盘102的中心重合实现基底101的定心。如图1B所示，每个卡盘103上分别设有两个定位轴承108，使得当所述一对卡盘103夹紧基底101时，四个定位轴承108同时与基底101边缘相接触，通过使四个定位轴承108构成的中心(即一对卡盘103的中心)与吸盘102的中心重合实现基底101的定心。根据本发明一优选实施例，所述预对准装置具有五种不同尺寸的卡盘103，分别对应于2”、3”、4”、5”、6”五种不同尺寸的基底。

光电检测装置104(CCD，Charge Couple Device)，位于吸盘102的上方，且所述光电检测装置104的位置可调整以使基底101边缘位于光电检测装置104的视场范围内，通过光电检测装置104检测基底101上缺口或平边的位置并将缺口或平边转动至指定位置实现基底101的定向。优选的，光电检测装置104投影到一对卡盘103所在平面中的位置位于一对卡盘103的对称轴上(即卡盘中心连线的垂直平分线)。

所述预对准装置还可以包括与光电检测装置104相连的一驱动装置，所述驱动装置用于调整所述光电检测装置104的位置以使基底101边缘位于光电检测装置104的视场范围内。如图1C所示，所述驱动装置包括光电检测装置固定机构109，导轨110和锁紧机构111，所述光电检测装置固定机构109的一端与光电检测装置104固定连接，另一端可沿所述导轨110移动，所述锁紧机构111用于锁定所述光电检测装置固定机构109的位置。光电检测装置104位置的调整可通过松开锁紧机构111，然后沿导轨110移动光电检测装置固定机构109进而带动光电检测装置104移动到对应基底尺寸的位置，从而使得基底边缘进入光电检测装置104的视场范围。根据本发明一优选实施例，锁紧机构111能够将光电检测装置固定机构109锁定在五个位置，即能够使光电检测装置104分别位于2”、3”、4”、5”、6”五种不同尺寸的基底的边缘上方。

所述预对准装置还可以包括一旋转台105用于承载所述吸盘102，所述吸盘102在旋转台105的带动下实现旋转。

所述预对准装置还可以包括微动平台106，所述微动平台106位于所述旋转台105的下方。微动平台106的作用是带着旋转台105进行升降运动。由于存在各种不同厚度的基底，要使这些基底都能进入光电检测装置104的检测范围，则需把基底边缘调整到光电检测装置104的景深范围之内。所述微动平台106的高度可调整以使基底101边缘位于所述光电检测装置104的景深范围内。

所述预对准装置还可以包括一对卡盘调整机构107，每个卡盘调整机构107分别与一个卡盘103连接。需要切换到不同尺寸基底时，先将对应卡盘103安装到卡盘调整机构107上，每套卡盘对应一种尺寸基底。每个卡盘调整机构107内分别设置有一传感器，用于检测卡盘103尺寸是否与基底101尺寸相匹配。

本发明还提供一种利用所述预对准装置的预对准方法。

在对基底101进行预对准之前，先选择和基底101尺寸相匹配的卡盘103，并将所述卡盘103安装到卡盘调整机构107上。卡盘103的作用是对基底101进行定心，通过工装及卡盘调整机构107使卡盘103上定位轴承108所确定的中心与吸盘102的中心重合，由此来保证夹持精度。当卡盘调整机构107上的传感器检测到卡盘103尺寸并与软件设置的基底101尺寸相匹配时，则可以执行预对准操作，否则报错。

将基底101放到吸盘102上，使用卡盘103夹持基底101。然后将光电检测装置104调节到对应基底101尺寸的位置。光电检测装置104的调整如图1B所示，先松开锁紧机构111，然后沿导轨110把光电检测装置固定机构109移动到与基底尺寸对应的工位。通过移动光电检测装置固定机构109调整光电检测装置104的位置，使得基底101边缘位于光电检测装置104的视场范围内，这样才能保证采集足够的数据进行定向。

在基底101尺寸、卡盘103尺寸、光电检测装置104位置三者的传感器同时有效的情况下说明所述预对准装置切换到位，可以执行预对准操作。该装置具有2”、3”、4”、5”、6”五种尺寸工位，因此对应五种不同尺寸的卡盘。

请参照图2，为本发明利用所述预对准装置对基底101进行预对准的流程图，具体过程如下：

首先执行步骤S10，判断卡盘103尺寸和光电检测装置104位置是否与基底101尺寸相对应；若是，则执行步骤S12；若否，则执行步骤S11，报错检测配置是否正确，预对准结束。

接着执行步骤S12，判断基底101是否处于光电检测装置104的焦面位置；若是，则执行步骤S14；若否，则调整微动平台106的高度(步骤S13)，使基底101处于光电检测装置104的焦面位置，然后重复步骤S12。

在步骤S14中，通过卡盘103夹紧基底101定心，然后卡盘103缩回，卡盘103缩回使用真空缸驱动，真空释放后卡盘103通过弹簧拉回到起始位置，由此来保证夹持的重复精度。

然后执行步骤S15，吸盘102打开真空以将基底101固定在吸盘102上，并带动基底101旋转一圈，旋转的同时，光电检测装置104采集基底101边缘数据及缺口或平边的位置。

接着执行步骤S16，光电检测装置104检测基底101边缘的缺口或平边的数量；

若基底101具有缺口或单一平边，则使卡盘103避开缺口或平边的位置(例如可将缺口或平边旋转至光电检测装置104下方)并使卡盘103再次夹紧基底101定心(步骤S17)；然后执行步骤S18，通过旋转使基底缺口或平边运动到指定位置，预对准动作完成；

若基底101具有双平边，则执行步骤S19，在基底101旋转一圈的过程中，通过光电检测装置104将其检测到的基底101上的第一条平边边缘的第一点标识为M点，将其检测到的基底101上的第二条平边边缘的第二点标示为N点，并将基底101的中心标示为O点，采用∠MON来表示两条平边之间的夹角。需要说明的是所述预对准装置对缺口和单一平边基底的处理是比较容易的，而对双平边基底的处理则需要辅助一定的算法。图3A～3E所示为几种形式的双平边基底。在图3A～3E中，不同形式的双平边基底，其两条平边之间的夹角是不同的，图中标出的角度数值为夹角的精确值，即基底中心O到两条平边的垂线之间的夹角数值。由于基底上的平边很短(图中为了示意目的而夸大)，因此采用∠MON来近似表示两条平边之间的夹角并不会造成很大的误差，也不会影响预对准的精度。若此处认为∠MON的大小即为两条平边之间的夹角大小，则如图3A所示的∠MON为45°，图3B中∠MON为90°，图3C中∠MON为135°，图3D中∠MON为180°，和图3E中∠MON为225°，下面将分情况说明对于不同的∠MON将如何旋转基底以使卡盘避让所述平边。

接着执行步骤S20，根据∠MON的大小，将基底101位于M点处的第一平边旋转至光电检测装置104下方或者将∠MON的角平分线与基底101边缘的交点旋转至光电检测装置104下方，以使卡盘103避开平边的位置，这样可以保证后续卡盘103所夹的位置正好是基底104的圆弧部分。当∠MON的大小在0°～120°以及240°～360°区间内时，即对于图3A、3B所示的情况，将∠MON的角平分线与基底101边缘的交点旋转至光电检测装置104下方，即可使卡盘103有效避开平边的位置(S21)；当∠MON的大小在120°～240°区间内时，即对于图3C～3E所示的情况，将基底101位于M点处的第一平边旋转至光电检测装置104下方，即可使卡盘103有效避开平边的位置(S22)。当然，上述角度区间的划分可以根据平边所对应的圆心角大小、光电检测装置104与卡盘103的相对位置等实际因素进行调整，只要使得卡盘103通过旋转能够避开平边的位置即可。

随后执行步骤S23，使用卡盘103夹紧基底101定心。

最后执行步骤S24，光电检测装置104对基底101进行定向，通过旋转使基底平边运动到指定位置，预对准动作完成。

根据本发明一优选实施例，在步骤S18和步骤S24之后还可包括：计算基底101中心与吸盘102中心的偏差；若偏差在允许范围之内，则预对准结束；若偏差超过误差范围，则重新调整卡盘103位置，然后重复步骤S12。

本发明在利用示意图详述本发明实施例时，为了便于说明，表示器件结构的剖面图不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定。此外，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种预对准装置，用于实现不同尺寸基底的定心和定向，所述基底具有缺口或平边，其特征在于，所述预对准装置包括：

吸盘，用于承载和固定所述基底，并能带动基底旋转；

一对卡盘，具有与基底相匹配的尺寸，对称设置于吸盘的两侧，且与基底的高度位置相对应，通过所述一对卡盘夹紧基底并使一对卡盘的中心与吸盘的中心重合实现基底的定心；

光电检测装置，位于吸盘的上方，且所述光电检测装置的位置可调整以使基底边缘位于光电检测装置的视场范围内，通过光电检测装置检测基底上缺口或平边的位置并将缺口或平边转动至指定位置实现基底的定向；

卡盘调整机构，所述卡盘调整机构与卡盘连接，需要切换到不同尺寸基底时，则将对应卡盘安装到卡盘调整机构上。

2.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，每个卡盘上分别设有两个定位轴承，使得当所述一对卡盘夹紧基底时，四个定位轴承同时与基底边缘相接触，通过使四个定位轴承构成的中心与吸盘的中心重合实现基底的定心。

3.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准装置还包括与光电检测装置相连的一驱动装置，所述驱动装置用于调整所述光电检测装置的位置以使基底边缘位于光电检测装置的视场范围内。

4.如权利要求3所述的预对准装置，其特征在于，所述驱动装置包括光电检测装置固定机构，导轨和锁紧机构，所述光电检测装置固定机构的一端与光电检测装置固定连接，另一端可沿所述导轨移动，所述锁紧机构用于锁定所述光电检测装置固定机构的位置。

5.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准装置还包括一旋转台用于承载所述吸盘，所述吸盘在旋转台的带动下实现旋转。

6.如权利要求5所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准装置还包括微动平台，所述微动平台位于所述旋转台的下方；所述微动平台的高度可调整以使基底边缘位于所述光电检测装置的景深范围内。

7.一种利用如权利要求1至6中任一项所述的预对准装置的预对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将基底置于吸盘上，在预对准装置上安装与基底尺寸相匹配的卡盘；

步骤2，判断卡盘的尺寸和光电检测装置的位置是否与基底尺寸相对应；若是，则执行步骤3；若否，则报错检测配置是否正确，预对准结束；

步骤3，判断基底是否处于光电检测装置的焦面位置；若是，则执行步骤4；若否，则调整吸盘的高度，然后重复步骤3；

步骤4，卡盘夹紧基底以对基底进行定心；

步骤5，卡盘缩回，并将基底固定在吸盘上；

步骤6，吸盘带动基底旋转一圈，旋转的同时，光电检测装置采集基底边缘数据及缺口位置或平边的数量和位置；

步骤7，使卡盘避开缺口或平边的位置，并使卡盘再次夹紧基底以对基底进行定心；

步骤8，光电检测装置对基底进行定向。

8.如权利要求7所述的预对准方法，其特征在于，步骤7具体包括：

步骤7.1，判断基底是否具有缺口或平边以及平边的数量；

若基底具有缺口或单一平边，则使卡盘避开缺口或平边的位置，并使卡盘夹紧基底以对基底进行定心，然后执行步骤8；

若基底具有双平边，则执行步骤7.2；

步骤7.2，在基底旋转一圈的过程中，通过光电检测装置标识在基底第一平边边缘的第一点为M点，在基底第二平边边缘的第二点为N点，和基底的中心为O点；

步骤7.3，根据∠MON的大小，将基底位于M点处的第一平边旋转至光电检测装置下方或者将∠MON的角平分线与基底边缘的交点旋转至光电检测装置下方，以使卡盘避开平边的位置；

步骤7.4，卡盘夹紧基底以对基底进行定心，然后执行步骤8。

9.如权利要求7所述的预对准方法，其特征在于，步骤8之后还包括步骤：计算基底中心和吸盘中心的偏差，若偏差在允许范围之内，则预对准动作完成；若偏差超过误差范围，则重新调整卡盘位置，然后重复步骤3。