CN113053773A - 晶圆状态在线识别检测方法、装置及系统 - Google Patents

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李崇
栾显晔
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Abstract

本发明适用于半导体技术领域，提供了一种晶圆状态在线识别检测方法、装置及计算机可读存储介质。其中晶圆状态在线识别检测方法包括：在晶圆盒的第一槽及最后一槽内各放有一片晶圆后，利用对射式激光传感器组获取第一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值；计算晶圆盒中每一槽中晶圆的上表面码盘值、下表面码盘值；计算出各槽单片阈值范围、跨片阈值范围、叠片阈值。本发明还提供了晶圆状态在线识别检测装置及计算机可读存储介质。本发明大大降低了晶圆传输系统中机械手获取晶圆时的损坏概率，保证了晶圆传输平台中晶圆安全、快速、可靠的传输。

Description

晶圆状态在线识别检测方法、装置及系统
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆状态在线识别检测方法、装置及系统。
背景技术
半导体工业是国家工业水平的标杆，其智能化水平尤为重要。晶圆传输系统用于快速、精确传输晶圆，是半导体工业生产线中不可或缺的重要组成。为确保晶圆被快速、可靠、准确的传输，现有技术往往把关注点置于晶圆传输系统中如何提高机械手运行性能参数，改善运输晶圆的方式和方法上，晶圆传输前晶圆盒内晶圆的状态、数量并没有提出合理准确的预测方法。传统上，对晶圆盒内晶圆状态检测的方法有两种较为常见。方法一：通常是把晶圆抽象成一个密度不等的梁，通过计算出其在重力作用下产生的挠度为参考值推算出晶圆的厚度，进而确定晶圆在盒内的状态，这种方法对检测器件安装在设备中的位置要求十分严格，一旦安装位置有偏差，对检测结果会有很大影响，最终导致取片失败。方法二：通过采用光栅尺、数据采集卡以及开发的测量软件建立一个粘片机晶圆传输精度检查系统对晶圆数量进行检测，虽能识别晶圆数量但不适于识别晶圆盒内晶圆的状态，且过多的外部检测器件的使用加大了系统安装难度，增加了成本预算。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种晶圆状态在线识别检测方法、装置及系统，以解决现有技术中由于事先对晶圆盒内各槽晶圆所在的位置、状态信息判断错误，导致机械手取片时获取晶圆失败或晶圆损坏等现象发生，生产效率大大降低，加大企业的成本投入的技术问题。
本发明提供了一种晶圆状态在线识别、检测方法，包括如下步骤：
步骤S1、在晶圆盒的第一槽及最后一槽内各放有一片晶圆后，利用对射式激光传感器组获取第一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[0]、下表面码盘值SingleDown[0]和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[M-1]、下表面码盘值SingleDown[M-1]，其中M为晶圆盒内的槽数；
步骤S2、利用SingleUP[0]、SingleDown[0]、SingleUP[M-1]及SingleDown[M-1]，结合槽间距的码盘偏差bias计算出晶圆盒内每一槽晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[i]及下表面码盘值SingleDown[i]，0<i<M-1；
步骤S3、利用各槽上表面码盘值、下表面码盘值，结合偏差距离BiasEncoder、偏角对应的码盘值angleEncode以及晶圆在槽内相对移动带来的偏差估算值estimateValue计算出各槽单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值。
进一步地，步骤S2中计算每一槽晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[i]及下表面码盘值SingleDown[i]的公式为：
Figure BDA0002337411330000021
其中，bias为槽间距的码盘偏差，
Figure BDA0002337411330000022
进一步地，步骤S3中计算各槽单片阈值范围具体为：
各槽单片上表面阈值singleup(βi)范围的计算公式为：
SingleUP[i]-BiasEncoder≦singleup(βi)≦SingleUP[i]+BiasEncoder
其中，BiasEncoder为对射式激光传感器与晶圆水平面之间的偏差距离，BiasEncoder的计算公式如下：
Figure BDA0002337411330000023
其中，L为弧长，R为晶圆半径，θ为对射式激光传感器与晶圆水平面之间存在的误差角度，angleEncoder为θ对应的码盘值，estimateValue为晶圆在槽内相对移动带来的偏差估算值。
进一步地，步骤S3中计算各槽跨片阈值范围具体为：
各槽跨片上表面阈值kuaup(βi)范围的计算公式为：
SingleUP[i]BiasEncoder*K≦kuaup(βi)≦SingleUP[i]+BiasEncoder*K
其中，K为经验系数，0<K<0.25。
进一步地，步骤S3中计算各槽叠片阈值具体为：
若某一槽晶圆的上表面码盘值处于单片上表面阈值singleup(βi)范围内，进一步判断是否属于叠片状态，具体为：
计算当前槽内晶圆的上表面码盘值与下表面码盘值之间差值的绝对值A：A＝|SingleUP[i]-SingleDown[i]|，设定B＝BiasEncoder/2，叠片阈值C为：C＝A+B；若A>C，则判断为叠片晶圆，若A<C，则判断为单片晶圆。
进一步地，步骤S3中若某一槽晶圆的上表面码盘值未处于单片上表面阈值singleup(βi)范围内，也未处于跨片上表面阈值kuaup(βi)范围内，则判断该槽为空片，无晶圆。
本发明还提供了一种晶圆状态在线识别、检测装置，包括控制器、对射式激光传感器组、计算模块及报警模块；
控制器，用于协调对射式激光传感器组、计算模块及报警模块；
对射式激光传感器组，用于采集第一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值；
计算模块，基于对射式激光传感器组采集的码盘值计算出晶圆盒内各槽单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值；
报警模块，用于在判断晶圆盒存在非单片或空片时报警。
进一步地，本发明的晶圆状态在线识别、检测装置还包括固定支架、检测腔、对射式激光传感器组、升降台及托盘；所述检测腔设置于固定支架上，检测腔内相对的两个位置分别设置对射式激光传感器组中的发射传感器及接收传感器，所述升降台的升降端上设置托盘，托盘上放置具有待检测晶圆的晶圆盒，升降台的升降端位于检测腔内。
进一步地，所述检测腔包括腔体及腔门；所述腔门由气囊驱动装置驱动，所述发射传感器设置于腔门内壁，所述接收传感器设置于与腔门位置相对的腔体内壁，在腔门闭合后，发射传感器与接收传感器处于同一水平线。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的晶圆状态在线识别、检测方法的步骤。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明提出了一种晶圆状态在线识别、检测的装置，并提出了一种能够有效识别导致晶圆自动传输失败的叠片、跨片和空片等异常状态的方法。通过对晶圆盒内晶圆状态的自动扫描，确定晶圆所在槽的状态，大大降低了晶圆传输系统中机械手获取晶圆时的损坏概率，保证了晶圆传输平台中晶圆安全、快速、可靠的传输。经过在实际产品中的验证，该方法对异常状态的识别率可达99％以上，具备有效性及参考价值，可在晶圆传输平台产品中广泛的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明晶圆状态在线识别、检测方法主要流程图；
图2为本发明晶圆状态在线识别、检测方法中确定晶圆状态的流程图；
图3为本发明晶圆状态在线识别、检测装置结构图；
图4为本发明晶圆状态在线识别、检测方法中晶圆状态检测信号分析流程图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明提供了一种晶圆状态在线识别、检测方法，主要目的为在示教模式下确定晶圆盒槽内晶圆单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值。而后在正常工作模式下，利用所确定的单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值判定晶圆盒内每一槽内的晶圆状态，如果为单片，则可允许机械手进行正常的晶圆传输，如无片、叠片或者跨片，则发出报警，停止机械手执行相关动作。
本实施例以具有25槽的晶圆盒为例说明本发明的晶圆状态在线识别、检测方法的步骤，其流程图见图1，包括：步骤S1、在晶圆盒的第一槽及最后一槽内各放有一片晶圆后，利用对射式激光传感器组获取第一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[0]、下表面码盘值SingleDown[0]和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[24]、下表面码盘值SingleDown[24]，其中M为晶圆盒内的槽数，本实施例M＝25；
步骤S2、利用SingleUP[0]、SingleDown[0]、SingleUP[24]及SingleDown[24]，结合槽间距的码盘偏差bias计算出晶圆盒内每一槽晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[i]及下表面码盘值SingleDown[i]，0<i<24，计算公式为：
Figure BDA0002337411330000051
其中，bias为槽间距的码盘偏差，
Figure BDA0002337411330000052
步骤S3、利用各槽上表面码盘值、下表面码盘值，结合偏差距离BiasEncoder、偏角对应的码盘值angleEncode以及晶圆在槽内相对移动带来的偏差估算值estimateValue计算出各槽单片阈值范围、跨片阈值范围、叠片阈值及无片阈值。
3.1、计算各槽单片阈值范围具体为：
各槽单片上表面阈值singleup(βi)范围的计算公式为：
SingleUP[i]-BiasEncoder≦singleup(βi)≦SingleUP[i]+BiasEncoder
其中，BiasEncoder为对射式激光传感器与晶圆水平面之间的偏差距离，BiasEncoder的计算公式如下：
Figure BDA0002337411330000061
其中，L为弧长，R为晶圆半径，θ为对射式激光传感器与晶圆水平面之间存在的误差角度，angleEncoder为θ对应的码盘值，estimateValue为晶圆在槽内相对移动带来的偏差估算值。
3.2、计算各槽跨片阈值范围具体为：
各槽跨片上表面阈值kuaup(βi)范围的计算公式为：
SingleUP[i]-BiasEncoder*K≦kuaup(βi)≦SingleUP[i]+BiasEncoder*K
其中，K为经验系数，0<K<0.25。
3.3、计算各槽叠片阈值具体为：
若某一槽晶圆的上表面码盘值处于单片上表面阈值singleup(βi)范围内，进一步判断是否属于叠片状态，具体为：
计算当前槽内晶圆的上表面码盘值与下表面码盘值之间差值的绝对值A：A＝|SingleUP[i]-SingleDown[i]|，设定B＝BiasEncoder/2，叠片阈值C为：C＝A+B；若A>C，则判断为叠片晶圆，若A<C，则判断为单片晶圆。
3.4空片的认定：
若某一槽晶圆的上表面码盘值未处于单片上表面阈值singleup(βi)范围内，也未处于跨片上表面阈值kuaup(βi)范围内，则判断该槽为空片，无晶圆。
确定晶圆盒槽内晶圆单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值后，进入正常工作模式，在正常工作模式下，首先根据对射式激光传感器采集的数据判定晶圆盒每一槽内晶圆的上表面码盘值是否在单片上表面阈值singleup(βi)范围内，如果在该范围，则根据叠片阈值进一步判断该槽内的晶圆为单片状态还是叠片状态。如果不在单片上表面阈值singleup(βi)范围内，则继续判断是否在跨片上表面阈值kuaup(βi)范围，在该阈值范围内，则表明为跨片，不在该范围内，则表明无片，上述确定晶圆状态的流程图见图2。
本发明还提供了一种晶圆状态在线识别、检测装置，包括控制器、对射式激光传感器组、计算模块及报警模块；
控制器，用于协调对射式激光传感器组、计算模块及报警模块；
对射式激光传感器组，用于采集第一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值；
计算模块，基于对射式激光传感器组采集的码盘值计算出晶圆盒内各槽单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值；
报警模块，用于在判断晶圆盒存在非单片或空片时报警。
本发明的晶圆状态在线识别、检测装置还包括固定支架1、检测腔、对射式激光传感器组、升降台4及托盘；所述检测腔设置于固定支架1上，检测腔内相对的两个位置分别设置对射式激光传感器组中的发射传感器3及接收传感器，所述升降台4的升降端上设置托盘，托盘上放置具有待检测晶圆的晶圆盒，升降台4的升降端位于检测腔内。所述检测腔包括腔体2-1及腔门2-2；所述腔门2-2由气囊驱动装置驱动，所述发射传感器3设置于腔门2-2内壁，所述接收传感器设置于与腔门2-2位置相对的腔体内壁，在腔门2-2闭合后，发射传感器3与接收传感器处于同一水平线。其结构见图3。
利用该装置结合本发明的方法获取示教模式下的晶圆单片阈值范围、叠片阈值、跨片阈值范围，具体操作步骤如下：
(1)气囊放气打开腔室门，取出晶圆盒；(2)晶圆盒的第一槽和最后一槽各放入一片晶圆；(3)晶圆盒放在升降台升降端的托盘上，气囊充气关闭腔室门；(4)升降台上下往复运动2～3次，带动晶圆盒自下而上的扫描；(5)对射式激光传感器采集第一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[0]、下表面码盘值SingleDown[0]和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[M-1]、下表面码盘值SingleDown[M-1]，利用上述值确定各槽晶圆的单片阈值范围、叠片阈值、跨片阀值范围。
上述示教模式完成，切换到正常操作模式，即晶圆自动传输模式，对每一个晶圆盒进行检测，根据当前扫描结果定位晶圆所在位置、槽的状态及扫描晶圆个数。
基于上述晶圆状态在线识别、检测装置采集检测信号，并对信号分析的流程见图4。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述晶圆状态在线识别、检测方法的步骤。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆状态在线识别、检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、在晶圆盒的第一槽及最后一槽内各放有一片晶圆后，利用对射式激光传感器组获取第一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[0]、下表面码盘值SingleDown[0]和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[M-1]、下表面码盘值SingleDown[M-1]，其中M为晶圆盒内的槽数；
步骤S2、利用SingleUP[0]、SingleDown[0]、SingleUP[M-1]及SingleDown[M-1]，结合槽间距的码盘偏差bias计算出晶圆盒内每一槽晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[i]及下表面码盘值SingleDown[i]，0＜i＜M-1；
步骤S3、利用各槽上表面码盘值、下表面码盘值，结合偏差距离BiasEncoder、偏角对应的码盘值angleEncoder以及晶圆在槽内相对移动带来的偏差估算值estimateValue计算出各槽单片阈值范围、跨片阈值范围、叠片阈值。
2.如权利要求1所述的晶圆状态在线识别、检测方法，其特征在于，步骤S2中计算每一槽晶圆单片的上表面码盘值SingleUP[i]及下表面码盘值SingleDown[i]的公式为：
Figure FDA0002337411320000011
其中，bias为槽间距的码盘偏差，
Figure FDA0002337411320000012
3.如权利要求2所述的晶圆状态在线识别、检测方法，其特征在于，步骤S3中计算各槽单片阈值范围具体为：
各槽单片上表面阈值singleup(βi)范围的计算公式为：
SingleUP[i]-BiasEncoder≤singleup(βi)≤SingleUP[i]+BiasEncoder
其中，BiasEncoder为对射式激光传感器与晶圆水平面之间的偏差距离，BiasEncoder的计算公式如下：
Figure FDA0002337411320000021
其中，L为弧长，R为晶圆半径，θ为对射式激光传感器与晶圆水平面之间存在的误差角度，angleEncode为θ对应的码盘值，estimateValue为晶圆在槽内相对移动带来的偏差估算值。
4.如权利要求3所述的晶圆状态在线识别、检测方法，其特征在于，步骤S3中计算各槽跨片阈值范围具体为：
各槽跨片上表面阈值kuaup(βi)范围的计算公式为：
SingleUP[i]-BiasEncoder*K≤kuaup(βi)≤SingleUP[i]+BiasEncoder*K其中，K为经验系数，0＜K＜0.25。
5.如权利要求4所述的晶圆状态在线识别、检测方法，其特征在于，步骤S3中计算各槽叠片阈值具体为：
若某一槽晶圆的上表面码盘值处于单片上表面阈值singleup(βi)范围内，进一步判断是否属于叠片状态，具体为：
计算当前槽内晶圆的上表面码盘值与下表面码盘值之间差值的绝对值A：A＝|SingleUP[i]-SingleDown[i]|，设定B＝BiasEncoder/2，叠片阈值C为：C＝A+B；若A＞C，则判断为叠片晶圆，若A＜C，则判断为单片晶圆。
6.如权利要求5所述的晶圆状态在线识别、检测方法，其特征在于，步骤S3中若某一槽晶圆的上表面码盘值未处于单片上表面阈值singleup(βi)范围内，也未处于跨片上表面阈值kuaup(βi)范围内，则判断该槽为空片，无晶圆。
7.一种晶圆状态在线识别、检测装置，其特征在于，包括控制器、对射式激光传感器组、计算模块及报警模块；
控制器，用于协调对射式激光传感器组、计算模块及报警模块；
对射式激光传感器组，用于采集第一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值和最后一槽中晶圆单片的上表面码盘值、下表面码盘值；
计算模块，基于对射式激光传感器组采集的码盘值计算出晶圆盒内各槽单片阈值范围、跨片阈值范围及叠片阈值；
报警模块，用于在判断晶圆盒存在非单片或空片时报警。
8.如权利要求7所述的晶圆状态在线识别、检测装置，其特征在于，还包括固定支架、检测腔、升降台及托盘；所述检测腔设置于固定支架上，检测腔内相对的两个位置分别设置对射式激光传感器组中的发射传感器及接收传感器，所述升降台的升降端上设置托盘，托盘上放置具有待检测晶圆的晶圆盒，升降台的升降端位于检测腔内。
9.如权利要求8所述的晶圆状态在线识别、检测装置，其特征在于，所述检测腔包括腔体及腔门；所述腔门由气囊驱动装置驱动，所述发射传感器设置于腔门内壁，所述接收传感器设置于与腔门位置相对的腔体内壁，在腔门闭合后，发射传感器与接收传感器处于同一水平线。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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