晶圆自动寻心装置的制作方法

本实用新型涉及集成电路制造和自动化领域，具体来说，涉及一种自动寻找晶圆圆心的装置。

背景技术：

集成电路生产对设备、原材料以及生产环境的要求十分苛刻。晶圆生产过程要求高洁净度、高稳定度、高可靠性。为了提高生产效率，在生产线上(例如8英寸、12英寸晶圆设备)已经采用自动化晶圆传输系统来代替人工来对晶圆进行传输。晶圆传输系统是指集成电路生产工厂在高洁净度环境下对晶圆进行分类的传送设备，属于半导体设备高端制造业。

晶圆传输系统的核心在于如何使机械手准确、安全的对晶圆执行取送操作。这需要一套安全、有效的装置来保证晶圆传输系统代替人工完成这项工作。

以往，对晶圆传输系统的机械手预先设置取送位置参数。机械手按照所设置的取送位置参数来执行取送操作。但是，这种方法无法满足对取送精度的要求。例如，即使目标晶圆的位置发生变化，机械手也仍然按照预先设置的参数去执行取送操作，造成取送结果不够准确，并且容易对目标晶圆造成损伤。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的一个目的在于提供一种晶圆自动寻心装置，能够高效、精准地对晶圆进行检测和寻心。

(1)为了实现上述目的，本实用新型提供一种晶圆自动寻心装置，包括：机械手，用于对晶圆进行取放；驱动机构，用于对所述机械手进行驱动，从而使所述机械手移动；以及控制装置，用于对所述驱动机构进行控制，所述机械手设有多个光传感器，当所述机械手向着晶圆移动从而对晶圆进行取放时，所述光传感器被晶圆遮断因而被触发，所述控制装置基于所述光传感器被触发时的位置来计算晶圆的圆心位置。

(2)本实用新型的晶圆自动寻心装置，所述光传感器被设置为在晶圆与所述机械手同心的状态下被晶圆的边缘遮断。

(3)本实用新型的晶圆自动寻心装置，所述光传感器被设置在如下位置：在晶圆与所述机械手同心的状态下，所述光传感器沿着晶圆的所述边缘排列，并且从晶圆的所述边缘径向向内偏移。

(4)本实用新型的晶圆自动寻心装置，所述控制装置被构成为使用如下公式来计算所述圆心位置：

x₀＝d+ey₀

约束条件为y₀＞(y₁+y₂)/2

其中，a＝e²+1

b＝2de-2ex₁-2y₁

C＝x₁²-2dx₁+d²+y₁²-R²

d＝(x₁²-x₂²+y₁²-y₂²)/2/(x₁-x₂)

e＝-(y₁-y₂)/(x₁-x₂)

(x₀，y₀)是所述圆心位置的坐标，(x₁，y₁)是所述光传感器中的第一光传感器被触发时的位置的坐标，(x₂，y₂)是所述光传感器中的第二光传感器被触发时的位置的坐标。

(5)本实用新型的晶圆自动寻心装置，所述控制装置被构成为当被触发的所述光传感器的数量是3个以上时，将每个被触发的所述光传感器与其它被触发的所述光传感器中的每个组成一组，对于每组计算所述圆心位置，将计算出的多个所述圆心位置的平均值作为所述圆心位置。

(6)本实用新型的晶圆自动寻心装置，当所述机械手移动到预先设定的位置时，全部所述光传感器均被触发，所述控制装置基于被触发的所述光传感器开始计算所述圆心位置。

(7)本实用新型的晶圆自动寻心装置，还包括报警装置，如果当所述机械手移动到所述预先设定的位置时仍存在未被触发的所述光传感器，则所述报警装置发出警报。

(8)本实用新型的晶圆自动寻心装置，所述控制装置被构成为将所述圆心位置转换为所述机械手的目标位置，使所述机械手移动到所述目标位置对晶圆进行取送。

(9)本实用新型的晶圆自动寻心装置，还包括报警装置，在所述机械手移动到所述目标位置之后对晶圆进行取送的过程中，如果存在未被触发的所述光传感器，则所述报警装置发出警报。

本实用新型的晶圆自动寻心装置，能够高效、精准地对晶圆进行检测和寻心。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施方式的晶圆自动寻心装置的示意性立体图。

图2是图1中的机械手的示意性放大立体图。

图3示意性示出图2中的机械手承载有晶圆的状态。

图4示意性示出晶圆自动寻心装置的寻心过程。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的晶圆自动寻心装置包括机械手1和驱动机构。机械手1用于对晶圆进行取放、定心等。机械手1安装在驱动机构。驱动机构用于对机械手1进行驱动，从而使机械手1能够在三个自由度(例如，水平方向、竖直方向、旋转方向)进行移动。

驱动机构包括：水平机构4，用于使机械手1在水平方向上移动；升降机构2和升降电机3，用于使机械手1在竖直方向上移动；以及旋转机构5和旋转电机6，用于使机械手1绕着旋转轴在旋转方向上移动。

水平机构4例如采用直线电机驱动。升降机构2例如采用精密滚珠丝杆传动。旋转机构5例如采用无背隙齿轮减速机传动。驱动机构由控制装置19进行控制。控制装置19例如由CPU、ROM、RAM中的一个或多个构成。

如图2所示，机械手1包括臂部11、晶圆托盘12、摩擦部13、光传感器14、放大器16。

臂部11呈在水平方向上延伸的板状，一端以能够旋转的方式安装在旋转机构5的旋转轴。晶圆托盘12位于臂部11的另一端，呈圆环状，用于承载晶圆。在晶圆托盘12的上表面(即，与所承载的晶圆20相面对的表面)，设有摩擦部13。摩擦部13由高摩擦系数材料制成，当与晶圆20接触时，能够防止晶圆20相对于晶圆托盘12移动。

在晶圆托盘12的周部，设有多个光传感器14。每个光传感器14例如包括光接收部18、光传导部17和反光板15。光传导部17例如是光纤。来自光源(图未示)的光照射在反光板15上，被反光板15反射进入光传导部17，然后经由光传导部17到达光接收部18。如果光接收部18接收到光，则光传感器14输出ON信号。如果反光板15与光传导部17之间的光路被遮断(例如，如后所述，被晶圆20遮断)，则光接收部18未接收到光，光传感器14输出OFF信号。光传感器14的输出信号经由放大器16输入控制装置19。也可以省略光传导部17，使被反光板15反射的光直接进入光接收部18。

光传感器14的数量至少是2个，可以是3个或更多个。光传感器14的安装位置如下：当晶圆20与机械手1(具体来说是晶圆托盘12)同心时，晶圆20的边缘刚好遮断全部光传感器14。具体来说，在晶圆20与机械手1同心的状态下，光传感器14沿着晶圆20的边缘而排列，并且从晶圆20的边缘径向向内略微偏移，从而当晶圆20与机械手1同心时，晶圆20使用其边缘遮断全部光传感器14。

当对晶圆执行取送操作时，首先，机械手1在升降机构2的驱动下移动到适当高度。然后，在水平机构4的驱动下，机械手1从晶圆20的下方在水平方向上移动，进入晶圆盒。这时，机械手1的各光传感器14对晶圆20的边缘进行检测。

例如，如图4(a)所示，晶圆20保持不动，其圆心是X0，X0的坐标为(x₀，y₀)。光传感器14-1～14-3随着机械手1一起在水平方向上移动，逐渐靠近晶圆20。这时，光传感器14-1～14-3均未被遮断，均输出ON信号。

当光传感器14-1～14-3进一步移动时，如图4(b)所示，光传感器14-1被晶圆20的边缘遮断，输出信号从ON变为OFF，即，光传感器14-1被触发。控制装置19检测到光传感器14-1的输出信号的变化，记录光传感器14-1此时的位置X1，X1的坐标为(x₁，y₁)。

当光传感器14-1～14-3进一步移动时，如图4(C)所示，光传感器14-2被晶圆20的边缘遮断，输出信号从ON变为OFF。控制装置19检测到光传感器14-2的输出信号的变化，记录光传感器14-2此时的位置X2，X2的坐标为(x₂，y₂)。

因为X1和X2均为晶圆20的边缘上的点，因此，它们与晶圆20的圆心X0的关系如下(其中，R为晶圆20的半径)：

(x₁-x₀)²+(y₁-y₀)²＝R²

(x₂-x₀)²+(y₂-y₀)²＝R²

对上述方程进行求解，得到x₀与y₀的关系如下：

x₀＝d+ey₀

其中，d＝(x₁²-x₂²+y₁²-y₂²)/2/(x₁-x₂)，e＝-(y₁-y₂)/(x₁-x₂)

由此，得到关于y0的一元二次标准方程如下：

ay₀²+by₀+C＝0

其中，a＝e²+1，b＝2de-2ex₁-2y₁，C＝x₁²-2dx₁+d²+y₁²-R²

由此，

其中，约束条件为y₀＞(y₁+y₂)/2

最终，通过两个点X1、X2计算出晶圆20的圆心X0的位置如下：

x₀＝d+ey₀

其中，a＝e²+1

b＝2de-2ex₁-2y₁

C＝x₁²-2dx₁+d²+y₁²-R²

d＝(x₁²-x₂²+y₁²-y₂²)/2/(x₁-x₂)

e＝-(Y₁-Y₂)/(x₁-x₂)

y₀＞(y₁+y₂)/2

将如上所述计算出的晶圆20的圆心X0的位置转换为机械手1的目标位置坐标，使机械手1移动到目标位置对晶圆20进行取送，即可保证晶圆20与机械手1同心。

当被晶圆20的边缘遮断的光传感器14的数量是3个或更多个时，将每个被遮断的光传感器14与其它被遮断的光传感器14中的每个组成一组，对于每组根据上面的公式计算晶圆20的圆心X0的位置，由此得到多个圆心X0的位置。对于所得到的多个圆心X0的位置，计算它们的平均值，作为圆心X0的位置。

如上所述，当对晶圆执行取送操作时，位于初始位置的机械手1在被升降机构2驱动从而移动到适当高度之后，被水平机构4驱动从而在水平方向上移动。光传感器14的安装位置被设定为当水平机构4在水平方向上移动到预先设定的位置时，全部光传感器14均被遮断(即，输出信号从ON变为OFF)。这时，控制装置19基于全部光传感器14开始计算圆心X0的位置，然后机械手1向着计算出的目标位置移动。如果当机械手1在水平方向上移动到预先设定的位置时仍存在未被遮断的光传感器14(即，输出信号为ON)，则晶圆自动寻心装置的报警装置发出警报，例如发出警报声或者使警报灯闪烁，从而提示操作者取送操作失败，同时机械手1返回其初始位置。

在机械手1移动到目标位置之后对晶圆20进行取送的过程中，理论上，全部光传感器14均被晶圆20的边缘遮断，输出OFF信号。如果因为某些原因(例如，承载在机械手1上的晶圆20相对于机械手1产生滑移)存在未被晶圆20的边缘遮断的光传感器14，即，存在输出信号为ON的光传感器14，则晶圆自动寻心装置的报警装置发出警报，例如发出警报声或者使警报灯闪烁，从而提示操作者晶圆20的位置可能发生偏移。

以上对本实用新型的实施方式进行了说明，但是，本实用新型不限于上述实施方式。本领域技术人员应知晓，在不脱离本实用新型的精神的范围内，可以对本实用新型进行各种改变。