基于高精度测微仪的晶圆预对准方法

　　半导体加工过程涉及多种工艺,每种工艺需要用到不同的工具和设备,操作精度在纳米至微米级之间.加工晶圆前,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集成电路( integrated circui,t 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[1].

　　晶圆预对准方法经历了机械预对准和光学预对准两个阶段.由于机械预对准的定位精度完全受机械结构精度的影响,测量精度较低,目前普遍应用的晶圆预对准方法为光学预对准.光学预对准是利用光学测量元件对晶圆的边缘进行检测,通过一定的算法获得晶圆的圆心位置.光学测量元件有点阵型和线阵型,也可以是相机或摄像头.韩国成均馆大学在2003年设计了一个利用摄像头作为检测元件的晶圆预对准装置,采用图像识别的方法实现定位.目前较成熟且投入工业应用的预对准方法使用的是线阵型光学传感器,它不接触晶圆,具有较高的测量精度[2-4].

　　笔者从预对准装置效率的重要性出发,介绍了一种基于高精度测微仪(简称测微仪)、无需晶圆交换的预对准方法,并给出了该方法的圆心和缺口定位误差.由于线性化最小二乘圆拟合算法不能很好地保证缺口拟合的计算精度,笔者对其在应用中的不足进行了分析,提出了一种精度更高的缺口拟合算法.

　　1　无需晶圆交换的晶圆预对准方法

　　预对准装置效率的高低直接影响半导体加工的生产率,由于一条生产线上多个节点都需要预对准操作,即使缩短少量操作时间,其意义也很大.目前研制出的预对准装置均需要交换晶圆完成预对准操作,交换晶圆一般要2 s以上的时间,且会对晶圆底面造成损伤[4].为此,笔者提出了一种无需晶圆交换的预对准方法(简称无交换方法),避免了晶圆两次的吸附交换,减少了操作步骤,缩短了预对准时间.采用无交换方法的预对准装置主要由测微仪、旋转单元θ、直线平移单元X和Y,以及控制单元4部分组成,其结构如图1所示.

　　旋转单元θ的旋转可将晶圆缺口定位于任意方向.旋转单元θ与平移单元Y、平移单元X与平移单元Y之间相互固定,平移单元Y固定于底板.平移单元X与平移单元Y的运动可使晶圆圆心定位于平面内任意一点.测微仪通过测定晶圆遮挡带型光束后透光部分的宽度获得晶圆边缘信息.目前KENYENCE公司生产的LS-7010型高精度测微仪的测量精度可达±0·5μm.测微仪沿旋转中心径向放置,距旋转单元中心约1个晶圆半径的距离.