CN113650045A - 用于拾取晶圆的机械手 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于拾取晶圆的机械手。该机械手包括：机械手臂；以及至少一个吸盘装置，所述至少一个吸盘装置设置在所述机械手臂上，每个所述吸盘装置包括：第一吸盘；以及弹性支撑体，所述弹性支撑体的至少部分位于所述第一吸盘和所述机械手臂之间，所述弹性支撑体包括第一端和第二端，相比于所述弹性支撑体的第二端，所述弹性支撑体的第一端更靠近所述机械手臂，所述弹性支撑体的第二端与所述第一吸盘连接，所述弹性支撑体被配置为支撑所述第一吸盘。

Description

用于拾取晶圆的机械手

技术领域

本申请涉及半导体加工领域，更具体的，涉及一种用于拾取晶圆的机械手。

背景技术

在半导体加工领域，经常需要在不同的工位间转移晶圆。例如物料架、加工设备或检测设备之间等。

现有的真空吸附式机械手，通常设计有三个真空吸盘。平整的晶圆贴附在真空吸盘处后，被真空吸盘吸住进而随真空吸附式机械手移动。人们期望晶圆在移动的过程中安全、稳定。

发明内容

本申请的实施例提供了一种用于拾取晶圆的机械手，该机械手包括：机械手臂；以及至少一个吸盘装置，所述至少一个吸盘装置设置在所述机械手臂上，每个所述吸盘装置包括：第一吸盘；以及弹性支撑体，所述弹性支撑体的至少部分位于所述第一吸盘和所述机械手臂之间，所述弹性支撑体包括第一端和第二端，相比于所述弹性支撑体的第二端，所述弹性支撑体的第一端更靠近所述机械手臂，所述弹性支撑体的第二端与所述第一吸盘连接，所述弹性支撑体被配置为支撑所述第一吸盘。

在一个实施方式中，所述第一吸盘包括背离所述机械手臂的吸附面和连通至所述吸附面外侧的第一开口；以及其中，所述吸盘装置还包括柔性套，所述柔性套的至少部分位于所述第一吸盘的本体和所述机械手臂的本体之间，且所述柔性套与所述第一吸盘密封连接，所述柔性套与所述第一吸盘共同用于围成中空腔体且所述第一开口与所述中空腔体连通。

在一个实施方式中，所述弹性支撑体位于所述中空腔体中。

在一个实施方式中，所述弹性支撑体包括弹簧，所述弹簧位于所述第一吸盘的本体和所述机械手臂的本体之间。

在一个实施方式中，所述第一吸盘的吸附面的硬度大于所述柔性套的硬度。

在一个实施方式中，所述机械手臂包括真空管路；以及其中，所述第一开口经由所述中空腔体与所述真空管路连通。

在一个实施方式中，所述机械手臂包括至少一个凹槽和至少一个吸附口；所述凹槽凹设于所述机械手臂的正面，用于收容所述吸盘装置的一部分且至少所述吸附面凸出于所述凹槽；所述至少一个吸附口分别位于所述至少一个凹槽的内表面并与所述真空管路连通。

在一个实施方式中，所述弹性支撑体不完全覆盖所述第一开口以及所述吸附口，以使所述吸附口通过所述第一开口而与所述真空管路连通。

在一个实施方式中，所述柔性套与所述凹槽的底部密封连接，所述柔性套、所述第一吸盘以及所述凹槽的底部围成所述中空腔体。

在一个实施方式中，每个所述吸盘装置还包括第二吸盘，所述第二吸盘的至少部分位于所述凹槽中，所述柔性套与所述第二吸盘密封连接，所述柔性套、所述第一吸盘以及所述第二吸盘围成所述中空腔体。

在一个实施方式中，所述第二吸盘具有第二开口，且所述第二开口与所述吸附口连通。

在一个实施方式中，所述机械手臂包括至少一个与所述真空管路连通的开孔；每个所述吸盘装置还包括第二吸盘，所述柔性套与所述第二吸盘密封连接，所述柔性套、所述第一吸盘以及所述第二吸盘围成中空腔体，以及其中，所述第二吸盘的至少部分固定设置或者可拆卸设置在所述开孔。

在一个实施方式中，所述吸盘装置还包括：压力传感器，压力传感器设置于所述弹性支撑体与所述机械手臂之间，用于测量所述弹性支撑体传递的压力。

在一个实施方式中，所述机械手包括至少三个所述吸盘装置。

在一个实施方式中，所述吸盘装置还包括：压力传感器，设置于所述弹性支撑体与所述机械手臂之间，用于测量所述弹性支撑体传递的压力；机械手还包括：处理器，与所述压力传感器信号连接，被配置为：响应于所述至少三个吸盘装置的压力传感器发出的压力信号中任意两个压力信号之间的差值超过第一阈值，发出报警信号。

在一个实施方式中，所述吸盘装置还包括：压力传感器，设置于所述弹性支撑体与所述机械手臂之间，用于测量所述弹性支撑体传递的压力；机械手还包括：真空传感器，用于测量所述真空管路的真空度；以及处理器，分别与所述压力传感器所述真空传感器信号连接，被配置为：响应于所述真空度低于第二阈值且接收到所述至少三个压力传感器发出的超过第三阈值的压力信号，发出报警信号。

在一个实施方式中，所述柔性套具有中部向内侧收缩的形态。

在一个实施方式中，所述柔性套的材料包括橡胶或硅胶。

在一个实施方式中，吸盘突出于第二面的高度在3mm以内。

本申请的实施例提供的用于拾取晶圆的机械手，设置了多个吸盘装置。吸盘装置的第一吸盘通过弹簧和柔性套而与机械手臂连接。在弹簧的作用下，第一吸盘可在垂直于机械手臂的第一面的方向上运动，并可相对该第一面具有倾角。每个吸盘都可以以较好的姿态贴合晶圆，保证即使是翘曲的晶圆也可被真空吸附。而且吸盘在吸附晶圆之后，依旧能持续地保证良好的吸力。

另外，晶圆能够被比较稳定地吸附于机械手。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请对比例的机械手在一种工作状态下的示意图；

图2是本申请对比例的机械手在又一种工作状态下的示意图；

图3是本申请对比例的机械手在另一种工作状态下的示意图；

图4是根据本申请实施方式的机械手的示意性结构图；

图5是根据本申请实施方式的吸盘装置在一种工作状态下的示意图；

图6是根据本申请实施方式的吸盘装置在另一种工作状态下的示意图；

图7是图6中A处的放大图；

图8是根据本申请实施方式的吸盘装置在另一种工作状态下的示意图；

图9是根据本申请实施方式的机械手的剖视图；以及

图10是根据本申请实施方式的另一种机械手的示意性结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一吸盘装置也可被称作第二吸盘装置。反之亦然。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，机械手臂的厚度和真空管路的高度并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。

图1至图3示出了对比例提供的机械手1用于拾取晶圆时的工作状态。如图1所示，机械手1用于拾取晶圆2。当晶圆2平整度很好时，其与机械手1的各个吸盘装置4都可较好地贴合。吸盘装置4可以较牢固地吸附住晶圆2，继而机械手臂3带动晶圆2移动。

加工晶圆过程中会使得晶圆具有复杂的应力。这些应力经常会造成晶圆形变。当真空吸附式机械手拾取这样具有形变的晶圆时，三个真空吸盘不能同时与晶圆很好地接触，继而导致真空泄漏。面对形变较大的晶圆，现有的真空吸附式机械手可能会取片失败。

参考图2，机械手1用于拾取一种晶圆2。在一些情况下，晶圆2的应力会造成晶圆2四周向上翘曲，进而吸盘装置4只有顶点或一侧边能接触到晶圆2的底面，而该吸盘装置4的另一边接触不到晶圆2。吸盘装置4和晶圆2之间的缝隙可造成真空泄漏，或者说吸盘装置4的真空度达不到要求，继而对晶圆2的吸附力下降。当晶圆2的翘曲量较大时，可能发生拾取失败的现象，甚至造成生产设备的宕机。

参考图3，机械手1用于拾取另一种晶圆2。在一些情况下，晶圆2的应力或造成晶圆2的四周向下翘曲。晶圆2的底面也可能只接触到吸盘装置4的一侧边，而晶圆2的底面与吸盘装置4的另一侧之间具有缝隙。进而机械手用于拾取这种晶圆2时也可能发生拾取失败的现象。

另外，在使用机械手1时，机械手1可处于拾取有晶圆2的状态和未拾取晶圆2的状态。该对比例中可包括在真空管路301中设置的真空传感器(未示出)。当机械手1拾取有晶圆2时，真空管路301中真空度较高(气压降低)；当机械手1没有拾取晶圆2时，真空管路301中真空度较低(气压较高，例如接近外部环境的气压)。然而当机械手1上放置有晶圆2但吸附不牢时，真空传感器所探测的气压也可较高，此时若判断机械手上没有晶圆2，则可能造成掉落晶圆2的现象。因此对比例存在不能完善有效地进行风险预警的问题。

在另外一些使用状态下，例如拾取晶圆2时，机械手1的吸盘装置4与晶圆2之间存在位置偏差，造成晶圆2的重心偏离机械手1的吸盘装置4，从而可能造成晶圆2倾覆。晶圆2在机械手臂3和部分吸盘装置4的支撑下托举于机械手1上。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图4是根据本申请实施方式的机械手的示意性结构图。参考图1，本申请实施例提供的机械手1包括：机械手臂3和吸盘装置。示例性地，可以设置至少三个吸盘装置4A～4C。机械手1用于拾取晶圆2。吸盘装置4A～4C可设置于机械手臂3的同一面并至少构成一个三角形。图4中各吸盘装置4A～4C之间的距离可根据实际使用需求而设计，使各吸盘装置4A～4C落在晶圆2的投影范围之内以吸附晶圆2。

参考图5，其中示出根据本申请一个实施方式的吸盘装置的结构图。本申请提供的吸盘装置4设置于机械手臂3的上部。应当知晓，图5中的竖直方向并不一定是机械手1实际使用时的竖直方向。本申请提供的机械手1在使用时可以以图2所示的姿态，也可以是倾斜的。

示例性地，图5中机械手臂3的上表面即正面302，机械手臂3可包括自正面302向下凹陷的凹槽303。吸盘装置4安装于凹槽303中，并且凸出于机械手臂3的正面302。将吸盘装置4设置于凹槽303中可降低吸盘装置4的吸附面距机械手臂3的底面的距离。示例性地，吸盘装置4可包括第一吸盘5和弹性支撑体7。示例性地，弹性支撑体7可以包括弹簧。示例性地，吸盘装置4还可包括柔性套6。

弹性支撑体7设置于第一吸盘5和机械手臂3之间，继而弹性支撑体7的适于弹性收缩的两端用于将第一吸盘5推离机械手臂3。

在另一些实施方式中，弹性支撑体7还可以包括例如弹簧片和支撑杆。弹簧片的外周与机械手臂3固定连接，支撑杆设置在弹簧片的中部和第一吸盘5之间。总而言之，弹性支撑体7的至少一部分位于第一吸盘5和机械手臂3之间，且弹性支撑体7被配置为支撑第一吸盘5。

弹性支撑体7可设置于柔性套6的内孔601中，或者说柔性套6可套设于弹性支撑体7。第一吸盘5可设置于柔性套6的端部，也可被柔性套6套设。第一吸盘5与柔性套6可共同用于围成中空腔体。

示例性地，柔性套6可沿垂直于正面302的方向延展，并且在该方向上的两端至少可沿该方向伸缩。具体地，柔性套6的下端与机械手臂3固定连接，进而其上端至少可相对机械手臂3的第一面302在图示的竖直方向伸缩。其中，柔性套6的下端即本文所述的柔性套6的第一端，其上端即本文所述的柔性套6的第二端。

第一吸盘5可设置在柔性套6的上端，并与柔性套6固定连接。第一吸盘5的硬度大于柔性套6的硬度。具体地，第一吸盘5的吸附面的硬度大于柔性套6的硬度。其中，第一吸盘5的顶面即本文所述的远离机械手臂3的吸附面。第一吸盘5的材料可包括塑料。硬质的第一吸盘5在用于真空吸取晶圆2后，不会在晶圆2的表面留下油印，也不会沾污晶圆2。而若使用软质的材料，第一吸盘在吸取晶圆时会大面积的变形贴附于晶圆表面。长久的反复变形和摩擦会使得软质材料的第一吸盘脱落出材料微粒。此外，软质材料中通常会添加有油脂类物质作为软化剂，软质材料在环境影响或长时间使用后会析出油脂。因此采用硬质材料可以降低机械手对晶圆的影响。

在一些实施方式中，吸盘装置4在未使用时，弹性支撑体7推动第一吸盘5时可将柔性套6拉伸。在另一些实施方式中，吸盘装置4在未使用且如图2所示的第一吸盘5朝向上方放置时，弹性支撑体7和柔性套6都处于压缩状态。示例性地，弹性支撑体7的上端可与第一吸盘5固定连接。此外，硬度较高的第一吸盘5不会在受到弹性支撑体7的推力时变形。第一吸盘5和弹性支撑体7配合还有助于保持柔性套6的形态，避免柔性套6塌缩至无法复原。

第一吸盘5的吸附面凸出于机械手臂3的正面302。进一步地，随着弹性支撑体7的伸缩、变形，第一吸盘5相对正面302浮动。同时柔性套6也可随第一吸盘5相对机械手臂3的相对位置变动而变化。在一些实施方式中，当弹性支撑体7或柔性套6处于压缩极限位置时，第一吸盘5的吸附面依旧凸出于正面302。

第一吸盘5包括第一开口501。机械手臂3包括真空管路301和吸附口304。，真空管路301与吸附口304连通。示例性地，吸附口304可位于凹槽303的内表面，例如位于凹槽303的槽底。第一开口501用于将第一吸盘5的吸附面的外侧与真空管路301连通。真空管路301可以是相对机械手臂3独立的管路，也可以是设置于机械手臂3的腔体。示例性地，第一开口501通过柔性套6的内孔601连通至真空管路301。真空管路301与抽真空装置(未示出)连通。抽真空装置可将真空管路301、第一开口501中的至少部分空气抽离。

示例性地，全部的第一开口501可同时连通与一个真空管路301。也可设置多个真空管路301，其中的每个真空管路301分别连通于一个第一开口501。

示例性地，弹性支撑体的正投影不完全覆盖第一开口501的正投影，也不完全覆盖吸附口304的正投影，以保证第一开口501和吸附口304的连通。示例性地，柔性套6、第一吸盘5和凹槽303的底部围成中空腔体，中空腔体中的气体适于被从吸附口304吸走。

在示例性地实施方式中，吸盘装置4还包括第二吸盘8。如图2所示，第二吸盘8设置在柔性套6的下端。柔性套6与第二吸盘8连接，且第二吸盘8与机械手臂3连接。第二吸盘8具有第二开口801，柔性套6的内孔601可通过第二开口801与真空管路301连通。

对于本申请提供的机械手1而言，可以是设置第二吸盘8、也可以是利用其他结构来使柔性套6更好地与机械手臂3连接。但当吸盘装置4包括第二吸盘8时，由于吸盘装置4结构大致对称，使得在将吸盘装置4安装至机械手臂3的凹槽303时，可以正装也可以反装。组装后第一吸盘5在内或第二吸盘8在内都可以，同时将在凹槽303内的一者与机械手臂3固定连接。进一步地，第一吸盘5、柔性套6以及第二吸盘8围成中空腔体，该中空腔体与真空管路301连通。另外，弹性支撑体7的正投影可不完覆盖第二开口801。

本申请提供的机械手1用于拾取晶圆2。晶圆2可被多个吸盘装置4托起，具体地，晶圆2被第一吸盘5的吸附面托起。受到晶圆2的重力作用，第一吸盘5向弹性支撑体7传递向下的压力。并且随着弹性支撑体7的收缩，第一吸盘5的吸附面更加靠近机械手臂3的正面302，进而柔性套6的两端之间的距离变近且柔性套6压缩变形。

参考图6和图7，图7中示出设置于机械手臂3的多个吸盘装置4中的一个。多个吸盘装置4的第一吸盘5通常设置于同一个水平面上，在自由状态下，多个第一吸盘5的吸附面可基本平行。由于晶圆2弯曲变形，因此晶圆2位于该处的部分的底面相比于参考平面HL具有一定的倾斜。第一吸盘5的吸附面也相比于参考平面HL具有一定的倾斜，换言之，第一吸盘5的吸附面相比于弹性支撑体7的伸缩方向不垂直。弹性支撑体7和柔性套6的压缩变形后的形状可适应第一吸盘5相对机械手臂3所具有的姿态。

第一吸盘5的吸附面与晶圆2的底面贴合后，通过真空管路301抽取第一开口501和第一开口501上侧的空气，使得晶圆2在大气压的作用下与第一吸盘5的吸附面紧密贴合。多个第一吸盘5吸取并吸住晶圆2，进而晶圆2被机械手1拾取并随机械手1而移动。

本申请的实施例提供的用于拾取晶圆的机械手，设置了多个悬浮式吸盘装置。在弹簧的作用下，吸盘可在垂直于机械手臂的第一面的方向上浮动并可相对该第一面具有倾角，进而保证即使是翘曲的晶圆也可被机械手拾取。而且吸盘能持续地保证良好的吸力，进而机械手可稳定地搬运晶圆至指定的位置。

在示例性实施方式中，柔性套6的第一端与机械手臂3密封地固定连接，柔性套6的第二端与第一吸盘5密封地固定连接。当柔性套6的两端被密封连接时，其内孔可用于对第一开口501抽真空。第一开口501通过柔性套6的内孔601与真空管路301连通，当通过真空管路301抽气时，柔性套6的内孔601的空气也可被抽走。

在示例性实施方式中，参考图5和图7，柔性套6的第一端至第二端方向上的中部向内侧收缩。具体地，在自然状态下，柔性套6中部的直径小于两端的直径。柔性套6在其延伸方向上具有折叠的形态，可以更好地吸收柔性套6在延伸方向上伸缩量。柔性套6在随着弹性支撑体7压缩变形时可具有可控的姿态。柔性套6受力情况不同时，其顶端可具有不同的姿态，进而保证设置与其顶端的第一吸盘5能够相对参考平面HL朝不同的方向、以不同的角度倾斜。第一吸盘5在不同的情况下都贴合晶圆2。

参考图8，其中示出了本申请实施方式提供的机械手1用于拾取另一种变形状态的晶圆2时的状态。设置于机械手臂3的多个吸盘装置4都可以较好地贴合晶圆2的底面，进而牢固地吸附晶圆2。

在示例性实施方式中，柔性套6的材料包括橡胶或硅胶。橡胶或硅胶比较软，同时能耐受较频繁的变形。该柔性套6使用寿命较长，且不影响第一吸盘5的浮动性能，进而使得机械手1的使用性能较好。

示例性地，柔性套6具有弹性。弹性支撑体7的弹性系数大于柔性套6的弹性系数。柔性套6的壁厚可以根据需要设置，一般地设置柔性套6的弹性系数小于弹性支撑体7，保证通过弹性支撑体7来传递第一吸盘5向下施加的压力。

在示例性实施方式中，机械手1在不使用时，第一吸盘5突出于机械手臂3的底面的高度在3mm以内。通过控制机械手1在吸盘装置4处的总厚度，有助于使机械手1容易地用于在狭窄的才做空间中例如间隔堆叠的晶圆中拾取或放置晶圆。

进一步地，可根据经常去拾取的晶圆2的重量设置弹性支撑体7的弹性系数。弹性支撑体7的弹性系数不能过大，保证机械手1在用于拾取晶圆2时全部弹性支撑体7都被压缩。弹性支撑体7的弹性系数一般不要过小，以避免弹性支撑体7压缩到极限位置，或者避免第一吸盘5完全陷入凹槽303后，机械手臂3的第一面302影响晶圆2的姿态。进一步地，可根据真空管路301内能达到的真空度和第一吸盘5的吸附面面积来进一步修正弹性支撑体7的弹性系数。通过控制弹性支撑体7的弹性系数并进一步限定弹性支撑体7及柔性套6的长度来控制第一吸盘5的吸附面相对第一面302的距离，以及控制第一吸盘5在工作时的浮动行程。

示例性地，机械手1可用于特征尺寸测量用扫描电子显微镜(CD SEM)。在使用机械手1拾取晶圆2时，希望晶圆2具有较好的位置度。通过控制第一吸盘5的吸附面相对第一面302的高度，可以降低第一吸盘5在平行于参考平面HL的方向上的位移。由于晶圆2的形变量通常在微米量级，因此可设置弹性支撑体7的弹性系数，使多个同时工作的弹性支撑体7中形变最大的弹性支撑体7的形变量也仅略大于晶圆2的形变量。

在示例性实施方式中，机械手1还包括：至少三个压力传感器9。压力传感器9设置于弹性支撑体7的一端，用于测量弹性支撑体7传递的压力。示例性地，压力传感器9设置于弹性支撑体7与机械手臂3之间。压力传感器9可以设置在弹性支撑体7与吸盘5/8之间。可选地设置在弹性支撑体7与待放入凹槽303的第二吸盘8之间，这样当第二吸盘8固定于机械手臂3时，压力传感器9相对机械手臂3是固定的。如果将压力传感器设9设置于弹性支撑体7和第一吸盘5之间，或者将压力传感器9设置于两段弹簧之间，也可用于测量压力。

参考图9，在示例性实施方式中，机械手臂3的不同位置处分别设置第一吸盘装置4A和第二吸盘装置4B。当该机械手1拾取具有形变的晶圆2时，不同位置处的吸盘装置4A～4B对应晶圆2的不同位置。第二吸盘装置4B对应晶圆2的较低处，第一吸盘装置4A对应晶圆2的翘曲处。第二吸盘装置4B的压缩量较大，且其吸附面可大致平行于参考平面HL。第一吸盘装置4A的压缩量比第二吸盘装置4B的压缩量略小，且其吸附面相对参考平面HL倾斜。

变形的晶圆2对各吸盘装置4A～4B的压力不同，而吸盘装置4A～4B可根据晶圆2的形态自动调整变形量，进而每个吸盘装置4A～4B的吸附面都与晶圆2紧密地贴合。吸盘装置4A～4B的吸附面附件处的空气被吸走，晶圆2被该机械手1比较牢固的拾取。拾取过程中也不会发生真空泄漏(vacuum leak)导致的取片失败。

在示例性实施方式中，机械手1还包括处理器(未示出)。处理器可设置在机械手臂3外部，进而将压力传感器9A～9B与处理器信号连接。压力传感器9A～9B可以是压电元件，在其受到弹性支撑体7传递的压力时，可发出体现为电信号的压力信号并向处理器发送该压力信号。

处理器被配置为：响应于至少三个压力传感器发出的压力信号中任意两个之间的差值超过第一阈值，发出报警信号。由于晶圆2的变形量在微米量级，因此当多个吸盘装置4A～4B吸取晶圆2时，各个压力传感器9A～9B所受到的压力大致是晶圆2重力均摊到各个吸盘装置4A～4B，由晶圆2的形变导致的压力差异较小。此外，每个吸盘装置4A～4B因实际真空度而承受大气压力可相同。

可设定预定第一阈值，保证正常拾取晶圆时，各压力信号之间的差异在第一阈值以内。当发生晶圆的位置偏差、晶圆倾覆等情况时，某个吸盘装置处的压力过大而另外的吸盘装置处压力过小。这时这两个吸盘装置发出的压力信号会超过所预定的第一阈值，处理器发出警示信号有助于操作者及时发现异常。示例性地，拾取一个120g左右重量的晶圆时，每个压力传感器受到的重力大约是400mN。示例性地，晶圆位置偏差时，一个压力传感器受到的重力可为600mN，另一个可为200mN。可设定两个压力传感器各自受到的重力之间的差值超过400mN，就发出报警信号。根据压力传感器的不同，重力转换得到的压力信号不同，示例性地，一种压电传感器的灵敏度为10mV/mN，则可将第一阈值设置为4V。

在示例性实施方式中，机械手还包括真空传感器(未示出)。真空传感器用于测量真空管路的真空度。真空传感器可与处理器信号连接并向处理器发送信号。进一步地，处理器可被配置为：响应于真空度低于第二阈值且接收到至少三个压力传感器发出的超过第三阈值的压力信号，发出报警信号。由于在机械手未使用时，弹簧也可处于压缩状态，进而压力传感器也发出基础的压力信号，因此可设置高于这个基础的压力信号的第三阈值。示例性地，第三阈值为1.1V。第二阈值为-0.05MPa，进一步地，吸盘装置4提供的吸力可通过调节第一开口501的尺寸来调节。

当真空度不足时，说明某个吸盘装置未能紧密地贴合晶圆，造成了泄漏。这时机械手不能牢固地拾取晶圆。而这时如果压力传感器仍传递出大于第三阈值的压力信号，说明机械手上还承载有晶圆。这时发出报警信号可有助于操作者及时发现异常并处理，避免晶圆掉落等情况的发生。

如图10所示，在另一些实施方式中，机械手臂3可包括真空管路301和至少一个开孔305，开孔305与真空管路301连通。

每个吸盘装置4包括第一吸盘5、柔性套6、弹性支撑体7和第二吸盘8。第二吸盘8的至少部分固定设置或者可拆卸设置在开孔305中。第一吸盘5的吸附面凸出于机械手臂3的正面302。真空管路301通过第二开口801、柔性套6的内孔601以及第一开口501而连通至第一吸盘5的外侧。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (16)

1.一种用于拾取晶圆的机械手，其特征在于，包括：

机械手臂；以及

至少一个吸盘装置，所述至少一个吸盘装置设置在所述机械手臂上，每个所述吸盘装置包括：

第一吸盘；以及

弹性支撑体，所述弹性支撑体的至少部分位于所述第一吸盘和所述机械手臂之间，所述弹性支撑体包括第一端和第二端，相比于所述弹性支撑体的第二端，所述弹性支撑体的第一端更靠近所述机械手臂，所述弹性支撑体的第二端与所述第一吸盘连接，所述弹性支撑体被配置为支撑所述第一吸盘。

2.根据权利要求1所述的机械手，其中，所述第一吸盘包括背离所述机械手臂的吸附面和连通至所述吸附面外侧的第一开口；以及

其中，所述吸盘装置还包括柔性套，所述柔性套的至少部分位于所述第一吸盘和所述机械手臂之间，且所述柔性套与所述第一吸盘密封连接，所述柔性套与所述第一吸盘共同用于围成中空腔体且所述第一开口与所述中空腔体连通。

3.根据权利要求2所述的机械手，其中，所述弹性支撑体位于所述中空腔体中。

4.根据权利要求2所述的机械手，其中，所述弹性支撑体包括弹簧，所述弹簧位于所述第一吸盘和所述机械手臂之间。

5.根据权利要求2所述的机械手，其中，所述第一吸盘的吸附面的硬度大于所述柔性套的硬度。

6.根据权利要求2所述的机械手，其中，所述机械手臂包括真空管路；以及

其中，所述第一开口经由所述中空腔体与所述真空管路连通。

7.根据权利要求6所述的机械手，其中，所述机械手臂包括至少一个凹槽和至少一个吸附口；

所述凹槽凹设于所述机械手臂的正面，用于收容所述吸盘装置的一部分且至少所述吸附面凸出于所述凹槽；

所述至少一个吸附口分别位于所述至少一个凹槽的内表面并与所述真空管路连通。

8.根据权利要求7所述的机械手，其中，所述弹性支撑体不完全覆盖所述第一开口以及所述吸附口，以使所述吸附口通过所述第一开口而与所述真空管路连通。

9.根据权利要求7所述的机械手，其中，所述柔性套与所述凹槽的底部密封连接，所述柔性套、所述第一吸盘以及所述凹槽的底部围成所述中空腔体。

10.根据权利要求7所述的机械手，其中，每个所述吸盘装置还包括第二吸盘，所述第二吸盘的至少部分位于所述凹槽中，所述柔性套与所述第二吸盘密封连接，所述柔性套、所述第一吸盘以及所述第二吸盘围成所述中空腔体。

11.根据权利要求10所述的机械手，其中，所述第二吸盘具有第二开口，所述弹性支撑体的正投影不完全覆盖所述第二开口，且所述第二开口与所述吸附口连通。

12.根据权利要求6所述的机械手，其中，所述机械手臂包括至少一个与所述真空管路连通的开孔；

每个所述吸盘装置还包括第二吸盘，所述柔性套与所述第二吸盘密封连接，所述柔性套、所述第一吸盘以及所述第二吸盘围成中空腔体，以及

其中，所述第二吸盘的至少部分固定设置或者可拆卸设置在所述开孔。

13.根据权利要求1所述的机械手，其中，所述吸盘装置还包括：

压力传感器，设置于所述弹性支撑体与所述机械手臂之间，用于测量所述弹性支撑体传递的压力。

14.根据权利要求1-12中任一项所述的机械手，其中，所述机械手包括至少三个所述吸盘装置。

15.根据权利要求14所述的机械手，其中，所述吸盘装置还包括：

压力传感器，设置于所述弹性支撑体与所述机械手臂之间，用于测量所述弹性支撑体传递的压力；

所述机械手还包括：

处理器，与所述压力传感器信号连接，被配置为：响应于所述至少三个吸盘装置的压力传感器发出的压力信号中任意两个压力信号之间的差值超过第一阈值，发出报警信号。

16.根据权利要求14所述的机械手，其中，所述吸盘装置还包括：

压力传感器，设置于所述弹性支撑体与所述机械手臂之间，用于测量所述弹性支撑体传递的压力；

所述机械手还包括：

真空传感器，用于测量所述真空管路的真空度；以及

处理器，分别与所述压力传感器和所述真空传感器信号连接，被配置为：响应于所述真空度低于第二阈值且接收到所述至少三个压力传感器发出的超过第三阈值的压力信号，发出报警信号。

Images