CN111640694B - 一种晶圆上片系统的校准和监控方法及晶圆上片系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶圆上片系统的校准和监控方法及晶圆上片系统。校准方法包括：获取校准晶圆重复上片的上片参数的统计数据；通过设定校准达标条件对统计数据进行验证，并根据验证结果判断晶圆上片系统是否正常；获取并保存晶圆上片系统的第一工作参数和第二工作参数。监控方法包括：获取设备工作中每片晶圆的当前上片参数；根据当前上片参数及第二工作参数，获取当前上片参数的监控数值；根据监控数值，确定晶圆上片系统是否需要进行再次校准。通过优化晶圆上片系统的校准方法，获得第一和第二工作参数，以便系统能依赖这些工作参数进行正常工作。同时基于这些工作参数监控系统的工作状态，及时判断系统是否异常而需实施再校准，优化了校准时机。

Description

一种晶圆上片系统的校准和监控方法及晶圆上片系统

技术领域

本发明实施例涉及大规模集成电路制造和工艺检测设备，尤其涉及这些设备中晶圆上片系统的工作状态维护的校准和监控方法，及适用于半导体设备的晶圆上片系统。

背景技术

半导体大规模集成电路生产和检测设备，简称半导体设备，其各部件的正常工作依赖于准确的工作参数，而这些参数主要由这些部件的校准获得。

通常半导体设备工作包括两个步骤。其一，用户事先离线制定工作菜单(Recipe)，工作菜单包括设备的主要任务的步骤；其二，正常工作时，对同一类晶圆，设备高速和在线(in-line)自动重复执行工作菜单以进行生产。

半导体设备组装后其部件需经校准才能正常工作，随着使用次数和时间增加，部分部件的工作参数还会发生漂移，有时部件也会损耗，因此需要对其状态进行监控并及时校准，以便让这些部件能基于准确的工作参数工作。

半导体设备中与晶圆上片相关的部件统称为晶圆上片系统。上片过程中的一系列机械运动步骤，使得上片后晶圆的圆心在承载晶圆的机械运动平台上的位置，以及晶圆的取向(关联到位置的确定)均会有一定的不确定性，而后续工作包括执行设备的核心任务都涉及晶圆位置的精确范围，因此需要对晶圆上片系统进行校准，获得上述晶圆圆心位置和晶圆取向的精确范围，作为工作参数。另外由于半导体设备上片动作频繁，随时间和使用次数增加，基于之前校准的工作状态会逐渐漂移，也需要监控，以便及时再校准和维护。

现有技术中通常采用定时校准的方式加以实现，没有对其状态进行合理的监控和判断校准时机。然而，校准不及时将会导致设备不能正常工作或增加大量耗时，例如可导致后续晶圆对准耗费大量时间或失败，最终影响设备吞吐量甚至造成一定的经济损失；另一方面，校准过于频繁，将占用过多的设备正常工作时间，造成了资源的浪费。

有基于此，亟需对晶圆上片系统的工作状态进行校准并对校准时机进行有效监控。

发明内容

本发明提供一种晶圆上片系统的校准和监控方法及晶圆上片系统，以优化对晶圆上片系统的校准时机。

第一方面，本发明实施例提供了一种晶圆上片系统的状态校准方法，包括：

获取校准晶圆重复上片的上片参数的统计数据；其中，所述上片参数包括晶圆圆心参数和晶圆取向参数，所述统计数据包括所述上片参数的均值和方差；

通过设定校准达标条件对所述统计数据进行验证，并根据验证结果判断晶圆上片系统是否正常；

获取并保存晶圆上片系统的第一工作参数和第二工作参数；所述第一工作参数包括满足所述校准达标条件的上片参数的均值和方差；

获取并保存晶圆上片系统的第二工作参数，包括：

设定第一参数调节因子以及第二参数调节因子，并结合所述第一工作参数，获取第一边界阈值、第二边界阈值，将所述第一参数调节因子、第二参数调节因子、第一边界阈值、第二边界阈值作为所述第二工作参数并保存，其中，所述第二参数调节因子小于所述第一参数调节因子。

第二方面，本发明实施例提供了一种晶圆上片系统的状态监控方法，先基于第一方面实施例提供的任一晶圆上片系统的校准方法，对所述晶圆上片系统进行校准，还包括：

获取设备工作中每片晶圆的当前上片参数；其中，所述当前上片参数包括晶圆圆心参数和晶圆取向参数；

根据所述当前上片参数及所述第二工作参数，获取所述当前上片参数的监控数值；其中，所述监控数值包括当前上片参数的第一出界次数和第二出界次数，所述第一出界次数为各个当前上片参数超出所述第二工作参数中的第一边界阈值范围的次数的之和，所述第二出界次数为各个当前上片参数超出所述第二工作参数中的第二边界阈值范围但在所述第二工作参数中的第一边界阈值范围之内的次数之和；

根据所述监控数值，确定所述晶圆上片系统是否需要进行再次校准。第三方面，本发明实施例还提供了一种晶圆上片系统，包括：

一个或多个计算机或处理器，用于执行本发明任意实施例所述的一种晶圆上片系统的状态校准方法，或如本发明任意实施例所述的一种晶圆上片系统的状态监控方法；

存储装置，用于存储计算机软件、保存数据和管理数据；

输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；

前端机械模组EFEM；其中，所述EMEF包括内部机械手和预对准器；

外部晶圆搬运机械手；以及

防止晶圆的机械运动平台。

本发明实施例优化了晶圆上片系统的状态校准方法，获得第一工作参数和第二工作参数，以便晶圆上片系统的各相关部件包括硬件和子系统，能依赖第一工作参数和第二工作参数进行正常工作。同时基于校准过程中获得的第一工作参数和第二工作参数，监控晶圆上片系统的工作状态，以及时判断所述上片系统是否异常而需要实施再校准，优化了校准时机的确定，从而既避免了校准不及时导致上片系统所在设备在工作的异常状况，同时又避免了校准过于频繁占用过多设备正常使用时间所造成的资源的浪费。

附图说明

图1A是本发明实施例中的一种包含晶圆上片系统的半导体设备示意图；

图1B是本发明实施例中的一种晶圆上片系统校准方法的流程图；

图1C是本发明实施例中的获取晶圆圆心和晶圆取向的方法示意图；

图1D是本发明实施例中的一种模板图像的示意图；

图1E是本发明实施例中晶圆上片数据的统计分布图；

图1F是本发明实施例中晶圆上片数据的协方差分布图；

图1G是本发明实施例中的第一边界阈值和第二边界阈值的示意图；

图2是本发明实施例中的一种晶圆上片系统监控方法的流程图；

图3是本发明实施例中的一种晶圆上片系统的第一参数调节因子自动调节流程图；

图4是本发明实施例中的一种晶圆上片系统的第二参数调节因子自动调流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

为了清楚的介绍本发明实施例的技术方案，首先对本发明所涉及的晶圆上片系统进行详细说明。

参见图1A所示的一种包含晶圆上片系统的半导体设备示意图。该设备包括其核心任务部件10，例如检测设备中常见的光学或电子光学测量或检测系统,该设备还包括许多辅助部件。这些辅助部件中包括至少一个光学显微成像系统(Optical Microscope,OM)11，有足够视场范围和分辨率，可采集图像可供晶圆对准用。上述辅助部件中和晶圆上片相关的部件构成晶圆上片系统，例如，晶圆上片系统包括前端机械模组(Equipment Front EndModule，EFEM)15、机械运动平台19、机械手22。前端机械模组15，用于放置或取下晶圆21，前端机械模组15外侧可以放置晶圆盒16，前端机械模组15内部有内部机械手17和预对准器18；机械运动平台19，可以沿X、Y、Z方向平移和绕中心轴转动，机械运动平台19上有适配盘20，适配盘上可放置晶圆21，由于适配盘相对机械运动平台固定，可被视为机械运动平台的一部分；前端机械模组15外或主腔体内还可以包括外部晶圆搬运机械手22，用于将晶圆21放置于适配盘20上或从适配盘20上取下晶圆21。该设备还可以包括下位机和上位机，例如工业计算机12，其中装载有运行系统控制软件，用于对整个系统工作的流程的控制。

为保证设备正常工作，在其运行前对其中部件、子系统逐一校准。另外在设备正常工作中，随着使用次数和时间增加部件工作状态会发生漂移，也会实时监控其运行状态并根据情况对其中的部件、子系统进行再校准。

本发明提出了对其中上片系统的校准及监控的方法。

实施例一

图1B是本发明实施例中的一种晶圆上片系统校准方法的流程图，本发明实施例适用于采用图1A的半导体设备进行晶圆上片操作，该方法通过运行晶圆上片系统部件，结合软件和算法实现，并具体配置于电子设备中，该电子设备可以是晶圆上片系统中的数据和逻辑处理设备，例如计算机。

如图1B所示的一种晶圆上片系统校准方法，包括：

S111、获取校准晶圆重复上片的上片参数的统计数据。

其中，所述标准晶圆的上片参数包括晶圆圆心参数和晶圆取向参数。晶圆圆心参数为晶圆圆心在机械运动平台坐标系下的坐标位置(X，Y)，晶圆取向参数为晶圆中芯片(Die)的排列取向和机械运动平台X或Y坐标系的夹角。

其中，校准用的晶圆为无损正常的有图像的晶圆，因此可称之为标准晶圆。校准用的晶圆数量可以是1个或多个。一般的，可以采用重复上片的方式，通过标准晶圆对晶圆上片系统进行校准。其中，晶圆上片次数可以由技术人员根据需要或经验值进行确定，例如可以是500次。

在采用标准晶圆对晶圆上片系统进行上片校准过程中，获取每次上片时该标准晶圆的上片参数，即晶圆取向值θ和晶圆圆心坐标值(X，Y)，然后用统计的方法获取上片参数的统计数据，包括晶圆圆心坐标值(X，Y)和晶圆取向角θ的均值μ_x，μ_y，μ_θ，以及相应的方差σ_x，σ_y，σ_θ。

补充说明，所述晶圆取向和晶圆圆心坐标的确定过程，可以采用现有技术的方式加以实现，本发明在此不做任何限定。可选地，参见图1C，采集多帧晶圆边缘OM图像，探测其中晶圆边缘点26，27，28，29，并对上述边缘点拟合圆以获得圆心位置。同时参见图1C，在有图形晶圆(Patterned Wafer)的同一排或列的Die中，用模板匹配方法找相似点31，32，33，34，并对上述相似点拟合成直线35，以获得晶圆取向。其中，模板匹配涉及到的图像，如图1D所示，其中41为模板图像，42中框取的图案为模板。另外现有技术中还有很多其他模板匹配方法，包括互相关算法，本发明在此不作限定。

S112、通过设定校准达标条件对统计数据进行验证，并根据验证结果判断晶圆上片系统是否正常。

参见图1E，获取上片参数统计数据后，验证晶圆圆心坐标(X，Y)和晶圆取向角θ各自的方差σ_x，σ_y，σ_θ是否均在合理范围之内，即要求σ_x≤Dmax，σ_y≤Dmax，σ_θ≤Amax，如果是，则可认为晶圆上片系统正常，以完成对所述晶圆上片系统的校准，其中，Dmax为晶圆圆心位置变化方差上界，Amax为晶圆取向变化方差上界，例如Dmax值可为150um，Amax值可取为1.5°，Dmax和Amax的取值可由设备部件指标和厂商经验决定。如果其中一个方差数据出界，就意味着系统中至少一个部件包括机械手，预对准器，机械运动平台，EFEM当中的一个存在问题，也即上片系统不能完成校准，应在排查和解决硬件问题后重新进行上片校准。

进一步地，对上片参数的统计数据的验证，还包括验证上片参数变量之间的相关性，也即验证晶圆圆心坐标(X,Y)和晶圆取向角θ之间的相关性。参见图1F，可以通过获取任意一次上片的晶圆圆心坐标(X,Y)和晶圆取向角θ数据间的协方差来度量其相关性。具体地，定义位置变量R表示晶圆圆心坐标(X,Y)，

其均值为

然后计算协方差cov(R,θ)＝E[(R-ER)(θ-Eθ)]。其中，ER和Eθ分别为变量R和θ的期望值，可近似地用它们的均值μ_R和μ_θ替代。如果R和θ不怎么相关，则cov(R,θ)接近于0，反之如果R和θ非常相关，其绝对值接近于1。上片系统正常情况下，晶圆圆心坐标(X,Y)和晶圆取向角θ之间本应该不存在相关性，因此可以设定协方差的阈值C_m，要求|Cov(R,θ)|≤C_m。其中，C_m可以根据需要或经验值进行设定，例如可以是0.15。也即，通过确定上述上片参数的统计方差分布于合理范围之内后，进一步验证协方差的绝对值也需在协方差阈值C_m范围内，方可判定晶圆上片系统为可工作状态，否则说明说明上片系统中至少一个部件有问题，需要人工排查和解决问题，然后重新开始校准，直至校准结果达标为止。

S113、获取并保存晶圆上片系统的第一工作参数和第二工作参数。

第一工作参数为基本工作参数，为便于描述，通过验证的上片参数的统计数据中，统一用μ_i表示各上片参数的均值，σ_i表示各上片参数的方差，其中i为上片参数晶圆圆心坐标(X,Y)、晶圆取向角θ其中之一。当上述上片参数的统计数据全部通过验证时，就可以将相应的统计数据，即通过验证的各上片参数的均值μ_i(i＝X,Y,θ)和方差σ_i(i＝X,Y,θ)，作为晶圆上片系统的第一工作参数，保存到数据库中，供以后设备正常工作时使用。上述第一工作参数一直有效，直到下次校准或用历史数据统计结果更新之。

为精确判断上片系统的校准时机，基于通过验证的统计数据获取晶圆上片系统的第二工作参数，并保存至数据库中，用以监控上片系统的工作状态。

示例性地，设定第一参数调节因子以及第二参数调节因子，并结合所述第一工作参数，获取第一边界阈值、第二边界阈值，将所述第一参数调节因子、第二参数调节因子、第一边界阈值、第二边界阈值作为所述第二工作参数并保存，其中，所述第二参数调节因子小于所述第一参数调节因子。

结合图1G，采用以下公式分别确定第一边界阈值_T_i1、T_i1，以及第二边界阈值_T_i2、T_i2：

其中，i为上片参数晶圆圆心坐标(X,Y)、晶圆取向角θ之一，f_i1为上片参数i的第一参数调节因子；f_i2为上片参数i的第二参数调节因子；第一边界阈值的绝对值大于第二边界阈值的绝对值，通过设定f_i1>f_i2，也就有T_i1>T_i2恒成立。f_i1和f_i2的初始值可以根据经验值进行设定，例如fi₁＝3.0,fi₂＝2.0。和上述第一工作参数μ_i，σ_i一样，第一边界阈值_T_i1、T_i1，第二边界阈值_T_i2、T_i2，第一参数调节因子f_i1，第二参数调节因子f_i2均作为第二工作参数，保存到数据库中，为后续上片系统监控所用，且一直有效，直到下次校准或用历史数据更新之。可见第二工作参数部分基于第一工作参数。

实施例二

对晶圆上片系统完成上述校准后，说明系统处于正常状态，可用于生产制造。图2是本发明实施例中一种晶圆上片系统监控流程图，用于设备生产过程中对晶圆上片系统的实时状态进行监控。所述晶圆上片系统的监控方法，先基于上述校准方法完成晶圆上片系统的校准，进一步包括：

S211、获取设备工作中每片晶圆的当前上片参数；其中，当前上片参数包括晶圆圆心参数和晶圆取向参数。

半导体设备工作时，设备每次完成自动上片后会先进行晶圆对准，因此能获得一组晶圆圆心位置(X,Y)和晶圆取向角θ，也就是当前上片参数(X，Y，θ)。需要说明的是，所述晶圆对准可以采用现有技术的方式加以实现，本发明在此不做任何限定。例如，参照图1C，在有图形晶圆(Patterned Wafer)中同一排或同一列的Die中用模板匹配方法找多个相似点31、32、33、34并拟合成直线35，以确定晶圆取向。然后用以靠近晶圆中心的实际匹配位置，例如图1C中的位置31或32，与其理论位置的差值，确定晶圆圆心，其中匹配点理论位置是用户建立Recipe时确定的模板匹配位置。需要说明的是，半导体设备工作中获取晶圆取向和晶圆圆心位置的方法可以与校准中采用的相应方法不同。同时，采用现有技术也能获得无图形晶圆的圆心和取向，其中可以用和有图形晶圆相同的方法获得圆心位置，取向则可以是由圆心和缺槽中心定义的直线和机械运动平台X或Y轴的夹角。

S212、根据晶圆的当前上片参数及上述第二工作参数，获取当前上片参数的监控数值，当前上片参数的监控数值包括当前上片参数的第一出界次数和第二出界次数。

第一出界次数为各个当前上片参数超出第二工作参数中的第一边界阈值范围的次数的之和，第二出界次数为各个当前上片参数超出第二工作参数中的第二边界阈值范围但在第一边界阈值范围之内的次数之和。

获取设备工作中晶圆的当前上片参数之后，将晶圆的当前上片参数和晶圆上片系统的第二工作参数中的第一边界阈值和第二边界阈值比较，记录每一个当前上片参数超出第一边界阈值范围(_T_i1，T_i1)之外的次数N_i1，以及记录每一个当前上片参数超出第二边界阈值范围(_T_i2，T_i2)但在第一边界阈值范围(_T_i1，T_i1)之内的次数N_i2，同时统计各当前上片参数超出第一边界阈值次数之和N1，也即获得当前上片参数的第一出界次数N1，N1＝∑N_i1，(i＝X,Y,θ之一)；以及统计各当前上片参数超出第二边界阈值范围但在第一边界阈值范围之内的次数之和N2，也即获得当前上片参数的第二出界次数N2，N2＝∑N_i2，(i＝X,Y,θ之一)。

S213、根据当前上片参数的监控数值，确定晶圆上片系统是否需要进行再校准。

具体地，本步骤包括：

其一、当前上片参数的第一出界次数N1达到预设的第一出界阈值N1_Max后，生成系统校准请求，对上片系统进行再校准。

其中，第一出界阈值N1_Max≥1。此时，说明上片系统中部件工作状态出现严重的漂移，甚至可能损坏，影响设备正常工作，因此急需再校准，其中包括必要时排查部件问题和修复部件。优选地，可通过系统软件以适当形式，例如GUI(Graphical User Interface，图形用户界面)警告视窗或系统日志等方式提醒用户尽快在可能的情况下进行系统校准。

用户在对上片系统进行再校准时，其过程和实施例一中的完全相同。校准完成后设备上片系统获得新的通过验证的上片参数(X,Y,θ)的统计数据，包括上片参数的均值μ_i和方差σ_i，结合当前参数调节因子，进一步通过以下公式推出新的第一边界阈值范围(_T_i1,T_i1)和第二边界阈值范围(_T_i2,T_i2)：

其中，均值μ_i和方差σ_i都是新的，参数调节因子f_i1，f_i2未改变。上述再校准后获得的上片参数的均值μ_i和方差σ_i作为新的第一工作参数并保存至系统。同时，基于新的第一工作参数以及当前保存的第一参数调节因子f_i1和第二参数调节因子f_i2获取的第一边界阈值范围(_T_i1,T_i1)和第二边界阈值范围(_T_i2,T_i2)作为新的第二工作参数，也保存至系统。

校准后上片系统重新开始监控，上述N_i1将清零。

进一步地，在校准过程，还包括记录校准处理结果，校准处理包括对上片系统的硬部件是否修复或更新处理。可选地，采用计数器记录上述校准过程是否涉及硬部件修复或更新等硬件损耗情况，如果涉及硬部件修复或更新，计数器C1_hww增加1，用以记录再校准过程中换修硬部件的累计次数；否则计数器C1_nhww增加1，用以记录再校准过程中没有换修硬部件的累计次数，二者之和为监控过程中生成的系统校准请求总次数C1_total，也即C1_total＝C1_hww+C1_nohww。

其二、上片参数的第二出界次数N2达到预设的第二出界阈值N2_Max时，生成系统校准裁决请求，获取上片系统的历史上片参数统计数据并进行验证，基于验证结果裁决是否对上片系统进行再校准。

具体地，晶圆上片系统的历史上片参数的统计数据，包括各历史上片参数的均值和方差。其中历史上片参数的获取方法不限于一种，例如可以一定的间隔，选取设备工作中近期累积的或全部历史上片参数。其中更进一步，数据采样过程中可以设定获取步长，该获取步长可以是1，以实现历史上片参数的连续获取；还可以是大于1的整数值，以实现历史上片参数的间隔获取。其中，设定数量和获取步长可以由技术人员根据需要或经验值进行确定，例如设定数量可以是1000，获取步长可以是2，然后经统计获得历史上片参数中各上片参数的均值μ_i’和方差σ_i’,(i＝X,Y，θ)，也即获得历史上片参数的统计数据。

示例性地，通过设定验证条件验证历史上片参数的统计数据，如果历史上片参数的统计数据满足验证条件，无需对上片系统进行再校准，否则即需要对上片系统进行再校准。优选地，验证条件为以下不等式组合：

|μ_i’-μ_i|<U_max％；

σ_x’≤D_max，σ_y’≤D_max，σ_θ’≤A_max；

|Cov(R′,θ′)|≤C_m；

其中，μ_i’为历史上片参数的均值，μ_i为晶圆上片系统中保存的第一工作参数中通过验证的各上片参数的均值，U_max％为预设的漂移度阈值；σ_x’，σ_y’，σ_θ’为历史上片参数的方差，D_max为晶圆圆心位置变化方差上界，A_max为晶圆取向变化方差上界；Cov(R′,θ′)为历史上片参数中晶圆圆心坐标和晶圆取向角间的协方差。上述协方差和实施例一中关于上片系统校准中计算上片参数间协方差完全相同。示例性地，U_max％＝10％。

具体地，如果历史上片参数的统计数据满足上述不等式组合中所有条件，将历史上片参数的统计数据μ_i’，σ_i’(i＝X,Y，θ)替代上片系统现已保存的第一工作参数，作为新的第一工作参数μ_i，σ_i(i＝X,Y，θ)并保存至系统中。然后结合第一工作参数μ_i，σ_i(i＝X,Y，θ)及当前保存的第一参数调节因子f_i1和第二参数调节f_i2，通过以下公式获得新的第一边界阈值范围(_T_i1,T_i1)和第二阈值范围(_T_i2,T_i2),作为新的第二工作参数并保存至系统中，供后续监控所用。

公式如下：

此种情况说明上片系统现存的第一工作参数存在有限的漂移，并不影响设备正常工作，因此只要将这有限的偏移量纳入新的第一工作参数中，而无需校准，以此可以节约设备运行时间。

反之，如果历史上片数据的统计值不能满足上述不等式组合中所有条件，则说明上片系统需要再校准，再校准方法同步骤S213中所述的再校准过程相同，再校准后也即获得新的第一工作参数并保存至系统，同时基于新的第一工作参数以及当前保存的第一参数调节因子和第二参数调节因子获取的第一边界阈值范围和第二边界阈值范围作为新的第二工作参数，也保存至系统。

进一步地，记录对系统校准裁决请求的裁决结果。可选的，通过计数器分别记录裁决需要对系统进行再校准的次数C2_cal，以及裁决无需对系统进行再校准的次数C2_nocal，上片系统监控过程中生成的系统校准裁决请求总次数C2_total＝C2_cal+C2_nocal。

上述技术方案通过设定第一边界阈值和第二边界阈值，并将设备工作中的上片数据与第一边界阈值和第二边界阈值进行比较，根据比较也即验证结果，判定晶圆上片系统的校准时机从而能实时发现设备的异常，避免了校准不及时导致设备工作时出现异常，例如晶圆对准耗时增加，影响设备吞吐量甚至晶圆对准失败造成无法估计的损失；同时也能减少或避免不必要的校准以至于浪费半导体设备的正常工作时间。

实施例三

图3是本发明实施例中的一种晶圆上片系统监控流程图。本申请实施例在上述各实施例的技术方案的基础上进行了优化改进。基于上述上片系统监控中做出的再校准判断及相应处理的结果，对晶圆上片系统的第二工作参数中的第一参数调节因子进行自动调优，以便更贴近每个设备上片系统的实际工作状况，提高对上片系统监控的精准度。

如图3所示的一种晶圆上片系统的监控方法，基于实施例二中所述的晶圆上片系统的监控方法来实现，还包括：：

S311、基于监控过程中生成的系统校准请求总次数以及再校准过程中换修硬部件的累计次数，调整第一边界阈值范围的上边界；

S312、根据第一边界阈值范围的上边界、晶圆上片系统的第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整晶圆上片系统的第二工作参数中的第一参数调节因子；

S313、根据调整后的第一参数调节因子、第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整第二工作参数中新的第一边界阈值；

S314、将调整后的第一参数调节因子及第一边界阈值，作为新的第二工作参数并保存到晶圆上片系统中供后续监控使用。

具体地，通过设定第一优化阈值C1_limit验证监控过程中生成的系统校准请求总次数C1_total，第一优化阈值C1_limit为正整数，当系统校准请求总次数C1_total达到第一优化阈值C1_limit时，结合再校准过程中换修硬部件的累计次数C1_hww，调整第一边界阈值范围的上边界，包括：

其一，如果监控过程中生成的系统校准请求总次数大于第一优化阈值，且再校准过程中需要换修硬部件的累积次数的与系统校准请求总次数之间比值低于第一既定阈值，第一既定阈值为校准中涉及硬件换修次数的下限，通过以下算式组合，获得优化后的第一边界阈值范围的上边界T_i1New：

T_i1new＝T_i1+(T_i1-T_i2)×P％；

T_i1new≤4.0×σ_i；

其中，T_i1,T_i2分别为上片系统中现存的第二工作参数中的第一边界阈值和第二边界上片阈值部分；P％为经验值，可设置范围为1～10％，优选地，选取P％为5％；σ_i为上片系统中现存的第一工作参数中各上片参数的方差，i为上片参数X，Y,θ之一。

示例性的，第一既定阈值范围可为：0.01～0.10，例如第一既定阈值可设定为0.05，也即当C1_hww/C1_total<0.05,按照上述公式调整第一边界阈值。此种情况表明现有的第一边界阈值范围(_T_i1,T_i1)过严，可适当放宽，以进一步减少触发校准请求的次数，减少校准占用设备的工作时间。同时通过设定上限值来控制T_i1New的增加量，例如可以定为T_i1new≤4.0×σ_i,以实现对第一边界阈值的微调，以防发生过大的波动。

其二，如果监控过程中生成的系统校准请求总次数大于第一优化阈值，且再校准过程中需要换修硬部件的累积次数与系统校准请求总次数之间比值高于第二既定阈值，第二既定阈值为校准中涉及硬件换修次数的上限，通过以下算式组合，获得优化后的第一边界阈值范围的上边界T_i1new：

T_i1new＝T_i1+(T_i1-T_i2)×N％；

T_i1new≥T_i2+T_i2×G％；

其中，T_i1,T_i2分别为上片系统中现存的第二工作参数中的第一边界阈值和第二边界上片阈值；N％，G％为经验值，N％可设置范围为1～20％，优选地，选取N％为10％；N％可设置范围为20～60％，优选地，选取G％为40％。N％>P％,表明修正偏保守。示例性的，第二既定阈值范围可为：0.15～1.0，例如第二既定阈值可设定为0.20，也即当C1_hww/C1_total>0.20，按照上述公式组合调整第一边界阈值。此种情况表明现有的第一边界阈值范围(_T_i1,T_i1)过松，可适当紧缩。同时通过设定下限值来控制T_i1New的缩减量，例如上述公式组合中的第二公式可以限制优化后的T_i1New比T_i2高G％,以实现对第一边界阈值的微调。

无论按上述两种情况中哪一个处理，最后从T_i1new可以导出f_i1new，即f_i1new＝(T_i1new-μ_i)/σ_i，继而更新了第一参数调节因子。然后结合上片系统中现存的第一工作参数，可获得新的第一边界阈值范围(_T_i1、T_i1)：

这些调整后的f_i1，(_T_i1，T_i1)作为新的第二工作参数保存到系统供后续使用。当这些工作参数更新后，再校准过程中换修硬部件的累计次数C1_hww，没有换修硬部件的累计次数C1_nhww，系统校准请求总次数C1_total清零。

当然，如果其中C1_total中需要维修或更换硬部件的次数比例适中，不满足上述两个要求，说明现存的第一参数调节因子恰到好处，则不改变第一参数调节因子和第一边界阈值，让系统继续使用之。另外，也允许用户暂停关于第一参数调节因子的进一步更新，直到下一次重新启用。

第一参数调节因子初值是基于经验而定的，随着设备的运行，需要基于设备工作动态适时调整，以使其更准确的反应当前上片系统的实际情况。本发明实施例根据当前上片系统的上片数据，及时调控第一参数调节因子，提高对上片系统的监控精确度。

实施例四

图4是本发明实施例中的一种晶圆上片系统监控流程图。本申请实施例在上述各实施例的技术方案的基础上进行了优化改进。基于上述上片系统监控中触发系统校准裁决请求情况，根据再校准结果，对晶圆上片系统的第二工作参数中的第二参数调节因子进行自动调优，以便更贴近每个设备上片系统的实际工作状况，提高对上片系统监控的精准度。

如图4所示的一种晶圆上片系统的监控方法，基于实施例二中所述的晶圆上片系统的监控方法来实现，还包括：

S411、基于监控过程中生成的系统校准裁决请求总次数以及裁决无需对系统进行再校准的累计次数，调整第二边界阈值范围的上边界；

S412、根据第二边界阈值范围的上边界、晶圆上片系统的第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整晶圆上片系统的第二工作参数中新的第二参数调节因子；

S413、根据调整后的第二参数调节因子、第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整第二工作参数中新的第二边界阈值；

S414、将调整后的第二参数调节因子及第二边界阈值，作为新的第二工作参数并保存到晶体上片系统中供后续监控使用。

具体地，通过设定第二优化阈值C2_limit验证监控过程中生成的系统校准裁决请求总次数C2_total，第二优化阈值C2_limit≥10，当系统校准裁决请求总次数达到第二优化阈值，再结合裁决无需对系统进行再校准的累计次数C2_nocal，调节第二边界阈值范围的上边界。包括：

a)、基于上述上片系统监控中生成的系统校准裁决请求总次数，以及裁决无需对系统进行再校准的累计次数，通过以下公式获取反馈修正值：

其中，ΔN为反馈修正值，C2_total为系统校准裁决请求总次数，C2_nocal为裁决无需对系统进行再校准的累计次数，N_midway为中间阈值,在(0，1)之间，不包括0和1，可以实现反馈修正值ΔN具有正反两个方向，即反馈修正值ΔN是有正负符号的一个参数。优选地，N_midway＝0.5，可以使得正反两个方向修正机会相等。

b)、基于反馈修正值，获取新的第二边界阈值范围的上边界。示例性地，采用以下公式，计算获取新的第二边界阈值范围的上边界T_i2new：：

T_i2new＝T_i2+ΔN×B％。

其中，B是比例因子，代表修正步长的百分比，其值不太大，取值范围为0.01-0.10优选地，B％＝5％，。预计ΔN为正时，新的第二阈值范围(_T_i2，T_i2)会较原来的增大；ΔN为负时，新的第二阈值范围(_T_i2，T_i2)较原来的减小。

进一步地，通过设定下限值和上限值规定T_i2New的改变量下限，例如通过以下不等式限制T_i2New的微调范围：

T_i2new≥1.25×σ_i，T_i2New≤T_i1×F％。

其中，σ_i是上片系统现存的第一工作参数中的上片参数的方差。F％为比例因子，取值范围55％～75％。优选地，F％＝60％。通过设定下限值和上限值来实现对第二工作参数的微调。

c)、基于新的第二边界阈值范围的上边界，推导出新的第二参数调节因子：f_i2new＝(T_i2new-μ_i)/σ_i。然后结合上片系统中现存的第一工作参数，可获得新的第二边界阈值范围(_T_i2、T_i2)：

d)、将新的第二边界阈值范围、新的第二参数调节因子，作为新的第二工作参数保存到系统供后续使用。

当这些工作参数更新后，给上述C2_total，C2，C2_total清零。

如果使用中用户觉得当前f_i2，_T_i2T_i2工作参数很合适，可暂停第二参数调节因子的更新，直到下一次重新启用。

第二参数调节因子初值是基于经验而定的，随着设备的运行，需要基于设备工作动态适时调整，以使其更准确的反应当前上片系统的实际情况。本发明实施例根据当前上片系统的上片数据，及时调控第二参数调节因子，提高了对上片系统的监控精确度。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种晶圆上片系统的校准方法，其特征在于，包括：

获取校准晶圆重复上片的上片参数的统计数据；其中，所述上片参数包括晶圆圆心参数和晶圆取向参数，所述统计数据包括所述上片参数的均值和方差；

通过设定校准达标条件对所述统计数据进行验证，并根据验证结果判断晶圆上片系统是否正常；

获取并保存晶圆上片系统的第一工作参数和第二工作参数；所述第一工作参数包括满足所述校准达标条件的上片参数的均值和方差；

其中，获取并保存晶圆上片系统的第二工作参数，包括：

设定第一参数调节因子以及第二参数调节因子，并结合所述第一工作参数，获取第一边界阈值、第二边界阈值，将所述第一参数调节因子、第二参数调节因子、第一边界阈值、第二边界阈值作为所述第二工作参数并保存，其中，所述第二参数调节因子小于所述第一参数调节因子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一边界阈值、第二边界阈值通过如下公式确定：

其中，i表示各上片参数，_T_i1、T_i1为所述第一边界阈值，_T_i2、T_i2为所述第二边界阈值，μ_i为所述满足所述校准达标条件的上片参数的均值，σ_i为所述满足所述校准达标条件的上片参数的方差，f_i1为所述第一参数调节因子；f_i2为所述第二参数调节因子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计数据还包括所述晶圆圆心参数与所述晶圆取向参数之间的协方差；所述协方差根据如下公式确定：

cov(R,θ)＝E[(R-ER)(θ-Eθ)] ；

其中，cov(R,θ)为所述协方差；R表示所述晶圆圆心位置，θ为所述晶圆取向参数，E为期望符号；(X,Y)为所述晶圆圆心位置的坐标。

4.一种晶圆上片系统的状态监控方法，其特征在于，先基于权利要求1-3中任一项所述的晶圆上片系统的校准方法，对所述晶圆上片系统进行校准，还包括：

获取设备工作中每片晶圆的当前上片参数；其中，所述当前上片参数包括晶圆圆心参数和晶圆取向参数；

根据所述当前上片参数及所述第二工作参数，获取所述当前上片参数的监控数值；其中，所述监控数值包括当前上片参数的第一出界次数和第二出界次数，所述第一出界次数为各个当前上片参数超出所述第二工作参数中的第一边界阈值范围的次数的之和，所述第二出界次数为各个当前上片参数超出所述第二工作参数中的第二边界阈值范围但在所述第二工作参数中的第一边界阈值范围之内的次数之和；

根据所述监控数值，确定所述晶圆上片系统是否需要进行再次校准。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述监控数值，确定所述晶圆上片系统是否需要进行再次校准，包括：

若所述第一出界次数大于第一出界阈值，则生成所述晶圆上片系统的校准请求，对上片系统进行再次校准；

基于所述再次校准，更新所述第一工作参数并保存；

基于所述更新后的第一工作参数以及当前保存的所述第一参数调节因子和所述第二参数调节因子，更新所述第一边界阈值范围和所述第二边界阈值范围，以更新所述第二工作参数并保存。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述晶圆上片系统的状态监控中生成所述校准请求的总次数，以及所述再次校准过程中换修硬部件的累计次数。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述监控数值，确定所述晶圆上片系统是否需要进行再校准，包括：

若所述第二出界次数大于第二出界阈值，则生成所述晶圆上片系统的校准裁决请求；

响应于所述校准裁决请求，通过设定验证条件对所述晶圆上片系统上片历史的上片参数的统计数据进行验证，并基于验证结果裁决是否对所述晶圆上片系统进行再校准，所述统计数据包括所述系统历史上片的各上片参数的均值和方差以及所述上片参数间的协方差；

所述验证条件包括以下不等式组合：

|μ_i’-μ_i|<U_max％；

σ_i’≤T_i-max；

|Cov(i1′,i2′)|≤C_m；

其中，i表示各上片参数，μ_i’为各历史上片参数的均值，μ_i为所述晶圆上片系统中保存的第一工作参数中的各上片参数的均值，U_max％为预设的漂移度阈值；σ_i’为各历史上片参数的方差，T_i-max为各历史上片参数变化方差上界；Cov(i1′,i2′)为上片参数间的协方差，C_m为协方差阈值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述晶圆上片系统上片历史的上片参数的统计数据进行验证，并基于验证结果裁决是否对所述晶圆上片系统进行再次校准，包括：

若所述历史上片参数的统计数据满足上述不等式组合中所有条件，则裁决无需对系统进行再次校准，并将所述历史上片参数的统计数据替代上片系统现存的所述第一工作参数且保存，同时基于更新后的所述第一工作参数以及当前保存的所述第一参数调节因子和所述第二参数调节因子，更新所述第一边界阈值范围和所述第二边界阈值范围以更新所述第二工作参数并保存；否则裁决需要对系统进行次再校准。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述晶圆上片系统的状态监控中生成的所述校准裁决请求的总次数，以及所述裁决无需对系统进行再校准的次数、所述裁决需要对系统进行再校准的次数。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于监控过程中生成的系统校准请求总次数以及再校准过程中换修硬部件的累计次数，调整第一边界阈值范围的上边界；

根据所述第一边界阈值范围的上边界、所述晶圆上片系统的第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整所述晶圆上片系统的第二工作参数中的第一参数调节因子；

根据调整后的第一参数调节因子、第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整所述第二工作参数中新的第一边界阈值；

将调整后的第一参数调节因子及第一边界阈值，作为新的第二工作参数并保存到所述晶圆上片系统中供后续监控使用。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于监控过程中生成的系统校准请求总次数以及再校准过程中换修硬部件的累计次数，调整第一边界阈值范围的上边界，包括：

若监控过程中生成的系统校准请求总次数大于第一优化阈值，且再校准过程中换修硬部件的累计次数与所述系统校准请求总次数之间比值小于第一既定阈值，则通过如下公式确定晶圆上片系统的第一边界阈值范围的上边界：

T_i1new＝T_i1+(T_i1-T_i2)×P％；

T_i1new≤4.0×σ_i；

若监控过程中生成的系统校准请求总次数大于第一优化阈值，且再校准过程中换修硬部件的累计次数与所述系统校准请求总次数之间比值大于第二既定阈值，则通过如下公式确定晶圆上片系统的第一边界阈值范围的上边界：

T_i1new＝T_i1+(T_i1-T_i2)×N％；

T_i1new≥T_i2+T_i2×G％；

其中，T_i1new为调整后的第一边界阈值范围的上边界，T_i1，T_i2分别为晶圆上片系统的第二工作参数中第一边界阈值和第二边界阈值；σ_i为所述晶圆上片系统的第一工作参数中上片参数的方差；P％、N％和G％为经验值。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于监控过程中生成的系统校准裁决请求总次数以及裁决无需对系统进行再校准的累计次数，调整第二边界阈值范围的上边界；

根据所述第二边界阈值范围的上边界、晶圆上片系统的第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整所述晶圆上片系统的第二工作参数中新的第二参数调节因子；

根据调整后的第二参数调节因子、第一工作参数中上片参数的均值和上片参数的方差，调整所述第二工作参数中新的第二边界阈值；

将调整后的第二参数调节因子及第二边界阈值，作为新的第二工作参数并保存到所述晶体上片系统中供后续监控使用。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，基于监控过程中生成的系统校准裁决请求总次数以及裁决无需对系统进行再校准的累计次数，调整第二边界阈值范围的上边界，包括：

基于监控过程中生成的系统校准裁决请求总次数以及裁决无需对系统进行再校准的累计次数，通过以下公式确定反馈修正值：

其中，ΔN为反馈修正值；C2_total为系统校准裁决请求总次数，C2_nocal为裁决无需对系统进行再校准的累计次数；N_midway为中间阈值，取值范围为(0-1)；

基于所述反馈修正值，通过以下公式获取确定第二边界阈值范围的上边界：

T_i2new＝T_i2+ΔN×B％；

T_i2new为调整后的第二边界阈值范围的上边界；B是比例因子，B的取值范围为(0.01-0.10)。

14.一种适用于半导体设备的晶圆上片系统，其特征在于，包括：

一个或多个计算机或处理器，用于执行如权利要求1-3任一项所述的晶圆上片系统的校准方法，或如权利要求4-13 任一项所述的晶圆上片系统的状态监控方法；

存储装置，用于存储计算机软件、保存数据和管理数据；

输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；

前端机械模组EFEM；其中，所述EFEM包括内部机械手和预对准器；

外部晶圆搬运机械手；以及

承载晶圆的机械运动平台。

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