CN113990794A - 一种晶圆对中装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆对中装置，包括：对中罩，对中罩包括具有向上敞口的罩体，罩体的内壁直径自下而上呈渐增设置，罩体自边缘向中心处依次沿内壁的延伸方向凹陷形成至少一个用于向上托持晶圆且与水平面齐平的托持平台；顶起机构，顶起机构固定设置于对中罩的下方且用于穿过对中罩并向上顶起搁置于托持面上的晶圆，顶起机构包括驱动单元以及至少三个用于顶起晶圆的顶杆；其中，托持平台的边缘直径与晶圆的直径相等，径向相邻的托持平台沿罩体的径向向内方向呈逐级降低设置。通过本申请，避免了减薄后的晶圆在对中时被损坏边缘或者被夹碎，以减低生产损耗，同时简化对中步骤而提高对中的效率；并且实现了对不同尺寸晶圆的对中。

Description

一种晶圆对中装置

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种晶圆对中装置。

背景技术

在晶圆制造的过程中，通常采用自动化设备来实施工艺流程，例如在一些需要转运晶圆的场合，经常会采用机械手来转运晶圆。在采用自动化设备对晶圆实施工艺时，晶圆的位置坐标较为关键。晶圆的位置坐标是否准确决定了自动化设备是否能顺利的对晶圆实施工艺流程，如果晶圆的位置坐标出现偏差，自动化设备将无法正确的实施操作，甚至有可能导致晶圆的制程(Recipe)出现严重错误进而导致晶圆上表面的芯片区的制程错误并导致晶圆的整体报废。因此在自动化设备对晶圆实施工艺流程之前，需要对晶圆进行对中来确定晶圆圆心的位置坐标。

申请人经过检索后发现公开号为CN112635380A的中国发明专利公开了一种晶圆对中装置，在该现有技术中，设有沿着预定方向间隔布置的第一对中调整构件和第二对中调整构件以及第一驱动机构，通过第一驱动机构驱动第一对中调整构件和第二对中调整构件同步的彼此靠近或者远离，从而实现第一对中调整构件以及第二对中调整件共同夹持晶圆，以此来对晶圆进行对中。

首先，该现有技术无法保证在对中过程中不会将晶圆损坏，尤其是对于进行减薄工艺后的晶圆而言，晶圆在减薄后会变脆。该现有技术采用两边共同夹持晶圆的对中方法，容易对晶圆的边缘处造成损伤，甚至将晶圆整体夹碎，从而增加生产损耗。其次，该现有技术需要通过第一驱动机构驱动第一对中调整构件以及第二对中调整构件的同步靠近来夹持晶圆，然后再通过第二驱动机构来升降晶圆。因此整个对中过程复杂，降低了生产效率。

有鉴于此，有必要对现有技术中的晶圆对中装置予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆对中装置，用以解决现有技术中的晶圆对中装置所存在的缺陷，尤其是为了避免减薄后的晶圆在对中时被损坏边缘或者被夹碎，以减低生产损耗，同时简化对中步骤而提高对中的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆对中装置，包括：

对中罩，所述对中罩包括具有向上敞口的罩体，所述罩体的内壁直径自下而上呈渐增设置，所述罩体自边缘向中心处依次沿内壁的延伸方向凹陷形成至少一个用于向上托持晶圆且与水平面齐平的托持平台；

顶起机构，所述顶起机构固定设置于所述对中罩的下方且用于穿过所述对中罩并向上顶起搁置于所述托持面上的晶圆，所述顶起机构包括驱动单元以及至少三个用于顶起晶圆的顶杆；

其中，所述托持平台的边缘直径与晶圆的直径相等，径向相邻的所述托持平台沿所述罩体的径向向内方向呈逐级降低设置。

作为本发明的进一步改进，所述顶杆呈几何对称分布且几何对称中心与所述对中罩的圆心在水平面上的投影重合，所述顶杆的顶端位于统一水平面内。

作为本发明的进一步改进，所述顶杆的顶端设置用于吸附晶圆下表面的吸盘。

作为本发明的进一步改进，还包括：用于稳定所述驱动单元的固定件，所述固定件包括与水平面平行的水平段以及垂直于水平面的竖直段，所述水平段固定于水平面上，所述竖直段固定所述驱动单元。

作为本发明的进一步改进，所述托持面嵌设有若干用于感应晶圆的传感器，所述传感器与所述驱动单元以及所述吸盘电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述罩体开设供机械臂夹持晶圆的缺口。

作为本发明的进一步改进，所述驱动单元的四周围设至少三根用于固定支撑所述对中罩的支撑杆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，在本申请中，对中罩包括具有向上敞口的罩体，罩体的内壁直径自下而上呈渐增设置，罩体自边缘向中心处依次沿内壁的延伸方向凹陷形成至少一个用于向上托持晶圆且与水平面齐平的托持平台，且托持平台的边缘直径与晶圆的直径相等，晶圆通过内壁滑落至托持平台上实现对中，对中罩的下方固定设置顶起机构，顶起机构包括用于向上顶起晶圆的顶杆，从而避免了减薄后的晶圆在对中时因受水平夹持力而被损坏边缘或者被夹碎的情况，从而降低了生产消耗，并且减少了对中步骤，提高了对中效率；其次，通过设置至少两个及两个以上且尺寸不同的托持平台，以实现了同一晶圆对中装置对不同尺寸晶圆的对中，从而提高了晶圆对中装置的适用性与便捷性。

附图说明

图1为本发明所揭示的一种晶圆对中装置的立体图；

图2为本发明中对中罩的立体图；

图3为图2所示对中罩的俯视图；

图4为本发明中顶起机构的一个视角的立体图；

图5为本发明中顶起机构的另一视角的立体图；

图6为本发明中顶起机构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“正方向”、“负方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术方案的限制。

参图1至图6所示出的本发明一种晶圆对中装置的一种具体实施方式。该晶圆对中装置对不同尺寸的晶圆执行对中，尤其是对经过减薄工艺后的晶圆执行对中操作时，最大限度的保护晶圆，以避免晶圆被损坏。结合图1所示，在本实施例中，该晶圆对中装置包括：对中罩10以及设置于对中罩10下方的顶起机构20。对中罩10用于收容并对中晶圆，顶起机构20用于将已经在对中罩10内完成对中的晶圆顶起，并通过机械臂运送至下一工位。

结合图2至图3所述，在本实施例中，对中罩10包括呈类漏斗形的罩体11，罩体11具有向上的敞口且罩体11的内壁111直径自下而上呈渐增设置(即罩体11沿轴线方向向上呈轴向外扩设置)。罩体11自边缘向中心依次沿内壁111的延伸方向凹陷形成至少一个托持平台12，托持平台12用于向上托持晶圆且托持平台12与水平面齐平。托持平台12的边缘直径与待对中的晶圆的直径相等。以附图所示具体说明，本实施例中，罩体11自边缘向中心依次沿内壁111的延伸方向凹陷形成两个托持平台12，其包括第一托持平台121以及位于第一托持平台121径向内侧的第二托持平台122,。其中，第一托持平台121的边缘直径大于第二托持平台122的直径，第一托持平台121的边缘直径为8寸以用于对中8寸晶圆，第二托持平台122的边缘直径为6寸以用于对中6寸晶圆，第二托持平台122低于第一托持平台121设置，从而实现一个晶圆对中装置可以对不同尺寸的晶圆执行对中，增加了晶圆对中装置的应用范围，提高了装置的适应性与便捷性。进一步地，本发明在具体实施时，对于形成托持平台122的个数并不作具体限制，只需径向相邻的两个托持平台122沿罩体11的径向方向上呈逐级降低设置，从而不造成干涉即可；同时，托持平台122的边缘尺寸也不作具体限制，只需托持平台122的边缘直径等于待对中的晶圆直径即可，托持平台122的边缘直径的具体数值以及组合方式可根据实际使用情况得出。

进一步地，参图2至图3所示，对中罩10还包括开设于罩体11上的缺口13以及固定于罩体11下端的固定块14。当晶圆通过对中罩10对中后，机械臂可以通过缺口13夹取被顶起的晶圆。固定块14上开设有若干安装孔141以及通孔142。罩体11的内壁111与托持平台12形成夹角α，罩体11的内壁111用于将晶圆平稳且安全的引导至托持平台12上，夹角α的数值范围为大于0°且小于90°，优选的，夹角α选用60°时，内壁111的引导效果最佳。当晶圆滑落至托持平台12后，对中罩10的圆心A与晶圆的圆心在水平面上的投影重合时，对中完成。

参图4至图6所示，对中罩10的下方固定设置顶起机构20，顶起机构20包括：底板21、设置在底板21上且呈竖直向上布置的驱动单元23，在本实施例中，驱动单元23选用气缸，优选地，气缸选用伺服气缸。驱动单元23包括本体231以及执行杆232，其中，执行杆232的顶部横向固定设置有顶板24，执行杆232用于平稳的抵持顶板24以执行上升与下降的动作。顶板24的上表面竖直向上凸伸设置四个用于向上顶起晶圆的顶杆25，需要说明的是，在本实施例中，顶板24的上表面凸伸设置四根顶杆25，但是本发明在实际实施时，顶杆25的数量大于或等于三根即可稳定支撑顶起的晶圆，因为当给晶圆提供三个以上的支撑点时，晶圆便不易掉落。

具体地，结合图4与图5所示，底板21上设置若干固定孔211，底板21通过固定孔211固定于水平面上，以保证晶圆对中装置整体呈竖直布置，从而避免影响晶圆被顶起后的稳定性。顶起机构20还包括固定件26用于固定且支撑驱动单元23。固定件26包括与底板21平行的水平段262以及垂直于底板21的竖直段261，其中，水平段262固定于底板21的上表面，竖直段261与驱动单元23的本体231固定，用于支撑本体231并保持执行杆232竖直向上顶起晶圆，从而避免晶圆对中装置在长时间的使用后，执行杆232的顶起角度偏移以影响晶圆对中的准确性。驱动单元23包括两根执行杆232用于顶起顶板24，顶板24的形状为呈几何对称的蝶形，两根执行杆232的对称中心与顶板24的对称中心在水平面上的投影重合，以保证执行杆232在顶起顶板24时，实现顶板24的受力均匀，从而保证顶板24沿竖直方向上升起与降落。驱动单元23的四周围设三根支撑杆22，支撑杆22的顶端通过安装孔141与对中罩10固定，支撑杆22用于向上顶起对中罩10。

进一步的，结合图6所示，顶板24上竖直凸伸顶杆25，四根顶杆25呈几何对称分布且几何中心B与对中罩10的圆心A在水平面上的投影重合，同时，四根顶杆25的几何中心B也与晶圆的圆心在水平面上的投影重合。因此顶杆25在向上顶起晶圆时，顶杆25对晶圆提供的向上的支撑力以晶圆的圆心为对称中心呈几何对称分布，从而使得晶圆在竖直方向上的受力分布均匀，由于晶圆的自身质量分布均匀，因此，有效避免了晶圆在顶起过程中由于受力不均匀而产生损伤或者整块破碎。

结合图1至图6，对本发明的具体实施方法作详细阐述，放置晶圆之前需要通过驱动单元23将顶杆25顶起。待顶杆25完全顶起后，将需要对中的晶圆搁置在顶杆25上，驱动单元23将执行杆232缓慢的下降以保证不损坏晶圆。由于晶圆的圆心未对中，晶圆在与对中罩10的中心A偏离的方向上与内壁111产生接触，从而使得内壁111对晶圆施加反向力，因此在顶杆25带动晶圆下降的过程中，内壁111持续对晶圆施加水平方向的力用于修正晶圆，直至晶圆落至托持平台12上。此处需要说明的是，为了避免晶圆在下落至托持平台12的过程中产生损伤，作为本实施例的进一步延伸，内壁111的表面设置柔性材料，通过柔性材料来使晶圆与对中罩10的内壁111产生柔性接触，从而保护与内壁111接触处的晶圆而保证晶圆不被划伤或破坏。落至托持平台12上的晶圆完成对中，此时驱动单元23的执行杆232穿过通孔142竖直向上顶起晶圆，需要说明的是，作为本发明的进一步延伸，顶杆25的顶端(即顶杆25与晶圆的接触位置)设置用于吸附晶圆下表面的吸盘(未示出)。吸盘与收容于顶杆内的吸气通道(未示出)连接，并通过吸气通道连接至负压发生装置(未示出)，负压发生装置通过营造吸盘内的负压环境，并利用大气压强将吸盘吸附至晶圆的下表面，从而避免外在环境因素对顶起过程中的晶圆产生干扰，以避免晶圆在水平方向上产生偏移、倾斜或者掉落，从而提高了对晶圆的对中精度。进一步地，在前述晶圆下落的过程中，吸盘不吸附至晶圆的下表面以保证晶圆能沿内壁111下落的过程中在水平方向上进行修正。前述晶圆下表面是指晶圆的衬底(Substrate)并反向于通过光刻、刻蚀、扩散、成膜等工艺所形成的芯片区。机械臂通过设置在对中罩10上的缺口13夹持被顶杆25顶起的晶圆并执行下一工序，此时，顶杆25下降收回，等待下一个待对中的晶圆。作为本发明的进一步延伸，为了实现顶起晶圆的自动化，托持平台12上与晶圆接触的位置处环形嵌设用于感应晶圆的传感器(未示出)，传感器(未示出)与驱动单元以及吸盘(未示出)电性连接，当感应器(未示出)感应到晶圆落至托持平台12后，传感器(未示出)将捕捉的信息传递给驱动单元23与吸盘(未示出)，此时驱动单元23驱动执行杆232向上顶起，并且吸盘(未示出)吸附住晶圆的下表面，以完成晶圆的顶起操作。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种晶圆对中装置，其特征在于，包括：

对中罩，所述对中罩包括具有向上敞口的罩体，所述罩体的内壁直径自下而上呈渐增设置，所述罩体自边缘向中心处依次沿内壁的延伸方向凹陷形成至少一个用于向上托持晶圆且与水平面齐平的托持平台；

顶起机构，所述顶起机构固定设置于所述对中罩的下方且用于穿过所述对中罩并向上顶起搁置于所述托持面上的晶圆，所述顶起机构包括驱动单元以及至少三个用于顶起晶圆的顶杆；

其中，所述托持平台的边缘直径与晶圆的直径相等，径向相邻的所述托持平台沿所述罩体的径向向内方向呈逐级降低设置。

2.根据权利要求1所述的晶圆对中装置，其特征在于，所述顶杆呈几何对称分布且几何对称中心与所述对中罩的圆心在水平面上的投影重合，所述顶杆的顶端位于统一水平面内。

3.根据权利要求2所述的晶圆对中装置，其特征在于，所述顶杆的顶端设置用于吸附晶圆下表面的吸盘。

4.根据权利要求3所述的晶圆对中装置，其特征在于，所述托持面嵌设有若干用于感应晶圆的传感器，所述传感器与所述驱动单元以及所述吸盘电性连接。

5.根据权利要求1所述的晶圆对中装置，其特征在于，还包括：用于稳定所述驱动单元的固定件，所述固定件包括与水平面平行的水平段以及垂直于水平面的竖直段，所述水平段固定于水平面上，所述竖直段固定所述驱动单元。

6.根据权利要求1所述的晶圆对中装置，其特征在于，所述罩体开设供机械臂夹持晶圆的缺口。

7.根据权利要求1所述的晶圆对中装置，其特征在于，所述驱动单元的四周围设至少三根用于固定支撑所述对中罩的支撑杆。

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