CN117198977A - 一种晶圆传输时中心自动对正方法 - Google Patents

Abstract

一种晶圆传输时中心自动对正方法，包括机器人末端执行器、两个反射传感器、偏移计算模块、初始对正模块和自动校正模块；两个反射传感器安装在机器人末端执行器的前端，反射传感器发光方向垂直于机器人末端执行器；初始对正模块在执行一次取放片操作后，通过扫描计算晶圆的圆心位置和半径信息，自动校正模块在执行一次取放片操作后，根据据两组偏移量Dx和Dy的差值以及两个各位之间相应的伸手坐标值整体偏移确定采集到数值的准确性。当采集到数值准确性有问题时，自动纠偏模块根据Dx和Dy的数值，进行逆运算，计算出旋转轴和伸手轴的运行角度，进行插补运动完成晶圆的自动纠偏，以及根据Dx和Dy的偏差值，判断晶圆放置位置是否满足精度要求。

Description

一种晶圆传输时中心自动对正方法

技术领域

本发明涉及半导体晶圆传输技术领域，尤其涉及一种晶圆传输时中心自动对正方法。

背景技术

半晶圆传输是半导体制造过程中的关键步骤，涉及将晶圆从一个工艺设备或工作台传输到另一个工艺设备或工作台。本领域技术人员清楚，传输的准确性和稳定性对于确保工艺的成功进行起着重要的作用。

在晶圆传输***中，为避免取放时偏位或晶圆破损等客观因素的发生，提高晶圆取放的准确度，需要设计并使用晶圆自动定心功能(Active Wafer Centering简称AWC)***来进行检测与校正。

AWC通过使用特定的传感器和控制算法，实现晶圆在传输过程中的准确对正和居中。对晶圆的对正方式，主要为初始对正及实时对正两种方式。

初始对正：在晶圆传输开始之前，通过使用传感器来获取晶圆的初始位置和姿态，这样可以通过对晶圆进行扫描或测量来实现；初始对正可以用作基准点，以后的对正调整将以此为参考。

实时对正：在晶圆传输过程中，传感器实时监测晶圆的位置和姿态，并将数据传输给控制算法。根据算法的计算结果，控制***可以调整传输装置的位置或方向，以实现晶圆的准确对正和居中。

目前，在使用的AWC***中，用于检测晶圆偏移的传感器，是固定安装在每个工位入口处。采用该方式进行晶圆纠正存在以下问题：

①、由于每个工位都需要安装至少两个传感器，因此该方式的成本较高；

②、由于每组传感器需要提供额外的安装位置和接线，安装后需要进行传感器调整，在实现实时对正前，需要对每个工位进行初始对正，使用成本较高；

③、使用当前的AWC***纠正时，只能保证晶圆在通过传感器时的偏移量，无法判断晶圆放置完成后，晶圆的实际位置是否存在偏移。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。

为此，本发明的目的在于提供一种晶圆传输时中心自动对正方法，晶圆传输时中心自动对正方法。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种晶圆传输时中心自动对正方法，所述晶圆传输包括N个工位，N大于等于2，所述N个工位示教位置的伸手距离为(EX1,EX2…EXN)；其包括机器人末端执行器、两个反射传感器、偏移计算模块、初始对正模块和自动校正模块；

两个所述反射传感器安装在所述机器人末端执行器的前端，所述反射传感器发光方向垂直于所述机器人末端执行器；

初始对正模块，在所述机器人末端执行器完成所述N个工位示教位置的伸手距离(EX1,EX2…EXN)示教后，将所述晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，向所述工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作；初始对正时，两个反射传感器扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，并通过所述四个点的坐标值中每三个点进行组合，计算出四组圆心的位置和半径；并根据四组圆心位置和半径的偏差设定值，完成初始化对正操作，并将相关圆心位置和半径信息进行存储；

偏移计算模块，根据所述工位1初始化的对正坐标值，计算出所述工位2的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EX1)，依次类推，计算出所述工位N的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EXN-EX1)；

自动校正模块，将两个所述反射传感器对放置在机器人末端执行器的中心位置的晶圆进行扫描，向所述工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作；自动校正时，两个反射传感器扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值得到的四个坐标值；放置的晶圆相较于初始化对正位置，计算沿着伸手方向的偏移量和垂直于伸手方向的偏移量Dx和Dy，根据两组偏移量Dx和Dy的差值以及两个各位之间相应的伸手坐标值整体偏移确定采集到数值的准确性。

进一步地，所述的晶圆传输时中心自动对正装置，其还包括自动纠偏模块，如果采集到数值不准确，在取出晶圆时，根据Dx和Dy的数值，进行逆运算，计算出旋转轴和伸手轴的运行角度，进行插补运动完成晶圆的自动纠偏。

进一步地，所述的晶圆传输时中心自动对正装置，所述自动纠偏模块还包括，如果采集到数值不准确，在放置晶圆时，根据Dx和Dy的偏差值，判断晶圆放置位置是否满足精度要求。

为了实现上述目的，本申请采用又一如下技术方案：

一种上述的晶圆传输时中心自动对正方法的校正方法，其包括包括如下步骤：

步骤S1：初始对正步骤；

完成所述N个工位示教位置的伸手距离(EX1,EX2…EXN)示教后，将晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，向工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作；两个反射传感器扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值(X11、X12、X13、X14)，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，并通过所述四个点的坐标值中每三个点进行组合，计算出四组圆心的位置和半径；并根据四组圆心位置和半径的偏差设定值，完成初始化对正操作，并将相关圆心位置和半径信息进行存储；否者，重新将晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，进行初始对正操作，直到所述四组圆心位置和半径的偏差小于设定值；

步骤S2：偏移计算步骤；

根据所述工位1初始化的对正坐标值，计算出所述工位2的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EX1)，依次类推，计算出所述工位N的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EXN)；

步骤S3：自动校正步骤

将晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，两个反射传感器扫描到的四个坐标值为(X21、X22、X23、X24)放置的晶圆相较于初始化对正位置，计算沿着伸手方向的偏移量为：

Dx＝((X22-X21)-(X12-X11))/2

垂直于伸手方向的偏移量为：

Dy＝((r^2-((X22-X21)/2)^2)-(r^2-((X12-X11)/2)^2)

如果两组偏移量的差值在设定值以内，表示采集到的数值准确，否者，执行步骤S4；

步骤S4：如果采集到数值不准确，在取出晶圆时，根据Dx和Dy的数值，进行逆运算，计算出旋转轴和伸手轴的运行角度，进行插补运动完成晶圆的自动纠偏；在放置晶圆时，根据Dx和Dy的偏差值，判断晶圆放置位置是否满足精度要求。

本发明实施例提供的上述技术方案，其通过新，安装一组传感器在机械手的末端执行，实现晶圆取放时准确对正和居中，仅使用了一组传感器实现多个工位的检测与校正，物料成本和使用及维护成本均实现了大幅度降低。此外，本发明可以在晶圆放置后，检测晶圆的进行晶圆放置位置的准确性，可以配合现有的AWC***使用，实现纠偏效果的确认。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例中晶圆传输中心自动对正结构示意图

图2为本发明实施例中的晶圆偏移示意图

图3为本发明实施例中的晶圆偏移计算模型示意图

图4为本发明实施例中机器人工位示意图

附图标记：

1-机器人末端执行器

2-反射传感器

3-晶圆

4-传感器扫过晶圆仿真线

5-传感器扫过晶圆边缘点

6-初始对正晶圆位置

7-偏移晶圆位置

X11、X12、X13、X14-传感器扫过初始对正晶圆边缘点

X21、X22、X23、X24-传感器扫过偏移晶圆边缘点

r-晶圆半径

L-传感器间距

EX1-工位1示教位置的伸手距离

EX2-工位2示教位置的伸手距离

R1-工位1旋转轴角度

R2-工位2旋转轴角度。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

请查阅图1，图1为本发明实施例中晶圆传输中心自动对正结构示意图。所述晶圆传输包括N个工位，N大于等于2，所述N个工位示教位置的伸手距离为(EX1,EX2…EXN)；在本发明的实施例中，以N等于2为例进行说明，其它情况完全相同，在此不再赘述。

如图1所示，该晶圆传输时中心自动对正装置包括机器人末端执行器1、两个反射传感器2、初始对正模块和自动校正模块。两个所述反射传感器2安装在所述机器人末端执行器1的前端，两个所述反射传感器2的传感器间距为L。所述反射传感器2发光方向垂直于所述机器人末端执行器1。

当所述机器人末端执行器1从工位放置晶圆时，晶圆3完成放置后，所述机器人末端执行器1从右向左沿着晶圆仿真线4扫过晶圆，同样可以记录扫过晶圆的边缘5时的四个位置对应的机器人的伸手的坐标位置。

在进行晶圆自动对正前，在所述机器人末端执行器1完成所述2个工位示教位置的伸手距离(EX1,EX2)示教后，需要进行初始对正操作。初始对正模块将所述晶圆放置在机器人末端执行器1的中心位置，向工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作。

请查阅图2，图2为本发明实施例中的晶圆偏移示意图。如图2所示，当所述机器人末端执行器1从工位取出晶圆3时，初始对正模块从左到右沿着所述反射传感器2通过晶圆仿真线(4)扫过晶圆，在所述反射传感器2扫到晶圆3左侧边缘时，并记录此时机器人伸手轴的坐标位置；在所述反射传感器2扫到晶圆3右侧边缘5时，并记录此时机器人伸手的坐标位置。

具体地，请查阅图3，图3为本发明实施例中的晶圆偏移计算模型示意图。如图3所示，初始对正时，两个所述反射传感器2扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，并且通过四个点的坐标值(X11、X12、X13、X14)，并通过所述四个点的坐标值中每三个点进行组合，计算出四组圆心的位置和半径；如果四组圆心位置和半径的偏差小于设定值，则完成初始化对正操作，并将相关圆心位置和半径信息进行存储。

偏移计算模块，根据所述工位1初始化的对正坐标值，计算出所述工位2的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EX1)，依次类推，计算出所述工位N的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EXN-EX1)。

在进行晶圆自动校正时，放置的晶圆3相较于初始化对正位置，存在一定的偏移，即如图2所示中的偏移晶圆位置7。

初始时的对正坐标值为X11、X12、X13、X14，存在偏移的晶圆放置时，自动校正模块，将晶圆放置在机器人末端执行器1的中心位置，两个反射传感器2扫描到的四个坐标值为(X21、X22、X23、X24)放置的晶圆相较于初始化对正位置，计算沿着伸手方向的偏移量为：

Dx＝((X22-X21)-(X12-X11))/2

垂直于伸手方向的偏移量为：

Dy＝((r^2-((X22-X21)/2)^2)-(r^2-((X12-X11)/2)^2)

如果两组偏移量的差值在设定值以内，表示采集到的数值准确。同理，也可以通过X13、X14和X23、X24计算出一组Dx和Dy偏移量。

如果两组偏移量的差值在设定值以内，表示采集到的数值准确。在取出晶圆时，自动纠偏模块可以根据Dx和Dy的数值，进行逆运算，计算出旋转轴和伸手轴的运行角度，进行插补运动完成晶圆的自动纠偏。在放置晶圆时，自动纠偏模块还可以根据Dx和Dy的偏差值，判断晶圆放置位置是否满足精度要求。

请参阅图4，图4为本发明实施例中机器人工位示意图。如图4所示，工位1旋转轴角度为R1，工位2旋转轴角度为R2。工位1和工位2示教位置存在差异，可以根据工位1初始化的对正坐标值，计算出工位2的对正坐标值，将响应的伸手坐标值整体偏移(EX2-EX1)。其中，EX1为工位1示教位置的伸手距离，工位2示教位置的伸手距离EX2；并且，其它工位的初始化伸手坐标也可以采用该方式获取。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种晶圆传输时中心自动对正装置，所述晶圆传输包括N个工位，N大于等于2，所述N个工位示教位置的伸手距离为(EX1,EX2…EXN)；其特征在于，包括机器人末端执行器、两个反射传感器、偏移计算模块、初始对正模块和自动校正模块；

两个所述反射传感器安装在所述机器人末端执行器的前端，所述反射传感器发光方向垂直于所述机器人末端执行器；

初始对正模块，在所述机器人末端执行器完成所述N个工位示教位置的伸手距离(EX1,EX2…EXN)示教后，将所述晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，向所述工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作；初始对正时，两个反射传感器扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，并通过所述四个点的坐标值中每三个点进行组合，计算出四组圆心的位置和半径；并根据四组圆心位置和半径的偏差设定值，完成初始化对正操作，并将相关圆心位置和半径信息进行存储；

偏移计算模块，根据所述工位1初始化的对正坐标值，计算出所述工位2的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EX1)，依次类推，计算出所述工位N的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EXN-EX1)；

自动校正模块，将两个所述反射传感器对放置在机器人末端执行器的中心位置的晶圆进行扫描，向所述工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作；自动校正时，两个反射传感器扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值得到的四个坐标值；放置的晶圆相较于初始化对正位置，计算沿着伸手方向的偏移量和垂直于伸手方向的偏移量Dx和Dy，根据两组偏移量Dx和Dy的差值以及两个各位之间相应的伸手坐标值整体偏移确定采集到数值的准确性。

2.根据权利要求1所述的晶圆传输时中心自动对正装置，其特征在于，还包括自动纠偏模块，如果采集到数值不准确，在取出晶圆时，所述自动纠偏模块根据Dx和Dy的数值，进行逆运算，计算出旋转轴和伸手轴的运行角度，进行插补运动完成晶圆的自动纠偏。

3.根据权利要求2所述的晶圆传输时中心自动对正装置，其特征在于，如果采集到数值不准确，在放置晶圆时，所述自动纠偏模块根据Dx和Dy的偏差值，判断晶圆放置位置是否满足精度要求。

4.一种采用权利请求1-3任意一个所述的晶圆传输时中心自动对正装置的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：初始对正步骤；

完成所述N个工位示教位置的伸手距离(EX1,EX2…EXN)示教后，将晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，向工位执行一次放片操作，然后执行一次取片操作；两个反射传感器扫描并记录下放片扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值(X11、X12、X13、X14)，以及取片时扫到的四个边缘点对应伸手轴的坐标值，并通过所述四个点的坐标值中每三个点进行组合，计算出四组圆心的位置和半径；并根据四组圆心位置和半径的偏差设定值，完成初始化对正操作，并将相关圆心位置和半径信息进行存储；否者，重新将晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，进行初始对正操作，直到所述四组圆心位置和半径的偏差小于设定值；

步骤S2：偏移计算步骤；

根据所述工位1初始化的对正坐标值，计算出所述工位2的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EX1)，依次类推，计算出所述工位N的对正坐标值，相应的伸手坐标值整体偏移为(EX2-EXN)；

步骤S3：自动校正步骤

将晶圆放置在机器人末端执行器的中心位置，两个反射传感器扫描到的四个坐标值为(X21、X22、X23、X24)放置的晶圆相较于初始化对正位置，计算沿着伸手方向的偏移量为：

Dx＝((X22-X21)-(X12-X11))/2

垂直于伸手方向的偏移量为：

Dy＝((r^2-((X22-X21)/2)^2)-(r^2-((X12-X11)/2)^2)

如果两组偏移量的差值在设定值以内，表示采集到的数值准确，否者，执行步骤S4；

步骤S4：如果采集到数值不准确，在取出晶圆时，根据Dx和Dy的数值，进行逆运算，计算出旋转轴和伸手轴的运行角度，进行插补运动完成晶圆的自动纠偏；在放置晶圆时，根据Dx和Dy的偏差值，判断晶圆放置位置是否满足精度要求。