CN112542412A - 一种机械手臂及晶圆抓取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机械手臂及晶圆抓取装置，包括：机械手臂本体，机械手臂本体包括主体部和两个叉臂部，主体部上具有第一固定部。每个叉臂部末端具有第二支撑部和第二固定部，第二固定部与第二支撑部具有高度差，以使第二固定部和第一固定部固定晶圆；第二支撑部的上表面朝一侧面向第二固定部的高度延伸方向倾斜，以使晶圆沿着朝一侧面倾斜的上表面逐渐移动至第二支撑部的顶部，避免晶圆的移动路线发生偏移。而且由于第二固定部与第二支撑部具有一定的高度差，使得第二固定部能够有效阻挡晶圆，并与第一固定部固定晶圆，避免晶圆在移动过程中移出叉臂部，提高晶圆的抓取成功率。

Description

一种机械手臂及晶圆抓取装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种机械手臂及晶圆抓取装置。
背景技术
在半导体集成电路的制造工艺中，经常需要通过机械手臂进行晶圆的搬运，在晶圆加工系统中包含两类晶圆搬运机械手：大气机械手(FI robot)和真空机械手(Vacuumrobot)。前者将晶圆从晶圆盒中取出并放到预对准设备上。后者将晶圆从预对准设备上取下，搬运到各个工位进行刻蚀等工艺流程加工，并将加工完的晶圆搬运到接口位置，等待大气机械手放回晶圆盒。
机械手臂在搬运晶圆时都要进行抓取操作，在抓取晶圆的过程中晶圆与机械手臂之间的偏移会导致抓取失败，降低生产效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机械手臂及晶圆抓取装置，避免晶圆与机械手臂之间发生偏移，提高抓取成功率。
为实现上述目的，本发明有如下技术方案：
一种机械手臂，包括：
机械手臂本体，所述机械手臂本体包括主体部和分别与所述主体部连接的两个叉臂部；所述主体部上具有第一固定部；
每个所述叉臂部末端具有第二固定部和第二支撑部，所述第二固定部相对于所述第二支撑部具有高度差，以使所述第二固定部和所述第一固定部固定晶圆，所述第二支撑部用于支撑所述晶圆；
所述第二支撑部的上表面朝一侧面向所述第二固定部的高度延伸方向倾斜，所述侧面为所述第二支撑部靠近所述第二固定部的表面。
可选的，所述高度差范围为1mm～1.8mm。
可选的，所述上表面的坡度范围为3°～15°。
可选的，所述第二支撑部和所述第二固定部接触，且所述侧面为所述第二支撑部和所述第二固定部的接触面。
可选的，所述第二支撑部、所述第二固定部和所述叉臂部为一体结构。
可选的，所述第一固定部用于推动所述晶圆向所述第二固定部移动。
可选的，所述第二支撑部为棱锥结构或斜棱柱结构，所述棱锥结构或所述斜棱柱结构的至少一个侧面作为所述第二支撑部的上表面。
可选的，所述棱锥结构或所述斜棱柱结构的两个侧面作为所述第二支撑部的上表面。
一种晶圆抓取装置，包括：
如上述所述的机械手臂；
与所述机械手臂连接的激光遮断器，所述激光遮断器上设置有凹槽；
晶圆传感器，所述晶圆传感器上设置有凹槽；当所述激光遮断器上的凹槽与所述晶圆传感器上的凹槽对准时，所述晶圆被第一固定部和第二固定部固定。
可选的，所述激光遮断器与所述第一固定部连接，所述第一固定部在推动所述晶圆移动时带动所述激光遮断器移动。
本发明实施例提供的一种机械手臂，包括：机械手臂本体，机械手臂本体包括主体部和分别与主体部连接的两个叉臂部，主体部上具有第一固定部。每个叉臂部末端具有第二支撑部和第二固定部，第二固定部相对于第二支撑部具有高度差，以使第二固定部和第一固定部固定晶圆，第二支撑部用于支撑晶圆；第二支撑部的上表面朝一侧面向第二固定部的高度延伸方向倾斜，侧面为第二支撑部靠近第二固定部的表面。这样，由于第二支撑部的上表面朝一侧面倾斜，使得晶圆沿着朝一侧面倾斜的上表面逐渐移动至第二支撑部的顶部，避免晶圆的移动路线发生偏移。而且由于第二固定部相对于第二支撑部具有高度差，使得第二固定部能够有效阻挡晶圆，并与第一固定部固定晶圆，避免晶圆在移动过程中移出叉臂部，提高晶圆与机械手臂的对准精度，进而提高晶圆的抓取成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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它的附图。
图1示出了根据本发明实施例一种晶圆传感器与激光遮断器的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例一种机械手臂的俯视结构示意图；
图3和图4示出了根据本发明实施例一种叉臂部的立体结构示意图；
图5示出了根据本发明实施例另一种机械手臂的俯视结构示意图；
图6示出了根据本发明实施例另一种叉臂部的立体结构示意图；
图7示出了根据本发明实施例一种晶圆抓取装置的俯视结构示意图；
图8示出了根据本发明实施例一种晶圆抓取装置的侧面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术的描述，机械手臂在搬运晶圆时都要进行抓取操作，晶圆在抓取过程中晶圆与机械手臂的偏移会导致抓取失败，降低生产效率。
机械手臂是否成功抓取晶圆可以通过晶圆传感器102与激光遮断器104判断，参考图1所示，通常晶圆传感器102和激光遮断器104上均设置有凹槽，当晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽对准时，表明机械手臂成功抓取晶圆，当晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽未对准时，表明机械手臂抓取晶圆失败。
目前，机械手臂抓取晶圆的失败率较高，申请人经过研究发现，通过扩大激光遮断器上的凹槽的尺寸，参考图1所示，能够提高机械手臂抓取晶圆的成功率。图1(a)表示晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽未对准，图1(c)表示将激光遮断器104上的凹槽的尺寸扩大之后，晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽对准。图1(b)表示晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽对准，图1(d)表示将激光遮断器104上的凹槽的尺寸扩大之后，晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽依旧对准。可以理解的是，当晶圆传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽未对准时，通过扩大激光遮断器104上的凹槽的尺寸，可以提高机械手臂与晶圆的对准率即提高机械手臂抓取晶圆的成功率，当激光传感器102上的凹槽与激光遮断器104上的凹槽对准后，扩大激光遮断器104上的凹槽的尺寸，不会影响机械手臂抓取晶圆。
但是申请人发现，此时机械手臂抓取晶圆的成功率依旧较低，因此，申请人进一步扩大激光遮断器104上的凹槽的尺寸，参考图1(e)和(f)所示，此时激光遮断器104上的凹槽的尺寸过大，反而影响机械手臂抓取晶圆的效率。由于激光遮断器104上的凹槽的尺寸过大会影响对准的精度，即使晶圆与机械手臂存在一定的偏移，晶圆传感器102传输的光线依旧能够通过激光遮断器104中的凹槽进行传输。也就是说，即使晶圆与机械手臂并未对准，机械手臂依旧抓取晶圆，导致后续搬运过程中晶圆掉落或者晶圆破片等。
因此，通过扩大激光遮断器104上的凹槽的尺寸依然无法实现晶圆的有效抓取，申请人经过进一步研究发现，机械手臂在抓取晶圆的过程中，抓取失败的主要原因是机械手臂无法实现对晶圆的有效阻挡，导致晶圆在机械手臂上移动的过程中飞出机械手臂，使得晶圆与机械手臂无法对准，进而导致抓取失败。
为此，本申请实施例提供一种机械手臂，包括：机械手臂本体，机械手臂本体包括主体部和分别与主体部连接的两个叉臂部，主体部上具有第一固定部。每个叉臂末端具有第二支撑部和第二固定部，第二固定部相对于第二支撑部具有高度差，以使第二固定部和第一固定部固定晶圆，第二支撑部用于支撑晶圆；第二支撑部的上表面朝一侧面向上倾斜，侧面为第二支撑部靠近第二固定部的表面。这样，由于第二支撑部的上表面朝一侧面倾斜，使得晶圆沿着朝一侧面倾斜的上表面逐渐移动至第二支撑部的顶部，避免晶圆的移动路线发生偏移。而且由于第二固定部相对于第二支撑部具有高度差，使得第二固定部能够有效阻挡晶圆并与第一固定部固定晶圆，避免晶圆在移动过程中移出叉臂部，提高晶圆与机械手臂的对准精度，进而提高晶圆的抓取效率。
为了便于理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的说明。
本申请实施例中，机械手臂用于抓取晶圆，机械手臂在成功抓取晶圆后，通过与机械手臂连接的传动装置带动机械手臂移动，从而实现晶圆的搬运。
参考图2所示，机械手臂20包括机械手臂本体200，机械手臂本体200用于承载晶圆。机械手臂本体200包括主体部202和分别与主体部202连接的两个叉臂部204。主体部202上具有第一固定部，当晶圆放置于主体部202和两个叉臂部204之间时，第一固定部能够推动晶圆从主体部202向两个叉臂部202移动，同时第一固定部在推动晶圆移动的过程中，第一固定部能够用于阻挡晶圆，避免晶圆移出第一固定部。
每个叉臂部204末端具有第二支撑部212和第二固定部214，参考图3和图4所示，图3和图4分别为叉臂部204不同角度的立体结构示意图。第二支撑部212用于支撑晶圆，第二固定部214和第一固定部用于固定晶圆，因此第二支撑部212与第一固定部的水平距离小于第二固定部213与第一固定部的水平距离。第二固定部214的高度相对于第二支撑部212具有一定的高度差，从而使得第一固定部推动晶圆移动至第二固定部214的过程中，避免晶圆移出第二固定部214。本实施例中，第二固定部214相对于第二支撑部212的高度差范围可以为1mm～1.8mm，以使得第二固定部214有效阻挡晶圆。具体的，叉臂部204的高度可以为4.2mm，第二固定部214的高度可以为1.1mm，第二支撑部的高度为1.7mm。
本实施例中，第二支撑部212、第二固定部214和叉臂部204可以为一体结构，可以在制造机械手臂的过程中，同时形成第二支撑部212和第二固定部214。
通常晶圆先固定于第一固定部，而后第一固定部推动晶圆向第二固定部214移动，当第一固定部和第二固定部214之间的距离与晶圆的直径相同时，第一固定部停止推动晶圆，此时第一固定部和第二固定部214卡扣住晶圆，随后可以进行晶圆的搬运操作。
参考图5和图6所示，图5为另一种机械手臂，图6为该机械手臂20’中的叉臂部204’的结构示意图，图6中第二支撑部212’为平面结构，申请人在研究中发现，第二支撑部212’为平面结构时，机械手臂20’在抓取晶圆或者搬运晶圆的过程中，晶圆与第二支撑部212’的接触面积较大，会在晶圆表面产生微颗粒等，影响晶圆的性能。
因此，本申请实施例中，第二支撑部212的上表面朝一侧面向第二固定部214的高度延伸方向倾斜，侧面为第二支撑部212靠近第二固定部214的表面，由于第二固定部214位于叉臂部204上，第二固定部214的高度延伸方向即为第二固定部214远离叉臂部204的方向，参考图3所示。这样，第二支撑部212和晶圆的接触面积较小，减小晶圆与第二支撑部212的摩擦，进而避免在晶圆表面产生微颗粒等。而且由于第二支撑部212具有朝一侧面向第二固定部214的高度延伸方向倾斜的上表面，使得第一固定部推动晶圆移动至第二固定部214的过程中，能够沿倾斜的上表面移动，避免晶圆的移动路线发生偏移。
在具体的应用中，可以通过改变朝一侧面向第二固定部214的高度延伸方向倾斜的上表面的坡度，调节第二固定部214相对于第二支撑部212的高度差，这样，能够在不增大叉臂部204以及第二固定部214的尺寸的情况下，提高晶圆与机械手臂的对准精度，提高机械手臂抓取晶圆的成功率。该上表面的坡度范围可以为3°～15°，在上表面的坡度范围较小时，晶圆沿着第二支撑部212的上表面缓慢移动至第二支撑部212顶部，进一步降低晶圆移动路线发生偏差的几率。而上表面的坡度范围较大时，会导致晶圆难以移动至第二支撑部212上，此时第二支撑部212无法起到支撑晶圆的作用，晶圆停留在叉臂部204上，由于晶圆和叉臂部204的接触面积较大，会对晶圆造成一定的损失。
本实施例中，第二支撑部212和第二固定部214接触，第二支撑部212的上表面朝第二支撑部212和第二固定部214的接触面向第二固定部214的高度延伸方向倾斜。当然，第二支撑部212和第二固定部214之间可以具有一定的间隔，在此不做限定。第二支撑部212可以为棱锥结构或斜棱柱结构，棱锥结构或斜棱柱结构的至少一个侧面作为第二支撑部212的上表面。具体的，棱柱结构或斜棱柱结构的两个侧面作为第二支撑部212的上表面，则此时晶圆可以沿两个侧面相交处移动至第二支撑部212顶部，进一步减小晶圆移动过程中与第二支撑部212的接触面积。在具体的实施例中，第二支撑部212和第二固定部214接触，接触面与叉臂部成90°夹角，此时第二支撑部212为棱锥结构，且棱锥结构的一个侧面与底面成90°夹角，且该侧面为第二支撑部212和第二固定部214的接触面。
以上对本申请实施例提供的一种机械手臂进行了详细的描述，本申请实施例还提供一种晶圆抓取装置，参考图7和图8所示，图7为晶圆抓取装置的俯视结构示意图，图8为晶圆抓取装置的侧面结构示意图，包括：
上述所述的机械手臂20；
与所述机械手臂20连接的激光遮断器104，所述激光遮断器104上设置有凹槽；
晶圆传感器102，所述晶圆传感器102上设置有凹槽；当所述激光遮断器104上的凹槽与所述晶圆传感器102上的凹槽对准时，所述晶圆300被第一固定部218和第二固定部214固定。
本实施例中，激光遮断器104与机械手臂20上的第一固定部214连接，第一固定部218在推动晶圆300向第二固定部214移动时，能够带动激光遮断器104移动，当激光遮断器104的凹槽与晶圆传感器102上的凹槽对准时，表明晶圆300抓取成功，即晶圆300倍第一固定部218和第二固定部214固定部。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种机械手臂，其特征在于，包括：
机械手臂本体，所述机械手臂本体包括主体部和分别与所述主体部连接的两个叉臂部；所述主体部上具有第一固定部；
每个所述叉臂部末端具有第二固定部和第二支撑部，所述第二固定部相对于所述第二支撑部的具有高度差，以使所述第二固定部和所述第一固定部固定晶圆，所述第二支撑部用于支撑所述晶圆；
所述第二支撑部的上表面朝一侧面向所述第二固定部的高度延伸方向倾斜，所述侧面为所述第二支撑部靠近所述第二固定部的表面。
2.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述高度差范围为1mm～1.8mm。
3.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述上表面的坡度范围为3°～15°。
4.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述第二支撑部和所述第二固定部接触，且所述侧面为所述第二支撑部和所述第二固定部的接触面。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的机械手臂，其特征在于，所述第二支撑部、所述第二固定部和所述叉臂部为一体结构。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的机械手臂，其特征在于，所述第一固定部用于推动所述晶圆向所述第二固定部移动。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的机械手臂，其特征在于，所述第二支撑部为棱锥结构或斜棱柱结构，所述棱锥结构或所述斜棱柱结构的至少一个侧面作为所述第二支撑部的上表面。
8.根据权利要求7所述的机械手臂，其特征在于，所述棱锥结构或所述斜棱柱结构的两个侧面作为所述第二支撑部的上表面。
9.一种晶圆抓取装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-8任意一项所述的机械手臂；
与所述机械手臂连接的激光遮断器，所述激光遮断器上设置有凹槽；
晶圆传感器，所述晶圆传感器上设置有凹槽；当所述激光遮断器上的凹槽与所述晶圆传感器上的凹槽对准时，所述晶圆被第一固定部和第二固定部固定。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述激光遮断器与所述第一固定部连接，所述第一固定部在推动所述晶圆移动时带动所述激光遮断器移动。
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