大翘曲硅片预对准装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种大翘曲硅片预对准装置，用于测量硅片的圆心和方向，包括：旋转台，用于吸附硅片并带动硅片进行旋转；照明光源，用于照明硅片边缘；预对准成像镜头，用于采样硅片边缘图像，预对准成像镜头为物方远心或双远心镜头，且包括成像传感器，硅片边缘被照明后被预对准成像镜头成像于成像传感器上；控制器，用于控制旋转台、照明光源和预对准成像镜头，以及对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到硅片的圆心和方向；根据本发明的建议，预对准成像镜头还包括最佳物面补偿系统，最佳物面补偿系统用于在采样前确定最佳物面，并在采样时对物距进行实时补偿，从而使硅片的各个边缘位置均能够清晰成像。
【专利说明】大翘曲硅片预对准装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成电路制造领域，尤其涉及一种大翘曲硅片预对准装置及方法。
【背景技术】
[0002]微电子技术在信息产业革命中起着重要的作用，而光刻机是微电子器件制造业中不可或缺的工具。在半导体器件的生产过程中，硅片需要通过硅片传输机构，以较高的定心和定向精度传送到工件台上，这样就使得硅片能够以一个固定的姿态进行曝光。由于硅片放置在硅片槽中时，其位置和方向都不确定，因此在硅片传输到工件台上之前，要求对硅片进行一定精度的预对准，通过测量硅片的圆心来确定硅片的当前位置，通过测量硅片缺口的方向来确定娃片的方向。
[0003]专利CN201010110212.7公开了一种预对准装置和方法，该专利中使用机器视觉系统进行硅片预对准，使用预对准镜头把硅片的边缘成像到CCD上，硅片旋转一周，即可获得硅片所有的边缘位置，通过计算、拟合最终得到硅片的圆心和方向。一般的机器视觉系统在处理大尺寸、大翘曲硅片的能力不足，具体表现为:
[0004]1.大翘曲硅片在上片后就超出了预对准镜头的景深，导致无法进行预对准；
[0005]2.大翘曲硅片在旋转定心过程中边缘垂向振动加大，以至于硅片边缘图像模糊，预对准精度降低，甚至不能完成预对准过程。
[0006]目前，解决此类问题的方法主要集中在增加预对准镜头的景深，根据镜头景深公式:
[0007]Δ，即增大系统的波长和减小镜头的数值孔径。这种解决方案有如下缺点:
NA-
[0008]1.成像系统的波长向红光、甚至向近红外光方向偏移，CXD感光灵敏度不断下降；
[0009]2.成像镜头减小数值孔径，使得进入镜头的能量变低，光阑孔径变小，加工难度增加。
[0010]也就是说一般的机器视觉预对准系统镜头景深过小(相对于大翘曲硅片)，增大景深方案实施代价较大；在进行硅片预对准过程中无实时补偿系统无法根据硅片的翘曲量进行调整。
【发明内容】
[0011]本发明针对上述现有技术中的不足和需要，提出了一种能提高预对准精度的大翘曲硅片预对准装置及方法。
[0012]为了实现上述目的，本发明提出一种大翘曲硅片预对准装置，用于测量硅片的圆心和方向，包括:旋转台，用于吸附硅片并带动硅片进行旋转；照明光源，用于照明硅片边缘；预对准成像镜头，用于采样硅片边缘图像，所述预对准成像镜头为物方远心或双远心镜头，且包括成像传感器，所述硅片边缘被照明后被所述预对准成像镜头成像于所述成像传感器上；控制器，用于控制旋转台、照明光源和预对准成像镜头，以及对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到所述硅片的圆心和方向；所述预对准成像镜头还包括最佳物面补偿系统，所述最佳物面补偿系统用于在所述采样前确定最佳物面，并在所述采样时对物距进行实时补偿，从而使所述硅片的各个边缘位置均能够清晰成像。
[0013]可选的，所述预对准成像镜头的照明方式为同轴照明、离轴照明或底部投射式照明。
[0014]可选的，所述最佳物面补偿系统为电光晶体或后焦面补偿透镜。
[0015]可选的，所述成像传感器为电荷耦合器件(XD。
[0016]可选的，所述成像传感器与所述硅片边缘呈一定的倾斜夹角，使得所述预对准成像镜头的景深增加。
[0017]可选的，所述倾斜夹角可调节，从而调节所述预对准成像镜头的景深。
[0018]为了实现上述目的，本发明还提出一种使用权利要求1所述的大翘曲硅片预对准装置的预对准方法，用于测量硅片的圆心和方向，包括以下步骤:硅片传送到旋转台上，旋转台吸附硅片；控制器打开照明光源，硅片边缘被照明后被预对准成像镜头成像于成像传感器上；预对准成像镜头对硅片边缘图像进行预采样并导入控制器进行像质分析，最佳物面补偿系统确定最佳物面；旋转台旋转，预对准成像镜头采样硅片边缘图像并导入控制器进行像质分析，最佳物面补偿系统对物距进行实时补偿；控制器对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到硅片的圆心和方向。
[0019]可选的，所述预对准成像镜头的照明方式为同轴照明、离轴照明或底部投射式照明。
[0020]可选的，所述最佳物面补偿系统为电光晶体或后焦面补偿透镜。
[0021]可选的，所述成像传感器为电荷耦合器件(XD。
[0022]可选的，所述成像传感器与所述硅片边缘呈一定的倾斜夹角，使得所述预对准成像镜头的景深增加。
[0023]可选的，所述倾斜夹角可调节，从而调节所述预对准成像镜头的景深。
[0024]可选的，所述倾斜夹角可在预对准装置集成时根据景深范围手动调整，也可在预对准时闭环粗调。
[0025]本发明大翘曲硅片预对准装置及方法的有益技术效果为:本发明与现有技术相t匕，在同等的波长、物方数值孔径条件下，预对准镜头的景深显著增大，使得预对准镜头的能量需求、加工特性、性能均达到最优；本发明的预对准成像镜头可由CCD倾斜角度来控制镜头景深的改变程度，作为一种粗调手段，增加了系统的方便性和适应性；本发明中的预对准成像镜头具有最佳物面搜寻和物距实时反馈补偿功能，对于大翘曲硅片旋转中较大的振动而引起的物距变化等情况均能够实时处理，硅片边缘图像清晰，对准精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明大翘曲硅片预对准装置及方法的第一实施例结构示意图。
[0027]图2为本发明大翘曲硅片预对准装置及方法的镜头景深原理图。
[0028]图3为本发明大翘曲硅片预对准装置及方法的第二实施例结构示意图。
[0029]图4为本发明大翘曲硅片预对准装置及方法的流程示意图。【具体实施方式】
[0030]下面，结合附图对本发明作进一步的详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0031]由于大翘曲硅片边缘变形量较大，且当硅片尺寸增大后，旋转硅片的边缘振动很大，引起硅片边缘图像质量恶化，预对准精度下降或无法完成。本发明提出了一种用于光刻机的硅片预对准的装置及方法，目的在于解决大翘曲硅片定心和定向的问题。
[0032]图1是本发明大翘曲硅片预对准装置第一实施例的组成图，本装置由旋转台2、预对准镜头14、控制器3 二部分组成。
[0033]旋转台2用于吸附硅片I并带动硅片I进行旋转运动；
[0034]预对准成像镜头14为物方远心或双远心镜头，此处远心的定义为:各视场的主光线与镜头主平面垂直，同时与硅片的振动方向一致。远心镜头能够减少测量物体垂向放置偏移所引起的测量误差，还可以在硅片垂向运动时保证位置测量精度不受影响。非远心镜头但满足像面倾斜条件的预对准装置也在此约束范围内。
[0035]预对准成像镜头14需使用景深大的一方工作，且镜头安装垂向位置位于最佳物面上。预对准成像镜头14在使用之前需进行标定，去除镜头本身的畸变、放大倍率所引起的测量误差。预对准成像镜头14为同轴照明镜头，可为柯勒照明或一般同轴照明，照明面与硅片面重合。成像镜头的照明方式不限于此类照明，还可为离轴照明或底部照明。本实施例中，光源4和成像镜头前组6、成像镜头后组8位于硅片的同侧。预对准成像镜头14包括成像传感器10，硅片边缘被照明后被预对准成像镜头成像于成像传感器10上。
[0036]预对准成像镜头大景深原理图见图2，其中成像镜头景深L1和L2的值可由下式得出:
【权利要求】
1.一种大翘曲硅片预对准装置，用于测量硅片的圆心和方向，包括: 旋转台，用于吸附硅片并带动硅片进行旋转； 照明光源，用于照明硅片边缘； 预对准成像镜头，用于采样硅片边缘图像，所述预对准成像镜头为物方远心或双远心镜头，且包括成像传感器，所述硅片边缘被照明后被所述预对准成像镜头成像于所述成像传感器上； 控制器，用于控制旋转台、照明光源和预对准成像镜头，以及对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到所述硅片的圆心和方向； 其特征在于: 所述预对准成像镜头还包括最佳物面补偿系统，所述最佳物面补偿系统用于在所述采样前确定最佳物面，并在所述采样时对物距进行实时补偿，从而使所述硅片的各个边缘位置均能够清晰成像。
2.根据权利要求1所述的大翘曲硅片预对准装置，其特征在于:所述预对准成像镜头的照明方式为同轴照明、离轴照明或底部投射式照明。
3.根据权利要求1所述的大翘曲硅片预对准装置，其特征在于:所述最佳物面补偿系统为电光晶体或后焦面补偿透镜。
4.根据权利要求1所述的大翘曲硅片预对准装置，其特征在于:所述成像传感器为电荷耦合器件CXD。
5.根据权利要求1-4任一项所述的大翘曲硅片预对准装置，其特征在于:所述成像传感器与所述硅片边缘呈一定的倾斜夹角，使得所述预对准成像镜头的景深增加。
6.根据权利要求5所述的大翘曲硅片预对准装置，其特征在于:所述倾斜夹角可调节，从而调节所述预对准成像镜头的景深。
7.一种使用权利要求1所述的大翘曲硅片预对准装置的预对准方法，用于测量硅片的圆心和方向，包括以下步骤: 娃片传送到旋转台上，旋转台吸附娃片； 控制器打开照明光源，硅片边缘被照明后被预对准成像镜头成像于成像传感器上； 预对准成像镜头对硅片边缘图像进行预采样并导入控制器进行像质分析，最佳物面补偿系统确定最佳物面； 旋转台旋转，预对准成像镜头采样硅片边缘图像并导入控制器进行像质分析，最佳物面补偿系统对物距进行实时补偿； 控制器对采样到的硅片边缘图像进行分析拟合，从而得到硅片的圆心和方向。
8.根据权利要求7所述的预对准方法，其特征在于:所述预对准成像镜头的照明方式为同轴照明、离轴照明或底部投射式照明。
9.根据权利要求7所述的预对准方法，其特征在于:所述最佳物面补偿系统为电光晶体或后焦面补偿透镜。
10.根据权利要求7所述的预对准方法，其特征在于:所述成像传感器为电荷耦合器件CCD。
11.根据权利要求7-10任一项所述的预对准方法，其特征在于:所述成像传感器与所述硅片边缘呈一定的倾斜夹角，使得所述预对准成像镜头的景深增加。
12.根据权利要求11所述的预对准方法，其特征在于:所述倾斜夹角可调节，从而调节所述预对准成像镜头的景深。
13.根据权利要求12所述的预对准方法，其特征在于:所述倾斜夹角可在预对准装置集成时根据景深范 围手动调整，也可在预对准时闭环粗调。
【文档编号】G03F7/20GK103681426SQ201210333082
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】于大维, 潘炼东, 张冲 申请人:上海微电子装备有限公司