[发明专利]一种晶圆预对准装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造装置，具体涉及一种晶圆预对准装置。

背景技术

晶圆预对准装置是晶圆处理系统的重要子系统，其作用是在晶圆被传送到加工工位之前，对晶圆进行定位处理，计算晶圆与标准位置的偏差，然后驱动运动平台使晶圆的圆心及缺口（或者切边）定位于特定的范围之内。晶圆预对准的目的有两个，一是确定晶圆圆心位置，二是确定晶圆缺口方向。操作前晶圆圆心在预对准系统上的位置是未知的，缺口方向也是随机的，预对准的目的就是将晶圆圆心调整到指定位置，将缺口方向调转到指定方向。

晶圆预对准系统经历了从机械预对准到高精度光学预对准的发展历程。机械式预对准装置是用复杂的机构直接接触晶圆，使其被动定位；主要应用于传输精度要求较低的微米级设备，如专利US487904中的预对准装置通过定心爪的收缩将晶圆移到旋转中心，美国专利US4880384则采用3个滚轴对硅晶圆定心的方案；这些方法缺点是机械部件和晶圆的边缘接触，极易对晶圆造成污染，同时定位精度完全受机械结构精度的影响。

光学式预对准装置则采用光学测量元件对晶圆的边缘进行检测，通过一定的算法来实现硅晶圆的定心。采用的光学测量器件主要有光电传感器、线阵传感器和摄像头。根据所采用的探测器类型、个数以及安装位置的不同，圆心定位和缺口检测的算法也不尽相同。相比机械预对准系统，光学传感器不接触硅晶圆，具有较高的测量精度，目前较成熟且投入工业应用的预对准方法使用的是线阵型光学传感器CCD，但它尺寸较大，对空间资源很大的浪费。

中国专利CN1937202A公开了一种晶圆预对准装置，该预对准装置通过水平对心单元完成晶圆的定心，通过承片台完成晶圆缺口的定向。该预对准装置的机构和算法比较简单，但是整个晶圆预对准的过程中，存在三次对晶圆的真空交接，包括晶圆传输机械手与预对准装置、水平对心单元与承片台、承片台与机械手的晶圆交接。众所周知，晶圆本身厚度约为0.7mm，真空吸附的时候会产生局部的形变，这种变形对于整个预对准的结果会产出不利的影响，直接影响定位的精度，因为晶圆在承片台上进行的边缘扫描并通过扫描数据计算得出形心，然后再通过真空交接将晶圆转移到水平对心单元上进行定心，最后再将对心过的晶圆重新转移到承片台上进行缺口定向，该方法造成误差数据的两次叠加，也增加了定位的时间，使得该装置的效率较低。同时，该装置由于采用了滚珠螺杆花键做传动，线阵型CCD传感器检测晶圆的边缘信号，造成整个装置尺寸偏大，浪费了大量的空间。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服上述已有技术的不足之处，发明一种新型晶圆预对准装置。既能够以极短的时间按照晶圆对准精度和对准时间的要求，完成晶圆的圆心对准和缺口定位，同时有效减小安装尺寸，节省空间。

根据本发明的一个方面，提供一种晶圆预对准装置，其特征在于，包括工作台面1、θ-Y二自由度运动单元2、垂直过渡单元3、真空吸附单元4、视觉检测单元5、数据采集单元6和运动控制单元7。其中：所述θ-Y二自由度运动单元2用于调整晶圆的偏心量和缺口位置，固定于工作台面1上；垂直过渡单元3垂直固定在工作台面1上，用于临时放置晶圆，使晶圆与θ-Y二自由度运动单元2能够完全脱离开，从而达到调整偏心量的目的；真空吸附单元4同轴固定在θ-Y二自由度运动单元2上，用于固定晶圆，使其能实现对心和缺口定位；视觉检测单元5用于检测晶圆的边缘位置和缺口位置，与垂直过渡单元3平行固定在工作台面1上；数据采集单元6用于采集晶圆边缘数据，运动控制单元7用于处理晶圆边缘数据，数据采集单元6和运动控制单元7均放置在外部控制器外，本发明不做详细介绍。

优选地，所述θ-Y二自由度运动单元2包括相连接的Y向直线运动平台和θ向旋转平台，其中：

直线运动平台包括二维精密滚珠丝杠10、高分辨率步进电机6、直线导轨9、滑块11、联轴器7，其中：直线运动平台的对称中心线与晶圆理想对准位置的轴线重合并固定在工作台面1上；二维精密滚珠丝杠10与滑块11相互连接，形成二维平面方向直线运动；滑块11与两条平行放置的直线导轨9相互连接；直线导轨9固定在工作台面1上；二维精密滚珠丝杠10一端通过联轴器7与高分辨率步进电机6连接，当高分辨率步进电机6转动时带动滑台11沿直线导轨9做Y向直线运动；

θ向旋转平台包括转台连接板12、转台台架13、直驱无刷伺服电机14，其中：直驱无刷伺服电机14与转台台架13同轴安装实现单轴旋转运动，Y向直线运动平台和θ向旋转平台之间通过一块转台连接板12固定，即转台连接板12固定在滑块11上，转台台架13设置于转台连接板12上。