本發(fā)明涉及機(jī)械控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種在AWC系統(tǒng)中驗(yàn)證動(dòng)態(tài)晶圓中心偏差位置的方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體的生產(chǎn)制造過程中，各腔室之間或工位之間通常使用機(jī)械手來完成晶圓(晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓)的傳送。在晶圓傳輸系統(tǒng)中，為避免取放時(shí)偏位或晶圓破損等客觀因素的發(fā)生，提高晶圓取放的準(zhǔn)確度，需要設(shè)計(jì)并使用AWC(Active Wafer Centering)系統(tǒng)來進(jìn)行檢測(cè)與校正。AWC系統(tǒng)針對(duì)機(jī)械手傳輸晶圓過程中實(shí)際中心與示教中心的偏位情況，在機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行自動(dòng)糾正，確保了晶圓被準(zhǔn)確運(yùn)送到指定位置。AWC系統(tǒng)使用一組兩個(gè)對(duì)射傳感器，放置于需要檢測(cè)的工位方向(運(yùn)動(dòng)的徑向直線和晶圓邊緣之間)，并保證兩傳感器之間的連線與工位徑向垂直，用于檢測(cè)晶圓位置，該AWC系統(tǒng)的俯視簡(jiǎn)圖如圖1所示。當(dāng)晶圓邊沿達(dá)到對(duì)射光線處，傳感器被觸發(fā)，當(dāng)前機(jī)械手的關(guān)節(jié)值(碼盤值)被機(jī)械手控制器采集記錄。晶圓傳輸過程中與傳感器位置關(guān)系如圖2所示；在示教好的方向上，當(dāng)機(jī)械手從a到f伸出，為一次采集過程；當(dāng)機(jī)械手從f到a縮回，為又一次采集過程。反復(fù)幾次，通過特定算法，機(jī)械手控制器完成零位基準(zhǔn)標(biāo)定并儲(chǔ)存。之后的每次機(jī)械手在相同的示教方向上攜帶晶圓(晶圓相對(duì)于機(jī)械手有偏移的情況下)經(jīng)過對(duì)射傳感器，AWC都會(huì)給出晶圓中心相對(duì)于零位參考基準(zhǔn)的偏差結(jié)果，直至手動(dòng)解除標(biāo)定結(jié)果，而系統(tǒng)也需重新標(biāo)定建立零位參考基準(zhǔn)。在AWC結(jié)果中，包含了晶圓中心在伸縮方向的偏差Δy，及垂直伸縮方向的偏差Δx，如圖3所示，剛剛標(biāo)定后的晶圓中心偏差為(0,0)。

需要注意的是，AWC給出的結(jié)果不包含晶圓自身旋轉(zhuǎn)的角度偏差，即只給出晶圓中心的平移偏差。

常規(guī)驗(yàn)證AWC精度驗(yàn)證的思路是：在零位參考基準(zhǔn)標(biāo)定后，由外部設(shè)備，記錄當(dāng)前晶圓上某一點(diǎn)的位置，隨后，將晶圓相對(duì)于機(jī)械手平移一個(gè)角度，再次記錄晶圓上同一點(diǎn)的位置，可測(cè)算出此次平移的Δx和Δy，隨后機(jī)械手?jǐn)y帶晶圓再次沿相同方向，經(jīng)過對(duì)射傳感器，將得到的AWC偏差結(jié)果與Δx和Δy進(jìn)行對(duì)比，Δx和Δy可由精密外部設(shè)備，在建立好相應(yīng)坐標(biāo)系的情況下得到。

而因?yàn)槿绻ㄟ^人為移動(dòng)晶圓，必然帶來晶圓的自身旋轉(zhuǎn)，這種情況下，由外部設(shè)備算得的Δx和Δy將包含晶圓自身旋轉(zhuǎn)的偏差，而AWC給出的結(jié)果，是不包含晶圓自身旋轉(zhuǎn)的偏差的。如果通過外部裝置完成平移，如增加另一臺(tái)機(jī)械手，則機(jī)械手的相互位置關(guān)系不易協(xié)調(diào)，同時(shí)也增加了驗(yàn)證的復(fù)雜程度，因此如何在現(xiàn)有不增加外部裝置的條件下實(shí)現(xiàn)晶圓相對(duì)于機(jī)械手的平移，成為關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在AWC系統(tǒng)中驗(yàn)證動(dòng)態(tài)晶圓中心偏差位置的方法，本發(fā)明中方法不通過AWC算法本身檢驗(yàn)，將較為簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)晶圓相對(duì)于機(jī)械手的平移，從而完成AWC精度的驗(yàn)證。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：在AWC系統(tǒng)中驗(yàn)證動(dòng)態(tài)晶圓中心偏差位置的方法，其中所述AWC系統(tǒng)包括機(jī)械手、晶圓、工位及機(jī)械手控制器，外部設(shè)備采用激光跟蹤儀和測(cè)量靶球，方法包括如下步驟：

步驟一、記錄初始位置：在靠近測(cè)試晶圓的中心處固定測(cè)量靶球，完成AWC標(biāo)定后，機(jī)械手沿標(biāo)定好的方向伸出傳輸腔室外，到達(dá)工位上方的示教位置，利用激光跟蹤儀記錄當(dāng)前的靶球位置，同時(shí)記錄示教盒上的旋轉(zhuǎn)軸和伸縮軸的關(guān)節(jié)值；

步驟二、晶圓平移：機(jī)械手沿Z軸下降，將晶圓放置在晶圓支架上，隨后旋轉(zhuǎn)適當(dāng)角度{可為約±(0.5～1)度}，上升將晶圓抬起，沿新的伸縮方向移動(dòng)適當(dāng)距離{可為約±(3～5)mm}后，再次下降將晶圓放置在晶圓支架上，記錄示教盒上的旋轉(zhuǎn)軸和伸縮軸的關(guān)節(jié)值；

步驟三、記錄新位置：機(jī)械手縮回，重新伸出到達(dá)工位下方的示教位置，上升將晶圓再次抬起到工位上方的示教位置，并記錄當(dāng)前的靶球位置；

步驟四、AWC檢測(cè)偏移：機(jī)械手?jǐn)y帶晶圓縮回，之后再次伸出腔室，利用AWC功能檢測(cè)晶圓中心的偏移量；

步驟五、建立坐標(biāo)系：機(jī)械手沿標(biāo)定方向移動(dòng)，在前進(jìn)若干距離(可為每次約20mm)后暫停，利用激光跟蹤儀采集直線上的多個(gè)點(diǎn)(可為約8～10個(gè)點(diǎn))，之后機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)角度(可為約3～5度)，并沿新方向移動(dòng)，同樣在前進(jìn)若干距離后暫停，采集直線上的多個(gè)點(diǎn)(可為約8～10個(gè)點(diǎn))，以標(biāo)定方向上的點(diǎn)建立坐標(biāo)系Y軸，以兩個(gè)方向上的所有點(diǎn)建立XY平面，進(jìn)而得到Z軸，以工位上方的初始位置為原點(diǎn)，最終得到坐標(biāo)系；

步驟六、對(duì)比結(jié)果：分別計(jì)算示教盒顯示、AWC檢測(cè)和激光跟蹤儀實(shí)測(cè)的晶圓偏差并進(jìn)行對(duì)比。

進(jìn)一步地，所述測(cè)量靶球采用外徑為1/2英寸的靶球，靶球與靶球座的質(zhì)量總共為12克。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械手為真空機(jī)械手。

進(jìn)一步地，所述晶圓支架具有3個(gè)立柱，晶圓放置在3個(gè)立柱上，晶圓支架搭建在傳輸腔室窗口外并與傳輸平面平行，用于晶圓平移時(shí)的中轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明方法解決了驗(yàn)證測(cè)試中的晶圓的平移問題，沒有額外添加儀器、設(shè)備來操作晶圓，實(shí)現(xiàn)完成對(duì)AWC精度的驗(yàn)證測(cè)試。

2、本發(fā)明方法不通過AWC算法本身檢驗(yàn)，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)晶圓相對(duì)于機(jī)械手的平移，提高了驗(yàn)證測(cè)試的效率。

3、本發(fā)明方法精度驗(yàn)證效果等同于額外添加精密儀器進(jìn)行驗(yàn)證，成本大大低于額外添加儀器、設(shè)備來進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中AWC系統(tǒng)的俯視簡(jiǎn)圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓傳輸軌跡；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓中心偏差示意圖；

圖4為本發(fā)明方法步驟二晶圓平移示意圖；

圖5為本發(fā)明方法圖4(d)中晶圓中心方框的放大圖。

圖中，1、機(jī)械手；2、晶圓；3、工位；4、傳感器；5、機(jī)械手控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的AWC系統(tǒng)通常包括機(jī)械手1、晶圓2、工位3、傳感器4、機(jī)械手控制器5。

如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)中晶圓傳輸過程中與傳感器位置關(guān)系：在示教好的方向上，當(dāng)機(jī)械手從a到f伸出，為一次采集過程；當(dāng)機(jī)械手從f到a縮回，為又一次采集過程。反復(fù)幾次，通過特定算法，機(jī)械手控制器完成零位基準(zhǔn)標(biāo)定并儲(chǔ)存。之后的每次機(jī)械手在相同的示教方向上攜帶晶圓(晶圓相對(duì)于機(jī)械手有偏移的情況下)經(jīng)過對(duì)射傳感器，AWC都會(huì)給出晶圓中心相對(duì)于零位參考基準(zhǔn)的偏差結(jié)果，直至手動(dòng)解除標(biāo)定結(jié)果，而系統(tǒng)也需重新標(biāo)定建立零位參考基 準(zhǔn)。在AWC結(jié)果中，包含了晶圓中心在伸縮方向的偏差Δy，及垂直伸縮方向的偏差Δx。

如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中，剛剛標(biāo)定后的晶圓中心偏差為(0,0)。

本發(fā)明在AWC系統(tǒng)中驗(yàn)證動(dòng)態(tài)晶圓中心偏差位置的方法，其中所述AWC系統(tǒng)包括機(jī)械手、晶圓、工位及機(jī)械手控制器，本發(fā)明中提出的方法中，外部設(shè)備采用激光跟蹤儀，目標(biāo)靶球?yàn)?/2英寸，連同靶球座共12克，另外在傳輸腔室窗口外，搭建了一個(gè)3支柱的工位，并與傳輸平面平行，用于晶圓平移時(shí)的中轉(zhuǎn)，具體方法包括如下步驟：

步驟一、記錄初始位置：在靠近測(cè)試晶圓的中心處固定1/2英寸的靶球，完成AWC標(biāo)定后，機(jī)械手沿標(biāo)定好的方向伸出腔室外，到達(dá)工位上方的示教位置，利用激光跟蹤儀記錄當(dāng)前的靶球位置(x1，y1)，同時(shí)記錄示教盒上的旋轉(zhuǎn)軸和伸縮軸的關(guān)節(jié)值：(R1＝415.908，T1＝89.268)；

步驟二、晶圓平移：如圖4所示，

(a)在完成AWC標(biāo)定后，機(jī)械手沿標(biāo)定好的方向伸出腔室外，到達(dá)工位上方的示教位置；

(b)機(jī)械手沿Z軸下降，將晶圓放置在晶圓支架的三個(gè)立柱上，隨后旋轉(zhuǎn)適當(dāng)角度θ；

(c)機(jī)械手沿Z軸上升，將晶圓抬起，沿新的伸縮方向移動(dòng)適當(dāng)距離R；

(d)機(jī)械手沿Z軸下降，將晶圓放置在晶圓支架上并縮回，從圖5可以看到晶圓中心產(chǎn)生了一個(gè)斜向的平移；

(e)機(jī)械手回到HOME位；并記錄示教盒上的旋轉(zhuǎn)軸和伸縮軸的關(guān)節(jié)值(R2＝420.908，T2＝88.698)；

步驟三、記錄新位置：機(jī)械手縮回，重新伸出到達(dá)工位下方的示教位置，上升將晶圓再次抬起到工位上方的示教位置，并記錄當(dāng)前的靶球位置(x2，y2)；

步驟四、AWC檢測(cè)偏移：機(jī)械手?jǐn)y帶晶圓縮回，之后再次伸出腔室，利用AWC功能檢測(cè)晶圓中心的偏移量(Δx＝-0.0901,Δy＝5.0741)；

步驟五、建立坐標(biāo)系：機(jī)械手沿標(biāo)定方向移動(dòng)，在前進(jìn)若干距離后暫停，利用激光跟蹤儀采集直線上的多個(gè)點(diǎn)，之后機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至適當(dāng)角度，并沿新方向移動(dòng)，同樣在前進(jìn)若干距離后暫停，采集直線上的多個(gè)點(diǎn)，以標(biāo)定方向上的點(diǎn)建立坐標(biāo)系Y軸，以兩個(gè)方向上的所有點(diǎn)建立XY平面，進(jìn)而得到Z軸，以工位上方的初始位置為原點(diǎn)，最終得到坐標(biāo)系；(在新建坐標(biāo)系下，x1＝0，y1＝0， x2＝-0.0729，y2＝5.0947)

步驟六、對(duì)比結(jié)果：根據(jù)坐標(biāo)系分別計(jì)算示教盒顯示、AWC檢測(cè)和激光跟蹤儀實(shí)測(cè)的晶圓中心偏差并進(jìn)行對(duì)比，詳見表1。

表1

注：斜體數(shù)值為ΔT角度和弧度的對(duì)應(yīng)換算值。

步驟七、改變旋轉(zhuǎn)角度和伸縮量：在保證機(jī)械手與晶圓支架及腔室不發(fā)生干涉的前提下，改變機(jī)械手調(diào)整晶圓位置時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度θ和伸縮量R，根據(jù)以上步驟進(jìn)行多組測(cè)試，精確獲得在AWC系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)晶圓中心偏差值，根據(jù)偏差值提高AWC精度。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。