CN107622965B

CN107622965B - 一种晶圆传输方法及装置

Info

Publication number: CN107622965B
Application number: CN201710990942.2A
Authority: CN
Inventors: 费玖海; 刘福强
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Jingyi Precision Technology Co ltd
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2037-10-23
Also published as: CN107622965A

Abstract

本发明提供了一种晶圆传输方法及装置，其中晶圆传输方法包括至少两个晶圆拾取装置、沿多个晶圆清洗槽设置的移动轨道；至少两个所述晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，且交替工作用于拾取和输送晶圆。与现有技术相比，本发明结构简单，使用方便，只需要设置两个以上的晶圆拾取装置就可以完成晶圆在不同清洗槽间的拾取和输送问题，并且最大程度地降低了晶圆在不同清洗槽清洗工序间的干涉问题。

Description

一种晶圆传输方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种晶圆传输方法及装置。

背景技术

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之I C产品。

随着半导体集成电路的不断发展，对线宽的要求越来越小，对晶圆表面缺陷的要求越来越高，相应的清洗难度越来越大，晶圆抛光后的清洗工艺也越来越重要。

一般情况下，晶圆清洗要经过喷淋、超声(兆声)、化学液、干燥等多个清洗工艺流程，每个清洗工艺均在不同的清洗槽内进行，由于半导体制造工艺的特殊性，晶圆清洗时在不同清洗槽之间的传输需要特殊的机械装置(晶圆传输机械手)高效、可靠、稳定的自行完成。

由于晶圆清洗对清洗效率及工艺的特殊要求(避免各清洗槽之间的交叉污染等问题)，一般采用多个机械手来传输晶圆，通常晶圆传输机械手的数量比晶圆清洗工位槽的数量少1个。

例如，在X轴方向有N个清洗槽工位，清洗槽与清洗槽之间等间距排列。晶圆传输装置有X、Z两个自由度，在X轴方向上装有N-1个晶圆拾取装置，该N-1个晶圆拾取装置在X轴方向等间距排列，并且与清洗槽之间的间距相等。N-1个晶圆拾取装置在X轴和Z轴方向只可同时同步移动。

上述装置存在如下缺陷：

1.此晶圆传输装置要求N个清洗槽之间必须等间距布置，Z轴的N-1个晶圆拾取装置之间也必须等间距布置，并且二者的间距相等。如此一来，首先必然会造成整个清洗装置占用的空间比较大；其次，由于二者间距要求的严格一致性必然会对整个装置的装配、位置校对调整以及调试提出更高的技术要求，并造成不必要的困难。

2.整个晶圆转移装置在Z轴有多(N-1)个晶圆拾取装置，但是所有的晶圆拾取装置在X轴只可同时、同步的左右移动，在Z轴方向上只可同时、同步的上下移动。首先这将会对每个槽位清洗工艺时间的安排提出更高的要求，如果每个槽位的清洗工艺时间各不相同，那么晶圆每传输一个槽位的时间间隔都将会是单个清洗槽工艺时间的最大值(即使某个槽位的清洗工艺率先完成，该装置也不可将其传输到下一个清洗工位，因为单个晶圆拾取装置不可动)，造成时间上的浪费，效率降低，成本增加，利润下滑；其次由于所有的晶圆拾取装置在X轴和Z轴方向上只可同时同步的移动，造成单个晶圆拾取装置以及整个装置的灵活性、机动性、稳定性大大降低。

总之，现有的晶圆在不同清洗槽之间的传输装置结构复杂、笨重，缺乏灵活性、机动性以及稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆传输方法及装置，以解决现有技术中晶圆在不同清洗槽之间的传输装置结构复杂、笨重，灵活性、机动性以及稳定性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种晶圆传输方法，包括

至少两个晶圆拾取装置、沿多个晶圆清洗槽设置的移动轨道；

至少两个所述晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，且交替工作用于拾取和输送晶圆；

具体步骤如下：

步骤一：一个晶圆拾取装置从所述清洗槽拾取晶圆，并准备将该晶圆输送到下道工序中的清洗槽中；

步骤二：所有的所述晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，另外一个空闲的晶圆拾取装置移动到下道工序，将所述下道工序清洗槽中的晶圆拾取；

步骤三：所有的所述晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，步骤一中的晶圆拾取装置移动到所述下道工序，将其拾取的晶圆放入所述下道工序清洗槽中。

与现有技术相比，本发明结构简单，使用方便，只需要设置两个以上的晶圆拾取装置就可以完成晶圆在不同清洗槽间的拾取和输送问题，并且最大程度地降低了晶圆在不同清洗槽清洗工序间的干涉问题。

进一步地，所述晶圆拾取装置数量为m个，所述清洗槽的数量为n个；

其中，m为大于1的自然数，n为大于2的自然数；

n个所述清洗槽依次沿所述移动轨道顺序布设，用于对晶圆进行清洗；

晶圆拾取和输送过程包括如下步骤：

S1：m个所述晶圆拾取装置同步沿所述移动轨道移动，使得第i个晶圆拾取装置移动到第j个清洗槽的清洗工位，拾取第j个清洗槽中的晶圆；

S2：m个所述晶圆拾取装置同步沿所述移动轨道移动，使得第i+1个晶圆拾取装置移动到第j+1个清洗槽的清洗工位；

第i+1个晶圆拾取装置拾取第j+1个所述清洗槽中的晶圆；

S3：m个所述晶圆拾取装置同步沿所述移动轨道移动，使得第i个晶圆拾取装置移动到第j+1个清洗槽的清洗工位；将第j个清洗槽中取出的晶圆放入第j+1个所述清洗槽中进行清洗处理；

其中，1≤i≤m-1；1≤j≤n-1，m个所述晶圆拾取装置交替循环作业拾取，直至晶圆通过全部清洗工序。

进一步地，所述晶圆拾取装置跳跃式作业，即每个所述晶圆拾取装置相邻两次拾取作业间隔m-1个清洗槽。

举例而言，所述晶圆拾取装置的数量为2个时，清洗槽数量为8个，即n为8时，第1个所述晶圆拾取装置用于分别将第1、3、5以及7个所述清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第2、4、6以及8个所述清洗槽中；

而第2个所述晶圆拾取装置用于将第2、4以及6个所述清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第3、5和7个所述清洗槽中。

在本发明中的若干个晶圆拾取装置间隔作业，或者跳跃式工作，从而最大程度地减少了相邻几个清洗槽清洗工序之间的干涉。

进一步地，第i个晶圆拾取装置负责将第(i+xm)个所述清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第(i+xm)+1个所述清洗槽中；

其中，i为自然数，且1≤i≤m；

x为所述晶圆拾取装置的拾取循环次数，x为非负整数，且(i+xm)+1≤n。

进一步地，所述晶圆拾取装置的数量为2-5个；即2≤m≤5。

本发明公开的晶圆传输方法中的设备简单、控制简单而灵活，只需要设置两个以上的晶圆拾取装置交替拾取作业就可以完成晶圆在不同清洗槽间的拾取和输送问题，并且最大程度地降低了晶圆在不同清洗槽清洗工序间的干涉问题。

本发明还公开了一种用于上述晶圆传输方法的晶圆传输装置，其包括至少两个晶圆拾取装置、沿多个晶圆清洗槽设置的移动轨道、驱动装置以及控制器；

所述控制器通过驱动装置驱动所述晶圆拾取装置沿所述移动轨道上同步移动。

进一步地，每个所述晶圆拾取装置包括：基座和机械爪；

所述基座可滑动地设置在所述移动轨道上，所述驱动装置与所述基座连接，用于驱动基座携带着机械爪沿移动轨道移动；

所述机械爪用于抓取和运输所述晶圆。

其中，所述驱动装置形式很多，例如包括设置在基座上的电机和行走轮；又如包括设置在移动轨道一端的电机，以及沿移动轨道设置的丝杠、皮带、齿轮或者链条传动机构，电机通过传动机构带动所述基座往复或循环移动。

另外，机械爪为现有技术，包括相对设置的两个夹持部，以及驱使夹持部间夹持口开启闭合的动力机构。动力机构可以是电机、气缸或者液压缸、以及中间的传动部件等。

优选地，所述机械爪为气爪，所述气爪包括分别设置在两个拾取臂上的左右两气动部，两个气动部相对设置中间形成用于夹持所述晶圆的夹持口。

进一步地，所述机械爪上设置有用于监测夹持口张开、闭合、抓住晶圆和未抓住晶圆四种状态的传感器；

所述传感器与所述控制器连接。

进一步地，所述机械爪通过升降机构可升降地设置在所述基座上；

所述控制器与所述升降机构连接，并通过所述升降机构控制所述机械爪的升降；

各所述晶圆拾取装置的升降机构彼此独立运动，互不干涉。

进一步地，所述升降机构上设置有滑块，所述机械爪可任意角度旋转地设置在所述滑块上，进而实现晶圆在竖直和水平方向的转换。

具体而言，所述升降机构优选地为Z轴电缸、电动伸缩杆、气缸或者油缸等Z轴升降装置，Z轴升降装置上设置有滑块，在Z轴升降装置驱动下，所述机械爪随滑块上下移动。

所述滑块上设置有摆动电缸，所述机械爪通过摆动电缸可绕水平且垂直于所述Z轴电缸伸缩杆的轴线左右摆动地设置在所述滑块上。所述摆动电缸的动力输出轴上设置有安装座，所述机械爪俯仰角度可调地设置所述安装座上。

机械爪可俯仰、左右摆动设置便于调节机械爪抓取或者放置所述晶圆的姿态。

控制器与所述摆动电缸连接，从而控制机械爪的左右倾斜的角度。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的晶圆传输装置与现有技术相比，结构简单，减小清洗工位整体占位尺寸，打破单一清洗方式的限制；机构精简，提高稳定性、可靠性、安全性和生产效率；降低了电器和编程控制难度，提高工艺灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的晶圆传输方法的流程图；

图2为本发明实施例2提供的晶圆传输装置的结构示意图；

图3为图2所示的晶圆拾取装置的正视图；

图4为本发明实施例中机械爪的结构示意图。

附图标记：

1-枢接轴；2-摆动电缸；3-滑块；5-基板；6-晶圆；7-拾取臂；8-安装座；9-传感器；10-晶圆拾取装置；11-Z轴电缸；12-基座；13-机械爪；20-清洗槽；30-移动轨道；31-驱动装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

本实施例提供的一种晶圆传输方法，包括

至少两个晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，且交替工作用于拾取和输送晶圆；

具体步骤如下：

步骤一：一个晶圆拾取装置从清洗槽拾取晶圆，并准备将该晶圆输送到下道工序中的清洗槽中；

步骤二：所有的晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，另外一个空闲的晶圆拾取装置移动到下道工序，将下道工序清洗槽中的晶圆拾取；

步骤三：所有的晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动，步骤一中的晶圆拾取装置移动到下道工序，将其拾取的晶圆放入下道工序清洗槽中。

为了更好表述，设定晶圆拾取装置数量为m个，清洗槽的数量为n个；

其中，m为大于1的自然数，n为大于2的自然数；

n个清洗槽依次沿移动轨道顺序布设，用于对晶圆进行清洗；

如图1所示，晶圆拾取和输送过程包括如下步骤：

S11：m个晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动；

S12：使得第i个晶圆拾取装置移动到第j个清洗槽的清洗工位，拾取第j个清洗槽中的晶圆；

S21：m个晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动；

S22：使得第i+1个晶圆拾取装置移动到第j+1个清洗槽的清洗工位；

第i+1个晶圆拾取装置拾取第j+1个清洗槽中的晶圆；

S31：m个晶圆拾取装置同步沿移动轨道移动；

S32：使得第i个晶圆拾取装置移动到第j+1个清洗槽的清洗工位；将第j个清洗槽中取出的晶圆放入第j+1个清洗槽中进行清洗处理；

其中，1≤i≤m-1；1≤j≤n-1，m个晶圆拾取装置交替循环作业拾取，直至晶圆通过全部清洗工序。

在本发明中晶圆拾取装置跳跃式作业，即每个晶圆拾取装置相邻两次拾取作业间隔m-1个清洗槽。

举例而言，晶圆拾取装置的数量为2个时，清洗槽数量为8个，即n为8时，第1个晶圆拾取装置用于分别将第1、3、5以及7个清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第2、4、6以及8个清洗槽中；

而第2个晶圆拾取装置用于将第2、4以及6个清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第3、5和7个清洗槽中。

而第i个晶圆拾取装置负责将第(i+xm)个清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第(i+xm)+1个清洗槽中；

其中，i为自然数，且1≤i≤m；

x为晶圆拾取装置的拾取循环次数，x为非负整数，且(i+xm)+1≤n。

晶圆拾取装置的数量为2-5个；即2≤m≤5。

实施例2

如图2和3所示，本发明还公开了一种用于上述晶圆传输方法的晶圆6传输装置，其包括至少两个晶圆拾取装置10、沿多个晶圆清洗槽20设置的移动轨道30(即X轴轨道)、驱动装置31以及控制器；移动轨道30和驱动装置31固定在基板5上。

控制器通过驱动装置31驱动晶圆拾取装置10沿移动轨道30上同步移动。

如图4所示，每个晶圆拾取装置10包括：基座12和机械爪13；

基座12可滑动地设置在移动轨道30上，驱动装置31与基座12连接，用于驱动基座12携带着机械爪13沿移动轨道30移动；

机械爪13用于抓取和运输晶圆6。

其中，驱动装置31形式很多，例如包括设置在基座12上的电机和行走轮；又如包括设置在移动轨道30一端的电机，以及沿移动轨道30设置的丝杠、皮带、齿轮或者链条传动机构，电机通过传动机构带动基座12往复或循环移动。

在本实施例中移动轨道30和驱动装置31为一体制成的X轴电缸。

另外，机械爪13为现有技术，包括相对设置的两个夹持部，以及驱使夹持部间夹持口开启闭合的动力机构。动力机构可以是电机、气缸或者液压缸、以及中间的传动部件等。

在本实施例中，机械爪13为气爪，气爪包括分别设置在两个拾取臂7上的左右两气动部，两个气动部相对设置中间形成用于夹持晶圆6的夹持口。

机械爪13上设置有用于监测夹持口张开、闭合、抓住晶圆6和未抓住晶圆6四种状态的传感器9；

传感器9与控制器连接。

机械爪13通过升降机构可升降地设置在基座12上；

控制器与升降机构连接，并通过升降机构控制机械爪13的升降。

具体而言，升降机构优选地为Z轴电缸11，Z轴电缸11设置有滑块3，机械爪13设置在滑块3上，并随滑块3上下移动。

滑块3上设置有摆动电缸2，机械爪13通过摆动电缸2可绕水平且垂直于Z轴电缸11伸缩杆的轴线左右摆动地设置在滑块3上。

摆动电缸2的动力输出轴上设置有安装座8，机械爪13通过枢接轴1俯仰角度可调地设置安装座8上。当然，安装座8上也可以设置用于调节机械爪俯仰角的舵机等俯仰机构，控制器通过俯仰机构和摆动电缸实现晶圆在竖直和水平方向的转换。

机械爪13可俯仰、左右摆动设置便于调节机械爪13抓取或者放置晶圆6的姿态。控制器与摆动电缸2连接，从而控制机械爪13的左右倾斜的角度。

其中，至少两个晶圆拾取装置10的升降机构彼此独立控制设置。

本发明提供的晶圆6传输装置与现有技术相比，结构简单，减小清洗工位整体占位尺寸，打破单一清洗方式的限制；机构精简，提高稳定性、可靠性、安全性和生产效率；降低了电器和编程控制难度，提高工艺灵活性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种晶圆传输方法，其特征在于，包括

所述晶圆拾取装置数量为m个，所述清洗槽的数量为n个；

其中，m为大于1的自然数，n为大于2的自然数；

晶圆拾取和输送过程包括如下步骤：

第i+1个晶圆拾取装置拾取第j+1个所述清洗槽中的晶圆；

其中，1≤i≤m-1；1≤j≤n-1，m个所述晶圆拾取装置交替循环作业拾取，直至晶圆通过全部清洗工序；

所述晶圆拾取装置跳跃式作业，即每个所述晶圆拾取装置相邻两次拾取作业间隔m-1个清洗槽；

第i个晶圆拾取装置负责将第(i+xm)个所述清洗槽中的晶圆拾取、输送并放置到第(i+xm)+1个所述清洗槽中；

其中，i为自然数，且1≤i≤m；

2.根据权利要求1所述的晶圆传输方法，其特征在于，所述晶圆拾取装置的数量为2-5个。

3.一种用于权利要求1或2所述的晶圆传输方法的晶圆传输装置，其特征在于，其包括至少两个晶圆拾取装置、沿多个晶圆清洗槽设置的移动轨道、驱动装置以及控制器；

4.根据权利要求3所述的晶圆传输装置，其特征在于，每个所述晶圆拾取装置包括：基座和机械爪；

所述机械爪用于抓取和运输所述晶圆。

5.根据权利要求4所述的晶圆传输装置，其特征在于，所述机械爪上设置有用于监测夹持口张开、闭合、抓住晶圆和未抓住晶圆四种状态的传感器；所述传感器与所述控制器连接。

6.根据权利要求4所述的晶圆传输装置，其特征在于，所述机械爪通过升降机构可升降地设置在所述基座上；

各所述晶圆拾取装置的升降机构彼此独立运动，互不干涉。

7.根据权利要求6所述的晶圆传输装置，其特征在于，所述升降机构上设置有滑块，所述机械爪可任意角度旋转地设置在所述滑块上，进而实现晶圆在竖直和水平方向的转换。