CN111211064B - 一种低接触晶圆对中、翻转系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体行业晶圆清洗领域，具体地说是一种低接触晶圆对中、翻转系统，翻转执行机构安装在支撑架上、输出端连接有转盘，夹持执行机构设置在转盘上，活动夹持装置的一端与夹持执行机构的输出端连接，固定夹持装置的一端安装在转盘上，活动夹持装置及固定夹持装置的另一端均为夹持端，晶圆的一侧设有对其进行对中的低接触对中机构；活动夹持装置通过夹持执行机构的驱动相对于转盘移动，与固定夹持装置夹持晶圆，夹持执行机构、活动夹持装置、固定夹持装置及被夹持的晶圆随转盘由翻转执行机构驱动旋转。本发明能够对晶圆进行对中、夹持、翻转，可以实现控制晶圆接触面积、校准晶圆中心，保证晶圆清洁、准确、安全地完成翻转。

Description

一种低接触晶圆对中、翻转系统

技术领域

本发明属于半导体行业晶圆清洗领域，具体地说是一种低接触晶圆对中、翻转系统。

背景技术

随着国内市场对中高端芯片产品需求的增长，国内对高端芯片的制成投产也发展到了一个全新高度。因此，行业内对晶圆的清洗、晶圆的清洁度也有了更高的要求，也成为了半导体设备厂商研究的新课题。在研究过程发现，晶圆背面的污染对表面的清洁度有重要的影响，此行业内开始对晶圆背面的污染也引起了更广泛的关注，晶圆背面清洗的需求也日益增加。基本上，晶圆处理的整个工艺中，每两步就要做一次背面清洗，如果想得到较高良率几乎每步工序都离不开清洗。所以低接触半导体晶圆翻转系统顺应时代发展而生。

发明内容

为了满足现有清洗晶圆背面工艺需求和快速调整翻转系统保证晶圆翻转过程稳定顺利，本发明的目的在于提供一种低接触晶圆对中、翻转系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括低接触对中机构、活动夹持装置、固定夹持装置、晶圆翻转机构及支撑架，其中晶圆翻转机构包括翻转执行机构及夹持执行机构，该翻转执行机构安装在支撑架上、输出端连接有转盘，所述夹持执行机构设置在转盘上，所述活动夹持装置的一端与夹持执行机构的输出端连接，所述固定夹持装置的一端安装在转盘上，该活动夹持装置及固定夹持装置的另一端均为夹持端，晶圆的一侧设有对其进行对中的低接触对中机构；所述活动夹持装置通过夹持执行机构的驱动相对于转盘移动，与固定夹持装置夹持晶圆，所述夹持执行机构、活动夹持装置、固定夹持装置及被夹持的晶圆随转盘由翻转执行机构驱动旋转；

其中：所述低接触对中机构包括对中升降结构、对中运动执行机构、对中支撑PIN、对中终端接触器、承载台及夹臂，该承载台安装在对中升降结构上，所述承载台上设有对中运动执行机构，该对中运动执行机构的两个输出端分别连接有夹臂，每端夹臂的夹持端均安装有与晶圆接触的对中终端接触器；所述承载台上设有支撑晶圆的对中支撑PIN；

所述活动夹持装置包括上低接触支撑柱、上托盘连接件、上手臂及上托盘，该上手臂的一端与所述夹持执行机构输出端相连，另一端设有上托盘连接件，所述上托盘连接件上安装有上托盘，所述上托盘上设置有用于夹持晶圆的上低接触支撑柱；

所述上托盘连接件的一侧与上手臂的另一端相连，且上托盘连接件的一侧与上手臂的另一端之间留有高度调整间隙；所述上托盘的前后两端与上托盘连接件之间设有侧调整间隙；

所述固定夹持装置包括下低接触支撑柱、固定托盘、固定托盘连接件及固定手臂，该固定手臂的一端与所述转盘固连，另一端设有固定托盘连接件，所述固定托盘连接件上安装有固定托盘，该固定托盘上设置有用于夹持晶圆的下低接触支撑柱；

所述活动夹持装置上设有活动夹持装置对中导柱，所述固定夹持装置上设有固定夹持装置对中导柱，该固定夹持装置对中导柱上安装有翻转单元治具导向座，所述活动夹持装置对中导柱在校准位置时插入翻转单元治具导向座的定位槽中；

所述转盘上沿径向开设有条形槽，所述活动夹持装置的一端由该条形槽穿过、并与所述夹持执行机构的输出端相连；

所述活动夹持装置的一端由转盘穿过，并设有连接板，转盘上设有滑轨，所述连接板通过滑块与该滑轨滑动连接；所述夹持执行机构的输出端与连接板相连；

所述支撑架上安装有晶圆检测系统，该晶圆检测系统包括存在检测传感器、水平检测传感器、翻转位置传感器及夹持位置传感器，所述支撑架朝向晶圆的一侧分别安装有检测晶圆有无的存在检测传感器及检测晶圆是否倾斜的水平检测传感器；所述支撑架远离晶圆的一侧分别安装有检测活动夹持装置移动的夹持位置传感器及检测转盘旋转角度的翻转位置传感器；

所述固定夹持装置的下方设有安装于支撑架上的气流颗粒控制系统，该气流颗粒控制系统包括颗粒收集盒及控制管路，所述颗粒收集盒固接在支撑架上，该颗粒收集盒上外接有带负压的控制管路。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明能够对晶圆进行对中、夹持、翻转，可以实现控制晶圆接触面积、校准晶圆中心，保证晶圆清洁、准确、安全地完成翻转。

2.本发明设置了晶圆检测系统及气流颗粒控制系统，能够检测晶圆状态和对气流悬浮收集。

3.本发明的低接触对中机构，承载台采用点接触PIN支撑方式，减小PIN与晶圆的触面积，避免造成晶圆的交叉污染。

4.本发明的活动夹持装置及固定夹持装置能够确保晶圆在夹持过程中不受到冲击，同时减少晶圆的接触面积。

5.本发明的晶圆翻转机构实现晶圆平稳翻转，可以判断晶圆翻转动作是否完成，并反馈给控制系统进行监控和检测。

6.本发明的晶圆检测系统中的各传感器相互关联，密不可分，实现全程监控晶圆稳定的目的。

7.本发明夹持及对中终端与晶圆接触部分为低接触夹持，接触点材质为非金属，接触点数至少控制为四处，加持稳定可靠。

8.本发明与晶圆接触部分的位置调整分为X/Y平面调整，Z平面调整，各项调整互不干涉，独立调整。

9.本发明对于上下接触点夹持同心设计有快速专用调整治具，机械限位示教同轴，机械限位高度初始值调整。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为本发明低接触对中机构的立体结构示意图；

图4为本发明活动夹持装置与固定夹持装置的结构示意图；

图5为本发明晶圆翻转机构的结构示意图；

图6为本发明翻转装置定位治具的结构示意图；

图7为本发明气流颗粒控制系统的结构示意图；

其中：1为低接触对中机构，101为对中升降结构，102为对中运动执行机构，103为对中支撑PIN(支柱)，104为对中终端接触器，105为承载台，106为夹臂；

2为活动夹持装置，201为上低接触支撑柱，202为活动夹持装置对中导柱，203为上托盘连接件，204为上手臂，205为上托盘，206为高度调整间隙；

3为固定夹持装置，301为下低接触支撑柱，302为固定托盘，303为固定托盘连接件，304为固定手臂，305为固定夹持装置对中导柱；

4为晶圆检测系统，401为存在检测传感器，402为水平检测传感器，403为翻转位置传感器，404为夹持位置传感器；

5为气流颗粒控制系统，501为控制管路，502为颗粒收集盒；

6为晶圆；

7为晶圆翻转机构，701为翻转执行机构，702为夹持执行机构，703为翻转机构角度调整治具，704为固定调整板，705为连接板，706为滑轨，707为联轴器；

8为翻转单元治具导向座；

9为支撑架，901为转盘，902为前板，903为后板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～7所示，本发明包括低接触对中机构1、活动夹持装置2、固定夹持装置3、晶圆检测系统4、气流颗粒控制系统5、晶圆翻转机构7及支撑架9，其中晶圆翻转机构7包括翻转执行机构701及夹持执行机构702，该翻转执行机构701安装在支撑架9上、输出端连接有转盘901，夹持执行机构702设置在转盘901上，活动夹持装置2的一端与夹持执行机构702的输出端连接，固定夹持装置3的一端固接在转盘901上，活动夹持装置2及固定夹持装置3的另一端均为夹持端，晶圆6的一侧设有对其进行对中的低接触对中机构1。活动夹持装置2通过夹持执行机构702的驱动相对于转盘901移动，与固定夹持装置3夹持晶圆6，夹持执行机构702、活动夹持装置2、固定夹持装置3及被夹持的晶圆6随转盘901由翻转执行机构701驱动旋转。固定夹持装置3的下方设有固接于支撑架9上的气流颗粒控制系统5。支撑架9上还安装有晶圆检测系统4。

如图1、图2及图3所示，本实施例的低接触对中机构1位于固定夹持装置3的下方，该低接触对中机构1包括对中升降结构101、对中运动执行机构102、对中支撑PIN103、对中终端接触器104、承载台105及夹臂106，对中升降结构101包括升降动力源及升降杆，升降杆的一端与升降动力源的输出端连接，另一端固接有承载台105，该承载台105由升降动力源驱动升降。承载台105上设有对中运动执行机构102，该对中运动执行机构102可为气缸、电缸或液压缸，本实施例为双向气缸；对中运动执行机构102的两个输出端分别连接有“L”形的夹臂106，每端夹臂106的一端与双向气缸的一个输出端连接，另一端为夹持端，夹持端上安装有与晶圆6点接触的对中终端接触器104，该对中终端接触器104可为滚轮或轴承。承载台105上沿圆周方向均布有多个支撑晶圆6的对中支撑PIN103。

如图1、图2及图5所示，支撑架9包括彼此相连的前板902及后板903，前板902与后板903之间形成空间。转盘901设置于前板902中部，转盘901上沿径向开设有条形槽，活动夹持装置2的一端由该条形槽穿过，并设有连接板705，转盘901上设有滑轨706，连接板705通过滑块与滑轨706滑动连接；夹持执行机构702固定在转盘901上，输出端与连接板705相连。翻转执行机构701固定在后板903上，输出轴通过联轴器707与转盘901的中部固连。本实施例中翻转执行机构701为旋转马达，夹持执行机构702为气缸。

如图1、图2及图4所示，活动夹持装置2包括上低接触支撑柱201、上托盘连接件203、上手臂204及上托盘205，该上手臂204的一端由转盘901上的条形槽穿过后、与夹持执行机构702的输出端相连，上手臂204的另一端设有上托盘连接件203，上托盘连接件203的一侧(上侧)与上手臂204的另一端相连，且上托盘连接件203的一侧与上手臂204的另一端之间留有高度调整间隙206，上托盘连接件203的另一侧(下侧)安装有上托盘205，上托盘205的前后两端与上托盘连接件203之间设有侧调整间隙。上托盘205朝向晶圆6的一面上，在边缘角端设置有用于夹持晶圆6的上低接触支撑柱201。固定夹持装置3包括下低接触支撑柱301、固定托盘302、固定托盘连接件303及固定手臂304，该固定手臂304的一端与转盘901固连，另一端设有固定托盘连接件303，固定托盘连接件303上安装有固定托盘302，该固定托盘302朝向晶圆6的一面上，在边缘角端设置有用于夹持晶圆6的下低接触支撑柱301。上托盘205朝向晶圆6一面的中部设有活动夹持装置对中导柱202，固定托盘302朝向晶圆6一而的中部设有固定夹持装置对中导柱305，该固定夹持装置对中导柱305上安装有翻转单元治具导向座8，活动夹持装置对中导柱202在校准位置时插入翻转单元治具导向座8的定位槽中；如果上托盘205与固定托盘302的中心不同心，则需要调整上托盘205与上托盘连接件203之间的侧调整间隙，直至活动夹持装置对中导柱202能够插入翻转单元治具导向座8的定位槽中。机构工作时，晶圆6被夹持时，上表面与上低接触支撑柱201抵接，下表面与下低接触支撑柱301抵接。

如图2、图5所示，支撑架9上安装有晶圆检测系统4，该晶圆检测系统4包括存在检测传感器401、水平检测传感器402、翻转位置传感器403及夹持位置传感器404，支撑架9朝向晶圆6的一侧(即前板902上)分别安装有检测活动夹持装置2与固定夹持装置3之间有无晶圆6的存在检测传感器401及检测晶圆6是否存在倾斜情况的水平检测传感器402；本实施例的水平检测传感器402为两个，可为激光传感器，两个水平检测传感器402分别设于支撑架9的两侧。支撑架9远离晶圆6的一侧(即后板903上)分别安装有检测活动夹持装置2移动的夹持位置传感器404及检测转盘901旋转角度的翻转位置传感器403。本实施例的夹持位置传感器404为两个，位于滑轨706的一侧。本发明的各传感器均为现有技术。本发明在活动夹持装置2一端的移动限位点以及转盘901旋转的限位点均设有起到缓冲作用的阻尼器，该阻尼器也为现有技术。

如图1、图2及图7所示，气流颗粒控制系统5包括颗粒收集盒502及控制管路501，颗粒收集盒502固接在支撑架9上、位于固定夹持装置3的下方，该颗粒收集盒502上外接有带负压的控制管路501。在活动夹持装置2、固定夹持装置3、晶圆翻转机构7连续运动过程中，将有可能产生灰尘等杂质，颗粒收集盒502用于对晶圆6自身脱落的颗粒污染物、灰尘等进行收集，然后由外接的带负压的控制管路501将颗粒收集盒502内的污染物集中排出，避免影响其他模块。

如图6所示，晶圆翻转机构7的旋转调整需要采用带凹槽的固定调整板704和带定位槽的翻转机构角度调整治具703，固定调整板704放置在翻转机构角度调整治具703的定位槽内；调整时首先将水平尺放在固定托盘302上，保证固定托盘302水平；然后将固定调整板704放置在固定托盘302上，并使翻转执行机构701的输出轴穿过固定调整板704上的凹槽，然后旋拧翻转执行机构701上的角度调整螺钉，并移动翻转机构角度调整治具703以使其上的定位槽卡住翻转执行机构701的输出轴，从而确定翻转执行机构701输出轴的初始位置和终止位置，以保证翻转执行机构701驱动转盘901由初始位置旋转180°到终止位置。晶圆翻转机构7工作时，需保证转盘901带动活动夹持装置2和固定夹持装置3精确旋转180°，需要进行上述调整。

活动夹持装置2与固定夹持装置3在首次进行夹持晶圆6或多次使用后需要进行重新校准位置时，需要翻转单元治具导向座8进行调整。在调整时，首先将固定夹持装置3保持在下位，同时需要保持固定手臂304不动，然后将固定托盘302和固定托盘连接件303定位后，并用连接螺钉进行锁紧。同时固定夹持装置对中导柱305定位后利用连接螺钉进行锁紧，翻转单元治具导向座8套在固定夹持装置对中导柱305上。使活动夹持装置2下降，直到活动夹持装置对中导柱202下端能够套进翻转单元治具导向座8的定位槽内，实现中心位置调整。将活动夹持装置2、固定夹持装置3调整中心位置后，将晶圆6放置到调整夹持高度，即固定夹持装置3的下低接触支撑柱301内，然后将活动夹持装置2下降，直到上低接触支撑柱201接触到晶圆6上表面，然后利用上手臂204和上托盘连接件203间的高度调整间隙206，利用上托盘205和上托盘连接件203间的侧调整间隙调整前后的安装位置。以上位置全部调整好后，利用螺钉紧固。

本发明的工作原理为：

晶圆6在进行翻转过程中，首先开启设备并进行初始化，使各个单元到初始工作位置，晶圆6由外部传送机构送入到低接触对中机构1内，进行晶圆6的中心和活动夹持装置2的中心以及固定夹持装置3的中心校准动作，然后由低接触对中机构1传送至活动夹持装置2和固定夹持装置3内，然后利用晶圆检测系统4判断，将检测结果反馈给外部控制系统(本发明的外部控制系统为现有技术)，再由外部控制系统根据反馈结果执行晶圆6的翻转动作，当晶圆6进行108°翻转后，由外部传送机构将晶圆6取走进行下一步工序。具体为：

在进行对中过程中，首先对中升降结构101升起，使对中支撑PIN103承接晶圆6，然后由对中运动执行机构102带动两端的夹臂106向晶圆6方向移动，利用对中终端接触器104校准晶圆6的中心，使晶圆6的中心与活动夹持装置2和固定夹持装置3的中心相同，以保证进行夹持动作时可以准确。然后再由对中升降结构101下降，将晶圆6传送至活动夹持装置2或固定夹持装置3的低接触支撑柱内。

当晶圆6落到低接触支撑柱上后，将由晶圆检测系统4的存在检测传感器401进行检测是否已经将晶圆6传送到夹持装置中，同时由水平检测传感器402检测晶圆6是否存在倾斜的情况；同时，将以上检测结果反馈外部控制系统进行判断是否需要进行报警或者是执行下一步动作。当所有检测结果正确时，外部控制系统控制夹持执行机构702动作，由夹持执行机构702的驱动活动夹持装置2顺利平缓地向固定夹持装置3靠近；在夹持执行机构702的限位作用下，使活动夹持装置2和固定夹持装置3的上低接触支撑柱201以及下低接触支撑柱301与晶圆6进行低接触、压紧晶圆6，同时触发夹持位置传感器404并反馈给外部控制系统，外部控制系统控制翻转执行机构701工作，驱动转盘901翻转，进而带动晶圆6的安全翻转180°。在翻转动作完成后，触发翻转位置传感器403并发给外部控制系统信号，进而控制夹持执行机构702动作，由夹持执行机构702驱动活动夹持装置2顺利平缓地打开，同时触发夹持位置传感器404，并反馈给外部控制系统判断执行下一步动作。

本发明提供了晶圆在清洗工艺过程中使用的低接触晶圆对中、翻转系统，利用晶圆检测系统4和气流颗粒控制系统5保证了晶圆翻转过程的安全性机清洁程度，解决了晶圆工艺过程中快速调整晶圆翻转系统的调成方法和保证晶圆翻转过程的安全性和清洁性。

Claims (9)

1.一种低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：包括低接触对中机构(1)、活动夹持装置(2)、固定夹持装置(3)、晶圆翻转机构(7)及支撑架(9)，其中晶圆翻转机构(7)包括翻转执行机构(701)及夹持执行机构(702)，该翻转执行机构(701)安装在支撑架(9)上、输出端连接有转盘(901)，所述夹持执行机构(702)设置在转盘(901)上，所述活动夹持装置(2)的一端与夹持执行机构(702)的输出端连接，所述固定夹持装置(3)的一端安装在转盘(901)上，该活动夹持装置(2)及固定夹持装置(3)的另一端均为夹持端，晶圆(6)的一侧设有对其进行对中的低接触对中机构(1)；所述活动夹持装置(2)通过夹持执行机构(702)的驱动相对于转盘(901)移动，与固定夹持装置(3)夹持晶圆(6)，所述夹持执行机构(702)、活动夹持装置(2)、固定夹持装置(3)及被夹持的晶圆(6)随转盘(901)由翻转执行机构(701)驱动旋转；

所述低接触对中机构(1)包括对中升降结构(101)、对中运动执行机构(102)、对中支撑PIN(103)、对中终端接触器(104)、承载台(105)及夹臂(106)，该承载台(105)安装在对中升降结构(101)上，所述承载台(105)上设有对中运动执行机构(102)，该对中运动执行机构(102)的两个输出端分别连接有夹臂(106)，每端夹臂(106)的夹持端均安装有与晶圆(6)接触的对中终端接触器(104)；所述承载台(105)上设有支撑晶圆(6)的对中支撑PIN(103)。

2.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述活动夹持装置(2)包括上低接触支撑柱(201)、上托盘连接件(203)、上手臂(204)及上托盘(205)，该上手臂(204)的一端与所述夹持执行机构(702)输出端相连，另一端设有上托盘连接件(203)，所述上托盘连接件(203)上安装有上托盘(205)，所述上托盘(205)上设置有用于夹持晶圆(6)的上低接触支撑柱(201)。

3.根据权利要求2所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述上托盘连接件(203)的一侧与上手臂(204)的另一端相连，且上托盘连接件(203)的一侧与上手臂(204)的另一端之间留有高度调整间隙(206)；所述上托盘(205)的前后两端与上托盘连接件(203)之间设有侧调整间隙。

4.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述固定夹持装置(3)包括下低接触支撑柱(301)、固定托盘(302)、固定托盘连接件(303)及固定手臂(304)，该固定手臂(304)的一端与所述转盘(901)固连，另一端设有固定托盘连接件(303)，所述固定托盘连接件(303)上安装有固定托盘(302)，该固定托盘(302)上设置有用于夹持晶圆(6)的下低接触支撑柱(301)。

5.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述活动夹持装置(2)上设有活动夹持装置对中导柱(202)，所述固定夹持装置(3)上设有固定夹持装置对中导柱(305)，该固定夹持装置对中导柱(305)上安装有翻转单元治具导向座(8)，所述活动夹持装置对中导柱(202)在校准位置时插入翻转单元治具导向座(8)的定位槽中。

6.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述转盘(901)上沿径向开设有条形槽，所述活动夹持装置(2)的一端由该条形槽穿过、并与所述夹持执行机构(702)的输出端相连。

7.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述活动夹持装置(2)的一端由转盘(901)穿过，并设有连接板(705)，转盘(901)上设有滑轨(706)，所述连接板(705)通过滑块与该滑轨(706)滑动连接；所述夹持执行机构(702)的输出端与连接板(705)相连。

8.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述支撑架(9)上安装有晶圆检测系统(4)，该晶圆检测系统(4)包括存在检测传感器(401)、水平检测传感器(402)、翻转位置传感器(403)及夹持位置传感器(404)，所述支撑架(9)朝向晶圆(6)的一侧分别安装有检测晶圆(6)有无的存在检测传感器(401)及检测晶圆(6)是否倾斜的水平检测传感器(402)；所述支撑架(9)远离晶圆(6)的一侧分别安装有检测活动夹持装置(2)移动的夹持位置传感器(404)及检测转盘(901)旋转角度的翻转位置传感器(403)。

9.根据权利要求1所述的低接触晶圆对中、翻转系统，其特征在于：所述固定夹持装置(3)的下方设有安装于支撑架(9)上的气流颗粒控制系统(5)，该气流颗粒控制系统(5)包括颗粒收集盒(502)及控制管路(501)，所述颗粒收集盒(502)固接在支撑架(9)上，该颗粒收集盒(502)上外接有带负压的控制管路(501)。