CN115338897A - 一种真空吸附机械手吸附力控制设备及方法 - Google Patents

一种真空吸附机械手吸附力控制设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种真空吸附机械手吸附力控制设备及方法，涉及半导体制造技术领域，控制设备包括多个光电传感器、主控装置、气体压力控制器和压力调节阀，主控装置用于获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值；将变化值利用正态分析模型进行分析，并将变化值与第一预设值进行比对，得出变化值与第一预设值的偏差值。通过获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值计算得到控制阀调节值，通过气体压力控制器根据控制阀调节值对压力调节阀进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制，从而实现自动调节吸附机构的吸附力。由于可以根据不同规格的晶圆自动调节吸附力的大小，从而实现对吸附力的精确控制。

Description

一种真空吸附机械手吸附力控制设备及方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种真空吸附机械手吸附力控制设备及方法。
背景技术
晶圆传片倒片是半导体集成电路(IC)制造中重要的一道工序，是半导体制程工艺中不可或缺的一个步骤，主要通过设备内部的微环境保证倒片过程的洁净要求，实现Wafer的下线、制程前分批、制程后合并、制程间倒片的卡控和产品出厂校验排序等功能。因半导体产品繁多，工艺制程复杂，机械手进行晶圆传片倒片的方法有很多种，最常用的有微接触摩擦力、真空吸附和夹持三种方式，而真空吸附较常用的是采用负压吸附方式。
负压吸附应用于机械手末端执行器来完成晶圆的搬运，但目前吸附力的控制还主要采用手动调节，且调节大小依据视觉观察来判断。由于晶圆规格的不同，在同等压力下，在晶圆上产生的吸附力就会不同，吸附力过大，会使晶圆产生振动，吸附力过小，可能存在滑片风险。
发明内容
本发明提供一种真空吸附机械手吸附力控制设备，用以解决现有技术存在机械手吸附力无法实现自动调节，吸附力控制精度差，以及容易出现晶圆振动和滑片的情况。
本发明提供一种真空吸附机械手吸附力控制设备，包括：
多个光电传感器；
主控装置，与多个所述光电传感器电连接，所述主控装置用于获取晶圆被吸附或释放时所述光电传感器的光通量的变化值；将所述变化值利用正态分析模型进行分析，并将所述变化值与第一预设值进行比对，得出所述变化值与所述第一预设值的偏差值；将所述偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
气体压力控制器，与所述主控装置电连接；
压力调节阀，与所述气体压力控制器电连接，所述压力调节阀与对应的吸附机构通过管路连通；所述气体压力控制器用于根据所述主控装置输出的所述控制阀调节值对所述压力调节阀进行压力调节，以对所述吸附机构的吸附力进行控制。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制设备，所述主控装置还用于将所述偏差值与第二预设值进行比对，在确定所述偏差值大于所述第二预设值的情况下，输出报警信号。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制设备，所述主控装置为控制器，所述吸附机构为吸盘。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制设备，所述真空吸附机械手吸附力控制设备包括三个所述光电传感器，三个所述光电传感器一一对应地布置于正三角形的三个顶点。
本发明还提供一种真空吸附机械手吸附力控制方法，所述控制方法基于上述任意一项所述的真空吸附机械手吸附力控制设备；包括以下步骤：
步骤S100，获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值；
步骤S110，将所述变化值利用正态分析模型进行分析，并将所述变化值与第一预设值进行比对，得出所述变化值与所述第一预设值的偏差值；
步骤S120，将所述偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
步骤S130，气体压力控制器根据所述控制阀调节值对压力调节阀进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制方法，在执行所述步骤S110的同时还执行以下步骤：
将所述偏差值与第二预设值进行比对，在确定所述偏差值大于所述第二预设值的情况下，输出报警信号。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制方法，在执行所述步骤S130之后还执行以下步骤：
重复执行所述步骤S100至所述步骤S130。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制方法，在执行所述步骤S100之前还执行以下步骤：
确定是否进行测试运行，若是则执所述测试运行；否则执行所述步骤S100。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制方法，所述测试运行包括以下步骤：
步骤S200，获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值；
步骤S210，将所述变化值利用正态分析模型进行分析，并将所述变化值与第一预设值进行比对，得出所述变化值与所述第一预设值的偏差值；
步骤S220，将所述偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
步骤S230，气体压力控制器根据所述控制阀调节值对压力调节阀进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制。
步骤S240，将所述步骤S200至所述步骤S230重复执行N次。
根据本发明实施例提供的一种真空吸附机械手吸附力控制方法，N为大于2的正整数。
本发明实施例提供的真空吸附机械手吸附力控制设备，主控装置通过获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值计算得到控制阀调节值，通过气体压力控制器根据控制阀调节值对压力调节阀进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制，从而实现自动调节吸附机构的吸附力。由于可以根据不同规格的晶圆自动调节吸附力的大小，从而实现对吸附力的精确控制，避免出现晶圆振动和滑片的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的真空吸附机械手吸附力控制设备的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的真空吸附机械手吸附力控制方法的流程图。
附图标记：
100、光电传感器；200、主控装置；300、气体压力控制器；400、压力调节阀；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
图1示例了本发明实施例提供的真空吸附机械手吸附力控制设备的结构示意图，如图1所示，真空吸附机械手吸附力控制设备包括多个光电传感器100、主控装置200、气体压力控制器300和压力调节阀400，主控装置200与多个光电传感器100电连接，主控装置200为控制器；当然，主控装置200还可以为设置有控制器的线路板，主控装置200的具体类型根据实际需要进行确定。
主控装置200用于获取晶圆被吸附或释放时光电传感器100的光通量的变化值；将变化值利用正态分析模型进行分析，并将变化值与第一预设值进行比对，得出变化值与第一预设值的偏差值；将偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值。
气体压力控制器300与主控装置200电连接，气体压力控制器300用于根据主控装置200输出的控制阀调节值对压力调节阀400进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制。压力调节阀400与气体压力控制器300电连接，压力调节阀400与对应的吸附机构通过管路连通，吸附机构为吸盘。气体压力控制器300的数量可以为一个，也可以为两个或者更多。压力调节阀400的数量可以为一个，也可以为两个或者更多。气体压力控制器300与压力调节阀400的连接关系可以为一个气体压力控制器300与多个压力调节阀400电连接，也可以为一个气体压力控制器300与一个压力调节阀400电连接。
本发明实施例提供的真空吸附机械手吸附力控制设备，主控装置200通过获取晶圆被吸附或释放时光电传感器100的光通量的变化值计算得到控制阀调节值，通过气体压力控制器300根据控制阀调节值对压力调节阀400进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制，从而实现自动调节吸附机构的吸附力。由于可以根据不同规格的晶圆自动调节吸附力的大小，从而实现对吸附力的精确控制，避免出现晶圆振动和滑片的情况。
在本发明的一个实施例中，主控装置200与控制系统电连接，主控装置200还用于将偏差值与第二预设值进行比对，在确定偏差值大于第二预设值的情况下，即偏差值超出了预设范围，主控装置200输出报警信号。将报警信号发送至控制系统，达到提前预判的目的，防止负压通路出现问题，导致晶圆滑片并碎片，提高了产品的性能指标，提高了产品的竞争力。
在本发明的一个实施例中，真空吸附机械手吸附力控制设备包括三个光电传感器100，三个光电传感器100设置于机械手末端执行器上，三个光电传感器100一一对应地布置于同一个正三角形的三个顶点，即相邻两个光电传感器100之间的距离相等。光电传感器100可对晶圆的吸附状态进行监控，通过光电传感器100对晶圆的吸附状态进行监控，对有异常的情况进行预警或报警，可提升应用该类机械手产品的稳定性和可靠性。当然，传感器的类型并不限定于光电传感器100，光电传感器100也可通过超声波或距离传感器替代。
图2示例了本发明实施例提供的真空吸附机械手吸附力控制方法的流程图，如图2所示，本发明还提供一种真空吸附机械手吸附力控制方法，控制方法基于上述任意一项所述的真空吸附机械手吸附力控制设备；控制方法包括以下步骤：
步骤S100，获取晶圆被吸附或释放时光电传感器100的光通量的变化值；
由于晶圆被吸附或释放时，光电传感器100的光通量会发生变化，主控装置200对光电传感器100光通量的变化值进行监测，实现了对晶圆的吸附状态进行监控。步骤S100至步骤S140为真空吸附机械手正常工作时的步骤，这里将步骤S100至步骤S140记作正常工作模式。
步骤S110，将变化值利用正态分析模型进行分析，并将变化值与第一预设值进行比对，得出变化值与第一预设值的偏差值；
主控装置200获取光通量的变化值之后，先对其进行存储，再将变化值利用正态分析模型进行分析，利用正态分析方法对大量的数值进行分析，可得出最优的第一预设值，提高了对压力调节阀400进行压力调节的精度。
步骤S120，将偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
步骤S130，气体压力控制器300根据控制阀调节值对压力调节阀400进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制。
主控装置200在计算出控制阀调节值之后，将控制阀调节值发送至气体压力控制器300，气体压力控制器300根据控制阀调节值对压力调节阀400进行压力调节，从而实现对吸附机构的吸附力进行控制，避免吸附机构的吸附力过大或者过小。
在本发明的实施例中，在执行步骤S110的同时还执行以下步骤：
步骤S111，将偏差值与第二预设值进行比对，在确定偏差值大于第二预设值的情况下，输出报警信号。
主控装置200通过将偏差值与第二预设值进行比对，可以确定偏差值是否超出了预设范围，在确定偏差值大于第二预设值的情况下，主控装置200输出报警信号至控制系统，提醒工作人员，偏差值超出了预设范围，需要及时对参数进行调节，实现了提前预判，防止负压通路出现问题，导致晶圆滑片并碎片，提高了产品的性能指标，提高了产品的竞争力。
在本发明的实施例中，在执行步骤S130之后还执行以下步骤：
步骤S140，重复执行步骤S100至步骤S130。
将步骤S100至步骤S130重复执行可形成闭环控制，从而不断的根据输出结果对第一预设值和第二预设值优化，提高了对压力调节阀400进行压力调节的精度，提高了对吸附机构吸附力的精确控制。
在本发明的实施例中，在执行步骤S100之前还执行以下步骤：
步骤S90，确定是否进行测试运行，若是则执测试运行；否则执行步骤S100。
由于晶圆规格的不同，光电传感器100的光通量也就不同，因此在执行步骤S100之前需要确定是否进行测试运行，确定是否进行测试运行包括确定是否是首次运行，或者确定晶圆的规格是否发生变化。若是首次运行或者若是晶圆的规格发生变化，则执行测试运行。执行测试运行的目的在于在执行正常工作模式之前，对需要吸附的晶圆进行多次测试，针对该规格的晶圆对第一预设值和第二预设值进行优化，进而提高了对吸附机构吸附力的精确控制。经过测试运行，可保证对晶圆的吸附力处于平稳的状态，进一步提高了产品的性能指标和产品的竞争力。当然，在确定不是首次运行且晶圆的规格没有发生变化，则执行步骤S100。
在本发明的实施例中，测试运行包括以下步骤：
步骤S200，获取晶圆被吸附或释放时光电传感器100的光通量的变化值；
步骤S210，将变化值利用正态分析模型进行分析，并将变化值与第一预设值进行比对，得出变化值与第一预设值的偏差值；
步骤S220，将偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
步骤S230，气体压力控制器300根据控制阀调节值对压力调节阀400进行压力调节；
步骤S240，将步骤S200至步骤S230重复执行N次。
为了提高对吸附机构吸附力的精确控制，测试运行过程中，真空吸附机械手需要对晶圆进行慢速传片倒片。测试运行中，可选择N片晶圆进行慢速传片倒片。通过将偏差值经过PID控制，输出控制阀调节值，从而达到预设的晶圆吸附控制状态，将该状态作为产品正常运行的初始状态。重复执行N次之后，测试运行模式结束进入正常工作模式进行工作。其中，N为大于2的正整数，N的具体数值根据实际要测试的晶圆数量进行确定。
最后应说明的是：以上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。

Claims (10)

1.一种真空吸附机械手吸附力控制设备，其特征在于，包括：
多个光电传感器；
主控装置，与多个所述光电传感器电连接，所述主控装置用于获取晶圆被吸附或释放时所述光电传感器的光通量的变化值；将所述变化值利用正态分析模型进行分析，并将所述变化值与第一预设值进行比对，得出所述变化值与所述第一预设值的偏差值；将所述偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
气体压力控制器，与所述主控装置电连接；
压力调节阀，与所述气体压力控制器电连接，所述压力调节阀与对应的吸附机构通过管路连通；所述气体压力控制器用于根据所述主控装置输出的所述控制阀调节值对所述压力调节阀进行压力调节，以对所述吸附机构的吸附力进行控制。
2.根据权利要求1所述的真空吸附机械手吸附力控制设备，其特征在于，所述主控装置还用于将所述偏差值与第二预设值进行比对，在确定所述偏差值大于所述第二预设值的情况下，输出报警信号。
3.根据权利要求1所述的真空吸附机械手吸附力控制设备，其特征在于，所述主控装置为控制器，所述吸附机构为吸盘。
4.根据权利要求1所述的真空吸附机械手吸附力控制设备，其特征在于，所述真空吸附机械手吸附力控制设备包括三个所述光电传感器，三个所述光电传感器一一对应地布置于正三角形的三个顶点。
5.一种真空吸附机械手吸附力控制方法，所述控制方法基于权利要求1至4中任意一项所述的真空吸附机械手吸附力控制设备；其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100，获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值；
步骤S110，将所述变化值利用正态分析模型进行分析，并将所述变化值与第一预设值进行比对，得出所述变化值与所述第一预设值的偏差值；
步骤S120，将所述偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
步骤S130，气体压力控制器根据所述控制阀调节值对压力调节阀进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制。
6.根据权利要求5所述的真空吸附机械手吸附力控制方法，其特征在于，在执行所述步骤S110的同时还执行以下步骤：
将所述偏差值与第二预设值进行比对，在确定所述偏差值大于所述第二预设值的情况下，输出报警信号。
7.根据权利要求5所述的真空吸附机械手吸附力控制方法，其特征在于，在执行所述步骤S130之后还执行以下步骤：
重复执行所述步骤S100至所述步骤S130。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的真空吸附机械手吸附力控制方法，其特征在于，在执行所述步骤S100之前还执行以下步骤：
确定是否进行测试运行，若是则执所述测试运行；否则执行所述步骤S100。
9.根据权利要求8所述的真空吸附机械手吸附力控制方法，其特征在于，所述测试运行包括以下步骤：
步骤S200，获取晶圆被吸附或释放时光电传感器的光通量的变化值；
步骤S210，将所述变化值利用正态分析模型进行分析，并将所述变化值与第一预设值进行比对，得出所述变化值与所述第一预设值的偏差值；
步骤S220，将所述偏差值经过PID算法进行计算，得出控制阀调节值；
步骤S230，气体压力控制器根据所述控制阀调节值对压力调节阀进行压力调节，以对吸附机构的吸附力进行控制。
步骤S240，将所述步骤S200至所述步骤S230重复执行N次。
10.根据权利要求9所述的真空吸附机械手吸附力控制方法，其特征在于，N为大于2的正整数。
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