一种晶圆对准装置及安装结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造装置，具体是指一种晶圆对准装置及安装结构。


背景技术：

2.在半导体器件制造过程中，晶圆经常被机械臂在不同制程中转运输送，许多工艺制程中晶圆被机械臂放置在工艺腔内的晶圆卡盘上定位，便于工艺加工，而晶圆卡盘很多采用真空吸附方式对晶圆进行固定，因此需要确保晶圆的圆心与卡盘圆心重合避免晶圆出现偏移，否则会影响真空值进而引起产品质量缺陷。为了避免上述偏移情况的发生，通常需要设置晶圆对准装置，如在晶圆盒与工艺腔内的晶圆卡盘之间设置对准装置，当机械臂从晶圆盒内抓取晶圆后，先借助对准装置确保晶圆位置正确，然后再准确的放入到卡盘上，这种对准装置通常单独占用一定的操作空间，往往结构复杂且成本高。
3.有的工序中并未单独设置对准装置，而是通过精确控制机械臂的行程坐标来实现晶圆无偏移，如晶圆剥膜机，这种控制方式往往机械硬件结构及控制程序都比较复杂。半导体制程中，有很多工序都需要对晶圆进行贴膜保护，待制程结束后还需要将贴膜从晶圆上剥离，目前常用的剥膜设备是剥膜机。剥膜机上设有晶圆定位台，晶圆定位台的中心为加热底盘，加热底盘的外圆周为橡胶环。剥膜时，通过机械臂将晶圆转移到晶圆定位台上，加热底盘对晶圆进行加热，降低晶圆与膜之间的粘性，提高剥膜的效率；橡胶环可以增加与晶圆接触的摩擦力，防止剥膜时晶圆与晶圆定位台分离，也可以起到避免晶圆定位台与晶圆硬接触造成晶圆损伤的作用。
4.晶圆放置在晶圆定位台上时，需保持两者同圆心，否则会导致剥膜设备发生电压异常报警停机故障，从而降低剥膜效率。现有的剥膜机上是通过调整机械臂至晶圆定位台圆心的行程坐标来控制的，对于不同尺寸的晶圆，需要在不同产品坐标之间调整切换，其机械硬件结构相对复杂。另外，目前使用的剥膜机上并没有针对晶圆定位台上放置的晶圆进行对准的装置，由于晶圆在转运过程中由机械臂上的夹具来固定的，而夹具与晶圆之间存在摩擦力，当夹具将晶圆放在定位台上后执行分离动作时，往往会导致晶圆发生一定的偏移，即使机械臂在移动过程中已经通过行程坐标精确控制实现了与定位台的同圆心，也无法完全避免最后放在定位台上的晶圆不发生偏移。


技术实现要素：

5.本实用新型首先公开一种晶圆对准装置，结构简单且体积小巧，其次还公开该对准装置的安装结构，可直接贴合晶圆卡盘固定，不会占用过多的操作空间，能够有效避免放入卡盘上的晶圆与卡盘发生偏移。
6.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
7.一种晶圆对准装置，包括至少三个对中调节机构，每个对中调节机构沿同一圆心的半径方向布置，每组相邻的两个对中调节机构之间的夹角均相同；每个对中调节机构各自包括气缸及由气缸推动沿圆心半径方向往复直线运动的移动部。
8.进一步，每个对中调节机构都设置在同一个圆的圆周上，每个对中调节机构里的移动部移动距离相同。
9.进一步，每个对中调节机构还包括对移动部行程限位的限位螺丝。
10.进一步，每个对中调节机构并非都设置在同一个圆的圆周上，每个对中调节机构里的移动部的自由端都安装压力传感器，每个气缸的行程距离由压力传感器信号控制。
11.进一步，所述移动部包括竖直面和水平面，竖直面的一端连接气缸，竖直面的另一端连接水平面，水平面的另一端为自由端。
12.进一步，所述自由端设有圆形或弧形接触部。
13.进一步，对准装置还包括气缸固定架，每个对中调节机构中的气缸都安装在气缸固定架的底面上，每个移动部的水平面与气缸固定架的顶面平行。
14.进一步，所述气缸固定架为圆环结构。
15.一种晶圆对准装置安装结构，包括用于放置晶圆的卡盘以及上述晶圆对准装置，每个对中调节机构的气缸设置在卡盘底部，每个移动部的自由端沿卡盘顶部的圆心半径方向移动。
16.进一步，每个气缸安装在气缸固定架的底面上，气缸固定架的顶面与卡盘底面贴合固定。
17.本实用新型所设计的对准装置结构简单且体积小，尤其适合剥膜机上安装使用，该对准装置可贴合晶圆卡盘安装，不会占用机台过多空间影响操作，并且对准装置适用调节的晶圆大小及厚度范围较广；在剥膜机的晶圆卡盘处增设了对准装置用于调节放入卡盘上的晶圆偏移量，这就降低了对机械臂行程坐标的精确控制，有助于简化硬件机械结构；对准装置可以有效避免晶圆与卡盘中心发生偏移，会降低剥膜机电压异常报警几率，有助于提高剥膜效率。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例中对准装置与晶圆卡盘装配后正面结构图；
19.图2为图1的背面结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.本实施例分别公开一种晶圆对准装置以及晶圆对准装置的安装结构，整个晶圆对准装置在设计上除了考虑解决被机械臂放置在晶圆卡盘上的晶圆不发生位置偏移前提下，还主要考虑晶圆对准装置的结构简单化、体积小型化、安装时占用操作空间小为原则。
22.如图1和图2所示，本实施例中的晶圆对准装置至少包括三个对中调节机构，每个对中调节机构各自包括气缸2及由气缸2推动沿同一圆心的半径方向往复直线运动的移动部3，移动部3的一端与气缸2的活塞杆连接，移动部3的另一端为自由端，用来与晶圆5的边缘侧端面接触并将晶圆5向圆心方向推动。本实施例以及附图仅以三个对中调节机构为例加以展示，也可以根据实际需要设置四个及以上。以三个对中调节机构为例，以设定目标点为圆心，将每个对中调节机构沿该目标点圆心的三个半径方向布置，且令每组相邻的两个
对中调节机构之间的夹角均相同，若设置三个，则夹角为120
°
。本实施例推荐设置三个对中调节机构，每个对中调节机构都设置在目标点圆心所在同一圆周上，将每个对中调节机构里的移动部3移动距离设置相同即可。这种结构设置下，三个对中调节机构里的气缸活塞杆的行程一致，可根据所要调整晶圆5尺寸的大小，计算好气缸2自活塞杆初始状态到将晶圆5的圆心与目标点圆心位置重合时推动晶圆5的行程距离。根据所采用气缸2的种类不同，控制移动部3的移动距离方式可以根据计算好的移动距离预先进行设定，也可以在每个移动部3向圆心方向移动的路径上设置限位螺丝（附图省略），该限位螺丝的位置也是根据晶圆5的中心与目标点圆心重合位置预先计算好的。
23.当然，除了上述布设方式外，三个对中调节机构也可以不同时布设在同一个圆周上，这种设置方式更加灵活，但仍需满足每组相邻的两个对中调节机构之间的夹角相同。这种结构下，根据每个对中调节机构中气缸活塞杆的初始点至移动到将晶圆5中心与目标点圆心位置重合时的距离分别计算好，对于安装在半径更大的圆周上的对中调节机构，其气缸活塞杆的移动距离也最长。为便于行程的控制，可以在每个对中调节机构里的移动部3的自由端都安装压力传感器，每个气缸3的行程距离由压力传感器信号控制，当三个压力传感器反馈的压力值达到最大值且相等时，三个气缸2的活塞杆都停止移动。
24.为了结构设计上的简化，本实施例的对中调节机构的移动部3采用l型结构，即分为竖直面31和水平面32，气缸2位于水平面32下部且两者平行设置，将竖直面31的底部与气缸2的活塞杆端部固定连接，将竖直面31的顶部与水平面32固定连接，水平面32的另一端为推动晶圆5的自由端。活塞杆沿远离目标点圆心方向移动时，推动移动部3的自由端原理晶圆5，活塞杆反方向移动时，三个移动部3的自由端都触碰到晶圆5时恰好可以将晶圆5的中心与目标点圆心重合。考虑到晶圆5位置对准后移动部3的自由端与晶圆5分离时不会令晶圆5发生移动，本实施例中的自由端只与晶圆5的边缘侧端面接触，可以减少接触面积，这样就减少了接触带来的摩擦力影响。进一步考虑，为了达到更小的接触面积，建议将自由端的接触部33设计成圆形结构，或者也可以设计为弧形（附图中仅展示了圆形示例）。
25.上述给出的对准装置在用于将机械臂放置在晶圆卡盘4的晶圆5进行对中调整时，其安装方式可分为以下两种：第一种，三个对中调节机构各自独立固定，三个气缸2固定在晶圆卡盘4的底部，令每个移动部3的水平面位于晶圆卡盘4顶部，根据晶圆5的尺寸以及厚度计算好安装位置即可，这种安装结构比较灵活，可根据机台空间进行设置，但需将三个对中调节机构的安装位置精确计算好，调整活塞杆的移动行程相对麻烦些。第二种，可以将三个对中调节机构的气缸2都固定在同一个气缸固定架1的底面上，令气缸2与气缸固定架1的底面贴合，让每个移动部3的水平面32与气缸固定架1的顶面平行，然后将气缸固定架1的顶面与晶圆卡盘4的底面贴合并固定连接。附图中仅展示了第二种安装结构，本实施例也推荐采用第二种方式，安装更加方便。
26.附图1中所展示的晶圆卡盘4为剥膜机上的结构，晶圆5所处位置的下部通常为加热底盘，加热底盘四周设置橡胶环6，晶圆5被机械臂放置在橡胶环6上。考虑到大多数晶圆卡盘4都是采用真空吸附方式来固定晶圆5的，因此晶圆卡盘4底部设有真空管，为了令气缸固定架1的安装不会对晶圆卡盘4的工作造成影响，本实施例中将气缸固定架1设计为圆环结构，恰好可以避开真空管的走线设置。将本实施例中的对准装置按照上述方式安装好后，先将每个对中调节机构的气缸活塞杆推至行程最大处，当然也可以根据实际需要调整，需
保证不影响机械臂将晶圆5放置在卡盘4上。当晶圆5被放置在卡盘4上后，先不开启真空设备，先启动气缸2令活塞杆回缩，在三个气缸2的带动下，三个移动部3的自由端逐渐将晶圆5推至中心处，令晶圆5的中心与卡盘4的中心重合，位置对准后再开启真空设备将晶圆5吸附住，然后再控制移动部3远离晶圆5，避免晶圆5发生移动。
27.本实施例所给出的对准装置结构可确保晶圆5与卡盘4的同心度，移动部3的行程调节范围大，至少可以满足外径为190～230mm晶圆的对准调整，对于晶圆的厚度范围也适用较宽，适用于厚度在400～1600微米的晶圆。
28.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。