CN1794440A - 片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，属于IC制造技术领域。硅片状态检测方法为：设置光强阈值I₀、I₁，实时检测任一传感器对的光强为I_S1，若I_S1＝I₀，则无硅片，当I₀＞I_S1＞I₁则只有一个硅片，当I_S1≤I₁则有硅片重叠，若两个传感器发生遮光的时间不同则硅片处于倾斜状态；硅片圆心重定位方法为：当硅片边缘同时与两个传感器对的光场相切时，设此时传输机械手在X方向的位置为P₀，在输片过程中，当硅片边缘与两个传感器对的光场相切时，此时传输手在X方向的位置为P₁，若P₁＝P₀，则硅片处于理想位置，若P₁≠P₀，两者之差即为传输手在X方向上应补偿的距离。本发明使用简便，硬件成本低廉。

Description

片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法

技术领域

本发明属于IC制造技术领域，特别涉及硅片状态检测和重定位的方法。

背景技术

硅片检测和重定位是光刻机等IC制造装备输片系统的重要组成部分。硅片检测需要在传输手取片之前检测出相应槽中硅片有无以及其位置是否正常，发现硅片重叠、硅片倾斜等状态错误，使传输手正确取片。硅片圆心重定位实现的功能主要有二：1.使硅片准确送入片盒，校正下片环节中产生的硅片圆心偏差；2.对片盒取出的硅片进行圆心粗略定位，缩小上片到预对准平台时圆心偏差，减少预对准平台的检测代价和预对准时间。

硅片检测和圆心重定位是输片流程中两个重要环节，在以前的实现方法中，都是分别考虑这两个问题，如US专利5906469中采用点光源式透射式传感器检测硅片在片盒中的摆放状态，而采用透射式传感器测边原理进行硅片圆心定位的方法目前也有所应用，如US专利5258823采用2个透射式传感器用于圆心定位，US专利5194743采用3个透射式传感器用于圆心定位。相对硅片预对准，重定位精度相对较低，将硅片检测和重定位采用传感器分别实现，不仅传感器数量多，调试维修困难，而且占用空间。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，采用透射式光学传感器组同时实现硅片传输系统中的硅片检测和重定位两个工艺流程，可使用较少的传感器，调试维修难度低，而且节省空间。

所说的透射式光学测量元件为由发出条状光带的发光元件和接收发光元件所发光强的接收元件组成的传感器对，其中发光元件发出条状光带，当物体处于此条状光场中时，接收元件接收的光强减弱，从而可判断物体的遮光面积；两个传感器对设置在片盒前后的透光部分(即保证传感器光路不被硅片盒遮挡)，设定片盒升降方向为Z方向，两个传感器的光带沿Z方向处于同一区域且光路互不交叉，且正常摆放在槽中的硅片，在取送片时能够同时遮挡两个传感器对的光路，并且两个传感器对在片盒前端的元件的距离不影响硅片取送过程操作；

所述硅片状态检测方法为：当升降台携带硅片盒下降时，设置光强阈值I₀、I₁，实时检测任一传感器对的光强为I_S1，当硅片盒下降到测量位置时，若遮光量不变，则判定当前槽中无硅片，当I₀＞I_S1＞I₁可认为则判定被测槽中只有一个硅片，I_S1≤I₁则判定槽中有硅片重叠现象，若传感器1和传感器2发生遮光的时间不同则可判断硅片处于倾斜状态；

所述硅片圆心重定位的方法为：设定沿片盒槽取送硅片的方向为X方向，片盒槽平面内与X方向垂直的为Y方向，当硅片处在测量位置，在输片过程中，若硅片边缘与某一传感器对的光场相切，则传输机械手沿此光路轴向进行输片运动，直到硅片边缘与另一传感器对光路相切，对于理想的输片位置(此位置即为保证硅片正常进出片盒的标准位置)当硅片边缘同时与两个传感器对的光场相切时，设此时传输机械手在X方向的位置为P₀，若硅片存在圆心偏差，设此时传输手在X方向的位置为P₁，若此时传输手在X方向的位置为P₁，则硅片存在圆心偏差，P₁与P₀之差即为传输手在X方向上应补偿的距离，硅片圆心在Y方向上的偏差由两侧光路的约束而被消除。

本发明的特点和效果：

较少的传感器配置：本发明针对硅片盒设计重定位，为实现上面描述的功能，在不影响系统节拍的情况，如果按照上片位和下片位设计重定位，采用透射型光学传感器，则至少另需四个传感器用于重定位。

简单易用，成本较低：同时实现硅片检测和重定位的功能，还可以采用激光测距仪等设备，但由于硅片较薄，采用这种设备不仅价格昂贵，而且调试困难。较之而言，由于这两种检测精度要求并非很高，所以采用本发明的方法不仅调试维修简单，而且成本相对较低。

附图说明：

图1为采用两组透射式传感器实现硅片检测和重定位的示意图，(a)为主视图，(b)为俯视图。

图2为重定位方法示意图。

图3为从硅片盒取片时的控制流程图。

图4为向硅片盒放片时的控制流程图。

具体实施方式

本发明的硅片检测和重定位方法结合实施例及附图说明如下：

本发明提出的片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，包括采用两组透射式光学测量元件同时实现在片盒中的硅片状态检测以及传输过程中的硅片重定位两部分；

所说的透射式光学测量元件为由发出条状光带的发光元件和接收发光元件所发光强的接收元件组成的传感器对，其中发光元件发出条状光带(当物体处于此条状光场中时，接收元件接收的光强减弱，从而可判断物体的遮光面积)；两个传感器对设置在片盒前后的透光部分(即保证传感器光路不被硅片盒遮挡)，设定片盒升降方向为Z方向，两个传感器的光带沿Z方向处于同一区域且光路互不交叉，且正常摆放在槽中的硅片，在取送片时能够同时遮挡两个传感器对的光路(并且两个传感器对在片盒前端的元件的距离不影响硅片取送过程操作)；

所述硅片状态检测方法为：设置光强阈值I₀(最好为最大通光量或略小于最大通光量)、I₁，当升降台携带硅片盒下降时，实时检测任一传感器对的光强为I_S1，当硅片盒下降到测量位置时(即硅片盒进入条状光场中遮光时)，若I_S1＝I₀遮光量不变，则判定当前槽中无硅片，当I₀＞I_S1＞I₁则可判定槽中只有一个硅片，当I_S1≤I₁则判定槽中有硅片重叠现象，若第一个传感器和第二个传感器发生遮光的时间不同则可判断硅片处于倾斜状态；

所述硅片圆心重定位的方法为：设定沿片盒槽取送硅片的方向为X方向，片盒槽平面内与X方向垂直的为Y方向，对于理想的输片位置(此位置即为保证硅片正常进出片盒的标准位置)当硅片边缘同时与两个传感器对的光场相切时，设此时传输机械手在X方向的位置为P₀，在输片过程中，若硅片边缘与某一传感器对的光场相切，则传输机械手沿此光路轴向进行输片运动，直到硅片边缘与另一传感器对光路相切，此时传输手在X方向的位置为P₁，若P₁＝P₀，则硅片处于理想位置(即不存在圆心偏差)，若P₁≠P₀，则硅片存在圆心偏差，P₁与P₀之差即为传输手在X方向上应补偿的距离(硅片圆心在Y方向上的偏差由两侧光路的约束而被消除，即硅片边缘同时与两个传感器对的光场相切时，硅片圆心在Y方向上的位置即为理想位置)。

本发明方法用于输片系统的实施例为针对8英寸硅片的输片系统。该系统中包含3个升降台，分别承载上片盒、下片盒及废片盒，传输手包含四个自由度，分别是Y、Z、X及180度旋转，传输手X轴包含真空吸附装置。

图1为本发明方法采用两组透射式传感器对实施例的结构示意图，传感器对排布方式及相关坐标定义如图1，硅片4表示正常放置状态，即槽中有一片硅片，硅片5表示两片重叠放置状态，硅片6表示倾斜放置状态，硅片5，6都是非正常状态，如图1(a)所示。传感器对之间的虚线部分表示光场。传感器对1和传感器对2分别位于片盒3的前后透光部分，在Z方向上光路处于同一区域，并且其光场互不交叉，取送片时保证硅片通过此区域，并且两个传感器对在片盒前端的元件之间的距离较大足够保证硅片的取送操作，如图1(b)所示。

本实施例方法的具体步骤说明如下：

本实施例的透射式传感器采用KEYENCE公司的FU-12，其光纤排组为一线阵区域，光带的宽度为10mm，最小检测物体为0.3mm，传感器后处理将光通量从0-4096标记，本实施中设置两传感器对最大光通量为1930，

硅片传输过程中，控制器驱动升降台以100mm/s的速度向下运动，使硅片盒与两对传感器产生相对运动，同时控制器以0.5ms左右的周期读入两个传感器对的数据，这样可以及时检测到硅片是否进入两个传感器对的光场。

本实施例方法的具体应用在取片过程和送片过程分别说明如下：

取片时需要同时对盒中硅片状态检测及硅片圆心重定位，对于硅片状态检测，设置光强阈值I₀＝1930(即最大通光量，最佳阈值可选为比其值略小的值如1700)、I₁＝1300，设实时检测光强为I_S1，当升降台携带硅片盒下降时，若相应的槽位中光通量不变即I_S1＝1930时，此槽中无硅片，当1930＞I_S1＞1300可认为被测槽中只有一个硅片，I_S1≤1300则认为槽中有硅片重叠现象，若两个传感器对1、2发生遮光时间不同，则可判断此时硅片倾斜，对于图1(a)中的倾斜硅片6，传感器对1的光强首先减弱，然后传感器对2的光强减弱。

对于圆心重定位，设图2中虚线圆7为硅片进出片盒的理想位置，以向片盒送片为例，控制传输传输手以一定的速度运动，当硅片有圆心偏差时，例如以图2中实线圆8的方式进入片盒，则应对硅片圆心进行重定位，硅片边沿一旦进入一侧传感器对的光场(如图2中进入传感器对2的光场)，传输手立即改变运动方向，沿本侧传感器的光场向片盒运动，当与硅片边缘与另一侧光场相切时，记录传输手X轴方向的运动距离与输送理想硅片入盒时的差值，此即硅片在X轴方向的圆心偏差，并对X轴预期目标进行修正，传输手沿X方向运动，直到达到修正后的目标点停止。

取片时其方法如图3，包括以下步骤：

1)判断是否所在槽位都检测过，若是，则上升升降台至初始位置，更换片盒；否则继续下一步；

2)升降台下降一个槽距；

3)读取两传感器对的数据进行状态检测，若检测结果为硅片重叠或倾斜，则报警，并采取相应手段更正；若无硅片，则转步骤2)；若有硅片，则继续下一步；

4)传输手取片向外输送；

5)判断硅片边缘是否与任一传感器对光场相切，若否，则转步骤4)传输手继续向外输送；若是，则继续下一步；

6)传输手携带硅片沿与硅片边缘相切的光场的轴向方向运动；

7)判断是否检测到硅片边缘与另一传感器光场相切；若否则转回步骤6)，若是，则继续下一步；

8)记录此时传输手X方向位置并对X方向目标位置进行修正；

9)传输手沿X方向输片；

10)该片取片结束，转步骤2)。

送片时只需要对硅片圆心重定位，取片过程与送片过程类似，送片过程与取片过程类似，即当硅片边沿一旦出了一侧传感器的光场，传输手立即改变运动方向，沿本侧传感器的光场向片盒外运动，当与硅片边缘与另一侧光场相切时，求得硅片在X轴方向的圆心偏差，并对X轴预期目标进行修正。

送片的过程如图4所示，包括以下步骤：

1)判断是否所有槽位都装片，若是，则上升升降台至初始位置更换片盒；否则继续下一步；

2)传输手送片；

3)判断是否硅边缘与任一传感器对光场相切，若是，则求解硅片圆心偏差，传输手修正偏差并放片入片盒，然后离开片盒，升降台上移一个槽位，转至步骤1)；否则继续下一步；

4)判断是否硅边缘与任一传感器对光场相切，若否，则转步骤4)传输手继续向外输送；若是，则继续下一步；

6)传输手携带硅片沿与硅片边缘相切的光场的轴向方向运动；

7)判断是否检测到硅片边缘与另一传感器光场相切；若否则转回步骤6)，若是，则继续下一步；

8)记录此时传输手X方向位置并对X方向目标位置进行修正；

9)传输手沿X方向输片；

10)放片入片盒，传输手离开片盒；

11)升降台上移一个槽，转步骤2)。

上述方法实际上是把硅片在Y轴的圆心偏差用两侧传感器光场的约束进行消除，而X轴上的圆心偏差则通过特定位置上机构的移动距离不同来求得。

较之目前的输片系统中的对重定位和硅片检测分别使用传感器实现的方法，采用本发明的系统不仅使用的传感器的数量少，而且算法简单，调试难度低。

Claims (1)

1、一种片盒中硅片状态检测及其圆心重定位方法，其特征在于：包括采用两组透射式光学测量元件同时实现在片盒中的硅片状态检测以及传输过程中的硅片重定位两部分；

所说的透射式光学测量元件为由发出条状光带的发光元件和接收发光元件所发光强的接收元件组成的传感器对，其中发光元件发出条状光带；两个传感器对设置在片盒前后的透光部分，设定片盒升降方向为Z方向，两个传感器的光带沿Z方向处于同一区域且光路互不交叉，且正常摆放在槽中的硅片，在取送片时能够同时遮挡两个传感器对的光路；

所述硅片状态检测方法为：设置光强阈值I₀、I₁，当升降台携带硅片盒下降时，实时检测任一传感器对的光强为I_S1当硅片盒下降到测量位置时，若I_S1＝I₀遮光量不变，则判定当前槽中无硅片，当I₀＞I_S1＞I₁则可判定槽中只有一个硅片，当I_S1≤I₁则判定槽中有硅片重叠现象，若第一个传感器和第二个传感器发生遮光的时间不同则可判断硅片处于倾斜状态；

所述硅片圆心重定位的方法为：设定沿片盒槽取送硅片的方向为X方向，片盒槽平面内与X方向垂直的为Y方向，对于理想的输片位置，当硅片边缘同时与两个传感器对的光场相切时，设此时传输机械手在X方向的位置为P₀，在输片过程中，若硅片边缘与某一传感器对的光场相切，则传输机械手沿此光路轴向进行输片运动，直到硅片边缘与另一传感器对光路相切，此时传输手在X方向的位置为P₁，若P₁＝P₀，则硅片处于理想位置，若P₁≠P₀，则硅片存在圆心偏差，P₁与P₀之差即为传输手在X方向上应补偿的距离。

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