[發明專利]一種晶圓預對準裝置

有效

• 申請號: 201210579502.5
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103021919A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 張波;劉品寬;朱曉博;張帆;梁家欣
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L21/68
• 分類號: H01L21/68
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及半導體制造裝置，具體涉及一種晶圓預對準裝置。

背景技術

晶圓預對準裝置是晶圓處理系統的重要子系統，其作用是在晶圓被傳送到加工工位之前，對晶圓進行定位處理，計算晶圓與標準位置的偏差，然后驅動運動平臺使晶圓的圓心及缺口（或者切邊）定位于特定的范圍之內。晶圓預對準的目的有兩個，一是確定晶圓圓心位置，二是確定晶圓缺口方向。操作前晶圓圓心在預對準系統上的位置是未知的，缺口方向也是隨機的，預對準的目的就是將晶圓圓心調整到指定位置，將缺口方向調轉到指定方向。

晶圓預對準系統經歷了從機械預對準到高精度光學預對準的發展歷程。機械式預對準裝置是用復雜的機構直接接觸晶圓，使其被動定位；主要應用于傳輸精度要求較低的微米級設備，如專利US487904中的預對準裝置通過定心爪的收縮將晶圓移到旋轉中心，美國專利US4880384則采用3個滾軸對硅晶圓定心的方案；這些方法缺點是機械部件和晶圓的邊緣接觸，極易對晶圓造成污染，同時定位精度完全受機械結構精度的影響。

光學式預對準裝置則采用光學測量元件對晶圓的邊緣進行檢測，通過一定的算法來實現硅晶圓的定心。采用的光學測量器件主要有光電傳感器、線陣傳感器和攝像頭。根據所采用的探測器類型、個數以及安裝位置的不同，圓心定位和缺口檢測的算法也不盡相同。相比機械預對準系統，光學傳感器不接觸硅晶圓，具有較高的測量精度，目前較成熟且投入工業應用的預對準方法使用的是線陣型光學傳感器CCD，但它尺寸較大，對空間資源很大的浪費。

中國專利CN1937202A公開了一種晶圓預對準裝置，該預對準裝置通過水平對心單元完成晶圓的定心，通過承片臺完成晶圓缺口的定向。該預對準裝置的機構和算法比較簡單，但是整個晶圓預對準的過程中，存在三次對晶圓的真空交接，包括晶圓傳輸機械手與預對準裝置、水平對心單元與承片臺、承片臺與機械手的晶圓交接。眾所周知，晶圓本身厚度約為0.7mm，真空吸附的時候會產生局部的形變，這種變形對于整個預對準的結果會產出不利的影響，直接影響定位的精度，因為晶圓在承片臺上進行的邊緣掃描并通過掃描數據計算得出形心，然后再通過真空交接將晶圓轉移到水平對心單元上進行定心，最后再將對心過的晶圓重新轉移到承片臺上進行缺口定向，該方法造成誤差數據的兩次疊加，也增加了定位的時間，使得該裝置的效率較低。同時，該裝置由于采用了滾珠螺桿花鍵做傳動，線陣型CCD傳感器檢測晶圓的邊緣信號，造成整個裝置尺寸偏大，浪費了大量的空間。

發明內容

本發明的主要目的是為了克服上述已有技術的不足之處，發明一種新型晶圓預對準裝置。既能夠以極短的時間按照晶圓對準精度和對準時間的要求，完成晶圓的圓心對準和缺口定位，同時有效減小安裝尺寸，節省空間。

根據本發明的一個方面，提供一種晶圓預對準裝置，其特征在于，包括工作臺面1、θ-Y二自由度運動單元2、垂直過渡單元3、真空吸附單元4、視覺檢測單元5、數據采集單元6和運動控制單元7。其中：所述θ-Y二自由度運動單元2用于調整晶圓的偏心量和缺口位置，固定于工作臺面1上；垂直過渡單元3垂直固定在工作臺面1上，用于臨時放置晶圓，使晶圓與θ-Y二自由度運動單元2能夠完全脫離開，從而達到調整偏心量的目的；真空吸附單元4同軸固定在θ-Y二自由度運動單元2上，用于固定晶圓，使其能實現對心和缺口定位；視覺檢測單元5用于檢測晶圓的邊緣位置和缺口位置，與垂直過渡單元3平行固定在工作臺面1上；數據采集單元6用于采集晶圓邊緣數據，運動控制單元7用于處理晶圓邊緣數據，數據采集單元6和運動控制單元7均放置在外部控制器外，本發明不做詳細介紹。

優選地，所述θ-Y二自由度運動單元2包括相連接的Y向直線運動平臺和θ向旋轉平臺，其中：

直線運動平臺包括二維精密滾珠絲杠10、高分辨率步進電機6、直線導軌9、滑塊11、聯軸器7，其中：直線運動平臺的對稱中心線與晶圓理想對準位置的軸線重合并固定在工作臺面1上；二維精密滾珠絲杠10與滑塊11相互連接，形成二維平面方向直線運動；滑塊11與兩條平行放置的直線導軌9相互連接；直線導軌9固定在工作臺面1上；二維精密滾珠絲杠10一端通過聯軸器7與高分辨率步進電機6連接，當高分辨率步進電機6轉動時帶動滑臺11沿直線導軌9做Y向直線運動；

θ向旋轉平臺包括轉臺連接板12、轉臺臺架13、直驅無刷伺服電機14，其中：直驅無刷伺服電機14與轉臺臺架13同軸安裝實現單軸旋轉運動，Y向直線運動平臺和θ向旋轉平臺之間通過一塊轉臺連接板12固定，即轉臺連接板12固定在滑塊11上，轉臺臺架13設置于轉臺連接板12上。