自动取片方法、自动取片控制系统、计算机存储介质与流程

1.本发明涉及半导体生产工艺，具体涉及自动取片方法、自动取片控制系统、计算机存储介质。


背景技术：

2.在半导体器件的制造过程中，晶圆通常被装载在标准规格的晶圆盒内在各个工艺制程之间传送，每个晶圆盒可以装载多片晶圆。对于标准的集成电路前道工艺设备都具有标准机械接口（smif）用以接收晶圆盒。工艺开始时，晶圆盒摆放于标准机械接口上，利用自动装置将晶圆盒打开，使用机械臂将晶圆从晶圆盒中取出，机械臂将晶圆转移至工艺腔内等待进一步加工，等工艺制程完成后，再重新将晶圆装载回晶圆盒内。
3.用于取片的机械臂上通常形成叉形承载臂，承载臂上分布若干气孔，机械臂内部形成气路系统并与气阀连接，通过气阀的抽气可以在气孔上形成负压。机械臂从晶圆盒中取片时，机械臂移动到晶圆的下方，然后向上移动接触目标晶圆，打开抽气装置将晶圆吸附在承载臂上，继续向上移动一段距离后机械臂后退将晶圆从晶圆盒中取出。
4.现有的取片方式首先要确定目标晶圆的位置，然后以目标晶圆所处高度下调高度z1后对应的位置即为机械臂的进入位置，机械臂上行高度z1后将晶圆吸附住，然后继续向上抬升距离z2令晶圆离开晶圆盒的插槽，最后机械臂将晶圆从晶圆盒中取出，这种取片方式并不适用于变形量较大的晶圆。在半导体器件制造过程中，为了获得较好的机械性能、电性能，以及后续加工工艺的需要，一般需要将晶圆减薄，减薄后的晶圆厚度在200微米以下，对于减薄后的晶圆容易产生一定的翘曲变形。以减薄后厚度为125-180微米之间的晶圆为例，经过化学镀之后，因金属层表面张力的原因，晶圆会有2-12mm的翘曲变形量。化学镀之后的晶圆需正面贴耐酸膜，然后送入刻蚀机台进行背面工艺，由于耐酸膜本身呈现卷曲状态，贴膜后的晶圆变形量会加大至4-16mm。由于现有取片方式中机械臂的进入位置是低于目标晶圆高度的z1处，该z1高度值是固定预设值，若晶圆的翘曲变形量超过z1，则会导致机械臂的取片失败，增加取片的失败率。
5.另外，现有取片方式需要事先确定目标晶圆在晶圆盒中的具体位置，然后才能驱动机械臂移动到指定位置处。确定目标晶圆的方式通常是利用激光扫描映射方法来实现，常用的激光扫描映射方法主要分为以下三种：第一种，将对射的激光扫描装置安装在晶圆的前端，对于翘曲的晶圆中部呈现弧形，晶圆的前端高度不固定，扫描定位失误率较高；第二种，将激光扫描装置分别安装在晶圆盒卡槽两侧，两边各自接收反射信号并进行对比，对比信号差异来确定晶圆位置，这种方法不适用于薄片，因为薄片的边缘更薄，存在发射率不足的情况，且会受到边缘凹槽角的影响，使用率并不高；第三种，将对射的激光扫描装置安装在晶圆的中部，该方法常用于smif工艺，需要在晶圆背面配备一个同步上升的接收端，机台上极少使用，且不适用于薄片。
6.现有取片方式中，无论是机械臂的进入位置还是晶圆位置的确定方式，对于翘曲形变量较大的薄片而言，都会造成较大的取片失败率。因此，发明人对现有的取片方法进行
了改进，降低了取片的失败率，特别是对于翘曲严重的薄片，新取片方法仍然适用，本案由此而生。


技术实现要素：

7.本发明首先公开一种自动取片方法，取片成功率高，特别适用于翘曲变形的薄片，具体采用如下技术方案来实现：一种自动取片方法，包括以下步骤：s1：选择晶圆盒的第x格槽为真空测试格槽，所述第x格槽下方的格槽上均无晶圆，从所述真空测试格槽下方距离m
x
位置插入机械臂；s2：向上移动所述机械臂至所述真空测试格槽，开启与所述机械臂上的吸附孔相连接的抽真空装置；s3：获取所述吸附孔的真空值，若所述真空值大于或等于真空阈值，则判断所述真空测试格槽上有晶圆且所述机械臂已吸附所述真空测试格槽上的晶圆，放置有晶圆的所述真空测试格槽作为所述机械臂的取片格槽，所述机械臂将所述取片格槽上的晶圆取出并退出晶圆盒，并重复执行步骤s1、s2、s3，直至取完待取晶圆；若所述真空值小于真空阈值，则判断所述真空测试格槽上无晶圆，选择所述真空测试格槽上方的最邻近格槽为新的真空测试格槽，并重复步骤s2、s3，直至取完待取晶圆。
8.进一步，初始选择所述晶圆盒的第1格槽为所述真空测试格槽，所述第1格槽为晶圆盒最下方的格槽。
9.进一步，若最邻近一次的所述取片格槽为第n格槽，则x=n 1。
10.进一步，步骤s1中，对于不同的x，对应的m
x
值相同。
11.进一步，步骤s1中，x满足条件：x为定值1，所述第1格槽为晶圆盒最下方的格槽。
12.进一步，对于任意x，对应的m
x
》所述晶圆盒中的晶圆的最大形变量。
13.进一步，步骤s3中，所述机械臂退出晶圆盒以进行取片之前，还包括：机械臂向上移动距离k以抬起吸附的晶圆，所述距离k小于相邻格槽间距。
14.进一步，步骤s3中，若所述真空值小于真空阈值，则关闭所述抽真空装置，再重复步骤s2、s3。
15.进一步，所述真空阈值在大于50kpa数值范围取值。
16.本发明还公开一种自动取片控制系统，用于实现上述自动取片方法，包括：选择模块，用于选择真空测试格槽进行真空吸附测试；机械臂控制模块，用于控制所述机械臂的移动以及所述抽真空装置；判断模块，用于判断所述吸附孔的真空值是否大于或等于所述真空阈值。
17.本发明还进一步公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有自动取片的程序，所述自动取片程序被执行时实现上述所述自动取片方法。
18.本发明所公开的自动取片方法尤其适用于较薄的晶圆以及翘曲变形明显的晶圆，令翘曲的薄片也可以采用自动化取片方式进行量产，解决了现有制程中人工装载翘曲晶圆的效率低下的问题，有助于产能的提升；新方法中机械臂插入位置的下方格槽无晶圆，依序对各个格槽进行取片，机械臂插入前无需事先确定晶圆所处位置，结合对机械臂上吸附孔处实测真空值的判断来控制机械臂的移动路径。这种取片方式可以减少用于晶圆定位的装
置，通过真空值的变化来确定机械臂的移动控制，整个方案简单、可行性高，取片成功率高。
附图说明
19.图1为本发明实施例中取片时机械臂进入位置示意图；图2为本发明实施例中取片时机械臂吸附晶圆的示意图；图3为本发明实施例中机械臂上吸附孔对应的三种状态下的示意图；其中，3a表示机械臂上无晶圆覆盖吸附孔的示意图，3b表示翘曲的晶圆未完全覆盖吸附孔的示意图，3c表示晶圆完全覆盖吸附孔的示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.本实施例首先公开一种晶圆的自动取片方法，旨在提高晶圆取片的成功率，该自动取片方法包括以下步骤：s1：选择晶圆盒的第x格槽为真空测试格槽，第x格槽下方的格槽上均无晶圆，从真空测试格槽下方距离m
x
位置插入机械臂；s2：向上移动机械臂至真空测试格槽，开启与机械臂上的吸附孔相连接的抽真空装置；s3：获取吸附孔的真空值，若真空值大于或等于真空阈值，则判断真空测试格槽上有晶圆且机械臂已吸附真空测试格槽上的晶圆，放置有晶圆的真空测试格槽作为机械臂的取片格槽，机械臂将取片格槽上的晶圆取出并退出晶圆盒，并重复执行步骤s1、s2、s3，直至取完待取晶圆；若真空值小于真空阈值，则判断真空测试格槽上无晶圆，选择真空测试格槽上方的最邻近格槽为新的真空测试格槽，并重复步骤s2、s3，直至取完待取晶圆。
22.作为上述方案中对晶圆盒的进一步说明，晶圆盒（cassette）结构如图1所示，通常晶圆盒内设有多个格槽，每个格槽间隔一定的距离，晶圆插入格槽中放置，整个晶圆盒通常竖向放置，令晶圆4呈水平状态。每个设计好的晶圆盒其格槽数量以及格槽间距都是固定的，现有制程中采用的晶圆盒格槽数量以25个为典型，考虑到晶圆存在翘曲的情况，避免相邻格槽上晶圆发生触碰造成破损，往往不是每个格槽处都放置有晶圆，通常间隔一个格槽或两个格槽才插入一片晶圆。
23.上述方案中提及的“真空测试格槽”，是指在晶圆盒的诸多格槽中，需要通过机械臂插入并借助机械臂上吸附孔的真空值来判断该插入格槽上是否放置有晶圆，即：在机械臂所选择即将插入的格槽未知是否有晶圆时，将该格槽定义为“真空测试格槽”。而一旦通过真空值判断该“真空测试格槽”上放置有晶圆后，则此时放置有晶圆的“真空测试格槽”被称为“取片格槽”。对于上述方案中有关上、下方向的确定，是以晶圆盒竖向放置令晶圆保持水平状态为参考。
24.作为上述方案中对机械臂的进一步说明，机械臂对晶圆的吸附如图2所示，机械臂1内部形成与抽真空装置连接的气路，机械臂1的抓取端部为叉形承载臂2，承载臂2上开设多个连通内部气路的吸附孔3，承载臂2伸入到晶圆4下方后开启抽真空装置，吸附孔3处形成负压将晶圆4牢牢吸附住便于晶圆的转移。机械臂1的吸附取片结构是现有技术中的通用
结构，本发明还利用吸附孔3处真空值的变化来辅助判断真空测试格槽是否放置有晶圆，以真空值大小来确定机械臂1的控制方式，因此需要安装一真空表来监测吸附孔3处的实际真空值。
25.需要说明的是，对于给定的一个晶圆盒，机械臂在对该晶圆盒中放置的晶圆进行取片时，需要确定初始选择的真空测试格槽，即机械臂第一次插入该晶圆盒中进行真空测试的格槽。在不确定给定的晶圆盒中晶圆放置位置的前提下，可将初始选择的真空测试格槽确定为第1格槽，此处的第1格槽是指晶圆盒最下方的格槽，这样设置机械臂的自动控制程序比较简单。但若能够事先获知晶圆盒中自下而上第一个放置有晶圆的格槽位置（此处是指并非晶圆盒的第1格槽，可称之为第一个取片格槽），可将初始选择的真空测试格槽设定为第一个取片格槽，如图1所示的晶圆盒中自下而上第一个放置有晶圆的格槽为第3格槽，此时可以将初始选择的真空测试格槽设定为第3格槽。
26.进一步说明，一个取片循环是指进行若干个自下而上的格槽真空测试后确定取片格槽，并完成取片的过程。
27.x的确定方式如下：在机械臂的一个取片循环过程中，若最邻近一次的取片循环过程中的取片格槽是第n格槽，那本次取片循环中，x=n 1,即对第n格槽上方最邻近的格槽作为本次取片循环中第一个进行真空测试的格槽。
28.在真空测试过程中，对于每个取片循环程序中所确定的真空测试格槽，即不同的x所对应的m
x
值既可以相同，也可以不同，将不同x所对应的m
x
值设置成相同，对于控制系统的程序设定更加简单。
29.除上述给出的x确定方式外（是指每个取片循环中的x值不同，x=n 1），x的确定也可以采用如下方式： x为定值1，即以晶圆盒竖向放置时，从晶圆盒最底部开始计数的第1格槽（对应图1中slot1位置）作为机械臂1每次插入到晶圆盒中的真空测试格槽，优选地，插入机械臂的位置为晶圆盒的最底部，即m
x
为第1格槽至晶圆盒的最底部的距离。
30.在步骤s3中，机械臂1退出晶圆盒以进行取片之前，还包括：机械臂1向上移动距离k以抬起吸附的晶圆4，距离k小于相邻格槽间距，目的是避免晶圆与格槽发生触碰。
31.在步骤s3中，若真空值小于真空阈值，则关闭抽真空装置，再重复步骤s2、s3。
32.为更好的理解本发明给出的取片方法的实施过程，以下通过具体实施例来辅助说明：实施例一：如图1所示的晶圆盒，设相邻格槽之间的距离为y1，在对该晶圆盒中的晶圆进行取片时，按如下步骤进行：s100：将初始选择的真空测试格槽x设定为1，即图1中slot1位置所对应的格槽（第1格槽）作为初始选择的真空测试格槽。机械臂1第一次插入到该晶圆盒中时，slot1至晶圆盒底部最低点通常留有一定的距离，令机械臂1（robot）首次插入从slot1的下方距离n1处进入。
33.s200：向上移动机械臂1至当前确定的真空测试格槽，开启与机械臂1上的吸附孔3相连接的抽真空装置。
34.s300：获取此时吸附孔3的真空值，若真空值大于或等于真空阈值，则机械臂1向上移动距离k以抬起吸附的晶圆4，机械臂1将晶圆4取出并退出晶圆盒，此时一个取片过程完成。在下一个循环程序中，机械臂1将第x 1格槽作为新的真空测试格槽，机械臂1从新的真
空测试格槽下方距离m
x
位置插入，m
x
与n1可以设置成相等，并重复s200和s300，直至该晶圆盒中所有的晶圆4均被取出。
35.但若s300中，获得的真空值小于真空阈值，则判断此时的真空测试格槽上无晶圆，机械臂1无需退出晶圆盒，选择与当前的真空测试格槽上方最邻近格槽为新的真空测试格槽，关闭抽真空装置后，重复步骤s200和s300，直至完成晶圆盒中所有格槽的真空测试。
36.实施例一中对n1（两者设定相同时即对应于m
x
）大小的确定，要考虑到晶圆翘曲形变量的大小，避免设定的n1小于晶圆的形变量，导致机械臂1插入到晶圆4的上部取片失败。因此，对于任意x，对应的m
x
应大于晶圆盒中的晶圆的最大形变量。此处的形变量是指晶圆水平放置在格槽上时，自晶圆所处的格槽位置到晶圆中心最低点的距离。根据实际生产中测试，结合目前常用晶圆盒格槽间距设计尺寸，晶圆的形变量一般不会超过两个格槽的间距，因此可根据实测情况快速确定n1大小，如确定为大于或等于两个格槽的间距。
37.在实施例一中，控制系统会记录机械臂1每次插入点的位置。机械臂1自第1格槽开始逐个格槽进行真空测试，能够保证每次机械臂1进入点下部的格槽都没有晶圆，也可以避免晶圆被遗漏。
38.实施例二：依旧参考图1所示的晶圆盒，本实施例与实施例一最大的不同之处，在于机械臂1插入点的位置变化，在实施例一中，对于同一晶圆盒，机械臂1每次所确定的真空测试格槽是不相同的，即每次插入位置是变动的；而在实施例二中，机械臂1每次插入位置是固定的，采用实施例二方案对该晶圆盒中的晶圆进行取片时，按如下步骤进行：s100：机械臂1每次插入晶圆盒时所对应的真空测试格槽均为第1格槽，即x设定为定值1，对应于图1中slot1位置所对应的格槽。机械臂1每次从slot1的下方距离n1处进入。
39.s200：向上移动机械臂1至当前确定的真空测试格槽，开启与机械臂1上的吸附孔3相连接的抽真空装置。
40.s300：获取当前吸附孔3的真空值，若真空值大于或等于真空阈值，则机械臂1向上移动距离k以抬起吸附的晶圆4，机械臂1将晶圆4取出并退出晶圆盒，此时一个取片过程完成。在下一个循环程序中，机械臂1依旧从第1格槽下方距离n1处进入，并重复s200和s300，直至该晶圆盒中所有的晶圆4均被取出。但若s300中，获得的真空值小于真空阈值，则判断此时的真空测试格槽上无晶圆，机械臂1无需退出晶圆盒，选择与当前的真空测试格槽上方最邻近格槽为新的真空测试格槽，关闭抽真空装置后，重复步骤s200和s300，直至完成晶圆盒中所有格槽的真空测试。
41.上述实施例一和实施例二中的初始选择的真空测试格槽均为晶圆盒底部的第1格槽，当已获知晶圆盒中自下而上第一个放置有晶圆的格槽位置时（此处是指并非晶圆盒的第1格槽，可称之为第一个取片格槽），初始选择的真空测试格槽可以不从第1格槽开始，而将第一取片格槽作为初始选择的真空测试格槽。仍然以图1所示为例，如果已知每个晶圆盒中的晶圆都从第3格槽开始向上放置（即第3格槽下方的格槽上均无晶圆），则对于实施例一和实施例二中的步骤s100的x均设定为3即可，其他仍按对应实施例给出步骤执行，这种方式从取片效率上更优于实施例一和实施例二。
42.关于本发明中真空阈值的确定，如图3所示在三种不同状态下，经过多次验证总结如下：当机械臂1移动到真空测试格槽位置时，若此格槽并未放置晶圆，此时承载臂2上的吸附孔3如图3中3a所示未被覆盖，在目前工艺制程中所给定的恒定吸力下，监测到的真空值
在0-10kpa范围内变化。当某一格槽中放置的晶圆翘曲度严重，其变形量已经超过一个格槽的间距y1大小，如同图1中最下方的晶圆所展示的那样，晶圆被放置在slot3位置处，晶圆的中部翘曲变形下垂到slot1和slot2之间，那么当机械臂1移动到slot2处时，承载臂2上的吸附孔3被部分覆盖住（如图3中3b所示），此时监测到的真空值要大于吸附孔3未被覆盖的情况，但小于被完全覆盖的情况，实测结果显示半覆盖情况下，真空值分布在20-50kpa范围内。一般对于无变形的晶圆而言，机械臂1移动至其下方进行吸附后，吸附孔3被晶圆完全覆盖住（如图3中3c所示），此时真空值在60-70kpa范围内变化。由此可以得出，真空阈值至少需大于50kpa，考虑到一定的测量误差波动，真空阈值大于55kpa为宜。进一步确保取值的准确性，试验证实将真空阈值设定为57kpa完全没问题，可以保证较高的取片成功率。
43.本发明还公开一种自动取片控制系统，用于实现上述给出的自动取片方法，包括：选择模块，用于选择真空测试格槽进行真空吸附测试；机械臂控制模块，用于控制机械臂的移动以及抽真空装置；判断模块，用于判断吸附孔的真空值是否大于或等于真空阈值。
44.本发明还另外公开一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有自动取片的程序，自动取片程序被执行时实现上述给出的自动取片方法。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。