晶圓傳輸過程中自動(dòng)掃描算法的實(shí)現(xiàn)

李燕玲，劉 洋

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 100176)

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體專用設(shè)備正朝著高度自動(dòng)化、高效率化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的人工裝卡方式已無法滿足高速、智能化的發(fā)展需求。晶圓自動(dòng)傳輸是集成電路(IC)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，而晶圓自動(dòng)上下片機(jī)構(gòu)是自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵單元，其在設(shè)備中的地位越來越高。

在IC制造晶圓自動(dòng)傳輸過程中，需要隨時(shí)檢測片盒內(nèi)的晶圓存放狀態(tài)，以確認(rèn)晶圓在片盒內(nèi)的擺放位置，如斜放、雙片、空片等不符合傳輸要求的情況，確保順利提取晶片。傳統(tǒng)的晶圓位置檢測分有兩種形式，一種為片盒固定，檢測裝置上下移動(dòng)掃描，檢測片盒內(nèi)晶圓位置；一種為檢測裝置固定，片盒上下移動(dòng)，檢測片盒內(nèi)晶圓狀態(tài)。由于檢測單元的質(zhì)量輕，運(yùn)動(dòng)控制靈活，檢測裝置移動(dòng)掃描方式已逐步成為全自動(dòng)半導(dǎo)體設(shè)備主要采用的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由固定支架、驅(qū)動(dòng)單元、檢測傳感器、片盒內(nèi)晶圓等組成。在晶圓傳輸前，為了保證片盒內(nèi)的晶圓存放無重疊、斜插等情況出現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)檢測傳感器上下移動(dòng)，對片盒內(nèi)的晶圓進(jìn)行掃描檢測，檢測完成后將片盒內(nèi)晶圓所處的位置、片盒槽內(nèi)晶圓有無、晶圓存放是否存在雙片等現(xiàn)象進(jìn)行檢測，檢測完成后，根據(jù)掃描結(jié)果判斷是否可以進(jìn)行晶片傳輸以及晶圓傳輸?shù)木唧w狀態(tài)。

圖1　片盒固定檢測裝置上下移動(dòng)掃描示意圖

1　晶圓掃描方式的實(shí)現(xiàn)

在晶圓的自動(dòng)傳輸前，驅(qū)動(dòng)單元將帶動(dòng)檢測傳感器進(jìn)行自下而上的掃描，在掃描過程中，傳感器會(huì)根據(jù)片盒相應(yīng)槽內(nèi)晶圓的狀態(tài)產(chǎn)生檢測信號(hào)，并將檢測到的信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，進(jìn)行計(jì)算分析，得出晶片在片盒內(nèi)的存放狀態(tài)。

傳感器在晶圓的上下掃描過程中，當(dāng)檢測到有晶圓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，如圖2所示。

圖2　檢測信號(hào)脈沖波動(dòng)示意

系統(tǒng)通過對兩次脈沖的時(shí)間間隔、每次脈沖的持續(xù)時(shí)間等對脈沖信號(hào)進(jìn)行分析，確定晶圓在卡槽內(nèi)的有無和是否有雙片存在。

2　晶圓檢測算法的實(shí)現(xiàn)

在檢測過程中，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行速度，片盒內(nèi)槽間距以及晶圓的厚度，從最下面的一片開始檢測，脈沖數(shù)從檢測到第一片開始計(jì)算，我們得出相鄰兩次脈沖的時(shí)間間隔以及每次脈沖持續(xù)的時(shí)間，在根據(jù)時(shí)間檢測過程中的脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其分析流程如圖3所示。

圖3　檢測信號(hào)提取分析流程

3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在晶圓掃描過程中，采用標(biāo)準(zhǔn)片盒，片盒內(nèi)有25個(gè)卡槽，自下而上分別為K1到K25，在一定的速度和加速度條件下，檢測傳感器進(jìn)行上下移動(dòng)，每兩個(gè)卡槽之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為1 000 ms，正常狀態(tài)下，每個(gè)卡槽內(nèi)存在一個(gè)晶圓，每個(gè)晶圓的厚度掃描為135 ms，示意如圖4所示。

在檢測過程中，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行速度，片盒內(nèi)槽間距以及晶圓的厚度，從最下面的一片開始檢測，脈沖數(shù)從檢測到第一片開始計(jì)算，我們得出25片晶圓（半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)片盒為25片）的檢測理論數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　單片晶圓脈沖檢測理論數(shù)據(jù)表

在實(shí)際測試中所讀取到的脈沖開始位置和結(jié)束位置見表2所示。

數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對比理論掃描數(shù)據(jù)，并充分考慮運(yùn)動(dòng)過程中的誤差及干擾，確定晶片所在位置及晶片存放狀態(tài)。首先經(jīng)過對15組脈沖開始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定存在晶圓的片盒內(nèi)卡槽位置，其分析方法為，

間隔時(shí)間：ΔT1=T1i+1-T1i

表2　單片晶圓脈沖實(shí)測數(shù)據(jù)表

用相鄰的兩組數(shù)據(jù)相減，得出的間隔數(shù)除以1 000，取整，從第一個(gè)卡槽開始計(jì)算，按1 000的倍數(shù)確定晶圓所在位置，若為1，則相鄰的卡槽內(nèi)均有晶圓，若為2或3，則相隔1或2才存在晶圓，分析結(jié)果如見表3。

表3　晶片有無檢測結(jié)果數(shù)據(jù)分析表

再根據(jù)每次脈沖的間隔時(shí)間，確定存在晶圓在卡槽內(nèi)的存放狀態(tài)，即通過脈沖起始和結(jié)束的間隔時(shí)間，ΔT2=T2i-T1i，

通過開始和結(jié)束的時(shí)間差，除以標(biāo)準(zhǔn)間隔時(shí)間135 ms，取整，若為1則卡槽內(nèi)晶圓數(shù)量為1，若為2，則晶圓數(shù)量為2，其數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表4。

表4　晶片數(shù)量檢測結(jié)果數(shù)據(jù)分析表

綜合以上分析，其晶圓在卡槽內(nèi)的狀態(tài)見表5。

當(dāng)檢測到有空槽和雙片時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并停機(jī)檢查，重新裝片，確保每個(gè)片盒內(nèi)無空槽且無雙片，確保后續(xù)的晶圓自動(dòng)傳輸準(zhǔn)確無誤。

表5　晶片檢測結(jié)果匯總表

4　結(jié)　論

在晶圓傳輸?shù)倪^程中，影響設(shè)備穩(wěn)定性及可靠性的因素很多，晶圓在片盒內(nèi)卡槽的狀態(tài)除了空片、雙片以外，還會(huì)出現(xiàn)傾斜插放的情況，解決這類問題，則需要改變檢測傳感器位置及增加檢測傳感器數(shù)量，此文不再詳細(xì)論述。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪勁松，朱煜.我國“十五”期間IC制造裝備的發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2002，(2)：5-9.

[2]叢明，杜宇.面向IC制造的硅片機(jī)器人傳輸系統(tǒng)綜述[J].機(jī)器人，2007，(5)：261-265.