晶圆传输过程中自动扫描算法的实现

李燕玲，刘 洋

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 100176)

随着智能化技术的发展，半导体专用设备正朝着高度自动化、高效率化方向发展，传统的人工装卡方式已无法满足高速、智能化的发展需求。晶圆自动传输是集成电路(IC)生产设备实现自动化的关键工艺环节，而晶圆自动上下片机构是自动化生产设备的关键单元，其在设备中的地位越来越高。

在IC制造晶圆自动传输过程中，需要随时检测片盒内的晶圆存放状态，以确认晶圆在片盒内的摆放位置，如斜放、双片、空片等不符合传输要求的情况，确保顺利提取晶片。传统的晶圆位置检测分有两种形式，一种为片盒固定，检测装置上下移动扫描，检测片盒内晶圆位置；一种为检测装置固定，片盒上下移动，检测片盒内晶圆状态。由于检测单元的质量轻，运动控制灵活，检测装置移动扫描方式已逐步成为全自动半导体设备主要采用的结构，其结构如图1所示，主要由固定支架、驱动单元、检测传感器、片盒内晶圆等组成。在晶圆传输前，为了保证片盒内的晶圆存放无重叠、斜插等情况出现，驱动单元带动检测传感器上下移动，对片盒内的晶圆进行扫描检测，检测完成后将片盒内晶圆所处的位置、片盒槽内晶圆有无、晶圆存放是否存在双片等现象进行检测，检测完成后，根据扫描结果判断是否可以进行晶片传输以及晶圆传输的具体状态。

图1　片盒固定检测装置上下移动扫描示意图

1　晶圆扫描方式的实现

在晶圆的自动传输前，驱动单元将带动检测传感器进行自下而上的扫描，在扫描过程中，传感器会根据片盒相应槽内晶圆的状态产生检测信号，并将检测到的信号传输到控制系统，进行计算分析，得出晶片在片盒内的存放状态。

传感器在晶圆的上下扫描过程中，当检测到有晶圆时，会产生脉冲信号，如图2所示。

图2　检测信号脉冲波动示意

系统通过对两次脉冲的时间间隔、每次脉冲的持续时间等对脉冲信号进行分析，确定晶圆在卡槽内的有无和是否有双片存在。

2　晶圆检测算法的实现

在检测过程中，根据电机运行速度，片盒内槽间距以及晶圆的厚度，从最下面的一片开始检测，脉冲数从检测到第一片开始计算，我们得出相邻两次脉冲的时间间隔以及每次脉冲持续的时间，在根据时间检测过程中的脉冲数据进行分析，其分析流程如图3所示。

图3　检测信号提取分析流程

3　实验验证

在晶圆扫描过程中，采用标准片盒，片盒内有25个卡槽，自下而上分别为K1到K25，在一定的速度和加速度条件下，检测传感器进行上下移动，每两个卡槽之间的运动时间为1 000 ms，正常状态下，每个卡槽内存在一个晶圆，每个晶圆的厚度扫描为135 ms，示意如图4所示。

在检测过程中，根据电机运行速度，片盒内槽间距以及晶圆的厚度，从最下面的一片开始检测，脉冲数从检测到第一片开始计算，我们得出25片晶圆（半导体标准片盒为25片）的检测理论数据如表1所示。

表1　单片晶圆脉冲检测理论数据表

在实际测试中所读取到的脉冲开始位置和结束位置见表2所示。

数据进行分析，对比理论扫描数据，并充分考虑运动过程中的误差及干扰，确定晶片所在位置及晶片存放状态。首先经过对15组脉冲开始数据进行分析，确定存在晶圆的片盒内卡槽位置，其分析方法为，

间隔时间：ΔT1=T1i+1-T1i

表2　单片晶圆脉冲实测数据表

用相邻的两组数据相减，得出的间隔数除以1 000，取整，从第一个卡槽开始计算，按1 000的倍数确定晶圆所在位置，若为1，则相邻的卡槽内均有晶圆，若为2或3，则相隔1或2才存在晶圆，分析结果如见表3。

表3　晶片有无检测结果数据分析表

再根据每次脉冲的间隔时间，确定存在晶圆在卡槽内的存放状态，即通过脉冲起始和结束的间隔时间，ΔT2=T2i-T1i，

通过开始和结束的时间差，除以标准间隔时间135 ms，取整，若为1则卡槽内晶圆数量为1，若为2，则晶圆数量为2，其数据分析结果如表4。

表4　晶片数量检测结果数据分析表

综合以上分析，其晶圆在卡槽内的状态见表5。

当检测到有空槽和双片时，系统报警并停机检查，重新装片，确保每个片盒内无空槽且无双片，确保后续的晶圆自动传输准确无误。

表5　晶片检测结果汇总表

4　结　论

在晶圆传输的过程中，影响设备稳定性及可靠性的因素很多，晶圆在片盒内卡槽的状态除了空片、双片以外，还会出现倾斜插放的情况，解决这类问题，则需要改变检测传感器位置及增加检测传感器数量，此文不再详细论述。

参考文献：

[1]汪劲松，朱煜.我国“十五”期间IC制造装备的发展战略研究[J].机器人技术与应用，2002，(2)：5-9.

[2]丛明，杜宇.面向IC制造的硅片机器人传输系统综述[J].机器人，2007，(5)：261-265.