IC 制造过程各种工艺前都需要进行晶圆的传输、定位和姿态调整。晶圆升降机构就是品圆自动传输系统重要组成部分之一。其速度、重复定位精度将直接或间接影响 IC 的生产效率和制造质量。研究、高速度、高稳定性的新型晶圆升降机构可以提高生产效率和制造质量,为 IC 制造提供有力保障。
晶圆中200mm 阶段,采用晶圆输送机代替人手操作,排除人为带入的环境污染。随着IC 制造工艺的发展和对环境洁净度要求的提高,国外机器人研究机构在上世纪 80 年代开展了晶圆自动传输系统各部分的关键技术研究,研制出直接驱动电机、位移传感器等关键部件。
近年来,国内晶圆升降机构的发展也很迅速。一些较早投入应用的晶圆传输机构。前端支持品圆机械手爪随滑块在导轨内上下运动,由直流电机驱动,该机构升降行程较小、精度低,速度慢,缺少晶圆保护装置。另外交接晶圆过程中,吸附系统使晶圆中间变形,定位精度低,开环控制易造成晶圆窜动和损坏,同时对驱动电机造成冲击。
晶圆升降机构中的真空吸附系统是用来吸附和释放品圆,从而进行晶圆的检测和传输,以便实现传输的。机构要求晶圆定位精度高,真空吸附系统在吸附和释放晶圆过程中尽量减小冲击,要求吸附的时候应当缓慢地增加或减小真空压力,使得压力变化为斜坡变化,大限度减小晶圆在真空吸附下精度的损失。
晶圆上表面有定位用的标识,晶圆在预对准阶段确定好了与传输机械手的相对位置,经过升降机构到达工件台吸盘上,为了检测标识位需要其与吸盘相对位置是固定的。因此要求升降机构在圆周方向上不存在转动。同时光栅传感器安装要求光栅尺与读数头相对位置在+0.1mm。防转装置能机构运动圆周方向相对位置,晶圆传输的精度。
随着制造工艺的进步,所加工的硅片直径越来越大,而器件特征尺寸在不断缩小,单位面积上能够容纳的集成电路数量剧增,成品率显著提高,单位产品的成本大幅度降低,可靠性等性能指标显著提升,促进了大生产的规模化。