一种真空自动调压装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种真空自动调压装置及其控制方法。

背景技术

晶圆倒片机是半导体集成电路(IC)制造中的重要设备，倒片是半导体制程工艺中的必要工序。目前，倒片的方式主要有晶圆摩擦、晶圆夹持和晶圆真空吸附三种方式，真空吸附常用的是负压吸附方式。

晶圆倒片机的机械手主要是单臂和双臂结构，真空类型的单臂是单气路系统，真空类型的双臂是双气路分支系统。

在半导体制造中，产品类型众多，工艺制程复杂，不同厂家晶圆的厚度和规格存在一定的差异，再加上工艺的影响，相同的负压在晶圆上产生的吸附力就会不同。真空系统的负压小，吸盘处吸附力不够，在传输过程中，晶圆可能会偏移，甚至出现晶圆掉落，造成晶圆报废；真空系统的负压大，吸盘处吸附力过大，可能使晶圆变形、内部损伤甚至损坏。在实际生产中必须保证负压值合理，实现晶圆无损、可靠的传输。

发明内容

本发明提供了一种真空自动调压装置及其控制方法，解决了实际生产中负压过大或过小导致晶圆损坏的问题。

一种真空自动调压装置，包括：

真空减压阀、气路、二位三通电磁阀、吸盘、高速电子针阀和闭环反馈模块；

所述真空减压阀与所述气路连接，所述气路与所述吸盘相连；

所述二位三通电磁阀和所述高速电子针阀位于所述气路上；

通过闭环反馈模块监控所述气路的压力值以及根据所述压力值控制所述高速电子针阀的开度，以保持气路压力恒定。

在本发明的一种实施例中，所述闭环反馈模块具体包括：高精度数据采集器、真空数字压力开关、高精度控制器和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)系统；所述真空数字压力开关设置于所述气路上，用于检测气路压力；所述高精度数据采集器与所述真空数字压力开关和所述高速电子针阀连接，用于采集所述真空数字压力开关和所述高速电子针阀的开度数据；所述高精度控制器连接所述高精度数据采集器和所述高速电子针阀和所述PLC系统，用于将所述高精度数据采集器采集到的数据进行比例积分微分(Proportion Integral Differential，PID)算法处理，根据处理结果驱动所述高速电子针阀的动作，保证气路压力恒定。

在本发明的一种实施例中，所述气路为两条分支气路，以控制吸附不同晶圆。

在本发明的一种实施例中，所述高速电子针阀从全开到全关的响应时间为0.8秒。

在本发明的一种实施例中，在本发明的一种实施例中，所述两条分支气路相互独立，各自具备闭环反馈功能，能够同时对不同规格和工艺的晶圆进行吸附力的调整和控制。

在本发明的一种实施例中，所述真空自动调压装置还包括真空过滤器；所述真空过滤器与二位三通电磁阀连接，用于过滤二位三通电磁阀关闭时洁净室内空气通入气路的气体。

在本发明的一种实施例中，所述高精度控制器具备建立工艺库的功能，通过测试不同规格和工艺的晶圆的吸附力，建立工艺数据库，以供生产中直接调用。

一种真空自动调压装置的控制方法，包括：

通过工厂真空系统在负压输入端为气路提供负压，通过真空减压阀调整气路的总压；

通过二位三通电磁阀和高速电子针阀调整气路的压力值，压力传送到吸盘后吸附晶圆；

通过闭环反馈模块中真空数字压力开关的实时检测气路压力值，将所述压力值与预设阈值比较，根据比较结果控制机械手做相应动作；

通过闭环反馈模块获取所述真空数字压力开关检测到的压力值，根据所述压力值实时调整所述高速电子针阀以控制气路负压。

在本发明的一种实施例中，所述通过闭环反馈模块获取所述真空数字压力开关检测到的压力值，根据所述压力值实时调整所述高速电子针阀以控制气路负压，具体包括：所述闭环反馈模块包括高精度数据采集器、真空数字压力开关、高精度控制器和PLC系统；通过高精度数据采集器获取高速电子针阀开度和所述真空数字压力开关检测到的气路压力数据，将所述高速电子针阀开度和所述气路压力数据传送至所述高精度控制器进行PID算法处理；所述高精度控制器根据PID算法处理结果，驱动高速电子针阀控制开度，调整气路压力，以保持吸盘恒定的负压吸附力；所述PLC系统用于将控制指令随时载入内存进行储存与执行。

一种非易失性存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由处理器执行，以实现下述步骤：

通过工厂真空系统在负压输入端为气路提供负压，通过真空减压阀调整气路的总压；

通过二位三通电磁阀和高速电子针阀调整气路的压力值，压力传送到吸盘后吸附晶圆；

通过闭环反馈模块中真空数字压力开关的实时检测气路压力值，将所述压力值与预设阈值比较，根据比较结果控制机械手做相应动作；

通过闭环反馈模块获取所述真空数字压力开关检测到的压力值，根据所述压力值实时调整所述高速电子针阀以控制气路负压。

本发明提供了一种真空自动调压装置及其控制方法，至少包括以下有益效果：有效的解决了终端吸盘的负压值只能通过真空减压阀手动调整的问题，并且避免了由于气路结构的差异，两条分支气路在同时吸附动作时，气路的压力也不相同，手动调整也会影响终端吸盘压力。通过在气路中设置高速电动针阀，满足了快速压力调节的需求。通过利用真空数字压力开关和高精度控制器的方法，提供闭环反馈系统。通过设置高精度数据采集系统，实现了实时根据数据进行调节的效果。通过在高精度控制器内置PID算法，其具有使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感，适用于半导体晶圆厂生产现场的优点。通过将高精度控制器与计算机PLC相连，保证实时数据通讯，实现数据的记录以及实现高精度控制。通过设置闭环反馈模块，解决了因气路开环无法进行精确控制的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种真空自动调压装置示意图；

图2为本发明实施例提供的一种真空自动调压控制方法的步骤示意图。

附图标记

真空减压阀1、二位三通电磁阀2、真空数字压力开关3、吸盘4、真空过滤器5、高速电子针阀6、高精度数据采集器7、高精度控制器8、PLC系统9。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。除非另作定义，本发明所涉及的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

现有技术中，负压输入端由工厂真空系统提供，通过真空减压阀手动调整气路的总压。气路分支成两条支气路，与终端吸盘相连。二位三通电磁阀打开，气路连通，气路产生负压力，吸盘吸附晶圆；真空数字压力开关检测到压力值，压力值与设定阈值比较，输出信号，机械手做相应动作。

调整终端吸盘负压值只能通过真空减压阀手动调整，并且由于气路结构的差异，末端压力也会有影响。另外，晶圆倒片机的机械手为真空类型的双臂是双气路分支系统，两条分支气路在同时吸附动作时，气路的压力也不相同，目前气路是开环系统，无法进行控制。

为解决上述问题，本发明提出了一种真空自动调压装置及其控制方法。下面进行具体说明。

图1为本发明提供的一种真空自动调压装置示意图，包括：

真空减压阀1、气路(图中未示出)、二位三通电磁阀2、吸盘4、高速电子针阀6和闭环反馈模块；

真空减压阀1与气路连接，气路与吸盘4相连；

二位三通电磁阀2和高速电子针阀6位于气路上；

高速电子针阀6从全开到全关的响应时间为0.8秒。

通过闭环反馈模块监控气路的压力值以及根据压力值控制高速电子针阀的开度，以保持气路压力恒定。

气路为两条分支气路，两条分支气路相互独立，各自具备闭环反馈功能，能够同时对不同规格和工艺的晶圆进行吸附力的调整和控制。

真空自动调压装置还包括真空过滤器5；真空过滤器5与二位三通电磁阀2连接，用于过滤二位三通电磁阀2关闭时洁净室内空气通入气路的气体。

在本发明的一种实施例中，闭环反馈模块具体包括：高精度数据采集器7、真空数字压力开关3、高精度控制器8和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)系统9。

真空数字压力开关3设置于气路上，用于检测气路压力；高精度数据采集器7与真空数字压力开关3和高速电子针阀6连接，用于采集真空数字压力开关3和高速电子针阀6的开度数据。

高精度控制器8连接高精度数据采集器7和高速电子针阀6和PLC系统9，用于将高精度数据采集器7采集到的数据进行比例积分微分(Proportion Integral Differential，PID)算法处理，根据处理结果驱动高速电子针阀6的动作，保证气路压力恒定。高精度控制器8具备建立工艺库的功能，通过测试不同规格和工艺的晶圆的吸附力，建立工艺数据库，以供生产中直接调用。闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正。使用PID算法具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数选定比较简单、调整方便等优点。

PLC系统，为一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如TCP/IP)，需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。本发明中采用PLC系统能够快速接收到来自真空自动调压装置的数据，并且能够快速下达执行指令，以控制真空自动调压装置的开启或关闭。

具体地，负压输入端由工厂真空系统提供，通过真空减压阀1调整固定气路的总压。气路分支成两条支气路，与终端的吸盘4相连，以控制吸附不同晶圆。二位三通电磁阀2打开，气路通过高速电子针阀6，连通吸盘4。气路产生负压力，吸盘吸附晶圆；真空数字压力开关3检测到压力值，压力值与设定阈值比较，输出信号，控制机械手做相应动作。

高精度数据采集器7、真空数字压力开关3、高精度控制器8和PLC系统9组成闭环反馈模块，两条分支气路相互独立。真空数字压力开关3实时检测气路压力，将数据传送至高精度数据采集器7，同时高精度数据采集器7收集高速电子针阀6开度的数据。收集后的数据将传送至高精度控制器8进行PID算法处理，将差值反馈驱动高速电子针阀6的动作，保证气路压力恒定。高速电子针阀6具有快速相应特性，全开到全关的响应时间是0.8秒，完全满足快速响应的需求。高精度控制器8与PLC系统9具有通讯协议，满足上位机的要求。

高精度控制器8同时具备建立工艺库的功能，通过测试不同规格和工艺的晶圆的吸附力，建立工艺数据库，生产中可直接调用。

本发明实施例还提供了相应的一种真空自动调压装置的控制方法，如图2所示，可以包括以下步骤：

S210：通过工厂真空系统在负压输入端为气路提供负压，通过真空减压阀调整气路的总压。

S220：通过二位三通电磁阀和高速电子针阀调整气路的压力值，压力传送到吸盘后吸附晶圆。

S230：通过闭环反馈模块中真空数字压力开关的实时检测气路压力值，将压力值与预设阈值比较，根据比较结果控制机械手做相应动作。

S240：通过闭环反馈模块获取真空数字压力开关检测到的压力值，根据压力值实时调整高速电子针阀以控制气路负压。

在本发明的一种实施例中，通过闭环反馈模块获取真空数字压力开关检测到的压力值，根据压力值实时调整高速电子针阀以控制气路负压，具体包括：闭环反馈模块包括高精度数据采集器、真空数字压力开关、高精度控制器和PLC系统；通过高精度数据采集器获取高速电子针阀开度和真空数字压力开关检测到的气路压力数据，将高速电子针阀开度和气路压力数据传送至高精度控制器进行PID算法处理；高精度控制器根据PID算法处理结果，驱动高速电子针阀控制开度，调整气路压力，以保持吸盘恒定的负压吸附力；PLC系统用于将控制指令随时载入内存进行储存与执行。

通过上述装置以及对应的控制方法，有效的解决了终端吸盘的负压值只能通过真空减压阀手动调整的问题，并且避免了由于气路结构的差异，两条分支气路在同时吸附动作时，气路的压力也不相同，手动调整也会影响终端吸盘压力。通过在气路中设置高速电动针阀，满足了快速压力调节的需求。通过利用真空数字压力开关和高精度控制器的方法，提供闭环反馈系统。通过设置高精度数据采集系统，实现了实时根据数据进行调节的效果。通过在高精度控制器内置PID算法，其具有使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感，适用于半导体晶圆厂生产现场的优点。通过将高精度控制器与计算机PLC相连，保证实时数据通讯，实现数据的记录以及实现高精度控制。通过设置闭环反馈模块，解决了因气路开环无法进行精确控制的问题。

基于同样的思路，本发明的一些实施例还提供了上述方法对应的介质。

本发明的一些实施例提供的一种存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令由处理器执行，以实现下述步骤：

通过工厂真空系统在负压输入端为气路提供负压，通过真空减压阀调整气路的总压；通过二位三通电磁阀和高速电子针阀调整气路的压力值，压力传送到吸盘后吸附晶圆；通过闭环反馈模块中真空数字压力开关的实时检测气路压力值，将压力值与预设阈值比较，根据比较结果控制机械手做相应动作；通过闭环反馈模块获取真空数字压力开关检测到的压力值，根据压力值实时调整高速电子针阀以控制气路负压。

本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备和介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明实施例提供的设备和介质与方法是一一对应的，因此，设备和介质也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述设备和介质的有益技术效果。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程方法商品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程方法商品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程方法商品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。