CN115674243A - 真空机械手及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种真空机械手及半导体工艺设备，涉及半导体设备领域。一种真空机械手包括吸附端，所述吸附端用于吸附晶圆；第一气路，所述第一气路中设有文丘里管；第二气路，所述第二气路连接于所述文丘里管与所述吸附端之间，所述第二气路设有第一阀体，所述第二气路至少用于从所述吸附端吸气；供气支路，所述供气支路连接于所述第二气路的位于所述第一阀体与所述吸附端之间的区域，供气支路能够向吸附端供气。一种半导体工艺设备，包括上述真空机械手。本申请能够解决晶圆无法脱离真空机械手的吸附端的问题。

Description

真空机械手及半导体工艺设备

技术领域

本申请属于半导体设备技术领域，具体涉及一种真空机械手及半导体工艺设备。

背景技术

CVD外延设备的衬底传输装置包括：第一部分为大气机械手；第二部分为晶片校准和吹洗系统(包括LL腔室)；第三部分为传输系统(包括TC腔室)；第四部分为工艺腔系统(包括PM腔室)。其中，LL腔室与PM腔室之间通过真空机械手进行传输晶圆。然而，在实际使用设备的过程中，经常发生真空机械手在放置晶圆时，晶圆无法脱离，从而影响晶圆的正常传输。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种真空机械手及半导体工艺设备，能够解决晶圆无法脱离真空机械手的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

本申请实施例提供了一种真空机械手，该真空机械手包括：

吸附端，所述吸附端用于吸附晶圆；

第一气路，所述第一气路中设有文丘里管；

第二气路，所述第二气路连接于所述文丘里管与所述吸附端之间，所述第二气路设有第一阀体，所述第二气路至少用于从所述吸附端吸气；

供气支路，所述供气支路连接于所述第二气路的位于所述第一阀体与所述吸附端之间的区域，所述供气支路能够向所述吸附端供气。

本申请实施例还提供了一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括上述真空机械手。

在本申请实施例中，通过吸附端可以对晶圆进行吸附，在吸附晶圆过程中，向第一气路中通入气体，气体经过文丘里管后排出，在此过程中，文丘里管中产生一定的负压，第二气路连接在文丘里管和吸附端之间，第二气路上设有用于开启或关闭第二气路的第一阀体，在第一阀体开启的情况下，文丘里管中产生的负压作用于第二气路，并通过第二气路作用于吸附端，也即，通过第二气路从吸附端吸气，使吸附端处产生负压，从而通过吸附端对晶圆进行吸附。在吸附晶圆过后可以移动吸附端，并使吸附端由其中一个工位移动至另一个工位，以实现对晶圆的传输。当晶圆到达预定位置时，关闭第一阀体并通过供气支路向第二气路中通入气体，以通过第二气路将供气支路中的气体通入吸附端，使吸附端产生正压，以使晶圆脱离吸附端，实现晶圆的快速释放，最终将晶圆放置在预定位置，完成晶圆的传输过程。基于上述设置，使晶圆能够快速脱离真空机械手，提高了真空机械手释放晶圆的效率，有效避免了真空机械手无法正常释放晶圆而影响晶圆正常传输的问题，保证了晶圆的正常释放，提高了生产效率。

附图说明

图1为本申请实施例公开的真空机械手、LL腔室、TC腔室及PM腔室的示意图；

图2为本申请实施例公开的真空机械手吸附晶圆过程的气路示意图；

图3为本申请实施例公开的真空机械手释放晶圆过程的气路示意图；

图4为本申请实施例公开的真空机械手吸附晶圆过程的流程图；

图5为本申请实施例公开的真空机械手释放晶圆过程的流程图；

图6为本申请实施例公开的真空机械手的控制原理示意图。

附图标记说明：

110-第一气路；120-第二气路；130-供气支路；

200-吸附端；

300-流量控制元件；

400-文丘里管；

510-第一阀体；520-第二阀体；

600-控制单元；

700-气压检测元件；

810-平移机构；820-升降机构；

910-LL腔室；920-TC腔室；930-PM腔室。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。

参考图1至图3，本申请实施例公开了一种真空机械手，所公开的机械手包括吸附端200、第一气路110、第二气路120和供气支路130。

其中，吸附端200为真空机械手的终端吸附构件，其用于吸附晶圆。可选地，吸附端200可以是真空吸盘等。在吸附过程中，吸附端200首先与晶圆表面贴合，而后吸附端200产生一定的负压，在负压作用下，对晶圆进行吸附；而后吸附端200移动至预定位置后，吸附端200的负压解除，从而失去对晶圆的吸附作用，在重力作用下，晶圆落至预定位置。

第一气路110为真空机械手中用于产生负压的气路，其中，第一气路110上设有文丘里管400。可选地，文丘里管400可以包括分别设置在两端处的第一进气口和出气口，以及设置在侧壁上的第二进气口，将第一进气口与第一气路110连通，出气口可以与外界连通。如此，在第一气路110中通入气体时，气体经过第一进气口流入，从出气口流出，由于气体流量较大、且流速较快，从而在第二进气口处产生一定的负压，以使与第二进气口相连的第二气路120内产生负压。

第二气路120为真空机械手中连接文丘里管400和吸附端200的管路，至少用于从吸附端200吸气。可选地，第二气路120可以用于从吸附端200吸气，还可以用于向吸附端200供气。在文丘里管400的作用下，第二气路120内产生一定的负压，并使吸附端200相应产生负压，从而使吸附端200能够对晶圆进行吸附。为了调节第二气路120的开启或关闭，在第二气路120上设置第一阀体510，当需要吸附晶圆时，第一阀体510开启，以使第二气路120畅通，此时在文丘里管400的作用下，使吸附端200产生负压，以吸附晶圆；当不需要吸附晶圆，或者释放晶圆时，可以将第一阀体510关闭。可选地，第一阀体510可以是气动阀体，其可以是常闭阀体，一般情况下，第一阀体510处于关闭状态，在需要吸附晶圆时开启。此处需要说明的是，第一阀体510的种类不受限制，另外，第一阀体510的具体结构及工作原理可参考相关技术，此处不再赘述。

为了使吸附端200能够快速释放晶圆，本申请实施例中增设了供气支路130，供气支路130与第二气路120连接，且供气支路130与第二气路120的连接处位于第一阀体510与吸附端200之间的区域，供气支路130能够向吸附端200供气。基于此，在需要释放晶圆时，通过供气支路130向吸附端200供气，以使吸附端200与晶圆之间产生正压，从而使晶圆脱离吸附端200，实现对晶圆的快速释放。此处需要说明的是，在吸附晶圆的过程中，供气支路130处于断开状态，以防止第二气路120漏气而影响吸附端200的负压值。

本申请实施例中，通过吸附端200可以对晶圆进行吸附，在吸附晶圆过程中，向第一气路110中通入气体，气体经过文丘里管400后排出，在此过程中，文丘里管400中产生一定的负压，第二气路120连接在文丘里管400和吸附端200之间，第二气路120上设有用于开启或关闭第二气路120的第一阀体510，在第一阀体510开启的情况下，文丘里管400使吸附端200产生负压，从而对晶圆进行吸附。在吸附晶圆后，可以移动吸附端200，并使吸附端200由其中一个工位移动至另一个工位，以实现对晶圆的传输。当晶圆到达预定位置时，关闭第一阀体510，并通过供气支路130向第二气路120中通入气体，以使第二气路120中的气体能够流到吸附端200，从而使吸附端200与晶圆之间产生正压，以使晶圆快速释放，最终将晶圆放置在预定位置，完成晶圆的传输过程。基于上述设置，使晶圆能够快速脱离真空机械手，提高了真空机械手释放晶圆的效率，有效避免了真空机械手无法正常释放晶圆而影响晶圆正常传输的问题，保证了晶圆的正常释放，提高了生产效率。

参考图1至图3，一些实施例中，供气支路130的输入端与第一气路110连接，可以理解的是，在第二气路120的一旁设置供气支路130，如此，通过第一气路110也可以为供气支路130提供气体。为了调节供气支路130的供气情况，本申请实施例中在供气支路130上设置用于开启或关闭供气支路130的第二阀体520。

基于上述设置，当需要释放晶圆时，第二阀体520开启，与此同时，第一阀体510关闭，此时供气支路130与吸附端200连通，从而，第一气路110中的气体依次经过供气支路130和第二气路120向吸附端200流动，以使吸附端200产生正压，一方面通入的气体可以解除吸附端200的负压，从而减小吸附端200对晶圆的吸附作用，另一方面，通入的气体对晶圆还具有推动作用，从而能够使晶圆快速脱离吸附端200而实现晶圆的快速释放。

可选地，第二阀体520可以是气动阀体，其可以是常闭阀体，一般情况下，第二阀体520处于关闭状态，在需要释放晶圆时开启。此处需要说明的是，第二阀体520的种类不受限制，另外，第二阀体520的具体结构及工作原理可参考相关技术，此处不再赘述。

在一些实施例中，第一气路110中还设有流量控制元件300，在气体流动方向上，流量控制元件300位于文丘里管400的上游，且供气支路130的输入端位于流量控制元件300与文丘里管400之间。基于上述设置，在需要吸附晶圆时，将第一阀体510开启，第二阀体520关闭，此时通过流量控制元件300控制第一气路110中的气体流量为Q1，第一气路110中的气体在通过文丘里管400后向外排出，并使第二气路120以及吸附端200中产生负压，从而可以通过吸附端200吸附晶圆。在需要释放晶圆时，将第一阀体510关闭，第二阀体520开启，此时通过流量控制元件300控制第一气路110中的气体流量为Q2，Q2<Q1，第一气路110中的气体中的至少一部分通入供气支路130中，并经由供气支路130通入吸附端200，以平衡吸附端200的负压，并使吸附端200产生正压，从而使吸附端200解除对晶圆的吸附作用，如此，在吸附端200处的正压以及重力的共同作用下，晶圆快速脱离吸附端200并落至预定位置，进而实现了晶圆的快速、精准释放。

本申请实施例中，可以切换第一气路110为第二气路120或供气支路130供气，并通过流量控制元件300控制为第二气路120或供气支路130供入的气体流量，从而减少了供气源的使用，且方便控制，使真空机械手对于晶圆的吸附或释放更加协调、便捷。

本申请实施例中，第一阀体510和第二阀体520各自的状态可进行切换，以满足真空机械手的实际需求。在第一状态下，也即，在吸附晶圆的状态下，第一阀体510开启，第二阀体520关闭，此时，第一气路110中的气体快速经过文丘里管400后排出，使文丘里管400内形成负压，该负压作用于吸附端200，使吸附端200产生负压，从而可以对晶圆产生吸附作用。在第二状态下，也即，在释放晶圆的状态下，第一阀体510关闭，第二阀体520开启，此时，第一气路110中的气体经供气支路130和第二气路120通入吸附端200，以使吸附端200产生正压，从而可以解除对晶圆的吸附作用，以对晶圆释放。此处需要说明的是，上述第一阀体510和第二阀体520各自的开启或者关闭均可以通过PLC控制。

为了使文丘里管400中产生负压，需要对经过文丘里管400的气体流量进行控制，可选地，在第一状态下，流量控制元件300控制第一气路110中的流量为4.0SLM～8.0SLM，例如可以包括4.0SLM、5.0SLM、6.0SLM、7.0SLM、8.0SLM等，当然，还可以是其他流量值，只要满足文丘里管400产生的负压能够吸附晶圆且保证晶圆完好的要求即可。在第二状态下，流量控制元件300控制第一气路110中的流量为0.5SLM～1.5SLM，例如可以包括0.5SLM、0.75SLM、1.0SLM、1.25SLM、1.5SLM等，当然，还可以是其他流量值，只要能够抵消吸附端200的负压作用，或者使吸附端200产生一定正压而使晶圆脱离吸附端200即可。上述流量的气体经过第一气路110通入供气支路130，并由供气支路130和第二气路120通入吸附端200，以使吸附端200释放晶圆。

此处需要说明的是，第一状态下，当第一气路110中的气体流量过大会导致吸附端200的负压相对较大，此时容易使晶圆损坏；当第一气路110中的气体流量过小会导致吸附端200的负压相对较小，此时晶圆容易从吸附端200意外脱落，如此，第一状态下控制第一气路110中的气体流量处于较佳的范围内，可以保证晶圆的正常吸附。第二状态下，当第一气路110中的气体流量过大会导致吸附端200的正压较大，此时容易将晶圆吹落，并使晶圆无法精确的落至预定位置，影响晶圆的位置精度；当第一气路110中的气体流量过小会导致吸附端200在短时间内仍存在一定负压，此时会延迟晶圆的脱落时间，如此，第二状态下控制第一气路110中的气体流量处于较佳的范围内，可以确保晶圆落至预定位置，保证晶圆的位置精度。

在一些实施例中，在第二状态下，第二阀体520的开启时间为T，T的范围为2ms～8ms，例如可以包括2ms、3ms、4ms、5ms、6ms、7ms、8ms等，当然，第二阀体520的开启时间不限于上述时间，只要能够满足实际要求即可。由于在释放晶圆时需要打开第二阀体520，通过控制第二阀体520的开启时间以控制对吸附端200通气的时长。在一种具体的实施例中，可以控制第二阀体520开启5ms，延时5ms后第二阀体520关闭，以停止供气支路130向吸附端200通气，从而能够有效缓解颗粒扩散的问题。

参考图6，为了实现对真空机械手中的气路的通断以及气路中气体流量的控制，本申请实施例中的真空机械手还包括控制单元600，其中，流量控制元件300、第一阀体510和第二阀体520均与控制单元600电连接。通过控制单元600控制第一阀体510开启或关闭，以控制第二气路120的通断；通过控制单元600控制第二阀体520的开启或关闭，以控制供气支路130的通断；通过控制单元600控制流量控制元件300的开启程度，以控制第一气路110中气体流量大小，以满足不同工况下所需要的气体流量。基于上述设置，使真空机械手可以自由切换吸附晶圆或释放晶圆，以保证晶圆的正常传输。

参考图2和图3，为了监控吸附端200处的气体压力，本申请实施例还在第二气路120上连接气压检测元件700，该气压检测元件700的检测端位于第一阀体510与吸附端200之间。通过气压检测元件700可以实时检测第一阀体510与吸附端200之间的第二气路120中的气体压力，从而获知吸附端200的气体压力。可选地，气压检测元件700可以是气压传感器，或其他具有检测气体压力的元件。本申请实施例中，气压检测元件700可以与控制单元600电连接，从而可以将检测到的吸附端200的气体压力信息传递至控制单元600，以实现对吸附端200处的压力的精确控制。

参考图1，为了实现对晶圆的传输，本申请实施例中的真空机械手还包括传动连接的平移机构810和升降机构820，其中，平移机构810及升降机构820中的一者与吸附端200连接，通过平移机构810可以驱动吸附端200在水平面内平移，通过升降机构820可以驱动吸附端200在竖直面内升降。可选地，吸附端200与升降机构820的升降端连接，升降机构820与平移机构810的平移端连接，如此，平移机构810可以驱动升降机构820及其上的吸附端200同步平移，以使吸附端200处的晶圆从第一工位平移至第二工位，并通过升降机构820驱动吸附端200升降，以使吸附端200处的晶圆从第一高度升降至第二高度。当然，还可以是吸附端200与平移机构810的平移端连接，平移机构810与升降机构820的升降端连接，如此，升降机构820可以驱动平移机构810及其上的吸附端200同步升降，以使吸附端200处晶圆从第一高度升降至第二高度，并通过平移机构810驱动吸附端200平移，以使吸附端200处的晶圆从第一工位平移至第二工位。

此处需要说明的是，上述平移机构810和升降机构820的具体结构及工作原理均可参考相关技术，本申请实施例中不作详细阐述。

本申请实施例还公开了一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括上述真空机械手。除此以外，半导体工艺设备还可以包括多个腔室，具体包括：LL腔室910(即，晶片校准和吹洗腔室)、TC腔室920(即，传输腔室)和PM腔室930(即，工艺腔室)，通过真空机械手可以实现晶圆在各腔室之间的传输过程。

参考图1，真空机械手的吸附端200设置在TC腔室920中，通过吸附端200可以将晶圆在LL腔室910和PM腔室930之间传输。具体过程为：

在平移机构810驱动作用下，吸附端200平移至LL腔室910中，通过升降机构820驱动吸附端200降至晶圆上方，并吸附晶圆，待吸附晶圆后，升降机构820驱动吸附端200及晶圆上升，在平移机构810驱动作用下，吸附端200由LL腔室910平移至PM腔室930，而后升降机构820驱动吸附端200降至PM腔室930中的凹槽上方，并使晶圆与用于放置晶圆的凹槽对齐，而后释放晶圆，使晶圆落在凹槽中，而后升降机构820驱动吸附端200上升，以回至初始位置，为下一次传输晶圆做准备。

本申请实施例中，真空机械手吸附晶圆的过程如下：

参考图4，吸附端200移动至吸附工位上方，控制单元600控制流量控制元件300开启，并控制第一气路110中的气体流量为4.0～8.0SLM，使文丘里管400中产生负压，控制单元600控制第一阀体510开启，第二阀体520关闭，使负压作用于吸附端200，以对晶圆吸附。而后，吸附端200及晶圆升高，以为后续平移做准备。

本申请实施例中，真空机械手释放晶圆的过程如下：

参考图5，吸附端200移动至释放工位上方，控制单元600控制第一阀体510关闭，使负压不再作用于吸附端200的晶圆上，控制单元600控制流量控制元件300关闭，停止文丘里管400的作用，控制单元600控制流量控制元件300开启，并控制第一气路110中的气体流量为1.0SLM，控制单元600控制第二阀体520开启，开启时间为5ms后，控制单元600控制第二阀体520关闭、流量控制元件300关闭，使正压作用于吸附端200，以对晶圆释放。

在该实施例中，在执行真空机械手释放晶圆的动作时，除了在第二气路120中关闭文丘里管400的方式之外，后期还可以采用流量控制元件300实现小流量控制，并在开通延时一段时间后通过流量控制元件300关闭第一气路110，从而可以有效防止颗粒的扩散。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种真空机械手，其特征在于，包括：

吸附端(200)，所述吸附端(200)用于吸附晶圆；

第一气路(110)，所述第一气路(110)中设有文丘里管(400)；

第二气路(120)，所述第二气路(120)连接于所述文丘里管(400)与所述吸附端(200)之间，所述第二气路(120)设有第一阀体(510)，所述第二气路(120)至少用于从所述吸附端(200)吸气；

供气支路(130)，所述供气支路(130)连接于所述第二气路(120)的位于所述第一阀体(510)与所述吸附端(200)之间的区域，所述供气支路(130)能够向所述吸附端(200)供气。

2.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征在于，所述供气支路(130)的输入端与所述第一气路(110)连接，且所述供气支路(130)设有用于开启或关闭所述供气支路(130)的第二阀体(520)。

3.根据权利要求2所述的真空机械手，其特征在于，所述第一气路(110)中还设有流量控制元件(300)，在气体流动方向上，所述流量控制元件(300)位于所述文丘里管(400)的上游；

所述供气支路(130)的输入端位于所述流量控制元件(300)与所述文丘里管(400)之间。

4.根据权利要求3所述的真空机械手，其特征在于，在第一状态下，所述第一阀体(510)开启，所述第二阀体(520)关闭，所述文丘里管(400)内形成负压，并作用于所述吸附端(200)，以通过所述吸附端(200)吸附所述晶圆；

在第二状态下，所述第一阀体(510)关闭，所述第二阀体(520)开启，所述供气支路(130)形成正压，并作用于所述吸附端(200)，以通过所述吸附端(200)释放所述晶圆。

5.根据权利要求4所述的真空机械手，其特征在于，在所述第一状态下，所述流量控制元件(300)控制所述第一气路(110)中的气体流量为4.0SLM～8.0SLM；

和/或，在所述第二状态下，所述流量控制元件(300)控制所述第一气路(110)中的气体流量为0.5SLM～1.5SLM。

6.根据权利要求4所述的真空机械手，其特征在于，在所述第二状态下，所述第二阀体(520)的开启时间为T，所述T的范围为2ms～8ms。

7.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征在于，所述第二气路(120)连接有气压检测元件(700)，所述气压检测元件(700)的检测端位于所述第一阀体(510)与所述吸附端(200)之间。

8.根据权利要求3-7中任意一项所述的真空机械手，其特征在于，所述真空机械手还包括控制单元(600)，流量控制元件(300)、所述第一阀体(510)、第二阀体(520)和气压检测元件(700)均与所述控制单元(600)电连接。

9.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征在于，所述真空机械手还包括传动连接的平移机构(810)和升降机构(820)，所述平移机构(810)及所述升降机构(820)中的一者与吸附端(200)连接，所述平移机构(810)用于驱动所述吸附端(200)在水平面内平移，所述升降机构(820)用于驱动所述吸附端(200)在竖直面内升降。

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的真空机械手。

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