CN213424965U - 一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，包括固定板、一对并列设置在固定板侧面的夹持单元、设置在固定板侧面并位于两夹持单元之间的晶圆缺口校准机构以及设置在固定板侧面并与夹持单元相适配的平移限位机构，夹持单元包括设置在固定板侧面的气缸驱动机构、与气缸驱动机构传动连接的马达安装座以及一对并列设置在马达安装座上的滚轮驱动机构。与现有技术相比，本实用新型通过滚轮夹持晶圆的外缘来定位晶圆的圆心，不接触晶圆中心部位，不存在污染晶圆等风险；通过滚轮驱动晶圆一起旋转，滚轮与晶圆外缘的接触点不是一个固定的点，避免了现有技术中所存在的夹块遮挡晶圆缺口、光纤无法检测到晶圆缺口的缺陷。

Description

一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置

技术领域

本实用新型属于晶圆加工技术领域，涉及一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置。

背景技术

半导体器件的加工过程包含很多工序，各工序使用不同的加工设备，为保证半导体器件的加工过程能顺利进行，晶圆在进入很多工序时都需要一个固定的位置和姿态，以便随后的工序能对晶圆进行精确加工，这样就需要预先对晶圆进行定位和校准。为了便于对晶圆进行定位和校准，晶圆上一般都留有缺口(或直边)，能够定位晶圆的圆心并寻找晶圆上缺口(或直边)位置的晶圆校准器就成为半导体器件加工过程中不可缺少的设备之一。

目前市场上使用的晶圆校准器主要采用的两种方法，其一是激光传感器结合带真空吸盘的平移旋转台结构，真空吸盘吸附固定晶圆，平移旋转台平移定位晶圆的圆心，激光传感器通过平移旋转台的旋转确定晶圆的边缘位置并寻找晶圆的缺口(或直边)以进行校准；其二是激光传感器结合夹持旋转台结构，夹持旋转台的夹块通过夹持晶圆的边缘来定位晶圆的圆心，激光传感器通过夹持旋转台的旋转寻找晶圆的缺口以进行校准。这两种方法都存在一定的缺陷，前者的真空吸盘不可避免地要接触到晶圆的中心部位，存在污染晶圆等风险；后者不仅结构复杂，而且当夹持旋转台的夹块刚好夹持在晶圆的缺口处时，即使夹持旋转台反复旋转，激光传感器也无法找到晶圆的缺口，造成校准失灵。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，通过滚轮夹持晶圆的外缘并驱动晶圆旋转，配合光纤传感器，实现对晶圆的定位和校准。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，该装置包括固定板、一对并列设置在固定板侧面的夹持单元、设置在固定板侧面并位于两夹持单元之间的晶圆缺口校准机构以及设置在固定板侧面并与夹持单元相适配的平移限位机构，所述的夹持单元包括设置在固定板侧面的气缸驱动机构、与气缸驱动机构传动连接的马达安装座以及一对并列设置在马达安装座上的滚轮驱动机构。将待定位校准的晶圆置于两个夹持单元的4个滚轮驱动机构中间，气缸驱动机构带动两个马达安装座相向运动，使4个滚轮驱动机构将晶圆夹在中间，同时平移限位机构对马达安装座的位移进行限位，以确定晶圆的圆心位置；之后4个滚轮驱动机构同时旋转，带动晶圆旋转，由晶圆缺口校准机构对晶圆的边缘进行检测，当发现晶圆缺口时，滚轮驱动机构停止旋转，此时即完成了对晶圆的定位校准。

进一步地，所述的气缸驱动机构包括水平设置在固定板侧面的线性滑轨以及设置在固定板侧面并与马达安装座传动连接的夹持气缸，所述的马达安装座的一端与线性滑轨的滑块固定连接。

优选地，每个气缸驱动机构包括2个并列设置的线性滑轨。

进一步地，所述的夹持气缸与马达安装座之间设有气缸轴连接板，所述的夹持气缸的气缸轴通过气缸轴连接板与马达安装座相连。

进一步地，所述的滚轮驱动机构包括竖直设置在马达安装座上的步进马达以及设置在步进马达顶部并与步进马达传动连接的滚轮。步进马达能够带动滚轮旋转。

进一步地，所述的滚轮包括与步进马达的马达轴固定连接的滚轮圆台部以及设置在滚轮圆台部顶部的滚轮圆柱部，所述的滚轮圆台部的顶部与滚轮圆柱部的底部之间开设有滚轮槽口。晶圆的外缘位于滚轮槽口中。

进一步地，所述的滚轮圆台部的外径由上而下逐渐增大，所述的滚轮圆台部的底面外径大于滚轮圆柱部的外径，所述的滚轮圆台部的顶面外径小于滚轮圆柱部的外径。滚轮圆台部上的斜面能够对晶圆起到导向作用。

进一步地，所述的晶圆缺口校准机构包括设置在固定板侧面的光纤座以及设置在光纤座上的光纤传感器。对射型光纤传感器与晶圆缺口相适配。

进一步地，所述的光纤座包括上光纤座及下光纤座，所述的光纤传感器为对射型光纤传感器，包括光纤发射端及光纤接收端，所述的光纤发射端、光纤接收端分别设置在上光纤座、下光纤座上。光纤发射端发出的检测光线能够通过晶圆缺口到达光纤接收端，进而对晶圆缺口进行校准。

进一步地，所述的平移限位机构包括设置在固定板侧面并与其中一个马达安装座相适配的限位块。限位块固定设置在固定板侧面。当4个滚轮驱动机构对晶圆进行夹持后，通过限位块对其中一个马达安装座的平移位置进行限位，以定位晶圆的圆心。

进一步地，所述的平移限位机构还包括设置在固定板侧面并与另一个马达安装座相适配的缓冲组件，该缓冲组件包括设置在固定板侧面的缓冲器安装座以及设置在缓冲器安装座上的缓冲器。缓冲器便于控制滚轮对晶圆的夹持力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1)通过滚轮夹持晶圆的外缘来定位晶圆的圆心，不接触晶圆中心部位，不存在污染晶圆等风险；

2)采用固定位置的限位块定位滚轮夹持后的晶圆圆心，晶圆圆心定位准确，并进一步采用缓冲器控制滚轮对晶圆的夹持力，安全可靠，滚轮不会伤及晶圆；

3)采用步进马达带动滚轮旋转，滚轮在夹持晶圆后通过与晶圆间的摩擦力驱动晶圆一起旋转，滚轮与晶圆外缘的接触点不是一个固定的点，避免了现有技术中所存在的夹块遮挡晶圆缺口、光纤无法检测到晶圆缺口的缺陷；

4)采用四组步进马达和滚轮组合驱动晶圆旋转，这样至少有三个滚轮与晶圆外缘接触，避免了其中一个滚轮碰到晶圆缺口时晶圆退让造成的晶圆圆心偏离的问题；

5)本实用新型结构简单，容易实现，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中滚轮驱动机构与晶圆外缘的配合结构示意图；

图中标记说明：

1—固定板、2—线性滑轨、3—马达安装座、4—步进马达、5—滚轮、501—滚轮圆台部、502—滚轮圆柱部、503—滚轮槽口、6—夹持气缸、7—气缸轴连接板、8—缓冲器安装座、9—缓冲器、10—限位块、11—光纤座、12—光纤传感器、13—晶圆、131—晶圆缺口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其结构如图1所示，包括固定板1、线性滑轨2、马达安装座3、步进马达4、滚轮5、夹持气缸6、气缸轴连接板7、缓冲器安装座8、缓冲器9、限位块10、光纤座11和光纤传感器12，线性滑轨2、步进马达4和滚轮5均设有4个，马达安装座3、夹持气缸6、气缸轴连接板7和光纤座11均设有2个，光纤传感器12为对射型型光纤传感器，晶圆缺口131为晶圆13上的缺口，四个步进马达4采用同一个驱动器驱动。

如图1所示，固定板1为主安装板，线性滑轨2安装在固定板1的侧面，马达安装座3对称地安装在线性滑轨2的滑块上，步进马达4安装在马达安装座3上，马达轴朝上，滚轮5安装在步进马达3的马达轴上，通过紧定螺钉锁紧，夹持气缸6对称地安装在固定板1的侧面，位于线性滑轨2的内侧，通过气缸轴连接板7与马达安装座3相连，缓冲器安装座8和限位块10对称地安装在固定板1的侧面，位于夹持气缸6的上方，缓冲器9安装在缓冲器安装座8上，缓冲器9头部朝向左侧马达安装座3，晶圆13的圆心与四个滚轮5组合的中心重合，高度方向上位于滚轮槽口503中(见图2)，光纤座11安装在固定板1的侧面中心，位于晶圆13的上下两侧，光纤传感器12安装在光纤座11的槽口内。

下面结合图1、图2对该晶圆定位校准装置的使用过程作进一步说明。

1)初始状态：夹持气缸6的气缸轴伸出，马达安装座3带动步进马达4连同滚轮5向两侧张开，步进马达4不运转；

2)上料：放置晶圆13至四个滚轮5中间，高度方向上位于滚轮槽口503间；

3)定位晶圆13圆心：夹持气缸6的气缸轴缩回，马达安装座3带动步进马达4连同滚轮5向内平移，晶圆13在滚轮圆台部501的斜面导向下被滚轮5夹持(见图2)，限位块10阻挡右侧马达安装座3继续向内平移，右侧两个步进马达4上的滚轮5控制晶圆13的位置，缓冲器9头部顶住左侧的马达安装座3，缓冲器9依靠弹力保证左侧两个步进马达4上的滚轮5与晶圆13接触，并保持设定的夹持力，晶圆13的圆心定位完成；

4)寻找晶圆缺口131：晶圆13的圆心定位完成后，四个步进马达4同步启动运转，其马达轴和滚轮5一起旋转，滚轮5依靠滚轮5与晶圆13外缘之间的摩擦力驱动晶圆13旋转，光纤传感器12对晶圆13的边缘进行检测，在晶圆缺口131没有到达光纤传感器12处时，光纤传感器12发射端发出的检测光线被晶圆13挡住而无法到达光纤传感器12的接收端，光纤传感器12无检测信号；当晶圆缺口131到达光纤传感器12处时，光纤传感器12发射端发出的检测光线通过晶圆缺口131到达光纤传感器12的接收端，光纤传感器12发出找到晶圆缺口131的信号，四个步进马达4立即同时停止运转，晶圆13保持现有的姿态等待取出，晶圆缺口131寻找完成；

5)下料：夹持气缸6的气缸轴伸出，马达安装座3带动步进马达4连同滚轮5向两侧张开，晶圆13落到滚轮圆台部501的斜面上，取出定位和校准完成的晶圆13并保持现有的姿态和位置将晶圆13送入下一工序；

6)重复步骤1)至步骤5)，直至所有晶圆13完成定位和校准。

实施例2：

如图1所示的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，包括固定板1、一对并列设置在固定板1侧面的夹持单元、设置在固定板1侧面并位于两夹持单元之间的晶圆缺口校准机构以及设置在固定板1侧面并与夹持单元相适配的平移限位机构，夹持单元包括设置在固定板1侧面的气缸驱动机构、与气缸驱动机构传动连接的马达安装座3以及一对并列设置在马达安装座3上的滚轮驱动机构。

其中，气缸驱动机构包括水平设置在固定板1侧面的线性滑轨2以及设置在固定板1侧面并与马达安装座3传动连接的夹持气缸6，马达安装座3的一端与线性滑轨2的滑块固定连接。夹持气缸6与马达安装座3之间设有气缸轴连接板7，夹持气缸6的气缸轴通过气缸轴连接板7与马达安装座3相连。

滚轮驱动机构包括竖直设置在马达安装座3上的步进马达4以及设置在步进马达4顶部并与步进马达4传动连接的滚轮5。如图2所示，滚轮5包括与步进马达4的马达轴固定连接的滚轮圆台部501以及设置在滚轮圆台部501顶部的滚轮圆柱部502，滚轮圆台部501的顶部与滚轮圆柱部502的底部之间开设有滚轮槽口503。滚轮圆台部501的外径由上而下逐渐增大，滚轮圆台部501的底面外径大于滚轮圆柱部502的外径，滚轮圆台部501的顶面外径小于滚轮圆柱部502的外径。

晶圆缺口校准机构包括设置在固定板1侧面的光纤座11以及设置在光纤座11上的光纤传感器12。光纤座11包括上光纤座及下光纤座，光纤传感器12为对射型光纤传感器，包括光纤发射端及光纤接收端，光纤发射端、光纤接收端分别设置在上光纤座、下光纤座上。

平移限位机构包括设置在固定板1侧面并与其中一个马达安装座3相适配的限位块10。平移限位机构还包括设置在固定板1侧面并与另一个马达安装座3相适配的缓冲组件，该缓冲组件包括设置在固定板1侧面的缓冲器安装座8以及设置在缓冲器安装座8上的缓冲器9。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，该装置包括固定板(1)、一对并列设置在固定板(1)侧面的夹持单元、设置在固定板(1)侧面并位于两夹持单元之间的晶圆缺口校准机构以及设置在固定板(1)侧面并与夹持单元相适配的平移限位机构，所述的夹持单元包括设置在固定板(1)侧面的气缸驱动机构、与气缸驱动机构传动连接的马达安装座(3)以及一对并列设置在马达安装座(3)上的滚轮驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的气缸驱动机构包括水平设置在固定板(1)侧面的线性滑轨(2)以及设置在固定板(1)侧面并与马达安装座(3)传动连接的夹持气缸(6)，所述的马达安装座(3)的一端与线性滑轨(2)的滑块固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的夹持气缸(6)与马达安装座(3)之间设有气缸轴连接板(7)，所述的夹持气缸(6)的气缸轴通过气缸轴连接板(7)与马达安装座(3)相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的滚轮驱动机构包括竖直设置在马达安装座(3)上的步进马达(4)以及设置在步进马达(4)顶部并与步进马达(4)传动连接的滚轮(5)。

5.根据权利要求4所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的滚轮(5)包括与步进马达(4)的马达轴固定连接的滚轮圆台部(501)以及设置在滚轮圆台部(501)顶部的滚轮圆柱部(502)，所述的滚轮圆台部(501)的顶部与滚轮圆柱部(502)的底部之间开设有滚轮槽口(503)。

6.根据权利要求5所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的滚轮圆台部(501)的外径由上而下逐渐增大，所述的滚轮圆台部(501)的底面外径大于滚轮圆柱部(502)的外径，所述的滚轮圆台部(501)的顶面外径小于滚轮圆柱部(502)的外径。

7.根据权利要求1所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的晶圆缺口校准机构包括设置在固定板(1)侧面的光纤座(11)以及设置在光纤座(11)上的光纤传感器(12)。

8.根据权利要求7所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的光纤座(11)包括上光纤座及下光纤座，所述的光纤传感器(12)为对射型光纤传感器，包括光纤发射端及光纤接收端，所述的光纤发射端、光纤接收端分别设置在上光纤座、下光纤座上。

9.根据权利要求1所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的平移限位机构包括设置在固定板(1)侧面并与其中一个马达安装座(3)相适配的限位块(10)。

10.根据权利要求9所述的一种基于滚轮夹持驱动的晶圆定位校准装置，其特征在于，所述的平移限位机构还包括设置在固定板(1)侧面并与另一个马达安装座(3)相适配的缓冲组件，该缓冲组件包括设置在固定板(1)侧面的缓冲器安装座(8)以及设置在缓冲器安装座(8)上的缓冲器(9)。

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