專利名稱：一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種顯微觀察系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種自動(dòng)控制的硅片檢査系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在半導(dǎo)體制造行業(yè)中，硅片是重要的部件之一。因?yàn)楣杵旧砗馨嘿F， 且在工藝過程中對(duì)硅片潔凈度的要求也非常高，所以取送硅片就需要格外小心。 另外，許多工藝都需要對(duì)硅片外表進(jìn)行正反兩面的檢査，目前多采用吸盤將硅片 背面進(jìn)行吸附，然后翻轉(zhuǎn)檢查，或者將硅片放置到顯微鏡下進(jìn)行更加細(xì)微的觀察。 目前取送硅片的方式有手動(dòng)和機(jī)械手操作方式，機(jī)械手多采用三折臂形式，包括 主臂、副臂和手腕等多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)復(fù)雜且體積大，在運(yùn)動(dòng)過程中易產(chǎn)生機(jī) 械顆粒對(duì)硅片造成二次污染。在對(duì)硅片進(jìn)行翻轉(zhuǎn)檢查的過程中，使硅片盡可能靈 活翻轉(zhuǎn)，并且防止在極限位置抖動(dòng)是技術(shù)問題的關(guān)鍵；目前采用的吸盤式相關(guān)產(chǎn) 品，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積大，運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，且容易在0。和90°的極限點(diǎn)發(fā)生抖動(dòng)。 在對(duì)硅片進(jìn)行顯微觀察的過程中，用于顯微鏡觀察的移動(dòng)臺(tái)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種， 手動(dòng)的移動(dòng)快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、成本低廉，但精度不高，操作不便；自動(dòng)的采用計(jì) 算機(jī)程序控制，雖然精度高些，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求高、成本很貴，而 且移動(dòng)速度較慢。 發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目地是提出一種簡(jiǎn)單便捷，自動(dòng)控制的硅片檢 查系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案 一種自動(dòng)控制的硅片檢査 系統(tǒng)，它包括一操作臺(tái)，在操作臺(tái)上設(shè)置一取送硅片的機(jī)械手， 一俯仰擺動(dòng)的硅 片盒平臺(tái)， 一球面運(yùn)動(dòng)的硅片表面檢查機(jī)構(gòu)， 一載物臺(tái)， 一鏡頭組， 一抽真空裝 置，以及一控制所述各裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；所述機(jī)械手包括一水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 一垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一水平電機(jī)通過水平傳 動(dòng)裝置帶動(dòng)一支架，所述垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一固定在所述支架上的垂直電機(jī)通過垂 直傳動(dòng)裝置帶動(dòng)一升降架，所述升降架頂部連接一機(jī)械手的主臂，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)為一固定在所述升降架上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)所述主臂，所述 主臂上端連接一吸取手爪，所述主臂與吸取手爪內(nèi)部設(shè)置有連通的真空氣道；所
4述硅片盒平臺(tái)包括一步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的一曲柄，曲柄上轉(zhuǎn)動(dòng)連接一連桿，所述連桿 支撐連接一翻轉(zhuǎn)板底部一端，所述翻轉(zhuǎn)板底部另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在一轉(zhuǎn)軸上，所述 翻轉(zhuǎn)板上設(shè)置有硅片盒；所述硅片表面檢査機(jī)構(gòu)包括一豎直設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)的空心支 柱，所述空心支柱下端固定一曲柄電機(jī)，所述曲柄電機(jī)輸出端連接一曲柄盤，所 述曲柄盤偏心活動(dòng)連接一空心連桿，所述空心連桿向上穿出空心支柱后與一吸盤 擺柄活動(dòng)連接，所述吸盤擺柄同時(shí)樞接在所述空心支柱上，所述吸盤擺柄內(nèi)部設(shè) 置自轉(zhuǎn)電機(jī)，自轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)一外露的吸盤，所述吸盤、吸盤擺柄、空心連桿之間 設(shè)置有連通的真空氣道；所述載物臺(tái)包括一固定在所述操作臺(tái)上的光學(xué)平臺(tái)，光 學(xué)平臺(tái)分下、上兩層設(shè)置有粗精度導(dǎo)軌組和高精度導(dǎo)軌組，粗精度導(dǎo)軌組包括由 第一驅(qū)動(dòng)組帶動(dòng)的分別沿平行的第一、第二導(dǎo)向裝置滑動(dòng)的第一、第二滑塊，所 述第一、第二滑塊之間連接一第三導(dǎo)向裝置，所述第三導(dǎo)向裝置上滑設(shè)由第二驅(qū) 動(dòng)組驅(qū)動(dòng)的第三滑塊，所述第三滑塊上垂向穿設(shè)一定位柱， 一平行于第三導(dǎo)向裝 置滑向的壓桿穿過所述第三滑塊和定位柱后，兩端的上方分別設(shè)置一固定在所述 第一、第二滑塊上的壓緊部件；所述高精度導(dǎo)軌組包括設(shè)置在所述定位柱頂部的 由第三驅(qū)動(dòng)組驅(qū)動(dòng)連接的第四滑塊，所述第四滑塊的頂部設(shè)置一與第四滑塊運(yùn)動(dòng) 方向水平垂直的由第四驅(qū)動(dòng)組驅(qū)動(dòng)連接的第五滑塊，所述第五滑塊頂部連接所述 載物平臺(tái)，所述載物平臺(tái)上方設(shè)置固定在所述操作臺(tái)上的所述鏡頭組。
所述機(jī)械手的水平傳動(dòng)裝置、垂直傳動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置分別為齒輪/齒輪 組合、齒輪/齒帶組合、絲杠/光杠組合之一。
所述機(jī)械手還包括一限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置在所述主臂下部的 凸頭限位片， 一設(shè)置在所述支架上的限位柱，所述限位柱上有多個(gè)間隔設(shè)置的限 位環(huán)，以供所述凸頭限位片上凸頭插入到兩限位環(huán)之間。
所述硅片盒平臺(tái)中的步進(jìn)電機(jī)、轉(zhuǎn)軸由支撐在所述操作臺(tái)上的定軸和護(hù)板固 定，所述翻轉(zhuǎn)板底部另一端通過連接塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述轉(zhuǎn)軸上，所述連接塊與定 軸之間掛接有支撐彈簧。
所述硅片盒平臺(tái)中的曲柄一側(cè)設(shè)置有擺位擋柱和擺位傳感器。
所述硅片表面檢查機(jī)構(gòu)的空心支柱通過軸承組合豎直設(shè)置在所述操作臺(tái)上， 并且由一電機(jī)通過一組水平設(shè)置的齒輪組合驅(qū)動(dòng)連接。
與所述硅片表面檢查機(jī)構(gòu)的吸盤位置相對(duì)應(yīng)的操作臺(tái)上，設(shè)置有一尋找硅片 邊緣標(biāo)志的傳感器。
所述第一驅(qū)動(dòng)組、第二驅(qū)動(dòng)組、第三驅(qū)動(dòng)組、第四驅(qū)動(dòng)組分別為電機(jī)帶動(dòng)的 齒輪/齒帶組合，對(duì)應(yīng)的所述滑塊連接在所述齒帶上。
5所述第一驅(qū)動(dòng)組、第二驅(qū)動(dòng)組、第三驅(qū)動(dòng)組、第四驅(qū)動(dòng)組分別為電機(jī)帶動(dòng)的 絲杠組合，對(duì)應(yīng)的所述滑塊連接在所述絲杠上。
所述第一、第二、第三導(dǎo)向裝置分別為穿設(shè)所述對(duì)應(yīng)滑塊的光杠組。 本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型的機(jī)械 手采用直臂結(jié)構(gòu)，在水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下做水平直線運(yùn)動(dòng)，在垂直驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng) 下做上下升降運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主臂的轉(zhuǎn)動(dòng)與水平 直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成函數(shù)變化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)在另一水平方向上的直線運(yùn)動(dòng)，再加上升降運(yùn) 動(dòng)的三維復(fù)合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了在任一高度上的取送硅片的目的。2、本實(shí)用新型機(jī)械 手由于只設(shè)置一個(gè)主臂帶動(dòng)一個(gè)手爪，結(jié)構(gòu)件少，所以在運(yùn)動(dòng)過程中也大大減少 了機(jī)械摩擦，減少了對(duì)硅片的二次污染。3、本實(shí)用新型的硅片盒平臺(tái)通過一套曲 柄連桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)速度符合完整的正弦曲線規(guī)律，使得片盒平臺(tái)在某一角度內(nèi)進(jìn) 行平穩(wěn)俯仰，不會(huì)造成極點(diǎn)震動(dòng)。4、本實(shí)用新型中的硅片表面檢査機(jī)構(gòu)設(shè)置一由 電機(jī)帶動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)的空心支柱；支柱上端連接一吸盤擺柄，吸盤擺柄由一連接的 曲柄連桿拉拽，使其能上下擺動(dòng)；在吸盤擺柄中設(shè)置一自轉(zhuǎn)電機(jī)，自轉(zhuǎn)電機(jī)通過 一吸盤轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)一吸盤。因此當(dāng)機(jī)構(gòu)的各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)吸盤就能夠同時(shí)自轉(zhuǎn)、隨 支柱一起公轉(zhuǎn)、隨吸盤擺柄一起俯仰，形成三種運(yùn)動(dòng)復(fù)合的球面運(yùn)動(dòng)。5、硅片表 面檢査機(jī)構(gòu)中在曲柄盤偏心的位置處設(shè)置一轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上連接曲柄連桿，當(dāng)曲柄 盤做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)連桿始終能夠豎直上下運(yùn)動(dòng)并按正弦曲線規(guī)律緩慢加速和停 止，確保曲柄連桿帶動(dòng)的吸盤擺柄不會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。6、硅片表面檢査機(jī)構(gòu)中在吸盤、 吸盤轉(zhuǎn)軸、吸盤擺柄、曲柄連桿內(nèi)部設(shè)置連通的無管路真空氣道，機(jī)構(gòu)的任何運(yùn) 動(dòng)都不會(huì)影響氣路的暢通。7、本實(shí)用新型的快速定位載物臺(tái)設(shè)置上下兩層導(dǎo)軌組， 分別實(shí)現(xiàn)粗定位和精定位，粗精度導(dǎo)軌組運(yùn)行快，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間，高精度導(dǎo)軌 組進(jìn)行精密微動(dòng)，占據(jù)空間小。8、粗精度導(dǎo)軌組和高精度導(dǎo)軌組之間由可鎖緊的 定位柱連接，下層粗精度導(dǎo)軌組移動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)高精度導(dǎo)軌組一起移動(dòng)，當(dāng)粗 略位置找到后，粗精度導(dǎo)軌組停止運(yùn)動(dòng)，由定位柱將其鎖定在光學(xué)平臺(tái)上，然后 高精度滑軌組繼續(xù)精確移動(dòng)定位。本實(shí)用新型中的各個(gè)裝置可以同時(shí)在一套設(shè)備 中組合應(yīng)用，也可以單獨(dú)應(yīng)用于其他設(shè)備中，因此，具有很大的靈活性。

圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)布局示意圖
圖2是本實(shí)用新型機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是機(jī)械手垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
圖4是圖3的側(cè)向示意圖圖5是機(jī)械手主臂和手爪連接示意圖
圖6是機(jī)械手中限位機(jī)構(gòu)凸頭限位片結(jié)構(gòu)示意圖
圖7是硅片盒平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖 圖8是硅片盒處于水平位置時(shí)側(cè)面觀察示意圖 圖9是硅片表面檢査機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖 圖10是圖9結(jié)構(gòu)的剖視示意圖 圖11是吸盤擺柄結(jié)構(gòu)剖視圖 圖12是快速定位的載物臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖 圖13是圖12另一角度觀察示意圖 圖14是高精度導(dǎo)軌組的示意圖 圖15是圖14的俯視示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本實(shí)用新型包括一個(gè)操作臺(tái)1，在操作臺(tái)1上設(shè)置有一個(gè)用于取 送硅片的機(jī)械手2， 一個(gè)能俯仰擺動(dòng)的硅片盒平臺(tái)3， 一個(gè)可進(jìn)行球面運(yùn)動(dòng)的硅片 表面檢查機(jī)構(gòu)4， 一個(gè)快速定位的載物臺(tái)5，在載物臺(tái)5上方設(shè)置一鏡頭組6，此 外，還有一連接上述各裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7。本實(shí)用新型的這些部分都具有獨(dú) 立的操作性，也就是說這些部分既可以組合應(yīng)用于本實(shí)用新型，也可以單獨(dú)應(yīng)用 于其它設(shè)備中，因此，當(dāng)本實(shí)用新型所涉及的某部分應(yīng)用于其它場(chǎng)合時(shí)，也不應(yīng) 排除在本實(shí)用新型所述的保護(hù)范圍之外。下面就本實(shí)用新型的各部分分別予以介 紹
機(jī)械手2
如圖2所示，機(jī)械手2包括一水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)201、 一垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)202、 一旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)203。水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)201包括一固定在操作臺(tái)1上的水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)204, 水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)204通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)連接一支架205，具體方式比如在水平驅(qū)動(dòng)電 機(jī)204的輸出端連接一主動(dòng)齒輪206，主動(dòng)齒輪206通過一傳送帶207連接到固定 在操作臺(tái)1另一端的從動(dòng)齒輪208，傳送帶207上固定連接支架205。支架205同 時(shí)穿設(shè)在兩根與傳送帶207平行設(shè)置的光杠209中，當(dāng)水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)204啟動(dòng)時(shí)， 就會(huì)帶動(dòng)支架205沿兩光杠209進(jìn)行水平方向的運(yùn)動(dòng)。
如圖3、圖4所示，垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)202包括一設(shè)置在支架205底部的垂直驅(qū)動(dòng) 電機(jī)210，垂直驅(qū)動(dòng)電機(jī)210通過一垂直傳動(dòng)裝置比如在電機(jī)輸出端連接一絲杠 211，驅(qū)動(dòng)連接一升降架212，升降架212螺紋連接到絲杠211上的同時(shí)，還同時(shí)穿設(shè)過兩并排設(shè)置的垂向光杠213，在絲杠211的帶動(dòng)下，升降架212沿兩垂向光 杠213進(jìn)行垂直上下運(yùn)動(dòng)。絲杠211上端通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接在支架205的頂部。
如圖3、圖5所示，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)203包括一設(shè)置在升降架212底部的旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)電機(jī)214，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)214通過一主動(dòng)輪215連接一從動(dòng)輪216，從動(dòng)輪216 固定套設(shè)在一旋轉(zhuǎn)主臂217上，旋轉(zhuǎn)主臂217下端通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接在升降架212 上，上端向上穿出支架205的頂部。在旋轉(zhuǎn)主臂217上端連接一水平手爪218，水 平手爪218上設(shè)置有一個(gè)或幾個(gè)高出手爪上表面的吸盤219，在旋轉(zhuǎn)主臂217和水 平手爪218的內(nèi)部設(shè)置有一連通吸盤219的真空氣道220，在旋轉(zhuǎn)主臂217底部或 側(cè)部設(shè)置一連接真空氣泵的接口 (圖中未示出)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)214通過主、從動(dòng) 輪215、 216帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)主臂217轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)水平手爪218在水平方向取送硅片 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，吸盤219通過真空氣道220抽真空，可以保證抓取硅片牢固，且不 與水平手爪218產(chǎn)生機(jī)械摩擦。
為了保證水平手爪218在抓取硅片的過程中，即使發(fā)生機(jī)械或電器或程序控 制故障，也不會(huì)使硅片受到損壞，本實(shí)用新型還設(shè)置了限位機(jī)構(gòu)221。如圖3、圖 6所示，限位機(jī)構(gòu)221包括一設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主臂217下部的凸頭限位片222，凸頭限 位片222可以隨旋轉(zhuǎn)主臂217—起轉(zhuǎn)動(dòng)。與凸頭限位片222對(duì)應(yīng)，在支架205上 垂向設(shè)置一限位柱223，在限位柱223上用多個(gè)間隔環(huán)224隔設(shè)多個(gè)限位環(huán)225， 凸頭限位片222的凸頭可以插設(shè)在兩相鄰的限位環(huán)225之間。當(dāng)或機(jī)械或電器或 程序控制發(fā)生故障時(shí)，限位機(jī)構(gòu)221就會(huì)有效地阻止水平手爪218不損害硅片。
本實(shí)用新型中機(jī)械手2的突出特點(diǎn)就在于它能實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)和旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合，使得水平手爪能在某一高度上形成直線進(jìn)取運(yùn)動(dòng)，從而吸取到硅 片盒中的硅片。
俯仰擺動(dòng)的硅片盒平臺(tái)3
如圖7、圖8所示，硅片盒平臺(tái)3設(shè)置在機(jī)械手2可觸及的地方，包括兩固定 在操作臺(tái)l上的定位軸301，定位軸301上固定連接有護(hù)板302，護(hù)板302可以是 四面包圍的，也可以是三面(前面敞開)的，或五面(底面也設(shè)置)的。在其中 一側(cè)護(hù)板302上，通過軸承連接一轉(zhuǎn)軸303，轉(zhuǎn)軸303與兩定位軸301在空間平行 設(shè)置。在轉(zhuǎn)軸303上通過一固定在其上的連接塊304連接一翻轉(zhuǎn)板305的底部前 端，翻轉(zhuǎn)板305的頂部固定連接一標(biāo)準(zhǔn)的硅片盒306。在連接塊304的側(cè)面連接有 一支撐彈簧307，支撐彈簧307的另一端向下通過一連接架308固定連接在其中的 一根定位軸301上。這里，由轉(zhuǎn)軸303、連接塊304組成的轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)，也可以采用 其它結(jié)構(gòu)形式，比如將轉(zhuǎn)軸303固定連接在護(hù)板302上，而連接在翻轉(zhuǎn)板305上的連接塊304是轉(zhuǎn)動(dòng)地套在轉(zhuǎn)軸303上的。
在兩定位軸301上還固定支撐一固定板309，固定板309上固定連接一動(dòng)力裝 置310，動(dòng)力裝置310可以是步進(jìn)電機(jī)，也可以是旋轉(zhuǎn)氣缸或者其它可輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng) 力的裝置。動(dòng)力裝置310的輸出端穿過固定板309后連接一曲柄311，曲柄311 的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接一連桿312，連桿312的另一端通過一銷軸313轉(zhuǎn)動(dòng)連接在一固 定塊314上，固定塊314固定在翻轉(zhuǎn)板305的底部后端。曲柄311上設(shè)置有長(zhǎng)圓 孔，用于變換與連桿312的連接位置，進(jìn)而改變硅片盒306的極限傾斜角度在30 45°之間變化。
如圖8所示，為了防止硅片盒306向前過于傾斜而使硅片滑落，在固定板309 上設(shè)置了兩個(gè)相對(duì)軸心呈180。的擺位傳感器315、 316，其中一個(gè)擺位傳感器315 感應(yīng)翻轉(zhuǎn)板305的水平位置，另一個(gè)擺位傳感器316感應(yīng)翻轉(zhuǎn)板305的最大傾斜 位置。另外，在翻轉(zhuǎn)板305處于水平位置(一般稱之為O位)時(shí)的曲柄311位置 處還設(shè)置一擋柱317，以防止曲柄311過轉(zhuǎn)，擋柱317也固定在固定板309上。因 此，由曲柄311和連桿312構(gòu)成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，就會(huì)帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)板305俯仰擺動(dòng)， 使硅片盒呈一定仰角放置，機(jī)械手或人工就可以方便的取送硅片。
球面運(yùn)動(dòng)的硅片表面檢査機(jī)構(gòu)4
如圖9、圖10所示，硅片表面檢查機(jī)構(gòu)4也設(shè)置在機(jī)械手2可觸及的地方， 包括一固定在操作臺(tái)1上的水平軸承座401，水平軸承座401內(nèi)設(shè)置一軸承402。 一空心的支柱403穿過軸承402，其下端靠近操作臺(tái)1底面的地方固定套設(shè)一大齒 輪404，大齒輪404嚙合連接一小齒輪405，小齒輪405固定在水平電機(jī)406的輸 出端，水平電機(jī)406固定在操作臺(tái)1上，水平電機(jī)406通過大、小齒輪驅(qū)動(dòng)支柱 403旋轉(zhuǎn)。在支柱403的最下端伸出一翼耳407，翼耳407上固定有一曲柄電機(jī)408， 曲柄電機(jī)408的輸出軸朝向支柱403的內(nèi)側(cè)，在輸出軸上連接有一曲柄盤409，曲 柄盤409偏心處通過軸承連接一垂直盤面的轉(zhuǎn)軸410，通過轉(zhuǎn)軸410豎直穿設(shè)一空 心的連桿411，連桿411向上穿出支柱403的空腔(如圖10所示)。當(dāng)曲柄電機(jī) 408帶動(dòng)曲柄盤409旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)軸410隨曲柄盤409 —起轉(zhuǎn)動(dòng)；因?yàn)檗D(zhuǎn)軸410通過 軸承連接到曲柄盤409上，所以又可以在曲柄盤409上自轉(zhuǎn)，所以可以始終保持 連桿411處于豎直方向。與曲柄盤409的位置對(duì)應(yīng)，還可以在翼耳407上設(shè)置一 擺位傳感器412，用于檢測(cè)曲柄盤409的位置狀態(tài)。
支柱403的上端穿出軸承402之后，伸出有兩翼耳413，在兩翼耳413間樞接 有一吸盤擺柄414。吸盤擺柄414的前部同樣樞接向上穿出支柱403的連桿411， 在曲柄電機(jī)408帶動(dòng)下，連桿411上下拉動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)吸盤擺柄414俯仰擺動(dòng)。如圖11所示，吸盤擺柄414為空腔型，在空腔內(nèi)的底部設(shè)置有一自轉(zhuǎn)電機(jī)415， 自轉(zhuǎn)電機(jī)415的輸出端連接一吸盤轉(zhuǎn)軸416，吸盤轉(zhuǎn)軸416頂部穿出吸盤擺柄414 的空腔后連接一吸盤417，吸盤417在自轉(zhuǎn)電機(jī)415的帶動(dòng)下自轉(zhuǎn)。這樣吸盤417 就形成了在支柱403帶動(dòng)下的公轉(zhuǎn)，在連桿411的拉動(dòng)下的擺動(dòng)，以及在自轉(zhuǎn)電 機(jī)415的帶動(dòng)下的自轉(zhuǎn)，幾方面復(fù)合起來，就形成了吸盤在0-90°范圍內(nèi)的球面 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在連桿411、吸盤擺柄414、吸盤轉(zhuǎn)軸416和吸盤417內(nèi)部設(shè)置有相互連通的 真空氣道418，在真空氣道的相互連接處設(shè)置有密封件如密封圈密封。真空氣道 418的底部也就是連桿411的底部連接一抽真空裝置如真空泵(圖中未示出)，當(dāng) 真空泵啟動(dòng)時(shí)，可以使真空氣道418內(nèi)抽真空。本實(shí)用新型中，在與吸盤417位 置相對(duì)應(yīng)的操作臺(tái)l上，還設(shè)置有一常規(guī)的能自動(dòng)找到硅片邊緣標(biāo)志(notch)的 傳感器。在硅片表面檢查機(jī)構(gòu)4的作用下，由吸盤吸住硅片，就可以找到硅片邊 緣標(biāo)志，就可以對(duì)硅片外表進(jìn)行正反兩面的檢査，檢查硅片的外缺損情況和是否 有被污染的顆粒，以及通過觀察硅片表面的顏色判斷硅片的鍍膜厚度(不同顏色 對(duì)應(yīng)不同厚度)。
快速定位的載物臺(tái)5
如圖12、圖13所示，快速定位的載物臺(tái)5也設(shè)置在機(jī)械手2可觸及的地方， 包括固定在操作臺(tái)1上的一光學(xué)平臺(tái)501，光學(xué)平臺(tái)501的表面光滑平整，與觀察 物鏡的視場(chǎng)平面平行。在光學(xué)平臺(tái)501上，分下、上兩層設(shè)置有粗精度導(dǎo)軌組和 高精度導(dǎo)軌組。粗精度導(dǎo)軌組在下，包括在操作臺(tái)1上固定設(shè)置的作為第一、第 二導(dǎo)向裝置的兩組平行的光杠組502，每一光杠組502中都包括上下平行的兩根光 杠。兩光杠組502上分別穿設(shè)第一滑塊503和第二滑塊503'。在第一滑塊503 (或 第二滑塊503')的外側(cè)設(shè)置一組包括第一電機(jī)504和傳動(dòng)裝置505在內(nèi)的第一驅(qū) 動(dòng)組，此第一驅(qū)動(dòng)組帶動(dòng)該側(cè)的第一滑塊503在光杠組502上滑動(dòng)。傳動(dòng)裝置505 的具體實(shí)施方式
可以是這樣在第一電機(jī)504的輸出端連接一主動(dòng)輪506，主動(dòng)輪 506通過傳送帶507連接到另一端的從動(dòng)輪508。在傳送帶507上連接一連接板 509，通過連接板509連接第一滑塊503，這樣，第一滑塊503就可以在傳送帶507 的帶動(dòng)下沿光杠組502滑動(dòng)，進(jìn)行水平方向的前后移動(dòng)。當(dāng)然，傳動(dòng)裝置505還 可以為一由第一電機(jī)504帶動(dòng)的絲杠，絲杠再穿接第一滑塊503，也可以使第一滑 塊503在光杠組502上滑動(dòng)。因此，這里所述的第一驅(qū)動(dòng)組的傳動(dòng)方式并不唯一， 能夠?qū)崿F(xiàn)所連接的滑塊在光杠組502上滑動(dòng)即可。
在兩個(gè)光杠組502之間設(shè)置一與兩光杠組502呈水平垂直的作為第三導(dǎo)向裝置的第三光杠組510，第三光杠組包括水平平行設(shè)置的兩光杠，兩光杠分別穿過作
為第三個(gè)滑塊的T型滑塊511的兩翼耳后，兩端分別固定到兩側(cè)的第一滑塊503 和第二滑塊503'上。這樣當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)504帶動(dòng)一側(cè)的第一滑塊503前后移動(dòng)時(shí)， 就可以通過第三光杠組510帶動(dòng)另一側(cè)的第二滑塊503，同步前后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也帶 動(dòng)T型滑塊511同步運(yùn)動(dòng)。在T型滑塊511的主體部位設(shè)置一水平通孔和一垂向 通孔，兩通孔交叉貫通。 一帶有水平通孔的定位柱512自上而下插入到垂向通孔 內(nèi)； 一壓桿513同時(shí)橫穿過T型滑塊511的水平通孔和定位柱512的水平通孔， 將二者穿設(shè)成一體。在壓桿513兩端的上方分別設(shè)置一固定在第一滑塊503和第 二滑塊503'上的鎖緊氣缸514，兩鎖緊氣缸514的活塞桿可以頂在壓桿513上。 在T型滑塊511的外側(cè)設(shè)置有一與第一驅(qū)動(dòng)組結(jié)構(gòu)相同或類似的第二驅(qū)動(dòng)組，這 樣當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)組的第二電機(jī)515啟動(dòng)時(shí)，就可以帶動(dòng)T型滑塊511沿第三光杠組 510的方向滑動(dòng)，進(jìn)行水平方向的左右移動(dòng)。 一旦下層粗精度導(dǎo)軌組完成橫縱兩向 粗定位后，便可以啟動(dòng)鎖緊氣缸514，活塞桿伸出向下頂壓壓桿513，通過壓桿513 再向下壓定位柱512，使定位柱512底部緊緊地壓在光學(xué)平臺(tái)501上，不再發(fā)生任 何移動(dòng)。
如圖14、圖15所示，在定位柱512頂部設(shè)置上層高精度導(dǎo)軌組。在定位柱 512上首先固定一較大的平板516，如果定位柱512頂面足夠大，也可以不設(shè)置平 板516。以設(shè)置平板516為例，在平板516上固定一第三電機(jī)517，第三電機(jī)517 通過兩齒輪518、 518，和一傳送帶519驅(qū)動(dòng)一第一絲杠520，第一絲杠520穿過 固定在定位柱512上的支撐板521后，連接一第四滑塊522，第四滑塊522座設(shè)在 具有支撐導(dǎo)向作用的定位柱512上，當(dāng)?shù)谌姍C(jī)517啟動(dòng)時(shí)，就可以驅(qū)使第四滑 塊522在定位柱512上滑動(dòng)。第三電機(jī)517，兩齒輪518、 518'，傳送帶519和第 一絲杠520構(gòu)成第三驅(qū)動(dòng)組，根據(jù)傳動(dòng)原理，第三驅(qū)動(dòng)組也可以設(shè)置為與第一或 第二驅(qū)動(dòng)組類似的結(jié)構(gòu)，只要能滿足第四滑塊的滑動(dòng)即可。
在第四滑塊522上，固定連接一第四電機(jī)523和一支撐板524，第四電機(jī)523 的輸出端通過兩齒輪525、 525，和一傳送帶526驅(qū)動(dòng)一第二絲杠527，第二絲杠 527穿過固定在第四滑塊522上的支撐板524后，連接一第五滑塊528，第五滑塊 528座設(shè)在第四滑塊522的頂部，可以在其上滑動(dòng)。第四電機(jī)523，兩齒輪525、 525'，傳送帶526和第二絲杠527即構(gòu)成第四驅(qū)動(dòng)組，根據(jù)傳動(dòng)原理，第四驅(qū)動(dòng) 組也可以設(shè)置為與前面驅(qū)動(dòng)組類似的結(jié)構(gòu)，只要能滿足第五滑塊528的滑動(dòng)即可。 在第五滑塊528上連接載物平臺(tái)529。第三驅(qū)動(dòng)組和第四驅(qū)動(dòng)組可以分別啟動(dòng)或同 時(shí)啟動(dòng)，均可以帶動(dòng)載物平臺(tái)529完成精確定位。在下層粗精度導(dǎo)軌組的作用下，完成機(jī)構(gòu)的快速粗定位，在上層高精度導(dǎo)軌組的作用下，完成機(jī)構(gòu)的微動(dòng)精定位。 在載物平臺(tái)529上放置硅片，通過機(jī)算機(jī)指令控制兩導(dǎo)軌組，使硅片移動(dòng)到需要 觀察的位置點(diǎn)，然后通過顯微鏡觀察。
本實(shí)用新型中的鏡頭組6固定設(shè)置在操作臺(tái)l上，位于載物臺(tái)5的上方。鏡 頭組6采用常規(guī)技術(shù)的鏡頭組，可以為單一鏡頭，也可以為多鏡頭，可以手動(dòng)調(diào)
節(jié)，也可以自動(dòng)調(diào)節(jié)。
上述實(shí)施例中的一些功能單元，比如各傳動(dòng)裝置，可以通過傳動(dòng)輪和傳動(dòng)帶
實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，可以運(yùn)用絲杠進(jìn)行傳動(dòng)。比如快速定位的載物臺(tái)5中的鎖緊氣缸514， 除運(yùn)用汽缸外，還可以運(yùn)用電磁鐵。對(duì)于這種功能性的等同替換，不再贅述。
如圖1所示，本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7分別連接上述各裝置的控制部 件，比如機(jī)械手2的水平電機(jī)204、垂直驅(qū)動(dòng)電機(jī)210、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)214，俯 仰擺動(dòng)的硅片盒平臺(tái)3的動(dòng)力裝置310、擺位傳感器315、 316，硅片表面檢査機(jī) 構(gòu)4的水平電機(jī)406、曲柄電機(jī)408、自轉(zhuǎn)電機(jī)415、擺位傳感器412，載物臺(tái)5 的第一電機(jī)504、第二電機(jī)515、第三電機(jī)517、第四電機(jī)523、緊氣缸514，等等。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7中的控制軟件是根據(jù)本實(shí)用新型檢查硅片的具體要求而預(yù)先編 程安裝的，具體控制操作過程如下
首先，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7根據(jù)程序要求啟動(dòng)機(jī)械手2的三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，到 硅片盒中的預(yù)定位置將硅片取出，送到硅片表面檢查機(jī)構(gòu)4的吸盤上，由吸盤翻 轉(zhuǎn)，在強(qiáng)光下通過操作者肉眼宏觀檢查硅片表面的顏色變化及缺損情況、表面質(zhì) 量，并通過傳感器找出硅片邊緣標(biāo)志(notch)。如果表面觀察完成后，不需要進(jìn) 一步檢査，則可以用機(jī)械手將硅片放回到硅片盒4中或放置到其它的硅片盒內(nèi)。 如果需要進(jìn)一步檢査，則由機(jī)械手2將硅片送至載物臺(tái)5上，經(jīng)過載物臺(tái)5的快 速移動(dòng)粗精度導(dǎo)軌組進(jìn)行粗略定位和高精度導(dǎo)軌組的精確定位后，使硅片置于鏡 頭組6下的最佳觀察位置，進(jìn)行精密觀察；觀察完成后再通過機(jī)械手2放置到硅 片盒中或其他需要的位置。
權(quán)利要求1、一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，其特征在于它包括一操作臺(tái)，在操作臺(tái)上設(shè)置一取送硅片的機(jī)械手，一俯仰擺動(dòng)的硅片盒平臺(tái)，一球面運(yùn)動(dòng)的硅片表面檢查機(jī)構(gòu)，一載物臺(tái)，一鏡頭組，一抽真空裝置，以及一控制所述各裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；所述機(jī)械手包括一水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、一垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一水平電機(jī)通過水平傳動(dòng)裝置帶動(dòng)一支架，所述垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一固定在所述支架上的垂直電機(jī)通過垂直傳動(dòng)裝置帶動(dòng)一升降架，所述升降架頂部連接一機(jī)械手的主臂，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一固定在所述升降架上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)所述主臂，所述主臂上端連接一吸取手爪，所述主臂與吸取手爪內(nèi)部設(shè)置有連通的真空氣道；所述硅片盒平臺(tái)包括一步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的一曲柄，曲柄上轉(zhuǎn)動(dòng)連接一連桿，所述連桿支撐連接一翻轉(zhuǎn)板底部一端，所述翻轉(zhuǎn)板底部另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在一轉(zhuǎn)軸上，所述翻轉(zhuǎn)板上設(shè)置有硅片盒；所述硅片表面檢查機(jī)構(gòu)包括一豎直設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)的空心支柱，所述空心支柱下端固定一曲柄電機(jī)，所述曲柄電機(jī)輸出端連接一曲柄盤，所述曲柄盤偏心活動(dòng)連接一空心連桿，所述空心連桿向上穿出空心支柱后與一吸盤擺柄活動(dòng)連接，所述吸盤擺柄同時(shí)樞接在所述空心支柱上，所述吸盤擺柄內(nèi)部設(shè)置自轉(zhuǎn)電機(jī)，自轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)一外露的吸盤，所述吸盤、吸盤擺柄、空心連桿之間設(shè)置有連通的真空氣道；所述載物臺(tái)包括一固定在所述操作臺(tái)上的光學(xué)平臺(tái)，光學(xué)平臺(tái)分下、上兩層設(shè)置有粗精度導(dǎo)軌組和高精度導(dǎo)軌組，粗精度導(dǎo)軌組包括由第一驅(qū)動(dòng)組帶動(dòng)的分別沿平行的第一、第二導(dǎo)向裝置滑動(dòng)的第一、第二滑塊，所述第一、第二滑塊之間連接一第三導(dǎo)向裝置，所述第三導(dǎo)向裝置上滑設(shè)由第二驅(qū)動(dòng)組驅(qū)動(dòng)的第三滑塊，所述第三滑塊上垂向穿設(shè)一定位柱，一平行于第三導(dǎo)向裝置滑向的壓桿穿過所述第三滑塊和定位柱后，兩端的上方分別設(shè)置一固定在所述第一、第二滑塊上的壓緊部件；所述高精度導(dǎo)軌組包括設(shè)置在所述定位柱頂部的由第三驅(qū)動(dòng)組驅(qū)動(dòng)連接的第四滑塊，所述第四滑塊的頂部設(shè)置一與第四滑塊運(yùn)動(dòng)方向水平垂直的由第四驅(qū)動(dòng)組驅(qū)動(dòng)連接的第五滑塊，所述第五滑塊頂部連接所述載物平臺(tái)，所述載物平臺(tái)上方設(shè)置固定在所述操作臺(tái)上的所述鏡頭組。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)械手的水平傳動(dòng)裝置、垂直傳動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置分別為齒輪/齒輪組合、齒輪 /齒帶組合、絲杠/光杠組合之一。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢査系統(tǒng)，其特征在于所 述機(jī)械手還包括一限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)包括一設(shè)置在所述主臂下部的凸頭限 位片， 一設(shè)置在所述支架上的限位柱，所述限位柱上有多個(gè)間隔設(shè)置的限位環(huán)， 以供所述凸頭限位片上凸頭插入到兩限位環(huán)之間。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，其特征在于所述硅 片盒平臺(tái)中的步進(jìn)電機(jī)、轉(zhuǎn)軸由支撐在所述操作臺(tái)上的定軸和護(hù)板固定，所述翻 轉(zhuǎn)板底部另一端通過連接塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述轉(zhuǎn)軸上，所述連接塊與定軸之間掛接 有支撐彈簧。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，其特征在于所 述硅片盒平臺(tái)中的曲柄一側(cè)設(shè)置有擺位擋柱和擺位傳感器。
6、 如權(quán)利要求l所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢査系統(tǒng)，其特征在于所述硅 片表面檢査機(jī)構(gòu)的空心支柱通過軸承組合豎直設(shè)置在所述操作臺(tái)上，并且由一電 機(jī)通過一組水平設(shè)置的齒輪組合驅(qū)動(dòng)連接。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，其特征在于與 所述硅片表面檢查機(jī)構(gòu)的吸盤位置相對(duì)應(yīng)的操作臺(tái)上，設(shè)置有一尋找硅片邊緣標(biāo) 志的傳感器。
8、 如權(quán)利要求l所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢査系統(tǒng)，其特征在于所述第 一驅(qū)動(dòng)組、第二驅(qū)動(dòng)組、第三驅(qū)動(dòng)組、第四驅(qū)動(dòng)組分別為電機(jī)帶動(dòng)的齒輪/齒帶組 合，對(duì)應(yīng)的所述滑塊連接在所述齒帶上。
9、 如權(quán)利要求1或8所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，其特征在于所 述第一驅(qū)動(dòng)組、第二驅(qū)動(dòng)組、第三驅(qū)動(dòng)組、第四驅(qū)動(dòng)組分別為電機(jī)帶動(dòng)的絲杠組 合，對(duì)應(yīng)的所述滑塊連接在所述絲杠上。
10、 如權(quán)利要求1或8所述的一種自動(dòng)控制的硅片檢査系統(tǒng)，其特征在于 所述第一、第二、第三導(dǎo)向裝置分別為穿設(shè)所述對(duì)應(yīng)滑塊的光杠組。
專利摘要本實(shí)用新型涉及自動(dòng)控制的硅片檢查系統(tǒng)，包括一操作臺(tái)，操作臺(tái)上有取送硅片的機(jī)械手、硅片盒平臺(tái)、硅片表面檢查機(jī)構(gòu)、載物臺(tái)、鏡頭組、抽真空裝置，以及控制所述各裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。機(jī)械手包括水平、垂直、旋轉(zhuǎn)三維動(dòng)作機(jī)構(gòu)，完成在某一高度下與水平運(yùn)動(dòng)方向成一角度的直線運(yùn)動(dòng)。硅片盒平臺(tái)包括一曲柄連桿機(jī)構(gòu)，連桿支撐一俯仰擺動(dòng)的翻轉(zhuǎn)板，翻轉(zhuǎn)板上放置硅片盒。硅片表面檢查機(jī)構(gòu)設(shè)置有一可進(jìn)行水平公轉(zhuǎn)、俯仰擺動(dòng)、自轉(zhuǎn)的真空吸盤，吸盤上放置硅片。載物臺(tái)包括帶動(dòng)上層導(dǎo)軌組和載物平臺(tái)一起進(jìn)行粗定位的下層導(dǎo)軌組，上層導(dǎo)軌組再帶動(dòng)載物平臺(tái)進(jìn)行精定位，載物臺(tái)上方設(shè)置鏡頭組。本實(shí)用新型取送觀察硅片快捷方便，并且各裝置可組合應(yīng)用，也可單獨(dú)應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N35/10GK201298024SQ200820123778
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者姚廣軍, 徐偉新, 陳百捷 申請(qǐng)人:陳百捷;北京自動(dòng)化技術(shù)研究院