CN102189542B - 半导体晶圆输送用机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供半导体晶圆输送用机械手，能进行晶圆的凹槽的对位且即使在输送直径不同的晶圆时也能够相对于晶圆处理装置进行晶圆的中心位置的对位。该半导体晶圆输送用机械手从容器取出晶圆并输送到处理晶圆的处理装置，具有：机械手部件本体；能相对于机械手部件本体移动的机械手部件；能相对于机械手部件移动的保持部件；与晶圆接触的第一旋转部件；与第一旋转部件一起使晶圆旋转的第二旋转部件；使第一旋转部件和第二旋转部件沿着彼此离开或彼此接近的方向移动相同距离的移动机构；以及检测晶圆的凹槽的凹槽检测机构。

Description

半导体晶圆输送用机械手

技术领域

本发明涉及用于输送半导体晶圆的半导体晶圆输送用机械手。

背景技术

以往，利用机械手从容器中取出收容在容器中的半导体晶圆(以下适当地称为晶圆)，暂时载置到校准装置上。利用校准装置检测出凹槽，使载置在校准装置上的晶圆到达规定位置地对位。利用机械手从校准装置中取出已由校准装置进行了对位的晶圆，然后输送到用于处理晶圆的晶圆处理装置。

在上述方法中，即使由校准装置检测出了晶圆的凹槽，也存在在使晶圆从校准装置移动到机械手上时晶圆的位置偏移的问题。由此，在使晶圆从机械手移动到晶圆处理装置时，存在晶圆相对于晶圆处理装置产生位置偏移而无法进行高精度的晶圆处理的问题。另外，还产生需要花费用于将晶圆载置到校准装置并进行对位的时间、确保用于设置校准装置的空间等很多问题。

然而，已知如下方法，利用机械手从容器取出晶圆，在机械手上进行对位，然后将晶圆输送到晶圆处理装置中(参照下述专利文献1)。在该方法中，在机械手上，在利用晶圆保持部保持着晶圆的状态下使之旋转，利用凹槽传感器检测出凹槽，从而进行晶圆的对位。

专利文献1：JP特开2004-165280号公报

发明内容

但是，在上述现有技术中，虽然能够使晶圆旋转而检测出凹槽，但也只不过是能够判断出凹槽的位置。也就是说，在将晶圆载置到晶圆处理装置的情况下，除了晶圆的凹槽的位置以外，还需要相对于晶圆处理装置对晶圆的中心位置进行对位。在上述现有技术的方法中，在将各种直径的晶圆载置到晶圆处理装置上时，由于直径大小的不同，晶圆的中心位置会相对于晶圆处理装置产生位置偏移，从而无法进行高精度的晶圆处理。

因此，本发明鉴于上述问题提供一种半导体晶圆输送用机械手，能够进行晶圆的凹槽的对位，并且，即使在输送直径不同的晶圆的情况下也能够相对于晶圆处理装置进行晶圆的中心位置的对位。

本申请的第一发明是一种半导体晶圆输送用机械手，从收容半导体晶圆的容器中取出上述半导体晶圆并输送到用于处理上述半导体晶圆的处理装置，其特征在于具有：机械手部件本体；设置于上述机械手部件本体并能相对于上述机械手部件本体移动的机械手部件；设置于上述机械手部件本体或上述机械手部件并能相对于上述机械手部件移动的保持部件；能旋转地设置于上述机械手部件并与上述半导体晶圆接触的第一旋转部件；能旋转地设置于上述保持部件的第二旋转部件，其与上述半导体晶圆接触，并与上述第一旋转部件一起使上述半导体晶圆旋转；移动机构，使上述机械手部件和上述保持部件沿着上述第一旋转部件和上述第二旋转部件彼此离开或彼此接近的方向移动相同距离；以及用于检测上述半导体晶圆的凹槽的凹槽检测机构。

本申请的第二发明是在第一发明所述的半导体晶圆输送用机械手中，其特征在于，在上述第一旋转部件和上述第二旋转部件上形成用于避免与上述半导体晶圆的径向外侧端部接触的槽部。

根据第一发明，机械手上的半导体晶圆由第一旋转部件和第二旋转部件保持。此时，机械手部件和保持部件在移动机构的作用下沿着第一旋转部件和第二旋转部件彼此离开或彼此接近的方向移动相同距离。由此，在保持直径比较大的半导体晶圆时，第一旋转部件和第二旋转部件在第一旋转部件和第二旋转部件彼此离开的方向上移动相同距离。另一方面，在保持直径比较小的半导体晶圆时，第一旋转部件和第二旋转部件在第一旋转部件和第二旋转部件彼此接近的方向上移动相同距离。这样，第一旋转部件和第二旋转部件与半导体晶圆的直径大小对应地移动相同距离，因此，由各旋转部件保持着的半导体晶圆即使直径不同也能够总是使其中心位置一致地对位。

此外，当从驱动机构对第二旋转部件施加旋转驱动力时，半导体晶圆旋转，随之第一旋转部件也从动地旋转。然后，由凹槽检测机构检测出半导体晶圆的凹槽，进行半导体晶圆的对位以使凹槽到达规定位置。

如上所述，根据本发明，能够进行晶圆的凹槽的对位，同时，即使在输送直径不同的晶圆的情况下，也能够进行晶圆的中心位置相对于处理装置的对位。

根据第二发明，通过在第一旋转部件和第二旋转部件上形成槽部，在半导体晶圆由各旋转部件保持着时、旋转时，半导体晶圆的径向外侧端部不与各旋转部件接触。由此，能够防止外力作用于半导体晶圆的径向外侧端部而导致半导体晶圆破损或产生裂纹的问题。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的概念图。

图2是本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的透视图。

图3是本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的俯视图。

图4是本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的后视图。

图5是表示本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的驱动机构的图。

图6是用本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手保持不同直径的半导体晶圆时的比较图。

图7是表示用本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的第一旋转部件保持半导体晶圆时的状态的剖面图。

图8是表示用本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的第二旋转部件保持半导体晶圆时的状态的剖面图。

图9是表示用本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的控制系统的框图。

图10是表示本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的变形例的俯视图。

图11是表示本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手的变形例的旋转辊和半导体晶圆的凹槽的位置关系的局部放大图。

符号说明

10    半导体晶圆输送用机械手

12    机械手部件本体

14    机械手部件

16    第一气压缸(移动机构)

24    旋转辊(第一旋转部件)

33    槽部

36    保持部件

54    凹槽检测传感器(凹槽检测机构)

56    定位辊(第二旋转部件)

60    槽部

66    第二气压缸(移动机构)

W     半导体晶圆(晶圆)

68    容器

70    晶圆处理装置(处理装置)

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的一实施方式的半导体晶圆输送用机械手。

如图1至图6所示，半导体晶圆输送用机械手10具有可与自动机构1的连杆机构3相连的机械手部件本体12。在该机械手部件本体12的上面可向前后方向移动地设有机械手部件14。也就是说，在机械手部件14的下面形成有沿移动方向延伸的突出部(省略图示)，在机械手部件本体12上形成用于插入突出部的凹部(省略图示)，使突出部沿着凹部移动，从而实现机械手部件14相对于机械手部件本体12的适当的移动。

如图5所示，在机械手部件本体12和机械手部件14之间设有第一气压缸16，可使机械手部件14相对于机械手部件本体12移动。该第一气压缸16由气缸部件和杆部件构成，该杆部件利用空气压力而收容于气缸部件的内部或从气缸部件中抽出。另外，如图9所示，在第一气压缸16上连接有空气供给源18和控制器20，利用控制器20控制空气压力，从而调整杆部件相对于气缸部件的移动距离。

如图2至图5所示，机械手部件14整体形成为平板状，其前端部形成两个突状部22。在各突状部22上安装旋转辊24。该旋转辊24由可旋转地支撑于各突状部22的旋转轴26和安装于旋转轴26上的辊部28构成。

在此，如图7所示，在辊部28的外周面形成槽部30。该槽部30由沿着圆周方向形成的中心槽32和从中心槽32向径向外侧形成的倾斜槽34构成。半导体晶圆W的外周面从剖面(侧面)来看形成为从径向内侧向径向外侧的尖细状，在其径向外侧端部形成尖端部r1。因此，在半导体晶圆W的外周面形成倾斜部t1。

在利用旋转辊24保持着半导体晶圆W的状态下，由于半导体晶圆W的自重，辊部28的下侧的倾斜槽34和半导体晶圆W的倾斜部t1接触。此时，半导体晶圆W的尖端部r1位于辊部28的中心槽32附近，从而尖端部r1不与辊部28接触。由此，来自辊部28的外力不作用于半导体晶圆W的尖端部r1，没有尖端部r1破损或在尖端部r1上产生裂纹的问题，从而能够防止半导体晶圆W的劣化。

如图2至图5所示，在机械手部件本体12的上面可沿前后方向移动地设有保持部件36。也就是说，保持部件36和机械手部件14可在相同方向上移动地构成，并且，保持部件36和机械手部件14可在彼此离开的方向上移动或在相互接近的方向上移动。

保持部件36具有从平面看为大致U字形的基底部件38。在该基底部件38的下面形成沿移动方向延伸的一对支撑片(省略图示)。另外，在机械手部件本体12的上面形成用于插入到该支撑片之间的引导部(省略图示)，在引导部插入到支撑片之间的状态下，保持部件36沿着引导部移动，从而实现保持部件36相对于机械手部件14的适当移动。

如图2和图3所示，在基底部件38的上面设有驱动部44。该驱动部44由驱动马达46、多个驱动力传递辊46、挂绕在安装于驱动马达46的旋转轴上的带轮和多个驱动力传递辊48上的皮带50、以及覆盖这些构成部件的框体52构成。由此，当驱动马达46驱动时，经由带轮将其驱动力传递到皮带50。然后经由皮带50将驱动力传递到多个驱动力传递辊48。这样，多个驱动力传递辊48与皮带50一起旋转。

如图9所示，在驱动部44的前方侧面安装有凹槽检测传感器54。该凹槽检测传感器54用于检测半导体晶圆W的凹槽，由具有发光部和受光部的光传感器等构成。凹槽检测传感器54也可以设置于机械手部件14或机械手部件本体12上。该凹槽检测传感器54是以往已知的传感器，故而其详细的结构说明从略。

另外，在多个驱动力传递辊48中、前方侧的两个驱动力传递辊48A的下端部，设有保持半导体晶圆W并使之旋转的定位辊56。也就是说，定位辊56安装在驱动力传递辊48A的旋转轴上，与驱动力传递辊48A一起旋转。

在此，如图8所示，定位辊56具有安装在旋转轴上的辊部58，与旋转辊24同样地，在辊部58的外周面形成槽部60。该槽部60由沿圆周方向形成的中心槽62和从中心槽62向径向外侧形成的倾斜槽64构成。

由此，在由定位辊56保持着半导体晶圆W的状态下，与由旋转辊24保持半导体晶圆W时同样地，由于半导体晶圆W的自重，辊部58的下侧的倾斜槽64和半导体晶圆W的倾斜部t1接触。此时，半导体晶圆W的尖端部r1位于辊部58的中心槽62附近，从而尖端部r1不与辊部58接触。由此，来自辊部58的外力不作用于半导体晶圆W的尖端部r1，没有尖端部r1破损或在尖端部r1上产生裂纹的问题，从而能够防止半导体晶圆W不良的发生。

如图5所示，在机械手部件本体12和保持部件36之间设有第二气压缸66，可使保持部件36相对于机械手部件本体12移动。该第二气压缸66由气缸部件和杆部件构成，该杆部件利用空气压力而收容于气缸部件的内部或从气缸部件中抽出。另外，如图9所示，在第二气压缸66上连接有空气供给源18和控制器20，利用控制器20控制空气压力，从而调整杆部件相对于气缸部件的移动距离。

在此，如图5和图9所示，控制器20进行控制，使得第一气压缸16的杆部件的伸缩动作和第二气压缸66的杆部件的伸缩动作具有一定关系。也就是说，控制器20控制机械手部件14和保持部件36的移动，以使旋转辊24和定位辊56向彼此离开的方向(图6中的箭头M方向)或彼此接近的方向(图6中的箭头N方向)移动相同距离。由此，在已由机械手部件14的旋转辊24和保持部件36的定位辊56保持了小直径的半导体晶圆W之后、将由机械手部件14的旋转辊24和保持部件36的定位辊56保持大直径的半导体晶圆W时，机械手部件14(旋转辊24)和保持部件36(定位辊56)向彼此离开的方向移动相同的距离。另一方面，在已由机械手部件14的旋转辊24和保持部件36的定位辊56保持了大直径的半导体晶圆W之后、将由机械手部件14的旋转辊24和保持部件36的定位辊56保持小直径的半导体晶圆W时，机械手部件14(旋转辊24)和保持部件36(定位辊56)向彼此接近的方向移动相同的距离。由此，由机械手部件14的旋转辊24和保持部件36的定位辊56保持的半导体晶圆W的中心O的位置不管直径的大小均定位到一定的位置，可对半导体晶圆W的中心O进行对位。

下面对本实施方式的半导体晶圆输送用机械手10的作用进行说明。

如图1所示，半导体晶圆输送用机械手10进入收容着半导体晶圆W的容器68，由半导体晶圆输送用机械手10的机械手部件14和保持部件36保持半导体晶圆W。

如图6所示，半导体晶圆W按照被机械手部件14的旋转辊24和保持部件36的定位辊56夹持的方式保持。然后，通过驱动马达46驱动，定位辊56旋转，该定位辊56的旋转力传递到半导体晶圆W，半导体晶圆W旋转。此时，旋转辊24作为从动辊发挥作用，从而与半导体晶圆W的旋转一起从动地旋转。这样，由旋转辊24和定位辊56保持着的半导体晶圆W旋转，由凹槽检测传感器54检测出半导体晶圆W的凹槽，完成凹槽的对位。

在此，如图7和图8所示，在旋转辊24和定位辊56的各辊部28、58上分别形成中心槽32、62，因此，被保持着的半导体晶圆W的径向外侧端部的尖端部r1不会与旋转辊24和定位辊56接触。因此，不会对由旋转辊24和定位辊56保持并旋转的半导体晶圆W的径向外侧端部的尖端部r1作用来自旋转辊24和定位辊56的外力。由此，在半导体晶圆W的对位过程中能够防止半导体晶圆W破损或产生裂纹。结果，在半导体晶圆W的对位作业中，能够防止产生半导体晶圆W的不良。

检测出凹槽并完成了凹槽的对位的半导体晶圆W由半导体晶圆输送用机械手10输送到规定的晶圆处理装置70(参照图1)，进行各种处理。

如图6所示，在进行下一个凹槽对位的半导体晶圆W的直径比刚刚完成对位的半导体晶圆W的直径大时，机械手部件14和保持部件36沿彼此离开的方向移动相同距离。在此，如图5和图9所示，机械手部件14和保持部件36通过各气压缸16、66来实现。从空气供给源18向各气压缸16、66的空气流入通过控制器20来控制，通过利用控制器20来适当地控制各气压缸16、66的动作，实现机械手部件14和保持部件36沿彼此离开的方向移动相同距离的动作。

由此，如图6所示，即使在保持直径大的半导体晶圆W、进行凹槽对位的情况下，对位的半导体晶圆W的中心O的位置也总是处于一定的位置，因此，即使在保持直径不同的半导体晶圆W的情况下，也可以进行半导体晶圆W的中心O的对位。

另一方面，在进行下一个凹槽对位的半导体晶圆W的直径比刚刚完成对位的半导体晶圆W的直径小时，机械手部件14和保持部件36沿彼此接近的方向移动相同距离。在此，如图5和图9所示，机械手部件14和保持部件36通过各气压缸16、66来实现。从空气供给源18向各气压缸16、66的空气流入通过控制器20来控制，通过利用控制器20来适当地控制各气压缸16、66的动作，实现机械手部件14和保持部件36沿彼此接近的方向移动相同距离的动作。

由此，如图6所示，即使在保持直径小的半导体晶圆W、进行凹槽对位的情况下，对位的半导体晶圆W的中心O的位置也总是处于一定的位置，因此，即使在保持直径不同的半导体晶圆W的情况下，也可以进行半导体晶圆W的中心O的对位。

如上所述，通过采用本实施方式的半导体晶圆输送用机械手10，无论半导体晶圆W的直径大小都能够同时对半导体晶圆W的凹槽位置和中心O位置双方进行对位(定位)。而且，无需准备校准装置并利用校准装置进行凹槽的对位，所以，无需校准装置的空间，能够降低装置的成本，能够使得装置小型化。另外，能够在半导体晶圆输送用机械手10上进行凹槽和中心位置的对位，并在该状态下输送到晶圆处理装置70，因此，较之另外设置校准装置的结构，能够缩短从容器68取出半导体晶圆W并供给到晶圆处理装置70的时间。同时，能够降低将半导体晶圆W输送到晶圆处理装置70时的半导体晶圆W相对于晶圆处理装置70的位置偏移。结果，能够提高晶圆处理装置70中的半导体晶圆W的处理精度。

如图10和图11所示，优选在机械手部件14的各突状部22上安装多个旋转辊24A、24B。也就是说，在各突状部22上沿着半导体晶圆W的圆周方向以可旋转的方式排列安装着两个旋转辊24A、24B。因此，在两个突状部22上安装共计四个旋转辊。在此，在各突状部22上仅安装了一个旋转辊24的结构中，由于旋转辊24为小直径，从而存在旋转辊24落入半导体晶圆W的凹槽N而导致半导体晶圆W的旋转位置偏移的问题、或者由于旋转辊24落到半导体晶圆W的凹槽N上的冲击而导致半导体晶圆W破损的问题。但是，在各突状部22上设有两个以上的旋转辊24A、24B的结构中，在两个旋转辊24A、24B中的一个旋转辊24A要落入半导体晶圆W的凹槽N中时，另一个旋转辊24B与半导体晶圆W的外周面上接触，从而产生干涉，因此，阻止了一个旋转辊24A向半导体晶圆W的凹槽N的落入。这样，由于两个旋转辊24、24B中的一个旋转辊24A(24B)总是阻止另一个旋转辊24B(24A)落入半导体晶圆W的凹槽N，因此，能够防止半导体晶圆W的旋转位置偏移、破损。

另外，本实施方式的半导体晶圆输送用机械手10能够适用于机械手部件14与半导体晶圆W的下侧平面接触而进行对位的结构、和机械手部件14以与半导体晶圆W的下侧平面非接触的状态(伯努利(ベルネイ)方式)进行对位的结构这两种类型。

Claims (2)

1.一种半导体晶圆输送用机械手，从收容半导体晶圆的容器中取出上述半导体晶圆并输送到用于处理上述半导体晶圆的处理装置，其特征在于，具有：

机械手部件本体；

设置于上述机械手部件本体并能相对于上述机械手部件本体移动的机械手部件；

设置于上述机械手部件本体或上述机械手部件并能相对于上述机械手部件移动的保持部件；

能旋转地设置于上述机械手部件并与上述半导体晶圆接触的第一旋转部件；

能旋转地设置于上述保持部件的第二旋转部件，其与上述半导体晶圆接触，并与上述第一旋转部件一起使上述半导体晶圆旋转；

移动机构，使上述机械手部件和上述保持部件沿着上述第一旋转部件和上述第二旋转部件彼此离开或彼此接近的方向移动相同距离；

用于检测上述半导体晶圆的凹槽的凹槽检测机构；以及

槽部，在上述第一旋转部件和上述第二旋转部件上形成，用于避免与上述半导体晶圆的径向外侧端部接触，

各上述槽部具有沿着圆周方向形成的中心槽和从上述中心槽向径向外侧形成的倾斜槽。

2.如权利要求1所述的半导体晶圆输送用机械手，其特征在于，上述第一旋转部件沿着上述半导体晶圆的圆周方向设置有多个。

Images