CN100388457C - 真空机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体刻蚀设备传输系统中的真空传输段的真空机械手，包括两个由固定铰链连接的伸缩臂，两伸缩臂各自包括固定臂、第二手臂、第三手臂和第四手臂和第五手臂，各手臂之间依次通过铰链结构连接，在第五手臂的自由端设置有托载晶片的终端受动器，所述终端受动器的中心和第四手臂的中心轴位于同一直线上，并垂直于固定臂和工艺腔室的中心。该机械手与目前通常使用的机械手相比，运动路径得到了优化，因而节省了传输时间，在工艺时间较短的情况下，提高了机械手的传输效率以及系统的产出率，同时采用正方形的传输腔室减少了占地面积；另外，该技术方案同时可以实现200mm晶片和300mm晶片加工的兼容性。

Description

真空机械手
技术领域
本发明涉及等离子体刻蚀装置，特别是一种石英盖结构有改进的等离子体刻蚀装置。
背景技术
在刻蚀设备的传输系统中，晶片的路径是通过大气机械手传送到定位器件上，经过该器件的定位后，再经过真空机械手搬运到刻蚀的工艺腔室中进行工艺操作。通常情况下，为了节省空间和维修方便，真空传输腔室的外形都为放射状的多边形结构，真空机械手为单臂或者双臂结构。
真空机械手在进行搬运晶片时，通常是真空机械手首先在竖直方向上降低几个毫米(一般竖直运动的距离都在35mm以内)，将机械手前端的终端受动器伸入到定位元件支撑晶片的部件的底部，然后沿竖直方向上提升真空机械手，这样真空机械手就从定位元件上抓取了一片晶片，然后根据工艺需要，通过软件进行控制，将真空机械手上的晶片放置到所需要的工艺腔室中，其动作步骤与上述类似。
在传输系统中，影响产出率的因素有很多，其中真空机械手部分往往是整个系统产出率的瓶颈，因而如何提高真空传输部分的真空机械手的产出率显得尤为重要，它影响到整个刻蚀工艺的产出率。
图6是目前300mm半导体刻蚀设备传输系统中大多数采用的传输腔室8和真空机械手7的外形。真空机械手从前端晶片定位机构中取出晶片，其手臂携带着晶片缩回，根据工艺需要，缩回后的真空机械手携带着片子高速悬转到工艺腔室相对的位置处，将携带着晶片的手臂伸长到工艺腔室中，然后调节竖直方向上的距离，将晶片放在静电卡盘上，缩回机械手手臂，再去取新的晶片。
此结构的特点是真空传输腔室占地面积小，方便维修，真空机械手每次都是取完一片晶片然后放置一片晶片，再进行工艺刻蚀后，也是每次取完一片晶片放在负载锁闭器中，然后再取一片工艺处理后的晶片。这样一来，在工艺时间较短的情况下，由于真空机械手的搬运次数和片数的原因，降低了整个工艺的产出率。
因此目前大多数的刻蚀设备的产出率的瓶颈都在真空机械手的传输能力部分。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种工作效率高的真空机械手。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明所述的真空机械手，包括通过铰链结构固定在电动机驱动轴上的固定臂，在固定臂的两端对称地鱼贯设置有第二手臂、第三手臂和第四手臂，各臂之间通过铰链结构连接，在第四手臂的自由端设置有托载晶片的终端受动器，所述终端受动器的中心和第四手臂的中心轴位于同一直线上，并垂直于固定臂和工艺腔室的中心。
所述终端受动器通过螺纹连接固定在第四手臂上。
所述固定臂为直臂，或者两端向上弯折形状。
所述驱动电机固定在传输腔室的下底面上。
所述传输腔室为正方形结构。
(三)有益效果
本发明所述的真空机械手与目前通常使用的真空机械手相比，运动路径得到了优化，因而节省了传输时间，在工艺时间较短的情况下，提高了机械手的传输效率以及系统的产出率，同时采用正方形的传输腔室减少了占地面积；另外，该技术方案同时可以实现200mm晶片和300mm晶片加工的兼容性。
附图说明
图1是本发明所述真空机械手的结构示意图；
图2是图1所示真空机械手完全缩回时的状态图；
图3是图1所示真空机械手完全伸长的状态图；
图4是图1所示真空机械手固定臂形状的另一实施例的形状图；
图5是本发明所述真空机械手与真空传输腔室位置关系图；
图6是现有300mm真空传输腔与真空机械手工作示意图。
图中：1.固定臂；2.第二手臂；3.第三手臂；4.第四手臂；5.终端受动器；6.晶片；7.机械手；8.传输腔室；9.工艺腔室。
下面结合附图，进一步详细说明本发明真空机械手的具体实施方式，但不用来限制本发明的保护范围。
具体实施方式
参见图1，本发明所述的真空机械手包括固定臂1(该臂又可称为第一手臂)，该固定臂通过铰链结构固定在电动机的驱动轴上，并位于真空传输腔室的中心位置，在固定臂1的两端对称地鱼贯设置有第二手臂2、第三手臂3和第四手臂4，各臂之间通过铰链结构连接，在第四手臂4的自由端设置有托载晶片的终端受动器5，该终端受动器通过螺纹连接固定在第四手臂4上，因而可以根据工艺需要，通过更换螺纹连接处的终端受动器，来实现200mm晶片和300mm晶片6的兼容性；通过软件控制，始终使终端受动器5的中心在垂直于腔室中心与电动机驱动轴中心连线上运动，因此，无论机械手处于何种位置，终端受动器的中心、第四手臂4的中心轴都是位于同一直线上，且该直线为竖直方向。
在进行机械手从工艺腔室向外取晶片的操作时，以图1左边的伸缩臂为例，首先调整真空机械手垂直上下运动的方向(Z向)上的高度，将晶片6从静电卡盘的顶针上托起，然后固定臂1保持位置不变，同时第二手臂2绕铰链轴b顺时针向固定臂1方向旋转，第三手臂3绕铰链轴c顺时针向第二手臂2方向旋转，终端受动器托载着晶片与第四手臂4和铰链轴d沿中心线向轴b处缩回来进行取晶片操作，当晶片被完全取出，机械手处于完全缩回的状态时，如图2所示，第二手臂2、第三手臂3与固定臂1重合，铰链轴d与铰链轴b重合。然后真空机械手的左右两边的载有晶片的手臂根据工艺需求，绕铰链轴a以90度或180度、270度旋转到下一个位置处。
各手臂运动的动力是靠真空机械手的驱动电动机实现，该电机固定在传输腔室8的下底面上；所述真空机械手垂直上下运动的方向(Z向)上的高度通过软件控制电动机来实现；第三手臂3绕铰链轴c顺时针通过软件给电动机命令，然后通过电动机的运转来实现。
所述传输腔室8为正方形结构，可以减少占地面积。
在从机械手的完全缩回状态向工艺腔室9或者负载闭锁器10和负载闭锁器11(在图中用阿拉伯数字编号)搬运晶片的时候，第二手臂2和第三手臂3缓缓向前舒张，终端受动器托载着晶片与第四手臂4和铰链轴d沿中心线向工艺腔室或者负载闭锁器10和负载闭锁器11进行放置晶片操作，当终端受动器的中心(或者晶片的中心)到达工艺腔室静电卡盘的中心位置或者负载闭锁器10和负载闭锁器11的托盘中心位置时，则终端受动器的中心、第四手臂4、铰链轴d、第三手臂3、铰链轴c、第二手臂2、铰链轴b都位于中心线上，此时机械手处于最长伸长状态，如图3所示。然后降低机械手Z向的高度，使终端受动器上的晶片完全放置在工艺腔室的顶针上，或者是负载闭锁器10和负载闭锁器11的托盘上，然后再稍微将低几毫米距离，快速抽出机械手。根据工艺需要，使目前无托载晶片的真空机械手旋转到下一个工艺位置处。
本发明通过设计传输腔室9与真空机械手8的结构形式，提高了真空环境下的传输效率，在工艺时间较短的情况下，提高了系统的产出率。如图5所示，真空机械手的两个终端受动器同时进入到负载闭锁器10和负载闭锁器11中，通过调整真空机械手Z向，实现两个终端受动器同时取片，然后真空机械手手臂缩回，这样一来，两个终端受动器上同时携带两片晶片进行高速旋转，旋转90度或180度、270度以后，到达工艺腔室1和工艺腔室2的位置处，然后将真空机械手的两个手臂分别同时伸入到工艺腔室1和工艺腔室2中，通过调整真空机械手Z向的高度(一般范围在35mm以下)，同时分别将两片晶片放在工艺腔室9的静电卡盘的顶针上，然后机械手手臂缩回，进行下一个循环。
另外，本发明中的真空机械手由于左右两边同步取片和放片，并且旋转角度是90度的倍数，因而这种真空机械手更加适合于正方形的真空传输腔室8。
所述固定臂1可以是直臂，也可以做成两端向上弯折形状，如图4所示，弯折形状的功能与上述结构一样，但是由于此结构为斜向结构，因而在相同伸长距离的情况下，可以缩短机械第二手臂2的长度或者第三手臂3的长度。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.真空机械手，其特征是包括通过铰链结构固定在电动机驱动轴上的固定臂(1)，在固定臂(1)的两端对称地鱼贯设置有第二手臂(2)、第三手臂(3)和第四手臂(4)，各臂之间通过铰链结构连接，在第四手臂(4)的自由端设置有托载晶片的终端受动器(5)，所述终端受动器的中心和第四手臂(4)的中心轴位于同一直线上，且该直线为竖直方向。
2.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征是所述终端受动器通过螺纹连接固定在第四手臂(4)上。
3.根据权利要求1或2所述的真空机械手，其特征是所述固定臂(1)为直臂，或者两端向上弯折形状。
4.根据权利要求1或2所述的真空机械手，其特征是所述电动机固定在传输腔室的下底面上。
5.根据权利要求4所述的真空机械手，其特征是所述传输腔室为正方形结构。
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