CN114408577A - 晶圆上料方法及晶圆上料装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了晶圆上料方法及晶圆上料装置，其中上料方法包括如下步骤，首先取料机械手及传感器同步朝料仓方向移动，传感器的安装高度位于张开状态的取料机械手的上夹嘴、下夹嘴之间，此时取料机械手与料仓中的晶圆保持预定间隙，传感器可检测到位于上、下夹嘴之间的晶圆；接着，料仓上升或下降,至传感器检测到料仓中的一晶圆时，立即停止或延时停止；然后,取料机械手朝料仓方向移动，至上、下夹嘴位于晶圆的晶圆框架的上、下两侧；最后,上、下夹嘴闭合将晶圆夹持并从料仓中取出。本方案避免了无效取料动作，提高了上料的稳定性和效率；且能够有效地满足不同层高的料仓的使用，无需人工调整料仓每次的升降行程，提高了上料的安全性。

Description

晶圆上料方法及晶圆上料装置

技术领域

本发明涉及晶圆加工领域，尤其是晶圆上料方法及晶圆上料装置。

背景技术

晶圆加工时，通常是将多片晶圆置于一料仓内从而实现批量供料，从而，加工时，需要将料仓内的晶圆逐一取出以实现上料。

现有的上料方式是通过一取料机械手移动进行取料，为了实现料仓不同层的取料，料仓设置在升降机构上，升降机构每次是按照固定行程来驱动料仓升降。

但是在实际供料时，由于晶圆的尺寸不同，会使用多种不同层高的料仓，因此，每种层高的料仓就需要一种升降行程，这就需要人工根据所使用的料仓层高进行升降行程的调整，但是实际操作时很容易出现未及时调整的情形，从而，当升降行程与实际料仓的层高不一致时，取料机械手取料时很容易造成取料失败或者与晶圆接触造成损坏的问题。

同时，在料仓中常会出现某一层或多层没有晶圆的情况，此时，按照固定行程升降料仓时，当与取料机械手对应的某一层刚好无料时，取料机械手就无法取到料，也就无法实现后续的处理，导致出现无效的上料和后续加工，极大地影响了加工效率和增加了能耗。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种晶圆上料方法及晶圆上料装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

晶圆上料方法，包括如下步骤：

S1,移动机构驱动取料机械手及传感器同步朝料仓方向移动至第一位置，所述传感器的安装高度位于张开状态的所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴之间，在第一位置处，所述取料机械手与料仓中的晶圆保持预定间隙，所述传感器可检测到高度位于所述上夹嘴、下夹嘴之间的晶圆；

S2,所述料仓上升或下降,至所述传感器检测到所述料仓中的一晶圆时，所述料仓立即停止移动或延时停止移动；

S3,所述移动机构驱动所述取料机械手朝料仓方向移动，至上夹嘴、下夹嘴位于所述传感器检测到的晶圆的晶圆框架的上、下两侧；

S4,所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴闭合将所述晶圆夹持;

S5,所述移动机构驱动取料机械手将其夹持的晶圆从所述料仓中取出。

优选的，所述的晶圆上料方法中，所述传感器是光纤探头或接近传感器或测距传感器。

优选的，所述的晶圆上料方法中，所述传感器设置在张开状态的所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴之间的中间高度。

优选的，所述的晶圆上料方法中，所述取料机械手的上夹嘴固定在所述移动机构上，所述上夹嘴的顶部设置有开闭驱动气缸，所述开闭驱动气缸的气缸轴穿过所述上夹嘴并连接下夹嘴以驱动所述下夹嘴相对上夹嘴移动，所述传感器固定在所述上夹嘴的底部且位于所述气缸轴侧部。

优选的，所述的晶圆上料方法中，所述气缸轴到所述上夹嘴及下夹嘴的相对两侧的距离相同，所述传感器的感应区与所述气缸轴正对且所述感应区域正对所述料仓内的晶圆的轴心，所述气缸轴上形成有与所述传感器的感应区对应的穿孔。

优选的，所述的晶圆上料方法中，所述取料机械手在S1过程中的移动速度大于其在S3过程的移动速度。

优选的，所述的晶圆上料方法中，所述S4中，根据所述传感器测得的所述传感器与晶圆之间的间距来确定所述取料机械手的移动量。

晶圆上料方法，包括如下步骤：

S10,移动机构驱动取料机械手及传感器同步朝料仓方向移动至第一位置，在第一位置处，所述取料机械手的前端与料仓上的晶圆保持预定间隙，所述传感器可检测到经过所述取料机器手前端的晶圆；

S20,料仓相对所述取料机械手上升或下降,当所述传感器检测到所述料仓中的一晶圆后，所述料仓上升或下降至所述传感器检测到的晶圆位于所述上夹嘴、下夹嘴之间时停止；

S30,所述移动机构驱动所述取料机械手继续朝料仓方向移动至其上夹嘴、下夹嘴位于检测到的晶圆的晶圆框架的上、下两侧；

S40,所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴闭合将所述晶圆夹持；

S50,所述移动机构驱动所述取料机械手将其夹持的晶圆从所述料仓中取出。

优选的，晶圆上料方法中，所述上夹嘴固定设置在移动机构上，所述S2中，所述料仓在所述传感器检测到的所述晶圆的晶圆框架的顶部与所述取料机械手的上夹嘴的底部高度相当时停止。

用于实现上述上料方法的晶圆上料装置，包括移动机构及由所述移动机构驱动水平移动的取料机械手，所述取料机械手包括上夹嘴、下夹嘴及驱动气缸，所述驱动气缸固定在所述上夹嘴的顶部并驱动所述下夹嘴相对所述上夹嘴移动，所述上夹嘴固定在移动机构上且所述上夹嘴的底部设置有用于检测晶圆的传感器。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本方案通过在取料机械手之上或旁边设置传感器来检测晶圆，并在检测到晶圆时，灵活地控制料仓移动，这样可以保证取料机械手动作时能够有效地实现取料，从而避免了无效取料动作及后续的无效处理问题，极大地提高了上料的稳定性和加工效率；另外，这种方式相对于固定式升降行程能够有效地满足不同层高的料仓的使用，且在更换不同的料仓时，无需人工调整料仓每次的升降行程，有效地避免了取料机械手无效取料及与晶圆碰撞的问题，提高了上料的安全性。

本方案的传感器采用测距传感器或光纤探头，除了可以有效地进行晶圆的检测外，同时可以检测到晶圆与传感器之间的间距，从而能够有效地实现后续移动量的精确控制，避免由于晶圆位置偏移造成取料机械手与晶圆发送碰撞的几率，提高了取料的安全性。

本方案的取料机械手的结构及传感器的位置设计能够实现移动量的准确的计算以及取料机械手抓取稳定性的有效结合，设计更合理。

本方案通过在检测到晶圆后延时停止料仓，能够有效地与特殊的取料机械手结构结合，从而避免取料机械手取料时，晶圆的翘起或跳动的问题，提高了取料的稳定性和安全性。

附图说明

图1是本发明的取料机械手在第一位置处，传感器检测到料仓中的一晶圆的示意图（图中仅显示料仓及晶圆的局部结构）；

图2是本发明的取料机械手的上夹嘴、下夹嘴伸到晶圆的晶圆框架两侧可以夹持的示意图（图中仅显示料仓及晶圆的局部结构）；

图3是本发明实施例1中传感器位于气动夹爪的气缸侧部且正对晶圆时，取料机械手与晶圆位置关系的俯视图，其中取料机械手为剖视状态；

图4是本发明实施例2的取料机械手和传感器的位置关系正视图；

图5是本发明实施例2的传感器正对晶圆时，取料机械手与晶圆位置关系的俯视图，其中取料机械手为剖视状态；

图6是本发明实施例3的取料机械手与传感器的位置关系下，取料机械手与晶圆位置关系的俯视图，其中取料机械手为剖视状态。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

实施例1

下面结合附图对本发明揭示的晶圆上料方法进行阐述，如附图1-附图2所示，其包括如下步骤：

S1,移动机构（图中未示出）驱动取料机械手1及传感器2同步朝料仓3方向移动至第一位置，所述传感器2的安装高度位于张开状态的所述取料机械手1的上夹嘴、下夹嘴之间，在第一位置处，如附图1所示，所述取料机械手1与料仓3中的晶圆4间保持预定间隙，所述传感器2可检测到位于所述上夹嘴、下夹嘴之间的晶圆4。

S2,所述料仓3沿竖向Z上升或下降,至所述传感器2检测到所述料仓3中的一晶圆4时，所述料仓3停止移动，如附图1所示。

S3,所述移动机构驱动所述取料机械手1朝料仓3方向移动，至上夹嘴、下夹嘴位于所述传感器2检测到的晶圆4的晶圆框架41的上、下两侧，如附图2所示。

S4,所述取料机械手1的上夹嘴、下夹嘴闭合将所述晶圆4夹持。

S5,所述移动机构驱动取料机械手1将其夹持的晶圆4从所述料仓3中取出。

所述移动机构、取料机械手及传感器构成一上料装置，所述移动机构是已知的各种能够产生直线移动的装置，例如可以是液压缸、直线电机等，或者其他可行结构，其驱动所述取料机械手1沿第一方向X直线移动。所述取料机械手1通过转接架（图中未示出）设置在所述移动机构上，并由所述移动机构驱动相对所述料仓3往复移动，所述取料机械手1与所述料仓3的出料口正对，当然取料机械手1也可以不是正对料仓3的。

所述取料机械手1可以是已知的各种可行结构，如附图3所示，例如可以是气动夹爪，其上夹嘴、下夹嘴的开闭方向与所述晶圆4的轴线方向平行。此时，所述气动夹爪的气缸10可以固定在所述转接架上，而所述传感器2可以固定在所述气缸10的侧部或固定在所述转接架上且位于所述气缸的侧部。

优选的，如附图1所示，所述传感器2位于打开状态的上夹嘴、下夹嘴之间的中间高度，这样的结构中，在传感器2检测到晶圆4时，料仓3即停止运动，此时，气动夹爪的上夹嘴、下夹嘴夹持晶圆4时能够有效地避免晶圆4与料仓3的支撑结构脱离，从而避免夹持时，晶圆4一侧翘起或跳动导致与料仓3碰撞而出现损坏的情况。

所述传感器2可以是光纤探头或接近传感器或测距传感器。更优的，所述传感器2是光纤探头或测距传感器2，此时，所述传感器2除了能够检测到晶圆4，同时可以确定所述取料机械手1与晶圆4之间的间距，从而在所述S4中，在所述取料机械手1向所述晶圆4方向继续移动时，可以根据所述传感器2测得所述传感器2与晶圆4之间的间距来确定所述取料机械手1的移动量，并且为了方便计算移动量，较优的是使所述传感器2的感应区正对所述料仓3上的晶圆4的中心，后续将具体说明如何计算移动量，此处暂不赘述。

进一步，所述取料机械手1在S1过程中的移动速度大于其在S3过程的移动速度，这样能够有效地避免取料机械手1继续向晶圆4进给时由于速度过快造成晶圆4损坏，同时，能够兼顾效率。

整个方法实现时，传感器、移动机构、取料机械手、升降机构等均连接控制装置，并由控制装置同一控制，相应的控制技术为现有技术，在此不作赘述。

实施例2

本实施例与上述实施例1的整体结构及整体原理相近，区别在于：如附图4所示，所述取料机械手1的上夹嘴、下夹嘴为板件且与晶圆4平行，所述上夹嘴11固定在所述移动机构上，具体是通过所述转接架固定在移动机构上，所述上夹嘴11的顶部设置有开闭驱动气缸13，所述开闭驱动气缸13的气缸轴14穿过所述上夹嘴11并连接下夹嘴12以驱动所述下夹嘴12相对上夹嘴11移动，所述传感器2固定在所述上夹嘴11的底部且位于所述气缸轴14的侧部。

此时，所述传感器2的安装FF高度只要位于张开状态的上夹嘴、下夹嘴之间即可，较优的是位于它们之间的中间高度。在此种结构的取料机械手1下，在所述S2中，当所述传感器2感应到所述料仓3内的一个晶圆4时，所述料仓3可以不用立即停止，更优的是延时停止，具体是，所述料仓3在所述传感器2检测到的所述晶圆4的顶部与所述取料机械手1的上夹嘴11的底部高度相当时停止，以略低与所述上夹嘴11为宜，相应的延时时间可以根据传感器2的检测区域的中心到所述上夹爪之间的距离以及料仓3的移动速度来确定。并且，同样的，如附图5所示，所述传感器的感应区域正对所述料仓中的晶圆的中心。

实施例3

本实施例在上述实施例2的基础上进一步设计如下：如附图6所示，所述气缸轴14到所述上夹嘴11及下夹嘴12的两侧的距离相同，所述传感器2与所述气缸轴14正对且所述传感器2的感应区域正对所述料仓3内的晶圆4的轴心，所述气缸轴14上形成有与所述传感器2对应的穿孔15。这种结构相对上述实施例1的结构，不仅可以使传感器2的感应区正对晶圆4从而便于进行，同时可以使上夹嘴、下夹嘴同样正对晶圆4，从而夹持时可以夹持在晶圆4的晶圆框架的中间位置以保证夹持的稳定性。

这样的结构中，在进行所述移动量计算时，如附图1所示，所述移动量可以根据所述传感器2在第一位置停止时测得的其与晶圆4之间的间距a以及取料机械手1要移动到目标夹持位置时，晶圆4与传感器2之间的间距b，所述间距b大于所述气缸轴14的直径，优选间距b是气缸轴14直径的2倍，从而可以确定出取料机械手1的移动量c。当所述取料机械手1移动到对应的移动量c后即停止移动。使所述传感器2正对所述晶圆4，从而能够更方便、准确地确定所述传感器2与晶圆4之间的最小距离，以便于后续准确地控制取料机械手1在S4中的移动量。当然，在另外的实施例中，当所述取料机械手1正对所述晶圆4，所述传感器2偏向所述晶圆4的一侧时，在计算移动量c时,需要考虑到传感器2检测的其到晶圆4的距离后，需要减去传感器2的在晶圆4上的监测点与晶圆4上到取料机械手1距离最小的点之间的间距后再减去间距b。

同时，在取料机械手1进给过程中，可以通过所述传感器2检测其与晶圆4之间的实际距离，从而确定取料机械手1是否移动到位，即当其检测到其与晶圆4之间的间距为b时可以停止取料机械手1的移动，同时可以与确定的移动量c进行相互验证，这样能够有效地避免取料机械手1过渡前伸造成与晶圆4接触的问题。

实施例4

本实施例在上述几个实施例的基础上，进一步设计如下：所述料仓3的出料口旁设置有支撑机构（图中未示出），所述支撑机构包括两个等高的、且沿取料机械手1的移动方向（第一方向X）延伸的支撑导轨，所述支撑导轨为L形，从而两个支撑导轨可以配合进行晶圆的支撑和限位。在所述S5中，所述晶圆4移出料仓3时，所述晶圆4移动到两条所述支撑导轨上且沿所述支撑导轨滑动，从而晶圆4在移出料仓3时能够得到足够的支撑以降低对取料机械手1的支撑强度要求，也有利于避免晶圆4由于仅晶圆框架的局部受取料机械手1的夹持力而出现损坏的问题。

进一步，两个所述支撑导轨连接驱动它们在第一位置和第二位置间移动的开闭驱动机构（图中未示出），所述开闭驱动机构驱动支撑导轨的移动方向与移动导轨的延伸方向垂直。在第一位置处，两个所述支撑导轨的间距小于所述晶圆4的宽度，在第二位置处，两个所述支撑导轨的间距大于所述晶圆4的宽度。同时，两个所述支撑导轨之间还设置有工作台（图中未示出），所述工作台的顶面低于所述支撑导轨的支撑面。并且，所述移动机构还连接吸附机构（图中未示出），即在所述转接架上设置有一组用于吸附晶圆4的晶圆框架的吸嘴，当所述晶圆4被移动到两个所述支撑导轨上时，所述移动机构驱动所述吸附机构将所述晶圆4吸附并抬升，两个所述支撑导轨切换至第二位置，接着，所述移动机构驱动吸附机构将其吸附的晶圆4放置到所述工作台上后，吸附机构停止吸附，随后通过加工机构对工作台上的晶圆4进行相应的处理。采用这样的上料方式能够尽可能的实现柔性上料，降低上料过程中晶圆4损坏的风险。

实施例5

本实施例揭示了的晶圆上料方法，与上述实施例的结构及过程相近，区别在于所述方法包括下步骤：

S10,移动机构驱动取料机械手1及传感器2同步朝料仓3方向移动至第一位置，在第一位置处，所述取料机械手1的前端与料仓3上的晶圆4间保持预定间隙，所述传感器2可检测到经过所述取料机器手前端的晶圆4；此时，所述传感器2的安装高度可以不是在所述上、下夹板之间，而是位于所述取料机械手1的下方或上方。

S20,所述料仓3相对所述取料机械手1上升或下降,当所述传感器2检测到所述料仓3中的一晶圆4后，所述料仓3延时停止以使所述传感器2检测到的晶圆4位于所述上夹嘴、下夹嘴之间。

S30,所述移动机构驱动所述取料机械手1继续朝料仓3方向移动至其上夹嘴、下夹嘴位于检测到的晶圆4的晶圆框架的上、下两侧。

S40,所述取料机械手1的上夹嘴、下夹嘴闭合将所述晶圆4夹持。

S50,所述移动机构驱动所述取料机械手1将其夹持的晶圆4从所述料仓3中取出。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.晶圆上料方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1,移动机构驱动取料机械手及传感器同步朝料仓方向移动至第一位置，所述传感器的安装高度位于张开状态的所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴之间，在第一位置处，所述取料机械手与料仓中的晶圆保持预定间隙，所述传感器可检测到高度位于所述上夹嘴、下夹嘴之间的晶圆；

S2,所述料仓上升或下降,至所述传感器检测到所述料仓中的一晶圆时，所述料仓立即停止移动或延时停止移动；

S3,所述移动机构驱动所述取料机械手朝料仓方向移动，至上夹嘴、下夹嘴位于所述传感器检测到的晶圆的晶圆框架的上、下两侧；

S4,所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴闭合将所述晶圆夹持;

S5,所述移动机构驱动取料机械手将其夹持的晶圆从所述料仓中取出。

2.根据权利要求1所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述传感器是光纤探头或接近传感器或测距传感器。

3.根据权利要求1所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述传感器的高度在张开状态的上夹嘴、下夹嘴之间的中间高度。

4.根据权利要求1所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述取料机械手的上夹嘴固定在所述移动机构上，所述上夹嘴的顶部设置有开闭驱动气缸，所述开闭驱动气缸的气缸轴穿过所述上夹嘴并连接下夹嘴以驱动所述下夹嘴相对上夹嘴移动，所述传感器固定在所述上夹嘴的底部。

5.根据权利要求4所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述气缸轴到所述上夹嘴及下夹嘴的相对两侧的距离相同，所述传感器的感应区与所述气缸轴正对且所述感应区域正对所述料仓内的晶圆的轴心，所述气缸轴上形成有与所述传感器的感应区对应的穿孔。

6.根据权利要求4所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述S2中，在所述传感器检测到晶圆时，所述料仓延时至所述晶圆的晶圆框架的顶部与所述取料机械手的上夹嘴的底部高度相当时停止。

7.根据权利要求1所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述取料机械手在S1过程中的移动速度大于其在S3过程的移动速度。

8.根据权利要求1-7任一所述的晶圆上料方法，其特征在于：所述S4中，根据所述传感器测得的所述传感器与晶圆之间的间距来确定所述取料机械手的移动量。

9.晶圆上料方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10,移动机构驱动取料机械手及传感器同步朝料仓方向移动至第一位置，在第一位置处，所述取料机械手的前端与料仓上的晶圆保持预定间隙，所述传感器可检测到经过所述取料机器手前端的晶圆；

S20,料仓相对所述取料机械手上升或下降,当所述传感器检测到所述料仓中的一晶圆后，所述料仓上升或下降至所述传感器检测到的晶圆位于所述上夹嘴、下夹嘴之间时停止；

S30,所述移动机构驱动所述取料机械手继续朝料仓方向移动至其上夹嘴、下夹嘴位于检测到的晶圆的晶圆框架的上、下两侧；

S40,所述取料机械手的上夹嘴、下夹嘴闭合将所述晶圆夹持；

S50,所述移动机构驱动所述取料机械手将其夹持的晶圆从所述料仓中取出。

10.用于实现权利要求1-9任一所述上料方法的晶圆上料装置，包括移动机构及由所述移动机构驱动水平移动的取料机械手，其特征在于：所述取料机械手包括上夹嘴、下夹嘴及驱动气缸，所述驱动气缸固定在所述上夹嘴的顶部并驱动所述下夹嘴相对所述上夹嘴移动，所述上夹嘴固定在移动机构上且所述上夹嘴的底部设置有用于检测晶圆的传感器。

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