阅读说明：本技术 一种涂胶显影设备运动参数检测装置及方法 (Device and method for detecting motion parameters of gluing developing equipment ) 是由 金妮 徐皑东 刘明哲 张吉龙 王晨曦 王锴 王志平 闫炳均 胡波 于 2019-04-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种涂胶显影设备运动参数检测装置及方法,装置包括控制器、LK-G30传感头、LK-G500传感头、电源模块和上位机；方法包括在一个周期内,设定机械手的若干个设定位置,控制机械手运动到达设定位置,并通过LK-G500传感头采样当前设定位置的到位信息,经过多个周期后得到到位信息数据集,分析到位信息数据集后提取到位信息特征值；设定晶圆的若干个设定转速,控制晶圆旋转达到设定转速,并通过LK-G30传感头采样不同设定转速下的端跳数据,分析端跳数据集后提取端跳特征值。本发明对机械手重复定位精度进行检测,指导设备制造厂商的零部件选型和提高装备精度；对晶圆和真空卡盘在不同转速下的端跳变化规律进行检测。对工艺参数的优化也有着重要的指导作用。(The invention relates to a device and a method for detecting motion parameters of a gluing developing device, wherein the device comprises a controller, an LK-G30 sensing head, an LK-G500 sensing head, a power supply module and an upper computer; setting a plurality of set positions of a manipulator in one period, controlling the manipulator to move to the set positions, sampling in-place information of the current set positions through an LK-G500 sensing head, obtaining an in-place information data set after a plurality of periods, analyzing the in-place information data set, and extracting in-place information characteristic values; setting a plurality of set rotating speeds of the wafer, controlling the wafer to rotate to reach the set rotating speed, sampling end jump data at different set rotating speeds through an LK-G30 sensing head, analyzing an end jump data set, and extracting end jump characteristic values. The invention detects the repeated positioning precision of the mechanical arm, guides the part model selection of equipment manufacturers and improves the equipment precision; and detecting the end jump rules of the wafer and the vacuum chuck at different rotating speeds. The method also has important guiding function on the optimization of the process parameters.)

一种涂胶显影设备运动参数检测装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地说是一种涂胶显影设备运动参数检测装置及方法。

背景技术

随着我国科学技术的发展，我国的集成电路制造行业得到了极大的发展。涂胶显影设备是集成电路制造关键设备之一，其作用是在晶圆上涂敷光刻胶，与光刻机配合，曝光后显影，保证掩膜版图形的正确转印。半导体集成电路制造工艺的具有十分复杂的多样性，涂胶、显影、刻蚀等每道工序通常都面对不同的制造流程、多样的配方参数的变化，每种变化都会对最终的制品产生很大的影响，这通常涉及到控制工艺处理的运动系统的性能，具体关于各个工艺单元运动控制执行部件的准确性和一致性。其中机械手重复定位精度将最终影响到晶圆与工艺腔室轴心的同轴度，在涂胶显影单元中，当同轴度偏差超出一定范围后将会影响涂胶均匀性，当同轴偏差过大时，将会碎片进而导致整机设备停机的严重后果。对机械手重复定位精度监测是十分必要的，可以指导设备制造厂商的零部件选型和提高装备精度。另外晶圆和真空卡盘的端跳对工艺参数的优化也有着重要的指导作用。

针对凸点封装涂胶、显影、湿法刻蚀工艺设备运动控制的运行特点，构建可以衡量其运行状态的检测系统，验证其运动控制的正确性和一致性。通过采集的运动控制系统运行时数据，分析系统参数，针对涂胶、显影、单片湿法刻蚀工艺，及时调整运动状态，提出改进意见，以满足集成电路装备工业生产的需求。最后验证系统长期运行的稳定性，以及运行的可靠性与可维护性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种涂胶显影设备运动参数检测装置及方法，用于测量机械手重复定位精度以及晶圆和真空卡盘的端跳。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种涂胶显影设备运动参数检测装置，包括：

控制器；

LK-G30传感头，设置于晶圆正上方，且连接控制器，接收控制器的采样触发信号，采集晶圆在不同转速下的端跳信息，发送给控制器；

LK-G500传感头，设置于正对机械手的位置，且连接控制器，接收控制器的采样触发信号，采集机械手的位置信息，发送给控制器；

电源模块，连接控制器，为控制器供电；

上位机，连接控制器，向控制器发送控制指令，并接收控制器发送的检测数据。

所述控制器为LK-G3001V控制器，采用USB通讯接口。

一种涂胶显影设备运动参数检测方法，包括：

在一个周期内，设定机械手的若干个设定位置，控制机械手运动到达设定位置，并通过LK-G500传感头采样当前设定位置的到位信息，并将到位信息发送给控制器；经过多个周期后得到到位信息数据集，分析到位信息数据集后提取到位信息特征值；

设定晶圆的若干个设定转速，控制晶圆旋转达到设定转速，并通过LK-G30传感头采样不同设定转速下的端跳数据，并将端跳数据发送给控制器，得到端跳数据集，分析端跳数据集后提取端跳特征值。

所述分析到位信息数据集后提取到位信息特征值以及分析端跳数据集后提取端跳特征值包括以下方法：峰峰值特征值提取方法、标准差特征值提取方法、偏度指标特征值提取方法以及峭度指标特征值提取方法。

所述峰峰值特征值提取方法包括：计算到位信息数据集中，一个周期内信号的最高值和最低值之间的差值，得出峰峰值。

所述标准差特征值提取方法包括：首先计算各标志值对其算数平均数的离差，然后求其离差平方，再求离差平方的算数平均数，得出方差，再求其平方根就是标准差，即

式中x为样本值，为均值，n为数据点个数；

标准差越大，代表大部分数值和其平均值间的差异越大，即抖动越大。

所述偏度指标特征值提取方法包括：

其中，k₂，k₃分别表示二阶和三阶的中心距，μ是均值，σ为标准差，E是均值操作。

所述峭度指标特征值提取方法包括：

其中，x_i为样本值，为样本均值，N为采样长度，σ_t为标准差；

峭度指标是信号的四阶矩平均，反映振动信号的冲击特征。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明采用非接触式高速高精度激光位移传感器，具有测量精度高、采集速率快、安装方便等优点；

2.本发明对机械手重复定位精度进行检测，指导设备制造厂商的零部件选型和提高装备精度；

3.本发明对晶圆和真空卡盘在不同转速下的端跳变化规律进行检测。对工艺参数的优化也有着重要的指导作用。

附图说明

图1是本发明的装置结构图；

图2是本发明的测量机械手重复定位精度流程图；

图3是本发明的测量晶圆端跳变化规律流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图1是本发明的装置结构图；

在涂胶显影设备上安装控制器及电源供应器各一个，用于给传感器测头供电及控制传感器测头。在机台上正对机械手的位置上安装传感器测头，在加工单元反应腔的晶圆上方安装传感器测头。

采用Keyence公司高速高精度传感器，具体包括：LK-G3001V控制器，LK-G30高精度传感器，Lk-G500超远距离传感器，电源模块，控制器通过USB接口与上位机相连。

在涂胶显影设备上安装控制器及电源供应器各一个，选用LK-G3001V一体化控制器，采用USB的通讯接口，用于给传感器测头供电及控制传感器测头，控制器的最小显示范围为0.01μm，刷新率为10次/秒。在机台上正对机械手的位置上安装传感器测头，选用LK-G500超远距离传感头，用于测量机械手重复定位精度。测量距离为-250mm～+500mm，光点直径约300μm。

在加工单元反应腔的晶圆上方安装传感器测头，选用LK-G30高精度传感头，用于测量晶圆和真空卡盘的端跳。测量距离为±5mm，光点直径约30μm。

图2是本发明的测量机械手重复定位精度流程图；

测量机械手重复定位精度，具体包括如下步骤：

1)涂胶显影设备主控系统及运动参数检测装置初始化；

2)主控系统控制机械手到达指定位置，向检测装置发送触发信号；

3)检测装置接收到采样信号后，进行采样，记录机械手的当前位置；

4)机械手到达下一个指定位置，发送触发信号，检测装置记录机械手位置，如此反复；

5)假设在一个周期内，检测装置共采集N个机械手位置，循环M个周期，检测结束后通过工具进行拆分，每个位置可以得到M个检测值的数据文件，共有N个数据文件；

6)对每个数据文件进行计算分析，进而得到机械手在不同位置的重复定位精度。

图3是本发明的测量晶圆端跳变化规律流程图。

1)测量晶圆在不同转速下的端跳，具体包括如下步骤：

2)涂胶显影设备主控系统及运动参数检测装置初始化；

3)主控系统控制晶圆旋转达到设定转速，检测装置通过手动采样，采集在该转速下的一段时间的端跳数据，对数据进行计算分析，得到当前转速的晶圆端跳特征值；

4)主控系统调节不同转速，检测装置采集、存储、分析得到不同转速下的晶圆端跳特征值；

5)对比晶圆在不同转速的特征值进行统计分析，进而获得晶圆在不同转速下的端跳变化规律。

对于分析到位信息数据集后提取到位信息特征值以及分析端跳数据集后提取端跳特征值的计算包括几种计算方法：可根据需要设定每组数据的个数N，如256，采集数据为距离基准位置的距离，单位为mm。对每组数据进行计算，得到最大值、最小值、峰峰值、标准差、偏度指标和峭度指标。

峰峰值，在一个周期内信号的最高值和最低值之间差的值，它描述了信号值的变化范围，为正值。当电机旋转频率接近设备固有频率或倍频时会产生共振，导致峰峰值增大，工艺在指定配方时应尽量避开共振频率范围。

标准差，首先计算各标志值对其算数平均数的离差，然后求其离差平方，再求离差平方的算数平均数，得出方差，再求其平方根就是标准差。公式为：

式中

为均值，n为数据点个数。标准差用于反映组内个体间的离散程度，标准差越大，代表大部分数值和其平均值间的差异越大，即抖动越大。

偏度指标，是统计数据分布偏斜方向和程度的度量，是统计数据分布非对称程度的数字特征，可为正值或负值，用于表征概率分布密度曲线相对于平均值的不对称程度，数值越接近0，表明振动越对称。

偏度是样本的三阶标准化矩，公式如下，其中k₂，k₃分别表示二阶和三阶的中心距：

峭度指标是信号的四阶矩平均，反映振动信号的冲击特征。C_q对信号中的冲击特征很敏感，正常值在3左右，如果接近4或超过4，则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。

公式为：

根据对特征值统计分析可以获得机械手的重复定位精度以及晶圆或真空卡盘在不同转速下的端跳变化规律从而对工艺参数的优化起到重要的指导作用，进而对设备的结构设计进行改进。