CN216793647U - 一种正片系统 - Google Patents

Abstract

一种正片系统，包括正片机、机械手（7）和控制系统，正片机具有一个运动平台，其可沿着X轴平移、同时可绕Z轴旋转；该运动平台的顶部固定设置有一个吸盘（905）；正片机还具有一个载片台（813），该载片台（813）被设置成大致的U型；所述吸盘（905）位于载片台（813）的U型开口内，载片台（813）可相对于该吸盘（905）在高于吸盘上表面一定距离与低于吸盘上表面一定距离的位置之间上下移动；机械手（7）具有负压抽吸口，可将外延片（6）吸附固定，并将外延片（6）从初始位置运送到运动平台上的载片台（813）上，以及在正片结束之后将外延片（6）取走；控制系统具有传感器，可感测放置于吸盘（905）上的外延片（6）的位置状态；以及控制器，可根据传感器反馈的信息控制运动平台沿X轴的平移运动以及绕Z轴的旋转运动，还可以控制载片台的上下移动、机械手的运动。正片的过程中，通过控制机械手（7）在Y轴方向上的位移来取代正片机的Y向平移运动，实现正片。

Description

一种正片系统

技术领域

本实用新型涉及一种外延片正片系统。

背景技术

随着LED等半导体行业的飞速发展，其对自动化设备的需求不断提升，对测试的要求越来越高，对于外延片的定位精度要求也越来越高。一般，在外延片制备流程中，为便于后续切割及测试等工序对材料进行定位或同时标明晶体生长的晶向，在衬底材料锭制成后，会有一个叫“Flat/Notch Grinning”的步骤。它沿轴向在锭的圆柱面上，对直径200mm以下的锭，切割出一个小平面，叫做Flat；对直径200mm及以上的锭，为了减少浪费，只加工出一个小圆弧槽，叫做Notch。因此，一般外延片并不是规则的圆形，而是有一个小平边（也叫Flat）或小缺口（也叫Notch）。因为外延片在制程工序中需要频繁地在载台与晶圆盒之间进行周转，而从晶圆盒中取片时会存在外延片的位置发生偏移，导致外延片移到载台上时会发生定位不准确及平边或缺口方向不固定等问题，所以在一些制程中就需要对外延片进行位置及姿态的矫正，即调整外延片的圆心坐标以及平边或缺口的朝向。

现有技术中，外延片寻边正片机具有四个自由度，具体参见附图1。在公开号为CN104979258A的发明专利中提到的一种晶圆对准系统（即外延片的正片机），该系统包括：运动平台，其可绕X、Y、Z三轴平动并绕Z轴转动；晶圆载物吸盘，其被支撑在所述运动平台上，用于承载晶圆；至少四个相机，分别对准所述晶圆上限定定位缺口的两个相对的边角布置两个相机以使两个相机得到每个边角的目标特征图像，对准所述晶圆的其余边缘分别布置其他相机以使其他相机得到其余边缘的目标特征图像，其中所有相机的视场都足够大从而均能涵盖晶圆传输误差；多路图像采集卡，其耦接到每个相机，采集所述边角的目标特征图像和其余边缘的目标特征图像；以及处理器，其耦接到所述多路图像采集卡，将所述边角的目标特征图像和其余边缘的目标特征图像与预存的理想特征图像分别进行比较并计算晶圆传输误差。

该发明专利还涉及一种晶圆对准方法，其包括：在最大晶圆传输误差的范围内传输晶圆到被支撑在运动平台上的晶圆载物吸盘上并移动所述运动平台以将晶圆定位到所有相机的共同焦点位置，其中，相机的数目为至少四个，所有相机均被耦接到多路图像采集卡，其中，每个相机的视场都足够大从而均能涵盖所述最大晶圆传输误差；所有相机中的两个分别对准所述晶圆上限定定位缺口的两个相对的边角以使这两个相机采集两边角的实际特征图像，其余相机对准所述晶圆的其余边缘采集其余边缘的实际特征图像；与预存在处理器内的理想特征图像进行比较并将匹配度符合要求的每个边角的实际特征图像以及其余边缘的实际特征图像确定为目标特征图像；计算各个目标特征图像的物理位置；根据至少三个目标特征图像的物理位置计算所述晶圆的平动传输误差；根据两个边角的目标特征图像的物理位置计算所述晶圆的旋转传输误差；根据所述平动传输误差和所述旋转传输误差调节所述晶圆的位置。

在生产过程中，该外延片寻边正片机与市面上常规的机械手搭配使用，机械手仅用于取放片，不负责调整位置，外延片的正片完全靠寻边正片装置来进行沿X、Y平移和绕Z轴的转动来调整。该正片机具备四个自由度，至少四个相机，因此结构复杂，而正片机的精度要求又很高，导致整个设备成本高昂。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的结构复杂、成本高昂的技术问题，提出一种改进的外延片的正片系统以及使用该系统对外延片进行正片的方法。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种正片系统，包括正片机、机械手和控制系统，正片机具有一个运动平台，其可沿着X轴平移、同时可绕Z轴旋转；该运动平台的顶部固定设置有一个吸盘；正片机还具有一个载片台，该载片台被设置成大致的U型；所述吸盘位于载片台的U型开口内，载片台可相对于该吸盘在高于吸盘上表面一定距离与低于吸盘上表面一定距离的位置之间上下移动。

机械手具有负压抽吸口，可将外延片吸附固定，并将外延片从初始位置运送到运动平台上的载片台上，以及在正片结束之后将外延片取走。

控制系统具有传感器，可感测放置于吸盘上的外延片的位置状态；以及控制器，可根据传感器反馈的信息控制运动平台沿X轴的平移运动以及绕Z轴的旋转运动，还可以控制载片台的上下移动、机械手的运动，以实现正片。

进一步地，本实用新型中的传感器为线阵相机。

进一步地，其中，运动平台包括X轴装置和U轴装置，U轴装置设置在X轴装置上，且可被X轴装置驱动，沿着X轴方向移动。

进一步地，其中，U轴装置中包括U轴，所述吸盘固定设置于U轴的顶部，U轴装置可驱动U轴带动吸盘绕Z轴旋转。

进一步地，其中，U轴为空心结构，其底部可转动地连接有旋转快插接头，用来与负压装置连接；其顶部与吸盘上的气孔连通。

进一步地，其中，载片台的两侧上表面均匀设置有塑胶螺帽，所述塑胶螺帽高度可调，使其顶部位于同一水平面。

进一步地，其中，还具有Z轴装置，用于驱动载片台的上下移动。

进一步地，其中，X轴装置、Z轴装置和U轴装置各自都具有一电机驱动的带传动机构以及导轨滑块组成的导向机构。

本实用新型还公开了一种使用上述正片系统进行正片的方法，控制器预先存储载片台的位置信息X、Y、H1，H2，ΔX，ΔH，ΔY；其中，X为载片台参考点的横坐标，Y为载片台参考点的纵坐标，H1为载片台位于最高位置时参考点的Z轴坐标，H2为载片台位于最低位置时参考点的Z轴坐标；ΔX，ΔH，ΔY，分别为预先设定的值；外延片位于传感器正下方时，其圆心的标准位置坐标为（X_标，Y_标）；正片开始之前，首先使载片台和吸盘均位于初始位置，载片台初始位置为参考点位于H1高度，吸盘的初始位置为位于载片台的U型开口内；

正片过程包括如下步骤：

第一步：控制机械手运动至外延片存储位置，吸附一个外延片，并将其运送至载片台上方，坐标（X，Y，H1+ΔH）的位置；

第二步：断开机械手负压，机械手下移至（X，Y，H1-ΔH），在此过程中，外延片接触载片台的顶部，随后与机械手脱离接触，移动到位后，机械手沿Y轴方向移出载片台位置（X，Y-ΔY，H1-ΔH）；

第三步：载片台带着外延片向下移动至参考点位于H2高度，在此过程中，外延片接触吸盘并且脱离载片台，开启吸盘负压，将外延片吸附固定在吸盘上；

第四步：运动平台带着吸盘沿X轴移动距离ΔX，使外延片位于传感器正下方；

第五步：运动平台带动吸盘绕Z轴旋转一周，同时传感器按一定频率采集外延片的轮廓信息，并将采集到底的廓信息发送到控制器，控制器对其进行处理，获得外延片的圆心坐标（X1，Y1），同时获得平边的夹角α，利用获得的圆心坐标、平边的夹角与预先存储的标准位置（X_标，Y_标），通过平面几何知识进行计算得到外延片在X轴和Y轴的矫正距离X_矫，Y_矫；

第六步：运动平台带动吸盘绕Z轴转动角度α，实现平边的矫正；

第七步：运动平台带动吸盘沿X轴移动，移动距离为：-ΔX+X_矫，实现外延片沿X轴方向的矫正；

第八步：关闭吸盘负压，载片台向上移动至参考点位于H1高度，同时带动外延片上移，脱离吸盘一定距离；

第九步：机械手沿Y轴方向移动，距离为ΔY+Y_矫；

第十步：开启机械手负压，机械手上移，上移距离为2ΔH，外延片脱离载片台，从而实现了外延片沿Y轴方向的矫正；

第十一步：机械手将外延片取走并送至目标位置，正片结束。

进一步地，参考点可选择为载片台的水平中心位置处、与载片台的顶部等高的点。

本实用新型提到的正片装置，只具有沿X轴方向移动、沿Z轴方向移动、绕Z轴转动三个自由度，与现有技术相比减少一个Y轴方向的移动，即省略了沿Y轴方向移动的驱动以及传动机构。本实用新型仅需要设置一个线阵探头，通过外延片转动一周同时多次采集图像信息、并根据采集得到的图像信息通过计算获得外延片的位置以及朝向信息，然后通过控制器控制正片机沿X轴平移、绕Y轴的旋转、以及机械手沿Y方向的平移来实现正片。

与现有技术相比，本实用新型专利在实现外延片的正片的基础上，省略了沿Y轴方向移动的驱动以及传动机构，减少了相机的数量，从而降低了成本，提高了工作效率。

附图说明

图1是现有技术的原理图

图2是装置总立体图

图3是图2中的X轴装置爆炸图

图4是图2中的Z轴装置爆炸图

图5是图2中的U轴装置爆炸图

图6是本实用新型装置的原理图

图7是机械手取放片时的位置图

图8是吸盘接触外延片的位置图

图9是外延片寻边正片的位置图

1.底板 2.X轴装置 3.传感器固定座4.传感器接收端 5.传感器发射端 6.外延片7.机械手 8.Z轴装置 9.U轴装置 10.滑块Ⅰ 11导轨Ⅰ 201.电机Ⅰ 202.同步带轮Ⅰ 203.X轴电机板 204.正片机固定座 205.同步带Ⅰ 206.X轴张紧板 207.X从动轴固定座 208.转轴Ⅰ209.轴承座组件Ⅰ 210.扣环Ⅰ 211.同步带轮Ⅱ801.电机Ⅱ 802.同步带轮Ⅲ 803.皮带加紧块 804.同步带Ⅱ 805.惰轮 806.Z固定板 807.扣环Ⅱ 808.导轨Ⅱ 809.转轴Ⅱ 810.滑块Ⅱ 811.皮带固定块 812.载片台连接板 813.载片台 814.塑胶螺帽 815.轴承座组件Ⅱ 816.同步带轮Ⅳ 901.电机Ⅲ 902.U轴电机板 903.同步带轮Ⅴ 904.同步带Ⅲ 905.吸盘 906.O形圈 907.U轴 908.同步带轮Ⅵ 909.轴承座组件Ⅲ 910.U轴底座 911.X轴皮带固定块 912.U轴隔套Ⅰ 913.轴承螺帽 914.旋转快插接头 915. U轴隔套Ⅱ

具体实施例

下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中的正片系统，包括正片机、机械手7和控制系统。

正片机具有底板1和一个运动平台，运动平台包括X轴装置2和U轴装置9，U轴装置9设置在X轴装置2的X轴皮带固定块911和滑块I10上，可随着同步带Ⅰ205移动。U轴装置9的顶部固定设置有一个吸盘905。运动平台还包括正片机固定座204，其固定在底板1上。

X轴装置2用来驱动吸盘905沿X轴方向移动。X轴装置2具体为：正片机固定座204上固定设置有X轴电机板203、X从动轴固定座207。X轴电机板203上固定设置有电机Ⅰ201，电机Ⅰ201与同步带轮Ⅰ202连接。轴承座组件Ⅰ209固定设置在X从动轴固定座207上，转轴Ⅰ208安装在轴承座组件Ⅰ209上，同步带轮Ⅱ211固定在转轴Ⅰ208上，扣环Ⅰ210固定在转轴Ⅰ208另一端。同步带Ⅰ205安装在同步带轮Ⅰ202、同步带轮Ⅱ211上。导轨Ⅰ11固定在正片机固定座204上，滑块Ⅰ10设置在导轨I上，且与同步带I205固定连接，可随着同步带I205沿着导轨I11滑动。

同步带I205还具有一张紧机构，具体为：X轴张紧板206与X从动轴固定座207固定连接，X轴张紧板206通过螺栓设置在正片机固定座204上，通过转动螺栓，可以调整X轴张紧板206与正片机固定座204之间的间隙，从而调整X从动轴固定座207在X轴方向的位置。X从动轴固定座207上有U型长孔，调整完成之后，将固定螺钉从U型长孔穿入，拧入到正片机固定座204上的固定孔中，即可实现对同步带I205的张紧。

U轴装置9用来驱动吸盘905绕Z轴转动。U轴装置9具体为：U轴底座910固定在滑块Ⅰ10上，滑块I10通过固定连接在U轴底座910上的X轴皮带固定块911与同步带I205固定连接。U轴底座910上还固定设置有轴承座组件Ⅲ909、U轴电机板902。U轴电机板902上固定设置有电机Ⅲ901，电机Ⅲ901与同步带轮Ⅴ903连接。U轴907设置于轴承座组件Ⅲ909内，在轴承座组件Ⅲ909的上下两侧，U轴907上还分别套设有U轴隔套Ⅱ915、U轴隔套Ⅰ912。在U轴隔套Ⅱ915的上方，同步带轮Ⅵ908固定在U轴907上，同步带Ⅲ904安装在同步带轮Ⅴ903、同步带轮Ⅵ908上，并可带动U轴907旋转。吸盘905固定在U轴907顶端，O形圈906安装在U轴907和吸盘905之间。

在U轴隔套Ⅰ912下方，U轴907螺纹连接有轴承螺帽913，U轴907底部可转动地连接有旋转快插接头914，用来与负压装置连接。

同步带Ⅲ904还具有与同步带I205相同的张紧机构。

正片机还具有一个载片台813，该载片台813被设置成大致的U型，其两侧均匀设置有塑胶螺帽814。吸盘905位于载片台813的U型开口内，载片台813可相对于该吸盘905在高于吸盘905上表面一定距离与低于吸盘905上表面一定距离的位置之间上下移动。

载片台813的上下运动由Z轴装置驱动。Z轴装置具体为：在底板1上固定设置Z固定板806，在Z固定板806上固定设置有电机Ⅱ801、轴承座组件Ⅱ815、惰轮805、导轨Ⅱ808，导轨Ⅱ808上滑动设置有滑块Ⅱ810。电机Ⅱ801与同步带轮Ⅲ802连接。在轴承座组件Ⅱ815上设置有转轴Ⅱ809，转轴Ⅱ809上固定设置有扣环Ⅱ807、同步带轮Ⅳ816，同步带Ⅱ804安装在同步带轮Ⅲ802、同步带轮Ⅳ816上。同步带Ⅱ804上固定连接有皮带加紧块803，皮带加紧块803上固定设置有皮带固定块811，皮带固定块811上固定设置有载片台连接板812，载片台连接板812与滑块Ⅱ810固定连接，载片台连接板812上还固定设置有载片台813，塑胶螺帽814安装在载片台813上，塑胶螺帽814可以调平。

机械手7具有负压抽吸口，可将外延片吸附固定，并将外延片从初始位置运送到运动平台上的载片台上，以及在正片结束之后将外延片取走。其由控制系统通过驱动装置驱动。

控制系统具有传感器，可感测放置于载片台上的外延片的位置状态信息。传感器包括传感器接收端4与传感器发射端5，分别固定在传感器固定座3上，传感器固定座3固定在X轴电机板203上。优选的，传感器采用线阵相机。

以及控制器（附图中未示出），可根据传感器反馈的信息控制运动平台沿X轴的平移运动以及绕Z轴的旋转运动，还可以控制载片台813的上下移动、机械手7的运动，以实现正片。

控制器具有存储模块，用来存储预先设置的数据以及控制程序。

使用正片系统进行正片时，控制器预先存储载片台813的位置信息X、Y、H1，H2，ΔX，ΔH，ΔY；其中，X为载片台参考点的横坐标，Y为载片台参考点的纵坐标，H1为载片台位于最高位置时参考点的Z轴坐标，H2为载片台位于最低位置时参考点的Z轴坐标，参考点可选择为载片台813的中心位置处、与塑胶螺帽814的顶部等高的点；ΔX，ΔH，ΔY，分别为预先设定的值；外延片位于传感器正下方时，其圆心的标准位置坐标为（X_标，Y_标）；正片开始之前，使载片台、吸盘均处于初始位置，载片台初始状态为参考点位于H1高度；

正片过程包括如下步骤：

第一步：控制机械手7运动至外延片存储位置，吸附一个外延片6，并将其运送至载片台813上方，坐标（X，Y，H1+ΔH）的位置；

第二步：断开机械手7负压，机械手7下移至（X，Y，H1-ΔH），在此过程中，外延片6接触载片台813上的塑胶螺帽814，随后与机械手7脱离接触，移动到位后，机械手7沿Y轴方向移出载片台813，至位置（X，Y-ΔY，H1-ΔH）；

第三步：载片台813带着外延片6向下移动至参考点位于H2高度，在此过程中，外延片6接触吸盘905并且脱离载片台813，开启吸盘负压，将外延片6吸附固定在吸盘905上；

第四步：运动平台带着吸盘905沿X轴移动距离ΔX，使外延片6位于传感器正下方；

第五步：运动平台带动吸盘905绕Z轴旋转一周，同时传感器按一定频率采集外延片6的轮廓信息，并将采集到底的廓信息发送到控制器，控制器对其进行处理，获得外延片6的实际圆心坐标（X1，Y1），同时获得平边（也叫截离边）的夹角α，利用获得的圆心坐标、平边夹角α与预先存储的标准位置（X_标，Y_标），根据平面几何知识进行计算，得到外延片6在X轴和Y轴的矫正距离X_矫，Y_矫；

第六步：运动平台带动吸盘905绕Z轴转动角度α，实现平边的矫正；

第七步：运动平台带动吸盘905沿X轴移动，移动距离为：-ΔX+X_矫，实现外延片6沿X轴方向的矫正；

第八步：关闭吸盘905负压，载片台813向上移动至参考点位于H1高度，同时带动外延片6上移，脱离吸盘905一定距离；

第九步：机械手7沿Y轴方向移动，距离为ΔY+Y_矫；

第十步：开启机械手负压，机械手7上移，上移距离为2ΔH，外延片6脱离载片台813，从而实现了外延片6沿Y轴方向的矫正；

第十一步：机械手7将外延片6取走并送至目标位置，正片结束。

Claims (8)

1.一种正片系统，包括正片机、机械手（7）和控制系统，其特征在于：

正片机具有一个运动平台，其可沿着X轴平移、同时可绕Z轴旋转；该运动平台的顶部固定设置有一个吸盘（905）；正片机还具有一个载片台（813），该载片台（813）被设置成大致的U型；所述吸盘（905）位于载片台（813）的U型开口内，载片台（813）可相对于该吸盘（905）在高于吸盘上表面一定距离与低于吸盘上表面一定距离的位置之间上下移动；

机械手（7）具有负压抽吸口，可将外延片（6）吸附固定，并将外延片（6）从初始位置运送到运动平台上的载片台（813）上，以及在正片结束之后将外延片（6）取走；

控制系统具有传感器，可感测放置于吸盘（905）上的外延片（6）的位置状态；以及控制器，可根据传感器反馈的信息控制运动平台沿X轴的平移运动以及绕Z轴的旋转运动，还可以控制载片台的上下移动、机械手的运动，以实现正片。

2.根据权利要求1所述的正片系统，其中，传感器为线阵相机。

3.根据权利要求2所述的正片系统，其中，运动平台包括X轴装置（2）和U轴装置（9），U轴装置（9）设置在X轴装置（2）上，且可被X轴装置（2）驱动，沿着X轴方向移动。

4.根据权利要求3所述的正片系统，其中，U轴装置（9）中包括U轴（907），所述吸盘（905）固定设置于U轴（907）的顶部，U轴装置（9）可驱动U轴（907）带动吸盘（905）绕Z轴旋转。

5.根据权利要求4所述的正片系统，其中，U轴（907）为空心结构，其底部可转动地连接有旋转快插接头（914），用来与负压装置连接；其顶部与吸盘（905）上的气孔连通。

6.根据权利要求1所述的正片系统，其中，载片台（813）的两侧上表面均匀设置有塑胶螺帽（814），所述塑胶螺帽（814）高度可调，使其顶部位于同一水平面。

7.根据权利要求3所述的正片系统，其中，还具有Z轴装置（8），用于驱动载片台（813）的上下移动。

8.根据权利要求7所述的正片系统，其中，X轴装置（2）、Z轴装置（8）和U轴装置（9）各自都具有一电机驱动的带传动机构以及导轨滑块组成的导向机构。

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