CN111029273B - 一种低接触晶圆翻转系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶圆清洗技术领域，具体地说是一种低接触晶圆翻转系统，包括支承架、晶圆翻转机构、活动夹持臂和固定夹持臂，所述支承架上设有转盘，所述活动夹持臂可移动地设置于所述转盘上，所述固定夹持臂固设于所述转盘上，晶圆翻转机构设置于所述支承架上，且所述晶圆翻转机构包括移动驱动装置和旋转驱动装置，所述活动夹持臂通过所述移动驱动装置驱动在所述转盘上移动，所述转盘通过所述旋转驱动装置驱动旋转，在所述固定夹持臂下侧设有气流颗粒控制系统。本发明能够自动实现晶圆检测、夹持和翻转，整个过程控制精确，大大提高了晶圆生产效率和清洗质量。

Description

一种低接触晶圆翻转系统
技术领域
本发明涉及晶圆清洗技术领域，具体地说是一种低接触晶圆翻转系统。
背景技术
集成电路的发展按照摩尔定律，晶圆基本图形的线宽尺寸越来越细，特征尺寸按照30％的速度逐渐缩小，因此晶圆处理工艺的许多设备都有了革命性的更新。随着线宽越做越细，当发展到纳米级别线宽的晶圆时，对于控制晶圆缺陷及提高产品良率来说，由于晶圆表面的清洁度是重要影响因素，因此对于晶圆的清洁度也有了更高的要求，同时这也成为了半导体设备厂商研究的新课题。在研究过程发现，晶圆背面的污染对晶圆表面清洁度有重要影响，因此行业内也开始对晶圆背面污染给予更广泛的关注，晶圆背面清洗的需求也日益增加，基本上在晶圆处理的整个工艺中，每两步就要做一次背面清洗，如果想得到较高良率几乎每步工序都离不开背面清洗，但现有设备还难以满足实际生产要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低接触晶圆翻转系统，能够自动实现晶圆检测、夹持和翻转，整个过程控制精确，大大提高了晶圆生产效率和清洗质量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低接触晶圆翻转系统，包括支承架、晶圆翻转机构、活动夹持臂和固定夹持臂，所述支承架上设有转盘，所述活动夹持臂可移动地设置于所述转盘上，所述固定夹持臂固设于所述转盘上，晶圆翻转机构设置于所述支承架上，且所述晶圆翻转机构包括移动驱动装置和旋转驱动装置，所述活动夹持臂通过所述移动驱动装置驱动在所述转盘上移动，所述转盘通过所述旋转驱动装置驱动旋转，在所述固定夹持臂下侧设有气流颗粒控制系统。
所述支承架设有前板和后板，所述转盘设置于所述前板上，所述活动夹持臂后端穿过所述转盘后与所述转盘滑动连接，所述移动驱动装置固设于所述转盘上且动力轴与所述活动夹持臂后端相连，所旋转驱动装置固设于所述后板上且输出轴与所述转盘中部固连。
所述转盘上设有滑轨，所述活动夹持臂后端设有沿着所述滑轨移动的滑块。
在所述转盘上，在所述滑轨一侧设有检测活动夹持臂后端移动的移动传感器，在所述前板上设有检测所述转盘旋转角度的角度传感器。
所述旋转驱动装置通过带凹槽的旋转定位治具和带定位槽的安装定位板调整旋转角度，调整时旋转驱动装置的输出轴穿过所述旋转定位治具上的凹槽，并通过所述安装定位板上的定位槽卡住固定。
所述活动夹持臂包括上手臂、上托盘支架和上托盘，所述上手臂后端可移动地设置于所述转盘上，所述上托盘支架设置于所述上手臂前端，且所述上托盘支架上侧与上手臂间留有高度调整间隙，所述上托盘支架下侧设有所述上托盘，且所述上托盘前后侧与上托盘支架之间设有侧调整间隙，在所述上托盘下侧设有上支撑柱。
所述固定夹持臂包括下手臂、下托盘支架和下托盘，所述下手臂后端与所述转盘固连，所述下托盘支架设置于所述下手臂前端，所述下托盘支架上侧设有所述下托盘，在所述下托盘上侧设有下支撑柱。
所述活动夹持臂前端设有上托盘，所述上托盘下侧中部设有上对中导柱，所述固定夹持臂前端设有下托盘，所述下托盘上侧中部设有下对中导柱，校准位置时所述下对中导柱与一个定位治具下端固连，所述上对中导柱插入所述定位治具上端的定位槽中。
所述支承架上设有检测系统，所述检测系统包括检测晶圆有无的第一传感器和检测晶圆是否倾斜的第二传感器。
所述气流颗粒控制系统一端安装于所述支承架上，所述气流颗粒控制系统设有颗粒收集盒，且所述颗粒收集盒外接带负压的控制管路。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明在晶圆翻转前能够自动检测晶圆是否存在及是否倾斜进行检测，检测正确后再自动驱动活动夹持臂移动夹紧晶圆，并自动驱动转盘旋转，使活动夹持臂和固定夹持臂带动晶圆翻转至预设位置，整个过程控制精确，大大提高了晶圆生产效率和清洗质量。
2、本发明下侧设置的气流颗粒控制系统能够对晶圆自身脱落的颗粒污染物、灰尘等进行收集并集中排出，避免影响其他外界模块。
3、本发明在活动夹持臂上设有上支撑柱，在固定夹持臂上设有下支撑柱，使得夹持晶圆部分为低接触夹持，且接触点材质为非金属，接触点数至少控制为四处，夹持稳定可靠，并且晶圆表面所受夹持力控制为8N以下，经实验验证可以稳定连续运行，保证晶圆夹持部分无任何缺陷。
4、本发明活动夹持臂的上托盘支架上侧与上手臂间留有调整间隙，同时上托盘前后侧与上托盘支架之间也设有调整间隙，能够实现上托盘的前后以及高度调整，另外为了保证上托盘和下托盘同心，本发明还设有专门的定位治具实现同心调整。
5、本发明设有专门的旋转定位治具确定晶圆翻转机构中的旋转驱动装置初始位置和终止位置，进一步保证转盘旋转角度精确。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图，
图2为图1中本发明的另一角度示意图，
图3为图1中的晶圆翻转机构示意图，
图4为图3中晶圆翻转机构的旋转定位治具示意图，
图5为图1中的活动夹持臂和固定夹持臂示意图，
图6为图1中的气流颗粒控制系统示意图。
其中，1为检测系统，101为第一传感器，102为第二传感器，2为活动夹持臂，201为上支撑柱，202为上对中导柱，203为上托盘支架，204为上手臂，205为上托盘,206为高度调整间隙，3为固定夹持臂，301为下支撑柱，302为下托盘，303为下托盘支架，304为下手臂，305为下对中导柱，4为晶圆翻转机构，401为旋转驱动装置，402为移动驱动装置，403为滑轨，404为移动传感器，405为角度传感器，406为联轴器，407为旋转定位治具，408为安装定位板，409为连接板，5为气流颗粒控制系统，501为控制管路，502为颗粒收集盒，6为晶圆，7为定位治具，8为支承架,801为转盘，802为前板，803为后板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～6所示，本发明包括支承架8、晶圆翻转机构4、活动夹持臂2和固定夹持臂3，所述支承架8上设有转盘801，所述活动夹持臂2可移动地设置于所述转盘801上，所述固定夹持臂3固设于所述转盘801上，晶圆翻转机构4设置于所述支承架8上，且所述晶圆翻转机构4包括移动驱动装置402和旋转驱动装置401，所述活动夹持臂2通过所述移动驱动装置402驱动在所述转盘801上移动，所述转盘801通过所述旋转驱动装置401驱动旋转，在所述固定夹持臂3下侧设有气流颗粒控制系统5，且所述气流颗粒控制系统5一端与所述支承架8固连。
如图1和图3所示，所述晶圆翻转机构4包括旋转驱动装置401、移动驱动装置402和联轴器406，所述支承架8设有前板802和后板803，所述转盘801设置于前板802中部，所述活动夹持臂2后端穿过所述转盘801后通过滑块和滑轨403结构与所述转盘801滑动连接，其中滑轨403固设于所述转盘801上，滑块固设于所述活动夹持臂2后端，另外在所述转盘801上设有供所述活动夹持臂2后端移动的长槽，移动驱动装置402固设于所述转盘801上，且所述移动驱动装置402的动力轴通过连接板409与所述活动夹持臂2后端相连，所旋转驱动装置401固设于所述支承架8的后板803上，且所述旋转驱动装置401的输出轴通过联轴器406与所述转盘801中部固连。本实施例中，所述旋转驱动装置401为旋转马达，所述移动驱动装置402为气缸。
如图3所示，在所述转盘801上，在所述滑轨403一侧设有两个移动传感器404用于检测活动夹持臂2后端移动位置，在所述前板802上设有一个角度传感器405用于检测所述转盘801的旋转角度。所述移动传感器404和角度传感器405均为本领域公知技术。另外本发明在活动夹持臂2后端的移动限位点以及所述转盘801旋转的限位点均设有阻尼器起到缓冲作用，所述阻尼器为本领域公知技术。
在如图1和图5所示，所述活动夹持臂2包括上手臂204、上托盘支架203和上托盘205，所述上手臂204后端可移动地设置于所述转盘801上，所述上托盘支架203设置于所述上手臂204前端，且所述上托盘支架203上侧与上手臂204间留有高度调整间隙206，所述上托盘支架203下侧设有所述上托盘205，且所述上托盘205前后侧与上托盘支架203之间设有侧调整间隙，在所述上托盘205下侧边缘角端设有上支撑柱201，在所述上托盘205下侧中部设有上对中导柱202。所述固定夹持臂3包括下手臂304、下托盘支架303和下托盘302，所述下手臂304后端与所述转盘801固连，所述下托盘支架303设置于所述下手臂304前端，所述下托盘支架303上侧设有所述下托盘302，在所述下托盘302上侧边缘角端设有下支撑柱301，在所述下托盘302上侧中部设有下对中导柱305。机构工作时，晶圆6被夹持时上侧与所述上支撑柱201抵接、下侧与所述下支撑柱301抵接。
如图4所示，所述晶圆翻转机构4的旋转调整需要采用专用的带凹槽的旋转定位治具407和带定位槽的安装定位板408，调整时首先将水平尺放在下托盘302上，然后将旋转定位治具407放置在下托盘302上，并使旋转驱动装置401的输出轴穿过旋转定位治具407上的凹槽，然后旋拧所述旋转驱动装置401的角度调整螺钉，并移动所述安装定位板408以使其上的定位槽卡住所述旋转驱动装置401的输出轴，从而确定旋转驱动装置401输出轴的初始位置和终止位置。所述晶圆翻转机构4工作时，需保证转盘801带动所述活动夹持臂2和固定夹持臂3精确旋转180°，所以需要进行上述调整。
如图5所示，所述活动夹持臂2和固定夹持臂3在首次进行夹持晶圆6或多次使用后需要进行重新校准位置时，需要专用的定位治具7进行调整。调整时，首先将固定夹持臂3保持在下位并且保持不动，然后将定位治具7下端与下托盘302中部的下对中导柱305利用螺钉锁紧连接，活动夹持臂2下降，直到上托盘205中部的上对中导向柱202下端能够插入所述定位治具7上端的定位槽中实现中心位置调整，另外调整夹持高度时，将晶圆6放置在下托盘302的下支撑柱301上，此时可以利用所述上托盘支架203在上手臂204间的高度调整间隙206调整上托盘支架203高度，利用上托盘205和上托盘支架203间的间隙调整前后安装位置，以上位置全部调整好后利用螺钉固定各个构件。
如图1～2所示，所述支承架8上设有检测系统1，所述检测系统1包括第一传感器101和第二传感器102，其中第一传感器101用于检测活动夹持臂2和固定夹持臂3之间是否有晶圆6，两个第二传感器102分设于支承架8两侧，所述第二传感器102在确认晶圆6入料后用于检测晶圆6是否存在倾斜情况，本实施例中所述第二传感器102为激光传感器。所述第一传感器101和第二传感器102均为本领域公知技术。
如图1和图6所示，所述气流颗粒控制系统5包括颗粒收集盒502和控制管路501，颗粒收集盒502设于固定夹持臂3下方，所述颗粒收集盒502用于对晶圆6自身脱落的颗粒污染物、灰尘等进行收集，然后由外接带负压的控制管路501将颗粒收集盒502内的污染物集中排出，避免影响其他模块。
另外本发明还可以在固定夹持臂3下侧再增加一个活动夹持臂2，同时相应地在所述转盘801上增设一套移动驱动装置402或设置一套双向移动驱动装置，机构工作时上、下两个活动夹持臂2同时向中间的固定夹持臂3移动夹持晶圆6，这样可带动两片晶圆6实现翻转，以达到提高产能目的。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，首先开启设备并进行初始化，使各个单元处于初始工作位置，晶圆6由外部传送机构送入活动夹持臂2和固定夹持臂3之间，由检测系统1中的第一传感器101检测晶圆6是否进入，然后由检测系统1中的第二传感器102检测晶圆6是否倾斜，当检测系统1确认晶圆6正常水平放入后，晶圆翻转机构4中的移动驱动装置402驱动活动夹持臂2移动将晶圆6夹紧，然后晶圆翻转机构4中的旋转驱动装置401驱动转盘801旋转，也即带动活动夹持臂2和固定夹持臂3夹持晶圆6旋转180°，在活动夹持臂2移动过程中通过所述移动传感器404检测移动距离，待确认夹持后发出信号使旋转驱动装置401启动，在转盘801旋转过程中通过所述角度传感器405检测旋转角度，待确认旋转角度满足要求后发出信号使移动驱动装置402启动打开活动夹持臂2。

Claims (8)

1.一种低接触晶圆翻转系统，其特征在于：包括支承架(8)、晶圆翻转机构(4)、活动夹持臂(2)和固定夹持臂(3)，所述支承架(8)上设有转盘(801)，所述活动夹持臂(2)可移动地设置于所述转盘(801)上，所述固定夹持臂(3)固设于所述转盘(801)上，晶圆翻转机构(4)设置于所述支承架(8)上，且所述晶圆翻转机构(4)包括移动驱动装置(402)和旋转驱动装置(401)，所述活动夹持臂(2)通过所述移动驱动装置(402)驱动在所述转盘(801)上移动，所述转盘(801)通过所述旋转驱动装置(401)驱动旋转，在所述固定夹持臂(3)下侧设有气流颗粒控制系统(5)；
所述活动夹持臂(2)包括上手臂(204)、上托盘支架(203)和上托盘(205)，所述上手臂(204)后端可移动地设置于所述转盘(801)上，所述上托盘支架(203)设置于所述上手臂(204)前端，且所述上托盘支架(203)上侧与上手臂(204)间留有高度调整间隙(206)，所述上托盘支架(203)下侧设有所述上托盘(205)，且所述上托盘(205)前后侧与上托盘支架(203)之间设有侧调整间隙，在所述上托盘(205)下侧设有上支撑柱(201)，所述上托盘(205)下侧中部设有上对中导柱(202)，所述固定夹持臂(3)前端设有下托盘(302)，所述下托盘(302)上侧中部设有下对中导柱(305)，校准位置时所述下对中导柱(305)与一个定位治具(7)下端固连，所述上对中导柱(202)插入所述定位治具(7)上端的定位槽中。
2.根据权利要求1所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：所述支承架(8)设有前板(802)和后板(803)，所述转盘(801)设置于所述前板(802)上，所述活动夹持臂(2)后端穿过所述转盘(801)后与所述转盘(801)滑动连接，所述移动驱动装置(402)固设于所述转盘(801)上且动力轴与所述活动夹持臂(2)后端相连，所旋转驱动装置(401)固设于所述后板(803)上且输出轴与所述转盘(801)中部固连。
3.根据权利要求2所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：所述转盘(801)上设有滑轨(403)，所述活动夹持臂(2)后端设有沿着所述滑轨(403)移动的滑块。
4.根据权利要求3所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：在所述转盘(801)上，在所述滑轨(403)一侧设有检测活动夹持臂(2)后端移动的移动传感器(404)，在所述前板(802)上设有检测所述转盘(801)旋转角度的角度传感器(405)。
5.根据权利要求1或2所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：所述旋转驱动装置(401)通过带凹槽的旋转定位治具(407)和带定位槽的安装定位板(408)调整旋转角度，调整时旋转驱动装置(401)的输出轴穿过所述旋转定位治具(407)上的凹槽，并通过所述安装定位板(408)上的定位槽卡住固定。
6.根据权利要求1所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：所述固定夹持臂(3)包括下手臂(304)、下托盘支架(303)和下托盘(302)，所述下手臂(304)后端与所述转盘(801)固连，所述下托盘支架(303)设置于所述下手臂(304)前端，所述下托盘支架(303)上侧设有所述下托盘(302)，在所述下托盘(302)上侧设有下支撑柱(301)。
7.根据权利要求1所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：所述支承架(8)上设有检测系统(1)，所述检测系统(1)包括检测晶圆(6)有无的第一传感器(101)和检测晶圆(6)是否倾斜的第二传感器(102)。
8.根据权利要求1所述的低接触晶圆翻转系统，其特征在于：所述气流颗粒控制系统(5)一端安装于所述支承架(8)上，所述气流颗粒控制系统(5)设有颗粒收集盒(502)，且所述颗粒收集盒(502)外接带负压的控制管路(501)。
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