CN110648952A - 晶圆传送密封保护装置 - Google Patents

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CN110648952A CN201911000992.7A CN201911000992A CN110648952A CN 110648952 A CN110648952 A CN 110648952A CN 201911000992 A CN201911000992 A CN 201911000992A CN 110648952 A CN110648952 A CN 110648952A
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耿晓杨
季建峰
戴金方
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Abstract

本发明涉及晶圆传送密封保护装置，包括用于实现自动密封取片的控制台及SMIF传送盒，所述控制台置于半导体设备中承载台的表面，所述SMIF传送盒设于控制台上；本发明结构简单，使用方便，成本低廉，本发明不需要外挂整套SMIF机构，仅仅利用载入口原有的传送机构即可实现晶圆自动传送，其具有安装方便、体积小巧、故障率低的优点，本发明的适配性好，符合标准机械界面规格，通过晶圆放置状态识别机构解决晶圆间距、高度、晶圆种类等因素带来的位置识别不准确问题，通过控制台底座的可移动性结构设计，辅助前移送片，解决SMIF传送盒与载入口距离变大的问题，有效实现了使用12英寸FOUP载入口的半导体设备支持对8英寸晶圆的自动化传输和操作。

Description

晶圆传送密封保护装置
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及用于半导体设备的晶圆传送密封保护装置。
背景技术
半导体设备是在半导体制程中用于晶圆精密加工和测量的仪器。，由于晶圆在使用晶圆卡匣(wafer cassette)传送过程中，易受到外界环境中悬浮颗粒、水汽等污染，导致晶圆良率下降、检测设备内部脏污等问题，越来越多的晶圆传送工作要求使用晶圆传送盒来对晶圆进行密封保护。
标准机械界面提供了一种自动化机械接口标准，符合SMIF规格的晶圆传送盒能够支持检测仪器自动连续移送晶圆，得以广泛应用。SMIF传送盒内部提供了一个超洁净的小环境，具有受控的气流、压力及粒子数量，将晶圆卡匣放置在SMIF传送盒中，能够有效避免晶圆及检测设备污染，同时也降低了对外部环境的要求。
SMIF技术主要用于8英寸及以下尺寸晶圆传送。对于12英寸或以上尺寸的晶圆，由于晶圆尺寸大、刚性不足的原因，具有更大的形变，并不适用SMIF 技术。目前12英寸或以上尺寸的晶圆普遍使用前开式晶圆传送盒(Front Opening Unified Pod,FOUP)，前开式晶圆传送盒移除了晶圆卡匣，通过内部结构将晶圆固定在特定位置，用前开门代替底部开口，从而支持取片手臂直接进入传送盒传送晶圆。
SMIF传送盒与FOUP传送盒使用不同的规格，与之匹配的自动化传送机构也不相同，12英寸晶圆的半导体设备仅能对前开式传送盒进行控制，也就只能测量12英寸晶圆的参数，无法测量8英寸及以下尺寸晶圆。传统解决方法为在 12英寸晶圆的半导体设备上外挂SMIF机构，实现SMIF传送盒的装载和自动传输，但增加整套SMIF机构存在成本高昂、安装不便、设备占地面积增加、故障率增大等缺点。
此外由于SMIF传送盒为下开式结构，使得外挂SMIF机构只能上下运动，由于FOUP传送盒为前开式，其可以向前移动进行打开和关闭，若在FOUP载入口直接应用SMIF传送盒，虽然可通过外挂SMIF机构打开和关闭，但晶圆与载入口之间的距离会比原有的FOUP方式更大，导致部分设备的取片机构长度不够，无法进行晶圆的取片和送片。
发明内容
本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种晶圆传送密封保护装置，其不仅可以解决晶圆间距、高度、种类带来的位置识别不准确的问题，同时还能解决SMIF传送盒与载入口距离大的问题，实现了使用12英寸FOUP 载入口的半导体设备支持8英寸晶圆的自动化传输及操作。
本发明所采用的技术方案如下：
晶圆传送密封保护装置包括用于实现自动密封取片的控制台及SMIF传送盒，所述控制台置于半导体设备中承载台的表面，所述SMIF传送盒设于控制台上；
所述SMIF传送盒包括互相配合的遮罩及内部中空的解锁底座，于所述解锁底座的一面设有用于将晶圆卡闸固定的凸起，在所述解锁底座的另一面开设一对通孔，在所述解锁底座的中空部分设置一对锁板，各所述锁板上开设解锁孔，在所述锁板上还设置一对用于抵住遮罩内侧的锁紧部，在所述解锁底座相对的内侧壁还分别开设供锁紧部伸入伸出的锁紧开口；
所述控制台包括控制台底座、移动托架、紧固块、滑动组件、固定架及用于配合解锁底座的适配底板，所述控制台内部开设用于放置控制器的中空结构，在所述控制台表面设置用于控制SMIF传送盒装载的第一按键及用于卸载的第二按键；固定架抵接于半导体设备的一侧，在所述固定架上开设用于传送晶圆的半导体设备窗口，升降机构固接于固定架上，所述升降机构包括升降滑动端及升降驱动端，在所述升降滑动端上固接紧固块，于所述升降滑动端内部一侧还设置用于判断运动高度的高度判断条，在所述升降驱动端上还分别设置反射式光电传感器及透光孔，在相邻紧固块之间固接移动托架，沿所述移动托架的内周设置台阶，位于台阶下方，在所述移动托架上设置对射传感器发射端及对射传感器接收端，所述移动托架与控制台底座的对接处还设置柔性密封结构；所述适配底板位于控制台底座中，所述适配底板通过连接柱与移动板连接，在所述适配底板的底部分别设置第一U型光电传感器、第二U型光电传感器，气缸安装在移动板底部，所述气缸的活塞杆与安装在承载台侧壁的固定端连接；于所述控制台底座上还设置Z型挡片，在所述适配底板上分别设有多个压力传感器、用于固定SMIF传送盒的定位柱及实现解锁底座与适配底板锁定和打开的解锁装置。
其进一步技术方案在于：
所述遮罩为矩形盒体结构，在所述遮罩互为相对的两个侧面上均设置便于托起和搬运的挡板；
所述移动托架为带开口的矩形框架结构，所述矩形框架结构的开口大于遮罩的外轮廓；
所述解锁装置为与适配底板相配合的活动板，所述活动板由控制器控制驱动，所述活动板的表面设有一对用于卡入解锁底座的固定柱；
所述定位柱为三个，所述压力传感器为四个，各定位柱和压力传感器分别均布于适配底板的表面；
所述高度判断条由多个呈相邻布置的黑条与白条组合形成；
所述对射传感器发射端位于移动托架的前端内侧壁，所述对射传感器接收端位于移动托架的后端内侧壁；
所述柔性密封结构为内部呈中空的罩体，所述罩体折叠形成多层结构，在每一层折叠处均粘接固定片；
所述固定片为U型固定片；
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单，使用方便，成本低廉，本发明不需要外挂整套SMIF机构，仅仅利用载入口原有的传送机构即可实现晶圆自动传送，其具有安装方便、体积小巧、故障率低的优点，本发明的适配性好，符合标准机械界面规格，通过晶圆放置状态识别机构解决晶圆间距、高度、晶圆种类等因素带来的位置识别不准确问题，通过控制台底座的可移动性结构设计，辅助前移送片，解决SMIF 传送盒与载入口距离变大的问题，有效实现了使用12英寸FOUP载入口的半导体设备支持对8英寸晶圆的自动化传输和操作。
附图说明
图1为本发明安装在半导体设备上的结构示意图。
图2为本发明的局部结构示意图。
图3为本发明中控制台与半导体设备的连接结构示意图。
图4为本发明中控制台的局部结构示意图。
图5为本发明中解锁底座的正面图。
图6为本发明中解锁底座的背面图。
图7为本发明中解锁底座中锁板伸出的示意图。
图8为本发明中升降机构的结构示意图。
图9为本发明中升降机构的动作回忆图。
图10为本发明的局部结构示意图。
图11为本发明中移动板动作的示意图。
图12为本发明中移动托架上安装对射传感器的示意图。
图13为本发明中固定片的结构示意图。
图14为本发明中固定片与柔性片连接的结构示意图。
其中：1、半导体设备；101、承载台；102、半导体设备窗口；2、SMIF传送盒；201、遮罩；202、解锁底座；203、挡板；204、凸起；205、定位孔；206、解锁孔；207、通孔；208、锁紧部；209、锁板；3、控制台；301、控制台底座； 302、移动托架；3021、对射传感器发射端；3022、台阶；3023、对射传感器接收端；303、紧固块；304、升降机构；3041、升降滑动端；3042、升降驱动端； 305、固定架；306、第一按键；307、第二按键；308、适配底板；309、解锁装置；310、固定柱；311、压力传感器；312、柔性密封结构；3121、固定片；3122、柔性片；313、定位柱；314、透光孔；315、高度判断条；316、反射式光电传感器；317、连接柱；318、移动板；319、第一U型光电传感器；320、Z形挡片；321、固定端；322、活塞杆；323、气缸；324、第二U型光电传感器。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，晶圆传送密封保护装置包括用于实现自动密封取片的控制台 3及SMIF传送盒2，控制台3置于半导体设备1中承载台101的表面，SMIF传送盒2设于控制台3上
如图2所示，SMIF传送盒2包括互相配合的遮罩201及内部中空的解锁底座202，如图5、图6及图7所示，于解锁底座202的一面设有用于将晶圆卡闸固定的凸起204，在解锁底座202的另一面开设一对通孔207，在解锁底座202 的中空部分设置一对锁板209(图6中锁板209位于解锁底座202的中空部分中，因此仅可以从通孔207中看出存在锁板209)，各锁板209上开设解锁孔 206，在锁板209上还设置一对用于抵住遮罩201内侧的锁紧部208，在解锁底座202相对的内侧壁还分别开设供锁紧部208伸入伸出的锁紧开口；
如图3、图4所示，控制台3包括控制台底座301、移动托架302、紧固块303、滑动组件、固定架305及用于配合解锁底座202的适配底板308，控制台3内部开设用于放置控制器的中空结构，在控制台3表面设置用于控制SMIF 传送盒2装载的第一按键306及用于卸载的第二按键307；固定架305抵接于半导体设备1的一侧，在固定架305上开设用于传送晶圆的半导体设备窗口 102，如图11所示，上述半导体设备窗口102与半导体设备1中的半导体设备窗口位置相对应，从而便于产品的进入。
如图3、图4所示，升降机构304固接于固定架305上，如图8、图9所示，升降机构304包括升降滑动端3041及升降驱动端3042，升降驱动端3042可采用气缸驱动的方式。
在升降滑动端3041上固接紧固块303，于升降滑动端3041内部一侧还设置用于判断运动高度的高度判断条315，在升降驱动端3042上还分别设置反射式光电传感器316及透光孔314，在相邻紧固块303之间固接移动托架302，沿移动托架302的内周设置台阶3022，位于台阶3022下方，在移动托架302上分别设置对射传感器发射端3021及对射传感器接收端3023，如图12所示，其中对射传感器发射端3021位于移动托架302的前端内侧壁，对射传感器接收端 3023位于移动托架302的后端内侧壁。
如图10、图11所示，移动托架302与控制台底座301的对接处还设置柔性密封结构312；
如图10所示，封结构为内部呈中空的罩体，所述罩体折叠形成多层结构，在每一层折叠处均粘接固定片。如图13、图14所示，固定片3121为U型固定片，固定片3121的设置可使柔性密封结构在压缩时防止其变形，如图14所示，在压缩时每层折叠处的罩体内侧面在压缩后始终贴合在固定片3121的上下表面，有效保证了柔性密封结构内部的空间。
适配底板308位于控制台底座301的开口中，适配底板308通过连接柱317 与移动板318连接，在适配底板308的底部分别设置第一U型光电传感器319、第二U型光电传感器324，气缸323安装在移动板318底部，气缸323的活塞杆322与安装在承载台101侧壁的固定端321连接；于控制台底座301上还设置Z形挡片320，在适配底板308上分别设有多个压力传感器311、用于固定 SMIF传送盒2的定位柱313及实现解锁底座202与适配底板308锁定和打开的解锁装置309。
遮罩201为矩形盒体结构，在遮罩201互为相对的两个侧面上均设置便于托起和搬运的挡板203。移动托架302为带开口的矩形框架结构，矩形框架结构的开口大于遮罩201的外轮廓。解锁装置309为与适配底板308相配合的活动板，活动板由控制器控制驱动，活动板的表面设有一对用于卡入解锁底座202 的固定柱310。定位柱313为三个，压力传感器311为四个，各定位柱313和压力传感器311分别均布于适配底板308的表面。上述高度判断条315由多个呈相邻布置的黑条与白条组合形成。
在上述控制台3的内部还分别设置两个电磁阀，其中一个电磁阀用于控制驱动解锁装置309转动的控制器(该控制器为旋转气缸)。另一个电磁阀用于控制升降机构304中升降驱动端3042。上述各电磁阀为中封式电磁阀，用于断电后升降动作或旋转动作的继续保持。
本发明的具体工作过程如下：
如图1至图12所示，将SMIF传送盒2置于控制台3的适配底板308中，通过压力传感器311自动检测SMIF传送盒2是否在位和放置位置是否准确，检测通过后手动模式时按下第一按键306(自动模式时自动执行后续操作)，控制台3自动执行SMIF传送盒2的装载操作。在SMIF传送盒2置于适配底板308 时，解锁底座202通过定位孔205与适配底板308的定位柱313配合，解锁装置309上的两个固定柱310自动卡入解锁底座202中锁板209的解锁孔206，当解锁装置309受控制器驱动转动时，使锁板209活动，从而实现锁紧部208 收回解锁底座202内部，从而实现解锁底座202与遮罩201的分离，反之，则由锁紧部208通过锁紧开口伸出抵住遮罩201的内侧，从而实现解锁底座202 与遮罩201的固定。
如图1至图4所示，升降机构304的滑动端带动紧固块303和移动托架302 同步向上运动，由于移动托架302与控制台底座301对接的各边连接柔性密封结构312，因此移动托架302的上升带动柔性密封结构312的伸展，从而保持晶圆所在空间内的密封性。当移动托架302通过内部台阶3022与遮罩201的底部接触后，开始带动遮罩201向上运动，由于遮罩201与解锁底座202分离，但解锁底座202仍然与适配底板308通过定位柱313连接，因此解锁底座202 上的晶圆卡闸不会发生移动。在升降机构304上升过程中，对射传感器发射端 3021测量晶圆卡闸内晶圆的放置信息，输出第一信号。反射式光电传感器316 测量升降机构304的上升高度，输出第二信号。通过第一信号、第二信号判断晶圆卡闸内晶圆的数量、位置分布、厚度等信息，进而准确判断出正常、重片、跨槽等放置状态，然后将晶圆放置状态信息发送给设备主机。当升降机构304 移动至顶部时，SMIF传送盒2打开完成，适配底板308可向前移动，气缸323 驱动活塞杆322动作，由于活塞杆322的一端连接固定端321，因此气缸323为活动端，其受活塞杆322动作带动移动板318作位移，从而实现适配底板308、解锁底座202和晶圆卡匣向前移动，缩短晶圆与半导体设备窗口102的距离，适配底板308移动至送片位置时，第二U型光电传感器324输出触发信号，完成装载操作，半导体设备1通过打开半导体设备窗口102对晶圆进行传送。
当设备中晶圆作业完成后，手动模式时按下控制台底座301上的第二按键 307(自动模式时自动执行后续动作)，适配底板308向后移动，带动解锁底座 202和晶圆卡匣向后移动，适配底板308后移至HOME位置时，第一U型光电传感器319输出HOME信号，适配底板308停止运动，通过升降机构304的滑动端带动紧固块303、移动托架302下行，使柔性密封结构312收缩，遮罩201在重力作用下跟随移动托架302下降，直至遮罩201下降至解锁底座202处，控制器控制解锁装置309锁定，使解锁底座202与遮罩201连接为一体，完成卸载操作。
本发明结构简单，使用方便，成本低廉，本发明不需要外挂整套SMIF机构，仅仅利用载入口原有的传送机构即可实现晶圆自动传送，其具有安装方便、体积小巧、故障率低的优点，本发明的适配性好，符合标准机械界面规格，通过晶圆放置状态识别机构解决晶圆间距、高度、晶圆种类等因素带来的位置识别不准确问题，通过控制台底座的可移动性结构设计，辅助前移送片，解决SMIF 传送盒与载入口距离变大的问题，有效实现了使用12英寸FOUP载入口的半导体设备支持对8英寸晶圆的自动化传输和操作。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.晶圆传送密封保护装置，其特征在于：包括用于实现自动密封取片的控制台(3)及SMIF传送盒(2)，所述控制台(3)置于半导体设备(1)中承载台(101)的表面，所述SMIF传送盒(2)设于控制台(3)上
所述SMIF传送盒(2)包括互相配合的遮罩(201)及内部中空的解锁底座(202)，于所述解锁底座(202)的一面设有用于将晶圆卡闸固定的凸起(204)，在所述解锁底座(202)的另一面开设一对通孔(207)，在所述解锁底座(202)的中空部分设置一对锁板(209)，各所述锁板上开设解锁孔(206)，在所述锁板(209)上还设置一对用于抵住遮罩(201)内侧的锁紧部(208)，在所述解锁底座(202)相对的内侧壁还分别开设供锁紧部(208)伸入伸出的锁紧开口；
所述控制台(3)包括控制台底座(301)、移动托架(302)、紧固块(303)、滑动组件、固定架(305)及用于配合解锁底座(202)的适配底板(308)，所述控制台(3)内部开设用于放置控制器的中空结构，在所述控制台(3)表面设置用于控制SMIF传送盒(2)装载的第一按键(306)及用于卸载的第二按键(307)；固定架(305)抵接于半导体设备(1)的一侧，在所述固定架(305)上开设用于传送晶圆的半导体设备窗口，升降机构(304)固接于固定架(305)上，所述升降机构(304)包括升降滑动端(3041)及升降驱动端(3042)，在所述升降滑动端(3041)上固接紧固块(303)，于所述升降滑动端(3041)内部一侧还设置用于判断运动高度的高度判断条(315)，在所述升降驱动端(3042)上还分别设置反射式光电传感器(316)及透光孔(314)，在相邻紧固块(303)之间固接移动托架(302)，沿所述移动托架(302)的内周设置台阶(3022)，位于台阶(3022)下方，在所述移动托架(302)上设置对射传感器发射端(3021)及对射传感器接收端(3023)，所述移动托架(302)与控制台底座(301)的对接处还设置柔性密封结构(312)；所述适配底板(308)位于控制台底座(301)中，所述适配底板(308)通过连接柱(317)与移动板(318)连接，在所述适配底板(308)的底部分别设置第一U型光电传感器(319)、第二U型光电传感器(324)，气缸(323)安装在移动板(318)底部，所述气缸(323)的活塞杆(322)与安装在承载台(101)侧壁的固定端(321)连接；于所述控制台底座(301)上还设置Z型挡片(320)，在所述适配底板(308)上分别设有多个压力传感器(311)、用于固定SMIF传送盒(2)的定位柱(313)及实现解锁底座(202)与适配底板(308)锁定和打开的解锁装置(309)。
2.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述遮罩(201)为矩形盒体结构，在所述遮罩(201)互为相对的两个侧面上均设置便于托起和搬运的挡板(203)。
3.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述移动托架(302)为带开口的矩形框架结构，所述矩形框架结构的开口大于遮罩(201)的外轮廓。
4.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述解锁装置(309)为与适配底板(308)相配合的活动板，所述活动板由控制器控制驱动，所述活动板的表面设有一对用于卡入解锁底座(202)的固定柱(310)。
5.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述定位柱(313)为三个，所述压力传感器(311)为四个，各定位柱(313)和压力传感器(311)分别均布于适配底板(308)的表面。
6.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述高度判断条(315)由多个呈相邻布置的黑条与白条组合形成。
7.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述对射传感器发射端(3021)位于移动托架(302)的前端内侧壁，所述对射传感器接收端(3023)位于移动托架(302)的后端内侧壁。
8.如权利要求1所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述柔性密封结构为内部呈中空的罩体，所述罩体折叠形成多层结构，在每一层折叠处均粘接固定片(312)。
9.如权利要求8所述的晶圆传送密封保护装置，其特征在于：所述固定片(3121)为U型固定片。
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