[发明专利]晶片自动定位控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路(IC)芯片制作过程中，把晶片定位缺口或定位边的位置检测到，然后自动将多个晶片在某种装载盒或舟中对齐(即均指向某一个位置或角度)的一种自动控制技术，具体为一种将该技术应用于生产实践中的晶片自动定位控制装置及其控制方法，目的是满足晶片加工过程中初步定位和预对准的需要。

背景技术

半导体业界传统上要在晶锭上做一个定位平面，将晶锭切成晶片后，该面留在圆形晶片上一条弦，称为定位边(即FLAT)，用以表明该晶片的晶体结构和晶向，以适应集成电路制造过程中不同工序的加工处理要求；定位边的大小和位置如图1(a)-(d)所示，图1(a)为p型(111)，图1(b)为p型(100)，图1(c)为n型(111)，图1(d)为n型(100)。[注解：P为以空穴为导电机构的半导体；n为以电子为导电机构的半导体；100、111是晶棒切割面的代号]晶片的定位边在Φ200mm(8″圆片)以及以上尺寸的晶片被定位缺口(即NOTCH)所取代。具有定位缺口的晶片，在该缺口附近的一个小区域内用激光刻上晶片的相关信息。集成电路的工艺制程设计者们力求最大限度地减少对激光刻印所在位置及其字迹清晰度造成玷污。对于Φ300mm(12″)晶片来讲，激光刻印另有一个新标准，即将激光刻印位于晶片背面靠近边缘的没有利用到的区域。定位缺口和激光刻印标识如图2所示，其中标号8为定位缺口，标号9指示为光刻的标识数字。

定位边和定位缺口在集成电路制造中的作用：

半导体集成电路制作工艺流程是一个复杂而漫长的过程，仅以采用槽式电容器的双阱三层多晶及单层金属工艺为例，制作4Mb DRAM的工艺流程，共计有164个工艺步骤，其中有17步干法刻蚀、23步去胶以及21步湿法清洗/湿法刻蚀。刻蚀工艺的基础是利用光刻技术实现精准的图形转移；光刻技术的精髓是套刻对准精度以及分辨率；套刻和对准的第一步就是首先利用定位边或槽进行预对准；因此进入光刻设备的每一个晶片希望是定位边/槽所处的位置一致，缩短完成预对准的过程和时间；不仅光刻设备如此，其他工艺设备如干法刻蚀、离子注入、扩散以及后工序中的砂轮划片、装片等设备都需要定位边/槽位置一致才能进入正常加工过程。另外，在测试工艺环节中需要靠定位边/槽定位的就更多了，如中测；膜厚测量的选点；晶片表面电阻率测量的定标、翘曲度测量等；总之，将放入片盒中的、或石英舟中的晶片，使它们的定位边/槽均整理成处于统一的某个方位，以适应下一工序加工的需要是非常必要的。

规整晶片定位缺口或边的方位的传统方法：

经过涂胶、显影、清洗等其他工艺环节后的晶片定位缺口或边的位置往往是随机的，进行下一工艺设备前，有时必需要把整盒晶片的定位缺口或边规整到统一的位置。早在上世纪五六十年代，集成电路制造常用Φ50、75和100毫米的小尺寸晶片，生产规模也小，多数情况下是人手持镊子，目测方法，在片盒内把它们一片一片的整理好。后来Φ150、200和300毫米的晶片出现在大规模生产的流水线上，再用这种老办法已不可能，故人们发明了这样或那样的专用机械装置代替手工作业，完成这一过程，效果很好。

装置的基本原理是一种机械机构，其原理如图3(a)-(b)所示，把装满晶片的片盒(图3(a)中的标号1)，以开口向上的方式置于其上，通过手摇或安装于机座(图3(a)中的标号3)的小型电动机带动一个圆柱体(图3中(a)中的标号5)旋转，晶片(图3中的(a)中的标号6)边缘与该圆柱体垂直相切，当该圆柱体旋转时，靠晶片边缘与圆柱体相切点处的摩擦力跟随转动；与圆柱体平行安装一个与水平面垂直的长条板(图3(a)-(b)中的标号7)，长条板通过弹簧(图3(a)中的标号4)安装于机座，该长条板上端面为一平面[见图3(a)中的标号7，用于有Flat的晶片]，或一个楔形斜面[见图3(b)，用于有缺口的晶片]；通过圆柱体的正转和反转往复运动，最终将盒内的所有晶片的定位缺口或边整合到一致的位置，即所有晶片的定位边或缺口都与长条板标号7相切或被它挂住；接着按压下挡板，使它离开晶片，视需要将所有晶片同步旋转到指定的方位。

传统方法的弊病

实现该功能的机械装置还有其它多种方式和结构，但是总存在着诸多缺陷，现分述如下：

(1)一个装置只能适应一种尺寸的晶片，不能兼容，且找定位边的只能找定位边，不能找定位缺口；反之亦然；

(2)完成该过程必须将晶片转入标准的塑料片盒内，整理好后，再用专用的倒片机(英文为：Wafer Transfer System)转移到石英舟或其它装载晶片的器具中去；