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CN112599460A - 一种预真空锁模块、晶圆传入方法及传出方法 - Google Patents

一种预真空锁模块、晶圆传入方法及传出方法 Download PDF

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CN112599460A
CN112599460A CN202011566379.4A CN202011566379A CN112599460A CN 112599460 A CN112599460 A CN 112599460A CN 202011566379 A CN202011566379 A CN 202011566379A CN 112599460 A CN112599460 A CN 112599460A
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CN
China
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wafer
cavity
laser
bearing plate
edge bearing
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邱勇
孙晓东
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Shanghai Xunying Electronic Technology Co ltd
Shanghai Nippon Semiconductor Equipment Co ltd
Original Assignee
Shanghai Xunying Electronic Technology Co ltd
Shanghai Nippon Semiconductor Equipment Co ltd
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Abstract

本发明涉及晶圆加工技术领域，公开了一种预真空锁模块、晶圆传入方法及传出方法，即通过在腔内底部中心位置设置升降旋转台，以及在腔内上下对准设置激光发射器和激光接收器，并使所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心至所述升降旋转台的旋转轴心线的径向间距分别等于晶圆半径，可在旋转过程中根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，来确定晶圆的圆心位置和缺口位置，如此不但可使所述预真空锁模块集成有确定晶圆的圆心位置及缺口位置的功能，利于减少晶圆加工设备的体积，还无需要求晶圆拿取手臂必须采取直线且速度固定的晶圆传送方式，以及无需增加移动点，因此可优化晶圆传送流程，提升晶圆传送效率。

Description

一种预真空锁模块、晶圆传入方法及传出方法
技术领域
本发明属于晶圆加工技术领域，具体地涉及一种预真空锁模块、晶圆传入方法及传出方法。
背景技术
在晶圆加工过程中，不但需要在加工前将晶圆从晶圆载具中传入晶圆加工腔体(例如晶圆刻蚀腔体)，还需要在加工后将晶圆又从晶圆加工腔体中传出至晶圆载具中。目前在晶圆加工设备中，需要配置预真空锁模块(LoadlockModule，LLM)来作为在大气常压环境与真空环境之间传送晶圆的过渡模块，该预真空锁模块需避免设计较大体积，以便减少在常压环境与真空环境下转换所需的传送时间，具体过渡过程为：将晶圆从晶圆载具中传入预真空锁模块后，关闭该预真空锁模块的腔体并抽至真空环境，再使用真空环境下的传送模块将晶圆传入晶圆加工腔体中，以及使用真空环境下的传送模块将晶圆从晶圆加工腔体中传送至预真空锁模块，再通入空气至大气常压状态，然后打开该预真空锁模块的腔体，将晶圆传出至晶圆载具中。
目前在晶圆加工设备中，还配置有晶圆位置侦测模块和定位器模块，其中，所述晶圆位置侦测模块用于确定晶圆在传送过程中的圆心位置，以便在传入晶圆加工腔体前对圆心位置进行修正，确保晶圆在加工腔体中的位置不会发生偏差，进而影响到腔体对晶圆加工的均匀性，例如在典型的等离子体刻蚀设备中，配置有晶圆位置侦测系统来寻找晶圆的圆心，实现确定晶圆位置的目的；所述定位器模块用于明确晶圆在晶圆加工腔体中的角度，以便有利于故障以及产品异常的分析与判断，例如在典型的等离子体刻蚀设备中，配置有定位器系统来寻找晶圆缺口(Notch)，并调整晶圆传入的角度(部分晶圆加工腔体会针对晶圆缺口位置做独特设计：如果该类腔体的晶圆缺口有旋转，可能会影响晶圆的吸附与冷却，甚至导致腔体部件损坏)，并且绝大多数定位器系统可通过平移旋转平台或者调整抓取晶圆位置的方式来调整晶圆在晶圆拿取手臂上的放置位置。
目前的晶圆位置侦测模块通常有如下两类：
(1)在已知速度的晶圆拿取手臂拿取晶圆时，使晶圆直线垂直传过两组激光发射与接收的传感器，进而可因已知晶圆的速度且是直线传入的，得到两条已知长度的线段，该两条线段为晶圆上的两条弦，并且两组传感器的距离即为这两条弦的距离，因此通过这些数据可基于几何知识确定出晶圆的圆心位置，然后根据与标准晶圆位置进行的对比结果，确定晶圆的偏差量，最后基于该偏差量进行修正，保证晶圆加工的均匀性；但是这类晶圆位置侦测模块也存在如下缺点：由于需要通过已知速度的晶圆拿取手臂，将拿取的晶圆直线垂直经过2组或以上激光发射/接受装置，因此不适用在真空传送模块中使用晶圆拿取手臂以非直线的方式拿取晶圆，以及不能调整晶圆拿取手臂的传送速度，否则会影响传送位置确认，限制了传送效率的提高；
(2)使用晶圆拿取手臂将晶圆传至固定位置，然后通过固定位置上的三组激光发射与接收的传感器，确认晶圆的圆心，即因已知固定位置的坐标，可通过在固定位置上的三组传感器来确认晶圆的三个边缘点，进而基于几何知识可确定出这三个边缘点的外心位置，并作为晶圆的圆心位置，然后根据与标准晶圆位置进行的对比结果，确定晶圆的偏差量，最后基于该偏差量进行修正，保证晶圆加工的均匀性；但是这类晶圆位置侦测模块也存在如下缺点：需在传送路径上额外增加一个移动点，导致传送流程复杂，限制了传送效率的提高。
此外，在目前的晶圆加工设备中，所述预真空锁模块、所述晶圆位置侦测模块和所述定位器模块是分离设置的，使得晶圆加工设备所需空间较大，不利于设备的搬运和安装。
发明内容
为了解决现有晶圆位置侦测模块所存在的晶圆拿取灵活性有限、导致传送流程复杂和限制传送效率提高以及因模块分离导致晶圆加工设备所需空间较大的问题，本发明目的在于提供一种新型的预真空锁模块、晶圆传入方法及传出方法，不但可使所述预真空锁模块集成有确定晶圆的圆心位置及缺口位置的功能，利于减少晶圆加工设备的体积(因无需再配置晶圆位置侦测模块和定位器模块)，方便设备的搬运和安装，还无需要求晶圆拿取手臂必须采取直线且速度固定的晶圆传送方式，以及无需增加移动点，因此可优化晶圆传送流程，提升晶圆传送效率。
第一方面，本发明所采用的技术方案为：
一种预真空锁模块，包括有封闭腔室和门板，其中，所述门板用于打开所述封闭腔室，以供外部的晶圆拿取手臂进出腔内，还包括有升降旋转台、激光发射器、激光接收器、晶圆左边缘承载板和晶圆右边缘承载板；
所述升降旋转台设置在所述封闭腔室的腔内底部中心位置，并能够垂直升降以及在承接晶圆后带动所述晶圆在水平面上旋转；
所述激光发射器和所述激光接收器在所述封闭腔室的腔内上下对准设置，并使所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心至所述升降旋转台的旋转轴心线的径向间距分别等于所述晶圆的半径；
所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板分别水平设置在所述封闭腔室的腔内左右侧壁上，并使所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板处于同一水平面上。
基于上述发明内容，提供了一种多功能的预真空锁结构，即通过在腔内底部中心位置设置升降旋转台，以及在腔内上下对准设置激光发射器和激光接收器，并使所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心至所述升降旋转台的旋转轴心线的径向间距分别等于晶圆半径，可在旋转过程中根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，来确定晶圆的圆心位置和缺口位置，如此不但可使所述预真空锁模块集成有确定晶圆的圆心位置及缺口位置的功能，利于减少晶圆加工设备的体积(因无需再配置晶圆位置侦测模块和定位器模块)，方便设备的搬运和安装，还无需要求晶圆拿取手臂必须采取直线且速度固定的晶圆传送方式，以及无需增加移动点，因此可优化晶圆传送流程，提升晶圆传送效率。
优选的，在所述封闭腔室的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板。
进一步优选的，相邻的上层所述晶圆左边缘承载板51至下层所述晶圆左边缘承载板51之间的层间距介于10D～30D之间，其中，D表示所述晶圆100的厚度。
优选的，还包括有分别可导通/截止的抽气管道和充气管道，其中，所述抽气管道和所述充气管道分别连通所述封闭腔室的腔内。
进一步优选的，在所述充气管道中设置有空气过滤器。
优选的，所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心可在所述旋转轴心线的径向上活动调节。
具体的，所述激光发射器嵌设在所述封闭腔室的腔内顶面上，所述激光接收器嵌设在所述封闭腔室的腔内底面上。
具体的，所述激光发射器嵌设在所述封闭腔室的腔内底面上，所述激光接收器嵌设在所述封闭腔室的腔内顶面上。
具体的，所述激光发射器至所述晶圆左边缘承载板的边缘和所述晶圆右边缘承载板的边缘的水平间距分别大于或等于50mm。
具体的，所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板分别具有钝角部，并使两钝角部左右对称设置。
第二方面，本发明所采用的技术方案为：
一种晶圆传入方法，采用如第一方面所述的预真空锁模块，包括：
向所述封闭腔室的腔内充入空气，直到腔内处于常压环境；
打开所述门板；
向所述封闭腔室的腔内伸入常压环境下的第一晶圆拿取手臂，以便在从晶圆载具中取出晶圆后，将所述晶圆放置在所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板上；
撤回所述第一晶圆拿取手臂；
关闭所述门板；
对所述封闭腔室的腔内进行抽气，直到腔内处于真空环境；
抬升所述升降旋转台，以便在使所述晶圆脱离所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板后承接所述晶圆；
旋转所述升降旋转台，同时启动所述激光发射器向所述激光接收器发送激光束；
根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，确定所述晶圆的圆心位置和缺口位置；
根据所述晶圆的缺口位置，继续旋转所述升降旋转台，使所述晶圆的缺口对准预先指定方向；
打开所述门板；
向所述封闭腔室的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，以便在根据所述晶圆的圆心位置调整所述第二晶圆拿取手臂后，将所述晶圆取出并传送至晶圆加工腔室中。
优选的，根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，确定所述晶圆的圆心位置，包括：
在所述激光束接收强度上升至最大值时，记录得到对应的且所述升降旋转台的第一旋转角度；
在所述激光束接收强度由最大值下降时，记录得到对应的且所述升降旋转台的第二旋转角度；
在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时，记录得到对应的且所述升降旋转台的第三旋转角度；
按照如下公式计算得到所述晶圆的圆心位置：
Figure BDA0002861820650000041
式中，(r,θ)表示所述晶圆的圆心位置在旋转启动时刻的且在第一极坐标系下的极坐标，r表示极径，θ表示极角，R表示所述晶圆的半径，a1表示所述第一旋转角度，a2表示所述第二旋转角度，a3表示所述第三旋转角度，φ表示所述激光发射器的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台的旋转轴心线上。
进一步优选的，当所述晶圆的圆心位置在旋转启动时刻的且在所述第一极坐标系下的极径r大于或等于预设阈值时，发出异常报警信号。
优选的，根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，确定所述晶圆的缺口位置，包括：
将所述激光发射器的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，作为所述晶圆的缺口位置在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时的且在第一极坐标系下的极角，其中，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台的旋转轴心线上。
第三方面，本发明所采用的技术方案为：
一种晶圆传出方法，采用如第一方面所述的预真空锁模块，包括：
对所述封闭腔室的腔内进行抽气，直到腔内处于真空环境；
打开所述门板；
向所述封闭腔室的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，以便在从晶圆加工腔室中取出晶圆后，将所述晶圆放置在所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板上；
撤回所述第二晶圆拿取手臂；
抬升所述升降旋转台，以便在使所述晶圆脱离所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板后承接所述晶圆；
旋转所述升降旋转台，同时启动所述激光发射器向所述激光接收器发送激光束；
根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，确定所述晶圆的圆心位置和缺口位置；
根据所述晶圆的缺口位置，继续旋转所述升降旋转台，使所述晶圆的缺口对准预先指定方向；
关闭所述门板；
向所述封闭腔室的腔内充入空气，直到腔内处于常压环境；
打开所述门板；
向所述封闭腔室的腔内伸入常压环境下的第一晶圆拿取手臂，以便在根据所述晶圆的圆心位置调整所述第一晶圆拿取手臂后，将所述晶圆传送至晶圆载具中。
优选的，当在所述封闭腔室的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板时，针对待传出的多片晶圆，所述方法还包括：
将所述多片晶圆中的各片晶圆，按照从上至下的顺序依次放置在各层的所述晶圆左边缘承载板和所述晶圆右边缘承载板上。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种多功能的预真空锁结构，即通过在腔内底部中心位置设置升降旋转台，以及在腔内上下对准设置激光发射器和激光接收器，并使所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心至所述升降旋转台的旋转轴心线的径向间距分别等于晶圆半径，可在旋转过程中根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，来确定晶圆的圆心位置和缺口位置，如此不但可使所述预真空锁模块集成有确定晶圆的圆心位置及缺口位置的功能，利于减少晶圆加工设备的体积(因无需再配置晶圆位置侦测模块和定位器模块)，方便设备的搬运和安装，还无需要求晶圆拿取手臂必须采取直线且速度固定的晶圆传送方式，以及无需增加移动点，因此可优化晶圆传送流程，提升晶圆传送效率；
(2)所述预真空锁模块还具有可同时传送多片晶圆、确保腔内干净无污染、可适应不同尺寸晶圆、结构简单和易于实现等优点，便于实际应用和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的预真空锁模块的剖视结构示意图。
图2是本发明提供的预真空锁模块的腔内俯视结构示意图。
图3是本发明提供的在旋转启动时晶圆、激光发射器和旋转轴心线的俯视位置关系示意图。
图4是本发明提供的在激光束接收强度上升至最大值时晶圆、激光发射器和旋转轴心线的俯视位置关系示意图。
图5是本发明提供的在激光束接收强度由最大值下降时晶圆、激光发射器和旋转轴心线的俯视位置关系示意图。
图6是本发明提供的在激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时晶圆、激光发射器和旋转轴心线的俯视位置关系示意图。
图7是本发明提供的在旋转过程中激光束接收强度与旋转角度的对应关系示意图。
上述附图中：1-封闭腔室；3-升降旋转台；41-激光发射器；42-激光接收器；51-晶圆左边缘承载板；52-晶圆右边缘承载板；6-抽气管道；7-充气管道；100-晶圆；101-晶圆缺口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、数量、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例一
如图1～2所示，本实施例提供的所述预真空锁模块，包括有封闭腔室1和门板，其中，所述门板用于打开所述封闭腔室1，以供外部的晶圆拿取手臂进出腔内，还包括有升降旋转台3、激光发射器41、激光接收器42、晶圆左边缘承载板51和晶圆右边缘承载板52；所述升降旋转台3设置在所述封闭腔室1的腔内底部中心位置，并能够垂直升降以及在承接晶圆100后带动所述晶圆100在水平面上旋转；所述激光发射器41和所述激光接收器42在所述封闭腔室1的腔内上下对准设置，并使所述激光发射器41和所述激光接收器42的位置中心至所述升降旋转台3的旋转轴心线的径向间距分别等于所述晶圆100的半径；所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52分别水平设置在所述封闭腔室1的腔内左右侧壁上，并使所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52处于同一水平面上。
如图1～2所示，在所述预真空锁模块的具体结构中，所述封闭腔室1和所述门板为所述预真空锁模块的必备部件，其中，所述门板具体包括有在所述封闭腔室1的前后方向上相对设置的第一门板(图2中未示出)和第二门板(图2中未示出)，所述第一门板用于在打开后供常压环境下的第一晶圆拿取手臂(图2中未示出)进出腔内，所述第二门板用于在打开后供真空环境下的第二晶圆拿取手臂(图2中未示出)进出腔内。所述升降旋转台3用于通过抬升动作从所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上承接放置的所述晶圆100，并通过旋转动作带动所述晶圆100在水平面上旋转，以及通过下降动作将所述晶圆100又放置在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上，其可采用现有的升降机构和旋转机构组合得到。所述激光发射器41用于在旋转启动时刻开始向所述激光接收器42发送激光束，所述激光接收器42用于接收该激光束，它们均可采用现有器件实现。所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52用于临时放置所述晶圆100，并确保所述晶圆100的中部是悬空的，以便位于所述晶圆100中部下方的所述升降旋转台3，能够通过抬升动作从所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上承接所述晶圆100，以及通过下降动作将所述晶圆100又放置在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上。
由于所述激光发射器41和所述激光接收器42在所述封闭腔室1的腔内是上下对准设置的，同时所述激光发射器41和所述激光接收器42的位置中心至所述升降旋转台3的旋转轴心线的径向间距分别等于所述晶圆100的半径(即图1中的R)，因此如图3～7所示，可在俯视角度下且在逆时针旋转过程中，基于所述激光接收器42所采集激光束接收强度的变化特点，分别确定当所述激光束接收强度上升至最大值时、当所述激光束接收强度由最大值下降时和当所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时的旋转角度和特殊点位置(即当所述激光束接收强度上升至最大值时所对应的且所述晶圆100的边缘线与所述激光发射器41的所在中心圆的交点A1、当所述激光束接收强度由最大值下降时所对应的且所述晶圆100的边缘线与所述激光发射器41的所在中心圆的交点A2和当所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时所对应的且所述晶圆100的晶圆缺口101与所述激光发射器41的位置中心的重合点X)。
由此假设所述晶圆100的圆心位置O′在旋转启动时刻的且在第一极坐标系下的极坐标为(r,θ)，则可根据所述旋转轴心线O、所述圆心位置O′、交点A1、交点A2和重合点X等的位置关系，基于几何知识按照如下公式计算得到：
Figure BDA0002861820650000081
式中，R表示所述晶圆100的半径，a1表示在所述激光束接收强度上升至最大值时记录得到的所述升降旋转台3的第一旋转角度，a2表示在所述激光束接收强度由最大值下降时记录得到的所述升降旋转台3的第二旋转角度，a3表示在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时记录得到的所述升降旋转台3的第三旋转角度，φ表示所述激光发射器41的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台3的旋转轴心线上。此外，还可以基于几何知识，将所述激光发射器41的位置中心(R,φ)在所述第二极坐标系下的已知极角φ，作为所述晶圆100的缺口位置在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时的且在第一极坐标系下的极角。从而基于前述预真空锁模块的结构设计，不但可以确定所述晶圆100的圆心位置，还可以确定所述晶圆100的缺口位置。
由此基于前述预真空锁模块的详细描述，提供了一种多功能的预真空锁结构，即通过在腔内底部中心位置设置升降旋转台，以及在腔内上下对准设置激光发射器和激光接收器，并使所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心至所述升降旋转台的旋转轴心线的径向间距分别等于晶圆半径，可在旋转过程中根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，来确定晶圆的圆心位置和缺口位置，如此不但可使所述预真空锁模块集成有确定晶圆的圆心位置及缺口位置的功能，利于减少晶圆加工设备的体积(因无需再配置晶圆位置侦测模块和定位器模块)，方便设备的搬运和安装，还无需要求晶圆拿取手臂必须采取直线且速度固定的晶圆传送方式，以及无需增加移动点，因此可优化晶圆传送流程，提升晶圆传送效率，便于实际应用和推广。
优选的，在所述封闭腔室1的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52。如图1所示，通过前述多层结构设计，可以实现多片所述晶圆100同时传入或传出的目的，进一步提升晶圆传送效率。为了确保在抬升所述升降旋转台3时，能使所述晶圆100有效脱离所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52，以及布置更多层的边缘承载板，进一步优选的，相邻的上层所述晶圆左边缘承载板51至下层所述晶圆左边缘承载板51之间的层间距介于10D～30D之间，其中，D表示所述晶圆100的厚度。
优选的，还包括有分别可导通/截止的抽气管道6和充气管道7，其中，所述抽气管道6和所述充气管道7分别连通所述封闭腔室1的腔内。如图1所示，所述抽气管道6也为所述预真空锁模块的必备部件，用于在导通时抽出腔内空气，直到腔内处于真空环境。所述充气管道7也为所述预真空锁模块的必备部件，用于在导通时向腔内充入空气，直到腔内处于常压环境。为了确保腔内干净和对晶圆无污染，进一步优选的，在所述充气管道7中设置有空气过滤器，以便在充入外部空气时，过滤掉粉尘或细菌等杂物，所述空气过滤器可采用现有过滤器实现。
优选的，所述激光发射器41和所述激光接收器42的位置中心可在所述旋转轴心线的径向上活动调节。前述可活动调节结构可采用滑块与滑轨的组合结构实现，即在所述旋转轴心线的径向上布置有上下滑轨，并将所述激光发射器41和所述激光接收器42分别安装在上下布置的滑块上，如此可通过调节所述激光发射器41和所述激光接收器42的位置中心至所述升降旋转台3的旋转轴心线的径向间距，适应不同尺寸大小的晶圆100，进一步提升实用性。
具体的，所述激光发射器41嵌设在所述封闭腔室1的腔内顶面上，所述激光接收器42嵌设在所述封闭腔室1的腔内底面上。当然也可以将所述激光发射器41嵌设在所述封闭腔室1的腔内底面上，以及将所述激光接收器42嵌设在所述封闭腔室1的腔内顶面上。
具体的，所述激光发射器41至所述晶圆左边缘承载板51的边缘和所述晶圆右边缘承载板52的边缘的水平间距分别大于或等于50mm。如图2所示的水平间距d1和d2，通过前述大小设置，可确保所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52不会影响在所述激光发射器41与所述激光接收器42之间进行的激光束对射，保障圆心位置和缺口位置的确定准确性。
具体的，所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52分别具有钝角部，并使两钝角部左右对称设置。如图2所示，通过所述钝角部的设置，可提升晶圆边缘与承载板的接触面积，提升晶圆放置的稳定性。进一步具体的，所述钝角部的钝角大小介于120度～150度之间。
综上，采用本实施例所提供的预真空锁模块，具有如下技术效果：
1)本实施例提供了一种多功能的预真空锁结构，即通过在腔内底部中心位置设置升降旋转台，以及在腔内上下对准设置激光发射器和激光接收器，并使所述激光发射器和所述激光接收器的位置中心至所述升降旋转台的旋转轴心线的径向间距分别等于晶圆半径，可在旋转过程中根据所述升降旋转台的旋转角度和由所述激光接收器采集的激光束接收强度，来确定晶圆的圆心位置和缺口位置，如此不但可使所述预真空锁模块集成有确定晶圆的圆心位置及缺口位置的功能，利于减少晶圆加工设备的体积(因无需再配置晶圆位置侦测模块和定位器模块)，方便设备的搬运和安装，还无需要求晶圆拿取手臂必须采取直线且速度固定的晶圆传送方式，以及无需增加移动点，因此可优化晶圆传送流程，提升晶圆传送效率；
(2)所述预真空锁模块还具有可同时传送多片晶圆、确保腔内干净无污染、可适应不同尺寸晶圆、结构简单和易于实现等优点，便于实际应用和推广。
实施例二
本实施例在实施例一的技术方案基础上，还提供了一种采用实施例一所述预真空锁模块实现晶圆传入的方法，即包括但不限于有如下步骤S101～S112。
S101.向所述封闭腔室1的腔内充入空气，直到腔内处于常压环境。
在所述步骤S101中，具体可通过导通所述充气通道7来向腔内充入空气。
S102.打开所述门板。
在所述步骤S102中，所述门板具体是指用于在打开后供常压环境下的第一晶圆拿取手臂进出腔内的第一门板。
S103.向所述封闭腔室1的腔内伸入常压环境下的第一晶圆拿取手臂，以便在从晶圆载具中取出晶圆100后，将所述晶圆100放置在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上。
S104.撤回所述第一晶圆拿取手臂。
S105.关闭所述门板。
S106.对所述封闭腔室1的腔内进行抽气，直到腔内处于真空环境。
在所述步骤S106中，具体可通过导通所述抽气通道6来抽出腔内的空气。
S107.抬升所述升降旋转台3，以便在使所述晶圆100脱离所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52后承接所述晶圆100。
S108.旋转所述升降旋转台3，同时启动所述激光发射器41向所述激光接收器42发送激光束。
S109.根据所述升降旋转台3的旋转角度和由所述激光接收器42采集的激光束接收强度，确定所述晶圆100的圆心位置和缺口位置。
在所述步骤S109中，如图3～7所示，优选的，确定所述晶圆100的圆心位置，包括但不限于有如下步骤：S1091.在所述激光束接收强度上升至最大值时，记录得到对应的且所述升降旋转台3的第一旋转角度；S1092.在所述激光束接收强度由最大值下降时，记录得到对应的且所述升降旋转台3的第二旋转角度；S1093.在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时，记录得到对应的且所述升降旋转台3的第三旋转角度；S1094.按照如下公式计算得到所述晶圆100的圆心位置：
Figure BDA0002861820650000111
式中，(r,θ)表示所述晶圆100的圆心位置在旋转启动时刻的且在第一极坐标系下的极坐标，r表示极径，θ表示极角，R表示所述晶圆100的半径，a1表示所述第一旋转角度，a2表示所述第二旋转角度，a3表示所述第三旋转角度，φ表示所述激光发射器41的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台3的旋转轴心线上。
在所述步骤S109中，如图3～7所示，优选的，确定所述晶圆100的缺口位置，包括但不限于有如下步骤：将所述激光发射器41的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，作为所述晶圆100的缺口位置在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时的且在第一极坐标系下的极角，其中，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台3的旋转轴心线上。
在所述步骤S109中，如果已计算得到所述晶圆100的圆心位置在旋转启动时刻的且在所述第一极坐标系下的极径r，可先进行如下报警判断：当所述晶圆100的圆心位置在旋转启动时刻的且在所述第一极坐标系下的极径r大于或等于预设阈值时，发出异常报警信号，以便生产人员及时发现圆心位置偏差过大的情况(若圆心位置偏差过大，在所述激光束接收强度从最大值下降后，可能难以发现或错误发现极大值，使得无法记录到所述第三旋转角度，进而难以准确锁定圆心位置)，并通过下降所述升降旋转平台3，将所述晶圆100又放置在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上，然后打开所述门板(此处即是指用于在打开后供真空环境下的第二晶圆拿取手臂进出腔内的第二门板)，向所述封闭腔室1的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，调整所述晶圆100在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上的放置位置，最后返回执行步骤S104。
S110.根据所述晶圆100的缺口位置，继续旋转所述升降旋转台3，使所述晶圆100的缺口对准预先指定方向。
在所述步骤S110中，由于所述预先指定方向在所述第一极坐标系下的极角是已知的，因此可根据所述晶圆100的缺口位置在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时的且在所述第一极坐标系下的极角，得到其与所述预先指定方向在所述第一极坐标系下的已知极角的角度差，然后基于该角度差，通过旋转所述升降旋转台3，使所述晶圆100的缺口对准预先指定方向。
当在所述封闭腔室1的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52时，针对待传入的多片晶圆100，将所述多片晶圆100中的各片晶圆100，按照从上至下的顺序依次放置在各层的所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上，并在放置好一片晶圆100后执行步骤S104，然后跳过步骤S105～S106直接执行步骤S107～S110，然后下降所述升降旋转台3，并返回执行步骤S103来放置下一片晶圆100，最后在对准完所述多片晶圆100后，再执行步骤S105～S106,然后跳过步骤S107～S110直接执行后续步骤S111，如此可以实现同时传入多片晶圆的目的，进一步提升晶圆传入效率。此外，针对仅传入一片晶圆100的情形，也可以在执行步骤S104后跳过步骤S105～S106直接执行步骤S107～S110，然后再执行步骤S105～S106,最后跳过步骤S107～S110直接执行后续步骤S111。
S111.打开所述门板。
在所述步骤S111中，所述门板具体是指用于在打开后供真空环境下的第二晶圆拿取手臂进出腔内的第二门板。
S112.向所述封闭腔室1的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，以便在根据所述晶圆100的圆心位置调整所述第二晶圆拿取手臂后，将所述晶圆100取出并传送至晶圆加工腔室中。
在所述步骤S112中，具体的，根据所述晶圆100的圆心位置调整所述第二晶圆拿取手臂，包括但不限于：根据所述晶圆100的圆心位置，平移调整晶圆100在所述第二晶圆拿取手臂上的放置位置，以便消除圆心位置偏差，实现在传入晶圆加工腔前进行位置修正的目的。
本实施例的技术效果可在实施例一的技术效果基础上直接推导得到，于此不再赘述。
实施例三
本实施例在实施例一的技术方案基础上，还提供了一种采用实施例一所述预真空锁模块实现晶圆传出的方法，即包括但不限于有如下步骤S201～S212。
S201.对所述封闭腔室1的腔内进行抽气，直到腔内处于真空环境。
在所述步骤S201中，具体可通过导通所述抽气通道6来抽出腔内的空气。
S202.打开所述门板。
在所述步骤S202中，所述门板具体是指用于在打开后供真空环境下的第二晶圆拿取手臂进出腔内的第二门板。
S203.向所述封闭腔室1的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，以便在从晶圆加工腔室中取出晶圆100后，将所述晶圆100放置在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上。
S204.撤回所述第二晶圆拿取手臂。
S205.抬升所述升降旋转台3，以便在使所述晶圆100脱离所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52后承接所述晶圆100。
S206.旋转所述升降旋转台3，同时启动所述激光发射器41向所述激光接收器42发送激光束。
S207.根据所述升降旋转台3的旋转角度和由所述激光接收器42采集的激光束接收强度，确定所述晶圆100的圆心位置和缺口位置。
在所述步骤S207中，确定所述晶圆100的圆心位置和缺口位置的具体方式可参见实施例二中步骤S109所描述的技术手段，于此不再赘述。此外，如果已计算得到所述晶圆100的圆心位置在旋转启动时刻的且在所述第一极坐标系下的极径r，可先进行如下报警判断：当所述晶圆100的圆心位置在旋转启动时刻的且在所述第一极坐标系下的极径r大于或等于预设阈值时，发出异常报警信号，以便生产人员及时发现圆心位置偏差过大的情况(若圆心位置偏差过大，在所述激光束接收强度从最大值下降后，可能难以发现或错误发现极大值，使得无法记录到所述第三旋转角度，进而难以准确锁定圆心位置)，并通过下降所述升降旋转平台3，将所述晶圆100又放置在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上，然后向所述封闭腔室1的腔内伸入所述第二晶圆拿取手臂，调整所述晶圆100在所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上的放置位置，最后返回执行步骤S204。
S208.根据所述晶圆100的缺口位置，继续旋转所述升降旋转台3，使所述晶圆100的缺口对准预先指定方向。
在所述步骤S208中，具体方式可参见实施例二中步骤S110所描述的技术手段，于此不再赘述。此外，当在所述封闭腔室1的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52时，针对待传出的多片晶圆100，将所述多片晶圆100中的各片晶圆100，按照从上至下的顺序依次放置在各层的所述晶圆左边缘承载板51和所述晶圆右边缘承载板52上，并在放置好一片晶圆100后执行步骤S204～S208，然后下降所述升降旋转台3，并返回执行步骤S203来放置下一片晶圆100，最后在对准完所述多片晶圆100后，再执行后续步骤S209。
S209.关闭所述门板。
S210.向所述封闭腔室1的腔内充入空气，直到腔内处于常压环境。
在所述步骤S210中，具体可通过导通所述充气通道7来向腔内充入空气。
S211.打开所述门板。
在所述步骤S211中，所述门板具体是指用于在打开后供常压环境下的第一晶圆拿取手臂进出腔内的第一门板。
S212.向所述封闭腔室1的腔内伸入常压环境下的第一晶圆拿取手臂，以便在根据所述晶圆100的圆心位置调整所述第一晶圆拿取手臂后，将所述晶圆100传送至晶圆载具中。
在所述步骤S212中，具体的，根据所述晶圆100的圆心位置调整所述第一晶圆拿取手臂，包括但不限于：根据所述晶圆100的圆心位置，平移调整晶圆100在所述第一晶圆拿取手臂上的放置位置，以便消除圆心位置偏差。
本实施例的技术效果可在实施例一的技术效果基础上直接推导得到，于此不再赘述。
以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种预真空锁模块，包括有封闭腔室(1)和门板，其中，所述门板用于打开所述封闭腔室(1)，以供外部的晶圆拿取手臂进出腔内，其特征在于：还包括有升降旋转台(3)、激光发射器(41)、激光接收器(42)、晶圆左边缘承载板(51)和晶圆右边缘承载板(52)；
所述升降旋转台(3)设置在所述封闭腔室(1)的腔内底部中心位置，并能够垂直升降以及在承接晶圆(100)后带动所述晶圆(100)在水平面上旋转；
所述激光发射器(41)和所述激光接收器(42)在所述封闭腔室(1)的腔内上下对准设置，并使所述激光发射器(41)和所述激光接收器(42)的位置中心至所述升降旋转台(3)的旋转轴心线的径向间距分别等于所述晶圆(100)的半径；
所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)分别水平设置在所述封闭腔室(1)的腔内左右侧壁上，并使所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)处于同一水平面上。
2.如权利要求1所述的预真空锁模块，其特征在于：在所述封闭腔室(1)的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)。
3.如权利要求1所述的预真空锁模块，其特征在于：还包括有分别可导通/截止的抽气管道(6)和充气管道(7)，其中，所述抽气管道(6)和所述充气管道(7)分别连通所述封闭腔室(1)的腔内。
4.如权利要求1所述的预真空锁模块，其特征在于：所述激光发射器(41)和所述激光接收器(42)的位置中心可在所述旋转轴心线的径向上活动调节。
5.一种晶圆传入方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任意一项所述的预真空锁模块，包括：
向所述封闭腔室(1)的腔内充入空气，直到腔内处于常压环境；
打开所述门板；
向所述封闭腔室(1)的腔内伸入常压环境下的第一晶圆拿取手臂，以便在从晶圆载具中取出晶圆(100)后，将所述晶圆(100)放置在所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)上；
撤回所述第一晶圆拿取手臂；
关闭所述门板；
对所述封闭腔室(1)的腔内进行抽气，直到腔内处于真空环境；
抬升所述升降旋转台(3)，以便在使所述晶圆(100)脱离所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)后承接所述晶圆(100)；
旋转所述升降旋转台(3)，同时启动所述激光发射器(41)向所述激光接收器(42)发送激光束；
根据所述升降旋转台(3)的旋转角度和由所述激光接收器(42)采集的激光束接收强度，确定所述晶圆(100)的圆心位置和缺口位置；
根据所述晶圆(100)的缺口位置，继续旋转所述升降旋转台(3)，使所述晶圆(100)的缺口对准预先指定方向；
打开所述门板；
向所述封闭腔室(1)的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，以便在根据所述晶圆(100)的圆心位置调整所述第二晶圆拿取手臂后，将所述晶圆(100)取出并传送至晶圆加工腔室中。
6.如权利要求5所述的晶圆传入方法，其特征在于，根据所述升降旋转台(3)的旋转角度和由所述激光接收器(42)采集的激光束接收强度，确定所述晶圆(100)的圆心位置，包括：
在所述激光束接收强度上升至最大值时，记录得到对应的且所述升降旋转台(3)的第一旋转角度；
在所述激光束接收强度由最大值下降时，记录得到对应的且所述升降旋转台(3)的第二旋转角度；
在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时，记录得到对应的且所述升降旋转台(3)的第三旋转角度；
按照如下公式计算得到所述晶圆(100)的圆心位置：
Figure FDA0002861820640000021
式中，(r,θ)表示所述晶圆(100)的圆心位置在旋转启动时刻的且在第一极坐标系下的极坐标，r表示极径，θ表示极角，R表示所述晶圆(100)的半径，a1表示所述第一旋转角度，a2表示所述第二旋转角度，a3表示所述第三旋转角度，φ表示所述激光发射器(41)的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台(3)的旋转轴心线上。
7.如权利要求6所述的晶圆传入方法，其特征在于，当所述晶圆(100)的圆心位置在旋转启动时刻的且在所述第一极坐标系下的极径r大于或等于预设阈值时，发出异常报警信号。
8.如权利要求5所述的晶圆传入方法，其特征在于，根据所述升降旋转台(3)的旋转角度和由所述激光接收器(42)采集的激光束接收强度，确定所述晶圆(100)的缺口位置，包括：
将所述激光发射器(41)的位置中心在第二极坐标系下的已知极角，作为所述晶圆(100)的缺口位置在所述激光束接收强度从最大值下降后又出现极大值时的且在第一极坐标系下的极角，其中，所述第一极坐标系和所述第二极坐标系的极点均位于所述升降旋转台(3)的旋转轴心线上。
9.一种晶圆传出方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任意一项所述的预真空锁模块，包括：
对所述封闭腔室(1)的腔内进行抽气，直到腔内处于真空环境；
打开所述门板；
向所述封闭腔室(1)的腔内伸入真空环境下的第二晶圆拿取手臂，以便在从晶圆加工腔室中取出晶圆(100)后，将所述晶圆(100)放置在所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)上；
撤回所述第二晶圆拿取手臂；
抬升所述升降旋转台(3)，以便在使所述晶圆(100)脱离所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)后承接所述晶圆(100)；
旋转所述升降旋转台(3)，同时启动所述激光发射器(41)向所述激光接收器(42)发送激光束；
根据所述升降旋转台(3)的旋转角度和由所述激光接收器(42)采集的激光束接收强度，确定所述晶圆(100)的圆心位置和缺口位置；
根据所述晶圆(100)的缺口位置，继续旋转所述升降旋转台(3)，使所述晶圆(100)的缺口对准预先指定方向；
关闭所述门板；
向所述封闭腔室(1)的腔内充入空气，直到腔内处于常压环境；
打开所述门板；
向所述封闭腔室(1)的腔内伸入常压环境下的第一晶圆拿取手臂，以便在根据所述晶圆(100)的圆心位置调整所述第一晶圆拿取手臂后，将所述晶圆(100)传送至晶圆载具中。
10.如权利要求9所述的晶圆传出方法，其特征在于，当在所述封闭腔室(1)的腔内设置有多层上下等间距布置的所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)时，针对待传出的多片晶圆(100)，所述方法还包括：
将所述多片晶圆(100)中的各片晶圆(100)，按照从上至下的顺序依次放置在各层的所述晶圆左边缘承载板(51)和所述晶圆右边缘承载板(52)上。
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