CN208841449U - 机械手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种机械手臂。所述机械手臂包括：手臂本体；两支夹臂，对称连接于所述手臂本体的相对两侧，用于共同夹持一晶圆；辅助手臂，连接所述手臂本体，用于吸附所述晶圆。本实用新型提高了晶圆传送过程的安全性，减少了晶圆传送过程中对真空吸附性能的依赖。

Description

机械手臂

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种机械手臂。

背景技术

随着智能手机、平板电脑等移动终端向小型化、智能化、节能化的方向发展，芯片的高性能、集成化趋势明显，促使芯片制造企业积极采用先进工艺，对制造出更快、更省电的芯片的追求愈演愈烈。尤其是许多无线通讯设备的主要元件需用40nm以下先进半导体技术和工艺，因此对先进工艺产能的需求较之以往显著上升，带动集成电路厂商不断提升工艺技术水平，通过缩小晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸以提高芯片性能和可靠性，以及通过3D结构改造等非几何工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能等方式，实现硅集成的提高，以迎合市场需求。然而，这些技术的革新或改进都是以晶圆的生成、制造为基础。

在半导体的制造过程中，通常是使用机械手臂来传送晶圆。这些机械手臂在表面设置有真空吸附孔或者真空吸附槽，利用真空吸附作用从晶圆的背面吸附并固定住晶圆，确保晶圆在传送甚至翻转过程中的安全。机械手臂从晶舟中取出晶圆后，还需要将晶圆放置在对准台上进行对准，在完成对准操作之后再传送至检测台或者其他晶圆处理机台。但是，频繁的吸附动作对机械手臂的真空吸附性能有较高的要求，一旦真空系统故障或遇上无法通过真空吸附固定的翘曲晶圆，则可能会导致掉片、晶圆位置偏离所述机械手臂上的预设位置或者频繁的真空报警等情况发生，影响设备工作的流畅性，严重时甚至对晶圆造成损伤，影响半导体产率。另外，通过真空吸附孔或者真空吸附槽吸附晶圆的方式，会导致晶圆与机械手臂的接触面积增大，易造成晶圆污染以及晶圆背面划伤等情况发生。

因此，如何提高机械手臂传送晶圆的安全性，减少对真空吸附性能的依赖，确保半导体制程持续、稳定的进行，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种机械手臂，用于解决现有的机械手臂传送晶圆的安全性较差的问题，并减少机械手臂对真空吸附性能的依赖性，确保半导体制程持续、稳定的进行。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种机械手臂，包括：

手臂本体；

两支夹臂，对称连接于所述手臂本体的相对两侧，用于共同夹持一晶圆；

辅助手臂，连接所述手臂本体，用于吸附所述晶圆。

优选的，所述夹臂呈弧形。

优选的，还包括：

至少一压力传感器，设置于所述夹臂内，用于检测所述晶圆施加于所述夹臂的压力；

控制器，连接所述压力传感器，根据所述压力调整两支所述夹臂施加于所述晶圆上的夹持力。

优选的，还包括与两支所述夹臂一一对应的两组接触元件；每组接触元件中的若干个接触元件凸设于与其对应的所述夹臂朝向所述晶圆的表面，用于与所述晶圆接触。

优选的，所述接触元件包括心轴以及覆盖于所述心轴表面的接触部；所述接触部呈沙漏型，用于与所述晶圆接触；所述接触元件能够围绕其心轴转动。

优选的，两组接触元件关于两支夹臂围绕而成的区域的中心对称分布。

优选的，所述接触部采用柔性材料制造而成。

优选的，还包括安装于所述手臂本体上的对准结构；所述对准结构同时连接两组接触元件，用于检测所述晶圆是否对准，若否，则控制所有的接触元件同步且同向转动。

优选的，所述辅助手臂包括多段能够折叠的子手臂，且多段所述子手臂顺次连接构成辅助臂；所述辅助臂的一端连接所述手臂本体、另一端设置有真空吸附孔。

优选的，所述手臂本体包括支撑部以及与所述支撑部连接的转轴；所述夹臂与所述转轴位于所述支撑部的相对两侧，且所述支撑部能够围绕所述转轴转动。

本实用新型提供的机械手臂，通过设置两支用于夹持晶圆的夹臂以及具有吸附功能的辅助手臂，通过所述辅助手臂将所述晶圆从晶舟中取出并转移至两支所述夹臂上，在晶圆传送过程中主要依靠两支夹臂的机械夹持力夹持所述晶圆，提高了晶圆传送过程的安全性，减少了晶圆传送过程中对真空吸附性能的依赖；且本实用新型提供的机械手臂由于主要依靠机械夹持的方式来传输所述晶圆，对所述晶圆的形状没有限制，例如可以夹持翘曲的晶圆，从而扩大了所述机械手臂的应用范围。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中机械手臂的结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中夹臂在夹持晶圆过程中的俯视结构示意图；

附图3是本实用新型具体实施方式中机械手臂在夹持晶圆过程中的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的机械手臂的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种机械手臂，附图1是本实用新型具体实施方式中机械手臂的结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中夹臂在夹持晶圆过程中的俯视结构示意图，附图3是本实用新型具体实施方式中机械手臂在夹持晶圆过程中的侧视图。

如图1-图3所示，本具体实施方式提供的机械手臂，包括手臂本体、两支夹臂11以及辅助手臂14；两支所述夹臂11对称连接于所述手臂本体的相对两侧，用于共同夹持一晶圆10；所述辅助手臂14，连接所述手臂本体，用于吸附所述晶圆10。

具体来说，在使用本具体实施方式提供的机械手臂传输晶圆时，所述辅助手臂14首先延伸至用于容纳所述晶圆10的晶舟内部或者晶圆处理机台上，并吸附所述晶圆10，将所述晶圆10移出所述晶舟所述晶圆处理机台；然后，所述辅助手臂14将所述晶圆转移至两支所述夹臂11之间，由两支所述夹臂11共同夹持所述晶圆10；最后，所述夹臂11夹持所述晶圆10至晶圆检测机台或者其他晶圆处理机台，完成所述晶圆10的传输过程。在此过程中，仅仅是在从所述晶舟内取出晶圆的过程需要真空吸附，之后所述晶圆10的传输过程主要依靠所述夹臂11的机械夹持，从而大大减少了晶圆传输过程中对于真空吸附性能的依赖性；而且机械夹持对于晶圆的形状没有限制，能够适应市面上各种形状、尺寸的晶圆，例如平面晶圆或者翘曲晶圆，极大了扩展了所述机械手臂的应用范围。

本具体实施方式中，对于所述夹臂11的具体形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。为了在稳固夹持所述晶圆10的同时，避免对所述晶圆10造成损伤，优选的，所述夹臂11呈弧形。

为了进一步提高晶圆传输过程的安全性，优选的，所述机械手臂还包括：至少一压力传感器，设置于所述夹臂11内，用于检测所述晶圆10施加于所述夹臂11的压力；控制器，连接所述压力传感器，根据所述压力调整两支所述夹臂11施加于所述晶圆10上的夹持力。由于力的作用是相互的，通过所述压力传感器检测所述晶圆10施加于所述夹臂11上的压力，即可间接知晓所述夹臂11对所述晶圆10施加的夹持力，并采用所述控制器根据所述压力传感器检测到的所述压力实施调整所述夹臂11的夹持力，例如将所述夹持力保持在一预设范围内，从而避免因对所述晶圆10施加的夹持力过大导致晶圆形变、或者因对所述晶圆10施加的夹持力过小而导致所述晶圆10夹持不稳定的问题，进一步提高晶圆传输过程的安全性。

优选的，所述机械手臂还包括与两支所述夹臂11一一对应的两组接触元件；每组接触元件中的若干个接触元件13凸设于与其对应的所述夹臂11朝向所述晶圆10的表面，用于与所述晶圆10接触。

具体来说，每组接触元件包括若干个接触元件。通过将所述接触元件13凸出设置于所述夹臂11朝向所述晶圆10的内表面上，在采用所述夹臂11夹持所述晶圆10的过程中，仅仅是所述晶圆10的边缘与所述接触元件13接触，减小了所述晶圆10与所述机械手臂的接触面积，降低了所述机械手臂对所述晶圆10造成污染或者背面划伤的风险。

优选的，所述接触元件13包括心轴以及覆盖于所述心轴表面的接触部；所述接触部呈沙漏型，用于与所述晶圆10接触；所述接触元件13能够围绕其心轴转动。更优选的，所述机械手臂还包括安装于所述手臂本体上的对准结构15；所述对准结构15同时连接两组接触元件，用于检测所述晶圆10是否对准，若否，则控制所有的接触元件13同步且同向转动。其中，所述对准结构可以与现有技术中预对准机台中的对准结构相同，例如包括CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器。

具体来说，所述对准结构15检测所述晶圆10是否对准，主要是检测所述晶圆的缺口位置，判断所述晶圆的缺口是否位于预设角度位置，若否，则说明所述晶圆10未对准。当确认所述晶圆10未对准时，则所述对准结构15可以同步控制所有的所述接触元件13同步且同向转动，从而实现所述晶圆10的转动，例如所述对准结构15控制所有的接触元件13同步沿顺时针方向转动，则所述晶圆10能够沿逆时针方向转动；或者，所述对准结构15控制所有的接触元件13同步沿逆时针方向转动，则所述晶圆10能够沿顺时针方向转动。本具体实施方式在所述机械手臂上即可完成所述晶圆10的对准过程，避免了在将晶圆传输至晶圆检测机台或者其他晶圆处理机台之前还需要放置在预对准机台上进行对准的步骤，简化了晶圆传送的流程，降低了机械手臂频繁夹持带来的故障风险，也提高了设备工作的流畅性和晶圆传送效率。

为了确保所述晶圆10能够稳定的转动，优选的，两组接触元件关于两支夹臂11围绕而成的区域的中心对称分布。举例来说，每组接触元件包括2个接触元件13，则4个接触元件13关于两支夹臂11围绕而成的区域的中心对称分布。

优选的，所述接触部采用柔性材料制造而成。这样，当所述接触部与所述晶圆10接触时，所述夹臂11的夹持力使得所述接触部产生微小的形变，以将所述晶圆10的边缘包裹，形成稳定的夹持状态。更优选的，所述接触部还可以采用耐磨损、抗腐蚀的材料制造而成。

优选的，所述辅助手臂14包括多段能够折叠的子手臂，且多段所述子手臂顺次连接构成辅助臂；所述辅助臂的一端连接所述手臂本体、另一端设置有真空吸附孔16。通过采用能够折叠的所述辅助手臂14，使得在不使用所述辅助手臂14时，可以将其折叠收纳，避免划伤所述晶圆10。

优选的，所述手臂本体包括支撑部121以及与所述支撑部121连接的转轴122；所述夹臂11与所述转轴122位于所述支撑部121的相对两侧，且所述支撑部121能够围绕所述转轴122转动。

具体来说，所述支撑部121能够围绕所述转轴122转动，并带动所述夹臂11以及所述夹臂11所夹持的所述晶圆10转动，从而实现对所述晶圆10的翻转。通过与所述对准结构15配合，还能够实现对所述晶圆10的圆心位置的对准。

本具体实施方式提供的机械手臂，通过设置两支用于夹持晶圆的夹臂以及具有吸附功能的辅助手臂，通过所述辅助手臂将所述晶圆从晶舟中取出并转移至两支所述夹臂上，在晶圆传送过程中主要依靠两支夹臂的机械夹持力夹持所述晶圆，提高了晶圆传送过程的安全性，减少了晶圆传送过程中对真空吸附性能的依赖；且本实用新型提供的机械手臂由于主要依靠机械夹持的方式来传输所述晶圆，对所述晶圆的形状没有限制，例如可以夹持翘曲的晶圆，从而扩大了所述机械手臂的应用范围。

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

Claims (10)

1.一种机械手臂，其特征在于，包括：

手臂本体；

两支夹臂，对称连接于所述手臂本体的相对两侧，用于共同夹持一晶圆；

辅助手臂，连接所述手臂本体，用于吸附所述晶圆。

2.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述夹臂呈弧形。

3.根据权利要求2所述的机械手臂，其特征在于，还包括：

至少一压力传感器，设置于所述夹臂内，用于检测所述晶圆施加于所述夹臂的压力；

控制器，连接所述压力传感器，根据所述压力调整两支所述夹臂施加于所述晶圆上的夹持力。

4.根据权利要求3所述的机械手臂，其特征在于，还包括与两支所述夹臂一一对应的两组接触元件；每组接触元件中的若干个接触元件凸设于与其对应的所述夹臂朝向所述晶圆的表面，用于与所述晶圆接触。

5.根据权利要求4所述的机械手臂，其特征在于，所述接触元件包括心轴以及覆盖于所述心轴表面的接触部；所述接触部呈沙漏型，用于与所述晶圆接触；所述接触元件能够围绕其心轴转动。

6.根据权利要求5所述的机械手臂，其特征在于，两组接触元件关于两支夹臂围绕而成的区域的中心对称分布。

7.根据权利要求5所述的机械手臂，其特征在于，所述接触部采用柔性材料制造而成。

8.根据权利要求6所述的机械手臂，其特征在于，还包括安装于所述手臂本体上的对准结构；所述对准结构同时连接两组接触元件，用于检测所述晶圆是否对准，若否，则控制所有的接触元件同步且同向转动。

9.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述辅助手臂包括多段能够折叠的子手臂，且多段所述子手臂顺次连接构成辅助臂；所述辅助臂的一端连接所述手臂本体、另一端设置有真空吸附孔。

10.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述手臂本体包括支撑部以及与所述支撑部连接的转轴；所述夹臂与所述转轴位于所述支撑部的相对两侧，且所述支撑部能够围绕所述转轴转动。