在AWC系统中验证动态晶圆中心偏差位置的方法

摘要

本发明涉及机械控制技术领域，尤其是涉及一种在AWC系统中验证动态晶圆中心偏差位置的方法，该方法包括如下步骤，(1)机械手移动至工位上方的示教位置，利用激光跟踪仪记录初始的靶球位置同时记录当前示教盒上的关节值；(2)机械手带动晶圆进行平移，记录平移后示教盒上的关节值；(3)机械手缩回，重新将晶圆抬至工位上方的示教位置，记录新的靶球位置；(4)利用AWC功能检测晶圆中心的偏移量；(5)建立坐标系；(6)根据坐标系分别计算示教盒显示、AWC检测和激光跟踪仪实测的晶圆偏差结果并进行对比。本发明解决了验证测试中的晶圆的平移问题，没有额外添加仪器、设备来操作晶圆，提高了验证测试的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及机械控制技术领域，尤其是涉及一种在AWC系统中验证动态晶圆中心偏差位置的方法。

背景技术

在半导体的生产制造过程中，各腔室之间或工位之间通常使用机械手来完成晶圆(晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆)的传送。在晶圆传输系统中，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AWC(Active Wafer Centering)系统来进行检测与校正。AWC系统针对机械手传输晶圆过程中实际中心与示教中心的偏位情况，在机械手的运动过程中进行自动纠正，确保了晶圆被准确运送到指定位置。AWC系统使用一组两个对射传感器，放置于需要检测的工位方向(运动的径向直线和晶圆边缘之间)，并保证两传感器之间的连线与工位径向垂直，用于检测晶圆位置，该AWC系统的俯视简图如图1所示。当晶圆边沿达到对射光线处，传感器被触发，当前机械手的关节值(码盘值)被机械手控制器采集记录。晶圆传输过程中与传感器位置关系如图2所示；在示教好的方向上，当机械手从a到f伸出，为一次采集过程；当机械手从f到a缩回，为又一次采集过程。反复几次，通过特定算法，机械手控制器完成零位基准标定并储存。之后的每次机械手在相同的示教方向上携带晶圆(晶圆相对于机械手有偏移的情况下)经过对射传感器，AWC都会给出晶圆中心相对于零位参考基准的偏差结果，直至手动解除标定结果，而系统也需重新标定建立零位参考基准。在AWC结果中，包含了晶圆中心在伸缩方向的偏差Δy，及垂直伸缩方向的偏差Δx，如图3所示，刚刚标定后的晶圆中心偏差为(0,0)。

需要注意的是，AWC给出的结果不包含晶圆自身旋转的角度偏差，即只给出晶圆中心的平移偏差。

常规验证AWC精度验证的思路是：在零位参考基准标定后，由外部设备，记录当前晶圆上某一点的位置，随后，将晶圆相对于机械手平移一个角度，再次记录晶圆上同一点的位置，可测算出此次平移的Δx和Δy，随后机械手携带晶圆再次沿相同方向，经过对射传感器，将得到的AWC偏差结果与Δx和Δy进行对比，Δx和Δy可由精密外部设备，在建立好相应坐标系的情况下得到。

而因为如果通过人为移动晶圆，必然带来晶圆的自身旋转，这种情况下，由外部设备算得的Δx和Δy将包含晶圆自身旋转的偏差，而AWC给出的结果，是不包含晶圆自身旋转的偏差的。如果通过外部装置完成平移，如增加另一台机械手，则机械手的相互位置关系不易协调，同时也增加了验证的复杂程度，因此如何在现有不增加外部装置的条件下实现晶圆相对于机械手的平移，成为关键。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明提供了一种在AWC系统中验证动态晶圆中心偏差位置的方法，本发明中方法不通过AWC算法本身检验，将较为简便的实现晶圆相对于机械手的平移，从而完成AWC精度的验证。

本发明的技术方案为：在AWC系统中验证动态晶圆中心偏差位置的方法，其中所述AWC系统包括机械手、晶圆、工位及机械手控制器，外部设备采用激光跟踪仪和测量靶球，方法包括如下步骤：

步骤一、记录初始位置：在靠近测试晶圆的中心处固定测量靶球，完成AWC标定后，机械手沿标定好的方向伸出传输腔室外，到达工位上方的示教位置，利用激光跟踪仪记录当前的靶球位置，同时记录示教盒上的旋转轴和伸缩轴的关节值；

步骤二、晶圆平移：机械手沿Z轴下降，将晶圆放置在晶圆支架上，随后旋转适当角度{可为约±(0.5～1)度}，上升将晶圆抬起，沿新的伸缩方向移动适当距离{可为约±(3～5)mm}后，再次下降将晶圆放置在晶圆支架上，记录示教盒上的旋转轴和伸缩轴的关节值；

步骤三、记录新位置：机械手缩回，重新伸出到达工位下方的示教位置，上升将晶圆再次抬起到工位上方的示教位置，并记录当前的靶球位置；

步骤四、AWC检测偏移：机械手携带晶圆缩回，之后再次伸出腔室，利用AWC功能检测晶圆中心的偏移量；

步骤五、建立坐标系：机械手沿标定方向移动，在前进若干距离(可为每次约20mm)后暂停，利用激光跟踪仪采集直线上的多个点(可为约8～10个点)，之后机械手旋转至适当角度(可为约3～5度)，并沿新方向移动，同样在前进若干距离后暂停，采集直线上的多个点(可为约8～10个点)，以标定方向上的点建立坐标系Y轴，以两个方向上的所有点建立XY平面，进而得到Z轴，以工位上方的初始位置为原点，最终得到坐标系；

步骤六、对比结果：分别计算示教盒显示、AWC检测和激光跟踪仪实测的晶圆偏差并进行对比。

进一步地，所述测量靶球采用外径为1/2英寸的靶球，靶球与靶球座的质量总共为12克。

进一步地，所述机械手为真空机械手。

进一步地，所述晶圆支架具有3个立柱，晶圆放置在3个立柱上，晶圆支架搭建在传输腔室窗口外并与传输平面平行，用于晶圆平移时的中转。

本发明的有益效果：

1、本发明方法解决了验证测试中的晶圆的平移问题，没有额外添加仪器、设备来操作晶圆，实现完成对AWC精度的验证测试。

2、本发明方法不通过AWC算法本身检验，简便地实现晶圆相对于机械手的平移，提高了验证测试的效率。

3、本发明方法精度验证效果等同于额外添加精密仪器进行验证，成本大大低于额外添加仪器、设备来进行验证测试。

附图说明

图1为现有技术中AWC系统的俯视简图；

图2为现有技术中晶圆传输轨迹；

图3为现有技术中晶圆中心偏差示意图；

图4为本发明方法步骤二晶圆平移示意图；

图5为本发明方法图4(d)中晶圆中心方框的放大图。

图中，1、机械手；2、晶圆；3、工位；4、传感器；5、机械手控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，现有技术中的AWC系统通常包括机械手1、晶圆2、工位3、传感器4、机械手控制器5。

如图2所示，现有技术中晶圆传输过程中与传感器位置关系：在示教好的方向上，当机械手从a到f伸出，为一次采集过程；当机械手从f到a缩回，为又一次采集过程。反复几次，通过特定算法，机械手控制器完成零位基准标定并储存。之后的每次机械手在相同的示教方向上携带晶圆(晶圆相对于机械手有偏移的情况下)经过对射传感器，AWC都会给出晶圆中心相对于零位参考基准的偏差结果，直至手动解除标定结果，而系统也需重新标定建立零位参考基 准。在AWC结果中，包含了晶圆中心在伸缩方向的偏差Δy，及垂直伸缩方向的偏差Δx。

如图3所示，现有技术中，刚刚标定后的晶圆中心偏差为(0,0)。

本发明在AWC系统中验证动态晶圆中心偏差位置的方法，其中所述AWC系统包括机械手、晶圆、工位及机械手控制器，本发明中提出的方法中，外部设备采用激光跟踪仪，目标靶球为1/2英寸，连同靶球座共12克，另外在传输腔室窗口外，搭建了一个3支柱的工位，并与传输平面平行，用于晶圆平移时的中转，具体方法包括如下步骤：

步骤一、记录初始位置：在靠近测试晶圆的中心处固定1/2英寸的靶球，完成AWC标定后，机械手沿标定好的方向伸出腔室外，到达工位上方的示教位置，利用激光跟踪仪记录当前的靶球位置(x1，y1)，同时记录示教盒上的旋转轴和伸缩轴的关节值：(R1＝415.908，T1＝89.268)；

步骤二、晶圆平移：如图4所示，

(a)在完成AWC标定后，机械手沿标定好的方向伸出腔室外，到达工位上方的示教位置；

(b)机械手沿Z轴下降，将晶圆放置在晶圆支架的三个立柱上，随后旋转适当角度θ；

(c)机械手沿Z轴上升，将晶圆抬起，沿新的伸缩方向移动适当距离R；

(d)机械手沿Z轴下降，将晶圆放置在晶圆支架上并缩回，从图5可以看到晶圆中心产生了一个斜向的平移；

(e)机械手回到HOME位；并记录示教盒上的旋转轴和伸缩轴的关节值(R2＝420.908，T2＝88.698)；

步骤三、记录新位置：机械手缩回，重新伸出到达工位下方的示教位置，上升将晶圆再次抬起到工位上方的示教位置，并记录当前的靶球位置(x2，y2)；

步骤四、AWC检测偏移：机械手携带晶圆缩回，之后再次伸出腔室，利用AWC功能检测晶圆中心的偏移量(Δx＝-0.0901,Δy＝5.0741)；

步骤五、建立坐标系：机械手沿标定方向移动，在前进若干距离后暂停，利用激光跟踪仪采集直线上的多个点，之后机械手旋转至适当角度，并沿新方向移动，同样在前进若干距离后暂停，采集直线上的多个点，以标定方向上的点建立坐标系Y轴，以两个方向上的所有点建立XY平面，进而得到Z轴，以工位上方的初始位置为原点，最终得到坐标系；(在新建坐标系下，x1＝0，y1＝0， x2＝-0.0729，y2＝5.0947)

步骤六、对比结果：根据坐标系分别计算示教盒显示、AWC检测和激光跟踪仪实测的晶圆中心偏差并进行对比，详见表1。

表1

注：斜体数值为ΔT角度和弧度的对应换算值。

步骤七、改变旋转角度和伸缩量：在保证机械手与晶圆支架及腔室不发生干涉的前提下，改变机械手调整晶圆位置时的旋转角度θ和伸缩量R，根据以上步骤进行多组测试，精确获得在AWC系统中动态晶圆中心偏差值，根据偏差值提高AWC精度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围内。