CN111430289A - 晶圆定位校准装置及晶圆定位校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆定位校准装置及晶圆定位校准方法，晶圆定位校准装置包括：承载台、图像采集装置、晶圆传送装置和控制装置，图像采集装置用于采集晶圆位于承载台的实际位置图像；控制装置与图像采集装置和晶圆传送装置相连，控制装置内存储有晶圆位于第一基准位置的基准图像，控制装置获取图像采集装置采集的实际位置图像，并将实际位置图像与基准图像对比分析，以获取实际位置与基准图像的偏差数据，并根据偏差数据调节机械手臂以使晶圆落在第二基准位置。根据本发明实施例的晶圆定位校准装置，结构简单，稳定性好，耗能少，具备高速、精准、***化数据管理等优点。

Description

晶圆定位校准装置及晶圆定位校准方法

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种晶圆定位校准装置及晶圆定位校准方法。

背景技术

半导体加工过程涉及多种工艺，每种工艺需要用到不同的设备，很多工艺都需要预先获得晶圆准确的位置状态，现有技术中，作为半导体设备的关键部位之一的晶圆对准装置，通常采用光学传感器***(光源+感光传感器)配合转台旋转的方法来获得晶圆的边缘的缺口(notch)信息，实现晶圆对准。但是，由于缺口标记自身结构的问题，对于缺口标记的位置确定存在着极大的精度偏差，而且在获取晶圆缺口过程中转台必须转动一周或者多周，效率较低，机械装置可靠性也是不稳定因素，因此晶圆对准装置的工作性能直接影响半导体工艺的精度和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆定位校准装置，耗时少、可靠性高且提高定位精确度，并能够对晶圆位置进行***化数据分析和检测。

根据本发明实施例的晶圆定位校准装置，包括：承载台，所述承载台用于承载晶圆，所述承载台具有放置晶圆的第一基准位置；图像采集装置，所述图像采集装置用于采集晶圆位于所述承载台的实际位置图像；晶圆传送装置，所述晶圆传送装置设有可调节的机械手臂，所述机械手臂用于夹取和移送晶圆，其中所述机械手臂具有适于放置晶圆的托盘，所述托盘具有第二基准位置；控制装置，所述控制装置与所述图像采集装置和所述晶圆传送装置相连，所述控制装置内存储有晶圆位于所述第一基准位置的基准图像，所述控制装置获取所述图像采集装置采集的所述晶圆实际位置图像，并将所述实际位置图像与所述基准图像对比分析，以获取所述实际位置图像与所述基准图像的偏差数据，并根据所述偏差数据调节所述机械手臂抓取晶圆的位置以使晶圆落在所述第二基准位置。

根据本发明实施例的晶圆定位校准装置，通过图像采集装置采集晶圆的实际位置图像，通过控制装置将实际位置图像与基准图像进行对比分析，以获实际位置准图像与基准图像的偏差数据，并根据偏差数据来调节机械手臂的取片位置，以实现对晶圆的定位进行校准，这样定位校准不仅能够实现高速精准的扫描定位，减少校准时间，而且承载台不需要旋转，使得晶圆定位校准装置结构简单，耗能少。进一步地，控制装置获取比较分析晶圆实际位置图像，也方便对晶圆位置数据进行收集分析和检测，实现通过大数据采样进行分析和处理及监控运行，具备高速、精准、***化数据管理等优点。

根据本发明的一些实施例，所述晶圆定位校准装置还包括用于为所述图像采集装置采集晶圆位于承载台上的实际位置图像时补光的补光装置，所述补光装置设在所述承载台的上方以向所述承载台上的晶圆进行光照。

根据本发明的一些实施例，所述图像采集装置为多个，多个所述图像采集装置设在相对所述承载台的不同位置处以从不同角度采集置于所述承载台的晶圆的所述实际位置图像。

可选地，所述图像采集装置为两个，两个所述图像采集装置分别设在所述承载台的轴向的一侧和所述承载台的径向的一侧。

进一步地，所述两个图像采集装置为第一图像采集装置和第二图像采集装置，所述第一图像采集装置的摄像头与所校准述承载台的上表面正对设置，以采集晶圆的正面或背面图像，所述第二图像采集设在所述承载台的侧面且所述第二图像采集装置的摄像头正对所述承载台的侧面，以采集晶圆的侧面图像。

根据本发明的一些实施例，所述图像采集装置为CIS图像传感器。

本发明还提出了一种晶圆定位校准方法。

根据本发明实施例的晶圆定位校准方法，包括：将晶圆放置在承载台上；图像采集装置采集晶圆位于所述承载台的实际位置图像；将所述实际位置图像与晶圆位于所述承载台上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取所述基准图像与所述实际位置图像的偏差数据；根据所述偏差数据调节晶圆传送装置以调整其取片位置，使得晶圆落在所述晶圆传送装置的第二基准位置。

根据本发明实施例的晶圆定位校准方法，通过图像采集装置采集晶圆实际位置图像与基准图像对比分析，来调整晶圆传送装置的取片位置，来弥补晶圆在承载台上与第一基准位置的偏差，从而使得晶圆能够准确落在第二基准位置，实现晶圆的定位校准，而且通过图像采集装置能够快速采集图像，不需要配合旋转的承载台，稳定性和可靠性高，而且通过图像对比分析，根据对比分析的偏差数据调整晶圆传送装置，也能够提高数据化能力，进一步地根据图像对比分析的数据也能够轻松实现数据化管理和检测以及位置偏离预警。

根据本发明的一些实施例，所述图像采集装置采集晶圆不同角度的实际位置图像，将所述实际位置图像与对应角度的所述基准图像对比分析，获取多组偏差数据，根据多组偏差数据调节所述晶圆传送装置。

根据本发明的一些实施例，晶圆上设有定位缺口，在将所述实际位置图像与晶圆位于所述承载台上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取所述基准图像与所述实际位置图像的偏差数据步骤中，包括：将所述实际位置图像与所述基准图像上对比分析，以获取晶圆的外边缘和定位缺口的偏差数据，根据晶圆的外边缘和所述定位缺口的偏差数据调节所述晶圆传送装置。

根据本发明的一些实施例，在将所述实际位置图像与晶圆位于所述承载台上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取所述基准图像与所述实际位置图像的偏差数据的步骤中，包括：利用数学算法分别获得基准图像与晶圆的实际位置图像的形心坐标，将所述实际位置图像的形心坐标与所述基准图像的形心坐标进行比较，以获得基准图像与实际位置图像的偏差数据。

附图说明

图1为本发明实施例的晶圆定位校准装置的一个角度结构示意图；

图2为本发明实施例的晶圆定位校准装置的另一个角度结构示意图；

图3为本发明实施例的晶圆定位校准方法的流程图。

附图标记；

100：晶圆定位校准装置；

1：第一图像采集装置，2：第二图像采集装置；

3：晶圆，31：定位缺口；

4：补光装置；

5：晶圆传送装置；

6：承载台。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种晶圆定位校准装置进一步详细说明。

下面参考附图描述根据本发明实施例的晶圆定位校准装置100。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的晶圆定位校准装置100可以包括承载台6、图像采集装置(例如如图1和图2所示的第一图像采集装置1和第二图像采集装置2)和晶圆传送装置5以及控制装置。

承载台6用于承载晶圆3，承载台6设置有放置晶圆3的第一基准定位位置，晶圆3放置在第一基准位置时，可以确保其对准完成后执行其他后续工艺时，可以被传送至至其它工艺设备的基准位置。其中承载台6不需要旋转，具有承载功能即可，从而能够提高晶圆定位校准装置100的稳定性和可靠性。

图像采集装置用于采集晶圆3位于承载台6的实际位置图像，这样，晶圆3从晶圆盒中取出后放置在承载台6上，通过图像采集装置可实时精准地快速获取放置于承载台6上的晶圆3的实际位置图像，以用于对晶圆3进行定位并校准，从而能够减小定位所需要的时长。可选地，图像采集装置可以为CIS图像传感器，CIS图像传感器能够高速精准的实现对晶圆3的快速扫描成像，并方便配合大数据采样进行分析和处理及监控运行情况和趋势。从而能够实现对晶圆3的快速、精准的定位校准。

晶圆传送装置5设有可调节的机械手臂，机械手臂用于夹取和移送晶圆3，这样，在夹取晶圆3时可根据晶圆3放置于承载台6上的实际位置状态调节机械手臂的夹取位置，通过调节机械手臂可弥补晶圆3偏离第一基准位置的位置误差。其中机械手臂具有适于放置晶圆3的托盘，托盘具有与承载台6的第一基准位置对应设置的第二基准位置，具体地，在晶圆3位于第一基准位置时，机械手臂从第一基准位置夹取晶圆3，则可不需要调节机械手臂，晶圆3能够落在托盘的第二基准位置，当晶圆3偏离第一基准位置时，通过调节机械手臂的取片位置，使得晶圆3落在托盘的第二基准位置，从而利于晶圆3后续工艺的定位和制造。

控制装置与图像采集装置和晶圆传送装置5相连，由此，通过控制装置可获取图像采集装置采集的晶圆3位于承载台6上的实际位置图像，并可控制晶圆传送装置5夹取和传送晶圆3，也可控制调节机械手臂的取片位置。控制装置内存储有晶圆3位于第一基准位置的基准图像，需要说明的是这里的基准图像，即晶圆3位于第一基准位置时，图像采集装置采集的晶圆图像，由此基准图像可作为判断晶圆3是否位于第一基准位置以及晶圆3所在位置与第一基准位置偏差的标准图像。

具体地，控制装置可将晶圆实际位置图像与基准图像对比分析，其中图像采集装置的位置是不动的，这样基准图像和实际位置图像对比即在同一角度下晶圆3的标准状态和实时状态的图像进行对比，从而能够获取晶圆实际位置图像与基准图像的偏差数据，控制装置根据偏差数据可调节机械手臂抓取晶圆3的位置以使晶圆3落在第二基准位置。例如，具体地，通过对基准图像和晶圆3的实际位置图像的偏差数据的分析，可判断晶圆3实际位置在水平方向以及在竖直方向与晶圆3位于第一基准位置时的位置偏差，通过调节调整机械手臂的取片位置，对晶圆3所在位置进行相应位置偏差补偿，以使晶圆3能够准确落在托盘上的第二基准位置。

由此，根据本发明实施例的晶圆定位校准装置100，通过图像采集装置采集晶圆3的实际位置图像，通过控制装置将实际位置图像与基准图像进行对比分析，以获取实际位置图像与基准图像的偏差数据，并根据偏差数据来调节机械手臂以调整取片位置，以实现对晶圆3的定位并进行校准，这样定位校准不仅能够实现高速精准的扫描定位，而且承载台6不需要旋转，使得晶圆定位校准装置100结构简单，耗能少。进一步地，控制装置获取并分析实际位置图像，也方便对晶圆3位置数据进行收集分析和检测，实现通过大数据采样进行分析和处理及监控运行，具备高速、精准、***化数据管理等优点。

在本发明的一些实施例中，晶圆定位校准装置100还包括补光装置4，补光装置4用于为图像采集装置采集晶圆3的实际位置图像时补光。这样，在图像采集装置采集图像时，通过补光装置4可提供足够的光线，提高图像采集装置采集到的图像的清晰度，从而有助于晶圆实际位置图像与基准图像的对比分析，进而有利于提高晶圆定位校准的精准度。

可选地，补光装置4设在承载台6的上方以向承载台6上的晶圆3进行光照。从而有利于补光装置4为图像采集装置采集图像补光，进一步地，补光装置4设在承载台6的侧上方。这样，可避免补光装置4向晶圆3表面发出直射光照，减小光照对晶圆3表面的影响。在如图2所示的示例中，补光装置4位于晶圆3的上方且位于晶圆3的侧部。

在本发明的一些实施例中，图像采集装置为多个，这样通过多个图像采集装置可采集多个晶圆实际位置图像，通过多个晶圆实际位置图像与对应的基准图像对比分析，能够提供多组偏差数据，根据多组偏差数据整合分析调整机械手臂抓取晶圆3的位置，从而能够进一步地提高晶圆3定位校准的精确度。其中多个图像采集装置可设在相对承载台6的不同位置处以从不同角度采集置于承载台6的晶圆3的实际位置图像，即多个图像采集装置可固定设在不同位置处，这样，多个图像采集装置能够从不同角度采集晶圆3的实际位置图像，通过对不同角度的晶圆3的实际位置图像进行对比分析，获取偏差数据，也能够进一步地提高获取偏差数据的精确性，提高晶圆3定位校准的效果。

可选地，图像采集装置为两个，两个图像采集装置分别设在承载台6的轴向的一侧和承载台6的径向的一侧，即一个图像采集装置设在承载台6的轴向的一侧，例如图像采集装置可设在承载台6的侧上方、正上方、侧下方或者正上方等，这样通过设在校准承载轴向一侧的图像采集装置能够采集晶圆3的至少部分正面或背面图像；另一个图像采集装置可设在承载台6的径向方向的一侧，例如图像采集装置可设在环绕承载台6上的晶圆的周向方向某一位置处，这样图像采集装置能够采集晶圆3的至少部分侧面图像，由此，通过两个图像采集装置能够采集晶圆3的部分侧面图像和部分正面或者背面图像，以能够采集晶圆3在三维方向的图像，从而能够在三维方向上调节机械手臂的取片位置。

在一些具体示例中，如图1和图2所示，两个图像采集装置为第一图像采集装置1和第二图像采集装置2，第一图像采集装置1设在承载台6的轴向的一侧且第一图像采集装置1的摄像头与承载台6的上表面正对设置，以采集晶圆3的正面或背面图像，由此通过第一图像采集装置1采集的晶圆实际位置图像与对应的基准图像对比，可获取晶圆3在水平方向上的偏差数据，例如晶圆实际位置图像上的晶圆3的圆心位置与基准图像上的圆心位置的偏差数据。第二图像采集装置2设在承载台6的侧面且第二图像采集装置2的摄像头正对承载台6的侧面，以采集晶圆3的侧面图像。这样，通过第二图像采集装置2采集的晶圆实际位置图像与基准图像对分析，可获取晶圆3在竖直方向上的偏差数据，根据偏差数据可判断晶圆3是否水平。这样通过第一图像采集装置1和第二图像采集装置2能够获取晶圆3在水平方向和竖直方向的偏差数据，根据偏差数据调整晶圆传送装置3的取片位置，以在竖直方向和水平方向上弥补晶圆3所在位置与第一基准位置的偏差，实现对晶圆3的定位校准进行校准，进而提高了定位精度。

下面参考附图描述根据本发明实施例的晶圆定位校准装置100可以实施的晶圆定位校准方法。

如图3所示，根据本发明实施例的晶圆定位校准方法可以包括：

S1：将晶圆3放置在承载台6上；具体地，晶圆3被放置在晶圆盒内，在晶圆3的制备过程中，可将晶圆3从晶圆盒中取出放置在承载台6上进行定位校准，其中承载台6是固定不动，由此相比于现有技术中旋转的承载台6，结构简单且耗能小。

S2：图像采集装置采集晶圆3位于承载台6的实际位置图像；即承载台上放置有晶圆3时，通过图像采集装置能够采集位于承载台6上的晶圆3的实际位置图像，需要说明的是承载台6具有放置晶圆3的第一基准位置，晶圆3从晶圆盒取出放置在承载台6上时，晶圆3所在位置与第一基准位置存在偏差，图像采集装置能够实时采集晶圆3从晶圆盒取出放置在校准台上的实际位置图像，通过实际位置图像能够对晶圆3所在位置与第一基准位置的偏差进行分析。

S3：将晶圆实际位置图像与晶圆3位于承载台6上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取基准图像与实际位置图像的偏差数据；具体地，图像采集装置可采集晶圆3位于第一基准位置的基准图像作为对比图像，通过基准图像与晶圆实际位置图像的对比可判断晶圆3是否第一基准位置，通过对基准图像与晶圆实际位置图像进行分析来获取基准图像与校实际位置图像的偏差数据，以获取晶圆3所在位置与第一基准位置的偏差。具体地，利用数学算法分别获得基准图像与晶圆实际位置图像的形心坐标，然后进行比较获得基准图像与实际位置图像的偏差数据，也即以获得晶圆3的实际所在位置与第一基准位置的偏差。

S4：根据偏差数据调节晶圆传送装置5取片位置，使得晶圆3落在晶圆传送装置5的第二基准位置。具体地，根据晶圆实际位置图像和基准图像的偏差，可获取晶圆3与第一基准位置的偏差，根据偏差数据调整晶圆传送装置5的取片位置，这样，通过调整取片位置来补偿晶圆3所在位置与第一基准位置的偏差，从而能够使得晶圆3准确落在第二基准位置。

由此，根据本发明实施例的晶圆定位校准方法，通过图像采集装置采集晶圆3实际位置图像与基准图像对比分析，来调整晶圆传送装置5的取片位置，来弥补晶圆3在承载台6上与第一基准位置的偏差，从而使得晶圆3能够准确落在第二基准位置，实现晶圆3的定位校准，而且通过图像采集装置能够快速采集图像，不需要配合旋转的承载台，稳定性和可靠性高，而且通过图像对比分析，根据对比分析的偏差数据调整晶圆传送装置5，也能够提高数据化能力，进一步地根据图像对比分析的数据也能够轻松实现数据化管理和检测以及位置偏离预警。

在本发明的一些实施例中，图像采集装置采集晶圆3不同角度的实际位置图像，将实际位置图像与对应角度的基准图像对比分析，获取多组偏差数据，根据多组偏差数据调节晶圆传送装置5。这样，通过对多组实际位置图像和基准图像的对比分析，根据多组偏差数据的整合处理，从而进一步地提高晶圆3定位校准的精确度。

可选地，晶圆3上设有定位缺口31，在将晶圆实际位置图像与晶圆3位于承载台6上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取基准图像与实际位置图像的偏差数据步骤中，包括：将实际位置图像与基准图像上对比分析，以获取定位缺口31的偏差数据，根据定位缺口31的偏差数据调整晶圆传送装置5。具体地，晶圆3的定位缺口31在晶圆3的制备过程中用于对晶圆3进行精准定位，在对晶圆实际位置图像和基准图像进行分析时，可将实际位置图像和基准图像上的晶圆3外轮廓进行对比分析，获取晶圆3外轮廓的偏差数据，同时可将实际位置图像和基准图像上的晶圆3的定位缺口31的位置进行对比分析，获取定位缺口31的偏差数据，根据对晶圆3外轮廓和定位缺口31的偏差数据的分析整合，从而能够进一步地精确晶圆3所在位置与第一基准位置的偏差，调整节晶圆传送装置5的取片位置，弥补晶圆3实际位置与第一基准位置的偏差数据，使得晶圆3能够准确落在晶圆传送装置5的第二基准位置上，有利于晶圆3后续工艺的进行。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆定位校准装置，其特征在于，包括：

承载台，所述承载台用于承载晶圆，所述承载台具有放置晶圆的第一基准位置；

图像采集装置，所述图像采集装置用于采集晶圆位于所述承载台的实际位置图像；

晶圆传送装置，所述晶圆传送装置设有可调节的机械手臂，所述机械手臂用于夹取和移送晶圆，其中所述机械手臂具有适于放置晶圆的托盘，所述托盘具有第二基准位置；

控制装置，所述控制装置与所述图像采集装置和所述晶圆传送装置相连，所述控制装置内存储有晶圆位于所述第一基准位置的基准图像，所述控制装置获取所述图像采集装置采集的所述实际位置图像，并将所述实际位置图像与所述基准图像对比分析，以获取所述实际位置图像与所述基准图像的偏差数据，并根据所述偏差数据调节所述机械手臂以使晶圆落在所述第二基准位置。

2.根据权利要求1所述的晶圆定位校准装置，其特征在于，还包括用于为所述图像采集装置采集晶圆的所述实际位置图像时补光的补光装置，所述补光装置设在所述承载台的上方以向所述承载台上的晶圆进行光照。

3.根据权利要求1所述的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述图像采集装置为多个，多个所述图像采集装置设在相对所述承载台的不同位置处以从不同角度采集置于所述承载台的晶圆的所述实际位置图像。

4.根据权利要求3所述的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述图像采集装置为两个，两个所述图像采集装置分别设在所述承载台的轴向的一侧和所述承载台的径向的一侧。

5.根据权利要求4所述的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述两个图像采集装置为第一图像采集装置和第二图像采集装置，所述第一图像采集装置的摄像头与所校准述承载台的上表面正对设置，以采集晶圆的正面或背面图像，所述第二图像采集设在所述承载台的侧面且所述第二图像采集装置的摄像头正对所述承载台的侧面，以采集晶圆的侧面图像。

6.根据权利要求1-5所述的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述图像采集装置为CIS图像传感器。

7.一种晶圆定位校准方法，其特征在于，

将晶圆放置在承载台上；

图像采集装置采集晶圆位于所述承载台的实际位置图像；

将所述实际位置图像与晶圆位于所述承载台上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取所述基准图像与所述实际位置图像的偏差数据；

根据所述偏差数据调节晶圆传送装置取片位置，使得晶圆落在所述晶圆传送装置的第二基准位置。

8.根据权利要求7所述的晶圆定位校准方法，其特征在于，所述图像采集装置采集晶圆不同角度的实际位置图像，将所述实际位置图像与对应角度的所述基准图像对比分析，获取多组偏差数据，根据多组偏差数据调节所述晶圆传送装置。

9.根据权利要求7所述的晶圆定位校准方法，其特征在于，晶圆上设有定位缺口，在将所述实际位置图像与晶圆位于所述承载台上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取所述基准图像与所述实际位置图像的偏差数据步骤中，包括：将所述实际位置图像与所述基准图像上对比分析，以获取晶圆的外轮廓和定位缺口的偏差数据，根据所述偏差数据调节所述晶圆传送装置。

10.根据权利要求7所述的晶圆定位校准方法，其特征在于，在将所述实际位置图像与晶圆位于所述承载台上的第一基准位置的基准图像进行对比分析，获取所述基准图像与所述实际位置图像的偏差数据的步骤中，包括：利用数学算法分别获得基准图像与晶圆的实际位置图像的形心坐标，将所述实际位置图像的形心坐标与所述基准图像的形心坐标进行比较，以获得基准图像与实际位置图像的偏差数据。

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