CN114300397A - 用于传送晶圆的机械手臂和传送装置 - Google Patents

Abstract

一种用于传送晶圆的机械手臂和传送装置，其中所述机械手臂包括用于放置晶圆的末端，所述末端为圆环状。由于末端呈圆环状，当晶圆放置在末端上时，使得末端与晶圆底部一圈能均匀的接触，增大晶圆的受力面积，使得晶圆的受力较为均匀，防止晶圆破片。

Description

用于传送晶圆的机械手臂和传送装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种用于传送晶圆的机械手臂和传送装置。

背景技术

在半导体工艺生产过程中，一般是利用传输系统将晶圆从一个机台传送至另一个机台，或将晶圆(wafer)从晶圆盒(Pod)等收容器中传送至各个机台进行相应的工艺处理(包括光刻、刻蚀、注入、沉积、研磨等工艺)，或将在机台中进行工艺处理后的晶圆传送回晶圆盒(Pod)。

现有的机械手臂一般均包括用于放置晶圆的末端，所述末端多为“U”字型或“Y”字型，用来直接接触晶圆来实现取片/放片的功能。其主要设计理念是在手臂前进方向制造空间，避免在取片时撞击到机台中的晶圆支撑或固定装置，例如三点式升降式顶针(liftpin)、真空吸盘或静电吸盘等类似装置。

在常规晶圆工艺处理过程中，现有的设计并无不妥。但在特殊制造工艺的需求情况下，晶圆的厚度会被削减或减薄，在晶圆被削减到一定厚度界限后，晶圆的整体物理强度会大幅度下降，如果仍采用现有设计会因为不均匀的末端取送片装置设计导致接触晶圆时受力不均匀，从而会导致薄晶圆有破片的风险。

鉴于此，有必要设计一种新的机械手臂用以解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新机械手臂，防止晶圆破片。

本发明提供了一种用于传送晶圆的机械手臂，所述机械手臂包括：用于放置晶圆的末端，所述末端为圆环状。

可选的，所述圆环状的末端为一体结构，所述圆环状的末端的外径小于待放置的晶圆的直径。

可选的，所述圆环状的末端包括至少两段可分离的圆弧部分。

可选的，所述圆环状的末端包括第一圆弧部分和第二圆弧部分，所述第一圆弧部分和第二圆弧部分均包括第一端和与第一端相对的第二端，所述第一圆弧部分的第一端通过一转动装置与第二圆弧部分的第一端固定连接，所述转动装置用于控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合或者控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开，形成一个缺口。

可选的，所述机械手臂用于从升降顶针上、吸盘上取下晶圆或者从晶圆盒中取出晶圆，所述机械手臂还用于将手臂上的晶圆传送到顶针上、吸盘上或者晶圆盒中。

可选的，所述机械手臂在从升降顶针上或吸盘上取下晶圆之前，所述转动装置先控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开；所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开后，所述机械手臂前移，使得升降顶针上或吸盘穿过所述缺口，所述机械手臂到达取片位置；所述机械手臂到达取片位置上，向上移动，将升降顶针上或吸盘上的晶圆取到手臂上；机械手臂取到晶圆后，所述转动装置控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合。

可选的，所述机械手臂向升降顶针上或吸盘上传送晶圆之前，所述转动装置先控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开；所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开后，所述机械手臂前移，到达升降顶针或吸盘上方的放片位置；所述机械手臂到达放片位置后，所述机械手臂向下移动，将机械手臂上的晶圆放置在升降顶针上或吸盘上；晶圆放置在升降顶针上或吸盘上后，所述机械手臂后移，升降顶针或吸盘从缺口穿过，然后所述转动装置控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合。

可选的，当所述圆环状的末端的外径小于待放置的晶圆的直径时，所述末端上设置有若干吸附结构，所述吸附结构用于通过真空吸附放置在机械手臂上的晶圆。

可选的，当所述圆环状末端的外径大于待放置的晶圆的直径时，所述末端上设置有卡扣结构，所述卡扣结构用于卡合放置在机械手臂上的晶圆。

本发明还提供了一种传送装置，包括：

前述所述的机械手臂；

与机械手臂连接的驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述机械手臂移动。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

本发明的机械手臂包括用于放置晶圆的末端，所述末端为圆环状。由于末端呈圆环状，当晶圆放置在末端上时，使得末端与晶圆底部一圈能均匀的接触，增大晶圆的受力面积，使得晶圆的受力较为均匀，防止晶圆破片。

进一步，所述末端为一体结构，所述圆环状的末端的外径小于待放置的晶圆的直径，便于采用本发明的机械手臂将晶圆传送到晶圆支撑装置，例如三点式升降式顶针(liftpin)、真空吸盘或静电吸盘。

进一步，所述圆环状的末端包括第一圆弧部分和第二圆弧部分，所述第一圆弧部分和第二圆弧部分均包括第一端和与第一端相对的第二端，所述第一圆弧部分的第一端通过一转动装置与第二圆弧部分的第一端固定连接，所述转动装置用于控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合或者控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开，形成一个缺口。所述转动装置控制所述第一圆弧部分在闭合时的状态时，此时所述第一圆弧部分和第二圆弧部分构成一个完整的圆环，当晶圆放置在末端上时，使得末端与晶圆底部一圈能均匀的接触，增大晶圆的受力面积，使得晶圆的受力较为均匀，防止晶圆破片。所述转动装置控制所述第一圆弧部分在旋开后的状态时，第一圆弧部分在旋开后，所述末端的前端形成了一个缺口，该缺口的存在，使得机械手臂可以将机械手臂上的晶圆直接传送到晶圆支撑结构上，机械手臂前移和后移时，晶圆支撑结构可以穿过缺口，不会影响机械手臂的移动，并且晶圆支撑结构无需设置其他的辅助支撑结构(比如辅助升降顶针)，同时，所述末端的尺寸可以做的较大，使得末端可以支撑的边缘一圈，从而使得晶圆的受力更为均匀，防止晶圆破片。

附图说明

图1-4为本发明一实施例机械手臂的结构示意图；

图5-10为本发明了另一实施例机械手臂的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于传送晶圆的机械手臂和传送装置，其中所述机械手臂包括用于放置晶圆的末端，所述末端为圆环状。由于末端呈圆环状，当晶圆放置在末端上时，使得末端与晶圆底部一圈能均匀的接触，增大晶圆的受力面积，使得晶圆的受力较为均匀，防止晶圆破片。

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。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

参考图1，发明一实施例提供了一种用于传送晶圆的机械手臂，所述机械手臂103包括：

用于放置晶圆的末端101，所述末端101为圆环状。

本实施例中，所述末端101为一体结构，末端101整个呈圆环状。在一实施例中，所述末端101的材料可以为金属(比如钢、铝)、合金(比如铝合金、钛合金等)或陶瓷。

所述机械手臂还包括与末端101连接的连接部102，所述连接部102可以与末端101的材料相同或不同，所述连接部102一端与末端101一侧固定连接，所述连接部102的另一端用于连接驱动装置的可动端，所述驱动装置可以为步进电机。

由于末端101呈圆环状，当晶圆放置在末端上时，使得末端与晶圆底部一圈能均匀的接触，增大晶圆的受力面积，使得晶圆的受力较为均匀，防止晶圆破片。本实施例中，所述圆环状的末端101的外径小于待放置的晶圆的直径，便于采用本发明的机械手臂将晶圆传送到晶圆支撑装置，例如三点式升降式顶针(lift pin)、真空吸盘或静电吸盘。

在一实施例中，所述末端101上设置有若干吸附结构104，所述吸附结构104用于通过真空吸附放置在机械手臂上的晶圆，以使得晶圆被牢固的固定在末端的表面。

所述机械手臂在在使用时与相应的驱动装置连接，所述驱动装置可以驱动所述机械手臂前移、后移、上移、下移或旋转。

前述所述机械手臂可以用于从升降顶针上、吸盘上取下晶圆或者从晶圆盒中取出晶圆，所述机械手臂还可以用于将手臂上的晶圆传送到顶针上、吸盘上或者晶圆盒中。

下面以采用前述机械手臂将晶圆传送到吸盘上的过程进行详细说明。

参考图2，吸盘(chuck)201用于吸附和固定机械手臂传送的晶圆，所述吸盘201两侧设置辅助升降顶针202，用于辅助将机械手臂上晶圆放置在吸盘201上，所述辅助升降顶针202至少具有4个，对称的分布在吸盘201的两侧。所述吸盘201可以为真空吸盘或者静电吸盘。所述辅助升降顶针202可以升起或下降。所述晶圆支撑结构位于半导体设备内。

所述机械手臂的末端101上放置有一片晶圆200。

所述机械手臂向所述晶圆支撑结构移动。

参考图3，机械手臂移动到吸盘201正上方时，所述辅助升降顶针202升起，将晶圆200从机械手臂上取下。

参考图4，辅助升降顶针202将晶圆200取下后，所述机械手臂回移，然后辅助升降顶针202下降，将晶圆200放置在吸盘201上。

同理，采用前述机械手臂从吸盘201上取片时，所述辅助升降顶针202需要先将吸盘201上的晶圆顶起，然后机械手臂将辅助升降顶针202上的晶圆取下。需要说明的是，采用前述机械手臂向三点式升降式顶针(lift pin)上放置晶圆或取下晶圆的过程与向吸盘201上放置晶圆和取下晶圆的过程类似，再次不再赘述。

本发明另一实施例还提供了一种机械手臂，请参考图5和图6，所述机械手臂103包括：用于放置晶圆的末端101，所述末端101为圆环状，且所述圆环状的末端101包括至少两段可分离的圆弧部分。具体地，圆环状的末端101包括第一圆弧部分111和第二圆弧部分112，所述第一圆弧部分111和第二圆弧部分112均包括第一端和与第一端相对的第二端，所述第一圆弧部分111的第一端11通过一转动装置105与第二圆弧部分112的第一端21固定连接，所述转动装置105用于控制所述第一圆弧部分111的第二端12与所述第二圆弧部分112的第二端22闭合或者控制所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开分离，形成一个缺口。

具体的，所述第一圆弧部分111和第二圆弧部分112的材料相同，所述第一圆弧部分111位于前端，第二圆弧部分112位于后端，所述前端为机械手臂取片或送片时向前移动的方向，所述后端为与所述前端相对的一端。所述第二圆弧部分112与连接结构102连接。

所述转动装置105包括旋转驱动单元，所述旋转驱动单元包括固定端和可动端，所述固定端固定在第二圆弧部分112的第一端21，所述可动端与第一圆弧部分111的第一端11连接，当可动端旋转时，带动所述第一圆弧部分111旋转。

图5中，实线所示的第一圆弧部分111为转动装置105控制所述第一圆弧部分111在闭合时的状态，此时所述第一圆弧部分111和第二圆弧部分112构成一个完整的圆环，当晶圆放置在末端101上时，使得末端101与晶圆底部一圈能均匀的接触，增大晶圆的受力面积，使得晶圆的受力较为均匀，防止晶圆破片。虚线所示的第一圆弧部分111为转动装置105控制所述第一圆弧部分111在旋开后的状态，第一圆弧部分在旋开后，所述末端101形成了一个缺口，该缺口的存在，使得机械手臂可以将机械手臂上的晶圆直接传送到晶圆支撑结构上，机械手臂前移和后移时，晶圆支撑结构可以穿过缺口，不会影响机械手臂的移动，并且晶圆支撑结构无需设置其他的辅助支撑结构(比如辅助升降顶针)，同时，所述末端的尺寸可以做的较大，使得末端可以支撑边缘一圈，从而使得晶圆的受力更为均匀，防止晶圆破片。

在一实施例中，所述缺口的宽度大于所述晶圆支撑结构的宽度。

在一实施例中，所述圆环状末端101的外径小于待放置的晶圆的直径或者大于待放置的晶圆的直径。当所述圆环状末端101的外径小于待放置的晶圆的直径，所述待放置的晶圆直接放置于末端的表面，所述末端上还可以设置有若干吸附结构，所述吸附结构用于通过真空吸附放置在机械手臂上的晶圆。本实施例中，所述圆环状末端101的外径大于待放置的晶圆的直径时，所述末端101上设置有卡扣结构106，所述卡扣结构106用于卡合放置在机械手臂上的晶圆，防止放置在机械手臂上的晶圆移动。

下面对前述机械手臂将晶圆传送到升降式顶针(lift pin)上进行详细说明。

参考图7，所述机械手臂的末端101上放置有待传送的晶圆200。

参考图8，所述用于放置晶圆的升降顶针203为三点式升降顶针，所述升降顶针位于半导体设备的功能腔室中，所述功能腔室可以为热处理腔室或冷却腔室，或者其他功能的腔室。

所述机械手臂向升降顶针203上传送晶圆之前，所述转动装置105先控制所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开，在末端111的前段形成供升降顶针203穿过的缺口。

所述第一圆弧部分111旋开的时机，可以在所述机械手臂前移到升降顶针203的正上方之前或者之后。具体的，所述机械手臂前移到升降顶针203的正上方之前所述转动装置105先控制所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开；或者所述机械手臂前移到升降顶针203的正上方之后且在将机械手臂上的晶圆放置升降顶针203之前，所述转动装置105先控制所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开；或者所述机械手臂前移到升降顶针203的正上方将机械手臂上的晶圆放置升降顶针203之后且在机械手臂后移之前，所述转动装置105先控制所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开。

本实施例中，所述机械手臂前移到升降顶针203的正上方之前所述转动装置105先控制所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开。

参考图9，所述第一圆弧部分111的第二端12相对于所述第二圆弧部分112的第二端22旋开后，所述机械手臂前移，到达升降顶针203上方的放片位置；所述机械手臂到达放片位置后，所述机械手臂向下移动，将机械手臂上的晶圆200放置在升降顶针203上；晶圆200放置在升降顶针203上后，所述机械手臂后移，升降顶针203从缺口穿过；参考图10，然后所述转动装置105控制所述第一圆弧部分111的第二端12与所述第二圆弧部分112的第二端22闭合。

在以实施例中，所述机械手臂向吸盘上传送晶圆的过程包括：所述机械手臂向吸盘上传送晶圆之前，所述转动装置先控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开；所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开后，所述机械手臂前移，到达吸盘上方的放片位置；所述机械手臂到达放片位置后，所述机械手臂向下移动，将机械手臂上的晶圆放置在吸盘上；晶圆放置在吸盘上后，所述机械手臂后移，吸盘从缺口穿过，然后所述转动装置控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合。

在一实施例中，所述机械手臂在从升降顶针上或吸盘上取下晶圆之前，所述转动装置先控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开；所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开后，所述机械手臂前移，使得升降顶针上或吸盘穿过所述缺口，所述机械手臂到达取片位置；所述机械手臂到达取片位置上，向上移动，将升降顶针上或吸盘上的晶圆取到手臂上；机械手臂取到晶圆后，所述转动装置控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合。

本发明还提供一种传送装置，包括：

前述所述的机械手臂；

与机械手臂连接的驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述机械手臂移动。

所述驱动装置可以驱动所述机械手臂前移、后移、上移、下移或旋转。

所述传送装置可以用于在现有半导体设备中，所述半导体设备包括光刻设备，刻蚀设备，研磨设备，离子注入设备或沉积设备。

所述传送装置可以用于相关的缺陷检测设备上，比如膜厚检测设备。

所述传送装置还可以应用于晶圆前端传送系统(Equipment Front End Module，EFEM)，晶圆前端传送系统(EFEM)是连接物料搬运系统(AMHS)和不同工艺加工设备之间的桥梁，能使晶圆(硅片)在不受污染的条件下被准确的传输，并具有高精度、高效率、高洁净度和高可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于传送晶圆的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂包括：用于放置晶圆的末端，所述末端为圆环状。

2.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述圆环状的末端为一体结构，所述圆环状的末端的外径小于待放置的晶圆的直径。

3.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述圆环状的末端包括至少两段可分离的圆弧部分。

4.如权利要求3所述的机械手臂，其特征在于所述圆环状的末端包括第一圆弧部分和第二圆弧部分，所述第一圆弧部分和第二圆弧部分均包括第一端和与第一端相对的第二端，所述第一圆弧部分的第一端通过一转动装置与第二圆弧部分的第一端固定连接，所述转动装置用于控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合或者控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开，形成一个缺口。

5.如权利要求4所述的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂用于从升降顶针上、吸盘上取下晶圆或者从晶圆盒中取出晶圆，所述机械手臂还用于将手臂上的晶圆传送到顶针上、吸盘上或者晶圆盒中。

6.如权利要求5所述的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂在从升降顶针上或吸盘上取下晶圆之前，所述转动装置先控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开；所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开后，所述机械手臂前移，使得升降顶针上或吸盘穿过所述缺口，所述机械手臂到达取片位置；所述机械手臂到达取片位置上，向上移动，将升降顶针上或吸盘上的晶圆取到手臂上；机械手臂取到晶圆后，所述转动装置控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合。

7.如权利要求5所述的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂向升降顶针上或吸盘上传送晶圆之前，所述转动装置先控制所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开；所述第一圆弧部分的第二端相对于所述第二圆弧部分的第二端旋开后，所述机械手臂前移，到达升降顶针或吸盘上方的放片位置；所述机械手臂到达放片位置后，所述机械手臂向下移动，将机械手臂上的晶圆放置在升降顶针上或吸盘上；晶圆放置在升降顶针上或吸盘上后，所述机械手臂后移，升降顶针或吸盘从缺口穿过，然后所述转动装置控制所述第一圆弧部分的第二端与所述第二圆弧部分的第二端闭合。

8.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，当所述圆环状的末端的外径小于待放置的晶圆的直径时，所述末端上设置有若干吸附结构，所述吸附结构用于通过真空吸附放置在机械手臂上的晶圆。

9.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，当所述圆环状末端的外径大于待放置的晶圆的直径时，所述末端上设置有卡扣结构，所述卡扣结构用于卡合放置在机械手臂上的晶圆。

10.一种传送装置，其特征在于，包括：

权利要求1-9任一项所述的机械手臂；

与机械手臂连接的驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述机械手臂移动。

Images