CN104635753A - 一种基于激光位移传感器的预对准装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于激光位移传感器的预对准装置，用于预对准晶圆，包括第一激光传感器、第二激光传感器、预对准机控制器；所述第一、第二激光传感器设置在所述晶圆周边，用于检测晶圆的位置；所述预对准控制器接收所述第一、第二激光传感器获取的位置信息，并进行通信和处理计算。本发明的有益效果：预对准装置使用机械手作为驱动晶圆运动装置，节省了预对准装置的电机及驱动器的成本开支，使得预对准机成本得以下降；预对准装置与机械手之间无需进行晶圆的交换，晶圆在整个预对准过程中无需离开机械手，节省预对准过程的时间。

Description

一种基于激光位移传感器的预对准装置及系统

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，具体涉及一种基于激光位移传感器的预对准装置及系统。

背景技术

在IC搬运过程中需要预对准机prealigner，其作用是将机械手搬运过来的晶圆进行notch口对准，并计算出硅片的中心位置，从而控制机械手补偿偏移，取走晶圆。

已有同类技术中，预对准机作为一个单独的模块，具有运动控制模块、传感器模块、控制模块。传统预对准机工作流程，如图1所示：FIG3A：机械手托起晶圆；FIG3B：机械手将晶圆放置在预对准机上；FIG3C：预对准机将晶圆旋转一周；FIG3D：预对准机将晶圆对准，并将偏心位置通知机械手；FIG3E：机械手到晶圆圆心取晶圆；FIG3F：机械手将晶圆取走。

在上述过程中，至少需要5S的时间完成这一系列动作；机械手必须等待预对准装置完成后，才能进行后续工作。可见预对准机的速度对整个晶圆搬运的速度起到重要的影响。

预对准机进行上升、旋转、下降等一系列动作，需要具有运动模块；为此至少需要一套电机及驱动装置，多则需要三套。这也造成了预对准机的成本增加。

综上，现有的预对准装置具有以下缺点：对准时间长、成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于激光位移传感器的预对准装置，节省预对准过程的时间。

本发明的技术方案包括一种基于激光位移传感器的预对准装置，用于预对准晶圆，包括第一激光传感器、第二激光传感器、预对准机控制器；所述第一、第二激光传感器设置在所述晶圆周边，用于检测晶圆的位置；所述预对准控制器接收所述第一、第二激光传感器获取的位置信息，并进行通信和处理计算。

优选地，所述预对准机控制器包括处理器模块DSP、中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、串行通信模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块；所述处理器模块DSP与中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、串行通信模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块连接；其中，所述中断接口和CAN通信模块与机器人控制器连接；所述串行通信模块与上位机连接；所述AD1采集模块和AD2采集模块分别与所述第一、第二激光传感器激光传感器连接；所述处理器模块DSP用于总调度及处理运算。

本发明的另一技术方案包括一种基于激光位移传感器的预对准系统，用于预对准晶圆，包括第一激光传感器、第二激光传感器、预对准机控制器、机器人控制器、上位机；所述第一、第二激光传感器设置在所述晶圆周边，用于检测晶圆的位置；所述预对准控制器接收所述第一、第二激光传感器获取的位置信息，并进行通信和处理计算；所述预对准控制器与所述机器人控制器、上位机进行通信。

优选地，所述预对准机控制器包括处理器模块DSP、中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、SCI模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块；

所述处理器模块DSP与中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、SCI模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块连接；

其中，所述中断接口和CAN通信模块与所述机器人控制器连接；所述SCI模块与上位机连接；所述AD1采集模块和AD2采集模块分别与所述第一、第二激光传感器连接；所述处理器模块DSP用于总调度及处理运算。

优选地，所述预对准控制器与所述上位机通过SCI模块进行通信，接收所述上位机命令、执行动作并返回结果信息到所述上位机。

优选地，所述预对准控制器与所述机器人控制器通过所述中断接口和CAN通信模块通信。

优选地，所述预对准控制器采用位置值和经所述第一、第二激光传感器检测得到值计算晶圆的偏心和缺口。

优选地，所述偏心采用最小二乘法计算，所述缺口拟合采用数据突变法。

本发明的有益效果：预对准装置使用机械手作为驱动晶圆运动装置，节省了预对准装置的电机及驱动器的成本开支，使得预对准机成本得以下降；预对准装置与机械手之间无需进行晶圆的交换，晶圆在整个预对准过程中无需离开机械手，节省预对准过程的时间。

附图说明

图1是现有预对准机原理示意图。

图2是本发明实施例提供的预对准装置结构图。

图3是本发明实施例提供的预对准装置控制框图。

图4是本发明实施例提供的预对准装置软件结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图2和3所示，本发明提供一种基于激光位移传感器的预对准装置，用于预对准晶圆，包括第一激光传感器12、第二激光传感器13、预对准机控制器11；第一、第二激光传感器12、13设置在晶圆周边，用于检测晶圆的位置；预对准控制器11接收第一、第二激光传感器12、13获取的位置信息，并进行通信和处理计算。

第一、第二激光传感器12、13采用基于激光的位移传感器。该位移传感器工作原理：位移传感器发射的光经过被测物体漫反射后，在CMOS传感器成像；当被测物体距离传感器位置发生变化时，在CMOS上的成像位置也发生变化，根据成像位置，求出物体距离传感器的距离。

本发明实施例的第一、第二激光传感器12、13将得到的位置信息通过模拟量信号传送给预对准控制器11。

预对准机控制器11包括处理器模块DSP1、中断接口2、CAN通信模块3、外扩EEPROM模块4、串行通信模块5、电源模块6、AD1采集模块7、AD2采集模块8。

处理器模块DSP1与中断接口2、CAN通信模块3、外扩EEPROM模块4、串行通信（SCI）模块5、电源模块6、AD1采集模块7、AD2采集模块8连接。

其中，中断接口2和CAN通信模块3与机器人控制器16连接；串行通信模块5与上位机10连接；AD1采集模块7和AD2采集模块8分别与第一、第二激光传感器12、13连接；处理器模块DSP1用于总调度及处理运算。

与现有技术中具有电机、传感器、控制器升降机构、旋转机构的机构缩减。

本发明的有益效果：预对准装置使用机械手作为驱动晶圆运动装置，节省了预对准装置的电机及驱动器的成本开支，使得预对准机成本得以下降；预对准装置与机械手之间无需进行晶圆的交换，晶圆在整个预对准过程中无需离开机械手，节省预对准过程的时间。

本发明另一实施例还提供一基于激光位移传感器的预对准系统，包括第一激光传感器12、第二激光传感器13、预对准机控制器11、机器人控制器16、上位机10。

第一、第二激光传感器12、13设置在晶圆14周边，用于检测晶圆的位置；

预对准控制器通过模拟量接口接收第一、第二激光传感器12、13获取的位置信息，并进行通信和处理计算；预对准控制器11与机器人控制器16、上位机进行通信。

优选地，预对准机控制器16包括处理器模块DSP1、中断接口2、CAN通信模块3、外扩EEPROM模块4、SCI模块5、电源模块6、AD1采集模块7、AD2采集模块8；

处理器模块DSP1与中断接口2、CAN通信模块3、外扩EEPROM模块4、SCI模块5、电源模块6、AD1采集模块7、AD2采集模块8连接；

其中，中断接口2和CAN通信模块3与机器人控制器16连接，中断触发和机器手臂15位置接收工作。中断接口2与处理器模块DSP1的片上不可屏蔽中断相连；

SCI模块5与上位机10连接，控制命令接收和晶圆偏心及缺口位置信息返回。AD1采集模块7和AD2采集模块8分别与第一、第二激光传感器12、13连接，通过模拟量信号完成晶圆位置信息的采集。处理器模块DSP用于总调度及处理运算，本发明实施例采用采用Ti公司的TMS320f2812处理器芯片，主频150MHz。

外扩EEPROM模块4和处理器模块DSP1连接，存储掉电非易失内容。如：晶圆大小、对准模式等参数。

预对准控制器11与上位机10通过SCI模块5进行通信，接收上位机10命令、执行动作并返回结果信息到上位机。

预对准控制器11与机器人控制器16通过中断接口和CAN通信模块3通信。

机器人控制器16控制机械手臂15携带晶圆运动到预对准控装置检测区域时，机器人控制器16触发中断信号至预对准控制器11，预对准控制器11接收到中断后，读取第一、第二激光传感器12、13输出的模拟量信息记录晶圆位置。

当晶圆离开预对准装置检测区域后，机器人控制器16将中途各个中断处的机械手臂位置值通过CAN通信模块发送给预对准控制器11。

机械人控制器16带动机械手臂15运动并定时记录机械手臂位置通知预对准控制器。当机器人控制器16将晶圆移动到预对准装置的检测范围内，机器人控制16定时触发中断给预对准控制器11，记录触发中断时的机械手臂位置。

当机械手臂离开预对准装置检测范围时，将记录的机械手臂位置通过CAN总线传递给预对准机控制器11。

如图4所示，预对准装置软件采用Ti公司的DSP/BIOS操作系统，系统划分为：命令处理任务Task0，CAN通信任务Task1，数据采集及偏心计算任务Task2；任务之间通过共享数据进行通信。

SCI通信任务Task0进行SCI命令的接收和发送工作。通过SCI应用层和底层驱动器程序与外部SCI接口相连；实现与上位机的通信工作。

CAN通信任务Task1进行CAN命令的接收和发送工作。通过CAN应用层和底层驱动器程序与外部CAN接口相连；实现与机器人控制器的通信工作。

预对准控制器采用位置值和经第一、第二激光传感器检测得到值计算晶圆的偏心和缺口。

偏心采用最小二乘法计算，缺口拟合采用数据突变法。

晶圆14在传输过程中由机械手臂15夹持或吸住，并随机械手臂一起运动。机械手臂15在传输过程中与晶圆14直接接触，带动晶圆一起运动，完成晶圆传输工作。其中，机械手臂15与机器人控制器16相连并受其控制，机器人控制器16驱动机械手臂运动到指定位置。

预对准过程具体如下：

1、机械手臂15携带晶圆14运动到预对准装置检测位置的最底端，即晶圆全部在第一、第二激光传感器12、13中心轴线虚线的上部；

2、停止且稳定后，机械手臂15缩回，携带晶圆的下方运动，此时每隔1ms通过中断触发预对准机控制器进行模拟量采集，并通过CAN通信传递该处的机械手臂位置；

3、检测完成，预对准机控制器11通过机械手臂15的位置值和第一、第二激光传感器12、13输出值，计算晶圆的偏心和缺口位置；

4、计算完毕，预对准机控制器11通过SCI通信向上位机10传递计算的偏心和缺口结果。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于激光位移传感器的预对准装置，用于预对准晶圆，其特征在于，包括第一激光传感器、第二激光传感器、预对准机控制器；

所述第一、第二激光传感器设置在所述晶圆周边，用于检测晶圆的位置；

所述预对准控制器接收所述第一、第二激光传感器获取的位置信息，并进行通信和处理计算。

2.根据权利要求1所述的预对准装置，其特征在于：所述预对准机控制器包括处理器模块DSP、中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、串行通信模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块；

所述处理器模块DSP与中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、串行通信模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块连接；

其中，所述中断接口和CAN通信模块与机器人控制器连接；所述串行通信模块与上位机连接；所述AD1采集模块和AD2采集模块分别与所述第一、第二激光传感器激光传感器连接；所述处理器模块DSP用于总调度及处理运算。

3.一种基于激光位移传感器的预对准系统，用于预对准晶圆，其特征在于，包括第一激光传感器、第二激光传感器、预对准机控制器、机器人控制器、上位机；

所述第一、第二激光传感器设置在所述晶圆周边，用于检测晶圆的位置；

所述预对准控制器接收所述第一、第二激光传感器获取的位置信息，并进行通信和处理计算；

所述预对准控制器与所述机器人控制器、上位机进行通信。

4.根据权利要求3所述的预对准系统，其特征在于：所述预对准机控制器包括处理器模块DSP、中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、SCI模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块；

所述处理器模块DSP与中断接口、CAN通信模块、外扩EEPROM模块、SCI模块、电源模块、AD1采集模块、AD2采集模块连接；

其中，所述中断接口和CAN通信模块与所述机器人控制器连接；所述SCI模块与上位机连接；所述AD1采集模块和AD2采集模块分别与所述第一、第二激光传感器激光传感器连接；所述处理器模块DSP用于总调度及处理运算。

5.根据权利要求4所述的预对准系统，其特征在于：所述预对准控制器与所述上位机通过SCI模块进行通信，接收所述上位机命令、执行动作并返回结果信息到所述上位机。

6.根据权利要求4所述的预对准系统，其特征在于：所述预对准控制器与所述机器人控制器通过所述中断接口和CAN通信模块通信。

7.根据权利要求3所述的预对准系统，其特征在于：所述预对准控制器采用位置值和经所述第一、第二激光传感器检测得到值计算晶圆的偏心和缺口。

8.根据权利要求3所述的预对准系统，其特征在于：所述偏心采用最小二乘法计算，所述缺口拟合采用数据突变法。