CN105870045A - 晶圆搬运装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了晶圆搬运装置及使用方法，该装置包括基板，水平设置在基板上的横轴，竖直设置在横轴上的纵轴，以及设置在纵轴上的气爪和设置在气爪上的拾取臂；所述横轴为设置在基板上的清洗横轴、刷洗横轴及甩干横轴；所述纵轴为设置在清洗横轴上的沿清洗横轴水平移动的清洗纵轴、设置在刷洗横轴上的沿刷洗横轴水平移动的刷洗纵轴以及设置在甩干横轴上的沿甩干横轴水平移动的甩干纵轴；所述气爪设置在纵轴上并且沿纵轴竖向移动。本发明提供的晶圆搬运装置应用于晶圆清洗工位之间的转移，其结构紧凑，工艺布局灵活，晶圆清洗设备占地面积少，搬运效率高，有效避免搬运过程中的交叉污染问题，保证晶圆的清洗效果。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆清洗领域，尤其涉及晶圆搬运装置及使用方法。
背景技术
在CMP（Chemical
Mechanical Planarization/Polish，化学机械平坦化或化学机械抛光）工艺之后，需要对晶圆进行清洗，以去除抛光工艺中带来的所有污染物。
晶圆清洗通常需要喷淋、超声、化学液、干燥等多个清洗工序，每个清洗工序在不同的清洗工位进行。
晶圆在各个工位之间的搬运需要借助晶圆搬运装置自动完成，考虑到工作效率及避免各清洗流程间交叉污染等问题，一般采用多个机械手来完成晶圆搬运，通常机械手的数量比清洗工位的数量少1个。
传统的晶圆搬运装置结构复杂，设备整体占用空间大，机械手不能独立运动，工艺灵活性差。
图1是传统晶圆搬运装置技术方案一的结构示意图，N个清洗工位等距离排列，晶圆搬运装置设置有X轴、Z轴自由度。X轴上水平安装有N-1个拾取机构。拾取机构等距离排列，同时沿Z轴升降和沿X轴水平运动。
以上晶圆搬运装置含有多个拾取机构，但存在以下不足：
（一）X轴只有一个自由度，所有拾取机构在X轴只能同步移动；Z轴也只有1个自由度，所有拾取机构在Z轴也只能做同步移动；
（二）由于所有拾取机构在X轴、Z轴两个方向只能做同步运动，而不能独立运动，造成实际应用中工艺灵活性较差；
（三）在拾取机构和清洗工位的间距调整时，需要保证所有的拾取机构与清洗工位同时对齐，同时还要保证清洗工位的间距和拾取机构的分布间距严格一致，位置调整及对准工作繁琐，影响整体的工作效率。
图2是传统晶圆搬运装置技术方案二的结构示意图，N个清洗工位紧密排列，晶圆搬运装置共包含两套拾取机构，X轴有一个自由度，即两套拾取机构在X轴只能做同步运动；Z轴有两个自由度，即两套拾取机构可以独立沿X轴上、下运行。但其也存在以下不足：
（一）每次取放一片晶圆，需要多次取放动作才能完成整个晶圆传输工作，搬运效率不高；
（二）拾取机构在不同的清洗工位之间循环取放，会沾染各工位的化学液，并造成不同清洗工位间的交叉污染。
综上所述，亟需一种结构紧凑，工艺灵活、避免交叉污染的晶圆搬运装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种晶圆搬运装置，应用于晶圆清洗工位之间的转移，其结构紧凑，工艺布局灵活，晶圆清洗设备占地面积少，搬运效率高，有效避免搬运过程中的交叉污染问题，保证晶圆的清洗效果。
本发明的技术方案：
为解决上述技术问题，本发明提供了晶圆搬运装置，其包括基板，水平设置在基板上的横轴，竖直设置在横轴上的纵轴，以及设置在纵轴上的气爪和设置在气爪上的拾取臂；所述横轴为设置在基板上的清洗横轴、刷洗横轴及甩干横轴；所述纵轴为设置在清洗横轴上的沿清洗横轴水平移动的清洗纵轴、设置在刷洗横轴上的沿刷洗横轴水平移动的刷洗纵轴以及设置在甩干横轴上的沿甩干横轴水平移动的甩干纵轴；所述气爪设置在纵轴上并且沿纵轴竖向移动。
进一步地，所述清洗纵轴设有一个，刷洗纵轴设有两个，甩干纵轴设有一个。
进一步地，所述清洗纵轴和刷洗纵轴上均设置有沿清洗纵轴和刷洗纵轴竖向移动的调节板，与清洗纵轴和刷洗纵轴对应的气爪连接在调节板上。
进一步地，所述调节板上设置有调节拾取臂角度用的圆弧形长槽孔，所述气爪通过圆弧形长槽孔连接在调节板上。通过圆弧形长槽孔可调节拾取臂的角度，保证拾取臂纵向垂直抓取晶圆，从而保证拾取臂抓取的可靠性。
进一步地，所述甩干纵轴上设置有沿甩干纵轴竖向移动的摆动机构，与甩干纵轴对应的气爪连接在摆动机构上。
进一步地，所述摆动机构包括沿甩干纵轴竖向移动的伺服电机，以及设在伺服电机的输出轴上的法兰板，与甩干纵轴对应的气爪上设有气爪安装板，气爪安装板固定在法兰板上，摆动机构带动固定在气爪安装板上的拾取臂旋转。这样，拾取臂夹持的晶圆可实现竖直方向与水平方向的变化，以增加晶圆清洗工艺布局的灵活性。
进一步地，所述气爪上设置有传感器，其为光电型传感器。传感器可实时检测拾取臂的打开、抓件、无件三种状态，提升晶圆搬运装置控制水平。
进一步地，所述拾取臂的下部设置有卡爪，卡爪的内侧设置有卡槽，卡槽的尺寸与晶圆尺寸配合设置。
本申请还公开了使用晶圆搬运装置的方法，具体包括以下步骤：
S1，根据晶圆清洗工艺，确定晶圆搬运装置中的横轴、纵轴的数量；
S2，根据晶圆尺寸，设置拾取臂的结构，并将其固定在气爪的下部；
S3，搭建晶圆搬运装置，并调整固定在气爪上的拾取臂的角度；
S4，根据晶圆清洗现场，设置横轴、纵轴的位置及纵轴、气爪的移动周期；
S5，启动晶圆搬运装置，通过气爪对搬运过程进行监测。
本发明有益效果：
本发明提供的晶圆搬运装置应用于晶圆在清洗工位之间的转移，其结构紧凑，工艺布局灵活，晶圆清洗设备占地面积少，搬运效率高，有效避免搬运过程中的交叉污染问题，保证晶圆的清洗效果。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是传统晶圆搬运装置技术方案一的结构示意图；
图2是传统晶圆搬运装置技术方案二的结构示意图；
图3是本发明实施例的结构示意图；
图4是本发明实施例的主视图；
图5是本发明实施例的左视图；
图6是本发明之晶圆夹持示意图；
图7是本发明之调节板的结构示意图；
图8是本发明之摆动机构安装示意图；
图9是拾取臂夹持晶圆的结构示意图；
图10是拾取臂未夹持晶圆的结构示意图；
图11是拾取臂未夹持晶圆时传感器与挡片的俯视图。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.基板；2.清洗横轴；3.清洗纵轴；4.摆动机构；5.气爪；6.拾取臂；7.传感器；8.调节板；9.卡爪；10.晶圆；11.拾取机构；12.X轴；13.Z轴；14.刷洗横轴；15.甩干横轴；16.刷洗纵轴；17.甩干纵轴；18.伺服电机；19.法兰板；20.气爪安装板；21.圆弧形长槽孔；22.挡片。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明晶圆搬运装置及使用方法进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
图3是本发明实施例的结构示意图，其包括基板1，水平设置在基板1上的横轴，竖直设置在横轴上的纵轴，以及设置在纵轴上的气爪5和设置在气爪5上的拾取臂6；气爪5可控制拾取臂6的开合，从而顺利夹取晶圆。
所述横轴为设置在基板1上的清洗横轴2、刷洗横轴14及甩干横轴15；所述纵轴为设置在清洗横轴2上的沿清洗横轴2水平移动的清洗纵轴3、设置在刷洗横轴14上的沿刷洗横轴14水平移动的刷洗纵轴16以及设置在甩干横轴15上的沿甩干横轴15水平移动的甩干纵轴17；所述气爪5设置在纵轴上并且沿纵轴竖向移动。
图4是本发明实施例的主视图，基板1上设置有三套横轴，即，清洗横轴2、刷洗横轴14及甩干横轴15；所述清洗纵轴3设有一个，刷洗纵轴16设有两个，甩干纵轴17设有一个，纵轴上共计设置四套纵轴，即，清洗纵轴3、刷洗纵轴16及甩干纵轴17，清洗纵轴3设置在清洗横轴2上，一对刷洗纵轴16设置在刷洗横轴14上，甩干纵轴17设置在甩干横轴15上。
所述清洗纵轴3和刷洗纵轴16上均设置有沿清洗纵轴3和刷洗纵轴16竖向移动的调节板8，与清洗纵轴3和刷洗纵轴16对应的气爪5连接在调节板8上。调节板8可沿纵轴移动，从而带动其上的气爪5移动。
图5是本发明实施例的左视图，调节板8安装在纵轴上，气爪5固定在调节板8上，拾取臂6设置在气爪5上，气爪5上设置有传感器7，气爪5控制拾取臂6的开合，传感器7可实时检测拾取臂6的打开、抓件、无件三种状态。
图6是本发明之晶圆夹持示意图，晶圆10由拾取臂6上的卡爪9夹持。
图7是本发明之调节板结构示意图，其上设置有圆弧形长槽孔21，通过圆弧形长槽孔21可调节拾取臂6的角度，保证拾取臂6纵向垂直抓取晶圆，以保证拾取臂6抓取的可靠性；拾取臂6的下部设置有卡爪9，卡爪9的内侧设置有卡槽，卡槽的尺寸与晶圆尺寸配合设置。
图8所示为本发明之摆动结构的安装示意图，摆动机构4设置在甩干纵轴17上，其由伺服电机18驱动，摆动机构4的输出轴安装有法兰板19，气爪安装板20固定在法兰板19上，摆动机构4带动固定在气爪安装板20上的拾取臂6旋转一定角度。
摆动结构4由伺服电机18驱动，法兰板19固定在伺服电机18的输出轴上，气爪安装板20安装在法兰板19上。伺服电机18带动固定在气爪安装板20上的拾取臂6旋转一定角度，摆动机构4可将拾取臂6夹持的晶圆由竖直方向变换成水平方向。这样，拾取臂6夹持的晶圆10可实现竖直方向与水平方向的变化，以增加晶圆清洗工艺布局的灵活性。
所述气爪5上设置有传感器7，其为光电传感器。图9是拾取臂夹持晶圆的结构示意图，传感器7设置在一只拾取臂6上，而挡片22设置在另一只拾取臂6上。当拾取臂6夹持晶圆时，气爪5向内移动，在下端晶圆10的作用下，拾取臂6之间存在一定的间隙，挡片22未挡住传感器7，此时，晶圆10被夹持。
图10是拾取臂未夹持晶圆的结构示意图，如图所示，拾取臂6下部没有晶圆10，则拾取臂6向内移动，挡片22挡住传感器7，此时，晶圆10未被夹持。晶圆搬运装置通过传感器7的信号不同，判定晶圆10是否被夹持。此时，挡片22挡住了传感器7，如图11为拾取臂未夹持晶圆时传感器与挡片的俯视图。
本发明还公开了晶圆搬运装置的使用方法，包括以下步骤：
S1，根据晶圆清洗工艺，确定晶圆搬运装置中的横轴、纵轴的数量；
S2，根据晶圆尺寸，设置拾取臂6的结构，并将其固定在气爪5的下部；
具体的，根据晶圆尺寸，设置位于拾取臂6下部卡爪9的尺寸，使晶圆与卡爪9贴合紧密。
S3，搭建晶圆搬运装置，并调整固定在气爪5上的拾取臂6的角度；
S4，根据晶圆清洗现场，设置横轴、纵轴的位置及纵轴、气爪5的移动周期；
S5，启动晶圆搬运装置，通过气爪5对搬运过程进行监测。
具体的，通过气爪5上的传感器7对搬运过程进行监测，监测拾取臂6的打开、抓片、无片等状态。
下面结合本实施例，具体说明晶圆搬运装置的使用方法，本实施例中，基板1上设置有三套横轴，即，清洗横轴2、刷洗横轴14及甩干横轴15；横轴上设置有四套纵轴，即，清洗纵轴3、刷洗纵轴16及甩干纵轴17，清洗纵轴3设置在清洗横轴2上，一对刷洗纵轴16设置在刷洗横轴14上，甩干纵轴17设置在甩干横轴15上。
清洗横轴2上的清洗纵轴3对应晶圆清洗单元，刷洗横轴14上的一对刷洗纵轴16对应晶圆的刷洗单元，甩干横轴15上的甩干纵轴17对应晶圆的甩干单元。
纵轴上设置的拾取臂6可实现晶圆的抓取，并搬运至下一个工序，其中，甩干横轴15上的一套甩干纵轴17设置有摆动机构4，其可将晶圆由竖直方向变换为水平方向，拾取臂6夹持的晶圆10直接放置在甩干单元上，实现晶圆的甩干。
本申请提供的晶圆搬运装置应用于晶圆清洗工位之间的转移，其结构紧凑，工艺布局灵活，搬运效率高，能够有效避免搬运过程中的交叉污染问题，保证晶圆的清洗效果。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种晶圆搬运装置，其特征在于：包括基板（1），水平设置在基板（1）上的横轴，竖直设置在横轴上的纵轴，以及设置在纵轴上的气爪（5）和设置在气爪（5）上的拾取臂（6）；所述横轴为设置在基板（1）上的清洗横轴（2）、刷洗横轴（14）及甩干横轴（15）；所述纵轴为设置在清洗横轴（2）上的沿清洗横轴（2）水平移动的清洗纵轴（3）、设置在刷洗横轴（14）上的沿刷洗横轴（14）水平移动的刷洗纵轴（16）以及设置在甩干横轴（15）上的沿甩干横轴（15）水平移动的甩干纵轴（17）；所述气爪（5）设置在纵轴上并且沿纵轴竖向移动。
2.根据权利要求1所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述清洗纵轴（3）设有一个，刷洗纵轴（16）设有两个，甩干纵轴（17）设有一个。
3.根据权利要求1所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述清洗纵轴（3）和刷洗纵轴（16）上均设置有沿清洗纵轴（3）和刷洗纵轴（16）竖向移动的调节板（8），与清洗纵轴（3）和刷洗纵轴（16）对应的气爪（5）连接在调节板（8）上。
4.根据权利要求3所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述调节板（8）上设置有调节拾取臂（6）角度用的圆弧形长槽孔（21），所述气爪（5）通过圆弧形长槽孔（21）连接在调节板（8）上。
5.根据权利要求1所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述甩干纵轴（17）上设置有沿甩干纵轴（17）竖向移动的摆动机构（4），与甩干纵轴（17）对应的气爪（5）连接在摆动机构（4）上。
6.根据权利要求5所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述摆动机构（4）包括沿甩干纵轴（17）竖向移动的伺服电机（18），以及设在伺服电机（18）的输出轴上的法兰板（19），与甩干纵轴（17）对应的气爪（5）上设有气爪安装板（20），气爪安装板（20）固定在法兰板（19）上，摆动机构（4）带动固定在气爪安装板（20）上的拾取臂（6）旋转。
7.根据权利要求1所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述气爪（5）上设置有传感器（7），其为光电型传感器。
8.根据权利要求1所述的晶圆搬运装置，其特征在于，所述拾取臂（6）的下部设置有卡爪（9），卡爪（9）的内侧设置有卡槽，卡槽的尺寸与晶圆尺寸配合设置。
9.使用权利要求1～8中任意一项所述晶圆搬运装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据晶圆清洗工艺，确定晶圆搬运装置中的横轴、纵轴的数量；
S2，根据晶圆尺寸，设置拾取臂（6）的结构，并将其固定在气爪（5）的下部；
S3，搭建晶圆搬运装置，并调整固定在气爪（5）上的拾取臂（6）的角度；
S4，根据晶圆清洗现场，设置横轴、纵轴的位置及纵轴、气爪（5）的移动周期；
S5，启动晶圆搬运装置，通过气爪（5）对搬运过程进行监测。
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