CN217544552U - 一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置，包括：装卸台，可沿直线轨迹往复运动；抛光头，可周向旋转，且其旋转轨迹与直线轨迹至少有一个交点；传感器组件，用于监测抛光头的外缘与传感器之间的间距变化，包括设于装卸台的传感器，其至少可在装卸台径向两端的位置进行测距。本实用新型标定效率高，以更少的传感器数量、更少的数据、更优的数据处理方式、实现了复杂的对中场景的对中；通过传感器的位置设置，使得标定精度高，对传感器的安装位置要求低；装卸台与抛光头均可移动，且前者是直线运动轨迹后者是弧线运动轨迹，在标定难度较高时仍能准确快速完成标定。

Description

一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置
技术领域
本实用新型属于半导体集成电路芯片制造技术领域，尤其是涉及一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置。
背景技术
化学机械抛光平坦化(Chemical Mechanical Planarization，简称CMP)设备通常包括半导体设备前端模块(EFEM)、清洗单元和抛光单元。EFEM主要包括存放晶圆的片盒、传片机械手和空气净化系统等；清洗单元主要包括数量不等的兆声波清洗部件、滚刷清洗部件、干燥部件和各部件之间传输晶圆的装置等；抛光单元通常包括工作台、抛光盘、抛光头、抛光臂、修整器、抛光液臂等部件，每个部件按照工艺加工位置布置在工作台上。实际的晶圆加工过程中发现，抛光单元与清洗、晶圆运输等模块的空间布置对于化学机械平坦化设备整体的抛光产出有极大的影响。晶圆在抛光单元与外部以及在抛光单元之间的传输通常依靠装卸台或起类似作用的装置来实现。
当前已知的一种抛光模块包含两列抛光单元阵列，每列抛光单元包含一组或多组抛光单元，两列抛光单元阵列对应的装卸台在位于抛光单元阵列的列方向上纵向排列，所述晶圆传输模块的工作部位于沿纵向排列的装卸台的垂直上方，完成晶圆在其他装卸区与所述装卸台以及所述装卸台之间的传输，每个装卸台服务两个对向的抛光单元。上述多组抛光单元与晶圆传输模块和装卸台可以互相协作，实现晶圆在整个抛光单元阵列中的高效流转，有较高的抛光产出(Throughput)，每列抛光单元还可以根据工艺需求或维护需求进行自由增减，进一步提高Throughput。随着抛光单元数量增加，晶圆装卸工位手动标定难度和工作量越来越大。
中国专利CN110411344B公开了《一种校准方法、校准装置、校准系统及电子》，其需要用四个距离值来完成对中，并且，该四个距离值只通过旋转抛光头完成抛光头之于装卸台对中，装卸台是固定的，未提及对中装卸台。装置相对繁琐，对中效率低，未实现装卸台的对中。而且四个传感器检测数据量大，同时还有复杂的计算，对中耗时较长。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单的标定抛光头和装卸台工作位置的装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置，包括：
装卸台，可沿直线轨迹往复运动；
抛光头，可周向旋转，且其旋转轨迹与直线轨迹至少有一个交点；
传感器组件，用于监测抛光头的外缘与传感器之间的间距变化，包括设于装卸台的传感器，其至少可在装卸台径向两端的位置进行测距。
进一步的，所述传感器的数量为至少两个，其布设在装卸台的径向两端；或者，所述传感器的数量为一个，其可绕装卸台外缘移动至径向两端。
进一步的，当传感器的数量为至少两个时，其沿着直线轨迹的延伸方向布设。
进一步的，所述传感器组件还包括设于装卸台的卡槽，及可与传感器相连的固定座，所述固定座和卡槽可拆卸连接。
进一步的，所述卡槽的纵向截面呈U字形，所述固定座的横向截面呈工字形，固定座的缩口段可自上而下插入卡槽的缺口部。
进一步的，所述传感器为测距传感器，其数量为两个。
进一步的，所述装卸台在支座带动下沿直线轨迹往复运动；所述抛光头在抛光头摆臂的带动下周向旋转。
进一步的，所述抛光头的数量为一个，所述装卸台的数量为两个及以上。
进一步的，所述抛光头的数量为两个及以上，所述装卸台的数量为一个。
本实用新型的有益效果是：1)标定效率高，以更少的传感器数量、更少的数据、更优的数据处理方式、实现了复杂的对中场景的对中；2)通过传感器的位置设置，使得标定精度高，对传感器的安装位置要求低；3)装卸台与抛光头均可移动，且前者是直线运动轨迹后者是弧线运动轨迹，在标定难度较高时仍能准确快速完成标定。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图。
图2为本实用新型的装卸台结构示意图。
图3为本实用新型的传感器组件的部分结构示意图。
图4为本实用新型的传感器组件的部分结构示意图，未显示卡槽。
图5为本实用新型实施例一中的装置布设图，此时传感器沿直线轨迹布设。
图6为本实用新型实施例一中的对中过程简示图。
图7为本实用新型实施例二中的装置布设图，此时传感器仅沿装卸台径向布设。
图8为本实用新型实施例二中的对中过程简示图。
图9为本实用新型实施例三中的装置布设图，此时传感器沿垂直直线轨迹的方向布设。
图10为本实用新型实施例三中的对中过程简示图。
图11为本实用新型实施例四中的对中过程简示图一，此时一个抛光头与两个装卸台进行对中。
图12为本实用新型实施例四中的对中过程简示图二，此时一个装卸台与两个抛光头进行对中。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
如图1-图5所示，一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置，包括可以沿着直线轨迹2往复运动的装卸台1，可以周向旋转的抛光头3，及至少部分设置在装卸台1上的传感器组件4。
在本实施例中，装卸台1在支座11的带动下沿直线轨迹2往复运动，抛光头3在抛光头摆臂31的带动下周向旋转。
抛光头3的周向旋转轨迹5与直线轨迹2至少具有一个交点。传感器组件4至少包括布设在装卸台1径向两端的两个传感器41，其用于监测抛光头3的外缘与传感器41之间的间距变化。即传感器41为测距传感器。
当然，传感器41的数量也可以是一个，其可以绕着装卸台1外缘移动半圈，从而到达装卸台1的径向两端的位置进行测距。
两个传感器41不仅沿着装卸台1的径向布设，还可以是沿着直线轨迹2的延伸方向布设。
还具有判断单元，该判断单元用于输出传感器组件4监测的抛光头3外缘与传感器41之间的最小直线距离，从而达到判断抛光头3和装卸台1的中心轴线是否重合的目的。判断单元是在抛光头3和装卸台1处于运动状态的时候输出结果，上述的运动状态既可以是只有抛光头3动，装卸台1不动；也可以是只有装卸台1动，抛光头3不动；还可以是抛光头3和装卸台1都动。
判断单元输出的抛光头3外缘与传感器41之间的最小直线距离，可以是输出传感器组件4监测的抛光头3外缘与传感器41之间的间距之和的最小值；可以是输出传感器组件4监测的抛光头3外缘与传感器41之间的间距之差的最小值；也可以是，既输出抛光头3外缘与传感器41之间的间距之和的最小值，又输出抛光头3外缘与传感器41之间的间距之差的最小值。最终目的是判断抛光头3和装卸台1的中心轴线是否重合，以达到对中。
由于最小值不为零的情况下，其可以无限循环，因此可以先人为定一个设定值，从而将抛光头3外缘与传感器41之间的间距之和的最小值与设定值比较，如果两者的差异在可接受范围内，则停止修正的过程，判定抛光头和装卸台的中心轴线已经重合。同样的，先人为定一个设定值，将抛光头3外缘与传感器41之间的间距之差的最小值与设定值比较，如果两者的差异在可接受范围内，则停止修正的过程，判定抛光头和装卸台的中心轴线已经重合
如图2-图4所示，为了便于传感器41的安装，传感器组件4还包括固定设置在装卸台1的卡槽42，及可以与传感器41相连的固定座43，该固定座43与卡槽42可拆卸连接。具体的，卡槽42的纵向截面呈U字形，即其形成缺口部421，固定座43的横向截面呈工字形，即固定座43具有缩口段431，缩口段431可以从上到下插入卡槽42的缺口部421，此时在水平方向上固定座43不会相对卡槽42移动，完成装配。
一种标定抛光头和装卸台工作位置的方法，包括以下步骤：
将装卸台1沿直线轨迹2移动至抛光头3的下方，该步骤可以人为进行操作；
确定抛光头3的旋转轨迹5，抛光头3摆动，将装卸台1两端传感器41能显示读数的角度范围作为抛光头3的摆动范围，记录抛光头3摆动的起始位和终止位，将起始位和终止位之间作为抛光头3的旋转轨迹5，即抛光头3的初始位置落在该旋转轨迹5内，或者说落在摆动范围内；
抛光头3沿旋转轨迹5周向旋转；
装卸台1沿直线轨迹2往复平移运动；
抛光头3的对中；
装卸台1的对中；
上述抛光头3的对中步骤和装卸台1的对中步骤可以先后进行，或者，同时进行。
可以先进行抛光头3的对中步骤，再进行装卸台1的对中步骤，此时，当先进行抛光头3的对中步骤时，传感器组件4监测抛光头3外缘与传感器41之间的间距之和达到最小值；再进行装卸台1的对中步骤时，传感器组件4监测抛光头3外缘与传感器41之间的间距之差达到最小值。
也可以先进行装卸台1的对中步骤，再进行抛光头3的对中步骤，此时，当先进行装卸台1的对中步骤时，传感器组件4监测抛光头3外缘与传感器41之间的间距之和达到最小值；再进行抛光头3的对中步骤时，传感器组件4监测抛光头3外缘与传感器41之间的间距之差达到最小值。
实施例一
如图5、图6所示，此时传感器41数量为两个，其不仅沿着装卸台1的径向布设，还沿着直线轨迹2的延伸方向布设。
一种标定抛光头和装卸台工作位置的方法，包括以下步骤：
将传感器组件4安装至装卸台1，手动将装卸台1和抛光头3靠近，校准传感器41读数；
确定抛光头3的旋转轨迹5，以其转动至装卸台1两端传感器41能显示读数的角度范围作为抛光头3的摆动范围，并记录起始位和终止位，定义两个传感器41与抛光头3边缘的读数分别为L1和L2；换句话说，手动粗调抛光头3和装卸台1，使与抛光头3和装卸台1到达调节范围内。即抛光头3的圆心位于的P1处，装卸台1的圆心位于的P2处，一个传感器41a在检测范围内且有读数L1，另一个传感器41b检测范围内且有读数L2；
设置合适的抛光头3步长，该步长和传感器精度以及设定的对中精度有关，随机选择一个抛光头3转动方向；
抛光头3根据设置的步长和方向开始转动，若L1+L2的值变大则控制电机使得抛光头3往反方向移动，若L1+L2的值变小则保持运动方向不变，直至再次出现L1+L2的值变大的情况，再次控制电机使得抛光头3反方向转动一个步长，记录下此时抛光头3位置作为抛光头对中完成的位置；
设置合适的装卸台1的步长，该步长和传感器精度以及设定的对中精度有关，随机一个装卸台移动方向；
装卸台1根据设置的步长和方向开始移动，若L1-L2的绝对值变大则控制装卸台1往反方向移动，若L1-L2的绝对值变小则保持运动方向不变，直至再次出现L1-L2的绝对值变大的情况，再次控制装卸台1反方向移动一个步长，记录下此时装卸台1位置作为装卸台对中完成的位置；
此时P1和P2都运动到了P3处，由于P3为目标位置，P1和P2同时位于此位置上，即抛光头3和装卸台1的中心轴线重合，可以认为抛光头3和装卸台1已对中，结束修正。
实施例二
如图7、图8所示，此时传感器41数量为两个，其不仅沿着装卸台1的径向布设，还沿着垂直于直线轨迹2的方向布设。
该实施例中，标定抛光头和装卸台工作位置的方法与实施例一相同，不再赘述。
实施例三
如图9、图10所示，此时传感器41数量为两个，其仅仅沿着装卸台1的径向布设，不会沿着垂直于直线轨迹2的方向布设，也不会沿着直线轨迹2的延伸方向布设。
此时可以用实施例一中的方向标定抛光头和装卸台工作位置，还可以用以下方法进行标定。
一种标定抛光头和装卸台工作位置的方法，包括以下步骤：
将传感器组件4安装至装卸台1，手动将装卸台1和抛光头3靠近，校准传感器41读数；
确定抛光头3的旋转轨迹5，以其转动至装卸台1两端传感器41能显示读数的角度范围作为抛光头3的摆动范围，并记录起始位和终止位，定义两个传感器41与抛光头3边缘的读数分别为L1和L2；换句话说，手动粗调抛光头3和装卸台1，使与抛光头3和装卸台1到达调节范围内。即抛光头3的圆心位于的P1处，装卸台1的圆心位于的P2处，一个传感器41a在检测范围内且有读数L1，另一个传感器41b检测范围内且有读数L2；
设置合适的装卸台1的步长，该步长和传感器精度以及设定的对中精度有关，随机一个装卸台移动方向；
装卸台1根据设置的步长和方向开始移动，若L1+L2的值变大则控制装卸台1往反方向移动，若L1+L2的值变小则保持运动方向不变，直至再次出现L1+L2的值变大的情况，再次控制装卸台1反方向转动一个步长，记录下此时装卸台1位置作为装卸台对中完成的位置；
设置合适的抛光头3步长，该步长和传感器精度以及设定的对中精度有关，随机选择一个抛光头3转动方向；
抛光头3根据设置的步长和方向开始转动，若L1-L2的绝对值变大则控制电机使得抛光头3往反方向转动，若L1-L2的绝对值变小则保持运动方向不变，直至再次出现L1-L2的绝对值变大的情况，再次控制电机使得抛光头3反方向转动一个步长，记录下此时抛光头3位置作为抛光头对中完成的位置；
此时P1和P2都运动到了P3处，由于P3为目标位置，P1和P2同时位于此位置上，即抛光头3和装卸台1的中心轴线重合，可以认为抛光头3和装卸台1已对中，结束修正。
实施例四
在本实施例中，装卸台1和抛光头3同步运动进行动态对中。其可以适应两个传感器41在沿装卸台1径向的前提下，可以设置在任意位置的情形，或者可以增加传感器41的数量。
一种标定抛光头和装卸台工作位置的方法，包括以下步骤：
将传感器组件4安装至装卸台1，手动将装卸台1和抛光头3靠近，校准传感器41读数；
确定抛光头3的旋转轨迹5，以其转动至装卸台1两端传感器41能显示读数的角度范围作为抛光头3的摆动范围，并记录起始位和终止位，定义两个传感器41与抛光头3边缘的读数分别为L1和L2；换句话说，手动粗调抛光头3和装卸台1，使与抛光头3和装卸台1到达调节范围内。即抛光头3的圆心位于的P1处，装卸台1的圆心位于的P2处，一个传感器41a在检测范围内且有读数L1，另一个传感器41b检测范围内且有读数L2；
设定装卸台1的步长，随机选择装卸台1的移动方向，装卸台1根据设定的步长和方向开始移动；
设定抛光头3的步长，随机选择抛光头3的转动方向，抛光头3根据设定的步长和方向开始转动；
装卸台1和抛光头3同步运动，直至抛光头3和装卸台1的中心轴线重合，此时P1和P2都运动到了P3处，结束修正；
上述过程中，若抛光头3先于装卸台1开始运动，则以L1+L2的最小值出现位置为抛光头3对中完成的位置，以L1-L2的绝对值最小值出现位置为装卸台1对中完成的位置；
若装卸台1先于抛光头3开始运动，则以L1+L2的最小值出现位置为装卸台1对中完成的位置，以L1-L2的绝对值最小值出现位置为抛光头3对中完成的位置。
实施例五
上述实施例中，一个抛光头3和一个装卸台1进行对中。
在本实施例中，可以是一个抛光头3与两个装卸台1进行对中，对中方法相同。
如图11所示，在一个装卸台和一个抛光头位置校准到目标位置b和d，完成抛光头和装卸台同轴后，抛光头从任一位置a运动到靠近目标位置h的某一位置，且另一个装卸台从任一位置i运动到目标j的某一位置，传感器可检测到各自安装点与抛光头圆弧面的最小直线距离。通过算法控制装卸台和抛光头的运动，将两者位置校准到目标位置h和j，抛光头和装卸台同轴，完成两个装卸台与一个抛光头的对中。
此外，抛光头也可以根据需要只完成与其中一个装卸台的对中。
此外，单个抛光头对应的装卸台数量还可以是两个以上，即单个抛光头所需对中的装卸台数量可以是两个以上，装卸台数量可根据实际需求设置，可分别完成装抛光头与其中一个或多个装卸台对中。
还可以是一个装卸台1与两个抛光头3进行对中，对中方向相同。
如图12所示，在一个装卸台和一个抛光头位置校准到目标位置b和d，完成抛光头和装卸台同轴后，另一个抛光头从任一位置e运动到靠近目标位置f的某一位置，且装卸台从任一位置c运动到目标g的某一位置，传感器可检测到各自安装点与抛光头圆弧面的最小直线距离。通过算法控制装卸台和抛光头的运动，将两者位置校准到目标位置f和g，抛光头和装卸台同轴，完成一个装卸台与两个抛光装置的对中。
此外，装卸台也可以根据需要只完成与其中一个抛光头的对中。
此外，单个装卸台对应的抛光头数量还可以是两个以上，即单个装卸台所需对中的抛光头数量可以是两个以上，抛光头数量可根据实际需求设置，可分别完成装卸台与其中一个或多个抛光头对中。
实施例六
在本实施例中，传感器41的数量为一个，在进行抛光头3对中时，抛光头3转动一个步长后停止转动，传感器41从一端快速移动至另一端，进行L1和L2的测量。当然，也可以是抛光头3继续转动，传感器41以极快的速度移动至另一端。在抛光头3转动一个步长，传感器41就重复上述步骤，直至完成对中。其他与实施例一相同，不再赘述。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于包括：
装卸台(1)，可沿直线轨迹(2)往复运动；
抛光头(3)，可周向旋转，且其旋转轨迹(5)与直线轨迹(2)至少有一个交点；
传感器组件(4)，用于监测抛光头(3)的外缘与传感器(41)之间的间距变化，包括设于装卸台(1)的传感器(41)，其至少可在装卸台(1)径向两端的位置进行测距。
2.根据权利要求1所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述传感器(41)的数量为至少两个，其布设在装卸台(1)的径向两端；或者，所述传感器(41)的数量为一个，其可绕装卸台(1)外缘移动至径向两端。
3.根据权利要求2所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：当传感器(41)的数量为至少两个时，其沿着直线轨迹(2)的延伸方向布设。
4.根据权利要求1所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述传感器组件(4)还包括设于装卸台(1)的卡槽(42)，及可与传感器(41)相连的固定座(43)，所述固定座(43)和卡槽(42)可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述卡槽(42)的纵向截面呈U字形，所述固定座(43)的横向截面呈工字形，固定座(43)的缩口段(431)可自上而下插入卡槽(42)的缺口部(421)。
6.根据权利要求1所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述传感器(41)为测距传感器，其数量为两个。
7.根据权利要求1所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述装卸台(1)在支座(11)带动下沿直线轨迹(2)往复运动；所述抛光头(3)在抛光头摆臂(31)的带动下周向旋转。
8.根据权利要求1所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述抛光头(3)的数量为一个，所述装卸台(1)的数量为两个及以上。
9.根据权利要求1所述的标定抛光头和装卸台工作位置的装置，其特征在于：所述抛光头(3)的数量为两个及以上，所述装卸台(1)的数量为一个。
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