一种高效晶圆预对准控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种高效晶圆预对准控制装置，所述的控制装置包括顶部开孔的固定支架，该固定支架的顶部开口处设有放置晶圆的承片台，所述的固定支架上还设有与承片台相连接并带动承片台沿水平和垂直方向移动的三自由度的运动单元，该运动单元上设有带动承片台旋转的旋转单元，该旋转单元上设有将晶圆吸附固定在承片台上的真空吸附单元，该真空吸附单元与承片台相连接，所述的固定支架上还设有运动控制卡和检测晶圆边缘的位移检测单元，所述的运动控制卡分别连接运动单元、旋转单元、真空吸附单元和位移检测单元并控制其工作运转。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有晶圆定位效率高、操作简单、定位精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体高端封装设备领域，尤其是涉及一种高效晶圆预对准控制装置。
技术介绍
晶圆预对准方式分为机械式预对准和光学式预对准。机械预对准定位受机械结构精度的影响，测量精度较低。光学预对准目前应用较为广泛，它利用光学测量元件检测晶圆的边缘，以一定的算法获得晶圆的圆心位置。光学测量元件有点阵型、线阵型，也可以是相机或摄像头。目前，较为成熟且已投入工业应用的预对准方法采用线阵型光学传感器，它不接触晶圆，具有较高的测量精度。现有的硅晶圆预对准装置进行晶圆圆心和缺口定位时主要是两种方法：一种方法是进行晶圆交换，其先进行圆心定位，释放晶圆使晶圆落于接片柱上；然后移动单元移动回检测点使得硅晶圆的圆心与旋转单元的旋转中心重合；最后，进行缺口细采样，拟合，完成缺口定位。该预对准方法需要4次旋转、4次直线运动以及1次晶圆交换。另一种方法是不进行晶圆交换，其先通过粗采样和细采样后，进行缺口预定位；然后，通过缺口定位旋转的角度重新计算圆心的位置；最后，进行圆心定位，同时缺口完成真正定位。该预对准方法需要3次旋转、2次直线运动。以上两种方法都存在着以下不足之处：(1)晶圆预定位系统存在着同时提高定位精度和定位时间的问题。由于晶圆定位要求微米级甚至纳米级，故对晶圆边缘的检测要求苛刻。目前，晶圆预对准系统都采用了光学检测元件，随着采样次数的提高，系统的定位精度也随着提高，但是定位时间也随着增加，影响了工作效率。(2)如果晶圆圆心的偏移量超出范围，旋转单元带动晶圆旋转时，有一些边缘点就检测不到，这样进行圆拟合时会影响拟合精度，最后影响定位精度。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效晶圆预对准控制装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高效晶圆预对准控制装置，所述的控制装置包括顶部开孔的固定支架，该固定支架的顶部开口处设有放置晶圆的承片台，所述的固定支架上还设有与承片台相连接并带动承片台沿水平和垂直方向移动的三自由度的运动单元，该运动单元上设有带动承片台旋转的旋转单元，该旋转单元上设有将晶圆吸附固定在承片台上的真空吸附单元，该真空吸附单元与承片台相连接，所述的固定支架上还设有运动控制卡和检测晶圆边缘的位移检测单元，所述的运动控制卡分别连接运动单元、旋转单元、真空吸附单元和位移检测单元并控制其工作运转；工作时，运动控制卡控制驱动运动单元，使晶圆预对准控制装置回到机械原点，然后运动控制卡接收上位机发来的晶圆尺寸和缺口的位置信号，再控制运动单元移动，使承片台移动到晶圆检测点处，在承片台上放置带有缺口的晶圆，开启真空吸附单元将晶圆吸附固定在承片台上，再开启旋转单元，带动承片台上的晶圆随之旋转，同时旋转单元反馈承片台的位置信号给运动控制卡，位移检测单元检测晶圆边缘，并将数据信号反馈给运动控制卡，旋转结束后，运动控制卡根据所收集的信号计算得出晶圆的圆心位置和缺口位置，从而检测晶圆圆心偏移量是否超出范围。所述的运动单元包括沿x轴方向移动的x向位移机构、沿y轴方向移动的y向位移机构和沿z轴方向移动的z向位移机构，所述的x向位移机构设置在y向位移机构上，并可由y向位移机构带动沿y轴方向移动，所述的z向位移机构设置在x向位移机构上，并可由x向位移机构带动沿x轴方向移动，所述的z向位移机构上设有承片台和旋转单元，承片台可由z向位移机构带动沿z轴方向移动，所述的x轴和y轴位于水平面上且相互垂直，所述的z轴垂直于水平面。所述的x向位移机构、y向位移机构和z向位移机构分别由x轴电机、y轴电机和z轴电机与相应的滚轴丝杆连接组成，通过分别驱动由x轴电机、y轴电机和z轴电机运转，带动与其连接的滚轴丝杆旋转，分别产生x轴向、y轴向和z轴向的位移，从而将承片台移动到指定位置。所述的滚轴丝杆上设有微型传感器，用来帮助寻找机械远点和对电机移动进行限位。所述的旋转单元由旋转轴电机和旋转编码器组成，所述的旋转轴电机连接承片台并由运动控制卡控制，从而带动承片台旋转，所述的旋转编码器与运动控制卡连接，编码器能够记录承片台转动的位置，并将该位置信息通过脉冲信号的形式反馈到运动控制卡，从而使运动控制卡能够监控承片台的位置情况。所述的真空吸附单元由真空吸附器、检测真空度的真空压力传感器和控制真空开关的真空电磁阀组成，所述的真空吸附器连接承片台，所述的真空电磁阀连接运动控制卡。所述的位移检测单元由位移传感器以及与位移传感器连接的传感器放大单元组成，所述的位移传感器沿承片台的旋转中心径向放置在固定支架顶部，用以检测晶圆的边缘，位移传感器与旋转中心有一个稍微小于晶圆半径的距离，保证晶圆边缘点处于位移传感器的测量范围内，所述的传感器放大单元连接运动控制卡，传感器放大单元将位移传感器的检测信号放大后再输出至运动控制卡。所述的固定支架顶部还设有分别位于承片台两侧的接片柱，用来托住晶圆。本技术的晶圆预对准控制装置对晶圆进行对准时，可只需要2次旋转、2次直线运动。晶圆进行第一次旋转时就对边缘进行等角间距细采样并依次记录，设采样点为l1，l2…，li，…ln。由于采样点数太多会影响晶圆圆心位置的计算时间，于是取下标为奇数的采样点并去除缺口处的采样点进行计算，即不影响计算时间又不影响计算精度。利用缺口端点锐变特性，采用边缘变化率法求得缺口的两个端点，以缺口的两个端点及端口中间的采样点进行圆拟合，晶圆圆心与缺口圆圆心连线与缺口相交点即是缺口中心。当晶圆圆心偏移量超出范围时，晶圆预对准控制装置可以自动调整晶圆的圆心位置，然后再进行晶圆定位。晶圆预对准控制方法的主要步骤如下：首先，所有电机回机械原点，接受上位机发来的晶圆尺寸和缺口位置，然后，水平平移单元移动到检测点，垂直平移单元沿z方向调整承片台的高度，机械手放置晶圆并开真空，旋转单元带动晶圆随之旋转，位移传感器采集晶圆边缘信息；旋转结束后，控制单元通过定位算法计算晶圆的圆心位置和缺口的位置；最后，小角度旋转晶圆，缺口定向；根据圆心的新位置，水平平移单元带动晶圆沿x和y方向水平移动，将晶圆圆心平移至指定位置，圆心定位；关真空取晶圆。与现有技术相比，本技术具有以下优点：(1)晶圆对准效率高：采用本技术的晶圆预对准控制装置进行晶圆定位时，只需要2次旋转即可，节省了晶圆的定位时间，晶圆定位效率高；(2)晶圆定位精度高、智能化程度高：晶圆预对准控制装置能智能自动解决晶圆圆心偏移量超出定位范围的问题，使得晶圆定位精度高；...

【技术保护点】
一种高效晶圆预对准控制装置，其特征在于，所述的控制装置包括顶部开孔的固定支架(4)，该固定支架(4)的顶部开口处设有放置晶圆的承片台(1)，所述的固定支架(4)上还设有与承片台(1)相连接并带动承片台(1)沿水平和垂直方向移动的三自由度的运动单元，该运动单元上设有带动承片台(1)旋转的旋转单元，该旋转单元上设有将晶圆吸附固定在承片台(1)上的真空吸附单元，该真空吸附单元与承片台(1)相连接，所述的固定支架(4)上还设有运动控制卡(12)和检测晶圆边缘的位移检测单元，所述的运动控制卡(12)分别连接运动单元、旋转单元、真空吸附单元和位移检测单元并控制其工作运转。

【技术特征摘要】
1.一种高效晶圆预对准控制装置，其特征在于，所述的控制装置包括顶部开
孔的固定支架(4)，该固定支架(4)的顶部开口处设有放置晶圆的承片台(1)，
所述的固定支架(4)上还设有与承片台(1)相连接并带动承片台(1)沿水平和
垂直方向移动的三自由度的运动单元，该运动单元上设有带动承片台(1)旋转的
旋转单元，该旋转单元上设有将晶圆吸附固定在承片台(1)上的真空吸附单元，
该真空吸附单元与承片台(1)相连接，所述的固定支架(4)上还设有运动控制卡
(12)和检测晶圆边缘的位移检测单元，所述的运动控制卡(12)分别连接运动单
元、旋转单元、真空吸附单元和位移检测单元并控制其工作运转。
2.根据权利要求1所述的一种高效晶圆预对准控制装置，其特征在于，所述
的运动单元包括沿x轴方向移动的x向位移机构、沿y轴方向移动的y向位移机构
和沿z轴方向移动的z向位移机构，所述的x向位移机构设置在y向位移机构上，
所述的z向位移机构设置在x向位移机构上，所述的z向位移机构上设有承片台(1)
和旋转单元，所述的x轴和y轴位于水平面上且相互垂直，所述的z轴垂直于水平
面。
3.根据权利要求2所述的一种高效晶圆预对准控制装置，其特征在于，所述
的x向位移机构、y向位移机构和z向位移机构分别由x轴电机(11)、y轴电机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘劲松，钟亮，
申请(专利权)人：上海微松工业自动化有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31