CN105097627B - 晶片校准装置以及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶片校准装置以及半导体加工设备，包括承载件、旋转机构、光源以及光线接收处理装置，其中，承载件包括用于承载晶片的承载面；旋转机构用于驱动承载件旋转；光源设置在承载件上方，用以朝向承载面的边缘处发射光线；光线接收处理装置包括光线接收组件，用于接收光线，且将该光线转换为电信号并发送出去；光线接收组件设置在承载面的下方，且位于紧靠承载面的位置处。本发明提供的晶片校准装置，其可以缩短过渡区的长度，从而不仅可以降低软件的实现难度和硬件成本，而且还可以降低对安装精度和校准精度要求，进而可以降低生产成本。

Description

晶片校准装置以及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种晶片校准装置以及半导体加工设备。

背景技术

在半导体的制程工艺中，需要将待处理的晶片从大气环境中逐步传送至反应腔室中进行诸如刻蚀、沉积等的工艺。这就需要一个由一系列的大气设备和真空设备组成的晶片传输系统。例如，通常需要借助机械手进行传输、取片和放片操作，以实现晶片的传输和装卸。为了保证工艺的稳定性，要求晶片能够被精确传输至指定位置，虽然当前机械手的理论传输精度能够达到工艺要求，但是在实际的传输过程中，往往会因诸如机械振动、安装精度等的各种不确定的因素而导致晶片相对于机械手的手指中心发生偏移，从而造成在机械手放片之后，晶片的实际位置与指定位置之间存在位置偏差。因此，为了保证晶片能够精确到达指定位置，就必须对晶片的位置进行检测，并在出现位置偏差时校准并消除该位置偏差。

现有的一种晶片校准装置如图1和图2所示，其用于在大气环境中对晶片的位置偏差进行检测。具体地，该晶片校准装置包括盒体1、光源11、光线接收处理装置、承载台13、四个支撑爪14、旋转机构和升降机构。其中，承载台13位于盒体1的顶面上方，用以承载晶片3；四个支撑爪14固定在盒体1的顶面上，且环绕在承载台13的周围，用以配合机械手2完成晶片3的装卸。旋转机构设置在盒体1内，其包括旋转轴151和第一旋转电机152；升降机构包括升降平台156、丝杠153、滑块154、直线导轨（图中未示出）和第二旋转电机155。其中，滑块154分别与丝杠153和直线导轨相配合，且滑块154与升降平台156连接；第二旋转电机155用于驱动丝杠153旋转，从而带动滑块154和升降平台156上升或下降；旋转轴151对应于承载台13的承载面的中心竖直设置，并与承载台13连接；第一旋转电机152固定在升降平台156上，用以驱动旋转轴151旋转。此外，光源11设置在盒体1的顶面上方，用以朝向晶片3的边缘处发射光线；并且在盒体1的顶面上且与光源11相对应的位置处设置有通孔121；光线接收处理装置设置在盒体1的内部，且其包括光线接收组件12和处理单元，光线接收组件12用于接收光线，并将该光线转换为电信号发送至处理单元；该处理单元根据电信号进行数据处理和计算，以获得晶片相对于承载台13的承载面的位置偏差，例如，晶片3的中心相对于其旋转轴151的偏心距r和偏心角a，如图3所示。

当需要检测和校准晶片的位置偏差之前，承载台13的承载面位于支撑爪14的顶端下方。当开始检测和校准时，机械手2将其上的晶片3传输至支撑爪14的顶端之后退出，第二旋转电机155驱动升降平台156及其上的第一旋转电机152和承载台13同步上升，直至支撑爪14上的晶片3被传递至承载台13的承载面上后停止；第一旋转电机152驱动承载台13围绕旋转轴151旋转一周以上，在此过程中，光源11竖直朝下发射光线，该光线中的一部分会照射在晶片3上，另一部分未照射在晶片3上，并由光线接收组件12接收。

容易理解，由于受到晶片3的遮挡，因而来自光源的光线在经光线接收处理装置处理后获得的投影图像会按光线强度的不同形成明区和暗区，而明区和暗区的交界即对应于晶片3的边缘，从而可以基于该投影图像而获得晶片3边缘的位置信息，进而可以根据该位置信息计算出晶片3的位置偏差。

上述晶片校准装置在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，针对非平行光光线的特点，只要光线接收组件12与晶片表面之间具有竖直间距，就会有光线通过衍射或斜射的方式进入被晶片3遮挡的区域，导致在明区和暗区之间产生一个过渡区，且上述竖直间距越大，该过渡区的长度越长，晶片边缘的对比度就越小。该过渡区的存在使得在后续的数据处理过程中，需要对真正的明暗交界进行搜索，即，获得晶片的实际边缘位置信息，从而给处理单元的数据处理和校准带来较大的负担。而且，由于该过渡区的长度越长，对处理单元的优化程度要求就越高，这不仅加大了实现的难度，而且还增加了硬件成本。

其二，理论上，只有光线接收组件12与晶片表面绝对平行，且光源发出的光线为平行光时才能避免出现过渡区，而要实现这一点就对晶片校准装置的安装精度和校准精度提出了较高要求，从而增加了生产成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶片校准装置以及半导体加工设备，其可以缩短过渡区的长度，从而不仅可以降低软件的实现难度和硬件成本，而且还可以降低对安装精度和校准精度要求，进而可以降低生产成本。

为实现本发明的目的而提供一种晶片校准装置，包括承载件、旋转机构、光源以及光线接收处理装置，其中，所述承载件包括用于承载晶片的承载面；所述旋转机构用于驱动所述承载件旋转；所述光源设置在所述承载件上方，用以朝向所述承载面的边缘处发射光线；所述光线接收处理装置包括光线接收组件，用于接收所述光线，且将该光线转换为电信号并发送出去；所述光线接收组件设置在所述承载面的下方，且位于紧靠所述承载面的位置处。

其中，所述晶片校准装置还包括升降机构和升降平台，其中所述旋转机构和所述光线接收组件设置在所述升降平台上；所述升降机构用于驱动所述升降平台作直线升降运动。

优选的，所述光线接收处理装置还包括高度调节组件，所述高度调节组件设置在所述升降平台上，且与所述光线接收组件连接，用以调节所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距。

优选的，所述晶片校准装置还包括盒体，所述承载件位于所述盒体顶面的上方；所述旋转机构、光线接收组件、升降机构和升降平台均位于所述盒体内部。

优选的，在所述盒体顶面上还设置有环绕在所述承载件周围的至少三个支撑爪，用于在装卸晶片时支撑所述晶片。

其中，所述承载件包括旋转平台和至少三个支撑柱，其中所述至少三个支撑柱设置在所述旋转平台上，且沿其周向间隔分布，所述至少三个支撑柱的顶端形成用于承载晶片的所述承载面；所述旋转机构驱动所述旋转平台旋转。

优选的，所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距为2～10mm。

优选的，所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距为3mm。

优选的，所述光线接收处理装置还包括处理单元，所述处理单元用于接收由所述光线接收组件发送而来的电信号，并根据所述电信号进行数据处理和计算，以获得所述晶片相对于所述承载面的位置偏差。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括晶片校准装置，用于检测所述晶片的位置偏差，所述晶片校准装置采用了本发明提供的上述晶片校准装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的晶片校准装置，其通过将光线接收组件设置在承载件的承载面下方，且位于紧靠该承载面的位置处，可以减小光线接收组件与承载面之间的竖直间距，从而可以最大程度地缩短过渡区的长度，增大晶片边缘的对比度，进而可以减轻后续数据处理过程的负担。这与现有技术相比，无需提高软件的优化程度以及晶片校准装置的安装精度和校准精度，就能够实现缩短过渡区的长度，从而可以降低设备和生产成本。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的晶片校准装置，不仅可以降低软件的实现难度和硬件成本，而且还可以降低对安装精度和校准精度要求，进而可以降低生产成本。

附图说明

图1为现有的晶片校准装置和机械手的立体图；

图2为现有的晶片校准装置的结构示意图；

图3为晶片的中心相对于旋转轴出现中心偏差的示意图；

图4A为本发明第一实施例提供的晶片校准装置的结构示意图；

图4B为图4A中晶片校准装置的俯视图；

图5A为本发明第一实施例提供的晶片校准装置在装卸晶片时的局部剖视图；

图5B为本发明第一实施例提供的晶片校准装置在检测晶片时的局部剖视图；以及

图6为本发明第二实施例提供的晶片校准装置的剖视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的晶片校准装置以及半导体加工设备进行详细描述。

请一并参阅图4A-5B，晶片校准装置包括盒体20、承载件、旋转机构、光源21以及光线接收处理装置。其中，该承载件的结构如图4B所示，包括对称分布的四个承载臂24，四个承载臂24水平设置在盒体20的顶面201的上方，且其上表面作为用于承载晶片S的承载面241；并且在该顶面201上还设置有环绕在四个承载臂24周围的四个支撑爪23，用于在配合机械手装卸晶片S时支撑晶片S。旋转机构设置在盒体20内，用于驱动四个承载臂24旋转；光源21设置在承载臂24上方，用以朝向承载面241的边缘处发射光线；光线接收处理装置包括光线接收组件12，其设置在承载面241的下方，且位于紧靠承载面241的位置处。光线接收组件12用于接收光线，且将该光线转换为电信号并发送出去。

本实施例是通过使承载件旋转一周以上来实现对晶片S相对于承载面241的位置偏差进行检测，以及通过使承载件作直线升降运动来实现晶片S的装卸。

具体地，晶片校准装置还包括设置在盒体20内部的升降机构和升降平台27。其中，旋转机构包括第二旋转电机26和旋转轴25，其中，第二旋转电机26设置在升降平台27上，并且在盒体20的顶面201上设置有贯穿其厚度的第二通孔203，旋转轴25的上端与承载件连接，且位于与承载面241的中心相对应的位置处；旋转轴25的下端沿竖直方向穿过第二通孔203，并与第二旋转电机26的驱动轴连接。在第二旋转电机26的驱动下，旋转轴25带动支撑件围绕其中心旋转。

而且，在盒体20的顶面201上，且与光源21相对应的位置处设置有贯穿盒体20厚度的第一通孔202；并且，光线接收处理装置还包括高度调节组件28，高度调节组件28的下端设置在升降平台27上，高度调节组件28的上端沿竖直方向穿过第一通孔202，并与光线接收组件12连接，高度调节组件28用于调节光线接收组件12与承载面241之间的竖直间距D，如图5A和5B所示。优选的，该竖直间距D的可以在2～10mm的范围内进行调节，进一步优选的，竖直间距D为3mm。当然，在实际应用中，可以根据具体情况设置竖直间距D，事实上，可以在保证光线接收组件12不会干扰承载件的旋转的前提下，尽可能地减小竖直间距D。

在实际应用中，高度调节组件的具体结构可以为：其包括用于支撑光线接收组件12的支撑杆，以及用于将该支撑杆固定在升降平台上，并能够调节支撑杆顶端在竖直方向上的高度的调节螺栓。

升降机构用于驱动升降平台27作直线升降运动，从而带动升降平台27上的旋转机构和支撑件同步作直线升降运动。在本实施例中，升降机构包括第一旋转电机26、丝杠29、滑块和直线导轨，其中，丝杠29竖直设置，且通过与连接件30与第一旋转电机31的驱动轴连接；并且丝杠29与滑块（图中未示出）相配合；直线导轨（图中未示出）竖直设置，且与滑块滑动配合；滑块与升降平台27连接。在第一旋转电机31的驱动下，丝杠29带动滑块沿直线导轨作直线升降运动，从而带动与滑块连接的升降平台27，以及旋转机构和支撑件同步作直线升降运动。

在装载晶片S的过程中，机械手将晶片S传输至四个支撑爪23上，此时支撑件的位置被设置在其承载面241的高度低于支撑爪23的上端高度的位置如图5A所示；待机械手退出后，升降驱动机构驱动支撑件上升，直至其承载面241的高度高于支撑爪23的上端高度，在此过程中，晶片S自支撑爪23被传递至承载面241上，如图5B所示，从而完成晶片S的装载。卸载晶片S的过程与上述装载过程相类似，而仅是各个部件的运动先后顺序相反，在此不再赘述。

在检测晶片S相对于承载面241的位置偏差时，旋转驱动机构驱动支撑件旋转一周以上，同时开启光源21和光线接收处理装置。在此过程中，由于光源21的位置与晶片S的边缘处相对应，因而由光源21朝下发射的光线中的一部分（对应于晶片S边缘内侧的部分）会受到晶片S的遮挡，而另一部分（对应于晶片S边缘外侧的部分）则会越过晶片S边缘直接到达光线接收组件12。这使得在经光线接收处理装置处理后获得的投影图像中，对应于晶片S边缘内侧的部分形成暗区；对应于晶片S边缘外侧的部分形成明区；而明区和暗区的交界即对应于晶片S的边缘。因此，通过使支撑件旋转一周以上，可以通过上述方式采集到晶片整个边缘的位置信息，从而可以根据该位置信息计算出晶片相对于承载面的位置偏差（例如偏心距和偏心角）。

由于光线接收组件12设置在承载件的承载面241下方，且位于紧靠该承载面241的位置处，这使得光线接收组件12与承载面241之间的竖直间距D大大减小，从而可以最大程度地缩短过渡区的长度，增大晶片S边缘的对比度，进而可以减轻后续数据处理过程的负担。这与现有技术相比，无需提高软件的优化程度以及晶片校准装置的安装精度和校准精度，就能够实现缩短过渡区的长度，从而可以降低设备和生产成本。

此外，通过将光线接收组件12固定在升降平台27上，可以使光线接收组件12随升降平台27同步作直线升降运动，即，支撑件在作直线升降运动时与光线接收组件12之间没有相对运动，从而可以保证光线接收组件12与承载面241之间的竖直间距D始终不变，进而使得在进行检测之前仅需对光线接收组件12的高度调节一次即可，从而有利于操作效率和便捷性。

在本实施例中，光线接收组件12包括透镜、光学组件和CCD传感器，其中，透镜用于将来自光源21的光线转换为朝向光线组件照射的平行光；光线组件用于滤除该平行光中的杂光；CCD传感器用于将滤除杂光后的光线转换为电信号，并将其发送出去，从而实现对晶片边缘处的光线强度信息的采集。当然，在实际应用中，可以根据具体情况设计光线接收组件的结构，例如，可以省去透镜和/或光学组件，而仅采用CCD传感器，只要能够完成晶片边缘处的光线强度信息的采集即可。

另外，光线接收处理装置还包括处理单元，该处理单元用于接收由光线接收组件12发送而来的电信号，并根据该电信号进行数据处理和计算，以获得晶片S相对于承载面241的位置偏差。处理单元可以为PLC、计算机等的微处理器。当然，在实际应用中，还可以采用其他方式对由光线接收组件发送而来的电信号进行处理，而无需进行限定。

需要说明的是，在实际应用中，承载件和支撑爪的结构并不局限于本发明在上述实施例中示出的结构，二者各自的结构可以根据具体情况自由设定。

还需要说明的是，在本实施例中，旋转机构包括第二旋转电机26和旋转轴25，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，旋转机构可以采用任意结构，只要其能够驱动承载件旋转即可。

还需要说明的是，在本实施例中，升降机构采用旋转电机以及可将旋转运动转换为直线升降运动的传动组件，来实现承载件的直线升降运动。但是本发明并不局限于此，在实际应用中，升降机构还可以采用直线电机直接驱动承载件作直线升降运动。而且，为了保证承载件的运动精度，升降机构还可以包括滑块和和直线导轨，其中，直线导轨竖直设置，且与滑块滑动配合；滑块与升降平台连接；在直线电机的驱动下，该滑块沿直线导轨作直线升降运动。当然，升降机构还可以采用其他任意结构，只要其能够驱动升降平台作直线升降运动即可

另外需要说明的是，在本实施例中，晶片校准装置包括盒体20，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以省去盒体，或者采用支架等任意结构的支撑件代替盒体。

进一步需要说明的是，本发明实施例提供的晶片校准装置是应用于在大气环境下检测晶片的位置偏差的情况。

图6为本发明第二实施例提供的晶片校准装置的剖视图。请参阅图6，本实施例与上述第一实施例相比，同样包括盒体20、承载件、旋转机构、光源21以及光线接收处理装置。由于这些部件或装置的结构和功能与上述第一实施例相类似，在此不再赘述。下面仅对本实施例与上述第一实施例之间的区别进行详细描述。

在本实施例中，省去了升降机构，而仅借助旋转机构驱动承载件作旋转运动，并对承载件的结构作适应性调整。具体地，承载件包括旋转平台33和至少三个支撑柱32，其中，至少三个支撑柱32设置在旋转平台33上，且沿其周向间隔分布；并且至少三个支撑柱32的顶端形成用于承载晶片S的承载面321。

旋转机构固定在盒体20内的底部，用于驱动旋转平台33旋转，该旋转机构的具体结构与上述第一实施例中的旋转机构相类似，在此不再赘述。

需要说明的是，由于本实施例的技术方案省去了升降机构，这不仅可以减小设备的体积，而且还可以简化设备的结构，从而可以降低制造成本。此外，由于本实施例是利用多个支撑柱32的顶端共同支撑晶片S，这与上述第一实施例中采用盘状结构的承载件支撑晶片S相比，仅能应用在较低电机转速的情况，而对于较高电机转速的情况，可能会出现晶片掉落或滑移等情况。因此，在实际应用中，可以综合考虑设备的占用空间、制造成本等因素对上述第一、第二实施例的技术方案进行选择。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括晶片校准装置，用于检测晶片的位置偏差，该晶片校准装置采用了本发明实施例提供的上述晶片校准装置。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的晶片校准装置，不仅可以降低软件的实现难度和硬件成本，而且还可以降低对安装精度和校准精度要求，进而可以降低生产成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种晶片校准装置，包括承载件、旋转机构、光源以及光线接收处理装置，其中，所述承载件包括用于承载晶片的承载面；所述旋转机构用于驱动所述承载件旋转；所述光源设置在所述承载件上方，用以朝向所述承载面的边缘处发射光线；所述光线接收处理装置包括光线接收组件，用于接收所述光线，且将该光线转换为电信号并发送出去；其特征在于，

所述光线接收组件设置在所述承载面的下方，且位于紧靠所述承载面的位置处；所述光线接收处理装置还包括高度调节组件，所述高度调节组件与所述光线接收组件连接，用以调节所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距；所述晶片校准装置还包括升降机构和升降平台，其中，所述旋转机构和所述光线接收组件设置在所述升降平台上；所述升降机构用于驱动所述升降平台作直线升降运动；所述光线接收组件与所述承载件能够随所述升降机构一起作直线升降运动，以保证所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距在校准过程中保持不变。

2.根据权利要求1所述的晶片校准装置，其特征在于，所述高度调节组件设置在所述升降平台上。

3.根据权利要求1所述的晶片校准装置，其特征在于，所述晶片校准装置还包括盒体，所述承载件位于所述盒体顶面的上方；所述旋转机构、光线接收组件、升降机构和升降平台均位于所述盒体内部。

4.根据权利要求3所述的晶片校准装置，其特征在于，在所述盒体顶面上还设置有环绕在所述承载件周围的至少三个支撑爪，用于在装卸晶片时支撑所述晶片。

5.根据权利要求1所述的晶片校准装置，其特征在于，所述承载件包括旋转平台和至少三个支撑柱，其中

所述至少三个支撑柱设置在所述旋转平台上，且沿其周向间隔分布，所述至少三个支撑柱的顶端形成用于承载晶片的所述承载面；

所述旋转机构驱动所述旋转平台旋转。

6.根据权利要求1所述的晶片校准装置，其特征在于，所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距为2～10mm。

7.根据权利要求6所述的晶片校准装置，其特征在于，所述光线接收组件与所述承载面之间的竖直间距为3mm。

8.根据权利要求1所述的晶片校准装置，其特征在于，所述光线接收处理装置还包括处理单元，所述处理单元用于接收由所述光线接收组件发送而来的电信号，并根据所述电信号进行数据处理和计算，以获得所述晶片相对于所述承载面的位置偏差。

9.一种半导体加工设备，其包括晶片校准装置，用于检测所述晶片的位置偏差，其特征在于，所述晶片校准装置采用权利要求1-8任意一项所述的晶片校准装置。