一种晶圆片自动定位显影装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，尤其涉及一种晶圆片自动定位显影装置及方法。

背景技术

显影是在晶圆片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。光刻胶上的可溶解区域被化学显影剂溶解，将可见的岛或者窗口图形留在晶圆片表面。最常见的显影方法是旋转、喷雾、浸润，然后显影。现有的显影机构存在以下的问题：晶圆片与旋转吸头的同心度难以保证，使晶圆片在旋转时会产生偏心力矩，影响显影液的喷涂均匀度。现有的上下料装置占用空间较大，自动化程度较低，使用效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的晶圆片自动定位显影装置，能够有效提高显影液的喷涂均匀度。

本发明通过如下方式解决该技术问题：

一种晶圆片自动定位显影装置，包括上料机构、下料机构以及位于所述上料机构与下料机构间的显影机构，所述显影机构包括离心筒、设于所述离心筒中的能够进行升降的旋转吸头以及位于所述离心筒上方的喷淋装置，所述上料机构能够将晶圆片转移至所述旋转吸头上，所述下料机构能够取走位于所述旋转吸头上的晶圆片，其特征在于：还包括位于离心筒上方的对位装置，所述对位装置包括两个能够相向移动的对中卡爪，所述对中卡爪的内侧具有适配所述晶圆片边缘的顶块。

通过设置对位装置对位于吸盘上的晶圆片进行对中,使晶圆片与旋转吸头保持同心，这样晶圆片在旋转时就不会产生偏心力矩，使显影液能够被均匀的喷涂于晶圆片上。

作为本发明的一种优选实施方式，所述上料机构包括第一导轨、设于所述第一导轨上的第一滑块，设于所述第一滑块上的取料机构和设于所述第一导轨旁的第一储料机构，所述下料机构包括第二导轨、设于所述第二导轨上的第二滑块、设于所述第二滑块上的送料机构和设于所述送料机构旁的第二储料机构。所述第一导轨、第一储料机构、第二导轨、第二储料机构将所述显影机构合围于其中。采用这样的结构能够有效的节约体积。

作为本发明的一种优选实施方式，所述取料机构和送料机构的结构一致、包括连接所述第一滑块或第二滑块的底板、与所述底板滑动连接的运动上板、与所述运动上板滑动连接的运动滑台、设于所述运动滑台上的料叉，所述运动上板能够相对底板向前伸出，所述运动滑台能够相对所述运动上板向前伸出。采用这种两段式伸出的结构能够减小体积的占用，使整体结构更为紧凑。

作为本发明的一种优选实施方式，还包括设于底板上的皮带驱动轮组和设于运动上板上的皮带联动轮组，所述皮带驱动轮组包括主动轮、从动轮、连接所述主动轮的电机和绕设在所述主动轮和从动轮上的第一皮带，所述皮带联动轮组包括第一皮带轮、第二皮带轮与绕设在所述第一皮带轮和第二皮带轮上的第二皮带，所述运动上板上设有夹住第一皮带上传动段的第一夹紧片，所述底板上设有连接第二皮带下传动段的连接片，所述运动滑台上设有夹住所述第二皮带上传动段的第二夹紧片。运行时，电机驱动主动轮旋转，带动第一皮带的上传动段向前移动，进而使运动上板在第一皮带的带动下向前移动，在运动上板前移时，与底板固定的第二皮带的下传动段相对运动上板后移，而第二皮带的上传动段相对运动上板前移，进而带动与第二皮带上传动段连接的运动滑台向前移动，控制料叉向前伸出。

作为本发明的一种优选实施方式，所述第一储料机构和第二储料机构的结构一致，包括竖向导轨、设于所述竖向导轨上的滑块和连接所述滑块的放置架，所述放置架面朝所述料叉的一端具有敞口，所述放置架两侧的内壁上间隔布置有多道用于放置晶圆片的隔板。

作为本发明的一种优选实施方式，所述喷淋装置包括位于所述离心筒旁的横向导轨、设于所述横向导轨上的滑座、连接所述滑座的喷淋支架以及设于所述喷淋支架一端的喷淋头，所述喷淋头位于所述离心筒的上方。

一种晶圆片自动定位显影方法，其特征在于：包括以下步骤：

所述上料机构将晶圆片放置到所述旋转吸头上；

所述对中卡爪相向移动，所述对中卡爪的顶块顶住所述晶圆片的两侧边缘，使所述晶圆片的圆心和所述旋转吸头的中轴线对齐；

所述旋转吸头吸附对中后的晶圆片，并驱动所述晶圆片旋转；

所述喷淋装置对所述旋转中的晶圆片进行喷淋；

喷淋结束后，所述下料机构取走喷淋后的所述晶圆片。

作为本发明的一种优选实施方式，所述喷淋装置中的喷淋头来回往复运动对所述晶圆片进行喷淋。以提高喷淋的均匀度。

作为本发明的一种优选实施方式，在旋转吸头在进行喷淋时带动所述晶圆片降入所述离心筒内，以避免显影液洒落到外部。

相比现有技术，本发明的主要改进在于：1.设置对位装置对位于吸盘上的晶圆片进行对中,使晶圆片与吸盘保持同心，这样晶圆片在旋转时就不会产生偏心力矩，使显影液能够被均匀的喷涂于晶圆片上。2.采用了全自动化的上料机构、下料机构进行晶圆片的上下料，体积小、自动化程度高，大幅提高了加工效率。

附图说明

下面结合附图来对本发明进行进一步的说明：

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的立体视图；

图3为取料机构或送料机构的立体视图；

图4为取料机构或送料机构的立体视图；

图5为第一储料机构或第二储料机构的立体视图；

图6为显影机构的立体视图；

图7为显影机构的剖视图；

图8为吸盘的立体视图；

图9为图7中A部分的局部放大图；

图10升降驱动装置和旋转驱动装置的立体视图；

图11为显影机构的立体视图；

100-机架，200-上料机构，210-第一导轨，211-第一滑块，220-取料机构，230-第一储料机构，231-竖向导轨，232-滑块，233-放置架，234-隔板，300-显影机构，320-离心筒，330-旋转吸头，331-吸盘，332-旋转轴，333-中空套筒,334-密封件，335-旋转驱动装置,336-旋转电机，337-驱动轮，338-传动轮，339-皮带，340-导气管，341-气体通道，342-气管接头，343-导气孔，344-同心沟槽，345-升降驱动装置，346-竖直基板，347-升降气缸，348-竖向滑轨，349-升降底板，350-喷淋装置，351-横向导轨，352-滑座，353-喷淋支架，354-喷淋头，360-对位装置，361-固定座，362-双向气缸，363-对中卡爪，364-顶块，400-下料机构，410-第二导轨，411-第二滑块，420-送料机构，430-第二储料机构，500-底板，501-连接片，510-下滑轨，520-下滑块，530-运动上板，531-上滑轨，532-上滑块，533-第一夹紧片，540-运动滑台，541-第二夹紧片，550-料叉，560-皮带驱动轮组，561-主动轮、562-从动轮，563-电机，564-第一皮带，570-皮带联动轮组，571-第一皮带轮，572-第二皮带轮，573-第二皮带。

具体实施方式

以下通过具体实施例来对本发明进行进一步阐述：

如图1所示，一种晶圆片自动定位显影装置，包括机架100，设于机架100内的上料机构200、显影机构300与下料机构400。

如图2所示，上料机构200与下料机构400分别位于显影机构300的左右两侧，且上料机构200与下料机构400的结构一致。该上料机构200包括设于显影机构300旁的第一导轨210、设于第一导轨210上的第一滑块211、设于第一滑块211上的取料机构220和设于第一导轨210旁的第一储料机构230。该下料机构400包括设于显影机构300旁的第二导轨410、设于第二导轨410上的第二滑块411、设于第二滑块411上的送料机构420和设于第二导轨410旁的第二储料机构430。通过第一导轨210、第一储料机构230、第二导轨410、第二储料机构430将显影机构300合围于其中。

结合图2、图3和图4，该取料机构220与送料机构420的结构一致，包括连接第一滑块211或第二滑块411的底板500、设于底板500上的下滑轨510、设于下滑轨510上的下滑块520、底面与下滑块520相连的运动上板530、设于运动上板530上的上滑轨531、设于上滑轨531上的上滑块532、底面与上滑块532相连的运动滑台540、连接运动滑台540的料叉550，还包括设于底板500上的皮带驱动轮组560，设于运动上板530上的皮带联动轮组570。皮带驱动轮组560包括主动轮561、从动轮562、连接主动轮561的电机563和绕设在主动轮561和从动轮562上的第一皮带564。皮带联动轮组570包括第一皮带轮571、第二皮带轮572与绕设在第一皮带轮571和第二皮带轮572上的第二皮带573。该运动上板530上设有夹住第一皮带564上传动段的第一夹紧片533。该底板500上设有连接第二皮带573下传动段的连接片501。该运动滑台540上设有夹住第二皮带573上传动段的第二夹紧片541。运行时，电机563驱动主动轮561旋转，带动第一皮带564的上传动段向前移动，进而使运动上板530在第一皮带564的带动下向前移动，在运动上板530前移时，与底板500固定的第二皮带573的下传动段相对运动上板530后移，而第二皮带573的上传动段相对运动上板530前移，进而带动与第二皮带573上传动段连接的运动滑台540向前移动，控制料叉550向前伸出，采用该二段伸出的结构有助于缩小体积，使整个机构更为紧凑。

结合图2、图3与图5，该第一储料机构230和第二储料机构430的结构一致，包括竖向导轨231、设于所述竖向导轨231上的滑块232和连接所述滑块232的放置架233。该放置架233面朝取料机构220或送料机构420的一端具有敞口，放置架233两侧的内壁上间隔布置有多道相对布置的隔板234，晶圆片放置于该隔板234上。取料时，使第一储料机构230中的放置架233对准取料机构220的料叉550，控制放置架233的隔板234与料叉550保持齐平，随后料叉550向前伸出，取走放置架233隔板234上的晶圆片。放料的过程同理，使第二储料机构430的放置架233对准送料机构420置有晶圆片的料叉550，控制放置架233的隔板234与料叉550保持齐平，随后料叉550向前伸出，将晶圆片放到料叉550的隔板234上。

显影机构300包括放置架233、离心筒320、旋转吸头330、喷淋装置350和对位装置360。

结合图6、图7与图10，离心筒320设于放置架233上，其顶部正中处具有开口。旋转吸头330包括吸盘331、旋转轴332、中空套筒333、升降驱动装置345与旋转驱动装置335。该升降驱动装置345包括固定于放置架233底面上的竖直基板346、设于竖直基板346一侧表面上的升降气缸347、设于该竖直基板346另一侧表面上的竖向滑轨348以及设于该竖向滑轨348上的升降底板349。该竖直基板346的中部设有沿竖向布置的缺口，该升降气缸347的活塞杆通过穿过缺口的连接座与升降底板349相连。由此能够通过活塞杆带动升降底板349进行升降。

如图7和图9所示，中空套筒333设于离心筒320中，其底端穿过离心筒320固定于升降底板349上。旋转轴332设于该离心筒320内，旋转轴332的顶端与吸盘331相连，旋转轴332的底端穿过该升降底板349，在该升降底板349的底面上固定有用于对旋转轴332进行密封与支撑的密封件334。旋转轴332的底端从该密封件334中穿出。

如图10所示，旋转驱动装置335包括设于升降底板349底面上的旋转电机336、与旋转电机336的电机轴相连的驱动轮337以及设于旋转轴332穿出密封件334的底端上的传动轮338，驱动轮337和传动轮338上绕设有皮带339，从而能够通过旋转电机336带动旋转轴332进行转动。

如图7和图9所示，旋转轴332中具有中空的导气管340，导气管340的顶端与吸盘331相连。该密封件334中具有连通导气管340底部的气体通道341，密封件334外还设有连接气体通道341的气管接头342，通过气管接头342抽真空，实现吸盘331对晶圆片的吸附。

如图8所示，吸盘331的中心处设有导气孔343，吸盘331上还布置有连通导气孔343的多道同心沟槽344，使吸盘331能够对晶圆片均匀的施加吸力。

如图11所示，喷淋装置350包括设于放置架233上的横向导轨351、设于横向导轨351上的滑座352、与滑座352相连的喷淋支架353，设于喷淋支架353一端的喷淋头354、喷淋头354悬空布置于离心筒320上方。喷淋头354包括一个显影液喷头和一个清水喷头。

对位装置360包括连接放置架233的固定座361、设于固定座361上的双向气缸362，该双向气缸362包括两个能够朝相对方向移动的滑块以及分别连接两个滑块的对中卡爪363，两个对中卡爪363对称布置于吸盘331两侧，该对中卡爪363的内侧设有内凹圆弧状的顶块364，能够抵住吸盘331上的晶圆片的边缘，实现晶圆片的对中。

以上是本发明的整体结构，其运行方法如下：

取料机构220沿第一导轨210运行至第一储料机构230旁，取料机构220中的料叉550伸出，取出置于第一储料机构230中的晶圆片；

取料机构220沿第一导轨210运行至离心筒320旁，料叉550伸出，将晶圆片放到旋转吸头330的吸盘331上；

位于吸盘331两侧的对中卡爪363朝吸盘331方向伸出，顶块364顶住晶圆片的两侧边缘，使晶圆片的圆心与吸盘331的中轴线对齐，对中完毕后，吸盘331抽真空将晶圆片吸住；

升降气缸347带动升降底板349下降，使载有晶圆片的吸盘331降入离心筒320内，旋转电机336驱动旋转轴332带动吸盘331旋转，位于离心筒320上方的喷淋头354在横向导轨351上往复滑动，对吸盘331上的旋转的晶圆片进行喷淋，使显影液能够均匀的被喷涂于晶圆片上；

喷涂完毕后，升降气缸347带动底板500上升，使载有晶圆片的吸盘331上升回原位，解除对晶圆片的真空吸附，送料机构420沿第二导轨410运行至离心筒320旁，料叉550伸出，将吸盘331上的晶圆片转移至料叉550上；

送料机构420沿第二导轨410运行至第二储料机构430旁，送料机构420中的料叉550伸出，将晶圆片置入第二储料机构430中。完成整个显影流程。

相比现有技术，本发明的主要改进在于：1.设置对位装置对位于吸盘上的晶圆片进行对中,使晶圆片与吸盘保持同心，这样晶圆片在旋转时就不会产生偏心力矩，使显影液能够被均匀的喷涂于晶圆片上。2.采用了全自动化的上料机构、下料机构进行晶圆片的上下料，体积小、自动化程度高，大幅提高了加工效率。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。