CN106684027B - 一种微电子加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微电子加工设备，托盘和机械手，所述托盘用于承载被加工工件，所述机械手用于实现被加工工件在所述托盘上的取放操作，所述机械手包括机械手指、机械臂以及连接所述机械手指和所述机械臂的连接部，在所述连接部设置有两个位置传感器，所述两个位置传感器的连线与所述机械手的对称轴不平行。该微电子加工设备不仅能够避免被加工工件和机械手指被损坏，而且提高微电子加工设备的利用率。本发明还提供一种微电子加工方法。

Description

一种微电子加工设备及方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种微电子加工设备及方法。

背景技术

在集成电路、半导体照明、功率器件等领域，常用刻蚀机、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等微电子加工设备实施精密工艺。在微电子加工设备中，机械手用于实现被加工工件在工艺腔室内的取放操作。

图1是机械手在工艺腔室5内处于高位时的状态图，图2为机械手在工艺腔室内处于低位时的状态图。结合图1和图2所示，机械手包括驱动装置(图中未示出)、机械臂1和机械手指2，机械臂1在驱动装置的驱动下，带动机械手指2实现前后、左右和上下方向的移动。机械手指2用于取放晶片3。借助机械手可将晶片3放置于托盘4或将放置于托盘4的晶片3取走。机械手在高位时可实现前后、左右方向的移动，在低位时实现取放片操作。

当机械手移动至接近低位时，操作人员不能直接观察到机械手指2与承载被加工工件的托盘在上下方向的距离，因此，无法判断机械手指是否与托盘接触及接触的程度，这容易导致机械手指压碎被加工工件，严重时，会损坏机械手指。另外，在生产过程中，托盘的平整度会发生变化，需要通过检测来判断托盘的平整度，然而，检测需要花费较长时间。目前是通过机械手是否能吸到被加工工件来判断。但这种判断方式不能预先判断托盘的平整度是否合适，因此，不能及时调整托盘的平整度，从而影响微电子加工设备的利用率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种微电子加工设备及方法，不仅能够准确地判断机械手指与托盘是否接触，避免被加工工件和机械手指被损坏，而且可以预先判断托盘的平整度，提高微电子加工设备的利用率。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种微电子加工设备，包括托盘和机械手，所述托盘用于承载被加工工件，所述机械手用于实现被加工工件在所述托盘上的取放操作，所述机械手包括机械手指、机械臂以及连接所述机械手指和所述机械臂的连接部，在所述连接部设置有两个位置传感器，而且，所述两个位置传感器的连线与所述机械手的对称轴不平行。

其中，所述两个位置传感器对称地设置于所述机械手的对称轴的两侧。

其中，所述位置传感器为压力传感器或测距传感器。

其中，所述压力传感器包含有两组开关量设定点的触点。

其中，所述托盘包括托盘本体和片槽，所述片槽设于所述托盘本体，所述被加工工件可嵌置于所述片槽内，当所述机械手取放所述被加工工件时，所述位置传感器与所述片槽周缘的所述托盘本体区域相对。

其中，所述托盘本体采用石英、石墨或陶瓷材料制作。

本发明还提供一种微电子加工方法，包括以下步骤：

提供微电子加工设备，所述微电子加工设备采用本发明提供所述的微电子加工设备；

调整所述机械手和托盘的平整度；

在前后、左右方向调整所述机械手，使所述机械手指与所述托盘相对；

在上下方向调整所述机械手，当位置传感器的测量值达到预设的第一临界范围时，所述机械手实施取放操作。

其中，所述第一临界范围的最小值为所述机械手能够实施取放操作的前提下所述位置传感器的最小测量值，所述第一临界范围的最大值为不损坏所述被加工工件的前提下所述位置传感器的最大测量值。

其中，当所述托盘上设有多个所述片槽时，所述第一临界范围的最小值为所述机械手在所述多个片槽位置能够实施取放操作的前提下所述位置传感器获得的所有最小测量值中的最大值；所述第一临界范围的最大值为所述机械手在所述多个片槽位置不损坏所述被加工工件的前提下所述位置传感器获得的所有最大测量值中的最小值。

其中，还包括判断所述托盘平整度的步骤，包括：

在机械手的下降过程中，两个位置传感器获得F1′、F1"、F2′或F2"，其中，

F1′为所述两个位置传感器中在后发生变化的压力传感器即将发生变化但还未发生变化时在先发生变化的压力传感器的测量值；

F2〞为不损坏被加工工件的前提下在后发生变化的压力传感器的最大测量值；

F1〞为在后发生变化的压力传感器的测量值为F2〞时在先发生变化的压力传感器对应的测量值；

F2′为理想状态下在先发生变化的压力传感器的测量值为F1′时在后发生变化的压力传感器对应的测量值；

获得ΔF1和ΔF2，其中，ΔF1＝F1′-F1"，ΔF2＝F2′-F2"；

判断ΔF1和ΔF2的值是否在预设的第二临界范围内，若是，则托盘的平整度在合理范围；若否，则托盘的平整度不在合理范围。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的微电子加工设备，通过位置传感器的测量值可准确地判断机械手指是否与托盘接触以及接触的程度，从而可避免被加工工件和机械手指被损坏；而且，通过两个位置传感器的测量值可判断托盘的平整度，从而可预先判断托盘平整度，以对托盘的平整度及时进行维护，进而提高了微电子加工设备的利用率。

另外，本发明提供的微电子加工方法，在实施工艺时，通过两个位置传感器的测量值可准确地判断机械手指是否与托盘接触以及接触的程度，从而可避免被加工工件和机械手指被损坏；而且，在实施工艺前，借助两个位置传感器的测量值即可判断托盘的平整度，简单易行，可对设备及时进行维护，从而提高了微电子加工设备的利用率。

附图说明

图1为机械手在工艺腔室内处于取放片高位时的状示意图；

图2为机械手在工艺腔室内处于取放片低位时的示意图；

图3为本发明实施例机械手的结构示意图；

图4为发明实施例机械手与托盘的相对位置示意图；

图5为机械手与托盘刚开始接触时的相对位置示意图；

图6为机械手下降到最低位时与托盘的相对位置示意图；

图7为理想状态下第一位置传感器34a和第二位置传感器34b的测量值的变化曲线；

图8a为托盘不平整时机械手与托盘的相对位置示意图；

图8b为托盘的前侧(靠近读者一侧)较低、后侧(远离读者那一侧)较高时，第一位置传感器和第二位置传感器的测量值的变化曲线。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的微电子加工设备及方法进行详细描述。

本实施例提供的微电子加工设备包括传输系统和工艺腔室，传输系统用于将未加工的被加工工件(如晶片)放入工艺腔室，或者将加工完毕的被加工工件从工艺腔室取出。传输系统为机械手，其利用真空吸附或伯努利正压取片。

结合如图3和图4所示，机械手包括机械臂31、机械手指33以及连接机械臂31和机械手指33的连接部32。在连接部32设置两个位置传感器34a、34b，而且，两个位置传感器34a、34b的连线与机械手的对称轴(图3中所示的双点划线)不平行。

托盘41用于承载被加工工件42，其包括采用石英、石墨或陶瓷材料制作的托盘本体43，在托盘本体43上设有片槽44，片槽44可以设置一个或多个。片槽44可对被加工工件42定位，有利于提高机械手取放操作的效率。在工艺过程中，被加工工件42嵌置于片槽44内。片槽44包括第一凹部44a和第二凹部44b，第一凹部44a的内径小于第二凹部44b的内径，从而在片槽44内形成肩部45。而且，第一凹部44a的内径略大于被加工工件42的外径，第二凹部44b的内径大于机械手指33的外径。

如图4所示，机械手在取放被加工工件42时，机械手指33可下降到第二凹部44b内，被加工工件42被放置于第一凹部44a内，连接部32与托盘39的边缘位置相对，并使位置传感器34a、34b与片槽44周缘的托盘本体区域相对。借助位置传感器34a、34b的测量值可准确地判断机械手是否与托盘41接触，以及接触的程度(压力大笑)，从而可以避免损坏机械手和被加工工件，而且，通过这两个位置传感器34a、34b的测量值还可以预先判断托盘41的平整度，若获知托盘41的平整度不满足要求时，可对托盘的平整度及时进行维护，以提高微电子加工设备的利用率。

在本实施例中，两个位置传感器34a、34b与机械手的位置存在以下三种情形：其一，两个位置传感器位于机械手的对称轴的同侧；其二，两个位置传感器位于机械手的对称轴的两侧，但与对称轴的距离不同；其三，两个位置传感器位于机械手的对称轴的两侧，且与对称轴的距离相同。虽然这三种设置情形均能判断托盘的平整度，但第三种设置方式判断托盘41的平整度更准确，即将两个位置传感器对称地设置于机械手的对称轴的两侧，而且，两个位置传感器34a、34b与机械手的对称轴的距离相等。

在本实施例中，位置传感器可以采用压力传感器或测距传感器。下面以压力传感器为例，介绍调整机械手与托盘的相对位置以及机械手取放被加工工件的步骤。

首先粗调机械手的平整度，特别是调整机械手指33的平整度，尽量将机械手指33调整为水平状态或接近水平状态。再调节托盘41的平整度到合适的范围，优选将托盘41调整为水平状态或接近水平状态。

将机械手伸入工艺腔室，调整机械手的前后方向(机械手的对称轴方向)和左右方向(垂直于机械手的对称轴方向)，使机械手指与托盘41、特别是机械手指与片槽44的位置相对，如图4所示。此时，机械手处于高位，第一压力传感器34a和第二压力传感器34b尚未与托盘41接触，其测量值分别为初始值F1、F2，即为零或接近零。开启机械手的真空压力，并使机械手向下运动，当第一压力传感器34a和第二压力传感器34b的测量值发生明显变化时，说明机械手与托盘41接触，图5所示，此时机械手可以实施取片或放片操作。为了确保机械手能够顺利地完成取片和放片操作，只有当机械手下降到图6所示的位置时才认为机械手下降到了低位，即，当机械手下降到不损坏被加工工件42前提下的最低位置时才认为机械手下降到了低位。也就是说，从压力传感器34a、34b的测量值有明显变化到不损坏被加工工件42为前提的最大测量值的范围内，机械手均可以顺利地实施取放操作。

由于机械手和托盘41的平整度呈理想或接近理想的水平状态，第一位置传感器34a和第二位置传感器34b的测量值同时变化而且相等，如图7所示。但在实际应用中，托盘41的平整度很难达到理想或接近理想的水平状态，因此，第一位置传感器34a和第二位置传感器34b的测量值不会同时变化，而且也不相等。

如图8a所示，托盘41的前侧(靠近读者一侧)Ⅰ较低、后侧(远离读者那一侧)Ⅱ较高。机械手在下降过程中，第一压力传感器34a和第二压力传感器34b的测量值的变化情况如图8b所示。第一压力传感器34a的测量值首先发生变化，当其测量值为F1′时，第二压力传感器34b并未与第一压力传感器34a同步变化，即第二压力传感器34b的测量值仍为零或接近零，并未达到预期的F2′(F2′＝F1′)。机械手继续下降，当第二压力传感器34b的测量值达到F2〞时，第一压力传感器34a的测量值为F1〞，此时机械手才能顺利地进行取放操作。这里，F1′为第二压力传感器(在后发生变化的压力传感器)34b的测量值即将发生但还未发生变化时第一压力传感器(在先发生变化的压力传感器)34a对应的测量值；F2′为理想状态下第一压力传感器的测量值为F1′时第二压力传感器对应的测量值，即F2′＝F1′；F2〞为不损坏被加工工件42的前提下第二压力传感器34b的最大测量值；F1〞为第二压力传感器34b的测量值为F2〞时第一压力传感器34a对应的测量值。

不难理解，机械手实施取放操作对托盘41的平整度有一个临界要求，通过第一压力传感器34a和第二压力传感器34b可判断托盘41的平整度。本实施例是通过ΔF1＝F1′-F1"，ΔF2＝F2′-F2"来判断托盘41的平整度。其中，F1′为所述两个位置传感器中在后发生变化的压力传感器即将发生变化但还未发生变化时在先发生变化的压力传感器的测量值；F2〞为不损坏被加工工件的前提下在后发生变化的压力传感器的最大测量值；F1〞为在后发生变化的压力传感器的测量值为F2〞时在先发生变化的压力传感器对应的测量值；F2′为理想状态下在先发生变化的压力传感器的测量值为F1′时在后发生变化的压力传感器对应的测量值。当ΔF1和ΔF2在预设的第二临界范围内时，托盘41的平整度在合理的范围，满足机械手取放操作的要求；否则，认为托盘41的平整度不能满足机械手取放操作的要求。

如果托盘上设有多个片槽44，则分别记录机械手在每个片槽44位置取放操作时的F1′、F2′、F1"和F2"，并取其中的最大值作为临界值，由这些值获得的ΔF1和ΔF2作为第二临界范围的最大值。

上文对托盘41的前侧Ⅰ较低、后侧Ⅱ较高进行了说明。当托盘41的前侧Ⅰ较高、后侧Ⅱ较低时，则第一压力传感器34a和第二压力传感器34b的测量值的变化情况与上文介绍的刚好相反，但原理完全一致，在此不再赘述。

不难看出，通过第一压力传感器34a和第二压力传感器34b的测量值的变化即可判断托盘41的平整度。这种判断方式简单，而且易于操作，可以对微电子加工设备进行及时维护，从而提高微电子加工设备的利用率。

本实施例提供的微电子加工设备和微电子加工方法可用于但不限于实施刻蚀、PVD、CVD等工艺。

本实施例提供的微电子加工设备，通过位置传感器可准确地判断机械手指是否与托盘接触，从而可避免被加工工件和机械手指被损坏；而且，通过两个位置传感器的测量值可判断托盘的平整度，从而可预先判断托盘平整度，以对设备及时进行维护，从而提高微电子加工设备的利用率。

本实施例提供的微电子加工方法，在实施工艺时，可通过位置传感器准确地判断机械手指是否与托盘接触，从而可避免被加工工件和机械手指被损坏；而且，在实施工艺前，借助两个位置传感器的测量值即可判断托盘的平整度，简单易行，如托盘的平整度未满足要求，可对设备及时进行维护，进而提高了微电子加工设备的利用率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微电子加工设备，包括托盘和机械手，所述托盘用于承载被加工工件，所述机械手用于实现被加工工件在所述托盘上的取放操作，所述机械手包括机械手指、机械臂以及连接所述机械手指和所述机械臂的连接部，其特征在于，在所述连接部设置有两个位置传感器，而且，所述两个位置传感器的连线与所述机械手的对称轴不平行；并且，

所述托盘包括托盘本体和片槽，所述片槽设于所述托盘本体，所述被加工工件可嵌置于所述片槽内，当所述机械手取放所述被加工工件时，所述位置传感器与所述片槽周缘的所述托盘本体区域相对。

2.根据权利要求1所述的微电子加工设备，其特征在于，所述两个位置传感器对称地设置于所述机械手的对称轴的两侧。

3.根据权利要求1所述的微电子加工设备，其特征在于，所述位置传感器为压力传感器或测距传感器。

4.根据权利要求3所述的微电子加工设备，其特征在于，所述压力传感器包含有两组开关量设定点的触点。

5.根据权利要求1所述的微电子加工设备，其特征在于，所述托盘本体采用石英、石墨或陶瓷材料制作。

6.一种微电子加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供微电子加工设备，所述微电子加工设备采用权利要求1-5任意一项所述的微电子加工设备；

调整所述机械手和托盘的平整度；

在前后、左右方向调整所述机械手，使所述机械手指与所述托盘相对；

在上下方向调整所述机械手，当位置传感器的测量值达到预设的第一临界范围时，所述机械手实施取放操作。

7.根据权利要求6所述的微电子加工方法，其特征在于，所述第一临界范围的最小值为所述机械手能够实施取放操作的前提下所述位置传感器的最小测量值，所述第一临界范围的最大值为不损坏所述被加工工件的前提下所述位置传感器的最大测量值。

8.根据权利要求7所述的微电子加工方法，其特征在于，当所述托盘上设有多个所述片槽时，所述第一临界范围的最小值为所述机械手在所述多个片槽位置能够实施取放操作的前提下所述位置传感器获得的所有最小测量值中的最大值；所述第一临界范围的最大值为所述机械手在所述多个片槽位置不损坏所述被加工工件的前提下所述位置传感器获得的所有最大测量值中的最小值。

9.根据权利要求6所述的微电子加工方法，其特征在于，还包括判断所述托盘平整度的步骤，包括：

在机械手的下降过程中，两个位置传感器获得F1′、F1"、F2′或F2"，其中，

F1′为所述两个位置传感器中在后发生变化的压力传感器即将发生变化但还未发生变化时在先发生变化的压力传感器的测量值；

F2〞为不损坏被加工工件的前提下在后发生变化的压力传感器的最大测量值；

F1〞为在后发生变化的压力传感器的测量值为F2〞时在先发生变化的压力传感器对应的测量值；

F2′为理想状态下在先发生变化的压力传感器的测量值为F1′时在后发生变化的压力传感器对应的测量值；

获得ΔF1和ΔF2，其中，ΔF1＝F1′-F1"，ΔF2＝F2′-F2"；

判断ΔF1和ΔF2的值是否在预设的第二临界范围内，若是，则托盘的平整度在合理范围；若否，则托盘的平整度不在合理范围。

Images