CN101791773B

CN101791773B - 倒角机硅片定位工作台

Info

Publication number: CN101791773B
Application number: CN201010133553A
Authority: CN
Inventors: 王学军; 张志军
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: CN101791773A

Abstract

本发明提供了一种倒角机硅片定位工作台，涉及硅片倒角设备技术领域，具有承片台旋转装置，传感器位移检测装置；其传感器位移检测装置的结构为：硅片边缘位移检测传感器设计安装在硅片边缘位置，硅片边缘位移检测传感器通过连接板固定在气动滑台上，气动滑台底部固定在基座上；硅片边缘位移检测传感器和主控计算机相连；并设有相应控制电路及计算分析控制软件。其结构紧凑，采用此装置可以准确完成硅片定位边检测和硅片中心位置检测，方便倒角机快捷准确地进行下一步硅片边缘磨削和定位边磨削，有利于提高工作的质量和效率，特别适用于4-6英寸不同直径硅片的检测。

Description

倒角机硅片定位工作台

技术领域

本发明涉及硅片倒角设备技术领域。

背景技术

倒角机具有硅片边缘磨削和定位边磨削功能，适合于对4-6英寸硅片的圆边和定位边的磨削生产。随着半导体技术的迅速发展，硅片在加工生产过程中，边缘晶格破损少，边缘表面粗糙度高，崩边程度小，以减小后续加工中的边缘破损，使得硅片的内在品质和边缘外观质量变得越来越重要。性能可靠、操作方便、精度准确、自动化程度高是倒角机的发展趋势。硅片定位工作台及修正装置是倒角机的核心部件，是综合4-6英寸硅片定位边位置检测功能、定位边位置修正功能于一体的一种装置。因此其研发尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种倒角机硅片定位工作台，其结构紧凑，采用此装置可以准确完成硅片定位边检测和硅片中心位置检测，方便倒角机快捷准确地进行下一步硅片边缘磨削和定位边磨削，有利于提高工作的质量和效率。特别适用于4-6英寸不同直径硅片的检测。

本发明的主要技术方案是：一种倒角机硅片定位工作台，其特征在于具有承片台旋转装置，传感器位移检测装置；其承片台旋转装置的结构为：电机装在基座上，电机通过机械传动装置和承片台转轴相连，承片台转轴通过轴座装在基座上，承片台转轴设有旋转过程中硅片真空吸附结构；其传感器位移检测装置的结构为：硅片边缘位移检测传感器设计安装在硅片边缘位置，硅片边缘位移检测传感器通过连接板固定在气动滑台上，气动滑台底部固定在基座上，气动滑台和驱动机构相连；硅片边缘位移检测传感器和主控计算机相连；并设有相应控制电路及计算分析控制软件，对硅片定位边位置进行检测。

所述的硅片边缘位移检测传感器可以为检测用激光位移传感器，其计算分析控制软件的主要检测程序为：激光位移传感器发出的激光光幕采集硅片边缘轮廓的变化数据；驱动装置采用ISA总线的PCL-818模拟量采集卡采集检测数据并传回主控计算机；控制软件由VisualBasic6.0编程，在软件中首先计算硅片0-180度范围不同角度的直径值，同时比较不同直径位置采集的数据大小，通过比较，找出硅片中心的偏差值；由于硅片边缘圆边数据的变化是连续的，采集的硅片定位边位置数据将会突变而不连续，通过控制软件计算采集的边缘数据的突变情况，计算出硅片定位边角度和中心位置。

所述的硅片边缘位移检测传感器也可以用其他的检测用位移传感器，如红外等，并设有相应控制电路及计算分析控制软件。

所述的承片台旋转装置中的机械传动装置较佳为：电机带动与其紧固的同步带轮旋转，通过同步齿形带传递到同步带轮，带动所述承片台转轴转动，电机为步进电机。

所述的承片台转轴设有的旋转过程中硅片真空吸附结构较佳为：承片台转轴为空心轴结构设计，承片台转轴的上端面设有互相贯通的同心圆槽，可使真空吸附硅片，承片台转轴下端连接旋转接头，旋转接头直接与真空管路连接。

所述的承片台旋转装置中最好设有一对球轴承、轴承隔圈，以及轴承锁母和轴承端盖。

所述的承片台旋转装置中的电机最好通过调节板固定在基座上，调节板可在基座长槽孔内滑动，以实现对同步齿形带的张紧。

所述的气动滑台驱动机构可以为压缩空气气缸驱动机构(也可用其他驱动机构)，气动滑台在压缩空气的驱动下可以停留在2个位置，气动滑台伸出时可检测4、5英寸硅片，气动滑台缩回时可检测6英寸硅片。

所述的相应控制电路的结构可以为：运动控制卡输出信号由PCB5接口板输出，通过接线端子XT2分别与气缸电磁阀KA10与KA11连接，根据不同片径的控制要求来驱动电磁阀执行不同的位置动作。

对于所述定位工作台控制部分及其相应的控制电路及计算分析控制软件，也可以采用以下的技术方案实现：

1、用可编程控制器PLC系统+位移传感器；

2、用嵌入式控制系统+位移传感器；

3、用运动控制系统+CCD。

其中方案1的信号采集速度相对较慢，会使硅片定位效率不高；方案3中CCD对检测环境要求较高，会增加单元成本；不同方案均需要设计相应的不同的控制电路和软件。

本发明具有突出的有益效果：它克服了已有技术之不足，很好地解决了现有技术中长期存在且一直未解决的问题，此装置结构紧凑，采用此装置可以准确完成硅片定位边检测和硅片中心位置检测，方便倒角机快捷准确地进行下一步硅片边缘磨削和定位边磨削，有利于提高工作的质量和效率。采用此装置可以计算出硅片定位边位置，从而计算出硅片定位边位置角度，还通过电机旋转对此角度偏差进行补偿。该系统的精密旋转可消除硅片旋转误差对检测结果的影响。本发明特别适用于4-6英寸不同直径硅片的检测。

以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明硅片定位工作台的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的俯视图。

图4为图1的定位检测传感器接线图。

图5为图1的定位工作台驱动电机接线图。

图6图1的气动滑台控制接线图。

图7为图1的计算分析控制软件的流程图。

图8为图1的气动滑台位置控制流程图。

图9为图1的硅片定位台电路控制结构图。

图1～图3中标号说明如下：1基座，2电机，3同步带轮，4调节板，5同步齿形带，6同步带轮，7轴座，8承片台转轴，9硅片边缘检测传感器，10轴承，11轴承隔圈，12轴承锁母，13轴承端盖，14支撑座，15旋转接头，16气动滑台，17连接板，18位移传感器检测光带，19硅片。

图4～图9中各符号的含义或说明如下：

PCB5	接口卡	PICM2900
			J4	信号输出接线端子	板卡自带
XT2	接线架	SAKD 2.5/3.5
			KA10，KA11	气缸电磁阀	SYJ3000

具体实施方式

见图1～图9。

该硅片定位工作台，由承片台转轴8、轴座7、轴承10、轴承隔圈11、轴承锁母12和轴承端盖13组成旋转轴系统，所述旋转轴系统通过支撑座14固定在基座1上。所述装置中的(步进)电机2带动与其紧固的同步带轮3旋转，该旋转运动通过同步齿形带5传递到同步带轮6，并带动所述旋转轴系统转动。所述装置中的硅片边缘检测传感器9通过连接板17固定在气动滑台16上，气动滑台16底部固定在基座1上。所述步进电机2通过调节板4固定在基座1上。所述承片台转轴8下端连接旋转接头15。

硅片定位工作台装置是由气动滑台16驱动硅片边缘检测传感器9完成4-6英寸不同直径硅片位置的改变，该装置设有气缸位置传感器，用于对改变的气缸位置进行确认。

硅片定位工作台装置是由步进电机2通过同步齿形带5驱动承片台转轴8旋转，真空源通过旋转接头15向承片台转轴8上施加真空，通过真空将硅片19吸附在承片台转轴8上。

硅片定位工作台装置通过真空把硅片19吸附在承片台8上，通过电机2和同步齿形带5驱动承片台8旋转，从而驱动硅片19旋转。检测用激光位移传感器设计安装在硅片边缘位置，传感器会产生28mm宽的检测光带18，并由接受端检测光带变化，从而输出4-20mA的输出电流变化信号，磁电流信号将连接在研华公司的PCL-818模拟量采集卡中，此模拟量采集卡采用ISA总线方式插入主控计算机中。硅片19在旋转的过程中，其边缘始终处于位移传感器检测光带18范围内，其边缘会不断遮挡位移传感器的检测光带18，由激光位移传感器不断检测硅片19边缘一周360度范围的形状变化的数据，并将检测数据通过模拟量采集卡传回主控计算机，通过主控计算机的控制软件对数据进行处理，控制软件由VisualBasic6.0编程，在软件中首先计算硅片0-180度范围不同角度的直径值，同时比较不同直径位置采集的数据大小，通过比较，可找出硅片中心的偏差值。另外由于硅片边缘圆边数据的变化是连续的，而到定位边位置，采集的边缘数据将会突变而不连续，通过控制软件计算采集的边缘数据的突变情况，可以计算出硅片定位边位置，从而计算出硅片定位边位置角度，通过电机旋转对此角度偏差进行补偿，从而可以找出硅片定位边的准确位置。

气动滑台在压缩空气驱动下可伸缩并分别停留在伸出与缩回两个位置，用于实现该装置在4、5与6英寸硅片之间检测时的位移检测传感器位置调整。气动滑台16和主控计算机相连，并设有气动滑台16气缸位置传感器及相应控制电路及位置控制软件。

所述的相应控制电路图见附图4。硅片边缘位移检测传感器9和主控计算机相连部分相应控制电路见附图4、附图5。其中，附图4中PCB9即为研华公司PCL818采集卡的接线端子板，AMP1即为位移传感器的放大器，CHK30即为OMRON公司的Z4LC-S2840激光位移传感器。附图5中PM3为硅片定位工作台驱动电机，附图3中PDM3为电机驱动器，附图5中PCB3为GALIL运动控制卡接线端子板，PCB1为GALIL运动控制卡。

位置控制软件流程图见附图6。图中KA10-A和KA10-B分别为气动滑台16第1个位置的控制阀，KA11-A和KA11-B分别为气动滑台16第2个位置的控制阀，控制信号通过接线端子XT2由运动控制卡接口板PCB5送出。滑台位置控制软件流程如附图8所示。

硅片边缘位移检测传感器9和主控计算机相连部分相应计算分析控制软件的流程如附图7所示。

通过上述软件程序对硅片边缘进行检测和定位，驱动电机通过美国GALIL公司的DMC2182型运动控制卡驱动，运算程序基于VB6.0编程并在工控机中运行，模拟量采集卡为ISA总线的研华公司PCL818采集卡，通过DMC2182型运动控制卡驱动电机旋转，通过研华公司PCL818模拟量采集卡不断采集硅片边缘数据，通过上述控制软件的分析和计算，将能非常可靠准确地检测到硅片定位边位置角度。

硅片定位工作台装置是综合硅片定位边位置检测、硅片定位边位置修正、可对4-6英寸不同直径硅片进行检测功能于一体的一种结构紧凑、功能强大的装置。

Claims

1.一种倒角机硅片定位工作台，其特征在于具有承片台旋转装置和传感器位移检测装置；其承片台旋转装置的结构为：电机（2）装在基座（1）上，电机（2）通过机械传动装置和承片台转轴（8）相连，承片台转轴（8）通过轴座（7）装在基座（1）上，承片台转轴（8）设有旋转过程中硅片真空吸附结构；其传感器位移检测装置的结构为：硅片边缘位移检测传感器（9）设计安装在硅片边缘位置，硅片边缘位移检测传感器（9）通过连接板（17）固定在气动滑台（16）上，气动滑台（16）底部固定在基座（1）上，气动滑台（16）和驱动机构相连；硅片边缘位移检测传感器（9）和主控计算机相连；并设有相应控制电路及计算分析控制软件，对硅片定位边位置进行检测；

所述的承片台旋转装置的机械传动装置为：电机（2）带动与其紧固的同步带轮（3）旋转，通过同步齿形带（5）传递到同步带轮（6），带动所述承片台转轴（8）转动，电机（2）为步进电机；

所述的承片台旋转装置中设有一对球轴承（10）、轴承隔圈（11），以及轴承锁母（12）和轴承端盖（13）；

所述的承片台转轴（8）设有的旋转过程中硅片真空吸附结构为：承片台转轴（8）为空心轴结构设计，承片台转轴（8）的上端面设有互相贯通的同心圆槽，使真空吸附硅片（19），承片台转轴（8）下端连接旋转接头（15），旋转接头（15）直接与真空管路连接；

所述的硅片边缘位移检测传感器（9）为检测用激光位移传感器，检测用激光位移传感器设计安装在硅片边缘位置，其计算分析控制软件的主要检测程序为:传感器会产生28mm宽的检测光带（18），并由接受端检测光带变化，从而输出4-20mA的输出电流变化信号，磁电流信号将连接在研华公司的PCL-818模拟量采集卡中，此模拟量采集卡采用ISA总线方式插入主控计算机中；硅片（19）在旋转的过程中，其边缘始终处于位移传感器检测光带（18）范围内，其边缘会不断遮挡位移传感器的检测光带（18），由激光位移传感器不断检测硅片（19）边缘一周360度范围的形状变化的数据，并将检测数据通过模拟量采集卡传回主控计算机，通过主控计算机的控制软件对数据进行处理，控制软件由VisualBasic6.0编程，在软件中首先计算硅片0-180度范围不同角度的直径值，同时比较不同直径位置采集的数据大小，通过比较，找出硅片中心的偏差值；硅片边缘圆边数据的变化是连续的，到定位边位置，采集的边缘数据将会突变而不连续，通过控制软件计算采集的边缘数据的突变情况，计算出硅片定位边位置，从而计算出硅片定位边位置角度，通过电机旋转对此角度偏差进行补偿，找出硅片定位边的准确位置；

所述的气动滑台（16）驱动机构为压缩空气气缸驱动机构，气动滑台（16）在压缩空气的驱动下可以停留在2个位置，气动滑台（16）伸出时可检测4、5英寸硅片，气动滑台（16）缩回时可检测6英寸硅片。

2.根据权利要求1所述的倒角机硅片定位工作台，其特征在于所述的硅片边缘位移检测传感器计算分析控制软件的具体程序为：确定硅片初始位置→驱动电机转动→采集硅片边缘数据和角度数据→传输并存储数据→变化数据类型→对数据分析运算并存储结果→判断运算结果是否为连续数据→如果连续则存储边缘数据及位置角度，并再次返回进行下一组数据判断；如果不连续，则存储定位边数据及位置角度→计算硅片中心偏差及角度→驱动机械手初步调整硅片位置→驱动电机转动→采集硅片边缘数据和角度数据→传输并存储数据→变化数据类型→对数据分析、运算并存储结果→判断运算结果是否为连续数据→如果连续则存储边缘数据及位置角度，并再次返回进行下一组数据判断；如果不连续，则存储定位边数据及位置角度→计算硅片中心偏差及角度并输出。

3.根据权利要求1所述的倒角机硅片定位工作台，其特征在于所述的承片台旋转装置中的电机（2）通过调节板（4）固定在基座（1）上，调节板（4）可在基座（1）长槽孔内滑动，以实现对同步齿形带（5）的张紧。