晶圓傳輸過程中自動掃描算法的實現

李燕玲，劉 洋

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 100176)

隨著智能化技術的發展，半導體專用設備正朝著高度自動化、高效率化方向發展，傳統的人工裝卡方式已無法滿足高速、智能化的發展需求。晶圓自動傳輸是集成電路(IC)生產設備實現自動化的關鍵工藝環節，而晶圓自動上下片機構是自動化生產設備的關鍵單元，其在設備中的地位越來越高。

在IC制造晶圓自動傳輸過程中，需要隨時檢測片盒內的晶圓存放狀態，以確認晶圓在片盒內的擺放位置，如斜放、雙片、空片等不符合傳輸要求的情況，確保順利提取晶片。傳統的晶圓位置檢測分有兩種形式，一種為片盒固定，檢測裝置上下移動掃描，檢測片盒內晶圓位置；一種為檢測裝置固定，片盒上下移動，檢測片盒內晶圓狀態。由于檢測單元的質量輕，運動控制靈活，檢測裝置移動掃描方式已逐步成為全自動半導體設備主要采用的結構，其結構如圖1所示，主要由固定支架、驅動單元、檢測傳感器、片盒內晶圓等組成。在晶圓傳輸前，為了保證片盒內的晶圓存放無重疊、斜插等情況出現，驅動單元帶動檢測傳感器上下移動，對片盒內的晶圓進行掃描檢測，檢測完成后將片盒內晶圓所處的位置、片盒槽內晶圓有無、晶圓存放是否存在雙片等現象進行檢測，檢測完成后，根據掃描結果判斷是否可以進行晶片傳輸以及晶圓傳輸的具體狀態。

圖1　片盒固定檢測裝置上下移動掃描示意圖

1　晶圓掃描方式的實現

在晶圓的自動傳輸前，驅動單元將帶動檢測傳感器進行自下而上的掃描，在掃描過程中，傳感器會根據片盒相應槽內晶圓的狀態產生檢測信號，并將檢測到的信號傳輸到控制系統，進行計算分析，得出晶片在片盒內的存放狀態。

傳感器在晶圓的上下掃描過程中，當檢測到有晶圓時，會產生脈沖信號，如圖2所示。

圖2　檢測信號脈沖波動示意

系統通過對兩次脈沖的時間間隔、每次脈沖的持續時間等對脈沖信號進行分析，確定晶圓在卡槽內的有無和是否有雙片存在。

2　晶圓檢測算法的實現

在檢測過程中，根據電機運行速度，片盒內槽間距以及晶圓的厚度，從最下面的一片開始檢測，脈沖數從檢測到第一片開始計算，我們得出相鄰兩次脈沖的時間間隔以及每次脈沖持續的時間，在根據時間檢測過程中的脈沖數據進行分析，其分析流程如圖3所示。

圖3　檢測信號提取分析流程

3　實驗驗證

在晶圓掃描過程中，采用標準片盒，片盒內有25個卡槽，自下而上分別為K1到K25，在一定的速度和加速度條件下，檢測傳感器進行上下移動，每兩個卡槽之間的運動時間為1 000 ms，正常狀態下，每個卡槽內存在一個晶圓，每個晶圓的厚度掃描為135 ms，示意如圖4所示。

在檢測過程中，根據電機運行速度，片盒內槽間距以及晶圓的厚度，從最下面的一片開始檢測，脈沖數從檢測到第一片開始計算，我們得出25片晶圓（半導體標準片盒為25片）的檢測理論數據如表1所示。

表1　單片晶圓脈沖檢測理論數據表

在實際測試中所讀取到的脈沖開始位置和結束位置見表2所示。

數據進行分析，對比理論掃描數據，并充分考慮運動過程中的誤差及干擾，確定晶片所在位置及晶片存放狀態。首先經過對15組脈沖開始數據進行分析，確定存在晶圓的片盒內卡槽位置，其分析方法為，

間隔時間：ΔT1=T1i+1-T1i

表2　單片晶圓脈沖實測數據表

用相鄰的兩組數據相減，得出的間隔數除以1 000，取整，從第一個卡槽開始計算，按1 000的倍數確定晶圓所在位置，若為1，則相鄰的卡槽內均有晶圓，若為2或3，則相隔1或2才存在晶圓，分析結果如見表3。

表3　晶片有無檢測結果數據分析表

再根據每次脈沖的間隔時間，確定存在晶圓在卡槽內的存放狀態，即通過脈沖起始和結束的間隔時間，ΔT2=T2i-T1i，

通過開始和結束的時間差，除以標準間隔時間135 ms，取整，若為1則卡槽內晶圓數量為1，若為2，則晶圓數量為2，其數據分析結果如表4。

表4　晶片數量檢測結果數據分析表

綜合以上分析，其晶圓在卡槽內的狀態見表5。

當檢測到有空槽和雙片時，系統報警并停機檢查，重新裝片，確保每個片盒內無空槽且無雙片，確保后續的晶圓自動傳輸準確無誤。

表5　晶片檢測結果匯總表

4　結　論

在晶圓傳輸的過程中，影響設備穩定性及可靠性的因素很多，晶圓在片盒內卡槽的狀態除了空片、雙片以外，還會出現傾斜插放的情況，解決這類問題，則需要改變檢測傳感器位置及增加檢測傳感器數量，此文不再詳細論述。

參考文獻：

[1]汪勁松，朱煜.我國“十五”期間IC制造裝備的發展戰略研究[J].機器人技術與應用，2002，(2)：5-9.

[2]叢明，杜宇.面向IC制造的硅片機器人傳輸系統綜述[J].機器人，2007，(5)：261-265.