一种晶圆载具倒片装置及其倒片方法与流程

本技术涉及晶圆制造，尤其是涉及一种晶圆载具倒片装置及其倒片方法。

背景技术：

1、随着半导体制造工艺不断向高集成度、小线宽及大尺寸晶圆方向发展，晶圆在清洗、湿法刻蚀、化学机械抛光、薄膜沉积、光刻、检测以及封装前处理等多个工艺环节之间需要频繁进行转运与存储。由于不同制程设备对晶圆载具的适配要求存在差异，例如湿法清洗工艺通常采用耐酸碱、耐高温的pfa晶圆清洗花篮作为承载载具，而在仓储、运输及自动化物流过程中则多采用开式晶圆运输盒或其他标准晶圆载具。因此，在晶圆完成一道工艺后，往往需要根据后续工艺要求将晶圆从一种载具转移至另一种载具，或者在相同类型载具之间进行重新排序、换篮、分批以及重新装载，从而保证晶圆能够满足后续自动化生产线及物流系统的使用要求。

2、目前，现有的晶圆载具倒片装置通常采用双载具对接方式进行晶圆转移，即分别设置第一载具工位和第二载具工位，将待转移晶圆所在载具固定于第一工位，目标载具固定于第二工位，并通过夹持机械手、真空吸附机械手或晶圆拨片机构逐片抓取晶圆，再按照对应槽位依次放置至目标载具中，以完成晶圆倒片过程。针对不同应用场景，现有设备通常分别开发有pfa晶圆清洗花篮与开式晶圆运输盒之间的双向倒片设备，也有pfa晶圆清洗花篮与pfa晶圆清洗花篮之间的双向倒片设备，或者开式晶圆运输盒与开式晶圆运输盒之间的双向倒片设备，各类设备均针对固定类型的载具结构进行专门设计，其载具定位机构、夹持机构以及机械手运动轨迹均按照对应载具尺寸及槽位参数进行匹配。此外，为保证晶圆在转移过程中的定位精度，现有设备通常采用逐片搬运、逐片定位的工作方式，在每完成一片晶圆转移后，再执行下一片晶圆的抓取与放置动作，以降低晶圆碰撞及碎片风险。

3、然而，上述现有技术虽然能够满足特定载具之间的晶圆倒片需求，但由于其载具定位结构及运动机构通常针对单一载具类型进行专用设计，当需要在不同类型载具之间切换倒片任务时，往往需要更换定位工装、调整机械手程序甚至更换整套设备，导致设备通用性较差，难以适应当前半导体生产线上多种载具混合使用的生产需求。此外，由于不同载具之间的槽位间距、导向结构及夹持基准存在差异，现有设备在切换不同载具类型时，其机械手抓取姿态及晶圆释放位置均需重新匹配，否则容易产生晶圆与槽壁干涉、边缘擦碰或定位偏差等情况，不仅增加了设备调试时间，还进一步限制了晶圆倒片过程的自动化程度及连续作业能力。

技术实现思路

1、本技术提供一种晶圆载具倒片装置及其倒片方法，该倒片装置能使晶圆载具在调平过程中，通过双侧槽位高度检测、动态更新槽位状态表以及倒片完成后的源槽位和目标槽位复检，对晶圆转移过程形成全过程校验，有效降低因载具倾斜、槽位偏差、空槽误判或载具移位造成的晶圆错取、错放、漏取、漏放、边缘擦碰及碎片风险，提高晶圆倒片作业的定位精度、连续作业能力和运行安全性。

2、第一方面，本技术提供的一种晶圆载具倒片装置，采用如下的技术方案：

3、一种晶圆载具倒片装置，包括基座、升降组件、承载组件、对中固定组件和检测组件，所述升降组件设置于所述基座上，所述承载组件设置于所述升降组件上，所述升降组件用于驱动所述承载组件沿竖直方向移动，所述对中固定组件和所述检测组件均设置于所述承载组件上；

4、所述承载组件包括承载台和承载板，所述承载台设置在所述升降组件上，所述承载板滑动设置在所述承载台上，所述基座上设置有控制器；

5、所述对中固定组件用于将晶圆载具定位并固定于所述承载板上；

6、所述检测组件包括载具检测件、顶升电缸、第二传感器和槽位检测件，所述承载板上转动设置有隔离罩，所述载具检测件设置在所述隔离罩上，所述载具检测件用于检测晶圆载具的倾斜状态；

7、所述顶升电缸设置在所述承载台上，所述顶升电缸与所述控制器电连接，所述顶升电缸的输出端上固设有调节座，所述第二传感器和所述槽位检测件均设置在所述调节座上，所述第二传感器与所述控制器电连接，所述第二传感器的检测端朝向晶圆载具开口的中央区域，所述第二传感器用于检测对应晶圆槽位内的晶圆装载状态；

8、所述槽位检测件在所述调节座上设置有两组，并且两组所述槽位检测件沿所述调节座长度方向呈对称布设，所述第二传感器位于两组所述槽位检测件之间，所述槽位检测件则用于检测晶圆载具上晶圆槽位的实际高度。

9、通过采用上述技术方案，升降组件、承载组件、对中固定组件和检测组件的协同设置，使晶圆载具能够在完成定位固定后，根据其实际结构尺寸及作业高度进行竖向位置调整，并在倒片前同步完成载具倾斜状态、各晶圆槽位实际高度以及槽位内晶圆装载状态的检测，并且设置的第二传感器能够在同一升降扫描过程中，同时获取槽位两侧的实际位置和对应槽位的有片、空槽或异常状态，减少重复扫描步骤；由此，可使倒片装置依据晶圆载具的实际空间状态和实际装载状态建立倒片参数，而非单纯依赖预设载具型号及理论槽距，从而提高装置对不同类型、不同规格晶圆载具的适配能力，并降低因载具倾斜、槽位偏差或空槽识别错误造成的晶圆擦碰、错槽及取放失败风险。

10、可选的，所述载具检测件包括检测架和第一传感器，所述检测架固设在所述隔离罩内壁上，所述第一传感设置有四个，所述检测架上分别设置有第一检测端、第二检测端、第三检测端和第四检测端，所述第一检测端与所述第三检测端沿第一方向相对设置，所述第二检测端与所述第四检测端沿第二方向相对设置，第一方向与第二方向相互垂直，四个所述第一传感器分别与所述第一检测端、所述第二检测端、所述第三检测端、所述第四检测端呈一一对应设置，所述第一传感器与所述控制电连接。

11、通过采用上述技术方案，在两个相互垂直的方向上分别设置相对布置的四个第一传感器，并利用四组检测值计算总体倾斜判断参数以及两个方向上的倾斜斜率，使控制器不仅能够判断晶圆载具是否存在倾斜，还能够进一步确定倾斜发生的方向及相对程度，相较于单点检测或仅比较两点高度差的方式，四点检测能够识别前后倾斜、左右倾斜以及两个方向叠加形成的复合倾斜状态，并为后续对应位置的调平动作提供量化依据，有效提高了载具姿态检测的完整性和准确性，有利于消除载具整体倾斜对各槽位实际高度检测结果的系统性影响，从而提高槽位定位和晶圆取放高度的可靠性。

12、可选的，所述槽位检测件包括调节板、微动开关和抵接杆，所述调节板滑动设置在所述调节座上，所述微动开关设置在所述调节板上，所述抵接杆的一端转动设置于所述调节板上，所述抵接杆的另一端位于晶圆主体投影区域的外侧，所述抵接杆上固设有按压部，所述按压部与所述微动开关活动抵接，晶圆载具的晶圆槽位两侧设置有用于承托、引导晶圆的槽位导向部，所述抵接杆远离所述调节座的一端用于与晶圆载具对应侧的槽位导向部活动抵接，所述抵接杆在接触槽位导向部时驱动所述微动开关切换工作状态，所述控制器根据所述微动开关切换工作状态时所述顶升电缸的实际位置确定对应晶圆槽位的实际高度。

13、通过采用上述技术方案，设置能够相对于调节板转动的抵接杆，并使抵接杆的检测端位于晶圆主体投影区域之外，使槽位检测件能够避开晶圆主体而直接接触晶圆载具两侧的槽位导向部，在顶升电缸驱动调节座移动时，抵接杆依次受到各槽位导向部作用并触发微动开关，控制器据此记录顶升电缸的实际位置，从而逐槽获得与载具实际结构相对应的槽位高度，该检测方式能够减少载具制造公差、长期使用变形、装配误差及理论槽距偏差对倒片位置的影响，同时通过两侧槽位检测件的检测结果还可判断同一槽位两侧是否存在高度不一致或局部异常；由此，在不接触晶圆的前提下提高了槽位实际位置的检测精度和异常槽位识别能力，降低了检测过程损伤晶圆以及机械手误入异常槽位的风险。

14、可选的，所述检测组件还包括间距调节件，所述间距调节件设置在所述槽位检测件与所述调节座之间，所述间距调节件包括调节电机、主动齿轮和调节齿条，所述调节电机固设于所述调节座上，所述调节电机与所述控制器电连接，所述主动齿轮与所述调节电机的输出端固定连接，所述调节齿条滑动设置在所述调节座上，所述调节齿条与所述主动齿轮啮合，所述调节齿条与所述调节板连接；

15、所述调节齿条在所述调节座上设置有两组，并且两组所述调节齿条以所述主动齿轮的轴线为中心呈对称设置，将两组所述调节齿条分别设置为第一齿条和第二齿条，将两组所述调节板分别设置为第一调节板和第二调节板，所述第一调节板与所述第一齿条连接，所述第二调节板与所述第二齿条连接；所述调节板上设置有夹持部，所述调节电机通过所述主动齿轮驱动所述第一齿条和所述第二齿条沿相反方向移动，以使两组所述夹持部夹持晶圆载具的相对两侧，并使两组所述抵接杆分别与晶圆载具两侧的槽位导向部对应。

16、通过采用上述技术方案，主动齿轮同时驱动两组对称设置的调节齿条沿相反方向移动，使两组调节板及槽位检测件能够围绕调节座中心同步靠近或远离，从而根据晶圆载具的实际宽度调整两组抵接杆之间的间距；如此一来便能够使两组抵接杆分别准确对应载具两侧的槽位导向部。

17、可选的，所述检测组件还包括调平件，所述调平件设置于所述承载板上，所述调平件的输出端穿过所述承载板并与晶圆载具的外底面抵接，所述调平件与所述控制器电连接，所述调平件在所述承载板上设置有多组，所述控制器根据晶圆载具的倾斜状态控制对应的所述调平件伸出或回缩，以调节晶圆载具的放置姿态。

18、通过采用上述技术方案，在承载板上设置多组能够独立伸缩的调平件，并使各调平件分别与晶圆载具外底面抵接，使控制器能够根据载具检测件获得的倾斜方向和倾斜程度，对晶圆载具实施局部支撑高度调整。该结构能够针对载具的前后倾斜、左右倾斜及复合倾斜状态控制对应调平件伸出或回缩，并可通过重复检测形成姿态调整闭环。相较于仅对承载板整体升降，局部调平能够在不改变载具整体作业高度的情况下修正其放置姿态，使载具槽位排列方向与预定倒片方向保持一致，减小各槽位实际高度检测及机械手取放过程中因整体倾斜产生的累积误差，从而提高倒片作业的定位精度和安全性。

19、可选的，所述对中固定组件包括压紧油缸、第一侧置油缸和第二侧置油缸，所述承载板靠近晶圆载具开口的一侧固设有定位部，所述压紧油缸、所述第一侧置油缸和所述第二侧置油缸均设置在所述承载板上，所述压紧油缸用于推动晶圆载具朝向所述定位部移动，所述第一侧置油缸和所述第二侧置油缸分别设置于所述承载板长度方向的两侧，所述第一侧置油缸和所述第二侧置油缸用于使晶圆载具沿定位部的长度方向居中。

20、通过采用上述技术方案，压紧油缸将晶圆载具推向定位部，并通过设于承载板两侧的第一侧置油缸和第二侧置油缸对晶圆载具进行双侧对中，使晶圆载具能够分别在前后方向和左右方向上建立明确的定位基准。该三向配合定位方式可使晶圆载具的开口、中心区域及槽位排列区域稳定对应于检测组件和晶圆机械手的作业区域，减少人工放置偏差对后续姿态检测和槽位扫描造成的影响。同时，采用油缸驱动能够对一定尺寸范围内的不同载具进行自适应抵接和居中，提高载具装夹效率。因此，该方案能够为载具姿态检测、槽位标定及晶圆倒片提供统一且可重复的水平位置基准。

21、可选的，所述压紧油缸的输出端上设置有抵接件，所述抵接件包括连接板、抵接板和位置传感器，所述连接板固设在所述压紧油缸的输出端上，所述抵接板上固设有滑移杆，所述抵接板通过所述滑移杆滑动穿设在所述连接板上，所述位置传感器固设在所述连接板上，所述位置传感器与所述控制器电连接，所述位置传感器用于实时检测所述压紧油缸是否压紧到位；所述第一侧置油缸和所述第二侧置油缸的输出端上均设置有一组抵接件；

22、所述控制器用于在所述调平件进行姿态调节时使所述压紧油缸、所述第一侧置油缸和所述第二侧置油缸保持第一夹持压力，并在晶圆载具完成姿态调节后使所述压紧油缸、所述第一侧置油缸和所述第二侧置油缸保持大于所述第一夹持压力的第二夹持压力。

23、通过采用上述技术方案，在各油缸输出端设置具有滑动抵接板和位置传感器的抵接件，使对中固定组件能够在夹持晶圆载具的同时实时确认各夹持位置是否已经抵接到位，避免仅依据油缸行程判断载具定位状态。进一步地，在晶圆载具调平过程中，各油缸保持较小的第一夹持压力，可在防止载具产生大幅横向位移的同时，为载具随调平件进行微量姿态调整保留活动余量；在完成调平后再切换至较大的第二夹持压力，则可将载具可靠保持在调平后的状态。由此形成“低压预定位并允许调平、高压锁定并保持姿态”的分级夹持过程，兼顾了载具姿态可调性和倒片过程固定稳定性，避免因过早刚性锁紧导致调平受阻，也避免因夹持力不足导致扫描或倒片过程中载具发生位移。

24、可选的，所述抵接件还包括复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述滑移杆上，所述复位弹簧一端与所述连接板连接，所述复位弹簧另一端与所述抵接板连接。

25、通过采用上述技术方案，在滑移杆上设置复位弹簧，使抵接板在未接触晶圆载具时能够自动恢复至预定初始位置，并在油缸推动抵接板接触载具时提供弹性缓冲，从而减小刚性冲击对晶圆载具及油缸机构造成的影响。

26、可选的，所述调节座上还设置有第三传感器，所述第三传感器与所述控制器电连接，所述第三传感器用于检测所述调节座与所述定位部之间的距离，从而使所述控制器获取检测晶圆载具最低侧基准位置的实际高度，以建立晶圆载具的倒片基础零点。

27、通过采用上述技术方案，在随顶升电缸移动的调节座上设置第三传感器，检测调节座与定位部或晶圆载具最低侧基准位置之间的实际距离，使控制器能够结合顶升电缸的位置数据确定当前载具的实际最低侧基准高度，并据此建立倒片基础零点。由于该零点来源于当前载具实际放置后的检测结果，而不是预先设定的设备固定零点或载具理论尺寸，因此能够补偿不同载具在底部结构、整体高度、制造公差以及实际放置位置方面的差异。通过将各槽位实际高度和机械手取放位置统一关联至该基础零点，可提高不同类型载具切换后的高度标定准确性，减少重新人工调试机械手动作参数的需求，并降低因基准高度偏差造成的取放干涉风险。

28、另一方面，本技术提供一种适用于晶圆载具倒片装置的晶圆载具倒片方法，包括以下步骤：

29、s1、晶圆载具放置于承载板上，并使晶圆载具的开口朝向晶圆机械手所在一侧,控制压紧油缸、第一侧置油缸和第二侧置油缸依次动作，使晶圆载具抵靠于定位部并沿定位部长度方向居中,当各位置传感器均检测到晶圆载具时，判定晶圆载具完成初步对中，并使各油缸保持第一夹持压力；

30、s2、关闭隔离罩，通过四组第一传感器分别检测晶圆载具上的四个姿态基准区域，并根据四组检测值判断晶圆载具的倾斜状态；

31、当四组检测值之间的差值超过预设姿态误差阈值时，控制器驱动对应位置的调平件伸出或回缩，以调整晶圆载具的放置姿态；

32、调平后再次进行检测，直至四组检测值之间的差值处于允许范围内；随后，提高压紧油缸、第一侧置油缸和第二侧置油缸的夹持压力，使晶圆载具保持在调平后的状态；

33、s3、控制器调节第一调节板和第二调节板之间的间距夹持住晶圆载具，使两组抵接杆分别与晶圆载具左右两侧的槽位导向部对应，顶升电缸带动调节座沿晶圆载具的槽位排列方向移动，使两组抵接杆依次与晶圆载具左右两侧的槽位导向部接触；当抵接杆与槽位导向部接触时，对应微动开关发生状态切换，控制器记录顶升电缸的实际位置，并据此确定对应槽位的实际高度；若两组微动开关在同一槽位位置的响应差异超过预设范围，则将对应槽位标记为异常槽位；

34、在确定各槽位实际位置的同时，通过设置于两组抵接杆之间的第二传感器检测对应槽位内是否存放有晶圆，当第二传感器的检测值位于预设有片距离区间内时，判定对应槽位处于有片状态；当检测值大于预设空槽距离阈值或者未获得有效回波时，则判定对应槽位处于空槽状态；当检测值波动异常时，将对应槽位标记为异常状态；

35、s4、完成全部槽位检测后，控制器建立晶圆载具的槽位状态表，控制器根据晶圆载具的槽位状态表确定待转移晶圆所在槽位或确定能够接收晶圆的目标空槽；

36、s5、在顶升电缸带动调节座移动的同时，通过第三传感器检测晶圆载具内部最低侧基准位置的实际高度，并根据检测结果建立当前晶圆载具的倒片基础零点；

37、s6、根据预设的倒片顺序，晶圆机械手进行晶圆倒片动作，在每完成一次晶圆转移后，更新晶圆载具的槽位状态表，重复前述动作，直至完成预设倒片任务；

38、s7、晶圆转移完成后，通过第二传感器对已完成转移的源槽位和目标槽位进行复检，待完成全部倒片任务后，顶升电缸和间距调节件复位，隔离罩打开，对中固定组件解除对晶圆载具的固定，承载板移动至载具取出位置。

39、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

40、1.通过载具检测件、调平件、对中固定组件以及第三传感器之间的协同配合，能够在倒片作业前完成晶圆载具的对中定位、倾斜检测、姿态调平及倒片基础零点标定，使装置建立的倒片基准来源于当前晶圆载具的实际空间位置，而非仅依赖预设的理论尺寸或固定程序，有效补偿不同类型晶圆载具在外形尺寸、底部结构、制造公差及实际放置状态方面的差异，提高装置对pfa晶圆清洗花篮、开式晶圆运输盒及其他晶圆载具的兼容能力，减少更换工装和重新调试机械手程序的需求；

41、2.通过顶升电缸带动两组槽位检测件沿槽位排列方向移动，并利用两侧抵接杆与槽位导向部接触时的触发位置确定各晶圆槽位的实际高度，同时通过位于两组槽位检测件之间的第二传感器同步检测对应槽位内的晶圆装载状态，从而能够在一次扫描过程中建立包含槽位实际位置、有片状态、空槽状态及异常状态的槽位状态表，避免了按照理论槽距或默认满载状态进行盲目倒片，并能够识别空槽、连续空槽、槽位高度异常及装片异常等非标准载具状态，为后续晶圆取放路径和倒片顺序的确定提供准确依据。