本发明涉及半导体自动化生产加工领域；具体涉及一种晶圆校准装置及校准方法。

背景技术：

1、晶圆校准装置（aligner）从属于半导体晶圆传输设备技术领域，该领域中晶圆校准装置（aligner）与晶圆装载系统（loadport）和晶圆运输机器人（robot）合为半导体设备前置模块（efem）最核心的三大部件，其性能对半导体的制造起到重要的影响。

2、在晶圆生产过程中，需要将晶圆从晶圆盒中搬运到固定的准确位置，由于晶圆在晶圆盒中的位置存在偏差，导致搬运到工作位置时也存在偏差，晶圆在反应腔室中偏离中心位置时，会产生工艺反应情况与预期存在差异，甚至造成晶圆发生碎裂损坏等问题。采用人工对晶圆的位置进行调整，调整效率低影响生产节拍，不能满足生产加工需求。

3、因此，晶圆在加工前通常需要在半导体设备前置模块（efem）中利用晶圆校准装置（aligner）进行中心位置校准。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种晶圆校准装置及校准方法；晶圆校准装置安装在半导体设备前置模块上，用来校准晶圆相对于设备前置模块的位置关系。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种晶圆校准装置，包括基体架，所述基体架上设置有姿态调节机构以及与所述姿态调节机构对应的光学校准装置，所述姿态调节机构上驱动设置有用于承接晶圆的真空吸盘；

3、所述光学校准装置包括设置在真空吸盘一侧的发射器和接收器，且所述发射器和接收器之间预留有检测区域；

4、所述光学校准装置检测到真空吸盘承接的晶圆在检测区域中相对于所述光学校准装置的遮光距离；

5、所述姿态调节机构能驱动所述真空吸盘带动所述真空吸盘上承接的晶圆相对所述检测区域进退和升降；所述姿态调节机构包括设置在所述基体架上的位移机构，所述位移机构包括设置在所述基体架上的线性驱动装置，所述线性驱动装置上驱动设置有抬举驱动装置；所述抬举驱动装置的抬升轨迹与所述线性驱动装置的驱动轨迹构成立面坐标系；所述姿态调节机构还包括驱动设置在所述位移机构上的回转驱动装置；

6、所述回转驱动装置设置在所述抬举驱动装置上，所述回转驱动装置上驱动设置有所述真空吸盘。

7、本发明一个较佳方案中，所述姿态调节机构还包括设置在所述基体架上的若干个支撑销轴，若干个支撑销轴分布在所述真空吸盘的外围。

8、本发明一个较佳方案中，所述线性驱动装置通过底座安装在基体架上；

9、线性驱动装置包括丝杠一；且所述丝杠一轴向水平放置，所述丝杠一的两端分别通过轴承座一安装在底座上，电机一通过联轴器与丝杠一驱动连接，电机一通过电机座一固定在底座上，

10、丝母座一与过渡连接块一相连，过渡连接块一固定在滑座上，所述滑座包括下连接板，下连接板上相对间隔设置有右侧连接板和左侧连接板，下连接板滑动设置在直线导轨一上，直线导轨一设置在所述底座上，左侧连接板和右侧连接板通过连接筋固定相连。

11、本发明一个较佳方案中，所述抬举驱动装置设置在左侧连接板和右侧连接板上；

12、抬举驱动装置包括丝杠二，且丝杠二轴向竖直放置，丝杠二的两端分别通过轴承座二设置在左侧连接板上；

13、电机二通过电机座与连接弯板一安装在右侧连接板上，电机二上驱动连接有同步带轮一，丝杠二驱动连接有同步带轮二，同步带轮二通过同步带一与电机二驱动连接，丝母座二通过过渡连接块二与升降台连接，升降台的一侧通过直线导轨二驱动安装在左侧连接板上，升降台的另一侧通过横梁和辅助滑板与右侧连接板上设置的直线导轨三滑动衔接。

14、本发明一个较佳方案中，所述回转驱动装置安装在升降台上；

15、所述回转驱动装置包括电机三，电机三通过电机座和连接弯板二设置在所述升降台上，支撑块固定在所述横梁上，支撑块和横梁上同轴安装有滚动轴承，旋转轴驱动连接在滚动轴承上，旋转轴上驱动连接有同步带轮三，同步带轮三通过同步带二与电机三上驱动连接的同步带轮四驱动连接，

16、所述旋转轴为中空轴，旋转轴下端安装有旋转接头，所述旋转轴上端固定安装有所述真空吸盘。

17、本发明一个较佳方案中，一种晶圆校准装置的晶圆校准方法，采用了晶圆校准装置实现，包括以下步骤：

18、步骤s1，晶圆的获取，步骤包括：所述真空吸盘至原始位置获取晶圆；

19、步骤s2，晶圆的姿态检测，步骤包括：姿态调节机构驱动所述晶圆位移至检测位，位于姿态调节机构一侧的光学校准装置检测到所述晶圆在光学校准装置处的遮光距离，通过校准算法计算所述晶圆在晶圆校准装置的所述真空吸盘上的位置偏差；

20、步骤s3，晶圆的姿态校准，步骤包括：通过姿态调节机构的线性驱动装置、抬举驱动装置驱动实现晶圆的位移，回转驱动装置驱动实现晶圆的角度转动；

21、步骤s4，晶圆圆心校准；步骤包括：在支撑销轴和真空吸盘之间转移调整晶圆的位置，使真空吸盘圆心与晶圆圆心重合；

22、步骤s5，将步骤s4中晶圆圆心校准后复位晶圆；步骤包括：将经过晶圆圆心校准后的晶圆放置到支撑销轴上，且将晶圆圆心位于原始位置上。

23、本发明一个较佳方案中，所述校准算法按最小二乘法拟合，包括：

24、按直角坐标系最小二乘法拟合晶圆边缘实际采样点所在的圆的方程：

25、；

26、采样点（ x i 、y i）到拟合出的圆的距离的平方与半径平方差值的平方最小，令：

27、，

28、 f最小，则：

29、；

30、；

31、；

32、令：

33、；

34、；

35、得到：

36、；

37、；

38、；

39、；

40、其中， x、 y、r分别为拟合的晶圆边缘所在圆的横坐标、纵坐标、圆的半径， x c 、y c为圆心的横坐标、纵坐标， θi 为极坐标下晶圆旋转过程中真空吸盘的转角的采样值，li为极坐标下发射器和接收器间的遮光长度的采样值， n为采样点的个数， l0为真空吸盘圆心与发射器的距离， ρj, θj为极坐标下晶圆圆心的极径和极角； ui和 vi分别是用于简化 xc的算式和 yc的算式的中间变量一和中间变量二。

41、本发明一个较佳方案中，所述真空吸盘至原始位置通过真空吸盘获取晶圆的步骤包括：

42、晶圆置于支撑销轴上，线性驱动装置的电机一驱动丝母座一沿ρ轴的线性方向移动至原始位置；

43、抬举驱动装置的电机二带动丝杠二旋转，丝杠二驱动丝母座二驱动升降台带动回转驱动装置沿抬举方向z移动，真空吸盘移动过程时将晶圆从支撑销轴上抬起至工作高度；

44、回转驱动装置的旋转接头与真空泵相通，真空泵工作，在真空吸盘和晶圆之间产生负压，利用大气压力将晶圆吸附在真空吸盘上，实现对晶圆的获取；

45、本发明一个较佳方案中，检测到所述晶圆在光学校准装置处的遮光距离的具体步骤包括：

46、线性驱动装置的电机一驱动丝母座一沿线性方向ρ移动，将晶圆的圆周移动至光学校准装置的发射器和接收器之间的检测位置，保证真空吸盘圆心与发射器的距离为l0；

47、回转驱动装置的电机三驱动真空吸盘上的晶圆沿与真空吸盘同轴的旋转轴θ旋转；

48、实时记录电机三的转角θi以及此时对应的晶圆在发射器和接收器间的遮光长度li。

49、本发明一个较佳方案中，通过校准算法计算所述晶圆在晶圆校准装置的所述真空吸盘上的位置偏差包括：

50、利用采样数据[θi, li]和校准算法计算晶圆的圆心在真空吸盘所在极坐标(ρ,θ)坐标系上的极坐标(ρj,θj)位置偏差；

51、所述晶圆的位移和晶圆的角度转动包括以下步骤：

52、回转驱动装置驱动真空吸盘沿θ轴方向旋转-θj角度，使晶圆圆心与极坐标的ρ轴重合，

53、在支撑销轴和真空吸盘之间转移调整晶圆的位置，包括以下步骤：

54、线性驱动装置驱动抬举驱动装置和回转驱动装置从检测位置移动至原始位置；晶圆与真空吸盘脱离吸附，抬举驱动装置驱动真空吸盘沿z轴方向移动，真空吸盘移动过程中与晶圆脱离，并将晶圆放置于支撑销轴上，线性驱动装置驱动抬举驱动装置和回转驱动装置沿ρ轴方向移动ρj距离；使真空吸盘圆心与晶圆圆心重合；

55、将经过晶圆圆心校准后的晶圆放置到支撑销轴上的步骤包括：

56、抬举驱动装置驱动真空吸盘沿z轴方向移动，将晶圆从支撑销轴上抬起；线性驱动装置驱动抬举驱动装置和回转驱动装置至ρ轴方向的原始位置，抬举驱动装置驱动真空吸盘沿z轴方向移动，真空吸盘移动过程中与晶圆脱离，并将晶圆放置于支撑销轴上；完成晶圆的校准，晶圆圆心调整到原始位置。

57、本发明解决了背景技术中存在的缺陷：

58、本发明公开的一种晶圆校准装置及校准方法，晶圆校准装置安装在半导体设备前置模块上，用来校准晶圆相对于设备前置模块的位置关系。

59、本发明光学校准装置的发射器和接收器用于检测晶圆旋转过程中晶圆采样点的遮光量获取遮光距离，并由遮光距离计算晶圆的边缘到真空吸盘中心的距离。通过采样真空吸盘的转角和晶圆的遮光量，利用最小二乘法拟合晶圆圆心相对于真空吸盘中心的极坐标偏差。

60、线性驱动装置、抬举驱动装置、回转驱动装置配合移动，利用光学校准装置获取的遮光距离，以及晶圆在晶圆校准装置上的位置偏差，通过校准算法矫正调整晶圆相对于设备前置模块的位置关系。