CN103715123A - 用于半导体制造工艺中的硅片定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，包括工作平台，所述工作平台内设用于搬运硅片的真空机械手，所述真空机械手手臂中央设有用于顶升硅片的圆孔，在工艺平台上设有至少一个硅片定位装置，所述硅片定位装置用于探测并调整真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手手臂中央位置。本发明通过将多个硅片位置定位装置设在工艺平台上，与多个机械手的机台相配套，可有效节约有限空间，减少占地面积，有利于节约资源，免去了从硅片定位腔室上送取硅片的步骤，简化工序，提高了硅片传输效率。

Description

用于半导体制造工艺中的硅片定位系统
技术领域
本发明属于一种定位系统，具体地说，涉及一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统。
背景技术
集成电路、半导体制造行业推动着设备自动化的实现，某些半导体设备的作用是通过物理、化学等手段对硅片进行某种处理，这种处理被称之为半导体工艺，而处理硅片通常在真空环境下密闭容器中进行，通常将这些容器成为反应室。在半导体生产中需要将待反应硅片准确传送到反应腔室，通过步进电机或伺服电机驱动，通过检测装置完成硅片的定位后，将硅片传输至反应腔室。
随着半导体集成电路制造技术的发展，硅片从200mm发展至300mm或更大,洁净车间（FAB）的造价也越来越高，因此如何有效地利用有限的洁净车间生产空间，提高生产设备的效率，缩短生产周期等问题也变得越来越重要。传统的硅片定位装置，实现硅片位置定位测量，需占用1个平台挂载位置，通常是平台内置的真空机械手搬运硅片到硅片位置定位测量腔，当测量完成后，再搬运硅片到其它腔室进行下一步工艺。
现有的硅片定位装置占用空间比较大，不能充分有效利用工作平台空间，另外，真空机械手需要将硅片放置到硅片定位腔室上进行位置校准工作后，再从硅片定位腔室上取出硅片送至反应腔室，步骤繁琐，时间较长，效率低。
因此，需要对现有的硅片定位系统进行改进，使其结构简单紧凑且提高硅片传输效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，使其结构简单紧凑且提高硅片传输效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，包括工作平台，所述工作平台内设用于搬运硅片的真空机械手，所述真空机械手手臂中央设有用于顶升硅片的圆孔，在工艺平台上设有至少一个硅片定位装置，所述硅片定位装置用于探测并调整真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手手臂中央位置。
优选的，所述硅片定位装置包括发射单元、位置测量单位、顶升旋转装置；所述发射单元用于发出光束照射硅片上并投射至位置测量单元；所述位置测量单元用于探测真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手手臂中央位置；所述顶升旋转装置通过真空机械手手臂中央的圆孔将硅片向上顶升旋转。
优选的，所述位置测量单元包括线阵CCD传感器，用于探测硅片中心位置与真空机械手中心位置。
优选的，所述顶升旋转装置包括步进驱动装置、皮带、顶升装置基座及顶升装置，所述步进驱动装置带动皮带转动，进而带动顶升装置上的硅片旋转，所述顶升装置基座与工艺平台固定连接。
优选的，步进驱动装置驱动硅片的旋转角度大于360度。
优选的，所述硅片定位装置用于探测并调整硅片V形缺口的位置，并定位V形缺口的方位。
优选的，所述硅片定位装置为2个。
与现有的方案相比，本发明通过将多个硅片位置定位装置设在工艺平台上，与多个机械手的机台相配套，可有效节约有限空间，减少占地面积，有利于节约资源，免去了从硅片定位腔室上送取硅片的步骤，简化工序，提高了硅片传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的硅片定位系统的结构示意图；
图2为本发明硅片定位系统的结构示意图；
图3为本发明硅片定位系统的侧视图；
图4为本发明硅片定位系统的硅片同心俯视图；
图5是本发明硅片定位系统的硅片偏心俯视图；
图6是本发明硅片偏心产生的正弦波数据。
图中标号说明如下：
1、硅片装载装置；2、工艺平台；3、工艺腔；4、硅片位置定位腔；5、机械手；6、硅片；7、V形缺口；41、发射单元；42、位置测量单元；43、顶升装置基座；44、皮带；45、步进驱动装置；46、顶升装置；47、光束；48、线阵CCD传感器。
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请参考图1，图1为现有的硅片定位系统的结构示意图，包括硅片装载装置1、工艺平台2、工艺腔3、硅片位置定位腔4；现有的硅片定位系统需占用1个平台挂载位置1，工艺平台2内置真空机械手搬运硅片到硅片位置定位腔4，测量完成后，再搬运硅片到其它工艺腔3进行下一步工艺。现有的硅片定位系统工序繁琐，硅片传输效率较差。
本发明提供的半导体制造工艺中的硅片定位系统，其结构简单紧凑且硅片传输效率高。
请参考图2至图3，本发明提供了一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，包括工作平台2，所述工作平台2内设用于搬运硅片6的真空机械手5，所述真空机械手5手臂中央设有用于顶升硅片6的圆孔，在工艺平台2上设有至少一个硅片定位装置，所述硅片定位装置优选为2个。所述硅片定位装置用于探测并调整真空机械手取片后硅片6中心位置与真空机械手5中心位置；其中，所述硅片定位装置包括发射单元41、位置测量单位42、顶升旋转装置；所述发射单元41用于发出光束照射硅片上并投射至位置测量单元42；所述位置测量单元42用于探测真空机械手5取片后硅片6中心位置与真空机械手5中心位置；所述顶升旋转装置通过真空机械手5手臂中央的圆孔将硅片6向上顶升旋转。
其中，所述顶升旋转装置包括步进驱动装置45、皮带44、顶升装置基座43及顶升装置46，所述步进驱动装置45带动皮带44转动，进而带动顶升装置46上的硅片6旋转，所述顶升装置基座43与工艺平台2固定连接。值得说明的是，中央机械手5手臂中央开有圆孔，圆孔要求不仅大于硅片顶升装置46的直径，而且留有修正硅片位置偏差的余量。
本发明所述位置测量单元包括线阵CCD传感器48，用于探测硅片6中心位置与真空机械手5中心位置。本文中的线阵CCD传感器48的中文名电荷藕合器，它使用一种高光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，然后通过模数转换器芯片将电信号转换成数字信号，具有结构简单，成本低廉，可重复获取多组数据实现实时快速扫描等特点。
本发明所述的步进驱动装置45驱动硅片6的旋转角度大于360度，因线阵CCD传感器48需要保证期检测到的长度大于硅片直径，众所周知，已知一个圆的弦长坐标及圆的半径，就可以确定圆的圆心坐标，因此通过线阵CCD传感器48测量的弦长信息以及硅片6直径，借此计算出硅片圆心位置与机械手的相对位置关系，判断是否存在位置偏差。
在芯片制造业里面，硅片一般是经过一定的工序进行生产，并达到后续加工的能力，而在硅片的边缘有一V形缺口7，其存在主要目的是表达晶格的排列方向，另外还可以借助该V形缺口7实现晶片的定位。因此，为了实现制造的一致性，要求V形缺口7每次必须位于同一个位置，或在一批硅片加工制造过程中，V形缺口7始终朝向一个方向。其中，所述硅片定位装置还可用于探测并调整硅片V形缺口7的位置，并定位V形缺口7的方位。
请参考图3至图5，工艺平台2上的硅片位置定位装置，其包括发射单元41和位置测量单元42，硅片驱动顶升装置基座43，硅片旋转同步驱动皮带44和步进驱动装置45，硅片顶升装置46，以及中央机械手5。发射单元41发出的光束照射在位置测量单元42中的CCD线阵48上。线阵感光单元接收列为线阵CCD传感器48以线型排布组成的阵列。
本发明提供的硅片位置定位装置工作过程为：首先，机械手5从片盒中取出硅片6到工艺平台2，停在硅片顶升装置主轴46上方。硅片顶升装置主轴46通过机械手5手臂中央圆孔向上顶升，将硅片6从机械手5顶升起来。其次，步进驱动装置45通过驱动同步皮带44，驱动硅片顶升装置46带动硅片6旋转，并启动位置测量。接着，发射单元41工作，使发出的光束照射在位置测量单元42中的线阵CCD传感器48上。由于硅片6的遮蔽作用，只有部分光束照射在位置测量单元42中的CCD线阵48上。随着步进驱动装置45驱动硅片6位置的不同，硅片6的遮蔽的位置也随之不同，通过步进驱动装置45和线阵CCD传感器48上遮蔽的位置测量值的同步，使测量值和硅片位置对应起来。值得说明的是：测量时，步进驱动装置45驱动硅片6旋转必须大于360度，以使测量数据有冗余。
由于硅片装载，累积误差等各种原因，会造成机械手5取片时，硅片6并不落在机械手5手臂的中央位置，就需硅片位置定位装置来测量修正。请参考图6，硅片6旋转一周多，由于硅片6位置的偏心，产生一组包含距离和角度的类似正弦波数据。位置测量单元42的包括数据采集，阈值，滤波处理等，但不限于此。根据数据计算最大值和最小值差的一半，可解算出硅片6相对于顶升装置46中心的距离，此为修正半径；最大、最小值对应的角度信息，包含了修正角度的信息。同理，根据数据计算，找到硅片6的V形缺口7位置值所包含的角度的信息。如对V形缺口7位置有设定，可根据设定，驱动步进驱动装置45带动硅片6旋转调整V形缺口7位置，使其对准机械手5取片方向。
根据数据计算修正值，包括修正半径，修正角度，传输给机械手5，用于机械手5的位置修正，包括径向修正和角度修正，即使机械手5的伸缩或旋转，使其取片时，硅片6落在其中心位置。此时，硅片顶升装置46下降，硅片6落在机械手5的中心，从而达到硅片位置定位的功能。同理，此装置也适用于机械手5从工艺腔3中取硅片6回到工艺平台2中，通过该装置修正硅片位置。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，包括工作平台，所述工作平台内设用于搬运硅片的真空机械手，其特征在于，所述真空机械手手臂中央设有用于顶升硅片的圆孔，在工艺平台上设有至少一个硅片定位装置，所述硅片定位装置用于探测并调整真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手手臂中央位置。
2.根据权利要求1所述的用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，其特征在于，所述硅片定位装置包括发射单元、位置测量单位、顶升旋转装置；所述发射单元用于发出光束照射硅片上并投射至位置测量单元；所述位置测量单元用于探测真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手手臂中央位置；所述顶升旋转装置通过真空机械手手臂中央的圆孔将硅片向上顶升旋转。
3.根据权利要求2所述的用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，其特征在于，所述位置测量单元包括线阵CCD传感器，用于探测硅片中心位置与真空机械手中心位置。
4.根据权利要求2所述的用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，其特征在于，所述顶升旋转装置包括步进驱动装置、皮带、顶升装置基座及顶升装置，所述步进驱动装置带动皮带转动，进而带动顶升装置上的硅片旋转，所述顶升装置基座与工艺平台固定连接。
5.根据权利要求4所述的用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，其特征在于，步进驱动装置驱动硅片的旋转角度大于360度。
6.根据权利要求1-5任一所述的用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，其特征在于，所述硅片定位装置用于探测并调整硅片V形缺口的位置，并定位V形缺口的方位。
7.根据权利要求1-5任一所述的用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，其特征在于，所述硅片定位装置为2个。
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