一种半导体工艺设备的取片装置及方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种半导体工艺设备的取片装置及方法。

背景技术：

1、在半导体工艺流程中，机械手负责待一道工艺结束后，把晶圆从工艺腔室取出并送往下一个机台。在此过程中，晶圆可能因静电吸附、真空残留或薄膜黏附等原因仍然异常附着在原位，或因振动、气流或机械应力等原因偏离预设的取片点位，极易导致晶圆碎裂和机械手损伤。

2、为解决此问题，相关技术采用在腔室顶部安装监控相机、在机械手末端设置传感器进行检测的方案。但在腔室顶部安装监控相机的方案受照明条件、图像分辨率及图像处理难度等因素制约，响应较慢且可靠性不足；在机械手末端设置传感器进行检测的方案在机械手和晶圆接触时才进行判断，难以有效规避风险。

技术实现思路

1、本发明提供了一种半导体工艺设备的取片装置及方法，以防止半导体工艺过程中，因晶圆不处于预设取片位置而发生的机械手取片事故。

2、第一方面，本发明提供了一种半导体工艺设备的取片装置，包括：安全控制器，与半导体工艺设备的第一控制器连接，用于在接收来自第一控制器的第一控制指令后，向测距模块发送检测指令，其中，半导体工艺设备包括工艺腔室和位于工艺腔室的承载盘，第一控制指令用于指示位于承载盘上的晶圆已完成释放和请求取片；测距模块，与安全控制器连接，响应于检测指令，测量晶圆与测距模块在垂直方向上的第一距离，以及测量晶圆的边缘与测距模块在水平方向上的第二距离；安全控制器，通过第一继电器连接驱动单元，还用于根据第一距离和第二距离确定晶圆是否处于预设位置，若晶圆处于预设位置，则向第一继电器输出第一使能信号，使第一继电器与驱动单元处于连通状态，触发驱动单元控制机械手执行取片动作；若晶圆未处于预设位置，则向第一继电器输出第二使能信号，使第一继电器与驱动单元处于断开状态。

3、本发明提供的取片装置，安全控制器在接收到晶圆已完成释放的第一控制指令之后，并不是直接触发驱动单元控制机械手执行取片动作，而是通过测距模块确定晶圆与自身在垂直方向上的第一距离和在水平方向上的第二距离，并通过第一距离和第二距离确定晶圆是否处于预设位置，在晶圆处于预设位置的情况下才触发驱动单元控制机械手执行取片动作，从而避免由于粘片故障导致的机械手与晶圆碰撞的情况，以及避免由于偏移故障导致的晶圆滑片或摔片的情况，降低晶圆破损风险。

4、同时，在晶圆不处于预设位置时，并不是通过指令控制机械手停止取片，而是通过第一继电器在硬件上切断安全控制器与驱动单元的连接，不仅旁路了软件通信协议栈，从根本上消除了因网络延迟、数据丢包或软件跑飞导致的安全响应滞后或失效风险，还能够更早阻断机械手启动，避免机械手已经伸入腔室后再停机带来的碰撞风险，进一步降低晶圆破损风险。

5、在一种可选的实施方式中，控制器用于在第一距离位于预设高度区间内和第二距离位于预设水平区间内时，确定晶圆处于预设位置；控制器用于在第一距离位于预设高度区间外或第二距离位于预设水平区间外时，确定晶圆未处于预设位置。

6、本实施例通过预设高度区间和水平区间，在保障安全的前提下，容忍正常的物理波动，从而减少了不必要的设备停机报警；预设区间值可根据不同工艺需求灵活配置，具有很好的通用性。

7、在一种可选的实施方式中，装置还包括第二继电器，第二继电器的控制端连接安全控制器，第一继电器通过第二继电器连接驱动单元；安全控制器，还用于在晶圆处于预设位置时，向第二继电器输出第一使能信号，使第二继电器与驱动单元处于连通状态，触发驱动单元控制机械手执行取片动作；以及用于在晶圆未处于预设位置，向第二继电器输出第二使能信号，使第二继电器与驱动单元处于断开状态。

8、本实施例通过双通道切断机制，即使其中一路继电器触点发生熔焊粘连，只要另一路正常断开，回路依旧切断，将单点故障导致的安全风险概率降至最低。

9、在一种可选的实施方式中，第一继电器和/或第二继电器为强制导向继电器。

10、本实施例通过采用强制导向继电器，消除了继电器看似断开实则触点仍粘连导通的重大安全隐患，杜绝了机械手在触点失效状态下继续执行取片动作的可能性。

11、在一种可选的实施方式中，取片装置还包括报警单元，安全控制器还用于在晶圆未处于预设位置时，向报警单元发送报警指令，报警指令用于触发报警单元发出报警信息。

12、本实施例通过报警单元使工作人员能够在第一时间获知异常状态，增加了人机协作效率，有效避免误操作和长时间停机。

13、在一种可选的实施方式中，报警指令包括第一指令和第二指令，第一指令用于指示故障类型为粘片，第二指令用于指示故障类型为偏移；安全控制器41，用于在第一距离位于预设高度区间外时向报警单元发送第一指令，以及用于在第二距离位于预设水平区间外时向报警单元发送第二指令。

14、本实施例通过将报警指令拆分为粘片与偏移两个类型，使工作人员能够根据报警类型直接锁定检查方向，便于快速响应，提高生产效率。

15、在一种可选的实施方式中，安全控制器还用于在第一距离位于预设高度区间外时，向第一控制器发送第二控制指令，第二控制指令用于指示第一控制器再次触发晶圆释放装置执行释放动作。

16、本实施例通过控制晶圆再次释放，避免了因偶发性异常而触发报警停机，大幅减少了产线中断频率，提升了设备的综合效率和产线的连续运行能力。

17、在一种可选的实施方式中，测距模块包括第一激光测距传感器和第二激光测距传感器；第一激光测距传感器设置于工艺腔室的顶部，用于检测第一距离；第二激光测距传感器设置于工艺腔室的侧壁，用于检测第二距离。

18、本实施例通过双激光测距传感器布局，测量精度高、响应速度快，为后续判定提供了可靠的数据基础；非接触式激光测量可直接反映晶圆状态，毫秒级完成检测与判决，满足高速生产的节拍要求，且不引入污染。

19、在一种可选的实施方式中，测距模块为线激光轮廓仪。

20、本实施例通过采用线激光轮廓仪实现多截面数据检测，能够更准确、更全面地判断晶圆是否处于安全取片位置。

21、第二方面，本发明提供了一种半导体工艺设备的取片方法，包括：响应于来自第一控制器的第一控制指令，向测距模块发送检测指令，其中，半导体工艺设备包括工艺腔室和位于工艺腔室的承载盘，第一控制指令用于指示位于承载盘上的晶圆已完成释放和请求取片；获取晶圆与测距模块在垂直方向上的第一距离，以及晶圆的边缘与测距模块在水平方向上的第二距离；根据第一距离和第二距离，确定晶圆是否处于预设位置；若晶圆处于预设位置，则输出第一使能信号，使第一继电器与驱动单元处于连通状态，触发驱动单元控制机械手执行取片动作；若晶圆未处于预设位置，则输出第二使能信号，使第一继电器与驱动单元处于断开状态。

1.一种半导体工艺设备的取片装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二继电器，所述第二继电器的控制端连接所述安全控制器，所述第一继电器通过所述第二继电器连接所述驱动单元；

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一继电器和/或所述第二继电器为强制导向继电器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括报警单元；

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述报警指令包括第一指令和第二指令，所述第一指令用于指示故障类型为粘片，所述第二指令用于指示故障类型为偏移；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测距模块包括第一激光测距传感器和第二激光测距传感器；

9.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述测距模块为线激光轮廓仪。

10.一种半导体工艺设备的取片方法，其特征在于，应用于权利要求1至9中任一项所述的半导体工艺设备的取片装置中的安全控制器，包括：