预对准系统、预对准方法及光刻设备与流程

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种预对准系统、预对准方法以及包含所述预对准系统的光刻设备。

背景技术：

光刻(photolithography)工艺是半导体器件制造过程中的重要步骤，其一般包括旋涂光刻胶、曝光、显影等工序。通常，在基底(例如是硅片、玻璃基板等)上旋涂光刻胶后，利用曝光和显影工艺将光掩模上的图形转移到光刻胶上，然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到基底上。

预对准系统是光刻设备重要的组成部分，其主要是通过ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合器件)图像传感器进行硅片数据采集，然后计算出位置偏差并进行修正，达到对硅片进行精确定位的目的。具体而言，在曝光工艺中，在将硅片放置在光刻设备上相应的支撑面后，需要利用预对准系统先进行硅片位置的预定位、硅片方向的预定向，预对准之后进行硅片编码(即硅片id)的识别，以便于后续对批量的硅片进行精确的曝光对准。

现有技术中硅片id识别是采用商用的条码读取器完成，一般是在预对准系统上增加条码读取器，在完成预对准后将硅片转到一定的角度并升高到识别高度，利用条码读取器识别硅片id字符，该方法不但增大了设备整体的占用空间，且成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种预对准系统、预对准方法及光刻设备，无需额外设置条码读取器，有利于设备整体占用空间和成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种预对准系统，包括：中央处理模块、运动控制模块、预对准模块以及图像采集模块；所述预对准模块用于侦测硅片的位置信息及编码信息，所述图像采集模块用于采集所述硅片的位置信息及硅片的编码信息并传回所述中央处理模块；所述中央处理模块用于根据所述硅片的位置信息发出运动指令，所述运动控制模块根据所述运动指令控制所述预对准模块运动以进行硅片的预对准；所述中央处理模块还用于根据所述硅片的编码信息进行所述硅片的编码识别。

可选的，在所述预对准系统中，所述预对准模块包括：旋转台、定心台以及光学侦测元件；

所述旋转台用于调整硅片角度以及硅片的垂向位置，以将所述硅片交接到所述定心台上；

所述定心台用于调整所述硅片的水平向位置；

所述光学侦测元件用于侦测所述硅片的位置信息及编码信息，所述图像采集模块采集所述光学侦测元件侦测的信息。

可选的，在所述预对准系统中，所述运动控制模块包括：运动控制卡、多个电机及为多个所述电机配备的多个伺服放大器；

所述中央处理模块通过所述运动控制卡控制多个所述伺服放大器从而控制多个所述电机。

可选的，在所述预对准系统中，多个所述电机包括第一电机、第二电机、第三电机及第四电机，多个所述伺服放大器包括第一伺服放大器、第二伺服放大器、第三伺服放大器及第四伺服放大器；

其中，所述第一电机用于控制所述定心台的水平向位置；所述第二电机用于控制所述旋转台的水平向旋转角度；所述第三电机用于控制所述旋转台的垂向位置；所述第四电机用于控制所述光学侦测元件的水平向位置。

可选的，在所述预对准系统中，所述中央处理模块和所述运动控制卡通过第一数据传输接口进行信息交互，所述运动控制卡通过局域网控制多个所述伺服放大器。

可选的，在所述预对准系统中，所述图像采集模块包括图像采集卡，所述中央处理模块通过所述图像采集卡采集所述光学侦测元件侦测的信息。

可选的，在所述预对准系统中，所述中央处理模块和所述图像采集卡通过第二数据传输接口进行信息交互，所述图像采集卡通过图像传输网控制所述光学侦测元件。

可选的，在所述预对准系统中，所述光学侦测元件为线面切换式光学侦测元件。

可选的，在所述预对准系统中，所述光学侦测元件包括电荷耦合器件。

可选的，在所述预对准系统中，所述中央处理模块包括中央处理器。

本发明还提供了一种光刻设备，包括上述的预对准系统。

本发明还提供了一种预对准方法，包括以下步骤：

预对准模块侦测硅片的位置信息及编码信息，图像采集模块采集所述硅片的位置信息及所述硅片的编码信息并传回所述中央处理模块；

中央处理模块根据所述硅片的位置信息发出运动指令，运动控制模块根据所述运动指令控制预对准模块运动以进行硅片的预对准；以及

所述中央处理模块根据所述硅片的编码信息进行所述硅片的编码识别。

可选的，在所述预对准方法中，所述硅片的预对准步骤包括实现所述硅片的定心和实现所述硅片的定向。

可选的，在所述预对准方法中，实现硅片的定心包括以下步骤：

s11：获取硅片至所述预对准模块中的旋转台上；

s12：将所述预对准模块中的光学侦测元件调为线阵模式，并侦测所述硅片的位置信息；

s13：所述中央处理模块根据所述位置信息计算所述硅片的圆心位置；以及

s14：所述中央处理模块根据所述圆心位置发出运动指令，所述运动控制模块根据运动指令控制所述预对准模块中的旋转台及定心台运动以实现所述硅片的定心。

可选的，在所述预对准方法中，实现所述硅片的定向包括以下步骤：

s21：所述中央处理模块根据所述位置信息计算所述硅片缺口的最低位置坐标；

s22：所述中央处理模块根据所述硅片缺口的最低位置坐标的信息发出运动指令，所述运动控制模块根据运动指令控制所述旋转台运动，将所述硅片缺口的最低位置旋转到所述光学侦测元件的识别视场内，并进行采样；

s23：所述中央处理模块对所述采样数据进行定位处理，以获取所述硅片缺口的中心角度；以及

s24：所述中央处理模块根据所述硅片缺口的中心角度信息发出运动指令，所述运动控制模块根据运动指令控制所述旋转台旋转，以实现所述硅片的定向。

可选的，在所述预对准方法中，识别硅片的编码包括以下步骤：

s31：将所述预对准模块中的光学侦测元件调为面阵模式，所述中央处理模块控制所述运动控制模块将所述光学侦测元件移动到识别位置；

s32：所述图像采集模块通过在所述运动控制模块旋转硅片时查找所述硅片编码的开始角度和结束角度；

s33：所述运动控制模块来回旋转所述硅片，所述图像采集模块在所述硅片来回旋转时进行图像采集并传回所述中央处理模块，旋转范围从所述开始角度到所述结束角度；以及

s34：所述中央处理模块对采集到的所述图像进行处理，以获取所述硅片的编码信息。

可选的，在所述预对准方法中，所述硅片上设置所述硅片编码的位置包括第一位置和第二位置；

其中，所述第一位置以所述硅片缺口的中心线为轴，并轴对称设置；

所述第二位置以与所述硅片缺口中心线的夹角为45°的硅片半径为轴，并轴对称设置。

可选的，在所述预对准方法中，在s32之前，还包括以下步骤：

所述中央处理模块判断所述硅片缺口中心线的位置，并旋转最小角度使所述光学侦测元件的识别视场位于所述硅片编码的开始角度至结束角度的范围内。

可选的，在所述预对准方法中，在s34中，所述中央处理模块对采集到的所述硅片编码的图像进行处理，主要包括以下步骤：

对所述硅片编码的图像原图进行边界提取，得到过程图像；

所述过程图像与所述图像原图进行“与”运算，得到结果图；

对所述结果图进行分割以得到单个的字符结果图；

将所述单个的字符结果图与所述图像原图的模板进行匹配；以及

匹配成功后将所述单个的字符结果图拼接，从而获取所述硅片的编码信息。

在本发明所提供的预对准系统中，利用预对准模块侦测硅片的位置信息及编码信息，图像采集模块采集所述硅片的位置信息及硅片的编码信息并传述中央处理模块；所述中央处理模块根据所述硅片的位置信息发出运动指令给运动控制模块，运动控制模块即可根据所述运动指令控制预对准模块运动以进行硅片的预对准，所述中央处理模块还可根据所述硅片的编码信息进行所述硅片的编码识别(即识别硅片id)。由所述中央处理模块控制实现硅片的预对准和编码识别，不必再由其它设备协调，从而既节约了硅片的预对准和编码识别的时间，又使预对准系统具有较强的功能性，在后续生产过程中不需要再额外增加硅片编码识别的设备(如条码读取器)，减少了设备的成本，并有利于解决设备占用空间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的预对准系统的控制架构图；

图2为本发明实施例提供的预对准模块的结构图；

图3为本发明实施例提供的硅片编码图像采集原理图；

图4为本发明实施例提供的硅片缺口及局部边缘图像示意图；

图5为本发明实施例提供的硅片编码图像示意图；

图6为本发明实施例提供的预对准方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的寻找硅片编码图像示意图；

标记说明：

100-中央处理模块；200-运动控制模块；210-运动控制卡；221-第一伺服放大器；222-第二伺服放大器；223-第三伺服放大器；224-第四伺服放大器；225-第一电机；226-第二电机；227-第三电机；228-第四电机；300-图像采集模块；310-图像采集卡；311-识别视场；312-识别角度；313-字符分割窗；314-硅片缺口；400-硅片；411-第一圆弧；412-第二圆弧；413-第一位置；414-第二位置；500-预对准模块；511-定心台；512-旋转台；513-光学侦测元件。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。

一般情况下硅片上设置有用于对硅片的加工过程进行跟踪记录的硅片编码(通常称之为硅片id)，在加工过程中设备需要识别硅片编码保证硅片工艺的正确性。硅片id通常分为12字符和18字符两类，id为12字符的是标识工厂生产的系列硅片，id为18字符的是标识单个独立硅片。硅片的id包含一些附加信息，例如硅片来源、硅片电阻率、硅片的掺杂剂种类以及晶体生长取向等。目前，通常是在光刻设备的预对准系统上额外增加条码读取器，以完成硅片id的识别，但此种方式导致设备占用空间较大，成本较高。为了尽可能减少设备的占用空间，降低成本，并加强预对准系统的功能性，本发明实施例提出一种预对准系统。

图1为本发明实施例提供的预对准系统的控制架构图，如图1所示，该预对准系统包括中央处理模块100、运动控制模块200、图像采集模块300以及预对准模块500。所述运动控制模块200和所述图像采集模块300均与所述中央处理模块100通信连接以进行信息交互。

所述中央处理模块100可以向所述图像采集模块300发出图像采集的指令，促使所述图像采集模块300采集所述预对准模块500侦测到的硅片400的位置信息及编码信息，所述图像采集模块300可将采集到硅片400的位置信息及硅片400的编码信息回传给所述中央处理模块100，所述位置信息例如包括边缘信息和缺口信息等。所述中央处理模块100可根据所述硅片400的位置信息发出运动指令给所述运动控制模块200，以通过所述运动控制模块200控制所述预对准模块500按要求运动，以进行硅片400的预对准。并且，所述运动控制模块200可以将所述预对准模块500运动前后的信息回传给所述中央处理模块100。所述中央处理模块100还用于根据所述硅片400的编码信息进行所述硅片400的编码识别。

图2为本发明实施例提供的预对准模块的结构图，如图2所示，所述预对准模块500例如包括旋转台512、定心台511以及光学侦测元件513。所述旋转台512用于调整硅片400水平向角度，使所述硅片400能够将硅片缺口314或硅片编码等旋转到所述光学侦测元件513的识别视场311(结合图3)，还用于调整硅片400的垂向位置以将硅片400交接到所述定心台511上。所述定心台511用于调整硅片400的水平向位置。所述光学侦测元件513用于侦测硅片400的位置信息及编码信息，所述图像采集模块300采集所述光学侦测元件513侦测的信息。

作为示例，所述旋转台512、所述定心台511和所述光学侦测元件513可以与各自的传动单元连接，每个传动单元与一电机连接，以实现所述旋转台512的上升/下降和旋转运动、所述定心台511的水平位置移动，以及所述光学侦测元件513的水平位置移动(即调整所述识别视场311的位置)。所述旋转台512例如为一圆柱形结构。所述定心台511包括一平台，该平台的中间或其他部位设有开口，其大体呈u形。所述旋转台512可以穿过所述定心台511的开口进行上升或下降运动，从而实现将硅片400在所述旋转台512和所述定心台511上进行交接的目的。

优选的，所述光学侦测元件513为线面切换式光学侦测元件，可以在“线阵模式”和“面阵模式”之间切换；调为线阵模式以侦测所述硅片400的边缘信息和/或缺口信息，实现所述硅片400的预对准操作；调为面阵模式以侦测所述硅片400表面的编码信息，实现识别所述硅片400的编码。进一步的，所述光学侦测元件513可以为线面切换式电荷耦合器件。

在所述预对准系统中，所述中央处理模块100可以为中央处理器，用于处理所接收到的信息，并向所述运动控制模块200和所述图像采集模块300发出指令。

所述运动控制模块200主要实现所述预对准模块500的位移，比如，在水平向和垂向的位置调整。重点参考图1，所述运动控制模块200例如包括：运动控制卡210、多个电机及为多个所述电机配备的多个伺服放大器，所述中央处理模块100通过所述运动控制卡210控制多个所述伺服放大器从而控制多个所述电机。作为示例，所述运动控制模块200采用4个电机和4个伺服放大器，4个电机分别为第一电机225、第二电机226、第三电机227和第四电机228，4个伺服放大器分别为第一伺服放大器221(与第一电机225连接)、第二伺服放大器222(与第二电机226连接)、第三伺服放大器223(与第三电机227连接)和第四伺服放大器224(与第四电机228连接)。其中，所述第一电机225用于控制所述定心台511的水平向位置，所述第二电机226用于控制所述旋转台512的在水平方向上的旋转角度，所述第三电机227用于控制所述旋转台512的垂向位置，所述第四电机228用于控制所述光学侦测元件513的水平位置(即调整所述识别视场311的位置)。

优选的，所述中央处理模块100和所述运动控制卡210通过第一数据传输接口进行信息交互，所述第一数据传输接口主要用于传输运动数据等，所述第一数据传输接口可以为vme(versamoduleeurocard，即一种通用的计算机总线)接口。所述运动控制卡210通过局域网(例如ethernet)控制多个所述伺服放大器，从而实现系统的控制。

继续参考图1，所述图像采集模块300例如是包括一图像采集卡310，所述中央处理模块100通过所述图像采集卡310采集所述光学侦测元件513中的信息，所述光学侦测元件513侦测的信息包括所述硅片400的位置信息和编码信息等，所述光学侦测元件513侦测的信息多数为图像信息。优选的，所述中央处理模块100和所述图像采集卡310通过第二数据传输接口(例如pmc接口)进行信息交互。所述第二数据传输接口主要用于传输图像数据等，所述图像采集卡310通过图像传输网(例如cameralink)控制所述光学侦测元件513。

本实施例还提供了一种光刻设备，包括上述的预对准系统，所述预对准系统具体包括：中央处理模块100、运动控制模块200、预对准模块500以及图像采集模块300；所述预对准模块500用于侦测硅片400的位置信息及编码信息，所述图像采集模块300用于采集所述硅片400的位置信息及硅片400的编码信息并传回所述中央处理模块100；所述中央处理模块100用于根据所述硅片400的位置信息发出运动指令，所述运动控制模块200根据所述运动指令控制所述预对准模块500运动以进行硅片400的预对准；所述中央处理模块100还用于根据所述硅片400的编码信息进行所述硅片400的编码识别。

本实施例还提供了一种预对准方法，图6为本发明实施例提供的预对准方法的流程示意图，如图6所示，该预对准方法主要包括以下步骤：

预对准模块500侦测硅片400的位置信息及编码信息，图像采集模块300采集所述硅片400的位置信息及所述硅片400的编码信息并传回所述中央处理模块100；中央处理模块100根据所述硅片400的位置信息发出运动指令，运动控制模块200根据所述运动指令控制预对准模块500运动以进行硅片400的预对准；以及所述中央处理模块100根据所述硅片400的编码信息进行所述硅片400的编码识别。进一步的，所述硅片400的预对准步骤包括实现所述硅片400的定心和实现所述硅片400的定向。

图3为本发明实施例提供的硅片编码图像采集原理图；图4为本发明实施例提供的硅片缺口及局部边缘图像示意图。结合图3和图4所示，实现硅片400的定心包括以下步骤：

s11：获取一硅片400至所述预对准模块500中的旋转台512上；

s12：将所述预对准模块500中的光学侦测元件513调为线阵模式，所述中央处理模块100控制所述运动控制模块200使所述预对准模块500的旋转台512旋转所述硅片400一周，并侦测所述硅片400的位置信息，并将所述位置信息传回所述中央处理模块100；

s13：所述中央处理模块100根据所述位置信息计算所述硅片400的圆心位置；

s14：所述中央处理模块100根据所述圆心位置发出运动指令，所述运动控制模块200根据运动指令控制所述预对准模块500中的旋转台512及定心台511运动以实现所述硅片400的定心。

结合图3和图4所示，实现所述硅片400的定向包括以下步骤：

s21：所述中央处理模块100根据所述位置信息计算所述硅片缺口314的最低位置坐标，如图4所示；

s22：所述中央处理模块100根据所述硅片缺口314的最低位置坐标的信息发出运动指令，所述运动控制模块200根据运动指令控制所述旋转台512运动，将所述硅片缺口314的最低位置旋转到所述光学侦测元件513的识别视场311内，并进行精采样；

s23：所述中央处理模块100对精采样得到的数据进行定位算法处理，以获取所述硅片缺口314的中心角度；

s24：所述中央处理模块100根据所述硅片缺口314的中心角度信息发出运动指令，所述运动控制模块200根据运动指令控制所述旋转台512旋转，以实现所述硅片400的定向。

具体实现所述硅片400定向的方法例如包括以下步骤：首先，根据已经采样到的数据，采用步进落差法求出所述硅片缺口314最低点位置坐标；接着，将所述硅片缺口314旋转至所述光学侦测元件513附近，对所述硅片缺口314进行边缘细采样，获得细采样数据；接着，根据细采样数据，以所述硅片缺口314最低点位置坐标作为初始估计值，然后在所述硅片缺口314内以该初始估计值为中心，各取若干个采样点，采用矩阵拟合法求出所述硅片缺口314对应圆弧的圆心坐标，该圆弧的圆心和旋转中心的连线与所述硅片400边缘的交点即定义为硅片缺口314中心；接着，将所述硅片缺口314中心旋转指定的角度，完成所述硅片缺口314定位，从而可以完成所述硅片400的定向。

结合图3和图4所示，识别硅片400的编码包括以下步骤：

s31：将所述预对准模块500中的光学侦测元件513调为面阵模式，所述中央处理模块100控制所述运动控制模块200将所述光学侦测元件513移动到识别位置；

s32：所述图像采集模块300通过在所述运动控制模块200旋转硅片400时查找所述硅片编码的开始角度和结束角度；

如图3所示，假设所述硅片400上设置所述硅片编码的位置包括第一位置413和第二位置414；其中，所述第一位置413以所述硅片缺口314的中心线为轴并轴对称设置，所述第二位置414以与所述硅片缺口314中心线的夹角为45°的硅片400半径为轴并轴对称设置。一般所述硅片编码为12或18个字符，每个字符高约为1.624±0.025，宽约为0.812±0.025，所述硅片编码所占最大圆弧(编码外轮廓的虚拟连接形成的圆弧)记为第一圆弧411，所占最小圆弧(编码内轮廓的虚拟连接形成的圆弧)记为第二圆弧412；经计算，所述第一圆弧411和所述第二圆弧412的半径长度相差3.81mm，所述第一位置413和所述第二位置414所占最大角度为62.13°，即为识别角度312，由此可以计算所述硅片编码所占硅片400的总面积，为后续获取所述硅片400的编码信息做准备。

接着所述中央处理模块100判断所述硅片缺口314的中心线的位置，并旋转最小角度使所述光学侦测元件513的识别视场311位于所述硅片编码的开始角度至结束角度的范围内。图7为本发明实施例提供的寻找硅片编码图像示意图，如图7所示，所述识别视场311和所述硅片400圆心所在直线位于一条半径上，以与该半径夹角为180°的半径为基准线，定义经过所述硅片缺口314中心的半径与所述基准线的夹角为θ，当0°<θ-22.5°≤180°，则可以逆时针旋转165°～180°，则可以将所述硅片编码旋转进入所述识别视场311内；当180°<θ-22.5°<360°，则可以顺时针旋转225°～240°，则可以将所述硅片编码旋转进入所述识别视场311内，从而实现快速查找所述硅片编码的开始角度和结束角度。

s33：所述运动控制模块200来回旋转所述硅片400，所述图像采集模块300在所述硅片400来回旋转时进行图像采集并传回所述中央处理模块100，旋转范围约从所述开始角度到所述结束角度，即旋转范围可以为55°～70°，从而采集全所有的编码。

s34：所述中央处理模块100对采集到的所述图像进行处理，以获取所述硅片400的编码信息。

在s34中，所述中央处理模块100对采集到的所述硅片编码的图像进行处理，主要包括以下步骤：图5为本发明实施例提供的硅片编码图像示意图。如图5所示，首先对所述硅片编码的图像原图进行边界提取，提取后的图像为过程图像；接着使所述过程图像与所述图像原图进行“与”运算，得到结果图，在结果图中，除字符区域之外的像素值都为零；接着，对所述结果图进行分割，由字符分割窗313分割为单个的字符结果图，然后以圆心为发散点将其均分为12等分或18等分，从而得到单个的字符结果图；接着，将所述单个的字符结果图与所述图像原图的模板进行匹配，匹配成功后将所述单个的字符结果图拼接，从而获取所述硅片400的编码信息。

综上，在本发明所提供的预对准系统、预对准方法及光刻设备中，利用预对准模块侦测硅片的位置信息及编码信息，图像采集模块采集所述硅片的位置信息及硅片的编码信息并传述中央处理模块；所述中央处理模块根据所述硅片的位置信息发出运动指令给运动控制模块，运动控制模块即可根据所述运动指令控制预对准模块运动以进行硅片的预对准，所述中央处理模块还可根据所述硅片的编码信息进行所述硅片的编码识别(即识别硅片id)。由所述中央处理模块控制实现硅片的预对准和编码识别，不必再由其它设备协调，从而既节约了硅片的预对准和编码识别的时间，又使预对准系统具有较强的功能性，在后续生产过程中不需要再额外增加硅片编码识别的设备(如条码读取器)，减少了设备的成本，并有利于解决设备占用空间。

上述实施例仅用于示例性地说明发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何所属技术领域的技术人员，在不违背本发明的精神及范畴下，均可对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，而仍属于本发明的保护范围之内。