晶片定位原理与算法

吕 菲，耿博耘，李春龙，莫 宇，周传月

(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)

在半导体材料的加工过程中，为了提高生产效率，大部分设备都使用自动传片系统，自动化程度高的设备往往实现片盒到片盒的传输。这类设备的工作过程大致相似，即进片、定位、机械手传递、加工、机械手传递、出片。由此可见定位在加工过程中占据了非常重要的位置，只有能够实现精确定位，才能很好地完成加工过程，保证晶片的加工精度[1]。自动化设备应用较多的工序有倒角、激光打标、光刻等。

目前晶片定位技术主要有两种：电子定位、电子机械定位。在定位过程中，需要找到晶片的主参考面或者定位槽（对6英寸以上晶片）。对于有参考面的晶片，电子机械定位技术应用较多，机械定位配合电传感器，定位精度一般可以达到100 μm范围，这样的精度能够满足光刻工艺预对准要求[2]。如果要同时满足带定位槽和带参考面两种晶片的定位要求，则往往采用电子定位系统，这是本文讨论的重点。

1 晶片轮廓特点以及识别的主要数据

对于带定位槽的晶片（DOTCH），如图 1所示。沿位置8和位置4通过圆心连线，其长度记为L，将晶片直径记为准，定位槽的深度记为H，则H=准-L。我们可以用晶片的直径和槽的深度反映晶片的轮廓特点。

图1 有定位槽的晶片示意图

图2 只有主参考面的晶片示意图

对于只有一个参考面的晶片(OF)，如图2所示，沿位置8和位置4通过圆心连线，其长度记为B，将晶片直径记为准，可以用B和准反映晶片的轮廓特点。对于有两个参考面的晶片，主参考面和次参考面之间有一定的夹角，可以用B和准以及夹角反映晶片的轮廓特点。

2 数据采集方法及数据特点

我们以单参考面晶片为例说明判断过程与原理。

2.1 数据采集方法

晶片的轮廓特点和特征值在上节已经说明。对晶片的定位就是要得到晶片的位置信息，这些信息需要由大量数据经过处理得到。经过机械手传片后，晶片进入设备坐标系中。如图3所示，其中B点是设备中固定位置，传感器的位置也是固定的，只要得到晶片圆心位置A的信息、参考面EF的信息，就完成了晶片的精确定位。通过机械手将定位后的晶片精确传送到加工工位，即可以进行晶片的精密加工[3-4]。

图3 晶片的数据采集系统

在图3所示的数据采集系统中，固定点B是承片台的中心，晶片由真空吸附在承片台上[5]，承片台以一定角度旋转，同时由传感器读取晶片边缘的位置信息，完成数据采集。

2.2 数据特点

在晶片定位中，我们需要的是晶片圆心和参考面信息，如图3所示，通过A和B两点做一直线，与圆相交于B1和B2，除参考面外，图形沿AB直线对称，参考面上任意一点与B之间的连线都比线段B B2短。

3 数据分析及处理

数据采集是分步进行，以承片台旋转一定角度获取位置信息，信息量和数据处理精度取决于旋转角度大小。以旋转角为0.0036°，则完成360°采集数据量为100000。处理方法：

轮廓识别软件对数据处理后，得到最大值Lmax=BB2和最小值Lmin=BB1，同时记录得到最大值和最小值旋转角度，进而得到晶片圆心线和偏移值Δ=AB的信息。采集到的数据中，用得到最小（大）值时的旋转角度加或减90°，就得到晶片边缘位置对应的距离，记为：L1=BD=BC，晶片半径为R，，则：

其中：L是Lmax=BB2或最小值Lmin=BB1

同样的数据处理，可以得到BE和BF的长度，及它们之间的夹角α=∠EBF。对三角形△EBF做垂线 BG，β1=∠EBG，β2=∠GBF，则 α=β1+β2，参考面长度 LEF=LBE×sin β1+LBF×sin β2，且 LBE×cos β1=LBF×cosβ2

通过计算可以得到 LEF，以及 β1和 β2，进而得到B值。至此得出晶片定位需要的所有信息：R、B、Δ、∠GBA[6，7]。

同样的处理方法可适用于次参考面。

4 定位系统组成

要完成上述数据采集与数据处理，需要如下部件：计算机系统、承片台步进电机、驱动器、位置传感器等。位置传感器的选择有多种方案，列出以下两种方案供参考：

1）位置传感器使用光电传感器，该传感器由步进电机驱动，在承片台转动一定角度后，步进驱动光电传感器，由传感器状态记录驱动传感器电机的数据，进而得到位置信息。

2）采用专用传感器以及驱动器：KEYENCE LS-7000 MICROMETER以及LS-7030传感器。

5 结 论

定位系统是设备的一部分，在实际使用过程中，选择的定位方法与设备要求的精度有关，还要考虑设备常量以及晶片进入设备坐标系的容差值。对于与数据处理相关的轮廓识别软件，在实际应用中要考虑其响应速度、数据处理速度、软件容错性等多种因素。

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