CN115139217A - 一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于集成电路技术领域，提供了一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，包括：晶圆搬运机器人，用于从上料对接单元中水平插取一片晶圆，若接收到晶圆的翻转指令后，将晶圆给到晶圆夹取翻转单元，以进行180度翻转，并且将翻转后的晶圆放到晶圆定位单元的下部定位缓存机构；否则，直接将从上料对接单元中插取的晶圆放到晶圆定位单元的下部定位缓存机构，直至缓存到设定的数量，本发明内容的有益效果在于：自动化程度高，保证晶圆品质。

Description

一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统。
背景技术
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆，在晶圆的生产过程中，有一项工艺是对晶圆的双面进行抛光研磨，晶圆抛光研磨的技术众多，现代半导体工业中普遍采用的抛光研磨方法为化学-机械抛光研磨法（CMP），利用化学机械研磨方式，将晶圆的蚀刻面平整化为纳米级平滑度，并兼顾硅片的翘曲度、平坦度等各项指标，避免硅片在高端用途中微影蚀刻制程中遭遇到问题，因此，晶圆抛光研磨是半导体加工工艺中的重要一环。
对于双面抛光研磨设备来讲，晶圆抛光研磨时需要将晶圆放入承载件的凹槽中，抛光研磨完成后，再将晶圆从承载件的凹槽中取出来，在现有技术中，这两个工序均由人工来完成，即抛光研磨前工人用手从开口料框、水槽中开口料框、前开口运装箱里取出晶圆，然后将晶圆放进抛光研磨设备上晶圆承载件的凹槽中，待晶圆抛光研磨完成，由于晶圆在承载件的凹槽中直接用手不容易取下，需要借住吸球类工具，先将晶圆吸起来在放进水槽中的料框开口料框里。
综上，现有技术中的上、下料的方式，至少存在以下几个缺点：
（1）、当工人不能及时给设备进行上、下料时，会造成抛光研磨设备等待，影响设备产能；
（2）、工人直接用手接触晶圆，容易对晶圆表面造成污染，影响晶圆品质；
（3）、吸球类工具吸力较小，在吸着晶圆向水槽中的开口料框转移的过程中，有掉落的风险；
（4）、晶圆本身分正面和反面，抛光研磨时根据需求有时是正面朝上，有时为反面朝上，工人上料时有弄错的风险。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，旨在解决背景技术中确定的现有技术存在的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，晶圆搬运机器人，用于从上料对接单元中水平插取一片晶圆，若接收到晶圆的翻转指令后，将晶圆给到晶圆夹取翻转单元，以进行180度翻转，并且将翻转后的晶圆放到晶圆定位单元的下部定位缓存机构；否则，直接将从上料对接单元中插取的晶圆放到晶圆定位单元的下部定位缓存机构，直至缓存到设定的数量；
还用于从晶圆定位单元的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元的处上部定位机构以实现同时对晶圆进行机械定位；
机器人吸盘取放单元，用于从晶圆承载件的凹槽内将晶圆取出并放入下料多段缓存单元，以使晶圆完全浸入溢流槽的水中来保护晶圆表面；
机器人吸盘取放单元还用于，在抛光研磨设备自清洗完成后，从晶圆定位单元的上部定位机构中吸取1片晶圆，结合视觉定位单元给出的补偿数据，将晶圆放到抛光研磨设备晶圆承载件的凹槽中，以实现将晶圆精准的放在晶圆承载件的凹槽中；
检查及下料夹取单元，用于在其中个晶圆承载件放满晶圆之后，对已完成的上料的晶圆承载件内的晶圆进行按压排水，并检查该晶圆承载件内的晶圆是否完全放入凹槽内，如果检查晶圆放置不合格，则会重新柔性材料按压，并用测微传感器检测入槽尺寸，如果第二次检测仍不合格，设备会发出报警信息，所述报警信息用于指示等待人工干预处理。
直到检测全部放置合格，上料完成后，给抛光研磨设备发出上料完成信号，抛光研磨设备开始进行抛光研磨工作；
所述检查及下料夹取单元还用于，从下料多段缓存单元中逐个取出晶圆放入下料对接单元的水槽中，其中，水槽内放有晶圆料框，晶圆料框料满后，会将料满信息发送给系统，系统在给小车发送指令进行取料。
优选地，所述晶圆定位单元还用于：当晶圆搬运机器人从晶圆定位单元的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元的处上部定位机构后，晶圆定位单元的至少处定位机构通过防静电定位销推晶圆外圆，以实现同时对晶圆进行机械定位。
优选地，所述晶圆定位单元还用于：当晶圆搬运机器人从晶圆定位单元的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元的处上部定位机构后，晶圆定位单元的至少处定位机构通过防静电定位销推晶圆外圆，以实现同时对晶圆进行机械定位。
优选地，所述上料对接单元还用于：在所述AGV小车将满料的开口料框放到上料对接单元后，接收PLC发出的读码指令，读取开口料框的条码信息，并且将所述条码信息反馈给PLC，其中，PLC接收所述条码信息并且将条码信息反馈给上级MES系统，MES系统根据PLC请求将条码所包含的料框内每层晶圆的信息反馈给PLC；
所述上料对接单元还用于：对料框内每层放晶圆的狭缝进行扫描，并将扫描结果反馈给PLC,其中，PLC接收到扫描结果会和MES系统反馈的料框每层晶圆的信息进行对比，当对比有差异时，报警设备报警；对比无差异，晶圆搬运机器人执行从上料对接单元中插取晶圆动作。
优选地，所述下料多段缓存单元为多段可升降单元及溢流槽组成，放入一片晶圆之后，就会有一段机构下降，以使晶圆完全浸入溢流槽的水中来保护晶圆表面。
优选地，所述机器人吸盘取放单元从晶圆定位单元的上部定位机构中吸取2片晶圆，结合视觉定位单元给出的补偿数据，将晶圆放到抛光研磨设备晶圆承载件的凹槽中，因为晶圆承载件每次停的位置有误差，所以此处吸盘取放单元需要配合视觉单元视觉定位才能将晶圆精准的放在晶圆承载件的凹槽中。
优选地，所述抛光研磨设备有多个晶圆承载件，承载件下部为研磨垫，研磨垫下部为下研磨盘，将其中个晶圆承载件放满晶圆之后，抛光研磨设备的下研磨盘会旋转一个角度，使另一个晶圆承载件旋转至上料位位置，随即重复上述动作对当前承载件进行上料。
本发明实施例提供的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，相比现有现有技术，具备有以下有益效果：
1.供料方法全程实现了无人化及智能化；
2.可以和抛光研磨设备实现无缝衔接，最大限度的保证抛光研磨设备的稼动率，提高产能；
3.由于全程无人化，减少了污染源，提高了晶圆的品质；
4.避免了人工上料放错晶圆方向以及人工取放过程中晶圆掉落所造成的一些损失。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统的结构图。
附图中：上料对接单元1、晶圆搬运机器人2、晶圆夹取翻转单元3、晶圆定位单元4、机器人吸盘取放单元5、视觉定位单元6、检查及下料夹取单元7、下料多段缓存单元8、下料对接单元9、抽检单元10、机架单元11。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明的一个实施例提供的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统的结构图，本发明适用于半导体行业晶圆双面抛光研磨设备智能供料领域，提供了一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料方法、系统流程，根据晶圆抛光研磨阶段的生产工艺要求，该方法包括：上料对接单元1（双工位布置）、晶圆搬运机器人2、晶圆夹取翻转单元3、晶圆定位单元4（双工位布置）、机器人吸盘取放单元5（可同时吸取两片晶圆）、视觉定位单元6、检查及下料夹取单元7、下料多段缓存单元8、下料对接单元9、抽检单元10、机架单元11，下面结合各个部件的工作流程来进行详细的实施例说明。
S01：DSP研磨设备研磨作业时，AGV小车将满料的Open Cassette开口料框放到上料对接单元1，上料对接单元1接收PLC发出的读码指令，上料对接单元1读取Open Cassette开口料框的条码信息，并且将所述条码信息反馈给PLC，PLC接收所述条码信息并且将条码信息反馈给上级MES系统，MES系统根据PLC请求将条码所包含的料框内每层晶圆的信息反馈给PLC，与此同时上料对接单元1会对料框内每层Slot(放晶圆的狭缝)进行扫描，并将扫描结果反馈给PLC,PLC接收到扫描结果会和MES系统反馈的料框每层晶圆的信息进行对比，当对比有差异时，报警设备报警；对比无差异，自动执行下一步；
S02：晶圆搬运机器人2从上料对接单元1中水平插取一片晶圆，当系统有翻转要求时，晶圆搬运机器人2先将晶圆给到晶圆夹取翻转单元3进行一个180度翻转，晶圆搬运机器人2将翻转后的晶圆放到晶圆定位单元4的下部定位缓存机构（晶圆定位单元4分为两部分，上部为定位机构，下部为定位缓存机构，可缓存多片晶圆）；当系统对晶圆没有翻转要求时，晶圆搬运机器人2将从上料对接单元1中插取的晶圆直接放到晶圆定位单元4的下部定位缓存机构，直至缓存到设定的数量；
S03：晶圆搬运机器人2从晶圆定位单元4的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元4的2处上部定位机构，晶圆定位单元4的随后2处定位机构同时对晶圆进行机械定位，防静电PIN定位销推晶圆外圆定位；
S04：抛光研磨设备抛光研磨完成后，吸盘取放单元5从晶圆Carrier承载件的凹槽内将晶圆取出并放入下料多段缓存单元8，下料多段缓存单元8为多段可升降单元及溢流槽组成，放入一片晶圆之后，就会有一段机构下降，以使晶圆完全浸入溢流槽的水中来保护晶圆表面（工艺要求抛光研磨后的晶圆取出后需尽快浸入去离子水中），如此将晶圆Carrier承载件的全部晶圆都放入多段缓存单元8并全部浸入水中。
S05：此后抛光研磨设备会有一个自清洗过程，清洗完成后，此时晶圆搬运机器人2已经完成上面第二步的流程，接下来重复以上第六步、第七步和第八步的动作完成上料工作；
S06：机器人吸盘取放单元5从晶圆定位单元4的上部定位机构中吸取2片晶圆，结合视觉定位单元6给出的补偿数据，将晶圆放到抛光研磨设备晶圆Carrier承载件的凹槽中，因为晶圆Carrier承载件每次停的位置有误差，所以此处吸盘取放单元5需要配合视觉单元6视觉定位才能将晶圆精准的放在晶圆Carrier承载件的凹槽中；
S07：抛光研磨设备有多个晶圆Carrier承载件，Carrier承载件下部为研磨垫，研磨垫下部为下研磨盘，将其中1个晶圆Carrier承载件放满晶圆之后，抛光研磨设备的下研磨盘会旋转一个角度，使另一个晶圆Carrier承载件旋转至上料位位置，随即重复第六步的动作对当前Carrier承载件进行上料，与此同时，检查及下料夹取单元7会对之前已完成的第六步的晶圆Carrier承载件内的晶圆进行按压排水，并检查该晶圆Carrier承载件内的晶圆是否完全放入凹槽内，如果检查晶圆放置不合格，则会重新柔性材料按压，并用测微传感器检测入槽尺寸，如果第二次检测仍不合格，设备会发出报警信息，并等待人工干预处理；
S08：重复以上第六步和第七步，将全部晶圆放入晶圆Carrier承载件的凹槽内并检查是否放置合格。上料完成后，PLC会给抛光研磨设备发出上料完成信号，随即抛光研磨设备开始进行抛光研磨工作；
S09：上料完成后抛光研磨设备开始工作，检查及下料夹取单元7从下料多段缓存单元8中取出晶圆放入下料对接单元9的水槽中，如此将多段缓存单元8中的全部晶圆都放入到下料对接单元9的水槽中，水槽内放有晶圆料框，料框料满后，PLC会将料满信息发送给MES系统，MES系统在给AGV小车发送指令进行取料。
同时，本实施例该提供以下子实施例：
1.当需要对抛光研磨后的晶圆进行抽检时，工人只需要在操作屏上选择要抽检晶圆的信息，吸盘取放单元5会自动将该片晶圆放在抽检单元10纯水槽中，随后人工取走进行各项参数检查；
2.由于晶圆制作工艺需要，设备在工作中有纯水的参与，所以机架单元11的整个金属机架外部包有一层洁净PVC板，以防止机架生锈和离子污染；
3.其中晶圆搬运机器人2所用夹持fork材质为氧化铝陶瓷材质；吸盘取放单元5所用吸盘材质为硅橡胶材质；检查及下料夹取单元7的按压头材质为柔性硅橡胶材质，下料夹取单元7的fork手臂主材质为碳纤维材质，夹取手指材质为聚醚醚酮（peek）防静电材料。
本发明上述实施例中提供了一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，该供料方法全程实现了无人化及智能化，相比现有人工上料的方法，有以下优点：
1.可以和抛光研磨设备实现无缝衔接，最大限度的保证抛光研磨设备的稼动率，提高产能；
2.由于全程无人化，减少了污染源，提高了晶圆的品质；
3.避免了人工上料放错晶圆方向以及人工取放过程中晶圆掉落所造成的一些损失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述系统包括：
晶圆搬运机器人，用于从上料对接单元中水平插取一片晶圆，若接收到晶圆的翻转指令后，将晶圆给到晶圆夹取翻转单元，以进行180度翻转，并且将翻转后的晶圆放到晶圆定位单元的下部定位缓存机构；否则，直接将从上料对接单元中插取的晶圆放到晶圆定位单元的下部定位缓存机构，直至缓存到设定的数量；
还用于从晶圆定位单元的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元的2处上部定位机构以实现同时对晶圆进行机械定位；
机器人吸盘取放单元，用于从晶圆承载件的凹槽内将晶圆取出并放入下料多段缓存单元，以使晶圆完全浸入溢流槽的水中来保护晶圆表面；
机器人吸盘取放单元还用于，在抛光研磨设备自清洗完成后，从晶圆定位单元的上部定位机构中吸取2片晶圆，结合视觉定位单元给出的补偿数据，将晶圆放到抛光研磨设备晶圆承载件的凹槽中，以实现将晶圆放在晶圆承载件的凹槽中；
检查及下料夹取单元，用于在其中1个晶圆承载件放满晶圆之后，对已完成的上料的晶圆承载件内的晶圆进行按压排水，并检查该晶圆承载件内的晶圆是否完全放入凹槽内，如果检查晶圆放置不合格，则会重新柔性材料按压，并用测微传感器检测入槽尺寸，如果第二次检测仍不合格，设备会发出报警信息，所述报警信息用于指示等待人工干预处理;
直到检测全部放置合格，上料完成后，PLC给抛光研磨设备发出上料完成信号，抛光研磨设备开始进行抛光研磨工作；
所述检查及下料夹取单元还用于，从下料多段缓存单元中逐个取出晶圆放入下料对接单元的水槽中，其中，水槽内放有晶圆料框，晶圆料框料满后，PLC会将料满信息发送给MES系统，MES系统在给AGV小车发送指令进行取料。
2.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述晶圆定位单元还用于：当晶圆搬运机器人从晶圆定位单元的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元的处上部定位机构后，晶圆定位单元的至少2处定位机构通过防静电PIN定位销推晶圆外圆，以实现同时对晶圆进行机械定位。
3.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述晶圆定位单元还用于：当晶圆搬运机器人从晶圆定位单元的下部定位缓存机构内同时吸取两片晶圆，分别放在晶圆定位单元的处上部定位机构后，晶圆定位单元的至少2处定位机构通过防静电定位销推晶圆外圆，以实现同时对晶圆进行机械定位。
4.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述上料对接单元1还用于：在所述AGV小车将满料的开口料框放到上料对接单元后，接收PLC发出的读码指令，读取开口料框的条码信息，并且将所述条码信息反馈给PLC，其中，PLC接收所述条码信息并且将条码信息反馈给上级MES系统，MES系统根据PLC请求将条码所包含的料框内每层晶圆的信息反馈给PLC；
所述上料对接单元1还用于：对料框内每层放晶圆的狭缝进行扫描，并将扫描结果反馈给PLC,其中，PLC接收到扫描结果会和MES系统反馈的料框每层晶圆的信息进行对比，当对比有差异时，报警设备报警；对比无差异，晶圆搬运机器人执行从上料对接单元中插取晶圆动作。
5.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述下料多段缓存单元为多段可升降单元及溢流槽组成，放入一片晶圆之后，就会有一段机构下降，以使晶圆完全浸入溢流槽的水中来保护晶圆表面。
6.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述机器人吸盘取放单元从晶圆定位单元的上部定位机构中吸取2片晶圆，结合视觉定位单元给出的补偿数据，将晶圆放到抛光研磨设备晶圆承载件的凹槽中，因为晶圆承载件每次停的位置有误差，所以此处吸盘取放单元需要配合视觉单元视觉定位才能将晶圆精准的放在晶圆承载件的凹槽中。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述抛光研磨设备有多个晶圆承载件，承载件下部为研磨垫，研磨垫下部为下研磨盘，将其中1个晶圆承载件放满晶圆之后，抛光研磨设备的下研磨盘会旋转一个角度，使另一个晶圆承载件旋转至上料位位置，随即重复上述动作对当前承载件进行上料。
8.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，当需要对抛光研磨后的晶圆进行抽检时，工人只需要在操作屏上选择要抽检晶圆的信息，吸盘取放单元会自动将该片晶圆放在抽检单元纯水槽中，随后人工取走进行各项参数检查。
9.根据权利要求1所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述系统的机架单元的整个金属机架外部包有一层洁净PVC板，以防止机架生锈和离子污染。
10.根据权利要求1-6任一所述的一种适用于晶圆双面抛光研磨设备的智能供料系统，其特征在于，所述晶圆搬运机器人所用材质为氧化铝陶瓷材质；吸盘取放单元所用吸盘材质为硅橡胶材质；检查及下料夹取单元的按压头材质为柔性硅橡胶材质，下料夹取单元的夹持手臂主材质为碳纤维材质，夹取手指材质为聚醚醚酮防静电材料。
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