CN114695227B - 一种载台系统及采用该载台系统的晶圆驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种载台系统及采用该载台系统的晶圆驱动方法，属于半导体检测及加工设备领域；载台系统包括机架、侧边梁、晶圆载台、摩擦传动机构、X轴横梁、X轴驱动组、Y轴驱动组和消反力组件；消反力组件用于对晶圆载台和摩擦传动机构横向力和相对于质心扭矩的抵消；晶圆驱动方法包括晶圆上料、初始定位、定位校正、过程调整和晶圆下料；通过本方案可以为机台提供柔性支撑，载盘能够采用摩擦传动机构是此案低成本高精度的载件角度调节，并为机台上部件的滑移、转动等带来的振动提供惯性力和扭矩抵消的消反力组件，保证了系统的稳定性和精度，便于在晶圆、光伏硅片、显示屏等产品的高精稳定承载领域推广应用。

Description

一种载台系统及采用该载台系统的晶圆驱动方法
技术领域
本发明属于半导体检测及加工设备领域，涉及高精密驱动载台技术，具体公开了一种载台系统及采用该载台系统的晶圆驱动方法。
背景技术
在检测、加工技术中，一般需要一个待检测或待加工物料的载台，载台一般需要升降、旋转转动，且在需要停止转动时，需要驱控的主动刹车制动或被动的阻尼刹车制动。其次，在刹车或制动过程中，需要尽可能的降低刹车或制动的距离或旋转角度。当前对于载台的主驱动机构，包括升降功能(升降气缸等驱控)，也可以包括转动(如转盘机构)，然而对于二者合一的主驱动机构成本高，且转角驱控精度不高。其次，在检测扫描或加工过程中，同时带来引起震动的力和扭矩因素，导致晶圆检测的定位精度进一步降低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种载台系统及采用该载台系统的晶圆驱动方法，其能解决上述问题。
一种晶圆检测用载台系统，载台系统包括机架、侧边梁、晶圆载台、摩擦传动机构、X轴横梁、X轴驱动组、Y轴驱动组和消反力组件。两个侧边梁相对的纵向设置在所述机架上；所述X轴横梁横向的设置在两个所述侧边梁之间；所述晶圆载台和摩擦传动机构相对的设置在所述X轴横梁两侧，且所述摩擦传动机构在X轴向与所述晶圆载台同步运行；所述X轴驱动组设置在X轴横梁与晶圆载台之间，驱动晶圆载台和摩擦传动机构同步的沿着所述X轴横梁横向移动，同时晶圆载台的载盘转动，从而调整晶圆角度；两个所述Y轴驱动组设置在侧边梁与晶圆载台之间，驱动晶圆载台和摩擦传动机构同步的沿着所述Y轴驱动组纵向移动；所述消反力组件中的两个X轴消反力组件相对的设置在所述机架的纵向两端，所述消反力组件中的两个Y轴消反力组件相对的设置在两个所述侧边梁外侧，用于对所述晶圆载台和摩擦传动机构横向力和相对于质心扭矩的抵消。
进一步的，所述晶圆载台包括载台底脚、载台底座、载台上座、载台主轴、晶圆载盘、载台外端板和载台闭合板；其中，所述载台底座通过多个所述载台底脚被浮动或滑动地支撑在机架上；所述载台上座和载台外端板相对的设置在所述载台底座纵向的两端；所述载台主轴竖直的设置在所述载台底座和载台上座开设的承载孔中，所述晶圆载盘的底面中部固定至所述载台主轴的顶面；所述载台闭合板从顶部跨设的连接所述载台上座和载台外端板，下部空间用于设置所述X轴横梁，载台闭合板上表面用于支撑所述摩擦传动机构。
进一步的，所述摩擦传动机构包括摩擦传动带、摩擦传动带支撑组件、摩擦轮气缸组件、摩擦滚轮和刹车片；其中，所述摩擦传动带通过所述摩擦传动带支撑组件横向支撑的安装在所述X轴横梁上，所述摩擦轮气缸组件和摩擦滚轮设置在所述载台闭合板上，所述刹车片可拆卸的设置在所述晶圆载盘的外周面上，所述摩擦滚轮和所述刹车片相对的布置在所述摩擦传动带两侧，在需要角度调节时，通过所述摩擦轮气缸组件顶推摩擦滚轮将摩擦传动带抵接于刹车片上。
进一步的，所述载台主轴轴向驱动的设置在所述载台底座和载台上座开设的承载孔中，主动的驱动所述晶圆载盘转动。
进一步的，所述载台主轴浮动的嵌设在所述载台底座和载台上座开设的承载孔中，由所述摩擦传动机构驱动从而被动的使所述晶圆载盘转动。
进一步的，所述晶圆载台还包括主轴气浮定位单元，两个所述主轴气浮定位单元相对的固定至所述载台上座上，主轴气浮定位单元的下部底面固定至载台上座的上表面，主轴气浮定位单元的上部顶面固定至晶圆载盘的底面，所述主轴气浮定位单元的上部和底部交叉布置并通过真空吸合刹车定位。
进一步的，系统还包括移动监测组件和缓冲组件，所述移动监测组件用于监测晶圆载台和摩擦传动机构的移动状态，所述缓冲组件用于对X轴横梁的横向和纵向的移动缓冲限位。
本发明还公开了一种采用前述载台系统的晶圆驱动方法，方法包括：
S1、晶圆上料，晶圆通过机械手放置在晶圆载盘上；
S2、初始定位，确定晶圆当前位置及其需要达到检测或加工初始位置所需转过的角度α；
S3、定位校正，其次，晶圆载台、摩擦传动机构、X轴驱动组和Y轴驱动组联动，将晶圆转过角度α，调整到检测或加工的初始位置；
S4、过程调整，晶圆载台和摩擦传动机构整体通过X轴驱动组和Y轴驱动组驱动，实现晶圆的横向和纵向滑移调节，同时对晶圆进行检测或加工，直至检测或加工结束；
S5、晶圆下料，通过晶圆载盘破真空，或吸吹使其悬浮，机械手将晶圆移走下料。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过本发明的载台系统和晶圆驱动方法，可以为机台提供柔性支撑，载盘能够采用摩擦传动机构低成本高精度的完成载件的角度调节，并为机台上部件的滑移、转动等带来的振动提供惯性力和扭矩抵消的消反力组件，保证了系统的稳定性和精度，便于在晶圆、光伏硅片、显示屏等产品的高精稳定承载领域推广应用。
附图说明
图1为载台系统一个视角的装配示意图；
图2为载台系统另一视角的示意图；
图3为晶圆载台的结构示意图；
图4为晶圆初始定位示意图；
图5为晶圆驱动方法的流程图。
图中：
100、机架；101、底板；102、支腿；103、地脚；
200、侧边梁；
300、晶圆载台；301、载台底脚；302、载台底座；303、载台上座；304、载台主轴；305、晶圆载盘；306、载台外端板；307、载台闭合板；308、主轴气浮定位单元；
400、摩擦传动机构；401、摩擦传动带；402、摩擦传动带支撑组件；403、摩擦轮气缸组件；404、摩擦滚轮；405、刹车片；
500、X轴横梁；
600、X轴驱动组；
700、Y轴驱动组；
800、消反力组件；801、X轴消反力组件；802、Y轴消反力组件；
900、移动监测组件；
1000、缓冲组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种晶圆检测用载台系统，参见图1和图2，载台系统包括机架100、侧边梁200、晶圆载台300、摩擦传动机构400、X轴横梁500、X轴驱动组600、Y轴驱动组700、消反力组件800、移动监测组件900和缓冲组件1000。
布置关系：两个侧边梁200相对的纵向设置在所述机架100上。所述X轴横梁500横向的设置在两个所述侧边梁200之间。所述晶圆载台300和摩擦传动机构400相对的设置在所述X轴横梁500两侧，且所述摩擦传动机构400在X轴向与所述晶圆载台300同步运行。所述X轴驱动组600设置在X轴横梁500与晶圆载台300之间，驱动晶圆载台300和摩擦传动机构400同步的沿着所述X轴横梁500横向移动，同时晶圆载台300的载盘转动，从而调整晶圆角度。两个所述Y轴驱动组700设置在侧边梁200与晶圆载台300之间，驱动晶圆载台300和摩擦传动机构400同步的沿着所述Y轴驱动组700纵向移动。所述消反力组件800中的两个X轴消反力组件801相对的设置在所述机架100的纵向两端，所述消反力组件800中的两个Y轴消反力组件802相对的设置在两个所述侧边梁200外侧，用于对所述晶圆载台300和摩擦传动机构400横向力和相对于质心扭矩的抵消。所述移动监测组件900用于监测晶圆载台300和摩擦传动机构400的移动状态，所述缓冲组件1000用于对X轴横梁500的横向和纵向的移动缓冲限位。
机架
机架100包括底板101、支腿102和地脚103，通过所述支腿102和地脚103将两个侧边梁200相对水平支撑，所述底板101的横向两端的顶面连接至两个所述侧边梁200的底面。本方案中，未将底板101直接支撑在支腿102上，而是通过侧边梁200间接的支撑，且侧边梁200与两端的两根支腿102顶部采用气动悬浮支撑或空气弹簧支撑转接。当然，也可以采用直接将底板101连接在支腿102上的常规方式，此处不做为优选方案。
底板101和两个侧边梁200采用低热变系数的材质构成，如大理石、低热变合金等，以提高系统的精度。
晶圆载台
参见图3，晶圆载台300包括载台底脚301、载台底座302、载台上座303、载台主轴304、晶圆载盘305、载台外端板306和载台闭合板307。
其中，载台底座302通过多个所述载台底脚301被浮动或滑动地支撑在机架100上；所述载台上座303和载台外端板306相对的设置在所述载台底座302纵向的两端；所述载台主轴304竖直的设置在所述载台底座302和载台上座303开设的承载孔中，所述晶圆载盘305的底面中部固定至所述载台主轴304的顶面；所述载台闭合板307从顶部跨设的连接所述载台上座303和载台外端板306，下部空间用于设置所述X轴横梁500(X轴横梁500从下部空间横向的穿过)，载台闭合板307上表面用于支撑所述摩擦传动机构400。
对于载台主轴304，有两种支撑或连接方式，主动驱动和被动驱动两种，具体如下。
常规的是主动驱动，如电机驱动，载台主轴304作为一种动子轴，具体为：载台主轴304轴向驱动的设置在所述载台底座302和载台上座303开设的承载孔中，主动的驱动所述晶圆载盘305转动。
优选的方案为被动驱动，具体为：载台主轴304浮动的嵌设在所述载台底座302和载台上座303开设的承载孔中，由所述摩擦传动机构400驱动从而被动的使所述晶圆载盘305转动。
针对被动驱动的方案，配套的为了提高载台主轴304的稳定性，所述晶圆载台300还包括主轴气浮定位单元308。两个所述主轴气浮定位单元308相对的固定至所述载台上座303上，主轴气浮定位单元308的下部底面固定至载台上座303的上表面，主轴气浮定位单元308的上部顶面固定至晶圆载盘305的底面，所述主轴气浮定位单元308的上部和底部交叉布置并通过真空吸合刹车定位。
其中，晶圆载盘305采用吸盘模式，也可以采用吸吹组合模式，用以吸附载盘并随晶圆载盘305联动。
摩擦传动机构
摩擦传动机构400，参见图1，包括摩擦传动带401、摩擦传动带支撑组件402、摩擦轮气缸组件403、摩擦滚轮404和刹车片405。
其中，摩擦传动带401通过摩擦传动带支撑组件402横向支撑的安装在所述X轴横梁500上，摩擦轮气缸组件403和摩擦滚轮404设置在所述载台闭合板307上，刹车片405可拆卸的设置在所述晶圆载盘305的外周面上，所述摩擦滚轮404和所述刹车片405相对的布置在所述摩擦传动带401两侧，在需要角度调节时，通过所述摩擦轮气缸组件403顶推摩擦滚轮404将摩擦传动带401抵接于刹车片405上。
针对载台主轴304的主动驱动方式，摩擦传动机构400的作用仅起到刹车助力的作用，使得载台主轴304的刹车精度提高。
针对载台主轴304的被动驱动方式，摩擦传动机构400的作用不仅起到刹车作用，主要通过刹车起到调整载台主轴304的角度调节。
晶圆载台和摩擦传动机构整体横移纵移驱动
参见图1和图2，X轴横梁500的两端外侧通过所述Y轴驱动组700纵向滑动的连接至两个所述侧边梁200上，并以此驱动晶圆载台300和摩擦传动机构400纵向滑移。
所述X轴驱动组600的定子部分横向的固定至所述X轴横梁500上，X轴驱动组600的动子部分固定至所述晶圆载台300的载台上座303上，以此驱动晶圆载台300和摩擦传动机构400横向滑移。
晶圆调节
参见图4和图5，首先，晶圆上料，晶圆通过机械手(带有吸盘或卡盘chuck)放置在晶圆载盘305上，在图4a处，为晶圆(图示带缺口圆盘)放到晶圆载盘305的初始位置；其次，需要对晶圆定位校正，将其调整至图4b的位置处，作为检测或加工的初始点；再次，晶圆载台300和摩擦传动机构400整体通过X轴驱动组600和Y轴驱动组700驱动实现晶圆的横向和纵向滑移调节，同时对晶圆进行检测或加工，直至检测或加工结束。最后卸料，通过晶圆载盘305破真空，或吸吹使其悬浮，机械手(带有吸盘或卡盘chuck)将晶圆移走。
其中，在晶圆检测扫描或加工过程中，晶圆载台300、摩擦传动机构400需要在平面内横向和纵向移动，此时，晶圆载台300、摩擦传动机构400、X轴驱动组600和Y轴驱动组700会产生力，容易使得系统产生振动，因此通过消反力组件800进行力和力矩的抵消。具体公式如下：
Figure BDA0003570898580000091
式中，F为X轴驱动组600产生的驱动力，c为其到质心的垂直距离；f1为摩擦传动机构400产生的摩擦力，a为其对应的到质心的垂直距离；f2为晶圆载台300产生的摩擦力，b为其对应的到质心的垂直距离。
以此实现系统的减震，保证了晶圆在检测或加工过程中的稳定性和精度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种载台系统，其特征在于：载台系统包括机架(100)、侧边梁(200)、晶圆载台(300)、摩擦传动机构(400)、X轴横梁(500)、X轴驱动组(600)、Y轴驱动组(700)和消反力组件(800)；
两个侧边梁(200)相对的纵向设置在所述机架(100)上；
所述X轴横梁(500)横向的设置在两个所述侧边梁(200)之间；
所述晶圆载台(300)和摩擦传动机构(400)相对的设置在所述X轴横梁(500)两侧，且所述摩擦传动机构(400)在X轴向与所述晶圆载台(300)同步运行；
其中，所述晶圆载台(300)包括载台底脚(301)、载台底座(302)、载台上座(303)、载台主轴(304)、晶圆载盘(305)、载台外端板(306)和载台闭合板(307)；其中，所述载台底座(302)通过多个所述载台底脚(301)被浮动或滑动地支撑在机架(100)上；所述载台上座(303)和载台外端板(306)相对的设置在所述载台底座(302)纵向的两端；所述载台主轴(304)竖直的设置在所述载台底座(302)和载台上座(303)开设的承载孔中，所述晶圆载盘(305)的底面中部固定至所述载台主轴(304)的顶面；所述载台闭合板(307)从顶部跨设的连接所述载台上座(303)和载台外端板(306)，下部空间用于设置所述X轴横梁(500)，载台闭合板(307)上表面用于支撑所述摩擦传动机构(400)；
所述摩擦传动机构(400)包括摩擦传动带(401)、摩擦传动带支撑组件(402)、摩擦轮气缸组件(403)、摩擦滚轮(404)和刹车片(405)；其中，所述摩擦传动带(401)通过所述摩擦传动带支撑组件(402)横向支撑的安装在所述X轴横梁(500)上，所述摩擦轮气缸组件(403)和摩擦滚轮(404)设置在所述载台闭合板(307)上，所述刹车片(405)可拆卸的设置在所述晶圆载盘(305)的外周面上，所述摩擦滚轮(404)和所述刹车片(405)相对的布置在所述摩擦传动带(401)两侧；在需要角度调节时，通过所述摩擦轮气缸组件(403)顶推摩擦滚轮(404)将摩擦传动带(401)抵接于刹车片(405)上；
针对载台主轴(304)的主动驱动方式，摩擦传动机构(400)起到刹车助力的作用，使得载台主轴304的刹车精度提高；
针对载台主轴(304)的被动驱动方式，摩擦传动机构(400)通过刹车起到调整载台主轴(304)的角度调节作用；
所述X轴驱动组(600)设置在X轴横梁(500)与晶圆载台(300)之间，驱动晶圆载台(300)和摩擦传动机构(400)同步的沿着所述X轴横梁(500)横向移动，同时晶圆载台(300)的载盘转动，从而调整晶圆角度；
两个所述Y轴驱动组(700)设置在侧边梁(200)与晶圆载台(300)之间，驱动晶圆载台(300)和摩擦传动机构(400)同步的沿着所述Y轴驱动组(700)纵向移动；
所述消反力组件(800)中的两个X轴消反力组件(801)相对的设置在所述机架(100)的纵向两端，所述消反力组件(800)中的两个Y轴消反力组件(802)相对的设置在两个所述侧边梁(200)外侧，用于对所述晶圆载台(300)和摩擦传动机构(400)横向力和相对于质心扭矩的抵消。
2.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于：所述机架(100)包括底板(101)、支腿(102)和地脚(103)，通过所述支腿(102)和地脚(103)将两个侧边梁(200)相对水平支撑，所述底板(101)的横向两端的顶面连接至两个所述侧边梁(200)的底面。
3.根据权利要求1或2所述的载台系统，其特征在于：所述载台主轴(304)轴向驱动的设置在所述载台底座(302)和载台上座(303)开设的承载孔中，主动的驱动所述晶圆载盘(305)转动。
4.根据权利要求1或2所述的载台系统，其特征在于：所述载台主轴(304)浮动的嵌设在所述载台底座(302)和载台上座(303)开设的承载孔中，由所述摩擦传动机构(400)驱动从而被动的使所述晶圆载盘(305)转动。
5.根据权利要求4所述的载台系统，其特征在于：所述晶圆载台(300)还包括主轴气浮定位单元(308)，两个所述主轴气浮定位单元(308)相对的固定至所述载台上座(303)上，主轴气浮定位单元(308)的下部底面固定至载台上座(303)的上表面，主轴气浮定位单元(308)的上部顶面固定至晶圆载盘(305)的底面，所述主轴气浮定位单元(308)的上部和底部交叉布置并通过真空吸合刹车定位。
6.根据权利要求1所述的载台系统，其特征在于：系统还包括移动监测组件(900)和缓冲组件(1000)，所述移动监测组件(900)用于监测晶圆载台(300)和摩擦传动机构(400)的移动状态，所述缓冲组件(1000)用于对X轴横梁(500)的横向和纵向的移动缓冲限位。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述载台系统的晶圆驱动方法，其特征在于，方法包括：
S1、晶圆上料，晶圆通过机械手放置在晶圆载盘(305)上；
S2、初始定位，确定晶圆当前位置及其需要达到检测或加工初始位置所需转过的角度α；
S3、定位校正，其次，晶圆载台(300)、摩擦传动机构(400)、X轴驱动组(600)和Y轴驱动组(700)联动，将晶圆转过角度α，调整到检测或加工的初始位置；
S4、过程调整，晶圆载台(300)和摩擦传动机构(400)整体通过X轴驱动组(600)和Y轴驱动组(700)驱动，实现晶圆的横向和纵向滑移调节，同时对晶圆进行检测或加工，直至检测或加工结束；
S5、晶圆下料，通过晶圆载盘(305)破真空，或吸吹使其悬浮，机械手将晶圆移走下料。
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