專利名稱：一種硅片預對準裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于集成電路裝備制造技術領域，特別涉及一種硅片預對準裝置及其方法，用于對硅片的幾何中心以及切邊(或缺口)定位。
背景技術：
硅片預對準裝置是一類面向集成電路制造業(yè)，在硅片加工過程中，能夠自動檢測并精確定位硅片幾何中心以及切邊(或缺口)位置的，集機械、電子、光學、計算機等多學科于一體的高精度對準裝置。
由于加工工藝對硅片定位精度的要求高于硅片機器人的傳輸精度，所以在對硅片進行工藝處理之前，必須讓硅片機器人先將硅片放置于預對準裝置，補償硅片機器人對硅片的定位誤差，然后再由硅片機器人將硅片傳送到工藝臺上。
硅片預對準的方法是對硅片機器人末端執(zhí)行器上傳輸?shù)奈矬w直線和角度定位誤差校正的一種方法。隨著硅片直徑的增大，硅片重量不斷增加，傳輸過程中越來越容易造成硅片機器人末端執(zhí)行器的振動，使傳輸?shù)木€性和角度定位誤差不斷增大。這種誤差很難滿足硅片特征尺寸不斷減小的發(fā)展趨勢，因此，硅片預對準裝置及其方法的應用將十分廣泛。
目前，按定位精度的不同，硅片預對準裝置及其方法主要可以分為兩種機械式預對準和光學預對準。機械式預對準裝置是用復雜的機構直接接觸硅片，使其被動定位，如專利US005212A1，用連桿和同步齒型帶輪傳動，使圍繞在承片臺周圍的三個滾軸沿三個滑槽運動，實現(xiàn)硅片位置的對心。這種方法的缺點是由于是機械機構直接接觸硅片容易對硅片造成損傷；精度低，只能滿足0.35μm以上的設備，不能滿足整機精度要求，只能說是對硅片的預定位，不是嚴格意義上的預對準；工藝過程復雜，時間長；機構復雜。
光學預對準是用光學檢測儀器配合簡單的機構實現(xiàn)硅片的高精度定位。如專利US0056216A1(CN1659695A)，這種預對準裝置只有一個旋轉軸，由CCD線性傳感器檢測硅片的邊緣信號，通過復雜的算法算出硅片的幾何中心以及切邊(或缺口)的位置，再將信號傳送給硅片機器人的控制系統(tǒng)，由機器人對心抓取硅片。這種預對準方法雖然結構簡單，但控制系統(tǒng)和算法都很復雜，對機器人末端執(zhí)行器的定位抓取精度要求也非常苛刻。清華大學申請的專利CN1787200A則著重介紹了硅晶圓光學預對準的一種控制方法，沒有對其裝備結構進行介紹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述預對準裝置及其方法的不足，提出了一種硅片預對準裝置及其方法。
本發(fā)明解決問題的技術方案是提出的一種硅片預對準裝置，包括水平對心單元，TCD檢測單元，投光單元，承片臺單元和數(shù)據(jù)轉化及控制單元。其中水平對心單元用于調(diào)整硅片的Y向偏移；TCD檢測單元用于檢測硅片的邊緣及切邊(或缺口)的位置；投光單元用于發(fā)射平行光束；承片臺單元用于旋轉和升降硅片；數(shù)據(jù)轉化及控制單元用于接收、轉化和發(fā)送TCD檢測單元的光強信號，控制步進電機的運動。
水平對心單元，直線步進電機固定在電機支架上，電機支架和兩個直線導軌都固定在底板上，兩個直線導軌上有連接板，使兩個直線導軌能夠同步運動，直線步進電機的外部驅動螺母與連接板通過轉接件連接，托盤手柄固定于導軌連接板上，三個接片柱成120°粘貼在托盤上，接片柱上開有通孔，托盤內(nèi)開有氣槽，使接片柱能夠真空吸附硅片。
TCD檢測單元，投光單元，TCD1500C線性傳感器、線陣光源與透鏡位置相對固定，固定在被檢測硅片的邊緣范圍內(nèi)。
承片臺單元，圓柱型承片臺用三個頂絲固定在滾珠螺桿花鍵的上部，承片臺上有三個氣孔，用于真空吸附硅片，氣管由中空的滾珠螺桿花鍵內(nèi)部通入，在滾珠螺桿花鍵與圓柱承片臺的接觸面處放有兩個“O”型密封圈，以防止漏氣。滾珠螺桿花鍵的滾珠螺桿螺母和滾珠花鍵螺母分別嵌入套筒內(nèi)，固定在套筒的上下兩端，套筒外側開有豎口，以便滾珠螺桿花鍵的安裝。兩個同步齒型大帶輪通過螺紋連接，分別連接在滾珠花鍵螺母和滾珠螺桿螺母上，兩個旋轉步進電機分別固定在電機支架上，兩個同步齒型小帶輪由頂絲固定在電機軸上，電機支架上開有橢圓孔，可以調(diào)節(jié)大帶輪與小帶輪的中心距，滾珠螺桿花鍵的上、下兩端分別固定了兩個絲杠限位，用以減震和限位。
本發(fā)明提出的一種應用于以上硅片預對準裝置的硅片預對準方法為a.TCD檢測單元通過檢測接收光源光強的變化率，判斷硅片是否已放置于圓柱型承片臺上，當檢測到硅片已放置時，TCD傳感器發(fā)信號給電機控制卡，觸發(fā)真空發(fā)生器，使圓柱型承片臺真空吸附硅片。
b.電機控制卡控制兩個旋轉步進電機同步反向運動，滾珠螺桿花鍵在滾珠螺桿螺母和滾珠花鍵螺母的解耦運動作用下帶動硅片旋轉一圈，TCD檢測單元通過檢測接收光源的光強，檢測硅片的邊緣位置，記錄接收光強信號最弱處步進電機轉動的角度，并將接收到的最弱光強信號與硅片正確對心放置時的光強相比較，算出差值，并將差值轉換成硅片的徑向偏移量。
c.承片臺單元旋轉硅片，使步驟b算出的徑向偏移與水平對心單元的Y向處于一條直線上。
d.承片臺停止吸附硅片，同時觸發(fā)真空發(fā)生器，電機控制卡控制驅動滾珠螺桿螺母的旋轉步進電機轉動，滾珠螺桿花鍵在滾珠螺桿螺母的驅動下，下降至水平對心單元的三個接片柱上端平面以下。
e.水平對心單元的三個接片柱真空吸附硅片，直線步進電機根據(jù)步驟b所述計算出的Y向位移量，移動硅片，完成硅片的中心定位。
f.旋轉步進電機驅動滾珠螺桿螺母轉動，使承片臺單元上升至原位，同時接片柱停止吸附硅片，承片臺吸附硅片。
g.承片臺單元旋轉硅片，TCD檢測單元根據(jù)接收光強信號的強弱，檢測硅片切邊(或缺口)中心所在位置，電機控制卡記錄光強最強時兩個旋轉步進電機的轉數(shù)。
h.承片臺單元將硅片切邊(或缺口)旋轉到指定的位置，完成硅片切邊(或缺口)的定位。
本發(fā)明的效果和益處是1)本發(fā)明通過運用滾珠螺桿花鍵，實現(xiàn)了硅片在同一軸上的旋轉和升降兩個自由度的運動，簡化了機構，提高了機械運動精度。
2)本發(fā)明通過單個TCD線性傳感器，運用簡單的算法完成了對硅片幾何中心以及切邊(或缺口)的定位。
3)本發(fā)明運用步進電機加細分驅動器做為驅動裝置、同步齒型帶做為傳動部件，既可以滿足定位精度，又簡化了控制系統(tǒng)，降低了成本。


圖1是本發(fā)明硅片預對準裝置的結構示意圖。
圖2是本發(fā)明水平對心單元1的局部放大圖。
圖3是本發(fā)明TCD檢測單元2和投光單元3的局部放大圖。
圖4是本發(fā)明承片臺單元4的局部放大圖。
圖5是本發(fā)明硅片預對準方法的工作流程圖。
圖中1.承片臺單元 2.水平對心單元3.投光單元4.TCD檢測單元5.直線步進電機6.直線步進電機支架7.底板8.導軌19.導軌2 10.導軌連接板11.托盤 12.接片柱13.線陣光源 14.柱面透鏡15.TCD1500C線陣圖像傳感器 16.旋轉步進電機支架117.旋轉步進電機1 18.同步齒型小帶輪119.同步齒型帶120.滾珠螺桿螺母21.絲杠限位1 22.滾珠螺桿花鍵
23.同步齒型大帶輪1 24.套筒25.旋轉電機支架226.同步齒型小帶輪227.旋轉步進電機228.同步齒型帶229.絲杠限位230.圓柱型承片臺31.同步齒型大帶輪2 32.滾珠花鍵螺母具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。
本發(fā)明的工作過程如下硅片機器人將硅片放到圓柱型承片臺30上，TCD1500C線陣圖像傳感器15檢測到硅片已達到預對準裝置，TCD傳感器發(fā)信號給電機控制卡，同時觸發(fā)真空發(fā)生器，使圓柱型承片臺30真空吸附硅片。電機控制卡控制旋轉步進電機17和27同步反向運動，同步齒型大帶輪23和31分別帶動滾珠花鍵螺母20和滾珠螺桿螺母32同步反向轉動，滾珠螺桿花鍵在滾珠花鍵螺母20和滾珠螺桿螺母32的解耦運動作用下帶動硅片旋轉一周。
TCD檢測單元對硅片進行邊緣檢測，其原理為線陣光源13經(jīng)柱面透鏡14發(fā)出平行光束，未被硅片遮擋住的光線照射到TCD1500C線陣圖像傳感器15上產(chǎn)生光電荷，由TCD接收到的光信號的強弱可以判斷出硅片的邊緣位置。當硅片旋轉一周時，TCD將接收到的光強信號轉換成電壓信號傳送到數(shù)據(jù)轉化及控制單元，計算機再將輸入的信號與硅片對心時的信號相比較，得出硅片的最大徑向偏移量，以及在硅片最大偏移量時圓柱承片臺30較初試位置旋轉的角度。
承片臺單元4按旋轉角度的差值旋轉硅片，使硅片的徑向偏移與水平對心單元1的Y向處于一條直線上，旋轉步進電機27轉動，同步齒型大帶輪31帶動滾珠螺桿螺母32轉動，滾珠螺桿花鍵22下降。
當圓柱型承片臺30上端面下降至接片柱12的上端面時，承片臺停止吸附硅片，接片柱開始吸附硅片，直線步進電機5根據(jù)計算出的Y向偏移量，移動硅片，完成對硅片的幾何中心定位。
旋轉步進電機27驅動滾珠螺桿螺母32轉動，使承片臺單元4上升，當圓柱型承片臺30上端面上升至接片柱12的上端面時，接片柱停止吸附硅片，承片臺開始吸附硅片，帶動硅片上升至預對準之前的高度，承片臺單元4帶動硅片旋轉一周，原理同前所述。
TCD檢測單元對硅片進行切邊(或缺口)的檢測，原理同前所述，TCD接收光強最弱處，即為硅片切邊(或缺口)中心所在位置，控制單元記錄光強最弱時旋轉步進電機17和27的轉數(shù)。承片臺單元4將硅片切邊(或缺口)旋轉到指定的位置，完成對硅片切邊(或缺口)的定位。硅片機器人將對準后的硅片傳送至加工工位。如此完成一個循環(huán)。
權利要求
1.一種硅片預對準裝置，包括水平對心單元(1)、TCD檢測單元(2)、投光單元(3)、承片臺單元(4)和數(shù)據(jù)轉化及控制單元，其特征在于水平對心單元(1)用于調(diào)整硅片的Y向偏移量，它由托盤(11)，兩個直線導軌(8)和(9)，三個接片柱(12)等組成；托盤(11)手柄固定在兩個直線導軌(8)和(9)的連接件上，圓心在同一個圓上的三個接片柱(12)固定在托盤(11)上，直線步進電機(5)帶動托盤和接片柱在直線導軌上做Y向直線運動；TCD檢測單元(2)TCD1500C線陣圖像傳感器(15)接收線陣光源(13)的光強信號，檢測硅片轉動的邊緣位置，并把接收到的光強信號轉換成電壓信號傳送到數(shù)據(jù)轉化及控制單元；投光單元(3)由線陣光源(13)、柱面透鏡(14)等組成，線陣光源為TCD提供光照使其產(chǎn)生光電荷，柱面透鏡會聚線陣光源發(fā)射的光線，使其平行射出；承片臺單元(4)具有旋轉和升降兩個自由度，實現(xiàn)硅片在真空吸附下的轉動和垂直升降運動，它由滾珠螺桿花鍵(22)，套筒(24)，同步齒型帶輪(18)、(23)、(26)、(31)，圓柱型承片臺(30)，絲桿限位(21)、(29)等組成，套筒固定在機架上，滾珠螺桿花鍵的兩個螺母(20)、(32)嵌入套筒內(nèi)，分別固定在套筒的上下兩端，兩個同步齒型大帶輪(23)、(31)通過螺紋連接分別安裝在滾珠螺桿螺母和滾珠花鍵螺母上，當旋轉步進電機(27)轉動時，同步齒型大帶輪(31)帶動滾珠螺桿螺母轉動，滾珠螺桿花鍵做升降運動，當旋轉步進電機(17)和(27)同步反向轉動時，同步齒型大帶輪(23)和(31)分別帶動滾珠螺桿螺母和滾珠花鍵螺母同步反向轉動，滾珠螺桿花鍵在滾珠螺桿螺母和滾珠花鍵螺母的解耦運動作用下做旋轉運動；數(shù)據(jù)轉化及控制單元由TCD1500C脈沖發(fā)生電路、A/D轉換電路、計算機、電機控制卡等組成，脈沖發(fā)生電路向TCD1500C發(fā)送脈沖信號，A/D轉換電路接收TCD的電壓模擬信號并將其轉化為數(shù)字信號，再通過接口傳輸給計算機，電機控制卡控制三個步進電機的運動。
2.利用權利要求1所述一種硅片預對準裝置的方法，其特征在于包括以下步驟a.前述的TCD檢測單元(2)通過檢測接收光源光強的變化率，判斷硅片是否已放置于圓柱型承片臺(30)上，當檢測到硅片已放置時，TCD傳感器發(fā)信號給數(shù)據(jù)轉化及控制單元中的電機控制卡，使圓柱型承片臺(30)真空吸附硅片；b.數(shù)據(jù)轉化及控制單元的電機控制卡控制旋轉步進電機(17)和(27)同步反向運動，滾珠螺桿花鍵在滾珠螺桿螺母和滾珠花鍵螺母的解耦運動作用下帶動硅片旋轉一圈，TCD檢測單元(2)通過檢測接收光源的光強，檢測硅片的邊緣位置，記錄接收光強信號最弱處步進電機轉動的角度，并將接收到的最弱光強信號與硅片正確對心放置時的光強相比較，算出差值，并將此差值轉換成硅片的徑向偏移量；c.前述的承片臺單元(4)旋轉硅片，使步驟b算出的徑向偏移與水平對心單元(1)的Y向處于一條直線上；d.承片臺(30)停止吸附硅片，同時觸發(fā)真空發(fā)生器，電機控制卡控制旋轉步進電機(27)轉動，滾珠螺桿花鍵在滾珠螺桿螺母的驅動下，下降至水平對心單元(2)的三個接片柱(12)上端平面以下；e.水平對心單元(1)的三個接片柱(12)真空吸附硅片，直線步進電機(5)根據(jù)步驟b所述計算出的Y向位移量，移動硅片，完成硅片的中心定位；f.旋轉步進電機(27)驅動滾珠螺桿螺母(32)轉動，使承片臺單元(4)上升至原位，同時接片柱(12)停止吸附硅片，承片臺(30)吸附硅片；g.承片臺單元(4)旋轉硅片，TCD檢測單元根據(jù)接收光強信號的強弱，檢測硅片切邊或缺口中心所在位置，電機控制卡記錄接收光強最強時旋轉步進電機(17)和(27)的轉數(shù)；h.承片臺單元(4)將硅片切邊或缺口旋轉到指定的位置，完成對硅片切邊或缺口的定位。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路裝備制造技術領域，特別涉及一種硅片預對準裝置及其方法。該預對準裝置包括水平對心單元，TCD檢測單元，投光單元，承片臺單元和數(shù)據(jù)轉化及控制單元。其中水平對心單元用于調(diào)整硅片的Y向偏移；TCD檢測單元用于檢測硅片的邊緣以及切邊或缺口的位置；投光單元用于發(fā)射平行光束；承片臺單元用于旋轉和升降硅片；數(shù)據(jù)轉化及控制單元用于接收、轉化和發(fā)送TCD檢測單元的光強信號，控制步進電機的運動。本發(fā)明的效果和益處是利用該裝置的方法用光學檢測儀器配合簡單的機構實現(xiàn)了硅片的高精度定位，其算法簡單，成本低，可以補償硅片在傳輸過程中的定位誤差，實現(xiàn)對硅片幾何中心和切邊或缺口的精確定位。
文檔編號H01L21/68GK1937202SQ20061004803
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權日2006年10月13日
發(fā)明者叢明, 杜宇, 張傳思, 孔祥吉, 沈寶宏, 金立剛 申請人:大連理工大學