CN113675123B - 一种晶圆校准装置、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种晶圆校准装置、方法及系统，其中校准装置包括检测装置和调节装置；所述检测装置用于检测晶圆偏离标准位置的偏移量；所述调节装置用于根据检测装置检测到晶圆的偏移量，对晶圆的位置进行调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求。本申请可以实现对晶圆的偏移量进行自动调节，从而达到提高后续机械臂对晶圆抓取准确性的效果。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造的技术领域，尤其涉及一种晶圆校准装置、方法及系统。
背景技术
晶圆(Wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。
在半导体制造技术领域，经常会使用机械臂来转移晶圆，当晶圆完成某一工艺时需将晶圆转移到下一工序或者将晶圆转移到暂存区，在转移晶圆并固定晶圆的过程中，晶圆与标准位置之间会发生相对偏移，若偏移量超出了误差范围，晶圆固定时容易发生倾斜，此时机械臂若还按原先设定程序继续抓取晶圆就可能会发生碰撞，导致晶圆破碎或者使机械臂和机台受到冲击和变形。
现有相关技术方案中，通常只检测是否已经将晶圆放置到位，但是却无法检测晶圆与标准位置之间是否出现偏移且也无法根据晶圆偏移情况进行调节。因此，如何检测晶圆是否发生偏移以及如何对晶圆偏移情况进行自动调节是本领域技术人员需要解决的一个技术问题。
发明内容
(一)发明目的
本申请的目的是提供一种晶圆校准装置，为解决现有的装置无法根据晶圆偏移情况进行调节，从而避免机械臂在抓取晶圆时发生碰撞，降低晶圆报废率及降低机械臂和机台受到冲击和变形的可能性，通过检测装置对晶圆的偏移量进行检测，使用调节装置实现对晶圆的位置进行自动调节，从而达到提高后续机械臂对晶圆抓取时准确性的效果。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本申请的第一方面提供了一种晶圆校准装置，包括检测装置和调节装置；所述检测装置用于检测晶圆偏离标准位置的偏移量；所述调节装置用于根据检测装置检测到晶圆的偏移量，对晶圆的位置进行调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求。
通过采用上述技术方案，当晶圆被固定在标准位置处时，通过检测装置对晶圆偏离标准位置的偏移量进行检测，根据检测出的偏移量使用调节装置对晶圆的偏移量进行自动调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求，后续机械臂在对晶圆进行抓取的过程中，不会与晶圆发生碰撞，避免了晶圆破损及机械臂和机台受到冲击和变形。
优选的是，所述检测装置包括多个光电传感器组，每个光电传感器组包括多个光电传感器，多个光电传感器距离标准位置的中心的距离不同；每个光电传感器组的多个光电传感器均位于以距离标准位置的中心为圆心，以晶圆的半径为半径的范围内；每个光电传感器组中，距离标准位置的中心最远的光电传感器至标准位置的中心的距离等于晶圆的半径。
优选的是，多个所述光电传感器组围绕标准位置的中心圆周阵列设置，每个光电传感器组的光电传感器的连线经过标准位置的中心；两组所述光电传感器组之间的连线经过标准位置的中心且呈中心对称设置。
优选的是，所述光电传感器包括光源发生器和信号接收器，所述光源发生器和信号接收器上下位置相对设置，晶圆被固定时位于光源发生器和信号接收器之间。
优选的是，所述调节装置包括用于对晶圆进行固定或释放的松紧组件以及在松紧组件对晶圆固定的情况下根据晶圆的偏移量进行调节的微调组件。
优选的是，所述松紧组件包括真空吸板，所述真空吸板设置有吸附面，所述吸附面在外部真空源的作用下吸附于晶圆表面。
优选的是，所述微调组件包括在水平方向上平移的平移机构，所述平移机构上设置有垂直升降机构，所述真空吸板设置于垂直升降机构上。
优选的是，所述平移机构包括滑动导轨、在滑动导轨上滑动的滑块和驱动滑块在滑动导轨上滑动的驱动件，所述垂直升降机构设置于滑块上。
本申请的第二方面提供了一种晶圆校准方法，包括：检测晶圆偏离标准位置的偏移量；根据检测到晶圆的偏移量，对晶圆的位置进行调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求。
优选的是，根据检测到晶圆的偏移量，对晶圆的位置进行调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求具体包括：垂直升降机构带动真空吸板上升，直至真空吸板的吸附面吸附于晶圆表面；驱动件驱动滑块在滑动导轨上进行滑动，滑块在滑动的同时带着垂直升降机构和晶圆进行平移，实现对晶圆位置的调节。
本申请的第三方面提供了一种晶圆校准系统,包括：检测模块，用于检测晶圆偏离标准位置的偏移量；调节模块，用于根据检测模块检测到晶圆的偏移量，对晶圆的位置进行调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求。
优选的是，还包括：控制模块，用于根据检测模块检测晶圆偏离标准位置的偏移量后控制调节模块对晶圆的偏移量进行调节；机械臂控制模块，与控制模块通信连接，用于在晶圆的位置与标准位置的误差满足要求后控制轨道机械臂取回晶圆。
优选的是，所述检测模块包括光电传感器。
(三)有益效果
本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：检测装置检测到晶圆偏离标准位置的偏移量后，通过调节装置实现对晶圆的偏移量进行自动调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求，由此机械臂在取回晶圆的过程中，机械臂不会与晶圆发生碰撞，避免了晶圆破损及机械臂和机台受到冲击和变形，由此可以减少生产成本，减少机器因损坏的维修时间，节约人工成本。
附图说明
图1是相关技术中显示标准位置在机台上的结构示意图；
图2是本发明一优选实施例的剖视结构示意图；
图3是本发明一优选实施例的侧视结构示意图；
图4是本发明一优选实施例中显示调节装置的结构示意图；
图5是本发明一优选实施例中显示真空吸板上吸附面的结构示意图；
图6是本发明一优选实施例晶圆校准装置的调节流程示意图。
附图标记：
1、机台；2、真空吸附管；21、气源管；3、晶圆；41、光电传感器组；411、光电传感器；4111、光源发生器；4112、信号接收器；5、调节装置；51、夹持组件；511、真空吸板；5111、吸附面；51111、气孔；512、吸气管；521、平移机构；5211、滑动导轨；52111、丝轴；52112、固定挡板；5212、滑块；5213、步进电机；522、气缸单元；6、固定铁板；7、反射式光电传感器组。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
第一实施方式：
如图1所示，本实施方式提供了一种晶圆校准装置，包括机台1，在机台1上设置有标准位置，标准位置用于对晶圆3正确的放置提供参考，在本申请实施例中，标准位置的形式不做限定，仅以真空吸附管2为例进行说明，真空吸附管2竖直固定在机台1表面上，真空吸附管2连接外界的气源管21，气源管21给真空吸附管2内提供负压。当将晶圆3水平放置在真空吸附管2的上端时，通过气源管21给真空吸附管2内提供负压，从而将晶圆3吸附固定在真空吸附管2上。
当晶圆3的中心与真空吸附管2的中心位置相重合时，此时晶圆3的位置相对真空吸附管2来说没有发生偏移，无需调节。当晶圆3的中心偏离真空吸附管2的中心超出误差范围外时，此时晶圆3发生了位置的偏移，需要进行调节。
如图2、3所示，在机台1上还设置有：检测装置和调节装置5，检测装置用于检测晶圆3偏移真空吸附管2中心的偏移量，当偏移量过大后，机械臂在对晶圆3抓取时可能会发生较大的碰撞，因此需要控制机械臂停止取回晶圆3的动作，由此对晶圆3和机械臂起到保护的作用。通过调节装置5便可以根据检测装置检测到晶圆3的偏移量对其进行主动调整，使晶圆3偏移真空吸附管2的误差满足要求，从而保证后续的机械臂在对晶圆3进行拿取的过程中，不会与晶圆3发生较大的碰撞，从而对晶圆3起到保护，减少操作人数，减弱操作难度，在机台1上出现晶圆3偏移情况下进行自动调节，提高机台1的利用率。
如图2所示，在一个具体的实施例中，检测装置包括多个光电传感器组41，多个光电传感器组41围绕真空吸附管2的中心圆周阵列设置，两组光电传感器组41之间的连线过真空吸附管2的中心且呈中心对称设置。每一个光电传感器组41包括多个光电传感器411，多个光电传感器411距离真空吸附管2的中心的距离不同，每个光电传感器组41的多个光电传感器411均位于以距离真空吸附管2的中心为圆心，以晶圆3的半径为半径的范围内。
进一步的，每个光电传感器组41中，距离真空吸附管2的中心最远的光电传感器411至真空吸附管2的中心的距离等于晶圆3的半径，每个光电传感器组41的光电传感器411的连线经过真空吸附管2的中心。
光电传感器411包括光源发生器4111和信号接收器4112，光源发生器4111和信号接收器4112上下相对设置，晶圆3被固定时位于光源发生器4111和信号接收器4112之间。通过光源发生器4111发射信号，信号接收器4112接受信号，由此来判断晶圆3的偏移量，当晶圆3的偏移量在误差范围内时，此时晶圆3正好挡住全部的光源发生器4111的发射信号，使得信号接收器4112接受不到信号，由此信号接收器4112处于灯灭状态，也即表示晶圆3的偏移量在误差范围内。
为了便于进一步理解，以一对光电传感器组41为例进行说明，同时每对光电传感器组41以三个光电传感器411为例，将本实施例中光电传感器411中的信号接收器4112进行标记，从左往右依次标记为abcdef，a、b和c为一组位于晶圆3的一端位置处，d、e和f为另一组相对设置的在晶圆3的另一端位置处，当晶圆3在真空吸附管2上被固定时，每组中的光源发生器4111和信号接收器4112同时对晶圆3的位置进行测量，本实施例中根据控制晶圆3偏移真空吸附管2中心的误差范围，优选相邻的两个光电传感器411之间的间距为3mm。具体情况如下：
一、在正常情况下时，abcdef灯号为：off/off/off/off/off/off；
二、异常情况下的灯号为：
off/off/off/off/off/on，其中off表示信号接收器4112处于灯灭状态，on表示信号接收器4112处于亮灯状态。说明f信号接收器4112没有检测到晶圆3,晶圆3向左偏移0～3mm，因0～3mm在可接受的误差范围内，因此可以暂时无需对晶圆位置进行调整。
off/off/off/off/on/on，说明e和f信号接收器4112没有检测到晶圆3，晶圆3向左偏移3～6mm，此时已经超过可接受的误差范围，因此需要对晶圆位置进行调整。
off/off/off/on/on/on,说明d,e,f信号接收器4112没有检测到晶圆3，向左偏移大于6mm，也需要对晶圆位置进行调整。
同理，当灯号为:
on/off/off/off/off/off,说明a信号接收器4112没有检测到晶圆3,晶圆3向右偏移0～3mm，因0～3mm在可接受的误差范围内，因此可以暂时无需对晶圆位置进行调整。
on/on/off/off/off/off，说明a,b信号接收器4112没有检测到晶圆3，晶圆3向右偏移3～6mm，需要对晶圆位置进行调整。
on/on/on/off/off/off，说明a,b,c信号接收器4112没有检测到晶圆3,晶圆3向右偏移大于6mm，需要对晶圆位置进行调整。
根据检测装置得出晶圆3需要调整的偏移量后，通过调节装置5进行调节。
如图3、4所示，在一个具体的实施例中，调节装置5包括松紧组件51和微调组件，松紧组件51用于对晶圆3进行固定或者释放，微调组件用于对晶圆3进行位置的调整，当晶圆3出现偏移后，真空吸附管2此时不对晶圆3产生作用力，而是由松紧组件51对晶圆3进行固定，固定后的晶圆3在微调组件的作用下进行偏移量的校正，校正以后，松紧组件51释放晶圆3，从而完成对晶圆3的调整。
如图4、5所示，可选的，松紧组件51包括真空吸板511和吸气管512，真空吸板511设置为具有空腔的圆柱状，真空吸板511竖向设置且位于晶圆3的下方位置处，真空吸板511的上表面端设置为吸附面5111，在吸附面5111上开设有均匀设置的气孔51111，气孔51111与真空吸板511的空腔相互连通设置。吸气管512的一端连接于真空吸板511上且与真空吸板511的空腔连通。可选的，真空吸板511上可以设置有接头，吸气管512与接头之间可以采用螺纹连接、卡接等方式进行固定。
通过吸气管512给真空吸板511提供负压的气源，从而实现将晶圆3吸附固定在真空吸板511上。真空吸板511与真空吸附管2两者是相互配合使用，在晶圆3不需要进行调整时，是由真空吸附管2对晶圆3起到吸附固定的作用，当晶圆3需要进行调整时，此时真空吸附管2便不再对晶圆3吸附，而是换成真空吸板511对晶圆3进行吸附，待微调装置调节好位置以后，真空吸板511再解除对晶圆3的吸附固定作用。
如图4所示，可选的，微调组件包括平移机构521和垂直升降机构，垂直升降机构设置于平移机构521上，平移机构521包括滑动导轨5211、滑块5212和驱动件，滑块5212滑动设置于滑动导轨5211上，滑动导轨5211可以安装在可沿水平方向周向转动的装置上，由此使得安装于滑动导轨5211上的滑块5212可以在水平位置处进行周向的变动，继而调整滑块5212的水平滑动方向。
滑动导轨5211包括丝轴52111和固定挡板52112，固定挡板52112作为丝轴52111的转动支撑部件，丝轴52111的一端贯穿滑块5212后通过轴承转动连接在固定挡板52112上，丝轴52111的另一端与驱动件固定连接，丝轴52111与滑块5212之间螺纹连接。通过驱动件驱动丝轴52111在固定挡板52112上进行转动，由此使得滑块5212在丝轴52111上进行螺纹传动，继而实现滑动。
驱动件包括步进电机5213，步进电机5213的输出轴与丝轴52111远离固定挡板52112的端部固定连接且共轴线设置。通过步进电机5213给丝轴52111的动作提供动力。
垂直升降机构包括气缸单元522，气缸单元522竖直设置，气缸单元522位于滑块5212上且气缸单元522的缸体固定安装在滑块5212上，气缸单元522的活塞杆上固定连接有固定铁板6，通过固定铁板6对真空吸板511进行安装，真空吸板511的下端固定安装在固定铁板6上。气缸单元522在需要对晶圆3进行调节时，气缸单元522的活塞杆伸长并带动真空吸板511运动到晶圆3下方，真空吸板511在吸气管512提供负压的作用下将晶圆3吸住，然后根据量测的偏移量，同滑块5212一起运动，将晶圆3偏移量修正回来。调节结束后气缸单元522上的真空吸板511释放，气缸单元522带着真空吸板511下移到初始位置。
如图4所示，可选的，在固定铁板6上还安装有反射式光电传感器组7，气缸单元522在带着真空吸板511往晶圆3位置处上升时，通过反射式光电传感器组7的引导作用，可以更加精确的保证真空吸板511运动到晶圆3下方，不会发生碰撞。
第二实施方式
如图4、图6所示，本实施方式提供了一种晶圆校准方法，包括如下步骤：
步骤一，检测晶圆3偏离标准位置的偏移量；
六组光源发生器4111和信号接收器4112监测真空吸附管2上晶圆3的偏移量，根据监测到的信号输入信号调理电路进行滤波、放大后交给控制器处理，控制器将测量值与设定值进行比对，若数据正常，则结束；若数据异常则进入步骤二；
步骤二，根据检测到晶圆3的偏移量，对晶圆3的位置进行调节，使晶圆3的位置与标准位置的误差满足要求；
根据检测到晶圆3的偏移量，对晶圆3的位置进行调节，使晶圆3的位置与标准位置的误差满足要求具体包括：控制器将测量值与设定值进行比对，如设定值为3mm，当测量值与设定值进行比对发现偏移大于3mm时即判断数据异常，控制器和轨道机械臂进行通信，并立即终止轨道机械臂取回晶圆3的过程；同时启动气缸单元522，在反射式光电传感器组7的引导下，气缸单元522的活塞杆带着真空吸板511运动到晶圆3的下方位置处，此时吸气管512给真空吸板511提供负压，真空吸板511将晶圆3牢牢吸附固定；
控制器将该晶圆3偏移的位置信息，传递给步进电机5213，由步进电机5213根据偏移量对滑块5212的移动进行控制，滑块5212在丝轴52111的带动下进行移动，滑块5212负载着带有气缸单元522的真空吸板5231对晶圆3进行对应调整，再次测距后，等位置信号确定无误后，命令轨道机械臂重新执行取回晶圆3过程。
第三实施方式
本实施方式提供了一种晶圆校准系统,包括：
检测模块，用于检测晶圆偏离标准位置的偏移量；在一个例子中，检测模块包括光电传感器。
调节模块，用于根据检测模块检测到晶圆的偏移量，对晶圆的位置进行调节，使晶圆的位置与标准位置的误差满足要求。
还包括：控制模块，用于根据检测模块检测晶圆偏离标准位置的偏移量后控制调节模块对晶圆的偏移量进行调节；在一个例子中，控制模块包括微控制器。
机械臂控制模块，与控制模块通信连接，用于在晶圆的位置与标准位置的误差满足要求后控制轨道机械臂取回晶圆。
详细的可包括，当晶圆出现倾斜时，光电传感器检测到晶圆偏移的信号，并将该信号输入信号调理电路进行滤波、放大后交给微控制器处理，微控制器和机械臂控制模块进行通信，机械臂控制模块接受微控制器的信号后立即终止轨道机械臂取回晶圆的过程。
微控制器将该偏移的位置信息，传递给步进电机，步进电机负载着调节装置进行对应调整，再次测距后，等晶圆的偏移量调节满足误差范围后，机械臂控制模块命令轨道机械臂重新执行取回晶圆的过程。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (13)
1.一种晶圆校准装置，其特征在于，包括检测装置和调节装置（5）；
所述检测装置用于检测晶圆（3）偏离标准位置的偏移量；
所述调节装置（5）用于根据检测装置检测到晶圆（3）的偏移量，对晶圆（3）的位置进行调节，使晶圆（3）的位置与标准位置的误差满足要求；
其中，所述调节装置（5）至少包括平移机构（521），所述平移机构（521）至少包括滑动导轨（5211）以及在滑动导轨（5211）上滑动的滑块（5212），所述滑动导轨（5211）设置于可沿水平方向周向转动的装置上，以使安装在滑动导轨（5211）上的所述滑块（5212）在水平位置处进行周向的变动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置包括多个光电传感器组（41），每个光电传感器组（41）包括多个光电传感器（411），多个光电传感器（411）距离标准位置的中心的距离不同；
每个光电传感器组（41）的多个光电传感器（411）均位于以距离标准位置的中心为圆心，以晶圆（3）的半径为半径的范围内；
每个光电传感器组（41）中，距离标准位置的中心最远的光电传感器（411）至标准位置的中心的距离等于晶圆（3）的半径。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，多个所述光电传感器组（41）围绕标准位置的中心圆周阵列设置，每个光电传感器组（41）的光电传感器（411）的连线经过标准位置的中心；两组所述光电传感器组（41）之间的连线经过标准位置的中心且呈中心对称设置。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述光电传感器（411）包括光源发生器（4111）和信号接收器（4112），所述光源发生器（4111）和信号接收器（4112）上下位置相对设置，晶圆（3）被固定时位于光源发生器（4111）和信号接收器（4112）之间。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调节装置（5）包括用于对晶圆（3）进行固定或释放的松紧组件（51）以及在松紧组件（51）对晶圆（3）固定的情况下根据晶圆（3）的偏移量进行调节的微调组件，所述微调组件包括所述平移机构（521）。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述松紧组件（51）包括真空吸板（511），所述真空吸板（511）设置有吸附面（5111），所述吸附面（5111）在外部真空源的作用下吸附于晶圆（3）表面。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述微调组件还包括设置在所述平移机构（521）的滑块（5212）上的垂直升降机构，所述真空吸板（511）设置于垂直升降机构上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述平移机构（521）还包括：驱动滑块（5212）在滑动导轨（5211）上滑动的驱动件。
9.一种晶圆校准方法，其特征在于，包括：
检测晶圆（3）偏离标准位置的偏移量；
根据检测到晶圆（3）的偏移量，对晶圆（3）的位置进行调节，使晶圆（3）的位置与标准位置的误差满足要求；
其中，对晶圆（3）的位置进行调节的装置至少包括平移机构（521），所述平移机构（521）至少包括滑动导轨（5211）以及在滑动导轨（5211）上滑动的滑块（5212），所述滑动导轨（5211）设置于可沿水平方向周向转动的装置上，以使安装在滑动导轨（5211）上的所述滑块（5212）在水平位置处进行周向的变动。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据检测到晶圆（3）的偏移量，对晶圆（3）的位置进行调节，使晶圆（3）的位置与标准位置的误差满足要求具体包括：
垂直升降机构带动真空吸板（511）上升，直至真空吸板（511）的吸附面（51111）吸附于晶圆（3）表面；
驱动件驱动滑块（5212）在滑动导轨（5211）上进行滑动，滑块（5212）在滑动的同时带着垂直升降机构和晶圆（3）进行平移，实现对晶圆（3）位置的调节。
11.一种晶圆校准系统,其特征在于，包括：
检测模块，用于检测晶圆（3）偏离标准位置的偏移量；
调节模块，用于根据检测模块检测到晶圆（3）的偏移量，对晶圆（3）的位置进行调节，使晶圆（3）的位置与标准位置的误差满足要求；
其中，所述调节模块至少包括平移机构（521），所述平移机构（521）至少包括滑动导轨（5211）以及在滑动导轨（5211）上滑动的滑块（5212），所述滑动导轨（5211）设置于可沿水平方向周向转动的装置上，以使安装在滑动导轨（5211）上的所述滑块（5212）在水平位置处进行周向的变动。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括：
控制模块，用于根据检测模块检测晶圆（3）偏离标准位置的偏移量后控制调节模块对晶圆（3）的偏移量进行调节；
机械臂控制模块，与控制模块通信连接，用于在晶圆（3）的位置与标准位置的误差满足要求后控制轨道机械臂取回晶圆。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述检测模块包括光电传感器。
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