CN111983432A

CN111983432A - 一种晶圆位置检测装置仿真测试系统

Info

Publication number: CN111983432A
Application number: CN202010903005.0A
Authority: CN
Inventors: 戴金方
Original assignee: Wuxi Zhuohai Technology Co ltd
Current assignee: Wuxi zhuohai Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2040-09-01
Also published as: CN111983432B

Abstract

本发明公开了一种晶圆位置检测装置仿真测试系统，涉及半导体技术领域，该系统利用测试方波发生器产生测试矢量发送给晶圆位置检测装置，可以自动化的对晶圆位置检测装置进行仿真测试而无需实测，易于实现。且通过测试矢量中时间同步信号的波形形态变化、传感器仿真信号的波形形态变化以及两者之间的相对相位调整，可以模拟下不同检测场景中不同晶圆放置状态，同时通过在波形中加入杂波并进行细分微调，可以模拟各类干扰影响因素，覆盖的测试情形更全面，可以有效测试晶圆位置检测装置的准确性、完备性和鲁棒性。

Description

一种晶圆位置检测装置仿真测试系统

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种晶圆位置检测装置仿真测试系统。

背景技术

在半导体加工过程中，经常需要将晶圆在各个工位之间进行传送，在传送之前需要先对晶圆盒内的各个槽的晶圆的放置状态进行检测，目前半导体加工领域通常使用晶圆位置检测装置来实现这一功能。

目前的晶圆检测装置主要基于检测传感器实现，这其中检测传感器可以使用单对射式传感器、双对射式传感器、单点反射式传感器、多点成像式传感器等等，但检测大致原理基本都是：晶圆检测装置包括同步齿条，根据槽齿空间与时间同步尺的对应可以确定相应的时间同步信号(Trig信号)，在检测开始时，检测传感器划过同步齿条并依次从晶圆盒的第一个槽运动至最后一个槽，同时在运动过程中发送/采集相应的传感器信号(Fs信号)。常见的晶圆盒的槽内的晶圆放置状态主要有空置无晶圆、槽内正常放置一片晶圆、槽内重叠放置多片晶圆以及晶圆在槽间交叉放置四类。如图1中晶圆盒的槽1展示了空置无晶圆的示意图、槽2展示了槽内正常放置一片晶圆的示意图、槽3展示了槽内重叠放置多片晶圆的示意图、晶圆在槽4和槽5间交叉放置的示意图。晶圆盒的槽内的晶圆放置状态不同时，获取到的信号也不同，以Trig信号为三齿情况为例，晶圆盒内的每一层的槽对应Trig信号和Fs信号的每一帧，获取到的Trig信号和Fs信号的示意图请参考图2，Trig信号高电平有效，Fs信号低电平有效，槽内正常放置一片晶圆时，对应帧的Fs信号是一个相对Trig信号居中的低电平方波，异常情况时则对应有空波、宽波、窄波、多脉冲杂波、超前、落后、跨帧等情况，基于预先确定好的时间同步信号来判定检测传感器输出的传感器信号(Fs信号)的归属于哪一类晶圆放置状态对应的特征。

晶圆检测装置若误识别则会带来后续撞片、碎片、漏检等后果，因此要求晶圆检测装置在各种情形下都要能快速准确识别，但实际晶圆检测装置的检测结果又会受到很多因素的影响，比如4/6/8/12不同尺寸料盒和晶圆规格各异会产生影响，晶圆标记Flat平边或Notch缺口在任意位置影响，料盒标准性、晶圆厚薄、材质、边沿倒角不同会产生影响，环境光干扰、装置振动、料盒及载台放置偏差、不同检测装置等会产生影响，因此在晶圆检测装置的研发过程中，如何判定晶圆检测装置的功能准确性、完备性是个重要课题，目前通常是在生产现场通过搭建若干个典型的模拟场景进行实地测试实现的，效率低、不方便而且可能会有判定遗漏。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种晶圆位置检测装置仿真测试系统，本发明的技术方案如下：

一种晶圆位置检测装置仿真测试系统，该晶圆位置检测装置仿真测试系统包括待测试的晶圆位置检测装置及其相连的测试方波发生器，测试方波发生器向晶圆位置检测装置发送至少两个不同的测试矢量，每个测试矢量分别对应一个仿真结果；每个测试矢量分别包括时间同步信号和传感器仿真信号，且时间同步信号和传感器仿真信号基于同一个时基信号，至少两个不同的测试矢量中的时间同步信号的波形形态不同，和/或，传感器仿真信号的波形形态不同，和/或，传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位不同；晶圆位置检测装置根据获取到的测试矢量输出对应的反馈结果，当反馈结果与测试矢量对应的仿真结果不一致时确定晶圆位置检测装置存在功能异常。

其进一步的技术方案为，测试方波发生器向晶圆位置检测装置提供至少两种不同的波形形态的时间同步信号。

其进一步的技术方案为，每种波形形态的时间同步信号分别对应晶圆位置检测装置的一种检测场景；不同的检测场景中，晶圆位置检测装置的检测速度、结构以及晶圆位置检测装置检测的晶圆盒的结构存在至少一个不同，晶圆位置检测装置检测的结构包括齿条结构和单个槽位所设的齿数量中的至少一种，晶圆盒的结构包括晶圆盒的槽间距和槽位数量中的至少一种。

其进一步的技术方案为，不同波形形态的时间同步信号的周期、占空比、波个数、帧间间歇和帧数存在至少一个不同，且时间同步信号的周期与晶圆位置检测装置的检测速度对应、占空比与晶圆位置检测装置的齿条结构对应、波个数与晶圆位置检测装置的的单个槽位所设的齿数量对应、帧间间歇与晶圆盒的槽间距对应、帧数与晶圆盒的槽位数量对应。

其进一步的技术方案为，传感器仿真信号的波形宽度由传感器仿真信号的有效电平的时长确定，且传感器仿真信号的有效电平由若干个连续脉冲波拟合形成。

其进一步的技术方案为，传感器仿真信号的同一个波形宽度由至少两种不同的连续脉冲波拟合形成，至少两种不同的连续脉冲波的脉冲数量、各个脉冲的宽度以及各个脉冲的间隔存在至少一个不同。

其进一步的技术方案为，当两个传感器仿真信号的有效电平的时长不同时，两个传感器仿真信号的波形形态不同；当两个传感器仿真信号的有效电平的起始时刻相对于时间同步信号的有效电平起始时刻的提前或滞后的时长不同时，两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位不同。

其进一步的技术方案为，传感器仿真信号波形形态和相位由高低电平的时长决定，且高低电平的时长由测试方波发生器中的定时器调整，当两个传感器仿真信号的有效电平的时长差距在第一预定范围内时确定两个传感器仿真信号的波形形态相同，当两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的有效电平起始时刻的提前或滞后的时长差在第二预定范围内时，两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位相同。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种晶圆位置检测装置仿真测试系统，该系统利用测试方波发生器产生测试矢量发送给晶圆位置检测装置，可以自动化的对晶圆位置检测装置进行仿真测试而无需实测，易于实现。且通过测试矢量中时间同步信号的波形形态变化、传感器仿真信号的波形形态变化以及两者之间的相对相位调整，可以模拟下不同检测场景中不同晶圆放置状态，同时通过在波形中加入杂波并进行细分微调，可以模拟各类干扰影响因素，覆盖的测试情形更全面，可以有效测试晶圆位置检测装置的准确性、完备性和鲁棒性。同时该系统还可以扩展用于常规维修测试用激励触发信号。

附图说明

图1是晶圆盒内各种晶圆放置状态的示意图。

图2是晶圆位置检测装置在检测时所需要获取的Trig信号的Fs信号的示意波形。

图3是本申请的晶圆位置检测装置仿真测试系统的仿真测试流程图。

图4是本申请的每个测试矢量中包含的时间同步信号和传感器仿真信号的波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种晶圆位置检测装置仿真测试系统，该系统包括待测试的晶圆位置检测装置及其相连的测试方波发生器，该系统在仿真测试时的流程示意图请参考图3，测试方波发生器向晶圆位置检测装置发送至少两个不同的测试矢量，每个测试矢量包括时间同步信号和传感器仿真信号，且时间同步信号和传感器仿真信号基于同一个时基信号，快慢同步。则当两个测试矢量中的时间同步信号的波形形态、传感器仿真信号的波形形态以及时间同步信号与传感器仿真信号之间的相对相位存在至少一个不同时，这两个测试矢量不同。

每两个测试矢量中包含的时间同步信号的波形形态相同或者不同，且在该系统工作过程中，测试方波发生器向晶圆位置检测装置提供至少两种不同的波形形态的时间同步信号，且每个时间同步信号和传感器仿真信号基于同一个时基信号。请参考图4，时间同步信号的波形形态由高低电平的时长决定，不同的波形形态的时间同步信号的周期T、占空比τ、波个数n、帧间间歇Gt和帧数存在至少一个不同，波个数n表示一帧中有效电平的数量，比如图4中波个数n为3。每一个时间同步信号各帧的波形形态通常是相同的，实际也可以配置成不同的情况。每种波形形态的时间同步信号分别对应晶圆位置检测装置的一种检测场景，不同的检测场景中，晶圆位置检测装置的检测速度(也即检测传感器的移动速度)、结构以及晶圆位置检测装置检测的晶圆盒的结构存在至少一个不同，晶圆位置检测装置的结构包括齿条结构和单个槽位所设的齿数量中的至少一种，晶圆位置检测装置所检测的晶圆盒的结构包括晶圆盒的槽间距和晶圆盒的槽位数量中的至少一种。在本申请中，决定时间同步信号的波形形态的各项参数与检测场景的对应关系如下：

(1)周期T(即对应调PCA时基信号)——对应晶圆位置检测装置的检测速度，用于模拟特定的检测速度及变化。

(2)占空比τ——对应晶圆位置检测装置的齿条结构，用于模拟特定同步齿的齿条结构，包括不同设计和加工工艺下得到的结构。

(3)波个数n——对应晶圆位置检测装置单个槽位所设的的齿数量，用于模拟相应的齿数量，比如齿数量有1、2、3……，对应波个数n分别有1、2、3……。

(4)帧间间歇Gt——对应晶圆盒的槽间距，用于模拟不同尺寸晶圆盒的槽之间的间距，比如4/6/8/12不同尺寸晶圆盒的槽间距分别为4.75/4.75/6.35/10mm。

(5)帧数——对应晶圆盒的槽位数量，常见的有25或26或13个槽位，依次对应帧数为25或26或13。

测试方波发生器输出时间同步信号和传感器仿真信号的两个通道联动，可以自定义时间同步信号输出后随之开始的传感器仿真信号的输出时间，从而调节传感器仿真信号与时间同步信号的相对相位。传感器仿真信号的波形形态由高低电平的时长决定，实际主要尤其波形宽度W决定，而波形宽度W由有效电平时长决定，当两个传感器仿真信号的有效电平的时长不同时，两个传感器仿真信号的波形形态不同；当两个传感器仿真信号的有效电平的起始时刻相对于时间同步信号的有效电平起始时刻的提前或滞后的时长不同时，两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位不同。

进一步的在本申请中，传感器仿真信号的波形宽度W由传感器仿真信号的有效电平的时长确定，且传感器仿真信号的有效电平由若干个连续脉冲波拟合形成，比如在图4中，传感器仿真信号的有效电平由4个连续脉冲波(Aa、Bb、Cc、Dd)拟合而成，这四个连续脉冲波确定的总宽度即为有效电平的宽度，也为传感器仿真信号的波形宽度，通过连续脉冲波的拟合形成波形宽度的方式可以模拟杂波不稳的情况。

再进一步的，传感器仿真信号的同一个波形宽度由至少两种不同的连续脉冲波拟合形成，至少两种不同的连续脉冲波的脉冲数量、各个脉冲的宽度以及各个脉冲的间隔存在至少一个不同。通过调节各个脉冲的有效电平的时长可以调节各个脉冲的宽度，通过调节各个脉冲的非有效电平的时长可以调节各个脉冲的间隔。比如在图4中，以脉冲数量为4个连续脉冲波不变为例，一种连续脉冲波拟合可以是令A＝255tPCA、a＝32tPCA、B＝10tPCA、b＝45tPCA、C＝10tPCA、c＝55tPCA、D＝10tPCA、d＝75tPCA，另一种连续脉冲波拟合可以是令A＝255tPCA、a＝12tPCA、B＝20tPCA、b＝45tPCA、C＝10tPCA、c＝65tPCA、D＝10tPCA、d＝75tPCA，其中255tPCA表示255个时基信号长度。不同的连续脉冲波拟合方式可以用于模拟不同的影响因素引起的杂波情况，不同的影响因素包括不同检测传感器形式(包括单对射式、双对射式、单点反射式、多点成像式)、不同晶圆参数差异(包括规格、厚薄、材质、边沿倒角等差异)、晶圆标记Flat平边或Notch缺口在任意位置影响以及其他各类干扰误差的影响(包括环境光干扰、装置振动、料盒及载台放置偏差)。

晶圆位置检测装置根据获取到的测试矢量输出对应的反馈结果，该反馈结果即为晶圆位置检测装置根据接收到的时间同步信号和传感器仿真信号确定的晶圆放置状态，如背景技术部分介绍，这是晶圆位置检测装置的固有功能。而每个测试矢量分别对应一个预先确定好的仿真结果，不同测试矢量用于模拟仿真不同的晶圆放置状态，因此测试矢量对应的仿真结果是一种晶圆放置状态，则仿真结果至少包括空置无晶圆、槽内正常放置一片晶圆、槽内重叠放置多片晶圆以及晶圆在槽间交叉放置四类。当反馈结果与测试矢量对应的仿真结果不一致时确定晶圆位置检测装置存在功能异常，测试方波发生器依次输出各个不同的测试矢量进行仿真测试完成对晶圆位置检测装置的仿真。

在相同的检测环境下，也即时间同步信号相同时，对应于不同晶圆放置状态的测试矢量的波形情况通常如下：

(1)空置无晶圆——传感器仿真信号持续输出无效电平。

(2)槽内正常放置一片晶圆——传感器仿真信号与时间同步信号之间的相位差使得传感器仿真信号的有效电平对应时间同步信号的中间齿区域且波形宽度与时间同步信号的周期T相等。在满足这个相位以及波形宽度的基础上，传感器仿真信号有多种具体形式，比如以图4为例，传感器仿真信号的波形宽度W＝T＝256tPCA，则令A＝255tPCA、a＝255tPCA、B＝b＝C＝c＝D＝d＝0以得到传感器仿真信号。或者可以令A＝255tPCA、a＝32tPCA、B＝10tPCA、b＝44tPCA、C＝10tPCA、c＝55tPCA、D＝10tPCA、d＝75tPCA得到带有杂波的传感器仿真信号，模拟杂波不稳的情况，以此类推。

(3)槽内重叠放置多片晶圆——传感器仿真信号与时间同步信号之间的相位差使得传感器仿真信号的有效电平对应时间同步信号的中间齿及靠前区域且波形宽度与时间同步信号的周期T的两倍相等。同样的，传感器仿真信号有多种具体形式，比如A＝6tPCA、a＝250tPCA、B＝6tPCA、b＝250tPCA、C＝c＝D＝d＝0得到传感器仿真信号，其他增加杂波的情况可以继续类推。

(4)晶圆在槽间交叉放置——有两种情况，一种是晶圆跨设在当前槽和检测的前一个槽之间，此时传感器仿真信号与时间同步信号之间的相位差使得传感器仿真信号的有效电平对应时间同步信号的第一齿及超前位置且波形宽度与时间同步信号的周期T相等，比如A＝B＝d＝255tPCA、a＝b＝C＝c＝D＝0。另一种是晶圆跨设在当前槽和检测的后一个槽之间，此时传感器仿真信号与时间同步信号之间的相位差使得传感器仿真信号的有效电平对应时间同步信号的最后一齿及靠后位置且波形宽度与时间同步信号的周期T相等，比如一种可能的配置是A＝B＝C＝D＝d＝255tPCA、a＝b＝c＝0。

由上述说明可知，本申请的传感器仿真信号波形形态和相位由高低电平的时长决定，而高低电平的时长由测试方波发生器中的定时器调整，比如本申请采用16位PCA时基实现PWM，因此T＝256tPCA，所以可以认为，每个高低电平的时长具有256个细分度，足够用来模拟厚薄、安装位置、杂波干扰和采样误差等变化，比如上述第二种情况中实际使用的传感器仿真信号还可以是其他更多种各类的杂波模拟情况。而且本申请还具有模糊归类功能，也即当两个传感器仿真信号的有效电平的时长差距在第一预定范围内时确定两个传感器仿真信号的波形形态相同，当两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的有效电平起始时刻的提前或滞后的时长差在第二预定范围内时，即认为两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位相同。比如在上述举例中，槽内正常放置一片晶圆的情况下，传感器仿真信号与时间同步信号之间的相位差使得传感器仿真信号的有效电平对应时间同步信号的中间齿区域并不严格要求相对相位是一个固定值，在三齿情况下，A＝255tPCA周围取值都可以认为具有相同的相位差、都对应中间齿区域；同样在这一举例中，理想情况下波形宽度与时间同步信号的周期T相等，但本申请同样在区间内可以进行智能归类，比如波形宽度在0.5T～1.5T范围内时都可以认为属于同一个传感器仿真信号从而都对应槽内正常放置一片晶圆的情况。从而使得该测试系统具有较大动态范围、适应逻辑内参差不齐、能模糊智能归类识别，更符合实际使用需要。

本申请的测试方波发生器基于单片机MA84G564编程实现，共涉及9个中断：(1)T0定时器-16位PCA时基；(2)T1定时器-2秒计时；(3)T2定时器-蜂鸣器；(4)U0串口-报告、设改参数；(5)PCACCF4-模型时点TS1；(6)PCACCF5-模型时点TS10；(7)PCACCF3-模型时点TSn(n＝2～9)；(8)PCACCF1-通道2输出/FS；(9)PCACCF2-间歇期Gt/TS11。该测试方波发生器用三个16位定时器资源、5路可编程计数阵列PCA及串口资源等实现，其中一特征点为，PCA中断源7处共用一向量，多任务高度密集、且要兼顾，故再次轮询时、要PASS刚做者，轮值、PCA因Match而置起的CCFn标记，整个PCA时钟内一直Match而在再置，必须设法只响应一次，即在同一个PCA时钟CL里，某个CCFn中断响应且只响应一次：拒绝连续CCFn、且要给其他CCFm机会(不能因CCFn连续申请而挤兑CCFm)，而不同CHCL时钟(CL可能同)可连续响应。

上述资源调配设计机制，保证了该测试方波发生器实现2通道同步联动调节，某组测试矢量只需改变时间同步信号的周期T(1T＝256tPCA)，即自动变为该种速度下适用。因而不同次定速、当次内加减速，都可灵活实现，高度方便仿真测试。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，所述晶圆位置检测装置仿真测试系统包括待测试的晶圆位置检测装置及其相连的测试方波发生器，所述测试方波发生器向所述晶圆位置检测装置发送至少两个不同的测试矢量，每个测试矢量分别对应一个仿真结果；每个所述测试矢量分别包括时间同步信号和传感器仿真信号，且所述时间同步信号和所述传感器仿真信号基于同一个时基信号，所述至少两个不同的测试矢量中的时间同步信号的波形形态不同，和/或，传感器仿真信号的波形形态不同，和/或，传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位不同；所述晶圆位置检测装置根据获取到的测试矢量输出对应的反馈结果，当所述反馈结果与所述测试矢量对应的仿真结果不一致时确定所述晶圆位置检测装置存在功能异常。

2.根据权利要求1所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，所述测试方波发生器向所述晶圆位置检测装置提供至少两种不同的波形形态的时间同步信号。

3.根据权利要求2所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，每种波形形态的时间同步信号分别对应所述晶圆位置检测装置的一种检测场景；不同的检测场景中，所述晶圆位置检测装置的检测速度、结构以及所述晶圆位置检测装置检测的晶圆盒的结构存在至少一个不同，所述晶圆位置检测装置检测的结构包括齿条结构和单个槽位所设的齿数量中的至少一种，所述晶圆盒的结构包括晶圆盒的槽间距和槽位数量中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，不同波形形态的时间同步信号的周期、占空比、波个数、帧间间歇和帧数存在至少一个不同，且所述时间同步信号的周期与所述晶圆位置检测装置的检测速度对应、占空比与所述晶圆位置检测装置的齿条结构对应、波个数与所述晶圆位置检测装置的单个槽位所设的齿数量对应、帧间间歇与晶圆盒的槽间距对应、帧数与晶圆盒的槽位数量对应。

5.根据权利要求1-4任一所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，所述传感器仿真信号的波形宽度由所述传感器仿真信号的有效电平的时长确定，且所述传感器仿真信号的有效电平由若干个连续脉冲波拟合形成。

6.根据权利要求5所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，所述传感器仿真信号的同一个波形宽度由至少两种不同的连续脉冲波拟合形成，至少两种不同的连续脉冲波的脉冲数量、各个脉冲的宽度以及各个脉冲的间隔存在至少一个不同。

7.根据权利要求1所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，当两个传感器仿真信号的有效电平的时长不同时，所述两个传感器仿真信号的波形形态不同；当两个传感器仿真信号的有效电平的起始时刻相对于时间同步信号的有效电平起始时刻的提前或滞后的时长不同时，所述两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位不同。

8.根据权利要求7所述的晶圆位置检测装置仿真测试系统，其特征在于，所述传感器仿真信号波形形态和相位由高低电平的时长决定，且高低电平的时长由所述测试方波发生器中的定时器调整，当两个所述传感器仿真信号的有效电平的时长差距在第一预定范围内时确定两个所述传感器仿真信号的波形形态相同，当两个所述传感器仿真信号相对于时间同步信号的有效电平起始时刻的提前或滞后的时长差在第二预定范围内时，所述两个传感器仿真信号相对于时间同步信号的相对相位相同。