CN115922102A - 一种半导体晶圆激光加工设备及圆心定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶圆激光切割的技术领域，具体为一种半导体晶圆激光加工设备及圆心定位方法，所述的机架经竖向滑动组件连接有光学箱，所述的光学箱下端固定连接有距离传感器，所述的机架上设有两组X轴直线导轨，两组所述的X轴直线导轨上滑动连接有连接板，所述的X轴直线导轨由X轴直线电机驱动，所述的连接板上固定连接有气浮导轨，所述的气浮导轨由Y轴直线电机驱动，所述的气浮导轨上固定连接有晶圆载台，所述的晶圆载台上设有晶圆。
Description
技术领域
本发明属于晶圆激光切割的技术领域，具体为一种半导体晶圆激光加工设备及圆心定位方法。
背景技术
在晶圆激光加工过程中，晶圆需要放在加工平台上，放置的过程中不能完全保证晶圆圆心和载台圆心同心，无法确定晶圆的准确位置。因此在晶圆加工前需要人工选择晶圆边界，通过相机拍摄照片，制作模板。在自动加工过程中通过制作的模板进行匹配确认晶圆圆心。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供了一种半导体晶圆激光加工设备及圆心定位方法，解决了晶圆激光加工过程中需要人工选取晶圆边界点，制作模板的技术问题。
本发明采取的方案为：一种半导体晶圆激光加工设备，包括机架，其特征在于，所述的机架经竖向滑动组件连接有光学箱，所述的光学箱下端固定连接有距离传感器，所述的机架上设有两组X轴直线导轨，两组所述的X轴直线导轨上滑动连接有连接板，所述的X轴直线导轨由X轴直线电机驱动，所述的连接板上固定连接有气浮导轨，所述的气浮导轨由Y轴直线电机驱动，所述的气浮导轨上固定连接有晶圆载台，所述的晶圆载台上设有晶圆。
优选的，所述的晶圆载台内设有DD马达，所述的晶圆载台表面设有与晶圆配合的吸盘。
优选的，一种半导体晶圆激光加工设备的圆心定位方法，包括：
第一步：驱动Y轴电机或者X轴电机移动晶圆载台，将距离传感器移动到晶圆载台中心点，并测得的距离传感器到晶圆载台中心点的距离，把晶圆移动至晶圆载台边界范围内；
第二步：驱动Y轴电机或者X轴电机，沿晶圆直径方向以固定步距的方式，获得各个测量点；并通过距离传感器获得距离传感器到各个测量点的距离；
第三步：基于第二步获得各个测量点的距离，获得测量点距离相差较大的两个相邻点，一个相邻点为距离传感器到晶圆上的距离，另外一个相邻点为距离传感器到晶圆载台的距离；
第四步：在第三步确认的两个相邻点之间任取一点，并距离传感器测得到该点的距离，该距离和第三步确定的两个相邻点到距离传感器的距离相比较得到距离差，距离差为两个相邻点到距离传感器的距离之差；
第五步：计算两点的距离，晶圆边界点位于相邻点距离差最大的两点之间，若相邻点距离差较为接近，且差值在晶圆厚度误差允许范围内，则重复步骤四，直到相邻点距离差大于晶圆厚度误差的允许范围；若相邻点距离差大于晶圆厚度误差的允许范围，则两点中任意一点均可作为晶圆的边界点；
第六步：选取晶圆载台不同的直径，重复第二步到第五步在晶圆不同的直径上选出三个以上的晶圆边界点；
第七步：根据第一步至第六步选出晶圆边界点，并确定其坐标，任取三个晶圆边界点确认圆心位置，可得到一个或多个圆心坐标，通过多个圆心优化晶圆圆心位置时可采用到多个圆心距离最短的函数优化出到所有圆心距离最小的点，作为晶圆最终的圆心位置，并根据晶圆直径确定圆的边界。
本发明的有益效果：通过半导体晶圆激光加工设备的圆心定位方法，可以实现晶圆边界寻找的自动化，解决了在晶圆激光加工过程中，晶圆需要放在加工平台上，放置的过程中不能完全保证晶圆圆心和载台圆心同心，无法确定晶圆的准确位置的技术问题；本发明所提出的晶圆圆心定位方法可利用距离传感器自动确定晶圆边界，并通过计算得到晶圆圆心位置。无需人工选择晶圆边界，制作模板；晶圆激光加工过程中需要人工选取晶圆边界点，制作模板，本发明可实现设备自动识别晶圆边界点，通过计算得到晶圆圆心。
附图说明
图1是本发明的晶圆激光加工平台示意图。
图2是本发明的确定晶圆边界示意图。
图3是本发明的确定圆心位置流程图。
附图标记：1、距离传感器；2、晶圆；3、Y轴直线电机；4、晶圆载台；5、气浮导轨；6、X轴直线导轨；7、连接板；8、X轴直线电机；9、机架；10、光学箱。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1-3实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例一，一种半导体晶圆激光加工设备，包括机架9，其特征在于，所述的机架9经竖向滑动组件连接有光学箱10，所述的光学箱10下端固定连接有距离传感器1，所述的机架9上设有两组X轴直线导轨6，两组所述的X轴直线导轨6上滑动连接有连接板7，所述的X轴直线导轨6由X轴直线电机8驱动，所述的连接板7上固定连接有气浮导轨5，所述的气浮导轨5由Y轴直线电机3驱动，所述的气浮导轨5上固定连接有晶圆载台4，所述的晶圆载台4上设有晶圆2。
实施例二，在实施例一的基础上，所述的晶圆载台4内设有DD马达，所述的晶圆载台4表面设有与晶圆2配合的吸盘。
实施例三，一种半导体晶圆激光加工设备的圆心定位方法，包括：
第一步：驱动Y轴电机或者X轴电机移动晶圆载台4，将距离传感器1移动到晶圆载台4中心点，并测得的距离传感器1到晶圆载台4中心点的距离，把晶圆2移动至晶圆载台4边界范围内；
第二步：驱动Y轴电机或者X轴电机，沿晶圆2直径方向以固定步距的方式，获得各个测量点；并通过距离传感器1获得距离传感器1到各个测量点的距离；
第三步：基于第二步获得各个测量点的距离，获得测量点距离相差较大的两个相邻点，一个相邻点为距离传感器1到晶圆2上的距离，另外一个相邻点为距离传感器1到晶圆载台4的距离；
第四步：在第三步确认的两个相邻点之间任取一点，并距离传感器1测得到该点的距离，该距离和第三步确定的两个相邻点到距离传感器1的距离相比较得到距离差，距离差为两个相邻点到距离传感器1的距离之差；
第五步：计算两点的距离，晶圆边界点位于相邻点距离差最大的两点之间，若相邻点距离差较为接近，且差值在晶圆厚度误差允许范围内，则重复步骤四，直到相邻点距离差大于晶圆厚度误差的允许范围；若相邻点距离差大于晶圆厚度误差的允许范围，则两点中任意一点均可作为晶圆2的边界点；
第六步：选取晶圆载台4不同的直径，重复第二步到第五步在晶圆2不同的直径上选出三个以上的晶圆边界点；
第七步：根据第一步至第六步选出晶圆边界点，并确定其坐标，任取三个晶圆边界点确认圆心位置，可得到一个或多个圆心坐标，通过多个圆心优化晶圆圆心位置时可采用到多个圆心距离最短的函数优化出到所有圆心距离最小的点，作为晶圆2最终的圆心位置，并根据晶圆2直径确定圆的边界。
该实施例在使用的时候，距离传感器1固定在光学箱上，可随光学箱上下移动。晶圆2通过真空吸附在晶圆载台4上。Y轴直线电机3的定子部分固定在连接气浮导轨5的导轨上，动子部分和气浮导轨5的滑块固定，指点电机可驱动气浮导轨的滑块沿Y轴方向运动。晶圆载台4固定在气浮导轨5的滑块上，可随滑块左右运动。晶圆载台4可由DD马达驱动带动晶圆2转动。直线导轨5两端通过连接板7分别和两个X轴直线8电机的动子部分、X轴直线导轨6滑块的固定连接。X轴直线电机8的定子部分固定在机架上。两个X轴直线电机可驱动气浮导轨沿前后方向运动；
实验所用晶圆切割机上的距离传感器到晶圆载台距离为固定值，传感器可精确测量载台表面吸附物体到传感器距离，***输出为晶圆载台到传感器距离减去传感器到载台表面吸附物体距离，即为载台上晶圆厚度。
实验所用晶圆厚度范围为0.8-0.9mm。晶圆直径为300mm。以加工平台圆心为坐标系原点建立坐标系。
晶圆边界点误差小于0.5
1)测量点(147，0)，(149，0)，(151，0)，(153，0)晶圆的厚度值，测量结果分别为0.8255，0.8275，0.014，0.0084；
2)通过步骤1可以判断晶圆边界在点(149，0)，(151，0)之间，测量点(150，0)处晶圆的厚度为0.827；
3)通过步骤2可以判断晶圆边界点在(150，0)，(151，0)之间
4)测量点(150.5，0)处晶圆的厚度为0.0821
5)通过步骤4可判断晶圆边界在(150，0)，(150.5，0)之间。
6)以点(150.25，0)作为晶圆第一个边界点。
通过此种方向确定X负方向和Y轴正、负方向的边界点坐标。测量结果如表所示：
7)任取三个点确定一个圆，求出4个圆心坐标分别为A(0，0)B(-0.5，0.5)C(0.5，0.5)D(0，1.00335)
8)求出直线AC，BD的交点坐标为(0，0.5)即为四个点A、B、C、D距离和最短的点，晶圆半径为150mm
9)晶圆边界方程为x2+(y-0.5)2＝1502
结合附图1-3
第一步，利用距离传感器测量传感器到晶圆载台中心点的距离，图中点1到传感器的距离；
第二步
从晶圆载台中心点沿一条直径以固定步距确定测量点，测量距离传感器到各个测量点的距离，晶圆载台直径比晶圆直径大，图1中点2-点14到传感器的距离；
第三步
传感器到晶圆测量点距离相差较大的两个相邻点，晶圆表面上的点到传感器的距离，距离差在晶圆厚度允许范围内，相邻两点距离差大于晶圆厚度差的允许范围即可确定晶圆边界点在两点之间。图1中两点为点13和点14到传感器的距离差接近晶圆厚度，其余相邻两点间距离较为接近，且差值在晶圆厚度误差允许范围内；
第四步
第二步测量距离时，离圆心较近位置为晶圆表面到传感器距离，离圆心较远位置为载台表面到传感器距离。第三步选出的距离相差较大的两个点，一个为晶圆表面到传感器距离，另一个为载台表面到传感器距离，可确定晶圆边界点在两点之间。在第三步确认的两点之间任取一点，(取点时可用二分法取中间点或用其他优化方法)测量传感器到该点的距离，比较该距离和第三步确定的两点到传感器的距离，晶圆边界点在距离差较大的两点之间；图1中取点15，点15和点13到传感器的距离差接近晶圆厚度点14到点15到传感器的距离较小。晶圆边界点在点13到点15之间；
第五步
计算两点的距离是否符合精度要求，若符合要求，则两点中任意一点均可作为晶圆的边界点，若不符合要求，则继续步骤四，直至两点间距符合要求。计算图中点13到点15的距离，判断两点间的距离是否在误差允许的范围内。图中不符合要求，重复步骤四得到点16，点13到点16的距离在误差允许范围内，将点13到点16中的任意一点作为晶圆的边界点；
第六步
从晶圆载台圆心点沿另一条直径以固定步距确定测量点，重复步骤三至步骤五选出第二个晶圆边界点；
第七步
重复步骤六，共选出三个及以上的晶圆边界点，选出的点的个数可根据精度要求确定；
第八步
根据步骤一至步骤七选出晶圆边界点坐标，任取三个作为圆上的三个点确认圆心位置，可得到一个或多个圆心坐标，优化出到所有圆心距离最小的点，作为晶圆最终的圆心位置，并根据晶圆直径确定圆的边界；通过多个圆心优化晶圆圆心位置时可采用到多个圆心距离最短的函数进行优化，
求解函数时可选用梯度法或牛顿法等数学方法进行多维无约束函数优化求解出满足精度要求的圆心坐标。也可选用其他函数通过四个圆心坐标确定晶圆圆心。
第九步
自动化加工过程中，可根据步骤一至步骤八中的方法确定每片晶圆的圆心位置。或者，根据步骤一至步骤八所确定的晶圆圆心选取三个或三个以上的边界位置制作图像识别模板，自动加工过程中根据模板识别每一片晶圆的边界；
第二步测量多个点到传感器的距离时可根据设备加工时，可不从晶圆圆心位置开始测量，可以根据晶圆和晶圆载台的同心度范围合理选择起始点，保证第一个点为传感器到晶圆表面距离即可；
第四、第五步逐步逼近晶圆边界位置在两点间取点时可用二分法或其他更为高效的优化方法；
第八步通过多个圆心优化晶圆圆心位置时可采用到多个圆心距离最短的函数进行优化，求解函数时可选用梯度法或牛顿法等数学方法进行多维无约束函数优化求解出满足精度要求的圆心坐标。也可选用其他函数通过四个圆心坐标确定晶圆圆心。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种半导体晶圆激光加工设备，包括机架(9)，其特征在于，所述的机架(9)经竖向滑动组件连接有光学箱(10)，所述的光学箱(10)下端固定连接有距离传感器(1)，所述的机架(9)上设有两组X轴直线导轨(6)，两组所述的X轴直线导轨(6)上滑动连接有连接板(7)，所述的X轴直线导轨(6)由X轴直线电机(8)驱动，所述的连接板(7)上固定连接有气浮导轨(5)，所述的气浮导轨(5)由Y轴直线电机(3)驱动，所述的气浮导轨(5)上固定连接有晶圆载台(4)，所述的晶圆载台(4)上设有晶圆(2)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆激光加工设备，其特征在于，所述的晶圆载台(4)内设有DD马达，所述的晶圆载台(4)表面设有与晶圆(2)配合的吸盘。
3.一种半导体晶圆激光加工设备的圆心定位方法，包括：
第一步：驱动Y轴电机或者X轴电机移动晶圆载台(4)，将距离传感器(1)移动到晶圆载台(4)中心点，并测得的距离传感器(1)到晶圆载台(4)中心点的距离，把晶圆(2)移动至晶圆载台(4)边界范围内；
第二步：驱动Y轴电机或者X轴电机，沿晶圆(2)直径方向以固定步距的方式，获得各个测量点；并通过距离传感器(1)获得距离传感器(1)到各个测量点的距离；
第三步：基于第二步获得各个测量点的距离，获得测量点距离相差较大的两个相邻点，一个相邻点为距离传感器(1)到晶圆(2)上的距离，另外一个相邻点为距离传感器(1)到晶圆载台(4)的距离；
第四步：在第三步确认的两个相邻点之间任取一点，并距离传感器(1)测得到该点的距离，该距离和第三步确定的两个相邻点到距离传感器(1)的距离相比较得到距离差，距离差为两个相邻点到距离传感器(1)的距离之差；
第五步：计算两点的距离，晶圆边界点位于相邻点距离差最大的两点之间，若相邻点距离差较为接近，且差值在晶圆厚度误差允许范围内，则重复步骤四，直到相邻点距离差大于晶圆厚度误差的允许范围；若相邻点距离差大于晶圆厚度误差的允许范围，则两点中任意一点均可作为晶圆(2)的边界点；
第六步：选取晶圆载台(4)不同的直径，重复第二步到第五步在晶圆(2)不同的直径上选出三个以上的晶圆边界点；
第七步：根据第一步至第六步选出晶圆边界点，并确定其坐标，任取三个晶圆边界点确认圆心位置，可得到一个或多个圆心坐标，通过多个圆心优化晶圆圆心位置时可采用到多个圆心距离最短的函数优化出到所有圆心距离最小的点，作为晶圆(2)最终的圆心位置，并根据晶圆(2)直径确定圆的边界。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116244554A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-06-09 | 厦门微亚智能科技有限公司 | 基于位置传感器的可容错对位方法、***、设备及介质 |
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2022
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| CN116244554B (zh) * | 2023-05-11 | 2023-09-01 | 厦门微亚智能科技股份有限公司 | 基于位置传感器的可容错对位方法、***、设备及介质 |
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