CN105789085B - 一种兼容多种工艺硅片的物料传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种兼容多种工艺硅片的物料传输系统，包括硅片存储单元，机械手单元和预对准单元；预对准单元用于对所述硅片进行定心定向，包括一直线模组、升降模组、一旋转模组和定心台，所述直线模组和定心台均与一底板固定，所述升降模组与所述直线模组固定，由所述直线模组带动所述升降模组进行水平向运动，所述旋转模组的旋转轴与升降模组固定，由所述升降模组带动所述旋转模组进行垂向运动，所述旋转模组可带动其上的硅片进行旋转运动，所述旋转模组穿设于所述定心台，所述旋转模组位于最高位时，其上表面高于所述定心台的上表面，所述旋转模组位于最低位时，其上表面低于所述定心台的下表面。

Description

一种兼容多种工艺硅片的物料传输系统

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种兼容多种工艺片的物料传输系统。

背景技术

随着科技的发展和光刻技术的快速进步，市场上出现越来越多的工艺硅片，比如生产的CV片（Cavity，玻璃片）、LE片（Lithography-Etch，没有划线槽的键合片）、LL片（Lithography-Lead，刻上划线槽的键合片）、SMF片（SoldMask Formation，工艺之间涂上绝缘胶的键合片）、键合片、超薄片、大翘曲硅片等，各种工艺硅片差异较大。比如TSV（Through-silicon-via，键合工艺片）分为几层工艺：

1、CV层：对玻璃片进行涂绿漆，曝出划线槽；

2、PE层：在标准硅片上涂层，曝出划线槽；

3、LE1层：将CV工艺产物与PE工艺产物进行键合，硅片已完成研磨，厚度减薄。厚度减薄后会造成硅片边缘破损，涂胶有疑似缺口；

4、LE2层：在划线槽中间曝斜坡；

5、LL层：将集成电路曝光到硅片上；

6、LL2层：LL层曝光不充分，划线槽中间有残胶；

7、SMF层：涂绝缘胶，在布线之间用绝缘胶隔开；

经过层层工艺之后，硅片（或称晶圆）会发生各种变化，比如键合片键合时不同心；边缘有磨损或者蹦边；边缘残留有未刮净的薄膜；玻璃片半透明等等，此种情况会造成硅片上notch(缺口)不穿透、有破损、被金属或者胶填充或覆盖、有金属线路、划线槽等信息缺失。而传统的对射式预对准定心定向时寻找的就是notch的信息，基于不正确的notch信息，预对准则不能准确地定心定向，则上片的精度将无法保证。因此开发满足适应和兼容各种工艺硅片的技术需求日益突显，特别是对此种工艺硅片的传输处理需求越来越重要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，满足工艺硅片的此种处理需求，本发明提供一种处理特殊工艺硅片的传输系统方案，同时该传输系统方案又能满足工厂自动化的工业要求。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，包括：一硅片存储单元，用于存储硅片，包括片库、设置在所述片库内的传送盒以及设置在所述传送盒内的硅片盒，所述传送盒包括罩壳、设置在所述罩壳内的硅片盒接口以及设置在所述罩壳底部的片库接口；一机械手单元，用于将传输所述硅片至不同工位，包括一片叉，所述片叉上设置有吸盘和凸台；所述吸盘包裹在所述凸台外部；一预对准单元，用于对所述硅片进行定心定向，包括一直线模组、升降模组、一旋转模组和C-chuck(:Center chuck，定心台)，所述直线模组和C-chuck均与一底板固定，所述升降模组与所述直线模组固定，由所述直线模组带动所述升降模组进行水平向运动，所述旋转模组的旋转轴与升降模组固定，由所述升降模组带动所述旋转模组进行垂向运动，所述旋转模组可带动其上的硅片进行旋转运动，所述旋转模组穿设于所述C-chuck，所述旋转模组位于最高位时，其上表面高于所述C-chuck的上表面，所述旋转模组位于最低位时，其上表面低于所述C-chuck的下表面。

更进一步地，所述旋转模组还包包括陶瓷盘以及包括在所述陶瓷盘外缘的橡胶吸盘，所述陶瓷盘上设有吸附孔。

更进一步地，所述C-chuck上设有吸附孔，所述吸附孔外围包裹有橡胶吸盘。

更进一步地，所述片叉为接触式片叉或非接触式片叉。

更进一步地，所述的接触式片叉为吸附式吸盘。

更进一步地，所述的非接触式片叉为伯努利片叉。

更进一步，所述片库上设有传送盒接口，与所述片库接口相匹配，包括定位销、传感器感应柱、传感器和锁紧电机；所述定位销与传感器感应柱为所述传送盒导向定位；所述传感器检测所述传送盒是否存在；所述锁紧电机用于锁紧所述传送盒。

更进一步地，所述传送盒包括一突片检测传感器，用于防止所述硅片突出。

更进一步地，所述传送盒包括一电磁锁，用于锁紧所述硅片盒。

本发明与现有技术相比，从系统角度提出工艺硅片的整体解决方案，该方案可以处理各种不同类型、不同尺寸、不同翘曲程度、不同层工艺处理的硅片物料的传输和上片，并保证物料安全性，提高上片精度、缩短预对准定心定向的时间，从而提高工艺硅片物料传送的产率和精度指标。该系统方案解决了目前市场上一套光刻机只能处理一种工艺硅片的局限，大大降低了产品成本和设计资源的投入成本，实现快速切换到处理不同工艺类型的模式。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所提供的第一实施方式的离线系统的结构示意图；

图2是本发明所提供的第一实施方式的离线系统的流程示意图；

图3是本发明所提供的片库对接平台和传送盒的结构示意图；

图4是本发明所提供的OCA（Open Cassette Adapt. 敞口硅片盒适配架）的内部结构示意图；

图5是本发明所提供的预对准结构设计的示意图；

图6是本发明所提供的P_CHUCK(prealign chuck，预对准支撑台)和C_CHUCK的吸附结构示意图；

图7是本发明所提供的片叉柔性结构示意图；

图8是本发明所提供的伯努利片叉结构示意图；

图9是本发明所提供的第二实施方式的上线系统的结构示意图；

图10是本发明所提供的第二实施方式的上线系统的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

为了目前技术对各种不同工艺硅片的处理需求，本发明提供一种处理特殊工艺硅片的传输系统方案，同时该传输系统方案又能满足工厂自动化的工业要求。

如图1所示，OFF-LINE（离线）系统解决方案主要由第一片库101、第二片库102、预对准模块103、机械手模块104、工件台105组成。

如图2所示，OFF-LINE（离线）系统解决方案的上下片流程为：1、机械手104从已经扫描完硅片信息的第一片库101取片。2、机械手104将硅片传送到预对准台103上。3、预对准台103完成硅片的定心定向、满足精度指标要求后，机械手104从预对准台103取片。4、机械手104将硅片上传到工件台105上。5、硅片在工件台105上曝光完成后，机械手104从工件台105上取硅片。7、机械手104将硅片放到指定的第一片库101或第二片库102内。

如图3所示，第一片库101、第二片库102的对接dock平台上与标准的传送盒FOUP的接口由定位销106和传感器感应柱107、传送盒存在传感器108、锁定Lock电机109组成。当传送盒放置于图3所示的对接平台上时，传送盒由定位销106和传感器感应柱107进行导向定位。第一片库101、第二片库102此时由传送盒存在传感器108检测到传送盒的存在，锁定电机109会运动到锁定工位把传送盒锁定，防止作业过程中传送盒被人为拿走，导致硅片损坏或故障发生。当传送盒内放置8寸适配器时，此时第一片库101、第二片库102可以配置成8/12类型硅片存储，当使用不同pitch（硅片盒内相邻两个支撑架之间的有效距离）的cassette（硅片盒）时可以存储不同翘曲程度的工艺片。

当客户需要生产6寸硅片时，则需要把第一片库101、第二片库102上的传送盒配置成OCA，如图4所示。该OCA包括外侧的罩壳114和底板112，由罩壳114和底板112组成的内部空间包括电磁锁110，条码扫描111和突片检测传感器113。OCA的设计目的是为了使片库能够方便的兼容8寸硅片、6寸硅片。在OCA底部，分为上下两层，下层为OCA与片库对接平台的接口，上层为OCA与8寸cassette（或6寸cassette）的接口，当8寸Cassette（6寸cassette）放置到OCA里面时，存在检测传感器（图中未示出）就能检测到cassette存在。OCA内部还配置有111条码扫描器，可以扫描cassette侧面的条码，便于产线上自动化生产时的跟踪控制。此外，为了安全考虑，OCA还设计了电磁锁110，当片库进行生产操作时，电磁锁110自动上锁，保证人员不会误操作将片盒取下；突片检测传感器113是为了防止硅片从cassette中突出。

如图5所示，图5为图1中预对准模块103的细化结构。图5预对准模块主要通过一个直线模组507、一个升降模组506和一个旋转模组505配合使用，实现了预对准和边缘曝光的一体化功能。图5中所示的预对准模块的具体方案为：直线模组507固定在底板上，升降轴506固定在直线模组507上，旋转轴505固定在升降轴506上。 预对准PU镜头501和边缘曝光WEE镜头502 分别位于以轴512为中心径向对称的12英寸晶圆的边缘。PU 镜头501和点光源503，WEE镜头502,C-CHUCK504固定到底板上，C-CHUCK 504 Z向位于预对准位的下方。当客户生产不同类型的工艺硅片时可以通过直线模组运动到不同的尺寸工位，上层软件通过调节升降轴来自动搜索工艺硅片的焦面，从而对翘曲量不同的硅片进行有效的处理。

如图6所示，旋转模组上的P_CHUCK606结构采用陶瓷601加工，中间为几个凸台。凸台面分布直径小于1.5mm的吸附孔603，陶瓷件601的外圈安装一个橡胶吸盘602。通过吸盘602的裙边变形来适应硅片翘曲。旋转模组的C_CHUCK607采用开叉式片叉类似结构，有三组吸附结构，每组吸附结构外圈都布置橡胶吸盘605，内圈为刚性吸附，满足对不同程度翘曲片、超薄片、键合片、TSV工艺片的吸附处理。

如图7所示，图7为图1中104机械手片叉的结构化设计方案，此设计主要有别于当前片叉技术中一个下凹的真空腔的封闭性凸台，此凸台面作为硅片承片面很难吸附大翘曲硅片。图7的设计主要是采用一种橡胶吸盘零件，可以在硅片自重下产生足够的变形量，又能够保持较好的回弹力，可以充分适应硅片翘曲，形成完全密闭的腔体。在适应硅片的整体翘曲量方面，片叉可以将几个吸附点设计成高出片叉本体表面一定距离，这个距离与这幅片叉所能够适应的硅片整体翘曲量有着直接的参数关系，所以针对不同翘曲片，可以采用不同的橡胶吸盘和凸台结构，但是由于片叉本体与机械手的接口确定，所以片叉配置较为简易和快速，又能很好地处理不同类型和工艺类型的物料传送。

如图8所示，可以根据客户的生产工艺特性要求，比如激光退火类项目，可以使用非接触式的伯努利片叉进行吸附硅片，主要采用无痕防滑衬垫的方式来放置硅片在运动过程中的滑动，保证一定的定位精度的同时支持各种翘曲的工艺硅片。如果传送物料过程中没有Epin（顶针）结构，则使用伯努利片叉会更加有效。该伯努利片叉包括夹紧结构801，伯努利发生口802，夹紧结构803和夹紧气缸804。

如图9所示，图9是本发明所提供的第二实施方式。在该实施方式中，ON-LINE(上线)系统解决方案主要由track（轨道）接口201、预对准模块202、机械手模块203、工件台204、buffer（缓冲器）205组成。

如图10所示，ON-LINE系统解决方案的上下片流程为：1、机械手203从track上片台201取片。2、机械手203将硅片传送到预对准台202上预对准模块。3、预对准台202完成硅片的定心定向、满足精度指标要求后，机械手203从预对准台202取片。4、机械手203将硅片上传到工件台204上。5、硅片在工件台204上曝光完成后，机械手203从工件台204上取硅片。6、机械手203将硅片放到track下片台201上。7、把废片放到buffer205中。图1中的101/102片库与图9中的track接口201在框架接口上做到完全兼容，可以实现两种系统技术方案的硬件接口快速更换。

针对不同的工艺硅片类型，可以选配不同的存储方式、预对准方式和机械手传片方式。比如，针对8寸的翘曲片，硅片翘曲可能在（-0.5，+1）mm、（-2，+5）mm、（-5，+5）mm范围内，若翘曲量在（-0.5，+1）mm范围内，可以选用8/12或6/8的小翘曲量机械手片叉，片库可以配置OCA或FOUP与cassette适配器，如果选用标准pitch的专用cassette，可以满槽放置硅片，如果客户使用流动的cassette，又要满槽放置硅片，那么需要使用双pitch的cassette。此翘曲量的硅片进行预对准时，可以选用反射式预对准方式或兼容式预对准方式，若此工艺硅片又有mark标记或划线槽十字架，可以使用反射式找notch流程或找mark、划线槽标记的兼容式预对准流程，此几种流程的切换可以根据客户的需求自动完成。

本发明与现有技术相比，从系统角度提出工艺硅片的整体解决方案，该方案可以处理各种不同类型、不同尺寸、不同翘曲程度、不同层工艺处理的硅片物料的传输和上片，并保证物料安全性，提高上片精度、缩短预对准定心定向的时间，从而提高工艺硅片物料传送的产率和精度指标。该系统方案解决了目前市场上一套光刻机只能处理一种工艺硅片的局限，大大降低了产品成本和设计资源的投入成本，实现快速切换到处理不同工艺类型的模式。

本发明的技术改进点包括：

1、从系统层面上解决不同工艺硅片的兼容处理；

2、从整体方案上解决不同工艺硅片处理的专业接口兼容；

3、 兼容处理兼容6寸/8寸/12寸/18寸标准硅片处理，其中6寸/8寸/12寸硅片兼容notch和flat两种缺口形式；

4、兼容处理厚片、减薄片以及超薄片的notch缺口识别并保证预对准时间、正确上片和精度指标，其中厚片为弓形翘曲（可能略带无规则翘曲），厚度在0.6mm以上，翘曲大致呈规则的弓形，翘曲量最大可以达到5mm；减薄片为弓形翘曲（可能略带无规则翘曲），厚度在0.2~0.5mm之间上，翘曲大致呈规则的弓形，最大翘曲量可以达到2~3mm；超薄片为弓形翘曲，中心减薄厚度在0.06mm~0.15mm之间，边缘有一圈0.4mm厚，3mm宽的支撑边，翘曲量一般都小于2mm；减薄片为无规则翘曲，硅片整体厚度在0.2至0.5mm之间，最大翘曲量可以达到5mm；

5、兼容处理mark标记类型的硅片，通过自动搜索工艺硅片上常有的mark标记或划线槽十字标记来进行预对准的定心定向并保证预对准时间和上片精度；

6、兼容处理各种不同工艺硅片的存储和尺寸识别，以及物料存储单元的自动化生产线需求；

7、兼容处理不同工艺硅片的机械手传片需求，保证物料的安全性和传送精度。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，包括：

一硅片存储单元，用于存储硅片，包括片库、设置在所述片库内的传送盒以及设置在所述传送盒内的硅片盒，所述传送盒包括罩壳、设置在所述罩壳内的硅片盒接口以及设置在所述罩壳底部的片库接口；

一机械手单元，用于将传输所述硅片至不同工位，包括一片叉，所述片叉上设置有吸盘和凸台；所述吸盘包裹在所述凸台外部；

一预对准单元，用于对所述硅片进行定心定向，包括一直线模组、升降模组、一旋转模组和定心台，所述直线模组和定心台均与一底板固定，所述升降模组与所述直线模组固定，由所述直线模组带动所述升降模组进行水平向运动，所述旋转模组的旋转轴与升降模组固定，由所述升降模组带动所述旋转模组进行垂向运动，所述旋转模组可带动其上的硅片进行旋转运动，所述旋转模组穿设于所述定心台，所述旋转模组位于最高位时，其上表面高于所述定心台的上表面，所述旋转模组位于最低位时，其上表面低于所述定心台的下表面。

2.如权利要求1所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述旋转模组还包括陶瓷盘以及包括在所述陶瓷盘外缘的橡胶吸盘，所述陶瓷盘上设有吸附孔。

3.如权利要求1所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述定心台上设有吸附孔，所述吸附孔外围包裹有橡胶吸盘。

4.如权利要求1所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述片叉为接触式片叉或非接触式片叉。

5.如权利要求4所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述的接触式片叉为吸附式吸盘。

6.如权利要求4所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述的非接触式片叉为伯努利片叉。

7.如权利要求1所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述片库上设有传送盒接口，与所述片库接口相匹配，包括定位销、传感器感应柱、传感器和锁紧电机，所述定位销与传感器感应柱为所述传送盒导向定位，所述传感器检测所述传送盒是否存在；所述锁紧电机用于锁紧所述传送盒。

8.如权利要求7所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述传送盒包括一突片检测传感器，用于防止所述硅片突出。

9.如权利要求7所述的兼容多种工艺硅片的物料传输系统，其特征在于，所述传送盒包括一电磁锁，用于锁紧所述硅片盒。