CN103972135B - 一种硅片精确定位传输装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光刻设备，具体涉及一种硅片精确定位传输装置及定位方法。所述传输装置包括基座、机械臂、执行器和定位机构，传输装置与工作台进行硅片的交接，传输装置还包括机械臂和执行器之间的弹性连接装置，所述弹性连接装置包括与机械臂连接的上片、与执行器固定连接的下片、弹性连接上片和下片的连接机构和用于精确定位的检测机构。所述方法是采用所述传输装置通过定位机构粗定位，弹性连接机构和检测机构进行微调控制实现精确定位，最终完成硅片的交接。本发明提供的装置结构简单紧凑，使用可靠，控制方便、对准精度高。本发明提供的方法简单、便捷，便于实现了硅片传输精确定位的全自动化操作。

Description

一种硅片精确定位传输装置及定位方法

技术领域

本发明属于光刻设备，具体涉及一种硅片精确定位传输装置及定位方法。

背景技术

光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备。在光刻机等众多半导体设备中，需要快速、准确、可靠地传输基底或硅片等物料。上述搬运系统即为传输系统，是光刻设备重要组成部分。随着集成电路制造行业技术不断发展，芯片刻线精度不断提高，硅片尺寸变大，对传输系统提出的要求体现在硅片传输到工件台上的精度也随之提高，由此出现了机械或光学式预对准单元。由于预对准单元工作产生的振动对工件台影响较大，所以需要将预对准单元与工件台独立。在典型的光刻设备中，如图1所示，传输装置包括基座101、可旋转式安装在基座上的机械臂102和设置在机械臂102末端的执行器103，传输装置将硅片104从片盒中取出并置于预对准单元的工作台105上，完成定位与定心且温度稳定后，再由传输装置从预对准单元的工作台105取下并传输到工件单元的工作台105上的相应坐标位置，开始曝光流程，曝光结束后，再由传输装置送回至片库。

从上述过程可以发现，由于硅片104在传输过程中与机械臂102无相对位移，故硅片上片精度仅由机械臂102定位精度及重复性精度决定。硅片传输的目的，在于保证硅片位于预对准单元下的坐标准确的传递到曝光单元的工件台坐标系下。由于其结构的复杂性，即使通过精密测较，也很难仅由机械臂自身实现定位精度及重复性精度，进而影响到光刻机的最终性能。

在典型的光刻设备中，机械臂具有x、y、z、Rz四个自由度，如图1所示 传统对准方法是粗定位通过定位机构106，其中图1(a)为定位机构分开状态，图1(b)为定位机构配合状态，精确定位是通过一至二个四象限传感器，检测水平面内x、y、Rz三个表示机械臂相对位置及姿态的参数，通过移动激光束或四象限传感器，改变激光光束与四象限探测器的相对位置，使四象限传感器接收到的圆形光斑形心与四象限传感器中心重合完成对准操作，这种方法对传输机械臂运动精度及重复性精度、安装调试要求较高，无法实现自动化定位，人工及时间成本大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是机械臂自身定位精度及重复性无法满足高精度传输需求，为了克服以上不足，提供了一种硅片精确定位传输装置及定位方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述硅片精确定位传输装置，与工作台进行硅片交接，包括基座、机械臂、执行器和定位机构，传输装置还包括所述机械臂和执行器之间的弹性连接装置，所述弹性连接装置包括与所述机械臂连接的上片、与所述执行器固定连接的下片、弹性连接所述上片和下片的连接机构和用于精确定位的检测机构，所述检测机构设置在所述上片和下片之间或者所述下片和工作台之间，从而获取与下片固定连接的执行器的精确坐标位置。

所述工作台是指承载硅片的预对准单元的工作台或工件单元的工作台。

进一步，所述检测机构包括激光光源、检测标志和传感器，所述检测标志设置在所述激光光源和传感器之间，所述激光光源同传感器相对位置固定，所述检测标志与所述下片固定连接，检测定位时，所述检测标志位于所述激光光源和传感器之间，所述光源的光束穿过所述检测标记到达所述传感器，传感器收集激光束光斑形心位置信息，从而得出精确的坐标位置。

进一步，所述检测机构还包括呈互字形相扣的L型第一连接件和7型第二 连接件，所述第一连接件的上端固定在所述上片下表面，所述第一连接件的水平段高度位于所述上片和下片之间，所述激光光源设置在所述第一连接件的水平段上且光线从下向上发射，所述传感器设置在所述上片下表面且与所述激光光源上下相对，所述第二连接件的底端固定在所述下片上表面，所述第二连接件的水平段高度位于所述激光光源和传感器之间，所述检测标志设置在第二连接件的水平段上方。设置在上下片之间的检测机构集成度更高，外部结构更简洁，也有利于成本的降低。

进一步，所述检测机构包括激光光源、检测标志、传感器以及支架，所述支架设置在所述工作台上，所述传感器和激光光源设置在所述支架上，所述检测标志设置在所述下片上，检测定位时，所述检测标志位于所述激光光源和传感器之间，所述光源的光束穿过所述检测标记到达所述传感器。工作台由光刻机整机布局决定，具有一定变换关系的静止坐标系，传输装置是一个临时的、运动的坐标系。外置检测机构简化了坐标变换过程，从而简化了相关控制策略，便于观测和快速定位。当系统中具有多个传输装置时，在工作台设置不同位置的支架可以保证更高效的传输过程。

进一步，所述连接机构包括上下两端分别连接所述上片和下片的弹性支撑件，弹性支撑件使上片相对下片可进行微量的水平位移。

进一步，所述连接机构还包括水平设置的复位弹簧，所述复位弹簧一端与所述下片相连，所述下片上设有通孔，所述上片固定有连接杆，所述连接杆穿过所述通孔与所述复位弹簧的另一端相连，所述通孔相对所述连接杆留有余量，当所述上片相对所述下片产生相对位移时，所述复位弹簧发生形变，控制上片和下片的位移量。

进一步，所述定位机构包括外定位机构和内定位机构，所述外定位机构设置在下片和工作台之间，用于所述下片和工作台之间的对准和粗定位，所述内定位机构设置在所述上片和下片之间，用于所述上片和下片之间的对准和粗定位。

进一步，所述外定位机构包括相配合的外停驻板和外定位接口，所述外停驻板设置在所述工作台上，所述外定位接口设置在所述下片的下表面上，外定位机构使执行器相对于工作台在x、y和Rz向上粗定位，所述内定位机构包括相配合的内停驻板和内定位接口，所述内停驻板设置在所述上片上，所述内定位接口设置在所述下片的上表面上，内定位机构使上片相对于下片在x、y和Rz向上粗定位。

进一步，所述外停驻板或内停驻板包括支撑面和三角凹槽，所述外定位接口或内定位接口包括第一滚珠轴承和第二滚珠轴承，对准定位时，所述第一滚珠轴承与所述支撑面相靠，所述第二滚珠轴承与所述三角凹槽相贴靠，通过三点接触实现x、y和Rz向上的定位。

本发明还提供了一种硅片传输精确定位的方法，其包括以下步骤：

1)传输装置与第一工作台进行硅片交接，通过检测机构收集记录执行器的标准坐标信息；

2)传输装置与第二工作台进行硅片交接，通过定位机构对执行器进行粗定位；

3)弹性连接机构在压力作用下产生形变，检测机构获取执行器的实时坐标信息；

4)将标准坐标信息和实时坐标信息转换为同一坐标系数据并进行比对；

5)将比对结果反馈到传输装置，微调机械臂，重复步骤3)至5)，直至标准坐标信息和实时坐标信息的数据统一，完成交接。

本发明提供的传输装置通过弹性连接装置的形变及检测机构的精确定位保证了硅片在交接过程的快速对准，装置结构简单紧凑，使用可靠，控制方便、对准精度高。本发明提供的方法简单、便捷，便于实现了硅片传输精确定位的全自动化操作。

附图说明

图1是现有技术中硅片传输装置的结构示意图；

图2是实施例1的结构示意图；

图3是实施例1的弹性连接装置结构示意图；

图4是定位机构的结构示意图；

图5是实施例2的结构示意图；

图6是硅片传输精确定位方法的流程图。

图中所示：

101基座，102机械臂，103执行器，104硅片，105工作台；

11基座，12机械臂，13执行器，14硅片，15工作台；

16定位机构，161外停驻板，162外定位接口，163支撑面，164三角凹槽，165第一滚珠轴承，166第二滚珠轴承；

A弹性连接装置，21上片，22下片；

231支撑件，232复位弹簧，233通孔，234连接杆；

241激光光源，242检测标志，243传感器，244第一连接件，245第二连接件，246支架，247检测板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

实施例1

如图2所示，所述硅片精确定位传输装置包括基座11、可旋转式安装在基座上的机械臂12、设置在机械臂12末端的执行器13、机械臂12和执行器13之间的弹性连接装置A和定位机构16，传输装置与工作台15进行硅片14的交接。

如图3所示，所述弹性连接装置A包括与机械臂12连接的上片21、与执行器固定连接的下片22、弹性连接上片21和下片22的连接机构和用于精确定 位的检测机构。

所述检测机构包括激光光源241、孔状检测标志242、传感器243、呈互字形相扣的L型第一连接件244和7型第二连接件245，第一连接件244的上端固定在上片21下表面，第一连接件244的水平段高度位于上片21和下片22之间，激光光源241设在第一连接件244的水平段上且光线从下向上发射，传感器243设置在上片21下表面且与激光光源241上下相对，第二连接件245的低端固定在下片22上表面，第二连接件245的水平段高度位于激光光源241和传感器243之间，检测标志242设置在第二连接件245的水平段上。检测定位时，检测标志242位于激光光源241和传感器243之间，传感器243对穿过检测标志242的激光束光斑形心位置信息进行收集，从而得出精确的坐标位置。

所述连接机构包括四个弹性支撑件231和水平设置的复位弹簧232。

所述四个弹性支撑件231设置在上片21和下片22的四角，弹性杆231上端与上片21相连，弹性杆231下端与下片22相连。

所述复位弹簧232一端与下片22相连，下片22上设有通孔233，上片21固定有连接杆234，连接杆234穿过通孔233，下端与复位弹簧232另一端相连，通孔233相对连接杆234留有余量。

所述定位机构16包括设置在下片22和工作台15之间外定位机构和设置在上片21和下片22之间内定位机构。

如图4所示，所述外定位机构包括相配合的外停驻板161和外定位接口162，设置在工作台15上的外停驻板161包括支撑面163和三角凹槽164，设置在下片22下表面的外定位接口162包括第一滚珠轴承165和第二滚珠轴承166，对准定位时，第一滚珠轴承165与支撑面163相靠，第二滚珠轴承166与三角凹槽164相贴靠。

所述内定位机构包括相配合的内停驻板167和内定位接口168，内停驻板167设置在上片21上，内定位接口168设置在下片22的上表面上。

内定位机构可以参考外定位机构的结构也可以参考现有技术中的定位机 构。

所述传感器可以为四象限传感器或面阵CCD(光电检测)位置传感器。

实施例2

如图5所示，改变实施例1中检测机构的设置位置和方法，本技术方案中所述检测机构包括缺口相对设置的两个半框型支架246、两组传感器243和激光光源241以及固定在下片22前端的检测板247，同组传感器243和激光光源241设置在一个支架246上且上下相对设置，所述检测板247上设有两个孔状检测标志242，检测定位时，一个孔状检测标志242与一组传感器243和激光光源241相对应。

实施例3

如图6所示，采用实施例1或实施例2的硅片传输精确定位装置，硅片传输精确定位的方法包括以下步骤：

1)传输装置A与预对准单元的工作台15进行硅片14交接时，通过检测机构收集记录执行器13的标准坐标信息；

2)传输装置A与工件单元的工作台15进行硅片14交接时，通过定位机构16对执行器13进行粗定位；

3)弹性连接机构在压力作用下产生形变，检测机构获取实时坐标信息；

4)将标准坐标信息转换为工件单元的坐标系下的坐标信息，并与实时坐标信息进行比对；

5)将比对结果反馈到传输装置A，微调机械臂12，重复步骤3)至5)，直至标准坐标信息和实时坐标信息的数据统一，完成交接。

Claims (8)

1.一种硅片精确定位传输装置，与工作台进行硅片交接，包括基座、机械臂、执行器和定位机构，其特征在于，还包括所述机械臂和执行器之间的弹性连接装置，所述弹性连接装置包括与所述机械臂连接的上片、与所述执行器固定连接的下片、弹性连接所述上片和下片的连接机构和用于精确定位的检测机构，所述连接机构包括上下两端分别连接所述上片和下片的弹性支撑件，弹性支撑件使上片相对下片可进行微量的水平位移，所述连接机构还包括水平设置的复位弹簧，所述复位弹簧一端与所述下片相连，所述下片上设有通孔，所述上片固定有连接杆，所述连接杆穿过所述通孔与所述复位弹簧的另一端相连，所述通孔相对所述连接杆留有余量，当所述上片相对所述下片产生相对位移时，所述复位弹簧发生形变，控制所述上片和下片的位移量，所述检测机构设置在所述上片和下片之间或者所述下片和工作台之间。

2.根据权利要求1所述一种硅片精确定位传输装置，其特征在于，所述检测机构包括激光光源、检测标志和传感器，所述检测标志设置在所述激光光源和传感器之间，所述激光光源同传感器相对位置固定，所述检测标志与所述下片固定连接，检测定位时，所述检测标志位于所述激光光源和传感器之间，所述光源的光束穿过所述检测标记到达所述传感器。

3.根据权利要求2所述一种硅片精确定位传输装置，其特征在于，所述检测机构还包括呈互字形相扣的L型第一连接件和7型第二连接件，所述第一连接件的上端固定在所述上片下表面，所述第一连接件的水平段高度位于所述上片和下片之间，所述激光光源设置在所述第一连接件的水平段上且光线从下向上发射，所述传感器设置在所述上片下表面且与所述激光光源上下相对，所述第二连接件的底端固定在所述下片上表面，所述第二连接件的水平段高度位于所述激光光源和传感器之间，所述检测标志设置在第二连接件的水平段上方。

4.根据权利要求1所述一种硅片精确定位传输装置，其特征在于，所述检测机构包括激光光源、检测标志、传感器以及支架，所述支架设置在所述工作台上，所述传感器和激光光源设置在所述支架上，所述检测标志设置在所述下片上，检测定位时，所述检测标志位于所述激光光源和传感器之间，所述光源的光束穿过所述检测标记到达所述传感器。

5.根据权利要求1所述一种硅片精确定位传输装置，其特征在于，所述定位机构包括外定位机构和内定位机构，所述外定位机构设置在下片和工作台之间，用于所述下片和工作台之间的对准和粗定位，所述内定位机构设置在所述上片和下片之间，用于所述上片和下片之间的对准和粗定位。

6.根据权利要求5所述一种硅片精确定位传输装置，其特征在于，所述外定位机构包括相配合的外停驻板和外定位接口，所述外停驻板设置在所述工作台上，所述外定位接口设置在所述下片的下表面上，所述内定位机构包括相配合的内停驻板和内定位接口，所述内停驻板设置在所述上片上，所述内定位接口设置在所述下片的上表面上。

7.根据权利要求6所述一种硅片精确定位传输装置，其特征在于，所述外停驻板或内停驻板包括支撑面和三角凹槽，所述外定位接口或内定位接口包括第一滚珠轴承和第二滚珠轴承，对准定位时，所述第一滚珠轴承与所述支撑面相靠，所述第二滚珠轴承与所述三角凹槽相贴靠。

8.采用权利要求1～7任一所述硅片精确定位传输装置，进行硅片传输精确定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)传输装置与第一工作台进行硅片交接，通过检测机构收集记录执行器的标准坐标信息；

2)传输装置与第二工作台进行硅片交接，通过定位机构对执行器进行粗定位；

3)弹性连接机构在压力作用下产生形变，检测机构获取执行器的实时坐标信息；

4)将标准坐标信息和实时坐标信息转换为同一坐标系数据并进行比对；

5)将比对结果反馈到传输装置，微调机械臂，重复步骤3)至5)，直至标准坐标信息和实时坐标信息的数据统一，完成交接。