CN103824797A - 硅片传输装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅片传输装置，用于将待处理的硅片从上片板库取出并经预对准台进行预对准处理后运输至工件台进行处理以及将处理完毕的硅片从工件台运输至下片板库，包括供放置所述硅片的上片版库和下片版库以及两个用以传输硅片的机械手，所述硅片通过所述机械手绕其位置固定的一端旋转以及机械手的升降完成在上片版库、下片版库、预对准台和工件台之间的传输。本发明通过供机械手旋转出入的取片口，同时，通过机械手绕其固定的一端旋转升降就实现运输，避免了直线进出式存取方式的环节多、效率低等缺点，也避免了子母型机械手的结构、控制均太过复杂的缺点，提供了一种结构更简单、传输效率更高、误差更小的硅片传输装置。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备技术领域，尤其涉及一种硅片传输装置和方法。
背景技术
在现有技术中，硅片取放结构大致可概括为一种：取片时由一个末端机械臂通过直线运动从硅片板库背面的垂直方向伸入其中，通过机械臂上的真空吸盘吸附硅片，再沿同样路径离开板库。放片时同样，机械臂吸附着硅片，通过直线运动从硅片板库背面的垂直方向伸入，放下硅片后沿同样路径离开板库。但是这种传输设计较为复杂，特别是针对复杂多关节的机械手而言，每次取片都必须先使末端机械臂在板库外先调整好正确姿态（臂端指向和空间位置），才能进行下一步的直线进入。此方法动作环节多、效率低、所需空间大、控制复杂、调试时间长而且误差大。
2012年2月8日公开的CN102347261A专利中的硅片传输系统由多个2-3节关节的机械手组成，设置2-3个以达到同步高效传输目的。这种由多个2-3关节的机械手组成的传输接力不能保证硅片传输的精确性，而且所需空间也很大。
2012年1月5日公开的US20120004753(A1)专利中的硅片传输系统设置有两个子机械手的母机械手组成，每个子机械手各有3节关节，两个子机械手各负责上片和下片工作，以达到同步高效传输目的。这种单个子母复合型机械手由于总关节太多，关节旋转误差几率大，也不能保证硅片传输的精确性，反而令控制更为复杂。
以上硅片传输装置和方法存在一个共同的缺点：在一个空间中确定一个点需要知道XYZ三个方向上的坐标，控制的复杂、机械件的老化都能给硅片传输带来误差，为控制带来很多不便，针对像高端光刻机这种要求传输效率高、要求精度高和空间要求苛刻的设备，直线进出式存取片架构动作环节多、效率低。多个机械手接力传输的形式误差较大，空间要求高。而采用单个子母复合型机械手的传输形式则调试时间长、故障系数高，系统更加复杂，可靠性降低，其调试和维修维护也太繁琐。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构更简单、传输效率更高、误差更小的硅片传输装置和方法。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种硅片传输装置，用于将待处理的硅片从上片板库取出并经预对准台进行预对准处理后运输至工件台进行处理以及将处理完毕的硅片从工件台运输至下片板库，包括供放置所述硅片的上片版库和下片版库以及两个用以传输硅片的机械手，所述硅片通过所述机械手绕其位置固定的一端旋转以及机械手的升降完成在上片版库、下片版库、预对准台和工件台之间的传输，所述上片版库和所述下片版库均至少包括一个供所述机械手绕其位置固定的一端旋转出入的取片口。
所述机械手包括上片手和下片手，所述上片版库的硅片中心、所述预对准台的硅片中心以及所述工件台的硅片中心到所述上片手的旋转轴心的沿水平面的距离均与所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心的距离相等；所述下片版库的硅片中心以及所述工件台的硅片中心到所述下片手的旋转轴心沿水平面的距离均与所述下片手的硅片吸附中心到所述下片手的旋转轴心的距离相等。
所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心的距离与所述下片手的硅片吸附中心到所述下片手的旋转轴心的距离相等，且所述上片手的旋转轴心到所述下片手的旋转轴心的沿水平面的距离是所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心的距离的
倍。
所述上片版库和所述下片版库均还包括版库主体和防护隔板，所述版库主体包括两个分别沿竖直面设置且沿水平面互相垂直的侧板，沿水平面设置的顶板和沿水平面设置的供放置硅片的底板，所述防护隔板沿竖直方向设置，所述防护隔板沿水平方向与所述版库主体的侧板围合，且与所述底板和顶板的边缘匹配连接，所述防护隔板与所述版库主体滑动连接，所述防护隔板设于所述取片口上。
所述防护隔板包括两个沿水平面互相垂直的平板部和一个连接两个所述平板部的弯板部，所述弯板部的曲率半径大于所述硅片的曲率半径。
所述上片版库和所述下片版库均还包括提升机构和沿竖直方向设置的提升导轨，所述版库主体通过所述提升机构沿所述提升导轨进行升降。
每个所述机械手通过设在其位置固定的一端的旋转升降系统完成旋转和升降，所述机械手的另一端设有供吸附硅片的版叉。
所述旋转升降系统设在一个机械手底座上，所述机械手通过所述机械手底座固定其一端的位置。
所述版叉与所述机械手沿水平面互相垂直。
本发明还提供了一种硅片传输方法，采用了本发明提供的硅片传输装置。
本发明还提供了另一种硅片传输方法，包括如下步骤：
S01：通过机械手绕其端点的旋转将硅片从上片版库中取出；
S02：通过机械手绕其端点的旋转和机械手的升降将硅片传输至预对准系统中的预对准台上，预对准系统对所述硅片进行预对准；
S03：将完成预对准的硅片交接至机械手，通过机械手绕其端点的旋转和机械手的升降将硅片传输至工件台，在工件台上对所述硅片进行处理；
S04：通过另一个机械手绕其端点的旋转和所述另一个机械手的升降将完成处理的硅片旋转交接至下片版库。
本发明通过供机械手旋转出入的取片口的设计，同时，仅仅通过机械手绕其固定的一端旋转升降就实现运输，避免了直线进出式存取方式的环节多、效率低等缺点，同时也避免了子母型机械手的结构、控制均太过复杂的缺点，提供了一种结构更简单、传输效率更高、误差更小的硅片传输装置。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的版库立体结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的的版库俯视结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的机械手的立体结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的机械手的俯视结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的硅片传输装置的理论俯视结构示意图；
图6至图16为本实施例提供的硅片传输装置的各使用流程的俯视结构示意图；
图中，101—版库主体；102—取片口；103—防护隔板；104—提升机构；105—提升导轨；106—硅片；
200—机械手；201—版叉；202—旋转升降系统；203—机械手底座；
110—上片版库；111—上片版库的硅片中心；211—上片手的旋转轴心；221—下片手的旋转轴心；120—下片版库；121—下片版库的硅片中心；300—工件台；301—工件台的硅片中心；400—预对准台；401—预对准台的硅片中心；
210—上片手；220—下片手；500、501—硅片。
具体实施方式
以下将结合图1—5对本发明提供的硅片传输装置进行详细的描述，同时，结合图6至图16对使用本发明提供的硅片传输装置的具体流程进行详细的描述，其仅为本发明一优选的实施例，可以认为本领域技术人员可以在不脱离本发明的内容和精神的范围内，对本发明进行修改和润色。
请参考图5，并结合图1至图4，本实施例提供了一种硅片传输装置，用于将待处理的硅片从上片板库110取出并经预对准台400进行预对准处理后运输至工件台300进行处理以及将处理完毕的硅片从工件台300运输至下片板库120，包括两个供放置所述硅片的版库，即上片版库110和下片版库120，以及两个用以传输硅片的机械手，所述硅片通过所述机械手绕其位置固定的一端旋转和机械手的升降完成在上片版库110、下片版库120、预对准台400和工件台300之间的传输，每个所述版库，即上片版库110和下片版库120均至少包括一个供所述机械手绕其位置固定的一端旋转出入的取片口102。
本实施例通过可供机械手200旋转出入的取片口102的设计，同时，仅仅通过机械手200绕其固定的一端旋转升降就实现运输，避免了直线进出式存取方式的环节多、效率低等缺点，同时也避免了子母型机械手的结构、控制均太过复杂的缺点，提供了一种结构更简单、传输效率更高、误差更小的硅片传输装置。
所述机械手包括上片手210和下片手220，所述上片版库的硅片中心111、所述预对准台的硅片中心401以及所述工件台的硅片中心301到所述上片手的旋转轴心211的沿水平面的距离均与所述上片手的硅片吸附中心（图未示）到所述上片手的旋转轴心211的距离相等；所述下片版库的硅片中心121以及所述工件台的硅片中心301到所述下片手的旋转轴心221沿水平面的距离均与所述下片手的硅片吸附中心（图未示）到所述下片手的旋转轴心211的距离相等。
所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心211的距离与所述下片手的硅片吸附中心到所述下片手的旋转轴心221的距离相等，且所述上片手的旋转轴心211到所述下片手的旋转轴心221的沿水平面的距离是所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心211的距离的
倍。
所述上片手的硅片吸附中心为上片手的版叉吸附所述硅片时硅片的中心位置，所述下片手的硅片吸附中心为下片手的版叉吸附所述硅片时硅片的中心位置。所述上片版库的硅片中心111和下片版库的硅片中心121均为硅片放置在所述上片版库110和下片版库120中未被上片手210和下片手220取出时硅片中心的位置。所述工件台的硅片中心301为所述上片手210和下片手220将硅片交接至工件台后硅片中心的位置。所述预对准台的硅片中心401为所述上片手210将硅片交接至预对准台后硅片中心的位置。
在本实施例中，如图5所示，在本实施例提供的硅片传输装置的理论俯视结构示意图中，沿水平面上，上片版库的硅片中心111到上片手的旋转轴心211的距离为a，预对准台的硅片中心401到上片手的旋转轴心211的距离为a，工件台的硅片中心301到上片手的旋转轴心211的距离为a，下片版库的硅片中心121到下片手的旋转轴心221的距离为a，预对准台的硅片中心401到下片手的旋转轴心221的距离为a，工件台的硅片位中心301到下片手的旋转轴心221的距离也为a，上片手的旋转轴心211与下片手的旋转轴心221的距离为
a。
同时，在本实施例中，沿水平面上，上片版库的硅片中心111和上片手的旋转轴心211的连线与上片手的旋转轴心211与预对准台的硅片中心401的连线之间的夹角为45度，上片手的旋转轴心211与预对准台的硅片中心401的连线与上片手的旋转轴心211与下片手的旋转轴心221的连线之间的夹角为45度，上片手的旋转轴心211与下片手的旋转轴心221的连线与上片手的旋转轴心211与工件台的硅片中心301的连线之间的夹角为45度，上片手的旋转轴心211与下片手的旋转轴心221的连线与下片手的旋转轴心221与工件台的硅片中心301的连线之间的夹角为45度，下片版库的硅片中心121和下片手的旋转轴心221的连线与下片手的旋转轴心221与预对准台的硅片中心401的连线之间的夹角为45度，下片手的旋转轴心221与预对准台的硅片中心401的连线与上片手的旋转轴心211与下片手的旋转轴心221的连线之间的夹角也为45度。
在本实施例中的硅片传输装置处于初始状态时，所述上片手210的高度与所述上片版库110的取片口的高度相当，所述下片手220的高度与所述下片版库120的取片口的高度相当，上片版库110的取片口的高度高于下片版库120的取片口的高度。此时，工件台300和预对准台400高度相当，且低于下片版库120的取片口的高度。
请参考图1和图2，每个所述版库，即上片版库110和下片版库120均还包括版库主体101和防护隔板103，所述版库主体101包括两个分别沿竖直面设置且沿水平面互相垂直的侧板，沿水平面设置的顶板和沿水平面设置的供放置硅片106的底板，所述防护隔板103沿竖直方向设置，所述防护隔板103沿水平方向与所述版库主体101的侧板围合，且与所述底板和顶板的边缘匹配连接，所述防护隔板103与所述版库主体101滑动连接，所述防护隔板103设于所述取片口102上。
所述防护隔板103和取片口102的高度是固定的，从而保证了交接硅片时上片手210与取片口102的交接高度是固定的，进而简化了传输的步骤。
同时，在本实施例中，取片口102由两条竖直边缘和两条水平边缘围合而成，两条所述竖直边缘的位置以硅片106能被旋转进出版库为准，可以通过简单的几何计算或者有限次实验得到，两条所述水平边缘之间的距离也以能够供版叉将硅片吸附通过为准，同样也可以通过简单的几何计算，或者通过有限次实验得到。
另外，通过防护隔板103与版库主体101的围合与匹配连接，可以有效保证硅片不受污染。
所述防护隔板103包括两个沿水平面互相垂直的平板部和一个连接两个所述平板部的弯板部，所述弯板部的曲率半径大于所述硅片的曲率半径。由于防护隔板103与所述底板是匹配连接的，即所述底板的边缘为曲率半径大于所述硅片106的曲率半径的弧形，进而保证了硅片可以平稳地放置在所述版库本体101的底板上，且不浪费版库内空间。
每个所述版库，即上片版库110和下片版库120均还包括提升机构104和沿竖直方向设置的提升导轨105，所述版库主体101通过所述提升机构104沿所述提升导轨105进行升降。在本实施例中，通过升降版库主体101实现硅片的升降，而防护隔板103与取片口102的位置固定不变。
请参考图3和图4，每个所述机械手200通过设在其位置固定的一端的旋转升降系统202完成旋转和升降，所述机械手200的另一端设有供吸附硅片的版叉201。所述旋转升降系统202设在一个机械手底座203上，所述机械手200通过所述机械手底座203固定其一端的位置。
在本实施例中，所述版叉201与所述机械手200沿水平面互相垂直。请参考图5，在本实施例中，当版叉201与机械手200垂直时，即版叉201垂直于机械手的旋转轴心与相对应的版库中心的连线，有助于将版叉201伸入取片口102中进行取片。
请参考图5，所述版库包括上片版库110与下片版库120，所述机械手包括上片手210和下片手220，所述上片手210的位置固定的一端到所述上片版库110、预对准台400和工件台300的沿水平面的距离以及所述下片手220的位置固定的一端到所述下片版库120、预对准台400和工件台300的沿水平面距离均相等。
本实施例还提供了一种硅片传输方法，采用了本发明提供的硅片传输装置。
本实施例还提供了一种硅片传输方法，包括如下步骤：
S01：通过机械手绕其端点的旋转将硅片从上片版库110中取出；
S02：通过机械手绕其端点的旋转和机械手的升降将硅片传输至预对准系统中的预对准台400中，预对准系统对所述硅片进行预对准；
S03：将完成预对准的硅片交接至机械手，通过机械手绕其端点的旋转和机械手的升降将硅片传输至工件台300，在工件台300上对所述硅片进行处理；
S04：通过另一个机械手绕其端点的旋转和所述另一个机械手的升降将完成处理的硅片旋转交接至下片版库120。
以下将结合图6至图16对使用本实施例提供的硅片传输装置和硅片传输方法对硅片进行传输的具体流程做详细的介绍。
S001：如图6所示，上片手210与下片手220均处于初始位置，此时，上片手210位于取片口所在的高度，下片手220位于工件台300下片时的高度，在本实施例中，即下片手220低于上片手210；
可以理解为，此时所述上片手210的高度与所述上片版库110的取片口的高度相当，所述下片手220的高度与所述下片版库120的取片口的高度相当，上片版库110的取片口的高度高于下片版库120的取片口的高度。此时，工件台300和预对准台400高度相当，且低于下片版库120的取片口的高度。
S002：如图7所示，上片手210顺时针旋转90度进入上片版库110中，使版叉吸附硅片500；
S003：如图8所示，上片手210吸附着硅片500逆时针旋转45度到达预对准台400上方，下降上片手210，将硅片放置到预对准台400中进行预对准，上片手210在硅片500下方等待。
通常，预对准台400上设有吸附硅片的吸附装置，交接时，关闭版叉中的吸附作用，打开预对准台400的吸附作用，将硅片固定在预对准台上，进行预对准。通常，通过在预对准台中的传感器和光源可以采集硅片在所述传输装置中的坐标位置，进而通过计算判断其距离理想位置的偏移量，即实现了预对准，进而可以通过预对准台或者工件台的相关运动进行偏移量的补偿。本实施例不对预对准的系统进行详细的描述和限定，而只是描述对硅片的运输的过程。
S004：如图9所示，预对准完成后，上片手210吸附硅片500逆时针旋转90度，使得硅片500位于工件台300的交接位的上方。
S005：如图10所示，上片手210下降，当硅片500被工件台300承载后，即在本实施例中，上片手210与工件台300升降至相应的交接位后，关闭版叉的吸附功能，打开工件台300的吸附功能，硅片500被安置在工件台300中，上片手210逆时针旋转30度，离开工件台300的工作区域，并回到初始的高度，即取片口的高度。
S006：如图11所示，当工件台300对硅片500进行曝光处理时，上片手210顺时针旋转165度进入上片版库110中取硅片501.
S007：如图12所示，上片手210吸附着硅片501逆时针旋转45度到达预对准台400上方，下降上片手210，将硅片放置到预对准台400中进行预对准，上片手210在硅片501下方等待。
S008：如图13所示，预对准完成后，上片手210吸附硅片500逆时针旋转90度，使得硅片500位于工件台300的交接位的上方，等待硅片500曝光处理完毕。
S009：如图14所示，硅片500曝光处理完毕后，工件台300升降至与下片手220的交接位，下片手220从初始位置顺时针旋转45度到达与工件台300的交接位置，使得下片手220吸附硅片500。
S010：如图15所示，下片手220吸附着硅片500逆时针旋转135度进入下片版库120，将硅片通过取片口放入下片版库120中，同时，上片手210下降至与工件台300的交接位，同时升降工件台300完成硅片501的交接，使得硅片501被工件台300承载。
S011：如图16所示，下片手220放下硅片500后回到初始位置，同时当工件台在对硅片501进行曝光处理时，上片手210逆时针旋转30度离开工件台300的工作区域，并升降至初始高度。
本实施例提供的硅片传输装置将以与S006至S011相同的运输流程进行后续的其他硅片的运输工作。
综上所述，本发明通过可供机械手旋转出入的取片口的设计，同时，仅仅通过机械手绕其固定的一端旋转升降就实现运输，避免了直线进出式存取方式的环节多、效率低等缺点，同时也避免了子母型机械手的结构、控制均太过复杂的缺点，提供了一种结构更简单、传输效率更高、误差更小的硅片传输装置。
Claims (11)
1.一种硅片传输装置，用于将待处理的硅片从上片板库取出并经预对准台进行预对准处理后运输至工件台进行处理以及将处理完毕的硅片从工件台运输至下片板库，其特征在于：包括供放置所述硅片的上片版库和下片版库以及两个用以传输硅片的机械手，所述硅片通过所述机械手绕其位置固定的一端旋转以及机械手的升降完成在上片版库、下片版库、预对准台和工件台之间的传输，所述上片版库和所述下片版库均至少包括一个供所述机械手绕其位置固定的一端旋转出入的取片口。
2.如权利要求1所述的硅片传输装置，其特征在于：所述机械手包括上片手和下片手，所述上片版库中硅片的中心、所述预对准台中硅片的中心以及所述工件台中硅片的中心到所述上片手的旋转轴心的沿水平面的距离均与所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心的距离相等；所述下片版库中硅片的中心以及所述工件台中硅片的中心到所述下片手的旋转轴心沿水平面的距离均与所述下片手的硅片吸附中心到所述下片手的旋转轴心的距离相等。
3.如权利要求2所述的硅片传输装置，其特征在于：所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心的距离与所述下片手的硅片吸附中心到所述下片手的旋转轴心的距离相等，且所述上片手的旋转轴心到所述下片手的旋转轴心的沿水平面的距离是所述上片手的硅片吸附中心到所述上片手的旋转轴心的距离的倍。
4.如权利要求1所述的硅片传输装置，其特征在于：所述上片版库和所述下片版库均还包括版库主体和防护隔板，所述版库主体包括两个分别沿竖直面设置且沿水平面互相垂直的侧板，沿水平面设置的顶板和沿水平面设置的供放置硅片的底板，所述防护隔板沿竖直方向设置，所述防护隔板沿水平方向与所述版库主体的侧板围合，且与所述底板和顶板的边缘匹配连接，所述防护隔板与所述版库主体滑动连接，所述防护隔板设于所述取片口上。
5.如权利要求4所述的硅片传输装置，其特征在于：所述防护隔板包括两个沿水平面互相垂直的平板部和一个连接两个所述平板部的弯板部，所述弯板部的曲率半径大于所述硅片的曲率半径。
6.如权利要求4所述的硅片传输装置，其特征在于：所述上片版库和所述下片版库均还包括提升机构和沿竖直方向设置的提升导轨，所述版库主体通过所述提升机构沿所述提升导轨进行升降。
7.如权利要求1所述的硅片传输装置，其特征在于：每个所述机械手通过设在其位置固定的一端的旋转升降系统完成旋转和升降，所述机械手的另一端设有供吸附硅片的版叉。
8.如权利要求7所述的硅片传输装置，其特征在于：所述旋转升降系统设在一个机械手底座上，所述机械手通过所述机械手底座固定其一端的位置。
9.如权利要求7所述的硅片传输装置，其特征在于：所述版叉与所述机械手沿水平面互相垂直。
10.一种硅片传输方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任意之一所述的硅片传输装置实现对硅片的传输。
11.一种硅片传输方法，其特征在于：包括如下步骤：
S01：通过一机械手绕其端点的旋转将硅片从上片版库中取出；
S02：通过机械手绕其端点的旋转和机械手的升降将硅片传输至预对准系统中的预对准台上，预对准系统对所述硅片进行预对准；
S03：将完成预对准的硅片交接至机械手，通过机械手绕其端点的旋转和机械手的升降将硅片传输至工件台，在工件台上对所述硅片进行处理；
S04：通过另一个机械手绕其端点的旋转和所述另一个机械手的升降将完成处理的硅片旋转交接至下片版库。
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