CN107546169A - 基板的抓取装置及其抓取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基板的抓取装置及其抓取方法，其中所述基板的抓取装置包括机械手臂以及与所述机械手臂连接的气体加热器，气体经由气体加热器后通入机械手臂中，进而使从所述基板的抓取装置中喷出的气体可以为一高温气体。当采用本发明提供的基板的抓取装置对高温基板进行传送时，由于从机械手臂中喷出的气体为高温气体，其与待抓取的高温基板之间的温度差异较小，因此与基板接触的气体并不会对基板造成较大的热冲击，从而可有效降低基板的热应力，改善基板弯曲变形的问题。

Description

基板的抓取装置及其抓取方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种基板的抓取装置及其抓取方法。

背景技术

在半导体制造中，用于形成半导体器件的基板通常需要在各种设备的腔体中进行加工制造，使最终形成所需要的器件，其中，基板在各个腔体中的放置与抓取通常是采用基板的抓取装置完成的。而对于厚度较薄、质地较脆易发生破裂，或需保持较高清洁度的基板，因此所采用的抓取装置均为非接触式的，而所述非接触式的抓取装置通常接入有气体，并通过抓取装置的吸嘴喷出气体，以此产生的吸引力来实现对基板的取放功能，例如，具有伯努利吸盘的抓取装置。

此外，在对基板的加工生产的过程中，需经过较多的高温制程，例如热退火制程或者化学气相沉积制程等。其中，在半导体芯片的制造中，化学气相沉积时的腔体温度例如为400～700℃，而在硅片的外延工艺中，进行化学气相沉积时所需的温度却更高，例如为800～1100℃。而当采用以上所述的非接触式的抓取装置抓取位于高温腔体中的基板时，由于从抓取装置中喷出的气体为常温气体，其温度通常为25～35℃，而位于高温腔体中的基板相应的具有较高的温度，从而使气体与基板之间存在较大的温度差，因此当常温的气体与高温的基板接触时，会对该基板产生较大的热冲击，使基板具有较大的热应力，进而导致基板弯曲变形的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基板的抓取装置以及基板的抓取方 法，以解决现有的抓取装置在对高温基板进行抓取时，对基板产生较大的热冲击的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基板的抓取装置，所述抓取装置包括机械手臂以及与所述机械手臂连接的气体加热器，气体经由气体加热器后通入机械手臂中，并由所述机械手臂喷出以对基板进行抓取。

可选的，在基板的抓取装置中，所述气体加热器具有一用于控制气体加热器的控制开关。

可选的，在基板的抓取装置中，所述机械手臂包括：支架、吸盘以及喷气孔，所述吸盘安装于支架上，所述喷气孔位于吸盘中。

可选的，在基板的抓取装置中，所述吸盘为非接触式吸盘。

可选的，在基板的抓取装置中，所述吸盘为伯努利吸盘。

可选的，在基板的抓取装置中，所述气体加热器包括：加热室、多个板状的加热装置以及用于通入气体的进气口和用于排出加热后的气体的排气口，多个所述加热装置以交错的形式设置于加热室的内壁上，以形成S型的气体流通通路。

可选的，在基板的抓取装置中，所述气体为氮气。

本发明的又一目的在于，提供一种基板的取放方法，包括：

提供一如上所述的基板的抓取装置；

于机械手臂中通入经由气体加热器后的气体；

采用所述机械手臂抓取基板。

可选的，在基板的抓取方法中，所述基板位于工艺设备的腔体中，所述腔体的温度为大于等于300℃。

可选的，在基板的抓取方法中，所述腔体为进行化学气相沉积工艺时的反应腔体。

可选的，在基板的抓取方法中，所述反应腔体的温度为800～1100℃。

可选的，在基板的抓取方法中，经由所述气体加热器加热后的气 体温度范围为100～300℃。

可选的，在基板的抓取方法中，所述基板为硅片。

与现有技术相比，本发明提供的基板的抓取装置中，包括机械手臂以及与所述机械手臂连接的气体加热器，气体经由气体加热器后通入机械手臂中，进而使从所述基板的抓取装置中喷出的气体可以为一高温气体。当采用本发明提供的基板的抓取装置对高温基板进行传送时，由于从机械手臂中喷出的气体为高温气体，其与待抓取的高温基板之间的温度差异较小，从而使与基板接触的气体不会对基板造成较大的热冲击，从而可有效降低基板的热应力，改善基板弯曲变形的问题。进一步的，所述气体加热器上还具有一控制其加热功能的控制开关，通过开启或关闭所述气体加热器的加热功能，以实现对不同温度的基板均可进行抓取的功能。

附图说明

图1为本发明一实施例的基板的抓取装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中基板的抓取装置的气体加热器的结构示意图；

图3为本发明一实施例种基板的抓取装置的吸盘的结构示意图；

图4为进行化学气相沉积工艺时硅片于各个腔体的传送过程的示意图。

具体实施方式

目前，在半导体器件的制造过程中，当取放具有较高温度的基板时，由于所采用的抓取装置喷出的气体为常温气体，所述常温气体与高温基板之间存在较大的温度差，因此当所述常温气体瞬间与基板表面接触时，会对基板产生较大的热冲击，从而导致于基板内产生较大的热应力，进而使基板发生弯曲变形的问题。

为此，本发明提供了一种基板的抓取装置，包括机械手臂以及与所述机械手臂连接的气体加热器，气体经由气体加热器后通入机械手 臂中，并由所述机械手臂喷出以对基板进行抓取。当采用本发明提供的基板的抓取装置对高温基板进行传送时，由于从机械手臂中喷出的气体为高温气体，其与待抓取的高温基板之间的温度差异较小，因此，在对所述基板进行抓取时，与基板接触的气体并不会对基板造成较大的热冲击，从而可有效降低基板的热应力，改善基板弯曲变形的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基板的抓取装置以及基板的抓取方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1为本发明一实施例的基板的抓取装置的结构示意图，如图1所示，基板的抓取装置包括机械手臂110以及与所述机械手臂110连接的气体加热器120。其中，由外部供应的气体经由所述气体加热器120后再通入机械手臂110中，具体的，经所述气体加热器120加热后的气体经由一空气配管130通入到所述机械手臂110中，并由所述机械手臂110喷出以对基板进行抓取。

优选的，所述气体加热器120具有一用于控制气体加热器120的加热功能的控制开关，通过所述控制开关可实现气体加热器120的加热功能的开启或关闭，从而使所述抓取装置不仅可应用于高温基板的抓取，同时还可适用于常温基板的取放。即，当需对高温基板进行抓取时，则将所述气体加热器120的加热功能打开，使经由所述气体加热器120的气体被加热后形成一高温气体，从而使由机械手臂110中喷出的气体为高温气体，进而可减小气体与高温基板之间的温度差；而当需对常温基板进行抓取时，则将所述气体加热器120的加热功能关闭，使所述气体加热器120不会对气体进行加热，即以通入有常温气体的机械手臂110抓取常温基板。

图2为本发明一实施例中基板的抓取装置的气体加热器的结构示意图，如图2所示，本实施例中，所述气体加热器120包括：加热室121、设置于加热室121内的多个板状的加热装置122以及用于通 入气体的进气口123和用于排出加热后的气体的排气口124。多个所述加热装置122以交错的形式设置于加热室121的内壁上，以形成S型的气体流通通路。

当气体从所述气体加热器120的进气口123通入后，气体沿着S型的流通通路流动，并且气体与加热室121内的加热装置122接触，进而实现对气体的加热过程。本实施例中所采用的气体加热器120中，由于其加热装置122以交错壁架的形成设置于加热室121内，从而形成S型的气体流通通路，这种结构可有效增加气体与加热装置122的接触面积，提高热量的传递效率，并且可减小加热室121的尺寸。此外，本领域技术人员应当认识到，除了采用以上所述的气体加热器之外，还可以采用现有技术中的其他种类的气体加热器，以达到加热气体的目的。

进一步的，所述气体加热器120还与供给高压空气的空气泵(图中未示出)连接，并且，所述空气泵通过另一空气配管向气体加热器120的进气口123供给高压气体。具体的，所述空气泵供给氮气。

优选的，参考图3并结合图1所示，所述机械手臂110包括：支架、吸盘111以及喷气孔112，其中，所述吸盘111安装于支架上，所述喷气孔112位于吸盘111中，气体经由喷气孔112喷出。进一步的，所述吸盘为非接触式吸盘，也就是说，所形成的基板的抓取装置即为非接触式的抓取装置，当采用所述抓取装置抓取基板200时，所述吸盘111不与基板200直接接触。由于采用非接触式的方式取放基板，可避免抓取装置对基板产生较大的作用力，因此，这种方式也越来越广泛的应用于半导体制造领域中，尤其的，适用于其厚度较薄、质地较脆易发生破裂的基板，例如硅片、晶圆、太阳能电池晶片或锂电池的电极等。并且，由于在对基板进行取放时，抓取装置不与基板接触，因此可有效避免抓取装置上的污染物或颗粒物沾附于基板上，进而可保持基板的清洁度。

本实施例中，所述吸盘111为伯努利吸盘，所述伯努利吸盘通过使局部空气产生压力差以此吸取并传送基板。即，当吸盘111接入高 压缩空气时，吸盘111的工作面即产生均匀且薄的强气流，流速增加，压强降低，喷气口112中喷出的气体遇到基板200后，使基板200中心沿基板200径向外迅速扩散，从而使得基板200上部的气流流向其下部，根据伯努利原理可知，此时基板200的底部的气压大于其上部的气压，因而基板便悬浮在空中，以此实现对基板的吸取及传送的目的。由于伯努利吸盘是通过喷出高压气体产生吸引力，进而以非接触的形式来抓取基板，因此其对基板具有无污染、冲击小并且吸力大的优点，从而被广泛应用。

其中，所述吸盘111的外形及尺寸可根据待抓取的基板200的形状及尺寸进行设定，具体的，所述吸盘111的尺寸大于待抓取的基板的尺寸。例如，当采用本发明提供的抓取装置抓取硅片时，则所述吸盘111的形状可设置为圆形，其尺寸大小可根据待抓取的硅片的尺寸进行设定，目前，硅片的尺寸通常具有150mm、200mm或300mm等。此外，所述吸盘111可采用质地较为轻盈且强度优异的工业用塑料等形成。

此外，本发明还提供一种基板的取放方法，即采用以上所述的基板的抓取装置对高温基板进行传送。如背景技术所述，当抓取高温基板时，从抓取装置中喷出的常温气体易对高温基板造成较大的热冲击，使基板产生较大的热应力，进而可能导致基板发生弯曲变形的问题。为此，本发明提供的基板的抓取方法中，即通过采用具有气体加热器的基板的抓取装置对高温基板进行传送，由于从基板的抓取装置中喷出的气体为经过加热后的高温气体，使得其与高温基板之间的温度差异较小，从而不会对基板产生较大的热冲击，改善基板的热应力。

为使本发明提供的降低基板热应力的方法更为清楚，下面以抓取位于半导体工艺设备的腔体中的硅片为例，进一步详细说明。本实施例中，所述半导体工艺设备的腔体为用于进行化学气相沉积工艺时的反应腔体，于所述反应腔体中执行硅片的外延工艺。图4为进行化学气相沉积工艺时硅片于各个腔体的传送过程示意图，如图4所示，化 学气相沉积工艺所需运用到的设备中，通常包括：

第一预抽腔10，所述预抽腔10为用于放置装有待进行沉积工艺的硅片的卡匣；

第一传送腔20，所述第一传送腔20用于放置待沉积的单片硅片；

反应腔30，所述反应腔30为所述硅片进行化学沉积工艺时的主要反应腔体；

第二传送腔40，所述第二传送腔40用于放置完成沉积工艺后的硅片，并于所述第二传送腔40中对硅片进行降温；

第二预抽腔50，所述第二预抽腔50为用于放置装有完成沉积工艺后的硅片的卡匣。

继续参考图4所示，在对硅片进行化学沉积工艺时的可参考如下步骤。

步骤S10，采用基板的抓取装置将第一预抽腔10中的硅片传送至第一传送腔20中，位于第一传送腔20中的硅片处于进入反应腔30的准备状态。其中，所述第一预抽腔10和第一传送腔20均位于空气环境中，且其腔体内并无加热装置对其加热，因此第一预抽腔10和第一传送腔20内的温度通常为25～35℃，同样的，此时硅片的温度也为25～35℃，因此，于该步骤中，可采用通入有不经过加热的气体的机械手臂抓取所述硅片，即关闭所述气体加热器的加热功能，使经过所述气体加热器的气体仍为常温气体，以直接对硅片进行传送。

步骤S20，采用抓取装置将第一传送腔20中的硅片传送至反应腔30中，于所述反应腔30内对硅片进行外延工艺。该步骤中，由于抓取装置是抓取常温的硅片，因此与步骤S10类似，可采用通入有常温气体的机械手臂抓取所述硅片。

步骤S30，采用基板的抓取装置抓取位于反应腔30中的硅片，并将其传送至第二传送腔40中。其中，由于化学气相沉积需于较高的温度下进行，因此所述反应腔30的温度通常为800～1100℃。相应的，此时的硅片也具有较高的温度，因此，在该步骤中，可采用通入有高温气体的机械手臂抓取硅片，即，开启气体加热器的加热功能， 使经由所述气体加热器的气体具有较高的温度，从而在抓取基板时，可降低从机械手臂中喷出的气体与高温硅片之间的温度差。具体的，经由气体加热器加热后的气体温度范围可以为100～300℃。

步骤S40，采用基板的抓取装置抓取位于第二传送腔40内的硅片，并将其传送至第二预抽腔，以完成硅片的沉积工艺。由于第二传送腔40为用于放置沉积工艺完成后的高温硅片，因此，所述第二传送腔40内的温度不宜过低，以避免对硅片产生较大的热冲击，由此，所述第二传送腔40的温度通常设置为500～600℃。则相应的，在该步骤中，可仍采用通入有高温气体的机械手臂抓取硅片，以改善硅片的热应力。

综上所述，本发明提供的基板的抓取装置中，由于具有一气体加热装置，其可使通入于机械手臂中的气体为一高温气体，因此，当所述机械手臂在抓取高温基板时，由于机械手臂喷出的气体具有较高的温度，从而可减小气体与基板之间的温度差，有效降低气体对高温基板产生的热冲击。进一步的，气体加热器上还具有一控制其加热功能的控制开关，通过开启或关闭所述气体加热器的加热功能，以实现对不同温度的基板均可进行抓取的功能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种基板的抓取装置，其特征在于，所述抓取装置包括机械手臂以及与所述机械手臂连接的气体加热器，气体经由气体加热器后通入机械手臂中，并由所述机械手臂喷出以对基板进行抓取。

2.如权利要求1所述的基板的抓取装置，其特征在于，所述气体加热器具有一用于控制气体加热器的控制开关。

3.如权利要求1所述的基板的抓取装置，其特征在于，所述机械手臂包括：支架、吸盘以及喷气孔，所述吸盘安装于支架上，所述喷气孔位于吸盘中。

4.如权利要求3所述的基板的抓取装置，其特征在于，所述吸盘为非接触式吸盘。

5.如权利要求5所述的基板的抓取装置，其特征在于，所述吸盘为伯努利吸盘。

6.如权利要求1所述的基板的抓取装置，其特征在于，所述气体加热器包括：加热室、多个板状的加热装置以及用于通入气体的进气口和用于排出加热后的气体的排气口，多个所述加热装置以交错的形式设置于加热室的内壁上，以形成S型的气体流通通路。

7.如权利要求1所述的基板的抓取装置，其特征在于，所述气体为氮气。

8.一种基板的抓取方法，其特征在于，包括：

提供一如权利要求1～7其中之一所述的基板的抓取装置；

于机械手臂中通入经由气体加热器后的气体；

采用所述机械手臂抓取基板。

9.如权利要求8所述的基板的抓取方法，其特征在于，所述基板位于工艺设备的腔体中，所述腔体的温度为大于等于300℃。

10.如权利要求9所述的基板的抓取方法，其特征在于，所述腔体为进行化学气相沉积工艺时的反应腔体。

11.如权利要求10所述的基板的抓取方法，其特征在于，所述反应腔体的温度为800～1100℃。

12.如权利要求10所述的基板的抓取方法，其特征在于，经由所述气体加热器加热后的气体温度范围为100～300℃。

13.如权利要求8所述的的基板的抓取方法，其特征在于，所述基板为硅片。