EG2001、 UF200 UF3000探针台 、NIKON I7-I14 光刻机、PVD 5000 、Endur 5500 等半导体设备硅片预对准技术简介
晶圆预对准，是半导体制造和半导体设备中的重要环节。晶圆预对准用来检测晶圆偏心和缺口（切口），实现单个晶圆定位和晶圆之间一致性，对半导体制造和对准精度起到重要保证。在硅片加工前，通过硅片预对准补偿硅片传输造成的定位误差，虽说只是一个小的子系统，但确实集机械、电子、光学和计算机一体的系统，在我司提供的EG2001 UF200、NIKON I7-I14、PVD 5000 、Endur 5500 等半导体设备中有着重要应用。
硅片预对准技术分自诞生至今，分为机械式预对准和光学预对准两个阶段。机械预对准用复杂的机构直接接触硅片，使其被动定位。其精度取决于机械设计制造和光电检测结构的精度，可满足0.35um以上设备，主要应用传输精度要求角度的微米级设备中。
机械预对准，成本低、控制系统和算法简单，但因为精度较低、机械结构复杂逐渐被淘汰。
随着计算机和光学的快速发展，光学预对准系统成为主流。它是用光学检测仪配合简单机构实现硅片的高精度定位。它集硅片切边探测和中心定位于一体，由光学检测仪器检测、记录硅片中心偏移量及切边或缺口位置，并将其传送给系统控制器，用简单结构经过直线和旋转运动实现硅片的定位。
如上图所示，预对准系统工作时，首先旋转单元气动吸附硅片并带其转动一周多，边缘探测器，边缘探测器检测到硅片边缘数据，并计算出圆心和切口位置偏差。旋转单元将X、Y轴上的偏差转到Y轴上。对心单元上升，旋转单元停止吸附，对心单元气动吸附硅片并带动硅片进行Y方向直线运动，根据计算的偏差完成硅片的对心。最后气动单元下降气动松开，旋转单元气动吸附硅片，根据计算的切口偏移量将切开转到指定位置完成整个的预对准。
一、硅片把持方式：
硅片预对准，分为真空吸附和边缘夹持两种。
因硅片加工工艺对洁净度要求高，硅片容易损坏。通过真空泵在硅片产生和释放气压实现硅片的吸附和释放作用。
但真空吸附，不能在真空环境工作，且吸盘与硅片表面直接接触，容易造成背面污染。而通过机械方式对硅片边缘进行夹持，避免对硅片背面污染，且满足真空工作条件。
二、旋转单元
旋转的作用，是承载硅片并带动硅片绕Z轴旋转和沿着Z轴升降。在旋转单元带动硅片旋转，期间图像传感器检测硅片边缘特征，并进行计算边缘数值。根据计算结果将圆心旋转到Y轴，有对心单元完成芯片对心。
三、对心单元
对心单元是让硅片圆心与旋转中心重合。当把圆心旋转到Y轴上时，只需根据偏差量带动Y轴 直线运动。
四、升降单元
绕Z轴升降运动，主要用在硅片交接，如硅片在对心单元和旋转单元进行交接。两个旋转电机控制滚珠螺杆，实现针卡吸盘的升降运动。
五、硅片预对准的视觉系统
硅片预对准视觉系统，分为CCD图像传感器系统和CCD摄像机对硅片边缘图形连续拍照，再由图像处理算法计算硅片中心和缺口位置。
由于预对准测量元素多，要求测量快、精度高，且硅片处于运动状态，一般选择CCD光积分非常短的情况下，满足高精度、高测量速度要求的线阵光源。线阵光源发出的光是椭圆散光速，轴向发射角大道30-50度，想要得到平行光束，须采用某种方式对其准直和整形。 理论上对准直要求较高时，应采用非球面透镜。
CCD摄像机用拍照方式获得硅片全息信息，利用灰度法进行二值化处理， 将硅片实际位置信息与计算机存储的目标硅片信息做比较，从而获得预对准调整量，完成定位和对准。检测对照方法为圆拟合算法，具体可分为加权平均法、最小二乘法和回转半径法三种计算方法。
在预对准工作周期，有两个阶段需要检测硅片缺口或者切边。第一阶段是在硅片边缘采样数据预处理，通过检测缺口或切边断点，剔除缺口或切边上数据；第二阶段是硅片对心之后，检测硅片缺口或切口中心的位置，并使之停在指定角度。检测硅片缺口范围，可用边缘变化率方法。
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