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1、黄春霞等:晶圆预对准精确定位算法①晶圆预对准精确定位算法黄春霞② 曹其新 刘仁强(上海交通大学机器人研究所 上海200240)摘 要 针对IC制造工艺中传统的晶圆预对准控制系统预对准精度不高和占用空间较大的不足,提出了一种采用高精度激光位移传感器和低成本的透射式激光传感器的新型晶圆预对准系统,并结合该系统的特点提出了相应的晶圆预对准精确对位算法,而且进行了晶圆预对准重复性精度检测和实验验证。该系统用两种传感器数据融合的方式来检测晶圆的边缘,用质点系重心法确定晶圆形心和缺口位置,最终实现了微米级的晶圆预对准。该系统提高了对准算
2、法的精度,减小了预对准台占用的实际空间,降低了成本。实验结果验证了该系统的有效性。关键词 晶圆预对准,质点系重心法,形心计算的最小二乘圆拟合来找对准信息。具体来说就是,0 引言CCD传感器采集晶圆旋转过程中的边缘数据,采用晶圆预对准控制是集成电路(IC)制造工艺中的最小二乘圆拟合求得晶圆的半径以及圆心坐标。对重要环节之一。由于光刻机视野很小,因此在将晶心执行机构移动晶圆使其圆心与旋转中心重合,以圆传送到光刻机进行光刻之前,晶圆必须进行纳米完成晶圆圆心定位。根据之前的圆周采样数据,采级对准。晶圆存放在片盒中,两者存在毫米级间隙
3、,用边缘变化率法找到缺口粗位置,将缺口旋转到使机械手从片盒取出的晶圆存在毫米级的随机偏CCD传感器扫描线附近对缺口进行小范围细采样,心,缺口方向亦随机,因此,晶圆需要进行两级对准同样用最小二乘圆算法拟合缺口,得到缺口圆的圆定位,即微米级预对准和纳米级精确对准。晶圆微心坐标。缺口圆心和旋转中心连线与晶圆边缘的交米级预对准过程就是通过一定的方法,使其形心调点为缺口中心,将缺口中心旋转到指定的角度,以完[1]整到指定范围之内,使其缺口转动到指定方向,即包成晶圆缺口定位。该算法用最小二乘圆拟合算法[1]括晶圆形心、缺口两个对准过程。
4、晶圆预对准台求晶圆圆心和缺口圆心,然而晶圆含有缺口,并不是就是实现晶圆预对准的装置。一个标准圆,所以计算时不得不去除缺口部分数据。传统的晶圆预对准台采用线性电荷耦合器件另外,这两种对准方法都采用线性CCD传感器检测[2](CCD)传感器检测晶圆边缘。其预对准算法之一晶圆边缘,而该传感器采样频率较小,从而限制了晶是通过线形CCD信号实际波形与标准波形的比较圆一周的采样点数,并且其占用空间较大,在主机框来找对准信息。具体来说就是,旋转晶圆,当晶圆存架空间尺寸限定的情况下,CCD传感器的空间尺寸在偏心时,线性CCD信号的实际波形表
5、现为类似一无法满足要求。本文在研究分析上述预对准算法的条正弦曲线,否则其表现为标准波形。这样通过两基础上,提出了一种基于高精度激光位移传感器和种波形的比较可以得到晶圆的偏心。偏心已知后,低成本透射式激光传感器的新型晶圆预对准系统和对心执行机构移动晶圆,使其形心与转台中心重合。相应的预对准算法,提高了对准精度,减少了占用空重复该过程直到晶圆形心被调整到指定范围之内。间。接着转台带动晶圆再次旋转,找到晶圆至CCD被遮长度最小处,即晶圆缺口的最低点处,然后进行缺口1 晶圆预对准原理[3]定位。该算法精度不高,尤其是缺口部分利用最低
6、点单个采样点来定位,精度受采样频率和干扰影概括地说,本文提出的系统的晶圆预对准原理响很大。另外一种预对准算法是通过晶圆边缘数据是:工控机获取传感器采集的数据,计算出晶圆形心①863计划(200XAA4C3000)资助项目。②女,1981年生,博士;研究方向:硅片预对准;联系人,E2mail:hcx81314@sjtu.edu.cn(收稿日期:2006212229)—709—高技术通讯 2007年7月第17卷第7期和缺口方向,然后控制执行机构完成晶圆预对准。图1为激光位移传感器和光透传感器与晶圆相对位2 预对准精确定位算法置简
7、图。晶圆缺口深度约为1mm;缺口边沿对应晶圆形心的张角约为1.15°,其形状并非一致,以V形2.1 晶圆形心定位算法槽为主,半圆形槽为辅。激光位移传感器光点打到在晶圆预对准过程中,晶圆形心需要调整到与晶圆边缘,检测晶圆径向距离。当其检测V形槽缺转台中心重合(转台中心定义为系统原点)。定位的口时,在V形槽两个斜边位置,激光反射光将无法关键在于晶圆形心的计算。只有形心坐标计算出来回到其接受透镜处,因此缺口数据会出现大量超量之后才能指导定心执行机构实现晶圆形心定位。由程坏点。为了统一起见,缺口精定位数据的重新采于晶圆存在缺口,它并
8、不是标准圆,因此放弃采用最集使用的是光透传感器,其检测头在晶圆边沿上下小二乘圆拟合求晶圆圆心的方法。本文提出用质点[4]表面安装,光带方向指向系统原点方向,由遮光量大系重心法求晶圆形心。该算法精度高,适用于任小决定径向距离。何形状的物体。力学质点系的重心坐标公式为:n∑mixiMyi=1€
