CN117766446B - 一种送片机械手及具有该机械手的晶圆传输系统 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种送片机械手及具有该机械手的晶圆传输系统，涉及半导体集成电路芯片制造的设备领域，包括送片机械手包括基座，基座顶端设有不少于一个的机械臂组件，机械臂组件端部连接有放置基板，放置基板与机械臂组件连接处设有两个相对设置的第一限位块，放置基板远离机械臂组件一端设有不少于一个的第二限位块；两个第一限位块向背侧均设有滚动轴，第一限位块内设有第一电机，第一电机输出端与滚动轴连接，滚动轴周向延伸有条状体。本发明的目的在于提供一种精度高、移动速度快且具有防止晶圆产生曲绕的一种送片机械手及具有该机械手的晶圆传输系统。

Description

一种送片机械手及具有该机械手的晶圆传输系统

技术领域

本发明属于半导体集成电路芯片制造的设备领域，具体涉及一种送片机械手及具有该机械手的晶圆传输系统。

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-scale integration，ULSI）亚微米级的技术阶段。伴随着硅晶片直径的逐渐增大，元件内刻线宽度逐步缩小，金属层数的增多，因此半导体薄膜表面的高平坦化对器件的高性能、低成本、高成品率有着重要的影响，这导致对硅晶片表面的平整度要求将日趋严格。

现有技术如名为晶圆传输机械手及其晶圆翻转方法的发明专利，此发明专利的公开号为TWI773943B。此发明公开了一种晶圆传输机械手及其晶圆翻转方法该晶圆传输机械手，此发明包括：横向传输轴仅位于清洗单元的一侧；横向传输拖板设置在横向传输轴上并能够沿横向传输轴做横向运动；第一垂直升降轴设置在横向传输拖板上并能够在横向传输拖板上做垂直运动；旋转台设置在第一垂直升降轴上；第一卡爪夹持臂与旋转台相连并由旋转台驱动做旋转运动。此发明可以满足晶圆在水平和垂直两种状态的自由转换；横向传输拖板不会运行到干燥单元的正上方从而排除在干燥制程中将晶圆传输机械手运动部件上的杂质颗粒散落到晶圆上的可能性。但是此发明无法实现精度较高的立体移动。

现有技术如名为硅片转移装置的发明专利，此发明专利的公开号为KR1020220166804A。此发明公开了一种硅片转移装置,包括两个预真空处理单元和一个真空转移单元,其中真空转移单元用于在真空状态下在预真空处理单元和处理单元之间转移硅片,真空转移装置包括真空转移室、两台转移机器人和转盘,两台转移机器人有两台可独立操作的机械手,通过两台机械手的有序配合,一台转移机器人在同一工位交换硅片,一台传送机器人在预真空处理单元和转盘之间传送晶圆,而另一个传送机器人在转盘和处理单元之间传送硅片。通过使用具有两个可独立操作的机械手的传送机器人在同一工位交换硅片的技术,通过组合两个具有多个自由度的机械手,可以高速进行硅片传送,从而提高整体产能。但是此发明晶圆立体转移过程中精度稍低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、移动速度快且具有防止晶圆产生曲绕的一种送片机械手及具有该机械手的晶圆传输系统。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种送片机械手，送片机械手包括基座，基座顶端设有不少于一个的机械臂组件，机械臂组件端部连接有放置基板，放置基板与机械臂组件连接处设有两个相对设置的第一限位块，放置基板远离机械臂组件一端设有不少于一个的第二限位块；

两个第一限位块向背侧均设有滚动轴，第一限位块内设有第一电机，第一电机输出端与滚动轴连接，滚动轴周向延伸有条状体。

通过对一种送片机械手整体的设计，其中放置基板是实现对晶圆的放置，在放置基板与机械臂相连接的近端与远端分别设置有第一限位块和第二限位块，第一限位块和第二限位块可以对晶圆进行卡接，防止晶圆在转移的过程中，产生大幅度晃动或者是掉落的情况发生；此外，可以通过控制第一限位块和第二限位块的大小，实现的对不同的大小的晶圆的进行卡接，同时第一限位块和第二限位块可以为柔性材质，可以防止或降低对晶圆边缘的损伤；此外，可以通过第一限位块对晶圆装载过程中的边缘起到支撑的效果，避免晶圆运载的过程中晶圆边缘产生折弯或曲绕的情况。机械臂组件主要实现带动放置基板移动，进而可以实现带动晶圆或晶圆盒在存储区或公卫区进行转移。通过在基座顶端设有不少于一个的机械臂组件，可以提高对晶圆转移到效率；更进一步的，通过对算法的设计，可以实现在拿取晶圆的过程中，实现步数最少的移动，进而大大提高整体效率。

第一限位块内设置的第一电机用于带动滚动轴转动，进而带动沿滚动轴轴向布设的条状体转动，当条状体转动的过程中，可以进一步实现对晶圆的精准限位；同时，条状体可以进一步对晶圆的边缘起到支撑，并且可以提供柔性支撑，且当机械臂在随第一升降组件和第二升降组件上下移动的过程中，晶圆也会随着上下移动，进而通过条状体可以对晶圆上下移动时垂直方向的冲击进行吸收，且由于滚动件是可以滚动的，在晶圆取放的过程中，晶圆的边缘与放置基板之间可以减少或者防止产生摩擦，可以起到对晶圆表面起到保护的作用，防止晶圆表面产生划痕，进而降低产品质量的情况发生。

根据本发明一实施例，放置基板上设有滑移槽，第一限位块与滑移槽对应设置，放置基板上设有第一液压杆，第一液压杆与第一限位块对应设置，第一液压杆端部与第一限位块相连。

第一液压杆可以实现第一限位块沿滑移槽方向移动，进而实现第一限位块与第二限位块之间可调节的距离提高，进而可以实现对晶圆夹持的大小的范围调节提高。通过上述设计，可以根据晶圆的大小对液压杆长度进行调节，实现对晶圆夹持精度的提高，此外，在对第一限位块实现位移的过程中，可以实现第一电机的转动，即可以实现在第一限位块移动的过程中，条状体转动，可以降低卡接晶圆时第一限位块直接与晶圆接触时对晶圆突然造成较大的挤压力，导致晶圆边缘损坏；此外，可以实现对晶圆的位置和状态的调整，实现夹持晶圆的精度提高；条状体可以实现缓冲的效果，当第一液压杆工作时，条状体可以防止第一液压杆伸出过长导致晶圆损坏的情况发生，即条状体会有效与晶圆接触，并调整晶圆位置。

根据本发明一实施例，放置基板设有第一限位块一侧设有不少于三个的吸附盘。

在放置基板上设有吸附盘，可以在对晶圆运输的过程中，对晶圆一侧实现降压处理或进行吸附。

在降压处理的过程中，即吸附盘与晶圆不直接接触，可以在吸附盘和晶圆之间形成一定的负压区域，可以提高晶圆与放置基板之间的力，进而可以防止在重力或转移过程中，晶圆的形变的概率；同时在吸附盘吸附的过程中，可以将晶圆空气中细小的灰尘或黏附在晶圆一侧的灰尘进行清理；此外，在吸附盘抽吸的过程中，是可以对周围的空气进行抽吸的，可以降低晶圆转移空间内空气内的灰尘含量和水蒸气的含量，可以为放置在晶圆放置盒体内的晶圆提供适宜存储和加工的环境，进而提高后续加工的过程中的产品质量。

在吸附处理的过程中，可以有效的对晶圆一侧进行吸附，可以防止晶圆在移动运输的过程中，晶圆只受到边缘第一限位块和第二限位块对的力，容易导致晶圆在转移的过程中，第一限位块和第二限位块对晶圆边缘力过大导致晶圆边缘受损，通过吸附盘的吸附，可以在降低第一限位块和第二限位块对晶圆边缘施加力大的情况下，依旧实现晶圆稳定运输；此外，可以防止晶圆在运输的过程中，晶圆发生形变的情况发生。

根据本发明一实施例，基座包括上下间隔设置的基座基板和底座板，底座板上设有驱动电机，基座基板朝向底座板一侧设有第一转动柱，驱动电机输出轴延伸连接有第二转动柱，第二转动柱端部环绕设有第一齿圈，第一转动柱上环绕设有第二齿圈，第一齿圈和第二齿圈对应设置。

驱动电机用于实现第一齿圈的转动，当第一齿圈转动时，会带动第二齿圈转动，第二齿圈可以实现第二转动柱和基座基板的共同转动，进而带动与基座相连接的机械臂组件发生转动。通过上述设计，可以实现对机械臂水平方向的角度的改变，进而可以提高机械臂的灵活性，进而可以提高机械臂的对晶圆夹持的精确性，以及在存储区和工位区对晶圆进行转移的过程中，实现移动步骤的降低，可以提高晶圆转移的效率。

根据本发明一实施例，基座上侧同轴延伸设有第一升降组件，第一升降组件包括上下间隔设置的第一基盘和支撑板，支撑板和第一基盘之间通过不少于两个的第二液压杆连接，第二液压杆沿基座轴向设置；

第一基盘上侧与机械臂组件连接。

在支撑板和第一基盘之间设有多个第二液压杆，可以实现第一基盘的升降稳定和水平度，进而实现机械手在第一升降组件的作用下，实现上下位移。

根据本发明一实施例，支撑板与基座之间设有第二升降组件，第二升降组件包括升降套，升降套上下分别连接支撑板和基座；

升降套内设有升降气囊。

通过升降套内设置的气囊的气体的体积控制，可以精确的实现升降套上升和下降的幅度，此外，气囊的设置可以提高整体装置升降的效率，即气囊可以实现高度的上升和下降，且通过对气体体积的控制，可以实现对机械手上升和下降的精度控制。

第一升降组件可以实现机械手上升和下降的精确的控制，通过第二升降组件可以实现机械手上升和下降速度提高，通过对第一升降组件和第二升降组件的设计，即第一升降组件可以为第二升降组件的提供更高的精度，即当第二升降组件完成升降操作后，通过第一升降组件可以进行微平衡，实现对机械手高度的调整；且第一升降组件在工作过程中，由于机械限制，无法实现高速上下移动，通过第二升降组件可以实现快速上下移动。

晶圆传输系统，晶圆传输系统包括第一基体，第一基体上设有传输轨道，沿传输轨道设有存储区和工位区，传输轨道上设有送片机械手。

通过对晶圆传输系统的设置，一种送片机械手可以实现在传输轨道上移动，进而可以实现对存储区和工位区的晶圆或晶圆盒进行转移，进而可以实现存储区和工位区之间的晶圆移动速度，此外，可以降低人工手动移动晶圆时对晶圆造成污染或损坏的情况发生；更进一步的，在存储区内设有多个晶圆放置盒体，晶圆放置盒体用于存放晶圆，送片机械手可以将晶圆放置盒体内的晶圆取出放入到工位区，进而晶圆从工位区进行下一步操作。

附图说明

图1为具有送片机械手的晶圆输送系统立体示意图；

图2为一种送片机械手立体示意图；

图3为放置基板立体示意图；

图4为紧固组件装配配合立体示意图；

图5为紧固组件装配配合俯视示意图。

附图标号：基座1，基座基板11，底座板12，驱动电机13，第一转动柱14，第二转动柱15，第一齿圈16，第二齿圈17，机械臂组件2，放置基板3，第一限位块31，第二限位块32，滚动轴33，条状体34，滑移槽35，第一液压杆36，吸附盘37，第一升降组件4，第一基盘41，支撑板42，第二液压杆43，第二升降组件5，升降套51，升降杆52，第一基体6，存储区61，工位区62，紧固组件7，第一紧固架71，第二紧固架72，第一连接件73，第二连接件74。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

如图1－图3所示，一种送片机械手，送片机械手包括基座1，基座1顶端设有不少于一个的机械臂组件2，机械臂组件2端部连接有放置基板3，放置基板3与机械臂组件2连接处设有两个相对设置的第一限位块31，放置基板3远离机械臂组件2一端设有不少于一个的第二限位块32；

两个第一限位块31向背侧均设有滚动轴33，第一限位块31内设有第一电机，第一电机输出端与滚动轴33连接，滚动轴33周向延伸有条状体34。

通过对一种送片机械手整体的设计，其中放置基板3是实现对晶圆的放置，在放置基板3与机械臂相连接的近端与远端分别设置有第一限位块31和第二限位块32，第一限位块31和第二限位块32可以对晶圆进行卡接，防止晶圆在转移的过程中，产生大幅度晃动或者是掉落的情况发生；此外，可以通过控制第一限位块31和第二限位块32的大小，实现的对不同的大小的晶圆的进行卡接，同时第一限位块31和第二限位块32可以为柔性材质，可以防止或降低对晶圆边缘的损伤；此外，可以通过第一限位块31对晶圆装载过程中的边缘起到支撑的效果，避免晶圆运载的过程中晶圆边缘产生折弯或曲绕的情况。机械臂组件2主要实现带动放置基板3移动，进而可以实现带动晶圆或晶圆盒在存储区61或公卫区进行转移。通过在基座1顶端设有不少于一个的机械臂组件2，可以提高对晶圆转移到效率；更进一步的，通过对算法的设计，可以实现在拿取晶圆的过程中，实现步数最少的移动，进而大大提高整体效率。

第一限位块31内设置的第一电机用于带动滚动轴33转动，进而带动沿滚动轴33轴向布设的条状体34转动，当条状体34转动的过程中，可以进一步实现对晶圆的精准限位；同时，条状体34可以进一步对晶圆的边缘起到支撑，并且可以提供柔性支撑，且当机械臂在随第一升降组件4和第二升降组件5上下移动的过程中，晶圆也会随着上下移动，进而通过条状体34可以对晶圆上下移动时垂直方向的冲击进行吸收，且由于滚动件是可以滚动的，在晶圆取放的过程中，晶圆的边缘与放置基板3之间可以减少或者防止产生摩擦，可以起到对晶圆表面起到保护的作用，防止晶圆表面产生划痕，进而降低产品质量的情况发生。

放置基板3上设有滑移槽35，第一限位块31与滑移槽35对应设置，放置基板3上设有第一液压杆36，第一液压杆36与第一限位块31对应设置，第一液压杆36端部与第一限位块31相连。

第一液压杆36可以实现第一限位块31沿滑移槽35方向移动，进而实现第一限位块31与第二限位块32之间可调节的距离提高，进而可以实现对晶圆夹持的大小的范围调节提高。通过上述设计，可以根据晶圆的大小对液压杆长度进行调节，实现对晶圆夹持精度的提高，此外，在对第一限位块31实现位移的过程中，可以实现第一电机的转动，即可以实现在第一限位块31移动的过程中，条状体34转动，可以降低卡接晶圆时第一限位块31直接与晶圆接触时对晶圆突然造成较大的挤压力，导致晶圆边缘损坏；此外，可以实现对晶圆的位置和状态的调整，实现夹持晶圆的精度提高；条状体34可以实现缓冲的效果，当第一液压杆36工作时，条状体34可以防止第一液压杆36伸出过长导致晶圆损坏的情况发生，即条状体34会有效与晶圆接触，并调整晶圆位置。

放置基板3设有第一限位块31一侧设有不少于三个的吸附盘37。

在放置基板3上设有吸附盘37，可以在对晶圆运输的过程中，对晶圆一侧实现降压处理或进行吸附。

在降压处理的过程中，即吸附盘37与晶圆不直接接触，可以在吸附盘37和晶圆之间形成一定的负压区域，可以提高晶圆与放置基板3之间的力，进而可以防止在重力或转移过程中，晶圆的形变的概率；同时在吸附盘37吸附的过程中，可以将晶圆空气中细小的灰尘或黏附在晶圆一侧的灰尘进行清理；此外，在吸附盘37抽吸的过程中，是可以对周围的空气进行抽吸的，可以降低晶圆转移空间内空气内的灰尘含量和水蒸气的含量，可以为放置在晶圆放置盒体内的晶圆提供适宜存储和加工的环境，进而提高后续加工的过程中的产品质量。

在吸附处理的过程中，可以有效的对晶圆一侧进行吸附，可以防止晶圆在移动运输的过程中，晶圆只受到边缘第一限位块31和第二限位块32对的力，容易导致晶圆在转移的过程中，第一限位块31和第二限位块32对晶圆边缘力过大导致晶圆边缘受损，通过吸附盘37的吸附，可以在降低第一限位块31和第二限位块32对晶圆边缘施加力大的情况下，依旧实现晶圆稳定运输；此外，可以防止晶圆在运输的过程中，晶圆发生形变的情况发生。

基座1包括上下间隔设置的基座基板11和底座板12，底座板12上设有驱动电机13，基座基板11朝向底座板12一侧设有第一转动柱14，驱动电机13输出轴延伸连接有第二转动柱15，第二转动柱15端部环绕设有第一齿圈16，第一转动柱14上环绕设有第二齿圈17，第一齿圈16和第二齿圈17对应设置。

其中，底座板12上设有延伸台，延伸台与第一转动柱14连接，延伸台用于实现对第一转动柱14的支撑；此外，底座板12还上设有多个连接杆体与基座基板11连接，实现对基座基板11的支撑。驱动电机13用于实现第一齿圈16的转动，当第一齿圈16转动时，会带动第二齿圈17转动，第二齿圈17可以实现第二转动柱15和基座基板11的共同转动，进而带动与基座1相连接的机械臂组件2发生转动。通过上述设计，可以实现对机械臂水平方向的角度的改变，进而可以提高机械臂的灵活性，进而可以提高机械臂的对晶圆夹持的精确性，以及在存储区61和工位区62对晶圆进行转移的过程中，实现移动步骤的降低，可以提高晶圆转移的效率。

基座1上侧同轴延伸设有第一升降组件4，第一升降组件4包括上下间隔设置的第一基盘41和支撑板42，支撑板42和第一基盘41之间通过不少于两个的第二液压杆43连接，第二液压杆43沿基座1轴向设置；

第一基盘41上侧与机械臂组件2连接。

在支撑板42和第一基盘41之间设有多个第二液压杆43，可以实现第一基盘41的升降稳定和水平度，进而实现机械手在第一升降组件4的作用下，实现上下位移。

支撑板42与基座1之间设有第二升降组件5，第二升降组件5包括升降套51，升降套51上下分别连接支撑板42和基座1；

升降套51内设有升降气囊。

通过升降套51内设置的气囊的气体的体积控制，可以精确的实现升降套51上升和下降的幅度，此外，气囊的设置可以提高整体装置升降的效率，即气囊可以实现高度的上升和下降，且通过对气体体积的控制，可以实现对机械手上升和下降的精度控制。

第一升降组件4可以实现机械手上升和下降的精确的控制，通过第二升降组件5可以实现机械手上升和下降速度提高，通过对第一升降组件4和第二升降组件5的设计，即第一升降组件4可以为第二升降组件5的提供更高的精度，即当第二升降组件5完成升降操作后，通过第一升降组件4可以进行微平衡，实现对机械手高度的调整；且第一升降组件4在工作过程中，由于机械限制，无法实现高速上下移动，通过第二升降组件5可以实现快速上下移动。第一升降组件4和第二升降组件5可以扩大Z轴方向的升降长度。

晶圆传输系统，晶圆传输系统包括第一基体6，第一基体6上设有传输轨道，沿传输轨道设有存储区61和工位区62，传输轨道上设有送片机械手。

通过对晶圆传输系统的设置，一种送片机械手可以实现在传输轨道上移动，进而可以实现对存储区61和工位区62的晶圆或晶圆盒进行转移，进而可以实现存储区61和工位区62之间的晶圆移动速度，此外，可以降低人工手动移动晶圆时对晶圆造成污染或损坏的情况发生；更进一步的，在存储区61内设有多个晶圆放置盒体，晶圆放置盒体用于存放晶圆，送片机械手可以将晶圆放置盒体内的晶圆取出放入到工位区62，进而晶圆从工位区62进行下一步操作。

实施例2：

如图4和图5所示，根据本发明另一实施方式的一种送片机械手，与实施例1相比不同之处在于，第二升降组件5还包括与升降套51同轴设置的升降杆52，升降杆52一端与气囊连接，升降杆52贯穿支撑板42设置，第二液压杆43基座1套设有紧固组件7，紧固组件7连接升降杆52。

紧固组件7包括第一紧固架71和第二紧固架72，第一紧固架71上设有不少于两个第一连接件73，第二紧固架72上设有第二连接件74，第二连接件74与第一连接件73配合设置，第二紧固架72与升降杆52连接。

第二连接件74与第一连接件73实现第一紧固架71和第二紧固架72紧密连接，从而实现紧固组件7将第二液压杆43紧固，且第二紧固架72与升降杆52连接，可以实现第一升降组件4和第二升降组件5连接。通过上述设计，可以确保升降杆52与第二液压杆43基座1之间的稳定性，升降杆52通过紧固组件7与第一升降组件4这样连接的方式，使第一升降组件4和第二升降组件5中心对准，同轴度得到保证，整个机械手上下升降过程中不会出现偏移，进而避免机械手上下升降过程中机械手放置的晶圆晃动可能性降低以及，减小晶圆边缘底部与滚动件条状体34结构的接触形变可能性。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种送片机械手，其特征在于，所述送片机械手包括基座（1），所述基座（1）顶端设有不少于一个的机械臂组件（2），所述机械臂组件（2）端部连接有放置基板（3），所述放置基板（3）与机械臂组件（2）连接处设有两个相对布设的第一限位块（31），所述放置基板（3）远离机械臂组件（2）一端设有不少于一个的第二限位块（32）；

两个所述第一限位块（31）向背侧均设有滚动轴（33），所述第一限位块（31）内设有第一电机，所述第一电机输出端与滚动轴（33）连接，所述滚动轴（33）周向延伸有条状体（34）；

所述放置基板（3）上设有滑移槽（35），所述第一限位块（31）与滑移槽（35）对应设置，所述放置基板（3）上设有第一液压杆（36），所述第一液压杆（36）与第一限位块（31）对应设置，所述第一液压杆（36）端部与第一限位块（31）相连。

2.根据权利要求1所述的一种送片机械手，其特征在于，所述放置基板（3）设有第一限位块（31）一侧设有不少于三个的吸附盘（37）。

3.根据权利要求1所述的一种送片机械手，其特征在于，所述基座（1）包括上下间隔设置的基座基板（11）和底座板（12），所述底座板（12）上设有驱动电机（13），所述基座基板（11）朝向底座板（12）一侧设有第一转动柱（14），所述驱动电机（13）输出轴延伸连接有第二转动柱（15），所述第二转动柱（15）端部环绕设有第一齿圈（16），所述第一转动柱（14）上环绕设有第二齿圈（17），所述第一齿圈（16）和第二齿圈（17）对应设置。

4.根据权利要求3所述的一种送片机械手，其特征在于，所述基座（1）上侧同轴延伸设有第一升降组件（4），所述第一升降组件（4）包括上下间隔设置的第一基盘（41）和支撑板（42），所述支撑板（42）和第一基盘（41）之间通过不少于两个的第二液压杆（43）连接；

所述第一基盘（41）上侧与机械臂组件（2）连接。

5.根据权利要求4所述的一种送片机械手，其特征在于，所述支撑板（42）与基座基板（11）之间设有第二升降组件（5），所述第二升降组件（5）包括升降套（51），所述升降套（51）上下分别连接支撑板（42）和基座基板（11）；

所述升降套（51）内设有升降气囊。

6.晶圆传输系统，其特征在于，晶圆传输系统包括第一基体（6），所述第一基体（6）上设有传输轨道，沿所述传输轨道设有存储区（61）和工位区（62），所述传输轨道上设有如权利要求1-5任一所述的一种送片机械手。