CN113675132B - 一种手持式晶圆吸附装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种手持式晶圆吸附装置，所述手持式晶圆吸附装置包括：中空状的机械臂，所述机械臂包括吸附端和手持端，且所述机械臂的横截面从所述手持端至所述吸附端逐渐增大；设置在所述机械臂内部的负压管路，所述负压管路沿所述机械臂的轴向方向延伸且贯穿所述机械臂；与所述负压管路连通的吸附槽，所述吸附槽沿所述机械臂的径向方向形成于所述机械臂的吸附端，用于吸附晶圆的边缘以固定所述晶圆。

Description

一种手持式晶圆吸附装置
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种手持式晶圆吸附装置。
背景技术
晶圆作为制造半导体器件的基础性原材料，广泛地应用于航空航天、汽车、医学、智能终端等行业，目前各行业对晶圆产品质量的要求越来越高，而在设备装机和生产制造过程中，工艺人员需要将晶圆从晶圆盒中手动取出以用于测试，在晶圆的取放过程中容易对晶圆造成损坏以及污染，因此对晶圆取放过程中的安全性和洁净度提出了更高的要求。目前，研究者们提出了多种手动取放晶圆的装置，以实现晶圆夹取和转移。但是，现有的晶圆取放装置是作用于晶圆的表面，在与晶圆接触过程中上述的取放装置易造成晶圆表面损伤，或者易在晶圆的表面引入颗粒污染物以影响晶圆的洁净度，造成了后续晶圆的测试误差，降低了测试的准确度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种手持式晶圆吸附装置；能够避免与晶圆的表面接触，保证了取放过程中晶圆的安全性和洁净度，降低了后续晶圆的测试误差，提高了测试精度。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种手持式晶圆吸附装置，所述手持式晶圆吸附装置包括：
中空状的机械臂，所述机械臂包括吸附端和手持端，且所述机械臂的横截面从所述手持端至所述吸附端逐渐增大；
设置在所述机械臂内部的负压管路，所述负压管路沿所述机械臂的轴向方向延伸且贯穿所述机械臂；
与所述负压管路连通的吸附槽，所述吸附槽沿所述机械臂的径向方向形成于所述机械臂的吸附端，用于吸附晶圆的边缘以固定所述晶圆。
本发明实施例提供了一种手持式晶圆吸附装置；通过在机械臂的吸附端设置与负压管路连通的吸附槽，在对晶圆W进行吸附和转移时可以将晶圆的边缘固定于吸附槽中以达到固定晶圆的目的，在这个过程中避免了吸附装置与晶圆的表面接触，不会损伤晶圆以及也不会对晶圆表面引入颗粒污染物，保证了晶圆取放过程中的安全性和洁净度，提高了后续晶圆测试的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的常规技术方案中一种晶圆第一取放装置示意图；
图2为本发明实施例提供的常规技术方案中另一种晶圆第二取放装置示意图；
图3为本发明实施例提供的一种手持式晶圆吸附装置立体示意图；
图4为本发明实施例提供的一种手持式晶圆吸附装置侧面示意图；
图5为本发明实施例提供的负压管路结构组成示意图；
图6为本发明实施例提供的吸附槽长度部分的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，其示出了常规技术方案中一种晶圆第一取放装置1，该第一取放装置1主要是利用镊子头11前部伸入晶圆（图中未示出）边缘，通过镊子头11施加的力实现对晶圆的夹取和转移。
参见图2，其示出了常规技术方案中另一种晶圆第二取放装置2，该第二取放装置2主要在机械臂21的前端设置有三个分别与负压源连接的真空吸口22，且这三个真空吸口22位于同一水平面上，以便于通过吸附晶圆W表面来实现对晶圆W的夹取和转移。
但是对于第一取放装置1来说，在晶圆W的夹取过程中，镊子头11的前部会伸入晶圆W的边缘，在这种情况下容易造成晶圆W边缘产生损伤；而对于第二取放装置2来说，在晶圆W的夹取过程中，第二取放装置2会吸附晶圆W的表面，在这种情况下容易使得晶圆W的表面引入颗粒污染物，进而影响晶圆W表面的洁净度，最终造成晶圆W的测试结果产生误差。
需要说明的是，在本发明实施例中，对晶圆W的材质并不做限制，其可以为硅晶圆、锗晶圆、锗硅晶圆等常用晶圆。基于上述阐述，参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种手持式晶圆吸附装置3，所述手持式晶圆吸附装置3具体可以包括：
中空状的机械臂31，所述机械臂31包括吸附端311和手持端312，且所述机械臂31的横截面从所述手持端312至所述吸附端311逐渐增大；
设置在所述机械臂31内部的负压管路32，所述负压管路32沿所述机械臂31的轴向方向延伸且贯穿所述机械臂31；
与所述负压管路32连通的吸附槽33，所述吸附槽33沿所述机械臂31的径向方向形成于所述机械臂31的吸附端311，用于吸附晶圆W的边缘以固定所述晶圆W。
需要说明的是，在本发明实施例中，规定机械臂31的轴向方向是指沿机械臂31长度的方向，也就是说从手持端312至所述吸附端311的方向为机械臂31的轴向方向；径向方向是指沿机械臂31横截面的方向；优选地，径向方向选取横截面所有方向中面积较大的一个方向作为径向方向。另一方面，机械臂31的轴向方向和径向方向并不用于限定机械臂31的形状为圆柱状；在具体实施过程中机械臂31的形状可以为长方体状，也可以为圆柱状，也可以为具有横截面的、类似于长方体或圆柱体的三维元件，在本发明实施例中对此不做进一步地限定。此外，如图3所示，机械臂31的横截面沿轴向方向逐渐增大，具体表现为：如图3所示，机械臂31的外表面沿其轴向方向具有一定的弧度，呈现为喇叭状的结构，以使得机械臂31的手持端312较细、开设有吸附槽33的吸附端311较粗；当利用该手持式晶圆吸附装置3吸附晶圆W时，工艺人员握持较细的手持端312，晶圆W则通过吸附槽33吸附在机械臂31较粗的吸附端311。并且，机械臂31的吸附端311较粗可以增大吸附槽33与晶圆W边缘之间的接触面积，以提高吸附的稳定性。
同时，在本发明实施例中，负压管路32可以为在机械臂31中开设的真空通道，也可以为在中空状的机械臂31中增设的真空管路。负压管路32的前端延伸至机械臂31的手持端312与真空装置（图中未示出）连接，真空装置为负压管路32提供真空强度，以使得晶圆W能够在负压的作用下被吸附固定；负压管路32连接的真空装置可以为厂建真空管路，也可以为移动式真空装置。
对于图3所示的手持式晶圆吸附装置3，通过在机械臂31的吸附端311设置与负压管路32连通的吸附槽33，在对晶圆W进行吸附和转移时可以将晶圆W的边缘固定于吸附槽33中以达到固定晶圆W的目的，在这个过程中避免了手持式晶圆吸附装置3与晶圆W的表面接触，不会损伤晶圆W以及也不会对晶圆W表面引入颗粒污染物，保证了晶圆W取放过程中的安全性和洁净度，提高了后续晶圆测试的准确性。
此外，吸附槽33主要作用是通过接触晶圆W的边缘以达到吸附固定晶圆W的目的，因此在整个晶圆W的吸附过程中，晶圆W的边缘可以容纳于吸附槽33中，并且晶圆W的边缘与吸附槽33之间紧密接触，以保证负压管路32中的真空环境。
可以理解地，在一些示例中，吸附槽33可以形成于机械臂31吸附端的端面上，当晶圆W被吸附时，如图4所示，晶圆W的表面与机械臂31的轴向方向平行；在另一些示例中，吸附槽33也可以形成于机械臂31的侧面上，当晶圆W被吸附时，晶圆W的表面与机械臂31的轴向方向垂直。此外，吸附槽33与机械臂31可以为一体式的结构，也就是说，吸附槽33是在机械臂31吸附端的端面上开设的一个凹槽；而除此之外，吸附槽33也可以为独立的元件，采用机械耦合的方式与机械臂31连接固定。
同时，吸附槽33的长度可以与机械臂31吸附端311的端面径向长度相等，也可以略小于机械臂31吸附端311的端面径向长度，这样，通过设计不同型号的吸附槽33，能够使得该手持式晶圆吸附装置3适用于吸附不同尺寸的晶圆W。
对于图3所示的手持式晶圆吸附装置3，在一些示例中，所述负压管路32与所述吸附槽33连通的一端具有与所述吸附槽33形状相匹配的横截面。具体地，负压管路32前端的形状与吸附槽33的形状一致，具有与吸附槽33相同的长度和宽度，例如在具体实施过程中，在机械臂31的吸附端311开设吸附槽33，然后沿着吸附槽33在机械臂31中开设中空的负压管路32，负压管路32的横截面可以先逐渐减小然后保持不变，以使得负压管路32前端的横截面与吸附槽33的横截面保持一致。进一步地，如图5所示，所述负压管路32包括渐变段321、直线段322和收缩段323，其中，
所述渐变段321连接在所述吸附槽33和所述直线段322之间，用于与所述吸附槽33匹配连通；
所述收缩段323设置在所述机械臂31的手持端312，用于连接真空装置（图中未示出）。
可以理解地，将负压管路32的前端的形状与吸附槽33的横截面保持一致，可以使得负压管路32为吸附槽33的每个位置均提供足够的真空强度，以使得晶圆W可以紧密吸附在吸附槽33中，提高吸附的稳定性。
进一步地，由于吸附槽33与晶圆W的边缘进行接触吸附，其接触面积较小，可能会导致晶圆W的脱落，因此，负压管路32需提供较强的真空强度以保证晶圆W吸附的稳定性；优选地，所述负压管路32的真空强度为晶圆W的重量的1.5~1.8倍。
对于图3所示的手持式晶圆吸附装置3，在一些示例中，所述吸附槽33沿所述机械臂31径向方向的长度部分呈圆弧状。需要说明的是，在本发明实施例中，圆弧状并不是指吸附槽33的凹槽形状为圆弧状，而是指吸附槽33的长度所形成的形状为圆弧状，具体如图6中点划线箭头所指的长度部分所示，即吸附槽33从两端至中心逐渐向机械臂31凹陷，从而形成与晶圆W边缘一致或近似的圆弧。
对于上述示例，在一些具体的实施方式中，所述吸附槽33的圆弧长度为5~10cm。
可以理解地，为使得晶圆W边缘与吸附槽33贴合，增大晶圆W边缘与吸附槽33的接触面积以提高吸附的稳定性。因此在本发明实施例中，将吸附槽33的长度部分设置为圆弧状且圆弧的弧长为5~10cm，这一长度不仅可以保证晶圆W边缘与吸附槽33的接触面积，而且还能够有效地避开晶圆W的缺口（Notch）位置，进而避免在吸附过程中对晶圆W缺口造成损伤或污染。此外，优选地，所述吸附槽33长度部分的弧度与晶圆W的弧度保持一致，负压管路32前端的弧度与吸附槽33长度部分的弧度也保持一致；在这种情况下，晶圆W的弧度、负压管路32和吸附槽33长度部分的弧度一致，负压管路32为晶圆W边缘提供足够的吸附强度的同时，吸附槽33与晶圆W边缘形成紧密接触，大幅度地提高了吸附的稳定性。
对于上述示例，在一些具体的实施方式中，所述吸附槽33的宽度为500~600μm。可以理解地，为匹配晶圆W的厚度以及晶圆W边缘的形状，与晶圆W形成良好的接触，吸附槽33的宽度为500~600μm，为了与吸附槽33匹配连通，负压管路32前端处的厚度也可以设置为500~600μm。
对于图3所示的手持式晶圆吸附装置3，在一些示例中，所述吸附槽33两侧的槽边沿延伸有第一过渡部34和第二过渡部35，且所述第一过渡部34和所述第二过渡部35之间形成预设夹角θ。其中，如图4所示，所述第一过渡部和所述第二过渡部之间形成的预设夹角θ为30°~60°。
对于上述示例，在一些具体的实施方式中，所述第一过渡部34远离所述吸附槽33的槽边沿与所述第二过渡部35远离所述吸附槽33的槽边沿之间的距离L为5~10mm。
具体来说，第一过渡部34和第二过渡部35可以与机械臂31制造为一体式结构，即第一过渡部34和第二过渡部35是机械臂31的一部分，由机械臂31的吸附端311形成；当然，第一过渡部34和第二过渡部35也可以为分别固定于机械臂31的吸附端311的两个元件。进一步地，第一过渡部34和第二过渡部35在吸附槽33的两侧对称分布，且第一过渡部34的槽边沿与第二过渡部35的槽边沿之间的距离大于吸附槽33的宽度以形成一定的夹角，从而在吸附槽33的周围形成V型槽，该V型槽为晶圆W的取放提供导向，具体来说，将第一过渡部34和第二过渡部35之间形成的预设夹角θ设置为30°~60°，能够缩小限定范围，以便于对晶圆W滑入吸附槽33以进行吸附操作，并能够避免晶圆W在吸附过程中人为地引入颗粒污染物以及对晶圆W表面的损伤。其次，第一过渡部34远离吸附槽33的边沿与第二过渡部35远离吸附槽33的边沿之间的距离为5~10mm，第一过渡部34与第二过渡部35之间形成的夹角为30°~60°，在避免晶圆W被污染以及表面损伤的同时以便于工艺人员进行观察操作。
需要说明的是，在本发明实施例中，机械臂31、吸附槽33、第一过渡部34与第二过渡部35的材质可以选用特种工程塑料，例如聚苯硫醚（Polyphenylene Sulfide，PPS）、聚酰亚胺（Polyimide，PI）、聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）中的一种或多种，这是因为特种工程塑料具有优良的机械性能和耐热性能，易于加工制作为上述手持式晶圆吸附装置3中的部件，同时具备耐磨耐腐蚀性，可以降低上述手持式晶圆吸附装置3对晶圆W边缘的损伤以及在晶圆表面引入颗粒物的几率。
对于图3所示的手持式晶圆吸附装置3，所述手持式晶圆吸附装置3还包括缓冲垫36，所述缓冲垫36设置于所述吸附槽33两侧的槽边沿处，用以支撑晶圆W的边缘。
需要说明的是，缓冲垫36适用于不同形状倒角（例如梯形倒角、圆弧形倒角）的晶圆W。此外，缓冲垫36的材质可以为聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE），这是因为聚四氟乙烯的机械性质较软，具有较小的摩擦系数，可以为晶圆W边缘提供足够的支撑，同时避免与晶圆W边缘摩擦产生颗粒污染物。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述手持式晶圆吸附装置包括：
中空状的机械臂，所述机械臂包括吸附端和手持端，且所述机械臂的横截面从所述手持端至所述吸附端逐渐增大；
设置在所述机械臂内部的负压管路，所述负压管路沿所述机械臂的轴向方向延伸且贯穿所述机械臂；
与所述负压管路连通的吸附槽，所述吸附槽沿所述机械臂的径向方向形成于所述机械臂的吸附端，用于吸附晶圆的边缘以固定所述晶圆；其中，
所述吸附槽两侧的槽边沿延伸有第一过渡部和第二过渡部，且所述第一过渡部和所述第二过渡部之间形成的预设夹角θ为30°~60°；
其中，所述第一过渡部与所述第二过渡部之间形成的所述预设夹角使得所述第一过渡部与所述第二过渡部在所述吸附槽的周围形成V型槽，用于为所述晶圆的取放提供导向。
2.根据权利要求1所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述负压管路与所述吸附槽连通的一端具有与所述吸附槽形状相匹配的横截面。
3.根据权利要求1所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述负压管路包括渐变段、直线段以及收缩段；其中，
所述渐变段连接在所述吸附槽和所述直线段之间，用于与所述吸附槽匹配连通；
所述收缩段设置在所述机械臂的手持端，用于连接真空装置。
4.根据权利要求1所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述吸附槽沿所述机械臂径向方向的长度部分呈圆弧状。
5.根据权利要求4所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述吸附槽的圆弧长度为5~10cm。
6.根据权利要求1所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述吸附槽的宽度为500~600μm。
7.根据权利要求1所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述第一过渡部远离所述吸附槽的槽边沿与所述第二过渡部远离所述吸附槽的槽边沿之间的距离L为5~10mm。
8.根据权利要求1所述的手持式晶圆吸附装置，其特征在于，所述手持式晶圆吸附装置还包括缓冲垫，所述缓冲垫设置于所述吸附槽两侧的槽边沿处。
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