胡曉霞，黃 睿，艾 博

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

全自動(dòng)探針臺(tái)硅片傳輸系統(tǒng)的預(yù)對(duì)準(zhǔn)算法研究

胡曉霞，黃 睿，艾 博

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

提出了一種硅片傳輸系統(tǒng)的預(yù)對(duì)準(zhǔn)算法，根據(jù)線陣CCD采集的邊緣電壓數(shù)據(jù)并結(jié)合機(jī)械手的固有特性，計(jì)算出圓心坐標(biāo)和切邊位置，實(shí)現(xiàn)硅片的預(yù)對(duì)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法有效提高了預(yù)對(duì)準(zhǔn)的可靠性和穩(wěn)定性。

探針臺(tái)；傳輸系統(tǒng)；預(yù)對(duì)準(zhǔn)

在全自動(dòng)探針臺(tái)硅片傳輸控制系統(tǒng)中，硅片的預(yù)對(duì)準(zhǔn)方法是需要解決的核心問(wèn)題，這就涉及到硅片如何找圓心、切邊如何定位以及偏心角、偏心距的計(jì)算方法等一系列算法研究。本文首先介紹了全自動(dòng)探針臺(tái)傳輸控制系統(tǒng)的構(gòu)成，以CCD作為傳感器進(jìn)行硅片的邊緣檢測(cè)，根據(jù)傳感器采樣的電壓值變化分析計(jì)算出圓心位置。然后，根據(jù)全自動(dòng)探針臺(tái)可伸縮的機(jī)械手臂測(cè)量的原始數(shù)據(jù)計(jì)算出偏心角以及垂直方向上的偏心距，并通過(guò)手臂伸縮的機(jī)械特性，將硅片移至預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)中心位置，通過(guò)粗、細(xì)采樣邊緣數(shù)據(jù)準(zhǔn)確確定硅片切邊。

1 全自動(dòng)探針臺(tái)傳輸控制系統(tǒng)構(gòu)成

全自動(dòng)探針臺(tái)傳輸控制系統(tǒng)由機(jī)械手傳輸和預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)兩部分組成。其中：

（1）機(jī)械手是傳輸部分的核心機(jī)構(gòu)。負(fù)責(zé)將硅片從硅片盒輸送到預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)，并將預(yù)對(duì)準(zhǔn)后的硅片按要求送至相應(yīng)的承片臺(tái)，測(cè)試完成后再由承片臺(tái)放回指定的片盒內(nèi)，并負(fù)責(zé)移動(dòng)硅片到圓心位置。

（2）預(yù)對(duì)準(zhǔn)部分是整個(gè)傳輸系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。將硅片圓心調(diào)整到給定位置，通過(guò)預(yù)對(duì)準(zhǔn)找到切邊位置并使切邊位置定向于指定角度。

2 預(yù)對(duì)準(zhǔn)工藝流程

機(jī)械手從片盒指定位置取片，并傳輸?shù)筋A(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)。預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)檢測(cè)到有片后開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，通過(guò)激光探測(cè)器掃描硅片邊緣找到硅片圓心位置。根據(jù)硅片圓心和已知的預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)圓心，計(jì)算出兩者之間的偏心角和偏心距。將硅片的圓心旋轉(zhuǎn)至預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)中心，然后對(duì)預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行兩次采樣，首先通過(guò)粗采樣大致找到左右切邊，在粗采樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)采樣，準(zhǔn)確確定左右切邊，最后預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到切邊位置。工藝流程如圖1所示。

3 預(yù)對(duì)準(zhǔn)算法研究

一般而言，在一定的采樣速率下，傳感器的精度越高，預(yù)對(duì)準(zhǔn)的定位精度也越高，但成本也越高。因此在給定傳感器測(cè)量精度的前提下，采用合適的算法也可以提高預(yù)對(duì)準(zhǔn)的定位精度。從上面的預(yù)對(duì)準(zhǔn)工藝可以看出硅片對(duì)準(zhǔn)精度的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)是計(jì)算硅片圓心和檢測(cè)切邊。

下面詳細(xì)介紹幾種算法的具體實(shí)現(xiàn)，分別是通過(guò)偏心角、偏心距計(jì)算圓心的算法以及粗、細(xì)采樣找切邊算法。

3.1 偏心角、偏心距計(jì)算圓心

首先在硅片邊緣采集100個(gè)電壓數(shù)據(jù)，通過(guò)采樣數(shù)據(jù)的電壓值得到其中最大、最小值，然后測(cè)量機(jī)械手伸縮的直線距離，最后根據(jù)求得的偏心角、偏心距計(jì)算出圓心坐標(biāo)。

（1）假設(shè)機(jī)械手從零位伸展到90°時(shí)，計(jì)算出電機(jī)對(duì)應(yīng)13 114個(gè)脈沖，測(cè)量出機(jī)械手旋轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)的直線距離為146.78 mm，計(jì)算出對(duì)應(yīng)角度為47.21°。設(shè)X代表轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度所對(duì)應(yīng)的直線方向上所運(yùn)動(dòng)的距離（脈沖數(shù)）。計(jì)算原理如圖2所示。

圖1 預(yù)對(duì)準(zhǔn)工藝流程圖

（2）假設(shè)機(jī)械手從90°的位置伸展到180°時(shí)，對(duì)應(yīng)18 107個(gè)脈沖，測(cè)量出距離為181.54 mm，對(duì)應(yīng)65.19°。計(jì)算原理如圖3所示。

（3）假設(shè)機(jī)械手從180°的位置縮回3 mm，則需要在直線方向上運(yùn)動(dòng)多少個(gè)脈沖？計(jì)算方法為：

圖2 機(jī)械手從零位伸展到90°的計(jì)算原理圖

圖3 機(jī)械手從90°的位置伸展到180°的計(jì)算原理圖

具體實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖4所示。

3.2 粗、細(xì)采樣找切邊算法

預(yù)對(duì)準(zhǔn)臺(tái)對(duì)當(dāng)前圓片進(jìn)行找切邊的算法包括兩部分：粗采樣和細(xì)采樣。

圖4 圓心計(jì)算的流程圖

首先進(jìn)行粗采樣，即20個(gè)脈沖采集一次數(shù)據(jù)，通過(guò)分析采集到的數(shù)據(jù)找到左右切邊的大概位置，接著判斷是否在切邊上，如果采樣數(shù)組對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)的最大最小值的差值大于500脈沖，則說(shuō)明不在切邊上，此時(shí)需要在切邊處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)300個(gè)脈沖再進(jìn)行一次粗采樣。如果在切邊上，那么開(kāi)始進(jìn)行細(xì)采樣確定左右切邊的準(zhǔn)確位置。

所謂細(xì)采樣，即5個(gè)脈沖采集一次數(shù)據(jù)。如果粗采樣得到的左切邊小于100個(gè)脈沖，那么電機(jī)直接順時(shí)針旋轉(zhuǎn)100個(gè)脈沖。否則，原始采樣數(shù)組對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)的最大值增加100、最小值減掉100得到一組新的最大、最小值，此時(shí)如果左切邊或正下方的采樣數(shù)組脈沖最小值小于1 000個(gè)脈沖，那么電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；若右切邊或起始位置的采樣數(shù)組脈沖最小值大于1 000個(gè)脈沖，那么電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以上步驟是為了判斷電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。開(kāi)始采樣前要確定位置，即通過(guò)采樣數(shù)組對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)的最大最小值的差值來(lái)判斷，如果差值小于600個(gè)，則在左邊、右邊或下邊，否則在中間位置。具體實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)對(duì)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)探針臺(tái)傳輸系統(tǒng)的核心部分。準(zhǔn)確的計(jì)算圓心和切邊位置，可以很好地實(shí)現(xiàn)硅片的高精度預(yù)對(duì)準(zhǔn)，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的硅片傳輸控制系統(tǒng)可以完成高精度的傳輸。預(yù)對(duì)準(zhǔn)環(huán)節(jié)在IC設(shè)備中的應(yīng)用比較廣泛，該平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和算法同樣可以推廣應(yīng)用到其他IC設(shè)備的預(yù)對(duì)準(zhǔn)中。

[1] 宋亦旭，楊澤紅，李世昌，等.基于高精度預(yù)對(duì)準(zhǔn)的硅片傳輸控制系統(tǒng)[J].光電工程，2008，35(10)：116-120.

圖5 粗、細(xì)采樣找切邊流程圖

[2] 楊興平.晶片傳輸系統(tǒng)中切邊探測(cè)和預(yù)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2003，32(1)：43-47.

[3] Yamamoto Satoshi，Kamei Kenji.Apparatus for Detecting Position of a Notch in a Semiconductor Wafer：U.S. Patent，5438209[P].1995-8-1.

A Prealignment Algorithm Research Which Applied on Wafer Transport Device of Automatic Probe

HU Xiaoxia，HUANG Ru，AI Bo

(The 45thReaseach Institute of CETC，BeiJing 100176，China)

In this paper，a prealignment algorithm for wafer transfer system is proposed.According to the edge of the linear CCD acquisition voltage data and the inherent characteristics of the manipulator to calculate the center coordinates and trimming positions.Experimental results show that the algorithm can improve the reliability and stability of prealignment effectively.

Probe；Transmission System；Prealigner

TN307

B

1004-4507(2016)12-0016-04

胡曉霞（1972-），女，甘肅靜寧人，工程師，長(zhǎng)期從事半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的研究及軟件開(kāi)發(fā)工作。

2016-11-10