CN101131953A - 定位校准装置及定位校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定位校准装置及应用该定位校准装置的定位校准系统，定位校准装置包括基座，基座上设有外定位装置和内定位装置，可同时分别对一块晶片进行定位校准。外定位装置包括外回转盘，外回转盘上固定有多个夹持臂，每个夹持臂上分别设有夹持块，可以定位并夹紧晶片。内定位装置包括内回转盘，内回转盘上设有真空孔，可以通过真空将晶片吸附到内回转盘的表面。定位校准系统包括与定位校准装置配合使用的机械手，可以同时取两块晶片放于定位校准装置的外定位装置和内定位装置相应的位置上；且可以将外定位装置和内定位装置上的晶片同时取出。结构紧凑、使用方便、效率高，适用于对片状物体进行定位校准，尤其适用于对晶片进行定位校准。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶片刻蚀设备，尤其涉及一种定位校准装置及应用该定位校准装置定位校准系统。
背景技术
在300mm晶片刻蚀设备的传输系统中，晶片的传输路径是由大气机械手从Pod(晶片仓)中取出，放置在EFEM(大气前置模块)中的Aligner(定位校准器)上进行定位校准，然后再将校准好的晶片用大气机械手传输到Load Lock(真空装载锁)中，进而传输腔室中的真空机械手再从Load Lock中取出晶片放置到各个工艺腔室中进行工艺制程。
通常情况下，用Aligner来实现晶片的Notch(缺口)定位和中心定位，其实现方式有两种，一种是真空吸附式校准，即将从大气机械手获取的晶片放置在Aligner上，通过施加低真空将晶片吸附固定，然后Aligner携带晶片做高速旋转，并将旋转过程中传感器检测到的偏移量通知给大气机械手，大气机械手则再次以修正后的偏移量将晶片取走。另一种方式是边缘夹持方式，即将从大气机械手获取的晶片放置在Aligner的夹持机构中，由于三个夹持块的夹持中心即为晶片的中心，因而很容易来实现晶片的中心定位，然后再通过夹持机构携带晶片做高速旋转来实现晶片的Notch定位。
上述两种结构的特点是，都是对单片晶片进行中心定位和Notch定位。在某一时间内都是仅对单个晶片进行校准定位，因此这无疑是降低了Aligner的定位效率，从而也给整个系统的效率带来了影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用方便、效率高的定位校准装置及定位校准系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的定位校准装置，包括基座，基座上设有定位装置和传感器，其特征在于，所述的定位装置包括外定位装置和内定位装置，所述的外定位装置和内定位装置可同时分别对一块晶片进行定位；所述的传感器可以分别对每一块晶片进行检测校准。
所述的外定位装置和内定位装置同轴，分上下两层布置，可分别夹持一块晶片绕轴线旋转，实现对晶片的定位；所述的传感器包括上传感器和下传感器，上传感器可以对外定位装置夹持的上层晶片单独进行检测校准，下传感器可以对内定位装置夹持的下层晶片单独进行检测校准。
所述的外定位装置包括外回转盘，外回转盘上固定有多个夹持臂，每个夹持臂上分别设有夹持块，多个夹持臂上的夹持块共同作用可以定位并夹紧晶片。
所述的夹持臂有三个，等角度布置。
所述的夹持块的底部设有滑轨，相应的夹持臂上沿径向设有滑轨槽，滑轨置于滑轨槽中，夹持块可沿滑轨前后移动。
所述的多个夹持块的相对应的夹持面上分别设有凹槽，所述凹槽对晶片进行定位并夹紧；凹槽中还设有衬垫，用于保护晶片的边缘不受损坏。
所述的内定位装置包括内回转盘，所述的内回转盘上设有真空孔，可以通过真空将晶片吸附到内回转盘的表面。
所述的内回转盘上还设有多个顶针，用于支撑晶片。
所述的定位校准系统还包括机械手，所述的机械手包括两条机械臂，每条机械臂通过单独的驱动轴与驱动器连接，两条机械臂在驱动器的驱动下可以同时取两块晶片放于上述定位校准装置的外定位装置和内定位装置相应的位置上；且可以将外定位装置和内定位装置上的晶片同时取出。
所述的每条机械臂的末端分别连接有一个吸盘或托叉，用于抓取晶片。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的定位校准装置及定位校准系统，由于包括外定位装置和内定位装置，所述的外定位装置和内定位装置可同时分别对一块晶片进行定位；这样，就可以同时对两块晶片进行定位校准，提高了工作效率。外定位装置和内定位装置同轴布置，上传感器和下传感器可以分别对外定位装置夹持的上层晶片和内定位装置夹持的下层晶片单独进行检测校准，结构紧凑、使用方便。
又由于本发明的定位校准系统，还包括与定位校准装置配合使用的机械手，所述的机械手包括两条机械臂，每条机械臂通过单独的驱动轴与驱动器连接，两条机械臂在驱动器的驱动下可以同时取两块晶片放于上述定位校准装置的外定位装置和内定位装置相应的位置上；且可以将外定位装置和内定位装置上的晶片同时取出，进一步提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明定位校准装置的立面结构示意图；
图2为本发明定位校准装置的平面结构示意图；
图3为本发明的机械手的立面结构示意图；
图4为本发明的机械手的平面结构示意图；
图5为本发明的机械手从定位校准装置中取放晶片的立面状态参考图；
图6为本发明的机械手从定位校准装置中取放晶片的平面状态参考图；
图7为本发明定位校准装置校准晶片时的状态参考图。
具体实施方式
本发明较佳的具体实施方式如图1、图2所示，包括基座1，基座1上设有定位装置和传感器，定位装置包括外定位装置和内定位装置，所述的外定位装置和内定位装置可同时分别对一块晶片进行定位，传感器可以分别对每一块晶片进行检测校准。
外定位装置和内定位装置同轴，可以采用同一伺服电机进行控制，也可以单独采用伺服电机进行控制，分上下两层布置，外定位装置和内定位装置互不影响，可分别夹持一块晶片绕轴线旋转，实现对晶片的定位；传感器包括上传感器2和下传感器3，在基座1的底部安装有直射型下传感器2，由于直射型传感器可以设定照射距离，因而可以单独对内定位装置夹持的下层晶片3进行检测校准。同时在基座1的一端，在上传感器支撑杆17上安装有直射型上传感器3，可以单独对外定位装置夹持的上层晶片4进行检测校准。
外定位装置包括外回转盘6，外回转盘6上固定有多个夹持臂7，等角度布置，夹持臂7最好有三个，相互之间成120度夹角。每个夹持臂7上分别设有夹持块8，多个夹持臂7上的夹持块8共同作用可以定位并夹紧晶片。夹持块8的底部设有滑轨，相应的夹持臂7上沿径向设有滑轨槽，滑轨置于滑轨槽中，夹持块7可沿滑轨前后移动，实现夹紧动作。
每个夹持块7的相对应的夹持面上分别设有凹槽9，所述凹槽9对晶片进行定位并夹紧；凹槽9中还设有衬垫，用于保护晶片的边缘不受损坏，衬垫采用PEEK(聚醚醚酮)材料制作。
内定位装置包括内回转盘10，设置在外回转盘6的中部空腔，内回转盘10上设有真空孔11，可以通过真空将晶片吸附到内回转盘10的表面。内回转盘10上还设有多个顶针12，最好是三个，用于支撑晶片，顶针可以在内回转盘10的表面上下伸缩。
应用上述定位校准装置的定位校准系统还包括机械手，如图3、图4所示，机械手包括两条机械臂13，每条机械臂13通过单独的驱动轴与驱动器14连接，两条机械臂13在驱动器14的驱动下可以同时取两块晶片放于上述定位校准装置的外定位装置和内定位装置相应的位置上；且可以将外定位装置和内定位装置上的晶片同时取出。每条机械臂13的末端分别连接有一个托叉16，用于抓取晶片，托叉16的四周可以设置真空孔，用于对托叉16托住的晶片进行吸附固定，也可以不设真空孔，而在托叉16的表面设置一层摩擦系数较大的材料，机械臂13的末端也可以不连接托叉16，而改用吸盘或其它的形式。
上述定位校准装置及定位校准系统的工作原理是这样的：
在向定位校准装置中放置晶片时，机械手的两个机械臂13末端的托叉16分别从Pod中快速取出晶片，取到晶片后，托叉16托着晶片同时伸入到定位校准装置的内部。
当定位校准装置从机械手处接受晶片时，如图5、图6所示，机械手的上、下托叉16托载着两片晶片伸入至定位校准装置的中心处附近，然后让两个机械手的驱动轴同时下降一段距离，这时对于下层晶片5而言，内回转盘10的上的三个顶针12支撑住下层晶片5的下表面，机械手的下托叉16与下层晶片5的下表面脱离。
对于上层晶片4而言，上层晶片4的平面与挟持块8的挟持槽处于同一平面，机械手的上托叉16托载着上层晶片4的下表面。此时，三个挟持块8处于挟持臂7的最远端，然后，将三个挟持块8向外回转盘6中心收缩，则上层晶片4的边缘被挟持住，当机械手的驱动轴下降时，上层晶片4的下表面脱离机械手上的上托叉16。
此时上、下层的晶片都已经脱离了托叉16，然后机械手同时缩回上、下托叉16。
当定位校准装置对晶片进行校准定位时，如图7所示，在伺服电机的驱动下，三个挟持块8挟持着上层晶片4绕定位校准装置轴心做高速旋转，由于三个挟持块8收缩后的中心即为外回转盘6的中心也就是晶片的中心，由此实现了上层晶片4的中心定位。然后通过设置直射型上传感器2的照射距离，可以使上传感器2仅对上层晶片4起作用，通过上传感器2检测出上层晶片4的Notch(缺口)的位置，并将上层晶片4的信息通知给机械手。
在上层晶片4做高速旋转的同时，支撑下层晶片5的三个顶针12同时下落缩回到内回转盘10中，使下层晶片5的下表面与内回转盘10的表面接触，然后通过工艺真空孔11施加一定的真空，将晶片吸附在内回转盘10的表面上。在上层晶片高速运动结束后，伺服电机开始驱动内回转盘10，使下层晶片5随内回转盘10一起旋转，通过设置基座1上的直射型下传感器3的照射距离，可以使下传感器3仅对下层晶片5起作用，通过下传感器3检测出下层晶片5的中心位置和Notch(缺口)位置，并将下层晶片5的信息通知给机械手。
以上对上层晶片和下层晶片定位的过程可以同步进行，也可以依次顺序进行。
定位校准装置对上、下层晶片定位完成后，定位校准装置的内回转盘10中的工艺真空孔11将不再施加低真空，然后内回转盘10中的三个顶针12将下层晶片5顶起，这时机械手的两个机械臂以修正后的晶片偏移量同时伸入到定位校准装置中，然后机械手竖直上升一小段距离，使机械手的上托叉16正好与上层晶片4的下表面接触，下托叉16恰好将下层晶片5托起，然后挟持上层晶片4的挟持块8沿滑轨向定位校准装置外移动，使上层晶片4下表面放置在大气机械手的上托叉16上。此时两片晶片都已经放置在大气机械手的托叉16上。
由此完成定位校准装置对晶片的定位校准。然后，机械手的两个机械臂13同时缩回，将晶片转移到下一工艺制程。
本发明中的定位校准装置及定位校准系统是一种功能复合型结构，与以往其他两种结构相比，可以同时对两片晶片进行定位校准，因而与两次单独进行一片晶片定位校准相比，明显缩短了定位校准的时间，从而缩短了整个传输阶段的传输时间，提高了传输效率。
本发明中的定位校准装置中的传感器的安放位置，可以根据使用情况选择不安装在定位校准装置上，而是选择安装在其他的外部支撑部件上。同时挟持块的外形结构也可以为不同形状。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定位校准装置，包括基座，基座上设有定位装置和传感器，其特征在于，所述的定位装置包括外定位装置和内定位装置，所述的外定位装置和内定位装置可同时分别对一块晶片进行定位；所述的传感器可以分别对每一块晶片进行检测校准。
2.根据权利要求1所述的定位校准装置，其特征在于，所述的外定位装置和内定位装置同轴，分上下两层布置，可分别夹持一块晶片绕轴线旋转，实现对晶片的定位；所述的传感器包括上传感器和下传感器，上传感器可以对外定位装置夹持的上层晶片单独进行检测校准，下传感器可以对内定位装置夹持的下层晶片单独进行检测校准。
3.根据权利要求1或2所述的定位校准装置，其特征在于，所述的外定位装置包括外回转盘，外回转盘上固定有多个夹持臂，每个夹持臂上分别设有夹持块，多个夹持臂上的夹持块共同作用可以定位并夹紧晶片。
4.根据权利要求3所述的定位校准装置，其特征在于，所述的夹持臂有三个，等角度布置。
5.根据权利要求3所述的定位校准装置，其特征在于，所述的夹持块的底部设有滑轨，相应的夹持臂上沿径向设有滑轨槽，滑轨置于滑轨槽中，夹持块可沿滑轨前后移动。
6.根据权利要求3所述的定位校准装置，其特征在于，所述的多个夹持块的相对应的夹持面上分别设有凹槽，所述凹槽对晶片进行定位并夹紧；凹槽中还设有衬垫，用于保护晶片的边缘不受损坏。
7.根据权利要求1或2所述的定位校准装置，其特征在于，所述的内定位装置包括内回转盘，所述的内回转盘上设有真空孔，可以通过真空将晶片吸附到内回转盘的表面。
8.根据权利要求7所述的定位校准装置，其特征在于，所述的内回转盘上还设有多个顶针，用于支撑晶片。
9.一种应用上述定位校准装置的定位校准系统，其特征在于，所述的定位校准系统还包括机械手，所述的机械手包括两条机械臂，每条机械臂通过单独的驱动轴与驱动器连接，两条机械臂在驱动器的驱动下可以同时取两块晶片放于上述定位校准装置的外定位装置和内定位装置相应的位置上；且可以将外定位装置和内定位装置上的晶片同时取出。
10.根据权利要求9所述的定位校准系统，其特征在于，所述的每条机械臂的末端分别连接有一个吸盘或托叉，用于抓取晶片。
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