CN106601656A - 机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械手，涉及半导体技术领域。该机械手包括：主体部，其上设置用于抓取晶圆的夹取部；夹取部，其包括两个臂部，所述两个臂部限定一个圆形夹取区域；支撑部，其包括设置在所述两个臂部上的多个支撑单元，每个支撑单元具有用于支撑位于夹取区域的晶圆的突出部；校准部，其包括设置在所述两个臂部上的多个调节单元，每个所述调节单元具有可沿所述圆形夹取区域径向伸缩的调节模块，通过所述多个调节单元的调节模块调节晶圆位于所述圆形夹取区域的位置。本发明的可以在晶圆放置在涂布机卡盘之前对晶圆中心进行校准，确保晶圆中心与手臂中心重合，进而确保晶圆放置在卡盘上时，晶圆中心与卡盘中心重合。

Description

机械手

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种机械手。

背景技术

光刻是半导体制造中的一种常用技术，其包括光刻胶涂覆、曝光和显影等步骤。在光刻过程，会由于各种原因进行晶圆洗边，以去除晶圆边缘部分的光刻胶，比如在光刻胶涂覆后，由于气流影响晶圆边缘部分光刻胶较厚，这部分光刻胶在随后工艺可能脱落对设备造成污染，因而为了避免出现污染设备的清洗，需要对晶圆进行洗边以去除边缘部分的光刻胶。目前常用的光刻胶洗边方法包括溶剂洗边(EBR，即通过合适的溶剂去除晶圆边缘部分的光刻胶)和曝光显影洗边(WEE，即通过对晶圆边缘的光刻胶进行曝光显影来去除该部分光刻胶)。通常EBR的洗边均匀性比WWE的洗边均匀性差，存在明显的大小边问题，这是因为洗边前没有进行对心校准。

如图1所示，示出了目前进行EBR洗边过程示意图。在进行EBR洗边时，将晶圆放置在涂布机的卡盘10上，通过EBR溶剂喷嘴30喷射洗边溶剂，随着卡盘10的转动，洗边溶剂去除光刻胶层20的边缘部分。为了确保洗边平均洗边宽度达到预定规格，需要进行EBR溶剂喷嘴校准。即，在用机械手将晶圆放置在卡盘10上时，通过确保机械手的手臂(fork)传送停止时的中心位置与涂布机中卡盘的中心位置重合，来进行EBR溶剂喷嘴校准，确保洗边均匀，无大小边现象。然而，由于抓取晶圆的需要，手臂的直径(通常为300.3mm)通常大于晶圆直径(300mm)，传送过程中会由于机械手的手臂、皮带震动等各种原因导致晶圆中心与手臂中心不重合，如图2所示，当晶圆从机械手送出时，送出的位置已经偏离理想位置(即晶圆中心与与手臂中心重合的位置)，这样最终放在涂布机卡盘时也会发生偏心，进而出现洗边大小边的问题。

因此，为解决上述技术问题，有必要提出一种改进的机械手。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种改进的机械手，可以在晶圆放置在涂布机卡盘之前对晶圆中心进行校准，确保晶圆中心与手臂中心重合，进而确保晶圆放置在卡盘上时，晶圆中心与卡盘中心重合。

本发明的一个实施例提供一种机械手，用于在半导体器件制造中运送晶圆，该机械手包括：主体部，其上设置用于抓取晶圆的夹取部；夹取部，其包括两个臂部，所述两个臂部限定一个圆形夹取区域；支撑部，其包括设置在所述两个臂部上的多个支撑单元，每个支撑单元具有用于支撑位于夹取区域的晶圆的突出部；校准部，其包括设置在所述两个臂部上的多个调节单元，每个所述调节单元具有可沿所述圆形夹取区域径向伸缩的调节模块，通过所述多个调节单元的调节模块调节晶圆位于所述圆形夹取区域的位置。

进一步地，所述调节单元的数量为四个。

进一步地，所述四个调节单元均布分布在所述圆形夹取区域的圆周上。

进一步地，所述调节单元设置在所述支撑单元内。

进一步地，所述调节单元还包括：驱动模块，其用于驱动所述调节模块沿所述圆形夹取区域的径向伸缩。

进一步地，所述驱动模块包括：线圈，其与所述调节模块连接，用于驱动所述调节模块转动；成对磁铁，其用于形成驱动所述线圈转动的磁场。

进一步地，所述调节单元还包括：固定模块，其用于固定所述调节模块。

进一步地，所述固定模块和所述调节模块上形成有相互匹配的螺纹。

进一步地，所述调节单元还包括：限位模块，其设置在所述调节模块上，用于限制所述调节模块的伸缩位移。

进一步地，所述限位模块包括：第一限位块，其设置在所述调节模块上相对所述固定模块外侧的位置，用于限制所述调节模块沿径向伸向所述圆形夹取区域的伸出位移；

第二限位块，其设置在所述调节模块上相对所述固定模块内侧的位置，用于限制所述调节模块沿径向远离所述圆形夹取区域的收缩位移。

本发明的机械手，可以在晶圆放置在涂布机卡盘之前对晶圆中心进行校准，确保晶圆中心与手臂中心重合，进而确保晶圆放置在卡盘上时，晶圆中心与卡盘中心重合。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了目前进行EBR洗边过程原理示意图；

图2示出了晶圆从机械手送出时偏离理想位置的示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的机械手的结构示意图；

图4A示出了根据本发明一实施例的调节单元的结构示意图；

图4B是图4A中螺纹的放大示意图；

图5A～图5D示出了根据本发明一实施例调节晶圆位置时调节单元的动作过程示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

下面结合图3以及图4A和图4B说明根据本发明一实施例的机械手。其中，图3示出了根据本发明一实施例的机械手的结构示意图；图4A示出了根据本发明一实施例的调节单元的结构示意图；图4B是图4A中螺纹的放大示意图。

如图3所示，本实施例的机械手300包括主体部31和夹取部32。其中，夹取部32设置在主体部32上，主体部31为夹取部32提供支撑，并且实现夹取部32的前后或上下等移动。夹取部32包括两个臂部321和322，所述两个臂部321和322限定一个圆形夹取区域33，当夹取部32夹取晶圆后，晶圆位于该圆形夹取区域33中，并且由支撑部支撑。

本实施例的机械手300还包括支撑部，所述支撑部包括设置在所述两个臂部321和322上的多个支撑单元，每个支撑单元具有用于支撑位于夹取区域的晶圆的突出部。

如图3所示，两个臂部321和322形成有槽/间隙，在该两个臂部321和322的槽/间隙中设置有4个上支撑单元1、2、3和4，该4个支撑单元构成本实施例的支撑部。每个支撑单元上均形成有沿径向向夹取区域方向突出的突出部34，当夹取部32夹取晶圆后，晶圆则被这些突出部34支撑而保持在夹取区域33中。

进一步地，在本实施例中，机械手300还包括校准部，用于校准晶圆在夹取区域的位置，以使晶圆中心和夹取区域的中心重合。如图3所示，在本实施例中，校准部包括设置在所述两个臂部321和322上的多个调节单元，每个所述调节单元具有可沿所述圆形夹取区域径向伸缩的调节模块，通过所述多个调节单元的调节模块沿径向所述圆形夹取区域升出相同的量来调节晶圆位于所述圆形夹取区域的位置，使晶圆中心和夹取区域的中心重合。

在本实施中，优选地，调节单元设置对应于支撑单元设置，并且调节单元设置在支撑单元内。如图3所示，在本实施例，支撑单元形成有可安装调节单元的槽，在每个支撑单元1、2、3和4中均安装有调节单元35，该调节单元有可沿所述圆形夹取区域径向伸缩的调节模块，通过4个调节单元的调节模块向所述圆形夹取区域升出相同的量，使该4个调节单元所在的圆周的半径相比所述圆形夹取区域的半径缩小，进而校准晶圆的中心，使晶圆中心和夹取区域的中心重合。

优选地，在本实施例中，4个支撑单元和4个调节单元均匀分布在圆形夹取区域的圆周上。

下面结合图4A和图4B来对本发明的调节单元进行说明。如图4A和图4B所示，本实施例的调节单元35包括调节模块351、固定模块352、驱动模块353以及限位模块。

其中，调节模块351示例性为呈柱状，其可采用合适的金属或合金等材料，在调节模块上形成有螺纹354A。

固定模块352安装在支撑单元内，用于固定调节模块351，示例性地，固定模块352为与调节模块351对应的空心圆柱状，其上形成有与螺纹354A匹配的螺纹354B。调节模块351在驱动模块353的驱动下可以沿螺纹354B转动，以实现伸缩。示例性地，螺纹354A和螺纹354B的结构如图4B所示，为常用螺纹形状，在此不再赘述。

驱动模块353包括线圈3531和成对的磁铁3532，线圈3531与调节模块351连接，并位于磁铁3532形成的磁场内，当线圈中通有电流时，在磁场的驱动下，线圈会转动，从而带动调节模块351转动以实现伸缩。其中，成对磁铁的数量根据所需要的磁场强度设置，可以为一对或两队以上。

限位模块设置在所述调节模块上，用于限制所述调节模块的伸缩位移。在本实施中，限位模块包括第一限位块355A和第二限位块355B。

第一限位块355A设置在所述调节模块351上相对所述固定模块352外侧的位置，用于限制所述调节模块351沿径向伸向所述圆形夹取区域的伸出位移；第二限位块355B设置在所述调节模块351上相对所述固定模块352内侧的位置，用于限制所述调节模块351沿径向远离所述圆形夹取区域的收缩位移。此处所谓的外侧是指远离夹取区域的一侧，所谓内侧是指靠近夹取区域的一侧。

下面结合图5A～图5D来说明本发明的机械手的动作过程。移动机械手300处于晶圆下方，使晶圆中心与夹取区域中心重合，继续向上移动机械手则可使夹取部夹取晶圆10，此时，调节模块处于收缩状态，如图5A所示，夹取区域的直径略大于晶圆10的直径，当要将晶圆10放置在工作区域时，首先向线圈通入电流，该电流使线圈在磁场中逆时针转动，进而带动调节模块逆时针转动，向夹取区域方向伸出，并通过第一限位块限制伸出的量，这样4个调节模块伸出的量相同，共同作用使得该4个调节模块限定的圆周缩小，从而使得晶圆10刚好卡在该4个调节模块限定的圆周内，使得晶圆中心与夹取区域中心重合，实现晶圆位置校准，如图5B所示。然后向线圈通入反向电流，使线圈在磁场作用下顺时针转动，并带动调节模块顺时针转动，这样调节模块沿远离夹取区域的方向收缩，4个调节模块限定的圆周大于晶圆10的直径，这样通过上下移动机械手可使晶圆10放置在工作区域，当完成晶圆10的放置后，继续使调节模块顺时针转动，以到达有第二限位块限制的收缩状态，该次晶圆的夹取以及位置移动完毕。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种机械手，用于在半导体器件制造中运送晶圆，其特征在于，该机械手包括：

主体部，其上设置用于抓取晶圆的夹取部；

夹取部，其包括两个臂部，所述两个臂部限定一个圆形夹取区域；

支撑部，其包括设置在所述两个臂部上的多个支撑单元，每个支撑单元具有用于支撑位于夹取区域的晶圆的突出部；

校准部，其包括设置在所述两个臂部上的多个调节单元，每个所述调节单元具有可沿所述圆形夹取区域径向伸缩的调节模块，

通过所述多个调节单元的调节模块调节晶圆位于所述圆形夹取区域的位置。

2.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述调节单元的数量为四个。

3.如权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述四个调节单元均布分布在所述圆形夹取区域的圆周上。

4.如权利要求1-3之一所述的机械手，其特征在于，所述调节单元设置在所述支撑单元内。

5.如权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述调节单元还包括：

驱动模块，其用于驱动所述调节模块沿所述圆形夹取区域的径向伸缩。

6.如权利要求5所述的机械手，其特征在于，所述驱动模块包括：

线圈，其与所述调节模块连接，用于驱动所述调节模块转动；

成对磁铁，其用于形成驱动所述线圈转动的磁场。

7.如权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述调节单元还包括：

固定模块，其用于固定所述调节模块。

8.如权利要求7所述的机械手，其特征在于，所述固定模块和所述调节模块上形成有相互匹配的螺纹。

9.如权利要求7所述的机械手，其特征在于，所述调节单元还包括：

限位模块，其设置在所述调节模块上，用于限制所述调节模块的伸缩位移。

10.如权利要求9所述的机械手，其特征在于，所述限位模块包括：

第一限位块，其设置在所述调节模块上相对所述固定模块外侧的位置，用于限制所述调节模块沿径向伸向所述圆形夹取区域的伸出位移；

第二限位块，其设置在所述调节模块上相对所述固定模块内侧的位置，用于限制所述调节模块沿径向远离所述圆形夹取区域的收缩位移。