专利名称：晶圆预对准方法
技术领域：
发明涉及一种在IC搬运过程中的预对准方法，具体的说是一种晶圆预对准方法。
背景技术：
IC制造涉及多种工艺，每种工艺需要用到不同的工具和设备。很多工艺都需要预先获得晶圆准确的定位和姿态。从表面上看，晶圆预对准系统并非IC制造设备的核心系统，但随着半导体工艺从微米级发展到深亚微米级、纳米级别，IC制造设备对各个分系统的要求达到了非常苛刻的地步。作为IC制造设备关键部件之一的晶圆预对准装置，其工作性能直接影响整个IC制造工艺的精度和效率。晶圆预对准主要包括晶圆缺口和晶圆圆心的确定。在晶圆圆心的计算方法中，回转半径法计算量小，但其要求采样点相对于旋转中心的角度要均勻分布，并且一周采样点的总数为双偶数，给采样点的数据采集造成很大困难；轨迹拟合法虽然计算量小，但晶圆并非规则圆，且带有缺口，同时测量过程中噪声都会对精度造成影响。对晶圆缺口定位的常用方法中，边缘变化率法对相邻的3个采样点计算夹角，并且要求设定合适的阈值，这种阈值主要靠经验的方法确定，不具备很强的鲁棒性，同时该方法要求采集的相邻数据振幅不能变化太大。有鉴于此，如何提供一种晶圆预对准的方法，来减少上述弊端已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的晶圆缺口定位鲁棒性差、预对准精度和效率低等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种提高晶圆的预对准精度和效率，同时该方法不受晶圆尺寸以及缺口形状的限制的晶圆预对准方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明晶圆预对准方法，应用于晶圆预对准装置中，该晶圆预对准装置具有旋转台、CCD传感器，同时配合相应的IC机器人，包括以下步骤通过旋转台带动晶圆旋转，并利用CCD传感器采集晶圆边缘数据，得到晶圆一周的采样数据；对晶圆采样数据利用步进落差法确定缺口最低点的初始估计位置；将晶圆缺口旋转至CCD传感器附近，对缺口边缘进行小范围的细采样；对缺口边缘的细采样数据利用步进落差法确定晶圆口的最低点的位置；从晶圆边缘采样数据中剔除在晶圆缺口范围的采样数据；对剔除缺口后的晶圆边缘采样数据应用最小二乘法拟合出晶圆圆心；求解旋转台的停止位置，IC机器人机械手臂的偏转角度及伸展距离，并引导IC机器人到指定位置取走晶圆。所述步进落差法为根据晶圆尺寸、旋转台转动速度以及对晶圆边缘数据的采样时间求出晶圆缺口内的采样点数；对每一个采样数据向前和向后均以规定步长求落差数组；通过最大落差数组推算出缺口最低点的初始估计位置；规定步长为晶圆缺口内采样点数的一半。
对每一个晶圆边缘的采样数据点采用向前落差和向后落差分别计算，然后求取平均值作为落差数组，以落差数组的最低点作为晶圆缺口最低点的初始估计位置。晶圆一周的采样数据通过以下方法得到记录采样时刻晶圆边缘数据的同时记录当前时刻的电机码盘值，当电机转过一圈时立刻停止采样。本发明具有以下有益效果及优点1.本发明所述的晶圆预对准方法不受晶圆尺寸以及缺口形状的限制；2.本发明采用步进落差法确定晶圆缺口的位置与边缘变化率法相比避免了因阈值设定的不准确所造成的定位误差。3.本发明对剔除晶圆缺口范围的采样数据应用最小二乘法拟合晶圆圆心，避免了缺口处数据对拟合结果的影响。
图1为本发明晶圆预对准方法流程图；图2A为本发明中晶圆边缘采样点示意图；图2B为本发明中实际的晶圆边缘采样数据；图3为本发明晶圆预对准的计算实例图。
具体实施例方式本发明方法应用于晶圆预对准装置中，该晶圆预对准装置具有旋转台、CCD传感器，同时配合相应的IC机器人以完成晶圆的预对准操作。图1为本发明晶圆预对准方法实施步骤图，主要包括晶圆的缺口定位步骤Si，晶圆圆心的定位步骤S2，以及预对准装置与机械手的配合操作S3，具体如下通过旋转台带动晶圆旋转，并利用CCD传感器采集晶圆边缘数据，得到晶圆一周的采样数据；对晶圆采样数据利用步进落差法确定缺口最低点的初始估计位置；将晶圆缺口旋转至CXD传感器附近，对缺口边缘进行小范围的细采样；对缺口边缘的细采样数据利用步进落差法确定晶圆口的最低点的位置；从晶圆边缘采样数据中剔除在晶圆缺口范围的采样数据；对剔除缺口后的晶圆边缘采样数据应用最小二乘法拟合出晶圆圆心；求解旋转台的停止位置，IC机器人机械手臂的偏转角度及伸展距离，并引导IC机器人到指定位置取走晶圆。1)步骤Sll 晶圆边缘数据采样旋转台带动晶圆旋转，CCD传感器采集晶圆旋转一圈过程中的边缘数据。其中，根据晶圆尺寸适当调节采样频率。图2-1为晶圆边缘采样点示意图，本发明并不要求等间隔采集，但为了保证计算精度需要尽可能多的增加采样点数。 图2-2为实际的晶圆边缘采样数据，从图中可以发现缺口位置的边缘数据处具有明显的凹陷；2)步骤S12 晶圆缺口初定位晶圆缺口的初检测主要通过采集到的晶圆边缘数据，判断那些采样点属于缺口。本实例中采用步进落差法，这种方法先根据晶圆尺寸、旋转台转动速度以及对晶圆边缘数据的采样时间求出晶圆缺口内的理论采样点数，再以此理论值作为规定长度对每一个采样数据求取落差数组，最后通过最大落差数组确定缺口最低点初始估计位置；3)步骤S13 缺口边缘细采样将晶圆缺口转至C⑶传感器附近，对晶圆缺口进行小范围的边缘细采样，为了确保晶圆缺口方向的定位精度，缺口边缘的采样密度应尽量高些；4)步骤S13 缺口最低点位置确定根据晶圆缺口边缘细采样的数据，通过步进落差法找到缺口的最低点位置；4)步骤S2 确定晶圆圆心由于晶圆是存在缺口的非标准圆，所以在求解晶圆圆心时为了避免由晶圆缺口引起的计算误差，应剔除缺口位置的数据，本实例采用最小二乘圆方法定位晶圆圆心。最小二乘圆算法主要是利用构造出来的函数使得晶圆边缘上各点到晶圆几何中心距离和最小，然后利用极值求解方程；5)步骤S3 求解旋转台的停止位置，IC机器人手臂的偏转角度及伸展距离(S31)， 以及预对准装置与机械手的配合操作(S32)。如图3所示，求解晶圆的旋转角度，机械手偏转角度Δ θ以及机械手伸展距离 R 如图3所示，通过前面Sl步、S2步求出以晶圆圆心为顶点晶圆缺口最低点与旋转中心的夹角θ Ν，晶圆的偏心距Roff，同时已知机器人中心到旋转中心的距离AR，以旋转中心为顶点CCD传感器中轴线和机器人中心的夹角θ ，以及自定义的以晶圆圆心为顶点，晶圆缺口最低点与机器人中心的夹角ΘΝΑ，求取θ。，Δ θ和R。综上所述，本发明晶圆预对准方法，首先通过旋转台带动晶圆旋转，并利用CCD传感器采集晶圆边缘数据，得到晶圆一周的采样数据，根据晶圆采样数据利用步进落差法确定缺口最低点的初始估计位置；然后将晶圆缺口旋转至CCD传感器附近，对缺口边缘进行小范围的细采样，根据缺口边缘的细采样数据利用步进落差法确定晶圆口的最低点的位置；再从晶圆边缘采样数据中剔除在晶圆缺口范围的采样数据，并根据剔除缺口后的晶圆边缘采样数据应用最小二乘法拟合出晶圆圆心；最后求解旋转台的停止位置，IC机器人机械手臂的偏转角度及伸展距离，并引导IC机器人到指定位置取走晶圆。
权利要求
1.一种晶圆预对准方法，应用于晶圆预对准装置中，该晶圆预对准装置具有旋转台、 CCD传感器，同时配合相应的IC机器人，其特征在于包括以下步骤通过旋转台带动晶圆旋转，并利用CCD传感器采集晶圆边缘数据，得到晶圆一周的采样数据；对晶圆采样数据利用步进落差法确定缺口最低点的初始估计位置；将晶圆缺口旋转至CCD传感器附近，对缺口边缘进行小范围的细采样；对缺口边缘的细采样数据利用步进落差法确定晶圆口的最低点的位置；从晶圆边缘采样数据中剔除在晶圆缺口范围的采样数据；对剔除缺口后的晶圆边缘采样数据应用最小二乘法拟合出晶圆圆心；求解旋转台的停止位置，IC机器人机械手臂的偏转角度及伸展距离，并引导IC机器人到指定位置取走晶圆。
2.按权利要求1所述的晶圆预对准方法，其特征在于所述步进落差法为根据晶圆尺寸、旋转台转动速度以及对晶圆边缘数据的采样时间求出晶圆缺口内的采样点数；对每一个采样数据向前和向后均以规定步长求落差数组；通过最大落差数组推算出缺口最低点的初始估计位置。
3.如权利要求2所述的晶圆预对准方法，其特征在于，所述规定步长为晶圆缺口内采样点数的一半。
4.如权利要求2所述的晶圆预对准方法，其特征在于推算出缺口最低点的初始估计位置为对每一个晶圆边缘的采样数据点采用向前落差和向后落差分别计算，然后求取平均值作为落差数组，以落差数组的最低点作为晶圆缺口最低点的初始估计位置。
5.如权利要求1所述的晶圆预对准方法，其特征在于晶圆一周的采样数据通过以下方法得到记录采样时刻晶圆边缘数据的同时记录当前时刻的电机码盘值，当电机转过一圈时立刻停止采样。
全文摘要
本发明涉及一种晶圆预对准方法，包括通过旋转台带动晶圆旋转，并利用CCD传感器采集晶圆边缘数据，得到晶圆一周的采样数据；利用步进落差法确定缺口最低点的初始估计位置；将晶圆缺口旋转至CCD传感器附近，对缺口边缘进行小范围的细采样；利用步进落差法确定晶圆口的最低点的位置；从晶圆边缘采样数据中剔除在晶圆缺口范围的采样数据；对剔除缺口后的晶圆边缘采样数据应用最小二乘法拟合出晶圆圆心；求解旋转台的停止位置，IC机器人机械手臂的偏转角度及伸展距离，并引导IC机器人到指定位置取走晶圆。本发明方法不受晶圆尺寸以及缺口形状的限制，避免了因阈值设定的不准确所造成的定位误差，避免了缺口处数据对拟合结果的影响。
文档编号H01L21/68GK102543808SQ20101061221
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者姜楠, 曲道奎, 王金涛, 邹风山, 陈为廉 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司