CN1613145A - 晶片定位方法和装置,晶片加工系统及晶片定位装置的晶片座旋转轴定位方法 - Google Patents

晶片定位方法和装置,晶片加工系统及晶片定位装置的晶片座旋转轴定位方法 Download PDF

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Abstract

在将晶片(21)的中心点(O)移动到给定位置并使该晶片的切口部分(21a)在给定方向上取向的晶片定位中，晶片座驱动装置(2，3，8或9)将晶片座(16)的旋转轴(B)定位在通过直线传感器(4)中心部分并在其延伸方向上延伸的一条直线上，并且绕旋转轴旋转其上放置有晶片的晶片座；基于晶片座的旋转角以及由直线传感器获得的其上放置有晶片的晶片座外周边缘检测结果，计算装置(24)确定晶片切口部分位置和晶片的最大或最小偏心半径，并且，从获得的结果中，当晶片中心点位于给定位置并且晶片切口部分在给定方向上取向时，用几何方法计算出晶片的旋转轴位置和旋转角；以及晶片座驱动装置(2，3，8或9)移动、旋转和停止晶片座(16)以使晶片座的旋转轴位置和旋转角与计算出的旋转轴位置和计算出的旋转角相对应。从而，提高晶片定位操作的速度和精度。

Description

晶片定位方法和装置，晶片加工系统及晶片定位装置的晶片座旋转轴定位方法
技术领域
本发明涉及一种晶片定位方法，其用于例如半导体晶片的检查、加工或传送过程等的预备阶段，并且其将晶片准确地定位在给定方向和给定位置；本发明还涉及使用该方法的晶片定位装置；以及包括该晶片定位装置并使用上述方法的晶片加工系统。
本发明还涉及一种将晶片座旋转轴定位在一条直线上的方法，该直线通过直线传感器的中心部分并在其延伸方向上延伸，该方法作为定位装置的预备步骤，该定位装置用于半导体晶片的检查、加工或传送过程等的预备阶段，并将晶片准确地定位在给定方向和给定位置；本发明还涉及使用该方法的晶片定位装置。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，多个将作为半导体器件基片的晶片装在如图1所示由多个支架构成的盒子20中，并在洁净室中传送。近来，为了很好地防止会引起晶片上精细电路发生短路的外来材料粘附到晶片上，晶片被装在密封清洁容器中进行传送。这些晶片从高度洁净的小室中的洁净容器中取出，然后再进行各种处理，例如检验和加工。此后，当用传送装置例如机器人将晶片放回盒子或洁净容器中时，为了防止例如由于晶片与盒壁之间的接触而导致晶片的损坏或跌落这样的事故，在开始装盒操作之前必须将晶片的中心点与机器人手指的中心位置对准。
在需要晶片位置信息的过程中，例如构图、沉积和化学气相沉积过程和各种检查，将晶片外周边缘的切口部分如定向平面(下文称为“OF”)和切口以及晶片中心点持续准确地定位在给定的位置是一个重要的预备阶段操作。因此，在转到前述过程之前，必须将晶片放在一般称作定位器的晶片定位装置上，检测晶片中心点的位置和切口部分的取向，将晶片准确地移动到正确的位置，然后再将晶片移交到各个加工装置、各个检测装置和机器人等。
晶片定位装置大体上包括一个被称为主轴的小圆台，小圆台的大小使得其可作为旋转轴上的晶片座，晶片置于其上。通过旋转轴的旋转使主轴与置于其上的晶片一起旋转，并利用直线传感器和角度传感器(例如编码器)检测从旋转轴或主轴的旋转轴到晶片外周边缘的偏心半径和旋转角度，从而计算出圆形晶片的中心点位置和切口部分位置。此后，在X轴和Y轴的延伸方向上将晶片移动如上所计算的距离，并旋转如上所计算的角度。从而将晶片准确地定位在给定位置和给定方向上。这样的常规定位装置已经在例如公开号为S59(1984)-147444的日本专利申请、公开号为H05(1993)-343501的日本专利申请、公开号为H06(1994)-224285的日本专利申请中提出。
例如，在公开号为H05(1993)-343501的日本专利申请中描述的装置包括在X、Y和Z轴方向上移动晶片座并旋转晶片座的驱动装置。在该装置中，对通过旋转晶片而从外周边缘检测装置中获得的数据进行A/D转换，通过DMA数据传送装置将转换后的数据直接传送到储存电路中。从而缩短了计算时间。此外，在该装置中，如图23所示，利用处理器装置、使用以下表达式，由切口部分的端点θx1以及在外周边缘上的其他三个点θx2、θx3和θx4处的晶片外周边缘信号Lx1、Lx2、Lx3和Lx4可计算出偏心量Le和偏心角θ0，其中，外周边缘上的其它三个点θx2、θx3和θx4是从θx1开始依次绕旋转轴B旋转90°而得到的：
Le＝1/2·{(Lx3-Lx1)2+(Lx4-Lx2)2}1/2
θ0＝tan-1{(Lx3-Lx1)/(Lx4-Lx2)}
这里，通过将对于前述4点获得的微小角Δθx和相应的偏心半径ΔLx之间的比值与紧邻的前一个比值ΔLx-1/Δθx-1进行储存和比较，并获得晶片旋转360°期间所述比值变成某一固定值或更大并且ΔLx达到最大值时的一个点，从而确定切口部分一端的偏心角θ0。因此，首先将晶片中心点移动到给定位置，重新取出晶片，并将旋转轴与晶片中心点对准。下一步，旋转晶片直至切口部分移动到给定位置，然后停止。从而可以将所有过程的定位时间从通常的8-10秒缩短到3-4秒。
在公开号为H06(1994)-224285日本专利申请中，使用了具有与上述类似机器结构的晶片定位装置。如图24所示，通过旋转轴B的两个正交直线与晶片外周边缘相交的四个点的偏心半径的总和约为直径的2倍。当这两条正交直线以每次确定的角度(＝约10°)旋转直至360°时，测量偏心半径an、bn、cn和dn，Ln＝an+bn+cn+dn的结果在360°角度范围内几乎是恒定的。然而，由于切口部分Ln＝an+bn+cn+dn的结果最小，从而就可获得切口部分。这里，从通过晶片中心点的垂直直线的四个偏心半径可获得旋转轴B与晶片中心点之间的偏差。
顺便提一下，在近来的半导体工艺中，为了提高生产率，晶片尺寸已经变大，例如晶片直径达到300mm，晶片重量也已经变大，是常规重量的两倍。尽管晶片尺寸增大，但仍然要求晶片定位装置具有高速度和高精度。
然而，在前述常规装置的任何一种中，对于通过旋转轴并相互垂直的直线与晶片外周边缘相交的四点，在360°范围内对每个微小角都要采集数据。因此采集和计算大量的数据很耗费时间。而且，由于晶片必须至少回转一次，也需要旋转时间。此外，在前述常规装置中，在晶片中心点对准的移动过程和切口部分角度的对准过程之间，必须要重新取回晶片。因此整体时间并没有缩短太多。
在前述传统装置的任何一种中，360°的每个分割角都是粗略的。而且，在检测切口部分时，最小点，即在表示偏心半径与旋转角度之间关系的图中(例如，如图9所示)所示的平滑线下降到的最低点，被认为是切口部分的中心，但它并不是切口部分的初始中心。因此，这样就不够准确，并且存在晶片定位精度低的难题。
为解决高速度和高精度的问题，本申请的发明人已经致力于有关定位方法的研究，这种定位方法不需要耗时的操作过程，例如重新取回晶片和在旋转中停止或重新旋转，以及会给计算装置如计算机增加负荷的处理大量数据的过程。结果，已经发现了一种和常规方法相比明显可以提高精度和缩短时间的方法，并且还开发出了一种晶片定位装置和一套晶片处理系统。
而且，为了像如前所述那样，通过旋转晶片从而计算晶片中心点的位置，在操作开始时，必须将主轴的旋转轴精确地定位在一点上，该点为主轴移动方向上的直线(一般为定位装置的X轴)与通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的直线(大体上为平行于定位装置Y轴的直线)相互垂直相交的点。否则就不能测量出从主轴的旋转轴至晶片外周边缘的正确偏心半径。
因而，在前述文献中提出的任何一种常规定位装置中，直线传感器与主轴的旋转轴之间的位置关系都如上所述那样被机械地固定。这些常规装置都是基于经过很长时间这样的位置关系也不会改变的假设。
但是，实际上，在装配定位装置时，当在半导体工厂安装定位装置时，当由于某个物体偶然撞击到直线传感器而导致位置偏差，或者更换直线传感器的时候，就需要对传感器的位置进行精细地布置。即使是熟练的工程师在这种调节的维护操作中也需要耗费相当多的时间。而且，当传感器位置仍有偏差在进行定位操作时，如果偏心度超出了某一公差，则会给出警报并将操作停止。如果偏心度在公差范围内，则晶片定位操作会继续进行，但保持这个偏心度，这常常会导致定位精度较低。
考虑到上述实际情况，本申请的发明人开发出了一种晶片座旋转轴的定位方法，其中，在开始晶片位置检测操作之前，晶片定位装置自动准确地将旋转轴定位在垂直于X轴的直线传感器中心线上，从而提高了基于后续晶片位置检测操作的晶片定位精度，并且实现了一种无需维护的晶片定位装置。
发明内容
如本发明权利要求1-7所述，通过导出常规上不使用的、全新准确并且不使用近似值的理论表达式，采集最少量的数据，并将这些数据赋值给这些表达式，从而实现上述目的。
也就是说，如权利要求1所述的本发明晶片定位方法是一种当晶片定位装置包括以下这些部件时的定位晶片方法。该晶片定位装置包括一个直线传感器，一个可在其上放置晶片的晶片座，能在二维或三维方向上移动晶片座并且驱使晶片座绕给定旋转轴旋转的晶片座驱动装置以及计算装置，该计算装置执行晶片定位的过程如下：基于晶片座驱动装置驱动晶片座旋转的旋转角以及由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，经过计算装置计算出晶片中心点位置和切口部分方向的过程，计算装置通过将晶片中心点移动到给定位置并使晶片切口部分在给定方向上取向。该方法包括：利用晶片座驱动装置将晶片座的旋转轴定位在通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的直线上，并使其上放置有晶片的晶片座绕着旋转轴旋转；基于晶片座的旋转角度和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果，确定晶片的切口部分位置以及晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，并且从这些结果中，利用计算装置用几何方法计算出当晶片中心点位于给定位置并且晶片切口部分在给定方向上取向时晶片座的旋转轴位置和旋转角；以及利用晶片座驱动装置移动、旋转和停止晶片座，从而在不用重新取回晶片的条件下使晶片座的旋转轴位置和旋转角与计算出的旋转轴位置和计算出的旋转角相对应。
根据本发明的方法，当晶片座驱动装置将晶片座的旋转轴定位在通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的直线上并且使其上放置有晶片的晶片座绕着旋转轴旋转时，直线传感器检测晶片座上晶片的外周边缘，在晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果之上，计算装置确定晶片切口部分的位置和晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，并且从这些结果中，用几何方法计算当晶片中心点位于给定位置并且晶片切口部分在给定方向上取向时晶片座的旋转轴位置和旋转角，以及利用晶片座驱动装置移动、旋转和停止晶片座，从而在不用重新取回晶片的情况下使晶片座的旋转轴位置和旋转角与计算出的旋转轴位置和计算出的旋转角相对应。因而，这样就可以省去诸如重新取回晶片或在旋转中停止和重新旋转晶片的耗时操作过程，以及会给计算装置带来负荷的处理大量数据的过程。从而可以获得比以前明显更高精度的晶片定位，并且可以缩短其操作时间。
顺便提一下，在本发明的晶片定位方法中，如权利要求2所述，基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果，计算装置可以确定α、β1、β2以及Lm，并可以用以下表达式(1)、(2)、(3)和(4)分别计算出d、θ、ΔX和ΔY：
d＝Lm-r              (1)
θ＝r+[β1+β2+arcsin{(d/r)sin(β1-α)}+arcsin{(d/r)sin(β2-α)}]/2   (2)
ΔX＝d sin(θ-α)     (3)
ΔY＝d cos(θ-α)     (4)
其中：
Lm：晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，
d：偏心中心(晶片座旋转轴)和晶片中心点之间的偏差距离，
r：晶片半径(已知数)，
θ：从晶片初始的基准位置到在给定方向上停止切口部分之间晶片座的旋转角，
α：在偏心中心处从晶片初始基准位置到偏心半径第一次成为最大值或最小值时所得到的位置之间的角度，
β1：在偏心中心处从晶片初始基准位置到切口部分首端之间的角度，
β2：在偏心中心处从晶片初始基准位置到切口部分末端之间的角度，
γ：由在给定方向上取向的切口部分和传感器方向在晶片中心点处所形成的角度(指定值)，
ΔX：X轴方向上的移动距离，和
ΔY：Y轴方向上的移动距离。
这里，切口部分两端的角度β1和β2可以用常规的已知方法确定。但是，为了追求精确性，最优选的是根据不使用近似值的表达式(6)和(7)来确定角度β1和β2。也就是，如图8所示，其中由通过旋转中心B和晶片中心点O的直线与晶片旋转中传感器的方向所构成的角度为ρ，下述表达式(8)理论地表示了与旋转角ρ有关的偏心半径L1，并且图9中表示出了其关系。
L1＝d cosρ+(r2-d2 sin2ρ)1/2      (8)
因此，对于切口部分，偏心半径Lt与实际测量值L不同。在检测差值ΔL＝Lt-L时，可获得切口部分的位置。这里，如图6所示，从晶片旋转之前的初始基准位置A0看，切口部分两端的旋转角ρ分别为β1和β2，它们比方程(8)中的ρ小，差值为α。因此，优选的是，当ΔL1从0变化到一个正值时，用下述表达式(6)确定ΔL1＝0时的角度β1，该正值与从晶片初始基准位置A0(晶片座的旋转轴)开始在偏心中心处角度的微小位移角有关，并且当ΔL2从一个正值变化到0时，用下述表达式(7)确定ΔL2＝0时的角度β2，该正值与从晶片初始基准位置A0(晶片座的旋转轴)开始在偏心中心处角度的微小位移角有关：
ΔL1＝[d cos(β1-α)+{r2-d2 sin2(β1-α)}1/2]-L    (6)
ΔL2＝[d cos(β2-α)+{r2-d2 sin2(β2-α)}1/2]-L    (7)
如上所述，优选的是使用上述不使用近似值的表达式(1)至(4)、(6)和(7)。然而，实际上，可以使用下述对表达式(2)引用泰勒展开而得到的带有微小误差的表达式(5)来代替表达式(2)：
θ＝γ+[β1+β2+(d/r){sin(β1-α)+sin(β2-α)}]/2    (5)
为了驱动晶片座旋转，从而由直线传感器采集数据并用于前述方程(1)-(7)中的计算，可以应用模拟电路控制装置。作为一种选择，也可以使用通过将360°分成4,000至80,000个脉冲而进行驱动控制的数字电路控制装置。为了达到快捷的目的，可以通过以每若干个脉冲作为一个点的方式将这些脉冲分段，从而进行驱动控制。
本发明所用的直线传感器可以是透射型直线传感器或反射型直线传感器。不过，为了防止其对精细电子元件上半导体晶片的反作用，优选的直线传感器为光学直线传感器，而不是磁性直线传感器。对于这种光学直线传感器，可以使用已知的直线传感器，例如由具有狭缝形光接收窗口的光接收装置构成的直线传感器、通过给光发射装置或光接收装置安装一拱背形透镜以进行光聚焦的直线传感器、使用激光的直线传感器、使用红外线的直线传感器、以及使用CCD光接收装置的直线传感器。本发明中直线传感器的光线可以垂直于基准板进行照射。但是当使用透射型传感器时，如果存在某种不稳定性，例如由光接收装置的直接反射光产生干涉而导致光强度的变化，那么光线可以垂直地对基准板进行照射。
在本发明中，与圆形晶片偏心量和光接收量高度精确相关的校准装置可以结合到处理直线传感器数据的装置之中，例如计算装置。此外，可以使用例如旋转编码器等旋转角传感器以便准确地检测晶片座绕着前述旋转轴的旋转角。然而，当使用步进式电动机驱动晶片座旋转时，可以省略旋转角传感器。应当注意的是，对于驱动晶片座旋转的电动机而言，除了上述的步进式电动机以外，还可以使用例如DC伺服电动机和AC伺服电动机等公知的电动机。
在本发明中，不管切口部分是通过对晶片的一部分进行线性切割而获得的OF(取向平面)还是通过对晶片外周边缘的一部分进行切割而获得的半圆形切口，都对切口部分的两端进行检测并用于计算。因此没有必要将OF与切口区分开来。然而，在传统装置的方法中，当使用OF时，由于切口部分大，误差也趋向于比较大。因此，为了在使用OF时达到精度，本发明的晶片定位方法是特别优选的。
其中，如权利要求5所述的使用本发明晶片定位方法的的本发明晶片定位装置包括：一个直线传感器、一个可在其上放置晶片的晶片座、可在二维方向或三维方向上移动晶片且绕着给定旋转轴使晶片座旋转的晶片座驱动装置以及计算装置。该晶片定位装置通过将晶片中心点移动到给定位置并将晶片切口部分在给定方向上取向来进行晶片定位，这种定位通过以下过程进行：基于由晶片座驱动装置获得的晶片座旋转角和由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，利用计算装置计算出晶片中心点位置和切口部分角度，其中晶片座驱动装置将晶片座的旋转轴定位在通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的直线上；绕着旋转轴旋转其上放置有晶片的晶片座；以及移动、旋转和停止晶片座，从而使晶片座的旋转轴位置和旋转角与由计算装置计算出的旋转轴位置和旋转角相对应，并且基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果，计算装置确定晶片的切口部分位置和晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，并且由所得到的结果，用几何方法计算出当晶片中心点位于给定位置且晶片切口部分在给定方向上取向时晶片座的旋转轴位置和旋转角。
依照本发明的晶片定位装置，就可以实施本发明的上述晶片定位方法。从而可以省去费时的操作过程，例如重新取回晶片、在旋转过程中停止或者使晶片重新旋转、以及用于处理会给计算装置带来负荷的大量数据的过程。因此，这样可以获得比以前明显更高精度的晶片定位，并且缩短了其操作时间。
另外，本发明的晶片定位装置可以用于由晶片座驱动装置驱动的晶片在二维方向上(X-Y轴方向)或在三维方向(X-Y-Z)上移动的情况。也就是说，例如，当通过直线传感器中心部分并在该传感器延伸方向上延伸的直线的延伸方向是Y轴方向时，用于定位的晶片座旋转轴的延伸方向成为Z轴方向，并且晶片座可以在X-Y轴平面上移动。当放置或取出晶片时，如果需要晶片座上下运动，则可以允许该晶片定位装置的晶片座驱动装置在Z轴方向上移动。当晶片传送装置可以在Z轴方向上移动以放置和取出晶片时，则可以省略该晶片定位装置的晶片座驱动装置的Z轴驱动装置。此外，如图5所示，本发明的晶片定位装置可以包括用于传送晶片的臂和爪，以及所述臂和爪的驱动装置。
如图1所示，本发明的晶片处理系统是使用了本发明方法的晶片处理系统，该晶片处理系统包括：本发明的晶片定位装置；用于传送晶片的臂和爪；所述臂和爪的驱动装置，其中，当晶片座从该晶片定位装置接收晶片的位置升高从而进行晶片定位时，所述臂和爪的驱动装置让所述爪在晶片移交到晶片座的位置处等待，并且当将晶片保持在晶片定位装置接收晶片的位置处从而进行晶片定位时，所述臂和爪的驱动装置让所述爪在晶片移交到晶片座的位置以下的位置处等待。
根据这样的晶片处理系统，在晶片移交到晶片定位装置的晶片座之后，所述爪在所述移交位置处或略低于所述移交位置处等待。因而可以省去传送晶片的臂移动到晶片定位装置接收晶片的时间。因此这有利于进一步提高生产率。
其中，在如权利要求8至13所述的本发明中，晶片定位装置根据由直线传感器获得的两个或多个基准板的检测结果用几何方法对晶片座的旋转轴进行定位，从而实现了上述目的。
也就是说，如权利要求8所述本发明晶片定位装置的晶片座旋转轴定位方法是一种在晶片定位装置中定位晶片座旋转轴的方法，所述晶片定位装置包括：一个直线传感器；一个其上可放置晶片的晶片座；至少可在一维方向上，即在一维方向(例如X轴)、二维方向(例如X轴和Y轴)、或三维方向(例如X轴、Y轴和Z轴)上移动晶片座并且使晶片座绕给定旋转轴(例如θ轴)旋转的晶片座驱动装置；以及计算装置，该晶片定位装置通过晶片座驱动装置将晶片中心点移动到给定位置以进行晶片定位，这种定位通过以下过程进行：当在计算过程之前晶片座的旋转轴位于通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的第一直线(例如平行于Y轴的直线)上时，基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，利用计算装置计算出晶片中心点位置，该方法包括：沿着与第一直线垂直的第二直线(例如X轴)不旋转地移动其上放置有基准板的晶片座，从而使得当直线传感器在第一直线方向上检测基准板最外周边缘时旋转轴往回移动，并两次或多次通过将晶片座旋转轴所在位置夹在其中间的两点，以及当晶片座在该两点之一、该两点或该两点之外的点往回移动时，晶片座驱动装置使晶片座以360°及其倍数以外的其它给定角度绕旋转轴旋转；基于当基准板由晶片座的返回移动所带动而两次或多次不旋转地经过直线传感器时该直线传感器获得的数据和旋转角用计算装置用几何方法计算出第二直线和第一直线的交点位置；以及利用晶片座驱动装置将旋转轴移动到计算出的交点位置，并将旋转轴定位在第一直线上。
根据本发明的方法，基于当基准板两次或多次不旋转地经过直线传感器并且该直线传感器在第一直线方向上检测基准板的最外周边缘时晶片座各个旋转轴的位置以及在返回时晶片座旋转轴的旋转角，晶片定位装置根据几何关系自动地将旋转轴定位在第一直线上。因此，晶片座的旋转轴可以准确地定位在直线传感器的中心线上，并且可以提高基于后续晶片位置检测操作的晶片定位精度。此外还可以实现晶片定位装置的免维护。
顺便说一下，对于基准板而言，可以使用具有任何外周边缘的任何板，只要其形状，例如圆形、六边形、方形、矩形和三角形，和尺寸是已知的。不过，优选的是使用易于计算、使计算装置的负荷很小并且使计算速度变快的圆盘。至于基准板在两点之间通过的次数，正常条件下两次就足够了。然而，当直线传感器检测不充分、需要再次采集数据时，可让基准板通过三次或更多次。
在本发明的方法中，其上放置有基准板的晶片座以360°及其倍数以外的其它给定角度在第二直线上的返回点绕旋转轴旋转，其中当直线传感器检测基准板的最外周边缘时晶片座的旋转轴位置并不会改变。所述给定角度优选为90°或180°。也就是说，当所述给定角度为90°或180°时，如下所述，无需进行三角函数计算。因此，这些角度是优选的，因为其易于计算、使计算装置的负荷很小，并且使计算速度变快。尤其，当所述给定角度为180°时，如下所述，也无需计算直线传感器所检测的最外周边缘的位置差别。因此，这个角度是最优选的，因为通过最简单的计算式就可以获得同样的效果。
这里，在基准板是公知的圆盘，例如圆形晶片的情形，当直线传感器在第一直线方向上检测该圆盘的最外周边缘时，可以在假设该圆盘的最外周边缘位置位于直线EF上的前提下确定该圆盘的最外周边缘位置，如图18所示，直线EF是A和B两点之间线段或C和D两点之间线段的垂直平分线，这些点是圆盘外周边缘上被直线传感器上一个固定点所切过的点。为了使其测量误差最小，可设置两个或更多的固定点以等分由各个固定点获得的垂直平分线上的位置。此外，也可以等分由晶片最外周边缘的直接检测结果中获得的中心线位置。
当圆形晶片用作基准板时，就要求直线传感器不对作为最外周边缘的切口部分进行检测，例如取向平面和切口。当发现由于在变化状态、外部观察等情况中直线传感器的检测结果不够平滑的原因、圆形晶片在第二直线上移动时切口部分被当作最外周边缘进行检测的时候，将切口部分自动地或手工地从直线传感器上移开，以防止切口部分被作为最外周边缘用已知的方法，例如在定位装置上以适当的角度旋转晶片，进行检测。
本发明所用的直线传感器可以是透射型直线传感器或反射型直线传感器。不过，为了防止其对精细电子元件上半导体晶片的反作用，优选的直线传感器为光学直线传感器，而不是磁性直线传感器。对于这种光学直线传感器，可以使用已知的直线传感器，例如由具有狭缝形光接收窗口的光接收装置构成的直线传感器、通过给光发射装置或光接收装置安装一拱背形透镜以进行光聚焦的直线传感器、使用激光的直线传感器、使用红外线的直线传感器、以及使用CCD光接收装置的直线传感器。本发明中直线传感器的光线可以垂直于基准板进行照射。但是当使用透射型传感器时，如果存在某种不稳定性，例如由光接收装置的直接反射光产生干涉而导致光强度的变化，那么光线可以半垂直地对基准板进行照射。
在本发明中，与圆形晶片偏心量和光接收量高度精确相关的校准装置可以结合到处理直线传感器数据的装置之中，例如前述计算装置。此外，可以使用例如旋转编码器等旋转角传感器以便准确地检测晶片座绕着前述旋转轴的旋转角。
并不是每次进行晶片定位时都必须执行本发明的定位方法。在更换直线传感器等之后，可以在装配晶片定位装置后再于其上的控制器中安装一个程序以执行本发明的定位方法。如上安装程序之后，例如，在由于某个意外事故使直线传感器的检测线发生偏离的情况下，继续运行而不进行非正常的停止，那么定位装置晶片座旋转轴的最终停止位置就不在某一基准区域内，控制器可自动地启动晶片座驱动装置和计算装置执行本发明的定位方法。该定位方法可以在操作员等制定的方向上运行，作为检测到定位装置处于异常状态之后的第一步恢复处理。
其中，如权利要求12所述本发明晶片定位装置包括：一个直线传感器；一个其上可放置晶片的晶片座；至少可在一维方向上，即在一维方向(例如X轴)、二维方向(例如X轴和Y轴)、或三维方向(例如X轴、Y轴和Z轴)上移动晶片座并使晶片座绕给定旋转轴(例如θ轴)旋转的晶片座驱动装置；以及计算装置，该晶片定位装置通过将晶片中心点移动到给定位置来进行晶片定位，这种定位通过以下过程进行：基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，利用计算装置计算出晶片中心点位置，其中，晶片座驱动装置沿着与第一直线垂直的第二直线(例如X轴)不旋转地移动其上放置有基准板的晶片座，从而使得当直线传感器在第一直线方向上检测基准板最外周边缘时旋转轴往回移动，并两次或多次通过将晶片座旋转轴所在位置夹在其中间的两点，以及当晶片座在该两点之一、该两点或该两点之外的点往回移动时，晶片座驱动装置使晶片座以360°及其倍数以外的其它给定角度绕旋转轴旋转；以及将旋转轴移动到由计算装置计算出的第一直线和第二直线的交点位置，这样就将旋转轴定位在第一直线上，并且基于当基准板由晶片座的返回移动所带动而两次或多次不旋转地经过直线传感器时该直线传感器获得的数据和旋转角，利用计算装置用几何方法计算出第二直线和第一直线的交点位置。
依照本发明的晶片定位装置，可以实现前述本发明的晶片座旋转轴定位方法。因此，可将晶片座的旋转轴准确定位在直线传感器的中心线上，并可提高基于后续晶片定位检测操作的晶片定位精度。此外还可实现晶片定位操作的免维护。
在本发明的晶片定位装置中，当由晶片座驱动装置驱动晶片旋转的角度设置为90°或180°时，如下所述，无需进行三角函数计算。尤其，当所述角度为180°时，如下所述，也无需计算直线传感器所检测的最外周边缘的位置差别。因此，这个角度是最优选的，因为通过最简单的计算式就可以获得同样的效果。
附图说明
图1为一个部分剖面的透视图，其示出了一套晶片处理系统，该处理系统包括本发明晶片定位装置的一个实施例，该晶片定位装置使用了本发明晶片定位方法的一个实施例以及本发明晶片座旋转轴定位方法的一个实施例；
图2为前述实施例中晶片定位装置不带顶板时的透视图；
图3为前述实施例中晶片定位装置的俯视图；
图4为另一实施例中本发明晶片定位装置的俯视图，其中直线传感器的放置位置与前述实施例中有所不同；
图5A、5B和5C分别为另一实施例中本发明晶片定位装置的俯视图、正视图和侧视图；
图6为一个解释性附图，其示出了一种在前述实施例的晶片定位方法中获得晶片中心点位置和切口或OF相对于主轴旋转轴的取向的几何方法；
图7为一个解释性附图，其中放大了图6中心附近部分；
图8为一个解释性附图，其示出了一种在前述实施例的晶片定位方法中确定切口或OF相对于主轴旋转轴的取向的几何方法；
图9为一个表示偏心半径和旋转角之间关系的曲线图，其示出了由具有OF的晶片外周边缘作出的实际测量线以及由圆盘作出的理论线；
图10为前述实施例中晶片定位方法过程的流程图；
图11A、11B和11C为解释性附图，其示出了旋转角为180°时利用所述实施例一种方法的前述实施例装置的运行状态；
图12A、12B和12C为解释性附图，其示出了旋转角为180°时利用所述实施例另一种方法的前述实施例装置的运行状态；
图13为一个解释性附图，其示出了晶片在一个返回点以给定角度旋转的情况下直线传感器在向外和向内方向上被最大程度屏蔽时的位置。
图14A、14B和14C为解释性附图，其示出了旋转角为90°时利用所述实施例一种方法的前述实施例装置的运行状态；
图15A、15B和15C为解释性附图，其示出了旋转角为90°时利用所述实施例一种方法的前述实施例装置的运行状态；
图16为一个流程图，其示出了在前述实施例装置中旋转角为180°时本实施例方法的过程；
图17一个流程图，其示出了在前述实施例装置中旋转角为90°时本实施例方法的过程；
图18为一个解释性附图，其示出了直线传感器在第一直线方向上检测圆盘最外周边缘的另一种方法；
图19为一个解释性附图，其示出了一种常规装置上的晶片定位方法；
图20为一个解释性附图，其示出了另一种常规装置上的晶片定位方法。
具体实施方式
以下将基于附图用实施例的方式详细描述本发明的一个实施例。图1是一个部分剖面的透视图，其示出了一套晶片处理系统，该处理系统包括本发明晶片定位装置的一个实施例，该定位装置使用了本发明晶片处理方法的一个实施例。如图1所示，晶片定位装置1被放置为紧邻着由工业机器人等构成的常规晶片传送装置40以及用于对晶片进行蚀刻处理等的常规晶片处理装置30。晶片定位装置1、晶片传送装置40和晶片处理装置30组成了晶片处理系统50，即本发明晶片处理系统的一个实施例。当晶片21由晶片传送装置40从容纳晶片21的洁净容器——晶片盒20中以阶梯式的方式传送到晶片处理装置30时，晶片定位装置1进行晶片21中心线位置取向的定位。
晶片传送装置40、晶片处理装置30和晶片定位装置1分别包括一个未示出的带有例如计算机的常规控制器。晶片处理系统50也具有一个未示出的带有例如计算机的主控制器以用来控制各个控制器对晶片传送装置40、晶片处理装置30和晶片定位装置1进行协调操纵。要注意的是，通过用盖罩将放置有晶片传送装置40、晶片处理装置30和晶片定位装置1的区域以分别覆盖的方式进行分区域，可阻止外部材料粘附到晶片上，在盖罩的密封件上有扇形过滤器，在盖罩里面形成一个一般称作微环境的高度洁净区域。
如图2所示，前述实施例中的晶片定位装置1包括顶板15以及X轴移动机构2和Y轴移动机构3，顶板15上有一个位于装置1上部的晶片临时平台7，X轴移动机构2和Y轴移动机构3是两个位于装置1下部并相互垂直的线性移动机构。通过X轴移动机构2和Y轴移动机构3，置于顶板15下面的支架18可在水平的X-Y平面上移动。而且，前述实施例中的晶片定位装置1还包括使晶片旋转的电动机8，该电动机由支架18支撑，并有一个升高机构9位于其和支架18之间。在Z轴方向上延伸的电动机8的输出轴与旋转轴19直接耦联在一起，所述电动机8的旋转轴是竖直的，所述旋转轴19位于主轴16之下，作为晶片在其上水平放置的晶片座。
X轴移动机构2包括固定在基座22上的电动机10；直接由电动机10转动、其两端由基座22旋转支撑并且其放置位置使得其轴从图2中的左后方到右前方延伸的滚珠丝杠11；与滚珠丝杠11螺旋在一起的球状螺母12，其由滚珠丝杠11从图2中的左后方到右前方的转动所驱动在X轴方向上移动；固定在基座22上的导轨13，其引导X轴方向上的线性移动；沿着导轨13滑动的滑动轴承14；以及近似矩形体的移动挡块，其上固定有球状螺母12和滑动轴承14。
与X轴方向正交的Y轴移动机构3和X轴移动机构2类似，其包括，固定在移动挡块上的电动机10，直接由电动机10转动、其两端由移动挡块旋转支撑并且其放置位置使得其轴从图2中的左前方到右后方延伸的滚珠丝杠11；与滚珠丝杠11螺旋在一起球状螺母12，其由滚珠丝杠11从图2中的左前方到右后方的转动所驱动在Y轴方向上移动；固定在移动挡块上的导轨13，其引导Y轴方向上的线性移动；沿着导轨13滑动的滑动轴承14；其上固定有球状螺母12和滑动轴承14的支架18；以及近似矩形体的移动挡块。
升高机构9的构造如同X轴移动机构2和Y轴移动机构3。升高机构9可以在Z轴方向上移动或升高支撑主轴16的电动机8，并有一个旋转轴19位于两者之间。主轴16具有很多真空孔17以挑选并支撑在其上水平放置的晶片。因而，X轴移动机构2、Y轴移动机构3、升高机构9和电动机构成了晶片座驱动装置。
图3为从上面往下看前述实施例中晶片定位装置1的俯视图。如图2和3所示，该实施例中的晶片定位装置1包括一个直线传感器4，该直线传感器4于顶板15切口部分的一部分处在主轴16上从晶片21一个周边部分的上面和下面将该晶片21夹在中间。直线传感器4包括具有通透型光发射部件的光发射装置5和通透型光接收部件的光接收装置6以便使位于晶片21下面的光发射装置5和位于晶片21上面的光接收装置6彼此面对。将光发射部件和光接收部件的延伸方向设置为与由X轴方向移动机构2驱动的主轴16或晶片21的移动方向相垂直。在该直线传感器中，当例如沿着光发射部件从下面的光发射装置5中发射出来的激光和LED光等已知光线被晶片所屏蔽时，可以利用安装在光发射装置5对面的光接收装置6测量出光屏蔽长度(一维的量)，也就是晶片外周边缘绕着主轴16旋转轴的偏心量。由光接收装置6得到的测量值作为一个信号被传送到本实施例装置1的控制器24，该控制器为容纳在基座22中位于X轴移动机构2下面的计算装置。
图4为从上面往下看时本发明晶片定位装置1另一实施例的俯视图，其中，直线传感器4另外附着于顶板15的侧面上。在如图3或4所示的晶片定位装置1中，一般来说，晶片21被晶片传送装置40以相对于主轴16的旋转轴偏心的状态放在主轴16上。因此，在晶片定位装置1中，通过旋转主轴16上的晶片21对偏心量进行检测。此外，利用控制器24，水平移动晶片21以将其实际中心点位置定位于晶片中心点位置，并且旋转晶片21以将其实际切口部分位置定位于正确的切口部分位置。
图5A、5B和5C分别为俯视图、正视图和侧视图，它们示出了另一实施例中的本发明晶片定位装置。本实施例中的晶片定位装置1具有和前述实施例相似的构造，其包括，传送晶片的臂42和爪41，以及未示出的用作臂和爪的驱动装置的常规驱动机构。该驱动机构可以和晶片传送装置40一样在二维方向上水平地移动臂42和爪41。在这种情况下，晶片的移交可以通过如图所示的升高机构驱动作为晶片座的主轴16上下移动而进行。
图6和7为解释性视图，其示出了在前述实施例的定位方法中一种获得晶片中心点O的位置以及切口或OF(取向平面)相对于主轴16旋转轴B的取向的几何方法。这些图中符号表示的意思如下：
O：晶片的中心点
B：主轴16的旋转轴
C：切口或晶片OF的中心点
D：从主轴16的旋转轴看过去，直线传感器4相对于晶片进行相对旋转之前直线传感器4中心部分的初始延伸方向。在下文中，该方向被称为“基准方向”。一条初始时在此延伸方向上延伸然后又随着直线传感器4的相对旋转而相对于晶片旋转的直线被称为“基准线”。
E：从主轴16的旋转轴看过去，当偏心半径(主轴16的旋转轴和晶片外周边缘之间的距离)成为最大值或最小值时的方向。
F：从主轴16的旋转轴看过去，当切口在指定方向(给定方向)上取向时直线传感器4的方向。
G：从晶片上某一位置看直线传感器4时，直线传感器4相对于晶片进行相对旋转的方向。
以下将参考图10所示的流程图，基于前面已经给出的程序，对前述实施例中由控制器实现的晶片定位方法的过程进行描述，该控制器作为晶片定位装置的计算装置。首先，在步骤S1，输入并指定切口部分的停止角度。下一步，在步骤S2，用如图5A等示出的晶片传送装置1的爪或晶片定位装置将晶片置于晶片定位装置1的主轴16上。同时，主轴16挑选并支撑该晶片。理想的是晶片的中心点处于主轴16的旋转轴上。然而仔细观察时，就会发现晶片一般都是偏心的。
下一步，在步骤S3，基于控制器中的一个方向，电动机8驱动主轴16开始旋转。直线传感器4被置于主轴16上晶片的外周边缘所屏蔽。直线传感器4将有关光屏蔽量的信息作为一个电信号传送给控制器。从而控制器检查晶片的外周边缘是否处于预先设定的可测量范围内。如果不是，则将晶片取出并重新放置在合适的位置。如果处于可测量范围内，则采集作为参考的初始数据。过程进入下一步。
下一步，在步骤S4，基于控制器中的一个方向，电动机8驱动主轴16旋转。主轴16旋转时，对直线传感器4进行操作从而将由晶片形成的光屏蔽量转化为电信号。直线传感器4测量数据，从而计算OF或切口两端的最大或最小偏心半径Lm、从基准方向到该处的角度α、角度β1和角度β2，并将这些数据发送到控制器。在步骤S5，从而控制器检查是否已经采集了上述表达式(1)至(7)所必需的数据。如果没有，过程返回到步骤S4，再次采集数据。如果已经采集，则过程进入下一步。
下一步，在步骤S6，基于从直线传感器4发送过来的数据以及电动机8驱动主轴16旋转的旋转角，可由控制器利用表达式(1)计算出偏心量d、用表达式(6)和(7)分别计算出角度β1和β2，然后再利用表达式(2)计算出旋转角θ、利用表达式(3)计算出X轴方向移动距离ΔX、利用表达式(4)计算出Y轴方向移动距离ΔY。此后，在步骤S7，将控制器中的方向发送到X轴移动机构2、Y轴移动机构3和电动机8。根据这个方向，X轴移动机构2、Y轴移动机构3和电动机8移动主轴16以使主轴16的旋转轴位于给定的位置(将晶片移交给晶片传送装置40的位置)，在给定角度时停止主轴16的旋转以使得晶片切口部分在给定方向上取向。从而完成定位操作。
下面将详细描述前述步骤S6中的计算方法。在图6中，从基准线D处电动机开始运行，并且直线传感器4对每个未示出的微角λ测量晶片的外周边缘，基准线D是从电动机8开始运行时直线传感器4和晶片外周边缘之间的交点到旋转轴B的一条直线。在这方面上，直线传感器4和晶片外周边缘之间的交点依次被称为A1至An。将主轴16的旋转轴B和前述A0至An之间的距离分别转换成偏心半径L0至Ln。旋转角θ表示由一条基准线和一条直线所构成的角度，在晶片初始放置于主轴上的位置处该基准线穿过主轴16的旋转轴B以及直线传感器4的中心部分并在其延伸方向上延伸，在直线传感器4随着晶片座或晶片的旋转相对于晶片进行旋转之后基准线最终停止的位置处，该直线穿过其中心部分并在其延伸方向上延伸(此处切口部分在给定方向上取向)。
控制器存储并计算有关偏心半径L0至Ln的信息，还计算并存储由直线传感器4检测的切口或OF的位置β1和角度β2。控制器由切口或OF之外其它位置处的最大或最小偏心半径Lm计算偏心中心(晶片座旋转轴)和晶片中心点之间的偏差距离(偏心距离)，并确定此时的旋转角α。这里，对于最大偏心半径的情况d为正值，对于最小偏心半径的情况，d为负值。检测其中一个就足够了。
通过在对于每一定值微角λ获得的测量值L0至Ln中选择最大或最小的偏心测量值，可以确定一个最大或最小偏心晶片外周边缘点Ae，从此检测出Ae值。这就是说，晶片中心点O和旋转轴B处于偏心半径最大或最小时的直线E上。从测量值L0至Ln中选择的最大或最小偏心测量值会出现在测量点Ae。因此，可以通过将Lm和已知的晶片半径r相比，从而计算出晶片的偏心距离(偏心量)d，并获得其差值为d＝Lm-r。当从检测的最大偏心晶片外周边缘点前后的测量值变化中已经明确了最大偏心晶片外周边缘点处于切口部分时，偏心量d可用最小偏心晶片外周边缘点的测量值计算出来。同时，当从检测的最小偏心晶片外周边缘点前后的测量值变化中已经明确了最小偏心晶片外周边缘点处于切口部分时，偏心量d可用最大偏心晶片外周边缘点的测量值计算出来。
距晶片移交位置的移动距离可由偏心量d确定，偏心量d是旋转轴B和晶片中心点O之间的偏差。当在X-Y坐标系上旋转轴B的坐标为(Xb，Yb)、晶片中心点O的坐标为(X0，Y0)时，偏心量d可表示如下：
ΔX＝Xb-X0＝d sin(θ-α)    (3)
ΔY＝Yb-Y0＝d cos(θ-α)    (4)
将晶片移交给晶片传送装置40时晶片定位装置1移动晶片中心点的距离如表达式(3)和(4)所示。和实际操作一样，旋转轴B移动到坐标(Xb，Yb)处以将晶片中心点处坐标位置(X0，Y0)移动到直线传感器的前面从而将晶片移交给晶片传送装置40。
Xb＝X0-d sin(θ-α)
Yb＝Y0-d cos(θ-α)
以下，参考图8中没有切口部分的圆盘21b，描述一种基于一组从直线传感器4中得到的有关测量值的信息计算OF或切口位置的方法。当从旋转轴B到外周边缘A的理论距离为Lt时，以下表达式可在几何上表示为：
r2＝(Lt cos ρ-d)2+(Lt sin ρ)＝d2+Lt 2-2dLt cos ρ
Lt可由下述表达式确定：
L1＝d cos ρ+(r2-d2 sin2ρ)1/2
在图9中用图形的方式表示出了该理论表达式。
对于切口部分21a，实际晶片的L值(测量值)和理论值不同。因此，从直线传感器4检测得到的信息组中选择出Lt≠L的点。这些点范围内的起始点和终点被当作图6中切口部分的端点H和I，并且它们的角度表示为β1和β2。这就是说，对于起始点而言，当值从0变化为一个正值时在值ΔL1＝Lt-L为0位置处就可得到角度β1，而对于终点而言，当值从一个正值变化为0时在值ΔL2＝Lt-L为0位置处就可得到角度β2。
由切口部分两端点处的表达式ρ＝β1-α和ρ＝β2-α可导出下述表达式(6)和(7)：
ΔL1＝[d cos(β1-α)+{r2-d2 sin2(β1-α)}1/2]-L    (6)
ΔL2＝[d cos(β2-α)+{r2-d2 sin2(β2-α)}1/2]-L    (7)
下一步，可从理论上推导出例如OF和切口等切口部分的正确中心方向。其中考虑了这样的事实：控制器认为例如OF和切口等切口部分的起始点和终点分别位于在旋转β1和β2角度之前远离基准线的位置处，并且旋转轴B和晶片中心点O之间有偏心量d。指定晶片OF方向角γ位于图6中OF’(双点划线)方向上，或者是从旋转轴B看平行于OF’的BF方向上。这就是说，当晶片绕着旋转轴B旋转到指定的OF方向上时，如果从旋转轴看则直线F位于直线传感器所在的方向上。
如图7所示，角度γ由通过晶片中心点O和OF中点C的直线与直线F构成。如上所述，这是一个前面指定的已知角。角度β由通过晶片中心点O和OF中点C的直线与通过旋转轴B和晶片中心点O的直线构成。在测量值的基础上可计算出β。在图6和7中，有
∠JOM＝∠KOM＝ε
于是，在ΔOJK中，β可用下述表达式表示：
β＝ε+δ1        (10)
δ2＝ε+β                  (11)
用表达式(10)减去表达式(11)，其结果表示如下：
β＝(δ1+δ2)/2  (12)
β是δ1和δ2的平均值。
由图6中的ΔBHJ和ΔBIK，图7中的δ1和δ2可用下述表达式表示：
δ1＝β1+φ1    (13)
δ＝β2+φ2      (14)
此外，在ΔBOH中，φ1可表示为sinφ1/d＝sin(β1-α)/r；在ΔBIO中，φ2可表示为sinφ2/d＝sin(β2-α)/r，
于是
φ1＝arcsin{(d/r)sin(β1-α)}        (15)
φ2＝arcsin{(d/r)sin(β2-α)}        (16)
将表达式(15)和(16)分别赋值给表达式(13)和(14)，可得到下述表达式：
δ1＝β1+arcsin{(d/r)sin(β1-α)}   (17)
δ2＝β2+arcsin{(d/r)sin(β2-α)}   (18)
由表达式(12)、(17)和(18)，可得到下述表达式：
β＝[β1+β2+arcsin{(d/r)sin(β1-α)}+arcsin{(d/r)sin(β2-α)}]/2    (19)
由θ＝β+γ和表达式(19)，可确定θ如下：
θ＝γ+[β1+β2+arcsin{(d/r)sin(β1-α)}+arcsin{(d/r)sin(β2-α)}]/2  (2)
这里，为缩短计算机处理速度，可取近似值。对表达式(2)引用泰勒展开，因为d/r很小故可忽略二阶和更高阶的项，于是θ可计算如下：
θ≈γ+[β1+β2+(d/r){sin(β1-α)}+sin(β2-α)}]/2    (5)
因此，可通过将晶片旋转θ角度从而使OF或切口在指定的角度取向。对表达式(5)进行近似的误差如下：对于300m的晶片，当d为2mm时偏心率约为0.00009°，当d为5mm时偏心率约为0.0002°。因此，尽管表达式(5)是一个近似表达式，但是其误差非常小，在实际使用中是没有问题的。
如上，在晶片旋转时控制器完成了一系列晶片定位的计算操作。然后，控制器将一个方向信号发送给X轴移动机构2、Y轴移动机构3和电动机8，并将主轴16旋转由表达式(2)或(5)计算出的θ角度，基于表达式(3)和(4)移动主轴16从而将旋转轴B移动到坐标(Xb，Yb)处，然后停止移动和旋转。停止之前的这三步操作优选的是同时进行，不过也可以以给定的顺序进行。
此后，控制器停止了用于挑选晶片的真空装置。将晶片移交到晶片传送装置40的爪，并将其传送到晶片处理装置30、洁净容器20等等。从而晶片中心点移动到晶片传送装置40的晶片移交位置，并且晶片的OF或切口以给定的角度取向。通过这一系列的过程可以进行晶片定位操作，并且非常快捷、准确地完成。
如上，根据前述实施例中的方法和装置，通过首先推导出圆形晶片偏心旋转的理论表达式和晶片外周边缘OF或切口中心的理论位置，可进行非常准确的定位。而且，已经发现当只是用部分近似表达式代替理论表达式时，误差非常小，在实际使用中没有问题。此外，在晶片进行第一次旋转之前就可得到结果，而在以前，最大或最小偏心半径和其角度以及与OF或切口两端角度有关的数据只能在晶片旋转过程中得到。例如，如图9所示，当最大值和OF出现在约110°时，在晶片旋转角度为120°时停止数据采集。因此，在晶片旋转过程中就完成了计算，并且可在晶片的一次旋转过程中将晶片旋转到给定的角度。因此，可在非常短的时期内完成定位。不用说，在定位操作中就无需再取出晶片了。从而可以实现从主轴开始旋转时的定位时间只需1.5秒到1.7秒，这是常规时间的1/2至1/3。
顺便说一下，通常，直线传感器4光发射部件和光接收部件的延伸方向设置为与由X轴移动机结构2驱动的晶片或主轴16的移动方向相垂直。然而，在将线性传感器4重新放回、对移动机构2和3修理之后等情况下，直线传感器4光发射部件和光接收部件的延伸方向就有可能和初始状态不一致。在这种情况下，为了提高定位精度，在对置于主轴16上的晶片进行定位之前，依照图16所示的流程图用前述实施例中的晶片座旋转轴定位方法对主轴16的旋转轴进行定位操作，并将主轴16的旋转轴准确定位在与X轴垂直的直线(和Y轴平行的直线)上，该直线穿过直线传感器4光接收部件的中心部分并在其延伸方向上延伸。
基于前面给出的程序，通过前述实施例中晶片定位装置1的控制器24执行图16所示的过程。这里，晶片21用作基准板，其实质上是带有一个微小切口部分的圆盘。首先，在步骤S11中，将从盒子20中取出并由晶片传送装置40进行传送的晶片21置于主轴16上。同时，利用晶片定位装置1的X轴移动机构2和Y轴移动机构3，将主轴16的旋转轴定位在X轴的X0点，X0点是如图11A、11B和11C中所示坐标系的原点。该点称为原点X0(0，0)。当主轴16分别在X轴和Y轴上移动时，基于此点测量距离。
此后，在步骤S12中，通过晶片定位装置1的控制器24对X轴移动机构2进行操作，从而在X轴正方向上移动晶片21。在步骤S13中，从主轴16的旋转轴经过如图11A所示前面给出的点X1(X1，0)时开始，直线传感器4采集晶片21的外周边缘的数据，与此同时，晶片21向如图11c所示另一个前面给出的点X3(X3，0)移动。在此移动过程中，在步骤S14，通过在直线传感器4检测范围内允许由主轴16挑选并支撑的晶片21外周边缘穿过该直线传感器，从而检测如图11B所示直线传感器4被最大程度屏蔽时主轴16的旋转轴位置X2(X2，0)，并将其用存储装置临时存储。
在步骤S15中，在如图11C所示的点X3(X3，0)位置处停止主轴的移动。随后，在步骤S16中，如图12A所示，在这个实施例中主轴16在挑选并支撑晶片21的同时由电动机8驱动旋转180°。
下一步，在步骤S17中，主轴16由X轴移动机构2驱动从点X3(X3，0)位置处在向原点的回程方向上移动与向外距离相同的距离。在此移动过程中，在步骤S18中，当直线传感器被最大程度屏蔽时(检测最外的外周边缘的时间)检测主轴16的旋转轴位置X4(X4，0)，并且在向外移动过程中将其用存储装置临时存储。然后，在步骤S19中，当主轴16的旋转轴经过点X1(X1，0)时完成由直线传感器4进行的晶片21外周边缘数据采集。随后，在步骤S20中，确定是否能获得有关点X2和X4位置处的信息。如果没有获得点X2或X4位置处的信息，则过程返回到步骤S12。如果点X2和X4位置处的信息都获得了，就将这些信息存储在晶片定位装置1的控制器24内的信息存储装置。随后，在步骤S21中，将获得的信息用于计算交点X5，如图12C所示，X5为经过直线传感器4光接收部件中心部件并在其延伸方向上延伸的直线与X轴之间的交点。主轴16的旋转轴应当定位于交点X5。
图13示出了当直线传感器4被晶片21在向外方向上最大程度屏蔽时(检测最外的外周边缘的时间)旋转轴处于X轴上X2位置处时晶片21的位置(用实线示出)；以及当直线传感器4被晶片21在回程方向上最大程度屏蔽时(检测最外的外周边缘的时间)旋转轴处于X轴上X4位置处时晶片21的位置(用点划线示出)。在下文中将利用图13描述一种计算交点X5的方法。
这里，基准板是圆盘形的晶片21。在以下情况时：晶片在向外方向上经过直线传感器4时，由经过主轴旋转轴在X轴上的位置X2和晶片21中心点C的直线(在图13中用实线箭头表示)与Y轴构成的角为φ，主轴旋转轴和晶片21中心点之间的距离(偏心量)为d，在转向点将主轴16旋转θ角后经过主轴旋转轴在X轴上的位置X4和晶片21中心点C的直线位于图13中所示点划线箭头位置，可获得以下几何关系：
X5-X2＝d sinφ                      (21)
X5-X2＝d sin(φ+θ)     (22)
h＝d cos(φ+θ)-d cosφ    (23)
这里，h表示晶片21处于旋转轴位置X2时的外周边缘(在图中用实线表示)和处于旋转轴X4时的外周边缘(在图中用点划线表示)之间在Y轴方向上的距离。
用公式对表达式(22)进行分解，可获得以下表达式：
X5-X4＝d(sinφ·cosθ+cosφ·sinθ)＝dsinφ·cosθ+dcosφ·sinθ  (22’)
用公式对表达式(23)进行分解，可获得以下表达式：
h＝d(cosφ·cosθ-sinφ·sinθ)-dcosφ＝d cosφ(cosθ-1)-d sinφ·sinθ (23’)
将表达式(22’)乘以(cosθ-1)，然后减去表达式(23’)乘以sinθ，并将表达式(21)赋值给其结果，可获得以下表达式：
(2X5-X2-X4)(1-cosθ)＝-h sinθ            (24)
于是，
X5＝{X2+X4-h sinθ/(1-cosθ)}/2    (25)
从而，利用表达式(25)这样通用的公式可确定位置X5。
这里，如果根据前述实施例中的方法中θ＝180°，则有sinθ/(1-cosθ)＝0。于是，表达式(25)可表示如下：
X5＝(X2+X4)/2    (26)
表达式(26)不再含有三角函数和h。因此，当晶片在转向点处旋转180°时，就没必要计算三角函数并将直线传感器4的光接收量转化为距离h。从而，优选的是采用这个表达式，因为可以利用当作计算装置的控制器24更快捷地计算出位置X5。
图17示出了本发明另一实施例中晶片座旋转轴定位方法过程的流程图。在这个实施例中，和前述实施例中的步骤S16有所不同，在步骤S16’中，电动机8驱动主轴16在转向点处旋转90°。然后，如图14A、14B、14C、15A、15B和15C所示，主轴16或晶片21向外或向内移动。和前述实施例中的步骤S21有所不同，在步骤S21’，采用了θ＝90°以及sinθ/(1-cosθ)＝1，从而表达式(25)变为如下：
X5＝(X2+X4-h)/2    (27)
在本实施例的方法中，必须将直线传感器4的光接收量转化为距离h，但是无需计算三角函数。因此，采用这种方法也是优选的，因为可以利用当作计算装置的控制器24更快捷地计算出位置X5。
如上计算出的X轴上位置X5的坐标由控制器24内的信息存储装置进行存储。然后，在进行晶片定位操作的下一个加工步骤时，这个坐标就用作主轴16的旋转轴在X轴上的基准位置(定位位置)。
如上，根据前述实施例中的晶片座旋转轴定位方法以及使用该定位方法的晶片定位装置，可以显著提高定位精度，因为晶片定位装置主轴的旋转轴被置于和X轴垂直的直线上并位于直线传感器的前面，该直线经过直线传感器的中心点。此外，如前述实施例中那样当晶片在转向点处的旋转角度设置为180°时，不仅计算速度很快，而且不需要将传感器的光接收量转化为距离。从而，就无需使用应用CCD或激光的高精度直线传感器，而可以使用很便宜的直线传感器，并且此项发明可应用于任何定位装置。因此本发明具有广泛的应用范围，并且使得可以以很低的成本制造晶片定位装置。
只是当旋转轴位置超出某一范围从而需要进行旋转轴定位操作时才进行晶片座旋转轴定位操作，例如在安装晶片定位装置之后立即进行。只要旋转轴位置处于某一范围内，就无需在常规的晶片定位操作之前进行晶片座旋转轴定位操作。因此这样并没有降低生产率。另外，控制器还包括了进行前述晶片座旋转轴定位操作的程序，以防由于意外事故而导致旋转轴位置超出前述某一范围的情况。因此可以省去发生意外事故之后困难的调整操作，晶片定位装置成为一种免维修的装置，并且可以减少维修费用。
如上，基于附图中所示的实施例对本发明进行了描述。然而，本发明并不限于前述的实施例，而是可以在权利要求的范围内进行适当的修改。例如，晶片座可以绕着旋转轴在转向点旋转一个180°和90°以外的其它给定角度。不过，360°及其倍数被排除在外，因为那样不能获得不同的数据。
工业实用性
根据本发明，在通过旋转晶片以获得偏心量的晶片定位操作中，可以提高其速度和精度。此外，本发明使得可以允许熟练的工程师跳过耗时的晶片座旋转轴位置调整步骤。另外，本发明还使得可以防止在出问题之后定位操作精度的降低。

Claims (13)

1.一种晶片定位方法，当晶片定位装置包括一个直线传感器，一个可在其上放置晶片的晶片座，能在二维或三维方向上移动晶片座并且能驱动晶片座绕给定旋转轴旋转的晶片座驱动装置，以及计算装置时，该计算装置执行晶片定位的过程是基于晶片座驱动装置驱动晶片座旋转的旋转角以及由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，经过计算装置计算出晶片中心点位置和切口部分方向的过程，计算装置通过将晶片中心点移动到给定位置并使晶片切口部分在给定方向上取向从而进行晶片定位，该方法包括：
利用晶片座驱动装置，将晶片座的旋转轴定位在通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的直线上，并使其上放置有晶片的晶片座绕着旋转轴旋转；
利用计算装置，基于晶片座的旋转角度和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果，确定晶片的切口部分位置以及晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，并且从这些结果中，用几何方法计算出当晶片中心点位于给定位置并且晶片切口部分在给定方向上取向时晶片座的旋转轴位置和旋转角；
以及利用晶片座驱动装置移动、旋转和停止晶片座，从而在不用重新取回晶片的条件下使晶片座的旋转轴位置和旋转角与计算出的旋转轴位置和计算出的旋转角相对应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果，计算装置可以确定α、β1、β2以及Lm，并可以用以下表达式(1)、(2)、(3)和(4)分别计算出d、θ、ΔX和ΔY：
d＝Lm-r                (1)
θ＝γ+[β1+β2+arcsin{(d/r)sin(β1-α)}+arcsin{(d/r)sin(β2-α)}]/2  (2)
ΔX＝d sin(θ-α)      (3)
ΔY＝d cos(θ-α)      (4)
其中：
Lm：晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，
d：偏心中心(晶片座旋转轴)和晶片中心点之间的偏差距离，
r：晶片半径(已知数)，
θ：从晶片初始的基准位置到在给定方向上停止切口部分之间晶片座的旋转角，
α：在偏心中心处从晶片初始基准位置到偏心半径第一次成为最大值或最小值时所得到的位置之间的角度，
β1：在偏心中心处从晶片初始基准位置到切口部分首端之间的角度，
β2：在偏心中心处从晶片初始基准位置到切口部分末端之间的角度，
γ：由在给定方向上取向的切口部分和传感器方向在晶片中心点处所形成的角度(指定值)，
ΔX：X轴方向上的移动距离，和
ΔY：Y轴方向上的移动距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
计算装置使用下述的表达式(5)代替表达式(2)来确定旋转角θ：
      θ＝γ+[β1+β2+(d/r){sin(β1-α)+sin(β2-α)}]/2    (5)
其中，表达式(5)中符号的意义和权利要求2中相同。
4.如权利要求2和3中任何一个所述的方法，其特征在于，
为获得晶片缺口部分的位置，计算装置在ΔL1从0变化到一个正值时，用下述表达式(6)确定ΔL1＝0时的角度β1，该正值与从晶片初始基准位置A0(晶片座的旋转轴)开始在偏心中心处角度的微小位移角有关，并且在ΔL2从一个正值变化到0时，用下述表达式(7)确定ΔL2＝0时的角度β2，该正值与从晶片初始基准位置A0(晶片座的旋转轴)开始在偏心中心处角度的微小位移角有关：
ΔL1＝[d cos(β1-α)+{r2-d2 sin2(β1-α)}1/2]-L    (6)
ΔL2＝[d cos(β2-α)+{r2-d2 sin2(β2-α)}1/2]-L    (7)
其中，L是偏心半径(测量值)，其它符号的意义和权利要求中相同。
5.一种使用如权利要求1至4中所述的任何一种方法的晶片定位装置，其包括：
一个直线传感器，
一个可在其上放置晶片的晶片座，
能在二维或三维方向上移动晶片座并且能驱动晶片座绕给定旋转轴旋转的晶片座驱动装置，和
计算装置，
该计算装置执行晶片定位的过程如下：基于晶片座驱动装置驱动晶片座旋转的旋转角以及由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，经过计算装置计算出晶片中心点位置和切口部分方向的过程，计算装置通过将晶片中心点移动到给定位置并使晶片切口部分在给定方向上取向从而进行晶片定位，
其中，晶片座驱动装置将晶片座的旋转轴定位在通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的直线上，并使其上放置有晶片的晶片座绕着旋转轴旋转；以及移动、旋转和停止晶片座，从而在不用重新取回晶片的条件下使晶片座的旋转轴位置和旋转角与计算出的旋转轴位置和计算出的旋转角相对应，和
利用计算装置，基于晶片座的旋转角度和由直线传感器获得的晶片座上晶片外周边缘的检测结果，确定晶片的切口部分位置以及晶片的最大偏心半径或最小偏心半径，并且从这些结果中，用几何方法计算出当晶片中心点位于给定位置并且晶片切口部分在给定方向上取向时晶片座的旋转轴位置和旋转角；
6.如权利要求5所述的晶片定位装置，还包括，
传送晶片的臂和爪；以及
所述臂和爪的驱动装置。
7.一种使用如权利要求1至4中所述的任何一种方法的晶片加工系统，其包括：
一个晶片定位装置，其包括一个直线传感器，一个可在其上放置晶片的晶片座，能在二维或三维方向上移动晶片座并且能驱动晶片座绕给定旋转轴旋转的晶片座驱动装置，以及计算装置，该计算装置执行晶片定位的过程如下：基于晶片座驱动装置驱动晶片座旋转的旋转角以及由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，经过计算装置计算出晶片中心点位置和切口部分方向的过程，计算装置通过将晶片中心点移动到给定位置并使晶片切口部分在给定方向上取向从而进行晶片定位；和
传送该晶片的臂和爪；以及
所述臂和爪的驱动装置；
其中，当晶片座从该晶片定位装置接收晶片的位置升高从而进行晶片定位时，所述臂和爪的驱动装置让所述爪在晶片移交到晶片座的位置处等待，并且
当将晶片保持在晶片定位装置接收晶片的位置处从而进行晶片定位时，所述臂和爪的驱动装置让所述爪在晶片移交到晶片座的位置以下的位置处等待。
8.一种晶片定位装置中的晶片座旋转轴定位方法，该晶片定位装置包括：一个直线传感器，一个可在其上放置晶片的晶片座，至少可在一维方向上移动晶片座并且使晶片座绕给定旋转轴(例如θ轴)旋转的晶片座驱动装置，以及计算装置，该晶片定位装置通过晶片座驱动装置将晶片中心点移动到给定位置以进行晶片定位，这种定位通过以下过程进行：当在计算过程之前晶片座的旋转轴位于通过直线传感器中心部分并在其延伸方向上延伸的第一直线上时，基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，利用计算装置计算出晶片中心点位置，该方法包括：
沿着与第一直线垂直的第二直线(例如X轴)不旋转地移动其上放置有基准板的晶片座，从而使得当直线传感器在第一直线方向上检测基准板最外周边缘时旋转轴往回移动，并两次或多次通过将晶片座旋转轴所在位置夹在其中间的两点，以及当晶片座在该两点之一、该两点或该两点之外的点往回移动时，利用晶片座驱动装置使晶片座以360°及其倍数以外的其它给定角度绕旋转轴旋转；
基于当基准板由晶片座的返回移动所带动而两次或多次不旋转地经过直线传感器时该直线传感器获得的数据和旋转角用计算装置用几何方法计算出第二直线和第一直线的交点位置；和
利用晶片座驱动装置将旋转轴移动到计算出的交点位置，并将旋转轴定位在第一直线上。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基准板为一个圆盘。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在基于由晶片座返回移动所驱动圆盘经过直线传感器时直线传感器获得的数据和旋转角，计算装置用几何方法计算交点位置的时候，假定该圆盘的最外周边缘位置位于一条线段的垂直平分线上，该线段为圆盘外周边缘上被传感器上一个固定点所切过的两点之间的连线，当线性传感器在第一直线的方向上检测基准板的最外周边缘时，计算装置确定晶片座旋转轴的位置。
11.如权利要求9和10中任何一个所述的方法，其特征在于，当晶片座驱动装置驱使晶片座返回时，晶片座旋转的角度是90°和180°中的任何一个。
12.一种晶片定位装置，其包括：
一个直线传感器；
一个其上可放置晶片的晶片座；
至少可在一维方向上移动晶片座并使晶片座绕给定旋转轴旋转的晶片座驱动装置；以及
计算装置，
该晶片定位装置通过将晶片中心点移动到给定位置来进行晶片定位，这种定位通过以下过程进行：基于晶片座的旋转角和由直线传感器获得的晶片座上圆形晶片外周边缘的检测结果，利用计算装置计算出晶片中心点位置，
其中，晶片座驱动装置沿着与第一直线垂直的第二直线(例如X轴)不旋转地移动其上放置有基准板的晶片座，从而使得当直线传感器在第一直线方向上检测基准板最外周边缘时旋转轴往回移动，并两次或多次通过将晶片座旋转轴所在位置夹在其中间的两点，以及当晶片座在该两点之一、该两点或该两点之外的点往回移动时，晶片座驱动装置使晶片座以360°及其倍数以外的其它给定角度绕旋转轴旋转；以及将旋转轴移动到由计算装置计算出的第一直线和第二直线的交点位置，这样就将旋转轴定位在第一直线上，并且
基于当基准板由晶片座的返回移动所带动而两次或多次不旋转地经过直线传感器时该直线传感器获得的数据和旋转角，计算装置用几何方法计算出第二直线和第一直线的交点位置。
13.如权利要求12所述的晶片定位方法，其特征在于，当晶片座驱动装置驱使晶片座返回时，晶片座旋转的角度是90°和180°中的任何一个。
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