CN117438368A - 一种用于传送晶圆的机械臂及晶圆传送系统 - Google Patents

一种用于传送晶圆的机械臂及晶圆传送系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种用于传送晶圆的机械臂及晶圆传送系统，用于传送晶圆的机械臂包括用于取放晶圆的第一机械手组件和第二机械手组件，第一机械手组件设置在上层，第二机械手组件设置在下层，第一机械手组件和第二机械手组件通过转轴组件连接，形成一具有上下层的X型结构；位于转轴组件同一侧的第一机械手组件的一端和第二机械手组件的一端用于同时各自取放一片晶圆。本申请能够实现相同尺寸或不同尺寸晶圆的双取双放，进而大幅提高晶圆的传送效率和传送平台的兼容性。

Description

一种用于传送晶圆的机械臂及晶圆传送系统
技术领域
本申请属于半导体领域，具体涉及一种用于传送晶圆的机械臂及晶圆传送系统。
背景技术
随着半导体产业的迅速发展，集成电路特征尺寸不断趋于微细化，半导体晶片不断地朝小体积、高电路密集度、快速、低耗电方向发展，集成电路现已进入超大规模集成电路（Ultra-Large-scaleintegration，ULSI）亚微米级的技术阶段。其中，晶圆作为制造半导体器件的基础性原材料，通常是由单晶硅制成的。人们可以根据需要在晶圆上蚀刻出所需要的电路，然后分割成小块的芯片。
在晶圆的实际加工过程中，需要用机械臂对堆积放置的晶圆进行逐一拿取后做深度加工。然而，现有技术中，一台机械臂一次只能传送一种尺寸的晶圆，当需要传送不同尺寸的晶圆时就需要更换机械臂或机械臂末端的机械手组件，这就导致现有的机械手臂兼容性差，进而影响半导体器件的加工效率。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种用于传送晶圆的机械臂及晶圆传送系统。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种用于传送晶圆的机械臂，其包括用于取放晶圆的第一机械手组件和第二机械手组件，所述第一机械手组件设置在上层，所述第二机械手组件设置在下层，所述第一机械手组件和第二机械手组件通过转轴组件连接，形成一具有上下层的X型结构；
位于转轴组件同一侧的所述第一机械手组件的一端和所述第二机械手组件的一端用于同时各自取放一片相同尺寸或不同尺寸的晶圆，以实现晶圆的双取双放。
上述用于传送晶圆的机械臂中，所述第一机械手组件设置有两个以上，各所述第一机械手组件位于一水平面中；所述第二机械手组件设置有两个以上，各所述第二机械手组件位于另一水平面中。
上述用于传送晶圆的机械臂中，沿转轴组件的高度方向，在所述第一机械手组件的上方设置至少一个第三机械手组件，或者在所述第二机械手组件的下方设置至少一个第四机械手组件。
上述用于传送晶圆的机械臂中，所述第一机械手组件包括第一机械手指和第一机械手，所述第一机械手指包括第一前部手指和第一后部手指，所述第一前部手指设置在所述第一机械手的一端，所述第一后部手指设置在所述第一机械手的另一端；
在所述第一前部手指以及与所述第一前部手指连接的所述第一机械手中设置有第一前部气道，所述第一前部气道用于对晶圆进行真空吸附；
在所述第一后部手指以及与所述第一后部手指连接的所述第一机械手中设置有第一后部气道，所述第一后部气道用于对晶圆进行真空吸附。
进一步地，所述第一前部气道远离所述第一机械手的一端设置有第一前部密封圈，所述第一后部气道远离所述第一机械手的一端设置有第一后部密封圈。
上述用于传送晶圆的机械臂中，所述第二机械手组件包括第二机械手指和第二机械手，所述第二机械手指包括第二前部手指和第二后部手指，所述第二前部手指设置在所述第二机械手的一端，所述第二后部手指设置在所述第二机械手的另一端；
在所述第二前部手指以及与所述第二前部手指连接的所述第二机械手中设置有第二前部气道，所述第二前部气道用于对晶圆进行真空吸附；
在所述第二后部手指以及与所述第二后部手指连接的所述第二机械手中设置有第二后部气道，所述第二后部气道用于对晶圆进行真空吸附。
更进一步地，所述第二前部气道远离所述第二机械手的一端设置有第二前部密封圈，所述第二后部气道远离所述第二机械手的一端设置有第二后部密封圈。
更进一步地，当所述第一前部手指和第二前部手指分别吸附6英寸的晶圆时，所述第一前部手指所吸附的晶圆的底面与所述第二前部手指所吸附的晶圆的顶面之间的间隙设置为4.70mm~4.80mm；
当所述第一前部手指和第二前部手指分别吸附8英寸的晶圆时，所述第一前部手指所吸附的晶圆的底面与所述第二前部手指所吸附的晶圆的顶面之间的间隙设置为6.20mm~6.30mm。
上述用于传送晶圆的机械臂中，还包括小臂和大臂，其中，所述小臂的一端通过转轴组件与所述第一机械手组件和第二机械手组件连接，其另一端通过小臂旋转轴组件与所述大臂的一端连接，所述大臂的另一端通过大臂旋转轴组件与控制中枢连接；所述控制中枢用于控制所述大臂、小臂、第一机械手组件和第二机械手组件的动作，以对晶圆进行取放。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种晶圆传送系统，其包括上述任一项所述的用于传送晶圆的机械臂、半导体设备前置模块和上位机，所述半导体设备前置模块用于识别待取放晶圆的位置，并将识别结果发送给所述上位机，所述上位机用于根据接收到的识别结果对所述用于传送晶圆的机械臂进行调度，以实现对待取放晶圆的双取双放；
所述上位机对所述用于传送晶圆的机械臂进行调度的过程为：
控制第一机械手指和第二机械手指并指，并在晶圆盒中拾取晶圆；
控制机械臂将晶圆移动至腔室反应台；
控制第一机械手指和第二机械手指分指，并将晶圆放置在腔室中；
晶圆在腔室中处理完毕后，控制第一机械手指和第二机械手指分指以从腔室中取出处理后的晶圆；
控制机械臂将处理后的晶圆移动至晶圆盒处；
控制第一机械手指和第二机械手指并指，并将处理后的晶圆放置在晶圆盒中。
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的用于传送晶圆的机械臂通过在上层设置第一机械手组件，在下层设置第二机械手组件，第一机械手组件和第二机械手组件形成一具有上下层的X型结构，且第一机械手组件和第二机械手组件用于同时各自取放一片相同尺寸或不同尺寸的晶圆，能够实现晶圆的双取双放，进而大幅提高晶圆的传送效率和传送平台的兼容性。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种用于传送晶圆的机械臂的整体结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种用于传送晶圆的机械臂中第一机械手组件和第二机械手组件的部分结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种用于传送晶圆的机械臂的使用状态示意图。
附图标记说明：
1、第一机械手组件；11、第一机械手指；111、第一前部手指；112、第一后部手指；113、第一前部气道；114、第一前部密封圈；12、第一机械手；
2、第二机械手组件；21、第二机械手；22、第二机械手指；221、第二前部手指；222、第二后部手指；223、第二前部气道；224、第二前部密封圈；
10、晶圆；20、腔室反应台；30、小臂；40、大臂；50、控制中枢。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
如图1所示，本申请提供的用于传送晶圆的机械臂包括用于取放晶圆10的第一机械手组件1和第二机械手组件2，第一机械手组件1设置在上层，第二机械手组件2设置在下层，第一机械手组件1和第二机械手组件2通过转轴组件连接，形成一具有上下层的X型结构。具体地，转轴组件设置在第一机械手组件1和第二机械手组件2的长度方向的中心处。位于转轴组件同一侧的第一机械手组件1的一端和第二机械手组件2的一端可以同时各自取放一片晶圆10，这两片晶圆10的尺寸可以相同也可以不同。例如，第一机械手组件1的一端取放6英寸的晶圆10，与第一机械手组件1的一端位于转轴组件同一侧的第二机械手组件2的一端取放6英寸或8英寸的晶圆10。第一机械手组件1的另一端取放8英寸的晶圆10，与第一机械手组件1的另一端位于转轴组件同一侧的第二机械手组件2的另一端取放8英寸或12英寸的晶圆10。
可以理解的是，根据待取放晶圆10所要放置的腔室反应台20的宽度，可以在第一机械手组件1 所在的水平面中设置两个以上第一机械手组件，在第二机械手组件2所在的水平面中设置两个以上第二机械手指22组件，使得本申请提供的用于传送晶圆的机械臂可以同时取放至少四个以上晶圆10。
需要说明的是，转轴组件采用现有技术，通过控制转轴组件，可以使第一机械手组件1相对于第二机械手组件2旋转。
当然，根据待取放晶圆10所要放置的腔室反应台20的高度，也可以沿转轴组件的高度方向，在第一机械手组件1的上方设置至少一个第三机械手组件，或者在第二机械手组件2的下方设置至少一个第四机械手组件。
在上述实施例中，如图2所示，第一机械手组件1和第二机械手组件2可以采用相同结构。具体地，第一机械手组件1包括第一机械手指11和第一机械手12，第二机械手组件2包括第二机械手21和第二机械手指22。其中，第一机械手指11包括第一前部手指111和第一后部手指112，第一前部手指111设置在第一机械手12的一端，第一后部手指112设置在第一机械手12的另一端。第二机械手指22包括第二前部手指221和第二后部手指222，第二前部手指221设置在第二机械手21的一端，第二后部手指222设置在第二机械手21的另一端。
在第一前部手指111以及与第一前部手指111连接的第一机械手12中设置有第一前部气道113。第一前部气道113远离第一机械手12的一端设置有第一前部密封圈114，通过对第一前部气道113进行抽真空，可以利用真空吸附的方式将待取放的晶圆10吸附在第一前部密封圈114处。
在第二前部手指221以及与第二前部手指221连接的第二机械手21中设置有第二前部气道223。第二前部气道223远离第二机械手21的一端设置有第二前部密封圈224，通过对第二前部气道223进行抽真空，可以利用真空吸附的方式将待取放的晶圆10吸附在第二前部密封圈224处。
如图3所示，机械臂将吸附在第一前部手指111和第二前部手指221上的晶圆10传送至腔室反应台20处后，对第一前部气道113和第二前部气道223进行放气，不再吸附晶圆10，以便于将晶圆10放置在腔室反应台20中。
当第一前部手指111和第二前部手指221分别吸附6英寸的晶圆10时，第一前部手指111所吸附的晶圆10的底面与第二前部手指221所吸附的晶圆10的顶面之间的间隙设置为4.70mm~4.80mm，优选地，该间隙可以设置为4.75mm。
当第一前部手指111和第二前部手指221分别吸附8英寸的晶圆10时，第一前部手指111所吸附的晶圆10的底面与第二前部手指221所吸附的晶圆10的顶面之间的间隙设置为6.20mm~6.30mm，优选地，该间隙可以设置为6.25mm。
同样地，在第一后部手指112以及与第一后部手指112连接的第一机械手12中设置有第一后部气道。第一后部气道远离第一机械手12的一端设置有第一后部密封圈，通过对第一后部气道进行抽真空，可以利用真空吸附的方式将待取放的晶圆10吸附在第一后部密封圈处。
在第二后部手指222以及与第二后部手指222连接的第二机械手21中设置有第二后部气道。第二后部气道远离第二机械手21的一端设置有第二后部密封圈，通过对第二后部气道进行抽真空，可以利用真空吸附的方式将待取放的晶圆10吸附在第二后部密封圈处。
机械臂将吸附在第一后部手指112和第二后部手指222上的晶圆10传送至腔室反应台20处后，对第一后部气道和第二后部气道进行放气，不再吸附晶圆10，以便于将晶圆10放置在腔室反应台20中。
当第一后部手指112和第二后部手指222分别吸附6英寸的晶圆10时，第一后部手指112所吸附的晶圆10的底面与第二后部手指222所吸附的晶圆10的顶面之间的间隙设置为4.70mm~4.80mm，优选地，该间隙可以设置为4.75mm。
当第一后部手指112和第二后部手指222分别吸附8英寸的晶圆10时，第一后部手指112所吸附的晶圆10的底面与第二后部手指222所吸附的晶圆10的顶面之间的间隙设置为6.20mm~6.30mm，优选地，该间隙可以设置为6.25mm。
对于所取放晶圆10规格的切换，可以通过调整第一前部手指111和第二前部手指221之间的间隙，以及调整第一后部手指112和第二后部手指222之间的间隙实现。
本申请提供的用于传送晶圆的机械臂拾取晶圆10时，第一机械手指11和第二机械手指22并拢，同时实现两片晶圆10的拾取。当将拾取的晶圆10放置在腔室反应台20中时，第一机械手指11和第二机械手指22张开预设角度，可以同时实现两片晶圆10的放置。
可以理解的是，通过对称设置待取放的晶圆10以及腔室反应台20，利用本申请提供的用于传送晶圆的机械臂中的第一前部手指111和第二前部手指221以及第一后部手指112和第二后部手指222，可以同时实现四片晶圆10火工晶圆盒的取放。
在上述实施例中，第一机械手指11和第二机械手指22均可以采用陶瓷材料制成，第一机械手12和第二机械手21均可以采用金属材料制成。
在上述实施例中，本申请提供的用于传送晶圆的机械臂还包括小臂30和大臂40，其中，小臂30的一端通过转轴组件与第一机械手组件1和第二机械手组件2连接，其另一端通过小臂旋转轴组件与大臂40的一端连接，大臂40的另一端通过大臂旋转轴组件与控制中枢50连接。控制中枢50用于控制大臂40、小臂30、第一机械手组件1和第二机械手组件2的动作，以对晶圆10进行取放。
采用本申请提供的用于传送晶圆的机械臂可以支持两种以上不同尺寸晶圆10的双取双放，从而大幅提高晶圆10的传送效率和传送平台的兼容性。另外，本申请提供的用于传送晶圆的机械臂中第一机械手组件1和第二机械手组件2的结构简单、拆装方便。
基于本申请提供的用于传送晶圆的机械臂，本申请还提供了一种晶圆10传送系统，其包括上述用于传送晶圆的机械臂、EFEM（Equipment Front End Module，半导体设备前置模块）和上位机。其中，EFEM用于识别待取放晶圆10的位置，并将识别结果发送给上位机，上位机用于根据接收到的识别结果对用于传送晶圆的机械臂进行调度，以实现对待取放晶圆10的双取双放。
其中，上位机根据接收到的识别结果对用于传送晶圆的机械臂进行调度的具体过程为：
S1、上位机根据接收到的识别结果判断待取放晶圆10的尺寸信息。
S2、上位机根据晶圆10的尺寸信息对机械臂中相应的机械手组件进行调度，具体包括：
控制第一机械手指11和第二机械手指22并指，并在晶圆盒中拾取晶圆10。
控制机械臂将晶圆10移动至腔室反应台20。
控制第一机械手指11和第二机械手指22分指，并将晶圆10放置在腔室中。
晶圆10在腔室中处理完毕后，控制第一机械手指11和第二机械手指22分指以从腔室中取出处理后的晶圆10。
控制机械臂将处理后的晶圆10移动至晶圆盒处。
控制第一机械手指11和第二机械手指22并指，并将处理后的晶圆10放置在晶圆盒中。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，包括用于取放晶圆的第一机械手组件和第二机械手组件，所述第一机械手组件设置在上层，所述第二机械手组件设置在下层，所述第一机械手组件和第二机械手组件通过转轴组件连接，形成一具有上下层的X型结构；
位于转轴组件同一侧的所述第一机械手组件的一端和所述第二机械手组件的一端用于同时各自取放一片相同尺寸或不同尺寸的晶圆，以实现晶圆的双取双放。
2.根据权利要求1所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，所述第一机械手组件设置有两个以上，各所述第一机械手组件位于一水平面中；所述第二机械手组件设置有两个以上，各所述第二机械手组件位于另一水平面中。
3.根据权利要求1或2所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，沿转轴组件的高度方向，在所述第一机械手组件的上方设置至少一个第三机械手组件，或者在所述第二机械手组件的下方设置至少一个第四机械手组件。
4.根据权利要求1或2所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，所述第一机械手组件包括第一机械手指和第一机械手，所述第一机械手指包括第一前部手指和第一后部手指，所述第一前部手指设置在所述第一机械手的一端，所述第一后部手指设置在所述第一机械手的另一端；
在所述第一前部手指以及与所述第一前部手指连接的所述第一机械手中设置有第一前部气道，所述第一前部气道用于对晶圆进行真空吸附；
在所述第一后部手指以及与所述第一后部手指连接的所述第一机械手中设置有第一后部气道，所述第一后部气道用于对晶圆进行真空吸附。
5.根据权利要求4所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，所述第一前部气道远离所述第一机械手的一端设置有第一前部密封圈，所述第一后部气道远离所述第一机械手的一端设置有第一后部密封圈。
6.根据权利要求1或2所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，所述第二机械手组件包括第二机械手指和第二机械手，所述第二机械手指包括第二前部手指和第二后部手指，所述第二前部手指设置在所述第二机械手的一端，所述第二后部手指设置在所述第二机械手的另一端；
在所述第二前部手指以及与所述第二前部手指连接的所述第二机械手中设置有第二前部气道，所述第二前部气道用于对晶圆进行真空吸附；
在所述第二后部手指以及与所述第二后部手指连接的所述第二机械手中设置有第二后部气道，所述第二后部气道用于对晶圆进行真空吸附。
7.根据权利要求6所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，所述第二前部气道远离所述第二机械手的一端设置有第二前部密封圈，所述第二后部气道远离所述第二机械手的一端设置有第二后部密封圈。
8.根据权利要求4所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，当所述第一前部手指和第二前部手指分别吸附6英寸的晶圆时，所述第一前部手指所吸附的晶圆的底面与所述第二前部手指所吸附的晶圆的顶面之间的间隙设置为4.70mm~4.80mm；
当所述第一前部手指和第二前部手指分别吸附8英寸的晶圆时，所述第一前部手指所吸附的晶圆的底面与所述第二前部手指所吸附的晶圆的顶面之间的间隙设置为6.20mm~6.30mm。
9.根据权利要求1所述的用于传送晶圆的机械臂，其特征在于，还包括小臂和大臂，其中，所述小臂的一端通过转轴组件与所述第一机械手组件和第二机械手组件连接，其另一端通过小臂旋转轴组件与所述大臂的一端连接，所述大臂的另一端通过大臂旋转轴组件与控制中枢连接；所述控制中枢用于控制所述大臂、小臂、第一机械手组件和第二机械手组件的动作，以对晶圆进行取放。
10.一种晶圆传送系统，其特征在于，包括如权利要求1~9任一项所述的用于传送晶圆的机械臂、半导体设备前置模块和上位机，所述半导体设备前置模块用于识别待取放晶圆的位置，并将识别结果发送给所述上位机，所述上位机用于根据接收到的识别结果对所述用于传送晶圆的机械臂进行调度，以实现对待取放晶圆的双取双放；
所述上位机对所述用于传送晶圆的机械臂进行调度的过程为：
控制第一机械手指和第二机械手指并指，并在晶圆盒中拾取晶圆；
控制机械臂将晶圆移动至腔室反应台；
控制第一机械手指和第二机械手指分指，并将晶圆放置在腔室中；
晶圆在腔室中处理完毕后，控制第一机械手指和第二机械手指分指以从腔室中取出处理后的晶圆；
控制机械臂将处理后的晶圆移动至晶圆盒处；
控制第一机械手指和第二机械手指并指，并将处理后的晶圆放置在晶圆盒中。
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