CN105655266A - 一种基于dsp的晶圆偏心在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶圆检测技术领域，具体公开一种基于DSP的晶圆偏心在线检测装置。本发明的在线检测装置，用于检测晶圆偏心，包括：机器人控制器、真空机械手、第一传感器、第二传感器和工位；所述机器人控制器与所述真空机械手相连；所述第一传感器、第二传感器与所述机器人控制器相连，且所述第一传感器、第二传感器前后布置在传输路径上，所述传输路径为所述真空机械手将晶圆传送至工位的路径。本发明利用采用三点确定圆法，传感器数据采集使用驱动器IO采集，实现检测时间短、成功率高，且可实现对机械手上晶片破损、严重偏位、掉片等异常情况的判断。

Description

一种基于DSP的晶圆偏心在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种基于DSP的晶圆偏心在线检测装置及方法。

背景技术

晶圆偏心在线检测，一般采用检测光的跳变的点数方法或基于线阵CCD的检测方法。

通过检测光的跳变的点数确定晶圆的偏心，该装置通常由单个激光二极管和一个接收器组成。该装置结构简单，但机械手在运动中，晶圆边缘的运动曲线跟圆形相差较大，易发生晶圆偏心现象且出现偏心的差值较大，从而导致检测成功率低。

检测光的跳变的点数法，要实现较高检测成功率，必须建立坐标系，判断晶圆的中心和真空吸盘中心的偏差，控制x轴、y轴的电机运动，保证激光二极管照射方向相切到晶圆边缘内部，这样将增加机械设计的复杂度，检测时间长，同时相对提高了成本。

基于线阵CCD的检测方法，该装置由线阵CCD、二值化电路、时钟驱动电路、CPLD和MCU等组成。线性CCD信号的实际波形表现为类似一条正弦曲线，否则其表现为标准波形，通过两种波形的比较可以得到晶圆的偏心。上述方法可以较精确地将晶圆放到吸盘的中心，与激光二极管检测法相比大大缩短了检测的时间，提高检测的成功率。

基于线阵CCD的检测方法，机械结构相对检测光的跳变的点数方法要复杂，检测时间较短，但仍无法及时判断机械手在运行时手上晶片破损、严重偏位(>5mm)、掉片等异常情况的发生。

发明内容

本发明旨在克服现有晶圆偏心检测技术的缺陷，提高检测成功率，提供一种基于DSP的晶圆偏心在线检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于DSP的晶圆偏心在线检测装置，用于检测晶圆偏心，包括：机器人控制器、真空机械手、第一传感器、第二传感器、工位、晶圆放置区和晶圆获取区；所述机器人控制器与所述真空机械手相连；所述第一传感器、第二传感器与所述机器人控制器相连，且所述第一传感器、第二传感器前后布置在传输路径上，所述传输路径为所述真空机械手将晶圆传送至工位的路径；所述晶圆放置区、晶圆获取区提供真空机械手晶圆的放置处及晶圆的获取区域。

一些实施例中，所述第一传感器、第二传感器采用驱动器IO采集。

一些实施例中，还包括高速光耦，所述第一传感器、第二传感器经所述高速光耦与所述机器人控制器相连。

再另一方面，本发明提供一种晶圆偏心在线检测装置的方法，包括，

S1、所述真空机械手从晶圆获取区获取晶圆；

S2、所述真空机械手向晶圆放置区方向传送晶圆往复运动N次；

S3、所述晶圆每次往返运动中四次触发所述第一传感器和第二传感器，获得采样点；

S4、记录所述采样点的位置信息并锁存；

S5、根据三点确定圆，获得一组圆心和半径数组；

S6、标准圆选取，并通过所述圆心与标准圆心比较，最终求得偏差值。

S7、根据已知数据获取每一组数据的偏心方差值，在标定范围内，进行偏差纠正操作，纠正后的晶圆经所述真空机械手将晶圆放置在晶圆放置区；

S8、所述晶圆放置区检查到有晶圆被送入时，传感器信号翻转，此时真空机械手重新运动到晶圆获取区获取新的晶圆。

一些实施例中，所述三点确定圆为，

$x^{,}=\frac{(y3-y1)({y2}^2-{y1}^2+{x2}^2-{x1}^2)+(y2-y1)({y1}^2-{y3}^2+{x1}^2-{x3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

${\text{y}}^{\′}=\frac{(x3-x1)({x2}^2-{x1}^2+{y2}^2-{y1}^2)+(x2-x1)({x1}^2-{x3}^2+{y1}^2-{y3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

$r=\sqrt{{(x1-x^{\′})}^2+{(y1-y^{\′})}^2}$

其中，圆心为(x’，y’)，半径为r；三点(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)已知。一些实施例中，步骤S2前还包括程序判断，判定晶圆偏心检测是否开启。

一些实施例中，执行N次，若偏心方差在阈值范围内，则标定成功，否则标定失败。

一些实施例中，所述标定成功后，计算偏差值，；所述标定失败，则停机报警。

本发明的有益效果在于：晶圆偏心在线检测装置通过采用三点确定圆法，传感器数据采集使用驱动器IO采集，实现检测时间短、成功率高，且可实现对机械手上晶片破损、严重偏位、掉片等异常情况的判断。进一步地，在优选方案中，将判断信息反馈给机台，以便机台报警并中止流程，易于工作人员早期检测到工艺中的缺陷，提高产品质量。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的在线检测装置的***图。

图2为根据本发明一个实施例的在线检测装置的晶圆传送图。

图3为根据本发明一个实施例的在线检测装置的真空机械手运动轨迹图。

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，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明晶圆偏心在线检测装置，既能保证高检测成功率、检测时间短，同时又能保证机械手在运行过程中手上的晶片破损、严重偏位(>5mm)、掉片等异常情况的出现。

如图1所示，为本发明基于DSP的晶圆偏心在线检测装置，用于检测晶圆0偏心，包括：机器人控制器1、真空机械手2、第一传感器3、第二传感器4、工位5、晶圆放置区6和晶圆获取区7。

真空机械手2从晶圆获取区7获取晶圆，晶圆0随着真空机械手2运动到达工位5，前后两个第一传感器3、第二传感器4采集晶圆0的位置信息，晶圆0沿Y轴方向往返运动，若连续5次晶圆0偏心方差均在阀值范围内，则将晶圆0放置在晶圆放置区6内，当晶圆0被放置到晶圆放置区6时，放置区内的传感器8信号翻转，并传达信息给真空机械手2，真空机械手2此时重新运动到晶圆获取区7获取下一个晶圆。

其中，第一传感器3和第二传感器4距晶圆0中心的距离分别为L1和L2，每个传感器直接与机器人控制器1相连。当真空机械手2传输晶圆0经过传感器3、4时，机器人控制器1根据传感器3、4的信号变化，利用机器人控制板的位置锁存当前的位置点，通过锁存的位置点计算出晶圆的位置偏差。

如图2所示，本发明实施例晶圆传送过程，具体为真空机械手2从HOME位置传送晶圆0到STATION位置。表1给出该过程中传感器信号的变化以及位置点的锁存位置。

表1信号变化及位置锁存

位置	第一传感器3信号	第二传感器4信号	锁存位置点
				a图位置	LOW	LOW
b图位置	LOW	HIGH	第一个锁存点
				c图位置	HIGH	HIGH	第二个锁存点
d图位置	HIGH	LOW	第三个锁存点
				e图位置	LOW	LOW	第四个锁存点
f图位置	LOW	LOW

从上表中可以看出，真空机械手2从a位置到达b位置时，第二传感器4信号由LOW变为HIGH，此时锁存第一个位置点R1；从b位置到达c位置时，第一传感器3信号由LOW变为HIGH,此时锁存第二个位置点R2；从c位置到达d位置时，第二传感器4信号由HIGH变为LOW，锁存第三个位置点R3；从d位置到达e位置时，第一传感器3信号由HIGH变为LOW，锁存第四个位置点R4；从e位置到f位置过程中，机器人控制器1实时计算晶圆的偏心并进行动态轨迹校正。

即真空机械手2在bcde位置分别锁存位置，计算偏差；并从e位置到f位置过程中，机器人控制器1实时计算晶圆的偏心并进行动态轨迹校正。

传感器将信号经高速光耦后，通过CPLD模块进行逻辑处理，再通过高速光耦输出、高速光耦输入，进入直驱电机驱动板。在直驱电机驱动板内部，若发现此信号翻转，则驱动器进行码盘采集，将采集到的码盘值通过CAN接口发给DSP，此时经DSP内部进行适当处理，校正；并将最终结果报告给上位机PC。

本发明晶圆偏心在线检测装置，传感器数据的采集使用驱动器IO采集方式进行，可缩短采集时间，提高采集精度。

本发明还提供一在线检测方法，两传感器采集的2组数据，采用三点确定圆的方法计算偏心，具体地，

S1、所述真空机械手从晶圆获取区获取晶圆；

S2、所述真空机械手向晶圆放置区方向传送晶圆往复运动N次；

S3、所述晶圆每次往返运动中四次触发所述第一传感器和第二传感器，获得采样点；

S4、记录所述采样点的位置信息并锁存；

S5、根据三点确定圆，获得一组圆心和半径数组；

S6、标准圆选取，并通过所述圆心与标准圆心比较，最终求得偏差值。

S7、根据已知数据获取每一组数据的偏心方差值，在标定范围内，进行偏差纠正操作，纠正后的晶圆经所述真空机械手将晶圆放置在晶圆放置区；

S8、所述晶圆放置区检查到有晶圆被送入时，传感器信号翻转，此时真空机械手重新运动到晶圆获取区获取新的晶圆。

上述三点确定圆为，

$x^{,}=\frac{(y3-y1)({y2}^2-{y1}^2+{x2}^2-{x1}^2)+(y2-y1)({y1}^2-{y3}^2+{x1}^2-{x3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

${\text{y}}^{\′}=-\frac{(x3-x1)({x2}^2-{x1}^2+{y2}^2-{y1}^2)+(x2-x1)({x1}^2-{x3}^2+{y1}^2-{y3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

$r=\sqrt{{(x1-x^{\′})}^2+{(y1-y^{\′})}^2}$

其中，圆心为(x’，y’)，半径为r；三点(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)已知。

此时取唯一等于晶圆半径的圆，计算出新的圆心O’(x’,y’)，与O(x,y)作差，即可求出偏差Δx和Δy。晶圆通过传感器后，四次触发传感器，从而得到四个采样点(即两进两出)，任取四点中的三点进行排列组合(共有四种组合方式)，再根据圆上三点可以求出圆心和半径，通过半径进行取舍，具体选择和标定时标准半径值接近的那一组值，留取一组值，将该圆心坐标和标定时的圆心坐标(标准圆心)进行比较，求出偏差值，该方案可以检测notch口。

如图3所示，真空机械手2运行轨迹计算偏心。已知条件：

1、r(半径)；

2、碰到传感器的四次关节值L1、L2、L3、L4；

3、示教时最后一次碰到传感器的圆的圆心坐标O(x0,y0)＝(0，L4)；

4、两个传感器的坐标A(xa，ya)和B(xb，yb)：

$\begin{array}{cc}A(\sqrt{r^2-{\left(\frac{L3-L1}{2}\right)}^2},\frac{L1+L3}{2})& B(\sqrt{r^2-{\left(\frac{L4-L2}{2}\right)}^2}.\frac{L2+L:4}{2}).\end{array}$

根据已知条件，可求得⊙O上四点坐标B(xb,yb)，C(xa,ya+L4-L3)，D(xa,ya+L4-L1)，E(xb,yb+L4-L2)。

则⊙O‘中，有B(xb,yb)，C’(xa,ya+L4’-L3’)，D’(xa,ya+L4’-L1’)，E’(xb,yb+L4’-L2’)。

利用三点确定一个圆，分别求圆心和半径。

根据⊙O上的A、C、D、E四点坐标，，可求得4个圆各自的圆心和半径。方法如下：

例如，已知三点(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)，求圆心(x’,y’)和半径r的计算公式如下：

$x^{,}=\frac{(y3-y1)({y2}^2-{y1}^2+{x2}^2-{x1}^2)+(y2-y1)({y1}^2-{y3}^2+{x1}^2-{x3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

${\text{y}}^{\′}=\frac{(x3-x1)({x2}^2-{x1}^2+{y2}^2-{y1}^2)+(x2-x1)({x1}^2-{x3}^2+{y1}^2-{y3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

$r=\sqrt{{(x1-x^{\′})}^2+{(y1-y^{\′})}^2}$

采用如上方法得到4组r值。

此时取唯一等于晶圆半径的圆⊙O’，计算出圆心O’(x’,y’)，与O(x,y)作差，即可求出偏差Δx和Δy。

本发明实施例还进一步包括判断是否开启晶圆偏心检测功能，若开启晶圆偏心检测功能，则传感器进行数据采集，并将采集的数据保存。采集标准值N次以上，若偏心方差在设定范围内，认为标定成功，否则认为标定失败。

若标定成功，则进入偏差计算，小于纠正偏差时，不纠正；大于纠正偏差、小于报警偏差且在未检测到新偏差时，按照此偏差自动纠正操作；大于报警偏差时，停机报警。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于DSP的晶圆偏心在线检测装置，用于检测晶圆偏心，其特征在于，包括：机器人控制器、真空机械手、第一传感器、第二传感器和工位、晶圆放置区和晶圆获取区；

所述机器人控制器与所述真空机械手相连；所述第一传感器、第二传感器与所述机器人控制器相连，且所述第一传感器、第二传感器前后布置在传输路径上，所述传输路径为所述真空机械手将晶圆传送至工位的路径；所述晶圆放置区、晶圆获取区提供真空机械手晶圆的放置处及晶圆的获取区域。

2.如权利要求1所述的晶圆偏心在线检测装置，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器采用驱动器IO采集。

3.如权利要求1所述的晶圆偏心在线检测装置，其特征在于，还包括高速光耦，所述第一传感器、第二传感器经所述高速光耦与所述机器人控制器相连。

4.一种利用权利要求1-3中任意一项晶圆偏心在线检测装置的方法，其特征在于，包括，

S1、所述真空机械手从晶圆获取区获取晶圆；

S2、所述真空机械手向晶圆放置区方向传送晶圆往复运动N次；

S3、所述晶圆每次往返运动中四次触发所述第一传感器和第二传感器，获得采样点；

S4、记录所述采样点的位置信息并锁存；

S5、根据三点确定圆，获得一组圆心和半径数组；

S6、标准圆选取，并通过所述圆心与标准圆心比较，最终求得偏差值。

S7、根据已知数据获取每一组数据的偏心方差值，在标定范围内，进行偏差纠正操作，纠正后的晶圆经所述真空机械手将晶圆放置在晶圆放置区；

S8、所述晶圆放置区检查到有晶圆被送入时，传感器信号翻转，此时真空机械手重新运动到晶圆获取区获取新的晶圆。

5.如权利要求4所述的晶圆偏心在线检测方法，其特征在于，所述三点确定圆为，

$x^{,}=\frac{(y3-y1)({y2}^2-{y1}^2+{x2}^2-{x1}^2)+(y2-y1)({y1}^2-{y3}^2+{x1}^2-{x3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

$y^{\′}=\frac{(x3-x1)({x2}^2-{x1}^2+{y2}^2-{y1}^2)+(x2-x1)({x1}^2-{x3}^2+{y1}^2-{y3}^2)}{2(x2-x1)(y3-y1)-2(x3-x1)(y2-y1)}$

$r=\sqrt{{(x1-x^{\′})}^2+{(y1-y^{\′})}^2}$

其中，圆心为(x，y)，半径为r；三点(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)已知。

6.如权利要求4所述的晶圆偏心在线检测方法，其特征在于，步骤S2前还包括程序判断，判定晶圆偏心检测是否开启。

7.如权利要求4所述的晶圆偏心在线检测方法，其特征在于，执行N次，若偏心方差在阈值范围内，则标定成功，否则标定失败。

8.如权利要求7所述的晶圆偏心在线检测方法，其特征在于，所述标定成功后，计算偏差值；所述标定失败，则停机报警。