CN112635350A - 一种夹持式晶圆校准装置及校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶圆生产技术领域，具体地说是一种夹持式晶圆校准装置及校准方法，包括座体、升降旋转机构、固定夹具、活动夹具、对射传感器和反射传感器，升降旋转机构设于所述座体中，且所述升降旋转机构设有可升降旋转的托盘，对射传感器设于座体上表面一侧，活动夹具和固定夹具以所述托盘中心为圆心沿圆周方向均布于座体上，在所述活动夹具和固定夹具一侧均设有反射传感器，且各反射传感器以所述托盘中心为圆心呈圆周方向均布，活动夹具上设有活动夹块。本发明利用活动夹具和固定夹具实现晶圆圆心校准纠偏，利用对射传感器实现晶圆方向校准纠偏，从而将晶圆圆心纠偏和方向纠偏分别计算，大大降低误差相互干扰的可能性，保证校准纠偏效果。

Description

一种夹持式晶圆校准装置及校准方法
技术领域
本发明涉及晶圆生产技术领域，具体地说是一种夹持式晶圆校准装置及校准方法。
背景技术
现有技术中，晶圆校准通常是利用CCD传感器在晶圆旋转时标定圆周各点，计算过程中同时进行圆心纠偏和方向校准纠偏，纠偏过程复杂且误差容易产生干扰，易导致校准出错，而且CCD传感器的价格较高，不利于降低产品成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种夹持式晶圆校准装置及校准方法，利用活动夹具和固定夹具实现晶圆圆心校准纠偏，利用对射传感器实现晶圆方向校准纠偏，从而将晶圆圆心纠偏和方向纠偏分别计算，大大降低误差相互干扰的可能性，保证校准纠偏效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种夹持式晶圆校准装置，包括座体、升降旋转机构、固定夹具、活动夹具、对射传感器和反射传感器，升降旋转机构设于所述座体中，且所述升降旋转机构设有可升降旋转的托盘，对射传感器设于座体上表面一侧，活动夹具和固定夹具以所述托盘中心为圆心沿圆周方向均布于座体上，在所述活动夹具一侧和固定夹具一侧均设有反射传感器，且各反射传感器以所述托盘中心为圆心沿圆周方向均布，活动夹具上设有活动夹块。
活动夹具均设于靠近所述对射传感器一侧，固定夹具均设于远离所述对射传感器一侧，
所述活动夹具包括活动夹块、夹块驱动装置和支撑罩体，其中支撑罩体安装于座体上，夹块驱动装置设于所述支撑罩体中，在所述支撑罩体上设有长槽，所述活动夹块置于所述长槽中且通过所述夹块驱动装置驱动移动。
所述固定夹具包括支撑座和固定夹块，支撑座固设于座体上表面，固定夹块固装于所述支撑座上。
所述升降旋转机构设有旋转电机，所述托盘安装于所述旋转电机的输出轴上，在所述旋转电机上设有电机码盘。
所述升降旋转机构设有升降架和升降驱动装置，其中升降架通过所述升降驱动装置驱动升降，所述旋转电机设于所述升降架上。
一种根据所述的夹持式晶圆校准装置的校准方法，其特征在于：
一、晶圆放于座体上；
二、活动夹具上的活动夹块移动并与固定夹具配合夹持晶圆，若反射传感器发出信号，活动夹块反向移动放开晶圆，晶圆通过所述托盘托起并旋转设定角度，然后重新放下，活动夹块重新移动夹持晶圆，直至反射传感器均无反射信号，此时晶圆中心与托盘中心对齐；
三、晶圆中心与托盘中心对齐后，托盘升起旋转晶圆，晶圆边界上的校准开口经过对射传感器后，校准开口两边各有一个点触发对射传感器形成晶圆方向校准点，分别记录两个晶圆方向校准点的旋转电机的码盘值b1和b2，取平均值求出校准开口中线的码盘值b；
四、以托盘中心到对射传感器中心连线为0°，旋转电机旋转一圈的码盘值为a，校准开口经过对射传感器后旋转电机停止时的码盘值为c，校准开口经过对射传感器后停止时的中线角度α＝(c-b)/a×360°，若晶圆方向目标角度β，旋转电机重新启动驱动托盘继续旋转β-α角度，实现晶圆方向校准；
五、托盘下降，晶圆被取走。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明先利用活动夹具和固定夹具实现晶圆圆心校准纠偏，晶圆圆心校准后再利用对射传感器实现晶圆方向校准，大幅减少了运算复杂性和误差相互干涉问题。
2、本发明通过活动夹具和固定夹具夹持方式实现晶圆圆心对准，缩短了晶圆校准时间。
3、本发明采用常规的对射传感器对晶圆方向校准，相比于现有技术采用CCD传感器，在保证校准精度的前提下降低了装置成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中本发明的俯视图，
图3为图1中的活动夹具示意图，
图4为图3中的活动夹具俯视图，
图5为图1中的升降旋转机构示意图，
图6为本发明工作时晶圆方向校准点的示意图。
其中，1为对射传感器，2为活动夹具，201为活动夹块，202为夹块驱动装置，203为罩体，3为固定夹具，301为固定夹块，302为支撑座，4为升降旋转机构，401为托盘，402为旋转电机，403为升降架，404为升降驱动装置，5为座体，6为反射传感器，7为校准开口，8为晶圆方向校准点，9为晶圆边界，10为对射传感器感应路径。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～5所示，本发明包括座体5、升降旋转机构4、固定夹具3、活动夹具2、对射传感器1和反射传感器6，升降旋转机构4设于所述座体5中，且如图5所示，所述升降旋转机构4设有可升降旋转的托盘401，所述座体5上表面设有供所述托盘401升降的通孔，对射传感器1设于座体5上表面一侧，活动夹具2和固定夹具3以所述托盘401中心为圆心沿圆周方向均布于座体5上，且活动夹具2设于靠近所述对射传感器1一侧，固定夹具3设于远离所述对射传感器1一侧，如图4所示，在所述活动夹具2和固定夹具3一侧均设有反射传感器6，且各反射传感器6以所述托盘401中心为圆心沿圆周方向均布。本实施例中，所述对射传感器1型号为EX-L211，厂家为基恩士(KEYENCE)，所述反射传感器6型号为LV-N11CP，厂家为基恩士(KEYENCE)。
如图5所示，所述升降旋转机构4包括托盘401、旋转电机402、升降架403和升降驱动装置404，其中升降架403通过所述升降驱动装置404驱动升降，旋转电机402设于所述升降架403上，所述托盘401安装于所述旋转电机402的输出轴上，且所述旋转电机402上设有电机码盘，所述电机码盘为本领域公知技术，另外本实施例中，所述升降驱动装置404为气缸。
如图3所示，所述活动夹具2包括活动夹块201、夹块驱动装置202和支撑罩体203，其中支撑罩体203安装于座体5上，夹块驱动装置202设于所述支撑罩体203中，在所述支撑罩体203上设有长槽，活动夹块201置于所述长槽中且通过所述夹块驱动装置202驱动沿着所述长槽移动。
如图2所示，所述固定夹具3包括支撑座302和固定夹块301，支撑座302固设于座体5上表面，固定夹块301固装于所述支撑座302上，本实施例中，晶圆放于座体5上时，晶圆通过所述支撑罩体203和支撑座302支撑，并且晶圆边缘通过所述活动夹块201和固定夹块301限位。
如图6所示，晶圆边界9上设有校准开口7，晶圆通过所述升降旋转机构4驱动旋转时，晶圆边界9经过所述对射传感器1，且对射传感器感应路径10直径小于晶圆边界9直径，因此所述校准开口7两边各有一个与所述对射传感器感应路径10交汇形成的晶圆方向校准点8，所述晶圆方向校准点8即触发所述对射传感器1发出信号。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，机械手将晶圆传递放于座体5上，且晶圆通过活动夹具2的支撑罩体203和固定夹具3的支撑座302支撑，然后活动夹具2上的活动夹块201移动与固定夹具3上的固定夹块301配合夹持晶圆，并将晶圆中心与座体5上的托盘401中心对齐。
如图4所示，所述活动夹具2和固定夹具3一侧均设有反射传感器6，且各反射传感器6呈圆周方向均布，各反射传感器6形成的圆周中心与托盘401中心一致且直径略大于晶圆直径，事先通过标准示教工装示教以调整活动夹具2和固定夹具3的位置以及夹块驱动装置202的力度，当晶圆中心与托盘401中心重合时，各个反射传感器6均不会发生反射，一旦晶圆位置发生偏差，至少有一个反射传感器6感应发出信号。
当活动夹具2上的活动夹块201移动并与固定夹具3上的固定夹块301配合夹持晶圆时，系统开始判断各个反射传感器6的反射状态，如果晶圆正确推动至中心位置，则各个反射传感器6均无反射信号，如果受到外部影响，比如残缺片、Notch/Flat恰好在夹具位置等情况，会有反射传感器6发出反射信号，此时活动夹块201反向移动放开晶圆，升降旋转机构4上的托盘401升起托起晶圆并逆时针旋转设定角度，然后将晶圆放下，活动夹具2中的活动夹块201再次移动夹持晶圆，如果还有反射传感器6发出信号，则晶圆继续被托起旋转设定角度，然后放下重新夹持，直到各个反射传感器6均无信号，此时晶圆被确认正确推动至中心与托盘401中心重合位置。本实施例中，晶圆每次托起旋转角度设定为30°。
晶圆中心与托盘401中心对齐后，升降旋转机构4将托盘401升起并旋转晶圆，以校准晶圆方向。
本发明的角度坐标系为：以托盘401中心到对射传感器1中心连线为0°，如图6所示，晶圆边界9上设有校准开口7，晶圆通过所述升降旋转机构4驱动旋转时，晶圆边界9经过所述对射传感器1，校准开口7两边各有一个点中断触发对射传感器1形成晶圆方向校准点8，分别记录两个晶圆方向校准点8的旋转电机402的码盘值b1和b2，取平均值即为晶圆校准开口7中线的码盘值b，根据所述码盘值b即可求出晶圆校准开口7经过对射传感器1后停止时的中线角度，所述校准开口7中心角度也即晶圆方向角度。
假设旋转电机402旋转一圈的码盘值为a＝32768，而两个晶圆方向校准点8的码盘值分别为b1＝16484和b2＝16284，那么校准开口7中线的码盘值为两者的平均值b＝16384，校准开口7经过对射传感器1后旋转电机402停止转动，采集此时旋转电机402的码盘值为c＝24576，由于是以托盘401中心到对射传感器1中心连线为0°，则此时校准开口7中线角度α为(24576－16384)/32768×360°＝90°，也即α＝(c-b)/a×360°,如果客户需要的晶圆目标角度β为180°(即校准开口7中线目标角度为180°)，则系统控制旋转电机402继续旋转90°即可,也即继续旋转β-α角度。
晶圆转至客户设置的目标角度后，升降旋转机构4降下托盘401，机械手将晶圆取走，纠偏校准流程结束。

Claims (7)

1.一种夹持式晶圆校准装置，其特征在于：包括座体(5)、升降旋转机构(4)、固定夹具(3)、活动夹具(2)、对射传感器(1)和反射传感器(6)，升降旋转机构(4)设于所述座体(5)中，且所述升降旋转机构(4)设有可升降旋转的托盘(401)，对射传感器(1)设于座体(5)上表面一侧，活动夹具(2)和固定夹具(3)以所述托盘(401)中心为圆心沿圆周方向均布于座体(5)上，在所述活动夹具(2)一侧和固定夹具(3)一侧均设有反射传感器(6)，且各反射传感器(6)以所述托盘(401)中心为圆心沿圆周方向均布，活动夹具(2)上设有活动夹块(201)。
2.根据权利要求1所述的夹持式晶圆校准装置，其特征在于：活动夹具(2)均设于靠近所述对射传感器(1)一侧，固定夹具(3)均设于远离所述对射传感器(1)一侧。
3.根据权利要求1或2所述的夹持式晶圆校准装置，其特征在于：所述活动夹具(2)包括活动夹块(201)、夹块驱动装置(202)和支撑罩体(203)，其中支撑罩体(203)安装于座体(5)上，夹块驱动装置(202)设于所述支撑罩体(203)中，在所述支撑罩体(203)上设有长槽，所述活动夹块(201)置于所述长槽中且通过所述夹块驱动装置(202)驱动移动。
4.根据权利要求1或2所述的夹持式晶圆校准装置，其特征在于：所述固定夹具(3)包括支撑座(302)和固定夹块(301)，支撑座(302)固设于座体(5)上表面，固定夹块(301)固装于所述支撑座(302)上。
5.根据权利要求1所述的夹持式晶圆校准装置，其特征在于：所述升降旋转机构(4)设有旋转电机(402)，所述托盘(401)安装于所述旋转电机(402)的输出轴上，在所述旋转电机(402)上设有电机码盘。
6.根据权利要求5所述的夹持式晶圆校准装置，其特征在于：所述升降旋转机构(4)设有升降架(403)和升降驱动装置(404)，其中升降架(403)通过所述升降驱动装置(404)驱动升降，所述旋转电机(402)设于所述升降架(403)上。
7.一种根据权利要求5所述的夹持式晶圆校准装置的校准方法，其特征在于：
一、晶圆放于座体(5)上；
二、活动夹具(2)上的活动夹块(201)移动并与固定夹具(3)配合夹持晶圆，若反射传感器(6)发出信号，活动夹块(201)反向移动放开晶圆，晶圆通过所述托盘(401)托起并旋转设定角度，然后重新放下，活动夹块(201)重新移动夹持晶圆，直至反射传感器(6)均无反射信号，此时晶圆中心与托盘(401)中心对齐；
三、晶圆中心与托盘(401)中心对齐后，托盘(401)升起旋转晶圆，晶圆边界(9)上的校准开口(7)经过对射传感器(1)后，校准开口(7)两边各有一个点触发对射传感器(1)形成晶圆方向校准点(8)，分别记录两个晶圆方向校准点(8)的旋转电机(402)的码盘值b1和b2，取平均值求出校准开口(7)中线的码盘值b；
四、以托盘(401)中心到对射传感器(1)中心连线为0°，旋转电机(402)旋转一圈的码盘值为a，校准开口(7)经过对射传感器(1)后旋转电机(402)停止时的码盘值为c，校准开口(7)经过对射传感器(1)后停止时的中线角度α＝(c-b)/a×360°，若晶圆方向目标角度β，旋转电机(402)重新启动驱动托盘(401)继续旋转β-α角度，实现晶圆方向校准；
五、托盘(401)下降，晶圆被取走。
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